(57)【要約】【課題】貯蔵、払い出しの繰り返しの際に、早期の組成安定化を可能とする吸着貯蔵技術を提供する。【解決手段】最初に真空ポンプ４により貯蔵容器２の減圧脱気を行う。所定の負圧になるまで脱気した後に運転を停止する。次いで、前処理工程に入る。前処理用ガス供給装置７からＣＯ２純ガスが貯蔵容器２に充填される。前処理工程におけるＣＯ２充填量は、貯蔵する消化ガスＣＯ２量の約４０％に設定されている。次いで貯蔵工程に入る。供給源から消化ガスが貯蔵容器２に充填される。その後、消費機器５の需要に応じて、貯蔵容器内の吸着ガスの払い出しが行われる。容器内圧力が低下したときは、供給源から消化ガスが貯蔵容器２に充填される。なお、２回目以降の貯蔵、払い出しに際して前処理工程は不要である。  【選択図】図１
2008240848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合ガスを吸着材充填容器に貯蔵するガス貯蔵方法であって、
混合ガス中の易吸着成分を含むガスを、予め吸着させる前処理ステップと、
その後、所望組成の混合ガスを吸着させる貯蔵ステップと、を含み、かつ、
前処理ステップにおけるガスの易吸着成分の組成比が、貯蔵ステップにおける混合ガスの易吸着成分の組成比より高くなるように設定することを特徴とする混合ガスの吸着貯蔵方法。
【請求項２】
請求項１において、
Ｘ＝Ｖｓａ／Ｖｓｂ・・・・・（１）
【数１】
2008240848.tif 000005
としたとき、
【数２】
2008240848.tif 000006
を満足するように、前記前処理ステップにおける易吸着成分ガスの組成比Ｖ１ａ／Ｖ１を設定することを特徴とする混合ガスの吸着貯蔵方法。
ここに、
Ｖｓａ、Ｖｓｂは、それぞれ貯蔵ステップにおける組成、圧力条件のときの、易吸着成分及び他成分の単位吸着材体積あたり飽和吸着量、
Ｖ１、Ｖ１ａは、それぞれ前処理ステップにおける、吸着材単位体積あたりの全成分及び易吸着成分ガス量、
Ｖ２、Ｖ２ａは、それぞれ貯蔵ステップにおける、吸着材単位体積あたりの全成分及び易吸着成分ガス量。  
【請求項３】
前記前処理ステップに先立ち、吸着材充填容器の真空引き処理ステップを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の混合ガスの吸着貯蔵方法。
【請求項４】
前記混合ガスが二酸化炭素（ＣＯ２）とメタン（ＣＨ４）を主成分とする消化ガスであり、前記易吸着成分がＣＯ２であり、前記他成分がＣＨ４を含むガスであることを特徴とする請求項１乃至３に記載の混合ガスの吸着貯蔵方法。
【請求項５】
前処理ステップにおいて純ＣＯ２ガスを用い、かつ、Ｖ１として、前処理ステップと貯蔵ステップを通じた全ＣＯ２量の１２％乃至５２％のガス量に設定することを特徴とする請求項４に記載の混合ガスの吸着貯蔵方法。
【請求項６】
前処理ステップにおいて純ＣＯ２ガスを用い、かつ、Ｖ１として、前処理ステップと貯蔵ステップを通じた全ＣＯ２量の約４０％のガス量に設定することを特徴とする請求項４に記載の混合ガスの吸着貯蔵方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は混合ガスの吸着貯蔵方法に係り、特に、貯蔵、払い出しの繰り返しの際に、早期の組成安定化を可能とする吸着貯蔵方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスやバイオガス等の混合ガスを、吸着材充填容器を用いて高密度に貯蔵する技術が公知である。この場合、混合ガス中の成分ごとに吸着材に対する吸着力が異なるために、貯蔵、払い出しを繰り返す際に、初期のガス組成と安定後のガス組成では払い出しガスの組成が異なるという問題があった。
この問題を解決する方法として、組成変動が落ち着くまでガスの吸着・脱着を繰り返してから、実使用に供する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。
他の技術として、実際に貯蔵する際の圧力より高い圧力で吸着・脱着を行うことにより、組成安定化に要する時間を短縮する方法が開示されている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００-１８４９５号公報
【特許文献２】特開２００５-４８７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、吸脱着を繰り返す方法では、組成安定化までに一定時間を要するという問題があり、また吸脱着の繰り返しの際に使われるガスは有効活用が困難であり、結局捨てざるを得ないという問題もある。
また、高圧で吸脱着を行う方法では、前処理時の圧力と実際の貯蔵圧力とが異なるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、このような課題を解決するためのものであって、簡易な操作により混合ガスを高密度貯蔵し、かつ、早期に所望の組成の混合ガスを供用可能とするガス貯蔵技術を提供するものである。
本発明は、以下の内容を要旨とする。すなわち、
請求項１の発明は、混合ガスを吸着材充填容器に貯蔵するガス貯蔵方法であって、混合ガス成分中の易吸着成分を含む前処理ガスを、予め吸着させる前処理ステップと、その後、所望組成の混合ガスを吸着させる貯蔵ステップと、を含み、かつ、前処理ステップにおけるガスの易吸着成分の組成比が、貯蔵ステップにおける混合ガスの易吸着成分の組成比より高くなるように設定することを特徴とする混合ガスの吸着貯蔵方法である。
本発明において、「易吸着成分」とは、混合ガス中の吸着されやすい成分をいい、３成分以上の混合ガスの場合は、最も吸着されやすい成分をいう。
【０００５】
また、上記発明において、
Ｘ＝Ｖｓａ／Ｖｓｂ・・・・・（１）
【数１】
2008240848.tif 000003
としたとき、
【数２】
2008240848.tif 000004
を満足するように、前処理ステップにおける易吸着成分ガスの組成比Ｖ１ａ／Ｖ１を設定することができる。
ここに、Ｖｓａ、Ｖｓｂは、それぞれ貯蔵ステップにおける組成、圧力条件のときの、易吸着成分及び他成分の単位吸着材体積あたり飽和吸着量、Ｖ１、Ｖ１ａは、それぞれ前処理ステップにおける、吸着材単位体積あたりの全成分及び易吸着成分ガス量、Ｖ２、Ｖ２ａは、それぞれ貯蔵ステップにおける、吸着材単位体積あたりの全成分及び易吸着成分ガス量である。
【０００６】
図８は、（３）式を満たす範囲を斜線で示したものである。同図において、Ｘ軸は易吸着成分と難吸着成分との飽和吸着量の比を表し、またＹ軸は全工程（前処理ステップ＋貯蔵ステップ）を合わせた充填容器中の易吸着成分濃度と、貯蔵ガス中の易吸着成分濃度の比を表す。
（１）〜（３）式においてＶｓａ、Ｖｓｂ、Ｖ２、Ｖ２ａは、貯蔵したいガスの組成に関するものであるから既知である。従って、Ｖ１ａ／Ｖ１を暫定的に設定して（２）式の演算を繰り返し、（３）式の斜線内に収まるようなＶ１ａ／Ｖ１値を定めることができる。
前処理ガスとしては、貯蔵ガスと同一組成で易吸着成分の組成比が高いガスを用いることもできるが、易吸着成分のみのガス（純ガス）を用いることもできる。この場合は、式（２）においてＶ１＝Ｖ１ａ、Ｖ１ｂ＝０となる。
【０００７】
上記各発明において、前処理ステップに先立ち、吸着材充填容器の真空引き処理ステップを含めることができる（請求項３）。
また、混合ガスとして、二酸化炭素（ＣＯ２）とメタン（ＣＨ４）を主成分とする消化ガスであり、前記易吸着成分がＣＯ２、前記他成分がＣＨ４を含むガスに適用することができる（請求項４）。
ＣＨ４とＣＯ２からなる消化ガスでは、ＣＯ２の方が吸着しやすいのでＣＯ２をあらかじめ吸着させる。この場合、先に吸着させるガスは純ＣＯ２以外にも、前処理終了後に貯蔵したいガス組成よりもＣＯ２濃度の高いＣＨ４とＣＯ２の混合ガスを用いても良い。
この場合、前処理ステップにおいて純ＣＯ２ガスを用い、かつ、Ｖ１として、前処理ステップと貯蔵ステップを通じた全ＣＯ２量の１２％−５２％のガス量に設定することができる（請求項５）。
より好ましくは、Ｖ１として、前処理ステップと貯蔵ステップを通じた全ＣＯ２量の約４０％のガス量に設定することができる（請求項６）。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、１回の前処理を行うのみで、その後の貯蔵、払い出しの際の組成変動を抑えることができ、前処理に要する時間とガスを節約できるという効果がある。
また、対象ガスがＣＨ４とＣＯ２を主成分とするバイオガスの場合には、前処理に用いるＣＯ２が不活性ガスであるため、操作安全性に優れるという効果がある。
さらに、実運転時と同一圧力で前処理を行うことができるため、貯蔵装置の簡素化が可能となるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図１を参照してさらに詳細に説明する。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。
【００１０】
本実施形態は、混合ガスとして二酸化炭素（ＣＯ２）とメタン（ＣＨ４）を主成分とする消化ガスの貯蔵方法に係る。図１は、本実施形態に係る消化混合ガス貯蔵送出装置１の全体構成を示す図である。混合ガス貯蔵送出装置１は、内部に吸着材３を充填した貯蔵容器２と、脱気用の真空ポンプ４と、端末の消費機器５（例えばガスエンジン発電機）と、前処理用ガス供給装置７と、貯蔵容器内圧力計測用の圧力センサ８と、これら装置間を結ぶ配管Ｌ１〜Ｌ４と、配管Ｌ１経路中に設けられた流量計９と、各配管経路中に設けられた開閉弁６ａ〜６ｄと、真空ポンプ４に付設する弁４ａと、により構成されている。前処理用ガス供給装置７からは、易吸着成分であるＣＯ２純ガスが供給されるように構成されている。
【００１１】
混合ガス貯蔵送出装置１における消化ガスの貯蔵・払い出し方法は、以下の通りである。
各工程におけるガス組成及びガス量は、予め（１）〜（３）式の収束演算を行って、図８の斜線範囲に入るように定められている。
最初に真空ポンプ４により貯蔵容器２の減圧脱気を行う。この工程では開閉弁４ａ、６ｃのみ開、その他の弁は閉とする。この状態で真空ポンプ４の運転を行い、所定の負圧になるまで脱気した後に運転を停止する。同時に弁４ａ、６ｃを閉弁する。
次いで、前処理工程に入る。この工程では開閉弁６ｄのみ開、その他の弁を閉とする。これにより、前処理用ガス供給装置７からＣＯ２純ガスが貯蔵容器２に充填される。前処理工程におけるＣＯ２充填量は、貯蔵する消化ガスＣＯ２量の約４０％に設定されている。充填中は流量計９により流入量が計測され、所定量が充填されたときに弁６ｄを閉弁し、前処理工程を終了する。
【００１２】
次いで貯蔵工程に入る。この工程では開閉弁６ａ開、その他の弁を閉とする。この操作により、供給源から消化ガスが貯蔵容器２に充填される。充填中は流量計９により流入量が計測され、所定量が充填されたときに弁６ａを閉弁し、貯蔵工程を終了する。
その後、消費機器５の需要に応じて開閉弁６ｂが開弁され、貯蔵容器内の吸着ガスの払い出しが行われる。容器内圧力が低下したときは、供給源から消化ガスが貯蔵容器２に充填される。なお、２回目以降の貯蔵、払い出しに際して前処理工程は不要である。
【００１３】
以上のように、１回の前処理を施すことにより、混合ガスを吸着・脱着させた際の組成変動幅が早期に安定するので、前処理に要する時間とガスが節約できる。
なお、本実施形態では消化ガスの貯蔵方法について説明したが、他の混合ガスに用いることも可能である。
また、純ＣＯ２を用いる形態を示したが、図８の条件を満足する範囲であれば、ＣＨ４との混合ガスを用いることも可能である。
【実施例】
【００１４】
本発明による効果を確認するための試験を行った。以下にその内容を詳述する。
（実施例1）
前処理として、ヤシ殻活性炭２１ｇを充填した５０ｍＬの容器を真空状態（−０．１０ＭＰａ)にし、次いで５５０ｍＬの純ＣＯ２を吸着（圧力が−０．０５ＭＰａになるまで）させた。次に、本処理として６７％ＣＨ４−３３％ＣＯ２混合ガスを２１００ｍＬ（圧力が０．６０ＭＰａになるまで)吸着させた。前処理に用いたＣＯ２量は吸着させた全ＣＯ２量の４４％であった。その後、０．０２ＭＰａまで脱着させ、２回目以降は第１回目と同一組成の混合ガスを、０．０２ＭＰａから０．６ＭＰａになるまで吸着させ、０．０２ＭＰａまで脱着させるという操作を繰り返した。
図２に、この間の容器出口におけるＣＨ４の組成変動推移を示す。同図において、横軸は吸着・脱着繰返し回数である。２回目で既に脱着ガスの組成変動は安定していることが分かる。また、１回目と２回目の差も小さい。
【００１５】
（実施例２）
実施例１と同一の容器を真空状態にし、次いで３５０ｍＬの純ＣＯ２を吸着させた。このときの容器内圧力は、−０．０７ＭＰａであった。その後、６７％ＣＨ４−３３％ＣＯ２混合ガスを２２００ｍＬ（圧力が０．６０ＭＰａになるまで)吸着させた。前処理に用いたＣＯ２量は、吸着させた全ＣＯ２量の３３％であった。その後、実施例１と同一の操作を繰り返し行った。
図３に、この間のＣＨ４の組成変動推移を示す。３回目で組成変動幅は安定しており、前処理を施さなかった場合よりは早く落ち着くことが分かる。
【００１６】
（実施例３）
実施例１と同一の容器を真空状態にし、次いで１０６０ｍＬの純ＣＯ２を吸着させた。このときの容器内圧力は、０．０２ＭＰａであった。その後、４７％ＣＨ４−５３％ＣＯ２混合ガスを１８３０ｍＬ（圧力が０．６０ＭＰａになるまで)吸着させた。前処理に用いたＣＯ２量は、吸着させた全ＣＯ２量の５２％であった。その後、実施例１と同一の操作を繰り返し行った。
図４に、この間のＣＨ４の組成変動推移を示す。３回目で組成変動幅は安定していることが分かる。
（比較例１）
前処理は行わず、１回目は真空状態(−０．１０ＭＰａ)から０．６０ＭＰａまで６７％ＣＨ４−３３％ＣＯ２混合ガスを吸着させた後、０．０２ＭＰａまで脱着させた。２回目以降は実施例と同様である。
図５に、この間のＣＨ４の組成変動推移を示す。組成変動幅は４回目でようやく落ち着いており、活性炭が平衡状態になるまでに多くの時間とガスを要することが分かる。また、１回目と２回目の差も顕著である。
（比較例２）
活性炭を充填した容器に真空状態(−０．１０ＭＰａ)から９４０ｍＬの純ＣＯ２を吸着させ(０．００ＭＰａ)、その後６７％ＣＨ４−３３％ＣＯ２混合ガスを１８００ｍＬ（圧力が０．６０ＭＰａになるまで)吸着させた。この場合、前処理に用いたＣＯ２量は吸着させた全ＣＯ２量の６０％である。その後、０．０２ＭＰａまで脱着させた。
図６に、この間のＣＨ４の組成変動推移を示す。組成変動は５回目で落ち着いており、前処理に用いるＣＯ２量が多すぎると逆効果であることがわかる。
【００１７】
以上の結果に基づき、前処理が有効である範囲を検討した。図２〜図６において、所望の組成（点線）と脱着ガスの平均組成(▲)との差が１％ＣＨ４以下で前処理完了とすると、実施例１、２、３については、それぞれ1回目、３回目、３回目で完了となる。これに対して比較例１，２については、それぞれ４回目、５回目で完了となり、両者の間に差があることが分かる。
各実施例、比較例のデータを上述の式（１）〜（３）に代入してＸ、Ｙを求め、プロットすると図７のようになる。実施例１〜３は斜線内に含まれており、一方、比較例については外れている。これより、本発明により規定される範囲では組成変動が早期に収束することが証明された。
なお、純ＣＯ２を用いて実施例１の処理ステップに従う場合、（３）式を満たすＶ１の範囲は、全ＣＯ２量の１２％−５２％となる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は消化ガスに限らず、吸着特性の異なる複数成分を含む混合ガスに広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る混合ガス貯蔵送出装置１の構成を示す図である。
【図２】実施例１における吸脱着の繰り返しに伴うＣＨ４の組成変動推移を示す図である。
【図３】実施例２における吸脱着の繰り返しに伴うＣＨ４の組成変動推移を示す図である。
【図４】実施例３における吸脱着の繰り返しに伴うＣＨ４の組成変動推移を示す図である。
【図５】比較例１における吸脱着の繰り返しに伴うＣＨ４の組成変動推移を示す図である。
【図６】比較例２における吸脱着の繰り返しに伴うＣＨ４の組成変動推移を示す図である。
【図７】各実施例、比較例について発明有効範囲を対比した図である。
【図８】前処理ステップにおける易吸着成分組成比Ｖ１ａ／Ｖ１を求めるための図である。
【符号の説明】
【００２０】
１・・・・ガス貯蔵送出装置
２・・・・貯蔵容器
３・・・・吸着材
４・・・真空ポンプ
５・・・・消費機器
６ａ〜６ｄ・・・開閉弁
７・・・・前処理用ガス供給装置
８・・・・圧力センサ
９・・・流量計
Ｌ１〜Ｌ４・・・配管
【図１】
2008240848.tif 000007
【図２】
2008240848.tif 000008
【図３】
2008240848.tif 000009
【図４】
2008240848.tif 000010
【図５】
2008240848.tif 000011
【図６】
2008240848.tif 000012
【図７】
2008240848.tif 000013
【図８】
2008240848.tif 000014