JP2010133875A - ガス採取器、ガス採取システム、排ガス分離方法および排ガス分析方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の第一の実施の形態に係るガス採取器10Aは、外筒11Aと、外筒11A内に挿抜自在に設けられた内筒12Aとからなり、内筒12Aの引き抜き時に所定量のオフガスを収容する収容部13を有する注射筒14Aと、内筒12A内に形成され、所定量の排ガス中の特定の成分を吸収する吸収液を仕込む吸収液仕込み部15とを有し、前記吸収液を収容部13内に供給する。オフガスを採取する際、目的成分に応じた吸収液を吸収液仕込み部15に仕込むことで、オフガス中の析出の主因となる成分を前記吸収液により吸収分離し、前記吸収液中の成分濃度と、残りの残ガス中の他成分濃度を分析することで、オフガスのガス組成全体のバランスを把握する。
【選択図】図1
Description
特に、石炭ガス化ガスなどの精製オフガス系において、主成分である二酸化炭素(CO2)、窒素(N2)、水分(H2O)、アンモニア(NH3)、硫化水素(H2S)などを簡易、かつより高精度に分析することができ、プラントプロセスの運転をより最適化、安定化させることができる。
本発明による第一の実施の形態に係るガス採取器を適用した排ガス分離方法および排ガス分析方法について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第一の実施の形態に係るガス採取器の構成を示す断面図であり、図2は、本発明の第一の実施の形態に係るガス採取器を適用した排ガス分離方法および排ガス分析方法の工程を模式的に示す図である。
なお、本実施の形態では、石炭ガス化ガスなどの精製オフガスを用いて説明する。
ここで言うオフガスとは、石炭ガス化ガスの精製過程において、石炭ガス化ガスから除去された成分が濃縮したものであり、アンモニア(NH3)、硫化水素(H2S)、二酸化炭素(CO2)などを主要組成とする副生ガスである。
図1に示すように、本発明の第一の実施の形態に係るガス採取器10Aは、外筒11Aと、外筒11A内に挿抜自在に設けられた内筒12Aとからなり、内筒12Aの引き抜き時に所定量の排ガスG(図2参照)を収容する収容部13を有する注射筒14Aと、所定量の排ガスG中の特定の成分を吸収する吸収液を収容部13内に供給する吸収液供給手段として内筒12A内に形成され、前記吸収液を仕込む吸収液仕込み部15とを有するものである。内筒12Aには空洞状に加工した吸収液仕込み部15が設けられているため、ガス採取器10Aは、オフガスGを採取する際、目的成分に応じた前記吸収液を吸収液仕込み部15に収容することができる。
一方、ガス採取器10Aの内筒12Aに残った硫酸16Aは弁V14を開放して回収する。
図3は、本実施の形態に係るガス採取器に吸収液としてエタノールを用いて行なうときのガス採取方法及びガス分析方法の工程を示す図である。
図3に示すように、吸収液としてエタノール31をガス採取器10Aの内筒12A内に所定量(例えば20mL)仕込んだ後、その上にヘキサン17を数mL仕込む。そして、ガス採取器10Aのガス採取口18をガス採取ライン19に接続し、所定量(例えば200mL)のオフガスGを予め収容部13内に採取することができるように、内筒12Aを外筒11A内に設定する。そして、ガス採取器10Aの採取口17から所定量(例えば200mL)のオフガスGを収容部13内に例えば1秒程度で素早く吸引し、採取する。その後、収容部13内にオフガスGを採取したガス採取器10Aを十分に振とうする。エタノール31には、採取したオフガスG中のH2Oをはじめとした極性成分や有機成分が吸収される(オフガスG中のH2Oなどを吸収した吸収液を「エタノール31A」とする。)。一方、吸収されないH2S、CO2、N2、H2、NH3などは残ガスのガス成分として収容部13内に留まる。この収容部13内に残ったエタノール31Aを弁V14を開放して回収する。
次に、回収した残ガス23A、硫酸16A、エタノール31Aの分析を行う。
[残ガス23Aの分析]
残ガス23Aはガスクロマトグラフィー(GC)/熱伝導度検出器(TCD)により分析し、残ガス23A中のH2S、CO2、N2、H2、CH4などの濃度を求める。
[硫酸16Aの分析]
吸収液Bはイオンクロマトグラフィー(IC)により分析してアンモニウムイオン(NH4 -)を定量し、NH3濃度を求める。
[エタノール31Aの分析]
吸収液Cはカールフィッシャー滴定法(KF)により分析してH2Oを定量し、H2O濃度を求める。
[オフガスGの主要組成の把握]
上述の結果より、硫酸16A、エタノール31A中の成分濃度と、残ガス23A中の他成分の濃度を分析することで、オフガスGの主要組成を網羅することができる。
試料ガスとして2種類のオフガスA、Bを用いた。水分を含まないオフガスをオフガスAとし、水分を含むオフガスをオフガスBとした。
本発明による第二の実施の形態に係るガス採取器を適用したガス採取システムについて、図面を参照して説明する。
図6は、本発明の第二の実施の形態に係るガス採取器を適用したガス採取システムの構成を模式的に示す図であって、オフガス採取前の状態を示す図であり、図7は、オフガス採取後の状態を示す図である。
本実施の形態に係るガス採取器を適用したガス採取システムは、図1に示す第一の実施の形態のガス採取器およびこれを用いたガス採取システムの構成と同様であるため、同一部材には同一の符号を付して重複した説明は省略する。
なお、第一の実施の形態と同様、排ガスとして石炭ガス化ガスなどのオフガスを用いて説明する。
図6に示すように、本実施の形態に係るガス採取器を適用したガス採取システム40は、オフガスを採取する工程と、採取したオフガス中のガス成分を吸収した吸収液と残ガスとを分離する工程とを同一のシステムで構成したものである。
即ち、図6、7に示すように、本実施の形態に係るガス採取器を適用したガス採取システム40は、所定量のオフガスGを収容する収容部13を有する外筒11Aに送給するガス採取ライン19と、ガス採取器41と、ガス採取ライン19に連結され、前記吸収液とオフガスGとを混合した後、前記吸収液に吸収されず残存する成分を含む残ガス23を抜出す残ガス採取ライ24と、残ガス採取ライン24に設けられ、残ガス23を回収する残ガス採取用採取器(残ガス回収部)27とを有するものである。
また、ガス採取器41には振とう機能(不図示)を備え、恒温槽46内でガス採取器41を自動で振とうさせるようにしてもよい。
即ち、ガス採取器41をガス採取ライン19に接続し、所定量(例えば200mL)のオフガスGを予め収容部13内に採取することができるように、内筒12Aを外筒11A内に設定する。そして、収容部13内にオフガスGを吸引し、パージした後、外筒11A内に所定量(例えば200mL)のオフガスGを採取する。このとき、ガス採取ライン19にはリボンヒータ22を設けると共に、恒温槽46内にガス採取器41を設けて行なう。これにより、ガス採取ライン19から採取したオフガスGの温度を維持し、炭酸アンモニウムが析出するのを防止することができると共に、温度一定条件下でオフガスGを吸引し採取することができるため、オフガスGの採取精度を向上させることができる。
また、吸収液として、エタノール31を用いる場合、収容部13内にはオフガスG中のH2Oをはじめとした極性成分や有機成分以外を含んだ残ガスがあるが、この残ガスは分析に用いることはないため、収容部13内にある前記残ガスを回収する必要はない。
具体的には、第一の実施の形態において説明したのと同様の操作により行なわれる。
即ち、残ガス23Aは、ガスクロマトグラフィー(GC)/熱伝導度検出器(TCD)により分析し、残ガス23A中のH2S、CO2、N2、H2、CH4などの濃度を求める。
硫酸16Aは、イオンクロマトグラフィー(IC)により分析してNH4 -イオンを定量し、NH3濃度を求める。
エタノール31Aは、カールフィッシャー滴定法(KF)により分析してH2Oを定量し、H2O濃度を求める。
これにより、硫酸16A、エタノール31A中のガス成分の濃度と、残ガス(非吸収ガス)23A中の他成分濃度を分析することができ、オフガスGの主要組成を網羅することができる。
本発明による第三の実施の形態に係るガス採取器を用いたガス採取システムについて、図面を参照して説明する。
図8は、本発明の第三の実施の形態に係るガス採取器を適用したガス採取システムの排ガス採取装置を模式的に示す図であり、図9は、本発明の第三の実施の形態に係るガス採取器を適用したガス採取システムの採取ガス吸収・回収装置を模式的に示す図である。
本実施の形態に係るガス採取器を用いたガス採取システムは、図1に示す第一の実施の形態のガス採取器を用いたガス採取システムおよび図6に示す第二の実施の形態のガス採取器を用いたガス採取システムの構成と同様であるため、同一部材には同一の符号を付して重複した説明は省略する。
なお、第一の実施の形態および第二の実施の形態と同様、排ガスとして石炭ガス化ガスなどの精製オフガスを用いて説明する。
即ち、本実施例に係るガス採取器41を適用したガス採取システムは、所定量のオフガスGを収容する収容部13を有する外筒11Aに送給するガス採取ライン19と、オフガスG採取前のガス採取器41と、ガス採取器41を収容する恒温槽46とを有する排ガス採取装置51と、オフガスG採取後のガス採取器41と、ガス採取器41を振とうさせる振とう器52と、振とう器52と連結し、前記吸収液とオフガスGとを混合した後、前記吸収液に吸収されず残存する成分を含む残ガス23を抜出す残ガス採取ライン24と、残ガス採取ライン23に設けられ、残ガス23を回収する残ガス採取用採取器27(残ガス回収部)とを有する採取ガス吸収・回収装置53とからなるものである。
ガス採取器41には、ガス採取ライン19とガスパージライン54とを各々連結する連結部55A、55Bが設けられている。ガス採取器41に連結部55A、55Bを設けることで、ガス採取器41は恒温槽46から着脱自在とすることができる。
まず、収容部13内に所定量(例えば200mL)のオフガスGを吸引することができるように、収容部13内の内筒42の位置を設定し、ガス採取器41を恒温槽46内に設ける。
即ち、図8に示すように、外筒11A内に所定量(例えば200mL)のオフガスGを吸引することができるように、ガス採取器41内の内筒43の位置を設定し、ガス採取器41を恒温槽46内に設ける。ガス採取ライン19にはリボンヒータ22を設けると共に、恒温槽46内にガス採取器41を設け、ガス採取ライン19、恒温層46は100℃程度となるようにして配管20内の温度と同等にし、ガス採取ライン19から採取したオフガスGの温度を維持し、炭酸アンモニウムが析出するのを防止する。ガス採取器41は収容部13内にオフガスGを吸引し、パージした後、収容部13内に所定量(例えば200mL)のオフガスGを採取する。
次に、弁V34、V35を開放し、その他の弁は閉鎖して、内筒43内に吸収液としてエタノール31を所定量(例えば20mL)供給した後、弁V34、V35を閉鎖し、ガス採取器41を振とうさせてエタノール31中にオフガスG中のH2Oをはじめとした極性成分や有機成分を吸収する(オフガスG中のH2Oなどを吸収した吸収液を「エタノール31A」とする。)。
次に、収容部13内にあるエタノール31Aを回収する。具体的には、弁V34、V40を開放し、その他の弁は閉鎖したままとする。このとき、収容部13内のエタノール31Aを回収するため、内筒43を上昇させる。これにより、収容部13内にあるエタノール31Aを回収することができる。エタノール31Aを回収した後、弁V34、V40を閉鎖する。
また、吸収液として、エタノール31を用いる場合、収容部13内にはオフガスG中のH2Oをはじめとした極性成分や有機成分以外を含んだ残ガスがあるが、この残ガスは用いることはないため、収容部13内にある前記残ガスを回収する必要はない。
残ガス23A、硫酸16A、エタノール31Aの分析の分析方法は、上述と同様の操作にして行なわれる。
即ち、残ガス23Aは、ガスクロマトグラフィー(GC)/熱伝導度検出器(TCD)により分析し、残ガス23A中のH2S、CO2、N2、H2、CH4などの濃度を求める。
硫酸16Aは、イオンクロマトグラフィー(IC)により分析してNH4 -イオンを定量し、NH3濃度を求める。
エタノール31Aは、カールフィッシャー滴定法(KF)により分析してH2Oを定量し、H2O濃度を求める。
これにより、硫酸16A、エタノール31A中の成分濃度と、残ガス23A中の他成分濃度を分析することができ、オフガスGの主要組成を網羅することができる。
11A〜11C、28 外筒
12A〜12C、29、42 内筒
13 収容部
14A、44 注射筒
15 吸収液仕込み部(吸収液供給手段)
15a 入口部
16、16A 硫酸(吸収液)
17 ヘキサン
18 ガス採取口
19 ガス採取ライン
20 配管
21 ろ過材
22 リボンヒータ
23、23A 残ガス(非吸収ガス)
24 残ガス採取ライン
25 塩化カルシウム(CaCl2)
26 ガラスカラム
26a 入口部
26b 出口部
27 残ガス採取用採取器(残ガス回収部)
30 残ガス回収ライン
31、31A エタノール(吸収液)
40 ガス採取システム
42 吸収液送給ライン
45 純水
46 恒温槽
51 排ガス採取装置
52 振とう器
53 採取ガス吸収・回収装置
54 ガスパージライン
55A、55B 連結部
56 溶液送給・排出ライン
57 振とう発生部
G オフガス
V11〜V16、V21〜V29、V31〜V41 弁
Claims (13)
- 外筒と、前記外筒内に挿抜自在に設けられた内筒とからなり、前記内筒引き抜き時に所定量の排ガスを収容する収容部を有する注射筒と、
所定量の前記排ガス中の特定の成分を吸収する吸収液を前記収容部内に供給する吸収液供給手段と、
を有することを特徴とするガス採取器。 - 請求項1において、
前記吸収液供給手段が、前記吸収液を仕込む吸収液仕込み部を有する内筒であることを特徴とするガス採取器。 - 請求項2において、
前記吸収液が仕込まれた吸収液仕込み部の入口部にヘキサンが設けられてなることを特徴とするガス採取器。 - 請求項1において、
前記吸収液供給手段が、前記収容部が形成された後に、前記吸収液を前記収容部内に送給可能な吸収液送給ラインを有する内筒であることを特徴とするガス採取器。 - 請求項4において、
前記吸収液送給ラインが、前記収容部内に送給された排ガスをパージすることを特徴とするガス採取器。 - 請求項1乃至5の何れか一つにおいて、
前記吸収液が、硫酸又はエタノールであることを特徴とするガス採取器。 - 所定量の排ガスを収容する収容部を有する外筒に送給するガス採取ラインと、
請求項1、4乃至6の何れか一つのガス採取器と、
前記ガス採取ラインに連結され、前記吸収液と前記排ガスとを混合した後、前記吸収液に吸収されず残存する成分を含む残ガスを抜出す残ガス採取ラインと、
前記残ガス採取ラインに設けられ、前記残ガスを回収する残ガス回収部とを有することを特徴とするガス採取システム。 - 所定量の排ガスを収容する収容部を有する外筒に送給するガス採取ラインと、請求項1、4乃至6の何れか一つの排ガス採取前のガス採取器と、前記ガス採取器を収容する恒温槽とを有する排ガス採取装置と、
排ガス採取後のガス採取器と、前記ガス採取器を振とうさせる振とう器と、前記振とう器と連結し、前記吸収液と前記排ガスとを混合した後、前記吸収液に吸収されず残存する成分を含む残ガスを抜出す残ガス採取ラインと、前記残ガス採取ラインに設けられ、前記残ガスを回収する残ガス回収部とを有する採取ガス吸収・回収装置とからなることを特徴とするガス採取システム。 - 所定量の排ガスを収容する収容部を有する外筒に送給するガス採取ラインと、
請求項1乃至6の何れか一つのガス採取器とを用い、
採取した排ガスを前記吸収液と混合して、前記排ガス中の成分を前記吸収液と前記吸収液に吸収されず残存する残ガスとに分離することを特徴とする排ガス分離方法。 - 所定量の排ガスを収容する収容部を有する外筒に送給するガス採取ラインと、
請求項1乃至3、6の何れか一つのガス採取器とを用い、
採取した排ガスを前記吸収液と混合して、前記排ガス中の成分を前記吸収液と前記吸収液に吸収されず残存する残ガスとに分離し、
前記残ガスと、前記排ガス中の成分を吸収した吸収液とを各々回収し、
前記残ガス中の成分と、前記排ガス中の成分を吸収した吸収液中の成分との分析を各々行うことを特徴とする排ガス分析方法。 - 請求項7又は8のガス採取システムを用い、
採取した排ガスを前記吸収液と混合して、前記排ガス中の成分を前記吸収液と前記残ガスとに分離し、
前記残ガスと、前記排ガス中の成分を吸収した吸収液とを各々回収し、
前記残ガス中の成分と、前記排ガス中の成分を吸収した吸収液中の成分との分析を各々行うことを特徴とする排ガス分析方法。 - 請求項10又は11において、
前記吸収液として硫酸を用い、
前記排ガスを前記硫酸と混合し、前記排ガス中のアンモニア、水分を前記硫酸に吸収し、前記排ガス中の硫化水素、二酸化炭素、窒素、水素、メタンは残ガスとして前記硫酸に吸収されず、
前記硫酸に吸収されたアンモニアは、イオンクロマトグラフィーによりアンモニウムイオンを定量し、アンモニア濃度を求め、
前記残ガス中の硫化水素、二酸化炭素、窒素、水素、メタンはガスクロマトグラフィーにより前記残ガスを分析し、前記残ガスの濃度を求めることを特徴とする排ガス分析方法。 - 請求項10又は11において、
前記吸収液としてエタノールを用い、
前記排ガスを前記エタノールと混合し、前記排ガス中の水、極性成分及び有機成分を前記エタノールに吸収し、
前記エタノールに吸収された水、極性成分及び有機成分は、カールフィッシャー滴定法により水分を定量し、水の濃度を求めることを特徴とする排ガス分析方法。
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