JP2010207726A - Apparatus and method for purifying gas - Google Patents

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Naoyuki Uejima
直幸 上島
Naoki Ogawa
尚樹 小川
涼吉 ▲濱▼口
Ryokichi Hamaguchi
Toru Eito
徹 栄藤
Takao Tanaka
崇雄 田中
Ichiro Watanabe
一郎 渡邉
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<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact-sized apparatus for purifying gas having an improved capability of concentrating a CH<SB>4</SB>gas, and a method of purifying gas. <P>SOLUTION: The apparatus 10 for purifying gas includes a static mixer 13 that mixes a digestion gas 11A comprising CO<SB>2</SB>and CH<SB>4</SB>with absorption water 12 and dissolves CO<SB>2</SB>in the absorption water 12 to separate the CO<SB>2</SB>from the digestion gas 11A, an absorption column 14 that causes a digestion gas 11B having been mixed with the absorption water 12 by the static mixer 13 to further contact the absorption water 12 to dissolve the CO<SB>2</SB>in the digestion gas 11B in the absorption water 12 to separate the CH<SB>4</SB>and CO<SB>2</SB>, and a stripping column 15 and an aeration tank 48 that release the CO<SB>2</SB>present in the absorption water 12 having the absorbed CO<SB>2</SB>in the absorption column 14. By separating the CO<SB>2</SB>contained in the digestion gas 11A by virtue of the static mixer 13 and the absorption column 14, a CH<SB>4</SB>gas 33 wherein the CH<SB>4</SB>is concentrated to a high concentration is obtained from the absorption column 14. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

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ガス成分として例えばメタン（ＣＨ4）ガスを高純度に濃縮するガス精製装置及びガス精製方法に関する。 The present invention relates to a gas purification apparatus and a gas purification method for concentrating, for example, methane (CH 4 ) gas with high purity as a gas component from digestion gas generated during biological treatment of organic waste, for example.

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、タンク内などで嫌気処理が行われ、発酵させることによって生物学的に処理すると、ＣＨ4、二酸化炭素（ＣＯ2）、硫化水素（Ｈ2Ｓ）等からなるメタン発酵ガス（消化ガス）が発生する。この消化ガスの主成分はＣＯ2とＣＨ4であるが、ＣＨ4を例えば６０％程度、ＣＯ2を例えば３０〜４０％程度含有し、その他、Ｈ2Ｓ等を含んでいる。 Biologically, organic waste generated in sewage treatment plants, food factories, beer factories, livestock farms, etc., such as sludge, garbage, human waste, etc., is anaerobically treated in a tank and fermented. When the treatment is performed, methane fermentation gas (digestion gas) composed of CH 4 , carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen sulfide (H 2 S), etc. is generated. The main components of this digestion gas are CO 2 and CH 4 , which contains CH 4, for example, about 60%, CO 2, for example, about 30-40%, and also contains H 2 S and the like.

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ことが検討されている。例えば、バイオ発酵により生成した消化ガスの主成分はＣＯ2とＣＨ4であり、カロリーが低いため、このままでは都市ガスなどとして用いることはできない。そのため、消化ガスのＣＯ2を分離してＣＨ4濃度を高めることで、消化ガスのカロリーアップを図ることができ、都市ガスと同等の燃焼が可能となることから都市ガスの代替品としての使用、又は燃料電池等への利用が検討されている。 In recent years, effective use of such digestive gas as an energy source has been studied. For example, the main components of digestion gas produced by biofermentation are CO 2 and CH 4 , and since calories are low, it cannot be used as city gas as it is. Therefore, by separating CO 2 from the digestion gas and increasing the CH 4 concentration, the calorie of the digestion gas can be increased and combustion equivalent to that of city gas becomes possible, so it can be used as a substitute for city gas. Or the use to a fuel cell etc. is examined.

従来より、消化ガスからＣＯ2を分離してＣＨ4ガスを取り出して濃縮する方法として、例えば、吸収剤として水（吸収水）を用い、水にＣＯ2を吸収させ、ＣＨ4ガスを濃縮精製する物理吸収法を用いたガス精製装置を採用したものが提案されている（例えば、特許文献１〜特許文献４、参照）。 Conventionally, as a method of separating CO 2 from digestion gas and extracting CH 4 gas and concentrating it, for example, water (absorbed water) is used as an absorbent, CO 2 is absorbed in water, and CH 4 gas is concentrated and purified. The thing which employ | adopted the gas purification apparatus using the physical absorption method to perform is proposed (for example, refer patent document 1-patent document 4).

このガス精製装置を用いる方法では、消化ガスを吸収水に気液接触させて、吸収水中にＣＯ2を溶解させて分離し、高濃度に濃縮したＣＨ4ガスを精製している。 In the method using this gas purification apparatus, digestion gas is brought into gas-liquid contact with absorption water, and CO 2 is dissolved and separated in absorption water to purify highly concentrated CH 4 gas.

特開２００６−２９９１０５号公報JP 2006-299105 A 特開２００５−２３９９９１号公報JP-A-2005-239991 特許第４０２２５５５号公報Japanese Patent No. 4022255 特許第４０８８６３２号公報Japanese Patent No. 4088632

しかしながら、従来の物理吸収法を用いる方法では、消化ガス中に含まれているＣＯ2を吸収塔で水吸収によって除去するため、吸収塔の塔高を高くするなど装置を大型化する必要があり、経済性等が悪い、という問題がある。 However, in the method using the conventional physical absorption method, since CO 2 contained in the digestion gas is removed by water absorption in the absorption tower, it is necessary to enlarge the apparatus such as increasing the tower height of the absorption tower. There is a problem that economy is bad.

また、消化ガスを例えば都市ガス代替品として使用する場合、濃縮されたＣＨ4のガス濃度は例えば９５％以上とする必要があり、濃縮性能を高め、更に高濃度に濃縮したＣＨ4ガスを精製する必要がある。 In addition, when using digestion gas as a substitute for city gas, for example, the concentration of concentrated CH 4 needs to be 95% or more, for example, to improve the concentration performance and to refine the concentrated CH 4 gas. There is a need to.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、ＣＨ4ガスの濃縮性能を向上させると共に、小型化を図ったガス精製装置及びガス精製方法を提供することを課題とする。 The present invention was made in view of the above problems, it improves the concentration performance of the CH 4 gas, and to provide a gas purifier and a gas purification method downsized.

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分と、ＣＯ2とを含有するＣＯ2含有ガスを吸収水に混合し、前記吸収水中にＣＯ2を溶解させ、前記ＣＯ2含有ガスからＣＯ2を分離する混合手段と、前記混合手段により前記吸収水と混合した後のＣＯ2含有ガスを更に吸収水と接触させて前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を前記吸収水に溶解させ、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分とＣＯ2とを分離する吸収塔と、前記吸収塔でＣＯ2を吸収した吸収水中のＣＯ2を放散する放散塔単独あるいは放散塔及び曝気槽と、を有し、前記吸収塔において、ＣＯ2を分離して前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分を高濃度化した精製ガスを非吸収ガスとして得ることを特徴とするガス精製装置にある。 The first aspect of the present invention to solve the above problems, the water solubility of CO 2 is less than the gas component, the CO 2 containing gas containing the CO 2 is mixed with the absorption water, the absorption water the dissolved CO 2, and mixing means for separating the CO 2 from the CO 2 containing gas, the CO 2 content by further contact with the absorption water CO 2 containing gas after mixing with the absorbent water by the mixing means the CO 2 in the gas is dissolved in the absorption water, the absorption tower solubility in the water to separate and the CO 2 CO 2 is less than the gas component, CO 2 absorption water that has absorbed CO 2 in the absorption tower A stripping tower alone or a stripping tower and an aeration tank, in which the purified gas obtained by separating CO 2 and increasing the concentration of a gas component having a solubility in water smaller than CO 2 is not Gas purification equipment obtained as absorption gas Located in.

第２の発明は、第１の発明において、前記混合手段が、スタティックミキサ又はラインミキサであることを特徴とするガス精製装置にある。   A second invention is the gas purification apparatus according to the first invention, wherein the mixing means is a static mixer or a line mixer.

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記放散塔単独あるいは放散塔及び曝気槽においてＣＯ2が放散された吸収水を前記吸収塔に循環させる吸収水循環ラインを有することを特徴とするガス精製装置にある。 A third invention is characterized in that, in the first or second invention, there is an absorption water circulation line for circulating the absorption water in which the CO 2 is diffused in the absorption tower alone or in the diffusion tower and the aeration tank to the absorption tower. It is in the gas purifier.

第４の発明は、第１乃至３の何れか一つの発明において、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分が、ＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeの少なくとも一つを含んでなるものであることを特徴とするガス精製装置にある。 According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, the gas component whose solubility in water is smaller than CO 2 is at least one of CH 4 , N 2 , O 2 , H 2 and He. The gas purifying apparatus is characterized by comprising.

第５の発明は、第１乃至４の何れか一つの発明において、前記ＣＯ2含有ガスが、バイオ発酵して生成された消化ガスであることを特徴とするガス精製装置にある。 A fifth invention is the gas purification apparatus according to any one of the first to fourth inventions, wherein the CO 2 -containing gas is digestion gas produced by biofermentation.

第６の発明は、第１及至５の何れか一つの発明において、前記吸収水にアルカリ溶液を混合して用いることを特徴とするガス精製装置にある。   A sixth invention is the gas purification apparatus according to any one of the first to fifth inventions, wherein an alkaline solution is mixed with the absorbed water and used.

第７の発明は、第１及至６の何れか一つの発明において、前記吸収塔において前記ＣＯ2含有ガスを前記吸収塔の塔上部から導入すると共に、ＣＯ2を吸収した吸収水を前記吸収塔の塔底部側から抜出すことを特徴とするガス精製装置にある。 According to a seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, the CO 2 -containing gas is introduced into the absorption tower from the top of the absorption tower, and the absorbed water that has absorbed CO 2 is supplied to the absorption tower. It is in the gas purification apparatus characterized by extracting from the tower bottom side.

第８の発明は、水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分と、ＣＯ2とを含有するＣＯ2含有ガスを吸収水に混合し、前記吸収水中にＣＯ2を溶解させ、前記ＣＯ2含有ガスからＣＯ2を分離する混合工程と、前記吸収水と混合した後のＣＯ2含有ガスを更に吸収水と接触させて前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を前記吸収水に溶解させ、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分とＣＯ2とを分離するＣＯ2吸収工程と、前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を吸収した吸収水中のＣＯ2を放散するＣＯ2ガス放散工程と、を含み、前記混合工程において、前記ＣＯ2含有ガス中の前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分を濃縮し、前記ＣＯ2吸収工程において、前記ＣＯ2含有ガスからＣＯ2を分離して前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分を高濃度化した精製ガスを非吸収ガスとして得ることを特徴とするガス精製方法にある。 An eighth invention is a water solubility of CO 2 is less than the gas component, the CO 2 containing gas containing the CO 2 mixed with absorbing water, dissolved CO 2 in the absorption water, the CO 2 content a mixing step of separating CO 2 from gas, the is contacted with a CO 2 containing gas after mixing with absorbed water further absorbed water to dissolve CO 2 of the CO 2 containing gas to the absorbing water, the water and CO 2 gas stripping step in which solubility to dissipate the CO 2 absorption step of separating, the CO 2 absorption water that has absorbed CO 2 containing gas CO 2 and the CO 2 CO 2 is smaller than gas components to, hints, in the mixing step, the solubility in the water of the CO 2 containing gas is concentrated CO 2 is less than the gas component, in the CO 2 absorption step, to separate the CO 2 from the CO 2 containing gas solubility CO 2 is less than the gas component to the water In the gas purification method, characterized in that to obtain a high concentration of the purified gas as a non-absorbing gas.

第９の発明は、第８の発明において、前記混合工程が、スタティックミキサ又はラインミキサを用いて前記ＣＯ2含有ガスを前記吸収水に混合させることを特徴とするガス精製方法にある。 A ninth invention is the gas purification method according to the eighth invention, wherein the mixing step mixes the CO 2 -containing gas with the absorbed water using a static mixer or a line mixer.

第１０の発明は、第８又は９の発明において、前記ＣＯ2ガス放散工程においてＣＯ2が放散された吸収水を前記ＣＯ2吸収工程において用いる前記吸収水として循環させることを特徴とするガス精製方法にある。 A tenth invention is the gas purification according to the eighth or ninth invention, characterized in that the absorbed water from which CO 2 has been released in the CO 2 gas releasing step is circulated as the absorbed water used in the CO 2 absorbing step. Is in the way.

第１１の発明は、第８乃至１０の何れか一つの発明において、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分が、ＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeの少なくとも一つを含んでなるものであることを特徴とするガス精製方法にある。 An eleventh aspect of the present invention is that, in any one of the eighth to tenth aspects, the gas component whose solubility in water is smaller than CO 2 is at least one of CH 4 , N 2 , O 2 , H 2 , and He. It is in the gas purification method characterized by comprising.

第１２の発明は、第８乃至１１の何れか一つの発明において、前記ＣＯ2含有ガスが、バイオ発酵して生成された消化ガスであることを特徴とするガス精製方法にある。 A twelfth aspect of the invention is the gas purification method according to any one of the eighth to eleventh aspects, wherein the CO 2 -containing gas is a digestion gas produced by biofermentation.

第１３の発明は、第８及至１２の何れか一つの発明において、前記吸収水にアルカリ溶液を混合して用いることを特徴とするガス精製方法にある。   A thirteenth invention is the gas purification method according to any one of the eighth to twelfth inventions, wherein an alkaline solution is mixed with the absorbed water.

第１４の発明は、請求項８及至１３の何れか一つの発明において、前記ＣＯ2吸収工程において前記ＣＯ2含有ガスを吸収塔の塔上部から導入すると共に、ＣＯ2を吸収した吸収水を前記吸収塔の塔底部側から抜出すことを特徴とするガス精製方法にある。 In a fourteenth aspect of the present invention, in any one of the eighth to thirteenth aspects, the CO 2 -containing gas is introduced from the top of an absorption tower in the CO 2 absorption step, and the absorbed water that has absorbed CO 2 is The gas purification method is characterized in that the gas is extracted from the tower bottom side of the absorption tower.

本発明に係るガス精製装置によれば、ＣＯ2と水への溶解度の小さいガス成分を含有するＣＯ2含有ガスを吸収水に混合し、吸収水中にＣＯ2を溶解させ、ＣＯ2含有ガスからＣＯ2を分離した後、吸収水と混合した後のＣＯ2含有ガスを更に吸収水と接触させてＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を吸収水に溶解させ、ガス成分とＣＯ2とを分離しているため、吸収塔からは高濃度に濃縮したガス成分を得ることができる。
また、吸収塔には混合手段において予め吸収水にＣＯ2含有ガス中の大半のＣＯ2を溶解させ、吸収水と混合した後のＣＯ2含有ガスを供給することで、吸収塔内においてＣＯ2含有ガス中に残留するＣＯ2の吸収水への吸収負荷を軽減することができるため、吸収塔の塔高を従来よりも低くすることができ、装置の小型化を図ることができる。 According to the gas purification system according to the present invention, the CO 2 containing gas containing a small gas component solubility in CO 2 and water were mixed to absorb water, dissolved CO 2 absorption water, the CO 2 containing gas after separation of the CO 2, the CO 2 containing gas after mixing with the absorption water further into contact with the absorbed water to CO 2 in CO 2 containing gas is dissolved in the absorption water, to separate and the CO 2 gas component Therefore, a gas component concentrated to a high concentration can be obtained from the absorption tower.
Moreover, the absorption tower is dissolved CO 2 in the majority of CO 2 containing gas in advance in the absorption water in the mixing means, by supplying the CO 2 containing gas after mixing with the absorption water, CO 2 in the absorption tower Since the absorption load on the absorption water of CO 2 remaining in the contained gas can be reduced, the tower height of the absorption tower can be made lower than before, and the apparatus can be downsized.

図１は、本発明の実施例に係るガス精製装置の構成を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a gas purification apparatus according to an embodiment of the present invention.

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those in a so-called equivalent range.

本発明による実施例に係るガス精製装置について、図１を参照して説明する。
図１は、本発明の実施例１に係るガス精製装置の構成を示す概略図である。
図１に示すように、本発明の実施例に係るガス精製装置１０は、ＣＯ2とＣＨ4とを含有する消化ガス１１Ａを吸収水１２に混合し、吸収水１２中にＣＯ2を溶解させ、消化ガス１１ＡからＣＯ2を分離するスタティックミキサ（混合手段）１３と、スタティックミキサ１３により吸収水１２と混合した後の消化ガス１１Ｂを更に吸収水１２と接触させて消化ガス１１Ｂ中のＣＯ2を吸収水１２に溶解させ、ＣＨ4とＣＯ2とを分離する吸収塔１４と、吸収塔１４でＣＯ2を吸収した吸収水１２中のＣＯ2を放散する放散塔１５及び曝気槽４８と、を有するものである。
尚、本実施例では、ＣＯ2含有ガスとしてメタン発酵工程において発酵タンクなどのガス源からバイオ発酵して生成されるＣＨ4、ＣＯ2、Ｈ2Ｓを含有するメタン発酵ガス（消化ガス）１１Ａを用いて説明する。
また、前記ガス精製装置は、既設のメタン発酵工程においてガス源から消化ガス１１Ａを回収するために後付で設けられる場合と、新設排ガス源に同時付設される場合とがある。 A gas purification apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a gas purification apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
As shown in FIG. 1, the gas purification apparatus 10 according to the embodiment of the present invention mixes digested gas 11A containing CO 2 and CH 4 with absorbed water 12 and dissolves CO 2 in absorbed water 12. Then, a static mixer (mixing means) 13 that separates CO 2 from the digested gas 11A, and the digested gas 11B mixed with the absorbed water 12 by the static mixer 13 are further brought into contact with the absorbed water 12 to obtain CO 2 in the digested gas 11B. was dissolved in the absorption water 12, an absorption tower 14 which separates the CH 4 and CO 2, a stripping tower 15 and the aeration tank 48 to dissipate the CO 2 in the absorption water 12 that has absorbed CO 2 in the absorption tower 14, It is what has.
In this embodiment, methane fermentation gas (digestion gas) 11A containing CH 4 , CO 2 , and H 2 S produced as a CO 2 containing gas by biofermentation from a gas source such as a fermentation tank in a methane fermentation process. Will be described.
In addition, the gas purification apparatus may be provided later in order to recover the digestion gas 11A from the gas source in an existing methane fermentation process, or may be provided simultaneously in a new exhaust gas source.

本実施例に係るガス精製装置１０は、生成された消化ガス１１ＡからＣＯ2を分離し、ＣＨ4ガス３３（非吸収ガス）を生成する濃縮工程からなる。前記濃縮工程は、消化ガス１１Ａを圧縮するガス圧縮工程Ｉと、スタティックミキサ１３で構成される混合工程ＩＩ−１及び吸収塔１４で構成されるＣＯ2ガス吸収工程ＩＩ−２とからなる吸収工程ＩＩと、放散塔１５及び曝気槽４８からなるＣＯ2ガス放散工程ＩＩＩとで構成される。 The gas purification apparatus 10 according to the present embodiment includes a concentration step in which CO 2 is separated from the generated digestion gas 11A to generate CH 4 gas 33 (non-absorbed gas). The concentration step comprises an absorption step comprising a gas compression step I for compressing the digestion gas 11A, a mixing step II-1 comprising a static mixer 13 and a CO 2 gas absorption step II-2 comprising an absorption tower 14. II and a CO 2 gas diffusion step III including the diffusion tower 15 and the aeration tank 48.

（ガス圧縮工程Ｉ）
消化ガス１１Ａは、例えばメタン発酵工程においてバイオ発酵して生成され、主成分としてＣＨ4、ＣＯ2、Ｈ2Ｓ等を含有している。メタン発酵工程において排出されるＣＨ4、ＣＯ2を含有する消化ガス１１Ａはガスフィルタ（デミスタ組込型）２２に送られ、除塵及びミスト除去された後、ガス圧縮機２３に導入され、ガス圧縮機２３により昇圧される。昇圧された消化ガス１１Ａはガスクーラ２４に送られ、ここで冷却水により冷却された後、スタティックミキサ１３に送給される。 (Gas compression process I)
The digestion gas 11A is produced, for example, by biofermentation in a methane fermentation process, and contains CH 4 , CO 2 , H 2 S and the like as main components. The digested gas 11A containing CH 4 and CO 2 discharged in the methane fermentation process is sent to a gas filter (demister built-in type) 22 for dust removal and mist removal, and then introduced into a gas compressor 23 for gas compression. The pressure is increased by the machine 23. The digested gas 11A whose pressure has been increased is sent to a gas cooler 24, where it is cooled by cooling water and then supplied to the static mixer 13.

ガス圧縮機２３としてはレシプロ式等が使用される。ガス圧力検出器２５Ａにおいて消化ガス１１Ａの圧力を検出し、還流通路２６に設けた開閉弁Ｖ１の開閉を調整することによりガス圧縮機２３の出口の消化ガス１１Ａの一部をガス圧縮機２３の入口に還流させる。消化ガス１１Ａの一部を還流させることで、消化ガス１１Ａの流量変動に対応して制御することができる。また、開閉弁Ｖ２は、ガス精製装置１０の停止時などにスタティックミキサ１３への消化ガス１１Ａの供給を遮断する弁である。   A reciprocating type or the like is used as the gas compressor 23. The gas pressure detector 25 </ b> A detects the pressure of the digestion gas 11 </ b> A, and adjusts the opening / closing of the on-off valve V <b> 1 provided in the reflux passage 26, whereby a part of the digestion gas 11 </ b> A at the outlet of the gas compressor 23 is removed from the gas compressor 23. Reflux to the inlet. By recirculating a part of the digestion gas 11A, it is possible to control the digestion gas 11A according to the flow rate fluctuation. The on-off valve V2 is a valve that shuts off the supply of the digestion gas 11A to the static mixer 13 when the gas purification device 10 is stopped.

（吸収工程ＩＩ）
吸収工程ＩＩは、上述の通り、スタティックミキサ１３で構成される混合工程ＩＩ−１と、吸収塔１４で構成されるＣＯ2ガス吸収工程ＩＩ−２とで構成されている。
スタティックミキサ１３では、消化ガス１１Ａ中のＣＯ2を選択的に水に溶解して分離する。このスタティックミキサ１３での操作圧力を高くするほどＣＯ2の溶解度は高くなり、ＣＯ2の吸収効率は上がるが、操作圧力が高くなるとガス圧縮機２３の電力使用量が上昇して運転コストが高くなるため、例えば０．６ＭＰａＧ以下の圧力まで、ガス圧縮機２３で加圧している。そのため、ガス圧縮機２３で加圧された消化ガス１１Ａは昇温するため、ガスクーラ２４で常温まで冷却した後、スタティックミキサ１３に送給するようにしている。 (Absorption process II)
As described above, the absorption process II includes the mixing process II-1 configured by the static mixer 13 and the CO 2 gas absorption process II-2 configured by the absorption tower 14.
In the static mixer 13, CO 2 in the digestion gas 11A is selectively dissolved in water and separated. As the operating pressure in the static mixer 13 is increased, the solubility of CO 2 increases and the absorption efficiency of CO 2 increases. However, when the operating pressure increases, the power consumption of the gas compressor 23 increases and the operating cost increases. Therefore, for example, the pressure is increased by the gas compressor 23 to a pressure of 0.6 MPaG or less. Therefore, since the digestion gas 11A pressurized by the gas compressor 23 is heated, it is cooled to room temperature by the gas cooler 24 and then fed to the static mixer 13.

消化ガス１１Ａ中のＣＯ2は、後述のように、スタティックミキサ１３及び吸収塔１４において吸収水１２中に吸収するようにしている。スタティックミキサ１３及び吸収塔１４において吸収水１２中に吸収するＣＯ2吸収工程では、圧力の高い条件下で、ＣＯ2を吸収水１２中に吸収するようにしている。 The CO 2 in the digestion gas 11A is absorbed in the absorption water 12 in the static mixer 13 and the absorption tower 14 as described later. In the CO 2 absorption step in which the static mixer 13 and the absorption tower 14 absorb the CO 2 in the absorption water 12, CO 2 is absorbed in the absorption water 12 under a high pressure condition.

ここで、表１はガス成分について溶解度を示したものである。また、この表１は、圧力１ａｔｍで濃度１００％の場合の各気体の溶解度を示したものである。水に対する溶解度は、ガス成分、温度、及び各々のガスの分圧により異なるが、表１に示すように、溶解度は温度が低くなるほど大きく、また溶解度はガス分圧に比例し、ガス分圧が高くなるほど大きくなる。表１では、一例としてＣＯ2、ＣＨ4、Ｎ2及びＯ2の溶解度を示しているが、ＣＯ2は、ＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeなど他のガス成分よりも水に対する溶解度が１桁以上大きい。 Here, Table 1 shows the solubility of the gas component. Table 1 shows the solubility of each gas when the pressure is 1 atm and the concentration is 100%. The solubility in water varies depending on the gas component, temperature, and partial pressure of each gas, but as shown in Table 1, the solubility increases as the temperature decreases, and the solubility is proportional to the gas partial pressure. The higher the higher. In Table 1, the solubility of CO 2 , CH 4 , N 2 and O 2 is shown as an example, but CO 2 is more water than other gas components such as CH 4 , N 2 , O 2 , H 2 and He. Solubility in

Figure 2010207726
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よって、消化ガス１１Ａを吸収水１２に気液接触させると、ＣＯ2の溶解量がＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeなど他のガス成分の溶解量よりも大きいため、ＣＯ2をＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeなど他のガス成分と分離することができる。従って、スタティックミキサ１３等の簡易吸収設備と吸収塔１４とを組み合わせたハイブリッド方式とすることにより、スタティックミキサ又は吸収塔の何れか一方のみを用いる場合に比べて消化ガス１１Ａ中のＣＯ2を吸収水１２中に効率よく吸収することができる。 Therefore, when the gas-liquid contacting the biogas 11A absorption water 12, for the amount of dissolved CO 2 is greater than the amount of dissolved CH 4, N 2, O 2 , H 2, other gas components such as the He, CO 2 Can be separated from other gas components such as CH 4 , N 2 , O 2 , H 2 , and He. Therefore, by adopting a hybrid system in which a simple absorption facility such as the static mixer 13 and the absorption tower 14 are combined, CO 2 in the digestion gas 11A is absorbed as compared with the case where only one of the static mixer and the absorption tower is used. It can be efficiently absorbed in the water 12.

（混合工程ＩＩ−１）
スタティックミキサ１３に送給された消化ガス１１Ａは、スタティックミキサ１３において、消化ガス１１Ａは本体１３ａ内に供給される吸収水１２と混合される。
スタティックミキサ１３は、駆動部のない静止型混合器で、消化ガス１１Ａと吸収水１２を送入すると管内に内蔵したエレメントの撹拌効果により、気泡を微細化して吸収水１２中に均一分散することができる。吸収水１２と消化ガス１１Ａをスタティックミキサ１３に送入し、スタティックミキサ１３の本体１３ａ内において、消化ガス１１Ａと吸収水１２とを激しく気液接触させることで、消化ガス１１Ａ中のＣＯ2の一部を吸収水１２に吸収させることができ、消化ガス１１ＡからＣＯ2の一部を除去することができる。 (Mixing step II-1)
The digestion gas 11A fed to the static mixer 13 is mixed with the absorption water 12 supplied into the main body 13a in the static mixer 13.
The static mixer 13 is a static mixer having no drive unit. When the digestion gas 11A and the absorption water 12 are fed, the bubbles are finely dispersed and uniformly dispersed in the absorption water 12 by the stirring effect of the element built in the pipe. Can do. The absorption water 12 and the digestion gas 11A are fed into the static mixer 13, and the digestion gas 11A and the absorption water 12 are vigorously brought into gas-liquid contact within the main body 13a of the static mixer 13, whereby the CO 2 in the digestion gas 11A is reduced. A part can be absorbed in the absorption water 12, and a part of CO 2 can be removed from the digestion gas 11A.

また、吸収水１２の温度が低いほどＣＯ2の溶解度が高くなるため、吸収には吸収水クーラ２７で冷却した１０℃から２０℃程度の低温の吸収水１２を吸収塔１４に送給する吸収水循環ライン２８から分岐した第一の吸収水抜出しライン２９−１を介してスタティックミキサ１３へ供給する。 Further, since the solubility of CO 2 increases as the temperature of the absorption water 12 decreases, the absorption is performed by feeding the absorption water 14 having a low temperature of about 10 ° C. to 20 ° C. cooled by the absorption water cooler 27 to the absorption tower 14. It supplies to the static mixer 13 via the 1st absorption water extraction line 29-1 branched from the water circulation line 28. FIG.

また、本実施例に係るガス精製装置１０においては、混合手段としてスタティックミキサ１３を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、簡易吸収設備としてラインミキサ、ベンチュリスクラバなど他の形式のものも適用することができる。これらの簡易吸収設備を用いて消化ガス１１Ａと吸収水１２とを混合し、吸収水１２中にＣＯ2を溶解させ、消化ガス１１Ａ中のＣＯ2と、ＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeなど他のガス成分とを分離することができるものであれば同様に用いることができる。 Moreover, in the gas purification apparatus 10 according to the present embodiment, the static mixer 13 is used as the mixing means, but the present invention is not limited to this, and other simple absorption equipment such as a line mixer, a venturi scrubber, and the like. Forms can also be applied. Using these simple absorption equipment mixed with biogas 11A and absorbing water 12, in the absorbent solution 12 to dissolve the CO 2, and CO 2 in the digestion gas 11A, CH 4, N 2, O 2, H 2 , as long as it can be separated from other gas components such as He.

スタティックミキサ１３は、コンパクトで、かつ効率良く消化ガス１１Ａ中のＣＯ2を吸収することができるが、スタティックミキサ１３のみでは消化ガス１１Ａ中のＣＯ2を完全に吸収することは困難であるため、スタティックミキサ１３から排出される消化ガス１１Ｂ中には、ＣＯ2が一部残留する。 The static mixer 13 is compact and can efficiently absorb the CO 2 in the digestion gas 11A, but it is difficult to completely absorb the CO 2 in the digestion gas 11A with the static mixer 13 alone. A portion of CO 2 remains in the digestion gas 11B discharged from the static mixer 13.

（ＣＯ2吸収工程ＩＩ−２）
スタティックミキサ１３でＣＯ2が一部除去された後の消化ガス１１Ｂは、吸収塔１４に送給される。吸収塔１４の塔頂部３１から吸収水１２が供給され、吸収塔１４内の水洗部１４Ａで塔底から導入される消化ガス１１Ｂとノズル３２から供給される吸収水１２とが気液接触して、消化ガス１１Ｂ中に残留したＣＯ2をほぼ完全に吸収水１２に吸収することができ、吸収塔１４の塔頂部３１に至るころには、消化ガス１１Ｂ中に残留するＣＯ2を除去することができる。このため、塔頂部３１からはほとんどＣＯ2を含まず、ＣＯ2以外のガス成分としてＣＨ4を高濃度に濃縮した高純度のＣＨ4ガス３３が非吸収ガスとして排出される。 (CO 2 absorption step II-2)
The digestion gas 11B from which CO 2 has been partially removed by the static mixer 13 is sent to the absorption tower 14. Absorbed water 12 is supplied from the tower top 31 of the absorption tower 14, and the digested gas 11B introduced from the bottom of the tower in the washing section 14A in the absorption tower 14 and the absorbed water 12 supplied from the nozzle 32 are in gas-liquid contact. , can be almost completely absorbed by the absorbing water 12 CO 2 remaining in the digestion gas 11B, the time to reach the top 31 of the absorption tower 14, the removal of CO 2 remaining in biogas 11B Can do. Therefore, almost free of CO 2 is from the top 31, high purity CH 4 gas 33 concentrating the CH 4 in a high concentration as a gas component other than CO 2 is discharged as a non-absorbing gas.

また、本実施例では、吸収搭１４において消化ガス１１Ｂが塔底部３４側から塔頂部３１側に向かって流れるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、吸収塔１４において消化ガス１１Ｂを吸収塔１４の塔上部側近傍から導入すると共に、ＣＯ2を吸収したリッチ溶液３５を吸収塔１４の塔底部３４側から抜出すようにしてもよい。 In the present embodiment, the digestion gas 11B flows from the tower bottom 34 side toward the tower top 31 side in the absorption tower 14, but the present invention is not limited to this, and the absorption tower 14 The digestion gas 11B may be introduced from the vicinity of the tower top side of the absorption tower 14, and the rich solution 35 that has absorbed CO 2 may be withdrawn from the tower bottom 34 side of the absorption tower 14.

スタティックミキサ１３において消化ガス１１Ａ中の一部のＣＯ2を予め吸収水１２に溶解させた後、吸収塔１４において一部のＣＯ2が除去された消化ガス１１Ｂ中に残留するＣＯ2を更に除去するようにしているため、吸収塔１４から排出されるガスにはＣＨ4を高濃度に濃縮することができる。このため、吸収塔１４からは非吸収ガスとしてＣＨ4を高濃度に含んだＣＨ4ガス３３を回収することができる。
即ち、吸収塔１４において、ＣＯ2を分離して吸収水１２への溶解度がＣＯ2より小さいＣＨ4を高濃度化したＣＨ4ガス３３を非吸収ガスとして得ることができる。 After a part of CO 2 in the digestion gas 11A in the static mixer 13 is dissolved in advance in absorbing water 12, further removing CO 2 remaining in biogas 11B a portion of the CO 2 is removed in the absorption tower 14 Therefore, CH 4 can be concentrated to a high concentration in the gas discharged from the absorption tower 14. For this reason, the CH 4 gas 33 containing CH 4 at a high concentration as a non-absorbing gas can be recovered from the absorption tower 14.
That is, in the absorption tower 14, the CH 4 gas 33 obtained by separating CO 2 and increasing the concentration of CH 4 whose solubility in the absorbed water 12 is lower than that of CO 2 can be obtained as a non-absorbing gas.

また、吸収塔１４にはスタティックミキサ１３において予め吸収水１２に消化ガス１１Ａ中の一部のＣＯ2を溶解させ、吸収水１２と混合した後のＣＯ2含有ガス１１Ｂを供給することで、吸収塔１４内において消化ガス１１Ｂ中に残留するＣＯ2の吸収水１２への吸収負荷を軽減することができるため、吸収塔１４の塔高を従来よりも低くすることができ、装置の小型化を図ることができる。 Further, in the absorption tower 14, a part of CO 2 in the digestion gas 11 A is dissolved in the absorption water 12 in advance in the static mixer 13, and the CO 2 -containing gas 11 B after mixing with the absorption water 12 is supplied. Since the absorption load to the absorption water 12 of CO 2 remaining in the digestion gas 11B in the tower 14 can be reduced, the tower height of the absorption tower 14 can be made lower than before, and the apparatus can be downsized. Can be planned.

また、吸収塔１４内に供給された吸収水１２は消化ガス１１Ｂと気液接触して消化ガス１１中に残留するＣＯ2を吸収した後、吸収塔１４の塔底部３４でリッチ溶液３５として回収される。 Further, the absorption water 12 supplied into the absorption tower 14 comes into gas-liquid contact with the digestion gas 11B and absorbs CO 2 remaining in the digestion gas 11, and then recovered as a rich solution 35 at the tower bottom 34 of the absorption tower 14. Is done.

また、吸収塔１４としては充填塔あるいは棚段塔方式のものを採用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばスプレー塔、スクラバー、濡れ壁塔、気泡塔、気泡攪拌塔など他の形式のものを採用するようにしてもよい。例えば気泡塔は、気泡塔内に吸収水１２を充填して、気泡塔の塔底から消化ガス１１Ｂをガス分散器を用いて小さな気泡にして吹き込み、消化ガス１１Ｂを気泡塔内の吸収水１２中に連続的に気泡群として分散させることにより気液界面積を増大し、気液間の物質移動を行うものであり、気泡が吸収水１２中を上昇する間に気液接触を行ってＣＯ2を吸収するものである。そして、充填塔あるいは棚段塔と同様、吸収水１２は塔頂部から供給され、塔底部から抜出されて放散塔１５に送給される。また、気泡塔の構成としては、上記の気泡塔の他に、エアリフト、多段式気泡塔、充填気泡塔、懸濁気泡塔等の形式などもあるが、いずれの形式も使用可能である。また、気泡攪拌塔は、攪拌機を備えた気泡攪拌塔に消化ガス１１Ｂを吹き込み、攪拌翼により小気泡に細分して均一に分散させる形式のものである。 Moreover, although the thing of a packed tower or a plate tower system is employ | adopted as the absorption tower 14, this invention is not limited to this, For example, a spray tower, a scrubber, a wet wall tower, a bubble tower, bubble stirring Other types such as a tower may be adopted. For example, in the bubble column, the absorption water 12 is filled in the bubble column, the digestion gas 11B is blown into small bubbles using a gas disperser from the bottom of the bubble column, and the digestion gas 11B is absorbed into the absorption water 12 in the bubble column. The gas-liquid interfacial area is increased by continuously dispersing the bubbles as a group of bubbles therein, and mass transfer between the gas and liquid is performed. 2 is absorbed. And the absorption water 12 is supplied from the tower top part similarly to a packed tower or a plate tower, and is extracted from the tower bottom part, and is sent to the stripping tower 15. In addition to the above-mentioned bubble tower, the bubble tower may be in the form of an air lift, a multistage bubble tower, a packed bubble tower, a suspension bubble tower, or the like, but any form can be used. The bubble stirring tower is of a type in which the digestion gas 11B is blown into a bubble stirring tower equipped with a stirrer, and is subdivided into small bubbles by a stirring blade and uniformly dispersed.

また、スタティックミキサ１３及び吸収塔１４において安定してＣＯ2を吸収水１２に吸収させるため、吸収塔１４は圧力調節計２５Ｂにより開閉弁Ｖ３の開閉を調節し、一定の圧力に保持するようにする。 In addition, in order for the static mixer 13 and the absorption tower 14 to stably absorb the CO 2 into the absorption water 12, the absorption tower 14 adjusts the opening / closing of the on-off valve V3 by the pressure regulator 25B so as to maintain a constant pressure. To do.

また、吸収塔１４の塔底部３４には液位調節計３６が設けられており、液位調節計３６により塔底部３４のリッチ溶液３５の液位が一定となるように開閉弁Ｖ４の開閉を調節し、制御する。   In addition, a liquid level controller 36 is provided at the tower bottom 34 of the absorption tower 14, and the liquid level controller 36 opens and closes the open / close valve V4 so that the liquid level of the rich solution 35 at the tower bottom 34 is constant. Adjust and control.

また、塔底部３４に回収されたリッチ溶液３５はリッチ溶液送給ライン３７より抜出されて放散塔１５の塔頂部３８から塔内に供給される。   The rich solution 35 collected at the tower bottom 34 is extracted from the rich solution feed line 37 and supplied from the tower top 38 of the stripping tower 15 into the tower.

（ＣＯ2ガス放散工程ＩＩＩ）
放散塔１５の塔頂部３８からノズル３９で塔内部に放出されたリッチ溶液３５は、放散塔１５の本体１５ａ内で減圧処理してリッチ溶液３５中に溶解しているＣＯ2をリッチ溶液３５から除去する。放散塔１５の本体１５ａ内で吸収塔１４よりも低い圧力、あるいは大気圧レベルまで減圧する。減圧処理することにより、リッチ溶液３５中に溶解していたガスが放散するが、ＣＯ2の溶解度が他のガス成分より高いため、ＣＯ2を主成分とするガスを放散させることができる。 (CO 2 gas emission process III)
The rich solution 35 released from the tower top 38 of the stripping tower 15 to the inside of the tower by the nozzle 39 is decompressed in the main body 15 a of the stripping tower 15 and CO 2 dissolved in the rich solution 35 is removed from the rich solution 35. Remove. The pressure in the main body 15a of the stripping tower 15 is reduced to a pressure lower than that of the absorption tower 14 or an atmospheric pressure level. By vacuum treatment, the gas that was dissolved in the rich solvent 35 to dissipate, because the solubility of CO 2 is higher than the other gas components, it can be dissipated gas mainly composed of CO 2.

よって、放散塔１５の塔頂部３８からは塔内においてリッチ溶液３５から放出され、分離したＣＯ2ガス４１がガス排出ライン４２を介して回収される。また、消化ガス１１Ｂには、主成分としてＣＯ2とＣＨ4が含有されているため、放散塔１５から排出されるＣＯ2ガス４１にＣＨ4を多少含有して排出される。そのため、ＣＯ2ガス４１はボイラ等に投入して処理してもよい。 Thus, the rich solution 35 is discharged from the tower top 38 of the stripping tower 15 in the tower, and the separated CO 2 gas 41 is recovered via the gas discharge line 42. Further, since the digestion gas 11B contains CO 2 and CH 4 as main components, the CO 2 gas 41 discharged from the stripping tower 15 contains some CH 4 and is discharged. Therefore, the CO 2 gas 41 may be put into a boiler or the like for processing.

リッチ溶液３５中に溶解しているＣＯ2を除去する方法として、これに限定されるものではなく、リッチ溶液３５中のＣＯ2ガスを分離し、リッチ溶液３５からＣＯ2を除去し、吸収水として吸収水１２を再生することができるものであればよい。 The method for removing the CO 2 dissolved in the rich solution 35 is not limited to this. The CO 2 gas in the rich solution 35 is separated, the CO 2 is removed from the rich solution 35, and the absorbed water is removed. As long as the water 12 can be regenerated.

また、放散塔１５の内部には液面計測計４３が設けられており、液面計測計４３により放散塔１５内のリッチ溶液３５の溶液量を測定する。   Further, a liquid level meter 43 is provided inside the stripping tower 15, and the amount of the rich solution 35 in the stripping tower 15 is measured by the liquid level meter 43.

また、放散塔１５でＣＯ2など吸収水１２中に溶解したガスを放散した後、吸収水１２を曝気槽４８へ送り、曝気空気４９を注入して曝気することにより、吸収水１２中に残存したガスを曝気排ガス５０として完全に放散させることができる。これにより、曝気槽がない場合に比べてＣＨ4ガス（非吸収ガス）３３の純度をさらに高めることができる。ＣＨ4ガス（非吸収ガス）３３の要求純度によっては、曝気槽４８を設置する必要がない場合もある。再生された吸収水１２は吸収水ポンプ４４により吸収水循環ライン２８に送られる。そして、この吸収水１２は吸収効率を上げるために吸収水クーラ２７にて冷却水により１０℃から２０℃程度まで冷却された後、吸収搭１４の上部に供給され、循環使用される。吸収水クーラ２７の冷媒に用いられる冷却水としては、例えばチリングユニットから供給される冷水などが用いられる。 Further, after the gas dissolved in the absorption water 12 such as CO 2 is diffused in the diffusion tower 15, the absorption water 12 is sent to the aeration tank 48, and aeration air 49 is injected to aerate, thereby remaining in the absorption water 12. The exhausted gas can be completely diffused as aeration exhaust gas 50. Thereby, the purity of the CH 4 gas (non-absorbing gas) 33 can be further increased as compared with the case where there is no aeration tank. Depending on the required purity of the CH 4 gas (non-absorbing gas) 33, it may not be necessary to install the aeration tank 48. The regenerated absorption water 12 is sent to the absorption water circulation line 28 by the absorption water pump 44. The absorption water 12 is cooled from about 10 ° C. to about 20 ° C. by cooling water in an absorption water cooler 27 in order to increase absorption efficiency, and then supplied to the upper portion of the absorption tower 14 for circulation. As the cooling water used for the refrigerant of the absorption water cooler 27, for example, cold water supplied from a chilling unit is used.

また、吸収水クーラ２７にて冷却された吸収水１２の一部は、上述のように第一の吸収水抜出しライン２９−１より抜出してスタティックミキサ１３に送給して消化ガス１１Ａ中のＣＯ2を吸収水１２に溶解させるために用いる。 Further, a part of the absorption water 12 cooled by the absorption water cooler 27 is extracted from the first absorption water extraction line 29-1 and supplied to the static mixer 13 as described above to supply CO in the digestion gas 11A. 2 is used to dissolve in the absorption water 12.

また、吸収水循環ライン２８には、吸収水１２の一部を抜出す第二の吸収水抜出しライン２９−２を設け、放散塔１５には、吸収水１２を放散塔１５内に送給する吸収水補給ライン４５を設ける。吸収水１２は放散塔１５と吸収水循環ライン２８とを循環して再利用されるものであるが、消化ガス１１Ａ中には、いろいろな微量の不純物が混入しており、装置内への不純物の蓄積防止、及び吸収水１２の水質維持のため、吸収水１２を徐々に入替していく必要がある。そのため、第二の吸収水抜出しライン２９−２より吸収水１２の一部をブロー水４６として抜出し、新しい新鮮な吸収水１２を補給水４７として放散塔１５内に送給し、放散塔１５と吸収水循環ライン２８とに吸収水１２を循環させる。   Further, the absorption water circulation line 28 is provided with a second absorption water extraction line 29-2 for extracting a part of the absorption water 12, and the absorption tower 15 is an absorption for supplying the absorption water 12 into the diffusion tower 15. A water supply line 45 is provided. The absorption water 12 is circulated through the stripping tower 15 and the absorption water circulation line 28 and reused, but various trace amounts of impurities are mixed in the digestion gas 11A. In order to prevent accumulation and to maintain the water quality of the absorbed water 12, it is necessary to gradually replace the absorbed water 12. Therefore, a part of the absorption water 12 is extracted as blow water 46 from the second absorption water extraction line 29-2, and fresh fresh absorption water 12 is supplied into the diffusion tower 15 as make-up water 47. The absorption water 12 is circulated through the absorption water circulation line 28.

また、第二の吸収水抜出しライン２９−２及び吸収水補給ライン４５には、各々、開閉弁Ｖ５、Ｖ６を設け、開閉弁Ｖ５、Ｖ６を調整することにより第二の吸収水抜出しライン２９−２よりブロー水４６として抜出す吸収水１２の液量と、放散塔１５内に補給水４７として送給する吸収水１２の液量とを調整する。   Further, the second absorption water extraction line 29-2 and the absorption water supply line 45 are provided with on-off valves V5, V6, respectively, and the on-off valves V5, V6 are adjusted to adjust the second absorption water extraction line 29-. 2 adjusts the liquid amount of the absorbed water 12 drawn out as the blow water 46 and the liquid amount of the absorbed water 12 fed as the make-up water 47 into the diffusion tower 15.

（試験例）
また、本実施例に係るガス精製装置１０を用いてＣＨ4とＣＯ2とを混合して所定の濃度に調製したガスをスタティックミキサ及び吸収塔のハイブリッド方式により、濃縮した試験結果を表２に示す。表２に示すように、吸収塔から非吸収ガスとして排出されるＣＨ4ガスのＣＨ4濃度は９５ｖｏｌ％程度であった。また、放散塔から放出され、回収されたＣＯ2ガスのＣＯ2濃度は８０ｖｏｌ％程度であった。 (Test example)
Table 2 shows the test results obtained by concentrating a gas prepared by mixing CH 4 and CO 2 to a predetermined concentration by using the gas purification apparatus 10 according to this example by a hybrid method of a static mixer and an absorption tower. Show. As shown in Table 2, the CH 4 concentration of CH 4 gas discharged from the absorption tower as a non-absorbing gas was about 95 vol%. Further, the CO 2 concentration of the CO 2 gas released and recovered from the stripping tower was about 80 vol%.

Figure 2010207726
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よって、本実施例に係るガス精製装置１０を用いれば、消化ガス１１ＡからＣＨ4のガス濃度が９５ｖｏｌ％のＣＨ4ガス３３を吸収塔１４より生成することができるため、回収したＣＨ4ガス３３を都市ガスの代替品として用いることができる。 Therefore, the use of the gas purification device 10 according to the present embodiment, since the gas concentration of CH 4 from digestion gas 11A can be generated from the absorption tower 14 to CH 4 gas 33 of 95 vol%, recovered CH 4 gas 33 Can be used as a substitute for city gas.

以上述べたように、本実施例に係るガス精製装置１０においては、吸収液として水を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、アルカリ性吸収液など、消化ガス１１Ａ中のＣＯ2を吸収できるものであれば吸収液として使用することができる。例えば、アミン系溶液をベースとするＣＯ2吸収液を用い、ＣＯ2吸収液と消化ガス１１Ａとを交向流接触させることで、消化ガス１１Ａ中のＣＯ2は、化学反応（Ｒ−ＮＨ2＋Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2→Ｒ−ＮＨ3ＨＣＯ3）によりＣＯ2吸収液に吸収させることができる。 As described above, in the gas purification apparatus 10 according to the present embodiment, the description has been made using water as the absorbent, but the present invention is not limited to this, and the digestion gas 11A such as an alkaline absorbent is included in the digestion gas 11A. Any one that can absorb CO 2 can be used as an absorbing solution. For example, using a CO 2 absorbing solution based on amine-based solution, a digestion gas 11A and CO 2 absorbing solution by contacting交向flow, CO 2 in the digestion gas 11A is a chemical reaction (R-NH 2 + H 2 O + CO 2 → R-NH 3 HCO 3) makes it possible to absorb the CO 2 absorbing solution.

また、本実施例に係るガス精製装置１０においては、水への溶解度の小さいガス成分としてＣＨ4の場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、水への溶解度の小さいガス成分としてＮ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeを回収する場合についても同様に用いることができる。 Further, in the gas purification apparatus 10 according to the present embodiment, the case of CH 4 as a gas component having a low solubility in water has been described, but the present invention is not limited to this, and the solubility in water is low. The same can be used for recovering N 2 , O 2 , H 2 , and He as gas components.

また、本実施例に係るガス精製装置１０においては、ＣＯ2を吸収するための吸収水１２として水のみからなるものを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、吸収水１２にカセイソーダ（ＮａＯＨ）等のアルカリ溶液を混合して用いるようにしてもよい。 Further, the gas purification unit 10 according to the present embodiment uses one made of only water as an absorbing water 12 for absorbing CO 2, the present invention is not limited thereto, it absorbed water 12 may be mixed with an alkaline solution such as caustic soda (NaOH).

また、ガスクーラ２４、吸収水クーラ２７で消化ガス１１Ａと、吸収水１２を熱交換する低温の媒体として、冷却水を用いているが、冷却水に限定されるものではなく、低温であれば、水道水や工場排水などを用いてもよい。   Moreover, although the cooling water is used as a low-temperature medium which heat-exchanges the digestion gas 11A and the absorption water 12 with the gas cooler 24 and the absorption water cooler 27, it is not limited to a cooling water, If it is low temperature, Tap water or factory effluent may be used.

以上、本実施例に係るガス精製装置１０は、ＣＯ2とＣＨ4とを含有する消化ガス１１Ａを吸収水１２に混合し、吸収水１２中にＣＯ2を溶解させ、消化ガス１１ＡからＣＯ2を分離するスタティックミキサ１３と、スタティックミキサ１３により吸収水１２と混合した後の消化ガス１１Ｂを更に吸収水１２と接触させて消化ガス１１Ｂ中のＣＯ2を吸収水１２に溶解させ、ＣＨ4とＣＯ2とを分離する吸収塔１４と、吸収塔１４でＣＯ2を吸収した吸収水１２中のＣＯ2を放散する放散塔１５とを有する。よって、本実施例に係るガス精製装置１０によれば、コンパクトで、ある程度のレベルまでの処理に適した簡易吸収設備であるスタティックミキサ１３と吸収塔１４とを組み合わせたハイブリッド吸収システムとしたものである。これによって、スタティックミキサ１３において消化ガス１１Ａ中の一部のＣＯ2を予め吸収水１２に溶解させた後、吸収塔１４においてＣＨ4が濃縮されている消化ガス１１Ｂ中に残留するＣＯ2を更に除去するようにしているため、吸収塔１４から排出されるガスにはＣＨ4を高濃度に濃縮することができ、吸収塔１４からはＣＨ4を高濃度に含んだＣＨ4ガス３３を回収することができる。 As described above, the gas purification apparatus 10 according to the present embodiment mixes the digestion gas 11A containing CO 2 and CH 4 with the absorption water 12, dissolves CO 2 in the absorption water 12, and converts the digestion gas 11A to CO 2. And the digestion gas 11B mixed with the absorption water 12 by the static mixer 13 are further brought into contact with the absorption water 12 to dissolve the CO 2 in the digestion gas 11B in the absorption water 12, and CH 4 CO has 2 and the absorption tower 14 to separate, and a stripping tower 15 for dissipating CO 2 in the absorbent solution 12 that has absorbed CO 2 in the absorption tower 14. Therefore, according to the gas purification apparatus 10 according to the present embodiment, the hybrid absorption system is a combination of the static mixer 13 and the absorption tower 14 which are compact and simple absorption equipment suitable for processing up to a certain level. is there. Thus, after a part of CO 2 in the digestion gas 11A in the static mixer 13 is dissolved in advance in absorbing water 12, the CO 2 remaining in biogas 11B that CH 4 is concentrated in the absorption tower 14 further Since it is removed, CH 4 can be concentrated at a high concentration in the gas discharged from the absorption tower 14, and the CH 4 gas 33 containing CH 4 at a high concentration is recovered from the absorption tower 14. be able to.

また、吸収塔１４には予めスタティックミキサ１３において吸収水１２に消化ガス１１Ａ中の一部のＣＯ2を溶解させ、吸収水１２と混合した後のＣＯ2含有ガス１１Ｂを供給することができるため、吸収塔１４内において消化ガス１１Ｂ中に残留するＣＯ2の吸収水１２への吸収負荷を軽減することができるため、吸収塔１４の塔高を従来よりも低くすることができ、装置の小型化を図ることができる。 In addition, since a part of CO 2 in the digestion gas 11A is dissolved in the absorption water 12 in the static mixer 13 in advance in the absorption tower 14 and mixed with the absorption water 12, the CO 2 containing gas 11B can be supplied. Since the absorption load on the absorption water 12 of CO 2 remaining in the digestion gas 11B in the absorption tower 14 can be reduced, the tower height of the absorption tower 14 can be made lower than before, and the size of the apparatus can be reduced. Can be achieved.

本実施例に係るガス精製装置１０においては、ＣＯ2含有ガスとしてメタン発酵工程においてバイオ発酵して生成される消化ガスを用いて説明したが、本発明に係るガス精製装置はこれに限定されるものではなく、燃焼設備から排出される排ガスなどＣＯ2を含有するＣＯ2含有ガス中のＣＯ2と他のガス成分とを分離するのに用いることも可能である。 In the gas purification apparatus 10 according to the present embodiment, the digestion gas generated by biofermentation in the methane fermentation process is described as the CO 2 -containing gas, but the gas purification apparatus according to the present invention is limited to this. Instead, it can be used to separate CO 2 and other gas components in a CO 2 -containing gas containing CO 2 such as exhaust gas discharged from a combustion facility.

以上のように、本発明に係るガス精製装置及びガス精製方法は、バイオ発酵して生成される消化ガスなどのＣＯ2含有ガスから高濃度のＣＨ4ガスを得ることに用いるのに適している。 As described above, the gas purification apparatus and the gas purification method according to the present invention are suitable for use in obtaining high-concentration CH 4 gas from a CO 2 -containing gas such as digestion gas produced by biofermentation. .

１０ ガス精製装置
１１Ａ、１１Ｂ 消化ガス
１２ 吸収水
１３ スタティックミキサ（混合手段）
１４ 吸収塔
１５ 放散塔
２２ ガスフィルタ（デミスタ組込型）
２３ ガス圧縮機
２４ ガスクーラ
２５Ａ、２５Ｂ ガス圧力検出器
２６ 還流通路
２７ 吸収水クーラ
２８ 吸収水循環ライン
２９−１ 第一の吸収水抜出しライン
２９−２ 第二の吸収水抜出しライン
３１、３８ 塔頂部
３２、３９ ノズル
３３ ＣＨ4ガス
３４、 塔底部
３５ リッチ溶液
３６ 液位調節計
３７ リッチ溶液送給ライン
４１ ＣＯ2ガス
４２ ガス排出ライン
４３ 液面計測計
４４ 吸収水ポンプ
４５ 吸収水補給ライン
４６ ブロー水
４７ 補給水
４８ 曝気槽
４９ 曝気空気
５０ 曝気排ガス
Ｖ１〜Ｖ６ 開閉弁 10 Gas purification equipment 11A, 11B Digestion gas 12 Absorbed water 13 Static mixer (mixing means)
14 Absorption tower 15 Radiation tower 22 Gas filter (built-in demister)
23 Gas compressor 24 Gas cooler 25A, 25B Gas pressure detector 26 Recirculation passage 27 Absorption water cooler 28 Absorption water circulation line 29-1 First absorption water extraction line 29-2 Second absorption water extraction line 31, 38 Tower top 32 , 39 Nozzle 33 CH 4 gas 34, Tower bottom 35 Rich solution 36 Liquid level controller 37 Rich solution feed line 41 CO 2 gas 42 Gas discharge line 43 Liquid level meter 44 Absorbing water pump 45 Absorbing water supply line 46 Blow water 47 Supply water 48 Aeration tank 49 Aeration air 50 Aeration exhaust gas V1 to V6 On-off valve

Claims (14)

水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分と、ＣＯ2とを含有するＣＯ2含有ガスを吸収水に混合し、前記吸収水中にＣＯ2を溶解させ、前記ＣＯ2含有ガスからＣＯ2を分離する混合手段と、
前記混合手段により前記吸収水と混合した後のＣＯ2含有ガスを更に吸収水と接触させて前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を前記吸収水に溶解させ、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分とＣＯ2とを分離する吸収塔と、
前記吸収塔でＣＯ2を吸収した吸収水中のＣＯ2を放散する放散塔単独あるいは放散塔及び曝気槽と、を有し、
前記吸収塔において、ＣＯ2を分離して前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分を高濃度化した精製ガスを非吸収ガスとして得ることを特徴とするガス精製装置。 And solubility in water CO 2 is less than the gas component, the CO 2 containing gas containing the CO 2 mixed with absorbing water, dissolved CO 2 in the absorption water, the CO 2 from the CO 2 containing gas separation Mixing means to
Wherein in contact with a CO 2 containing gas after mixing with absorbed water further absorbed water to dissolve CO 2 of the CO 2 containing gas to the absorbing water by the mixing means, solubility in the water than CO 2 An absorption tower for separating small gas components and CO 2 ;
A radiation tower alone or a radiation tower and an aeration tank that diffuses CO 2 in absorbed water that has absorbed CO 2 in the absorption tower;
In the absorption tower, the gas purification unit, characterized in that to obtain a purified gas solubility in the water to separate the CO 2 has a high concentration of the CO 2 is less than the gas component as a non-absorbing gas. 請求項１において、
前記混合手段が、スタティックミキサ又はラインミキサであることを特徴とするガス精製装置。 In claim 1,
The gas purification apparatus, wherein the mixing means is a static mixer or a line mixer. 請求項１又は２において、
前記放散塔単独あるいは放散塔及び曝気槽においてＣＯ2が放散された吸収水を前記吸収塔に循環させる吸収水循環ラインを有することを特徴とするガス精製装置。 In claim 1 or 2,
A gas purifier having an absorption water circulation line for circulating the absorption water in which CO 2 is diffused in the diffusion tower alone or in the diffusion tower and the aeration tank to the absorption tower. 請求項１乃至３の何れか一つにおいて、
前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分が、ＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeの少なくとも一つを含んでなるものであることを特徴とするガス精製装置。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The gas purification apparatus, wherein the gas component having a solubility in water smaller than CO 2 comprises at least one of CH 4 , N 2 , O 2 , H 2 , and He. 請求項１乃至４の何れか一つにおいて、
前記ＣＯ2含有ガスが、バイオ発酵して生成された消化ガスであることを特徴とするガス精製装置。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
The gas purification apparatus, wherein the CO 2 -containing gas is digestion gas produced by biofermentation. 請求項１及至５の何れか一つにおいて、
前記吸収水にアルカリ溶液を混合して用いることを特徴とするガス精製装置。 In any one of claims 1 to 5,
A gas purification apparatus, wherein an alkaline solution is mixed with the absorbed water. 請求項１及至６の何れか一つにおいて、
前記吸収塔において前記ＣＯ2含有ガスを前記吸収塔の塔上部から導入すると共に、ＣＯ2を吸収した吸収水を前記吸収塔の塔底部側から抜出すことを特徴とするガス精製装置。 In any one of claims 1 to 6,
A gas purification apparatus characterized in that, in the absorption tower, the CO 2 -containing gas is introduced from the upper part of the absorption tower, and absorbed water that has absorbed CO 2 is withdrawn from the tower bottom side of the absorption tower. 水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分と、ＣＯ2とを含有するＣＯ2含有ガスを吸収水に混合し、前記吸収水中にＣＯ2を溶解させ、前記ＣＯ2含有ガスからＣＯ2を分離する混合工程と、
前記吸収水と混合した後のＣＯ2含有ガスを更に吸収水と接触させて前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を前記吸収水に溶解させ、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分とＣＯ2とを分離するＣＯ2吸収工程と、
前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を吸収した吸収水中のＣＯ2を放散するＣＯ2ガス放散工程と、を含み、
前記混合工程において、前記ＣＯ2含有ガス中の前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分を濃縮し、前記ＣＯ2吸収工程において、前記ＣＯ2含有ガスからＣＯ2を分離して前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分を高濃度化した精製ガスを非吸収ガスとして得ることを特徴とするガス精製方法。 And solubility in water CO 2 is less than the gas component, the CO 2 containing gas containing the CO 2 mixed with absorbing water, dissolved CO 2 in the absorption water, the CO 2 from the CO 2 containing gas separation A mixing step to
Said CO 2 containing gas after mixing with the absorption water further into contact with the absorbed water by dissolving CO 2 in the CO 2 containing gas into the absorbing water, solubility in the water and CO 2 is less than the gas component and CO 2 absorption step of separating the CO 2,
A CO 2 gas releasing step for releasing CO 2 in absorbed water that has absorbed CO 2 in the CO 2 -containing gas,
In the mixing step, the solubility in the water of the CO 2 containing gas is concentrated CO 2 is less than the gas component, in the CO 2 absorption step, the CO 2 containing gas CO 2 and to the separated water A gas purification method characterized in that a purified gas obtained by increasing the concentration of a gas component having a solubility of less than CO 2 is obtained as a non-absorbing gas. 請求項８において、
前記混合工程が、スタティックミキサ又はラインミキサを用いて前記ＣＯ2含有ガスを前記吸収水に混合させることを特徴とするガス精製方法。 In claim 8,
The gas purification method, wherein the mixing step mixes the CO 2 -containing gas with the absorbed water using a static mixer or a line mixer. 請求項８又は９において、
前記ＣＯ2ガス放散工程においてＣＯ2が放散された吸収水を前記ＣＯ2吸収工程において用いる前記吸収水として循環させることを特徴とするガス精製方法。 In claim 8 or 9,
A gas purification method, wherein the absorbed water from which CO 2 has been diffused in the CO 2 gas diffusion step is circulated as the absorbed water used in the CO 2 absorption step. 請求項８乃至１０の何れか一つにおいて、
前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分が、ＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeの少なくとも一つを含んでなるものであることを特徴とするガス精製方法。 In any one of claims 8 to 10,
A gas purification method, wherein the gas component having a solubility in water smaller than CO 2 comprises at least one of CH 4 , N 2 , O 2 , H 2 , and He. 請求項８乃至１１の何れか一つにおいて、
前記ＣＯ2含有ガスが、バイオ発酵して生成された消化ガスであることを特徴とするガス精製方法。 In any one of Claims 8 thru | or 11,
The gas purification method, wherein the CO 2 -containing gas is a digestion gas produced by biofermentation. 請求項８及至１２の何れか一つにおいて、
前記吸収水にアルカリ溶液を混合して用いることを特徴とするガス精製方法。 In any one of claims 8 to 12,
A gas purification method, wherein an alkaline solution is mixed with the absorbed water. 請求項８及至１３の何れか一つにおいて、
前記ＣＯ2吸収工程において前記ＣＯ2含有ガスを吸収塔の塔上部から導入すると共に、ＣＯ2を吸収した吸収水を前記吸収塔の塔底部側から抜出すことを特徴とするガス精製方法。 In any one of claims 8 to 13,
In the CO 2 absorption step, the gas purification method is characterized in that the CO 2 -containing gas is introduced from the tower top of the absorption tower, and the absorbed water having absorbed CO 2 is withdrawn from the tower bottom side of the absorption tower.
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KR20160076914A (en) * 2014-12-23 2016-07-01 이영상 Upgrade system for biogas

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