JPH0583527B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は低くて変動するメタン含量の坑内ガス
から、炭素を基礎とする吸着剤で満たされている
１つ以上の吸着器中で圧力変動吸着法を実施し、
この際この坑内ガスを先ずメタンが吸着的に結合
する吸着剤に導通し、引き続きこの吸着的に結合
したメタンを圧降下により吸着器から高いメタン
含量の生成ガスとして取り出すことにより生成ガ
スのメタン含量がほぼ一定で、約50容量％である
高いメタン含量のガス混合物を製造する方法に関
する。 石炭鉱山の坑内保安を高めるために石炭層の周
辺岩石中にガス抜ボーリング孔をあけることによ
り、一般にメタン含量の少ないガスを目的として
ガス抜きする。このガスは坑内ガスと呼ばれ、他
の成分、例えば窒素、酸素及びCO2と共にメタン
約25〜45容量％を含有する。25容量％が下限とし
て安全条件である。この量は上方の発火点（メタ
ン14容量％）と十分な間隔を示す。ガス抜きした
沼気の発熱量は比較的低く、従つてこのガス混合
物は、特にメタン含量が35容量より低い時は、経
済的に役に立たない。従つて、坑内ガスのメタン
含量を高めて、メタン富化ガス混合物の発熱量を
ほぼ都市ガスの発熱量と同じにすることが必要で
ある。この結果は約50容量％のメタン含量を有す
る富化ガス混合物で達せられる。 液体ガスの添加により富化を行なうことが一般
的な公知技術である。しかしながら、液体ガスの
製造はすでに非常に費用がかかり、このことによ
りこの方法の総体的な経済性は不十分であるの
で、公知技術は非常に費用がかかる。 米国特許第4305734号明細書中には、すべに坑
内ガスを圧力変動吸着工程により濃縮し、この際
冒頭に記載した方法を行なうことを提案してい
る。しかしながらこの方法は欠点を有する。個々
の工程においてガス混合物は、なお著しい量のメ
タンを含有する組成を示す廃ガスとして装置を去
る。これは重要なエネルギーが失なわれることに
なるので、経済的な理由から所望ではない。更
に、費用がかかる付加的な処置をして回避しない
かぎり、爆発の危険性が生じるので安全面につい
ても考慮しなければならない。 本発明の課題は公知の富化法の欠点を回避する
ことである。坑内ガス中のメタン含量は高い収率
で、かつ得られたガス混合物が都市ガスの品質を
示す程度に高められなければならず、この際、特
に坑内ガスの変動するメタン含量を計算に入れな
ければならない。 この課題は本発明により冒頭にあげた種類の方
法において、特許請求の範囲第１項、第４項、第
７項及び第１０項の特徴部分に記載されたように
実施することにより解決される。この方法の有利
な実施態様に関しては特許請求の範囲第２項、第
３項、第５項、第６項、第８項、第９項、第１１
項及び第１２項に記載されている。この方法は特
許請求の範囲第７項及び第１０項により同様にメ
タン含量の低い他のガス混合物に使用することも
可能である。 高価で、高濃度の工業用ガス混合物、例えば液
体ガスを混入することなしに、坑内ガスの濃縮の
ために圧力変動吸着工程の本発明による使用は経
済的であるとともに、貴重な高級エネルギーの節
約でもある。 ガス混合物からガスの富化もしくは獲得のため
に圧力変動吸着技術の使用は公知技術である。こ
のために開発された圧力変動吸着法はガス混合物
の個々のガス成分を富化させるために使用され、
この際場合により非常に高い純度が要求され、か
つ場合により多工程法により達せられた。しかし
ながら従来90％より低い収率しか達成することが
できなかつた。これに反し、本発明にる方法にお
いて99％を越えるメタンの富化が達せられる。こ
のことは貴重な原料であるメタンを十分に利用す
るという大きな利点を有する。公知法の廃ガス中
にはたしかに坑内ガス中におけるより低い濃度で
メタンが存在するが、その量はなおいちじるしく
多い。この廃ガスは冷たいままゆらゆらともえ、
すなわち経済的に利用されないで排気される。更
に、公知法においてはこの廃ガスにり環境汚染が
生じ、かつゆらゆらと燃える際に爆発性の混合物
が生じる危険性がある。 本発明にる一段階工程はそれ自体公知である吸
着、並流放圧及び向流放圧並びに洗浄のような
個々の工程を有しているが、これらの工程は本発
明にる工程実施のために、例えば30容量のガス混
合物から50容量の工程ガスを99％を越える収率で
生じさせるために好適である。 メタンは坑内ガス中に主に存在するガスである
窒素及び空気より強く吸着されるガスである。よ
り強く吸着性のガスの富化のために、このガスを
吸着剤における圧力減少により脱着させ、このよ
うにして高濃度に富化させることは一般に行なわ
れている。本発明方法における脱は吸圧を常圧に
放圧することにより他に、更にこの際に生じるメ
タン不含廃ガスで洗浄することにより行なわれ
る。従来の方法によれば、このような洗浄工程に
おいては、この際生じるメタン含有ガスが低いメ
タン濃度を示し、これを廃棄しなければならない
であろうと予想された。しかしながら、本発明に
よる方法工程により、洗浄工程の間ですらも平均
して約50％のメタンを有するガス混合物が得ら
れ、かつ同時に次の吸着工程のためにこの吸着剤
は非常に良好に再生され、実質的に全くメタンは
ガス中に達しない。この工程の組み合わせは痕跡
程度までメタン不含のガスが生じるように作用す
る。更に、このことは本発明による方法の使用の
際に高い収率が達せられる。 ガス抜きによる坑内ガス混合物はその異なる由
来によりそのメタン濃度は約25〜45容量％に変化
する。所望な均一に保持される濃度を有するガス
を生成すべき場合は、異なる強さで富化されなけ
ればならない。このことは、坑内ガス中のメタン
含量が上昇する時放圧脱着の最終圧を高めること
により簡単な方法で達せられる。同じ目的を達成
するために、脱着終了−／洗浄ガス−圧を一定に
保持して低い圧力で吸着を行なうこともできる。
この両方の方法は圧力変動工程の時間調節を変え
る必要がなく、簡単な圧力調節を行なえば良いと
いう利点を有す。更に、圧力調節が濃度変化に非
常に迅速に反応するということである。 次に基本原理を形成する例につきグラフ（第１
図）を用いて本発明を詳細に説明する。その他の
実施例を表にして記載する。これらのその他の実
施例においては第４図による吸着装置３つを有す
る原則的な接続の圧力変動吸着装置もしくは第３
図による吸着器４つを有する原則的な接続の圧力
変動吸着装置を使用した。 第１図は１つの吸着器中でメタン富化のための
１回の実験の結果を示す。この原料ガスは窒素中
にCH438.5容量％含有する。吸着圧は５×105Pa
であつた。原料ガスの充填の間、吸着器出口では
廃ガス中に痕跡程度までメタンは検出されず、３
×105Paまでの並流での吸着器の放圧の間も同様
に検出されなかつた。２分間継続される並流放圧
においては、痕跡程度までメタン不含の廃ガスが
約５流出する。引き続く向流での放圧の間、す
なわちメタン富化生成ガスの製造のための第１工
程の間、生成ガスとして濃度約47容量％〜58容量
％に上昇したガス混合物が吸着器から出る。生じ
た生成ガス量の平均メタン含量はこの製造工程に
おいては53容量％であつた。向流放圧の最後では
吸着器中では圧力１×105Paである。向流放圧は
1.5分間持続する。この際生成ガス10.3が得ら
れる。吸着器はなおメタン含有ガスを保持してい
る。このガスを第２の製造工程で吸着器から１×
105Paで痕跡程度までメタン不含の廃ガスで洗浄
する。吸着器から出るガスのCH4−濃度は、他の
圧力変動吸着工程においてみられるように向流洗
浄において洗浄の開始から強く低下することはな
い。むしろ濃度は、その濃度が下がる前のはじめ
の短時間の間ほぼ一定である。第１図からもわか
るように、はじめは濃度の短時間の上昇がみられ
る。所定の品質（CH4−濃度）を有する生成ガス
を得るために、流出する生成ガス量を介してわか
るメタン濃度が設定値より下がる前に吸着器の洗
浄を中断する。第１図に記載した例においてこの
設定値は約30容量％である。生じた生成ガス量の
平均メタン含量はこの方法工程において49容量％
である。洗浄工程は３分間継続する。生成ガス量
は9.7であつた。原料ガス中のメタンの濃度を
なお越える比較的高い濃度において洗浄を中断す
るので、吸着器中にはなお、少なからぬ残留充填
が保持されている。廃ガスを用いての新たな向流
加圧の後、更に吸着工程を行なうが、この際引き
続く吸着においては再び痕跡程度までメタンを含
まない廃ガスが生じる。引き続く新しい向流放圧
及び向流洗浄の間のメタン富化ガスの製造は前記
と同様にして行なわれる。 表中には本発明方法によるいくつかの可能な方
法を示す例が記載されている： 例１は４−吸着器−装置（第２図）を用いて
27.3容量のメタン含量を49.8容量に上昇させるこ
とができるように配置した基本例である。例２は
坑内ガス中のメタン含量がすでに38.5容量である
場合に、４−吸着器−装置をどのように設計する
かを示す。例３及び４はどのような条件下に吸着
器３つで（第３図）38.5容量％（例えば例２）も
しくは29.8容量％（例えばほぼ例１）のメタンを
49容量％を越えて富化させることができるかを記
載している。例５、６及び７は坑内ガス中の低い
メタン含量のために設計した４−吸着器−圧力変
動装置を作動パラメーターを変化させることによ
りいかに高いメタン含量に調節することができる
かを記載している。例５はガスの１部のみが圧力
変動−装置を通り、かつ55.2容量％（この記載は
表中には数値として表わされていない）に富化
し、引き続き装置のバイパスを通過した約42.8容
量％の坑内ガスで、約49.5容量％の所望の生成ガ
ス品質に希釈する。例６は低い充填圧（例１〜５
及び７における８×105Paに対して6.5×105Pa）
及び例７は高い洗浄圧（他の例における1.1×
105Paに対して２×105Pa）で実施することがで
きるということを証明している。例８からは充填
圧の上昇により（例１〜５及び７における８×
105Paに対して12×105Pa）生成ガス中の高いメ
タン含量、ここでは例えば58.5容量％が達せられ
るということがわかる。 第２図中には炭素モレキユラーシーブで充填さ
れた４つの吸着器１．１〜１．４を包含する坑内
ガスのメタンを富化させるための吸着器装置の原
理工程図が記載されている。吸着器１．１〜１．
４に加圧装置２から原料ガス管３を通じて坑内ガ
スを送る。その前にこの坑内ガスは火焔後退防止
装置４．０を有し、かつ分路中に圧縮機４．２が
接続している原料管３．１を介して加圧装置２中
に達する。吸着器１．１〜１．４から生成ガス管
５．１及び５．２はもう１つの火焔後退防止装置
４．１を介して使用者に届く。廃ガスは廃ガス管
６．１及び６．２を通つて一緒の廃ガス管８に流
される。方法工程の調節は調節装置７により行な
われる。 吸着範囲における工程の詳細は以下に記載した
接続図（第３図）により明らかである。 それぞれの吸着器１．１〜１．４は（それぞれ
他の吸着器に対して時間をずらせて）４つの基礎
工程を行なう：充填、放圧、洗浄及び加圧。これ
らを順次記載する。充填の開始のためには、例え
ば吸着器１．１をメタン不含廃ガスで例えば８×
105Paの吸着圧下に充填する。充填の間吸着器を
坑内ガスで通気し、この時吸着器１．１の炭素モ
レキユラーシーブがメタンを吸着する。吸着器
１．１は痕跡程度までメタン不含の廃ガスを放出
する。充填工程の終了後、坑内ガスを吸着器１．
２に導入し、その間吸着器１．１中に先ず充填方
向に対して並流及び引き続き向流で放圧する。並
流放圧においては、吸着器１．１中の圧力が充填
における８×105Paの圧力と洗浄における例えば
１．１×105Paの圧力のほぼ真中である、例えば
４×105Paに達するまでメタン不含廃ガスを廃ガ
ス管６．２中に流す。引き続く向流放圧において
はメタン含量の多い生成ガスが生成ガス管５．１
に流れる。吸着器１．１の洗浄のための所定の圧
力1.1バールが達せられた後、吸着器１．１の洗
浄で開始される。この際吸着器１．１中に廃ガス
が流れ込み、メタン含量の多い生成ガスが吸着器
から流出する。向流放圧においても洗浄において
も生成ガスが得られる。生成ガス混合物のメタン
濃度は平均して所定の生成ガス品質を示す。最終
的な工程においては、吸着器１．１中に向流で廃
ガスを圧縮し、洗浄ガス圧１．１×105Paの圧力
を再び充填圧力８×105Paに高めることにより、
吸着器1.1を次の充填のために準備する。その後、
新しい圧力変動サイクルが開始する。 加圧及び洗浄のための廃ガスを記載したように
吸着器１．１に供給することは、それぞれ同時に
充填工程にあり、かつ８×105Paの充填圧で廃ガ
スを放出する他の吸着器１．２，１．３，１．４
から行なわれる。 吸着器４個を有する圧力変動装置における実施
法の詳細を第３図の接工程図につき記載する。 圧力変動装置は吸着器１．１〜１．４からな
り、この際それぞれ１つの吸着器は吸着相にあ
り、第２の吸着器は加圧下にあり、第３の吸着器
は洗浄されており、第１及び第２の放圧工程は第
４の吸着器において行なわれている。 坑内ガスは原料ガス管３及びこれに付属する原
料料ガス弁１０，２０，３０及び４０を介して交
互に吸着器１．１〜１．４に流入する。 吸着の間に生じた廃ガスは廃ガス管６．１及び
交互に廃ガス弁１５，２５，３５及び４５を介し
て、並びに絞り弁５１及び止めコツク５０を介し
て圧力変動装置を流出する。 吸着工程が終了した後、作業圧の低い圧力への
第１の放圧工程が並流で行なわれる（廃ガス）。
廃ガスは廃ガス管６．２を介して、かつ交互にそ
の他の廃ガス弁１４，２４，３４及び４４を介
し、かつ更に絞り弁５２を介して流出する。 第２の放圧工程は向流で行なわれる。この工程
は同時に第１の製造工程である。この工程は生成
ガス管５．１を介し、かつ交互に工程ガス弁１
６，２６，３６及び４６並びに絞り弁５３を介し
て行なわれる。 第２の製造工程は洗浄工程であり、この際必な
洗浄ガス（ガス）は絞り弁５４を介し、洗浄ガス
管９及び交互にそれに付属する洗浄ガス弁１３，
２３，３３及び４３を通つて相応する吸着器中に
達する。この際生じた生成ガスは交互に生成ガス
弁１１，２１，３１及び４１を介し、生成ガス管
５．２を介して流出する。 洗浄の後、それぞれ加圧なしの吸着器を再び作
業圧にする。これは生じたガスを使用して行なわ
れる。この廃ガスは絞り弁５６を介してガス管
６．１から取り込まれ、充填管６，３を介して、
交互に充填弁１２，２２，３２及び４２を通り、
それぞれの吸着器中に達する。こうして新しいサ
イクルが始まる。 第４図には３つの吸着器１．５，１．６，１．
７からなる他の吸着装置の接続工程が記載されて
いる。この装置においては、それぞれ第１の吸着
器は加圧相にあり、第２の吸着器は充填されてお
り、第３の吸着器は同じ期間に３つの工程である
並流放圧、向流放圧及び向流洗浄を行なう。この
工程は次のようである： 原料ガス（坑内ガス）は原料ガス管３．２を介
し、かつ交互に原料ガス弁６４，７４及び８４を
介し、それぞれ付属する吸着器に達する。 吸着相の間生じる廃ガスは交互に廃ガス弁６
１，７１及び８１並びにガス管６．４及び絞り弁
５８を介して吸着器を去る。 吸着工程（充填）の終了後、それぞれの吸着器
の第１の放圧が並流で充填圧からより低い圧力ま
で行なわれる。この際、メタン不含廃ガスが交互
に廃ガス弁６２，７２及び８２を介し、かつガス
管６．５及び絞り弁５９を介して吸着器から流出
する。 吸着器の放圧は更に向流で交互に生成ガス弁６
５，７５及び８５を介し、並びに生成ガス管５．
３を介してガスタンク１００中に行なわれる。こ
の相は第１の製造工程を形成する。 引き続き、それぞれ向流洗浄相にある吸着器を
廃ガス管６．４からの廃ガスで洗浄する。これに
付属する、交互に開けられる洗浄ガス側の弁６
３，７３及び８３は同時に絞り機能を有し、生じ
る生成ガスは生成ガス弁６５，７５及び８５を介
し、か生成ガス管５．３を介しガスタンク１００
中に流れ込む。場合により生成ガス圧の所望のた
めに後接した圧縮器１１０が存在する。 【表】
から、炭素を基礎とする吸着剤で満たされている
１つ以上の吸着器中で圧力変動吸着法を実施し、
この際この坑内ガスを先ずメタンが吸着的に結合
する吸着剤に導通し、引き続きこの吸着的に結合
したメタンを圧降下により吸着器から高いメタン
含量の生成ガスとして取り出すことにより生成ガ
スのメタン含量がほぼ一定で、約50容量％である
高いメタン含量のガス混合物を製造する方法に関
する。 石炭鉱山の坑内保安を高めるために石炭層の周
辺岩石中にガス抜ボーリング孔をあけることによ
り、一般にメタン含量の少ないガスを目的として
ガス抜きする。このガスは坑内ガスと呼ばれ、他
の成分、例えば窒素、酸素及びCO2と共にメタン
約25〜45容量％を含有する。25容量％が下限とし
て安全条件である。この量は上方の発火点（メタ
ン14容量％）と十分な間隔を示す。ガス抜きした
沼気の発熱量は比較的低く、従つてこのガス混合
物は、特にメタン含量が35容量より低い時は、経
済的に役に立たない。従つて、坑内ガスのメタン
含量を高めて、メタン富化ガス混合物の発熱量を
ほぼ都市ガスの発熱量と同じにすることが必要で
ある。この結果は約50容量％のメタン含量を有す
る富化ガス混合物で達せられる。 液体ガスの添加により富化を行なうことが一般
的な公知技術である。しかしながら、液体ガスの
製造はすでに非常に費用がかかり、このことによ
りこの方法の総体的な経済性は不十分であるの
で、公知技術は非常に費用がかかる。 米国特許第4305734号明細書中には、すべに坑
内ガスを圧力変動吸着工程により濃縮し、この際
冒頭に記載した方法を行なうことを提案してい
る。しかしながらこの方法は欠点を有する。個々
の工程においてガス混合物は、なお著しい量のメ
タンを含有する組成を示す廃ガスとして装置を去
る。これは重要なエネルギーが失なわれることに
なるので、経済的な理由から所望ではない。更
に、費用がかかる付加的な処置をして回避しない
かぎり、爆発の危険性が生じるので安全面につい
ても考慮しなければならない。 本発明の課題は公知の富化法の欠点を回避する
ことである。坑内ガス中のメタン含量は高い収率
で、かつ得られたガス混合物が都市ガスの品質を
示す程度に高められなければならず、この際、特
に坑内ガスの変動するメタン含量を計算に入れな
ければならない。 この課題は本発明により冒頭にあげた種類の方
法において、特許請求の範囲第１項、第４項、第
７項及び第１０項の特徴部分に記載されたように
実施することにより解決される。この方法の有利
な実施態様に関しては特許請求の範囲第２項、第
３項、第５項、第６項、第８項、第９項、第１１
項及び第１２項に記載されている。この方法は特
許請求の範囲第７項及び第１０項により同様にメ
タン含量の低い他のガス混合物に使用することも
可能である。 高価で、高濃度の工業用ガス混合物、例えば液
体ガスを混入することなしに、坑内ガスの濃縮の
ために圧力変動吸着工程の本発明による使用は経
済的であるとともに、貴重な高級エネルギーの節
約でもある。 ガス混合物からガスの富化もしくは獲得のため
に圧力変動吸着技術の使用は公知技術である。こ
のために開発された圧力変動吸着法はガス混合物
の個々のガス成分を富化させるために使用され、
この際場合により非常に高い純度が要求され、か
つ場合により多工程法により達せられた。しかし
ながら従来90％より低い収率しか達成することが
できなかつた。これに反し、本発明にる方法にお
いて99％を越えるメタンの富化が達せられる。こ
のことは貴重な原料であるメタンを十分に利用す
るという大きな利点を有する。公知法の廃ガス中
にはたしかに坑内ガス中におけるより低い濃度で
メタンが存在するが、その量はなおいちじるしく
多い。この廃ガスは冷たいままゆらゆらともえ、
すなわち経済的に利用されないで排気される。更
に、公知法においてはこの廃ガスにり環境汚染が
生じ、かつゆらゆらと燃える際に爆発性の混合物
が生じる危険性がある。 本発明にる一段階工程はそれ自体公知である吸
着、並流放圧及び向流放圧並びに洗浄のような
個々の工程を有しているが、これらの工程は本発
明にる工程実施のために、例えば30容量のガス混
合物から50容量の工程ガスを99％を越える収率で
生じさせるために好適である。 メタンは坑内ガス中に主に存在するガスである
窒素及び空気より強く吸着されるガスである。よ
り強く吸着性のガスの富化のために、このガスを
吸着剤における圧力減少により脱着させ、このよ
うにして高濃度に富化させることは一般に行なわ
れている。本発明方法における脱は吸圧を常圧に
放圧することにより他に、更にこの際に生じるメ
タン不含廃ガスで洗浄することにより行なわれ
る。従来の方法によれば、このような洗浄工程に
おいては、この際生じるメタン含有ガスが低いメ
タン濃度を示し、これを廃棄しなければならない
であろうと予想された。しかしながら、本発明に
よる方法工程により、洗浄工程の間ですらも平均
して約50％のメタンを有するガス混合物が得ら
れ、かつ同時に次の吸着工程のためにこの吸着剤
は非常に良好に再生され、実質的に全くメタンは
ガス中に達しない。この工程の組み合わせは痕跡
程度までメタン不含のガスが生じるように作用す
る。更に、このことは本発明による方法の使用の
際に高い収率が達せられる。 ガス抜きによる坑内ガス混合物はその異なる由
来によりそのメタン濃度は約25〜45容量％に変化
する。所望な均一に保持される濃度を有するガス
を生成すべき場合は、異なる強さで富化されなけ
ればならない。このことは、坑内ガス中のメタン
含量が上昇する時放圧脱着の最終圧を高めること
により簡単な方法で達せられる。同じ目的を達成
するために、脱着終了−／洗浄ガス−圧を一定に
保持して低い圧力で吸着を行なうこともできる。
この両方の方法は圧力変動工程の時間調節を変え
る必要がなく、簡単な圧力調節を行なえば良いと
いう利点を有す。更に、圧力調節が濃度変化に非
常に迅速に反応するということである。 次に基本原理を形成する例につきグラフ（第１
図）を用いて本発明を詳細に説明する。その他の
実施例を表にして記載する。これらのその他の実
施例においては第４図による吸着装置３つを有す
る原則的な接続の圧力変動吸着装置もしくは第３
図による吸着器４つを有する原則的な接続の圧力
変動吸着装置を使用した。 第１図は１つの吸着器中でメタン富化のための
１回の実験の結果を示す。この原料ガスは窒素中
にCH438.5容量％含有する。吸着圧は５×105Pa
であつた。原料ガスの充填の間、吸着器出口では
廃ガス中に痕跡程度までメタンは検出されず、３
×105Paまでの並流での吸着器の放圧の間も同様
に検出されなかつた。２分間継続される並流放圧
においては、痕跡程度までメタン不含の廃ガスが
約５流出する。引き続く向流での放圧の間、す
なわちメタン富化生成ガスの製造のための第１工
程の間、生成ガスとして濃度約47容量％〜58容量
％に上昇したガス混合物が吸着器から出る。生じ
た生成ガス量の平均メタン含量はこの製造工程に
おいては53容量％であつた。向流放圧の最後では
吸着器中では圧力１×105Paである。向流放圧は
1.5分間持続する。この際生成ガス10.3が得ら
れる。吸着器はなおメタン含有ガスを保持してい
る。このガスを第２の製造工程で吸着器から１×
105Paで痕跡程度までメタン不含の廃ガスで洗浄
する。吸着器から出るガスのCH4−濃度は、他の
圧力変動吸着工程においてみられるように向流洗
浄において洗浄の開始から強く低下することはな
い。むしろ濃度は、その濃度が下がる前のはじめ
の短時間の間ほぼ一定である。第１図からもわか
るように、はじめは濃度の短時間の上昇がみられ
る。所定の品質（CH4−濃度）を有する生成ガス
を得るために、流出する生成ガス量を介してわか
るメタン濃度が設定値より下がる前に吸着器の洗
浄を中断する。第１図に記載した例においてこの
設定値は約30容量％である。生じた生成ガス量の
平均メタン含量はこの方法工程において49容量％
である。洗浄工程は３分間継続する。生成ガス量
は9.7であつた。原料ガス中のメタンの濃度を
なお越える比較的高い濃度において洗浄を中断す
るので、吸着器中にはなお、少なからぬ残留充填
が保持されている。廃ガスを用いての新たな向流
加圧の後、更に吸着工程を行なうが、この際引き
続く吸着においては再び痕跡程度までメタンを含
まない廃ガスが生じる。引き続く新しい向流放圧
及び向流洗浄の間のメタン富化ガスの製造は前記
と同様にして行なわれる。 表中には本発明方法によるいくつかの可能な方
法を示す例が記載されている： 例１は４−吸着器−装置（第２図）を用いて
27.3容量のメタン含量を49.8容量に上昇させるこ
とができるように配置した基本例である。例２は
坑内ガス中のメタン含量がすでに38.5容量である
場合に、４−吸着器−装置をどのように設計する
かを示す。例３及び４はどのような条件下に吸着
器３つで（第３図）38.5容量％（例えば例２）も
しくは29.8容量％（例えばほぼ例１）のメタンを
49容量％を越えて富化させることができるかを記
載している。例５、６及び７は坑内ガス中の低い
メタン含量のために設計した４−吸着器−圧力変
動装置を作動パラメーターを変化させることによ
りいかに高いメタン含量に調節することができる
かを記載している。例５はガスの１部のみが圧力
変動−装置を通り、かつ55.2容量％（この記載は
表中には数値として表わされていない）に富化
し、引き続き装置のバイパスを通過した約42.8容
量％の坑内ガスで、約49.5容量％の所望の生成ガ
ス品質に希釈する。例６は低い充填圧（例１〜５
及び７における８×105Paに対して6.5×105Pa）
及び例７は高い洗浄圧（他の例における1.1×
105Paに対して２×105Pa）で実施することがで
きるということを証明している。例８からは充填
圧の上昇により（例１〜５及び７における８×
105Paに対して12×105Pa）生成ガス中の高いメ
タン含量、ここでは例えば58.5容量％が達せられ
るということがわかる。 第２図中には炭素モレキユラーシーブで充填さ
れた４つの吸着器１．１〜１．４を包含する坑内
ガスのメタンを富化させるための吸着器装置の原
理工程図が記載されている。吸着器１．１〜１．
４に加圧装置２から原料ガス管３を通じて坑内ガ
スを送る。その前にこの坑内ガスは火焔後退防止
装置４．０を有し、かつ分路中に圧縮機４．２が
接続している原料管３．１を介して加圧装置２中
に達する。吸着器１．１〜１．４から生成ガス管
５．１及び５．２はもう１つの火焔後退防止装置
４．１を介して使用者に届く。廃ガスは廃ガス管
６．１及び６．２を通つて一緒の廃ガス管８に流
される。方法工程の調節は調節装置７により行な
われる。 吸着範囲における工程の詳細は以下に記載した
接続図（第３図）により明らかである。 それぞれの吸着器１．１〜１．４は（それぞれ
他の吸着器に対して時間をずらせて）４つの基礎
工程を行なう：充填、放圧、洗浄及び加圧。これ
らを順次記載する。充填の開始のためには、例え
ば吸着器１．１をメタン不含廃ガスで例えば８×
105Paの吸着圧下に充填する。充填の間吸着器を
坑内ガスで通気し、この時吸着器１．１の炭素モ
レキユラーシーブがメタンを吸着する。吸着器
１．１は痕跡程度までメタン不含の廃ガスを放出
する。充填工程の終了後、坑内ガスを吸着器１．
２に導入し、その間吸着器１．１中に先ず充填方
向に対して並流及び引き続き向流で放圧する。並
流放圧においては、吸着器１．１中の圧力が充填
における８×105Paの圧力と洗浄における例えば
１．１×105Paの圧力のほぼ真中である、例えば
４×105Paに達するまでメタン不含廃ガスを廃ガ
ス管６．２中に流す。引き続く向流放圧において
はメタン含量の多い生成ガスが生成ガス管５．１
に流れる。吸着器１．１の洗浄のための所定の圧
力1.1バールが達せられた後、吸着器１．１の洗
浄で開始される。この際吸着器１．１中に廃ガス
が流れ込み、メタン含量の多い生成ガスが吸着器
から流出する。向流放圧においても洗浄において
も生成ガスが得られる。生成ガス混合物のメタン
濃度は平均して所定の生成ガス品質を示す。最終
的な工程においては、吸着器１．１中に向流で廃
ガスを圧縮し、洗浄ガス圧１．１×105Paの圧力
を再び充填圧力８×105Paに高めることにより、
吸着器1.1を次の充填のために準備する。その後、
新しい圧力変動サイクルが開始する。 加圧及び洗浄のための廃ガスを記載したように
吸着器１．１に供給することは、それぞれ同時に
充填工程にあり、かつ８×105Paの充填圧で廃ガ
スを放出する他の吸着器１．２，１．３，１．４
から行なわれる。 吸着器４個を有する圧力変動装置における実施
法の詳細を第３図の接工程図につき記載する。 圧力変動装置は吸着器１．１〜１．４からな
り、この際それぞれ１つの吸着器は吸着相にあ
り、第２の吸着器は加圧下にあり、第３の吸着器
は洗浄されており、第１及び第２の放圧工程は第
４の吸着器において行なわれている。 坑内ガスは原料ガス管３及びこれに付属する原
料料ガス弁１０，２０，３０及び４０を介して交
互に吸着器１．１〜１．４に流入する。 吸着の間に生じた廃ガスは廃ガス管６．１及び
交互に廃ガス弁１５，２５，３５及び４５を介し
て、並びに絞り弁５１及び止めコツク５０を介し
て圧力変動装置を流出する。 吸着工程が終了した後、作業圧の低い圧力への
第１の放圧工程が並流で行なわれる（廃ガス）。
廃ガスは廃ガス管６．２を介して、かつ交互にそ
の他の廃ガス弁１４，２４，３４及び４４を介
し、かつ更に絞り弁５２を介して流出する。 第２の放圧工程は向流で行なわれる。この工程
は同時に第１の製造工程である。この工程は生成
ガス管５．１を介し、かつ交互に工程ガス弁１
６，２６，３６及び４６並びに絞り弁５３を介し
て行なわれる。 第２の製造工程は洗浄工程であり、この際必な
洗浄ガス（ガス）は絞り弁５４を介し、洗浄ガス
管９及び交互にそれに付属する洗浄ガス弁１３，
２３，３３及び４３を通つて相応する吸着器中に
達する。この際生じた生成ガスは交互に生成ガス
弁１１，２１，３１及び４１を介し、生成ガス管
５．２を介して流出する。 洗浄の後、それぞれ加圧なしの吸着器を再び作
業圧にする。これは生じたガスを使用して行なわ
れる。この廃ガスは絞り弁５６を介してガス管
６．１から取り込まれ、充填管６，３を介して、
交互に充填弁１２，２２，３２及び４２を通り、
それぞれの吸着器中に達する。こうして新しいサ
イクルが始まる。 第４図には３つの吸着器１．５，１．６，１．
７からなる他の吸着装置の接続工程が記載されて
いる。この装置においては、それぞれ第１の吸着
器は加圧相にあり、第２の吸着器は充填されてお
り、第３の吸着器は同じ期間に３つの工程である
並流放圧、向流放圧及び向流洗浄を行なう。この
工程は次のようである： 原料ガス（坑内ガス）は原料ガス管３．２を介
し、かつ交互に原料ガス弁６４，７４及び８４を
介し、それぞれ付属する吸着器に達する。 吸着相の間生じる廃ガスは交互に廃ガス弁６
１，７１及び８１並びにガス管６．４及び絞り弁
５８を介して吸着器を去る。 吸着工程（充填）の終了後、それぞれの吸着器
の第１の放圧が並流で充填圧からより低い圧力ま
で行なわれる。この際、メタン不含廃ガスが交互
に廃ガス弁６２，７２及び８２を介し、かつガス
管６．５及び絞り弁５９を介して吸着器から流出
する。 吸着器の放圧は更に向流で交互に生成ガス弁６
５，７５及び８５を介し、並びに生成ガス管５．
３を介してガスタンク１００中に行なわれる。こ
の相は第１の製造工程を形成する。 引き続き、それぞれ向流洗浄相にある吸着器を
廃ガス管６．４からの廃ガスで洗浄する。これに
付属する、交互に開けられる洗浄ガス側の弁６
３，７３及び８３は同時に絞り機能を有し、生じ
る生成ガスは生成ガス弁６５，７５及び８５を介
し、か生成ガス管５．３を介しガスタンク１００
中に流れ込む。場合により生成ガス圧の所望のた
めに後接した圧縮器１１０が存在する。 【表】
第１図は本発明における１実施例の結果をグラ
フで示した図である。実施の条件は坑内ガス自
動式サイクル作動で、原料ガス：CH438.5容量
％、N261.5容量％を使用し、生じた生成ガス
（全）のCH4含量は約51容量％であつた（吸着器
容量：1.35、吸着剤：BETにより比表面積820
m2／ｇを有する活性炭）。グラフ中１は並流放圧、
２は向流放圧、３は洗浄の工程をそれぞれ表わ
し、２の工程においてはCH253容量％を有する生
成ガスが10.3、３の工程においてはCH449容量
％を有する工程ガスが9.7が得られる。第２図、
第３図及び第４図はそれぞれ本発明による方法を
実施するための装置の実施例を表わし、第２図及
び第３図は４−吸着器装置の工程図を表わし、第
４図は３−吸着器装置の工程図である。 １．１，１．２，１．３，１．４，１．５，
１．６，１．７…吸着器、２…加圧装置、３，
３．１，３．２…原料管、４．０，４．１…火焔
後退防止装置、４．２，１１０…圧縮機、６．
１，６．２，６．４，６．５…生成ガス管、６．
３…充填管、７…調節装置、８…廃ガス管、１
０，２０，３０，４０，６４，７４，８４…原料
ガス弁、１５，２５，３５，４５，６１，７１，
８１…充填弁、１２，１４，２２，２４，３２，
３４，４２，４４，６２，７２，８２…廃ガス
弁、１６，２６，３６，４６，６５，７５，８５
生成ガス弁、１３，２３，３３，４３…洗浄ガス
弁、１１，２１，３１，４１…生成ガス弁、５０
…止めコツク、５１，５２，５３，５４，５５，
５６，５７，５８，５９，６３，７３，８３…絞
り弁、１００…ガスタンク。
フで示した図である。実施の条件は坑内ガス自
動式サイクル作動で、原料ガス：CH438.5容量
％、N261.5容量％を使用し、生じた生成ガス
（全）のCH4含量は約51容量％であつた（吸着器
容量：1.35、吸着剤：BETにより比表面積820
m2／ｇを有する活性炭）。グラフ中１は並流放圧、
２は向流放圧、３は洗浄の工程をそれぞれ表わ
し、２の工程においてはCH253容量％を有する生
成ガスが10.3、３の工程においてはCH449容量
％を有する工程ガスが9.7が得られる。第２図、
第３図及び第４図はそれぞれ本発明による方法を
実施するための装置の実施例を表わし、第２図及
び第３図は４−吸着器装置の工程図を表わし、第
４図は３−吸着器装置の工程図である。 １．１，１．２，１．３，１．４，１．５，
１．６，１．７…吸着器、２…加圧装置、３，
３．１，３．２…原料管、４．０，４．１…火焔
後退防止装置、４．２，１１０…圧縮機、６．
１，６．２，６．４，６．５…生成ガス管、６．
３…充填管、７…調節装置、８…廃ガス管、１
０，２０，３０，４０，６４，７４，８４…原料
ガス弁、１５，２５，３５，４５，６１，７１，
８１…充填弁、１２，１４，２２，２４，３２，
３４，４２，４４，６２，７２，８２…廃ガス
弁、１６，２６，３６，４６，６５，７５，８５
生成ガス弁、１３，２３，３３，４３…洗浄ガス
弁、１１，２１，３１，４１…生成ガス弁、５０
…止めコツク、５１，５２，５３，５４，５５，
５６，５７，５８，５９，６３，７３，８３…絞
り弁、１００…ガスタンク。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 低くて変動するメタン含量の坑内ガスから、
炭素を基礎とする吸着剤で満たされている１つ以
上の吸着器中で圧力変動吸着法を実施し、この際
この坑内ガスを先ずメタンが吸着的に結合する吸
着剤に導通し、引き続きこの吸着的に結合したメ
タンを圧降下により吸着器から高いメタン含量の
生成ガスとして取り出して、生成ガスのメタン含
量がほぼ一定で、約50容量％である高いメタン含
量のガス混合物を製造する方法において、次の
個々の工程； (a) 炭素モレキユラーシーブを充填した吸着器を
通過させる際に吸着圧を約（５〜８）105Paと
し、痕跡程度までメタン不含の廃ガスを排気し
て坑内ガスからメタンを吸着する工程； (b) 同様に痕跡程度までメタン不含の廃ガスを排
気して、約（2.5〜５）105Paまで圧降下させる
吸着器の並流放圧する工程； (c) メタン約50容量％の生成ガス１部を生成する
ために約（1.1〜２）105Paの最終圧／洗浄圧ま
で吸着器を向流放圧する第１の生成工程； (d) メタン約50容量％の生成ガスの他の１部を生
成するために約（1.1〜２）105Paの洗浄圧で、
工程(a)及び(b)中で生じた廃ガスを使用して吸着
器の向流洗浄を実施する第２の生成工程； (e) 工程(a)及び(b)において生じた廃ガスを用いて
工程(a)に必要な約（５〜８）105Paの吸着圧に
吸着器を加圧する工程； を特徴とし、ここで生成ガスのメタン含量を洗浄
圧の高さにより、すなわちそれぞれの坑内ガスの
メタン含量が高ければ高い程、洗浄圧の高さを高
めることにより調節することを特徴とするメタン
含量の少ない坑内ガスから生成ガスのメタン含量
がほぼ一定である高いメタン含量のガス混合物を
生成する方法。 ２ 約60容量％までの生成ガスが生じる特許請求
の範囲第１項記載の方法。 ３ 坑内ガスの混合により生成ガスのメタン含量
を約50容量％に低下させる特許請求の範囲第２項
記載の方法。 ４ 低くて変動するメタン含量の坑内ガスから、
炭素を基礎とする吸着剤で満たされている１つ以
上の吸着器中で圧力変動吸着法を実施し、この際
この坑内ガスを先ずメタンが吸着的に結合する吸
着剤に導通し、引き続きこの吸着的に結合したメ
タンを圧降下により吸着器から高いメタン含量の
生成ガスとして取り出して、生成ガスのメタン含
量がほぼ一定で、約50容量％である高いメタン含
量のガス混合物を製造する方法において、次の
個々の工程； (a) 炭素モレキユラーシーブを充填した吸着器を
通過させる際に吸着圧を約（５〜８）105Paと
し、痕跡程度までメタン不含の廃ガスを排気し
て坑内ガスからメタンを吸着する工程； (b) 同様に痕跡程度までメタン不含の廃ガスを排
気して、約（2.5〜５）105Paまで圧降下させる
吸着器の並流放圧する工程； (c) メタン約50容量％の生成ガス１部を生成する
ために約（1.1〜２）105Paの最終圧／洗浄圧ま
で吸着器を向流放圧する第１の生成工程； (d) メタン約50容量％の生成ガスの他の１部を生
成するために約（1.1〜２）105Paの洗浄圧で、
工程(a)及び(b)中で生じた廃ガスを使用して吸着
器の向流洗浄を実施する第２の生成工程； (e) 工程(a)及び(b)において生じた廃ガスを用いて
工程(a)に必要な約（５〜８）105Paの吸着圧に
吸着器を加圧する工程； を特徴とし、ここで生成ガスのメタン含量を吸着
圧の高さにより、すなわちそれぞれの坑内ガスの
メタン含量が高ければ高い程、吸着圧の高さを低
めることにより調節することを特徴とするメタン
含量の少ない坑内ガスから生成ガスのメタン含量
がほぼ一定である高いメタン含量のガス混合物を
生成する方法。 ５ 約60容量％までの生成ガスが生じる特許請求
の範囲第４項記載の方法。 ６ 坑内ガスの混合により生成ガスのメタン含量
を約50容量％に低下させる特許請求の範囲第５項
記載の方法。 ７ 低いメタン含量のガス混合物から、炭素を基
礎とする吸着剤で満たされている１つ以上の吸着
器中で圧力変動吸着法を実施し、この際このガス
混合物を先ずメタンが吸着的に結合する吸着剤に
導通し、引き続きこの吸着的に結合したメタンを
圧降下により吸着器から高いメタン含量の生成ガ
スとして取り出して、生成ガスのメタン含量がほ
ぼ一定で、約50容量％である高いメタン含量のガ
ス混合物を製造する方法において、次の個々の工
程； (a) 炭素モレキユラーシーブを充填した吸着器を
通過させる際に吸着圧を約（５〜８）105Paと
し、痕跡程度までメタン不含の廃ガスを排気し
て低いメタン含量のガス混合物からメタンを吸
着する工程； (b) 同様に痕跡程度までメタン不含の廃ガスを排
気して、約（2.5〜５）105Paまで圧降下させる
吸着器の並流放圧する工程； (c) メタン約50容量％の生成ガス１部を生成する
ために約（1.1〜２）105Paの最終圧／洗浄圧ま
で吸着器を向流放圧する第１の生成工程； (d) メタン約50容量％の生成ガスの他の１部を生
成するために約（1.1〜２）105Paの洗浄圧で、
工程(a)及び(b)中で生じた廃ガスを使用して吸着
器の向流洗浄を実施する第２の生成工程； (e) 工程(a)及び(b)において生じた廃ガスを用いて
工程(a)に必要な約（５〜８）105Paの吸着圧に
吸着器を加圧する工程； を特徴とし、ここで生成ガスのメタン含量を洗浄
圧の高さにより、すなわちそれぞれの低いメタン
含量のガス混合物のメタン含量が高ければ高い
程、洗浄圧の高さを高めることにより調節するこ
とを特徴とするメタン含量の少ないガス混合物か
ら生成ガスのメタン含量がほぼ一定である高いメ
タン含量のガス混合物を生成する方法。 ８ 約60容量％までの生成ガスが生じる特許請求
の範囲第７項記載の方法。 ９ 坑内ガスの混合により生成ガスのメタン含量
を50容量％に低下させる特許請求の範囲第８項記
載の方法。 １０ 低いメタン含量のガス混合物から、炭素を
基礎とする吸着剤で満たされている１つ以上の吸
着器中で圧力変動吸着を実施し、この際このガス
混合物を先ずメタンが吸着的に結合する吸着剤に
導通し、引き続きこの吸着的に結合したメタンを
圧降下により吸着器から高いメタン含量の生成ガ
スとして取り出して、生成ガスのメタン含量がほ
ぼ一定で、約50容量％である高いメタン含量のガ
ス混合物を製造する方法において、次の個々の工
程； (a) 炭素モレキユラーシーブを充填した吸着器を
通過させる際に吸着圧を約（５〜８）105Paと
し、痕跡程度までメタン不含の廃ガスを排気し
て低いメタン含量のガス混合物からメタンを吸
着する工程； (b) 同様に痕跡程度までメタン不含の廃ガスを排
気して、約（2.5〜５）105Paまで圧降下させる
吸着器の並流放圧する工程； (c) メタン約50容量％の生成ガス１部を生成する
ために約（1.1〜２）105Paの最終圧／洗浄圧ま
で吸着器を向流放圧する第１の生成工程； (d) メタン約50容量％の生成ガスの他の１部を生
成するために約（1.1〜２）105Paの洗浄圧で、
工程(a)及び(b)中で生じた廃ガスを使用して吸着
器の向流洗浄を実施する第２の生成工程； (e) 工程(a)及び(b)において生じた廃ガスを用いて
工程(a)に必要な約（５〜８）105Paの吸着圧に
吸着器を加圧する工程； を特徴とし、ここで生成ガスのメタン含量を吸着
圧の高さにより、すなわちそれぞれの低いメタン
含量のガス混合物のメタン含量が高ければ高い
程、吸着圧の高さを低めることにより調節するこ
とを特徴とするメタン含量の少ないガス混合物か
ら生成ガスのメタン含量がほぼ一定である高いメ
タン含量のガス混合物を生成する方法。 １１ 約60容量％までの生成ガスが生じる特許請
求の範囲第１０項記載の方法。 １２ 坑内ガスの混合により生成ガスのメタン含
量を約50容量％に低下させる特許請求の範囲第１
１項記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19833306371 DE3306371A1 (de) | 1983-02-24 | 1983-02-24 | Verfahren zur erzeugung eines methanreichen gasgemisches, insbesondere aus grubengas |
| DE3306371.0 | 1983-02-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59157036A JPS59157036A (ja) | 1984-09-06 |
| JPH0583527B2 true JPH0583527B2 (ja) | 1993-11-26 |
Family
ID=6191658
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59029695A Granted JPS59157036A (ja) | 1983-02-24 | 1984-02-21 | メタン含量がほぼ一定である高いメタン含量のガス混合物を製造する方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4521221A (ja) |
| JP (1) | JPS59157036A (ja) |
| AU (1) | AU570947B2 (ja) |
| DE (1) | DE3306371A1 (ja) |
| ZA (1) | ZA841330B (ja) |
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1983
- 1983-02-24 DE DE19833306371 patent/DE3306371A1/de active Granted
-
1984
- 1984-02-21 JP JP59029695A patent/JPS59157036A/ja active Granted
- 1984-02-22 US US06/582,433 patent/US4521221A/en not_active Expired - Lifetime
- 1984-02-23 AU AU24858/84A patent/AU570947B2/en not_active Ceased
- 1984-02-23 ZA ZA841330A patent/ZA841330B/xx unknown
Patent Citations (1)
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| DE3306371C2 (ja) | 1988-02-18 |
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