生物学的水素製造方法及びその装置
【目的】 本発明の目的は嫌気性細菌による分解反応を促進して水素生成効率を向上させることができる生物学的水素製造方法およびその装置を提供することにある。
【構成】 本発明は、廃液などの有機性液体内に、ＣＯ2 を主成分とするガスを溶解させた後、該ＣＯ2 を溶解した有機性液体中の有機物を嫌気性細菌で分解してガスを生成し、該ガス中のＨ2 を分離して取り出すと共に、ＣＯ2 を主成分とする残りのガスを上記有機性液体内に導入してこれに溶解させることを特徴としている。
【構成】 本発明は、廃液などの有機性液体内に、ＣＯ2 を主成分とするガスを溶解させた後、該ＣＯ2 を溶解した有機性液体中の有機物を嫌気性細菌で分解してガスを生成し、該ガス中のＨ2 を分離して取り出すと共に、ＣＯ2 を主成分とする残りのガスを上記有機性液体内に導入してこれに溶解させることを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は嫌気性細菌を用いて廃液などの有機性液体中からＨ2 を製造する生物学的水素製造方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】工業用の原料等として多く用いられている水素（Ｈ2 ）は一般に化学的反応によって得られているが、その他に、光合成細菌、藍藻、嫌気性細菌によっても生成されることが知られており、これらの生物を利用した製造技術も研究段階では検討されている。
【０００３】これらの生物のうち、嫌気性細菌による水素生成は、例えば次式の反応等によって起き得る。
【０００４】Ｃ6 Ｈ12Ｏ6 →２Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ＋２ＣＯ2２Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ＋２Ｈ2 Ｏ→２ＣＨ3 ＣＯＯＨ＋４Ｈ2トータル、Ｃ6 Ｈ12Ｏ6 ＋２Ｈ2 Ｏ→２ＣＨ3 ＣＯＯＨ＋２ＣＯ2 ＋４Ｈ2
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この嫌気性細菌による水素生成においては、生成したＨ2 が系（例えばリアクタ等）から除去されれば、反応は進むが溶存Ｈ2 として系内に残存すると、反応速度が低下ないし停止してしまう欠点があった。
【０００６】そのため、この溶存Ｈ2 をメタン生成細菌や硫酸塩還元細菌によって生物学的に除去することも考えられるが、それでは水素製造という目的に反してしまい、現在まで系から溶存Ｈ2 を回収、除去する有効な方法は提案されていなかった。
【０００７】そこで、本発明は上述した問題点に有効に解決するために案出されたものであり、その目的は嫌気性細菌による分解反応を促進して水素生成効率を向上させることができる生物学的水素製造方法およびその装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために第一の発明は廃液などの有機性液体内に、ＣＯ2 を主成分とするガスを溶解させた後、該ＣＯ2 を溶解した有機性液体中の有機物を嫌気性細菌で分解してガスを生成し、該ガス中のＨ2 を分離して取り出すと共に、ＣＯ2 を主成分とする残りのガスを上記有機性液体内に導入してこれに溶解させるものであり、第二の発明は廃液などの有機性液体を一時的に貯蔵すると共に、該有機性液体内に、ＣＯ2 を主成分とするガスを溶解させるＣＯ2 溶解槽と、該ＣＯ2 溶解槽に接続され、ＣＯ2 溶解槽内の有機性液体を導入し、これを嫌気性細菌で分解してＣＯ2 とＨ2 を主成分とするガスを生成する水素生成リアクタと、該水素生成リアクタ及び上記ＣＯ2 溶解槽に接続され、該水素生成リアクタで生成されたＣＯ2 とＨ2 を主成分とするガスを吸引して、該ガス中のＨ2 を分離すると共に、ＣＯ2 を主成分とする残りのガスを上記有機性液体内に導入するためのガス分離手段とからなるものである。
【０００９】
【作用】本発明は以上のような方法及び装置であるため、ＣＯ2 溶解槽内に導入された廃液などの有機性液体はＣＯ2 を溶解して飽和状態となった後、水素生成リアクタに送られ、含んでいる有機物が嫌気性細菌によって分解され、ＣＯ2 とＨ2 を主成分とするガスを生成することになる。そして、このガスはガス分離手段に吸引され、その中からＨ2 が分離されて取り出され、ＣＯ2 を主成分とする残りのガスは再びＣＯ2 溶解槽内の有機性液体に導入されて、これに溶解することになる。
【００１０】この水素生成リアクタ内においては、発生したガスが強制的に吸引されることにより、その圧力が低下するため、ガスＧ中の水素％が不変としてもトータルのガス圧が下がることになり、水素生成リアクタ内部の水素分圧が下がることになる。また、ＣＯ2 溶解槽内のおいては、ＣＯ2 を主成分とするガスが供給されるため、有機性液体中のＣＯ2 濃度が飽和状態に近くなり、有機性液体が水素生成リアクタ内に送られた時には、水素生成リアクタ内で生成したＣＯ2 は有機性液体中に溶解することができなくなり、殆どがガスとなって出てくることになり、水素生成リアクタ内で発生するガスＧのＣＯ2 ／Ｈ2 の比が高くなり、Ｈ2 ％が下がるので、水素生成リアクタ内における水素分圧が下がることになる。
【００１１】従って、水素生成リアクタ内部の水素分圧が低下し、水素生成反応が進み易くなり、従来の方法に比較して生物的方法による水素の製造効率が大巾に向上することになる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
【００１３】図１は本発明に係る生物学的水素製造装置を示したものである。図中１はＣＯ2 溶解槽、２は水素生成リアクタ、３はガス分離手段である。
【００１４】このＣＯ2 溶解槽１は廃液などの有機性液体Ａを貯溜すると共に、この有機性液体Ａ中にＣＯ2 を溶解させるためのものであり、水素生成リアクタ２と、有機性液体Ａを導入する供給ライン４と、後述するガス分離手段３からのＣＯ2 を導入するＣＯ2 返送ライン５と、ＣＯ2 溶解槽１内の余剰ＣＯ2 を排出して循環する循環ライン６とが接続されている。尚、この循環ライン６には真空ポンプ１２が設けられており、有機性液体Ａに溶解しきれなかったＣＯ2 を吸引してガス分離手段３に循環するようになっている。
【００１５】また、水素生成リアクタ２には、導入管７を介して水頭圧によってＣＯ2 溶解槽１内の有機性液体Ａが導入されるようになっており、嫌気性細菌がＣＯ2 溶解槽１から導入された有機性液体Ａを分解してＨ2 とＣＯ2 を生成するようになっている。また、この水素生成リアクタ２の液相部９の上端部には流出ライン８が接続されており、有機物が分解されて清浄化された液Ｓを排出するようになっており、また、水素生成リアクタ２の気相部１０には生成されたガスＧを後述するガス分離手段３に導く排気ライン１１が接続されている。また、この排気ライン１１にも、循環ライン６と同様に真空ポンプ１２が設けられており、水素生成リアクタ２の気相部１０に生成されたガスＧを強制的に吸引してガス分離手段３に導入するようになっている。
【００１６】ガス分離手段３は、水素生成リアクタ２で生成され、排気ライン１１を通過して送られてきたガスＧと、循環ライン６を通過して送られてきたＣＯ2 を導入すると共に、このガスＧを分離膜１３を介して水素Ｈ2 と二酸化炭素ＣＯ2 に分離するものであり、Ｈ2 は回収ライン１４に送り、残りのＣＯ2 は再びＣＯ2 返送ライン５を介してＣＯ2 溶解槽１に送るようになっている。
【００１７】次に、本実施例の作用を説明する。
【００１８】先ず、廃水などの有機性液体Ａは供給ライン４からＣＯ2 溶解槽１内に導入され、水頭差によって導入管７を介して水素生成リアクタ２内に越流する。この時、ＣＯ2 溶解槽１内にはＣＯ2 返送ライン５よりＣＯ2 が噴き出されているため、ＣＯ2 溶解槽１内に導入された有機性液体ＡにはＣＯ2 が溶解することになる。そして、有機性液体Ａ内に溶解しきれなかったＣＯ2 は循環ライン６から抜き出され、ガス分離手段３に導入されることになる。
【００１９】次に、この有機性液体Ａを導入した水素生成リアクタ２内においては、嫌気性細菌によって有機性液体Ａ中の有機物からＨ2 とＣＯ2 が生成され、Ｈ2 の大部分とＣＯ2 の一部はガス胞となって液体Ａ中を浮上し、ヘッドスペースである気相部１０に集まる。その後、気相部１０に集まったＨ2 とＣＯ2 のガスＧは真空ポンプ１２の吸引力によって排気ライン１１を通過してガス分離手段３に送られ、そのうち、ガスＧ中のＨ2 は分離膜１３を透過して回収されることになる。一方、ガスＧ中のＣＯ2 は循環ライン６から送られてきたＣＯ2 と共に、再びＣＯ2 返送ライン５を介してＣＯ2 溶解槽１内に導入され、新たに導入管７から導入された有機性液体Ａ中に溶解することになる。そして、上述したように、ＣＯ2溶解槽１内において溶解しきれなかったＣＯ2 は再び循環ライン６から抜き出され、ガス分離手段３に導入されることになる。
【００２０】このように、水素生成リアクタ２内においては、気相部１０に集まったＨ2 とＣＯ2 のガスＧは真空ポンプ１２によって吸引力されて圧力が低下するため、ガスＧ中の水素％が不変としてもトータルのガス圧が下がることになり、水素生成リアクタ２内部の水素分圧が下がることになる。また、ＣＯ2 溶解槽１内のおいては、ＣＯ2 を主成分とするガスＧが供給されるため、有機性液体Ａ中のＣＯ2 濃度が飽和状態に近くなり、有機性液体Ａが水素生成リアクタ２内に越流した時には、水素生成リアクタ２内で生成したＣＯ2 は有機性液体Ａ中に溶解することができなくなり、殆どがガスとなって出てくることになり、水素生成リアクタ２内で発生するガスＧのＣＯ2 ／Ｈ2 の比が高くなり、Ｈ2 ％が下がるので、水素生成リアクタ２内における水素分圧が下がることになる。
【００２１】なお、ＣＯ2 ガスは過剰に増えた場合、適宜、返送ライン５または循環ライン６から抜き出すことになる。
【００２２】従って、本発明は以上の効果によって水素生成リアクタ２内部の水素分圧が低下し、水素生成反応が進み易くなり、従来の方法に比較して生物的方法による水素の生成効率が大巾に向上することになる。
【００２３】
【発明の効果】以上、要するに本発明によれば、水素生成リアクタ内部の水素分圧が低下して水素生成反応が進み易くなるため、生物的方法による水素の生成効率が大巾に向上するといった優れた効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ ＣＯ2 溶解槽
２ 水素生成リアクタ
３ ガス分離手段
Ａ 有機性液体
Ｇ ガス
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は嫌気性細菌を用いて廃液などの有機性液体中からＨ2 を製造する生物学的水素製造方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】工業用の原料等として多く用いられている水素（Ｈ2 ）は一般に化学的反応によって得られているが、その他に、光合成細菌、藍藻、嫌気性細菌によっても生成されることが知られており、これらの生物を利用した製造技術も研究段階では検討されている。
【０００３】これらの生物のうち、嫌気性細菌による水素生成は、例えば次式の反応等によって起き得る。
【０００４】Ｃ6 Ｈ12Ｏ6 →２Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ＋２ＣＯ2２Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ＋２Ｈ2 Ｏ→２ＣＨ3 ＣＯＯＨ＋４Ｈ2トータル、Ｃ6 Ｈ12Ｏ6 ＋２Ｈ2 Ｏ→２ＣＨ3 ＣＯＯＨ＋２ＣＯ2 ＋４Ｈ2
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この嫌気性細菌による水素生成においては、生成したＨ2 が系（例えばリアクタ等）から除去されれば、反応は進むが溶存Ｈ2 として系内に残存すると、反応速度が低下ないし停止してしまう欠点があった。
【０００６】そのため、この溶存Ｈ2 をメタン生成細菌や硫酸塩還元細菌によって生物学的に除去することも考えられるが、それでは水素製造という目的に反してしまい、現在まで系から溶存Ｈ2 を回収、除去する有効な方法は提案されていなかった。
【０００７】そこで、本発明は上述した問題点に有効に解決するために案出されたものであり、その目的は嫌気性細菌による分解反応を促進して水素生成効率を向上させることができる生物学的水素製造方法およびその装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために第一の発明は廃液などの有機性液体内に、ＣＯ2 を主成分とするガスを溶解させた後、該ＣＯ2 を溶解した有機性液体中の有機物を嫌気性細菌で分解してガスを生成し、該ガス中のＨ2 を分離して取り出すと共に、ＣＯ2 を主成分とする残りのガスを上記有機性液体内に導入してこれに溶解させるものであり、第二の発明は廃液などの有機性液体を一時的に貯蔵すると共に、該有機性液体内に、ＣＯ2 を主成分とするガスを溶解させるＣＯ2 溶解槽と、該ＣＯ2 溶解槽に接続され、ＣＯ2 溶解槽内の有機性液体を導入し、これを嫌気性細菌で分解してＣＯ2 とＨ2 を主成分とするガスを生成する水素生成リアクタと、該水素生成リアクタ及び上記ＣＯ2 溶解槽に接続され、該水素生成リアクタで生成されたＣＯ2 とＨ2 を主成分とするガスを吸引して、該ガス中のＨ2 を分離すると共に、ＣＯ2 を主成分とする残りのガスを上記有機性液体内に導入するためのガス分離手段とからなるものである。
【０００９】
【作用】本発明は以上のような方法及び装置であるため、ＣＯ2 溶解槽内に導入された廃液などの有機性液体はＣＯ2 を溶解して飽和状態となった後、水素生成リアクタに送られ、含んでいる有機物が嫌気性細菌によって分解され、ＣＯ2 とＨ2 を主成分とするガスを生成することになる。そして、このガスはガス分離手段に吸引され、その中からＨ2 が分離されて取り出され、ＣＯ2 を主成分とする残りのガスは再びＣＯ2 溶解槽内の有機性液体に導入されて、これに溶解することになる。
【００１０】この水素生成リアクタ内においては、発生したガスが強制的に吸引されることにより、その圧力が低下するため、ガスＧ中の水素％が不変としてもトータルのガス圧が下がることになり、水素生成リアクタ内部の水素分圧が下がることになる。また、ＣＯ2 溶解槽内のおいては、ＣＯ2 を主成分とするガスが供給されるため、有機性液体中のＣＯ2 濃度が飽和状態に近くなり、有機性液体が水素生成リアクタ内に送られた時には、水素生成リアクタ内で生成したＣＯ2 は有機性液体中に溶解することができなくなり、殆どがガスとなって出てくることになり、水素生成リアクタ内で発生するガスＧのＣＯ2 ／Ｈ2 の比が高くなり、Ｈ2 ％が下がるので、水素生成リアクタ内における水素分圧が下がることになる。
【００１１】従って、水素生成リアクタ内部の水素分圧が低下し、水素生成反応が進み易くなり、従来の方法に比較して生物的方法による水素の製造効率が大巾に向上することになる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
【００１３】図１は本発明に係る生物学的水素製造装置を示したものである。図中１はＣＯ2 溶解槽、２は水素生成リアクタ、３はガス分離手段である。
【００１４】このＣＯ2 溶解槽１は廃液などの有機性液体Ａを貯溜すると共に、この有機性液体Ａ中にＣＯ2 を溶解させるためのものであり、水素生成リアクタ２と、有機性液体Ａを導入する供給ライン４と、後述するガス分離手段３からのＣＯ2 を導入するＣＯ2 返送ライン５と、ＣＯ2 溶解槽１内の余剰ＣＯ2 を排出して循環する循環ライン６とが接続されている。尚、この循環ライン６には真空ポンプ１２が設けられており、有機性液体Ａに溶解しきれなかったＣＯ2 を吸引してガス分離手段３に循環するようになっている。
【００１５】また、水素生成リアクタ２には、導入管７を介して水頭圧によってＣＯ2 溶解槽１内の有機性液体Ａが導入されるようになっており、嫌気性細菌がＣＯ2 溶解槽１から導入された有機性液体Ａを分解してＨ2 とＣＯ2 を生成するようになっている。また、この水素生成リアクタ２の液相部９の上端部には流出ライン８が接続されており、有機物が分解されて清浄化された液Ｓを排出するようになっており、また、水素生成リアクタ２の気相部１０には生成されたガスＧを後述するガス分離手段３に導く排気ライン１１が接続されている。また、この排気ライン１１にも、循環ライン６と同様に真空ポンプ１２が設けられており、水素生成リアクタ２の気相部１０に生成されたガスＧを強制的に吸引してガス分離手段３に導入するようになっている。
【００１６】ガス分離手段３は、水素生成リアクタ２で生成され、排気ライン１１を通過して送られてきたガスＧと、循環ライン６を通過して送られてきたＣＯ2 を導入すると共に、このガスＧを分離膜１３を介して水素Ｈ2 と二酸化炭素ＣＯ2 に分離するものであり、Ｈ2 は回収ライン１４に送り、残りのＣＯ2 は再びＣＯ2 返送ライン５を介してＣＯ2 溶解槽１に送るようになっている。
【００１７】次に、本実施例の作用を説明する。
【００１８】先ず、廃水などの有機性液体Ａは供給ライン４からＣＯ2 溶解槽１内に導入され、水頭差によって導入管７を介して水素生成リアクタ２内に越流する。この時、ＣＯ2 溶解槽１内にはＣＯ2 返送ライン５よりＣＯ2 が噴き出されているため、ＣＯ2 溶解槽１内に導入された有機性液体ＡにはＣＯ2 が溶解することになる。そして、有機性液体Ａ内に溶解しきれなかったＣＯ2 は循環ライン６から抜き出され、ガス分離手段３に導入されることになる。
【００１９】次に、この有機性液体Ａを導入した水素生成リアクタ２内においては、嫌気性細菌によって有機性液体Ａ中の有機物からＨ2 とＣＯ2 が生成され、Ｈ2 の大部分とＣＯ2 の一部はガス胞となって液体Ａ中を浮上し、ヘッドスペースである気相部１０に集まる。その後、気相部１０に集まったＨ2 とＣＯ2 のガスＧは真空ポンプ１２の吸引力によって排気ライン１１を通過してガス分離手段３に送られ、そのうち、ガスＧ中のＨ2 は分離膜１３を透過して回収されることになる。一方、ガスＧ中のＣＯ2 は循環ライン６から送られてきたＣＯ2 と共に、再びＣＯ2 返送ライン５を介してＣＯ2 溶解槽１内に導入され、新たに導入管７から導入された有機性液体Ａ中に溶解することになる。そして、上述したように、ＣＯ2溶解槽１内において溶解しきれなかったＣＯ2 は再び循環ライン６から抜き出され、ガス分離手段３に導入されることになる。
【００２０】このように、水素生成リアクタ２内においては、気相部１０に集まったＨ2 とＣＯ2 のガスＧは真空ポンプ１２によって吸引力されて圧力が低下するため、ガスＧ中の水素％が不変としてもトータルのガス圧が下がることになり、水素生成リアクタ２内部の水素分圧が下がることになる。また、ＣＯ2 溶解槽１内のおいては、ＣＯ2 を主成分とするガスＧが供給されるため、有機性液体Ａ中のＣＯ2 濃度が飽和状態に近くなり、有機性液体Ａが水素生成リアクタ２内に越流した時には、水素生成リアクタ２内で生成したＣＯ2 は有機性液体Ａ中に溶解することができなくなり、殆どがガスとなって出てくることになり、水素生成リアクタ２内で発生するガスＧのＣＯ2 ／Ｈ2 の比が高くなり、Ｈ2 ％が下がるので、水素生成リアクタ２内における水素分圧が下がることになる。
【００２１】なお、ＣＯ2 ガスは過剰に増えた場合、適宜、返送ライン５または循環ライン６から抜き出すことになる。
【００２２】従って、本発明は以上の効果によって水素生成リアクタ２内部の水素分圧が低下し、水素生成反応が進み易くなり、従来の方法に比較して生物的方法による水素の生成効率が大巾に向上することになる。
【００２３】
【発明の効果】以上、要するに本発明によれば、水素生成リアクタ内部の水素分圧が低下して水素生成反応が進み易くなるため、生物的方法による水素の生成効率が大巾に向上するといった優れた効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ ＣＯ2 溶解槽
２ 水素生成リアクタ
３ ガス分離手段
Ａ 有機性液体
Ｇ ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】 廃液などの有機性液体内に、ＣＯ2 を主成分とするガスを溶解させた後、該ＣＯ2 を溶解した有機性液体中の有機物を嫌気性細菌で分解してガスを生成し、該ガス中のＨ2 を分離して取り出すと共に、ＣＯ2 を主成分とする残りのガスを上記有機性液体内に導入してこれに溶解させることを特徴とする生物学的水素製造方法。
【請求項２】 廃液などの有機性液体を一時的に貯蔵すると共に、該有機性液体内に、ＣＯ2 を主成分とするガスを溶解させるＣＯ2 溶解槽と、該ＣＯ2 溶解槽に接続され、ＣＯ2 溶解槽内の有機性液体を導入し、これを嫌気性細菌で分解してＣＯ2 とＨ2 を主成分とするガスを生成する水素生成リアクタと、該水素生成リアクタ及び上記ＣＯ2 溶解槽に接続され、該水素生成リアクタで生成されたＣＯ2 とＨ2 を主成分とするガスを吸引して、該ガス中のＨ2 を分離すると共に、ＣＯ2 を主成分とする残りのガスを上記有機性液体内に導入するためのガス分離手段とからなることを特徴とする生物学的水素製造装置。
【請求項１】 廃液などの有機性液体内に、ＣＯ2 を主成分とするガスを溶解させた後、該ＣＯ2 を溶解した有機性液体中の有機物を嫌気性細菌で分解してガスを生成し、該ガス中のＨ2 を分離して取り出すと共に、ＣＯ2 を主成分とする残りのガスを上記有機性液体内に導入してこれに溶解させることを特徴とする生物学的水素製造方法。
【請求項２】 廃液などの有機性液体を一時的に貯蔵すると共に、該有機性液体内に、ＣＯ2 を主成分とするガスを溶解させるＣＯ2 溶解槽と、該ＣＯ2 溶解槽に接続され、ＣＯ2 溶解槽内の有機性液体を導入し、これを嫌気性細菌で分解してＣＯ2 とＨ2 を主成分とするガスを生成する水素生成リアクタと、該水素生成リアクタ及び上記ＣＯ2 溶解槽に接続され、該水素生成リアクタで生成されたＣＯ2 とＨ2 を主成分とするガスを吸引して、該ガス中のＨ2 を分離すると共に、ＣＯ2 を主成分とする残りのガスを上記有機性液体内に導入するためのガス分離手段とからなることを特徴とする生物学的水素製造装置。
【図１】
【公開番号】特開平５−２５４８０１
【公開日】平成５年（１９９３）１０月５日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平４−５２６３８
【出願日】平成４年（１９９２）３月１１日
【出願人】（０００００００９９）石川島播磨重工業株式会社 (5,014)
【公開日】平成５年（１９９３）１０月５日
【国際特許分類】
【出願日】平成４年（１９９２）３月１１日
【出願人】（０００００００９９）石川島播磨重工業株式会社 (5,014)
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