JP6117159B2 - ガス採取装置及びガス分析方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ガス採取装置及びガス分析方法に関し、例えば、石炭ガス化ガスなどのオフガスの分析に好適に用いられるガス採取装置及びガス分析方法に関する。
従来、ＩＧＣＣ（Integrated Gasification Combined Cycle）のガス設備などプラントから排出される二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素（Ｎ２）、水分（Ｈ２Ｏ）、アンモニア（ＮＨ３）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）などを主成分とする石炭ガス化ガスなどのオフガスの分析技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この分析技術では、所定量のオフガスを注射筒で採取し、採取したオフガスに特定成分を吸収する吸収液を注射筒内に注入することにより、オフガスに含まれる炭酸ガスとアンモニアとが反応した析出物を吸収液によって吸収して分析する。この分析技術では、析出物を吸収した残ガス中の他の成分濃度をガスクロマトグラフィーによって分析することにより、ＪＩＳ法などによる公定分析では困難であったオフガスのガス全体の組成のバランスを把握することが可能となる。
特許第５１２３８３３号公報
しかしながら、特許文献１に記載の分析技術においては、注射筒で排ガスを採取するので、分析可能なガス量が制限される。このため、所定期間毎の排ガスのガス組成の変動を加味したガス組成の平均値及びガス組成の変動幅を把握して、ガス全体の組成のバランスを把握することは困難であった。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、被採取ガスに含まれる各成分を簡易、かつ、高精度に分析でき、ガス全体の組成のバランスを分析可能な被採取ガスを採取可能なガス採取装置及びガス分析方法を提供することを目的とする。
本発明のガス採取装置は、被採取ガスのガス温度以上に加温可能な恒温部を有する恒温槽と、前記恒温部内に一部が配設され、前記被採取ガスを採取するガス採取ラインと、前記恒温部内の前記ガス採取ラインに設けられ、前記ガス採取ラインを流れる前記被採取ガスの流量を測定する流量計と、前記流量計で測定した前記被採取ガスのガス流量に基づいて前記ガス採取ラインを流れる前記被採取ガスのガス流量を制御する流量制御部と、前記ガス採取ラインにおける恒温槽の後段に設けられ、前記ガス採取ラインから供給された前記被採取ガス中に含まれる成分を吸収するガス成分吸収部と、前記ガス採取ラインにおける前記ガス成分吸収部の後段に設けられ、前記ガス成分吸収部で成分が吸収された前記被採取ガスを採取するガス採取部と、前記ガス採取ラインに接続され、先端部が前記被採取ガスのガス流れ方向に沿った方向と前記被採取ガスのガス流れ方向に対向する方向との間で切替え可能に配置された吸引ノズルと、前記吸引ノズルの先端部を前記被採取ガスのガス流れ方向に沿う方向と前記被採取ガスのガス流れ方向に対向する方向との間で切替えるノズル駆動部とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、恒温部内で被採取ガスのガス温度以上に加熱した状態で被採取ガス中のガス成分の凝縮及び析出を防ぎつつ被採取ガスの流量を制御して被採取ガスを連続的に採取できるので、所定期間毎に被採取ガス中の各種ガス成分の組成変動を加味した平均値及び変動値を分析することが可能となる。また、被採取ガス中に含まれるミスト状成分を含んだ被採取ガスを採取することができるので、ミスト状成分を含めた被採取ガスのガス全体の組成の分析が可能となる。さらに、被採取ガス中に含まれるミスト状成分を除いた被採取ガスを採取することができるので、被採取ガスのガス状成分のガス組成の分析が可能となる。さらにまた、ミスト状成分を含んだ被採取ガス中のガス全体の組成の分析と、被採取ガス中のガス状成分の分析と、被採取ガス中のミスト状成分との分析が可能となるので、被採取ガスのガス全体の組成のバランスを精度良く分析できる。これらにより、被採取ガスに含まれる各成分を簡易、かつ、高精度に分析でき、しかも、被採取ガスのガス全体の組成のバランスを分析可能なガス採取装置を実現できる。
本発明のガス採取装置においては、前記流量制御部は、前記ガス採取ラインを流れる前記被採取ガスのガス流量を、前記被採取ガスの流速に対して遅くすることが好ましい。この構成により、吸引ノズルの先端部からの過剰なミスト状成分の吸引を防ぐことができるので、被採取ガスのミスト状成分を含めたガス全体の組成を精度良く分析できる。
本発明のガス採取装置においては、前記流量制御部は、前記ガス採取ラインを流れる前記被採取ガスのガス流量を、前記被採取ガスの流速に対して略等しくすることが好ましい。この構成により、吸引ノズルの先端部からのミスト状成分の吸引を防ぐことができるので、被採取ガスのガス状成分のガス組成を精度良く分析できる。
本発明のガス採取装置は、被採取ガスのガス温度以上に加温可能な恒温部を有する恒温槽と、前記恒温部内に一部が配設され、前記被採取ガスを採取するガス採取ラインと、前記恒温部内の前記ガス採取ラインに設けられ、前記ガス採取ラインを流れる前記被採取ガスの流量を測定する流量計と、前記流量計で測定した前記被採取ガスのガス流量に基づいて前記ガス採取ラインを流れる前記被採取ガスのガス流量を制御する流量制御部と、前記ガス採取ラインにおける恒温槽の後段に設けられ、前記ガス採取ラインから供給された前記被採取ガス中に含まれる成分を吸収するガス成分吸収部と、前記ガス採取ラインにおける前記ガス成分吸収部の後段に設けられ、前記ガス成分吸収部で成分が吸収された前記被採取ガスを採取するガス採取部と、前記恒温槽の後段において前記ガス採取ラインが分岐されてなる第１ガス採取ライン及び第２ガス採取ラインと、前記第１ガス採取ラインにおける恒温槽の後段に設けられ、前記第１ガス採取ラインから供給された前記被採取ガス中に含まれる成分を吸収する第１ガス成分吸収部と、前記第１ガス採取ラインにおける前記第１ガス成分吸収部の後段に設けられ、前記第１ガス成分吸収部で成分が吸収された前記被採取ガスを採取する第１ガス採取部と、前記第２ガス採取ラインにおける恒温槽の後段に設けられ、前記第２ガス採取ラインから供給された前記被採取ガス中に含まれる成分を吸収する第２ガス成分吸収部と、前記第２ガス採取ラインにおける前記第２ガス成分吸収部の後段に設けられ、前記第２ガス成分吸収部で成分が吸収された前記被採取ガスを採取する第２ガス採取部と、前記ノズル駆動部で切替える前記吸引ノズルの先端部の方向を制御すると共に、前記第１ガス採取ラインと前記第２ガス採取ラインとの間で前記被採取ガスの流路の切替を制御する制御部とを備えたことが好ましい。この構成によれば、制御部によって第１ガス採取ラインと第２ガス採取ラインとの間で被採取ガスのガス流路を切替えるだけで、ミスト状成分を含んだ被採取ガス中のガス全体の組成の分析と、被採取ガス中のガス状成分の分析と、被採取ガス中のミスト状成分との分析が可能となるので、被採取ガスのガス全体の組成のバランスを簡易かつ精度良く分析できる。
本発明のガス採取装置においては、前記ガス採取ラインにおける前記恒温槽の前段部に断熱材が設けられることが好ましい。この構成により、ガス採取ラインを流れる被採取ガスの冷却を防ぐことができるので、恒温槽に導入される被採取ガス中のガス成分の凝縮及び析出を防ぐことができる。
本発明のガス採取装置においては、前記ガス採取ラインにおける前記恒温槽の前段部に前記ガス採取ラインを加温する加温部が設けられることが好ましい。この構成により、ガス採取ラインを流れる被採取ガスの冷却を防ぐことができるので、恒温槽に導入される被採取ガス中のガス成分の凝縮及び析出を防ぐことができる。
本発明のガス分析方法は、上記ガス採取装置を用いたガス分析方法であって、前記ガス成分吸収部で前記被採取ガス中のアンモニア及び水分を吸収させた硫酸をイオンクロマトグラフィーにより分析して前記被採取ガス中のアンモニアの濃度を求める工程と、前記ガス採取部で採取された前記被採取ガスをガスクロマトグラフィーで分析して硫化水素、二酸化炭素、窒素、水素及びメタンの少なくとも１種の濃度を求める工程とを含むことを特徴とする。
この方法によれば、ガス採取ライン内での被採取ガス中のガス成分の析出及び凝縮を防ぎつつ被採取ガスの流量を制御して被採取ガスを連続的に採取された被採取ガス中のアンモニア、水分、硫化水素、二酸化炭素、窒素、水素及びメタンを分析できる。これにより、所定期間毎に被採取ガス中のアンモニア、水分、硫化水素、二酸化炭素、窒素、水素及びメタンの組成変動を加味した平均値及び変動値を分析することが可能となるので、被採取ガスに含まれる各成分を簡易、かつ、高精度に分析でき、しかも、被採取ガスのガス全体の組成のバランスを分析可能なガス分析方法を実現できる。
本発明のガス分析方法においては、前記ガス成分吸収部で前記被採取ガス中の水分、極性成分及び有機成分を吸収させたエタノールをカールフィッシャー滴定法により分析して前記被採取ガス中の水、極性成分及び有機成分の濃度を求める工程を含むことが好ましい。この方法により、ガス採取ライン内での被採取ガス中のガス成分の析出及び凝縮を防ぎつつ被採取ガスの流量を制御して被採取ガスを連続的に採取された被採取ガス中の水分、極性成分及び有機成分を分析できるので、所定期間毎に被採取ガス中の水、極性成分及び有機成分の組成変動を加味した平均値及び変動値を分析することが可能となる。
本発明によれば、被採取ガスに含まれる各成分を簡易、かつ、高精度に分析でき、ガス全体の組成のバランスを分析可能な被採取ガスを採取可能なガス採取装置及びガス分析方法を実現できる。
図１は、第１の実施の形態に係るガス採取装置の模式図である。 図２は、第２の実施の形態に係るガス採取装置の模式図である。 図３は、第２の実施の形態に係るガス採取装置の模式図である。 図４Ａは、第２の実施の形態に係るガス採取装置の吸引ノズルの模式図である。 図４Ｂは、第２の実施の形態に係るガス採取装置の吸引ノズルの模式図である。 図５は、第３の実施の形態に係るガス採取装置の模式図である。 図６Ａは、第３の実施の形態に係るガス採取装置の模式図である。 図６Ｂは、第３の実施の形態に係るガス採取装置の模式図である。 図７は、第４の実施の形態に係るガス採取装置の模式図である。
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の各実施の形態に限定されるものではなく、適宜変更して実施可能である。また、以下の各実施の形態は適宜組み合わせて実施可能である。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るガス採取装置１の模式図である。本実施の形態に係るガス採取装置１は、被採取対象となる石炭ガス化ガスなどのオフガス（被採取ガス）Ｇを採取してオフガスＧに含まれる各成分を分析してガス組成を把握可能とするガス採取装置である。ここで、オフガスとは、石炭ガス化ガスの過程において、石炭ガス化ガスから除去された成分が濃縮したものであり、アンモニア（ＮＨ３）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、及び二酸化炭素（ＣＯ２）などを主要組成とする副生ガスである。
本実施の形態に係るガス採取装置１は、オフガスＧが流れるガス母管１１のフランジ部１１ａに設けられた孔１１ｂに一端が接続されたガス採取ライン１２を備える。このガス採取ライン１２には、ガス採取ライン１２の一端側から他端側に向けて、ガス採取ライン１２の一部が内部に配設された恒温槽１３と、オフガスＧに含まれるガス成分の一部を吸収するガス成分吸収部１４と、ガス成分の一部が吸収されたオフガスＧに含まれる水分を脱水する脱水部１５と、オフガスＧを採取するガス採取部１６とがこの順に設けられている。ガス採取ライン１２の恒温槽１３の前段部におけるガス母管１１と恒温槽１３との間の接続部分には、ガス採取ライン１２を流れるオフガスＧのガス温度の低下を防止する断熱材１２ａによって保温されている。このようにガス母管１１と恒温槽１３との間の接続部分を断熱材によって保温することにより、ガス採取ライン１２を流れるオフガスＧのガス温度の低下によりオフガスＧ中のガス成分が反応した炭酸アンモニウムなどの析出及び凝縮を防ぐことが可能となる。
恒温槽１３は、オフガスのガス温度以上に内部を加温可能な恒温部１３ａと、常温に設定された常温部１３ｂとを備える。恒温槽１３の恒温部１３ａには、ガス採取ライン１２の一部が配設されている。恒温槽１３の恒温部１３ａ内のガス採取ライン１２には、ガス採取ライン１２の一端側から他端側に向けて、ガス採取ライン１２内を流れるオフガスＧの流量を調整する流量制御弁１７と、ガス採取ライン１２内を流れるオフガスＧの流量を測定する流量計１８と、ガス採取ライン１２内のオフガスＧを吸引する吸引ポンプ１９とがこの順に設けられている。また、恒温部１３ａには、恒温部１３ａをオフガスＧの温度以上の所定温度（例えば、１２０℃）に加熱する加温部２０が設けられている。なお、図１に示した例では、恒温部１３ａの内部に加温部２０を設けた例について説明したが、恒温部１３ａの内部に加温部２０を設けず、恒温部１３ａを覆うように加温部を設けて恒温部１３ａ内を加熱してもよい。
また、恒温槽１３の常温部１３ｂには、ガス採取ライン１２を流れるオフガスＧの流量を表示すると共に、オフガスＧの流量を制御する流量制御部２１が配置されている。この流量制御部２１は、流量計１８によって測定されたガス採取ライン１２を流れるオフガスＧの流量に基づいて、流量制御弁１７を介してガス採取ライン１２を流れるオフガスＧの流量を予め設定された流量に制御する。流量制御部２１は、オフガスＧの流量が多い場合には、流量制御弁１７の開度を小さくしてオフガスＧの流量を削減する。また、流量制御部２１は、オフガスＧの流量が少ない場合には、流量制御弁１７の開度を大きくしてオフガスＧの流量を増大させる。なお、流量制御部２１は、吸引ポンプ１９の吸引量を変化させてオフガスＧの流量を制御してもよい。このように、本実施の形態では、恒温部１３ａ内において温度一定条件下でオフガスＧの流量を制御できるので、オフガスＧ中のガス成分の析出及び凝縮をふせぐことが可能となり、オフガスＧの流量を精度よく制御してオフガスＧの採取精度を向上させることができる。
ガス成分吸収部１４は、ガス採取ライン１２における恒温槽１３の後段に設けられた第１吸収部１４ａと、第１吸収部１４ａの後段に設けられた第２吸収部１４ｂとを備える。第１吸収部１４ａは、例えば、内部に２０質量％硫酸（Ｈ２ＳＯ４）などのオフガスＧ中のアンモニアを吸収する第１吸収液Ｌ１が封入された吸収瓶を備える。また、第２吸収部１４ｂは、例えば、内部に無水エタノール（Ｃ２Ｈ６Ｏ）などのオフガスＧ中の水分、極性成分及び有機成分を吸収する第２吸収液Ｌ２が封入された吸収瓶を備える。なお、ガス成分吸収部１４は、第１吸収部１４ａ及び第２吸収部１４ｂのそれぞれの内部に２０質量％硫酸（Ｈ２ＳＯ４）などのオフガスＧ中のアンモニアを吸収する第１吸収液Ｌ１を封入してもよく、第１吸収部１４ａ及び第２吸収部１４ｂのそれぞれの内部に無水エタノール（Ｃ２Ｈ６Ｏ）などのオフガスＧ中の水分を吸収する第２吸収液Ｌ２が封入してもよい。なお、水分、極性成分及び有機成分を吸収する吸収液としては、メタノール及びイソプロピルアルコールを用いることもできる。
脱水部１５は、例えば、内部にガス成分吸収部１４オフガスＧの水分を吸収する塩化カルシウムなどの脱水剤１５ａが封入されたガラスカラムによって構成される。なお、脱水部１５としては、オフガスＧ中の水分を除去できる構成であれば特に制限はなく、例えば、シリカゲルなどを用いてもよい。ガス採取部１６は、例えば、ガス採取バッグなどの内部にガスを採取できる容器を備える。
次に、本実施の形態に係るガス採取装置１の全体動作について説明する。まず、ガス採取ライン１２の他端にガス採取部１６を接続すると共に、ガス成分吸収部１４の第１吸収部１４ａ及び第２吸収部１４ｂにそれぞれ２０質量％硫酸を所定量（例えば、１００ｍｌ）仕込んだ吸収瓶を２本直列に接続する。次に、流量制御部２１は、加温部２０により恒温槽１３の恒温部１３ａ内の温度をガス母管１１を流れるオフガスＧの温度（例えば、１００℃）より高い所定温度（例えば、１２０℃）に調整する。続いて、流量制御部２１は、ガス採取ライン１２を所定流速（例えば、５ｍ／ｓｅｃ以上２０ｍ／ｓｅｃ）で流れるガスの流量を所定流量（例えば、１Ｌ／ｍｉｎ）に設定し、吸引ポンプ１９を起動すると共に、流量制御弁１７を所定開度に調整してガス母管１１を流れるオフガスＧをガス採取ライン１２に引込む。そして、この結果、ガス母管１１を流れるオフガスＧがガス採取ライン１２を介して恒温槽１３の恒温部１３ａ内に向けて引込まれる。ここで、本実施の形態においては、ガス採取ライン１２におけるガス母管１１と恒温槽１３との間に断熱材１２ａが巻かれているので、ガス採取ライン１２から恒温槽１３内までのガス採取ライン１２内でのオフガスＧの冷却を防ぐことが可能となり、オフガスＧのガス成分の凝集及び析出を防ぐことが可能となる。
ガス採取ライン１２に引き込まれたオフガスＧは、流量計１８によって流速が計測された後、恒温槽１３の後段に設けられたガス成分吸収部１４に導入される。ガス成分吸収部１４に導入されたオフガスＧは、第１吸収部１４ａ及び第２吸収部１４ｂでガス中のアンモニア（ＮＨ３）及び水分（Ｈ２Ｏ）が吸収される。その後、アンモニア及び水分が吸収されたオフガスＧは、脱水部１５内に配置された脱水剤１５ａによって水分及び硫酸ミストが吸収された後、ガス採取部１６に採取される。
次に、ガス成分吸収部１４の第１吸収部１４ａ及び第２吸収部１４ｂにそれぞれ無水エタノールを所定量（例えば、１００ｍｌ）仕込んだ吸収瓶を２本直列に接続する。そして、流量制御部２１は、ガス採取ライン１２を所定流速（例えば、５ｍ／ｓｅｃ以上２０ｍ／ｓｅｃ）で流れるガスの流量を所定流量（例えば、１Ｌ／ｍｉｎ）に設定し、吸引ポンプ１９を起動すると共に、流量制御弁１７を所定開度に調整してガス母管１１を流れるオフガスＧをガス採取ライン１２に引込む。ガス採取ライン１２に引き込まれたオフガスＧは、流量計１８によって流速が計測された後、恒温槽１３の後段に設けられたガス成分吸収部１４に導入される。ガス成分吸収部１４に導入されたオフガスＧは、第１吸収部１４ａ及び第２吸収部１４ｂで水分、極性成分及び有機成分が吸収される。その後、水分、極性成分及び有機成分が吸収されたオフガスＧは、脱水部１５内に配置された脱水剤１５ａによって水分及びエタノールが吸収された後、ガス採取部１６に採取される。このようにしてガス採取部１６に回収されたオフガスＧ中には、ガス成分吸収部１４で吸収されない硫化水素（Ｈ２Ｓ）、炭酸ガス（ＣＯ２）、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）及びメタン（ＣＨ４）などが回収される。
次に、ガス採取部１６に回収されたオフガスＧをガスクロマトグラフィー（ＧＣ）／熱伝導度検出器（ＴＣＤ）によって分析することにより、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、炭酸ガス（ＣＯ２）、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）及びメタン（ＣＨ４）などの濃度が求められる。また、ガス成分吸収部１４から回収した２０質量％硫酸を用いた吸収液をイオンクロマトグラフィー（ＩＣ）によって分析することにより、アンモニウムイオン（ＮＨ４ ＋）を定量することによりアンモニア（ＮＨ３）の濃度が求められる。さらに、ガス成分吸収部１４から回収した無水エタノールを用いた吸収液をカールフィッシャー（ＫＦ）滴定法で分析することにより、Ｈ２Ｏを定量してオフガス中の水分濃度が求められる。これらにより、ガス母管１１を流れるオフガスＧを所定流量でガス採取ライン１２に抜き出しつつ、オフガスＧに含まれる各成分を正確に分析することが可能となるので、オフガスＧのガス全体の組成のバランスを把握することが可能となる。
以上説明したように、本実施の形態に係るガス採取装置１によれば、恒温部１３ａ内でオフガスＧのガス温度以上に加熱した状態でオフガスＧを採取できるので、ガス採取ライン１２内でのオフガスＧ中のガス成分の析出及び凝縮を防ぎつつオフガスＧの流量を制御してオフガスＧを連続的に採取できる。これにより、所定期間毎にオフガスＧ中の各種ガス成分の組成変動を加味した平均値及び変動値を分析することが可能となるので、オフガスＧに含まれる各成分を簡易、かつ、高精度に分析でき、しかも、オフガスＧのガス全体の組成のバランスを分析可能なガス採取装置を実現できる。
特に、本実施の形態によれば、オフガスＧの採取からオフガスＧの各種成分の分析結果の算出まで短時間（例えば、２時間）で分析を行うことができ、しかも、流量計１８によって積算流量を記録できるので、採取ガス量を正確に把握できる。そして、データ信頼性についても、分析精度はＪＩＳ吸収法などに対して大幅に向上させることができる。また、オフガスＧの採取流量及び採取時間が任意に設定できるので、オフガスＧのガス組成の変動を加味した条件でオフガスＧを採取できる。
さらに、本実施の形態によれば、石炭ガス化ガスなどのオフガスＧ系において、主成分である二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素(Ｎ２)、水分（Ｈ２Ｏ）、アンモニア（ＮＨ３）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）などを簡易、かつより高精度に分析することができ、プラントプロセスの運転をより最適化、及び安定化させることができる。
なお、上述した実施の形態においては、石炭ガス化ガスなどでされるオフガスの場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＩＧＣＣのガス設備、ＮＨ３プラントや石油プラントなどから排出される排ガスのモニタリング、分析などにも用いることができる。
また、上述した実施の形態では、ガス採取ライン１２におけるガス母管１１と恒温槽１３との間を断熱材１２ａによって断熱して保温する例について説明したが、断熱材１２ａは、ガス採取ライン１２を流れるオフガスＧのガス成分の凝集及び析出を防ぐことができれば必ずしも設ける必要はない。また、流量制御弁１７及び吸引ポンプ１９についても、流量計１８によって測定するオフガスＧの流量を所定範囲にできれば必ずしもそれぞれ設ける必要はない。
（第２の実施の形態）
ところで、石炭ガス化ガスなどのオフガスＧを分析する場合には、オフガスＧ中には、ガス成分に加えて微細な液滴が分散したミスト状成分が存在する場合がある。そのため、単に、ガス母管１１からオフガスＧをガス採取ライン１２に引込んだ場合には、オフガスＧ中に含まれるミスト状成分もガス採取ライン１２に引込まれる結果、オフガスＧ中に含まれる気体成分に加えてミスト状成分が加味された状態で分析することとなり、オフガスＧのガス・液の存在比を正確に分析できず、ガス組成を正確に分析できない場合がある。
そこで、本発明者らは、ガス採取ライン１２の一端側に所定の先端形状を有するノズルを接続してガス母管１１を流れるオフガスＧをガス採取ライン１２に採取することにより、オフガスＧのミスト状成分を含めた全ガス組成の分析結果、ミスト状成分を除いたガス成分のガス組成の分析結果、ガス成分を除いたミスト状成分のガス組成の分析結果をそれぞれ分析できることを見出した。
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、以下においては、上述した第１の実施の形態に係るガス採取装置１との相違点を中心に説明し、説明の重複を避ける。
図２及び図３は、本発明の第２の実施の形態に係るガス採取装置の一例を示す模式図である。図２及び図３に示すように、本実施の形態に係るガス採取装置２は、上述した第１の実施の形態に係るガス採取装置１の構成に加えてガス採取ライン１２の一端側に接続され、先端部２２ａがガス母管１１内に配置された吸引ノズル２２を備える。この吸引ノズル２２は、側面視にて先端部２２ａがＬ字形状をなしており、オフガスＧの吸入口となる先端部２２ａが吸引ノズル２２の軸方向を中心として回転可能にガス採取ライン１２に接続されている。これにより、吸引ノズル２２は、軸方向を中心に回転させることにより、ガス母管１１内を流れるオフガスＧのガス流れ方向に沿った方向（図２参照）及びオフガスＧのガス流れ方向に対する反対方向（図３参照）に先端部２２ａを向けて配置することが可能となる。その他の構成については上述した第１の実施の形態に係るガス採取装置１と同様の構成のため説明を省略する。
次に、図４Ａ及び図４Ｂを参照して本実施の形態に係るガス採取装置２の全体動作について説明する。まず、上述した第１の実施の形態に係るガス採取装置１の場合と同様に、ガス母管１１を流れるオフガスＧの温度以上にガス採取装置２の恒温槽１３の恒温槽の温度を設定した後、ガス母管１１内に配置された吸引ノズル２２の先端部２２ａをオフガスＧのガス流れ方向に対して対向する方向に配置する。次に、流量制御部２１は、ガス採取ライン１２を流れるオフガスＧの流量がガス母管１１内を流れるオフガスＧの流量（流速）と略一致する等速吸引速度に設定し、流量制御弁１７を所定開度に調整してガス母管１１を流れるオフガスＧをガス採取ライン１２に引込む。この結果、ガス母管１１を流れるオフガスＧがガス採取ライン１２を介して恒温槽１３の恒温部１３ａ内に向けて引込まれる。ここでは、図４Ａに示すように、吸引ノズル２２の先端部２２ａがオフガスＧのガス流れ方向に対向する方向に向けて配置されているので、オフガスＧ中に同伴されて流れるミスト状成分（不図示）がオフガスＧと共に吸引ノズル２２内に吸引される。そして、オフガスＧのガス流速に略一致する等速吸引速度でオフガスＧを吸引ノズル２２内に吸引するので、吸引ノズル２２の周囲側方から過剰なミスト状成分を吸い込むことがない。これにより、本実施の形態においては、オフガスＧに同伴されるミスト状成分を含めたオフガスＧのガス全体の組成を正確に分析することが可能となる。
次に、ガス母管１１内に配置された吸引ノズル２２を１８０°回転させて先端部２２ａをオフガスＧのガス流れ方向に沿って配置する。次に、流量制御部２１は、ガス採取ライン１２を流れるオフガスＧの流量がガス母管１１内を流れるオフガスＧの流量（流速）と略一致する等速吸引速度より遅い速度に設定し、流量制御弁１７を所定開度に調整してガス母管１１を流れるオフガスＧをガス採取ライン１２に引込む。この結果、ガス母管１１を流れるオフガスＧがガス採取ライン１２を介して恒温槽１３の恒温部１３ａ内に向けて引込まれる。ここでは、図４Ｂに示すように、吸引ノズル２２の先端部２２ａがオフガスＧのガス流れ方向に沿って配置され、かつ、オフガスＧのガス流速より遅い流速で吸引ノズル２２内にオフガスＧを吸引するので、吸引ノズル２２の先端部２２ａの近傍でオフガスＧ中のミスト状成分がオフガスＧに同伴されて流れるミスト状成分（不図示）がオフガスＧと分離され、オフガスＧのガス状成分のみが吸引ノズル２２内に吸引される。これにより、本実施の形態においては、オフガスＧに同伴されるミスト状成分を除いたオフガスＧのガス状成分のみのガス組成を正確に分析することが可能となる。さらに、図４Ａに示したミスト状成分を含めたオフガスＧの全体のガス組成の分析結果と図４Ｂに示したミスト状成分を除いたオフガスＧのガス状成分のみのガス組成の分析結果との差分を求めることにより、オフガスＧのミスト状成分のみのガス組成の分析結果を得ることも可能となる。なお、オフガスＧのガス流速より遅い流速とは、吸引ノズル２２からのミスト状成分の吸引を防ぐことができる流速であれば特に制限はない。
以上説明したように、本実施の形態によれば、ガス母管１１内に配置された吸引ノズル２２の先端部２２ａの向きをオフガスＧのガス流れ方向とオフガスＧのガス流れ方向の反対方向との間で切り替えると共に、ガス採取ライン１２を流れるオフガスＧのガス流量を切替えてオフガスＧのガス組成を測定するので、ミスト状成分を含めたオフガスＧの全体のガス組成と、オフガスＧのガス状成分のみのガス組成と、オフガスＧのミスト状成分のみのガス組成とをそれぞれ正確に分析することが可能となる。これにより、オフガスＧのガス状成分に含まれる各成分濃度及びミスト状成分に含まれる各成分濃度を分別して把握することが可能となる。
なお、上述した実施の形態においては、吸引ノズル２２の先端部２２ａをオフガスＧのガス流れ方向に沿った方向に略一致させる方向に向ける例について説明したが、吸引ノズル２２の先端部は、オフガスＧのミスト状成分を除いたガス状成分の組成を正確に分析できる範囲であれば必ずしもオフガスＧのガス流れ方向に沿った方向に略一致させる必要はない。同様に、上述した実施の形態においては、吸引ノズル２２の先端部２２ａをオフガスＧのガス流れ方向に対する反対方向に略一致させる方向に向ける例について説明したが、吸引ノズル２２の先端部は、オフガスＧのミスト状成分を含んだオフガスＧ全体の組成を正確に分析できる範囲であれば必ずしもオフガスＧのガス流れ方向に対する反対方向に略一致させる必要はない。
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、以下においては、上述した第２の実施の形態に係るガス採取装置２との相違点を中心に説明し、説明の重複を避ける。
図５は、本実施の形態に係るガス採取装置３の模式図である。図５に示すように、本実施の形態に係るガス採取装置３は、上述した第２の実施の形態に係るガス採取装置２の構成に加えてガス母管１１内に配置された吸引ノズル２２を回転させるノズル駆動部３１を備える。このノズル駆動部３１は、吸引ノズル２２の軸方向を中心として吸引ノズル２２の先端部２２ａの向きを、ガス母管１１内を流れるオフガスＧのガス流れ方向に沿った方向とオフガスＧのガス流れ方向に対する反対方向との間で１８０°回転させて切替える。
また、ガス採取装置３においては、ガス採取ライン１２が恒温槽１３の後段で第１ガス採取ライン１２１と第２ガス採取ライン１２２とに分岐されている。第１ガス採取ライン１２１には、恒温槽１３の後段に第１ガス採取ライン１２１を流れるオフガスＧのガス流量を制御する第１制御弁３２ａと、第１ガス成分吸収部１４１ａ及び第２水吸収部１４１ｂを備える第１ガス成分吸収部１４１と、脱水剤１５１ａを備えた第１脱水部１５１と、第１ガス採取部１６１とがこの順に設けられている。第１ガス成分吸収部１４１、第１脱水部１５１及び第１ガス採取部１６１の構成については、上述した第１の実施の形態に係るガス採取装置１のガス成分吸収部１４、脱水部１５及びガス採取部１６と同様のため説明を省略する。
第２ガス採取ライン１２２には、恒温槽１３の後段に第２ガス採取ライン１２２を流れるオフガスＧのガス流量を制御する第２制御弁３２ｂと、第１吸収部１４２ａ及び第２ガス成分吸収部１４２ｂを備える第２ガス成分吸収部１４２と、脱水剤１５２ａを備えた第２脱水部１５２と、第２ガス採取部１６２とがこの順に設けられている。第２ガス成分吸収部１４２、第２脱水部１５２及び第２ガス採取部１６２の構成については、上述した第１の実施の形態に係るガス採取装置１のガス成分吸収部１４、脱水部１５及びガス採取部１６と同様のため説明を省略する。
また、ガス採取装置２は、ノズル駆動部３１による吸引ノズル２２の回転と、第１制御弁３２ａ及び第２制御弁３２ｂの開閉とを制御する制御部３３を備える。この制御部３３は、ノズル駆動部３１を介して吸引ノズル２２の先端部２２ａをガス母管１１内のオフガスＧのガス流れ方向に沿って向けた際には、第１制御弁３２ａを開いて第２制御弁３２ｂを閉じる。また、制御部３３は、ノズル駆動部３１を介して吸引ノズル２２の先端部２２ａをガス母管１１内のオフガスＧのガス流れ方向に対向する方向に向けた際には、第２制御弁３２ｂを開いて第１制御弁３２ａを閉じる。
すなわち、本実施の形態に係るガス採取装置２においては、ガス採取ライン１２を恒温槽１３の後段で分岐させると共に、制御部３３が吸引ノズル２２の先端の向きに応じてオフガスＧを第１ガス成分吸収部１４１、第１脱水部１５１及び第１ガス採取部１６１、又は、第２ガス成分吸収部１４２、第２脱水部１５２及び第２ガス採取部１６２のいずれかで分けて採取することが可能となる。これにより、上述した第２の実施の形態で説明したように、オフガスＧのガス全体組成、ミスト状成分の組成及びガス状成分の組成を第１ガス成分吸収部１４１、及び第１ガス採取部１６１、又は、第２ガス成分吸収部１４２、及び第２ガス採取部１６２でそれぞれ分析することが可能となる。
次に、図６Ａ及び図６Ｂを参照して本実施の形態に係るガス採取装置２の全体動作について説明する。図６Ａに示すように、まず、上述した第１の実施の形態に係るガス採取装置１の場合と同様に、ガス母管１１を流れるオフガスＧの温度以上にガス採取装置３の恒温槽１３の恒温槽の温度を所定温度（例えば、１２０℃）に設定する。次に、制御部３３は、ノズル駆動部３１を介してガス母管１１内に配置された吸引ノズル２２の先端部２２ａをオフガスＧのガス流れ方向に対して対向する方向に向けた後、第１制御弁３２ａを開いて第２制御弁３２ｂを閉じる。
続いて、流量制御部２１が、ガス採取ライン１２を流れるオフガスＧの流量がガス母管１１内を流れるオフガスＧの流量（流速）と略一致する等速吸引速度に設定し、流量制御弁１７を所定開度に調整してガス母管１１を流れるオフガスＧをガス採取ライン１２に引込む。この結果、ガス母管１１を流れるオフガスＧは、ガス採取ライン１２を介して恒温槽１３の恒温部１３ａ内に向けて引込まれた後、第１ガス採取ライン１２１を介して第１ガス成分吸収部１４１、第１脱水部１５１及び第１ガス採取部１６１に採取される。これにより、本実施の形態においては、第１ガス成分吸収部１４１、第１脱水部１５１及び第１ガス採取部１６１によって吸収及び採取された各ガス成分を分析することにより、オフガスＧに同伴されるミスト状成分を含めたオフガスＧ全体のガス組成を分析することが可能となる。
次に、図６Ｂに示すように、制御部３３は、ノズル駆動部３１を介してガス母管１１内に配置された吸引ノズル２２を１８０°回転させて先端部２２ａをオフガスＧのガス流れ方向に沿った方向に向けた後、第２制御弁３２ｂを開けて第１制御弁３２ａを閉じる。
続いて、流量制御部２１は、ガス採取ライン１２を流れるオフガスＧの流量がガス母管１１内を流れるオフガスＧの流量（流速）と略一致する等速吸引速度より遅い速度に設定し、流量制御弁１７を所定開度に調整してガス母管１１を流れるオフガスＧをガス採取ライン１２に引込む。この結果、ガス母管１１を流れるオフガスＧは、ガス採取ライン１２を介して恒温槽１３の恒温部１３ａ内に向けて引込まれた後、第２ガス採取ライン１２２を介して第２ガス成分吸収部１４２、第２脱水部１５２及び第２ガス採取部１６２に採取される。これにより、本実施の形態においては、第２ガス成分吸収部１４２、第２脱水部１５２及び第２ガス採取部１６２によって吸収及び採取された各ガス成分を分析することにより、オフガスＧに同伴されるミスト状成分を含めたオフガスＧ全体のガス組成を分析することが可能となる。そして、第１ガス成分吸収部１４１、第１脱水部１５１及び第１ガス採取部１６１の分析結果と、第２ガス成分吸収部１４２、第２脱水部１５２及び第２ガス採取部１６２との差分を求めることにより、オフガスＧのミスト状成分のみのガス組成の分析結果を得ることも可能となる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、制御部３３が、ガス母管１１内に配置された吸引ノズル２２の先端部２２ａの向きをオフガスＧのガス流れ方向とオフガスＧのガス流れ方向の反対方向との間で切り替えると共に、第１ガス採取ライン１２１及び第２ガス採取ライン１２２を介してそれぞれオフガスＧのガス組成を測定するので、オフガスＧの全体のガス組成と、オフガスＧのガス状成分のみのガス組成と、オフガスＧのミスト状成分のみのガス組成とが上述した第２の実施の形態より簡便に分析することが可能となる。
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、以下においては、上述した第１の実施の形態に係るガス採取装置１との相違点を中心に説明し、説明の重複を避ける。
図７は、本実施の形態に係るガス採取装置４の模式図である。本実施の形態に係るガス採取装置４は、上述した第１の実施の形態に係るガス採取装置１のガス母管１１と恒温槽１３との間のガス採取ライン１２に設けられた断熱材１２ａに代えて、ガス採取ライン１２を加熱する加温部１２ｂを備える。この加温部１２ｂは、例えば、リボンヒータなどによって構成され、ガス母管１１を流れるオフガスＧの温度以上の所定温度（例えば、１００℃）にガス採取ライン１２を加熱する。この加温部１２ｂによるガス採取ライン１２の加熱温度は、温度制御部４１によって制御される。なお、加温部１２ｂによるガス採取ライン１２の加熱は、必ずしもオフガスＧの温度以上でなくともよく、ガス採取ライン１２中でのオフガスＧに含まれるガス成分の凝縮及び炭酸アンモニウムの析出などを防ぐことができる常温以上の温度であればよい。
このように、本実施の形態によれば、温度制御部４１が、加温部１２ｂを介してガス母管１１と恒温槽１３との間のガス採取ライン１２を常温以上に制御するので、ガス採取ライン１２内でのガス成分の凝縮及び析出を防ぐことが可能となり、オフガスＧのガス組成を正確に分析することが可能となる。
１、２、３、４ ガス採取装置
１１ ガス母管
１２ ガス採取ライン
１２ａ 断熱材
１２ｂ 加温部
１２１ 第１ガス採取ライン
１２２ 第２ガス採取ライン
１３ 恒温槽
１４ ガス成分吸収部
１４ａ 第１吸収部
１４ｂ 第２吸収部
１４１ 第１ガス成分吸収部
１４１ａ 第１吸収部
１４１ｂ 第２吸収部
１４２ 第２ガス成分吸収部
１４２ａ 第１吸収部
１４２ｂ 第２吸収部
１５ 脱水部
１５ａ 脱水剤
１５１ 第１脱水部
１５２ 第２脱水部
１６ ガス採取部
１６１ 第１ガス採取部
１６２ 第２ガス採取部
１７ 流量制御弁
１８ 流量計
１９ 吸引ポンプ
２０ 加温部
２１ 流量制御部
２２ 吸引ノズル
２２ａ 先端部
３１ ノズル駆動部
３２ａ 第１制御弁
３２ｂ 第２制御弁
３３ 制御部
Ｇ オフガス
Ｌ１ 第１吸収液
Ｌ２ 第２吸収液

Claims (8)

  1. 被採取ガスのガス温度以上に加温可能な恒温部を有する恒温槽と、
    前記恒温部内に一部が配設され、前記被採取ガスを採取するガス採取ラインと、
    前記恒温部内の前記ガス採取ラインに設けられ、前記ガス採取ラインを流れる前記被採取ガスの流量を測定する流量計と、
    前記流量計で測定した前記被採取ガスのガス流量に基づいて前記ガス採取ラインを流れる前記被採取ガスのガス流量を制御する流量制御部と、
    前記ガス採取ラインにおける恒温槽の後段に設けられ、前記ガス採取ラインから供給された前記被採取ガス中に含まれる成分を吸収するガス成分吸収部と、
    前記ガス採取ラインにおける前記ガス成分吸収部の後段に設けられ、前記ガス成分吸収部で成分が吸収された前記被採取ガスを採取するガス採取部と、
    前記ガス採取ラインに接続され、先端部が前記被採取ガスのガス流れ方向に沿った方向と前記被採取ガスのガス流れ方向に対向する方向との間で切替え可能に配置された吸引ノズルと、
    前記吸引ノズルの先端部を前記被採取ガスのガス流れ方向に沿う方向と前記被採取ガスのガス流れ方向に対向する方向との間で切替えるノズル駆動部とを備えたことを特徴とする、ガス採取装置。
  2. 前記流量制御部は、前記ガス採取ラインを流れる前記被採取ガスのガス流量を、前記被採取ガスの流速に対して遅くする、請求項１に記載のガス採取装置。
  3. 前記流量制御部は、前記ガス採取ラインを流れる前記被採取ガスのガス流量を、前記被採取ガスの流速に対して略等しくする、請求項１に記載のガス採取装置。
  4. 被採取ガスのガス温度以上に加温可能な恒温部を有する恒温槽と、
    前記恒温部内に一部が配設され、前記被採取ガスを採取するガス採取ラインと、
    前記恒温部内の前記ガス採取ラインに設けられ、前記ガス採取ラインを流れる前記被採取ガスの流量を測定する流量計と、
    前記流量計で測定した前記被採取ガスのガス流量に基づいて前記ガス採取ラインを流れる前記被採取ガスのガス流量を制御する流量制御部と、
    前記ガス採取ラインにおける恒温槽の後段に設けられ、前記ガス採取ラインから供給された前記被採取ガス中に含まれる成分を吸収するガス成分吸収部と、
    前記ガス採取ラインにおける前記ガス成分吸収部の後段に設けられ、前記ガス成分吸収部で成分が吸収された前記被採取ガスを採取するガス採取部と、
    前記恒温槽の後段において前記ガス採取ラインが分岐されてなる第１ガス採取ライン及び第２ガス採取ラインと、
    前記第１ガス採取ラインにおける恒温槽の後段に設けられ、前記第１ガス採取ラインから供給された前記被採取ガス中に含まれる成分を吸収する第１ガス成分吸収部と、
    前記第１ガス採取ラインにおける前記第１ガス成分吸収部の後段に設けられ、前記第１ガス成分吸収部で成分が吸収された前記被採取ガスを採取する第１ガス採取部と、
    前記第２ガス採取ラインにおける恒温槽の後段に設けられ、前記第２ガス採取ラインから供給された前記被採取ガス中に含まれる成分を吸収する第２ガス成分吸収部と、
    前記第２ガス採取ラインにおける前記第２ガス成分吸収部の後段に設けられ、前記第２ガス成分吸収部で成分が吸収された前記被採取ガスを採取する第２ガス採取部と、
    前記第１ガス採取ラインと前記第２ガス採取ラインとの間で前記被採取ガスの流路の切替を制御する制御部とを備えたことを特徴とする、ガス採取装置。
  5. 前記ガス採取ラインにおける前記恒温槽の前段部に断熱材が設けられた、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のガス採取装置。
  6. 前記ガス採取ラインにおける前記恒温槽の前段部に前記ガス採取ラインを加温する加温部が設けられた、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のガス採取装置。
  7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のガス採取装置を用いた被採取ガスのガス分析方法であって、
    前記ガス成分吸収部で前記被採取ガス中のアンモニア及び水分を吸収させた硫酸をイオンクロマトグラフィーにより分析して前記被採取ガス中のアンモニアの濃度を求める工程と、
    前記ガス採取部で採取された前記被採取ガスをガスクロマトグラフィーで分析して硫化水素、二酸化炭素、窒素、水素及びメタンの少なくとも１種の濃度を求める工程とを含むことを特徴とする、ガス分析方法。
  8. 前記ガス成分吸収部で前記被採取ガス中の水、極性成分及び有機成分を吸収させたエタノールをカールフィッシャー滴定法により分析して前記被採取ガス中の水、極性成分及び有機成分の濃度を求める工程を含む、請求項７に記載のガス分析方法。
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