JP2010131497A - 排ガス処理装置及び排ガス処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長期に亘って効率よく安定して疎水性・親水性物質を除去することができる排ガス処理装置及び排ガス処理方法を提供する。
【解決手段】疎水性及び親水性物質を含む排ガスから疎水性物質と親水性物質とを除去する排ガス処理装置であって、疎水性吸着剤を充填した吸着塔１７（又は１８）と親水性吸着剤を充填した吸着塔１８（又は１７）とを直列に配置したことを特徴とする排ガス処理装置及び該装置を用いた排ガス処理装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、疎水性及び親水性物質を含む排ガスからの疎水性物質と親水性物質とを除去する排ガス装置及び排ガス処理方法に関する。特に、疎水性溶剤と親水性溶剤がそれぞれ気化して混合された排ガスから疎水性溶媒と親水性溶媒を吸着除去可能な排ガス処理装置及び排ガス処理方法に関する。

化学工場等で発生する有機溶剤ガスを含む排ガスから有機溶剤を除去回収する一般的な技術として、吸脱着法、冷却法、圧縮法、洗浄法が挙げられる。また、吸脱着法では吸着剤に活性炭、ゼオライト、シリカゲル等、多種多様な物が目的に応じて使用されている。これらの中でも、活性炭は比較的に安価で、吸着能力に優れた吸着剤であり、脱着が容易であること等から広く使用されている。

しかし、活性炭は多くの物質を吸着する性能を有するものの、親水性物質の吸着性能が低いことから、疎水性・親水性物質を含む混合排ガスの処理を効率的に行うことが難しい。

排ガスの処理を行う方法としては、例えば特許文献１に記載のように、吸着性能を向上させた吸着剤を用いる方法が挙げられる。特許文献１では、吸着剤にゼオライトを用い、この水分吸着率を調節することで排ガス中の極性物質の吸着性能を高めている。しかし、吸着剤の水分吸着率を調節することは一般的に困難である。

また、排ガスの処理を行う方法として、例えば特許文献２に記載されるように、２種類の異なる性能を持つ吸着剤を用いる方法が挙げられる。特許文献２に記載の溶剤回収容器は、同一容器内の一次側に水分吸着量の少ない吸着剤を、二次側には水分吸着量が多い吸着剤を設置し、この水分吸着力の異なる２種類の吸着剤を直列に配置している。一次側に設置された水分吸着量の少ない吸着剤は疎水性溶剤の吸着に適しており、二次側に設置された水分吸着量が多い吸着剤はメタノールのような親水性溶剤の吸着に適している。しかし、相反する性質を有する吸着剤を同一容器内に設置した場合、各々の吸着剤に適した脱着を行うことができず、吸着効率を低下させる。
特開２００３−２６５９２２号公報 特開平８−１３１７６２号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、吸着剤の水分吸着率の調節を行うことなく、疎水性・親水性物質を含む排ガスを長期に亘り効率よく、安定して処理することができ、また、除去した疎水性及び親水性物質の回収も容易なる排ガス処理装置及びそれを用いた排ガス処理方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態によれば、疎水性及び親水性物質を含む排ガスから疎水性物質と親水性物質とを除去する排ガス処理装置であって、
疎水性吸着剤を充填した吸着塔と親水性吸着剤を充填した吸着塔とを直列に配置したことを特徴とする排ガス処理装置が提供される。

また、本発明の別の実施形態によれば、疎水性及び親水性物質を含む排ガスから疎水性物質と親水性物質とを除去する排ガス処理方法であって、前記排ガスを上記の排ガス処理装置で処理することを特徴とする排ガス処理方法が提供される。

本発明により、吸着剤の水分吸着率の調節を行うことなく、疎水性・親水性物質を含む排ガスを長期に亘り効率よく、安定して処理することができ、また、除去した疎水性及び親水性物質の回収も容易なる排ガス処理装置及びそれを用いた排ガス処理方法が提供される。

本発明に係る排ガス処理装置は、疎水性・親水性の吸着剤をそれぞれ別々の吸着塔に充填し、これらの吸着塔を直列に配置する。

疎水性吸着剤を充填した吸着塔と親水性吸着剤を充填した吸着塔を直列に配置することで、疎水性物質と親水性物質を含む排ガスから各物質を容易に吸着除去させることができる。つまり、疎水性吸着剤を充填した吸着塔で疎水性物質を、親水性吸着剤を充填した吸着塔で親水性物質を主に吸着することができる。また、各吸着塔に吸着した物質を溶剤として回収する際には、それぞれの吸着剤に適した別々の脱着方法を適用することが可能となり、吸着剤の性能を悪化させることなく、長期に亘り使用することができる。

例えば、同一の吸着塔に疎水性吸着剤及び親水性吸着剤を充填した場合、それぞれの吸着剤に別々の脱着方法を適用することができない。この場合、一方の吸着剤に対しての脱着処理がもう片方の吸着剤の吸着性能を悪化させることがある。例えば、活性炭は水蒸気を用いて脱着させることが多いが、親水性ゼオライトは水分の吸着力が強いため、水蒸気を用いて脱着処理を行った場合、親水性ゼオライトに水分が吸着されてしまう。即ち、親水性ゼオライトの吸着可能領域が水分の吸着によって減少し、吸着性能を悪化させることとなる。したがって、本発明に係る排ガス処理装置のように、疎水性・親水性の吸着剤をそれぞれ別々の吸着塔に充填し用いることにより、それぞれ別個の脱着方法が可能となる。

また、疎水性吸着剤を充填した吸着塔と親水性吸着剤を充填した吸着塔を直列に配置することで、疎水性・親水性物質を含む排ガスから疎水性物質及び親水性物質を各々の吸着塔で効率的に吸着除去することができる。疎水性吸着剤は疎水性物質の吸着力が強いが、親水性物質の吸着力が弱く、親水性吸着剤は親水性物質の吸着力が強いが、疎水性物質の吸着力が弱い。本発明に係る排ガス処理装置に疎水性・親水性物質を含む排ガスを供給すると、それぞれの物質が吸着力の強い吸着剤に優先的に吸着されるため、疎水性または親水性吸着剤を単層とした構造と比べ、吸着効率が向上する。

本発明における吸着塔は、内部に吸着剤を充填でき、供給口と排気口を有する。疎水性・親水性物質を含む排ガスは、一つの吸着塔の供給口から該吸着塔内部に供給され、吸着剤層を通り、排気口からもう一方の吸着塔の供給口から該吸着塔の内部に供給され、吸着剤層を通り、排気口から排気される。本発明に係る排ガス処理装置では、上流側の吸着塔の排気口と下流側の吸着塔の供給口とが通気可能に連結される。

また、個々の吸着塔にはそれぞれ温度制御手段を設けることもできる。例えば、温度を調整した水等の液体を吸着塔の外周に循環させ、吸着塔の温度を制御することができる。個々の吸着塔に充填された吸着剤の吸着性能がより発揮できるようにそれぞれ適した温度に調節することが好ましい。

疎水性吸着剤を充填した吸着塔と親水性吸着剤を充填した吸着塔を直列に配置させる方法としては、特に限定されるものではないが、例えば吸着塔をチューブや配管で連結することができる。つまり、１塔目吸着塔（上流側に配置される吸着塔）の排気口と２塔目吸着塔（下流側に配置される吸着塔）の供給口をチューブや配管等で連結することで、直列に配置することができる。

本発明に係る排ガス処理装置において、疎水性吸着剤は、疎水性物質を吸着できるものならば特に制限されることはないが、例えば、活性炭、疎水性ゼオライト等を挙げることができる。また、親水性吸着剤は、親水性物質を吸着できるものならば特に制限されることはないが、例えば、親水性ゼオライト、シリカゲル等を挙げることができる。これらの中でも、疎水性吸着剤として活性炭、親水性吸着剤として親水性ゼオライトを用いることが好ましい。この場合、例えばジクロロメタン（疎水性物質）及びメタノール（親水性物質）を含む排ガスからそれぞれの物質を効果的に除去することができる。

本発明に係る排ガス処理装置において、１塔目吸着塔（上流側に配置される吸着塔）に親水性ゼオライト、２塔目吸着塔（下流側に配置される吸着塔）に活性炭を充填することが好ましい。この理由については、逆に１塔目吸着塔に活性炭を、２塔目吸着塔に親水性ゼオライトを用いると、以下のような理由から吸着効率が比較的低下するためである。すなわち、１塔目吸着塔の活性炭の吸着可能領域が飽和に達した場合、吸着したジクロロメタン等の疎水性物質を水蒸気で脱着させる処理を行うが、その処理後、活性炭への吸着を再開した直後は水分を多く含む排気ガスが発生する。この排気ガス中の水分は２塔目吸着塔の親水性ゼオライトに吸着するため、メタノール等の親水性物質の吸着量が減少することになる。

また、１塔目吸着塔に用いる親水性ゼオライトの種類については、ジクロロメタンを吸着させることなく、メタノールを選択的に吸着させる観点から、細孔径０．４ｎｍで粒度８〜１０メッシュの親水性ゼオライトを用いることが好ましい。

また、２塔目吸着塔に用いる活性炭の種類については、ジクロロメタンを効率的に吸着する観点から、粒状で粒度６〜８メッシュの活性炭を用いることが好ましい。

以下、本発明の排ガス処理装置及び排ガス処理方法の概略を、図１を用いて詳細に説明する。図１は、本発明に係る排ガス処理装置の概略図である。

まず、排ガス（混合ガス）を吸着剤に吸着する工程について説明する。ここでは、疎水性物質としてジクロロメタンを、親水性物質としてメタノールを含む混合ガスの場合について説明する。

まず、混合ガスを、ブロア２を用いて１塔目吸着塔３に供給する。この混合ガスの温度は温度調節器１を用いて例えば３０℃に調節することができる。より具体的には、混合ガスを、親水性ゼオライトを用いた１塔目吸着塔３へ供給し、ここで混合ガス中の親水性物質であるメタノールを優先的に吸着させる。

次いで、１塔目吸着塔３の排気ガスを、活性炭を用いた２塔目吸着塔４へ供給し疎水性物質であるジクロロメタンを吸着させる。

１塔目吸着塔３及び２塔目吸着塔４の排気ガスの濃度は濃度分析装置５を用いて測定することができる。この濃度分析装置５は、混合ガス中に含まれる物質ごとの濃度を分析するものが好ましく、瞬時に分析が可能なものであればなお良い。

濃度分析装置で親水性物質または疎水性物質が検出されたときは、吸着可能領域が飽和に達したことを示し、混合ガスの供給を中止し、吸着剤に吸着した溶剤を脱着する工程に入る。該吸着剤に吸着した溶剤を脱着する工程について、親水性ゼオライトの場合は、例えば、２００℃以上の熱風を吸着塔に供給する方法、または、吸着塔を減圧状態にする方法等を用いることができる。また、疎水性である活性炭の場合は、例えば、水蒸気を用いた方法を用いることができる。したがって、それぞれの吸着塔には、熱風や水蒸気を供給する手段をそれぞれ有し、脱離したガスを冷却し、回収する手段をそれぞれに有することが好ましい。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
（実施例１）
高さ１０００ｍｍのガラス製２重管構造の吸着カラムを用意し、吸着カラムの外管には温水または冷水を供給できるよう側面に供給口、排水口を設け、内部に吸着剤を投入した。吸着カラムにおける混合ガスを供給する内管はφ５０ｍｍで、上下に供給口、排気口を有する。また、内管の底部にはφ１ｍｍの孔を複数有する多孔状態のトレイを設け、活性炭や親水性ゼオライトが流出しない構造とした吸着カラムを製作した。

この吸着カラムを用いた実施例を以下に説明する。

まず、本実施例で用いた排ガス処理装置の概略図を図２に示す。図２において、１塔目吸着カラム１７の外管供給口２０と攪拌ポンプ機能を有する恒温槽１６の吐出ノズル、１塔目吸着カラム１７の外管排水口２２から２塔目吸着カラム１８の外管供給口２１をゴムチューブで連結した。更に、２塔目吸着カラム１８の外管排水口２３と恒温槽１６をゴムチューブで連結し、恒温槽１６の温水または冷水が２本の吸着カラム外管を経由して循環する構造とした。この外管に通水する温水または冷水の温度を恒温槽１６で制御することで、内管内を任意の温度に調節することを可能とした。

１塔目吸着カラム１７の内管排気口２６と２塔目吸着カラム１８の内管供給口２５と接続した三方コック１５を、テフロン（登録商標）製チューブを用いて連結した。また、２塔目吸着カラム１８の内管排気口２７以降の排気管２８も、テフロン（登録商標）製チューブを用いて連結した。この三方コック１５は、排気ガスの分析に必要なサンプル採取を除き、系外に排気しない状態とした。また、１塔目吸着カラム１７の内管供給口２４にはポンプ１１で混合ガスを供給し、混合ガスの供給量は流量調節器１２で調節し、混合ガスの温度を予熱器１３で予め調節できる構成とした。また、１塔目吸着カラム１７の内管供給口２４の手前に三方コック１４を配置した。

１塔目吸着カラム１７の内部に、活性炭として、「白鷺Ｓ２ｘ」（商品名、日本エンバイロケミカル社製、粒度６〜８メッシュ）を約１３０ｇ投入し、活性炭層を設けた。２塔目吸着カラム１８の内部には、親水性ゼオライトとして、「ゼオラム」（商品名、東ソー社製、細孔径０．４ｎｍ、粒度８〜１０メッシュ）を約４２０ｇ投入し、ゼオライト層を設けた。

上記の装置に、疎水性物質として濃度約０．５体積％のジクロロメタンと、親水性物質として濃度約０．１体積％のメタノール含む混合ガスを、５Ｌ／ｍｉｎの流量で供給した。

この供給された混合ガスは、予熱器１３を用いて温度を３０℃に調節した後、内管供給口２４から１塔目吸着カラム１７に供給される。ここで、混合ガス中のうち主に疎水性物質であるジクロロメタンが活性炭に吸着される。

次に、ここで活性炭を通過した排気ガスは、１塔目吸着カラム１７の内管排気口２６から排気され、内管供給口２５から２塔目吸着カラム１８へ供給される。ここで、混合ガス中のうち主に親水性物質であるメタノールが親水性ゼオライトに吸着される。親水性ゼオライトを通過した排気ガスは、内管排気口２７，排気管２８を経て大気へ排気される。

本実施例では、１塔目吸着カラム１７に混合ガスの供給を開始したと同時に、２塔目吸着カラム１８の内管供給口２５と接続した三方コック１５から１塔目吸着後の排気ガスと、排気管２８から排気される排気ガスと、を採取した。それぞれの採取したガスについて、ガスクロマトグラフ（ＦＩＤ）で濃度分析を経時的に行った。また、排気管２８で採取した排気ガスのジクロロメタン濃度が５０ｐｐｍに至った時点で吸着を終了し、ジクロロメタンとメタノールの除去率を以下の計算式から求めた。

吸着剤通過量［ｇ］Ｖｓｏｌ＝Ｃｉｎ×１０^-6×Ｍ／２２．４×２７３．１５／（２７３．１５＋Ｔ）×Ｑ×ｔ
ここで、Ｃｉｎ：吸着剤へ供給するガスの濃度［ｐｐｍ］
Ｑ ：風量［Ｌ／ｍｉｎ］
ｔ ：時間［ｍｉｎ］
排出量［ｇ］Ｖｏｕｔ＝Ｑ×ｔ×Ｃｏｕｔ×１０⁶×Ｍ／２２．４×２７３．１５／（２７３．１５＋Ｔ）
ここで、Ｃｏｕｔ：吸着剤を通過した排気ガスの濃度［ｐｐｍ］
Ｍ：各溶剤の分子量で、ジクロロメタン８５［ｇ／ｍｏｌ］、メタノール３２［ｇ／ｍｏｌ］
Ｔ：吸着温度［℃］
除去率［％］ ＝（Ｖｓｏｌ−Ｖｏｕｔ）／Ｖｓｏｌ×１００

疎水性物質であるジクロロメタンの除去率は９６．５％、親水性物質であるメタノールの除去率８６．９％と良好な結果が得られた。結果を表１にまとめて示す。

（実施例２）
１塔目吸着カラム１７に、親水性ゼオライトとして「ゼオラム」（商品名、東ソー社製、細孔径０．４ｎｍ、粒度８〜１０メッシュ）を約４２０ｇ投入し、ゼオライト層を設けた。２塔目吸着カラム１８には、活性炭として「白鷺Ｓ２ｘ」（商品名、日本エンバイロケミカル社製、粒度６〜８メッシュ）を約１３０ｇ投入し、活性炭層を設けた。それ以外は、実施例１と同様にして、ジクロロメタンとメタノールの除去率を求めた。

結果としては、疎水性物質であるジクロロメタンの除去率は９９．０％、親水性物質であるメタノールの除去率は１００％と、格段に優れた除去性能を得ることができた。結果を表１にまとめて示す。

（比較例１）
１塔目及び２塔目の吸着カラムに、活性炭として「白鷺Ｓ２ｘ」（商品名、日本エンバイロケミカル社製、粒度６〜８メッシュ）をそれぞれ約１３０ｇ投入し、活性炭層を設けた。それ以外は、実施例１と同様にして、ジクロロメタンとメタノールの除去率を求めたところ、ジクロロメタン及びメタノールの除去率低下が認められた（表１）。

実施例２の結果から分かるように、１塔目吸着塔に親水性ゼオライト、２塔目吸着塔に活性炭を用いることが好ましい。この理由については、逆に１塔目吸着塔に活性炭を、２塔目吸着塔に親水性ゼオライトを用いると、以下のような理由から吸着効率が比較的低下するためであると考えられる。まず、１塔目の活性炭で吸着力は弱いもののメタノールは少し吸着される。吸着の進行に伴い、１塔目で一旦活性炭に吸着したメタノールは脱離を始め、２塔目の親水性ゼオライトに吸着することになる。しかし、それまでの間、２塔目に供給されるガス中には水分が若干存在しており、この水分が２段目の親水性ゼオライトに吸着される。すなわち、２塔目の親水性ゼオライトで本来吸着を目的としている親水性物質を吸着する前に、水分を予め吸着してしまう為、吸着可能領域が減少し吸着効率が低下する。

本発明の排ガス処理装置の概略構成図を示す。 実施例で用いた装置の概略構成図を示す。

符号の説明

１ 温度調節器
２ ブロア
３ １塔目吸着塔
４ ２塔目吸着塔
５ 濃度分析装置
１１ ポンプ
１２ 流量調節器
１３ 予熱器
１４ 三方コック
１５ 三方コック
１６ 恒温槽
１７ １塔目吸着カラム
１８ ２塔目吸着カラム
１９ 濃度分析装置
２０ （１塔目吸着カラムにおける）外管供給口
２１ （２塔目吸着カラムにおける）外管供給口
２２ （１塔目吸着カラムにおける）外管排水口
２３ （２塔目吸着カラムにおける）外管排水口
２４ （１塔目吸着カラムにおける）内管供給口
２５ （２塔目吸着カラムにおける）内管供給口
２６ （１塔目吸着カラムにおける）内管排気口
２７ （２塔目吸着カラムにおける）内管排気口
２８ 排気管
２９ 温度検出器

Claims (7)

1. 疎水性及び親水性物質を含む排ガスから疎水性物質と親水性物質とを除去する排ガス処理装置であって、
   疎水性吸着剤を充填した吸着塔と親水性吸着剤を充填した吸着塔とを直列に配置したことを特徴とする排ガス処理装置。
2. 前記疎水性吸着剤を充填した吸着塔と前記親水性吸着剤を充填した吸着塔は、それぞれ別個に吸着した前記物質の脱着・回収を行うことのできる機構を有する請求項１又は２に記載の排ガス処理装置。
3. 前記疎水性吸着剤は活性炭であり、前記親水性吸着剤は親水性ゼオライトである請求項１又は２に記載の排ガス処理装置。
4. 前記親水性ゼオライトを充填した吸着塔を上流に、前記活性炭を充填した吸着塔を下流に配置した請求項３に記載の排ガス処理装置。
5. さらに前記それぞれの吸着塔における処理温度を個々に制御する温度制御手段を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の排ガス処理装置。
6. 疎水性及び親水性物質を含む排ガスから疎水性物質と親水性物質とを除去する排ガス処理方法であって、
   前記排ガスを請求項１乃至５のいずれか１項に記載の排ガス処理装置で処理することを特徴とする排ガス処理方法。
7. 前記疎水性物質はジクロロメタンであり、前記親水性物質はメタノールである請求項６に記載の排ガス処理方法。

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