JP4901064B2 - 活性炭処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、活性炭を充填した活性炭充填層に、メタンを主成分とするとともに有機ポリシロキサンを含有した被処理ガスを供給し、有機ポリシロキサンを活性炭に吸着させて除去する活性炭処理装置に関する。
生活排水を処理した下水汚泥とか、ビンのコーティング処理を行うビール工場や消泡剤を使う食品工場などからの排水を処理した汚泥を嫌気性発酵処理すると、メタンを主成分とするとともに有機ポリシロキサンを含有した被処理ガス（バイオガス）が発生する。
近年、このような被処理ガスを発電装置用のガスエンジンなどの燃料として使用することが進められている。
近年、このような被処理ガスを発電装置用のガスエンジンなどの燃料として使用することが進められている。
ところが、被処理ガス中に微量に含まれている有機ポリシロキサンに起因して固体の酸化ケイ素（ＳｉＯ2）が生じ、点火プラグに付着しての点火不良、シリンダやピストンに付着しての早期摩損、吸気弁や排気弁に付着しての動作不良、燃焼室ヘッドに付着しての動作不良を惹き起こすなど、ガスエンジンを損傷させる不都合があり、有機ポリシロキサンを除去することが望まれている。
このような有機ポリシロキサンを除去するために、従来、活性炭の充填層を通過させ、活性炭に吸着させるようにしている。
また、被処理ガスの相対湿度が高いと、活性炭の細孔が水で飽和状態になるために、活性炭充填層を通過させる前に、相対湿度を低下させるものが知られている（特許文献１参照）。
特開２００３−２２５５２５号公報
また、被処理ガスの相対湿度が高いと、活性炭の細孔が水で飽和状態になるために、活性炭充填層を通過させる前に、相対湿度を低下させるものが知られている（特許文献１参照）。
しかしながら、図３の有機ポリシロキサンの平衡吸着量の温度依存性のグラフに示すように、温度が高くなると、活性炭の吸着性能が低下する傾向にある。
このため、通常、夏期の被処理ガスが高温多湿となる条件に合わせ、高温になり過ぎないような温度に設定し、活性炭充填層を通過させる前に、設定温度になるように被処理ガスを加熱していた。
被処理ガスが低温多湿の冬期においても、夏期と同じ温度で加熱しているが、種々の検討の結果、冬期では、高温にしなくても吸着性能の低下を防止できることを見出すに至り、この点から、従来例の場合、ヒータ容量が大きいためにイニシャルコストが高価であり、更に、ランニングコストが高価になる欠点があった。また、必要以上に昇温して活性炭の吸着性能を低下させていた。
このため、通常、夏期の被処理ガスが高温多湿となる条件に合わせ、高温になり過ぎないような温度に設定し、活性炭充填層を通過させる前に、設定温度になるように被処理ガスを加熱していた。
被処理ガスが低温多湿の冬期においても、夏期と同じ温度で加熱しているが、種々の検討の結果、冬期では、高温にしなくても吸着性能の低下を防止できることを見出すに至り、この点から、従来例の場合、ヒータ容量が大きいためにイニシャルコストが高価であり、更に、ランニングコストが高価になる欠点があった。また、必要以上に昇温して活性炭の吸着性能を低下させていた。
相対湿度を低下する手法として、活性炭充填層を通過させる前に被処理ガスを冷却し、水蒸気を凝縮液化させ、その液化した水分を除去し、その水分除去後の被処理ガスを活性炭充填層に供給するものも考えられるが、凝縮液化のための冷凍設備が高価でイニシャルコストが増大する問題があり、実用性に欠けるものであった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明は、イニシャルコストおよびランニングコストが低く、かつ、必要以上に昇温することを防止して、活性炭の性能を維持するとともに適切に相対湿度を低下できるようにすることを目的とし、請求項２に係る発明は、より精度良く相対湿度を低下できるようにすることを目的とし、請求項３に係る発明は、バイオガスを良好な燃料として得られるようにすることを目的とする。
請求項１に係る発明は、上述のような目的を達成するために、
活性炭を充填した活性炭充填層に、メタンを主成分とするとともに有機ポリシロキサンを含有した相対湿度が９０〜１００％の被処理ガスを供給し、有機ポリシロキサンを前記活性炭に吸着させて除去する活性炭処理装置において、
前記活性炭充填層に供給する被処理ガスを加熱する加熱手段と、
前記加熱手段による加熱前の温度と加熱後の被処理ガスの温度との温度差を測定する温度差測定手段と、
前記温度差測定手段によって測定される温度差に基づき、温度差が１２〜１７℃の温度範囲内に維持されるように前記加熱手段の加熱出力を制御する加熱制御手段とを備えて構成する。
活性炭を充填した活性炭充填層に、メタンを主成分とするとともに有機ポリシロキサンを含有した相対湿度が９０〜１００％の被処理ガスを供給し、有機ポリシロキサンを前記活性炭に吸着させて除去する活性炭処理装置において、
前記活性炭充填層に供給する被処理ガスを加熱する加熱手段と、
前記加熱手段による加熱前の温度と加熱後の被処理ガスの温度との温度差を測定する温度差測定手段と、
前記温度差測定手段によって測定される温度差に基づき、温度差が１２〜１７℃の温度範囲内に維持されるように前記加熱手段の加熱出力を制御する加熱制御手段とを備えて構成する。
（作用・効果）
請求項１に係る発明の活性炭処理装置の構成によれば、活性炭充填層に供給される相対湿度が９０〜１００％の被処理ガスを、加熱前の温度と加熱後の温度との差が１２〜１７℃の温度範囲内に維持されるように加熱して相対湿度を低下する。
したがって、夏期でも冬期でも、一定の温度になるまで加熱するのでは無く、所定の温度差分だけ被処理ガスを加熱して相対湿度を低下するから、被処理ガスの温度が夏期よりも低い中間期や冬期において、被処理ガスの加熱に要する熱量を減少でき、イニシャルコストおよびランニングコストが低く、かつ、必要以上に昇温することを防止して、活性炭の性能を維持できるとともに適切に相対湿度を低下できる。
しかも、設定温度範囲を１２℃以上にすることで、冬期はもちろんのこと夏期においても破過時間を十分長くできて交換頻度を低減でき、ランニングコストをより良好に低減できる。また、設定温度範囲を１７℃未満にすることで、冬期および夏期のいずれにおいても破過時間を十分長くできて交換頻度を低減できながら、必要以上に高温にせず、活性炭の吸着性能を高い状態に維持でき、イニシャルコストおよびランニングコストを良好に低減できる。
請求項１に係る発明の活性炭処理装置の構成によれば、活性炭充填層に供給される相対湿度が９０〜１００％の被処理ガスを、加熱前の温度と加熱後の温度との差が１２〜１７℃の温度範囲内に維持されるように加熱して相対湿度を低下する。
したがって、夏期でも冬期でも、一定の温度になるまで加熱するのでは無く、所定の温度差分だけ被処理ガスを加熱して相対湿度を低下するから、被処理ガスの温度が夏期よりも低い中間期や冬期において、被処理ガスの加熱に要する熱量を減少でき、イニシャルコストおよびランニングコストが低く、かつ、必要以上に昇温することを防止して、活性炭の性能を維持できるとともに適切に相対湿度を低下できる。
しかも、設定温度範囲を１２℃以上にすることで、冬期はもちろんのこと夏期においても破過時間を十分長くできて交換頻度を低減でき、ランニングコストをより良好に低減できる。また、設定温度範囲を１７℃未満にすることで、冬期および夏期のいずれにおいても破過時間を十分長くできて交換頻度を低減できながら、必要以上に高温にせず、活性炭の吸着性能を高い状態に維持でき、イニシャルコストおよびランニングコストを良好に低減できる。
また、請求項２に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１に記載の活性炭処理装置において、
温度差測定手段を、
加熱手段に供給される被処理ガスの温度を測定する入口温度計と、
前記加熱手段から前記活性炭充填層に供給される加熱後の被処理ガスの温度を測定する出口温度計と、
前記出口温度計で測定される被処理ガスの温度と前記入口温度計で測定される被処理ガスの温度との差を算出する温度差算出手段とから構成する。
請求項１に記載の活性炭処理装置において、
温度差測定手段を、
加熱手段に供給される被処理ガスの温度を測定する入口温度計と、
前記加熱手段から前記活性炭充填層に供給される加熱後の被処理ガスの温度を測定する出口温度計と、
前記出口温度計で測定される被処理ガスの温度と前記入口温度計で測定される被処理ガスの温度との差を算出する温度差算出手段とから構成する。
（作用・効果）
請求項２に係る発明の活性炭処理装置の構成によれば、加熱手段に供給する入口および出口それぞれにおいて被処理ガスの温度を測定し、両者の測定温度に基づいて温度差を算出するから、精度良く相対湿度を低下できる。
請求項２に係る発明の活性炭処理装置の構成によれば、加熱手段に供給する入口および出口それぞれにおいて被処理ガスの温度を測定し、両者の測定温度に基づいて温度差を算出するから、精度良く相対湿度を低下できる。
また、請求項３に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１または２に記載の活性炭処理装置において、
被処理ガスが排水汚泥を嫌気性発酵処理する際に得られるバイオガスである。
請求項１または２に記載の活性炭処理装置において、
被処理ガスが排水汚泥を嫌気性発酵処理する際に得られるバイオガスである。
（作用・効果）
請求項３に係る発明の活性炭処理装置の構成によれば、バイオガス中に含まれる有機ポリシロキサンを活性炭充填層に吸着して除去するから、バイオガスを、エンジンの動作に支障をきたすことのない良好な燃料として得ることができる。
請求項３に係る発明の活性炭処理装置の構成によれば、バイオガス中に含まれる有機ポリシロキサンを活性炭充填層に吸着して除去するから、バイオガスを、エンジンの動作に支障をきたすことのない良好な燃料として得ることができる。
以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発明の活性炭処理装置の構成によれば、活性炭充填層に供給される相対湿度が９０〜１００％の被処理ガスを、加熱前の温度と加熱後の温度との差が１２〜１７℃の温度範囲内に維持されるように加熱して相対湿度を低下するから、夏期でも冬期でも、一定の温度になるまで加熱するのでは無く、所定の温度差分だけ被処理ガスを加熱して相対湿度を低下するから、被処理ガスの温度が夏期よりも低い中間期や冬期において、被処理ガスの加熱に要する熱量を減少でき、イニシャルコストおよびランニングコストが低く、かつ、必要以上に昇温することを防止して、活性炭の性能を維持できるとともに適切に相対湿度を低下できる。
しかも、設定温度範囲を１２℃以上にすることで、冬期はもちろんのこと夏期においても破過時間を十分長くできて交換頻度を低減でき、ランニングコストをより良好に低減できる。また、設定温度範囲を１７℃未満にすることで、冬期および夏期のいずれにおいても破過時間を十分長くできて交換頻度を低減できながら、必要以上に高温にせず、活性炭の吸着性能を高い状態に維持でき、イニシャルコストおよびランニングコストを良好に低減できる。
しかも、設定温度範囲を１２℃以上にすることで、冬期はもちろんのこと夏期においても破過時間を十分長くできて交換頻度を低減でき、ランニングコストをより良好に低減できる。また、設定温度範囲を１７℃未満にすることで、冬期および夏期のいずれにおいても破過時間を十分長くできて交換頻度を低減できながら、必要以上に高温にせず、活性炭の吸着性能を高い状態に維持でき、イニシャルコストおよびランニングコストを良好に低減できる。
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る活性炭処理装置の実施例を示す全体概略構成図であり、生活排水を処理した下水汚泥とか、ビンのコーティング処理を行うビール工場や消泡剤を使う食品工場などからの排水を処理した汚泥を嫌気性発酵処理するメタン発酵槽１に配管２を介して貯留タンク３が接続され、嫌気性発酵処理に伴ってメタン発酵槽１で発生する、メタンを主成分とするとともに有機ポリシロキサンを含有した被処理ガスとしてのバイオガスを貯留タンク３内に貯めるように構成されている。
図１は、本発明に係る活性炭処理装置の実施例を示す全体概略構成図であり、生活排水を処理した下水汚泥とか、ビンのコーティング処理を行うビール工場や消泡剤を使う食品工場などからの排水を処理した汚泥を嫌気性発酵処理するメタン発酵槽１に配管２を介して貯留タンク３が接続され、嫌気性発酵処理に伴ってメタン発酵槽１で発生する、メタンを主成分とするとともに有機ポリシロキサンを含有した被処理ガスとしてのバイオガスを貯留タンク３内に貯めるように構成されている。
貯留タンク３に、ブロアー４と第１の開閉弁Ｖ１とを介装したガス導入管５を介して活性炭処理槽６が接続されている。
活性炭処理槽６内には、活性炭を充填した活性炭充填層７が設けられ、活性炭処理槽６に、第２の開閉弁Ｖ２を介装した処理ガス取出管８が接続され、有機ポリシロキサンを活性炭に吸着させて除去し、除去後のガスを燃料ガスとして取出すように構成されている。
活性炭処理槽６内には、活性炭を充填した活性炭充填層７が設けられ、活性炭処理槽６に、第２の開閉弁Ｖ２を介装した処理ガス取出管８が接続され、有機ポリシロキサンを活性炭に吸着させて除去し、除去後のガスを燃料ガスとして取出すように構成されている。
ガス導入管５の、ブロアー４と第１の開閉弁Ｖ１との間に、加熱手段としての電気ヒータ９が設けられ、活性炭充填層７に供給する被処理ガスを加熱して被処理ガスの相対湿度を低下させ、活性炭の吸着性能を向上できるように構成されている。電気ヒータ９としては、ガス導入管５を被覆するようにバンドヒータを巻くなど、各種の構成が採用できる。
ガス導入管５において、ブロアー４と電気ヒータ９との間に、電気ヒータ９に供給される被処理ガスの温度を測定する入口温度計１０が設けられ、電気ヒータ９と第１の開閉弁Ｖ１との間に、電気ヒータ９から活性炭充填層７に供給される加熱後の被処理ガスの温度を測定する出口温度計１１が設けられている。
入口温度計１０および出口温度計１１がコントローラ１２に接続されるとともに、そのコントローラ１２に電気ヒータ９が接続されている。
コントローラ１２には、温度差算出手段１３と第１および第２の比較手段１４，１５と加熱制御手段１６とが備えられている。
コントローラ１２には、温度差算出手段１３と第１および第２の比較手段１４，１５と加熱制御手段１６とが備えられている。
温度差算出手段１３では、出口温度計１１で測定される被処理ガスの温度と入口温度計１０で測定される被処理ガスの温度との差を算出するようになっている。
第１の比較手段１４では、温度差算出手段１３で算出された温度差と上限設定器１７で設定される上限温度差（例えば、１７℃）とを比較し、算出温度差が上限温度差よりも大きいときには温度低下信号を出力するようになっている。
第２の比較手段１５では、温度差算出手段１３で算出された温度差と下限設定器１８で設定される下限温度差（例えば、１２℃）とを比較し、算出温度差が下限温度差よりも小さいときには温度上昇信号を出力するようになっている。
第１の比較手段１４では、温度差算出手段１３で算出された温度差と上限設定器１７で設定される上限温度差（例えば、１７℃）とを比較し、算出温度差が上限温度差よりも大きいときには温度低下信号を出力するようになっている。
第２の比較手段１５では、温度差算出手段１３で算出された温度差と下限設定器１８で設定される下限温度差（例えば、１２℃）とを比較し、算出温度差が下限温度差よりも小さいときには温度上昇信号を出力するようになっている。
加熱制御手段１６では、第１の比較手段１４からの温度低下信号に応答して電気ヒータ９に指令信号を出力し、加熱出力を設定量だけ低下させ、一方、第２の比較手段１５からの温度上昇信号に応答して電気ヒータ９に指令信号を出力し、加熱出力を設定量だけ上昇するように、すなわち、温度差が設定温度範囲内に維持されるように電気ヒータ９の加熱出力を制御するようになっている。
以上の構成により、夏期や冬期など、外気温度の変化にかかわらず、活性炭充填層７に供給する前に被処理ガスを設定温度範囲の温度だけ加熱し、被処理ガスの相対湿度を確実に低下させてから活性炭充填層７に供給し、有機ポリシロキサンを活性炭に良好に吸着させるとともに、活性炭の破過時間を増大できるようになっている。
次に、実験例について説明する。
活性炭処理槽としては、ステンレス製で内径６０ｍｍ、高さ４００ｍｍのものを用い、その活性炭処理槽内に、粒状活性炭０．２８ｋｇを充填密度０．４０ｇ／ｃｃで充填高さ２４５ｍｍになるように充填した。
電気ヒータとしてはシーズヒータを用いた。
被処理ガスとしては、有機ポリシロキサンとしてオクタメチルクロテトラシロキサン７５ｍｇ／Ｎｍ3を含有させ、相対湿度１００％、９０％それぞれに調整した水分中に、メタン６０％、二酸化炭素４０％に調整した模擬バイオガスをバブリングさせることにより蒸発させたガスを用い、その被処理ガスを流量１Ｎｍ3／ｈで流すように構成した。
活性炭処理槽としては、ステンレス製で内径６０ｍｍ、高さ４００ｍｍのものを用い、その活性炭処理槽内に、粒状活性炭０．２８ｋｇを充填密度０．４０ｇ／ｃｃで充填高さ２４５ｍｍになるように充填した。
電気ヒータとしてはシーズヒータを用いた。
被処理ガスとしては、有機ポリシロキサンとしてオクタメチルクロテトラシロキサン７５ｍｇ／Ｎｍ3を含有させ、相対湿度１００％、９０％それぞれに調整した水分中に、メタン６０％、二酸化炭素４０％に調整した模擬バイオガスをバブリングさせることにより蒸発させたガスを用い、その被処理ガスを流量１Ｎｍ3／ｈで流すように構成した。
上記試験装置を６台作製し、電気ヒータへの供給前において、相対湿度９０％、温度３５℃の被処理ガス（グラフ中Ａで示す）、相対湿度１００％、温度３５℃の被処理ガス（グラフ中でＢ示す）、相対湿度９０％、温度１℃の被処理ガス（グラフＣ中で示す）、相対湿度１００％、温度１℃の被処理ガス（グラフＤ中で示す）の４種類の試験ガスを、５段階あるいは６段階（Ｂについてのみ）の温度差を設定して有機ポリシロキサンの吸着試験を実施し、有機ポリシロキサンの破過時間を測定したところ、表１および図２の温度差（昇温幅）と破過時間との相対関係のグラフに示す結果が得られた。なお、昇温しなかった場合の結果は、グラフ左下に集中して示される。
破過したと考える濃度は１．０ｍｇ／Ｎｍ3に設定した。活性炭処理槽の出口での有機ポリシロキサンの濃度測定は、定期的にガスクロマトグラフ質量分析計で行った。
破過したと考える濃度は１．０ｍｇ／Ｎｍ3に設定した。活性炭処理槽の出口での有機ポリシロキサンの濃度測定は、定期的にガスクロマトグラフ質量分析計で行った。
上記結果から、夏期の高温時（約３５℃）を考慮するとともに、破過時間を考慮することにより、温度差が１２℃未満で急激に破過時間が減少していることがわかり、また、温度が高温になるに伴って活性炭の平衡吸着量が減少していることがわかり、設定温度範囲を１２〜１７℃にするのが好ましいことがわかる。
上記実施例では、ガス導入管５に、入口温度計１０と出口温度計１１とを設け、両温度計１０，１１で測定される温度を温度差算出手段１３に入力して、電気ヒータ９による加熱前の温度と加熱後の被処理ガスの温度との温度差を測定するように構成しているが、本発明としては、入口温度計１０に代えて外気温度を測定する気温計を用いるようにしても良く、それらの温度差を測定する構成をして温度差測定手段と総称する。
上記実施例では、ガス導入管５に、入口温度計１０と出口温度計１１とを設け、両温度計１０，１１で測定される温度を温度差算出手段１３に入力して、電気ヒータ９による加熱前の温度と加熱後の被処理ガスの温度との温度差を測定するように構成しているが、本発明としては、入口温度計１０に代えて外気温度を測定する気温計を用いるようにしても良く、それらの温度差を測定する構成をして測定温度差測定手段と総称する。
上記実施例では、被処理ガスを加熱するのに電気ヒータ９を用いているが、例えば、ガス導入管５に熱交換器を設け、バーナなどにより加熱して温水を生じさせ、その温水を流量可変型ポンプで熱交換器に送るように構成するなど各種の構成変形が可能であり、それらをして加熱手段と総称する。
７…活性炭充填層
９…電気ヒータ（加熱手段）
１０…入口温度計（温度差測定手段）
１１…出口温度計（温度差測定手段）
１３…温度差算出手段（温度差測定手段）
１６…加熱制御手段
９…電気ヒータ（加熱手段）
１０…入口温度計（温度差測定手段）
１１…出口温度計（温度差測定手段）
１３…温度差算出手段（温度差測定手段）
１６…加熱制御手段
Claims (3)
- 活性炭を充填した活性炭充填層に、メタンを主成分とするとともに有機ポリシロキサンを含有した相対湿度が９０〜１００％の被処理ガスを供給し、有機ポリシロキサンを前記活性炭に吸着させて除去する活性炭処理装置において、
前記活性炭充填層に供給する被処理ガスを加熱する加熱手段と、
前記加熱手段による加熱前の温度と加熱後の被処理ガスの温度との温度差を測定する温度差測定手段と、
前記温度差測定手段によって測定される温度差に基づき、温度差が１２〜１７℃の温度範囲内に維持されるように前記加熱手段の加熱出力を制御する加熱制御手段と、
を備えたことを特徴とする活性炭処理装置。 - 請求項１に記載の活性炭処理装置において、
温度差測定手段が、
加熱手段に供給される被処理ガスの温度を測定する入口温度計と、
前記加熱手段から前記活性炭充填層に供給される加熱後の被処理ガスの温度を測定する出口温度計と、
前記出口温度計で測定される被処理ガスの温度と前記入口温度計で測定される被処理ガスの温度との差を算出する温度差算出手段とから構成されるものである活性炭処理装置。 - 請求項１または２に記載の活性炭処理装置において、
被処理ガスが排水汚泥を嫌気性発酵処理する際に得られるバイオガスである活性炭処理装置。
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