JP3627100B2

JP3627100B2 - 消化ガスの精製方法

Info

Publication number: JP3627100B2
Application number: JP2000252542A
Authority: JP
Inventors: 敬三浜口; 雅則長藤; 明清水; 浩清水
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2000-08-23
Filing date: 2000-08-23
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2020-08-23
Also published as: JP2002058996A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥の消化過程から発生するシロキサン化合物を含有する消化ガスの精製剤および前記消化ガスの精製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球温暖化防止対策のひとつとしてＣＯ_２削減が推進されており、例えば、下水処理場においては発電設備を設置して電力を自給・買電することにより、エネルギーの効率的利用とＣＯ_２排出削減とを図るケースが増加しつつある。
【０００３】
すなわち、下水処理施設では、集積した下水を濃縮処理して各種有機物を含有する汚泥を得て、これを微生物の作用により嫌気性消化する。この過程で得られたメタンを主とする可燃性ガス（消化ガス）を、ガスエンジンおよびガスタービン等の発電設備に供して電力を得る方式が主流となりつつある。
【０００４】
しかしながら、下水場の普及率向上や生活形態の変化に伴なって、シャンプーやリンス等の頭髪仕上げ剤、カーワックスなど撥水剤などの消費が増加し、これらに含有されているシロキサン化合物が下水中に多量に流下するようになってきた。
【０００５】
なお、シロキサン化合物とは、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）を基本骨格とした鎖状または環状構造の化合物をさす。鎖状化合物としては、例えば、メトキシトリメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、およびドデカメチルペンタシロキサン等が挙げられ、環状化合物としては、例えばヘキサメチルシクロトリシロキサン（Ｄ３体）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（Ｄ４体）、デカメチルシクロペンタシロキサン（Ｄ５体）、およびドデカメチルシクロヘキサシロキサン（Ｄ６体）などが挙げられる。ここに列挙した化合物は、化合物中の官能基がメチル基で構成されているが、メチル基に類する炭化水素基で置換された化合物、または水素の代わりにフッ素、塩素等で置換された化合物も含まれ、さらには分子量の大きい多重合化合物も存在する。
【０００６】
シロキサン化合物は、その多くは水に不溶であるため汚泥に吸着した形で下水中に存在するが、引き続いて行なわれる消化過程で消化ガス側に揮散する。すなわち、シロキサン化合物は、発電用の燃料ガスであるメタンとともに存在して、その後段のガスエンジンに流入していた。ガスエンジンに流入したシロキサン化合物は、エンジン内の燃焼室でシリカ（ＳｉＯ_２）となって、エンジン内のシリンダーヘッドやその他各部品に付着・析出する。その結果、エンジンを摩耗・劣化させてしまうという不具合を生じていた。
【０００７】
また、さらにガスエンジン等の発電設備を経たエンジン排ガスは、例えば窒素酸化物処理のため、脱硝触媒塔に導入されて処理されるが、この排ガス中にシリカ（ＳｉＯ_２）が含まれているために、触媒の表面に排ガス中の粉体状シリカ（ＳｉＯ_２）が析出する。粉体状シリカは、こうして触媒の表面を覆い、その一部は触媒の内部まで浸透してしまうため、触媒活性が劣化して所望の窒素酸化物除去が達成されないという不具合も生じていた。
【０００８】
従来は、上述したシロキサン化合物に起因して生じる問題を直接回避する有効な手段を実施せずに、別途、エンジンの保守点検頻度、脱硝触媒の交換頻度を多くすることによって対応していたのが現状である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、下水処理場の消化過程から発生するシロキサン化合物を含有する消化ガスは、後段のガスエンジンでの燃焼過程においてエンジン内でシリカ（ＳｉＯ_２）を発生させるので、エンジンの各部品の摩耗・劣化が生じる。さらに後段の脱硝触媒においても、シリカ（ＳｉＯ_２）は触媒表面を覆って脱硝性能を劣化させるという不具合を生じていた。
【００１０】
また一方、有機溶剤や有機シリコンを扱う印刷工場など各種工場における排ガスや空調排ガスなどにも、シロキサン化合物が含まれており、こうしたシロキサン化合物を除去するために、燃焼手段、溶媒吸収法などが実施されていた。しかしながら、シロキサン化合物が低濃度であるために完全燃焼することが困難であり、燃焼による手段では十分に除去することができない。また一方、溶媒吸収法では、シロキサン化合物を吸収させるための溶媒が別途必要とされ、しかも吸収済みの溶媒処理が煩雑でコストが甚大であるという問題を生じていた。
【００１１】
本発明は、下水汚泥消化ガス中のシロキサン化合物を安価に効率よく除去するための消化ガス精製剤を用いた消化ガスの精製方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、シロキサン化合物を含有する下水汚泥消化ガス中に粉末状の消化ガス精製剤を吹き込んで、前記下水汚泥消化ガスに前記消化ガス精製剤を同伴させる工程と、
前記下水汚泥消化ガスに同伴された前記消化ガス精製剤を、ろ過集塵機により集塵して前記消化ガス精製剤の堆積層を形成する工程と、
前記消化ガス精製剤の堆積層に前記下水汚泥消化ガスを通過させて、前記消化ガス精製剤にシロキサン化合物を吸着させることにより、前記ガス中に含まれるシロキサン化合物を除去する工程とを具備し、
前記消化ガス精製剤は、比表面積が５００ｍ ² ／ｇ以上および１０Å〜２０Åの範囲の細孔径を有する細孔の積算容積が０．１ｃｍ ³ ／ｇ以上となるように賦活処理が施された炭素質からなることを特徴とする消化ガスの精製方法を提供する。
【００１４】
さらに本発明は、粒状、破砕状、または成形状の消化ガス精製剤を容器に充填して充填層を準備する工程と、
前記充填層に、シロキサン化合物としてオクタメチルシクロテトラシロキサンおよびデカメチルシクロペンタシロキサンを含有する下水汚泥消化ガスを通過させて、前記消化ガス精製剤にシロキサン化合物を吸着させることにより、前記ガス中に含まれるシロキサン化合物を除去する工程とを具備し、
前記消化ガス精製剤は、比表面積が５００ｍ²／ｇ以上および１０Å〜２０Åの範囲の細孔径を有する細孔の積算容積が０．１ｃｍ³／ｇ以上となるように賦活処理が施された炭素質からなることを特徴とする消化ガスの精製方法を提供する。
【００１５】
本発明の消化ガス精製剤は、その表面が酸性となるように酸処理が施されたものであることが好ましい。
【００１６】
本発明を用いてシロキサン化合物が除去され精製されたガスは、引き続いて行なわれるプロセスにおいて、シロキサン化合物に起因した各種の不具合を回避することが可能となる。
【００１７】
下水汚泥消化ガスには、下水由来のシロキサン化合物、特に、オクタメチルシクロテトラシロキサンおよびデカメチルシクロペンタシロキサンが含有されている。このため、消化ガスを用いて発電する際には、ガスエンジン内部でシリカ（ＳｉＯ_２）析出に起因したエンジン部品の摩耗・劣化、さらには脱硝触媒の劣化といった不具合が避けられなかった。本発明により、消化ガス中のシロキサン化合物を効率よく吸着除去してエンジンに投入される前に精製されるので、エンジンの保守点検頻度および脱硝触媒の交換頻度を低減することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の消化ガス精製剤を製造するためのプロセスの一例を表わす概略図である。
【００２０】
原料である炭素質としては、石油系、石炭系、および木炭系の各種の炭素含有物を用いることができる。こうした原料は、前処理工程１１として、乾燥、炭化、破砕、整粒の各工程を経た後、賦活工程１２へ導入される。賦活工程１２においては、酸化性気体として機能する水蒸気が賦活剤として用いられ、ロータリキルンで所定時間、所定温度で賦活処理が施されて、細孔を有する多孔質体が得られる。この際の賦活処理は、得られる多孔質体が次の２つの条件の少なくとも一方を満たすように行なわれる。すなわち、（１）比表面積が５００ｍ^２／ｇ以上である、（２）１０Å〜２０Åの範囲の細孔径を有する細孔の積算容積が０．１ｃｍ^３／ｇ以上となる、という条件である。これを達成するためには、例えば、所定温度で所定時間、炭素重量の減量が例えば６０〜７０％となるように賦活処理が施される。
【００２１】
多孔質体となった炭素質は、続いて後処理工程１３へ導入され、酸洗、粉砕、分級の各工程を経て本発明の消化ガス精製剤が得られる。
【００２２】
賦活工程１２で用いられる賦活剤は、公知の通り水蒸気のみでもよいが、必要に応じて二酸化炭素や空気を用いてもよい。賦活温度は７５０〜１０００℃の範囲とすることができる。また、消化ガス精製剤を成形体として用いる場合には、前処理工程１１においてバインダーを別途用いて混和・成形・焼成する必要がある。
【００２３】
薬品添加による賦活法を採用する場合には、原料として主に木質系未炭化物が用いられる。木質系未炭化物は、前処理工程１１において、塩化亜鉛、リン酸などの薬品が添加された後、賦活工程１２では５００〜７００℃の温度で賦活処理されて、本発明の消化ガス精製剤が得られる。
【００２４】
以上のように、従来知られているような活性炭の製法と同等の手法を用いて、本発明の消化ガス精製剤を製造することができる。
【００２５】
一般に、炭素系多孔質体の薬剤を製造する際の細孔の発達に重要なのは、その原料の種類、炭化・乾留方法、賦活剤の種類、賦活薬品の浸漬比、賦活温度、賦活時間（炭素重量減量）、および炉形式などの各種因子である。これらの因子が相互に影響しあって、炭素系多孔質体の細孔容積や比表面積といった性質が決定される。言い換えると、賦活処理の際の温度や時間は、得られる多孔質体の性能を決定する支配的な因子ではあるものの、原料や賦活剤の種類、賦活炉の種類、施される前処理方法によって、同じ賦活工程を経ても、得られる多孔質体の性能が大きく異なることが多いのである。
【００２６】
このような事情から、本発明においては、製造方法は特に限定せずに、製造後の細孔分布および比表面積を用いて消化ガス精製剤を特定している。具体的には本発明の消化ガス精製剤は、比表面積が５００ｍ²／ｇ以上および１０Å〜２０Åの範囲の細孔径を有する細孔の積算容積が０．１ｃｍ³／ｇ以上の消化ガス精製剤である。こうした性質を付与するよう、好適な温度および時間で賦活処理を施して、本発明の消化ガス精製剤が得られる。
【００２７】
また、活性炭の製造炉を有しない場合には、比表面積、細孔分布を測定し、比表面積が５００ｍ²／ｇ以上および１０Å〜２０Åの範囲の細孔径を有する細孔の積算容積が０．１ｃｍ³／ｇ以上となる市販の活性炭を消化ガス精製剤として採用してもよい。
【００２８】
いずれにせよ、本発明の消化ガス精製剤は、比表面積が５００ｍ^２／ｇ以上、および／または１０Å〜２０Åの範囲の細孔径を有する細孔の積算容積が０．１ｃｍ^３／ｇ以上となるように賦活処理が施された炭素質からなる精製剤である。
【００２９】
図２は、本発明にかかる消化ガス精製剤の細孔径と細孔容積との関係の一例を表わすグラフ図である。図２には、細孔径が１０〜２０Åの範囲の細孔容積が約０．２１ｃｍ^３／ｇ（０．３４−０．１３ｃｍ^３／ｇ）であることが示されている。
【００３０】
こうした細孔容積を有する本発明の消化ガス精製剤は、その表面が酸性となるように酸処理を施したものであることが好ましい。
【００３１】
酸処理としては、塩酸、硝酸、硫酸等の無機酸による水洗処理、酸添加処理、および酸浸漬処理等を施すことができる。酸処理を行なうことによって、精製剤に含まれる不純物であるアルカリ塩類等を流し出し、続いて２５０℃以下の温度にて乾燥することにより、精製剤の表面を酸性に保持することができる。表面が酸性の精製剤を用いることによって、シロキサン化合物を選択的に吸着することが可能となるが、これについては後述する。
【００３２】
図３は、本発明の消化ガスの精製方法を説明するための概略図である。図３においては周辺機器、詳細機器の記載は省略してあるが、この概略図は、本発明を適用した下水汚泥消化ガス発電システムの一例を表わすということができる。
【００３３】
下水処理場にて集積した下水は、濃縮その他の処理が施され、ここで得られた各種有機物を含む汚泥は、微生物の作用により消化ガス発生装置（卵型消化槽など、図示せず）にて嫌気性消化される。この過程で得られたメタンを主とする可燃性ガス（消化ガス）Ｇ_ｄは、脱硫処理、ミスト除去処理等が施された後、消化ガスタンク１に貯留される。
【００３４】
消化ガスタンク１に貯留された消化ガスには、下水由来のシロキサン化合物が、例えば１０〜２００ｍｇ／ｍ^３の濃度で含まれている。消化ガスタンク１に貯留された消化ガスは、図示するように後段のろ過式集塵機２に導入され、その際通過する配管において、本発明の消化ガス精製剤が精製剤供給装置５から噴霧・供給される。
【００３５】
消化ガス精製剤を噴霧するための精製剤供給装置５としては、公知の供給手段を用いることができ、例えばスクリューコンベア等の機械的搬送手段、あるいは気体に同伴させて供給する気体搬送手段を採用することができるが、気密性を確保する必要がある。
【００３６】
消化ガス精製剤は粉状として用いられ、消化ガスに同伴されて後段のろ過式集塵機２により集塵される。ろ過式集塵機２に集塵された消化ガス精製剤は、このろ過式集塵機２内のろ布（図示せず）表面に堆積して、逆洗されるまでの一定時間、消化ガス精製剤の堆積層を形成する。消化ガスがこの堆積層を通過する際に、消化ガスに含まれるシロキサン化合物は、消化ガス精製剤の吸着作用により吸着除去される。
【００３７】
ここで、ろ過式集塵機２は、織布、フェルトその他からなるろ布、ろ布を内側から支えるリテーナ、ろ布に堆積した集塵物（消化ガス精製剤）を逆洗するための逆洗装置、および逆洗で払い落とされた集塵物を貯留する集塵物ホッパなどから構成される公知のバグフィルタ装置とすることができる。ただし、ろ布は、硫化水素の流入を考慮して耐酸性の材質を採用し、可燃性ガス（消化ガス）を扱うので装置全体を密閉式とすることが好ましい。また、逆洗は窒素または消化ガスによるパルスジェット方式とすることが望まれる。集塵物を貯留する集塵物ホッパは、密閉式のロータリーバルブを採用して連続的に回収してもよいし、定期点検時に回収してもよい。
【００３８】
ろ過式集塵機２に形成された消化ガス精製剤の堆積層を通過することにより精製された消化ガスは、連通するガスエンジン３に導入される。なお、ガスエンジン３は、発電設備の例示であり、ガスタービン、燃焼ボイラ等のその他の発電設備であってもよい。
【００３９】
ガスエンジン３内で燃焼過程を経た排ガスは、脱硝触媒塔４に導入され、ここで排ガス中の窒素化合物が除去された後、煙突（図示せず）を介して大気放散される。脱硝触媒塔４は、発電設備の後段に通常設置されるが、希薄燃焼その他の工夫により、窒素酸化物濃度が低い場合には設置を省略される場合があることと、充填する触媒はハニカム形状その他が用いられ、脱硝に供される触媒であればよく、特に材質を限定するものではない。
【００４０】
なお、図面には示していないが、ブースター（ガス圧縮機）は、ろ過式集塵機２とガスエンジン３との間に設置することができ、減湿器（クーラー、ドレンセパレーター、ミストセパレーター等）は、ろ過式集塵機２の前または後に必要に応じて設置することができる。
【００４１】
ガスエンジン３に導入された消化ガスは、消化ガス精製剤の堆積層を通過したことによりシロキサン化合物を含有しないので、ガスエンジン内部にシリカ（ＳｉＯ_２）を析出させることはなく、従来のようなエンジン部品の摩耗・劣化を避けることができる。さらに、脱硝触媒塔４触媒の劣化の不具合も、ガス中のシロキサン化合物が除去されたことにより未然に回避することが可能となる。その結果、ガスエンジン３の保守点検頻度および脱硝触媒塔４の触媒の交換頻度を、著しく低減することが可能となる。
【００４２】
本発明において消化ガスＧ_ｄ中に含有されるシロキサン化合物とは、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）を基本骨格とした鎖状または環状構造の化合物をさす。鎖状化合物としては、例えば、メトキシトリメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、およびドデカメチルペンタシロキサンが挙げられ、環状化合物としては、例えばヘキサメチルシクロトリシロキサン（Ｄ３体）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（Ｄ４体）、デカメチルシクロペンタシロキサン（Ｄ５体）、およびドデカメチルシクロヘキサシロキサン（Ｄ６体）が挙げられる。なお、シロキサン化合物中の官能基はメチル基で構成される必要はなく、メチル基に類する炭化水素基で置換されていてもよい。あるいは、水素の代わりにフッ素、塩素等で置換されたシロキサン化合物も含まれ、さらには分子量の大きい多重合化合物も含まれる。
【００４３】
これらのうち、下水汚泥消化ガスに含まれるシロキサン化合物は、特に、環状構造であるオクタメチルシクロテトラシロキサン（Ｄ４体）およびデカメチルシクロペンタシロキサン（Ｄ５体）が支配的に多く検知されることが本発明者らの調査により判明した。すなわち、これらの化合物を選択的あるいは優先的に吸着除去することによって、上述した効果を確実に得ることができるのである。
【００４４】
これを達成するために、本発明者らは鋭意検討の結果、上述したような化合物の分子径、すなわち、Ｄ４体：約１０Å、Ｄ５体：約１２Åを推定し、これに相当しかつ吸着効果が大きいと帰結した消化ガス精製剤の細孔径を、１０〜２０Åと結論するに至った。また本発明者らは、消化ガス精製剤の比表面積を５００ｍ^２／ｇ以上、より好ましくは１０００ｍ^２／ｇ以上とするのが有効であると帰結したのである。このように構成することによって、消化ガス精製剤におけるＤ４体およびＤ５体の平衡吸着量を、例えば２０〜６０℃の条件下で、０．１５〜０．５ｇ／ｇと大きくすることが可能となる。したがって、すり抜け（未吸着のまま放出されること）がなく、吸着破過に達する時間を長く保持することが可能となった。
【００４５】
ここで図４および図５に、本発明者らの研究調査結果の一例を示す。
【００４６】
図４は、消化ガス精製剤の比表面積と、シロキサン化合物の除去率および平衡吸着量との関係を示す。図４のグラフにおいて、曲線ａは、消化ガス精製剤の比表面積とシロキサン化合物除去率との関係を表わし、曲線ｂは、消化ガス精製剤の比表面積と平衡吸着量との関係を表わしている。図４のグラフから、比表面積が５００ｍ^２／ｇ未満の消化ガス精製剤を用いた場合には、一定時間後のシロキサン化合物の除去水準（除去率および平衡吸着量）が極端に低いことが判明している。したがって、消化ガス精製剤の比表面積は５００ｍ^２／ｇ以上であることが望ましく、１０００ｍ^２／ｇ以上であることがより望ましい。
【００４７】
ここで、消化ガス精製剤の比表面積は、窒素ガス吸着によるＢＥＴ法、あるいはこれに準ずる方法により測定された値を採用する。
【００４８】
図５のグラフは、消化ガス精製剤における１０Å〜２０Åの範囲の細孔容積と、シロキサン化合物除去率および平衡吸着量との関係を示す。図５のグラフにおいて、曲線ｃは、１０Å〜２０Åの範囲の細孔容積とシロキサン化合物除去率との関係を表わし、曲線ｄは１０Å〜２０Åの範囲の細孔容積と平衡吸着量との関係を表わしている。図５のグラフから、１０Å〜２０Åの範囲の細孔径を有する細孔の積算容量が０．１ｃｍ^３／ｇ未満である消化ガス精製剤を用いた場合には、一定時間後のシロキサン化合物の除去水準（除去率および平衡吸着量）が極端に低いことが判明している。したがって、１０Å〜２０Åの範囲の細孔の積算容量が０．１ｃｍ^３／ｇ以上である消化ガス精製剤を用いることが、相対的に好ましい。
【００４９】
ここで、消化ガス精製剤の細孔分布は、例えば、Ｎ_２ガス吸着法、アルゴンガス吸着法、および水銀圧入法などにより測定することができるが、比較的精度がよく、汎用な手法であるＮ_２ガス吸着法を用いることが好ましい。但し、これに準ずる方法であれば採用できる。
【００５０】
しかるに本発明者らは、（１）消化ガス精製剤の比表面積を５００ｍ²／ｇ以上、さらには１０００ｍ²/ｇ以上とする、および（２）消化ガス精製剤の１０Å〜２０Åの範囲の細孔径を有する細孔の積算容積を０．１ｃｍ³／ｇ以上とする、を満たす炭素質吸着剤を消化ガス精製剤として提案した。
【００５１】
言い換えると、このような本発明の消化ガス精製剤を消化ガス発電システムにおける消化ガスの精製剤として採用し、図３に関して説明したような方法で消化ガス中のシロキサン化合物を除去するので、すでに述べたような作用効果が確実に得られる。
【００５２】
また、消化ガス精製剤として、酸処理を施したものを用いると、表面が酸性であるので、前段の脱硫過程でわずかに流出する硫化水素の消化ガス精製剤への吸着が抑制される。したがって、シロキサン化合物を選択的に吸着することができ、吸着破過時間を長くするという効果がある。
【００５３】
図６は、本発明の消化ガスの精製方法を説明する別の例を表わす概略図であり、本発明を適用した下水汚泥消化ガス発電システムの他の例を表わす概略図ということができる。ただし図６においては、周辺機器、詳細機器の記載は省略してあり、また、図３と同一部分の構成の説明は省略する。
【００５４】
消化ガスタンク１に貯留されたシロキサン化合物を含有する消化ガスＧ_ｄは、本発明の消化ガス精製剤が充填された充填層６に導入され、充填層６を通過する際に、消化ガス中のシロキサン化合物が吸着除去されて、後段のガスエンジン３に導入される。
【００５５】
充填層６に充填される消化ガス精製剤は、粒状、破砕状、または成形状とすることができる。この精製剤を容器に充填して充填層を形成し、充填層６を構成する。
【００５６】
なお、図示しないブースター（ガス圧縮機）、減湿器（クーラー、ドレンセパレーター、ミストセパレーター等）は、ガスエンジン３の上流側であればいずれの場所でもよく、適宜設置することができる。
【００５７】
ガスエンジン３に導入された消化ガスは、充填層６を通過したことによりシロキサン化合物を含有しないので、ガスエンジン内部にシリカ（ＳｉＯ_２）を析出させることはなく、従来のようなエンジン部品の摩耗・劣化を避けることができる。さらに、脱硝触媒塔４触媒の劣化の不具合も、ガス中のシロキサン化合物が除去されたことにより未然に回避することが可能となる。その結果、ガスエンジン３の保守点検頻度および脱硝触媒塔４の触媒の交換頻度を、著しく低減することが可能となる。
【００５８】
ここで、充填層６を通過する際の消化ガスの空塔速度は、０．５ｍ／ｓ以下とすることが好ましい。
【００５９】
消化ガス精製剤を収容した充填層６に流通する消化ガスの空塔速度が０．５ｍ／ｓを越えると、ガスと消化ガス精製剤との接触効率が低下して、十分にシロキサン化合物を吸着分離することが困難になるおそれがある。０．５ｍ／ｓ以下の空塔速度でシロキサン化合物含有ガスを通過させることによって、充填層６出口からシロキサン化合物が排出されることなく、効率よく除去することができる。
【００６０】
このことは、本発明者らの研究調査結果の一例である図７のグラフにより裏付けられる。図７は、充填層６のおけるガスの空塔速度とシロキサン化合物除去率との関係を示す。図７に示されるように、空塔速度が０．５ｍ／ｓを越えると、一定時間後のシロキサン化合物の除去水準が極端に低下するので、一般には空塔速度は０．５ｍ／ｓ以下とすることが相対的に好ましい。ただし、空塔速度が０．５ｍ／ｓを越える場合には、層高を十分長くすることなどによって、ガスと消化ガス精製剤との接触効率を高めることも可能である。
【００６１】
ここで用いられる充填層６は、炭素質の消化ガス精製剤を充填でき、被処理ガスである下水汚泥消化ガスを流通できる密閉式の構造であれば、その形式は特に限定されない。例えば、固定床式、移動床式、流動床式、または多段式とすることができ、塔内のガス流れが上向流および下降流のいずれであっても同等の効果が得られる。移動床式の場合は、充填剤の連続（あるいは間欠）供給装置と排出装置とを密閉性よく設置することはいうまでもない。また、プロセス停止時に充填層６内の消化ガスをパージできるように、別途パージライン、窒素供給ライン等を設けることも必要に応じてなされる。充填層６の消化ガス精製剤は、必要に応じて、水蒸気加熱、減圧処理などの再生処理が別途なされ、繰り返し使用を行なうことができる。
【００６２】
こうしたパージライン、窒素供給ラインは、図３に示したようなろ過式集塵機２を用いた場合も同様である。さらに、ろ過式集塵機２から回収された消化ガス精製剤も、上述したように必要に応じて再生処理を施すことができる。
【００６３】
充填層６に充填される消化ガス精製剤は、すでに述べたように、比表面積が５００ｍ^２／ｇ以上であることが好ましく、１０Å〜２０Åの範囲の細孔の積算容積が０．１ｃｍ^３／ｇ以上となる細孔分布を有することが望ましい。その材質は、炭素質に加えて、例えば、ゼオライト、アルミナ等を用いても、同等の効果を得ることができる。
【００６４】
【実施例】
（実施例）
図６に示した下水汚泥消化ガス発電システムの運転を行なって、運転開始３ヶ月後におけるガスエンジン３入口のシロキサン化合物濃度、ガスエンジン３内に残留するＳｉ化合物量、およびガスエンジン後段の脱硝触媒塔４での脱硝率を調べ、得られた結果を、発電用消化ガス温度とともに下記表１にまとめる。なお、充填層６に充填される消化ガス精製剤としては活性炭を用い、１０Å〜２０Åの細孔の容積割合は０．２１ｃｍ^３／ｇ、その比表面積は１０００ｍ^２／ｇ、表面のｐＨは６．０である。
【００６５】
（比較例）
比較例として、図８に示す下水汚泥消化ガス発電システムの運転を行なった。図８に示すシステムは、消化ガス精製剤が充填された充填層６を設置していない以外は、図６に示したものと同様である。前述と同様に運転開始３ヶ月後におけるガスエンジン入口のシロキサン化合物濃度、ガスエンジン内に残留するＳｉ化合物量、およびガスエンジン後段の脱硝触媒塔での脱硝率を調べ、得られた結果を発電量消化ガス温度とともに下記表１にまとめる。
【００６６】
【表１】

【００６７】
表１に示されるように、本発明を用いてシロキサン化合物の除去を行なった実施例においては、運転３ヶ月後であってもガスエンジン３の入口、すなわち、充填層６出口のシロキサン濃度が４．５ｍｇ／ｍ^３と小さい。これに対して、シロキサン化合物の除去を行なわない比較例においては、ガスエンジン入口のシロキサン濃度は８５ｍｇ／ｍ^３であり、本発明によりシロキサン濃度が著しく低減されることが確認された。
【００６８】
また、実施例においては、ガスエンジン３内のシリンダーヘッド等の各エンジン部材から採取された析出物中のＳｉ付着量は、比較例の５％程度と低い値に抑制されている。このことから、本発明の方法によりシロキサン化合物が除去された精製ガスは、エンジンの運転に何等悪影響を及ぼさないことが判明した。
【００６９】
さらに実施例においては、後段の脱硝触媒塔におけるＳｉ付着量も少なかったので、脱硝効率は５７％と初期値（６０％）と同等の値であった。一方、比較例においては、エンジン排ガス中のシリカ（ＳｉＯ_２）が触媒表面へ付着したことに起因して触媒活性が低下し、脱硝率は１３％とごく低いレベルにとどまっていることがわかる。
【００７０】
このように、本発明を用いることによって、消化ガス中のシロキサン化合物を十分に効率よく吸着でき、ガスエンジン内および脱硝触媒でのシロキサン由来のＳｉ化合物（ＳｉＯ_２）の付着量は従来に比べて激減させることができる。その結果、ガスエンジンの保守点検頻度を低減して、長期にわたって脱硝触媒の活性を維持できることが確認された。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、下水汚泥消化ガス中のシロキサン化合物を安価に効率よく除去することが可能な消化ガスの精製剤、およびこれを用いた消化ガスの精製方法が提供される。
【００７２】
以上説明したように本発明によれば、下水汚泥消化ガス中のシロキサン化合物を安価に効率よく除去することが可能な消化ガスの精製剤を用いた消化ガスの精製方法が提供される。
【００７３】
さらに、酸処理を施した消化ガス精製剤を用いた場合には、表面が酸性であるゆえ、前段の脱硫過程でわずかに流出する硫化水素の消化ガス精製剤への吸着を抑制して、シロキサン化合物を選択的に吸着することができる。したがって、吸着破過時間を長くすることが可能となる。
【００７４】
本発明は、下水汚泥消化ガスのみならず、有機シリコン等を取り扱う各種工場排ガス、および空調排ガスなどのシロキサン化合物含有ガスからのシロキサン化合物の除去に適用することも可能であり、その工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の消化ガス精製剤を製造するためのプロセスの一例を表わす概略図
【図２】消化ガス精製剤の細孔径と細孔容積との関係を表わすグラフ図。
【図３】本発明の消化ガスの精製方法の一例を説明する概略図。
【図４】本発明の消化ガス剤の比表面積と、シロキサン化合物除去率および平衡吸着量との関係を表わすグラフ図。
【図５】本発明の消化ガス精製剤の１０〜２０Åの細孔容積と、シロキサン化合物除去率および平衡吸着量との関係を表わすグラフ図。
【図６】本発明の消化ガスの精製方法の他の例を説明する概略図。
【図７】下水汚泥消化ガスの空塔速度とシロキサン化合物除去率との関係を表わすグラフ図。
【図８】従来の下水汚泥消化ガス発電システムの構成を表わす概略図。
【符号の説明】
１…消化ガスタンク
２…ろ過式集塵機
３…ガスエンジン
４…脱硝触媒塔
５…精製剤供給装置
６…充填層
１１…前処理工程
１２…賦活工程
１３…後処理工程
Ｇ_Ｄ…消化ガス
Ｇ_Ｅ…排気ガス

Claims

シロキサン化合物を含有する下水汚泥消化ガス中に粉末状の消化ガス精製剤を吹き込んで、前記下水汚泥消化ガスに前記消化ガス精製剤を同伴させる工程と、
前記下水汚泥消化ガスに同伴された前記消化ガス精製剤を、ろ過集塵機により集塵して前記消化ガス精製剤の堆積層を形成する工程と、
前記消化ガス精製剤の堆積層に前記下水汚泥消化ガスを通過させて、前記消化ガス精製剤にシロキサン化合物を吸着させることにより、前記ガス中に含まれるシロキサン化合物を除去する工程とを具備し、
前記消化ガス精製剤は、比表面積が５００ｍ ² ／ｇ以上および１０Å〜２０Åの範囲の細孔径を有する細孔の積算容積が０．１ｃｍ ³ ／ｇ以上となるように賦活処理が施された炭素質からなることを特徴とする消化ガスの精製方法。
粒状、破砕状、または成形状の消化ガス精製剤を容器に充填して充填層を準備する工程と、
前記充填層に、シロキサン化合物としてオクタメチルシクロテトラシロキサンおよびデカメチルシクロペンタシロキサンを含有する下水汚泥消化ガスを通過させて、前記消化ガス精製剤にシロキサン化合物を吸着させることにより、前記ガス中に含まれるシロキサン化合物を除去する工程とを具備し、
前記消化ガス精製剤は、比表面積が５００ｍ ² ／ｇ以上および１０Å〜２０Åの範囲の細孔径を有する細孔の積算容積が０．１ｃｍ ³ ／ｇ以上となるように賦活処理が施された炭素質からなることを特徴とする消化ガスの精製方法。