(57)【要約】【課題】消化ガス中の有機シリカ化合物の成分が多く含まれても、ほぼ１００％除去することができる消化ガス中のシロキサン類の除去装置及び方法を提供すること。【解決手段】本発明のシロキサン類の除去装置及び方法は、シロキサン類を含有する消化ガスを、吸着剤を充填した充填塔を通過させて前記シロキサン類を前記吸着剤により吸着除去処理するシロキサン類の除去装置及び方法において、前記吸着剤が、比表面積５００ｍ2／ｇ以上であり、細孔分布ピークが１０〜３０Åの範囲にあり、かつアルカリ処理された活性炭であることを特徴とする。【選択図】        図１
2008001811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シロキサン類を含有する消化ガスを、吸着剤を充填した充填塔を通過させて前記シロキサン類を前記吸着剤により吸着除去処理するシロキサン類の除去装置において、
前記吸着剤が、比表面積５００ｍ2／ｇ以上であり、細孔分布ピークが１０〜３０Åの範囲にあり、かつアルカリ処理された活性炭であることを特徴とする消化ガス中のシロキサン類の除去装置。
【請求項２】
シロキサン類を含有する消化ガスを、吸着剤を充填した充填塔を通過させて前記シロキサン類を前記吸着剤により吸着除去処理するシロキサン類の除去装置において、
前記吸着剤が、比表面積５００ｍ2／ｇ以上であり、細孔分布ピークが１０〜３０Åの範囲にあり、かつｐＨが８．０以上１２．０以下の活性炭であることを特徴とする消化ガス中のシロキサン類の除去装置。
【請求項３】
シロキサン類を含有する消化ガスを、吸着剤と接触させて前記シロキサン類を前記吸着剤により吸着除去処理するシロキサン類の除去方法において、
前記吸着剤が、比表面積５００ｍ2／ｇ以上であり、細孔分布ピークが１０〜３０Åの範囲にあり、かつアルカリ処理された活性炭であることを特徴とする消化ガス中のシロキサン類の除去方法。
【請求項４】
シロキサン類を含有する消化ガスを、吸着剤と接触させて前記シロキサン類を前記吸着剤により吸着除去処理するシロキサン類の除去方法において、
前記吸着剤が、比表面積５００ｍ2／ｇ以上であり、細孔分布ピークが１０〜３０Åの範囲にあり、かつｐＨが８．０以上１２．０以下の活性炭であることを特徴とする消化ガス中のシロキサン類の除去方法。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は下水汚泥、都市ごみ、またはし尿汚泥、生ごみ等を嫌気性醗酵させて発生したバイオガスなどからなる消化ガスをガスエンジンやボイラなどに有効利用する場合において、バイオガスを精製し、燃料として利用することができる消化ガス中のシロキサン類の除去装置及び方法に関し、詳しくは、例えばメタン醗酵バイオガスなどの消化ガス中のシロキサン類（有機シリカ化合物）の成分が多く含まれても、ほぼ１００％を除去することができ、長期にわたって高い効率を保つことができる消化ガス中のシロキサン類の除去装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー資源の有効利用を図る観点から、下水汚泥、都市ごみ、またはし尿汚泥、生ごみ等を嫌気性醗酵させて発生したバイオガスの積極的な利用が進められており、バイオガスをボイラ燃料に利用したり、エンジンに使用して発電したりする技術の開発が進められている。
【０００３】
しかしながら、バイオガス中、特に下水汚泥消化工程から発生するバイオガス中には、シリコーンの構成物質であるシロキサン類がガス状で存在し、バイオガスに同伴することから、ガスの燃焼により固体の酸化ケイ素となり、エンジン室の弁などにシリカ結晶物として付着し、弁の開閉を妨げ異常燃焼を起こしたり、あるいは潤滑油中に混入して、シリンダーの磨耗を早めるなどエンジンの耐久性に支障をきたし、メンテナンスに必要な期間が短くなったり、補修費用の増加を招いたりする問題があった。
【０００４】
またガスエンジンには、一般にＮＯx対策として三元触媒、卑金属系触媒などによる脱硝設備が設けられている。シロキサン類、または燃焼によって生成した、ヒューム状の酸化ケイ素は、この触媒に作用し、触媒細孔内や表面で酸化し、SiO2が触媒細孔内部や触媒表面を覆うことから、急速な触媒の劣化を招く問題があった。
【０００５】
したがって、消化ガスの有効利用においては、これらの問題を解決する必要があり、そのためには、バイオガス中のシロキサン類の確実な除去が求められる。
【０００６】
バイオガス中のシロキサン類の除去技術としては、活性炭による吸着技術が知られている（特許文献１−７）。
【特許文献１】特開平２００２−３７１０８３号公報  細孔径１０〜２０Å、細孔容積０．１ｃｃ／ｇ以上、比表面積５００ｍ2／ｇ以上の活性炭。
【特許文献２】特開平２００２−５８９９６号公報  細孔径１０〜２０Åの細孔容積０．１ｃｃ／ｇ以上、比表面積５００ｍ2／ｇ以上の活性炭。
【特許文献３】特開平２００２−６０７６７号公報  細孔径１０〜２０Åの細孔容積０．１ｃｃ／ｇ以上、比表面積５００ｍ2／ｇ以上の活性炭。
【特許文献４】特開平２００５−６１５９７号公報  細孔径平均７〜２０Åの細孔容積０．２ｃｃ／ｇ以上、比表面積５００ｍ2／ｇ以上の活性炭。
【特許文献５】特開平２００３−２２５５２５号公報  細孔径２０〜４０Å、１０Å以下の細孔容積０．２ｃｃ／ｇ以上の活性炭。
【特許文献６】特開平２００５−１７７７３７号公報  細孔径平均２４〜３５Å、細孔容積０．６５〜１．４ｃｃ／ｇ以上の活性炭。
【特許文献７】特開平２００５−４６７５５号公報  細孔径２０〜４０Å、細孔径１０Å以下の細孔容積０．２ｃｃ／ｇ以上の活性炭。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１−７は、シロキサンの吸着容量が大きなものを選択使用する観点で、活性炭の細孔径と細孔容積を評価要素として規定している。
【０００８】
しかし、本発明者は、活性炭の従来の評価要素に加え、吸着容量の高い吸着剤の選定の要素として、吸着剤のｐＨの影響について研究を継続したところ、特定ｐＨ範囲を有する活性炭を使用することにより、消化ガス中の有機シリカ化合物の成分をほぼ１００％除去することができることを見出し、本発明に至ったものである。
【０００９】
そこで、本発明の課題は、消化ガス中の有機シリカ化合物の成分が多く含まれても、ほぼ１００％除去することができる消化ガス中のシロキサン類の除去装置及び方法を提供することにある。
【００１０】
また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００１２】
（請求項１）
シロキサン類を含有する消化ガスを、吸着剤を充填した充填塔を通過させて前記シロキサン類を前記吸着剤により吸着除去処理するシロキサン類の除去装置において、前記吸着剤が、比表面積５００ｍ2／ｇ以上であり、細孔分布ピークが１０〜３０Åの範囲にあり、かつアルカリ処理された活性炭であることを特徴とする消化ガス中のシロキサン類の除去装置。
【００１３】
（請求項２）
シロキサン類を含有する消化ガスを、吸着剤を充填した充填塔を通過させて前記シロキサン類を前記吸着剤により吸着除去処理するシロキサン類の除去装置において、前記吸着剤が、比表面積５００ｍ2／ｇ以上であり、細孔分布ピークが１０〜３０Åの範囲にあり、かつｐＨが８．０以上１２．０以下の活性炭であることを特徴とする消化ガス中のシロキサン類の除去装置。
【００１４】
（請求項３）
シロキサン類を含有する消化ガスを、吸着剤と接触させて前記シロキサン類を前記吸着剤により吸着除去処理するシロキサン類の除去方法において、前記吸着剤が、比表面積５００ｍ2／ｇ以上であり、細孔分布ピークが１０〜３０Åの範囲にあり、かつアルカリ処理された活性炭であることを特徴とする消化ガス中のシロキサン類の除去方法。
【００１５】
（請求項４）
シロキサン類を含有する消化ガスを、吸着剤と接触させて前記シロキサン類を前記吸着剤により吸着除去処理するシロキサン類の除去方法において、前記吸着剤が、比表面積５００ｍ2／ｇ以上であり、細孔分布ピークが１０〜３０Åの範囲にあり、かつｐＨが８．０以上１２．０以下の活性炭であることを特徴とする消化ガス中のシロキサン類の除去方法。  
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、アルカリ処理された活性炭を使用したことにより、物理吸着作用に加えて化学吸着作用を相乗的に利用して、消化ガス中の有機シリカ化合物の成分が多く含まれても、ほぼ１００％除去することができる消化ガス中のシロキサン類の除去装置及び方法を提供することができる。
【００１７】
本発明によると、ｐＨ８．０以上１２．０以下の活性炭を使用したことにより、物理吸着作用に加えて化学吸着作用を相乗的に利用して、消化ガス中の有機シリカ化合物の成分が多く含まれても、ほぼ１００％除去することができる消化ガス中のシロキサン類の除去装置及び方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
本発明において、消化ガスは、下水汚泥、都市ごみ、またはし尿汚泥、生ごみ等を嫌気性醗酵させて発生したバイオガスなどからなり、これらの消化ガス中に含まれるにはシロキサン類（有機シリカ化合物）としては、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）を有する鎖状または環状の化合物があり、鎖状化合物としては、例えば、メトキシトリメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、デカメチルテトラシロキサン、およびドデカメチルペンタシロキサンなどが挙げられ、環状化合物としては、例えばヘキサメチルシクロトリシロキサン（Ｄ３体）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（Ｄ４体）、デカメチルシクロペンタシロキサン（Ｄ５体）、およびドデカメチルシクロヘキサシロキサン（Ｄ６体）などが挙げられる。
【００２０】
バイオガス中に含まれるシロキサン類は、主に環状シロキサンであり、鎖状のシロキサン類は少ないことが分かっており、この中でもオクタメチルシクロシロキサン（Ｄ４体）、デカメチルシクロシロキサン（Ｄ５体）の含有量が多い。
【００２１】
活性炭の吸着能力の因子としては、従来から比表面積、細孔分布、細孔容積などがあげられているが、これらは吸着作用において吸着される物質（吸着質）が吸着質の構造をほぼ保ったまま吸着する、いわゆる物理吸着を想定したものである。
【００２２】
本発明において、活性炭の比表面積は５００ｍ2／ｇ以上おいて、好ましくは８００ｍ2／ｇ以上である。比表面積はＢＥＴ法による測定値である。比表面積が５００ｍ2／ｇ以上と大きいために、バイオガス中に含まれるガス状のシロキサン類の活性炭による吸着量は大きい。
【００２３】
また本発明では、細孔分布は対象とする吸着質の分子径の２〜３倍が好ましい点に着目して、シロキサン類の径が１０Å弱であることから、シロキサン類の吸着には、細孔分布ピークが１０〜３０Åの範囲にある活性炭を使用している。本発明において、細孔分布の測定はＢＪＨ法による。本発明において好ましいのは、細孔分布ピークが１５〜３０Åの範囲にある活性炭を用いることである。
【００２４】
本発明において使用している活性炭は、上記の物理的な特性に加えて、ｐHによる吸着容量の変化に着目し、調査した結果、アルカリ処理された活性炭、あるいはｐＨが高い活性炭がその吸着容量が大きいことがわかった。
【００２５】
本発明において、アルカリ処理とは、活性炭にアルカリ物質を添着したり、あるいはアルカリ物質を含浸させたりすることである。アルカリには水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどのアルカリ金属の水酸化物や塩やマグネシウムやカルシウムなどのアルカリ土類金属の水酸化物や塩、アンモニウム塩などを用いることができる。
【００２６】
本発明においては、上記アルカリ物質から吸着質（目的）に適合する物質を選択する。
【００２７】
本発明において、活性炭のｐＨは８．０以上１２．０以下であり、好ましくは８．５以上１２．０以下であり、さらに好ましくは９．０以上１２．０以下である。ｐＨの測定方法は、ＪＩＳＫ１４７４による。
【００２８】
活性炭のｐＨは８．０以上１２．０以下にするには、活性炭にアルカリ物質を添着したり、あるいはアルカリ物質を含浸させたりすることにより実現できる。
【００２９】
かかるアルカリ物質の存在により、吸着質と何らかの化学反応を伴いながら、吸着を起こしていることから、吸着量が高いものと考えられる。すなわち、物理吸着作用に加えて化学吸着作用を相乗的に利用して吸着能力を更に向上させたものと考えられる。
【００３０】
活性炭による吸着容量が向上すれば、装置のコンパクト化、ランニングコストの低下を可能にする。
【００３１】
本発明の消化ガス中のシロキサン類の除去方法は、活性炭とシロキサン類が接触できれば格別限定されず、活性炭吸着塔による接触でもよいし、バグフィルターなどを用いた接触でもよい。活性炭吸着塔を用いる場合、固定床式でも流動床式でもよい。接触の仕方は向流方式でも並流方式でもよい。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例によって本発明の効果を例証する。
【００３３】
実施例１
＜活性炭試料の作製＞
同種の活性炭（原料、比表面積、細孔分布ピーク）を用い、苛性ソーダによるアルカリ処理をすることによって、ｐＨの異なる活性炭を複数作製した。
【００３４】
＜消化ガスサンプル＞
Ｎ2ガスにＤ４、Ｄ５を含むシロキサン類を消化ガスサンプルとした。
【００３５】
＜試験方法＞
消化ガスサンプルを活性炭吸着塔に通過させ、通過前後のサンプルを、有機溶剤に流通し、ＦＩＤガスクロマトグラフで有機溶媒中のＤ４、Ｄ５を測定し、供給量と通過量から、吸着量を算出した。
【００３６】
吸着率＝吸着量÷活性炭量×100
【００３７】
（１）活性炭物性
活性炭物性を表１に示す。
【００３８】
【表１】
2008001811.tif 000003
【００３９】
（２）テスト条件
テスト条件を表２に示す。
【００４０】
【表２】
2008001811.tif 000004
【００４１】
（３）テスト結果
活性炭ＡのｐＨと吸着量の関係を図１に示す。また活性炭ＢのｐＨと吸着量の関係を図２に示す。
【００４２】
（４）考察
図１からわかるように、活性炭Ａでは活性炭のｐＨが８以上でシロキサンの吸着量が高くなり、ｐＨが９以上では急激に上昇している。また図２からわかるように、活性炭Ｂでも同様に活性炭のｐＨが８以上でシロキサンの吸着量が高くなり、ｐＨが９以上では急激に上昇している。またこの結果はアルカリ処理された活性炭Ａ、Ｂが急激にシロキサンの吸着量を高くしていることを表わしている。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】活性炭ＡのｐＨと吸着量の関係を示すグラフ
【図２】活性炭ＢのｐＨと吸着量の関係を示すグラフ
【図１】
2008001811.tif 000005
【図２】
2008001811.tif 000006