(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素質吸着剤への所定物質の吸着性能を推定する方法であって、
現在の所定物質の濃度と、現在の炭素質吸着剤への所定物質吸着量と、所定物質の濃度が異なる２種類以上の既知の吸着速度特性曲線から予め設定された吸着速度式により吸着速度を算出する工程を備えることを特徴とする吸着性能推定方法。
【請求項２】
前記吸着速度が単位時間あたりに接触する所定物質量を上回るか否かを判別する判別工程と、
前記吸着速度が前記所定物質量を上回る場合、該所定物質量に１タイムステップの時間を積算した値を当該タイムステップにおける吸着量に設定する第１の吸着量算出工程と、
前記吸着速度が前記所定物質量を下回る場合、前記吸着速度に１タイムステップ当たりの時間を積算した値を当該タイムステップにおける吸着量に設定する第２の吸着量算出工程と、
前記第１あるいは第２の吸着量算出工程で算出された当該タイムステップにおける吸着量を基に所定物質の吸着量を更新する工程と、
前記所定物質吸着量および、当該タイムステップにおける吸着量を出力する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の吸着性能推定方法。
【請求項３】
前記吸着速度式は、
【数１】
0003618083.tif 000007
（ただし、単位重量あたりの炭素質吸着剤の所定物質の吸着量をｑ、その飽和吸着量をｑ∞、所定物質濃度をｄとする。関数Ｔ（ｄ）、ｇ（ｄ）は濃度ｄのみに依存する関数であり、ｆ（ｑ）は吸着量ｑのみに依存する関数である。）であることを特徴とする請求項１または２に記載の吸着性能推定方法。
【請求項４】
前記吸着速度式中の関数ｆ（ｑ）は、吸着量ｑの三次関数ｆ（ｑ）＝ａ０ｑ３＋ａ１ｑ２＋ａ２ｑ＋ａ３（ただし、ａ０、ａ１、ａ２、ａ３はいずれも定数）により表される請求項３記載の吸着性能推定方法。
【請求項５】
前記吸着速度式中の関数Ｔ（ｄ）、ｇ（ｄ）は、吸着速度特性曲線の数をｎとするとき、濃度ｄの（ｎ−１）次関数で表される請求項３または４記載の吸着性能推定方法。
【請求項６】
炭素質吸着剤への所定物質の吸着性能を計算機により推定するプログラムであって、
現在の所定物質の濃度と、現在の炭素質吸着剤への所定物質吸着量と、所定物質の濃度が異なる２種類以上の既知の吸着速度特性曲線から予め設定された吸着速度式により吸着速度を算出するステップを備えることを特徴とする吸着性能推定プログラム。
【請求項７】
前記吸着速度が単位時間あたりに接触する所定物質量を上回るか否かを判別し、
前記吸着速度が前記所定物質量を上回る場合には、該所定物質量に１タイムステップの時間を積算した値を当該タイムステップにおける吸着量に設定し、
前記吸着速度が前記所定物質量を下回る場合には、前記吸着速度に１タイムステップ当たりの時間を積算した値を当該タイムステップにおける吸着量に設定し、
設定された当該タイムステップにおける吸着量を基に所定物質の吸着量を更新して、
前記所定物質吸着量および、当該タイムステップにおける吸着量を出力する、サブプログラム、ルーチンあるいはステップを含むことを特徴とする請求項６記載の吸着性能推定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素質吸着剤に対する所定物質の吸着性能を推定する方法およびプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）等を除去する処理装置として排ガスを活性炭等の炭素質吸着剤と接触させて処理する乾式脱硫装置が知られている。この種の乾式脱硫装置においては、例えば、活性炭を容器内を流動させて排ガスと接触させ、ＳＯｘを吸着した活性炭を不活性ガス中で加熱することにより、吸着したＳＯｘを脱離させて活性炭を再生し、再使用する方法が採られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
再生は、活性炭のＳＯｘ付着量がある量で飽和して、所定量以上のＳＯｘを付着できないために不可欠ではあるが、飽和まで余裕がある状態で再生を行って再生の頻度を多くすると、活性炭の破過を招きやすい。一方で、飽和量に近い状態の活性炭は、ＳＯｘの吸着量が少なく、効率が劣化してしまう。これを防ぐためには、活性炭等の炭素質吸着剤の吸着性能を把握してこれに合わせて排ガス量や炭素質吸着剤の移送速度等を調整することが好ましい。
【０００４】
そこで本発明は、炭素質吸着剤の所定物質の吸着性能を的確に把握する方法および計算機による推定プログラムを提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る炭素質吸着剤への所定物質の吸着性能を推定する方法および計算機による推定プログラムは、現在の所定物質の濃度と、現在の炭素質吸着剤への所定物質吸着量と、所定物質の濃度が異なる２種類以上の既知の吸着速度特性曲線から予め設定された吸着速度式により吸着速度を算出することを特徴とする。
【０００６】
このようにすると、所定物質の濃度、現在の吸着量に応じてより正確な吸着速度を求めることができるので、この吸着速度を基にして正確な吸着量を算出することが可能となる。
【０００７】
さらに、吸着速度が単位時間あたりに接触する所定物質量を上回るか否かを判別し、吸着速度が前記所定物質量を上回る場合には、この所定物質量に１タイムステップの時間を積算した値を当該タイムステップにおける吸着量に設定し、下回る場合には、吸着速度に１タイムステップ当たりの時間を積算した値を当該タイムステップにおける吸着量に設定して、設定された当該タイムステップにおける吸着量を基に所定物質の吸着量を更新し、求めた所定物質吸着量および当該タイムステップにおける吸着量を出力することが好ましい。
【０００８】
このようにすると、炭素質吸着剤と接触するガス中の所定物質濃度が比較的高い場合から低い場合まで広い範囲で正確な吸着量の推定が可能となる。
【０００９】
この吸着速度式は、
【００１０】
【数２】
0003618083.tif 000002
【００１１】
（ただし、単位重量あたりの炭素質吸着剤の所定物質の吸着量をｑ、その飽和吸着量をｑ∞、所定物質濃度をｄとする。関数Ｔ（ｄ）、ｇ（ｄ）は濃度ｄのみに依存する関数であり、ｆ（ｑ）は吸着量ｑのみに依存する関数である。）であることが好ましい。
【００１２】
従来からＳＯｘ等の吸着速度式として、
【００１３】
【数３】
0003618083.tif 000003
【００１４】
が知られている。本発明者は、ＳＯｘの濃度の異なるサンプルガスを用いてサンプル活性炭のＳＯｘ吸着性能の経時変化を測定して調べた結果、ＳＯｘの実際の吸着性能と（２）式から求めた吸着性能にはずれがあり、特に高濃度側や吸着量が少ない領域でのずれが大きいことを見出した。そして、そのずれを分析した結果、吸着速度式を上述した（１）式の形式で表すこととし、式中の関数Ｔ（ｄ）、ｇ（ｄ）、ｆ（ｑ）を実際の吸着性能特性からフィッテングにより求めることでＳＯｘの濃度変化に対しても（２）式の速度式の誤差を修正し得ることを見出して、その知見を基にして本発明に至ったものである。したがって、従来知られていた吸着速度式（２）を用いた場合よりも、高い精度でＳＯｘの吸着性能を推定することが可能である。
【００１５】
この吸着速度推定方法を用いた排ガス処理装置においては、吸着性能を的確に把握することが可能となるので、炭素質吸着剤が過度に劣化することなく、効率の良い排ガス処理が可能となる。
【００１６】
この吸着速度式中の関数ｆ（ｑ）は、吸着量ｑの三次関数ｆ（ｑ）＝ａ０ｑ３＋ａ１ｑ２＋ａ２ｑ＋ａ３（ただし、ａ０、ａ１、ａ２、ａ３はいずれも定数）によって表してもよい。三次関数を用いることで、吸着量の大小に関らずに吸着速度式と実際の吸着性能とのずれが好適に抑制される一方、演算が容易になる。
【００１７】
吸着速度式中の関数Ｔ（ｄ）、ｇ（ｄ）は、吸着速度特性曲線の数をｎとするとき、濃度ｄの（ｎ−１）次関数あるいはより低次の関数で表してもよい。このようにすると、既知の吸着速度特性曲線に対する評価誤差をできるだけ小さくすることができるとともに、関数Ｔ（ｄ）、ｇ（ｄ）の値の演算が容易である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。図１に本発明に係る吸着性能推定方法を制御に適用した排ガス処理装置の全体構成図を示す。この排ガス処理装置は、主として排ガス中に含まれるＳＯｘを除去する乾式脱硫装置である。
【００１９】
排ガス処理装置は、炭素質吸着剤として活性炭が充填され、通過させる排ガス中の汚染物質を吸着して除去する直交流移動層式の吸着装置１と、吸着後の活性炭を加熱して吸着した汚染物質を脱離させ、活性炭の再生を行う再生器２を備えている。そして、吸着装置１と再生器２とは、ラインＬ３で接続され、このラインＬ３上には、吸着装置１からの活性炭の取出流量を測定する活性炭流量計１３と、その流量を調整する流量調整バルブ１４とが配置されている。
【００２０】
再生器２の吸着剤出口には、ラインＬ４を介して吸着剤と粉化した活性炭を篩い分けする分離器３が接続されている。分離器３は、ラインＬ５により吸着装置１に接続され、吸着装置１→再生器２→分離器３→吸着装置１という活性炭の循環経路を構成する。分離器３には、分離した粉化活性炭等を排出するラインＬ６が接続されている。
【００２１】
吸着装置１に排ガスを供給するラインＬ１上には、排ガスのＳＯｘ濃度を測定するＳＯｘ濃度計１１と、排ガス流量を測定するガス流量計１２とが配置されている。
【００２２】
ＳＯｘ濃度計１１、ガス流量計１２、活性炭流量計１３、流量調整バルブ１４はそれぞれ信号ラインＬ１１〜Ｌ１４により制御ユニット５と接続されている。この制御ユニット５は、内部にＣＰＵ５１とＩ／Ｏユニット５２とメモリ５３を有している。メモリ５３内には、本発明に係る吸着性能推定プログラムが保存されている。
【００２３】
この排ガス処理装置は、以下のように動作する。ラインＬ１からＳＯｘを含む排ガスが吸着装置１へと導入される。吸着装置１内に充填されている活性炭は、制御ユニット５が流量調整バルブ１４を制御することで所定量ずつが下部から引き抜かれ、分離器３からほぼ同量が戻されることで鉛直下方へ流動して移動層を形成している。排ガスは、この移動層の流動方向と直交する方向に導入され、活性炭と接触することで、排ガス中のＳＯｘは活性炭に吸着されて除去される。こうして清浄化された排ガスはラインＬ２により装置から排出される。
【００２４】
ＳＯｘを吸着した活性炭はラインＬ３により再生器２へ送られ、不活性ガス中で加熱されることにより吸着したＳＯｘを脱離することで再生される。こうして再生された活性炭はラインＬ４を介して分離器３へ送られ、粉化した活性炭が分離された後、ラインＬ５を介して吸着装置１へと戻される。粉化した活性炭に相当する量の新規活性炭を途中の経路Ｌ３〜Ｌ５のいずれかで追加することが好ましい。
【００２５】
この排ガス処理装置においては、制御ユニット５は、吸着装置１内の活性炭の吸着性能、吸着量分布を推定し、これを基にして流量調整バルブ１４を制御して吸着装置１からの活性炭取出量を調整することにより、所定の脱硫率を確保する。
【００２６】
次に、この本発明に係る吸着性能の推定方法について述べる。図２はこの方法、すなわち本発明に係る吸着性能推定プログラムのフローチャートである。以下、特に説明のない限り、各工程は制御ユニット５内のＣＰＵ５１がメモリ５３内のデータを用いて行うものとする。この吸着性能推定プログラムは、メモリ５３内に不揮発性のデータとして保存されていてもよいし、あるいは、ＦＤ、ＭＯ等の記録媒体に収録しておいて、Ｉ／Ｏユニット５２を介して接続された外部記憶装置によりメモリ５３内に読み込んでもよい。また、ＬＡＮ等の通信手段を介して別のコンピューター等から必要に応じて読み込むようにしてもよい。
【００２７】
まずステップＳ１では、ＳＯｘ濃度計１１から受信したＳＯｘ濃度ｄ、流量計１２から読み取ったガス流量Ｆ（ここでは、活性炭の単位重量当たりの流量で表すものとする。）、メモリ５３に格納されている現在の活性炭へのＳＯｘ吸着量ｑを読み出す。
【００２８】
次のステップＳ２では、再掲する式（１）によってＳＯｘ吸着速度を求める。
【００２９】
【数４】
0003618083.tif 000004
【００３０】
この式は活性炭にＳＯｘ濃度の異なる数種類のサンプルガスを通過させてその吸着特性（吸着量−吸着速度）曲線を調べておき、これらの曲線に適合するよう関数Ｔ（ｄ）、ｇ（ｄ）、ｆ（ｑ）を求めるフィッテングによって予め設定されているものである。
【００３１】
ステップＳ３では、この吸着速度が、単位時間あたりに接触するＳＯｘ量を上回るか否かを判別する。吸着速度が接触するＳＯｘ量を上回る場合には、ステップＳ４へ進み、タイムステップあたりの脱硫量Δｑｄを１タイムステップ（時間Δｔ）で単位重量の活性炭が接触するＳＯｘの全て（ｄ×Ｆ×Δｔ）とする。一方、吸着速度が接触するＳＯｘ量を下回る場合には、ステップＳ５へと進行し、吸着速度に１タイムステップの時間を積算したｄｑ／ｄｔ×Δｔを脱硫量Δｑｄに設定する。
【００３２】
ステップＳ６では、この脱硫量Δｑｄから吸着量ｑを更新し、ステップＳ７で吸着量ｑと脱硫量Δｑｄを出力して推定処理を終了する。
【００３３】
続いて、式（１）についてより詳細に説明する。ＳＯｘの吸着速度式としては再掲する式（２）が知られている。
【００３４】
【数５】
0003618083.tif 000005
【００３５】
本発明者は、ＳＯ２をそれぞれ１５０ｐｐｍ、５００ｐｐｍ含む２種類の排ガスを流量１２．４４リットル／分で０．２５リットル充填した活性炭層へと通過させて通過後の排ガス中のＳＯｘ濃度の時間変化を調べることにより、ＳＯｘ吸着速度の吸着量に対する変化を調べ、式（２）により求めた吸着速度と比較を行った。図３はその結果を示したグラフであり、■が５００ｐｐｍのとき、◆が１５０ｐｐｍのときの実際の吸着速度と式（２）により求めた吸着速度との差を示している。図３から特に吸着量が少なく、ＳＯｘ濃度が高いときに大きくずれていることがわかる。
【００３６】
ここで、本発明者は１５０ｐｐｍ時と５００ｐｐｍ時の誤差の間には、ｋを定数とすると、（５００ｐｐｍ時の誤差）＝ｋ×（１５０ｐｐｍ時の誤差）の関係があることを見出した。そこで、式（２）にＳＯｘ濃度のみに依存する関数ｇ（ｄ）と吸着量に依存する補正関数ｆ（ｑ）の値の積算値を加算して補正することで容易に補正が行えることを見出した。
【００３７】
図３に示したデータの場合は、式（１）の関数は、それぞれ次のようになる。
【００３８】
【数６】
0003618083.tif 000006
【００３９】
図４、図５はそれぞれＳＯｘ濃度が１５０ｐｐｍと５００ｐｐｍのときの式（１）（２）により求めた吸着速度と実際の吸着速度とを比較したグラフである。本発明に係る推定方法、つまり式（１）を用いた吸着速度の推定方法が実際の吸着速度によく適合していることがわかる。この推定方法を利用することで現在の活性炭の吸着性能を的確に把握することができるので、活性炭の劣化を抑制するとともに、脱硫率を確保して、安定した排ガス処理を行うことができる。
【００４０】
ここでは、関数ｇ（ｄ）がｄに対して線形であると仮定して求めたが、吸着特性が３つ以上のｎ本ある場合には、最小二乗法等を用いて（ｎ−１）次関数あるいはより低次の関数として表してもよい。もちろん、この場合も線形関数として表してもかまわない。関数Ｔ（ｄ）、ｆ（ｑ）についてもフィッテングによって誤差ができるだけ小さくなるような関数を求めればよい。
【００４１】
以上の説明では、処理対象ガスとしてＳＯｘについて説明してきたが、本発明に係る吸着性能の推定方法は、他の吸着により処理される有害物質に対しても適用できる。また、活性炭に限らず、石炭などを酸化処理、熱処理あるいは水蒸気などで賦活して得られる活性炭、活性コークス、活性チャーや、これらにバナジウム、鉄、マンガンなどの金属化合物を坦持させたものに対しても適用可能である。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、特に吸着開始初期、あるいは吸着対象物質の濃度が高いときの吸着速度を的確に把握することができるので、吸着量等の吸着性能も確実に把握することができ、効率的な処理が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る吸着性能推定方法を実施する制御装置を有する排ガス処理装置の全体構成図である。
【図２】本発明に係る吸着性能推定方法、推定プログラムの処理の一例を示すフローチャートである。
【図３】従来の吸着速度式と実際の吸着速度とのずれを示すグラフである。
【図４】本発明の推定方法で利用する吸着速度式と従来の吸着速度式で求めた吸着速度を実際の吸着速度と比較したグラフであり、ＳＯｘ濃度は１５０ｐｐｍである。
【図５】本発明の推定方法で利用する吸着速度式と従来の吸着速度式で求めた吸着速度を実際の吸着速度と比較したグラフであり、ＳＯｘ濃度は５００ｐｐｍである。
【符号の説明】
１…吸着装置、２…再生器、３…分離器、５…制御ユニット。
【図１】
0003618083.tif 000008
【図２】
0003618083.tif 000009
【図３】
0003618083.tif 000010
【図４】
0003618083.tif 000011
【図５】
0003618083.tif 000012