JP5033136B2 - 可燃性ガス濃縮システム - Google Patents

Description

本発明は、メタンなどの可燃性ガスを含む原料ガスから当該可燃性ガスが濃縮された製品ガスを生成する可燃性ガス濃縮システムに関する。

例えば炭鉱から採取される炭鉱ガスには可燃性ガスであるメタンに加えて空気成分（主に窒素、酸素、二酸化炭素）が含まれているというように、自然界に存在する可燃性ガスは、当該可燃性ガスに加えて空気成分を含む原料ガスとして採取されることが多い。そして、このような原料ガスを燃料として有効に利用するためには、同原料ガスに含まれる空気成分を除去すると共に、当該原料ガスに含まれる可燃性ガスを濃縮する必要がある。

このように上記炭鉱ガスから空気成分を除去してメタンを濃縮する濃縮装置として、メタンに比べて空気成分を優先的に吸着する天然ゼオライトからなる吸着材を利用した吸着式濃縮装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
また、かかる特許文献１の吸着式濃縮装置は、可燃性ガス以外の空気成分を優先的に吸着する吸着材を内部に充填した吸着塔を備え、吸着塔の内部に比較的高い圧力で炭鉱ガス等の原料ガスを圧入して当該炭鉱ガスに含まれる空気成分を吸着材に優先的に吸着させる吸着処理と、吸着塔の内部を大気圧に減圧して吸着材に吸着されなかった若しくは吸着材から優先的に脱着した可燃性ガスを多く含む濃縮ガスを払い出す脱着処理とを交互に実行するように構成されている。
特開昭５８−１９８５９１号公報

一般的に、可燃性ガス濃度が例えば５ｗｔ％程度以上且つ１５ｗｔ％程度以下の爆発濃度範囲内である場合には、そのガスの取り扱いに十分な注意を要する。
そして、炭鉱ガス等のように空気成分と共に可燃性ガスを含む原料ガスでは、可燃性ガス濃度が上記爆発濃度範囲内又はその近傍の濃度となる虞があり、そのような原料ガスを濃縮装置で濃縮して利用に供することは危険性が高い。
また、可燃性ガス濃度が５ｗｔ％程度未満である原料ガスについても、それを濃縮する過程において、可燃性ガス濃度が上記爆発濃度範囲内又はその近傍の濃度となってしまう可能性が高い。
よって、通常、可燃性ガス濃度が例えば３０ｗｔ％未満の低濃度範囲内であるガスについては、可燃性ガス濃度が爆発濃度範囲内又はその近傍の濃度となる可能性が高いとして、直接利用、輸送、貯蔵しないほうが望ましく、当然、このようなガスを濃縮装置などのガス利用設備で利用しないことが望ましい。よって、従来では、このように可燃性ガス濃度が低濃度範囲内のガスについては、例えば換気装置等を用いて可燃性ガスの濃度を１．５ｗｔ％以下とした後に、そのまま大気に放出するなどして、廃棄処理していた。また、このように可燃性ガス濃度が低濃度範囲内であるガスを大気放出する場合には、何らかの原因で引火・爆発したときに、その火炎が上流側に伝播することを防止するための逆火防止装置などを設置する必要があり、可燃性ガスを利用できない上に設備コストが嵩むといった問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、可燃性ガス濃度が例えば３０ｗｔ％未満の低濃度範囲内であるガスからでも、安全に、当該可燃性ガスが濃縮され燃料として有効利用可能な製品ガスを生成することができる可燃性ガス濃縮システムを提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る可燃性ガス濃縮システムは、可燃性ガスを含む原料ガスから当該可燃性ガスが濃縮された製品ガスを生成する可燃性ガス濃縮システムであって、その特徴構成は、前記製品ガスの少なくとも一部を取り込んで、当該取り込んだ製品ガスに含まれる可燃性ガスを濃縮して高濃度ガスを生成する濃縮手段と、前記濃縮手段で生成された高濃度ガスと前記原料ガスとを取り込んで、当該取り込んだ高濃度ガスと原料ガスとを混合して前記製品ガスを生成する混合手段とを備えた点にある。

上記特徴構成によれば、上記濃縮手段により、比較的高濃度の範囲（例えば４０ｗｔ％程度）の可燃性ガスを含む製品ガスの一部を濃縮して、その製品ガスよりも一層高濃度の範囲内（例えば６０ｗｔ％程度）の可燃性ガスを含む高濃度ガスを生成することができる。
そして、上記混合手段により、可燃性ガス濃度が例えば３０ｗｔ％未満の低濃度範囲内である原料ガスに対して、上記濃縮手段で生成した高濃度ガスを混合することで、可燃性ガス濃度が高濃度ガスよりも低いものの原料ガスよりも高い範囲内（例えば４０ｗｔ％程度）の製品ガスを得ることができる。
従って、本発明に係る可燃性ガス濃縮システムによれば、可燃性ガス濃度が例えば３０ｗｔ％未満の低濃度範囲内である原料ガスをその濃縮過程において直接上記濃縮手段などのガス利用設備に供給することがなく、安全に、当該可燃性ガスが濃縮され燃料として有効利用可能な製品ガスを生成することができる。

本発明に係る可燃性ガス濃縮システムの更なる特徴構成は、前記濃縮手段が、前記可燃性ガスを優先的に吸着する吸着材を内部に充填した吸着塔を備え、前記吸着塔の内部に前記製品ガスを通過させる吸着処理と、前記吸着塔の内部から前記吸着処理時よりも低い圧力で前記高濃度ガスを払い出す脱着処理とを交互に実行するように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、上記吸着処理を実行すると、例えば大気圧程度とされた吸着塔の内部において、通過する当該製品ガスに含まれる可燃性ガスが吸着材に吸着され、残部の排ガスが外部に放出されることになる。ここで、吸着塔の内部から外部に放出される排ガスは、吸着材に吸着されなかった可燃性ガスが僅かに残る可能性があるが、その濃度は爆発濃度範囲よりも下回るものであるので、安全に処理することができる。
次に、上記吸着処理の後に上記脱着処理を実行すると、ガスを吸引することにより上記吸着処理時よりも低い圧力に減圧された吸着塔の内部において、吸着材から可燃性ガスが脱着され、その可燃性ガスを含むガスが上記高濃度ガスとして払い出されることになる。ここで、吸着塔の内部から払い出される高濃度ガスは、吸着材から脱着した可燃性ガスを多く含むので、その濃度は爆発濃度範囲よりも上回り、安全に処理することができる。
また、このような濃縮手段では、例えば上記吸着処理において、吸着塔の内部に供給されるガスにおける可燃性ガス濃度が例えば５％程度未満と低い場合には、その可燃性ガスが吸着材に吸着されにくくなって、濃縮後に得られる高濃度ガスの可燃性ガス濃度が爆発濃度範囲内又はその近傍の濃度となる可能性がある。しかしながら、本発明における可燃性ガス濃縮システムにおいて、上記濃縮手段には、可燃性ガスが比較的高濃度の製品ガスが供給されるので、吸着材にできるだけ多くの可燃性ガスを吸着させることができ、濃縮後に得られる高濃度ガスの可燃性ガス濃度を爆発濃度範囲に対して十分に高いものとすることができる。
また、このような濃縮手段では、製品ガス、排ガス、高濃度ガスを加圧することがないので、当該ガスの爆発の危険性を一層抑制することができ、更に、加圧のためのエネルギ消費が節約できる。

本発明に係る可燃性ガス濃縮システムの更なる特徴構成は、前記可燃性ガスがメタンである点にある。

上記特徴構成によれば、可燃性ガスとしてメタンを含む炭鉱ガス等の原料ガスから、安全に当該メタンが濃縮された製品ガスを生成するメタン濃縮システムとして構成することができる。

本発明に係る可燃性ガス濃縮システムの更なる特徴構成は、前記製品ガスを貯留する貯留部を備え、前記濃縮手段が前記貯留部から前記製品ガスを取り込むように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、貯留部には常に製品ガスが貯留しておくことができるので、運転開始直後などのように、上記混合手段では製品ガスが未だ生成されない状態であったとしても、その貯留部に既に貯留されている製品ガスを上記濃縮手段により濃縮して高濃度ガスを生成し、それを混合手段において原料ガスに混合して、製品ガスの生成を開始することができる。

本発明に係る可燃性ガス濃縮システムの更なる特徴構成は、前記混合手段の下流側に当該混合手段側から前記製品ガスを吸引する吸引手段を備えた点にある。

上記特徴構成によれば、上記混合手段の下流側に上記吸引手段を設けることで、その吸引力により、原料ガス及び高濃度ガスの両方を上記混合手段に供給することができ、それらのガスを供給するためのポンプを別途設ける必要がない。

本発明に係る可燃性ガス濃縮システムの更なる特徴構成は、前記混合手段への前記高濃度ガスの供給量を調整して、前記混合手段で生成される前記製品ガスの可燃性ガス濃度を許容濃度以上に設定する濃度設定手段を備えた点にある。

上記特徴構成によれば、上記混合手段へ供給される原料ガスの可燃性ガス濃度や供給量が変動した場合でも、上記濃度設定手段により、上記混合手段への高濃度ガスの供給量を調整して、前記製品ガスの可燃性ガス濃度を許容濃度以上（例えば３０ｗｔ％以上）に維持することができる。

は、可燃性ガス濃縮システムの概略構成図であり、 は、濃度設定手段の別の形態を示す部分図であり、 は、濃縮装置の処理状態を示す概略構成図である。

本発明に係る可燃性ガス濃縮システムの実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１に示す可燃性ガス濃縮システム１００は、可燃性ガスとしてメタンを含む炭鉱ガス等の原料ガスＩＧから、当該メタンが濃縮された製品ガスＰＧを生成するメタン濃縮システムとして構成されている。
そして、このメタン濃縮システムは、製品ガスＰＧの少なくとも一部を配管８を介して取り込んで、当該取り込んだ製品ガスＰＧに含まれるメタンを濃縮して高濃度ガスＣＧを生成する濃縮装置１０（濃縮手段の一例）と、その濃縮装置１０で生成された高濃度ガスＣＧを配管９を介して取り込むと共に、原料ガスＩＧを配管１を介して取り込んで、当該取り込んだ高濃度ガスＣＧと原料ガスＩＧとを混合して製品ガスＰＧを生成するミキサ２（混合手段の一例）とを備えて構成されている。

更に、製品ガスＰＧを貯留するガスタンク５（貯留部の一例）が設けられており、上記濃縮装置１０が当該ガスタンク５の流出部５ｂから上記配管８を介して製品ガスＰＧを取り込むように構成されている。
よって、上記ミキサ２で生成された製品ガスＰＧは、後述する吸引ポンプ３及び配管４を介して流入部５ａからガスタンク５に流入して一時的に貯留され、その貯留されている製品ガスＰＧが必要に応じて流出部５ｂから流出し、上述したように配管８を介して上記濃縮装置１０に供給されたり、配管６を介して当該製品ガスＰＧを消費するガスエンジンやボイラなどのガス利用設備７に供給されたりすることになる。

また、上記ミキサ２の下流側の配管４には、当該ミキサ２側から製品ガスＰＧを吸引する吸引ポンプ３（吸引手段の一例）が設けられている。
従って、吸引ポンプ３の吸引力により、ミキサ２に対して、配管１から原料ガスＩＧが供給されると共に、配管９から高濃度ガスＣＧが供給されることになるので、それらのガスを個別に供給するためのポンプが省略されている。

そして、このように構成されたメタン濃縮システムでは、原料ガスＩＧにおけるメタン濃度が例えば爆発濃度範囲の上限値よりも若干高め（例えば３０ｗｔ％）に設定される許容濃度未満である場合においても、その原料ガスＩＧから当該メタンが濃縮された製品ガスＰＧを得る濃縮過程において、メタン濃度が上記爆発濃度範囲内又はその近傍の濃度となることを回避することができ、安全に燃料として有効利用可能な製品ガスＰＧを得ることができる。

例えば、メタン濃度が２０ｗｔ％であり流量が３０ｍ³／ｍｉｎの原料ガスＩＧを濃縮して、メタン濃度が４０ｗｔ％の製品ガスＰＧを得る場合を想定すると、上記濃縮過程において発現する各種ガスのメタン濃度及び流量、具体的には、配管１での原料ガスＩＧ、配管４での製品ガスＰＧ、配管８での製品ガスＰＧ、配管９での高濃度ガスＣＧ、及び、配管６での製品ガスＰＧの夫々のメタン濃度及び流量は、例えば、下記の表１及び表２に示すようになると考えられる。
尚、表１は、濃縮装置１０が、メタン濃度が４０ｗｔ％で流量が４５ｍ³／ｍｉｎの製品ガスＰＧを濃縮して、メタン濃度が６０ｗｔ％で流量が３０ｍ³／ｍｉｎの高濃度ガスＣＧを得ることができるもの（実施例１）として計算した結果であり、一方、表２は、濃縮装置１０が、メタン濃度が３０ｗｔ％で流量が２０ｍ³／ｍｉｎの製品ガスＰＧを濃縮して、メタン濃度が６０ｗｔ％で流量が１０ｍ³／ｍｉｎの高濃度ガスＣＧを得ることができるもの（実施例２）として計算した結果である。

つまり、上記実施例１及び２の何れの場合においても、原料ガスＩＧのメタン濃度が許容濃度（３０ｗｔ％）未満の２０ｗｔ％である場合でも、その原料ガスＩＧを直接濃縮装置１０に供給することなく、更に、その濃縮過程において生成される製品ガスＰＧ及び高濃度ガスＣＧのメタンの濃度は、常に爆発濃度範囲内又はその近傍の濃度となることはなく許容濃度以上に維持されることが判る。
ちなみに、メタン濃度が２０ｗｔ％で流量が３０ｍ³／ｍｉｎの原料ガスを直接上記濃縮装置に供給して濃縮する場合（但し、一般的にメタン濃度が３０ｗｔ％未満のガスを濃縮装置等で処理することは安全上認められてなく、処理できない）でも、メタン濃度を５０ｗｔ％程度まで濃縮することができると想定されるが、メタン濃度が爆発濃度範囲になる可能性が高くなるといった問題がある上に、原料ガスのメタン濃度が変動した場合にはその濃縮後のガスのメタン濃度も変動するといった問題がある。

そこで、メタン濃縮システムは、ミキサ２への高濃度ガスＣＧの供給量を調整して、ミキサ２で生成される製品ガスＰＧのメタン濃度を３０ｗｔ％等の許容濃度以上に設定する濃度設定手段２６を備えており、その詳細について以下に説明を加える。

ミキサ２の下流側の配管４には、ミキサ２で生成される製品ガスＰＧのメタン濃度を検出するメタン濃度センサ２１が設けられている。また、ミキサ２の上流側の配管９には、ミキサ２への高濃度ガスＣＧの供給量を調整可能な調整弁２５が設けられている。
更に、上記メタン濃度センサ２１の検出結果が入力され、且つ、上記調整弁２５の開度を制御可能なコンピュータが、所定のプログラムを実行することにより、製品ガスＰＧのメタン濃度に基づいて高濃度ガスＣＧの供給量を制御する濃度設定手段２６として機能するように構成されている。
そして、この濃度設定手段２６は、メタン濃度センサ２１で検出された製品ガスＰＧのメタン濃度が上記許容濃度未満となった場合には、上記調整弁２５の開度を拡大してミキサ２への高濃度ガスＣＧの供給量を増加させることで、同製品ガスＰＧのメタン濃度の上昇を図り、逆に、メタン濃度センサ２１で検出された製品ガスＰＧのメタン濃度が上記許容濃度を大幅に越える上限界濃度以上になった場合には、上記調整弁２５の開度を縮小してミキサ２への高濃度ガスＣＧの供給量を減少させることで、同製品ガスＰＧのメタン濃度の低下を図るように構成されている。
よって、上記ミキサ２へ供給される原料ガスＩＧのメタン濃度や供給量が変動した場合でも、ミキサ２で生成される製品ガスＰＧのメタン濃度が許容濃度以上で且つ安定したものとなる。また、常に一定の濃度の製品ガスＰＧを製造することができるため、ガス利用設備の運転安定性を確保することができる。

尚、上記濃度設定手段２６については、図２に示す濃度設定手段２６’等のように適宜改変しても構わない。
即ち、図２において、ミキサ２の上流側の配管１には、ミキサ２に供給される原料ガスＩＧのメタン濃度を検出するメタン濃度センサ２２と、ミキサ２への原料ガスＩＧの供給量を検出する流量センサ２３とが設けられている。
更に、上記メタン濃度センサ２２及び流量センサ２３の検出結果が入力され、且つ、上記調整弁２５の開度を制御可能なコンピュータが、所定のプログラムを実行することにより、原料ガスＩＧのメタン濃度及び供給量に基づいて高濃度ガスＣＧの供給量を制御する濃度設定手段２６’として機能するように構成されている。
そして、この濃度設定手段２６’は、メタン濃度センサ２２で検出された原料ガスＩＧのメタン濃度と流量センサ２３で検出された原料ガスＩＧの供給量とから、ミキサ２において生成される製品ガスＰＧのメタン濃度が許容濃度以上で且つ安定したものとなるためにミキサ２に供給するべき高濃度ガスＣＧの供給量を計算し、実際のミキサ２への高濃度ガスＣＧの供給量が当該決定した供給量となるように、上記調整弁２５の開度を調整するように構成されている。

上記濃縮装置１０の構成としては、公知のあらゆる構成を採用しても構わないが、安全性と効率との向上を図るべく、後述する吸着式濃縮装置を採用することができる。以下、その濃縮装置１０の詳細構成について、図３に基づいて説明を加える。
この濃縮装置１０は、メタンを優先的に吸着する吸着材１６を内部に充填した吸着塔１１を備え、後述する開閉弁１２，１３，１４やブロア１８及び吸引ポンプ１９の配置やそれを制御するための図示しない制御装置等により、各種開閉弁等を、その吸着塔１１の内部に例えば大気圧程度で製品ガスＰＧを通過させる吸着処理と、その吸着塔１１の内部から吸着処理時よりも低い圧力で高濃度ガスＣＧを払い出す脱着処理とを交互に実行するように構成されている。

尚、本実施形態で説明する濃縮装置１０は、何れも同様の構成を有する２つの吸着塔１１（第１吸着塔１１ａ，第２吸着塔１１ｂ）を並設してなり、詳細については後述するが、一方の吸着塔１１において上記吸着処理を実行している間は他方の吸着塔１１において脱着処理を実行する形態で、上記２つの吸着塔において上記吸着処理及び上記脱着処理を交互に実行するように構成されている。

このような吸着塔１１の内部に充填する吸着材１６としては、メタンを優先的に吸着できるメタン吸着材であれば特に制限されないが、例えば、ＭＰ法による平均細孔直径が４．５〜１５Åで、かつ大気圧および２９８Ｋ下におけるメタン吸着量が２０Ｎｃｃ／ｇ以上である活性炭、ゼオライト、シリカゲルおよび有機金属錯体（フマル酸銅、テレフタル酸銅、シクロヘキサンジカルボン酸銅など）からなる群から選択される少なくとも一つであるメタン吸着材を用いることが望ましい。尚、上記平均細孔直径として好ましくは、４．５〜１０Å、より好ましくは、５〜９．５Åがよく、また、上記メタン吸着量が好ましくは、２５Ｎｃｃ／ｇ以上がよい。例えば、このような活性炭は、椰子殻または椰子殻炭を窒素ガス中において６００℃で完全に炭化した炭化物を粒径１〜３ｍｍの大きさに破砕したものを炭素質材料とし、内径５０ｍｍのバッチ式流動賦活炉を用いて、水蒸気１０〜１５Ｖｏｌ％、二酸化炭素１５〜２０Ｖｏｌ％及び残余が窒素である雰囲気下において、８６０℃で賦活することにより得られる。
このように、吸着材１６として、大気圧及び２９８Ｋ下においてメタンを優先的に吸着できるメタン吸着材を用いることで、当該吸着材１６に大気圧及び２９８Ｋ下でも充分にメタンを吸着させることができる。

すなわち、吸着材１６における大気圧および２９８Ｋ下におけるメタン吸着量が２０Ｎｃｃ／ｇより低いと、低圧（特に大気圧程度）でのメタン吸着性能が低下して、濃縮後の高濃度ガスＣＧのメタン濃度が低下するとともに、吸着性能を維持するには、吸着材１６の増量が必要となり装置が大型化する。なお、上記メタン吸着量の上限は特に制限されないが、現状で得られるメタン吸着材のメタン吸着量は４０Ｎｃｃ／ｇ以下程度である。
また、吸着材１６におけるＭＰ法による平均細孔直径が４．５Åより小さいと、酸素ガス、窒素ガスの吸着量が増え、濃縮後における高濃度ガスＣＧのメタン濃度が低下したり、平均細孔直径がメタン分子径に近くなり吸着速度が遅くなってメタン吸着性能が低下したり、吸着しなくなる。一方、吸着材１６におけるＭＰ法による平均細孔直径が１５Åより大きいと、低圧（特に大気圧程度）でのメタン吸着性能が低下して、濃縮後の高濃度ガスＣＧのメタン濃度が低下すると共に、吸着性能を維持するには、吸着材１６の増量が必要となり装置が大型化する。

更に、上記吸着材１６としては、ＨＫ法による平均細孔直径の１０Å以下の細孔容積が、全細孔容積の５０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上のものを利用することが望ましい。この場合、メタンを優先的に吸着することができる平均細孔直径が１０Å以下である細孔容積が全細孔容積の５０％以上を占めているため、大気圧下（０．１ＭＰａ程度）におけるメタンの吸着可能量を増大させて、大気圧下であっても充分にメタンを吸着することができる。

一方、上記吸着材１６としては、７７Ｋ下での窒素吸着量において、ＨＫ法による１０Åの平均細孔直径に対応する相対圧力比０．０１３下での窒素吸着量が、全細孔容積に対応する相対圧力比０．９９下での窒素吸着量の５０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上のものを利用することが望ましい。ここで、相対圧力比とは、測定温度における飽和蒸気圧に対する相対圧力比を意味する。この場合、相対圧力比０．９９における吸着量は全細孔容積を、相対圧力比０．０１３における吸着量は１０Å以下の細孔容積を示し、それぞれの値の比は上記と同じように１０Å以下の細孔の割合が多いことを示している。その結果として、メタンと空気とが混合された製品ガスＰＧを濃縮する場合も、大気圧付近でのメタンの濃縮を容易にかつ、効率よく行うことができる。

この濃縮装置１０は、配管８からブロア１８を介して製品ガスＰＧを取り込み、また、吸引ポンプ１９を介して高濃度ガスＣＧを配管９に払い出すように構成されている。
更に、吸着塔１１の内部の下方側は、開閉弁１３を介して前述したブロア１８の出口側に接続され、且つ、開閉弁１２を介して前述した吸引ポンプ１９の入口側に接続されている。一方、吸着塔１１の内部の上方側は、開閉弁１４を介して大気圧に開放された配管１７に接続されている。
尚、ガスタンク５から配管８への製品ガスＰＧの供給圧力が十分に高い場合には、上記ブロア１８を適宜省略しても構わない。また、配管９における高濃度ガスＣＧの吸引力が十分に高い場合には、上記吸引ポンプ１９を適宜省略しても構わない。

そして、上記吸着処理を実行するにあたり、図３（ａ）の第１吸着塔１１ａの状態及び図３（ｂ）の第２吸着塔１１ｂの状態に示すように、開閉弁１２を閉状態とすると共に開閉弁１３及び１４を開状態として、配管８からブロア１８を介して吸着塔１１の内部に製品ガスＰＧを取り込み、吸着材１１を通過した後の排ガスを吸着塔１１の内部から配管１７に放出する形態で、吸着塔１１の内部に大気圧程度で製品ガスＰＧを通過させる。即ち、この吸着処理では、製品ガスＰＧに含まれるメタンが上記吸着材１６に吸着され、吸着材１６に吸着されなかった排ガスが配管１７に放出されることになる。
尚、上記配管１７に放出される排ガスＯＧについては、大気に放出しても構わないが、若干のメタンが含まれている可能性があるので、換気装置による希釈処理等の適切な処理を行った後に大気に放出することが望ましい。

上記吸着処理を実行した後に、上記脱着処置を実行するにあたり、図３（ａ）の第２吸着塔１１ｂの状態及び図３（ｂ）の第１吸着塔１１ａの状態に示すように、開閉弁１２を開状態とすると共に開閉弁１３及び１４を閉状態として、吸引ポンプ１９の吸引力が吸着塔１１の内部に伝わることにより、吸着塔１１の内部が上記吸着処理時よりも低い圧力に減圧される。このように減圧された吸着塔１１の内部では吸着材１６からのメタンの脱着が促進されるので、そのメタンを多く含み製品ガスＰＧよりもメタン濃度が高くなったガスが上記高濃度ガスＣＧとして吸引ポンプ１９を介して配管９に払い出されることになる。

そして、この濃縮装置１０は、図３（ａ）に示すように、第１吸着塔１１ａに対しては吸着処理を実行しながら、第２吸着塔１１ｂに対しては脱着処理を実行する第１状態と、図３（ｂ）に示すように、第１吸着塔１１ａに対しては脱着処理を実行しながら、第２吸着塔１１ｂに対しては吸着処理を実行する第２状態とを、交互に切り換える形態で、夫々の吸着塔１１に対して吸着処理と脱着処理とを交互に実行するように構成されており、この構成により、配管９に対して連続的に高濃度ガスＣＧを払い出すことができる。
また、上記第１状態と上記第２状態との切り換えは例えば一定時間毎に行っても構わないが、例えば、上記配管１７に排ガスＯＧのメタン濃度を検出するメタン濃度センサ１５を設け、そのメタン濃度が設定濃度を越えたときに、吸着処置が実行されている吸着塔１１において吸着材１６のメタン吸着性能が限界に達したとして、上記第１状態と上記第２状態とを切り換えるように構成することが望ましい。
また、上記のような吸着式の濃縮装置１０を利用する場合には、吸着材１６の水分による吸着性能の低下を抑制するために、吸着塔１１の内部に供給される製品ガスＰＧの水分を予め除去しておくことが望ましい。

また、本メタン濃縮システムにおいては、上述した濃縮装置１０が故障等の理由で高濃度ガスＣＧを生成不能になった場合においても、メタン濃度が低濃度である原料ガスＩＧを希釈処理後に廃棄するなどして適切に処理するように構成されている。
即ち、図１に示すように、配管４には、ガスを希釈処理後に廃棄するためのガス処理設備３０に通じる配管２９が接続されており、更に、配管４の当該接続部よりも下流側に開閉弁２７が設けられ、一方、配管２９には開閉弁２７が設けられている。
そして、上記濃縮装置１０が正常に高濃度ガスＣＧを生成可能なときには、上記開閉弁２７を開状態とし上記開閉弁２８を閉状態として、ミキサ２で生成された製品ガスＰＧを配管４を通じてガスタンク５に供給することができる。
一方、上記濃縮装置１０が正常に高濃度ガスＣＧを生成不能なときには、上記開閉弁２７を閉状態とし上記開閉弁２８を開状態として、ミキサ２を通過した低濃度の原料ガスＩＧを配管２９を通じてガス処理設備３０に供給し、そこで廃棄処理することができる。

〔別実施形態〕
（１）上記実施の形態では、原料ガスＩＧとして炭鉱ガスを用いることを想定して、可燃性ガスをメタンとしたが、原料ガスとしては可燃性ガスを含むガスであれば特に制限されず、また、可燃性ガスとしては可燃性の気体であれば特に制限されない。そして、可燃性ガスの種類に応じて、濃縮手段としての濃縮装置の構成、例えば吸着材の種類を適宜変更することができる。

（２）上記実施の形態では、製品ガスＰＧの少なくとも一部を取り込んで、当該取り込んだ製品ガスＰＧに含まれる可燃性ガスを濃縮して高濃度ガスＣＧを生成する濃縮手段を、吸着材１６を用いた吸着式の濃縮装置１０として構成したが、当然、別の形式の濃縮装置を採用しても構わない。
また、吸着式の濃縮装置を採用する場合においても、吸着処理と脱着処理とでの吸着塔の内部圧力を適宜変更することができ、例えば、脱着処理において吸着塔の内部を大気圧程度として吸着塔の内部から高濃度ガスを払い出す場合には、吸着処理において吸着塔の内部に大気圧よりも高い圧力で製品ガスを圧送すればよい。

（３）上記実施の形態では、製品ガスを貯留する貯留部としてのガスタンク５を設け、濃縮手段としての濃縮装置１０がそのガスタンク５から製品ガスＰＧを取り込むように構成したが、例えば、濃縮手段が混合手段で生成された製品ガスの少なくとも一部を直接取り込むように構成したり、上記貯留部を無くして、製品ガスを直接ガス利用設備に供給するなどのように、適宜改変しても構わない。

（４）上記実施の形態では、混合手段としてのミキサ２の下流側に当該ミキサ２側から製品ガスＰＧを吸引する吸引手段としての吸引ポンプ３を備えたが、別に、この吸引ポンプの代わりに、原料ガスと高濃度ガスとを混合手段に供給するためのポンプを個別に設けても構わない。

本発明に係る可燃性ガス濃縮システムは、可燃性ガスであるメタンを含む炭鉱ガスのように、可燃性ガス濃度が例えば３０ｗｔ％未満の低濃度範囲内であるガスからでも、安全に、当該可燃性ガスが濃縮され燃料として有効利用可能な製品ガスを生成することができる可燃性ガス濃縮システムとして有効に利用可能である。

Claims (6)

1. 可燃性ガスを含む原料ガスから当該可燃性ガスが濃縮された製品ガスを生成する可燃性ガス濃縮システムであって、
   前記製品ガスの少なくとも一部を取り込んで、当該取り込んだ製品ガスに含まれる可燃性ガスを濃縮して高濃度ガスを生成する濃縮手段と、
   前記濃縮手段で生成された高濃度ガスと前記原料ガスとを取り込んで、当該取り込んだ高濃度ガスと原料ガスとを混合して前記製品ガスを生成する混合手段とを備えた可燃性ガス濃縮システム。
2. 前記濃縮手段が、前記可燃性ガスを優先的に吸着する吸着材を内部に充填した吸着塔を備え、前記吸着塔の内部に前記製品ガスを通過させる吸着処理と、前記吸着塔の内部から前記吸着処理時よりも低い圧力で前記高濃度ガスを払い出す脱着処理とを交互に実行するように構成されている請求項１に記載の可燃性ガス濃縮システム。
3. 前記可燃性ガスがメタンである請求項１又は２に記載の可燃性ガス濃縮システム。
4. 前記製品ガスを貯留する貯留部を備え、前記濃縮手段が前記貯留部から前記製品ガスを取り込むように構成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の可燃性ガス濃縮システム。
5. 前記混合手段の下流側に当該混合手段側から前記製品ガスを吸引する吸引手段を備えた請求項１〜４の何れか一項に記載の可燃性ガス濃縮システム。
6. 前記混合手段への前記高濃度ガスの供給量を調整して、前記混合手段で生成される前記製品ガスの可燃性ガス濃度を許容濃度以上に設定する濃度設定手段を備えた請求項１〜５の何れか一項に記載の可燃性ガス濃縮システム。