JP6041029B2 - シロキサン除去方法及びシロキサン除去装置 - Google Patents
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- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
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Description
本発明は、有機性廃棄物の生物学的処理により発生した消化ガスに含まれるシロキサンを除去するシロキサン除去装置及びシロキサン除去方法に関する。
下水処理場、食品工場、ビール製造工場、家畜の飼育場等で生じる有機系廃棄物、例えば、汚泥、生ごみ、し尿等を、タンク内において３５℃程度もしくは５５℃程度で発酵させることなどによって生物学的に処理すると、メタン、二酸化炭素、硫化水素等を含む消化ガスが発生する。近年、この消化ガスに含まれるメタンをエネルギー源として有効利用することが検討されている。例えば、消化ガスから回収したメタンを発電機あるいはボイラ等のガス利用設備に供給することが検討されている。
ところで、消化ガスには、通常、微量のシロキサンが含まれている。そのため、ガス利用設備にて消化ガスを燃焼させると、シロキサンの酸化によりシリカが生成されるが、このシリカがガス利用設備の磨耗などを引き起こすことがあった。このことから、消化ガス中のシロキサンの除去が要求されている。
その要求に対し、特許文献１，２では、消化ガスを活性炭等の多孔質吸着剤に通して、消化ガス中のシロキサンを除去する方法が提案されている。
また、多孔質吸着剤にシロキサンを吸着させて除去する際には、消化ガスの水分が多いと、シロキサン除去率が低下するため、消化ガスを除湿することが提案されている（特許文献３）。
その要求に対し、特許文献１，２では、消化ガスを活性炭等の多孔質吸着剤に通して、消化ガス中のシロキサンを除去する方法が提案されている。
また、多孔質吸着剤にシロキサンを吸着させて除去する際には、消化ガスの水分が多いと、シロキサン除去率が低下するため、消化ガスを除湿することが提案されている（特許文献３）。
ところで、ガス利用設備においては、送り込まれるガスの要求ガス圧が高い（０．３〜０．６ＭＰａＧ）ものが多いため、従来のシロキサン除去方法では、ガス利用設備の要求ガス圧が高いときに、シロキサン除去のエネルギー効率が高くなるように検討されてきた。そのため、ガス利用設備の要求ガス圧が低い場合には、従来のシロキサン除去方法を適用すると、シロキサン除去のエネルギー効率が低くなることがあった。
本発明は、ガス利用設備の要求ガス圧が低い場合であっても、消化ガス中のシロキサンを高いエネルギー効率で除去できるシロキサン除去方法及びシロキサン除去装置を提供することを目的とする。
本発明は、ガス利用設備の要求ガス圧が低い場合であっても、消化ガス中のシロキサンを高いエネルギー効率で除去できるシロキサン除去方法及びシロキサン除去装置を提供することを目的とする。
従来の消化ガス中のシロキサン除去では、加圧した消化ガスを冷却除湿して凝縮水を除去した後にシロキサンを吸着除去することが多かった。本来、圧縮機によってガスを加圧すると、圧縮機で消費された動力の一部が熱エネルギーに転化されてガスの温度が上昇するため、加圧したガスを冷却すると、エネルギー効率が低くなる。しかし、ガス利用設備の要求ガス圧が高い場合には、シロキサン除去前にガスを圧縮していれば、シロキサン除去後にガスを圧縮することなく、ガス利用設備に送ることができる。そのため、全体としては、エネルギー効率が大幅に低いということはなく、凝縮水の除去効率が優れるという効果の有用性が高くなる。一方、ガス利用設備の要求ガス圧が低い場合には、シロキサン除去後にガスを圧縮する必要はないから、加圧したガスを冷却する工程を有する方法は無駄に使用するエネルギー量が多く、有用ではない。
そこで、本発明者らは、消化ガス中のシロキサン除去の工程を見直して、以下のシロキサン除去方法及びシロキサン除去装置を発明した。
そこで、本発明者らは、消化ガス中のシロキサン除去の工程を見直して、以下のシロキサン除去方法及びシロキサン除去装置を発明した。
本発明のシロキサン除去方法は、メタン、メタン以外の炭化水素及びシロキサンを含む消化ガスを冷却除湿して除湿ガスを得る冷却除湿工程と、前記除湿ガスを送風又は圧縮することにより、除湿ガスを移送すると共に加熱して加熱除湿ガスを得るガス移送工程と、前記加熱除湿ガスの温度を維持させながら、該加熱除湿ガスを多孔質吸着剤に接触させる吸着除去工程と、を有する。
本発明のシロキサン除去方法においては、前記消化ガス又は前記除湿ガスを脱硫処理する脱硫工程をさらに有することが好ましい。
本発明のシロキサン除去方法においては、前記消化ガス又は前記除湿ガスを一時的に貯留する貯留工程をさらに有することが好ましい。
本発明のシロキサン除去方法においては、前記消化ガス又は前記除湿ガスを脱硫処理する脱硫工程をさらに有することが好ましい。
本発明のシロキサン除去方法においては、前記消化ガス又は前記除湿ガスを一時的に貯留する貯留工程をさらに有することが好ましい。
本発明のシロキサン除去装置は、メタン、メタン以外の炭化水素及びシロキサンを含む消化ガスを冷却除湿して除湿ガスを得る冷却除湿機と、前記除湿ガスを送風することにより、除湿ガスを移送すると共に加熱して加熱除湿ガスを得る送風機、又は、前記除湿ガスを圧縮することにより、除湿ガスを移送すると共に加熱して加熱除湿ガスを得る圧縮機と、前記加熱除湿ガスに含まれるシロキサンを吸着する多孔質吸着剤が充填された吸着器と、前記加熱除湿ガスを前記吸着器に移送するための配管及び前記吸着器を保温する保温手段と、を具備する。
本発明のシロキサン除去装置においては、前記送風機又は前記圧縮機がターボ型であることが好ましい。
本発明のシロキサン除去装置においては、前記消化ガス又は前記除湿ガスを脱硫処理する脱硫器をさらに有することが好ましい。
本発明のシロキサン除去装置においては、前記消化ガス又は前記除湿ガスを一時的に貯留するガスホルダをさらに有することが好ましい。
本発明のシロキサン除去装置においては、前記送風機又は前記圧縮機がターボ型であることが好ましい。
本発明のシロキサン除去装置においては、前記消化ガス又は前記除湿ガスを脱硫処理する脱硫器をさらに有することが好ましい。
本発明のシロキサン除去装置においては、前記消化ガス又は前記除湿ガスを一時的に貯留するガスホルダをさらに有することが好ましい。
本発明のシロキサン除去方法及びシロキサン除去装置は、ガス利用設備の要求ガス圧が低い場合であっても、消化ガス中のシロキサンを高いエネルギー効率で除去できる。
本発明のシロキサン除去装置の一実施形態について説明する。
図１に、本実施形態のシロキサン除去装置を示す。本実施形態のシロキサン除去装置１は、消化ガスからシロキサンを除去する装置であり、脱硫器１０とガスホルダ２０と冷却除湿機３０と送風機４０と吸着器５０と保温手段６０とを具備する。
また、本実施形態のシロキサン除去装置１は、消化槽（図示せず）に脱硫器１０を接続するための第１の配管９１と、脱硫器１０にガスホルダ２０を接続するための第２の配管９２と、ガスホルダ２０に冷却除湿機３０を接続するための第３の配管９３と、冷却除湿機３０に送風機４０を接続するための第４の配管９４と、送風機４０に吸着器５０を接続するための第５の配管９５と、吸着器５０からシロキサン除去後の消化ガスを移送するための第６の配管９６とを具備する。
図１に、本実施形態のシロキサン除去装置を示す。本実施形態のシロキサン除去装置１は、消化ガスからシロキサンを除去する装置であり、脱硫器１０とガスホルダ２０と冷却除湿機３０と送風機４０と吸着器５０と保温手段６０とを具備する。
また、本実施形態のシロキサン除去装置１は、消化槽（図示せず）に脱硫器１０を接続するための第１の配管９１と、脱硫器１０にガスホルダ２０を接続するための第２の配管９２と、ガスホルダ２０に冷却除湿機３０を接続するための第３の配管９３と、冷却除湿機３０に送風機４０を接続するための第４の配管９４と、送風機４０に吸着器５０を接続するための第５の配管９５と、吸着器５０からシロキサン除去後の消化ガスを移送するための第６の配管９６とを具備する。
脱硫器１０は、消化ガスを脱硫するものである。
脱硫器１０における消化ガスの脱硫方法としては、乾式脱硫法、湿式脱硫法が挙げられる。
乾式脱硫法は、鉄粉、粘土等でペレット状にした成形脱硫剤を脱硫塔内に充填し、その脱硫塔に消化ガスを供給し、消化ガスに含まれる硫化物（硫化水素等）を成形脱硫剤に捕捉して除去する方法である。
湿式脱硫法としては、水洗浄式、アルカリ洗浄式などが挙げられる。水洗浄式では、消化ガスと水とを向流接触させて、消化ガスに含まれる硫化物を水に吸収させて除去する方法である。アルカリ洗浄式では、消化ガスとアルカリ水溶液とを向流接触させて、消化ガスに含まれる硫化物をアルカリ水溶液に吸収させて除去する方法であり、硫化物を吸収したアルカリ水溶液を再生し、再利用することもある。
また、脱硫方法としては、消化ガスを活性炭、金属錯体、金属酸化物等に接触させて除去する方法も適用できる。
脱硫器１０における消化ガスの脱硫方法としては、乾式脱硫法、湿式脱硫法が挙げられる。
乾式脱硫法は、鉄粉、粘土等でペレット状にした成形脱硫剤を脱硫塔内に充填し、その脱硫塔に消化ガスを供給し、消化ガスに含まれる硫化物（硫化水素等）を成形脱硫剤に捕捉して除去する方法である。
湿式脱硫法としては、水洗浄式、アルカリ洗浄式などが挙げられる。水洗浄式では、消化ガスと水とを向流接触させて、消化ガスに含まれる硫化物を水に吸収させて除去する方法である。アルカリ洗浄式では、消化ガスとアルカリ水溶液とを向流接触させて、消化ガスに含まれる硫化物をアルカリ水溶液に吸収させて除去する方法であり、硫化物を吸収したアルカリ水溶液を再生し、再利用することもある。
また、脱硫方法としては、消化ガスを活性炭、金属錯体、金属酸化物等に接触させて除去する方法も適用できる。
本実施形態におけるガスホルダ２０は、脱硫器１０の二次側（下流側）且つ冷却除湿機３０の一次側（上流側）に設けられ、脱硫した消化ガスを一時的に貯留するものである。ガスホルダ２０は、ガスを貯蔵できるものであれば特に制限はなく、例えば、容積可変型の低圧ガスホルダが挙げられる。低圧ガスホルダ内の圧力は、通常、１〜３ｋＰａＧとされる。
冷却除湿機３０は、消化ガスを冷却除湿して除湿ガスを得る機械である。
本実施形態における冷却除湿機３０は、冷却器３１及び凝縮液を排出するための第７の配管９７を備える。
冷却器３１は、消化ガスを冷却して、消化ガス中の一部の水蒸気、炭化水素類及びシロキサンを凝縮させて凝縮液を生成させる。凝縮液を除去して残ったガスが除湿ガスとなる。
冷却器３１としては、例えば、消化ガスが通過する配管を冷却媒体（例えば冷水等）によって冷却する間接冷却式のものを使用することができる。
本実施形態における冷却除湿機３０は、冷却器３１及び凝縮液を排出するための第７の配管９７を備える。
冷却器３１は、消化ガスを冷却して、消化ガス中の一部の水蒸気、炭化水素類及びシロキサンを凝縮させて凝縮液を生成させる。凝縮液を除去して残ったガスが除湿ガスとなる。
冷却器３１としては、例えば、消化ガスが通過する配管を冷却媒体（例えば冷水等）によって冷却する間接冷却式のものを使用することができる。
第７の配管９７には気液分離器７０が接続されている。
気液分離器７０は、冷却除湿機３０から排出された凝縮液及び凝縮液に同伴した一部の除湿ガスを収容して気液分離させるものである。気液分離器７０としては、密閉容器を使用することができる。密閉容器の外形に制限はなく、例えば、円筒体、直方体、球体等を使用することができる。
気液分離器７０は、冷却除湿機３０から排出された凝縮液及び凝縮液に同伴した一部の除湿ガスを収容して気液分離させるものである。気液分離器７０としては、密閉容器を使用することができる。密閉容器の外形に制限はなく、例えば、円筒体、直方体、球体等を使用することができる。
気液分離器７０には、気液分離器７０から凝縮液を排出させるための第８の配管（排出用配管）９８が取り付けられている。
第８の配管９８は、気液分離器７０の底面に接続され、また、第８の配管９８はＵ字管になっている。Ｕ字管の第８の配管９８が底面に接続されていれば、第８の配管９８にて水封構造が形成され、ガスを外部に放出させずに液体を排出させることができる。
ここで、気液分離器７０内の液面Ｈ１と第８の配管９８の最高点Ｈ２との水頭差△ｈは、気液分離器７０内の圧力に応じて適宜設定される。すなわち、水頭差△ｈは、気液分離器７０内の圧力が上昇もしくは液体が増加したときに、第８の配管９８を介して気液分離器７０内の液体が排出され、圧力の上昇もしくは液体の増加がないときには、液体が排出されないように設定される。
第８の配管９８は、気液分離器７０の底面に接続され、また、第８の配管９８はＵ字管になっている。Ｕ字管の第８の配管９８が底面に接続されていれば、第８の配管９８にて水封構造が形成され、ガスを外部に放出させずに液体を排出させることができる。
ここで、気液分離器７０内の液面Ｈ１と第８の配管９８の最高点Ｈ２との水頭差△ｈは、気液分離器７０内の圧力に応じて適宜設定される。すなわち、水頭差△ｈは、気液分離器７０内の圧力が上昇もしくは液体が増加したときに、第８の配管９８を介して気液分離器７０内の液体が排出され、圧力の上昇もしくは液体の増加がないときには、液体が排出されないように設定される。
送風機４０は、除湿ガスを送風することにより、除湿ガスを移送すると共に加熱して加熱除湿ガスを得るものである。
送風機４０としては、ＪＩＳ Ｂ０１３２：２００５において定義されるファン又はブロワを用いることができる。
送風機としては、遠心送風機、軸流送風機、斜流送風機等が挙げられ、汎用性の点では、遠心送風機が好ましい。遠心送風機としては、ターボ式、エアホイル式、シロッコ式、プレート式等が挙げられ、なかでも、ターボ式が好ましい。送風機４０の内部では、除湿ガスの相対湿度が低くても、局所的には除湿ガスを加圧することになり、液滴が発生することがある。ターボ式の送風機では、回転羽根及びケーシングの内壁に、ガス中の液滴が衝突して速やかに蒸発する。したがって、液滴を消失させることができる。
送風機４０としては、ＪＩＳ Ｂ０１３２：２００５において定義されるファン又はブロワを用いることができる。
送風機としては、遠心送風機、軸流送風機、斜流送風機等が挙げられ、汎用性の点では、遠心送風機が好ましい。遠心送風機としては、ターボ式、エアホイル式、シロッコ式、プレート式等が挙げられ、なかでも、ターボ式が好ましい。送風機４０の内部では、除湿ガスの相対湿度が低くても、局所的には除湿ガスを加圧することになり、液滴が発生することがある。ターボ式の送風機では、回転羽根及びケーシングの内壁に、ガス中の液滴が衝突して速やかに蒸発する。したがって、液滴を消失させることができる。
送風機４０を用いて除湿ガスを送風すると、送風機４０の軸受とシャフトとの間等で摩擦熱が生じ、また、除湿ガスが断熱圧縮される。これにより、除湿ガスに熱エネルギーが付与される。したがって、除湿ガスを送風するために送風機４０を用いることで、ヒータ等の外部加熱機を用いなくても除湿ガスを加熱して、ガス温度を上昇させることができる。
吸着器５０は、加熱除湿ガスに含まれるシロキサンを吸着する多孔質吸着剤が充填されたものである。
多孔質吸着剤としては、例えば、活性炭（例えば、ヤシ殻活性炭、木質活性炭、石油系活性炭等）、人工ゼオライト、天然ゼオライト、シリカゲルなどが挙げられる。
本実施形態のシロキサン除去装置１においては、多孔質吸着剤として活性炭を使用することが好ましい。
多孔質吸着剤としては、例えば、活性炭（例えば、ヤシ殻活性炭、木質活性炭、石油系活性炭等）、人工ゼオライト、天然ゼオライト、シリカゲルなどが挙げられる。
本実施形態のシロキサン除去装置１においては、多孔質吸着剤として活性炭を使用することが好ましい。
また、活性炭のなかでも、シロキサンをより吸着して除去しやすいことから、ヤシ殻活性炭が好ましい。
さらに、ヤシ殻活性炭のなかでも、比表面積が１，０００ｍ２／ｇ以上、細孔容積が０．４５〜０．８５ｍＬ／ｇ、細孔分布のピークが０．７〜１．２ｎｍのものが好ましい。比表面積、細孔容積及び細孔分布のピークが前記範囲のものは、容易に得られる上に、消化ガスに含まれるシロキサンの吸着・除去にとりわけ適している。
さらに、ヤシ殻活性炭のなかでも、比表面積が１，０００ｍ２／ｇ以上、細孔容積が０．４５〜０．８５ｍＬ／ｇ、細孔分布のピークが０．７〜１．２ｎｍのものが好ましい。比表面積、細孔容積及び細孔分布のピークが前記範囲のものは、容易に得られる上に、消化ガスに含まれるシロキサンの吸着・除去にとりわけ適している。
保温手段６０は、加熱除湿ガスを吸着器５０に移送するための第５の配管９５及び吸着器５０を保温するものである。保温手段６０によって加熱除湿ガスの温度低下を抑制する。具体的には、保温手段６０によって加熱除湿ガス温度の低下幅を５℃以下に抑えることが好ましい。加熱除湿ガスの温度低下を防ぐことにより、加熱除湿ガス中の水分が凝縮して液滴になることを防ぐ。加熱除湿ガス中に液滴が発生すると、多孔質吸着剤の孔を閉塞させてシロキサン除去率を低下させるが、本実施形態では、液滴の発生を防ぐため、シロキサン除去率低下を防止できる。
保温手段６０としては、発泡体又は多孔質体等からなる断熱材が好適に用いられる。断熱材で第５の配管９５及び吸着器５０を被覆することで、加熱除湿ガスの温度を維持することができる。第５の配管９５及び吸着器５０の全体が断熱材で被覆されていることが好ましいが、第５の配管９５及び吸着器５０の一部が断熱材で被覆されていなくても構わない。
また、保温手段６０として、第５の配管９５及び吸着器５０を加熱する加熱機を用いても構わない。
保温手段６０としては、発泡体又は多孔質体等からなる断熱材が好適に用いられる。断熱材で第５の配管９５及び吸着器５０を被覆することで、加熱除湿ガスの温度を維持することができる。第５の配管９５及び吸着器５０の全体が断熱材で被覆されていることが好ましいが、第５の配管９５及び吸着器５０の一部が断熱材で被覆されていなくても構わない。
また、保温手段６０として、第５の配管９５及び吸着器５０を加熱する加熱機を用いても構わない。
上記シロキサン除去装置１を用いたシロキサン除去方法の実施形態について説明する。
本実施形態のシロキサン除去方法は、脱硫工程と貯留工程と冷却除湿工程とガス移送工程と吸着除去工程とを有する。さらに、本実施形態のシロキサン除去方法は、気液分離工程と排出工程とを有する。
本実施形態のシロキサン除去方法は、脱硫工程と貯留工程と冷却除湿工程とガス移送工程と吸着除去工程とを有する。さらに、本実施形態のシロキサン除去方法は、気液分離工程と排出工程とを有する。
消化ガスは、消化槽にて、有機性汚泥又は有機性廃液の嫌気性発酵によって発生したガスである。消化ガスは、メタン、メタン以外の炭化水素（芳香族系炭化水素、アルカン、アルケン等）及びシロキサンを含み、さらに、硫化水素等の硫化物、窒素、酸素、二酸化炭素、水素、水分を含んでもよい。消化ガスにおけるメタン含有率は、通常、消化ガス全体の５５〜６０％である。
消化ガスに含まれるシロキサンとしては、例えば、メトキシトリメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、及びドデカメチルペンタシロキサンなどの鎖状シロキサンが挙げられる。また、ヘキサメチルシクロトリシロキサン（Ｄ３体）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（Ｄ４体）、デカメチルシクロペンタシロキサン（Ｄ５体）、及びドデカメチルシクロヘキサシロキサン（Ｄ６体）などの環状シロキサンなどが挙げられる。
また、通常、消化ガスは、圧力が２〜４ｋＰａＧであり、温度が３５℃程度である。
消化ガスに含まれるシロキサンとしては、例えば、メトキシトリメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、及びドデカメチルペンタシロキサンなどの鎖状シロキサンが挙げられる。また、ヘキサメチルシクロトリシロキサン（Ｄ３体）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（Ｄ４体）、デカメチルシクロペンタシロキサン（Ｄ５体）、及びドデカメチルシクロヘキサシロキサン（Ｄ６体）などの環状シロキサンなどが挙げられる。
また、通常、消化ガスは、圧力が２〜４ｋＰａＧであり、温度が３５℃程度である。
本実施形態における脱硫工程は、脱硫器１０を用いて、消化ガスを脱硫処理する工程である。脱硫工程によって、消化ガスに含まれる硫化物を除去することができる。硫化物は金属を腐食させる性質を有するため、脱硫工程によって硫化物を除去することにより、脱硫工程より下流に配置された装置又は機器の腐食を防止できる。
脱硫処理方法としては、上述したように、乾式脱硫法、湿式脱硫法が挙げられる。
脱硫処理方法としては、上述したように、乾式脱硫法、湿式脱硫法が挙げられる。
本実施形態における貯留工程は、ガスホルダ２０を用いて、脱硫した消化ガスを一時的に貯留する工程である。
消化槽から排出される消化ガスは流量が不均一になり、必ずしもガス利用設備の必要ガス流量と一致しないが、消化ガスをガスホルダ２０に一時的に貯留することにより、ガスホルダ２０より下流側の消化ガスの流量を任意に設定することができる。
消化槽から排出される消化ガスは流量が不均一になり、必ずしもガス利用設備の必要ガス流量と一致しないが、消化ガスをガスホルダ２０に一時的に貯留することにより、ガスホルダ２０より下流側の消化ガスの流量を任意に設定することができる。
本実施形態における冷却除湿工程は、冷却除湿機３０を用いて、消化ガスを冷却除湿して除湿ガスを得る工程である。
冷却除湿工程において消化ガスを冷却することにより、消化ガスに含まれる水分のみならず、メタン以外の炭化水素類、シロキサンを凝縮させることができる。したがって、凝縮液を除去して残った除湿ガスのシロキサン含有量、メタン以外の炭化水素類含有量及び水分含有量は、消化ガスに含まれる量よりも少なくなる。
冷却除湿工程において消化ガスを冷却することにより、消化ガスに含まれる水分のみならず、メタン以外の炭化水素類、シロキサンを凝縮させることができる。したがって、凝縮液を除去して残った除湿ガスのシロキサン含有量、メタン以外の炭化水素類含有量及び水分含有量は、消化ガスに含まれる量よりも少なくなる。
冷却除湿工程では、消化ガスの温度を１５℃以下に冷却することが好ましく、１０℃以下に冷却することがより好ましい。冷却除湿工程において消化ガスを１５℃まで冷却して除湿すると、得られる除湿ガスの露点が１５℃となる。消化ガスを１５℃未満に冷却すると、さらに除湿することができる。除湿ガスの露点が１５℃以下であれば、多孔質吸着剤において水分によるシロキサン吸着阻害が起きにくくなるため、シロキサン除去率を向上させることができる。
水分の凍結による配管閉塞を防止するという点では、得られる除湿ガスの温度が０℃未満にならないように冷却することが好ましい。
また、冷却除湿工程では、冷却温度を低くする程、得られる除湿ガス中のシロキサン濃度を低下させることができる。
水分の凍結による配管閉塞を防止するという点では、得られる除湿ガスの温度が０℃未満にならないように冷却することが好ましい。
また、冷却除湿工程では、冷却温度を低くする程、得られる除湿ガス中のシロキサン濃度を低下させることができる。
冷却除湿工程にて得られる凝縮液は、シロキサン、メタン以外の炭化水素類及び水を含む。
本実施形態におけるガス移送工程は、送風機４０を用いて除湿ガスを送風することにより、除湿ガスを移送すると共に加熱して加熱除湿ガスを得る工程である。
上述したように、除湿ガスの送風の際には、送風機４０において発生する摩擦熱と、除湿ガスの断熱圧縮により、除湿ガスが加熱される。
加熱によって除湿ガスの温度を上昇させて、得られる加熱除湿ガスの相対湿度を６０％以下にすることがより好ましく、５０％以下にすることがより好ましい。加熱除湿ガスの相対湿度を６０％以下にすれば、多孔質吸着剤において水分によるシロキサン阻害をより防ぐことができる。
加熱除湿ガスの相対湿度を６０％以下にするためには、除湿ガスを１０℃以上加熱することが好ましい。例えば、除湿ガスの温度が１５℃以下である場合には、加熱除湿ガスの温度を２５℃以上にすることが好ましく、加えて保温手段６０における許容温度低下を５℃に設定した場合には、その温度低下を考慮し、加熱除湿ガスの温度を３０℃以上にすることが好ましい。
上述したように、除湿ガスの送風の際には、送風機４０において発生する摩擦熱と、除湿ガスの断熱圧縮により、除湿ガスが加熱される。
加熱によって除湿ガスの温度を上昇させて、得られる加熱除湿ガスの相対湿度を６０％以下にすることがより好ましく、５０％以下にすることがより好ましい。加熱除湿ガスの相対湿度を６０％以下にすれば、多孔質吸着剤において水分によるシロキサン阻害をより防ぐことができる。
加熱除湿ガスの相対湿度を６０％以下にするためには、除湿ガスを１０℃以上加熱することが好ましい。例えば、除湿ガスの温度が１５℃以下である場合には、加熱除湿ガスの温度を２５℃以上にすることが好ましく、加えて保温手段６０における許容温度低下を５℃に設定した場合には、その温度低下を考慮し、加熱除湿ガスの温度を３０℃以上にすることが好ましい。
本実施形態における吸着除去工程は、加熱除湿ガスの温度を保温手段６０によって維持させながら、吸着器５０を用いて加熱除湿ガスを多孔質吸着剤に接触させる工程である。
本実施形態における吸着除去工程では、第５の配管９５を通って送風機４０から移送された加熱除湿ガスを、吸着器５０に充填された多孔質吸着剤に通して、シロキサンを吸着させる。その結果、吸着器５０を通過したガス中のシロキサン含有量は、通過前よりも少なくなる。
吸着除去工程では、ガス線速を０．１ｍ／秒以下にすることが好ましい。ガス線速を０．１ｍ／秒以下にすれば、多孔質吸着剤破過時において吸着能力が残った多孔質吸着剤（吸着帯）の長さを短くできるため、多孔質吸着剤の使用効率を高くできる。
吸着除去工程においては、加熱除湿ガスの温度を維持させることで、水分の凝縮を防ぐ。ここで、「温度を維持させる」とは、温度を全く低下させないことのみならず、若干の温度低下（具体的には上述の許容温度低下であり、好ましくは５℃以内の温度変化）に留めることも意味する。
本実施形態における吸着除去工程では、第５の配管９５を通って送風機４０から移送された加熱除湿ガスを、吸着器５０に充填された多孔質吸着剤に通して、シロキサンを吸着させる。その結果、吸着器５０を通過したガス中のシロキサン含有量は、通過前よりも少なくなる。
吸着除去工程では、ガス線速を０．１ｍ／秒以下にすることが好ましい。ガス線速を０．１ｍ／秒以下にすれば、多孔質吸着剤破過時において吸着能力が残った多孔質吸着剤（吸着帯）の長さを短くできるため、多孔質吸着剤の使用効率を高くできる。
吸着除去工程においては、加熱除湿ガスの温度を維持させることで、水分の凝縮を防ぐ。ここで、「温度を維持させる」とは、温度を全く低下させないことのみならず、若干の温度低下（具体的には上述の許容温度低下であり、好ましくは５℃以内の温度変化）に留めることも意味する。
気液分離工程は、冷却除湿機３０にて生成した凝縮液及び凝縮液に同伴した除湿ガスを気液分離器７０に収容して気液分離させる工程である。
本実施形態では、第８の配管９８で水封構造を形成しているため、気液分離器７０内の液位が上昇した際に、第８の配管９８内の液体が第８の配管９８の最高点Ｈ２を超えて排出される（排出工程）。したがって、本実施形態における排出工程では、動力を使用せずに気液分離器７０から液体を排出させることができる。
本実施形態では、第８の配管９８で水封構造を形成しているため、気液分離器７０内の液位が上昇した際に、第８の配管９８内の液体が第８の配管９８の最高点Ｈ２を超えて排出される（排出工程）。したがって、本実施形態における排出工程では、動力を使用せずに気液分離器７０から液体を排出させることができる。
上記シロキサン除去装置１及び除去方法によって、シロキサンが除去された消化ガスは、第６の配管９６を介して、吸着器５０から、ガス利用設備等に移送され、エネルギー源として消費される。
ここで、ガス利用設備としては、例えば、ガスタービンやガスエンジン等の内燃機関、燃料電池などが挙げられる。
シロキサンが除去された消化ガスの温度よりも第６の配管９６の周囲温度が低いとガス中の水分が凝縮するため、ガス利用設備がガス中の液滴を許容しない場合には、第６の配管９６の途中に、ミストフィルタ又は潮解式除湿器等の除湿手段を設置して、吸着器５０から排出されたガス中の液滴を除去することが好ましい。
また、ガス利用設備がガス中の液滴を許容しない場合には、第６の配管９６を断熱材等により保温して水の凝縮を防いでもよい。
ここで、ガス利用設備としては、例えば、ガスタービンやガスエンジン等の内燃機関、燃料電池などが挙げられる。
シロキサンが除去された消化ガスの温度よりも第６の配管９６の周囲温度が低いとガス中の水分が凝縮するため、ガス利用設備がガス中の液滴を許容しない場合には、第６の配管９６の途中に、ミストフィルタ又は潮解式除湿器等の除湿手段を設置して、吸着器５０から排出されたガス中の液滴を除去することが好ましい。
また、ガス利用設備がガス中の液滴を許容しない場合には、第６の配管９６を断熱材等により保温して水の凝縮を防いでもよい。
上記したように、本実施形態のシロキサン除去装置１及び除去方法では、消化ガスを冷却除湿機３０によって冷却除湿して得た除湿ガスを、送風機４０を用いて吸着器５０に移送する。送風機４０による送風では、摩擦熱や断熱圧縮が生じるため、除湿ガスを外部から加熱しなくてもその温度を上昇させることができる。また、本実施形態のシロキサン除去装置１及び除去方法では、保温手段６０を用いて、第５の配管９５及び吸着器５０を保温して加熱除湿ガスの温度を維持してガス中の液滴発生を防止する。これにより、吸着器５０内の多孔質吸着剤には、相対湿度が低く且つ液滴を殆ど含まないガスが供給されるため、多孔質吸着剤においてはシロキサン除去が阻害されにくい。したがって、消化ガス中のシロキサンを充分に除去できる。
しかも、本実施形態では、送風の際に生じる熱エネルギーを有効利用して、シロキサン除去性を向上させている。したがって、高いエネルギー効率でシロキサンを除去できる。
しかも、本実施形態では、送風の際に生じる熱エネルギーを有効利用して、シロキサン除去性を向上させている。したがって、高いエネルギー効率でシロキサンを除去できる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されない。
本発明においては、送風機の代わりに圧縮機を用いて除湿ガスを圧縮し、移送してもよい。圧縮の際にも、圧縮機における摩擦熱や断熱圧縮によって除湿ガスを加熱することができる。圧縮機としては、例えば、遠心式圧縮機、軸流式圧縮機、スクリュー圧縮機、レシプロ圧縮機、揺動型圧縮機、ダイヤフラム型圧縮機等を用いることができる。これらのなかでも、遠心式圧縮機が好ましく、さらに遠心式圧縮機のなかでもターボ式の圧縮機が好ましい。その理由は、送風機においてターボ式が好ましい理由と同様である。
本発明では、脱硫器による消化ガスの脱硫、冷却除湿機による消化ガスの冷却除湿の順序は、送風機又は圧縮機より上流で脱硫すれば特に制限はなく、上記実施形態のように脱硫の後に冷却除湿してもよいし、冷却除湿の後に脱硫してもよい。
ただし、脱硫が湿式脱硫である場合には、脱硫の後に冷却除湿することが好ましい。消化ガスを加湿することになる湿式脱硫を冷却除湿後に適用すると、冷却除湿が無駄になる。脱硫が乾式脱硫である場合には、脱硫の前に冷却除湿することが好ましい。乾式脱硫は、水蒸気及び液滴が少ない程、脱硫効率が向上するためである。
ガスホルダは、脱硫器の二次側且つ冷却除湿機の一次側に設けられる必要はない。例えば、図２に示すように、消化槽又は脱硫器から消化ガスを冷却除湿機３０に移送するための配管１９１に分岐用配管１９２を接続し、その分岐用配管１９２にガスホルダ２０を接続してもよい。さらに、図３に示すように、分岐用配管１９２に接続したガスホルダ２０から配管１９３を介して他のガス利用設備に消化ガスを供給しても構わない。このようにガスホルダが配置されてもガス利用設備のガス流量を任意に設定できる。また、ガスホルダは、冷却除湿機の二次側且つ送風機又は圧縮機の二次側に設けられていてもよい。
また、本発明において、脱硫器による消化ガスの脱硫、ガスホルダによる消化ガスの一時的な貯留は任意の構成であり、省略されてもよい。しかし、送風機又は圧縮機の腐食を防止するという点からは、脱硫器によって消化ガスを脱硫することが好ましい。消化ガスの流量を任意に設定するという点からは、ガスホルダによって消化ガスを一時的に貯留することが好ましい。
また、本発明においては、消化ガスの代わりに除湿ガスを脱硫してもよいし、除湿ガスを一時的に貯留しても構わない。
本発明においては、送風機の代わりに圧縮機を用いて除湿ガスを圧縮し、移送してもよい。圧縮の際にも、圧縮機における摩擦熱や断熱圧縮によって除湿ガスを加熱することができる。圧縮機としては、例えば、遠心式圧縮機、軸流式圧縮機、スクリュー圧縮機、レシプロ圧縮機、揺動型圧縮機、ダイヤフラム型圧縮機等を用いることができる。これらのなかでも、遠心式圧縮機が好ましく、さらに遠心式圧縮機のなかでもターボ式の圧縮機が好ましい。その理由は、送風機においてターボ式が好ましい理由と同様である。
本発明では、脱硫器による消化ガスの脱硫、冷却除湿機による消化ガスの冷却除湿の順序は、送風機又は圧縮機より上流で脱硫すれば特に制限はなく、上記実施形態のように脱硫の後に冷却除湿してもよいし、冷却除湿の後に脱硫してもよい。
ただし、脱硫が湿式脱硫である場合には、脱硫の後に冷却除湿することが好ましい。消化ガスを加湿することになる湿式脱硫を冷却除湿後に適用すると、冷却除湿が無駄になる。脱硫が乾式脱硫である場合には、脱硫の前に冷却除湿することが好ましい。乾式脱硫は、水蒸気及び液滴が少ない程、脱硫効率が向上するためである。
ガスホルダは、脱硫器の二次側且つ冷却除湿機の一次側に設けられる必要はない。例えば、図２に示すように、消化槽又は脱硫器から消化ガスを冷却除湿機３０に移送するための配管１９１に分岐用配管１９２を接続し、その分岐用配管１９２にガスホルダ２０を接続してもよい。さらに、図３に示すように、分岐用配管１９２に接続したガスホルダ２０から配管１９３を介して他のガス利用設備に消化ガスを供給しても構わない。このようにガスホルダが配置されてもガス利用設備のガス流量を任意に設定できる。また、ガスホルダは、冷却除湿機の二次側且つ送風機又は圧縮機の二次側に設けられていてもよい。
また、本発明において、脱硫器による消化ガスの脱硫、ガスホルダによる消化ガスの一時的な貯留は任意の構成であり、省略されてもよい。しかし、送風機又は圧縮機の腐食を防止するという点からは、脱硫器によって消化ガスを脱硫することが好ましい。消化ガスの流量を任意に設定するという点からは、ガスホルダによって消化ガスを一時的に貯留することが好ましい。
また、本発明においては、消化ガスの代わりに除湿ガスを脱硫してもよいし、除湿ガスを一時的に貯留しても構わない。
１ シロキサン除去装置
１０ 脱硫器
２０ ガスホルダ
３０ 冷却除湿機
３１ 冷却器
４０ 送風機
５０ 吸着器
６０ 保温手段
７０ 気液分離器
９１ 第１の配管
９２ 第２の配管
９３ 第３の配管
９４ 第４の配管
９５ 第５の配管
９６ 第６の配管
９７ 第７の配管
９８ 第８の配管（排出用配管）
１０ 脱硫器
２０ ガスホルダ
３０ 冷却除湿機
３１ 冷却器
４０ 送風機
５０ 吸着器
６０ 保温手段
７０ 気液分離器
９１ 第１の配管
９２ 第２の配管
９３ 第３の配管
９４ 第４の配管
９５ 第５の配管
９６ 第６の配管
９７ 第７の配管
９８ 第８の配管（排出用配管）
Claims (7)
- メタン、メタン以外の炭化水素及びシロキサンを含む消化ガスを１〜３ｋＰａＧで貯留し、続いて前記消化ガスの温度が０℃以上１５℃以下になるように冷却除湿して除湿ガスを得る冷却除湿工程と、
前記除湿ガスを送風又は圧縮することにより、除湿ガスを移送すると共に、１０℃以上温度が上昇するように、かつ相対湿度が６０％以下になるように加熱して加熱除湿ガスを得るガス移送工程と、
前記加熱除湿ガスの温度を、温度低下幅が５℃以下になるように、かつ除湿ガス温度より１０℃以上高い温度になるように維持させながら、該加熱除湿ガスを多孔質吸着剤にガス線速０．１ｍ／秒以下にて接触させる吸着除去工程と、
を有する、シロキサン除去方法であって、
前記多孔質吸着剤は、比表面積が１，０００ｍ ２ ／ｇ以上、細孔容積が０．４５〜０．８５ｍＬ／ｇ、細孔分布のピークが０．７〜１．２ｎｍのヤシ殻活性炭である、シロキサン除去方法。 - 前記ガス移送工程では、ターボ型送風機を用いて除湿ガスを送風、又は、ターボ型圧縮機を用いて除湿ガスを圧縮する、請求項１に記載のシロキサン除去方法。
- 前記除湿ガスの加熱を、送風機又は圧縮機の摩擦熱及び断熱圧縮による加熱とする、請求項１又は２に記載のシロキサン除去方法。
- メタン、メタン以外の炭化水素及びシロキサンを含む消化ガスを、その温度が０℃以上１５℃以下になるように冷却除湿して除湿ガスを得る冷却除湿機と、
前記除湿ガスを送風することにより、除湿ガスを移送すると共に、１０℃以上温度が上昇するように、かつ相対湿度が６０％以下になるように加熱して加熱除湿ガスを得る送風機、又は、圧縮機と、
前記加熱除湿ガスに含まれるシロキサンを吸着する多孔質吸着剤が充填された吸着器と、
前記加熱除湿ガスを、温度低下幅が５℃以下になるように、かつ除湿ガス温度より１０℃以上高い温度を維持するように、前記吸着器にガス線速０．１ｍ／秒以下にて移送するための配管及び前記吸着器を保温する保温手段と、
を具備する、シロキサン除去装置であって、
前記冷却除湿機の上流に、前記消化ガスを１〜３ｋＰａＧで貯留するガスホルダを備え、
前記多孔質吸着剤は、比表面積が１，０００ｍ ２ ／ｇ以上、細孔容積が０．４５〜０．８５ｍＬ／ｇ、細孔分布のピークが０．７〜１．２ｎｍのヤシ殻活性炭である、シロキサン除去装置。 - 前記送風機又は前記圧縮機がターボ型である、請求項４に記載のシロキサン除去装置。
- 前記除湿ガスの加熱を、送風機又は圧縮機の摩擦熱及び断熱圧縮による加熱とする、請求項４又は５に記載のシロキサン除去装置。
- 前記冷却除湿機には配管が接続されており、前記配管には水封構造の水頭差を利用して凝縮液を排出する気液分離器が接続されており、前記気液分離器には前記気液分離器から凝縮液を排出する排出用配管が接続されている、請求項４〜６のいずれか一項に記載のシロキサン除去装置。
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