(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ組成物を含む排ガスを、陽イオン交換繊維からなる充填材で充填された      分離塔を通過させてアルカリ組成物を分離し、この間、充填した陽イオン交換繊維      に酸再生液を適宜に接触させて再生する、排ガス中のアルカリ組成物の分離方法に おいて、前記の陽イオン交換繊維をシート状に成形し、処理ガス流路を形成するス ペーサを挟んで重ね合わせて分離塔中に充填し、排ガスをイオン交換繊維シート面 に沿うように流通させることを特徴とする、排ガス中のアルカリ組成物の分離方法。
【請求項２】
酸組成物を含む排ガスを、陰イオン交換繊維からなる充填材で充填された分離塔      中を通過させて酸組成物を分離し、この間、充填した陰イオン交換繊維にアルカリ      再生液を接触させて再生する、排ガス中の酸組成物の分離方法において、前記のイ オン交換繊維をシート状に成形し、処理ガス流路を形成するスペーサを挟んで重ね 合わせて分離塔中に充填し、排ガスをイオン交換繊維シート面に沿うように流通さ せることを特徴とする、排ガス中の酸組成物の分離方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の排ガス中の酸またはアルカリ組成物の分離方法を用いて      処理した処理ガスを、更にスルホン基、カルボキシル基を有する陽イオン交換繊維      および第２級アミン、第３級アミン、第４級アンモニウム基を有する陰イオン交換      繊維を充填した気体脱塩フィルターを通して処理し、クリーンルームに導入するこ      とを特徴とする、クリーンルーム排ガス回収方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の排ガス中の酸またはアルカリ組成物の分離方法にあって      、処理ガスの保有熱量をクリーンルーム導入空気側に全熱交換器により熱回収する      ことを特徴とする排ガス処理熱回収法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、排ガス中に含まれる酸またはアルカリ組成物を分離する方法に関し、とくにクリーンルームの熱回収による省エネルギー化に好ましく利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、排ガス中に含まれる気体またはミスト状のアルカリまたは酸組成物を分離するには、基本的に充填塔、棚段塔やスプレー塔などにより、大量の吸収液を被処理ガスに接触させて酸またはアルカリ組成物を吸収液中に移動し分離するか、薬品添着活性炭などの吸着剤を充填した吸着塔を通過させて分離していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記の吸収液を使用する方法は、大量に使用する吸収液の一部がミストになって処理ガスに同伴されるので、そのミストの完全除去が難しく、工場内あるいは周辺地域への飛散は避けられなかった。また、処理ガスに飽和水蒸気が含まれること、維持管理上からも循環ポンプ、あるいは塔内圧力損失の増大による経費の増加の問題がある。薬品添着活性炭を用いた吸着法は、再生できずカートリッジ型となるため、維持管理費の増大を招き、現実には採用できない。本発明は、このようなミストの混入や装置の複雑化などの心配がなく、ドライで排ガス中に含まれる酸またはアルカリ組成物を容易に能率よく分離する方法、およびこの方法を利用し、クリーンルームに対する熱回収方法の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
まず、本発明者は、陽または陰イオン交換繊維からなる不織布面に沿って、アルカリまたは酸組成物を含む排ガスを流すと、驚くべきことに極めて短い滞留時間で排ガス中のアルカリまたは酸組成物が分離されることを見出した。さらに、使用しているイオン交換繊維は、貫流する前または貫流に達した時点で、排ガス処理を行いながら少量の再生液に接触させると、ごく短時間で再生されたことをも見出した。本発明は主としてこれらの事実をもとに完成することができた。
【０００５】
本発明は、アルカリ組成物を含む排ガスを、陽イオン交換繊維からなる充填材で      充填された分離塔を通過させてアルカリ組成物を分離し、この間、充填した陽イオ      ン交換繊維に酸再生液を適宜に接触させて再生する、排ガス中のアルカリ組成物の 分離方法において、前記の陽イオン交換繊維をシート状に成形し、処理ガス流路を 形成するスペーサを挟んで重ね合わせて分離塔中に充填し、排ガスをイオン交換繊 維シート面に沿うように流通させることを特徴とする、排ガス中のアルカリ組成物      の分離方法を提供する。同時に、酸組成物を含む排ガスを、陰イオン交換繊維から      なる充填材で充填された分離塔中を通過させて酸組成物を分離し、この間、充填し      た陰イオン交換繊維にアルカリ再生液を接触させて再生する、排ガス中の酸組成物 の分離方法において、前記のイオン交換繊維をシート状に成形し、処理ガス流路を 形成するスペーサを挟んで重ね合わせて分離塔中に充填し、排ガスをイオン交換繊 維シート面に沿うように流通させることを特徴とする、排ガス中の酸組成物の分離      方法を提供する。
【０００６】
また、本発明の酸またはアルカリ組成物の分離方法を用いて処理した気体を、更にスルホン基、カルボキシル基を有する陽イオン交換繊維および第２級アミン、第３級アミン、第４級アンモニウム基を有する陰イオン交換繊維を充填した気体脱塩フィルターを通して処理することにより、クリーンルームに導入することが可能となる。更に、本発明は、実質的に排ガスをドライ状態で処理するので、恒温を維持するクリーンルームなどでは、本発明の排ガス処理法により処理した処理ガスを導入空気源として循環することが容易であり、また、本処理ガスを導入空気と熱交換し、クリーンルーム導入空気側に熱回収することもできる。
【０００７】
すなわち、本発明は、アルカリ系組成物を含む排ガスに対しては陽イオン交換繊維からなる充填材を用い、酸系化合物を含む排ガスに対しては陰イオン交換繊維からなる充填材を用いて、それぞれアルカリ系組成物または酸系組成物を分離するとともに、適宜に、すなわち、原則としてこれらのイオン交換繊維が貫流点に達する前、分離操作を中止することなく、酸またはアルカリ再生液をイオン交換繊維に、短時間接触させて再生するのである。更に本発明は、排ガスの温度や湿度に大きな変化を及ぼすことなく、分離操作および再生操作を実施できるので、排ガスが保持する熱量を有効に回収することができる。
【０００８】
【作用と実施態様例】
本発明の排ガス中のアルカリまたは酸組成物の分離方法、およびこの方法を利用したクリーンルーム導入空気に対する熱回収方法について、実施態様例をあげながら具体的に説明する。                                              本発明において、気体中のアルカリ成分を分離する場合には、イオン交換繊維に、たとえば、交換基として−ＳＯ3 Ｈを有する陽イオン交換繊維および／または−ＣＯＯＨを有するＨ型の強酸性陽イオン交換繊維および／または弱酸性陽イオン交換繊維を使用する。一方、排ガス中の酸成分を分離する場合には、第１〜３級アミン基または第４級アンモニウム基を交換基とするＯＨ型のＩ型およびII型の強塩基性陰イオン交換繊維または弱塩基性陰イオン交換繊維などを使用する。使用するイオン交換繊維は、長繊維でも短繊維、あるいは複合繊維でもよく、形状も綿、トウ、フェルト、不織布、織物、編物など、あるいはこれらの成型品でもよい。また、イオン交換繊維以外の、バインダーとなる繊維などに交絡させたものでもよく、適当な支持体を使用することもできる。これらの中ではイオン交換繊維の短繊維をシート状のフェルトや不織布に成形したものが好適である。
【０００９】
図２は、本発明に係る、シート状に形成したイオン交換繊維の充填態様例を示す      斜視図である。イオン交換繊維不織布シート２１にスペーサー２３を挟んで重ね、      シート面が導入する気体の通過方向に沿うように分離塔２２内に１段、または複数      段に分けて充填、配置する。スペーサー２３は、プラスチックや金属で構成され、      シート状に重ねられたイオン交換繊維の間に気体の流路を形成し、排ガスは、スペ      ーサーの間をイオン交換繊維シート面に沿って、接触しながら矢印方向に流れる。      イオン交換繊維シート面は、排ガスの流れ方向と完全に平行でもよいが、浅い角度      で衝突するように配置することが好ましい。２４は充填物の支持部材である。
【００１０】
排ガスはイオン交換繊維の間を流れ、排ガス中のアルカリまたは酸組成物はイオン交換繊維によって極めて効率よく分離される。本発明において、この様な充填、配置は、排ガスの圧力損失をおさえ、処理量を増やすばかりではなく、イオン交換繊維を再生液に接触させる際の再生液のミスト化防止を助ける。勿論、排ガスをシート面に垂直な方向に通過させることもできる。イオン交換繊維は、イオン交換能が貫流点に達するまで、排ガス中にミスト状あるいはガス状態で含まれているアルカリ組成物または酸組成物、たとえば、Ｃａ，Ｎａ，Ｋ，Ｆｅ，Ａｌ，ＮＨ4 などの陽イオン、Ｆ，Ｃｌ，ＳＯ4 などの陰イオン、その他のイオン性物質をイオン交換して分離することができる。
【００１１】
本発明を実施態様例の概略フローシートを示す図１を参照して説明する。アルカリ組成物または酸組成物を含む排ガスは、ブロワ３によって、前記の陽イオン交換繊維または陰イオン交換繊維と、スペーサーとからなる充填材１を装着した分離塔２の下部に送入される。アルカリ組成物を含む排ガスに対しては陽イオン交換繊維を、酸組成物物を含む排ガスに対しては陰イオン交換繊維を使用するが、両者を含む排ガスに対しては、これらの２種類の分離塔をシリースに並べて処理すれば、アルカリ組成物および酸組成物を分離することができる。
【００１２】
充填したイオン交換繊維１が貫流点に達するまでに、あるいは達した後にイオン交換繊維に再生液を接触させて再生する。具体的には、たとえば、イオン交換繊維を充填した排ガス分離塔２下部に酸またはアルカリの再生液槽４を設け、再生ポンプ５を用いて分離塔２の上部に取付けた散布管７から再生液６を散布して、イオン交換繊維１を再生する。通常、再生液６としては、陽イオン交換繊維の再生には硫酸を、陰イオン交換繊維の再生には苛性ソーダ溶液を使用する。
【００１３】
一般的に、使用する再生液量は、ガス吸収に使用する吸収液量に比較すると極めて少量であって、再生液がミスト化することはなく、再生中であっても排ガスを流通させてアルカリまたは酸組成物の分離操作を続けることができる。再生に要する時間や散布液量は、気体中に含まれる分離組成物の量、充填するイオン交換繊維量や再生液の性状などによって決められるが、通常の場合、ほぼ当量か当量の１．２倍程度の再生剤を含む再生液を使用するとよい。また、再生剤として使用する薬液濃度は０．２〜６重量％が望ましい。とくに処理ガスの熱回収を目的とする場合には、低濃度で再生するか、あるいは再生液の送液終了後に、再生液量の２〜４倍量の水で水洗することが望ましい。使用する液量は、ガス吸収法で使用する吸収液量に較べて格段に少量で足りるので、再生処理は、通常、貫流点に達するまでの操業時間の数分の１から十数分の１の間に済ませることができる。条件によっては、再生操作中に排ガスの供給を停止してもよく、複数の分離塔を用い、分離操作と再生操作とを切替える方式を採用してもよい。
【００１４】
本発明のアルカリまたは酸組成物の分離方法は、排ガスの保有熱量を回収する場合や処理ガスを更に高純度にする場合などに、他の気体清浄化方法や気体ろ過用フィルタと併用することも可能である。たとえば、分離塔２で処理した気体を、スルホン基、カルボキシル基を有する陽イオン交換体９および第２級アミン、第３級アミン、第４級アンモニウム基を有する陰イオン交換体９を充填したカートリッジ型の気体脱塩フィルター８などを通してポリッシングを行うことにより、導入空気としてクリーンルームに送入することもできる。
【００１５】
【実施例】
本発明を酸系ガス用ドラフトチャンバーの排ガス処理に利用したので、実施例として具体的に説明する。                                              断面が角型で有効断面積が０．７２ｍ2 、高さが２．６ｍの排ガス分離塔に、約４０Ｋｇの強塩基性陰イオン交換繊維体を３段に分けて充填し、上記ドラフトチャンバーの排ガス配管に取付け排ガスを処理した。イオン交換繊維体は、厚さが約５ｍｍの不織布に形成したものを２枚積層し、厚さが約１０ｍｍのポリエチレン製スペーサーと交互に重ね、各スペーサー部を上昇する排ガスがイオン交換繊維体に衝突するように垂直からやや傾け、１段当りの高さが約０．８ｍになるよう塔内に充填した。使用したイオン交換繊維体のイオン交換容量は１．８ｍｅｑ／ｇ、貫流容量は１．４ｍｅｑ／ｇであった。
【００１６】
排ガス分離塔の下流側に、ポリッシングのためイオン交換繊維を用いた空気脱塩フィルターを取り付け、処理空気を更に清浄化した。空気脱塩フィルターのイオン交換繊維は、強塩基Ｉ型陰イオン交換繊維不織布２枚と、陽イオン交換繊維と強塩基性陰イオン交換繊維とからなる混合型イオン交換繊維不織布１枚とを積層して１ユニットとし、５ユニットを使用した。ユニット当り、ろ過面積は５ｍ2 、ろ過空気量は１４〜２８ｍ3 ／ｍｉｎ、圧力損失は１５ｍｍＡｑ以下であり、イオン交換容量は、陰イオン交換繊維が１．６ｍｅｑ／ｇ、陽イオン交換繊維が２．５ｍｅｑ／ｇであった。また、イオン交換繊維の純度は７０％以上、不織布の目付量は３００ｇ／ｍ2 であった。
【００１７】
この排ガス分離塔および空気脱塩フィルターを用いて６０ｍ3 ／ｍｉｎの排ガス処理操作を行った。操作中、排ガス中の各イオン濃度は大きく変化したが、排ガス分離塔では充填した強塩基性陰イオン交換繊維の再生を必要とせずに、２４時間排ガスを処理することができた。そこで、原則として１日に１回、排ガス分離塔のイオン交換繊維の再生を行いながら、操作を続けた。イオン交換繊維の再生には、１回当り４重量％苛性ソーダ水溶液を１５０ｋｇ用いた。なお、再生剤の送液ポンプ容量は１０ｍ3 ／Ｈｒであった。
【００１８】
この操作において、排ガス分離塔入口および出口、ならびに空気脱塩フィルター出口ガスの分析を続行し、本発明の効果を確認することができた。表１に例として通常操業時のある一日のガス分析値を、表２に例としてイオン交換繊維再生時の平均的なガス分析値を示す。なお、各分析試料のサンプリングは、純水を入れて吸収液とした２５０ｃｃガス吸収ビンを２本シリーズに連結し、ガス流量積算計を介してエアーポンプを用いて各サンプリング個所よりガスを吸引し吸収させて行った。イオンクロマトグラフィ（ＩＣ−１００型横河電気（株）製）を用い、各吸収液中の成分濃度を測定し、ガス中の各成分濃度を算出した。        なお、操業中、分離塔のイオン交換繊維を再生した後、使用した苛性ソーダ水溶液量の２〜３倍の水でイオン交換繊維の水洗を行なった。その結果、再生操作後に、排ガスと本発明によって処理したガスとの間に生ずる湿度差および温度差の消失する時間が、１時間程度に短縮されることも分かり、水洗操作が排ガスの保有熱量の回収に効果的であることが確認された。
【００１９】
【表１】
0003542823.tif 000002
【００２０】
【表２】
0003542823.tif 000003
【００２１】
【発明の効果】
本発明の気体中の酸またはアルカリ組成物の分離方法またはクリーンルーム導入気体の処理方法は、従来のガス吸収法などに比較して、酸、アルカリ組成物に対する除去率が高い。たとえば、クリーンルーム導入気体の清浄化に、本発明の分離方法とカートリッジフィルターを装着した気体脱塩フィルターと組合わせて使用すれば、カートリッジフィルターの寿命を大幅に延長し、クリーンルームの操業率を向上させることができる。イオン交換繊維の再生は、短時間に、分離操作と温度条件などを変更することなく、かつ、少量の再生液で実施できるので、分離操作と再生操作とを同時に、ミストの同伴なく実施することも可能である。また、分離塔の圧力損失が小さく、所要動力を節減する効果がある。
【００２２】
本発明は、実質的に排ガスをドライ状態で処理するので、恒温、恒湿を維持するクリーンルームなどでは、排ガスを本発明の排ガス処理法により処理し、調温、調湿に大きな費用を要することなく処理ガスを導入空気源として循環することが容易であり、また、本処理ガスを導入空気と熱交換し、クリーンルーム導入空気側に熱回収することもでき、省エネルギーに効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様例の概略フローシート。
【図２】本発明に係るシート状イオン交換繊維の充填態様例を示す斜視図。
【符号の説明】１：イオン交換繊維とスペーサーとからなる充填材
２：分離塔    ３：ブロワ    ４：再生液槽    ５：再生ポンプ
６：再生液    ７：散布管    ８：気体脱塩フィルター
９：イオン交換体
２１：イオン交換繊維不織布シート    ２２：分離塔    ２３：スペーサー
２４：支持部材
【図１】
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【図２】
0003542823.tif 000005