(57)【要約】  除去対象ガス成分の除去性能及び回収対象ガス成分の回収率を両立可能かつ製品ガスの生成効率を向上可能なガス分離方法を提供する。吸着手段１０の一方の吸着槽１１に原料ガスｇ０を供給して透過ガスｇ１を出す。他方の吸着槽１２を吸着時よりも低圧にして脱着ガスｇ２を出す。吸着手段１０の運転周期又は原料ガスｇ０の状態等に応じて、透過ガスｇ１又は脱着ガスｇ２のうち、優先して除去すべき優先除去対象ガス成分の濃度が原料ガスｇ０より低いガスを、吸着手段１０への戻しガスとする。
2017170417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力変動吸着によるガス分離方法であって、
除去対象ガス成分及び回収対象ガス成分を含む原料ガスを吸着手段に供給して透過ガスを出す吸着工程と、
前記吸着手段を前記吸着工程よりも低圧にして脱着ガスを出す脱着工程と、
前記吸着手段の運転周期に合わせて、又は前記原料ガスもしくは透過ガスもしくは脱着ガスの状態に応じて、前記透過ガス又は前記脱着ガスのうち、前記除去対象ガス成分における優先して除去すべき優先除去対象ガス成分の濃度又は分圧が前記原料ガスより低いガスを、前記吸着手段への戻しガスとする戻し工程と、
を含むことを特徴とするガス分離方法。
【請求項２】
前記優先除去対象ガス成分が、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、もしくはキシレン、または窒素化合物、または硫黄化合物を含むことを特徴とする請求項１に記載のガス分離方法。
【請求項３】
前記戻しガスとなり得るガスを戻さずに送りガスとする送り工程を第１の所定時間継続した後、前記戻し工程を第２の所定時間継続することを特徴とする請求項１又は２に記載のガス分離方法。
【請求項４】
前記透過ガス又は脱着ガス又は原料ガスにおける１の計測対象ガス成分の濃度もしくは分圧、又はそれらと相関のある指標を計測し、計測結果に基づいて、前記戻し工程を実行するか否かを選択することを特徴とする請求項１又は２に記載のガス分離方法。
【請求項５】
前記計測対象ガス成分が、前記除去対象ガス成分における前記優先除去対象ガス成分より前記吸着手段による吸着性が低い低吸着性除去対象ガス成分であることを特徴とする請求項４に記載のガス分離方法。
【請求項６】
前記戻しガスとなり得るガスを、前記計測の開始から前記選択までの処理時間に応じた遅延時間をかけて通り抜け可能な遅延路に通し、
前記戻し工程では、前記遅延路からのガスを前記戻しガスとすることを特徴とする請求項４又は５に記載のガス分離方法。
【請求項７】
前記遅延路に相対的に先に入ったガス部分が、相対的に後に入ったガス部分よりも先に流出されることを特徴とする請求項６に記載のガス分離方法。
【請求項８】
前記戻しガスを、戻しガス蓄積手段に蓄積する蓄積工程を含むことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のガス分離方法。
【請求項９】
前記戻しガスとなり得るガスを前記戻し工程前に組成変換する組成変換工程を含むことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のガス分離方法。
【請求項１０】
前記組成変換工程が、微生物発酵によって前記透過ガスを組成変換する微生物発酵工程を含むことを特徴とする請求項９に記載のガス分離方法。
【請求項１１】
前記組成変換工程が、前記透過ガスを触媒反応させて組成変換する触媒反応工程を含むことを特徴とする請求項９に記載のガス分離装置。
【請求項１２】
前記組成変換後のガスは、変換前よりもＣＯ２の濃度又は分圧が高いことを特徴とする請求項９〜１１の何れか１項に記載のガス分離方法。
【請求項１３】
前記吸着手段の運転周期に合わせて、前記戻しガスをパージガスとして前記吸着手段に供給して、前記吸着手段からガスを押し出すパージ工程を含むことを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載のガス分離方法。
【請求項１４】
前記パージガスが、前記透過ガス又は脱着ガスを組成変換させたガスであることを特徴とする請求項１３に記載のガス分離方法。
【請求項１５】
前記パージガスが、前記脱着ガス又は前記透過ガスのうち、前記優先除去対象ガス成分の濃度又は分圧が前記原料ガスより高いガスを組成変換させることによって、前記優先除去対象ガス成分の濃度又は分圧を前記原料ガスより低くしたガスであることを特徴とする請求項１３に記載のガス分離方法。
【請求項１６】
前記パージガスが、前記優先除去対象ガス成分の濃度又は分圧が前記原料ガスより高いガスを活性炭と接触させることによって、前記優先除去対象ガス成分の濃度又は分圧を前記原料ガスより低くしたガスであることを特徴とする請求項１５に記載のガス分離方法。
【請求項１７】
前記パージガスが、脱硫及び脱水の少なくとも一方の処理工程を経た後の前記透過ガス又は脱着ガスであることを特徴とする請求項１３又は１４に記載のガス分離方法。
【請求項１８】
前記吸着手段における前記パージガスの流れ方向を、前記吸着工程におけるガス流と同じ向きにすることを特徴とする請求項１３〜１７の何れか１項に記載のガス分離方法。
【請求項１９】
前記吸着手段における前記パージガスの流れ方向を、前記吸着工程におけるガス流とは逆向きにすることを特徴とする請求項１３〜１７の何れか１項に記載のガス分離方法。
【請求項２０】
前記パージガスを、前記吸着手段の中間部から前記吸着手段に導入することを特徴とする請求項１３〜１９の何れか１項に記載のガス分離方法。
【請求項２１】
前記押し出されたガス中の前記優先除去対象成分の濃度又は分圧に応じて、前記押し出されたガスを前記戻しガスとするか否かを選択することを特徴とする請求項１３〜２０の何れか１項に記載のガス分離方法。
【請求項２２】
前記押し出されたガス中の前記優先除去対象成分の濃度もしくは分圧、又はそれらと相関のある指標を計測し、計測結果に基づいて、前記押し出されたガスを戻しガスとするか否かを選択するとともに、
前記計測後の前記押し出されたガスを、前記計測の開始から前記選択までの処理時間に応じた遅延時間をかけて通り抜け可能な遅延路に通し、前記遅延路からのガスを前記戻しガスとなり得るガスとすることを特徴とする請求項２１に記載のガス分離方法。
【請求項２３】
圧力変動吸着によるガス分離装置であって、
原料ガスから除去対象ガス成分又は回収対象ガス成分を選択的に吸着して透過ガスを出す吸着手段と、
前記吸着手段を前記供給時よりも低圧にして前記吸着した対象ガス成分を含む脱着ガスを前記吸着手段から出させる脱着手段と、
前記吸着手段の運転周期に合わせて、又は前記原料ガスもしくは透過ガスもしくは脱着ガスの状態に応じて、前記透過ガス又は前記脱着ガスのうち、前記除去対象ガス成分における優先して除去すべき優先除去対象ガス成分の濃度又は分圧が前記原料ガスより低いガスを、前記吸着手段への戻しガスとする戻し手段と、
を備えたことを特徴とするガス分離装置。
【請求項２４】
前記優先除去対象ガス成分が、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、もしくはキシレン、または窒素化合物、または硫黄化合物を含むことを特徴とする請求項２３に記載のガス分離装置。
【請求項２５】
前記戻しガスとなり得るガスを戻さずに送りガスとする送りモードと、前記戻しガスとなり得るガスを前記戻しガスとする戻しモードとの何れかを選択する選択手段を備え、
前記選択手段は、前記送りモードが第１の所定時間経過した時、前記戻しモードに切り替え、前記戻しモードが第２の所定時間経過した時、前記送りモードに切り替えることを特徴とする請求項２３又は２４に記載のガス分離装置。
【請求項２６】
前記透過ガス又は脱着ガス又は原料ガスにおける１の計測対象ガス成分の濃度もしくは分圧、又はそれらと相関のある指標を計測する計測手段を更に備え、
前記計測結果に基づいて前記戻しを実行するか否かが選択されることを特徴とする請求項２３又は２４に記載のガス分離装置。
【請求項２７】
前記計測対象ガス成分が、前記除去対象ガス成分における前記優先除去対象ガス成分より前記吸着手段による吸着性が低い低吸着性除去対象ガス成分であることを特徴とする請求項２６に記載のガス分離装置。
【請求項２８】
前記戻しガスとなり得るガスが、前記計測の開始から前記選択までの処理時間に応じた遅延時間をかけて通り抜け可能な遅延路を含む遅延手段を、更に備え、
前記戻し手段が、前記遅延手段からのガスを前記戻しガスとすることを特徴とする請求項２６又は２７に記載のガス分離装置。
【請求項２９】
前記遅延手段が、前記遅延路に相対的に先に入ったガス部分を、相対的に後に入ったガス部分よりも先に流出させることを特徴とする請求項２８に記載のガス分離装置。
【請求項３０】
前記戻し手段が、前記戻しガスを蓄積する戻しガス蓄積手段を含むことを特徴とする請求項２４〜２９の何れか１項に記載のガス分離装置。
【請求項３１】
前記戻しガスとなり得るガスを、前記戻しの実行前に組成変換する組成変換手段を備えたことを特徴とする請求項２４〜３０の何れか１項に記載のガス分離装置。
【請求項３２】
前記組成変換手段が、前記透過ガスによって発酵可能な微生物の培養槽を含むことを特徴とする請求項３１に記載のガス分離装置。
【請求項３３】
前記組成変換手段が、前記透過ガスを触媒反応させて組成変換する触媒反応器を含むことを特徴とする請求項３１に記載のガス分離装置。
【請求項３４】
前記組成変換後のガスは、変換前よりもＣＯ２の濃度又は分圧が高いことを特徴とする請求項３１〜３３の何れか１項に記載のガス分離装置。
【請求項３５】
前記吸着手段の運転周期に合わせて、前記戻しガスをパージガスとして前記吸着手段に供給して、前記吸着手段からガスを押し出すパージ手段を備えたことを特徴とする請求項２４〜３４の何れか１項に記載のガス分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料ガスから回収対象ガス成分を精製したり除去対象ガス成分を除去したりするガス分離方法及びガス分離装置に関し、特に圧力変動吸着方式（ＰＳＡ；pressure swing adsorption）によるガス分離方法及びガス分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原料ガス中の特定成分を精製したり除去したりする方法として圧力変動吸着法が知られている。
圧力変動吸着法によって原料ガスから製品ガスを得る方法は、以下の２つに大別される。
（１）原料ガスを吸着槽に加圧供給することで原料ガス中の除去対象ガス成分を吸着させ、回収対象ガス成分を透過させて製品ガスとする。次に、吸着槽を減圧することで、前記吸着した除去対象ガス成分を脱着させて廃棄する。この場合、透過ガスは、きれいなガスであり、脱着ガスは、汚いガスである。
（２）原料ガスを吸着槽に加圧供給することで原料ガス中の回収対象ガス成分を吸着させ、除去対象ガス成分を透過させて廃棄し、次に吸着槽を減圧することで、前記吸着した回収対象ガス成分を脱着して製品ガスとする。この場合、脱着ガスが、きれいなガスであり、透過ガスは、汚いガスである。
ここで、きれいなガスとは、回収対象ガス成分の濃度又は分圧が原料ガスより高く、除去対象ガス成分の濃度又は分圧が原料ガスより低いガスを言う。
汚いガスとは、回収対象ガス成分の濃度又は分圧が原料ガスより低く、除去対象ガス成分の濃度又は分圧が原料ガスより高いガスを言う。
複数の吸着槽が設備され、ある吸着槽で吸着している期間は、別の吸着槽で脱着が行われる（特許文献１参照）。【０００３】
特許文献２は、天然ガス等の原料ガスを改質して合成ガス及び水素ガスを生産するプロセスが開示されている。水素生産ラインには圧力変動吸着装置が設けられている。圧力変動吸着装置は、導入されたガスから水素を精製するとともに、二酸化炭素を含む残余ガスを排出している。残余ガスは、原料ガスに戻される。
残余ガスをどのような周期又はタイミングで戻すのかは説明が無い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１８２９２７号公報
【特許文献２】特開２０１４−８０３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧力変動吸着装置には運転周期があり、製品ガス中の各ガス成分濃度が周期的に変動する。例えば、前記方法（１）の場合には、透過ガス中の除去対象ガス成分濃度が比較的高くなる期間がある。除去性能を確保するために、前記複数の吸着槽による吸着、脱着の切り替え時間を短くすることが考えられる。しかし、そうすると、脱着ガスひいては廃棄ガス中に回収対象ガス成分が多く混入して回収率（製品ガス中の回収対象ガス成分量／原料ガス中の回収対象ガス成分量）が低下する。
また、原料ガスの組成が周期的（規則的）又はランダムに変動することもあり得る。そのため、例えば、原料ガス中の除去対象成分の分圧が比較的高いときは、主に除去対象成分が吸着手段に吸着されるが、原料ガス中の除去対象成分の分圧が比較的低いときは、回収対象成分が吸着手段に吸着されてしまうことも起きる。そうすると、回収対象ガス成分の回収率が低下する。
本発明は、前記事情に鑑み、除去対象ガス成分の除去性能及び回収対象ガス成分の回収率を両立可能なガス分離方法及びガス分離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】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明方法は、圧力変動吸着によるガス分離方法であって、
除去対象ガス成分及び回収対象ガス成分を含む原料ガスを吸着手段に供給して透過ガスを出す吸着工程と、
前記吸着手段を前記吸着工程よりも低圧にして脱着ガスを出す脱着工程と、
前記吸着手段の運転周期に合わせて、又は前記原料ガスもしくは透過ガスもしくは脱着ガスの状態に応じて、前記透過ガス又は前記脱着ガスのうち、前記除去対象ガス成分における優先して除去すべき優先除去対象ガス成分の濃度又は分圧が前記原料ガスより低いガスを、前記吸着手段への戻しガスとする戻し工程と、
を含むことを特徴とする。【０００７】
吸着工程における吸着手段は、原料ガス中の被吸着ガス成分を選択的に吸着する。脱着工程における吸着手段は、前記吸着した被吸着ガス成分を脱着する。例えば、前記被吸着ガス成分が除去対象であるときは、前記透過ガスを製品ガスとすることができる（前記方法（１））。前記被吸着ガス成分が回収対象であるときは、前記脱着ガスを製品ガスとすることができる（前記方法（２））。【０００８】
前述したように、この種の圧力変動吸着方法には運転周期があり、製品ガスとなるべき透過ガス又は脱着ガス中の各ガス成分濃度が変動する。この運転周期に合わせて、例えば、前記透過ガス又は脱着ガス中の優先除去対象ガス成分濃度が比較的高い期間、戻し工程を行なう。戻し工程実行の可否は、運転周期に合わせるのに限られず、前記原料ガスもしくは透過ガスもしくは脱着ガスの状態に応じて判断してもよい。
これによって、製品ガス中の優先除去対象ガス成分濃度が高くなるのを防止して除去性能を確保できる。また、吸着、脱着の切り替え時間を必要以上に短くする必要がなく、切り替えに伴う回収対象ガス成分の排出頻度の増大を回避できるから、回収対象ガス成分の回収率の低下を防止できる。この結果、除去性能と回収率を両立させることができる。更に、優先除去対象ガス成分の濃度又は分圧が低いガスを戻しガスとすることで、製品ガスの生成効率を高めることができる。【０００９】
本発明装置は、圧力変動吸着によるガス分離装置であって、
原料ガスから除去対象ガス成分又は回収対象ガス成分を選択的に吸着して透過ガスを出す吸着手段と、
前記吸着手段を前記供給時よりも低圧にして前記吸着した対象ガス成分を含む脱着ガスを前記吸着手段から出させる脱着手段と、
前記吸着手段の運転周期に合わせて、又は前記原料ガスもしくは透過ガスもしくは脱着ガスの状態に応じて、前記透過ガス又は前記脱着ガスのうち、前記除去対象ガス成分における優先して除去すべき優先除去対象ガス成分の濃度又は分圧が前記原料ガスより低いガスを、前記吸着手段への戻しガスとする戻し手段と、
を備えたことを特徴とする。
これによって、優先除去対象ガス成分の除去性能を確保でき、かつ、回収対象ガス成分の回収率の低下を防止でき、更に製品ガスの生成効率を高めることができる。【００１０】
前記優先除去対象ガス成分としては、例えばＢＴＥＸ（ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン）、またはシアンなどの窒素化合物、またはＣＯＳなどの硫黄化合物が挙げられる。
前記優先除去対象ガス成分以外の非優先除去対象ガス成分としては、例えばＣＯ２が挙げられる。
前記回収対象ガス成分としては、例えばＣＯ、Ｈ２が挙げられる。【００１１】
前記ガス分離方法において、前記戻しガスとなり得るガスを戻さずに送りガスとする送り工程を第１の所定時間継続した後、前記戻し工程を第２の所定時間継続することが好ましい。
前記ガス分離装置において、前記戻しガスとなり得るガスを戻さずに送りガスとする送りモードと、前記戻しガスとなり得るガスを前記戻しガスとする戻しモードとの何れかを選択する選択手段を備え、
前記選択手段は、前記送りモードが第１の所定時間経過した時、前記戻しモードに切り替え、前記戻しモードが第２の所定時間経過した時、前記送りモードに切り替えることが好ましい。
これによって、モードの切り替えタイミングを時間管理することができる。圧力変動吸着法における製品ガス中の各ガス成分の濃度変化は概略周期的ないしは概略規則的であるから、かかる時間管理によるモード切り替えが可能である。【００１２】
前記ガス分離方法において、前記透過ガス又は脱着ガス又は原料ガスにおける１の計測対象ガス成分の濃度もしくは分圧、又はそれらと相関のある指標を計測し、計測結果に基づいて、前記戻し工程を実行するか否かを選択することが好ましい。
前記ガス分離装置において、前記透過ガス又は脱着ガス又は原料ガスにおける１の計測対象ガス成分の濃度もしくは分圧、又はそれらと相関のある指標を計測する計測手段を更に備え、
前記計測結果に基づいて前記戻しを実行するか否かが選択されることが好ましい。
これによって、前記１のガス成分の実際の濃度変化又は分圧変化に合わせてモード切り替えを行なうことができる。前記１のガス成分は、好ましくは除去対象ガス成分であるが、回収対象ガス成分であってもよい。
濃度もしくは分圧、又はそれらと相関のある指標としては、たとえば赤外線の吸収量などが挙げられる。【００１３】
前記計測対象ガス成分は、前記除去対象ガス成分における前記優先除去対象ガス成分より前記吸着手段による吸着性が低い低吸着性除去対象ガス成分であることが好ましい。
これによって、吸着工程中の吸着手段から出るガス中の低吸着性除去対象ガス成分濃度が立ち上がる一方、優先除去対象ガス成分濃度が未だ立ち上がっていないタイミングで戻し工程を行なうことができる。したがって、製品ガス中の優先除去対象ガス成分濃度を確実に低くできる。ここで、低吸着性除去対象ガス成分は、例えばＣＯ２であり、優先除去対象ガス成分は、例えばベンゼンなどのＢＴＥＸである。
前記計測対象ガス成分が、前記優先除去対象ガス成分であってもよい。【００１４】
前記ガス分離方法において、前記戻しガスとなり得るガスを、前記計測の開始から前記選択までの処理時間に応じた遅延時間をかけて通り抜け可能な遅延路に通し、
前記戻し工程では、前記遅延路からのガスを前記戻しガスとすることが好ましい。
前記ガス分離装置において、前記戻しガスとなり得るガスが、前記計測の開始から前記選択までの処理時間に応じた遅延時間をかけて通り抜け可能な遅延路を含む遅延手段を、更に備え、
前記戻し手段が、前記遅延手段からのガスを前記戻しガスとすることが好ましい。
これによって、計測から戻し実行までのタイムラグを補償でき、製品ガスへの除去対象成分のコンタミネーションなどを防止又は抑制できる。【００１５】
前記ガス分離方法において、前記遅延路に相対的に先に入ったガス部分が、相対的に後に入ったガス部分よりも先に流出されることが好ましい。
前記ガス分離装置において、記遅延手段が、前記遅延路に相対的に先に入ったガス部分を、相対的に後に入ったガス部分よりも先に流出させることが好ましい。
これによって、前記除去対象成分のコンタミネーションなどを確実に防止又は抑制できる。【００１６】
前記ガス分離方法において、前記戻しガスを、戻しガス蓄積手段に蓄積する蓄積工程を含むことが好ましい。
前記ガス分離装置において、前記戻し手段が、前記戻しガスを蓄積する戻しガス蓄積手段を含むことが好ましい。
これによって、戻しガスの各ガス成分の濃度変動及びガス流量を平均化できる。また、戻しモード時だけでなく、送りモード時においても戻しガスを原料ガスに戻すことができる。【００１７】
前記ガス分離方法において、前記戻しガスとなり得るガスを前記戻し工程前に組成変換する組成変換工程を含むことが好ましい。
前記ガス分離装置において、前記戻しガスとなり得るガスを、前記戻しの実行前に組成変換する組成変換手段を備えていることが好ましい。
これによって、戻しガス中の特定ガス成分の濃度を高めたり低下させたりできる。
なお、本明細書における組成変換は、対象ガス成分濃度が例えば％オーダーで変化するものに限られず、ｐｐｍオーダーで変化するものであってもよい。
前記組成変換後のガスは、変換前よりもＣＯ２の濃度又は分圧が高いことが好ましい。【００１８】
前記ガス分離方法において、前記組成変換工程が、微生物発酵によって前記透過ガスを組成変換する微生物発酵工程を含むことが好ましい。
前記ガス分離装置において、前記組成変換手段が、前記透過ガスによって発酵可能な微生物の培養槽を含むことが好ましい。
これによって、前記組成変換時に例えばエタノール等の有価物を生産することができる。また、培養槽からのオフガスを戻りガスとして利用できる。通常、この種のオフガスは、ＣＯ２リッチである。培養槽からのオフガスは、そのまま利用することが可能であり、不純物を除去した後に利用することも可能である。
ある種の微生物は、Ｈ２Ｓなどの硫化物を産生する。また、培養は、通常、液中で行われるために、培養槽からのガスには水分が含まれる。これら硫化物や水分は、触媒や吸着剤などを劣化させるなどの悪影響を与えるため、脱硫剤や吸着剤などの種々の除去手段で除去することが好ましい。
前記組成変換後のガスは、変換前よりもＣＯ２の濃度又は分圧が高いことが好ましい。
前記ガス分離方法において、前記組成変換工程が、前記透過ガスを触媒反応させて組成変換する触媒反応工程を含んでいてもよい。
前記ガス分離装置において、前記組成変換手段が、前記透過ガスを触媒反応させて組成変換する触媒反応器を含んでいてもよい。
前記組成変換手段が、活性炭を含んでいてもよい。
前記組成変換手段が、脱硫剤を含んでいてもよい。
前記組成変換手段が、脱酸素剤を含んでいてもよい。
前記戻しガスとなり得るガスは、通常は、前述した「きれいなガス」である。
一方、「汚いガス」であっても、前記の組成変換を経ることによって、優先除去対象ガス成分の濃度又は分圧が原料ガスより低いガスとすることができ、前記戻しガスとなり得る。【００１９】
前記ガス分離方法において、前記吸着手段の運転周期に合わせて、前記戻しガスをパージガスとして前記吸着手段に供給して（戻して）、前記吸着手段からガスを押し出すパージ工程を含むことが好ましい。
前記ガス分離装置において、前記吸着手段の運転周期に合わせて、前記戻しガスをパージガスとして前記吸着手段に供給して（戻して）、前記吸着手段からガスを押し出すパージ手段を備えたことが好ましい。
これによって、回収対象ガス成分の回収率を一層高めることができる。【００２０】
前記ガス分離方法において、前記パージガスが、前記透過ガス又は脱着ガスを組成変換させたガスであることが好ましい。
前記ガス分離装置において、前記パージ手段が、前記透過ガス又は脱着ガスを組成変換して前記パージガスを生成する組成変換手段を含むことが好ましい。
これによって、透過ガス又は脱着ガスを組成変換させたうえでパージガスとして利用できる。脱着ガスが前記優先除去対象成分を含んでいたとしても、活性炭等で優先除去対象成分を除去する組成変換処理を行なうことによって、パージガス中の前記優先除去対象成分の濃度又は分圧を低くすることができる。
前記パージガスが、前記脱着ガス又は前記透過ガスのうち、前記優先除去対象ガス成分の濃度又は分圧が前記原料ガスより高いガス（汚いガス）を組成変換させることによって、前記優先除去対象ガス成分の濃度又は分圧を前記原料ガスより低くしたガスであってもよい。
前記パージガスが、前記優先除去対象ガス成分の濃度又は分圧が前記原料ガスより高いガス（汚いガス）を活性炭と接触させることによって、前記優先除去対象ガス成分の濃度又は分圧を前記原料ガスより低くしたガスであってもよい。
これによって、脱着ガス又は透過ガスのうち「汚いガス」であっても、きれいな状態にして、パージガスとして用いることができる。該パージガスは、きれいな状態になっているから、回収対象ガス成分の回収率や製品ガスの生成効率を損なうのを防止できる。【００２１】
前記パージ手段の組成変換手段は、例えば前記透過ガスによって発酵可能な微生物の培養槽を含むことが好ましい。これによって、培養槽からのオフガスをパージガスとして利用できる。
前記パージ手段の組成変換手段が、前記透過ガスを触媒反応させて組成変換する触媒反応器を含んでいてもよい。
前記パージガスが、脱硫及び脱水の少なくとも一方の処理工程を経た後の前記透過ガス又は脱着ガスであることが好ましい。
前記吸着手段における前記パージガスの流れ方向を、前記吸着工程におけるガス流と同じ向きにすることが好ましい。
前記吸着手段における前記パージガスの流れ方向を、前記吸着工程におけるガス流とは逆向きにしてもよい。
前記パージガスを、前記吸着手段の中間部から前記吸着手段に導入することにしてもよい。パージ工程の前期は、吸着手段の全体をパージガスでパージし、パージ工程の後期は、前記パージガスを、前記吸着手段の中間部から前記吸着手段に導入して、吸着手段の前記中間部から吸着工程時の出口ポートまでの部分をパージしてもよい。
このほか、パージガスとして、空気からの酸素製造装置からのオフガス（窒素が主成分）やその窒素純度をさらに上げたもの、種々のオフガスを燃焼除害した炭酸ガス、窒素を主成分とするガス等を用いてもよい。
脱硫、脱水に吸着剤を使用した場合は、窒素ガスや前記送りガスなどで、前記吸着剤を適宜再生することが好ましい。【００２２】
前記押し出されたガス中の前記優先除去対象成分の濃度又は分圧に応じて、前記押し出されたガスを前記戻しガスとするか否かを選択することが好ましい。
前記押し出されたガス中の前記優先除去対象成分の濃度又は分圧が比較的低いときは、前記押し出されたガスを戻さずに送りガスとしてもよい。これによって、製品ガスの生成効率を高めることができる。【００２３】
前記押し出されたガス中の前記優先除去対象成分の濃度もしくは分圧、又はそれらと相関のある指標を計測し、計測結果に基づいて、前記押し出されたガスを戻しガスとするか否かを選択するとともに、
前記計測後の前記押し出されたガスを、前記計測の開始から前記選択までの処理時間に応じた遅延時間をかけて通り抜け可能な遅延路に通し、前記遅延路からのガスを前記戻しガスとなり得るガスとすることが、より好ましい。
これによって、計測から戻し実行までのタイムラグを補償でき、製品ガス中の除去対象成分の濃度又は分圧を一層低くできる。
前記押し出されたガスを無条件で戻しガスとしてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、圧力変動吸着法における除去性能の低下を防止でき、かつ回収率の低下を防止することができ、更に製品ガスの生成効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るガス分離装置を含む混合ガス製造・利用システムの概略構成を示す回路図である。
【図２】図２は、前記ガス分離装置を、第１吸着・脱着工程の送りモードで示す回路図である。
【図３】図３は、前記ガス分離装置を、第１吸着・脱着工程の戻しモードで示す回路図である。
【図４】図４は、前記ガス分離装置を、第２吸着・脱着工程の戻しモードで示す回路図である。
【図５】図５は、前記ガス分離装置を、第２吸着・脱着工程の送りモードで示す回路図である。
【図６】図６は、前記ガス分離装置の透過ガス中の各ガス成分の濃度変化の実測データを示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態に係るガス分離装置を、第１実施形態の図２に相当する状態（第１吸着・脱着工程の送りモード）で示す回路図である。
【図８】図８は、本発明の第３実施形態に係るガス分離装置を、第１実施形態の図２に相当する状態（第１吸着・脱着工程の送りモード）で示す回路図である。
【図９】図９は、本発明の第４実施形態に係るガス分離装置を、第１実施形態の図２に相当する状態（第１吸着・脱着工程の送りモード）で示す回路図である。
【図１０】図１０は、前記第４施形態のガス分離装置における、遅延手段の一例を示す斜視図である。
【図１１】図１１（ａ）は、図１０のＸＩａ−ＸＩａ線に沿う、前記遅延手段の断面図である。図１１（ｂ）は、図１０のＸＩｂ−ＸＩｂ線に沿う、前記遅延手段の断面図である。
【図１２】図１２は、前記第４実施形態において、原料ガスのベンゼン濃度の変動に対する製品ガスのベンゼン濃度変化をシミュレーションしたグラフである。
【図１３】図１３は、図１２において、バッファタンクへの流入ガス量をシミュレーションしたグラフである。
【図１４】図１４は、本発明の第５実施形態に係るガス分離装置を、送りモードにおける第１吸着・脱着工程で示す回路図である。
【図１５】図１５は、本発明の第５実施形態に係るガス分離装置を、戻しモードにおける第１吸着・脱着工程で示す回路図である。
【図１６】図１６は、本発明の第６実施形態に係るガス分離装置を、第１実施形態の図３に相当する状態（第１吸着・脱着工程の戻しモード）で示す回路図である。
【図１７】図１７は、本発明の第７実施形態に係るガス分離装置を、送りモードにおける、第１吸着槽の第１パージ工程及び第２吸着槽の第２脱着工程の段階で示す回路図である。
【図１８】図１８は、前記第７実施形態のガス分離装置の透過ガス中の各ガス成分の濃度変化を示すグラフである。
【図１９】図１９は、本発明の第８実施形態に係るガス分離装置を、送りモードにおける、第１吸着槽の第１パージ工程の後期及び第２吸着槽の第２脱着工程の段階で示す回路図である。
【図２０】図２０は、本発明の第９実施形態に係るガス分離装置を、送りモードにおける、第１吸着槽の第１パージ工程及び第２吸着槽の第２脱着工程の段階で示す回路図である。
【図２１】図２１は、吸着槽におけるパージガスの流れ方向の変形態様を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
［第１実施形態］
図１〜図６は、本発明の第１実施形態を示したものである。図１に示すように、混合ガス製造・利用システムＳは、ガス分離装置１と、原料ガス供給手段２と、ガス利用部３を含む。原料ガス供給手段２は、廃棄物処理施設にて構成されている。廃棄物としては、都市ゴミ、タイヤ、バイオマス、木質チップ、プラスチックごみ等が挙げられる。廃棄物処理施設には溶融炉（廃棄物焼却炉）が設けられている。溶融炉において、廃棄物が高濃度の酸素ガスによって燃焼されて低分子レベルまで分解される。最終的に、ＣＯ及びＨ２等を含むシンガス（合成ガス）が生成される。
【００２７】
このシンガスが、ガス分離装置１への原料ガスｇ０となる。原料ガスｇ０は、ＣＯ及びＨ２の他、Ｎ２、ＣＯ２、ＢＴＥＸ（ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン）等を含む。原料ガスｇ０中のＣＯ２濃度は例えば％オーダーであり、Ｃ６Ｈ６（ベンゼン）の濃度は例えば数千〜数ｐｐｍオーダーである。
原料ガスｇ０成分のうち、ＣＯ及びＨ２が、回収すべき回収対象ガス成分である。
原料ガスｇ０成分のうち、ＣＯ２や、Ｃ６Ｈ６等のＢＴＥＸが、除去すべき除去対象ガス成分である。
除去対象ガス成分の中でも、優先して除去すべき優先除去対象ガス成分は、ＢＴＥＸである。Ｃ６Ｈ６等のＢＴＥＸは、後記の微生物培養に悪影響を及ぼす。
ＣＯ２は、ＢＴＥＸよりも除去の優先度が低い非優先除去対象ガス成分である。
【００２８】
原料ガス供給手段２とガス利用部３との間にガス分離装置１が介在されている。ガス分離装置１において、原料ガスｇ０が回収対象ガス成分リッチの製品ガスｇ３（送りガス）と、除去対象ガス成分リッチの脱着ガスｇ２とに分離される。製品ガスｇ３は、ＣＯ及びＨ２を主成分として含有する混合ガスである。製品ガスｇ３が、ガス利用部３へ供給され、種々の利用に供される。
例えば、ガス利用部３は、培養槽である。培養槽内において、微生物発酵によってエタノール等の有価物が生成される。
脱着ガスｇ２は、図示しない廃ガス処理部へ送られる。
【００２９】
図２〜図５は、ガス分離装置１を運転モードごとに示したものである。
なお、ガス分離装置１の後述する要素２ｐ，１１，１２，２２，２３，３１どうしは、複数の配管によって接続されている。各配管にバルブが設けられている。コントローラ（図示せず）によるバルブ制御によって各配管が開閉されることで、ガス分離装置１が複数の運転モード（図２〜図５）を選択的に実行する。図においては、簡便化のために、運転モードごとに、主に開通している配管をガス路２ａ，３ａ，３ｂ，２１，４１として模式的に図示する。また、閉止している路は、基本的に図示を省略するが、一部の閉止している路については、適宜、白抜き線で示す。
【００３０】
以下、特に断らない限り、ガス分離装置１は、図２の運転モードにあるものとして説明する。
図２に示すように、ガス分離装置１は、吸着手段１０を備えている。吸着手段１０は、第１吸着槽１１と、第２吸着槽１２を含む。各吸着槽１１，１２には吸着剤１３が収容されている。吸着剤１３の材質としては、ゼオライト等が挙げられる。吸着剤１３は、相対的に高圧下において原料ガスｇ０成分のうち除去対象ガス成分（Ｃ６Ｈ６、ＣＯ２等）を選択的に吸着可能である。相対的に低圧下においては、前記吸着した成分（ＣＯ２、Ｃ６Ｈ６等）を脱着する。
つまり、ゼオライト等の吸着剤１３は、回収対象ガス成分（ＣＯ、Ｈ２等）よりも除去対象ガス成分（Ｃ６Ｈ６、ＣＯ２等）を吸着しやすい。除去対象ガス成分の中でも特にＣ６Ｈ６等のＢＴＥＸを吸着しやすい。ＣＯ２は、ＢＴＥＸと比べると吸着剤１３による吸着性が低い低吸着性除去対象ガス成分である。吸着剤１３は、ＢＴＥＸ、ＣＯ２、ＣＯの順に吸着しやすい。
吸着剤１３に対する圧力条件は、吸着時は大気圧よりも高圧で脱着時は大気圧よりも低圧に限られず、吸着時は大気圧よりも高圧で脱着時は大気圧であってもよく、吸着時は大気圧で脱着時は大気圧よりも低圧であってもよい。
【００３１】
図１に示すように、原料ガス供給手段２から原料ガス路２ａがガス分離装置１へ延びている。図２に示すように、原料ガス路２ａには、送気手段２ｐが設けられている。送気手段２ｐは、ブロアや圧縮機にて構成されている。
図示は省略するが、原料ガス路２ａには、Ｈ２Ｓ吸着剤、Ｈ２Ｏ吸着剤、ＣＯ２やＢＴＥＸの吸収剤が順次設けられていてもよい。  
原料ガス路２ａの下流端は、第１吸着槽１１の第１ポート１１ａに接続されている。第１吸着槽１１の第２ポート１１ｂには、透過ガス路３ｂ，３ｄ、切り替え器３１、送り路３ｅを順次介して、製品ガスバッファタンク３ｃが接続されている。バッファタンク３ｃには、前記製品ガスｇ３が溜められている。
図１及び図２に示すように、バッファタンク３ｃから製品ガス路３ａがガス利用部３へ延びている。
【００３２】
なお、図４に示すように、ガス分離装置１の運転モードによっては、原料ガス路２ａの下流端が第２吸着槽１２の第１ポート１２ａに接続され、透過ガス路３ｂの上流端が第２吸着槽１２の第２ポート１２ｂに接続される。詳細な図示は省略するが、原料ガス路２ａにおける共通路部分２ａ’を構成する共通配管から分岐配管が分岐して各吸着槽１１，１２の第１ポート１１ａ，１２ａへ延びている。送気手段２ｐは、共通路部分２ａ’に設けられている。また、第１吸着槽１１からの透過ガス路３ｂ（図２、図３）用の配管と、第２吸着槽１２からの透過ガス路３ｂ（図４、図５）用の配管とは、互いに合流されて、共通透過ガス路３ｄ用の配管に連なっている。
【００３３】
図２に示すように、共通透過ガス路３ｄと送り路３ｅとの間に切り替え器３１（選択手段）が介在されている。切り替え器３１は、例えば三方弁によって構成されている。切り替え器３１は、前記コントローラ（図示せず）によって制御される。切り替え器３１によって、後述する送りモード（送り工程）及び戻りモード（戻し工程）の何れか一方が選択される。
【００３４】
図２に示すように、吸着槽１２の第２ポート１２ｂには、キャリアガス供給手段２２が接続されている。キャリアガス供給手段２２は、キャリアガス源２２ａ及びキャリアガス供給路２２ｂを含む。キャリアガスｇｃは、例えば窒素（Ｎ２）である。吸着槽１２の第１ポート１２ａから脱着ガス路２１が延びている。脱着ガス路２１には吸気手段２３が設けられている。吸気手段２３は、ブロアまたは真空ポンプなどで構成されている。キャリアガス供給手段２２及び吸気手段２３は、「脱着手段」を構成している。キャリアガス供給手段２２及び吸気手段２３のうち何れか一方を省略してもよい。吸気手段２３より下流の脱着ガス路２１は、前記廃ガス処理部（図示せず）へ延びている。
なお、図４に示すように、ガス分離装置１の運転モードによっては、キャリアガス供給手段２２が第１吸着槽１１の第２ポート１１ｂに接続され、脱着ガス路２１の上流端が第１吸着槽１１の第１ポート１１ａに接続される。
【００３５】
図２に示すように、更にガス分離装置１は、戻し手段４０を備えている。戻し手段４０は、戻し路４１と、戻しガスバッファタンク４２（戻しガス蓄積手段）を含む。戻し路４１の上流端が、切り替え器３１に接続されている。図２〜図５に示すように、切り替え器３１によって、戻し路４１及び送り路３ｅのうち何れか一方と、共通透過ガス路３ｄとが選択的に接続される。
【００３６】
図２に示すように、戻し路４１の下流端は、原料ガス路２ａに合流されている。好ましくは、戻し路４１は、原料ガス路２ａにおける共通路部分２ａ’に接続され、より好ましくは送気手段２ｐよりも上流側の路部分２ａ”に接続されている。
戻し路４１の中途部にバッファタンク４２が設けられている。バッファタンク４２には、戻しガスｇ４が溜められている。バッファタンク４２内の戻しガスｇ４は、製品ガスｇ３と同じガス成分を有し、かつ製品ガスｇ３よりも除去対象ガス成分の濃度が高い。
バッファタンク４２より下流の戻し路４１には、逆止弁４４が設けられている。
【００３７】
混合ガス製造・利用システムＳの動作を、ガス分離装置１の動作を中心に説明する。
原料ガス供給手段２からの原料ガスｇ０がガス分離装置１へ供給される。
図２〜図５に示すように、ガス分離装置１においては、各吸着槽１１，１２において吸着工程と脱着工程が交互に反復して実行される。かつ、第１吸着槽１１が吸着工程のときは第２吸着槽１２が脱着工程を行ない（図２〜図３）、第２吸着槽１２が吸着工程のときは第１吸着槽１１が脱着工程を行なう（図４〜図５）。
以下、図６に示すように、第１吸着槽１１が吸着側かつ第２吸着槽１２が脱着側（図２〜図３）であるときを「第１吸着・脱着工程」と称し、第２吸着槽１２が吸着側かつ第１吸着槽１１が脱着側（図４〜図５）であるときを「第２吸着・脱着工程」と称す。
【００３８】
＜第１吸着・脱着工程（図２〜図３）＞
第１吸着・脱着工程においては、前述したように、原料ガス路２ａが第１吸着槽１１の第１ポート１１ａに接続され、透過ガス路３ｂが第１吸着槽１１の第２ポート１１ｂに接続される。かつ、キャリアガス供給手段２２が、第２吸着槽１２の第２ポート１２ｂに接続され、脱着ガス路２１が、第２吸着槽１２の第１ポート１２ａに接続される。
【００３９】
＜吸着工程＞
原料ガスｇ０は、原料ガス路２ａから吸着側の第１吸着槽１１に供給される。原料ガスｇ０が第１吸着槽１１を通る過程で、原料ガスｇ０中の除去対象ガス成分が第１吸着槽１１の吸着剤１３に吸着される。これによって、原料ガスｇ０が、回収対象ガス成分比率がリッチの透過ガスｇ１となる。
透過ガスｇ１が、第１吸着槽１１から透過ガス路３ｂへ出される。
図６に示すように、透過ガスｇ１中の各ガス成分の濃度は、吸着槽１１，１２の吸着・脱着の交互実行に合わせて、周期的かつ規則的に変動する。
【００４０】
＜脱着工程＞
吸着工程と併行して、キャリアガス供給手段２２からキャリアガスｇｃが脱着側の第２吸着槽１２に導入される。かつ、吸気手段２３によって第２吸着槽１２内が吸着工程時よりも低圧にされる。これによって、第２吸着槽１２の吸着剤１３から除去対象ガス成分が脱着され、第２吸着槽１２の吸着能力が再生される。脱着された除去対象ガス成分がキャリアガスｇｃに担持されることで、脱着ガスｇ２が生成される。脱着ガスｇ２は、第２吸着槽１２から脱着ガス路２１へ出され、廃ガス処理部（図示せず）へ送られる。 
【００４１】
＜第２吸着・脱着工程（図４〜図５）＞
図６に示すように、第１吸着・脱着工程を一定の時間ｔ１実行後、第２吸着・脱着工程に切り替える。
図４〜図５に示すように、第２吸着・脱着工程では、原料ガス路２ａが第２吸着槽１２の第１ポート１２ａに接続される。透過ガス路３ｂが第２吸着槽１２の第２ポート１２ｂに接続される。キャリアガス供給手段２２が、第１吸着槽１１の第２ポート１１ｂに接続される。脱着ガス路２１が、第１吸着槽１１の第１ポート１１ａに接続される。
更に、戻し路４１が、原料ガス路２ａに合流され、ひいては原料ガス路２ａを介して第２吸着槽１２の第１ポート１２ａに接続される。戻し路４１を、原料ガス路２ａにおける共通路部分２ａ’に接続しておくことで、吸着・脱着工程の切り替えの度に、原料ガス路２ａにおけるどの吸着槽１１，１２への分岐配管に戻し路４１を接続すべきかを選択する必要がない。
【００４２】
これによって、第２吸着槽１２で吸着工程が行われることで、原料ガスｇ０が第２吸着槽１２に加圧供給され、第２吸着槽１２から透過ガスｇ１が透過ガス路３ｂへ出される。また、第１吸着槽１１で脱着工程が行われることで、脱着ガスｇ２が第１吸着槽１１から脱着ガス路２１へ出され、第１吸着槽１１の吸着能力が再生される。
【００４３】
図６に示すように、第２吸着・脱着工程を一定の時間ｔ２実行後、第１吸着・脱着工程に切り替える。第１、第２吸着・脱着工程の継続実行時間ｔ１，ｔ２は、互いに等しい（ｔ１＝ｔ２）。各継続実行時間ｔ１，ｔ２は、例えば１分程度である。１つの第１吸着・脱着工程の時間ｔ１と、１つの第２吸着・脱着工程の時間ｔ２の合計（ｔ１＋ｔ２）が、吸着手段１０の運転周期の１サイクルである。
なお、図６のグラフは、共通透過ガス路３ｄにガス濃度センサ（図７参照）を設けて実測したものである。透過ガスｇ１が第１吸着槽１１（又は第２吸着槽１２）から前記ガス濃度計へ達するまでの所要時間分だけ、第１、第２吸着・脱着工程の切り替えタイミングと、図６に示すガス濃度変化の挙動との間にはタイムラグがある。
【００４４】
更に、図６に示すように、ガス分離装置１においては、送りモード（図２、図５）と、戻しモード（図３、図４）が交互に選択されて実行される。モードの切り替えは、切り替え器３１によって行われる。
送りモードとしては、第１吸着・脱着工程内での送りモードＦＭ１と、第２吸着・脱着工程内での送りモードＦＭ２とがある。
戻しモードとしては、第１吸着・脱着工程の後期から第２吸着・脱着工程の初期へ跨る戻しモードＲＭ１と、第２吸着・脱着工程の後期から第１吸着・脱着工程の初期へ跨る戻しモードＲＭ２とがある。
送りモードＦＭ１，ＦＭ２の継続時間ｔＦＭ（第１の所定時間）は、例えばｔＦＭ＝数十秒〜数十分程度である。
戻しモードＲＭ１，ＲＭ２の継続時間ｔＲＭ（第２の所定時間）は、送りモードＦＭ１，ＦＭ２の継続時間ｔＦＭの例えば数分の１である。
１つの送りモードと１つの戻しモードの合計継続時間（ｔＦＭ＋ｔＲＭ）は、第１、第２吸着・脱着工程の各継続時間ｔ１，ｔ２と等しい（ｔＦＭ＋ｔＲＭ＝ｔ１＝ｔ２）。
【００４５】
＜送りモードＦＭ１＞
図６に示すように、第１吸着・脱着工程における送りモードＦＭ１は、第１吸着・脱着工程の初期及び後期を除く期間中、実行される。図２に示すように、送りモードＦＭ１においては、切り替え器３１によって、共通透過ガス路３ｄと送り路３ｅとが連通され、かつ共通透過ガス路３ｄと戻し路４１とが遮断される。
【００４６】
＜製品ガス蓄積工程＞
図６に示すように、このとき、第１吸着槽１１からの透過ガスｇ１中のＣＯ２、Ｃ６Ｈ６等の除去対象ガス成分濃度は十分に低くなっている。この透過ガスｇ１が、透過ガス路３ｂ，３ｄから切り替え器３１を経て、送り路３ｅへ送られる。この透過ガスｇ１が、製品ガスｇ３として、一旦バッファタンク３ｃに溜められる。バッファタンク３ｃによって、製品ガスｇ３の各成分の濃度変動及びガス流量を平均化できる。
＜製品ガス供給工程＞
バッファタンク３ｃ内の製品ガスｇ３が、随時、製品ガス路３ａを経て、ガス利用部３（図１）へ供される。
【００４７】
＜第１吸着・脱着工程における戻しモードＲＭ１への切り替え（選択工程）＞
図６に示すように、第１吸着・脱着工程内において、送りモードＦＭ１の継続時間が第１の所定時間ｔＦＭに達したとき、戻しモードＲＭ１に切り替える。切り替えのタイミングは、好ましくは第１吸着・脱着工程の中期以降〜後期とし、より好ましくはＣＯ２等の除去対象ガス成分の濃度変化が立ち上がる付近になるよう設定する。
【００４８】
＜戻しモードＲＭ１＞
図３に示すように、戻しモードＲＭ１においては、切り替え器３１によって共通透過ガス路３ｄと戻し路４１とが連通され、かつ共通透過ガス路３ｄと送り路３ｅとが遮断される。また、図６に示すように、戻しモードＲＭ１では、第１吸着槽１１からの透過ガスｇ１中のＣＯ２、Ｃ６Ｈ６等の除去対象ガス成分濃度が、前記送りモードＦＭ１での濃度よりも高くなっている。この透過ガスｇ１が、透過ガス路３ｂ，３ｄから切り替え器３１を経て、戻しガスｇ４として戻し路４１へ送られる。
【００４９】
＜戻しガス蓄積工程＞
戻しガスｇ４は、一旦バッファタンク４２に蓄えられる。バッファタンク４２において、戻しガスｇ４中の各ガス成分の濃度変動及びガス流量が平均化される。前述したように、戻しガスｇ４における除去対象ガス成分の濃度は、製品ガスｇ３における除去対象ガス成分の濃度よりも高い。
【００５０】
＜戻し工程＞
この戻しガスｇ４を、バッファタンク４２より下流の戻しガス路４１を経て、原料ガス路２ａに合流させる。これによって、戻しガスｇ４が、新たな原料ガスｇ０と一緒に第１吸着槽１１へ戻され、再度吸着工程に付される。
戻し路４１を原料ガス路２ａにおける送気手段２ｐよりも上流側の路部分２ａ”に接続しておくことで、送気手段２ｐによって、戻しガスｇ４を戻しガス路４１から原料ガス路２ａへ引き込むことができる。要するに、送気手段２ｐが、戻しガスｇ４の送り手段を兼ねる。したがって、戻しガス路４１に戻しガスｇ４専用の送気手段を設ける必要がない。
【００５１】
なお、戻し工程は、好ましくはガス分離装置１の運転期間中、連続して行う。つまり、戻しモード（図３、図４）だけでなく、送りモード（図２、図５）においても、戻しガスｇ４を原料ガス路２ａに合流させる。戻しガス蓄積工程においてバッファタンク４２に戻しガスｇ４を蓄積しておくことによって、送りモードにおける戻しガスｇ４の流量を確保できる。
【００５２】
＜戻しモードにおける製品ガス供給工程＞
更に、戻しモードでも、ガス利用部３への製品ガス供給工程を実行する。前述したように、送りモード時に製品ガスｇ３をバッファタンク３ｃ内に蓄積しておくことによって、戻しモードにおいても、バッファタンク３ｃの製品ガスｇ３をガス利用部３（図１）へ供給できる。ひいては、ガス分離装置１の運転中、常時、ガス利用部３へ製品ガスｇ３を安定供給できる。
【００５３】
＜戻しモードＲＭ１内における吸着・脱着工程への切り替え＞
図６に示すように、戻しモードＲＭ１の実行中に、第１吸着・脱着工程（図３）から第２吸着・脱着工程（図４）へ切り替える。この切り替えのタイミングは、好ましくは、戻しモードＲＭ１の中期付近とし、より好ましくは、前記濃度センサによる除去対象ガス成分の測定濃度がピークになる付近になるよう設定する。
言い換えると、第１吸着・脱着工程から第２吸着・脱着工程へ切り替えた後も、切り替え器３１を図３の状態のまま維持し、戻しモードをしばらく継続して実行する。図４に示すように、切り替え器３１によって、共通透過ガス路３ｄと戻し路４１とが連通され、かつ共通透過ガス路３ｄと送り路３ｅとが遮断される。これによって、第２吸着槽１２からの透過ガスｇ１が、戻しガスｇ４として戻し路４１へ送られ、バッファタンク４２に蓄えられるとともに（戻しガス蓄積工程）、原料ガス路２ａに合流されて第２吸着槽１２へ戻される（戻し工程）。この結果、第２吸着槽１２及びそれに連なる配管内に残留する除去対象ガス成分が製品ガスｇ３に混合されるのを防止できる
【００５４】
＜第２吸着・脱着工程における送りモードＦＭ２への切り替え（選択工程）＞
図６に示すように、戻しモードＲＭ１の継続時間が所定時間ｔＲＭに達したとき、送りモードＦＭ２（図５）に切り替える。切り替えのタイミングは、好ましくはＣＯ２等の除去対象ガス成分の濃度変化が立ち下がった付近になるよう設定する。
【００５５】
＜送りモードＦＭ２＞
これによって、第２吸着・脱着工程の初期過ぎ〜後期までは、送りモードＦＭ２が実行される。すなわち、図５に示すように、切り替え器３１によって、共通透過ガス路３ｄと送り路３ｅとが連通され、かつ共通透過ガス路３ｄと戻し路４１とが遮断される。
図６に示すように、このとき、第２吸着槽１２からの透過ガスｇ１中の除去対象ガス成分濃度は十分に低くなっている。この透過ガスｇ１が、切り替え器３１及び送り路３ｅを経て、製品ガスｇ３として、バッファタンク３ｃに溜められる（製品ガス蓄積工程）。更に、バッファタンク３ｃ内の製品ガスｇ３が、製品ガス路３ａからガス利用部３（図１）へ供される（製品ガス供給工程）。
【００５６】
＜第２吸着・脱着工程における戻しモードＲＭ２への切り替え（選択工程）＞
図６に示すように、第２吸着・脱着工程内において、送りモードＦＭ２の継続時間が所定時間ｔＦＭに達したとき、切り替え器３１によって戻しモードＲＭ２に切り替える。つまり、ガス分離装置１を図４に示す回路状態にする。このとき、第２吸着槽１２からの透過ガスｇ１中の除去対象ガス成分濃度は相対的に高くなっている。この透過ガスｇ１が、戻しガスｇ４として戻し路４１へ送られ、バッファタンク４２に蓄えられるとともに（戻しガス蓄積工程）、原料ガス路２ａに合流される（戻し工程）。
【００５７】
＜戻しモードＲＭ２内における吸着・脱着工程の切り替え＞
更に、戻しモードＲＭ２の実行中に、第２吸着・脱着工程（図４）から第１吸着・脱着工程（図３）へ切り替える。言い換えると、図３に示すように、第２吸着・脱着工程から第１吸着・脱着工程へ切り替えた後も、切り替え器３１を図４の状態のまま維持し、戻しモードＲＭ２をしばらく継続して実行する。これによって、第１吸着槽１１及びそれに連なる配管内に残留する除去対象ガス成分が製品ガスｇ３に混合されるのを防止できる。
【００５８】
＜第１吸着・脱着工程における送りモードＦＭ１への切り替え（選択工程）＞
図６に示すように、戻しモードＲＭ２の継続時間が所定時間ｔＲＭに達したとき、送りモードＦＭ１（図２）に切り替える。
以上の操作を繰り返す。
透過ガスｇ１中の各ガス成分の濃度変化は周期的かつ規則的であるから（図６）、モード切り替えを時間管理によって行うことができる。
【００５９】
ガス分離装置１によれば、透過ガスｇ１のガス成分濃度の周期的変動（運転周期）に合わせて、除去対象ガス成分が低濃度の期間は、送りモードを選択することで、透過ガスｇ１を製品ガスｇ３として利用に供することができ、除去対象ガス成分の濃度が比較的高い期間は、戻しモードを選択することで、透過ガスｇ１を製品ガスｇ３とはせずに戻しガスｇ４とすることができる。したがって、製品ガスｇ３の除去対象ガス成分濃度を低くでき、除去対象ガス成分に対する除去性能を確保できる。また、吸着、脱着の切り替え時間を必要以上に短くする必要がなく、切り替えに伴う回収対象ガス成分の排出頻度を抑えることができるから、回収対象ガス成分の回収率の低下を防止できる。この結果、除去性能と回収率を両立させることができる。更に、戻しガスｇ４を原料ガスｇ０に戻すことで、原料ガスｇ０の所要流量を減らすことができる。
【００６０】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の形態と重複する構成に関しては図面に同一符号を付して説明を省略する。
［第２実施形態］
図７は、本発明の第２実施形態に係るガス分離装置１Ｂを示したものである。ガス分離装置１Ｂにおいては、共通透過ガス路３ｄに濃度センサ３５（濃度計測手段）が設けられている。濃度センサ３５は、透過ガスｇ１中の除去対象ガス成分のうち１の計測対象ガス成分の濃度を計測する。計測対象ガス成分は、ＣＯ２であることが好ましい。つまり、計測対象ガス成分は、除去対象ガス成分中、優先除去対象ガス成分（Ｃ６Ｈ６等のＢＴＥＸ）より吸着手段１０による吸着性が低い低吸着性除去対象ガス成分であることが好ましい。
【００６１】
第２実施形態によれば、濃度センサ３５の計測濃度に基づいて、送りモード及び戻りモードの選択を行なう。計測濃度が閾値未満であれば、送りモードを選択する。計測濃度が閾値以上であれば、戻しモードを選択する。これによって、透過ガスｇ１の実際の濃度変化に合わせてモード切り替えを行なうことができる。したがって、透過ガスｇ１の除去対象ガス成分が低濃度のときは、その透過ガスｇ１を確実に製品ガスｇ３とすることができ、除去対象ガス成分の濃度が比較的高いときは、その透過ガスｇ１を確実に戻しガスｇ４とすることができる。
【００６２】
図６に示すように、吸着工程中の吸着槽１１，１２から出る透過ガスｇ１中のＣＯ２濃度は、Ｃ６Ｈ６濃度よりも早く立ち上がるから、ＣＯ２を計測対象ガス成分とすることによって、Ｃ６Ｈ６濃度が未だ立ち上がっていないタイミングで戻しモードを行なうことができる。したがって、製品ガスｇ３中のＣ６Ｈ６濃度を確実に低くできる。
例えば、前記モード切り替えの閾値は、ＣＯ２のピーク高さの例えば５％〜１０％程度（好適には７％程度）の大きさに設定することが好ましい。
なお、Ｃ６Ｈ６等の他の除去対象ガス成分を計測対象ガスとしてもよい。センサ３５は、濃度に代えて分圧を計測するものであってもよい。
【００６３】
［第３実施形態］
図８は、本発明の第３実施形態を示したものである。第３実施形態のガス分離装置１Ｃでは、戻し手段４０が、水蒸気改質器４６（組成変換手段）を含んでいる。水蒸気改質器４６は、戻し路４１に介在されている。図７においては、水蒸気改質器４６は、バッファタンク４２より下流側の戻し路４１に設けられているが、バッファタンク４２よりも切り替え器３１側の戻し路４１に設けられていてもよい。
【００６４】
水蒸気改質器４６は、戻しガスｇ４を触媒化学反応によって回収対象ガス成分リッチに組成変換させる。
詳しくは、水蒸気改質器４６において下記の反応が行われる。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２            （１）
これによって、戻しガスｇ４のＨ２濃度を高めることができる。このＨ２リッチの戻しガスｇ４を原料ガスｇ０に合流させる。
本実施形態は、ＣＯ及びＨ２のうち特にＨ２を精製したいときに有効であり、原料ガスｇ０の所要流量を一層低減することができる。
また、式（１）の逆反応ＣＯ＋Ｈ２Ｏ←ＣＯ２＋Ｈ２を行わせることにより、ＣＯの多いガスを得ることができる。
【００６５】
［第４実施形態］
図９〜図１２は、本発明の第４実施形態を示したものである。第４実施形態は、第２実施形態（図７）の変形例である。図９に示すように、第４実施形態のガス分離装置１Ｄには、透過ガス路３ｄに濃度計測手段３５Ｄと遅延手段５０が設けられている。
【００６６】
濃度計測手段３５Ｄは、採取部３５ａと、組成分析部３５ｂを含む。採取部３５ａが透過ガス路３ｄに介在されている。採取部３５ａに組成分析部３５ｂが接続されている。組成分析部３５ｂは、質量分析器やガスクロマトグラフィー等によって構成されている。
組成分析部３５ｂの検知信号線がコントローラ３７に接続されている。詳細な図示は省略するが、コントローラ３７は、ＣＰＵ及び切り替え器駆動回路などを含む。コントローラ３７の制御信号線が切り替え器３１に接続されている。
コントローラ３７と切り替え器３１によって「選択手段」が構成されている。
【００６７】
採取部３５ａにおいて、透過ガスｇ１の一部がサンプリングされる。サンプリングは、吸着槽１１，１２の運転周期に合わせて例えば１分間隔で行われる。
組成分析部３５ｂにおいて、サンプリングしたガスｇ１の組成が分析される。具体的には、ガスｇ１中の除去対象成分、例えばＣ６Ｈ６の濃度が計測される。ＣＯ２濃度を計測してもよい。
計測結果がコントローラ３７に入力される。コントローラ３７は、計測結果に基いて、三方弁等からなる切り替え器３１を切替操作する。これによって、送りモード（図９、及び図５参照）と戻しモード（図３，図４参照）の何れかが選択する。
採取部３５ａにおけるサンプリング（計測開始）から切り替え器３１の操作（選択の実行）までの処理時間ｔＳは、例えばｔＳ＝１分程度である。
【００６８】
採取部３５ａと切り替え器３１との間の透過ガス路３ｄに遅延手段５０が設けられている。遅延手段５０は、遅延路５１を含む。遅延路５１ひいては遅延手段５０は、ガスが、ある遅延時間ｔＤをかけて通り抜け可能なように構成されている。遅延時間ｔＤは、前記計測の開始から選択実行までの処理時間ｔＳに応じて設定されている。
例えば、遅延時間ｔＤは、処理時間ｔＳの２分の１以上、２倍以下である（ｔＤ＝０．５ｔＳ〜２ｔＳ）。好ましくは、遅延時間ｔＤは、処理時間ｔＳに十分に近いか（例えばｔＤ＝０．８ｔＳ〜１．２ｔＳ）、処理時間ｔＳ程度の大きさである（ｔＤ≒ｔＳ）。
ここでは、遅延時間ｔＤは、ｔＤ＝１分程度に設定されている。
【００６９】
更に、遅延手段５０は、好ましくは、遅延路５１内でガスがほとんど混合されず、遅延路５１内に相対的に先に入ったガス部分が、相対的に後に入ったガス部分よりも先に流出されるように構成されている。
【００７０】
具体例として、図１０に示すように、遅延手段５０は、円筒形状になっている。遅延手段５０の内部が、仕切り５４によって例えば４段（複数段）の遅延室５２に区画されている。
図１１に示すように、各段の遅延室５２内には、遅延路部分５３が形成されている。遅延路部分５３は、同心多重円形状になっており、かつ多重をなす円形路部分５３ａどうしが折り返し路部分５３ｂを介して一筆書き状に連なっている。
【００７１】
図１０に示すように、各段の仕切り５４の所定箇所（外周部又は中央部）には連通路５４ｃが形成されている。上下に隣接する遅延路部分５３，５３どうしが、連通路５４ｃを介して連なっている。ひいては複数段（４段）の遅延路部分５３が一列に連なり、遅延路５１が構成されている。
【００７２】
図１０に示すように、最も上流側の段（図１０において最下段）の遅延路部分５３の入口５１ｃに、採取部３５ａからの透過ガス路３ｄ１が連なっている。最も下流側の段（図１０において最上段）の遅延路部分５３の出口５１ｅから下流側の透過ガス路３ｄ２が切り替え器３１へ延びている。
【００７３】
今、第１吸着槽１１からの透過ガスｇ１の除去対象成分（例えばＣ６Ｈ６）の濃度が上昇して閾値を超えたものとする。この透過ガスｇ１が、１分程度の時間（ｔＤ）をかけて遅延路５１を流れる。その間、濃度計測手段３５Ｄが透過ガスｇ１を濃度計測してコントローラ３７が判定することで、前記閾値越えから約１分後（ｔＳ）に、コントローラ３７が切り替え器３１を切替操作（選択実行）する。
これによって、閾値越え前の透過ガスｇ１はバッファタンク３ｃへ送ることができ、かつ、閾値越えした透過ガスｇ１は、戻し路４１から原料ガス路２ａへ戻すことができる。逆に言うと、閾値越えした透過ガスｇ１を、前記処理時間ｔＳ中、バッファタンク３ｃへ送るのを防止できる。
この結果、製品ガスｇ３への除去対象成分（Ｃ６Ｈ６等）のコンタミネーションを防止又は抑制でき、濃度計測手段３５Ｄ及びコントローラ３７の動作タイムラグを補償することができる。
【００７４】
図１２は、原料ガス供給手段２からの原料ガスｇ０のＣ６Ｈ６濃度（数直線目盛）が周期的に変動するとした場合における、バッファタンク３ｃの出口での製品ガス路３ａの製品ガスｇ３のＣ６Ｈ６濃度変化（対数目盛）をシミュレーションしたものである。
同図の＜対策無し＞は、戻し工程を具備せず、透過ガスｇ１を常に製品ガスｇ３とする場合である。
同図の＜モード選択のみ＞は、第１実施形態（図２〜図５）の、遅延手段５０が無いガス分離装置１で運転した場合である。
図１２の＜遅延有り＞は、本実施形態（図９）の、遅延手段５０付きのガス分離装置１Ｄで運転した場合である。
製品ガスｇ３におけるＣ６Ｈ６濃度は、対策無しよりもモード選択する場合（図２〜図５）のほうが低下し、遅延手段５０によって透過ガスｇ１を遅延させることで更に低下することが確認された。
【００７５】
図１３は、図１２の＜モード選択のみ＞又は＜遅延有り＞において、バッファタンク３ｃへの流入ガス量の変化をシミュレーションしたものである。戻しモードによって透過ガスｇ１を原料ガス路２ａへ戻したとしても、戻さない場合の概略７５％程度のガス量を確保できることが確認された。
【００７６】
なお、第４実施形態において、遅延手段５０は、複数段のチャンバーを連ねたものであってもよい。各チャンバー内では多少混合されたとしても、遅延手段５０全体としては、相対的に先に入ったガス部分が、相対的に後に入ったガス部分よりも先に流出される。
遅延手段５０は、長いパイプで構成されていてもよい。パイプは、コイル状にしたり蛇行させたりすることによってコンパクト化することが好ましい。
第４実施形態において、戻し工程では、遅延手段５０内のガスを逆流させて、入口５１ｃからガスを流出させて吸着手段１０へ戻してもよい。すなわち、遅延手段５０に相対的に後に入ったガス部分を先に戻してもよい。
【００７７】
本発明におけるモード切り替えタイミングは、吸着手段１０の運転周期に限られず、原料ガス供給手段２の運転周期等に合わせてもよい。
また、透過ガスｇ１を戻しガスｇ４として戻すのに限られず、脱着ガスｇ２等を戻しガスとして戻してもよい。
［第５実施形態］
図１４及び図１５は、本発明の第５実施形態を示したものである。
廃棄物処理施設からなる原料ガス供給手段２においては、燃焼させる廃棄物の供給間隔等のために、原料ガスｇ０の各ガス成分濃度が変動する。変動の時間スケールは、吸着手段１０の運転周期より十分に長く、例えば１時間程度である。つまり、原料ガスｇ０中のＣＯ２等の濃度が、例えば１時間程度のスケールで変動する。
一方、吸着槽１１，１２の吸着剤１３は、ＣＯ２（除去対象ガス成分）に対して高い吸着性を有しているが、ＣＯ（回収対象ガス成分）に対しても多少の吸着性を有している。原料ガスｇ０中のＣＯ２濃度が低下しすぎると、吸着剤１３がＣＯを吸着することで、ＣＯの回収率が低下してしまう。
【００７８】
そこで、第５実施形態のガス分離装置１Ｅにおいては、原料ガスｇ０中のＣＯ２濃度（又はＣＯ２分圧）に応じて、送りモードと戻しモードを切り替えている。図１４に示すように、原料ガス路２ａには、濃度センサ３５Ｅ（計測手段）が設けられている。濃度センサ３５Ｅは、原料ガス路２ａにおけるＣＯ２濃度を計測する。
また、第５実施形態における、送りモードにするか戻しモードにするかの対象は、透過ガスｇ１ではなく、脱着ガスｇ２である。脱着ガスｇ２を、送りモードでは、送りガスｇ２ａとし（図１４）、戻しモードでは、戻しガスｇ２ｂとしている（図１５）。
【００７９】
図１４に示すように、脱着ガス路２１における吸引ポンプ２３より下流側には、モード切り替えのための切り替え器２４（選択手段）が設けられている。切り替え器２４は、三方弁等を含み、脱着ガス路２１を、脱着ガス排出路２１ｂと戻し路２６の何れか一方に選択的に接続する。脱着ガス排出路２１ｂには排ガス処理部２５が設けられている。戻し路２６は、原料ガス路２ａに接続されている。
【００８０】
図１４に示すように、平常時、すなわち原料ガスｇ０中のＣＯ２濃度が通常範囲であるときは、ガス分離装置１Ｅは、送りモードになっている。送りモードにおける切り替え器２４は、脱着ガス路２１と脱着ガス排出路２１ｂとを連通させ、戻し路２６を遮断する。これによって、脱着ガス路２１からの脱着ガスｇ２が、送りガスｇ２ａとして、排ガス処理部２５へ送られる。排ガス処理部２５では、脱着ガスｇ２を燃焼させて除害する。除害後のガスは系外へ排出される。
【００８１】
また、第５実施形態では、第１実施形態と同様の第１吸着・脱着工程（図１４、図１５）と、第２吸着・脱着工程（図示省略）が交互に実行される。図１４に示すように、第１吸着・脱着工程では、原料ガスｇ０を第１吸着槽１１に供給し、第１吸着槽１１においてＢＴＥＸ、ＣＯ２等の除去対象ガス成分の吸着を行なう。かつ、Ｎ２等のキャリアガスｇｃを第２吸着槽１２に供給し、第２吸着槽１２において脱着を行なう。
図示は省略するが、第２吸着・脱着工程では、原料ガスｇ０を第２吸着槽１２に供給し、第２吸着槽１２においてＢＴＥＸ、ＣＯ２等の除去対象ガス成分の吸着を行なう。かつ、キャリアガスｇｃを第１吸着槽１１に供給し、第１吸着槽１１において脱着を行なう。
以下の説明では、特に断らない限り、吸着手段１０は、第１及び第２吸着・脱着工程のうち、第１吸着・脱着工程を実行しているものとする（後述する第６実施形態等においても同様）。
図１４に示すように、送りモードでは、脱着工程中の第２吸着槽１２の第２ポート１２ｂには、キャリアガス供給路２２ｂが接続され、第１ポート１２ａには脱着ガス路２１が接続される。
【００８２】
ガス分離装置１Ｅは、濃度センサ３５Ｅによって原料ガスｇ０中のＣＯ２濃度を監視する。濃度センサ３５Ｅの計測濃度が閾値を下回ったときは、戻しモード（図１５）に切り替える。戻しモードにおいては、第１吸着・脱着工程と第２吸着・脱着工程の交互実行を継続しながら、脱着ガスｇ２を、戻しガスｇ２ｂとして吸着工程へ戻す。
【００８３】
詳しくは、図１５に示すように、戻しモードにおける切り替え器２４は、脱着ガス路２１と戻し路２６とを連通させ、脱着ガス排出路２１ｂを遮断する。これによって、脱着工程中の第２吸着槽１２からのＣＯ２リッチの脱着ガスｇ２が、戻しガスｇ２ｂとして、戻し路２６を経て、原料ガス路２ａの原料ガスｇ０と混合されながら、吸着工程中の第１吸着槽１１に戻される。これによって、第１吸着槽１１内のＣＯ２濃度を上昇させることができる。そして、第１吸着槽１１の吸着剤１３にＣＯ２を吸着させることで、原料ガスｇ０中のＣＯが吸着剤１３に吸着されるのを防止できる。或いは、第１吸着槽１１の吸着剤１３にＣＯが吸着されていたときは、そのＣＯをＣＯ２に置換することができる。
この結果、ＣＯ（回収対象ガス成分）の回収率を高めることができる。
【００８４】
脱着工程中の第２吸着槽１２内のＢＴＥＸ濃度は、通常、第２ポート１２ｂ側のほうが第１ポート１２ａ側よりも低い。そこで、図１５に示すように、好ましくは、戻しモードにおける脱着工程中の第２吸着槽１２の第１ポート１２ａには、キャリアガス供給路２２ｂが接続され、第２ポート１２ｂには脱着ガス路２１が接続される。これによって、第２ポート１２ｂから戻しガスｇ２ｂを取り出すことができ、ＢＴＥＸが第１吸着槽１１へ移されるのを防止又は抑制できる。つまり、脱着ガスｇ２であっても、ＢＴＥＸ等の優先除去対象ガス成分の濃度又は分圧が原料ガスｇ０より低い状態であれば、戻しガスｇ２ｂとすることができる。
【００８５】
ガス分離装置１Ｅにおいては、第１実施形態の戻し手段４０（図２参照）が省略されている。
なお、ガス分離装置１Ｅにおいても、戻し手段４０を付加して、吸着手段１０の運転周期に合わせた戻しガスｇ４（図２）の戻し工程を併行して行なうことにしてもよい。
また、キャリアガス供給路２２ｂを第２吸着槽１２に接続せずに、脱着ガス路２１の負圧吸引によって脱着することとしてもよい。
【００８６】
［第６実施形態］
図１６は、本発明の第６実施形態を示したものである。第６実施形態は、第５実施形態（図１４及び図１５）と同様に、吸着手段１０の運転周期から離れた長い時間スケールでの、原料ガス状態の変化に対応するものである。ガス分離装置１Ｆは、原料ガスｇ０中の例えばＣＯ２濃度に応じて、戻し工程を実行するか否かを選択する。かつ、ガス分離装置１Ｆにおいては、製品ガスｇ３すなわち透過ガスｇ１を組成変換することによって、組成変換後の透過ガスを、戻しガスｇ５ｂとしている。戻しガスｇ５ｂは、ＢＴＥＸのような優先除去対象ガス成分をほとんど含まず、水分やＨ２Ｓをも適宜除去されたクリーンなＣＯ２リッチガスである。
【００８７】
詳しくは、ガス分離装置１Ｆの製品ガス路３ａ（送りガス路）には、追加前処理部６１を介して培養槽６２が接続されている。
追加前処理部６１は、製品ガスｇ３（透過ガス）中の不純物を温度スイング吸着（ＴＳＡ）、触媒、活性炭等によって除去する。前記不純物としては、吸着手段１０で除去しきれなかったＣ６Ｈ６をはじめとするＢＴＥＸ、酸素（Ｏ２）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）が挙げられる。酸素及びアセチレンは、製品ガスｇ３中のＨ２と触媒反応させて、水蒸気やエチレン等の後記培養に無害な成分に変換させる。その後、製品ガスｇ３（透過ガス）が培養槽６２に供給される。
【００８８】
培養槽６２においては、例えば液状培地中で嫌気性の微生物が培養されている。該微生物は、製品ガスｇ３（透過ガス）中のＣＯ及びＨ２を摂取して、有価物のエタノール（Ｃ２Ｈ６Ｏ）を発酵生成する。その他、酢酸、ブタンジオール、イソプレン等も発酵生成する。このような微生物としては、例えば特開２０１４−０５０４０６号公報、国際公開第２０１１／０８７３８０号、米国特許ＵＳ２０１３／００６５２８２等に開示された嫌気性細菌を用いることができる。
前記発酵生成物を含む液状培地が精製部６３へ送られ、精製部６３においてエタノールが精製される。
【００８９】
下式（１）〜（２）に示すように、培養槽６２でのエタノールの発酵生成時には、マスバランスやエネルギーバランスを保つために、ＣＯ２が生成される。
６ＣＯ＋３Ｈ２Ｏ→Ｃ２Ｈ６Ｏ＋４ＣＯ２          （１）
６Ｈ２＋２ＣＯ２→Ｃ２Ｈ６Ｏ＋３Ｈ２Ｏ          （２）
つまり、ＣＯとＨ２が６モルずつ消費されると、２モルのエタノールが生成されるとともに、ＣＯ２が４−２＝２モル発生する。
したがって、培養槽６２からのオフガスｇ５は、ＣＯ２リッチである。つまり、透過ガスｇ１が、培養槽６２において組成変換され、ＣＯ２リッチになる。培養槽６２は、組成変換手段を構成する。
【００９０】
培養槽６２からオフガス路６４が延びている。オフガス路６４は、三方弁等の方向制御弁６４Ｖを介してベント路６５と戻し路６６に分岐されている。戻し路６６には、オフガス処理部６７と、バッファタンク６８（戻しガス蓄積手段）と、圧力・流量調整開閉バルブ６９が、方向制御弁６４Ｖ側から順次設けられている。
【００９１】
オフガス処理部６７は、オフガスｇ５の脱硫や脱水等の処理を行なう。脱硫と脱水の両方の処理を行ってもよく、脱硫と脱水の何れか一方の処理だけを行なってもよい。オフガスｇ５の組成状態に応じて必要な処理を選択して実行してもよい。
脱硫や脱水処理後のオフガスｇ５は、バッファタンク６８に溜められることで均質化される。
圧力・流量調整開閉バルブ６９は、圧力調整又は流量調整機能と開閉機能を具備している。通常、圧力・流量調整開閉バルブ６９の上流側の戻し路６６ひいてはオフガス路６４の圧力は、大気圧の１．０５倍〜数倍であり、原料ガスｇ０の圧力（大気圧＋α）より高い。
戻し路６６の下流端は、原料ガス路２ａに接続されている。
戻し路６６とバッファタンク６８と圧力・流量調整開閉バルブ６９によって、戻し手段が構成されている。
なお、戻し路６６に戻し用圧送ポンプ（図示省略）を設けてもよい。戻し手段が、前記戻し用圧送ポンプを更に含んでいてもよい。
【００９２】
ガス分離装置１Ｆの通常時における吸着手段１０の動作は、第１実施形態と同様であり、第１吸着・脱着工程と、第２吸着・脱着工程が交互に実行される。通常時における圧力・流量調整開閉バルブ６９は、閉止されている。
【００９３】
ガス分離装置１Ｅは、前記第１及び第２吸着・脱着工程の交互実行と併行して、濃度センサ３５Ｅによって原料ガスｇ０中のＣＯ２濃度を監視する。濃度センサ３５Ｅの計測濃度が閾値を下回ったときは、圧力・流量調整開閉バルブ６９を開き、オフガスｇ５の戻し工程を実行する。これによって、バッファタンク６８のオフガスｇ５、すなわち組成変換後のＣＯ２リッチの透過ガスが、戻しガスｇ５ｂとして、原料ガス路２ａとの合流部へ流れる。かつ、圧力・流量調整開閉バルブ６９によって、戻しガスｇ５ｂの流量を調節し、必要以上に戻されないようにする。
戻しガスｇ５ｂは、原料ガス路２ａの原料ガスｇ０と合流し、吸着工程中の第１吸着槽１１に戻される。したがって、第１吸着槽１１内のＣＯ２濃度を高めることができ、第１吸着槽１１の吸着剤１３に戻しガスｇ５ｂのＣＯ２を吸着させることで、原料ガスｇ０中のＣＯが吸着剤１３に吸着されるのを防止できる。或いは、第１吸着槽１１の吸着剤１３にＣＯが吸着されていたときは、そのＣＯをＣＯ２に置換することができる。
この結果、ＣＯ（回収対象ガス成分）の回収率を高めることができる。戻しガスｇ５ｂは、ＢＴＥＸのような優先除去対象ガス成分をほとんど含んでいないから、戻し手段４０による戻し流量を少なくでき、製品ガスｇ３の生成効率を高めることができる。更に、Ｈ２ＳやＨ２Ｏが適宜除去されたオフガスｇ５を戻しガスｇ５ｂとして用いることで、吸着手段１０の吸着能力が損なわれるのを防止できる。
【００９４】
下記の表１〜３は、原料ガスｇ０の組成等について３つのパターンを想定し、ガス分離装置１Ｆの各所でのガス組成等をシミュレーションしたものである。
表１の＜平常モード＞は、原料ガスｇ０が通常の組成である場合である。
表２の＜比較モード＞は、原料ガスｇ０のＣＯ２濃度が低下したときに戻し工程を行なわなかった場合である。
表３の＜実施モード＞は、原料ガスｇ０のＣＯ２濃度が低下したときに戻し工程を行なった場合である。
比較モード（表２）の脱着ガスｇ２中のＣＯ量（９モル）に対して、実施モード（表３）の脱着ガスｇ２中のＣＯ量（４モル）が小さくなった。このことから、第６実施形態の戻し工程を行なうことで、系外へ排出されるＣＯを少なくでき、それだけＣＯの回収率を高めることができ、エタノールの生成量を増やすことができることが確認された。
【００９５】
【表１】
2017170417.tif 000003
【００９６】
【表２】
2017170417.tif 000004
【００９７】
【表３】
2017170417.tif 000005
【００９８】
なお、第６実施形態（図１６）において、切り替え器３１及び戻し手段４０は省略してもよい。吸着手段１０の運転周期に合わせた戻しガスｇ４の戻しモードを省略してもよい。濃度センサ３５Ｅによって、ＣＯ２に代えて、Ｃ６Ｈ６（又は他のＢＴＥＸ）等の濃度をモニタリングすることにしてもよい。
【００９９】
［第７実施形態］
図１７〜図１８は、本発明の第７実施形態を示したものである。
図１７に示すように、第７実施形態のガス分離装置１Ｇは、切り替え器３１及び戻し手段４０を備えている。
透過ガス路３ｄには、濃度センサ３８Ｇ（濃度計測手段）が設けられている。第７実施形態においては、第２実施形態（図７）と同様に、濃度センサ３８Ｇの計測結果に応じて、送りモードか戻りモードかが選択される。平常時は、送りモードであり、切り替え器３１によって透過ガス路３ｄと送り路３ｅとが開通され、かつ戻し路４１が遮断されている。
【０１００】
製品ガス路３ａには、追加前処理部６１を介して培養槽６２が接続されている。培養槽６２において有価物のエタノール（Ｃ２Ｈ６Ｏ）等が生成され、精製部６３においてエタノールが精製される。培養槽６２からのオフガスｇ５（組成変換後の透過ガスｇ１）は、ＣＯ２リッチになる。培養槽６２からオフガス路６４が延びている。オフガス路６４は、方向制御弁６４Ｖを介してベント路６５と戻し路６６に分岐されている。戻し路６６には、オフガス処理部６７、バッファタンク６８、及び圧力・流量調整開閉バルブ６９が設けられている。戻し路６６は、吸着手段１０へ延びている。
追加前処理部６１及び培養槽６２（組成変換手段）から戻し路６６の下流端までのラインによって、パージ手段６０が構成されている。
【０１０１】
図１８に示すように、ガス分離装置１Ｇの基本動作は、既述の実施形態と概略同じであり、第１吸着槽１１での第１吸着工程及び第２吸着槽１２での第２脱着工程を行なう期間と、第２吸着槽１２での第２吸着工程及び第１吸着槽１１での第１脱着工程を行なう期間とが交互に繰り返される。
第７実施形態のガス分離装置１Ｇの動作が、既述実施形態と大きく異なる点は、各吸着槽１１，１２における吸着工程から脱着工程への切り替え時に、パージ工程が実行される点である。すなわち、第１吸着槽１１では、第１吸着工程から第１脱着工程へ移行する際、第１パージ工程が実行される。第２吸着槽１２では、第２吸着工程から第２脱着工程へ移行する際、第２パージ工程が実行される。
【０１０２】
詳しくは、図１７に示すように、第１パージ工程では、バルブ６９が開通され、バッファタンク６８からのＣＯ２リッチのオフガスｇ５が、パージガスｇ５ｐ（戻しガス）として、戻し路６６から第１吸着槽１１に導入される。好ましくは、パージガスｇ５ｐは、第１ポート１１ａから第１吸着槽１１に導入される。
原料ガスｇ０の供給は停止される。したがって、第１ポート１１ａへはＣＯ２リッチのパージガスｇ５ｐのみが導入される。ＣＯ２は、除去対象ガス成分の１つではあるが、ｐｐｍオーダーまで除去すべきＣ６Ｈ６等のＢＴＥＸ（優先除去対象ガス成分）と比べると、除去の優先度が低く、パージガスｇ５ｐの主成分として適用可能である。
図１８に示すように、第１吸着工程から第１パージ工程への切り替えタイミングは、第１吸着槽１１からの透過ガスｇ１中のＣＯ２濃度が立ち上がり、かつＣ６Ｈ６濃度がまだ立ち上がっていない段階に設定することが好ましい。
【０１０３】
パージガスｇ５ｐの導入に伴って、第１吸着槽１１内のガスが、第２ポート１１ｂへ押し出されて、透過ガスｇ１となる。当該透過ガスｇ１は、Ｃ６Ｈ６等のＢＴＥＸ（優先除去対象ガス成分）を殆ど含んでおらず、製品ガスｇ３として利用可能である。
パージガスｇ５ｐは、ＣＯ２リッチであるために、第１吸着槽１１の吸着剤１３にＣＯが吸着されるのを防止できる。第１吸着槽１１の吸着剤１３にＣＯが吸着されていたときは、それをＣＯ２に置換できる。置換によって遊離されたＣＯは、第２ポート１１ｂから押し出されて透過ガスｇ１の成分となり、ひいては製品ガスｇ３の成分となる。これによって、回収率を高めることができる。
好ましくは、１回のパージ工程におけるパージガスｇ５ｐの総供給量は、吸着槽１１内の空隙体積より少しだけ多めになるよう設定する。これによって、吸着槽１１の全域を確実にパージして回収率を高めるとともに、ＣＯ２リッチのパージガスｇ５ｐがそのまま製品ガスｇ３となって培養槽６２へ送られるのを防止できる。
【０１０４】
ガス分離装置１Ｇにおいては、濃度センサ３８Ｇによって、透過ガスｇ１のＣ６Ｈ６濃度を計測する。Ｃ６Ｈ６濃度が閾値を超えたときは、戻しモード（図示省略）に切り替えられる。すなわち、切り替え器３１によって、透過ガス路３ｄと送り路３ｅとが遮断され、かつ透過ガス路３ｄと戻し路４１とが連通される。これによって、閾値超えした量のＣ６Ｈ６のＢＴＥＸ（優先除去対象ガス成分）が培養槽６２へ送られるのを防止できる。特に、パージ工程において、ＢＴＥＸが培養槽６２へ送られるのを防止できる。
【０１０５】
図１８に示すように、第１吸着槽１１では、第１パージ工程の後、バルブ６９が閉止され、第１脱着工程に移行される。図示は省略するが、第１吸着槽１１の第１脱着工程では、キャリアガスｇｃが第１吸着槽１１へ供給されて脱着が実行される。前記第１パージ工程によって第１吸着槽１１内にはＣＯが殆ど存在しなくなっているから、第１吸着槽１１から系外へ放出されるＣＯを殆ど無くすことができる。
【０１０６】
第１脱着工程の開始と同期して、第２吸着槽１２における第２吸着工程が実行される。そして、第２吸着工程の終了時には、第２パージ工程が実行される。第２パージ工程では、バッファタンク６８からのＣＯ２リッチのオフガスｇ５が、パージガスｇ５ｐとして、第２吸着槽１２に導入される。好ましくは、第１ポート１２ａから第２吸着槽１２に導入される。
このパージガスｇ５ｐによって、第２吸着槽１２内のガスをパージできる。第２吸着槽１２の吸着剤１３にＣＯが吸着されていたときは、それをＣＯ２に置換して、ＣＯを遊離できる。
【０１０７】
その後、第２吸着槽１２における第２パージ工程が終了され、第２脱着工程に切り替えられる。
前記第２パージ工程によって第２吸着槽１２内にはＣＯが殆ど存在しなくなっているから、次の第２脱着工程において、第２吸着槽１２から系外へ放出されるＣＯを殆ど無くすことができる。
この結果、ガス分離装置１Ｇの運転の全期間を通じて、系外へ放出されるＣＯは殆どゼロである。したがって、ＣＯ（回収対象成分）の回収率を十分に高めることができる。理論的には、ＣＯ回収率を１００％にすることも可能である。
なお、図１８では、第１吸着槽１１における第１パージ工程から第１脱着工程への切り替えと、第２吸着槽１２における第２脱着工程から第２吸着工程への切り替えとが同時に行われているが、必ずしも同時に限られず、これら切り替えタイミングが相前後していてもよい。第２吸着槽１２における第２パージ工程から第２脱着工程への切り替え時と、第１吸着槽１１における第１脱着工程から第１吸着工程への切り替え時の関係についても同様であり、必ずしも同時に限られず、これら切り替えタイミングが相前後していてもよい。
【０１０８】
［第８実施形態］
図１９は、本発明の第８実施形態を示したものである。第８実施形態は、第７実施形態（図１７及び図１８）の変形例に係る。
第８実施形態のガス分離装置１Ｈにおいては、吸着手段１０の各吸着槽１１，１２の中間部にポート１１ｃ，１２ｃが設けられている。パージ手段６０の戻し路６６がこれらポート１１ｃ，１２ｃに接続可能になっている。戻し路６６は、方向制御弁６６を介して、下端戻し路６６ａと、中間戻し路６６ｃとに分岐されている。
【０１０９】
第１吸着槽１１に対する第１パージ工程の前期（この状態の図示省略）には、下端戻し路６６ａが、第１吸着槽１１の下端のポート１１ａに接続される。中間戻し路６６ｃは閉止されている。これによって、ＣＯ２リッチのパージガスｇ５ｐが、下端ポート１１ａから第１吸着槽１１内に導入される。このパージガスｇ５ｐによって、第１吸着槽１１内の主に下側部のガスをパージできる。第１吸着槽１２の下側部の吸着剤１３にＣＯが吸着されていたときは、それをＣＯ２に置換して、ＣＯを遊離できる。遊離したＣＯは、パージによって第１吸着槽１１内の上側部へ移される。
【０１１０】
図１９に示すように、第１パージ工程の後期には、中間戻し路６６ｃが、第１吸着槽１１の中間ポート１１ｃに接続される。下端戻し路６６ａは閉止される。これによって、ＣＯ２リッチのパージガスｇ５ｐが、中間ポート１１ｃから第１吸着槽１１内に導入され、第１吸着槽１１内を上端のポート１１ｂへ向かって流れる。このパージガスｇ５ｐによって、第１吸着槽１１内の上側部のガスをパージできる。したがって、第１吸着槽１１内の下側部に吸着されたＢＴＥＸがパージされて透過ガスｇ１に混じるのを防止できる。また、第１吸着槽１２内の上側部の吸着剤１３は、下側部に比べてＢＴＥＸの吸着量が少ない。したがって、透過ガスｇ１にＢＴＥＸが混じるのを一層防止できる。この結果、第１パージ工程の期間中、送りモードを確実に実行できる。
【０１１１】
同様に、第２吸着槽１１に対する第２パージ工程でも、前期は、下端戻し路６６ａを下端ポート１２ａに接続し、後期は、中間戻し路６６ｃを中間ポート１２ｃに接続する。
【０１１２】
［第９実施形態］
図２０は、本発明の第９実施形態を示したものである。第９実施形態は、第７実施形態（図１７及び図１８）に、第４実施形態（図９〜図１２）の遅延手段５０を組み合わせた変形例である。ガス分離装置１Ｋにおいては、透過路３ｄに、濃度計測手段３５Ｄと、遅延手段５０と、切り替え器３１が設けられている。濃度計測手段３５Ｄによって、透過ガスｇ１中のＣ６Ｈ６（優先除去対象成分）の濃度が計測される。計測結果に基いて、コントローラ３７が切り替え器３１を切替操作する。
計測から切替操作までの処理時間ｔｓに相当する遅延時間ｔＤをかけて、透過ガスｇ１が遅延手段５０の遅延路５１内を流れる。
これによって、パージ工程等の際に、ＢＴＥＸ濃度が閾値以下の透過ガスｇ１に対しては、確実に送りモードを実行でき、閾値越えした透過ガスｇ１に対しては確実に戻しモードを実行できる。この結果、製品ガスｇ３にＣ６Ｈ６等の優先除去対象ガス成分が混じるのを十分に防止できる。
【０１１３】
第７〜第９実施形態のパージ工程における吸着槽１１，１２でのパージガスｇ５ｐの流れ方向は、吸着工程におけるガス流と同じ向であったが、図２１に示すように、吸着工程におけるガス流とは逆向きにしてもよい。
【０１１４】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変をなすことができる。
例えば、吸着手段１０が、吸着槽１１，１２を３つ以上有していてもよい。吸着手段１０が、吸着槽を１つだけ有していてもよい。
吸着手段１０が原料ガスｇ０中の回収対象ガス成分を選択的に吸着し、除去対象ガス成分を透過させるようになっていてもよい（前記方法（２））。脱着ガスｇ２を、製品ガスｇ３又は戻しガスｇ４としてもよい。切り替え器３１が、脱着ガスｇ２を、製品ガスｇ３とする送りモードと戻しガスｇ４とする戻しモードとの何れかを選択してもよい。戻しガスｇ４とされた脱着ガスｇ２をバッファタンク４２に蓄積してもよい。
脱着ガスｇ２中のＣＯ２、Ｃ６Ｈ６等を製品ガスとして利用するシステムに、本発明を適用してもよい。脱着ガスｇ２中に前記目的ガス成分（ＣＯ２、Ｃ６Ｈ６）の他に除去対象成分として例えばＯ２が含まれている場合、脱着ガスｇ２中のＯ２濃度が低いときは、その脱着ガスｇ２を製品ガス（送りガス）とする送りモードを選択し、脱着ガスｇ２中のＯ２濃度が比較的高いときは、その脱着ガスｇ２を戻しガスとする戻しモードを選択してもよい。
戻し路４１を、原料ガス路２ａを介さずに、吸着手段１０に直接に接続してもよい。戻しガスｇ４を吸着手段１０に直接導入し、吸着手段１０内において原料ガスｇ０と戻しガスｇ４が合流されるようになっていてもよい。
バッファタンク４２を省略してもよい。戻しガスｇ４を、バッファタンク４２を介さずに、直接原料ガスｇ０と合流させてもよい。
濃度センサ３５で計測する計測対象ガス成分は、除去対象ガス成分に限られず、回収対象ガス成分でもよい。
原料ガスｇ０をモニタリングすることで、原料ガスｇ０中のＣＯ２等の特定成分の濃度に応じて、モード又は戻し工程可否を選択してもよい。
透過ガスｇ１をモニタリングすることで、透過ガスｇ１中のＢＴＥＸやＣＯ２等の特定成分の濃度に応じて、モード又は戻し工程可否を選択してもよい。
脱着ガスｇ２をモニタリングすることで、脱着ガスｇ２中のＢＴＥＸやＣＯ２等の特定成分の濃度に応じて、モード又は戻し工程可否を選択してもよい。
組成変換前の透過ガス又は脱着ガスの状態に応じて、モード又は戻し工程可否を選択してもよく、組成変換後の透過ガス又は脱着ガスの状態に応じて、モード又は戻し工程可否を選択してもよい。
組成変換手段としては、培養槽６２に限られず、触媒反応器、活性炭などを用いてもよい。前記触媒反応器においては、前記透過ガスを触媒反応させて有機物を合成する。触媒反応器における触媒としては、例えば、ロジウム、マンガン、リチウム、マグネシウム等の金属触媒が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明は、例えば産業廃棄物の焼却処理で生じるシンガスを精製するシステムに適用できる。
【符号の説明】
【０１１６】
ｇ０          原料ガス
ｇ１          透過ガス
ｇ２          脱着ガス
ｇ２ｂ        戻しガス
ｇ３          製品ガス（送りガス）
ｇ４          戻しガス
ｇ５          オフガス
ｇ５ｂ        戻しガス
ｇ５ｐ        パージガス（戻しガス）
ｇｃ          キャリアガス
ｔＦＭ          第１の所定時間
ｔＲＭ          第２の所定時間
ＦＭ１，ＦＭ２    送りモード
ＲＭ１，ＲＭ２    戻しモード
１              ガス分離装置
１Ｂ，１Ｃ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｋ  ガス分離装置
２            原料ガス供給手段
２ａ          原料ガス路
３ａ          製品ガス路
３ｂ，３ｄ    透過ガス路
３ｅ          送り路
３ｃ          バッファタンク
１０          吸着手段
１１          第１吸着槽
１２          第２吸着槽
２１          脱着ガス路
２２          キャリアガス供給源（脱着手段）
２３          吸気手段（脱着手段）
２４          切り替え器（選択手段）
２６          戻し路
３１          切り替え器（選択手段）
３５          濃度センサ（濃度計測手段）
３５Ｄ        濃度計測手段
３５ａ        採取部
３５ｂ        組成分析部
３７          コントローラ（選択手段）
４０          戻し手段
４１          戻し路
４２          バッファタンク（戻しガス蓄積手段）
４６          水蒸気改質器（組成変換手段） 
５０          遅延手段
５１          遅延路
６０          パージ手段
６２          培養槽（組成変換手段）
６４          オフガス路
６６          戻し路（戻し手段）
６８          バッファタンク（戻しガス蓄積手段）
６９          開閉弁（戻し手段、選択手段）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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