JP2013103985A - Gas purification apparatus - Google Patents
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- Gas Separation By Absorption (AREA)
Abstract
Description
本発明は、溶解度の異なる複数種のガスの混合物からの溶解度の低いガスの分離装置に係り、例えば下水汚泥を消化処理して得られたメタン混合ガス(消化ガス)から二酸化炭素を分離除去するのに好適なガス精製装置に関する。 The present invention relates to a gas separation apparatus having a low solubility from a mixture of a plurality of gases having different solubilities. For example, carbon dioxide is separated and removed from a methane mixed gas (digested gas) obtained by digesting sewage sludge. The present invention relates to a gas purification apparatus suitable for the above.
下水道分野の未利用エネルギーの回収、再資源化の一環として、非特許文献1に記載のように下水汚泥の燃料化が進められている。下水汚泥の燃料化の方式としては、汚泥の嫌気性消化反応によるメタンガスの回収が実用化されており、その利用法として非特許文献2に記載のように、消化ガス発電、消化ガス燃料電池、都市ガス代替・供給の他、非特許文献3に記載のように自動車燃料としての利用が試行されている。メタンガスを使用可能な自動車は天然ガス自動車であり、燃料は国内では13Aの都市ガス(組成例:メタン89.6%、エタン・プロパン・ブタン10.4%(体積%、以下同))と同等である。
As part of the recovery and recycling of unused energy in the sewerage field, as described in
一方、典型的な消化ガスの成分は、メタン60〜65%、二酸化炭素33〜35%、水素0〜2%、窒素0〜3%、硫化水素0.02〜0.08%であり、二酸化炭素をはじめ不純物が多いため、自動車燃料用ガスの約1/2の発熱量である。このため、消化ガスを精製して二酸化炭素を分離除去し、メタンの濃度を上げる必要がある。ここで、不純物の主要成分は、非特許文献4に記載のように二酸化炭素、窒素、酸素、硫化水素である。
On the other hand, typical digestion gas components are 60-65% methane, 33-35% carbon dioxide, 0-2% hydrogen, 0-3% nitrogen, 0.02-0.08% hydrogen sulfide, Since there are many impurities including carbon, the calorific value is about half that of automobile fuel gas. For this reason, it is necessary to refine | purify digestion gas, to separate and remove carbon dioxide, and to raise the density | concentration of methane. Here, the main components of impurities are carbon dioxide, nitrogen, oxygen, and hydrogen sulfide as described in Non-Patent
下水汚泥からのメタンガス精製法の例として、非特許文献2に記載の「湿式吸収法」と特許文献1に記載の「高圧水吸収法」がある。「湿式吸収法」は大気圧に近い低圧の吸収塔内で消化ガスを水と接触させ、二酸化炭素を水に吸収させる方式であり、気液比(L/G)2.0以下の条件でメタンを体積割合で約90%まで濃縮出来る。また、二酸化炭素以外の不純物は、第2の吸収塔でNaOHと接触させて分離、除去する。「高圧水吸収法」で精製したメタンガスは、メタン98%、窒素1.0%、二酸化炭素0.6%、酸素0.2%の組成であり、12Aの都市ガス(組成例:メタン98.4%、窒素0.3%、二酸化炭素1.3%)に相当する。
Examples of a method for purifying methane gas from sewage sludge include a “wet absorption method” described in
「高圧水吸収法」は、メタンの水への溶解度が二酸化炭素等の不純物に対してはるかに小さく、且つ低圧から高圧まで溶解度の変化が少ないこと、及び二酸化炭素等の不純物の溶解度が圧力とともに増加する特性を利用している(非特許文献3参照)。消化ガスと水を圧力を高めた吸収塔内で接触させることによって、二酸化炭素の吸収能力を向上させ、圧力0.9MPaの条件で体積割合約98%までメタンを濃縮出来る。また、高圧条件を利用して同じ吸収塔内で二酸化炭素以外の不純物も分離、除去可能である。 The “high-pressure water absorption method” is a method in which the solubility of methane in water is much smaller than that of carbon dioxide and other impurities, and the change in solubility from low pressure to high pressure is small. The increasing characteristic is used (see Non-Patent Document 3). By bringing digestion gas and water into contact with each other in an absorption tower with increased pressure, the absorption capacity of carbon dioxide can be improved, and methane can be concentrated to a volume ratio of about 98% under the condition of a pressure of 0.9 MPa. Further, impurities other than carbon dioxide can be separated and removed in the same absorption tower using high-pressure conditions.
本方式の気液接触のフローでは、吸収塔上部からポンプで給水し、下部から加圧した消化ガスを供給する。気液接触後に二酸化炭素等の不純物が溶解した水は減圧タンクに送られ、圧力が減じられて溶解した二酸化炭素やメタンの一部が減圧発泡し、水から分離される。さらに、放散塔において二酸化炭素等の不純物が溶解した水が空気泡と接触し、二酸化炭素等の不純物が空気泡中に移行することによって脱気される。補給水によって二酸化炭素等の不純物の濃度をさらに下げた水は、再び吸収塔に送られ循環する。減圧タンクで分離した二酸化炭素やメタンの一部は、消化ガスの原ガスに混合され、再利用される。 In the gas-liquid contact flow of this system, water is supplied from a pump from the upper part of the absorption tower and pressurized digestion gas is supplied from the lower part. The water in which impurities such as carbon dioxide are dissolved after the gas-liquid contact is sent to a decompression tank, and a part of the dissolved carbon dioxide and methane is decompressed and foamed and separated from the water by reducing the pressure. Further, water in which impurities such as carbon dioxide are dissolved in the diffusion tower comes into contact with the air bubbles, and the impurities such as carbon dioxide are deaerated by moving into the air bubbles. Water in which the concentration of impurities such as carbon dioxide is further reduced by makeup water is sent again to the absorption tower and circulated. Part of the carbon dioxide and methane separated in the vacuum tank is mixed with the raw gas of the digestion gas and reused.
気液の接触における溶解効率を向上する方法として、特許文献2、及び特許文献3に記載の「微細気泡生成装置」がある。特許文献2の「微細気泡生成装置」は、ガスを混合した水を二相流ポンプで加圧溶解し、ノズルで減圧発泡する方式で、直径50μm前後のマイクロバブルを生成する装置である。特許文献3の「微細気泡生成装置」は、単相流の圧力の掛かった水にエゼクタでガスを加圧溶解し、ノズルで減圧発泡する方式で、特許文献2と同様にマイクロバブルを生成する装置である。
As a method for improving the dissolution efficiency in gas-liquid contact, there are “fine bubble generating devices” described in
生成された原料ガスのマイクロバブルは、接触槽内で水中に溶解するが、その際にマイクロバブルは比表面積が大きく、上昇速度が遅いため、高い溶解性を生じる。非特許文献5に記載のように、マイクロバブルはミリ径の気泡より数オーダーの短時間で急速に溶解し直径が加速度的に減少することや、液の圧力に対する飽和濃度を超える(過飽和)濃度までガスを溶解出来ることが知られている。
The generated microbubbles of the raw material gas are dissolved in water in the contact tank. At that time, the microbubbles have a large specific surface area and a high ascending speed, so that high solubility is generated. As described in
下水汚泥の消化ガスから精製したガスは12Aの都市ガス相当であるが、発熱量が13Aの都市ガスと比較して低いため、自動車の燃料に用いる場合はその低下分を供給量の増加によって補う必要がある。このため、従来の天然ガス自動車と同じ性能を得るために、燃料の搭載量増加や、エンジンの排気量増加が必要とされる。発熱量が低い原因は、自動車燃料に使われ高発熱量のガスを混合した13Aの都市ガスと比較して、高発熱量ガスの添加の差異があるだけでなく、ガス中の二酸化炭素、窒素等の不純物が残留し、精製ガスのメタン濃縮度が低いことも影響している。二酸化炭素等のメタン以外の不純物は燃焼に寄与しないため、燃料として使用するためには不純物を除去し、メタンの濃度を上げなければならない。この点で、「湿式吸収法」はメタンの体積割合が約90%で、その他が不純物ガスであるため自動車燃料に適用に対しては発熱量が不足して実用性が低い。 The gas refined from the digestion gas of sewage sludge is equivalent to 12A city gas, but its calorific value is lower than that of 13A city gas. There is a need. For this reason, in order to obtain the same performance as that of a conventional natural gas vehicle, it is necessary to increase the amount of fuel mounted and the amount of engine displacement. The reason for the low calorific value is not only the difference in addition of high calorific value gas compared to 13A city gas mixed with high calorific value gas used for automobile fuel, but also carbon dioxide, nitrogen in the gas The remaining impurities such as methane and the low concentration of methane in the refined gas also have an effect. Since impurities other than methane, such as carbon dioxide, do not contribute to combustion, in order to use as fuel, impurities must be removed and the concentration of methane increased. In this regard, the “wet absorption method” has a volume ratio of methane of about 90% and the other is an impurity gas, so that it has a low calorific value for application to automobile fuel and is not practical.
また、12Aの都市ガス相当の生成ガスを得るために、「高圧水吸収法」では吸収塔に供給する水の圧力を大気圧から0.9MPa以上に高める必要があり、ポンプの消費電力が高い課題がある。また、高圧が掛かるため法令で吸収塔とポンプの循環ループを圧力容器としなければならず、設備コストが増加する。このように、「高圧水吸収法」は省エネルギーと経済性の観点で課題がある。 In addition, in order to obtain a product gas equivalent to 12A city gas, in the “high pressure water absorption method”, it is necessary to increase the pressure of water supplied to the absorption tower from atmospheric pressure to 0.9 MPa or more, and the power consumption of the pump is high. There are challenges. In addition, since high pressure is applied, the absorption tower and the circulation loop of the pump must be used as pressure vessels by law, increasing the equipment cost. Thus, the “high pressure water absorption method” has problems in terms of energy saving and economic efficiency.
特許文献2、3の「微細気泡生成装置」は、ガスの溶解を目的としており、可燃性ガスと二酸化炭素等の不純物ガスとの混合と不純物ガスの分離、及び可燃性ガスの濃度を高める手法については考慮されていない。
本発明は、可燃性ガスと不純物の混合ガスから、大気圧を越える圧力に加圧した液中に不純物を吸収分離するプロセスにおいて、可燃性ガスの濃度を高め、且つ該液の加圧圧力を低減可能な消化ガス精製装置を提供することを目的とする。 In the process of absorbing and separating impurities from a mixed gas of combustible gas and impurities into a liquid pressurized to a pressure exceeding atmospheric pressure, the present invention increases the concentration of the combustible gas and reduces the pressurized pressure of the liquid. It is an object of the present invention to provide a digestion gas purification device that can be reduced.
上記課題を解決する本発明のガス精製装置は、可燃性ガスと不純物ガスとを含む原料ガスから前記可燃性ガスを分離して精製するガス精製装置であって、前記可燃性ガスよりも前記不純物ガスの溶解度が高い液体に前記原料ガスを微細気泡化して混合したガス混合液を生成するガス混合液生成手段と、該ガス混合液生成手段で生成されたガス混合液を加圧して前記原料ガスを溶解させ、該原料ガスのうち、前記ガス混合液に未溶解の未溶解ガスを前記ガス混合液から脱離させる溶解脱離手段とを有し、前記溶解脱離手段は、前記原料ガスの予め設定された溶解度が得られる溶解圧力値よりも小さい液圧力で前記ガス混合液を加圧し、前記ガス混合液生成手段は、前記原料ガスの微細気泡の表面張力による気泡内圧力と前記溶解脱離手段により加圧される液圧力との合計圧力が前記溶解圧力値以上になる気泡径を有する微細気泡を生成することを特徴としている。 The gas purification apparatus of the present invention that solves the above problems is a gas purification apparatus that separates and purifies the combustible gas from a raw material gas containing a combustible gas and an impurity gas, and the impurity is more effective than the combustible gas. A gas mixture generation means for generating a gas mixture obtained by mixing the raw material gas into a liquid having high gas solubility, and pressurizing the gas mixture generated by the gas mixture generation means to pressurize the source gas And dissolving and desorbing means for desorbing undissolved undissolved gas in the gas mixture from the gas mixture. The gas mixture is pressurized at a liquid pressure lower than a dissolution pressure value at which a preset solubility is obtained, and the gas mixture generation means generates the internal pressure of the bubbles due to the surface tension of the fine bubbles of the source gas and the dissolution release. By separation means It is characterized in that the total pressure of the pressurized be liquid pressure to produce a fine bubble having a bubble diameter of greater than or equal to the dissolution pressure value.
本願発明のガス精製装置によれば、原料ガスを微細気泡化して、その表面張力による気泡内圧力の増加を利用することによって、ガス混合液に加圧する液圧力をより小さくすることができる。したがって、圧力容器やポンプ等をより低圧用の簡易な構成のものにすることができ、設備コストを低減できる。そして、ポンプの消費電力を低減することができ、運転コストを低減できる。したがって、省エネルギー化を図ることができ、ガス精製装置の経済性を向上させることができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the gas purification apparatus of the present invention, the liquid pressure applied to the gas mixture can be further reduced by making the raw material gas into fine bubbles and utilizing the increase in the bubble internal pressure due to the surface tension. Therefore, a pressure vessel, a pump, etc. can be made into the simple structure for low pressure, and installation cost can be reduced. And the power consumption of a pump can be reduced and an operating cost can be reduced. Therefore, energy saving can be achieved and the economic efficiency of the gas purification apparatus can be improved. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
<第1の実施形態>
本実施の形態におけるガス精製装置は、下水処理場で発生した汚泥を処理する際に発生する消化ガス(原料ガス)から、メタンガス(可燃性ガス)を高濃度化して高熱量の燃料ガスを精製する消化ガス精製装置を対象としている。以下、本発明の第1の実施形態について、図1、図2を参照して詳細に説明する。
<First Embodiment>
The gas purification apparatus in the present embodiment purifies high-calorie fuel gas by increasing the concentration of methane gas (combustible gas) from digestion gas (raw gas) generated when treating sludge generated at a sewage treatment plant. It is intended for digestive gas purification equipment. Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.
消化ガス精製装置200は、消化ガス回収設備1から導入したメタンガスと二酸化炭素等の不純物ガスの混合した原料ガスを微細気泡化して循環水(液体)に溶解させ、溶解度の圧力依存性が大きく、且つ高圧条件で溶解度の高い二酸化炭素等の不純物ガスを循環水に加圧溶解して分離し、溶解度が低くその圧力依存性が小さいメタンガス(可燃性ガス)を気液分離して高濃度に精製する処理を行う。
The digestion
消化ガス精製装置200は、ガス混合液生成手段と、溶解脱離手段と、揮散手段と、循環手段を有する。ガス混合液生成手段は、可燃性ガスよりも不純物ガスの溶解度が高い液体に原料ガスを微細気泡化して混合したガス混合液を生成する処理を行う。溶解脱離手段は、ガス混合液生成手段で生成されたガス混合液を加圧して原料ガスを溶解させ、原料ガスのうち、ガス混合液に未溶解の未溶解ガスを前記ガス混合液から脱離させる処理を行う。
The digestion
そして、溶解脱離手段は、原料ガスの予め設定された溶解度が得られる溶解圧力値よりも小さい液圧力で前記ガス混合液を加圧し、ガス混合液生成手段は、原料ガスの微細気泡の表面張力による気泡内圧力と前記溶解脱離手段により加圧される液圧力との合計圧力が前記溶解圧力値以上になる気泡径を有する微細気泡を生成する構成を有する。この気泡径は、後述するように微細気泡が溶解タンク内に留まる間に、溶解にともなって減少する気泡径に相当して気泡径が大きくても良い。 The dissolution / desorption means pressurizes the gas mixture at a liquid pressure smaller than a dissolution pressure value at which a preset solubility of the source gas is obtained, and the gas mixture generation means is a surface of fine bubbles of the source gas. It has the structure which produces | generates the fine bubble which has a bubble diameter from which the total pressure of the bubble internal pressure by tension | tensile_strength and the liquid pressure pressurized by the said melt | dissolution desorption means becomes more than the said melt | dissolution pressure value. As will be described later, the bubble diameter may be larger corresponding to the bubble diameter that decreases with dissolution while the fine bubbles stay in the dissolution tank.
消化ガス精製装置200は、二酸化炭素等の不純物ガスの除去と水の循環利用のために、循環水を減圧発泡させるとともに、不純物ガスを空気でパージし、そのパージした空気とともに不純物ガスを排気する構成を有している。精製したメタンガスについて、乾燥、昇圧等のユーティリティ向けの精製工程は、ここでは省略する。
Digestion
消化ガス精製装置200は、主要機器として循環水を加圧するポンプ2と、循環水中に原料ガスG1を溶解するための溶解タンク4(溶解脱離手段)と、原料ガスG1が溶解した循環水を減圧して気化分離するための揮散タンク5と、メタンと不純物の混合した原料ガスG1を供給する圧縮機3と、循環水に原料ガスG1を微細化して混合するエゼクタ6で構成される。
The digestion
ポンプ2の吐出側はエゼクタ6の液入口に接続され、圧縮機3の吐出側がエゼクタ6のガス入口に接続され、エゼクタ6の気液出口が溶解タンク4に接続される。溶解タンク4の液面下と揮散タンク5が流動抵抗体44で接続され、流動抵抗体44での圧力損失によって、溶解タンク4の圧力が保持されるとともに、揮散タンク5が減圧される。
The discharge side of the
揮散タンク5の液面下とポンプ2の吸込側が揮散水流量調整弁48を介して接続され、溶解タンク4の液面より上方がエアベント61を通して精製ガス流路33に繋がり、精製ガス流路33には精製ガス流量調整弁43が設けられる。揮散タンク5の液面より上方に不純物ガスG4を取り出すエアベント62が設けられ、さらに、揮散タンク5とポンプ2の吸込側を連通する揮散水流路23上に、補給水流量調整弁46を介して補給水流路25が接続される。揮散タンク5の液面下には、排水流量調整弁47を介して排水流路24が接続されるとともに、パージガス流量調整弁45を介してブロワ7が接続される。
The liquid level of the
ポンプ2で加圧された循環水W1は、循環水流路21を流れ、エゼクタ6の液入口に流入する。また、消化ガス回収設備1で回収された消化ガスの原料ガスG1が、原料ガス流路31を通過して圧縮機3で圧縮され、原料ガス流路32、原料ガス流量調整弁42を介して、エゼクタ6のガス入口に供給され、エゼクタ6のガス入口から循環水W1の動圧で吸引される。循環水W1による原料ガスG1の吸引は、エゼクタ6の狭隘部での流速増加で得られ、その結果生じる圧力損失によって、原料ガスG1の混合ポイントでの圧力は循環水W1の元の圧力から低下する。このポンプ2と、圧縮機3と、エゼクタ6により、ガス混合液生成手段が構成される。
The circulating water W1 pressurized by the
典型的な運転条件として、ポンプ2によって循環水W1に掛けられる圧力が0.7MPaに対して、循環水W1に原料ガスG1を混合するポイント、及びエゼクタ6の出口での圧力は0.5MPaとなる。原料ガスG1は、エゼクタ6で微細気泡化されて循環水W1と混合され、原料ガス混合水(ガス混合液)W2として溶解タンク4に流入する。
As typical operating conditions, the pressure applied to the circulating water W1 by the
溶解タンク4内は、エゼクタ6の気液出口の圧力とほぼ同じ圧力であるため、原料ガスG1中の不純物成分(不純物ガス成分)の溶解度が高くなり、微細化された気泡の不純物成分は、原料ガス混合水W2に容易に溶解し、気泡径が減少する。微細気泡は、気泡径の減少にともなって、後述する式(1)に示した表面張力の効果で気泡内部が加圧され、さらに不純物成分の溶解度が高まる。
Since the inside of the
このとき、非特許文献3に示されたように、メタンガスは水に対する溶解度が低く、圧力依存性も小さいため、溶解量は少ない。このため、未溶解のメタンガスは、溶解タンク4の原料ガス混合水W2中を上昇し、水面から離脱してエアベント61から精製ガス流路33を通り、消化ガス精製装置200から精製ガスG2として取り出される。
At this time, as shown in
一方、不純物ガス溶解水(ガス溶解液)W3は、溶解水流路22を通り、流動抵抗体44で減圧され、揮散タンク5に流入する。このとき、不純物ガスG4は、溶解度の圧力依存性が大きいため減圧発泡し、揮散タンク5の水中を上昇して水面から離脱して、エアベント62を通り消化ガス精製装置200外に排出される(揮散手段)。
On the other hand, the impurity gas-dissolved water (gas-dissolved solution) W <b> 3 passes through the dissolved
揮散タンク5では、下部からブロワ7で送気したパージ用空気G3が底部から供給される(エアパージ手段)。減圧発泡しなかった不純物ガスの溶解成分は、パージ用空気G3の気泡に接触し、気液の接触面から気相側に移行することによって、不純物揮散水(ガス揮散液)W4から分離され、減圧発泡成分と同様にエアベント62を通り、消化ガス精製装置200外に排出される。したがって、循環水への原料ガスG1からの不純物ガスの溶解量を増加させることができ、精製ガスの可燃性ガス濃度を増加させることができる。また、減圧発泡、及びパージ用空気に同伴しなかった不純物溶解成分の一部は、排水流路24から排水W6とともに消化ガス精製装置200外に排出される(排出手段)。
In the
以上の不純物ガス成分の分離除去後に、不純物揮散水W4は揮散タンク5を出た後、揮散水流路23を通ってポンプ2の吸込側に供給される(循環手段)。揮散タンク5からポンプ2に供給される過程で、不純物揮散水W4(排出手段により一部が排出された後の残りのガス揮散液)に、不純物ガスを含まない補給水(原料ガスの未混合の液体)W5が混合される(追加補給手段)。したがって、さらに不純物濃度が低下して、繰り返し循環水W1としてポンプ2によって送水される。
After separating and removing the impurity gas components, the impurity volatilized water W4 exits the
例えば、自動車燃料に使われる高発熱量のガスを実用的に精製するためには、「高圧水吸収法」でガス混合液の圧力を大気圧から0.9MPa以上に高める必要がある。本実施形態における消化ガス精製装置200によれば、循環水W1に混合する原料ガスG1を微細気泡化することによって、下記の式(1)に示すように、液の圧力(P0)に加えて表面張力(σ)による加圧(4σ/D)が得られるので、気泡内の圧力(P)が高まる。例えば、気泡の溶解にしたがって気泡径が減少し、直径1μmまで縮小した気泡の表面張力による圧力の増分は0.3MPaに、直径0.7μmまで縮小した気泡の圧力の増分は0.4MPaに達する。
For example, in order to practically purify a high calorific value gas used for automobile fuel, it is necessary to increase the pressure of the gas mixture from atmospheric pressure to 0.9 MPa or more by the “high pressure water absorption method”. According to the digestion
気泡径が100μm未満で多くは気泡径50μm前後のいわゆるマイクロバブルでは、非特許文献5に記載のように、大きな比表面積、低い上昇速度、表面張力による内圧上昇でヘンリーの法則に沿ってガスの溶解度が高まること、及び過飽和濃度までガスを溶解出来ることが知られている。これによって、特許文献1に示した従来技術と比較して、より低い液の圧力条件で等価に不純物ガスを溶解することができ、溶解性の低い可燃性ガスの濃度を高めるとともにポンプの消費電力を低減出来る効果がある。
In so-called microbubbles having a bubble diameter of less than 100 μm and mostly around 50 μm, as described in
溶解タンク4の圧力を0.5MPa以下とした場合に、気泡の直径が0.7μm以下になるまで溶解することによって、合計したガス圧力(気泡内圧力+液圧力)は、表面張力の圧力増分0.4MPaを加えて、0.9MPa以上に達する。また、溶解時の液の圧力を従来技術より低減できれば、ポンプ2から溶解タンク4、及び流動抵抗体44までの循環ループの圧力を低減出来るので、配管の耐圧を下げることができ、設備コストの削減効果も得られる。本実施の形態では、溶解タンク4の圧力は、0.55MPa未満が好ましい。
When the pressure of the
大気圧中のエゼクタ6による気泡生成では、平均的な気泡の直径はマイクロバブルの直径より数倍大きいが、エゼクタ6が生成した気泡を加圧場(溶解タンク4内)で溶解する場合には、前記ヘンリーの法則で溶解度が高まる。したがって、気泡径が減少してマイクロバブルの寸法の領域に短時間で移行する。
[数1]
P=P0+4σ/D ・・・・(1)
In the bubble generation by the
[Equation 1]
P = P0 + 4σ / D (1)
さらに、揮散タンク5とポンプ2の吸込側との間を連通する液流路に補給水ライン25を接続することによって、揮散タンク5で不純物ガスを脱気した液に、不純物ガスが含まれない補給水W5を加えることになり、原料ガスG1を注入する液の初期の不純物ガスの濃度が低下し、原料ガスG1からの不純物ガスの溶解量が増加する。同様に、揮散タンク5から不純物ガスが高濃度に溶解した排水W6を排出することによって、揮散タンク5から出る不純物ガスが溶解した液の量が減少し、相対的に揮散タンク5からポンプ2に供給される液中の不純物ガス量が減少し、原料ガスG1からの不純物ガスの溶解量が増加する。
Furthermore, by connecting the
上記のように、本実施形態では原料ガスG1を微細気泡化して溶解タンク4内において加圧するので、原料ガスG1中の不純物ガス成分の溶解度が高くなり、微細化された気泡の不純物成分は、原料ガス混合水W2に容易に溶解し、気泡径が減少する。微細気泡は、気泡径の減少にともなって、上記式(1)に示した表面張力の効果で気泡内部が加圧され、さらに不純物成分の溶解度が高まる。したがって、従来よりも低い圧力条件で液中に不純物ガスを溶解可能であり、可燃性ガスの濃度を高めるとともにポンプ2の消費電力を低減でき、消化ガス精製装置の設備コストと運転コストを削減できる。これによって、消化ガス精製装置の経済性が向上する。
As described above, in the present embodiment, since the source gas G1 is microbubbled and pressurized in the
また、本実施形態の一部変形例として、図2に示すようにエアベント61と圧縮機3の上流側を精製ガス戻り流路35で連通し、この精製ガス戻り流路35に精製ガス流路33を接続する構成(未溶解ガス戻し手段)とし、精製ガスG2の一部を取り出す構成としても良い。
As a partial modification of the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
この構成によれば、溶解タンク4で分離した可燃性ガス濃度の高いガス(未溶解ガス)G2を圧縮機3の入口側に戻して、原料ガスG1に再混合するので、見かけ上の原料ガスG1中の可燃性ガスの濃度が高まる。したがって、溶解タンク4で液中に溶解し分離される不純物ガス量が等しければ、溶解タンク4で分離される精製ガス中の可燃性ガスの濃度がさらに高まり、ガス循環の相乗効果で、消化ガス精製装置200から取り出される精製ガスの可燃性ガスG2の濃度を高めることができる。
According to this configuration, the high combustible gas concentration gas (undissolved gas) G2 separated in the
<第2の実施形態>
図3、図4を参照して、第2の実施形態について説明する。本実施形態では、図1と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明は適宜省略する。
<Second Embodiment>
The second embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4. In the present embodiment, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
本実施形態において特徴的なことは、主として、溶解脱離処理と揮散処理が二段に設定されており、各処理が二回繰り返して行われることである。本実施形態のガス精製装置は、第1の実施形態の構成に加えて、第2次ガス混合液生成手段と、第2次溶解脱離手段と、第2次揮散手段と、第2次未溶解ガス戻し手段を有する。 What is characteristic in the present embodiment is that the dissolution / desorption process and the volatilization process are mainly set in two stages, and each process is repeated twice. In addition to the configuration of the first embodiment, the gas purification apparatus of the present embodiment includes a secondary gas mixture generation means, a secondary dissolution / desorption means, a secondary volatilization means, It has a dissolved gas return means.
第2次ガス混合液生成手段は、揮散手段で生成されたガス揮散液に溶解脱離手段で脱離された未溶解ガスを第2次原料ガスとして微細気泡化して混合した第2次ガス混合液を生成する処理を行う。 The secondary gas mixture generation means is a secondary gas mixture in which the undissolved gas desorbed by the dissolution and desorption means is made into microbubbles and mixed with the gas volatilization liquid generated by the volatilization means as the secondary source gas. A process for producing a liquid is performed.
第2次溶解脱離手段は、第2次ガス混合液生成手段で生成された第2次ガス混合液を加圧して前記第2次原料ガスを溶解させ、該第2次原料ガスのうち、第2次ガス混合液に未溶解の第2次未溶解ガスを前記第2次ガス混合液から脱離させる処理を行う。 The secondary dissolution / desorption means pressurizes the secondary gas mixture generated by the secondary gas mixture generation means to dissolve the secondary source gas, and among the secondary source gases, A process of desorbing the secondary undissolved gas that has not been dissolved in the secondary gas mixture from the secondary gas mixture is performed.
そして、第2次溶解脱離手段は、溶解圧力値よりも小さい液圧力で第2次ガス混合液を加圧し、第2次ガス混合液生成手段は、第2次原料ガスの微細気泡の表面張力による気泡内圧力と第2次溶解脱離手段により加圧される液圧力との合計圧力が溶解圧力値以上になる気泡径を有する微細気泡を生成する処理を行う。 The secondary dissolution / desorption means pressurizes the secondary gas mixture at a liquid pressure smaller than the dissolution pressure value, and the secondary gas mixture generation means generates the surface of the fine bubbles of the secondary source gas. A process of generating fine bubbles having a bubble diameter in which the total pressure of the bubble internal pressure due to the tension and the liquid pressure pressurized by the second dissolution / desorption means is equal to or greater than the dissolution pressure value is performed.
第2次揮散手段は、第2次溶解脱離手段で生成された第2次ガス溶解液を減圧して、第2次ガス溶解液に溶解されている溶解ガスを発泡させて、第2次ガス溶解液から溶解ガスを脱離させる処理を行う。第2次未溶解ガス戻し手段は、第2次溶解脱離手段で脱離させた未溶解ガスの一部を第2次ガス混合液生成手段に供給する処理を行う。本実施形態における循環手段は、第2次揮散手段で生成された第2次ガス揮散液の少なくとも一部を液体としてガス混合液生成手段に供給する処理を行う。 The secondary volatilization means depressurizes the secondary gas solution generated by the secondary dissolution and desorption means, foams the dissolved gas dissolved in the secondary gas solution, A process of desorbing the dissolved gas from the gas solution is performed. The second undissolved gas returning means performs a process of supplying a part of the undissolved gas desorbed by the second dissolved and desorbing means to the secondary gas mixed liquid generating means. The circulation means in this embodiment performs the process which supplies at least one part of the secondary gas volatilization liquid produced | generated by the secondary volatilization means to a gas mixed-solution production | generation means as a liquid.
消化ガス精製装置201は、図1の消化ガス精製装置200において揮散タンク5から出て揮散水流路23を流れる循環水を再加圧するポンプ102と、循環水中に精製ガス流路33からの精製ガスを再溶解するための溶解タンク104と、精製ガスが再溶解した循環水を減圧して気化分離するための揮散タンク105と、循環水に精製ガスG2を微細気泡化して混合するエゼクタ106で構成される。
The digestion
ポンプ102の吐出側はエゼクタ106の液入口に接続され、精製ガス流路33がエゼクタ106のガス入口に接続され、エゼクタ106の気液出口が溶解タンク104に接続される。本実施の形態では、ポンプ102とエゼクタ106により、第2次ガス混合液生成手段が構成される。
The discharge side of the
溶解タンク104の液面下と揮散タンク105が流動抵抗体144(減圧手段)で接続され、流動抵抗体144での圧力損失によって、溶解タンク104の圧力が保持されるとともに、揮散タンク105が減圧される。揮散タンク105の液面下とポンプ2の吸込側が揮散水流量調整弁148を介して揮散水流路123で接続され、溶解タンク104の液面より上方がエアベント161を通して精製ガス流路133に繋がり、精製ガス流路133には精製ガス流量調整弁143が設けられる。揮散タンク105の液面より上方に不純物ガスを取り出すエアベント162が設けられ、揮散タンク105の液面下には、パージガス流量調整弁145を介してブロワ107が接続される。
The liquid level of the
揮散タンク5で不純物ガスがパージされた不純物揮散水(ガス揮散液)W4は、揮散水流路23を流れポンプ102で再加圧されて、エゼクタ106の液入口に流入する。また、溶解タンク4で回収された精製ガス(未溶解ガス)G2が第2次原料ガスとしてエゼクタ106のガス入口から不純物揮散水W4の動圧で吸引される。不純物揮散水W4による精製ガスG2の吸引は、エゼクタ106の狭隘部での流速増加で得られ、その結果生じる圧力損失によって、精製ガスG2の混合ポイントでの圧力は不純物揮散水W4の元の圧力から低下する。
The impurity volatilized water (gas volatilized liquid) W4 purged with the impurity gas in the
典型的な運転条件として、ポンプ102によって不純物揮散水W4に掛けられる圧力が0.5MPaに対して、不純物揮散水W4に精製ガスG2を混合するポイント、及びエゼクタ106の出口での精製ガス混合水(第2次ガス混合液)の圧力は0.3MPaとなる。精製ガスG2は、エゼクタ106で微細化され、溶解タンク104に流入する。溶解タンク104内は、エゼクタ106の気液出口の圧力とほぼ同じ圧力であるため、精製ガスG2中の不純物成分の溶解度が大気圧条件下より高くなり、微細化された気泡の不純物成分は容易に溶解し気泡径が減少する。
As typical operating conditions, for the pressure applied to the impurity volatilized water W4 by the
気泡径の減少にともなって、表面張力の効果で気泡内部が加圧され、さらに不純物成分の溶解度が高まる。メタンガスは水に対する溶解度が低く、圧力依存性も小さいため溶解量が少ない。したがって、溶解タンク104内で未溶解のメタンガス(第2次未溶解ガス)は、溶解タンク104内の精製ガス混合水(第2次ガス混合液)中を上昇し、水面から離脱してエアベント161から精製ガス流路133を通り、消化ガス精製装置201から精製ガスG5として取り出される(第2次溶解脱離手段)。
As the bubble diameter decreases, the inside of the bubble is pressurized by the effect of surface tension, and the solubility of the impurity component is further increased. Methane gas has a low solubility in water and is less dependent on pressure, so the amount dissolved is small. Therefore, the methane gas undissolved in the dissolution tank 104 (secondary undissolved gas) rises in the purified gas mixed water (secondary gas mixture) in the
一方、不純物ガス溶解水(第2次ガス溶解液)W7は、溶解水流路122を通り、流動抵抗体144で減圧され、揮散タンク105に流入する。このとき、不純物成分(溶解ガス)は溶解度の圧力依存性が大きいため減圧発泡し、揮散タンク105の水中を上昇して水面から離脱して、エアベント162を通り消化ガス精製装置201外に排出される(第2次揮散手段)。揮散タンク105では、下部からブロワ107で送気したパージ用空気が底部から供給される。減圧発泡しなかった不純物の溶解成分は、パージ用空気の気泡に接触し、気液の接触面から気相側に移行することによって、不純物ガス溶解水W7から分離され、減圧発泡成分と同様にエアベント162を通り消化ガス精製装置201外に排出される。したがって、循環水への原料ガスG1からの不純物ガスの溶解量を増加させることができ、精製ガスの可燃性ガス濃度を増加させることができる。揮散タンク105で生成された不純物揮散水W8(第2次ガス揮散液)は、揮散水量調整弁148を介して揮散水流路123からポンプ2に供給される。
On the other hand, the impurity gas-dissolved water (secondary gas-dissolved solution) W <b> 7 passes through the dissolved
以上の過程で、二段階の不純物の溶解によって、消化ガス精製装置201から取り出される精製ガス中の可燃性ガスの濃度を高めることが出来る。本実施形態では、溶解タンク104が第2次溶解脱離手段、揮散タンク105が第2次揮散手段に相当し、揮散水流路123が循環手段に相当する。
In the above process, the concentration of the combustible gas in the purified gas taken out from the digestion
また、本実施形態の一部変形例として、図4に示すようにエアベント161とエゼクタ106のガス入口上流側に精製ガス戻り流路135で連通し、この精製ガス戻り流路135に精製ガス流路133を接続し精製ガスG5の一部を取り出しても良い(第2次未溶解ガス戻し手段)。この精製ガス流路構成では、エアベント161で分離された可燃性ガス濃度の高いガスをエゼクタ106のガス入口側に戻すことによって、エゼクタ106に入る精製ガスG2中の可燃性ガスの濃度が高まるため、溶解タンク104で分離される精製ガス中の可燃性ガスの濃度も高まり、消化ガス精製装置201から取り出される精製ガス中の可燃性ガスの濃度を高めることが出来る。
As a partial modification of the present embodiment, as shown in FIG. 4, the purified
なお、特に図示していないが本実施形態の一部変形例として、第1の実施形態と同様に、エアベント61と圧縮機3の上流側を精製ガス戻り流路35(図2を参照)で連通し、この精製ガス戻り流路35に精製ガス流路33を接続する構成(未溶解ガス戻し手段)としても良い。また、揮散タンク105とポンプ2との間の揮散水流路123に補給水ラインを接続して補給水を加えるとともに、揮散タンク105から不純物揮散水の一部を排出する構成としてもよい。
Although not particularly illustrated, as a partial modification of the present embodiment, the purified gas return flow path 35 (see FIG. 2) is provided upstream of the
本実施の形態によれば、溶解脱離処理と揮散処理が二段に設定されており、各処理が二回繰り返して行われる。したがって、溶解タンク4から取り出した1段目の精製ガスに少量含まれる不純物ガスを2段目でさらに分離、除去でき、タンク104から取り出される精製ガス中の可燃性ガスの濃度をさらに高めることが出来る。
According to the present embodiment, the dissolution / desorption process and the volatilization process are set in two stages, and each process is performed twice. Therefore, the impurity gas contained in a small amount in the first stage purified gas taken out from the
さらに、揮散タンク5と二段目のポンプ102の吸込側を連通する揮散水流路23に補給水ライン25を接続することによって、揮散タンク5で不純物ガスを脱気した液に、不純物ガスが含まれない補給水W5を加えることになり、二段目の溶解タンク104に一段目の精製ガスを注入する液の不純物ガスの濃度が低下し、一段目の精製ガスからの不純物ガスの溶解量が増加する。
Furthermore, the impurity gas is contained in the liquid from which the impurity gas has been degassed in the
そして、揮散タンク5から不純物ガスが高濃度に溶解した排水W6を排出することによって、揮散タンク5での不純物ガスの脱気量に対して不純物ガスが溶解した液量が減少し、相対的に揮散タンク5から二段目のポンプ102に供給される液中の不純物ガス量が減少し、一段目の精製ガスからの不純物ガスの溶解量を増加させることができる。
Then, by discharging the waste water W6 in which the impurity gas is dissolved at a high concentration from the
また、溶解タンク4で分離した可燃性ガスの濃度の高いガスを原料ガスに再混合してエゼクタ6に注入することにより、見かけ上の原料ガスの可燃性ガス濃度が増加する。これによって、溶解タンク4で液中に溶解し分離される不純物ガス量が等しければ、溶解タンク4で分離した可燃性ガスの濃度がさらに高まり、ガス循環の相乗効果で、再混合ラインから取り出される精製ガスの可燃性ガス濃度が増加する。
Further, by remixing the gas having a high combustible gas concentration separated in the
本実施形態によれば、第1の実施形態と比較して、さらに可燃性ガスの濃度を高めることができる。したがって、消化ガス精製装置の可燃性ガスの精製性能を向上させることができる。 According to the present embodiment, the concentration of the combustible gas can be further increased as compared with the first embodiment. Therefore, the purification performance of the combustible gas of the digestion gas purification apparatus can be improved.
<第3の実施形態>
次に、図5を参照して、第3の実施形態について説明する。本実施形態では、図1、または図2と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明は適宜省略する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the same components as those in FIG. 1 or FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
本実施形態において特徴的なことは、加圧溶解方式により微細気泡を生成するガス混合液生成手段を用いたものである。消化ガス精製装置202は、ガス混合液生成手段として、加圧溶解型のマイクロバブル生成装置を備えている。マイクロバブル生成装置は、循環水W1と原料ガスG1とを混合して気液二相流体を生成する混合器12と、気液二相流体を加圧して原料ガスを液体に溶解させるポンプ11と、ポンプ11で加圧溶解された気液二相流体を減圧発泡させるノズル13とを有する。
What is characteristic in the present embodiment is that a gas mixture generation means that generates fine bubbles by a pressure dissolution method is used. The digestion
混合器12はエゼクタを用いてもよく、ポンプ11は気液二相流体を送液可能なポンプを用いても良い。ポンプ11の吸込み側は混合器12に接続され、ポンプ11の吐出側がノズル13に接続され、ノズル13の出口が溶解タンク4に接続される。また、エアベント61と混合器12を精製ガス戻り流路35で連通し、この精製ガス戻り流路35に精製ガス流路33を接続し精製ガスG2を取り出す。
The
消化ガス回収設備1で回収された消化ガスの原料ガスG1が混合器12から循環水W1に混合される。この気液二相流体をポンプ11で加圧し、加圧溶解した原料ガス混合水W2をノズル13で減圧し、溶解タンク4内の水中に減圧発泡作用で微細気泡を生成する。
Digestion gas source gas G1 recovered by the digestion
加圧溶解方式で生成する例えば特許文献2に記載の装置で生成する気泡は、直径が50μm前後のマイクロバブルである。非特許文献5に記載のように、マイクロバブルはミリ径の気泡より数オーダーの短時間で急速に溶解し直径が加速度的に減少することや、液の圧力に対する飽和濃度を超える(過飽和)濃度までガスを溶解出来ることが知られている。気泡径の減少にともなって、上述の式(1)に示した表面張力の効果で気泡内部が加圧され、さらに不純物成分の溶解度が高まる。
Bubbles generated by the apparatus described in
このとき、非特許文献3に示されたように、メタンは水に対する溶解度が低く、圧力依存性も小さいため溶解量は少ない。このため、未溶解のメタンガスは溶解タンク4の水中を上昇し、水面から離脱してエアベント61から精製ガス流路33を通り、消化ガス精製装置202から精製ガスとして取り出される。加圧溶解でより微細な気泡を生成することによって、第1の実施形態と比較して気泡の内圧が高まるため、溶解タンク4の圧力が低い場合においても、過飽和の溶解性が得られる。
At this time, as shown in
本実施形態では、エアベント61と混合器12を精製ガス戻り流路35で連通し、この精製ガス戻り流路35に精製ガス流路33を接続し精製ガスG2を取り出す構成を有している。この精製ガス流路構成では、エアベント61で分離された可燃性ガス濃度の高いガスを混合器12に戻すことによって、原料ガスG1中の可燃性ガスの濃度が高まるため、溶解タンク4で分離される精製ガス中の可燃性ガスの濃度も高まり、消化ガス精製装置202から取り出される精製ガス中の可燃性ガスの濃度を高めることが出来る。
In this embodiment, the
本実施形態によれば、従来よりも低い圧力条件で液中に不純物ガスを溶解可能であり、可燃性ガスの濃度を高めるとともにポンプの消費電力を低減出来るため、消化ガス精製装置の設備コストと運転コストを削減できる。これによって、消化ガス精製装置の経済性が向上するとともに、消化ガス精製装置から取り出される可燃性ガスの濃度を高めることが出来る。 According to this embodiment, the impurity gas can be dissolved in the liquid under a lower pressure condition than before, and the concentration of the combustible gas can be increased and the power consumption of the pump can be reduced. Operating costs can be reduced. As a result, the economic efficiency of the digestion gas purification apparatus can be improved, and the concentration of the combustible gas taken out from the digestion gas purification apparatus can be increased.
本実施の形態では、ガスの微細化に加圧溶解型のマイクロバブル生成装置を用いて、溶解タンク4の液中に混合ガスのマイクロバブルを生成する。マイクロバブルは、気泡内部の圧力が高く溶解し易いので、より低い圧力条件で液中に不純物ガスを溶解することができ、溶解性の低い可燃性ガスの濃度を高めるとともにポンプの消費電力を低減することができる。
In the present embodiment, microbubbles of a mixed gas are generated in the liquid in the
また、溶解タンク4で分離した可燃性ガスの濃度の高いガスを原料ガスに再混合して混合器12に注入することにより、見かけ上の原料ガスの可燃性ガス濃度が増加する。これによって、溶解タンク4で液中に溶解し分離される不純物ガス量が等しければ、溶解タンク4で分離した可燃性ガスの濃度がさらに高まり、ガス循環の相乗効果で、再混合ラインから取り出される精製ガスの可燃性ガス濃度が増加する。
Further, by remixing the gas having a high combustible gas concentration separated in the
<第4の実施形態>
図6を参照して、第3の実施形態について説明する。本実施形態では、図3、または図4と同じ構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
<Fourth Embodiment>
The third embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the same components as those in FIG. 3 or FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
本実施形態において特徴的なことは、精製ガスの混合部と再混合部に、加圧溶解方式により微細気泡を生成するガス混合液生成手段を用いたものである。 What is characteristic in this embodiment is that gas mixture generation means for generating fine bubbles by a pressure dissolution method is used for the purified gas mixing section and the remixing section.
消化ガス精製装置203は、ガス混合液生成手段として、2台の加圧溶解型のマイクロバブル生成装置を備えている。第1のマイクロバブル生成装置(第1次ガス混合液生成手段)は、循環水W1と原料ガスG1とを混合して気液二相流体を生成する混合器12と、気液二相流体を加圧して原料ガスを液体に溶解させるポンプ11と、ポンプ11で加圧溶解された原料ガス加圧溶解水を減圧発泡させるノズル13とを有する。
The digestion
また、第2のマイクロバブル生成装置(第2次ガス混合液生成手段)は、不純物揮散水W4と精製ガスG2(第2次原料ガス)を再混合して気液二相流体を生成する混合器15と、気液二相流体を加圧して精製ガスG2を不純物揮散水W4に溶解させるポンプ14と、ポンプ14で加圧溶解された精製ガス加圧溶解水を減圧発泡させるノズル16とを有する。
Further, the second microbubble generating device (secondary gas mixture generation means) is a mixture that remixes the impurity volatilized water W4 and the purified gas G2 (secondary source gas) to generate a gas-liquid two-phase fluid. A
混合器12と混合器15には、エゼクタを用いてもよく、ポンプ11とポンプ14は気液二相流を送液可能なポンプを用いても良い。ポンプ11の吸込み側は混合器12に接続され、ポンプ11の吐出側がノズル13に接続され、ノズル13の出口が溶解タンク4に接続される。ポンプ14の吸込み側は混合器15に接続され、ポンプ14の吐出側がノズル16に接続され、ノズル16の出口が溶解タンク104に接続される。
An ejector may be used for the
また、エアベント61と混合器12を精製ガス戻り流路35で連通し、この精製ガス戻り流路35に精製ガス流路33を接続し精製ガスG2を取り出す。エアベント161と混合器15を精製ガス戻り流路135で連通し、この精製ガス戻り流路135に精製ガス流路133を接続し精製ガスG5を取り出す。
Further, the
消化ガス回収設備1で回収された消化ガスの原料ガスG1が混合器12から循環水W1に混合される。この気液二相流をポンプ11で加圧し、加圧溶解した原料ガス加圧溶解水W2をノズル13で減圧し、溶解タンク4内の水中に減圧発泡作用で微細気泡を生成する。一方、溶解タンク4で回収された精製ガスG2が混合器15から不純物揮散水W4に混合される。
Digestion gas source gas G1 recovered by the digestion
加圧溶解でより微細な気泡(マイクロバブル)を生成することによって、第2の実施形態と比較して気泡の内圧が高まるため、溶解タンク4、及び溶解タンク104の圧力が低い場合においても、過飽和の溶解性が得られる。
By generating finer bubbles (microbubbles) by pressure dissolution, the internal pressure of the bubbles is increased compared to the second embodiment, so even when the pressure of the
本実施形態では、エアベント61で分離された可燃性ガス濃度の高いガスを混合器12に戻すことによって、原料ガスG1中の可燃性ガスの濃度が高まるため、溶解タンク4で分離される精製ガスG2中の可燃性ガスの濃度も高まる。そして、この精製ガスG2を溶解タンク104で再溶解して不純物ガスをさらに取り去ることにより、精製ガス流路133から出る精製ガスG5中の可燃性ガスの濃度が高まり、 消化ガス精製装置203から取り出される精製ガス中の可燃性ガス濃度を高めることができる。
In this embodiment, since the concentration of the combustible gas in the raw material gas G1 is increased by returning the gas having a high combustible gas concentration separated by the
本実施形態によれば、第3の実施形態と比較して、さらに可燃性ガスの濃度を高めることが出来る。これによって、消化ガス精製装置の可燃性ガス精製性能が向上する。
本実施の形態によれば、ガスの微細化に加圧溶解型のマイクロバブル生成装置を用いて、溶解タンクの液中に混合ガスのマイクロバブルを生成する。マイクロバブルは、気泡内部の圧力が高く溶解し易いので、より低い圧力条件で液中に不純物ガスを溶解可能であり、溶解性の低い可燃性ガスの濃度を高めるとともにポンプの消費電力を低減できる。また、溶解タンクで分離した可燃性ガスの濃度の高いガスを原料ガスに再混合して混合器に注入することにより、見かけ上の原料ガスの可燃性ガス濃度が増加する。これによって、溶解タンクで液中に溶解し分離される不純物ガス量が等しければ、溶解タンクで分離した可燃性ガスの濃度がさらに高まり、ガス循環の相乗効果で、再混合ラインから取り出される精製ガスの可燃性ガスの濃度を増加させることができる。
According to the present embodiment, the concentration of the combustible gas can be further increased as compared with the third embodiment. This improves the flammable gas purification performance of the digestion gas purification apparatus.
According to the present embodiment, microbubbles of a mixed gas are generated in the liquid in the dissolution tank using a pressure-dissolution type microbubble generator for gas miniaturization. Microbubbles are easy to dissolve because the pressure inside the bubbles is high, so that impurity gas can be dissolved in the liquid under lower pressure conditions, and the concentration of flammable gas with low solubility can be increased and the power consumption of the pump can be reduced. . Further, by remixing the gas having a high combustible gas concentration separated in the dissolution tank into the raw material gas and injecting it into the mixer, the apparent combustible gas concentration of the raw material gas increases. Thus, if the amount of impurity gas dissolved and separated in the liquid in the dissolution tank is equal, the concentration of the combustible gas separated in the dissolution tank is further increased, and the purified gas taken out from the remixing line due to the synergistic effect of gas circulation The concentration of flammable gas can be increased.
なお、本実施形態では、マイクロバブルを生成する方法の一例として、加圧溶解により生成する方法を記載したが、これに限定されるものではなく、他の方法でマイクロバブルを生成してもよい。 In this embodiment, a method of generating by pressure dissolution is described as an example of a method of generating microbubbles. However, the method is not limited to this, and microbubbles may be generated by other methods. .
<第5の実施形態>
図7を参照して、第5の実施形態について説明する。本実施形態では、図1から図6と同じ構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明は適宜省略する。
<Fifth Embodiment>
The fifth embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the same components as those in FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
消化ガス精製装置200と消化ガス精製装置202は、図1、図2、または図5に示した第1、または第3の実施形態において流動抵抗体44を動力回収機構(動力回収手段)17に置き換える。動力回収機構17は、ペルトン水車等の水力機械からなり、溶解タンク4から揮散タンク5への不純物ガス溶解水W3の流れによって直接駆動し、あるいは電力に変換し、ポンプ102を補助駆動する構成としてもよい。動力回収機構17は、溶解タンク4から揮散タンク5の間で流動抵抗体44を用いる減圧作用のエネルギーを、水車の回転によって動力として取り出し、ポンプ102の補助駆動力として用いることができる。
The digestion
また、同様に消化ガス精製装置201と消化ガス精製装置203は、図3、図4、または図6に示した第2、または第4の実施形態において流動抵抗体44を動力回収機構17に置き換え、動力回収機構17を直接駆動、あるいは電力に変換し、ポンプ102を補助駆動する構成としてもよい。動力回収機構17によって、溶解タンク4から揮散タンク5の間で流動抵抗体44を用いる減圧作用のエネルギーを、水車の回転によって動力として取り出し、ポンプ102の補助駆動力として用いることができる。本実施形態によれば、ポンプの消費電力を低減できるため、消化ガス精製装置の運転コストを削減できる。これによって、消化ガス精製装置の経済性が向上する。
Similarly, the digestion
本実施形態によれば、溶解タンク4、または第2の溶解タンク104から揮散タンク5、または第2の揮散タンク105にバルブやノズル等の流動に対する抵抗体を介して減圧する際の圧力降下を動力として回収し、ポンプ2、または第2のポンプ102の駆動力として利用することにより、精製装置の消費電力を低減してコストを削減できる。
According to the present embodiment, the pressure drop when the pressure is reduced from the
なお、上記した第1〜第4実施の形態では、溶解タンク4と揮散タンク5の間に流動抵抗体44を設けて、不純物ガス溶解水W3を減圧させる構成について説明したが、揮散タンク5内に不純物ガス溶解水W3を噴霧する噴霧ノズルを設けて、噴霧ノズルから不純物ガス溶解水W3を噴霧して不純物ガスを脱離させる構成とし、不純物ガス溶解液W3の減圧を噴霧ノズルの圧力損失で行ってもよい。
In the first to fourth embodiments described above, the configuration in which the
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. It can be changed. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. Further, a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment. Furthermore, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
1 消化ガス回収設備
2 ポンプ
3 圧縮機
4 溶解タンク
5 揮散タンク
6 エゼクタ
7 ブロワ
11 ポンプ
12 混合器
13 ノズル
14 ポンプ
15 混合器
16 ノズル
17 動力回収機構(動力回収手段)
21 循環水流路
22 溶解水流路
23 揮散水流路
24 排水流路
25 補給水流路
31 原料ガス流路
32 原料ガス流路
33 精製ガス流路
34 パージガス流路
35 精製ガス戻り流路
41 循環流量調整弁
42 原料ガス流量調整弁
43 精製ガス流量調整弁
44 流動抵抗体
45 パージガス流量調整弁
46 補給水流量調整弁
47 排水流量調整弁
48 揮散水流量調整弁
61 エアベント
62 エアベント
102 ポンプ
104 溶解タンク
105 揮散タンク
106 エゼクタ
107 ブロワ
121 循環水流路
122 溶解水流路
123 揮散水流路
124 排水流路
125 補給水流路
131 原料ガス流路
132 原料ガス流路
133 精製ガス流路
134 パージガス流路
135 精製ガス戻り流路
141 循環流量調整弁
142 原料ガス流量調整弁
143 精製ガス流量調整弁
144 流動抵抗体
145 パージガス流量調整弁
146 補給水流量調整弁
147 排水流量調整弁
148 揮散水流量調整弁
149 精製ガス戻り流量調整弁
161 エアベント
162 エアベント
G1 原料ガス
G2 精製ガス
G3 パージ用空気
G4 不純物ガス
G5 精製ガス
W1 循環水(液体)
W2 原料ガス混合水(ガス混合液)
W3 不純物ガス溶解水(ガス溶解液)
W4 不純物揮散水(ガス揮散液)
W5 補給水
W6 排水
W7 不純物ガス溶解水(第2次ガス溶解液)
W8 不純物揮散水(第2次ガス揮散液)
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
W2 Raw material gas mixed water (gas mixture)
W3 Impurity gas dissolved water (gas dissolved solution)
W4 Impurity volatilization water (gas volatilization liquid)
W5 Makeup water W6 Drainage W7 Impurity gas dissolved water (secondary gas solution)
W8 Impurity volatilization water (secondary gas volatilization liquid)
Claims (23)
前記可燃性ガスよりも前記不純物ガスの溶解度が高い液体に前記原料ガスを微細気泡化して混合したガス混合液を生成するガス混合液生成手段と、
該ガス混合液生成手段で生成されたガス混合液を加圧して前記原料ガスを溶解させ、該原料ガスのうち、前記ガス混合液に未溶解の未溶解ガスを前記ガス混合液から脱離させる溶解脱離手段と、
を有し、
前記溶解脱離手段は、前記原料ガスの予め設定された溶解度が得られる溶解圧力値よりも小さい液圧力で前記ガス混合液を加圧し、
前記ガス混合液生成手段は、前記原料ガスの微細気泡の表面張力による気泡内圧力と前記溶解脱離手段により加圧される液圧力との合計圧力が前記溶解圧力値以上になる気泡径を有する微細気泡を生成することを特徴とするガス精製装置。 A gas purification apparatus for separating and purifying the combustible gas from a raw material gas containing a combustible gas and an impurity gas,
A gas mixture generation means for generating a gas mixture obtained by mixing the raw material gas into a fine bubble into a liquid having a higher solubility of the impurity gas than the combustible gas; and
The gas mixture generated by the gas mixture generation means is pressurized to dissolve the raw material gas, and undissolved undissolved gas in the gas mixed solution is desorbed from the gas mixed solution. Dissolution and desorption means;
Have
The dissolution / desorption means pressurizes the gas mixture at a liquid pressure smaller than a dissolution pressure value at which a preset solubility of the source gas is obtained,
The gas mixture generation means has a bubble diameter in which the total pressure of the bubble internal pressure due to the surface tension of the fine bubbles of the source gas and the liquid pressure pressurized by the dissolution / desorption means is equal to or greater than the dissolution pressure value. A gas purifier characterized by producing fine bubbles.
前記第2次ガス混合液生成手段で生成された第2次ガス混合液を加圧して前記第2次原料ガスを溶解させ、該第2次原料ガスのうち、前記第2次ガス混合液に未溶解の第2次未溶解ガスを前記第2次ガス混合液から脱離させる第2次溶解脱離手段と、を有し、
前記第2次溶解脱離手段は、前記溶解圧力値よりも小さい液圧力で前記第2次ガス混合液を加圧し、
前記第2次ガス混合液生成手段は、前記第2次原料ガスの微細気泡の表面張力による気泡内圧力と前記第2次溶解脱離手段により加圧される液圧力との合計圧力が前記溶解圧力値以上になる気泡径を有する微細気泡を生成することを特徴とする請求項2に記載のガス精製装置。 The secondary which produces | generates the secondary gas mixed liquid which microbubbled into the gas volatilization liquid produced | generated by the said volatilization means by making the said undissolved gas desorbed | dissolved by the said melt | dissolution desorption means into secondary gas bubbles, and mixed. Gas mixture generation means;
The secondary gas mixture generated by the secondary gas mixture generation means is pressurized to dissolve the secondary source gas, and the secondary gas mixture is converted into the secondary gas mixture. A second dissolved / desorbed means for desorbing undissolved second undissolved gas from the second gas mixture,
The secondary dissolution / desorption means pressurizes the secondary gas mixture at a liquid pressure smaller than the dissolution pressure value,
The secondary gas mixture generation means is configured such that the total pressure of the bubble internal pressure due to the surface tension of the fine bubbles of the secondary source gas and the liquid pressure pressurized by the secondary dissolution and desorption means is the dissolution. The gas purification apparatus according to claim 2, wherein fine gas bubbles having a bubble diameter equal to or greater than a pressure value are generated.
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