JP2009078257A

JP2009078257A - ガス処理方法およびガス処理設備

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Publication number: JP2009078257A
Application number: JP2007251476A
Authority: JP
Inventors: Takio Adachi; 太起夫安達; Kazumi Kabashima; 一美椛島
Original assignee: Tsukishima Kankyo Engineering Ltd
Current assignee: Tsukishima Kankyo Engineering Ltd
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2027-09-27
Also published as: JP4611355B2

Abstract

【課題】ＤｕａｌＲｅｆｌｕｘＰＳＡ法に準じる方法を用いて、安全な原ガス中の成分除去を行うことが可能なガス処理方法およびガス処理設備を提供する。
【解決手段】ＤｕａｌＲｅｆｌｕｘＰＳＡ法に準じる方法を用いて、少なくとも２つの吸着塔１０ａ，１０ｂにおいて吸着・脱着操作を交互に切り替えて原ガス中の成分を回収するガス処理方法であって、脱着ガスを非支燃性ガスとするとともに、吸着・脱着操作の切替の際に、吸着操作から脱着操作に切り替えられる吸着済みの吸着塔１０ｂにおいては、その中間部から非支燃性ガスよりなるパージガスを供給して一端部側から排出することにより、この吸着済みの吸着塔１０ｂの一端部側をパージした後に、この一端部側から脱着ガスを導入して吸着された成分を脱着する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の吸着塔を使用した圧力スイング吸着法（ＰＳＡ法）を用いて、例えば酸素およびＶＯＣ（揮発性有機化合物）を含有する原ガスからＶＯＣを安全に除去、回収するためのガス処理方法、およびこれに用いるガス処理設備に関するものである。

トルエンやベンゼン、メタン、ジクロロメタン等のＶＯＣは、これらを取り扱う作業現場やその製造設備等において僅かながらでも大気中に放散されてしまうことが避けられない。大気汚染防止法が改正されて平成１８年４月１日からＶＯＣの排出規制が始まっており、既設設備については平成２１年度末まで猶予措置が定められているが、既設、新設を問わずこのような設備から発生するＶＯＣを除去して浄化する効率的な処理方法および処理設備が必要とされている。

この大気中のＶＯＣのような原ガス中の成分を回収して除去する方法として、塔内に活性炭やゼオライト等の吸着剤が充填された吸着部を有する通常少なくとも２つの吸着塔を用いて、一部の吸着塔では原ガスを導入して昇圧下または常圧下で上記成分の吸着を行う一方で、他の吸着塔では脱着ガスを導入して常圧下または減圧下で先に吸着した成分を脱着し、これらの吸着塔間でこのような吸着・脱着操作を交互に切り替えて繰り返すＰＳＡ（圧力スイング吸着）法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

図４は、このようなＰＳＡ法に用いられる２つの吸着塔１０ａ，１０ｂを備えたガス処理設備の一例を示すものである。この処理設備は、上記ＰＳＡ法のうちでも、一方の吸着塔１０ａから排出された精製ガスの一部を脱着ガスとして吸着済みの他方の吸着塔１０ｂに供給するＳｔｒｉｐｐｉｎｇＲｅｆｌｕｘＰＳＡ法に用いられるものであって、原ガス供給路１から供給された上記ＶＯＣ成分を含む空気のような原ガスは、例えば切替弁２０ａを開いて切替弁２０ｂを閉じておくことにより、図中左側の一方の吸着塔１０ａにその一端部側（図４において下側）から導入され、該吸着塔１０ａ内で上記成分が吸着されて他端部側（図４において上側）から排出され、切替弁２１ａを開いて切替弁２１ｂを閉じておくことにより、浄化された精製ガス（空気）として精製ガス排出路２を介して排出される。

これに対して図中右側の他方の吸着塔１０ｂ側においては、切替弁２２ａを閉じて切替弁２２ｂを開き、また切替弁２４ａを閉じて切替弁２４ｂを開くことにより、真空ポンプ１１によって上記精製ガスの一部が脱着ガスとして脱着ガス供給路３から該他方の吸着塔１０ｂの他端部側（図４において上側）に導入され、この脱着ガスは、他方の吸着塔１０ｂにおいて先に吸着した上記成分を減圧下で脱着して該吸着塔１０ｂの一端部側（図４において下側）から排出され、脱着ガス排出路４を経て上記成分が高濃度で含有された濃縮ガスとして濃縮ガス排出路５から回収される。従って、これら吸着塔１０ａ，１０ｂでの吸着、脱着操作が終了した後に、切替弁２１ａ，２１ｂ〜２４ａ，２４ｂの開閉を逆にすることにより、両吸着塔１０ａ，１０ｂ間で交互に吸着、脱着操作を切り替えて行うことができる。

また、ＰＳＡ法にはこのようなＳｔｒｉｐｐｉｎｇＲｅｆｌｕｘＰＳＡ法の他に、精製ガスの全部を他の吸着塔に供給せずにそのまま排出する単純なワンパス法、吸着済みの他方の吸着塔出口の脱着ガス（濃縮ガス）を再び一方の吸着塔（原ガス側）へ送り環流させることで吸着工程に入るガス濃度を上げ、他方の吸着塔からの濃縮ガスを飽和濃度以上に上げ凝集液として回収するＭｏｄｉｆｆｉｅｄＳｔｒｉｐｐｉｎｇＲｅｆｌｕｘＰＳＡ法、原ガスを吸着済みの他方の吸着塔に供給することで濃縮ガス中の成分の濃度を増加させるＥｎｒｉｃｈｉｎｇＰＳＡ法、そして原ガスを吸着塔の両端部の間の中間部に供給するＤｕａｌＲｅｆｌｕｘＰＳＡ法がある（非特許文献１参照。）。

図５は、このＤｕａｌＲｅｆｌｕｘＰＳＡ法に用いられるガス処理設備の一例を示すものであって、吸着塔１０ａ，１０ｂには、その塔内の一端部側と他端部側とに吸着剤が充填された吸着部１０ａ１，１０ａ２，１０ｂ１，１０ｂ２が形成されているとともに、これらの吸着部１０ａ１，１０ａ２，１０ｂ１，１０ｂ２の間の中間部には、コンプレッサー１Ａ等によって原ガスが供給される供給路１が切替弁２０ａ，２０ｂを介して接続されている。また、これらの吸着塔１０ａ，１０ｂの一端部側（図５においては下側）には、図４に示した処理設備の他端部側と同様に切替弁２１ａ，２１ｂを備えた精製ガス排出路２と、切替弁２２ａ，２２ｂを備えて上記精製ガスの一部を脱着ガスとして供給する脱着ガス供給路３とが接続されている。

一方、吸着塔１０ａ，１０ｂの他端部側（図５においては上側）には、切替弁２４ａ，２４ｂを備えて真空ポンプ１１に連結された脱着ガスの排出路４が接続されており、この排出路４は上記真空ポンプ１１から濃縮ガス排出路５を介して凝集器１２に接続されていて、脱着ガス中の濃縮された上記成分の一部が冷却、凝集されて分離させられ、回収タンク１３に回収される。また、この吸着塔１０ａ，１０ｂの他端部側には、切替弁２５ａ，２５ｂを備えた濃縮ガスの返送路７がさらに接続されており、上記成分の一部が分離させられた残りの濃縮脱着ガスは、この返送路７を介して吸着塔１０ａ，１０ｂの他端部側から該吸着塔１０ａ，１０ｂ内に返送可能とされている。

このようなガス処理設備を用いたＤｕａｌＲｅｆｌｕｘＰＳＡ法により、例えば図５において右側の一方の吸着塔１０ｂで空気中のＶＯＣ成分のような原ガス中成分の吸着を行い、左側の他方の吸着塔１０ａで既に吸着済みの該成分の脱着を行う場合、切替弁２０ａ，２１ａ，２２ｂ，２４ｂ，２５ａを閉じるとともに切替弁２０ｂ，２１ｂ，２２ａ，２４ａ，２５ｂを開いて、図中に矢線で示すような経路を形成する。従って、原ガスは、この一方の吸着塔１０ｂの中間部から該吸着塔１０ｂ内に供給されてその一端部側から排出される間に加圧状態で吸着部１０ｂ１により上記成分が吸着され、こうして該成分が吸着されて排出された原ガスは浄化された精製ガス（空気）として排出路２から排出されるとともに、その一部は脱着ガスとして供給路３から他方の吸着塔１０ａの一端部側に供給される。

次いで、このように他方の吸着塔１０ａの一端部側に供給された脱着ガス（空気）は、真空ポンプ１１により誘引されて、吸着済みのこの他方の吸着槽１０ａの吸着部１０ａ１，１０ａ２に吸着されていた上記成分を減圧下で脱着し、他端部側から脱着ガス排出路４を経て排出され、さらに真空ポンプ１１を経て凝集器１２により該成分の一部が冷却、凝集されて分離され、回収ＶＯＣ等の凝集液として回収タンク１３に回収される。一方、凝集器１２においても凝集されなかった残りの上記成分を含んだ脱着ガスは、上記返送路７を介して上記一方の吸着塔１０ｂの他端部側から該吸着塔１０ｂに戻されて、この一方の吸着塔１０ｂの他端部側の吸着部１０ｂ２によりこの残りの成分が吸着され、一端部側の吸着部１０ｂ１により同成分が吸着された上記原ガスとともに精製ガスとして、この一方の吸着塔１０ｂの一端部側から排出路２を介して排出される。

従って、このようなＤｕａｌＲｅｆｌｕｘＰＳＡ法では、吸着塔１０ａ，１０ｂの原ガスが供給される中間部よりも上記一端部側では、図４に示したＳｔｒｉｐｐｉｎｇＲｅｆｌｕｘＰＳＡ法と同様の処理を行うことができる一方、この中間部よりも上記他端部側では上述したＥｎｒｉｃｈｉｎｇＰＳＡ法による処理を図ることができ、原ガス中のＶＯＣ濃度が低い場合でも高倍率で濃縮して、後処理を要しない凝縮液として回収することが可能となり、効率的である。
特開平１１−５７３７２号公報若杉、二元環流型圧力スイング吸着による揮発性有機溶剤の回収「ＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎＮｅｗｓｖｏｌ．２０Ｎｏ．２（Ｊｕｎｅ２００６）」ｐ．１０−１４

ところが、このようなＰＳＡ法、特に上記ＤｕａｌＲｅｆｌｕｘＰＳＡ法により空気中のＶＯＣ成分を凝集して分離しようとすると、原ガスおよび脱着ガスとして吸着済みの他方の吸着塔１０ａに供給される精製ガスの一部は酸素を含んだ空気である一方で、ＶＯＣ成分は冷却凝集となるので飽和するまで濃縮されることになり、爆発限界濃度を超えるおそれが生じる。例えば、トルエンの５℃での飽和蒸気圧は０．０１２１ａｔｍであるのに対して爆発限界濃度はおよそ１．１７〜７ｖｏｌ％であり、真空ポンプ１１による圧縮や外部からの衝撃などについては十分な注意を払わなければならない。

また、上述のワンパス法やＭｏｄｉｆｆｉｅｄＳｔｒｉｐｐｉｎｇＲｅｆｌｕｘＰＳＡ法では、脱着ガスとして例えば窒素ガス等の不活性ガスを供給して吸着塔をパージすることも提案されているが、これをそのまま上記ＤｕａｌＲｅｆｌｕｘＰＳＡ法に適用しても、一方の吸着塔１０ｂと他の吸着塔１０ａとで吸着と脱着を切り替える際には、切替前に吸着を行っていた一方の吸着塔１０ｂの一端部側の吸着部１０ｂ１に原ガスすなわち酸素を含んだ空気が残されているため、これが真空ポンプ１１を経て凝集器１２に送られ、濃縮されたＶＯＣ成分と混ざり合うことが避けられない。

本発明は、このような背景の下になされたもので、上述のように大気中のＶＯＣ成分等を効率的に除去して回収することが可能なＤｕａｌＲｅｆｌｕｘＰＳＡ法の考え方を用いて、安全な原ガス中の成分除去を行うことが可能なガス処理方法、およびそのためのガス処理設備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、本発明のガス処理方法は、塔内の一端部側と他端部側とに吸着部が形成された少なくとも２塔の吸着塔を用いて、このうち一部の吸着塔においては、その一端部と他端部との間の中間部から原ガスを供給して上記一端部側から排出することにより、この一端部側の上記吸着部によって上記原ガス中の成分を吸着する一方、他の吸着塔においては、上記一端部側から導入した脱着ガスにより上記吸着部に吸着された上記成分を脱着して上記他端側から排出するとともに、この排出された脱着ガス中の上記成分の一部を分離して、残りの脱着ガスを上記一部の吸着塔にその上記他端部側から供給することにより、この他端部側の上記吸着部によって上記残りの脱着ガス中の上記成分を吸着し、これら一部の吸着塔と他の吸着塔との吸着・脱着操作を交互に切り替えて上記原ガス中の成分を回収するガス処理方法であって、上記脱着ガスが非支燃性ガスであるとともに、上記吸着・脱着操作の切替の際に、吸着操作から脱着操作に切り替えられる吸着済みの吸着塔においては、その上記中間部から非支燃性ガスよりなるパージガスを供給して上記一端部側から排出することにより、この吸着済みの吸着塔の上記一端部側をパージした後に、この一端部側から上記脱着ガスを導入して上記成分を脱着することを特徴とする。

また、本発明のガス処理設備は、このようなガス処理方法に用いるガス処理設備であって、塔内の一端部側と他端部側とに吸着部が形成された少なくとも２塔の上記吸着塔を備え、これらの吸着塔の一端部と他端部との間の中間部には、上記原ガスの供給路と上記パージガスの供給路とが接続されるとともに、該吸着塔の一端部側には、上記成分が吸着された原ガスおよび上記パージガスの排出路と上記脱着ガスの供給路とが接続される一方、該吸着塔の他端部側には、上記脱着ガスの排出路と排出された脱着ガス中の上記成分の一部を分離した残りの脱着ガスを供給する供給路とが接続されていることを特徴とする。

すなわち、本発明のガス処理方法およびガス処理設備は上記ＤｕａｌＲｅｆｌｕｘＰＳＡ法の考え方に基づくものであって、吸着を行う上記一方の吸着塔においてはその中間部から原ガスが供給されて一端部側から排出される間にこの一端部側の吸着部により上記成分が吸着され、精製ガスとして排出される。一方、吸着済みの他方の吸着塔においては非支燃性の脱着ガスが供給されて上記成分を脱着し、この成分の一部が分離されて回収されるとともに、残りの成分は上記脱着ガスとともに一方の吸着塔の他端部側から供給され、この他端部側の吸着部により吸着されて濃縮される。

そして、これらの吸着塔間で吸着と脱着の操作を切り替える際には、吸着済みとなった一方の吸着塔の中間部から、やはり非支燃性のパージガスが供給されて一端部側から排出されることにより、この一端部側の吸着部に残った原ガスがパージガスによって排出されてパージされるので、その後にこの一端部側から脱着ガスを導入して吸着された成分を脱着しても原ガスが伴われることがない。このため、原ガスが酸素を含んだ空気である大気中のＶＯＣ成分の除去などを行う場合においても、この原ガスの酸素と凝集等により分離される該成分とが接触することはなく、安全かつ効率的に当該成分の除去、回収を図ることができる。

ここで、上記吸着済みの吸着塔内に供給される上記パージガスの線速を、この吸着済みの吸着塔における脱着の際に導入される上記脱着ガスの線速よりも速くすることにより、吸着された上記成分がパージガスとともに排出されるのは抑えつつ、速やかに上記吸着済みの吸着塔の一端部側をパージすることが可能となる。

また、同様に、上記吸着済みの吸着塔内に供給される上記パージガスの供給量は、この吸着済みの吸着塔の上記パージガスが供給される上記中間部から一端部側の容積の１．５倍〜１０倍の範囲内とするのが望ましく、これよりも供給量が少ないとパージが不十分となるおそれがある一方、供給量が多すぎるとやはり吸着された成分がパージガスとともに排出されて回収効率を損なうおそれがある。

さらに、非支燃性ガスとされる上記パージガスと上記脱着ガスとは、不活性ガスであることが望ましく、具体的には窒素ガスとされるのがコストおよび取り扱い性の面からより望ましい。

以上説明したように、本発明のガス処理方法およびガス処理設備によれば、酸素を含有する空気中のＶＯＣ成分などを、効率的に、しかも安全に除去して回収することが可能となる。

図１ないし図３は、本発明のガス処理設備の一実施形態およびこれを用いた本発明のガス処理方法の一実施形態を説明するものである。本実施形態においては、図５に示したガス処理設備と同様に２つの吸着塔１０ａ，１０ｂで交互に原ガス（空気）中のＶＯＣ成分の吸着・脱着操作を行うものであり、図１は図５と同様に図中右側の一方の吸着塔（一部の吸着塔）１０ｂで原ガス中のＶＯＣ成分の吸着を、左側の他方の吸着塔（他の吸着塔）１０ａで吸着済みの成分の脱着を行う場合を示し、図３は逆に一方の吸着塔１０ｂで脱着を、他方の吸着塔１０ａで吸着を行う場合を示し、図２は図１から図３の状態に吸着・脱着操作を切り替える場合を示している。

本実施形態においても、吸着塔１０ａ、１０ｂにはそれぞれその塔内の一端部側（図１〜図３において下側）と他端部側（図１〜図３において上側）とに活性炭やゼオライト等の吸着剤が充填された吸着部１０ａ１，１０ａ２，１０ｂ１，１０ｂ２が形成されるとともに、これらの吸着部１０ａ１，１０ａ２，１０ｂ１，１０ｂ２の中間部には、それぞれ切替弁２０ａ，２０ｂを介して原ガスの供給路１が接続されている。また、各吸着塔１０ａ，１０ｂの一端部側には、切替弁２１ａ，２１ｂを備えて上記成分が吸着された原ガスすなわち精製ガスの排出路２と、やはり切替弁２２ａ，２２ｂを備えた脱着ガスの供給路３とが接続されている。

ただし、図５に示した処理設備では、この脱着ガス供給路３が上記精製ガス供給路２と接続されて、脱着ガスとしてＶＯＣ成分が吸着された後の精製ガスすなわち空気を供給するものであったのに対し、本実施形態では、この脱着ガス供給路３は非支燃性ガスの供給源に接続されていて、脱着ガスとして非支燃性ガスが供給されるようになされている。なお、この非支燃性ガスとしては不活性ガスが供給されるのが望ましく、本実施形態では図中に示すように窒素（Ｎ_２）ガスが供給される。

また、吸着塔１０ａ，１０ｂの他端部側は図５に示したガス処理設備と同様であって、すなわち切替弁２４ａ，２４ｂを備えて真空ポンプ１１に連結された脱着ガスの排出路４が接続されていて、この排出路４は真空ポンプ１１から濃縮ガス排出路５を介して凝集器１２に接続されており、この凝集器１２によってＶＯＣ成分の一部が凝集されて分離させられ、回収タンク１３に回収される一方、残りのＶＯＣ成分を含んだ濃縮された脱着ガスは、切替弁２５ａ，２５ｂを備えてそれぞれ吸着塔１０ａ，１０ｂの他端部側に接続された濃縮ガスの返送路７を介して該吸着塔１０ａ，１０ｂ内に返送可能とされ、循環させられる。

そして、本実施形態のガス処理設備では、吸着塔１０ａ，１０ｂの中間部に原ガスを供給する上記原ガスの供給路１に、さらに切替弁２３ａ，２３ｂを備えたパージガスの供給路１４が接続されており、この供給路１４は非支燃性ガスの供給源に接続されていて上記パージガスとして非支燃性ガスが供給されるようになされている。なお、このパージガスとしての非支燃性ガスも不活性ガスであるのが望ましく、本実施形態では窒素（Ｎ_２）ガスとされていて、上記脱着ガスとして供給される非支燃性ガスと共通の供給源から供給されるようになされている。

このような構成のガス処理設備を用いた本実施形態のガス処理方法を、図１から図３の順に、一方の吸着塔１０ｂでの吸着、他方の吸着塔１０ａでの脱着の状態から、一方の吸着塔１０ｂでの脱着、他方の吸着塔１０ａでの吸着の状態に切り替える場合について説明すると、図１では原ガス供給路１の一方の吸着塔１０ｂ側の切替弁２０ｂが開、他方の吸着塔１０ａ側の切替弁２０ａが閉とされ、以下同様に、精製ガス排出路２の切替弁２１ｂが開、切替弁２１ａは閉、脱着ガス供給路３の切替弁２２ｂは閉、２２ａは開、脱着ガス排出路４の切替弁２４ｂは閉、２４ａが開、濃縮ガス返送路７の切替弁２５ｂが開、切替弁２５ａは閉とされている。そして、切替時以外の図１や図３に示す状態では、パージガス供給路１４の切替弁２３ａ，２３ｂはいずれも閉とされる。

従って、供給路１から供給された原ガスは、上記一方の吸着塔１０ｂの中間部から塔内に導入されて一端部側に流れるうちにこの一端部側の吸着部１０ｂ１により常圧下で上記成分が吸着され、浄化された精製ガスとして排出路２から排出される。一方、吸着済みの他方の吸着塔１０ａにおいては、供給路３を介して一端部側から供給された脱着ガスとして非支燃性ガス（窒素ガス）が、吸着部１０ａ１，１０ａ２に吸着されていた上記成分を真空ポンプ１１による減圧下で脱着して該成分を伴い吸着塔１０ａの他端部側の脱着ガス排出路４から排出される。

次いで、こうして上記成分を伴った脱着ガスは、真空ポンプ１１を経て凝集器１２に供給されて冷却されることにより上記成分の一部が凝集し、こうして凝集したＶＯＣ成分は回収ＶＯＣの凝集液として回収タンク１３に回収される。一方、凝集しなかった残りの成分は非支燃性の脱着ガスとともに濃縮ガスの返送路７を介して上記一方の吸着塔１０ｂにその他端部側から供給され、この他端部側の塔内の吸着部１０ｂ２において上記残りの成分が吸着される。

しかるに、こうして一方の吸着塔１０ｂにおける原ガス中の上記成分の吸着と他方の吸着塔１０ａにおける成分の脱着とが終了したなら、上記切替弁２０ａ〜２２ａ，２４ａ，２５ａ，２０ｂ〜２２ｂ，２４ｂ，２５ｂの開閉を逆に切り替えて、一方の吸着塔１０ｂで脱着を、他方の吸着塔１０ａで吸着を行うのであるが、この切替時に本実施形態では吸着から脱着に切り替わる一方の吸着塔１０ｂに、その中間部から上記パージガスの供給路１４を介して非支燃性ガスを供給し、この一方の吸着塔１０ｂの塔内一端部側を非支燃性ガスでパージする。

すなわち、この切替時には図２に示すように、吸着塔１０ａ，１０ｂの他端部側に接続された排出路４および返送路７の切替弁２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂを一旦すべて閉じるとともに一端部側に接続された脱着ガスの供給路３の切替弁２２ａ，２２ｂも閉じ、さらに原ガスの供給路１においては切替弁２０ｂを閉じるとともに切替弁２０ａを開いて供給経路を切替、また精製ガスの排出路２においては切替弁２１ａを開いて、図２に矢線で示すように原ガスを他方の吸着塔１０ａの中間部から塔内に導入してその一端部側の吸着部１０ａ１により常圧で吸着し、浄化された精製ガスをこの一端部側から排出路２を介して排出して、この他方の吸着塔１０ａにおける吸着操作を開始する。

そして、これと同時に、パージガスの供給路１４においては、他方の吸着塔１０ａ側の切替弁２３ａは閉じたまま、吸着から脱着への切替を行う一方の吸着塔１０ｂ側の切替弁２３ｂを開き、またこの一方の吸着塔１０ｂ側の排出路２における切替弁２１ｂは開いたままとしておいて、図２にやはり矢線で示すように一方の吸着塔１０ｂの中間部から非支燃性ガス（窒素ガス）よりなるパージガスを供給して一端部側から排出し、これによりこの他方の吸着塔１０ｂの一端部側の塔内に残された原ガス、すなわち酸素を含有した空気を常圧でパージして排除し、この一端部側に接続された排出路２を介して他方の吸着塔１０ａから排出された精製ガスとともに排出する。

こうして一方の吸着塔１０ｂの塔内一端部側に残存した原ガスが排出されたなら、図３に示すようにこの一方の吸着塔１０ｂにおける脱着操作を開始する。すなわち、まずこの一方の吸着塔１０ｂ側のパージガス供給路１４の切替弁２３ｂおよび排出路２の切替弁２１ｂを閉じてから、脱着ガスの供給路３の切替弁２２ｂ、排出路４の切替弁２４ｂ、および他方の吸着塔１０ａ側の濃縮ガス供給路７の切替弁２５ａを開く。なお、排出路４の切替弁２４ａおよび供給路７の切替弁２５ｂは閉じたままである。

従って、このように切り替えることにより、図３に矢線で示すように非支燃性の脱着ガス（窒素ガス）が供給路３を介して一方の吸着塔１０ｂの一端部側から塔内に導入されて他端部側から排出され、その間に該吸着塔１０ｂの吸着部１０ｂ１，１０ｂ２に吸着されたＶＯＣ成分等を脱着する。そして、こうして該成分を脱着した脱着ガスは、真空ポンプ１１を経て凝集器１２により上記成分の一部が凝集、分離されて回収タンク１２に回収ＶＯＣの凝集液として回収され、残りの成分を伴った脱着ガスは供給路７を経て他方の吸着塔１０ａにその他端部から供給され、この他端部側における吸着部１０ａ２により上記残りの成分が吸着される。

このように、上記構成のガス処理設備およびこれを用いたガス処理方法においては、吸着塔１０ａ，１０ｂにおける吸着、脱着操作の切替の際に、非支燃性ガスよりなるパージガスが脱着操作に移行する吸着塔１０ｂの中間部から供給されて一端部側から排出されるので、この一端部側の塔内に残された原ガスを排除することができる。このため、酸素を含んだ空気を原ガスとしてこれに含有されたＶＯＣ成分を除去、回収するような場合でも、脱着の際に残存した空気中の酸素が脱着ガスとともに排出されることにより凝集器１２等において濃縮されたＶＯＣ成分と接触したりするのを防ぐことができる。

ところで、このように吸着塔１０ａ，１０ｂ内をパージガスでパージするにしても、上記構成のガス処理方法およびガス処理設備に代えて、例えばパージガスの供給路１４を吸着塔１０ａ，１０ｂの一端部に接続して供給されたパージガスを他端部から排出したり、あるいは逆に供給路１４を他端部に接続して一端部からパージガスを排出するように構成することも可能ではあるが、これらの場合にはパージガスを塔内全体に行き渡るようにしなければならなくなって、パージガス供給量や切替に要する時間が増大し、効率的なＶＯＣ成分の除去が阻害されるおそれがある。

ところが、これに対して上記ガス処理方法および処理設備では、パージガスは吸着塔１０ａ，１０ｂの中間部から供給されて脱着前に原ガスが残存する塔内一端部側から排出されるため、必要以上のパージガスを供給する必要はなく、またパージを終えて脱着操作に切り替えるまでに要する時間も短くて済む。従って、上記構成のガス処理方法および設備によれば、ＤｕａｌＲｅｆｌｕｘＰＳＡ法に基づく効率性を損なうことなく、空気中のＶＯＣ成分等の安全な除去、回収を行うことが可能となる。

ここで、このように吸着塔１０ａ，１０ｂにおける吸着、脱着操作の切替の際に上記成分を吸着した吸着済みの吸着塔（図２における一方の吸着塔１０ｂ）内に供給されるパージガスの線速は、この切替の後に当該吸着済みの吸着塔に供給される脱着ガスの線速よりも速くするのが望ましい。すなわち、このパージガスの線速が脱着の際の脱着ガスの線速以下であると、常圧下であっても吸着塔１０ａ，１０ｂの一端部側の吸着部１０ａ１，１０ｂ１に吸着された成分がパージガスによって脱着されて回収されずに排出されてしまうおそれがあるとともに、この一端部側をパージするのに要する時間も長くなる。

また、同様の理由から、上記吸着済みの吸着塔内に供給されるパージガスの供給量は、この吸着済みの吸着塔の上記パージガスが供給される中間部（供給路１４の接続部）から一端部側の部分の容積の１．５倍〜１０倍の範囲内とされるのが望ましい。すなわち、これよりもパージガスの供給量が多いと、やはり吸着された成分がパージガスとともに排出されて当該成分の回収効率が損なわれるおそれがあり、逆にこれよりも供給量が少ないと、残存した原ガスが十分に排除されずにパージが不十分となるおそれがある。なお、このような問題が生じるのを確実に防ぐには、パージガスの供給量は吸着塔の上記中間部から一端部側の部分の容積の２倍〜４倍の範囲内とされるのがより望ましい。

なお、本実施形態では、このパージガスとしての非支燃性ガスおよび脱着ガスとしての非支燃性ガスとして、不活性ガスである窒素ガスを供給しているが、上述のような空気中の酸素による濃縮ＶＯＣ成分の防爆のためだけであれば、非支燃性ガスは例えば二酸化炭素のような他の非支燃性ガスであってもよい。ただし、近年の環境問題を考慮すると、非支燃性ガスは不活性ガスであることが望ましく、取り分けコストや取り扱い性の面からは、本実施形態のような窒素ガスを用いるのが、より望ましい。

また、図示の実施形態では、このパージガスの供給路１４と原ガスの供給路１との吸着塔１０ａ，１０ｂ中間部への接続部が共通とされて、パージガスと原ガスとが同じ位置から塔内に供給されるように構成されているが、吸着塔１０ａ，１０ｂの吸着部１０ａ１，１０ａ２，１０ｂ１，１０ｂ２が設けられた一端部側と他端部側との間の中間部からこれらパージガスと原ガスとが供給可能であれば、その接続部は吸着塔１０ａ，１０ｂの周方向や長手方向に異なる位置とされていてもよい。これは、一端部側に接続される精製ガスの排出路２と脱着ガスの供給路３や、他端部側に接続される脱着ガスの排出路４と濃縮ガスの供給路７についても同様である。

さらに、本実施形態では、パージガスと脱着ガスとが同じ窒素ガスであるので、その供給源が共通とされているが、同じ非支燃性ガスであってもパージガスと脱着ガスとを異なる供給源から供給してもよく、この場合にはパージガスと脱着ガスとが異なるものであってもよい。また、吸着塔は３塔以上であってもよく、そのうちの一部の吸着塔において原ガス中の成分の吸着を行い、残りの他の吸着塔において脱着を行う場合において、その吸着、脱着操作の切替時にパージガスを供給すればよい。

以下、本発明の実施例を挙げて本発明の効果について実証する。本実施例では、表１に示すＶＯＣ成分（トルエン）および酸素（Ｏ_２）を含む原ガス（空気）を上記実施形態に基づいて処理することにより濃縮し、その濃縮ガスのＶＯＣ成分および酸素の含有量を測定した。この結果を表１に合わせて示す。ただし、測定箇所は上記実施形態における真空ポンプ１１と凝集器１２との間である。

また、これに対する比較例として、図４に示したＳｔｒｉｐｐｉｎｇＲｅｆｌｕｘＰＳＡ法に基づく処理設備を用いて、真空ポンプ１１から排出された濃縮ガスのＶＯＣ成分および酸素の含有量を測定した。この結果についても表１に合わせて示す。ただし、これら実施例と比較例では、比較例の図４に示した脱着ガス供給路３における脱着ガスの供給量と実施例の図１〜図３に示した脱着ガス供給路３における脱着ガスの供給量とを略等しくして測定を行った。なお、これら実施例と比較例とにおいて、吸着塔の仕様は４０Ａ×３ｍ、原ガス温度は常温、吸着圧力は常圧、脱着圧力は９．３〜１０．７ｋＰａ（ａｂｓ）であった。

この表１の結果より、まず濃縮ガス中のＶＯＣ成分濃度については、比較例が８０００ｐｐｍであったのに対して実施例は１８０００ｐｐｍと、２倍以上の回収効率の向上が認められる。また、実施例では冷却によりＶＯＣ成分が凝縮し、ＶＯＣ成分の有効な回収が可能であった。その一方で、酸素濃度については、比較例が原ガスのままの２１ｖｏｌ％であって爆発限界に近いのに対し、実施例では１ｖｏｌ％未満であって安全な操作を行うことが可能であることが分かる。

本発明の一実施形態のガス処理設備、およびこれを用いた本発明の一実施形態のガス処理方法において一方の吸着塔１０ｂで吸着、他方の吸着塔１０ａで脱着を行っている状態を示す図である。本発明の一実施形態のガス処理設備、およびこれを用いた本発明の一実施形態のガス処理方法において一方の吸着塔１０ｂを脱着に、他方の吸着塔１０ａを吸着に切り替える状態を示す図である。本発明の一実施形態のガス処理設備、およびこれを用いた本発明の一実施形態のガス処理方法において一方の吸着塔１０ｂで脱着、他方の吸着塔１０ａで吸着を行っている状態を示す図である。ＳｔｒｉｐｐｉｎｇＲｅｆｌｕｘＰＳＡ法に基づいたガス処理設備を示す図である。ＤｕａｌＲｅｆｌｕｘＰＳＡ法に基づいたガス処理設備を示す図である。

符号の説明

１原ガスの供給路
２精製ガスの排出路
３脱着ガスの供給路
４脱着ガスの排出路
５濃縮ガスの排出路
７濃縮ガスの返送路
１０ａ，１０ｂ吸着塔
１０ａ１，１０ａ２，１０ｂ１，１０ｂ２吸着部
１１真空ポンプ
１２凝集器
１３回収タンク
１４パージガスの供給路
２０ａ〜２５ａ，２０ｂ〜２５ｂ切替弁

Claims

塔内の一端部側と他端部側とに吸着部が形成された少なくとも２塔の吸着塔を用いて、このうち一部の吸着塔においては、その一端部と他端部との間の中間部から原ガスを供給して上記一端部側から排出することにより、この一端部側の上記吸着部によって上記原ガス中の成分を吸着する一方、
他の吸着塔においては、上記一端部側から供給した脱着ガスにより上記吸着部に吸着された上記成分を脱着して上記他端部側から排出するとともに、
この排出された脱着ガス中の上記成分の一部を分離して、残りの脱着ガスを上記一部の吸着塔にその上記他端部側から供給することにより、この他端部側の上記吸着部によって上記残りの脱着ガス中の上記成分を吸着し、
これら一部の吸着塔と他の吸着塔との吸着・脱着操作を交互に切り替えて上記原ガス中の成分を回収するガス処理方法であって、
上記脱着ガスが非支燃性ガスであるとともに、
上記吸着・脱着操作の切替の際に、吸着操作から脱着操作に切り替えられる吸着済みの吸着塔においては、その上記中間部から非支燃性ガスよりなるパージガスを供給して上記一端部側から排出することにより、この吸着済みの吸着塔の上記一端部側をパージした後に、この一端部側から上記脱着ガスを導入して上記成分を脱着することを特徴とするガス処理方法。
上記吸着済みの吸着塔内に供給される上記パージガスの線速を、この吸着済みの吸着塔における脱着の際に導入される上記脱着ガスの線速よりも速くすることを特徴とする請求項１に記載のガス処理方法。
上記吸着済みの吸着塔内に供給される上記パージガスの供給量を、この吸着済みの吸着塔の上記パージガスが供給される上記中間部から一端部側の容積の１．５倍〜１０倍の範囲内とす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。
上記パージガスと上記脱着ガスとが不活性ガスであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガス処理方法。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガス処理方法に用いるガス処理設備であって、
塔内の一端部側と他端部側とに吸着部が形成された少なくとも２塔の上記吸着塔を備え、これらの吸着塔の一端部と他端部との間の中間部には、上記原ガスの供給路と上記パージガスの供給路とが接続されるとともに、該吸着塔の一端部側には、上記成分が吸着された原ガスおよび上記パージガスの排出路と上記脱着ガスの供給路とが接続される一方、該吸着塔の他端部側には、上記脱着ガスの排出路と排出された脱着ガス中の上記成分の一部を分離した残りの脱着ガスを供給する供給路とが接続されていることを特徴とするガス処理設備。