(57)【要約】      （修正有）【課題】高濃度のメタンガス及び炭酸ガスを高効率、高回収率で濃縮するメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法並びに濃縮装置を提供する。【解決手段】消化ガスを吸収液１と接触させて、吸収液１中に消化ガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させ吸収液２とすると共に、消化ガス中のメタンガスを分離する精製工程と、吸収液２から炭酸ガスを分離し、吸収液３とする脱気工程と、分離した炭酸ガスを液化した後、精製し、液化炭酸ガスとオフガスとに分離する液化工程とを有し、オフガスを消化ガスに混合して、精製工程、脱気工程、液化工程を繰り返すことを特徴とするメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法、および該濃縮方法に用いられる濃縮装置。【選択図】図１
2006299105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消化ガスからメタンガスと炭酸ガスを分離して前記メタンガス及び前記炭酸ガスを濃縮する方法であって、
前記消化ガスを吸収液１と接触させて、前記吸収液１中に前記消化ガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させ吸収液２とすると共に、前記消化ガス中のメタンガスを分離する精製工程と、
前記吸収液２から前記炭酸ガスを分離し、吸収液３とする脱気工程と、
分離した前記炭酸ガスを液化した後、精製し、液化炭酸ガスとオフガスとに分離する液化工程とを有し、
前記オフガスを前記消化ガスに混合して、前記精製工程、前記脱気工程、前記液化工程を繰り返すことを特徴とするメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法。
【請求項２】
消化ガスからメタンガスと炭酸ガスを分離して前記メタンガス及び前記炭酸ガスを濃縮する方法であって、
前記消化ガスを吸収液１と接触させて、前記吸収液１中に前記消化ガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させ吸収液２とすると共に、前記消化ガス中のメタンガスを分離する精製工程と、
前記吸収液２からメタンガスを分離させて吸収液４とする洗浄工程と、
前記吸収液４から前記炭酸ガスを分離し、吸収液３とする脱気工程と、
分離した前記炭酸ガスを液化した後、精製し、液化炭酸ガスとオフガスとに分離する液化工程と、
このオフガスを還流して、前記吸収液２に接触させて、前記オフガス中の炭酸ガスを前記吸収液２に優先的に溶解させて吸収液４とすると共に、前記オフガス中のメタンガスを分離して前記消化ガスに還流させる還流工程とを有することを特徴とするメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法。
【請求項３】
前記吸収液３を送液して、前記精製工程における前記吸収液１として用いる請求項１または２に記載のメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法。
【請求項４】
請求項１に記載のメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法に用いられるメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置であって、
前記消化ガスを前記吸収液１と接触させる精製装置と、
前記吸収液２から前記炭酸ガスを分離させる脱気装置と、
分離した前記炭酸ガスを液化させる液化装置とを備えたことを特徴とするメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置。
【請求項５】
請求項２に記載のメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法に用いられるメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置であって、
前記消化ガスを前記吸収液１と接触させる精製装置と、
前記オフガスを前記吸収液２と接触させる洗浄装置と、
前記吸収液４から前記炭酸ガスを分離させる脱気装置と、
分離した前記炭酸ガスを液化させる液化装置とを備えたことを特徴とするメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置。
【請求項６】
前記吸収液３を送液するポンプを備えた請求項４または５に記載のメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置。
【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、メタンガス及び炭酸ガスを濃縮する方法並びに濃縮装置に関する。
【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、タンク内において３５℃程度で発酵させることなどによって生物学的に処理すると、メタン、二酸化炭素、硫化水素等からなる消化ガスが発生する。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ために、消化ガス中の二酸化炭素を除去してメタンガスを濃縮して使用することが検討されている。
【０００３】
従来より、消化ガスからメタンガスを取り出して濃縮する方法として、例えば、吸収液に二酸化炭素（炭酸ガス）を吸収させ、メタンガスを濃縮精製するメタン濃縮装置を用いる方法が報告されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
このメタン濃縮装置を用いる方法では、吸収部において消化ガスを吸収液に気液接触させて、吸収液中に炭酸ガスを溶解させ、高濃度メタンガスを精製する精製工程の後、この吸収液に溶解させた炭酸ガスを脱気工程において放出部で除去し、炭酸ガスを脱気した後の吸収液を吸収部で再利用している。
【０００５】
近年では、特許文献１の方法をさらに改良し、精製工程と脱気工程の間に、メタンガスの濃縮率を向上させるための洗浄工程を組み込んだ方法が、一般的によく行われている。この方法では、精製工程において消化ガス中の炭酸ガスを優先的に吸収液へ吸収させ、続く洗浄工程でメタンガスを優先的に吸収液から放出させ、さらに脱気工程において吸収液から炭酸ガスを取り除いて、この吸収液を精製工程で再利用している。
【特許文献１】特開２００２−３６３５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記方法にあっては、洗浄工程における吸収液からの放出は炭酸ガスの方が圧倒的に多く、メタンガスの回収率を上げるために洗浄工程の放出ガスを精製工程に還流させると、精製工程と洗浄工程の間における炭酸ガスの循環量が増加し、装置の処理能力を低下させる問題があった。
【０００７】
また、脱気工程で放出する炭酸ガス濃度を高めるために、洗浄工程で充分にメタンガスを放出させようとすると、同時に吸収液中に含まれていた炭酸ガスを多量に放出する必要があり、装置の処理能力を低下させる原因となる問題があった。
【０００８】
また、上記方法は、メタンガスを分離、濃縮することを目的としており、同時に生成される炭酸ガスをも効率よく濃縮するものではなかった。したがって、メタンガスと炭酸ガスとを高効率、高回収率で濃縮して活用する方法が望まれていた。
【０００９】
本発明は、上述の背景技術の問題点を鑑みてなされたものであり、高濃度のメタンガス及び炭酸ガスを高効率、高回収率で濃縮するメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法並びに濃縮装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、消化ガスからメタンガスを濃縮する際に発生する炭酸ガスを液化して有効活用するとともに、炭酸ガスの液化の際に排出されるオフガスを、メタンガスの精製に還流することにより、メタンガス及び炭酸ガスの回収率を向上させて高効率に濃縮することができる濃縮方法及び該濃縮方法に用いられる濃縮装置を見いだすに至った。
【００１１】
すなわち本発明の第一の発明は、消化ガスからメタンガスと炭酸ガスを分離して前記メタンガス及び前記炭酸ガスを濃縮する方法であって、前記消化ガスを吸収液１と接触させて、前記吸収液１中に前記消化ガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させ吸収液２とすると共に、前記消化ガス中のメタンガスを分離する精製工程と、前記吸収液２から前記炭酸ガスを分離し、吸収液３とする脱気工程と、分離した前記炭酸ガスを液化した後、精製し、液化炭酸ガスとオフガスとに分離する液化工程とを有し、前記オフガスを前記消化ガスに混合して、前記精製工程、前記脱気工程、前記液化工程を繰り返すことを特徴とするメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法である。
【００１２】
本発明の第二の発明は、消化ガスからメタンガスと炭酸ガスを分離して前記メタンガス及び前記炭酸ガスを濃縮する方法であって、前記消化ガスを吸収液１と接触させて、前記吸収液１中に前記消化ガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させ吸収液２とすると共に、前記消化ガス中のメタンガスを分離する精製工程と、前記吸収液２からメタンガスを分離させて吸収液４とする洗浄工程と、前記吸収液４から前記炭酸ガスを分離し、吸収液３とする脱気工程と、分離した前記炭酸ガスを液化した後、精製し、液化炭酸ガスとオフガスとに分離する液化工程と、このオフガスを還流して、前記吸収液２に接触させて、前記オフガス中の炭酸ガスを前記吸収液２に優先的に溶解させて吸収液４とすると共に、前記オフガス中のメタンガスを分離して前記消化ガスに還流させる還流工程とを有することを特徴とするメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法である。
【００１３】
本発明の第三の発明は、前記吸収液３を送液して、前記精製工程における前記吸収液１として用いる上記第一の発明または上記第二の発明のメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法である。
【００１４】
本発明の第四の発明は、上記第一の発明のメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法に用いられるメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置であって、前記消化ガスを前記吸収液１と接触させる精製装置と、前記吸収液２から前記炭酸ガスを分離させる脱気装置と、分離した前記炭酸ガスを液化させる液化装置とを備えたことを特徴とするメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置である。
【００１５】
本発明の第五の発明は、上記第二の発明のメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法に用いられるメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置であって、前記消化ガスを前記吸収液１と接触させる精製装置と、前記オフガスを前記吸収液２と接触させる洗浄装置と、前記吸収液４から前記炭酸ガスを分離させる脱気装置と、分離した前記炭酸ガスを液化させる液化装置とを備えたことを特徴とするメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置である。
【００１６】
本発明の第六の発明は、前記吸収液３を送液するポンプを備えた上記第四の発明または上記第五の発明のメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置である
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、消化ガスからメタンガスを濃縮する際に発生する炭酸ガスを液化して有効活用できるとともに、炭酸ガスを液化する際に排出されるオフガスをメタンガスの精製に還流することにより、消化ガスからメタンガス及び炭酸ガスを高効率で濃縮することができ、回収率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。なお、この実施形態は本発明の要旨を説明するためのものであり、特に限定のない限り本発明を限定するものではない。
【００１９】
［第一の実施形態］
図１は、本発明に係るメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置の一実施形態を示す概略構成図である。ここに例示した濃縮装置は、消化ガスを吸収液１と接触させて、吸収液１中に消化ガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させ吸収液２とすると共に、消化ガス中のメタンガスを分離する精製装置１０と、吸収液２から炭酸ガスを分離させ吸収液３とする脱気装置２０と、脱気装置２０で分離した炭酸ガスを液化させて液化炭酸ガスとオフガスとに分離する液化装置３０と、吸収液３を送液するポンプ２５とから概略構成されている。
【００２０】
ここで、「優先的に溶解」とは、消化ガス中にはメタンガスと炭酸ガスとが含まれていて、両者とも吸収液１に溶解する性質を有しているが、炭酸ガスの方が吸収液１に対する溶解度が高いため、メタンガスに比べて炭酸ガスの方が多量に溶解することを意味している。
【００２１】
精製装置１０には、消化ガスを導入する消化ガス導入管路１１、吸収液１を導入する吸収液１用管路１２、精製したメタンガスを導出する精製メタンガス導出管路１３、および吸収液２を精製装置１０から脱気装置２０に送液する吸収液２用管路１４が設けられている。
【００２２】
このような精製装置１０としては、公知の気液接触器、具体的には、充填塔、冷却塔、中空糸膜等を用いることができる。このような気液接触器とは、例えば、吸収液１を上部から導入し、原料である消化ガスを下部から導入して、両者を向流接触させることで、吸収液１中には消化ガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させると同時に、消化ガス中のメタンガスを分離して採取するものである。
【００２３】
また、充填塔とは、内部に活性炭や多孔質物質が充填されているものである。中空糸膜では、中空糸内に消化ガスを流せるようになっていて、中空糸外の表面で吸収液１と接触できるようになっている。
【００２４】
脱気装置２０は、該装置において分離させた炭酸ガスを液化装置３０へ送るための炭酸ガス管路２１を有している。また、脱気装置２０には、吸収液３を採取する吸収液３採取管路２２が設けられていて、ポンプ２５に接続されており、ポンプ２５には、吸収液３を精製装置１０に送液する吸収液３導入管路２６が設けられている。
【００２５】
このような脱気装置２０としては、空の容器を用いてもよいが、公知の気液接触器を用いてもよい。具体的には、吸収液２を上部から導入して、吸収液２中の炭酸ガスを放出させて採取するもので、減圧方式、ストリッピング方式のいずれを用いてもよい。
【００２６】
液化装置３０には、液化した炭酸ガスを導出する液化炭酸ガス管路３１と、分離したオフガスを液化装置３０から排出させて、原料である消化ガスに混合させるオフガス管路３２とが設けられている。
【００２７】
このような液化装置３０としては、公知の二酸化炭素自動冷却装置を用いることができる。また、考えられる他の液化装置としては、アンモニア、フロオロハイドロカーボン、またはフロオロクロロハイドロカーボン等の外部の冷媒を必要とする処理を伴う液化装置などが挙げられる。
【００２８】
液化装置３０では、脱気装置２０で分離した炭酸ガスを、加圧冷却して液化させ、蒸留等の操作によって精製し、液化炭酸ガスとして採取すると同時に、炭酸ガス中の不純物ガスをオフガスとして分離・採取する。
【００２９】
また、ポンプ２５は、吸収液３を精製装置１０に送液するものであり、公知の液用ポンプを用いることができる。脱気装置２０と精製装置１０との圧力差が大きい場合には、複数のポンプを用いてもよい。
【００３０】
本発明の濃縮装置では、精製装置１０で消化ガス中の炭酸ガスを吸収させた吸収液２を脱気装置２０に送り、該吸収液２中から炭酸ガスを取り出して再生したのち、残った吸収液３を再び吸収液１として精製装置１０に供給するように、吸収液を循環使用するので、吸収液の使用量を少なくすることができる。
【００３１】
次いで、上記第一の実施形態である濃縮装置を用いたメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法を説明する。
【００３２】
原料となる消化ガスとしては、メタンガスと炭酸ガスとを含む各種のガスを用いることができ、典型的には有機性廃棄物の生物学的処理に際し発生する消化ガスが用いられる。
【００３３】
この種の消化ガスは、メタンガスと炭酸ガスの他に、窒素、硫化水素、水分などの気体成分を含んでおり、それらのうち、硫化水素は予め除去しておくことが望ましい。消化ガス中の硫化水素を除去するための手段としては、乾式脱硫法と湿式脱硫法がある。
【００３４】
乾式脱硫法には成形脱硫剤式が多く使用されている。成形脱硫剤式は、鉄粉、粘土等でペレット状にした成形脱硫剤を脱硫塔内に充填し、消化ガスと接触させるものであり、取り出した使用済みの脱硫剤は処分する。湿式脱硫法には、水洗浄式、アルカリ洗浄式および薬液再生式がある。
【００３５】
このうち、水洗浄式は、下水処理の場合は下水処理水、その他の処理場の場合は井戸水、工業用水または水道水と、消化ガスとを向流接触させるものである。脱硫時の温度および圧力は、消化ガス発生状態そのままでも良く、特に制限されない。
【００３６】
また、本発明において使用する吸収液としては、工業用水、下水処理水、イオン交換水などの水、ＮａＯＨ、ＫＯＨなどの無機アルカリ水溶液或いは有機アルカリ水溶液を用いることができる。濃縮装置内での閉塞を防止するために、吸収液中の固形成分はあらかじめできるだけ取り除いておくことが好ましい。
【００３７】
まず、精製工程では、精製装置１０内で消化ガスを吸収液１と接触させて、吸収液１中に消化ガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させ吸収液２とすると共に、消化ガス中のメタンガスを分離精製する。具体的には、吸収液１用管路１２を用いて吸収液１を精製装置１０の上部から、また消化ガス管路１１を用いて原料消化ガスを精製装置１０の下部から装置内に導入する。
【００３８】
消化ガスを吸収液１と気液接触させることにより、水に対する溶解度の高い炭酸ガスが優先的に吸収液１中に拡散、溶解する。一方、メタンガスは炭酸ガスより水に対する溶解度が低いため、ガス中に濃縮して、高濃度のメタンガスとして分離・採取することができる。
【００３９】
このとき、操作圧力範囲は、０．３〜１．０ＭＰａＧであることが好ましく、特に０．８〜１．０ＭＰａＧであることが好ましい。反応温度は、５〜４０℃程度であることが好ましい。操作圧力を上記範囲とすることにより、吸収液１中への炭酸ガスの溶解量を高めることができ、分離するメタンガスの濃度を高めることができる。
【００４０】
また、吸収液１の流量は、原料の消化ガス流量に対して０．２〜２倍であることが好ましく、操作圧力によって吸収液１流量は適宜調整される。吸収液１の液量が少なくなった際には、補給液を補充するのが好ましい。この補給液は、後述するポンプ２５から送液された吸収液３を導入する位置よりも上方から、精製装置１０に供給するのが好ましい。これにより、高濃度メタンガス中の炭酸ガス濃度を効率的に低下させることができる。
【００４１】
また、補給液は予め溶存ガスを脱気しておくことが望ましい。なお、吸収液１への補給液の補充量は、原料の消化ガスに対して１：１０００〜１：１０の範囲であることが好ましく、消化ガス中の硫化水素濃度等に依存して適宜調整される。
【００４２】
精製したメタンガスは、精製メタンガス管路１３を経て精製装置１０外へ導出され有効活用される。また、消化ガス中の炭酸ガスを吸収した吸収液２は、吸収液２用管路１４を経て脱気装置２０へと送液される。
【００４３】
次に、脱気工程において、脱気装置２０内で吸収液２から炭酸ガスを分離して吸収液３を得る。すなわち、吸収液２用管路１４から送液された吸収液２を、脱気装置２０の上部から装置内に導入して、炭酸ガスを分離する。分離した炭酸ガスは、炭酸ガス管路２１を経て液化装置３０へ送られる。
【００４４】
炭酸ガスの取り出し方式は、脱気装置２０を減圧することにより、供給した吸収液２から溶存ガス成分を取り出す減圧方式、あるいは脱気装置２０内に供給した吸収液２と、メタン、炭酸ガス以外のガスとを向流接触させることにより吸収液２から炭酸ガスを放出させるストリッピング方式のいずれかが用いられる。
【００４５】
操作圧力は、−０．０１〜０．１ＭＰａＧが好ましく、特に負圧が好ましい。反応温度は、５〜４０℃程度であることが好ましい。操作圧力を上記範囲とすることにより、吸収液２から放出される炭酸ガスの濃度を高めることができる。
【００４６】
減圧方式により吸収液２から炭酸ガスを回収する場合、精製工程と脱気工程との圧力差を利用して吸収液２中の炭酸ガスを放出する。後述の液化工程における操作圧までの圧力差を利用するだけでなく、積極的に真空ポンプなどで減圧しても良い。
【００４７】
また、それらの組み合わせ、すなわち液化工程における操作圧までの圧力差を利用した放出操作と、さらに真空ポンプを用いた放出操作を直列もしくは並列に設置しても良い。真空ポンプを用いた放出操作は、精製工程における精製ガス中のメタンガス濃度を向上させることができる。
【００４８】
また、ストリッピング方式の場合は、ストリッピング用のガスとしては、窒素、アルゴン等の希ガス、空気、酸素、水素、水蒸気などが好適に用いられる。
【００４９】
次いで、液化工程において、脱気装置２０で分離した炭酸ガスを炭酸ガス管路２１より液化装置３０に導入して液化させ、蒸留等の操作により精製後、液化炭酸ガスと不純物を含むオフガスとに分離する。
【００５０】
液化装置３０として、二酸化炭素自動冷却装置を用いた場合、これから得られた液化炭酸ガスは、９８％（ｖ／ｖ）を越える純度、更に好ましくは９９％（ｖ／ｖ）を越える純度、最も好ましくは９９．９％（ｖ／ｖ）を越える純度を有していることが好ましい。得られた液化炭酸ガスは、液化炭酸ガス管路３１より導出して有効利用される。
【００５１】
オフガス中には、不純物として、採取しきれなかったメタンガスと炭酸ガスが含まれていて、原料の消化ガスと比べると炭酸ガス濃度が高くなっている。分離したオフガスは、液化装置３０からオフガス管路３２に排出されて、原料の消化ガスと混合され精製装置１０へと再還流される。
【００５２】
これにより、最初の精製工程、脱気工程、液化工程では採取しきれなかったメタンガスと炭酸ガスを取り出すことができるため、さらにメタンガス及び炭酸ガスの回収率を向上させることができる。混合される消化ガスとオフガスとの比率は、１：０．０５〜１：０．２の範囲であることが好ましい。
【００５３】
さらに、脱気装置２０で得られた吸収液３は、ポンプ２５により吸収液３用採取管路２２経由で採取され、吸収液３用導入管路２６より吸収液１用管路１２を経由して、精製装置１０へ送液されて再利用される。このとき吸収液３はポンプ２５により精製工程の操作圧まで加圧される。
【００５４】
脱気工程から精製工程までの圧力差が大きい場合には、二段階またはそれ以上で加圧してもよい。また、回収した吸収液３を精製装置１０の上部から該装置へ供給することが好ましい。
【００５５】
この実施形態の濃縮装置を用いるメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法によると、脱気工程において製造される高濃度炭酸ガスを、液化工程において液化した後、精製し、液化炭酸ガスとして有効に活用することができ、また、液化工程において排出される大量の炭酸ガスとメタンガスを含むオフガスを、原料の消化ガスと混合させることにより、精製工程の処理能力を向上させ、高回収率でメタンガス及び炭酸ガスを濃縮することができる。
【００５６】
［第二の実施形態］
次に、本発明の第二の実施形態であるメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置の概略を図２に示す。
【００５７】
ここに例示した濃縮装置は、消化ガスを吸収液１と接触させて、吸収液１中に消化ガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させ吸収液２とすると共に、消化ガス中のメタンガスを分離する精製装置１０と、吸収液２とオフガスとを接触させて、吸収液２中にオフガス中の炭酸ガスを優先的に溶解させ吸収液４とすると共に、オフガス中のメタンガスを分離する洗浄装置４０と、吸収液４から炭酸ガスを分離させ吸収液３とする脱気装置２０と、脱気装置２０で分離した炭酸ガスを液化させて液化炭酸ガスとオフガスとに分離する液化装置３０と、吸収液３を送液するポンプ２５とから概略構成されている。
【００５８】
精製装置１０には、消化ガスを導入する消化ガス導入管路１１、吸収液１を導入する吸収液１用管路１２、精製したメタンガスを導出する精製メタンガス導出管路１３、および吸収液２を精製装置１０から洗浄装置４０に送液する吸収液２用管路１５が設けられている。この精製装置１０としては、第１の実施形態と同様の装置を用いることができる。
【００５９】
洗浄装置４０は、吸収液４を脱気装置２０へ送液する吸収液４用管路４１と、分離したメタンガスを消化ガスに混合させるメタンガス管路４２とを備えている。洗浄装置４０としては、精製装置１０と同様の公知の気液接触器、具体的には、充填塔、冷却塔、中空糸膜等を用いることができる。
【００６０】
脱気装置２０は、該装置において分離した炭酸ガスを液化装置３０へ送る炭酸ガス管路２１を有している。また、脱気装置２０には、吸収液３を採取する吸収液３採取管路２２が設けられていて、ポンプ２５に接続されており、ポンプ２５には、吸収液３を精製装置１０に送液する吸収液３導入管路２６が設けられている。
【００６１】
液化装置３０には、液化した炭酸ガスを導出する液化炭酸ガス管路３１と、分離したオフガスを液化装置３０から排出させて洗浄装置４０に送るオフガス管路３２とが設けられている。
【００６２】
この第二の実施形態では、上記第一の実施形態の精製工程、脱気工程、液化工程に加えて、精製工程と脱気工程との間に洗浄工程が、また液化工程の後に還流工程が設けられている。第一の実施形態において液化装置３０で得られたオフガスを原料の消化ガスに混合させている替わりに、還流工程でこのオフガスを利用する。
【００６３】
まず、洗浄工程では、精製工程で得られた吸収液２を、吸収液２用管路１５を経て洗浄装置４０へ導入し、この吸収液２から気相との分圧差を利用してメタンガスを分離させて吸収液４とし、吸収液４用管路４１により脱気装置２０へと送液している。
【００６４】
そして、還流工程では、液化工程で得られたオフガスを還流して、洗浄装置４０において吸収液２に接触させて、オフガス中のさらにメタンガスを分離して、このメタンガスを消化ガスに還流させる。一方、オフガス中の炭酸ガスを、洗浄装置４０において吸収液２に溶解させて吸収液４とし、吸収液４用管路４１により脱気装置２０へと送液している。
【００６５】
このとき、吸収液２は洗浄装置４０の上部から、洗浄ガスとなるオフガスは洗浄装置４０の下部から導入することが好ましい。これにより、吸収液２へのオフガス中の炭酸ガスの吸収が促進されメタンガスの放出効率を向上させることができる。操作圧力範囲は、０．１〜０．９ＭＰａＧであることが好ましく、特に０．６〜０．９ＭＰａＧの範囲が好ましい。すなわち吸収液２を導入する際に減圧することが好ましい。反応温度は、５〜４０℃程度であることが好ましい。
【００６６】
また、還流工程において、洗浄装置４０で分離したメタンガスは、メタンガス管路４２を経て原料である消化ガスに混合され、再還流されることにより精製メタンガスの回収率を向上させることができる。
【００６７】
この第二の実施形態の濃縮装置を用いるメタンガス及び炭酸ガスの濃縮方法では、脱気工程において製造された高濃度炭酸ガスを、液化工程において液化させる際に排出される大量の炭酸ガスとメタンガスとを含むオフガスを、還流工程において洗浄装置４０の洗浄ガスとして使用する。このオフガスは、脱気工程で得られる高濃度炭酸ガスに含まれていた不純物（主にメタンガス）が濃縮されたものになっているが、原料である消化ガスと比較すると、はるかに炭酸ガス濃度が高い。
【００６８】
本発明の濃縮方法によると、洗浄装置４０で吸収液２中のメタンガスを回収するために必要な洗浄ガス（主に炭酸ガス）を吸収液２から取り出さなくてよいことから、処理能力を向上させることができる。
【００６９】
また、還流工程においては、洗浄装置４０でオフガスを還流して、精製工程よりも炭酸ガスの割合（全圧における炭酸ガス分圧）が高い状態で、吸収液２とこのオフガスとを接触させることができるので、脱気工程で放出される炭酸ガス濃度を高めることができ、液化工程の効率を向上させることができる。さらに、還流工程でオフガス中の炭酸ガスを吸収液２に吸収させることから、全体プロセスにおける炭酸ガスの回収率を向上させることができる。
【００７０】
本実施形態に係る濃縮装置のように、吸収液３を循環使用するタイプの装置において、吸収液を交換せずに循環使用していると、精製装置１０、脱気装置２０、洗浄装置４０において、水分がガスに伴って循環系外に抜き出され、吸収液中の不揮発性成分、例えば塩などの無機成分の濃度が上昇する。吸収液中の不揮発性分の濃度が高くなると、各装置内で不揮発性分が析出して次第に成長し、装置内の吸収液の流れが妨げられて炭酸ガス吸収効率が低下したり、管路などの詰まりの原因となるおそれがある。
【００７１】
このような不都合を防止するため、本実施形態に係る濃縮装置では、吸収液１用管路１２を通して新たな吸収液を循環系内に供給すると共に、濃縮装置の適当な箇所に置いて循環系内の吸収液を排出することで、吸収液中の不揮発性分の濃縮を抑制し、各装置内での不揮発性分の析出を防止することができる。
【００７２】
吸収液の排出箇所は特に限定されないが、吸収液３を濃縮装置外へ排出する場合には、ポンプ２５の前または後ろ、すなわち吸収液３用採取管路２２または吸収液３用導入管路２６から排出することが好ましい。この吸収液の補給と排出は、連続的あるいは間欠的に行い得る。
【００７３】
本発明で得られた高濃度メタンガスは、原料の消化ガスと比較して、不燃成分である二酸化炭素が少ないため、単位体積あたりの発熱量が大きい。従って、同じ熱エネルギーを得るために必要なガス量が減少するため、より有効に利用することができる。精製メタンガスは燃料として有用であり、都市ガスの原料用、ガスエンジン、ガスタービン（マイクロガスタービンを含む）、燃料電池などの発電用、ボイラー用、焼却炉の助燃用として利用される。
【００７４】
また、本発明で得られた高濃度液化炭酸ガスは、溶接用、半導体製造用、医療用、飲料用などに活用されたり、ドライアイス製造に使用されたりして有効に利用される
【実施例】
【００７５】
以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例等に限定されるものではない。
【００７６】
［実施例１及び比較例１］
精製装置１０、洗浄装置４０、脱気装置２０、および液化装置３０を有し、図２に示す装置と同じ構成のメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置（実施例１装置）を用いた。この装置において、液化装置３０で得られたオフガスを洗浄装置４０の洗浄ガスとして使用し、メタンガスを放出させ、この分離したメタンガスを原料の消化ガスと混合させて精製装置１０で再利用した。
【００７７】
一方、精製装置６０、洗浄装置７０および脱気装置８０を有する装置（比較例１装置）を用いた。この装置において、精製装置６０で消化ガスを吸収液と接触させて炭酸ガスを吸収液中に溶解させ、洗浄装置７０において減圧してメタンガスを吸収液から放出させ、得られた吸収液は脱気装置８０において炭酸ガスを取り除き、この吸収液を精製装置６０に送液して、再利用する方法によって、洗浄装置７０からメタンガスを採取し、脱気装置８０から炭酸ガスを採取した。この場合、実施例１のようなオフガスの還流は行わなかった。
【００７８】
実施例１および比較例１のメタンガスと炭酸ガスの回収率は以下のとおりであった。
実施例１    メタンガス  ９０％    炭酸ガス  ７０％
比較例１    メタンガス  ９５％    炭酸ガス  ９０％
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明のメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置の第一の実施形態を示したものである。
【図２】本発明のメタンガス及び炭酸ガスの濃縮装置の第二の実施形態を示したものである。
【符号の説明】
【００８０】
１０・・精製装置、２０・・脱気装置、２５・・ポンプ、３０・・液化装置、４０・・洗浄装置
【図１】
2006299105.tif 000003
【図２】
2006299105.tif 000004