オフガス燃焼装置
【課題】オフガス中のメタンが大気放散してしまうことを確実に防止することが出来て、しかも、係るオフガス中のメタンを燃焼処理する際に補助燃料を必要としないオフガス燃焼装置を提供する。
【解決手段】メタン分離装置１からバーナ４に連通するオフガスラインＬ３から燃焼触媒７に連通する第２のオフガスラインＬ３２が分岐しており、オフガスラインＬ３の分岐点には切換装置Ｖ４が設けられ、第２のオフガスラインＬ３２には、熱交換器５と、加熱装置６と、オフガス温度計測装置２１、２２と、燃焼触媒７の表面温度を計測する触媒温度計測装置２３とが介装されており、燃焼触媒７の排ガスが流れる排ガスラインＬｘは燃焼排ガスラインＬｘ２と合流Ｂｘすると共に熱交換器５に連通しており、燃焼触媒７に燃焼用空気を供給する空気供給装置８が設けられ、空気供給ラインＬａは第２のオフガスラインＬ３２の熱交換器５よりも上流側の領域に合流している。
【解決手段】メタン分離装置１からバーナ４に連通するオフガスラインＬ３から燃焼触媒７に連通する第２のオフガスラインＬ３２が分岐しており、オフガスラインＬ３の分岐点には切換装置Ｖ４が設けられ、第２のオフガスラインＬ３２には、熱交換器５と、加熱装置６と、オフガス温度計測装置２１、２２と、燃焼触媒７の表面温度を計測する触媒温度計測装置２３とが介装されており、燃焼触媒７の排ガスが流れる排ガスラインＬｘは燃焼排ガスラインＬｘ２と合流Ｂｘすると共に熱交換器５に連通しており、燃焼触媒７に燃焼用空気を供給する空気供給装置８が設けられ、空気供給ラインＬａは第２のオフガスラインＬ３２の熱交換器５よりも上流側の領域に合流している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオガスからメタン（ＣＨ４）を分離する技術に関する。より詳細には、バイオガスからメタンを分離する装置から排出されるオフガスにメタンが含有される場合に、係るオフガス中のメタンが大気放散してしまうことを防止するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオマスから生成したバイオガスは、メタン以外の成分を含有している。バイオガスの有効利用を図るためには、バイオガスからメタンを分離し、或いは、バイオガス中のメタン濃度を高める必要がある。
嫌気性発酵プロセスから発生するメタンリッチなバイオガスからメタンを分離して、高純度メタンを精製するための技術として、例えば、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式による分離技術や、膜分離法に係る分離技術が存在する。
【０００３】
図５は、ＰＳＡ方式の概要を示しており、塔内に充填された吸着材により不要な成分（例えば、バイオガス中のメタン以外の成分）を吸着して除去し、以って、所定の成分（例えばメタン）を分離するための装置である。
【０００４】
図５において、吸着材が充填された塔Ｐが複数（図５では３個）設けられており、塔Ｐの各々には、バイオガス供給ラインＬｂ、流路切換装置Ｖｃ、バイオガス供給分岐ラインＬｂ１〜Ｌｂ３を介して、バイオガスが供給される。
吸着材が充填された塔Ｐ（ＰＳＡ）にバイオガスを供給し、バイオガス中のメタン以外の成分を吸着材により吸着して除去すれば、残余のガスにおけるメタン濃度を高くすることが出来る。仮に、バイオガスがメタンと二酸化炭素（ＣＯ２）のみを含有するのであれば、ＣＯ２を吸着する触媒が充填された塔Ｐ内にバイオガスを供給すれば、塔Ｐから出てきたガス（メタンタンクに供給されるガス）はメタンのみを含有することになり、或いは、メタン濃度が高くなる。
すなわち、ＰＳＡをメタン分離装置として用いれば、メタン以外の成分（例えば、ＣＯ２）を吸着して除去することにより、相対的にメタン濃度（或いは純度）を高くすることが出来る。
【０００５】
ここで、吸着材を充填した塔Ｐが１つのみ設けられているならば、吸着と脱着とを繰り返し、吸着の場合にのみバイオガスを供給する必要がある。そのため、メタンの分離（メタン濃度の高度化）を、いわゆる「バッチ式」で処理しなければならない。
連続してメタンの分離或いは精製を行なうためには、複数の塔Ｐを設け、再生された吸着材が充填されている塔にバイオガスの供給を行い、吸着材の吸着能力が低減した塔Ｐについては、バイオガスの供給を中止して、吸着材の脱着（再生）を行なう。すなわち、ある塔Ｐでは吸着材によりメタン以外の成分（例えばＣＯ２を）吸着し、他の塔Ｐではメタン以外の成分（例えばＣＯ２）を脱着して、吸着材を再生する。以って、バイオガスからメタン以外の成分を、連続的に、吸着処理するのである。
【０００６】
脱着工程においては、脱着（再生）をするべき吸着材が充填された塔Ｐを減圧し、吸着材に吸着された成分（上記の例ではＣＯ２）を吸着材から分離して、塔Ｐ外へ排出する。
脱着工程において、減圧により塔Ｐ外へ排出（吸引）されたガスが、オフガスを構成する。
【０００７】
吸着材を充填した塔は、一般的に、塔Ｐ内の吸着材がメタン以外の成分（例えばＣＯ２）を吸着する限界に達する以前の段階で、脱着工程（再生工程）に切り換えられる。
吸着工程の際に、メタンの純度を高くするためには、バイオガスにおけるメタン以外の成分（例えばＣＯ２）がメタンに混入しない様に、注意しなければならない。そして、吸着材がメタン以外の成分を吸着しなくなり、メタン以外の成分がメタンと共にメタン貯蔵タンク側に出力されないようにするためには、吸着材の吸着能力に余裕がある段階で、吸着材による吸着工程から当該吸着材を再生する脱着工程に切り換える必要がある。すなわち、未だに吸着可能な吸着材が充填された塔について、脱着工程が行なわれる。
【０００８】
上述したように、脱着工程では、塔内を減圧して排出するので、脱着工程に切り換えられた際に、当該塔内に残存しているバイオガスも、減圧により塔外に排出されて、オフガスとして処理される。
すなわち、メタンを包含するバイオガス（通常、バイオガスのメタン濃度は６０％程度）がオフガスとして、塔外へ排出されるため、オフガスにはメタンが包含されてしまう。
【０００９】
図５のＰＳＡに関してのみ説明したが、その他のメタン分離装置でも、同様な問題が存在する。
例えば、膜分離法は、高分子膜、ゼオライト等の無機膜の制御された微細孔により、複数種類のガスの混合ガスから特定のガスを分離する方法であり、対象ガスの分子の大きさや、形状の違いを利用して、分離するべきガスを混合ガスから分離している。
しかし、係る膜分離法によるメタンの分離装置においても、オフガスにメタンガスが混入してしまう可能性があることは良く知られている。
【００１０】
メタンを含有するオフガスについて、以前は大気放散するケースも存在した。
現状では、メタン濃度がある程度高い場合には、大気放散することはできない。メタンは、同じモル数では、ＣＯ２の２０〜３０倍の温暖化係数を持ち、メタンを大気放散することは、ＣＯ２の大気放散よりも２０倍〜３０倍のオーダーで地球環境に悪影響を与えてしまうからである。
【００１１】
これに対して、メタンを包含するオフガスを燃焼して、地球環境にダメージが少なくする従来技術が存在する。係る従来技術では、余剰燃焼塔でメタンを包含するオフガスを燃焼している。
しかし、バイオガスにおけるメタン濃度は不安定であるため、上記オフガスにおけるメタン濃度も不安定である。そのため、補助燃料（例えば、都市ガス）を追加せずに、安定した燃焼をし続けることは困難である。そして、余剰燃焼塔で安定した燃焼をしないと失火の恐れがあり、余剰燃焼塔で失火すると、メタンを含有するオフガスが未燃物としてそのまま大気中に排出されてしまうので、メタンを大気放散するのと同様に、環境に対して甚大なる悪影響を及ぼしてしまう。
そのため、係る従来技術では、補助燃料（都市ガス等）を供給しつつ、メタンを含有するオフガスを燃焼しなければならず、補助燃料を供給するコストが必要となる。
【００１２】
その他の従来技術として、例えば、メタン濃度やメタン貯蔵量の増加を図るために、脱硫装置と、メタン濃縮装置と、メタン吸蔵剤を充填したガスホルダとを備えた消化ガス貯蔵設備が提案されている（特許文献１参照）。
また、バイオガスの供給量や成分に応じて補助燃料ガスと空気を混合し、燃料ガスとして利用する技術も提案されている（特許文献２参照）。
しかし、これ等の従来技術（特許文献１、特許文献２）は、何れもバイオガスからメタンを分離する装置からのオフガスに含有されるメタンの処理については開示していない。
【特許文献１】特開２００１−９４９号公報
【特許文献２】特開２００２−２２６８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、バイオガスからメタンを分離する際に排出されるオフガスにメタンが含有されている場合に、係るオフガス中のメタンが大気放散してしまうことを確実に防止することが出来て、しかも、係るオフガス中のメタンを燃焼処理する際に補助燃料を必要としないオフガス燃焼装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、バイオガスからメタンを分離するメタン分離装置（１：例えば、ＰＳＡ法によるメタン分離装置や、膜分離法によるメタン分離装置）のオフガスを燃焼するオフガス燃焼装置において、メタン分離装置（１）のオフガスが流れるオフガスライン（Ｌ３）と、オフガスを燃焼するバーナ（４）と、メタン分離装置（１）をバイパスしてバーナ（４）にバイオガスを供給するバイパスライン（Ｌ１ｂ）と、バイパスライン（Ｌ１ｂ）を流れるバイオガスの供給量を制御するバイオガス供給量制御装置（開閉弁Ｖ１）と、バーナ（４）の燃焼状態を検出する検出装置（例えば、オフガス中のメタン濃度を計測するメタン計、或いは、バーナ４の火炎における導電性を計測するフレームロッド４１）と、制御装置（１０）とを備え、バーナ（４）に連通する前記オフガスライン（Ｌ３）から燃焼触媒（７）に連通する第２のオフガスライン（Ｌ３２）が分岐しており、オフガスライン（Ｌ３）の分岐点には切換装置（切換弁Ｖ４）が設けられ、第２のオフガスライン（Ｌ３２）には、バーナ（４）の燃焼排ガス或いは燃焼触媒の排ガスが保有する熱量を燃焼触媒に供給されるオフガスへ投入する熱交換器（５）と、熱交換器（５）と燃焼触媒（７）との間の領域で燃焼触媒に供給されるオフガスを加熱する加熱装置（例えば、電気ヒータ６）と、燃焼触媒（７）に供給されるオフガスの温度を計測するオフガス温度計測装置（熱電対２１、熱電対２２）と、燃焼触媒（７）の表面温度を計測する触媒温度計測装置（熱電対２３）とが介装されており、燃焼触媒（７）の排ガスが流れる排ガスライン（Ｌｘ）はバーナ（４）の燃焼排ガスが流れる燃焼排ガスライン（Ｌｘ２）と合流（Ｂｘ）すると共に前記熱交換器（５）に連通しており、燃焼触媒（７）に燃焼用空気を供給する空気供給装置（例えばブロワ８）が設けられ、空気供給装置（８）の吐出口と連通する空気供給ライン（Ｌａ）は第２のオフガスライン（Ｌ３２）の熱交換器（５）よりも上流側（メタン分離装置１側）の領域に合流している。
【００１５】
ここで、メタン分離装置（１：例えばＰＳＡ）のオフガスに含有されるメタンを燃焼する燃焼装置である点で、バーナ（４）と燃焼触媒（７）は均等物である。
そして、燃焼触媒（７）としては、例えば、アルミナに担持されたパラジウム等を用いることが出来る。
【００１６】
この場合、制御装置（１０）は、起動時或いはバーナ（４）の燃焼状態が安定している場合には切換装置（切換弁Ｖ４）をバーナ（４）側に切り換え、起動時以外で且つバーナ（４）の燃焼状態が不安定な場合には切換装置（切換弁Ｖ４）を燃焼触媒（７）側に切り換える機能を有しているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
上述する構成を具備する本発明によれば、バーナ（４）と並列に燃焼触媒（７）を配置したので、燃焼触媒（７）はバーナ（４）における安定した燃焼が可能なメタン濃度の範囲よりも、さらにメタン濃度が低い範囲において、安定した燃焼が可能である。
そのため、オフガスに含有されるメタン濃度がバーナ（４）で燃焼するには低い様な場合には、オフガスライン（Ｌ３）を切り換えて、燃焼触媒（７）側に供給して、オフガスに含有されたメタンの燃焼を燃焼触媒側で実行することが出来る。
その結果、メタン分離装置（１）をバイパスするバイパスライン（Ｌ１ｂ）経由でバイオガスを供給しなくても、オフガスに含有されたメタンを確実に燃焼することが出来る範囲（オフガス中のメタン濃度の範囲）が、特にメタン濃度が低下する側に拡大する。
すなわち、本発明によれば、補助燃料を使用することなく、しかも、失火することなく、オフガスに含有されるメタンが確実に燃焼される。その結果、メタンの大気放散が完全に防止され、地球環境に悪影響を与えてしまうことはなくなる。
【００１８】
ここで、燃焼触媒（７）は高温（例えば４００℃以上）の環境下でなければ燃焼反応を行なわないが、バーナ（４）でオフガスのメタンを燃焼している際に、その排ガスを用いて燃焼触媒（７）を加熱するように構成することにより、起動時以外であれば、燃焼触媒（７）を高温に維持することが出来るのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１〜図４を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図１において、全体を符号１０４で示すオフガス燃焼装置は、ＰＳＡ方式によるメタン分離装置（ＰＳＡ）１とメタン貯蔵タンク２とバーナ４と熱交換器５と制御手段であるコントロールユニット１０とを備えている。
ＰＳＡ１は、メタンガス供給ラインＬ１を介して、図示しないメタンガス供給源と連通しており、供給ラインＬ２を介してメタン貯蔵タンク２に接続されている。
メタンガス供給ラインＬ１は、分岐点ＢでバイパスラインＬ１ｂが分岐し、そのバイパスラインＬ１ｂは開閉弁Ｖ１を介してバーナ４と接続されている。
【００２０】
図１において、メタン分離装置であるＰＳＡ１に接続されたメタン含有オフガスラインＬ３には三方弁Ｖ４が介装されており、三方弁Ｖ４において第１のラインＬ３１と第２のラインＬ３２に分岐している。
第１のラインＬ３１はバーナ４に接続している。
【００２１】
第２のラインＬ３２には熱交換器５と第１の熱電対（温度センサ）２１と電気ヒータ６と第２の熱電対２２とを介装して燃料触媒７に接続され、その燃焼触媒７には、その表面温度を計測する第３の熱電対２３が取り付けられ、燃焼触媒７の燃焼排ガスラインＬｘには第４の熱電対２４が介装されている。
したがってバーナ４と燃焼触媒７とは並列に配置されている。
【００２２】
燃焼触媒からの燃焼排ガスが流れる燃焼排ガスラインＬｘは、分岐点Ｂｘで第１の排ガスラインＬｘ１と第２の排ガスラインＬｘ２とに分岐している。
第１の排ガスラインＬｘ１は熱交換器５を経由して大気に開放されている。
【００２３】
第２のラインＬ３２において、三方弁（Ｖ４）と熱交換器５との間には合流点Ｇが形成され、この合流点Ｇには、空気供給ラインＬａが合流している。
空気供給ラインＬａには流量制御弁Ｖａが介装されており、且つ、その端部には空気供給用の機器であるブロワ８が接続されている。
【００２４】
第１の熱電対２１〜第４の熱電対２４は、何れも入力信号ラインＳｉを介して、コントロールユニット１０と接続されている。
ＰＳＡ１、電気ヒータ６、流量制御弁、Ｖａ、開閉弁Ｖ１、三方弁Ｖ４は、何れも制御信号ラインＳｏを介して、コントロールユニット１０と接続されている。
【００２５】
燃焼触媒７は、例えば、アルミナに担持されたパラジウムが使用される。
燃焼触媒７で燃焼するためには、所定温度以上に加熱することが必要である。ただし、触媒の種類によって、必要な温度範囲は異なる。図示の実施形態で用いられる触媒は、オフガスに含有されているメタンを燃焼するために、例えば、４００℃〜８００℃の範囲内に加熱される必要がある。換言すれば、燃焼温度の下限目標値が４００℃であり、上限目標値が８００℃である。
上述したように、燃焼触媒７は、バーナ４が安定燃焼する程度にメタン濃度が高いオフガスの燃焼よりも、バーナ４では失火してしまう程度までメタン濃度が低いオフガスの燃焼に適している。
【００２６】
燃焼触媒７でオフガスが燃焼するためには、燃焼用の空気が必要である。そのため、図１において、前述の空気供給ラインＬａ及びブロワ８が装備されている。
さらに、燃焼触媒７の焼結（シンタリング）を防止するため、燃焼触媒７の温度が上限値８００℃を超えない様にすることも必要である。すなわち、燃焼触媒７における温度の上限値の制御も必要である。
ここで、図示の実施形態で用いられる燃焼触媒７において、４００℃は燃焼温度の下限値に対して多少の余裕を有しており、８００℃は燃焼温度の上限値に対して多少の余裕を持った数値として選定されている。
もちろん、触媒の種類によって、燃焼温度の上限値、下限値が異なるため、上述した温度８００℃、４００℃という上限目標値と下限目標値の具体例も異なる。
【００２７】
燃焼触媒７に流入するガスの温度を、例えば４００℃以上に昇温するために、排ガスラインＬｘ（分岐ラインＬｘ１）を流れる燃焼触媒７の燃焼排ガスが保有する熱量を、熱交換器５において、燃焼触媒７に流入するオフガスに投入している。
ここで、燃焼触媒７の燃焼状態によっては、熱交換器５で燃焼排ガスが保有する熱量を投入するのみでは、燃焼触媒７に流入するオフガスを必要な温度（４００℃）まで昇温するのに不足である場合も存在する。その様な場合に対処するべく、図１では、第２のラインＬ３２の熱交換器５よりも下流側（燃焼触媒７側）の領域には、加熱手段である電気ヒータ６が介装されており、燃焼触媒７に流入するオフガスを目標とする温度（例えば４００℃）まで昇温することを可能にしている。
【００２８】
ラインＬ３１が接続しているバーナ４の燃焼排ガスは、第３の排ガスラインＬｘｏを流れ、分岐点Ｇｘを介して、第２の排ガスラインＬｘ２を流れる。そして、第２の排ガスラインＬｘ２は、合流点Ｂｘにおいて、燃焼触媒７で発生する燃焼排ガスが流れる燃焼排ガスラインＬｘと合流して、第１の排ガスラインＬｘ１を流れ、熱交換器５を経由して、大気に開放されている。
バーナ４に装備されたフレームロッド４１は、コントロールユニット１０と入力信号ラインＳｉで接続されている。
【００２９】
バーナ４の上流側には、図示しないメタン計が設けられている。このメタン計の出力により、後述するように、オフガス供給側の切換弁である三方弁Ｖ４が、バーナ４側（Ｌ３１側）或いは燃焼触媒７側（Ｌ３２側）に切り換わる。
【００３０】
図１において、バーナ４と燃焼触媒７とで同時に燃焼する場合は、バーナ４の燃焼排ガス（ＰＳＡ１をバイパスして、バーナに供給されたバイオガスをバーナで燃焼する場合の燃焼排ガスも含む）は、燃焼排ガスラインＬｘｏ、分岐点Ｇｘ、排ガスラインＬｘ２、合流点Ｂｘ、排ガスラインＬｘ１を流れ、熱交換器５を経由して、系外（大気）に排出される。
一方、燃焼触媒７の燃焼排ガスは、燃焼排ガスラインＬｘを流れ、合流点Ｂｘでバーナ４の燃焼排ガスと合流する。
熱交換器５では、バーナ４の燃焼排ガスと燃焼触媒７の燃焼排ガスとが合流した排ガスの保有する熱量が、分岐ラインＬ３２を流れるメタン含有オフガスに熱を投与される。そのため、燃焼触媒７に流入するオフガスは、所定の温度（例えば４００℃）まで昇温する。熱交換器５での廃熱投入量が不足しており、燃焼触媒７に流入するオフガスは、所定の温度（例えば４００℃）まで昇温しない場合には、電気ヒータ６を作動して加熱すれば良い。
【００３１】
ここで、バーナ４の燃焼排ガスが燃焼触媒７に流入することはなく、そのため、燃焼触媒７の上流側にフィルタを設ける必要が無い。
なお、オフガス中に異物が存在したとしても、バーナ４で燃焼してしまうので、バーナ４の上流側で異物を除去する必要は無い。そのため、基本的に、バーナ上流ではフィルタは不要である。
【００３２】
バーナ４のみで燃焼運転を行い、燃焼触媒７ではオフガスを燃焼しない場合においては、ブロワ８から燃焼触媒７側へ空気を供給している。
上述したように、バーナ４の燃焼排ガスは、燃焼排ガスラインＬｘｏ、分岐点Ｇｘ、排ガスラインＬｘ２、合流点Ｂｘ、排ガスラインＬｘ１を流れ、熱交換器５を経由するので、ブロワ８から送り出されて第２のラインＬ３２を流れる空気は、熱交換器５において、バーナ４の燃焼排ガスが保有する熱量が投入されて加熱される。廃熱投入量が不足する場合には、電気ヒータ６を作動して、ブロワ８から送り出されて第２のラインＬ３２を流れる空気を加熱する。
【００３３】
三方弁Ｖ４がバーナ４側に切り換えられ、オフガスが燃焼触媒７に供給されず、燃焼触媒７では燃焼しない場合でも、ブロワ８から送り出されて燃焼触媒７に流入する空気が所定の温度（４００℃）まで昇温すれば、当該昇温された空気が流入することにより、燃焼触媒７は燃焼可能な温度まで昇温されて、予熱されている。そのため、三方弁Ｖ４が切り換えられて、オフガスが急に燃焼触媒７に供給されても、加熱されている燃焼触媒７により、オフガス中のメタンは直ちに燃焼する。
なお、バーナ４の燃焼排ガスは全量がラインＬｘ２を流れるが、非常事態においては、非常用の排ガスライン（タッチダウン用ライン）Ｌｃから系外に排出され、燃焼触媒７側には供給されない。
【００３４】
図１で示すオフガス燃焼装置１０４の起動時の制御について、図２を参照して説明する。
図２で示す起動時の制御は、燃焼触媒７を加熱するため、燃焼触媒７を下限値温度（例えば４００℃）以上に昇温するまでバイオガスによりバーナ４を燃焼させるようになっている。
【００３５】
図２において、ステップＳ８１では、バイオガスによりバーナを燃焼させる。そしてステップＳ８２において、ブロワ８を起動し、燃焼触媒７側に空気を供給する。図１を参照して説明したように、バーナ４の燃焼排ガスが保有する熱量が、熱交換器５において、ブロワ８により供給された空気に投入され、空気温度を上昇させる。その空気が燃焼触媒７に供給されることにより、燃焼触媒表面温度も上昇する。
図２では明示されていないが、ステップＳ８２では、必要な場合には電気ヒータ６を作動して、ブロワ８により供給された空気を加熱する。
【００３６】
バイオガスによるバーナ４の燃焼は、熱電対２２により、燃焼触媒７の入口温度（燃焼触媒７に流入するオフガス或いは空気の温度）が４００℃以上になったことが計測されるまで、続行される（ステップＳ８３がＮＯのループ）。
燃焼触媒入口温度（燃焼触媒７に流入するオフガス或いは空気の温度）が４００℃以上になったなら（ステップＳ８３がＹＥＳ）、１塔目のＰＳＡ１を起動する（ステップＳ８４）。
次に、ステップＳ８５で、ＰＳＡ１の脱着工程を開始する。そして、オフガスをバーナ４へ供給すると共に、バイパスラインＬ１ｂの開閉弁Ｖ１を閉じて、バイオガスのバーナ４への供給を停止する。
そしてステップＳ８６に進み、定常運転時の制御（定常時の制御：図３、図４）に移行する。
【００３７】
図１で示すオフガス燃焼装置１０４の定常時の制御においては、電気ヒータ６の制御と、ブロワ８の制御が実行される。
これに加えて、図３、図４で示す様な制御、すなわちオフガス供給切換弁である三方弁Ｖ４の切換制御が実行される。
図３で示す制御は、三方弁Ｖ４をバーナ４側から燃焼触媒７側に切り換える制御を示しており、図４で示す制御は、燃焼触媒７側からバーナ４側に切り換える制御を示している。なお、図３で示す制御と図４で示す制御は、同一のオフガス燃焼装置１０４において、異なる条件下でそれぞれ実行される。
【００３８】
先ず、図３で示す三方弁Ｖ４の切換制御について説明する。
図４において、ステップＳ９１の段階では、ＰＳＡ１のオフガス全量がバーナ４側に供給される様に、三方弁Ｖ４は切り換えられている。
ステップＳ９１において、図示しないメタン計によってオフガスのメタン濃度を計測し、及び／又は、フレームロッド４１でフレームロッド電流値を計測する。そしてステップＳ９２では、ステップＳ９１の計測値（オフガスのメタン濃度及び／又はフレームロッド電流値）が、バーナ４における燃焼範囲以内であるか否かを判断する。
【００３９】
ステップＳ９１の計測値（オフガスのメタン濃度及び／又はフレームロッド電流値）がバーナ４の安定した燃焼範囲以内であれば（ステップＳ９２がＹＥＳ）、メタン含有オフガスラインＬ３を流れるオフガスの全量をバーナ４側に供給する様に三方弁Ｖ４を切り換えて（ステップＳ９３）、ステップＳ９７に進む。
一方、ステップＳ９１の計測値（オフガスのメタン濃度及び／又はフレームロッド電流値）がバーナ４の安定した燃焼範囲を下回っている場合には（ステップＳ９２がＮＯ）、オフガス供給切換弁である三方弁Ｖ４を、徐々に燃焼触媒７側に切り換える。徐々に燃焼触媒７側に切り換えるのは、三方弁Ｖ４を急激に燃焼触媒７側に切り換えると、オフガスの条件によっては、燃焼触媒７で燃焼しない事態が生じ得るからである。換言すれば、バーナ４における失火及び燃焼触媒７における失火が、同時に起こってしまう事態を防止する趣旨である。
ここで、「徐々に」なる文言は、瞬時に切り換えるのではないことを示す文言である。「徐々に」がどの程度の切換速度を意味するのかについては、バイオガスの組成、バーナや燃焼触媒の使用、その他の条件により、ケース・バイ・ケースである。
【００４０】
ステップＳ９５では、コントロールユニット１０はバーナ４が失火したか否かを判断する。バーナ４が失火したなら（ステップＳ９５がＹＥＳ）、切換弁Ｖ４を瞬時に燃焼触媒７側に切り換え（ステップＳ９６）、ステップＳ９７に進む。
燃焼触媒７が失火してないなら（ステップＳ９５がＮＯ）、ステップＳ９４で述べた様に三方弁Ｖ４を徐々に燃焼触媒７側に切り換えつつ、ステップＳ９７に進む。
ステップＳ９７で、図３で示す制御を続行するのであれば（ステップＳ９７がＮＯ）、ステップＳ９１まで戻り、ステップＳ９１以降を繰り返す。
【００４１】
次に、図４の制御を説明する。
図４において、ステップＳ１０１では、三方弁Ｖ４が燃焼触媒７側に切り換わるまで待機している（ステップＳ１０１がＮＯのループ）。
三方弁Ｖ４が燃焼触媒７側に切り換わったならば（ステップＳ１０１がＹＥＳ）、燃焼触媒表面の熱電対２３が触媒の上限温度（例えば、８００℃）以上になるまで待機する（ステップＳ１０２がＮＯのループ）。
燃焼触媒７の表面の熱電対２３が上限温度（８００℃）以上であることを検出したならば（ステップＳ１０２がＹＥＳ）、三方弁Ｖ４を徐々にバーナ４側に切り換える（ステップＳ１０３）。
ここで、三方弁Ｖ４を急激に切り換えず、徐々にバーナ４側に切り換えるのは、燃焼触媒７の失火と、バーナ４の失火とが同時に起こってしまう事態を防止する趣旨である。
【００４２】
ステップＳ１０４では、バーナ４側の着火を確認したか否かを判断する。
バーナ４側で着火したことが確認された場合には（ステップＳ１０４がＹＥＳ）、オフガスの供給切換弁Ｖ４を瞬時にバーナ４側に切り換え（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、三方弁Ｖ４はバーナ４側に切り換わっており、オフガスは全てバーナ４側へ供給されるので、図３の制御を実行する。
【００４３】
ステップＳ１０４で、バーナ４側の着火を確認できない場合には（ステップＳ１０４がＮＯ）、燃焼触媒７の上限温度に達するメタン濃度であっても、バーナ４で良好な燃焼が出来ない程度のメタン濃度であると判断される。係る場合には、ステップＳ１０６において、流量制御弁Ｖａの開度を増し、及び／又は、ブロワ８の出力を増大し、燃焼触媒７への空気供給量を増大して、多量の空気を燃焼触媒７内部に供給し、燃焼触媒７の表面温度を低下させる。それと共に、オフガスによるバーナ４着火の可能性を考慮して、少量のオフガスをバーナ４側に供給する。
そして、ステップＳ１０３まで戻り、ステップＳ１０３以降を繰り返す。
【００４４】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない。
例えば、図示の実施形態では、バイオガスからメタンを精製或いは分離する装置として、ＰＳＡ法によるメタン分離装置を用いているが、膜分離法によるメタン分離装置を用いても良い。
また、メタン濃度及び／又はフレームロッド電流値を判断パラメータとしている判断工程においては、メタン濃度のみを判断パラメータとしても良いし、フレームロッド電流値のみを判断パラメータとしても良いし、メタン濃度とフレームロッド電流値とを共に判断パラメータとすることが出来る旨を付言する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図。
【図２】実施形態の起動手順を示すフローチャート。
【図３】実施形態の定常時の制御を示すフローチャート。
【図４】実施形態の定常時における図３とは別の制御を示すフローチャート。
【図５】ＰＳＡ分離装置の概要を示す説明図。
【符号の説明】
【００４６】
１・・・メタン分離装置／ＰＳＡ
２・・・メタン貯蔵タンク
４・・・バーナ
５・・・熱交換器
６・・・電気ヒータ
７・・・燃焼触媒
８・・・ブロワ
１０・・・制御手段／コントロールユニット
２１〜２４・・・熱電対
４１・・・フレームロッド
Ｌ１・・・バイオガス供給ライン
Ｌ３・・・メタン含有オフガスライン
Ｌｘ・・・排ガスライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオガスからメタン（ＣＨ４）を分離する技術に関する。より詳細には、バイオガスからメタンを分離する装置から排出されるオフガスにメタンが含有される場合に、係るオフガス中のメタンが大気放散してしまうことを防止するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオマスから生成したバイオガスは、メタン以外の成分を含有している。バイオガスの有効利用を図るためには、バイオガスからメタンを分離し、或いは、バイオガス中のメタン濃度を高める必要がある。
嫌気性発酵プロセスから発生するメタンリッチなバイオガスからメタンを分離して、高純度メタンを精製するための技術として、例えば、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式による分離技術や、膜分離法に係る分離技術が存在する。
【０００３】
図５は、ＰＳＡ方式の概要を示しており、塔内に充填された吸着材により不要な成分（例えば、バイオガス中のメタン以外の成分）を吸着して除去し、以って、所定の成分（例えばメタン）を分離するための装置である。
【０００４】
図５において、吸着材が充填された塔Ｐが複数（図５では３個）設けられており、塔Ｐの各々には、バイオガス供給ラインＬｂ、流路切換装置Ｖｃ、バイオガス供給分岐ラインＬｂ１〜Ｌｂ３を介して、バイオガスが供給される。
吸着材が充填された塔Ｐ（ＰＳＡ）にバイオガスを供給し、バイオガス中のメタン以外の成分を吸着材により吸着して除去すれば、残余のガスにおけるメタン濃度を高くすることが出来る。仮に、バイオガスがメタンと二酸化炭素（ＣＯ２）のみを含有するのであれば、ＣＯ２を吸着する触媒が充填された塔Ｐ内にバイオガスを供給すれば、塔Ｐから出てきたガス（メタンタンクに供給されるガス）はメタンのみを含有することになり、或いは、メタン濃度が高くなる。
すなわち、ＰＳＡをメタン分離装置として用いれば、メタン以外の成分（例えば、ＣＯ２）を吸着して除去することにより、相対的にメタン濃度（或いは純度）を高くすることが出来る。
【０００５】
ここで、吸着材を充填した塔Ｐが１つのみ設けられているならば、吸着と脱着とを繰り返し、吸着の場合にのみバイオガスを供給する必要がある。そのため、メタンの分離（メタン濃度の高度化）を、いわゆる「バッチ式」で処理しなければならない。
連続してメタンの分離或いは精製を行なうためには、複数の塔Ｐを設け、再生された吸着材が充填されている塔にバイオガスの供給を行い、吸着材の吸着能力が低減した塔Ｐについては、バイオガスの供給を中止して、吸着材の脱着（再生）を行なう。すなわち、ある塔Ｐでは吸着材によりメタン以外の成分（例えばＣＯ２を）吸着し、他の塔Ｐではメタン以外の成分（例えばＣＯ２）を脱着して、吸着材を再生する。以って、バイオガスからメタン以外の成分を、連続的に、吸着処理するのである。
【０００６】
脱着工程においては、脱着（再生）をするべき吸着材が充填された塔Ｐを減圧し、吸着材に吸着された成分（上記の例ではＣＯ２）を吸着材から分離して、塔Ｐ外へ排出する。
脱着工程において、減圧により塔Ｐ外へ排出（吸引）されたガスが、オフガスを構成する。
【０００７】
吸着材を充填した塔は、一般的に、塔Ｐ内の吸着材がメタン以外の成分（例えばＣＯ２）を吸着する限界に達する以前の段階で、脱着工程（再生工程）に切り換えられる。
吸着工程の際に、メタンの純度を高くするためには、バイオガスにおけるメタン以外の成分（例えばＣＯ２）がメタンに混入しない様に、注意しなければならない。そして、吸着材がメタン以外の成分を吸着しなくなり、メタン以外の成分がメタンと共にメタン貯蔵タンク側に出力されないようにするためには、吸着材の吸着能力に余裕がある段階で、吸着材による吸着工程から当該吸着材を再生する脱着工程に切り換える必要がある。すなわち、未だに吸着可能な吸着材が充填された塔について、脱着工程が行なわれる。
【０００８】
上述したように、脱着工程では、塔内を減圧して排出するので、脱着工程に切り換えられた際に、当該塔内に残存しているバイオガスも、減圧により塔外に排出されて、オフガスとして処理される。
すなわち、メタンを包含するバイオガス（通常、バイオガスのメタン濃度は６０％程度）がオフガスとして、塔外へ排出されるため、オフガスにはメタンが包含されてしまう。
【０００９】
図５のＰＳＡに関してのみ説明したが、その他のメタン分離装置でも、同様な問題が存在する。
例えば、膜分離法は、高分子膜、ゼオライト等の無機膜の制御された微細孔により、複数種類のガスの混合ガスから特定のガスを分離する方法であり、対象ガスの分子の大きさや、形状の違いを利用して、分離するべきガスを混合ガスから分離している。
しかし、係る膜分離法によるメタンの分離装置においても、オフガスにメタンガスが混入してしまう可能性があることは良く知られている。
【００１０】
メタンを含有するオフガスについて、以前は大気放散するケースも存在した。
現状では、メタン濃度がある程度高い場合には、大気放散することはできない。メタンは、同じモル数では、ＣＯ２の２０〜３０倍の温暖化係数を持ち、メタンを大気放散することは、ＣＯ２の大気放散よりも２０倍〜３０倍のオーダーで地球環境に悪影響を与えてしまうからである。
【００１１】
これに対して、メタンを包含するオフガスを燃焼して、地球環境にダメージが少なくする従来技術が存在する。係る従来技術では、余剰燃焼塔でメタンを包含するオフガスを燃焼している。
しかし、バイオガスにおけるメタン濃度は不安定であるため、上記オフガスにおけるメタン濃度も不安定である。そのため、補助燃料（例えば、都市ガス）を追加せずに、安定した燃焼をし続けることは困難である。そして、余剰燃焼塔で安定した燃焼をしないと失火の恐れがあり、余剰燃焼塔で失火すると、メタンを含有するオフガスが未燃物としてそのまま大気中に排出されてしまうので、メタンを大気放散するのと同様に、環境に対して甚大なる悪影響を及ぼしてしまう。
そのため、係る従来技術では、補助燃料（都市ガス等）を供給しつつ、メタンを含有するオフガスを燃焼しなければならず、補助燃料を供給するコストが必要となる。
【００１２】
その他の従来技術として、例えば、メタン濃度やメタン貯蔵量の増加を図るために、脱硫装置と、メタン濃縮装置と、メタン吸蔵剤を充填したガスホルダとを備えた消化ガス貯蔵設備が提案されている（特許文献１参照）。
また、バイオガスの供給量や成分に応じて補助燃料ガスと空気を混合し、燃料ガスとして利用する技術も提案されている（特許文献２参照）。
しかし、これ等の従来技術（特許文献１、特許文献２）は、何れもバイオガスからメタンを分離する装置からのオフガスに含有されるメタンの処理については開示していない。
【特許文献１】特開２００１−９４９号公報
【特許文献２】特開２００２−２２６８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、バイオガスからメタンを分離する際に排出されるオフガスにメタンが含有されている場合に、係るオフガス中のメタンが大気放散してしまうことを確実に防止することが出来て、しかも、係るオフガス中のメタンを燃焼処理する際に補助燃料を必要としないオフガス燃焼装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、バイオガスからメタンを分離するメタン分離装置（１：例えば、ＰＳＡ法によるメタン分離装置や、膜分離法によるメタン分離装置）のオフガスを燃焼するオフガス燃焼装置において、メタン分離装置（１）のオフガスが流れるオフガスライン（Ｌ３）と、オフガスを燃焼するバーナ（４）と、メタン分離装置（１）をバイパスしてバーナ（４）にバイオガスを供給するバイパスライン（Ｌ１ｂ）と、バイパスライン（Ｌ１ｂ）を流れるバイオガスの供給量を制御するバイオガス供給量制御装置（開閉弁Ｖ１）と、バーナ（４）の燃焼状態を検出する検出装置（例えば、オフガス中のメタン濃度を計測するメタン計、或いは、バーナ４の火炎における導電性を計測するフレームロッド４１）と、制御装置（１０）とを備え、バーナ（４）に連通する前記オフガスライン（Ｌ３）から燃焼触媒（７）に連通する第２のオフガスライン（Ｌ３２）が分岐しており、オフガスライン（Ｌ３）の分岐点には切換装置（切換弁Ｖ４）が設けられ、第２のオフガスライン（Ｌ３２）には、バーナ（４）の燃焼排ガス或いは燃焼触媒の排ガスが保有する熱量を燃焼触媒に供給されるオフガスへ投入する熱交換器（５）と、熱交換器（５）と燃焼触媒（７）との間の領域で燃焼触媒に供給されるオフガスを加熱する加熱装置（例えば、電気ヒータ６）と、燃焼触媒（７）に供給されるオフガスの温度を計測するオフガス温度計測装置（熱電対２１、熱電対２２）と、燃焼触媒（７）の表面温度を計測する触媒温度計測装置（熱電対２３）とが介装されており、燃焼触媒（７）の排ガスが流れる排ガスライン（Ｌｘ）はバーナ（４）の燃焼排ガスが流れる燃焼排ガスライン（Ｌｘ２）と合流（Ｂｘ）すると共に前記熱交換器（５）に連通しており、燃焼触媒（７）に燃焼用空気を供給する空気供給装置（例えばブロワ８）が設けられ、空気供給装置（８）の吐出口と連通する空気供給ライン（Ｌａ）は第２のオフガスライン（Ｌ３２）の熱交換器（５）よりも上流側（メタン分離装置１側）の領域に合流している。
【００１５】
ここで、メタン分離装置（１：例えばＰＳＡ）のオフガスに含有されるメタンを燃焼する燃焼装置である点で、バーナ（４）と燃焼触媒（７）は均等物である。
そして、燃焼触媒（７）としては、例えば、アルミナに担持されたパラジウム等を用いることが出来る。
【００１６】
この場合、制御装置（１０）は、起動時或いはバーナ（４）の燃焼状態が安定している場合には切換装置（切換弁Ｖ４）をバーナ（４）側に切り換え、起動時以外で且つバーナ（４）の燃焼状態が不安定な場合には切換装置（切換弁Ｖ４）を燃焼触媒（７）側に切り換える機能を有しているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
上述する構成を具備する本発明によれば、バーナ（４）と並列に燃焼触媒（７）を配置したので、燃焼触媒（７）はバーナ（４）における安定した燃焼が可能なメタン濃度の範囲よりも、さらにメタン濃度が低い範囲において、安定した燃焼が可能である。
そのため、オフガスに含有されるメタン濃度がバーナ（４）で燃焼するには低い様な場合には、オフガスライン（Ｌ３）を切り換えて、燃焼触媒（７）側に供給して、オフガスに含有されたメタンの燃焼を燃焼触媒側で実行することが出来る。
その結果、メタン分離装置（１）をバイパスするバイパスライン（Ｌ１ｂ）経由でバイオガスを供給しなくても、オフガスに含有されたメタンを確実に燃焼することが出来る範囲（オフガス中のメタン濃度の範囲）が、特にメタン濃度が低下する側に拡大する。
すなわち、本発明によれば、補助燃料を使用することなく、しかも、失火することなく、オフガスに含有されるメタンが確実に燃焼される。その結果、メタンの大気放散が完全に防止され、地球環境に悪影響を与えてしまうことはなくなる。
【００１８】
ここで、燃焼触媒（７）は高温（例えば４００℃以上）の環境下でなければ燃焼反応を行なわないが、バーナ（４）でオフガスのメタンを燃焼している際に、その排ガスを用いて燃焼触媒（７）を加熱するように構成することにより、起動時以外であれば、燃焼触媒（７）を高温に維持することが出来るのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１〜図４を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図１において、全体を符号１０４で示すオフガス燃焼装置は、ＰＳＡ方式によるメタン分離装置（ＰＳＡ）１とメタン貯蔵タンク２とバーナ４と熱交換器５と制御手段であるコントロールユニット１０とを備えている。
ＰＳＡ１は、メタンガス供給ラインＬ１を介して、図示しないメタンガス供給源と連通しており、供給ラインＬ２を介してメタン貯蔵タンク２に接続されている。
メタンガス供給ラインＬ１は、分岐点ＢでバイパスラインＬ１ｂが分岐し、そのバイパスラインＬ１ｂは開閉弁Ｖ１を介してバーナ４と接続されている。
【００２０】
図１において、メタン分離装置であるＰＳＡ１に接続されたメタン含有オフガスラインＬ３には三方弁Ｖ４が介装されており、三方弁Ｖ４において第１のラインＬ３１と第２のラインＬ３２に分岐している。
第１のラインＬ３１はバーナ４に接続している。
【００２１】
第２のラインＬ３２には熱交換器５と第１の熱電対（温度センサ）２１と電気ヒータ６と第２の熱電対２２とを介装して燃料触媒７に接続され、その燃焼触媒７には、その表面温度を計測する第３の熱電対２３が取り付けられ、燃焼触媒７の燃焼排ガスラインＬｘには第４の熱電対２４が介装されている。
したがってバーナ４と燃焼触媒７とは並列に配置されている。
【００２２】
燃焼触媒からの燃焼排ガスが流れる燃焼排ガスラインＬｘは、分岐点Ｂｘで第１の排ガスラインＬｘ１と第２の排ガスラインＬｘ２とに分岐している。
第１の排ガスラインＬｘ１は熱交換器５を経由して大気に開放されている。
【００２３】
第２のラインＬ３２において、三方弁（Ｖ４）と熱交換器５との間には合流点Ｇが形成され、この合流点Ｇには、空気供給ラインＬａが合流している。
空気供給ラインＬａには流量制御弁Ｖａが介装されており、且つ、その端部には空気供給用の機器であるブロワ８が接続されている。
【００２４】
第１の熱電対２１〜第４の熱電対２４は、何れも入力信号ラインＳｉを介して、コントロールユニット１０と接続されている。
ＰＳＡ１、電気ヒータ６、流量制御弁、Ｖａ、開閉弁Ｖ１、三方弁Ｖ４は、何れも制御信号ラインＳｏを介して、コントロールユニット１０と接続されている。
【００２５】
燃焼触媒７は、例えば、アルミナに担持されたパラジウムが使用される。
燃焼触媒７で燃焼するためには、所定温度以上に加熱することが必要である。ただし、触媒の種類によって、必要な温度範囲は異なる。図示の実施形態で用いられる触媒は、オフガスに含有されているメタンを燃焼するために、例えば、４００℃〜８００℃の範囲内に加熱される必要がある。換言すれば、燃焼温度の下限目標値が４００℃であり、上限目標値が８００℃である。
上述したように、燃焼触媒７は、バーナ４が安定燃焼する程度にメタン濃度が高いオフガスの燃焼よりも、バーナ４では失火してしまう程度までメタン濃度が低いオフガスの燃焼に適している。
【００２６】
燃焼触媒７でオフガスが燃焼するためには、燃焼用の空気が必要である。そのため、図１において、前述の空気供給ラインＬａ及びブロワ８が装備されている。
さらに、燃焼触媒７の焼結（シンタリング）を防止するため、燃焼触媒７の温度が上限値８００℃を超えない様にすることも必要である。すなわち、燃焼触媒７における温度の上限値の制御も必要である。
ここで、図示の実施形態で用いられる燃焼触媒７において、４００℃は燃焼温度の下限値に対して多少の余裕を有しており、８００℃は燃焼温度の上限値に対して多少の余裕を持った数値として選定されている。
もちろん、触媒の種類によって、燃焼温度の上限値、下限値が異なるため、上述した温度８００℃、４００℃という上限目標値と下限目標値の具体例も異なる。
【００２７】
燃焼触媒７に流入するガスの温度を、例えば４００℃以上に昇温するために、排ガスラインＬｘ（分岐ラインＬｘ１）を流れる燃焼触媒７の燃焼排ガスが保有する熱量を、熱交換器５において、燃焼触媒７に流入するオフガスに投入している。
ここで、燃焼触媒７の燃焼状態によっては、熱交換器５で燃焼排ガスが保有する熱量を投入するのみでは、燃焼触媒７に流入するオフガスを必要な温度（４００℃）まで昇温するのに不足である場合も存在する。その様な場合に対処するべく、図１では、第２のラインＬ３２の熱交換器５よりも下流側（燃焼触媒７側）の領域には、加熱手段である電気ヒータ６が介装されており、燃焼触媒７に流入するオフガスを目標とする温度（例えば４００℃）まで昇温することを可能にしている。
【００２８】
ラインＬ３１が接続しているバーナ４の燃焼排ガスは、第３の排ガスラインＬｘｏを流れ、分岐点Ｇｘを介して、第２の排ガスラインＬｘ２を流れる。そして、第２の排ガスラインＬｘ２は、合流点Ｂｘにおいて、燃焼触媒７で発生する燃焼排ガスが流れる燃焼排ガスラインＬｘと合流して、第１の排ガスラインＬｘ１を流れ、熱交換器５を経由して、大気に開放されている。
バーナ４に装備されたフレームロッド４１は、コントロールユニット１０と入力信号ラインＳｉで接続されている。
【００２９】
バーナ４の上流側には、図示しないメタン計が設けられている。このメタン計の出力により、後述するように、オフガス供給側の切換弁である三方弁Ｖ４が、バーナ４側（Ｌ３１側）或いは燃焼触媒７側（Ｌ３２側）に切り換わる。
【００３０】
図１において、バーナ４と燃焼触媒７とで同時に燃焼する場合は、バーナ４の燃焼排ガス（ＰＳＡ１をバイパスして、バーナに供給されたバイオガスをバーナで燃焼する場合の燃焼排ガスも含む）は、燃焼排ガスラインＬｘｏ、分岐点Ｇｘ、排ガスラインＬｘ２、合流点Ｂｘ、排ガスラインＬｘ１を流れ、熱交換器５を経由して、系外（大気）に排出される。
一方、燃焼触媒７の燃焼排ガスは、燃焼排ガスラインＬｘを流れ、合流点Ｂｘでバーナ４の燃焼排ガスと合流する。
熱交換器５では、バーナ４の燃焼排ガスと燃焼触媒７の燃焼排ガスとが合流した排ガスの保有する熱量が、分岐ラインＬ３２を流れるメタン含有オフガスに熱を投与される。そのため、燃焼触媒７に流入するオフガスは、所定の温度（例えば４００℃）まで昇温する。熱交換器５での廃熱投入量が不足しており、燃焼触媒７に流入するオフガスは、所定の温度（例えば４００℃）まで昇温しない場合には、電気ヒータ６を作動して加熱すれば良い。
【００３１】
ここで、バーナ４の燃焼排ガスが燃焼触媒７に流入することはなく、そのため、燃焼触媒７の上流側にフィルタを設ける必要が無い。
なお、オフガス中に異物が存在したとしても、バーナ４で燃焼してしまうので、バーナ４の上流側で異物を除去する必要は無い。そのため、基本的に、バーナ上流ではフィルタは不要である。
【００３２】
バーナ４のみで燃焼運転を行い、燃焼触媒７ではオフガスを燃焼しない場合においては、ブロワ８から燃焼触媒７側へ空気を供給している。
上述したように、バーナ４の燃焼排ガスは、燃焼排ガスラインＬｘｏ、分岐点Ｇｘ、排ガスラインＬｘ２、合流点Ｂｘ、排ガスラインＬｘ１を流れ、熱交換器５を経由するので、ブロワ８から送り出されて第２のラインＬ３２を流れる空気は、熱交換器５において、バーナ４の燃焼排ガスが保有する熱量が投入されて加熱される。廃熱投入量が不足する場合には、電気ヒータ６を作動して、ブロワ８から送り出されて第２のラインＬ３２を流れる空気を加熱する。
【００３３】
三方弁Ｖ４がバーナ４側に切り換えられ、オフガスが燃焼触媒７に供給されず、燃焼触媒７では燃焼しない場合でも、ブロワ８から送り出されて燃焼触媒７に流入する空気が所定の温度（４００℃）まで昇温すれば、当該昇温された空気が流入することにより、燃焼触媒７は燃焼可能な温度まで昇温されて、予熱されている。そのため、三方弁Ｖ４が切り換えられて、オフガスが急に燃焼触媒７に供給されても、加熱されている燃焼触媒７により、オフガス中のメタンは直ちに燃焼する。
なお、バーナ４の燃焼排ガスは全量がラインＬｘ２を流れるが、非常事態においては、非常用の排ガスライン（タッチダウン用ライン）Ｌｃから系外に排出され、燃焼触媒７側には供給されない。
【００３４】
図１で示すオフガス燃焼装置１０４の起動時の制御について、図２を参照して説明する。
図２で示す起動時の制御は、燃焼触媒７を加熱するため、燃焼触媒７を下限値温度（例えば４００℃）以上に昇温するまでバイオガスによりバーナ４を燃焼させるようになっている。
【００３５】
図２において、ステップＳ８１では、バイオガスによりバーナを燃焼させる。そしてステップＳ８２において、ブロワ８を起動し、燃焼触媒７側に空気を供給する。図１を参照して説明したように、バーナ４の燃焼排ガスが保有する熱量が、熱交換器５において、ブロワ８により供給された空気に投入され、空気温度を上昇させる。その空気が燃焼触媒７に供給されることにより、燃焼触媒表面温度も上昇する。
図２では明示されていないが、ステップＳ８２では、必要な場合には電気ヒータ６を作動して、ブロワ８により供給された空気を加熱する。
【００３６】
バイオガスによるバーナ４の燃焼は、熱電対２２により、燃焼触媒７の入口温度（燃焼触媒７に流入するオフガス或いは空気の温度）が４００℃以上になったことが計測されるまで、続行される（ステップＳ８３がＮＯのループ）。
燃焼触媒入口温度（燃焼触媒７に流入するオフガス或いは空気の温度）が４００℃以上になったなら（ステップＳ８３がＹＥＳ）、１塔目のＰＳＡ１を起動する（ステップＳ８４）。
次に、ステップＳ８５で、ＰＳＡ１の脱着工程を開始する。そして、オフガスをバーナ４へ供給すると共に、バイパスラインＬ１ｂの開閉弁Ｖ１を閉じて、バイオガスのバーナ４への供給を停止する。
そしてステップＳ８６に進み、定常運転時の制御（定常時の制御：図３、図４）に移行する。
【００３７】
図１で示すオフガス燃焼装置１０４の定常時の制御においては、電気ヒータ６の制御と、ブロワ８の制御が実行される。
これに加えて、図３、図４で示す様な制御、すなわちオフガス供給切換弁である三方弁Ｖ４の切換制御が実行される。
図３で示す制御は、三方弁Ｖ４をバーナ４側から燃焼触媒７側に切り換える制御を示しており、図４で示す制御は、燃焼触媒７側からバーナ４側に切り換える制御を示している。なお、図３で示す制御と図４で示す制御は、同一のオフガス燃焼装置１０４において、異なる条件下でそれぞれ実行される。
【００３８】
先ず、図３で示す三方弁Ｖ４の切換制御について説明する。
図４において、ステップＳ９１の段階では、ＰＳＡ１のオフガス全量がバーナ４側に供給される様に、三方弁Ｖ４は切り換えられている。
ステップＳ９１において、図示しないメタン計によってオフガスのメタン濃度を計測し、及び／又は、フレームロッド４１でフレームロッド電流値を計測する。そしてステップＳ９２では、ステップＳ９１の計測値（オフガスのメタン濃度及び／又はフレームロッド電流値）が、バーナ４における燃焼範囲以内であるか否かを判断する。
【００３９】
ステップＳ９１の計測値（オフガスのメタン濃度及び／又はフレームロッド電流値）がバーナ４の安定した燃焼範囲以内であれば（ステップＳ９２がＹＥＳ）、メタン含有オフガスラインＬ３を流れるオフガスの全量をバーナ４側に供給する様に三方弁Ｖ４を切り換えて（ステップＳ９３）、ステップＳ９７に進む。
一方、ステップＳ９１の計測値（オフガスのメタン濃度及び／又はフレームロッド電流値）がバーナ４の安定した燃焼範囲を下回っている場合には（ステップＳ９２がＮＯ）、オフガス供給切換弁である三方弁Ｖ４を、徐々に燃焼触媒７側に切り換える。徐々に燃焼触媒７側に切り換えるのは、三方弁Ｖ４を急激に燃焼触媒７側に切り換えると、オフガスの条件によっては、燃焼触媒７で燃焼しない事態が生じ得るからである。換言すれば、バーナ４における失火及び燃焼触媒７における失火が、同時に起こってしまう事態を防止する趣旨である。
ここで、「徐々に」なる文言は、瞬時に切り換えるのではないことを示す文言である。「徐々に」がどの程度の切換速度を意味するのかについては、バイオガスの組成、バーナや燃焼触媒の使用、その他の条件により、ケース・バイ・ケースである。
【００４０】
ステップＳ９５では、コントロールユニット１０はバーナ４が失火したか否かを判断する。バーナ４が失火したなら（ステップＳ９５がＹＥＳ）、切換弁Ｖ４を瞬時に燃焼触媒７側に切り換え（ステップＳ９６）、ステップＳ９７に進む。
燃焼触媒７が失火してないなら（ステップＳ９５がＮＯ）、ステップＳ９４で述べた様に三方弁Ｖ４を徐々に燃焼触媒７側に切り換えつつ、ステップＳ９７に進む。
ステップＳ９７で、図３で示す制御を続行するのであれば（ステップＳ９７がＮＯ）、ステップＳ９１まで戻り、ステップＳ９１以降を繰り返す。
【００４１】
次に、図４の制御を説明する。
図４において、ステップＳ１０１では、三方弁Ｖ４が燃焼触媒７側に切り換わるまで待機している（ステップＳ１０１がＮＯのループ）。
三方弁Ｖ４が燃焼触媒７側に切り換わったならば（ステップＳ１０１がＹＥＳ）、燃焼触媒表面の熱電対２３が触媒の上限温度（例えば、８００℃）以上になるまで待機する（ステップＳ１０２がＮＯのループ）。
燃焼触媒７の表面の熱電対２３が上限温度（８００℃）以上であることを検出したならば（ステップＳ１０２がＹＥＳ）、三方弁Ｖ４を徐々にバーナ４側に切り換える（ステップＳ１０３）。
ここで、三方弁Ｖ４を急激に切り換えず、徐々にバーナ４側に切り換えるのは、燃焼触媒７の失火と、バーナ４の失火とが同時に起こってしまう事態を防止する趣旨である。
【００４２】
ステップＳ１０４では、バーナ４側の着火を確認したか否かを判断する。
バーナ４側で着火したことが確認された場合には（ステップＳ１０４がＹＥＳ）、オフガスの供給切換弁Ｖ４を瞬時にバーナ４側に切り換え（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、三方弁Ｖ４はバーナ４側に切り換わっており、オフガスは全てバーナ４側へ供給されるので、図３の制御を実行する。
【００４３】
ステップＳ１０４で、バーナ４側の着火を確認できない場合には（ステップＳ１０４がＮＯ）、燃焼触媒７の上限温度に達するメタン濃度であっても、バーナ４で良好な燃焼が出来ない程度のメタン濃度であると判断される。係る場合には、ステップＳ１０６において、流量制御弁Ｖａの開度を増し、及び／又は、ブロワ８の出力を増大し、燃焼触媒７への空気供給量を増大して、多量の空気を燃焼触媒７内部に供給し、燃焼触媒７の表面温度を低下させる。それと共に、オフガスによるバーナ４着火の可能性を考慮して、少量のオフガスをバーナ４側に供給する。
そして、ステップＳ１０３まで戻り、ステップＳ１０３以降を繰り返す。
【００４４】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない。
例えば、図示の実施形態では、バイオガスからメタンを精製或いは分離する装置として、ＰＳＡ法によるメタン分離装置を用いているが、膜分離法によるメタン分離装置を用いても良い。
また、メタン濃度及び／又はフレームロッド電流値を判断パラメータとしている判断工程においては、メタン濃度のみを判断パラメータとしても良いし、フレームロッド電流値のみを判断パラメータとしても良いし、メタン濃度とフレームロッド電流値とを共に判断パラメータとすることが出来る旨を付言する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図。
【図２】実施形態の起動手順を示すフローチャート。
【図３】実施形態の定常時の制御を示すフローチャート。
【図４】実施形態の定常時における図３とは別の制御を示すフローチャート。
【図５】ＰＳＡ分離装置の概要を示す説明図。
【符号の説明】
【００４６】
１・・・メタン分離装置／ＰＳＡ
２・・・メタン貯蔵タンク
４・・・バーナ
５・・・熱交換器
６・・・電気ヒータ
７・・・燃焼触媒
８・・・ブロワ
１０・・・制御手段／コントロールユニット
２１〜２４・・・熱電対
４１・・・フレームロッド
Ｌ１・・・バイオガス供給ライン
Ｌ３・・・メタン含有オフガスライン
Ｌｘ・・・排ガスライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオガスからメタンを分離するメタン分離装置（１）のオフガスを燃焼するオフガス燃焼装置において、メタン分離装置（１）のオフガスが流れるオフガスライン（Ｌ３）と、オフガスを燃焼するバーナ（４）と、メタン分離装置（１）をバイパスしてバーナ（４）にバイオガスを供給するバイパスライン（Ｌ１ｂ）と、バイパスライン（Ｌ１ｂ）を流れるバイオガスの供給量を制御するバイオガス供給量制御装置（Ｖ１）と、バーナ（４）の燃焼状態を検出する検出装置（４１）と、制御装置（１０）とを備え、バーナ（４）に連通する前記オフガスライン（Ｌ３）から燃焼触媒（７）に連通する第２のオフガスライン（Ｌ３２）が分岐しており、オフガスライン（Ｌ３）の分岐点には切換装置（Ｖ４）が設けられ、第２のオフガスライン（Ｌ３２）には、バーナ（４）の燃焼排ガス或いは燃焼触媒の排ガスが保有する熱量を燃焼触媒に供給されるオフガスへ投入する熱交換器（５）と、熱交換器（５）と燃焼触媒（７）との間の領域で燃焼触媒に供給されるオフガスを加熱する加熱装置（６）と、燃焼触媒（７）に供給されるオフガスの温度を計測するオフガス温度計測装置（２１、２２）と、燃焼触媒（７）の表面温度を計測する触媒温度計測装置（２３）とが介装されており、燃焼触媒（７）の排ガスが流れる排ガスライン（Ｌｘ）はバーナ（４）の燃焼排ガスが流れる燃焼排ガスライン（Ｌｘ２）と合流（Ｂｘ）すると共に前記熱交換器（５）に連通しており、燃焼触媒（７）に燃焼用空気を供給する空気供給装置（８）が設けられ、空気供給装置（８）の吐出口と連通する空気供給ライン（Ｌａ）は第２のオフガスライン（Ｌ３２）の熱交換器（５）よりも上流側の領域に合流していることを特徴とするオフガス燃焼装置。
【請求項２】
制御装置（１０）は、起動時或いはバーナ（４）の燃焼状態が安定している場合には切換装置（Ｖ４）をバーナ（４）側に切り換え、起動時以外で且つバーナ（４）の燃焼状態が不安定な場合には切換装置（Ｖ４）を燃焼触媒（７）側に切り換える機能を有している請求項１のオフガス燃焼装置。
【請求項１】
バイオガスからメタンを分離するメタン分離装置（１）のオフガスを燃焼するオフガス燃焼装置において、メタン分離装置（１）のオフガスが流れるオフガスライン（Ｌ３）と、オフガスを燃焼するバーナ（４）と、メタン分離装置（１）をバイパスしてバーナ（４）にバイオガスを供給するバイパスライン（Ｌ１ｂ）と、バイパスライン（Ｌ１ｂ）を流れるバイオガスの供給量を制御するバイオガス供給量制御装置（Ｖ１）と、バーナ（４）の燃焼状態を検出する検出装置（４１）と、制御装置（１０）とを備え、バーナ（４）に連通する前記オフガスライン（Ｌ３）から燃焼触媒（７）に連通する第２のオフガスライン（Ｌ３２）が分岐しており、オフガスライン（Ｌ３）の分岐点には切換装置（Ｖ４）が設けられ、第２のオフガスライン（Ｌ３２）には、バーナ（４）の燃焼排ガス或いは燃焼触媒の排ガスが保有する熱量を燃焼触媒に供給されるオフガスへ投入する熱交換器（５）と、熱交換器（５）と燃焼触媒（７）との間の領域で燃焼触媒に供給されるオフガスを加熱する加熱装置（６）と、燃焼触媒（７）に供給されるオフガスの温度を計測するオフガス温度計測装置（２１、２２）と、燃焼触媒（７）の表面温度を計測する触媒温度計測装置（２３）とが介装されており、燃焼触媒（７）の排ガスが流れる排ガスライン（Ｌｘ）はバーナ（４）の燃焼排ガスが流れる燃焼排ガスライン（Ｌｘ２）と合流（Ｂｘ）すると共に前記熱交換器（５）に連通しており、燃焼触媒（７）に燃焼用空気を供給する空気供給装置（８）が設けられ、空気供給装置（８）の吐出口と連通する空気供給ライン（Ｌａ）は第２のオフガスライン（Ｌ３２）の熱交換器（５）よりも上流側の領域に合流していることを特徴とするオフガス燃焼装置。
【請求項２】
制御装置（１０）は、起動時或いはバーナ（４）の燃焼状態が安定している場合には切換装置（Ｖ４）をバーナ（４）側に切り換え、起動時以外で且つバーナ（４）の燃焼状態が不安定な場合には切換装置（Ｖ４）を燃焼触媒（７）側に切り換える機能を有している請求項１のオフガス燃焼装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１１４３６（Ｐ２０１３−１１４３６Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１７５７７７（Ｐ２０１２−１７５７７７）
【出願日】平成２４年８月８日（２０１２．８．８）
【分割の表示】特願２００８−１８７０６１（Ｐ２００８−１８７０６１）の分割
【原出願日】平成２０年７月１８日（２００８．７．１８）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月８日（２０１２．８．８）
【分割の表示】特願２００８−１８７０６１（Ｐ２００８−１８７０６１）の分割
【原出願日】平成２０年７月１８日（２００８．７．１８）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【Ｆターム（参考）】
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