JP6013865B2 - Method and system for producing city gas - Google Patents
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Description
本発明は、都市ガスの製造方法および製造システムに関し、特に、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を用いて都市ガスを製造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 method and system for producing city gas, and more particularly to a method and system for producing city gas using methane fermentation gas obtained by methane fermentation treatment of organic waste.
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新しいエネルギー源として注目されている。そして、メタン発酵ガスをエネルギー源として有効活用する方法の一例として、メタン発酵ガスを都市ガスの原料として使用することが提案されている。 In recent years, methane fermentation gas obtained by subjecting organic waste such as excess sludge, raw garbage, and organic wastewater to methane fermentation has attracted attention as a new energy source. And as an example of the method of utilizing methane fermentation gas effectively as an energy source, using methane fermentation gas as a raw material of city gas is proposed.
ここで、メタン発酵処理により得られるメタン発酵ガスは、約60体積%のメタンガスと、約40体積%の炭酸ガスと、微量の不純物(例えば、硫化水素、シロキサン等)とを含有している。
そのため、メタン発酵ガスを用いて都市ガスを調製する際には、メタン発酵ガスから炭酸ガスや不純物などを除去してメタンガスを高濃度で含む精製ガスを得た後、都市ガスが要求する水準を満たすように精製ガスの組成(成分および濃度)等を調整する必要がある。
Here, the methane fermentation gas obtained by the methane fermentation treatment contains about 60% by volume of methane gas, about 40% by volume of carbon dioxide gas, and a small amount of impurities (for example, hydrogen sulfide, siloxane, etc.).
Therefore, when preparing city gas using methane fermentation gas, after removing carbon dioxide and impurities from methane fermentation gas to obtain purified gas containing methane gas at a high concentration, the level required by city gas is obtained. It is necessary to adjust the composition (components and concentration) of the purified gas so as to satisfy it.
そこで、従来、メタン発酵ガスを用いて都市ガスを製造する都市ガス製造システムとして、有機性廃棄物をメタン発酵処理してメタン発酵ガスを得るメタン発酵装置と、メタン発酵ガスを精製して精製ガスを得る精製装置と、精製ガスの組成を調整して組成調整ガスを得る組成調整装置と、組成調整ガスの熱量を調整する熱量調整装置とを有する都市ガス製造システムが提案されている(例えば、特許文献1、2参照。)。
Therefore, conventionally, as a city gas production system for producing city gas using methane fermentation gas, a methane fermentation apparatus that obtains methane fermentation gas by subjecting organic waste to methane fermentation, and purified gas by purifying methane fermentation gas A city gas production system has been proposed which has a purification device for obtaining a composition adjustment device for adjusting the composition of the purified gas to obtain a composition adjustment gas, and a calorific value adjustment device for adjusting the amount of heat of the composition adjustment gas (for example, (See
しかしここで、上記従来の都市ガス製造システムの精製装置では、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。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。 However, here, in the above-described conventional purification apparatus for city gas production system, the methane fermentation gas is pressurized to 0.5 to 1.0 MPa (gauge pressure), and then the high pressure water absorption method or the pressure swing adsorption method (PSA method). Is used to remove carbon dioxide from methane fermentation gas. 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.
そして、上記従来の都市ガス製造システムの精製装置では、圧力が0.5〜1.0MPa(ゲージ圧)の精製ガスに対して組成調整および熱量調整を行って都市ガスを調製した後、調製した都市ガスを供給に適した圧力、例えば0.5MPa未満(ゲージ圧)にしてから、都市ガス導管を介して供給している。 And in the refinement | purification apparatus of the said conventional city gas manufacturing system, after adjusting the composition adjustment and calorie | heat amount adjustment with respect to the refined gas whose pressure is 0.5-1.0MPa (gauge pressure), it prepared. The city gas is supplied through a city gas conduit after being set to a pressure suitable for supply, for example, less than 0.5 MPa (gauge pressure).
しかし、上記従来の都市ガス製造システムの精製装置では、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得た精製ガスを、組成調整および熱量調整の各処理を行った後に供給に適した圧力まで減圧しているため、ガスの昇圧に要するエネルギーの一部が無駄になっていた。また、上記従来の都市ガス製造システムの精製装置では、都市ガスの主原料となるメタンガス以外に炭酸ガス等も含むメタン発酵ガスを加圧しているため、加圧するガスの体積が大きく、ガスの昇圧に要するエネルギーが大きかった。
そのため、上記従来の都市ガス製造システムには、都市ガスの製造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, in the conventional purification apparatus for city gas production system, the purified gas obtained by refining methane fermentation gas after pressurizing to 0.5 to 1.0 MPa (gauge pressure) Since the pressure is reduced to a pressure suitable for supply after the processing is performed, a part of energy required for gas pressure increase is wasted. Moreover, in the conventional purification apparatus of the city gas production system, since the methane fermentation gas containing carbon dioxide gas in addition to the methane gas which is the main raw material for city gas is pressurized, the volume of the pressurized gas is large and the gas pressure is increased. It took a lot of energy.
Therefore, the conventional city gas production system has room for improvement in that the energy required for producing city gas is large.
そこで、本発明は、都市ガスの製造に必要なエネルギーを低減した都市ガスの製造方法および製造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 manufacturing method and manufacturing system of city gas which reduced the energy required for manufacture of city 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、本発明の都市ガスの製造方法は、メタンガスと炭酸ガスとを含む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、前記精製工程で得られた前記精製ガスを使用し、所定の組成、熱量および圧力を有する都市ガスを調製する都市ガス調製工程とを含む都市ガスの製造方法であって、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、前記圧力スイング吸着工程では、前記都市ガス調製工程で得られる前記都市ガスの圧力よりも低い圧力を有するメタン発酵ガスから炭酸ガスを分離し、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、圧力スイング吸着工程では都市ガスの圧力よりも低い圧力を有するメタン発酵ガスから炭酸ガスを分離し、都市ガス調製工程においてガスの圧力を所定の圧力まで加圧すれば、メタン発酵ガス中に含まれている炭酸ガスを高い圧力まで加圧する必要がない。また、一度昇圧したガスの圧力を都市ガスの供給に適した圧力まで減圧する必要がない。従って、ガスの昇圧に要するエネルギーの一部が無駄になることがなく、また、加圧するガスの体積を小さくしてガスの昇圧に要するエネルギーを小さくすることができる。よって、都市ガスの製造に要するエネルギーを低減することができる。更に、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。加えて、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-mentioned problems, and the city gas production method of the present invention has been enriched by purifying methane fermentation gas containing methane gas and carbon dioxide gas. A method for producing city gas, comprising: a purification step for obtaining a purified gas; and a city gas preparation step for preparing a city gas having a predetermined composition, calorie, and pressure using the purified gas obtained in the purification step. The purification step includes at least a pressure swing adsorption step of separating carbon dioxide gas from methane fermentation gas using a pressure swing adsorption method. In the pressure swing adsorption step, the city gas obtained in the city gas preparation step is Carbon dioxide gas is separated from methane fermentation gas having a pressure lower than the pressure, and in the pressure swing adsorption step, a refinement provided with two or more adsorption towers packed with an adsorbent. In each adsorption tower using an apparatus, 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, A desorption step for regenerating the adsorbent, and the purification apparatus performs the desorption step in at least one of the remaining adsorption towers while performing the adsorption step in at least one adsorption tower. , At least a part of the desorption gas discharged from the adsorption tower that is performing the desorption process is circulated to the adsorption tower that is performing the adsorption process as a recycle gas , and at the end of the adsorption process in the at least one adsorption tower The concentration of methane gas and / or the concentration of carbon dioxide in the purified gas is measured, and the measured concentration of methane gas in the purified gas and / or 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 the next adsorption step is performed in the at least one adsorption tower, and the measured methane gas in the purified gas is measured. When the concentration exceeds a predetermined concentration and / or when the concentration of carbon dioxide gas in the purified gas is less than a predetermined concentration, the recycle gas is circulated to the at least one adsorption tower in the adsorption step for the maximum time. Longer than the measured time, and when the measured concentration of methane gas in the purified gas is less than a predetermined concentration and / or when the concentration of carbon dioxide gas in the purified gas exceeds a predetermined concentration, 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, and the methane gas in the purified gas is measured. When the concentration is a predetermined concentration and / or when the concentration of carbon dioxide in the purified gas is a predetermined concentration, the maximum time is the time during which the recycle gas is circulated through the at least one adsorption tower in the adsorption step. characterized by the following and be Rukoto. Thus, if carbon dioxide gas is separated from methane fermentation gas having a pressure lower than that of city gas in the pressure swing adsorption process, and the gas pressure is increased to a predetermined pressure in the city gas preparation process, methane fermentation gas is obtained. There is no need to pressurize the carbon dioxide contained therein to a high pressure. Further, it is not necessary to reduce the pressure of the gas once increased to a pressure suitable for supplying city gas. Accordingly, part of the energy required for gas pressure increase is not wasted, and the energy required for gas pressure increase can be reduced by reducing the volume of the pressurized gas. Therefore, the energy required for manufacturing city gas can be reduced. Further, when carbon dioxide gas is separated from low-pressure methane fermentation gas in the pressure swing adsorption process, the recovery rate of methane gas from methane fermentation gas (= (amount of methane gas in the purified gas obtained / in the supplied methane fermentation gas) The amount of methane gas) × 100%) tends 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. In addition, the concentration of methane gas and / or carbon dioxide in the purified gas is used to determine the maximum time that the recycle gas can flow through the adsorption tower when performing the next adsorption step in at least one adsorption tower. For example, the methane gas contained in the desorption gas is sufficiently recovered to improve the recovery rate of the methane gas from the methane fermentation gas, and the concentration of the methane gas in the refined gas is suppressed from being lower than the desired concentration. be able to.
なお、本発明において、「所定の組成、熱量および圧力」とは、都市ガスが要求する水準に応じて予め定められる組成、熱量および圧力を指す。
また、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、「所望の濃度」とは、精製ガスを使用して調製する都市ガスが要求する水準に応じて予め定められる濃度である。
In the present invention, “predetermined composition, amount of heat and pressure” refers to a composition, amount of heat and pressure which are predetermined according to the level required by city gas.
In the present invention, the “predetermined concentration” can be determined in advance according to the performance of the adsorbent to be used, the required recovery rate of methane gas, and the allowable range of decrease in the concentration of methane gas in the purified gas. The “desired concentration” is a concentration determined in advance according to the level required by city gas prepared using purified gas.
そして、本発明の都市ガスの製造方法は、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。
And the manufacturing method of the city gas of this invention measures the density | concentration of the methane gas in the said desorption gas, and / or the density | concentration of a carbon dioxide gas, and is implementing the said next adsorption process when implementing the said next adsorption process. Determining the timing of stopping the circulation of the recycle gas to the adsorption tower that is performing the next adsorption step so that the concentration of the methane gas in the recycle gas to be circulated to the adsorption tower is equal to or higher than a predetermined concentration. Is preferred. 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、本発明の都市ガスの製造システムは、メタンガスと炭酸ガスとを含む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、前記精製機構で得られた前記精製ガスを使用し、所定の組成、熱量および圧力を有する都市ガスを調製する都市ガス調製機構とを含む都市ガスの製造システムであって、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、前記精製装置では、前記都市ガス調製機構で得られる前記都市ガスの圧力よりも低い圧力を有するメタン発酵ガスから炭酸ガスを分離す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、精製装置では都市ガスの圧力よりも低い圧力を有するメタン発酵ガスから炭酸ガスを分離するように構成し、都市ガス調製機構においてガスの圧力を所定の圧力まで加圧すれば、メタン発酵ガス中に含まれている炭酸ガスを高い圧力まで加圧する必要がない。また、一度昇圧したガスの圧力を都市ガスの供給に適した圧力まで減圧する必要がない。従って、ガスの昇圧に要するエネルギーの一部が無駄になることがなく、また、加圧するガスの体積を小さくしてガスの昇圧に要するエネルギーを小さくすることができる。よって、都市ガスの製造に要するエネルギーを低減することができる。更に、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。加えて、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, and the manufacturing system of the city gas of this invention refine | purifies the methane fermentation gas containing methane gas and a carbon dioxide gas, and methane gas is enriched. A city gas production system comprising: a purification mechanism that obtains a purified gas, and a city gas preparation mechanism that uses the purified gas obtained by the purification mechanism to prepare a city gas having a predetermined composition, calorie, and pressure The purification mechanism includes at least a purification device that separates carbon dioxide gas from methane fermentation gas using a pressure swing adsorption method, and the purification device uses a pressure of the city gas obtained by the city gas preparation mechanism. The carbon dioxide gas is separated from the methane fermentation gas having a low pressure, and the purification apparatus includes two or more adsorption towers filled with an adsorbent, In the tower, an adsorption step of supplying the methane fermentation gas to the adsorption tower to obtain the purified gas, and a desorption step of regenerating the adsorbent by desorbing the gas adsorbed on the adsorbent in the adsorption step under reduced pressure The methane fermentation gas is supplied to at least one adsorption tower and the purified gas is produced to reduce the pressure in the adsorption tower with at least one of the remaining adsorption towers. A recycle gas supply configured to desorb the gas adsorbed on the at least one of the remaining adsorption towers and 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 line and a supply interruption mechanism for blocking said at least one supply of recycle gas to the adsorption tower through the recycle gas supply lines, the refined gas A refined gas concentration meter that measures the concentration of tan gas and / or carbon dioxide, and a control device that controls the operation of the supply shut-off mechanism to control the time during which the recycle gas flows through the at least one adsorption tower; The control device performs the next adsorption step in the at least one adsorption tower using the measured concentration of methane gas in the refined gas and / or carbon dioxide gas concentration in the refined gas. Determining the maximum time during which the recycle gas can be circulated through the adsorption tower, and 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 value. When the concentration is higher and / or when the concentration of carbon dioxide in the purified gas is less than a predetermined concentration, the maximum time is determined in the adsorption step. The operation of the supply cutoff mechanism is controlled so as to be longer than the time during which the recycle gas is circulated through the at least one adsorption tower, and 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 methane gas in the purified gas is less than a predetermined concentration and / or when the concentration of carbon dioxide gas in the purified gas exceeds a predetermined concentration, the maximum time is the at least one in the adsorption step. The purified gas measured by the purified gas concentration meter at the end of the adsorption process in the at least one adsorption tower, controlling the operation of the supply shut-off mechanism so as to be shorter than the time when the recycle gas is circulated through the adsorption tower When the concentration of methane gas in the inside is a predetermined concentration and / or when the concentration of carbon dioxide in the purified gas is a predetermined concentration The maximum time is characterized that you control the operation of the supply shut off mechanism to be equal to or less than the at least one time by flowing through the recycle gas to the adsorption tower in the adsorption step. As described above, the purification apparatus is configured to separate the carbon dioxide gas from the methane fermentation gas having a pressure lower than that of the city gas. When the gas pressure is increased to a predetermined pressure in the city gas preparation mechanism, There is no need to pressurize the carbon dioxide contained in the fermentation gas to a high pressure. Further, it is not necessary to reduce the pressure of the gas once increased to a pressure suitable for supplying city gas. Accordingly, part of the energy required for gas pressure increase is not wasted, and the energy required for gas pressure increase can be reduced by reducing the volume of the pressurized gas. Therefore, the energy required for manufacturing city gas can be reduced. Furthermore, when carbon dioxide gas is separated from low-pressure methane fermentation gas in the refining apparatus, the recovery rate of methane gas from the methane fermentation gas tends 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. In addition, the control device uses the measured value measured by the purified gas concentration meter at the end of the adsorption process, and the maximum recyclable gas can be circulated to the adsorption tower when performing the next adsorption process in at least one adsorption tower. If the time is determined, the concentration of methane gas in the purified 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、「所定の組成、熱量および圧力」とは、都市ガスが要求する水準に応じて予め定められる組成、熱量および圧力を指す。
また、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、「所望の濃度」とは、精製ガスを使用して調製する都市ガスが要求する水準に応じて予め定められる濃度である。
In the present invention, “predetermined composition, amount of heat and pressure” refers to a composition, amount of heat and pressure which are predetermined according to the level required by city gas.
In the present invention, the “predetermined concentration” can be determined in advance according to the performance of the adsorbent to be used, the required recovery rate of methane gas, and the allowable range of decrease in the concentration of methane gas in the purified gas. The “desired concentration” is a concentration determined in advance according to the level required by city gas prepared using purified gas.
そして、本発明の都市ガスの製造システムは、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 city gas production 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 measures with the desorption gas concentration meter. The operation of the supply shut-off mechanism is controlled using the concentration of methane gas in the desorption gas and / or the concentration of carbon dioxide gas in the desorption gas, and the at least one adsorption is performed when performing the next adsorption step. 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 tower is not less than a predetermined concentration. 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、都市ガスの製造に必要なエネルギーを低減した都市ガスの製造方法および製造システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method and manufacturing system of city gas which reduced the energy required for manufacture of city 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、本発明の都市ガスの製造システムは、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用いて都市ガスを製造する際に用いることができる。なお、都市ガスは、所定の水準を満たす組成(成分および濃度)、熱量並びに圧力を有しており、都市ガスが満たすべき「所定の水準」は、例えば「バイオガス購入要領」(東京瓦斯株式会社)等に規定されている。 Here, the city gas production system of the present invention is used for producing city gas using methane fermentation gas obtained by subjecting surplus sludge, raw garbage, and organic waste such as organic wastewater to methane fermentation. Can be used. City gas has a composition (components and concentration), calorie, and pressure that satisfy a predetermined level. The “predetermined level” to be satisfied by city gas is, for example, “Biogas Purchasing Guidelines” (Tokyo Gas Co., Ltd.). Company).
図1に示す都市ガスの製造システム1は、有機性廃棄物をメタン発酵処理する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3と、精製機構3で得られた精製ガスを使用して都市ガスを調製する都市ガス調製機構4とを備えている。
A city gas production 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3〜50kPa(ゲージ圧)のメタン発酵ガスが生成される。そして、メタン発酵処理装置2で得られたメタン発酵ガスは、任意にメタン発酵ガスタンク(図示せず)に一度貯留された後、精製機構3へと供給される。
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、既知のメタン発酵槽を用いることができる。
The methane
The methane
精製機構3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、この一例の製造システム1の精製機構3は、メタン発酵ガスを圧縮して加圧する第1圧縮機5と、圧力スイング吸着法を使用して、第1圧縮機5で加圧したメタン発酵ガスから炭酸ガスを分離する精製装置6とを有している。
なお、精製機構3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3内の任意の位置、例えば、精製装置6よりもメタン発酵処理装置2側に設けることができる。
The purification mechanism 3 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 3 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 any position in the purification mechanism 3, for example, closer to the methane
精製機構3の第1圧縮機5は、メタン発酵処理装置2で得られた圧力P1のメタン発酵ガスを圧縮し、メタン発酵ガスを圧力P2まで加圧する装置である。なお、圧力P2は、製造システム1を用いて製造および供給する都市ガスの圧力P3以下の圧力であり、圧力P2は、例えば5〜100kPa(ゲージ圧)とすることができる。
なお、第1圧縮機5としては、特に限定されることなく、既知のブロア等を用いることができる。
因みに、本発明の都市ガスの製造システムでは、精製機構に圧縮機を設けることなく、メタン発酵処理装置で得られたメタン発酵ガスをそのまま精製装置6へと供給して精製してもよい。
The
The
Incidentally, in the city gas production system of the present invention, the methane fermentation gas obtained by the methane fermentation treatment apparatus may be supplied to the purification apparatus 6 as it is for purification without providing a compressor in the purification mechanism.
精製機構3の精製装置6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6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6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6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 device 6 of the purification mechanism 3 has an adsorption tower filled with an adsorbent such as activated carbon, molecular sieve charcoal, or zeolite. And in the refiner | purifier 6, the refined gas enriched in methane gas is manufactured by supplying methane fermentation gas to the adsorption tower filled with the adsorbent, and making the adsorbent adsorb the carbon dioxide gas in methane fermentation gas. . Further, in the refining device 6, 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 (under a pressure lower than the pressure during adsorption) to adsorb the adsorbent. Play.
That is, in the adsorption tower of the purification device 6, an adsorption process for supplying purified gas by supplying methane fermentation gas to the adsorption tower, and the gas adsorbed by the adsorbent in the adsorption process are under reduced pressure (lower pressure than the adsorption process). And the desorption step of regenerating the adsorbent by desorption in
ここで、精製装置6としては、都市ガスの製造に適し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 6, any purification apparatus capable of obtaining a purified gas having a methane gas concentration suitable for the production of city gas can be used. In addition, it is preferable to use the refiner |
都市ガス調製機構4は、精製機構3で得た精製ガスを使用して、所定の水準を満たす組成(成分および濃度)、熱量並びに圧力を有する都市ガスを調製するための機構である。そして、この一例の製造システム1の都市ガス調製機構4は、精製ガスを圧縮して加圧する第2圧縮機7と、第2圧縮機7で加圧した精製ガスの組成を調整して組成調整ガスを得る組成調整装置8と、組成調整ガスの熱量を調整する熱量調整装置9とを有している。
The city
都市ガス調製機構4の第2圧縮機7は、精製機構3で得られた精製ガスを圧縮し、都市ガスの供給に適した圧力まで加圧する圧力調整装置として機能するものである。そして、第2圧縮機7では、精製機構3で得られた圧力P2の精製ガスが、製造システム1を用いて供給される都市ガスと等しい圧力P3まで加圧される。なお、圧力P3は、例えば0.4MPa(ゲージ圧)とすることができる。因みに、上記では、都市ガス調製機構4内の圧力損失が殆ど無視できるものであると仮定して精製ガスを都市ガスの供給圧力と等しい圧力P3まで加圧した。しかし、都市ガス調製機構4内での圧力損失が大きい場合には、精製ガスは、都市ガスの供給圧力と等しい圧力P3よりも圧力損失分だけ大きい圧力まで加圧することができる。
なお、第2圧縮機7としては、特に限定されることなく、既知のブロア等を用いることができる。
因みに、本発明の都市ガスの製造システムでは、都市ガス調製機構の圧縮機は、組成調整装置および熱量調整装置の後段側に設けてもよい。
The
The
Incidentally, in the city gas production system of the present invention, the compressor of the city gas preparation mechanism may be provided on the rear side of the composition adjusting device and the calorific value adjusting device.
都市ガス調製機構4の組成調整装置8は、第2圧縮機7で加圧された精製ガスに水素を添加し、精製ガスから酸素を除去して、都市ガスが要求する所定の水準を満たす組成(成分および濃度)を有する組成調整ガスを得る装置である。ここで、組成調整装置8では、圧力P3の組成調整ガスが得られるように、既知の組成調整手段、例えば、水素添加装置や、酸素除去触媒塔などを用いて精製ガスの組成を調整する。
The composition adjustment device 8 of the city
都市ガス調製機構4の熱量調整装置9は、組成調整装置8で得た組成調整ガスに対してLPガス等を混合して、組成調整ガスの熱量を都市ガスが要求する所定の水準を満たす熱量に調整し、所定の圧力P3の都市ガスを得る装置である。ここで、熱量調整装置9では、所定の熱量を有する圧力P3の都市ガスが得られるように、既知の熱量調整手段、例えば、LPガス気化装置および気化したLPガスの添加装置などを用いて、組成調整ガスの熱量を調整し、都市ガスを調製する。
The calorific
そして、上記一例の都市ガスの製造システム1では、精製機構3において、メタンガスと炭酸ガスとを含む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る。具体的には、精製工程では、第1圧縮機5を用いてメタン発酵ガスを圧力P2まで加圧した後、精製装置6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。
In the city gas production system 1 of the above example, the purification mechanism 3 purifies the methane fermentation gas containing methane gas and carbon dioxide gas to obtain a purified gas enriched in methane gas. Specifically, in the refining process, after pressurizing the methane fermentation gas to the pressure P2 using the
また、上記一例の都市ガスの製造システム1では、精製機構3で得られた精製ガスを使用し、所定の組成、熱量および圧力を有する都市ガスを調製する都市ガス調製工程が都市ガス調製機構4において実施される。具体的には、都市ガス調製工程では、第2圧縮機7を用いて精製ガスを都市ガスの供給に適した圧力P3まで加圧する圧力調整工程と、組成調整装置8を用いて精製ガスの組成を都市ガスが要求する所定の水準を満たす組成に調整する組成調整工程と、熱量調整装置9を用いて組成調整ガスの熱量を都市ガスが要求する所定の水準を満たす熱量に調整する熱量調整工程とを実施して都市ガスを調製する。
In the city gas production system 1 of the above example, the city
そして、上記一例の製造システム1では、精製機構3の精製装置6において、都市ガスの圧力P3よりも低い圧力P2下で圧力スイング吸着を実施し、メタン発酵ガスから炭酸ガスを分離しているので、メタン発酵ガス中に含まれている炭酸ガスを高い圧力(例えば、圧力P3以上)に加圧する必要がない。また、圧力スイング吸着を実施する前にメタン発酵ガスを都市ガスの供給に適した圧力P3超まで加圧している従来技術と比較し、ガスを都市ガスの供給に適した圧力P3まで加圧する際の加圧対象のガスの体積を小さくして、ガスの昇圧に要するエネルギーを小さくすることができる。更に、上記一例の製造システム1では、第2圧縮機7を用いて精製ガスを都市ガスの供給に適した圧力P3まで加圧し、その圧力のまま(即ち、大幅に減圧することなく)、都市ガスを調製しているので、一度昇圧したガスの圧力を都市ガスの供給に適した圧力まで減圧する必要がない。
従って、製造システム1では、ガスの昇圧に要するエネルギーの一部が無駄になることがなく、また、加圧するガスの体積を小さくしてガスの昇圧に要するエネルギーを小さくすることができる。よって、都市ガスの製造に要するエネルギーを低減することができる。
In the manufacturing system 1 of the above example, the purification device 6 of the purification mechanism 3 performs pressure swing adsorption under a pressure P2 lower than the pressure P3 of the city gas, and separates carbon dioxide from the methane fermentation gas. There is no need to pressurize the carbon dioxide gas contained in the methane fermentation gas to a high pressure (eg, pressure P3 or higher). In addition, when the gas is pressurized to a pressure P3 suitable for city gas supply, compared to the conventional technique in which the methane fermentation gas is pressurized to a pressure P3 suitable for city gas supply before the pressure swing adsorption is performed. The volume of the gas to be pressurized can be reduced, and the energy required for boosting the gas can be reduced. Furthermore, in the manufacturing system 1 of the above example, the
Therefore, in the manufacturing system 1, part of the energy required for gas pressure increase is not wasted, and the energy required for gas pressure increase can be reduced by reducing the volume of the pressurized gas. Therefore, the energy required for manufacturing city gas can be reduced.
以上、一例を用いて本発明の都市ガスの製造システムおよび製造方法について説明したが、本発明の製造システムおよび製造方法は、上記一例に限定されることはなく、本発明の製造システムおよび製造方法には、適宜変更を加えることができる。
具体的には、上記一例の製造システム1では、圧力P2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6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、本発明の都市ガスの製造システムでは、例えば、以下に詳細に説明するような精製装置100を用いてもよい。
As mentioned above, although the manufacturing system and manufacturing method of the city gas of this invention were demonstrated using an example, the manufacturing system and manufacturing method of this invention are not limited to the said example, The manufacturing system and manufacturing method of this invention Can be appropriately modified.
Specifically, in the production system 1 of the above example, in order to separate the carbon dioxide from the low-pressure methane fermentation gas having the pressure P2, the recovery rate of methane gas from the methane fermentation gas (in the pressure swing adsorption process performed in the purifier 6) ( = (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 city gas production system of the present invention, for example, 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、精製ガス中のメタンガスの「所望の濃度」とは、精製ガスを使用して調製する都市ガスが要求する水準に応じて予め定まる濃度であり、例えば、99.5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、都市ガス原料として使用する必要がある。
<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” of methane gas in the purified gas is a concentration determined in advance according to the level required by the city gas prepared using the purified gas, and is, for example, 99.5% by volume. 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. It is necessary to use it as a raw material for city gas.
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P2:5〜100kPa(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
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
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
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
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
It should be noted that the timing at which the
Incidentally, at the end of the
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. Thus, the recovery rate of methane gas from methane fermentation gas can be effectively improved.
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、都市ガスの製造に必要なエネルギーを低減した都市ガスの製造方法および製造システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method and manufacturing system of city gas which reduced the energy required for manufacture of city gas can be provided.
1 都市ガスの製造システム
2 メタン発酵処理装置
3 精製機構
4 都市ガス調製機構
5 第1圧縮機
6 精製装置
7 第2圧縮機
8 組成調整装置
9 熱量調整装置
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 City
30
Claims (4)
前記精製工程で得られた前記精製ガスを使用し、所定の組成、熱量および圧力を有する都市ガスを調製する都市ガス調製工程と、
を含む都市ガスの製造方法であって、
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、
前記圧力スイング吸着工程では、前記都市ガス調製工程で得られる前記都市ガスの圧力よりも低い圧力を有するメタン発酵ガスから炭酸ガスを分離し、
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、都市ガスの製造方法。 A purification process for purifying methane fermentation gas containing methane gas and carbon dioxide gas to obtain a purified gas enriched in methane gas;
Using the purified gas obtained in the purification step, a city gas preparation step of preparing a city gas having a predetermined composition, calorie and pressure,
A method for producing city gas including
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,
In the pressure swing adsorption step, carbon dioxide gas is separated from methane fermentation gas having a pressure lower than the pressure of the city gas obtained in the city gas preparation step,
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 producing city gas.
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に記載の都市ガスの製造方法。 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 producing city gas according to claim 1 , wherein the timing for stopping the circulation of the recycled gas to the adsorption tower is determined.
前記精製機構で得られた前記精製ガスを使用し、所定の組成、熱量および圧力を有する都市ガスを調製する都市ガス調製機構と、
を含む都市ガスの製造システムであって、
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、
前記精製装置では、前記都市ガス調製機構で得られる前記都市ガスの圧力よりも低い圧力を有するメタン発酵ガスから炭酸ガスを分離す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、都市ガスの製造システム。 A purification mechanism for purifying methane fermentation gas containing methane gas and carbon dioxide gas to obtain a purified gas enriched in methane gas;
A city gas preparation mechanism that uses the purified gas obtained by the purification mechanism to prepare a city gas having a predetermined composition, amount of heat, and pressure;
A city gas manufacturing system including
The purification mechanism includes at least a purification device for separating carbon dioxide from methane fermentation gas using a pressure swing adsorption method,
The purification apparatus is configured to separate carbon dioxide gas from methane fermentation gas having a pressure lower than the pressure of the city gas obtained by the city gas preparation mechanism,
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 In the case of concentration, the operation of the supply cutoff mechanism is controlled so that the maximum time is equal to or less than the time during which the recycle gas is circulated through the at least one adsorption tower in the adsorption step.
A city gas production system characterized by that.
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に記載の都市ガスの製造システム。 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. 4. The city gas production system according to claim 3 , wherein the supply is cut off.
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