专利名称：甲烷气体浓缩装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于从例如在进行有机性废弃物的生物学处理时产生的含有甲烷气体及二氧化碳的消化气体中除去二氧化碳并浓缩甲烷气体的甲烷气体浓缩装置。
本申请对2004年3月19日申请的日本国专利申请第2004-080944号主张优先权，在这里援引其内容。
背景技术：
对在污水处理厂、食品工厂、啤酒制造工厂、家畜的饲养厂等产生的有机性废弃物进行生物学处理时，会产生含有甲烷气体、二氧化碳、硫化氢等的消化气体。
近年来，为了将该消化气体作为能源有效利用，例如研究了涉及在收容了活性炭等吸收剂的贮藏层内，吸附贮藏消化气体的消化气体贮藏方法的技术。
为了实现此种消化气体的有效利用，优选将消化气体中的二氧化碳除去而将甲烷气体浓缩使用。作为用于从消化气体中除去二氧化碳的途径，例如可以举出使消化气体穿过填充了活性炭、沸石、金属氧化物等的二氧化碳吸附剂的吸附塔的方法、使用气体分离膜在真空中脱气的方法、使用多孔质的空心丝来分离的方法等。它们当中，特别是由于可以选择性地除去二氧化碳，并且简洁经济，因此使用多孔质的空心丝的分离方法受到关注。
使用了空心丝的二氧化碳分离装置，将吸收部及脱气部串联或并联地配置，其中，吸收部具有与吸收液接触的空心丝，向该空心丝供给含有甲烷气体及二氧化碳的消化气体，在穿过空心丝后使二氧化碳在吸收液中洗脱；脱气部具有与吸收液接触的空心丝，将吸收液中的二氧化碳穿过空心丝而回收；通过使吸收液在甲烷气体浓缩装置内循环，从消化气体中分离二氧化碳(例如参照专利文献1。)。
另外，作为脱气部，一般已知真空脱气部及汽提脱气部。真空脱气部具有与吸收液接触的空心丝，通过利用真空泵等将该空心丝内减压，来分离吸收液中的二氧化碳。另外，汽提脱气部具有与吸收液接触的空心丝，向该空心丝供给甲烷气体以及二氧化碳以外的气体，将吸收液中的二氧化碳穿过该空心丝而回收。
专利文献1特开2002-363581号公报但是，当采用了真空脱气部时，是通过将空心丝内减压而分离吸收液中的二氧化碳的，会有空心丝内的压力差小、空心丝内的二氧化碳难以流至空心丝的端部的情况，为了将吸收液中的二氧化碳充分地分离，有作为真空脱气部需要多个空心丝模块的问题。
另外，当采用了汽提脱气部时，由于向空心丝供给甲烷气体及二氧化碳以外的气体，利用空心丝内与空心丝外的分压差将二氧化碳分离，因此虽然与采用了真空脱气部的情况相比，容易使二氧化碳流向空心丝端部，然而向空心丝内供给的甲烷气体及二氧化碳以外的气体溶解于吸收液内，溶解的气体在吸收部向消化气体侧放出，由此有阻碍消化气体的甲烷气体浓度上升的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决以上问题，提供可以充分地分离吸收液中的二氧化碳、另外可以防止阻碍消化气体的甲烷气体浓度上升的情况的甲烷气体浓缩装置。
为了解决以上的问题，本发明提供一种甲烷气体浓缩装置，其特征是，具备向多孔质的空心丝内供给含有甲烷气体及二氧化碳的消化气体，使二氧化碳从空心丝向吸收液中溶解的吸收部；使流出了该吸收部的吸收液流入，向多孔质的空心丝供给甲烷气体及二氧化碳以外的气体，将在吸收部中溶解了二氧化碳的吸收液中的二氧化碳穿过空心丝而回收的汽提脱气部；使流出了该汽提脱气部的吸收液流入，通过将多孔质的空心丝内减压，而将吸收液中的二氧化碳及在汽提脱气部中溶解在吸收液中的气体穿过空心丝而回收的真空脱气部。
根据本发明，在吸收部中溶解于吸收液中的二氧化碳基本上在汽提脱气部中被回收。另外，在汽提脱气部中未被回收的二氧化碳及在汽提脱气部中溶解于吸收液中的气体在真空脱气部中被回收。这样，就可以将吸收液中的二氧化碳充分地分离，另外在甲烷气体及二氧化碳以外的气体溶解于吸收液中时，可以防止溶解了的气体在吸收部中流向消化气体侧的情况，可以防止阻碍消化气体的甲烷气体浓度上升的情况。
另外，在本发明中，也可以在汽提脱气部和真空脱气部之间，设置补充吸收液的吸收液补充装置，该吸收液补充装置具备接水槽及向该接水槽补充吸收液的补充部。
根据本发明，通过从吸收液补充装置补充吸收液，可以应对吸收液的蒸发、减少，另外通过从补充部向接水槽补充吸收液时的刺激(例如在使补充部和接水液面分离的状态补充吸收液，使吸收液飞溅)，可以将从汽提脱气部流向吸收液补充装置的吸收液中的二氧化碳放出，可以分离吸收液中的二氧化碳。
另外，在本发明中，可以在汽提脱气部中使用空气作为所供给的气体，并且使用水作为吸收液，具备利用次氯酸将吸收液杀菌的杀菌部。
根据本发明，在杀菌部中，利用次氯酸来防止在吸收液中繁殖微生物的情况，可以防止微生物附着于吸收部或脱气部等而阻碍甲烷浓缩的情况。
另外，本发明中，作为汽提脱气部、真空脱气部、吸收部，使用空心丝模块，该空心丝模块可以具备设置于空心丝模块主体的一个侧部的吸收液流入口及气体流出口；设置于空心丝模块主体的另一侧部的吸收液流出口及气体流入口；在空心丝模块主体内沿着其长度方向设置的、使从气体流入口流入的气体穿过内部而从气体流出口流出的多条空心丝；在空心丝模块主体内沿着其长度方向设置的、使从吸收液流入口流入的吸收液在空心丝模块主体内流出或使流出的吸收液流入的管；设置于空心丝模块主体内，干扰空心丝模块主体内的吸收液的流动，使从管中流出的吸收液沿与空心丝的长度方向垂直的方向流动而与空心丝接触的干扰板。
根据本发明，由于从吸收液流入口流入的吸收液沿与空心丝的长度方向垂直的方向流动而与空心丝接触，因此可以提高吸收部或脱气部的二氧化碳分离效率，可以减少吸收部或脱气部的空心丝模块的数目，可以将吸收部或脱气部小型化、简单化。
根据本发明，在吸收部溶解于吸收液中的二氧化碳基本上在汽提脱气部中被回收。另外，在汽提脱气部未被回收的二氧化碳及在汽提脱气部混入了吸收液中的气体在真空脱气部被回收。由此，可以将吸收液中的二氧化碳充分地分离，另外在甲烷气体及二氧化碳以外的气体混入了吸收液内时，可以防止混入的气体在吸收部流向消化气体侧的情况，可以防止阻碍消化气体的甲烷气体浓度上升的情况。
图1是表示根据本发明的实施方式的甲烷气体浓缩装置的图。
图2是表示根据本发明的实施方式的空心丝模块的图。
图3是表示根据本发明的实施方式的空心丝模块内的吸收液与气体的流动的图。
符号说明1-甲烷气体浓缩装置，2-吸收部，3-汽提脱气部，4-吸收液补充装置，5-真空脱气部，10-接水槽，11-补充部，16-空心丝模块，17-空心丝模块主体，24-空心丝，25-管，27-微细孔，28-干扰板，33-循环机构。
具体实施例方式
下面，将参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1表示根据本发明的实施方式的甲烷气体浓缩装置1。
根据本发明的实施方式的甲烷气体浓缩装置1具备吸收部2、汽提脱气部3、吸收液补充装置4、真空脱气部5、循环机构33。
吸收部2被供给含有甲烷气体及二氧化碳的消化气体，使二氧化碳优先地向吸收液中溶解，提高消化气体中的甲烷气体浓度。吸收部2具备作为吸收部主体的吸收模块29、将作为原料气体的消化气体送入吸收模块29的鼓风机6、将消化气体内的异物过滤除去的过滤器7、消化气体所流过的消化气体管路34。吸收模块29具有与吸收液接触的空心丝，向该空心丝供给含有甲烷气体及二氧化碳的消化气体，使二氧化碳从空心丝向吸收液中溶解，将甲烷气体浓缩、提纯而取出。
关于吸收模块29的具体的构成、吸收模块29的动作将在后面叙述。
汽提脱气部3将流出了吸收部2的吸收液流入，被供给甲烷气体及二氧化碳以外的气体，回收吸收液中的二氧化碳。汽提脱气部3具备作为汽提脱气部主体的汽提模块30、向汽提模块30送入甲烷气体及二氧化碳以外的气体的鼓风机8、将气体内的异物过滤除去的过滤器9、甲烷气体及二氧化碳以外的气体所流过的气体管路35。汽提模块30具有与吸收液接触的空心丝，向该空心丝供给甲烷气体及二氧化碳以外的气体，将吸收液中的二氧化碳穿过该空心丝而回收。
关于汽提模块30的具体的构成、汽提模块30的动作将在后面叙述。
吸收液补充装置4是补充吸收液的装置。吸收液补充装置4具备接水槽10、向该接水槽10补充吸收液的补充部11、从所补充的吸收液中除去异物的过滤器12。
真空脱气部5是如下的部分，即，流出了汽提脱气部3的吸收液借助利用吸收液补充装置4进行的对吸收液的补充而流入，将吸收液中的二氧化碳及在汽提脱气部3中混入了吸收液中的气体减压而回收，而不是向空心丝内吹入气体的。真空脱气部5具备真空脱气模块31；将真空脱气模块31的空心丝内减压的真空泵13；在真空脱气模块31中将在汽提脱气部3中未被回收的二氧化碳及在汽提脱气部3中溶解于吸收液中的气体回收后，将这些气体排出(向大气中的排放或向处理设备的输送)的排气管路36。
对于真空脱气模块31的具体的构成、真空脱气模块31的动作将在后面叙述。
循环机构33具备泵14及配管32。泵14将在吸收液补充装置4补充的吸收液经过过滤器15向真空脱气部5中送入。
配管32是将由泵14送出的吸收液以真空脱气部5、吸收部2、汽提脱气部3、吸收液补充装置4、真空脱气部5、吸收部2…的顺序循环的管路。
为了防止微生物在吸收液内繁殖，产生吸收液所循环的配管32或各模块内的堵塞，在吸收液的循环路径的某处，设有杀菌部(未图示)。通过该杀菌部进行的杀菌特别是在吸收液为水、向汽提脱气部3中送入的气体为空气的情况下，利用次氯酸的杀菌是有效的。作为所使用的药剂，可以采用次氯酸钠、次氯酸钙、氯化三聚异氰酸。其中，优选采用氯化三聚异氰酸。残留氯浓度(吸收液中的浓度)优选0.1～2.0ppm。该浓度为高浓度的话，则杀菌效果高，然而高浓度的情况，有可能会使空心丝模块的材质老化。
作为在甲烷气体浓缩装置1所使用的原料气体，可以使用包含甲烷气体和二氧化碳的各种气体，作为典型的例子，可以使用在有机性废弃物的生物学处理时产生的消化气体。该种消化气体除了甲烷气体和二氧化碳以外，还含有氮、硫化氢等的气体成分，它们当中的硫化氢优选利用脱硫塔(未图示)预先除去。作为用于除去消化气体中的硫化氢的途径，有干式脱硫法和湿式脱硫法。在干式脱硫法中多使用成形脱硫剂式。成形脱硫剂式是将用铁粉、粘土等制成颗粒状而形成的成形脱硫剂填充于脱硫塔内，使之与消化气体接触的方式，对取出后的使用完的脱硫剂进行处置。在湿式脱硫法中，有水清洗式、碱清洗式及药液再生式。其中，对于水清洗式来说，在污水处理的情况下，是使污水处理水与消化气体对流接触的方式，在其他的处理厂的情况下，是使井水、工业用水或自来水与消化气体对流接触的方式。对于脱硫时的温度及压力，可以是消化气体产生时的状态，没有特别的限制。
作为在甲烷气体浓缩装置1所使用的吸收液，可以使用工业用水、污水处理水、离子交换水等的水、NaOH、KOH等的无机碱性水溶液或有机碱性水溶液。在本发明的实施方式中，由于循环使用吸收液，因此可以减少吸收液的使用量。
下面，参照图2、3，对作为吸收模块29、汽提模块30及真空脱气模块31使用的空心丝模块16的具体的构造进行说明。
空心丝模块16具备空心丝模块主体17、吸收液流入口(未图示)及吸收液流出口(未图示)、气体流入口(未图示)及气体流出口(未图示)、多条空心丝24、管25、干扰板(妨碍吸收液的直进的板)28。
空心丝模块主体17优选圆筒状。吸收液流入口及气体流出口被设于空心丝模块主体17的一个侧部。吸收液流出口及气体流入口被设于空心丝模块主体17的另一侧部。空心丝24以多条集束的状态，在空心丝模块主体17内沿着其长度方向设置。管25优选位于空心丝模块主体17内的中心部。一端成为吸收液流入口19，另一端成为吸收液流出口21。管25的圆周部为了使吸收液放散而形成有多个孔(未图示)。干扰板28被设于空心丝模块主体17内的长度方向的中央部，与空心丝模块主体17的内圆周面拉开间隔，干扰吸收液的流动，使吸收液与空心丝垂直地接触。
从气体流入口流入的气体穿过空心丝模块主体17内的多条空心丝24内，从气体流出口流出。
吸收液在从管25中流出时及流入管25时，沿与空心丝24的长度方向大致垂直的方向流动而与空心丝24接触。作为空心丝24，可以使用由疏水性合成树脂制成的多孔质的空心丝，吸收液不进入空心丝24内。
由于通过使吸收液沿与空心丝24的长度方向垂直的方向流动而与空心丝24接触，与以对流方向处理的情况相比，可以使吸收液的流动均匀化，因此可以提高二氧化碳的除去效率，在浓缩一定量的气体的甲烷时所必需的空心丝模块16的条数可以少，从而可以实现甲烷浓缩装置的简单化、小型化。
这里，在将空心丝模块16作为吸收模块29使用的情况下，在空心丝模块主体17内存在有吸收液的状态下，当空心丝24内流过消化气体时，由于二氧化碳与其他的气体成分相比向水中的溶解度高，因此二氧化碳与其他的气体成分相比，就会大量地穿过空心丝24的微细孔27而向吸收液中扩散、溶解。
另外，在将空心丝模块16作为汽提模块30使用的情况下，在空心丝模块主体17内存在有吸收液的状态下，当空心丝24内流过甲烷气体及二氧化碳以外的气体时，利用空心丝24内与空心丝24外的分压差，吸收液中的二氧化碳就会穿过空心丝24的微细孔27，进入空心丝24内。由此，可以将吸收液中的二氧化碳穿过空心丝24而回收。
另外，在将空心丝模块16作为真空脱气模块31使用的情况下，在空心丝模块主体17内存在有吸收液的状态下，将空心丝24内减压。由此，吸收液中的二氧化碳及在汽提脱气部中溶解于吸收液中的气体就会进入空心丝24内。这样，就可以将在汽提脱气部中未被回收的吸收液中的二氧化碳及在汽提脱气部中溶解于吸收液中的气体穿过空心丝24而回收。
下面，对根据本发明的实施方式的甲烷气体浓缩装置1的动作进行说明。
作为原料气体的消化气体经过过滤器7，流入吸收部2，另外，吸收液也流入吸收部2。消化气体中的二氧化碳穿过空心丝24的微细孔27而向吸收液中扩散、溶解，消化气体中的甲烷气体被浓缩，作为提纯气体取出。溶解了二氧化碳的吸收液穿过配管32，被送入汽提脱气部3。另外，甲烷气体、二氧化碳以外的气体通过鼓风机8经过过滤器9也被送入汽提脱气部3。这样，吸收液中的二氧化碳在穿过空心丝24的微细孔27而被收入空心丝24内后被排出。
从汽提脱气部3流出的吸收液，在含有在汽提脱气部3中未被收入的二氧化碳及在汽提脱气部中溶解的气体的状态下，穿过配管32而流入吸收液补充装置4的接水槽10。从吸收液补充装置4补充吸收液。另外，通过从补充部11向接水槽10补充吸收液时的刺激(例如在将补充部11和接水槽10分离的状态下补充吸收液，使吸收液飞溅)，可以将吸收液中的二氧化碳或在汽提脱气部3中溶解了的气体的一部分放出。
从吸收液补充装置4出来的吸收液穿过配管32，被泵14压出，经过过滤器15而流入真空脱气部5。在真空脱气部5，通过用真空泵13将空心丝24内减压，使吸收液中的二氧化碳以及在汽提脱气部3中溶解于吸收液中的气体穿过空心丝24的微细孔27被收入空心丝24内后被排出。
从真空脱气部5中流出的吸收液再次流入吸收部2。
如上所述，吸收液在甲烷气体浓缩装置1内循环。
以上虽然对本发明的优选的实施方式进行了说明，然而本发明并不限定于这些实施方式，可以广泛地应用。在不脱离本发明的宗旨的范围内，可以进行构成的附加、省略、置换及其他的变更。本发明并不受前面所述的说明限定，而仅由附加的权利要求的范围限定。
产业上利用的可能性为了将对有机性废弃物等进行生物学处理时产生的消化气体作为能源有效地利用，另外，为了将作为氢制造、高功能碳材料制造等所使用的化学工业原料有效地利用，可以优选使用本发明。
权利要求
1.一种甲烷气体浓缩装置，其特征是，具备向多孔质的空心丝内供给含有甲烷气体及二氧化碳的消化气体，使二氧化碳从空心丝向吸收液中溶解的吸收部；使流出了该吸收部的吸收液流入，向多孔质的空心丝内供给甲烷气体和二氧化碳以外的气体，将在吸收部中溶解了二氧化碳的吸收液中的二氧化碳穿过空心丝而回收的汽提脱气部；使流出了该汽提脱气部的吸收液流入，通过将多孔质的空心丝内减压，而将吸收液中的二氧化碳及在汽提脱气部中混入了吸收液中的气体穿过空心丝而回收的真空脱气部。
2.根据权利要求1所述的甲烷气体浓缩装置，其特征是，在所述汽提脱气部和所述真空脱气部之间，设置补充吸收液的吸收液补充装置，该吸收液补充装置具备接水槽及向该接水槽补充吸收液的补充部。
3.根据权利要求1或2所述的甲烷气体浓缩装置，其特征是，在所述汽提脱气部使用空气作为所供给的气体，并且使用水作为吸收液，具备利用次氯酸将吸收液杀菌的杀菌部。
4.根据权利要求1所述的甲烷气体浓缩装置，其特征是，使用空心丝模块作为所述汽提脱气部、所述真空脱气部、所述吸收部，该空心丝模块具备设置于空心丝模块主体的一个侧部的吸收液流入口及气体流出口；设置于空心丝模块主体的另一侧部的吸收液流出口及气体流入口；在空心丝模块主体内沿着其长度方向设置，使从气体流入口流入的气体穿过内部而从气体流出口流出的多条空心丝；在空心丝模块主体内沿着其长度方向设置，使从吸收液流入口流入的吸收液在空心丝模块主体内流出或使流出的吸收液流入的管；设置于空心丝模块主体内，干扰空心丝模块主体内的吸收液的流动，使从管中流出的吸收液沿与空心丝的长度方向垂直的方向流动而与空心丝接触的干扰板。
全文摘要
本发明提供一种甲烷气体浓缩装置，其特征是，具备向多孔质的空心丝内供给含有甲烷气体及二氧化碳的消化气体，使二氧化碳从空心丝向吸收液中溶解的吸收部；使流出了该吸收部的吸收液流入，向多孔质的空心丝内供给甲烷气体和二氧化碳以外的气体，将在吸收部中溶解了二氧化碳的吸收液中的二氧化碳穿过空心丝而回收的汽提脱气部；使流出了该汽提脱气部的吸收液流入，通过将多孔质的空心丝内减压，而将吸收液中的二氧化碳及在汽提脱气部中混入了吸收液中的气体穿过空心丝而回收的真空脱气部。
文档编号B01D19/00GK1938074SQ20058000726
公开日2007年3月28日 申请日期2005年3月17日 优先权日2004年3月19日
发明者森孝志, 山本博英, 三宅晴男, 泽原大道 申请人:月岛机械株式会社