JP2005511270A - 炭化水素を含む流出ガスを処理するための方法および設備 - Google Patents

Abstract

ポンピング装置（６０）を通過する前に、炭化水素を含む流出ガスは、油再循環洗浄装置（３０）内で芳香族タイプの油によりスプレーされることにより洗浄に供される。流出ガス中に含まれる多環式芳香族炭化水素は、油の中に吸収され得ることにより捕捉される。この方法は、熱分解炭素のための前駆体を含むかまたは浸炭設備から到来する薬剤ガスを用いる化学蒸着または化学蒸気浸透のための設備から到来する流出ガスを処理するのに適切である。

Description

発明の背景
本発明は、多環式芳香族炭化水素を含む流出ガスを処理することに関する。

本発明の適用の分野は、より具体的には、基板上に熱分解炭素の堆積物を形成させるためのまたは熱分解炭素のマトリックスにより多孔性基板を緻密化するための化学蒸着または化学蒸気浸透(infiltration)のための工業的設備により生成する流出ガスを処理する分野である。

そのような設備はきわめて周知である。熱分解炭素により被覆または緻密化するための基板は、前記炭素の１以上の前駆体を含む薬剤ガスが導入されるオーブン中に配置される。前駆体ガスは、炭化水素、典型的には、メタン、プロパン、または両方の混合物である。オーブン内の圧力および温度は、基板と接触する際に分解（クラッキング）する前駆体ガスにより熱分解炭素の被覆またはマトリックスが作り出されることを引き起こすように調節される。反応の副生成物を含む流出ガスは、ポンピングによりオーブンから連続的に抜き出される。

反応の副生成物は、きわめて高い固化温度を有する有機化合物、特にナフタレン、ピレン、アントラセン、アセナフチレン、…のような特に多環式芳香族炭化水素（ＰＡＨ）を含む。凝縮すると、それらの反応副生成物は、流出ガスが冷えるときオーブンからの出口配管に堆積するようになる傾向があるタールを生成する。それらのタールはまた、ポンピング装置の中にも、例えば、真空ポンプのオイル内に、または水蒸気エジェクターからの凝縮物の中にも見出されるものである。

同様の問題は、化学蒸着または化学蒸気浸透のためのオーブン以外の工業設備でも遭遇し得るが、例えば、浸炭オーブンのような工業設備は、炭化水素を薬剤ガスとして利用する。

本発明の目的および簡単な概要
本発明の目的は、タールによる配管の詰まり、または環境の汚染を回避するために、タール、特に多環式芳香族炭化水素を含む流出ガスを処理する方法を提供することである。

この目的は、本発明によれば、流出ガスを、ポンピング装置を通過させる前に芳香族油をスプレーすることによる洗浄に供するという方法により達成される。

他のガス洗浄技術と比較して、スプレー洗浄は、プレートを有する洗浄塔を用いるときに起こり得るように、損失水頭(head loss)を制限し、壁上のタール堆積物の形成を最小化する役割を果たす。

用いられる洗浄油は、流出ガスにより連行される蒸気を生成することを回避するために洗浄プロセスの間液相にとどまらなくてはならない。特に化学蒸着または化学蒸気浸透のためのオーブンからの流出ガスについては、オーブンからの出口での流出ガスの圧力は、比較的低い。それゆえ、洗浄油は、低い蒸気圧、好ましくは０℃で１００パスカル（Ｐａ）未満の蒸気圧を示さなければならない。

加えて、油の組成は、捕捉される必要があるタールが良好に吸収されることを可能としなければならない。そのことが、低いＰＡＨ含有量を有し、ＰＡＨを吸収し、溶解することが可能な芳香族タイプの鉱油を選択することが好ましい理由である。

この方法の１つの特徴によれば、流出ガスは、例えば、ベンチュリ塔のようなスプレー塔にそって動く流出ガスの流れに油を注入することにより洗浄される。

有利には、油は、ＰＡＨで満たされた油を集める再循環タンクと流出ガスの流れに油をスプレーするための少なくとも１つのノズルとの間を連続的に循環する。油は、好ましくは、タンクとスプレーノズルとの間の経路上の熱交換器を通過することにより冷却される。

本発明の方法のもう１つの特徴によれば、流出ガスは、洗浄されたガスを少なくとも１つの水蒸気エジェクター−コンデンサー(steam ejector-condensor)を通過させることによりポンプ配送される。有利には、そのエジェクター−コンデンサーからのガスの少なくとも一部は、エジェクター−コンデンサーに供給される水蒸気を作る装置のための燃焼ガスとして用いられる。

また、有利には、エジェクター−コンデンサーから到来する凝縮物は、軽質炭化水素、特にベンゾール、およびその凝縮物中に含まれるいずれの残留ＰＡＨも回収するために活性炭上を通過されることにより処理される。

本発明のもう１つの目的は、上記定義の方法を実施するための設備を提供することである。

この目的は、ガスポンピング装置、および処理される流出ガスのための入口とポンピング装置との間に介在する油洗浄装置を備え、該油洗浄装置は、流出ガスをスプレー塔に沿って流すことを可能とするように流出ガスを受け入れるように接続された入口を有し、かつスプレー塔に油を注入するための手段を有するスプレー塔を備える設備により達成される。

スプレー塔は、ベンチュリ塔であり得る。

本発明の設備の特徴によれば、洗浄装置は、スプレー塔に接続された入口、油を該再循環タンク、該油注入手段および該スプレー塔の間を連続的に循環させるように該スプレー塔に油を注入するための手段に接続された油出口、およびポンピング装置に接続された洗浄されたガスのための出口を有する油再循環タンクを含む。

有利には、洗浄装置は、スプレー塔より下流の流出ガスの経路上に配置された熱交換器および冷却流体を熱交換器に供給するための手段を含む。

また有利には、洗浄装置は、塔に油を注入する前に油を冷却するために、油出口と油注入手段との間に配置された熱交換器を含む。

設備のもう１つの特徴によれば、ポンピング装置は、少なくとも１つの水蒸気エジェクター−コンデンサーを含む。

有利には、水蒸気は、エジェクター−コンデンサーからのガス出口に接続される燃料ガス供給手段を有するボイラーの中で作り出される。

エジェクター−コンデンサーは、間接コンデンサータイプのものであり得る。好ましくは、エジェクター−コンデンサーから到来する凝縮物をその中に含まれる炭化水素を回収するために処理するための手段、例えば、活性炭上に吸着させるための手段が提供される。

変形例では、エジェクター−コンデンサーは、直接コンデンサータイプのものであり得る。コンデンサーから到来する凝縮物は、次いで、ストリッピング塔を通過させることにより処理され得る。

本発明は、非限定的な指示として与えられる以下の記載を読み、添付の図面を参照することでより良く理解されるであろう。

態様の詳細な記載
図１は、特に、熱分解炭素マトリックスにより多孔性基板を緻密化することが意図される化学蒸気浸透のための設備のきわめて模式的な表示である。

囲い１２内に収容されたオーブン１０は、緻密化されるべき多孔性基板１４、例えば、炭素マトリックス複合材料で作られる部品のための繊維プリフォームを収納している。

オーブン１０は、例えば黒鉛で作られているサセプタを形成する壁１６、および底部１８とカバー２０により規定されている。サセプタ１６は、誘導コイル２２と結合されており、オーブンは、本質的に、誘導コイルと誘導結合されることにより加熱されるサセプタからの放射により加熱される。

薬剤ガスは、例えば、オーブンの底部１８を通過する管２４を介して導入される。薬剤ガスは、ガス状の１以上の炭素前駆体、特に、メタンおよび／またはプロパンを含む。流出ガスは、ガスがオーブンを通って流れることを保証し、かつオーブン内部の所望の低圧を維持するポンピング装置に接続された管２６によりカバー２０を通ってオーブンから取り出される。

そのような設備は、それ自体周知であり、より詳細な記載を与える点は存在しない。

熱分解炭素のマトリックスは、ガス状前駆体の分解により基板の細孔の中に形成される。反応副生成物もまた生成し、それは、反応していない薬剤ガスの画分および炭素のガス状前駆体の分解に由来する水素ガスＨ₂ とともに流出ガス内に集められる。

反応副生成物は、特に以下の有機化合物を含む：
・残留薬剤ガスおよび水素ガス；
・不飽和炭化水素、主にエチレンおよびアセチレン；それらは特別の問題を提起せず、出口で燃焼させられ得る；
・ベンゼン、トルエン、キシレン（ＢＴＸ）のようなベンゾール；および
・ナフタレン、ピレン、アントラセン、アセナフチレン、…のような多環式芳香族炭化水素。

ＰＡＨは、流出ガスの温度が減少するとすぐにタールがオーブンから出口管の中に堆積するようになることを引き起こすその凝縮を容易にするその高い固化温度のためにより大きな困難を提示する。

したがって、本発明は、流出ガスを処理するための設備を提供し、その設備は、油により流出ガスを洗浄するための装置３０を備え、その装置は、オーブン１０からの流出ガスのための出口とポンピング装置６０との間に介在する。

油洗浄装置３０は、頂部末端が管２６に接続されるスプレー塔３２を備える。塔３２は、ガスのために提供する流れ領域内の絞りにより形成されるベンチュリ３４を有する塔である。その底部末端で、塔３２は、油再循環タンク４０の頂部壁を一端近傍で貫通して形成されたガス入口４２と連通する。また、ガス出口４４は、タンク４０の頂部壁を他端近傍で貫通して開口し、管６２によりポンピング装置６０と連通する。

油出口は、タンク４０の底部に形成されており、実質的に塔３２の軸上に配置されたノズル３６、３８に供給するためにタンク４０から油を抜き出すポンプ５０に接続されており、その油は、熱交換器５２を通過するようにさせられる。付加的なノズル４６ａおよび４６ｂは、タンク４０に配置され得るものであり、ノズル４６ａおよび４６ｂは、ノズル３６および３８と並行して熱交換器５２より下流で油を供給される。

熱交換器５２は、タンク４０から到来する油を冷却する目的のためにそれを通る冷却流体、例えば冷水を有する。冷却油はまた、例えば、プレートの形態で提供され、タンク４０内部に配置されている、熱交換器５２と直列接続されている熱交換器５４も通過する。

熱交換器５４およびノズル４６ａおよび４６ｂは、タンク内の油のレベルの上で、そのガス入口４２とそのガス出口４４の間でタンクの内部に収納されている。

液滴除去装置４８は、タンク４０からのガス出口４４に載置され得る。

油洗浄装置３０は、以下のように動作する。

ノズル３６と３８に送られた油は、塔３２を通過する流出ガスの流れにスプレーされ、このスプレーは、ベンチュリ３４の存在によるガスの速度の増加により効果を高められる。ノズルの一方、３６は、ベンチュリよりも上流で塔３２の頂部に備えられ得るものであり、また、他方のノズル、３８は、ベンチュリのスロート近くに備えられる。一方のノズル３６または３８のみを用いることもまた可能である。

スプレーされた油は、流出ガスにより運ばれるタールの大きな画分、特にタンク４０に含まれる油の浴中に連行される多環式芳香族炭化水素（ＰＡＨ）を吸収する。

用いられる油は、流出ガスに油を充填することを回避するようにオーブン１０からの出口に存在する圧力で気化しないことを保証するのに十分に低い蒸気圧を示さなければならない。指摘として、浸透プロセスの様々の段階の間のオーブン１０の内部の圧力は、約０．２キロパスカル（ｋＰａ）未満であり得る。油の粘度もまた、油が循環に置かれることを可能とし、ミストがノズルからの出口で形成されることを可能とするのに十分に低くなくてはならない。

それが、油が好ましくは、０℃で１００Ｐａ未満の蒸気圧を有する芳香族タイプの鉱油であり、ＰＡＨを吸収し、溶解することが可能である理由である。

フランスの供給者エルフ・アトケムにより名称「ジャリサーム(Jaritherm)ＡＸ３２０」の下で販売され、８５重量％のモノ−キシリキシレンおよび１５重量％のジ−キシリキシレンにより構成されている合成油のようなキシレンに基づく油が有効であることが見出されている。その油は、０℃で６０センチポイズの粘度および０℃で１００Ｐａ未満の蒸気圧を有する。

比較として、パラフィンに基づく油は、ＰＡＨを溶解させることができないために効果がないことが見出されている。

熱交換器５２および５４は、ノズル３６および３８により、およびまたタンク４０を通過するガスの入口と出口の間の経路上のノズル４６ａおよび４６ｂにより注入される油を可能な限り冷却するために０℃近くの温度の冷水を供給される。

熱交換器５４は、塔３２を離れる流出ガス中にいまだ存在するタールの凝縮を促進する。

例えばバッフルタイプの液滴除去装置４８は、液滴を分離し、それらが融合することを引き起こし、それによりそれらが油の浴中に集められることを可能とするように、タンク４０からの出口に存在するミストをブレークアップ(break up)することに寄与する。

タンクは、廃油のための出口５６にポンプ５０からの出力を接続する管に設置されている弁５３を開放しながら、熱交換器５２にポンプ５０の出口を接続する管に設置されている弁５１を閉鎖することによりポンプ５０からの出口を介して少なくとも部分的に空にされ得る。集められた廃油は、焼却されることにより破壊され得るものであり、清浄な油が、タンク４０に加えられ得る。

油分洗浄装置３０により実施される捕捉は、ＰＡＨのようなタールの最大量を除去する役割をする。最も軽質の芳香族炭化水素（ベンゼン、単環式炭化水素）のみが洗浄された流出ガス中にとどまり得るが、しかし、それらの蒸気圧は高いので、管のつまりのリスクをもたらさない。

ポンピング装置６０は、１つのエジェクター−コンデンサー６４または複数の同様の直列に接続されたエジェクター−コンデンサー（１つのみが図には示されている）を備える。

エジェクター−コンデンサー６４は、ボイラー８０から水蒸気を供給されるエジェクター部分６６およびエジェクターから下流に位置するコンデンサー部分６８を備える。コンデンサー６８は、間接コンデンサーであり、エジェクターから到来するガスは、冷却流体、例えば冷水を運ぶ管との接触される。

コンデンサー６８を通過した後、水は、冷却塔７０に取り込まれ、そこで水はタンク７２に集められ得、このタンクは、連続循環がコンデンサー６８にタンク７２を接続する管に挿入されたポンプ７４により行われることを可能とするように、付加的な水が管７３により加えられる。

コンデンサーから出口管７６に集められる凝縮物は、エジェクター６６からの水蒸気の凝縮に由来する水に溶解している残留ＰＡＨとともにベンゼン、トルエン、キシレン（ＢＴＸ）のようなベンゾールを含む。凝縮物は、吸着塔７８に収容された活性炭の固定床７７上での吸着により処理される。管７６は塔７８の頂部に接続され、精製された水は、それが管７９により採取され得る塔の底部から集められる。活性炭床を有する複数の吸着塔は、直列で接続され得る。

コンデンサーからの出口で、流出ガスは、ポンプ７８を通過する。処理設備から抜き出されたガスが実際に周囲温度にあるように熱交換器により冷却されるウォーター・リング・ポンプを使用することが可能である。

抜き出されたガスは、本質的に、残留薬剤ガスおよびオーブン１０から到来する水素ガスＨ₂に加えて不飽和炭化水素を含んでいる。それは、管７９により焼却火炎に向けられ得るものであり、その少なくとも一部は、ボイラー８０のための燃料ガスとして用いることができる。もし燃料ガスとして用いられるならば、それは、パイプ８４により送られてくる天然ガスのようなガス状燃料とバッファーシリンダー８２内で混合される。バッファーシリンダー８２は、ボイラー８０のバーナー８６に供給する。

図２に示される変形例において、エジェクター−コンデンサー６４（または複数が直列に接続されるときそれらのそれぞれ）は、エジェクター６６より下流の直接コンデンサー１６８（間接コンデンサーの代わりに）を備える。図１および２の両方の態様に共通である要素は、同じ参照番号が与えられ、以下で詳細に記載されない。

エジェクター６６から到来する流れは、コンデンサー１６８の内部の冷却水と直接接触される。

凝縮物と冷却水は、ストリッピング塔１７２に取り込まれる前に容器１７０に集められる。コンデンサー１６８からのガスは、バッファーシリンダー８２に取り込まれる。

ストリッピング塔１７２は、水蒸気と空気を供給される。水蒸気は、ボイラー８０から取り出され得るものであり、その場合には、ボイラーは、エジェクター６６とストリッピング塔の両方に供給することが可能であるように寸法付けされる。

空気、蒸気、ベンゾール、およびおそらく、いくぶんかのナフタレンを含むストリッピング塔に由来するガスは、焼却火炎に取り込まれる。

ストリッピング塔からの液体流出物は、タンク１７４に集められる。それは、本質的には、冷却水としてコンデンサー１６８に再循環される水からなる。タンク１７４の中に集められた過剰の水は、極めて少量のベンゾールを含み、下水管に放出され得る。

上記記載は、化学ガス浸透により得られる熱分解炭素のマトリックスにより多孔性基板を緻密化するためのオーブンに適用される発明に関するけれども、本発明は、化学ガス堆積により熱分解炭素により基板を被覆するための工業用オーブン、およびより一般的には、特に浸炭オーブンの場合のように、炭化水素を用い、ＰＡＨのようなタールを含むガス状流出物を放出する工業設備に適用可能であることが容易に理解され得る。

以下の表は、図１に示される種類の設備が様々の時間操業された後に油と水について実施された分析の結果を示す。

表１は、洗浄油の元の組成（使用の時間＝０）、設備の操作の１２３１時間（ｈ）後の組成、および操作の２１３７ｈ後の組成を示す。この表はまた、油の初期体積とその後に測定された体積を吸収されたＰＡＨの質量とともに示す。

この洗浄油は上述の「ジャリサームＡＸ３２０」であり、大きな吸収能力を有することが理解され得る。

表２は、設備が３５００ｈの間操作された後、活性炭上の吸着によるろ過のための塔７８の入口と出口での水中における測定された炭化水素の量を示す。この表は、フェノール指数、ｐＨ、濁度、全有機炭素含有量（ＣＯＴ）および懸濁状態の物質も示す。

活性炭ろ過が、コンデンサー６８からの凝縮物中のＰＡＨ残留物とベンゾールを除去することについて有効であることが理解され得る。

図１は、本発明の態様を構成する流出ガスを処理するための設備を備える化学蒸気浸透のための工業設備を示す。 図２は、本発明のもう１つの態様を構成する流出ガスを処理するための設備の一部を示す。

符号の説明

１０…オーブン、１２…囲い、１４…多孔性基板、１６…サセプタ、２２…誘導コイル、３０…洗浄装置、３２…スプレー塔、４０…油再循環タンク、５２，５４…熱交換器、６０…ポンピング装置、６４…エジェクター−コンデンサー、７０…冷却塔、７８…吸着塔、８０…ボイラー、８２…バッファーシリンダー、８６…バーナー、１７２…ストリッピング塔

Claims (22)

1. 炭化水素を含む流出ガスを処理する方法であって、ポンピング装置を通過させる前に、流出ガスを、多環式芳香族炭化水素を捕捉する目的のために芳香族油をスプレーすることにより洗浄に供することを特徴とする方法。
2. 前記流出ガスを、スプレー塔に沿って動く流出ガスの流れに油を注入することにより洗浄することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記油を、多環式芳香族炭化水素が装填された油を集める再循環タンクと流出ガス流に油をスプレーするための少なくとも１つのノズルとの間で連続的に循環させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の方法。
4. 前記油を前記再循環タンクと前記スプレーノズルとの間の経路上で冷却することを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記芳香族油が０℃で１００Ｐａ未満の蒸気圧を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の方法。
6. 前記選択された油が、キシレンに基づくことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の方法。
7. 前記流出ガスを、間接コンデンサータイプの少なくとも１つの水蒸気エジェクター−コンデンサーを通してガスを通過させることによりポンプ輸送することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の方法。
8. 前記エジェクター−コンデンサー由来の凝縮物を、軽質炭化水素およびいずれもの残留多環式芳香族炭化水素を回収するために活性炭上を通過させることにより処理することを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 前記流出ガスを、直接コンデンサータイプの少なくとも１つの水蒸気エジェクター−コンデンサーを通過させることによりポンプ輸送することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の方法。
10. 前記エジェクター−コンデンサー由来の前記凝縮を、ストリッピング塔を通過させることにより処理することを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 前記エジェクター−コンデンサーに由来する洗浄されたガスの少なくとも一部を、前記エジェクター−コンデンサーに供給する蒸気を作り出すための装置のための燃料ガスとして用いることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか１項記載の方法。
12. 炭化水素を含む流出ガスを処理するための設備であって、ガスポンピング装置（６０）および処理される流出ガスのための入口と前記ポンピング装置との間に介在する油洗浄装置（３０）を備え、前記油洗浄装置は、スプレー塔（３２）であって、流出ガスが該塔にそって流れることを可能とするように流出ガスを受容するために接続される入口および前記スプレー塔に油を注入するための手段を有するスプレー塔を備えることを特徴とする設備。
13. 前記スプレー塔（３２）がベンチュリ塔であることを特徴とする請求項１２記載の設備。
14. 前記洗浄装置が、油再循環タンク（４０）であって、前記スプレー塔に接続された入口、油を前記再循環タンク、前記油注入手段および前記スプレー塔の間を連続的に循環させるように前記油注入手段に接続された油出口、および前記ポンピング装置に接続された洗浄されたガスのための出口を有する油再循環タンクを含むことを特徴とする請求項１２または１３記載の設備。
15. 前記洗浄装置が、スプレー塔から下流に前記流出ガスの経路上に配置された熱交換器（５４）および冷却流体を前記熱交換器に供給するための手段を含むことを特徴とする請求項１４記載の設備。
16. 前記再循環タンク（４０）および前記スプレー塔（３２）の間の油の経路上に介在する熱交換器（５２）および前記熱交換器に冷却流体を供給するための手段を含むことを特徴とする請求項１４または１５記載の設備。
17. 前記ポンピング装置が、間接コンデンサータイプの少なくとも１つの水蒸気エジェクター−コンデンサー（６８）を含むことを特徴とする請求項１２ないし１６のいずれか１項記載の設備。
18. 前記エジェクター−コンデンサーから凝縮物出口に接続された活性炭処理のための手段（７８）を含むことを特徴とする請求項１７記載の設備。
19. 前記ポンピング装置が間接コンデンサータイプの少なくとも１つの水蒸気エジェクター−コンデンサー（１６８）を備えることを特徴とする請求項１２ないし１６のいずれか１項記載の設備。
20. 前記エジェクター−コンデンサーからの凝縮物出口に接続されたストリッピング塔（１７２）を含むことを特徴とする請求項１９記載の設備。
21. 前記エジェクター−コンデンサーのために水蒸気を作り出すためのボイラー（８０）を含み、前記ボイラーが前記エジェクター−コンデンサーからのガス出口に接続される燃料ガス供給手段を有することを特徴とする請求項１７ないし２０のいずれか１項記載の設備。
22. 基板上に熱分解炭素を含む堆積物を形成するかまたは、熱分解炭素を含むマトリックスにより多孔性基板を緻密化するための化学蒸気浸透または化学蒸着のための工業用設備であって、前記設備は、オーブンからの流出ガス出口に接続された請求項１２ないし２１のいずれか１項記載の流出ガス処理設備とともに薬剤ガス入口および流出ガス出口を有するオーブンを備える設備。

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