JP4126766B2

JP4126766B2 - オゾン吸脱着装置

Info

Publication number: JP4126766B2
Application number: JP23328798A
Authority: JP
Inventors: 高橋　　毅
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1998-08-19
Filing date: 1998-08-19
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2018-08-19
Also published as: JP2000072407A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高濃度のオゾンガスを一定濃度かつ一定流量で供給するオゾン吸脱着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パルプの漂白、水処理における殺菌や脱臭、下水処理における有機物の分解等に、従来の塩素等に代えて安全性の高いオゾンの利用が進められている。しかし、オゾン導入のデメリットは、酸素製造とオゾン製造のイニシャルコストとランニングコストが高いことにあり、この両方を一挙に解決する技術として、本願発明者等は、先に特開平７−１４４９０３号（発明の名称：「オゾン発生濃縮装置」）を提案した。
【０００３】
この装置は、図５に示すように酸素製造機１、オゾン発生器２、オゾン濃縮装置３、及び反応塔４からなり、酸素製造機１の窒素吸着塔５ａ，５ｂにより圧縮空気中の窒素が吸着されて酸素が製造され、この酸素がオゾン発生器２に供給され、そこで電離されてオゾンが生成される。オゾン濃縮装置３はシリカゲル等を充填した２つのオゾン吸着塔７ａ，７ｂからなり、生成したオゾンはその一方（例えば７ａ）に導入されて吸着され、残りの吸着されない酸素は、循環ライン８を介してオゾン発生器２に再循環され再利用される。他方の吸着塔（例えば７ｂ）では、窒素吸着塔５ａ，５ｂから脱着された窒素がキャリアガスライン９より導入され、吸着された濃縮オゾンが脱着されて反応塔４に送られる。この構成により、窒素吸着塔５ａ，５ｂとオゾン吸着塔７ａ，７ｂをそれぞれ交互に切り換えることにより、吸着と脱着を交互に行い、濃縮オゾンを反応塔４に連続的に供給するようになっている。
【０００４】
しかし、上述した装置では、オゾン吸着塔７ａ，７ｂで吸着したオゾンをキャリアガス（窒素）で脱着して反応塔４に供給するが、脱着を完了して吸着に切り換えた際、吸着塔７ａ，７ｂに残存する窒素が、循環ライン８を介してオゾン発生器２に混入してしまう問題点があった。すなわち、窒素がオゾン発生器２に混入されると、オゾン発生と共にＮＯ_Xが発生し、これが反応塔４に供給される問題がある。
【０００５】
この問題を解決するために、本願発明者等は、オゾン吸着塔で脱着から吸着に切り換える際に、吸着塔内のキャリアガスを反応塔側に流すパージ手段を設け、吸着塔内の窒素を含む残存ガスを、オゾン発生器又は吸着中の吸着塔からのガスで反応塔側にパージするオゾン発生濃縮装置を提案した（特願平６−２２０４９１号）。
この装置により、オゾン発生器又は吸着中の吸着塔からのガス（主成分は酸素）で反応塔側にパージするので、循環ライン８を介して窒素がオゾン発生器２に混入するおそれがなく、オゾン発生器におけるＮＯ_Xの発生を本質的に解決することができた。
【０００６】
しかし、この装置では、パージにより吸着塔内の窒素を完全に排出するためには、パージ時間を十分長くする必要があり、その間、吸着／脱着工程が停止するため稼働率が低下し、かつその間に高価な酸素を大量に消費する問題点があった。
また、上述した装置では、脱着工程において、時間の経過と共にオゾン濃度が低下してしまい、所望の濃度のオゾンガスを安定した流量で供給できない問題点があった。
【０００７】
かかる問題点を解決するために、本願発明者等は、キャリアガスとしてオゾンの排出に必要な少量の酸素を用い、オゾンをオゾン吸着器で脱着させ、脱着したオゾンをキャリアガスと共にオゾンタンクに貯蔵し、オゾンタンクに希釈ガスを供給して所望のオゾン濃度に制御するオゾン発生装置の制御方法を提案した（特開平９−１４２８０８号）。
【０００８】
この方法によれば、脱着時に少量のキャリアガス（酸素）により、まず高濃度のオゾンガスを放出させ、次に希釈タンク（オゾンタンク）に導入し、希釈ガスで所定濃度に希釈するので、オゾンタンク内のオゾン濃度を常に所望の濃度にすることができる。また、脱着時にキャリアガスとして少量の酸素を用いるため、オゾン吸着器の内部に残存するガスは、吸着時と同じ酸素であり脱着後のパージ工程が不要となり、ただちに吸着工程に入ることができる。従って、吸着／脱着工程が停止するパージ時間がゼロになり、装置の稼働率を高めることができる。また、脱着時にキャリアガスとして使用する酸素の量を、オゾンの排出に必要な少量にすることにより、従来のパージ時間の間に消費した大量の酸素量を大幅に低減することができる。なお、キャリアガスとして使用した少量の酸素は、希釈ガス（窒素又は乾燥空気）で希釈されて、反応器に供給されるので、乾燥空気と同様にオゾンの効果を低下させるおそれがない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した特開平９−１４２８０８号の制御方法では、希釈ガスで所定濃度に希釈するため、必要濃度が高い場合には、安定供給ができない問題点があった。
【００１０】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、希釈ガスを用いることなく、一定濃度のオゾンガスを一定流量で安定して脱着・供給することができるオゾン吸脱着装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、酸素からオゾンを発生させるオゾン発生器と、発生したオゾンを吸着剤に吸着させるオゾン吸着器と、オゾン吸着器にキャリアガスを供給して脱着したオゾンをキャリアガスと共に排出するオゾン排出ラインと、オゾン吸着器の温度を制御する温度制御器と、オゾン吸着器の圧力を制御する圧力制御器と、オゾン吸着器で脱着するオゾン濃度を制御するオゾン濃度制御装置と、脱着したオゾンを貯留するオゾンタンクと、を備え、オゾン濃度制御装置は、前記温度制御器と前記圧力制御器を制御することで、オゾン脱着工程において、脱着オゾンが一定濃度になるように圧力を徐々に低下させるとともに温度を徐々に上昇させる制御を行い、オゾンタンクは一定流量のオゾンを供給する、ことを特徴とするオゾン吸脱着装置が提供される。
【００１２】
上記本発明の構成によれば、圧力を徐々に低下させるとともに温度を徐々に上昇させる制御を行うことにより、脱着オゾンを一定濃度に保持し、希釈ガスを用いることなく、一定濃度のオゾンガスをオゾンタンクに貯留し、次いでこのオゾンタンクから一定流量で安定して供給することができる。なお、キャリアガスの流量を制御するのがよい。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によれば、互いに並列に配置された複数のオゾン吸着器、オゾン排出ライン、温度制御器及び圧力制御器を備え、オゾン濃度制御装置により、脱着工程における脱着オゾンが同一濃度になるように各オゾン吸着器の温度及び圧力を制御し、かつ一定濃度のオゾンを連続的に脱着させるように、各オゾン吸着器を位相をずらして順次、吸着・脱着させる。この構成により、一定濃度のオゾンを連続的に脱着させることができ、かつこのオゾンタンク（２１）から一定流量で安定して供給することができる。
【００１４】
また、前記各オゾン吸着器（１２）毎にオゾンタンク（２１）を備えることが好ましい。この構成により、互いに並列に配置された吸脱着ライン毎に、一定濃度かつ一定流量でオゾンを脱着させることができる。
また、前記複数のオゾン吸着器（１２）の下流側に単一のオゾンタンク（２１）を備えてもよい。この構成により、各吸脱着ラインからは一定濃度で連続的にオゾンを脱着させ、次いで共通のオゾンタンク（２１）から一定流量で安定して供給することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。
図１は、本発明によるオゾン吸脱着装置の全体構成図である。この図において、オゾン吸脱着装置は、酸素からオゾンを発生させるオゾン発生器１０と、発生したオゾンを吸着剤に吸着させるオゾン吸着器１２と、オゾン吸着器１２にキャリアガスを供給して脱着したオゾンをキャリアガスと共に排出するオゾン排出ライン１４と、オゾン吸着器１２の温度を制御する温度制御器１８ｂと、オゾン吸着器の圧力を制御する圧力制御器１８ｃと、オゾン濃度を制御するオゾン濃度制御装置１９と、脱着したオゾンを貯留するオゾンタンク２１とを備えている。
また、オゾン発生器１０の出口とオゾン吸着器１２の入口を結ぶ吸着ライン１１ａには、切換弁１５ａが設けられ、オゾン吸着器１２の出口とオゾン発生器１０の入口を結ぶ再循環ライン１１ｂには、循環ポンプ１３ａと切換弁１５ｂが設けられている。
【００１６】
オゾン排出ライン１４は、オゾン吸着器１２にキャリアガスを供給するキャリアガスライン１４ａと、オゾン吸着器１２からオゾンガスを次工程（図示せず）に供給するオゾンガスライン１４ｂとからなる。キャリアガスライン１４ａには、流量調節弁１７ａ、及び流量制御器（図示せず）が設けられ、キャリアガスラインの流量を検出し流量調節弁１７ａを制御するようになっている。またこのキャリアガスライン１４ａに、キャリアガス供給装置２０から必要な圧力のキャリアガスが供給されている。キャリアガスとしては、酸素又は乾燥空気が好ましい。
オゾンガスライン１４ｂには、オゾン吸着器１２の温度を検出して制御する温度制御器１８ｂ、及びオゾン吸着器１２の圧力を検出して制御する圧力制御器１８ｃが設けられている。
上述した構成により、吸着工程において、流量調節弁１７ａを閉じ、切換弁１５ａ，１５ｂを開いて、酸素供給源（図示せず）から供給された酸素によりオゾン発生器１０でオゾンを発生させ、余剰酸素をオゾン発生器１０へ再循環させながら、オゾン吸着器１２内の吸着剤にオゾンを吸着させることができる。
【００１７】
図１において、本発明のオゾン吸脱着装置は、互いに並列に配置された複数（この図で３台）のオゾン吸着器１２、オゾン排出ライン１４、温度制御器１８ｂ、圧力制御器１８ｃ及び脱着したオゾンを貯留するオゾンタンク２１を備えている。また、オゾン濃度制御装置１９は複数の各機器を制御し、脱着工程における脱着オゾンが同一濃度になるように各オゾン吸着器の温度及び圧力を制御し、かつ一定濃度のオゾンを連続的に脱着させるように、各オゾン吸着器を位相をずらして順次、冷却・吸着・昇温・脱着させるようになっている。脱着された高濃度のオゾンは、各オゾンタンク２１に貯留され、次いでオゾンタンクから流量制御器１８ａを介して一定流量が供給される。
【００１８】
図２は、図１の各吸着塔の圧力、温度及びキャリアガス流量の制御例を示す図である。なお、この例では、２台のオゾン吸着器１２（吸着塔Ａ，Ｂとする）を用いる場合を示している。
この図に示すように、各吸着塔Ａ，Ｂは、一定温度で、圧力のみを徐々に低下させることによりオゾン濃度を一定に保持し、更に後半で温度も上昇させることにより、オゾン濃度を一定に保持する場合を示している。この構成により、各吸着塔Ａ，Ｂともキャリアガス流量を流している間、オゾン濃度をほぼ一定に保持することができる。
更に、図２に示すように、各オゾン吸着器を位相をずらして脱着させる、かつその一部を重複させることにより、（Ｃ）に示すように、一定濃度のオゾンを連続的に脱着させ、これをオゾンタンク２１に貯留し、次いで流量制御器１８ａを介して一定流量を供給することができる。
【００１９】
図３は、図２の各吸着塔のサイクルタイムチャートを示す図である。この例では、図１と同様に、３台のオゾン吸着器１２（吸着塔Ａ，Ｂ，Ｃとする）を用いる場合を示している。この図に示すように、脱着工程における脱着オゾンが同一濃度かつ同一流量になるように各オゾン吸着器（吸着塔Ａ，Ｂ，Ｃ）の温度及び圧力を制御し、かつ各オゾン吸着器を位相をずらして順次、冷却・吸着・昇温・脱着させることにより、一定濃度かつ一定流量のオゾンを連続的に脱着させることができる。
【００２０】
図４は、オゾンタンク２１の別の配置例を示している。
図４（Ａ）に示すように、複数のオゾン吸着器１２（図示せず）の下流側に単一のオゾンタンク２１を備えてもよい。この構成により、各吸脱着ラインからは一定濃度で連続的にオゾンを脱着させ、次いで共通のオゾンタンク２１から一定流量で安定して供給することができる。
また、（Ｂ）に示すように、（Ａ）において、オゾンタンク２１のバイパスラインを備え、バルブの切り換えにより、必要時のみオゾンタンクを利用するようにしてもよい。更に、（Ｃ）に示すように、図１の配置において、各オゾンタンク２１にバイパスラインを備え、バルブの切り換えにより、必要時のみオゾンタンクを利用するようにしてもよい。更にまた、（Ａ）と（Ｃ）を組み合わせてもよい。
【００２１】
更に、各々のオゾンタンク２１に周知の圧力制御装置を付加してもよく、或いはその上流側又は下流側に圧力、流量などを制御する機能を付加してもよい。
【００２２】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。例えば、上述した実施形態では、オゾン吸着器が２基又は３基の場合を説明したが、オゾン吸着器は、１基或いは４基以上であってもよい。
【００２３】
【発明の効果】
上述したように、本発明のオゾン吸脱着装置は、温度及び圧力を制御することにより、希釈ガスを用いることなく、一定濃度のオゾンガスを一定流量で安定して脱着・供給することができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるオゾン吸脱着装置の全体構成図である。
【図２】図１の各吸着塔の圧力、温度及びキャリアガス流量の制御例を示す図である。
【図３】図１の各吸着塔のサイクルタイムチャートを示す図である。
【図４】オゾンタンクの別の配置例を示す図である。
【図５】本発明者等の先願にかかるオゾン発生装置の構成図である。
【符号の説明】
１酸素製造機
２オゾン発生器
３オゾン濃縮装置
４反応塔
５ａ，５ｂ窒素吸着塔
７ａ，７ｂオゾン吸着塔
８循環ライン
９キャリアガスライン
１０オゾン発生器
１２オゾン吸着器
１４オゾン排出ライン
１４ａキャリアガスライン
１４ｂオゾンガスライン
１８ａ流量制御器
１８ｂ温度制御器
１８ｃ圧力制御器
１９オゾン濃度制御装置
２０キャリアガス供給装置
２１オゾンタンク

Claims

酸素からオゾンを発生させるオゾン発生器と、発生したオゾンを吸着剤に吸着させるオゾン吸着器と、オゾン吸着器にキャリアガスを供給して脱着したオゾンをキャリアガスと共に排出するオゾン排出ラインと、オゾン吸着器の温度を制御する温度制御器と、オゾン吸着器の圧力を制御する圧力制御器と、オゾン吸着器で脱着するオゾン濃度を制御するオゾン濃度制御装置と、脱着したオゾンを貯留するオゾンタンクと、を備え、
オゾン濃度制御装置は、前記温度制御器と前記圧力制御器を制御することで、オゾン脱着工程において、脱着オゾンが一定濃度になるように圧力を徐々に低下させるとともに温度を徐々に上昇させる制御を行い、
オゾンタンクは一定流量のオゾンを供給する、ことを特徴とするオゾン吸脱着装置。
互いに並列に配置された複数のオゾン吸着器、オゾン排出ライン、温度制御器及び圧力制御器を備え、オゾン濃度制御装置により、脱着工程における脱着オゾンが同一濃度になるように各オゾン吸着器の温度及び圧力を制御し、かつ一定濃度のオゾンを連続的に脱着させるように、各オゾン吸着器を位相をずらして順次、吸着・脱着させる、ことを特徴とする請求項１に記載のオゾン吸脱着装置。
前記各オゾン吸着器毎にオゾンタンクを備える、ことを特徴とする請求項２に記載のオゾン吸脱着装置。
前記複数のオゾン吸着器の下流側に単一のオゾンタンクを備える、ことを特徴とする請求項２に記載のオゾン吸脱着装置。