(57)【要約】【課題】ガソリン蒸気中に含まれる水分の影響で吸着剤が被毒されることを防ぎ、小型で安価なガス状炭化水素の処理・回収装置及びその方法を得る。【解決手段】ガソリン給油時に漏れ出すガソリン蒸気を処理するものにおいて、水分およびガソリン蒸気を除去する第一凝縮装置９と、第一凝縮装置の後段のガス下流側に設けたガソリン蒸気を除去する第二凝縮装置１０と、第二凝縮装置の後段のガス下流側に設けたガソリン蒸気の吸脱着装置１１とを備える。【選択図】図１
2007289802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリン給油時に漏れ出すガソリン蒸気を処理するためのガス状炭化水素の処理・回収装置において、
水分およびガソリン蒸気を除去する第一凝縮装置と、前記第一凝縮装置の後段のガス下流側に設けたガソリン蒸気を除去する第二凝縮装置と、前記第二凝縮装置の後段のガス下流側に設けたガソリン蒸気の吸脱着装置とを備えたことを特徴とするガス状炭化水素の処理・回収装置。
【請求項２】
第一凝縮装置と第二凝縮装置の冷却温度を異なるようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス状炭化水素の処理・回収装置。
【請求項３】
第一凝縮装置の冷却温度を０℃から５℃程度とし、第二凝縮装置の冷却温度を−３０℃以上とすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のガス状炭化水素の処理・回収装置。
【請求項４】
給油時に漏れ出すガソリン蒸気をガソリン貯蔵施設から回収する装置において、
ガソリン蒸気中に含まれる水分およびガソリン蒸気を除去する第一凝縮装置と、前記第一凝縮装置の後段のガス下流側に設けたガソリン蒸気を除去する第二凝縮装置と、前記第二凝縮装置の後段のガス下流側に設けた第一吸脱着装置と、前記第一吸脱着装置からガソリン蒸気を取り出す吸引ポンプと、前記吸引ポンプで取り出したガソリン蒸気を加圧する加圧ポンプと、加圧されたガソリン蒸気を除去する第三凝縮装置と、前記第三凝縮装置で回収できなかったガソリン蒸気を回収する第二吸脱着塔とを備えたことを特徴とするガソリン蒸気の処理・回収装置。
【請求項５】
吸脱着装置の内部にフィンチューブ熱交換器を設け、該フインチューブ熱交換器のフィン間に吸着剤である孔径４〜１００オングストロ−ムのシリカゲル又は合成ゼオライトの単独又はこれらの混合物を詰め込んだことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のガス状炭化水素の処理・回収装置。
【請求項６】
冷凍または冷却装置によって温度制御された温度媒体を用いて冷却する冷却経路と、冷凍または冷却装置に充填されている冷媒を用いて冷却する冷却経路を用いて、凝縮装置および吸脱着装置の温度を制御することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のガス状炭化水素の処理・回収装置。
【請求項７】
水分およびガソリン蒸気を除去する第一凝縮装置と、前記第一凝縮装置の後段のガス下流側に設けたガソリン蒸気を除去する第二凝縮装置と、前記第二凝縮装置の後段のガス下流側に設けたガソリン蒸気の吸脱着装置とを備え、ガソリン給油時に漏れ出すガソリン蒸気を処理するためのガス状炭化水素の処理・回収するものにおいて、
前記吸脱着装置は、吸着塔と脱着塔を少なくとも１塔ずつ有しており、０℃以上の空間、−３０℃以上の空間、吸着剤が充填された空間の順序でガソリン蒸気を処理することを特徴とするガス状炭化水素の処理・回収方法。
【請求項８】
前記吸脱着塔の再生時間を１時間以上とすることを特徴とする請求項７記載のガス状炭化水素の処理・回収方法。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれかの装置によりガス状炭化水素を処理・回収することを特徴とするガス状炭化水素の処理・回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、大気放出ガス中に含まれるガス状炭化水素の処理・回収装置及びその方法に係り、特に、ガソリンスタンドなどの給油施設等において、ガソリン等の揮発性に富む可燃性のガソリン蒸気を処理するための装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の吸脱着剤によるガス状炭化水素の除去方法に、排気ガス発生源から発生したガス（約４０vol％のガソリン蒸気を含む排気ガス）をブロア又は自圧で、排気ガス送気管より吸着塔に送気し、吸着工程を終えた処理済み排気ガスを、吸着塔（脱着工程に切り換えた後は脱着塔）の頂部から排出管を介して、１vol％以下のガソリン蒸気を含む空気（クリーンなガス）として大気中に放出するようにしたものがある。
この場合、吸着塔は、上記の吸着工程と後記の脱着工程とを交互に切り換えながら運転するが、この切り換え時間（Swing Time）を５分程度としている。
【０００３】
一方、吸着工程を終えた後の吸着塔に、パージ用ガス送気管を介してパージ用ガスを送気し、真空ポンプで吸引することにより脱着する。パージ用ガスとして吸着運転時に吸着塔の頂部から排出されるクリーンなガスの一部を使用し、真空ポンプは約２５Torrで運転する。
脱着後のガソリン蒸気含有パージ排ガスは、送気管を介してガソリン回収器に送気し、分配管を通して液体ガソリンと接触させ、液体（ガソリン吸収液）としてパージ排ガス中のガソリン蒸気を回収する。
【０００４】
ガソリン回収器からの排気ガス中には、僅かなガソリン蒸気が残存するので、返送管を介して再度排気ガス管に戻し、排気ガス発生源からの排気ガスと一緒にして吸着処理を行い、また、吸着塔内の吸着剤層を冷却するために内筒に冷却水を循環させている。
このように構成することにより、ガソリン蒸気はほぼ全量液体ガソリンとして回収でき、吸着塔から排出するガソリン蒸気の濃度は十分低くなり、大気汚染を引き起こさないレベルにすることができるとしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特許第２７６６７９３号公報（第３−６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の真空ポンプでガソリン蒸気を脱着する回収方法では、ポンプの動力エネルギーが極めて大きくなり、現実的ではなかった。
また、大量の排気ガスを全量吸着処理するためには、吸着塔を大きくするか、吸着と脱着の切り換え時間（Swing Time）を短くすることが必要であるが、大きな吸着塔を使用する場合には、設置面積の問題や、吸着剤のコストの問題などが残されている。また、切り換え時間を短くすると吸着したガソリン蒸気を十分に脱着できなかったり、バルブなどの寿命が短くなるなどの問題があった。
更に、吸着塔を大きくして、大量の吸着剤を使用する場合、吸着塔の圧力損失が大きくなり、処理ガス流量が遅くなり、効率的に処理できないといった問題があった。
【０００７】
さらに、ガソリン蒸気には必ず空気中の水分が含まれているが、従来の方式では、ガソリン蒸気とともにこの水分も同時に吸着されるため、吸着剤の吸着性能が低下する問題があった。
また、給油所の地下貯蔵タンクから漏れ出すガソリン蒸気の回収に用いる場合は、地下タンクに給油する時間帯に大量に発生するガソリン蒸気に対応する必要がある。そのため、装置能力をピークに合わせて設計する必要があり、装置を必要以上に大きくする必要があった。
【０００８】
この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、ガソリン蒸気中に含まれる水分の影響で吸着剤が被毒されることを防ぎ、さらに小型で安価なガス状炭化水素の処理・回収装置及びその方法を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るガス状炭化水素の処理・回収装置は、ガソリン給油時に漏れ出すガソリン蒸気を処理するものにおいて、水分およびガソリン蒸気を除去する第一凝縮装置と、第一凝縮装置の後段のガス下流側に設けたガソリン蒸気を除去する第二凝縮装置と、第二凝縮装置の後段のガス下流側に設けたガソリン蒸気の吸脱着装置とを備えたものである。  
【００１０】
また、この発明に係るガス状炭化水素の処理・回収方法は、水分およびガソリン蒸気を除去する第一凝縮装置と、第一凝縮装置の後段のガス下流側に設けたガソリン蒸気を除去する第二凝縮装置と、第二凝縮装置の後段のガス下流側に設けたガソリン蒸気の吸脱着装置とを備え、ガソリン給油時に漏れ出すガソリン蒸気を処理するものにおいて、吸脱着装置は、吸着塔と脱着塔を少なくとも１塔ずつ有しており、０℃以上の空間、−３０℃以上の空間、吸着剤が充填された空間の順序でガソリン蒸気を処理するものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明は、水分およびガソリン蒸気を除去する第一凝縮装置と、ガソリン蒸気を除去する第二凝縮装置と、ガソリン蒸気を吸着除去する吸脱着装置とを配設することにより、排気ガスを極めてクリーン（ガソリン濃度１Vol％以下）にでき、しかも小型で安価なガソリン蒸気回収装置を実現することができる。特に、ガソリン蒸気中に水分が含まれている場合でも、吸着剤が水分で被毒されるおそれが無いと共に、第一凝縮装置や吸脱着塔の配管内で結氷することがないため、安定な運転動作が実現できる。
また、２つの温度帯を作り、水分とガソリンの回収の役割を分離するようにしたことにより、水分が凍ることによる無駄なエネルギーの消費を低減することができ、省エネルギーのガソリン蒸気回収装置が実現できる。更に、第一凝縮装置と吸脱着塔では間接冷却を行い、第二凝縮装置では直接冷却を行うようにしたことにより、冷凍機のオンオフ運転に加えて、冷媒の流れを制御することで、凝縮装置の運転を制御することができ、省エネルギーのガソリン蒸気回収装置が実現できる。また、第ニ凝縮装置を設けてガソリン蒸気を効率よく回収してから、ガソリン蒸気を第一吸脱着塔に供給しているようにしているため、極めて少量の吸着剤でガソリン蒸気を吸着でき、吸着剤の使用量を大幅に低減することができる。
さらに、ガソリン吸着動作が終了後に、時間をかけて第一吸脱着塔に貯留されているガソリンの回収操作を実施することにより、第一吸脱着塔に付設した脱着関連機器の性能を小さくすることができ、安価なガソリン蒸気回収装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１.
図１はこの発明の実施の形態１に係るガス状炭化水素の処理・回収装置のフローを示す全体構成図である。
【００１３】
図１において、１はガソリンを貯蔵するガソリン貯蔵タンク、２はガソリン貯蔵タンク１にタンクローリなどからガソリンを給油する際に使用する給油パイプ、３ａ、３ｂ、３ｃはガソリン蒸気含有空気の流れ方向を切り換える三方切換弁、４は三方切換弁３ａによってガソリン蒸気が大気に排出される通路に備えられた圧力調整弁、５は冷凍機、６は冷凍機５に接続され、温度媒体（ブライン液など）を冷却する熱交換器、７は熱交換器６によって冷却された温度媒体を収容する温度媒体槽、８は冷却された温度媒体を温度媒体槽７から送り出す液体循環ポンプ、９は液体循環ポンプ８によって送られた温度媒体によって冷却される第一凝縮装置、１０は冷凍機５によって冷却される第二凝縮装置、１１は液体循環ポンプ８によって送られた温度媒体によって冷却される第一吸脱着塔、１２ａ、１２ｂは第一吸脱着塔１１および第二吸脱着塔１６から排出されるガソリン蒸気を除去した空気が通過する二方弁、１３は第一吸脱着塔１２に吸着されたガソリンをガソリン蒸気として第一吸脱着塔１２から取り出す吸引ポンプ、１４は吸引ポンプ１３によって取り出されたガソリン蒸気含有空気を加圧圧縮する加圧ポンプ、１５は加圧ポンプ１４によって加圧圧縮されたガソリン蒸気含有空気からガソリンを液化回収する第三凝縮装置、１６は第三凝縮装置１５から排出されたガソリン蒸気含有空気からガソリンを吸着回収する第二吸脱着塔、１７ａ、１７ｂは第一吸脱着塔１１および第ニ吸脱着塔１６に備えられている流量調節弁、１８は液化されたガソリンをガソリン貯蔵タンク１に戻すガソリン配管、１９は第三凝縮装置１５および第二吸脱着塔１６内の圧力を調節する圧力コントローラである。上記第一凝縮装置９、第二凝縮装置１０、第一吸脱着塔１１は、ガソリン蒸気の流れ方向の上流側（前段）から下流側（後段）に向かって順次配置され、かつ据付け位置的には下部から上部に向かって積層されている。
【００１４】
次に、図１のガス状炭化水素の処理・回収装置の動作について説明する。本実施の形態に示す装置の運転は、通常、吸着工程、第一再生工程、第二再生工程の３つのステップで行なわれる。まず、吸着工程について説明する。通常、三方切換弁３ａは大気排出側につなげられ、ガソリン貯蔵タンク１の圧力が圧力調整弁４によって制御され、ガソリン貯蔵タンク１の圧力が所定圧力よりも高くならないようになっている。
【００１５】
ガソリン給油が開始される際には、三方切換弁３ａが回収装置側に切り換えられると共に、二方弁１２ａが開く。また、三方切換弁３ａが切り換えられ、タンクローリ車などからガソリン給油パイプ２を介してガソリン貯蔵タンク１に給油が開始されると、ガソリン貯蔵タンク１に充満しているガソリン蒸気がガソリン貯蔵タンク１から排出される。この時のガソリン蒸気のガソリン濃度は常温で３０〜４０vol％程度である。ガソリン貯蔵タンク１から排出されたガソリン蒸気は、三方切換弁３ａを介して、第一凝縮装置９に送気される。第一凝縮装置９は、冷凍機５によって冷却された温度媒体が液体循環ポンプ８によって供給されることにより、間接的に冷却される。通常、第一凝縮装置９の内部は０℃から５℃程度に保たれており、ガソリン蒸気の一部およびガス中に含まれた水分が凝縮し、気液分離器（図示せず）などによって気体（ガソリン蒸気）と液体（ガソリン）に分離される。液体は第一凝縮装置９の下側に溜まり、ガソリン配管１８を介してガソリン貯蔵タンク１に返送される。なお、図１では、第一凝縮装置９の下側からガソリン蒸気を流通するようにしているが、第一凝縮装置９の上方からガソリン蒸気を導入して下方に流通させることにより、液化したガソリンや水分が重力とガス流により効率的に下方に流され、これらの液化物の回収が容易になる。
【００１６】
ところで、第一凝縮装置９の運転条件である、圧力０．１MPa、冷却温度５℃の条件では、ガソリン蒸気の濃度は２０vol％程度になる。なお、ガソリン蒸気の飽和濃度を調べたところ、圧力０．１MPa、温度５℃では飽和ガソリン蒸気濃度は約２０vol％であり、この条件ではガソリン蒸気濃度が理論的に２０vol％以下になることはない。また、温度を下げることにより、第一凝縮装置９の出口でのガソリン蒸気濃度を低減することはできる。しかし、設定温度を氷点以下にすると、ガス中に含まれる水が第一凝縮装置９で結氷し、第一凝縮装置９内部での圧力損失を増大させるため、第一凝縮装置９の設定温度は０℃から５℃程度にすることが望ましい。
【００１７】
続いて、第一凝縮装置９で処理できなかった２０vol％程度のガソリン蒸気は第二凝縮装置１０に供給される。第二凝縮装置１０は、冷凍機５によって冷却された冷媒が第二凝縮装置１０に供給されることにより、直接的に冷却される。通常、第二凝縮装置１０の内部は−２０℃から−１０℃程度に保たれており、ガソリン蒸気の一部が凝縮し、気体（ガソリン蒸気）と液体（ガソリン）に分離される。液体は第一凝縮装置９の下側に溜まり、ガソリン配管１８を介してガソリン貯蔵タンク１に返送される。なお、第二凝縮装置１０の内部は氷点以下に冷却されているが、第一凝縮装置９で水分の大部分は取り除いているため、第二凝縮装置１０で結氷する水分は非常に僅かである。また、図１では、第二凝縮装置１０の下側からガソリン蒸気を流通するようにしているが、第一凝縮装置９の場合と同様、第二凝縮装置１０の上方からガソリン蒸気を導入して下方に流通させることにより、液化したガソリンや水分が重力とガス流により効率的に下方に流され、これらの液化物の回収が容易になる。
【００１８】
ところで、第二凝縮装置１０の運転条件である、圧力０．１MPa、冷却温度−１０℃の条件では、ガソリン蒸気の濃度は８vol％程度になる。なお、ガソリン蒸気の飽和濃度を調べたところ、圧力０．１MPa、温度−１０℃では飽和ガソリン蒸気濃度は約８vol％であり、この条件ではガソリン蒸気濃度が理論的に８vol％以下になることはない。また、温度を下げることにより、第二凝縮装置１０の出口でのガソリン蒸気濃度を低減することはできる。しかし、−３０℃に冷却してもガソリン蒸気の濃度は５vol％程度であり、−３０℃以下に冷却してもガソリン蒸気濃度はほとんど低下しないことがわかった。−３０℃以下に冷却するには使用するエネルギーが増大するため、効率的なエネルギー利用ができない。したがって、第二凝縮装置１０の設定温度は−３０℃以上にすることが望ましい。
【００１９】
続いて、第二凝縮装置１０で処理できなかった８vol％程度のガソリン蒸気は第一吸脱着塔１１に送気されて処理される。図１では、第一吸脱着塔１１が吸着塔として動作している場合について示している。したがって、二方弁１２ａは開放（黒塗り）、流量調節弁１７ａ（白抜き）は閉鎖の状態にある。吸着塔として任意の時間吸着処理した後は脱着塔として使用する。この場合には二方弁１２ａは閉鎖、流量調節弁１７ａは開放の状態で使用する。
【００２０】
第一吸脱着塔１１にはガソリン蒸気を吸着する吸着剤が封入されている。ガソリン蒸気の吸着剤としては、シリカゲルを用いた。特に４〜１００オングストロームの孔径をもつシリカゲル又は合成ゼオライトの単独又はこれらの混合物が有効である。この吸着剤中をガソリン蒸気が通過することによりガソリン成分は吸着除去され、１vol％以下のガソリン濃度の清浄空気となって二方弁１２ａを介して大気に放出される。
【００２１】
第一吸脱着塔１１は、ガソリン蒸気の吸脱着の役割に関係なく、常に液体循環ポンプ８によって供給される温度媒体により一定温度に冷却されている。すなわち、第一凝縮装置９および第一吸脱着塔１１の冷却系統は設定温度である０〜５℃に維持されるように常に運転制御されている。これは、第一吸脱着塔１１に充填されているシリカゲルはフィンチューブ熱交換器などの熱交換器（図示せず）からの伝熱によって冷却されるため、ある程度の冷却時間が必要不可欠であり、瞬時の運転に対応できないためである。さらに、短時間に冷却できるように冷却能力が大きい冷凍機５を備えることは、設備コストに悪い影響を与え、安価なガソリン回収装置を提供できなくなるからである。なお、第一吸脱着塔１１内部の温度を低くすることにより、吸着容量を大きくし、シリカゲルの使用量を低減することはできる。しかし、第一吸脱着塔１１の内部温度を氷点以下にすると、第一吸脱着塔１１内で水が結氷するために、シリカゲルなどの吸着剤に氷が徐々に蓄積されて、吸着剤のガソリン吸着能力が低下するという問題が発生する。したがって、第一吸脱着塔１１の内部温度は氷点以上にする方がよい。
以上のことから、第一凝縮装置９および第一吸脱着塔１１の冷却系統と第二凝縮装置１０の冷却系統という温度帯が異なる２系統の冷却系統を有することにより、効率的なガソリン回収を行うことができる。
【００２２】
第一吸脱着塔１１は大気圧のガスを吸着するので、第一吸脱着塔１１の外部構造の形状に制約を受けないが、脱着時には吸着塔内部の圧力は０．０２MPa程度になるために、円筒構造としている。このような構造にすることにより、壁面にかかる圧力を均一化することができ、第一吸脱着塔１１内の圧力が０．０２MPa程度になっても、安全性の高い、すなわち形状変形などをすることのない吸脱着塔１１が実現できる。また、第一吸脱着塔１１の内部構造は、シリカゲル又は合成ゼオライトへの伝熱を考慮し、フィンチューブ熱交換器（アルミフィンで伝熱管に温度媒体を流す）を配置し、アルミフィンの間にシリカゲル又は合成ゼオライトを詰め込むと同時に、上下にシリカゲル流出防止ネットを設け、シリカゲルが配管に流出することを防止すると共に、ガスの流れをよくしている。この場合、シリカゲルへのガソリン蒸気の吸着を均一化するために、第一吸脱着塔１１に均一にガソリン蒸気が流れるように、パンチングメタルなどで作られた整流板を設置するようにしてもよい。フィンチューブ熱交換器のフィンの向きは、ガソリン蒸気が流れる際の圧損にならないように、ガソリン蒸気の流れ方向と平行になるようにセットすることが望ましい。また、外壁近傍に充填されているシリカゲルを効率よく冷却するために、フィンチューブ熱交換器と外壁との間に隙間ができないようにする必要がある。
【００２３】
この場合、ベントが有る側についてはベント部分に接触するような格子状や板状の金属（伝熱特性に優れたにアルミや銅が最適）を設け、ベントが無い側についてはフィンチューブ熱交換器のフィンそのものの長さを長くすることにより、外壁とフィンチューブ熱交換器の間の隙間を無くすようにすることが有効である。また、外壁とフィンチューブ熱交換器の間の隙間部分を無くすように、金属棒やフィン付きパイプなどを挿入するようにしてもよい。また、フィンチューブ熱交換器の伝熱管に温度媒体を流す場合、伝熱管に入る前に温度媒体が流れる配管を分岐し、フィンチューブ熱交換器を複数のブロックに分けて、並列に温度媒体を流すようにした方がよい。これにより、温度媒体が流れる配管の圧力損失を低減することができ、温度媒体を第一吸脱着塔１１に供給する液体循環ポンプ８の容量を低減することができる。
【００２４】
さらに、このケースでは、下から上に向かってガソリン蒸気が流れるので、フィンチューブ熱交換器と下部のシリカゲル流出防止ネットを接するように配置することが望ましい。これにより、シリカゲル流出防止ネットとフィンチューブ熱交換器の間に空間、すなわち、シリカゲルだけが充填されている空間を無くすことができ、吸着時にシリカゲルの冷却を十分に実施することができる。この結果、最も高いガソリン濃度のガソリン蒸気が入ってくる部分に存在するシリカゲルの温度が上昇するのを防止でき、安全な第一吸脱着塔１１を提供することができる。なお、上から下にガソリン蒸気が流れる場合は、上部のシリカゲル流出防止ネットとフィンチューブ熱交換器を接することは言うまでもない。
【００２５】
第一吸脱着塔１１の前段に第一凝縮装置９および第二凝縮装置１０を設けない場合は、第一吸脱着塔１１に高濃度のガソリン蒸気が流れ込んでくると共に、ガソリン蒸気中に含まれた水分が吸着剤に吸着され、ガソリン蒸気の吸着性能が落ち、必要以上の量の吸着剤が必要になる。また、第一吸脱着塔１１の温度を氷点下に下げた場合には、吸着剤表面に水分が結氷してガスが詰まるなど大きなトラブルが発生することがある。
本実施の形態は、第一吸脱着塔１１の前段に第一凝縮装置９および第二凝縮装置１０を設けているため、ガソリン蒸気とともに水分も除去されるので、第一吸脱着塔１１における水分の悪影響を未然に防ぐことができる。また、第一吸脱着塔１１で処理するガソリン量を大幅に低減できるため、第一吸脱着塔１１を小さく、安価に製作することができる。さらに、本実施の形態ではガソリン貯蔵タンク１から排出した高濃度（４０vol％）のガソリンを第一凝縮装置９で２０vol％まで低減でき、第二凝縮装置１０で８vol％まで低減できるため、第一吸脱着塔１１で処理するガソリン量は全吸引量に対して２０％（＝８％／４０％）に低減することができる。すなわち、第一吸脱着塔１１の前段に第一凝縮装置および第二凝縮装置６を設けたことにより、第一吸脱着塔１１の容積をおよそ１／５にすることができる。
【００２６】
次に、第二凝縮装置１０の冷却温度が第一吸脱着塔１１のシリカゲル充填量に与える影響について述べる。図２は、第二凝縮装置１０内部の冷却温度と、第一吸脱着塔１１の出口でガソリン蒸気濃度を１vol％以下にする場合に必要なシリカゲル充填量の関係を示したものである。なお、第二凝縮装置１０の冷却温度が５℃の場合に必要なシリカゲル量を基準として、シリカゲル低減量を示している。このように、第二凝縮装置１０の冷却温度を低くすることにより、第一吸脱着塔１１に充填するシリカゲル量を少なくできる。しかし、−３０℃以下に冷却してもシリカゲル量がほとんど減らないことが判明した。色々な種類のガソリンについて実験で調べた結果、ガソリン蒸気の組成に関係なく、冷却温度を−３０℃以下にしても、ガソリン蒸気の飽和濃度がほとんど低下しなくなるという事実がわかり、これがシリカゲル低減量の減少に影響していると考えられる。したがって、投入エネルギーを考慮した場合、第二凝縮装置１０の冷却温度を−３０℃以下にすることは効率的でなく、第二凝縮装置１０の冷却温度を−３０℃以上にすることが望ましい。
【００２７】
次に、第一吸脱着塔１１の再生工程、すなわち、ガソリン蒸気の脱着プロセスについて説明する。第一吸脱着塔１１の再生工程は、第一吸脱着塔１１からガソリンを脱着して、第三凝縮装置１５および第二吸脱着塔１６を介して大気に排出する第一再生工程と、第二吸脱着塔１６からガソリンを脱着して、第一凝縮装置９、第二凝縮装置１０および第一吸脱着塔１１を介して大気に排出する第二再生工程の２つの工程がある。まず、第一再生工程について説明する。
【００２８】
吸着剤に吸着したガソリンを脱着する場合には、吸引ポンプ１３によって三方切換弁３ｂを介して第一吸脱着塔１１からガスを吸引して吸着剤からガソリンを脱着する。このとき二方弁１２ａは閉鎖する。また、第一吸脱着塔１１内の圧力が所定の圧力に低下すると、流量調節弁１７ａを開き、大気から一定流量の空気が第一吸脱着塔１１に流れ込むようにし、第一吸脱着塔１１内部の圧力がほぼ一定になるようにする。吸着時には第一吸脱着塔１１は０．１MPaの大気圧状態で動作しているが、脱着時には吸引ポンプ１３により大気圧以下に減圧されるため、この圧力差によって吸着剤に吸着したガソリンが高濃度に濃縮された状態で脱着される。この場合、ガソリン蒸気のガス流量や吸着時の吸着量にもよるが、第一吸脱着塔１１内の圧力を０．０２〜０．０４MPaに制御することにより、ガソリン蒸気濃度を２０〜４０vol％にすることができる。
【００２９】
脱着したガソリン蒸気は、三方切換弁３ｃを介して加圧ポンプ１４に導かれる。加圧ポンプ１４によりガソリン蒸気は０．３MPa程度に加圧されて、第３凝縮装置１５に供給される。すなわち、第三凝縮装置１５には、ガソリン濃度３０vol％、圧力０．３MPaの高濃度・加圧ガソリン蒸気が供給されることになる。第三凝縮装置１５は、冷凍機５によって冷却された温度媒体が液体循環ポンプ８によって供給されることにより、間接的に冷却される。通常、第三凝縮装置１５内部は０℃から５℃程度に保たれており、ガソリン蒸気の一部およびガス中に含まれた水分が凝縮し、気液分離器（図示せず）などによって気体（ガソリン蒸気）と液体（ガソリン）に分離される。液体は第三凝縮装置１５の下側に溜まり、ガソリン配管１８を介してガソリン貯蔵タンク１に返送される。なお、図１に示すように、第三凝縮装置１５の上方からガソリン蒸気を導入して下方に流通させることにより、液化したガソリンや水分が重力とガス流により効率的に下方に流され、これらの液化物の回収が容易になる。
【００３０】
ところで、第三凝縮装置１５の運転条件である、圧力０．３MPa、冷却温度５℃の条件では、出口のガソリン蒸気の濃度は８vol％程度になる。なお、ガソリン蒸気の飽和濃度線図からわかるように、圧力０．３MPa、温度５℃では飽和ガソリン蒸気濃度は約８vol％であり、この条件ではガソリン蒸気濃度が理論的に８vol％以下になることはない。また、温度を下げることにより、第三凝縮装置１５の出口でのガソリン蒸気濃度を低減することはできる。しかし、設定温度を氷点以下にすると、ガス中に含まれる水が第三凝縮装置１５で結氷し、第三凝縮装置１５内部での圧力損失を増大させるため、第三凝縮装置１５の設定温度は０℃から５℃程度にすることが望ましい。また、第三凝縮装置１５では、０．３MPa程度に加圧されるため、円筒構造としている。このような構造にすることにより、壁面にかかる圧力を均一化することができ、第三凝縮装置１５内の圧力が０．３MPa程度になっても、安全性の高い、すなわち形状変形などをすることのない第三凝縮装置１５が実現できる。
【００３１】
続いて、第三凝縮装置１５で処理できなかった８vol％程度のガソリン蒸気は第二吸脱着塔１６に送気されて処理される。図１では、第二吸脱着塔１６が吸着塔として動作している場合について示している。したがって、二方弁１２ｂは開放（黒塗り）、流量調節弁１７ｂ（白抜き）は閉鎖の状態にある。吸着塔として任意の時間吸着処理した後は脱着塔として使用する。この場合には二方弁１２ｂは閉鎖、流量調節弁１７ｂは開放の状態で使用する。
【００３２】
第二吸脱着塔１６にもガソリン蒸気を吸着する吸着剤が封入されており、第一吸脱着塔１１と同様である。この吸着剤中をガソリン蒸気が通過することによりガソリン成分は吸着除去され、１vol％以下のガソリン濃度の清浄空気となって二方弁１２ｂを介して大気に放出される。なお、第二吸脱着塔１６も、ガソリン蒸気の吸脱着の役割に関係なく、常に液体循環ポンプ８によって供給される温度媒体により一定温度に冷却されている。すなわち、第一吸脱着塔１１と同様に０〜５℃に維持されるように常に運転制御されている。また、第二吸脱着塔１６は圧力が０．３MPa程度のガスを吸着し、脱着時には吸着塔内部の圧力は０．０２MPa程度になるために、圧力の影響を受ける。このことから円筒構造としている。このような構造にすることにより、壁面にかかる圧力を均一化することができ、第二の吸脱着塔１６内の圧力が０．０３から０．３MPa程度に圧力スウィングされても、安全性の高い、すなわち形状変形などをすることのない第二吸脱着塔１６が実現できる。更に、内部構造については、第一吸脱着塔１１と同じ構造とすることが望ましい。
【００３３】
このようにして、第一再生工程では、加圧状態で冷却、吸着されることにより、第一吸脱着塔１１から排出されたガソリン蒸気を効率的に液化回収することができる。なお、脱着時には、第一吸脱着塔１１内部の温度を高くすることにより、脱着速度を早くしたり、ガソリン蒸気濃度を濃くすることはできるが、温度をスウィングすることにより、消費エネルギーが増大するために、脱着時に温度を高くせず、吸着時と同じ温度で脱着を行うことがエネルギー的に効果的である。
【００３４】
次に、第二吸脱着塔１６からガソリンを脱着して、第一凝縮装置９、第二凝縮装置１０および第一吸脱着塔１１を介して大気に排出する第二再生工程について説明する。第二吸脱着塔１６内の吸着剤に吸着したガソリンを脱着する場合には、吸引ポンプ１３により三方切換弁３ｂを介して第二吸脱着塔１６からガスを吸引して吸着剤からガソリンを脱着する。このとき二方弁１２ｂは閉鎖する。また、第二吸脱着塔１６内の圧力が所定の圧力に低下すると、流量調節弁１７ｂが開き、大気から一定流量の空気が第二吸脱着塔１６に流れ込むようにし、第二吸脱着塔１６内部の圧力がほぼ一定になるようにする。吸着時には第二吸脱着塔１６は０．３MPaの大気圧状態で動作しているが、脱着時には吸引ポンプ１３により大気圧以下に減圧されるため、この圧力差によって吸着剤に吸着したガソリンが高濃度に濃縮された状態で脱着される。この場合、ガソリン蒸気のガス流量や吸着時の吸着量にもよるが、第二吸脱着塔１６内の圧力を０．０２〜０．０４MPaに制御することにより、ガソリン蒸気濃度を２０〜４０vol％にすることができる。
【００３５】
脱着したガソリン蒸気は、三方切換弁３ｃを介して第一凝縮装置９に導かれる。すなわち、第一凝縮装置９には、ガソリン濃度３０vol％、圧力０．１MPaの高濃度のガソリン蒸気が供給されることになる。前述したように、第一凝縮装置９の内部は０℃から５℃程度に保たれており、ガソリン蒸気の一部およびガス中に含まれた水分が凝縮し、気液分離器（図示せず）などによって気体（ガソリン蒸気）と液体（ガソリン）に分離される。続いて、第一凝縮装置９で処理できなかった２０vol％程度のガソリン蒸気は、吸着時と同様に第二凝縮装置１０により供給される。ここで更に液化回収され、第二凝縮装置１０で処理できなかった８vol％程度のガソリン蒸気だけが第一吸脱着塔１１に送気される。第一吸脱着塔１１では、吸着剤中をガソリン蒸気が通過することによりガソリン成分は吸着除去され、１vol％以下のガソリン濃度の清浄空気となって二方弁１２ａを介して大気に放出される。
【００３６】
以上述べたように、吸着工程、第一再生工程、第二再生工程を実施することにより、一連の動作が終了することになる。通常は、ガソリン貯蔵タンク１に給油がある毎に、これらの一連の操作を繰り返すことになる。この動作によって、最大でも１vol％のガソリン蒸気を大気に排出することしかなく、環境負荷が非常に小さいガス状炭化水素の処理・回収装置である。また、最大でも１vol％のガソリン蒸気を排出するだけであるため、４０vol％のガソリン蒸気のうち３９vol％まで回収でき、回収効率が９７．５％と非常に高効率の回収装置である。また、２つの温度帯で凝縮操作を行ってから吸着操作を行うようにしているため、第一吸脱着塔１１を大幅に小型化でき、装置全体をコンパクト化できるという効果も有している。
【００３７】
なお、脱着時の第一吸脱着塔１１および第二吸脱着塔１６からのガソリン蒸気の排出口は、吸着時の第一吸脱着塔１１および第二吸脱着塔１６へのガソリン蒸気の供給口と同一部分に設けるようにしている。吸脱着塔１１、１６出口のガソリン蒸気濃度を１vol％以下になるように吸脱着塔１１、１６を運用しているため、吸着時には吸脱着塔１１、１６のガソリン蒸気吸入口の近傍では高密度にガソリン蒸気が吸着し、吸脱着塔１１、１６のガソリン蒸気排出口の近傍ではガソリン蒸気があまり吸着していない状態になっている。脱着時に吸脱着塔１１、１６から排出するガソリン蒸気を凝縮によって効率的に回収するには、ガソリン蒸気濃度をできるだけ高くする必要がある。したがって、高密度に吸着している部分からガソリン蒸気を排出する方が高濃度のガソリン蒸気を排出できるため、ガソリン蒸気が高密度に吸着している部分、すなわち、吸脱着塔１１、１６において吸着時のガソリン蒸気吸入口の近傍から、脱着時にガソリン蒸気を吸引排出するようにした方がよい。
【００３８】
吸引ポンプ１３による圧力差を利用する脱着方法だけでは、その効率があまり高くないため、パージガスを外部から導入することが有効であり、本実施の形態では吸引とパージガスによるガス置換を併用することにより、吸脱着塔１１、１６からのガソリン蒸気の脱着を行っている。本実施の形態では、吸脱着塔１１、１６に送るパージガスは大気中の空気である。空気には一定量の水分が含まれているため、パージガスの吸脱着塔１１、１６への供給をできるだけ少なくする必要がある。したがって、前述したように、脱着時には、ある時間経過し、吸脱着塔１１、１６内の圧力が所定の圧力に低下すると、流量調節弁１７ａ、１７ｂが開き、大気から一定流量の空気が吸脱着塔１１、１６に流れ込ませることにより、吸脱着塔１１、１６内部の圧力をほぼ一定にするようにして脱着を行っている。図３はパージガス量の制御方法を説明するための図である。このようにすることにより、時間経過に伴って吸引ガス量が低下することを防止でき、安定的にガソリン蒸気の脱着操作を行うことができる。
【００３９】
パージガスの導入のタイミングとしては、タイマーなどを用いて脱着から一定時間経過した後にパージガスを導入する方式（タイマー方式）、吸脱着塔１１、１６の内部圧力が設定値に到達した時にパージガスを導入する方式（圧力計測方式）、吸脱着塔１１、１６から排出されるガソリン蒸気のガス量が設定値に到達した時にパージガスを導入する方式（ガス量計測方式）が考えられる。タイマー方式はイニシャルコストという点では最も有利であるが、吸脱着塔１１、１６に吸着しているガソリンの量によって、パージガスが導入されるタイミングがずれ、パージガス導入の有効性が軽減されるおそれがある。すなわち、吸着量が多いと、吸脱着塔１１、１６にガソリン蒸気が十分あるときにパージガスが導入されることになり、吸脱着塔１１、１６から排出されるガソリン蒸気濃度が低下する。逆に吸着量が少ないと、吸脱着塔１１、１６から排出されるガソリン蒸気ガス量が少ない時間帯が増加することになり、吸脱着塔１１、１６から効率的にガソリン蒸気を排出できなくなる。圧力計測方式およびガス量計測方式は、前述したタイマー方式の問題点を解消することができ、効率的な脱着を実現できる。なお、本ガソリン回収装置では、安全上、ガソリン蒸気が流れる配管系に圧力計をつけることが不可欠である。したがって、圧力計測方式はそれらの圧力計と兼用できるため、３つの方式の中で最も有効であると考えられる。
【００４０】
ガソリンスタンドのガソリン貯蔵タンクへの給油は通常定期的に一定時間行われる。このため、ガソリン蒸気が発生するのは一日のうちの一定時間に限られている。したがって、装置の稼働率を高めるという観点にたてば、ガソリン蒸気が発生している時間帯は吸着操作を行い、ガソリン蒸気が発生していない時間帯に吸脱着塔１１、１６の再生を行うことが有効であると考えられる。次に、図４を用いて、ガス量を減らして長時間運転することによるガソリン回収の有効性を述べる。このように、ガス流量を減らすことにより、回収率が低下することがわかった。また、ガス流量が４０Ｌ／ｍｉｎ以上になると、回収率が増加しないことが明らかになった。これは、ガス流量が多くなると、流量調節弁１７ａから流入してくる空気量が多くなるため、ガソリン蒸気濃度がその空気によって薄められ、第三凝縮装置１５でのガソリン凝縮量が低下するためである。したがって、第一吸脱着塔１１からガソリン蒸気を脱着する場合には、ガス流量は多くとも４０Ｌ／ｍｉｎとすることが望ましいことがわかった。以上のことから、低流量で長時間をかけて第一吸脱着塔１１を再生することにより、高効率で回収することができる。
【００４１】
次に、ガス状炭化水素の処理・回収装置の制御方法について説明する。回収装置が停止時には、吸引ポンプ１３や加圧ポンプ１４が停止し、二方弁１２ａ、１２ｂが全閉状態で、流量調節弁１７ａ、１７ｂが閉まった状態になっている。第一吸脱着塔１１および第二吸脱着塔１６が冷凍機５によって冷却された温度媒体により冷却されている。ガソリン貯蔵タンク１に給油が開始される状態になると、三方切換弁３ａが切り換わると共に、二方弁１２ａが開き、第二凝縮装置１０の冷却が開始される。第二凝縮装置１０内部の温度が設定値に達すると、ガソリン蒸気の回収が開始される。ガソリン貯蔵タンク１への給油およびガソリン蒸気の発生が終了すると、三方切換弁３ａが切り換わると共に、二方弁１２ａが閉まり、第二凝縮装置１０の冷却が停止する。その後、二方弁１２ｂが開くと共に、吸引ポンプ１３および加圧ポンプ１４が稼動すると、第一吸脱着塔１１からガソリン蒸気が脱着され、第三凝縮装置１５および第二吸脱着塔１６を通過して大気に排出される。この際、吸引ポンプ１３の稼動により第一吸脱着塔１１内の圧力が所定濃度に低下すると、流量調節弁１７ａが開き始め、第一吸脱着塔１１に所定の流量が流れるように流量調節弁１７ａの開度が制御される。タイマーなどにより、第一再生工程が終了すると、吸引ポンプ１３や加圧ポンプ１４が停止し、流量調節弁１７ａが閉まった状態になり、二方弁１２ｂが閉状態になる。その後、第二凝縮装置１０の冷却が開始され、第二凝縮装置１０内部の温度が設定値に達すると、第二吸脱着塔１６の再生が開始される。二方弁１２ａが開くと共に、吸引ポンプ１３および加圧ポンプ１４が稼動すると、第二吸脱着塔１６からガソリン蒸気が脱着され、第一凝縮装置９、第二凝縮装置１０、第一吸脱着塔１１の順で通過して大気に排出される。この際、吸引ポンプ１３の稼動により第二吸脱着塔１６内の圧力が所定濃度に低下すると、流量調節弁１７ｂが開き始め、第二吸脱着塔１６に所定の流量が流れるように流量調節弁１７ｂの開度が制御される。一定時間、再生処理が完了すると、第二凝縮装置１０の冷却が停止すると共に、吸引ポンプ１３や加圧ポンプ１４が停止し、二方弁１２ａ、１２ｂが全閉状態で、流量調節弁１７ａ、１７ｂが閉まった状態になる。このようにして、回収装置の運転が繰り返される。
【００４２】
最後に、加圧ポンプ１４および圧力コントローラ１９を用いて、第三凝縮装置１５および第二吸脱着塔１６の内部圧力を高めることの効果について述べる。図５は第三凝縮装置１５および第二吸脱着塔１６の内部圧力と第二吸脱着塔１６に充填される吸着剤の重量の関係を示したものである。このように、内部圧力を高めることにより、シリカゲルの充填量を少なくできることが明らかになった。しかし、０．４MPa以上にしてもシリカゲル充填量はほとんど減らないことがわかった。一方、圧力を高めると、第三凝縮装置１５および第二吸脱着塔１６の耐圧性を高める必要があるため、装置が高コストになる。したがって、第三凝縮装置１５および第二吸脱着塔１６の内部圧力は０．２〜０．３MPaとすることが効率的であることを確認できた。なお、図６は、加圧ポンプ１４と圧力コントローラ１９を備えないていないガス状炭化水素の処理・回収装置のフローを示す全体構成図である。これにより、装置を構成する部品点数を減らすことができる。しかし、第二吸脱着塔１６に使用するシリカゲル量が２倍以上になるため、第二吸脱着塔１６が大きくなり、装置コストはそれほど低下しないことがわかった。
以上のことから、加圧ポンプ１４と圧力コントローラ１９を設けて、第三凝縮装置１５および第二吸脱着塔１６の内部圧力を高くても０．４MPaに、望ましくは０．２〜０．３MPaに高めることにより、安価な回収装置を提供できる効果がある。
【００４３】
実施の形態２.
図７はこの発明の実施の形態２に係るガス状炭化水素の処理・回収装置のフローを示す全体構成図である。
この実施の形態２と上記実施の形態１との違いは、三方切換弁３ａを用いない点である。この実施の形態２では、図７で示すように、三方切換弁３ａは不要になり、バルブ２１を新たに備えることになる。このような構成にし、圧力調整弁４の設定値よりも回収装置における圧力損失を小さくすることにより、通常は回収装置にガソリン蒸気が流れ、回収装置にガスのつまりなどの不具合が発生した場合に、自動的に圧力調整弁４を経由してガソリン蒸気を大気に排出することができるようになる。なお、この実施の形態２の回収装置は２つの温度帯を有する凝縮により吸着剤の使用量を非常に少なくでき、回収装置の圧力損失を極限まで低減できたために、このような装置が実現できる。
これにより、回収装置にガスのつまりなどが発生しても、回収装置およびガソリン貯蔵タンク１内の圧力が圧力調整弁４の設定値よりも高くなることはなく、安全な回収装置を提供できる効果がある。
【００４４】
実施の形態３.
図８はこの発明の実施の形態３に係るガス状炭化水素の処理・回収装置のフローを示す全体構成図である。
上記実施の形態１では、吸引ポンプ１３と加圧ポンプ１４が連続して設置されていたが、この実施の形態３においては、吸引ポンプ１３と加圧ポンプ１４の間に一定容積を有する圧力バッファ容器３１および圧力計測器３２を設けることにより、吸引ポンプ１３と加圧ポンプ１４の間の圧力をモニタリングすることにより、吸引ポンプ１３と加圧ポンプ１４の運転の誤動作を検出することができ、危険な運転を未然に防止できる。すなわち、吸引ポンプ１３と加圧ポンプ１４との間の圧力が負圧になった場合の加圧ポンプ１４の能力低下、または、吸引ポンプ１３と加圧ポンプ１４との間の圧力が正圧になった場合の吸引ポンプ１３の能力低下を防止することができる。また、吸引ポンプ１３と加圧ポンプ１４の間に一定容積の空間を備えることにより、急激な圧力変動を緩和することができ、余裕のある運転異常検出を実現できる。
これにより、回収装置内の吸脱着塔１１、１６からの脱着工程において、吸引ポンプ１３または加圧ポンプ１４の不具合を検出することができると共に、不具合の急激な拡大を防止でき、安全な回収装置を提供できる効果がある。
【００４５】
実施の形態４.
図９はこの発明の実施の形態４に係るガス状炭化水素の処理・回収装置のフローを示す全体構成図である。
この実施の形態４と上記実施の形態１との違いは、第一吸脱着塔１１の再生時におけるガス処理のフロー、すなわち、実施の形態１に示した第二再生工程が異なる点である。そして、この実施の形態４では、図９で示すように、三方切換弁３ｃが吸引ポンプ１３と加圧ポンプ１４の間ではなく、第三凝縮装置１５と第二吸脱着塔１６の間に設けられている。また、第三凝縮装置１５内の圧力を調節する圧力コントローラ１９ｂが第二吸脱着塔１６内の圧力を調節する圧力コントローラ１９ａとは別に設けられている。
実施の形態１では、第二吸脱着塔１６から吸引ポンプ１３によって脱着されたガソリン蒸気は、第一凝縮装置９に供給され、第二凝縮装置１０および第一吸脱着塔１１を通過して大気に排出される。しかし、この実施の形態４では、第二吸脱着塔１６から吸引ポンプ１３によって脱着されたガソリン蒸気は、加圧ポンプ１４によって加圧され、第三凝縮装置１５に供給される。その後、第三凝縮装置１５を通過したガソリン蒸気は、第二凝縮装置１０および第一吸脱着塔１１を通過して大気に排出される。このようなフローにすることにより、加圧ポンプ１４を有効に利用することができ、第三凝縮装置１５を通過したガソリン蒸気は効率よく回収することができる。なお、冷凍機５の冷媒の蒸発温度を下げられない場合には、このようなフローを利用することが有効であり、効率よくガソリンを回収できる効果がある。
【００４６】
実施の形態５.
図１０はこの発明の実施の形態５に係るガス状炭化水素の処理・回収装置のフローを示す全体構成図である。
この実施の形態５と上記実施の形態１との違いは、第一吸脱着塔１１の再生時におけるガス処理のフロー、すなわち、実施の形態１に示した第一再生工程が異なる点である。実施の形態１では、図１で示すように、第三凝縮装置１５の後段に第二吸脱着塔１６を設置していたが、この実施の形態５においては、図１０に示すように、第三凝縮装置１５の後段にガス貯留容器４１を備えている点である。また、４２はガス貯留容器４１と三方切換弁３ｂの間に設けたマスフローコントローラとしての流量調節弁、４３はガス貯留容器４１と第三凝縮装置１５の間に設けた締切弁である。
実施の形態１では、第一吸脱着塔１１から吸引ポンプ１３によって脱着されたガソリン蒸気は、加圧ポンプ１３によって加圧されて、第三凝縮装置１５に供給される。第三凝縮装置１５を通過したガソリン蒸気は、第二吸脱着塔１６を通過して大気に排出される。しかし、この実施の形態５では、第一吸脱着塔１１から吸引ポンプ１３によって脱着されたガソリン蒸気は、加圧ポンプ１４によって加圧され、第三凝縮装置１５に供給される。ここまでは実施の形態１と同じであるが、その後、第三凝縮装置１５を通過したガソリン蒸気は、そのままガス貯留容器４１に冷却、加圧圧縮された状態で封入される。ガス貯留容器４１の圧力が所定圧力になると、第一再生工程が終了する。その後、ガス貯留容器４１に貯留されたガソリン蒸気は、流量調節弁４２を介して第一吸脱着塔１１に供給され、第一吸脱着塔１１内の吸着剤によってガソリン蒸気が除去され、大気に排出される。このような構成および処理フローにすることにより、システム構成を簡素化でき、装置を低コスト化できる。また、吸引ポンプ１３および加圧ポンプ１４の稼働時間を低減することができ、省エネルギーを図ることができる。
以上のことから、第二吸脱着塔１６の代わりにガス貯留容器４１を備えることにより、低コストで省エネルギーな回収装置を提供できる効果がある。
【００４７】
実施の形態６.
図１１はこの発明の実施の形態６に係るガス状炭化水素の処理・回収装置のフローを示す全体構成図である。
この実施の形態６と上記実施の形態１との違いは、第一吸脱着塔１１の再生時におけるガス処理のフロー、すなわち、実施の形態１に示した第一再生工程が異なる点および第二再生工程が無くなる点である。また、構成機器としては、実施の形態１では、図１で示すように、第三凝縮装置１５の内部は温度媒体によって０〜５℃に冷却されていたが、この実施の形態６においては、図１１に示すように、冷凍機５から冷媒によって直接冷却できるようにした第四凝縮装置５１を備え、第二吸脱着塔１６をなくした点である。
実施の形態１では、第一吸脱着塔１１から吸引ポンプ１３によって脱着されたガソリン蒸気は、加圧ポンプ１４によって加圧されて、第三凝縮装置１５に供給される。第三凝縮装置１５を通過したガソリン蒸気は、第二吸脱着塔１６を通過して大気に排出される。しかし、この実施の形態６では、第一吸脱着塔１１から吸引ポンプ１３によって脱着されたガソリン蒸気は、加圧ポンプ１４によって加圧され、第四凝縮装置５１に供給される。この第四凝縮装置５１の内部は冷凍機５よって冷却された冷媒によって直接冷却され、−３０℃程度になっている。圧力０．３MPa、冷却温度−３０℃の条件では、ガソリン蒸気の濃度は１vol％程度になる。したがって、そのまま大気に放出される。このことにより、システム構成を簡素化でき、装置を低コスト化できる。また、第三再生工程を無くすことができ、吸引ポンプ１３および加圧ポンプ１４の稼働時間を低減することができ、省エネルギーを図ることができる。
以上のことから、第三凝縮装置１５の代わりに第４凝縮装置５１を備えることにより、低コストで省エネルギーな回収装置を提供できる効果がある。
【００４８】
実施の形態７.
図１２はこの発明の実施の形態７に係るガス状炭化水素の処理・回収装置のフローを示す全体構成図である。
この実施の形態７と上記実施の形態１との違いは、第一吸脱着塔１１と同等の性能、大きさの第三吸脱着塔６１を第一吸脱着塔１１と並列に備えるようにし、第二吸脱着１６を無くした点である。すなわち、第一吸脱着塔１１で第二凝縮装置１０から排出されたガソリン蒸気を吸着すると同時に、第三吸脱着塔６１から吸着しているガソリン蒸気を脱着するようにした点が異なる。
【００４９】
図において、６１は第一吸脱着塔１１と仕様が同じであり、第一吸脱着塔１１と並列に備えられた第三吸脱着塔、６２ａ、６２ｂは第二凝縮装置１０から排出されたガソリン蒸気を第一吸脱着塔１１または第三吸脱着塔６１に導く吸着用バルブ、６３ａ、６３ｂは第一吸脱着塔１１または第三吸脱着塔１３からガソリン蒸気を脱着する際に使用する脱着用バルブ、６４ａ、６４ｂは第一吸脱着塔１１または第三吸脱着塔１３から処理したガソリン蒸気を大気に排出するための排気バルブ、６５ａ、６５ｂは第一吸脱着塔１１または第三吸脱着塔１３からガソリン蒸気を脱着する際に、第一吸脱着塔１１または第三吸脱着塔１３に空気を導入するガス流量調節バルブである。
【００５０】
次に、動作について説明する。この実施の形態７に示す装置の運転は、通常、吸着工程、再生工程の２つのステップで行なわれる。まず、吸着工程について説明する。ガソリン給油が開始される際には、三方切換弁３ａが回収装置側に切り換わる。三方切換弁３ａが切り換わり、タンクローリ車などからガソリン給油パイプ２を介してガソリン貯蔵タンク１に給油が開始されると、ガソリン貯蔵タンク１に充満しているガソリン蒸気がガソリン貯蔵タンク１から排出される。この時のガソリン蒸気のガソリン濃度は常温で３０〜４０vol％程度である。ガソリン貯蔵タンク１から排出されたガソリン蒸気は、三方切換弁３ａを介して、第一凝縮装置９に送気される。第一凝縮装置９は、冷凍機５によって冷却された温度媒体が液体循環ポンプ８によって供給されることにより、間接的に冷却される。通常、第一凝縮装置９内部は０℃から５℃程度に保たれており、ガソリン蒸気の一部およびガス中に含まれた水分が凝縮し、気液分離器（図示せず）などによって気体（ガソリン蒸気）と液体（ガソリン）に分離される。液体は第一凝縮装置９の下側に溜まり、ガソリン配管１８を介してガソリン貯蔵タンク１に返送される。
【００５１】
続いて、第一凝縮装置９で処理できなかった２０vol％程度のガソリン蒸気は第二凝縮装置１０に供給される。第二凝縮装置１０は、冷凍機５によって冷却された冷媒が第二凝縮装置１０に供給されることにより、直接的に冷却される。通常、第二凝縮装置９内部は−２０℃から−１０℃程度に保たれており、ガソリン蒸気の一部が凝縮し、気体（ガソリン蒸気）と液体（ガソリン）に分離され、凝縮されなかったガソリン蒸気のみが排出されることになる。液体は第一凝縮装置９の下側に溜まり、ガソリン配管１８を介してガソリン貯蔵タンク１に返送される。なお、実施の形態１では、ガソリン貯蔵タンク１から排出されるガソリン蒸気を吸着している際には、脱着操作を行わないため、吸着操作が終了すると、第二凝縮装置１０の冷却を停止していた。しかし、この実施の形態７では、ガソリン貯蔵タンク１から排出されるガソリン蒸気を吸着している際にも、もう一方の吸脱着塔からガソリン蒸気の脱着操作を行うため、回収を行っている際には、第二凝縮装置１０の冷却を停止することはない。
【００５２】
続いて、第二凝縮装置１０で処理できなかった８vol％程度のガソリン蒸気は吸脱着塔１１、６１に送気されて処理される。図１２では、１１が吸着塔、６１が脱着塔として動作している場合について示している。したがって、吸着用バルブ６２ａは開放（黒塗り）、６２ｂ（白抜き）は閉鎖の状態にある。吸着塔として任意の時間吸着処理した後は脱着塔として使用する。この場合は吸着用バルブ６２ａが閉鎖、６２ｂが開放の状態で使用する。さらにガソリンの脱着が終了した時点で、再び吸着塔として用い、この動作を時間的に繰り返して使用する。吸着・脱着の切り換えは、前述のように吸着バルブ６２ａ、６２ｂの切り換えでコントロールする。吸脱着塔１１、６１にはガソリン蒸気を吸着する吸着剤が封入されている。この吸着剤中をガソリン蒸気が通過することによりガソリン成分は吸着除去され、１vol％以下のガソリン濃度の清浄空気となって排気バルブ６４ａを介して大気に放出される。吸脱着塔１１、６１は、ガソリン蒸気の吸脱着の役割に関係なく、常に液体循環ポンプ８によって供給される温度媒体により一定温度に冷却されている。すなわち、第一凝縮装置９および吸脱着塔１１、６１の冷却系統は設定温度に維持されるように常に運転制御されている。
【００５３】
次に、ガソリン蒸気の脱着プロセスについて説明する。吸着剤に吸着したガソリンを脱着する場合には、吸引ポンプ１３により吸脱着塔６１からガスを吸引して吸着剤からガソリンを脱着する。このとき脱着用バルブ６３ｂは開放、６３ａは閉鎖にしておく。吸着時には吸着塔は０．１MPaの大気圧状態で動作しているが、脱着時には吸引ポンプ１３により大気圧以下に減圧されるため、この圧力差によって吸着剤に吸着したガソリンが脱着される。脱着したガソリン蒸気は、加圧ポンプ１４により加圧され、第三凝縮装置１５に供給される。第三凝縮装置１５内部の圧力は圧力コントローラ１９によって０．３MPaの高圧状態に保たれており、高効率でガソリン蒸気が液化回収される。圧力コントローラ１９から排出されたガソリン蒸気は第二凝縮装置９に戻され、ガソリン分を再度凝縮回収した後、再び吸脱着塔１１に戻される。この操作を繰り返す間に、全量のガソリンが凝縮装置９、１０、１５において凝縮回収される。
【００５４】
吸引ポンプ１３の吸引による圧力差を利用する脱着方法だけでは、その効率があまり高くないため、パージガスを外部から導入することが有効である。この実施の形態７では、このパージガスとしてガス流量調節バルブ６５ｂを介して吸脱着塔１１から大気に排出する清浄なガスの一部を脱着塔６１に送って使用している。この場合、ガス流量調節バルブ６５ｂは開放状態で規定量のガスを流通できる状態であり、ガス流量調節バルブ６５ａは閉鎖になっていてガスは流れないようになっている。なお、この実施の形態７では、前段の第一凝縮装置９でガス中の水分量を十分低くしているため、パージガスに含まれる水分が第三吸脱着塔６１内の吸着剤に悪影響を与えることは殆どない。
【００５５】
ガソリンスタンドのガソリン貯蔵タンクへの給油は通常定期的に一定時間行われる。このため、ガソリン蒸気が発生するのは一日のうちの一定時間に限られている。したがって、装置の稼働率を高めるという観点にたてば、本実施の形態は吸着操作と脱着操作を同時に行うので、吸着操作と脱着操作をシリーズで行うことができ、かつ、脱着時間を長くすることができるという実施の形態１と比較すると、稼働率は低いと言える。しかし、吸着動作と脱着動作を同時に行うため、吸着操作や脱着操作を実施していない時、すなわち、ガソリン蒸気を回収しない場合は冷却を停止できることができ、冷却に使用していたエネルギーを少なくすることができ、省エネルギー機器ということができる。
以上のことから、吸着操作と脱着操作を同時に行いながら運転を行うことにより、省エネルギーで効率的なガソリン回収を行うことができる。
【００５６】
次に、吸脱着塔１１、６１の切り換えについて説明する。この実施の形態７では、タイマーを用いて、吸脱着塔１１、６１の切り換えを行う場合について説明する。前述したように、ガソリン蒸気は第一吸脱着塔１１を通過することによってガソリン成分が吸着除去され、ガソリン濃度が１vol％以下の清浄空気となって排出バルブ６４ａを介して大気に放出される。しかし、第一吸脱着塔１１に供給されるガソリン蒸気量が増大するにつれて、第一吸脱着塔１１の吸着能力が徐々に低下する。この状態が続き、第一吸脱着塔１１出口でのガソリン濃度が１vol％に近づくと、吸脱着塔１１、６１の切り換えが必要になる。ガソリンスタンドにおいて、ガソリン貯蔵タンク１への給油は定期的に一定時間行われるため、回収開始後単純に一定時間で切り換えを行うのが最も簡単な制御となる。したがって、吸脱着塔１１、６１の切り換えは、三方切換弁３ａが切り換った場合や、回収装置が動作をした際をスタート時間として一定時間の間隔で切り換えていくことが有効である。また、実際の切り換え動作としては、吸着用バルブ６２ａ、６２ｂを同時に閉じている状態を作らず、ガソリン蒸気が常に流れているようにして切り換えを実施する方がよい。すなわち、第一吸脱着塔１１で吸着し、第三吸脱着塔６１で脱着している場合、閉じている吸着用バルブ６２ｂ、脱着用バルブ６３ａ、排出バルブ６４ｂを開状態にし、次に元々開いていた吸着用バルブ６２ａ、脱着用バルブ６３ｂ、排出バルブ６４ａを閉状態にして切換を実施する方がよい。これにより、吸脱着塔１１、６１にガソリン蒸気が供給されないようになることはなくなり、ガソリン貯蔵タンク１へのガソリン給油スピードが遅くなったり、ガソリン貯蔵タンク１内の圧力が高くなることがなくなり、安全なガソリン回収装置を提供することができる。
【００５７】
最後に、この実施の形態７のガス状炭化水素の処理・回収装置の制御方法について説明する。回収装置が停止時には、吸引ポンプ１３や加圧ポンプ１４が停止し、吸着用バルブ６２ａ、６２ｂ、脱着用バルブ６３ａ、６３ｂ、排出バルブ６４ａ、６４ｂが全閉状態で、ガス流量調節バルブ６５ａ、６５ｂが閉まった状態になっている。三方切換弁３ａが切り換えられ、給油が開始されると、運転信号を受けて、例えば、三方切換弁３ａの切り換え信号を受けて、吸着用バルブ６２ａ、脱着用バルブ６３ｂ、排出バルブ６４ａが開状態になり、ガソリン貯蔵タンク１への給油が開始されると、第一凝縮装置９、第二凝縮装置１０、第一吸脱着塔１１にガソリン蒸気が流れ込む。吸着操作の開始と同時に、吸引ポンプ１３および加圧ポンプ１４が稼動する。吸引ポンプ１３の稼動により第三吸脱着塔６１内の圧力が所定濃度に低下すると、ガス流量調節バルブ６５ｂが開き始め、第三吸脱着塔６１に所定の流量が流れるようにガス流量調節バルブ６５ｂの開度が制御される。
【００５８】
このようにして給油が一定時間続けられると、吸脱着塔１１、６１の切り換えが実施される。タイマーなどから切り換え信号を受けると、前述したように、閉まっていた吸着用バルブ６２ｂ、脱着用バルブ６３ａ、排出バルブ６４ｂが開状態になり、ガス流量調節バルブ６５ｂが閉まった状態になる。次に、吸着用バルブ６２ａ、脱着用バルブ６３ｂ、排気バルブ６４ａが開状態になり、第三吸脱着塔６１が吸着操作となり、第一吸脱着塔１１が脱着操作となる。吸引ポンプ１３の稼動により第三吸脱着塔６１内の圧力が所定圧力に低下すると、ガス流量調節バルブ６５ｂが開き始め、第三吸脱着塔６１に所定の流量が流れるようにガス流量調節バルブ６５ｂの開度が制御される。このような手順で切り換え運転が繰り返され、ガソリン貯蔵タンク１への給油機が停止すると、三方切換弁３ａが切り換えられ、その停止信号を受けて吸引ポンプ１３や加圧ポンプ１４が停止し、ガス流量調節バルブ６５ｂが閉まった状態になり、吸着用バルブ６２ａ、脱着用バルブ６３ｂ、排気バルブ６４ａが閉状態になる。
【００５９】
以上のように、この実施の形態７に係るガス状炭化水素の処理・回収装置は、２つの温度帯の凝縮装置９、１０と吸脱着塔１１、６１を組み合わせているので、最大でも１vol％のガソリン蒸気を排出することしかなく、環境負荷が非常に小さいガス状炭化水素の処理・回収装置である。また、最大でも１vol％のガソリン蒸気を排出するだけであるため、４０vol％のガソリン蒸気のうち３９vol％まで回収でき、回収効率が９７．５％と非常に高効率の回収装置である。また、凝縮操作を行ってから吸着操作を行うようにしているため、吸脱着塔１１、６１を小型化でき、装置全体をコンパクト化できるという効果も有している。更に、吸着動作と脱着動作を同時に行うため、無駄な運転を低減することができ、ランニングコストを少なくすることができる。
【００６０】
実施の形態８.
図１３はこの発明の実施の形態８に係るガス状炭化水素の処理・回収装置のフローを示す全体構成図である。
この実施の形態８と上記実施の形態７との違いは、第一吸脱着塔１１の再生時におけるガス処理のフローが異なる点である。また、構成機器としては、実施の形態８では、図１３で示すように、図１２における加圧ポンプ１４、第三凝縮装置１５、圧力コントローラ１９を備えていない点である。
実施の形態７では、第三吸脱着塔６１から吸引ポンプ１３によって脱着されたガソリン蒸気は、加圧ポンプ１４によって加圧されて、第三凝縮装置１５に供給される。第三凝縮装置１５を通過したガソリン蒸気は、第二凝縮装置１０および第一吸脱着塔１１を通過して大気に排出される。しかし、この実施の形態８では、第一吸脱着塔１１から吸引ポンプ１３によって脱着されたガソリン蒸気は、第一凝縮装置９に供給される。第一凝縮装置９で、ガソリン貯蔵タンク１から排出されるガソリン蒸気と合流して、第二凝縮装置１０および第一吸脱着塔１１を通過して大気に排出される。このことにより、システム構成を簡素化でき、装置を低コスト化できる。
以上のことから、加圧ポンプ１４、第三凝縮装置１５、圧力コントローラ１９を無くすことにより、低コストで省エネルギーな回収装置を提供できる効果がある。
【００６１】
実施の形態９.
図１４はこの発明の実施の形態９に係るガス状炭化水素の処理・回収装置のフローを示す全体構成図である。
この実施の形態９と上記実施の形態７との違いは、第一吸脱着塔１１の再生時におけるガス処理のフローが異なる点である。また、構成機器としては、実施の形態７では、図１２で示すように、第三凝縮装置１５の内部は温度媒体によって０〜５℃に冷却されていたが、この実施の形態９においては、図１４に示すように、冷凍機５から冷媒によって直接冷却できるようにした第四凝縮装置５１を備えている点である。
実施の形態７では、第一吸脱着塔１１から吸引ポンプ１３によって脱着されたガソリン蒸気は、加圧ポンプ１４によって加圧されて、第三凝縮装置１５に供給される。第三凝縮装置１５を通過したガソリン蒸気は、第二凝縮装置１０および第一吸脱着塔１１を通過して大気に排出される。しかし、この実施の形態９では、第一吸脱着塔１１から吸引ポンプ１３によって脱着されたガソリン蒸気は、加圧ポンプ１４によって加圧され、第四凝縮装置５１に供給される。この第四凝縮装置５１の内部は冷凍機５よって冷却された冷媒によって直接冷却され、−３０℃程度になっている。圧力０．３MPa、冷却温度−３０℃の条件では、ガソリン蒸気の濃度は１vol％程度になり、第一吸脱着塔１１に供給される。このことにより、第一吸脱着塔１１で吸着除去するガソリン蒸気量を低減することができ、吸脱着塔１１、６１の切り換え時間を長くすることができ、バルブの寿命を延ばすことができる。また、バルブの切り換え回数を減らすことができるため、より安定した運転を実現できる。
以上のことから、第三凝縮装置１５の代わりに第４凝縮装置５１を備えることにより、低コストで信頼性の高い回収装置を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】この発明の実施の形態１に係るガス状炭化水素の処理・回収装置のフローを示す全体構成図である。
【図２】冷却温度とシリカゲル充填量の関係を示す特性図である。
【図３】パージガス量の制御方法を説明するための特性図である。
【図４】処理ガス流量と回収率の関係を示す特性図である。
【図５】内部圧力とシリカゲル重点量の関係を示す特性図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係るガス状炭化水素の処理・回収装置のフローを示す全体構成図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係るガス状炭化水素の処理・回収装置のフローを示す全体構成図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係るガス状炭化水素の処理・回収装置のフローを示す全体構成図である。
【図９】この発明の実施の形態４に係るガス状炭化水素の処理・回収装置のフローを示す全体構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態５に係るガス状炭化水素の処理・回収装置のフローを示す全体構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態６に係るガス状炭化水素の処理・回収装置のフローを示す全体構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態７に係るガス状炭化水素の処理・回収装置のフローを示す全体構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態８に係るガス状炭化水素の処理・回収装置のフローを示す全体構成図である。
【図１４】この発明の実施の形態９に係るガス状炭化水素の処理・回収装置のフローを示す全体構成図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  ガソリン貯蔵タンク、２  給油パイプ、３  三方切換弁、４  圧力調整弁、５  冷凍機、６  熱交換器、７  温度媒体槽、８  液体循環ポンプ、９  第一凝縮装置、１０  第二凝縮装置、１１  第一吸脱着塔、１２  二方弁、１３  吸引ポンプ、１４  加圧ポンプ、１５  第三凝縮装置、１６  第二吸脱着塔、１７  流量調節弁、１８  ガソリン配管、１９  圧力コントローラ、２１  バルブ、３１  圧力バッファ容器、３２  圧力計測器、４１  ガス貯留容器、４２  マスフローコントローラ、４３  締切弁、５１  第四凝縮装置、６１  第三吸脱着塔、６２  吸着用バルブ、６３  脱着用バルブ、６４  排気バルブ、６５  ガス流量調節バルブ。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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