JP2014159543A - メタンガス濃縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い回収率で高濃度のメタンガスを一定の流量で安定的に得られるメタンガス濃縮装置を提供する。
【解決手段】本発明のメタンガス濃縮装置は、原料ガスをガス分離膜１２で分離するメタンガス濃縮系１０と、メタンガス濃縮系１０の濃縮ガスをガス分離膜２１、２２で分離するメタンガス精製系２０と、メタンガス濃縮系１０の透過ガスをガス分離膜３１、３２で分離するメタンガス回収系３０と、原料ガスの流量及びメタンガス濃度を検出する流量センサ４１及びメタンガス濃度センサ４４、精製ガス出力２の流量及びメタンガス濃度を検出する流量センサ４２及びメタンガス濃度センサ４５、オフガス出力３の流量及びメタンガス濃度を検出する流量センサ４３及びメタンガス濃度センサ４６とを備えるとともに、メタンガス精製系およびメタンガス回収系の少なくとも一方がガス分離膜の膜面積が調整可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、メタンガス及び二酸化炭素ガスを含む原料ガスから二酸化炭素ガスを分離して高濃度のメタンガスを得るメタンガス濃縮装置に関する。

し尿、浄化水汚泥、下水処理汚泥、家畜糞尿、生ゴミ等の有機性廃棄物をメタン発酵菌により嫌気性発酵処理し、有機性廃棄物を分解して主としてメタンガスと二酸化炭素ガスを含むバイオガスを発生させ、このバイオガスをエネルギーとして有効活用する技術が知られている。そしてこのバイオガスを原料ガスとし、高分子膜等のガス分離膜により原料ガスから二酸化炭素ガスを分離して濃縮することによって、高濃度のメタンガスを得る技術が公知である（例えば特許文献１を参照）。

しかし上記の従来技術においては、得られるメタンガスの濃度を高めていくに従ってメタンガスの回収率が低下してしまうという問題がある。つまり上記の従来技術は、得られるメタンガスの濃度とメタンガスの回収率とが相反するトレードオフの関係にあり、高い回収率で高濃度のメタンガスを得ることができないという課題がある。

このような課題を解決することを目的とした従来技術としては、二酸化炭素ガスを優先的に透過させるガス分離膜を二段構成とし、前段のガス分離膜の非透過ガスを後段のガス分離膜でさらに濃縮するメタンガス濃縮装置が公知である（例えば特許文献２を参照）。また他の従来技術としては、二酸化炭素ガスを優先的に透過させるガス分離膜を二段構成とし、前段のガス分離膜の非透過ガスを後段のガス分離膜でさらに濃縮するとともに、前段のガス分離膜の透過ガスからメタンガスを分離して回収するガス分離膜をさらに設けたメタンガス濃縮装置が公知である（例えば特許文献３を参照）。

特開２００９−１８２７２号公報 特開２００７−２５４５７２号公報 特開２００９−２４２７７３号公報

しかしながら原料ガスとなるバイオガスは、その性質上、メタンガス濃度が一定でなく変動する。そのような原料ガスのメタンガス濃度の変動に対して、従来のメタンガス濃縮装置は、原料ガスの処理流量、すなわちメタンガス濃縮装置へ供給する原料ガスの流量を調整することによって、得られるメタンガスの濃度を一定に維持している。そのため従来のメタンガス濃縮装置は、原料ガスのメタンガス濃度の変動によって、得られるメタンガスの流量が不安定に変動してしまうことになり、高濃度のメタンガスを安定的に得ることができないという課題が生ずる。

このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、高濃度のメタンガスを安定的に得られるメタンガス濃縮装置を提供することにある。

＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、二酸化炭素ガス及びメタンガスを含む原料ガスを加圧送出するコンプレッサと、メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすいガス分離膜で前記コンプレッサから供給される原料ガスを分離するメタンガス濃縮系と、メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすいガス分離膜で前記メタンガス濃縮系の濃縮ガスを分離するメタンガス精製系と、メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすいガス分離膜で前記メタンガス濃縮系の透過ガスを分離するメタンガス回収系と、前記メタンガス精製系の透過ガス及び前記メタンガス回収系の濃縮ガスを前記コンプレッサへ戻す戻り流路と、前記メタンガス濃縮系へ供給される原料ガスの流量及びメタンガス濃度又は二酸化炭素ガス濃度を検出する第１検出装置、前記メタンガス精製系の濃縮ガスの流量及びメタンガス濃度又は二酸化炭素ガス濃度を検出する第２検出装置、前記メタンガス回収系の透過ガスの流量及びメタンガス濃度又は二酸化炭素ガス濃度を検出する第３検出装置のいずれか二以上を含む検出装置とを備えるとともに、メタンガス精製系又はメタンガス回収系の少なくとも一方がガス分離膜の膜面積が調整可能であることを特徴とするメタンガス濃縮装置である。

メタンガス精製系の濃縮ガスのメタンガス濃度及び流量は、第２検出装置で直接的に測定できるとともに、第１検出装置及び第３検出装置の検出状態から間接的に測定することもできる。またメタンガス回収系の透過ガスのメタンガス濃度及び流量は、第３検出装置で直接的に測定できるとともに、第１検出装置及び第２検出装置の検出状態から間接的に測定することもできる。したがって第１検出装置、第２検出装置、第３検出装置のいずれか二以上を含む検出装置によって、メタンガス精製系の濃縮ガスのメタンガス濃度及び流量を測定することができる。さらにその検出装置で測定したメタンガス精製系の濃縮ガスのメタンガス濃度、メタンガス回収系の透過ガスのメタンガス濃度から、メタンガスの回収率を算出することができる。

メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすいガス分離膜でメタンガス濃縮系の濃縮ガスを分離するメタンガス精製系において、ガス分離膜の膜面積を調節することによって、メタンガス精製系の濃縮ガスは、その流量を一定に維持した状態でそのメタンガス濃度を制御することができる。またメタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすいガス分離膜でメタンガス濃縮系の透過ガスを分離するメタンガス回収系において、ガス分離膜の膜面積を調節することによって、メタンガス精製系の濃縮ガスの流量及びメタンガス濃度を一定に維持した状態で、そのメタンガスの回収率を制御することができる。

検出装置の検出状態から求めたメタンガス精製系の濃縮ガスのメタンガス濃度、及びメタンガスの回収率に基づいて、メタンガス精製系のガス分離膜の膜面積及び／又はメタンガス回収系のガス分離膜の膜面積を調整する。それによってメタンガス精製系の濃縮ガスは、その流量を一定に維持した状態で、所望のメタンガス濃度に制御することができる。またメタンガスの回収率は、メタンガス精製系の濃縮ガスの流量を一定に維持した状態で、所望の回収率に制御することができる。つまり本発明に係るメタンガス濃縮装置は、メタンガス精製系の濃縮ガスの流量を一定に維持した状態で、高濃度のメタンガスを高い回収率で得ることができる。

これにより本発明の第１の態様によれば、高濃度のメタンガスを安定的に得られるメタンガス濃縮装置を提供することができるという作用効果が得られる。

＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、前述した本発明の第１の態様において、前記メタンガス精製系は、前記メタンガス濃縮系の濃縮ガスが供給され、メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすい第１メタンガス精製系ガス分離膜と、メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすい第２メタンガス精製系ガス分離膜と、前記第１メタンガス精製系ガス分離膜の濃縮ガスを前記メタンガス精製系の出口へ通流させる第１濃縮ガス流路と、前記第１メタンガス精製系ガス分離膜の濃縮ガスを前記第２メタンガス精製系ガス分離膜へ通流させる第２濃縮ガス流路と、前記第２メタンガス精製系ガス分離膜の濃縮ガスを前記メタンガス精製系の出口へ通流させる第３濃縮ガス流路と、前記第１濃縮ガス流路を開閉する第１濃縮ガス流路開閉器と、前記第２濃縮ガス流路を開閉する第２濃縮ガス流路開閉器と、前記第３濃縮ガス流路を開閉する第３濃縮ガス流路開閉器と、を含む、ことを特徴とするメタンガス濃縮装置である。

このように第１メタンガス精製系ガス分離膜と第２メタンガス精製系ガス分離膜とを直列に接続し、第１メタンガス精製系ガス分離膜から第２メタンガス精製系ガス分離膜への濃縮ガスの流路等を開閉器によって開閉可能な構成とする。それによってメタンガス精製系のガス分離膜の膜面積を増減調整することができる。

＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、前述した本発明の第１の態様又は第２の態様において、前記メタンガス回収系は、前記メタンガス濃縮系の透過ガスが供給され、メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすい第１メタンガス回収系ガス分離膜と、メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすい第２メタンガス回収系ガス分離膜と、前記第１メタンガス回収系ガス分離膜の透過ガスを前記メタンガス回収系の出口へ通流させる第１透過ガス流路と、前記第１メタンガス回収系ガス分離膜の透過ガスを前記第２メタンガス回収系ガス分離膜へ通流させる第２透過ガス流路と、前記第２メタンガス回収系ガス分離膜の透過ガスを前記メタンガス回収系の出口へ通流させる第３透過ガス流路と、前記第１透過ガス流路を開閉する第１透過ガス流路開閉器と、前記第２透過ガス流路を開閉する第２透過ガス流路開閉器と、前記第３透過ガス流路を開閉する第３透過ガス流路開閉器と、を含む、ことを特徴とするメタンガス濃縮装置である。

このように第１メタンガス回収系ガス分離膜と第２メタンガス回収系ガス分離膜とを直列に接続し、第１メタンガス回収系ガス分離膜から第２メタンガス回収系ガス分離膜への透過ガスの流路等を開閉器によって開閉可能な構成とする。それによってメタンガス回収系のガス分離膜の膜面積を増減調整することができる。

＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、前述した本発明の第１〜第３の態様のいずれかにおいて、前記検出装置の検出状態に基づいて、前記メタンガス精製系のガス分離膜の膜面積及び／又は前記メタンガス回収系のガス分離膜の膜面積を制御する制御装置をさらに備える、ことを特徴とするメタンガス濃縮装置である。
このような特徴によれば、メタンガス精製系の濃縮ガスの流量を一定に維持した状態で、メタンガス精製系のガス分離膜の膜面積及びメタンガス回収系のガス分離膜の膜面積を自動的に調整することができる。

＜本発明の第５の態様＞
本発明の第５の態様は、前述した本発明の第４の態様において、前記制御装置は、前記メタンガス精製系の濃縮ガスのメタンガス濃度が所望のメタンガス濃度になるように、前記メタンガス精製系のガス分離膜の膜面積を制御する手段を含む、ことを特徴とするメタンガス濃縮装置である。
このような特徴によれば、メタンガス精製系の濃縮ガスの流量を一定に維持した状態で、メタンガス精製系の濃縮ガスのメタンガス濃度が所望のメタンガス濃度になるように、メタンガス精製系のガス分離膜の膜面積を自動的に調整することができる。

＜本発明の第６の態様＞
本発明の第６の態様は、前述した本発明の第４の態様又は第５の態様において、前記制御装置は、原料ガスに対するメタンガスの回収率が所望の回収率になるように、前記メタンガス回収系のガス分離膜の膜面積を制御する手段を含む、ことを特徴とするメタンガス濃縮装置である。
このような特徴によれば、メタンガス精製系の濃縮ガスの流量を一定に維持した状態で、原料ガスに対するメタンガスの回収率が所望の回収率になるように、メタンガス回収系のガス分離膜の膜面積を自動的に調整することができる。

＜本発明の第７の態様＞
本発明の第７の態様は、前述した本発明の第４〜第６の態様のいずれかにおいて、前記コンプレッサから前記メタンガス濃縮系に供給される原料ガスの流量を調整する流量調整装置をさらに備え、前記制御装置は、前記メタンガス精製系の濃縮ガスの流量の変動に応じて、前記流量調整装置を制御する手段を含む、ことを特徴とするメタンガス濃縮装置である。
このような特徴によれば、例えばメタンガス濃縮系に供給される原料ガスの流量の変動に起因してメタンガス精製系の濃縮ガスの流量が変動する虞を低減することができる。

＜本発明の第８の態様＞
本発明の第８の態様は、前述した本発明の第４〜第７の態様のいずれかにおいて、前記メタンガス精製系の濃縮ガスの圧力を調整する第１圧力調整装置をさらに備え、前記制御装置は、前記メタンガス精製系の濃縮ガスのメタンガス濃度の変動に応じて、前記第１圧力調整装置を制御する手段を含む、ことを特徴とするメタンガス濃縮装置である。
このような特徴によれば、例えばメタンガス濃縮系に供給される原料ガスのメタンガス濃度の変動に起因してメタンガス精製系の濃縮ガスのメタンガス濃度が変動する虞を低減することができる。

＜本発明の第９の態様＞
本発明の第９の態様は、前述した本発明の第４〜第８の態様のいずれかにおいて、前記メタンガス回収系の濃縮ガスの圧力を調整する第２圧力調整装置をさらに備え、前記制御装置は、原料ガスに対するメタンガスの回収率の変動に応じて、前記第２圧力調整装置を制御する手段を含む、ことを特徴とするメタンガス濃縮装置である。
このような特徴によれば、例えばメタンガス濃縮系に供給される原料ガスのメタンガス濃度の変動に起因して原料ガスに対するメタンガスの回収率が変動する虞を低減することができる。

本発明によれば、高濃度のメタンガスを安定的に得られるメタンガス濃縮装置を提供することができる。

第１実施例のメタンガス濃縮装置の構成を図示したブロック図。 第２実施例のメタンガス濃縮装置の構成を図示したブロック図。 第３実施例のメタンガス濃縮装置の構成を図示したブロック図。 第４実施例のメタンガス濃縮装置の構成を図示したブロック図。 メタンガス精製系及びメタンガス回収系の膜面積を調整する手順を図示したフローチャート。 精製ガス出力の流量を微調整する手順を図示したフローチャート。 精製ガスのメタンガス濃度を微調整する手順を図示したフローチャート。 回収率を微調整する手順を図示したフローチャート。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
尚、本発明は、以下説明する実施例に特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発明の範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

＜メタンガス濃縮装置の第１実施例＞
本発明に係るメタンガス濃縮装置の第１実施例について、図１を参照しながら説明する。
図１は、第１実施例のメタンガス濃縮装置の構成を図示したブロック図である。

メタンガス濃縮装置は、メタンガス濃縮系１０、メタンガス精製系２０及びメタンガス回収系３０を備える。

メタンガス濃縮系１０は、コンプレッサ１１、ガス分離膜１２及び調整弁Ｖｐ１を含む。
コンプレッサ１１は、原料ガス供給路１から原料ガス流路１３を通じて供給される原料ガスを原料ガス流路１４へ加圧送出する装置である。原料ガスは、主としてメタンガスと二酸化炭素ガスを含むバイオガスである。ガス分離膜１２は、メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすい膜、例えばポリスルフォン等の高分子系の膜を用いた高分子ガス分離膜であり、原料ガス流路１４を通じてコンプレッサ１１から加圧送出される原料ガスを分離する。「流量調整装置」としての調整弁Ｖｐ１は、コンプレッサ１１から原料ガス流路１４へ加圧送出される原料ガスの一部をコンプレッサ１１の上流側へ戻す流路１５に設けられている。この調整弁Ｖｐ１は、コンプレッサ１１からメタンガス濃縮系１０に供給される原料ガスの流量を調整するための弁である。ガス分離膜１２を透過しなかったガス（濃縮ガス）は、濃縮ガス流路１６を通じてメタンガス精製系２０へ送出される。他方、ガス分離膜１２を透過したガス（透過ガス）は、透過ガス流路１７を通じてメタンガス回収系３０へ送出される。

メタンガス精製系２０は、２つのガス分離膜２１、２２、調整弁Ｖｐ２、４つの流路開閉弁Ｖ２１〜Ｖ２４を含む。

「第１メタンガス精製系ガス分離膜」としてのガス分離膜２１は、メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすい膜、例えばポリスルフォン等の高分子系の膜を用いた高分子ガス分離膜である。このガス分離膜２１には、メタンガス濃縮系１０のガス分離膜１２を透過しなかったガス（濃縮ガス）が濃縮ガス流路１６を通じて供給される。ガス分離膜２１を透過したガスは、ガス流路２７を通じて戻り流路２８へ送出される。戻り流路２８へ送出されたガスは、コンプレッサ１１の上流側へ送出される。他方、ガス分離膜２１を透過しなかったガスは、ガス流路２４を通じて精製ガス出力２（メタンガス精製系２０の出口）へ送出されるとともに、ガス流路２３を通じてガス分離膜２２へ送出される。

「第２メタンガス精製系ガス分離膜」としてのガス分離膜２２は、メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすい膜、例えばポリスルフォン等の高分子系の膜を用いた高分子ガス分離膜である。このガス分離膜２２には、ガス分離膜２１を透過しなかったガスがガス流路２３を通じて供給される。ガス分離膜２２を透過したガスは、ガス流路２６と通じて戻り流路２８へ送出される。他方、ガス分離膜２２を透過しなかったガスは、ガス流路２５からガス流路２４を通じて精製ガス出力２へ送出される。

「第１圧力調整装置」としての調整弁Ｖｐ２は、メタンガス精製系２０の濃縮ガスの圧力を調整するための弁であり、ガス流路２４に設けられている。「第１濃縮ガス流路開閉器」としての流路開閉弁Ｖ２１は、「第１濃縮ガス流路」としてのガス流路２４を開閉する弁である。「第２濃縮ガス流路開閉器」としての流路開閉弁Ｖ２２は、「第２濃縮ガス流路」としてのガス流路２３を開閉する弁である。「第３濃縮ガス流路開閉器」としての流路開閉弁Ｖ２３は、「第３濃縮ガス流路」としてのガス流路２５を開閉する弁である。流路開閉弁Ｖ２４は、ガス流路２６を開閉する弁である。

メタンガス精製系２０は、そのガス分離膜の膜面積が調整可能である。
より具体的には、例えば流路開閉弁Ｖ２１を開いた状態とし、流路開閉弁Ｖ２２〜２４を閉じた状態とする。それによってガス分離膜２１を透過しなかったガス（濃縮ガス）は、全て精製ガスとして精製ガス出力２へ送出される。他方、例えば流路開閉弁Ｖ２１を閉じた状態とし、流路開閉弁Ｖ２２〜２４を開いた状態とする。それによってガス分離膜２１に対し、ガス分離膜２２が直列に接続された状態となる。ガス分離膜２１を透過しなかったガス（濃縮ガス）は、全てガス分離膜２２へ送出され、ガス分離膜２２を透過しなかったガス（濃縮ガス）が精製ガスとして精製ガス出力２へ送出される。

つまりメタンガス精製系２０は、ガス分離膜２１の濃縮ガスを出力するガス流路と、ガス分離膜２１の濃縮ガスをさらにガス分離膜２２で濃縮して出力するガス流路とを選択的に切り換えることによって、全体の膜面積を段階的に調整可能な構成になっている。さらにメタンガス精製系２０は、ガス分離膜２２の濃縮ガスをさらに濃縮する複数のガス分離膜（図示せず）を上記と同様の構成でさらに段階的に直列接続可能に設けてもよい。それによってメタンガス精製系２０の全体の膜面積をさらに段階的に調整することが可能になる。

メタンガス回収系３０は、ガス分離膜３１、調整弁Ｖｐ３を含む。
ガス分離膜３１は、メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすい膜、例えばポリスルフォン等の高分子系の膜を用いた高分子ガス分離膜である。このガス分離膜３１には、メタンガス濃縮系１０のガス分離膜１２を透過したガス（透過ガス）が透過ガス流路１７を通じて供給される。ガス分離膜３１を透過しなかったガスは、ガス流路３７を通じて戻り流路３８へ送出される。戻り流路３８へ送出されたガスは、コンプレッサ１１の上流側へ送出される。他方、ガス分離膜３１を透過したガスは、ガス流路３５を通じてオフガス出力３（メタンガス回収系３０の出口）へ送出される。

「第２圧力調整装置」としての調整弁Ｖｐ３は、メタンガス回収系３０の濃縮ガスの圧力を調整するための弁であり、戻り流路３８に設けられている。

メタンガス濃縮装置は、３つの流量センサ４１〜４３、３つのメタンガス濃度センサ４４〜４６、２つの圧力センサ４７、４８及び制御装置７０をさらに備える。

「第１検出装置」としての流量センサ４１及びメタンガス濃度センサ４４は、原料ガス流路１３に設けられている。流量センサ４１は、メタンガス濃縮系１０へ供給される原料ガスの流量を検出するセンサである。メタンガス濃度センサ４４は、メタンガス濃縮系１０へ供給される原料ガスのメタンガス濃度を検出するセンサである。圧力センサ４７は、原料ガス流路１４に設けられており、コンプレッサ１１からガス分離膜１２へ送出される原料ガスの圧力を検出するセンサである。

「第２検出装置」としての流量センサ４２及びメタンガス濃度センサ４５は、ガス流路２４の調整弁Ｖｐ２と精製ガス出力２との間に設けられている。流量センサ４２は、メタンガス精製系２０の濃縮ガス（精製ガス）の流量を検出するセンサである。メタンガス濃度センサ４５は、メタンガス精製系２０の濃縮ガスのメタンガス濃度を検出するセンサである。圧力センサ４８は、ガス流路２４の調整弁Ｖｐ２より上流側に設けられており、メタンガス精製系２０の濃縮ガスの圧力を検出するセンサである。

「第３検出装置」としての流量センサ４３及びメタンガス濃度センサ４６は、ガス流路３５に設けられている。流量センサ４３は、メタンガス回収系３０の透過ガス（オフガス）の流量を検出するセンサである。メタンガス濃度センサ４６は、メタンガス回収系３０の透過ガスのメタンガス濃度を検出するセンサである。

メタンガス濃縮系１０へ供給される原料ガスの流量は、メタンガス精製系２０から送出される精製ガスの流量とメタンガス回収系３０から送出されるオフガスの流量との総和に等しい。つまりメタンガス精製系２０の濃縮ガスの流量は、流量センサ４２で直接的に測定できるとともに、流量センサ４１、４３の検出状態から間接的に測定することもできる。同様にメタンガス回収系３０の透過ガスの流量は、流量センサ４３で直接的に測定できるとともに、流量センサ４１、４２の検出状態から間接的に測定することもできる。したがって３つの流量センサ４１〜４３は、少なくともいずれか２以上設ければよい。

メタンガス濃縮系１０へ供給される原料ガスに含まれる単位時間当たりのメタンガス量は、メタンガス精製系２０から送出される精製ガスに含まれる単位時間当たりのメタンガス量とメタンガス回収系３０から送出されるオフガスに含まれる単位時間当たりのメタンガス量との総和に等しい。つまりメタンガス精製系２０の濃縮ガスのメタンガス濃度は、メタンガス濃度センサ４５で直接的に測定できるとともに、メタンガス濃度センサ４４、４６の検出状態から間接的に測定することもできる。同様にメタンガス回収系３０の透過ガスのメタンガス濃度は、メタンガス濃度センサ４６で直接的に測定できるとともに、メタンガス濃度センサ４４、４５の検出状態から間接的に測定することもできる。したがって３つのメタンガス濃度センサ４４〜４６は、少なくともいずれか２以上設ければよい。

また原料ガスは、二酸化炭素ガスとメタンガスが主成分であり、その他の成分はほとんど含んでいない。したがった３つのメタンガス濃度センサ４４〜４６は、これらに代えて二酸化炭素ガス濃度を検出するセンサを設け、検出した二酸化炭素ガス濃度からメタンガス濃度を算出するようにしてもよい。

制御装置７０は、例えば公知のマイコン制御回路である。制御装置７０は、３つの流量センサ４１〜４３、３つのメタンガス濃度センサ４４〜４６、２つの圧力センサ４７、４８の検出状態に基づいて、コンプレッサ１１、調整弁Ｖｐ１〜Ｖｐ３、流路開閉弁Ｖ２１〜Ｖ２４をそれぞれ制御する。

＜メタンガス濃縮装置の第２実施例＞
本発明に係るメタンガス濃縮装置の第２実施例について、図２を参照しながら説明する。

図２は、第２実施例のメタンガス濃縮装置の構成を図示したブロック図である。
第２実施例のメタンガス濃縮装置は、メタンガス精製系２０の構成及びメタンガス回収系３０の構成が第１実施例と異なる。それ以外の構成については、第１実施例のメタンガス濃縮装置と同様であるため、同一の構成要素に同一の符合を付して詳細な説明を省略する。

メタンガス精製系２０は、ガス分離膜２１、調整弁Ｖｐ２を含む。
ガス分離膜２１には、メタンガス濃縮系１０のガス分離膜１２を透過しなかったガス（濃縮ガス）が濃縮ガス流路１６を通じて供給される。ガス分離膜２１を透過したガスは、ガス流路２７を通じて戻り流路２８へ送出される。戻り流路２８へ送出されたガスは、コンプレッサ１１の上流側へ送出される。他方、ガス分離膜２１を透過しなかったガスは、ガス流路２４を通じて精製ガス出力２へ送出される。調整弁Ｖｐ２は、メタンガス精製系２０の濃縮ガスの圧力を調整するための弁であり、ガス流路２４に設けられている。

第２実施例のメタンガス回収系３０は、２つのガス分離膜３１、３２、調整弁Ｖｐ３、４つの流路開閉弁Ｖ３１〜Ｖ３４を含む。

「第１メタンガス回収系ガス分離膜」としてのガス分離膜３１には、メタンガス濃縮系１０のガス分離膜１２を透過したガス（透過ガス）が透過ガス流路１７を通じて供給される。ガス分離膜３１を透過しなかったガスは、ガス流路３７を通じて戻り流路３８へ送出される。戻り流路３８へ送出されたガスは、コンプレッサ１１の上流側へ送出される。他方、ガス分離膜３１を透過したガスは、ガス流路３３を通じてガス分離膜３２へ送出されるとともに、ガス流路３４を通じてオフガス出力３へ送出される。

「第２メタンガス回収系ガス分離膜」としてのガス分離膜３２は、メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすい膜、例えばポリスルフォン等の高分子系の膜を用いた高分子ガス分離膜である。このガス分離膜３２には、ガス分離膜３１を透過したガスがガス流路３３を通じて供給される。ガス分離膜３２を透過しなかったガスは、ガス流路３６を通じて戻り流路３８へ送出される。他方、ガス分離膜３２を透過したガスは、ガス流路３５を通じてオフガス出力３へ送出される。

「第１透過ガス流路開閉器」としての流路開閉弁Ｖ３１は、「第１透過ガス流路」としてのガス流路３４を開閉する弁である。「第２透過ガス流路開閉器」としての流路開閉弁Ｖ３２は、「第２透過ガス流路」としてのガス流路３３を開閉する弁である。「第３透過ガス流路開閉器」としての流路開閉弁Ｖ３３は、「第３透過ガス流路」としてのガス流路３５を開閉する弁である。流路開閉弁Ｖ３４は、ガス流路３６を開閉する弁である。

第２実施例のメタンガス回収系３０は、そのガス分離膜の膜面積が調整可能である。

より具体的には、例えば流路開閉弁Ｖ３１を開いた状態とし、流路開閉弁Ｖ３２〜３４を閉じた状態とする。それによってガス分離膜３１を透過したガス（透過ガス）は、全てオフガス（二酸化炭素ガス）としてオフガス出力３へ送出される。他方、例えば流路開閉弁Ｖ３１を閉じた状態とし、流路開閉弁Ｖ３２〜３４を開いた状態とする。それによってガス分離膜３１に対し、ガス分離膜３２が直列に接続された状態となる。ガス分離膜３１を透過したガス（透過ガス）は、全てガス分離膜３２へ送出され、ガス分離膜３２を透過したガス（透過ガス）がオフガスとしてオフガス出力３へ送出される。

つまり第２実施例のメタンガス回収系３０は、ガス分離膜３１の透過ガスを出力するガス流路と、ガス分離膜３１の透過ガスをさらにガス分離膜３２を透過させて出力するガス流路とを選択的に切り換えることによって、全体の膜面積を段階的に調整可能な構成になっている。さらに第２実施例のメタンガス回収系３０は、ガス分離膜３２の透過ガスをさらに透過させる複数のガス分離膜（図示せず）を上記と同様の構成でさらに段階的に直列接続可能に設けてもよい。それによってメタンガス回収系３０の全体の膜面積をさらに段階的に調整することが可能になる。

制御装置７０は、３つの流量センサ４１〜４３、３つのメタンガス濃度センサ４４〜４６、２つの圧力センサ４７、４８の検出状態に基づいて、コンプレッサ１１、調整弁Ｖｐ１〜Ｖｐ３、流路開閉弁Ｖ３１〜３４をそれぞれ制御する。

＜メタンガス濃縮装置の第３実施例＞
本発明に係るメタンガス濃縮装置の第３実施例について、図３を参照しながら説明する。

図３は、第３実施例のメタンガス濃縮装置の構成を図示したブロック図である。
第３実施例のメタンガス濃縮装置は、メタンガス精製系２０が第１実施例と同じ構成であり、メタンガス回収系３０が第２実施例と同じ構成である。つまり第３実施例のメタンガス濃縮装置は、メタンガス精製系２０のガス分離膜の膜面積が調整可能であるとともに、メタンガス回収系３０もガス分離膜の膜面積が調整可能である。それ以外の構成については、第１実施例のメタンガス濃縮装置と同様であるため、同一の構成要素に同一の符合を付して詳細な説明を省略する。制御装置７０は、３つの流量センサ４１〜４３、３つのメタンガス濃度センサ４４〜４６、２つの圧力センサ４７、４８の検出状態に基づいて、コンプレッサ１１、調整弁Ｖｐ１〜Ｖｐ３、流路開閉弁Ｖ２１〜Ｖ２４、Ｖ３１〜３４をそれぞれ制御する。

＜メタンガス濃縮装置の第４実施例＞
本発明に係るメタンガス濃縮装置の第４実施例について、図４を参照しながら説明する。
図４は、第４実施例のメタンガス濃縮装置の構成を図示したブロック図である。

第４実施例のメタンガス濃縮装置は、メタンガス濃縮系１０、メタンガス精製系５０及びメタンガス回収系６０を備える。第４実施例のメタンガス精製系５０は、第１〜第３実施例のメタンガス精製系２０と構成が異なる。また第４実施例のメタンガス回収系６０は、第１〜第３実施例のメタンガス回収系３０と構成が異なる。それ以外の構成については、第１実施例のメタンガス濃縮装置と同様であるため、同一の構成要素に同一の符合を付して詳細な説明を省略する。

メタンガス精製系５０は、２つのガス分離膜５１、５２、調整弁Ｖｐ２、３つの流路開閉弁Ｖ５１〜Ｖ５３を含む。

「第１メタンガス精製系ガス分離膜」としてのガス分離膜５１は、メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすい膜、例えばポリスルフォン等の高分子系の膜を用いた高分子ガス分離膜である。このガス分離膜５１には、メタンガス濃縮系１０のガス分離膜１２を透過しなかったガス（濃縮ガス）が濃縮ガス流路１６を通じて供給される。ガス分離膜５１を透過したガスは、ガス流路５６を通じて戻り流路５７へ送出される。戻り流路５７へ送出されたガスは、コンプレッサ１１の上流側へ送出される。他方、ガス分離膜５１を透過しなかったガスは、ガス流路５５からガス流路５３を通じて精製ガス出力２へ送出される。

「第２メタンガス精製系ガス分離膜」としてのガス分離膜５２は、メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすい膜、例えばポリスルフォン等の高分子系の膜を用いた高分子ガス分離膜である。このガス分離膜５２には、メタンガス濃縮系１０のガス分離膜１２を透過しなかったガス（濃縮ガス）が濃縮ガス流路１６から分岐する濃縮ガス流路１６１を通じて供給される。ガス分離膜５２を透過したガスは、ガス流路５４を通じて戻り流路５７へ送出される。他方、ガス分離膜５２を透過しなかったガスは、ガス流路５３を通じて精製ガス出力２へ送出される。

調整弁Ｖｐ２はガス流路５３に設けられている。流路開閉弁Ｖ５１は濃縮ガス流路１６１を開閉する弁である。流路開閉弁Ｖ５２はガス流路５３を開閉する弁である。流路開閉弁Ｖ５３はガス流路５４を開閉する弁である。

メタンガス精製系５０は、そのガス分離膜の膜面積が調整可能である。
より具体的には、例えば流路開閉弁Ｖ５１〜Ｖ５３を全て閉じた状態とする。それによってメタンガス濃縮系１０から濃縮ガス流路１６を通じて供給される濃縮ガスは、全てガス分離膜５１へ供給されることになる。そしてガス分離膜５１を透過しなかったガス（濃縮ガス）が精製ガスとして精製ガス出力２へ送出される。他方、例えば流路開閉弁Ｖ５１〜Ｖ５３を全て開いた状態とすることによって、ガス分離膜５１に対し、ガス分離膜５２が並列に接続された状態となる。それによってメタンガス濃縮系１０から濃縮ガス流路１６を通じて供給される濃縮ガスは、ガス分離膜５１とガス分離膜５２の両方へ供給されることになる。そしてガス分離膜５１及びガス分離膜５２を透過したガスは、戻り流路５７へ送出され、ガス分離膜５１及びガス分離膜５２を透過しなかったガス（濃縮ガス）が精製ガスとして精製ガス出力２へ送出される。

つまりメタンガス精製系５０は、メタンガス濃縮系１０の濃縮ガスをガス分離膜５２へ供給する濃縮ガス流路１６１を開閉することによって、第３実施例のメタンガス精製系２０と同様に、全体の膜面積を段階的に調整可能な構成になっている。さらにメタンガス精製系５０は、メタンガス濃縮系１０の濃縮ガスを濃縮する複数のガス分離膜（図示せず）を上記と同様の構成でさらに段階的に並列接続可能に設けてもよい。それによってメタンガス精製系５０の全体の膜面積をさらに段階的に調整することが可能になる。

メタンガス回収系６０は、２つのガス分離膜６１、６２、調整弁Ｖｐ３、３つの流路開閉弁Ｖ６１〜Ｖ６３を含む。

「第１メタンガス回収系ガス分離膜」としてのガス分離膜６１は、メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすい膜、例えばポリスルフォン等の高分子系の膜を用いた高分子ガス分離膜である。このガス分離膜６１には、メタンガス濃縮系１０のガス分離膜１２を透過したガス（透過ガス）が透過ガス流路１７を通じて供給される。ガス分離膜６１を透過しなかったガスは、ガス流路６４を通じて戻り流路６７へ送出される。戻り流路６７へ送出されたガスは、コンプレッサ１１の上流側へ送出される。他方、ガス分離膜６１を透過したガスは、ガス流路６３を通じてオフガス出力３へ送出される。

「第２メタンガス回収系ガス分離膜」としてのガス分離膜６２は、メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすい膜、例えばポリスルフォン等の高分子系の膜を用いた高分子ガス分離膜である。このガス分離膜６２には、メタンガス濃縮系１０のガス分離膜１２を透過したガス（透過ガス）が透過ガス流路１７から分岐する透過ガス流路１７１を通じて供給される。ガス分離膜６２を透過しなかったガスは、ガス流路６６を通じて戻り流路６７へ送出される。他方、ガス分離膜６２を透過したガスは、ガス流路６５からガス流路６３を通じてオフガス出力３へ送出される。

調整弁Ｖｐ３はガス流路６４に設けられている。流路開閉弁Ｖ６１は透過ガス流路１７１を開閉する弁である。流路開閉弁Ｖ６２はガス流路６６を開閉する弁である。流路開閉弁Ｖ６３はガス流路６５を開閉する弁である。

メタンガス回収系６０は、メタンガス精製系５０と同様に、そのガス分離膜の膜面積が調整可能である。
より具体的には、例えば流路開閉弁Ｖ６１〜Ｖ６３を全て閉じた状態とする。それによってメタンガス濃縮系１０から透過ガス流路１７を通じて供給される透過ガスは、全てガス分離膜６１へ供給されることになる。そしてガス分離膜６１を透過しなかったガスは、戻り流路６７へ送出され、ガス分離膜６１を透過したガス（透過ガス）がオフガスとしてオフガス出力３へ送出される。他方、例えば流路開閉弁Ｖ６１〜Ｖ６３を全て開いた状態とすることによって、ガス分離膜６１に対し、ガス分離膜６２が並列に接続された状態となる。それによってメタンガス濃縮系１０から透過ガス流路１７を通じて供給される透過ガスは、ガス分離膜６１とガス分離膜６２の両方へ供給されることになる。そしてガス分離膜６１及びガス分離膜６２を透過しなかったガスは、戻り流路６７へ送出され、ガス分離膜６１及びガス分離膜６２を透過したガス（透過ガス）がオフガスとしてオフガス出力３へ送出される。

つまりメタンガス回収系６０は、メタンガス濃縮系１０の透過ガスをガス分離膜６２へ供給する透過ガス流路１７１を開閉することによって、第３実施例のメタンガス回収系３０と同様に、全体の膜面積を段階的に調整可能な構成になっている。さらにメタンガス回収系６０は、メタンガス濃縮系１０の透過ガスを透過させる複数のガス分離膜（図示せず）を上記と同様の構成でさらに段階的に並列接続可能に設けてもよい。それによってメタンガス回収系６０の全体の膜面積をさらに段階的に調整することが可能になる。

制御装置７０は、３つの流量センサ４１〜４３、３つのメタンガス濃度センサ４４〜４６、２つの圧力センサ４７、４８の検出状態に基づいて、コンプレッサ１１、調整弁Ｖｐ１〜Ｖｐ３、流路開閉弁Ｖ５１〜Ｖ５３、Ｖ６１〜６３をそれぞれ制御する。

＜メタンガス濃縮装置の制御＞
制御装置７０による制御について、第３実施例のメタンガス濃縮装置（図３）を例に、図５〜図８を参照しながら説明する。
尚、以下説明する手順は、例えば制御装置７０によらずに、作業員等が手動操作で行うことも可能である。

図５は、メタンガス精製系２０及びメタンガス回収系３０の膜面積を調整する手順を図示したフローチャートである。

初期状態では、メタンガス精製系２０の流路開閉弁Ｖ２２〜Ｖ２４は閉じた状態（ＯＦＦ）、流路開閉弁Ｖ２１は開いた状態（ＯＮ）である。つまりメタンガス精製系２０は、ガス分離膜２１を透過しなかったガス（濃縮ガス）が全て精製ガス出力２へ送出される状態になっている。また初期状態では、メタンガス回収系３０の流路開閉弁Ｖ３２〜Ｖ３４は閉じた状態（ＯＦＦ）、流路開閉弁Ｖ３１は開いた状態（ＯＮ）である。つまりメタンガス回収系３０は、ガス分離膜３１を透過したガス（透過ガス）が全てオフガス出力３へ送出される状態になっている。

まず精製ガス出力２の流量Ｑ２を標準設定流量Ｑ２ｓに設定する（ステップＳ１）。より具体的には、例えば流量センサ４２の検出流量が標準設定流量Ｑ２ｓになるように、調整弁Ｖｐ１を開閉制御して原料ガスの流量を調整する。

つづいて精製ガス出力２のメタンガス濃度Ｃ２が９５％を超えているか否かを判定する（ステップＳ２）。より具体的には、例えばメタンガス濃度センサ４５が検出するメタンガス濃度が９５％を超えているか否かを判定する。そして精製ガス出力２のメタンガス濃度Ｃ２が９５％を超えていない場合には（ステップＳ２でＮｏ）、メタンガス精製系２０の流路開閉弁Ｖ２２〜Ｖ２４を開いた状態（ＯＮ）、流路開閉弁Ｖ２１を閉じた状態（ＯＦＦ）とする（ステップＳ３）。それによってメタンガス精製系２０は、ガス分離膜２１の濃縮ガスをさらにガス分離膜２２で濃縮して出力する状態になる。つまりメタンガス精製系２０の膜面積が増加することによって、メタンガス精製系２０の濃縮ガスの流量Ｑ２を一定に維持した状態で、精製ガス出力２のメタンガス濃度Ｃ２が上昇することになる。

精製ガス出力２のメタンガス濃度Ｃ２が９５％を超えている場合には（ステップＳ２でＹｅｓ）、つづいて回収率ηが９５％を超えているか否かを判定する（ステップＳ４）。回収率ηは、原料ガスに対するメタンガスの回収率であり、以下の式（１）から算出することができる。

回収率η＝Ｑ２・Ｃ２／（Ｑ２・Ｃ２＋Ｑ３・Ｃ３） ・・・ （１）
ここでＱ２は、前述したように精製ガス出力２の流量であり、例えば流量センサ４２の検出流量である。Ｃ２は、前述したように精製ガス出力２のメタンガス濃度であり、例えばメタンガス濃度センサ４５が検出するメタンガス濃度である。Ｑ３は、オフガス出力３の流量であり、例えば流量センサ４３の検出流量である。Ｃ３は、オフガス出力３のメタンガス濃度であり、例えばメタンガス濃度センサ４６が検出するメタンガス濃度である。

回収率ηが９５％を超えていない場合には（ステップＳ４でＮｏ）、メタンガス回収系３０の流路開閉弁Ｖ３２〜Ｖ３４を開いた状態（ＯＮ）、流路開閉弁Ｖ３１を閉じた状態（ＯＦＦ）とする（ステップＳ５）。それによってメタンガス回収系３０は、ガス分離膜３１の透過ガスをさらにガス分離膜３２で透過して出力する状態になる。つまりメタンガス回収系３０の膜面積が増加することによって、メタンガス精製系２０の濃縮ガスの流量Ｑ２を一定に維持した状態で、オフガス出力３のメタンガス濃度Ｃ３が低下し、それによって回収率ηが上昇することになる。そして回収率ηが９５％を超えている場合には（ステップＳ４でＹｅｓ）、そのまま当該手順を終了する。

このように本発明に係るメタンガス濃縮装置は、メタンガス精製系２０のガス分離膜の膜面積を調節することによって、精製ガス出力２（メタンガス精製系２０の濃縮ガス）の流量Ｑ２を一定に維持した状態でそのメタンガス濃度Ｃ２を所望のメタンガス濃度（例えば９５％）に制御することができる。また本発明に係るメタンガス濃縮装置は、メタンガス回収系３０のガス分離膜の膜面積を調節することによって、精製ガス出力２の流量Ｑ２及びメタンガス濃度Ｃ２を一定に維持した状態で回収率ηを所望の回収率（例えば９５％）に制御することができる。つまり本発明に係るメタンガス濃縮装置は、精製ガス出力２の流量Ｑ２を一定に維持した状態で高濃度のメタンガスを得ることができる。したがって本発明によれば、高濃度のメタンガスを一定の流量で安定的に得られるメタンガス濃縮装置を提供することができる。
尚、第３実施例のメタンガス濃縮装置（図３）を例に説明したが、例えば第１実施例のメタンガス濃縮装置（図１）においては、図５に図示したフローチャートのステップＳ１〜Ｓ３だけを実行する手順とすれば良いし、例えば第２実施例のメタンガス濃縮装置（図２）においては、図５に図示したフローチャートのステップＳ１、Ｓ４、Ｓ５だけを実行する手順すれば良く、それによって本発明による作用効果を得ることができる。

図６は、精製ガス出力２の流量Ｑ２を微調整する手順を図示したフローチャートである。当該手順は、定周期で繰り返し実行される手順である。

まず流量変動率ΔＱ２が１＋αを超えているか否かを判定する（ステップＳ１１）。ここで流量変動率ΔＱ２は、精製ガス出力２の流量Ｑ２の単位時間当たりの変動率であり、既定値αは、流量変動率ΔＱ２の変動率の許容範囲を意味する値である。流量変動率ΔＱ２が１＋αを超えている場合には（ステップＳ１１でＹｅｓ）、つまり精製ガス出力２の流量Ｑ２が許容範囲を超える変動率で増加した場合には、調整弁Ｖｐ１を開調節してメタンガス濃縮系１０に供給される原料ガスの流量を減少させる（ステップＳ１２）。そして精製ガス出力２の流量Ｑ２が標準設定流量Ｑ２ｓになっているか否かを判定する（ステップＳ１３）。精製ガス出力２の流量Ｑ２が標準設定流量Ｑ２ｓになっていない場合には（ステップＳ１３でＮｏ）、ステップＳ１２へ戻り、精製ガス出力２の流量Ｑ２が標準設定流量Ｑ２ｓになっている場合には（ステップＳ１３でＹｅｓ）、そのまま当該手順を終了する。

他方、流量変動率ΔＱ２が１＋αを超えていない場合には（ステップＳ１１でＮｏ）、つづいて流量変動率ΔＱ２が１−α未満か否かを判定する（ステップＳ１４）。流量変動率ΔＱ２が１−α未満でない場合には（ステップＳ１４でＮｏ）、そのまま当該手順を終了する。流量変動率ΔＱ２が１−α未満である場合には（ステップＳ１４でＹｅｓ）、つまり精製ガス出力２の流量Ｑ２が許容範囲を超える変動率で減少した場合には、調整弁Ｖｐ１を閉調節してメタンガス濃縮系１０に供給される原料ガスの流量を増加させる（ステップＳ１５）。そして精製ガス出力２の流量Ｑ２が標準設定流量Ｑ２ｓになっているか否かを判定する（ステップＳ１６）。精製ガス出力２の流量Ｑ２が標準設定流量Ｑ２ｓになっていない場合には（ステップＳ１６でＮｏ）、ステップＳ１５へ戻り、精製ガス出力２の流量Ｑ２が標準設定流量Ｑ２ｓになっている場合には（ステップＳ１６でＹｅｓ）、そのまま当該手順を終了する。

このように精製ガス出力２の流量Ｑ２を、その変動に応じて微調整することによって、例えばメタンガス濃縮系１０に供給される原料ガスの流量の変動に起因して精製ガス出力２の流量Ｑ２が変動する虞を低減することができる。

図７は、精製ガス出力２（メタンガス精製系２０の濃縮ガス）のメタンガス濃度Ｃ２を微調整する手順を図示したフローチャートである。当該手順は、定周期で繰り返し実行される手順である。

まずメタンガス濃度変動率ΔＣ２が１＋βを超えているか否かを判定する（ステップＳ２１）。ここでメタンガス濃度変動率ΔＣ２は、精製ガス出力２のメタンガス濃度Ｃ２の単位時間当たりの変動率であり、既定値βは、メタンガス濃度変動率ΔＣ２の許容範囲を意味する値である。メタンガス濃度変動率ΔＣ２が１＋βを超えている場合には（ステップＳ２１でＹｅｓ）、つまり精製ガス出力２のメタンガス濃度Ｃ２が許容範囲を超える変動率で上昇した場合には、調整弁Ｖｐ２を開調節してメタンガス精製系２０の濃縮ガスの圧力を低下させることによって、精製ガス出力２のメタンガス濃度Ｃ２を低下させる（ステップＳ２２）。そして精製ガス出力２のメタンガス濃度Ｃ２が９５％になっているか否かを判定する（ステップＳ２３）。精製ガス出力２のメタンガス濃度Ｃ２が９５％になっていない場合には（ステップＳ２３でＮｏ）、ステップＳ２２へ戻り、精製ガス出力２のメタンガス濃度Ｃ２が９５％になっている場合には（ステップＳ２３でＹｅｓ）、そのまま当該手順を終了する。

他方、メタンガス濃度変動率ΔＣ２が１＋βを超えていない場合には（ステップＳ２１でＮｏ）、つづいてメタンガス濃度変動率ΔＣ２が１−β未満か否かを判定する（ステップＳ２４）。メタンガス濃度変動率ΔＣ２が１−β未満でない場合には（ステップＳ２４でＮｏ）、そのまま当該手順を終了する。メタンガス濃度変動率ΔＣ２が１−β未満である場合には（ステップＳ２４でＹｅｓ）、つまり精製ガス出力２のメタンガス濃度Ｃ２が許容範囲を超える変動率で低下した場合には、調整弁Ｖｐ２を閉調節してメタンガス精製系２０の濃縮ガスの圧力を上昇させることによって、精製ガス出力２のメタンガス濃度Ｃ２を上昇させる（ステップＳ２５）。そして精製ガス出力２のメタンガス濃度Ｃ２が９５％になっているか否かを判定する（ステップＳ２６）。精製ガス出力２のメタンガス濃度Ｃ２が９５％になっていない場合には（ステップＳ２６でＮｏ）、ステップＳ２５へ戻り、精製ガス出力２のメタンガス濃度Ｃ２が９５％になっている場合には（ステップＳ２６でＹｅｓ）、そのまま当該手順を終了する。

このように精製ガス出力２のメタンガス濃度Ｃ２を微調整することによって、例えばメタンガス濃縮系１０に供給される原料ガスのメタンガス濃度の変動に起因して精製ガス出力２のメタンガス濃度Ｃ２が変動する虞を低減することができる。

図８は、回収率ηを微調整する手順を図示したフローチャートである。当該手順は、定周期で繰り返し実行される手順である。

まず回収率変動率Δηが１＋γを超えているか否かを判定する（ステップＳ３１）。ここで回収率変動率Δηは、回収率ηの単位時間当たりの変動率であり、既定値γは、回収率変動率Δηの許容範囲を意味する値である。回収率変動率Δηが１＋γを超えている場合には（ステップＳ３１でＹｅｓ）、つまり回収率ηが許容範囲を超える変動率で上昇した場合には、調整弁Ｖｐ３を開調節してメタンガス回収系３０の濃縮ガスの圧力を低下させることによって、オフガス出力３（メタンガス回収系３０の透過ガス）のメタンガス濃度Ｃ３を上昇させ、それによって回収率ηを低下させる（ステップＳ３２）。そして回収率ηが９５％になっているか否かを判定する（ステップＳ３３）。回収率ηが９５％になっていない場合には（ステップＳ３３でＮｏ）、ステップＳ３２へ戻り、回収率ηが９５％になっている場合には（ステップＳ３３でＹｅｓ）、そのまま当該手順を終了する。

他方、回収率変動率Δηが１＋γを超えていない場合には（ステップＳ３１でＮｏ）、つづいて回収率変動率Δηが１−γ未満か否かを判定する（ステップＳ３４）。回収率変動率Δηが１−γ未満でない場合には（ステップＳ３４でＮｏ）、そのまま当該手順を終了する。回収率変動率Δηが１−γ未満である場合には（ステップＳ３４でＹｅｓ）、つまり回収率ηが許容範囲を超える変動率で低下した場合には、調整弁Ｖｐ３を閉調節してメタンガス回収系３０の濃縮ガスの圧力を上昇させることによって、オフガス出力３のメタンガス濃度Ｃ３を低下させ、それによって回収率ηを上昇させる（ステップＳ３５）。そして回収率ηが９５％になっているか否かを判定する（ステップＳ３６）。回収率ηが９５％になっていない場合には（ステップＳ３６でＮｏ）、ステップＳ３５へ戻り、回収率ηが９５％になっている場合には（ステップＳ３６でＹｅｓ）、そのまま当該手順を終了する。

このように回収率ηを微調整することによって、例えばメタンガス濃縮系１０に供給される原料ガスのメタンガス濃度の変動に起因して回収率ηが変動する虞を低減することができる。

１０ メタンガス濃縮系
１１ コンプレッサ
１２、２１、２２、３１、３２、５１、５２、６１、６２ ガス分離膜
２０、５０ メタンガス精製系
３０、６０ メタンガス回収系
４１〜４３ 流量センサ
４４〜４６ メタンガス濃度センサ
７０ 制御装置

Claims (9)

1. 二酸化炭素ガス及びメタンガスを含む原料ガスを加圧送出するコンプレッサと、
   メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすいガス分離膜で前記コンプレッサから供給される原料ガスを分離するメタンガス濃縮系と、
   メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすいガス分離膜で前記メタンガス濃縮系の濃縮ガスを分離するメタンガス精製系と、
   メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすいガス分離膜で前記メタンガス濃縮系の透過ガスを分離するメタンガス回収系と、
   前記メタンガス精製系の透過ガス及び前記メタンガス回収系の濃縮ガスを前記コンプレッサへ戻す戻り流路と、
   前記メタンガス濃縮系へ供給される原料ガスの流量及びメタンガス濃度又は二酸化炭素ガス濃度を検出する第１検出装置、前記メタンガス精製系の濃縮ガスの流量及びメタンガス濃度又は二酸化炭素ガス濃度を検出する第２検出装置、前記メタンガス回収系の透過ガスの流量及びメタンガス濃度又は二酸化炭素ガス濃度を検出する第３検出装置のいずれか二以上を含む検出装置とを備えるとともに、メタンガス精製系又はメタンガス回収系の少なくとも一方がガス分離膜の膜面積が調整可能であることを特徴とするメタンガス濃縮装置。
2. 請求項１に記載のメタンガス濃縮装置において、前記メタンガス精製系は、前記メタンガス濃縮系の濃縮ガスが供給され、メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすい第１メタンガス精製系ガス分離膜と、
   メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすい第２メタンガス精製系ガス分離膜と、
   前記第１メタンガス精製系ガス分離膜の濃縮ガスを前記メタンガス精製系の出口へ通流させる第１濃縮ガス流路と、
   前記第１メタンガス精製系ガス分離膜の濃縮ガスを前記第２メタンガス精製系ガス分離膜へ通流させる第２濃縮ガス流路と、
   前記第２メタンガス精製系ガス分離膜の濃縮ガスを前記メタンガス精製系の出口へ通流させる第３濃縮ガス流路と、
   前記第１濃縮ガス流路を開閉する第１濃縮ガス流路開閉器と、
   前記第２濃縮ガス流路を開閉する第２濃縮ガス流路開閉器と、
   前記第３濃縮ガス流路を開閉する第３濃縮ガス流路開閉器と、を含む、ことを特徴とするメタンガス濃縮装置。
3. 請求項１又は２に記載のメタンガス濃縮装置において、前記メタンガス回収系は、前記メタンガス濃縮系の透過ガスが供給され、メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすい第１メタンガス回収系ガス分離膜と、
   メタンガスより二酸化炭素ガスの方が透過しやすい第２メタンガス回収系ガス分離膜と、
   前記第１メタンガス回収系ガス分離膜の透過ガスを前記メタンガス回収系の出口へ通流させる第１透過ガス流路と、
   前記第１メタンガス回収系ガス分離膜の透過ガスを前記第２メタンガス回収系ガス分離膜へ通流させる第２透過ガス流路と、
   前記第２メタンガス回収系ガス分離膜の透過ガスを前記メタンガス回収系の出口へ通流させる第３透過ガス流路と、
   前記第１透過ガス流路を開閉する第１透過ガス流路開閉器と、
   前記第２透過ガス流路を開閉する第２透過ガス流路開閉器と、
   前記第３透過ガス流路を開閉する第３透過ガス流路開閉器と、を含む、ことを特徴とするメタンガス濃縮装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のメタンガス濃縮装置において、前記検出装置の検出状態に基づいて、前記メタンガス精製系のガス分離膜の膜面積及び／又は前記メタンガス回収系のガス分離膜の膜面積を制御する制御装置をさらに備える、ことを特徴とするメタンガス濃縮装置。
5. 請求項４に記載のメタンガス濃縮装置において、前記制御装置は、前記メタンガス精製系の濃縮ガスのメタンガス濃度が所望のメタンガス濃度になるように、前記メタンガス精製系のガス分離膜の膜面積を制御する手段を含む、ことを特徴とするメタンガス濃縮装置。
6. 請求項４又は５に記載のメタンガス濃縮装置において、前記制御装置は、原料ガスに対するメタンガスの回収率が所望の回収率になるように、前記メタンガス回収系のガス分離膜の膜面積を制御する手段を含む、ことを特徴とするメタンガス濃縮装置。
7. 請求項４〜６のいずれかに記載のメタンガス濃縮装置において、前記コンプレッサから前記メタンガス濃縮系に供給される原料ガスの流量を調整する流量調整装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記メタンガス精製系の濃縮ガスの流量の変動に応じて、前記流量調整装置を制御する手段を含む、ことを特徴とするメタンガス濃縮装置。
8. 請求項４〜７のいずれかに記載のメタンガス濃縮装置において、前記メタンガス精製系の濃縮ガスの圧力を調整する第１圧力調整装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記メタンガス精製系の濃縮ガスのメタンガス濃度の変動に応じて、前記第１圧力調整装置を制御する手段を含む、ことを特徴とするメタンガス濃縮装置。
9. 請求項４〜８のいずれかに記載のメタンガス濃縮装置において、前記メタンガス回収系の濃縮ガスの圧力を調整する第２圧力調整装置をさらに備え、
   前記制御装置は、原料ガスに対するメタンガスの回収率の変動に応じて、前記第２圧力調整装置を制御する手段を含む、ことを特徴とするメタンガス濃縮装置。

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