JP2012149002A

JP2012149002A - ガス精製装置

Info

Publication number: JP2012149002A
Application number: JP2011008206A
Authority: JP
Inventors: Akifumi Mitsui; 昌文三井; Hisato Takeda; 久人竹田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2031-01-18
Also published as: JP5653768B2

Abstract

【課題】高いメタン濃度の精製ガスを高い回収率で精製することができると共に、設置スペース、洗浄水量、ポンプ類の能力等の設備規模を削減することができるガス精製装置を提供する。
【解決手段】分離膜６により、メタン及び二酸化炭素を主成分とする原料ガスからメタンを主成分とする精製ガスを分離し、高いメタン濃度の精製ガスを生成する。また、オフガス戻しラインＬ１により、オフガスを分離膜６の上流側に戻すことで、オフガスからの精製ガスの回収を繰り返し、精製ガスを高い回収率で精製する。更に、二酸化炭素を吸収する洗浄塔５を分離膜６の下流側に設置し、洗浄塔５が洗浄するガスをオフガスのみとすることで、洗浄塔５が洗浄するガスの量を少なくすると共に洗浄塔５が洗浄するガスの二酸化炭素濃度を高くする。これにより、洗浄塔５を小型化可能とし、ガス精製装置１００の設備規模を削減可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、メタン及び二酸化炭素を主成分とする原料ガスからメタンを主成分とする精製ガスを精製するガス精製装置に関する。

従来、このような技術分野のガス精製装置としては、原料ガスを洗浄して二酸化炭素を吸収する洗浄手段と、洗浄手段で洗浄された原料ガスを精製ガスとオフガスとに分離する分離膜と、分離膜で分離されたオフガスを洗浄手段の上流側に戻すオフガス戻しラインと、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１７４１６７号公報

上記ガス精製装置では、洗浄手段において二酸化炭素が吸収され、メタン濃度が高められた原料ガスから、より高いメタン濃度の精製ガスが分離膜で分離される。また、分離膜で精製ガスと分離され、洗浄手段の上流側に戻されたオフガスから更に精製ガスが分離されるため、原料ガスからの精製ガスの回収率が高まる。しかしながら、分離膜の他に洗浄手段を備えるために、装置の設置スペース、洗浄水量、ポンプ類の能力等の設備規模が大きくなってしまうという問題があった。

そこで、本発明は、高いメタン濃度の精製ガスを高い回収率で精製することができると共に、設置スペース、洗浄水量、ポンプ類の能力等の設備規模を削減することができるガス精製装置の提供を目的とする。

本発明者等は、上記洗浄手段の最も重要な役割は、上記分離膜の前段でメタン濃度を高めることではなく、ガス精製装置内を循環する二酸化炭素が増加するのを防止することにあり、洗浄手段の設置箇所が分離膜の前段である必要はないことを見出し、本発明に至った。

そこで、本発明に係るガス精製装置は、メタン及び二酸化炭素を主成分とする原料ガスからメタンを主成分とする精製ガスを精製するガス精製装置であって、原料ガスを精製ガスとオフガスとに分離する分離膜と、分離膜で分離されたオフガスを洗浄し二酸化炭素を吸収する洗浄手段と、洗浄手段で洗浄されたオフガスを分離膜に供給すべく分離膜の上流側に戻すオフガス戻しラインと、を備えたことを特徴とする。

このようなガス精製装置では、分離膜により、原料ガスから高いメタン濃度の精製ガスが分離される。精製ガスと分離されたオフガスは、洗浄装置により洗浄され、オフガス戻しラインにより分離膜の上流側に戻される。分離膜の上流側に戻されたオフガスからは、分離膜により更に精製ガスが分離される。このため、精製ガスを高い回収率で精製することができる。また、洗浄手段が洗浄するのは、原料ガスから精製ガスが分離されたオフガスのみであり、洗浄手段が洗浄するガスの量が少ないため、洗浄手段を小型化することができる。さらに、オフガスの二酸化炭素濃度は原料ガスの二酸化炭素濃度に比べて高いため、洗浄手段における二酸化炭素の吸収効率が高く、洗浄手段をより小型化することができる。これにより、ガス精製装置の設置スペース、洗浄水量、ポンプ類の能力等の設備規模を削減することができる。

ここで、洗浄手段は、常圧でオフガスを洗浄し二酸化炭素を吸収する構成であると、洗浄手段において二酸化炭素と共に吸収されるメタンの量が少なくなり、精製ガスの回収率が高まる。

また、洗浄手段は、加圧状態でオフガスを洗浄し二酸化炭素を吸収する構成であると、常圧で洗浄するのに比べ二酸化炭素の吸収効率が高まり、分離膜の上流側に戻るオフガスのメタン濃度が高くなる。これにより、高い効率で精製ガスを精製することができる。なお、加圧状態で洗浄すると、常圧で洗浄するのに比べ二酸化炭素と共に吸収されるメタンの量が増える。しかし、オフガスのメタン濃度は原料ガスのメタン濃度に比べ低いため、オフガスを加圧状態で洗浄しても、原料ガスを加圧状態で洗浄するのに比べメタンは吸収され難い。このため、精製ガスの回収率の低下は抑制される。

本発明のガス精製装置によれば、高いメタン濃度の精製ガスを高い回収率で精製することができると共に、設置スペース、洗浄水量、ポンプ類の能力等の設備規模を削減することができる。

本発明に係るガス精製装置の一実施形態を示す構成図である。本発明に係るガス精製装置の他の実施形態を示す構成図である。

以下、本発明に係るガス精製装置の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明に係るガス精製装置の一実施形態であるガス精製装置１００を示す構成図である。図１に示すように、ガス精製装置１００は、水分除去装置１と、コンプレッサ２と、水分除去装置３と、分離装置４と、洗浄塔５と、オフガス戻しラインＬ１と、を備えている。

水分除去装置１は、メタン及び二酸化炭素を主成分とする原料ガスを導入し、導入したガス中の水分を除去するものである。コンプレッサ２は、水分除去装置１で水分が除去されたガスを分離装置４側に向かって圧送するものである。水分除去装置３は、コンプレッサ２から分離装置４に向かうガス中の水分を更に除去するものである。水分除去装置１，３には、例えば、ガスを冷却し、ガス中の水分を凝縮させて除去するものが採用されている。

分離装置４は、水分除去装置３で水分が除去されたガスを導入し、精製ガスとオフガスとに分離する装置である。この分離装置４は、二酸化炭素を透過させ易く且つメタンを透過させ難い分離膜６を有するものであり、分離膜６を透過しなかったガスが精製ガスとなり、分離膜６を透過したガスがオフガスとなる。分離膜６は、例えば、ポリイミドなどの高分子有機膜や、ゼオライト膜等である。

洗浄塔５は、分離装置４で分離されたオフガスを洗浄し、オフガス中の二酸化炭素を吸収するものである。この洗浄塔５は、オフガスを下部から導入し上部から排出する一方で、洗浄水を上部から導入し下部から排出する。これにより、オフガスと洗浄水とが向流接触し、オフガス中の二酸化炭素の一部が洗浄水に溶解し吸収される。洗浄塔５の内部は、ここでは常圧とされており、大気圧と略同等となっている。

オフガス戻しラインＬ１は、洗浄塔５の上部から排出されたオフガスを水分除去装置１に戻すものである。

このようなガス精製装置１００では、メタン及び二酸化炭素を主成分とする原料ガスは、水分除去装置１によって水分を除去され、水分除去装置３によって更に水分を除去された後に、分離装置４に導入される。ここで、原料ガスのメタン濃度は、例えば、容積で約６０％である。

分離装置４に導入された原料ガス中の二酸化炭素の多くは、分離膜６を透過する。原料ガス中のメタンは、分離膜６を透過せず分離膜６の上流側に留まるが、一部は二酸化炭素と共に分離膜６を透過する。これにより、分離膜６の上流側には高いメタン濃度のガスが留まり、このガスが精製ガスとして回収される。回収される精製ガスのメタン濃度は、例えば、容積で約９８％である。このように、ガス精製装置１００によれば、高いメタン濃度の精製ガスを回収することができる。一方、分離膜６からは、高い二酸化炭素濃度のガスが透過し、このガスがオフガスとして洗浄塔５に送られる。オフガスのメタン濃度は、例えば、容積で約３０％である。

洗浄塔５に送られたオフガスは、洗浄塔５内の洗浄水と向流接触し、洗浄塔５外に排出される。オフガス中の二酸化炭素の一部は、洗浄水と向流接触する際に洗浄水に溶解し吸収される。二酸化炭素を吸収した洗浄水は、下部から洗浄塔５外に排出される。洗浄塔５において二酸化炭素を吸収されたオフガスのメタン濃度は、例えば、容積で約６０％である。このように、本実施形態では、洗浄塔５によってオフガスのメタン濃度を原料ガスのメタン濃度と略同等にしている。これにより、分離装置４に導入されるガスのメタン濃度が安定し、精製ガスのメタン濃度が安定する。

洗浄塔５から排出されたオフガスは、オフガス戻しラインＬ１を通り、水分除去装置１に戻され、原料ガスと共に水分除去装置１に導入される。以降は、同様な動作が繰り返され、オフガスからの精製ガスの回収が繰り返される。このため、ガス精製装置１００によれば、精製ガスを高い回収率で精製することができる。

また、ガス精製装置１００によれば、洗浄塔５で洗浄されるのは、原料ガスから精製ガスが分離されたオフガスのみであり、洗浄塔５で洗浄されるガスの量が少ないため、洗浄塔５を小型化することができる。さらに、オフガスの二酸化炭素濃度は原料ガスの二酸化炭素濃度に比べて高いため、洗浄塔５における二酸化炭素の吸収効率が高く、洗浄塔５をより小型化することができる。これにより、ガス精製装置１００の設置スペース、洗浄水量、ポンプ類の能力等の設備規模を削減することができる。

また、洗浄塔５の内部は常圧とされ、オフガスが常圧で洗浄されるため、二酸化炭素と共に吸収されるメタンの量が少なく、より高い回収率で精製ガスを精製することができる。

以上、本発明に係るガス精製装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

例えば、図２に示すガス精製装置２００のように、洗浄塔５の下部から排出された洗浄水に溶解している二酸化炭素を除去し、洗浄塔５の上部に戻す脱気装置７を備えるようにしてもよい。この場合、洗浄水が繰り返し使用されるため、洗浄水の消費量が削減される。

また、ガス精製装置１００，２００では、一個の分離装置４を用いているが、これに限られない。例えば、複数個の分離装置４を用い、前段の分離装置４の分離膜６の上流側に留まったガスを更に後段の分離装置４に導入し、最後段の分離装置４の分離膜６の上流側に留まったガスを精製ガスとして回収してもよい。

また、ガス精製装置１００，２００では、洗浄塔５の内部を常圧とし、洗浄塔５に導入されたオフガスを常圧で洗浄しているが、これに限られない。例えば、洗浄塔５の内部を加圧し、洗浄塔５に導入されたオフガスを加圧状態で洗浄してもよい。この場合、常圧で洗浄するのに比べ、オフガスからの二酸化炭素の吸収効率が高まり、分離装置４に戻るオフガスのメタン濃度が高くなる。これにより、高い効率で精製ガスを精製することができる。なお、オフガスが加圧状態で洗浄されると、常圧で洗浄されるのに比べ二酸化炭素と共に洗浄水に溶解し吸収されるメタンの量が増える。しかし、オフガスのメタン濃度は原料ガスのメタン濃度に比べ低いため、オフガスが加圧状態で洗浄されても、原料ガスが加圧状態で洗浄されるのに比べメタンは吸収され難い。このため、精製ガスの回収率の低下は抑制される。

５…洗浄塔、６…分離膜、１００…ガス精製装置、Ｌ１…オフガス戻しライン。

Claims

メタン及び二酸化炭素を主成分とする原料ガスからメタンを主成分とする精製ガスを精製するガス精製装置であって、
前記原料ガスを前記精製ガスとオフガスとに分離する分離膜と、
前記分離膜で分離された前記オフガスを洗浄し二酸化炭素を吸収する洗浄手段と、
前記洗浄手段で洗浄された前記オフガスを前記分離膜に供給すべく前記分離膜の上流側に戻すオフガス戻しラインと、を備えたことを特徴とするガス精製装置。
前記洗浄手段は、常圧で前記オフガスを洗浄し二酸化炭素を吸収することを特徴とする請求項１記載のガス精製装置。
前記洗浄手段は、加圧状態で前記オフガスを洗浄し二酸化炭素を吸収することを特徴とする請求項１記載のガス精製装置。