(57)【要約】      （修正有）【課題】再生ガスゾーンでの酸素ガス濃度を限界酸素濃度よりも充分低く保ち、しかも窒素使用量を大幅に低減して効率的な吸着脱着処理を行うことができる溶剤含有ガス処理装置を提供する。【解決手段】吸着材を含有する吸着エレメントからなる吸着体１を区分けして原ガス吸着ゾーン１１、追吸着ゾーン１４、第１再生ゾーン１３、第２再生ゾーン１２、及び冷却ゾーン２０を含むゾーンを構成した溶剤含有ガス処理装置において、吸着エレメントが入口圧力５０ｍｍＨ２Ｏにおいて５．０Ｌ／ｍ２／ｓｅｃ以下のガス透過性を有するシートから構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着材を含有する吸着エレメントからなる吸着体を区分けして原ガス吸着ゾーン、追吸着ゾーン、第１再生ゾーン、第２再生ゾーン、及び冷却ゾーンを含むゾーンを構成した溶剤含有ガス処理装置において、吸着エレメントが入口圧力５０ｍｍＨ２Ｏにおいて５．０Ｌ／ｍ２／ｓｅｃ以下のガス透過性を有するシートから構成されることを特徴とする溶剤含有ガス処理装置。
【請求項２】
溶剤含有ガスが原ガス吸着ゾーン、追吸着ゾーン、第１再生ゾーン、第２再生ゾーン、冷却ゾーンの順序で連続的または間欠的に通過するように構成され、追吸着ゾーンから排出されたガスが冷却ゾーンに接続され、冷却ゾーンから排出されたガスが第２再生ゾーンに接続され、第２再生ゾーンから排出されたガスが追吸着ゾーンに接続される循環経路を形成するとともに、第１再生ゾーンの脱着ガスラインに窒素を導入することを特徴とする請求項１に記載の溶剤含有ガス処理装置。
【請求項３】
第１再生ゾーンから脱着した脱着ガスの全部または一部を凝縮器にて回収することを特徴とする請求項１または２に記載の溶剤含有ガス処理装置。
【請求項４】
吸着エレメントが円柱状または円筒状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶剤含有ガス処理装置。
【請求項５】
吸着エレメントの構造がハニカム状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の溶剤含有ガス処理装置。
【請求項６】
吸着材がゼオライトであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の溶剤含有ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着エレメントからなる吸着体を区分けした、吸着ゾーン、再生ゾーン、冷却ゾーンに溶剤含有ガスを順次連続的に移動させ、所定成分の溶剤の吸着及び脱着を効率良く安全に行なうことができる溶剤含有ガス処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、各種工場から発生する有機溶剤ガスの処理方法としては、この有機溶剤ガスを活性炭などの吸着材で吸着し、その後吸着材に水蒸気を吹き込み吸着された成分を脱着回収し、脱着によって再生された吸着材に再度有機溶剤ガスを通過させて吸着させ、連続的に有機溶剤を吸着脱着処理することが一般的であった。
【０００３】
しかし、脱着に直接水蒸気を吹き込む方法では、脱着時に多量の水蒸気による凝縮水の廃水が生じたり、水蒸気と接触することで回収溶剤成分の分解が促進されたりするなど問題があり、近年ではこのような方法以外の脱着方法が望まれていた。
【０００４】
脱着時に直接水蒸気を吹き込まずに有機溶剤を回収する方法としては、吸着部と脱着部との間で吸着材を循環させ、吸着と脱着を連続して行なう流動式方法、回転吸着体を用いて多段で吸着脱着を行なうことによって有機溶剤を濃縮回収する連続式方法などがある。
【０００５】
流動式方法としては、例えば特許文献１に粒状活性炭を用いた多段流動床式の吸着脱着方法及び装置が開示されている。しかし、この方式は粒状活性炭が流動しながら吸着するため、排気濃度を低く抑えることができない。また、流動によって粒状活性炭が磨耗し、破砕した活性炭くずが飛散するなどの問題点があった。
【０００６】
また、連続式方法としては、例えば特許文献２及び特許文献３に回転吸着体を用いた吸着脱着方法及び装置が開示されている。この回転吸着体による連続式方法を図１を参照して以下に説明する。
【０００７】
図１は円筒状の回転吸着体を用いた溶剤含有ガス処理装置を示す。円筒状の回転吸着体１には、図１の右回りに順に、原ガス吸着ゾーン１１、追吸着ゾーン１４、第１再生ゾーン１３、第２再生ゾーン１２が設けられ、第２再生ゾーン１２から原ガス吸着ゾーン１１へ移り変わる間の位置に冷却ゾーン２０が設けられている。
【０００８】
ここで従来使用される回転吸着体は、吸着材と難燃性かつ耐熱性を有するフィブリル化した合成パルプなどとを抄紙して得られるシート状の吸着材ペーパーを段加工しこの段加工シートを円筒ハニカム状に成形したディスクハニカム型ハニローターである。
【０００９】
原ガス吸着ゾーン１１には供給ファン５ａによって有機溶剤を含有する原ガスが供給される。この原ガス中の有機溶剤は原ガス吸着ゾーン１１内を矢印Ａ１方向に通過する間に吸着材に吸着されて排気ダクト１１ａから清浄空気として排出される。
【００１０】
吸着材が原ガス吸着ゾーン１１に移動する前の冷却ゾーン２０の入口側には追吸着ゾーン１４を矢印Ａ２方向に通過したガスを導入し、導入されたガスが矢印Ｃ方向に沿って冷却ゾーン２０の吸着材を通過することによって吸着材を冷却し、原ガス吸着ゾーン１１で溶剤が吸着されやすいようにする。一方、吸着材との熱交換によって温度が高まったガスはヒーター６ａの入口側へ導入し、第２再生ゾーン１２における脱着用ガスとして使用するように構成する。次に、前記第２再生ゾーン１２を矢印Ｅ１方向に通過し、第２再生ゾーン１２の吸着材から有機溶剤を脱着したガスはファン５ｂを介してクーラー９に供給され、冷却した後に追吸着ゾーン１４を矢印Ａ２方向に流通され、第２再生ゾーン１２で脱着した有機溶剤を吸着され、さらに追吸着ゾーン１４の出口ガスは冷却ゾーン２０の入口側に循環される。追吸着ゾーン１４においては、原ガス吸着ゾーン１１の後に第２再生ゾーン１２で脱着した溶剤をさらに吸着するので、追吸着ゾーン１４の吸着材の吸着量を増加させることができる。この結果、以下に説明する第１再生ゾーン１３の脱着ガスは有機溶剤を高濃度に含んだ状態となる。
【００１１】
ところで、一般の有機溶剤の多くはその蒸気は可燃性であり、溶剤蒸気（ガス）と空気（酸素）との共存下においては、溶剤個々に一定の爆発限界濃度（上限、下限）が存在し、その範囲の濃度の溶剤ガスは発火源があれば爆発燃焼に至る。爆発限界濃度の範囲は溶剤種によって多少異なるものの、大体の溶剤は空気中における濃度が１〜３％の範囲が爆発下限である。
【００１２】
一方、不活性ガス（窒素等）を付加してガス中の酸素濃度を下げると爆発限界濃度の範囲は狭くなり、ある酸素濃度以下では、いかなる溶剤ガス組成においても不燃領域に入る。溶剤ガスが不燃領域に入る酸素濃度（限界酸素濃度）も爆発限界濃度の範囲と同様に溶剤種によって異なるが、大体の溶剤において限界酸素濃度は１０数％である（高圧ガス保安協会訳；Ｆｌａｍｍａｂｉｌｉｔｙ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  Ｃｏｍｂｕｓｔｉｂｌｅ  Ｇａｓｅｓ  ａｎｄ  Ｖａｐｏｒｓ，１９７１）。
【００１３】
前記回転吸着体を用いた連続吸着脱着装置において、第１再生ゾーン１３で脱着されたガスは溶剤を高濃度に含んだ状態であり、その濃度は原ガス濃度に対して３０〜４０倍程度となる。従って、原ガスが１０００ｐｐｍ程度の比較的低濃度の場合でも、脱着ガス濃度は３００００ｐｐｍ（３％）以上になり、爆発下限濃度を超えることになる。従って、第１再生ゾーン１３における脱着ガスの爆発燃焼に対する安全対策としては、脱着ガスの酸素濃度を限界酸素濃度以下にする必要がある。通常、爆発限界濃度の範囲の溶剤ガス中の酸素濃度としては、安全を見て限界酸素濃度の１／３〜１／４以下（酸素濃度３％以下）で管理することが望ましく、窒素等の不活性ガスによって酸素と置換する方法が一般的である。
【００１４】
そのため、第１再生ゾーン１３ではヒーター６ｂで加熱した窒素ガスを第１再生ゾーン１３に矢印Ｅ２方向に通過させ、酸素濃度が限界酸素濃度の１／３〜１／４以下になるように調整を行ないながら第１再生ゾーン１３の吸着材から有機溶剤を脱着する。脱着された有機溶剤ガスは凝縮器８へ導入され有機溶剤が凝縮回収される。なお、凝縮器８へ導入する以前に高濃度とするために、バイパス路１０及びファン５ｃを設けて凝縮器８の出口側排ガスを第１再生ゾーン１３の入口側へ循環する経路を形成している。
【００１５】
このように回転吸着体を用いた連続式方法は、脱着に加熱空気を用いることにより吸着体を迅速に、しかも均一に加熱でき、さらに前述の循環経路を採用することで安全に効率的に吸着脱着処理が安定に高くできるというメリットがある。
【００１６】
しかし、このような回転吸着体が複数のゾーンを通過する吸着脱着処理装置の場合、各ゾーンは吸着体両端面において個々に独立した隔壁（ヘッダー）によって区分けされているが、吸着体は回転しているために隣り合うゾーンで一定のガスのリークが生じる。また、吸着体の回転によって隣接するゾーンに持ち出されたり、逆に持ち込まれるガスもある。さらに、吸着体自体にガス透過もあることから、第１再生ゾーン１３の循環ガスが隣接するゾーンに漏れ込み、酸素濃度を調整するための窒素使用量が増大する。
【００１７】
第１再生ゾーン１３から漏れ出すガス（窒素）を低減するために従来、図１のファンなどにより各ゾーンの静圧調整を行ない、第１再生ゾーン１３のガスの隣接するゾーンへの漏れを低減するようにしているが、わずかな静圧バランスの崩れで、シートから隣接するゾーンへガスが漏れるという問題点がある。
【特許文献１】特開昭５２−１４５８０号
【特許文献２】特開昭６３−２３６５１４号
【特許文献３】特開２００５−２３８０４６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、回転吸着体を用いた連続吸着脱着装置において、ガスの透過性を減少させることによって前記問題点を解決し、再生ガスゾーンでの酸素ガス濃度を限界酸素濃度よりも充分低く保ち、しかも窒素使用量を大幅に低減して効率的な吸着脱着処理を行うことができる溶剤含有ガス処理装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
即ち、本発明は吸着材を含有する吸着エレメントからなる吸着体を区分けして原ガス吸着ゾーン、追吸着ゾーン、第１再生ゾーン、第２再生ゾーン、及び冷却ゾーンを含むゾーンを構成した溶剤含有ガス処理装置において、吸着エレメントが入口圧力５０ｍｍＨ２Ｏにおいて５．０Ｌ／ｍ２／ｓｅｃ以下のガス透過性を有するシートから構成されることを特徴とする溶剤含有ガス処理装置である。
【００２０】
本発明の溶剤含有ガス処理装置の好ましい態様では、溶剤含有ガスが原ガス吸着ゾーン、追吸着ゾーン、第１再生ゾーン、第２再生ゾーン、冷却ゾーンの順序で連続的または間欠的に通過するように構成され、追吸着ゾーンから排出されたガスが冷却ゾーンに接続され、冷却ゾーンから排出されたガスが第２再生ゾーンに接続され、第２再生ゾーンから排出されたガスが追吸着ゾーンに接続される循環経路を形成するとともに、第１再生ゾーンの脱着ガスラインに窒素を導入し、第１再生ゾーンから脱着した脱着ガスの全部または一部を凝縮器にて回収し、吸着エレメントが円柱状または円筒状であり、吸着エレメントの構造がハニカム状であり、吸着材がゼオライトである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の溶剤含有ガス処理装置は、ガス透過性の極めて低いシートから構成される吸着エレメントを用いて吸着体自体のガス透過性を極めて少なくしているので、ゾーン間のガスのリークが少なく、窒素使用量を低減しても酸素濃度を充分低く保つことができ、低コストで効率良くしかも安全に溶剤含有ガスを処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の溶剤含有ガス処理装置は、基本的には、従来技術の説明で使用した図１に記載の溶剤含有ガス処理装置の構成を有し、その詳細な構成は、既述した通りであり、当業者に公知のため、さらに詳述しない。
【００２３】
本発明の溶剤含有ガス処理装置の最大の特徴は、吸着エレメントがガス透過性の極めて低いシートから構成されることにある。具体的には、本発明で使用する吸着エレメントは、入口圧力５０ｍｍＨ２Ｏにおいて５．０Ｌ／ｍ２／ｓｅｃ以下、好ましくは１．０Ｌ／ｍ２／ｓｅｃ以下、より好ましくは０．５Ｌ／ｍ２／ｓｅｃ以下のガス透過性のシートから構成される。なお、シートのガス透過性は、次のように行なう。測定するシートを約５０φｍｍの大きさに切り取り、切り取ったシートを測定機材に搭載し、ガスがシートに対して垂直に吹き付けるように設置する。Ｎ２ガスを測定機材に供給し、入口圧力が一定になるまで待つ。入口圧力が一定になることを確認した後、測定機材の出口側の単位時間、単位面積あたりのガス透過量を測定する。入口圧力を１０ｍｍＨ２Ｏ，２５ｍｍＨ２Ｏ，５０ｍｍＨ２Ｏ及び１００ｍｍＨ２Ｏの４種類とし、各圧力について３回づつ測定を行い、グラフを作成して圧力とガス透過量が比例することを確認し、入口圧力５０ｍｍＨ２Ｏでの測定値の平均をシートのガス透過性とする。
【００２４】
吸着エレメントに用いられるシートとしては、無機繊維シートに吸着材を坦持させたものが好ましい。その理由は、従来のように湿式抄紙法などで吸着材とフィブリル化したパルプとを抄紙したシートではガスの透過性が高くなるからである。また、湿式抄紙法などで作成されたシートに無機バインダーなどを塗布させてガス透過性を低減させても、無機繊維シートを用いたシートのガス透過率のレベルまでの効果は得られない。さらに、無機繊維シートと同程度のガス透過性にするため、大量の無機バインダーを塗布すると紙厚が厚くなり、吸着エレメントに加工した場合、通気圧損が増加する。さらにシート中の吸着材含有比率が極端に低下し、シートの柔軟性も極端に悪くなるため、後工程でシートを吸着エレメントに加工することができなくなる。
【００２５】
吸着エレメントに用いられる吸着材としては、ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナなどが挙げられるが、ゼオライトが好ましい。さらには、細孔径７Å以上のゼオライトが望ましく、Ｘ型ゼオライトもしくはＹ型ゼオライトが好ましい。また、吸着材の比表面積は５００〜１５００ｍ２／ｇの範囲が好ましい。細孔径が７Åより小さくかつ比表面積が５００ｍ２／ｇより小さいと、追吸着ゾーンにて高濃度ガスを吸着することができず、除去性能が低減する。
【００２６】
本発明では、吸着エレメントは、円柱状または円筒状であることが好ましく、その構造はハニカム状であることが好ましい。円柱状とは、芯材にハニカムを巻き付けてローター状にした形状を指し、円筒状とは、平行にガスが通気するようにハニカムを複数積層し、処理ガスが中心から径方向に向かって通気するようにハニカム積層体を円周状に配置した形状を指す。このように円筒状または円柱状に吸着ゾーン及び再生ゾーンを設け、中心軸を中心に回転させることにより、吸着と再生の処理を効率良く連続に行なうことができ、更にフェルト状やフィルム状などと比べて圧損を低くすることができる。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明の溶剤含有ガス処理装置の優れた効果を実施例及び比較例に基づいて詳細に説明する。
＜実施例＞
ゼオライトを坦持させた無機繊維シートを９００ｍｍφの円筒ハニカム状に成形してディスク型のハニカムローターを作成した。シートのガス透過性は、入口圧力５０ｍｍＨ２Ｏ時、０．２Ｌ／ｍ２／ｓｅｃであった。ハニカムローターは、円周方向に分断された隔壁によって、原ガス吸着ゾーン１１、追吸着ゾーン１４、第１再生ゾーン１３、第２再生ゾーン１２、冷却ゾーン２０に分割され、各々の占有角度は１５０°、８５°、５０°、４５°、３０°とした。
【００２８】
追吸着ゾーン１４、第１再生ゾーン１３、冷却ゾーン２０の循環風量は２．１Ｎｍ３／ｍｉｎ、第１再生ゾーン１３の循環風量は２．３Ｎｍ３／ｍｉｎとし、凝縮器８へ導入する風量は０．８ｍ３／ｍｉｎとした。また、第１再生ゾーン１３の循環ガス中に導入する窒素を６０Ｌ／ｍｉｎから徐々に下げて酸素濃度を測定した。第１再生ゾーン１３及び第２再生ゾーン１２の入口ガス温度は１３０℃に設定し、凝縮器８の出口ガス温度は１０℃となるように設定し、第１再生ゾーン１３の脱着ガスからイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を凝縮回収した。なお、第１再生ゾーン１３出口のＩＰＡ濃度は４００００〜５００００ｐｐｍで爆発限界濃度の範囲内であった（ＩＰＡの場合、下限２．０ｖｏｌ％、上限７．９９ｖｏｌ％）。
【００２９】
第１再生ゾーン１３に導入する窒素量を多くするほど、第１再生ゾーン１３を循環する脱着濃縮ガスの酸素濃度は低下したが、窒素量が２０Ｌ／ｍｉｎ（窒素／原ガス量比＝１／３００）でも第１再生ゾーン１３の酸素濃度は２．８％で限界酸素濃度（ＩＰＡの限界酸素濃度は１７％）の約１／６となっており、窒素量を４０Ｌ／ｍｉｎ（窒素／原ガス量比＝１／１５０）に増やすと第１再生ゾーン１３の酸素濃度は０．９％まで低減し、非常に低い酸素濃度にできた。また、ＩＰＡの除去率は９８．０％程度で安定していた。
【００３０】
＜比較例＞
比較例として、粉末状活性炭と難燃性かつ耐熱性を有するフィブリル化した合成パルプとを抄紙して得られるシート状の活性炭ペーパーを段加工し、入口圧力５０ｍｍＨ２Ｏ時、１５Ｌ／ｍ２／ｓｅｃであるシートを円筒ハニカム状にして、実施例と同様にディスク型のハニカムローターを作成した。そして実施例と同条件で被処理ガス（ＩＰＡ）を清浄化処理し、回収した。
【００３１】
比較例では、窒素量２０Ｌ／ｍｉｎ（窒素／原ガス量比＝１／３００）の場合、第１再生ゾーン１３の酸素濃度は６．７％であり、窒素量４０Ｌ／ｍｉｎ（窒素／原ガス量比＝１／１５０）の場合、第１再生ゾーン１３の酸素濃度は２．７％であり、実施例と比べて酸素濃度が約３倍高くなる結果となった。また、ＩＰＡの除去率は９７．５％程度で安定していた。さらに、比較例では、ファンやダンパーなどで静圧バランスを調整しなければならず、これらのバランスが崩れた場合、酸素濃度を低く保つためにさらに窒素使用量が増加する結果となった。
【００３２】
上記のように、実施例の装置は比較例の装置に比べてさらに少量の窒素量で第１再生ゾーン１３の脱着濃縮ガス中の酸素濃度を限界酸素濃度よりも十分低くすることが可能であった。これは、前記したように、吸着エレメントとしてガス透過性が極めて少ない吸着エレメントを採用したため、これまでは第１再生ゾーンから隣接するゾーンに漏れていたガスがほとんどなくなったからである。さらに、ガス透過性の極めて少ない吸着エレメントを採用することで、第１再生ゾーンに隣接している追吸着ゾーンと第２再生ゾーンを循環している循環ガスライン（追吸着ゾーン１４、冷却ゾーン２０、第２再生ゾーン１２を経て追吸着ゾーン１４を循環している循環ガスライン）も酸素濃度が約２％で安定して運転する結果を得た。さらに、実施例の装置は、従来実施してきたファンなどによる各ゾーンの静圧バランスの調整を特に考慮する必要がない。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の溶剤含有ガス処理装置によれば、ガス透過性の極めて少ない吸着エレメントを用いているので、ゾーン間のガスのリークが少なく、非常に少量の窒素使用量でも酸素濃度を充分低く保つことができ、低ランニングコストで効率良くしかも安全に溶剤を除去、回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】円筒状回転吸着体を用いた溶剤含有ガス処理装置の一例を示す。
【符号の説明】
【００３５】
１  吸着体
５ａ  供給ファン
５ｂ，５ｃ  ファン
６ａ，６ｂ  ヒーター
８  凝縮器
９  クーラー
１０  バイパス路
１１  原ガス吸着ゾーン
１１ａ  排気ダクト
１２，１３  再生ゾーン
１４  追吸着ゾーン
２０  冷却ゾーン
【図１】
2009154115.tif 000003