JP2007197548A - 消化ガス中のシロキサンの除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂吸着剤を用いる温度変動型吸着方式によって、消化ガス中のシロキサンを除去する際に、樹脂吸着剤の再生を安価に行えるようにすることにある。
【解決手段】消化槽からの消化ガスを樹脂吸着剤が充填された吸着塔４Ａ（４Ｂ）に流し、消化ガス中に含まれるシロキサンを吸着、除去し、ついで吸着塔４Ａ（４Ｂ）に再生ガスを流して、その内部の樹脂吸着剤に吸着しているシロキサンを脱着して樹脂吸着剤を再生するシロキサンの除去方法であって、上記再生ガスとして、再生初期にはボイラー６からのスチームを用い、再生中期には加熱した酸素濃度１０体積％以下のガスを流し、再生終期には常温の酸素濃度１０体積％以下のガスを流す。ボイラー６は、消化槽を加温するためのスチームを発生させるためのもので、ここで発生するスチームの一部を利用する。
【選択図】図１

Description

この発明は、下水処理施設で生成される消化ガス中のシロキサンを除去する方法に関する。

従来より、下水処理施設では、発生する処理汚泥を消化槽内で嫌気性メタン発酵させてメタンを主成分とする消化ガスを生成させ、この消化ガスを処理施設内のボイラー、発電装置などの燃焼機器の燃料として有効利用することが行われている。また、このボイラーなどから発生するスチームを消化槽の加温に利用するようにもしている。

ところが、下水汚泥中には、下水に混入している合成洗剤などに由来するシロキサンが濃縮しており、これによって、シロキサンが消化ガス中に数ｐｐｍ〜数十ｐｐｍの濃度で混入している。したがって、このようなシロキサンを含む消化ガスを燃焼機器で燃焼させた場合には、シロキサンが燃焼時に酸化ケイ素となって、燃焼機器内部に付着し、不都合を招く。

このため、消化ガス中のシロキサンを除去することが行われている。この消化ガス中のシロキサンの除去方法の一つに、樹脂吸着剤を用いるものがある。この除去方法には、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体などからなる粒状の樹脂吸着剤を充填した吸着塔に消化ガスを常温で流し、これに含まれるシロキサンを吸着、除去し、樹脂吸着剤の再生には、１５０℃程度に加熱した高温窒素を流して、樹脂吸着剤に吸着しているシロキサンを高温で脱着し、系外に排出する温度変動型吸着方式によるものがある。

しかしながら、この除去方法にあっては、樹脂吸着剤の再生のために高温の窒素を用いるため、窒素供給設備や窒素加熱設備が必要となり、設備費、運転コストが高くなる問題があった。
特に、樹脂吸着剤は、その粒径が０．３ｍｍ程度と小さく、吸着塔に充填した場合に圧力損失が大きくなるため、吸着塔の流速に制限があり、比較的口径の大きな吸着塔を用いざるを得ない。

したがって、吸着塔外部からの加熱ではなく、再生ガスを加熱しておき、その熱で樹脂吸着剤を加熱しなければならず、再生ガスの加熱が必須となって、上記のような高コストとなってしまう。
また、再生ガスは、吸着塔内や管路内に残っている可燃性ガスである消化ガスと混合することになるため、防爆のため、酸素濃度が低いことが必要となって、窒素を用いている。
特開２００５−１１８６６１号公報

よって、本発明における課題は、樹脂吸着剤を用いる温度変動型吸着方式によって、消化ガス中のシロキサンを除去する際に、樹脂吸着剤の再生を安価に行えるようにすることにある。

かかる課題を解決するために、
請求項１にかかる発明は、消化槽からの消化ガスを樹脂吸着剤が充填された吸着塔に流し、消化ガス中に含まれるシロキサンを吸着、除去し、ついで吸着塔に再生ガスを流して、その内部の樹脂吸着剤に吸着しているシロキサンを脱着して樹脂吸着剤を再生するシロキサンの除去方法であって、
上記再生ガスとして、再生初期にはスチームを用い、再生中期には加熱した酸素濃度１０体積％以下のガスを流し、再生終期には常温の酸素濃度１０体積％以下のガスを流し、
上記スチームに、消化槽を加温するためのスチームの一部を用いることを特徴とする消化ガス中のシロキサンの除去方法である。

請求項２にかかる発明は、再生時間のうち、その５０〜８０％を再生初期とし、この間にスチームを流すことを特徴とする請求項１記載の除去方法である。

本発明にあっては、吸着塔の再生ガスのかなりの部分にスチームを用いるようにしている。そして、このスチームとして、元々下水処理施設に設けられ、消化槽を加温するために必要なスチームを発生するためのボイラーなどからのスチームの一部を利用するため、吸着塔の再生コストを安価とすることができる。

図１は、この発明の除去方法に用いられる装置の一例を示すものである。
消化槽からの消化ガスは、管１から圧縮機２に送られ、ここで ０．０２〜０．６ＭＰａＧに加圧されたのち、冷却器３に送られ、５〜３５℃に冷却される。この冷却により、消化ガス中の水分が凝縮し、消化ガスが乾燥される。なお、ここで生じる凝縮水中に消化ガスに含まれるシロキサンの一部が凝縮して含まれる。

温度５〜３５℃の消化ガスは、ついで第１の吸着塔４Ａに送り込まれる。第１の吸着塔４Ａ内には、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体などからなる粒状の樹脂吸着剤が充填されており、消化ガスが塔内を流れることで消化ガス中に含まれるシロキサンが吸着され、除去される。
シロキサンが除去された消化ガスは、管５を通って、ボイラー６に送られ、これの燃料として用いられる。ボイラー６では、スチームが発生し、このスチームは下水汚泥のメタン発酵が行われる消化槽に送られ、その消化槽の加温のために使用される。

第１の吸着塔４Ａ内の樹脂吸着剤が破過寸前になると、第２の吸着塔４Ｂに消化ガスが切り替えられて導入され、引き続いてシロキサンの除去が行われる。第２の吸着塔４Ｂは、第１の吸着塔４Ａと同一の構造になっている。なお、第１の吸着塔４Ａと第２の吸着塔４Ｂとの切替は、予め定められた操作時間に基づいてタイマーを用いて行われる。

第２の吸着塔４Ｂにおいて、シロキサンの除去が行われている間に、第１の吸着塔４Ａにおいて樹脂吸着剤の再生が行われる。
この再生には、第１の吸着塔４Ａ内に再生ガスを、消化ガスの流れ方向とは逆方向に流すことによって行われる。
再生ガスには、再生初期においてはスチームが用いられ、再生中期には加熱窒素が用いられ、再生終期には常温窒素が用いられる。

再生初期に用いられるスチームは、上記ボイラー６で発生したスチームの一部が用いられ、このスチームは管７を介して第１の吸着塔４Ａに導入される。スチームの導入流量は、消化ガスの導入流量の１／５〜１／２０とされ、１／２０未満では再生温度不足となり、１／５を越えると過剰となる。

このスチームの導入により、第１の吸着塔４Ａでは、樹脂吸着剤に吸着されているシロキサンがスチームによって加熱されて脱着し、スチームに同伴されて吸着塔外に排出され、この排出ガスは冷却器８で冷却される。
冷却器８では、スチームの水分が凝縮するとともにこれに同伴されたシロキサンが液状に凝縮し、ドレインポッド９に排出される。

スチームの導入時間は、全再生時間を１００とした時、再生開始から５０〜８０とされ、５０未満ではシロキサンの脱着が十分に行われず、８０を越えると過剰となり、次工程での樹脂吸着剤の乾燥、冷却が十分に行われない恐れがある。
このスチームの導入により、樹脂吸着剤に吸着しているシロキサンのほぼ全量が脱着する。

スチームの所定時間の導入が終わった後の再生中期には、図示しない窒素ＰＳＡ装置などの窒素供給源からの窒素をヒータ１０で６０〜１８０℃に加熱して第１の吸着塔４Ａに送り込む。
この加熱窒素の導入により、樹脂吸着剤に付着しているスチーム由来の水分が除去され、樹脂吸着剤が乾燥する。
加熱窒素の導入時間は、全再生時間を１００とした時、５〜３０とされ、５未満では樹脂吸着剤の乾燥が十分ではなく、３０を越えても過剰であり、かつ次工程の樹脂吸着剤の冷却に時間が取れなくなる可能性が生じる。

加熱窒素の所定時間の導入が終わった後の再生終期には、図示しない窒素ＰＳＡ装置などの窒素供給源からの窒素を１０〜３０℃の常温の状態で第１の吸着塔４Ａに送り込む。すなわち、ヒータ１０の動作を停止して窒素を送り込む。
この常温窒素の導入により、樹脂吸着剤が常温に冷却され、次の吸着工程に向けて準備がなされることになる。
常温窒素の導入時間は、全再生時間を１００とした時、１０〜３０とされ、１０未満では樹脂吸着剤の冷却が十分ではなく、３０を越えると過剰である。

以上のようにして、第１の吸着塔４Ａの再生が終了したならば、若干の待機時間を必要に応じて取った後、消化ガスを第１の吸着塔４Ａに切り替えて流し、第２の吸着塔４Ｂを再生する。
以下、この操作を繰り返して連続的に消化ガス中のシロキサンを除去する。
図２は、このような第１および第２の吸着塔４Ａ、４Ｂの切替運転のタイミングチャートの一例を示すものである。

なお、上記実施形態においては、吸着塔の再生中期および再生終期において再生ガスとして窒素を用いたが、窒素に限定されることはなく、消化ガスと混合されても爆発の恐れがなく、かつ乾燥しているガスであればよく、酸素濃度１０体積％以下のガス、例えば水分を除去したボイラー燃焼排ガスでもよい。
また、スチームの発生源としては、ボイラー６に限られることはなく、下水処理設備内にある、例えば発電用ガスタービンエンジンの冷却に伴って発生するスチームなどを使用できる。

以下、具体例を示す。
図１に示す装置を用い、下水処理汚泥由来の消化ガス中のシロキサンを除去する１ヶ月の運転試験を実施した。
消化ガスの流量は６０Ｎｍ^３／ｈとし、消化ガス中のシロキサン濃度は３〜２０ｐｐｍであった。吸着塔切替時間を１２時間とし、スチーム導入時間を８時間、加熱窒素導入時間を１時間、常温窒素導入時間を１時間、待機時間を２時間とした。吸着塔の再生設定温度を１５０℃、スチーム流量平均５ｍ^３／ｈ、加熱窒素流量および常温窒素流量平均１ｍ^３／ｈとして連続運転を行った。

その結果、シロキサンを除去した後の消化ガス中のシロキサン濃度は常に０．１ｐｐｍ以下であった。また、冷却器３での凝縮水中に約０．６ｋｇ／月の液状シロキサンが排出され、冷却器８で凝縮された液体中に約４．６ｋｇ／月の液状のシリコンオイルが排出された。
また、装置運転に要したエネルギーは、圧縮機２およびスチームを除き、加熱に必要な電力は、約５ｋＷｈ／月、窒素ＰＳＡ装置の運転電力は約１４０ｋＷｈ／月であった。
この電力量は、再生ガスのすべてに窒素を用いた従来方法に比較して、それぞれ１／８、１／５であった。

本発明の除去方法を実施するための装置の一例を示す概略構成図である。 本発明における吸着塔の切替運転のタイミングチャートの一例である。

符号の説明

４Ａ・・・第１の吸着塔、４Ｂ・・・第２の吸着塔、６・・・ボイラー

Claims (2)

1. 消化槽からの消化ガスを樹脂吸着剤が充填された吸着塔に流し、消化ガス中に含まれるシロキサンを吸着、除去し、ついで吸着塔に再生ガスを流して、その内部の樹脂吸着剤に吸着しているシロキサンを脱着して樹脂吸着剤を再生するシロキサンの除去方法であって、
   上記再生ガスとして、再生初期にはスチームを用い、再生中期には加熱した酸素濃度１０体積％以下のガスを流し、再生終期には常温の酸素濃度１０体積％以下のガスを流し、
   上記スチームに、消化槽を加温するためのスチームの一部を用いることを特徴とする消化ガス中のシロキサンの除去方法。
2. 再生時間のうち、その５０〜８０％を再生初期とし、この間にスチームを流すことを特徴とする請求項１記載の除去方法。
   

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