JP2006299105A - メタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法並びに濃縮装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高濃度のメタンガス及び炭酸ガスを高効率、高回収率で濃縮するメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法並びに濃縮装置を提供する。
【解決手段】消化ガスを吸収液1と接触させて、吸収液1中に消化ガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させ吸収液2とすると共に、消化ガス中のメタンガスを分離する精製工程と、吸収液2から炭酸ガスを分離し、吸収液3とする脱気工程と、分離した炭酸ガスを液化した後、精製し、液化炭酸ガスとオフガスとに分離する液化工程とを有し、オフガスを消化ガスに混合して、精製工程、脱気工程、液化工程を繰り返すことを特徴とするメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法、および該濃縮方法に用いられる濃縮装置。
【選択図】図1
【解決手段】消化ガスを吸収液1と接触させて、吸収液1中に消化ガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させ吸収液2とすると共に、消化ガス中のメタンガスを分離する精製工程と、吸収液2から炭酸ガスを分離し、吸収液3とする脱気工程と、分離した炭酸ガスを液化した後、精製し、液化炭酸ガスとオフガスとに分離する液化工程とを有し、オフガスを消化ガスに混合して、精製工程、脱気工程、液化工程を繰り返すことを特徴とするメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法、および該濃縮方法に用いられる濃縮装置。
【選択図】図1
Description
本発明は、例えば有機性廃棄物の生物学的処理に際し発生する消化ガスから、メタンガス及び炭酸ガスを濃縮する方法並びに濃縮装置に関する。
下水処理場、食品工場、ビール製造工場、家畜の飼育場等で生じる有機系廃棄物、例えば、汚泥、生ごみ、し尿等を、タンク内において35℃程度で発酵させることなどによって生物学的に処理すると、メタン、二酸化炭素、硫化水素等からなる消化ガスが発生する。近年、かかる消化ガスをエネルギー源として有効利用するために、消化ガス中の二酸化炭素を除去してメタンガスを濃縮して使用することが検討されている。
従来より、消化ガスからメタンガスを取り出して濃縮する方法として、例えば、吸収液に二酸化炭素(炭酸ガス)を吸収させ、メタンガスを濃縮精製するメタン濃縮装置を用いる方法が報告されている(例えば、特許文献1参照。)。
このメタン濃縮装置を用いる方法では、吸収部において消化ガスを吸収液に気液接触させて、吸収液中に炭酸ガスを溶解させ、高濃度メタンガスを精製する精製工程の後、この吸収液に溶解させた炭酸ガスを脱気工程において放出部で除去し、炭酸ガスを脱気した後の吸収液を吸収部で再利用している。
近年では、特許文献1の方法をさらに改良し、精製工程と脱気工程の間に、メタンガスの濃縮率を向上させるための洗浄工程を組み込んだ方法が、一般的によく行われている。この方法では、精製工程において消化ガス中の炭酸ガスを優先的に吸収液へ吸収させ、続く洗浄工程でメタンガスを優先的に吸収液から放出させ、さらに脱気工程において吸収液から炭酸ガスを取り除いて、この吸収液を精製工程で再利用している。
特開2002−363581号公報
しかしながら、上記方法にあっては、洗浄工程における吸収液からの放出は炭酸ガスの方が圧倒的に多く、メタンガスの回収率を上げるために洗浄工程の放出ガスを精製工程に還流させると、精製工程と洗浄工程の間における炭酸ガスの循環量が増加し、装置の処理能力を低下させる問題があった。
また、脱気工程で放出する炭酸ガス濃度を高めるために、洗浄工程で充分にメタンガスを放出させようとすると、同時に吸収液中に含まれていた炭酸ガスを多量に放出する必要があり、装置の処理能力を低下させる原因となる問題があった。
また、上記方法は、メタンガスを分離、濃縮することを目的としており、同時に生成される炭酸ガスをも効率よく濃縮するものではなかった。したがって、メタンガスと炭酸ガスとを高効率、高回収率で濃縮して活用する方法が望まれていた。
本発明は、上述の背景技術の問題点を鑑みてなされたものであり、高濃度のメタンガス及び炭酸ガスを高効率、高回収率で濃縮するメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法並びに濃縮装置を提供することを目的とする。
本発明の発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、消化ガスからメタンガスを濃縮する際に発生する炭酸ガスを液化して有効活用するとともに、炭酸ガスの液化の際に排出されるオフガスを、メタンガスの精製に還流することにより、メタンガス及び炭酸ガスの回収率を向上させて高効率に濃縮することができる濃縮方法及び該濃縮方法に用いられる濃縮装置を見いだすに至った。
すなわち本発明の第一の発明は、消化ガスからメタンガスと炭酸ガスを分離して前記メタンガス及び前記炭酸ガスを濃縮する方法であって、前記消化ガスを吸収液1と接触させて、前記吸収液1中に前記消化ガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させ吸収液2とすると共に、前記消化ガス中のメタンガスを分離する精製工程と、前記吸収液2から前記炭酸ガスを分離し、吸収液3とする脱気工程と、分離した前記炭酸ガスを液化した後、精製し、液化炭酸ガスとオフガスとに分離する液化工程とを有し、前記オフガスを前記消化ガスに混合して、前記精製工程、前記脱気工程、前記液化工程を繰り返すことを特徴とするメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法である。
本発明の第二の発明は、消化ガスからメタンガスと炭酸ガスを分離して前記メタンガス及び前記炭酸ガスを濃縮する方法であって、前記消化ガスを吸収液1と接触させて、前記吸収液1中に前記消化ガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させ吸収液2とすると共に、前記消化ガス中のメタンガスを分離する精製工程と、前記吸収液2からメタンガスを分離させて吸収液4とする洗浄工程と、前記吸収液4から前記炭酸ガスを分離し、吸収液3とする脱気工程と、分離した前記炭酸ガスを液化した後、精製し、液化炭酸ガスとオフガスとに分離する液化工程と、このオフガスを還流して、前記吸収液2に接触させて、前記オフガス中の炭酸ガスを前記吸収液2に優先的に溶解させて吸収液4とすると共に、前記オフガス中のメタンガスを分離して前記消化ガスに還流させる還流工程とを有することを特徴とするメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法である。
本発明の第三の発明は、前記吸収液3を送液して、前記精製工程における前記吸収液1として用いる上記第一の発明または上記第二の発明のメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法である。
本発明の第四の発明は、上記第一の発明のメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法に用いられるメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置であって、前記消化ガスを前記吸収液1と接触させる精製装置と、前記吸収液2から前記炭酸ガスを分離させる脱気装置と、分離した前記炭酸ガスを液化させる液化装置とを備えたことを特徴とするメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置である。
本発明の第五の発明は、上記第二の発明のメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法に用いられるメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置であって、前記消化ガスを前記吸収液1と接触させる精製装置と、前記オフガスを前記吸収液2と接触させる洗浄装置と、前記吸収液4から前記炭酸ガスを分離させる脱気装置と、分離した前記炭酸ガスを液化させる液化装置とを備えたことを特徴とするメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置である。
本発明の第六の発明は、前記吸収液3を送液するポンプを備えた上記第四の発明または上記第五の発明のメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置である
本発明によれば、消化ガスからメタンガスを濃縮する際に発生する炭酸ガスを液化して有効活用できるとともに、炭酸ガスを液化する際に排出されるオフガスをメタンガスの精製に還流することにより、消化ガスからメタンガス及び炭酸ガスを高効率で濃縮することができ、回収率を向上させることができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。なお、この実施形態は本発明の要旨を説明するためのものであり、特に限定のない限り本発明を限定するものではない。
[第一の実施形態]
図1は、本発明に係るメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置の一実施形態を示す概略構成図である。ここに例示した濃縮装置は、消化ガスを吸収液1と接触させて、吸収液1中に消化ガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させ吸収液2とすると共に、消化ガス中のメタンガスを分離する精製装置10と、吸収液2から炭酸ガスを分離させ吸収液3とする脱気装置20と、脱気装置20で分離した炭酸ガスを液化させて液化炭酸ガスとオフガスとに分離する液化装置30と、吸収液3を送液するポンプ25とから概略構成されている。
図1は、本発明に係るメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置の一実施形態を示す概略構成図である。ここに例示した濃縮装置は、消化ガスを吸収液1と接触させて、吸収液1中に消化ガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させ吸収液2とすると共に、消化ガス中のメタンガスを分離する精製装置10と、吸収液2から炭酸ガスを分離させ吸収液3とする脱気装置20と、脱気装置20で分離した炭酸ガスを液化させて液化炭酸ガスとオフガスとに分離する液化装置30と、吸収液3を送液するポンプ25とから概略構成されている。
ここで、「優先的に溶解」とは、消化ガス中にはメタンガスと炭酸ガスとが含まれていて、両者とも吸収液1に溶解する性質を有しているが、炭酸ガスの方が吸収液1に対する溶解度が高いため、メタンガスに比べて炭酸ガスの方が多量に溶解することを意味している。
精製装置10には、消化ガスを導入する消化ガス導入管路11、吸収液1を導入する吸収液1用管路12、精製したメタンガスを導出する精製メタンガス導出管路13、および吸収液2を精製装置10から脱気装置20に送液する吸収液2用管路14が設けられている。
このような精製装置10としては、公知の気液接触器、具体的には、充填塔、冷却塔、中空糸膜等を用いることができる。このような気液接触器とは、例えば、吸収液1を上部から導入し、原料である消化ガスを下部から導入して、両者を向流接触させることで、吸収液1中には消化ガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させると同時に、消化ガス中のメタンガスを分離して採取するものである。
また、充填塔とは、内部に活性炭や多孔質物質が充填されているものである。中空糸膜では、中空糸内に消化ガスを流せるようになっていて、中空糸外の表面で吸収液1と接触できるようになっている。
脱気装置20は、該装置において分離させた炭酸ガスを液化装置30へ送るための炭酸ガス管路21を有している。また、脱気装置20には、吸収液3を採取する吸収液3採取管路22が設けられていて、ポンプ25に接続されており、ポンプ25には、吸収液3を精製装置10に送液する吸収液3導入管路26が設けられている。
このような脱気装置20としては、空の容器を用いてもよいが、公知の気液接触器を用いてもよい。具体的には、吸収液2を上部から導入して、吸収液2中の炭酸ガスを放出させて採取するもので、減圧方式、ストリッピング方式のいずれを用いてもよい。
液化装置30には、液化した炭酸ガスを導出する液化炭酸ガス管路31と、分離したオフガスを液化装置30から排出させて、原料である消化ガスに混合させるオフガス管路32とが設けられている。
このような液化装置30としては、公知の二酸化炭素自動冷却装置を用いることができる。また、考えられる他の液化装置としては、アンモニア、フロオロハイドロカーボン、またはフロオロクロロハイドロカーボン等の外部の冷媒を必要とする処理を伴う液化装置などが挙げられる。
液化装置30では、脱気装置20で分離した炭酸ガスを、加圧冷却して液化させ、蒸留等の操作によって精製し、液化炭酸ガスとして採取すると同時に、炭酸ガス中の不純物ガスをオフガスとして分離・採取する。
また、ポンプ25は、吸収液3を精製装置10に送液するものであり、公知の液用ポンプを用いることができる。脱気装置20と精製装置10との圧力差が大きい場合には、複数のポンプを用いてもよい。
本発明の濃縮装置では、精製装置10で消化ガス中の炭酸ガスを吸収させた吸収液2を脱気装置20に送り、該吸収液2中から炭酸ガスを取り出して再生したのち、残った吸収液3を再び吸収液1として精製装置10に供給するように、吸収液を循環使用するので、吸収液の使用量を少なくすることができる。
次いで、上記第一の実施形態である濃縮装置を用いたメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法を説明する。
原料となる消化ガスとしては、メタンガスと炭酸ガスとを含む各種のガスを用いることができ、典型的には有機性廃棄物の生物学的処理に際し発生する消化ガスが用いられる。
この種の消化ガスは、メタンガスと炭酸ガスの他に、窒素、硫化水素、水分などの気体成分を含んでおり、それらのうち、硫化水素は予め除去しておくことが望ましい。消化ガス中の硫化水素を除去するための手段としては、乾式脱硫法と湿式脱硫法がある。
乾式脱硫法には成形脱硫剤式が多く使用されている。成形脱硫剤式は、鉄粉、粘土等でペレット状にした成形脱硫剤を脱硫塔内に充填し、消化ガスと接触させるものであり、取り出した使用済みの脱硫剤は処分する。湿式脱硫法には、水洗浄式、アルカリ洗浄式および薬液再生式がある。
このうち、水洗浄式は、下水処理の場合は下水処理水、その他の処理場の場合は井戸水、工業用水または水道水と、消化ガスとを向流接触させるものである。脱硫時の温度および圧力は、消化ガス発生状態そのままでも良く、特に制限されない。
また、本発明において使用する吸収液としては、工業用水、下水処理水、イオン交換水などの水、NaOH、KOHなどの無機アルカリ水溶液或いは有機アルカリ水溶液を用いることができる。濃縮装置内での閉塞を防止するために、吸収液中の固形成分はあらかじめできるだけ取り除いておくことが好ましい。
まず、精製工程では、精製装置10内で消化ガスを吸収液1と接触させて、吸収液1中に消化ガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させ吸収液2とすると共に、消化ガス中のメタンガスを分離精製する。具体的には、吸収液1用管路12を用いて吸収液1を精製装置10の上部から、また消化ガス管路11を用いて原料消化ガスを精製装置10の下部から装置内に導入する。
消化ガスを吸収液1と気液接触させることにより、水に対する溶解度の高い炭酸ガスが優先的に吸収液1中に拡散、溶解する。一方、メタンガスは炭酸ガスより水に対する溶解度が低いため、ガス中に濃縮して、高濃度のメタンガスとして分離・採取することができる。
このとき、操作圧力範囲は、0.3〜1.0MPaGであることが好ましく、特に0.8〜1.0MPaGであることが好ましい。反応温度は、5〜40℃程度であることが好ましい。操作圧力を上記範囲とすることにより、吸収液1中への炭酸ガスの溶解量を高めることができ、分離するメタンガスの濃度を高めることができる。
また、吸収液1の流量は、原料の消化ガス流量に対して0.2〜2倍であることが好ましく、操作圧力によって吸収液1流量は適宜調整される。吸収液1の液量が少なくなった際には、補給液を補充するのが好ましい。この補給液は、後述するポンプ25から送液された吸収液3を導入する位置よりも上方から、精製装置10に供給するのが好ましい。これにより、高濃度メタンガス中の炭酸ガス濃度を効率的に低下させることができる。
また、補給液は予め溶存ガスを脱気しておくことが望ましい。なお、吸収液1への補給液の補充量は、原料の消化ガスに対して1:1000〜1:10の範囲であることが好ましく、消化ガス中の硫化水素濃度等に依存して適宜調整される。
精製したメタンガスは、精製メタンガス管路13を経て精製装置10外へ導出され有効活用される。また、消化ガス中の炭酸ガスを吸収した吸収液2は、吸収液2用管路14を経て脱気装置20へと送液される。
次に、脱気工程において、脱気装置20内で吸収液2から炭酸ガスを分離して吸収液3を得る。すなわち、吸収液2用管路14から送液された吸収液2を、脱気装置20の上部から装置内に導入して、炭酸ガスを分離する。分離した炭酸ガスは、炭酸ガス管路21を経て液化装置30へ送られる。
炭酸ガスの取り出し方式は、脱気装置20を減圧することにより、供給した吸収液2から溶存ガス成分を取り出す減圧方式、あるいは脱気装置20内に供給した吸収液2と、メタン、炭酸ガス以外のガスとを向流接触させることにより吸収液2から炭酸ガスを放出させるストリッピング方式のいずれかが用いられる。
操作圧力は、−0.01〜0.1MPaGが好ましく、特に負圧が好ましい。反応温度は、5〜40℃程度であることが好ましい。操作圧力を上記範囲とすることにより、吸収液2から放出される炭酸ガスの濃度を高めることができる。
減圧方式により吸収液2から炭酸ガスを回収する場合、精製工程と脱気工程との圧力差を利用して吸収液2中の炭酸ガスを放出する。後述の液化工程における操作圧までの圧力差を利用するだけでなく、積極的に真空ポンプなどで減圧しても良い。
また、それらの組み合わせ、すなわち液化工程における操作圧までの圧力差を利用した放出操作と、さらに真空ポンプを用いた放出操作を直列もしくは並列に設置しても良い。真空ポンプを用いた放出操作は、精製工程における精製ガス中のメタンガス濃度を向上させることができる。
また、ストリッピング方式の場合は、ストリッピング用のガスとしては、窒素、アルゴン等の希ガス、空気、酸素、水素、水蒸気などが好適に用いられる。
次いで、液化工程において、脱気装置20で分離した炭酸ガスを炭酸ガス管路21より液化装置30に導入して液化させ、蒸留等の操作により精製後、液化炭酸ガスと不純物を含むオフガスとに分離する。
液化装置30として、二酸化炭素自動冷却装置を用いた場合、これから得られた液化炭酸ガスは、98%(v/v)を越える純度、更に好ましくは99%(v/v)を越える純度、最も好ましくは99.9%(v/v)を越える純度を有していることが好ましい。得られた液化炭酸ガスは、液化炭酸ガス管路31より導出して有効利用される。
オフガス中には、不純物として、採取しきれなかったメタンガスと炭酸ガスが含まれていて、原料の消化ガスと比べると炭酸ガス濃度が高くなっている。分離したオフガスは、液化装置30からオフガス管路32に排出されて、原料の消化ガスと混合され精製装置10へと再還流される。
これにより、最初の精製工程、脱気工程、液化工程では採取しきれなかったメタンガスと炭酸ガスを取り出すことができるため、さらにメタンガス及び炭酸ガスの回収率を向上させることができる。混合される消化ガスとオフガスとの比率は、1:0.05〜1:0.2の範囲であることが好ましい。
さらに、脱気装置20で得られた吸収液3は、ポンプ25により吸収液3用採取管路22経由で採取され、吸収液3用導入管路26より吸収液1用管路12を経由して、精製装置10へ送液されて再利用される。このとき吸収液3はポンプ25により精製工程の操作圧まで加圧される。
脱気工程から精製工程までの圧力差が大きい場合には、二段階またはそれ以上で加圧してもよい。また、回収した吸収液3を精製装置10の上部から該装置へ供給することが好ましい。
この実施形態の濃縮装置を用いるメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法によると、脱気工程において製造される高濃度炭酸ガスを、液化工程において液化した後、精製し、液化炭酸ガスとして有効に活用することができ、また、液化工程において排出される大量の炭酸ガスとメタンガスを含むオフガスを、原料の消化ガスと混合させることにより、精製工程の処理能力を向上させ、高回収率でメタンガス及び炭酸ガスを濃縮することができる。
[第二の実施形態]
次に、本発明の第二の実施形態であるメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置の概略を図2に示す。
次に、本発明の第二の実施形態であるメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置の概略を図2に示す。
ここに例示した濃縮装置は、消化ガスを吸収液1と接触させて、吸収液1中に消化ガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させ吸収液2とすると共に、消化ガス中のメタンガスを分離する精製装置10と、吸収液2とオフガスとを接触させて、吸収液2中にオフガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させ吸収液4とすると共に、オフガス中のメタンガスを分離する洗浄装置40と、吸収液4から炭酸ガスを分離させ吸収液3とする脱気装置20と、脱気装置20で分離した炭酸ガスを液化させて液化炭酸ガスとオフガスとに分離する液化装置30と、吸収液3を送液するポンプ25とから概略構成されている。
精製装置10には、消化ガスを導入する消化ガス導入管路11、吸収液1を導入する吸収液1用管路12、精製したメタンガスを導出する精製メタンガス導出管路13、および吸収液2を精製装置10から洗浄装置40に送液する吸収液2用管路15が設けられている。この精製装置10としては、第1の実施形態と同様の装置を用いることができる。
洗浄装置40は、吸収液4を脱気装置20へ送液する吸収液4用管路41と、分離したメタンガスを消化ガスに混合させるメタンガス管路42とを備えている。洗浄装置40としては、精製装置10と同様の公知の気液接触器、具体的には、充填塔、冷却塔、中空糸膜等を用いることができる。
脱気装置20は、該装置において分離した炭酸ガスを液化装置30へ送る炭酸ガス管路21を有している。また、脱気装置20には、吸収液3を採取する吸収液3採取管路22が設けられていて、ポンプ25に接続されており、ポンプ25には、吸収液3を精製装置10に送液する吸収液3導入管路26が設けられている。
液化装置30には、液化した炭酸ガスを導出する液化炭酸ガス管路31と、分離したオフガスを液化装置30から排出させて洗浄装置40に送るオフガス管路32とが設けられている。
この第二の実施形態では、上記第一の実施形態の精製工程、脱気工程、液化工程に加えて、精製工程と脱気工程との間に洗浄工程が、また液化工程の後に還流工程が設けられている。第一の実施形態において液化装置30で得られたオフガスを原料の消化ガスに混合させている替わりに、還流工程でこのオフガスを利用する。
まず、洗浄工程では、精製工程で得られた吸収液2を、吸収液2用管路15を経て洗浄装置40へ導入し、この吸収液2から気相との分圧差を利用してメタンガスを分離させて吸収液4とし、吸収液4用管路41により脱気装置20へと送液している。
そして、還流工程では、液化工程で得られたオフガスを還流して、洗浄装置40において吸収液2に接触させて、オフガス中のさらにメタンガスを分離して、このメタンガスを消化ガスに還流させる。一方、オフガス中の炭酸ガスを、洗浄装置40において吸収液2に溶解させて吸収液4とし、吸収液4用管路41により脱気装置20へと送液している。
このとき、吸収液2は洗浄装置40の上部から、洗浄ガスとなるオフガスは洗浄装置40の下部から導入することが好ましい。これにより、吸収液2へのオフガス中の炭酸ガスの吸収が促進されメタンガスの放出効率を向上させることができる。操作圧力範囲は、0.1〜0.9MPaGであることが好ましく、特に0.6〜0.9MPaGの範囲が好ましい。すなわち吸収液2を導入する際に減圧することが好ましい。反応温度は、5〜40℃程度であることが好ましい。
また、還流工程において、洗浄装置40で分離したメタンガスは、メタンガス管路42を経て原料である消化ガスに混合され、再還流されることにより精製メタンガスの回収率を向上させることができる。
この第二の実施形態の濃縮装置を用いるメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法では、脱気工程において製造された高濃度炭酸ガスを、液化工程において液化させる際に排出される大量の炭酸ガスとメタンガスとを含むオフガスを、還流工程において洗浄装置40の洗浄ガスとして使用する。このオフガスは、脱気工程で得られる高濃度炭酸ガスに含まれていた不純物(主にメタンガス)が濃縮されたものになっているが、原料である消化ガスと比較すると、はるかに炭酸ガス濃度が高い。
本発明の濃縮方法によると、洗浄装置40で吸収液2中のメタンガスを回収するために必要な洗浄ガス(主に炭酸ガス)を吸収液2から取り出さなくてよいことから、処理能力を向上させることができる。
また、還流工程においては、洗浄装置40でオフガスを還流して、精製工程よりも炭酸ガスの割合(全圧における炭酸ガス分圧)が高い状態で、吸収液2とこのオフガスとを接触させることができるので、脱気工程で放出される炭酸ガス濃度を高めることができ、液化工程の効率を向上させることができる。さらに、還流工程でオフガス中の炭酸ガスを吸収液2に吸収させることから、全体プロセスにおける炭酸ガスの回収率を向上させることができる。
本実施形態に係る濃縮装置のように、吸収液3を循環使用するタイプの装置において、吸収液を交換せずに循環使用していると、精製装置10、脱気装置20、洗浄装置40において、水分がガスに伴って循環系外に抜き出され、吸収液中の不揮発性成分、例えば塩などの無機成分の濃度が上昇する。吸収液中の不揮発性分の濃度が高くなると、各装置内で不揮発性分が析出して次第に成長し、装置内の吸収液の流れが妨げられて炭酸ガス吸収効率が低下したり、管路などの詰まりの原因となるおそれがある。
このような不都合を防止するため、本実施形態に係る濃縮装置では、吸収液1用管路12を通して新たな吸収液を循環系内に供給すると共に、濃縮装置の適当な箇所に置いて循環系内の吸収液を排出することで、吸収液中の不揮発性分の濃縮を抑制し、各装置内での不揮発性分の析出を防止することができる。
吸収液の排出箇所は特に限定されないが、吸収液3を濃縮装置外へ排出する場合には、ポンプ25の前または後ろ、すなわち吸収液3用採取管路22または吸収液3用導入管路26から排出することが好ましい。この吸収液の補給と排出は、連続的あるいは間欠的に行い得る。
本発明で得られた高濃度メタンガスは、原料の消化ガスと比較して、不燃成分である二酸化炭素が少ないため、単位体積あたりの発熱量が大きい。従って、同じ熱エネルギーを得るために必要なガス量が減少するため、より有効に利用することができる。精製メタンガスは燃料として有用であり、都市ガスの原料用、ガスエンジン、ガスタービン(マイクロガスタービンを含む)、燃料電池などの発電用、ボイラー用、焼却炉の助燃用として利用される。
また、本発明で得られた高濃度液化炭酸ガスは、溶接用、半導体製造用、医療用、飲料用などに活用されたり、ドライアイス製造に使用されたりして有効に利用される
以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例等に限定されるものではない。
[実施例1及び比較例1]
精製装置10、洗浄装置40、脱気装置20、および液化装置30を有し、図2に示す装置と同じ構成のメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置(実施例1装置)を用いた。この装置において、液化装置30で得られたオフガスを洗浄装置40の洗浄ガスとして使用し、メタンガスを放出させ、この分離したメタンガスを原料の消化ガスと混合させて精製装置10で再利用した。
精製装置10、洗浄装置40、脱気装置20、および液化装置30を有し、図2に示す装置と同じ構成のメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置(実施例1装置)を用いた。この装置において、液化装置30で得られたオフガスを洗浄装置40の洗浄ガスとして使用し、メタンガスを放出させ、この分離したメタンガスを原料の消化ガスと混合させて精製装置10で再利用した。
一方、精製装置60、洗浄装置70および脱気装置80を有する装置(比較例1装置)を用いた。この装置において、精製装置60で消化ガスを吸収液と接触させて炭酸ガスを吸収液中に溶解させ、洗浄装置70において減圧してメタンガスを吸収液から放出させ、得られた吸収液は脱気装置80において炭酸ガスを取り除き、この吸収液を精製装置60に送液して、再利用する方法によって、洗浄装置70からメタンガスを採取し、脱気装置80から炭酸ガスを採取した。この場合、実施例1のようなオフガスの還流は行わなかった。
実施例1および比較例1のメタンガスと炭酸ガスの回収率は以下のとおりであった。
実施例1 メタンガス 90% 炭酸ガス 70%
比較例1 メタンガス 95% 炭酸ガス 90%
実施例1 メタンガス 90% 炭酸ガス 70%
比較例1 メタンガス 95% 炭酸ガス 90%
10・・精製装置、20・・脱気装置、25・・ポンプ、30・・液化装置、40・・洗浄装置
Claims (6)
- 消化ガスからメタンガスと炭酸ガスを分離して前記メタンガス及び前記炭酸ガスを濃縮する方法であって、
前記消化ガスを吸収液1と接触させて、前記吸収液1中に前記消化ガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させ吸収液2とすると共に、前記消化ガス中のメタンガスを分離する精製工程と、
前記吸収液2から前記炭酸ガスを分離し、吸収液3とする脱気工程と、
分離した前記炭酸ガスを液化した後、精製し、液化炭酸ガスとオフガスとに分離する液化工程とを有し、
前記オフガスを前記消化ガスに混合して、前記精製工程、前記脱気工程、前記液化工程を繰り返すことを特徴とするメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法。 - 消化ガスからメタンガスと炭酸ガスを分離して前記メタンガス及び前記炭酸ガスを濃縮する方法であって、
前記消化ガスを吸収液1と接触させて、前記吸収液1中に前記消化ガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させ吸収液2とすると共に、前記消化ガス中のメタンガスを分離する精製工程と、
前記吸収液2からメタンガスを分離させて吸収液4とする洗浄工程と、
前記吸収液4から前記炭酸ガスを分離し、吸収液3とする脱気工程と、
分離した前記炭酸ガスを液化した後、精製し、液化炭酸ガスとオフガスとに分離する液化工程と、
このオフガスを還流して、前記吸収液2に接触させて、前記オフガス中の炭酸ガスを前記吸収液2に優先的に溶解させて吸収液4とすると共に、前記オフガス中のメタンガスを分離して前記消化ガスに還流させる還流工程とを有することを特徴とするメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法。 - 前記吸収液3を送液して、前記精製工程における前記吸収液1として用いる請求項1または2に記載のメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法。
- 請求項1に記載のメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法に用いられるメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置であって、
前記消化ガスを前記吸収液1と接触させる精製装置と、
前記吸収液2から前記炭酸ガスを分離させる脱気装置と、
分離した前記炭酸ガスを液化させる液化装置とを備えたことを特徴とするメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置。 - 請求項2に記載のメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法に用いられるメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置であって、
前記消化ガスを前記吸収液1と接触させる精製装置と、
前記オフガスを前記吸収液2と接触させる洗浄装置と、
前記吸収液4から前記炭酸ガスを分離させる脱気装置と、
分離した前記炭酸ガスを液化させる液化装置とを備えたことを特徴とするメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置。 - 前記吸収液3を送液するポンプを備えた請求項4または5に記載のメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005123544A JP2006299105A (ja) | 2005-04-21 | 2005-04-21 | メタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法並びに濃縮装置 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009114048A (ja) * | 2007-11-02 | 2009-05-28 | Metal Industries Research & Development Centre | 二酸化炭素供給装置 |
JP2010106098A (ja) * | 2008-10-29 | 2010-05-13 | Osaka Prefecture | ガス精製方法及びガス精製装置 |
JP2012149002A (ja) * | 2011-01-18 | 2012-08-09 | Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd | ガス精製装置 |
-
2005
- 2005-04-21 JP JP2005123544A patent/JP2006299105A/ja not_active Withdrawn
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