(57)【要約】【課題】  着臭剤を含有する燃料ガスの吸収に好適な燃料ガス吸収材を提供する。【解決手段】  燃料ガス吸収材は、細粒状炭素系吸収材と、炭素繊維材と、シリカゲルとからなる。細粒状炭素系吸収材としては、細粒状活性炭を用いることができる。この細粒状炭素系吸収材は、その表面に臭素を添着して臭素添着担持活性炭とすることで、燃料ガスの選択的吸着性を向上させたものが好ましい。炭素繊維材としては、活性炭素繊維を用いることができる。細粒状炭素系吸収材と炭素繊維材とシリカゲルとの割合は、細粒状炭素系吸収材が５０〜９４重量％、炭素繊維材が０．５〜２０重量％及びシリカゲルが５〜３０重量％であることが好ましい。この燃料ガス吸収材は、二層もしくは三層構造とするのが好ましい。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
細粒状炭素系吸収材と、炭素繊維材と、シリカゲルとを有する、燃料ガス吸収材。
【請求項２】
前記燃料ガスが、メタンガス、プロパンガス、ブタンガス、またはこれらのガスを主成分とする混合ガスである、請求項１に記載の燃料ガス吸収材。
【請求項３】
前記燃料ガスが着臭剤を含有する、請求項１又は２に記載の燃料ガス吸収材。
【請求項４】
前記細粒状炭素系吸収材が平均粒径が０．３〜５ｍｍで、平均細孔径が１０〜３０Åで、細孔径１０Å以上の細孔の細孔容積が０．５ｍＬ／ｇ以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料ガス吸収材。
【請求項５】
前記細粒状炭素系吸収材が５０〜９４重量％であり、前記炭素繊維材が０．５〜２０重量％であり、前記シリカゲルが５〜３０重量％である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料ガス吸収材。
【請求項６】
前記細粒状炭素系吸収材が臭素添着担持活性炭である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料ガス吸収材。
【請求項７】
前記細粒状炭素系吸収材及びシリカゲルにより構成される第一層と前記炭素繊維材により構成される第二層とからなる二層構造とした、請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料ガス吸収材。
【請求項８】
前記シリカゲルにより構成される第一層と、前記細粒状炭素系吸収材による第二層と、前記炭素繊維材による第三層とからなる三層構造とした、請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料ガス吸収材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料ガスの吸収材に関し、特に着臭剤を含有する燃料ガスの吸収に好適な燃料ガス吸収材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、災害時などの都市ガスの代替燃料として、プロパンガスを利用した変換システムが普及しつつある。このプロパンガスによる都市ガスへの変換システムは、基本的に、都市ガスはプロパンガスよりもカロリーが低いため、プロパンガスと空気とを混合して、都市ガスと同等の熱量（カロリー）の混合気を生成し、都市ガスを供給できなくなったときに、この混合気を都市ガス供給ラインを経由して燃焼装置に供給する、というものである。
【０００３】
この際、しばらく使用されていないガス配管内には、空気に近い燃焼カロリーの低いガスが充満しており、そのままでは点火できないことが多い。そこで、最初は混合気を都市ガス供給ラインに供給せずに、点火可能な燃焼カロリーに上昇するまで通風し続けているが、その際混合気を予めガス処理することが義務づけられている。
【０００４】
また、都市ガスのガス配管の工事を行う際にも同様に、配管中に溜まっていた燃焼ガスが大気解放されてしまわないよう、あらかじめガス処理することが義務づけられている。しかし、ＬＰＧ業界では、配管の大気放散に関しては、明確な義務付けがされていないのが現状であり、プロパンガスを都市ガスに変換する際への対応が十分ではなかった。このようにプロパンガスを都市ガスに変換する場合のみならず、プロパンガスのタンクからプロパンガスボンベへのガスの移送時や、都市ガスのメータの交換時などにもガス漏洩が生じる懸念がある。
【０００５】
このような燃料ガスの移送時などにおけるガス吸収材としては、活性炭を用いたものが周知である（特許文献１、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−８３４７５号公報
【特許文献２】特開２００９−６８６２７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、都市ガスやＬＰＧは燃料ガス成分だけでなく、漏洩を検知するために極微量の着臭成分が添加されており、従来の活性炭によるガス吸収材は、この着臭剤成分を吸収する能力が十分でなく、また活性炭は燃料ガス中に微量混入している水分によりガス吸収性能が低下する、という問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、着臭剤を含有する燃料ガスの吸収に好適な燃料ガス吸収材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】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明は、細粒状炭素系吸収材と、炭素繊維材と、シリカゲルとを有する、燃料ガス吸収材を提供する（発明１）。
【００１０】
かかる発明（発明１）によれば、細粒状炭素系吸収材が燃料ガス成分を好適に吸収することができる。また、シリカゲルにより通気燃料ガス中の水分も吸収することができるので、燃料ガス成分の吸収性能の低下を抑制することができる。さらに、炭素繊維材が残存する微量の燃料ガスを迅速に吸収することができる。これらにより、燃料ガスの吸収材として優れた性能を発揮することができる。
【００１１】
上記発明（発明１）においては、前記燃料ガスが、メタンガス、プロパンガス、ブタンガス、またはこれらのガスを主成分とする混合ガスであることが好ましい（発明２）。
【００１２】
かかる発明（発明２）によれば、燃料ガスとして一般に流通しているメタンガス、プロパンガス、ブタンガス、またはこれらのガスを主成分とする混合ガスの吸収に好適に対応することができる。
【００１３】
上記発明（発明１，２）においては、前記燃料ガスが着臭剤を含有することが好ましい（発明３）。
【００１４】
かかる発明（発明３）によれば、燃料ガス成分が着臭剤を含有していても、細粒状炭素系吸収材が燃料ガス成分と着臭剤を、さらに炭素繊維材が残存する微量の燃料ガス成分と着臭剤を吸収することができる。さらにシリカゲルにより通気燃料ガス中の水分も吸収することができるので、燃料ガス成分及び着臭剤の吸収性能の低下を抑制することができる。
【００１５】
上記発明（発明１〜３）においては、前記細粒状炭素系吸収材が平均粒径が０．３〜５ｍｍで、平均細孔径が１０〜３０Åで、細孔径１０Å以上の細孔の細孔容積が０．５ｍＬ／ｇ以下であることが好ましい（発明４）。
【００１６】
かかる発明（発明４）によれば、これらの物性を有することにより、メタンガスやプロパンガスなどの汎用的な燃料ガスを吸収するのに好適なものとすることができる。
【００１７】
上記発明（発明１〜４）においては、前記細粒状炭素系吸収材が５０〜９４重量％であり、前記炭素繊維材が０．５〜２０重量％であり、前記シリカゲルが５〜３０重量％であることが好ましい（発明５）。
【００１８】
かかる発明（発明５）によれば、細粒状炭素系吸収材による燃料ガス成分の吸収能と、また、シリカゲルにより通気燃料ガス中の水分の吸収能と、炭素繊維材の微量残存する燃料ガスの迅速な吸収能とをバランスよく発揮することができ、燃料ガスの吸収材として優れたものとすることができる。
【００１９】
上記発明（発明１〜５）においては、前記細粒状炭素系吸収材が臭素添着担持活性炭であることが好ましい（発明６）。
【００２０】
かかる発明（発明６）によれば、このような処理を施した活性炭を用いることにより、燃料ガス成分及び着臭剤を含有する場合にはこの着臭剤を迅速かつ確実に吸収することができる。
【００２１】
上記発明（発明１〜６）においては、前記細粒状炭素系吸収材及びシリカゲルにより構成される第一層と前記炭素繊維材により構成される第二層とからなる二層構造とすることが好ましい（発明７）。
【００２２】
かかる発明（発明７）によれば、第一層で燃料ガス成分、着臭剤を含有する場合にはこの着臭剤及び燃料ガス中に微量含まれる水分を吸収するとともに、この第一層から燃料ガス成分や着臭剤が漏洩したとしても第二層により微量の燃料ガス成分や、着臭剤を含有する場合にはこの着臭剤を迅速に吸収することができるので、燃料ガス成分及び着臭剤が含まれる場合にはこの着臭剤が外部に漏洩するのを防止することが可能となっている。
【００２３】
上記発明（発明１〜６）においては、前記シリカゲルにより構成される第一層と、前記細粒状炭素系吸収材による第二層と、前記炭素繊維材による第三層とからなる三層構造とすることが好ましい（発明８）。
【００２４】
かかる発明（発明８）によれば、第一層で燃料ガス中に微量含まれる水分を吸収するとともに、第二層で燃料ガス成分及び着臭剤を含有する場合にはこの着臭剤を吸収するとともに、この第二層から燃料ガス成分や着臭剤が漏洩したとしても第三層によりこれらを迅速に吸収することができるので、燃料ガス成分や着臭剤が含まれる場合にはこの着臭剤が外部に漏洩するのを抑制することが可能となっている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の燃料ガス吸収材は、細粒状炭素系吸収材と、炭素繊維材と、シリカゲルとを有するものであるので、燃料ガス成分を好適に吸収することができる。また、燃料ガス成分が着臭剤を含有する場合には、この着臭剤も好適に吸収することができる。さらに燃料ガス中に微量含まれる水分も吸収することができるので、燃料ガス成分及び着臭剤の吸収性能の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例１及び実施例２の燃料ガス吸収材のガス吸収能確認装置を示す概略図である。
【図２】実施例１の燃料ガス吸収材の図１に示す装置における吸着ユニットの入口と出口の燃焼カロリーを示すグラフである。
【図３】実施例２の燃料ガス吸収材の図１に示す装置における吸着ユニットの入口と出口の燃焼カロリーを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の燃料ガス吸収材について詳細に説明する。
【００２８】
〔燃料ガス吸収材〕
本実施形態の燃料ガス吸収材は、細粒状炭素系吸収材と、炭素繊維材と、シリカゲルとからなる。以下、各構成成分について説明する。
【００２９】
（細粒状炭素系吸収材）
本実施形態において細粒状炭素系吸収材としては、細粒状活性炭、グラファイト、カーボンブラック、フラーレン、ナノカーボン等を用いることができる。これらの中では細粒状活性炭が好ましい。
【００３０】
この細粒状炭素系吸収材は、一般に細孔径と極性とによって、吸着可能な分子の選択性を有する。したがって、細孔径と極性を調整することによってメタンガス、プロパンガス、ブタンガスなどの吸着対象の燃料ガスに対して好適なものとすることができる。具体的には細粒状炭素系吸収材は、平均細孔径が１０〜３０Åで、細孔径１０Å以上の細孔の細孔容積が０．５ｍＬ／ｇ以下であることが好ましい。平均細孔径が３０Åより大きいと吸着した燃料ガスを保持するのが困難となる一方、１０Åより小さいと燃料ガスを吸着しにくくなる。また、細孔径１０Å以上の細孔の細孔容積が０．５ｍＬ／ｇより大きいと細孔径の分布がブロードすぎて燃料ガスの吸収の選択性が悪くなる。なお、細孔径１０Å以上の細孔の細孔容積の下限については特に制限はないが、０．１ｍＬ／ｇ以下程度とすればよい。なお、この細粒状炭素系吸収材は、０．３ｍｍ未満では、燃料ガスを通気した際の圧損が大きくなりすぎる一方、５ｍｍを超えると燃料ガスが透過しやすくなるため、平均粒径０．３〜５ｍｍであることが好ましい。
【００３１】
また、細粒状炭素系吸収材は、その表面官能基をメタンガス、プロパンガス、ブタンガスなどの燃料ガスを吸着しやすいように調整し、極性を付与したものであることが好ましい。この細粒状炭素系吸収材の表面官能基の調整は、細粒状炭素系吸収材を炭酸ガス、窒素ガス又はアルゴンガスで賦活処理を行うことにより行うことができる。具体的には、未処理（初期状態）の細粒状炭素系吸収材の表面は、カルボキシル基やフェノール系水酸基であるが、炭酸ガスで賦活化することにより、その全部または一部を−ＣＨ末端とすることができる。特に細粒状炭素系吸収材の表面に臭素を添着して臭素添着担持活性炭とすることで、燃料ガスの選択的吸着性及び着臭気剤の吸収性を向上させることができて好ましい。
【００３２】
この臭素添着担持活性炭は、例えば活性炭を酸素不存在下で５００〜１０００℃で熱処理することにより、活性炭に含まれる水分及び塩化物を除去し、得られた活性炭に臭素を３〜２０重量％程度添着することにより得ることができる。
【００３３】
なお、細粒状炭素系吸収材は、その表面積が７００〜１４００ｍ２／ｇ、好ましくは９００〜１２００ｍ２／ｇであることが好ましい。また、細粒状炭素系吸収材の細孔容積は０．３〜１．１ｍＬ／ｇ、特に０．４〜０．６ｍＬ／ｇであることが好ましい。
【００３４】
これら比表面積、細孔容積及び平均細孔径は、例えばマイクロトラック・ベル社製「ＢＥＬＳＯＲＰ−ｍａｘＩＩ」（商品名）により測定した値である。
【００３５】
（炭素繊維材）
本実施形態において炭素繊維材としては、レーヨン系、ＰＡＮ系、フェノール系等の活性炭素繊維を用いることができる。この活性炭素繊維は、繊維径が１０μｍと小さく見かけの表面積が大きいので、細粒状炭素系吸収材である活性炭に比べて吸着速度が１００〜１０００倍程度であり、微量の燃料ガスの吸着には効果的である。その一方で、活性炭に比べて単位重量当たりの吸着量が１．５〜１０倍程度であるものの、活性炭に比べて嵩密度が非常に大きいので多量に用いた場合には、大きな体積が必要となる。これらの活性炭素繊維は、表面積が１５００以上のものを適宜選択して用いることができる。
【００３６】
（シリカゲル）
本実施形態においてシリカゲルとは、例えばメタケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）の水溶液を放置することによって生じる酸成分の加水分解で得られるケイ酸ゲルを脱水・乾燥した物質であり、ＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏの組成式で表されるものである。
【００３７】
（三成分の割合）
上述したような細粒状炭素系吸収材と炭素繊維材とシリカゲルとの割合は、細粒状炭素系吸収材が５０〜９４重量％、特に８０〜９０重量％であり、炭素繊維材が０．５〜２０重量％、特に１．５〜１０重量％であり、シリカゲルが５〜３０重量％、特に５〜１５重量％であることが好ましい。細粒状炭素系吸収材が５０重量％未満では、吸収可能な燃料ガス及び着臭剤成分の量が少なくなる。また、炭素繊維材が０．５重量％未満では、微量の燃料ガスを短時間で吸収する能力を十分に発揮できない一方、２０重量％を超えると、得られる燃料ガス吸収材の体積が大きくなってしまう。さらにシリカゲルが５重量％未満では、処理対象となる燃料ガス中に含まれる微量の水分を十分に吸収するのが困難となる一方、３０重量％を超えると、他の成分が相対的に少なくなってしまうため。燃料ガスの吸収能が低下する。
【００３８】
（燃料ガス吸収材の構造）
上述したような三成分からなる本実施形態の燃料ガス吸収材は、それぞれの成分を混合して、両端が開口しているかあるいは入口部と出口部とがそれぞれ開口した円筒状や矩形筒状の容器に充填して一層構造の燃料ガス吸収カートリッジとして用いてもよいが、以下に説明するように二層もしくは三層構造となるように容器に充填して二層もしくは三層構造の燃料ガス吸収カートリッジとするのが好ましい。
【００３９】
二層構造の燃料ガス吸収材
燃料ガス吸収材は、対象となる燃料ガスの流入側を基準として、細粒状炭素系吸収材及びシリカゲルを混合した第一層と、炭素繊維材により構成される第二層とからなる二層構造となるように、両端が開口しているかあるいは入口部と出口部とがそれぞれ開口した円筒状や矩形筒状の容器に充填して燃料ガス吸収カートリッジとすることができる。このような構成を採用することにより、第一層の細粒状炭素系吸収材が燃料ガス成分及び着臭剤を吸収するとともにシリカゲルがその吸収能を阻害する水分を吸収することにより、細粒状炭素系吸収材の吸収能を好適に維持することができる。そして、この第一層の細粒状炭素系吸収材が破過したり、燃料ガスの流入量が過剰となったりして、第一層から燃料ガス成分や着臭剤がリークしたとしても、第二層に炭素繊維材が配置されており、この炭素繊維材は吸着速度が非常に速いので、リークした燃料ガス成分や着臭剤などを外部環境に漏洩するのを未然に防止することが可能となっている。
【００４０】
三層構造の燃料ガス吸収材
燃料ガス吸収材は、処理対象となる燃料ガスの流入側を基準として、シリカゲルにより構成される第一層と、細粒状炭素系吸収材による第二層と、炭素繊維材による第三層とからなる三層構造となるように、両端が開口しているかあるいは入口部と出口部とがそれぞれ開口した円筒状や矩形筒状の容器に充填して燃料ガス吸収カートリッジとすることができる。このような構成を採用することにより、第一層のシリカゲルが燃料ガス中の水分を吸収し、この水分が除去された燃料ガスが細粒状炭素系吸収材による第二層を通過することにより燃料ガス成分及び着臭剤を吸収する。このとき燃料ガス中の水分が除去されているので、細粒状炭素系吸収材の吸収能を好適に維持することができる。そして、この第二層の細粒状炭素系吸収材が破過したり、燃料ガスの流入量が過剰となったりして、第二層から燃料ガス成分や着臭剤がリークしたとしても、第三層に炭素繊維材を配置しており、この炭素繊維材は吸着速度が非常に速いので、リークした燃料ガス成分や着臭剤などを外部環境に漏洩するのを未然に防止することが可能となっている。
【００４１】
上述したような一層構造、二層構造もしくは三層構造に充填した燃料ガス吸収材は、燃料ガスを一過式で流通することにより、目的とする燃料ガスを選択的に吸収することができるが、吸収容量分の燃料ガスを吸収すると破過する。そこで、この使用後の燃料ガス吸収材に対し、減圧脱気処理を施すことにより、その燃料ガス吸収能を回復させて再利用することができる。具体的には、一層構造、二層構造もしくは三層構造に燃料ガス吸収材を充填した燃料ガス吸収カートリッジを回収して、両端あるいは入口部と出口部の両方から吸引するか、一方の開口部を閉鎖して他方の開口部から吸引することで、減圧脱気処理すればよい。この減圧脱気処理の圧力としては、例えば−３０〜−３００ｋＰａ、特に−５０〜−２００ｋＰａ程度の減圧条件とすればよい。この際の吸引手段としては、真空ポンプなどを用いればよい。
【００４２】
（燃料ガス）
本実施形態において、吸収対象となる燃料ガスとしては、メタンガス、プロパンガス、ブタンガスなどの炭化水素系のガス、またはこれらのガスを主成分とする混合ガスであり、特に安全性のために着臭剤を含有しているものに対して好適に適用することができる。
【００４３】
以上、本発明の燃料ガス吸収材について説明してきたが、本発明は前記実施形態に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、燃料ガスの移送、低カロリー燃料ガスへの変換など種々の用途に適用可能である。
【実施例】
【００４４】
以下の具体的実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００４５】
（試験装置）
燃料ガス吸収材のガス吸収能確認装置として、図１に示す試験装置を用意した。ガス吸収能確認装置１は、ＬＰＧの燃料ガス供給装置２と、この燃料ガス供給装置２から噴出する燃料ガスを移送する２０ｍの長さで内径２５ｍｍΦの配管３とを備え、この配管３は燃焼側配管３Ａと吸着側配管３Ｂとに分枝していて、燃焼側配管３Ａには燃焼バーナ４が設けられている一方、吸着側配管３Ｂには吸収材を充填した吸収ユニット５が設けられていて、吸収ユニット５の入口側及び出口側にはそれぞれ流量計６Ａ及び６Ｂが設けられている。そして、この吸収ユニット５の出口側の配管は、熱量計７側と開放側とに分枝している。なお、８Ａ、８Ｂは燃焼バーナ４と吸収ユニット５側とに流路を切り替える切替バルブであり、９Ａ、９Ｂは、熱量計６側と開放側とに流路を切り替える排出路切替バルブである。また、１０Ａ、１０Ｂは圧力計である。なお、吸収ユニット５の入口側にも図示しない熱量計が設けられている。
【００４６】
（実施例１）
臭素添着担持活性炭（平均粒径２．５ｍｍ、平均細孔径１８Å、細孔径１０Å以上の細孔の細孔容積が０．５ｍＬ／ｇ以下）とシリカゲルとを混合して第一層とし、活性炭繊維（レーヨン系炭素繊維）を第二層として燃料ガス吸収材を構成した。臭素添着担持活性炭と、シリカゲルと、高機能活性炭繊維との配合割合は表１に示すとおりである。
【００４７】
この燃料ガス吸収材を図１に示すガス吸収能確認装置１の吸収ユニット５に充填した。ガス吸収能確認装置１は、ガス吸収能確認装置１の切替バルブ８Ａを閉鎖し、切替バルブ８Ｂを開成するとともに、吸収ユニット５側に流路を形成し、排出路切替バルブ９Ａを開成するとともに、排出路切替バルブ９Ｂを閉鎖して熱量計７側に流路を形成した状態とし、初期状態では配管３内を空気に置換した状態としてある。そして、燃料ガス供給装置２から着臭剤としてエチルメルカプタンを微量含有するプロパンガス（ＬＰＧガス）を表１に示す流速で供給し、吸収ユニット５の入口側及び出口側を流通する燃焼ガスの熱量を計測した。結果を図２に示す。
【００４８】
【表１】
2019171359.tif 000002
【００４９】
図２から明らかなとおり、臭素添着担持活性炭とシリカゲルと活性炭繊維とからなる実施例１の燃料ガス吸収材は、１０５分プロパン成分を吸収することができることがわかる。そして、着臭剤成分（エチルメルカプタン）の濃度をＧＡＳＴＥＣ検知菅（メルカプタン類Ｎｏ．７０Ｌ）で測定したところ１１７分まで検出限外（ＮＤ）であり、着臭成分の吸収性能を有することも確認できた。なお、図２において、吸収ユニット５の入口側の燃料ガスのカロリーが“０”と低い状態にあるには、配管３内を空気に置換した状態であるためである。
【００５０】
（実施例２）
実施例１において、組成を表２に示すように変更して二層構造の燃料ガス吸収材を構成し、着臭剤としてエチルメルカプタンを微量含有するプロパンガス（ＬＰＧガス）を表１に示すように実施例１の５倍の流速で供給し、吸収ユニット５の入口側及び出口側を流通する燃焼ガスの熱量を計測した。結果を図３に示す。
【００５１】
図３から明らかなとおり、臭素添着担持活性炭とシリカゲルと活性炭繊維とからなる実施例２の燃料ガス吸収材は、１０Ｌ／分の過酷な条件であっても約１６分プロパン成分を吸収することができることがわかる。そして、着臭剤成分（エチルメルカプタン）の濃度をＧＡＳＴＥＣ検知菅（メルカプタン類Ｎｏ．７０Ｌ）で測定したところ１８分まで検出限外（ＮＤ）であり、着臭成分の吸収性能を有することも確認できた。
【符号の説明】
【００５２】
１  ガス吸収能確認装置
２  燃料ガス供給装置
３  配管
３Ａ  燃焼側配管
３Ｂ  吸着側配管
４  燃焼バーナ
５  吸収ユニット
６Ａ，６Ｂ  流量計
７  熱量計
８Ａ，８Ｂ  切替バルブ
９Ａ，９Ｂ  排出路切替バルブ
１０Ａ，１０Ｂ  圧力計
【図１】
2019171359.tif 000003
【図２】
2019171359.tif 000004
【図３】
2019171359.tif 000005