JP2006015194A - 有機物の吸脱着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 水蒸気に含まれるドレンを分離して乾いた水蒸気のみを活性炭素繊維吸着素子に供給する有機物の吸脱着装置を提供する。
【解決手段】 容器主体３と、容器主体の内部に配設したたて型円筒状の活性炭素繊維吸着素子２０と、容器主体の下端に連結した水蒸気噴出ノズル３４を備えたサイクロン部３０と、サイクロン部から容器主体内に供給され吸着素子を透過した水蒸気を外部へ排出する水蒸気排出口１１と、容器主体の内部に有機物含有ガスを供給するガス供給口１３と、前記吸着素子を透過することにより有機物が除去された処理済ガスを外部に排出するガス排出口７とを有する有機物の吸脱着装置。サイクロン部３０は、水蒸気からドレンを分離して吸着素子２０に乾いた水蒸気を供給するので、吸着素子のドレンによる水分過多状態が防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガス中に含まれる有機物を活性炭素繊維に吸着させた後脱着させることを繰り返して有機物を回収する有機物の吸脱着装置に関する。

活性炭素繊維（以下ＡＣＦと記す）は、特に低濃度の有機物の吸着機能に優れた吸着材として知られており、この吸着材を用いた有機物の吸脱着装置が提案されている。

例えば、特許文献１には、ＡＣＦ吸着素子を円筒状に形成し、その円筒軸を垂直にして容器主体内に配設したたて型の吸脱着装置が提案されている。この装置は、円筒状に構成したＡＣＦ吸着素子の上部からＡＣＦ吸着素子筒内に脱着用水蒸気を噴出するように構成されている。

脱着用水蒸気は、吸脱着装置に到達する前に配管内で熱量を失い、既に水蒸気の一部がスチームドレンとなっている。この装置では、ＡＣＦ吸着素子の上部から水蒸気を噴出するので、スチームドレンにより脱着後のＡＣＦの含水率が高くなりやすい。ぬれたＡＣＦ層は水蒸気を通し難いうえ、ＡＣＦの吸着能を低下させる。

図４はＡＣＦを吸着材として使用したときのＡＣＦの含水率と塩化メチレンの有効吸着量の関係を示したグラフである。有効吸着量は、ＡＣＦの質量に対する吸着可能な塩化メチレンの質量の割合で示してある。図４から明らかなように、含水率が高くなると、ＡＣＦの吸着能は極端に低くなる。特にテトラクロロエチレン、トルエン、メチルアルコール、アセトンなどの有機溶剤は含水率の影響を受けやすい。このため、前記した筒状ＡＣＦ吸着素子の上部に水蒸気噴出口を設けた装置においては、ＡＣＦ吸着素子の吸着能が十分に生かされていない。

また、特許文献２には、たて型円筒状ＡＣＦ吸着素子の下側内周面に向けて水蒸気を噴出する吸脱着装置が開示されている。特許文献２に記載の吸脱着装置を図５に示す。なお、図５中、１は吸脱着装置、３は容器主体、７はガス排出口、１１は水蒸気排出口、１３はガス供給口、１７はドレン排出口、２０はＡＣＦ吸着素子、２２は支持部、２４は仕切板、３５は水蒸気噴出ノズル、４０、４２、４４、４６はバルブを示す。

この装置は、水蒸気噴出ノズルが容器主体の下部に取り付けられているため、特許文献１記載の装置に比較してＡＣＦ吸着素子の含水率を低く保つことが可能である。しかしながら、この装置においても水蒸気に含まれるドレンの影響によりＡＣＦ吸着素子の含水率がある程度高くなることは避けられない。
特開昭５１−３８２７８号公報（特許請求の範囲） 特許第１５２９２０２号公報（特許請求の範囲）

ＡＣＦ吸着素子を使用した従来の吸脱着装置はＡＣＦ再生のため水蒸気を使用して有機物を脱着する必要があるが、通常の脱着用水蒸気はドレンを含んでいる。従って、ドレンを含む水蒸気がそのままＡＣＦ吸着素子に吹き付けられるとＡＣＦがドレンで濡れた状態、即ち水分過多状態となる。

このように、従来の装置では、装置内に供給した水蒸気に含まれるドレンによりＡＣＦ含水率が高くなるためその吸着能が十分発揮されず、水蒸気の透過性も低下するので脱着効率も低下するという問題を有している。

本発明者等は、上記課題について検討の結果、水蒸気を装置内で高速旋回させてドレンを除去した後ＡＣＦ吸着素子に供給することにより、ＡＣＦ含水率の上昇を抑制してＡＣＦの吸着能を有効に利用できる吸脱着装置が得られることを見出し本発明を完成するに到った。

上記目的を達成する本発明は、以下に記載のものである。

〔１〕 容器主体と、容器主体の内部に配設したたて型円筒状の活性炭素繊維吸着素子と、容器主体の下端に連結した水蒸気噴出ノズルを備えたサイクロン部と、サイクロン部から容器主体内に供給され吸着素子を透過した水蒸気を外部へ排出する水蒸気排出口と、容器主体の内部に有機物含有ガスを供給するガス供給口と、前記吸着素子を透過することにより有機物が除去された処理済ガスを外部に排出するガス排出口とを有する有機物の吸脱着装置。

〔２〕 サイクロン部が、円筒部と、円筒部の周方向に沿って形成された水蒸気噴出ノズルと、円筒部の下端に連結した下側に向かうに従って狭くなる漸狭部と、漸狭部の下端に連結したドレン排出口とからなる〔１〕に記載の有機物の吸脱着装置。

本発明の吸脱着装置は、装置内に設けたサイクロン部で水蒸気からドレンを除去してＡＣＦ吸着素子にはドレンを含まない乾いた水蒸気のみを供給するので、水蒸気によるＡＣＦの水分過多状態が避けられる。従って、ＡＣＦ吸着素子に付着したドレンによって吸着能を損なうことなくＡＣＦを再生できる。

図１は本発明の吸脱着装置の一例を示す正面断面図である。

図１中、１は吸脱着装置で、３は容器主体を示す。容器主体３は両端が閉塞した円筒形状で、容器主体の中心軸を地面に対して垂直にするたて型に設置してある。容器主体３の上板５には容器主体３の中心軸に沿ってガス排出口７を形成している。容器主体３の周板９には上端側と下端側にそれぞれ開口部が設けられており、それぞれ水蒸気排出口１１とガス供給口１３を形成する。容器主体３の下板１５は、その外周側が中心よりも下方に突出して形成してある。下板１５には、周板９に近接して水シール（不図示）されたドレン取出口１７が形成されており、容器主体内で生じたドレンをここから排出する。

容器主体３の内部には、容器主体３とその中心軸を一致させて円筒状のＡＣＦ吸着素子２０が配設されている。容器主体３の周板９には、吸着素子２０の上端と同じ高さに内周面に沿って円環状の支持部２２が形成されている。支持部２２及び吸着素子２０上にはその内径が吸着素子２０の内径と略同一に形成された円環状の仕切板２４が載置されている。支持部２２と仕切板２４により吸着素子２０の内側と外側とは分離され、ガス供給口１３から容器主体内へ供給されるガス又は後述するサイクロン部から容器主体内へ供給される水蒸気は、ガス排出口７又は水蒸気排出口１１から外部へ排出される間に、吸着素子２０を透過することとなる。

容器主体３の下方には、容器主体３の下板１５に連結してサイクロン部３０が設けられている。サイクロン部３０は、容器主体３より小径のたて型円筒部３２と、円筒部３２に設けられた水蒸気噴出ノズル３４と、円筒部３２の下端に連結した下側に向かうに従って漸狭になる漸狭部３６と、漸狭部３６の下端に形成され水シール（不図示）されたドレン排出口３８とからなる。容器主体３の下板１５には開口部２６が形成され、サイクロン部３０から供給された水蒸気は開口部２６を通じて吸着素子２０内に供給可能となっている。円筒部３２の内径と、開口部２６の直径は、吸着素子２０の内径と略同じ大きさに形成されている。円筒部３２と吸着素子２０は下板１５を介して容器主体３の中心軸に沿って円柱状の空間を形成している。

図２は、図１に示すサイクロン部３０のａ−ａ線に沿った断面図である。水蒸気噴出ノズル３４は、円筒部３２の周方向に沿って水平に形成されている。水蒸気噴出ノズル３４から噴出した水蒸気は円筒部３２の内周面に沿った高速の旋回流となる。サイクロン部３０は気液分離機能を有しており、水蒸気に含まれる液体（水蒸気ドレン）は遠心力により気体（水蒸気）から分離され、円筒部３２及び漸狭部３６の内周面を旋回しながら滴下し、最終的にドレン排出口３８から外部へ排出される。

一方、比重の軽い水蒸気は水蒸気ドレンを分離され上昇流となり、ＡＣＦ吸着素子内周面２０ｂに供給され、素子内をその径方向に透過する。水蒸気ドレンを分離された水蒸気で吸着素子２０から有機物を脱着することにより、ＡＣＦが水分過多状態になることなく有機物を脱着することができる。

ガス排出口７、水蒸気排出口１１、ガス供給口１３、水蒸気噴出ノズル３４にはバルブ４０、４２、４４、４６を設けてあり、気体の供給又は排出はバルブの開閉によりコントロールすることが可能となっている。

吸脱着装置１を使用して有機物の吸着処理を行う場合には、バルブ４２、４６を閉じた状態で、バルブ４０、４４を開放し、ガス供給口から有機物含有ガスを供給する。ガス供給口４４から吸着素子の外周面２０ａ側に供給されたガスは、吸着素子の外周面２０ａから内周面２０ｂへ向かってＡＣＦ吸着素子２０を透過し、この際にＡＣＦに有機物が吸着除去される。その後、有機物が除去されたガスは処理済みガスとしてガス排出口７を経て系外に排出される。

次に、有機物の脱着処理を行う場合、バルブ４０、４４を閉じてバルブ４２、４６を開放し、有機物を吸着したＡＣＦ吸着素子の内周面２０ｂ側に、サイクロン部３０からドレンが除去された水蒸気を供給する。水蒸気は、ＡＣＦ吸着素子内周面２０ｂから外周面２０ａに向けて透過し、吸着素子２０に吸着している有機物を脱着する。脱着した有機物を含む水蒸気は、水蒸気排出口１１から外部へ排出される。

本発明の装置は、特に塩化メチレン、１，２−ジクロロエタン、四塩化炭素、テトラクロロエチレン、１，１−ジクロロ−１−フルオロエタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、メタノール、エタノール、アセトンなどの有機溶剤に有効である。

本発明において使用するＡＣＦは、アクリロニトリル系繊維、レーヨン、ピッチ、フェノール系繊維などの原料繊維を既知の方法にて炭素化処理して得られた比表面積３００〜３０００ｍ²／ｇの炭素繊維が好ましい。ＡＣＦの使用形態は特に制限されず公知の形態とすることが可能であるが、本発明においては繊維そのままの状態で又は織物、フェルト等に加工した後、円筒状に成形して使用することが好ましい。

実施例１
図１に示す吸脱着装置に下記に示す条件で水蒸気を供給し、ＡＣＦ吸着素子の含水率を測定した。その結果、吸着素子の平均含水率は８％であった。吸着素子の含水率測定点を図３（Ａ）に、各測定点における含水率を図３（Ｂ）に示す。
（１）ＡＣＦ吸着素子
使用した吸着素子：フェノール系ＡＣＦフェルト
目付：２００ｇ／ｍ²
比表面積：１３００ｍ²／ｇ
形状：内径２５０ｍｍ、外形４００ｍｍ、高さ７００ｍｍの円筒型
（２）脱着蒸気
供給量：４８０ｇ／ｍｉｎ
温度：１３０℃
供給時間：６分間

比較例１
図５に示す従来の吸脱着装置（特許第１５２９２０２号）を用いて実施例１と同じ条件で装置に水蒸気を供給した。ＡＣＦ吸着素子の含水率を測定したところ、平均含水率は１７．５％であった。各測定点における含水率を図３（Ｃ）に示す。

図４に示すグラフから、実施例１と比較例１のＡＣＦ吸着素子の有効吸着量を求めたところ、実施例１の有効吸着量は比較例１の有効吸着量の約１．４倍であった。

本発明の有機物の吸脱着装置の一例を示す正面断面図である。 図１に示す吸脱着装置のａ−ａ線に沿った断面図である。 （Ａ）は実施例におけるＡＣＦ吸着素子の含水率測定点を示す図であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は各測定点における含水率を示すグラフである。 ＡＣＦ含水率と塩化メチレンの有効吸着量の関係を示すグラフである。 従来の有機物の吸脱着装置を示す正面断面図である。

符号の説明

１ 吸脱着装置
３ 容器主体
５ 上板
７ ガス排出口
９ 周板
１１ 水蒸気排出口
１３ ガス供給口
１５ 下板
１７、３８ ドレン排出口
２０ ＡＣＦ吸着素子
２２ 支持部
２４ 仕切板
２６ 開口部
３０ サイクロン部
３２ 円筒部
３４ 水蒸気噴出ノズル
３６ 漸狭部
４０、４２、４４、４６ バルブ

Claims (2)

1. 容器主体と、容器主体の内部に配設したたて型円筒状の活性炭素繊維吸着素子と、容器主体の下端に連結した水蒸気噴出ノズルを備えたサイクロン部と、サイクロン部から容器主体内に供給され吸着素子を透過した水蒸気を外部へ排出する水蒸気排出口と、容器主体の内部に有機物含有ガスを供給するガス供給口と、前記吸着素子を透過することにより有機物が除去された処理済ガスを外部に排出するガス排出口とを有する有機物の吸脱着装置。
2. サイクロン部が、円筒部と、円筒部の周方向に沿って形成された水蒸気噴出ノズルと、円筒部の下端に連結した下側に向かうに従って狭くなる漸狭部と、漸狭部の下端に連結したドレン排出口とからなる請求項１に記載の有機物の吸脱着装置。
   

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