(57)【要約】【課題】吸着法による排ガス処理装置において、吸着塔に充填された吸着剤を効率的に加熱または冷却することができる吸着塔の構成を提供する。【解決手段】吸着剤が充填された吸着塔内に外径１５ｍｍ以上３５ｍｍ以下の伝熱管を配して伝熱管内に熱媒体を送給するか、吸着塔内に配した外径１５ｍｍ以上３５ｍｍ以下の伝熱管内に吸着剤を充填した上で吸着塔内であって伝熱管の外側に熱媒体を送給することで、熱媒体と吸着剤との間で熱交換を行わせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着塔内に配置した外径１５ｍｍ以上３５ｍｍ以下の伝熱管内に平均粒子径０．０８ｍｍ以上５ｍｍ以下の吸着剤を充填し、吸着塔内であって伝熱管の外側に送給する熱媒体と該吸着剤との間で熱交換を行わせることを特徴とする熱交換器型吸着塔
【請求項２】
平均粒子径０．０８ｍｍ以上５ｍｍ以下の吸着剤が充填された吸着塔内に外径１５ｍｍ以上３５ｍｍ以下の伝熱管を配置し、該伝熱管内に送給する熱媒体と該吸着剤との間で熱交換を行わせることを特徴とする熱交換器型吸着塔
【請求項３】
請求項１又は２記載の熱交換器型吸着塔を用い、温度が−３０℃以上３０℃未満に制御された熱媒体を送給した吸着塔に排ガスを、ガス流速を吸着剤の平均粒子径で除した値が３０毎秒以上４０００毎秒以下となるガス流速で通気することで排ガスに含まれる有機化合物蒸気を吸着除去することを特徴とする排ガスの処理方法
【請求項４】
請求項１又は２記載の熱交換器型吸着塔を用い、温度が５０℃以上３００℃未満に制御された熱媒体を送給した吸着塔に空気、窒素、酸素、アルゴンから選ばれる１種以上のガスを通気することで吸着剤に吸着した物質を脱着させることを特徴とする吸着剤の再生処理方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱媒体送給用の流路を備えた吸着塔と該吸着塔を利用した排ガス浄化方法及び熱交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸着法を利用した排ガス処理装置では特許文献１に示すように、吸着剤が充填された吸着塔に排ガスを通気することで、排ガスに含まれる有機化合物蒸気など除去対象成分が吸着除去される。吸着剤への吸着量は温度に依存し、温度が低いほど吸着量が多いことから、できるだけ低温域での吸着操作が望ましい。しかし、吸着に伴い発生する吸着熱によって吸着剤の温度が上昇する傾向があることから、比較的高温域での吸着操作を強いられていた。このため所望する処理性能を達成するためには吸着塔内の吸着剤の充填高さを増加させる必要があるなど、不経済な面があった。一方、吸着剤の再生には吸着剤を加熱する方法があるが、従来の吸着塔では吸着剤への伝熱に十分な配慮がなされていないことから加熱に長時間を要するなど効率的な運転が難しい傾向があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２００４１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記課題に鑑みて、吸着塔に充填された吸着剤を効率的に加熱または冷却することができる吸着塔の構成に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明者らは、吸着塔内に充填された吸着剤を効率的に加熱または冷却することができる手法に関して鋭意検討したところ、吸着塔内に加熱または冷却用の熱媒体を送給する流路を配することで、吸着剤を効率的に加熱または冷却することができる吸着塔の構成を考案し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち本発明の技術解決手段は、（１）：吸着塔内に配置した外径１５ｍｍ以上３５ｍｍ以下の伝熱管内に平均粒子径０．０８ｍｍ以上５ｍｍ以下の吸着剤を充填し、吸着塔内であって伝熱管の外側に送給する熱媒体と該吸着剤との間で熱交換を行わせることを特徴とする熱交換器型吸着塔であり、（２）：平均粒子径０．０８ｍｍ以上５ｍｍ以下の吸着剤が充填された吸着塔内に外径１５ｍｍ以上３５ｍｍ以下の伝熱管を配置し、該伝熱管内に送給する熱媒体と該吸着剤との間で熱交換を行わせることを特徴とする熱交換器型吸着塔であり、（３）：（１）又は（２）記載の熱交換器型吸着塔を用い、温度が−３０℃以上３０℃未満に制御された熱媒体を送給した吸着塔に排ガスを、ガス流速を吸着剤の平均粒子径で除した値が３０毎秒以上４０００毎秒以下となるガス流速で通気することで排ガスに含まれる有機化合物蒸気を吸着除去することを特徴とする排ガスの処理方法であり、（４）：（１）又は（２）記載の熱交換器型吸着塔を用い、温度が５０℃以上３００℃未満に制御された熱媒体を送給した吸着塔に空気、窒素、酸素、アルゴンから選ばれる１種以上のガスを通気することで吸着剤に吸着した物質を脱着させることを特徴とする吸着剤の再生処理方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、吸着法を利用した排ガス処理装置において、吸着剤の温度を吸着及び脱着が効果的に行われる温度に短時間で至らしめることができる。また、吸着剤充填部の温度分布が均一になることからヒートスポットが発生しにくく、処理対象成分のうち間隙を通過し吸着にあずからない成分の量が減少することから破過時間延長にも効果的である。
【実施例】
【０００８】
以下に、本発明の詳細を実施例により示すが、本発明の技術内容を具体的に説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【０００９】
（本発明における第１の形態の熱交換器型吸着塔と排ガス処理方法）
図１に本発明における第１の形態の熱交換器型吸着塔と、該吸着塔を用いた排ガス処理方法を示す。吸着塔１内に配された外径１５ｍｍ以上３５ｍｍ以下の伝熱管３内には吸着剤２が充填されている。伝熱を促進するため、伝熱管３にフィンなどを取り付けることができる。熱媒体貯留槽４は加熱または冷却手段５を備えており、熱媒体貯留槽４に貯留された熱媒体は所望する温度に制御される。該熱媒体は熱媒体循環ポンプ６によって吸着塔１へ送給され、吸着剤２との間で熱交換が行われることで、吸着剤２は一定の温度範囲内に制御される。有機化合物蒸気を含む排ガスの処理は、前述のように温度制御された熱媒体が送給された吸着塔内に有機化合物蒸気を含む排ガスをガス導入路１１から導入し、排ガス中の有機化合物蒸気を吸着剤２によって吸着除去することによって行われる。このとき発生する吸着熱は熱媒体との間の熱交換によって除去されるので、吸着性能が低下せず、効果的に排ガス処理を行うことができる。吸着剤２が吸着破過に達したときは、吸着剤２の再生処理を行う。吸着剤２の再生処理は、前述のように温度制御された熱媒体を吸着塔１に送給し、空気、窒素、酸素、アルゴンから選ばれる１種以上のガスをパージガスとしてガス導入路１１から吸着塔１に導入して有機化合物蒸気を脱着することで行われる。パージガスは空気又は窒素が好ましく、空気がより好ましい。このとき得られる高濃度の有機化合物蒸気を含有するガス（脱着ガス）はガス排出口１２を通じて系外に排出される。このとき該脱着ガスを凝縮器などに通気することで有機化合物蒸気を凝縮回収することができる。
【００１０】
（本発明における第２の形態の熱交換器型吸着塔と排ガス処理方法）
図２に本発明による第２の形態の熱交換器型吸着塔と、該吸着塔を用いた排ガス処理方法を示す。吸着塔１内には吸着剤２が充填され、吸着剤２と効率的に接触するように外径１５ｍｍ以上３５ｍｍ以下の伝熱管３が配置されている。伝熱を促進するため、伝熱管３にフィンなどを取り付けることができる。熱媒体貯留槽４には加熱または冷却手段５が配されており、熱媒体貯留槽４に貯留された熱媒体は所望する温度に制御される。該熱媒体は熱媒体循環ポンプ６によって吸着塔１へ送給され、吸着剤２との間で熱交換が行われることで、吸着剤２は一定の温度範囲内に制御される。排ガスの処理は前項と同様の方法で行われる。
【００１１】
（吸着剤の種類）
吸着塔１に充填する吸着剤には、シリカゲル、活性炭、下水汚泥などバイオマス由来の炭化物、アルミナ、ゼオライトなどを利用できるが、必ずしもこれら吸着剤に限定されない。またこれら吸着剤を任意の割合で混合又は積層して利用することができる。吸着剤の平均粒子径は０．０８ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましく、０．１０ｍｍ以上３．５ｍｍ以下がより好ましい。この範囲未満では処理量を増加させたときの圧力損失が増大する傾向がある。
【００１２】
（伝熱管）
吸着塔１内に配置する伝熱管３は単管式でも複数並列に用いる多管式でもよく、また接触面積及び接触効率向上のため、コイルなどの形状に加工して用いることができる。伝熱管の外径は１５ｍｍ以上３５ｍｍ以下が好ましく、２０ｍｍ以上３２ｍｍ以下がより好ましい。この範囲未満では所望する処理量または伝熱量を実現するための伝熱管長さ及び本数が増加し、吸着塔への接合加工などに要する工数が増すことから製作コストが上昇する傾向がある。また、この範囲以上では伝熱面積が減少して熱交換効率が低下する傾向が見られる。また、伝熱管３には伝熱を促進するためにフィンなどを取り付けることができる。
【００１３】
（熱媒体の種類）
熱媒体には、ジメチルシリコンオイル、メチルフェニルシリコンオイルなどのシリコンオイル類、エチレングリコール、プロピレングリコールなどの多価アルコール類、水などを使用することができる。これら熱媒体を熱媒体貯留槽４に貯留し、熱媒体循環ポンプ６を用いることで吸着塔１に送液することができる。
【００１４】
（熱媒体の貯留と循環）
熱媒体は、加熱または冷却手段５を備えた熱媒体貯留槽４に貯留し、熱媒体循環ポンプ６によって吸着塔１に送液される。さらに、図３のように異なる温度に保持された熱媒体をそれぞれ別の熱媒体貯留槽に分けて貯留し、所望する熱媒体貯留槽内の熱媒体が送液されるように流路切り換え弁７を操作することで、異なる温度の熱媒体を吸着塔に供給することもできる。
【００１５】
（加熱または冷却手段）
熱媒体は、電熱ヒーター、ヒートポンプ、液体燃料バーナー、ガス燃料バーナーなどの加熱手段またはヒートポンプ、クーリングタワーなどの冷却手段を用いて所望する温度に制御し、吸着塔内に送給される。なお、加熱手段を用いる代わりに熱媒体として工場などから排出される温廃水を直接吸着塔内に送給しても良い。
【００１６】
（排ガス処理における熱媒体の温度）
吸着剤への吸着量は温度に依存し、吸着剤の温度が低いほど吸着量が多いことから、排ガス処理時には吸着剤を冷却することで排ガス処理能力を向上させることができる。吸着剤を冷却するために吸着塔に送給する熱媒体の温度は、−３０℃以上３０℃未満が好ましく、−５℃以上１５℃未満がより好ましい。この温度範囲以上では吸着性能を十分発揮することが難しい傾向がある。またこの温度範囲未満では熱媒体の冷却に要する電力や動力が増加する傾向があり、ランニングコストの観点から好ましくない傾向がみられる。
【００１７】
（吸着剤の再生処理における熱媒体の温度）
排ガス処理において、吸着破過に達したときには吸着剤の再生処理を行う。再生処理は吸着塔内に配された熱媒体送給流路に加熱媒体を送給し、吸着剤との間で熱交換することによって吸着剤を加熱することにより行われる。加熱媒体の温度は、５０℃以上３００℃未満が好ましく、８０℃以上２００℃未満がより好ましい。この温度範囲以上では加熱に要する電力や燃料が増加する傾向があることから、ランニングコストの観点から好ましくない傾向が見られる。またこの温度範囲未満では効率的に有機化合物蒸気を脱着することが難しくなる傾向がある。
【００１８】
（排ガスに含まれる有機化合物蒸気の種類）
本発明による排ガス処理方法によって吸着除去可能な有機化合物蒸気の種類としては、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、ジクロロメタン、ブロモプロパンなどハロゲン化炭化水素類、ペンタン、ヘキサン、デカン、シクロヘキサンなど脂肪族炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレンなど芳香族炭化水素類、メタノール、エタノール、プロピルアルコールなどアルコール類、アセトン、メチルエチルケトンなどケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチルなどエステル類、ジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどエーテル類などが挙げられる。さらに、これらのうち複数成分を含有する排ガスも好ましく処理できる。
【００１９】
（排ガス処理におけるガス流速）
排ガス処理においては、ミリメートル毎秒換算したガス流速をミリメートル換算した吸着剤平均粒子径で除した値で表されるガス流速ファクタが３０毎秒以上４０００毎秒以下、好ましくは５０毎秒以上２０００毎秒以下になるような流速にすることで好ましく処理できる。この範囲未満では吸着層における圧力損失は小さい反面、単位時間あたりの処理量が少なく不経済であり、この範囲以上では吸着層における圧力損失が増大することから高価なブロアが必要になるなど不経済になる傾向がある。
【００２０】
（吸着剤の再生処理におけるパージガスの流速及び吸着塔内圧力について）
吸着剤の再生処理におけるパージガスの導入は、ブロワなどにより導入する方法のほか、真空ポンプなどを用いて吸着塔内を吸引しながらゲージ圧−０．１ＭＰａ以上−０．０５ＭＰａ未満の真空状態で導入する方法も好ましく用いることができる。パージガス導入時のガス流速ファクタは１．５毎秒以上１０００毎秒以下、より好ましくは２．５毎秒以上５００毎秒以下において処理できる。この範囲未満では吸着剤の再生処理に長い時間を要する傾向が見られ、またこの範囲以上では脱着ガスを凝縮器に通気したときの有機化合物蒸気の凝縮回収率が低下するなど不経済になる傾向がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明における第１の形態の熱交換器型吸着塔の概略構成と排ガス処理方法を示す図
【図２】本発明における第２の形態の熱交換器型吸着塔の概略構成と排ガス処理方法を示す図
【図３】異なる温度の熱媒体を切り換えて熱交換器型吸着塔に送給する方法の概略構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（実験例１）
長さ１０００ｍｍで外径１５０ｍｍの吸着塔内に長さ１０００ｍｍで外径２３ｍｍの伝熱管を１４本並列に配置した熱交換器型吸着塔において、該伝熱管内に平均粒子径２．８ｍｍのシリカゲル（富士シリシア製キャリアクトＱ−６）を６Ｌ（３．６ｋｇ）充填した。なお、吸着操作に先立ち、冷熱媒体貯留槽に２０℃に温度制御されたシリコンオイル（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン製ＹＦ３３−１００）を３０Ｌ貯留し、吸着塔内であって伝熱管の外側に該シリコンオイルを流量３Ｌ／ｍｉｎで流通させた。別途試作した模擬排ガス発生装置を用い、濃度５，３００ｐｐｍのトルエン／空気バランスガスを調製し、該模擬排ガスを５０Ｌ／ｍｉｎで吸着塔へ連続通気したところ、１５０分間模擬排ガスに含まれるトルエンを吸着除去することができた。この時に吸着したトルエンの総量を計算すると１４８ｇであった。なお、このときのガス流速は１９０ｍｍ毎秒であったことから、ガス流速を吸着剤の平均粒子径で除した値で表されるガス流速ファクタは６８毎秒であった。その後吸着剤の再生処理を行った。再生処理に先立ち、加熱媒体貯留槽には温度１２０℃に制御されたシリコンオイル３０Ｌを貯留し、該シリコンオイルを流量３Ｌ／ｍｉｎで熱媒体流路に流通した。なお、流通開始後４分間は流路切り換え弁を操作して、吸着塔内に残っていた２０℃のシリコンオイルを冷熱媒体貯留槽に戻した。１２０℃のシリコンオイルを流通開始して４０分後には吸着剤充填層の温度は１１６℃に達した。その後吸着剤の再生処理を、空気を７Ｌ／ｍｉｎで吸着塔に５０分間連続通気し、吸着剤に吸着したトルエンを脱着させることで行った。脱着した高濃度トルエンベーパーを連続的に凝縮器に通気したところ、合計１３０ｇのトルエンを凝縮回収した。なお、パージガスのガス流速は２７ｍｍ毎秒であったことから、ガス流速ファクタを算出すると９．６毎秒であった。
【００２３】
（実験例２）
長さ６００ｍｍで内径１５０ｍｍの吸着塔内に、外径２３ｍｍの伝熱管をコイル状に加工（ループ径１２０ｍｍ、ループ数１５）して配置した熱交換器型吸着塔において、該吸着塔内であって伝熱管の外側に平均粒子径２．８ｍｍのシリカゲル（富士シリシア製キャリアクトＱ−６）を３．６ｋｇ充填した。なお、吸着操作に先立ち、冷熱媒体貯留槽に２０℃に温度制御されたシリコンオイル（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン製ＹＦ３３−１００）を３０Ｌ貯留し、伝熱管内に該シリコンオイルを流量３Ｌ／ｍｉｎで流通させた。また模擬排ガス発生装置を用い、濃度５，３００ｐｐｍのトルエン／空気バランスガスを調製し、該模擬排ガスを３００Ｌ／ｍｉｎで吸着塔へ連続的に通気したところ、２２分後に吸着破過した。この間に吸着したトルエンの総量を計算すると１３１ｇであった。なお、このときのガス流速は２８３ｍｍ毎秒であったことから、ガス流速ファクタを算出すると１０１毎秒であった。その後吸着剤の再生処理を行った。再生処理に先立ち、加熱媒体貯留槽には温度１２０℃に制御されたシリコンオイル３０Ｌを用意し、該シリコンオイルを流量３Ｌ／ｍｉｎで熱媒体流路に流通した。シリコンオイルを流通開始して４０分後には吸着剤充填層の温度は１１６℃に達した。その後吸着剤の再生処理を、パージガスとして空気を１２Ｌ／ｍｉｎで吸着塔に４０分間連続通気し、吸着剤に吸着したトルエンを脱着させることで行った。脱着した高濃度トルエンベーパーを連続的に凝縮器に通気したところ、合計１０１ｇのトルエンを凝縮回収した。なお、パージガスのガス流速は１１ｍｍ毎秒であったことから、ガス流速ファクタを算出すると３．９毎秒であった。
【００２４】
（実験例３）
実験例１で用いた熱交換器型吸着塔において、伝熱管内に平均粒子径２．８ｍｍのシリカゲル（富士シリシア製キャリアクトＱ−６）を６Ｌ（３．６ｋｇ）充填した。なお、吸着操作に先立ち、冷熱媒体貯留槽に２０℃に温度制御されたシリコンオイル（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン製ＹＦ３３−１００）を３０Ｌ貯留し、吸着塔内であって伝熱管の外側には該シリコンオイルを流量３Ｌ／ｍｉｎで流通させた。模擬排ガス発生装置を用い、濃度５，３００ｐｐｍのトルエン／空気バランスガスを調製し、該模擬排ガスを５０Ｌ／ｍｉｎで吸着塔へ連続通気したところ、１５０分間模擬排ガスに含まれるトルエンを吸着除去することができた。この時に吸着したトルエンの総量を計算すると１４８ｇであった。なお、このときのガス流速は１９０ｍｍ毎秒であったことから、ガス流速を吸着剤の平均粒子径で除した値で表されるガス流速ファクタは６８毎秒であった。その後吸着剤の再生処理を行った。再生処理に先立ち、加熱媒体貯留槽には温度１２０℃に制御されたシリコンオイル３０Ｌを用意し、該シリコンオイルを流量３Ｌ／ｍｉｎで熱媒体流路に流通した。なお、流通開始後４分間は流路切り換え弁を操作して、吸着塔内に残っていた２０℃のシリコンオイルを冷熱媒体貯留槽に戻した。シリコンオイルを流通開始して４０分後には吸着剤充填層の温度は１１６℃に達した。その後吸着剤の再生処理を、真空ポンプで吸着塔内を吸引しながら、吸着塔内ゲージ圧−０．０９ＭＰａにおいてパージガスとして空気を７Ｌ／ｍｉｎで３５分間連続通気し、吸着剤に吸着したトルエンを脱着させることで行った。脱着した高濃度トルエンベーパーを連続的に凝縮器に通気したところ、合計１３５ｇのトルエンを凝縮回収した。なお、パージガスのガス流速は２７ｍｍ毎秒であったことから、ガス流速ファクタを算出すると９．６毎秒であった。
【００２５】
（比較例１）
実験例１で用いた熱交換器型吸着塔において、伝熱管内に平均粒子径２．８ｍｍのシリカゲル（富士シリシア製キャリアクトＱ−６）を３．６ｋｇ充填した。なお、吸着操作に先立ち、模擬排ガス発生装置を用い、濃度５，３００ｐｐｍのトルエン／空気バランスガスを調製し、吸着塔内であって伝熱管の外側にはシリコンオイルを循環せず、空気で満たした。該模擬排ガスを５０Ｌ／ｍｉｎで吸着塔へ連続通気したところ、１１５分後に吸着破過した。すなわち破過時間は、実験例１における値（＝１５０分）の７７％に短縮した。この間に吸着したトルエンの総量を計算すると１１３ｇであった。なお、吸着剤充填層の温度は吸着開始直後では２６℃であったが、吸着開始後４０分後には最大となる３８℃まで上昇した。本比較例１は、低温に維持した熱媒体を送給して吸着剤を冷却しないと吸着剤充填層の温度が上昇して破過時間が短縮する傾向があることを示す例である。
【００２６】
（比較例２）
本発明による熱交換機型吸着塔を用いた実験例１と既存の加熱手段を用いた場合の加熱時間を比較するため、比較例１の実験終了後、速やかに吸着塔内に充填されたシリカゲルを別途用意した長さ６００ｍｍで外径１５０ｍｍの吸着塔内に充填した。吸着塔の外側には最大発熱量１．２ｋＷ（１００Ｖ印加時）の電熱ヒーターが上下２段に巻かれており、それぞれ９０Ｖの電圧を印加して吸着塔及び吸着剤の加熱を行った。このとき吸着剤充填層の温度が実験例１と同じ１１６℃に達するのに８０分を要した。これは実験例１における加熱時間（＝４０分）の２倍もの長時間であった。その後、吸着剤充填層の温度を１１６℃に保ったまま吸着剤の再生処理を、空気を７Ｌ／ｍｉｎで吸着塔に５０分間連続通気し、吸着剤に吸着したトルエンを脱着させることで行った。脱着した高濃度トルエンベーパーを凝縮器に通気したところ、９６ｇのトルエンを凝縮回収することができた。本比較例２は、熱交換機型吸着塔を用いずに電熱ヒーターを使った場合、吸着剤の加熱に長時間を要す傾向があることを示す例である。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
工業洗浄業、ドライクリーニング業、塗装業、印刷業など有機溶剤を用いる工場から排出される有機化合物蒸気を吸着法によって除去する排ガス処理装置において、吸着に効果的な低温域での吸着操作を行うことができ、また短時間で吸着剤の再生処理つまり脱着を完了することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１  吸着塔
２  吸着剤
３  伝熱管
４  熱媒体貯留槽
５  加熱または冷却手段
６  熱媒体循環ポンプ
７  流路切り替え弁
１１  ガス導入路
１２  ガス排出口
【図１】
2011152526.tif 000003
【図２】
2011152526.tif 000004
【図３】
2011152526.tif 000005