JP2014205138A - ガス精製方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記吸着塔に原料ガスを供給する原料ガス供給路を設け、
前記吸着材に吸着しなかったメタンを製品ガスとして排出する製品ガス回収路を設け、
前記吸着材に吸着した雑ガスを脱着させて排気する雑ガス排出路を設け、
前記吸着塔と、前記原料ガス供給路と、前記製品ガス回収路と、前記雑ガス排出路とにより、
前記原料ガス供給路から前記吸着塔内に原料ガスを受け入れて、雑ガスを前記吸着材に吸着するとともに、製品ガス回収路に製品ガスを回収する吸着工程と、
原料ガス供給路と前記製品ガス回収路を閉じた状態で、前記吸着材に吸着した雑ガスを減圧脱着して前記雑ガス排出路より排気する脱着工程と、
を交互に行うガス精製方法に関する。
これにより、原料ガスとしての炭鉱ガスから、吸着材を用いて空気を分離し、メタンを濃縮して、当該濃縮されたメタンを燃料等として利用できるものとされている。また、比較的メタン濃度の高い炭鉱ガスについても同様に利用できるものと考えられる。
前記吸着塔に原料ガスを供給する原料ガス供給路を設け、
前記吸着材に吸着しなかった精製対象ガスを製品ガスとして排出する製品ガス回収路を設け、
前記吸着材に吸着した雑ガスを減圧脱着させて排気する雑ガス排出路を設け、
前記吸着塔と、前記原料ガス供給路と、前記製品ガス回収路と、前記雑ガス排出路とにより、
前記原料ガス供給路から原料ガスを受け入れて、雑ガスを前記吸着材に吸着するとともに、製品ガスを回収する吸着工程と、
吸着材に吸着した雑ガスを脱着して前記雑ガス排出路より排気する脱着工程と、
を交互に行う圧力揺動運転可能に接続した構成(以下PSA(Pressure Swing Adsorption)装置と称する)が想定される。
上記目的を達成するための本発明のガス精製方法の特徴構成は、
メタンを含む原料ガスからメタン以外の雑ガスを吸着する吸着材を充填してある吸着塔を設け、
前記吸着塔に原料ガスを供給する原料ガス供給路を設け、
前記吸着材に吸着しなかったメタンを製品ガスとして排出する製品ガス回収路を設け、
前記吸着材に吸着した雑ガスを脱着させて排気する雑ガス排出路を設け、
前記吸着塔と、前記原料ガス供給路と、前記製品ガス回収路と、前記雑ガス排出路とにより、
前記原料ガス供給路から前記吸着塔内に原料ガスを受け入れて、雑ガスを前記吸着材に吸着するとともに、製品ガス回収路に製品ガスを回収する吸着工程と、
原料ガス供給路と前記製品ガス回収路を閉じた状態で、前記吸着材に吸着した雑ガスを減圧脱着して前記雑ガス排出路より排気する脱着工程と、
を交互に行うガス精製方法であって、
前記吸着材として、MP法によって細孔分布を測定した場合の細孔径分布が、
細孔径0.38nm以上において、その細孔径における細孔容積(V0.38)が0.05cm3/gを超えず、
細孔径0.34nmにおける細孔容積(V0.34)が0.15cm3/g以上である
炭素分子篩を用いるとともに、
前記吸着工程において、前記吸着材に原料ガスを10秒以上6000秒以下接触させることにより、原料ガスから雑ガスを吸着して濃縮されたメタンを得る点にある。
本発明者らによると、上記ガス精製方法を行うにあたって、吸着材の種類、物性を種々検討した結果、前記吸着材として、通常は空気分離用に用いられている細孔径0.38nm以上において、その細孔径における細孔容積(V0.38)が0.05cm3/gを超えず、細孔径0.34nmにおける細孔容積(V0.34)が0.15cm3/g以上である炭素分子篩が好適にメタン分離精製に利用できることを見出した。
すなわち、このような炭素分子篩は、空気中の酸素と窒素を分離する能力に優れるものとして、空気分離(空気を窒素と酸素に分離精製する)に用いられていたが、意外にも吸着分離サイクルを調整することにより、酸素、窒素とメタンとを好適に分離できることを新たに見出し、本発明を完成した。
また、前記吸着材が、細孔径0.38nm以上において、その細孔径における細孔容積(V0.38)が0.01cm3/gを超えず、細孔径0.34nmにおける細孔容積(V0.34)が0.20cm3/g以上とすることができる。
吸着材の物性としては、細孔径で分離可能なガスの分子径、その細孔径の細孔容積で、その細孔径に相当するガスの吸着容量が決まる傾向がある。そこで、より厳密には、窒素の分子径に相当する細孔径0.34nmで、吸着容量がきわめて大きく、メタンの分子径に相当する細孔径0.38nm以上で、吸着容量が極めて少なければ大きなガス分離比を実現できることになる。
また、前記吸着材の粒子径が0.5mmφ〜3.0mmφであり、前記吸着塔に対する前記吸着材の充填密度が、0.60g/mL〜0.75g/mLであってもよい。
先述の条件でガス精製方法を実施する場合、吸着材に対するガス接触効率を高くするほどガスの吸着分離効率を高く設定することができる。吸着材に対するガス接触効率については、吸着材同士の間の空隙の量がある程度多く確保される必要がある。この空隙の量は、吸着材の粒子径と吸着塔に対する吸着材の充填密度との関係から、適切に設定することができる。ここでは、前記吸着材の粒子径が0.5mmφ〜3.0mmφであり、前記吸着塔に対する前記吸着材の充填密度が、0.60g/mL〜0.75g/mLとすることによって、吸着材に対するガス接触効率を特に高く設定することができることが明らかになっている。
また、上記ガス精製方法であって、当該ガス精製方法を行うのに先立って、
メタン濃度50%未満の低濃度メタン含有ガスを、前段原料ガスとして用い、
前段原料ガスからメタンを吸着するメタン吸着材を充填してある前段吸着塔を設け、
前記前段吸着塔に前段原料ガスを供給する前段原料ガス供給路を設け、
前記メタン吸着材に吸着しなかった前段雑ガスを排出する前段雑ガス排出路を設け、
前記メタン吸着材に吸着したメタンを脱着させて回収する前段ガス回収路を設け、
前記前段吸着塔と、前記前段原料ガス供給路と、前記前段雑ガス排出路と、前記前段ガス回収路とを用いて、
前記前段原料ガス供給路から前段原料ガスを受け入れて、メタンを前記メタン吸着材に吸着するとともに、前記メタン吸着材に吸着しなかった前段雑ガスを排出する前段吸着工程と、
前記前段原料ガス供給路と、前記前段雑ガス排出路とを閉じ、前記メタン吸着材に吸着したメタンを脱着させて前段ガス回収路より回収する前段脱着工程と、
を交互に行い、前段ガス回収路から回収されるガスを、メタン濃度50%以上の原料ガスとして得ることができる。
上記ガス精製方法を行うのに先立って、あらかじめ、メタンを吸着対象とするPSAなどの装置により、メタン濃度を向上させることによって、きわめて効率よく高濃度のメタンを回収できる。原料ガスが低濃度の場合にメタン以外の雑ガスを吸着する吸着材一段で行おうとすると、吸着材にメタン以外の雑ガスが多くつくため、吸着材を洗浄するための製品メタン量が多くなり、結果回収率は低くなる。これを避けるために前段にメタンを吸着対象とするPSAなどの装置を入れて2段で行うのがよい。
前段原料ガスからメタンを吸着するメタン吸着材を充填してある前段吸着塔を設け、
前記前段吸着塔に前段原料ガスを供給する前段原料ガス供給路を設け、
前記メタン吸着材に吸着しなかった前段雑ガスを排出する前段雑ガス排出路を設け、
前記メタン吸着材に吸着したメタンを脱着させて回収する前段ガス回収路を設け、
前記前段吸着塔と、前記前段原料ガス供給路と、前記前段雑ガス排出路と、前記前段ガス回収路とを備えた構成を採用することができ、
このような場合、メタン濃度50%以上の原料ガスを得ることができ、本発明のガス精製方法に適用容易となる。
なお、このような場合、メタン吸着材の材質や、吸着塔の構成等については、適宜公知の構成を適用できる。
ガス精製装置は、図1に示すように、吸着材A11〜A41を充填した吸着塔A1〜A4を備える。各吸着塔には、原料ガスタンクT1から原料ガス供給路L1、吸着材A11〜A41に吸着されなかった精製対象ガスとしてのメタンを製品ガスとして回収する製品ガス回収路L2および製品ガスタンクT2、吸着材A11〜A41に吸着した雑ガスを脱着させて排気する雑ガス排出路L3が設けられる。
この吸着材A11〜A41は、粒子径が0.5mmφ〜3.0mmφであり、各吸着塔A1〜A4に対する充填密度が0.60g/mL〜0.75g/mLとされている。
具体的には、たとえば、MP法で測定した細孔径0.38nm以上において、その細孔径における細孔容積(V0.38)が0.01cm3/gを超えず、細孔径0.34nmにおける細孔容積(V0.34)が0.20cm3/g以上であるモレキュラーシーブカーボンを用いることもできる。
MP法によって細孔分布を測定した場合の細孔径分布が、
細孔径0.38nm以上において、その細孔径における細孔容積(V0.38)が0.05cm3/gを超えず、細孔径0.34nmにおける細孔容積(V0.34)が0.15cm3/g以上である炭素分子篩を用いる。
この条件を満たす吸着材A11〜A41としては、図4中に示す吸着材A〜C、F,Gがあげられる。
図5及び図6に示すように、吸着材Cでは、窒素吸着量が平衡に達した時点(約289分)でのメタンの吸着量は平衡吸着量の40%程度である。これに対し、図6に示すように、吸着材Dでは、窒素吸着量が平衡に達した時点(約15分)でのメタンの吸着量は平衡吸着量の92%程度にまで達し、また、吸着材Eでは、窒素吸着量が平衡に達した時点でのメタンの吸着量は平衡吸着量の96%程度にまで達してしまう。
つまり、吸着材Cでは、雑ガスの吸着が主に起こる時間とメタンの吸着が主に起こる時間とに大きな差があるため、メタン吸着能力を発揮するまでにきわめて長時間を要するが、吸着材D、Eでは、両時間の差が小さいため、比較的短時間でメタン吸着能力を発揮してしまうことがわかる。
さらに、吸着材Cにおけるメタンの吸着量が比較的少ない時間帯(例えば、メタンの吸着量が0%〜40%程度である0分以上289分以下程度の時間帯)では、窒素の吸着量とメタンの吸着量との差分値が比較的大きく、吸着材Dにおけるメタンの吸着量が比較的少ない時間帯(メタンの吸着量が0%〜40%程度である0分以上15分以下程度の時間帯)において、窒素の吸着量とメタンの吸着量との差分値が比較的小さくなっている。
従って、吸着材Cでは、吸着材Dよりも吸着工程の時間を長くとることが可能であり、メタンの処理量を増加させることができると共に、原料ガスからのメタンの分離性能を向上させることができる。
このような観点から、吸着材Cにおいては、吸着工程において原料ガスを吸着材Cに接触させる時間を、600秒以上6000秒以下程度に設定することが好ましい。このように設定すれば、吸着材Cにおいて窒素の吸着量が平衡吸着量に至る前(約6000秒以下)で、且つ、できるだけ吸着工程の時間を長く確保しながら、原料ガスの処理量及びメタンの分離性能を向上できる時間(約600秒以上)に設定することができる。
吸着塔A1〜A4は、それぞれ、吸着材A11〜A41を充填してなる。各吸着塔A1〜A4の下部には、原料ガスタンクT1から供給ポンプP1により炭鉱ガスを供給する供給路L11〜L41を設けて原料ガス供給路L1を構成する。また、各吸着塔A1〜A4の上部に、吸着塔A1〜A4に供給された炭鉱ガスのうち吸着材A11〜A41に吸着されなかった精製対象ガスとしてのメタンを回収する回収路L12〜L42を設けて製品ガス回収路L2を構成してある。これにより、原料ガス供給路L1から吸着塔A1〜A4に炭鉱ガスを供給するとともに、吸着材A11〜A41に吸着されなかったメタンを製品ガス回収路L2から排出することによって、吸着材A11〜A41に雑ガスを吸着してメタンと分離可能に構成してある。また、前記吸着塔A1〜A4には、吸着材A11〜A41に吸着された雑ガスを排出する排ガス路L13〜L43を各吸着塔A1〜A4の下部に設けて前記雑ガス排出路L3を構成してあり、原料ガス供給路L1から供給された炭鉱ガスのうち吸着材A11〜A41に吸着されたメタン以外の雑ガスを取出し可能に構成する。
前記制御装置Cは、図2、3に示すように、前記各切替弁V11〜V45および各ポンプP1,P3を制御して、各吸着塔A1〜A4で、
メタン濃度40%以上70%以下の原料ガスから空気を主成分とする雑ガスを吸着する吸着材を充填してある吸着塔を設け、
前記吸着塔に原料ガスを供給する原料ガス供給路を設け、
前記吸着材に吸着しなかったメタンを製品ガスとして排出する製品ガス回収路を設け、
前記吸着材に吸着した雑ガスを脱着させて排気する雑ガス排出路を設け、
前記吸着塔と、前記原料ガス供給路と、前記製品ガス回収路と、前記雑ガス排出路とにより、
前記原料ガス供給路から前記吸着塔内に原料ガスを受け入れて、雑ガスを前記吸着材に吸着するとともに、製品ガス回収路に製品ガスを回収する吸着工程と、
原料ガス供給路と前記製品ガス回収路を閉じた状態で、前記吸着材に吸着した雑ガスを減圧脱着して前記雑ガス排出路より排気する脱着工程と、
を交互に行うPSA運転する制御を行う。
図2、3に示すように第一吸着塔A1に、原料ガスタンクT1より原料ガスとしての炭鉱ガスを導入する。このとき第一吸着塔A1内の圧力は、原料ガスの供給圧により昇圧される。また、供給路L11の切替弁V11を介して原料ガスタンクT1から供給される炭鉱ガス中の雑ガスとしての空気を前記吸着材A11に吸着させつつ、吸着しなかった製品ガスとしてのメタンを回収路L12の切替弁V12を介して製品ガスタンクT2に回収する。
ここで、吸着工程初期には、徐々に第一吸着塔A1内圧を上昇させるために、第四吸着塔A4の吸着工程の終了時期に徐々に第四吸着塔A4内圧を低下するのと合わせて、第一吸着塔A1の吸着工程を開始する。すなわち、第一吸着塔A1の吸着工程の開始に先立って、第四吸着塔A4の後並行吸着工程とともに第一吸着塔A1において前並行吸着工程を行う。
図2、3に示すように、前記前並行吸着工程に続き、第一吸着塔A1に、原料ガスタンクT1より炭鉱ガスを導入する。このとき第一吸着塔A1内の圧力は、原料ガスの供給圧によりさらに昇圧される。また、供給路L11の切替弁V11を介して空気を前記吸着材A11に吸着させつつ、メタンを製品ガスタンクT2に回収する。
また、第三吸着塔A3では、<2>脱着工程の後、<3>洗浄工程、<4>初段均圧(昇圧)工程を行っている。
さらに、第四吸着塔A4では、<2>初段均圧(降圧)工程を行うとともに、<3>待機工程を挟んで、<4>最終均圧(降圧)工程に移行している。
第一吸着塔A1の吸着工程の終期に、吸着工程始期の第二吸着塔A2における前並行吸着工程と並行して吸着工程を行う後並行吸着工程を行う。すなわち、吸着工程における炭鉱ガスの供給量と、本工程における第一、第二吸着塔A1,A2に対する炭鉱ガス供給量の和が同量となるので、本工程では第一、第二吸着塔A1,A2に対する炭鉱ガス供給量それぞれが、吸着工程における炭鉱ガス供給量よりも少なく設定されることになる。したがって、図2、3に示すように、この工程では、吸着工程の終期に吸着流量を低下させることによって、吸着塔内の環境変化が穏やかに進行するように抑制することができ、吸着塔A1内の炭鉱ガス流を安定させ、吸着塔A1内に乱流が生じるのを抑制し、吸着材A11を安定的に作用させることができる。
吸着工程を終えた第一吸着塔A1では、最終均圧(昇圧)工程を行う第三吸着塔A3との間で初段均圧(降圧)工程を行う。すなわち、図2、3に示すように、均圧路L17の切替弁V17を介して、塔内の非吸着ガスを排出し、切替弁V37を介して第三吸着塔A3に移送する構成となっている。これにより第一吸着塔A1は、図3に示すように、低圧側の中間圧状態の第三吸着塔A3と圧力平衡が行われる。
次に、第一吸着塔A1は待機状態となり、高圧側の中間圧状態が維持される。
次に、図2、3に示すように、第一吸着塔A1は、脱着工程を終え初段均圧(昇圧)工程を行う第四吸着塔A4との間で最終均圧(降圧)工程を行う。すなわち、均圧路L17の切替弁V17を介して、塔内の非吸着ガスおよび吸着材A11から初期に脱着し始める雑ガスを排出し、切替弁V47を介して第四吸着塔A4に移送する構成となっている。これにより、第一吸着塔A1は、脱着工程を終えて低圧状態の第四吸着塔A4と圧力平衡が行われる。
図2、3に示すように、低圧側の中間圧状態に達した第一吸着塔A1は、塔内の吸着材A11に高濃度の雑ガスを吸着している状態になっており、塔内を真空ポンプP3により、低圧側の中間圧状態から低圧状態にまで減圧する脱着工程を行うことにより、吸着材A11に吸着された高濃度の雑ガスを回収する。すなわち、排ガス路L13の切替弁V13を介して濃縮された雑ガスを回収する。
また第三吸着塔A3では、第二吸着塔A2と並行して<9>前並行吸着工程が行われた後、<10>吸着工程が行われる。
第四吸着塔A4では、<9>待機工程の後、第二吸着塔A2との間で<10>最終均圧(昇圧)工程が順に行われる。
図2、3に示すように、低圧状態に移行した第一吸着塔A1は、塔内に製品ガスを流入させることにより、塔内ガスを、メタンを主成分とするガスに置換洗浄する。すなわち、製品ガス洗浄路L4の開閉弁Vo4を開成し、ニードル弁Vn4を調節して、洗浄路L14の切替弁V14を通じて製品ガスタンクT2から第一吸着塔A1に製品ガスを流入させて製品ガスタンクT2の内圧を吸着塔A1内に静かに作用させて、第一吸着塔A1内雰囲気をメタンに置換するとともに、第一吸着塔A1内に残留するガスを排ガスとして排ガス路L13の切替弁V13を介して雑ガス排出路L3に放出する。
図2、3に示すように、低圧状態となって、吸着した空気を放出し、吸着材A11を再生された第一吸着塔A1では、第二吸着塔A2との間で初段均圧(昇圧)工程を行うことにより、塔内の圧力を回復するとともに、第二吸着塔A2における最終均圧(降圧)工程で排出された、吸着材A21からの初期脱離ガスによりメタンを含有する排ガスを受け入れる。すなわち、塔間均圧路L7において、均圧路L27における切替弁V27を介して高圧側の中間圧状態の第二吸着塔A2から排出される塔内ガスを、洗浄路L14における切替弁V14より受け入れる。これにより第一吸着塔A1は、図3に示すように、低圧状態から低圧側の中間圧状態にまで圧力を回復する。
次に、図2、3に示すように、第一吸着塔A1は待機状態となり、高圧側の中間圧状態が維持される。
図2、3に示すように、低圧側の中間圧状態にまで圧力を回復した第一吸着塔A1は、次に吸着工程を終えた直後で初段均圧(降圧)工程を行う第三吸着塔A3との間で最終均圧(昇圧)工程を行うことにより、さらに塔内の圧力の回復を図る。すなわち、塔間均圧路L7の均圧路L17〜L37において、切替弁V17、V37を介して、高圧状態の第三吸着塔A3から排出される塔内ガスを受け入れる。これにより第一吸着塔A1は、図2に示すように、低圧側の中間圧状態から高圧側の中間圧状態にまで圧力を回復する。
図3に示すように、高圧側の中間圧状態にまで圧力を回復した第一吸着塔A1は、製品ガスを圧入することにより高圧状態にまで圧力を復元される。これにより、第一吸着塔A1内部は高圧状態まで復元され、炭鉱ガスを供給することにより炭鉱ガス中の空気を吸着可能な高圧状態に再生される。
(1)上記ガス精製装置には、圧力センサ、温度センサ等は適宜設けることができる。具体的には、通常、原料ガスの供給圧や、製品ガスのメタン濃度などをモニタする圧力センサやガスセンサを設けるのであるが、上述の実施形態においては詳細な説明を省略してあるものとする。
ガス精製方法を行うのに先立って、
メタン濃度50%未満の低濃度メタン含有ガスを、前段原料ガスとして用い、
前段原料ガスからメタンを吸着するメタン吸着材を充填してある前段吸着塔を設け、
前記前段吸着塔に前段原料ガスを供給する前段原料ガス供給路を設け、
前記メタン吸着材に吸着しなかった前段雑ガスを排出する前段雑ガス排出路を設け、
前記メタン吸着材に吸着したメタンを脱着させて回収する前段ガス回収路を設け、
前記前段吸着塔と、前記前段原料ガス供給路と、前記前段雑ガス排出路と、前記前段ガス回収路とを用いて、
前記前段原料ガス供給路から前段原料ガスを受け入れて、メタンを前記メタン吸着材に吸着するとともに、前記メタン吸着材に吸着しなかった前段雑ガスを排出する前段吸着工程と、
前記前段原料ガス供給路と、前記前段雑ガス排出路とを閉じ、前記メタン吸着材に吸着したメタンを脱着させて前段ガス回収路より回収する前段脱着工程と、
を交互に行い、前段ガス回収路から回収されるガスを、メタン濃度40%以上70%以下の原料ガスとして得ることができる。
図9においては、前述のガス精製装置を後段ガス精製装置として用いるのに加えて、前段ガス精製装置として、前記後段ガス精製装置における吸着材A11a〜A41aをメタン吸着材に変更するとともに、前記後段ガス精製装置における後段製品ガス回収路L2pと後段雑ガス排出路L3pとの機能を入れ替えた構成のPSA装置を用いて、
前記前段原料ガス供給路L1aと、前記前段雑ガス排出路L3aとを閉じ、前記吸着材A11a〜A41aに吸着したメタンを脱着させて前段製品ガス回収路L2aより回収する前段脱着工程と、を交互に行い、前段製品ガス回収路L2aから回収されるガスを、メタン濃度40%以上70%以下の原料ガスとして後段ガス精製装置に供給する。
なお、図9においては、図1のガス精製装置と同様の機能を有する部位には、図1のガス精製装置と同じ図番を用いて、前段ガス精製装置においては、図番にaを付して、後段ガス精製装置においては、図番にpを付して、詳細な説明を省略するが、前段ガス精製装置と、後段ガス精製装置とでは、後段ガス精製装置において、後段製品ガス回収路L2pが吸着塔A1p〜A4p上部に接続され、後段雑ガス排出路L3pが吸着塔A1p〜A4p下部に接続されているのに対して、前段ガス精製装置では、前段製品ガス回収路L2aが吸着塔A1a〜A4a上部に接続され、前段雑ガス排出路L3aが吸着塔A1a〜A4a下部に接続されている点で異なっている。
MP法による平均細孔直径が4.5〜15Åで、かつ大気圧および298K下におけるメタンガス吸着量が20Nml/g以上である活性炭、ゼオライト、シリカゲルおよび有機金属錯体(フマル酸銅、テレフタル酸銅、シクロヘキサンジカルボン酸銅など)からなる群から選択される少なくとも一つであるメタンガス吸着材21aを用いるとよい。
吸着塔A1a〜A4a下部から大気圧近傍の高圧状態でメタンガスの供給を受けて、前記吸着材A11a〜A41aにメタンガスを吸着するとともに、空気を主成分とするオフガスを吸着塔A1a〜A4a上部から放出する吸着工程、
高圧状態の吸着塔A1a〜A4a内の、比較的メタン濃度の低いガスを、当該吸着塔A1a〜A4aより低圧の中間圧状態の他の吸着塔A1a〜A4aに移送して、吸着塔A1a〜A4a内の圧力を高圧側の中間圧状態とする初段均圧(降圧)工程、
待機工程、
低圧状態より高圧の中間圧状態の吸着塔A1a〜A4a内の、初段均圧(降圧)工程に比べてメタン濃度のやや高められたガスを、低圧状態の他の吸着塔A1a〜A4aに移送して、吸着塔A1a〜A4a内の圧力を低圧側の中間圧状態とする最終均圧(降圧)工程、
均圧(降圧)工程により塔内圧力が低下した後、さらに前記吸着材A11a〜A41aを低圧状態まで減圧して、前記吸着材A11a〜A41aに吸着されたメタンガスを脱着させて吸着塔A1a〜A4a下部から回収する減圧工程、
低圧状態の吸着塔A1a〜A4a内に、前記高圧側の中間圧状態の吸着塔A1a〜A4a内のガスを受け入れて、吸着塔A1a〜A4a内の圧力を低圧側の中間圧状態とする初段均圧(昇圧)工程、
低圧側の中間圧状態の吸着塔A1a〜A4a内に、高圧状態の他の吸着塔A1a〜A4a内のガスを受け入れて、吸着塔A1a〜A4a内の圧力を高圧側の中間圧状態とする最終均圧(昇圧)工程、
待機工程、
均圧(昇圧)工程により塔内圧力を上昇した後、さらに、前記吸着塔A1a〜A4a内に吸着塔A1a〜A4a上部から昇圧用空気を供給して、前記吸着材A11a〜A41aを、メタンガスを選択的に吸着可能な高圧状態に復元する昇圧工程、
を順に行う。
MP法によって細孔分布を測定した場合の細孔径分布が、
細孔径0.38nm以上において、その細孔径における細孔容積(V0.38)が0.05cm3/gを超えず、細孔径0.34nmにおける細孔容積(V0.34)が0.15cm3/g以上である炭素分子篩を用いる例について説明した。
しかしながら、吸着材A11〜A41として、
MP法によって細孔分布を測定した場合の細孔径分布が、
細孔径0.38nm以上において、その細孔径における細孔容積(V0.38)が0.01cm3/gを超えず、細孔径0.34nmにおける細孔容積(V0.34)が0.20cm3/g以上である炭素分子篩を用いてもよい。このような吸着材としては、例えば、図4に示すように、吸着材A〜C、Fを挙げることができる。
なお、図5に示すように、吸着材Cでは、窒素吸着量が平衡に達した時点でのメタンの吸着量は平衡吸着量の40%程度である。これに対し、図示しないが、吸着材Gでは、窒素吸着量が平衡に達した時点でのメタンの吸着量は平衡吸着量の60%程度にまで達してしまう。
つまり、吸着材Cでは、雑ガスの吸着が主に起こる時間とメタンの吸着が主に起こる時間とに大きな差があるため、メタン吸着能力を発揮するまでに比較的長時間を要するが、吸着材Gでは、両時間の差が小さいため、比較的短時間でメタン吸着能力を発揮してしまうことがわかる。
A11〜A41:吸着材
C :制御装置
L1 :原料ガス供給路
L2 :製品ガス回収路
L3 :雑ガス排出路
L4 :製品ガス洗浄路
L7 :塔間均圧路
L8 :製品ガス昇圧路
L9 :再生ガス回収路
L10、L30:バイパス路
L11〜L41:供給路
L12〜L42:回収路
L13〜L43:排ガス路
L14〜L44:洗浄路
L17〜L47:均圧路
L18〜L48:昇圧路
P1 :供給ポンプ
P2 :ポンプ
P3 :真空ポンプ
T1 :原料ガスタンク
T2 :製品ガスタンク
T5 :再生ガスタンク
V11〜V44:切替弁
Vc1〜Vc8:圧力制御弁
Vn4、Vn7:ニードル弁
Vo3〜Vo8:開閉弁
Vr4 :減圧弁
Claims (4)
- メタンを含む原料ガスからメタン以外の雑ガスを吸着する吸着材を充填してある吸着塔を設け、
前記吸着塔に原料ガスを供給する原料ガス供給路を設け、
前記吸着材に吸着しなかったメタンを製品ガスとして排出する製品ガス回収路を設け、
前記吸着材に吸着した雑ガスを脱着させて排気する雑ガス排出路を設け、
前記吸着塔と、前記原料ガス供給路と、前記製品ガス回収路と、前記雑ガス排出路とにより、
前記原料ガス供給路から前記吸着塔内に原料ガスを受け入れて、雑ガスを前記吸着材に吸着するとともに、前記製品ガス回収路に製品ガスを回収する吸着工程と、
前記原料ガス供給路と前記製品ガス回収路を閉じた状態で、前記吸着材に吸着した雑ガスを減圧脱着して前記雑ガス排出路より排気する脱着工程と、
を交互に行うガス精製方法であって、
前記吸着材として、MP法によって細孔分布を測定した場合の細孔径分布が、
細孔径0.38nm以上において、その細孔径における細孔容積(V0.38)が0.05cm3/gを超えず、
細孔径0.34nmにおける細孔容積(V0.34)が0.15cm3/g以上である
炭素分子篩を用いるとともに、
前記吸着工程において、前記吸着材に原料ガスを10秒以上6000秒以下接触させることにより、原料ガスから雑ガスを吸着して濃縮されたメタンを得るガス精製方法。 - 前記吸着材が、細孔径0.38nm以上において、その細孔径における細孔容積(V0.38)が0.01cm3/gを超えず、細孔径0.34nmにおける細孔容積(V0.34)が0.20cm3/g以上である請求項1に記載のガス精製方法。
- 前記吸着材の粒子径が0.5mmφ〜3.0mmφであり、前記吸着塔に対する前記吸着材の充填密度が、0.60g/mL〜0.75g/mLである請求項1または2に記載のガス精製方法。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載のガス精製方法であって、当該ガス精製方法を行うのに先立って、
メタン濃度50%未満の低濃度メタン含有ガスを、前段原料ガスとして用い、
前段原料ガスからメタンを吸着するメタン吸着材を充填してある前段吸着塔を設け、
前記前段吸着塔に前段原料ガスを供給する前段原料ガス供給路を設け、
前記メタン吸着材に吸着しなかった前段雑ガスを排出する前段雑ガス排出路を設け、
前記メタン吸着材に吸着したメタンを脱着させて回収する前段ガス回収路を設け、
前記前段吸着塔と、前記前段原料ガス供給路と、前記前段雑ガス排出路と、前記前段ガス回収路とを用いて、
前記前段原料ガス供給路から前段原料ガスを受け入れて、メタンを前記メタン吸着材に吸着するとともに、前記メタン吸着材に吸着しなかった前段雑ガスを排出する前段吸着工程と、
前記前段原料ガス供給路と、前記前段雑ガス排出路とを閉じ、前記メタン吸着材に吸着したメタンを脱着させて前記前段ガス回収路より回収する前段脱着工程と、
を交互に行い、前記前段ガス回収路から回収されるガスを、メタン濃度50%以上の原料ガスとして得るガス精製方法。
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