JP2007308600A - ガス精製装置およびメタンの製造方法 - Google Patents

ガス精製装置およびメタンの製造方法 Download PDF

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Atsushi Sato
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Akihiro Hamada
章裕 浜田
Sueo Yoshida
季男 吉田
Jun Izumi
順 泉
Mikiro Kumagai
幹郎 熊谷
Takashi Ishikawa
敬司 石川
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Abstract

【課題】硫黄系不純物および水分を含有する原ガスを低コストで安定して精製することができるガス精製装置を提供することにある。
【解決手段】硫黄系不純物１ａ、および水分１ｃを含有する原ガス１を精製するガス精製装置１０であって、不純物１ａを吸着する吸着剤１２が配置された吸着塔１１と、水分１ｃを吸着する吸着剤２４が配置された吸着塔２１とを有し、吸着剤１２をシリカライトとし、吸着剤２４をシリカゲルとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス精製装置およびメタンの製造方法に関し、特に、下水消化ガスや食品廃棄物発酵メタンガスなどのバイオガスや、ごみなどの廃棄物を熱分解して生成した廃棄物熱分解ガスなどのように、硫黄系不純物や水分を含有するガスを精製する場合に適用すると有効なものである。
下水消化ガスや食品廃棄物発酵メタンガスなどのバイオガスや、ごみなどの廃棄物を熱分解して生成した廃棄物熱分解ガスなどでガスエンジンやマイクロガスタービンなどを駆動して発電などに有効利用する場合には、当該ガス中に含まれている硫黄系不純物（例えば、硫化水素、チオカルボニル、チオフェン、メルカプタンなど）や有機珪素系不純物（例えば、シロキサンなど）などのような有害物質を予め除去して当該ガスを精製しておく必要がある。このため、従来は、上記バイオガスや上記廃棄物熱分解ガスなどの原ガス中の硫黄系不純物を、水酸化ナトリウム水溶液などにより化学的に吸収除去したり（タカハックス法）、酸化鉄などにより物理的に吸着除去したり（ダライ粉層法）、上記原ガス中の有機珪素系不純物を活性炭などにより物理的に吸着除去することにより、上記原ガスを精製するようにしていた。
例えば、特許文献１には、原ガスを第一の処理槽に送給させ、該第一の処理槽内に配置された、有機珪素系不純物吸着剤および硫黄系不純物吸着剤により、前記有機珪素系不純物および前記硫黄系不純物をそれぞれ吸着除去させて、メタンからなる精製ガスを精製するガス精製装置が開示されている。また、このガス精製装置では、前記第一の処理槽内に水分吸着剤がガスの流通方向において前記第一の処理槽内における前記不純物吸着剤の後流側に設けられて、原ガスに含まれる水分を吸着除去させていた。
特開２００６−１６４３９号公報
しかしながら、前述したガス精製装置において、前記水分吸着剤に吸着された水分を脱着させ、この水分を排気させるときに、前記水分が排気される排気経路内、または前記第一の処理槽内にて飽和水蒸気圧以上となって液体の水となり、この液体の水に、前記硫黄系不純物吸着剤から脱着された硫黄系不純物が溶解し、この溶液が前記排気経路（例えば、配管、バルブ、および真空ポンプなど）、前記第一の処理槽などを腐食させたり、前記吸着剤の吸着性能を劣化させたりする可能性があった。そのため、前記第一の処理槽、前記吸着剤などを定期的に交換しなければならず、ランニングコストが高くなってしまう。また、精製ガスを安定して精製できない可能性があった。
さらに、前記溶液が化学反応する等して、前記排気経路や前記吸着剤などに析出物を生成し、この析出物により前記吸着剤の吸着性能をさらに劣化させる可能性があった。
そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、硫黄系不純物および水分を含有する原ガスを低コストで安定して精製することができるガス精製装置およびメタンの製造方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決する第１の発明に係るガス精製装置は、硫黄系不純物、および水分を含有する原ガスを精製するガス精製装置であって、第一の処理槽と、前記第一の処理槽の一方側から他方側へ前記原ガスを流通させる第一のガス送給手段と、前記第一の処理槽内を減圧して排気する第一の減圧排気手段と、前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配置され、前記硫黄系不純物を吸着する硫黄系不純物吸着剤と、第二の処理槽と、前記第一の処理槽の一方側から他方側へ流通したガスを前記第二の処理槽の一方側から他方側へ流通させる第二のガス送給手段と、前記第二の処理槽内を減圧して排気する第二の減圧排気手段と、前記第二の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第二の処理槽内に配置され、水分を吸着する水分吸着剤とを有し、前記硫黄系不純物吸着剤が、シリカライトであり、前記水分吸着剤が、シリカゲルであることを特徴とする。
上述した課題を解決する第２の発明に係るガス精製装置は、硫黄系不純物、および水分を含有する原ガスを精製するガス精製装置であって、第一の処理槽と、前記第一の処理槽内を減圧して排気する第一の減圧排気手段と、前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配置され、前記硫黄系不純物を吸着する硫黄系不純物吸着剤と、第二の処理槽と、前記原ガスを前記第一の処理槽の一方側から他方側へ流通させると共に、この第一の処理槽の一方側から他方側へ流通したガスを前記第二の処理槽の一方側から他方側へ流通させる第二のガス送給手段と、前記第二の処理槽内を減圧して排気する第二の減圧排気手段と、前記第二の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第二の処理槽内に配置され、水分を吸着する水分吸着剤と有し、前記硫黄系不純物吸着剤が、シリカライトであり、前記水分吸着剤が、シリカゲルであることを特徴とする。
上述した課題を解決する第３の発明に係るガス精製装置は、第１または第２の発明に記載されたガス精製装置であって、前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配置され、前記有機珪素系不純物を吸着する有機珪素系不純物吸着剤を有し、前記有機珪素系不純物吸着剤が、ＭＣＭ−４１、ＵＳＹ、ＭＣＭ−４８、ＵＳＭのうちの何れかであることを特徴とする。
上述した課題を解決する第４の発明に係るガス精製装置は、第１乃至第３の何れかの発明に記載されたガス精製装置であって、第三の処理槽と、前記第二の処理槽の一方側から他方側へ流通したガスを前記第三の処理槽の一方側から他方側へ流通させる第三のガス送給手段と、前記第三の処理槽内を減圧して排気する第三の減圧排気手段と、前記第三の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第三の処理槽内に配置され、二酸化炭素を吸着する二酸化炭素吸着剤とを有し、前記二酸化炭素吸着剤が、Ｌｉ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ，Ｎａのうちの何れかを交換カチオンとしたＸ型ゼオライトであることを特徴とする。
前記二酸化炭素吸着剤として、シリカ／アルミナ比を２〜２．５としたＸ型ゼオライトが挙げられる。
上述した課題を解決する第５の発明に係るガス精製装置は、第１乃至第４の何れかの発明に記載されたガス精製装置であって、前記第一および第二の処理槽が複数設けられ並列に連結されることを特徴とする。
上述した課題を解決する第６の発明に係るガス精製装置は、第４の発明に記載されたガス精製装置であって、前記第一および第二の処理槽が複数設けられ並列に連結されると共に、前記第三の処理槽が少なくとも三つ設けられ並列に連結されることを特徴とする。
上述した課題を解決する第７の発明に係るガス精製装置は、第６の発明に記載されたガス精製装置であって、前記第三の減圧排気手段により前記第三の処理槽から排気されたガスを当該第三の処理槽の一方側へ再び送給させると共に、前記第一および第二の処理槽の他方側へ送給させる第一の排気再送給手段と、前記第三の処理槽の一方側から他方側へ流通したガスを当該第三の処理槽の他方側へ送給させる第二の排気再送給手段とを有することを特徴とする。
上述した課題を解決する第８の発明に係るガス精製装置は、第１乃至第７の何れかの発明に記載されたガス精製装置であって、前記硫黄系不純物吸着剤が、ガスの流通方向において前記水分吸着剤よりも上流側に配置されることを特徴とする。
上述した課題を解決する第９の発明に係るガス精製装置は、第３の発明に記載されたガス精製装置であって、前記有機珪素系不純物吸着剤が、ガスの流通方向において前記硫黄系不純物吸着剤よりも下流側に配置されることを特徴とする。
上述した課題を解決する第１０の発明に係るガス精製装置は、第４の発明に記載されたガス精製装置であって、前記二酸化炭素吸着剤が、ガスの流通方向において前記水分吸着剤よりも下流側に配置されることを特徴とする。
上述した課題を解決する第１１の発明に係るガス精製装置は、第１乃至第１０の何れかの発明に記載されたガス精製装置であって、前記有機珪素系不純物を吸着する触媒層を有する前処理槽がガスの流通方向において前記第一の処理槽よりも上流側に設けられることを特徴とする。
上述した課題を解決する第１２の発明に係るガス精製装置は、第４乃至第１１の何れかの発明に記載されたガス精製装置であって、第四の処理槽と、前記第三の処理槽の一方側から排気されたガスを前記第四の処理槽の一方側から他方側へ流通させる第四のガス送給手段と、前記第四の処理槽内を減圧して排気する第四の減圧排気手段と、前記第四の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第四の処理槽内に配置され、二酸化炭素を吸着する二酸化炭素吸着剤とを有し、前記二酸化炭素吸着剤が、Ｌｉ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ，Ｎａのうちのいずれかを交換カチオンとしたＸ型ゼオライトであることを特徴とする。
上述した課題を解決する第１３の発明に係るガス精製装置は、第１乃至第１２の何れかの発明に記載されたガス精製装置であって、前記第一および第二の減圧排気手段にドライエアを送給させることを特徴とする。
上述した課題を解決する第１４の発明に係るガス精製装置は、第１乃至第１３の何れかの発明に記載されたガス精製装置であって、ドレイン槽が前記第一および第二の減圧排気手段のガス送給口近傍に設けられることを特徴とする。
上述した課題を解決する第１５の発明に係るガス精製装置は、第７乃至第１４の何れかの発明に記載されたガス精製装置であって、前記第一の排気再送給手段により前記第三の処理槽の一方側へ送給されるガスの流量を調節する流量調節弁と、前記第三の処理槽の一方側から他方側へ流通したガス内、および前記第三の減圧排気手段により前記第三の処理槽の一方側から排気されたガス内の二酸化炭素の濃度を計測する二酸化炭素濃度計測手段と、前記二酸化炭素計測手段により計測された二酸化炭素濃度に基づいて、前記流量調節弁の開度を制御する制御手段とを有することを特徴とする。
上述した課題を解決する第１６の発明に係るガス精製装置は、第７乃至第１５の何れかの発明に記載されたガス精製装置であって、混合タンクがガスの流通方向において前記第三のガス送給手段の上流側に設けられて、前記第二の処理槽の一方側から他方側へ流通したガスと、前記第一の排気再送給手段により前記第三の処理槽の一方側へ送給したガスとが当該混合タンクに流入されることを特徴とする。
上述した課題を解決する第１７の発明に係るガス精製装置は、第４乃至第１６の何れかの発明に記載されたガス精製装置であって、前記第三の処理槽に温度調整可能なジャケットが設けられることを特徴とする。
上述した課題を解決する第１８の発明に係るガス精製装置は、第４乃至第１７の何れかの発明に記載されたガス精製装置であって、熱交換器がガスの流通方向において前記第三のガス送給手段よりも下流側に設けられることを特徴とする。
上述した課題を解決する第１９の発明に係るガス精製装置は、第１乃至第１８の何れかの発明に記載されたガス精製装置であって、前記吸着剤が、ハニカム形状であることを特徴とする。
上述した課題を解決する第２０の発明に係るガス精製装置は、第１乃至第１９の何れかの発明に記載されたガス精製装置であって、前記原ガスが、バイオガス又は廃棄物熱分解ガスであることを特徴とする。
上述した課題を解決する第２１の発明に係るメタンの製造方法は、硫黄系不純物、水分、およびメタンを含有する原ガスを精製してメタンを製造するメタンの製造方法であって、前記原ガスを第一の処理槽に配置された硫黄系不純物吸着剤に流通させて前記硫黄系不純物が吸着除去され、前記不純物が吸着除去されたガスを第二の処理槽に配置された水分吸着剤に流通させて水分が吸着除去されて、メタンを精製させるようにしたことを特徴とする。
上述した課題を解決する第２２の発明に係るメタンの製造方法は、硫黄系不純物、有機珪素系不純物、水分、二酸化炭素、およびメタンを含有する原ガスを精製してメタンを製造するメタンの製造方法であって、前記原ガスを第一の処理槽に配置された硫黄系不純物吸着剤および有機珪素系不純物吸着剤に流通させて前記硫黄系不純物および前記有機珪素系不純物がそれぞれ吸着除去され、前記不純物が吸着除去されたガスを第二の処理槽に配置された水分吸着剤に流通させて水分が吸着除去され、水分が吸着除去されたガスを第三の処理槽に配置された二酸化炭素吸着剤に流通させ二酸化炭素が吸着除去されて、メタンを精製させるようにしたことを特徴とする。
第１の発明に係るガス精製装置によれば、原ガスに含まれる硫黄系不純物および水分が、第一の処理槽に配置された硫黄系不純物吸着剤、および第二の処理槽に配置された水分吸着剤にてそれぞれ吸着され、前記硫黄系不純物および前記水分が異なる排気経路にて系外に排出されるので、前記硫黄系不純物と前記水分とが接触しなくなる。よって、前記水分に前記硫黄系不純物が溶解してなる溶液による、前記処理槽、前記吸着剤、および前記硫黄系不純物が排気される排気経路などの腐食を回避することができる。その結果、原ガスから硫黄系不純物および水分の除去による精製を低コストで且つ安定して実施することができる。
第２の発明に係るガス精製装置によれば、原ガスに含まれる硫黄系不純物および水分が、第一の処理槽に配置された硫黄系不純物吸着剤、および第二の処理槽に配置された水分吸着剤にてそれぞれ吸着され、前記硫黄系不純物および前記水分が異なる排気経路にて系外に排出されるので、前記硫黄系不純物と前記水分とが接触しなくなる。よって、前記水分に前記硫黄系不純物が溶解してなる溶液による、前記処理槽、前記吸着剤、および前記硫黄系不純物が排気される排気経路などの腐食を回避することができる。その結果、原ガスから硫黄系不純物および水分の除去による精製を低コストで且つ安定して実施することができる。さらに、第二のガス送給手段と原ガスに含まれる硫黄系不純物との接触による当該第二のガス送給手段の腐食を回避することができる。
第３の発明に係るガス精製装置によれば、原ガスから有機珪素系不純物の除去による精製を低コストで且つ安定して実施することができる。
第４の発明に係るガス精製装置によれば、原ガスから二酸化炭素を除去して、カロリおよび純度の高い精製ガスを得ることができる。
第５の発明に係るガス精製装置によれば、原ガスの精製処理を連続して行うことができるので、処理効率の向上を図ることができる。
第６の発明に係るガス精製装置によれば、原ガスの精製処理を連続して行うことができるので、処理効率の向上を図ることができる。
第７の発明に係るガス精製装置によれば、原ガスからの精製ガスの回収率を向上させることができる。また、硫黄系不純物吸着剤、有機珪素系不純物吸着剤、および水分吸着剤を効率良く再生することができる。
第８の発明に係るガス精製装置によれば、硫黄系不純物による水分吸着剤の劣化を抑制することができる。
第９の発明に係るガス精製装置によれば、硫黄系不純物による有機珪素系不純物吸着剤の劣化を抑制することができる。
第１０の発明に係るガス精製装置によれば、硫黄系不純物、有機珪素系不純物、および水分による二酸化炭素吸着剤の劣化を抑制することができる。
第１１の発明に係るガス精製装置によれば、原ガスから有機珪素系不純物をより確実に除去して、より純度の高い精製ガスを得ることができる。
第１２の発明に係るガス精製装置によれば、原ガスから除去された二酸化炭素の純度が高くなり有効に利用することができる。
第１３の発明に係るガス精製装置によれば、前記第一および第二の減圧排気手段において、排気される不純物などの液化が防止され、さらに吸着剤の再生効率が向上する。その結果、液化した不純物などによる前記第一および第二の減圧排気手段や排気経路の腐食などを防止し、さらに減圧排気手段の負荷を低減して、ランニングコストの増加を抑制することができる。
第１４の発明に係るガス精製装置によれば、吸着剤に吸着された不純物などが液化し、液化した不純物などが前記第一および第二の減圧排気手段から排出されても、ドレイン槽に溜められる。その結果、ガスの流通方向においてドレイン槽よりも下流側の排気経路などの腐食などが防止され、ランニングコストの増加を抑制することができる。
第１５の発明に係るガス精製装置によれば、原ガスから二酸化炭素を効率良く安定して除去し、純度の高い精製ガスを得ることができる。
第１６の発明に係るガス精製装置によれば、混合タンクにてガスが均質化され、原ガスから精製ガスを安定して得ることができる。
第１７の発明に係るガス精製装置によれば、二酸化炭素吸着剤の吸着性能を安定して発現させることができ、原ガスから二酸化炭素を効率良く除去して、純度の高い精製ガスを得ることができる。
第１８の発明に係るガス精製装置によれば、二酸化炭素吸着剤の吸着性能を安定して発現させることができ、原ガスから二酸化炭素を効率良く除去して、純度の高い精製ガスを得ることができる。
第１９の発明に係るガス精製装置によれば、粒状をなす吸着剤よりも、原ガスを流通させるに際しての圧力損失を低減させることができ、比較的小型なブロアを利用することができる。その結果、イニシャルコストやランニングコストをさらに抑制することができると同時に、さらに小さな設置スペースで済ますことができる。
第２０の発明に係るガス精製装置によれば、上述した効果を最も効果的に得ることができる。
第２１の発明に係るメタンの製造方法によれば、原ガスに含まれる硫黄系不純物および水分が、第一の処理槽に配置された硫黄系不純物吸着剤、および第二の処理槽に配置された水分吸着剤にてそれぞれ吸着され、前記硫黄系不純物および前記水分が異なる排気経路にて系外に排出されるので、前記硫黄系不純物と前記水分とが接触しなくなる。よって、前記水分に前記硫黄系不純物が溶解してなる溶液による、前記処理槽、前記吸着剤、および前記硫黄系不純物が排気される排気経路などの腐食を回避することができる。その結果、原ガスから硫黄系不純物および水分の除去による精製を低コストで且つ安定して実施することができる。
第２２の発明に係るメタンの製造方法によれば、原ガスに含まれる硫黄系不純物および水分が、第一の処理槽に配置された硫黄系不純物吸着剤、および第二の処理槽に配置された水分吸着剤にてそれぞれ吸着され、前記硫黄系不純物および前記水分が異なる排気経路にて系外に排出されるので、前記硫黄系不純物と前記水分とが接触しなくなる。よって、前記水分に前記硫黄系不純物が溶解してなる溶液による、前記処理槽、前記吸着剤、および前記硫黄系不純物が排気される排気経路などの腐食を回避することができる。その結果、原ガスから硫黄系不純物および水分の除去による精製を低コストで且つ安定して実施することができる。さらに、原ガスから二酸化炭素を除去して、カロリおよび純度の高い精製ガスを得ることができる。
以下に、本発明に係るガス精製装置を実施するための最良の形態について、各実施形態に基づき具体的に説明する。
［第一の実施形態］
以下に、本発明の第一の実施形態に係るガス精製装置につき、図面を用いて具体的に説明する。
図１は、本発明の第一の実施形態に係るガス精製装置の概略構成図であり、図２は、それが有する第三の処理槽の説明図である。
本実施形態に係るガス精製装置は、図１に示すように、下水消化ガスや食品廃棄物発酵メタンガスなどのバイオガスや、ごみなどの廃棄物を熱分解して生成した廃棄物熱分解ガスなどのような、硫黄系不純物（例えば、硫化水素、チオカルボニル、チオフェン、メルカプタンなど）１ａ（含有量：１０００ｐｐｍ以上）、有機珪素系不純物（例えば、シロキサンなど）１ｂ（含有量：５０ｍｇ／Ｎｍ3程度）、水分１ｃおよび二酸化炭素１ｄを含有する原ガス１を精製するガス精製装置１０であって、原ガス１から硫黄系不純物１ａおよび有機珪素系不純物１ｂを吸着して除去する第一の処理槽である吸着塔１１と、吸着塔１１の下方側（一方側）から上方側（他方側）へ原ガス１を流通させる第一のガス送給手段と、吸着塔１１を減圧して当該吸着塔１１にて吸着された不純物１ａ，１ｂを排気させる第一の減圧排気手段と、吸着塔１１の下方側から上方側へ流通して精製された精製ガス１ｅから水分１ｃを吸着して除去する第二の処理槽である吸着塔２１と、精製ガス１ｅを吸着塔２１の下方側（一方側）から上方側（他方側）へ流通させる第二のガス送給手段と、吸着塔２１を減圧して当該吸着塔２１にて吸着された水分１ｃを排気させる第二の減圧排気手段と、吸着塔２１の下方側（一方側）から上方側（他方側）へ流通して精製された精製ガス１ｆから二酸化炭素１ｄを吸着して除去する第三の処理槽である吸着塔３１と、精製ガス１ｆを吸着塔３１の下方側（一方側）から上方側（他方側）へ流通させる第三のガス送給手段と、吸着塔３１を減圧して当該吸着塔３１にて吸着された二酸化炭素１ｄを排気させる第三の減圧排気手段とを有する。
また、上述したガス精製装置１０は、吸着塔３１の一方側から減圧して排気された二酸化炭素（ガス）１ｄを吸着塔３１の一方側から再び送給させると共に、吸着塔１１，２１の他方側へ送給させる第一の排気再送給手段と、吸着塔３１の一方側から他方側へ流通したガス１ｇを吸着塔３１の他方側へ送給させる第二の排気再送給手段とを有する。
前記第一のガス送給手段としては、ブロア１６、バルブ１８ａ，１８ｂなどが挙げられる。
前記第一の減圧排気手段としては、真空ポンプ５６、バルブ１９ａなどが挙げられる。
吸着塔１１は、複数（本実施形態では２つ）設けられ並列に連結される。この吸着塔１１は、当該吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内に配置され、硫黄系不純物１ａを吸着する高シリカゼオライトからなりハニカム形状の硫黄系不純物吸着剤１２と、吸着塔１１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔１１内に配置され、有機珪素系不純物１ｂを吸着する高シリカゼオライトからなりハニカム形状の有機珪素系不純物吸着剤１３とを有する。
硫黄系不純物吸着剤１２を構成する高シリカゼオライトとしては、シリカライトが挙げられる。
なお、上記高シリカゼオライトは、疎水性を有し、水分共存下でも吸着量の低下が少ないものである。
有機珪素系不純物吸着剤１３を構成する高シリカゼオライトとしては、ＭＣＭ−４１、ＵＳＹ、ＭＣＭ−４８、ＵＳＭが挙げられ、特に、ＭＣＭ−４１、ＵＳＹであると好ましく、さらに、ＵＳＹであると最も好ましい。
吸着塔２１は、複数（本実施形態では２つ）設けられ並列に連結される。この吸着塔２１は、当該吸着塔２１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔２１内に配置され、水分を吸着するシリカゲルからなりハニカム形状の水分吸着剤２４を有する。
前記第二のガス送給手段として、ブロア２６、バルブ２８ａ，２８ｂなどが挙げられる。
前記第二の減圧排気手段として、真空ポンプ６６、バルブ２９ａなどが挙げられる。
吸着塔３１は、複数（本実施形態では３つ）設けられ並列に連結される。この吸着塔３１は、当該吸着塔３１内の下方側（一方側）と上方側（他方側）とを仕切るように当該吸着塔３１内に配置され、二酸化炭素１ｄを吸着するハニカム形状のＸ型ゼオライトからなる二酸化炭素吸着剤３５を有する。
二酸化炭素吸着剤３５を構成するＸ型ゼオライトとしては、Ｌｉ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ，Ｎａのうちのいずれかを交換カチオンとしたＸ型ゼオライト（Ｌｉ−Ｘ，Ｃａ−Ｘ，Ｓｒ−Ｘ，Ｍｇ−Ｘ，Ｎａ−Ｘ）が挙げられ、シリカ／アルミナ比が２〜２．５であると好ましく、特に、Ｌｉ又はＮａを交換カチオンとしたＸ型ゼオライト（Ｌｉ−Ｘ又はＮａ−Ｘ）であるとより好ましく、さらに、シリカ／アルミナ比が２であると最も好ましい。
前記第三のガス送給手段として、ブロア３６、バルブ３８ａ，３８ｂなどが挙げられる。
前記第三の減圧排気手段として、真空ポンプ４６、バルブ３９ａなどが挙げられる。
前記第一の排気再送給手段として、第一のサージタンク４７、バルブ１４ａ，１４ｂ，１９ｂ，２９ｂ，４９ａ，４９ｂ、流量調節弁２，３などが挙げられる。
前記第二の排気再送給手段として、第二のサージタンク５７、流量調節弁６、バルブ３９ｂなどが挙げられる。
上述したガス精製装置１０では、硫黄系不純物吸着剤１２が、原ガス１の流通方向において有機珪素系不純物吸着剤１３よりも上流側に配置される。水分吸着剤２４は、原ガス１の流通方向において硫黄系不純物吸着剤１２および有機珪素系不純物吸着剤１３よりも下流側に配置される。二酸化炭素吸着剤３５は、原ガス１の流通方向において硫黄系不純物吸着剤１２、有機珪素系不純物吸着剤１３および水分吸着剤２４よりも下流側に配置される。
このような位置に硫黄系不純物吸着剤１２を配置することにより、硫黄系不純物１ａによる有機珪素系不純物吸着剤１３や水分吸着剤２４の劣化を抑制することができる。このような位置に二酸化炭素吸着剤３５を配置することにより、硫黄系不純物１ａ、有機珪素系不純物１ｂおよび水分１ｃによる二酸化炭素吸着剤３５の劣化を抑制することができる。
なお、第一のサージタンク４７から吸着塔３１の一方側から他方側へ流通し、精製ガス１ｆと合流するガス１ｈは、流量調節弁７，８により調節される。二酸化炭素１ｄは、流量調節弁３２、バルブ３３を介して系外に排気される。精製ガス１ｇは、流量調節弁３７を介して回収される。
このようなガス精製装置１０においては、一方の吸着塔１１にて硫黄系不純物１ａおよび有機珪素系不純物１ｂを吸着して除去する吸着工程が行われ、他方の吸着塔１１にて吸着剤１２，１３にそれぞれ吸着された硫黄系不純物１ａおよび有機珪素系不純物１ｂを脱着させる脱着工程が行われる。また、一方の吸着塔２１にて水分１ｃを吸着除去する吸着工程が行われ、他方の吸着塔２１にて吸着剤２４に吸着された水分１ｃを脱着させる脱着工程が行われる。さらに、一つの吸着塔３１にて二酸化炭素１ｄを吸着除去する吸着工程が行われ、他の一つの吸着塔３１にて吸着された精製ガス１ｇを脱着させるパージ工程が行われ、さらに他の一つの吸着塔３１にて吸着剤３５に吸着された二酸化炭素１ｄを脱着させる脱着工程が行われる。
すなわち、一方の吸着塔１１にて吸着工程が行われる場合、ガスの流通経路に該当するバルブ１８ａ，１８ｂを開放する一方、バルブ１９ａ，１９ｂを閉鎖し、ブロア１６を作動させることにより、原ガス１が吸着塔１１内に送給される。このとき、原ガス１は吸着塔内１１を下方側から上方側へ流通し、吸着塔１１内の吸着剤１２，１３に不純物１ａ，１ｂがそれぞれ吸着されて除去される。これにより、原ガス１が精製ガス１ｅとなって吸着塔１１の上方から送出される。
他方の吸着塔１１にて脱着工程が行われる場合、ガスの流通経路に該当するバルブ１９ａを開放する一方、バルブ１８ａ，１８ｂ，１９ｂを閉鎖し、真空ポンプ５６を作動させることにより、吸着塔１１内が減圧される。このとき、吸着剤１２，１３に吸着された不純物１ａ，１ｂは、当該吸着剤１２，１３から脱着されて真空ポンプ５６を通って系外に排気される。
続いて、このような脱着が所定時間行なわれると、バルブ１８ａ，１８ｂを閉鎖する一方、バルブ１４ｂ，１９ａ，１９ｂを開放し、流量調節弁３を調節することにより、第一のサージタンク４７内の二酸化炭素１ｄが吸着塔１１内に送給される。この操作を行うことにより、吸着剤１２，１３に吸着された不純物１ａ，１ｂがさらに脱着される。
続いて、上述した操作を所定時間行った後、バルブ１４ｂ，１８ａ，１８ｂ，１９ａを閉鎖する一方、バルブ１５ｂ，１９ｂを開放し、流量調節弁５を調節することにより、真空ポンプ４６により加圧された二酸化炭素１ｄが第一のサージタンク４７から吸着塔１１内に送給される。これにより、吸着塔１１内が昇圧されて常圧となる。なお、排気された不純物１ａ，１ｂは、回収するようにしても良い。
上述した吸着工程および脱着工程がそれぞれ所定時間行われると、吸着工程を行った吸着塔１１にて脱着工程が行われ、脱着工程を行った吸着塔１１にて吸着工程が行われる。二つの吸着塔１１にて、上述した工程を繰り返し交互に行うことで、原ガス１からの不純物１ａ，１ｂの除去（原ガス１の精製処理）を連続して行うことができる。
また、一方の吸着塔２１にて吸着工程が行われる場合、ガスの流通経路に該当するバルブ２８ａ，２８ｂを開放する一方、バルブ２９ａ，２９ｂを閉鎖し、ブロア２６を作動させることにより、吸着塔１１の一方側から他方側に流通して精製された精製ガス１ｅが吸着塔２１内に送給される。このとき、精製ガス１ｅは吸着塔２１内を下方側から上方側へ流通し、吸着塔２１内の吸着剤２４に不純物１ｃが吸着されて除去される。これにより、精製ガス１ｅが精製ガス１ｆとなって吸着塔２１の上方側から送出される。
他方の吸着塔２１にて脱着工程が行われる場合、ガスの流通経路に該当するバルブ２９ａを開放する一方、バルブ２８ａ，２８ｂ，２９ｂを閉鎖し、真空ポンプ５６を作動させることにより、吸着塔２１内が減圧される。このとき、吸着剤２４に吸着された水分１ｃは、当該吸着剤２４から脱着されて真空ポンプ６６を通って系外に排気される。
続いて、このような脱着が所定時間行なわれると、バルブ２８ａ，２８ｂを閉鎖する一方、バルブ１４ａ，２９ａ，２９ｂを開放し、流量調節弁２を調節することにより、第一のサージタンク４７内の二酸化炭素１ｄが吸着塔２１内に送給される。この操作を行うことにより、吸着剤２４に吸着された不純物１ｃがさらに脱着される。
続いて、上述した操作を所定時間行った後、バルブ１４ａ，２８ａ，２８ｂ，２９ａを閉鎖する一方、バルブ１５ａ，２９ｂを開放し、流量調節弁４を調節することにより、真空ポンプ４６により加圧された二酸化炭素１ｄが第一のサージタンク４７から吸着塔２１内に送給される。これにより、吸着塔２１内が昇圧されて常圧となる。なお、排気された不純物１ｃは、回収するようにしても良い。
上述した吸着工程および脱着工程がそれぞれ所定時間行われると、吸着工程を行った吸着塔２１にて脱着工程が行われ、脱着工程を行った吸着塔２１にて吸着工程が行われる。二つの吸着塔２１にて、上述した工程を繰り返し交互に行うことで、精製ガス１ｅからの不純物１ｃの除去（原ガス１の精製処理）を連続して行うことができる。
ここで、吸着塔３１における吸着工程、パージ工程および脱着工程につき図２を用いて説明する。なお、この図は、図中の左側の吸着塔３１にて吸着工程が行われ、図中の中央の吸着塔３１にてパージ工程が行われ、図中の右側の吸着塔３１にて脱着工程が行われる場合を示す。
一つの吸着塔３１（図中では左側）にて、この吸着塔３１のガスの流通経路に該当するバルブ３８ａ，３８ｂを開放する一方、バルブ３９ａ，３９ｂ，４９ａ，４９ｂを閉鎖し、ブロア３６を作動させることにより、吸着塔２１の一方側から他方側に流通して精製された精製ガス１ｆが吸着塔３１内に送給される。このとき、精製ガス１ｆは吸着塔内３１を下方側から上方側へ流通し、吸着塔３１内の吸着剤３５に不純物１ｄが吸着されて除去される。これにより、精製ガス１ｆが精製ガス１ｇとなって吸着塔３１の上方から送出される。
他の一つの吸着塔３１（図中では中央）にて、この吸着塔３１のガスの流通経路に該当するバルブ４９ａ，４９ｂを開放する一方、バルブ３８ａ，３８ｂ，３９ａ，３９ｂを閉鎖し、ブロア３６および真空ポンプ４６を作動させることにより、第一のサージタンク４７内のガス１ｄが吸着塔３１の一方側から他方側へ流通される。このとき、前記吸着塔３１内にて二酸化炭素１ｄの分圧が高くなり、この二酸化炭素１ｄと吸着剤３５に吸着した精製ガス１ｇとが置換してこの精製ガス１ｇが脱着され、精製ガス１ｈは吸着塔３１の上方から送出される。この精製ガス１ｈは、吸着塔２１の一方側から他方側に流通した精製ガス１ｆと合流し、吸着工程を行う（別の）吸着塔３１（図中では左）内に送給される。よって、吸着剤３５に吸着した精製ガス１ｇを回収することができるので、原ガス１からの精製ガス１ｇの回収率を向上させることができる。
さらに他の一つの吸着塔３１（図中では右側）にて、この吸着塔３１のガスの流通経路に該当するバルブ３９ａを開放する一方、バルブ３８ａ，３８ｂ，３９ｂ，４９ｂを閉鎖し、真空ポンプ４６を作動させることにより、吸着塔３１内が減圧される。このとき、吸着剤３５に吸着された二酸化炭素１ｄは、当該吸着剤３５から脱着され真空ポンプ４６を通って、第一のサージタンク４７に溜められる。
続いて、上述した操作を所定時間行った後、バルブ３８ａ，３８ｂ，３９ａ，４９ａ，４９ｂを閉鎖する一方、バルブ３９ｂを開放し、流量調節弁６を調節することにより、ブロア３６により加圧された精製ガス１ｇが第二のサージタンク５７から吸着塔３１内に送給される。これにより、吸着塔３１内が昇圧されて常圧となる。なお、排気された二酸化炭素１ｄは、回収するようにしても良い。
上述した各工程が所定時間行われると、吸着工程を行った吸着塔３１にてパージ工程が行われ、パージ工程を行った吸着塔３１にて脱着工程が行われ、脱着工程を行った吸着塔３１にて吸着工程が行われる。さらに、前記各工程が所定時間行われると、パージ工程が行われた吸着塔３１にて脱着工程が行われ、脱着工程が行われた吸着塔３１にて吸着工程が行われ、吸着工程が行われた吸着塔３１にてパージ工程が行われる。よって、上述した工程を三つの吸着塔３１にて順次繰り返して行うことで、精製ガス１ｆから二酸化炭素１ｄを除去して精製ガス１ｇを精製する処理を連続して行うことができる。
上述した精製ガス１ｇは、ガスエンジンやマイクロガスタービンなどで発電用の燃料などとして利用することができる。
よって、上述した各吸着塔１１，２１，３１における操作を繰り返し行うことにより、原ガス１の精製を連続して行うことができる。
上述したガス精製装置１０は、吸着塔１１に配置された、硫黄系不純物吸着剤１２および有機珪素系不純物吸着剤１３と、吸着塔２１に配置された水分吸着剤２４と、吸着塔３１に配置された二酸化炭素吸着剤３５とを有し、圧力スイング吸着（Pressure Swing Adsorption:PSA）により、原ガス１から不純物１ａ，１ｂと水分１ｃと二酸化炭素１ｄを別々に除去することができる。
このため、従来は、水分吸着剤により除去された水分に硫黄系不純物吸着剤により除去された硫黄系不純物が溶解して、吸着剤、吸着塔、および不純物の排気経路（配管、真空ポンプ、バルブなど）を腐食してしまう可能性があったものの、本実施形態においては、原ガス１に含まれる硫黄系不純物１ａおよび水分１ｃが、吸着塔１１に配置された硫黄系不純物吸着剤１２、および吸着塔２１に配置された水分吸着剤２４にてそれぞれ吸着され、硫黄系不純物１ａおよび水分１ｃが異なる排気経路にて系外に排出されるので、硫黄系不純物１ａと水分１ｃとが接触しなくなる。よって、水分１ｃに硫黄系不純物１ａが溶解してなる溶液による、吸着塔１１，２１、吸着剤１２，１３，２４、および硫黄系不純物１ａが排気される排気経路などの腐食を回避することができる。その結果、原ガス１から硫黄系不純物１ａおよび水分１ｃの除去による精製を低コストで且つ安定して実施することができる。
したがって、本発明の第一の実施形態に係るガス精製装置１０によれば、原ガス１に含まれる硫黄系不純物１ａおよび水分１ｃが、吸着塔１１に配置された硫黄系不純物吸着剤１２、および吸着塔２１に配置された水分吸着剤２４にてそれぞれ吸着され、硫黄系不純物１ａおよび水分１ｃが異なる排気経路にて系外に排出されるので、硫黄系不純物１ａと水分１ｃとが接触しなくなる。よって、水分１ｃに硫黄系不純物１ａが溶解してなる溶液による、吸着塔１１，２１、吸着剤１２，１３，２４、および硫黄系不純物１ａが排気される排気経路などの腐食を回避することができる。その結果、原ガス１から硫黄系不純物１ａおよび水分１ｃの除去による精製を低コストで且つ安定して実施することができる。
また、吸着塔１１に有機珪素系不純物吸着剤１３を配置したことにより、原ガス１から有機珪素系不純物１ｂの除去による精製を低コストで且つ安定して実施することができる。吸着塔２１から排出された精製ガス１ｆを二酸化炭素吸着剤３５が配置された吸着塔３１に送給させたことにより、当該二酸化炭素吸着剤３５により二酸化炭素１ｄが吸着除去され、カロリおよび純度の高い精製ガス１ｇを得ることができる。
吸着塔１１，２１を複数設け並列に連結させたことにより、原ガス１の精製処理を連続して行うことができ、処理効率の向上を図ることができる。また、吸着塔３１を三つ設け並列に連結させたことにより、原ガス１の精製処理を連続して行うことができ、処理効率の向上を図ることができる。
吸着塔３１に配置された二酸化炭素吸着剤３５から脱着させた二酸化炭素１ｄを吸着塔３１の一方側へ送給したことにより、原ガス１からの精製ガス１ｇの回収率を向上させることができる。また、二酸化炭素１ｄを吸着塔１１，２１の他方側へ送給することにより、吸着剤１２，１３，２４に吸着された不純物１ａ，１ｂ、および水分１ｃを脱着させることでき、吸着剤１２，１３，２４を効率良く再生することができる。
また、吸着剤１２，１３がハニカム形状であることから、粒状をなす場合よりも原ガス１を流通させるに際しての圧力損失を低減させることができるので、比較的小型なブロア１６を利用することができる。その結果、イニシャルコストやランニングコストをさらに抑制することができると同時に、さらに小さな設置スペースで済ますことができる。
［第二の実施形態］
以下に本発明の第二の実施形態に係るガス精製装置について、図面を用いて説明する。
図３は、本発明の第二の実施形態に係るガス精製装置の概略構成図である。ただし、このガス精製装置は、前述した本発明の第一の実施形態に係るガス精製装置において、流量計、制御装置、二酸化炭素濃度計を設けたものであり、それ以外は本発明の第一の実施形態に係るガス精製装置と同じ構成であり、同一箇所には同一符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の第二の実施形態に係るガス精製装置２０は、図３に示すように、第一のサージタンク４７から吸着塔３１の一方側へ流通するガス１ｄのガス流量を計測する流量計２３ａと、吸着塔３１の他方側からブロア３６の上流側へ送給されるガス１ｈのガス流量を計測する流量計２３ｂと、第一のサージタンク４７および第二のサージタンク５７内の二酸化炭素１ｄの濃度を計測する二酸化炭素濃度計測手段である二酸化炭素濃度計２７ａ，２７ｂと、二酸化炭素濃度計２７ａ，２７ｂにて計測された二酸化炭素濃度、および流量計２３ａ，２３ｂにより計測されたガス流量に基づき流量調節弁７，８の開度をそれぞれ制御する制御手段である制御装置２５ａ，２５ｂとを有する。
このガス精製装置２０では、制御装置２５ａ，２５ｂにより、吸着塔３１にて１回のパージ工程にて、吸着塔３１の一方側から他方側へ流通するガス１ｄまたはガス１ｈの流量が制御される。
具体的には、制御装置２５ａ，２５ｂでは、二酸化炭素濃度計２７ａ，２７ｂにより計測された、第二のサージタンク５７内の二酸化炭素１ｄの濃度が第一の所定値、例えば５ｖｏｌ％以上になると、流量調節弁７，８のどちらか一方または両方の開度が絞られて（調節されて）、ガス１ｄ，１ｈの流量が低減される。
二酸化炭素濃度計２７ａ，２７ｂにより計測された、第一のサージタンク４７内の二酸化炭素１ｄの濃度が第二の所定値、例えば９５ｖｏｌ％以下になると、流量調節弁７，８のどちらか一方または両方の開度が緩められて（調節されて）、ガス１ｄ，１ｈの流量が増加される。
よって、吸着塔３１に送給される混合ガス１ｊ中の二酸化炭素が所定の濃度範囲に調整されて、吸着塔３１にて精製された精製ガス１ｇ内の二酸化炭素を所定の濃度以下にさせることができる。
上述したガス精製装置２０においては、前述した第一の実施形態に係るガス精製装置１０の場合と同様に操作することにより、吸着塔１１にて原ガス１から硫黄系不純物１ａおよび有機珪素系不純物１ｂが吸着除去されて精製ガス１ｅとなり、吸着塔２１にて精製ガス１ｅから水分１ｃが吸着除去されて精製ガス１ｆとなり、吸着塔３１にて精製ガス１ｆから二酸化炭素１ｄが吸着除去されて精製ガス１ｇとなる。この精製ガス１ｇは、吸着塔３１の上方から送出され、ガスエンジンやマイクロガスタービンなどに供給されて、発電用の燃料などとして利用される。
したがって、本発明の第二の実施形態に係るガス精製装置２０によれば、前述した第一の実施形態に係るガス精製装置１０と同様な作用効果を奏する他、原ガス１から二酸化炭素１ｄが効率良く安定して除去されるので、原ガス１から精製される精製ガス１ｇ内の二酸化炭素を所定の濃度以下にして、純度の高い精製ガス１ｇを得ることができ、原ガス１からの精製ガス１ｇであるメタンの回収率を向上させることができる。
［第三の実施形態］
以下に、本発明の第三の実施形態に係るガス精製装置について、図面を用いて説明する。
図４は、本発明の第三の実施形態に係るガス精製装置の概略構成図である。ただし、このガス精製装置は、上述した本発明の第一の実施形態に係るガス精製装置において、第三の処理槽の近傍に配置されたブロアの上流側に混合タンクを設けたものであり、それ以外は本発明の第一の実施形態に係るガス精製装置と同じ構成であり、同一箇所には同一符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の第三の実施形態に係るガス精製装置３０は、図４に示すように、ガスの流通方向においてブロア３６の上流側に且つその近傍に設けられた混合タンク３４を有する。この混合タンク３４には、吸着塔２１の一方側から他方側へ流通した精製ガス１ｆと、第一のサージタンク４７、および吸着塔３１の一方側から他方側へ流通したガス１ｈとが流入され溜められる。
この混合タンク３４では、ガス１ｈと精製ガス１ｆとが混合されて均質化される。均質化したガス１ｊがブロア３６により吸着塔３１の一方側から他方側へ流通される。
ただし、混合タンク３４は、吸着塔２１における１回の吸着工程にて排出された精製ガス１ｆの流量、および吸着塔３１における１回のパージ工程にて排出されたガス１ｈの流量の合計よりも大きい容量である。
このガス精製装置３０では、流量調節弁７，８を調節することにより、パージ工程が行われる吸着塔３１から混合タンク３４に流入するガス１ｈの流量が調節される。よって、ガス１ｊ内のメタンおよび二酸化炭素の濃度を所定の範囲に調節することができる。その結果、ガス１ｈ内のメタン１ｇの濃度が変動しても、ガス１ｊ内のメタン１ｇの濃度を所定の範囲内に調整することができ、二酸化炭素吸着剤３５の吸着性能を十分に発現させて、混合ガス１ｊから精製ガス（メタン）１ｇを効率良く安定して得ることができる。
上述したガス精製装置３０においては、前述した第一の実施形態に係るガス精製装置１０の場合と同様に操作することにより、吸着塔１１にて原ガス１から硫黄系不純物１ａおよび有機珪素系不純物１ｂが吸着除去されて精製ガス１ｅとなり、吸着塔２１にて精製ガス１ｅから水分１ｃが吸着除去されて精製ガス１ｆとなり、吸着塔３１にて精製ガス１ｆから二酸化炭素１ｄが吸着除去されて精製ガス１ｇとなる。この精製ガス１ｇは、吸着塔３１の上方から送出され、ガスエンジンやマイクロガスタービンなどに供給されて、発電用の燃料などとして利用される。
したがって、本発明の第三の実施形態に係るガス精製装置によれば、上述した第一の実施形態に係るガス精製装置１０と同様な作用効果を奏する他、流量調節弁７，８を調節することにより、第一のサージタンク４７、吸着塔３１の一方側から他方側へ流通するガス１ｈの流量が調節されて、ガス１ｈ内のメタンの濃度および二酸化炭素の濃度がそれぞれ所定の範囲に調整される。その結果、このガス１ｈと、吸着塔２１にて精製された精製ガス１ｆとが混合タンク３４に流入し混合して均質化したガス１ｊもそのガス１ｊ内のメタンおよび二酸化炭素の濃度が所定の範囲に調整される。よって、この混合ガス１ｊが吸着塔３１の一方側から他方側へ流通して精製することとなり、吸着塔３１内の二酸化炭素吸着剤３５の吸着性能が十分に発現されるので、原ガス１から精製ガス１ｇを効率良く安定して得ることができる。
［第四の実施形態］
本発明の第四の実施形態に係るガス精製装置について、以下に図面を用いて説明する。
図５は、本発明の第四の実施形態に係るガス精製装置の概略構成図である。ただし、このガス精製装置は、上述した第一の実施形態に係るガス精製装置において、第三の処理槽に所定の温度範囲に温度調節可能なジャケットを設ける一方、第三の処理槽へ送給されるガスを所定の温度範囲に温度調節可能な熱交換器を設けたものであり、それ以外は本発明の第一の実施形態に係るガス精製装置と同じ構成であり、同一箇所には同一符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の第四の実施形態に係るガス精製装置４０では、図５に示すように、所定の温度範囲に温度調節可能なジャケット４１が第三の処理槽である吸着塔３１に設けられる一方、吸着塔３１内へ送給されるガスを所定の温度範囲に温度調節可能な熱交換器４２がブロア３６の下流側に設けられる。
ジャケット４１は、例えば所定の温度の熱媒（例えば、水や空気など）を当該ジャケット４１内に流通させたものが挙げられる。ジャケット４１は、その内部に熱媒を流通可能な構造であれば良い。また、前記熱媒の熱を吸着塔３１に伝達可能な構造および形状であれば良い。
熱交換器４２は、所定の温度範囲に温度調節可能であるものであれば良い。
よって、ジャケット４１により吸着塔３１内の二酸化炭素吸着剤３５自体が所定の温度範囲に調節される。
また、熱交換器４２により吸着塔３１へ送給されるガスが所定の温度範囲に調節されるので、このガスの熱が二酸化炭素吸着剤３５に伝わり、この二酸化炭素吸着剤３５が所定の温度範囲となる。
その結果、二酸化炭素吸着剤３５に所定の吸着性能を発現させることができる。原ガス１からの精製ガス１ｇの回収率を向上させることができる。さらに、精製ガス１ｆ内のメタン１ｇが前記第３吸着塔３１に付着することによる、この吸着塔３１内に配置された二酸化炭素吸着剤３５の吸着量の低下を抑制することができる。
上述したガス精製装置４０においては、前述した第一の実施形態に係るガス精製装置１０の場合と同様に操作することにより、吸着塔１１にて原ガス１から有機珪素系不順物１ａおよび硫黄系不純物１ａが吸着除去されて精製ガス１ｅとなり、吸着塔２１にて精製ガス１ｅから水分１ｃが吸着除去されて精製ガス１ｆとなり、吸着塔３１にて精製ガス１ｆから二酸化炭素１ｄが吸着除去されて精製ガス１ｇとなる。この精製ガス１ｇは、吸着塔３１の上方から送出され、ガスエンジンやマイクロガスタービンなどに供給されて、発電用の燃料などとして利用される。
したがって、本発明の第四の実施形態に係るガス精製装置４０によれば、上述した第一の実施形態に係るガス精製装置１０と同様な作用効果を奏する他、吸着塔３１内に配置された二酸化炭素吸着剤３５自体が所定の温度範囲になるので、この吸着剤３５への精製ガス１ｇの吸着を抑制して、この二酸化炭素吸着剤３５の吸着性能を十分に発現させることができる。その結果、原ガス１から精製ガス１ｇの回収率を向上させることができる。
［他の実施形態］
なお、前述した第一〜第四の実施形態に係るガス精製装置１０，２０，３０，４０においては、吸着塔１１に配置された吸着剤１２，１３により硫黄系不純物１ａ，有機珪素系不純物１ｂを吸着除去させ、吸着塔２１に配置された吸着剤２４により水分１ｃを吸着除去させ、吸着塔３１に配置された吸着剤３５により二酸化炭素１ｄを吸着除去させるようにしたが、吸着塔１１に配置された吸着剤１２により硫黄系不純物１ａを吸着除去させ、吸着塔２１に配置された吸着剤２４により水分を吸着除去させるガス性精製装置としても良く、吸着塔１１に配置された吸着剤１２，１３により硫黄系不純物１ａ，有機珪素系不純物１ｂを吸着除去させ、吸着塔２１に配置された吸着剤２４により水分１ｃを吸着除去させるガス精製装置としても良い。このようなガス精製装置であっても、硫黄系不純物１ａおよび水分１ｃが異なる排気経路にて系外に排出されるので、硫黄系不純物１ａと水分１ｃとが接触しなくなる。よって、水分１ｃに硫黄系不純物１ａが溶解してなる溶液による、前記吸着塔、前記吸着剤、および硫黄系不純物１ａが排気される排気経路などの腐食を回避することができる。その結果、原ガス１から硫黄系不純物１ａおよび水分１ｃの除去による精製を低コストで且つ安定して実施することができる。
前述した第一の実施形態に係るガス精製装置１０においては、第１吸着塔１１に配置される有機珪素系不純物吸着剤１３を用いて有機珪素系不純物１ｂを吸着除去するようにしたが、図６に示すように、ガスの流通方向においてブロア１６の上流側に、本実施形態では２つ設けられ並列に連結された吸着塔５１と、吸着塔５１内に配置され、有機珪素系不純物１ｂを吸着する吸着層である活性炭５２と、吸着塔５１の前後に設けられたバルブ５３ａ，５３ｂとを有するガス精製装置５０としても良い。このようなガス精製装置５０では、活性炭５２により原ガス１から有機珪素系不純物１ｂがより確実に除去されて、より純度の高い精製ガス１ｇを得ることができる。
さらに他実施形態として、前述した第一の実施形態に係るガス精製装置にて、回収された二酸化炭素を二酸化炭素吸着剤などに送給し、減圧して排気させることで、高純度の二酸化炭素を回収可能にしたガス精製装置としても良い。このようなガス精製装置によれば、上述した本発明の第一の実施形態に係るガス精製装置と同様な作用効果を奏する他、高純度の二酸化炭素が回収可能になるので、この回収された高濃度の二酸化炭素を溶接時に使用したり、浄水処理または下水処理にて処理水の殺菌に利用したり、前記二酸化炭素を冷却してドライアイスとして利用したりするなど、有効に利用することができる。
さらに他実施形態として、例えば、図７に示すように、吸着塔１１と吸着塔２１との間に配設されたブロア２６により、原ガス１を吸着塔１１の一方側から他方側へ流通させると共に、この吸着塔１１の一方側から他方側へ流通したガス１ｅを吸着塔２１の一方側から他方側へ流通させるブロア２６を有するようにしたガス精製装置６０としても良い。このようなガス精製装置６０では、ブロア２６と原ガス１に含まれる硫黄系不純物１ａとの接触による当該ブロア２６の腐食を回避することができる。
さらに他実施形態として、例えば、図８に示すように、吸着塔１１を減圧する真空ポンプ５６、および吸着塔２１を減圧する真空ポンプ６６へドライエア７１を送給可能にしたガス精製装置７０としても良い。このようなガス精製装置７０では、真空ポンプ５６，６６において、排気された不純物１ａ，１ｂ，１ｃなどの液化が防止され、さらに吸着剤１２，１３，２４の再生効率が向上する。その結果、液化した不純物などによる真空ポンプ５６，６６や排気経路の腐食などを防止し、さらに真空ポンプ５６，６６の負荷を低減して、ランニングコストの増加を抑制することができる。
さらに他実施形態として、例えば、図９に示すように、真空ポンプ５６，６６のガス送給口５６ａ，６６ａ近傍にドレイン槽８１を設けたガス精製装置８０としても良い。このようなガス精製装置８０では、吸着剤１２，１３，２４に吸着された不純物１ａ，１ｂ，１ｃなどが液化し、液化した不純物などが真空ポンプ５６，６６から排出されても、ドレイン槽８１に溜められる。その結果、ガスの流通方向においてドレイン槽８１よりも下流側の排気経路などの腐食などが防止され、ランニングコストの増加を抑制することができる。
前述した本発明の第二の実施形態に係るガス精製装置２０においては、流量計２３ａ，２３ｂを設けて、ガス１ｄ，１ｈの流量を計測するようにしたが、これら流量計２３ａ，２３ｂのうちどちらか一方のみを設けたガス精製装置としても良い。このようなガス精製装置であっても、上述した本発明の第二の実施形態に係るガス精製装置２０と同様な作用効果を奏する。
なお、上記では、本発明の第三の実施形態に係るガス精製装置３０においては、混合タンク３４を設けたが、この混合タンクを本発明の第一，第二，第四、および他の実施形態に係るガス精製装置１０，２０，４０〜８０において設けても良く、このようなガス精製装置でも、上記ガス精製装置３０と同様な作用効果を奏する。
また、前述した第一〜第四、および他の実施形態に係るガス精製装置１０〜９０では、原ガス１として、下水消化ガスや食品廃棄物発酵メタンガスなどのバイオガスや、ごみなどの廃棄物を熱分解して生成した廃棄物熱分解ガスなどを用いた場合について説明したが、有機珪素系不純物及び硫黄系不純物を含有するガスを精製する場合であれば、前述した第一〜第四、および他の実施形態の場合と同様にして適用することができる。
また、前述した第一〜第四、および他の実施形態に係るガス精製装置１０〜９０は、単独での使用や、下水浄化処理設備に適用することができるのはもちろんのこと、前記バイオガスや前記熱分解ガスなどが発生する各種の設備の後流側に連結して連続的に精製処理できるシステムとすることも可能である。
また、前述した第一〜第四、および他の実施形態に係るガス精製装置１０〜９０では、精製ガス１ｇをガスエンジンやマイクロガスタービンなどに供給して、発電用の燃料などとして利用するようにしたが、例えば、燃料電池の燃料ガスに利用したり、各種化合物の原料（例えばジメチルエーテルなど）に利用したりすることも可能である。
また、前述した本発明の第一〜第四、および他の実施形態に係るガス精製装置１０〜９０では、圧力スイング吸着（Pressure Swing Adsorption:PSA）により、上記原ガス１中の上記不純物１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを除去するようにしたが、例えば、温度スイング吸着（Temperature Swing Adsorption:TSA）にも適用可能である。
本発明に係るガス精製装置およびメタンの製造方法は、例えば、下水浄化処理設備に適用することにより、高純度なメタンガスを得ることができ、これを焼却設備の燃料に利用することができるだけではなく、ガスエンジンやマイクロガスタービンなどに供給して、発電用の燃料として利用したり、燃料電池の燃料ガスや、各種化合物の原料（例えばジメチルエーテルなど）に利用したりすることもできるため、産業上、極めて有益に利用することができる。
本発明の第一の実施形態に係るガス精製装置の概略構成図である。 本発明の第一の実施形態に係るガス精製装置が有する第三の処理槽の説明図である。 本発明の第二の実施形態に係るガス精製装置の概略構成図である。 本発明の第三の実施形態に係るガス精製装置の概略構成図である。 本発明の第四の実施形態に係るガス精製装置の概略構成図である。 本発明の他の実施形態に係るガス精製装置の概略構成図である。 本発明の他の実施形態に係るガス精製装置の概略構成図である。 本発明の他の実施形態に係るガス精製装置の概略構成図である。 本発明の他の実施形態に係るガス精製装置の概略構成図である。
符号の説明
１ 原ガス
１ａ 硫黄系不純物
１ｂ 有機珪素系不純物
１ｃ 水分
１ｄ 二酸化炭素
１ｅ，１ｆ，１ｇ 精製ガス
１ｈ ガス
１ｊ ガス
２，３，４，５，６，７，８ 流量調節弁
１０ ガス精製装置
１１ 吸着塔
１２ 硫黄系不純物吸着剤
１３ 有機珪素系不純物吸着剤
１６ ブロア
１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂ バルブ
２０ ガス精製装置
２１ 吸着塔
２３ａ，２３ｂ 流量計
２４ 水分吸着剤
２５ａ，２５ｂ 制御装置
２６ ブロア
２７ａ，２７ｂ 二酸化炭素濃度計
３０ ガス精製装置
３１ 吸着塔
３３，３７ 流量調節弁
３４ 混合タンク
３５ 二酸化炭素吸着剤
３６ ブロア
３８ａ，３８ｂ，３９ａ，３９ｂ バルブ
４６，５６，６６ 真空ポンプ
４０ ガス精製装置
４１ ジャケット
４２ 熱交換器
４７ 第一のサージタンク
５０ ガス精製装置
５１ 吸着塔
５２ 活性炭触媒
５３ａ，５３ｂ バルブ
５７ 第三のサージタンク
６０ ガス精製装置
７０ ガス精製装置
７１ ドライエア
８０ ガス精製装置
８１ ドレイン槽

Claims (22)

  1. 硫黄系不純物、および水分を含有する原ガスを精製するガス精製装置であって、
    第一の処理槽と、
    前記第一の処理槽の一方側から他方側へ前記原ガスを流通させる第一のガス送給手段と、
    前記第一の処理槽内を減圧して排気する第一の減圧排気手段と、
    前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配置され、前記硫黄系不純物を吸着する硫黄系不純物吸着剤と、
    第二の処理槽と、
    前記第一の処理槽の一方側から他方側へ流通したガスを前記第二の処理槽の一方側から他方側へ流通させる第二のガス送給手段と、
    前記第二の処理槽内を減圧して排気する第二の減圧排気手段と、
    前記第二の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第二の処理槽内に配置され、水分を吸着する水分吸着剤とを有し、
    前記硫黄系不純物吸着剤が、シリカライトであり、
    前記水分吸着剤が、シリカゲルである
    ことを特徴とするガス精製装置。
  2. 硫黄系不純物、および水分を含有する原ガスを精製するガス精製装置であって、
    第一の処理槽と、
    前記第一の処理槽内を減圧して排気する第一の減圧排気手段と、
    前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配置され、前記硫黄系不純物を吸着する硫黄系不純物吸着剤と、
    第二の処理槽と、
    前記原ガスを前記第一の処理槽の一方側から他方側へ流通させると共に、この第一の処理槽の一方側から他方側へ流通したガスを前記第二の処理槽の一方側から他方側へ流通させる第二のガス送給手段と、
    前記第二の処理槽内を減圧して排気する第二の減圧排気手段と、
    前記第二の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第二の処理槽内に配置され、水分を吸着する水分吸着剤と有し、
    前記硫黄系不純物吸着剤が、シリカライトであり、
    前記水分吸着剤が、シリカゲルである
    ことを特徴とするガス精製装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載されたガス精製装置であって、
    前記第一の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第一の処理槽内に配置され、前記有機珪素系不純物を吸着する有機珪素系不純物吸着剤を有し、
    前記有機珪素系不純物吸着剤が、ＭＣＭ−４１、ＵＳＹ、ＭＣＭ−４８、ＵＳＭのうちの何れかである
    ことを特徴とするガス精製装置。
  4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載されたガス精製装置であって、
    第三の処理槽と、
    前記第二の処理槽の一方側から他方側へ流通したガスを前記第三の処理槽の一方側から他方側へ流通させる第三のガス送給手段と、
    前記第三の処理槽内を減圧して排気する第三の減圧排気手段と、
    前記第三の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第三の処理槽内に配置され、二酸化炭素を吸着する二酸化炭素吸着剤とを有し、
    前記二酸化炭素吸着剤が、Ｌｉ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ，Ｎａのうちの何れかを交換カチオンとしたＸ型ゼオライトである
    ことを特徴とするガス精製装置。
  5. 請求項１乃至請求項４の何れかに記載されたガス精製装置であって、
    前記第一および第二の処理槽が複数設けられ並列に連結される
    ことを特徴とするガス精製装置。
  6. 請求項４に記載されたガス精製装置であって、
    前記第一および第二の処理槽が複数設けられ並列に連結されると共に、
    前記第三の処理槽が少なくとも三つ設けられ並列に連結される
    ことを特徴とするガス精製装置。
  7. 請求項６に記載されたガス精製装置であって、
    前記第三の減圧排気手段により前記第三の処理槽から排気されたガスを当該第三の処理槽の一方側へ再び送給させると共に、前記第一および第二の処理槽の他方側へ送給させる第一の排気再送給手段と、
    前記第三の処理槽の一方側から他方側へ流通したガスを当該第三の処理槽の他方側へ送給させる第二の排気再送給手段とを有する
    ことを特徴とするガス精製装置。
  8. 請求項１乃至請求項７の何れかに記載されたガス精製装置であって、
    前記硫黄系不純物吸着剤が、ガスの流通方向において前記水分吸着剤よりも上流側に配置される
    ことを特徴とするガス精製装置。
  9. 請求項３に記載されたガス精製装置であって、
    前記有機珪素系不純物吸着剤が、ガスの流通方向において前記硫黄系不純物吸着剤よりも下流側に配置される
    ことを特徴とするガス精製装置。
  10. 請求項４に記載されたガス精製装置であって、
    前記二酸化炭素吸着剤が、ガスの流通方向において前記水分吸着剤よりも下流側に配置される
    ことを特徴とするガス精製装置。
  11. 請求項１乃至請求項１０の何れかに記載されたガス精製装置であって、
    前記有機珪素系不純物を吸着する触媒層を有する前処理槽がガスの流通方向において前記第一の処理槽よりも上流側に設けられる
    ことを特徴とするガス精製装置。
  12. 請求項４乃至請求項１１の何れかに記載されたガス精製装置であって、
    第四の処理槽と、
    前記第三の処理槽の一方側から排気されたガスを前記第四の処理槽の一方側から他方側へ流通させる第四のガス送給手段と、
    前記第四の処理槽内を減圧して排気する第四の減圧排気手段と、
    前記第四の処理槽内の一方側と他方側とを仕切るように当該第四の処理槽内に配置され、二酸化炭素を吸着する二酸化炭素吸着剤とを有し、
    前記二酸化炭素吸着剤が、Ｌｉ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ，Ｎａのうちのいずれかを交換カチオンとしたＸ型ゼオライトである
    ことを特徴とするガス精製装置。
  13. 請求項１乃至請求項１２の何れかに記載されたガス精製装置であって、
    前記第一および第二の減圧排気手段にドライエアを送給させる
    ことを特徴とするガス精製装置。
  14. 請求項１乃至請求項１３の何れかに記載されたガス精製装置であって、
    ドレイン槽が前記第一および第二の減圧排気手段のガス送給口近傍に設けられる
    ことを特徴とするガス精製装置。
  15. 請求項７乃至請求項１４の何れかに記載されたガス精製装置であって、
    前記第一の排気再送給手段により前記第三の処理槽の一方側へ送給されるガスの流量を調節する流量調節弁と、
    前記第三の処理槽の一方側から他方側へ流通したガス内、および前記第三の減圧排気手段により前記第三の処理槽の一方側から排気されたガス内の二酸化炭素の濃度を計測する二酸化炭素濃度計測手段と、
    前記二酸化炭素計測手段により計測された二酸化炭素濃度に基づいて、前記流量調節弁の開度を制御する制御手段とを有する
    ことを特徴とするガス精製装置。
  16. 請求項７乃至請求項１５の何れかに記載されたガス精製装置であって、
    混合タンクがガスの流通方向において前記第三のガス送給手段の上流側に設けられて、前記第二の処理槽の一方側から他方側へ流通したガスと、前記第一の排気再送給手段により前記第三の処理槽の一方側へ送給したガスとが当該混合タンクに流入される
    ことを特徴とするガス精製装置。
  17. 請求項４乃至請求項１６の何れかに記載されたガス精製装置であって、
    前記第三の処理槽に温度調整可能なジャケットが設けられる
    ことを特徴とするガス精製装置。
  18. 請求項４乃至請求項１７の何れかに記載されたガス精製装置であって、
    熱交換器がガスの流通方向において前記第三のガス送給手段よりも下流側に設けられる
    ことを特徴とするガス精製装置。
  19. 請求項１乃至請求項１８の何れかに記載されたガス精製装置であって、
    前記吸着剤が、ハニカム形状である
    ことを特徴とするガス精製装置。
  20. 請求項１乃至請求項１９の何れかに記載されたガス精製装置であって、
    前記原ガスが、バイオガス又は廃棄物熱分解ガスである
    ことを特徴とするガス精製装置。
  21. 硫黄系不純物、水分、およびメタンを含有する原ガスを精製してメタンを製造するメタンの製造方法であって、
    前記原ガスを第一の処理槽に配置された硫黄系不純物吸着剤に流通させて前記硫黄系不純物が吸着除去され、
    前記不純物が吸着除去されたガスを第二の処理槽に配置された水分吸着剤に流通させて水分が吸着除去されて、メタンを精製させるようにした
    ことを特徴とするメタンの製造方法。
  22. 硫黄系不純物、有機珪素系不純物、水分、二酸化炭素、およびメタンを含有する原ガスを精製してメタンを製造するメタンの製造方法であって、
    前記原ガスを第一の処理槽に配置された硫黄系不純物吸着剤および有機珪素系不純物吸着剤に流通させて前記硫黄系不純物および前記有機珪素系不純物がそれぞれ吸着除去され、
    前記不純物が吸着除去されたガスを第二の処理槽に配置された水分吸着剤に流通させて水分が吸着除去され、
    水分が吸着除去されたガスを第三の処理槽に配置された二酸化炭素吸着剤に流通させ二酸化炭素が吸着除去されて、メタンを精製させるようにした
    ことを特徴とするメタンの製造方法。
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