(57)【要約】【課題】最適化されたガス分離システムを提供する。【解決手段】本発明のガス分離システムは、原料ガスを貯蔵及び供給するバッファタンクと、原料ガスを加圧する加圧部と、加圧された原料ガスを第１精製ガス及び第１廃ガスに分離精製する第１精製部と、第１精製ガスを第２精製ガス及び第２廃ガスに分離精製する第２精製部と、第１廃ガスを精製して第３精製ガスを生産する第３精製部と、第２廃ガスをバッファタンクに案内する第１回収ラインと、第３精製ガスをバッファタンクに案内する第２回収ラインと、第１廃ガスの流量を調節する第１流量調節弁と、第２廃ガスの流量を調節する第２流量調節弁と、第１及び第２流量調節弁を制御する制御部とを含み、制御部は、流量調節弁の開度量を調節してバッファタンクに戻される第２廃ガス及び第３精製ガスの圧力を制御し、かつＰＳＡ方式を用いる精製部の吸着塔が行う各工程の操作時間を調節する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
最適化されたガス分離システムであって、
原料ガスを貯蔵及び供給するバッファタンクと、
前記バッファタンクから前記原料ガスの供給を受けて該原料ガスを加圧する加圧部と、
前記加圧部で加圧された前記原料ガスを精製して第１精製ガスを生産しかつ第１廃ガスを排出する第１精製部と、
前記第１精製ガスを更に精製して第２精製ガスを生産しかつ第２廃ガスを排出する第２精製部と、
前記第１廃ガスを精製して第３精製ガスを生産する第３精製部と、
前記第２廃ガスを前記バッファタンクに案内し、前記第２廃ガスの流量を調節する第２流量調節弁を含む第１回収ラインと、
前記第３精製ガスを前記バッファタンクに案内し、前記第１廃ガスの流量を調節する第１流量調節弁を含む第２回収ラインと、
モデルベースの高度な制御を利用して前記第１及び第２流量調節弁を制御する制御部とを含み、
前記制御部が、前記第１及び第２流量調節弁の開度量を調節することにより前記バッファタンクに戻される前記第２廃ガス及び前記第３精製ガスの圧力を制御し、それによって前記生産される第１及び第２精製ガスの純度を維持するように構成されており、
前記第１及び第２精製部のうちの少なくとも一方が、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）方式を用いるように構成されており、
前記ＰＳＡ方式を用いる精製部が、吸着工程を含む複数の工程を繰り返し行うための吸着塔を含み、
前記制御部が、前記吸着塔において行われる前記各工程の操作時間を調節するように構成されていることを特徴とする最適化されたガス分離システム。
【請求項２】
前記第１及び第２精製ガスのうちの１つ以上のガスの状態を検知する検知センサを更に含み、
前記制御部が、前記検知センサから得た検知結果の伝達を受け、前記検知結果によって、前記第１及び第２流量調節弁を制御することを特徴とする請求項１に記載の最適化されたガス分離システム。
【請求項３】
前記検知センサから得た前記検知結果による非線形モデルを一定時間間隔で線形化して前記制御部に提供する線形化部を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の最適化されたガス分離システム。
【請求項４】
前記検知センサが、
前記第１精製ガスが流れる排出ラインに設けられた第１検知センサと、
前記第２精製ガスが流れる排出ラインに設けられた第２検知センサとを含むことを特徴とする請求項２に記載の最適化されたガス分離システム。
【請求項５】
前記第１、第２及び第３精製部のうちのＰＳＡ方式を用いない精製部が、膜分離方式を用いるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の最適化されたガス分離システム。
【請求項６】
前記第３精製部における前記第３精製ガスの生産過程で排出された前記第３廃ガスをポンプする真空ポンプを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の最適化されたガス分離システム。
【請求項７】
前記第１廃ガスを再加圧して前記第３精製部に供給する再加圧部を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の最適化されたガス分離システム。
【請求項８】
前記第２回収ラインに設けられ、前記第３精製ガスの圧力を前記第２廃ガスの圧力と同一に設定する減圧弁を更に含むことを特徴とする請求項７に記載の最適化されたガス分離システム。
【請求項９】
前記ＰＳＡ方式を用いる精製部の前記吸着塔において繰り返し行われる前記複数の工程が、加圧工程、吸着工程、ブローダウン工程及びパージ工程を含み、
前記制御部が、前記各工程の操作時間を調節することにより、前記ＰＳＡ方式を用いる精製部から排出される廃ガスの排出圧力又は排出流量を調節するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の最適化されたガス分離システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最適化されたガス分離システムに関し、より詳細には、高純度かつ高回収率のメタンの生産が可能なガス分離システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、天然ガス（ＮＧ）は、人工的な過程を経る石油（ガソリン、軽油）とは異なり、地下に気体状態で埋蔵されている化石燃料であり、メタンを主成分とし、ガス井から天然的に直接採取した状態ですぐに使用できるガスエネルギーである。
【０００３】
近年、原油高により炭層ガスやシェールガスなどのガス資源が注目されており、特に、炭層ガスは、石炭層から生産されるメタンガスであり、各国で新たなエネルギー資源として脚光を浴びている。
【０００４】
このようなガスを改質（アップグレーディング）するための技術として、気体の溶解度の差を利用してメタンと二酸化炭素とを分離する吸着法、気体相物質の吸着特性の差を利用して分離する圧力スイング吸着法（ＰＳＡ法）、気体分子の透過度の差を利用する膜分離法などが挙げられる。
【０００５】
吸着法は、エネルギーの消費が大きく、吸着剤の補充などのためのメンテナンス費用が多くかかる反面、分離／精製効率がよく、主に大容量のガス処理に頻繁に用いられる。ＰＳＡ法は、分離／精製効率や規模、工程構成の複雑度が吸着法と膜分離法の中間程度である。膜分離法は、吸着法やＰＳＡ法に比べて相対的に小規模であり、高純度のメタンを得難いという短所があるが、工程構成が簡単であるという長所がある。
【０００６】
一方、ガス井から試錐されて産出するガスは、時間の経過に伴って組成が変わるため、試錐されたガスの分離、精製工程は、ガスの組成変化を克服しながら、不純物を安定的に除去し、分離し、精製できるように開発されなければならない。
【０００７】
それゆえ、ガス井から産出する天然ガスの組成が変化したとしても、不純物を連続的、かつ安定的に除去、分離及び精製することによって、高純度かつ高回収率の製品ガス（ｐｒｏｄｕｃｔ ｇａｓ）を得ることができるシステムが必要とされていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】韓国登録特許第１０−０７５３２０７号明細書（２００７年８月２８日登録）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ガスの成分をリアルタイムでモニタリングし、高純度のメタンガスを安定的に生産できるガス分離システムを提供することにある。
【００１０】
また、他の目的は、高純度と高回収率を同時に満足させるメタンの生産が可能なガス分離システムを提供することにある。
【００１１】
更に他の目的は、原料ガス中のメタン含有量が少ない場合にも高純度のメタンガスを生産できるガス分離システムを提供することにある。
【００１２】
本発明の更に別の目的は、消費エネルギーを低減できるガス分離システムを提供することにある。
【００１３】
本発明の課題は、以上で言及した課題に制限されるものではなく、ここで言及していない他の課題についても、当業者は下記の記載からに明確に理解できるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するために、本発明は、最適化されたガス分離システムであって、原料ガスを貯蔵及び供給するバッファタンクと、前記バッファタンクから前記原料ガスの供給を受けて該原料ガスを加圧する加圧部と、前記加圧部で加圧された前記原料ガスを精製して第１精製ガスを生産しかつ第１廃ガスを排出する第１精製部と、前記第１精製ガスを更に精製して第２精製ガスを生産しかつ第２廃ガスを排出する第２精製部と、前記第１廃ガスを精製して第３精製ガスを生産する第３精製部と、前記第２廃ガスを前記バッファタンクに案内し、前記第２廃ガスの流量を調節する第２流量調節弁を含む第１回収ラインと、前記第３精製ガスを前記バッファタンクに案内し、前記第１廃ガスの流量を調節する第１流量調節弁を含む第２回収ラインと、モデルベースの高度な制御を利用して前記第１及び第２流量調節弁を制御する制御部とを含み、前記制御部が、前記第１及び第２流量調節弁の開度量を調節することにより前記バッファタンクに戻される前記第２廃ガス及び前記第３精製ガスの圧力を制御し、それによって前記生産される第１及び第２精製ガスの純度を維持するように構成されており、前記第１及び第２精製部のうちの少なくとも一方が、圧力スイング吸着（ＰＳＡ）方式を用いるように構成されており、前記ＰＳＡ方式を用いる精製部が、吸着工程を含む複数の工程を繰り返し行うための吸着塔（吸着筒、吸着槽）を含み、前記制御部が、前記吸着塔において行われる前記各工程の操作時間を調節するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の実施形態によれば、ガスの成分をリアルタイムでモニタリングし、高純度のメタンガスを安定的に生産できるという効果を奏する。
【００１６】
また、高純度のメタンガスを高回収率で生産可能なガス分離システムを提供することができる。
【００１７】
特に、原料ガス中のメタン含有量が少ない場合にも高純度のメタンガスを生産できるガス分離システムを提供することができる。
【００１８】
また、消費エネルギーを低減できるガス分離システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態によるガス分離システムを示す構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態の一変形例によるガス分離システムを示す構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態の他の変形例によるガス分離システムを示す構成図である。
【図４】本発明の第２実施形態によるガス分離システムを示す構成図である。
【図５】本発明の第２実施形態の一変形例によるガス分離システムを示す構成図である。
【図６】本発明の第２実施形態の他の変形例によるガス分離システムを示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付の図面を参照して本実施形態による構成、結合関係及び動作原理を詳細に説明する。下記で本発明を説明するにおいて、公知の機能又は構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にするおそれがあると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。そして、後述する用語は、本発明での機能を考慮して定義された用語であって、これはユーザ、運用者の意図又は慣例などによって変わり得る。従って、その定義は、本明細書全般に亘る内容に基づいて行われるべきである。
【００２１】
以下の実施形態によるガス分離システムは、メタンを含む原料ガスを精製してエネルギー源として活用しようとする関連装置又は設備に適用されることができ、以下の説明に限定されないこともある。しかし、説明の容易さのために、第１実施形態をはじめとする以下の実施形態では、炭層ガス（コールベッドメタン）や天然ガス（メタンガス）、或いはシェールガスなどの原料ガスを精製することにより、精製メタンが生産され得ることとする。
【００２２】
そして、このガス分離システムは、精製部によって、ガスを精製ガスと廃ガスとに分離することができる。ここで、精製ガスは、精製部をそれぞれ通過して排出される２つのガス流のうち相対的に純度の高いメタンを含むガスとして定義され、廃ガスは精製ガスよりも相対的に純度の低いメタンを含むガスとして定義され得る。
【００２３】
図１は、本発明の第１実施形態によるガス分離システムを示す構成図であり、図２は、本発明の第１実施形態の一変形例によるガス分離システムを示す構成図であり、図３は、本発明の第１実施形態の他の変形例によるガス分離システムを示す構成図である。
【００２４】
図１に示すように、第１実施形態によるガス分離システムは、バッファタンク６００、加圧部４００、第１精製部１００、第２精製部２００、第３精製部３００、真空ポンプ５００、第１回収ライン７１０、第２回収ライン７２０、検知センサ、流量調節弁及び制御部８００を含み得る。
【００２５】
ここで、第１精製部１００、第２精製部２００、第３精製部３００は、それぞれ膜分離方式又はＰＳＡ方式のいずれかでメタンを精製することができる。本実施形態においては、第１精製部１００及び第３精製部３００に膜分離方式の精製装置を用い、第２精製部２００にＰＳＡ方式の精製装置を用いた例を説明するが、本発明の思想はこれに限定されるものではない。例えば、第１精製部１００に膜分離方式を用い、第２精製部２００及び第３精製部３００にＰＳＡ方式を用いてもよいし、第１精製部１００及び第２精製部２００に膜分離方式を用い、第３精製部３００にＰＳＡ方式を用いてもよい。また、第１精製部１００、第２精製部２００及び第３精製部３００は、流入ガスを廃ガスと精製ガスとに分離して排出するように構成することができ、このとき、流入ガスと廃ガスの圧力比が一定水準に維持されるように制御されなければ良質の精製ガスは得られない。
【００２６】
バッファタンク６００は、メタンを所定の割合で含む原料ガスを一時的に貯蔵することができる。例えば、バッファタンク６００に供給される原料ガスには、メタンガス約６０％、二酸化炭素ガス約４０％が含まれ得る。そして、バッファタンク６００は、後述する第２精製部２００からの第２廃ガス及び第３精製部３００からの第３精製ガスを一時的に貯蔵することができる。バッファタンク６００に貯蔵された原料ガス、第２廃ガス、第３精製ガスは、加圧部４００において高圧で加圧され得る。
【００２７】
以下では、説明の便宜上、原料ガス、第２廃ガス、第３精製ガスが混合されたガスを「混合ガス」と呼ぶ。ここで、ガス分離システムが最初に駆動される時には混合ガスは原料ガスのみからなり得るが、バッファタンク６００への第２廃ガス及び第３精製ガスの供給如何によって混合ガス組成が変化し得る。一例として、前記組成の原料ガスが供給され、バッファタンク６００に第２廃ガス及び第３精製ガスが供給された場合、混合ガスには、メタンガス約６５％、二酸化炭素ガス約３５％が含まれ得る。
【００２８】
加圧部４００は、第１精製部１００において混合ガスが円滑に精製されるように、混合ガスを、設定された一定圧力まで加圧することができる。加圧部４００により圧縮された混合ガスの圧力と第１精製部１００の第１廃ガスの圧力が一定の圧力比を維持しなければ、膜分離方式によるガスの分離は円滑に実現できない。例えば、加圧部４００は、混合ガスを約１０ｂａｒまで加圧することができ、第１精製部１００には、約１０ｂａｒに加圧された混合ガスが供給され、約１ｂａｒの第１廃ガスを排出するように操作され得る。
【００２９】
本実施形態では、第１精製部１００に注入される混合ガスの圧力を１０ｂａｒに維持し、第１廃ガスの圧力を１ｂａｒに維持するが、本発明の思想はこれに限定されるものではなく、加圧部４００の設定圧力、混合ガスと第１廃ガスの圧力差は、ガスの成分や量、所要純度、回収率などによって変更され得る。
【００３０】
第１精製部１００は、膜分離方式を用いて混合ガスを精製することができる。具体的には、第１精製部１００は、気体成分の透過度の差を利用して混合ガスを第１精製ガスと第１廃ガスとに分離する膜（メンブレン）を含むことができる。ここで、第１廃ガスは膜を透過する気体であり、第１精製ガスは膜を透過せずにそのまま排出される気体であり得る。これにより、第１精製ガスは、第１廃ガスよりも更に高い割合でメタンガスを含有することができる。例えば、前記例示した組成の混合ガスが投入された場合、第１精製ガスには、メタンガス約９３％、二酸化炭素ガス約７％が、第１廃ガスには、メタンガス約３８％、二酸化炭素ガス約６２％がそれぞれ含まれ得る。
【００３１】
ここで、第１精製部１００において膜を透過した第１廃ガスは約１ｂａｒの圧力を有することができ、第１精製ガスは圧力降下が殆ど発生していない状態で第２精製部２００に送られることができる。
【００３２】
第２精製部２００は、ＰＳＡ方式を用いて第１精製ガスから第２精製ガスを分離精製し、第２廃ガスを排出する。具体的には、第２精製部２００をより大きくし、複数（一例として、４つ）の吸着塔（ｂｅｄ）で吸着工程及び再生工程を繰り返して操作することができる。各吸着塔は、第２精製部２００で持続的に精製されたガスが排出され得るように互いに連動させることができる。より具体的には、吸着工程を加圧工程及び吸着工程で、再生工程をブローダウン（圧抜き）工程及びパージ工程でそれぞれ行うことができる。
【００３３】
第２精製部２００から排出される第２廃ガスは、第１精製ガスよりも不純物濃度が高い気体であって、第１回収ライン７１０を介してバッファタンク６００に送ることができる。そして、第２精製部２００で分離精製された第２精製ガスは、不純物が除去された製品ガスとして所定の消費先に提供され得る。一例として、前記例示した組成の第１精製ガスを第２精製部２００に供給した場合、第２精製ガスには、メタンガス約９７％、二酸化炭素ガス約３％が、第２廃ガスには、メタンガス約７７％、二酸化炭素ガス約２３％がそれぞれ含まれ得る。
【００３４】
第１回収ライン７１０は、第２精製部２００とバッファタンク６００とを連結しており、第２精製部２００から排出された第２廃ガスをバッファタンク６００に案内することができる。
【００３５】
このように、第２廃ガスを第１回収ライン７１０により再びバッファタンク６００に戻し、第１精製部１００及び第２精製部２００を再循環させることで、捨てられる第２廃ガスからメタンを再び回収でき、結果的に、メタンの回収率を向上させることができる。
【００３６】
一方、第３精製部３００は、第１精製部１００の第１廃ガスの供給を受けて、第１精製部１００と同様に膜分離方式を用いて第１廃ガスを精製することができる。具体的には、第３精製部３００も、第１廃ガスを第３精製ガスと第３廃ガスとに分離する膜を含むことができ、その具体的な作用は第１精製部１００と同一である。
【００３７】
しかし、第３精製部３００では、流入する第１廃ガスと排出される第３廃ガスの圧力比が一定水準に維持されなければ効果的に分離精製できないので、第３廃ガス側は真空ポンプ５００により真空圧水準の低圧（例えば、約０．１ｂａｒ）雰囲気で組成することができる。
【００３８】
第３精製部３００で分離精製された第３精製ガスは、第２回収ライン７２０を介してバッファタンク６００に案内され、そこから第１精製部１００に戻される。第３廃ガスは、燃焼させるかまたは廃棄してもよい。ここで、前記で例示したように、第１廃ガスを第３精製部３００に供給した場合、第３精製ガスには、メタンガス約７７％、二酸化炭素ガス約２３％が、第３廃ガスには、メタンガス約１３％、二酸化炭素ガス約８７％がそれぞれ含まれ得る。
【００３９】
第２回収ライン７２０は、第３精製部３００とバッファタンク６００とを連結しており、第３精製部３００からの第３精製ガスをバッファタンク６００に案内することができる。即ち、第３精製ガスを第２回収ライン７２０によりバッファタンク６００に戻し、第１精製部１００及び第２精製部２００を再循環させることで、高純度のメタンガスを生産すると同時にメタンガスの回収率を向上させることができる。
【００４０】
一方、精製部（例えば、ＰＳＡ方式を用いる第２精製部２００）では、ブローダウン工程及びパージ工程中に瞬間的に高圧の第２廃ガスが発生し得るが、第２精製部２００で発生した高圧の第２廃ガスがバッファタンク６００に流入すれば、バッファタンク６００に一時的な圧力上昇が発生し得る。このことは、第２回収ライン７２０内の第３精製ガス及び第２回収ライン７２０に連通する第１廃ガスラインの圧力の瞬間的な上昇を引き起こし、これは膜分離方式を用いる第１精製部１００における流入ガスと排出される廃ガスの圧力比が一定水準を維持できなくなる原因となり、第１精製部１００の精製性能を低下させ、排出される精製ガス中の不純物の含有量を増加させる。
【００４１】
本実施形態において、バッファタンク６００は、前記の問題をある程度防止できるように所定の大きさで製作されているが、十分に大きなバッファタンク６００を製作することは実質的に設置空間、製作コストに制限のある工事現場で現実的な代案となり得ない。
【００４２】
従って、前記の問題を解決するために、本実施形態では、制御部により流量調節弁を制御することによって、バッファタンク６００の圧力を制御し、各精製部１００、２００、３００における流入ガスと廃ガスとの圧力比を適正な水準に維持することができるようにし、結果として、生産される精製ガスの純度を所望の水準に維持することができるようにした。
【００４３】
検知センサは、第１精製部１００からの第１精製ガスの排出ライン上に配置された第１検知センサ９２１と、第２精製部２００からの第２精製ガスの排出ライン上に配置された第２検知センサ９２２とを含むことができ、精製ガスの温度、圧力、流量などに加えてガス組成も測定することもできる。本実施形態の検知センサとして、精製ガスの組成を検知する組成分析装置を使用することができる。
【００４４】
流量調節弁は、第１精製部１００からの第１廃ガスの排出ラインに配置された第１流量調節弁９３１と、第２精製部２００からの第２廃ガスの排出ライン、例えば第１回収ライン７１０に配置された第２流量調節弁９３２を含むことができる。これらの流量調節弁は、制御部８００により開度量が調節され、バッファタンク６００に送られるガスの流量を調節することができる。
【００４５】
制御部８００は、第１精製ガス及び第２精製ガスの純度を一定水準以上に維持できるように、第１流量調節弁９３１及び第２流量調節弁９３２を総合的に制御することができる。このために、制御部８００は、リアルタイムないし短い時間間隔で検知センサから検知値の伝達を受けることができ、それにより、流量調節弁の開度量を算出して制御することができる。一例として、制御部８００は、モデルベースの高度な制御（例えば、モデル予測制御や繰返し制御など）を利用することができる。
【００４６】
制御部８００は、検知センサからリアルタイムで検知値の伝達を受け、制御に活用することで、安定的に高純度の製品ガスを持続的に供給することができ、相対的に小型のバッファタンクでも精製部から排出される廃ガスの圧力上昇を防止することができるので、システム全体の設置及び操作の経済性を向上させることができる。
【００４７】
例えば、第１精製部１００に膜分離方式を適用した場合、制御部８００は、第１精製ガス中のメタンガス含有量が減少したらバッファタンク６００の圧力が上昇したものと判断することができ、この場合、制御部８００は、流量調節弁９３１、９３２を調節することによりバッファタンク６００に供給されるガスの流量を減らすことができる。
【００４８】
また、制御部８００は、ＰＳＡ方式を用いる精製部（例えば、第２精製部２００）の各工程の操作時間を調節できる。第２精製部２００に含まれる複数の吸着塔では、それぞれ、加圧工程、吸着工程、ブローダウン工程、パージ工程を一定時間間隔で繰り返して行うことができるが、制御部８００は、各工程の操作時間を調節することにより、第２廃ガスの排出圧力又は排出流量を調節することができる。
【００４９】
一方、前記のように、ＰＳＡ方式を用いる精製部における各工程の操作時間の調節を、同時間帯に互いに異なる工程で操作される複数の吸着塔に共通して適用した場合、何れか１つの吸着塔を基準とする工程時間の調節は他の吸着塔にも影響を及ぼすので、各吸着塔が互いに交互に精製ガスを排出する精製部において精製ガスの組成が変化し得る。例えば、ＰＳＡ方式の精製部が４つの吸着塔を含んでおり、第１吸着塔のパージ工程の工程時間を調節する場合、これは第２吸着塔（又は第３吸着塔又は第４吸着塔）の吸着工程時間を変化させることになり得、これは第２吸着塔から排出される精製ガス中のメタンガスの含有量に影響を及ぼし得る。
【００５０】
したがって、制御部８００は、精製ガスのガス組成を検知センサで検知し、精製部の各工程の操作時間を調節することで、精製ガス中のメタンガス含有量を一定水準以上に維持することができる。例えば、精製ガスのメタンガスの含有量が減少したときには、制御部８００は吸着工程の工程時間が長くなるように精製部を制御することで、吸着塔において吸着を更に起き易くしかつ精製ガス中のメタンガス含有量を増加させることができる。
【００５１】
前記のように、制御部８００の制御によりバッファタンク６００内の圧力上昇を抑止することができるので、その結果、第１精製部１００及び第２精製部２００における流入ガスと排出ガス（廃ガス）の圧力差を一定範囲内に維持することができ、第１精製部１００及び第２精製部２００の精製性能が維持されることで、製品ガス（第２精製ガス）は要求される純度を満たすことが可能である。
【００５２】
図２は第１実施形態の一変形例であるが、第１実施形態と比較すると再加圧部及び減圧弁が提供されるという点が相違しているので、相違点を中心に説明し、同一の部分については第１実施形態の説明と図面符号を援用する。
【００５３】
再加圧部４００'は、第１廃ガスを加圧して第３精製部３００に供給することができる。再加圧部４００'は、第３精製部３００で圧力差により、ガスが円滑に精製され得るように既に設定された圧力まで第１廃ガスを加圧する。例えば、第３精製部３００が膜分離方式である場合、第３廃ガスは、第３精製部３００で約１ｂａｒに排出されるように操作され得る。
【００５４】
このとき、第３精製ガスの圧力は、再加圧部４００'を通過した第１廃ガスの圧力よりも僅かに低い圧力であって、第２廃ガスの圧力（約１ｂａｒ）よりも高いため、第３精製ガスの圧力と第２廃ガスの圧力を互いに同水準に維持するために、第２回収ライン７２０に減圧弁９１０を設けることができる。
【００５５】
減圧弁９１０は、第３精製ガスの圧力を約１ｂａｒに下げることで、第３精製ガスの圧力と第２廃ガスの圧力を互いに同水準に維持することができる。また、減圧弁９１０として、降下弁を使用することができる。
【００５６】
一方、第３精製部３００が非ゼオライト系吸着剤（一例として、分子ふるいカーボン）を用いたＰＳＡ方式である場合、第１廃ガスは再加圧部４００'により再加圧され、第３廃ガスの圧力は大気圧（一例として、１ｂａｒ）程度となり得る。但し、第３精製部３００がゼオライト系吸着剤を用いたＰＳＡ方式である場合、再加圧部４００'は省略可能であり、第３廃ガスは真空ポンプ（図示せず）により真空圧水準の雰囲気でポンプすることもできる。
【００５７】
図３に示すように、第１実施形態の他の変形例は、第１実施形態と比較すると再加圧部、真空ポンプ及び減圧弁が提供されるという点が相違している。
【００５８】
本実施形態において、再加圧部４００'が第１廃ガスを加圧して第３精製部３００に供給し、真空ポンプ５００が第３廃ガスを真空圧水準の圧力でポンプすることにより、第３精製部３００においてガスの分離精製が更に円滑になされるようにすることができる。
【００５９】
このとき、第３精製部３００から排出された第３精製ガスの圧力は、再加圧部４００'を通過した第１廃ガスの圧力よりも僅かに低い水準にあるので、減圧弁９１０によって第３精製ガスの圧力を第２廃ガスの圧力（約１ｂａｒ）水準まで下げ、第３精製ガスの圧力と第２廃ガスの圧力とを同水準に維持できる。
【００６０】
一方、検知センサから伝達される検知値をデータ化してモデリングしたものは非線形特性を有し得るが、非線形特性を有するデータを基に制御のための結果値を算出することは非常に複雑であり、制御部８００の処理速度に悪影響を及ぼし得る。制御部８００の処理速度が遅くなると、場合によって、精製部に必要な工程時間の変動速度を制御部８００の処理速度がついて行けなかったり、工程時間の変更が遅すぎて製品ガスの純度が低下したりするという問題が発生し得る。これらの問題は、以下で説明する本発明の第２実施形態によって解決することができる。
【００６１】
以下では、本発明の第２実施形態によるガス分離システムについて、図４〜図６を参照して説明する。但し、第２実施形態は、第１実施形態と比較すると線形化部が提供されるという点が相違しているので、相違点を中心に説明し、同一の部分については第１実施形態の説明及び図面符号を援用する。
【００６２】
図４は、本発明の第２実施形態によるガス分離システムを示す構成図であり、図５は、本発明の第２実施形態の一変形例によるガス分離システムを示す構成図であり、図６は、本発明の第２実施形態の他の変形例によるガス分離システムを示す構成図である。
【００６３】
図４に示すように、線形化部８１０は、制御部８００から検知センサの検知値の伝達を受け、非線形特性を有するデータを線形化する処理を行う。線形化部８１０により線形化された結果は、再び制御部８００に伝達されて、設定された所定のモデルベースの高度な制御方法により流量調節弁の制御に活用され得る。これにより、制御部８００の処理速度を向上させることができ、前記の問題を防止することができる。
【００６４】
この線形化部８１０は、制御部８００から物理的に独立した装置に設けて制御部８００と有線／無線通信でデータを送受信するようにしてもよいし、制御部８００と同一の装置内に提供されるプログラムモジュールであってもよい。
【００６５】
また、線形化部８１０は、所定の時間間隔で制御部８００からデータの提供を受けて該データを線形化した後、制御部８００に伝達することができる。このとき、原料ガスの組成が継続して変化する場合には、最適化された運転条件が時間によって変化し続けるため、線形化部８１０の操作時間間隔を短く設定し、原料ガスの組成が時間によって大きく変化しない工程の場合には長く設定することができる。制御部８００は、別途設けられた原料ガス検知センサ（図示せず）や管理センタなどから原料ガス情報の伝達を受けて、線形化部８１０の操作時間を調節することもできる。
【００６６】
このように、線形化部８１０は一定時間間隔で非線形特性を有するデータを線形化して制御部８００に提供することで、実際の工程の非線形特性を制御部８００に十分に反映しながらも、制御部８００の処理速度を向上させることができるため、制御周期を短くして更に確実な工程の制御が行われるようにすることができる。
【００６７】
図５は、第２実施形態の一変形例であって、第２実施形態と比較すると再加圧部及び減圧弁が提供されるという点が相違しており、図６は、第２実施形態の他の変形例であって、第２実施形態と比較すると再加圧部、真空ポンプ及び減圧弁が提供されるという点が相違している。
【００６８】
但し、これらの再加圧部４００'、真空ポンプ５００及び減圧弁９１０は、前述した第１実施形態の再加圧部４００'、真空ポンプ５００及び減圧弁９１０と実質的に同一の構成であるので、これらについての詳細な説明は省略する。
【００６９】
前述したように、本発明は、単一の精製部で運用されていた従来技術に比べて、メタンガスの回収率を向上させることができる。即ち、第１精製部１００の第１廃ガスを第３精製部３００によって再精製した後、再び第１精製部１００に流入させることで、メタンガスを更に回収することができる。
【００７０】
また、第１精製部１００で分離精製した第１精製ガスを第２精製部２００で再精製することにより、製品ガス中のメタンガスの純度を向上させることができる。更に、第２精製部２００から排出される第２廃ガスも、バッファタンク６００において第３精製ガスと混合後、再び第１精製部１００に流入するため、メタンガスの回収率も向上させることができる。前記のように、第１精製部１００からの第１精製ガスを再精製するので、前述した例のように、原料ガス中のメタン含有量が約６０％と少ない場合であっても、約９７％の高純度メタンガスを消費先に提供することができる。
【００７１】
また、同一の組成を有する原料ガスからのメタンガスの回収率を高めることができ、この目的のために追加される電力消費は多くないので、特定の純度、特定の回収率を目標とする場合、メタンガスの単位生産量当たりの消費電力を減らすことができる。
【００７２】
特に、精製部で瞬間的に高圧の廃ガスが発生しても、制御部により流量調節弁を制御することによってバッファタンクの圧力上昇を防止できるので、精製部の精製性能を一定水準以上に維持し、メタン含有量が多い精製ガスを提供することができる。
【００７３】
更に、線形化部により線形化された結果を制御部に伝達して流量調節弁の制御に活用することで、非線形特性を有するデータを基に制御のための結果値を算出する場合と比較して、制御部の処理速度を向上させることができ、その結果、制御部の処理速度が遅くなって製品ガスの純度低下を未然に防止することができる。
【００７４】
以上、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明がその技術的思想や必須な特徴を変更することなく、他の具体的な形態で実施され得るということは、当業者であれば理解できるであろう。例えば、当業者は、各構成要素の材質、大きさなどを適用分野によって変更したり、複数の実施形態を組み合わたり又は置換したりして、実施形態に明確に開示されていない形態で本発明を実施することができるが、これも本発明の範囲から逸脱しないものである。従って、以上で記述した実施形態は、あらゆる面で例示的なものであって、限定的なものとして理解してはならず、このような変形された実施形態は、本発明の特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれるといえる。
【符号の説明】
【００７５】
１００    第１精製部
２００    第２精製部
３００    第３精製部
４００    加圧部
５００    真空ポンプ
６００    バッファタンク
７１０    第１回収ライン
７２０    第２回収ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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