(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分吸着剤が封入された密閉容器と加熱手段とを備え、前記水分吸着剤によりガス中の水分を吸着すると共に、前記加熱手段にて前記水分吸着剤を加熱することにより吸着した水分を分離させて再生する水分除去装置において、前記密閉容器内にガス中の付臭剤を酸化させる酸化触媒を封入し、前記加熱手段にて前記水分吸着剤に吸着された水分を加熱する際に、この水分吸着剤に吸着された付臭剤を前記酸化触媒で酸化反応を起すようにしたことを特徴とする水分除去装置。
【請求項２】
密閉容器内の酸化触媒の比率は５％〜２０％であることを特徴とする請求項１の水分除去装置。
【請求項３】
酸化触媒は、１ｇ／リットル以上の白金を担持したアルミナ／チタニアであることを特徴とする請求項１又は請求項２の水分除去装置。
【請求項４】
水分吸着剤がガス中の水分を吸着する温度は＋４５℃以下であり、加熱手段による加熱温度は＋１００℃〜＋２５０℃であることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３の水分除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、天然ガスなどを加圧してボンベなどに充填するための昇圧供給装置などに使用され、ガス中の水分を除去するための水分除去装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
窒素酸化物の発生が少ない天然ガスは、地下に埋設したガス管から都市ガスとして工場や家庭に供給され、その消費量は年々増加している。そして、近年はこの都市ガスを燃料とした天然ガス自動車などの実用化研究も鋭意進められている。
【０００３】
ガス管から供給される天然ガスは、ガス会社で水分を取り除いて供給されているが、ガス管の破損や差し水などによって水分が増加することがある。このような理由で天然ガスに含まれる水分が増加しても、燃焼自体には全く支障は生じない。
【０００４】
しかし、２００ｍｍＡｑ程度の低圧で供給される天然ガスを自動車の燃料として使用するために、圧縮機により断熱圧縮して車載ボンベに充填する場合には、ガス中に水分があると加圧によって温度上昇したガスが冷えたときに水分が飽和蒸気圧以上となって凝縮してしまい、この凝縮した水分によってボンベや配管の内面が腐食するなどの不都合が生じる。
【０００５】
そこで、例えば特開平９−８５０３４号公報では、水分吸着剤を封入した水分除去装置を設け、圧縮機に吸入される天然ガス中の水分を吸着し、除去するようにしていた。また、この水分吸着剤としては加熱脱水することで水分吸着性が回復するものが用いられ、充填終了後にヒータにて加熱し、吸着した水分を分離させて再生していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、現在都市ガスとして使用されている天然ガスなどには、ガス漏れを感知できるようにするために、ターシャリーブチルメルカプタンやジメチルサルファイド又はテトラヒドロチオフェン等の付臭剤が添加されている。
【０００７】
そして、前述の如く水分除去装置に封入された水分吸着剤により天然ガス中の水分を除去する際、この水分吸着剤は、ガス中の水分と一緒に前記付臭剤をも吸着してしまう。そして、水分吸着剤の水分吸着性を回復させるために加熱脱水を行うと、脱水された水分と一緒に前記付臭剤も装置外部に排出されてしまう。
【０００８】
そのため、水分除去装置の加熱脱水をする毎に、付臭剤が外部に排出され、ガス漏れと誤認されると共に、実際にガス漏れが生じている場合と付臭剤のみ外部に排出されている場合とが区別し難くなり、安全性の面で問題が生じていた。
【０００９】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、水分吸着剤の加熱再生時に付臭剤が外部に排出される不都合を解消若しくは抑制することができる水分除去装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の水分除去装置は、水分吸着剤が封入された密閉容器と加熱手段とを備え、前記水分吸着剤によりガス中の水分を吸着すると共に、前記加熱手段にて前記水分吸着剤を加熱することにより吸着した水分を分離させて再生する水分除去装置において、前記密閉容器内にガス中の付臭剤を酸化させる酸化触媒を封入し、加熱手段にて水分吸着剤に吸着された水分を加熱する際に、この水分吸着剤に吸着された付臭剤を酸化触媒で酸化反応を起すようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明によれば、水分吸着剤が封入された密閉容器と加熱手段とを備え、水分吸着剤によりガス中の水分を吸着すると共に、加熱手段にて水分吸着剤を加熱することにより吸着した水分を分離させて再生する水分除去装置において、密閉容器内にガス中の付臭剤を酸化させる酸化触媒を封入したので、密閉容器内を通過する際に水分吸着剤に吸着されたガス中の付臭剤を、この酸化触媒を用いて酸化処理することができるようになる。
【００１２】
これにより、水分吸着剤の加熱再生時に付臭剤が外部に排出される不都合を解消若しくは抑制することができるようになるものである。
【００１３】
請求項２の発明の水分除去装置は、上記に加えて、密閉容器内の酸化触媒の比率は５％〜２０％であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２の発明によれば上記に加えて密閉容器内の酸化触媒の比率を５％〜２０％の範囲としたので、水分吸着剤による水分除去率を高く維持しながら、酸化触媒による付臭剤除去率を向上させることができるようになるものである。
【００１５】
請求項３の発明の水分除去装置は、上記各発明に加えて  酸化触媒は、１ｇ／リットル以上の白金を担持したアルミナ／チタニアであることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項４の発明の水分除去装置は、上記各発明に加えて水分吸着剤がガス中の水分を吸着する温度は＋４５℃以下であり、加熱手段による加熱温度は＋１００℃〜＋２５０℃であることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項３の発明によれば、上記各発明に加えて酸化触媒として、１ｇ／リットル以上の白金を担持したアルミナ／チタニアを用いたので、請求項４の如く水分吸着剤による水分吸着温度を＋４５℃以下とし、加熱再生温度を＋１００℃〜＋２５０℃とした場合に、水分吸着時における付臭剤除去率を低くしつつ、加熱再生時における付臭剤の除去率を向上させることができるようになるものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明を適用する実施例としての昇圧供給装置１００を示しており、例えば地下に埋設された都市ガス配管（図示せず）などから都市ガスとして供給される天然ガスを、例えば２０ＭＰａまで加圧して、天然ガスエンジンを搭載した自動車の車載ボンベ（図示せず）などに充填するためのものであり、本発明の水分除去装置１と圧縮機２などから構成される。
【００１９】
水分除去装置１は、後述する特性を有する水分吸着剤２０が封入された筒状の密閉容器３と、この密閉容器３の胴回りに配設された加熱手段としての電気ヒータ４と、エアー配管５を介して密閉容器３の一端のガス入口管１３に接続された開閉弁６と、エアー配管７を介して密閉容器３の他端のガス出口部に接続された開閉弁８及びポンプ９と、ガス入口管１３に一端が接続され、開閉弁１０を備えたガス配管１１Ａと、ガス出口部に接続され、開閉弁１２を備えたガス配管１１Ｂなどから構成されている。
【００２０】
尚、開閉弁６と開閉弁８は常には閉じており、各エアー配管５、７を封止している。また、密閉容器３は耐熱性を備え、鉄、ステンレス鋼、銅、アルミニウムなどか、或いは、これらの合金によって形成されている。
【００２１】
一方、圧縮機２は例えば米国特許（ＵＳＰ）５，０３３，９４０号などに提案された構成の多段圧縮機構を備えて構成されているものであり、そのガス入口部には開閉弁１６が設けられ、ガス出口部には図示しない開閉弁及びガス配管が接続され、更に図示しない車載ボンベに接続可能とされている。また、天然ガスを断熱圧縮する際に生じる熱を放散させるための冷却用ファン１８も備えている。
【００２２】
そして、圧縮機２の開閉弁１６にはガス配管１１Ｂの他端が接続され、開閉弁１２と開閉弁１６の間にはガス配管１１Ｂの内圧を検出する圧力検知器１９が設けられている。また、ガス配管１１Ａは図示しない都市ガス配管に接続される。尚、開閉弁６、開閉弁８、開閉弁１０、開閉弁１２及び開閉弁１６、圧縮機２、電気ヒータ４及び冷却用ファン１８などの各機器は図示しない制御装置によって制御される。
【００２３】
次に、本発明に係る水分除去装置１の水分吸着剤２０について詳説する。現在では、水分除去装置１内にて水分除去が行われるメタンガス（天然ガス）には、ガス漏れ感知を容易とするための付臭剤が添加されている。この付臭剤としては、一般に、ターシャリーブチルメルカプタン（以下、ＴＢＭと称す。）、ジメチルサルファイド（以下、ＤＭＳと称す。）、テトラヒドロチオフェン（以下、ＴＨＴと称す。）などが使用されている。
【００２４】
一方、水分除去装置１の前記密閉容器３の内部には、ガスなどを吸着しないゼオライト系の再生可能な水分吸着剤２０、及び、ガス中に添加された付臭剤を酸化させ分解させるための酸化触媒２１が封入されている。この水分吸着剤２０は、加熱することにより水分を除去し、吸着能力を再生することができる、例えば、モレキュラーレシーブなどから構成されている。酸化触媒２１の詳細については後述する。
【００２５】
密閉容器３内の水分吸着剤２０及び酸化触媒２１は図２に示す如く十分に混合された状態で充填されている。また、この水分吸着剤２０と酸化触媒２１の混合割合は、水分吸着剤２０による水分除去率と酸化触媒２１による付臭剤除去率の双方が高くなることが望ましい。
【００２６】
図３は酸化触媒２１の量（全体に対する酸化触媒２１のｖｏｌ％）を変化させた場合の水分除去率（％）と付臭剤除去率（％）の変化を示している。図３によれば、水分除去率が９５％以上となるのは、脱湿剤としての水分吸着剤２０が全体の８０％〜１００％、即ち、酸化触媒２１の全体に対する割合が０〜２０％の範囲である。また、付臭剤除去率が８５％以上となるのは、酸化触媒２１が全体の５％以上、即ち、水分吸着剤２０が全体の９５％以下である。
【００２７】
即ち、水分除去率及び付臭剤除去率が十分に高く維持される混合割合は、酸化触媒２１が全体の５％〜２０％であり、本実施例では、酸化触媒２１が全体の５％〜２０％となるように水分吸着剤２０と酸化触媒２１が混合されて密閉容器３内に充填されている。そのため、水分吸着剤２０による水分除去率を高く維持しながら、酸化触媒２１による付臭剤除去率を向上させることができる。
【００２８】
次に、図４を参照して酸化触媒２１について説明する。この酸化触媒２１は、白金を担持したアルミナ／チタニアにより構成されている。図４は白金の担持量が０．５ｇ／リットル、１．０ｇ／リットル、２．０ｇ／リットル及び５．０ｇ／リットルの各酸化触媒２１のガス（天然ガス）温度を変化させた場合の付臭剤除去率を示している。
【００２９】
酸化触媒２１は付臭剤を酸化させるものであるが、水分除去時の通常のガス温度（＋２０℃）では酸化反応を起こしてはならず、加熱再生時（設定温度＋２００℃）で付臭剤の酸化反応は起こす必要がある。
【００３０】
ここで、酸化触媒２１に担持された白金の量は、付臭剤を酸化させる温度及び付臭剤除去率に大きく影響する。白金担持量が０．５ｇ／リットルの酸化触媒２１では、ガス温度が＋１００℃において付臭剤除去率が２０％、＋１５０℃において９２％、＋２００℃以上で１００％となる。また、白金担持量が１ｇ／リットルの酸化触媒２１では、ガス温度が＋１００℃において８８％、＋１２５℃以上で１００％となる。また、白金担持量が２ｇ／リットルの酸化触媒２１では、＋１００℃以上で１００％となる。
【００３１】
そして、水分除去装置１が電気ヒータ４により加熱される水分除去の設定温度は＋１００℃〜＋２５０℃の範囲（実施例では前述の如く＋２００℃）で行われる。これらを考慮すると、酸化触媒２１の白金担持量が１ｇ／リットル以上であれば十分に付臭剤を酸化させることができると共に、＋４５℃以下の状態では付臭剤除去率は著しく低下することが分かる。そこで、本実施例における酸化触媒２１の白金担持量は１ｇ／リットル以上のものを使用する。
【００３２】
次に、図５を参照して酸化触媒２１による付臭剤の酸化反応を説明する。前述の如くガスに添加された付臭剤は、ＴＢＭ、ＤＭＳまたはＴＨＴのような硫黄化合物である。それぞれの付臭剤は、加熱されることによって、酸化触媒２１のもと、空気中の酸素と酸化反応を起こし、二酸化炭素、硫酸、水となる。尚、この際に硫酸が生成されているが、反応をする付臭剤がガスが最初に水分除去装置１を通過する際に付着する少量のものであり、生成される硫酸も少ないため、安全面においては問題がない。
【００３３】
以上の構成で動作を説明する。図示しない制御装置により圧縮機２が運転されると、先ず開閉弁１０、１２及び１６を開放し、その後、圧縮機２と冷却用ファン１８が起動される。これにより、都市ガス配管から供給される天然ガスはガス配管１１Ａ内を通過して密閉容器３内に流入し、そこに充填された水分吸着剤２０によって、天然ガス中に含まれる水分が吸着される。このとき、天然ガス中の水分と一緒に一部の付臭剤も水分吸着剤２０の表面に吸着される。
【００３４】
また、この場合において、密閉容器３内の温度は外気温と同様（＋４５℃以下である＋２０℃程）であるため、水分吸着剤２０と混合されて存在している酸化触媒２１と水分と一緒に水分吸着剤２０に取り込まれた付臭剤及びガス中に存在する付臭剤は酸化反応を生じない。
【００３５】
こうして乾燥された天然ガスは、密閉容器３から出てガス配管１１Ｂを通過し、圧縮機２に吸入される。そして、圧縮機２にて圧縮され、ガス配管１１Ｃの開閉弁１７を介して車載ボンベに供給されて充填される。
【００３６】
次ぎに、係る充填作業が終了した場合などに水分除去装置１の加熱再生に移行する。この場合、図示しない制御装置によって、開閉弁１０、１２を閉じた状態とし、冷却ファン１８を起動しながら開閉弁６を開くと共に、続いて電気ヒータ４に通電して密閉容器３内の水分吸着剤２０の加熱を開始する。この際、電気ヒータ４により密閉容器３内は、前記設定温度の＋２００℃まで加熱が行われる。
【００３７】
このとき、密閉容器３内の水分吸着剤２０は吸着していた水分を分離放出すると共に、水分吸着剤２０に水分と共に吸着された付臭剤が密閉容器３内の酸化触媒２１と化学反応を生じ、付臭剤は前述の如く二酸化炭素、硫酸及び水に分解される。
【００３８】
そして、電気ヒータ４による加熱から所定時間（例えば水分吸着剤２０の温度が＋２００℃以上になり、水分吸着剤２０が吸着していた水分を分離放出して脱水されるようになるまでの時間、例えば３０分）が経過すると図示しない制御装置は開閉弁８を開き、ポンプ９を起動し、エアー配管７を介して密閉容器３内に外気を送り込む。この送風によって水分吸着剤２０から分離した水分、付臭剤が酸化することにより生じた二酸化炭素、硫酸、水及び密閉容器３内にあった天然ガスとをエアー配管５の開口端から排出し、冷却ファン１８が形成している気流によって撹拌希釈して放散させる。
【００３９】
このように付臭剤は分解されているので、係る加熱再生時にガス漏れと誤認される等の不都合を解消若しくは抑制することができる。
【００４０】
ポンプ９の起動から所定時間（例えば密閉容器３の水分吸着剤２０が加熱脱水され、且つ、その脱水された水分の殆どが外部に排出されるまでの経験的時間、例えば１時間）が経過すると、図示しない制御装置は電気ヒータ４、ポンプ９及び冷却ファン１８の通電を停止し、開閉弁６及び８を閉じる。
【００４１】
次に、電気ヒータ４による加熱の停止から所定時間（例えば水分吸着剤２０が水分を吸着するようになる＋４５℃以下に冷えるまでの時間、例えば１５分）が経過するのを待って開閉弁１０、１２を開き、圧縮機２による次回の圧縮充填に備える。
【００４２】
次ぎに、図６は本発明の水分除去装置１の他の実施例を示している。前述の水分除去装置１では、密閉容器３内に酸化触媒２１と水分吸着剤２０とを混合して充填していたが、図６の実施例の水分除去装置１では酸化触媒２１がハニカム状に固形化され、密閉容器３内下部に装填されている。尚、この場合にも酸化触媒２１と水分吸着剤２０の割合及び酸化触媒２１の白金担持量は前記実施例と同様である。また、酸化触媒２１はハニカム状に固形化されずとも良く、例えば図２同様の粒状の触媒を密閉容器３内下部に敷きつめても良い。
【００４３】
係る構成によれば、水分除去装置１の生産性が改善されるものである。
【００４４】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、水分吸着剤が封入された密閉容器と加熱手段とを備え、前記水分吸着剤によりガス中の水分を吸着すると共に、前記加熱手段にて前記水分吸着剤を加熱することにより吸着した水分を分離させて再生する水分除去装置において、前記密閉容器内にガス中の付臭剤を酸化させる酸化触媒を封入し、加熱手段にて水分吸着剤に吸着された水分を加熱する際に、この水分吸着剤に吸着された付臭剤を酸化触媒で酸化反応を起すようにしたものである。
【００４５】
これにより、水分吸着剤の加熱再生時に付臭剤が外部に排出される不都合を解消若しくは抑制することができるようになるものである。
【００４６】
請求項２の発明によれば上記に加えて密閉容器内の酸化触媒の比率を５％〜２０％の範囲としたので、水分吸着剤による水分除去率を高く維持しながら、酸化触媒による付臭剤除去率を向上させることができるようになるものである。
【００４７】
請求項３の発明によれば、上記各発明に加えて酸化触媒として、１ｇ／リットル以上の白金を担持したアルミナ／チタニアを用いたので、請求項４の如く水分吸着剤による水分吸着温度を＋４５℃以下とし、加熱再生温度を＋１００℃〜＋２５０℃とした場合に、水分吸着時における付臭剤除去率を低くしつつ、加熱再生時における付臭剤の除去率を向上させることができるようになるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施例としての昇圧供給装置の構成図である。
【図２】本発明の水分除去装置の断面図である。
【図３】酸化触媒の割合に対する付臭剤除去率及び水分除去率の関係を示す図である。
【図４】ガス温度に対する酸化触媒の付臭剤除去率を示す図である。
【図５】酸化触媒による付臭剤の酸化反応式を示す図である。
【図６】本発明の水分除去装置の他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  水分除去装置
２  圧縮機
３  密閉容器
４  電気ヒータ
２０  水分吸着剤
２１  酸化触媒
１００  昇圧供給装置
【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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