JP2008018305A - Gas purifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス精製装置に関し、特に、下水消化ガスや食品廃棄物発酵メタンガスなどのバイオガスや、ごみなどの廃棄物を熱分解して生成した廃棄物熱分解ガスなどのように、有機珪素系不純物を含有するガスを精製する場合に適用すると有効なものである。 The present invention relates to a gas purification apparatus, and in particular, organic silicon such as biogas such as sewage digestion gas and food waste fermentation methane gas, and waste pyrolysis gas generated by pyrolyzing waste such as waste. It is effective when applied to purify gas containing system impurities.
下水消化ガスや食品廃棄物発酵メタンガスなどのバイオガスや、ごみなどの廃棄物を熱分解して生成した廃棄物熱分解ガスなどでガスエンジンやマイクロガスタービンなどを駆動して発電などに有効利用する場合には、当該ガス中に含まれている硫黄系不純物(例えば、硫化水素、チオカルボニル、チオフェン、メルカプタンなど)や有機珪素系不純物(例えば、シロキサンなど)などのような有害物質を予め除去して当該ガスを精製しておく必要がある。このため、従来は、上記バイオガスや上記廃棄物熱分解ガスなどの原ガス中の硫黄系不純物を、水酸化ナトリウム水溶液などにより化学的に吸収除去したり(タカハックス法)、酸化鉄などにより物理的に吸着除去したり(ダライ粉層法)、上記原ガス中の有機珪素系不純物を活性炭などにより物理的に吸着除去することにより、上記原ガスを精製するようにしていた。 Biogas such as sewage digestion gas and food waste fermented methane gas, and waste pyrolysis gas generated by pyrolyzing wastes such as garbage, etc., can be used effectively for power generation by driving gas engines and micro gas turbines In this case, the harmful substances such as sulfur impurities (for example, hydrogen sulfide, thiocarbonyl, thiophene, mercaptan) and organic silicon impurities (for example, siloxane) contained in the gas are removed in advance. Therefore, it is necessary to purify the gas. For this reason, conventionally, sulfur-based impurities in raw gases such as the biogas and the waste pyrolysis gas are chemically absorbed and removed with an aqueous sodium hydroxide solution (Takahax method) or physically with iron oxide or the like. The raw gas is purified by adsorption or removal (Dalai powder layer method) or by physically adsorbing and removing organic silicon impurities in the raw gas with activated carbon or the like.
例えば、特許文献1には、原ガスを第一の処理槽に送給させ、該第一の処理槽内に配置された、USY,USM,MCM−41,MCM−48の何れかの有機珪素系不純物吸着剤および硫黄系不純物吸着剤により、前記有機珪素系不純物および前記硫黄系不純物をそれぞれ吸着除去させて、メタンからなる精製ガスを精製するガス精製装置が開示されている。また、このガス精製装置では、前記第一の処理槽内に水分吸着剤がガスの流通方向において前記第一の処理槽内における前記不純物吸着剤の後流側に設けられて、原ガスに含まれる水分を吸着除去させていた。
For example,
また、特許文献2には、消化ガスをシロキサン除去部に送給させ、該シロキサン除去部に配置されたガス処理用の活性炭からなるシロキサン化合物吸着剤(有機珪素系不純物吸着剤)により、前記有機珪素系不純物であるシロキサン化合物を吸着除去して、メタンからなる精製ガスを精製する消化ガスの精製装置が開示されている。
しかしながら、前述したガス精製装置や前述した消化ガスの精製装置において、USY,USM,MCM−41,MCM−48,活性炭の何れかの有機珪素系不純物吸着剤により原ガスから有機珪素系不純物を吸着除去することができるものの、これらの吸着剤以外に原ガス(炭化水素)からの有機珪素系不純物の吸着除去に用いて好適である吸着剤を用いたガス精製装置が望まれていた。 However, in the gas purification apparatus and the digestion gas purification apparatus described above, the organosilicon impurities are adsorbed from the raw gas by the organosilicon impurity adsorbent of any of USY, USM, MCM-41, MCM-48, and activated carbon. In addition to these adsorbents, a gas purifier using an adsorbent that is suitable for adsorbing and removing organosilicon impurities from raw gas (hydrocarbon) has been desired.
そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、原ガス(炭化水素)からの有機珪素系不純物の吸着除去に用いて好適である吸着剤を用いたガス精製装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been proposed in view of the above-described problems, and provides a gas purification apparatus using an adsorbent that is suitable for adsorption removal of organosilicon impurities from raw gas (hydrocarbon). With the goal.
上述した課題を解決する第1の発明に係るガス精製装置は、硫黄系不純物、有機珪素系不純物、および水分を含有する原ガスを精製するガス精製装置であって、第一の処理槽と、前記第一の処理槽の一方側から他方側へ前記原ガスを流通させる第一のガス送給手段と、前記第一の処理槽内を減圧して排気する第一の減圧排気手段と、前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配置され、前記硫黄系不純物を吸着する硫黄系不純物吸着剤と、前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配置され、前記有機珪素系不純物を吸着する有機珪素系不純物吸着剤と、第二の処理槽と、前記第一の処理槽の一方側から他方側へ流通したガスを前記第二の処理槽の一方側から他方側へ流通させる第二のガス送給手段と、前記第二の処理槽内を減圧して排気する第二の減圧排気手段と、前記第二の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第二の処理槽内に配置され、水分を吸着する水分吸着剤とを有し、前記硫黄系不純物吸着剤が、シリカライトであり、前記有機珪素系不純物吸着剤が、SBA−1、SBA−3、SBA−7、SBA−15のうちの何れかであり、前記水分吸着剤が、シリカゲルであることを特徴とする。 A gas purification apparatus according to a first invention that solves the above-described problem is a gas purification apparatus that purifies a raw gas containing sulfur-based impurities, organic silicon-based impurities, and moisture, and includes a first treatment tank, A first gas feeding means for circulating the raw gas from one side of the first treatment tank to the other side; a first reduced pressure exhaust means for evacuating and exhausting the inside of the first treatment tank; A sulfur-based impurity adsorbent that adsorbs the sulfur-based impurities, disposed in the first processing tank so as to partition one side and the other side in the first processing tank, and in the first processing tank Arranged in the first treatment tank so as to partition one side and the other side, an organosilicon impurity adsorbent that adsorbs the organosilicon impurities, a second treatment tank, and the first treatment tank The gas flowing from one side of the second to the other side flows from one side of the second treatment tank to the other side. A second gas feeding means, a second reduced pressure exhaust means for evacuating and exhausting the inside of the second treatment tank, and the one side and the other side in the second treatment tank so as to partition each other. And a moisture adsorbent that adsorbs moisture, the sulfur-based impurity adsorbent is silicalite, and the organosilicon impurity adsorbent is SBA-1, SBA- 3, SBA-7, or SBA-15, wherein the moisture adsorbent is silica gel.
上述した課題を解決する第2の発明に係るガス精製装置は、硫黄系不純物、有機珪素系不純物、および水分を含有する原ガスを精製するガス精製装置であって、第一の処理槽と、前記第一の処理槽内を減圧して排気する第一の減圧排気手段と、前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配置され、前記硫黄系不純物を吸着する硫黄系不純物吸着剤と、前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配置され、前記有機珪素系不純物を吸着する有機珪素系不純物吸着剤と、第二の処理槽と、前記原ガスを前記第一の処理槽の一方側から他方側へ流通させると共に、この第一の処理槽の一方側から他方側へ流通したガスを前記第二の処理槽の一方側から他方側へ流通させる第二のガス送給手段と、前記第二の処理槽内を減圧して排気する第二の減圧排気手段と、前記第二の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第二の処理槽内に配置され、水分を吸着する水分吸着剤と有し、前記硫黄系不純物吸着剤が、シリカライトであり、前記有機珪素系不純物吸着剤が、SBA−1、SBA−3、SBA−7、SBA−15のうちの何れかであり、前記水分吸着剤が、シリカゲルであることを特徴とする。 A gas purification apparatus according to a second invention that solves the above-described problem is a gas purification apparatus that purifies a raw gas containing sulfur-based impurities, organic silicon-based impurities, and moisture, and includes a first treatment tank, The first reduced pressure exhaust means for depressurizing and exhausting the inside of the first treatment tank, and disposed in the first treatment tank so as to partition one side and the other side in the first treatment tank, The sulfur-based impurity adsorbent that adsorbs the sulfur-based impurities and the first processing tank are disposed in the first processing tank so as to separate one side and the other side, and adsorb the organosilicon impurities. An organic silicon-based impurity adsorbent, a second treatment tank, and the raw gas flowing from one side of the first treatment tank to the other side, and from one side of the first treatment tank to the other side. A second gas that circulates the circulated gas from one side of the second treatment tank to the other side. Gas supply means, second reduced pressure exhaust means for depressurizing and exhausting the inside of the second treatment tank, and the second treatment so as to partition one side and the other side in the second treatment tank. It is arranged in a tank and has a moisture adsorbent that adsorbs moisture, the sulfur-based impurity adsorbent is silicalite, and the organosilicon-based impurity adsorbent is SBA-1, SBA-3, SBA-7. , SBA-15, and the moisture adsorbent is silica gel.
本発明に係るガス精製装置によれば、原ガスに含まれる硫黄系不純物、有機珪素系不純物および水分が、第一の処理槽に配置された硫黄系不純物吸着剤、および第二の処理槽に配置された水分吸着剤にてそれぞれ吸着され、前記硫黄系不純物および前記水分が異なる排気経路にて系外に排出されるので、前記硫黄系不純物と前記水分とが接触しなくなる。よって、前記水分に前記硫黄系不純物が溶解してなる溶液による、前記処理槽、前記吸着剤、および前記硫黄系不純物が排気される排気経路などの腐食を回避することができる。その結果、原ガスから硫黄系不純物および水分の除去による精製を低コストで且つ安定して実施することができる。さらに、前記有機珪素系吸着剤がSBA−1、SBA−3、SBA−7、SBA−15のうちの何れかであることで、これら吸着剤が、当該吸着剤に吸着された有機珪素系不純物を除去した後に再度有機珪素系不純物を吸着する可逆吸着性能を有しており、有機珪素系不純物を含有する炭化水素から当該有機珪素系不純物の吸着除去を連続的に安定して行うことができる。 According to the gas purification apparatus of the present invention, sulfur-based impurities, organosilicon impurities and moisture contained in the raw gas are transferred to the sulfur-based impurity adsorbent disposed in the first processing tank and the second processing tank. The sulfur-based impurities and the moisture are not brought into contact with each other because the sulfur-based impurities and the moisture are discharged out of the system through different exhaust paths. Therefore, it is possible to avoid corrosion of the treatment tank, the adsorbent, and an exhaust path through which the sulfur impurities are exhausted by a solution in which the sulfur impurities are dissolved in the moisture. As a result, purification by removing sulfur impurities and moisture from the raw gas can be stably performed at low cost. Further, since the organosilicon adsorbent is any one of SBA-1, SBA-3, SBA-7, and SBA-15, the adsorbent is adsorbed on the adsorbent. It has a reversible adsorption performance for adsorbing organic silicon impurities again after removing the organic silicon impurities, and can adsorb and remove the organic silicon impurities from hydrocarbons containing the organic silicon impurities continuously and stably. .
以下に、本発明に係るガス精製装置を実施するための最良の形態について、各実施形態に基づき具体的に説明する。 Below, the best form for implementing the gas purification apparatus which concerns on this invention is demonstrated concretely based on each embodiment.
[第一の実施形態]
以下に、本発明の第一の実施形態に係るガス精製装置につき、図面を用いて具体的に説明する。
[First embodiment]
Hereinafter, the gas purification apparatus according to the first embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第一の実施形態に係るガス精製装置の概略構成図であり、図2は、それが有する第三の処理槽の説明図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas purification apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory diagram of a third treatment tank that it has.
本実施形態に係るガス精製装置は、図1に示すように、下水消化ガスや食品廃棄物発酵メタンガスなどのバイオガスや、ごみなどの廃棄物を熱分解して生成した廃棄物熱分解ガスなどのような、硫黄系不純物(例えば、硫化水素、チオカルボニル、チオフェン、メルカプタンなど)1a(含有量:1000ppm以上)、有機珪素系不純物(例えば、シロキサンなど)1b(含有量:50mg/Nm3程度)、水分1cおよび二酸化炭素1dを含有する原ガス1を精製するガス精製装置10であって、原ガス1から硫黄系不純物1aおよび有機珪素系不純物1bを吸着して除去する第一の処理槽である吸着塔11と、吸着塔11の下方側(一方側)から上方側(他方側)へ原ガス1を流通させる第一のガス送給手段と、吸着塔11を減圧して当該吸着塔11にて吸着された不純物1a,1bを排気させる第一の減圧排気手段と、吸着塔11の下方側から上方側へ流通して精製された精製ガス1eから水分1cを吸着して除去する第二の処理槽である吸着塔21と、精製ガス1eを吸着塔21の下方側(一方側)から上方側(他方側)へ流通させる第二のガス送給手段と、吸着塔21を減圧して当該吸着塔21にて吸着された水分1cを排気させる第二の減圧排気手段と、吸着塔21の下方側(一方側)から上方側(他方側)へ流通して精製された精製ガス1fから二酸化炭素1dを吸着して除去する第三の処理槽である吸着塔31と、精製ガス1fを吸着塔31の下方側(一方側)から上方側(他方側)へ流通させる第三のガス送給手段と、吸着塔31を減圧して当該吸着塔31にて吸着された二酸化炭素1dを排気させる第三の減圧排気手段とを有する。
As shown in FIG. 1, the gas purification apparatus according to the present embodiment includes biogas such as sewage digestion gas and food waste fermentation methane gas, and waste pyrolysis gas generated by pyrolyzing waste such as garbage. Such as sulfur-based impurities (for example, hydrogen sulfide, thiocarbonyl, thiophene, mercaptan) 1a (content: 1000 ppm or more), organosilicon-based impurities (for example, siloxane) 1b (content: about 50 mg / Nm 3) ), A
また、上述したガス精製装置10は、吸着塔31の一方側から減圧して排気された二酸化炭素(ガス)1dを吸着塔31の一方側から再び送給させると共に、吸着塔11,21の他方側へ送給させる第一の排気再送給手段と、吸着塔31の一方側から他方側へ流通したガス1gを吸着塔31の他方側へ送給させる第二の排気再送給手段とを有する。
In addition, the
前記第一のガス送給手段としては、ブロア16、バルブ18a,18bなどが挙げられる。
Examples of the first gas supply means include a
前記第一の減圧排気手段としては、真空ポンプ56、バルブ19aなどが挙げられる。
Examples of the first vacuum exhaust means include a
吸着塔11は、複数(本実施形態では2つ)設けられ並列に連結される。この吸着塔11は、当該吸着塔11内の下方側(一方側)と上方側(他方側)とを仕切るように当該吸着塔11内に配置され、硫黄系不純物1aを吸着する高シリカゼオライトからなりハニカム形状の硫黄系不純物吸着剤12と、吸着塔11内の下方側(一方側)と上方側(他方側)とを仕切るように当該吸着塔11内に配置され、有機珪素系不純物1bを吸着する高シリカゼオライトからなりハニカム形状の有機珪素系不純物吸着剤13とを有する。
A plurality of (two in this embodiment)
硫黄系不純物吸着剤12を構成する高シリカゼオライトとしては、シリカライトが挙げられる。
Silicalite is mentioned as a high silica zeolite which comprises the sulfur type
なお、上記高シリカゼオライトは、疎水性を有し、水分共存下でも吸着量の低下が少ないものである。 Note that the high silica zeolite has hydrophobicity, and the amount of adsorption is hardly reduced even in the presence of moisture.
有機珪素系不純物吸着剤(ガス精製剤)13を構成する高シリカゼオライトとしては、USM,USY,MCM−41,MCM−48,SBA−1,SBA−3,SBA−7,SBA−15が挙げられ、特に、MCM−41,SBA−1,SBA−15であると好ましく、さらに、SBA−15であると最も好ましい。 USM, USY, MCM-41, MCM-48, SBA-1, SBA-3, SBA-7, SBA-15 are listed as the high silica zeolite constituting the organosilicon impurity adsorbent (gas purification agent) 13. In particular, MCM-41, SBA-1, and SBA-15 are preferable, and SBA-15 is most preferable.
吸着塔21は、複数(本実施形態では2つ)設けられ並列に連結される。この吸着塔21は、当該吸着塔21内の下方側(一方側)と上方側(他方側)とを仕切るように当該吸着塔21内に配置され、水分を吸着するシリカゲルからなりハニカム形状の水分吸着剤24を有する。
A plurality (two in this embodiment) of
前記第二のガス送給手段として、ブロア26、バルブ28a,28bなどが挙げられる。
Examples of the second gas supply means include a
前記第二の減圧排気手段として、真空ポンプ66、バルブ29aなどが挙げられる。
Examples of the second decompression means include a
吸着塔31は、複数(本実施形態では3つ)設けられ並列に連結される。この吸着塔31は、当該吸着塔31内の下方側(一方側)と上方側(他方側)とを仕切るように当該吸着塔31内に配置され、二酸化炭素1dを吸着するハニカム形状のX型ゼオライトからなる二酸化炭素吸着剤35を有する。
A plurality (three in this embodiment) of
二酸化炭素吸着剤35を構成するX型ゼオライトとしては、Li,Ca,Sr,Mg,Naのうちのいずれかを交換カチオンとしたX型ゼオライト(Li−X,Ca−X,Sr−X,Mg−X,Na−X)が挙げられ、シリカ/アルミナ比が2〜2.5であると好ましく、特に、Li又はNaを交換カチオンとしたX型ゼオライト(Li−X又はNa−X)であるとより好ましく、さらに、シリカ/アルミナ比が2であると最も好ましい。 As the X-type zeolite constituting the carbon dioxide adsorbent 35, an X-type zeolite (Li-X, Ca-X, Sr-X, Mg) using any one of Li, Ca, Sr, Mg, and Na as an exchange cation. -X, Na-X), and the silica / alumina ratio is preferably 2 to 2.5, particularly X-type zeolite (Li-X or Na-X) having Li or Na as an exchange cation. More preferably, the silica / alumina ratio is most preferably 2.
前記第三のガス送給手段として、ブロア36、バルブ38a,38bなどが挙げられる。
Examples of the third gas feeding means include a
前記第三の減圧排気手段として、真空ポンプ46、バルブ39aなどが挙げられる。
Examples of the third decompression means include a
前記第一の排気再送給手段として、第一のサージタンク47、バルブ14a,14b,19b,29b,49a,49b、流量調節弁2,3などが挙げられる。
Examples of the first exhaust retransmission supply means include a
前記第二の排気再送給手段として、第二のサージタンク57、流量調節弁6、バルブ39bなどが挙げられる。
Examples of the second exhaust re-transmission supply means include a
上述したガス精製装置10では、硫黄系不純物吸着剤12が、原ガス1の流通方向において有機珪素系不純物吸着剤13よりも上流側に配置される。水分吸着剤24は、原ガス1の流通方向において硫黄系不純物吸着剤12および有機珪素系不純物吸着剤13よりも下流側に配置される。二酸化炭素吸着剤35は、原ガス1の流通方向において硫黄系不純物吸着剤12、有機珪素系不純物吸着剤13および水分吸着剤24よりも下流側に配置される。
In the
このような位置に硫黄系不純物吸着剤12を配置することにより、硫黄系不純物1a による有機珪素系不純物吸着剤13や水分吸着剤24の劣化を抑制することができる。このような位置に二酸化炭素吸着剤35を配置することにより、硫黄系不純物1a、有機珪素系不純物1bおよび水分1cによる二酸化炭素吸着剤35の劣化を抑制することができる。
By disposing the sulfur-based
なお、第一のサージタンク47から吸着塔31の一方側から他方側へ流通し、精製ガス1fと合流するガス1hは、流量調節弁7,8により調節される。二酸化炭素1dは、流量調節弁32、バルブ33を介して系外に排気される。精製ガス1gは、流量調節弁37を介して回収される。
The
このようなガス精製装置10においては、一方の吸着塔11にて硫黄系不純物1aおよび有機珪素系不純物1bを吸着して除去する吸着工程が行われ、他方の吸着塔11にて吸着剤12,13にそれぞれ吸着された硫黄系不純物1aおよび有機珪素系不純物1bを脱着させる脱着工程が行われる。また、一方の吸着塔21にて水分1cを吸着除去する吸着工程が行われ、他方の吸着塔21にて吸着剤24に吸着された水分1cを脱着させる脱着工程が行われる。さらに、一つの吸着塔31にて二酸化炭素1dを吸着除去する吸着工程が行われ、他の一つの吸着塔31にて吸着された精製ガス1gを脱着させるパージ工程が行われ、さらに他の一つの吸着塔31にて吸着剤35に吸着された二酸化炭素1dを脱着させる脱着工程が行われる。
In such a
すなわち、一方の吸着塔11にて吸着工程が行われる場合、ガスの流通経路に該当するバルブ18a,18bを開放する一方、バルブ19a,19bを閉鎖し、ブロア16を作動させることにより、原ガス1が吸着塔11内に送給される。このとき、原ガス1は吸着塔内11を下方側から上方側へ流通し、吸着塔11内の吸着剤12,13に不純物1a,1bがそれぞれ吸着されて除去される。これにより、原ガス1が精製ガス1eとなって吸着塔11の上方から送出される。
That is, when an adsorption process is performed in one
他方の吸着塔11にて脱着工程が行われる場合、ガスの流通経路に該当するバルブ19aを開放する一方、バルブ18a,18b,19bを閉鎖し、真空ポンプ56を作動させることにより、吸着塔11内が減圧される。このとき、吸着剤12,13に吸着された不純物1a,1bは、当該吸着剤12,13から脱着されて真空ポンプ56を通って系外に排気される。
When the desorption process is performed in the
続いて、このような脱着が所定時間行なわれると、バルブ18a,18bを閉鎖する一方、バルブ14b,19a,19bを開放し、流量調節弁3を調節することにより、第一のサージタンク47内の二酸化炭素1dが吸着塔11内に送給される。この操作を行うことにより、吸着剤12,13に吸着された不純物1a,1bがさらに脱着される。
Subsequently, when such desorption is performed for a predetermined time, the
続いて、上述した操作を所定時間行った後、バルブ14b,18a,18b,19aを閉鎖する一方、バルブ15b,19bを開放し、流量調節弁5を調節することにより、真空ポンプ46により加圧された二酸化炭素1dが第一のサージタンク47から吸着塔11内に送給される。これにより、吸着塔11内が昇圧されて常圧となる。なお、排気された不純物1a,1bは、回収するようにしても良い。
Subsequently, after performing the above-described operation for a predetermined time, the
上述した吸着工程および脱着工程がそれぞれ所定時間行われると、吸着工程を行った吸着塔11にて脱着工程が行われ、脱着工程を行った吸着塔11にて吸着工程が行われる。二つの吸着塔11にて、上述した工程を繰り返し交互に行うことで、原ガス1からの不純物1a,1bの除去(原ガス1の精製処理)を連続して行うことができる。
When the adsorption process and the desorption process described above are performed for a predetermined time, the desorption process is performed in the
また、一方の吸着塔21にて吸着工程が行われる場合、ガスの流通経路に該当するバルブ28a,28bを開放する一方、バルブ29a,29bを閉鎖し、ブロア26を作動させることにより、吸着塔11の一方側から他方側に流通して精製された精製ガス1eが吸着塔21内に送給される。このとき、精製ガス1eは吸着塔21内を下方側から上方側へ流通し、吸着塔21内の吸着剤24に不純物1cが吸着されて除去される。これにより、精製ガス1eが精製ガス1fとなって吸着塔21の上方側から送出される。
Further, when the adsorption process is performed in one
他方の吸着塔21にて脱着工程が行われる場合、ガスの流通経路に該当するバルブ29aを開放する一方、バルブ28a,28b,29bを閉鎖し、真空ポンプ56を作動させることにより、吸着塔21内が減圧される。このとき、吸着剤24に吸着された水分1cは、当該吸着剤24から脱着されて真空ポンプ66を通って系外に排気される。
When the desorption process is performed in the
続いて、このような脱着が所定時間行なわれると、バルブ28a,28bを閉鎖する一方、バルブ14a,29a,29bを開放し、流量調節弁2を調節することにより、第一のサージタンク47内の二酸化炭素1dが吸着塔21内に送給される。この操作を行うことにより、吸着剤24に吸着された不純物1cがさらに脱着される。
Subsequently, when such desorption is performed for a predetermined time, the
続いて、上述した操作を所定時間行った後、バルブ14a,28a,28b,29aを閉鎖する一方、バルブ15a,29bを開放し、流量調節弁4を調節することにより、真空ポンプ46により加圧された二酸化炭素1dが第一のサージタンク47から吸着塔21内に送給される。これにより、吸着塔21内が昇圧されて常圧となる。なお、排気された不純物1cは、回収するようにしても良い。
Subsequently, after performing the above-described operation for a predetermined time, the
上述した吸着工程および脱着工程がそれぞれ所定時間行われると、吸着工程を行った吸着塔21にて脱着工程が行われ、脱着工程を行った吸着塔21にて吸着工程が行われる。二つの吸着塔21にて、上述した工程を繰り返し交互に行うことで、精製ガス1eからの不純物1cの除去(原ガス1の精製処理)を連続して行うことができる。
When the adsorption process and the desorption process described above are performed for a predetermined time, the desorption process is performed in the
ここで、吸着塔31における吸着工程、パージ工程および脱着工程につき図2を用いて説明する。なお、この図は、図中の左側の吸着塔31にて吸着工程が行われ、図中の中央の吸着塔31にてパージ工程が行われ、図中の右側の吸着塔31にて脱着工程が行われる場合を示す。
Here, an adsorption process, a purge process, and a desorption process in the
一つの吸着塔31(図中では左側)にて、この吸着塔31のガスの流通経路に該当するバルブ38a,38bを開放する一方、バルブ39a,39b,49a,49bを閉鎖し、ブロア36を作動させることにより、吸着塔21の一方側から他方側に流通して精製された精製ガス1fが吸着塔31内に送給される。このとき、精製ガス1fは吸着塔内31を下方側から上方側へ流通し、吸着塔31内の吸着剤35に不純物1dが吸着されて除去される。これにより、精製ガス1fが精製ガス1gとなって吸着塔31の上方から送出される。
In one adsorption tower 31 (left side in the figure), the
他の一つの吸着塔31(図中では中央)にて、この吸着塔31のガスの流通経路に該当するバルブ49a,49bを開放する一方、バルブ38a,38b,39a,39bを閉鎖し、ブロア36および真空ポンプ46を作動させることにより、第一のサージタンク47内のガス1dが吸着塔31の一方側から他方側へ流通される。このとき、前記吸着塔31内にて二酸化炭素1dの分圧が高くなり、この二酸化炭素1dと吸着剤35に吸着した精製ガス1gとが置換してこの精製ガス1gが脱着され、精製ガス1hは吸着塔31の上方から送出される。この精製ガス1hは、吸着塔21の一方側から他方側に流通した精製ガス1fと合流し、吸着工程を行う(別の)吸着塔31(図中では左)内に送給される。よって、吸着剤35に吸着した精製ガス1gを回収することができるので、原ガス1からの精製ガス1gの回収率を向上させることができる。
In another adsorption tower 31 (center in the figure), the
さらに他の一つの吸着塔31(図中では右側)にて、この吸着塔31のガスの流通経路に該当するバルブ39aを開放する一方、バルブ38a,38b,39b,49bを閉鎖し、真空ポンプ46を作動させることにより、吸着塔31内が減圧される。このとき、吸着剤35に吸着された二酸化炭素1dは、当該吸着剤35から脱着され真空ポンプ46を通って、第一のサージタンク47に溜められる。
Further, in another adsorption tower 31 (right side in the figure), the
続いて、上述した操作を所定時間行った後、バルブ38a,38b,39a,49a,49bを閉鎖する一方、バルブ39bを開放し、流量調節弁6を調節することにより、ブロア36により加圧された精製ガス1gが第二のサージタンク57から吸着塔31内に送給される。これにより、吸着塔31内が昇圧されて常圧となる。なお、排気された二酸化炭素1dは、回収するようにしても良い。
Subsequently, after performing the above-described operation for a predetermined time, the
上述した各工程が所定時間行われると、吸着工程を行った吸着塔31にてパージ工程が行われ、パージ工程を行った吸着塔31にて脱着工程が行われ、脱着工程を行った吸着塔31にて吸着工程が行われる。さらに、前記各工程が所定時間行われると、パージ工程が行われた吸着塔31にて脱着工程が行われ、脱着工程が行われた吸着塔31にて吸着工程が行われ、吸着工程が行われた吸着塔31にてパージ工程が行われる。よって、上述した工程を三つの吸着塔31にて順次繰り返して行うことで、精製ガス1fから二酸化炭素1dを除去して精製ガス1gを精製する処理を連続して行うことができる。
When each of the above-described steps is performed for a predetermined time, the purge step is performed in the
上述した精製ガス1gは、ガスエンジンやマイクロガスタービンなどで発電用の燃料などとして利用することができる。 1 g of the purified gas described above can be used as a fuel for power generation in a gas engine or a micro gas turbine.
よって、上述した各吸着塔11,21,31における操作を繰り返し行うことにより、原ガス1の精製を連続して行うことができる。
Therefore, the purification of the
上述したガス精製装置10は、吸着塔11に配置された、硫黄系不純物吸着剤12および有機珪素系不純物吸着剤13と、吸着塔21に配置された水分吸着剤24と、吸着塔31に配置された二酸化炭素吸着剤35とを有し、圧力スイング吸着(Pressure Swing Adsorption:PSA)により、原ガス1から不純物1a,1bと水分1cと二酸化炭素1dを別々に除去することができる。
The
このため、従来は、水分吸着剤により除去された水分に硫黄系不純物吸着剤により除去された硫黄系不純物が溶解して、吸着剤、吸着塔、および不純物の排気経路(配管、真空ポンプ、バルブなど)を腐食してしまう可能性があったものの、本実施形態においては、原ガス1に含まれる硫黄系不純物1aおよび水分1cが、吸着塔11に配置された硫黄系不純物吸着剤12、および吸着塔21に配置された水分吸着剤24にてそれぞれ吸着され、硫黄系不純物1aおよび水分1cが異なる排気経路にて系外に排出されるので、硫黄系不純物1aと水分1cとが接触しなくなる。よって、水分1cに硫黄系不純物1aが溶解してなる溶液による、吸着塔11,21、吸着剤12,13,24、および硫黄系不純物1aが排気される排気経路などの腐食を回避することができる。その結果、原ガス1から硫黄系不純物1aおよび水分1cの除去による精製を低コストで且つ安定して実施することができる。
Therefore, conventionally, the sulfur-based impurities removed by the sulfur-based impurity adsorbent are dissolved in the water removed by the moisture adsorbent, and the adsorbent, the adsorption tower, and the exhaust path of the impurities (piping, vacuum pump, valve) In the present embodiment, sulfur-based impurities 1a and
したがって、本発明の第一の実施形態に係るガス精製装置10によれば、原ガス1に含まれる硫黄系不純物1aおよび水分1cが、吸着塔11に配置された硫黄系不純物吸着剤12、および吸着塔21に配置された水分吸着剤24にてそれぞれ吸着され、硫黄系不純物1aおよび水分1cが異なる排気経路にて系外に排出されるので、硫黄系不純物1aと水分1cとが接触しなくなる。よって、水分1cに硫黄系不純物1aが溶解してなる溶液による、吸着塔11,21、吸着剤12,13,24、および硫黄系不純物1aが排気される排気経路などの腐食を回避することができる。その結果、原ガス1から硫黄系不純物1aおよび水分1cの除去による精製を低コストで且つ安定して実施することができる。
Therefore, according to the
また、吸着塔11に有機珪素系不純物吸着剤13を配置したことにより、原ガス1から有機珪素系不純物1bの除去による精製を低コストで且つ安定して実施することができる。吸着塔21から排出された精製ガス1fを二酸化炭素吸着剤35が配置された吸着塔31に送給させたことにより、当該二酸化炭素吸着剤35により二酸化炭素1dが吸着除去され、カロリおよび純度の高い精製ガス1gを得ることができる。
In addition, by arranging the
吸着塔11,21を複数設け並列に連結させたことにより、原ガス1の精製処理を連続して行うことができ、処理効率の向上を図ることができる。また、吸着塔31を三つ設け並列に連結させたことにより、原ガス1の精製処理を連続して行うことができ、処理効率の向上を図ることができる。
By providing a plurality of adsorption towers 11 and 21 and connecting them in parallel, the purification process of the
吸着塔31に配置された二酸化炭素吸着剤35から脱着させた二酸化炭素1dを吸着塔31の一方側へ送給したことにより、原ガス1からの精製ガス1gの回収率を向上させることができる。また、二酸化炭素1dを吸着塔11,21の他方側へ送給することにより、吸着剤12,13,24に吸着された不純物1a,1b、および水分1cを脱着させることでき、吸着剤12,13,24を効率良く再生することができる。
Since the
また、吸着剤12,13がハニカム形状であることから、粒状をなす場合よりも原ガス1を流通させるに際しての圧力損失を低減させることができるので、比較的小型なブロア16を利用することができる。その結果、イニシャルコストやランニングコストをさらに抑制することができると同時に、さらに小さな設置スペースで済ますことができる。
Further, since the
[第二の実施形態]
以下に本発明の第二の実施形態に係るガス精製装置について、図面を用いて説明する。
図3は、本発明の第二の実施形態に係るガス精製装置の概略構成図である。ただし、このガス精製装置は、前述した本発明の第一の実施形態に係るガス精製装置において、流量計、制御装置、二酸化炭素濃度計を設けたものであり、それ以外は本発明の第一の実施形態に係るガス精製装置と同じ構成であり、同一箇所には同一符号を付記し、その説明を省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a gas purification apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a gas purification apparatus according to the second embodiment of the present invention. However, this gas purification apparatus is the same as the above-described gas purification apparatus according to the first embodiment of the present invention, in which a flow meter, a control device, and a carbon dioxide concentration meter are provided. It is the same structure as the gas purification apparatus which concerns on this embodiment, and attaches | subjects the same code | symbol to the same location, and abbreviate | omits the description.
本発明の第二の実施形態に係るガス精製装置20は、図3に示すように、第一のサージタンク47から吸着塔31の一方側へ流通するガス1dのガス流量を計測する流量計23aと、吸着塔31の他方側からブロア36の上流側へ送給されるガス1hのガス流量を計測する流量計23bと、第一のサージタンク47および第二のサージタンク57内の二酸化炭素1dの濃度を計測する二酸化炭素濃度計測手段である二酸化炭素濃度計27a,27bと、二酸化炭素濃度計27a,27bにて計測された二酸化炭素濃度、および流量計23a,23bにより計測されたガス流量に基づき流量調節弁7,8の開度をそれぞれ制御する制御手段である制御装置25a,25bとを有する。
As shown in FIG. 3, the
このガス精製装置20では、制御装置25a,25bにより、吸着塔31にて1回のパージ工程にて、吸着塔31の一方側から他方側へ流通するガス1dまたはガス1hの流量が制御される。
In this
具体的には、制御装置25a,25bでは、二酸化炭素濃度計27a,27bにより計測された、第二のサージタンク57内の二酸化炭素1dの濃度が第一の所定値、例えば5vol%以上になると、流量調節弁7,8のどちらか一方または両方の開度が絞られて(調節されて)、ガス1d,1hの流量が低減される。
Specifically, in the
二酸化炭素濃度計27a,27bにより計測された、第一のサージタンク47内の二酸化炭素1dの濃度が第二の所定値、例えば95vol%以下になると、流量調節弁7,8のどちらか一方または両方の開度が緩められて(調節されて)、ガス1d,1hの流量が増加される。
When the concentration of
よって、吸着塔31に送給される混合ガス1j中の二酸化炭素が所定の濃度範囲に調整されて、吸着塔31にて精製された精製ガス1g内の二酸化炭素を所定の濃度以下にさせることができる。
Therefore, the carbon dioxide in the
上述したガス精製装置20においては、前述した第一の実施形態に係るガス精製装置10の場合と同様に操作することにより、吸着塔11にて原ガス1から硫黄系不純物1aおよび有機珪素系不純物1bが吸着除去されて精製ガス1eとなり、吸着塔21にて精製ガス1eから水分1cが吸着除去されて精製ガス1fとなり、吸着塔31にて精製ガス1fから二酸化炭素1dが吸着除去されて精製ガス1gとなる。この精製ガス1gは、吸着塔31の上方から送出され、ガスエンジンやマイクロガスタービンなどに供給されて、発電用の燃料などとして利用される。
In the
したがって、本発明の第二の実施形態に係るガス精製装置20によれば、前述した第一の実施形態に係るガス精製装置10と同様な作用効果を奏する他、原ガス1から二酸化炭素1dが効率良く安定して除去されるので、原ガス1から精製される精製ガス1g内の二酸化炭素を所定の濃度以下にして、純度の高い精製ガス1gを得ることができ、原ガス1からの精製ガス1gであるメタンの回収率を向上させることができる。
Therefore, according to the
[第三の実施形態]
以下に、本発明の第三の実施形態に係るガス精製装置について、図面を用いて説明する。
図4は、本発明の第三の実施形態に係るガス精製装置の概略構成図である。ただし、このガス精製装置は、上述した本発明の第一の実施形態に係るガス精製装置において、第三の処理槽の近傍に配置されたブロアの上流側に混合タンクを設けたものであり、それ以外は本発明の第一の実施形態に係るガス精製装置と同じ構成であり、同一箇所には同一符号を付記し、その説明を省略する。
[Third embodiment]
Below, the gas purification apparatus which concerns on 3rd embodiment of this invention is demonstrated using drawing.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a gas purification apparatus according to the third embodiment of the present invention. However, this gas purification apparatus is a gas purification apparatus according to the first embodiment of the present invention described above, in which a mixing tank is provided on the upstream side of the blower arranged in the vicinity of the third treatment tank, Other than that is the same structure as the gas purification apparatus which concerns on 1st embodiment of this invention, and attaches | subjects the same code | symbol to the same location and abbreviate | omits the description.
本発明の第三の実施形態に係るガス精製装置30は、図4に示すように、ガスの流通方向においてブロア36の上流側に且つその近傍に設けられた混合タンク34を有する。この混合タンク34には、吸着塔21の一方側から他方側へ流通した精製ガス1fと、第一のサージタンク47、および吸着塔31の一方側から他方側へ流通したガス1hとが流入され溜められる。
As shown in FIG. 4, the
この混合タンク34では、ガス1hと精製ガス1fとが混合されて均質化される。均質化したガス1jがブロア36により吸着塔31の一方側から他方側へ流通される。
In the
ただし、混合タンク34は、吸着塔21における1回の吸着工程にて排出された精製ガス1fの流量、および吸着塔31における1回のパージ工程にて排出されたガス1hの流量の合計よりも大きい容量である。
However, the mixing
このガス精製装置30では、流量調節弁7,8を調節することにより、パージ工程が行われる吸着塔31から混合タンク34に流入するガス1hの流量が調節される。よって、ガス1j内のメタンおよび二酸化炭素の濃度を所定の範囲に調節することができる。その結果、ガス1h内のメタン1gの濃度が変動しても、ガス1j内のメタン1gの濃度を所定の範囲内に調整することができ、二酸化炭素吸着剤35の吸着性能を十分に発現させて、混合ガス1jから精製ガス(メタン)1gを効率良く安定して得ることができる。
In this
上述したガス精製装置30においては、前述した第一の実施形態に係るガス精製装置10の場合と同様に操作することにより、吸着塔11にて原ガス1から硫黄系不純物1aおよび有機珪素系不純物1bが吸着除去されて精製ガス1eとなり、吸着塔21にて精製ガス1eから水分1cが吸着除去されて精製ガス1fとなり、吸着塔31にて精製ガス1fから二酸化炭素1dが吸着除去されて精製ガス1gとなる。この精製ガス1gは、吸着塔31の上方から送出され、ガスエンジンやマイクロガスタービンなどに供給されて、発電用の燃料などとして利用される。
In the
したがって、本発明の第三の実施形態に係るガス精製装置によれば、上述した第一の実施形態に係るガス精製装置10と同様な作用効果を奏する他、流量調節弁7,8を調節することにより、第一のサージタンク47、吸着塔31の一方側から他方側へ流通するガス1hの流量が調節されて、ガス1h内のメタンの濃度および二酸化炭素の濃度がそれぞれ所定の範囲に調整される。その結果、このガス1hと、吸着塔21にて精製された精製ガス1fとが混合タンク34に流入し混合して均質化したガス1jもそのガス1j内のメタンおよび二酸化炭素の濃度が所定の範囲に調整される。よって、この混合ガス1jが吸着塔31の一方側から他方側へ流通して精製することとなり、吸着塔31内の二酸化炭素吸着剤35の吸着性能が十分に発現されるので、原ガス1から精製ガス1gを効率良く安定して得ることができる。
Therefore, according to the gas purification apparatus according to the third embodiment of the present invention, the
[第四の実施形態]
本発明の第四の実施形態に係るガス精製装置について、以下に図面を用いて説明する。
図5は、本発明の第四の実施形態に係るガス精製装置の概略構成図である。ただし、このガス精製装置は、上述した第一の実施形態に係るガス精製装置において、第三の処理槽に所定の温度範囲に温度調節可能なジャケットを設ける一方、第三の処理槽へ送給されるガスを所定の温度範囲に温度調節可能な熱交換器を設けたものであり、それ以外は本発明の第一の実施形態に係るガス精製装置と同じ構成であり、同一箇所には同一符号を付記し、その説明を省略する。
[Fourth embodiment]
A gas purification apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a gas purification apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. However, this gas purification apparatus is the same as the gas purification apparatus according to the first embodiment described above, except that the third processing tank is provided with a jacket whose temperature can be adjusted within a predetermined temperature range, while being fed to the third processing tank. Is provided with a heat exchanger capable of adjusting the temperature of the gas to be within a predetermined temperature range, and other than that, it has the same configuration as the gas purification apparatus according to the first embodiment of the present invention, and is the same in the same place. Reference numerals are added and explanations thereof are omitted.
本発明の第四の実施形態に係るガス精製装置40では、図5に示すように、所定の温度範囲に温度調節可能なジャケット41が第三の処理槽である吸着塔31に設けられる一方、吸着塔31内へ送給されるガスを所定の温度範囲に温度調節可能な熱交換器42がブロア36の下流側に設けられる。
In the
ジャケット41は、例えば所定の温度の熱媒(例えば、水や空気など)を当該ジャケット41内に流通させたものが挙げられる。ジャケット41は、その内部に熱媒を流通可能な構造であれば良い。また、前記熱媒の熱を吸着塔31に伝達可能な構造および形状であれば良い。
Examples of the
熱交換器42は、所定の温度範囲に温度調節可能であるものであれば良い。 The heat exchanger 42 only needs to be capable of adjusting the temperature within a predetermined temperature range.
よって、ジャケット41により吸着塔31内の二酸化炭素吸着剤35自体が所定の温度範囲に調節される。
Therefore, the
また、熱交換器42により吸着塔31へ送給されるガスが所定の温度範囲に調節されるので、このガスの熱が二酸化炭素吸着剤35に伝わり、この二酸化炭素吸着剤35が所定の温度範囲となる。
Further, since the gas supplied to the
その結果、二酸化炭素吸着剤35に所定の吸着性能を発現させることができる。原ガス1からの精製ガス1gの回収率を向上させることができる。さらに、精製ガス1f内のメタン1gが前記第3吸着塔31に付着することによる、この吸着塔31内に配置された二酸化炭素吸着剤35の吸着量の低下を抑制することができる。
As a result, the
上述したガス精製装置40においては、前述した第一の実施形態に係るガス精製装置10の場合と同様に操作することにより、吸着塔11にて原ガス1から有機珪素系不順物1aおよび硫黄系不純物1aが吸着除去されて精製ガス1eとなり、吸着塔21にて精製ガス1eから水分1cが吸着除去されて精製ガス1fとなり、吸着塔31にて精製ガス1fから二酸化炭素1dが吸着除去されて精製ガス1gとなる。この精製ガス1gは、吸着塔31の上方から送出され、ガスエンジンやマイクロガスタービンなどに供給されて、発電用の燃料などとして利用される。
In the
したがって、本発明の第四の実施形態に係るガス精製装置40によれば、上述した第一の実施形態に係るガス精製装置10と同様な作用効果を奏する他、吸着塔31内に配置された二酸化炭素吸着剤35自体が所定の温度範囲になるので、この吸着剤35への精製ガス1gの吸着を抑制して、この二酸化炭素吸着剤35の吸着性能を十分に発現させることができる。その結果、原ガス1から精製ガス1gの回収率を向上させることができる。
Therefore, according to the
[他の実施形態]
なお、前述した第一〜第四の実施形態に係るガス精製装置10,20,30,40においては、吸着塔11に配置された吸着剤12,13により硫黄系不純物1a,有機珪素系不純物1bを吸着除去させ、吸着塔21に配置された吸着剤24により水分1cを吸着除去させ、吸着塔31に配置された吸着剤35により二酸化炭素1dを吸着除去させるようにしたが、吸着塔11に配置された吸着剤12により硫黄系不純物1aを吸着除去させ、吸着塔21に配置された吸着剤24により水分を吸着除去させるガス性精製装置としても良く、吸着塔11に配置された吸着剤12,13により硫黄系不純物1a,有機珪素系不純物1bを吸着除去させ、吸着塔21に配置された吸着剤24により水分1cを吸着除去させるガス精製装置としても良い。このようなガス精製装置であっても、硫黄系不純物1aおよび水分1cが異なる排気経路にて系外に排出されるので、硫黄系不純物1aと水分1cとが接触しなくなる。よって、水分1cに硫黄系不純物1aが溶解してなる溶液による、前記吸着塔、前記吸着剤、および硫黄系不純物1aが排気される排気経路などの腐食を回避することができる。その結果、原ガス1から硫黄系不純物1aおよび水分1cの除去による精製を低コストで且つ安定して実施することができる。
[Other Embodiments]
In the
前述した第一の実施形態に係るガス精製装置10においては、第1吸着塔11に配置される有機珪素系不純物吸着剤13を用いて有機珪素系不純物1bを吸着除去するようにしたが、図6に示すように、ガスの流通方向においてブロア16の上流側に、本実施形態では2つ設けられ並列に連結された吸着塔51と、吸着塔51内に配置され、有機珪素系不純物1bを吸着する吸着層である活性炭52と、吸着塔51の前後に設けられたバルブ53a,53bとを有するガス精製装置50としても良い。このようなガス精製装置50では、活性炭52により原ガス1から有機珪素系不純物1bがより確実に除去されて、より純度の高い精製ガス1gを得ることができる。
In the
さらに他実施形態として、前述した第一の実施形態に係るガス精製装置にて、回収された二酸化炭素を二酸化炭素吸着剤などに送給し、減圧して排気させることで、高純度の二酸化炭素を回収可能にしたガス精製装置としても良い。このようなガス精製装置によれば、上述した本発明の第一の実施形態に係るガス精製装置と同様な作用効果を奏する他、高純度の二酸化炭素が回収可能になるので、この回収された高濃度の二酸化炭素を溶接時に使用したり、浄水処理または下水処理にて処理水の殺菌に利用したり、前記二酸化炭素を冷却してドライアイスとして利用したりするなど、有効に利用することができる。 Further, as another embodiment, high-purity carbon dioxide is supplied by supplying the recovered carbon dioxide to a carbon dioxide adsorbent or the like in the gas purification apparatus according to the first embodiment described above, and depressurizing and exhausting the carbon dioxide. It is good also as a gas refining device which made recovery possible. According to such a gas purification device, the same effect as the gas purification device according to the first embodiment of the present invention described above can be obtained, and high-purity carbon dioxide can be recovered. It can be used effectively, such as using high-concentration carbon dioxide during welding, sterilizing treated water in water purification or sewage treatment, or cooling the carbon dioxide and using it as dry ice. it can.
さらに他実施形態として、例えば、図7に示すように、吸着塔11と吸着塔21との間に配設されたブロア26により、原ガス1を吸着塔11の一方側から他方側へ流通させると共に、この吸着塔11の一方側から他方側へ流通したガス1eを吸着塔21の一方側から他方側へ流通させるブロア26を有するようにしたガス精製装置60としても良い。このようなガス精製装置60では、ブロア26と原ガス1に含まれる硫黄系不純物1aとの接触による当該ブロア26の腐食を回避することができる。
As another embodiment, for example, as shown in FIG. 7, the
さらに他実施形態として、例えば、図8に示すように、吸着塔11を減圧する真空ポンプ56、および吸着塔21を減圧する真空ポンプ66へドライエア71を送給可能にしたガス精製装置70としても良い。このようなガス精製装置70では、真空ポンプ56,66において、排気された不純物1a,1b,1cなどの液化が防止され、さらに吸着剤12,13,24の再生効率が向上する。その結果、液化した不純物などによる真空ポンプ56,66や排気経路の腐食などを防止し、さらに真空ポンプ56,66の負荷を低減して、ランニングコストの増加を抑制することができる。
As another embodiment, for example, as shown in FIG. 8, a gas purifier 70 that can supply
さらに他実施形態として、例えば、図9に示すように、真空ポンプ56,66のガス送給口56a,66a近傍にドレイン槽81を設けたガス精製装置80としても良い。このようなガス精製装置80では、吸着剤12,13,24に吸着された不純物1a,1b,1cなどが液化し、液化した不純物などが真空ポンプ56,66から排出されても、ドレイン槽81に溜められる。その結果、ガスの流通方向においてドレイン槽81よりも下流側の排気経路などの腐食などが防止され、ランニングコストの増加を抑制することができる。
Furthermore, as another embodiment, for example, as shown in FIG. 9, a gas purification device 80 in which a
前述した本発明の第二の実施形態に係るガス精製装置20においては、流量計23a,23bを設けて、ガス1d,1hの流量を計測するようにしたが、これら流量計23a,23bのうちどちらか一方のみを設けたガス精製装置としても良い。このようなガス精製装置であっても、上述した本発明の第二の実施形態に係るガス精製装置20と同様な作用効果を奏する。
In the
なお、上記では、本発明の第三の実施形態に係るガス精製装置30においては、混合タンク34を設けたが、この混合タンクを本発明の第一,第二,第四、および他の実施形態に係るガス精製装置10,20,40〜80において設けても良く、このようなガス精製装置でも、上記ガス精製装置30と同様な作用効果を奏する。
In the above, in the
また、前述した第一〜第四、および他の実施形態に係るガス精製装置10〜80では、原ガス1として、下水消化ガスや食品廃棄物発酵メタンガスなどのバイオガスや、ごみなどの廃棄物を熱分解して生成した廃棄物熱分解ガスなどを用いた場合について説明したが、有機珪素系不純物及び硫黄系不純物を含有するガスを精製する場合であれば、前述した第一〜第四、および他の実施形態の場合と同様にして適用することができる。
In the
また、前述した第一〜第四、および他の実施形態に係るガス精製装置10〜80は、単独での使用や、下水浄化処理設備に適用することができるのはもちろんのこと、前記バイオガスや前記熱分解ガスなどが発生する各種の設備の後流側に連結して連続的に精製処理できるシステムとすることも可能である。
In addition, the
また、前述した第一〜第四、および他の実施形態に係るガス精製装置10〜80では、精製ガス1gをガスエンジンやマイクロガスタービンなどに供給して、発電用の燃料などとして利用するようにしたが、例えば、燃料電池の燃料ガスに利用したり、各種化合物の原料(例えばジメチルエーテルなど)に利用したりすることも可能である。
In the
また、前述した本発明の第一〜第四、および他の実施形態に係るガス精製装置10〜80では、圧力スイング吸着(Pressure Swing Adsorption:PSA)により、上記原ガス1中の上記不純物1a,1b,1c,1dを除去するようにしたが、例えば、温度スイング吸着(Temperature Swing Adsorption:TSA)にも適用可能である。
In the
本発明に係るガス精製装置の効果を確認するために以下のような試験を行った。 In order to confirm the effect of the gas purification apparatus according to the present invention, the following tests were conducted.
[有機珪素系不純物吸着剤の効果確認試験]
図10に示す小型カラム試験装置を用いて有機珪素系不純物吸着材の効果確認試験を次のようにして行った。
[Effect confirmation test of organosilicon impurity adsorbent]
The effect confirmation test of the organosilicon impurity adsorbent was performed as follows using the small column test apparatus shown in FIG.
窒素ガスボンベ111のバルブ111aで吸着圧力を調整すると共に、シロキサン発生器112から発生した有機珪素系不純物1b(シロキサン)のガスおよび窒素ガス120の流量をマスフローコントローラ113a,113bで調整しながらそれらの濃度を調整し、開閉弁119a,119bを開放することにより、ハニカム形状の有機珪素系不純物吸着剤13を充填したカラム114に供給し、当該カラム114内を流通したガス中のシロキサン濃度をGC−MS、FID法によるHC計あるいはND-IR法によるシロキサン分析計などの分析計115で計測する(1回目)。
While adjusting the adsorption pressure with the
所定時間経過したら、開閉弁119a,119bを閉鎖して開閉弁119c,119dを開放し、窒素ガスボンベ116のバルブ116aを調整して、上記ガスと逆方向に窒素ガス121をパージガスとしてカラム114内に供給することにより、上記吸着剤13に吸着された上記不純物1b(シロキサン)のうち、分圧に対して可逆な濃度分をほとんど除去する(逆洗)。上記吸着剤13から可逆分の上記不純物1b(シロキサン)をほとんど除去したら、開閉弁119c,119dを閉鎖して開閉弁119a,119bを開放し、上記不純物1b(シロキサン)のガスをカラム114内に再び供給して、カラム114内を流通したガス中のシロキサン濃度を分析計115で計測する(2回目)。
After a predetermined time has elapsed, the on-off
このようにしてシロキサン濃度を計測することにより、1回目において、上記吸着剤13の上記不純物1bに対する総吸着量を求め、2回目において、上記吸着剤13の上記不純物1bに対する可逆吸着量を求めた。 By measuring the siloxane concentration in this manner, the total amount of adsorption of the adsorbent 13 with respect to the impurity 1b was obtained in the first time, and the amount of reversible adsorption of the adsorbent 13 with respect to the impurity 1b was obtained in the second time. .
このときの試験条件を下記に示し、その効果(可逆吸着量)を図11に示す。 The test conditions at this time are shown below, and the effect (reversible adsorption amount) is shown in FIG.
<有機珪素系不純物>
デカメチルテトラシロキサン(DMTS)の一種類
<有機珪素系不純物吸着剤>
USY、MCM−41、MCM−48、SBA−1、SBA−3、SBA−7、SBA−15の七種類
<不純物濃度>
2.6×103mg/m3N
<Organic silicon impurities>
One type of decamethyltetrasiloxane (DMTS) <Organic silicon-based impurity adsorbent>
Seven types of USY, MCM-41, MCM-48, SBA-1, SBA-3, SBA-7, SBA-15 <impurity concentration>
2.6 × 10 3 mg / m 3 N
<ハニカム形状>
φ10mm×10mmH
<吸着温度>
25℃
<吸着圧力>
100kPa
<吸着時間>
60分〜120分
<逆洗時間>
180分〜360分
<Honeycomb shape>
φ10mm × 10mmH
<Adsorption temperature>
25 ° C
<Adsorption pressure>
100 kPa
<Adsorption time>
60 minutes to 120 minutes <back washing time>
180 minutes to 360 minutes
図11に示すように、USY,MCM−41,MCM−48,SBA−1,SBA−3,SBA−7,SBA−15において、可逆吸着量は、それぞれ10.0LN/g/atm,18.0LN/g/atm,10.2LN/g/atm,22.4LN/g/atm,4.9LN/g/atm,8.9LN/g/atm,27.6LN/g/atmとなった。よって、SBA−15は、USY,MCM−41,MCM−48,SBA−1,SBA−3,SBA−7に対して、最も高い可逆吸着性能を示した。特に、MCM−41,SBA−1,SBA−15は、USY,MCM−48,SBA−3,SBA−7に対して、非常に高い可逆吸着性能を示し、なかでも、SBA−15は、MCM−41,SBA−1に対して、最も高い可逆吸着性能を示した。 As shown in FIG. 11, in USY, MCM-41, MCM-48, SBA-1, SBA-3, SBA-7, and SBA-15, the reversible adsorption amounts were 10.0 LN / g / atm, 18. It was 0 LN / g / atm, 10.2 LN / g / atm, 22.4 LN / g / atm, 4.9 LN / g / atm, 8.9 LN / g / atm, 27.6 LN / g / atm. Therefore, SBA-15 showed the highest reversible adsorption performance with respect to USY, MCM-41, MCM-48, SBA-1, SBA-3, and SBA-7. In particular, MCM-41, SBA-1, and SBA-15 exhibit very high reversible adsorption performance with respect to USY, MCM-48, SBA-3, and SBA-7. Among them, SBA-15 is MCM. The highest reversible adsorption performance was exhibited with respect to −41 and SBA-1.
また、有機珪素系不純物吸着剤13であるSBA−15に対して、上述した有機珪素系不純物1bの吸着剤13への吸着、および吸着剤13からの不純物1bの除去を繰り返し4回行うことで、2回目、3回目、および4回目の可逆吸着量を求めた。その結果を図12に示す。なお、4回目の可逆吸着量を求めるためにカラム114へ供給したガスには、2%程度の水蒸気を含ませた。
Further, the above-described adsorption of the organosilicon impurity 1b to the adsorbent 13 and the removal of the impurity 1b from the adsorbent 13 are repeatedly performed four times on the SBA-15 which is the
この図12に示すように、2回目、3回目、4回目にて、それぞれ27.6LN/g/atm,28.1LN/g/atm,29.0LN/g/atmとなった。すなわち、吸着剤13の上記不純物1bに対する可逆吸着量がほぼ同一であり、吸着性能の劣化が無いことが分かった。また、4回目の水分を含有するガスに対しても、吸着性能の劣化が無いことが分かった。 As shown in FIG. 12, the values were 27.6 LN / g / atm, 28.1 LN / g / atm, and 29.0 LN / g / atm at the second, third and fourth times, respectively. That is, it was found that the reversible adsorption amount of the adsorbent 13 with respect to the impurity 1b is almost the same, and there is no deterioration in the adsorption performance. Moreover, it turned out that there is no deterioration of adsorption | suction performance also with respect to the gas containing a 4th water | moisture content.
よって、前述した本発明の第一〜第四、および他の実施形態に係るガス精製装置10〜80において、有機珪素系不純物吸着剤(ガス精製剤)13としてSBA−1、SBA−3、SBA−7、SBA−15のうちの何れかを用いることで、これら吸着剤は、当該吸着剤に吸着された有機珪素系不純物を除去した後に再度有機珪素系不純物を吸着する可逆吸着性能を有しており、有機珪素系不純物を含有する炭化水素(原ガス)から当該有機珪素系不純物の吸着除去を連続的に安定して行うことができる。さらに、有機珪素系不純物吸着剤13がSBA−1、またはSBA−15であれば、従来の吸着剤であるUSY,MCM−41,MCM48と比べて有機珪素系不純物の可逆吸着量が多いので、処理槽に配置する吸着剤の充填量を減らすことができ、第一の処理槽の小型化および装置の低コスト化を図ることができる。
Therefore, in the
本発明に係るガス精製装置は、例えば、下水浄化処理設備に適用することにより、高純度なメタンガスを得ることができ、これを焼却設備の燃料に利用することができるだけではなく、ガスエンジンやマイクロガスタービンなどに供給して、発電用の燃料として利用したり、燃料電池の燃料ガスや、各種化合物の原料(例えばジメチルエーテルなど)に利用したりすることもできるため、産業上、極めて有益に利用することができる。 The gas purification apparatus according to the present invention can obtain, for example, high-purity methane gas by applying it to a sewage purification treatment facility, which can be used as a fuel for an incineration facility, as well as a gas engine or a micro It can be supplied to gas turbines and used as fuel for power generation, and can be used as fuel gas for fuel cells and raw materials for various compounds (such as dimethyl ether). can do.
1 原ガス
1a 硫黄系不純物
1b 有機珪素系不純物
1c 水分
1d 二酸化炭素
1e,1f,1g 精製ガス
1h ガス
1j ガス
2,3,4,5,6,7,8 流量調節弁
10 ガス精製装置
11 吸着塔
12 硫黄系不純物吸着剤
13 有機珪素系不純物吸着剤
16 ブロア
18a,18b,19a,19b バルブ
20 ガス精製装置
21 吸着塔
23a,23b 流量計
24 水分吸着剤
25a,25b 制御装置
26 ブロア
27a,27b 二酸化炭素濃度計
30 ガス精製装置
31 吸着塔
33,37 流量調節弁
34 混合タンク
35 二酸化炭素吸着剤
36 ブロア
38a,38b,39a,39b バルブ
46,56,66 真空ポンプ
40 ガス精製装置
41 ジャケット
42 熱交換器
47 第一のサージタンク
50 ガス精製装置
51 吸着塔
52 活性炭触媒
53a,53b バルブ
57 第三のサージタンク
60 ガス精製装置
70 ガス精製装置
71 ドライエア
80 ガス精製装置
81 ドレイン槽
111 窒素ガスボンベ
112 シロキサン発生器
113a,113b マスフローコントローラ
114 カラム
115 分析計
116 窒素ガスボンベ
117a,117b 圧力計
118a,118b 流量計
119a〜119d 開閉弁
120 窒素ガス
121 窒素ガス
DESCRIPTION OF
Claims (2)
第一の処理槽と、
前記第一の処理槽の一方側から他方側へ前記原ガスを流通させる第一のガス送給手段と、
前記第一の処理槽内を減圧して排気する第一の減圧排気手段と、
前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配置され、前記硫黄系不純物を吸着する硫黄系不純物吸着剤と、
前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配置され、前記有機珪素系不純物を吸着する有機珪素系不純物吸着剤と、
第二の処理槽と、
前記第一の処理槽の一方側から他方側へ流通したガスを前記第二の処理槽の一方側から他方側へ流通させる第二のガス送給手段と、
前記第二の処理槽内を減圧して排気する第二の減圧排気手段と、
前記第二の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第二の処理槽内に配置され、水分を吸着する水分吸着剤とを有し、
前記硫黄系不純物吸着剤が、シリカライトであり、
前記有機珪素系不純物吸着剤が、SBA−1、SBA−3、SBA−7、SBA−15のうちの何れかであり、
前記水分吸着剤が、シリカゲルである
ことを特徴とするガス精製装置。 A gas purification apparatus for purifying a raw gas containing sulfur-based impurities, organosilicon-based impurities, and moisture,
A first treatment tank;
First gas feeding means for circulating the raw gas from one side of the first treatment tank to the other side;
First reduced pressure exhaust means for evacuating and exhausting the inside of the first treatment tank;
A sulfur-based impurity adsorbent that is disposed in the first processing tank so as to partition one side and the other side in the first processing tank, and adsorbs the sulfur-based impurities;
An organosilicon-based impurity adsorbent that is disposed in the first processing tank so as to partition one side and the other side in the first processing tank, and adsorbs the organosilicon-based impurities;
A second treatment tank;
A second gas feeding means for circulating the gas flowing from one side of the first processing tank to the other side from the one side of the second processing tank;
A second vacuum exhaust means for evacuating and exhausting the inside of the second treatment tank;
A water adsorbent that is arranged in the second treatment tank so as to partition one side and the other side in the second treatment tank, and adsorbs moisture;
The sulfur-based impurity adsorbent is silicalite,
The organosilicon impurity adsorbent is any one of SBA-1, SBA-3, SBA-7, and SBA-15;
The gas purification apparatus, wherein the moisture adsorbent is silica gel.
第一の処理槽と、
前記第一の処理槽内を減圧して排気する第一の減圧排気手段と、
前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配置され、前記硫黄系不純物を吸着する硫黄系不純物吸着剤と、
前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配置され、前記有機珪素系不純物を吸着する有機珪素系不純物吸着剤と、
第二の処理槽と、
前記原ガスを前記第一の処理槽の一方側から他方側へ流通させると共に、この第一の処理槽の一方側から他方側へ流通したガスを前記第二の処理槽の一方側から他方側へ流通させる第二のガス送給手段と、
前記第二の処理槽内を減圧して排気する第二の減圧排気手段と、
前記第二の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第二の処理槽内に配置され、水分を吸着する水分吸着剤と有し、
前記硫黄系不純物吸着剤が、シリカライトであり、
前記有機珪素系不純物吸着剤が、SBA−1、SBA−3、SBA−7、SBA−15のうちの何れかであり、
前記水分吸着剤が、シリカゲルである
ことを特徴とするガス精製装置。 A gas purification apparatus for purifying a raw gas containing sulfur-based impurities, organosilicon-based impurities, and moisture,
A first treatment tank;
First reduced pressure exhaust means for evacuating and exhausting the inside of the first treatment tank;
A sulfur-based impurity adsorbent that is disposed in the first processing tank so as to partition one side and the other side in the first processing tank, and adsorbs the sulfur-based impurities;
An organosilicon-based impurity adsorbent that is disposed in the first processing tank so as to partition one side and the other side in the first processing tank, and adsorbs the organosilicon-based impurities;
A second treatment tank;
The raw gas is circulated from one side of the first processing tank to the other side, and the gas circulated from one side of the first processing tank to the other side is transferred from one side of the second processing tank to the other side. A second gas supply means for distribution to
A second vacuum exhaust means for evacuating and exhausting the inside of the second treatment tank;
It is arranged in the second treatment tank so as to partition one side and the other side in the second treatment tank, and has a moisture adsorbent that adsorbs moisture,
The sulfur-based impurity adsorbent is silicalite,
The organosilicon impurity adsorbent is any one of SBA-1, SBA-3, SBA-7, and SBA-15;
The gas purification apparatus, wherein the moisture adsorbent is silica gel.
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