JP2009072671A

JP2009072671A - ガス処理方法

Info

Publication number: JP2009072671A
Application number: JP2007242604A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Kabashima; 一美椛島; Takio Adachi; 太起夫安達
Original assignee: Tsukishima Kankyo Engineering Ltd
Current assignee: Tsukishima Kankyo Engineering Ltd
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-09-19
Also published as: JP4848335B2

Abstract

【課題】複数の吸着槽を用いてガス中の有機溶剤等の成分の吸着、脱着を行うガス処理方法において、脱着工程において吸着槽から排出された水蒸気から熱回収を行うに際し、その熱回収手段の設備への負担を軽減するとともに効率的な熱回収を可能とする。
【解決手段】複数の吸着槽を用いて被処理ガス中の成分を吸着する吸着工程Ａと、この吸着工程Ａの後に吸着槽に水蒸気を導入して成分を脱着する脱着工程Ｂとを繰り返すとともに、脱着工程Ｂにおいて排出された水蒸気を共通した熱回収手段に供給して熱回収する熱回収工程Ｄとを有するガス処理方法であって、吸着槽同士で脱着工程Ｂの一部が重複するように脱着工程Ｂのタイムサイクルをずらして、複数の吸着槽から排出される水蒸気の熱回収手段への供給を連続させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、吸着剤を充填した吸着槽に有機溶剤等の成分を含有した被処理ガスを導入して該成分を吸着させる吸着工程と、この吸着工程後に高温の水蒸気を吸着槽に導入して上記成分を吸着剤から脱着して吸着剤を再生する脱着工程とを繰り返して、被処理ガス中から上記成分を分離、回収するとともに、この脱着工程に使用した水蒸気から熱回収をして脱着工程に再利用したりするガス処理方法に関するものである。ここで、吸着剤としては粒状の活性炭でもよく、また繊維状活性炭であってもよく、さらには活性炭以外の吸着剤を用いてもよい。

例えば、特許文献１〜４には、活性炭等の吸着剤を充填した２槽の吸着槽を用いて、これらの吸着槽でガス中の有機溶剤成分等の吸着工程と脱着工程とを交互に行うことが記載されている。また、特許文献５には、脱着工程において吸着槽から排出された加熱用流体（水蒸気）から熱回収を行うことが記載されている。
特公平７−３２８６１号公報特開平５−２００２２７号公報特開２００１−１４９７４２号公報特開２００１−３４７１３０号公報特開２００３−１７５３１１号公報

ところで、このような吸着槽におけるガス中の有機溶剤成分等の吸着、脱着工程はバッチ処理とであり、通常は吸着工程に要する時間が脱着工程に要する時間よりも長いため、脱着工程において吸着槽から排出された水蒸気の熱回収手段への供給は不連続とならざるを得ない。このため、熱回収手段の設備は、熱回収の際に高温となる時間と、それ以外の放熱により冷却される時間とが断続的に繰り返されることになり、設備の温度変化が激しくなって損傷を招くおそれがある。

また、脱着工程において高温の水蒸気が吸着槽に供給されても、この水蒸気の熱は、脱着工程の当初は吸着槽の本体や配管等の設備の温度を上昇させる顕熱として消費されるため、図５に示すように排出される水蒸気の温度は低く、その後に吸着された有機溶剤等の成分が脱着され初めると、排出される水蒸気温度は上昇し、最終的に吸着槽に供給される水蒸気温度と同等となる。ところが、その一方で、熱回収手段の設備においては、当該設備の能力や経済性から例えば図４に破線で示すような一定温度以上の高温の水蒸気が供給される必要があり、結果的に熱回収可能な水蒸気は脱着工程後段に排出されるこの一定温度を超えた水蒸気だけとなるため、効率性が損なわれることになる。

本発明は、このような背景の下になされたもので、複数の吸着槽を用いてガス中の有機溶剤等の成分の吸着、脱着を行うガス処理方法において、脱着工程において吸着槽から排出された水蒸気から熱回収を行うに際し、熱回収手段への水蒸気の供給を連続させることによって、この熱回収手段の設備への負担を軽減するとともに効率的な熱回収が可能なガス処理方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、吸着剤を充填した吸着槽に被処理ガスを導入して該被処理ガス中の成分を吸着することにより分離する吸着工程と、この吸着工程の後に上記吸着槽に水蒸気を導入して上記成分を上記吸着剤から脱着することにより回収する脱着工程とを繰り返すとともに、上記脱着工程において上記成分を回収して上記吸着槽から排出された上記水蒸気を熱回収手段に供給して熱回収する熱回収工程とを有するガス処理方法であって、上記熱回収手段に上記水蒸気を供給する複数の上記吸着槽を用いて、これらの吸着槽同士で上記脱着工程の一部が重複するように上記脱着工程のタイムサイクルをずらして、該複数の吸着槽から排出される上記水蒸気の上記熱回収手段への供給を連続させることを特徴とする。

従って、このようなガス処理方法においては、こうして複数の吸着槽同士で脱着工程の一部が重複するように脱着工程のタイムサイクルをずらすことにより、該複数の吸着槽から排出される水蒸気の熱回収手段への供給を互いに連続させているので、この熱回収手段に供給される水蒸気が常に上記一定温度を超えた高温の水蒸気となるように重複する上記タイムサイクルを調整することで、熱回収手段の設備の温度変化を抑えることができるとともに、熱回収可能な水蒸気を安定的に熱回収手段に供給して効率的な水蒸気の再利用を図ることができる。ここで、脱着工程のタイムサイクルをずらすとともに、複数の吸着槽同士の吸着工程のタイムサイクルがずれていても構わない。

ここで、このような熱回収手段への高温の水蒸気の供給をより確実かつ円滑に行うには、４槽以上の上記吸着槽を用いて、このうち２槽以上の一部の吸着槽が常に上記脱着工程にあるように上記タイムサイクルをずらすのが望ましい。すなわち、例えば最少でも４槽の吸着槽を用いて、これらを２槽ずつの２群の吸着槽に分け、各群の吸着槽同士では吸着工程と脱着工程とを交互に行うとともに、群同士の吸着槽では、それぞれの脱着工程にある２槽の吸着槽で、一方の吸着槽から排出される水蒸気が上述のような一定温度に達するまで、他方の吸着槽から高温の水蒸気が排出され続けるようにタイムサイクルをずらすことにより、これら２群の吸着槽によってこのような高温の水蒸気を連続して熱回収手段に供給することが可能となる。

また、このように複数の吸着槽と熱回収手段との接続を、常に高温の水蒸気が熱回収手段に供給されるように切り替えるのに、第１には、予め設定された上記タイムサイクルに基づいてこの接続を切り替えるようにすればよい。すなわち、上述のように脱着工程において吸着槽に水蒸気が供給されてから排出される水蒸気の温度が熱回収可能な上記一定の温度を超えるまでの時間は予め知ることができるので、これに基づいて高温の水蒸気が連続して熱回収手段に供給されるように、予め複数の吸着槽間で脱着工程の一部を重複させて互いにタイムサイクルを調整することが可能となる。

一方、このように個々の吸着槽で予めタイムサイクルを設定して熱回収手段との接続を切り替えるのに代えて、第２には、実際に脱着工程にある吸着槽から排出される水蒸気の温度に基づいて、複数の吸着槽と熱回収手段との接続を切り替えるようにしてもよい。このように吸着槽から排出される水蒸気の実際の温度に基づいて熱回収手段への接続を切り替えることにより、例えば外気温に予期せぬ変化が生じて脱着工程における排出水蒸気温度の上昇時間等が変動したりしても、温度の低い水蒸気が熱回収手段に供給されたりするのを防ぐことができる。

以上説明したように、本発明によれば、熱回収手段に高温の水蒸気を連続して供給することにより、効率的な熱回収を促すことができるとともに、熱回収手段の設備に急激な温度変化が断続的に生じるのを防ぐことができて、この設備の損傷を抑えることが可能となる。

図１は、本発明のガス処理方法の実施の形態に係わるガス処理装置の概略を示すフローシートである。図１において符号１で示すのは内部に吸着剤として活性炭が充填された吸着槽であり、当該ガス処理装置では４槽以上の、図に示すように８槽の吸着槽１が備えられている。

これらの吸着槽１には、吸着工程において被処理ガスの供給源から吸着槽１に被処理ガスを供給する図示されない供給管および該吸着槽１によって有機溶剤等の成分を吸着した被処理ガスを排出するやはり図示されない排出管と、脱着工程において水蒸気Ｓを吸着槽１に供給する供給管２および上記成分を脱着した水蒸気Ｓを排出する排出管３とが、それぞれ適宜バルブを介して接続されている。なお、これらの供給管同士および排出管同士は、それぞれ互いに一部を共通として上記バルブの切替により被処理ガスと水蒸気Ｓの供給、排出に適用するようにしてもよい。

そして、これらの吸着槽１に接続された水蒸気Ｓの排出管３は、各吸着槽１に共通する本実施形態における熱回収手段としての単一のリボイラー４に接続されている。このリボイラー４は、上部に設けられた伝熱部４Ａに上記排出管３が接続されるとともに、上端部からはリボイラー４底部に供給されて保持されたボイラー水Ｂがポンプ４Ｂによって給送されて伝熱部４Ａに接触させられ、吸着槽１から排出された脱着工程の水蒸気Ｓと熱交換させられることにより、このボイラー水Ｂが加熱、蒸発させられて蒸気を再発生する構成とされている。

ここで、このリボイラー４内の蒸気再発生側の圧力は、上記伝熱部４Ａに供給される水蒸気Ｓに対して例えば５℃以上、好ましくは１０℃以上の温度差が生じるように減圧されており、このリボイラー４において再発生した蒸気は蒸気圧縮機５に供給されて常圧以上に加圧され、圧力容器６内においてボイラー水Ｂが供給されることによって飽和蒸気圧に戻された後、吸着槽１に上記供給管２を介してその脱着工程の際の水蒸気Ｓの一部として供給される。なお、上記圧縮機５は図１に示すようなターボタイプのほか、ルーツタイプ、エジェクタータイプのものであってもよい。

一方、上記伝熱部４Ａに供給された水蒸気Ｓは、その一部が熱交換器７において冷却水Ｃにより冷却され、また残りは熱交換器８においてリボイラー４に供給される上記ボイラー水Ｂと熱交換されて冷却され、さらに熱交換器９において冷却水Ｃと熱交換されて冷却された後、デカンター１０に供給されて非水溶性の溶剤等の成分が分離させられる。なお、この分離された非水溶性の溶剤等の成分は回収溶剤としてポンプ１４により溶剤回収設備に送られる。また、こうして該成分が分離された分離水は分離水タンク１１に供給された後、ポンプ１２により蒸留工程に供給されて水溶性の溶剤が分離回収される。

なお、当該ガス処理装置では、このように吸着槽１からリボイラー４、熱交換器７、熱交換器８，９、およびデカンター１０を介して分離水タンク１１に至る水蒸気Ｓの第１の経路のほかに、リボイラー４を経ずに吸着槽１から排出管３がバルブを介して直接第２の熱交換器１３に接続されていて、水蒸気Ｓが冷却水Ｃにより冷却された後に上記熱交換器９およびデカンター１０を介して分離水タンク１１に至る第２の経路が備えられている。また、この第２の経路に代えて、あるいはこれと合わせて、図中に鎖線で示すように排出管３を直接上記熱交換器７に接続可能として、リボイラー４を経ない第３の経路を形成するようにしてもよい。

次に、このようなガス処理装置を用いた本発明のガス処理方法の第１の実施形態について、図２に示すタイムチャートを用いて説明する。この図２に示すタイムチャートにおいて、符号Ａは各吸着槽１（説明のため、吸着槽１０１〜１０８とする。）における吸着工程を、符号Ｂは脱着工程を、符号Ｃはこの脱着工程Ｂから次の吸着工程Ａに至る間に吸着槽１や吸着剤を冷却する冷却工程をそれぞれ示すものである。

図示のタイムチャートにおいては、各吸着槽１０１〜１０８ともに、吸着工程Ａが３時間、脱着工程Ｂが４５分、冷却工程Ｃが１５分のタイムサイクルとされている。ただし、上述したように脱着工程Ｂの当初は吸着槽１に供給された水蒸気Ｓの熱が、吸着工程Ａにおいて一般的に３０〜４０℃で運転される吸着槽１や活性炭の温度を上昇させるための顕熱として消費され、さらに有機溶剤等の成分の脱着され初めの段階では温度上昇も小さいため、吸着槽１から排出される水蒸気Ｓの温度が上記熱回収手段としてのリボイラー４において熱回収可能な、例えば９０℃以上となるのは、脱着工程Ｂの開始から１５分後以降の図中に黒線を引いた３０分程度となる。

そこで、本実施形態では、複数の吸着槽１同士で脱着工程Ｂの一部がオーバーラップして重複するように吸着工程Ａと脱着工程Ｂのタイムサイクルをずらすことにより、この熱回収可能な温度の水蒸気Ｓが熱回収手段に供給される熱回収工程Ｄが吸着槽１０１〜１０８の間で連続するようにしている。

すなわち、図２に示すタイムチャートでは、第１の吸着槽１０１において脱着工程Ｂ（熱回収工程Ｄ）が終了する１５分前から、第２の吸着槽１０２では脱着工程Ｂが開始されて第１の吸着槽１０１における脱着工程Ｂと一部が重複し、この第１の吸着槽１０１の脱着工程Ｂおよび熱回収工程Ｄが終了して水蒸気Ｓのリボイラー４への供給が止まり冷却工程Ｃに移行すると同時に、第２の吸着槽１０２から熱回収可能な水蒸気Ｓがリボイラー４に供給されてこの第２の吸着槽１０２における熱回収工程Ｄが開始され、以下同様に第３〜第８の吸着槽１０３〜１０８で同じ操作が繰り返されるようになされている。

従って、このように構成されたガス処理方法では、各吸着槽１０１〜１０８における脱着工程Ｂ当初の熱回収不可能な低温の水蒸気Ｓが排出される間が、他のいずれかの吸着槽１０１〜１０８における脱着工程Ｂのうちの熱回収工程Ｄと重複していて、熱回収手段（リボイラー４）には常に熱回収可能な高温の水蒸気Ｓが連続して供給されることになる。このため、この熱回収手段の設備のリボイラー４は冷却されることがなく、高温ではあるものの常に略一定の温度に安定して保持されるので、例えば加熱と冷却とが断続的に繰り返されることによりリボイラーも膨張、収縮を繰り返して損傷を招くような事態を防止することができる。

そして、こうして連続的にリボイラー４に供給された高温の水蒸気Ｓによりボイラー水Ｂから蒸気が再発生させられて熱回収がなされ、本実施形態ではこの再発生させられた蒸気が蒸気圧縮機５によって昇圧、昇温させられて、吸着槽１の脱着工程Ｂにおいて供給される水蒸気Ｓの一部として再利用されるので、脱着工程Ｂのために新たに発生させる水蒸気Ｓの量を低減することができ、この水蒸気Ｓを発生させるための燃料やコストの削減を図ることができて経済的かつ効率的である。また、常時熱回収が行われるので蒸気圧縮機５についてもＯＮ／ＯＦＦをくり返す必要は無く、常時ほぼ一定の運転を継続することができるので蒸気圧縮機５の立上げに対する負担も小さい。

なお、この吸着槽１の熱回収工程Ｄによって再発生させられた蒸気は、当該熱回収工程Ｄ中にある吸着槽１にそのまま循環させられるように供給して、その脱着工程Ｂに供されるようにしてもよい。また、この脱着工程Ｂと一部が重複するように脱着工程Ｂのタイムサイクルがずらされた他の吸着槽１に供給されて、この他の吸着槽１における脱着工程Ｂ当初の昇温等に供されてもよい。

ところで、このように脱着工程Ｂの一部を重複させて熱供給手段への高温の水蒸気Ｓの供給を連続させるには、少なくとも４槽の吸着槽１を用いて、そのうち少なくとも２槽の吸着槽１が常に脱着工程Ｂにあるように、そのタイムサイクルをずらせばよい。図３は、最少の４槽の吸着槽１０１〜１０４を用いた場合の本発明の第２の実施形態を示す簡略化したタイムチャートであって、冷却工程Ｃおよび熱回収工程Ｄは省略されているが、この場合には図３に示すように、４槽の吸着槽１０１〜１０４のうち２槽ずつの吸着槽１０１，１０２と吸着槽１０３，１０４とがそれぞれ群をなして、各群内では吸着工程Ａと脱着工程Ｂとが交互に行われるとともに、群同士の間で各吸着槽１０１〜１０４における脱着工程Ｂの一部が重複するようにタイムサイクルがずらされており、これにより熱回収手段に高温の水蒸気Ｓが供給されるようになされている。

なお、これら図２、図３に示したタイムチャートのように、上記複数の吸着槽１における吸着工程Ａ、脱着工程Ｂ、およびそのうちの熱回収工程Ｄと、さらに冷却工程Ｃのタイムサイクルは、処理すべき被処理ガスの量や吸着する成分の種類、そして吸着槽１の数などにより予め設定しておくことができるので、脱着工程Ｂにおけるこれら複数の吸着槽１と共通した熱回収手段（リボイラー４）との接続は、このタイムチャートに沿って上記予め設定されたタイムサイクルに基づき、排出管３に備えられた上記バルブを例えば自動的に切り替えることにより行えばよい。

また、吸着槽１が屋外に配設されている場合などは、外気温の変動等により、例えば脱着工程Ｂにおいて水蒸気Ｓが供給されてから、吸着槽１等の温度が上昇して熱回収可能な温度の水蒸気Ｓが排出されるまでの時間が変化するおそれがある。そこで、そのような場合には、この吸着槽１から排出される水蒸気Ｓの温度を温度測定手段により測定しておいて、所定の熱回収可能な温度に達したところで、やはり上記排出管３に備えられたバルブを自動的に切り替えるなどして、複数の吸着槽１と熱回収手段（リボイラー４）との接続を切り替えるようにしてもよい。

さらに、通常の運転時は上述のように予め設定されたタイムサイクルに基づいて切替を行いつつ、水蒸気Ｓの温度は温度測定手段により測定しておいて、このタイムサイクルによる切替のタイミングと実際の温度測定結果による切替のタイミングとに相違が生じた場合には、後者に合わせてタイムサイクルを修正したりするように制御してもよい。

一方、上記構成のガス処理装置においては、吸着槽１から排出された水蒸気Ｓがリボイラー４を介して熱交換器７に至る第１の経路のほかに、リボイラー４を経ずに熱交換器１３に至る第２の経路と、やはりリボイラー４を経ずに第１の経路の熱交換器７に至る第３の経路が切替可能とされている。このため、万一この熱回収手段であるリボイラー４に損傷等が発生して水蒸気Ｓを供給することができなくなっても、有機溶剤等の成分を脱着した水蒸気Ｓは確実にデカンター１０や分離水タンク１１に給送して該成分の分離を図ることができる。これらの蒸気回収操作を組み込むことにより、脱着に必要な総蒸気量の６０％以上が回収可能となる。

本発明の実施の形態に係わるガス処理装置の概略を示すフローシートである。本発明の第１の実施形態を示すタイムチャートである。本発明の第２の実施形態を示すタイムチャートである。脱着工程における水蒸気の供給時間と排出される水蒸気の温度との関係を示す図である。

符号の説明

１（１０１〜１０８）吸着槽
２水蒸気Ｓの供給管
３水蒸気Ｓの排出管
４リボイラー（熱回収手段）
５蒸気圧縮機
７〜９，１３熱交換器
１０デカンター
１１分離水タンク
Ｓ水蒸気
Ｂボイラー水
Ｃ冷却水

Claims

吸着剤を充填した吸着槽に被処理ガスを導入して該被処理ガス中の成分を吸着することにより分離する吸着工程と、この吸着工程の後に上記吸着槽に水蒸気を導入して上記成分を上記吸着剤から脱着することにより回収する脱着工程とを繰り返すとともに、上記脱着工程において上記成分を回収して上記吸着槽から排出された上記水蒸気を熱回収手段に供給して熱回収する熱回収工程とを有するガス処理方法であって、上記熱回収手段に上記水蒸気を供給する複数の上記吸着槽を用いて、これらの吸着槽同士で上記脱着工程の一部が重複するように上記脱着工程のタイムサイクルをずらして、該複数の吸着槽から排出される上記水蒸気の上記熱回収手段への供給を連続させることを特徴とするガス処理方法。
４槽以上の上記吸着槽を用いて、このうち２槽以上の一部の吸着槽が常に上記脱着工程にあるように上記タイムサイクルをずらすことを特徴とする請求項１に記載のガス処理方法。
上記複数の吸着槽と上記熱回収手段との接続を、予め設定された上記タイムサイクルに基づいて切り替えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス処理方法。
上記複数の吸着槽と上記熱回収手段との接続を、上記脱着工程にある吸着槽から排出される上記水蒸気の温度に基づいて切り替えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス処理方法。