JP2002058996A

JP2002058996A - 消化ガス精製剤および消化ガスの精製方法

Info

Publication number: JP2002058996A
Application number: JP2000252542A
Authority: JP
Inventors: Keizo Hamaguchi; 敬三浜口; Masanori Nagafuji; 雅則長藤; Akira Shimizu; 明清水; Hiroshi Shimizu; 浩清水
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2000-08-23
Filing date: 2000-08-23
Publication date: 2002-02-26
Anticipated expiration: 2020-08-23
Also published as: JP3627100B2

Abstract

(57)【要約】【課題】下水汚泥消化ガス中のシロキサン化合物を安
価に効率よく除去することが可能な消化ガスの精製剤を
提供する。【解決手段】比表面積が５００ｍ²／ｇ以上および／
または１０Å〜２０Åの範囲の細孔径を有する細孔の積
算容量が０．１ｃｍ³／ｇ以上となるように、賦活処理
が施された炭素質からなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水汚泥の消化過
程から発生するシロキサン化合物を含有する消化ガスの
精製剤および前記消化ガスの精製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球温暖化防止対策のひとつとし
てＣＯ₂削減が推進されており、例えば、下水処理場に
おいては発電設備を設置して電力を自給・買電すること
により、エネルギーの効率的利用とＣＯ₂排出削減とを
図るケースが増加しつつある。

【０００３】すなわち、下水処理施設では、集積した下
水を濃縮処理して各種有機物を含有する汚泥を得て、こ
れを微生物の作用により嫌気性消化する。この過程で得
られたメタンを主とする可燃性ガス（消化ガス）を、ガ
スエンジンおよびガスタービン等の発電設備に供して電
力を得る方式が主流となりつつある。

【０００４】しかしながら、下水場の普及率向上や生活
形態の変化に伴なって、シャンプーやリンス等の頭髪仕
上げ剤、カーワックスなど撥水剤などの消費が増加し、
これらに含有されているシロキサン化合物が下水中に多
量に流下するようになってきた。

【０００５】なお、シロキサン化合物とは、シロキサン
結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）を基本骨格とした鎖状または環
状構造の化合物をさす。鎖状化合物としては、例えば、
メトキシトリメチルシラン、ジメトキシジメチルシラ
ン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロ
キサン、デカメチルテトラシロキサン、およびドデカメ
チルペンタシロキサン等が挙げられ、環状化合物として
は、例えばヘキサメチルシクロトリシロキサン（Ｄ３
体）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（Ｄ４
体）、デカメチルシクロペンタシロキサン（Ｄ５体）、
およびドデカメチルシクロヘキサシロキサン（Ｄ６体）
などが挙げられる。ここに列挙した化合物は、化合物中
の官能基がメチル基で構成されているが、メチル基に類
する炭化水素基で置換された化合物、または水素の代わ
りにフッ素、塩素等で置換された化合物も含まれ、さら
には分子量の大きい多重合化合物も存在する。

【０００６】シロキサン化合物は、その多くは水に不溶
であるため汚泥に吸着した形で下水中に存在するが、引
き続いて行なわれる消化過程で消化ガス側に揮散する。
すなわち、シロキサン化合物は、発電用の燃料ガスであ
るメタンとともに存在して、その後段のガスエンジンに
流入していた。ガスエンジンに流入したシロキサン化合
物は、エンジン内の燃焼室でシリカ（ＳｉＯ₂）となっ
て、エンジン内のシリンダーヘッドやその他各部品に付
着・析出する。その結果、エンジンを摩耗・劣化させて
しまうという不具合を生じていた。

【０００７】また、さらにガスエンジン等の発電設備を
経たエンジン排ガスは、例えば窒素酸化物処理のため、
脱硝触媒塔に導入されて処理されるが、この排ガス中に
シリカ（ＳｉＯ₂）が含まれているために、触媒の表面
に排ガス中の粉体状シリカ（ＳｉＯ₂）が析出する。粉
体状シリカは、こうして触媒の表面を覆い、その一部は
触媒の内部まで浸透してしまうため、触媒活性が劣化し
て所望の窒素酸化物除去が達成されないという不具合も
生じていた。

【０００８】従来は、上述したシロキサン化合物に起因
して生じる問題を直接回避する有効な手段を実施せず
に、別途、エンジンの保守点検頻度、脱硝触媒の交換頻
度を多くすることによって対応していたのが現状であ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、下水
処理場の消化過程から発生するシロキサン化合物を含有
する消化ガスは、後段のガスエンジンでの燃焼過程にお
いてエンジン内でシリカ（ＳｉＯ₂）を発生させるの
で、エンジンの各部品の摩耗・劣化が生じる。さらに後
段の脱硝触媒においても、シリカ（ＳｉＯ₂）は触媒表
面を覆って脱硝性能を劣化させるという不具合を生じて
いた。

【００１０】また一方、有機溶剤や有機シリコンを扱う
印刷工場など各種工場における排ガスや空調排ガスなど
にも、シロキサン化合物が含まれており、こうしたシロ
キサン化合物を除去するために、燃焼手段、溶媒吸収法
などが実施されていた。しかしながら、シロキサン化合
物が低濃度であるために完全燃焼することが困難であ
り、燃焼による手段では十分に除去することができな
い。また一方、溶媒吸収法では、シロキサン化合物を吸
収させるための溶媒が別途必要とされ、しかも吸収済み
の溶媒処理が煩雑でコストが甚大であるという問題を生
じていた。

【００１１】本発明は、下水汚泥消化ガス中のシロキサ
ン化合物を安価に効率よく除去するための消化ガス精製
剤、およびこれを用いた消化ガスの精製方法を提供する
ことを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、シロキサン化合物を含有する下水汚泥消
化ガスから前記シロキサン化合物を吸着除去するための
精製剤であって、比表面積が５００ｍ²／ｇ以上および
／または１０Å〜２０Åの範囲の細孔径を有する細孔の
積算容量が０．１ｃｍ³／ｇ以上となるように賦活処理
が施された炭素質からなることを特徴とする消化ガス精
製剤を提供する。

【００１３】また本発明は、シロキサン化合物を含有す
る下水汚泥消化ガス中に粉末状の消化ガス精製剤を吹き
込んで、前記下水汚泥消化ガスに前記消化ガス精製剤を
同伴させる工程と、前記下水汚泥消化ガスに同伴された
前記消化ガス精製剤を、ろ過集塵機により集塵して前記
消化ガス精製剤の堆積層を形成する工程と、前記消化ガ
ス精製剤の堆積層に前記下水汚泥消化ガスを通過させ
て、前記消化ガス精製剤にシロキサン化合物を吸着させ
ることにより、前記ガス中に含まれるシロキサン化合物
を除去する工程とを具備し、前記消化ガス精製剤は、比
表面積が５００ｍ²／ｇ以上および／または１０Å〜２
０Åの範囲の細孔径を有する細孔の積算容積が０．１ｃ
ｍ³／ｇ以上となるように賦活処理が施された炭素質か
らなることを特徴とする消化ガスの精製方法を提供す
る。

【００１４】さらに本発明は、粒状、破砕状、または成
形状の消化ガス精製剤を容器に充填して充填層を準備す
る工程と、前記充填層に、シロキサン化合物を含有する
下水汚泥消化ガスを通過させて、前記消化ガス精製剤に
シロキサン化合物を吸着させることにより、前記ガス中
に含まれるシロキサン化合物を除去する工程とを具備
し、前記消化ガス精製剤は、比表面積が５００ｍ²／ｇ
以上および／または１０Å〜２０Åの範囲の細孔径を有
する細孔の積算容積が０．１ｃｍ³／ｇ以上となるよう
に賦活処理が施された炭素質からなることを特徴とする
消化ガスの精製方法を提供する。

【００１５】本発明の消化ガス精製剤は、その表面が酸
性となるように酸処理が施されたものであることが好ま
しい。

【００１６】本発明を用いてシロキサン化合物が除去さ
れ精製されたガスは、引き続いて行なわれるプロセスに
おいて、シロキサン化合物に起因した各種の不具合を回
避することが可能となる。

【００１７】下水汚泥消化ガスには、下水由来のシロキ
サン化合物、特に、オクタメチルシクロテトラシロキサ
ンおよびデカメチルシクロペンタシロキサンが含有され
ている。このため、消化ガスを用いて発電する際には、
ガスエンジン内部でシリカ（ＳｉＯ₂）析出に起因した
エンジン部品の摩耗・劣化、さらには脱硝触媒の劣化と
いった不具合が避けられなかった。本発明により、消化
ガス中のシロキサン化合物を効率よく吸着除去してエン
ジンに投入される前に精製されるので、エンジンの保守
点検頻度および脱硝触媒の交換頻度を低減することが可
能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。

【００１９】図１は、本発明の消化ガス精製剤を製造す
るためのプロセスの一例を表わす概略図である。

【００２０】原料である炭素質としては、石油系、石炭
系、および木炭系の各種の炭素含有物を用いることがで
きる。こうした原料は、前処理工程１１として、乾燥、
炭化、破砕、整粒の各工程を経た後、賦活工程１２へ導
入される。賦活工程１２においては、酸化性気体として
機能する水蒸気が賦活剤として用いられ、ロータリキル
ンで所定時間、所定温度で賦活処理が施されて、細孔を
有する多孔質体が得られる。この際の賦活処理は、得ら
れる多孔質体が次の２つの条件の少なくとも一方を満た
すように行なわれる。すなわち、（１）比表面積が５０
０ｍ²／ｇ以上である、（２）１０Å〜２０Åの範囲の
細孔径を有する細孔の積算容積が０．１ｃｍ³／ｇ以上
となる、という条件である。これを達成するためには、
例えば、所定温度で所定時間、炭素重量の減量が例えば
６０〜７０％となるように賦活処理が施される。

【００２１】多孔質体となった炭素質は、続いて後処理
工程１３へ導入され、酸洗、粉砕、分級の各工程を経て
本発明の消化ガス精製剤が得られる。

【００２２】賦活工程１２で用いられる賦活剤は、公知
の通り水蒸気のみでもよいが、必要に応じて二酸化炭素
や空気を用いてもよい。賦活温度は７５０〜１０００℃
の範囲とすることができる。また、消化ガス精製剤を成
形体として用いる場合には、前処理工程１１においてバ
インダーを別途用いて混和・成形・焼成する必要があ
る。

【００２３】薬品添加による賦活法を採用する場合に
は、原料として主に木質系未炭化物が用いられる。木質
系未炭化物は、前処理工程１１において、塩化亜鉛、リ
ン酸などの薬品が添加された後、賦活工程１２では５０
０〜７００℃の温度で賦活処理されて、本発明の消化ガ
ス精製剤が得られる。

【００２４】以上のように、従来知られているような活
性炭の製法と同等の手法を用いて、本発明の消化ガス精
製剤を製造することができる。

【００２５】一般に、炭素系多孔質体の薬剤を製造する
際の細孔の発達に重要なのは、その原料の種類、炭化・
乾留方法、賦活剤の種類、賦活薬品の浸漬比、賦活温
度、賦活時間（炭素重量減量）、および炉形式などの各
種因子である。これらの因子が相互に影響しあって、炭
素系多孔質体の細孔容積や比表面積といった性質が決定
される。言い換えると、賦活処理の際の温度や時間は、
得られる多孔質体の性能を決定する支配的な因子ではあ
るものの、原料や賦活剤の種類、賦活炉の種類、施され
る前処理方法によって、同じ賦活工程を経ても、得られ
る多孔質体の性能が大きく異なることが多いのである。

【００２６】このような事情から、本発明においては、
製造方法は特に限定せずに、製造後の細孔分布および比
表面積を用いて消化ガス精製剤を特定している。具体的
には本発明の消化ガス精製剤は、比表面積が５００ｍ²
／ｇ以上および／または１０Å〜２０Åの範囲の細孔径
を有する細孔の積算容積が０．１ｃｍ³／ｇ以上の消化
ガス精製剤である。こうした性質を付与するよう、好適
な温度および時間で賦活処理を施して、本発明の消化ガ
ス精製剤が得られる。

【００２７】また、活性炭の製造炉を有しない場合に
は、比表面積、細孔分布を測定し、比表面積が５００ｍ
²／ｇ以上および／または１０Å〜２０Åの範囲の細孔
径を有する細孔の積算容積が０．１ｃｍ³／ｇ以上とな
る市販の活性炭を消化ガス精製剤として採用してもよ
い。

【００２８】いずれにせよ、本発明の消化ガス精製剤
は、比表面積が５００ｍ²／ｇ以上、および／または１
０Å〜２０Åの範囲の細孔径を有する細孔の積算容積が
０．１ｃｍ³／ｇ以上となるように賦活処理が施された
炭素質からなる精製剤である。

【００２９】図２は、本発明にかかる消化ガス精製剤の
細孔径と細孔容積との関係の一例を表わすグラフ図であ
る。図２には、細孔径が１０〜２０Åの範囲の細孔容積
が約０．２１ｃｍ³／ｇ（０．３４−０．１３ｃｍ³／
ｇ）であることが示されている。

【００３０】こうした細孔容積を有する本発明の消化ガ
ス精製剤は、その表面が酸性となるように酸処理を施し
たものであることが好ましい。

【００３１】酸処理としては、塩酸、硝酸、硫酸等の無
機酸による水洗処理、酸添加処理、および酸浸漬処理等
を施すことができる。酸処理を行なうことによって、精
製剤に含まれる不純物であるアルカリ塩類等を流し出
し、続いて２５０℃以下の温度にて乾燥することによ
り、精製剤の表面を酸性に保持することができる。表面
が酸性の精製剤を用いることによって、シロキサン化合
物を選択的に吸着することが可能となるが、これについ
ては後述する。

【００３２】図３は、本発明の消化ガスの精製方法を説
明するための概略図である。図３においては周辺機器、
詳細機器の記載は省略してあるが、この概略図は、本発
明を適用した下水汚泥消化ガス発電システムの一例を表
わすということができる。

【００３３】下水処理場にて集積した下水は、濃縮その
他の処理が施され、ここで得られた各種有機物を含む汚
泥は、微生物の作用により消化ガス発生装置（卵型消化
槽など、図示せず）にて嫌気性消化される。この過程で
得られたメタンを主とする可燃性ガス（消化ガス）Ｇ_d
は、脱硫処理、ミスト除去処理等が施された後、消化ガ
スタンク１に貯留される。

【００３４】消化ガスタンク１に貯留された消化ガスに
は、下水由来のシロキサン化合物が、例えば１０〜２０
０ｍｇ／ｍ³の濃度で含まれている。消化ガスタンク１
に貯留された消化ガスは、図示するように後段のろ過式
集塵機２に導入され、その際通過する配管において、本
発明の消化ガス精製剤が精製剤供給装置５から噴霧・供
給される。

【００３５】消化ガス精製剤を噴霧するための精製剤供
給装置５としては、公知の供給手段を用いることがで
き、例えばスクリューコンベア等の機械的搬送手段、あ
るいは気体に同伴させて供給する気体搬送手段を採用す
ることができるが、気密性を確保する必要がある。

【００３６】消化ガス精製剤は粉状として用いられ、消
化ガスに同伴されて後段のろ過式集塵機２により集塵さ
れる。ろ過式集塵機２に集塵された消化ガス精製剤は、
このろ過式集塵機２内のろ布（図示せず）表面に堆積し
て、逆洗されるまでの一定時間、消化ガス精製剤の堆積
層を形成する。消化ガスがこの堆積層を通過する際に、
消化ガスに含まれるシロキサン化合物は、消化ガス精製
剤の吸着作用により吸着除去される。

【００３７】ここで、ろ過式集塵機２は、織布、フェル
トその他からなるろ布、ろ布を内側から支えるリテー
ナ、ろ布に堆積した集塵物（消化ガス精製剤）を逆洗す
るための逆洗装置、および逆洗で払い落とされた集塵物
を貯留する集塵物ホッパなどから構成される公知のバグ
フィルタ装置とすることができる。ただし、ろ布は、硫
化水素の流入を考慮して耐酸性の材質を採用し、可燃性
ガス（消化ガス）を扱うので装置全体を密閉式とするこ
とが好ましい。また、逆洗は窒素または消化ガスによる
パルスジェット方式とすることが望まれる。集塵物を貯
留する集塵物ホッパは、密閉式のロータリーバルブを採
用して連続的に回収してもよいし、定期点検時に回収し
てもよい。

【００３８】ろ過式集塵機２に形成された消化ガス精製
剤の堆積層を通過することにより精製された消化ガス
は、連通するガスエンジン３に導入される。なお、ガス
エンジン３は、発電設備の例示であり、ガスタービン、
燃焼ボイラ等のその他の発電設備であってもよい。

【００３９】ガスエンジン３内で燃焼過程を経た排ガス
は、脱硝触媒塔４に導入され、ここで排ガス中の窒素化
合物が除去された後、煙突（図示せず）を介して大気放
散される。脱硝触媒塔４は、発電設備の後段に通常設置
されるが、希薄燃焼その他の工夫により、窒素酸化物濃
度が低い場合には設置を省略される場合があることと、
充填する触媒はハニカム形状その他が用いられ、脱硝に
供される触媒であればよく、特に材質を限定するもので
はない。

【００４０】なお、図面には示していないが、ブースタ
ー（ガス圧縮機）は、ろ過式集塵機２とガスエンジン３
との間に設置することができ、減湿器（クーラー、ドレ
ンセパレーター、ミストセパレーター等）は、ろ過式集
塵機２の前または後に必要に応じて設置することができ
る。

【００４１】ガスエンジン３に導入された消化ガスは、
消化ガス精製剤の堆積層を通過したことによりシロキサ
ン化合物を含有しないので、ガスエンジン内部にシリカ
（ＳｉＯ₂）を析出させることはなく、従来のようなエ
ンジン部品の摩耗・劣化を避けることができる。さら
に、脱硝触媒塔４触媒の劣化の不具合も、ガス中のシロ
キサン化合物が除去されたことにより未然に回避するこ
とが可能となる。その結果、ガスエンジン３の保守点検
頻度および脱硝触媒塔４の触媒の交換頻度を、著しく低
減することが可能となる。

【００４２】本発明において消化ガスＧ_d中に含有され
るシロキサン化合物とは、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−
Ｓｉ）を基本骨格とした鎖状または環状構造の化合物を
さす。鎖状化合物としては、例えば、メトキシトリメチ
ルシラン、ジメトキシジメチルシラン、ヘキサメチルジ
シロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチル
テトラシロキサン、およびドデカメチルペンタシロキサ
ンが挙げられ、環状化合物としては、例えばヘキサメチ
ルシクロトリシロキサン（Ｄ３体）、オクタメチルシク
ロテトラシロキサン（Ｄ４体）、デカメチルシクロペン
タシロキサン（Ｄ５体）、およびドデカメチルシクロヘ
キサシロキサン（Ｄ６体）が挙げられる。なお、シロキ
サン化合物中の官能基はメチル基で構成される必要はな
く、メチル基に類する炭化水素基で置換されていてもよ
い。あるいは、水素の代わりにフッ素、塩素等で置換さ
れたシロキサン化合物も含まれ、さらには分子量の大き
い多重合化合物も含まれる。

【００４３】これらのうち、下水汚泥消化ガスに含まれ
るシロキサン化合物は、特に、環状構造であるオクタメ
チルシクロテトラシロキサン（Ｄ４体）およびデカメチ
ルシクロペンタシロキサン（Ｄ５体）が支配的に多く検
知されることが本発明者らの調査により判明した。すな
わち、これらの化合物を選択的あるいは優先的に吸着除
去することによって、上述した効果を確実に得ることが
できるのである。

【００４４】これを達成するために、本発明者らは鋭意
検討の結果、上述したような化合物の分子径、すなわ
ち、Ｄ４体：約１０Å、Ｄ５体：約１２Åを推定し、こ
れに相当しかつ吸着効果が大きいと帰結した消化ガス精
製剤の細孔径を、１０〜２０Åと結論するに至った。ま
た本発明者らは、消化ガス精製剤の比表面積を５００ｍ
²／ｇ以上、より好ましくは１０００ｍ²／ｇ以上とする
のが有効であると帰結したのである。このように構成す
ることによって、消化ガス精製剤におけるＤ４体および
Ｄ５体の平衡吸着量を、例えば２０〜６０℃の条件下
で、０．１５〜０．５ｇ／ｇと大きくすることが可能と
なる。したがって、すり抜け（未吸着のまま放出される
こと）がなく、吸着破過に達する時間を長く保持するこ
とが可能となった。

【００４５】ここで図４および図５に、本発明者らの研
究調査結果の一例を示す。

【００４６】図４は、消化ガス精製剤の比表面積と、シ
ロキサン化合物の除去率および平衡吸着量との関係を示
す。図４のグラフにおいて、曲線ａは、消化ガス精製剤
の比表面積とシロキサン化合物除去率との関係を表わ
し、曲線ｂは、消化ガス精製剤の比表面積と平衡吸着量
との関係を表わしている。図４のグラフから、比表面積
が５００ｍ²／ｇ未満の消化ガス精製剤を用いた場合に
は、一定時間後のシロキサン化合物の除去水準（除去率
および平衡吸着量）が極端に低いことが判明している。
したがって、消化ガス精製剤の比表面積は５００ｍ²／
ｇ以上であることが望ましく、１０００ｍ²／ｇ以上で
あることがより望ましい。

【００４７】ここで、消化ガス精製剤の比表面積は、窒
素ガス吸着によるＢＥＴ法、あるいはこれに準ずる方法
により測定された値を採用する。

【００４８】図５のグラフは、消化ガス精製剤における
１０Å〜２０Åの範囲の細孔容積と、シロキサン化合物
除去率および平衡吸着量との関係を示す。図５のグラフ
において、曲線ｃは、１０Å〜２０Åの範囲の細孔容積
とシロキサン化合物除去率との関係を表わし、曲線ｄは
１０Å〜２０Åの範囲の細孔容積と平衡吸着量との関係
を表わしている。図５のグラフから、１０Å〜２０Åの
範囲の細孔径を有する細孔の積算容量が０．１ｃｍ³／
ｇ未満である消化ガス精製剤を用いた場合には、一定時
間後のシロキサン化合物の除去水準（除去率および平衡
吸着量）が極端に低いことが判明している。したがっ
て、１０Å〜２０Åの範囲の細孔の積算容量が０．１ｃ
ｍ³／ｇ以上である消化ガス精製剤を用いることが、相
対的に好ましい。

【００４９】ここで、消化ガス精製剤の細孔分布は、例
えば、Ｎ₂ガス吸着法、アルゴンガス吸着法、および水
銀圧入法などにより測定することができるが、比較的精
度がよく、汎用な手法であるＮ₂ガス吸着法を用いるこ
とが好ましい。但し、これに準ずる方法であれば採用で
きる。

【００５０】しかるに本発明者らは、（１）消化ガス精
製剤の比表面積を５００ｍ²／ｇ以上、さらには１００
０ｍ²/ｇ以上とする、（２）消化ガス精製剤の１０Å〜
２０Åの範囲の細孔径を有する細孔の積算容積を０．１
ｃｍ³／ｇ以上とする、のうちの少なくとも１つの条件
を満たす炭素質吸着剤を消化ガス精製剤として提案し
た。

【００５１】言い換えると、このような本発明の消化ガ
ス精製剤を消化ガス発電システムにおける消化ガスの精
製剤として採用し、図３に関して説明したような方法で
消化ガス中のシロキサン化合物を除去するので、すでに
述べたような作用効果が確実に得られる。

【００５２】また、消化ガス精製剤として、酸処理を施
したものを用いると、表面が酸性であるので、前段の脱
硫過程でわずかに流出する硫化水素の消化ガス精製剤へ
の吸着が抑制される。したがって、シロキサン化合物を
選択的に吸着することができ、吸着破過時間を長くする
という効果がある。

【００５３】図６は、本発明の消化ガスの精製方法を説
明する別の例を表わす概略図であり、本発明を適用した
下水汚泥消化ガス発電システムの他の例を表わす概略図
ということができる。ただし図６においては、周辺機
器、詳細機器の記載は省略してあり、また、図３と同一
部分の構成の説明は省略する。

【００５４】消化ガスタンク１に貯留されたシロキサン
化合物を含有する消化ガスＧ_dは、本発明の消化ガス精
製剤が充填された充填層６に導入され、充填層６を通過
する際に、消化ガス中のシロキサン化合物が吸着除去さ
れて、後段のガスエンジン３に導入される。

【００５５】充填層６に充填される消化ガス精製剤は、
粒状、破砕状、または成形状とすることができる。この
精製剤を容器に充填して充填層を形成し、充填層６を構
成する。

【００５６】なお、図示しないブースター（ガス圧縮
機）、減湿器（クーラー、ドレンセパレーター、ミスト
セパレーター等）は、ガスエンジン３の上流側であれば
いずれの場所でもよく、適宜設置することができる。

【００５７】ガスエンジン３に導入された消化ガスは、
充填層６を通過したことによりシロキサン化合物を含有
しないので、ガスエンジン内部にシリカ（ＳｉＯ₂）を
析出させることはなく、従来のようなエンジン部品の摩
耗・劣化を避けることができる。さらに、脱硝触媒塔４
触媒の劣化の不具合も、ガス中のシロキサン化合物が除
去されたことにより未然に回避することが可能となる。
その結果、ガスエンジン３の保守点検頻度および脱硝触
媒塔４の触媒の交換頻度を、著しく低減することが可能
となる。

【００５８】ここで、充填層６を通過する際の消化ガス
の空塔速度は、０．５ｍ／ｓ以下とすることが好まし
い。

【００５９】消化ガス精製剤を収容した充填層６に流通
する消化ガスの空塔速度が０．５ｍ／ｓを越えると、ガ
スと消化ガス精製剤との接触効率が低下して、十分にシ
ロキサン化合物を吸着分離することが困難になるおそれ
がある。０．５ｍ／ｓ以下の空塔速度でシロキサン化合
物含有ガスを通過させることによって、充填層６出口か
らシロキサン化合物が排出されることなく、効率よく除
去することができる。

【００６０】このことは、本発明者らの研究調査結果の
一例である図７のグラフにより裏付けられる。図７は、
充填層６のおけるガスの空塔速度とシロキサン化合物除
去率との関係を示す。図７に示されるように、空塔速度
が０．５ｍ／ｓを越えると、一定時間後のシロキサン化
合物の除去水準が極端に低下するので、一般には空塔速
度は０．５ｍ／ｓ以下とすることが相対的に好ましい。
ただし、空塔速度が０．５ｍ／ｓを越える場合には、層
高を十分長くすることなどによって、ガスと消化ガス精
製剤との接触効率を高めることも可能である。

【００６１】ここで用いられる充填層６は、炭素質の消
化ガス精製剤を充填でき、被処理ガスである下水汚泥消
化ガスを流通できる密閉式の構造であれば、その形式は
特に限定されない。例えば、固定床式、移動床式、流動
床式、または多段式とすることができ、塔内のガス流れ
が上向流および下降流のいずれであっても同等の効果が
得られる。移動床式の場合は、充填剤の連続（あるいは
間欠）供給装置と排出装置とを密閉性よく設置すること
はいうまでもない。また、プロセス停止時に充填層６内
の消化ガスをパージできるように、別途パージライン、
窒素供給ライン等を設けることも必要に応じてなされ
る。充填層６の消化ガス精製剤は、必要に応じて、水蒸
気加熱、減圧処理などの再生処理が別途なされ、繰り返
し使用を行なうことができる。

【００６２】こうしたパージライン、窒素供給ライン
は、図３に示したようなろ過式集塵機２を用いた場合も
同様である。さらに、ろ過式集塵機２から回収された消
化ガス精製剤も、上述したように必要に応じて再生処理
を施すことができる。

【００６３】充填層６に充填される消化ガス精製剤は、
すでに述べたように、比表面積が５００ｍ²／ｇ以上で
あることが好ましく、１０Å〜２０Åの範囲の細孔の積
算容積が０．１ｃｍ³／ｇ以上となる細孔分布を有する
ことが望ましい。その材質は、炭素質に加えて、例え
ば、ゼオライト、アルミナ等を用いても、同等の効果を
得ることができる。

【００６４】

【実施例】（実施例）図６に示した下水汚泥消化ガス発
電システムの運転を行なって、運転開始３ヶ月後におけ
るガスエンジン３入口のシロキサン化合物濃度、ガスエ
ンジン３内に残留するＳｉ化合物量、およびガスエンジ
ン後段の脱硝触媒塔４での脱硝率を調べ、得られた結果
を、発電用消化ガス温度とともに下記表１にまとめる。
なお、充填層６に充填される消化ガス精製剤としては活
性炭を用い、１０Å〜２０Åの細孔の容積割合は０．２
１ｃｍ³／ｇ、その比表面積は１０００ｍ²／ｇ、表面の
ｐＨは６．０である。

【００６５】（比較例）比較例として、図８に示す下水
汚泥消化ガス発電システムの運転を行なった。図８に示
すシステムは、消化ガス精製剤が充填された充填層６を
設置していない以外は、図６に示したものと同様であ
る。前述と同様に運転開始３ヶ月後におけるガスエンジ
ン入口のシロキサン化合物濃度、ガスエンジン内に残留
するＳｉ化合物量、およびガスエンジン後段の脱硝触媒
塔での脱硝率を調べ、得られた結果を発電量消化ガス温
度とともに下記表１にまとめる。

【００６６】

【表１】

【００６７】表１に示されるように、本発明を用いてシ
ロキサン化合物の除去を行なった実施例においては、運
転３ヶ月後であってもガスエンジン３の入口、すなわ
ち、充填層６出口のシロキサン濃度が４．５ｍｇ／ｍ³
と小さい。これに対して、シロキサン化合物の除去を行
なわない比較例においては、ガスエンジン入口のシロキ
サン濃度は８５ｍｇ／ｍ³であり、本発明によりシロキ
サン濃度が著しく低減されることが確認された。

【００６８】また、実施例においては、ガスエンジン３
内のシリンダーヘッド等の各エンジン部材から採取され
た析出物中のＳｉ付着量は、比較例の５％程度と低い値
に抑制されている。このことから、本発明の方法により
シロキサン化合物が除去された精製ガスは、エンジンの
運転に何等悪影響を及ぼさないことが判明した。

【００６９】さらに実施例においては、後段の脱硝触媒
塔におけるＳｉ付着量も少なかったので、脱硝効率は５
７％と初期値（６０％）と同等の値であった。一方、比
較例においては、エンジン排ガス中のシリカ（Ｓｉ
Ｏ₂）が触媒表面へ付着したことに起因して触媒活性が
低下し、脱硝率は１３％とごく低いレベルにとどまって
いることがわかる。

【００７０】このように、本発明を用いることによっ
て、消化ガス中のシロキサン化合物を十分に効率よく吸
着でき、ガスエンジン内および脱硝触媒でのシロキサン
由来のＳｉ化合物（ＳｉＯ₂）の付着量は従来に比べて
激減させることができる。その結果、ガスエンジンの保
守点検頻度を低減して、長期にわたって脱硝触媒の活性
を維持できることが確認された。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、下
水汚泥消化ガス中のシロキサン化合物を安価に効率よく
除去することが可能な消化ガスの精製剤、およびこれを
用いた消化ガスの精製方法が提供される。

【００７２】本発明を下水汚泥消化ガス発電設備に適用
した場合には、このガス中のシロキサン化合物が効率よ
く吸着除去されるので、後段プロセスのガスエンジンや
脱硝触媒におけるシリカ（ＳｉＯ₂）の析出量を大幅に
削減することができる。それによって、ガスエンジンの
保守点検頻度を小さくすることができ、長期にわたって
脱硝触媒の活性を維持することが可能となる。

【００７３】さらに、酸処理を施した消化ガス精製剤を
用いた場合には、表面が酸性であるゆえ、前段の脱硫過
程でわずかに流出する硫化水素の消化ガス精製剤への吸
着を抑制して、シロキサン化合物を選択的に吸着するこ
とができる。したがって、吸着破過時間を長くすること
が可能となる。

【００７４】本発明は、下水汚泥消化ガスのみならず、
有機シリコン等を取り扱う各種工場排ガス、および空調
排ガスなどのシロキサン化合物含有ガスからのシロキサ
ン化合物の除去に適用することも可能であり、その工業
的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の消化ガス精製剤を製造するためのプロ
セスの一例を表わす概略図

【図２】消化ガス精製剤の細孔径と細孔容積との関係を
表わすグラフ図。

【図３】本発明の消化ガスの精製方法の一例を説明する
概略図。

【図４】本発明の消化ガス剤の比表面積と、シロキサン
化合物除去率および平衡吸着量との関係を表わすグラフ
図。

【図５】本発明の消化ガス精製剤の１０〜２０Åの細孔
容積と、シロキサン化合物除去率および平衡吸着量との
関係を表わすグラフ図。

【図６】本発明の消化ガスの精製方法の他の例を説明す
る概略図。

【図７】下水汚泥消化ガスの空塔速度とシロキサン化合
物除去率との関係を表わすグラフ図。

【図８】従来の下水汚泥消化ガス発電システムの構成を
表わす概略図。

【符号の説明】

１…消化ガスタンク２…ろ過式集塵機３…ガスエンジン４…脱硝触媒塔５…精製剤供給装置６…充填層１１…前処理工程１２…賦活工程１３…後処理工程Ｇ_D…消化ガスＧ_E…排気ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水明東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者清水浩東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内Ｆターム(参考） 4D002 AA26 BA04 CA07 DA41 4G046 HA02 HA05 HB02 HB05 HC04 HC05 HC09 4G066 AA04B AA05B BA09 BA12 BA23 BA25 BA26 CA21 DA05 DA20 EA20 FA18 FA34 FA38 FA40 GA01 GA06 GA40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シロキサン化合物を含有する下水汚泥消
化ガスから前記シロキサン化合物を吸着除去するための
精製剤であって、比表面積が５００ｍ²／ｇ以上および
／または１０Å〜２０Åの範囲の細孔径を有する細孔の
積算容量が０．１ｃｍ³／ｇ以上となるように賦活処理
が施された炭素質からなることを特徴とする消化ガス精
製剤。
【請求項２】表面が酸性となるように酸処理を施して
なる請求項１に記載の消化ガス精製剤。
【請求項３】シロキサン化合物を含有する下水汚泥消
化ガス中に粉末状の消化ガス精製剤を吹き込んで、前記
下水汚泥消化ガスに前記消化ガス精製剤を同伴させる工
程と、前記下水汚泥消化ガスに同伴された前記消化ガス精製剤
を、ろ過集塵機により集塵して前記消化ガス精製剤の堆
積層を形成する工程と、前記消化ガス精製剤の堆積層に前記下水汚泥消化ガスを
通過させて、前記消化ガス精製剤にシロキサン化合物を
吸着させることにより、前記ガス中に含まれるシロキサ
ン化合物を除去する工程とを具備し、前記消化ガス精製剤は、比表面積が５００ｍ²／ｇ以上
および／または１０Å〜２０Åの範囲の細孔径を有する
細孔の積算容積が０．１ｃｍ³／ｇ以上となるように賦
活処理が施された炭素質からなることを特徴とする消化
ガスの精製方法。
【請求項４】粒状、破砕状、または成形状の消化ガス
精製剤を容器に充填して充填層を準備する工程と、前記充填層に、シロキサン化合物を含有する下水汚泥消
化ガスを通過させて、前記消化ガス精製剤にシロキサン
化合物を吸着させることにより、前記ガス中に含まれる
シロキサン化合物を除去する工程とを具備し、前記消化ガス精製剤は、比表面積が５００ｍ²／ｇ以上
および／または１０Å〜２０Åの範囲の細孔径を有する
細孔の積算容積が０．１ｃｍ³／ｇ以上となるように賦
活処理が施された炭素質からなることを特徴とする消化
ガスの精製方法。