(57)【要約】【課題】ＣＨ4ガスの濃縮性能を向上させると共に、小型化を図ったガス精製装置及びガス精製方法を提供する。【解決手段】本発明の実施例に係るガス精製装置１０は、ＣＯ2とＣＨ4とを含有する消化ガス１１Ａを吸収水１２に混合し、吸収水１２中にＣＯ2を溶解させ、消化ガス１１ＡからＣＯ2を分離するスタティックミキサ１３と、スタティックミキサ１３により吸収水１２と混合した後の消化ガス１１Ｂを更に吸収水１２と接触させて消化ガス１１Ｂ中のＣＯ2を吸収水１２に溶解させ、ＣＨ4とＣＯ2とを分離する吸収塔１４と、吸収塔１４でＣＯ2を吸収した吸収水１２中のＣＯ2を放散する放散塔１５及び曝気槽４８と、を有するものである。スタティックミキサ１３と吸収塔１４とにより消化ガス１１Ａ中に含まれるＣＯ2を分離することで、吸収塔１４からはＣＨ4を高濃度に濃縮したＣＨ4ガス３３を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分と、ＣＯ2とを含有するＣＯ2含有ガスを吸収水に混合し、前記吸収水中にＣＯ2を溶解させ、前記ＣＯ2含有ガスからＣＯ2を分離する混合手段と、
前記混合手段により前記吸収水と混合した後のＣＯ2含有ガスを更に吸収水と接触させて前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を前記吸収水に溶解させ、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分とＣＯ2とを分離する吸収塔と、
前記吸収塔でＣＯ2を吸収した吸収水中のＣＯ2を放散する放散塔単独あるいは放散塔及び曝気槽と、を有し、
前記吸収塔において、ＣＯ2を分離して前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分を高濃度化した精製ガスを非吸収ガスとして得ることを特徴とするガス精製装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記混合手段が、スタティックミキサ又はラインミキサであることを特徴とするガス精製装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記放散塔単独あるいは放散塔及び曝気槽においてＣＯ2が放散された吸収水を前記吸収塔に循環させる吸収水循環ラインを有することを特徴とするガス精製装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一つにおいて、
前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分が、ＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeの少なくとも一つを含んでなるものであることを特徴とするガス精製装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一つにおいて、
前記ＣＯ2含有ガスが、バイオ発酵して生成された消化ガスであることを特徴とするガス精製装置。
【請求項６】
請求項１及至５の何れか一つにおいて、
前記吸収水にアルカリ溶液を混合して用いることを特徴とするガス精製装置。
【請求項７】
請求項１及至６の何れか一つにおいて、
前記吸収塔において前記ＣＯ2含有ガスを前記吸収塔の塔上部から導入すると共に、ＣＯ2を吸収した吸収水を前記吸収塔の塔底部側から抜出すことを特徴とするガス精製装置。
【請求項８】
水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分と、ＣＯ2とを含有するＣＯ2含有ガスを吸収水に混合し、前記吸収水中にＣＯ2を溶解させ、前記ＣＯ2含有ガスからＣＯ2を分離する混合工程と、
前記吸収水と混合した後のＣＯ2含有ガスを更に吸収水と接触させて前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を前記吸収水に溶解させ、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分とＣＯ2とを分離するＣＯ2吸収工程と、
前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を吸収した吸収水中のＣＯ2を放散するＣＯ2ガス放散工程と、を含み、
前記混合工程において、前記ＣＯ2含有ガス中の前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分を濃縮し、前記ＣＯ2吸収工程において、前記ＣＯ2含有ガスからＣＯ2を分離して前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分を高濃度化した精製ガスを非吸収ガスとして得ることを特徴とするガス精製方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記混合工程が、スタティックミキサ又はラインミキサを用いて前記ＣＯ2含有ガスを前記吸収水に混合させることを特徴とするガス精製方法。
【請求項１０】
請求項８又は９において、
前記ＣＯ2ガス放散工程においてＣＯ2が放散された吸収水を前記ＣＯ2吸収工程において用いる前記吸収水として循環させることを特徴とするガス精製方法。
【請求項１１】
請求項８乃至１０の何れか一つにおいて、
前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分が、ＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeの少なくとも一つを含んでなるものであることを特徴とするガス精製方法。
【請求項１２】
請求項８乃至１１の何れか一つにおいて、
前記ＣＯ2含有ガスが、バイオ発酵して生成された消化ガスであることを特徴とするガス精製方法。
【請求項１３】
請求項８及至１２の何れか一つにおいて、
前記吸収水にアルカリ溶液を混合して用いることを特徴とするガス精製方法。
【請求項１４】
請求項８及至１３の何れか一つにおいて、
前記ＣＯ2吸収工程において前記ＣＯ2含有ガスを吸収塔の塔上部から導入すると共に、ＣＯ2を吸収した吸収水を前記吸収塔の塔底部側から抜出すことを特徴とするガス精製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば有機性廃棄物の生物学的処理に際し発生する消化ガスからガス成分として例えばメタン（ＣＨ4）ガスを高純度に濃縮するガス精製装置及びガス精製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理場、食品工場、ビール製造工場、家畜の飼育場等で生じる有機系廃棄物、例えば、汚泥、生ごみ、し尿等を、タンク内などで嫌気処理が行われ、発酵させることによって生物学的に処理すると、ＣＨ4、二酸化炭素（ＣＯ2）、硫化水素（Ｈ2Ｓ）等からなるメタン発酵ガス（消化ガス）が発生する。この消化ガスの主成分はＣＯ2とＣＨ4であるが、ＣＨ4を例えば６０％程度、ＣＯ2を例えば３０〜４０％程度含有し、その他、Ｈ2Ｓ等を含んでいる。
【０００３】
近年、かかる消化ガスをエネルギー源として有効利用することが検討されている。例えば、バイオ発酵により生成した消化ガスの主成分はＣＯ2とＣＨ4であり、カロリーが低いため、このままでは都市ガスなどとして用いることはできない。そのため、消化ガスのＣＯ2を分離してＣＨ4濃度を高めることで、消化ガスのカロリーアップを図ることができ、都市ガスと同等の燃焼が可能となることから都市ガスの代替品としての使用、又は燃料電池等への利用が検討されている。
【０００４】
従来より、消化ガスからＣＯ2を分離してＣＨ4ガスを取り出して濃縮する方法として、例えば、吸収剤として水（吸収水）を用い、水にＣＯ2を吸収させ、ＣＨ4ガスを濃縮精製する物理吸収法を用いたガス精製装置を採用したものが提案されている（例えば、特許文献１〜特許文献４、参照）。
【０００５】
このガス精製装置を用いる方法では、消化ガスを吸収水に気液接触させて、吸収水中にＣＯ2を溶解させて分離し、高濃度に濃縮したＣＨ4ガスを精製している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２９９１０５号公報
【特許文献２】特開２００５−２３９９９１号公報
【特許文献３】特許第４０２２５５５号公報
【特許文献４】特許第４０８８６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の物理吸収法を用いる方法では、消化ガス中に含まれているＣＯ2を吸収塔で水吸収によって除去するため、吸収塔の塔高を高くするなど装置を大型化する必要があり、経済性等が悪い、という問題がある。
【０００８】
また、消化ガスを例えば都市ガス代替品として使用する場合、濃縮されたＣＨ4のガス濃度は例えば９５％以上とする必要があり、濃縮性能を高め、更に高濃度に濃縮したＣＨ4ガスを精製する必要がある。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、ＣＨ4ガスの濃縮性能を向上させると共に、小型化を図ったガス精製装置及びガス精製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分と、ＣＯ2とを含有するＣＯ2含有ガスを吸収水に混合し、前記吸収水中にＣＯ2を溶解させ、前記ＣＯ2含有ガスからＣＯ2を分離する混合手段と、前記混合手段により前記吸収水と混合した後のＣＯ2含有ガスを更に吸収水と接触させて前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を前記吸収水に溶解させ、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分とＣＯ2とを分離する吸収塔と、前記吸収塔でＣＯ2を吸収した吸収水中のＣＯ2を放散する放散塔単独あるいは放散塔及び曝気槽と、を有し、前記吸収塔において、ＣＯ2を分離して前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分を高濃度化した精製ガスを非吸収ガスとして得ることを特徴とするガス精製装置にある。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記混合手段が、スタティックミキサ又はラインミキサであることを特徴とするガス精製装置にある。
【００１２】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記放散塔単独あるいは放散塔及び曝気槽においてＣＯ2が放散された吸収水を前記吸収塔に循環させる吸収水循環ラインを有することを特徴とするガス精製装置にある。
【００１３】
第４の発明は、第１乃至３の何れか一つの発明において、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分が、ＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeの少なくとも一つを含んでなるものであることを特徴とするガス精製装置にある。
【００１４】
第５の発明は、第１乃至４の何れか一つの発明において、前記ＣＯ2含有ガスが、バイオ発酵して生成された消化ガスであることを特徴とするガス精製装置にある。
【００１５】
第６の発明は、第１及至５の何れか一つの発明において、前記吸収水にアルカリ溶液を混合して用いることを特徴とするガス精製装置にある。
【００１６】
第７の発明は、第１及至６の何れか一つの発明において、前記吸収塔において前記ＣＯ2含有ガスを前記吸収塔の塔上部から導入すると共に、ＣＯ2を吸収した吸収水を前記吸収塔の塔底部側から抜出すことを特徴とするガス精製装置にある。
【００１７】
第８の発明は、水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分と、ＣＯ2とを含有するＣＯ2含有ガスを吸収水に混合し、前記吸収水中にＣＯ2を溶解させ、前記ＣＯ2含有ガスからＣＯ2を分離する混合工程と、前記吸収水と混合した後のＣＯ2含有ガスを更に吸収水と接触させて前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を前記吸収水に溶解させ、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分とＣＯ2とを分離するＣＯ2吸収工程と、前記ＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を吸収した吸収水中のＣＯ2を放散するＣＯ2ガス放散工程と、を含み、前記混合工程において、前記ＣＯ2含有ガス中の前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分を濃縮し、前記ＣＯ2吸収工程において、前記ＣＯ2含有ガスからＣＯ2を分離して前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分を高濃度化した精製ガスを非吸収ガスとして得ることを特徴とするガス精製方法にある。
【００１８】
第９の発明は、第８の発明において、前記混合工程が、スタティックミキサ又はラインミキサを用いて前記ＣＯ2含有ガスを前記吸収水に混合させることを特徴とするガス精製方法にある。
【００１９】
第１０の発明は、第８又は９の発明において、前記ＣＯ2ガス放散工程においてＣＯ2が放散された吸収水を前記ＣＯ2吸収工程において用いる前記吸収水として循環させることを特徴とするガス精製方法にある。
【００２０】
第１１の発明は、第８乃至１０の何れか一つの発明において、前記水への溶解度がＣＯ2より小さいガス成分が、ＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeの少なくとも一つを含んでなるものであることを特徴とするガス精製方法にある。
【００２１】
第１２の発明は、第８乃至１１の何れか一つの発明において、前記ＣＯ2含有ガスが、バイオ発酵して生成された消化ガスであることを特徴とするガス精製方法にある。
【００２２】
第１３の発明は、第８及至１２の何れか一つの発明において、前記吸収水にアルカリ溶液を混合して用いることを特徴とするガス精製方法にある。
【００２３】
第１４の発明は、請求項８及至１３の何れか一つの発明において、前記ＣＯ2吸収工程において前記ＣＯ2含有ガスを吸収塔の塔上部から導入すると共に、ＣＯ2を吸収した吸収水を前記吸収塔の塔底部側から抜出すことを特徴とするガス精製方法にある。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係るガス精製装置によれば、ＣＯ2と水への溶解度の小さいガス成分を含有するＣＯ2含有ガスを吸収水に混合し、吸収水中にＣＯ2を溶解させ、ＣＯ2含有ガスからＣＯ2を分離した後、吸収水と混合した後のＣＯ2含有ガスを更に吸収水と接触させてＣＯ2含有ガス中のＣＯ2を吸収水に溶解させ、ガス成分とＣＯ2とを分離しているため、吸収塔からは高濃度に濃縮したガス成分を得ることができる。
また、吸収塔には混合手段において予め吸収水にＣＯ2含有ガス中の大半のＣＯ2を溶解させ、吸収水と混合した後のＣＯ2含有ガスを供給することで、吸収塔内においてＣＯ2含有ガス中に残留するＣＯ2の吸収水への吸収負荷を軽減することができるため、吸収塔の塔高を従来よりも低くすることができ、装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の実施例に係るガス精製装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
【実施例】
【００２７】
本発明による実施例に係るガス精製装置について、図１を参照して説明する。
図１は、本発明の実施例１に係るガス精製装置の構成を示す概略図である。
図１に示すように、本発明の実施例に係るガス精製装置１０は、ＣＯ2とＣＨ4とを含有する消化ガス１１Ａを吸収水１２に混合し、吸収水１２中にＣＯ2を溶解させ、消化ガス１１ＡからＣＯ2を分離するスタティックミキサ（混合手段）１３と、スタティックミキサ１３により吸収水１２と混合した後の消化ガス１１Ｂを更に吸収水１２と接触させて消化ガス１１Ｂ中のＣＯ2を吸収水１２に溶解させ、ＣＨ4とＣＯ2とを分離する吸収塔１４と、吸収塔１４でＣＯ2を吸収した吸収水１２中のＣＯ2を放散する放散塔１５及び曝気槽４８と、を有するものである。
尚、本実施例では、ＣＯ2含有ガスとしてメタン発酵工程において発酵タンクなどのガス源からバイオ発酵して生成されるＣＨ4、ＣＯ2、Ｈ2Ｓを含有するメタン発酵ガス（消化ガス）１１Ａを用いて説明する。
また、前記ガス精製装置は、既設のメタン発酵工程においてガス源から消化ガス１１Ａを回収するために後付で設けられる場合と、新設排ガス源に同時付設される場合とがある。
【００２８】
本実施例に係るガス精製装置１０は、生成された消化ガス１１ＡからＣＯ2を分離し、ＣＨ4ガス３３（非吸収ガス）を生成する濃縮工程からなる。前記濃縮工程は、消化ガス１１Ａを圧縮するガス圧縮工程Ｉと、スタティックミキサ１３で構成される混合工程ＩＩ−１及び吸収塔１４で構成されるＣＯ2ガス吸収工程ＩＩ−２とからなる吸収工程ＩＩと、放散塔１５及び曝気槽４８からなるＣＯ2ガス放散工程ＩＩＩとで構成される。
【００２９】
（ガス圧縮工程Ｉ）
消化ガス１１Ａは、例えばメタン発酵工程においてバイオ発酵して生成され、主成分としてＣＨ4、ＣＯ2、Ｈ2Ｓ等を含有している。メタン発酵工程において排出されるＣＨ4、ＣＯ2を含有する消化ガス１１Ａはガスフィルタ（デミスタ組込型）２２に送られ、除塵及びミスト除去された後、ガス圧縮機２３に導入され、ガス圧縮機２３により昇圧される。昇圧された消化ガス１１Ａはガスクーラ２４に送られ、ここで冷却水により冷却された後、スタティックミキサ１３に送給される。
【００３０】
ガス圧縮機２３としてはレシプロ式等が使用される。ガス圧力検出器２５Ａにおいて消化ガス１１Ａの圧力を検出し、還流通路２６に設けた開閉弁Ｖ１の開閉を調整することによりガス圧縮機２３の出口の消化ガス１１Ａの一部をガス圧縮機２３の入口に還流させる。消化ガス１１Ａの一部を還流させることで、消化ガス１１Ａの流量変動に対応して制御することができる。また、開閉弁Ｖ２は、ガス精製装置１０の停止時などにスタティックミキサ１３への消化ガス１１Ａの供給を遮断する弁である。
【００３１】
（吸収工程ＩＩ）
吸収工程ＩＩは、上述の通り、スタティックミキサ１３で構成される混合工程ＩＩ−１と、吸収塔１４で構成されるＣＯ2ガス吸収工程ＩＩ−２とで構成されている。
スタティックミキサ１３では、消化ガス１１Ａ中のＣＯ2を選択的に水に溶解して分離する。このスタティックミキサ１３での操作圧力を高くするほどＣＯ2の溶解度は高くなり、ＣＯ2の吸収効率は上がるが、操作圧力が高くなるとガス圧縮機２３の電力使用量が上昇して運転コストが高くなるため、例えば０．６ＭＰａＧ以下の圧力まで、ガス圧縮機２３で加圧している。そのため、ガス圧縮機２３で加圧された消化ガス１１Ａは昇温するため、ガスクーラ２４で常温まで冷却した後、スタティックミキサ１３に送給するようにしている。
【００３２】
消化ガス１１Ａ中のＣＯ2は、後述のように、スタティックミキサ１３及び吸収塔１４において吸収水１２中に吸収するようにしている。スタティックミキサ１３及び吸収塔１４において吸収水１２中に吸収するＣＯ2吸収工程では、圧力の高い条件下で、ＣＯ2を吸収水１２中に吸収するようにしている。
【００３３】
ここで、表１はガス成分について溶解度を示したものである。また、この表１は、圧力１ａｔｍで濃度１００％の場合の各気体の溶解度を示したものである。水に対する溶解度は、ガス成分、温度、及び各々のガスの分圧により異なるが、表１に示すように、溶解度は温度が低くなるほど大きく、また溶解度はガス分圧に比例し、ガス分圧が高くなるほど大きくなる。表１では、一例としてＣＯ2、ＣＨ4、Ｎ2及びＯ2の溶解度を示しているが、ＣＯ2は、ＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeなど他のガス成分よりも水に対する溶解度が１桁以上大きい。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
よって、消化ガス１１Ａを吸収水１２に気液接触させると、ＣＯ2の溶解量がＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeなど他のガス成分の溶解量よりも大きいため、ＣＯ2をＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeなど他のガス成分と分離することができる。従って、スタティックミキサ１３等の簡易吸収設備と吸収塔１４とを組み合わせたハイブリッド方式とすることにより、スタティックミキサ又は吸収塔の何れか一方のみを用いる場合に比べて消化ガス１１Ａ中のＣＯ2を吸収水１２中に効率よく吸収することができる。
【００３６】
（混合工程ＩＩ−１）
スタティックミキサ１３に送給された消化ガス１１Ａは、スタティックミキサ１３において、消化ガス１１Ａは本体１３ａ内に供給される吸収水１２と混合される。
スタティックミキサ１３は、駆動部のない静止型混合器で、消化ガス１１Ａと吸収水１２を送入すると管内に内蔵したエレメントの撹拌効果により、気泡を微細化して吸収水１２中に均一分散することができる。吸収水１２と消化ガス１１Ａをスタティックミキサ１３に送入し、スタティックミキサ１３の本体１３ａ内において、消化ガス１１Ａと吸収水１２とを激しく気液接触させることで、消化ガス１１Ａ中のＣＯ2の一部を吸収水１２に吸収させることができ、消化ガス１１ＡからＣＯ2の一部を除去することができる。
【００３７】
また、吸収水１２の温度が低いほどＣＯ2の溶解度が高くなるため、吸収には吸収水クーラ２７で冷却した１０℃から２０℃程度の低温の吸収水１２を吸収塔１４に送給する吸収水循環ライン２８から分岐した第一の吸収水抜出しライン２９−１を介してスタティックミキサ１３へ供給する。
【００３８】
また、本実施例に係るガス精製装置１０においては、混合手段としてスタティックミキサ１３を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、簡易吸収設備としてラインミキサ、ベンチュリスクラバなど他の形式のものも適用することができる。これらの簡易吸収設備を用いて消化ガス１１Ａと吸収水１２とを混合し、吸収水１２中にＣＯ2を溶解させ、消化ガス１１Ａ中のＣＯ2と、ＣＨ4、Ｎ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeなど他のガス成分とを分離することができるものであれば同様に用いることができる。
【００３９】
スタティックミキサ１３は、コンパクトで、かつ効率良く消化ガス１１Ａ中のＣＯ2を吸収することができるが、スタティックミキサ１３のみでは消化ガス１１Ａ中のＣＯ2を完全に吸収することは困難であるため、スタティックミキサ１３から排出される消化ガス１１Ｂ中には、ＣＯ2が一部残留する。
【００４０】
（ＣＯ2吸収工程ＩＩ−２）
スタティックミキサ１３でＣＯ2が一部除去された後の消化ガス１１Ｂは、吸収塔１４に送給される。吸収塔１４の塔頂部３１から吸収水１２が供給され、吸収塔１４内の水洗部１４Ａで塔底から導入される消化ガス１１Ｂとノズル３２から供給される吸収水１２とが気液接触して、消化ガス１１Ｂ中に残留したＣＯ2をほぼ完全に吸収水１２に吸収することができ、吸収塔１４の塔頂部３１に至るころには、消化ガス１１Ｂ中に残留するＣＯ2を除去することができる。このため、塔頂部３１からはほとんどＣＯ2を含まず、ＣＯ2以外のガス成分としてＣＨ4を高濃度に濃縮した高純度のＣＨ4ガス３３が非吸収ガスとして排出される。
【００４１】
また、本実施例では、吸収搭１４において消化ガス１１Ｂが塔底部３４側から塔頂部３１側に向かって流れるようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、吸収塔１４において消化ガス１１Ｂを吸収塔１４の塔上部側近傍から導入すると共に、ＣＯ2を吸収したリッチ溶液３５を吸収塔１４の塔底部３４側から抜出すようにしてもよい。
【００４２】
スタティックミキサ１３において消化ガス１１Ａ中の一部のＣＯ2を予め吸収水１２に溶解させた後、吸収塔１４において一部のＣＯ2が除去された消化ガス１１Ｂ中に残留するＣＯ2を更に除去するようにしているため、吸収塔１４から排出されるガスにはＣＨ4を高濃度に濃縮することができる。このため、吸収塔１４からは非吸収ガスとしてＣＨ4を高濃度に含んだＣＨ4ガス３３を回収することができる。
即ち、吸収塔１４において、ＣＯ2を分離して吸収水１２への溶解度がＣＯ2より小さいＣＨ4を高濃度化したＣＨ4ガス３３を非吸収ガスとして得ることができる。
【００４３】
また、吸収塔１４にはスタティックミキサ１３において予め吸収水１２に消化ガス１１Ａ中の一部のＣＯ2を溶解させ、吸収水１２と混合した後のＣＯ2含有ガス１１Ｂを供給することで、吸収塔１４内において消化ガス１１Ｂ中に残留するＣＯ2の吸収水１２への吸収負荷を軽減することができるため、吸収塔１４の塔高を従来よりも低くすることができ、装置の小型化を図ることができる。
【００４４】
また、吸収塔１４内に供給された吸収水１２は消化ガス１１Ｂと気液接触して消化ガス１１中に残留するＣＯ2を吸収した後、吸収塔１４の塔底部３４でリッチ溶液３５として回収される。
【００４５】
また、吸収塔１４としては充填塔あるいは棚段塔方式のものを採用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばスプレー塔、スクラバー、濡れ壁塔、気泡塔、気泡攪拌塔など他の形式のものを採用するようにしてもよい。例えば気泡塔は、気泡塔内に吸収水１２を充填して、気泡塔の塔底から消化ガス１１Ｂをガス分散器を用いて小さな気泡にして吹き込み、消化ガス１１Ｂを気泡塔内の吸収水１２中に連続的に気泡群として分散させることにより気液界面積を増大し、気液間の物質移動を行うものであり、気泡が吸収水１２中を上昇する間に気液接触を行ってＣＯ2を吸収するものである。そして、充填塔あるいは棚段塔と同様、吸収水１２は塔頂部から供給され、塔底部から抜出されて放散塔１５に送給される。また、気泡塔の構成としては、上記の気泡塔の他に、エアリフト、多段式気泡塔、充填気泡塔、懸濁気泡塔等の形式などもあるが、いずれの形式も使用可能である。また、気泡攪拌塔は、攪拌機を備えた気泡攪拌塔に消化ガス１１Ｂを吹き込み、攪拌翼により小気泡に細分して均一に分散させる形式のものである。
【００４６】
また、スタティックミキサ１３及び吸収塔１４において安定してＣＯ2を吸収水１２に吸収させるため、吸収塔１４は圧力調節計２５Ｂにより開閉弁Ｖ３の開閉を調節し、一定の圧力に保持するようにする。
【００４７】
また、吸収塔１４の塔底部３４には液位調節計３６が設けられており、液位調節計３６により塔底部３４のリッチ溶液３５の液位が一定となるように開閉弁Ｖ４の開閉を調節し、制御する。
【００４８】
また、塔底部３４に回収されたリッチ溶液３５はリッチ溶液送給ライン３７より抜出されて放散塔１５の塔頂部３８から塔内に供給される。
【００４９】
（ＣＯ2ガス放散工程ＩＩＩ）
放散塔１５の塔頂部３８からノズル３９で塔内部に放出されたリッチ溶液３５は、放散塔１５の本体１５ａ内で減圧処理してリッチ溶液３５中に溶解しているＣＯ2をリッチ溶液３５から除去する。放散塔１５の本体１５ａ内で吸収塔１４よりも低い圧力、あるいは大気圧レベルまで減圧する。減圧処理することにより、リッチ溶液３５中に溶解していたガスが放散するが、ＣＯ2の溶解度が他のガス成分より高いため、ＣＯ2を主成分とするガスを放散させることができる。
【００５０】
よって、放散塔１５の塔頂部３８からは塔内においてリッチ溶液３５から放出され、分離したＣＯ2ガス４１がガス排出ライン４２を介して回収される。また、消化ガス１１Ｂには、主成分としてＣＯ2とＣＨ4が含有されているため、放散塔１５から排出されるＣＯ2ガス４１にＣＨ4を多少含有して排出される。そのため、ＣＯ2ガス４１はボイラ等に投入して処理してもよい。
【００５１】
リッチ溶液３５中に溶解しているＣＯ2を除去する方法として、これに限定されるものではなく、リッチ溶液３５中のＣＯ2ガスを分離し、リッチ溶液３５からＣＯ2を除去し、吸収水として吸収水１２を再生することができるものであればよい。
【００５２】
また、放散塔１５の内部には液面計測計４３が設けられており、液面計測計４３により放散塔１５内のリッチ溶液３５の溶液量を測定する。
【００５３】
また、放散塔１５でＣＯ2など吸収水１２中に溶解したガスを放散した後、吸収水１２を曝気槽４８へ送り、曝気空気４９を注入して曝気することにより、吸収水１２中に残存したガスを曝気排ガス５０として完全に放散させることができる。これにより、曝気槽がない場合に比べてＣＨ4ガス（非吸収ガス）３３の純度をさらに高めることができる。ＣＨ4ガス（非吸収ガス）３３の要求純度によっては、曝気槽４８を設置する必要がない場合もある。再生された吸収水１２は吸収水ポンプ４４により吸収水循環ライン２８に送られる。そして、この吸収水１２は吸収効率を上げるために吸収水クーラ２７にて冷却水により１０℃から２０℃程度まで冷却された後、吸収搭１４の上部に供給され、循環使用される。吸収水クーラ２７の冷媒に用いられる冷却水としては、例えばチリングユニットから供給される冷水などが用いられる。
【００５４】
また、吸収水クーラ２７にて冷却された吸収水１２の一部は、上述のように第一の吸収水抜出しライン２９−１より抜出してスタティックミキサ１３に送給して消化ガス１１Ａ中のＣＯ2を吸収水１２に溶解させるために用いる。
【００５５】
また、吸収水循環ライン２８には、吸収水１２の一部を抜出す第二の吸収水抜出しライン２９−２を設け、放散塔１５には、吸収水１２を放散塔１５内に送給する吸収水補給ライン４５を設ける。吸収水１２は放散塔１５と吸収水循環ライン２８とを循環して再利用されるものであるが、消化ガス１１Ａ中には、いろいろな微量の不純物が混入しており、装置内への不純物の蓄積防止、及び吸収水１２の水質維持のため、吸収水１２を徐々に入替していく必要がある。そのため、第二の吸収水抜出しライン２９−２より吸収水１２の一部をブロー水４６として抜出し、新しい新鮮な吸収水１２を補給水４７として放散塔１５内に送給し、放散塔１５と吸収水循環ライン２８とに吸収水１２を循環させる。
【００５６】
また、第二の吸収水抜出しライン２９−２及び吸収水補給ライン４５には、各々、開閉弁Ｖ５、Ｖ６を設け、開閉弁Ｖ５、Ｖ６を調整することにより第二の吸収水抜出しライン２９−２よりブロー水４６として抜出す吸収水１２の液量と、放散塔１５内に補給水４７として送給する吸収水１２の液量とを調整する。
【００５７】
（試験例）
また、本実施例に係るガス精製装置１０を用いてＣＨ4とＣＯ2とを混合して所定の濃度に調製したガスをスタティックミキサ及び吸収塔のハイブリッド方式により、濃縮した試験結果を表２に示す。表２に示すように、吸収塔から非吸収ガスとして排出されるＣＨ4ガスのＣＨ4濃度は９５ｖｏｌ％程度であった。また、放散塔から放出され、回収されたＣＯ2ガスのＣＯ2濃度は８０ｖｏｌ％程度であった。
【００５８】
【表２】
2010207726.tif 000004
【００５９】
よって、本実施例に係るガス精製装置１０を用いれば、消化ガス１１ＡからＣＨ4のガス濃度が９５ｖｏｌ％のＣＨ4ガス３３を吸収塔１４より生成することができるため、回収したＣＨ4ガス３３を都市ガスの代替品として用いることができる。
【００６０】
以上述べたように、本実施例に係るガス精製装置１０においては、吸収液として水を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、アルカリ性吸収液など、消化ガス１１Ａ中のＣＯ2を吸収できるものであれば吸収液として使用することができる。例えば、アミン系溶液をベースとするＣＯ2吸収液を用い、ＣＯ2吸収液と消化ガス１１Ａとを交向流接触させることで、消化ガス１１Ａ中のＣＯ2は、化学反応（Ｒ−ＮＨ2＋Ｈ2Ｏ＋ＣＯ2→Ｒ−ＮＨ3ＨＣＯ3）によりＣＯ2吸収液に吸収させることができる。
【００６１】
また、本実施例に係るガス精製装置１０においては、水への溶解度の小さいガス成分としてＣＨ4の場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、水への溶解度の小さいガス成分としてＮ2、Ｏ2、Ｈ2、Ｈeを回収する場合についても同様に用いることができる。
【００６２】
また、本実施例に係るガス精製装置１０においては、ＣＯ2を吸収するための吸収水１２として水のみからなるものを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、吸収水１２にカセイソーダ（ＮａＯＨ）等のアルカリ溶液を混合して用いるようにしてもよい。
【００６３】
また、ガスクーラ２４、吸収水クーラ２７で消化ガス１１Ａと、吸収水１２を熱交換する低温の媒体として、冷却水を用いているが、冷却水に限定されるものではなく、低温であれば、水道水や工場排水などを用いてもよい。
【００６４】
以上、本実施例に係るガス精製装置１０は、ＣＯ2とＣＨ4とを含有する消化ガス１１Ａを吸収水１２に混合し、吸収水１２中にＣＯ2を溶解させ、消化ガス１１ＡからＣＯ2を分離するスタティックミキサ１３と、スタティックミキサ１３により吸収水１２と混合した後の消化ガス１１Ｂを更に吸収水１２と接触させて消化ガス１１Ｂ中のＣＯ2を吸収水１２に溶解させ、ＣＨ4とＣＯ2とを分離する吸収塔１４と、吸収塔１４でＣＯ2を吸収した吸収水１２中のＣＯ2を放散する放散塔１５とを有する。よって、本実施例に係るガス精製装置１０によれば、コンパクトで、ある程度のレベルまでの処理に適した簡易吸収設備であるスタティックミキサ１３と吸収塔１４とを組み合わせたハイブリッド吸収システムとしたものである。これによって、スタティックミキサ１３において消化ガス１１Ａ中の一部のＣＯ2を予め吸収水１２に溶解させた後、吸収塔１４においてＣＨ4が濃縮されている消化ガス１１Ｂ中に残留するＣＯ2を更に除去するようにしているため、吸収塔１４から排出されるガスにはＣＨ4を高濃度に濃縮することができ、吸収塔１４からはＣＨ4を高濃度に含んだＣＨ4ガス３３を回収することができる。
【００６５】
また、吸収塔１４には予めスタティックミキサ１３において吸収水１２に消化ガス１１Ａ中の一部のＣＯ2を溶解させ、吸収水１２と混合した後のＣＯ2含有ガス１１Ｂを供給することができるため、吸収塔１４内において消化ガス１１Ｂ中に残留するＣＯ2の吸収水１２への吸収負荷を軽減することができるため、吸収塔１４の塔高を従来よりも低くすることができ、装置の小型化を図ることができる。
【００６６】
本実施例に係るガス精製装置１０においては、ＣＯ2含有ガスとしてメタン発酵工程においてバイオ発酵して生成される消化ガスを用いて説明したが、本発明に係るガス精製装置はこれに限定されるものではなく、燃焼設備から排出される排ガスなどＣＯ2を含有するＣＯ2含有ガス中のＣＯ2と他のガス成分とを分離するのに用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上のように、本発明に係るガス精製装置及びガス精製方法は、バイオ発酵して生成される消化ガスなどのＣＯ2含有ガスから高濃度のＣＨ4ガスを得ることに用いるのに適している。
【符号の説明】
【００６８】
１０  ガス精製装置
１１Ａ、１１Ｂ  消化ガス
１２  吸収水
１３  スタティックミキサ（混合手段）
１４  吸収塔
１５  放散塔
２２  ガスフィルタ（デミスタ組込型）
２３  ガス圧縮機
２４  ガスクーラ
２５Ａ、２５Ｂ  ガス圧力検出器
２６  還流通路
２７  吸収水クーラ
２８  吸収水循環ライン
２９−１  第一の吸収水抜出しライン
２９−２  第二の吸収水抜出しライン
３１、３８  塔頂部
３２、３９  ノズル
３３  ＣＨ4ガス
３４、  塔底部
３５  リッチ溶液
３６  液位調節計
３７  リッチ溶液送給ライン
４１  ＣＯ2ガス
４２  ガス排出ライン
４３  液面計測計
４４  吸収水ポンプ
４５  吸収水補給ライン
４６  ブロー水
４７  補給水
４８  曝気槽
４９  曝気空気
５０  曝気排ガス
Ｖ１〜Ｖ６  開閉弁
【図１】
2010207726.tif 000005