JP2001269570A - 消化ガス用吸着材 - Google Patents
消化ガス用吸着材Info
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Abstract
を効率よく吸着脱着することのできる吸着材を提供す
る。 【解決手段】 比表面積が800〜2400m2/g
で、細孔容積が0.4〜1.5cm3/gで、かつ細孔
直径が7〜20Åである活性炭からなる消化ガス用吸着
材。
Description
からの汚泥およびごみ処理場のごみを生物学的に処理す
ることにより発生する、メタン、二酸化炭素を主成分と
する混合ガス(消化ガス)を効率的に回収/貯蔵するの
に用いる吸着材に関する。
り、上述の生物学的処理を大規模に行う処理施設(以下
「大規模処理施設」ということがある)では、消化ガス
の一部は燃料としての有効利用が図られている。消化ガ
スを安定的に利用するために、低圧では水槽式、高圧で
は球形ホルダーなどの圧力式貯蔵設備を備えているのが
一般的である。
有機金属錯体などを吸着材として用いて消化ガスを吸着
貯蔵する方法が知られている(特開平11-344200号)。
一成分ガスを対象とするものがほとんどである。しかし
ながら、消化ガスはメタンと二酸化炭素との物性の異な
る2成分系ガスであるため、吸着材としては、単にそれ
ぞれのガス成分に対する吸着能が大きいだけでなく、吸
着脱着を繰り返した場合のガス組成が安定しており、し
かも性能劣化の小さいことが望まれる。従って、消化ガ
スを効率的に吸蔵するには適切な細孔設計が必要であ
る。
は、予め炭化した原料を水蒸気を主成分とする酸化性ガ
スで賦活しており、比表面積やベンゼン吸着能などの一
般的な性能指標についての管理はなされているが、2成
分系ガスの吸着特性まで考慮した細孔設計とは言い難か
った。
を主成分とする消化ガスを効率よく吸着脱着することの
できる吸着材を提供することにある。
を重ねた結果、メタンと二酸化炭素を効果的に吸着脱着
させるには、特定の比表面積、細孔容積、細孔直径を有
する活性炭からなる吸着材が有用であることを見出し、
本発明を完成するに至った。
着材を提供するものである。 項1. 比表面積が800〜2400m2/gで、細孔
容積が0.4〜1.5cm3/gで、かつ細孔直径が7
〜20Åである活性炭からなる消化ガス用吸着材。 項2. 消化ガスの主成分がメタンと二酸化炭素である
項1に記載の消化ガス用吸着材。 項3. 25℃かつ1気圧における吸着量が、メタンで
25ml/g以上で、二酸化炭素で56ml/g以上
で、かつ二酸化炭素の吸着量がメタンの吸着量の2.0
〜2.2倍である項1または2に記載の消化ガス用吸着
材。 項4. 活性炭が、粒径が1〜1000μmでメディア
ン径が100〜400μmの単一粒度分布を有する項1
〜3のいずれかに記載の消化ガス用吸着材。 項5. 活性炭が、粒径が0.2〜3.5mmでメディ
アン径が0.8〜2.7mmの大粒径のものと粒径が1
〜1000μmでメディアン径が50〜450μmの小
粒径のものとの混合物である項1〜3のいずれかに記載
の消化ガス用吸着材。 項6. 混合重量比が、大粒径の活性炭:小粒径の活性
炭=20〜80:80〜20である項5に記載の消化ガ
ス用吸着材。 項7. 炭化物を破砕または成形した炭素質材料を、水
蒸気10〜20容量%、二酸化炭素15〜25容量%お
よび残余が窒素である雰囲気中で、600〜1200℃
の温度で賦活することにより得られる活性炭からなる項
1〜6のいずれかに記載の消化ガス用吸着材。
表面積が800〜2400m2/gで、細孔容積が0.
4〜1.5cm3/gで、かつ細孔直径が7〜20Åで
ある活性炭からなる。比表面積は窒素ガス吸着BET法
により測定し、細孔容積は窒素ガス吸着法により相対圧
0.99での窒素吸着量をもとに算出し、細孔直径は窒
素ガス吸着tプロット法により測定することができる。
これらのうち、比表面積としては1000〜2000m
2/gのものが好ましく、細孔容積としては0.4〜
1.0cm3/gのものが好ましく、細孔直径としては
7〜14Åのものが好ましい。
ガスが混合してなる消化ガスに適用し得る。消化ガスと
しては、主成分がメタンと二酸化炭素であるものに好適
に用い得る。
℃かつ1気圧における吸着量が、メタンで25ml/g
以上で、二酸化炭素で56ml/g以上で、かつ二酸化
炭素の吸着量がメタンの吸着量の2.0〜2.2倍であ
る活性炭が好ましい。メタンと二酸化炭素の吸着量は、
定圧容量法によって測定することができる。メタンの吸
着量としては25〜40ml/gのものがより好まし
く、二酸化炭素の吸着量としては56〜90ml/gの
ものがより好ましい。
粒度分布を有する活性炭を用いてもよいし、複数の異な
る粒径の活性炭を組み合わせて使用してもよい。
粒径が1〜1000μmでメディアン径が100〜40
0μmのものが好ましく、粒径が1〜500μmでメデ
ィアン径が100〜200μmのものがより好ましい。
使用する場合には、粒径が0.2〜3.5mmでメディ
アン径が0.8〜2.7mmの大粒径のものと粒径が1
〜1000μmでメディアン径が50〜450μmの小
粒径のものとを混合するのが好ましく、粒径が0.7〜
2.8mmでメディアン径が0.8〜2.5mmの大粒
径のものと粒径が5〜500μmでメディアン径が80
〜400μmの小粒径のものとを混合するのがより好ま
しい。それらの混合割合(重量比)は、大粒径のもの:
小粒径のもの=20〜80:80〜20であるのが好ま
しく、大粒径のもの:小粒径のもの=40〜70:60
〜30であるのがより好ましい。
化物を破砕または成形した炭素質材料を、水蒸気10〜
20容量%、二酸化炭素15〜25容量%および残余が
窒素である雰囲気中で、600〜1200℃の温度で賦
活することにより製造することもできる。炭素質材料と
しては、椰子殻、パーム椰子などの植物系原料、石炭系
原料、フェノール樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデ
ン樹脂、イオン交換樹脂などの合成系原料を炭化した炭
化物を破砕または成形して得られる。賦活に用いる炭素
質材料の形状、サイズは特に限定されないが、0.1〜
10mm程度の破砕状物、顆粒状または円柱状の成形物
が一般的である。
には、水蒸気10〜20容量%、二酸化炭素15〜25
容量%の酸化性ガスおよび窒素ガスを用いて、600〜
1200℃の温度で賦活する。賦活時間は特に限定され
ないが、平均粒径3mm以上の炭素質材料については1
時間以上が好ましく、通常は最長でも50時間までであ
る。
適した活性炭を製造することができる理由は明確ではな
いが、酸化性ガスの組成を一定範囲に規定することによ
り、賦活反応で形成される細孔の直径が消化ガスの吸蔵
に適した大きさに制御されることが寄与していると考え
られる。
場合、充填密度が大きいことが消化ガスの吸着量を高め
るのに有効である。従って、賦活した後に好ましい大き
さに破砕整粒した1種類の粒度の活性炭(すなわち単一
粒度分布を有する活性炭)を用いるか、または、賦活し
た後に好ましい大きさに破砕整粒した2種類の粒度の活
性炭(すなわち2種類の異なる粒径の活性炭)を混合す
ることにより、充填効率を高めれば、より大きな吸蔵能
力を得ることができる。すなわち、活性炭の粒度分布を
最適化して吸着装置に効率的に充填することにより、吸
蔵能力を高めることができる。
る。
完全に炭化した炭化物を粒径1〜3mmの大きさに破砕
したものを炭素質材料とし、内径50mmのバッチ式流
動賦活炉を用いて、水蒸気10〜15容量%、二酸化炭
素15〜20容量%および残余が窒素である雰囲気下に
おいて、860℃で賦活した。
定し、細孔容積は窒素ガス吸着法により相対圧0.99
での窒素吸着量をもとに算出し、細孔直径は窒素ガス吸
着tプロット法により測定した。メタンと二酸化炭素の
吸着量は、定圧容量法によって測定した25℃かつ1気
圧における吸着量である。CO2/CH4は、メタンの吸
着量に対する二酸化炭素の吸着量の比である。
71〜2.8mm(メディアン径1.7mm)のもの
(50重量%)と粒径が5〜500μm(メディアン径
195μm)のもの(50重量%)との混合状態の活性
炭を用いて、下記条件下での消化ガスの吸着貯蔵量を測
定した。その結果、単位体積当たりの消化ガスの貯蔵量
は58Ncm3/cm3であった。 [吸着貯蔵条件] 消化ガス組成:CH4(65.3%)+CO2(34.7
%) 吸着圧力:1.0MPa(ゲージ圧) 脱着圧力:0MPa(ゲージ圧) 吸着温度:25℃ 吸脱着の繰り返し回数:10回以上(定常状態になるま
で) なお、貯蔵量は、メタンと二酸化炭素の混合ガスの吸脱
着を繰り返し行って貯蔵量が低下しなくなった時点(定
常状態)における量を示す。
71〜2.8mm(メディアン径1.7mm)のもの
(50重量%)と粒径が5〜500μm(メディアン径
195μm)のもの(50重量%)との混合状態の活性
炭を用いて、実施例4と同様の条件下での消化ガスの吸
着貯蔵量を測定した。その結果、単位体積当たりの消化
ガスの貯蔵量は57Ncm3/cm3であった。
71〜2.8mm(メディアン径1.7mm)のもの
(50重量%)と粒径が5〜500μm(メディアン径
195μm)のもの(50重量%)との混合状態の活性
炭を用いて、実施例4と同様の条件下での消化ガスの吸
着貯蔵量を測定した。その結果、単位体積当たりの消化
ガスの貯蔵量は59Ncm3/cm3であった。
500μm(メディアン径126μm)の活性炭を用い
て、実施例4と同様の条件下での消化ガスの吸着貯蔵量
を測定した。その結果、単位体積当たりの消化ガスの貯
蔵量は54Ncm3/cm3であった。
位体積当たりの消化ガスの貯蔵量は10Ncm3/cm3
であった。
二酸化炭素を主成分とする消化ガスを効率よく吸着脱着
することができる。
Claims (7)
- 【請求項1】 比表面積が800〜2400m2/g
で、細孔容積が0.4〜1.5cm3/gで、かつ細孔
直径が7〜20Åである活性炭からなる消化ガス用吸着
材。 - 【請求項2】 消化ガスの主成分がメタンと二酸化炭素
である請求項1に記載の消化ガス用吸着材。 - 【請求項3】 25℃かつ1気圧における吸着量が、メ
タンで25ml/g以上で、二酸化炭素で56ml/g
以上で、かつ二酸化炭素の吸着量がメタンの吸着量の
2.0〜2.2倍である請求項1または2に記載の消化
ガス用吸着材。 - 【請求項4】 活性炭が、粒径が1〜1000μmでメ
ディアン径が100〜400μmの単一粒度分布を有す
る請求項1〜3のいずれかに記載の消化ガス用吸着材。 - 【請求項5】 活性炭が、粒径が0.2〜3.5mmで
メディアン径が0.8〜2.7mmの大粒径のものと粒
径が1〜1000μmでメディアン径が50〜450μ
mの小粒径のものとの混合物である請求項1〜3のいず
れかに記載の消化ガス用吸着材。 - 【請求項6】 混合重量比が、大粒径の活性炭:小粒径
の活性炭=20〜80:80〜20である請求項5に記
載の消化ガス用吸着材。 - 【請求項7】 炭化物を破砕または成形した炭素質材料
を、水蒸気10〜20容量%、二酸化炭素15〜25容
量%および残余が窒素である雰囲気中で、600〜12
00℃の温度で賦活することにより得られる活性炭から
なる請求項1〜6のいずれかに記載の消化ガス用吸着
材。
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JP2000084527A JP4203702B2 (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 消化ガス用吸着材 |
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