JP6013864B2 - Methane fermentation gas purification method and purification system - Google Patents
Methane fermentation gas purification method and purification system Download PDFInfo
- Publication number
- JP6013864B2 JP6013864B2 JP2012225394A JP2012225394A JP6013864B2 JP 6013864 B2 JP6013864 B2 JP 6013864B2 JP 2012225394 A JP2012225394 A JP 2012225394A JP 2012225394 A JP2012225394 A JP 2012225394A JP 6013864 B2 JP6013864 B2 JP 6013864B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- concentration
- methane
- methane fermentation
- adsorption
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/20—Sludge processing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/20—Waste processing or separation
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
Description
本発明は、有機性廃棄物のメタン発酵処理により得られるメタン発酵ガスの精製方法および精製システムに関し、特に、圧力スイング吸着法(PSA法)を用いてメタン発酵ガスを精製する方法およびシステムに関するものである。 The present invention relates to a purification method and purification system for methane fermentation gas obtained by methane fermentation treatment of organic waste, and more particularly to a method and system for purifying methane fermentation gas using a pressure swing adsorption method (PSA method). It is.
近年、余剰汚泥、生ゴミおよび有機性排水等の有機性廃棄物をメタン発酵処理して得られるメタン発酵ガスが、カーボンニュートラルで環境負荷の低い次世代エネルギー源として着目されている。メタン発酵ガスは、バイオガスとも称され、主成分は二酸化炭素(CO2)およびメタン(CH4)である。そして、メタン発酵ガスは、通常、精製により所望の濃度のメタンを含む精製ガスにしてから、都市ガス原料や自動車燃料等として使用される。 In recent years, methane fermentation gas obtained by methane fermentation treatment of organic waste such as excess sludge, raw garbage and organic wastewater has attracted attention as a next-generation energy source that is carbon neutral and has a low environmental impact. Methane fermentation gas is also referred to as biogas, and the main components are carbon dioxide (CO 2 ) and methane (CH 4 ). And methane fermentation gas is normally used as a city gas raw material, an automobile fuel, etc., after making it the refined gas containing a desired density | concentration of methane by refinement | purification.
ここで、従来、メタン発酵ガスの精製システムでは、メタン発酵処理装置で得られたメタン発酵ガスを0.5〜1.0MPa(ゲージ圧)まで加圧した後に、高圧水吸収法や圧力スイング吸着法(PSA法)を使用してメタン発酵ガスから炭酸ガスを除去している(例えば、特許文献1,2参照)。なお、「高圧水吸収法」とは、高圧のメタン発酵ガスを水と接触させて炭酸ガスを水に溶解させることにより、メタン発酵ガスから炭酸ガスを除去する方法である。また、「圧力スイング吸着法」とは、吸着剤に対するガスの吸着量がガス種およびガスの分圧によって異なることを利用したガス分離方法であり、吸着剤を充填した吸着塔にメタン発酵ガスを加圧下で供給してメタンガスが富化された精製ガスを得る吸着工程と、吸着剤に吸着されたガスを吸着工程よりも低い圧力下で脱着させて吸着剤を再生する脱着工程とを交互に繰り返して実施することにより精製ガスを得る方法である。 Here, conventionally, in the methane fermentation gas purification system, after pressurizing the methane fermentation gas obtained in the methane fermentation treatment apparatus to 0.5 to 1.0 MPa (gauge pressure), the high-pressure water absorption method or pressure swing adsorption The carbon dioxide gas is removed from the methane fermentation gas using a method (PSA method) (see, for example, Patent Documents 1 and 2). The “high pressure water absorption method” is a method of removing carbon dioxide from methane fermentation gas by bringing high pressure methane fermentation gas into contact with water and dissolving carbon dioxide in water. The “pressure swing adsorption method” is a gas separation method that utilizes the fact that the amount of gas adsorbed on the adsorbent varies depending on the gas species and the partial pressure of the gas. Methane fermentation gas is added to the adsorption tower packed with the adsorbent. An adsorption process to obtain purified gas enriched with methane gas by supplying under pressure and a desorption process to regenerate the adsorbent by desorbing the gas adsorbed by the adsorbent under a lower pressure than the adsorption process It is a method of obtaining purified gas by repeatedly performing.
しかし、上記従来のメタン発酵ガスの精製システムのメタン発酵処理装置で得られるメタン発酵ガスの圧力は、例えば3kPa(ゲージ圧)程度と比較的低圧である。従って、メタン発酵処理装置で得られたメタン発酵ガスを0.5〜1.0MPa(ゲージ圧)まで加圧した後に精製している上記従来のメタン発酵ガスの精製システムでは、ガスの昇圧に要するエネルギーが大きかった。
そのため、上記従来のメタン発酵ガスの精製システムには、メタン発酵ガスの精製に要するエネルギーが大きいという点において改善の余地があった。
However, the pressure of the methane fermentation gas obtained by the methane fermentation treatment apparatus of the conventional methane fermentation gas purification system is relatively low, for example, about 3 kPa (gauge pressure). Therefore, in the conventional purification system for methane fermentation gas, which is purified after pressurizing the methane fermentation gas obtained by the methane fermentation treatment apparatus to 0.5 to 1.0 MPa (gauge pressure), it is necessary to pressurize the gas. The energy was great.
For this reason, the conventional purification system for methane fermentation gas has room for improvement in that the energy required for purification of methane fermentation gas is large.
そこで、本発明は、メタン発酵ガスの精製に必要なエネルギーを低減したメタン発酵ガスの精製方法および精製システムを提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the purification method and purification system of methane fermentation gas which reduced the energy required for refinement | purification of methane fermentation gas.
この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明のメタン発酵ガスの精製方法は、有機性廃棄物をメタン発酵処理してメタンガスと炭酸ガスとを含むメタン発酵ガスを得るメタン発酵ガス生成工程と、前記メタン発酵ガス生成工程で得られたメタン発酵ガスを精製してメタンガスが富化された精製ガスを得る精製工程とを含むメタン発酵ガスの精製方法であって、前記精製工程は、圧力スイング吸着法を用いてメタン発酵ガスから炭酸ガスを分離する圧力スイング吸着工程を少なくとも含み、前記精製工程で精製されるメタン発酵ガスの圧力が、前記メタン発酵ガス生成工程で得られるメタン発酵ガスの圧力以下であり、且つ、前記精製工程で得られる精製ガスの圧力が、前記精製工程で精製されるメタン発酵ガスの圧力以下であり、前記圧力スイング吸着工程では、吸着剤を充填した2基以上の吸着塔を備える精製装置を使用し、各吸着塔では、吸着塔に前記メタン発酵ガスを供給して前記精製ガスを得る吸着工程と、前記吸着工程において前記吸着剤に吸着されたガスを減圧下で脱着させて前記吸着剤を再生する脱着工程とを繰り返し実施し、前記精製装置では、少なくとも一つの吸着塔で吸着工程を実施している間に残りの吸着塔のうちの少なくとも一つで脱着工程を実施すると共に、前記脱着工程を実施中の吸着塔から排出される脱着ガスの少なくとも一部をリサイクルガスとして前記吸着工程を実施中の吸着塔に流通させ、前記少なくとも一つの吸着塔における吸着工程の終了時に前記精製ガス中の、メタンガスの濃度および/または炭酸ガスの濃度を測定し、測定した前記精製ガス中のメタンガスの濃度および/または前記精製ガス中の炭酸ガスの濃度を用いて、前記少なくとも一つの吸着塔において次の吸着工程を実施する際に前記リサイクルガスを当該吸着塔に流通し得る最大時間を決定し、前記測定した前記精製ガス中のメタンガスの濃度が所定の濃度超の場合および/または前記精製ガス中の炭酸ガスの濃度が所定の濃度未満の場合には、前記最大時間を前記吸着工程において前記少なくとも一つの吸着塔に前記リサイクルガスを流通した時間よりも長くし、前記測定した前記精製ガス中のメタンガスの濃度が所定の濃度未満の場合および/または前記精製ガス中の炭酸ガスの濃度が所定の濃度超の場合には、前記最大時間を前記吸着工程において前記少なくとも一つの吸着塔に前記リサイクルガスを流通した時間よりも短くし、前記測定した前記精製ガス中のメタンガスの濃度が所定の濃度の場合および/または前記精製ガス中の炭酸ガスの濃度が所定の濃度の場合には、前記最大時間を前記吸着工程において前記少なくとも一つの吸着塔に前記リサイクルガスを流通した時間以下とすることを特徴とする。このように、精製工程で精製されるメタン発酵ガスの圧力をメタン発酵ガス生成工程で得られるメタン発酵ガスの圧力以下とし、且つ、精製工程で得られる精製ガスの圧力を精製工程で精製されるメタン発酵ガスの圧力以下として、メタン発酵ガスを加圧することなく精製すれば、メタン発酵ガスの昇圧に要するエネルギーを無くすことができる。よって、メタン発酵ガスの精製に要するエネルギーを低減することができる。また、メタン発酵ガスを加圧することなく、圧力スイング吸着工程において低圧のメタン発酵ガスから炭酸ガスを分離した場合、メタン発酵ガスからのメタンガスの回収率(=(得られた精製ガス中のメタンガスの量/供給したメタン発酵ガス中のメタンガスの量)×100%)が低下し易い。しかし、脱着工程を実施中の吸着塔から排出される脱着ガスの少なくとも一部をリサイクルガスとして吸着工程を実施中の吸着塔に流通させれば、脱着ガス中に含まれているメタンガスを回収し、メタン発酵ガスからのメタンガスの回収率を向上させることができる。更に、精製ガス中のメタンガスの濃度および/または炭酸ガスの濃度を使用し、少なくとも一つの吸着塔において次の吸着工程を実施する際にリサイクルガスを吸着塔に流通し得る最大時間を決定すれば、脱着ガス中に含まれているメタンガスを十分に回収してメタン発酵ガスからのメタンガスの回収率を向上させつつ、精製ガス中のメタンガスの濃度が所望の濃度よりも低くなるのを抑制することができる。 An object of the present invention is to advantageously solve the above-described problems, and the method for purifying methane fermentation gas according to the present invention is a methane fermentation process comprising methane fermentation of organic waste and methane gas and carbon dioxide. A method for purifying methane fermentation gas, comprising: a methane fermentation gas generation step for obtaining gas; and a purification step for purifying the methane fermentation gas obtained in the methane fermentation gas generation step to obtain a purified gas enriched in methane gas. The purification step includes at least a pressure swing adsorption step for separating carbon dioxide gas from methane fermentation gas using a pressure swing adsorption method, and the pressure of the methane fermentation gas purified in the purification step generates the methane fermentation gas. The pressure of the purified gas obtained in the purification step is equal to or lower than the pressure of the methane fermentation gas obtained in the step, and the pressure of the purified gas obtained in the purification step is In the pressure swing adsorption step, a purification apparatus including two or more adsorption towers filled with an adsorbent is used, and in each adsorption tower, the methane fermentation gas is supplied to the adsorption tower and the purification is performed. The purification apparatus repeatedly performs an adsorption step for obtaining a gas and a desorption step for regenerating the adsorbent by desorbing the gas adsorbed on the adsorbent in the adsorption step under reduced pressure. While the adsorption process is being carried out in step 1, the desorption process is carried out in at least one of the remaining adsorption towers, and at least a part of the desorption gas discharged from the adsorption tower in which the desorption process is being carried out is recycled gas. the adsorption process is circulated to the adsorption tower in the embodiment, said at least one of the refined gas at the end of the adsorption step in the adsorption tower, methane gas concentration and / or carbon dioxide gas as When the concentration of methane gas in the purified gas and / or the concentration of carbon dioxide gas in the purified gas is measured, the recycling is performed when the next adsorption step is performed in the at least one adsorption tower. The maximum time during which the gas can flow through the adsorption tower is determined, and when the measured concentration of methane gas in the purified gas exceeds a predetermined concentration and / or the concentration of carbon dioxide gas in the purified gas is less than a predetermined concentration In this case, when the maximum time is longer than the time during which the recycle gas is circulated through the at least one adsorption tower in the adsorption step, and the measured concentration of methane gas in the purified gas is less than a predetermined concentration And / or if the concentration of carbon dioxide in the purified gas is above a predetermined concentration, the maximum time is taken as the at least one absorption in the adsorption step. When the concentration of methane gas in the purified gas is a predetermined concentration and / or when the concentration of carbon dioxide gas in the purified gas is a predetermined concentration, which is shorter than the time when the recycle gas is circulated through the arrival tower the, wherein said at least one of to Rukoto and following the time flowing through the recycle gas to the adsorption tower in the adsorption step of the maximum time. In this way, the pressure of the methane fermentation gas purified in the purification process is set to be equal to or lower than the pressure of the methane fermentation gas obtained in the methane fermentation gas generation process, and the pressure of the purified gas obtained in the purification process is purified in the purification process. If the methane fermentation gas is refined without increasing the pressure below the pressure of the methane fermentation gas, the energy required for the pressure increase of the methane fermentation gas can be eliminated. Therefore, the energy required for refining methane fermentation gas can be reduced. In addition, when carbon dioxide gas is separated from low-pressure methane fermentation gas in the pressure swing adsorption process without pressurizing methane fermentation gas, the recovery rate of methane gas from methane fermentation gas (= (of methane gas in the obtained purified gas) Amount / amount of methane gas in the supplied methane fermentation gas) × 100%) is likely to decrease. However, if at least part of the desorption gas discharged from the adsorption tower that is carrying out the desorption process is recycled to the adsorption tower that is carrying out the adsorption process, the methane gas contained in the desorption gas is recovered. , Ru can improve the recovery rate of methane from methane fermentation gas. Furthermore, if the concentration of methane gas and / or the concentration of carbon dioxide gas in the purified gas is used and the next adsorption step is performed in at least one adsorption tower, the maximum time during which the recycle gas can be circulated to the adsorption tower is determined. In order to improve the recovery rate of methane gas from the methane fermentation gas by sufficiently recovering the methane gas contained in the desorption gas, the concentration of the methane gas in the refined gas is suppressed from becoming lower than the desired concentration. Can do.
なお、本発明において、「所定の濃度」は、使用する吸着剤の性能や、求められるメタンガスの回収率や、精製ガス中のメタンガスの濃度低下の許容範囲に応じて予め定めることができる。また、「精製ガス中のメタンガスの所望の濃度」とは、精製ガスの用途に応じて予め定められる濃度である。 Contact name in the present invention, "predetermined concentration" can be determined and the performance of the adsorbent used, the recovery rate and the determined methane, in accordance with the allowable range of density reduction methane in the purified gas in advance. The “desired concentration of methane gas in the refined gas” is a concentration determined in advance according to the use of the refined gas.
そして、本発明のメタン発酵ガスの精製方法は、前記脱着ガス中のメタンガスの濃度および/または炭酸ガスの濃度を測定し、前記次の吸着工程を実施する際に、当該次の吸着工程を実施中の吸着塔へ流通させる前記リサイクルガス中の前記メタンガスの濃度が所定の濃度以上となるように、次の吸着工程を実施中の吸着塔への前記リサイクルガスの流通を停止するタイミングを決定することが好ましい。脱着ガス中のメタンガスの濃度および/または炭酸ガスの濃度も用いて、リサイクルガス中のメタンガスの濃度が所定の濃度以上となるようにリサイクルガスの流通を停止するタイミングを決定すれば、メタンガスの濃度が低い脱着ガスがリサイクルガスとして吸着塔へ流通するのを抑制して、メタン発酵ガスからのメタンガスの回収率を効果的に向上させることができるからである。
なお、本発明において、「リサイクルガス中のメタンガスの所定の濃度」は、使用する吸着剤の性能や、求められるメタンガスの回収率や、精製ガス中のメタンガスの濃度低下の許容範囲に応じて適宜設定することができる。
The method for purifying methane fermentation gas of the present invention measures the concentration of methane gas and / or the concentration of carbon dioxide gas in the desorption gas, and implements the next adsorption step when performing the next adsorption step. The timing for stopping the circulation of the recycle gas to the adsorption tower that is performing the next adsorption step is determined so that the concentration of the methane gas in the recycle gas to be circulated to the adsorption tower in the inside becomes a predetermined concentration or more. It is preferable. Using the concentration of methane gas in the desorption gas and / or the concentration of carbon dioxide gas, the concentration of methane gas can be determined by determining when to stop the circulation of the recycle gas so that the concentration of methane gas in the recycle gas is equal to or higher than the predetermined concentration. This is because it is possible to effectively improve the recovery rate of methane gas from the methane fermentation gas by suppressing the low desorption gas from circulating as a recycle gas to the adsorption tower.
In the present invention, the “predetermined concentration of methane gas in the recycle gas” is appropriately determined according to the performance of the adsorbent used, the required recovery rate of methane gas, and the allowable range of decrease in the concentration of methane gas in the purified gas. Can be set.
また、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明のメタン発酵ガスの精製システムは、有機性廃棄物をメタン発酵処理してメタンガスと炭酸ガスとを含むメタン発酵ガスを得るメタン発酵ガス生成機構と、前記メタン発酵ガス生成機構で生成したメタン発酵ガスを精製してメタンガスが富化された精製ガスを得る精製機構とを含むメタン発酵ガスの精製システムであって、前記精製機構は、圧力スイング吸着法を用いてメタン発酵ガスから炭酸ガスを分離する精製装置を少なくとも備え、前記精製機構で精製されるメタン発酵ガスの圧力が、前記メタン発酵ガス生成機構で得られるメタン発酵ガスの圧力以下となり、且つ、前記精製機構で得られる精製ガスの圧力が、前記精製機構で精製されるメタン発酵ガスの圧力以下となるように構成されており、前記精製装置が、吸着剤を充填した2基以上の吸着塔を備え、各吸着塔では、吸着塔に前記メタン発酵ガスを供給して前記精製ガスを得る吸着工程と、前記吸着工程において前記吸着剤に吸着されたガスを減圧下で脱着させて前記吸着剤を再生する脱着工程とを繰り返し実施し、少なくとも一つの吸着塔に前記メタン発酵ガスを供給して精製ガスを製造している間に残りの吸着塔のうちの少なくとも一つで吸着塔内を減圧して前記吸着剤に吸着されたガスを脱着させるように構成され、前記残りの吸着塔のうちの少なくとも一つから排出される脱着ガスの少なくとも一部をリサイクルガスとして前記少なくとも一つの吸着塔に供給するリサイクルガス供給ラインと、前記リサイクルガス供給ラインを介した前記少なくとも一つの吸着塔へのリサイクルガスの供給を遮断する供給遮断機構と、前記精製ガス中のメタンガスの濃度および/または炭酸ガスの濃度を測定する精製ガス濃度計と、前記供給遮断機構の動作を制御して、前記リサイクルガスを前記少なくとも一つの吸着塔に流通する時間を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、測定した前記精製ガス中のメタンガスの濃度および/または前記精製ガス中の炭酸ガスの濃度を用いて、前記少なくとも一つの吸着塔において次の吸着工程を実施する際に前記リサイクルガスを当該吸着塔に流通し得る最大時間を決定し、前記少なくとも一つの吸着塔における前記吸着工程の終了時に前記精製ガス濃度計で測定した前記精製ガス中のメタンガスの濃度が所定の濃度超の場合および/または前記精製ガス中の炭酸ガスの濃度が所定の濃度未満の場合には、前記最大時間が前記吸着工程において前記少なくとも一つの吸着塔に前記リサイクルガスを流通した時間よりも長くなるように前記供給遮断機構の動作を制御し、前記少なくとも一つの吸着塔における前記吸着工程の終了時に前記精製ガス濃度計で測定した前記精製ガス中のメタンガスの濃度が所定の濃度未満の場合および/または前記精製ガス中の炭酸ガスの濃度が所定の濃度超の場合には、前記最大時間が前記吸着工程において前記少なくとも一つの吸着塔に前記リサイクルガスを流通した時間よりも短くなるように前記供給遮断機構の動作を制御し、前記少なくとも一つの吸着塔における前記吸着工程の終了時に前記精製ガス濃度計で測定した前記精製ガス中のメタンガスの濃度が所定の濃度の場合および/または前記精製ガス中の炭酸ガスの濃度が所定の濃度の場合には、前記最大時間が前記吸着工程において前記少なくとも一つの吸着塔に前記リサイクルガスを流通した時間以下となるように前記供給遮断機構の動作を制御することを特徴とする。このように、精製機構で精製されるメタン発酵ガスの圧力がメタン発酵ガス生成機構で得られるメタン発酵ガスの圧力以下となり、且つ、精製機構で得られる精製ガスの圧力が精製機構で精製されるメタン発酵ガスの圧力以下となるように構成して、メタン発酵ガスを加圧することなく精製すれば、メタン発酵ガスの昇圧に要するエネルギーを無くすことができる。よって、メタン発酵ガスの加圧装置を不要として、メタン発酵ガスの精製に要するエネルギーを低減することができる。また、メタン発酵ガスの加圧装置を設けることなく、精製装置において低圧のメタン発酵ガスから炭酸ガスを分離した場合、メタン発酵ガスからのメタンガスの回収率が低下し易い。しかしリサイクルガス供給ラインを設ければ、脱着ガスの少なくとも一部をリサイクルガスとして吸着塔に流通させ、脱着ガス中に含まれているメタンガスを回収し、メタン発酵ガスからのメタンガスの回収率を向上させることができる。更に、制御装置が、吸着工程の終了時に精製ガス濃度計で測定した測定値を使用し、少なくとも一つの吸着塔において次の吸着工程を実施する際にリサイクルガスを吸着塔に流通し得る最大時間を決定すれば、脱着ガス中に含まれているメタンガスを十分に回収してメタン発酵ガスからのメタンガスの回収率を向上させつつ、精製ガス中のメタンガスの濃度が所望の濃度よりも低くなるのを抑制することができる。 Moreover, this invention aims at solving the said subject advantageously, The refinement | purification system of the methane fermentation gas of this invention contains methane gas and a carbon dioxide gas by carrying out the methane fermentation process of the organic waste. A methane fermentation gas purification system comprising a methane fermentation gas production mechanism for obtaining methane fermentation gas, and a purification mechanism for purifying the methane fermentation gas produced by the methane fermentation gas production mechanism to obtain a purified gas enriched in methane gas. The purification mechanism includes at least a purification device for separating carbon dioxide gas from methane fermentation gas using a pressure swing adsorption method, and the pressure of the methane fermentation gas purified by the purification mechanism is the methane fermentation gas production mechanism. The pressure of the purified gas obtained by the purification mechanism is equal to or lower than the pressure of the methane fermentation gas obtained by the above-mentioned purification mechanism, and the methane fermentation is purified by the purification mechanism. The purification apparatus includes two or more adsorption towers filled with an adsorbent, and in each adsorption tower, the methane fermentation gas is supplied to the adsorption tower and the purification is performed. An adsorption step for obtaining a gas, and a desorption step for regenerating the adsorbent by desorbing the gas adsorbed on the adsorbent in the adsorption step to regenerate the adsorbent, and adding the methane fermentation gas to at least one adsorption tower And reducing the pressure in the adsorption tower with at least one of the remaining adsorption towers while producing the purified gas, and desorbing the gas adsorbed on the adsorbent, At least a recycled gas supply line for supplying to the at least one adsorption column as a recycle gas at least part of one desorbed gas discharged from the recycled gas supply line of the adsorption tower A supply shut-off mechanism for shutting off the supply of the recycle gas to the at least one adsorption tower via a gas, a purified gas concentration meter for measuring the concentration of methane gas and / or carbon dioxide in the purified gas, and the supply shut-off A control device for controlling the operation of the mechanism to control the time for circulating the recycled gas to the at least one adsorption tower, the control device comprising the measured concentration of methane gas in the purified gas and / or the The concentration of carbon dioxide in the purified gas is used to determine the maximum time during which the recycle gas can be circulated to the adsorption tower when performing the next adsorption step in the at least one adsorption tower, and the at least one adsorption When the concentration of methane gas in the purified gas measured by the purified gas concentration meter at the end of the adsorption step in the tower exceeds a predetermined concentration; When the concentration of carbon dioxide gas in the purified gas is less than a predetermined concentration, the maximum time is longer than the time during which the recycle gas is circulated through the at least one adsorption tower in the adsorption step. When the concentration of methane gas in the purified gas measured by the purified gas concentration meter at the end of the adsorption step in the at least one adsorption tower is less than a predetermined concentration by controlling the operation of the supply cutoff mechanism and / or the purification When the concentration of carbon dioxide gas in the gas exceeds a predetermined concentration, the supply cutoff mechanism is configured so that the maximum time is shorter than the time during which the recycle gas is circulated through the at least one adsorption tower in the adsorption step. Controlling the operation, in the purified gas measured by the purified gas concentration meter at the end of the adsorption step in the at least one adsorption tower When the concentration of the tan gas is a predetermined concentration and / or when the concentration of the carbon dioxide gas in the purified gas is a predetermined concentration, the recycle gas is circulated through the at least one adsorption tower in the adsorption step. It characterized that you control the operation of the supply shut off mechanism such that the time or less. Thus, the pressure of the methane fermentation gas purified by the purification mechanism is equal to or lower than the pressure of the methane fermentation gas obtained by the methane fermentation gas production mechanism, and the pressure of the purified gas obtained by the purification mechanism is purified by the purification mechanism. If it is configured to be equal to or lower than the pressure of the methane fermentation gas and the methane fermentation gas is purified without being pressurized, the energy required for boosting the methane fermentation gas can be eliminated. Therefore, the energy required for refinement | purification of methane fermentation gas can be reduced by making the pressurization apparatus of methane fermentation gas unnecessary. Moreover, when carbon dioxide gas is separated from low-pressure methane fermentation gas in the refining device without providing a methane fermentation gas pressurizing device, the recovery rate of methane gas from the methane fermentation gas is likely to decrease. However, if a recycle gas supply line is provided, at least a part of the desorption gas is circulated to the adsorption tower as a recycle gas, and the methane gas contained in the desorption gas is recovered, improving the recovery rate of methane gas from the methane fermentation gas. Ru can be. Furthermore, the maximum time during which the control device can circulate the recycle gas to the adsorption tower when performing the next adsorption process in at least one adsorption tower using the measured value measured with the purified gas concentration meter at the end of the adsorption process. Therefore, the concentration of methane gas in the refined gas will be lower than the desired concentration while sufficiently recovering the methane gas contained in the desorption gas and improving the recovery rate of methane gas from the methane fermentation gas. Can be suppressed.
なお、本発明において、「所定の濃度」は、使用する吸着剤の性能や、求められるメタンガスの回収率や、精製ガス中のメタンガスの濃度低下の許容範囲に応じて予め定めることができる。また、「精製ガス中のメタンガスの所望の濃度」とは、精製ガスの用途に応じて予め定められる濃度である。 Contact name in the present invention, "predetermined concentration" can be determined and the performance of the adsorbent used, the recovery rate and the determined methane, in accordance with the allowable range of density reduction methane in the purified gas in advance. The “desired concentration of methane gas in the refined gas” is a concentration determined in advance according to the use of the refined gas.
そして、本発明のメタン発酵ガスの精製システムは、前記脱着ガス中のメタンガスの濃度および/または炭酸ガスの濃度を測定する脱着ガス濃度計を更に備え、前記制御装置が、前記脱着ガス濃度計で測定した前記脱着ガス中のメタンガスの濃度および/または前記脱着ガス中の炭酸ガスの濃度を用いて前記供給遮断機構の動作を制御し、前記次の吸着工程を実施する際に、前記少なくとも一つの吸着塔へ流通させる前記リサイクルガス中の前記メタンガスの濃度が所定の濃度以上となるように、前記少なくとも一つの吸着塔へのリサイクルガスの供給を遮断することが好ましい。制御装置が、脱着ガス濃度計で測定した脱着ガス中のメタンガスの濃度および/または炭酸ガスの濃度も用いて、リサイクルガス中のメタンガスの濃度が所定の濃度以上となるように供給遮断機構の動作を制御すれば、メタンガスの濃度が低い脱着ガスがリサイクルガスとして吸着塔へ供給されるのを抑制して、メタン発酵ガスからのメタンガスの回収率を効果的に向上させることができるからである。
なお、本発明において、「リサイクルガス中のメタンガスの所定の濃度」は、使用する吸着剤の性能や、求められるメタンガスの回収率や、精製ガス中のメタンガスの濃度低下の許容範囲に応じて適宜設定することができる。
The methane fermentation gas purification system of the present invention further includes a desorption gas concentration meter that measures the concentration of methane gas and / or the concentration of carbon dioxide gas in the desorption gas, and the control device is the desorption gas concentration meter. The measured concentration of methane gas in the desorption gas and / or the concentration of carbon dioxide gas in the desorption gas is used to control the operation of the supply shut-off mechanism, and the at least one of the at least one adsorption step is performed. It is preferable to shut off the supply of the recycle gas to the at least one adsorption tower so that the concentration of the methane gas in the recycle gas to be circulated to the adsorption tower becomes a predetermined concentration or more. Using the concentration of methane gas and / or carbon dioxide in the desorption gas measured by the desorption gas concentration meter, the control device operates the supply shut-off mechanism so that the concentration of methane gas in the recycle gas exceeds the specified concentration. This is because it is possible to effectively improve the recovery rate of methane gas from methane fermentation gas by suppressing the desorption gas having a low concentration of methane gas from being supplied to the adsorption tower as a recycle gas.
In the present invention, the “predetermined concentration of methane gas in the recycle gas” is appropriately determined according to the performance of the adsorbent used, the required recovery rate of methane gas, and the allowable range of decrease in the concentration of methane gas in the purified gas. Can be set.
本発明によれば、メタン発酵ガスの精製に必要なエネルギーを低減したメタン発酵ガスの精製方法および精製システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the refinement | purification method and refinement | purification system of methane fermentation gas which reduced the energy required for refinement | purification of methane fermentation gas can be provided.
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。なお、各図において同一の符号を付したものは、同一の構成要素を示すものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, what attached | subjected the same code | symbol in each figure shall show the same component.
ここで、本発明のメタン発酵ガスの精製システムは、余剰汚泥や、生ゴミや、有機性排水等の有機性廃棄物をメタン発酵処理して得られるメタン発酵ガスを精製して精製ガスを製造する際に用いることができる。なお、精製ガスは、都市ガス原料や自動車燃料等として用いることができる。そして、精製ガスは、その用途に応じた性状(例えば、メタンガス濃度や圧力)を有している必要がある。 Here, the purification system for methane fermentation gas of the present invention produces purified gas by purifying methane fermentation gas obtained by methane fermentation of surplus sludge, raw garbage, and organic waste such as organic wastewater. Can be used when The purified gas can be used as a city gas raw material, an automobile fuel, or the like. And refined gas needs to have the property (for example, methane gas concentration or pressure) according to the use.
図1に示すメタン発酵ガスの精製システム1は、有機性廃棄物をメタン発酵処理してメタンガスと炭酸ガスとを含むメタン発酵ガスを得るメタン発酵ガス生成機構としてのメタン発酵処理装置2と、メタン発酵処理装置2で生成したメタン発酵ガスを精製して精製ガスを得る精製機構4とを備えている。なお、精製システム1は、メタン発酵処理装置2と精製機構4との間にメタン発酵ガスを貯留するメタン発酵ガスタンク3を備えている。また、精製システム1は、ガスの流れ方向に見て精製機構4の後段側(メタン発酵ガスタンク3側とは反対側)に背圧弁5を備えている。
A methane fermentation gas purification system 1 shown in FIG. 1 includes a methane
メタン発酵処理装置2は、嫌気性微生物を用いて有機性廃棄物をメタン発酵処理する装置である。ここで、メタン発酵処理装置2では、メタンガスと、炭酸ガスと、その他の不純物(例えば、硫化水素やシロキサン等)とを含み、圧力P1が例えば3〜100kPa(ゲージ圧)のメタン発酵ガスが生成される。
なお、メタン発酵処理装置2としては、特に限定されることなく、例えば特開2009−66513号公報に記載のメタン発酵槽を用いることができる。具体的には、メタン発酵処理装置2としては、温度が30〜60℃のメタン発酵槽を用いてメタン発酵処理を行う装置であって、メタン発酵槽内を強制的に加圧することなく、発酵によって生じる自然発酵圧によってメタン発酵ガスの圧力を所望の圧力P1とする装置を用いることができる。
The methane
In addition, as the methane
メタン発酵ガスタンク3は、メタン発酵処理装置2で得られたメタン発酵ガスを圧力P1のまま(即ち、強制的に加圧することなく)、一度貯留するためのものである。
The methane fermentation gas tank 3 is for storing the methane fermentation gas obtained by the methane
精製機構4は、メタン発酵処理装置2で得たメタン発酵ガス(メタンガスと炭酸ガスとを含む混合ガス)を精製してメタンガスが富化された精製ガスを得るための機構である。そして、この一例の精製システム1の精製機構4は、圧力スイング吸着法を使用してメタン発酵ガスから炭酸ガスを分離する精製装置を有している。
なお、精製機構4は、メタン発酵ガスから余分な水分を除去するミストセパレータ(図示せず)や、メタン発酵ガスから硫化水素を除去する硫化水素除去装置(図示せず)や、メタン発酵ガスからシロキサンを除去するシロキサン除去装置(図示せず)を有していてもよい。因みに、ミストセパレータ、硫化水素除去装置およびシロキサン除去装置としては、特に限定されることなく、既知のミストセパレータ、硫化水素除去装置およびシロキサン除去装置を用いることができる。また、ミストセパレータ、硫化水素除去装置およびシロキサン除去装置は、精製機構4内の任意の位置、例えば、精製装置よりもメタン発酵ガスタンク3側に設けることができる。
The purification mechanism 4 is a mechanism for purifying the methane fermentation gas (mixed gas containing methane gas and carbon dioxide gas) obtained by the methane
The refining mechanism 4 includes a mist separator (not shown) that removes excess water from the methane fermentation gas, a hydrogen sulfide removal device (not shown) that removes hydrogen sulfide from the methane fermentation gas, and a methane fermentation gas. You may have the siloxane removal apparatus (not shown) which removes siloxane. Incidentally, the mist separator, the hydrogen sulfide removing device and the siloxane removing device are not particularly limited, and known mist separators, hydrogen sulfide removing devices and siloxane removing devices can be used. Further, the mist separator, the hydrogen sulfide removing device, and the siloxane removing device can be provided at an arbitrary position in the purification mechanism 4, for example, closer to the methane fermentation gas tank 3 than the purification device.
精製機構4の精製装置は、活性炭や、分子ふるい炭や、ゼオライト等の吸着剤を充填した吸着塔を有している。そして、精製装置では、吸着剤を充填した吸着塔にメタン発酵ガスを供給し、メタン発酵ガス中の炭酸ガスを吸着剤に吸着させることにより、メタンガスが富化された精製ガスが製造される。また、精製装置では、吸着剤に吸着したガスの量が飽和吸着量に近づくと、吸着剤に吸着されたガスを減圧下(吸着時の圧力よりも低い圧力下)で脱着させて吸着剤を再生させる。
即ち、精製装置の吸着塔では、吸着塔にメタン発酵ガスを供給して精製ガスを得る吸着工程と、吸着工程において吸着剤に吸着されたガスを減圧下(吸着工程よりも低い圧力下)で脱着させて吸着剤を再生する脱着工程とが交互に繰り返して実施される。
The purification apparatus of the purification mechanism 4 has an adsorption tower filled with an adsorbent such as activated carbon, molecular sieve charcoal, or zeolite. In the refining device, the methane fermentation gas is supplied to the adsorption tower filled with the adsorbent, and the carbon dioxide gas in the methane fermentation gas is adsorbed to the adsorbent, whereby the purified gas enriched with methane gas is produced. In addition, in the purification device, when the amount of gas adsorbed on the adsorbent approaches the saturated adsorption amount, the gas adsorbed on the adsorbent is desorbed under reduced pressure (pressure lower than the pressure during adsorption) to remove the adsorbent. Let it play.
That is, in the adsorption tower of the purification apparatus, an adsorption process in which purified gas is obtained by supplying methane fermentation gas to the adsorption tower, and the gas adsorbed by the adsorbent in the adsorption process is under reduced pressure (lower pressure than the adsorption process). The desorption step of desorbing and regenerating the adsorbent is performed alternately and repeatedly.
ここで、精製装置としては、精製ガスの用途に応じたメタンガス濃度の精製ガスが得られる任意の精製装置を用いることができる。なお、メタン発酵ガスからのメタンガスの回収率を高める観点からは、精製機構の精製装置としては、後に詳細に説明する精製装置100を用いることが好ましい。
Here, as the purification apparatus, any purification apparatus capable of obtaining a purified gas having a methane gas concentration according to the use of the purified gas can be used. In addition, it is preferable to use the refiner |
背圧弁5は、精製システム1内のガスの圧力を一定に保つための圧力調整機構として機能する。そして、背圧弁5により、精製システム1内のガスの圧力、即ち、メタン発酵ガスおよび精製ガスの圧力は、圧力P1に保たれている。
なお、本発明のメタン発酵ガスの精製システムでは、背圧弁を設けなくてもよい。そして、本発明のメタン発酵ガスの精製システムでは、ガスを加圧する加圧装置を設けることなく、精製機構で精製されるメタン発酵ガスの圧力がメタン発酵ガス生成機構で得られるメタン発酵ガスの圧力以下となり、且つ、精製機構で得られる精製ガスの圧力が精製機構で精製されるメタン発酵ガスの圧力以下となればよい。因みに、「精製機構で精製されるメタン発酵ガスの圧力がメタン発酵ガス生成機構で得られるメタン発酵ガスの圧力以下となる」および「精製機構で得られる精製ガスの圧力が精製機構で精製されるメタン発酵ガスの圧力以下となる」には、配管などの圧力損失によりガスの圧力が低下した場合も含まれる。
The back pressure valve 5 functions as a pressure adjustment mechanism for keeping the gas pressure in the purification system 1 constant. The pressure of the gas in the purification system 1, that is, the pressure of the methane fermentation gas and the purified gas, is maintained at the pressure P1 by the back pressure valve 5.
In the methane fermentation gas purification system of the present invention, the back pressure valve need not be provided. In the methane fermentation gas purification system of the present invention, the pressure of the methane fermentation gas obtained by the methane fermentation gas production mechanism is the pressure of the methane fermentation gas purified by the purification mechanism without providing a pressurizing device for pressurizing the gas. The pressure of the purified gas obtained by the purification mechanism may be equal to or lower than the pressure of the methane fermentation gas purified by the purification mechanism. Incidentally, "The pressure of the methane fermentation gas purified by the purification mechanism is less than the pressure of the methane fermentation gas obtained by the methane fermentation gas production mechanism" and "The pressure of the purified gas obtained by the purification mechanism is purified by the purification mechanism. “Below the pressure of methane fermentation gas” includes the case where the pressure of the gas is reduced due to a pressure loss of piping or the like.
そして、上記一例のメタン発酵ガスの精製システム1では、メタン発酵処理装置2において、有機性廃棄物をメタン発酵処理してメタンガスと炭酸ガスとを含むメタン発酵ガスを得るメタン発酵ガス生成工程が実施される。また、メタン発酵処理装置2で生成された圧力P1のメタン発酵ガスは、そのまま(加圧されることなく)、精製機構4に供給される。そして、精製機構4では、メタン発酵ガス生成工程で得られたメタン発酵ガスを精製してメタンガスが富化された精製ガスを得る精製工程が実施され、圧力P1の精製ガスが生成する。具体的には、精製工程では、精製装置において圧力スイング吸着法を用いてメタン発酵ガスから炭酸ガスを分離する圧力スイング吸着工程を少なくとも実施する。なお、精製工程では、任意に、メタン発酵ガスから余分な水分を除去する水分除去工程と、メタン発酵ガスから硫化水素を除去する硫化水素除去工程と、メタン発酵ガスからシロキサンを除去するシロキサン除去工程とを実施してもよい。
And in the methane fermentation gas purification system 1 of the above example, the methane
そして、上記一例の精製システム1では、メタン発酵処理装置2において生成したメタン発酵ガスを加圧することなく精製機構4の精製装置において精製しているので、メタン発酵ガスの昇圧に要するエネルギーを無くすことができる。よって、メタン発酵ガスの精製に要するエネルギーを低減することができる。
また、上記一例の精製システム1では、背圧弁5を設けているので、用途に応じた圧力の精製ガスを製造することができる。
And in the purification system 1 of the above example, since the methane fermentation gas generated in the methane
Moreover, in the purification system 1 of the above example, since the back pressure valve 5 is provided, a purified gas having a pressure corresponding to the application can be produced.
以上、一例を用いて本発明のメタン発酵ガスの精製システムおよび精製方法について説明したが、本発明の精製システムおよび精製方法は、上記一例に限定されることはなく、本発明の精製システムおよび精製方法には、適宜変更を加えることができる。
具体的には、上記一例の精製システム1では、圧力P1の低圧のメタン発酵ガスから炭酸ガスを分離するため、精製装置で実施する圧力スイング吸着工程においてメタン発酵ガスからのメタンガスの回収率(=(得られた精製ガス中のメタンガスの量/供給したメタン発酵ガス中のメタンガスの量)×100%)が低下し易い。そこで、本発明のメタン発酵ガスの精製システムでは、例えば、以下に詳細に説明するような精製装置100を用いて圧力スイング吸着工程を実施してもよい。
The methane fermentation gas purification system and purification method of the present invention have been described above using an example, but the purification system and purification method of the present invention are not limited to the above example, and the purification system and purification method of the present invention. The method can be modified as appropriate.
Specifically, in the purification system 1 of the above example, in order to separate the carbon dioxide from the low-pressure methane fermentation gas having the pressure P1, the recovery rate of methane gas from the methane fermentation gas (= (Amount of methane gas in the purified gas obtained / amount of methane gas in the supplied methane fermentation gas) × 100%) is likely to decrease. Therefore, in the methane fermentation gas purification system of the present invention, for example, the pressure swing adsorption process may be performed using a
<精製装置>
図2に示す精製装置100は、吸着剤を充填した2基以上(図示例では3基)の吸着塔10,20,30を備えている。そして、精製装置100では、メタンガスと、炭酸ガスとを含むメタン発酵ガスが圧力スイング吸着法を用いて精製され、メタンガスが富化された精製ガスが製造される。具体的には、精製装置100では、メタン発酵ガスを吸着塔に供給し、吸着塔内の吸着剤で炭酸ガスの大部分とメタンガスの一部とを吸着することにより、メタンガスが富化された精製ガスが製造される。なお、炭酸ガスとメタンガスとを吸着した吸着剤は、適宜、吸着剤に吸着されたガスを減圧下(吸着時の圧力よりも低い圧力下)で脱着させることにより再生される。
<Purification equipment>
2 includes two or more (three in the illustrated example) adsorption towers 10, 20, and 30 filled with an adsorbent. And in the refiner |
ここで、図2に示すように、精製装置100は、互いに並列に接続された第1吸着塔10と、第2吸着塔20と、第3吸着塔30とを備えている。なお、各吸着塔10,20,30内には、圧力スイング吸着法を用いたメタン発酵ガスの精製に利用可能な既知の吸着剤、例えば、活性炭や、分子ふるい炭や、ゼオライト等が充填されている。
Here, as shown in FIG. 2, the
また、精製装置100は、装置外からメタン発酵ガスが流入する共通メタン発酵ガスライン40と、共通メタン発酵ガスライン40と第1吸着塔10とを接続する第1メタン発酵ガスライン11と、共通メタン発酵ガスライン40と第2吸着塔20とを接続する第2メタン発酵ガスライン21と、共通メタン発酵ガスライン40と第3吸着塔30とを接続する第3メタン発酵ガスライン31とを備えている。
なお、第1メタン発酵ガスライン11には第1メタン発酵ガス弁12が設けられており、第2メタン発酵ガスライン21には第2メタン発酵ガス弁22が設けられており、第3メタン発酵ガスライン31には第3メタン発酵ガス弁32が設けられている。
Moreover, the refiner |
The first methane
更に、精製装置100は、各吸着塔から流出した精製ガスを装置外へと流す共通精製ガスライン50と、第1吸着塔10と共通精製ガスライン50とを接続する第1精製ガスライン13と、第2吸着塔20と共通精製ガスライン50とを接続する第2精製ガスライン23と、第3吸着塔30と共通精製ガスライン50とを接続する第3精製ガスライン33とを備えている。そして、共通精製ガスライン50には、精製装置100から流出する精製ガス中の炭酸ガス濃度を測定する精製ガス濃度計としての第1炭酸ガスセンサ51が設けられている。
なお、第1精製ガスライン13には第1精製ガス弁14が設けられており、第2精製ガスライン23には第2精製ガス弁24が設けられており、第3精製ガスライン33には第3精製ガス弁34が設けられている。
Furthermore, the
The first
また、精製装置100は、第1精製ガスライン13から分岐して延びる第1均圧化ライン15と、第2精製ガスライン23から分岐して延びる第2均圧化ライン25と、第3精製ガスライン33から分岐して延びる第3均圧化ライン35とを備えている。そして、それら第1均圧化ライン15、第2均圧化ライン25および第3均圧化ライン35は、共通均圧化ライン60を介して互いに接続されている。
なお、第1均圧化ライン15は、第1吸着塔10と第1精製ガス弁14との間で第1精製ガスライン13から分岐しており、第2均圧化ライン25は、第2吸着塔20と第2精製ガス弁24との間で第2精製ガスライン23から分岐しており、第3均圧化ライン35は、第3吸着塔30と第3精製ガス弁34との間で第3精製ガスライン33から分岐している。そして、第1均圧化ライン15には、第1均圧化弁16が設けられており、第2均圧化ライン25には、第2均圧化弁26が設けられており、第3均圧化ライン35には、第3均圧化弁36が設けられている。
The
The first
更に、精製装置100は、各吸着塔内の吸着剤に吸着されたガスを減圧下で脱着させて吸着剤を再生させた際に生じる脱着ガスを装置外へと流す共通脱着ガスライン70を有している。そして、共通脱着ガスライン70は、第1メタン発酵ガスライン11から分岐して延びる第1脱着ガスライン17、第2メタン発酵ガスライン21から分岐して延びる第2脱着ガスライン27および第3メタン発酵ガスライン31から分岐して延びる第3脱着ガスライン37と接続されている。
なお、第1脱着ガスライン17は、第1メタン発酵ガス弁12と第1吸着塔10との間で第1メタン発酵ガスライン11から分岐しており、第2脱着ガスライン27は、第2メタン発酵ガス弁22と第2吸着塔20との間で第2メタン発酵ガスライン21から分岐しており、第3脱着ガスライン37は、第3メタン発酵ガス弁32と第3吸着塔30との間で第3メタン発酵ガスライン31から分岐している。そして、第1脱着ガスライン17には、第1脱着ガス弁18が設けられており、第2脱着ガスライン27には、第2脱着ガス弁28が設けられており、第3脱着ガスライン37には、第3脱着ガス弁38が設けられている。
Further, the
The first
ここで、共通脱着ガスライン70には、第3脱着ガスライン37との接続部側から装置外側へ向かって、各吸着塔内の減圧に用いられる減圧装置としての真空ポンプ71と、脱着ガス中の炭酸ガス濃度を測定する脱着ガス濃度計としての第2炭酸ガスセンサ72と、共通脱着ガス弁73とが順次配設されている。
Here, the common
また、精製装置100は、一端が共通メタン発酵ガスライン40に接続され、他端が共通脱着ガスライン70に接続されたリサイクルガスライン80を有している。
ここで、リサイクルガスライン80の一端は、精製装置100へのメタン発酵ガスの流入口と、共通メタン発酵ガスライン40と第1メタン発酵ガスライン11との接続部との間で共通メタン発酵ガスライン40に接続している。また、リサイクルガスライン80の他端は、第2炭酸ガスセンサ72と、共通脱着ガス弁73との間で共通脱着ガスライン70に接続している。
そして、リサイクルガスライン80には、他端側から一端側に向かって、リサイクルガスの流通を遮断する供給遮断機構としてのリサイクルガス弁81と、リサイクルガスを加圧して送出するリサイクルガスポンプ82とが順次配設されている。
The
Here, one end of the
The
そして、上述した構成を有する精製装置100では、共通メタン発酵ガスライン40と、第1メタン発酵ガスライン11、第2メタン発酵ガスライン21および第3メタン発酵ガスライン31とが、各吸着塔10,20,30内にメタン発酵ガスを供給するメタン発酵ガス供給ラインとして機能し得る。
また、第1精製ガスライン13、第2精製ガスライン23および第3精製ガスライン33と、共通精製ガスライン50とが、各吸着塔10,20,30から流出した精製ガスを装置外へと流す精製ガスラインとして機能し得る。
更に、第1精製ガスライン13の一部(第1吸着塔10から第1均圧化ライン15が分岐する部分まで)と、第1均圧化ライン15と、第2精製ガスライン23の一部(第2吸着塔20から第2均圧化ライン25が分岐する部分まで)と、第2均圧化ライン25と、第3精製ガスライン33の一部(第3吸着塔30から第3均圧化ライン35が分岐する部分まで)と、第3均圧化ライン35と、共通均圧化ライン60とが、各吸着塔同士を連通して吸着塔内の圧力を均一化する均圧化ラインとして機能し得る。
また、第1メタン発酵ガスライン11の一部(第1吸着塔10から第1脱着ガスライン17が分岐する部分まで)および第1脱着ガスライン17、第2メタン発酵ガスライン21の一部(第2吸着塔20から第2脱着ガスライン27が分岐する部分まで)および第2脱着ガスライン27、並びに、第3メタン発酵ガスライン31の一部(第3吸着塔30から第3脱着ガスライン37が分岐する部分まで)および第3脱着ガスライン37と、共通脱着ガスライン70とが、各吸着塔10,20,30から流出した脱着ガスを装置外へと流す脱着ガスラインとして機能し得る。
更に、リサイクルガスライン80と、共通メタン発酵ガスライン40と、第1メタン発酵ガスライン11、第2メタン発酵ガスライン21および第3メタン発酵ガスライン31とが、吸着剤を再生中の吸着塔から流出した脱着ガスの少なくとも一部をリサイクルガスとして他の吸着塔へと供給するリサイクルガス供給ラインとして機能し得る。なお、この精製装置100のリサイクルガス供給ラインでは、リサイクルガスはメタン発酵ガスと混合した状態で各吸着塔10,20,30へと供給されるが、精製装置100では、リサイクルガスは各吸着塔に直接供給されてもよい。
And in the refiner |
Moreover, the 1st
Further, a part of the first purified gas line 13 (from the
Further, a part of the first methane fermentation gas line 11 (from the
Furthermore, the
なお、精製装置100は、少なくとも一つの吸着塔にメタン発酵ガスを供給して精製ガスを製造している間に残りの吸着塔のうちの少なくとも一つで吸着塔内を減圧して吸着剤に吸着されたガスを脱着するように運転される。なお、精製装置100の運転は、手動で行ってもよいし、図示しない制御盤等を用いて自動でおこなってもよい。
Note that the
そして、この精製装置100では、前記残りの吸着塔のうちの少なくとも一つから排出される脱着ガスの少なくとも一部が、リサイクルガスとして前記少なくとも一つの吸着塔に供給される。因みに、脱着ガスをリサイクルガスとして吸着塔に供給する量は、共通脱着ガス弁73、リサイクルガス弁81およびリサイクルガスポンプ82の動作を制御する制御装置90を用いて制御することができる。ここで、精製装置100の制御装置90は、第1炭酸ガスセンサ51で測定した精製ガス中の炭酸ガスの濃度と、第2炭酸ガスセンサ72で測定した脱着ガス中の炭酸ガス濃度とを使用し、後に詳細に説明するようにして共通脱着ガス弁73、リサイクルガス弁81およびリサイクルガスポンプ82の動作を制御する装置である。
In the
<圧力スイング吸着工程>
図2に示す精製装置100を用いたメタン発酵ガスの精製は、図3(a)に示すような運転工程表に従って行うことができる。具体的には、精製装置100では、図3(a)に示すステージ1〜3を順次繰り返して実施することにより、メタン発酵ガスを連続的に精製し、高濃度のメタンガスを含有する精製ガスを得ることができる。
なお、精製ガス中のメタンガスの濃度は所望の濃度以上であることが好ましい。ここで、「所望の濃度」とは、精製ガスの用途に応じて予め定まる濃度であり、例えば、精製ガスを都市ガス原料として使用する場合には99.5体積%であり、精製ガスを自動車燃料として使用する場合には95体積%である。精製ガス中のメタンガスの濃度が所望の濃度よりも低い場合、所望の濃度以上のメタンガスを含む別の精製ガスと混合したり、精製ガスを再び精製したりしてメタンガスの濃度を所望の濃度以上に高めてから、都市ガス原料や自動車燃料等として使用する必要があるからである。
<Pressure swing adsorption process>
Purification of methane fermentation gas using the
In addition, it is preferable that the density | concentration of the methane gas in refined gas is more than desired density | concentration. Here, the “desired concentration” is a concentration determined in advance according to the use of the purified gas. For example, when the purified gas is used as a city gas raw material, the concentration is 99.5% by volume. 95% by volume when used as fuel. If the concentration of methane gas in the purified gas is lower than the desired concentration, the concentration of methane gas exceeds the desired concentration by mixing with another purified gas containing methane gas above the desired concentration or by refining the purified gas again. This is because it is necessary to use it as a raw material for city gas, automobile fuel, etc.
ここで、図3(a)に示すように、この一例のメタン発酵ガスの精製方法では、第1吸着塔10、第2吸着塔20および第3吸着塔30のそれぞれにおいて、吸着塔にメタン発酵ガスを供給して精製ガスを得る吸着工程と、吸着工程において吸着剤に吸着されたガスを減圧下(吸着工程よりも低い圧力下)で脱着させて吸着剤を再生する脱着工程とが繰り返して実施される。そして、この一例の精製方法では、図3(a)に示すように、一つの吸着塔で吸着工程を実施している間に残りの吸着塔のうちの一つで脱着工程を実施する。
Here, as shown in FIG. 3 (a), in this example of the method for purifying methane fermentation gas, in each of the
なお、図3(a)からも明らかなように、この一例の精製方法では、ステージ毎に吸着工程を実施する吸着塔を順次切り替えることによりメタン発酵ガスを連続的に精製している。従って、当業者であれば、ステージ2およびステージ3は、ステージ1と同様にして実施し得ることを理解することができる。そこで、以下では、図4A〜図4Dを用いて、メタン発酵ガスの精製開始から2回目以降(即ち、ステージ1〜3を少なくとも1回以上実施した後)のステージ1における精製装置100の運転内容について説明し、ステージ2および3における精製装置100の運転内容については説明を省略する。なお、図4A〜図4Dでは、太線矢印を用いてガスの流れを表示している。
As is clear from FIG. 3 (a), in this example purification method, the methane fermentation gas is continuously purified by sequentially switching the adsorption tower for performing the adsorption step for each stage. Accordingly, those skilled in the art can understand that
ここで、メタン発酵ガスの精製開始から2回目以降のステージ1の開始時には、各吸着塔10,20,30は、ステージ3の工程4が終了した状態にある。従って、図3(a)から明らかなように、第3吸着塔30は、吸着剤に炭酸ガス等が吸着された状態にある。
そして、ステージ1では、下記の工程1〜4が順次実施される。
Here, at the start of stage 1 for the second and subsequent times after the start of purification of methane fermentation gas, each
And in the stage 1, the following processes 1-4 are implemented sequentially.
(工程1)
図4Aに示すように、ステージ1の工程1では、第1メタン発酵ガス弁12、第1精製ガス弁14、第2均圧化弁26および第3均圧化弁36のみを開き、他の弁は閉じると共に、真空ポンプ71およびリサイクルガスポンプ82を停止させた状態とする。
(Process 1)
As shown in FIG. 4A, in the process 1 of the stage 1, only the first methane
そして、ステージ1の工程1では、共通メタン発酵ガスライン40の一部および第1メタン発酵ガスライン11を介して第1吸着塔10にメタン発酵ガスを供給する。ここで、第1吸着塔10では、供給されたメタン発酵ガスに含まれている炭酸ガスの大部分と、メタンガスの一部とが吸着剤に吸着される。その結果、第1吸着塔10からはメタンガスが富化された精製ガスが流出し、第1吸着塔10から流出した精製ガスは、第1精製ガスライン13および共通精製ガスライン50を通って装置外へと流出する。
And in the process 1 of the stage 1, methane fermentation gas is supplied to the
なお、メタン発酵ガスは、比較的低い圧力P1:3〜100kPa(ゲージ圧)で第1吸着塔10に供給される。そのため、炭酸ガスを吸着剤に十分に吸着させる観点からは、吸着塔に充填する吸着剤の量を増やし、空間速度SVを少なくすることにより、炭酸ガスを吸着剤に十分に吸着させることができる。具体的には、分子ふるい炭を吸着剤として使用した場合には、空間速度SVを300h−1以下とすることにより、炭酸ガスを吸着剤に十分に吸着させることができる。ここで、空間速度SVは、下記式(1)を用いて算出することができる。
SV=(メタン発酵ガスの供給速度[m3/h]/吸着剤体積[m3]) ・・・(1)
Note that the methane fermentation gas is supplied to the
SV = (Methane fermentation gas supply rate [m 3 / h] / adsorbent volume [m 3 ]) (1)
また、ステージ1の工程1では、第2均圧化ライン25、共通均圧化ライン60および第3均圧化ライン35を介して第2吸着塔20と第3吸着塔30とを連通する。そして、第2吸着塔20内の圧力と、第3吸着塔30内の圧力とを均一化することにより、後の工程において第2吸着塔内の圧力を増加させたり、第3吸着塔内の圧力を低下させたりする際に必要となるエネルギーを削減する。
Moreover, in the process 1 of the stage 1, the
即ち、ステージ1の工程1では、第1吸着塔10において、吸着塔にメタン発酵ガスを供給して精製ガスを得る吸着工程を実施し、第2吸着塔20および第3吸着塔30において、吸着塔間の圧力を均一化する均圧化工程を実施する。
なお、工程1の実施時間は、第2吸着塔20および第3吸着塔30の圧力を均一化するのに十分な時間とすることができる。
That is, in the process 1 of the stage 1, in the
In addition, the implementation time of the process 1 can be sufficient time to make the pressure of the
(工程2)
工程1の後に実施する工程2では、図4Bに示すように、第1メタン発酵ガス弁12および第1精製ガス弁14は開いた状態を維持する一方で、第2均圧化弁26および第3均圧化弁36は閉じる。また、工程2では、第3脱着ガス弁38およびリサイクルガス弁81を開くと共に、真空ポンプ71およびリサイクルガスポンプ82を運転させる。なお、その他の弁は閉じた状態を維持する。
(Process 2)
In
ここで、ステージ1の工程2では、真空ポンプ71を用いて第3吸着塔30内を減圧し、第3吸着塔内の吸着剤に吸着されていたガスを脱着させて吸着剤を再生する。また、第3吸着塔30から流出した脱着ガスを、リサイクルガスポンプ82を使用し、第3メタン発酵ガスライン31の一部、第3脱着ガスライン37、共通脱着ガスライン70の一部およびリサイクルガスライン80を介して共通メタン発酵ガスライン40へと流入させる。即ち、工程2では、第3吸着塔30から流出した脱着ガスをリサイクルガスとしてメタン発酵ガスと共に第1吸着塔10へと供給する。
Here, in
そして、ステージ1の工程2では、共通メタン発酵ガスライン40の一部および第1メタン発酵ガスライン11を介して第1吸着塔10に供給された、メタン発酵ガスとリサイクルガスとの混合ガスが、第1吸着塔10内で精製される。即ち、第1吸着塔10では、メタン発酵ガスとリサイクルガスとの混合ガスに含まれている炭酸ガスの大部分と、メタンガスの一部とが吸着剤に吸着され、メタンガスが富化された精製ガスが流出する。なお、第1吸着塔10から流出した精製ガスは、第1精製ガスライン13および共通精製ガスライン50を通って装置外へと流出する。
And in the
即ち、ステージ1の工程2では、第1吸着塔10において、吸着塔にメタン発酵ガスおよびリサイクルガスを供給して精製ガスを得る吸着工程を実施する。また、第3吸着塔30において、吸着剤に吸着されていたガスを脱着させて吸着剤を再生する脱着工程を実施すると共に、脱着工程において発生した脱着ガスを、吸着工程を実施している第1吸着塔10にリサイクルガスとして供給するリサイクル工程を実施する。なお、第2吸着塔20では、工程1終了後の状態を維持する保持工程を実施する。
That is, in the
ここで、吸着工程では、メタン発酵ガスに含まれている炭酸ガスの大部分と、メタンガスの一部とが吸着剤に吸着される。また、吸着工程の終了時には、高濃度のメタンガスを含む精製ガスが吸着塔内の空隙部に残留している。従って、脱着工程において吸着塔から排出されるガス(脱着ガス)中には、炭酸ガスと、メタンガスとの双方が含まれている。そのため、脱着ガスをリサイクルガスとして第1吸着塔10に供給した場合、脱着ガス中のメタンガスを精製ガスとして有効に回収することができるので、脱着ガスの全量を装置外へ排気する場合と比較し、メタンガスの回収率を向上させることができる。
Here, in the adsorption step, most of the carbon dioxide gas contained in the methane fermentation gas and a part of the methane gas are adsorbed by the adsorbent. In addition, at the end of the adsorption step, purified gas containing high-concentration methane gas remains in the voids in the adsorption tower. Therefore, the gas (desorption gas) discharged from the adsorption tower in the desorption step contains both carbon dioxide gas and methane gas. Therefore, when the desorption gas is supplied to the
しかしここで、脱着ガス中に含まれているメタンガスの濃度は低濃度(例えば、最大で20体積%程度)であり、脱着ガスは、比較的高い濃度の炭酸ガスを含んでいる。
また、圧力スイング吸着法で用いる吸着剤は、通常、メタンガスよりも炭酸ガスを吸着し易い一方で、炭酸ガスよりもメタンガスを脱着し易い。更に、吸着工程の終了時に吸着塔内に残留している精製ガスは脱着工程の開始直後に排出される。従って、脱着ガス中に含まれているメタンガスの濃度は、脱着工程の開始直後に最大となり、その後次第に減少する。
そのため、脱着ガスをリサイクルガスとして第1吸着塔10に供給し続けた場合、第1吸着塔10に流入する炭酸ガスの量が増加する。そして、第1吸着塔10に流入する炭酸ガスの量が増加すると、吸着剤に吸着されたガスの量が飽和吸着量に近づき、吸着工程の実施中、特に吸着工程の終了間際に精製ガス中の炭酸ガスの濃度が増加する(即ち、メタンガスの濃度が低下する)虞がある。そして、精製ガス中の炭酸ガスの濃度が増加した場合、メタンガスの濃度が所望の濃度以上の精製ガスを得ることができなくなる。
However, here, the concentration of methane gas contained in the desorption gas is low (for example, about 20% by volume at maximum), and the desorption gas contains a relatively high concentration of carbon dioxide gas.
In addition, the adsorbent used in the pressure swing adsorption method usually adsorbs carbon dioxide more easily than methane gas, but more easily desorbs methane gas than carbon dioxide. Further, the purified gas remaining in the adsorption tower at the end of the adsorption process is discharged immediately after the start of the desorption process. Therefore, the concentration of methane gas contained in the desorption gas becomes maximum immediately after the start of the desorption process, and then gradually decreases.
Therefore, when the desorption gas is continuously supplied to the
そこで、精製装置100では、以下のようにして、工程2を終了し、リサイクルガスの第1吸着塔10への供給を停止する。
即ち、精製装置100では、現在実施中のステージ1(以下「今回のステージ1」と称することがある。)の一回前に実施したステージ1(以下「前回のステージ1」と称することがある。)の吸着工程の終了時(即ち、工程4の終了時)に第1炭酸ガスセンサ51を用いて測定した精製ガス中の炭酸ガス濃度を利用して、今回のステージ1の工程2を実施し得る最大時間を決定し、工程2の開始から当該最大時間が経過するまでの間に工程2を終了する。具体的には、精製装置100では、工程2の開始から所定の最大時間が経過した際に、制御装置90がリサイクルガス弁81を閉じると共にリサイクルガスポンプ82の運転を停止させて、第1吸着塔10へのリサイクルガスの供給を遮断し、工程2を終了させる。
Therefore, in the
That is, in the
ここで、工程2を実施し得る最大時間は、前回のステージ1の工程4の終了時に第1炭酸ガスセンサ51で測定した精製ガス中の炭酸ガスの濃度を用いて、以下の(I)〜(III)のようにして定めることができる。
(I)第1炭酸ガスセンサ51で測定した精製ガス中の炭酸ガスの濃度が所定の濃度未満の場合には、前回のステージ1の吸着工程において第1吸着塔10にリサイクルガスを流通した時間(即ち、前回の工程2の実施時間)よりも長い時間とする。
(II)第1炭酸ガスセンサ51で測定した精製ガス中の炭酸ガスの濃度が所定の濃度超の場合には、前回のステージ1の吸着工程において第1吸着塔10にリサイクルガスを流通した時間(即ち、前回の工程2の実施時間)よりも短い時間とする。
(III)第1炭酸ガスセンサ51で測定した精製ガス中の炭酸ガスの濃度が所定の濃度と等しい場合には、前回のステージ1の吸着工程において第1吸着塔10にリサイクルガスを流通した時間(即ち、前回の工程2の実施時間)以下の時間、好ましくは前回の工程2の実施時間と同じ時間とする。
Here, the maximum time during which step 2 can be performed is the following (I) to (I) using the concentration of carbon dioxide in the purified gas measured by the first
(I) When the concentration of carbon dioxide in the purified gas measured by the first
(II) When the concentration of carbon dioxide in the purified gas measured by the first
(III) When the concentration of carbon dioxide in the purified gas measured by the first
ここで、工程2を実施し得る最大時間を決定する際の「所定の濃度」は、使用する吸着剤の性能や、求められるメタンガスの回収率や、精製ガス中のメタンガスの濃度低下の許容範囲に応じて定められる濃度である。具体的には、「所定の濃度」は、例えば、ステージ1が終了するまでの間に精製ガス中のメタンガスの濃度が所望の濃度未満にならない範囲内で実験的に定めることができる。なお、メタン発酵ガスの精製においては、各ガス中のメタンガス濃度と炭酸ガス濃度との合計は100体積%と近似することができる。そのため、「所定の濃度」は、より具体的には、例えば、精製ガス中のメタンガスの濃度が所望の濃度のときの炭酸ガスの濃度(以下「限界炭酸ガス濃度」と称する。)よりも0.2〜2.0体積%低い濃度とすることができる。所定の濃度を限界炭酸ガス濃度よりも0.2体積%以上低くすれば、最大時間を前回の工程2の実施時間よりも長くした際に精製ガス中のメタンガスの濃度が所望の濃度未満になるのを十分に抑制することができるからである。また、所定の濃度を限界炭酸ガス濃度よりも2.0体積%以下の範囲内で低くすれば、最大時間が前回の工程2の実施時間よりも短く設定される確率を低減して、メタンガスの回収率が低下するのを抑制することができるからである。
なお、前回の工程2の実施時間に対して最大時間をどの程度長く(或いは、短く)するかについては、比例制御、微分制御、積分制御、PID制御などの既知の手法を用いて決定することができる。具体的には、過去の工程2の実施時間と工程4の終了時の炭酸ガス濃度とのデータを蓄積しておき、PID制御などを用いて最大時間をどの程度長く(或いは、短く)するか決定することができる。
Here, the “predetermined concentration” when determining the maximum time during which the
It should be noted that how long (or short) the maximum time with respect to the execution time of the
ここで、前述したように、脱着ガス中に含まれているメタンガスの濃度は、脱着工程の開始直後に最大となり、その後次第に減少する。そのため、前回のステージ1の工程4の終了時の精製ガス中の炭酸ガス濃度を利用して決定した最大時間の経過時に工程2を終了させる場合には、特に工程2の後半に、メタンガスの濃度が非常に低い脱着ガスもリサイクルガスとして第1吸着塔10へと供給することとなる可能性がある。
そこで、この精製装置100では、メタンガスが殆ど含まれていない脱着ガスをリサイクルガスとして第1吸着塔10へと供給するのを抑制する観点から、脱着ガス中に含まれている炭酸ガスの濃度も使用して、今回のステージ1の工程2を終了させるタイミングを決定することが好ましい。
即ち、精製装置100では、今回のステージ1の工程2において第2炭酸ガスセンサ72を用いて脱着ガス中の炭酸ガス濃度を連続的に測定し、測定した脱着ガス中の炭酸ガス濃度を利用して、工程2を終了するタイミングを決定することが好ましい。具体的には、工程2を実施中に脱着ガス中の炭酸ガス濃度を連続的に測定し、メタンガスの濃度が所定の濃度以上の脱着ガスのみをリサイクルガスとして第1吸着塔10へ供給するように、工程2を終了するタイミングを決定することが好ましい。
Here, as described above, the concentration of methane gas contained in the desorption gas becomes maximum immediately after the start of the desorption process, and then gradually decreases. Therefore, when ending the
Therefore, in this
That is, in the
より具体的には、精製装置100では、最大時間が経過する前であっても、第2炭酸ガスセンサ72で測定した脱着ガス中の炭酸ガスの濃度が所定値以上となった場合には、制御装置90がリサイクルガス弁81を閉じると共にリサイクルガスポンプ82の運転を停止させて、第1吸着塔10へのリサイクルガスの供給を遮断し、工程2を終了させることが好ましい。なお、最大時間が経過するまでの間に脱着ガス中の炭酸ガスの濃度が所定値以上にならなかった場合には、最大時間の経過時に工程2を終了させる。
More specifically, in the
ここで、工程2を終了させる「脱着ガス中の炭酸ガスの濃度の所定値」は、使用する吸着剤の性能や、求められるメタンガスの回収率に応じて適宜設定することができる。
具体的には、「脱着ガス中の炭酸ガスの濃度の所定値」は、例えば、40体積%以上80体積%以下の範囲内で設定することができる。所定値を40体積%以上とすれば、メタンガスの回収率を十分に高めることができるからである。また、所定値を80体積%以下とすれば、メタンガスの回収率を十分に高めつつ、メタンガスが殆ど含まれていない脱着ガスをリサイクルガスとして第1吸着塔10へと供給するのを抑制することができるからである。
Here, the “predetermined value of the concentration of carbon dioxide in the desorption gas” for ending
Specifically, the “predetermined value of the concentration of carbon dioxide in the desorption gas” can be set, for example, within a range of 40% by volume to 80% by volume. This is because if the predetermined value is 40% by volume or more, the recovery rate of methane gas can be sufficiently increased. Further, if the predetermined value is 80% by volume or less, the desorption gas containing almost no methane gas is suppressed from being supplied to the
なお、上記一例では、工程2の開始から最大時間が経過した場合、または、脱着ガス中の炭酸ガスの濃度が所定値以上となった場合に工程2を終了させたが、工程2を終了させるタイミングは、上記一例以外の方法で決定してもよい。
具体的には、工程2を終了させるタイミングは、工程2の開始から最大時間が経過した際と、脱着ガス中の炭酸ガスの濃度が所定の値となってから所定時間が経過した際との何れか早いタイミングとしてもよい。なお、「所定時間」は、予め実験を行って定めることができる。
In the above example, the
Specifically, the timing for ending
(工程3)
工程2の後に実施する工程3では、図4Cに示すように、第1メタン発酵ガス弁12、第1精製ガス弁14および第3脱着ガス弁38は開いた状態を維持し、真空ポンプ71は運転を継続する。一方で、制御装置90がリサイクルガス弁81を閉じる。また、工程3では、制御装置90が、共通脱着ガス弁73を開くと共に、リサイクルガスポンプ82の運転を停止させる。なお、その他の弁は閉じた状態を維持する。
(Process 3)
In step 3 performed after
ここで、ステージ1の工程3では、真空ポンプ71を用いた第3吸着塔30内の減圧が継続される。そして、第3吸着塔内では、吸着剤に吸着されていたガスが脱着されて吸着剤が再生される。一方、吸着剤から脱着されて第3吸着塔30から流出した脱着ガスは、リサイクルガスとして第1吸着塔10へと供給されることなく、第3メタン発酵ガスライン31の一部、第3脱着ガスライン37および共通脱着ガスライン70の一部を介して装置外へと排出される。
Here, in the process 3 of the stage 1, the pressure reduction in the
そして、ステージ1の工程3では、工程1と同様に、共通メタン発酵ガスライン40の一部および第1メタン発酵ガスライン11を介して第1吸着塔10に供給されたメタン発酵ガスが、第1吸着塔10内で精製される。なお、第1吸着塔10から流出した精製ガスは、第1精製ガスライン13および共通精製ガスライン50を通って装置外へと流出する。
And in the process 3 of the stage 1, like the process 1, the methane fermentation gas supplied to the
即ち、ステージ1の工程3では、第1吸着塔10において、吸着塔にメタン発酵ガスを供給して精製ガスを得る吸着工程を実施する。また、第3吸着塔30において、吸着剤に吸着されていたガスを脱着させて吸着剤を再生する脱着工程を実施すると共に、脱着工程において発生した脱着ガスを装置外へと排出する排気工程を実施する。なお、第2吸着塔20では、引き続き保持工程を実施する。
なお、工程3を終了するタイミングは、第3吸着塔30内の吸着剤からガスが十分に脱着される(即ち、吸着剤が十分に再生する)タイミングとすることができる。具体的には、第3吸着塔30内の圧力が例えば−80kPa(ゲージ圧)となるタイミングとすることができる。
That is, in the process 3 of the stage 1, in the
In addition, the timing which complete | finishes the process 3 can be made into the timing from which gas is fully desorbed from the adsorbent in the 3rd adsorption tower 30 (namely, adsorbent fully reproduce | regenerates). Specifically, the timing at which the pressure in the
(工程4)
工程3の後に実施する工程4では、図4Dに示すように、第1メタン発酵ガス弁12、第1精製ガス弁14および第3脱着ガス弁38は開いた状態を維持し、真空ポンプ71は運転を継続する。一方で、共通脱着ガス弁73を閉じる。また、工程4では、第2精製ガス弁24、第3精製ガス弁34およびリサイクルガス弁81を開くと共に、リサイクルガスポンプ82を運転させる。なお、その他の弁は閉じた状態を維持する。
(Process 4)
In step 4 performed after step 3, as shown in FIG. 4D, the first methane
ここで、ステージ1の工程4では、第1吸着塔10から流出した精製ガスの一部を、第2精製ガスライン23を介して第2吸着塔20へと供給し、第2吸着塔20内を加圧する。そして、第2吸着塔20内の圧力を精製ガスの圧力と略等しい圧力まで高めて、ステージ2の工程1における第2吸着塔20での吸着工程の実施に備える。
Here, in step 4 of stage 1, a part of the purified gas flowing out from the
また、ステージ1の工程4では、第1吸着塔10から流出した精製ガスの一部を、第3精製ガスライン33を介して第3吸着塔30へと供給し、第3吸着塔30内の雰囲気を精製ガスで置換すると共に、第3吸着塔30内に残存している脱着ガスを第3吸着塔30外へと流出させる。なお、第3吸着塔30から流出するガス(以下「置換ガス」と称する。)は、精製ガスと殆ど同じ組成を有しており、メタンガスを高濃度で含む。そのため、置換ガスは、排気することなく、第3メタン発酵ガスライン31の一部、第3脱着ガスライン37、共通脱着ガスライン70の一部およびリサイクルガスライン80を介して共通メタン発酵ガスライン40へと流入させ、第1吸着塔10へと供給する。
In step 4 of stage 1, a part of the purified gas flowing out from the
そして、ステージ1の工程4では、共通メタン発酵ガスライン40の一部および第1メタン発酵ガスライン11を介して第1吸着塔10に供給されたメタン発酵ガスと置換ガスとの混合ガスが、第1吸着塔10内で精製される。即ち、第1吸着塔10では、メタン発酵ガスと置換ガスとの混合ガスに含まれている炭酸ガスの大部分と、メタンガスの一部とが吸着剤に吸着され、メタンガスが富化された精製ガスが流出する。
And in the process 4 of the stage 1, the mixed gas of the methane fermentation gas and the replacement gas supplied to the
即ち、ステージ1の工程4では、第1吸着塔10において、吸着塔にメタン発酵ガスおよび置換ガスを供給して精製ガスを得る吸着工程を実施する。また、第2吸着塔20において、吸着塔内を予め加圧することにより次に実施する吸着工程に備える加圧工程を実施する。更に、第3吸着塔30において、吸着塔内を精製ガスで置換し、吸着剤を十分に再生させる置換工程を実施する。
なお、工程4を終了するタイミング、即ちステージ1を終了するタイミングは、ステージ1の開始から予め定めておいた所定時間が経過したタイミングとすることができる。
因みに、工程4の終了時には、第1炭酸ガスセンサ51で精製ガス中の炭酸ガスの濃度を測定する。そして、測定した炭酸ガスの濃度は、次のステージ1(即ち、ステージ2,3を実施した後のステージ1)において工程2を実施し得る最大時間の決定に用いられる。
That is, in the process 4 of the stage 1, in the
It should be noted that the timing at which the step 4 is completed, that is, the timing at which the stage 1 is terminated can be a timing at which a predetermined time has elapsed from the start of the stage 1.
Incidentally, at the end of the step 4, the first
そして、精製装置100を用いた上記一例の精製方法によれば、各ステージの工程2において、脱着工程を実施中の吸着塔から排出される脱着ガスの少なくとも一部をリサイクルガスとして吸着工程を実施中の吸着塔に流通させるので、脱着ガス中に含まれているメタンガスを精製ガスとして回収することができる。従って、低圧のメタン発酵ガスを使用した場合でも、メタン発酵ガスからのメタンガスの回収率を向上させることができる。
Then, according to the purification method of the above example using the
また、上記一例の精製方法では、各ステージの工程2を実施し得る最大時間を、前回のステージの工程4の終了時に第1炭酸ガスセンサ51で測定した精製ガス中の炭酸ガスの濃度を用いて決定している。従って、脱着ガス中に含まれているメタンガスを十分に回収してメタン発酵ガスからのメタンガスの回収率を向上させつつ、精製ガス中のメタンガスの濃度が所望の濃度よりも低くなるのを抑制することができる。
具体的には、第1炭酸ガスセンサ51で測定した精製ガス中の炭酸ガスの濃度が所定の濃度未満の場合、即ち、前回の工程4の終了時に吸着塔に炭酸ガスを吸着する余裕が十分に残っていた場合には、最大時間を前回の工程2の実施時間よりも長い時間として、メタンガスの回収率を更に向上させることができる。
また、第1炭酸ガスセンサ51で測定した精製ガス中の炭酸ガスの濃度が所定の濃度超の場合、即ち、前回の工程4の終了時に吸着塔に炭酸ガスを吸着する余裕が十分に無かった場合には、最大時間を前回の工程2の実施時間よりも短い時間として、精製ガス中のメタンガスの濃度が所望の濃度よりも低くなるのを抑制することができる。
更に、第1炭酸ガスセンサ51で測定した精製ガス中の炭酸ガスの濃度が所定の濃度の場合には、最大時間を前回の工程2の実施時間以下として、メタンガスの回収率を向上させつつ、精製ガス中のメタンガスの濃度が所望の濃度よりも低くなるのを抑制することができる。
In the purification method of the above example, the maximum time during which the
Specifically, when the concentration of carbon dioxide gas in the purified gas measured by the first
Further, when the concentration of carbon dioxide in the purified gas measured by the first
Furthermore, when the concentration of carbon dioxide gas in the purified gas measured by the first
なお、上記一例の精製方法では、脱着ガス中の炭酸ガスの濃度も利用してリサイクルガスの流通を停止すれば、メタンガスの濃度が低い脱着ガスがリサイクルガスとして吸着塔へ流通するのを抑制して、メタン発酵ガスからのメタンガスの回収率を効果的に向上させることができる In the purification method of the above example, if the circulation of the recycle gas is also stopped using the concentration of the carbon dioxide gas in the desorption gas, the desorption gas having a low concentration of methane gas is suppressed from flowing to the adsorption tower as the recycle gas. And effectively improve the recovery rate of methane gas from methane fermentation gas
なお、上記一例では、炭酸ガスセンサを設け、メタンガス濃度よりも測定が容易な炭酸ガス濃度を測定することにより制御を行ったが、精製装置100では、炭酸ガスセンサに変えて(或いは、加えて)メタンガスセンサを設け、炭酸ガス濃度に変えて(或いは、加えて)メタンガス濃度を測定することにより制御を行ってもよい。より具体的には、上記一例の工程2を実施し得る最大時間は、前回のステージの工程4において精製ガス中のメタンガスの濃度を測定し、測定したメタンガス濃度を用いて決定してもよい。なお、工程4において測定した精製ガス中のメタンガス濃度を用いる場合には、以下の(IV)〜(VI)のようにして最大時間を決定することができる。
(IV)メタンガスセンサで測定した精製ガス中のメタンガスの濃度が所定の濃度超の場合には、前回のステージの吸着工程において吸着塔にリサイクルガスを流通した時間(即ち、前回の工程2の実施時間)よりも長い時間とする。
(V)メタンガスセンサで測定した精製ガス中のメタンガスの濃度が所定の濃度未満の場合には、前回のステージの吸着工程において吸着塔にリサイクルガスを流通した時間(即ち、前回の工程2の実施時間)よりも短い時間とする。
(VI)メタンガスセンサで測定した精製ガス中のメタンガスの濃度が所定の濃度と等しい場合には、前回のステージの吸着工程において吸着塔にリサイクルガスを流通した時間(即ち、前回の工程2の実施時間)以下の時間、好ましくは前回の工程2の実施時間と同じ時間とする。
また、上記一例の工程2は、工程2において脱着ガス中のメタンガスの濃度を測定し、脱着ガス中のメタンガスの濃度が所定値以下となった場合に終了させてもよい。なお、上記一例ではメタンガス濃度と炭酸ガス濃度との合計は100体積%と近似することができるので、メタンガス濃度を使用して制御を行う場合には、上記近似を用いて「精製ガス中のメタンガスの所定の濃度」や「脱着ガス中のメタンガスの濃度の所定値」を決定することができる。
また、上記一例の運転工程表の工程1および工程3は実施しなくてもよい。
更に、精製装置100では、工程1の実施時間、工程2および工程3の合計の実施時間、工程4の実施時間を予め定めておき、工程2の実施時間を前記工程2および工程3の合計の実施時間の範囲内で変化させてもよい。
更に、2基の吸着塔を用いて精製を行う場合には、例えば図3(b)に示すような運転工程表に従って精製を行うことができる。
In the above example, a carbon dioxide gas sensor is provided and control is performed by measuring a carbon dioxide concentration that is easier to measure than the methane gas concentration. However, in the
(IV) When the concentration of methane gas in the purified gas measured by the methane gas sensor exceeds a predetermined concentration, the time during which the recycle gas is circulated through the adsorption tower in the adsorption process of the previous stage (ie, implementation of the previous process 2) Time).
(V) When the concentration of the methane gas in the purified gas measured by the methane gas sensor is less than the predetermined concentration, the time during which the recycle gas is circulated through the adsorption tower in the adsorption process of the previous stage (that is, the execution of the previous process 2) Time).
(VI) When the concentration of methane gas in the purified gas measured by the methane gas sensor is equal to the predetermined concentration, the time during which the recycle gas is circulated through the adsorption tower in the adsorption process of the previous stage (ie, implementation of the previous process 2) Time) The following time, preferably the same time as the previous execution time of
Further,
Moreover, the process 1 and the process 3 of the driving | operation process table | surface of the said example may not be implemented.
Further, in the
Further, when purification is performed using two adsorption towers, the purification can be performed according to an operation process chart as shown in FIG. 3B, for example.
本発明によれば、メタン発酵ガスの精製に必要なエネルギーを低減したメタン発酵ガスの精製方法および精製システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the refinement | purification method and refinement | purification system of methane fermentation gas which reduced the energy required for refinement | purification of methane fermentation gas can be provided.
1 メタン発酵ガスの精製システム
2 メタン発酵処理装置
3 メタン発酵ガスタンク
4 精製機構
5 背圧弁
10 第1吸着塔
11 第1メタン発酵ガスライン
12 第1メタン発酵ガス弁
13 第1精製ガスライン
14 第1精製ガス弁
15 第1均圧化ライン
16 第1均圧化弁
17 第1脱着ガスライン
18 第1脱着ガス弁
20 第2吸着塔
21 第2メタン発酵ガスライン
22 第2メタン発酵ガス弁
23 第2精製ガスライン
24 第2精製ガス弁
25 第2均圧化ライン
26 第2均圧化弁
27 第2脱着ガスライン
28第2脱着ガス弁
30 第3吸着塔
31 第3メタン発酵ガスライン
32 第3メタン発酵ガス弁
33 第3精製ガスライン
34 第3精製ガス弁
35 第3均圧化ライン
36 第3均圧化弁
37 第3脱着ガスライン
38 第3脱着ガス弁
40 共通メタン発酵ガスライン
50 共通精製ガスライン
51 第1炭酸ガスセンサ
60 共通均圧化ライン
70 共通脱着ガスライン
71 真空ポンプ
72 第2炭酸ガスセンサ
73 共通脱着ガス弁
80 リサイクルガスライン
81 リサイクルガス弁
82 リサイクルガスポンプ
90 制御装置
100 精製装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Refining system of
30
Claims (4)
前記メタン発酵ガス生成工程で得られたメタン発酵ガスを精製してメタンガスが富化された精製ガスを得る精製工程と、
を含むメタン発酵ガスの精製方法であって、
前記精製工程は、圧力スイング吸着法を用いてメタン発酵ガスから炭酸ガスを分離する圧力スイング吸着工程を少なくとも含み、
前記精製工程で精製されるメタン発酵ガスの圧力が、前記メタン発酵ガス生成工程で得られるメタン発酵ガスの圧力以下であり、且つ、前記精製工程で得られる精製ガスの圧力が、前記精製工程で精製されるメタン発酵ガスの圧力以下であり、
前記圧力スイング吸着工程では、
吸着剤を充填した2基以上の吸着塔を備える精製装置を使用し、
各吸着塔では、吸着塔に前記メタン発酵ガスを供給して前記精製ガスを得る吸着工程と、前記吸着工程において前記吸着剤に吸着されたガスを減圧下で脱着させて前記吸着剤を再生する脱着工程とを繰り返し実施し、
前記精製装置では、
少なくとも一つの吸着塔で吸着工程を実施している間に残りの吸着塔のうちの少なくとも一つで脱着工程を実施すると共に、前記脱着工程を実施中の吸着塔から排出される脱着ガスの少なくとも一部をリサイクルガスとして前記吸着工程を実施中の吸着塔に流通させ、
前記少なくとも一つの吸着塔における吸着工程の終了時に前記精製ガス中の、メタンガスの濃度および/または炭酸ガスの濃度を測定し、
測定した前記精製ガス中のメタンガスの濃度および/または前記精製ガス中の炭酸ガスの濃度を用いて、前記少なくとも一つの吸着塔において次の吸着工程を実施する際に前記リサイクルガスを当該吸着塔に流通し得る最大時間を決定し、
前記測定した前記精製ガス中のメタンガスの濃度が所定の濃度超の場合および/または前記精製ガス中の炭酸ガスの濃度が所定の濃度未満の場合には、前記最大時間を前記吸着工程において前記少なくとも一つの吸着塔に前記リサイクルガスを流通した時間よりも長くし、前記測定した前記精製ガス中のメタンガスの濃度が所定の濃度未満の場合および/または前記精製ガス中の炭酸ガスの濃度が所定の濃度超の場合には、前記最大時間を前記吸着工程において前記少なくとも一つの吸着塔に前記リサイクルガスを流通した時間よりも短くし、前記測定した前記精製ガス中のメタンガスの濃度が所定の濃度の場合および/または前記精製ガス中の炭酸ガスの濃度が所定の濃度の場合には、前記最大時間を前記吸着工程において前記少なくとも一つの吸着塔に前記リサイクルガスを流通した時間以下とする、
ことを特徴とする、メタン発酵ガスの精製方法。 A methane fermentation gas production process for obtaining a methane fermentation gas containing methane gas and carbon dioxide gas by subjecting organic waste to methane fermentation treatment,
Refining the methane fermentation gas obtained in the methane fermentation gas production step to obtain a purified gas enriched in methane gas; and
A method for purifying methane fermentation gas containing
The purification step includes at least a pressure swing adsorption step of separating carbon dioxide from methane fermentation gas using a pressure swing adsorption method,
The pressure of the methane fermentation gas purified in the purification step is equal to or lower than the pressure of the methane fermentation gas obtained in the methane fermentation gas generation step, and the pressure of the purified gas obtained in the purification step is the purification step. Below the pressure of the methane fermentation gas to be purified,
In the pressure swing adsorption process,
Using a purification device equipped with two or more adsorption towers packed with an adsorbent,
In each adsorption tower, an adsorption step of supplying the methane fermentation gas to the adsorption tower to obtain the purified gas, and a gas adsorbed on the adsorbent in the adsorption step are desorbed under reduced pressure to regenerate the adsorbent. Repeat the desorption process,
In the purification apparatus,
While the adsorption process is being performed in at least one adsorption tower, the desorption process is performed in at least one of the remaining adsorption towers, and at least the desorption gas discharged from the adsorption tower in which the desorption process is being performed Distribute a part of the adsorption process to the adsorption tower as a recycle gas ,
Measuring the concentration of methane gas and / or carbon dioxide gas in the purified gas at the end of the adsorption step in the at least one adsorption tower;
Using the measured concentration of methane gas in the purified gas and / or concentration of carbon dioxide gas in the purified gas, the recycle gas is supplied to the adsorption tower when the next adsorption step is performed in the at least one adsorption tower. Determine the maximum time for circulation,
When the measured concentration of methane gas in the purified gas exceeds a predetermined concentration and / or when the concentration of carbon dioxide gas in the purified gas is less than a predetermined concentration, the maximum time is set at the adsorption step in the at least the adsorption step. It is longer than the time when the recycle gas is circulated through one adsorption tower, and when the measured concentration of methane gas in the purified gas is less than a predetermined concentration and / or the concentration of carbon dioxide gas in the purified gas is a predetermined value. In the case of exceeding the concentration, the maximum time is made shorter than the time when the recycle gas is circulated through the at least one adsorption tower in the adsorption step, and the measured concentration of methane gas in the purified gas is a predetermined concentration. And / or if the concentration of carbon dioxide in the purified gas is a predetermined concentration, the maximum time is set to the at least the adsorption step. One of the you less time to flow through the recycle gas to the adsorption tower,
A method for purifying methane fermentation gas, characterized in that
前記次の吸着工程を実施する際に、当該次の吸着工程を実施中の吸着塔へ流通させる前記リサイクルガス中の前記メタンガスの濃度が所定の濃度以上となるように、次の吸着工程を実施中の吸着塔への前記リサイクルガスの流通を停止するタイミングを決定することを特徴とする、請求項1に記載のメタン発酵ガスの精製方法。 Measure the concentration of methane gas and / or the concentration of carbon dioxide gas in the desorption gas,
When the next adsorption step is performed, the next adsorption step is performed so that the concentration of the methane gas in the recycle gas that is circulated to the adsorption tower that is performing the next adsorption step is equal to or higher than a predetermined concentration. 2. The method for purifying methane fermentation gas according to claim 1 , wherein the timing for stopping the flow of the recycle gas to the adsorption tower is determined.
前記メタン発酵ガス生成機構で生成したメタン発酵ガスを精製してメタンガスが富化された精製ガスを得る精製機構と、
を含むメタン発酵ガスの精製システムであって、
前記精製機構は、圧力スイング吸着法を用いてメタン発酵ガスから炭酸ガスを分離する精製装置を少なくとも備え、
前記精製機構で精製されるメタン発酵ガスの圧力が、前記メタン発酵ガス生成機構で得られるメタン発酵ガスの圧力以下となり、且つ、前記精製機構で得られる精製ガスの圧力が、前記精製機構で精製されるメタン発酵ガスの圧力以下となるように構成されており、
前記精製装置が、
吸着剤を充填した2基以上の吸着塔を備え、
各吸着塔では、吸着塔に前記メタン発酵ガスを供給して前記精製ガスを得る吸着工程と、前記吸着工程において前記吸着剤に吸着されたガスを減圧下で脱着させて前記吸着剤を再生する脱着工程とを繰り返し実施し、
少なくとも一つの吸着塔に前記メタン発酵ガスを供給して精製ガスを製造している間に残りの吸着塔のうちの少なくとも一つで吸着塔内を減圧して前記吸着剤に吸着されたガスを脱着させるように構成され、
前記残りの吸着塔のうちの少なくとも一つから排出される脱着ガスの少なくとも一部をリサイクルガスとして前記少なくとも一つの吸着塔に供給するリサイクルガス供給ラインと、
前記リサイクルガス供給ラインを介した前記少なくとも一つの吸着塔へのリサイクルガスの供給を遮断する供給遮断機構と、
前記精製ガス中のメタンガスの濃度および/または炭酸ガスの濃度を測定する精製ガス濃度計と、
前記供給遮断機構の動作を制御して、前記リサイクルガスを前記少なくとも一つの吸着塔に流通する時間を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
測定した前記精製ガス中のメタンガスの濃度および/または前記精製ガス中の炭酸ガスの濃度を用いて、前記少なくとも一つの吸着塔において次の吸着工程を実施する際に前記リサイクルガスを当該吸着塔に流通し得る最大時間を決定し、
前記少なくとも一つの吸着塔における前記吸着工程の終了時に前記精製ガス濃度計で測定した前記精製ガス中のメタンガスの濃度が所定の濃度超の場合および/または前記精製ガス中の炭酸ガスの濃度が所定の濃度未満の場合には、前記最大時間が前記吸着工程において前記少なくとも一つの吸着塔に前記リサイクルガスを流通した時間よりも長くなるように前記供給遮断機構の動作を制御し、
前記少なくとも一つの吸着塔における前記吸着工程の終了時に前記精製ガス濃度計で測定した前記精製ガス中のメタンガスの濃度が所定の濃度未満の場合および/または前記精製ガス中の炭酸ガスの濃度が所定の濃度超の場合には、前記最大時間が前記吸着工程において前記少なくとも一つの吸着塔に前記リサイクルガスを流通した時間よりも短くなるように前記供給遮断機構の動作を制御し、
前記少なくとも一つの吸着塔における前記吸着工程の終了時に前記精製ガス濃度計で測定した前記精製ガス中のメタンガスの濃度が所定の濃度の場合および/または前記精製ガス中の炭酸ガスの濃度が所定の濃度の場合には、前記最大時間が前記吸着工程において前記少なくとも一つの吸着塔に前記リサイクルガスを流通した時間以下となるように前記供給遮断機構の動作を制御する、
ことを特徴とする、メタン発酵ガスの精製システム。 Methane fermentation gas production mechanism to obtain methane fermentation gas containing methane gas and carbon dioxide gas by methane fermentation treatment of organic waste,
A purification mechanism for purifying the methane fermentation gas produced by the methane fermentation gas production mechanism to obtain a purified gas enriched in methane gas;
A methane fermentation gas purification system containing
The purification mechanism includes at least a purification device for separating carbon dioxide from methane fermentation gas using a pressure swing adsorption method,
The pressure of the methane fermentation gas purified by the purification mechanism is equal to or lower than the pressure of the methane fermentation gas obtained by the methane fermentation gas production mechanism, and the pressure of the purified gas obtained by the purification mechanism is purified by the purification mechanism. Configured to be below the pressure of the methane fermentation gas,
The purification device is
Equipped with two or more adsorption towers filled with adsorbent,
In each adsorption tower, an adsorption step of supplying the methane fermentation gas to the adsorption tower to obtain the purified gas, and a gas adsorbed on the adsorbent in the adsorption step are desorbed under reduced pressure to regenerate the adsorbent. Repeat the desorption process,
While supplying the methane fermentation gas to at least one adsorption tower to produce purified gas, at least one of the remaining adsorption towers depressurizes the adsorption tower to reduce the gas adsorbed on the adsorbent. Configured to desorb,
A recycle gas supply line for supplying at least a part of the desorption gas discharged from at least one of the remaining adsorption towers to the at least one adsorption tower as a recycle gas ;
A supply shut-off mechanism for shutting off the supply of the recycle gas to the at least one adsorption tower via the recycle gas supply line;
A purified gas concentration meter for measuring the concentration of methane gas and / or the concentration of carbon dioxide in the purified gas;
A control device for controlling the operation of the supply shut-off mechanism to control the time for circulating the recycle gas to the at least one adsorption tower;
With
The controller is
Using the measured concentration of methane gas in the purified gas and / or concentration of carbon dioxide gas in the purified gas, the recycle gas is supplied to the adsorption tower when the next adsorption step is performed in the at least one adsorption tower. Determine the maximum time for circulation,
When the concentration of methane gas in the purified gas measured by the purified gas concentration meter at the end of the adsorption step in the at least one adsorption tower exceeds a predetermined concentration and / or the concentration of carbon dioxide gas in the purified gas is predetermined. If the concentration is less than the concentration, the operation of the supply cutoff mechanism is controlled so that the maximum time is longer than the time during which the recycle gas is circulated through the at least one adsorption tower in the adsorption step,
When the concentration of methane gas in the purified gas measured by the purified gas concentration meter at the end of the adsorption step in the at least one adsorption tower is less than a predetermined concentration and / or the concentration of carbon dioxide gas in the purified gas is predetermined. If the concentration exceeds, the operation of the supply cutoff mechanism is controlled so that the maximum time is shorter than the time during which the recycled gas is circulated through the at least one adsorption tower in the adsorption step.
When the concentration of methane gas in the purified gas measured by the purified gas concentration meter at the end of the adsorption step in the at least one adsorption tower is a predetermined concentration and / or the concentration of carbon dioxide gas in the purified gas is a predetermined concentration If the concentration that controls the operation of the supply shut off mechanism such that the maximum time is equal to or less than the at least one time by flowing through the recycle gas to the adsorption tower in the adsorption step,
A methane fermentation gas purification system characterized by the above.
前記制御装置が、前記脱着ガス濃度計で測定した前記脱着ガス中のメタンガスの濃度および/または前記脱着ガス中の炭酸ガスの濃度を用いて前記供給遮断機構の動作を制御し、
前記次の吸着工程を実施する際に、前記少なくとも一つの吸着塔へ流通させる前記リサイクルガス中の前記メタンガスの濃度が所定の濃度以上となるように、前記少なくとも一つの吸着塔へのリサイクルガスの供給を遮断することを特徴とする、請求項3に記載のメタン発酵ガスの精製システム。 A desorption gas concentration meter for measuring the concentration of methane gas and / or the concentration of carbon dioxide gas in the desorption gas;
The controller controls the operation of the supply cutoff mechanism using the concentration of methane gas in the desorption gas and / or the concentration of carbon dioxide gas in the desorption gas measured by the desorption gas concentration meter;
When carrying out the next adsorption step, the recycle gas to the at least one adsorption tower is adjusted so that the concentration of the methane gas in the recycle gas to be circulated to the at least one adsorption tower is not less than a predetermined concentration. The methane fermentation gas purification system according to claim 3 , wherein the supply is shut off.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012225394A JP6013864B2 (en) | 2012-10-10 | 2012-10-10 | Methane fermentation gas purification method and purification system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012225394A JP6013864B2 (en) | 2012-10-10 | 2012-10-10 | Methane fermentation gas purification method and purification system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014077060A JP2014077060A (en) | 2014-05-01 |
JP6013864B2 true JP6013864B2 (en) | 2016-10-25 |
Family
ID=50782646
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012225394A Active JP6013864B2 (en) | 2012-10-10 | 2012-10-10 | Methane fermentation gas purification method and purification system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6013864B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103861409A (en) * | 2012-12-12 | 2014-06-18 | 中国科学院大连化学物理研究所 | Air purification treatment system |
EP3437714A4 (en) * | 2016-03-28 | 2019-11-20 | Sekisui Chemical Co., Ltd. | Pressure-variation adsorption type gas separation method and gas separation device |
JP6680960B1 (en) * | 2018-09-25 | 2020-04-15 | 積水化学工業株式会社 | Gas processing method and gas processing apparatus |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58159830A (en) * | 1982-03-18 | 1983-09-22 | Seitetsu Kagaku Co Ltd | Method for removing carbon dioxide in natural gas |
JPH02699A (en) * | 1987-10-24 | 1990-01-05 | Seibu Gas Kk | Removal of carbon dioxide and moisture from gas in town gas production process |
JPH01176415A (en) * | 1987-12-31 | 1989-07-12 | Kansai Coke & Chem Co Ltd | Production of enriched gas by psa method |
JP2004300035A (en) * | 2003-03-28 | 2004-10-28 | Taiyo Toyo Sanso Co Ltd | Method for separating methane gas and apparatus therefor |
WO2011155058A1 (en) * | 2010-06-11 | 2011-12-15 | エネルギープロダクト株式会社 | Gas-separating apparatus |
-
2012
- 2012-10-10 JP JP2012225394A patent/JP6013864B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014077060A (en) | 2014-05-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101388266B1 (en) | Method and apparatus for separating blast furnace gas | |
CA2516989C (en) | Off-gas feed method and target gas purification system | |
US9656202B2 (en) | Method and device for separating a gas mixture by means of pressure swing adsorption | |
US9732297B2 (en) | Gas purification method | |
JP5968252B2 (en) | Methane gas enrichment method | |
JP6305938B2 (en) | Gas purification equipment | |
CN104986735B (en) | A kind of method for improving hydrogen recovery rate | |
JP6611264B2 (en) | Gas purification method and apparatus | |
JP6013864B2 (en) | Methane fermentation gas purification method and purification system | |
JP6013865B2 (en) | Method and system for producing city gas | |
JP6163238B2 (en) | Method for separating and obtaining oxygen from air by adsorption separation and apparatus therefor | |
CN102500190B (en) | A kind of cleaning and recovering process for enriched gas source | |
CN202785635U (en) | Adsorptive hydrogen purifying device | |
TWI230093B (en) | Method of separating target gas | |
JP6074212B2 (en) | Method and apparatus for purifying mixed gas | |
JP5462763B2 (en) | Operation method of PSA equipment for high purity hydrogen gas production | |
JP7374925B2 (en) | Gas separation equipment and gas separation method | |
CN102160955A (en) | One-stage pressure swing adsorption process in ammonia-urea synthesizing production | |
JP6562543B2 (en) | Gas purification device and gas purification method | |
JPWO2015146766A1 (en) | Purification method and apparatus for target gas | |
JP2004067946A (en) | Purification system and purification method for anaerobic digestive fermentation gas as fuel for gas turbine | |
CN109316899B (en) | Desorption method for recovering low-concentration adsorption phase and non-adsorption phase components by PSA | |
JP2014073461A (en) | Method for refining mixed gas and refining equipment | |
JP2587334B2 (en) | Method of separating CO gas not containing CH4 | |
JP2004300035A (en) | Method for separating methane gas and apparatus therefor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150615 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160412 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160531 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20160621 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160810 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20160819 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160906 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160923 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6013864 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |