JP5451422B2

JP5451422B2 - Combustible gas concentrator

Info

Publication number: JP5451422B2
Application number: JP2010014532A
Authority: JP
Inventors: 高久夘瀧; 肇森岡; 保小谷
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2030-01-26
Also published as: JP2011153182A; UA109426C2

Description

本発明は、可燃性ガスおよび空気を含有する原料ガスを吸着塔に供給して、可燃性ガスを吸着させ、濃縮する可燃性ガス濃縮装置に関する。 The present invention relates to a combustible gas concentrator that supplies a raw material gas containing a combustible gas and air to an adsorption tower to adsorb and concentrate the combustible gas.

可燃性ガスを有効に利用する場合には、可燃性ガスが含まれる原料ガスから空気などのガスを分離して、適当な範囲にまで可燃性ガスを濃縮する必要がある。このような可燃性ガスを濃縮する装置や方法は種々提案されているが、例えば特許文献１では、可燃性ガスとしてのメタンガスを含有する炭鉱から発生するガス（いわゆる炭鉱ガス）を原料ガスとして、この原料ガスから吸着材を用いて空気（主に窒素、酸素、二酸化炭素が含まれる）を分離し、メタンガスを濃縮して利用する発明が提案されている。 In order to effectively use the combustible gas, it is necessary to separate the gas such as air from the raw material gas containing the combustible gas and concentrate the combustible gas to an appropriate range. Various devices and methods for concentrating such a combustible gas have been proposed. For example, in Patent Document 1, a gas generated from a coal mine containing methane gas as a combustible gas (so-called coal mine gas) is used as a raw material gas. There has been proposed an invention in which air (mainly containing nitrogen, oxygen, and carbon dioxide) is separated from this raw material gas using an adsorbent, and methane gas is concentrated and used.

すなわち、上記特許文献１では、窒素に比べてメタンガスの吸着速度が非常に遅い天然ゼオライトを吸着材として用いて（換言すると、メタンガスに対して窒素、酸素、二酸化炭素を優先的に吸着する吸着材を用いて）、当該吸着材が充填された吸着塔に炭鉱ガスを圧縮機等により所定圧になるまで導入して、炭鉱ガスに含まれる酸素、窒素、二酸化炭素を先に吸着塔の手前部（下部）に吸着させ、吸着塔の奥部（上部）に吸着速度の遅いメタンガスを吸着させて、さらに当該メタンガスを吸着塔の上部から大気圧になるまで放出して、メタンガスを濃縮する装置および方法の発明が提案されている。
これにより、原料ガスとしての炭鉱ガスから、吸着材を用いて空気を分離し、メタンガスを濃縮して、当該濃縮されたメタンガスを燃料等として利用することができるものとされている。 That is, in the above-mentioned Patent Document 1, natural zeolite, which has a very slow adsorption rate of methane gas compared to nitrogen, is used as an adsorbent (in other words, an adsorbent that preferentially adsorbs nitrogen, oxygen, and carbon dioxide to methane gas). ), The coal mine gas is introduced into the adsorption tower filled with the adsorbent by a compressor or the like until a predetermined pressure is reached, and oxygen, nitrogen, and carbon dioxide contained in the coal mine gas are first introduced to the front of the adsorption tower. An apparatus for concentrating methane gas by adsorbing to the (lower part), adsorbing methane gas having a slow adsorption rate to the inner part (upper part) of the adsorption tower, and further releasing the methane gas from the upper part of the adsorption tower to atmospheric pressure; A method invention has been proposed.
Thereby, it is supposed that air can be separated from the coal mine gas as the raw material gas using an adsorbent, the methane gas can be concentrated, and the concentrated methane gas can be used as a fuel or the like.

特開昭５８−１９８５９１号公報JP-A-58-198591

つまり、炭鉱ガスを濃縮するための構成としては、
可燃性ガスを吸着する吸着材を充填した吸着塔を設け、
前記吸着塔に可燃性ガスおよび空気を含有する原料ガスを供給路を通じて供給するとともに、前記原料ガスのうち前記吸着材に吸着されなかった排ガスを放出路を通じて前記吸着塔の外部に放出する供給放出手段を設け、
前記吸着塔内を大気圧よりも減圧して前記吸着材に吸着された可燃性ガスを脱着させ、収集路を通じて収集する収集手段を設け、
前記供給放出手段により前記吸着塔へ前記原料ガスを供給するとともに、前記吸着塔から前記排ガスを放出する可燃性ガス吸着工程と、
前記収集手段により脱着される前記可燃性ガスを収集する可燃性ガス脱着工程とを
順次実行させる制御手段を設けた構成が想定される。 In other words, as a configuration for concentrating coal mine gas,
An adsorption tower filled with an adsorbent that adsorbs flammable gas is provided.
Supply and discharge for supplying a raw material gas containing a combustible gas and air to the adsorption tower through a supply path, and discharging an exhaust gas not adsorbed by the adsorbent in the raw material gas to the outside of the adsorption tower through a discharge path. Providing means,
Decompressing the inside of the adsorption tower from atmospheric pressure to desorb the combustible gas adsorbed on the adsorbent, and provide a collection means for collecting through the collection path,
While supplying the raw material gas to the adsorption tower by the supply and release means, a combustible gas adsorption step of releasing the exhaust gas from the adsorption tower;
The structure which provided the control means to perform sequentially the combustible gas desorption process which collects the said combustible gas desorbed by the said collection means is assumed.

このような構成において、前記吸着塔に原料ガスを導入すると、前記原料ガスは、前記吸着材と接触し、前記原料ガス中に含まれる可燃性ガスが吸着される。ここで、原料ガス中で、吸着されなかった成分は、そのまま排ガスとして放出路を通じて前記吸着塔の外部に放出される。その結果、前記吸着塔内には、原料ガス中の可燃性ガスのみが濃縮されることになる（吸着工程）。 In such a configuration, when the raw material gas is introduced into the adsorption tower, the raw material gas comes into contact with the adsorbent, and the combustible gas contained in the raw material gas is adsorbed. Here, the components that have not been adsorbed in the raw material gas are discharged as they are as exhaust gas to the outside of the adsorption tower through the discharge path. As a result, only the combustible gas in the raw material gas is concentrated in the adsorption tower (adsorption process).

前記吸着材には、可燃性ガスを吸着する吸着限界に達すると、前記吸着材が破過して、排ガス中に可燃性ガスが排出され始める。そこで、排ガス中に可燃性ガスがそのまま排出され始める前に原料ガスの供給を停止し、逆に、吸着塔を減圧して吸着塔から可燃性ガスを排出する。ここで排出された可燃性ガスは、収集路を通じて収集される。ここで収集される可燃性ガスは、前記吸着塔で選択的に吸着されたものであるから、原料ガス中の濃度より濃く濃縮されたものとなっている（脱着工程）。 When the adsorbent reaches the adsorption limit for adsorbing the combustible gas, the adsorbent breaks through and the combustible gas begins to be discharged into the exhaust gas. Therefore, the supply of the raw material gas is stopped before the combustible gas starts to be discharged into the exhaust gas, and conversely, the adsorption tower is decompressed to discharge the combustible gas from the adsorption tower. The combustible gas discharged | emitted here is collected through a collection channel. Since the combustible gas collected here is selectively adsorbed by the adsorption tower, it is concentrated more concentrated than the concentration in the raw material gas (desorption process).

前記吸着工程・脱着工程を順次繰り返すと、濃縮された可燃性ガスが順次収集路を介して収集されることになる。 When the adsorption step and the desorption step are sequentially repeated, the concentrated combustible gas is sequentially collected through the collection path.

ところで、上述の前記吸着工程・脱着工程を順次繰り返すための制御手段は、吸着工程の完了時点を、前記吸着工程のはじめから所定の吸着時間経過した時点あるいは、吸着工程における排ガス中の可燃性ガス濃度が所定濃度に達した時点を吸着完了時点とすることが考えられている。 By the way, the control means for sequentially repeating the adsorption step and the desorption step described above is that the completion point of the adsorption step is the time when a predetermined adsorption time has elapsed from the beginning of the adsorption step or the combustible gas in the exhaust gas in the adsorption step. It is considered that the time when the concentration reaches a predetermined concentration is set as the adsorption completion time.

しかし、このように吸着工程の完了時点を判断すると、前記原料ガス中の可燃性ガス濃度が変動したような場合には、各工程の切替えを効率的に行うことが出来ないという問題があった。 However, judging the completion point of the adsorption step in this way, there is a problem that switching of each step cannot be performed efficiently when the concentration of the combustible gas in the raw material gas varies. .

例えば、吸着時間の経過により吸着完了時点を判断すると、原料ガス中の可燃性ガス濃度が、想定される濃度より低かった場合に、吸着塔の吸着材がまだ破過に達していないのに吸着工程を完了させてしまうことになり、逆に可燃性ガス濃度が高かった場合に、排ガス中に大量の可燃性ガスを排出させ、ロスしてしまうことになる。また、排ガス中の可燃性ガス濃度で吸着完了時点を判断することにすると、予想される吸着完了時点と実際の吸着完了時点がおおきく異なってしまい、排ガス中の可燃性ガス濃度を必要以上に長期間モニタする必要があったり、モニタし始めたときには、すでに可燃性ガス濃度が高く、適切に吸着工程の完了時点を決める可燃性ガス濃度を検知できなかったりするのである。 For example, when the adsorption completion time is judged by the elapse of the adsorption time, if the combustible gas concentration in the raw material gas is lower than the assumed concentration, the adsorption material of the adsorption tower has not yet reached breakthrough. The process will be completed, and conversely, when the combustible gas concentration is high, a large amount of combustible gas is discharged into the exhaust gas and lost. In addition, if the adsorption completion time is determined based on the combustible gas concentration in the exhaust gas, the expected adsorption completion time and the actual adsorption completion time are greatly different, and the combustible gas concentration in the exhaust gas is longer than necessary. When it is necessary to monitor the period, or when monitoring is started, the combustible gas concentration is already high, and the combustible gas concentration that appropriately determines the completion point of the adsorption process cannot be detected.

このような状況を防ぐためには、通常、吸着完了を余裕を持って判断するよう設定し、運転を行うことになるのであるが、余裕を持って判断することにすると、安全側で運転することになるため、原料ガスの濃縮度があまり上がらなかったり、原料ロスが大きかったり、濃縮装置全体としての運転効率が低下したりする問題があり、省エネルギー、地球温暖化等の環境問題の観点からも改善が望まれている。 In order to prevent such a situation, it is usually set so that the completion of adsorption is judged with a margin, and the operation is performed, but if it is judged with a margin, it is necessary to drive on the safe side. Therefore, there is a problem that the concentration of the raw material gas does not increase so much, the raw material loss is large, the operation efficiency of the concentrator as a whole decreases, and from the viewpoint of environmental problems such as energy saving and global warming. Improvement is desired.

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、可燃性ガスを濃縮する際に、原料ガスの成分組成に変動があったとしても、原料ロスを最小限に抑え、効率的に可燃性ガスを高濃度に濃縮することができる技術を提供する点にある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to minimize raw material loss even when there is a variation in the composition of the raw material gas when concentrating the combustible gas, The object is to provide a technique capable of efficiently concentrating combustible gas to a high concentration.

〔構成〕
上記目的を達成するための本発明の特徴構成は、
可燃性ガスを吸着する吸着材を充填した吸着塔を設け、
前記吸着塔に可燃性ガスおよび空気を含有する原料ガスを供給路を通じて供給するとともに、前記原料ガスのうち前記吸着材に吸着されなかった排ガスを放出路を通じて前記吸着塔の外部に放出する供給放出手段を設け、
前記吸着塔内を大気圧よりも減圧して前記吸着材に吸着された可燃性ガスを脱着させ、収集路を通じて収集する収集手段を設け、
前記供給放出手段により前記吸着塔へ前記原料ガスを供給するとともに、前記吸着塔から前記排ガスを放出する可燃性ガス吸着工程と
前記収集手段により脱着される前記可燃性ガスを収集する可燃性ガス脱着工程とを
順次実行させる制御手段を設けた可燃性ガス濃縮装置であって、
前記吸着工程において、前記吸着塔に供給される原料ガス中の可燃性ガス濃度を検出する検出手段を設け、
前記検出手段からの出力に基づき可燃性ガス濃度を求めるガス濃度演算部と、
可燃性ガス吸着工程の経過時間を計時するタイマ部と、
各吸着塔の運転状態の切替条件を設定する運転条件設定部と、
前記運転条件設定部により設定された各設定時間に基づき、各吸着塔の運転状態を切替制御する切替制御部とを設け、
前記運転条件設定部は、原料ガス中のメタンガス濃度と、吸着塔に原料ガスを供給する吸着時間との関係を示す入口側制御データから、吸着工程ごとに現在の運転条件及び原料ガス中のメタンガス濃度に対応する吸着時間を求めて、前記吸着工程を完了させる設定時間を変更するとともに、前記設定時間による吸着工程を行う点にある。〔Constitution〕
In order to achieve the above object, the characteristic configuration of the present invention is:
An adsorption tower filled with an adsorbent that adsorbs flammable gas is provided.
Supply and discharge for supplying a raw material gas containing a combustible gas and air to the adsorption tower through a supply path, and discharging an exhaust gas not adsorbed by the adsorbent in the raw material gas to the outside of the adsorption tower through a discharge path. Providing means,
Decompressing the inside of the adsorption tower from atmospheric pressure to desorb the combustible gas adsorbed on the adsorbent, and provide a collection means for collecting through the collection path,
A combustible gas adsorption process for supplying the raw material gas to the adsorption tower by the supply / release means, and for releasing the exhaust gas from the adsorption tower, and a combustible gas desorption for collecting the combustible gas desorbed by the collection means. A combustible gas concentrator provided with a control means for sequentially executing the steps,
In the adsorption step, a detection means for detecting a combustible gas concentration in the raw material gas supplied to the adsorption tower is provided,
A gas concentration calculation unit for obtaining a combustible gas concentration based on the output from the detection means;
A timer unit for measuring the elapsed time of the combustible gas adsorption process;
An operating condition setting unit for setting the operating condition switching condition of each adsorption tower;
Based on each set time set by the operating condition setting unit, provided with a switching control unit for switching control the operation state of each adsorption tower,
The operating condition setting unit calculates the current operating conditions and methane gas in the raw material gas for each adsorption process from the inlet side control data indicating the relationship between the methane gas concentration in the raw material gas and the adsorption time for supplying the raw material gas to the adsorption tower. The adsorption time corresponding to the concentration is obtained, the set time for completing the adsorption process is changed, and the adsorption process based on the set time is performed .

〔作用効果〕
つまり、本発明の構成は、上述の従来の可燃性ガス濃縮装置の吸着工程の基本構成を備えているので、前記吸着塔に可燃性ガスを吸着させるに、吸着工程と脱着工程とを順次行うことで可燃性ガスの濃縮が行える。 [Function and effect]
That is, the configuration of the present invention includes the basic configuration of the adsorption process of the conventional combustible gas concentrator described above, and therefore, the adsorption process and the desorption process are sequentially performed to adsorb the combustible gas in the adsorption tower. In this way, the combustible gas can be concentrated.

このとき、原料ガス中の可燃性ガス濃度が高いほど、吸着塔内の吸着材が破過するのに必要な可燃性ガスが短時間で供給されることになるから、吸着工程の吸着完了時点は、原料ガス中の可燃性ガス濃度が高いほど早いことになる。そのため、原料ガス中の可燃性ガス濃度に応じて、吸着完了時点を適切に設定することによって、原料ガスの成分組成に変動があったとしても、前記吸着工程において吸着材の破過を的確に捉え吸着工程を完了させることができるようになる。 At this time, as the combustible gas concentration in the raw material gas is higher, the combustible gas necessary for the adsorbent in the adsorption tower to break through is supplied in a shorter time. Is faster as the concentration of the combustible gas in the raw material gas is higher. Therefore, by appropriately setting the adsorption completion time according to the combustible gas concentration in the raw material gas, even if there is a change in the component composition of the raw material gas, it is possible to accurately break through the adsorbent in the adsorption step. The capturing process can be completed.

ここで、前記吸着工程において、前記吸着塔に供給される原料ガス中の可燃性ガス濃度を検出する検出手段を設けてあるから、吸着工程を行う際に供給される原料ガス中の可燃性ガスの濃度を知ることが出来る。 Here, in the adsorption step, the detection means for detecting the combustible gas concentration in the raw material gas supplied to the adsorption tower is provided, so that the combustible gas in the raw material gas supplied when the adsorption step is performed. You can know the concentration.

そして、前記検出手段からの出力に基づき可燃性ガス濃度を求めるガス濃度演算部と、
可燃性ガス吸着工程の経過時間を計時するタイマ部と、
各吸着塔の運転状態の切替条件を設定する運転条件設定部により、前記検出手段によって得られた原料ガス中の可燃性ガスの濃度情報に基づき、原料ガス中のメタンガス濃度と、吸着塔に原料ガスを供給する吸着時間との関係を示す入口側制御データから、現在の運転条件及び原料ガス中のメタンガス濃度に対応する吸着完了時点を設定変更することができる。これにより、切替制御部は、タイマ部により前記運転条件設定部に設定された吸着完了時点を参照して、吸着工程の完了動作を行う時期を判断することが出来るようになる。これにより、吸着完了時点を正確に設定することができるようになり、原料ロスを最小限に抑え、効率的に可燃性ガスを高濃度に濃縮することができるようになった。 And a gas concentration calculation unit for obtaining a combustible gas concentration based on the output from the detection means,
A timer unit for measuring the elapsed time of the combustible gas adsorption process;
Based on the concentration information of the combustible gas in the raw material gas obtained by the detection means , the methane gas concentration in the raw material gas and the raw material in the adsorption tower by the operation condition setting unit for setting the operating condition switching condition of each adsorption tower From the inlet side control data indicating the relationship with the adsorption time for supplying the gas, the adsorption completion time point corresponding to the current operating conditions and the methane gas concentration in the raw material gas can be changed. Thus, the switching control unit can determine the timing for performing the adsorption process completion operation with reference to the adsorption completion time set in the operation condition setting unit by the timer unit. As a result, it is possible to accurately set the adsorption completion time point, minimizing raw material loss, and efficiently concentrating the combustible gas to a high concentration.

〔構成〕
尚、上記構成において、前記運転条件設定部は、可燃性ガス濃度と吸着完了時点との対応関係をデータベースとして記憶する記憶部を備えることが好ましい。〔Constitution〕
In the above configuration, the operating condition setting unit preferably includes a storage unit that stores a correspondence relationship between the combustible gas concentration and the adsorption completion time point as a database.

〔作用効果〕
前記検出手段によって、原料ガス中の可燃性ガス濃度を検出して、前記吸着完了時点を変更する場合、どのように変更するかを決める必要がある。ところで、吸着材の種類、流量が同じであれば、吸着工程の開始から吸着完了時点までの吸着時間は、たとえば、原料ガス中の可燃性ガス濃度の一次関数であらわされるから、これらの関係をデータベースとして記憶する記憶部を設けてあれば、前記運転条件設定部は前記記憶部を参照して、現在の原料ガス中の可燃性ガス濃度に対応する適切な吸着完了時点を求めてあらたに設定することが出来るようになる。 [Function and effect]
When the combustible gas concentration in the raw material gas is detected by the detecting means and the adsorption completion time point is changed, it is necessary to determine how to change the time. By the way, if the type and flow rate of the adsorbent are the same, the adsorption time from the start of the adsorption process to the point of completion of adsorption is expressed, for example, as a linear function of the combustible gas concentration in the raw material gas. If a storage unit is provided for storing as a database, the operation condition setting unit refers to the storage unit and newly sets an appropriate adsorption completion time point corresponding to the combustible gas concentration in the current raw material gas. You will be able to

したがって原料ガスの成分組成に変動があったとしても、原料ロスを最小限に抑え、効率的に可燃性ガスを高濃度に濃縮することができるようになった。 Therefore, even if there are fluctuations in the composition of the raw material gas, the raw material loss can be minimized and the combustible gas can be efficiently concentrated to a high concentration.

第１実施形態の可燃性ガス濃縮装置の構成を示す概略構成図Schematic block diagram which shows the structure of the combustible gas concentrator of 1st Embodiment. 本願におけるメタンガス吸着材の吸着特性を示す図The figure which shows the adsorption characteristic of the methane gas adsorbent in this application 第１実施形態における可燃性ガス濃縮装置の動作の示すフロー図The flowchart which shows operation | movement of the combustible gas concentrator in 1st Embodiment. 吸着工程の可燃性ガス濃縮装置の動作の示すフロー図Flow diagram showing the operation of the combustible gas concentrator in the adsorption process メタンガス吸着工程における排ガスＯＧ中のメタンガス濃度の変化を、経過時間との関係で示すグラフ図The graph which shows the change of the methane gas concentration in the exhaust gas OG in the methane gas adsorption process in relation to the elapsed time メタンガス脱着工程における濃縮後のメタンガスＰＧ中のメタンガス濃度の変化を、経過時間との関係で示すグラフ図The graph which shows the change of the methane gas concentration in the methane gas PG after concentration in the methane gas desorption process in relation to the elapsed time メタンガス脱着工程における濃縮後のメタンガスＰＧ中のメタンガス濃度の変化を、吸着塔２内の圧力との関係で示す表図Table showing change in methane gas concentration in methane gas PG after concentration in methane gas desorption process in relation to pressure in adsorption tower 2

本発明に係る可燃性ガス濃縮装置１００（以下、本装置１００と略称する）の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
＜本装置の構成＞
図１は、本装置１００の概略構成を示す図である。具体的には、本装置１００は、図１に示すように吸着材２１を充填した吸着塔２と、原料ガスＧを供給するとともに排ガスＯＧを放出する供給部３及び放出部４と、濃縮後の可燃性ガスＰＧを収集する収集部５と、供給部３、放出部４、収集部５の運転を制御する制御手段６を設けて構成してある。また、吸着塔２内に供給される原料ガスＧ中の可燃性ガス濃度を検出する入口側検出手段（検出手段）３３、及び、吸着塔２を通過したガスを検出するための出口側検出手段（検出手段）４３を備える。 An embodiment of a combustible gas concentrator 100 (hereinafter abbreviated as the present device 100) according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
<Configuration of this device>
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of the apparatus 100. Specifically, as shown in FIG. 1, the apparatus 100 includes an adsorption tower 2 filled with an adsorbent 21, a supply unit 3 and a release unit 4 that supply a raw material gas G and release an exhaust gas OG, and after concentration. And a control unit 6 for controlling the operation of the supply unit 3, the discharge unit 4, and the collection unit 5. In addition, an inlet side detection means (detection means) 33 for detecting the combustible gas concentration in the raw material gas G supplied into the adsorption tower 2 and an outlet side detection means for detecting the gas that has passed through the adsorption tower 2 (Detection means) 43 is provided.

＜吸着塔＞
吸着塔２は、可燃性ガスを吸着することができる吸着材２１が充填されており、吸着塔２に供給された原料ガスＧ内の可燃性ガスを選択的に吸着することができるよう構成されている。
ここで、原料ガスＧは、可燃性ガスと空気とを含むガスであるが、例えばメタンガスと空気とを含む炭鉱ガスとすることもできる。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が、例えば炭鉱ガスに含まれるメタンガスとすることもできる。以下においては、原料ガスＧを炭鉱ガスとし、原料ガスＧには可燃性ガスとしてのメタンガスと空気とを含むものとして説明する。なお、炭鉱ガスとは炭鉱から発生するガスであり、条件により異なるが、炭鉱ガス中には、メタンガス２０〜４０Ｖｏｌ％程度、空気（主として窒素ガス、酸素ガスが含まれる）６０〜８０Ｖｏｌ％程度が含まれている。 <Adsorption tower>
The adsorption tower 2 is filled with an adsorbent 21 capable of adsorbing a combustible gas, and is configured to selectively adsorb the combustible gas in the raw material gas G supplied to the adsorption tower 2. ing.
Here, the raw material gas G is a gas containing a combustible gas and air, but may be a coal mine gas containing methane gas and air, for example. Further, the flammable gas is not particularly limited as long as it is a flammable gas. For example, methane gas contained in the coal mine gas can be used. In the following description, it is assumed that the raw material gas G is a coal mine gas, and the raw material gas G includes methane gas and air as a combustible gas. The coal mine gas is a gas generated from the coal mine and varies depending on the conditions, but the coal mine gas contains about 20 to 40 Vol% of methane gas and about 60 to 80 Vol% of air (mainly containing nitrogen gas and oxygen gas). include.

＜吸着塔：吸着材＞
吸着材２１は、メタンガス等の可燃性ガスを選択的に吸着できれば、特に制限されないが、吸着材２１として、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下におけるメタンガス吸着量が２０Ｎｍｌ／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ガス吸着材２１ａを用いるとよい。なお、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、上記メタンガス吸着量が好ましくは、２５Ｎｍｌ／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％およ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。 <Adsorption tower: Adsorbent>
The adsorbent 21 is not particularly limited as long as it can selectively adsorb flammable gas such as methane gas. However, as the adsorbent 21, the average pore diameter by the MP method is 4.5 to 15 mm, and is under atmospheric pressure and 298K. Methane gas adsorbent 21a which is at least one selected from the group consisting of activated carbon, zeolite, silica gel and organometallic complexes (copper fumarate, copper terephthalate, copper cyclohexanedicarboxylate, etc.) having an adsorption amount of methane gas of 20 Nml / g or more Should be used. The average pore diameter is preferably 4.5 to 10 mm, more preferably 5 to 9.5 mm, and the methane gas adsorption amount is preferably 25 Nml / g or more. For example, such activated carbon is a batch of carbonaceous material obtained by crushing coconut shell or coconut shell charcoal that has been completely carbonized in nitrogen gas at 600 ° C. to a particle size of 1 to 3 mm, and having a diameter of 50 mm. It can be obtained by activating at 860 ° C. in an atmosphere where water vapor is 10 to 15 Vol%, carbon dioxide is 15 to 20 Vol%, and the balance is nitrogen, using a fluid flow activation furnace.

このように、吸着材２１として大気圧及び２９８Ｋ下においてメタンガスを選択的に吸着できるメタンガス吸着材２１ａを用いることで、当該メタンガス吸着材２１ａに大気圧及び２９８Ｋ下でも充分にメタンガスを吸着することができる。 Thus, by using the methane gas adsorbent 21a capable of selectively adsorbing methane gas at atmospheric pressure and 298K as the adsorbent 21, the methane gas can be sufficiently adsorbed to the methane gas adsorbent 21a even at atmospheric pressure and 298K. it can.

すなわち、大気圧および２９８Ｋ下におけるメタンガス吸着量が２０Ｎｍｌ／ｇより低いと、低圧（特に大気圧程度）でのメタンガス吸着性能が低下して、濃縮後のメタンガスのメタンガス濃度が低下するとともに、吸着性能を維持するには、メタンガス吸着材２１ａの増量が必要となり装置が大型化する。なお、上記メタンガス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ガス吸着材２１ａのメタンガス吸着量は４０Ｎｍｌ／ｇ以下程度である。
また、ＭＰ法における平均細孔直径が４．５Åより小さいと、酸素ガス、窒素ガスの吸着量が増え、濃縮後におけるメタンガス中のメタンガス濃度が低下したり、平均細孔直径がメタンガス分子径に近くなり吸着速度が遅くなってメタンガス吸着性能が低下したり、吸着しなくなる。一方、ＭＰ法における平均細孔直径が１５Åより大きいと、低圧（特に大気圧程度）でのメタンガス吸着性能が低下して、濃縮後のメタンガスのメタンガス濃度が低下するとともに、吸着性能を維持するには、メタンガス吸着材２１ａの増量が必要となり装置が大型化する。
したがって、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下におけるメタンガス吸着量が２０Ｎｍｌ／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ガス吸着材２１ａが良い。 That is, when the adsorption amount of methane gas under atmospheric pressure and 298K is lower than 20 Nml / g, the methane gas adsorption performance at a low pressure (especially about atmospheric pressure) is lowered, the methane gas concentration of the methane gas after concentration is lowered, and the adsorption performance. In order to maintain this, the amount of the methane gas adsorbent 21a needs to be increased, which increases the size of the apparatus. The upper limit of the methane gas adsorption amount is not particularly limited, but the methane gas adsorption amount of the methane gas adsorbent 21a obtained at present is about 40 Nml / g or less.
Also, if the average pore diameter in the MP method is less than 4.5 mm, the adsorption amount of oxygen gas and nitrogen gas increases, the concentration of methane gas in the methane gas after concentration decreases, or the average pore diameter becomes the methane gas molecular diameter. The adsorption speed becomes slower and the adsorption performance of methane gas is lowered or no adsorption occurs. On the other hand, if the average pore diameter in the MP method is larger than 15 mm, the methane gas adsorption performance at a low pressure (especially about atmospheric pressure) is lowered, the methane gas concentration of the concentrated methane gas is lowered, and the adsorption performance is maintained. This requires an increase in the amount of the methane gas adsorbent 21a, which increases the size of the apparatus.
Therefore, it is selected from the group consisting of activated carbon, zeolite, silica gel and organometallic complex having an average pore diameter of 4.5 to 15 mm by the MP method and an methane gas adsorption amount of 20 Nml / g or more under atmospheric pressure and 298K. At least one methane gas adsorbent 21a is preferable.

さらに、上記メタンガス吸着材２１ａが、ＨＫ法における平均細孔直径の１０Å以下の細孔容積が、全細孔容積の５０％以上であるとよく、好ましくは、７０％以上、より好ましくは、８０％以上がよい。この場合、メタンガスを選択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）におけるメタンガス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ガスを吸着することができる。すなわち、図２に示すように、上記平均細孔直径が１０Å以下のメタンガス吸着材３ａでは、１０Åよりも平均細孔直径が大きいメタンガス吸着材３ｂと比較して、大気圧下（０．１ＭＰａ程度）におけるメタンガス吸着量が多く、本装置１００のように、基本的に大気圧下においてメタンガスを吸着させる場合に好適に用いることができる。なお、実質的には、計測できる範囲である平均細孔直径が４Å以上１０Å以下の細孔容積が、全細孔容積の５０％以上であればよい。また、より好ましくは、平均細孔直径が４．５Å以上１０Å以下の細孔容積が、全細孔容積の５０％以上であることがメタンガス吸着材２１ａとして好ましい。 Further, in the methane gas adsorbent 21a, the pore volume having an average pore diameter of 10 mm or less in the HK method may be 50% or more of the total pore volume, preferably 70% or more, more preferably 80%. % Or more is good. In this case, since the pore volume having an average pore diameter of 10 mm or less capable of selectively adsorbing methane gas accounts for 50% or more of the total pore volume, it is under atmospheric pressure (about 0.1 MPa). By increasing the adsorbable amount of methane gas, it is possible to sufficiently adsorb methane gas even under atmospheric pressure. That is, as shown in FIG. 2, the methane gas adsorbent 3a having an average pore diameter of 10 mm or less is more under atmospheric pressure (about 0.1 MPa) than the methane gas adsorbent 3b having an average pore diameter larger than 10 mm. ) And the amount of methane gas adsorbed is large, and can be suitably used when methane gas is adsorbed basically under atmospheric pressure as in the present apparatus 100. It should be noted that the pore volume having an average pore diameter of 4 mm or more and 10 mm or less, which is a measurable range, may be 50% or more of the total pore volume. More preferably, the methane gas adsorbent 21a preferably has a pore volume with an average pore diameter of 4.5 to 10 mm being 50% or more of the total pore volume.

一方、上記メタンガス吸着材２１ａが、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０．０１３下での窒素吸着量が、全細孔容積に対応する相対圧０．９９下での窒素吸着量の５０％以上であるとよく、好ましくは、７０％以上、より好ましくは、８０％以上がよい。この場合、相対圧０．９９における吸着量は全細孔容積を、相対圧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、メタンガスと空気との混合ガスを原料ガスＧとする場合も、大気圧付近でのメタンガスの濃縮を容易にかつ、効率よく行なうことができる。 On the other hand, when the methane gas adsorbent 21a has a nitrogen adsorption amount under 77K, a nitrogen adsorption amount under a relative pressure of 0.013 corresponding to an average pore diameter of 10 mm by the HK method corresponds to the total pore volume. It may be 50% or more of the nitrogen adsorption amount under a relative pressure of 0.99, preferably 70% or more, and more preferably 80% or more. In this case, the adsorption amount at a relative pressure of 0.99 indicates the total pore volume, the adsorption amount at a relative pressure of 0.013 indicates a pore volume of 10 liters or less, and the ratio of the respective values is 10 liters or less as described above. It shows that the proportion of pores is large. As a result, even when the mixed gas of methane gas and air is used as the raw material gas G, the methane gas can be concentrated easily and efficiently near atmospheric pressure.

＜供給部＞
吸着塔２には、原料ガスＧを供給する供給部３を連設する。前記供給部３は原料ガスＧを供給する供給路３０、前記供給路３０に原料ガスＧを送り込む送風機（ブロアー）３１ａが設けられる。また、前記供給路３０には、前記供給路３０へ原料ガスＧを供給、供給停止の切替、供給量の調整を行うための切替弁（供給路切替弁）３２を設けるとともに、入口側検出手段３３として、供給される原料ガスＧ中のメタンガス濃度を測定するためのメタンガス濃度検知手段３３ａを設けてある。 <Supply section>
In the adsorption tower 2, a supply unit 3 that supplies the raw material gas G is connected. The supply unit 3 is provided with a supply path 30 for supplying the source gas G, and a blower (blower) 31 a for feeding the source gas G into the supply path 30. The supply path 30 is provided with a switching valve (supply path switching valve) 32 for supplying the source gas G to the supply path 30, switching supply stop, and adjusting the supply amount. As 33, methane gas concentration detection means 33a for measuring the methane gas concentration in the supplied raw material gas G is provided.

前記送風機３１ａは、供給路３０上に設けられており、原料ガスＧを供給路３０を通じて吸着塔２に供給して、吸着塔２内のメタンガス吸着材２１ａに原料ガスＧ中のメタンガスを吸着させるものであり、原料ガスＧを昇圧することなく供給できれば、特に制限されるものではない。 The blower 31 a is provided on the supply path 30, supplies the raw material gas G to the adsorption tower 2 through the supply path 30, and adsorbs the methane gas in the raw material gas G to the methane gas adsorbent 21 a in the adsorption tower 2. As long as the source gas G can be supplied without increasing the pressure, there is no particular limitation.

また、前記供給路切替弁３２は、後述する制御手段６の切替制御部６４による制御により原料ガスＧの供給を調整することができる。 In addition, the supply path switching valve 32 can adjust the supply of the raw material gas G under the control of the switching control unit 64 of the control means 6 described later.

＜放出部＞
吸着塔２には供給部３から供給された原料ガスＧのうち吸着材２１に吸着されなかった排ガスＯＧを放出する放出部４を連設する。前記放出部４は、排ガスＯＧ（メタンガス濃度の非常に低い、主に窒素ガス、酸素ガスからなるガス）を放出する放出路４０が設けられる。また、前記放出路４０には、前記放出路４０に排ガスＯＧを放出、放出停止、放出量の調整を行うための切替弁（放出路切替弁）４２を設けるとともに、出口側検出手段４３として、放出される排ガスＯＧ中のメタンガス濃度を測定するためのメタンガス濃度測定手段４３ａを設けてある。 <Discharge part>
In the adsorption tower 2, a discharge unit 4 that discharges the exhaust gas OG that has not been adsorbed by the adsorbent 21 among the raw material gas G supplied from the supply unit 3 is connected. The discharge part 4 is provided with a discharge path 40 for discharging exhaust gas OG (gas mainly composed of nitrogen gas and oxygen gas having a very low methane gas concentration). Further, the discharge path 40 is provided with a switching valve (discharge path switching valve) 42 for discharging the exhaust gas OG to the discharge path 40, stopping the discharge, and adjusting the discharge amount, and as an outlet side detection means 43, A methane gas concentration measuring means 43a for measuring the methane gas concentration in the discharged exhaust gas OG is provided.

また、放出路切替弁４２は、後述する制御手段６の切替制御部６４による制御により排ガスＯＧの放出を調整することができる。 Further, the discharge path switching valve 42 can adjust the discharge of the exhaust gas OG by the control by the switching control unit 64 of the control means 6 described later.

本願における供給放出手段３１は、前述の供給部と、放出部とから構成され、その動作上、吸着塔２に供給された原料ガスＧのうちメタンガス吸着材２１ａに吸着されなかった排ガスＯＧを、放出路４０を通じて吸着塔２の外部空間に放出させる手段としても機能する。
すなわち、供給放出手段３１は、原料ガスＧを昇圧することなく大気圧付近で吸着塔２内に送り込み、原料ガスＧ中のメタンガスを吸着させつつ、排ガスＯＧを、放出路４０を通じて放出することができる。 The supply and discharge means 31 in the present application is composed of the above-described supply unit and the discharge unit, and in operation, the exhaust gas OG that has not been adsorbed by the methane gas adsorbent 21a out of the raw material gas G supplied to the adsorption tower 2, It also functions as a means for discharging to the outside space of the adsorption tower 2 through the discharge path 40.
That is, the supply / discharge means 31 can discharge the exhaust gas OG through the discharge passage 40 while feeding the raw material gas G into the adsorption tower 2 near atmospheric pressure without increasing the pressure, and adsorbing the methane gas in the raw material gas G. it can.

＜収集部＞
吸着塔２には供給部３から供給された原料ガスＧのうち吸着材２１に吸着され、濃縮後の高濃度のメタンガスＰＧを取出す収集部５を連設する。前記収集部５は、高濃度のメタンガスＰＧを取出す収集路５０を設けるとともに、前記吸着塔２から前記収集路５０に高濃度のメタンガスＰＧを取出す収集手段５１を主に構成する真空ポンプ５１ａおよび、前記収集路５０に取出された高濃度のメタンガスＰＧを貯蔵する貯蔵タンク５４を設けて構成してある。収集路５０には、濃縮後のメタンガスＰＧの通過を調整可能な切替弁（収集路切替弁）５２が設けられ、後述する前記制御手段６の切替制御部６４による制御により濃縮後のメタンガスＰＧの通過を調整することができる。 <Collection Department>
The adsorption tower 2 is provided with a collection unit 5 that is adsorbed by the adsorbent 21 out of the raw material gas G supplied from the supply unit 3 and extracts the concentrated high-concentration methane gas PG. The collecting unit 5 is provided with a collecting path 50 for taking out high-concentration methane gas PG, and a vacuum pump 51a mainly constituting collecting means 51 for taking out high-concentration methane gas PG from the adsorption tower 2 to the collecting path 50; A storage tank 54 for storing the high-concentration methane gas PG taken out to the collection path 50 is provided. The collection path 50 is provided with a switching valve (collection path switching valve) 52 capable of adjusting the passage of the concentrated methane gas PG, and the concentration of the concentrated methane gas PG is controlled by a switching control unit 64 of the control means 6 described later. Passage can be adjusted.

貯蔵タンク５４は、濃縮後の高濃度のメタンガスＰＧを安全に貯蔵することができるものであればよく、吸着式ガスタンクを使用するとより好ましい。 The storage tank 54 may be any tank that can safely store the concentrated methane gas PG, and it is more preferable to use an adsorption gas tank.

収集手段５１は、吸着塔２内のメタンガス吸着材２１ａに吸着されたメタンガスを、吸着塔２内の圧力を大気圧よりも低く減圧して脱着させ、この脱着された濃縮後の高濃度のメタンガスＰＧを収集路５０を通じて収集して、貯蔵タンク５４に当該高濃度のメタンガスＰＧを貯蔵する。 The collecting means 51 desorbs the methane gas adsorbed by the methane gas adsorbent 21a in the adsorption tower 2 by reducing the pressure in the adsorption tower 2 below atmospheric pressure, and the desorbed concentrated high-concentration methane gas. PG is collected through the collection path 50 and the high-concentration methane gas PG is stored in the storage tank 54.

＜制御手段＞
上述の供給路切替弁３２、放出路切替弁４２、収集路切替弁５２の具体的な調整動作は、制御手段６の切替制御部６４によって行われる。 <Control means>
Specific adjustment operations of the supply path switching valve 32, the discharge path switching valve 42, and the collection path switching valve 52 described above are performed by the switching control unit 64 of the control means 6.

前記制御手段６は、
各メタンガス濃度検知手段３３ａ、４３ａからの出力に基づきメタンガス濃度を求めるガス濃度演算部６１と、
各切替弁３２，４２，５２を切替操作してからの経過時間を計時するタイマ部６２と、
各切替弁３２，４２，５２を切替操作する切替条件を設定する運転条件設定部６３と、
前記運転条件設定部６３により設定された各設定時間に基づき、各切替弁を切替制御する切替制御部６４と、
原料ガスＧ中のメタンガス濃度と、吸着塔２に原料ガスＧを供給する吸着時間との関係を示す入口側制御データ６５ａや、排ガスＯＧ中のメタンガス濃度と、吸着塔に原料ガスＧを供給する吸着時間の補正量を示す出口側制御データ６５ｂをデータベースとして記憶する記憶部６５と、
を備え、
それぞれ、メモリ等からなる記憶媒体、ＣＰＵ、入出力部を備えたマイクロコンピュータ及び、そのコンピュータにより実行可能なプログラム、もしくはこれらの組み合わせより機能するように構成される。そして、この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、ガス濃度演算部６１、タイマ部６２、運転条件設定部６３、切替制御部６４が機能して、供給放出手段３１、収集手段５１、供給路切替弁３２、放出路切替弁４２、収集路切替弁５２などを運転制御することができる。 The control means 6
A gas concentration calculation unit 61 for obtaining a methane gas concentration based on outputs from the methane gas concentration detection means 33a and 43a;
A timer unit 62 for measuring an elapsed time since the switching operation of each switching valve 32, 42, 52;
An operating condition setting unit 63 for setting a switching condition for switching the switching valves 32, 42, 52;
A switching control unit 64 that switches and controls each switching valve based on each set time set by the operating condition setting unit 63;
The inlet side control data 65a indicating the relationship between the methane gas concentration in the raw material gas G and the adsorption time for supplying the raw material gas G to the adsorption tower 2, the methane gas concentration in the exhaust gas OG, and the raw material gas G are supplied to the adsorption tower. A storage unit 65 for storing, as a database, outlet side control data 65b indicating the correction amount of the adsorption time;
With
Each is configured to function as a storage medium including a memory, a CPU, a microcomputer including an input / output unit, a program executable by the computer, or a combination thereof. When the computer executes a predetermined program, the gas concentration calculation unit 61, the timer unit 62, the operation condition setting unit 63, and the switching control unit 64 function to supply, discharge and discharge means 31, collection means 51, supply path. The switching valve 32, the discharge path switching valve 42, the collection path switching valve 52, etc. can be controlled.

入口側検出手段３３としてのメタンガス濃度検知手段３３ａは、具体的には、半導体式のガス検知素子を備え、原料ガスＧ中のメタンガス濃度の変動を検出するガスセンサからなり、原料ガスＧ中のメタンガスを検知するとともに、その濃度出力を前記制御手段６に伝送する。これを受けた前記制御手段６は、運転条件設定部６３により、前記記憶部６５に記憶された入口側制御データ６５ａのデータベースを参照して、前記濃度出力からメタンガス濃度、前記吸着塔２にメタンガスを吸着させたときに吸着材２１が破過するまでの吸着時間をもとめ、原料ガスＧの供給開始から吸着時間の経過する吸着完了時点を設定する。これにより、前記制御手段６は、タイマ部６２により前記運転条件設定部６３に設定された吸着完了時点を参照して、吸着工程の完了動作を行う時期を判断することが出来るようになる。 Specifically, the methane gas concentration detection means 33a as the inlet side detection means 33 includes a semiconductor type gas detection element, and includes a gas sensor that detects a change in the methane gas concentration in the raw material gas G. And the density output is transmitted to the control means 6. In response to this, the control means 6 refers to the database of the inlet-side control data 65a stored in the storage unit 65 by the operating condition setting unit 63, and from the concentration output, the methane gas concentration, and the methane gas to the adsorption tower 2 The adsorption time until the adsorbent 21 breaks through when the adsorbent is adsorbed is determined, and the adsorption completion point at which the adsorption time elapses from the start of the supply of the raw material gas G is set. As a result, the control means 6 can determine the timing for performing the adsorption process completion operation with reference to the adsorption completion time set in the operation condition setting unit 63 by the timer unit 62.

出口側検出手段４３としてのメタンガス濃度検知手段４３ａは、具体的には、半導体式のガス検知素子を備え、原料ガスＧ中のメタンガス濃度の変動を検出するガスセンサからなり、原料ガスＧ中のメタンガスを検知するとともに、その濃度出力を前記制御手段６に伝送する。これを受けた前記制御手段６は、前記記憶部６５に記憶された出口側制御データ６５ｂのデータベースを参照して、運転条件設定部６３により前記濃度出力から前記吸着塔２にメタンガスを吸着させる吸着時間の補正量をもとめ、原料ガスＧの供給開始から吸着時間の経過する吸着完了時点を補正して、運転条件設定部６３により設定される吸着完了時点を変更する。これにより、吸着工程の次のサイクルでは、より適切な吸着完了時点を設定することができるようになる。 Specifically, the methane gas concentration detection means 43a as the outlet side detection means 43 includes a semiconductor-type gas detection element, and includes a gas sensor that detects a change in the methane gas concentration in the raw material gas G. And the density output is transmitted to the control means 6. Receiving this, the control means 6 refers to the database of the outlet side control data 65b stored in the storage unit 65, and the operation condition setting unit 63 adsorbs methane gas from the concentration output to the adsorption tower 2 from the concentration output. The time correction amount is obtained, the adsorption completion time point at which the adsorption time elapses from the start of supply of the raw material gas G is corrected, and the adsorption completion time point set by the operation condition setting unit 63 is changed. As a result, in the next cycle of the adsorption process, a more appropriate adsorption completion time can be set.

＜運転制御＞
次に、図３、４を用いて、具体的に、本装置１００によりメタンガスを濃縮する動作について説明する。本装置１００は、概略すると、メタンガスの吸着工程（＃Ａ）、脱着工程（＃Ｂ）、昇圧工程（＃Ｃ）を実行する。 <Operation control>
Next, the operation of concentrating methane gas by the apparatus 100 will be specifically described with reference to FIGS. In summary, the apparatus 100 performs a methane gas adsorption process (#A), a desorption process (#B), and a pressure increase process (#C).

＜吸着工程＞
図４に示すように、まず、切替制御部６４は、供給路切替弁３２、放出路切替弁４２、収集路切替弁５２を閉じておいた状態から、供給路切替弁３２、放出路切替弁４２を開く（＃１）。 <Adsorption process>
As shown in FIG. 4, first, the switching control unit 64 starts the supply path switching valve 32, the discharge path switching valve 52, the discharge path switching valve 42, and the collection path switching valve 52 from the closed state. 42 is opened (# 1).

そして、送風機３１ａにより、原料ガスＧを供給路３０を通じて吸着塔２内に供給する。これにより、メタンガスをメタンガス吸着材２１ａに吸着させ、吸着塔２内に供給された原料ガスＧのうちメタンガス吸着材２１ａに吸着されなかった排ガスＯＧを、放出路４０を通じて吸着塔２の外部空間に放出する（＃２）。 And the raw material gas G is supplied in the adsorption tower 2 through the supply path 30 with the air blower 31a. As a result, methane gas is adsorbed by the methane gas adsorbent 21a, and the exhaust gas OG that has not been adsorbed by the methane gas adsorbent 21a out of the raw material gas G supplied into the adsorption tower 2 is discharged to the external space of the adsorption tower 2 through the discharge path 40. Release (# 2).

また、これにより、制御手段６のタイマ部６２が計時を開始する。さらに、前記入口側検出手段３３としてのメタンガス濃度検知手段３３ａは、供給される原料ガスＧ中のメタンガス濃度を測定し（＃３）、メタンガス濃度が正常範囲内であれば、前記記憶部６５の入口側制御データ６５ａを参照してそのメタンガス濃度に応じた吸着時間をもとめ、運転条件設定部６３の吸着完了時点を設定する（＃４）。 As a result, the timer unit 62 of the control means 6 starts measuring time. Further, the methane gas concentration detection means 33a as the inlet side detection means 33 measures the methane gas concentration in the supplied raw material gas G (# 3), and if the methane gas concentration is within the normal range, With reference to the inlet side control data 65a, the adsorption time corresponding to the methane gas concentration is obtained, and the adsorption completion time point of the operation condition setting unit 63 is set (# 4).

以後、出口側検出手段４３としてのメタンガス濃度検知手段４３ａにより、排ガスＯＧ中のメタンガス濃度をモニタする（＃５）。また、タイマ部６２により、時刻が設定された吸着完了時点に達したかどうかを判断する計時を続ける（＃６）。 Thereafter, the methane gas concentration in the exhaust gas OG is monitored by the methane gas concentration detection means 43a as the outlet side detection means 43 (# 5). Further, the timer unit 62 continues to measure whether or not the time has reached the set suction completion time (# 6).

メタンガス濃度検知手段４３ａにより、放出路４０に放出された排ガスＯＧ中のメタンガス濃度を検出するとともに、タイマ部６２による計時を続ける。検出されたメタンガス濃度が所定の濃度（メタンガス濃度設定閾値）以上になる（＃５ａ）か、タイマ部６２の計時する時刻が吸着完了時点に達する（吸着時間が吸着時間設定閾値に達する）か（＃６ｂ）した場合には、吸着工程の完了動作に移行する。検出されたメタンガス濃度が所定の濃度以下（＃５ｂ）で、時刻が吸着完了時点に達していない（＃６ａ）場合は、タイマ部６２による計時及び出口側検出手段４３によるメタンガス濃度のモニタを継続する。尚、それぞれの閾値は、前記制御手段６に設けられる運転条件設定部６３に格納される制御パラメータとして記憶されており、吸着工程の１サイクルごとに更新設定される。 The methane gas concentration detection means 43a detects the methane gas concentration in the exhaust gas OG discharged to the discharge passage 40, and continues the time measurement by the timer unit 62. Whether the detected methane gas concentration is equal to or higher than a predetermined concentration (methane gas concentration setting threshold) (# 5a), or the time counted by the timer unit 62 reaches the adsorption completion point (adsorption time reaches the adsorption time setting threshold) ( If # 6b), the operation proceeds to the completion of the adsorption process. When the detected methane gas concentration is equal to or lower than the predetermined concentration (# 5b) and the time has not reached the completion of adsorption (# 6a), the timer unit 62 keeps timing and the outlet side detection means 43 continues to monitor the methane gas concentration. To do. Each threshold value is stored as a control parameter stored in the operating condition setting unit 63 provided in the control means 6 and is updated and set for each cycle of the adsorption process.

吸着工程の完了動作に移ると、完了動作に移行した時点のメタンガス濃度検知手段４３ａのメタンガス濃度出力に基づいて、運転条件設定部６３が前記記憶部６２の出口側制御データ６５ｂを参照して吸着完了時点を求め、吸着完了時点の補正が行われる（＃７）。そして、タイマ部６２の計時を終了し、原料ガスＧの供給を停止して吸着工程を完了させる（＃８）。 When the operation proceeds to the completion operation of the adsorption process, the operation condition setting unit 63 refers to the outlet side control data 65b of the storage unit 62 based on the methane gas concentration output of the methane gas concentration detection means 43a at the time of shifting to the completion operation. The completion time is obtained, and the suction completion time is corrected (# 7). Then, the timing of the timer unit 62 is terminated, the supply of the raw material gas G is stopped, and the adsorption process is completed (# 8).

これにより、原料ガスＧを大気圧下で吸着塔２内に供給して、メタンガスを吸着材２１ａに選択的に吸着させつつ、排ガスＯＧ内に貴重なメタンガスが流出するのを防止することができる。すなわち、所定の時間が経過するまでは、ほぼ完全にメタンガスが吸着されて吸着塔２の外部に流出することはなく、排ガスＯＧ中のメタンガス濃度は非常に低いため、爆発範囲外の濃度となっている。 Thereby, it is possible to prevent the valuable methane gas from flowing into the exhaust gas OG while supplying the source gas G into the adsorption tower 2 under atmospheric pressure and selectively adsorbing the methane gas to the adsorbent 21a. . That is, until a predetermined time elapses, methane gas is almost completely adsorbed and does not flow out of the adsorption tower 2, and the concentration of methane gas in the exhaust gas OG is very low. ing.

＜吸着工程：吸着完了時点の設定＞
工程＃４における吸着完了時点の設定は、たとえば、下記のように行われる。 <Adsorption process: Setting of adsorption completion point>
The setting of the adsorption completion time point in the process # 4 is performed as follows, for example.

入口側検出手段３３としてのメタンガス濃度検知手段３３ａが原料ガスＧ中に含まれるメタンガスを検知すると、そのガス検知出力は濃度出力として制御手段６に渡される。前記制御手段６は、この出力を受け、ガス濃度演算部６１においてメタンガス濃度を求める。一方、前記記憶部６５には、原料ガスＧ中のメタンガス濃度と、吸着工程の吸着時間（吸着工程開始から吸着塔２の吸着材２１が破過するまでの時間）との関係を、吸着材２１の種類、原料ガスＧの設定流量毎に決定する入口側制御データ６５ａをデータベースとし記憶する。前記運転条件設定部６３は、前記記憶部６５に記憶された入口側制御データ６５ａから、現在の運転条件及び原料ガスＧ中のメタンガス濃度に対応する吸着時間を求める。 When the methane gas concentration detection means 33a as the inlet side detection means 33 detects methane gas contained in the raw material gas G, the gas detection output is passed to the control means 6 as a concentration output. The control means 6 receives this output and obtains the methane gas concentration in the gas concentration calculation unit 61. On the other hand, the storage unit 65 stores the relationship between the concentration of methane gas in the raw material gas G and the adsorption time of the adsorption process (the time from the start of the adsorption process until the adsorbent 21 of the adsorption tower 2 breaks through). 21 types and the inlet side control data 65a determined for each set flow rate of the source gas G are stored as a database. The operation condition setting unit 63 obtains an adsorption time corresponding to the current operation condition and the methane gas concentration in the raw material gas G from the inlet side control data 65 a stored in the storage unit 65.

例えば、容量０．３３３Ｌの円筒状吸着塔に、下記吸着性能の活性炭を２０６．７ｇ充填し、原料ガスＧを１０００Ｎｍ³／ｈの流量で流通させて吸着工程を運転する場合、メタンガス濃度Ｃ（％）と吸着時間Ｔ（秒）との関係は、ほぼ、
Ｔ＝−１．８９３５＊Ｃ＋１４３．６１
となることが見出され、表１のように吸着時間がデータベース化されている。
そのため、前記入力側検出手段３３の検出した濃度出力がメタンガス濃度換算で２３％であったとすると、吸着完了時点は、吸着開始から１００秒後に設定される。したがって、吸着工程は、この例では１００秒を吸着完了時点として実行される。 For example, when 206.7 g of activated carbon having the following adsorption performance is packed in a cylindrical adsorption tower having a capacity of 0.333 L and the raw material gas G is circulated at a flow rate of 1000 Nm ³ / h, the adsorption process is operated. %) And adsorption time T (seconds)
T = -1.8935 * C + 143.61
As shown in Table 1, the adsorption time is compiled in a database.
Therefore, if the concentration output detected by the input side detection means 33 is 23% in terms of methane gas concentration, the adsorption completion time is set 100 seconds after the start of adsorption. Therefore, the adsorption step is executed in this example with 100 seconds as the completion point of adsorption.

活性炭：
材質：椰子殻活性炭
細孔直径、：８．５Å（ＭＰ法による平均細孔直径）
細孔容積、：０．４５ｍｌ／ｇ（ＨＫ法により測定した容積）
全細孔容積に対する平均細孔直径の１０Å以下の細孔容積の割合：８３％（相対圧０．０１３下での窒素吸着量割合は同じ）
比表面積：１０２５ｍ²／ｇ（ＢＥＴ法により測定した比表面積）
大気圧２９８Ｋにおけるメタンガス吸着容量：２７Ｎｍｌ／ｇ Activated carbon:
Material: Coconut shell activated carbon Pore diameter: 8.5 mm (average pore diameter by MP method)
Pore volume: 0.45 ml / g (volume measured by HK method)
Ratio of pore volume with average pore diameter of 10 mm or less to total pore volume: 83% (the ratio of nitrogen adsorption amount under relative pressure of 0.013 is the same)
Specific surface area: 1025 m ² / g (specific surface area measured by BET method)
Methane gas adsorption capacity at atmospheric pressure 298K: 27 Nml / g

＜吸着工程：吸着完了時点の補正＞
工程＃７における吸着完了時点の補正（次のサイクルに用いる吸着完了時点の設定）は、たとえば、下記のように行われる。 <Adsorption process: Correction at completion of adsorption>
The correction of the adsorption completion time point in step # 7 (setting of the adsorption completion time point used in the next cycle) is performed, for example, as follows.

出口側検出手段４３としてのメタンガス濃度検知手段４３ａが排ガスＯＧ中のメタンガス濃度を求めるとともに、その出力を前記制御手段６に伝送する。前記制御手段６は、この出力を受け、ガス濃度演算部６１においてメタンガス濃度を求める。一方、吸着材２１の吸着能力低下、ブロアーの能力低下等の要因により、メタンガスの前記吸着材を破過する時期が変動するため、吸着完了時点における前記メタンガス濃度は変動する。そこで、前記記憶部６５には、吸着工程完了時の排ガスＯＧ中に含まれるメタンガス濃度と、工程＃５，＃６で閾値として用いられる吸着時間、ガス濃度の閾値との関係を、吸着材２１の種類、原料ガスＧの設定流量毎に、現在の排ガスＯＧ中のメタンガス濃度に対応した値に補正するための補正値となる出口側制御データ６５ｂをデータベースとして記憶する。前記運転条件設定部６３は、前記記憶部６５に記憶された各制御データ６５ａ，６５ｂから、吸着時間、ガス濃度の閾値を現在の排ガスＯＧ中のメタンガス濃度に対応した値に補正するための吸着時間、ガス濃度の補正値を求めて設定する。そして、吸着工程の次のサイクルに新たな吸着時間、ガス濃度の閾値を用いて、より適正な吸着工程を行うことができるようになる。 The methane gas concentration detection means 43a as the outlet side detection means 43 obtains the methane gas concentration in the exhaust gas OG and transmits the output to the control means 6. The control means 6 receives this output and obtains the methane gas concentration in the gas concentration calculation unit 61. On the other hand, due to factors such as a decrease in the adsorption capacity of the adsorbent 21 and a decrease in blower capacity, the timing of methane gas breaking through the adsorbent varies, so the methane gas concentration at the time of completion of adsorption varies. Therefore, the storage unit 65 indicates the relationship between the methane gas concentration contained in the exhaust gas OG at the completion of the adsorption step, the adsorption time used as the threshold value in steps # 5 and # 6, and the gas concentration threshold value. The outlet side control data 65b serving as a correction value for correcting to a value corresponding to the current methane gas concentration in the exhaust gas OG is stored as a database for each type and the set flow rate of the raw material gas G. The operating condition setting unit 63 uses the control data 65a and 65b stored in the storage unit 65 to adjust the adsorption time and gas concentration threshold values to values corresponding to the current methane gas concentration in the exhaust gas OG. Find and set correction values for time and gas concentration. Then, a more appropriate adsorption process can be performed by using a new adsorption time and a gas concentration threshold in the next cycle of the adsorption process.

例えば、上述の吸着塔を同様の条件で運転する場合、現状の吸着時間の閾値が１１０秒、メタンガス濃度の閾値が２．５％である場合、表２のように吸着工程の次のサイクルに用いる新たな吸着時間、ガス濃度の閾値を補正する。そのため、たとえば吸着工程の完了時に、排ガスＯＧ中のメタンガス濃度が２．０％になっていたとすると、次回の吸着工程は、初期設定を吸着時間１１２秒、メタンガス濃度の閾値を２．６％と補正して行うことにより、より適切に排ガスＯＧ中のメタンガス濃度を抑制しつつ効率の良い吸着工程が行えるようになる。 For example, when the above-described adsorption tower is operated under the same conditions, when the current adsorption time threshold is 110 seconds and the methane gas concentration threshold is 2.5%, the next cycle of the adsorption process is performed as shown in Table 2. The new adsorption time and gas concentration threshold to be used are corrected. Therefore, for example, if the concentration of methane gas in the exhaust gas OG is 2.0% at the time of completion of the adsorption process, the next adsorption process has an initial setting of an adsorption time of 112 seconds and a threshold value of methane gas concentration of 2.6%. By performing the correction, an efficient adsorption process can be performed while appropriately suppressing the methane gas concentration in the exhaust gas OG.

＜脱着工程＞
次に、図１に示すように、吸着塔２内への原料ガスＧの供給を停止した後、前記制御手段６の切替制御部６４は、供給路切替弁３２および放出路切替弁４２を閉じて、収集路切替弁５２を開く。そして、真空ポンプ５１ａにより、吸着塔２内を大気圧よりも低く減圧して、吸着されたメタンガスを吸着材２１ａから脱着させつつ、この濃縮後の高濃度のメタンガスＰＧの収集路５０を通じた収集を開始し、貯蔵タンク５４に貯蔵する。吸着塔２内を所定の圧力まで減圧すると、濃縮後のメタンガスＰＧの収集を停止して、収集路切替弁５２を閉じる。これらのステップがメタンガス脱着工程である。 <Desorption process>
Next, as shown in FIG. 1, after stopping the supply of the raw material gas G into the adsorption tower 2, the switching control unit 64 of the control means 6 closes the supply path switching valve 32 and the discharge path switching valve 42. Then, the collection path switching valve 52 is opened. Then, the inside of the adsorption tower 2 is depressurized below the atmospheric pressure by the vacuum pump 51a, and the adsorbed methane gas is desorbed from the adsorbent 21a, and the concentrated high-concentration methane gas PG is collected through the collection path 50. And store in the storage tank 54. When the inside of the adsorption tower 2 is depressurized to a predetermined pressure, the collection of the condensed methane gas PG is stopped, and the collection path switching valve 52 is closed. These steps are the methane gas desorption process.

これにより、吸着材２１ａにメタンガスを吸着させて、排ガスＯＧ中のメタンガス濃度を低減させつつ、メタンガスを高濃度に濃縮することができ、排ガスＯＧおよび濃縮後のメタンガスＰＧが爆発範囲内の濃度となることを防止できる。
すなわち、図６に示すように、メタンガス脱着工程の開始からメタンガス脱着工程の終了までにおいては、時間が経過するにつれ、濃縮後のメタンガスＰＧ中のメタンガス濃度が上昇している。これと同様に、図７に示すように、上記時間が経過するにつれ、吸着塔２内の圧力が大気圧から徐々に真空付近まで減圧され、これに伴い濃縮後のメタンガスＰＧ中のメタンガス濃度が上昇している。換言すると、メタンガス脱着工程において減圧を行い、ある程度時間が経過して吸着塔２内が真空に近づいていくと、これにつれて収集される濃縮後のメタンガスＰＧのメタンガス濃度は上昇していく事がわかる。したがって、濃縮後のメタンガスＰＧ中のメタンガス濃度は、非常に濃い状態となり、爆発範囲内の濃度となることを防止できることとなる。なお、排ガスＯＧについても、上述のとおり、メタンガス濃度は低濃度に保たれており、爆発範囲内の濃度となることを防止できる。 As a result, methane gas is adsorbed on the adsorbent 21a, and the methane gas can be concentrated to a high concentration while reducing the methane gas concentration in the exhaust gas OG. The exhaust gas OG and the concentrated methane gas PG Can be prevented.
That is, as shown in FIG. 6, from the start of the methane gas desorption process to the end of the methane gas desorption process, the methane gas concentration in the concentrated methane gas PG increases as time elapses. Similarly, as shown in FIG. 7, as the time elapses, the pressure in the adsorption tower 2 is gradually reduced from the atmospheric pressure to near the vacuum, and accordingly, the methane gas concentration in the concentrated methane gas PG is reduced. It is rising. In other words, it is understood that when the pressure in the methane gas desorption process is reduced and the adsorption tower 2 approaches a vacuum after a certain period of time, the methane gas concentration of the concentrated methane gas PG collected increases accordingly. . Therefore, the concentration of methane gas in the methane gas PG after concentration is in a very high state, and it can be prevented that the concentration is within the explosion range. As described above, the exhaust gas OG is also kept at a low methane gas concentration, and can be prevented from becoming a concentration within the explosion range.

＜昇圧工程＞
次に、前記制御手段６の切替制御部６４は、放出路切替弁４２を開いて、吸着塔２内に放出路４０を通じて空気を供給し、その後放出路切替弁４２を閉じる。 <Pressurization process>
Next, the switching control unit 64 of the control means 6 opens the discharge path switching valve 42, supplies air into the adsorption tower 2 through the discharge path 40, and then closes the discharge path switching valve 42.

これにより、吸着塔２内の圧力を大気圧付近にまで昇圧して、後に実行されるメタンガス吸着工程において、メタンガスを吸着し易くすることができる。 Thereby, the pressure in the adsorption tower 2 can be increased to near atmospheric pressure, and the methane gas can be easily adsorbed in the methane gas adsorption process to be executed later.

以上説明してきた実施形態では、大気圧下において、原料ガスＧ中のメタンガス濃度が変動したとしても、その原料ガスＧからメタンガスをメタンガス吸着材２１ａに効率よく吸着させ、製品ガスとしての濃縮後のメタンガスＰＧを高濃度に、効率良くかつ安全に精製することができる。また、吸着塔の吸着能力が変動するなどにより排ガスＯＧ中のメタンガス濃度が変動するなどしてもメタンガス吸着材２１ａへのメタンガス吸着動作を効率よく行い、排ガスＯＧが爆発範囲内の濃度となることを防止できる。 In the embodiment described above, even if the methane gas concentration in the raw material gas G fluctuates under atmospheric pressure, the methane gas is efficiently adsorbed from the raw material gas G to the methane gas adsorbent 21a, and is concentrated after being concentrated as a product gas. Methane gas PG can be purified to a high concentration efficiently and safely. Further, even if the concentration of methane gas in the exhaust gas OG varies due to fluctuations in the adsorption capacity of the adsorption tower, the methane gas adsorption operation to the methane gas adsorbent 21a is performed efficiently, and the exhaust gas OG has a concentration within the explosion range. Can be prevented.

［第２実施形態］
先の実施の形態では、吸着工程を行う場合に、吸着完了時点を原料ガスＧ供給開始時に一度設定を行うのみとしたが、複数回繰り返し行うこともできる。つまり、供給される原料ガスＧ中のメタンガス濃度が大きく変化したような場合に、吸着完了時点がおおきくずれることが見込まれるので、工程＃３および工程＃４を複数回繰り返すことにより、そのずれをさらに補正して再設定することができる。 [Second Embodiment]
In the previous embodiment, when the adsorption step is performed, the adsorption completion time point is set only once at the start of the supply of the raw material gas G. However, it can be repeated a plurality of times. In other words, when the concentration of methane gas in the supplied raw material gas G is greatly changed, it is expected that the completion point of the adsorption will be greatly changed. Therefore, by repeating Step # 3 and Step # 4 a plurality of times, the deviation can be reduced. Further corrections can be made and reset.

このような場合の入口側検出手段３３による吸着完了時点の再設定は、たとえば、以下のように行う。 In such a case, resetting of the suction completion time by the inlet side detection means 33 is performed as follows, for example.

ガス濃度演算部において、原料ガスＧ中のメタンガス濃度を求め、この濃度が、吸着工程開始時から所定時間経過時に大きくずれた場合、メタンガス濃度がおおきくずれた時点における前記吸着塔２へのメタンガス予想吸着量を演算する。このメタンガス予想吸着量と、破過するまでに前記吸着塔２が吸着可能であるメタンガス量としての予想全吸着容量とを求めて、この差を予想残吸着容量とする。予想残吸着容量の吸着塔２に、大きくずれたメタンガス濃度の原料ガスＧを吸着させるとき、その吸着塔２が破過するまでの補正吸着時間を演算して求める。そしてメタンガス濃度がおおきくずれた時点から前記補正吸着時間経過時点を新たな吸着完了時点として、運転条件設定部により再設定する。 In the gas concentration calculation unit, the methane gas concentration in the raw material gas G is obtained, and when this concentration greatly deviates when the predetermined time has elapsed from the start of the adsorption process, the methane gas prediction to the adsorption tower 2 when the methane gas concentration deviates greatly. Calculate the amount of adsorption. The expected adsorption amount of methane gas and the expected total adsorption capacity as the amount of methane gas that can be adsorbed by the adsorption tower 2 before breakthrough are obtained, and this difference is taken as the expected residual adsorption capacity. When adsorbing the raw material gas G having a greatly deviated methane gas concentration on the adsorption tower 2 having the expected residual adsorption capacity, a corrected adsorption time until the adsorption tower 2 breaks through is calculated and obtained. Then, the operation condition setting unit resets the corrected adsorption time lapse time as a new adsorption completion time after the methane gas concentration greatly deviates.

この再設定を、きめ細かく行えば、供給される原料ガスＧの性状変化に応じて、リアルタイムに吸着完了時点を適切に維持することができる。 If this resetting is performed finely, the adsorption completion time point can be appropriately maintained in real time in accordance with the change in the properties of the supplied raw material gas G.

また、原料ガスＧ中のメタンガス濃度を検出する場合、原料ガスＧを供給し始めてからの経過時間を設定して、その設定時間におけるメタンガス濃度出力を得ればよいが、上記の場合、所定時間毎にメタンガス濃度出力を得てモニタしておくことで実現することが出来る。尚前記メタンガス濃度出力としては、上述のように、所定時間経過時点におけるセンサ出力を用いても良いし、所定期間のセンサ出力の平均を用いても良い。 In addition, when detecting the methane gas concentration in the raw material gas G, an elapsed time from the start of supplying the raw material gas G may be set to obtain the methane gas concentration output at the set time. This can be achieved by obtaining and monitoring the methane gas concentration output every time. As the methane gas concentration output, as described above, a sensor output at a predetermined time point may be used, or an average of sensor outputs during a predetermined period may be used.

［第３実施形態］
先の実施の形態では、吸着完了時点の排ガスＯＧ中のメタンガス濃度出力に基づいて、その次のサイクルに用いる吸着完了時点を補正するものとしたが、排ガスＯＧ中にメタンガスが破過し始めて所定時間後のメタンガス濃度出力に基づいて、そのサイクルにおける吸着完了時点を補正することも出来る。つまり、吸着材２１が劣化するなどして吸着特性が低下したような場合に、吸着材２１が破過し始めてから排ガスＯＧ中にメタンガスが急速に放出し始められるような状況や、ブロアーの能力が低下してガス流量が低下したような場合に、吸着材の破過までに時間を要する状況が想定されるが、このような場合に、大量のメタンガスが放出されたり、運転効率が低下したりするおそれを是正することが出来る。 [Third Embodiment]
In the previous embodiment, the adsorption completion time point used for the next cycle is corrected based on the methane gas concentration output in the exhaust gas OG at the time of completion of adsorption. Based on the methane gas concentration output after the time, the adsorption completion time in the cycle can be corrected. In other words, when the adsorbent 21 is deteriorated and the adsorption characteristics are deteriorated, the situation in which methane gas starts to be rapidly released into the exhaust gas OG after the adsorbent 21 starts to break through, or the blower capacity. When the gas flow rate decreases due to a decrease in the gas flow rate, it is assumed that it takes time to break through the adsorbent. In such a case, a large amount of methane gas is released or the operation efficiency decreases. Can be corrected.

このような場合の出口側検出手段４３による吸着完了時点の再設定は、たとえば、以下のように行う。 In such a case, resetting of the suction completion time by the outlet side detection means 43 is performed as follows, for example.

ガス濃度演算部において、排ガスＯＧ中のメタンガス濃度を求め、この濃度が、吸着材２１が破過した後所定時間経過時に、どの程度上昇しているかを測定する。この値が、現在設定されている吸着完了時点で所定のメタンガス濃度に達するものであるかどうかを、前記制御手段は運転条件設定部において判断する。そして、メタンガス濃度が高いと判断された場合には、吸着完了時点を早めて再設定し、低いと判断された場合には、吸着完了時点を遅らせて再設定する。 The gas concentration calculation unit obtains the methane gas concentration in the exhaust gas OG and measures how much the concentration increases when a predetermined time elapses after the adsorbent 21 breaks through. The control means determines whether or not this value reaches a predetermined methane gas concentration at the time of completion of adsorption that is currently set. If it is determined that the methane gas concentration is high, the adsorption completion time point is reset earlier, and if it is determined to be low, the adsorption completion time point is delayed and reset.

この再設定を、きめ細かく行えば、排ガスＯＧ中のメタンガス濃度に応じて、リアルタイムに吸着完了時点を適切に調整することができる。 If this resetting is performed finely, the adsorption completion time point can be appropriately adjusted in real time according to the methane gas concentration in the exhaust gas OG.

また、排ガスＯＧ中のメタンガス濃度を検出する場合、メタンガスが破過し始めてからの経過時間を設定して、その設定時間におけるメタンガス濃度出力を得ればよいが、上記の場合、所定時間毎にメタンガス濃度出力を得てモニタしておくことで実現することが出来る。また、運転条件設定部におけるメタンガス濃度の判断は、メタンガス濃度の絶対値あるいはメタンガス濃度出力そのものの絶対値を参照することによって行うことが出来るが、その変化度をもって判断することも出来る。 In addition, when detecting the methane gas concentration in the exhaust gas OG, it is only necessary to set the elapsed time after the methane gas starts to break through and obtain the methane gas concentration output at the set time. This can be achieved by obtaining and monitoring the methane gas concentration output. The determination of the methane gas concentration in the operating condition setting unit can be made by referring to the absolute value of the methane gas concentration or the absolute value of the methane gas concentration output itself, but it can also be determined from the degree of change.

［その他の実施形態］
（１）上記第１〜第３実施形態において、供給される原料ガスＧ中の水分を除去して、吸着材２１に可燃性ガスを適切に吸着できるようにするため、除湿機を設置することができる。具体的には、供給路３０上に除湿機を設置することで、原料ガスＧ中の水分を除去することができる。また、吸着塔２内に水分を選択的に吸着可能な水分用吸着材を充填して、水分による可燃性ガスの吸着性能の低下を防止することもできる。 [Other Embodiments]
(1) In the said 1st-3rd embodiment, in order to remove the water | moisture content in the source gas G supplied and to adsorb | suck a combustible gas appropriately to the adsorbent 21, installing a dehumidifier. Can do. Specifically, the moisture in the source gas G can be removed by installing a dehumidifier on the supply path 30. Moreover, the adsorption | suction material for the water | moisture content which can selectively adsorb | suck water | moisture content can be filled in the adsorption tower 2, and the fall of the adsorption | suction performance of the combustible gas by a water | moisture content can also be prevented.

（２）上記第１〜第３実施形態においては、吸着塔２に吸着材２１が充填されているが、この吸着材２１は単独で用いてもよいし、２種以上混合して用いてもよい。 (2) In the first to third embodiments, the adsorption tower 2 is filled with the adsorbent 21, but the adsorbent 21 may be used alone or in combination of two or more. Good.

（３）前記吸着工程を完了した吸着塔２に対して、製品ガスＰＧを供給して、なおも塔内に残存する空気などの雜ガスを排気するパージ工程を行っても良い。パージ工程を行うには、前記吸着塔２に対して、前記貯蔵タンクから製品ガスＰＧを供給するパージ路を設けるとともに、パージにより排出された排ガスＯＧを、貯蔵する貯蔵部や、原料側に再循環させるための循環路を設ければよい。これにより、吸着塔２から得られる製品ガスＰＧの純度をさらに高めることが出来る。 (3) A purging process may be performed in which the product gas PG is supplied to the adsorption tower 2 that has completed the adsorption process, and soot gas such as air remaining in the tower is exhausted. In order to perform the purging process, a purge path for supplying the product gas PG from the storage tank is provided for the adsorption tower 2 and the exhaust gas OG discharged by the purge is stored again in the storage unit for storing the raw material or the raw material side. A circulation path for circulation may be provided. Thereby, the purity of the product gas PG obtained from the adsorption tower 2 can be further increased.

（４）上記第１〜第３実施形態においては、単数の吸着塔２を用いたが、複数の吸着塔２，２，２を用いることもできる。例えば２塔用いる場合、可燃性ガス濃縮装置は、第１の吸着塔２を、Ａ：可燃性ガス吸着工程、Ｂ：可燃性ガス脱着工程、Ｃ：均圧工程の順に動作させ、これに対応して、第２の吸着塔２を、Ａ：可燃性ガス脱着工程、Ｂ：可燃性ガス吸着工程、Ｃ：均圧工程の順に動作させて、連続的に可燃性ガスの濃縮を行なうことができる。 (4) Although the single adsorption tower 2 is used in the first to third embodiments, a plurality of adsorption towers 2, 2, and 2 can be used. For example, when two towers are used, the combustible gas concentrator operates the first adsorption tower 2 in the order of A: combustible gas adsorption process, B: combustible gas desorption process, and C: pressure equalization process. Then, the second adsorption tower 2 is operated in the order of A: flammable gas desorption step, B: flammable gas adsorption step, and C: pressure equalization step to continuously concentrate the flammable gas. it can.

ここで、均圧工程とは、内部圧力の高い吸着塔２からの排気を、内部圧力の低い吸着塔２に導入することによって、エネルギーロスを生じにくい状態で効率良く圧力調整を行うものである。すなわち、脱着工程を終了した吸着塔２に吸着工程を終了した吸着塔２からの排気を導入することによって、減圧状態にある吸着塔２に昇圧状態にある吸着塔２からの排気を導入することになり、両吸着塔２の圧力均衡を図ると同時に、吸着塔２からの排気に含まれる可燃性ガスを、均圧工程において回収することができ、また、脱着工程開始時の脱離可燃性ガス濃度を高く設定できるため、製品ガスＰＧの純度を高めるのにも寄与することが出来る。 Here, the pressure equalization step is to efficiently adjust the pressure in a state where energy loss is unlikely to occur by introducing the exhaust from the adsorption tower 2 having a high internal pressure into the adsorption tower 2 having a low internal pressure. . That is, by introducing the exhaust from the adsorption tower 2 that has completed the adsorption process into the adsorption tower 2 that has completed the desorption process, the exhaust from the adsorption tower 2 that is in the pressurized state is introduced into the adsorption tower 2 that is in the reduced pressure state. At the same time as achieving a pressure balance between the adsorption towers 2, the combustible gas contained in the exhaust from the adsorption tower 2 can be recovered in the pressure equalization process, and desorption combustibility at the start of the desorption process. Since the gas concentration can be set high, it can contribute to increasing the purity of the product gas PG.

（５）上記第１〜第３実施形態においては、原料ガスＧとして炭鉱ガスを用い、可燃性ガスとしてメタンガスを用いたが、原料ガスＧとしては可燃性ガスと空気と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、吸着材２１の物性を適宜変更することができ、例えば、このような吸着材２１の平均細孔直径としては可燃性ガスの平均分子径の１．２倍〜２倍程度のものを選択すると、可燃性ガスを選択的に吸着することができる。 (5) In the first to third embodiments, coal mine gas is used as the raw material gas G and methane gas is used as the flammable gas. However, the raw material gas G is a gas containing a flammable gas and air. The flammable gas is not particularly limited as long as it is a flammable gas. The physical properties of the adsorbent 21 can be changed as appropriate according to the type of combustible gas. For example, the average pore diameter of such an adsorbent 21 is 1.2, which is the average molecular diameter of the combustible gas. When a thing of about 2 to 2 times is selected, the combustible gas can be selectively adsorbed.

（６）上記昇圧工程において前記吸着塔２に空気を供給したが、これに限らず、例えば、炭鉱内採掘時に坑内への通気によって大気中に放出される通気メタンガス（ベンチレーションエアメタンガス、通常メタンガス濃度０．５％）を使用してもよい。これにより、ベンチレーションエアメタンガス中に含まれるメタンガスを回収でき、従来放出していた通気メタンガスを有効に回収できる。 (6) Although air was supplied to the adsorption tower 2 in the pressure increasing step, the present invention is not limited to this. For example, ventilation methane gas (ventilation air methane gas, normal methane gas) released into the atmosphere by ventilation into the mine during mining in the coal mine Concentration 0.5%) may be used. Thereby, the methane gas contained in ventilation air methane gas can be collect | recovered, and the ventilation | gas_flowing methane gas discharge | released conventionally can be collect | recovered effectively.

本発明に係る可燃性ガス濃縮装置は、可燃性ガスを濃縮する際に、原料ガスＧの成分組成に変動があったとしても、原料ロスを最小限に抑え、効率的に可燃性ガスを高濃度に濃縮できる技術として有効に利用可能である。 The flammable gas concentrator according to the present invention minimizes the loss of raw material and efficiently increases the flammable gas even if the composition of the raw material gas G varies when concentrating the flammable gas. It can be effectively used as a technology that can be concentrated to a concentration.

１００：可燃性ガス濃縮装置（本装置）
２：吸着塔
２１：吸着材
２１ａ：メタンガス吸着材
３：供給部
３０：供給路
３１：供給放出手段
３１ａ：ブロアー
３２：切替弁（供給路切替弁）
３３：入口側検出手段（検出手段）
３３ａ：メタンガス濃度検知手段
４：放出部
４０：放出路
４２：切替弁（放出路切替弁）
４３：出口側検出手段（検出手段）
４３ａ：メタンガス濃度検知手段
５：収集部
５０：収集路
５１：収集手段
５１ａ：真空ポンプ
５２：切替弁（収集路切替弁）
５４：貯蔵タンク
６：制御手段
６１：ガス濃度演算部
６２：タイマ部
６３：運転条件設定部
６４：切替制御部
６５：記憶部
６５ａ：入口側制御データ
６５ｂ：出口側制御データ
Ｇ：原料ガス（炭鉱ガス、可燃性ガス）
ＰＧ：高濃度の可燃性ガス（製品ガス）
ＯＧ：排ガス 100: Combustible gas concentrator (this unit)
2: Adsorption tower 21: Adsorbent 21a: Methane gas adsorbent 3: Supply part 30: Supply path 31: Supply / release means 31a: Blower 32: Switching valve (supply path switching valve)
33: Entrance side detection means (detection means)
33a: Methane gas concentration detection means 4: discharge part 40: discharge path 42: switching valve (discharge path switching valve)
43: outlet side detection means (detection means)
43a: Methane gas concentration detection means 5: Collection unit 50: Collection path 51: Collection means 51a: Vacuum pump 52: Switching valve (collection path switching valve)
54: storage tank 6: control means 61: gas concentration calculation unit 62: timer unit 63: operating condition setting unit 64: switching control unit 65: storage unit 65a: inlet side control data 65b: outlet side control data G: source gas ( Coal mine gas, flammable gas)
PG: High concentration of combustible gas (product gas)
OG: exhaust gas

Claims

可燃性ガスを吸着する吸着材を充填した吸着塔を設け、
前記吸着塔に可燃性ガスおよび空気を含有する原料ガスを供給路を通じて供給するとともに、前記原料ガスのうち前記吸着材に吸着されなかった排ガスを放出路を通じて前記吸着塔の外部に放出する供給放出手段を設け、
前記吸着塔内を大気圧よりも減圧して前記吸着材に吸着された可燃性ガスを脱着させ、収集路を通じて収集する収集手段を設け、
前記供給放出手段により前記吸着塔へ前記原料ガスを供給するとともに、前記吸着塔から前記排ガスを放出する可燃性ガス吸着工程と
前記収集手段により脱着される前記可燃性ガスを収集する可燃性ガス脱着工程とを
順次実行させる制御手段を設けた可燃性ガス濃縮装置であって、
前記吸着工程において、前記吸着塔に供給される原料ガス中の可燃性ガス濃度を検出する検出手段を設け、
前記検出手段からの出力に基づき可燃性ガス濃度を求めるガス濃度演算部と、
可燃性ガス吸着工程の経過時間を計時するタイマ部と、
各吸着塔の運転状態の切替条件を設定する運転条件設定部と、
前記運転条件設定部により設定された各設定時間に基づき、各吸着塔の運転状態を切替制御する切替制御部とを設け、
前記運転条件設定部は、原料ガス中のメタンガス濃度と、吸着塔に原料ガスを供給する吸着時間との関係を示す入口側制御データから、吸着工程ごとに現在の運転条件及び原料ガス中のメタンガス濃度に対応する吸着時間を求めて、
前記吸着工程を完了させる設定時間を変更するとともに、前記設定時間による吸着工程を行う可燃性ガス濃縮装置。 An adsorption tower filled with an adsorbent that adsorbs flammable gas is provided.
Supply and discharge for supplying a raw material gas containing a combustible gas and air to the adsorption tower through a supply path, and discharging an exhaust gas not adsorbed by the adsorbent in the raw material gas to the outside of the adsorption tower through a discharge path. Providing means,
Decompressing the inside of the adsorption tower from atmospheric pressure to desorb the combustible gas adsorbed on the adsorbent, and provide a collection means for collecting through the collection path,
A combustible gas adsorption process for supplying the raw material gas to the adsorption tower by the supply / release means, and for releasing the exhaust gas from the adsorption tower, and a combustible gas desorption for collecting the combustible gas desorbed by the collection means. A combustible gas concentrator provided with a control means for sequentially executing the steps,
In the adsorption step, a detection means for detecting a combustible gas concentration in the raw material gas supplied to the adsorption tower is provided,
A gas concentration calculation unit for obtaining a combustible gas concentration based on the output from the detection means;
A timer unit for measuring the elapsed time of the combustible gas adsorption process;
An operating condition setting unit for setting the operating condition switching condition of each adsorption tower;
Based on each set time set by the operating condition setting unit, provided with a switching control unit for switching control the operation state of each adsorption tower,
The operating condition setting unit calculates the current operating conditions and methane gas in the raw material gas for each adsorption process from the inlet side control data indicating the relationship between the methane gas concentration in the raw material gas and the adsorption time for supplying the raw material gas to the adsorption tower. Find the adsorption time corresponding to the concentration,
A combustible gas concentrator that changes the set time for completing the adsorption step and performs the adsorption step based on the set time .

前記運転条件設定部は、可燃性ガス濃度と吸着完了時点との対応関係をデータベースとして記憶する記憶部を備える請求項１に記載の可燃性ガス濃縮装置。 The combustible gas concentrating device according to claim 1, wherein the operating condition setting unit includes a storage unit that stores a correspondence relationship between the combustible gas concentration and the adsorption completion time point as a database.