JP2006205079A - 圧力スイング吸着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安全かつ経済的に揮発性有機化合物を回収できるとともに、吸着塔から放出されたオフガスを有効に利用することができる圧力スイング吸着装置を提供すること。
【解決手段】本発明の圧力スイング吸着装置１は、吸着塔１０Ａ，１０Ｂから放出されたオフガスを貯蔵可能なガス貯蔵部２０を備え、オフガスが通過する経路３０Ａ，３０Ｂ内に当該オフガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度測定部４０Ａ，４０Ｂを配設しており、この酸素濃度測定部４０Ａ，４０Ｂにより測定されたオフガス中の酸素濃度が規定値を超えているか否かを判定する濃度判定部と、濃度判定部により酸素濃度が規定値を超えている判定された場合には、オフガスをガス貯蔵部２０から吸着塔１０Ａ，１０Ｂに送り出すかどうかを制御する制御部を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス混合物から揮発性有機化合物などの特定成分を選択的に吸着する圧力スイング吸着装置に関する。

大気中に拡散されている揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Volatile Organic Compoundsの略）は、例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、ヘキサン等の化学物質が挙げられるが、このような揮発性有機化合物は、光化学スモッグや大気汚染を引き起こすだけではなく、地球温暖化にも影響を与えるため、地球環境的にも削減が求められている物質である。

加えて、揮発性有機化合物の人体への影響についても、蒸発・気化したものを吸入することによって頭痛やめまい、吐き気、疲労感、腎障害などの有害性や発ガン性などが指摘されており、近年では、アレルギー症の一種であるアトピーやシックハウス症候群の主要な原因と言われており、この点においても、大気中の揮発性有機化合物の削減は急務と考えられている。

一方、大気中の揮発性有機化合物を効率的に回収するための一手段として、圧力スイング吸着（ＰＳＡ：Pressure Swing Adsorptionの略）装置を用いたＶＯＣの回収方法が提案されている。この圧力スイング吸着装置は、一般に、ゼオライトを窒素吸着剤として充填した吸着塔を複数配列した圧力スイング吸着装置を使用し、空気を吸着塔内に導入して窒素を吸着剤に吸着させる吸着工程と、吸着した窒素を真空ポンプ等によって減圧し放出する減圧工程、ガスを導入、パージして吸着塔に吸着された特定成分を脱着するパージ脱着工程、さらに、復圧ガスを導入して減圧後の吸着剤の吸着能を復帰させるための復圧工程からなるサイクルを、各吸着塔ごとに交互に組み合わせて連続的に操業を行っている（例えば、特許文献１）。

また、図６は、従来の圧力スイング吸着装置１００の概略図であり、このような構成の圧力スイング吸着装置１００は、供給部５から揮発性有機化合物を混合したガス混合物を吸着塔１０Ａ，１０Ｂの内部に導入して、充填されたゼオライト等の吸着剤に回収対象の揮発性有機化合物を吸着させ、揮発性有機化合物を分離した後のガスをオフガスとして大気に放出している。
なお、図６にあっては、後記する図１及び図２と構成を共通するところについては、共通する符号を付するとともに、その説明を省略している。

ここで、図６に示す構成のような、吸着塔を２つ備える（吸着塔１０Ａ，１０Ｂ）タイプの圧力スイング吸着装置１００にあっては、一方の吸着塔１０Ａを加圧（例えば２〜３ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ）状態、また、場合によっては微加圧（例えば１００〜２００ｍｍＡｑ）状態や微減圧（例えば−１００ｍｍＡｑ程度）状態（以下、「加圧状態等」とする場合もある）にしてガス混合物中の揮発性有機化合物を吸着させる間に、真空ポンプ１５によりもう一方の吸着塔１０Ｂを減圧し、ガスパージすることにより、吸着済の揮発性有機化合物を吸着塔１０Ｂの外に押し出した後、昇圧して再生し、このサイクルを繰り返して、２つの吸着塔１０Ａ，１０Ｂを連続して使用するようにしていた。なお、押し出された揮発性有機化合物は、冷却槽１６により冷却後、気液分離槽１７により気体分と液体分に分離され、液化された揮発性有機化合物が別途回収されることになる。

特開平７−８０２３１号公報（図１）

ところで、圧力スイング吸着装置においては、吸着塔から放出されたオフガスを、減圧にした吸着塔を運転圧力に復圧するための操作や吸着塔内の吸着剤を再生するためのパージガスとして使用することもできるのであるが、このオフガスに空気（特に酸素）が混入していた場合にあっては、吸着塔の内部や真空ポンプの吐出側において爆発混合気を生成してしまう可能性があった。このため、オフガスに空気が混入する可能性がある場合には、安全性を確保するため、図６に示すようにこのオフガスをパージガスとして使用せずに大気に放出するとともに、再生操作などのパージガスとして別途窒素を用いるようにしていたが、これが運転コストの増大を招いており好ましくなかった。

従って、本発明の目的は、安全かつ経済的に揮発性有機化合物を回収できるとともに、吸着塔から放出されたオフガスを有効に利用することができる圧力スイング吸着装置を提供することにある。

前記した目的を達するために、本発明の圧力スイング吸着装置は、供給部から送り込まれたガス混合物中の特定成分を選択的に吸着する吸着塔を少なくとも２つ備え、前記吸着塔により特定成分が吸着除去されたガスをオフガスとして放出する圧力スイング吸着装置であって、前記吸着塔のうちの少なくとも１つが吸着工程にある間には、残りの吸着塔のうちの少なくとも１つが、当該吸着塔を減圧する減圧工程、吸着塔に吸着された特定成分を脱着するパージ脱着工程、及び吸着塔を復圧する復圧工程を含む再生工程にあり、前記再生工程にあっては、前記吸着塔から放出されたオフガスが再生工程の対象となる吸着塔に再度送り込まれ、前記吸着塔から放出されたオフガスが通過する経路には、吸着塔から放出されたオフガスを貯蔵し、かつ、貯蔵した前記オフガスを前記吸着塔に再度送り出すためのガス貯蔵部が配設され、前記吸着塔から放出されたオフガスは、前記パージ脱着工程においては、前記再生工程の対象となる吸着塔に再度送り出されるとともに、前記ガス貯蔵部に送り込まれて貯蔵され、前記復圧工程においては、前記吸着塔から放出されたオフガスと、前記ガス貯蔵部に貯蔵されたオフガスが前記再生工程の対象となる吸着塔に送り出され、前記オフガスが通過する経路に当該オフガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度測定部を配設し、前記酸素濃度測定部により測定されたオフガス中の酸素濃度が規定値を超えているか否かを判定する濃度判定部と、前記濃度判定部により酸素濃度が規定値を超えていると判定された場合には、オフガスを吸着塔に送り出すかどうかを制御する制御部を備えていることを特徴とする。

この本発明の圧力スイング吸着装置によれば、吸着塔のうちの少なくとも１つが吸着工程にある間には、残りの吸着塔のうちの少なくとも１つが再生工程にあり、この再生工程にあっては、吸着塔から放出されたオフガスが再生工程の対象となる吸着塔に再度送り込まれるようにしている。また、吸着塔から放出されたオフガスが通過する経路にガス貯蔵部が配設し、吸着塔から放出されたオフガスは、再生工程におけるパージ脱着工程においては、再生工程の対象となる吸着塔に再度送り出されるとともに、ガス貯蔵部に送り込まれて貯蔵され、更には、再生工程における復圧工程においては、吸着塔から放出されたオフガスと、ガス貯蔵部に貯蔵されたオフガスが再生工程の対象となる吸着塔に送り出すようにしている。これにより、ガス貯蔵部を使用して、吸着塔から放出されたオフガスを有効に利用することができる。

そして、吸着塔から放出されたオフガスを貯蔵し、かつ、貯蔵した前記オフガスを前記吸着塔に再度送り出すためのガス貯蔵部を備えており、オフガスが通過する経路に当該オフガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度測定部を配設しており、この酸素濃度測定部により測定されたオフガス中の酸素濃度が規定値を超えているか否かを判定する濃度判定部と、濃度判定部により酸素濃度が規定値を超えていると判定された場合には、オフガスをガス貯蔵部から吸着塔に送り出すかどうかを制御する制御部を備えている。
このような構成により、吸着塔により揮発性有機化合物の吸着除去を好適に実施し、かつ、酸素濃度測定部によりオフガス中の酸素濃度の測定が確実に行われ、酸素濃度が規定値以内の場合には、オフガスを吸着塔に送り出し、このオフガスが吸着塔の再生工程に適用することができる一方、規定値を外れた場合にあっては、制御部がオフガスを吸着塔に送り出すかどうかを制御する。このため、爆発混合気の生成を好適に抑制することができ、安全かつ経済的に揮発性有機化合物を回収できるとともに、吸着塔から放出されたオフガスを有効に利用することができる。

本発明の圧力スイング吸着装置は、前記オフガスが通過する経路に前記酸素濃度測定部が複数配設されていることが好ましい。
この本発明によれば、酸素濃度測定部が、放出されるオフガスが通過する経路内に複数設けられているので、当該設備から放出される時点の酸素濃度を確実に測定することができ、爆発混合気の生成を未然に防止することができる。

本発明の圧力スイング吸着装置は、前記したガス貯蔵部の容量が前記吸着塔１塔の容量
よりも大きいことが好ましい。
この本発明によれば、オフガスを送り出すガス貯蔵部の容量が吸着塔１塔の容量よりも大きいので、吸着塔の再生工程に使用するに十分な量のオフガスを貯蔵することができ、再生工程が簡便かつ効率よく行われることになる。

そして、本発明の圧力スイング吸着装置は、吸着対象である前記した特定成分が、爆発混合気を生成する可能性がある揮発性有機化合物（例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、ヘキサン等の化学物質）である場合に、最大限に効果を発揮することになる。

以下、本発明の圧力スイング吸着装置の一態様について、図面を用いて説明する。
図１及び図２は、圧力スイング吸着装置１の構成を示した模式図であり、図１は、再生工程におけるパージ脱着工程（後記）でのオフガスの流れ、図２は、再生工程における復圧工程（後記）でのオフガスの流れ、をそれぞれ示している。
ここで、図１及び図２においては、圧力スイング吸着装置１の経路内に吸着塔を２つ（吸着塔１０Ａ，１０Ｂの２基）設置した例を示している。

ここで、図１及び図２にあって、オフガスが通過する経路（オフガス通過経路３０Ａ〜３０Ｆ）については、対応する工程においてオフガスが通過する場合には、当該経路を実線で、また、経路は配設されているがオフガスが通過しない場合には、当該経路を二点破線で示している。

図１及び図２に示す供給部５からは、分離対象となるガス混合物が送り出されていくことになる。このガス混合物は、供給部からガス送出系７を通じて、吸着塔１０Ａ，１０Ｂに送り出されていく。

吸着塔１０Ａ，１０Ｂは、供給部５から送り出されてくるガス混合物に含まれる特定成分、例えば揮発性有機化合物を選択的に吸着する。吸着塔１０Ａ，１０Ｂの内部には、供給部５から送り出されてくるガス混合物の特定成分を選択的に吸着するための吸着剤が充填されており、例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、ヘキサン、灯油、軽油、ガソリン、塩化メチレン、アセトン、メタノール等の揮発性有機化合物を吸着除去するには、ゼオライト、シリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ複合体、活性炭、シリカゲル等の吸着剤を充填するようにすればよい。

吸着塔１０Ａ，１０Ｂは、加圧や微加圧（または微減圧）された状態でガス混合物中の揮発性有機化合物を吸着する。吸着された揮発性有機化合物は吸着塔１０Ａ，１０Ｂの内部に残ることによりガス混合物から除去される。この吸着塔１０Ａ，１０Ｂにより揮発性有機化合物が吸着除去されたガスは、オフガスとして放出される。

一方、図１及び図２に示す圧力スイング吸着装置１にあっては、２つの吸着塔１０Ａ，１０Ｂのうちの一方の吸着塔（例えば吸着塔１０Ａ）を用いて揮発性有機化合物の吸着が行われる（吸着工程とする）間に、他方の吸着塔（例えば吸着塔１０Ｂ）は、減圧により吸着した揮発性有機化合物を吸着塔１０Ｂの外部に除去した後、ガスをパージし、復圧してもとの加圧状態等に戻す再生工程が実施されることとなる。

図３は、図１に示す圧力スイング吸着装置における２つの吸着塔１０Ａ，１０Ｂの工程フローを示す概略図である。
図３のステップ１〜３に示すように、吸着塔１０Ａが吸着工程とされている間に、吸着塔１０Ｂは、塔内が減圧する（減圧工程）とともにガスをパージして吸着した揮発性有機化合物を塔入口から押し出して脱着させた後（パージ脱着工程）、吸着塔１０Ｂを再度昇圧してもとの加圧状態に戻す（復圧工程）。吸着塔１０Ｂは、このような３工程からなる再生工程を経て、揮発性有機化合物が再度吸着可能な状態となる。

一方、ステップ４〜６では、これとは逆に、吸着塔１０Ｂが吸着工程とされている間に、吸着塔１０Ａについて減圧工程、パージ脱着工程及び昇圧工程からなる再生工程が行われることにより、吸着塔１０Ａが揮発性有機化合物が再度吸着可能な状態となる。
図１等に示す圧力スイング吸着装置１の吸着塔１０Ａ，１０Ｂは、このような吸着工程と再生工程が２台の吸着塔１０Ａ，１０Ｂを交互に切り換えて行うことにより、ガス混合物中の揮発性有機化合物の吸着除去を連続的に実施できることになる。

また、再生工程に要する時間Ｔは、２３０〜３９０秒程度とすればよいが、例えば、再生工程をかかる２３０〜３９０秒程度とした場合にあっては、再生工程を構成する減圧工程（Ｔ_１）、パージ脱着工程（Ｔ_２）及び昇圧工程（Ｔ_３）は、それぞれ下記の時間としておけばよい。なお、吸着工程も、再生工程と同じ時間２３０〜３９０秒程度行われる。

減圧工程（Ｔ_１） ２０〜６０秒
パージ脱着工程（Ｔ_２） １８０〜２７０秒
昇圧工程（Ｔ_３） ３０〜６０秒
（再生工程全体：Ｔ） ２３０〜３９０秒

再生工程における減圧工程は、吸着塔１０Ａ，１０Ｂと連接される真空ポンプ１５を稼働することにより行われ、真空ポンプ１５で減圧されることにより、吸着塔１０Ａ，１０Ｂに残る吸着した揮発性有機化合物を吸着塔１０Ａ，１０Ｂの下部（吸着塔入口１０１Ａ，１０１Ｂ付近）に押し出す。
また、パージ脱着工程では、吸着塔１０Ａ，１０Ｂから放出されたオフガスを再度吸着塔１０Ａ，１０Ｂの再生工程の対象となる吸着塔に対して送り出してパージすることにより、吸着塔入口１０１Ａ，１０１Ｂから押し出された揮発性有機化合物は塔外部に更に押し出されることとなり、吸着塔１０Ａ，１０Ｂから揮発性有機化合物が脱着される。また、復圧工程（昇圧工程とも呼ばれる）においても、オフガスを復圧用のガスとして使用する。
なお、以降、吸着工程が行われる吸着塔を１０Ａ、再生工程の対象となる吸着塔を１０Ｂとして説明する場合もある。

ここで、パージ脱着工程にあっては、吸着塔１０Ｂに対するオフガスの量としては、吸着塔１０Ａ，１０Ｂから送り出されてくるオフガスの全てを必要とはしないので（送り出されてくるオフガスの２〜７％、場合によっては１〜１０％で十分である）、図１に示されるように、吸着塔１０Ａ，１０Ｂから放出されたオフガスは、オフガス通過経路（以下、単に「経路」とする場合もある）３０Ａを通過した後、経路３０Ｂ，３０Ｆを通過して、再生工程の対象となる再度吸着塔１０Ｂに送り出されるとともに、経路３０Ｃを通過して、ガス貯蔵部２０に送り出される（図１において、経路３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｆ及び３０Ｃはオフガスが通過するため、実線で表記されている）。パージ脱着工程が実施される場合にあって、経路３０Ａを経路３０Ｂ，３０Ｃに分岐する位置に配設される切換弁６１は、経路３０Ｂ及び３０Ｃに対して「開」とされることとなる。なお、本実施形態にあっては、経路３０Ａに、酸素濃度測定部４０Ａが設置されている態様を示している。

ガス貯蔵部２０では、本実施形態にあっては、パージ脱着工程において、経路３０Ｃを通過して送り出されてくるオフガスを貯蔵するとともに、当該オフガスを大気に放出することができる。よって、パージ脱着工程にあっては、切換弁６２は「開」となり、送り出されてくるオフガスの量がガス貯蔵部２０の貯蔵容量を超える場合にあっては、経路３０Ｄを介してオフガスが大気中に適宜放出される（図１において、経路３０Ｄはオフガスが通過するため、実線で表記されている）。なお、本実施形態にあっては、経路３０Ｄに、酸素濃度測定部４０Ｂが設置されている態様を示している。
一方、ガス貯蔵部２０と経路３０Ｆも、経路３０Ｅにより接続されているが、パージ脱着工程においては、ガス貯蔵部２０から経路３０Ｅを介してオフガスが送り出されることはない（図１において、経路３０Ｅはオフガスが通過しないため、二点破線で表記されている）。

このガス貯蔵部２０は、単数または複数の貯蔵槽２０１からなり、図１は、４本の貯蔵槽２０１が連接されてなる態様を示している。ガス貯蔵部２０を構成する貯蔵槽２０１としては、ガスを貯蔵し、かつ、貯蔵したガスを送り出すことができるものであれば特に制限はないが、例えば、特開平４−３３８２０８号公報に開示される保留槽を適用することができる。また、貯蔵部２０は、ガスを受入口２０２から受け入れ、貯蔵するとともに、送出口２０３から送り出していく。

この貯蔵部２０の大きさとしては、前記した特開平４−３３８２０８号公報の図４〜図９に示すような管状形状のものからなる場合にあっては、１本辺りの内径は３００〜６５０ｍｍ、長さは２〜５ｍ程度であればよい。

また、後記するように、ガス貯蔵部２０に貯蔵されたオフガスを２つの吸着塔１０Ａ，１０Ｂのいずれかの再生工程に適用することに鑑みれば、ガス貯蔵部２０の容量は、吸着塔１０Ａ，１０Ｂのいずれか１塔の容量よりも大きいようにすればよく、このようにすることにより、吸着塔１０Ａ，１０Ｂの復圧工程に使用するに十分な量のオフガスを貯蔵することができ、復圧工程が簡便かつ効率よく行われることになる。

そして、復圧工程にあっては、比較的多量のオフガスを必要とし、吸着塔１０Ａ，１０Ｂら送り出されてくるオフガスだけでは十分ではないため、図２に示すように、経路３０Ａを通過してくるオフガスがそのまま経路３０Ｂを通過して、再生工程の対象となっている吸着塔１０Ｂに送り出されるとともに、ガス貯蔵部２０に貯蔵されるオフガスが、経路３０Ｅを通過して送り出されてくる。この場合、切換弁６１は、経路３０Ｂに対して「開」、経路３０Ｃに対して「閉」とされる（図２において、経路３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｅ及び３０Ｆはオフガスが通過するため、実線で表記されている一方、経路３０Ｃはオフガスが通過しないため、二点破線で示されている）。なお、復圧工程においては、経路３０Ｄに設置される切換弁６２は「閉」とされ、ガス貯蔵部２０から大気へオフガスが送り出されることもない（図２にあっては、経路３０Ｄはオフガスが通過しないため、二点破線で示されている）。

吸着塔１０Ａ，１０Ｂの外部に押し出された揮発性有機化合物は、冷却槽１６を介して冷却され、気液分離槽１７により気体分と液体分に分離され、液体分である揮発性有機化合物が図示しない回収ポンプにより回収される。

図１及び図２に示す本実施形態の圧力スイング吸着装置１にあっては、オフガスが通過するオフガス通過経路３０Ａ、及び貯蔵部出口２０３と大気を繋ぐオフガス通過経路３０Ｄに、オフガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度測定部４０（４０Ａ，４０Ｂ）が配設されている。この酸素濃度測定部４０Ａ，４０Ｂは、オフガス内に酸素が所定量以上存在すると、吸着塔１０Ａ，１０Ｂの内部や真空ポンプ１５の吐出側において爆発混合気を生成してしまう可能性があるため、オフガスの酸素濃度を監視する機能を有する。この酸素濃度測定部４０Ａ，４０Ｂは所定周期でオフガスの酸素濃度を測定し、測定結果の情報を受信部５１に連絡する（図１及び図２の一点破線による矢印）。

図４は、圧力スイング吸着装置１の運転制御システム５０を示したブロック図である、この運転制御システム５０は、酸素濃度測定部４０Ａ，４０Ｂの測定結果を受信する受信部５１と、受信部５１から連絡された測定結果を判定する濃度判定部５２と、濃度判定部５２における判定結果をもとに、オフガスを吸着塔１０Ｂに再度送り出すかどうかを制御する制御部５３と、制御部５３と連接され、圧力スイング吸着装置１を運転する装置運転部５４を基本構成として備える。

酸素濃度測定部４０Ａ，４０Ｂは、通過するオフガスの酸素濃度を連続的に測定し、測定したデータを接続された受信部５１に連絡する。前記したように、酸素濃度測定部４０Ａ，４０Ｂは、図１及び図２にあっては、オフガス通過経路３０Ａ、及びオフガス通過経路３０Ｄの出口２０３直近に配設した例を示している。このようにして、酸素濃度測定部４０Ａ，４０Ｂをオフガスが通過する経路３０Ａ，３０Ｄに複数配設することにより、当該設備から放出される時点の酸素濃度を確実に測定することができ、爆発混合気の生成を未然に防止することができる。

また、濃度判定部５２は、酸素濃度測定部４０Ａ，４０Ｂから連絡されるオフガスの酸素濃度が、あらかじめ設定された規定値を越えているかどうかを判定する。濃度判定部５２では、オフガスの酸素濃度が規定値を超えていなかった場合には、判定結果を特に制御部５３に連絡することはないが、一方、当該酸素濃度が規定値を超えていた場合には、「異常有り」の判定結果を制御部５３に連絡する。

ここで、規定値は、除去対象となる揮発性有機化合物の種類に応じて、当該揮発性有機化合物と酸素との関係における爆発可能性のある下限濃度等に設定すればよい。
また、規定値の設定は、多段階としてもよく、設定を多段階とすることにより、爆発の発生を未然に防ぐことができ、安全性が向上する。

また、対象となるガス混合物中に混合されるＶＯＣが複数成分である場合には、ＶＯＣ各成分の大気中での爆発限界濃度から、ル・シャトリエ（Le Chatelier）の法則に従い下記の式（Ｉ）により、規定値Ｘ_ｏを推定するようにしてもよい。
なお、下記式（Ｉ）中、Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３……Ｌ_ｎは、各成分の爆発限界濃度（容量％）、Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３……Ｖ_ｎは、各成分の混合ガスに対する濃度（容量％）を、それぞれ示している。

制御部５３では、濃度判定部５２により酸素濃度が規定値を超えているという判定結果（前記の「異常あり」の判定結果）を受信した場合には、オフガスをガス貯蔵部２０から吸着塔１０Ａ，１０Ｂに送り出すかどうかを制御する。制御部５３は、圧力スイング吸着装置１の運転部５４と接続され、この装置運転部５４に対して、ガス貯蔵部２０からのオフガスの送り出しを停止させる指令を出す。また、場合によっては装置運転部５４に対して、吸着装置１の全体の運転を停止させる指令を出すようにしてもよい。
なお、制御部５３が運転部を兼ねる場合には、制御部５３はマイクロコンピュータ等を有し、濃度判定部５２の判定を受けて、装置運転部５４に対してガス貯蔵部２０からのオフガスの送り出しを停止させる指令や、吸着装置１の全体の運転を停止できるような指令を出す制御プログラムを有することが好ましい。

以上の運転制御システム５０の流れの一態様を、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、本態様にあっては、酸素濃度の規定値はＸとし、ここで、規定値Ｘにあっては、このままオフガスの送り出しを継続すると、爆発混合気が生成される可能性が高い濃度を示す。

まず、酸素濃度測定部４０（４０Ａ、４０Ｂ）において、通過するオフガスの酸素濃度を測定する（図５のＳ１）。この酸素濃度データは、受信部５１に連絡された後、この受信部５１から濃度判定部５２に連絡されることになり（図５のＳ２，Ｓ３）、濃度判定部５２においては、測定された酸素濃度データが規定値Ｘを越えているかどうかを判定する（図５のＳ４）。そして、規定値Ｘを越えていれば判定結果を制御部５３に連絡する（図５のＳ５：Ｓ４の「ＹＥＳ」）。

連絡を受けた制御部５３では、装置運転部５４に対して、オフガスの送り出しを停止させる指令を出す（図５のＳ６）。また、場合によっては装置運転部５４に対して、吸着装置１の全体の運転を停止させる指令を出すようにしてもよい。
一方、規定値Ｘを越えていなければ、そのままオフガスの送り出し及び吸着装置１の運転を継続する（Ｓ４の「ＮＯ」）。

前記した本実施形態の圧力スイング吸着装置１によれば、一方の吸着塔（例えば吸着塔１０Ａ）が吸着工程にある間に、他方の吸着塔（例えば吸着塔１０Ｂ）にあっては吸着した成分を脱着して再生する再生工程として、ガス貯蔵部２０から送り出されたオフガスが再生工程に適用されるようにしても、吸着塔１０Ａ，１０Ｂで揮発性有機化合物の吸着除去を好適に実施し、かつ、酸素濃度測定部４０Ａ，４０Ｂでオフガス中の酸素濃度の測定が確実に行われるようにしている。
具体的には、オフガスの酸素濃度が規定値以内の場合には、オフガスを吸着塔１０Ｂに送りだし、このオフガスが吸着塔１０Ｂの再生工程に適用することができる一方、規定値を外れた場合にあっては、制御部５３がオフガスをガス貯蔵部２０から吸着塔１０Ｂに送り出すかどうかを制御するため、爆発混合気の生成を好適に抑制することができる。この結果、安全かつ経済的に揮発性有機化合物を回収できる。

また、圧力スイング吸着装置１における吸着塔１０Ｂの再生工程にあっては、吸着塔１０Ａ，１０Ｂから放出されたオフガスが再生工程の対象となる吸着塔１０Ｂに再度送り込むようにしている一方、吸着塔１０Ａから放出されたオフガスが通過する経路にガス貯蔵部２０を配設するようにし、吸着塔１０Ａ，１０Ｂから放出されたオフガスが、再生工程における脱着工程では、再生工程の対象となる吸着塔１０Ｂに再度送り出されるとともに、ガス貯蔵部２０に送り込まれて貯蔵される。また、再生工程における復圧工程においては、吸着塔２０Ａ，２０Ｂから放出されたオフガスと、ガス貯蔵部２０に貯蔵されたオフガスが再生工程の対象となる吸着塔に送り出すようにしてので、ガス貯蔵部２０を使用して、吸着塔１０Ａ，１０Ｂから放出されたオフガスを有効に利用することができる

なお、以上説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的及び効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造及び形状等は、本発明の目的及び効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状等としても問題はない。

例えば、前記した図１に示す圧力スイング吸着装置１では、吸着塔１０Ａ，１０Ｂを２つ設置した態様を示したが、これには限定されず、３つまたはそれ以上の吸着塔を設置するようにしてもよい。
なお、前記した実施形態では、吸着塔１０Ａが吸着工程、吸着塔１０Ｂが再生工程のケースを中心にして説明したが、吸着塔１０Ｂが吸着工程、吸着塔１０Ａが再生工程としても同様であることはいうまでもない。

前記した図１にあっては、酸素濃度測定部４０Ａ，４０Ｂをオフガス通過経路Ａ３０Ａ、及びオフガス通過経路３０Ｄにおけるガス貯蔵部２０の出口２０３直近に配設した例を示しているが、これには限定されず、酸素濃度測定部４０Ａ，４０Ｂの配設位置は任意の場所としても問題はない。
また、酸素濃度測定部４０Ａ，４０Ｂの数は２つとすることはなく、１つとしてもよいし、３つ以上としても問題はない。

図５のフローチャートにあっては、オフガスの酸素濃度の規定値をＸとした例を示したが、これには限定されず、酸素濃度の規定値は２段階としてもよいし、また、３段階以上の多段階としてもよく、また、それに対応する制御の内容も適宜決定しても全く問題はない。

そして、前記した実施形態では、吸着する特定成分として揮発性有機化合物を例として示したが、本発明の圧力スイング吸着装置１は、酸素の存在により爆発の可能性のある成分を含んだガス混合物について、同様に適用することが可能である。
その他、本発明の実施における具体的な構造及び形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例等の内容に何ら限定されるものではない。

［実施例１及び比較例１］
図１及び図２の構成の本発明の圧力スイング吸着装置１（実施例１）及び従来装置である図６に示す構成の圧力スイング吸着装置１００（比較例１）を使用して、ガス混合物として揮発性有機化合物の代表例であるトルエンを含んだガス混合物を、吸着塔に充填する吸着剤としてゼオライトを用いて吸着処理した。

ここで、実施例１では、吸着塔の再生工程としてはガス混合物からトルエンを吸着除去したオフガスを、２０Ｎｍ^３／ｈ必要としたが、運転中は吸着塔によりトルエンを効率よく吸着できることができたことに加えて、オフガスが酸素濃度の規定値（８．０％）を越えない範囲で、オフガスを吸着塔の再生工程に使用されるガスとして有効利用することができた。

一方、比較例１ではオフガスは大気に放出する一方、再生工程では同じ量（２０Ｎｍ^３／ｈ）の窒素ガスを必要とした。
従って、実施例１による本発明の圧力スイング吸着装置によれば、従来の圧力スイング吸着装置と比較して、２０Ｎｍ^３／ｈの窒素ガスを節約することができる。

本発明の圧力スイング吸着装置は、トルエン、キシレン、ベンゼン、ヘキサン等の化学物質に代表される揮発性有機化合物を混合するガス混合物からこれらの化合物を吸着除去する装置として有利に使用できる。

本発明の圧力スイング吸着装置の構成を示した（再生工程におけるパージ脱着工程でのオフガスの流れを示す）模式図である。 本発明の圧力スイング吸着装置の構成を示した（再生工程における復圧工程におけるオフガスの流れを示す）模式図である。 図１に示す圧力スイング吸着装置における２つの吸着塔の工程フローを示す概略図である。 圧力スイング吸着装置の運転制御システムを示したブロック図である。 圧力スイング吸着装置の運転制御の一例を示したフローチャートである。 従来の圧力スイング吸着装置の構成を示した模式図である。

符号の説明

１ … 圧力スイング吸着装置
５ … 供給部
７ … ガス送出系
１０Ａ，１０Ｂ … 吸着塔
１０１Ａ，１０１Ｂ… 吸着塔入口
１０２Ａ，１０２Ｂ… 吸着塔出口
１５ … 真空ポンプ
１６ … 冷却槽
１７ … 気液分離槽
２０ … ガス貯蔵部
２０１… 貯蔵槽
２０２… 受入口
２０３… 送出口
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ… オフガス通過経路
４０Ａ，４０Ｂ… 酸素濃度測定部
５０ … 運転制御システム
５１… 受信部
５２… 濃度判定部
５３… 制御部
５４… 装置運転部
６１，６２… 切換弁
Ｘ… 規定値

Claims (4)

1. 供給部から送り込まれたガス混合物中の特定成分を選択的に吸着する吸着塔を少なくとも２つ備え、前記吸着塔により特定成分が吸着除去されたガスをオフガスとして放出する圧力スイング吸着装置であって、
   前記吸着塔のうちの少なくとも１つが吸着工程にある間には、残りの吸着塔のうちの少なくとも１つが、当該吸着塔を減圧する減圧工程、吸着塔に吸着された特定成分を脱着するパージ脱着工程、及び吸着塔を復圧する復圧工程を含む再生工程にあり、
   前記再生工程にあっては、前記吸着塔から放出されたオフガスが再生工程の対象となる吸着塔に再度送り込まれ、
   前記吸着塔から放出されたオフガスが通過する経路には、吸着塔から放出されたオフガスを貯蔵し、かつ、貯蔵した前記オフガスを前記吸着塔に再度送り出すためのガス貯蔵部が配設され、
   前記吸着塔から放出されたオフガスは、前記パージ脱着工程においては、前記再生工程の対象となる吸着塔に再度送り出されるとともに、前記ガス貯蔵部に送り込まれて貯蔵され、
   前記復圧工程においては、前記吸着塔から放出されたオフガスと、前記ガス貯蔵部に貯蔵されたオフガスが前記再生工程の対象となる吸着塔に送り出され、
   前記オフガスが通過する経路に当該オフガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度測定部を配設し、
   前記酸素濃度測定部により測定されたオフガス中の酸素濃度が規定値を超えているか否かを判定する濃度判定部と、
   前記濃度判定部により酸素濃度が規定値を超えていると判定された場合には、オフガスを吸着塔に送り出すかどうかを制御する制御部を備えていることを特徴とする圧力スイング吸着装置。
2. 請求項１に記載の圧力スイング吸着装置において、
   前記オフガスが通過する経路に前記酸素濃度測定部が複数配設されていることを特徴とする圧力スイング吸着装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の圧力スイング吸着装置において、
   前記ガス貯蔵部の容量が前記吸着塔１塔の容量よりも大きいことを特徴とする圧力スイング吸着装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の圧力スイング吸着装置において、
   前記特定成分が揮発性有機化合物であることを特徴とする圧力スイング吸着装置。

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