JP2018051501A

JP2018051501A - 吸着塔

Info

Publication number: JP2018051501A
Application number: JP2016192582A
Authority: JP
Inventors: 武井　宏之; Hiroyuki Takei; 宏之武井; 宏之小野; Hiroyuki Ono; 龍也飛弾野; Tatsuya Hidano
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2018-04-05

Abstract

【課題】簡便な構成を有しながら、吸着剤の温度変化を抑えることが可能であり、また、塔体の内部に充填された吸着剤の温度をより均一化することを可能とした吸着塔を提供する。【解決手段】吸着剤Ｓが内部に充填された塔体２を備え、特定の除去成分を含むガスＧを塔体２の一端側に設けられた流入口３ａから流入し、塔体２の他端側に設けられた流出口３ｂから流出することによって、ガスＧ中に含まれる除去成分を吸着剤Ｓに吸着して除去する吸着塔１Ａであって、除去成分の吸着時に吸着剤Ｓに発生する熱を塔体２の外周側へと伝熱する伝熱部材４ａ〜４ｆを備え、伝熱部材４ａ〜４ｆは、ガスＧが通過する空隙を有し、塔体２の壁面２ａに接触した状態で、塔体２内の吸着剤Ｓが充填された間に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、吸着塔に関する。

ガス中に含まれる特定の成分を除去する方法として、その除去成分を吸着する吸着剤が内部に充填された吸着塔がよく用いられる。一般的に多くの吸着剤では、除去成分を吸着する際に発熱又は吸熱することによって温度変化が発生する。特に、吸着塔では、吸着剤が充填された塔体のうち、除去成分を含むガスが流入する流入口側と、ガスが比較的流れ易い中心付近において、比較的大きな温度変化が発生する。また、多くの吸着剤では、このような温度変化によって吸着性能も変化する。

このため、従来の吸着塔では、吸着剤の温度変化が過度に発生した場合、この吸着剤の吸着性能が低下してしまうといった問題があった。また、塔体内における吸着剤の温度分布が大きくなると、吸着剤の吸着性能が不均一となり、ガス中から除去成分を十分に除去できなくなるといった問題があった。さらに、吸着塔が大きくなるほど、塔体の中心付近と外周付近との間で熱が伝わり難くなり、これらの問題がより顕著に発生することになる。

そこで、上述した問題を解決するため、塔体内における吸着剤の温度を均一化する技術が提案されている（例えば、下記特許文献１〜５を参照。）。具体的に、下記特許文献１には、吸着塔に供給されるガスの温度を制御する技術が開示されている。一方、下記特許文献２，３には、吸着剤の温度を制御する技術が開示されている。一方、下記特許文献４には、温度に対する吸着性能が異なる複数の吸着剤を充填する技術が開示されている。一方、特許文献５には、熱を容器本体に伝える部材を吸着塔内に設置する技術が開示されている。

特開平１−１７６４１４号公報特開平８−０５２３１７号公報特開平１１−０９２１１１号公報特開平２−２２７１１２号公報特開昭５２−００２８９１号公報

しかしながら、上述した特許文献１〜３に開示された技術では、吸着剤やガスの温度を制御するため、加熱機器や冷却機器などの温度調節を行う機器が必要となってしまう。一方、特許文献４に開示された技術では、吸着できるガスの種類が限定されてしまう。一方、特許文献５に開示された技術では、熱を容器本体に伝える部材同士が接続されておらず、塔体の中心付近と外周付近との温度差を解消することは困難である。

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、簡便な構成を有しながら、吸着剤の温度変化を抑えることが可能であり、また、塔体の内部に充填された吸着剤の温度をより均一化することを可能とした吸着塔を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕吸着剤が内部に充填された塔体を備え、特定の除去成分を含むガスを前記塔体の一端側に設けられた流入口から流入し、前記塔体の他端側に設けられた流出口から流出することによって、前記ガス中に含まれる除去成分を前記吸着剤に吸着して除去する吸着塔であって、
前記除去成分の吸着時に前記吸着剤に発生する熱を前記塔体の外周側へと伝熱する伝熱部材を備え、
前記伝熱部材は、前記ガスが通過する空隙を有し、前記塔体の壁面に接触した状態で、前記塔体内の前記吸着剤が充填された間に配置されていることを特徴とする吸着塔。
〔２〕前記伝熱部材は、前記塔体内のガスが流れる方向に複数並んで配置されていることを特徴とする前記〔１〕に記載の吸着塔。
〔３〕前記複数並んで配置された伝熱部材のうち、前記吸着剤の発熱量が相対的に多い位置に配置される伝熱部材の間隔が、前記吸着剤の発熱量が相対的に少ない位置に配置される伝熱部材の間隔よりも狭いことを特徴とする前記〔２〕に記載の吸着塔。
〔４〕前記複数並んで配置された伝熱部材のうち、前記吸着剤の発熱量が相対的に多い位置に配置される伝熱部材の空隙率が、前記吸着剤の発熱量が相対的に少ない位置に配置される伝熱部材の空隙率よりも小さいことを特徴とする前記〔２〕又は〔３〕に記載の吸着塔。
〔５〕前記伝熱部材は、網板状に形成されていることを特徴とする前記〔１〕〜〔４〕の何れか一項に記載の吸着塔。
〔６〕前記伝熱部材は、金属により形成されていることを特徴とする前記〔１〕〜〔５〕の何れか一項に記載の吸着塔。

以上のように、本発明によれば、簡便な構成を有しながら、吸着剤の熱を外部に伝え易くなっており、吸着剤の温度変化を抑えることが可能である。また、塔体の内部に充填された吸着剤の温度をより均一化することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る吸着塔の構成を示し、（ａ）はその透視斜視図、（ｂ）はその断面図である。本発明の第２の実施形態に係る吸着塔の構成を示し、（ａ）はその透視斜視図、（ｂ）はその断面図である。（ａ）〜（ｃ）は図１及び図２に示す吸着塔で用いられる伝熱部材の変形例を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を模式的に示している場合があり、各構成要素の数や寸法比率などが実際と同じであるとは限らないものとする。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態として、例えば図１（ａ），（ｂ）に示す吸着塔１Ａについて説明する。なお、図１（ａ）は、吸着塔１Ａの構成を示す透視斜視図である。図１（ｂ）は、吸着塔１Ａの構成を示す断面図である。

本実施形態の吸着塔１Ａは、図１（ａ），（ｂ）に示すように、吸着剤Ｓが内部に充填された塔体２を備えている。

吸着剤Ｓは、ガスＧ中に含まれる特定の除去成分を吸着して除去するものである。また、吸着剤Ｓは、除去成分を吸着させた後、その除去成分を圧力差や温度差などによって離脱でき、繰り返し使用することが可能である。

なお、本実施形態では、吸着剤Ｓとして、活性炭を用い、ガスＧをメタンと窒素の混合ガスとし、このガスＧ中に含まれる特定の除去成分として、メタンを活性炭に吸着して除去する場合を例示するものとする。この場合、活性炭にメタンが吸着するときの反応は発熱反応である。

塔体２は、円筒状の周壁部２ａと、周壁部２ａの下端（一端）側を閉塞する底壁部２ｂと、周壁部２ａの上端（他端）側を閉塞する上壁部２ｃとを有している。なお、本実施形態の塔体２には、例えばステンレスなどの金属が用いられているが、これに限定されることなく、耐熱性及び伝熱性を有する材質のものを用いることができる。また、塔体２は、保温材などで覆うことなく、大気と接した状態となっている。

また、塔体２は、底壁部２ｂの中央部に接続された入側配管３ａと、上壁部２ｃの中央部に接続された出側配管３ｂとを有している。入側配管３ａは、塔体２内にガスＧが流入する流入口を形成している。一方、出側配管３ｂは、塔体２内からガスＧが流出する流出口を形成している。すなわち、ガスＧは、塔体２内を入側配管３ａから出側配管３ｂに向かって流通することになる。

吸着塔１Ａは、塔体２の内部に複数（本実施形態では６つ）の伝熱部材４ａ〜４ｆを備えている。複数の伝熱部材４ａ〜４ｆは、それぞれ網板状に形成された金属（金網）からなる。また、各伝熱部材４ａ〜４ｆは、網目の間からガスＧが通過する空隙を有している。なお、本実施形態の伝熱部材４ａ〜４ｆには、例えばステンレスなどの金属が用いられているが、これに限定されることなく、耐熱性及び伝熱性を有する材質のものを用いることができる。また、各伝熱部材４ａ〜４ｆには、互いに同じ空隙率のものを用いている。

各伝熱部材４ａ〜４ｆは、塔体２内の吸着剤Ｓが充填された間を仕切るように、塔体２内のガスＧが流れる方向に並んで配置されている。また、各伝熱部材４ａ〜４ｆは、塔体２の周壁部２ａの壁面にそれぞれの外周部が接触した状態で配置されている。

以上のような構成を有する吸着塔１Ａでは、特定の除去成分を含むガスＧを塔体２の入側配管３ａから流入し、塔体２の出側配管３ｂから流出する間に、ガスＧ中に含まれる除去成分を吸着剤Ｓに吸着して除去する。

このとき、塔体２内の吸着剤Ｓは、ガスＧ中に含まれる除去成分を吸着することによって発熱する。また、塔体２の内部では、塔体２の外周付近よりも中心付近でガスＧが流れ易くなっている。さらに、塔体２の内部では、ガスＧが流れる方向の上流から下流に向かうほど、ガスＧ中に含まれる除去成分が除去されて濃度が薄くなる。したがって、塔体２内の吸着剤Ｓは、除去成分の吸着が進むに従って、塔体２の外周付近よりも中心付近で高温となり、塔体２の下流側よりも上流側で高温となっていく。

これに対して、本実施形態の吸着塔１Ａでは、吸着剤Ｓに発生した熱が各伝熱部材４ａ〜４ｆにより塔体２の周壁部２ａへと伝熱される。すなわち、吸着剤Ｓに発生した熱を伝熱部材４ａ〜４ｆを介して塔外へと逃がすことができる。さらに、各伝熱部材４ａ〜４ｆは、塔体２内の中心付近及び外周付近を接続していることから、吸着剤Ｓの中心付近と外周付近との間で発生する温度差を解消して、吸着剤Ｓの温度をより均一化することが可能である。

さらに、本実施形態の吸着塔１Ａでは、複数の伝熱部材４ａ〜４ｆのうち、吸着剤Ｓの発熱量が相対的に多い位置（上流側）に配置される伝熱部材の間隔が、吸着剤Ｓの発熱量が相対的に少ない位置（下流側）に配置される伝熱部材の間隔よりも狭くなっている。

すなわち、吸着剤Ｓの下流側よりも上流側に伝熱部材４ａ〜４ｆを多く配置することによって、吸着剤Ｓの上流側の塔外への伝熱性能が下流側の塔外への伝熱性能よりも高くなっている。これにより、吸着剤Ｓの上流側と下流側との間で発生する温度差を解消して、吸着剤Ｓの温度をより均一化することが可能である。

以上のようにして、本実施形態の吸着塔１Ａでは、従来のような加熱機器や冷却機器などの温度調節を行う機器を必要とせず、簡便な構成を有しながら、吸着剤Ｓの熱を外部に伝え易くなっており、吸着剤Ｓの温度変化を抑えることが可能である。また、塔体２の内部に充填された吸着剤Ｓの温度をより均一化することが可能である。これにより、吸着剤Ｓの吸着性能を維持しながら、ガスＧ中に含まれる除去成分を吸着剤Ｓにより十分に除去することが可能である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態として、例えば図２（ａ），（ｂ）に示す吸着塔１Ｂについて説明する。なお、図２（ａ）は、吸着塔１Ｂの構成を示す透視斜視図である。図２（ｂ）は、吸着塔１Ｂの構成を示す断面図である。また、以下の説明では、上記吸着塔１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

本実施形態の吸着塔１Ｂは、図２（ａ），（ｂ）に示すように、上記伝熱部材４ａ〜４ｆの代わりに、空隙率が異なる複数（本実施形態では６つ）の伝熱部材５ａ〜５ｆを用いた構成となっている。これらの伝熱部材５ａ〜５ｆは、塔体２内の吸着剤Ｓが充填された間を仕切るように、塔体２内のガスＧが流れる方向に等間隔に並んで配置されている。

また、本実施形態の吸着塔１Ｂでは、複数の伝熱部材５ａ〜５ｆのうち、吸着剤Ｓの発熱量が相対的に多い位置（上流側）に配置される伝熱部材の空隙率が、吸着剤Ｓの発熱量が相対的に少ない位置（下流側）に配置される伝熱部材の空隙率よりも小さくなっている。

すなわち、吸着剤Ｓの下流側よりも上流側に伝熱性能の高い伝熱部材５ａ〜５ｆを配置することによって、吸着剤Ｓの上流側の伝熱性能が下流側の伝熱性能よりも高くなっている。これにより、吸着剤Ｓの上流側と下流側との間で発生する温度差を解消して、吸着剤Ｓの温度をより均一化することが可能である。

以上のようにして、本実施形態の吸着塔１Ｂでは、上記吸着塔１と同様に、従来のような加熱機器や冷却機器などの温度調節を行う機器を必要とせず、簡便な構成を有しながら、吸着剤Ｓの熱を外部に伝え易くなっており、吸着剤Ｓの温度変化を抑えることが可能である。また、塔体２の内部に充填された吸着剤Ｓの温度をより均一化することが可能である。これにより、吸着剤Ｓの吸着性能を維持しながら、ガスＧ中に含まれる除去成分を吸着剤Ｓにより十分に除去することが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
具体的に、本発明では、上記吸着塔１Ａ，１Ｂの構成に限らず、上記吸着塔１Ａ，１Ｂの構成を組み合わせたものとしてもよい。すなわち、ガスＧが流れる方向に並んで配置された複数の伝熱部材のうち、吸着剤Ｓの発熱量が相対的に多い位置（上流側）に配置される伝熱部材の間隔を、吸着剤Ｓの発熱量が相対的に少ない位置（下流側）に配置される伝熱部材の間隔よりも狭くし、且つ、吸着剤Ｓの発熱量が相対的に多い位置（上流側）に配置される伝熱部材の空隙率を、吸着剤Ｓの発熱量が相対的に少ない位置（下流側）に配置される伝熱部材の空隙率よりも小さくすることも可能である。

また、上記吸着塔１Ａ，１Ｂでは、上述した網板状の伝熱部材４ａ〜４ｆ及び伝熱部材５ａ〜５ｆに限らず、ガスＧが通過する空隙を有するものであればよく、例えば図３（ａ）〜（ｃ）に示すような伝熱部材６Ａ〜６Ｃを用いることも可能である。

具体的に、図３（ａ）示す伝熱部材６Ａは、渦巻き状の線材６ａにより形成されている。一方、図３（ｂ）示す伝熱部材６Ｂは、同心円状に並ぶリング状の線材６ｂの各間を半径方向に接続する線材６ｃによって形成されている。一方、図３（ｃ）示す伝熱部材６Ｃは、複数の孔部７ａを有する平板７により形成されている。

以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。

（実施例１）
実施例１の吸着塔では、上記吸着塔１Ａと同様の構成とし、吸着剤Ｓとして活性炭を用いて、メタンと窒素との混合ガス中に含まれるメタンを活性炭に吸着して除去したときの吸着剤Ｓの温度変化を測定した。

なお、塔体２の外径は３０４．７ｍｍ、塔体２の高さは１７００ｍｍである。また、伝熱部材として、線径が２．０ｍｍ、メッシュ間隔が約１０ｍｍの金網を１５枚用意し、上流側の伝熱部材の間隔が下流側の伝熱部材の間隔よりも狭くなるように、各伝熱部材の間隔を５０〜２５０ｍｍの範囲で調整しながら、各伝熱部材を並べて配置した。

その結果、実施例１の吸着塔では、吸着剤Ｓの中心軸方向では最大３８℃、同一平面上では最大７℃の温度差となった。

（実施例２）
実施例２の吸着塔では、上記吸着塔１Ａと同様の構成とした以外は、実施例１と同様に、吸着剤Ｓとして活性炭を用いて、メタンと窒素との混合ガス中に含まれるメタンを活性炭に吸着して除去したときの吸着剤Ｓの温度変化を測定した。

なお、伝熱部材として、線径が１．０ｍｍ、メッシュ間隔が６〜１５ｍｍの金網を１５枚用意し、上流側の伝熱部材のメッシュ間隔（空隙率）が下流側の伝熱部材のメッシュ間隔（空隙率）よりも小さくなるように、各伝熱部材の間隔を１００ｍｍとしながら、各伝熱部材を並べて配置した。

その結果、実施例２の吸着塔では、吸着剤Ｓの中心軸方向では最大４０℃、同一平面上では最大５℃の温度差となった。

（比較例１）
比較例１の吸着塔では、伝熱部材を省略した以外は、実施例１と同様に、吸着剤Ｓとして活性炭を用いて、メタンと窒素との混合ガス中に含まれるメタンを活性炭に吸着して除去したときの吸着剤Ｓの温度変化を測定した。

その結果、比較例１の吸着塔では、吸着剤Ｓの中心軸方向では最大４６℃、同一平面上では最大１０℃の温度差となった。

１Ａ，１Ｂ…吸着塔２…塔体３ａ…入側配管（流入口）３ｂ…出側配管（流出口）４ａ〜４ｆ…伝熱部材５ａ〜５ｆ…伝熱部材６Ａ〜６Ｃ…伝熱部材Ｓ…吸着剤Ｇ…ガス

Claims

吸着剤が内部に充填された塔体を備え、特定の除去成分を含むガスを前記塔体の一端側に設けられた流入口から流入し、前記塔体の他端側に設けられた流出口から流出することによって、前記ガス中に含まれる除去成分を前記吸着剤に吸着して除去する吸着塔であって、
前記除去成分の吸着時に前記吸着剤に発生する熱を前記塔体の外周側へと伝熱する伝熱部材を備え、
前記伝熱部材は、前記ガスが通過する空隙を有し、前記塔体の壁面に接触した状態で、前記塔体内の前記吸着剤が充填された間に配置されていることを特徴とする吸着塔。
前記伝熱部材は、前記塔体のガスが流れる方向に複数並んで配置されていることを特徴とする請求項１に記載の吸着塔。
前記複数並んで配置された伝熱部材のうち、前記吸着剤の発熱量が相対的に多い位置に配置される伝熱部材の間隔が、前記吸着剤の発熱量が相対的に少ない位置に配置される伝熱部材の間隔よりも狭いことを特徴とする請求項２に記載の吸着塔。
前記複数並んで配置された伝熱部材のうち、前記吸着剤の発熱量が相対的に多い位置に配置される伝熱部材の空隙率が、前記吸着剤の発熱量が相対的に少ない位置に配置される伝熱部材の空隙率よりも小さいことを特徴とする請求項２又は３に記載の吸着塔。
前記伝熱部材は、網板状に形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の吸着塔。
前記伝熱部材は、金属により形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の吸着塔。