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JP2014198323A - Methane gas concentration method - Google Patents

Methane gas concentration method
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JP2014198323AJP2013075417AJP2013075417AJP2014198323AJP 2014198323 AJP2014198323 AJP 2014198323AJP 2013075417 AJP2013075417 AJP 2013075417AJP 2013075417 AJP2013075417 AJP 2013075417AJP 2014198323 AJP2014198323 AJP 2014198323A
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川井 雅人
Masahito Kawai
雅人 川井
貴義 足立
Takayoshi Adachi
貴義 足立
坂井 徹
Toru Sakai
徹 坂井
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Nippon Sanso Holdings Corp
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Abstract

Translated fromJapanese

【課題】メタン、窒素、酸素を含む混合ガスから、メタンを高濃度に濃縮する方法を提供する。【解決手段】メタン、窒素、酸素を含む原料ガスを、2つの吸着筒へ圧縮機を用いて交互に供給し、吸着工程、再生工程を順次行なうPSA法により、第1の目的成分をメタン、第2の目的成分を窒素及び酸素としたとき、第1の吸着筒には、第1の目的成分と第2の目的成分の吸着速度が同等であり、かつ第1の目的成分の平衡吸着量が第2の目的成分のそれより大きい吸着剤を充填し、第2の吸着筒には、第1の目的成分の吸着速度が第2の目的成分のそれより大きい吸着剤を充填し、第1の吸着筒内において第1の目的成分を濃縮して第1の製品ガスとし、第2の吸着筒内において第2の目的成分を濃縮して第2の製品ガスとするとともに、再生工程において吸着筒の原料ガス導入側から排出されるガスを、原料ガス圧縮機の原料ガス吸入側に戻す。【選択図】図1A method for concentrating methane to a high concentration from a mixed gas containing methane, nitrogen, and oxygen is provided. A raw material gas containing methane, nitrogen, and oxygen is alternately supplied to two adsorption cylinders using a compressor, and a first target component is methane, by a PSA method in which an adsorption step and a regeneration step are sequentially performed. When the second target component is nitrogen and oxygen, the first adsorption cylinder has the same adsorption rate of the first target component and the second target component, and the equilibrium adsorption amount of the first target component. Is filled with an adsorbent larger than that of the second target component, and the second adsorption cylinder is filled with an adsorbent having an adsorption rate of the first target component greater than that of the second target component. In the adsorption cylinder, the first target component is concentrated to the first product gas, and in the second adsorption cylinder, the second target component is concentrated to the second product gas and adsorbed in the regeneration process. The gas discharged from the source gas introduction side of the cylinder is changed to the source gas compressor source gas. Back to the inlet side. [Selection] Figure 1

Description

Translated fromJapanese

メタン、酸素、窒素を含んだガスから、メタンを高濃度、高回収率で得る方法および装置に関する。The present invention relates to a method and apparatus for obtaining methane at a high concentration and high recovery rate from a gas containing methane, oxygen, and nitrogen.

炭鉱ガスは、ガス採取時に空気が混入することで、メタンに二酸化炭素、窒素、酸素が含まれる。このような炭鉱ガスの他にも、バイオガス、天然ガスなど、可燃性分としてメタンを含むガスがあるが、非可燃性成分を多く含むものは燃料として使用することができない場合や、また、燃料にできてもエネルギー密度が低いため、低品位の燃料にしかならないという問題があった。Coal mine gas contains carbon dioxide, nitrogen, and oxygen in methane because air is mixed during gas sampling. In addition to such coal mine gas, there are gases that contain methane as a combustible component, such as biogas and natural gas, but those that contain many non-combustible components cannot be used as fuel, Even if the fuel can be made, the energy density is low, so there is a problem that it can only be a low-grade fuel.

さらに、不純物として支燃性の酸素を含む場合は、燃焼範囲(爆発範囲)の組成となることを避ける必要があり、メタンを高純度化する際に、圧縮/濃縮等の処理に支障が生じる場合があった。
上記のような、燃料の原料となりうる混合ガスのメタン成分に着目して、低濃度メタンの濃度を高めることで燃料としての質を向上させ、各種ガスを有効利用するための処理手段が種々検討されている。
Furthermore, when flame-supporting oxygen is included as an impurity, it is necessary to avoid the composition of the combustion range (explosion range), and when purifying methane, processing such as compression / concentration occurs. There was a case.
Focusing on the methane component of the mixed gas that can be a raw material for fuel as described above, various treatment means to improve the quality of the fuel by increasing the concentration of low-concentration methane and effectively use various gases are studied. Has been.

PSA法は、相対的に高い圧力条件下で易吸着性成分を吸着させ、難吸着性成分を製品吐出端(吸着筒出口端)より取り出す吸着工程、相対的に高い吸着工程圧力から吸着剤の再生を行うのに十分な低い圧力まで吸着筒内に保持するガスを原料ガス供給端側から筒外に放出する圧抜き工程、相対的に低い圧力を保持しつつ必要ならば製品吐出端から難吸着性成分を吸着剤の洗浄ガスとして供給して易吸着性の脱着を促進する再生工程、相対的に低い圧力にある筒に原料ガスを供給しつつ必要があれば製品吐出端から難吸着性成分を供給して筒の圧力を回復する加圧工程、を順次行うことで混合ガスから目的成分を分離回収する方法である。  In the PSA method, an easily adsorbing component is adsorbed under relatively high pressure conditions, and the hardly adsorbing component is taken out from the product discharge end (adsorption cylinder outlet end). A depressurization process for releasing the gas held in the adsorption cylinder to a pressure sufficiently low to perform regeneration from the source gas supply end side to the outside of the cylinder, difficult from the product discharge end if necessary while maintaining a relatively low pressure. Regeneration process that promotes easy adsorption and desorption by supplying adsorbent components as adsorbent cleaning gas, and hardly adsorbable from the product discharge end if necessary while supplying raw material gas to a cylinder at a relatively low pressure In this method, the target component is separated and recovered from the mixed gas by sequentially performing a pressurizing step of supplying the component to recover the pressure of the cylinder.

たとえば非特許文献1には、PSA法を用いたバイオガスからのメタン分離が開示されている。この文献には、メタン約60%二酸化炭素約35%、その他不純物を含むガスを原料として、製品となるメタン濃度90%、メタン回収率が約93%であることが記載されているが、不純物として空気成分がどの程度含まれているかの開示はない。For example, Non-Patent Document 1 discloses methane separation from biogas using the PSA method. This document describes that about 60% methane, about 35% carbon dioxide, and gas containing other impurities are used as raw materials, and the product has a methane concentration of 90% and a methane recovery rate of about 93%. There is no disclosure of how much air component is contained.

特許文献1には、メタンと窒素の混合ガスからメタンを分離する分子篩活性炭が開示されている。実施例には特定の吸着時定数を有する分子篩活性炭を用いてメタン、窒素、二酸化炭素、酸素等を含む原料ガスからメタン濃度98.2%、メタン回収率76%で回収できることが開示されている。
特許文献2には、酸素を含む可燃性ガスの処理システムとして、酸化触媒に接触させて部分燃焼させて酸素を除去する方法が開示されている。
Patent Document 1 discloses a molecular sieve activated carbon that separates methane from a mixed gas of methane and nitrogen. Examples disclose that a molecular sieve activated carbon having a specific adsorption time constant can be used to recover from a source gas containing methane, nitrogen, carbon dioxide, oxygen, etc. at a methane concentration of 98.2% and a methane recovery rate of 76%. .
Patent Document 2 discloses a method for removing oxygen by contacting an oxidation catalyst and performing partial combustion as a treatment system for a combustible gas containing oxygen.

メタンは二酸化炭素の約21倍の温暖化係数を持つため、メタン濃縮装置から発生する排ガス中のメタン濃度を最小化することが求められる。また濃縮されたメタン含有ガスは多くの場合、燃料として使用されるから、メタン濃縮のためにカスケード式に複数の工程を行うような複雑な装置は、コストの面で好ましくない。Since methane has a warming potential about 21 times that of carbon dioxide, it is required to minimize the methane concentration in the exhaust gas generated from the methane concentrator. In addition, since the concentrated methane-containing gas is often used as a fuel, a complicated apparatus that performs a plurality of steps in a cascade manner for methane concentration is not preferable in terms of cost.

特許公開第2000-312824号公報Japanese Patent Publication No. 2000-31824WO2009/014109WO2009 / 014109

大陽日酸技報No.23,74-75(2004)Taiyo Nippon Sanso Technical Report No. 23, 74-75 (2004)

本発明の目的は、メタンとともに窒素、酸素等を含む混合ガスから、PSA法を用いてメタンを高濃度で分離する方法と装置を提供することにある。  The objective of this invention is providing the method and apparatus which isolate | separate methane by high concentration from the mixed gas containing nitrogen, oxygen, etc. with methane using PSA method.

本発明は、2つの吸着筒に、メタン、窒素、酸素を含む原料ガスを原料ガス圧縮機を用いて交互に供給し、前記吸着筒を加圧する吸着工程、吸着筒を減圧する再生工程を順次行なうPSA法によってメタンを濃縮する方法であって、
第1の目的成分をメタン、第2の目的成分を窒素及び酸素としたとき、
前記吸着筒のうち一方の第1の吸着筒には、第1の目的成分と第2の目的成分の吸着速度が同等であり、かつ第1の目的成分の平衡吸着量が第2の目的成分の平衡吸着量より大きい吸着剤が充填され、
前記吸着筒のうち他方の第2の吸着筒には、第1の目的成分の吸着速度が第2の目的成分の吸着速度より大きい吸着剤が充填され、
前記第1の吸着筒内において第1の目的成分を濃縮して第1の製品ガスとし、
前記第2の吸着筒内において第2の目的成分を濃縮して第2の製品ガスとするとともに、
前記再生工程において前記吸着筒の原料ガス導入側から排出されるガスを、前記原料ガス圧縮機の原料ガス吸入側に戻すことを特徴とするメタンの濃縮方法である。
In the present invention, a raw material gas containing methane, nitrogen, and oxygen is alternately supplied to two adsorption cylinders using a raw gas compressor, and an adsorption process for pressurizing the adsorption cylinder and a regeneration process for depressurizing the adsorption cylinder are sequentially performed. A method for concentrating methane by a PSA method,
When the first target component is methane and the second target component is nitrogen and oxygen,
The first adsorption cylinder of one of the adsorption cylinders has the same adsorption speed of the first target component and the second objective component, and the equilibrium adsorption amount of the first objective component is the second objective component. Filled with an adsorbent larger than the equilibrium adsorption amount of
The other second adsorption cylinder among the adsorption cylinders is filled with an adsorbent in which the adsorption speed of the first target component is larger than the adsorption speed of the second target component,
Concentrating the first target component in the first adsorption cylinder to form a first product gas;
In the second adsorption cylinder, the second target component is concentrated to form a second product gas,
In the regeneration step, the gas discharged from the raw material gas introduction side of the adsorption cylinder is returned to the raw material gas suction side of the raw material gas compressor.

本発明によれば、メタンを含む混合ガスからメタンを濃縮するにあたり、主として酸素および窒素を、簡便な方法で効率よく除去することができる。また、非可燃性成分を分離・排出する排ガス中に含まれるメタンを最小限に止めることができるので、メタン回収率を最大化することができる。According to the present invention, in concentrating methane from a mixed gas containing methane, mainly oxygen and nitrogen can be efficiently removed by a simple method. In addition, methane contained in the exhaust gas that separates and discharges non-flammable components can be minimized, so that the methane recovery rate can be maximized.

本発明の第1の実施形態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 1st Embodiment of this invention.本発明の第1の実施形態の工程を示した図である。It is the figure which showed the process of the 1st Embodiment of this invention.本発明の第2の実施形態の工程を示した図である。It is the figure which showed the process of the 2nd Embodiment of this invention.

(第1の実施形態)
本発明は可燃性成分であるメタンと、非可燃性成分である窒素および酸素を分離することを目的とする。ここで、メタンを第1の目的成分、第2の目的成分を窒素及び酸素とする。
第1の目的成分と第2の目的成分を分離する方法として、それぞれ異なった吸着剤を充填した第1、第2の吸着筒を用いて、図2の工程に示すように、吸着工程、再生工程を順次位相を変えて繰り返す。これにより、第1の目的成分、第2の目的成分をそれぞれの吸着筒から難吸着性成分としてメタンを製品ガス1、窒素及び酸素を製品ガス2として取り出す。
(First embodiment)
An object of the present invention is to separate methane, which is a combustible component, and nitrogen and oxygen, which are non-combustible components. Here, let methane be the first target component, and the second target component be nitrogen and oxygen.
As a method for separating the first target component and the second target component, the first and second adsorption cylinders filled with different adsorbents are used, as shown in the process of FIG. The process is repeated with different phases. As a result, methane is extracted as product gas 1 and nitrogen and oxygen are extracted as product gas 2 from the respective adsorption cylinders using the first target component and the second target component as hardly adsorbable components.

再生工程(圧抜き工程および脱着工程)においては、易吸着性成分が吸着剤から脱着され、吸着剤が再生されるが、このとき、吸着筒の原料供給端側から流出する排出ガスを、原料ガス圧縮機の吸入側に導入する。このことにより、メタンを含む混合ガスが系外に排出されるのを防ぎ、メタンの回収率を最大化することが可能になる。In the regeneration process (pressure release process and desorption process), the easily adsorbable component is desorbed from the adsorbent and the adsorbent is regenerated. At this time, the exhaust gas flowing out from the raw material supply end side of the adsorption cylinder is used as the raw material. It is introduced on the suction side of the gas compressor. This prevents the mixed gas containing methane from being discharged out of the system and maximizes the methane recovery rate.

図1を用いて、本発明をより詳細に説明する。
原料ガス貯槽30には、メタン、酸素、窒素を含む原料ガスが貯留されている。原料ガスを、原料ガス圧縮機1により圧縮し、ライン3を介して第1の吸着筒2Aもしくは第2の吸着筒2Bへ送る。
第1の吸着筒2Aには第1の吸着剤として、メタンの吸着速度が窒素及び酸素の吸着速度より遅い活性炭20Aが充填されており、また第2の吸着筒2Bには第2の吸着剤として、メタンの平衡吸着量が窒素及び酸素の平衡吸着量より大きい活性炭20Bが充填されている。
The present invention will be described in more detail with reference to FIG.
The sourcegas storage tank 30 stores source gas containing methane, oxygen and nitrogen. The raw material gas is compressed by the raw material gas compressor 1 and sent to thefirst adsorption cylinder 2A or thesecond adsorption cylinder 2B via the line 3.
Thefirst adsorption cylinder 2A is filled with activatedcarbon 20A having a methane adsorption rate slower than that of nitrogen and oxygen as a first adsorbent, and thesecond adsorption cylinder 2B is a second adsorbent. As shown, the activatedcarbon 20B is filled with an equilibrium adsorption amount of methane larger than that of nitrogen and oxygen.

第1の吸着筒2Aが加圧工程に入ると、圧縮された原料ガスは、ライン4、弁5aを通って第1の吸着筒2Aに入る。吸着筒内の圧力が上昇するにつれ、相対的に吸着速度の速い窒素および酸素(活性炭20Aにとっての易吸着成分)が優先的に活性炭に吸着され、メタン(活性炭20Aにとっての難吸着性成分)は、吸着筒内の製品出口端側に蓄積する。吸着筒内が適当な圧力に上昇した時点で弁6aが開き吸着工程が開始され、濃縮されたメタンが製品槽13Aに入るとともにライン14から取り出される。When thefirst adsorption cylinder 2A enters the pressurizing step, the compressed raw material gas enters thefirst adsorption cylinder 2A through theline 4 and thevalve 5a. As the pressure in the adsorption cylinder rises, nitrogen and oxygen (easy adsorption components for activatedcarbon 20A), which have a relatively fast adsorption rate, are preferentially adsorbed on activated carbon, and methane (hard adsorption component for activatedcarbon 20A) becomes Accumulate on the product outlet end side in the adsorption cylinder. When the inside of the adsorption cylinder rises to a suitable pressure, thevalve 6a is opened to start the adsorption process, and the concentrated methane enters theproduct tank 13A and is taken out from theline 14.

時間の経過とともに窒素、酸素の吸着が進み、やがては一部窒素、酸素が製品メタンに混入するようになる。従って、製品メタン中の許容できる窒素、酸素濃度を見計らって弁6aを閉とし、吸着工程を打ち切る。Adsorption of nitrogen and oxygen progresses over time, and eventually some nitrogen and oxygen are mixed into the product methane. Accordingly, the allowable nitrogen and oxygen concentrations in the product methane are measured, thevalve 6a is closed, and the adsorption process is terminated.

次いで第1の吸着筒2Aは再生工程に入る。まず吸着工程終了時の高い圧力から弁10aを開とし、吸着筒内のガスを放出して相対的に低い圧力にするとともに、放出されるガスはライン11を通って原料ガス貯槽30に回収する。Next, thefirst adsorption cylinder 2A enters the regeneration process. First, thevalve 10a is opened from the high pressure at the end of the adsorption process to release the gas in the adsorption cylinder to a relatively low pressure, and the released gas is collected in the raw materialgas storage tank 30 through theline 11. .

吸着筒内の圧力が十分下がった時点で弁16aを開とし、製品槽13A中のメタンをライン15から第1の吸着筒2Aに送り、第1の吸着剤20Aの洗浄を行う。吸着剤の洗浄とは、メタンの供給で吸着剤20Aの雰囲気中の窒素及び酸素分圧を下げ、吸着剤20Aに吸着されている窒素及び酸素の脱着を促進して十分な再生を行う操作である。脱着工程で脱着したガスも、ライン11を介して原料ガス貯槽30に回収する。圧抜き工程、脱着工程を含む再生工程は、前記吸着工程の時間と同一のものとする。再生工程の終了も開いている弁の閉操作で行われる。When the pressure in the adsorption cylinder has dropped sufficiently, thevalve 16a is opened, methane in theproduct tank 13A is sent from theline 15 to thefirst adsorption cylinder 2A, and the first adsorbent 20A is cleaned. The cleaning of the adsorbent is an operation for reducing the nitrogen and oxygen partial pressure in the atmosphere of the adsorbent 20A by supplying methane and promoting the desorption of nitrogen and oxygen adsorbed on the adsorbent 20A to perform sufficient regeneration. is there. The gas desorbed in the desorption process is also collected in the sourcegas storage tank 30 via theline 11. The regeneration process including the depressurization process and the desorption process is the same as the time of the adsorption process. The end of the regeneration process is also performed by closing the open valve.

第1の吸着筒2Aが吸着工程にあるとき、第2の吸着筒2Bは再生工程を行う。第2の吸着筒2Bは吸着工程終了時の高い圧力から弁10bを開として吸着筒内からガスを放出して相対的に低い圧力にするとともに、放出されるガスはライン12から原料ガス貯槽30に回収される。When thefirst adsorption cylinder 2A is in the adsorption process, thesecond adsorption cylinder 2B performs the regeneration process. Thesecond adsorption cylinder 2B opens thevalve 10b from the high pressure at the end of the adsorption process to release gas from the adsorption cylinder to a relatively low pressure, and the released gas is supplied from theline 12 to the sourcegas storage tank 30. To be recovered.

吸着筒内の圧力が十分下がった時点で、弁16bを開として製品槽13B中の窒素及び酸素の混合ガスがライン15から第2の吸着筒2Bに送られ、吸着剤20Bの洗浄を行う。脱着工程で脱着するガスも、ライン12を介して原料ガス貯槽30に回収する。When the pressure in the adsorption cylinder has dropped sufficiently, thevalve 16b is opened and the mixed gas of nitrogen and oxygen in theproduct tank 13B is sent from theline 15 to thesecond adsorption cylinder 2B, and the adsorbent 20B is washed. The gas desorbed in the desorption process is also collected in the raw materialgas storage tank 30 via theline 12.

次いで第2の吸着筒2Bは吸着工程に入る。圧縮された原料ガスは、ライン8、弁5bを通って第2の吸着筒2Bに入る。吸着筒内の圧力が上がるにつれ、活性炭20Bにメタン(活性炭20Bにとっての易吸着成分)が優先的に吸着され、窒素、酸素(活性炭20Bにとっての難吸着性成分)は製品出口端側に蓄積する。Next, thesecond adsorption cylinder 2B enters the adsorption process. The compressed raw material gas enters thesecond adsorption cylinder 2B through the line 8 and thevalve 5b. As the pressure in the adsorption cylinder increases, methane (easy adsorption component for activatedcarbon 20B) is preferentially adsorbed on activatedcarbon 20B, and nitrogen and oxygen (hard adsorption component for activatedcarbon 20B) accumulate on the product outlet end side. .

吸着筒内が設定された圧力まで上昇した時点で弁6bが開き、濃縮された窒素及び酸素が、製品槽13Bに入るとともにライン17から取り出される。
時間の経過とともにメタンの吸着が進み、ついにはメタンの一部が窒素及び酸素の混合ガスに混入するようになる。従って、窒素及び酸素中で許容できるメタン濃度を超えた時点で、吸着工程が打ち切られる。工程の打ち切りは開いている弁の閉操作で行われる。
When the inside of the adsorption cylinder rises to the set pressure, thevalve 6b is opened, and concentrated nitrogen and oxygen enter theproduct tank 13B and are taken out from theline 17.
Adsorption of methane progresses over time, and eventually a part of methane comes to be mixed into the mixed gas of nitrogen and oxygen. Therefore, the adsorption process is terminated when the methane concentration acceptable in nitrogen and oxygen is exceeded. The process is aborted by closing the open valve.

このようなプロセスにより、メタンが系外に排出されるのは、第2の目的成分である窒素及び酸素の混合ガス中に含まれるメタンだけとなり、その濃度は取り出す第2の目的成分の量に依存するので、例えば、この濃度を1%以下にすることも可能である。By such a process, methane is discharged out of the system only in methane contained in the mixed gas of nitrogen and oxygen, which is the second target component, and its concentration is the amount of the second target component to be extracted. For example, it is possible to make this concentration 1% or less.

(第1の吸着剤)
ここで、第1の吸着剤は、細孔径を調整した分子篩活性炭であって、細孔径の調整により、相対的に大きい分子径を持つメタンの吸着速度を遅くし、一方、相対的に小さい分子径である窒素、酸素の吸着速度を速めた活性炭を用いることができる。このような分子篩活性炭は、第1の吸着剤が持つ平衡吸着量の特性には大きく影響されなく、第2の目的成分(酸素及び窒素)を優先的に吸着することができ、第1の目的成分であるメタンが難吸着性成分となる。
第1の吸着剤は、たとえば5wt%までの揮発性成分を含むコークスに、熱分解によりカーボンを放出する炭化水素を添加しつつ、600〜900℃で1〜60分間処理することにより、放出されたカーボンをコークスの細孔中に沈着させることにより製造することができる。
(First adsorbent)
Here, the first adsorbent is a molecular sieve activated carbon whose pore diameter is adjusted, and by adjusting the pore diameter, the adsorption rate of methane having a relatively large molecular diameter is slowed, while relatively small molecules are Activated carbon having an increased adsorption rate of nitrogen and oxygen as the diameter can be used. Such a molecular sieve activated carbon is not greatly affected by the characteristics of the equilibrium adsorption amount of the first adsorbent, and can preferentially adsorb the second target components (oxygen and nitrogen). The component methane becomes a hard-to-adsorb component.
The first adsorbent is released by, for example, treating at 600 to 900 ° C. for 1 to 60 minutes while adding hydrocarbon that releases carbon by pyrolysis to coke containing up to 5 wt% of volatile components. Can be produced by depositing carbon in the pores of coke.

(第2の吸着剤)
第2の吸着剤として、第2の目的成分(酸素及び窒素)が難吸着性となるように、平均細孔径が5〜9.5Åとなるように調製された活性炭を用いるとよい。この第1の吸着剤は、たとえば、椰子殻又は椰子殻炭を窒素ガス中において600℃で完全に炭化し、その炭化物を粒径1mmの大きさに破砕したものを炭素質材料とし、バッチ式の流動賦活炉を用いて、水蒸気10〜15vol%、二酸化炭素15〜20vol%を含んだ窒素にて860℃で賦活することにより得られる。
(Second adsorbent)
As the second adsorbent, activated carbon prepared so that the average pore diameter is 5 to 9.5 mm may be used so that the second target components (oxygen and nitrogen) are difficult to adsorb. This first adsorbent is, for example, a carbonaceous material obtained by completely carbonizing coconut husk or coconut husk charcoal in nitrogen gas at 600 ° C., and crushing the carbide to a particle size of 1 mm. It is obtained by activating at 860 ° C. with nitrogen containing 10 to 15 vol% of water vapor and 15 to 20 vol% of carbon dioxide.

このように調製された活性炭は、メタンの分子径より大幅に大きい細孔径を持つことになるので、第1の目的成分と第2の目的成分の吸着速度はほぼ同等となる。その一方で、メタンの平衡吸着量が、窒素及び酸素の平衡吸着量より大きい活性炭が得られるため、第1の目的成分であるメタンが易吸着成分となり、第2の目的成分である窒素及び酸素が難吸着成分となる第2の吸着剤が得られる。Since the activated carbon thus prepared has a pore size that is significantly larger than the molecular diameter of methane, the adsorption rates of the first target component and the second target component are substantially the same. On the other hand, since an activated carbon having an equilibrium adsorption amount of methane larger than the equilibrium adsorption amount of nitrogen and oxygen is obtained, methane as the first target component becomes an easily adsorbed component, and nitrogen and oxygen as the second target component. A second adsorbent is obtained in which becomes a difficult-to-adsorb component.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態を説明する。
第1の目的成分を取り出すため、第1の吸着剤20Aを充填した吸着筒を、第1の吸着筒2A−1、2A−2の2筒で構成し、第2の目的成分を取り出すため、吸着剤20Bを充填した吸着筒を、第2の吸着筒2B−1、2B−2の2筒で構成する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described.
In order to take out the first target component, the adsorption cylinder filled with thefirst adsorbent 20A is composed of two cylinders, thefirst adsorption cylinders 2A-1 and 2A-2, and in order to take out the second target component, The adsorption cylinder filled with the adsorbent 20B is composed of two cylinders, thesecond adsorption cylinders 2B-1 and 2B-2.

第1の実施形態においては、図2に示すように、第1の吸着筒2Aと第2の吸着筒2Bとは、加圧・吸着工程と再生工程とを交互に実施するが、この際、各製品槽には、再生工程の間、吸着筒からの製品ガスが送られない。
そこで、第2の実施形態においては、第1の吸着筒及び第2の吸着筒を2つずつ用い、図3に示したように各工程をずらすことにより、製品槽に、常時、製品ガスを送ることが可能になる。
In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the first adsorption cylinder 2 </ b> A and the second adsorption cylinder 2 </ b> B alternately perform the pressurization / adsorption process and the regeneration process. The product gas from the adsorption cylinder is not sent to each product tank during the regeneration process.
Therefore, in the second embodiment, by using two first adsorption cylinders and two second adsorption cylinders and shifting the respective steps as shown in FIG. 3, the product gas is constantly supplied to the product tank. It becomes possible to send.

原料ガスとしてメタン:55%、窒素:36%、酸素:9%の混合ガスを用いて、メタンの濃縮を行った。
第1の吸着筒2Aには第1の吸着剤であって、メタンの吸着速度が遅い活性炭が充填されており、また第2の吸着筒2Bには第2の吸着剤であって、メタンの平衡吸着量が窒素及び酸素の平衡吸着量より多い活性炭が充填されている。
原料ガス圧縮機1を用い、原料ガスを700kPaAに圧縮して第1の吸着筒2A、第2の吸着筒2Bに交互に供給した。第1の吸着剤20Aが充填された第1の吸着筒2Aから99vol.%のメタンが得られ、第2の吸着剤20Bが充填された第2の吸着筒2Bからメタン1vol%を含む窒素及び酸素ガスが得られた。
Methane was concentrated using a mixed gas of methane: 55%, nitrogen: 36%, oxygen: 9% as a raw material gas.
Thefirst adsorption cylinder 2A is filled with activated carbon that is a first adsorbent and has a slow methane adsorption rate, and thesecond adsorption cylinder 2B is a second adsorbent that contains methane. The activated carbon is filled with an equilibrium adsorption amount larger than that of nitrogen and oxygen.
Using the raw material gas compressor 1, the raw material gas was compressed to 700 kPaA and supplied alternately to thefirst adsorption cylinder 2A and the second adsorption cylinder 2B. 99 vol.% Of methane is obtained from thefirst adsorption cylinder 2A filled with thefirst adsorbent 20A, nitrogen containing 1 vol% of methane from thesecond adsorption cylinder 2B filled with thesecond adsorbent 20B, and Oxygen gas was obtained.

1 原料ガス圧縮機
2A 第1の吸着筒
2B 第2の吸着筒
5a,5b,6a,6b,10a,10b,16a,16b 弁
13A,13B 製品槽
20A 第1の吸着剤
20B 第2の吸着剤
30 原料ガス貯槽
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rawmaterial gas compressor 2A1st adsorption cylinder 2B2nd adsorption cylinder 5a, 5b, 6a, 6b, 10a, 10b, 16a,16b Valve 13A,13B Product tank 20A1st adsorption agent 20B2nd adsorption agent 30 Raw material gas storage tank

Claims (1)

Translated fromJapanese
2つの吸着筒に、メタン、窒素、酸素を含む原料ガスを原料ガス圧縮機を用いて交互に供給し、前記吸着筒を加圧する吸着工程、吸着筒を減圧する再生工程を順次行なうPSA法によってメタンを濃縮する方法であって、
第1の目的成分をメタン、第2の目的成分を窒素及び酸素としたとき、
前記吸着筒のうち一方の第1の吸着筒には、第1の目的成分と第2の目的成分の吸着速度が同等であり、かつ第1の目的成分の平衡吸着量が第2の目的成分の平衡吸着量より大きい吸着剤が充填され、
前記吸着筒のうち他方の第2の吸着筒には、第1の目的成分の吸着速度が第2の目的成分の吸着速度より大きい吸着剤が充填され、
前記第1の吸着筒内において第1の目的成分を濃縮して第1の製品ガスとし、
前記第2の吸着筒内において第2の目的成分を濃縮して第2の製品ガスとするとともに、
前記再生工程において前記吸着筒の原料ガス導入側から排出されるガスを、前記原料ガス圧縮機の原料ガス吸入側に戻すことを特徴とするメタンの濃縮方法。


According to the PSA method, a raw material gas containing methane, nitrogen and oxygen is alternately supplied to two adsorption cylinders using a raw gas compressor, and an adsorption process for pressurizing the adsorption cylinder and a regeneration process for depressurizing the adsorption cylinder are sequentially performed. A method for concentrating methane,
When the first target component is methane and the second target component is nitrogen and oxygen,
The first adsorption cylinder of one of the adsorption cylinders has the same adsorption speed of the first target component and the second objective component, and the equilibrium adsorption amount of the first objective component is the second objective component. Filled with an adsorbent larger than the equilibrium adsorption amount of
The other second adsorption cylinder among the adsorption cylinders is filled with an adsorbent in which the adsorption speed of the first target component is larger than the adsorption speed of the second target component,
Concentrating the first target component in the first adsorption cylinder to form a first product gas;
In the second adsorption cylinder, the second target component is concentrated to form a second product gas,
A method for concentrating methane, wherein the gas discharged from the raw material gas introduction side of the adsorption cylinder in the regeneration step is returned to the raw material gas suction side of the raw material gas compressor.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104436993A (en)*2014-11-272015-03-25煤炭科学技术研究院有限公司Concentration separation method for methane in low-concentration gas

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