WO2014136645A1 - メタンガス濃縮方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記吸着塔それぞれについて、
大気圧近傍の高圧状態でメタンガスの供給を受けて、前記吸着材にメタンガスを吸着する吸着工程、
吸着工程を終え、高圧状態にある吸着塔内のガスをより低圧状態の他の吸着塔に移送して吸着塔内を中間圧状態にする均圧(降圧)工程、
均圧(降圧)工程により塔内圧力が低下した後、さらに前記吸着材を低圧状態まで減圧して、前記吸着材に吸着されたメタンガスを脱着させて回収する減圧工程、
減圧工程を終え、より高圧状態にある他の吸着塔内からガスを受け入れて吸着塔内を中間圧状態にする均圧(昇圧)工程、
均圧(昇圧)工程により塔内圧力を上昇した後、さらに、前記吸着塔内に昇圧用ガスを供給して、前記吸着材をメタンガスを選択的に吸着可能な高圧状態に復元する昇圧工程、を順に繰り返すPSA(圧力揺動吸着;Pressure Swing Adsorption)サイクルを実行するメタンガス濃縮方法に関する。
これにより、原料ガスとしての炭鉱ガスから、吸着材を用いて空気を分離し、メタンガスを濃縮して、当該濃縮されたメタンガスを燃料等として利用することができるものとされている。
なお、本発明では均圧工程を行う一対の吸着塔のうち、他の塔にガスを移送させて、内部を降圧させる吸着塔に対しては均圧(降圧)工程、他の塔からのガスを受け入れて、内部を昇圧させる吸着塔に対しては均圧(昇圧)工程と、区別して記述するものとしている。
メタンガスおよび窒素を吸着する吸着材を充填した吸着塔を4塔設け、
前記吸着塔それぞれについて、
ヘリウム含有メタンガスの供給を受けて、前記吸着材にメタンガスを吸着するとともにヘリウムガスを回収する吸着工程、
吸着工程を終え、高圧状態にある吸着塔内のガスをより低圧状態の他の吸着塔に移送して吸着塔内を中間圧状態にする均圧(降圧)工程、
均圧(降圧)工程により塔内圧力が低下した後、さらに前記吸着材を低圧状態まで減圧して、前記吸着材に吸着されたメタンガスを脱着させる減圧工程、
減圧工程を終え、より高圧状態にある他の吸着塔内からガスを受け入れて吸着塔内を中間圧状態にする均圧(昇圧)工程、
均圧(昇圧)工程により塔内圧力を上昇した後、さらに、前記吸着塔内に昇圧用ガスを供給して、前記吸着材をメタンガスを選択的に吸着可能な高圧状態に復元する昇圧工程、を行うPSAサイクルを実行する場合に、
前記中間圧状態として、吸着塔内圧力の異なる2つの圧力状態が設定され、
前記均圧(降圧)工程として、
高圧状態の吸着塔内のガスを、当該吸着塔より低圧の中間圧状態の他の吸着塔に移送して、吸着塔内の圧力を高圧側の中間圧状態とする初段均圧(降圧)工程と、
低圧状態より高圧である前記高圧側の中間圧状態の吸着塔内のガスを、低圧状態の他の吸着塔に移送して、吸着塔内の圧力を低圧側の中間圧状態とする最終均圧(降圧)工程と、
を含み、
前記均圧(昇圧)工程は、
低圧状態の吸着塔内に、前記高圧側の中間圧状態の吸着塔内のガスを受け入れて、吸着塔内の圧力を低圧側の中間圧状態とする初段均圧(昇圧)工程と、
前記低圧側の中間圧状態の吸着塔内に、高圧状態の他の吸着塔内のガスを受け入れて、吸着塔内の圧力を高圧側の中間圧状態とする最終均圧(昇圧)工程と、
を含むヘリウムガスの濃縮方法が開示されている。
上記目的を達成するための本発明のメタンガス濃縮方法の特徴構成は、
メタン含有ガス中のメタンガスを吸着する吸着材を充填した吸着塔を4塔以上設けるとともに、
前記吸着塔それぞれについて、
吸着塔下部から大気圧近傍の高圧状態でメタン含有ガスの供給を受けて、前記吸着材にメタンガスを吸着するとともに、空気を主成分とするオフガスを吸着塔上部から放出する吸着工程、
吸着工程を終え、高圧状態にある吸着塔内のガスをより低圧状態の他の吸着塔に移送して吸着塔内を中間圧状態にする均圧(降圧)工程、
均圧(降圧)工程により塔内圧力が低下した後、さらに前記吸着材を低圧状態まで減圧して、前記吸着材に吸着されたメタンガスを脱着させて吸着塔下部から回収する減圧工程、
減圧工程を終え、より高圧状態にある他の吸着塔内からガスを受け入れて吸着塔内を中間圧状態にする均圧(昇圧)工程、
均圧(昇圧)工程により塔内圧力を上昇した後、さらに、前記吸着塔内に吸着塔上部から昇圧用空気を供給して、前記吸着材をメタンガスを選択的に吸着可能な高圧状態に復元する昇圧工程、
を順に繰り返すPSAサイクルを実行するメタンガス濃縮方法であって、
前記吸着材は、
空気中に含まれるメタンガスを大気圧近傍の高圧状態で選択的に吸着して、吸着したメタンガスを低圧状態で脱着する特性を有するとともに、
メタンガスを脱着する際、空気を優先的に脱着する特性を有し、
前記中間圧状態として、吸着塔内圧力の異なる複数の圧力状態が設定され、
前記均圧(降圧)工程として、
高圧状態の吸着塔内のガスを、当該吸着塔より低圧の中間圧状態の他の吸着塔に移送して、吸着塔内の圧力を高圧側の中間圧状態とする初段均圧(降圧)工程と、
低圧状態より高圧である前記高圧側の中間圧状態の吸着塔内のガスを、低圧状態の他の吸着塔に移送して、吸着塔内の圧力を低圧側の中間圧状態とする最終均圧(降圧)工程と、
を含み、
前記均圧(昇圧)工程は、
低圧状態の吸着塔内に、前記高圧側の中間圧状態の吸着塔内のガスを受け入れて、吸着塔内の圧力を低圧側の中間圧状態とする初段均圧(昇圧)工程と、
低圧側の中間圧状態の吸着塔内に、高圧状態の他の吸着塔内のガスを受け入れて、吸着塔内の圧力を高圧側の中間圧状態とする最終均圧(昇圧)工程と、
を含み、
前記均圧(降圧)工程を行う吸着塔から、前記均圧(昇圧)工程を行う吸着塔へ、吸着塔上部から吸着塔上部にわたってガスを移送する
点にある。
上記構成によると、上述の従来の可燃性ガス濃縮装置の基本構成を備えているので、前記吸着塔にメタンガスを吸着させ、吸着工程と脱着工程とを順次行うことでメタンガスの濃縮が行える。
つまり、前記吸着塔から放出されるガスは、初期ほどメタン濃度が低く、均圧(降圧)工程を繰り返すにつれて濃くなる。
さらに、均圧(降圧)工程を行って、最終均圧(降圧)工程を行う段階では、前記吸着材の特性により、さらにメタン含有率が高いガスが排出されるようになっているから、吸着塔内の吸着材に吸着されているメタンの純度が高められる。
また、前記均圧(降圧)工程を行う吸着塔から、前記均圧(昇圧)工程を行う吸着塔へ、吸着塔上部から吸着塔上部にわたってガスを移送すると、吸着塔内の吸着材に吸着されているメタンの濃度勾配は、上部ほどメタン濃度が薄く下部ほどメタン濃度が高い状態に保持される。
すると、吸着塔上部から吸着塔上部にわたってガスを移送しているから、前記吸着塔内を昇圧したガスは、吸着塔内の吸着材に、上部ほどメタン濃度が低く、下部ほどメタン濃度が高くなる濃度勾配を形成しやすくなる。
ここで、最高圧は、吸着工程時のガス吸着圧であり、最低圧は、減圧工程時のガス脱着圧力であり、これらは、ガス吸着材毎にそれぞれ固有の特性値を有する。すると、減圧工程の際、吸着材からメタンを脱着させるのに必要となる動力(差圧)は、最終均圧(降圧)工程の後のより低い圧力と、前記最低圧との差圧分だけ必要になる。
なお、均圧工程の回数を増やすほど、各工程が煩雑になるとともに、総工程時間が長くなり、また、均圧工程の回数の増加による減圧工程負荷低減効果が少なくなるので、均圧(降圧)工程は、初段、最終の2回、もしくは初段、中段、最終の3回程度が実用的である。
また、前記均圧(降圧)工程が、初段均圧(降圧)工程と、最終均圧(降圧)工程とからなるとともに、前記均圧(昇圧)工程が、初段均圧(昇圧)工程と、最終均圧(昇圧)工程とからなる場合に、
前記初段均圧(降圧)工程において吸着塔上部から排出されるガスを前記最終均圧(昇圧)工程を行う吸着塔上部に対して供給し、
前記最終均圧(降圧)工程において吸着塔上部から排出されるガスを前記初段均圧(昇圧)工程を行う吸着塔上部に対して供給することが好ましい。
吸着塔内のメタンガス濃度勾配を適切に維持するにあたり、特に具体的な構成として、前記均圧(降圧)工程を行う吸着塔から、前記均圧(昇圧)工程を行う吸着塔へ、吸着塔上部から吸着塔上部にわたってガスを移送するが、前記均圧(降圧)工程、均圧(昇圧)工程をそれぞれ2段で行う場合には、
前記初段均圧(降圧)工程において吸着塔上部から排出されるガスを前記最終均圧(昇圧)工程を行う吸着塔上部に対して供給し、
前記最終均圧(降圧)工程において吸着塔上部から排出されるガスを前記初段均圧(昇圧)工程を行う吸着塔上部に対して供給することによって、吸着塔内のメタンガス濃度勾配を乱すことなく適切に管理することができるとともに、後述の実験結果によっても、精製されるメタンガスの純度を、回収率をあまり低下させずに向上させることができることが明らかになっている。
また、前記メタン含有ガスが、炭鉱ガス、バイオガス、改質ガス、天然ガスから選ばれる一種のガスを主成分とするものとすることができる。
ここで、炭鉱ガスとは、炭鉱から発生するガスであり、条件により異なるが、炭鉱ガス中には、メタンガス20~40Vol%程度、空気(主として窒素ガス、酸素ガスが含まれる)60~80Vol%程度が含まれている。
また、バイオガスとは、たとえば、メタン発酵槽などを用いて、有機排水等を処理して生成したメタンガスと二酸化炭素とを主成分とするガスであって、条件によって異なるが、メタンガスを40~60Vol%程度、二酸化炭素を20~50Vol%程度含有する。
また、改質ガス、天然ガス等のメタン含有ガスについても、メタンガスを4~95Vol%程度含有することが知られており、本発明のメタンガス濃縮方法として好適に用いられることがわかっている。
また、前記吸着材は、MP法による平均細孔直径が4.5~15Åで、かつ大気圧および298K下におけるメタンガス吸着量が20Nml/g以上である活性炭、ゼオライト、シリカゲルおよび有機金属錯体からなる群から選択される少なくとも一種を主成分として含有するものが利用できる。
このような吸着材を用いると、メタンガス吸着材に大気圧および298K下でも充分にメタンガスを吸着することができる。
すなわち、大気圧および298K下におけるメタンガス吸着量が20Nml/gより低いと、低圧(特に大気圧程度)でのメタンガス吸着性能が低下して、濃縮後のメタンガスの濃度が低下するとともに、吸着性能を維持するには、メタンガス吸着材の増量が必要となり装置が大型化する。なお、上記メタンガス吸着量の上限は特に制限されないが、現状で得られるメタンガス吸着材のメタンガス吸着量は40Nml/g以下程度である。また、MP法における平均細孔直径が4.5Åより小さいと、酸素ガス、窒素ガスの吸着量が増え、濃縮後における炭鉱ガス中のメタン濃度が低下したり、平均細孔直径がメタンガス分子径に近くなり吸着速度が遅くなってメタンガス吸着性能が低下したり、吸着しなくなる。一方、MP法における平均細孔直径が15Åより大きいと、低圧(特に大気圧程度)でのメタンガス吸着性能が低下して、濃縮後のメタンガスの濃度が低下するとともに、吸着性能を維持するには、メタンガス吸着材の増量が必要となり装置が大型化する。
メタン濃縮装置は、図1に示すように、吸着材A11~A41を充填した吸着塔A1~A4と、原料ガスタンクT1から炭鉱ガスを供給するとともに排ガスを放出する供給部1および放出部2と、濃縮後のメタンガスを製品ガスタンクT3に回収する回収部3と、供給部1、放出部2、回収部3の運転を制御する制御装置Cを設けて構成してある。
吸着塔A1~A4は、それぞれ、吸着材A11~A41を充填してなるとともに、原料ガスタンクT1から供給ポンプP1により炭鉱ガスを供給する供給路L11~L41を各吸着塔A1~A4の下部に設けて供給部1を構成するとともに、吸着塔A1~A4に供給された炭鉱ガスのうちメタン濃度の非常に低い、主に窒素ガス、酸素ガスからなる排ガスを放出する放出路L12~L42を各吸着塔A1~A4の上部に設けて放出部2を構成してあり、供給部1から吸着塔A1~A4に炭鉱ガスを供給するとともに、吸着材A11~A41に吸着されなかった排ガスを放出部2から排出することによって、吸着材A11~A41にメタンガスを吸着して排ガスと分離可能に構成してある。また、前記吸着塔A1~A4には、吸着材A11~A41に吸着されたメタンガスを回収する回収路L13~L43を各吸着塔A1~A4の下部に設けて前記回収部3を構成してあり、供給部1から供給された炭鉱ガスのうち吸着材A11~A41に吸着され、濃縮後の高濃度のメタンガスを取出し可能に構成する。前記回収部3は、前記吸着塔A1~A4から前記回収路L13~L43を介して製品ガスタンクT3に高濃度のメタンガスを取出す真空ポンプP3を設けて構成してある。
なお、各ガス路L11~L45には、切替弁V11~45を設けてあり、各ポンプP1,P3の動作により、各吸着塔A1~A4へのガスの供給、排出、停止の切替を、制御装置Cから一括して制御可能に構成してある。
前記制御装置Cは、図2に示すように、前記各切替弁V11~V45および各ポンプP1,P3を制御して、各吸着塔A1~A4で、
吸着塔A1~A4下部から大気圧近傍の高圧状態でメタンガスの供給を受けて、前記吸着材A11~A41にメタンガスを吸着するとともに、空気を主成分とするオフガスを吸着塔A1~A4上部から放出する吸着工程、
高圧状態の吸着塔A1~A4内の、比較的メタン濃度の低いガスを、当該吸着塔A1~A4より低圧の中間圧状態の他の吸着塔A1~A4に移送して、吸着塔A1~A4内の圧力を高圧側の中間圧状態とする初段均圧(降圧)工程、
待機工程、
低圧状態より高圧である前記高圧側の中間圧状態の吸着塔A1~A4内の、初段均圧(降圧)工程に比べてメタン濃度のやや高められたガスを、低圧状態の他の吸着塔A1~A4に移送して、吸着塔A1~A4内の圧力を低圧側の中間圧状態とする最終均圧(降圧)工程、
均圧(降圧)工程により塔内圧力が低下した後、さらに前記吸着材A11~A41を低圧状態まで減圧して、前記吸着材A11~A41に吸着されたメタンガスを脱着させて吸着塔A1~A4下部から回収する減圧工程、
低圧状態の吸着塔A1~A4内に、前記高圧側の中間圧状態の吸着塔A1~A4内のガスを受け入れて、吸着塔A1~A4内の圧力を低圧側の中間圧状態とする初段均圧(昇圧)工程、
低圧側の中間圧状態の吸着塔A1~A4内に、高圧状態の他の吸着塔A1~A4内のガスを受け入れて、吸着塔A1~A4内の圧力を高圧側の中間圧状態とする最終均圧(昇圧)工程、
待機工程、
均圧(昇圧)工程により塔内圧力を上昇した後、さらに、前記吸着塔A1~A4内に吸着塔A1~A4上部から昇圧用空気を供給して、前記吸着材A11~A41をメタンガスを選択的に吸着可能な高圧状態に復元する昇圧工程、
を順に行うように運転制御する。
第一吸着塔A1に、原料ガスタンクT1より炭鉱ガスを導入する。このとき第一吸着塔A1内の圧力は、図3に示すようにほぼ大気圧で、供給ポンプP1の供給圧分やや昇圧された大気圧近傍の高圧状態で維持されるとともに、供給路L11の切替弁V11を介して原料ガスタンクT1から供給される炭鉱ガス中のメタンガスを前記吸着材A11に吸着させつつ、残余の排ガスを放出路L12の切替弁V12を介して排出する。
また、第三吸着塔A3では、減圧工程の後、初段均圧(昇圧)工程を行っている。
さらに、第四吸着塔A4では、初段均圧(降圧)工程を行うとともに、待機工程を挟んで、最終均圧(降圧)工程に移行している。
吸着工程を終えた第一吸着塔A1では、最終均圧(昇圧)工程を行う第三吸着塔A3との間で初段均圧(降圧)工程を行う。すなわち、均圧路L15の切替弁V15を介して、塔内の非吸着ガスを排出し、均圧路L35の切替弁V35を介して第三吸着塔A3に移送する構成となっている。これにより第一吸着塔A1は、図3に示すように、低圧側の中間圧状態の第三吸着塔A3と圧力平衡が行われ、高圧側の中間圧状態に移行する。
次に、第一吸着塔A1は待機状態となり、最も長時間を要する吸着工程との時間バランスをはかるとともに、高圧側の中間圧状態が維持される。このとき、第二吸着塔A2は吸着工程を行っており、また、第三吸着塔A3も待機工程にあり、第四吸着塔A4は減圧工程を継続している。
次に、第一吸着塔A1は、減圧工程を終え、初段均圧(昇圧)工程を行う第四吸着塔A4との間で最終均圧(降圧)工程を行う。すなわち、均圧路L15の切替弁V15を介して、塔内の非吸着ガスおよび吸着材A11からの空気を主成分とする初期脱離ガスを排出し、均圧路L45の切替弁V45を介して第四吸着塔A4に移送する構成となっている。これにより、第一吸着塔A1は、図3に示すように、減圧工程を終えて低圧状態の第四吸着塔A4と圧力平衡が行われ、低圧側の中間圧状態に移行する。
低圧側の中間圧状態に達した第一吸着塔A1は、塔内の吸着材A11に高濃度のメタンガスを吸着している状態になっており、塔内を低圧側の中間圧状態から低圧状態にまで減圧する減圧工程を行うことにより、吸着材A11に吸着された高濃度のメタンガスを回収する。すなわち、回収路L13の切替弁V13を介して真空ポンプP3の動力により製品ガスタンクT3に濃縮されたメタンガスを回収する。これにより、第一吸着塔A1は、図3に示されるように、低圧側の中間圧状態から低圧状態に移行する。
このときの真空ポンプP3の負荷は、低圧側の中間圧状態から低圧状態までの差圧分であるから、従来の中間圧から低圧状態まで圧力を低下させるのに比べて、少なくなっている。
また、第三吸着塔A3では吸着工程を進行している。
さらに、第四吸着塔A4では<7>最終均圧(昇圧)工程を行い、<8>待機工程に移行する。
低圧状態となって、吸着したメタンガスを放出し、吸着材A11を再生された第一吸着塔A1では、第二吸着塔A2との間で初段均圧(昇圧)工程を行うことにより、塔内の圧力を回復するとともに、第二吸着塔A2における最終均圧(降圧)工程で排出された、吸着材A21からの初期脱離ガスによりメタン濃度の高められた排ガスを受け入れる。すなわち、均圧路L15~L25において、切替弁V15、V25を介して高圧側の中間圧状態の第二吸着塔A2から排出される塔内ガスを受け入れる。これにより第一吸着塔A1は、図3に示すように、低圧状態から低圧側の中間圧状態にまで圧力を回復する。
低圧側の中間圧状態にまで圧力を回復した第一吸着塔A1は、次に吸着工程を終えた直後で初段均圧(降圧)工程を行う第三吸着塔A3との間で最終均圧(昇圧)工程を行うことにより、さらに塔内の圧力の回復を図る。すなわち、均圧路L15~L35において、切替弁V15、V35を介して、高圧状態の第三吸着塔A3から排出される塔内ガスを受け入れる。これにより第一吸着塔A1は、図3に示すように、低圧側の中間圧状態から高圧側の中間圧状態にまで圧力を回復する。
次に、第一吸着塔A1は待機状態となり、最も長時間を要する吸着工程との時間バランスをはかるとともに、高圧側の中間圧状態が維持される。このとき、第二吸着塔A2は減圧工程を行っており、また、第三吸着塔A3も待機工程にあり、第四吸着塔A4は吸着工程を継続している。
高圧側の中間圧状態にまで圧力を回復した第一吸着塔A1は、空気を圧入することにより大気圧近傍の高圧状態にまで圧力を復元される。すなわち、切替弁V14を介して昇圧路L14から第一吸着塔A1に大気を流入させる。これにより、第一吸着塔A1内部は高圧状態近傍の大気圧まで復元され、炭鉱ガスを供給することにより炭鉱ガス中のメタンガスを吸着可能な状態に再生される。
上述の各工程を行っている間の第一吸着塔A1内のメタンガス濃度分布は図5のように推移するものと考えられる。
下記吸着塔を4本用意し、その内部に下記吸着材A11~A41を充填して、それぞれの吸着塔を図1に示すように配管接続したメタン濃縮装置を用意した。このメタン濃縮装置に、模擬炭鉱ガスを17L/分で供給し、下記運転条件にて、図2,3のメタンガスの濃縮運転を行った。
:4本
椰子殻または椰子殻炭を窒素ガス中において600℃で完全に炭化した炭化物を粒径1~3mmの大きさに破砕したものを炭素質材料とし、内径50mmのバッチ式流動賦活炉を用いて、水蒸気10~15Vol%、二酸化炭素15~20Vol%および残余が窒素である雰囲気下において、860℃で賦活することにより得られたもの。
細孔直径:8.5Å(MP法による平均細孔直径)
細孔容積:0.45ml/g(HK法により測定した容積)
全細孔容積に対する平均細孔直径の10Å以下の細孔容積の割合
:83%(相対圧0.013下での窒素吸着量割合は同じ)
比表面積:1025m2/g(BET法により測定した比表面積)
大気圧298Kにおけるメタンガス吸着容量:27NmL/g
:窒素 80%
流速:17L/分
ガス吸着圧力(ゲージ圧力): 14kPa
ガス脱着圧力(ゲージ圧力):-99kPa
吸着工程の終了条件:排ガス中のメタン濃度が3体積%になるまで(144秒)
本発明のメタン濃縮装置の性能を評価するために従来のPSA装置を用いてメタンガス濃縮運転を行った。具体的には、下記吸着塔A1~A3を3本用意し、その内部に下記吸着材A11~A31を充填して、それぞれの吸着塔A1~A3を図6に示すように配管接続したメタン濃縮装置を用意した。このメタン濃縮装置に、模擬炭鉱ガスを17L/分で供給し、下記運転条件にて、図7,8のメタンガスの濃縮運転を行った。なお、図6~図8において、先の実施の形態(図1~3)と同様の構成については、同一の符号および名称を付し、説明に代える。
:3本
:窒素 80%(実施例と同じもの)
流速:17L/分
ガス吸着圧力(ゲージ圧力): 14kPa
ガス脱着圧力(ゲージ圧力):-99kPa
吸着工程の終了条件:排ガス中のメタン濃度が3体積%になるまで(179秒)
(実施例と同じ)
また、比較例1では、真空ポンプの負荷は67kPaであったのに対して、実施例では約38kPa程度の負荷でメタンガスの脱着を行えるとともに、得られる製品ガス流量は大きくは変化しないことがわかり、メタン濃縮運転に要する動力を大きく削減することができるようになった。
上記メタンガス濃縮方法を行うにあたって、各均圧操作を各吸着塔上部において行ったが、均圧操作を行う経路によるメタン濃縮効果への影響を調べた。
前の実施の形態においては、昇圧工程を大気圧まで行ったが、塔内圧を大気圧よりもやや高い値まで昇圧する必要がある場合には、昇圧路にブロワやポンプを設けて構成すると、運転効率を高めることができ有利である。
ただし上述の、MP法による平均細孔直径が4.5~15Åで、かつ大気圧および298K下におけるメタンガス吸着量が20Nml/g以上である活性炭は、上記メタンガス濃縮方法を行う場合に、特に効果が高いことが明らかである。
高圧状態の吸着塔内のガスを、当該吸着塔より低圧の中間圧状態の他の吸着塔に移送して、吸着塔内の圧力を高圧側の中間圧状態とする操作は、高圧状態の吸着塔から第二圧力状態の吸着塔に吸着塔内のガスを移送して第一圧力状態となる初段均圧(降圧)工程に対応し、
最終均圧(降圧)工程において、低圧状態より高圧である前記高圧側の中間圧状態の吸着塔内のガスを、低圧状態の他の吸着塔に移送して、吸着塔内の圧力を低圧側の中間圧状態とする操作は、第二圧力状態の吸着塔から低圧状態の吸着塔にガスを移送して第三圧力状態となる最終均圧(降圧)工程に対応していることがわかり、
加えて中段均圧(降圧)工程として、第一圧力状態の吸着塔内のガスを第三圧力状態の吸着塔に移送して、吸着塔内の圧力を第二圧力状態とする工程が均圧(降圧)工程に含まれている。
均圧(昇圧)工程についても同様である。
2 :放出部
3 :回収部
4 :昇圧部
5 :均圧部
A1 :第一吸着塔
A2 :第二吸着塔
A3 :第三吸着塔
A4 :第四吸着塔
C :制御装置
L11 :供給路
L12 :放出路
L13 :回収路
L14 :昇圧路
L15 :均圧路
L16 :下部均圧路
L56 :移流路
P1 :供給ポンプ
P3 :真空ポンプ
T1 :原料ガスタンク
T3 :製品ガスタンク
V11~V46:切替弁
Claims (4)
- メタン含有ガス中のメタンガスを吸着する吸着材を充填した吸着塔を4塔以上設けるとともに、
前記吸着塔それぞれについて、
吸着塔下部から大気圧近傍の高圧状態でメタン含有ガスの供給を受けて、前記吸着材にメタンガスを吸着するとともに、空気を主成分とするオフガスを吸着塔上部から放出する吸着工程、
吸着工程を終え、高圧状態にある吸着塔内のガスをより低圧状態の他の吸着塔に移送して吸着塔内を中間圧状態にする均圧(降圧)工程、
均圧(降圧)工程により塔内圧力が低下した後、さらに前記吸着材を低圧状態まで減圧して、前記吸着材に吸着されたメタンガスを脱着させて吸着塔下部から回収する減圧工程、
減圧工程を終え、より高圧状態にある他の吸着塔内からガスを受け入れて吸着塔内を中間圧状態にする均圧(昇圧)工程、
均圧(昇圧)工程により塔内圧力を上昇した後、さらに、前記吸着塔内に吸着塔上部から昇圧用空気を供給して、前記吸着材をメタンガスを選択的に吸着可能な高圧状態に復元する昇圧工程、
を順に繰り返すPSAサイクルを実行するメタンガス濃縮方法であって、
前記吸着材は、
空気中に含まれるメタンガスを大気圧近傍の高圧状態で選択的に吸着して、吸着したメタンガスを低圧状態で脱着する特性を有するとともに、
メタンガスを脱着する際、空気を優先的に脱着する特性を有し、
前記中間圧状態として、吸着塔内圧力の異なる複数の圧力状態が設定され、
前記均圧(降圧)工程として、
高圧状態の吸着塔内のガスを、当該吸着塔より低圧の中間圧状態の他の吸着塔に移送して、吸着塔内の圧力を高圧側の中間圧状態とする初段均圧(降圧)工程と、
低圧状態より高圧である前記高圧側の中間圧状態の吸着塔内のガスを、低圧状態の他の吸着塔に移送して、吸着塔内の圧力を低圧側の中間圧状態とする最終均圧(降圧)工程と、
を含み、
前記均圧(昇圧)工程は、
低圧状態の吸着塔内に、前記高圧側の中間圧状態の吸着塔内のガスを受け入れて、吸着塔内の圧力を低圧側の中間圧状態とする初段均圧(昇圧)工程と、
低圧側の中間圧状態の吸着塔内に、高圧状態の他の吸着塔内のガスを受け入れて、吸着塔内の圧力を高圧側の中間圧状態とする最終均圧(昇圧)工程と、
を含み、
前記均圧(降圧)工程を行う吸着塔から、前記均圧(昇圧)工程を行う吸着塔へ、吸着塔上部から吸着塔上部にわたってガスを移送する
メタンガス濃縮方法。 - 前記均圧(降圧)工程が、初段均圧(降圧)工程と、最終均圧(降圧)工程とからなるとともに、前記均圧(昇圧)工程が、初段均圧(昇圧)工程と、最終均圧(昇圧)工程とからなり、
前記初段均圧(降圧)工程において吸着塔上部から排出されるガスを前記最終均圧(昇圧)工程を行う吸着塔上部に対して供給し、
前記最終均圧(降圧)工程において吸着塔上部から排出されるガスを前記初段均圧(昇圧)工程を行う吸着塔上部に対して供給する
請求項1に記載のメタンガス濃縮方法。 - 前記メタン含有ガスが、炭鉱ガス、バイオガス、改質ガス、天然ガスから選ばれる一種のガスを主成分とするものである請求項1または2に記載のメタンガス濃縮方法。
- 前記吸着材は、MP法による平均細孔直径が4.5~15Åで、かつ大気圧および298K下におけるメタンガス吸着量が20Nml/g以上である活性炭、ゼオライト、シリカゲルおよび有機金属錯体からなる群から選択される少なくとも一種を主成分として含有する請求項1~3のいずれか一項に記載のメタンガス濃縮方法。
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