(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低濃度の有機溶剤ガスを連続回転型吸着濃縮装置の吸着体に通気吸着させガス中の有機溶剤を吸着除去した後、小量の加熱された脱着用気体により該吸着体に吸着された有機溶剤を脱着し、この吸着脱着を繰り返し行うことにより低濃度有機溶剤ガスから高濃度の濃縮ガスを取り出し、この取り出された濃縮ガスを燃焼装置で酸化分解する際に、燃焼装置の出口温度（燃焼後の排気温度）を感知し、それに応じて連続回転型吸着濃縮装置の吸着脱着繰り返し周期を調整することを特徴とする低濃度有機溶剤ガスの処理方法。
【請求項２】
連続回転型吸着濃縮装置から取り出される濃縮ガスを処理する燃焼装置の出口温度（燃焼後の排気温度）が所定温度より低い場合には、連続回転型吸着濃縮装置の吸着脱着繰り返し周期を長くすることを特徴とする請求項１に記載の低濃度有機溶剤ガスの処理方法。
【請求項３】
連続回転型吸着濃縮装置から取り出される濃縮ガスを処理する燃焼装置の出口温度（燃焼後の排気温度）が所定温度より高い場合には、連続回転型吸着濃縮装置の吸着脱着繰り返し周期を短くすることを特徴とする請求項１または２に記載の低濃度有機溶剤ガスの処理方法。
【請求項４】
連続回転型吸着濃縮装置には、低濃度の有機溶剤を含有する被処理ガスを吸着体に送る被処理ガス供給手段、被処理ガスを吸着する吸着体が配設された吸着手段、吸着体に吸着された有機溶剤を脱着するための脱着用気体を前記吸着体の脱着部に供給する脱着用気体供給手段、該脱着用気体を加熱する加熱手段、該脱着用気体により前記吸着体に吸着された有機溶剤を脱着する脱着手段、吸着脱着繰り返し周期の調整手段が設けられ、さらには該吸着濃縮装置から取り出される高濃度の有機溶剤を含む脱着ガスを燃焼酸化させる燃焼手段、該燃焼手段の出口温度差を検知する手段及び該燃焼装置出口の検知データーを前記吸着濃縮装置の吸着脱着繰り返し周期調整手段に伝達する手段を設けた低濃度有機溶剤ガス処理装置。
【請求項５】
吸着体を回転移動させる吸着体回転移動手段、低濃度の有機溶剤を含有する被処理ガスを吸着体へ送る被処理ガス供給手段、被処理ガスを回転移動する吸着体の吸着部で吸着させる吸着手段、吸着体に吸着された有機溶剤を脱着するための脱着用気体を前記吸着体へ供給する脱着用気体供給手段、該脱着用気体を加熱する加熱手段、回転移動する吸着体に吸着された有機溶剤を該脱着用加熱気体により脱着部にて脱着するための脱着手段を少なくとも有し、吸着脱着の繰り返し周期が吸着体の回転周期により決定される連続回転型の吸着濃縮装置を使用した請求項４に記載の低濃度有機溶剤ガス処理装置。
【請求項６】
インバーターが設置され、連続回転型吸着濃縮装置吸着体の回転移動手段に使用されるモーターの回転速度が、前記インバーターにより制御される請求項５に記載の低濃度有機溶剤ガスの処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に低濃度の有機溶剤ガスを安い運転コストで安全に吸着除去する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、低濃度の有機溶剤ガスを処理する場合、低濃度有機溶剤ガスを吸着材に通気吸着させ、吸着された有機溶剤を小量の加熱気体にて吸着材から脱着し、脱着された小風量、高濃度の有機溶剤ガスを２次処理装置で処理する濃縮処理方法が有効な処理方法として知られている。本装置に使用される吸着濃縮装置には、少なくとも吸着部と脱着再生部を有する回転型濃縮装置が一般的に使用される。濃縮された有機溶剤ガスの２次処理装置としては、処理される有機溶剤が可燃性であれば、触媒燃焼装置などの酸化分解処理装置（燃焼装置）が一般的に使用される。
【０００３】
回転型吸着濃縮装置と触媒燃焼装置とを組み合わせた低濃度有機溶剤ガス濃縮処理装置のフローの１例が図１に示される。ファン１を介して回転型吸着濃縮装置吸着体２の吸着部２ａに通気された低濃度有機溶剤ガスは、吸着浄化され放出される。溶剤を吸着した吸着材は、回転により連続的に吸着部２ａから脱着部２ｂへ移動され、ファン３を介して熱交換器４及び加熱器５にて加熱された小量の空気にて脱着再生される。脱着部から小量の加熱空気で脱着された有機溶剤は、濃縮ガスとしてファン６を介して熱交換器７及び触媒燃焼装置８に付設される加熱器８ａにて加熱され触媒８ｂに通気される。濃縮ガスは、触媒８ｂにて濃縮ガス中の有機溶剤が酸化分解されることにより浄化され、熱交換器７及び熱交換器４を経て排出される。
【０００４】
本装置は、触媒上での溶剤の酸化分解時に発生する酸化熱を熱交換器にて熱回収しているため、触媒に供給される溶剤濃度により回収される熱量が決定される。触媒に供給される溶剤濃度が低ければ、当然回収できる熱量が少なくなり、装置全体で消費されるエネルギー量が増大する。触媒へ供給される濃縮ガスの溶剤濃度は、吸着濃縮装置の操作条件が一定の場合には吸着濃縮装置へ通気される処理ガスの濃度により決定される。なお、燃焼装置として直接燃焼装置を使用した場合でも同様である。本装置の基本的な設計は、吸着濃縮装置へ通気される溶剤濃度の最大値で設計されることが一般的であるが、実際に装置へ通気される溶剤濃度は変動することが多く、特に設計時の溶剤濃度よりも低い濃度にて有機溶剤が吸着濃縮装置へ通気された場合には、前記の理由にて、装置で消費されるエネルギー量が増大し、実際の消費エネルギー量が設計時のエネルギー消費量をはるかに上回ることがしばし起こる。相当な時間、吸着濃縮装置へ通気されるガスに溶剤が含まれない場合（工程からの溶剤発生が停止している場合）には、吸着濃縮装置および燃焼装置を停止することも考えられる。しかしながら、これら装置を停止あるいは起動するために相当な時間が必要なため、工程での溶剤発生停止時間が短い場合には、これら装置を停止することは困難である。即ち、排気ガス中の溶剤濃度が設計値より低い場合に装置で消費されるエネルギーが設計値より大きく上回るという問題を簡易的に解決する適切な方法が無いという問題点があった。
【０００５】
さらに、燃焼装置で処理できるガス濃度には限界がある。例えば、触媒燃焼装置を燃焼装置として使用する場合、使用される触媒の使用温度には限界がある。一般によく使用される白金触媒の使用上限温度は５００℃程度であり、これ以上の温度では触媒性能の低下（熱劣化）が起きる。触媒に導入されるガス温度は２５０〜３５０℃程度であるが、触媒上で有機溶剤が酸化分解するため、実際の触媒温度は触媒に導入されるガス温度より高くなる。有機溶剤の酸化分解による触媒温度の上昇は有機溶剤ガスの濃度により決まる。有機溶剤ガスの温度が高い程、触媒温度は上昇する。このため、触媒で処理できる有機溶剤ガスの濃度には限界があるが、その値はガスの種類により異なる。
【０００６】
上記のごとく触媒燃焼装置等の燃焼装置で処理できるガス濃度には限界があるため、燃焼装置単体で有機溶剤ガスを処理する際に、一時的にガスの濃度が限界以上となる場合には、燃焼装置に外気を取り入れ被処理ガスを希釈するか、燃焼装置に導入されるガス温度を下げる等の方法が従来取られている。
【０００７】
吸着濃縮装置から発生する濃縮ガスの濃度は、前記のごとく、吸着濃縮装置に通気される被処理ガスの濃度に大きく左右される。特に工程のトラブルが原因となる濃度変動は著しいことが多い。このようなガスを上記濃縮装置に通気した際には、工程から排出されるガス濃度の変動を受けて、濃縮装置から排出される濃縮ガス濃度が変動する。従って、この濃縮ガスを燃焼装置で処理した際には、濃縮ガス濃度が燃焼装置で処理出来る限界濃度以上になることがある。この際、従来の燃焼装置での対処方法を実施した場合には、次のような問題点があった。
【０００８】
まず、燃焼装置に外気を導入した場合には、吸着濃縮装置から吸引される濃縮ガス量が減る。このため、ごく小量の加熱気体で吸着材を再生することになり、濃縮ガス濃度が危険な領域まで上昇するだけでなく、再生時に吸着材に充分な通気がなされないため吸着材からの放熱が充分出来ず、吸着材が異常発熱する危険性がある。燃焼装置に外気を導入する際に、濃縮ガスを大気に放出する方法もあるが、ダンパー、ファンの設置などで装置が煩雑になり、装置価格も高くなる。外気を取り入れる方法としては、外気取り入れダンパーを開けることが一般には行われるが、外気取り入れダンパーの開閉頻度が年に数回程度の場合、ダンパーの動作不良が発生しやすく、問題となる場合がある。２点目の燃焼装置に導入されるガス温度を下げる場合には、ガス温度をさげても急激には酸化分解反応を低減させることは出来ない。このため燃焼装置に触媒燃焼装置を使用した場合には、その触媒の温度が限界温度を越え、触媒の寿命を低下させることになる。このように上記濃縮装置から発生する濃縮ガスを燃焼装置で処理するにあたり、濃縮ガスの濃度が燃焼装置で処理出来る濃度の上限を越えた場合の簡易的かつ適切な処理方法がないという問題点があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものである。すなわち、低濃度有機溶剤ガスを吸着材に通気吸着させ、小量の加熱気体で吸着された有機溶剤を脱着し、脱着された高濃度の有機溶剤濃縮ガスを燃焼装置で処理する低濃度有機溶剤ガス処理に関し、吸着濃縮装置へ通気されるガスの濃度が設計値よりも低く変動する場合に生じるエネルギー消費量の増加を防ぎ、また、燃焼装置で処理出来る濃度の上限を越えた場合には安全に対処する機能を有する低濃度有機溶剤ガスの処理方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することのできる本発明の要旨は、低濃度の有機溶剤ガスを吸着体に通気吸着させ有機溶剤を吸着除去した後、小量の加熱気体により吸着体に吸着された有機溶剤を脱着し、これにより低濃度有機溶剤ガスから高濃度の濃縮ガスを発生させる吸着濃縮装置であって、これより取り出される濃縮ガスを燃焼装置で酸化分解する際に、燃焼装置の出口温度（燃焼後の排気温度）を感知し、それに応じて吸着濃縮装置の吸着脱着の繰り返し周期を調整する機能を有する低濃度有機溶剤ガスの処理装置である。
【００１１】
本発明の特徴は、低濃度有機溶剤ガスを吸着濃縮装置の吸着体に通気吸着し、小量の加熱気体で吸着体に吸着された有機溶剤をその吸着体から脱着し、脱着された高濃度の有機溶剤濃縮ガスを燃焼装置で処理する低濃度有機溶剤ガス処理に関して、吸着濃縮装置から発生する濃縮ガスの濃度調整を、燃焼装置の排気ガス温度に対応させて、吸着濃縮装置における吸着脱着の繰り返し周期を調整することにて行うことにある。
本発明に至った理由は、次の４点の特性を見い出し、装置へ応用したものである。
▲１▼吸着濃縮装置の吸着脱着繰り返し周期が長い程、吸着濃縮装置から発生する濃縮ガスの温度は高い。
▲２▼吸着濃縮装置に通気される溶剤ガスの濃度が低ければ、吸着濃縮装置における吸着脱着繰り返し周囲を長くした方が、吸着濃縮装置の吸着除去性能を向上できる。
▲３▼燃焼装置の出口温度（燃焼後の排気温度）、詳しくは燃焼装置入口と出口の温度差は、吸着濃縮装置入口の実質的溶剤濃度を表すものである。
▲４▼吸着濃縮装置の処理効率を下げて、吸着濃縮装置から取り出される濃縮ガスの濃度を下げるためには、吸着濃縮装置における吸着脱着繰り返し周期を短くすることが有効である。
以下、上記４点につき説明する。
【００１２】
図３には、吸着濃縮装置の吸着脱着繰り返し周期である吸着体回転周期と吸着濃縮装置から発生する濃縮ガスの温度の関係が示される。吸着体の回転周期が長い程吸着濃縮装置から発生する濃縮ガスの温度が高くなることがわかる。
【００１３】
図４は、通気ガス濃度の違いによる吸着濃縮装置吸着体の回転周期と吸着濃縮装置の吸着除去性能との関係を示した図である。吸着濃縮装置に通気されるガス濃度が低い場合には、吸着濃縮装置に使用される吸着体の最適回転周期（最高の吸着除去性能を示す回転周期）が長い方へシフトすることがわかる。即ち、通気ガス濃度が低い場合には吸着体の回転速度を遅くて、回転周期を長くした方が吸着濃縮装置の吸着除去性能が良くなることになる。
【００１４】
図５には、吸着濃縮装置に通気されるガス濃度と、吸着濃縮装置から発生する濃縮ガスを２次処理している触媒燃焼装置の出口温度との関係が示される。触媒燃焼装置の入口温度を一定に保った場合には、吸着濃縮装置に通気されるガス濃度が高くなれば、触媒燃焼装置の出口温度がそれに従い高くなることがわかる。すなわち、触媒燃焼装置の出口温度により、吸着濃縮装置へ通気される実質的ガス濃度を知ることが出来る。
【００１５】
図６は、吸着濃縮装置に使用される吸着体の回転周期を変えた場合における吸着濃縮装置から発生する濃縮ガスの経時的濃度変化を示している。吸着体の回転周期を短くした場合には、吸着濃縮装置から発生する濃縮ガス濃度は次第に減少する。しかしながら、逆に吸着体の回転周期を長くした場合には、一時的に濃縮ガス濃度が上昇しその後減少することがわかる。吸着濃縮装置から発生する濃縮ガス濃度が、吸着濃縮装置へ通気される被処理ガス濃度の一時的変動により上昇し、濃縮ガスを２次処理する燃焼装置の処理限界濃度を越えた場合の対処法としては、図６より吸着濃縮装置に使用される吸着体の回転周期を短くすることが極めて有効であることがわかる。
【００１６】
本発明はこれらの知見をもとになされたものである。連続回転型吸着濃縮装置とそれから発生する濃縮ガスの処理装置である触媒燃焼装置を組み合わせた低濃度有機溶剤ガス処理装置へ前記の特性を活用した本発明装置の概略を示すフローの１例を図２に示す。以下図２を説明する。ファン１を介して回転型吸着濃縮装置吸着体２の吸着部２ａに通気された低濃度有機溶剤ガスは、吸着浄化され放出される。溶剤を吸着した吸着材は、回転により連続的に吸着部２ａから脱着部２ｂへ移動され、ファン３を介して熱交換器４及び加熱器５にて加熱された小量の空気で脱着再生される。脱着再生用の加熱空気の温度は１１ａの温度検出部と温度調整器９ａが加熱器５を制御することにより調整されている。脱着部から小量の加熱空気で脱着された有機溶剤は、濃縮ガスとしてファン６を介して熱交換器７および触媒燃焼装置８に付設された加熱器８ａにて加熱され触媒８ｂに通気される。触媒入り口ガス温度は温度検出部１１ｂと温度調整器９ｂが加熱器８ａを制御することにより調整される。濃縮ガスは、触媒８ｂにて濃縮ガス中の有機溶剤が酸化分解されることにより浄化され、熱交換器７および熱交換器４を経て排出される。１１ｃにて検出された触媒燃焼装置の出口温度を温度指示器９ｃが回転型吸着濃縮装置吸着体回転周期調整器１０に伝達し、該回転周期調整器１０により制御される回転駆動部１２が吸着濃縮装置吸着体２の回転周期を調整する。
【００１７】
本装置の作用は以下の通りである。吸着濃縮装置へ供給される溶剤濃度が通常より低い場合には、吸着濃縮装置から発生する濃縮ガスの濃度が通常濃度より低くなるために、この濃縮ガスを処理する燃焼装置における酸化分解熱の発生量も通常より低くなり、したがって燃焼装置の出口温度が通常温度より低くなる。この通常より低い燃焼装置出口温度を受けて吸着濃縮装置吸着体回転周期を自動的に長くすることにより、吸着濃縮装置の吸着除去性能を維持したまま、吸着濃縮装置から発生する濃縮ガスの濃度を上げ、この濃縮ガスを燃焼温度まで昇温するために必要なエネルギーを削減することができる。また、吸着濃縮装置に通常より高い濃度の溶剤ガスが供給された場合には、濃縮ガス濃度が通常より高くなり、燃焼装置の出口温度が通常より高くなる。さらに燃焼装置処理上限濃度に対応する燃焼装置出口温度を越えた場合には、これを受けて吸着濃縮装置吸着体の回転周期を自動的に短くするこにより、速やかに濃縮装置から発生する溶剤ガス濃度を下げ、燃焼装置が上限濃度をこえて濃縮ガスを処理することを防ぐことが出来る。
【００１８】
本発明で使用される吸着濃縮装置の例としてハニカム構造の回転吸着体を使用した装置概要の１例が図７に、またマット状のエンドレス構造の吸着体を使用した装置概要の１例が図８に示される。しかしながらこれら装置の形状は本発明において特に限定されるものではない。
【００１９】
本発明に連続回転型の吸着濃縮装置を使用した場合、吸着体を連続回転させる駆動部には、モーターが使用され、その駆動用モーターの回転速度は、インバーターで調整されることが望ましい。インバーターを使用することで、燃焼装置の出口温度の変化に対して迅速かつ正確に吸着体の回転速度を調整することが可能である。インバーターによる回転速度の調整方法としては、燃焼装置の出口温度測定器（調整器）から出力されるアナログ電気信号（温度の変換信号）によりインバーターの周波数出力を調整する方法、さらには、燃焼装置の出口温度測定器（調整器）の出力接点を複数組み合わせて、インバーターへの入力接点条件を変化させることでインバーターの周波数出力を調整する方法等がある。しかしながらこれらの吸着体回転制御方法については、本発明において特に限定されるものではない。
【００２０】
作用の１例を以下に示す。吸着濃縮装置へ通気される被処理ガス濃度が低いためにそれから取り出される濃縮ガスの濃度が低く、燃焼装置の出口温度（燃焼後の排気温度）が所定温度より低い場合には、燃焼装置の出口温度に応じて吸着濃縮装置に使用される吸着体の回転速度を遅くして、吸着濃縮装置の吸着除去性能を維持したまま濃縮ガスの温度を上げる。このことにより濃縮ガスを燃焼装置にて酸化分解を行う温度まで昇温させるに必要なエネルギー消費量を低減させることが可能である。表１には、吸着濃縮装置にトルエンガスを通気し濃縮装置から取り出される濃縮ガスを触媒燃焼装置で処理した１例が示される。本例では、図２に示されるフローにて低濃度トルエンガスが処理されている。なお、触媒燃焼温度までの濃縮ガスの昇温には本例においては電気ヒーターが用いられている。
【００２１】
比較例１は、吸着濃縮装置へ１００ｐｐｍのトルエンガスが通気されている例である。触媒燃焼装置でトルエンが酸化分解し発生した酸化分解熱が装置に付設された熱交換器により熱回収されているめ、濃縮ガスを触媒燃焼温度まで昇温するに必要な電力は１．７ｋｗである。比較例２においては、吸着濃縮装置へ設計濃度より極めて低い１０ｐｐｍのトルエンガスが通気されている。吸着濃縮装置の吸着体の回転数はそのままにて運転されているため、吸着濃縮装置の吸着除去性能が低いだけでなく、触媒燃焼温度まで濃縮ガスを昇温するに必要な電力が３．６ｋｗと比較例１の２倍以上のエネルギーが必要となる。本実施例１では、比較例２同様、吸着濃縮装置へ設計濃度より極めて低い１０ｐｐｍのトルエンガスが通気されている。しかしながら、触媒燃焼装置出口温度が所定温度より低いことを受けて、吸着濃縮装置の吸着体回転数を下げているため、比較例２に比べて吸着除去性能が向上しているのみならず、濃縮ガス濃度が上昇したため、濃縮ガスを昇温するに必要な電力が２．８ｋｗと比較例２に比べ約２０％低減されている。
【００２２】
作用の第２例を以下に記す。通常の設計濃度である１００ｐｐｍのトルエンガスが被処理ガスとして連続回転型の吸着濃縮装置へ通気されている。濃縮装置から取り出される濃縮ガスの２次処理装置として触媒燃焼装置が使用されており、触媒の出口温度は４５０℃を示している。この吸着濃縮装置へ通気されている被処理ガスのトルエン濃度が一時的に２００ｐｐｍまで上昇したため該触媒出口温度が上昇し触媒耐熱温度である５５０℃に近づいた。触媒出口温度が高いことを受けて回転型吸着体の回転数が自動的に４ｒｐｈから１０ｒｐｈに調整された。即ち吸着濃縮装置の吸着再生周期が短周期に変更となった。これにより触媒出口温度は急激に低下し、触媒の熱劣化による性能低下を防ぐことが出来た。
【００２３】
【表１】
0003894238.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【図１】  連続回転型吸着濃縮装置と燃焼装置とを組み合わせた従来の装置フロー
【図２】  本発明のフロー
【図３】  吸着濃縮装置における吸着脱着繰り返し周期（回転型吸着濃縮装置の場合には吸着体回転周期）と吸着濃縮装置から取り出される濃縮ガス温度との関係を表した図。
【図４】  吸着濃縮装置における吸着脱着繰り返し周期（回転型吸着濃縮装置の場合には吸着体回転周期）と吸着濃縮装置の吸着除去性能との関係を表した図。
【図５】  吸着濃縮装置における吸着被処理ガス濃度と吸着濃縮装置から取り出される濃縮ガスの燃焼処理装置出口温度との関係を表した図。
【図６】  吸着濃縮装置における吸着脱着繰り返し周期（回転型吸着濃縮装置の場合には吸着体回転周期）を変更した際の、吸着濃縮装置から取り出される濃縮ガスの濃度経時変化を示した図。
【図７】  吸着濃縮装置の例
【図８】  吸着濃縮装置の例
【符号の説明】
１    ファン
２    吸着体
２ａ  吸着体吸着部
２ｂ  吸着体脱着部
３    ファン
４    熱交換器
５    脱着用気体加熱ヒーター
６    ファン
７    熱交換器
８    触媒燃焼装置
８ａ  触媒燃焼装置用ヒーター
８ｂ  触媒
９    温度調節器
１０    温度指示値伝達器
１１    温度検知器（温度測定器）
１２    吸着体回転駆動機
【図１】
0003894238.tif 000003
【図２】
0003894238.tif 000004
【図３】
0003894238.tif 000005
【図４】
0003894238.tif 000006
【図５】
0003894238.tif 000007
【図６】
0003894238.tif 000008
【図７】
0003894238.tif 000009
【図８】
0003894238.tif 000010