JP4101696B2 - ガス精製装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス精製装置に関し、特に、下水消化ガスや生ごみ発酵メタンガス等のバイオガスや、ごみなどの廃棄物を熱分解して生成した廃棄物熱分解ガス等のように、硫黄系不純物や有機珪素系不純物を含有するガスを精製する場合に適用すると有効なものである。
【０００２】
【従来の技術】
下水消化ガスや生ごみ発酵メタンガス等のバイオガスや、ごみなどの廃棄物を熱分解して生成した廃棄物熱分解ガス等でガスエンジンやマイクロガスタービン等を駆動して発電等に有効利用する場合には、当該ガス中に含まれている硫黄系不純物（例えば、硫化水素、チオカルボニル、チオフェン、メルカプタン等）や有機珪素系不純物（例えば、シロキサン等）等のような有害物質を予め除去して当該ガスを精製しておく必要がある。このため、従来は、上記バイオガスや上記廃棄物熱分解ガス等の原ガス中の硫黄系不純物を、水酸化ナトリウム水溶液等により化学的に吸収除去したり（タカハックス法）、酸化鉄等により物理的に吸着除去したり（ダライ粉層法）、上記原ガス中の有機珪素系不純物を活性炭等により物理的に吸着除去することにより、上記原ガスを精製するようにしていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−０９６１２８号公報
【特許文献２】
特開平９−２３９２２６号公報
【特許文献３】
特開２００２−１５３７２０号公報
【特許文献４】
特許第２６２７７０８号公報
【特許文献５】
特許第３１７２６４６号公報
【特許文献６】
特許第３１９７４３６号公報
【特許文献７】
特許第３３２５１６７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したようにして前記原ガスを精製すると、以下のような問題があった。
【０００５】
（１）水酸化ナトリウム水溶液等により、上記原ガス中の硫黄系不純物を化学的に吸収除去する場合には、その設備にかかるコストが高くなってしまうと共に、設置スペースが大きくなってしまう。
【０００６】
（２）酸化鉄や活性炭等により、上記原ガス中の硫黄系不純物や有機珪素系不純物を物理的に吸着除去する場合には、上記酸化鉄や活性炭等を定期的に交換しなければならないため、ランニングコストが高くなってしまう。
【０００７】
このような問題は、上述したバイオガスや廃棄物熱分解ガスのような原ガスを精製する場合に限らず、硫黄系不純物及び有機珪素系不純物を含有する原ガスを精製する場合であれば、上述と同様にして起こり得ることである。
【０００８】
このようなことから、本発明は、硫黄系不純物及び有機珪素系不純物を含有する原ガスを低コストでコンパクトに精製することができるガス精製装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明は、硫黄系不純物及び有機珪素系不純物を含有する原ガスを精製するガス精製装置であって、第一の処理槽と、前記第一の処理槽の一方側から他方側へ前記原ガスを流通させる第一のガス送給手段と、前記第一の処理槽内を減圧排気する第一の減圧排気手段と、前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配設される、前記有機珪素系不純物を吸着する高シリカモレキュラーシーブスからなる有機珪素系不純物吸着剤と、前記硫黄系不純物を吸着する高シリカゼオライトからなる硫黄系不純物吸着剤と、を備えていることを特徴とするガス精製装置である。
【００１０】
第二番目の発明は、第一番目の発明において、前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配設され、二酸化炭素を吸着する低シリカゼオライトからなる二酸化炭素吸着剤を備え、前記二酸化炭素吸着剤が、ガスの流通方向において前記有機珪素系不純物吸着剤及び前記硫黄系不純物吸着剤よりも下流側に配設されていることを特徴とするガス精製装置である。
【００１１】
第三番目の発明は、第一番目の発明において、第二の処理槽と、前記第一の処理槽の一方側から他方側へ流通したガスを前記第二の処理槽の一方側から他方側へ流通させる第二のガス送給手段と、前記第二の処理槽内を減圧排気する第二の減圧排気手段と、前記第二の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第二の処理槽内に配設され、二酸化炭素を吸着する低シリカゼオライトからなる二酸化炭素吸着剤とを備えていることを特徴とするガス精製装置である。
【００１２】
第四番目の発明は、第一番目又は第二番目の発明において、前記第一の処理槽が複数設けられて並列に連結されていることを特徴とするガス精製装置である。
【００１３】
第五番目の発明は、第四番目の発明において、排気された前記第一の処理槽内のガスを当該第一の処理槽の一方側から他方側へ再び流通させる排気再送給手段と、前記排気再送給手段で前記第一の処理槽内を流通した前記ガスを精製ガス又は原ガスと合流させる切換手段とを備えていることを特徴とするガス精製装置である。
【００１４】
第六番目の発明は、第一番目から第五番目の発明のいずれかにおいて、前記有機珪素系不純物吸着剤が、ガスの流通方向において前記硫黄系不純物吸着剤よりも上流側に配設されていることを特徴とするガス精製装置である。
【００１６】
第七番目の発明は、第一番目から第六番目の発明のいずれかにおいて、前記吸着剤が、ハニカム形状をなしていることを特徴とするガス精製装置である。
【００１７】
第八番目の発明は、第一番目から第七番目の発明のいずれかにおいて、前記原ガスが、バイオガス又は廃棄物熱分解ガスであることを特徴とするガス精製装置である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるガス精製装置の実施の形態を図面を用いて以下に説明するが、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１９】
［第一番目の実施の形態］
本発明にかかるガス精製装置の第一番目の実施の形態を図１を用いて説明する。図１は、ガス精製装置の概略構成図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態にかかるガス精製装置は、下水消化ガスや生ごみ発酵メタンガス等のバイオガスや、ごみなどの廃棄物を熱分解して生成した廃棄物熱分解ガス等のような、有機珪素系不純物（例えば、シロキサン等）１ａ（含有量：５０ｍｇ／Ｎｍ3程度）及び硫黄系不純物（例えば、硫化水素、チオカルボニル、チオフェン、メルカプタン等）１ｂ（含有量：１０００ｐｐｍ程度）を含有する原ガス１を精製するガス精製装置１０であって、第一の処理槽である吸着塔１１と、吸着塔１１の下方側（一方側）から上方側（他方側）へ前記原ガス１を流通させる第一のガス送給手段であるブロア１６、バルブ１８ａ〜１８ｃ等と、吸着塔１１を減圧排気する第一の減圧排気手段であるブロア１６、バルブ１９ａ，１９ｂ等と、吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内に配設され、上記有機珪素系不純物１ａを吸着するハニカム形状の高シリカモレキュラーシーブスからなる有機珪素系不純物吸着剤１２と、吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内に配設され、上記硫黄系不純物１ｂを吸着するハニカム形状の高シリカゼオライトからなる硫黄系不純物吸着剤１３とを備えると共に、上記有機珪素系不純物吸着剤１２が、原ガス１の流通方向において上記硫黄系不純物吸着剤１３よりも上流側に配設されているものである。
【００２１】
前記有機珪素系不純物吸着剤１２を構成する高シリカモレキュラーシーブスとしては、例えば、メソポーラスシリカ等が挙げられる。
【００２２】
このような本実施の形態にかかるガス精製装置１０においては、バルブ１８ａ〜１８ｃを開放すると共に、バルブ１９ａ，１９ｂを閉鎖し、ブロア１６を作動させると、前記原ガス１は、吸着塔１１内に下方から送給され（送給圧：１ａｔａ前後）、有機珪素系不純物吸着剤１２内を流通して有機珪素系不純物１ａが吸着除去された後、硫黄系不純物吸着剤１３内を流通して硫黄系不純物１ｂが吸着除去される。これにより、上記原ガス１は、精製ガス１ｄ（メタン６４vol.％程度，二酸化炭素３５vol.％程度）となって吸着塔１１の上方から送出され、ガスエンジンやマイクロガスタービン等に供給されて、発電用の燃料等として利用される。
【００２３】
このようにして原ガス１を精製していくと、吸着塔１１内の前記吸着剤１２，１３の吸着能力が飽和状態に次第に近づいてくる。このため、原ガス１の上記精製を所定量行ったら、前記バルブ１８ａ〜１８ｃを閉鎖すると共に、前記バルブ１９ａ，１９ｂを開放すると、吸着塔１１内が排気減圧され（０．１ａｔａ程度）、前記吸着剤１２，１３に吸着除去された前記不純物１ａ、１ｂが当該吸着剤１２，１３から離脱して、吸着塔１１内から排出されて回収される。これにより、吸着塔１１内の前記吸着剤１２，１３は、再生されて吸着能力が回復する。
【００２４】
以下、上述した操作を繰り返して、原ガス１の精製を繰り返し行うことができる。
【００２５】
つまり、従来は、水酸化ナトリウム水溶液等又は酸化鉄や活性炭等により、上記原ガス１中の上記不純物１ａ，１ｂを除去するようにしていたが、本実施の形態では、高シリカモレキュラーシーブスからなる有機珪素系不純物吸着剤１２及び高シリカゼオライトからなる硫黄系不純物吸着剤１３を用いて圧力スイング吸着（Pressure Swing Adsorption:PSA）により、上記原ガス１中の上記不純物１ａ，１ｂを除去するようにしたのである。
【００２６】
このため、従来は、イニシャルコストやランニングコストが高くなってしまうばかりか、大きな設置スペースを要してしまっていたものの、本実施の形態においては、イニシャルコストやランニングコストを抑制することができると同時に、比較的小さな設置スペースで済ますことができる。
【００２７】
したがって、本実施の形態によれば、有機珪素系不純物１ａ及び硫黄系不純物１ｂを含有する原ガス１を低コストでコンパクトに精製することができる。
【００２８】
また、前記吸着剤１２，１３がハニカム形状をなしていることから、粒状をなす場合よりも前記原ガス１を流通させるに際しての圧力損失を低減させることができるので、比較的小型なブロア１６を利用することができる。その結果、イニシャルコストやランニングコストをさらに抑制することができると同時に、さらに小さな設置スペースで済ますことができる。
【００２９】
［第二番目の実施の形態］
本発明にかかるガス精製装置の第二番目の実施の形態を図２を用いて説明する。図２は、ガス精製装置の概略構成図である。ただし、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な部分については、前述した第一番目の実施の形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、前述した第一番目の実施の形態での説明と重複する説明を省略する。
【００３０】
図２に示すように、本実施の形態にかかるガス精製装置は、有機珪素系不純物１ａ及び硫黄系不純物１ｂを含有する原ガス１を精製するガス精製装置２０であって、吸着塔１１と、吸着塔１１の下方側（一方側）から上方側（他方側）へ前記原ガス１を流通させる第一のガス送給手段であるブロア１６、バルブ１８ａ〜１８ｃ等と、吸着塔１１を減圧排気する第一の減圧排気手段であるブロア１６、バルブ１９ａ，１９ｂ等と、吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内に配設され、上記有機珪素系不純物１ａを吸着するハニカム形状の高シリカモレキュラーシーブスからなる有機珪素系不純物吸着剤１２と、吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内に配設され、上記硫黄系不純物１ｂを吸着するハニカム形状の高シリカゼオライトからなる硫黄系不純物吸着剤１３と、吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内に配設され、二酸化炭素１ｃを吸着するハニカム形状の低シリカゼオライトからなる二酸化炭素吸着剤２４とを備えると共に、上記有機珪素系不純物吸着剤１２が、原ガス１の流通方向において上記硫黄系不純物吸着剤１３よりも上流側に配設され、上記二酸化炭素吸着剤２４が、原ガス１の流通方向において上記有機珪素系不純物吸着剤１２及び上記硫黄系不純物吸着剤１３よりも下流側に配設されているものである。
【００３１】
すなわち、本実施の形態にかかるガス精製装置２０は、前述した第一番目の実施の形態にかかるガス精製装置１０において、前記吸着塔１１内の上記有機珪素系不純物吸着剤１２及び上記硫黄系不純物吸着剤１３よりも上方側に低シリカゼオライトからなる二酸化炭素吸着剤２４を設けたのである。
【００３２】
このような本実施の形態にかかるガス精製装置２０においては、前述した第一番目の実施の形態にかかるガス精製装置１０の場合と同様に操作して、原ガス１を吸着塔１１内に送給すると、原ガス１は、前記吸着剤１２，１３内を流通して前記不純物１ａ，１ｂが吸着除去された後に、二酸化炭素吸着剤２４内を流通して二酸化炭素１ｃが吸着除去される。これにより、上記原ガス１は、精製ガス１ｅ（メタン約９９vol.％）となって吸着塔１１の上方から送出され、ガスエンジンやマイクロガスタービン等に供給されて、発電用の燃料等として利用される。
【００３３】
また、原ガス１の上記精製を所定量行ったら、前述した第一番目の実施の形態にかかるガス精製装置１０の場合と同様に操作して、吸着塔１１内を排気減圧すると、前記吸着剤１２，１３，２４に吸着除去された前記不純物１ａ、１ｂ及び二酸化炭素１ｃが当該吸着剤１２，１３，２４から離脱して、吸着塔１１内から排出されて回収される。
【００３４】
つまり、本実施の形態にかかるガス精製装置２０においては、原ガス１中から二酸化炭素１ｃもさらに除去するようにしたのである。
【００３５】
このため、本実施の形態にかかるガス精製装置２０では、メタン濃度の高い（約９９vol.％）精製ガス１ｅを低コストで簡単に得ることができる。
【００３６】
したがって、本実施の形態にかかるガス精製装置２０によれば、前述した第一番目の実施の形態にかかるガス精製装置１０と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、カロリ及び純度の高い精製ガス１ｅを得ることが低コストで簡単にできる。
【００３７】
ここで、例えば、消化ガス（メタン６４vol.％、二酸化炭素３５vol.％、硫化水素１０００ｐｐｍ、シロキサン５０ｍｇ／Ｎｍ3、発熱量２３ＭＪ／Ｎｍ3）を一日あたり３４７７６Ｎｍ3（一時間あたり１４５０Ｎｍ3）で処理する場合において、従来の手段（タカハックス法による硫黄系不純物除去及び活性炭による有機珪素系不純物除去）を適用した場合と、本実施の形態にかかる手段を適用した場合とを比較すると、下記の表１の通りとなる。
【００３８】
【表１】
【００３９】
上記表１からわかるように、本実施の形態にかかる手段によれば、カロリ及び純度の高い精製ガス１ｅを低コストで簡単に得られるといえる。
【００４０】
［第三番目の実施の形態］
本発明にかかるガス精製装置の第三番目の実施の形態を図３を用いて説明する。図３は、ガス精製装置の概略構成図である。ただし、前述した第一、二番目の実施の形態の場合と同様な部分については、前述した第一、二番目の実施の形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、前述した第一、二番目の実施の形態での説明と重複する説明を省略する。
【００４１】
図３に示すように、本実施の形態にかかるガス精製装置は、有機珪素系不純物１ａ及び硫黄系不純物１ｂを含有する原ガス１を精製するガス精製装置３０であって、吸着塔１１と、吸着塔１１の下方側（一方側）から上方側（他方側）へ前記原ガス１を流通させる第一のガス送給手段であるブロア１６、バルブ１８ａ〜１８ｃ等と、吸着塔１１を減圧排気する第一の減圧排気手段であるブロア１６、バルブ１９ａ，１９ｂ等と、吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内に配設され、上記有機珪素系不純物１ａを吸着するハニカム形状の高シリカモレキュラーシーブスからなる有機珪素系不純物吸着剤１２と、吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内に配設され、上記硫黄系不純物１ｂを吸着するハニカム形状の高シリカゼオライトからなる硫黄系不純物吸着剤１３と、第二の処理槽である吸着塔３１と、吸着塔１１の下方側（一方側）から上方側（他方側）へ流通した精製ガス１ｄを前記吸着塔３１の下方側（一方側）から上方側（他方側）へ流通させる第二のガス送給手段であるブロア３６、バルブ３８ｂ，３８ｃ等と、吸着塔３１内を減圧排気する第二の減圧排気手段であるブロア３６、バルブ３９ａ，３９ｂ等と、吸着塔３１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔３１内に配設され、二酸化炭素１ｃを吸着するハニカム形状の低シリカゼオライトからなる二酸化炭素吸着剤２４とを備えると共に、上記有機珪素系不純物吸着剤１２が、原ガス１の流通方向において上記硫黄系不純物吸着剤１３よりも上流側に配設されているものである。
【００４２】
すなわち、前述した第二番目の実施の形態にかかるガス精製装置２０では、前記吸着剤１２，１３を配設した吸着塔１１内に前記吸着剤２４を配設するようにしたが、本実施の形態にかかるガス精製装置３０は、前記吸着剤１２，１３を配設した吸着塔１１とは別の新たな吸着塔３１内に前記吸着剤２４を配設するようにしたのである。
【００４３】
このような本実施の形態にかかるガス精製装置３０においては、前述した第一番目の実施の形態にかかるガス精製装置１０の場合と同様に操作すると同時に、バルブ３８ｂ，３８ｃを開放すると共に、バルブ３９ａ，３９ｂを閉鎖し、ブロア３６を作動させると、原ガス１は、吸着塔１１内に送給され、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様に、前記吸着剤１２，１３内を流通して前記不純物１ａ，１ｂが吸着除去されて精製ガス１ｄとなる。この精製ガス１ｄは、吸着塔１１の上方から送出され、ブロア３６により、吸着塔３１の下方から内部に送給され、前記吸着剤２４内を流通して二酸化炭素１ｃが吸着除去されて精製ガス１ｅとなる。この精製ガス１ｅは、吸着塔３１の上方から送出され、ガスエンジンやマイクロガスタービン等に供給されて、発電用の燃料等として利用される。
【００４４】
また、原ガス１の上記精製を所定量行ったら、前述した第一番目の実施の形態にかかるガス精製装置１０の場合と同様に操作し、吸着塔１１内を排気減圧して前記吸着剤１２，１３に吸着除去された前記不純物１ａ、１ｂを当該吸着剤１２，１３から離脱させて吸着塔１１内から回収する一方、バルブ３８ｂ，３８ｃを閉鎖すると共に、バルブ３９ａ，３９ｂを開放すると、吸着塔３１内が排気減圧され、前記吸着剤２４に吸着除去された二酸化炭素１ｃが当該吸着剤２４から離脱し、吸着塔３１内から排出されて回収される。
【００４５】
つまり、前述した第二番目の実施の形態にかかるガス精製装置２０においては、前記不純物１ａ，１ｂと二酸化炭素１ｃとを混在させた状態で回収するようにしていたが、本実施の形態にかかるガス精製装置３０においては、前記不純物１ａ，１ｂと二酸化炭素１ｃとを分けて回収できるようにしたのである。
【００４６】
このため、本実施の形態にかかるガス精製装置３０においては、原ガス１中の二酸化炭素１ｃを精製した状態で回収することができる。
【００４７】
したがって、本実施の形態にかかるガス精製装置３０によれば、前述した第二番目の実施の形態にかかるガス精製装置２０と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、原ガス１中から回収した二酸化炭素１ｃを各種工業用原料に有効利用することができる。
【００４８】
［第四番目の実施の形態］
本発明にかかるガス精製装置の第四番目の実施の形態を図４を用いて説明する。図４は、ガス精製装置の概略構成図である。ただし、前述した第一〜三番目の実施の形態の場合と同様な部分については、前述した第一〜三番目の実施の形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、前述した第一〜三番目の実施の形態での説明と重複する説明を省略する。
【００４９】
図４に示すように、本実施の形態にかかるガス精製装置は、有機珪素系不純物１ａ及び硫黄系不純物１ｂを含有する原ガス１を精製するガス精製装置４０であって、複数（本実施の形態では３つ）設けられて並列に連結されている吸着塔１１と、これら吸着塔１１の下方側（一方側）から上方側（他方側）へ前記原ガス１を流通させる第一のガス送給手段であるブロア１６、バルブ１８ｂ，１８ｃ等と、これら吸着塔１１を減圧排気する第一の減圧排気手段である真空ポンプ４６、サージタンク４７、バルブ１９ａ，１９ｂ等と、これら吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内にそれぞれ配設され、上記有機珪素系不純物１ａを吸着するハニカム形状の高シリカモレキュラーシーブスからなる有機珪素系不純物吸着剤１２と、これら吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内にそれぞれ配設され、上記硫黄系不純物１ｂを吸着するハニカム形状の高シリカゼオライトからなる硫黄系不純物吸着剤１３と、これら吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内にそれぞれ配設され、二酸化炭素１ｃを吸着するハニカム形状の低シリカゼオライトからなる二酸化炭素吸着剤２４と、排気された吸着塔１１内のガスを当該吸着塔１１の一方側から他方側へ再び流通させる排気再送給手段であるサージタンク４７、バルブ４９ａ等と、前記排気再送給手段で前記吸着塔１１内を流通した前記ガスを精製ガス１ｄ又は原ガス１と合流させる切換手段であるバルブ４９ｃ，４９ｄ等とを備えると共に、上記有機珪素系不純物吸着剤１２が、原ガス１の流通方向において上記硫黄系不純物吸着剤１３よりも上流側に配設され、上記二酸化炭素吸着剤２４が、原ガス１の流通方向において上記有機珪素系不純物吸着剤１２及び上記硫黄系不純物吸着剤１３よりも下流側に配設されているものである。
【００５０】
すなわち、本実施の形態にかかるガス精製装置４０は、前述した第二番目の実施の形態にかかるガス精製装置２０において、前記吸着塔１１を複数（本実施の形態では３つ）設けて並列に連結すると共に、排気された吸着塔１１内のガスを当該吸着塔１１の一方側から他方側へ再び流通させて、精製ガス１ｅ又は原ガス１と合流させることができるようにしたものなのである。
【００５１】
このような本実施の形態にかかるガス精製装置４０においては、まず、１つの吸着塔１１（例えば、図４中、左側）において、前述した第二番目の実施の形態にかかるガス精製装置２０の場合と同様に操作することにより前記原ガス１を精製ガス１ｅに精製して、ガスエンジンやマイクロガスタービン等で発電用の燃料等として利用することができる。
【００５２】
上記吸着塔１１で原ガス１の上記精製を所定量行ったら、バルブ１８ｂ，１８ｃを閉鎖して、当該吸着塔１１での精製を一旦停止すると共に、他の吸着塔１１の一方（例えば、図４中、中央）において、バルブ１８ｂ，１８ｃを開放して、当該吸着塔１１での原ガス１の精製を開始することにより、原ガス１を精製する吸着塔１１を切り換える。
【００５３】
次に、原ガス１の精製を一旦停止した前記吸着塔１１において、バルブ１９ａを開放し（バルブ１８ｂ，１８ｃは閉鎖）、真空ポンプ４６を作動させることにより、当該吸着塔１１内を排気減圧し、当該吸着塔１１内の前記吸着剤１２，１３，２４に吸着除去された前記不純物１ａ、１ｂ及び二酸化炭素１ｃを当該吸着剤１２，１３，２４から離脱させて、当該吸着塔１１内からサージタンク４７内に回収する。
【００５４】
このとき、当該吸着塔１１内の上方に残っている精製ガス１ｅ（メタン）により、精製ガス１ｅの回収率が低くなってしまうことから、前記不純物１ａ、１ｂ及び二酸化炭素１ｃを当該吸着塔１１内からサージタンク４７内に回収したら、当該吸着塔１１において、バルブ１９ａを閉鎖すると共に、真空ポンプ４６の作動を停止する一方、バルブ４９ａ、４９ｃを開放すると（バルブ４９ｂは閉鎖）、サージタンク４７内の二酸化炭素１ｃ等が減圧下の当該吸着塔１１内に下方から再び流入し、当該吸着塔１１内の前記吸着剤２４等に再び吸着され、これに伴って、当該吸着剤２４等に吸着された精製ガス１ｅ（メタン）が当該吸着剤２４等から離出し、当該吸着塔１１の上方から送出され、当該吸着塔１１内に残っていた精製ガス１ｅ（メタン）が回収される。
【００５５】
このようにして上記吸着塔１１内に残った精製ガス１ｅ（メタン）をほとんど回収したら、当該吸着塔１１において、バルブ４９ｃを閉鎖すると共に、バルブ１８ｃを開放すると、当該吸着塔１１の上方から送出されるガス（わずかに精製ガス１ｅを含んでいる）は、前記ブロア１６からの原ガス１と共に、他の吸着塔１１の一方（例えば、図４中、中央）に供給されて、当該原ガス１と共に再び精製処理される。これにより、吸着塔１１内に残留するメタンがほぼすべて回収される。
【００５６】
また、他の吸着塔１１の一方（例えば、図４中、中央）で原ガス１の上記精製を所定量行ったら、バルブ１８ｂ，１８ｃを閉鎖して、当該吸着塔１１での精製を一旦停止すると共に、他の吸着塔１１の他方（例えば、図４中、右側）において、バルブ１８ｂ，１８ｃを開放して、当該吸着塔１１での原ガス１の精製を開始することにより、原ガス１を精製する吸着塔１１を切り換える。
【００５７】
以下、上述した手順を繰り返して、原ガス１を精製する吸着塔１１と、前記吸着剤１２，１３，２４に吸着されている前記不純物１ａ，１ｂ及び二酸化炭素１ｃの回収を行われる吸着塔１１とを順次切り換えることにより、原ガス１の精製を連続して行うことができる（通常、２つの吸着塔１１で精製処理を行い、残りの１つの吸着塔１１の再生処理を行う。）。
【００５８】
つまり、前述した第一〜三番目の実施の形態にかかるガス精製装置１０，２０，３０においては、原ガス１の精製をバッチ的に行うようにしたが、本実施の形態にかかるガス精製装置４０においては、原ガス１の精製を連続的に行うと共に、吸着塔１１内に残留する精製ガス１ｅをほぼすべて回収できるようにしたのである。
【００５９】
したがって、本実施の形態にかかるガス精製装置４０によれば、前述した第二番目の実施の形態にかかるガス精製装置２０と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、原ガス１の精製処理の効率及び精製ガス１ｅの収率の向上を図ることができる。
【００６０】
［他の実施の形態］
なお、前述した第一〜四番目の実施の形態にかかるガス精製装置１０，２０，３０，４０は、単独で用いることができるのはもちろんのこと、前記バイオガスや前記熱分解ガス等の発生装置の後流側に連結して連続的に精製処理できるシステムとすることも可能である。
【００６１】
また、前述した第二〜四番目の実施の形態では、精製ガス１ｅをガスエンジンやマイクロガスタービン等に供給して、発電用の燃料等として利用するようにしたが、例えば、燃料電池の燃料ガスに利用したり、各種化合物の原料（例えばジメチルエーテル等）に利用したりすることも可能である。
【００６２】
また、前述した第一〜四番目の実施の形態では、原ガス１として、下水消化ガスや生ごみ発酵メタンガス等のバイオガスや、ごみなどの廃棄物を熱分解して生成した廃棄物熱分解ガス等を用いた場合について説明したが、有機珪素系不純物及び硫黄系不純物を含有するガスを精製する場合であれば、前述した第一〜四番目の実施の形態の場合と同様にして適用することができる。
【００６３】
また、前述した第一〜四番目の実施の形態では、圧力スイング吸着（Pressure Swing Adsorption:PSA）により、上記原ガス１中の上記不純物１ａ，１ｂを除去するようにしたが、例えば、温度スイング吸着（Temperature Swing Adsorption:TSA）にも適用可能である。
【００６４】
【発明の効果】
本発明は、硫黄系不純物及び有機珪素系不純物を含有する原ガスを精製するガス精製装置であって、第一の処理槽と、前記第一の処理槽の一方側から他方側へ前記原ガスを流通させる第一のガス送給手段と、前記第一の処理槽内を減圧排気する第一の減圧排気手段と、前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配設され、前記有機珪素系不純物を吸着する高シリカモレキュラーシーブスからなる有機珪素系不純物吸着剤と、前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配設され、前記硫黄系不純物を吸着する高シリカゼオライトからなる硫黄系不純物吸着剤とを備えていることを特徴とするガス精製装置であるので、有機珪素系不純物及び硫黄系不純物を含有する原ガスを低コストでコンパクトに精製することができる。
【００６５】
また、前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配設され、二酸化炭素を吸着する低シリカゼオライトからなる二酸化炭素吸着剤を備えていることを特徴とするガス精製装置であるので、カロリ及び純度の高い精製ガスを得ることが低コストで簡単にできる。
【００６６】
また、第二の処理槽と、前記第一の処理槽の一方側から他方側へ流通したガスを前記第二の処理槽の一方側から他方側へ流通させる第二のガス送給手段と、前記第二の処理槽内を減圧排気する第二の減圧排気手段と、前記第二の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第二の処理槽内に配設され、二酸化炭素を吸着する低シリカゼオライトからなる二酸化炭素吸着剤とを備えていることを特徴とするガス精製装置であるので、カロリ及び純度の高い精製ガスを得ることが低コストで簡単にできると共に、原ガス１中から回収した二酸化炭素を各種工業用原料に有効利用することができる。
【００６７】
また、前記第一の処理槽が複数設けられて並列に連結されていることを特徴とするガス精製装置であるので、原ガスの精製処理の効率の向上を図ることができる。
【００６８】
また、排気された前記第一の処理槽内のガスを当該第一の処理槽の一方側から他方側へ再び流通させる排気再送給手段と、前記排気再送給手段で前記第一の処理槽内を流通した前記ガスを精製ガス又は原ガスと合流させる切換手段とを備えていることを特徴とするガス精製装置であるので、精製ガスの収率の向上を図ることができる。
【００６９】
また、前記吸着剤が、ハニカム形状をなしていることを特徴とするガス精製装置であるので、粒状をなす場合よりも前記原ガスを流通させるに際しての圧力損失を低減させることができ、比較的小型なブロアを利用することができる。その結果、イニシャルコストやランニングコストをさらに抑制することができると同時に、さらに小さな設置スペースで済ますことができる。
【００７０】
また、前記原ガスが、バイオガス又は廃棄物熱分解ガスであることを特徴とするガス精製装置であるので、上述した効果を最も効果的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるガス精製装置の第一番目の実施の形態の概略構成図である。
【図２】本発明にかかるガス精製装置の第二番目の実施の形態の概略構成図である。
【図３】本発明にかかるガス精製装置の第三番目の実施の形態の概略構成図である。
【図４】本発明にかかるガス精製装置の第四番目の実施の形態の概略構成図である。
【符号の説明】
１ 原ガス
１ａ 有機珪素系不純物
１ｂ 硫黄系不純物
１ｃ 二酸化炭素
１ｄ，１ｅ 精製ガス
１０ ガス精製装置
１１ 吸着塔
１２ 有機珪素系不純物吸着剤
１３ 硫黄系不純物吸着剤
１６ ブロア
１８ａ〜１８ｃ，１９ａ，１９ｂ バルブ
２０ ガス精製装置
２４ 二酸化炭素吸着剤
３０ ガス精製装置
３１ 吸着塔
３６ ブロア
３８ｂ，３８ｃ，３９ａ，３９ｂ バルブ
４０ ガス精製装置
４６ 真空ポンプ
４７ サージタンク
４９ａ〜４９ｄバルブ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス精製装置に関し、特に、下水消化ガスや生ごみ発酵メタンガス等のバイオガスや、ごみなどの廃棄物を熱分解して生成した廃棄物熱分解ガス等のように、硫黄系不純物や有機珪素系不純物を含有するガスを精製する場合に適用すると有効なものである。
【０００２】
【従来の技術】
下水消化ガスや生ごみ発酵メタンガス等のバイオガスや、ごみなどの廃棄物を熱分解して生成した廃棄物熱分解ガス等でガスエンジンやマイクロガスタービン等を駆動して発電等に有効利用する場合には、当該ガス中に含まれている硫黄系不純物（例えば、硫化水素、チオカルボニル、チオフェン、メルカプタン等）や有機珪素系不純物（例えば、シロキサン等）等のような有害物質を予め除去して当該ガスを精製しておく必要がある。このため、従来は、上記バイオガスや上記廃棄物熱分解ガス等の原ガス中の硫黄系不純物を、水酸化ナトリウム水溶液等により化学的に吸収除去したり（タカハックス法）、酸化鉄等により物理的に吸着除去したり（ダライ粉層法）、上記原ガス中の有機珪素系不純物を活性炭等により物理的に吸着除去することにより、上記原ガスを精製するようにしていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−０９６１２８号公報
【特許文献２】
特開平９−２３９２２６号公報
【特許文献３】
特開２００２−１５３７２０号公報
【特許文献４】
特許第２６２７７０８号公報
【特許文献５】
特許第３１７２６４６号公報
【特許文献６】
特許第３１９７４３６号公報
【特許文献７】
特許第３３２５１６７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したようにして前記原ガスを精製すると、以下のような問題があった。
【０００５】
（１）水酸化ナトリウム水溶液等により、上記原ガス中の硫黄系不純物を化学的に吸収除去する場合には、その設備にかかるコストが高くなってしまうと共に、設置スペースが大きくなってしまう。
【０００６】
（２）酸化鉄や活性炭等により、上記原ガス中の硫黄系不純物や有機珪素系不純物を物理的に吸着除去する場合には、上記酸化鉄や活性炭等を定期的に交換しなければならないため、ランニングコストが高くなってしまう。
【０００７】
このような問題は、上述したバイオガスや廃棄物熱分解ガスのような原ガスを精製する場合に限らず、硫黄系不純物及び有機珪素系不純物を含有する原ガスを精製する場合であれば、上述と同様にして起こり得ることである。
【０００８】
このようなことから、本発明は、硫黄系不純物及び有機珪素系不純物を含有する原ガスを低コストでコンパクトに精製することができるガス精製装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明は、硫黄系不純物及び有機珪素系不純物を含有する原ガスを精製するガス精製装置であって、第一の処理槽と、前記第一の処理槽の一方側から他方側へ前記原ガスを流通させる第一のガス送給手段と、前記第一の処理槽内を減圧排気する第一の減圧排気手段と、前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配設される、前記有機珪素系不純物を吸着する高シリカモレキュラーシーブスからなる有機珪素系不純物吸着剤と、前記硫黄系不純物を吸着する高シリカゼオライトからなる硫黄系不純物吸着剤と、を備えていることを特徴とするガス精製装置である。
【００１０】
第二番目の発明は、第一番目の発明において、前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配設され、二酸化炭素を吸着する低シリカゼオライトからなる二酸化炭素吸着剤を備え、前記二酸化炭素吸着剤が、ガスの流通方向において前記有機珪素系不純物吸着剤及び前記硫黄系不純物吸着剤よりも下流側に配設されていることを特徴とするガス精製装置である。
【００１１】
第三番目の発明は、第一番目の発明において、第二の処理槽と、前記第一の処理槽の一方側から他方側へ流通したガスを前記第二の処理槽の一方側から他方側へ流通させる第二のガス送給手段と、前記第二の処理槽内を減圧排気する第二の減圧排気手段と、前記第二の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第二の処理槽内に配設され、二酸化炭素を吸着する低シリカゼオライトからなる二酸化炭素吸着剤とを備えていることを特徴とするガス精製装置である。
【００１２】
第四番目の発明は、第一番目又は第二番目の発明において、前記第一の処理槽が複数設けられて並列に連結されていることを特徴とするガス精製装置である。
【００１３】
第五番目の発明は、第四番目の発明において、排気された前記第一の処理槽内のガスを当該第一の処理槽の一方側から他方側へ再び流通させる排気再送給手段と、前記排気再送給手段で前記第一の処理槽内を流通した前記ガスを精製ガス又は原ガスと合流させる切換手段とを備えていることを特徴とするガス精製装置である。
【００１４】
第六番目の発明は、第一番目から第五番目の発明のいずれかにおいて、前記有機珪素系不純物吸着剤が、ガスの流通方向において前記硫黄系不純物吸着剤よりも上流側に配設されていることを特徴とするガス精製装置である。
【００１６】
第七番目の発明は、第一番目から第六番目の発明のいずれかにおいて、前記吸着剤が、ハニカム形状をなしていることを特徴とするガス精製装置である。
【００１７】
第八番目の発明は、第一番目から第七番目の発明のいずれかにおいて、前記原ガスが、バイオガス又は廃棄物熱分解ガスであることを特徴とするガス精製装置である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるガス精製装置の実施の形態を図面を用いて以下に説明するが、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１９】
［第一番目の実施の形態］
本発明にかかるガス精製装置の第一番目の実施の形態を図１を用いて説明する。図１は、ガス精製装置の概略構成図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態にかかるガス精製装置は、下水消化ガスや生ごみ発酵メタンガス等のバイオガスや、ごみなどの廃棄物を熱分解して生成した廃棄物熱分解ガス等のような、有機珪素系不純物（例えば、シロキサン等）１ａ（含有量：５０ｍｇ／Ｎｍ3程度）及び硫黄系不純物（例えば、硫化水素、チオカルボニル、チオフェン、メルカプタン等）１ｂ（含有量：１０００ｐｐｍ程度）を含有する原ガス１を精製するガス精製装置１０であって、第一の処理槽である吸着塔１１と、吸着塔１１の下方側（一方側）から上方側（他方側）へ前記原ガス１を流通させる第一のガス送給手段であるブロア１６、バルブ１８ａ〜１８ｃ等と、吸着塔１１を減圧排気する第一の減圧排気手段であるブロア１６、バルブ１９ａ，１９ｂ等と、吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内に配設され、上記有機珪素系不純物１ａを吸着するハニカム形状の高シリカモレキュラーシーブスからなる有機珪素系不純物吸着剤１２と、吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内に配設され、上記硫黄系不純物１ｂを吸着するハニカム形状の高シリカゼオライトからなる硫黄系不純物吸着剤１３とを備えると共に、上記有機珪素系不純物吸着剤１２が、原ガス１の流通方向において上記硫黄系不純物吸着剤１３よりも上流側に配設されているものである。
【００２１】
前記有機珪素系不純物吸着剤１２を構成する高シリカモレキュラーシーブスとしては、例えば、メソポーラスシリカ等が挙げられる。
【００２２】
このような本実施の形態にかかるガス精製装置１０においては、バルブ１８ａ〜１８ｃを開放すると共に、バルブ１９ａ，１９ｂを閉鎖し、ブロア１６を作動させると、前記原ガス１は、吸着塔１１内に下方から送給され（送給圧：１ａｔａ前後）、有機珪素系不純物吸着剤１２内を流通して有機珪素系不純物１ａが吸着除去された後、硫黄系不純物吸着剤１３内を流通して硫黄系不純物１ｂが吸着除去される。これにより、上記原ガス１は、精製ガス１ｄ（メタン６４vol.％程度，二酸化炭素３５vol.％程度）となって吸着塔１１の上方から送出され、ガスエンジンやマイクロガスタービン等に供給されて、発電用の燃料等として利用される。
【００２３】
このようにして原ガス１を精製していくと、吸着塔１１内の前記吸着剤１２，１３の吸着能力が飽和状態に次第に近づいてくる。このため、原ガス１の上記精製を所定量行ったら、前記バルブ１８ａ〜１８ｃを閉鎖すると共に、前記バルブ１９ａ，１９ｂを開放すると、吸着塔１１内が排気減圧され（０．１ａｔａ程度）、前記吸着剤１２，１３に吸着除去された前記不純物１ａ、１ｂが当該吸着剤１２，１３から離脱して、吸着塔１１内から排出されて回収される。これにより、吸着塔１１内の前記吸着剤１２，１３は、再生されて吸着能力が回復する。
【００２４】
以下、上述した操作を繰り返して、原ガス１の精製を繰り返し行うことができる。
【００２５】
つまり、従来は、水酸化ナトリウム水溶液等又は酸化鉄や活性炭等により、上記原ガス１中の上記不純物１ａ，１ｂを除去するようにしていたが、本実施の形態では、高シリカモレキュラーシーブスからなる有機珪素系不純物吸着剤１２及び高シリカゼオライトからなる硫黄系不純物吸着剤１３を用いて圧力スイング吸着（Pressure Swing Adsorption:PSA）により、上記原ガス１中の上記不純物１ａ，１ｂを除去するようにしたのである。
【００２６】
このため、従来は、イニシャルコストやランニングコストが高くなってしまうばかりか、大きな設置スペースを要してしまっていたものの、本実施の形態においては、イニシャルコストやランニングコストを抑制することができると同時に、比較的小さな設置スペースで済ますことができる。
【００２７】
したがって、本実施の形態によれば、有機珪素系不純物１ａ及び硫黄系不純物１ｂを含有する原ガス１を低コストでコンパクトに精製することができる。
【００２８】
また、前記吸着剤１２，１３がハニカム形状をなしていることから、粒状をなす場合よりも前記原ガス１を流通させるに際しての圧力損失を低減させることができるので、比較的小型なブロア１６を利用することができる。その結果、イニシャルコストやランニングコストをさらに抑制することができると同時に、さらに小さな設置スペースで済ますことができる。
【００２９】
［第二番目の実施の形態］
本発明にかかるガス精製装置の第二番目の実施の形態を図２を用いて説明する。図２は、ガス精製装置の概略構成図である。ただし、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な部分については、前述した第一番目の実施の形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、前述した第一番目の実施の形態での説明と重複する説明を省略する。
【００３０】
図２に示すように、本実施の形態にかかるガス精製装置は、有機珪素系不純物１ａ及び硫黄系不純物１ｂを含有する原ガス１を精製するガス精製装置２０であって、吸着塔１１と、吸着塔１１の下方側（一方側）から上方側（他方側）へ前記原ガス１を流通させる第一のガス送給手段であるブロア１６、バルブ１８ａ〜１８ｃ等と、吸着塔１１を減圧排気する第一の減圧排気手段であるブロア１６、バルブ１９ａ，１９ｂ等と、吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内に配設され、上記有機珪素系不純物１ａを吸着するハニカム形状の高シリカモレキュラーシーブスからなる有機珪素系不純物吸着剤１２と、吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内に配設され、上記硫黄系不純物１ｂを吸着するハニカム形状の高シリカゼオライトからなる硫黄系不純物吸着剤１３と、吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内に配設され、二酸化炭素１ｃを吸着するハニカム形状の低シリカゼオライトからなる二酸化炭素吸着剤２４とを備えると共に、上記有機珪素系不純物吸着剤１２が、原ガス１の流通方向において上記硫黄系不純物吸着剤１３よりも上流側に配設され、上記二酸化炭素吸着剤２４が、原ガス１の流通方向において上記有機珪素系不純物吸着剤１２及び上記硫黄系不純物吸着剤１３よりも下流側に配設されているものである。
【００３１】
すなわち、本実施の形態にかかるガス精製装置２０は、前述した第一番目の実施の形態にかかるガス精製装置１０において、前記吸着塔１１内の上記有機珪素系不純物吸着剤１２及び上記硫黄系不純物吸着剤１３よりも上方側に低シリカゼオライトからなる二酸化炭素吸着剤２４を設けたのである。
【００３２】
このような本実施の形態にかかるガス精製装置２０においては、前述した第一番目の実施の形態にかかるガス精製装置１０の場合と同様に操作して、原ガス１を吸着塔１１内に送給すると、原ガス１は、前記吸着剤１２，１３内を流通して前記不純物１ａ，１ｂが吸着除去された後に、二酸化炭素吸着剤２４内を流通して二酸化炭素１ｃが吸着除去される。これにより、上記原ガス１は、精製ガス１ｅ（メタン約９９vol.％）となって吸着塔１１の上方から送出され、ガスエンジンやマイクロガスタービン等に供給されて、発電用の燃料等として利用される。
【００３３】
また、原ガス１の上記精製を所定量行ったら、前述した第一番目の実施の形態にかかるガス精製装置１０の場合と同様に操作して、吸着塔１１内を排気減圧すると、前記吸着剤１２，１３，２４に吸着除去された前記不純物１ａ、１ｂ及び二酸化炭素１ｃが当該吸着剤１２，１３，２４から離脱して、吸着塔１１内から排出されて回収される。
【００３４】
つまり、本実施の形態にかかるガス精製装置２０においては、原ガス１中から二酸化炭素１ｃもさらに除去するようにしたのである。
【００３５】
このため、本実施の形態にかかるガス精製装置２０では、メタン濃度の高い（約９９vol.％）精製ガス１ｅを低コストで簡単に得ることができる。
【００３６】
したがって、本実施の形態にかかるガス精製装置２０によれば、前述した第一番目の実施の形態にかかるガス精製装置１０と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、カロリ及び純度の高い精製ガス１ｅを得ることが低コストで簡単にできる。
【００３７】
ここで、例えば、消化ガス（メタン６４vol.％、二酸化炭素３５vol.％、硫化水素１０００ｐｐｍ、シロキサン５０ｍｇ／Ｎｍ3、発熱量２３ＭＪ／Ｎｍ3）を一日あたり３４７７６Ｎｍ3（一時間あたり１４５０Ｎｍ3）で処理する場合において、従来の手段（タカハックス法による硫黄系不純物除去及び活性炭による有機珪素系不純物除去）を適用した場合と、本実施の形態にかかる手段を適用した場合とを比較すると、下記の表１の通りとなる。
【００３８】
【表１】
上記表１からわかるように、本実施の形態にかかる手段によれば、カロリ及び純度の高い精製ガス１ｅを低コストで簡単に得られるといえる。
【００４０】
［第三番目の実施の形態］
本発明にかかるガス精製装置の第三番目の実施の形態を図３を用いて説明する。図３は、ガス精製装置の概略構成図である。ただし、前述した第一、二番目の実施の形態の場合と同様な部分については、前述した第一、二番目の実施の形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、前述した第一、二番目の実施の形態での説明と重複する説明を省略する。
【００４１】
図３に示すように、本実施の形態にかかるガス精製装置は、有機珪素系不純物１ａ及び硫黄系不純物１ｂを含有する原ガス１を精製するガス精製装置３０であって、吸着塔１１と、吸着塔１１の下方側（一方側）から上方側（他方側）へ前記原ガス１を流通させる第一のガス送給手段であるブロア１６、バルブ１８ａ〜１８ｃ等と、吸着塔１１を減圧排気する第一の減圧排気手段であるブロア１６、バルブ１９ａ，１９ｂ等と、吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内に配設され、上記有機珪素系不純物１ａを吸着するハニカム形状の高シリカモレキュラーシーブスからなる有機珪素系不純物吸着剤１２と、吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内に配設され、上記硫黄系不純物１ｂを吸着するハニカム形状の高シリカゼオライトからなる硫黄系不純物吸着剤１３と、第二の処理槽である吸着塔３１と、吸着塔１１の下方側（一方側）から上方側（他方側）へ流通した精製ガス１ｄを前記吸着塔３１の下方側（一方側）から上方側（他方側）へ流通させる第二のガス送給手段であるブロア３６、バルブ３８ｂ，３８ｃ等と、吸着塔３１内を減圧排気する第二の減圧排気手段であるブロア３６、バルブ３９ａ，３９ｂ等と、吸着塔３１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔３１内に配設され、二酸化炭素１ｃを吸着するハニカム形状の低シリカゼオライトからなる二酸化炭素吸着剤２４とを備えると共に、上記有機珪素系不純物吸着剤１２が、原ガス１の流通方向において上記硫黄系不純物吸着剤１３よりも上流側に配設されているものである。
【００４２】
すなわち、前述した第二番目の実施の形態にかかるガス精製装置２０では、前記吸着剤１２，１３を配設した吸着塔１１内に前記吸着剤２４を配設するようにしたが、本実施の形態にかかるガス精製装置３０は、前記吸着剤１２，１３を配設した吸着塔１１とは別の新たな吸着塔３１内に前記吸着剤２４を配設するようにしたのである。
【００４３】
このような本実施の形態にかかるガス精製装置３０においては、前述した第一番目の実施の形態にかかるガス精製装置１０の場合と同様に操作すると同時に、バルブ３８ｂ，３８ｃを開放すると共に、バルブ３９ａ，３９ｂを閉鎖し、ブロア３６を作動させると、原ガス１は、吸着塔１１内に送給され、前述した第一番目の実施の形態の場合と同様に、前記吸着剤１２，１３内を流通して前記不純物１ａ，１ｂが吸着除去されて精製ガス１ｄとなる。この精製ガス１ｄは、吸着塔１１の上方から送出され、ブロア３６により、吸着塔３１の下方から内部に送給され、前記吸着剤２４内を流通して二酸化炭素１ｃが吸着除去されて精製ガス１ｅとなる。この精製ガス１ｅは、吸着塔３１の上方から送出され、ガスエンジンやマイクロガスタービン等に供給されて、発電用の燃料等として利用される。
【００４４】
また、原ガス１の上記精製を所定量行ったら、前述した第一番目の実施の形態にかかるガス精製装置１０の場合と同様に操作し、吸着塔１１内を排気減圧して前記吸着剤１２，１３に吸着除去された前記不純物１ａ、１ｂを当該吸着剤１２，１３から離脱させて吸着塔１１内から回収する一方、バルブ３８ｂ，３８ｃを閉鎖すると共に、バルブ３９ａ，３９ｂを開放すると、吸着塔３１内が排気減圧され、前記吸着剤２４に吸着除去された二酸化炭素１ｃが当該吸着剤２４から離脱し、吸着塔３１内から排出されて回収される。
【００４５】
つまり、前述した第二番目の実施の形態にかかるガス精製装置２０においては、前記不純物１ａ，１ｂと二酸化炭素１ｃとを混在させた状態で回収するようにしていたが、本実施の形態にかかるガス精製装置３０においては、前記不純物１ａ，１ｂと二酸化炭素１ｃとを分けて回収できるようにしたのである。
【００４６】
このため、本実施の形態にかかるガス精製装置３０においては、原ガス１中の二酸化炭素１ｃを精製した状態で回収することができる。
【００４７】
したがって、本実施の形態にかかるガス精製装置３０によれば、前述した第二番目の実施の形態にかかるガス精製装置２０と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、原ガス１中から回収した二酸化炭素１ｃを各種工業用原料に有効利用することができる。
【００４８】
［第四番目の実施の形態］
本発明にかかるガス精製装置の第四番目の実施の形態を図４を用いて説明する。図４は、ガス精製装置の概略構成図である。ただし、前述した第一〜三番目の実施の形態の場合と同様な部分については、前述した第一〜三番目の実施の形態の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、前述した第一〜三番目の実施の形態での説明と重複する説明を省略する。
【００４９】
図４に示すように、本実施の形態にかかるガス精製装置は、有機珪素系不純物１ａ及び硫黄系不純物１ｂを含有する原ガス１を精製するガス精製装置４０であって、複数（本実施の形態では３つ）設けられて並列に連結されている吸着塔１１と、これら吸着塔１１の下方側（一方側）から上方側（他方側）へ前記原ガス１を流通させる第一のガス送給手段であるブロア１６、バルブ１８ｂ，１８ｃ等と、これら吸着塔１１を減圧排気する第一の減圧排気手段である真空ポンプ４６、サージタンク４７、バルブ１９ａ，１９ｂ等と、これら吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内にそれぞれ配設され、上記有機珪素系不純物１ａを吸着するハニカム形状の高シリカモレキュラーシーブスからなる有機珪素系不純物吸着剤１２と、これら吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内にそれぞれ配設され、上記硫黄系不純物１ｂを吸着するハニカム形状の高シリカゼオライトからなる硫黄系不純物吸着剤１３と、これら吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内にそれぞれ配設され、二酸化炭素１ｃを吸着するハニカム形状の低シリカゼオライトからなる二酸化炭素吸着剤２４と、排気された吸着塔１１内のガスを当該吸着塔１１の一方側から他方側へ再び流通させる排気再送給手段であるサージタンク４７、バルブ４９ａ等と、前記排気再送給手段で前記吸着塔１１内を流通した前記ガスを精製ガス１ｄ又は原ガス１と合流させる切換手段であるバルブ４９ｃ，４９ｄ等とを備えると共に、上記有機珪素系不純物吸着剤１２が、原ガス１の流通方向において上記硫黄系不純物吸着剤１３よりも上流側に配設され、上記二酸化炭素吸着剤２４が、原ガス１の流通方向において上記有機珪素系不純物吸着剤１２及び上記硫黄系不純物吸着剤１３よりも下流側に配設されているものである。
【００５０】
すなわち、本実施の形態にかかるガス精製装置４０は、前述した第二番目の実施の形態にかかるガス精製装置２０において、前記吸着塔１１を複数（本実施の形態では３つ）設けて並列に連結すると共に、排気された吸着塔１１内のガスを当該吸着塔１１の一方側から他方側へ再び流通させて、精製ガス１ｅ又は原ガス１と合流させることができるようにしたものなのである。
【００５１】
このような本実施の形態にかかるガス精製装置４０においては、まず、１つの吸着塔１１（例えば、図４中、左側）において、前述した第二番目の実施の形態にかかるガス精製装置２０の場合と同様に操作することにより前記原ガス１を精製ガス１ｅに精製して、ガスエンジンやマイクロガスタービン等で発電用の燃料等として利用することができる。
【００５２】
上記吸着塔１１で原ガス１の上記精製を所定量行ったら、バルブ１８ｂ，１８ｃを閉鎖して、当該吸着塔１１での精製を一旦停止すると共に、他の吸着塔１１の一方（例えば、図４中、中央）において、バルブ１８ｂ，１８ｃを開放して、当該吸着塔１１での原ガス１の精製を開始することにより、原ガス１を精製する吸着塔１１を切り換える。
【００５３】
次に、原ガス１の精製を一旦停止した前記吸着塔１１において、バルブ１９ａを開放し（バルブ１８ｂ，１８ｃは閉鎖）、真空ポンプ４６を作動させることにより、当該吸着塔１１内を排気減圧し、当該吸着塔１１内の前記吸着剤１２，１３，２４に吸着除去された前記不純物１ａ、１ｂ及び二酸化炭素１ｃを当該吸着剤１２，１３，２４から離脱させて、当該吸着塔１１内からサージタンク４７内に回収する。
【００５４】
このとき、当該吸着塔１１内の上方に残っている精製ガス１ｅ（メタン）により、精製ガス１ｅの回収率が低くなってしまうことから、前記不純物１ａ、１ｂ及び二酸化炭素１ｃを当該吸着塔１１内からサージタンク４７内に回収したら、当該吸着塔１１において、バルブ１９ａを閉鎖すると共に、真空ポンプ４６の作動を停止する一方、バルブ４９ａ、４９ｃを開放すると（バルブ４９ｂは閉鎖）、サージタンク４７内の二酸化炭素１ｃ等が減圧下の当該吸着塔１１内に下方から再び流入し、当該吸着塔１１内の前記吸着剤２４等に再び吸着され、これに伴って、当該吸着剤２４等に吸着された精製ガス１ｅ（メタン）が当該吸着剤２４等から離出し、当該吸着塔１１の上方から送出され、当該吸着塔１１内に残っていた精製ガス１ｅ（メタン）が回収される。
【００５５】
このようにして上記吸着塔１１内に残った精製ガス１ｅ（メタン）をほとんど回収したら、当該吸着塔１１において、バルブ４９ｃを閉鎖すると共に、バルブ１８ｃを開放すると、当該吸着塔１１の上方から送出されるガス（わずかに精製ガス１ｅを含んでいる）は、前記ブロア１６からの原ガス１と共に、他の吸着塔１１の一方（例えば、図４中、中央）に供給されて、当該原ガス１と共に再び精製処理される。これにより、吸着塔１１内に残留するメタンがほぼすべて回収される。
【００５６】
また、他の吸着塔１１の一方（例えば、図４中、中央）で原ガス１の上記精製を所定量行ったら、バルブ１８ｂ，１８ｃを閉鎖して、当該吸着塔１１での精製を一旦停止すると共に、他の吸着塔１１の他方（例えば、図４中、右側）において、バルブ１８ｂ，１８ｃを開放して、当該吸着塔１１での原ガス１の精製を開始することにより、原ガス１を精製する吸着塔１１を切り換える。
【００５７】
以下、上述した手順を繰り返して、原ガス１を精製する吸着塔１１と、前記吸着剤１２，１３，２４に吸着されている前記不純物１ａ，１ｂ及び二酸化炭素１ｃの回収を行われる吸着塔１１とを順次切り換えることにより、原ガス１の精製を連続して行うことができる（通常、２つの吸着塔１１で精製処理を行い、残りの１つの吸着塔１１の再生処理を行う。）。
【００５８】
つまり、前述した第一〜三番目の実施の形態にかかるガス精製装置１０，２０，３０においては、原ガス１の精製をバッチ的に行うようにしたが、本実施の形態にかかるガス精製装置４０においては、原ガス１の精製を連続的に行うと共に、吸着塔１１内に残留する精製ガス１ｅをほぼすべて回収できるようにしたのである。
【００５９】
したがって、本実施の形態にかかるガス精製装置４０によれば、前述した第二番目の実施の形態にかかるガス精製装置２０と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、原ガス１の精製処理の効率及び精製ガス１ｅの収率の向上を図ることができる。
【００６０】
［他の実施の形態］
なお、前述した第一〜四番目の実施の形態にかかるガス精製装置１０，２０，３０，４０は、単独で用いることができるのはもちろんのこと、前記バイオガスや前記熱分解ガス等の発生装置の後流側に連結して連続的に精製処理できるシステムとすることも可能である。
【００６１】
また、前述した第二〜四番目の実施の形態では、精製ガス１ｅをガスエンジンやマイクロガスタービン等に供給して、発電用の燃料等として利用するようにしたが、例えば、燃料電池の燃料ガスに利用したり、各種化合物の原料（例えばジメチルエーテル等）に利用したりすることも可能である。
【００６２】
また、前述した第一〜四番目の実施の形態では、原ガス１として、下水消化ガスや生ごみ発酵メタンガス等のバイオガスや、ごみなどの廃棄物を熱分解して生成した廃棄物熱分解ガス等を用いた場合について説明したが、有機珪素系不純物及び硫黄系不純物を含有するガスを精製する場合であれば、前述した第一〜四番目の実施の形態の場合と同様にして適用することができる。
【００６３】
また、前述した第一〜四番目の実施の形態では、圧力スイング吸着（Pressure Swing Adsorption:PSA）により、上記原ガス１中の上記不純物１ａ，１ｂを除去するようにしたが、例えば、温度スイング吸着（Temperature Swing Adsorption:TSA）にも適用可能である。
【００６４】
【発明の効果】
本発明は、硫黄系不純物及び有機珪素系不純物を含有する原ガスを精製するガス精製装置であって、第一の処理槽と、前記第一の処理槽の一方側から他方側へ前記原ガスを流通させる第一のガス送給手段と、前記第一の処理槽内を減圧排気する第一の減圧排気手段と、前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配設され、前記有機珪素系不純物を吸着する高シリカモレキュラーシーブスからなる有機珪素系不純物吸着剤と、前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配設され、前記硫黄系不純物を吸着する高シリカゼオライトからなる硫黄系不純物吸着剤とを備えていることを特徴とするガス精製装置であるので、有機珪素系不純物及び硫黄系不純物を含有する原ガスを低コストでコンパクトに精製することができる。
【００６５】
また、前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配設され、二酸化炭素を吸着する低シリカゼオライトからなる二酸化炭素吸着剤を備えていることを特徴とするガス精製装置であるので、カロリ及び純度の高い精製ガスを得ることが低コストで簡単にできる。
【００６６】
また、第二の処理槽と、前記第一の処理槽の一方側から他方側へ流通したガスを前記第二の処理槽の一方側から他方側へ流通させる第二のガス送給手段と、前記第二の処理槽内を減圧排気する第二の減圧排気手段と、前記第二の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第二の処理槽内に配設され、二酸化炭素を吸着する低シリカゼオライトからなる二酸化炭素吸着剤とを備えていることを特徴とするガス精製装置であるので、カロリ及び純度の高い精製ガスを得ることが低コストで簡単にできると共に、原ガス１中から回収した二酸化炭素を各種工業用原料に有効利用することができる。
【００６７】
また、前記第一の処理槽が複数設けられて並列に連結されていることを特徴とするガス精製装置であるので、原ガスの精製処理の効率の向上を図ることができる。
【００６８】
また、排気された前記第一の処理槽内のガスを当該第一の処理槽の一方側から他方側へ再び流通させる排気再送給手段と、前記排気再送給手段で前記第一の処理槽内を流通した前記ガスを精製ガス又は原ガスと合流させる切換手段とを備えていることを特徴とするガス精製装置であるので、精製ガスの収率の向上を図ることができる。
【００６９】
また、前記吸着剤が、ハニカム形状をなしていることを特徴とするガス精製装置であるので、粒状をなす場合よりも前記原ガスを流通させるに際しての圧力損失を低減させることができ、比較的小型なブロアを利用することができる。その結果、イニシャルコストやランニングコストをさらに抑制することができると同時に、さらに小さな設置スペースで済ますことができる。
【００７０】
また、前記原ガスが、バイオガス又は廃棄物熱分解ガスであることを特徴とするガス精製装置であるので、上述した効果を最も効果的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるガス精製装置の第一番目の実施の形態の概略構成図である。
【図２】本発明にかかるガス精製装置の第二番目の実施の形態の概略構成図である。
【図３】本発明にかかるガス精製装置の第三番目の実施の形態の概略構成図である。
【図４】本発明にかかるガス精製装置の第四番目の実施の形態の概略構成図である。
【符号の説明】
１ 原ガス
１ａ 有機珪素系不純物
１ｂ 硫黄系不純物
１ｃ 二酸化炭素
１ｄ，１ｅ 精製ガス
１０ ガス精製装置
１１ 吸着塔
１２ 有機珪素系不純物吸着剤
１３ 硫黄系不純物吸着剤
１６ ブロア
１８ａ〜１８ｃ，１９ａ，１９ｂ バルブ
２０ ガス精製装置
２４ 二酸化炭素吸着剤
３０ ガス精製装置
３１ 吸着塔
３６ ブロア
３８ｂ，３８ｃ，３９ａ，３９ｂ バルブ
４０ ガス精製装置
４６ 真空ポンプ
４７ サージタンク
４９ａ〜４９ｄバルブ
Claims (8)
- 硫黄系不純物及び有機珪素系不純物を含有する原ガスを精製するガス精製装置であって、
第一の処理槽と、
前記第一の処理槽の一方側から他方側へ前記原ガスを流通させる第一のガス送給手段と、
前記第一の処理槽内を減圧排気する第一の減圧排気手段と、
前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配設される、前記有機珪素系不純物を吸着する高シリカモレキュラーシーブスからなる有機珪素系不純物吸着剤と、前記硫黄系不純物を吸着する高シリカゼオライトからなる硫黄系不純物吸着剤と、
を備えていることを特徴とするガス精製装置。 - 請求項１において、
前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配設され、二酸化炭素を吸着する低シリカゼオライトからなる二酸化炭素吸着剤を備え、
前記二酸化炭素吸着剤が、ガスの流通方向において前記有機珪素系不純物吸着剤及び前記硫黄系不純物吸着剤よりも下流側に配設されている
ことを特徴とするガス精製装置。 - 請求項１において、
第二の処理槽と、
前記第一の処理槽の一方側から他方側へ流通したガスを前記第二の処理槽の一方側から他方側へ流通させる第二のガス送給手段と、
前記第二の処理槽内を減圧排気する第二の減圧排気手段と、
前記第二の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第二の処理槽内に配設され、二酸化炭素を吸着する低シリカゼオライトからなる二酸化炭素吸着剤と
を備えていることを特徴とするガス精製装置。 - 請求項１又は請求項２において、
前記第一の処理槽が複数設けられて並列に連結されている
ことを特徴とするガス精製装置。 - 請求項４において、
排気された前記第一の処理槽内のガスを当該第一の処理槽の一方側から他方側へ再び流通させる排気再送給手段と、
前記排気再送給手段で前記第一の処理槽内を流通した前記ガスを精製ガス又は原ガスと合流させる切換手段と
を備えていることを特徴とするガス精製装置。 - 請求項１から請求項５のいずれかにおいて、
前記有機珪素系不純物吸着剤が、ガスの流通方向において前記硫黄系不純物吸着剤よりも上流側に配設されている
ことを特徴とするガス精製装置。 - 請求項１から請求項６のいずれかにおいて、
前記吸着剤が、ハニカム形状をなしている
ことを特徴とするガス精製装置。 - 請求項１から請求項７のいずれかにおいて、
前記原ガスが、バイオガス又は廃棄物熱分解ガスである
ことを特徴とするガス精製装置。
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