JP4560296B2

JP4560296B2 - 脱湿装置

Info

Publication number: JP4560296B2
Application number: JP2004013305A
Authority: JP
Inventors: 隆司大濱; 末和山田; 辰雄久米
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2004-01-21
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2024-01-21
Also published as: JP2005206661A

Description

本発明は、有機性廃棄物をメタン発酵処理若しくは消化処理して発生させるメタンを主成分とするガス、又は、廃棄物を改質処理して発生させる一酸化炭素及び水素を主成分とするガスを脱湿する脱湿装置に関する。

近年、有機性廃棄物をメタン発酵処理して発生させるメタンを主成分とするガス（以下、メタン発酵ガスと称する場合がある）や、有機性廃棄物を消化処理して発生させるメタンを主成分とするガス（以下、消化ガスと称する場合がある）や、廃棄物を改質処理して発生させる一酸化炭素及び水素を主成分とするガス（以下、改質ガスと称する場合がある）を、エネルギー源として有効利用されるようになっている。
そして、それらメタン発酵ガス、消化ガス、改質ガスは水分の含有量が多いので、エネルギー源として用いる場合には脱湿処理を行う必要がある。例えば、ガスエンジンの燃料ガスとして用いる場合には、含まれる水分を８０％以下の湿度にまで低下させる脱湿処理を行う必要がある。また、ガスエンジンの燃料ガスとして用いる前に活性炭を用いた脱シロキサン装置に通流させる必要がある場合には、含まれる水分を５０％以下の湿度にまで低下させる脱湿処理を行う必要がある。

従来、このようなメタン発酵ガス、消化ガス又は改質ガスを脱湿対象ガスとする脱湿装置としては、脱湿対象ガスを冷却する冷却器を設けて、その冷却器にて脱湿対象ガスを冷却して、脱湿対象ガスに含まれる水蒸気を凝縮させると共に、その凝縮水を回収することにより、脱湿対象ガスを脱湿するように構成された装置がある（例えば、特許文献１参照）。
尚、前記特許文献１には記載されていないが、冷凍機を設けて、その冷凍機にて冷却した冷水等の冷却用流体を冷却源として冷却器に通流させることになる。

特開２００３−７３６８０号公報

しかしながら、従来の脱湿装置では、価格が高くしかもエネルギー消費量の多い冷凍機を設置する必要があるので、脱湿装置が高騰化すると共に、エネルギー消費量が多くなり、延いては、脱湿対象ガスを脱湿処理する脱湿処理コストが高騰化するという問題があった。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、脱湿処理コストを低廉化し得る脱湿装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る脱湿装置の第１特徴構成は、脱湿対象ガス用通路とパージガス用通路とを脱湿処理用膜で隔てて備えた脱湿手段が設けられ、有機性廃棄物をメタン発酵処理若しくは消化処理して発生させたメタンを主成分とするガス又は廃棄物を改質処理して発生させた一酸化炭素及び水素を主成分とするガスを、脱湿対象ガスとして前記脱湿対象ガス用通路を通流させ、且つ、パージガスを前記パージガス用通路を通流させて、脱湿対象ガスに含まれる水蒸気を前記脱湿処理用膜を透過させて前記パージガス用通路側に排出させるように構成されており、前記脱湿手段にて脱湿処理された脱湿処理済の脱湿対象ガスの一部をパージガスとして前記パージガス用通路に供給するパージ用戻し路と、前記パージガス用通路から排出されるパージ処理済のパージガスに含まれる水分を除去するドレイン除去手段と、そのドレイン除去手段にて水分が除去された水分除去処理済のパージガスを前記脱湿対象ガス用通路に供給するパージ後ガス戻し路とが設けられているとともに、前記脱湿対象ガスを加圧して前記脱湿対象ガス用通路に通流させるブロアを、前記パージ後ガス戻し路の前記脱湿対象ガス用通路への合流部より下流側に設け、
前記ドレイン除去手段より前記脱湿処理用膜側に吸引手段を設け、前記吸引手段により前記脱湿処理用膜側の前記パージガス用通路を負圧状態にする点にある。

上記第１特徴構成によれば、メタン発酵ガス、消化ガス又は改質ガスを脱湿対象ガスとして脱湿対象ガス用通路を通流させ、且つ、パージガスをパージガス用通路を通流させると、脱湿対象ガス用通路とパージガス用通路との間の水蒸気分圧の差により、脱湿対象ガスに含まれる水蒸気を脱湿処理用膜を透過させてパージガス用通路側に排出させ、そのように排出させた水蒸気をパージガスによりパージガス用通路外に排出させることにより、脱湿対象ガス用通路とパージガス用通路との間の水蒸気分圧の差を確保して、継続的に脱湿対象ガスを脱湿処理することができる。
このように、脱湿処理用膜によって隔てられた脱湿対象ガス用通路とパージガス用通路とに、脱湿対象ガスとその脱湿対象ガスよりも水蒸気分圧の低いパージガスとを夫々通流させるという簡単な構成によって脱湿処理を行うことができるものであるから、脱湿装置の低廉化を図ることができ、又、例えば、空気をシリカゲルにて乾燥させてパージガスを作製したり、脱湿処理したガスの一部をパージガスとして用いる等、パージガスの作製も低いエネルギ消費量にて行えるものであるから、この脱湿処理に要するエネルギを小さくすることができる。
従って、脱湿処理コストを低廉化し得る脱湿装置を提供することができる。

また、上記第１特徴構成によれば、脱湿手段にて脱湿処理された脱湿処理済の脱湿対象ガスの一部をパージガス戻し路を介してパージガスとして上記パージガス用通路に供給することによりパージガス用通路の脱湿が行われることで、脱湿対象ガス用通路とパージガス用通路との間の水蒸気分圧の差を確保して、脱湿手段の脱湿性能を充分に発揮させることができ、そして、そのパージガス用通路から排出されるパージ処理済のパージガス（脱湿対象ガス）に含まれる水分をドレイン除去手段にて除去し、水分除去済のパージガス（脱湿対象ガス）を上記脱湿対象ガス用通路にパージ後ガス戻し路を介して供給することにより、上述のように脱湿手段にて脱湿処理された後でパージガス用通路の脱湿を行うために取り出された脱湿対象ガスが脱湿対象ガス用通路に戻されて、ガス供給源から供給された脱湿対象ガスを無駄にすることなく有効利用することができる。

さらに、上記第１特徴構成によれば、吸引手段が上記パージガス用通路を負圧状態にするように吸引作用することでパージガス用通路には乾燥したパージガスが流入し易くなるので、パージガス用通路が乾燥した状態に保たれ易くなる。その結果、脱湿対象ガス用通路とパージガス用通路との間の水蒸気分圧の差を確保して、脱湿手段の脱湿性能を充分に発揮させることができる。

本発明に係る脱湿装置の第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、ガス供給源から供給される脱湿対象ガスの一部を前記脱湿手段を迂回して通流させて、前記脱湿手段から排出される脱湿処理済の脱湿対象ガスに合流させる迂回路が設けられている点にある。
また、本発明に係る脱湿装置の第３特徴構成は、脱湿対象ガス用通路とパージガス用通路とを脱湿処理用膜で隔てて備えた脱湿手段が設けられ、有機性廃棄物をメタン発酵処理若しくは消化処理して発生させたメタンを主成分とするガス又は廃棄物を改質処理して発生させた一酸化炭素及び水素を主成分とするガスを、脱湿対象ガスとして前記脱湿対象ガス用通路を通流させ、且つ、パージガスを前記パージガス用通路を通流させて、脱湿対象ガスに含まれる水蒸気を前記脱湿処理用膜を透過させて前記パージガス用通路側に排出させるように構成されているとともに、ガス供給源から供給される脱湿対象ガスの一部を前記脱湿手段を迂回して通流させて、前記脱湿手段から排出される脱湿処理済の脱湿対象ガスに合流させる迂回路が設けられている点にある。

上記第２及び第３特徴構成によれば、ガス供給源から供給される脱湿対象ガスの全てを脱湿手段に通流させるのではなく、ガス供給源から供給される脱湿対象ガスの一部を脱湿手段を迂回して通流させ、脱湿手段を通流した脱湿対象ガスと脱湿手段を迂回した脱湿対象ガスとを合流させるように構成されているので、ガス供給源から供給される全ての脱湿対象ガスを脱湿手段に通流させる場合に比べて、脱湿手段の劣化を抑制して長寿命化を図ることができる。

＜参考構成＞
以下に図面を参照して脱湿装置の参考構成について説明する。
有機性廃棄物をメタン発酵処理して発生させるメタンを主成分とするガス（以下、メタン発酵ガスと称する場合がある）や、有機性廃棄物を消化処理して発生させるメタンを主成分とするガス（以下、消化ガスと称する場合がある）や、廃棄物を改質処理して発生させる一酸化炭素及び水素を主成分とするガス（以下、改質ガスと称する場合がある）には水分が含まれており、それらのガスを利用する前に脱湿を行わねばならないことがある。例えば、それらのガスをガスエンジンのガス燃料として用いるとき、生成されたそれらのガス中に含まれる水分を除去した上でガスエンジンに供給する必要がある。本発明に係る脱湿装置は、上述のメタン発酵ガス、消化ガス、改質ガスなどの脱湿対象ガスに含まれる水分を除去することを目的とした装置であり、脱湿処理済の脱湿対象ガスをガスエンジンに供給する場合の例について説明する。

図１に示す参考構成の脱湿装置は、ガス供給源１から脱湿対象ガス供給路８を介して供給される脱湿対象ガスをポンプ２にて約百ｋＰａに加圧して脱湿部（脱湿手段）３に送り込み、脱湿部３にて脱湿された後の脱湿処理済の脱湿対象ガスを脱湿対象ガス排出路９を介してガスエンジン側へ送出するように構成されている。図２に例示するように、脱湿部３は、筐体２０内に、ガス供給源１側から供給される脱湿対象ガスが通流する脱湿対象ガス用通路２１とパージガスが通流するパージガス用通路２２とを脱湿処理用膜２３で隔てて備えている中空糸型の脱湿処理用膜フィルタとなっている。また、パージガス用通路２２を通流するパージガスは、図１に示すように、脱湿部３にて脱湿処理された脱湿処理済の脱湿対象ガスの一部がパージ用戻し路６及び弁４を介して脱湿部３のパージガス用通路２２に導入されたものである。パージガス用通路２２を通流するパージガスの流量を調整するためには、弁４の開度を調整すればよい。

このように、脱湿対象ガス用通路２１を通流する脱湿対象ガスは、パージガス用通路２２を通流する脱湿処理済の脱湿対象ガス（パージガス）よりも水蒸気分圧が高くなっているので、脱湿対象ガス用通路２１を通流する脱湿対象ガスに含まれる水蒸気が上記脱湿処理用膜２３を透過して上記パージガス用通路２２側に排出される脱湿処理が継続的に行われることになる。

そして、脱湿部３のパージガス用通路２２を通流した後で脱湿部３から排出されるガスは、パージ後ガス戻し路７を介して脱湿対象ガス供給路８に戻されて、再度、脱湿部３に供給される。また、脱湿部３のパージガス用通路２２から排出されるパージ処理済のパージガスが通流するパージ用ガス戻し路７には、そのパージガスに含まれる水分を除去するドレイン除去手段５が設けられている。

ドレイン除去手段５は、水蒸気を含有するパージ処理済のパージガスが通流するパージ後ガス戻し路７の中途箇所より、そのパージ後ガス戻し路７内に生じた凝縮水Ｗを排出して、ドレインタンク４１に貯留するように構成したものであり、パージ後ガス戻し路７の中途箇所に、凝縮水をドレインタンク４１に流下案内するドレイン流下路４２を接続し、そのドレイン流下路４２に、パージ後ガス戻し路７を通流する気体がドレインタンク４１側に漏れるのを阻止し、パージ後ガス戻し路７内の凝縮水がドレインタンク４１側へ流下するのを許容し、且つ、パージ後ガス戻し路７内の圧力低下によって、ドレインタンク４１に貯留した凝縮水がパージ後ガス戻し路７側へ逆流するのを阻止する弁部Ｖを設けてある。

ドレイン流下路４２は、その下端がドレインタンク４１の底部近くに位置するように、ドレインタンク４１内に挿入する状態で設け、ドレインタンク４１から凝縮水を排出するドレイン排出路４３を、ドレインタンク４１の周壁におけるドレイン流下路４２の下端に対応する位置よりも上側の箇所に連通接続してある。そして、ドレインタンク４１内の凝縮水の水位が、常時、ドレイン流下路４２の下端よりも上方に維持されるようにして、ドレイン流下路４２の下端部を水封するようにしてある。図３中の４４は、ドレイン排出路４３に設けたドレイン排出用電磁弁である。

そして、弁部Ｖは、パージ後ガス戻し路７内の圧力によって気体漏洩阻止用弁座４５に接当して気体の漏れを阻止し、且つ、パージ後ガス戻し路７からの凝縮水による浮力にて気体漏洩阻止用弁座４５から浮上して凝縮水の流下を許容する気体漏洩阻止用浮体４６を備えた気体漏洩阻止部Ｖｔと、ドレインタンク４１からの凝縮水による浮力にて逆流阻止用弁座４７に接当して凝縮水の逆流を阻止する逆流阻止用浮体４８を備えた逆流阻止部Ｖｒとを備えて構成してある。

以上のように、脱湿対象ガス用通路２１とパージガス用通路２２との間の水蒸気分圧の差を形成して、脱湿対象ガスに含まれる水分を脱湿対象ガス用通路２１側からパージガス用通路２２側に脱湿処理用膜２３を通して除去することができるので、排出される脱湿対象ガスに含まれる水分を例えば５０％以下の湿度にまで低下させてガスエンジンに供給することが可能となる。

＜第１実施形態＞
図４に示す第１実施形態の脱湿装置は、パージ後ガス戻し路７に、パージガス用通路２２を負圧状態にするように吸引作用する吸引手段としての真空ポンプ１１が設けられている点で上記参考構成と異なっている。以下に第１実施形態の脱湿装置について説明するが、参考構成と同様の説明は省略する。

ガス供給源１から脱湿対象ガス供給路８に供給された脱湿対象ガスは、ブロア１０によって数ｋＰａから数十ｋＰａの圧力に加圧されて脱湿部３に流れ込む。参考構成に示した脱湿装置では、ポンプ２を用いて約数百ｋＰａに加圧した脱湿対象ガスを脱湿部３に流入させていたが、第１実施形態では、パージ後ガス戻し路７に真空ポンプ１１が設けられたことによってパージガス用通路２２には乾燥した脱湿処理済の脱湿対象ガスが流入し易くなるので、パージガス用通路２２が乾燥した状態に保たれ易くなる。つまり、本実施形態では、脱湿対象ガス用通路２１を通流する脱湿対象ガスを上記参考構成の場合のような高圧にまで加圧する必要はない。そして、脱湿対象ガス用通路２１を通流する脱湿対象ガスとパージガス用通路２２を通流するパージガスとの間の水蒸気分圧の差によって、脱湿対象ガス用通路２１を通流する脱湿対象ガスに含まれる水蒸気が上記脱湿処理用膜２３を透過して上記パージガス用通路２２側に排出される。

以上のように、パージ後ガス戻し路７に設けられた真空ポンプ１１がパージガス用通路２２を負圧状態にするように吸引作用することで、脱湿対象ガス用通路２１に流入する脱湿対象ガスを大きな圧力で加圧しなくても脱湿対象ガス用通路２１とパージガス用通路２２との間の水蒸気分圧の差を確保して、脱湿対象ガスの脱湿処理を良好に行うことができる。

＜第２実施形態、第３実施形態＞
上記第１実施形態では、ガス供給部１から脱湿対象ガス供給路８に供給された脱湿対象ガスの全てを脱湿部３にて脱湿処理した後でガスエンジン側に供給するように構成していたが、第１実施形態及び脱湿装置の参考構成の改変例として示す図５、図６に示す実施形態では、ガス供給源１から供給される脱湿対象ガスの一部を脱湿部３を迂回して通流させて、脱湿部３から排出される脱湿処理済の脱湿対象ガスに合流させる迂回路２５が設けられている。脱湿部３に流入する脱湿対象ガスの量と、迂回路２５を通流する脱湿対象ガスの量とは分流弁２４によって適宜調整可能である。

つまり、ガス供給源１から供給される脱湿対象ガスの全てを脱湿部３に通流させるのではなく、ガス供給源１から供給される脱湿対象ガスの一部を迂回路２５にて脱湿部３を迂回して通流させ、脱湿部３を通流した脱湿対象ガスと脱湿部３を迂回した脱湿対象ガスとを合流させるように構成されているので、合流後の脱湿対象ガスの湿度は第１実施形態及び参考構成に示した脱湿装置を用いた場合に比べて高くなるものの、ガス供給源１から供給される全ての脱湿対象ガスを脱湿部３に通流させる場合に比べて、脱湿部３の劣化を抑制して長寿命化を図ることができる。例えば、脱湿装置から排出された脱湿処理済の脱湿対象ガスをガスエンジンなどに供給する前に、活性炭を用いた脱シロキサン装置に通流させなくてもよい場合には、脱湿対象ガスの湿度がある程度は高く（例えば、湿度８０％）ても構わないことがあるので、図５或いは図６に示す構成の脱湿装置を用いることができる。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、有機性廃棄物をメタン発酵処理して発生させるメタンを主成分とするガスや、有機性廃棄物を消化処理して発生させるメタンを主成分とするガスや、廃棄物を改質処理して発生させる一酸化炭素及び水素を主成分とするガスなどを脱湿処理した後でガスエンジンの燃料ガスとして用いる場合について説明したが、他の様々な用途に使用することもできる。例えば、上述のメタンを主成分とするガスを燃料改質装置にて水素に改質して、燃料電池の燃料ガス（水素ガス）として用いることもできる。

＜２＞
上記実施形態では、ドレイン除去手段５の構成について具体例を挙げて説明したが、本発明におけるドレイン除去手段５の構成は上述したものに限定されず、気体中の水分を除去可能な他の構成のドレイン除去手段に置き換えることも可能である。

＜３＞
上記実施形態では、脱湿部３として中空糸型の脱湿処理用膜フィルタを用いた場合について説明したが、他の構成の脱湿処理膜に置換することも可能であり、例えば、公知のスパイラル型の脱湿処理用膜フィルタを用いることもできる。

脱湿装置の参考構成図脱湿部の部分分解図ドレイン除去手段の断面図第１実施形態の脱湿装置の構成図第２実施形態の脱湿装置の構成図第３実施形態の脱湿装置の構成図

３脱湿部（脱湿手段）
２１脱湿対象ガス用通路
２２パージガス用通路
２３脱湿処理用膜

Claims

脱湿対象ガス用通路とパージガス用通路とを脱湿処理用膜で隔てて備えた脱湿手段が設けられ、
有機性廃棄物をメタン発酵処理若しくは消化処理して発生させたメタンを主成分とするガス又は廃棄物を改質処理して発生させた一酸化炭素及び水素を主成分とするガスを、脱湿対象ガスとして前記脱湿対象ガス用通路を通流させ、且つ、パージガスを前記パージガス用通路を通流させて、脱湿対象ガスに含まれる水蒸気を前記脱湿処理用膜を透過させて前記パージガス用通路側に排出させるように構成されており、
前記脱湿手段にて脱湿処理された脱湿処理済の脱湿対象ガスの一部をパージガスとして前記パージガス用通路に供給するパージ用戻し路と、
前記パージガス用通路から排出されるパージ処理済のパージガスに含まれる水分を除去するドレイン除去手段と、
そのドレイン除去手段にて水分が除去された水分除去処理済のパージガスを前記脱湿対象ガス用通路に供給するパージ後ガス戻し路とが設けられているとともに、
前記脱湿対象ガスを加圧して前記脱湿対象ガス用通路に通流させるブロアを、前記パージ後ガス戻し路の前記脱湿対象ガス用通路への合流部より下流側に設け、
前記ドレイン除去手段より前記脱湿処理用膜側に吸引手段を設け、前記吸引手段により前記脱湿処理用膜側の前記パージガス用通路を負圧状態にする脱湿装置。
ガス供給源から供給される脱湿対象ガスの一部を前記脱湿手段を迂回して通流させて、前記脱湿手段から排出される脱湿処理済の脱湿対象ガスに合流させる迂回路が設けられている請求項１記載の脱湿装置。
脱湿対象ガス用通路とパージガス用通路とを脱湿処理用膜で隔てて備えた脱湿手段が設けられ、
有機性廃棄物をメタン発酵処理若しくは消化処理して発生させたメタンを主成分とするガス又は廃棄物を改質処理して発生させた一酸化炭素及び水素を主成分とするガスを、脱湿対象ガスとして前記脱湿対象ガス用通路を通流させ、且つ、パージガスを前記パージガス用通路を通流させて、脱湿対象ガスに含まれる水蒸気を前記脱湿処理用膜を透過させて前記パージガス用通路側に排出させるように構成されているとともに、
ガス供給源から供給される脱湿対象ガスの一部を前記脱湿手段を迂回して通流させて、前記脱湿手段から排出される脱湿処理済の脱湿対象ガスに合流させる迂回路が設けられている脱湿装置。