(57)【要約】【課題】ガス中のシロキサンを選択吸着・分解処理することにより産業廃棄物を低減することができるシロキサン処理方法およびシロキサン処理装置を提供する。【解決手段】シロキサン含有ガスをオゾン分解特性の吸着剤に接触させて該吸着剤にシロキサンを吸着させる工程と、前記吸着剤にオゾンを接触させて吸着したシロキサンを分解する工程と、を交互に行なう。【選択図】    図１
2010058060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シロキサン含有ガスをオゾン分解特性の吸着剤に接触させて該吸着剤にシロキサンを吸着させる工程と、前記吸着剤にオゾン化ガスを接触させて吸着したシロキサンを分解する工程と、を交互に行なうことを特徴とするシロキサンの処理方法。
【請求項２】
少なくとも２系統以上の処理手段を有し、前記２系統以上の処理手段のうちの少なくとも１系統の処理手段ではシロキサンの吸着処理を行うとともに、これと並行して残りの系統の処理手段ではオゾン化ガスによるシロキサンの分解処理を行い、その後に前記１系統の処理手段をシロキサン分解処理に切り替えるとともに、前記残りの系統の処理手段のうちの少なくとも１系統の処理手段をシロキサン吸着処理に切り替えることにより、シロキサン含有ガスを実質的に連続して吸着・分解処理することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
シロキサンを吸着するオゾン分解特性の吸着剤を有する吸着部と、
前記吸着部にシロキサン含有ガスを供給する手段と、
吸着したシロキサンを分解するために前記吸着部にオゾン化ガスを供給するオゾン発生部と、
前記ガス供給手段と前記オゾン発生部とを交互に操作する操作手段と、
を有することを特徴とするシロキサン処理装置。
【請求項４】
前記吸着部は、少なくとも２系統以上のシロキサン吸着部を有し、
前記操作手段は、前記ガス供給手段と前記オゾン発生部とを交互に操作することにより、すべての系統の前記シロキサン吸着部を同時期に同じ動作をさせるのではなく、前記２系統以上のシロキサン吸着部のうちの少なくとも１系統のシロキサン吸着部にシロキサンの吸着動作を行わせ、他の系統のシロキサン吸着部にはオゾン処理動作を行わせることを特徴とする請求項３記載の装置。
【請求項５】
前記シロキサン吸着部は、活性炭を有することを特徴とする請求項３又は４のいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
前記シロキサン吸着部は、マンガン・銅・ニッケルの酸化物、ニッケル・コバルト・マンガン・銅を含有する多孔質カーボン、ゼオライト、粘土鉱物の少なくとも１つ以上のオゾン分解物質でハニカム構造あるいは三次元網目構造に構成されることを特徴とする請求項３又は４のいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
前記シロキサン吸着部は、白金、イリジウム、オスミウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウムの少なくとも１種類の白金系貴金属の微粒子が担持されることを特徴とする請求項３又は４のいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス中に含まれるシロキサン処理方法に係り、主にガス中のシロキサンを選択吸着・分解処理することを目的とし、従来は産業廃棄物として廃棄していたシロキサンをオゾン分解することにより産業廃棄物の低減が可能となるシロキサン処理方法およびシロキサン処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料に代わる新たなエネルギー源として消化ガスに含まれるメタンガスを発電に有効利用しようとするバイオマスエネルギー利用の動きが活発になり、バイオマスエネルギー回収に対する取り組みが進められている。これは京都議定書に関連して二酸化炭素排出量低減のため化石燃料の使用を節減に呼応するものである。政府は「新たなバイオマス・ニッポン総合戦略」を発表しており、国産バイオマス燃料の利用促進の方針を示している。
【０００３】
バイオマスガスからエネルギーを得るためには、バイオマスを燃焼機関で燃焼することにより熱エネルギー・電気エネルギーとして得ることができる。しかし、消化ガスのようなバイオマスガスを燃焼させると、種々の副生成物を生じ、とくにシリコーン由来のシロキサンが発生するため、これを除去するプロセスが必要になる。
【０００４】
シロキサンはケイ素と酸素を主成分とする有機、無機化合物である。シロキサンが含まれるバイオマスガスを燃焼機関で燃焼すると、ケイ素と酸素が結合することで生成される二酸化珪素、所謂石英ガラスが生成される。この二酸化珪素が燃焼機関内部や排気管内に付着・蓄積されると、設備が十分に機能しなくなり発電停止や燃焼トラブルなどを生じるおそれがある。
【０００５】
このようなシロキサンに起因する設備不全トラブルを未然に防止し、消化ガスをバイオマスエネルギーとして有効に利用するためには、燃焼機関の前段にシロキサンを除去するための装置を配置する必要がある。
【０００６】
例えば図８に示すように、従来のシロキサン処理装置１００では、消化ガス発生源１０２からラインＬ１を通ってシロキサン含有ガスである消化ガスをシロキサン除去装置１０３の入口に連通するラインＬ３に供給し、導入ガス中に含まれるシロキサンを吸着部１０４の吸着剤に吸着させ、除去装置１０３の入口ラインＬ３に連通するラインを切り替え、オゾン発生器１０６からラインＬ２を通ってオゾンをシロキサン除去装置１０３の入口に連通するラインＬ３を通って吸着部１０４に供給し、吸着したシロキサンをオゾンで分解する。シロキサン分解処理後のガスは排出ラインＬ４を通って除去装置１０３から排出され、下流側に設けられた燃焼機関で燃焼される。
【０００７】
シロキサンを除去するための方法や手段として従来から種々の提案がなされている。例えば特許文献１ではシロキサンを活性炭により吸着除去する方法を、また特許文献２ではシロキサンを水吸着により行う方法を、また特許文献３では吸着剤により吸着除去した後、吸着剤を熱加熱により再生させる方法をそれぞれ提案している。
【０００８】
これらのシロキサン除去方法は、吸着剤によりシロキサンを吸着しているため、使用後の吸着剤は二次処理を行うか、または産業廃棄物として廃棄される。
【０００９】
特許文献１の方法では、シロキサンを吸着した活性炭はそのまま産業廃棄物となる。また、特許文献２の方法では、シロキサンを吸着した水は水処理もしくは産業廃棄物として処理されることが考えられる。また、特許文献３の方法では、熱加熱により吸着剤から脱離されたシロキサンは再度吸着処理を行われる。
【００１０】
しかし、これらの特許文献１〜３は、いずれもシロキサンを脱着して吸着剤を再生することを目的としており、シロキサンの実質的な分解処理に対する提案ではない。
【特許文献１】特開２００４−２７０６２４号公報
【特許文献２】特開２００４−１８９１５７号公報
【特許文献３】特開２００７−１９７５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、ガス中のシロキサンを選択吸着・分解処理することにより産業廃棄物を低減することができるシロキサン処理方法およびシロキサン処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
１）の発明に係るシロキサンの処理方法は、シロキサン含有ガスをオゾン分解特性の吸着剤に接触させて該吸着剤にシロキサンを吸着させる工程と、前記吸着剤にオゾンを接触させて吸着したシロキサンを分解する工程と、を交互に行なうことを特徴とする。１）の発明によれば、シロキサン吸着工程とシロキサン分解工程とを交互に行なうことにより吸着から次の吸着までの間に休止期間を確保することができ、その休止期間中に吸着剤の機能が回復するため、吸着剤は産業廃棄物として廃棄される吸着剤の量を低減させつつ従来と同等かそれ以上のシロキサンを吸着することが可能になる（図６（ａ））。これにより処理システム全体としての処理効率が向上する。
【００１３】
シロキサンの吸着作用とその分解作用の概要を説明する。先ずシロキサン含有ガスはオゾン分解特性のある吸着剤に吸着される。さらにシロキサンガスが吸着されたオゾン分解特性のある吸着剤にオゾン化ガスを供給する。オゾン分解特性のある吸着剤にオゾン化ガスが到達すると、オゾン化ガス中のオゾンは分解し、酸素分子と酸素原子に解離される。酸素原子は不安定な状態で他の物質との反応性が高い。オゾン分解特性のある吸着剤の表面には先にシロキサンが吸着されている。このため、シロキサンは酸素原子と反応することにより酸化され、最終的には二酸化珪素となる。
【００１４】
シロキサンの分解反応は吸着剤表面で行われる。すなわち、反応は表面で生じる反応であることから、一度に大量のシロキサンを処理するのが難しい。このため、吸着工程とオゾンによる分解工程を交互に行うことにより、シロキサンの除去性能を向上させることができるようになる。
【００１５】
オゾン化ガスがオゾン分解特性のある吸着剤に到達すると以下の下式（１）により酸素分子と酸素原子に解離される。
【００１６】
O3 → Cat. → O2 + O       …（１）
式（１）において、O3 はオゾンを、Cat.はオゾン分解特性のある吸着剤であり、ここでは一例として触媒について記述、O2 は酸素分子を、Oは酸素原子を示す。ここで生成された酸素原子Oは下式（２）と（３）によりシロキサンと反応し最終的に二酸化珪素にまで分解される。
【００１７】
O + シロキサン → シロキサンoxide       …（２）
シロキサンoxide + O → SiO2 + H2O + CO2       …（３）
式（２）および（３）において、シロキサンoxideとはシロキサンが酸化反応することにより生成されたシロキサンの二次生成物である。またSiO2とは二酸化珪素を、H2Oは水分子を、CO2は二酸化炭素をそれぞれ示す。
【００１８】
なお、シロキサンおよびシロキサンOxideの酸化反応として酸素原子との反応の反応速度と比較すると遅いことが考えられるが、オゾンとの反応も考えられる。最終生成物は二酸化珪素と水分子と二酸化炭素と考えられるが、このうち水分子と二酸化炭素はガス状態であるため残存しない。しかしながら二酸化珪素は固体であるため、オゾン分解特性のある吸着剤表面に残存する。ガス化したシロキサンが低分子化し、残存したものがさらに固体化して二酸化珪素として残存するため、その体積は非常に小さいと考えられる。しかしながら、シロキサンは吸着剤表面に吸着して残存することから、シロキサンの吸着性能は徐々に低下し、さらにオゾン分解特性能も徐々に低下していくことから、吸着→分解→吸着→分解の交互操作の処理効果を見ながら吸着剤を交換する必要がある。
【００１９】
２）の発明は、少なくとも２系統以上の処理手段を有し、前記２系統以上の処理手段のうちの少なくとも１系統の処理手段ではシロキサンの吸着処理を行うとともに、これと並行して残りの系統の処理手段ではオゾンによるシロキサンの分解処理を行い、その後に前記１系統の処理手段をシロキサン分解処理に切り替えるとともに、前記残りの系統の処理手段のうちの少なくとも１系統の処理手段をシロキサン吸着処理に切り替えることにより、シロキサン含有ガスを実質的に連続して吸着・分解処理することを特徴とする。２）の発明によれば、流入してくるシロキサン含有ガスを複数の吸着手段により交互に吸着するので、切れ目なく実質的に連続処理することが可能となる。
【００２０】
３）の発明は、シロキサンを吸着するオゾン分解特性を具備する吸着剤を有する吸着部と、前記吸着部にシロキサン含有ガスを供給する手段と、吸着したシロキサンを分解するために前記吸着部にオゾン化ガスを供給するオゾン発生部と、前記ガス供給手段と前記オゾン発生部とを交互に操作する操作手段と、を有することを特徴とする。３）の発明によれば、流入してくるシロキサン含有ガスを連続的に処理することができ、処理が中断されることなく、全体としての処理効率が向上する。
【００２１】
４）の発明は、前記吸着部は、少なくとも２系統以上のシロキサン吸着部を有し、前記操作手段は、前記ガス供給手段と前記オゾン発生部とを交互に操作することにより、すべての系統の前記シロキサン吸着部を同時期に同じ動作をさせるのではなく、前記２系統以上のシロキサン吸着部のうちの少なくとも１系統のシロキサン吸着部にシロキサンの吸着動作を行わせ、他の系統のシロキサン吸着部にはオゾン処理動作を行わせることを特徴とする。４）の発明によれば、さらにシステム全体としての処理効率が向上する。
【００２２】
５）の発明は、シロキサン吸着部は活性炭を有することを特徴とする。活性炭はシロキサン吸着効果が高く、また同時にオゾン分解特性も有する。５）の発明によれば、吸着部に活性炭を用いることにより、シロキサンの吸着と分解を高効率に行うことができるようになる。
【００２３】
６）の発明は、マンガン・銅・ニッケルの酸化物、ニッケル・コバルト・マンガン・銅を含有する多孔質カーボン、ゼオライト、粘土鉱物の少なくとも１つ以上のオゾン分解物質でハニカム構造（図３）または三次元網目構造（図４）をなすものである。上記鉱物系物質はすべてオゾン分解特性を有するものである。６）の発明によれば、これらの鉱物系物質が多孔質カーボン、ゼオライト、粘土鉱物に中に含有され、さらにハニカム構造または三次元網目構造に構成されることにより、シロキサンの吸着効果の向上、ならびにオゾン分解効果の向上が期待されるだけでなく、吸着されたシロキサンとオゾン分解後の酸素原子が近い位置にそれぞれ存在できるようになることから、上式（１）〜（３）のシロキサンガスの処理反応をさらに促進することができる。このため、処理効果を向上させることができるようになる。
【００２４】
７）の発明は、シロキサン吸着部は白金、イリジウム、オスミウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウムの少なくとも１種類の白金系貴金属の微粒子が担持される。７）の発明によれば、オゾンが分解された酸素原子と吸着剤に吸着されたシロキサンとの酸化反応をさらに促進させることができる。よって、シロキサンの処理効率をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、シロキサン含有ガスはオゾン分解特性を有する吸着剤に吸着させることでシロキサンガスのみを除去し後段工程に供給する。オゾン分解特性を有する吸着剤にはオゾンを供給することによりシロキサンガスを二酸化珪素と水と二酸化炭素に分解する。これにより、従来は廃棄していた活性炭等のシロキサン吸着剤の寿命を飛躍的に延ばし、産業廃棄物量を大幅に低減させることが可能なシロキサン処理方法およびシロキサン処理装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）  
図１を参照して本発明の第１の実施形態に係るシロキサン処理装置を説明する。シロキサン処理装置１は、シロキサン含有ガス供給源２、シロキサン吸着分解塔３、必要に応じてコンプレッサ５、オゾン発生器６および制御ユニット１０を備えている。シロキサン含有ガス供給源２にはシロキサンを含むシロキサン含有ガス（消化ガス）Ｇ１が収容されている。シロキサンは種々の成分のシリコン含有ガスの総称であるが、そのなかでもＤ４ガスと呼ばれる成分がシロキサン含有ガスＧ１中に最も多く含まれている。シロキサン含有ガスＧ１は、Ｄ４ガスの他にＤ３ガスやＤ５ガスも成分中に含んでおり、一般的にＤ３、Ｄ４、Ｄ５ガスによって大部分。
【００２８】
シロキサン含有ガス供給源２は、バイオマスエネルギ源となる消化ガスを図示しないバイオマス発生源から受け入れ、それをラインＬ１，Ｌ３を介してシロキサン吸着分解塔３の底部に導入しうるように連通接続されている。シロキサン吸着分解塔３の内部には吸着剤４が所定の厚みに充填されている。吸着剤４の層の厚みは、吸着剤の種類、形状およびサイズ、シロキサン吸着分解塔３の内径、シロキサン含有ガスＧ１の流量および組成などのプロセス条件に応じて適宜設定されるものである。
【００２９】
オゾン発生器６は、コンプレッサ５から供給される圧縮空気を原料としてオゾン化ガスＧ２を生成するものである。オゾン発生器６は、ラインＬ２，Ｌ３を介してシロキサン吸着分解塔３の底部に連通しており、オゾン化ガスＧ２をシロキサン吸着分解塔３に供給し、吸着剤４に吸着したシロキサンをオゾン化ガスＧ２により分解させる役割を有するものである。
【００３０】
シロキサン含有ガス供給ラインＬ１とオゾン化ガス供給ラインＬ２とは共通の三方弁７に接続されている。すなわち、三方弁７の２つの入口はラインＬ１とＬ２にそれぞれ接続され、三方弁７の１つの出口は塔底部のラインＬ３に接続されている。三方弁７の弁体を駆動する駆動回路の電源スイッチは制御ユニット１０の出力側に接続され、制御ユニット１０により三方弁７の開閉切換動作が制御されるようになっている。
【００３１】
なお、この制御ユニット１０は、シロキサン処理装置１の全体を統括的に制御するものであり、図示しない流量センサ、圧力センサ、温度センサ、濃度センサなどから送られてくる検出信号に基づいて、ガス供給源２、コンプレッサ５およびオゾン発生器６の駆動部の動作をそれぞれ制御するようになっている。
【００３２】
シロキサン含有ガスＧ１は、ラインＬ３を介してシロキサン吸着分解塔３の底部に流入し、一端側から吸着剤４層に導入され、ガスＧ１中に含まれるシロキサンが吸着剤４に選択的に吸着される。シロキサンが吸着された後の脱シロキサンガスＧ３は、ラインＬ４を介して搭頂から排出され、後段側に配置された燃焼装置（図示せず）に供給される。
【００３３】
三方弁７の流路を切り換えることにより、吸着剤４でシロキサン含有ガスＧ１の流入側と同じ塔端部にオゾン化ガスＧ２が流入するようになっている。オゾン化ガスＧ２はオゾン発生器６により生成されるものである。オゾン化ガスＧ２を生成するための原料は酸素を含むガスであるが、一例として図１に示す本実施形態の装置では原料ガスとして空気を用いるときのものを示している。オゾン発生器６には、沿面放電型、共面放電型、体積放電型、コロナ放電型等の各種タイプを用いることが可能であり、シロキサンの処理量に応じて必要となるオゾン発生量や濃度、また発生効率等状況に応じて最適なオゾン発生方式を選択することができる。オゾン発生器６のオゾン生成能力は、オゾン化ガスＧ２中のオゾン濃度を例えば１００〜７００ｐｐｍレベルにする程度のものである。
【００３４】
空気はコンプレッサ５により規定圧力に昇圧される。昇圧の度合いは、配管、吸着剤、空気をオゾン化するときの降圧分とさらに脱シロキサンガスＧ３を使用する場合に必要となる圧力により決定される。
【００３５】
なお、吸着剤の種類は、プロセスや設備に応じて下記の群のなかから個別に選択することができる。すなわち、吸着剤として、活性炭を用いることができるが、マンガン・銅・ニッケルの酸化物、ニッケル・コバルト・マンガン・銅を含有する多孔質カーボン、ゼオライト、粘土鉱物の少なくとも１つ以上のオゾン分解物質でハニカム構造または三次元網目構造をもつ構造体を用いてもよい。
【００３６】
図３にハニカム構造の吸着剤の一例を示す。上記のオゾン分解物質からなる担体４５がハニカム構造に形成され、ハニカム構造の各室に吸着剤粒子４６が担持されている。
【００３７】
図４に三次元網目構造の吸着剤の一例を示す。上記のオゾン分解物質からなる担体４７が三次元網目構造に形成され、三次元網目構造の網部に吸着剤粒子４８が担持されている。これらの担持される吸着剤粒子には、白金、イリジウム、オスミウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウムの少なくとも１種類の白金系貴金属の微粒子を用いることができる。
【００３８】
オゾン化ガスＧ２により吸着シロキサンを分解した後のシロキサン分解後ガスＧ４は、搭頂からラインＬ４を通って下流側の燃焼装置（図示せず）に送られて燃焼されるようになっている。
【００３９】
次に、図５を参照して本実施形態の作用を従来法と対比して説明する。
【００４０】
図５の（ａ）に示す時間ｔ１に三方弁７の流路を開にしてラインＬ１とＬ３を連通させ、ガス供給源２からシロキサン含有ガスＧ１を吸着分解塔３内に導入する。シロキサン含有ガスＧ１のシロキサン濃度は例えば３００ｐｐｍである。シロキサン含有ガスＧ１は、オゾン分解効果を有する吸着剤４の一端側から流入し、これに含まれるシロキサンが選択的に吸着剤４に吸着される。シロキサンが吸着剤４により吸着除去された後のシロキサン含有ガスＧ１は、脱シロキサンガスＧ３としてラインＬ４を介して後段の燃料装置に送られ、燃焼装置内で燃焼されてバイオマスエネルギの取り出しが行われる。
【００４１】
図５の（ａ）に示すように、吸着剤４にシロキサンがある程度の量Ｓ１まで吸着されると、吸着剤４のシロキサン吸着能力がほぼ飽和して処理効率が低下する。吸着能力が低下する時間ｔ２は吸着剤４の種類やガスＧ１のシロキサン含有率などに依存しているので、実証試験により予め把握することができ、制御ユニット１０のデータベースに記憶させておくことが可能である。
【００４２】
制御ユニット１０から所定時間経過後の時間ｔ２に制御信号を三方弁７に送り、三方弁７の流路を切り換え、ガス供給源２からのシロキサン含有ガスＧ１の供給を停止するとともに、オゾン発生器６から吸着分解塔３へのオゾン化ガスＧ２の供給を開始する。オゾン化ガスＧ２中のオゾン濃度は１００〜７００ｐｐｍである。オゾン化ガスＧ２中のオゾンは吸着剤４の表面で分解し、生成される酸素原子はシロキサンと吸着してシロキサンを分解処理する。シロキサンを分解した後のシロキサン分解後ガスＧ４は、ラインＬ４を介して後段の燃焼装置に送られる。
【００４３】
制御ユニット１０から所定時間経過後の時間ｔ３に制御信号を三方弁７に送り、三方弁７の流路を切り換え、オゾン発生器６から吸着分解塔３へのオゾン化ガスＧ２の供給を停止するとともに、ガス供給源２からのシロキサン含有ガスＧ１の供給を再開する。シロキサン分解時間ｔ２〜ｔ３は、吸着剤の種類、量、サイズ、およびシロキサン吸着量に応じて種々変動するものであるが、これも実証試験により予め知見を得てデータベース化しておくことができる。
【００４４】
吸着シロキサンは、分解反応により全量Ｓ１が分解されてしまうのではなく、図５（ａ）に示すように、その一部の量Ｓ１-２が分解され、残りの量Ｓ１-１は吸着剤４が吸着能力を回復した後においても吸着剤表面に残留する。このため、再開後の吸着剤４の吸着動作は、残留量Ｓ１-１に上乗せされることになる。なお、第２回目のシロキサン吸着時間ｔ３〜ｔ４は、第１回目のシロキサン吸着時間ｔ１〜ｔ２と同じに設定してもよいし、それよりも長い時間に設定してもよい。
【００４５】
制御ユニット１０から所定時間経過後の時間ｔ４に制御信号を三方弁７に送り、三方弁７の流路を切り換え、ガス供給源２からのシロキサン含有ガスＧ１の供給を停止するとともに、オゾン発生器６から吸着分解塔３へのオゾン化ガスＧ２の供給を再開する。分解処理再開時ｔ４のシロキサン吸着量Ｓ２は残留量Ｓ１-１に新たな吸着量が上乗せされたものである。
【００４６】
吸着シロキサンは、第２回目の分解処理においても全量Ｓ２が分解されてしまうのではなく、図５（ａ）に示すように、その一部の量Ｓ２-２が分解され、残りの量Ｓ２-１は吸着剤４が吸着能力を回復した後においても吸着剤表面に残留する。このため、再開後の吸着剤４の吸着動作は、残留量Ｓ２-１に上乗せされることになる。なお、第２回目のシロキサン分解時間ｔ４〜ｔ５は、第１回目のシロキサン分解時間ｔ２〜ｔ３と同じに設定してもよいし、それよりも長い時間に設定してもよい。
【００４７】
制御ユニット１０から所定時間経過後の時間ｔ５に制御信号を三方弁７に送り、三方弁７の流路を切り換え、オゾン発生器６から吸着分解塔３へのオゾン化ガスＧ２の供給を停止するとともに、ガス供給源２からのシロキサン含有ガスＧ１の供給を再開する。これによりシロキサンがさらに分解される。なお、第３回目のシロキサン吸着時間ｔ５〜ｔ６は、第１回目の吸着時間ｔ１〜ｔ２または第２回目の吸着時間ｔ３〜ｔ４と同じに設定してもよいし、それらよりも長い時間に設定してもよい。
【００４８】
このように本発明に従う上記の実施形態によれば、シロキサンの吸着処理と分解処理とを交互に切り替える間欠操作により多量のシロキサン含有ガスＧ１を効率良く処理することができる。
【００４９】
これに対して図８の装置を用いる従来の処理方法では、シロキサン含有ガスＧ１を長時間にわたり連続して吸着剤１０４に流し続けるため、図５の（ｂ）に示すように、吸着剤１０４の吸着性能の低下が著しく、最終的にシロキサン吸着量Ｓｐが小さくなる。すなわち、同じ処理時間ｔ１〜ｔ６でみた場合に、従来法によるシロキサン吸着量Ｓｐに比べて図１の装置を用いる本発明方法によるシロキサン吸着量Ｓ３のほうがかなり大きくなる（Ｓ３＞Ｓｐ）。このように吸着剤表面反応により処理する従来の方法では一度に大量のシロキサンを処理することが難しい。
【００５０】
本実施形態によれば、いったん吸着剤にシロキサンを吸着させて、その後オゾン化ガスを供給することで、シロキサンとオゾンの分解のための時間をより長時間与えることが可能となる。これにより、連続的にシロキサンを処理するよりもより効率よくシロキサン処理ができるようになる。
【００５１】
（第２の実施形態）
次に図２と図６を参照して本発明の第２の実施形態に係るシロキサン処理装置および処理方法をそれぞれ説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００５２】
本実施形態の処理概念は上記第１の実施形態と実質的に同じであるが、本実施形態のシロキサン処理装置１Ａは、図２に示すように、２つのシロキサン吸着分解塔３１，３２、２つの三方弁７１，７２および一対２組の排出弁（８１，８２）（９１，９２）を備えており、一方のシロキサン吸着分解塔３１にシロキサン含有ガスＧ１を送っているときに、同時に他方のシロキサン吸着分解塔３２にはオゾン化ガスＧ２を送り、また、一方のシロキサン吸着分解塔３１にオゾン化ガスＧ２を送っているときに、同時に他方のシロキサン吸着分解塔３２にはシロキサン含有ガスＧ１を送るようにしている。すなわち、１つのシロキサン吸着分解塔に注目した場合に、シロキサンの吸着と分解とが交互に実施され、吸着処理→分解処理→吸着処理→分解処理の繰り返し操作が切れ目なく実質的に連続して行われるようにしている。
【００５３】
このように第２の実施形態の特徴はシロキサン含有ガスＧ１を連続に処理できる点にある。シロキサン含有ガスＧ１は第１の吸着塔３１または第２の吸着塔３２のいずれか一方に流される。図２においては第１の吸着塔３１のほうに流れる。このときシロキサン含有ガス用三方弁７１は第１の吸着塔３１にのみシロキサン含有ガスＧ１を流すように設定されており、第２の吸着塔３２には流れない。このとき第２の吸着塔３２にはオゾン化ガスＧ２が供給されるようにオゾン化ガス用三方弁７２が設定されており、やはりオゾン化ガスＧ２は第１の吸着塔３１には流れない。すなわち、シロキサン含有ガスＧ１が一方に流れているときは、オゾン化ガスはもう一方の吸着剤に流れる。シロキサン含有ガスＧ１が第１の吸着塔３１に吸着された後の脱シロキサンガスＧ３は脱シロキサンガス用弁８１により後段に流出される。このときシロキサン分解後ガス用弁８２は閉じている。
【００５４】
このとき同時並行して第２の吸着塔３２にはオゾン化ガスＧ２が流れる。このとき、脱シロキサン用弁９１は閉じ、シロキサン分解後ガス用弁９２のほうが開いており、シロキサン分解ガスＧ４が廃棄される。オゾン化ガス用三方弁７１，７２と脱シロキサンガス用弁８１，９１およびシロキサン分解後ガス用弁８２，９２の操作はすべて制御ユニット１０Ａにより自動制御するようにしてもよい。このように本実施形態の装置１Ａでは、シロキサン含有ガスＧ１とオゾン化ガスＧ２は時間的に交互に第１及び第２の吸着塔３１，３２吸着剤４１，４２に供給される。
【００５５】
なお、吸着剤４１，４２は処理の状況に応じて適宜交換することができる。また、吸着剤４１，４２には、活性炭、またはマンガン・銅・ニッケルの酸化物、ニッケル・コバルト・マンガン・銅を含有する多孔質カーボン、ゼオライト、粘土鉱物の少なくとも１つ以上のオゾン分解物質で図３に示すハニカム構造または図４に示す三次元網目構造を用いることもできる。
【００５６】
次に、図６を参照して本発明の第２の実施形態のシロキサン処理方法を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００５７】
図６に示す時間ｔ１に第１の三方弁７１の流路を開にしてラインＬ１とＬ１１とを連通させ、ガス供給源２からシロキサン含有ガスＧ１を第１の吸着分解塔３１内に導入する。シロキサン含有ガスＧ１のシロキサン濃度は例えば３００ｐｐｍである。シロキサン含有ガスＧ１は、オゾン分解効果を有する吸着剤４１の一端側から流入し、これに含まれるシロキサンが選択的に吸着剤４１に吸着される。吸着時間ｔ１〜ｔ２において吸着剤４１に吸着されるシロキサン吸着量Ｓ１１は、吸着剤４１の吸着能力が飽和しない程度の量である。シロキサンが吸着剤４１により吸着除去された後の脱シロキサンガスＧ３は、ラインＬ４１を介して後段の燃料装置に送られ、燃焼装置内で燃焼されてバイオマスエネルギの取り出しが行われる。
【００５８】
図６に示すように、吸着剤４１にシロキサンがある程度の量Ｓ１１まで吸着されると、吸着剤４１のシロキサン吸着能力がほぼ飽和して処理効率が低下する。吸着能力が低下する時間ｔ２は吸着剤４１の種類やガスＧ１のシロキサン含有率などに依存しているので、実証試験により予め把握することができ、制御ユニット１０Ａのデータベースに記憶させておくことが可能である。
【００５９】
制御ユニット１０Ａから所定時間経過後の時間ｔ２に制御信号を第１の三方弁７１に送り、三方弁７１の流路を切り換え、ガス供給源２から第１の吸着分解塔３１へのシロキサン含有ガスＧ１の供給を停止し、かつオゾン発生器６から第１の吸着分解塔３１へのオゾン化ガスＧ２の供給を開始するとともに、制御信号を第２の三方弁７２にも送り、三方弁７２の流路を切り換え、オゾン発生器６から第２の吸着分解塔３２へのオゾン化ガスＧ２の供給を停止し、かつガス供給源２から第２の吸着分解塔３２へのシロキサン含有ガスＧ１の供給を開始する。オゾン化ガスＧ２中のオゾンは吸着剤４１の表面で分解し、生成される酸素原子はシロキサンと吸着してシロキサンを分解処理する。シロキサンを分解した後のシロキサン分解後ガスＧ４は、ラインＬ４２を介して後段の燃焼装置に送られる。
【００６０】
第１の吸着分解塔３１において、吸着シロキサンは、分解反応により全量Ｓ１１が分解されてしまうのではなく、図６の上段に示すように、その一部の量Ｓｂが分解され、残りの量Ｓａは吸着剤４１が吸着能力を回復した後においても吸着剤表面に残留する。このため、再開後の吸着剤４１の吸着動作は、残留量Ｓａに上乗せされることになる。
【００６１】
制御ユニット１０Ａから所定時間経過後の時間ｔ３に制御信号を第１の三方弁７１に送り、三方弁７１の流路を切り換え、オゾン発生器６から第１の吸着分解塔３１へのオゾン化ガスＧ２の供給を停止し、かつガス供給源２からのシロキサン含有ガスＧ１の供給を再開するとともに、これと同時並行して制御信号を第２の三方弁７２に送り、三方弁７２の流路を切り換え、ガス供給源２から第２の吸着分解塔３２へのシロキサン含有ガスＧ１の供給を停止し、かつオゾン発生器６から第２の吸着分解塔３２へのオゾン化ガスＧ２の供給を開始する。
【００６２】
第２の吸着分解塔３２において、吸着シロキサンは、分解反応により全量Ｓ２１が分解されてしまうのではなく、図６の下段に示すように、その一部の量Ｓｂが分解され、残りの量Ｓａは吸着剤４２が吸着能力を回復した後においても吸着剤表面に残留する。このため、再開後の吸着剤４２の吸着動作は、残留量Ｓａに上乗せされることになる。なお、第２の吸着分解塔３２のシロキサン吸着時間ｔ２〜ｔ３は、第１の吸着分解塔３１のシロキサン吸着時間ｔ１〜ｔ２と同じに設定してもよいし、それよりも長い時間に設定してもよい。また、第２の吸着分解塔３２のシロキサン分解時間ｔ３〜ｔ４は、第１の吸着分解塔３１のシロキサン分解時間ｔ２〜ｔ３と同じに設定してもよいし、それよりも長い時間に設定してもよい。
【００６３】
制御ユニット１０Ａから所定時間経過後の時間ｔ４に制御信号を第１の三方弁７１に送り、三方弁７１の流路を切り換え、ガス供給源２から第１の吸着分解塔３１へのシロキサン含有ガスＧ１の供給を停止し、かつオゾン発生器６から第１の吸着分解塔３１へのオゾン化ガスＧ２の供給を再開するとともに、制御信号を第２の三方弁７２にも送り、三方弁７２の流路を切り換え、オゾン発生器６から第２の吸着分解塔３２へのオゾン化ガスＧ２の供給を停止し、かつガス供給源２から第２の吸着分解塔３２へのシロキサン含有ガスＧ１の供給を再開する。分解処理再開時ｔ４における第１の吸着剤４１のシロキサン吸着量Ｓ１２は残留量Ｓａに新たな吸着量が上乗せされたものである。
【００６４】
吸着シロキサンは、第２回目の分解処理においても全量Ｓ１２が分解されてしまうのではなく、図６の上段に示すように、その一部の量Ｓｂが分解され、残りの量Ｓａは吸着剤４１が吸着能力を回復した後においても吸着剤表面に残留する。このため、再開後の吸着剤４１の吸着動作は、残留量Ｓｂに上乗せされることになる。なお、第２回目のシロキサン分解時間ｔ４〜ｔ５は、第１回目のシロキサン分解時間ｔ２〜ｔ３と同じに設定してもよいし、それよりも長い時間に設定してもよい。
【００６５】
制御ユニット１０Ａから所定時間経過後の時間ｔ５に制御信号を第１の三方弁７１に送り、三方弁７１の流路を切り換え、オゾン発生器６から吸着分解塔３へのオゾン化ガスＧ２の供給を停止し、かつガス供給源２からのシロキサン含有ガスＧ１の供給を再開するとともに、制御信号を第２の三方弁７２にも送り、三方弁７２の流路を切り換え、ガス供給源２から第２の吸着分解塔３２へのシロキサン含有ガスＧ１の供給を停止し、かつオゾン発生器６から第２の吸着分解塔３２へのオゾン化ガスＧ２の供給を再開する。分解処理再開時ｔ５における第２の吸着剤４２のシロキサン吸着量Ｓ２２は残留量Ｓａに新たな吸着量がさらに上乗せされたものである。
【００６６】
制御ユニット１０Ａから所定時間経過後の時間ｔ６に制御信号を第１の三方弁７１に送り、三方弁７１の流路を切り換え、ガス供給源２から第１の吸着分解塔３１へのシロキサン含有ガスＧ１の供給を停止し、かつオゾン発生器６から第１の吸着分解塔３１へのオゾン化ガスＧ２の供給を再開するとともに、制御信号を第２の三方弁７２にも送り、三方弁７２の流路を切り換え、オゾン発生器６から第２の吸着分解塔３２へのオゾン化ガスＧ２の供給を停止し、かつガス供給源２から第２の吸着分解塔３２へのシロキサン含有ガスＧ１の供給を再開する。分解処理再開時ｔ６における第１の吸着剤４１のシロキサン吸着量Ｓ１３は残留量Ｓａに新たな吸着量がさらに上乗せされたものである。なお、第３回目のシロキサン吸着時間ｔ５〜ｔ６は、第１回目の吸着時間ｔ１〜ｔ２または第２回目の吸着時間ｔ３〜ｔ４と同じに設定してもよいし、それらよりも長い時間に設定してもよい。
【００６７】
本実施形態によれば、２つの系統の吸着分解塔３１，３２を用いて、シロキサンの吸着処理と分解処理とを交互に切り替える操作により、各吸着分解塔３１，３２における処理動作を切れ目なく連続的に行わせることができ、多量のシロキサン含有ガスＧ１を高い効率で処理することができる。
【００６８】
（第３の実施形態）
図７を参照して本発明の第３の実施形態のシロキサン処理方法を説明する。なお、本実施形態が上記の実施形態と重複する部分の説明は省略する。
【００６９】
第３の実施の形態は上記第２の実施の形態を応用し、連続的にシロキサン含有ガスＧ１を処理できるようにしたものである。処理するシロキサンガスの量やシロキサン含有ガスＧ１の供給形態により第２の実施の形態または第１の実施の形態を適宜選択して利用することができる。
【００７０】
本実施形態の処理概念は上記第２の実施形態と実質的に同じである。本実施形態では装置の図示を省略しているが、３つのシロキサン吸着分解塔、３つの三方弁、および一対３組の排出弁を備えており、第１のシロキサン吸着分解塔にシロキサン含有ガスＧ１を送って吸着処理をしているときに、これと同時に第２および第３のシロキサン吸着分解塔にそれぞれオゾン化ガスＧ２を送り、第１の塔での吸着処理と同時並行に分解処理を行うようにしている。
【００７１】
吸着処理のローテーションは第１の吸着分解塔→第２の吸着分解塔→第３の吸着分解塔→第１の吸着分解塔の順番としている。すなわち図７に示すように、時間ｔ４〜ｔ５において第１の吸着分解塔でシロキサン吸着処理をしている間に第２および第３の吸着分解塔ではそれぞれシロキサン分解処理を行ない、次の時間ｔ５〜ｔ６において第２の吸着分解塔でシロキサン吸着処理をしている間に第１および第３の吸着分解塔ではそれぞれシロキサン分解処理を行ない、次の時間ｔ６〜ｔ７において第３の吸着分解塔でシロキサン吸着処理をしている間に第１および第２の吸着分解塔ではそれぞれシロキサン分解処理を行なうような処理サイクルを採用している。すなわち、１つのシロキサン吸着分解塔に注目した場合に、シロキサンの吸着と分解とが交互に実施され、吸着処理→分解処理→吸着処理→分解処理の繰り返し操作が切れ目なく実質的に連続して行われるようにしている。
【００７２】
本実施形態によれば、３つの系統の吸着分解塔を用いて、シロキサンの吸着処理と分解処理とを交互に切り替える操作により、各吸着分解塔における処理動作を切れ目なく連続的に行わせることができ、多量のシロキサン含有ガスを高い効率で処理することができる。
【００７３】
また、本実施形態によれば、シロキサン分解処理時間をシロキサン吸着時間の２倍にするため、吸着剤の表面に残るシロキサン残留量を低減することができ、吸着剤の吸着性能の回復を効率よく円滑に行わせることができる。その結果として吸着剤の寿命の延長を図ることができるという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、バイオマス発電をはじめとした産業装置だけでなく、シロキサン含有ガスを処理するすべてに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るシロキサン処理装置を示す構成ブロック図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るシロキサン処理装置を示す構成ブロック図。
【図３】ハニカム構造の吸着剤を示す拡大模式図。
【図４】三次元網目構造の吸着剤を示す拡大模式図。
【図５】（ａ）は第１の実施形態のシロキサン処理方法を示すタイミングチャート、（ｂ）は従来の処理方法を示すタイミングチャート。
【図６】第２の実施形態のシロキサン処理方法を示すタイミングチャート。
【図７】第３の実施形態のシロキサン処理方法を示すタイミングチャート。
【図８】従来の装置を示す構成ブロック図。
【符号の説明】
【００７６】
１，１Ａ…シロキサン処理装置、２…シロキサン含有ガス供給源、
３，３１，３２…シロキサン吸着塔、４，４１，４２…吸着剤、
５…コンプレッサ、６…オゾン発生器、
７，７１，７２…三方弁、
８１，９１…脱シロキサン用弁、
８２，９２…シロキサン分解後用弁、
１０，１０Ａ…制御ユニット、
Ｌ１，Ｌ３，Ｌ１１，Ｌ１２…シロキサン含有ガス供給ライン、
Ｌ２，Ｌ３，Ｌ２１，Ｌ２２…オゾン供給ライン、
Ｌ４，Ｌ４１，Ｌ４２，Ｌ４１１，Ｌ４１２，Ｌ４１２，Ｌ４２２…ガス排出ライン、
Ｇ１…シロキサン含有ガス、
Ｇ２…オゾン化ガス、
Ｇ３…脱シロキサンガス、
Ｇ４…シロキサン分解後ガス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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