CN103623677A

CN103623677A - 挥发性有机化合物除去装置

Info

Publication number: CN103623677A
Application number: CN201310351360.1A
Authority: CN
Inventors: 长绳弘亲; 柳濑信之; 永野哲志; 今村浩二
Original assignee: WAKO SYNTHETIC RESIN Co Ltd; Japan Atomic Energy Agency
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2013-08-13
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2033-08-13
Also published as: JP2014042866A; JP6021057B2; CN103623677B

Abstract

本发明提供一种能够效率良好地除去VOC的挥发性有机化合物除去装置及挥发性有机化合物的除去方法。挥发性有机化合物除去装置具备大致筒状的除去塔（1），在除去塔（1）的内部，设置了可将液体保持在正上方的第一过滤器（2）、以与第一过滤器（2）接触的方式设置的主要由水构成的第一液层（3）、设置在第一液层（3）的正上方的主要由有机溶剂构成的第二液层（4）、与第二液层（4）空开间隔地配置并可将液体保持在正上方的第二过滤器（5）、和设置在第二过滤器上的由水构成的第三液层（6、7）。

Description

挥发性有机化合物除去装置

技术领域

本发明涉及除去挥发性有机化合物的挥发性有机化合物除去装置。

背景技术

挥发性有机化合物（VOC：Volatile Organic Compounds，以下称为“VOC”），是指包含在涂料、印刷墨水、粘接剂、清洗剂、汽油、稀释剂、排出气体等中的甲苯、异丙醇、二甲苯、醋酸乙酯等物质，令人担心大气污染、对人体的不良影响。

在专利文献1中，公开了一种采用气液接触结构的水溶性VOC气体的处理装置。在专利文献2中，公开了一种通过将包含在排出气体中的挥发性有机化合物溶解在处于乳液状态的油和水的乳浊液中乃至捕捉而除去包含在排出气体中的VOC的方法。

作为其它的方式，例如，使用微生物分解VOC的方式、由活性炭等充填材料吸附VOC的方式、通过燃烧分解VOC的方式等已被众所周知。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-136281号公报

专利文献2：日本特开2010-36136号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，以往的挥发性有机化合物除去装置，VOC的除去效率差，结构也复杂。因此，为了除去VOC的足够的量，不得不使装置大型化，要求抑制导入成本及运行使用成本、结构简单、维护也容易的小型且高效率的VOC除去装置。

本发明是鉴于上述情况做出的发明，将提供一种能够以简单的结构充分地除去VOC的挥发性有机化合物除去装置作为主要的技术的课题。

为了解决课题的手段

本发明的挥发性有机化合物除去装置，一种挥发性有机化合物除去装置，其特征在于，具备：构成使包含挥发性有机化合物在内的气体从下方向上方流动的流路的除去塔；具有设置在上述流路内的喷嘴及贯通孔的板；用于吸附上述气体的第一至第三液层；和空气层，

上述第一及第三液层都由水或者水溶性的液体构成，上述第二液层由与上述第一液层相比比重小的有机溶剂构成，上述第一及第二液层都配置在上述除去塔的底部，上述第三液层配置在具有上述贯通孔的板的正上方，上述喷嘴设置在上述第一液层中，具有上述贯通孔的板经上述空气层设置在上述第二液层的上方。

另外，在本说明书中所谓“喷嘴设置在第一液层中”，应该理解为不限于喷嘴2浸渍在液层中的情况，也包含喷嘴2的喷出口与第一液层液密地接触的情况。

本发明的挥发性有机化合物的除去方法，其特征在于，包含如下的工序：使包含挥发性有机化合物在内的气体经可将液体保持在正上方的过滤器通到由液体构成的第一及第二液层，上述液体由水或者水溶性的液体及有机溶剂构成；使上述通过的气体经从上述第二液层空开间隔地配置并可将液体保持在正上方的过滤器通到主要由水或者有机溶剂构成的第三液层。

发明的效果

本发明的挥发性有机化合物除去装置，能够以非常简单的结构效率良好地除去VOC。

附图说明

图1表示第一实施方式的挥发性有机化合物除去装置。

图2表示第二实施方式的挥发性有机化合物除去装置。

图3表示第三实施方式的挥发性有机化合物除去装置。

图4表示第三实施方式的挥发性有机化合物除去装置的变形例。

图5表示第三实施方式的挥发性有机化合物除去装置。

图6表示装置的工作日数和甲苯的除去率的关系。

图7是表示第四实施方式的挥发性有机化合物除去装置的剖视图。

图8是表示网眼板的一例的图。

图9是喷嘴2的另一个结构例。

具体实施方式

为了实施发明的方式

下面，参照附图对本实施方式进行详述。各图中的符号相同的结构，表示是相同的结构。本实施方式的记载被解释成与用于理解本发明的技术的思想的目的相符合，不应该限定于实施方式的记载地进行解释。另外，各实施方式也可以适当组合地实施。

（第一实施方式）

图1是表示第一实施方式的挥发性有机化合物除去装置的剖视图。图中的箭头表示气体G的流动的方向。

挥发性有机化合物除去装置10具备大致筒状的除去塔1和用于在除去塔1的内部生成气体流的泵P。除去塔1的形状，只要是能够构成使成为处理对象的气体G流通的流路并且将过滤器配置在流路内的结构即可。本实施方式的挥发性有机化合物除去装置10仅由一个除去塔（A）构成。

如图1所示，在除去塔1的下部，作为一例设置布氏漏斗型的过滤器装置2（喷嘴）。此过滤器装置2是将设置了多个细孔的过滤器板2a支承在布氏漏斗型的过滤器壳体2b上的装置，另一端通到气体流入口1a。另外，在本实施方式中，“过滤器装置2”的作用不是“过滤（Filtration）”，而是产生多个气泡。因此，在本说明书中，所谓过滤器装置，只不过是“喷嘴”的一例而已。在此意义上，例如可以理解成将细管捆扎成束的那样的结构也是被包含在本说明书的“喷嘴”中的结构。即气体的流路的复杂度等不成为问题。

过滤器板2a例如是依据ISO4793标准的玻璃过滤器，细孔径（poresize），例如能够使用40～50[μm]左右的孔径，但不被限定于此。定性地讲，可以说如果细孔过分小，则不能够充分地确保气体G的流量，另外，也容易产生过滤器的网眼堵塞，另一方面，如果细孔过分大，则存在作为过滤器的效果下降的危险。因此，需要与需要相应地设定在适当的范围内。另外，如后述的那样，因为在气体G通过过滤器板2a时需要生成多个气泡，所以过滤器板2a的面积相对于除去塔1的流路截面可以大一些。

在除去塔1的底部设置了第一液层3和第二液层4。液层3由水乃至水溶性的液体构成，液层4由有机溶剂乃至油溶性的液体构成。因此，因为比重的关系在不使气体G流动而静置的状态下，液层3成为最下层，在其上层出现液层4。

过滤器装置2包含过滤器板2a及过滤器壳体2b在内的整体被浸渍在液层3中。即，以液层3和液层4的分界面K成为过滤器板2a的上方的方式调整液量。但是，如参照图9后述的那样，也不一定需要过滤器装置2的整体被浸渍在液层3中，只要过滤器板2a和液层3接触即可。

液层4的液面H1的上方是空气层S1，在其上方设置了具有贯通孔的板5。具有贯通孔的板5是液密而不是气密，即由在气体流通时使气体通过而不使液体通过的构件构成。例如，也可以使用在由金属、树脂构成的板上设置多个细孔而加工成网眼状的“网眼板”等。如果将这样的具有贯通孔的板5无间隙地设置在除去塔1的内壁上，则无论使气体通过与否都可以由表面张力等将液体保持在正上方。用于设置在具有贯通孔的板5上的细孔的开口率不被特别地限定，但如果细孔径过分小，则存在气体G的流量下降、流动停止的情况。相反地如果细孔径过分大，则表面张力不充分地作用而变得不液密，变得不能够保持液层。因此，需要考虑处理对象、作为目标的处理能力、网眼板的材质、表面状态、厚度、形状等而适当地选择最佳的范围。但是，因为在气体G的流通时空气层S1与大气压相比被加压，所以只要在气体G的流通时能够保持上层的液层6即可。即，只要能保证这样的功能，“板”就可以广义地理解，例如，严密地讲也包含不能说成板状的“过滤器纸（滤纸）”的那样的结构。

在具有贯通孔的板5的上方再次封入液层6。液层6的液面H2的上方是空气层S2。图1所示的液层6表示了使用水乃至水溶性的液体的情况，但液层6也可以是有机溶剂乃至油溶性的液体。在此情况下，既可以是由与液层3或者液层4同样的成分构成的液体，也可以是由不同的成分构成的液体。为了提高甲苯等的油溶性VOC的除去能力，最好由油溶性的液体构成，为了提高水溶性VOC的除去能力，最好使用水乃至水溶性的液体。但是，液层6的沸点低，在容易挥发的环境下进行运转的情况下，需要注意蒸发。

接着，对本装置的动作进行说明。如果通过使泵P工作将包含VOC的气体G从气体流入口1a导向过滤器装置2，则在通过过滤器板2a的多个细孔时生成无数的气泡，液层3和液层4被搅拌，主要在过滤器板2a的上方生成混合液层。在包含VOC在内的气体通过此混合液层时，水溶性VOC和油溶性VOC分别被除去。

通过了此混合液层的气体G，接着经其上方的空气层S1通向具有贯通孔的板5，进而达到被保持在上方的液层6。在通过此液层6时也将残存的水溶性VOC除去。然后，在通过液层6的上方的空气层S2后，通过设置在上方的出口部1b，从气体排出口1c排出。

泵P是用于生成气体流的泵，在由其它方法得到气体流的情况下，不需要泵P。或者，与图1不同，也可以在气体流入口1a侧设置泵P。液层4和具有贯通孔的板5的间隔，只要确保在使气体G通过时形成的液层3、4的混合液不与具有贯通孔的板5接触的程度即可。

因为液层3与液层4相比比重大，所以与过滤器板2a相比下侧几乎不引起对流，无助于VOC气体的除去。因此，过滤器装置2，例如如图9的F所示的那样，也可以采用过滤器板2a的端部与除去塔的内壁无间隙接触的那样的结构。在此情况下，过滤器板2a由在流通了气体G时是液密而不是气密的也就是使气体通过但不使液体通过的构件构成。如果采用这样的结构，则能够减少用于构成液层3所需要的液体的使用量。

过滤器板2a的细孔的图案也可以不是均匀的。例如，既可以细孔径不同，也可以细孔的数量在圆板状的中心部和周缘部不同。或者也可以不是同心圆图案而是偏心的。通过调节它们，能够抑制向空气层S1中起泡沫、跳起。

如上所述，本实施方式的挥发性有机化合物除去装置10，尽管是在构成使气体G流通的流路的除去塔的流路内设置了多个过滤器和多个液层的非常简单的结构，但特别是在能够有效地除去水溶性挥发性有机化合物和油溶性挥发性有机化合物的双方这一点上，能够构成除去效率非常高的挥发性有机化合物除去装置。

另外，也可以将第一实施方式的一部分以下面的方式变更。即，在作为除去对象的气体仅为水溶性VOC的情况下，也可以省略液层4。可以进行这样变形的理由，是因为油溶性VOC的一部分溶解在液层3的那样的“水或者水溶性的液体”中，相反地水溶性VOC几乎不溶解在液层4的那样的“有机溶剂乃至油溶性的液体”中。在此情况下，不具备混合液层，但能够大幅度地简化装置结构，也能够大幅度地降低运转成本。

（第二实施方式）

图2是表示第二实施方式的挥发性有机化合物除去装置20的剖视图。与第一实施方式的挥发性有机化合物除去装置10的差异点，是在液层6的上方，经空气层（S2）再设置另一个具有贯通孔的板5，在其上层上再设置由水溶性的液体构成的第四液层7，仅由与第一实施方式不同的结构的一个除去塔（B）构成。液层7的液面H3的上方是空气层S3，通过设置在装置上方的出口部1b，从气体排出口1c排出。

这样，在一个除去塔中，通过使用两张过滤器板串联地配置三层液层，能够进一步提高VOC的除去效率。如果使用具有更多的贯通孔的板5构成更多层的液层，则能够进一步提高VOC的除去效率。

另外，如本实施方式所示，在构成多层液层的情况下，为了抑制有机溶剂的蒸发，设置在最上层的液层（在本实施方式中是液层7），最好是水溶性的液体。

实施例1

首先，按以下的条件作成了挥发性有机化合物除去装置20。

[除去塔（B）]

除去塔1：高度1300[mm]、内径105[mm]、外径115[mm]的圆筒状的聚氯乙烯制（PVC）管，

液层3：在水1.5[L]中添加了硫酸铝55[g]的液体，

液层4：以异链烷为主成分的碳氢化合物类清洗剂（シェルケミカルズジャパン株式会社制シェルゾールMC421）4.5[L]，

液层6及液层7：1.0[L]的水，

过滤器装置2：厚度6[mm]、细孔径40～50[μm]的玻璃过滤板（依据ISO4793标准的装置），

具有贯通孔的板5：开口率0.33%、厚度3[mm]的树脂板。

在此，图8表示网眼图案。在直径100[mm]的圆形（虚线A1的区域）内从除去塔1的轴心点C开始大致点对称地在57个部位设置了直径0.8[mm]的细孔P。

在常温大气压下堵塞除去塔1的上下两端部密封内部，使泵P（排出量6[L/min]）工作，使包含VOC在内的气体G从气体流入口1a流入装置内部，将通过了装置内部的气体从气体排出口1c排出，由检测管采集从装置排出的气体，进行测定，调查了VOC的除去率。

作为VOC，使用了甲苯和异丙醇。在使装置20工作后1小时后及2小时后，在气体流入口1a附近和气体排出口1c附近分别测定了VOC的浓度。其结果如表1及表2那样。

[表1]

[表2]

从表1及表2的结果可知，如果使用上述挥发性有机化合物除去装置20，则在使装置工作2小时后能够除去甲苯91%以上，能够除去异丙醇98%以上。这样，根据第二实施方式的结构，能够非常效率良好地除去以异丙醇等为代表的水溶性挥发性有机化合物和以甲苯等为代表的油溶性挥发性有机化合物的双方。与水溶性相比更难除去的甲苯也能够除去91%，能够维持其效果长到25日，这一点与以往技术比较应该说是应该大书特书的显著的效果。

（第三实施方式）

图3是表示第三实施方式的挥发性有机化合物除去装置的剖视图。如该图所示，本实施方式的挥发性有机化合物除去装置30，表示了串联地连接了两个除去塔的实施方式。另外，图3所示的装置30的两个除去塔（B、B），都具有与第二实施方式的挥发性有机化合物除去装置的除去塔同样的结构。

变形例

或者，如图4所示，也可以在串联地连接两个除去塔时，使各自的除去塔的液层结构不同。图中的除去塔是与第二实施方式同样的除去塔（B）。在除去塔（B）的后段，连接了除去塔（C），该除去塔（C）设置了布氏漏斗型的过滤器装置2，此过滤器装置2的整体浸渍在第五液层8中。液层8的液面H4的上方是空气层S4。液层8最好由水乃至水溶性的液体构成，其成分既可以与液层6或者液层7相同也可以不同。在通过液层8的上方的空气层S4后，通过设置在除去塔内部的上方的配管端部的出口部1d，从气体排出口1e排出。

如从以上的例示理解的那样，通过串联地连接同种或者不同种的多个除去塔，能够进一步提高VOC的除去效率。在此情况下，配置在各除去塔的最上层的液层，为了抑制有机溶剂的蒸发，最好由水乃至水溶性的液体构成。

实施例2

图5表示将与第二实施方式的挥发性有机化合物除去装置20的除去塔1同样的除去塔（B）和第一实施方式的挥发性有机化合物除去装置10的除去塔（A）经泵P由配管按顺序串联地连接了的挥发性有机化合物除去装置50。使用此装置50调查了装置的工作时间和挥发性有机化合物的除去率的关系。

[除去塔（B）]

液层3：水2.0[L]，

液层4：以异链烷为主要成分的碳氢化合物类清洗剂（シェルケミカルズジャパン株式会社制シェルゾールMC421）4.0[L]，

液层6a：以异链烷为主要成分的碳氢化合物类清洗剂（シェルケミカルズジャパン株式会社制シェルゾールMC421）1.0[L]，

液层7：水1.0[L]，

具有贯通孔的板5：开口率0.33%、厚度3[mm]的树脂板。

[除去塔（A）]

液层3：水2.0[L]，

液层4：以异链烷为主要成分的碳氢化合物类清洗剂（シェルケミカルズジャパン株式会社制シェルゾールMC421）3.0[L]，

液层6b：1.0[L]的水，

具有贯通孔的板5：开口率0.33%、厚度3[mm]的树脂板。

使用泵P，使包含浓度400μl/l（=ppm）的甲苯在内的气体从气体流入口1a向装置内部流入，使通过了装置内部的气体从气体排出口1c向外部排出。然后，使气体向装置内部流入，在每1日工作9小时之后在最初的除去塔（B）的气体排出口1c附近和第二除去塔（A）的气体排出口1e附近分别测定了甲苯的浓度。其结果如表3的那样。

[表3]

图6是表示装置50的工作日数和甲苯的除去率的关系的图。在图6中，由菱形（◆）表示图5中的除去塔（B）的出口部1b附近的甲苯的浓度（μl/l），由四角形（■）表示图5的气体排出口1e附近的甲苯的浓度（μl/l），由三角形（▲）表示图5的装置50的甲苯的除去率。

如图6所示，可知上述装置50，使装置工作到10日（90小时）左右能够除去甲苯95%以上。而且，可知如果使装置工作经过10日左右，则甲苯的除去率下降了，但在第18日（162小时）恢复到95%，此后直到经过25日（225小时）维持在95%以上。

另外，出口部1b附近的甲苯的浓度，在使装置工作后在第11日（93小时）急剧地上升到100μl/l以上，第14日（126小时）以后下降到了不到75μl/l。由此可知，前段的除去塔（B），包含甲苯在内的气体因水的液层7而暂时停留在内部。另外，气体排出口1e附近的甲苯的浓度也同样地在使装置工作后在第11日上升到40μl/l，在第18日（162小时）以后下降到20μl/l以内。由此可以认为，后段的除去塔（A）不能够马上从包含甲苯在内的气体除去大量的甲苯，为了除去大量的甲苯需要时间。另外，可以认为在后段的除去塔（A）中也与前段的除去塔（B）同样地包含甲苯在内的气体因水的液层26而暂时停留在内部。

除去率在11日以后暂时下降而恢复的理由不明，可以认为是在伴随测定条件的变动等的误差的范围内。但是，可以知道通过这样做成2段结构，与1段结构的情况相比，可靠地提高VOC的除去能力。

（第四实施方式）

挥发性有机化合物除去装置70是在第三实施方式的挥发性有机化合物除去装置30上还具备蒸馏装置71的装置。蒸馏装置71经配管72与过滤器装置2的上方连接，通过由加热装置（未图示）加热有机溶剂，能够依靠沸点的差异主要分离除去液层4中的VOC。

如果这样地构成，则通过由蒸馏装置71除去被取入到液层4中的VOC，能够使VOC的除去能力恢复。由蒸馏装置71除去了的VOC也可以浓缩，在装置外部进行处理。另外，也可以变更蒸馏装置的连接结构等而分离除去其它液层中的VOC。

符号说明：

1：除去塔

1a：气体流入口

1b：出口部

1c：气体排出口

2：过滤器装置

2a：过滤器板

2b：过滤器壳体

3：水或者水溶液（第一液层）

4：有机溶剂（第二液层）

5：过滤器板

6：水或者水溶液（第三液层）

7：水或者水溶液（第四液层）

8：水或者水溶液（第五液层）

P：泵

G：包含挥发性有机化合物（VOC）在内的气体

S1、S2、S3、S4：空气层

Claims

1.一种挥发性有机化合物除去装置，其特征在于，具备：

构成使包含挥发性有机化合物在内的气体从下方向上方流动的流路的除去塔；

具有设置在上述流路内的喷嘴及贯通孔的板；

用于吸附上述气体的第一至第三液层；和

空气层，

上述第一及第三液层都由水或者水溶性的液体构成，

上述第二液层由与上述第一液层相比比重小的有机溶剂构成，

上述第一及第二液层都配置在上述除去塔的底部，

上述第三液层配置在具有上述贯通孔的板的正上方，

上述喷嘴设置在上述第一液层中，

具有上述贯通孔的板经上述空气层设置在上述第二液层的上方。

2.如权利要求1记载的挥发性有机化合物除去装置，其特征在于，

在上述第三液层的上方经第二空气层还设置了第三过滤器，

在其上层上设置了第四液层。

3.如权利要求2记载的挥发性有机化合物除去装置，其特征在于，上述第四液层由水溶性的液体构成。

4.一种有机化合物除去装置，其特征在于，具备多个构成权利要求1至3中的任一项记载的有机化合物除去装置的除去塔，将这些除去塔串联地进行了连接。

5.如权利要求1至4中的任一项记载的挥发性有机化合物除去装置，其特征在于，上述第一过滤器与上述除去塔的内壁无间隙接触。

6.如权利要求1至5中的任一项记载的挥发性有机化合物除去装置，其特征在于，在上述第二液层上连接了蒸馏装置。

7.一种挥发性有机化合物除去装置，其特征在于，具备：

设置在上述流路内的喷嘴；和

用于吸附上述气体的第一及第二液层，

上述第一液层由水或者水溶性的液体构成，

上述第一及第二液层都配置在上述除去塔的底部，

上述喷嘴设置在上述第一液层中，

上述喷嘴包含具备多个细孔的过滤器板。

8.如权利要求7记载的挥发性有机化合物除去装置，其特征在于，上述喷嘴是布氏漏斗型的过滤器装置。

9.如权利要求7或8记载的挥发性有机化合物除去装置，其特征在于，上述过滤器板是依据ISO4793标准的玻璃过滤器。

10.如权利要求9记载的挥发性有机化合物除去装置，其特征在于，上述过滤器板的细孔径是40～50[μm]。

11.一种挥发性有机化合物除去装置，其特征在于，具备：

具有设置在上述流路内的喷嘴及贯通孔的板；

用于吸附上述气体的第一及第三液层；和

空气层，

上述第一及第三液层，都由水或者水溶性的液体构成，

上述第一液层配置在上述除去塔的底部，

上述第三液层配置在具有上述贯通孔的板的正上方，

上述喷嘴设置在上述第一液层中，

12.一种挥发性有机化合物的除去方法，其特征在于，包含如下的工序：

使包含挥发性有机化合物在内的气体经可将液体保持在正上方的过滤器通到由液体构成的第一及第二液层，上述液体由水或者水溶性的液体及有机溶剂构成；

使上述通过的气体经从上述第二液层空开间隔地配置并可将液体保持在正上方的过滤器通到主要由水或者有机溶剂构成的第三液层。