JP2003126646A

JP2003126646A - 耐水性球状シリカを吸着剤とするガス処理方法

Info

Publication number: JP2003126646A
Application number: JP2001331185A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Matsuoka; 毅松岡; Kazuo Sato; 一男佐藤; Motoyuki Funabashi; 征行船橋
Original assignee: Fuji Silysia Chemical Ltd; Kureha Techno Engineering Co Ltd
Current assignee: Fuji Silysia Chemical Ltd; Kureha Techno Engineering Co Ltd
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2001-10-29
Publication date: 2003-05-07
Anticipated expiration: 2021-10-29
Also published as: JP4017380B2

Abstract

(57)【要約】【課題】吸着剤を用いて排ガスに含まれるメタノール
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。【解決手段】水溶性化合物を含有する被処理ガス１を
吸着剤１１と接触させて該被処理ガス１中の該水溶性化
合物を該吸着剤１１に吸着せしめ、該吸着剤１１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１
１を再生し、再生された吸着剤１１が再び被処理ガス１
と接触するように移動しながら該被処理ガス１を連続し
て処理するガス処理方法であって、前記吸着剤１１とし
て、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。

Description

【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、吸着剤として、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９
０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と好
ましい。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
理することが望ましい。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好適範囲内にある吸
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、移動床等の形成、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であることが好ましく、更に好
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９００
ｍ²／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１
００〜１０００℃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、移動
床式等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することができ、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１
０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、０．４〜１．４ｍｍであることが好ましく、更に好
ましくは０．５〜１．２ｍｍである。この吸着剤１１の
粒径が０．４ｍｍ未満の場合、吸着塔１０での吸着剤１
１粒子の飛散を防止するため、被処理ガス１の流速を過
度に小さく抑えなければならず、処理能力の低下をきた
す。

【００２６】一方、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〉ＪＩＳＫ１
１５０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±１
００ｐｐｍ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６
０ｍ ³／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ＣＡＲｉＡＣＴＱ−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５０ｐ
ｐｍ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ＣＡＲｉＡＣＴＱ−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７０ｐ
ｐｍ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±１０
０ｐｐｍ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ＣＡＲｉＡＣＴＱ
−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−ＢＡ
Ｃ）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１００
ｐｐｍ、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０．８５〜１．７０
ｍｍ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５０ｐ
ｐｍ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ガス処理装置や移動床式ガス処理装
置等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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０１Ｊ 20/28 Ｂ０１Ｊ 20/34 ＨＢ０１Ｄ 53/34 １１７Ｂ 20/34 ＺＡＢ (72)発明者船橋征行福島県いわき市高倉町鶴巻56番地の25 Ｆターム(参考） 4D002 AA33 AA40 AB03 BA04 CA08 DA41 DA46 EA06 EA08 FA01 GA01 GB12 GB20 HA01 4G066 AA05B AA22B BA09 BA20 BA26 BA38 CA04 CA51 DA02 GA01

Claims

【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、前記吸着剤として、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】前記耐水性球状シリカとして、比表面積
が２００〜９００ｍ ²／ｇであるものを用いる、請求項
１記載のガス処理方法。
【請求項３】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又は２記載のガス処理方法。
【請求項４】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する、請求項１〜３のい
ずれか一項に記載のガス処理方法。
【請求項５】前記吸着剤として、粒子直径が０．５〜
１．４ｍｍであるものを用いる、請求項４記載のガス処
理方法。