CN102170956A - 气体净化装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，提供一种可以抑制化学物质在借助重力下降的吸附剂的表面上凝结，使吸附剂的流动稳定，可以使吸附剂的再生良好进行的气体净化装置和方法。进而，目的在于提供一种可以抑制乙酸乙酯等化学物质的分解，可以回收高纯度的化学物质的气体净化装置和方法。一种气体净化装置1，具有吸附部A、脱去部D、和位于吸附部A与脱去部D之间的吸附剂温度控制部C，所述吸附部A通过使含有化学物质的气体G与吸附剂K接触，来使该化学物质被吸附剂K吸附；所述脱去部D通过使从该吸附部A通过、一边形成移动层一边下降的吸附剂K与非凝结性气体Ga对流接触，来使化学物质从吸附剂K脱去；所述吸附剂温度控制部C用于使下降的吸附剂K保持在从脱去部穿出来的含有化学物质的非凝结性气体Ga的露点～露点+50℃的温度。

Description

气体净化装置和方法

技术领域

本发明涉及气体净化装置和方法。特别涉及目的在于回收排气中含有的有机溶剂、除去排气中的有害、恶臭物质的气体净化装置和净化方法。

背景技术

现在已知将工厂排出的气体中的有害恶臭物质、有机溶剂等的溶剂成分使用固体吸附剂粒子吸附除去，以净化气体并回收溶剂成分的气体净化装置(气体处理装置)。

专利文献1中公开了一种气体处理装置，其将固体吸附剂粒子连续供给到气体处理装置的被处理气体吸附部，并使在被处理气体吸附部中吸附了溶剂成分的吸附剂粒子借助重力向吸附剂再生部向下流动，同时使吸附剂粒子再生，将再生得到的吸附剂粒子再次供给到被处理气体吸附部，由此使吸附剂粒子连续循环使用。向该吸附剂再生部供给非凝结性气体，非凝结性气体与从吸附剂粒子脱离开的溶剂成分一起被导入到冷凝分离器，由此分离并回收溶剂成分。

在上述那样的在吸附剂再生部形成重力移动层的装置中，在吸附剂再生部的上部，被脱离开的化学物质会在借助重力下降的吸附剂的表面上凝结，结果存在吸附剂的流动受阻碍的问题。吸附剂的流动不良会造成吸附剂的再生不充分，排气中的化学物质的除去率降低，同时使得空气容易由外部侵入到高温状态的吸附剂再生部，在安全性方面也是问题。

进而吸附在吸附剂上的化学物质、特别是乙酸乙酯等容易分解的化学物质，如果加热的热历程过长，会引起分解(水解)，存在回收得到的化学物质中混有分解产物的问题。

专利文献1：日本特开昭52-14580号公报

发明内容

本发明鉴于上述现在的状况，目的在于提供一种可以抑制化学物质在借助重力下降的吸附剂的表面上凝结，使吸附剂的流动稳定，可以使吸附剂的再生良好进行的气体净化装置和方法。进而，目的在于提供一种可以抑制乙酸乙酯等化学物质的分解，可以回收高纯度的化学物质的气体净化装置和方法。

本发明人发现新设置了下述部分的装置可以解决上述课题：设置在使化学物质被吸附剂吸附的吸附部与在其后面连接的脱去部之间的、使将与从脱去部穿出来的含有化学物质的非凝结性气体接触的吸附剂保持在预定温度的吸附剂温度控制部。即，本发明的气体净化装置和方法如下。

(1).一种气体净化装置，具有吸附部、脱去部、和位于吸附部与脱去部之间的吸附剂温度控制部，所述吸附部通过使含有化学物质的气体与吸附剂接触，来使该化学物质被吸附剂吸附；所述脱去部通过使从该吸附部通过、一边形成移动层一边下降的吸附剂与非凝结性气体对流接触，来使化学物质从吸附剂脱去；所述吸附剂温度控制部用于使下降的吸附剂保持在从脱去部穿出来的含有化学物质的非凝结性气体的露点～露点+50℃的温度。

(2).如上述(1)所述的气体净化装置，吸附剂温度控制部用于使下降的吸附剂保持在从脱去部穿出来的含有化学物质的非凝结性气体的露点+20℃～露点+50℃的温度。

(3).如上述(1)或2)所述的气体净化装置，露点是基于通过NRTL式求出的活度系数计算出的。

(4).一种气体净化方法，包括下述吸附工序、脱去工序和在吸附工序和脱去工序之间进行的吸附剂温度控制工序，

吸附工序：通过使含有化学物质的气体与吸附剂接触，来使该化学物质被吸附剂吸附，

脱去工序：通过使从该吸附工序通过、一边形成移动层一边下降的吸附剂与非凝结性气体对流接触，来使化学物质从吸附剂脱去，

吸附剂温度控制工序：使下降的吸附剂保持在从脱去工序穿出来的含有化学物质的非凝结性气体的露点～露点+50℃的温度。

(5).如上述(4)所述的气体净化方法，所述吸附剂温度控制工序使下降的吸附剂保持在从脱去工序穿出来的含有化学物质的非凝结性气体的露点+20℃～露点+50℃的温度。

(6).如上述(4)或(5)所述的气体净化方法，露点是基于通过NRTL式求出的活度系数计算出的。

本说明书包括作为本申请的优先权基础的日本专利申请2008-258542号的说明书和/或附图中记载的内容。

本发明通过具有使将与从脱去部穿出来的含有化学物质的气体接触的吸附剂的温度按照气体的性状保持在预定温度的吸附剂温度控制部，可以抑制化学物质在吸附剂表面凝结，使吸附剂的流动稳定，从而充分进行吸附剂的再生，保持较高的化学物质的除去率。

进而，即使是乙酸乙酯等容易分解的化学物质，也可以抑制热分解，以高纯度分离回收化学物质。因此，在过去的例如使用3座蒸留塔对回收溶剂纯化的工序中，例如在乙酸乙酯的情况中，可以省略杂质乙酸的分离塔，仅用脱水蒸留塔和乙酸乙酯纯化塔这两塔即可进行。

附图说明

图1示出了本发明的气体净化装置的一实施形态。

附图标记说明

1 气体净化装置

2 气流传送管

3 多孔板

5 壳管式热交换器

6  冷凝器

7  加热器

A  吸附部

B  连接部

C  吸附剂温度控制部

D  脱去部

E  连接部

G  废气

Ga 非凝结性气体

Gb 传送气体

H  水蒸气

K  吸附剂

具体实施方式

下面通过实施方式来详细说明本发明。

图1示出了本发明的气体净化装置的一实施形态。该气体净化装置1包括：使废气中的化学物质被吸附剂吸附的吸附部A，连接部B，通过使吸附剂与非凝结性气体对流接触来使化学物质脱去的脱去部D，连接部E，以及位于吸附部A和脱去部D之间的使向下流动的吸附剂保持在预定温度的吸附剂温度控制部C。这里，非凝结性气体是指在0℃、1气压下为气体的物质，作为实例可以列举出氮气、氧气、氯化氢、空气等。

在塔体的中心设置有气流传送管2，吸附剂K借助传送气体Gb被从塔体的下部传送到上部的吸附部A，由此形成吸附剂K的循环路径。

该气流传送管2不必一定设置在塔体内。

吸附部A中具有多段的多孔板3，吸附剂K在多孔板3上形成高15～20mm的流动层，在各段上一边流动一边依次向下段下落。含有溶剂成分等的化学物质的废气G被从吸附部A的下方导入到塔体内，一边与向下流动的吸附剂K均匀接触一边上升。在这过程中，废气G中的化学物质被吸附剂K吸附，净化后的废气G被从塔体上部放入到大气中。

作为这种吸附剂，可以使用活性炭等各种吸附剂，特别是粒径较小、圆球性和硬度高的球状活性炭粒子由于流动性优异，而且吸附速度快，所以优选。作为实例可以列举出株式会社クレハ社制的球状活性炭“G-BAC”。

吸附了化学物质的吸附剂K被导入到连接部B，穿过吸附剂温度控制部C向下方的脱去部D移动。脱去部D例如，由壳管式热交换器5构成，吸附剂K在管内借助重力一边形成移动层一边向下流动，借助水蒸气H等从壳侧被间接加热。向下流动的吸附剂K与从脱去部D的下部导入的氮气、空气等非凝结性气体Ga对流接触，由此使吸附的化学物质脱去。

非凝结性气体Ga与被脱离开的化学物质一起从脱去部D穿出来，导入到冷凝器6，在这里化学物质被冷却液化并回收。此外，化学物质被回收走的非凝结性气体Ga再次被在反应体系内循环使用。

化学物质被脱去了的吸附剂K在气流传送管2内借助传送气体Gb向塔体上部传送，再次被供给到吸附部A。

本发明的特征在于，为了防止在脱去部D被脱离开的化学物质在从连接部B通过的吸附剂K的表面上凝结，在吸附部A与脱去部D之间具有吸附剂温度控制部C。吸附剂温度控制部C例如，由以使向下流到脱去部D的上部的吸附剂K保持在预定温度的方式配置的加热器7、和可以测定向下流到脱去部D的上部的吸附剂的温度的温度检测器(图中未示出)构成。

加热器7以使向下流到脱去部D的上部的吸附剂K保持在从脱去部D上升来的含有化学物质的非凝结性气体Ga的露点～露点+50℃的范围的方式设定。优选以保持在露点+20℃～露点+50℃的范围的方式设定。例如，在含有7摩尔％乙酸乙酯、75摩尔％的水的氮气的情况中，露点为92℃，所以露点～露点+50℃的范围是92～142℃。

在吸附剂的温度低于含有化学物质的非凝结性气体Ga的露点时，化学物质会在吸附剂K的表面凝结，结果会阻碍吸附剂的流动，所以不合适。此外，在高于露点+50℃时，有时化学物质会分解，可能会使液化·回收得到的化学物质的纯度降低，并且冷凝器6用于冷却非凝结性气体Ga的能耗增大，所以不优选。

含有化学物质的非凝结性气体Ga的露点会根据该气体的湿度、和化学物质的浓度而变化。在气体净化装置中可以适当设定用于测定上述非凝结性气体Ga的湿度和化学物质浓度的测定部，测定出含有化学物质的非凝结性气体Ga的组成，求出其露点。根据求出的露点来设定向下流动的吸附剂温度的控制目标值。

露点可通过气液平衡的试验来求出，也可以通过计算得到。计算方法是，相对于含有化学物质的非凝结性气体Ga的气相的组成，使用液相的活度系数根据气液平衡式：

πy_i＝P_iγ_ix_i   (1)

式中：

π：气相的总压

y_i：气相中i成分的摩尔分率

P_i：i成分单独存在时的露点下的蒸气压

γ_i：i成分的液相活度系数

x_i：液相中i成分的摩尔分率

在设定露点的基础上求出x_i，调查是否满足式2。

∑x_i＝1   (2)

在式(2)成立时，设定正确(即假设的露点是该气相的露点)，在式(2)不成立时，重新设定露点，再次重新开始计算。

需说明的是，活度系数优选使用Renon和Prausnits提出的NRTL式(下述式(3))求出，该式还适合形成两液相的溶液。

$\ln {\mathrm{\γ}}_i=\frac{\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{x}_j{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{ji}}{G}_{\mathrm{ji}}}{\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{x}_k{G}_{\mathrm{ki}}}+\underset{j}{\mathrm{\Σ}}\frac{x_j{G}_{\mathrm{ij}}}{\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{x}_k{G}_{\mathrm{kj}}}({\mathrm{\τ}}_{\mathrm{ij}}-\frac{\underset{m}{\mathrm{\Σ}}{x}_m{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{mj}}{G}_{\mathrm{mj}}}{\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{x}_k{G}_{\mathrm{kj}}})---\left(3\right)$

式中：

G_ij＝exp(-α_ijτ_ij)

τ_ij＝(g_ij-g_ii)/RT

τ_ji＝(g_ji-g_jj)/RT

g_ij是显示成分i、j之间的相互作用的参量(g_ij＝g_ji)

α_ij是显示非随机性(nonrandomness)的参量(α_ij＝α_ji)

对于两成分体系，NRTL式变为下述式(4)、式(5)。

$\ln {\mathrm{\γ}}_1={x_2}^2\{{\mathrm{\τ}}_{21}{\left(\frac{G_{21}}{x_1+x_2{G}_{21}}\right)}^2+\frac{{\mathrm{\τ}}_{12}{G}_{12}}{{(x_2+x_1{G}_{12})}^2}\}---\left(4\right)$

$\ln {\mathrm{\γ}}_2={x_1}^2\{{\mathrm{\τ}}_{12}{\left(\frac{G_{12}}{x_2+x_1{G}_{12}}\right)}^2+\frac{{\mathrm{\τ}}_{21}{G}_{21}}{{(x_1+x_2{G}_{21})}^2}\}---\left(5\right)$

式中：

τ₁₂＝(g₁₂-g₂₂)/RT

τ₂₁＝(g₂₁-g₁₁)/RT＝(g₁₂-g₁₁)/RT

G₁₂＝exp(-α₁₂τ₁₂)

G₂₁＝exp(-α₂₁τ₂₁)＝exp(α₁₂τ₂₁)

α₁₂是由混合液的种类确定的常数，(g₁₂-g₂₂)、(g₁₂-g₁₁)是试验确定的常数。这些常数可以通过例如德国化学工学会(DECHEMA)出版的物性数据集(Chemistry Data Series)等得到。

通过使用以上的气体净化装置1，可以使工厂排出的气体中的化学物质例如甲苯、二甲苯、丁酮、苯酚、萘、异丙醇、以及其它挥发性有机化合物(VOC)成分、或肥料等的恶臭物质高效率除去，使排气净化。

图1的实施形态中，示出了在1个塔体上设置了吸附部、吸附剂温度控制部、和脱去部的例子，但也可以是其它形态的，例如将吸附部、吸附剂温度控制部和脱去部分别作为不同的塔体而构成。作为一实例，可以列举出将吸附部和脱去部分别作为不同的塔体，将它们用气流传送管连接进行循环，使吸附剂从吸附部传送到脱去部，再从脱去部传送到吸附部。这种情况下，构成吸附剂温度控制部的加热器可以设置在从吸附部向脱去部转移的气流传送管上、或脱去部上部的连接部上。

实施例

下面将通过实施例来具体说明本发明。

(实施例1、比较例1～2)

使用图1所示的具有吸附部、脱去部、和吸附剂温度控制部的气体净化装置来进行含有乙酸乙酯的废气的净化。作为吸附剂使用株式会社クレハ制的球状活性炭G-BAC。此外，作为与向下流动的吸附剂对流接触的非凝结性气体使用氮气。吸附剂温度控制部如图1所示，由电阻放热体构成的加热器7和用于测定从加热器7中穿出来的、向下流动的吸附剂的温度的温度检测器(图中未示出)构成。此外，含有化学物质的非凝结性气体Ga的露点是通过气液平衡试验求出的。各例中的向下流动的吸附剂的温度如表1所示。此外，含有化学物质的非凝结性气体Ga的组成以摩尔分率表示。

试验的结果，如表1中的比较例2所示，当向下流动的吸附剂的温度低于含有乙酸乙酯的非凝结性气体的露点(92℃)时，吸附剂的流动不稳定。此外，如比较例1所示，当向下流动的吸附剂温度高于露点+50℃时，与实施例1相比，回收得到的乙酸乙酯中的乙酸浓度大幅提高，回收物的纯度降低。

[表1]

(实施例2、比较例3～4)

使用含有乙酸正丙酯的废气来代替含有乙酸乙酯的废气，通过计算求出含有化学物质的非凝结性气体Ga的露点，除此以外，以与实施例1同样的方式进行净化。

试验的结果，如表2中的比较例4所示，在向下流动的吸附剂的温度低于含有乙酸正丙酯的非凝结性气体的露点(95℃)的情况中，吸附剂的流动不稳定。此外，如比较例3所示，在向下流动的吸附剂温度高于露点+50℃的情况中，与实施例2相比，回收得到的乙酸正丙酯中的乙酸浓度大幅增加，回收物的纯度降低。

[表2]

(实施例3、比较例5～6)

除了使用含有MEK(丁酮)的废气来代替含有乙酸正丙酯的废气以外，以与实施例2同样的方式进行净化。

试验的结果如表3中的比较例6所示，在向下流动的吸附剂温度低于含有MEK的非凝结性气体的露点(95℃)的情况中，吸附剂的流动不稳定。此外，如比较例5所示，在向下流动的吸附剂温度高于露点+50℃的情况中，与实施例3相比，回收得到的MEK中的杂质浓度大幅增加。

[表3]

(实施例4、比较例7～8)

除了使用含有环己酮的废气来代替含有乙酸正丙酯的废气以外，以与实施例2同样的方式进行净化。

试验的结果如表4中的比较例8所示，在向下流动的吸附剂温度低于含有环己酮的非凝结性气体的露点(99℃)的情况中，吸附剂的流动不稳定。此外，如比较例7所示，在向下流动的吸附剂温度高于露点+50℃的情况中，与实施例4相比，回收得到的环己酮中的杂质浓度大幅增加。

[表4]

(实施例5、比较例9～10)

除了使用含有DMF(N，N-二甲基甲酰胺)的废气来代替含有乙酸正丙酯的废气以外，以与实施例2同样的方式进行净化。

试验的结果如表5中的比较例10所示，在向下流动的吸附剂温度低于含有DMF的非凝结性气体的露点(101℃)的情况中，吸附剂的流动不稳定。此外，如比较例9所示，在向下流动的吸附剂温度高于露点+50℃的情况中，与实施例5相比，回收得到的DMF中的杂质浓度大幅增加。

[表5]

本说明书将其中引用的所有刊物、专利和专利申请作为参考直接引入本说明书中。

Claims (6)

1.一种气体净化装置，具有吸附部、脱去部、和位于吸附部与脱去部之间的吸附剂温度控制部，所述吸附部通过使含有化学物质的气体与吸附剂接触，来使该化学物质被吸附剂吸附；所述脱去部通过使从该吸附部通过、一边形成移动层一边下降的吸附剂与非凝结性气体对流接触，来使化学物质从吸附剂脱去；所述吸附剂温度控制部用于使下降的吸附剂保持在从脱去部穿出来的含有化学物质的非凝结性气体的露点～露点+50℃的温度。

2.如权利要求1所述的气体净化装置，吸附剂温度控制部用于使下降的吸附剂保持在从脱去部穿出来的含有化学物质的非凝结性气体的露点+20℃～露点+50℃的温度。

3.如权利要求1或2所述的气体净化装置，露点是基于通过NRTL式求出的活度系数计算出的。

4.一种气体净化方法，包括下述吸附工序、脱去工序和在吸附工序和脱去工序之间进行的吸附剂温度控制工序，

吸附工序：通过使含有化学物质的气体与吸附剂接触，来使该化学物质被吸附剂吸附，

脱去工序：通过使从该吸附工序通过、一边形成移动层一边下降的吸附剂与非凝结性气体对流接触，来使化学物质从吸附剂脱去，

吸附剂温度控制工序：使下降的吸附剂保持在从脱去工序穿出来的含有化学物质的非凝结性气体的露点～露点+50℃的温度。

5.如权利要求4所述的气体净化方法，所述吸附剂温度控制工序使下降的吸附剂保持在从脱去工序穿出来的含有化学物质的非凝结性气体的露点+20℃～露点+50℃的温度。

6.如权利要求4或5所述的气体净化方法，露点是基于通过NRTL式求出的活度系数计算出的。

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