(57)【要約】【課題】各種工業的処理工程などから排出される揮発性有機化合物（ＶＯＣ）［ｖｏｌａｔｉｌｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ］を含有する排ガスを非平衡プラズマを用いて分解処理するに際して、不活性ガスベース下で反応を行うことにより、高分解率でかつ分解生成物を抑制（制御）しながら効率よく前記排ガスの分解処理を行うことができる排ガス処理方法を提供する。【解決手段】プラズマリアクター（３）の前段に前記排ガスの吸着または脱着を行うための二つの吸着層（１，２）を並列に配置し、前記二つの吸着層の中の一方の吸着層でＶＯＣを含有する排ガスの吸着が行われている時、前記排ガスが吸着された他方の吸着層では該排ガスの脱着を行い、前記吸着された排ガスの脱着は不活性ガスによりおこなって該排ガスを不活性ガスベースの状態にし、該不活性ガスベース状態の排ガスを前記プラズマリアクターに導入してプラズマ処理することにより分解し、そこで排出される不活性ガスを循環して前記排ガスの脱着に再利用することを特徴とする排ガス処理方法。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
揮発性有機化合物を含有する排ガスを非平衡プラズマにより処理する方法において、プラズマリアクターの前段に前記排ガスの吸着または脱着を行うための二つの吸着層を並列に配置し、前記二つの吸着層の中の一方の吸着層で前記排ガスの吸着が行われている時、前記排ガスが吸着された他方の吸着層では該排ガスの脱着を行い、前記吸着された排ガスの脱着は不活性ガスによりおこなって該排ガスを不活性ガスベースの状態にし、該不活性ガスベース状態の排ガスを前記プラズマリアクターに導入してプラズマ処理することにより分解し、そこで排出される不活性ガスを循環して前記吸着層に吸着された排ガスの脱着に再利用することを特徴とする排ガス処理方法。
【請求項２】
前記プラズマリアクター内での前記プラズマ処理により生成した分解ガスは、前記プラズマリアクターの後段に設けられたスクラバー処理装置に導入し、前記分解ガス中の分解生成物を吸収処理することを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理方法。
【請求項３】
前記スクラバー処理装置から排出される不活性ガスを循環して前記吸着層に吸着された排ガスの脱着に再利用することを特徴とする請求項２に記載の排ガス処理方法。
【請求項４】
前記吸着層に吸着させる前記排ガスの流量と前記吸着層に吸着させた排ガスの脱着に使用する不活性ガスの流量とを等しくすることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理方法。
【請求項５】
揮発性有機化合物を含有する排ガスを非平衡プラズマにより処理するためのプラズマリアクターを有する排ガス処理装置であって、前記プラズマリアクターの前段に該プラズマリアクターに接続して並列に配置された前記排ガスの吸着を行うための二つの吸着層、前記二つの吸着層に接続して設けられた前記排ガスを供給するための排ガス供給手段と不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手段、及び前記プラズマリアクターに接続して設けられたガス排出手段を有し、前記揮発性有機化合物を含有する排ガスを前記排ガス供給手段を介して前記二つの吸着層のいずれか一方の吸着層（ａ）に導入して前記排ガスの吸着層（ａ）への吸着を行い、該吸着層（ａ）への前記排ガスの吸着が吸着平衡に達した時点で、前記排ガスを前記排ガス供給手段を介して他方の吸着層（ｂ）に導入して前記排ガスの該吸着層（ｂ）への吸着を行い、それと同時並行的に、前記不活性ガス供給手段を介して不活性ガスを前記吸着層（ａ）に導入して該吸着層（ａ）に吸着された前記排ガスを不活性ガスベースの状態で脱着し、脱着された不活性ガスベース状態の排ガスは前記プラズマリアクターに導入してプラズマ処理することにより分解され前記ガス排出手段を介して排出される、ことを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項６】
前記プラズマリアクターの後段には、前記プラズマリアクターから排出される分解ガスに含まれる分解生成物を吸収処理するためのスクラバー処理装置が前記プラズマリアクターに接続して設けられていることを特徴とする請求項５に記載の排ガス処理装置。
【請求項７】
前記スクラバー処理装置から排出される不活性ガスを前記二つの吸着層に循環させるための不活性ガス循環システムを有することを特徴とする請求項６に記載の排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種工業的処理工程などから排出される揮発性有機化合物（ＶＯＣ）［ｖｏｌａｔｉｌｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ］を含有する排ガスの処理方法に関する。より詳しくは、本発明は、前記揮発性有機化合物を含有する排ガスを非平衡プラズマを用いて分解処理するに際して、不活性ガスベース下で反応を行うことにより、高分解率でかつ分解生成物を抑制（制御）しながら効率よく前記排ガスの分解処理を行うことができる排ガス処理方法に関する。本発明は、また、前記排ガス処理方法を実施するに適した排ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種工業的処理工程などから排出される揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含有する気体を分解処理する方法として非平衡プラズマ法が提案されている。該非平衡プラズマ法は、常温常圧条件下での放電で非平衡プラズマを生起せしめることにより広い濃度範囲の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）が数秒程度の短時間で分解処理でき、その際使用する装置は比較的簡単な装置構成のものでよいなどの利点があることが知られている。前記放電方式としては、無声放電、沿面放電、パルスコロナ放電、またはパックトベッド放電を採用できることが知られている。
【０００３】
前記非平衡プラズマ法により分解処理する揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含有する気体は各種工業的処理工程などから排出されるため、大気（ａｉｒ）をベースにした状態のものであり、その状態で分解処理するのが一般的である。しかし、大気中には約２０％の酸素が含まれているため、該揮発性有機化合物を含有する気体を非平衡プラズマ法により分解処理する際、前記酸素の酸化作用により多種の分解生成物が生成され、反応条件、処理対象の気体に含有される揮発性有機化合物の種類などによっては、２次処理を必要とする物質が生成される、といった問題がある。更に、揮発性有機化合物を含有する気体を、大気をベースにした状態でプラズマに付す場合、高分解率を確保するため投入電力を高くすると、前記分解生成物の生成量はそれに伴って増加し、また該分解生成物の生成量を抑制するため投入電力を低くすると、それに伴って分解率は低くなってしまうという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】
上記揮発性有機化合物を含有する気体を非平衡プラズマにより分解処理する方法において、上述した分解生成物の生成を抑制する手段として、不活性ガスをベースガスとして用いる方法が提案されている。前記揮発性有機化合物を含有する気体の非平衡プラズマによる分解処理を、このように不活性ガスをベースとして行った場合、大気　（ａｉｒ）　ベースでの非平衡プラズマによる分解処理の場合と比較し、処理対象の気体に含有される揮発性有機化合物の種類などによっては、分解率が向上する旨の報告がある。しかし、前記不活性ガスをベースガスとして用いる方法は、Ｈｅ、Ａｒなどの不活性ガスは高価であるため、現在のところ提案に留まり、実用化に向けての積極的検討は為されていない。そこで本発明は、各種工業的処理工程などから排出される揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含有する気体を非平衡プラズマにより分解処理するに際して、ベースガスに不活性ガスを使用し、この不活性ガスを繰返し使用することにより、コストアップの問題を解決するガス処理方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するものである。即ち、本発明においては、不活性ガスをベースガスに使用する非平衡プラズマによるガス処理方法において、非平衡プラズマリアクターの前段に二つの吸着層を並列に配置し、前記プラズマリアクターの後段にはスクラバー層を有するスクラバー処理装置を配置する。各種工業的処理工程などから排出される揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含有する気体（以下、「排ガス」と略称する）を前記二つの吸着層の中のいずれか一方の吸着層に流通させる。吸着平衡に達した時点で、もう一方の吸着層に前記排ガスを流通するとともに、吸着平衡に達した吸着層には不活性ガスを流通し、脱着する。この際、処理対象の排ガスに含有される揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の種類については特に制限はなく、単一溶剤、混合溶剤のいずれでも構わない。また、本発明で用いる不活性ガスとして、一般的にはＨｅ、Ａｒを用いる。
【０００６】
前記不活性ガスベースに置換されたＶＯＣを含有するガスは、前記非平衡プラズマリアクターに導入し分解処理する。分解処理された分解ガスは前記スクラバー処理装置に導入し、該分解ガス中の分解生成物を吸収処理するとともに、該スクラバー処理装置のスクラバー層に吸収されない不活性ガスは前記脱着用ガスとして再度使用する。不活性ガスを脱着用ガス（反応ベースガス）として繰返し使用するため、経済的である。また、上述したように、二つの吸着層を設けることにより、一方の吸着層で排ガスの吸着が行われている時、他方の吸着層では吸着された排ガスの脱着を行うことが可能となり、また排ガスの吸着を行う吸着層に流通するガス流量と吸着された排ガスの脱着を行う吸着層（脱着）に流通するガス流量を等しくすることにより、過不足なく不活性ガスを有効利用することができる。前記ガス流量は、使用するリアクターの容量及び性能によって決定される。また、連続使用によってリアクター温度が上昇すると、分解率の低下など反応に影響を及ぼす。従って、リアクターの接地電極内に水冷用配管を設けるなどしてリアクター内の温度上昇を抑制し、一定範囲内にリアクター温度を保ち、安定した処理を行うことが必要である。
【０００７】
本発明の不活性ガスをベースガスに使用する非平衡プラズマによるガス処理方法においては、上述したように、処理対象のＶＯＣを含有する排ガスのベースガスである大気（ａｉｒ）を不活性ガスに置換することにより、前記排ガスの分解率が向上し且つ該排ガスの分解処理時の分解生成物の生成が抑制される。また不活性ガスを繰返し使用することができる。
【０００８】
図１は、本発明の不活性ガスをベースガスに使用する非平衡プラズマによるガス処理方法を実施するに適したガス処理装置の一例の構成を示す模式図である。図１において、符号３は、無機誘電体粒子を充填したリアクターを有するパックドベッド型リアクターを示す。リアクター３の前段には二つの吸着層　１及び２が並列に配置されており、リアクター３の後段にはスクラバー層を有するスクラバー処理装置６が配置されている。吸着層１及び２のそれぞれには、処理対象のＶＯＣを含有する排ガスまたは不活性ガスを導入するためのガス導入パイプが接続され、該ガス導入パイプにはバルブ８が設けられている。吸着層１及び２のそれぞれはリアクター３に導管を介して接続している。リアクター３には、交流電源４が電気的に接続され、交流電源４はそれに電気的に接続した変圧器５を有する。リアクター３は導管を介してスクラバー処理装置６に接続している。スクラバー処理装置６は該処理装置から排出されるガスを系外の排出するためのガス排出管７を有し、ガス排出管７にはバルブ８が設けられている。吸着層１及び２のそれぞれとスクラバー処理装置６との間には、スクラバー処理装置６から排出される不活性ガスを吸着層１または２に循環するためのガス流路が設けられている。
【０００９】
図２は、図１に示すパックドベッド型リアクター３を気体の流れに方向に対して平行な面で切断した場合の略断面図である。図３は、図１に示すパックドベッド型リアクター３を気体の流れに方向に対して垂直な断面で切断した場合の断面図である。図２及び３に示すように、リアクター３は、５個の電極板を有し、それら電極板は高電位側と低電位側に接続されている。ここでは、高電位側の電極板１３及び電極板１５に対して、低電位側の電極板１２、電極板１４及び電極板１６が配された電極構成を採用している。電極板１３及び電極板１５は、交流電源４（図１参照）に接続されており、該交流電源によりこれらの電極板に交流電圧をかけることができるようになっている。電極板１２、電極板１４及び電極板１６は、電気的に接地状態にされており、これらの接地電極板内には冷却管が設けられており、連続運転によるリアクター内の温度上昇を抑制する構造となっている。ここでは５個の電極板を使用しているが、これは限定的なものではなく、電極板の数は任意に決定することができる。
【００１０】
それぞれの隣接する電極板の間には無機誘電体粒子１７が充填されている。無機誘電体粒子１７は、比誘電率１０００〜１００００のチタン酸バリウムやチタン酸ストロンチウムのような強誘電体で構成されたものであることが望ましい。また、無機誘電体粒子１７の形状としては、図２及び３に示すように、ガスが充填された無機誘電体粒子に密に接触しながらそれら無機誘電体粒子の間隙を淀みなく流れ、その際それら無機誘電体粒子のそれぞれの間隙で放電が生起できる形状のものであることが望ましい。そうした形状の好ましい例として、球形形状が挙げられる。
【００１１】
図２及び３に示す構造のパックドベッド型リアクター３を有する図１に示すガス処理装置においては、処理対象のＶＯＣを含有する大気（ａｉｒ）ベースの排ガスを二つの吸着層１及び２の中の一方の吸着層に流通する。吸着が完了した時点で、流路の切り替えを行い、他方の吸着層に前記ＶＯＣを含有する排ガスを流通させる。吸着平衡に達した吸着層には不活性ガスを流通し、ＶＯＣを含有するガスを脱着する。この時のＶＯＣを含有するガスの流量と不活性ガスの流量とは等しくする。ここで不活性ガスベースに置換されたＶＯＣを含有するガスは、図２に示すように、リアクター入口９より入り、拡散空間１０に入り込む。拡散空間１０と無機誘電体粒子１７の充填されたプラズマ発生領域とは、テフロンのような絶縁体材料からなるメッシュなど気体が通過できる構造の絶縁体仕切り部材１１で仕切られており、無機誘電体粒子１７は拡散空間１０には入り込まない構造となっている。拡散空間１０に入った気体は、絶縁体仕切り部材１１を通過して無機誘電体の充填されたプラズマ発生領域に入る。
【００１２】
前記プラズマ発生領域では、電極板１３及び電極板１５に交流電圧をかけることでグロー放電が生起し、プラズマが発生する。この際、ＶＯＣを含有するガス中のＶＯＣ成分が前記プラズマのエネルギーにより分解処理される。リアクター内で分解処理されたＶＯＣを含有するガスは、気体排出口１８より排出される。リアクターから排出された分解ガスは、その後、スクラバー処理装置６に導入され、該分解ガス中の分解生成物は該処理装置のスクラバー層により吸収処理され、該スクラバー層に吸収されない不活性ガスは、図１に示すように、吸着層１又は／及び吸着層２に循環させて、再度、脱着用ガスとして使用する。１つの吸着層でみると吸着、脱着が繰返し行われており、また２つの吸着層のうち、一方で吸着が行われている時、もう一方では脱着が行われている状態となっている。
【００１３】
【実施例】
本発明の効果を以下に示す実施例及び比較例により具体的に説明するが、本発明は該実施例により限定されるものではない。
【００１４】
【実施例１】
本発明に係る本実施例では、上述した、図２及び３に示す構造のパックドベッド型リアクターを有する図１に示すガス処理装置を用いた。該ガス処理装置における吸着層１及び２は、活性炭を吸着剤として充填したもので構成した。リアクター３としては、粒径３ｍｍのチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３；ε＝７０００）ペレットを無機誘電体粒子１７として充填した図２及び３に示す構造のパックトベッド型リアクター（電極板１２乃至１６の寸法：　２００ｍｍ　×　８０ｍｍ；　電極板間距離：　１５ｍｍ；　電極板間に充填した無機誘電体粒子からなる層の数：　４）を使用した。処理対象のＶＯＣを含有する大気（ａｉｒ）ベースの排ガスとしては、メタノールを３００　ｐｐｍ含有する大気（ａｉｒ）ベースガスからなる模擬ガスを使用した。リアクター３での該模擬ガスの分解処理においては、交流電源４から３２Ｗの交流電力を投入した。不活性ガスとしては、アルゴンガス（Ａｒ）を使用した。また、分解ガスの分析には、ガス分析装置ＧＣ／ＭＳ（ＨＰ　５９７３／６８９０）を使用した。
【００１５】
先ず吸着層１にメタノールを３００ｐｐｍ含む大気（ａｉｒ）ベースガスを１０Ｌ／分の条件で流通し吸着させた。７０分後、吸着平衡に達した時点で、ガス流路を吸着層２に切替えるとともに、吸着平衡に達した吸着層１には、Ａｒガスを１０Ｌ／分の条件で流通し、Ａｒガスベースのメタノールガスとしてリアクター３に導入し、分解処理した。分解ガスを分析したところ、分解生成物としてのＣＨ３及びＣＯ２が確認された。リアクター３からの分解ガスをスクラバー処理装置６に導入し、該分解ガスに含まれる前記分解生成物を吸収処理した。スクラバー処理後のガスを分析したところ、分解生成物は確認されなかった。スクラバー処理装置６から回収されたＡｒガスは、脱着用ガスとして吸着層２に１０Ｌ／分の条件で循環供給し、メタノールを含む大気（ａｉｒ）ベースガスをＡｒガスベースのメタノールガスに変換した後リアクター３に導入して分解処理した。この際の分解ガスを分析したところ、分解生成物としてのＣＨ３及びＣＯ２が確認された。リアクター３からの分解ガスをスクラバー処理装置６に導入し、該分解ガスに含まれる前記分解生成物を吸収処理した。スクラバー処理後のガスを分析したところ、分解生成物は確認されなかった。
以上述べたように、メタノールを含むガスと脱着ガスの流量が等しいため、過不足なくメタノールを含むガスの分解処理が行われる。
【００１６】
【比較例１】
本比較例においては、図１に示したガス処理装置から吸着層１および２及び
スクラバー処理装置６を除いたガス処理装置を使用して、大気（ａｉｒ）ベースの状態のままのメタノールを含むガスをリアクター３に導入して実施例１におけると同様の条件でガス分解処理を行った。その結果、排出した分解ガス中には、実施例１においてＡｒガスベース反応下では検出されなかったＣＨ３ＣＨＯ、ＨＣＯＯＣＨ３などの分解生成物が確認された。
【００１７】
【比較例２】
本比較例では、吸着層１のみを使用し、スクラバー処理装置６は使用せずに実施例１と同様の条件でガス処理を行った。具体的には、メタノールを３００ｐｐｍ含む大気（ａｉｒ）ベースガスを１０Ｌ／分の条件で吸着層１に吸着させ、７０分後、吸着平衡に達した時点で前記メタノールガスの流通を停止し、Ａｒガスを１０Ｌ／分の条件で吸着層１に流通し脱着処理を行った。Ａｒベースに置換されたメタノールガスをリアクター３に導入し分解処理を行った。分解生成物としてはＣＨ３及びＣＯ２が確認された。これとは別に、前記脱着処理が完了した時点で、再びメタノールガスを吸着層１に流通して吸着させ、吸着平衡に達した時点でＡｒガスにより脱着を行い、Ａｒベースに置換されたメタノールガスをリアクター３に導入し分解処理を行った。分解生成物に変化は見られなかった。本比較例におけるガス処理量を実施例１のそれと比較すると、前者のガス処理量は後者のガス処理量の１／２であった。またＡｒガスが再利用できないため、本比較例におけるランニングコストは実施例１におけるランニングコストの約２倍となった。
【００１７】
【比較例３】
本比較例では、実施例１において脱着処理する際のガス流量を５Ｌ／分とする以外は実施例１と同様の条件でガス処理を行った。吸着平衡に達するまでの時間は７０分であったが、脱着処理が完了するまでには１４０分を要した。このため７０分間メタノールを含むＡｉｒベースガスの供給を停止しなければならなかった。
【００１８】
【比較例４】
実施例１において、メタノールを３００ｐｐｍ含む大気（ａｉｒ）ベースガスを５Ｌ／分の条件で吸着層に吸着させた以外は実施例１と同様の条件でガス処理を行った。吸着平衡に達するまでには１４０分を要したが、脱着処理は７０分で完了した。従って、７０分間リアクター内へのガス供給を停止しなければならなかった。このため本比較例におけるガス処理量は、実施例１におけるガス処理量と比較して明らかに減少した。
【００１９】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、不活性ガスベース下での非平衡プラズマによるＶＯＣを含有する排ガスを効率的に分解処理することができ、その際分解生成物の生成抑制が図れる。また不活性ガス使用による処理コストアップの問題が解決される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の不活性ガスをベースガスに使用する非平衡プラズマによるガス処理方法を実施するに適したガス処理装置の一例の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示すガス処理装置におけるパックドベッド型リアクターを気体の流れに方向に対して平行な面で切断した場合の略断面図である。
【図３】図１に示すガス処理装置におけるパックドベッド型リアクターを気体の流れに方向に対して垂直な断面で切断した場合の断面図である。
【符号の説明】
１　吸着層
２　吸着層
３　パックドベッド型リアクター
４　交流電源
５　変圧器
６　スクラバー処理装置
７　ガス排出管
８　バルブ
９　リアクター入口
１０　拡散空間
１１　絶縁体仕切り部材
１２、１３、１４、１５、１６　電極板
１７　無機誘電体粒子
１８　気体排出口
【図１】
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【図２】
2004041863.tif 000004
【図３】
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