JP2017177066A - 圧力変動吸着式ガス製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原料ガスの精製対象ガスの濃度が変化する場合において、変化した濃度の夫々について、精製対象ガスの回収率を向上できる圧力変動吸着式ガス製造装置を提供する。【解決手段】複数の吸着塔１の夫々について、原料ガス供給路３を通して供給される原料ガスＧから雑ガスを吸着して製品ガス排出路５を通して精製対象ガスを排出する吸着工程、及び、オフガス排出路４を通して雑ガスを排出する脱着工程を含む運転サイクルを、位相を異ならせて順次行う運転制御部が、原料ガスＧの精製対象ガスの濃度を検出する原料ガス濃度検出部ＳＧの検出情報に基づいて、原料ガスＧを吸着塔１に供給する原料ガス供給圧を原料ガスの精製対象ガスの濃度に応じて定めた目標圧力に調整すべく、原料ガス供給圧を調整する圧力調整部１０を調整するように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、精製対象ガス及びそれ以外の雑ガスを含む原料ガスから前記雑ガスを吸着する吸着材を充填させた形態で、且つ、原料ガス供給路及びオフガス排出路を一端側に接続し、かつ、製品ガス排出路を他端側に接続させた形態で設けた複数の吸着塔の夫々について、
前記原料ガス供給路を通して供給される前記原料ガスから前記雑ガスを吸着して前記製品ガス排出路を通して前記精製対象ガスを排出する吸着工程、及び、前記オフガス排出路を通して前記雑ガスを排出する脱着工程を含む運転サイクルを、位相を異ならせて順次行う運転制御部が設けられた圧力変動吸着式ガス製造装置に関する。

かかる圧力変動吸着式ガス製造装置は、原料ガスに含まれている雑ガスを吸着塔の吸着材に吸着させることにより、精製対象ガスの濃度が高い製品ガスを製造できるようにしたものである（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１においては、原料ガスとして、精製対象ガスとしての水素を含み、雑ガスとして、一酸化炭素、二酸化炭素及びメタン等を含む水素含有ガスが記載されている。

ちなみに、特許文献１においては詳細な説明が省略されているが、従来一般に、原料ガスを吸着塔に供給する供給圧力（いわゆる吸着圧）は、原料ガスの種類等に応じて定めた一定の圧力に維持されている。

特開２０１６−２５３１号公報

圧力変動吸着式ガス製造装置においては、原料ガスに含まれている精製対象ガスの全てを回収することはできないものの、原料ガスに含まれている精製対象ガスの回収率を向上させることが望まれる。

しかしながら、従来では、原料ガスを吸着塔に供給する圧力（吸着圧）を一定に維持するものであるため、原料ガスの精製対象ガスの濃度が変化した場合において、変化した濃度の夫々について、精製対象ガスの回収率を向上できないものであった。

本発明は、上記実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、原料ガスの精製対象ガスの濃度が変化する場合において、変化した濃度の夫々について、精製対象ガスの回収率を向上できる圧力変動吸着式ガス製造装置を提供する点にある。

本発明の圧力変動吸着式ガス製造装置は、精製対象ガス及びそれ以外の雑ガスを含む原料ガスから前記雑ガスを吸着する吸着材を充填させた形態で、且つ、原料ガス供給路及びオフガス排出路を一端側に接続し、かつ、製品ガス排出路を他端側に接続させた形態で設けた複数の吸着塔の夫々について、
前記原料ガス供給路を通して供給される前記原料ガスから前記雑ガスを吸着して前記製品ガス排出路を通して前記精製対象ガスを排出する吸着工程、及び、前記オフガス排出路を通して前記雑ガスを排出する脱着工程を含む運転サイクルを、位相を異ならせて順次行う運転制御部が設けられたものであって、その特徴構成は、
前記吸着工程において前記原料ガスを前記吸着塔に供給する原料ガス供給圧を調整する圧力調整部、及び、前記原料ガスの前記精製対象ガスの濃度を検出する原料ガス濃度検出部が設けられ、
前記運転制御部が、前記原料ガス濃度検出部の検出情報に基づいて、前記原料ガス供給圧を前記原料ガスの前記精製対象ガスの濃度に応じて定めた目標圧力に調整すべく、前記圧力調整部を調整する点にある。

すなわち、運転制御部が、原料ガス濃度検出部の検出情報に基づいて圧力調整部を調整することによって、吸着工程において原料ガスを吸着塔に供給する原料ガス供給圧が、原料ガスの精製対象ガスの濃度に応じて定めた目標圧力に調整される。

このように、原料ガス供給圧が原料ガスの精製対象ガスの濃度に応じて定めた目標圧力に調整されることにより、原料ガスの精製対象ガスの濃度が変化しても、変化した濃度の夫々において、精製対象ガスの回収率を向上できる。

説明を加えると、本発明の発明者は鋭意研究により、原料ガスの精製対象ガスの濃度が変化する場合には、変化する濃度の夫々について、原料ガス供給圧（吸着圧に相当）を適正な圧力に変化させることにより、変化する濃度の夫々における精製対象ガスの回収率を向上できる点を見出すに至ったのである。

つまり、原料ガスの精製対象ガスの濃度が低い場合には、多量の雑ガスを吸着塔に充填された吸着材に適切に吸着させる上では、原料ガス供給圧（吸着圧に相当）を高い圧力にすることが好ましいものの、原料ガスの精製対象ガスの濃度が高い場合には、濃度が低い場合よりも、原料ガス供給圧（吸着圧に相当）を低い圧力にすることにより、精製対象ガスの回収率を向上できることを見出すに至ったのである。

その理由は、原料ガスの精製対象ガスの濃度が高い場合において、濃度が低い場合と同様に、原料ガス供給圧（吸着圧に相当）を高い圧力にすると、高濃度で精製対象ガスを含む原料ガスが吸着工程において吸着塔の内部に充填される量が多くなり、そのような高濃度で精製対象ガスを含む原料ガスが、脱着工程においては、オフガス排出路を通してオフガスとして多量に排出されることになるからである。

したがって、原料ガス供給圧（吸着圧に相当）の目標圧力を、原料ガスの精製対象ガスの濃度の変化に応じて定めて、原料ガス供給圧（吸着圧に相当）を、原料ガスの精製対象ガスの濃度に応じた目標圧力に調整することにより、原料ガスの精製対象ガスの濃度が変化しても、変化する濃度の夫々における精製対象ガスの回収率を向上できるのである。

要するに、本発明の圧力変動吸着式ガス製造装置の特徴構成によれば、原料ガスの精製対象ガスの濃度が変化する場合において、変化した濃度の夫々について、精製対象ガスの回収率を向上できる。

本発明の圧力変動吸着式ガス製造装置の更なる特徴構成は、前記運転制御部が、前記原料ガスの前記精製対象ガスの濃度及び前記吸着塔から排出される前記精製対象ガスの濃度の少なくとも一方に基づいて、前記吸着工程を行う吸着時間を変更調整する点にある。

すなわち、運転制御部が、原料ガスの精製対象ガスの濃度及び吸着塔から排出される精製対象ガスの濃度の少なくとも一方に基づいて、吸着工程を行う吸着時間を変更するものであるから、原料ガスの精製対象ガスの濃度が変化すること等があっても、製品ガス排出路を通して排出される精製対象ガスの濃度を適正濃度に維持することができる。

つまり、例えば、原料ガスの精製対象ガスの濃度が低いほど、吸着時間を短くするように変更し、同様に、吸着塔から排出される製品ガスの精製対象ガスの濃度が低いほど、吸着時間を短くするように変更することにより、吸着塔から排出される精製対象ガスの濃度を適正に維持することができる。

ちなみに、原料ガスの精製対象ガスの濃度と吸着塔から排出される製品ガスの精製対象ガスの濃度とに基づいて、原料ガスの精製対象ガスの濃度が低いほど、吸着時間を短くするように変更する形態で吸着時間をフィードフォワード的に設定し、且つ、吸着塔から排出される製品ガスの精製対象ガスの濃度が低いほど、吸着時間を短くするように変更する形態で、フィードバック的に吸着時間を補正してもよい。

要するに、本発明の圧力変動吸着式ガス製造装置の更なる特徴構成によれば、吸着塔から排出される精製対象ガスの濃度を適正な濃度に維持できる。

本発明の圧力変動吸着式ガス製造装置の更なる特徴構成は、前記原料ガスが、前記精製対象ガスとしてのメタンを５０％以上含有するメタン含有ガスであり、前記製品ガス排出路を通して排出される前記製品ガスが、メタンを８０％以上含有する製品ガスである点にある。

すなわち、精製対象ガスとしてのメタンを５０％以上含有するメタン含有ガスを、回収効率の優れた状態で、メタンを８０％以上含有する製品ガスに精製することができる。

ちなみに、メタン含有ガスとして、バイオガス、炭鉱メタン、天然ガス等を挙げることができ、バイオガスは、例えば、メタンを７０％、二酸化炭素を３０％程度含有するガスであるが、このようなバイオガスについても、回収効率良く、メタンを８０％以上含有する製品ガスに精製することができる。

要するに、本発明の更なる特徴構成によれば、精製対象ガスとしてのメタンを５０％以上含有するメタン含有ガスを、回収効率良く、メタンを８０％以上含有する製品ガスに精製することができる。

圧力変動吸着式ガス製造装置を示す概略図 制御構成を示すブロック図 運転サイクルを示す表 原料ガス中メタン濃度と工程補正値との関係を示す表 吸着時間補正値の挙動を示す表 第２実施形態の製品ガス中メタン濃度と工程補正値との関係を示す表 第２実施形態の吸着時間補正値の挙動を示す表 第３実施形態の原料ガス中メタン濃度と工程補正値との関係を示す表 第３実施形態の製品ガス中メタン濃度と工程補正値との関係を示す表 第３実施形態の吸着時間補正値の挙動を示す表 原料ガス中メタン濃度と原料ガス供給圧との関係を示すグラフ

〔第１実施形態〕
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（圧力変動吸着式ガス製造装置の全体構成）
本実施形態においては、原料ガスＧが、精製対象ガスとしてメタンを５０％以上含み、雑ガスとして空気を含む炭鉱メタンであり、雑ガスが、吸着塔１の吸着材に吸着され、メタンを９０％以上含有するメタンガスが製品ガスＨとして吸着塔１から排出されるように構成されている。

つまり、原料ガスＧとしての炭鉱メタンは、主成分がメタンと空気であり、例えば、メタン含有率が７０％程度のものである。そして、本実施形態の圧力変動吸着式ガス製造装置は、例えば、メタンを９０％以上含有する製品ガスＨを得るためのガス精製を行うように構成されている。

ちなみに、吸着塔１に充填する吸着材としては、活性炭、モレキュラーシーブカーボン、ゼオライト、多孔性の金属錯体から選ばれる少なくとも一種の材料を主成分とするものが使用できる。本実施形態においては、例えば、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が０．０１ｃｍ^３／ｇを超えず、細孔径０．３４ｎｍにおける細孔容積が０．２０ｃｍ^３／ｇ以上であるモレキュラーシーブカーボンを用いる。

図１に示すように、４つの吸着塔１として、Ａ塔、Ｂ塔、Ｃ塔、Ｄ塔が設けられ、４つの吸着塔１の下端側には、原料昇圧部としての圧縮機２にて昇圧された原料ガスＧを供給する原料ガス供給路３、及び、オフガスを排出するオフガス排出路４が接続されている。
そして、４つの吸着塔１の夫々に対応して、原料ガス供給路３を開閉する原料ガス供給弁Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、及び、オフガス排出路４を開閉するオフガス排出弁Ａ５、Ｂ５、Ｃ５、Ｄ５が設けられている。

本実施形態においては、オフガス排出路４には、オフガスを貯留するオフガスタンクＴが設けられている。ちなみに、オフガスタンクＴの内部圧は、大気圧に近い圧力であり、後述する脱着工程において、オフガス排出路４を通して吸着塔１から排出されるオフガスを貯留することになる。
尚、オフガスタンクＴに貯留されたオフガスは、諸々の用途の燃焼部に供給されて燃焼されたり、リサイクルガスとして用いられたりする。

原料ガス供給路３における圧縮機２の下流側には、圧縮機２により原料ガスＧを供給する圧力である原料ガス供給圧を検出する圧力センサ１１が設けられている。
ちなみに、圧縮機２に昇圧された原料ガスＧは、配管抵抗により多少減圧して吸着塔１に供給されることになるものの、減圧量は少ないものであるから、原料ガス供給圧は吸着塔１における吸着圧に相当することになる。
尚、本実施形態においては、原料ガス供給圧は、６５０〜９００（ｋＰａＧ）の間で調整されることになり、その詳細は後述する。

４つの吸着塔１の上端側には、製品ガスＨを送出する製品ガス排出路５が設けられ、この製品ガス排出路５を通して製品ガスタンク６に、製品ガスＨが貯留されるように構成されている。また、４つの吸着塔１の上部には、４つの吸着塔１を互いに連通接続するための塔連通路７が接続されている。
そして、４つの吸着塔１の夫々に対応して、製品ガス排出路５を開閉する製品ガス送出弁Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２、及び、塔連通路７を開閉する連通断続弁Ａ４、Ｂ４、Ｃ４、Ｄ４が設けられている。

製品ガス排出路５には、原料ガスＧを吸着塔１に供給する原料ガス供給圧を調整する圧力調整部として機能する圧力制御弁１０が設けられている。
つまり、圧力制御弁１０の開度調整により、吸着塔１からのガスの流出が制限されて、上述の原料ガス供給圧が変更調整されることになり、調整された原料ガス供給圧が圧力センサ１１にて検出されることになる。

また、本実施形態においては、原料ガス供給路３における圧縮機２の下流側には、原料ガスＧの精製対象ガスの濃度であるメタンガス濃度（原料ガス中メタン濃度）を検出する原料側濃度センサＳＧが設けられ、製品ガス排出路５には、製品ガスＨの精製対象ガスの濃度であるメタンガス濃度（製品ガス中メタン濃度）を検出する製品側濃度センサＳＨが設けられている。

（圧力変動吸着式ガス製造装置の運転制御）
図２に示すように、圧力変動吸着式ガス製造装置の運転を制御する運転制御部Ｆが設けられ、運転制御部Ｆが原料ガス供給弁Ａ１〜Ｄ１、製品ガス送出弁Ａ２〜Ｄ２、連通断続弁Ａ４〜Ｄ４、及び、オフガス排出弁Ａ５〜Ｄ５を制御することにより、４つの吸着塔１の夫々が、図３の表に示す運転サイクルを行うように構成されている。

すなわち、４つの吸着塔１の夫々は、運転サイクルを１６ステップに分割した形態で定められる運転工程を、位相を異ならせた状態で順次実行するように構成されている。
４つの吸着塔１のうち、Ａ塔を代表して、運転サイクルについて説明する。

ステップ１〜３においては、Ａ塔に対応する原料ガス供給弁Ａ１及び製品ガス送出弁Ａ２を開いて、吸着工程に相当する原料昇圧、吸着を行う。つまり、Ａ塔の内部圧を昇圧しながら、雑ガスを吸着材に吸着し、製品ガスＨを、製品ガス排出路５を通して排出することになる。ちなみに、この吸着工程においては、連通断続弁Ａ４及びオフガス排出弁Ａ５を閉じる。

ステップ４においては、Ａ塔及びＢ塔の連通断続弁Ａ４及びＢ４を開いて、Ａ塔の内部ガスをＢ塔に供給する降圧用初段均圧工程に相当する吸着均圧ＡＢを行う。ちなみに、この降圧用初段均圧工程においては、原料ガス供給弁Ａ１、製品ガス送出弁Ａ２及びオフガス排出弁Ａ５を閉じる。
尚、吸着均圧ＡＢにおける「ＡＢ」の意味は、先に記載の高圧側のＡ塔の内部ガスを後に記載の低圧側のＢ塔に供給することを意味するものであり、以下同様である。
ステップ５においては、Ａ塔に関連する全ての弁を閉じて待機する。

ステップ６においては、Ａ塔及びＣ塔の連通断続弁Ａ４及びＣ４を開いて、Ａ塔の内部ガスをＣ塔に供給する降圧用中段均圧工程に相当する均圧ＡＣを行う。ちなみに、この降圧用中段均圧工程においては、原料ガス供給弁Ａ１、製品ガス送出弁Ａ２及びオフガス排出弁Ａ５を閉じる。

ステップ７においては、Ａ塔及びＤ塔の連通断続弁Ａ４及びＤ４を開いて、Ａ塔の内部ガスをＤ塔に供給する降圧用終段均圧工程に相当する均圧ＡＤを行う。ちなみに、この降圧用終段均圧工程においては、原料ガス供給弁Ａ１、製品ガス送出弁Ａ２及びオフガス排出弁Ａ５を閉じる。

ステップ８〜１０においては、Ａ塔のオフガス排出弁Ａ５を開いて、脱着工程に対応する減圧を行う。ちなみに、この脱着工程においては、原料ガス供給弁Ａ１、製品ガス送出弁Ａ２及び連通断続弁Ａ４を閉じる。

ステップ１１においては、Ａ塔及びＢ塔の連通断続弁Ａ４及びＢ４を開いて、Ｂ塔の内部ガスをＡ塔に供給する昇圧用初段均圧工程に相当する均圧ＢＡを行う。ちなみに、この昇圧用初段均圧工程においては、原料ガス供給弁Ａ１、製品ガス送出弁Ａ２及びオフガス排出弁Ａ５を閉じる。
ステップ１２及び１３においては、Ａ塔に関連する全ての弁を閉じて待機する。

ステップ１４においては、Ａ塔及びＣ塔の連通断続弁Ａ４及びＣ４を開いて、Ｃ塔の内部ガスをＡ塔に供給する昇圧用中段均圧工程に相当する均圧ＣＡを行う。この昇圧用中段均圧工程においては、原料ガス供給弁Ａ１、製品ガス送出弁Ａ２及びオフガス排出弁Ａ５を閉じる。

ステップ１５においては、Ａ塔に関連する全ての弁を閉じて待機する。
ステップ１６においては、Ａ塔及びＤ塔の連通断続弁Ａ４及びＤ４を開いて、Ｄ塔の内部ガスをＡ塔に供給する昇圧用終段均圧工程に相当する吸着均圧ＤＡを行う。ちなみに、この昇圧用終段均圧工程においては、原料ガス供給弁Ａ１、製品ガス送出弁Ａ２及びオフガス排出弁Ａ５を閉じる。

つまり、運転制御部Ｆが、４つの吸着塔１の夫々について、位相を異ならせる状態で、吸着工程、降圧用初段均圧工程、降圧用中段均圧工程、降圧用終段均圧工程、脱着工程、昇圧用初段均圧工程、昇圧用中段均圧工程、及び、昇圧用終段均圧工程からなる運転サイクルを順次実行させるように構成されている。
換言すれば、運転制御部Ｆが、４つの吸着塔１の夫々について、位相を異ならせる状態で、吸着工程、降圧用均圧工程、脱着工程、昇圧用均圧工程からなる運転サイクルを順次実行するように構成されている。

そして、図３の下段に示すように、ステップ１〜１６の夫々について、各ステップを実行するステップ時間（秒）として、Ｘ、ｔ１、ｔ２、ｔ３が定められており、定められたステップ時間に応じて各工程を実行するように構成されている。
ちなみに、ステップ１、ステップ５、ステップ９、及び、ステップ１３のステップ時間は、吸着工程を実行する吸着時間を変更調整するための吸着時間補正値Ｘに相当する時間であり、後述の如く、吸着時間補正値Ｘを補正することにより、吸着工程を実行する吸着時間が変更調整されるように構成されている。

（吸着時間の調整制御）
運転制御部Ｆが、原料側濃度センサＳＧの検出情報に基づいて、吸着工程を行う吸着時間を変更調整するように構成されている。
本実施形態においては、ステップ１の時間、ステップ５の時間、ステップ９の時間、及び、ステップ１３の時間に対応する吸着時間補正値Ｘを、一挙に増減調整するように構成されている。

ちなみに、ステップ１の時間は、Ａ塔の吸着時間に対応し、ステップ５の時間は、Ｂ塔吸着時間に対応し、ステップ９の時間は、Ｃ塔の吸着時間に対応し、ステップ１３の時間は、Ｄ塔の吸着時間に対応する時間である。
尚、図３の下段には、ステップ１〜１６についての設定時間の一例を記載している。

例えば、Ａ塔の吸着時間は、ステップ１の吸着時間補正値Ｘ、ステップ２のステップ時間、ステップ３のステップ時間を加えた時間であり、ステップ１の吸着時間補正値Ｘを補正することにより、Ａ塔の吸着時間が変更調整されるのであり、Ｂ塔の吸着時間、Ｃ塔の吸着時間、Ｄ塔の吸着時間についても同様である。

本実施形態においては、原料側濃度センサＳＧにて検出される原料ガス中メタンガス濃度と工程補正値との関係が、図４の表に示すように予め定められている。
尚、図４にて示されていない原料ガス中メタンガス濃度についての工程補正値は、線形近似により求められることになる。

そして、操作指令部１２から運転制御部Ｆに運転開始指令を指令して、圧力変動吸着式ガス製造装置の運転を開始する時には、吸着時間補正値Ｘを予め設定した初期値（例えば、１００秒）として運転を開始し、その後、吸着塔１の夫々にて吸着工程を行うごとに、そのサイクル中の原料ガス中メタン濃度の平均値である平均原料ガス中メタン濃度が求められる。
尚、平均原料ガス中メタン濃度は、設定時間（例えば、５００ｍｓ）ごとに原料側濃度センサＳＧの検出情報をサンプリングし、サンプリングした検出値の平均値として求めることになる。

次に、平均原料ガス中メタン濃度を原料ガス中メタン濃度として、図４の関係に基づいて、工程補正値を求め、その後、図５に示すように、求めた工程補正値を現在の吸着時間補正値Ｘに加えた値を、次の吸着工程における新たな吸着時間補正値Ｘとするように構成されている。

例えば、吸着時間補正値Ｘを１００（秒）とする状態で経過吸着工程数ｙの吸着工程を実行したときに、サイクル中の平均原料ガス中メタン濃度が７０（％）であれば、次の経過吸着工程数ｙ＋１の吸着工程では、「１００（秒）」と工程補正値「０（秒）」と加えた「１００（秒）」を吸着時間補正値Ｘとすることになる。

また、経過吸着工程数ｙ＋１の吸着工程を実行したときに、サイクル中の平均原料ガス中メタン濃度が６５（％）であれば、次の経過吸着工程数ｙ＋２の吸着工程では、「１００（秒）」と工程補正値「−５（秒）」と加えた「９５（秒）」を吸着時間補正値Ｘとすることになる。
続く、経過吸着工程数ｙ＋３〜ｙ＋６の吸着工程についても同様である。

（原料供給圧の調整制御）
運転制御部Ｆが、原料側濃度センサＳＧの検出情報に基づいて、原料ガス供給圧を原料ガス中メタン濃度に応じて定めた目標圧力に調整すべく、圧力制御弁１０を調整するように構成されている。

具体的には、運転制御部Ｆが、圧力センサ１１にて検出される原料ガス供給圧が目標圧力になるように、圧力制御弁１０の開度を調整するように構成されている。
また、原料側濃度センサＳＧにて検出される原料ガス中メタン濃度として、「吸着時間の調整制御」にて平均値として求めた平均原料ガス中メタン濃度を用いるように構成されている。つまり、吸着工程を実行するごとに、次に、吸着工程における目標圧力が設定されるように構成されている。

原料ガス中メタン濃度に応じた目標圧力は、実験により求められることになる。
すなわち、図１１に示すように、同じ原料ガス中メタン濃度について、原料ガス供給圧（吸着圧に相当）を変化させながら、メタン回収率が優れた原料ガス供給圧（吸着圧に相当）を求めて、その原料ガス供給圧を目標圧力に設定することになる。

例えば、原料ガス中メタン濃度が、９０％である場合には、目標圧力を６５０ｋＰａＧに設定し、原料ガス中メタン濃度が、８０％である場合には、目標圧力を７００ｋＰａＧに設定し、原料ガス中メタン濃度が、７０％である場合には、目標圧力を８００ｋＰａＧに設定する等、原料ガス中メタン濃度についての目標圧力を設定することになる。

ちなみに、図１１に基づいて、原料ガス中メタン濃度が、６５％である場合には、目標圧力を８００ｋＰａＧに設定し、６０％である場合には、目標圧力を９００ｋＰａＧに設定し、５０％である場合には、目標圧力を８５０ｋＰａＧに設定するようにしてもよいが、原料ガス中メタン濃度が７０％未満である場合には、目標圧力を８００ｋＰａＧに設定する形態で実施してもよい。

つまり、原料ガス中メタン濃度が設定濃度（７０％）以上である場合には、濃度が高いほど目標圧力を減少させるようにし、原料ガス中メタン濃度が設定濃度（７０％）未満である場合には、目標圧力を一定値（８００ｋＰａＧ）に維持する形態で実施してもよい。

尚、原料ガス中メタン濃度に応じた目標圧力は、原料ガス中メタン濃度の多数点についての目標圧力を求めることが好ましいが、図１１に示すように、原料ガス中メタン濃度の複数点についての目標圧力を実験により求める場合には、目標圧力を求めていない原料ガス中メタン濃度については、近傍の原料ガス中メタン濃度の目標圧力を参照して、線形近似等を用いて求めるようにする。

（第１実施形態のまとめ）
第１実施形態によれば、「吸着時間の調整制御」により、原料ガス中メタン濃度に応じて、吸着工程を行う吸着時間を変更調整することによって、製品ガス中メタン濃度を目標濃度以上に維持しながら、「原料供給圧の調整制御」により、原料ガス中メタン濃度に応じて、原料供給圧（吸着圧に相当）を変更調節することにより、メタン回収率を向上できる。

〔第２実施形態〕
次に、圧力変動吸着式ガス製造装置の第２実施形態を説明するが、この第２実施形態は、上記第１実施形態における「吸着時間の調整制御」の別実施形態を示すものであって、基本的な構成は上記第１実施形態と同様であるから、以下の説明においては、上記第１実施形態と異なる点を詳述する。

上記第１実施形態においては、運転制御部Ｆが、原料側濃度センサＳＧの検出情報に基づいて、吸着工程を行う吸着時間を変更調整する場合を例示したが、本第２実施形態においては、製品側濃度センサＳＨの検出情報に基づいて、吸着時間を変更調整するように構成されている。

すなわち、図６の表に示すように、製品側濃度センサＳＨにて検出される製品ガス中メタンガス濃度と工程補正値との関係が予め定められている。
そして、圧力変動吸着式ガス製造装置の運転開始時には、吸着時間補正値Ｘを予め設定した初期値（例えば、１００秒）として運転を開始し、その後、吸着塔１の夫々にて吸着工程を行うサイクルごとに、そのサイクル中の製品ガス中メタン濃度の平均値である平均製品ガス中メタン濃度を求める。尚、平均製品ガス中メタン濃度は、設定時間（例えば、５００ｍｓ）ごとに製品側濃度センサＳＨの検出情報をサンプリングし、サンプリングした検出値の平均値として求めることになる。

次に、図７に示すように、最初のサイクルの吸着工程を終了したときには、平均製品ガス中メタン濃度を製品ガス中メタン濃度として、図６の関係に基づいて、工程補正値を求め、求めた工程補正値を現在の吸着時間補正値Ｘに加えた値を、次の吸着工程における新たな吸着時間補正値Ｘとするように構成されている。
その後、２回目以降のサイクルの吸着工程を終了したときには、平均製品ガス中メタン濃度を製品ガス中メタン濃度として、図６の関係に基づいて、工程補正値を求め、求めた工程補正値と以前のサイクルの吸着工程を終了したときに求めた工程補正値の全てを加えた積算値を求め、その積算値を初期値（例えば、１００秒）に加えた値を、次の吸着工程における新たな吸着時間補正値Ｘとするように構成されている。

例えば、吸着時間補正値Ｘを１００（秒）とする状態で最初の経過吸着工程数ｙの吸着工程を実行したときに、平均製品ガス中メタン濃度が９５（％）であれば、次の経過吸着工程数ｙ＋１の吸着工程では、初期値の「１００（秒）」と工程補正値「０（秒）」と加えた「１００（秒）」を吸着時間補正値Ｘとする。

次に、２回目の吸着工程を終了したときに、平均製品ガス中メタン濃度が９２（％）であれば、次の経過吸着工程数ｙ＋２の吸着工程では、最初のサイクルの工程補正値「０（秒）」と２回目のサイクルの工程補正値「−３（秒）」とを加えた積算値「−３（秒）」を、初期値の「１００（秒）」に加えた「９７（秒）」を吸着時間補正値Ｘとする。
続く、経過吸着工程数ｙ＋３〜ｙ＋６についても同様である。

（第２実施形態のまとめ）
この第２実施形態においても、「吸着時間の調整制御」により、製品ガス中メタン濃度に応じて、吸着工程を行う吸着時間を変更調整することによって、製品ガス中メタン濃度を目標濃度以上に維持しながら、「原料供給圧の調整制御」により、原料ガス中メタン濃度に応じて、原料供給圧（吸着圧に相当）を変更調節することにより、メタン回収率を向上できる。

〔第３実施形態〕
次に、圧力変動吸着式ガス製造装置の第３実施形態を説明するが、この第３実施形態は、上記第１実施形態における「吸着時間の調整制御」の別実施形態を示すものであって、基本的な構成は上記第１実施形態と同様であるから、以下の説明においては、上記第１実施形態と異なる点を詳述する。

この第３実施形態においては、運転制御部Ｆが、原料側濃度センサＳＧの検出情報、及び、製品側濃度センサＳＨの検出情報に基づいて、吸着工程を行う吸着時間を変更調整するものである。

すなわち、図８の表に示すように、原料側濃度センサＳＧにて検出される原料ガス中メタンガス濃度と工程補正値との関係が予め定められ、また、図９の表に示すように、製品側濃度センサＳＨにて検出される製品ガス中メタンガス濃度と工程補正値との関係が予め定められている。
そして、圧力変動吸着式ガス製造装置の運転開始時には、吸着時間補正値Ｘを予め設定した初期値（例えば、１００秒）として運転を開始する。
その後、吸着塔１の夫々にて吸着工程を行うサイクルごとに、そのサイクル中の原料ガス中メタン濃度の平均値である平均原料ガス中メタン濃度、及び、そのサイクル中の製品ガス中メタン濃度の平均値である平均原料ガス中メタン濃度を求める。

尚、原料ガス中メタン濃度は、設定時間（例えば、５００ｍｓ）ごとに原料側濃度センサＳＧの検出情報をサンプリングし、サンプリングした検出値の平均値を求めることになり、同様に、平均製品ガス中メタン濃度は、設定時間（例えば、５００ｍｓ）ごとに製品側濃度センサＳＨの検出情報をサンプリングし、サンプリングした検出値の平均値を求めることになる。

次に、平均原料ガス中メタン濃度を原料ガス中メタン濃度として、図８の関係に基づいて、原料ガスＧに関する工程補正値を求め、同様に、平均製品ガス中メタン濃度を製品ガス中メタン濃度として、図９の関係に基づいて、製品ガスに関する工程補正値を求める。

そして、図１０に示すように、現在の吸着時間補正値Ｘに対して、直前のサイクルの吸着工程に対応する原料ガスＧに関する工程補正値、及び、直前のサイクルの吸着工程に対応する製品ガスに関する工程補正値を以前のサイクルの吸着工程を終了したときに求めた製品ガスに関する工程補正値の積算値に加えた値を、次の吸着工程における新たな吸着時間補正値Ｘとするように構成されている。

例えば、吸着時間補正値Ｘを１００（秒）とする状態で最初の経過吸着工程数ｙの吸着工程を実行したときに、平均原料ガス中メタン濃度が７０（％）で、平均製品ガス中メタン濃度が９５（％）であれば、次の経過吸着工程数ｙ＋１の吸着工程では、初期値の「１００（秒）」と、原料ガスＧに関する工程補正値「０（秒）」と、製品ガスに関する工程補正値「０（秒）」とを加えた「１００（秒）」を吸着時間補正値Ｘとすることになる。

次に、２回目の吸着工程を終了したときに、原料ガス中メタン濃度が６５（％）で、平均製品ガス中メタン濃度が９２（％）であれば、原料ガスＧに関する工程補正値「−５（秒）」と製品ガスに関する工程補正値「−３（秒）」とを求め、さらに、前回の経過吸着工程数ｙの吸着工程における製品ガスに関する工程補正値「０（秒）」と今回の経過吸着工程数ｙ＋１の吸着工程における製品ガスに関する工程補正値「−３（秒）」とを加えて、製品ガスに関する工程補正値の積算値「−３（秒）」を求める。

そして、初期値の「１００（秒）」と、原料ガスＧに関する工程補正値「−５（秒）」と、製品ガスに関する工程補正値の積算値「−３（秒）」とを加えた「９２（秒）」を吸着時間補正値Ｘとすることになる。
続く、サイクルｙ＋３〜ｙ＋６についても同様である。

（第３実施形態のまとめ）
この第３実施形態においても、「吸着時間の調整制御」により、原料ガス中メタン濃度及び製品ガス中メタン濃度に応じて、吸着工程を行う吸着時間を変更調整することによって、製品ガス中メタン濃度を目標濃度以上に維持しながら、「原料供給圧の調整制御」により、原料ガス中メタン濃度に応じて、原料供給圧（吸着圧に相当）を変更調節することにより、メタン回収率を向上できる。

〔その他の別実施形態〕
次に、その他の別実施形態を列記する。
（１）上記第１〜第３実施形態においては、原料ガス供給圧を検出する圧力センサ１１を原料ガス供給路３に設ける場合を例示したが、圧力センサ１１を、各吸着塔１の夫々における原料ガスＧの入口部に対応する箇所に設ける形態や、圧力センサ１１を製品ガス排出路５に設ける形態で実施してもよい。

（２）上記第１〜第３実施形態においては、原料ガスＧが、精製対象ガスとしてメタンを含み、雑ガスとして空気等を含む炭鉱メタンである場合を例示したが、例えば、原料ガスＧとしては、二酸化炭素等を含むバイオガスや、都市ガス等を改質したガス、つまり、精製対象ガスとして水素を含み、雑ガスとして、二酸化炭素、一酸化炭素、及び、窒素を含むガス等、種々のガスを原料ガスＧとして適用できるものである。

（３）上記第１〜第３実施形態においては、圧力変動吸着式ガス製造装置として、４つの吸着塔１を備える装置を説明したが、３つや５つ以上の吸着塔１を備えさせて、それらの吸着塔１の夫々にて、位相を異ならせる状態で、吸着工程、降圧用均圧工程、脱着工程、昇圧用均圧工程を順次実行させるようにしてもよい。

（４）上記第１〜第３実施形態においては、吸着塔１の一端側としての下端側に、原料ガス供給路３及びオフガス排出路４を接続し、かつ、吸着塔１の他端側としての上端側に、製品ガス排出路５を接続させた形態を例示したが、吸着塔１の一端側としての上端側に、原料ガス供給路３及びオフガス排出路４を接続し、かつ、吸着塔１の他端側としての下端側に、製品ガス排出路５を接続させる形態で実施してもよい。

（５）上記第１〜第３実施形態においては、脱着工程において吸着塔１から排出されるオフガスを大気圧程度の内圧となるオフガスタンクＴに貯留させるようにしたが、例えば、真空ポンプにてオフガスタンクＴの内圧を大気圧よりも減圧させる等、オフガスを大気圧よりも低い圧力で吸引させるようにしてもよい。

尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

１ 吸着塔
３ 原料ガス供給路
４ オフガス排出路
５ 製品ガス排出路
１０ 圧力調整部
Ｇ 原料ガス
Ｈ 製品ガス

Claims (3)

1. 精製対象ガス及びそれ以外の雑ガスを含む原料ガスから前記雑ガスを吸着する吸着材を充填させた形態で、且つ、原料ガス供給路及びオフガス排出路を一端側に接続し、かつ、製品ガス排出路を他端側に接続させた形態で設けた複数の吸着塔の夫々について、
   前記原料ガス供給路を通して供給される前記原料ガスから前記雑ガスを吸着して前記製品ガス排出路を通して製品ガスを排出する吸着工程、及び、前記オフガス排出路を通して前記雑ガスを排出する脱着工程を含む運転サイクルを、位相を異ならせて順次行う運転制御部が設けられた圧力変動吸着式ガス製造装置であって、
   前記吸着工程において前記原料ガスを前記吸着塔に供給する原料ガス供給圧を調整する圧力調整部、及び、前記原料ガスの前記精製対象ガスの濃度を検出する原料ガス濃度検出部が設けられ、
   前記運転制御部が、前記原料ガス濃度検出部の検出情報に基づいて、前記原料ガス供給圧を前記原料ガスの前記精製対象ガスの濃度に応じて定めた目標圧力に調整すべく、前記圧力調整部を調整する圧力変動吸着式ガス製造装置。
2. 前記運転制御部が、前記原料ガスの前記精製対象ガスの濃度及び前記吸着塔から排出される前記精製対象ガスの濃度の少なくとも一方に基づいて、前記吸着工程を行う吸着時間を変更調整する請求項１記載の圧力変動吸着式ガス製造装置。
3. 前記原料ガスが、前記製品ガスとしてのメタンを５０％以上含有するメタン含有ガスであり、前記製品ガス排出路を通して排出される前記製品ガスが、メタンを８０％以上含有する製品ガスである請求項２記載の圧力変動吸着式ガス製造装置。

Images