(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶性化合物を含有する被処理ガスを吸着剤と接触させて該被処理ガス中の該水溶性化合物を該吸着剤に吸着せしめ、該吸着剤に吸着された該水溶性化合物を加熱により脱着して該吸着剤を再生し、再生された吸着剤が再び被処理ガスと接触するように移動しながら該被処理ガスを連続して処理するガス処理方法であって、
流動床により前記吸着剤が移動しながら前記被処理ガスを連続して処理し、
前記吸着剤として、
比表面積が２００〜９００ｍ2／ｇであり、
粒子直径が０．５〜１．４ｍｍであり、かつ
下記式（１）；
Ｎ＝（Ｗ／Ｗ0）×１００…（１）、
Ｎ：当該吸着剤の耐水性（％）、
Ｗ0：当該吸着剤を水に浸漬したものの粒子の全個数（個）、
Ｗ：Ｗ0のうち割れの発生しなかったものの個数（個）、
で定義される耐水性Ｎが４５％以上である耐水性球状シリカを用いる
ことを特徴とするガス処理方法。
【請求項２】
前記吸着剤として、球状活性炭を更に含むものを用いる、請求項１記載のガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工場等から排出される水溶性化合物を含有する被処理ガスから水溶性化合物を除去するガス処理方法に関し、詳しくは、耐水性球状シリカを吸着剤として用いるガス処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工場等から排出される有機溶剤を含む排ガスから有機溶剤を除去・回収する装置としては、吸着塔、脱着塔及び回収器を備え、且つ、球状活性炭を吸着剤とする流動床式ガス処理装置が知られている。
【０００３】
この従来装置においては、まず、有機溶剤を含む排ガスを吸着塔に導入し、流動する球状活性炭と向流接触させる。これにより、排ガス中の有機溶剤が球状活性炭に吸着し除去される。かようにして有機溶剤が除去された排ガスは吸着塔から排出される。一方、有機溶剤を吸着した球状活性炭を吸着塔から脱着塔へ移送する。脱着塔では、脱着ガスにより吸着されていた有機溶剤が脱着され、再生された球状活性炭を吸着塔に返送して再利用する。また、脱着された有機溶剤は、回収器で回収する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような活性炭を吸着剤とする流動床式ガス処理装置を、メタノール等の水溶性化合物を含有する排ガスに適用しようとした場合、活性炭の水溶性化合物に対する吸着能が低いため、活性炭の使用量が増大し、装置が大規模となってしまう。
【０００５】
一方、このような水溶性化合物に対する吸着能が高いものとして、シリカゲルが知られており、上記問題を解決すべく、例えば、流動性に優れる粒状シリカゲルを吸着剤として使用する方法が考えられる。しかし、この場合、シリカゲルには排ガスに含まれる水分も同時に吸着されてしまい、これによりシリカゲル粒子が破砕されるおそれがある。こうなると流動性が低下し、装置の安定した運転が困難となって処理効率が低下してしまう。また、シリカゲル粒子の破砕によって微粉や粉塵が発生し、その微粉等がガスに同伴して装置外へ排出されるといった問題が生じる。
【０００６】
そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、吸着剤を用いて被処理ガスに含まれるメタノール、エタノール等の水溶性化合物を除去する際に、吸着剤の破砕を防止でき、効率よく且つ安定した運転が可能なガス処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明によるガス処理方法は、水溶性化合物を含有する被処理ガスを吸着剤と接触させて該被処理ガス中の水溶性化合物を吸着剤に吸着せしめ、吸着剤に吸着された水溶性化合物を加熱により脱着して吸着剤を再生し、再生された吸着剤が再び被処理ガスと接触するように移動しながら被処理ガスを連続して処理する方法であって、流動床により前記吸着剤が移動しながら前記被処理ガスを連続して処理し、吸着剤として、比表面積が２００〜９００ｍ2／ｇであり、粒子直径が０．５〜１．４ｍｍであり、かつ下記式（１）；
Ｎ＝（Ｗ／Ｗ0）×１００…（１）、
で定義される耐水性Ｎが４５％以上である耐水性球状シリカを用いることを特徴とする。ここで、式中、Ｎは吸着剤の耐水性（％）を示し、Ｗ0は吸着剤を水に浸漬したものの粒子の全個数（個）を示し、ＷはＷ0のうち割れの発生しなかったものの個数（個）を示す。
【０００８】
なお、本発明において、「吸着剤が球状である」とは、必ずしも真球状を意味するものではなく、表面が平滑な鋼板上に吸着剤粒子を重ならないように載置し、この鋼板を３０度傾斜させたときに、吸着剤の９０質量％以上が鋼板から転げ落ちる形状であることをいう。
【０００９】
このようなガス処理方法においては、被処理ガスが吸着剤と接触することにより、被処理ガス中の水溶性化合物が有効に吸着除去される。本発明者らは、この吸着剤として、上記の耐水性Ｎが４５％以上の耐水性球状シリカを用いると、被処理ガスに含まれる水分吸着の悪影響を抑えることができ、これによりシリカの破砕や微粉の発生を十分に防止できることを見出した。
【００１０】
また、耐水性球状シリカとして、その比表面積が２００〜９００ｍ2／ｇであるものを用いる。耐水性球状シリカの比表面積をこのような範囲内の値とすれば、水溶性化合物の吸着量の低下を抑止しつつ、十分な耐水性を付与できる。
【００１１】
さらに、吸着剤として、球状活性炭を更に含むものを用いるとより好ましい。こうすれば、被処理ガスが疎水性化合物を含んでいても、これらの疎水性化合物を水溶性化合物と共に除去できる。
【００１２】
より具体的には、本発明においては、流動床により吸着剤が移動しながら被処理ガスを連続して処理する。この場合、吸着剤として、粒子直径が０．５〜１．４ｍｍであるものを用いると有用である。なお、本発明において、吸着剤の粒子直径が「下限値〜上限値」であるとの表現は、吸着剤をその下限値と上限値に相当する目開きの篩で篩い分けしたとき、上限値に相当する目開きの篩を通過し、下限値に相当する目開きの篩上に残るものの質量が、全体の質量に対して９０％以上であることを意味する。
【００１３】
粒子直径がこのような範囲内にある吸着剤を用いると、吸着剤と向流接触する被処理ガスの流速を好適な範囲に維持することが容易となり、被処理ガス中の被除去成分を十分に吸着除去しつつ、処理能力の低下を抑えることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限られるものではない。
【００１５】
本発明によるガス処理方法は、水溶性化合物を含有する被処理ガスを処理対象とする。ここで、水溶性化合物とは、２５℃の水に対する溶解度（１００ｇに溶解する溶質の最大質量（ｇ））が５０以上の化合物をいう。このような水溶性化合物としては、例えばメタノール、エタノール等の有機化合物を挙げることができる。
【００１６】
また、本発明で使用する耐水性球状シリカは、上記式（１）で定義される耐水性Ｎが４５％以上、好ましくは５０％以上であることが必要である。この耐水性が４５％未満であると、水分を含有する被処理ガスを処理する場合、水分吸着によってシリカが破砕され、安定な流動床の形成、シリカの移送等が困難となる。また、これに加え、微粉が発生し易くなり、この微粉が処理済ガスに同伴して処理装置の外部に排出される等の問題が生じるおそれがある。
【００１７】
さらに、耐水性球状シリカの比表面積は、２００〜９００ｍ2／ｇであり、好ましくは３００〜８００ｍ2／ｇである。この被表面積が２００ｍ2／ｇ未満となると、水溶性化合物の吸着量が不都合な程に減少する一方で、この比表面積が９００ｍ2／ｇを超えると、耐水性球状シリカの耐水性の低下が顕著となる傾向にある。
【００１８】
このような耐水性球状シリカは、例えば特公平７−６４５４３号公報に記載の方法で製造することができる。すなわち、本発明で使用する耐水性球状シリカは、ケイ酸アルカリ水溶液を中和することにより得たシリカヒドロゲルを、スーパーヒートスチームにより１００〜１０００℃の温度で乾燥した球状のシリカキセロゲルを５００〜１０００℃で焼成することによって製造可能である。
【００１９】
また、被処理ガスが水溶性化合物と共にｎ−ヘキサン、トルエン等の耐水性球状シリカに吸着し難い疎水性化合物を含有する場合には、これらの疎水性化合物を水溶性化合物と同時に除去するために、耐水性球状シリカに球状活性炭を混合したものを吸着剤として用いること、つまり耐水性球状シリカと球状活性炭との混合吸着剤を使用することが好ましい。この場合、耐水性球状シリカと球状活性炭との混合比率は、除去対象成分の種類及び処理済ガス中の許容残存成分量等を勘案して適宜決定することができる。なお、ここで用いる球状活性炭としては、石油系ピッチを球状に造粒した後、水蒸気で賦活した球状活性炭を例示することができるが、これに限定されるものではない。
【００２０】
また、本発明によるガス処理方法を有効に実施するためのガス処理装置としては、流動床式の吸着剤を移動させながら被処理ガスと接触させるガス処理装置を採用し、例えば、図１に示す流動床式連続ガス処理装置が好適である。
【００２１】
図１において、ガス処理装置１００は、多段流動床式の連続ガス処理装置であり、吸着塔１０、脱着塔２０、及び回収器３０を備えるものである。吸着塔１０は、内部に多孔板から成るトレイ１２を複数有しており、水溶性化合物を含む被除去成分を含有する被処理ガス１が下部から供給されるようになっている。この被処理ガス１は、トレイ１２上で流動層を形成しながら順次下段のトレイへ移動する吸着剤１１（上述した耐水性球状シリカ、又は、これと球状活性炭との混合物）と向流接触する。このとき、被処理ガス１中の被除去成分が吸着剤１１に吸着し除去される。被除去成分が除去された処理済ガス２は、吸着塔１０の上部から排出される。一方、被除去成分Ｗを吸着した吸着剤１１は、吸着塔１０の下部から抜き出され、脱着塔２０の上部に供給される。
【００２２】
脱着塔２０は、例えばスチーム、電気ヒーター等を熱源とする加熱手段で構成される加熱部２１、及び、加熱部２１の下方に配置され且つ例えば水等を冷媒とする冷却手段で構成される冷却部２２を有するものである。脱着塔２０の下部には、キャリアガスＧが導入され、加熱部２１の上部から送出されたキャリアガスＧが回収器３０に導入されるようになっている。
【００２３】
この脱着塔２０の上部より供給された被除去成分Ｗを吸着した吸着剤１１は、重力により下方に移動し、加熱部２１において、例えば１００〜２５０℃に加熱され、被除去成分Ｗを脱離する。吸着剤１１から脱離した被除去成分Ｗは、キャリアガスＧによって回収器３０に運ばれ、冷却装置４０による冷却等の方法によってキャリアガスＧと分離された後、回収系５０へ送られて回収される。
【００２４】
一方、加熱部２１で被除去成分Ｗが脱着され再生された吸着剤１１は、冷却部２２で、例えば２０〜６０℃に冷却された後、脱着塔２０の下部から抜き出され、再び吸着塔１０の上部へ供給される。このようにして、吸着剤１１は吸着塔１０と脱着塔２０とを循環移動し、被処理ガス１中の被除去成分の吸脱着を繰り返し、これにより被処理ガス１の連続処理が行われる。
【００２５】
ここで、ガス処理装置１００のような流動床式の装置を使用する場合には、吸着剤１１の粒子直径は、０．５〜１．４ｍｍである。
【００２６】
吸着剤１１の粒径が１．４ｍｍを上回る場合には、吸着塔１０において、流動層を形成するための被処理ガス１の流速を過度に増大させる必要があり、こうなると、被処理ガス１と吸着剤１１との接触時間が不都合な程に短くなってしまう。また、これを回避して十分な接触時間を確保するためには、流動床の段数を増加させる、流動層の層高を大きくする等の処置が必要となる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明に係る具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２８】
〈吸着剤の耐水性評価方法〉
（１）吸着剤の試料１００粒を１０ｍｌサンプル瓶に採取する。
（２）サンプル瓶に室温の水５ｍｌを注入して試料を浸漬させ、蓋をして室温に３０分間静置する。
（３）サンプル瓶を傾けて水を切り、８０℃に設定した恒温乾燥機で３時間乾燥する。
（４）乾燥試料を取り出し、割れの発生していない試料の数を数える。
（５）吸着剤の耐水性を下記式（１）の関係により算出する。
Ｎ＝（Ｗ／Ｗ0）×１００…（１）
前述の如く、Ｎは吸着剤の耐水性（％）を示し、Ｗ0は手順（１）で最初に採取した試料の数（＝水に浸漬した粒子の全個数；１００粒）であり、Ｗは手順（４）で計数した割れの発生しなかったものの個数である。
【００２９】
〈吸着剤の比表面積の測定〉
ＪＩＳ  Ｋ１１５０のｔ−プロット法によって測定した。
【００３０】
以下の実施例及び比較例においては、気体の流量は標準状態に換算した値であり、ｐｐｍは体積基準である。
〈実施例１〉
被除去成分としてメタノール１０００±１００ｐｐｍを含有する温度３０℃、相対湿度３０％の空気を、図１に示す構成のガス処理装置１００に、流量６０ｍ3／ｈで連続供給した。また、吸着塔１０の内径を１５５ｍｍとし、６段の多孔板トレイ１２を有する多段流動床式の構成とした。ここで、吸着剤１１としては、耐水性４８％、比表面積５５０ｍ2／ｇ、粒子直径０．７１〜１．１８ｍｍの耐水性球状シリカ（富士シリシア化学株式会社製  ＣＡＲｉＡＣＴ  Ｑ−３）を使用し、循環量を２ｋｇ／ｈとした。
【００３１】
一方、脱着塔２０の内径を１５５ｍｍとし、加熱部２１には間接加熱源として電気ヒーターを使用した。このときの脱着温度は１５０℃であり、キャリアガスＧとして窒素ガスを０．４ｍ3／ｈで循環させた。また、冷却部２２において、吸着剤１１を４０℃まで冷却した。さらに、回収器３０には、冷媒として温度５℃のチラー水を流通させ、脱着された被除去成分Ｗを冷却して液化させた。
【００３２】
その結果、吸着塔１０の出口における処理済ガス２（処理済空気）中のメタノール濃度は約５０ｐｐｍであった。このとき、回収器３０では、メタノールが０．０８ｋｇ／ｈ、水が０．２４ｋｇ／ｈの割合で回収された。また、ガス処理装置１００は、４０日間連続して安定に運転することができ、メタノール除去率は約９５％と十分に高い除去効率を維持した。
【００３３】
〈実施例２〉
吸着剤１１として耐水性６２％、比表面積３００ｍ2／ｇ、粒子直径０．７１〜１．１８ｍｍの耐水性球状シリカ（富士シリシア化学株式会社製  ＣＡＲｉＡＣＴ  Ｑ−１０）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして排ガス処理を行った。
【００３４】
その結果、吸着塔１０の出口における処理済ガス２（処理済空気）中のメタノール濃度は約７０ｐｐｍであった。このとき、回収器３０では、メタノールが０．０８ｋｇ／ｈ、水が０．２４ｋｇ／ｈの割合で回収された。また、ガス処理装置１００は、４０日間連続して安定に運転することができ、メタノール除去率は約９３％と十分に高い除去効率を維持した。
【００３５】
〈実施例３〉
被除去成分としてメタノール１０００±１００ｐｐｍ、及びトルエン１０００±１００ｐｐｍを含有する温度３０℃、相対湿度３０％の空気を、実施例１で用いたのと同じ流動床式のガス処理装置１００に連続して流量６０ｍ3／ｈで供給した。また、吸着剤１１として、耐水性４８％、比表面積５５０ｍ2／ｇ、粒子直径０．７１〜１．１８ｍｍの耐水性球状シリカ（富士シリシア化学株式会社製ＣＡＲｉＡＣＴ  Ｑ−３）と、粒子直径０．６０〜１．００ｍｍの石油ピッチ系球状活性炭（呉羽化学工業株式会社製；Ｇ−ＢＡＣ）を質量比で５０：５０に混合した混合吸着剤を使用し、循環量を４ｋｇ／ｈとした。さらに、脱着塔２０における脱着温度を１５０℃とし、キャリアガスＧとして窒素ガスを０．８ｍ3／ｈで循環させ、冷却部２２では吸着剤を４０℃まで冷却した。
【００３６】
その結果、吸着塔１０の出口における処理済ガス２（処理済空気）中のメタノール濃度は約１００ｐｐｍ、トルエン濃度は約２ｐｐｍであった。このとき、回収器３０では、メタノールが０．０７ｋｇ／ｈ、トルエンが０．２５ｋｇ／ｈ、水が０．２４ｋｇ／ｈの割合で回収された。また、ガス処理装置は、４０日間連続して安定に運転することができ、メタノール除去率が約９０％、及び、トルエンの除去率が約９９．８％と十分に高い除去効率を維持した。このように、混合吸着剤を用いることにより、水溶性化合物と疎水性化合物との両方の化合物を含有する被処理ガス１から、これらの化合物を高い除去率で安定に除去することができることが確認された。
【００３７】
〈比較例１〉
吸着剤として実施例２で使用した石油ピッチ系球状活性炭を単独で用いたこと以外は、実施例１と同様にして排ガス処理を行った。その結果、吸着塔１０の出口における処理済ガス２（処理済空気）中のメタノール濃度は約９００ｐｐｍであり、吸着塔１０へ供給した空気中のメタノールが殆ど除去されなかったことがが判明した。
【００３８】
〈比較例２〉
吸着剤として耐水性２０％、比表面積６５０ｍ2／ｇ、粒子直径０．８５〜１．７０ｍｍの汎用球状シリカゲル（富士シリシア化学株式会社製  フジシリカゲルＡ形）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして排ガス処理を行った。
【００３９】
その結果、吸着塔１０の上部排気口から頻繁に粉塵の発生が確認されたが、吸着塔１０の出口における処理済ガス２（処理済空気）中のメタノール濃度は約４０ｐｐｍであった。また、ガス処理装置１００を約７日間連続運転した時点で、吸着塔１０の流動床の流動状態が不安定になると共に、吸着剤の定量循環が不能となったのでガス処理装置の運転を停止した。
【００４０】
〈比較例３〉
吸着剤として、耐水性２０％、比表面積６５０ｍ2／ｇ、粒子直径０．８５〜１．７０ｍｍの汎用球状シリカゲル（富士シリシア化学株式会社製  フジシリカゲルＡ形）と、実施例１で使用した耐水性球状シリカを質量で４０：６０に混合した耐水性３７％の混合吸着剤を用いたこと以外は、実施例１と同様にして排ガス処理を行った。
【００４１】
その結果、吸着塔１０の出口における処理済ガス２（処理済空気）中のメタノール濃度は約５０ｐｐｍであった。しかし、ガス処理装置１００を約１５日間連続運転した時点で、吸着塔１０の流動床の流動状態が不安定になると共に、吸着剤の定量循環が不能となったのでガス処理装置の運転を停止した。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガス処理方法によれば、耐水性が４５％以上である耐水性球状シリカを吸着剤として使用し、水溶性化合物を含有する被処理ガスを流動床式の吸着剤を移動させながら処理するガス処理装置を用いて連続的に処理することにより、被処理ガス中の水分吸着による吸着剤の破砕を十分に抑制でき、被処理ガスに含まれるメタノール、エタノール等の水溶性化合物を長時間連続して高い除去率で除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するのに好適な流動床式ガス処理装置の一例を示す模式断面図である。
【符号の説明】
１…被処理ガス、２…処理済ガス、１０…吸着塔、１１…吸着剤、１２…トレイ、２０…脱着塔、２１…加熱部、２２…冷却部、３０…回収器、１００…ガス処理装置。
【図１】
0004017380.tif 000002