JPS5830321A - ガス精製装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガス精製装置に係り、特にｆ、ｆ製ガス中の注
目ガス成分碌度を所定濃度に制御するｒｃ好適なガスＳ
製装置ｄに関する。

石油精製工程や消化ガス精製工程、あるいは石炭火力発
電の工程においては、炭酸ガス（Ｃ０２）や硫化水素（
■（２Ｓ）を発生する３、特に、硫化水素の大気中への
放出基は厳しく規制されているので、その含有量を所定
濃度以下にまで除去することが要求される。

以下の説明では、本発明を消化ガス精製に適用した場合
について述べるが、本発明はその他のガス精製、処理装
置にも適用できるものである。。

前述のように、消化ガス精製装置ｔ　（通常、脱硫装置
と呼ばれる）では、消化ガス中に含有される硫化水素の
量を所定濃度以下にまで除去する必要がある。

さらに、消化ガス精製装置では、その−成分であるメタ
ンガスを燃焼させて発電に利用する場合がある。このよ
うな場合には、メタンの濃度を予定値に保持することが
望まれる。

良く知られているように、消化ガスの成分は、普通は、
メタンガスおよび炭酸ガス、ならびに微量の硫化水素お
よび窒素である。そこで、消化ガスの精製方式としては
、乾式法と湿式法とが知られている。

乾式法では、水酸化鉄又は酸化鉄を使用し、湿式法では
ＮａＯＨ又はＮａ２Ｃｏ３　を使用し、個し化水素を吸
収除去している。

しかし７、これら従来法では、原料ガス流量、吸収圧力
及び吸収液流ｆを一定に保持して運転されるため、原料
ガスのガス組成変動に対応できず、このため精製ガスの
ガス組成も変動するという欠点がある。

また、従来は、消化ガスの脱硫を主目的としていたため
、炭酸ガスは少量しか除去されていないのが現状である
。

しかし、消化ガスの成分のうち、実際に汚泥の乾燥、焼
却、発電などのエネルギとして利用されるのはメタンガ
スであり、炭酸ガスは不要である。

５０ないし５０容量％も含有されている炭酸ガスを、メ
タンガスと一緒にガスタンクに貯留する場合は、主にメ
タンガスを貯留する場合に比べて大容積のガスタンクを
必要とするため、不経済である１゜ また、多量の炭酸ガスを含有するメタンガスを用いてガ
スエンジンなどで発電する場合は、主にメタンガスを原
料として発電する場合に（らべ【、その熱出力及び熱効
率の面で劣るという欠点がある。

一方、消化槽の高率運転を目的として、消化槽内の炭酸
ガスを適量除去する方法がある。しかし、この方法では
、消化槽よりガスタンクへ供給されるガスは、そのガス
組成が時間的に変動する。このため、消化ガスを原料と
して発電する場合は、その発電出力が変動するという欠
点がある。

本発明の目的は、一般的には、生成ガス中の特定の注目
ガス成分の濃度を予定値に制御することのできるガス精
製装置を提供することにある。

また、特に、本発明の目的は、消化ガス中の注目ガス成
分濃度を所定濃度に制御できる消化ガス精製装置を提供
することＫある。

前記の目的を達成するために、本発明においては、生成
ガス中における注目ガスの成分濃度を検出し、この検出
値に応じてガス精製装置のガス除５− 去量脚整手段を調整・操作することにより、所定濃度の
注目ガス成分を含む精製ガスを得るようにしたものであ
る。

なお、ここで、ガス除去ｍ調整手段の調整量は、吸収法
の場合は、原料ガス流量、吸収圧力及び吸収液流量であ
り、吸着法の場合は、原料ガス流量、吸着圧力及び切替
時間である。

これらの量の調整により、注目した成分の所定濃度の端
製ガスを得ることができる。すなわち、例えば、高メタ
ン濃度の精製ガスが得られる。

以下拠、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

まず、最初に、本発明を実施するのに好適な消化ガス精
製装置ｆｆｉの概略構成を第１図および第２図に示−タ
ー。これらの図において、５１は消化槽、５２゜５４、
６０はコンプレッサー、　５５．５９はガス精製装置、
５５はガスタンク、５６はブースターファン、５７はガ
ス発電設備、５８は脱硫装置である。

第１図の場合、消化槽５１内はコンプレッサー６゜によ
り攪拌される。そこで発生した消化ガスは、６− コンプレッサー５２により、ガス＃を製装置ｅ１５３へ
供給される。精製された消化ガスは、コンプレッサー５
４によりガスタンク５５に貯留される。さらに、精製消
化ガスは、ブースターファン５６によりガス発電設備５
７に供給される。

第２図は、ガス発電設備５７への供給ガスを供給直前に
精製する場合を示している。

すなわち、消化槽５１内で発生した消化ガスは、脱硫装
置ｓａによって硫化水素を除去される。

なお、消化ガス中の炭酸ガスは、カス精製装置５９で除
去される。このように、硫化水素および炭酸ガスを除去
された消化ガスは、ガスタンク５５に一旦貯蔵されろ。

そして、ガス発電設備５７へ供給される直前に、ガス精
製装置５３によって、最終的に精製される。

次釦、本発明の一実施例について説明する。この実施例
の概略構成を第６図に示す。

図において、１は原料ガス供給管、２はコンプレッサー
、６は吸収塔、４は吸収塔６内に設けられた多孔板、５
は精製ガス管、６は吸収液貯槽、７は吸収液供給管、８
は吸収液供給ポンプ、９は噴霧器、１０は吸収液排出管
、１１はサンダル管である。

１２は、吸収塔３から出た精製ガスの成分を分析するガ
ス分析器、１３は注目ガスに関する分析給米ｃｏ　を、
設定器１４による設定値Ｃ１と比較する比較装置、１５
は前記比較装置１３の出力ΔＣＫ基づいて、コンプレッ
サー２．吸収液供給ポンプ８．原料ガス調節弁１６およ
びＩＩＪ霧器１８を制御すＳ制御装置である。

図からも明らかなように、この実施例は、１つの吸収塔
３で消化（原料）ガスを精製する例であり、吸収液とし
ては、Ｎａ０１ｌ、　Ｎａ２ＣＯ３，水などが利用でき
る。原料ガスとしての消化ガスは、原料ガｘ供ｍｙ１を
経てコンプレッサー２により吸収塔３に供給される。

この場合、原料ガス供給管１の途中にｐ＋節弁１６があ
っても良い。吸収塔３内には、例えば多孔板４が設置さ
れる。ここには、ガス吸収に使用されるラシヒリング等
を充てんしても良い３．消化ガスはここで精製され、精
製ガス（土、精製ガス管５を経て得られる。

吸収塔６内へは、吸収液貯留槽６内の吸収液が、吸収液
供給管７を経て、吸収液供給ポンプ８により、噴霧器９
から噴霧・供給される。精製ガスの一部はサンプル管１
１によりガス分析器１２へ供給され、例えば吸収塔３内
へ返送される。サンダルガス量は通常微量であるので、
大気中へ放出ｊ−でも良い。

ガス分析器１２で、精製ガスのガス成分濃度を分析する
。この場合に、分析対象となるガス成分は、消化ガスの
含有成分ならば何でもよく、特Ｋ　ＬＩＭ、　’ｉＸＬ
はされない。消化ガスの場合は、メタン、炭酸ガス、硫
化水素などである。

ガス成分分析計器としては、赤外線分析計、プロセスガ
スクロ、半導体センサーなどがあり、いずれも利用可能
である。分析されたガス濃度の信号Ｃｏは比較装ｆｆ１
１３に送信される１、一方、ここへは設定器１４により
目標濃度設定値Ｃ１が送信される。

比較装置１３において、Ｃ０とＣ″が比較され、偏９− 差ΔＣが演算される。前記偏差ΔＣは制御装置１５に送
信され、ΔＣに応じてガス除去量の調整手段を制御する
。この場合の調整手段とは、図示の実施例では、コンプ
レッサー２．原料ガス調節弁（１！磁弁）１６．精製ガ
ス調節弁２４及び吸収液供給ポンプ８である。

これらの各調整手段により、原料ガス流量、吸収圧力、
及び吸収液流量を調整し、Ｃ０がＣ“に一致するように
制御する。

例えば、ガス分析器１２によって分析するガス成分−す
なわち、注目ガス成分が、吸収塔３内で除去（吸収）さ
れる成分、すなわち、この例では、炭酸ガスまたは硫化
水素であると仮定する。

ところで、よく知られているように、ガス吸収法におい
て、一般に１ガス吸収速度は （１）　　原料ガス流量が少ない程、 （２）吸収圧力が高い程、また （３）　　吸収液流量が多い程 速い。したがって、分析されたガス濃度Ｃ６が目標濃度
設定値Ｃ”より高い場合は、吸収速度を速く１０− するために、 （イ）ｗ、料ガス流量を少（するか、 （ロ）吸収圧力を昼くするか、又は （ハ）吸収液流量を多くするか、 すれば良い。この考えによる調整例を第１表に示し、以
下に説明する。

まず、ｃｏがＣ”よりも大きい場合に、原料ガス流量の
みを少くするためには、第１表例１に示す様に、コンプ
レッサー２の回転数を低下させるとともに、吸収圧力の
低下を防ぐために調節弁２４を閉方向に操作する。

このとき、コンプレッサー２０回転数を操作する（低下
させる）代りに、調節弁１６の開度を閉方向に操作して
も良い。この調節例を、ｖｇｌｍに例２として示してい
る。

また、原料ガス流量を少なくするだけのためには、調節
弁２４はそのままで、調節弁１６のみを閉方向に操作し
ても良い。この場合は吸収圧力は低下する。

次に、吸収圧力を高めるためには、コンプレッサー２の
回転数を上げて、調節−ＪＰ２４の開度を閉方向に操作
すれば良い。この例を、ｗ；１表では例３として示す。

また、吸収液流量を多くするためには、第１表の例４に
示す様に、吸収液供給ポンプ８の但給址が多くなる様に
操作すれば良い。

前述の各調整量は、例１ないし１＋ｌｌ　４で示した様
に単独で操作しても良い。しかし１．Ｊ：り効果的にガ
ス吸収を行うためＫは、複数のｌ！ＭＩＭｌ量を同時に
操作するのが良い。この場合には、調整量に優先順序を
つけて時分割で操作することが効果的である。ｇ＆、収
圧力と吸収液流量を同時に操作する例を例５に示す。

一方ｓｃＯがＣＩｌよりも小さい場合には、ｃｏ　をＣ
にまで上げるために、前述とは反対罠（イ）　原料ガス
流量を多（するか。

（→　吸収圧力を低くするか、又は ｒ−ｔ　　吸収液流量を少くするか、 すればよい。つまり、Ｍｌｆｉの例１から例５までに示
したのと逆の操作を行えば良い。第１表の例１３− ６では、原料ガス流量を多くし、かつ吸収液流量を少く
した例を示す。

分析するガス成分−すなわち、注目ガス成分が、吸収塔
６内で吸収されない成分、つまりメタンである場合には
、第１表に示した操作方向を、全て逆の操作方向にしな
げればならないことは、容易に理解されるところである
。

以上のようにして、精製ガス中の注目ガス成分を所定濃
度に制御することができる。本発明を消化ガス精製に適
用した場合には、炭酸ガス及び硫化水素を除去し、一定
値で、しかも高メタン濃度の精製ガスが得られる。

このように高メタン濃度の１１１Ｍガスが得られるのに
伴なって、ガスタンクの必要容積を小さくできるので、
ガスタンクの建設費が安くてすみ、かつ敷地面積も少く
て済む効果がある。例えばメタンガス函度を６０容蓋％
から９０容Ｉ％Ｋまで高めれば、必要容積は０，６７倍
で済むことになる。。

また、高濃度かつ一定濃度のメタンを得ることは、ガス
発電設備で発電する際に、出力及び熱効１４− 率の向上−すなわち、発電設備の小型化と安定した出力
及び効率向」−が得られるという効果をもたらす。

さらに、一般に、炭酸ガスを除去する吸収液は、同時に
硫化水素をも吸収する性質をもっているため、脱硫装置
を別個に設置する必斐がｌ「＜　ｔｒす、一層経済的で
あるという効果がある。

第３図に示した実施例とほぼ同様な効果を得ることので
きろ本発明の他の実施例を、第４図に示す。

図において、第３図と同一の符号は同一または同等部分
をあらＡつｒ０１７は吸収液ポンプ、１８は噴ｇ器、１
９は再生塔、２０は多孔板　２１は排ガス管、２２はコ
ンプレッサー、２３は空気供給管である。

この実施例は、ガス吸収液と１．て、再生使用可溶液、
Ｋ２　ＣＯｓ　（炭酸カリ）溶液などを使用する例であ
る。すなわち、吸収液を再生するため、再生塔１９を有
する。

なお、・−の場合の吸収、再生反応式はつぎのと１（ｉ
りである。

（１）Ｍ）シへ法 ２Ｒ−ＮＨｚ　＋ＣＯ２＋　Ｈ２Ｏ＝（Ｒ−ＮＨ３）２
　Ｃ０３（Ｒ−ＮＨ３）２　ＣＯ３＋　ＣＯ２＋Ｈ２０
＝２ＲφＮＩ（、＠ＨＣＯ。

ここで、Ｒは０Ｈ−ＣＨ，−ＣＨ２基を示す。

（２）　　ＩＣ２ＣＯｓ法 １（２ＣＯ３＋ＣＯ２＋Ｈ２０＝＝２ＫＨＣＯ３第３図
に関して前述したようにして、吸収塔３内でガスを吸収
した吸収液は、吸収液ポンプ１７及び噴霧器１８により
、再生塔１９へ供給される。そして、再生塔１９内の多
孔板２０を流下する過程で、空気供給ｖ２３及びコンプ
レッサー２２により供給された空気が、前記吸収液と接
触し、吸収液中のガスを放散させる。放散されたガスは
、排ガス管２１より放出される。なお、この場合の操作
法および制御法は第２図の場合と同様である。

ど）τ５図Ｋ、本発明のさらに他の実施例を示す。

この実施例は、ガス吸収法として吸着法を適用した例で
ある。図において、８ｇ３図および＠４図と同一の符号
は同一または同等部分をあられす。

５１Ａ、３１Ｂは吸脱着塔、６２Ａ、　３２Ｂは原料ガ
ス用電磁弁、５３Ａ、６３Ｂは出口側電磁弁、６４Ａ、
３４Ｂは吸脱着塔３１Ａ、３１１３とガス排ｖ３１５と
の間にそれぞれ配置された排ガス用電磁弁、３７は吸脱
着塔３１Ａ、３１Ｂの吸着、脱着工程を切換えるタイミ
ングを決定するためのタイマーである。

次に、第５図に示す実施例の操作を具体的に説明する。

吸脱着塔３１Ａと３１Ｂは、名々交互に吸着工程と脱着
工程を繰り返す。

例えば、今、一方の吸脱着塔３１Ａが吸着工程にあり、
他方の吸脱着塔３１１１が脱着工程にあるとする。この
とき、電磁弁３２Ａ、３３Ａ及び３４Ｂは開かれており
、３２Ｂ、５４Ａ及び５５Ｂは閉じられている。

原料ガス（消化ガス）は、原料ガス供給管１゜コンプレ
ッサー２及び原料ガス用［／ａ弁３２Ａを経て、吸脱着
塔５１Ａに供給される。ここで炭酸ガス。

及び硫化水素が加圧吸着され、メタン濃度の高い精製ガ
スが、出口側′１磁升５３Ａを経て精製ガス管５及び調
節弁６５より得られる。

一方、このとき吸脱着塔３１Ｂでは、ｖトガス用電１７
− 磁弁３４Ｂを開放して、塔内な大気圧に戻す。これによ
り、前工程で加圧吸着された炭酸ガスと硫化水素とに富
むガスが、排ガス用′６Ｍ１弁３４Ｂおよびガス排管３
６を経て排出される。すなわち、吸脱着塔３１Ｂ内の圧
力を大気圧に戻すことによってガスの脱着を行なう。

なお、この場合、この吸脱着塔３１Ｂの出口側電磁弁３
３Ｂを開き、精製ガス管５内の精製ガスを吸脱着塔内３
１Ｂ内に導入してパージする方法も効果的である。

次に、電磁弁３２Ａ、　５５Ａ及び３４Ｂは閉となり、
３２Ｂ、５４Ａ及び３１Ｂは開となる。その結果、吸脱
着塔３１Ｂが吸着工程、３１Ａが脱着工程となる。この
様にして交互に吸脱着を繰り返して、精製ガスを得るこ
とができる。

この電磁弁の切替のサイクル時間が、切替時間である。

切替時間は、タイマー３７で設定する。

従来、２０ないし５０容蓋％というように、炭酸ガス濃
度が高い領域での消化ガスの吸着法は知られていなかっ
た。本案雄側は、圧力脈動吸着法１８− （いわゆるＰＳＡ法＝　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｓｗｉｎｇ
Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　）を適用した例であり、実験的
にその操作方法を見い出１−た結果に基づいて構成され
たものである。

本発明者らの実験では、内径６０．５ｍ＋φで、高さが
６０４ｗ＋の吸脱着塔を用い、第２表に示す消化ガスを
原料として、第６表に示す操作範囲で実施した。

Ｍ２表 第５表 これらの実験の結果を整理し、切替時間及び吸着圧力の
影響を明らかにした。第６図ないし第８図に、切替時間
及び吸着圧力が、精製ガス中の炭酸ガス濃度に及ぼす影
響を表す実り結果を、グラフで示す。また、この場合の
実験条件を第４表（ａ）〜（ｃ）に示す。

第４表の（ａ）〜（ｃ）は第６図〜第８図とは各々対応
している。すなわち、例えば第７図のグラフは第４表（
ｂ）の条件下で得られたものである。また、この場合、
吸着剤は、ゼオライトと活性アルミナを使用した。第６
図ないし第８図において、実線はゼオライトの場合を示
し、一点鎖線は活性アルミナの場合を示している。

これらの結果から、精製ガス中の炭酸ガス濃度は、切替
時間が短い程、また吸着圧力が高い程低くなることがわ
かる。また図示していないが、原料ガスＲ量が少い程、
炭酸ガス濃度は低くなることが確認された１、なお、硫
化水素は、第４表の操作範囲でほとんど除去できること
がわかった。

精製ガス管５からは、第３図及び第４図の実施第　　４
　　表 （ａ） 例と同様に、サンダル管１１を介１−でＮ製ガスをザン
プリングし、ガス分析器１２で注目ガスの濃度を分析す
る。。

次に、比較装置ｆ［において、設定器１４の値Ｃ−分析
値Ｃ８とを比較してΔＣを演算する。さらＫ。

制御装置１５において、制御信号に変換しこの制御信号
＋ｃ３づいて、コンプレッサー２．？Ａ節＊２４゜−２
１＝ タイマー３７を調整・操作する。このような操作に）：
ｌ；）　ＣｏがＣ”になるように制御することができる
。

本実施例における各種電磁弁やタイマ等の調整・操作は
、前述の実験結果に基づいて行なわれる。

その調整例をＭ５表に示す。

同表中の例７９例８及び例９は、分析値Ｃ８が設定値Ｃ
“よりも大きい場合について、原料ガス流量、吸着圧力
、切替時間を単独に操作する例である。また、例１０は
、同じ条件の場合に、これらの調整量を同時に操作する
例を示した。例１１はｃｏがＣ”よりも小さい場合の調
整例である。

なお、ここで原料ガス流量の調整法としては、コンプレ
ッサー２の回転数は一定に保っておいて、バイパス流量
を繰作する方法、あるいは、第２図に示した様に、原料
ガス供給管１の途中に調節弁を設置し、その調節弁の絞
り（開度）を操作する方法などもある。

また、第４図の実施例におい【、ガス分析器１２により
、メタンガスを検出して同様の制御を行な５場合（は、
第５表に示した操作が全て逆方向の２２− −２５− 操作になることは、容易に理解されるであろう。

以上から明らかなように、前述した各実施例によれば、
精製消化ガスのメタン濃度を高濃度かつ一定値に維持で
きるので、ガスタンク容積の小型化及びガス発電装置の
出力安定化、ならびに設備費の低減化が可能であり、し
かも消化ガス発電装置の熱効率が向上する効果がある。

なお、本明細ｖｉ胃頭に述べたように、本発明は消化ガ
ス精製装置のみならず、石油精製工程や石炭火力発電工
程などにおける生成ガスの精製装置にも適用できるもの
であり、一般的に、生成ガス中の注目ガス成分の濃度を
所望値に保持するのに有効なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明を実施するのに好適なガス
精製装置の概略構成を示す図、第３図は再生を行なわな
い吸収液でガス精製を行なう本発明の一実施例を示す概
略構成図、第４図は再生を行なう吸収液でガス精製を行
なう本発明の他の実２４− 施例な示す概略４７つ成図、第５図は吸着法によりガス
精製を行なう本発明のさらに他の実施例を示す概略構成
図、第６図ないし第８図は吸着法によりガス晴製する場
合における操作因子（切替時間および吸着圧力）と精製
ガス濃度との関係を示ず実験結果の図である。 １・・・原料ガスＵ（給管、　　２・・・コンプレッサ
ー、３・・・吸収塔、　　５・・・精製ガス管、　　６
・・・吸収液貯槽、　　８・・・吸収液供給ポンプ、　
　９，１８・・・噴霧器、　１０・・・吸収液排出管、
　１１・・・サンプル管、１２・・・ガス分析器、　１
３・・・比較装置ｄ、　１４・・・設定器、　１５・・
・１ＩｉｌＪ御装置ｉｆ、、　　１６・・・原料ガス調
節弁、１７・・・吸収液ポンプ、２１・・・排ガス′１
７、２３・・・空気供給管、　２４・・・調節弁、　６
１Ａ、３１８・・・吸脱着塔、　６６・・・ガス排管、
　３７・・・タイマー、５１・・・消化槽、　５３・・
・ガス精製装置、　５５・・・ガスタンク、５７・・・
ガス発電設備 代理人弁理士　平　木　道　人 ２５− 才　１　　図 才　５　　図 １Ｌ−−−−−−−−−−−−−−−−一　　　　　−
Ｊ　　　’１ Ｉ Ｌ　　　　　　　−−−−−−一一−−−−−−−−　
　　　　　　　　　　　　　Ｊｏ　　　　　　　　５　
　　　　　　１゜切替時間　（分） ０　　２　　　４　　　６ 吸着圧力　（ｋｇ／ｃｍ’−Ｇ） ０　　　　　２　　　　　　４　　　　　６吸着圧力　
（２２７０ｍ２・Ｇ〕 １１３−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （す任意の装置より発生される生成ガスを原料ガスとし
   、その中の特定の成分ガスを除去することによって精製
   するガスＮ製装置に）ｄいて、精製ガス中の注目ガス成
   分の濃度を検出するガス濃度検出器と、前記注目ガス成
   分のガス濃度目ｐ　４［をりえる設定器と、前ｉ己ガス
   濃度検出器の検出値とＡｉｌ　配設定器の設定値とを比
   較する比較装置と、核比較装置の信号を受信し、これに
   基づいて制御信号を発生する制御装置と、ガスＭ’Ｈに
   よって除去される前記特定成分ガスの除去１ｔｖｙ４整
   手段とを共備（−１前記′ｎＩ製ガス中の注目ガス成分
   の濃度が前記ガス濃度目標値となるように、前記除去ｔ
   Ｉ、１１整手段が前記制御信号に応じて制御されること
   を性情とするガス精製装置。 〈２）前記特許請求の範囲第１項において、生成ガスが
   消化ガスであり、注目ガス成分がメタン、炭酸ガスおよ
   び硫化水素のうちのいずれか一つであることを特徴とす
   るガス精製装置４０ （３）前記特Ｆ？’Ｆｎ〆Ｉ求の範囲ｄＩ２項において
   、前記ガスｆＩ！７製装置がガス吸収装置で５）す、か
   つ、前記調整手段の調整量が、ノα科ガス流」、吸収圧
   力および吸収液流量の少な（ども一つであることを４＋
   ￥徴とするガス精ＩＲ装置。 （４）前記特許請求の範［！１１第２項において、ｉｉ
   Ｊ記ガス精製装置が圧力脈動方式吸着装置であり、前記
   調整手段の調整量が、原料ガス流量、成層圧力および切
   替時間の少なくとも一つであることを特徴とするガスＮ
   製装置。