JP4456501B2 - 水中に分散させた粉粒体の回収・再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば排水中のアンモニアからの水素回収システムの一部に使用される水中に分散させた粉粒体の回収・再生装置に関するものである。

近年、排水中に含まれるアンモニアを回収し、アンモニア分解、水素転換触媒により水素として回収するシステム（特許文献１）が開発されている。また最近では、排水中に含まれるアンモニアをＭＡＰ、ゼオライトなどのアンモニア吸着剤により選択的に吸着させ、加熱再生によりアンモニア吸着剤から脱離させたアンモニアガスを触媒により水素ガスとするシステムが開発されている。

このシステムにおいては、ＭＡＰ、ゼオライトなどのアンモニア吸着剤は粉粒体であり、水中に分散させて用いられる。従って水中に分散させた粉粒体を回収したうえ、乾燥、加熱などの再生工程へ送る装置が必要となる。しかし粉粒体の回収、搬送、再生を効率よく行える装置は未だ開発されていない。
特開２００４−１９５４５４号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決し、水中に分散させたＭＡＰ、ゼオライトなどの粉粒体の回収及び再生を効率よく行うことができる粉粒体の回収・再生装置を提供するためになされたものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の水中に分散させた粉粒体の回収・再生装置は、排水中に含まれるアンモニアを、アンモニア吸着剤により選択的に吸着させ、加熱再生によりアンモニア吸着剤から脱離させたアンモニアガスを触媒により水素ガスとする水素回収システムにおいて、アンモニア吸着剤として使用される粉粒体を再生利用する粉粒体の回収・再生装置であって、該回収・再生装置は、端部に蓋を備える外胴と、該外胴の内部に配置された円筒状の有底内筒とを備え、該外胴と該有底内筒は、各々の同一端部に蓋を備え、該外胴の蓋の中心部には中空管が貫通され、該有底内筒の蓋の中心部には、該外胴の中空管が嵌合される接続管が突設され、該外胴の他端部には、内部に回転駆動軸を備えた支持軸が設けられ、該回転駆動軸の先端には非円形部が形成され、該有底内筒の他端部には、該外胴の非円形部が嵌合される中空軸が突設され、一端では該中空管と該接続管を嵌合し、他端では該非円形部と該中空軸を嵌合することにより、少なくともその周面が濾材により構成された該円筒状の有底内筒を、該外胴の内部に回転可能かつ着脱可能に支持することを特徴とするものである。

なお外胴は単一とすることもできるが、請求項２の発明のように、排水口を備えた粉粒体回収用の第１の外胴と、ヒータを備えた粉粒体再生用の第２の外胴とを備え、前記第１および第２の外胴の両側面には、水平な回転軸が突設され、これらの回転軸を、回転可能に支持し、かつ水平方向にガイドするスライド機構を備え、該スライド機構に沿って、外胴を水平方向にスライドさせることにより、第１の外胴の蓋に嵌合された円筒状の有底内筒を、第１の外胴から分離して、該分離された円筒状の有底内筒を第２の外胴に移動できるようにすることが好ましい。この場合、第１の外胴には中空管の内部に粉粒体含有水を供給する手段を付設し、第２の外胴には中空管の内部に加熱ガスを供給する手段を付設する。また何れの場合にも、外胴を有底内筒とともに、水平姿勢と垂直姿勢との間で回転可能としておくことが好ましい。

本発明の装置によれば、少なくともその周面が濾材により構成された円筒状の有底内筒を外胴の内部で回転させながら、中空管を通じて有底内筒の内部に粉粒体含有水を供給し、粉粒体を水中から効率よく分離回収することができる。また回収された粉粒体を有底内筒の内部に収納したまま、外胴を加熱するとともに中空管を通じて有底内筒の内部に加熱ガスを供給すれば、粉粒体を再生させることができる。この操作は同一の外胴を用いて行っても、あるいは第２の外胴を用いて行ってもよい。いずれの場合にも回収された粉粒体を有底内筒の内部に収納したままで再生が可能であるから、粉粒体の搬送工程が不要となり、粉粒体の回収、搬送、再生を効率よく行うことができる。なお、外胴を有底内筒とともに水平姿勢と垂直姿勢との間で回転可能としておけば、外胴への有底内筒の着脱を垂直方向から容易に行うことができる。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。この実施形態では粉粒体はアンモニア吸着剤であるＭＡＰであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、水中に分散させて水中に含有される特定物質を吸着し、加熱により吸着物質を放出できる各種の粉粒体に適用できるものである。また、本発明は粒径１μｍ〜１０ｍｍの粉流体に対して好適であり、とりわけ５μｍ〜１００μｍのものに対して好適である。

図１は本発明の装置が用いられる排水中のアンモニアからの水素回収システムの概略図である。１は反応槽であり、アンモニア含有排水とアンモニア吸着剤である粉粒体（ＭＡＰ）とが投入され、必要に応じて撹拌を行いＭＡＰにアンモニアを吸着させる。２は沈殿槽であり、反応槽１の内部に含まれる粉粒体を沈殿させ、アンモニアが吸着された上澄水は処理水として抜き出される。

沈殿槽２の槽底にはバルブ３を介して本発明の回収・再生装置が接続されている。その詳細構造は後述するが、この実施形態では粉粒体回収用の第１の外胴４と、粉粒体再生用の第２の外胴５とを別個に設置してある。バルブ３を通じて沈殿槽２の槽底から供給される粉粒体含有水中の粉流体は、第１の外胴４の内部で水中から回収され、第２の外胴５の内部で加熱され再生される。粉流体に吸着されていたアンモニアは加熱により脱離し、触媒反応塔６で水素に転換される。

以下に本発明の回収・再生装置の詳細を説明する。図２に示すように、第１の外胴４は下部に排水口７を備えた円筒であり、図２の左側の端面には外胴の蓋８が設けられている。図３に示すように外胴４の両側面には水平な回転軸９，９を突設してあり、これらの回転軸９，９はガイド１０に沿ってスライドできるとともに、水平姿勢と垂直姿勢との間で回転できるようになっている。ただし図４、図５に示すように回転するのは外胴４であり、外胴の蓋８は一定位置に固定されている。図１の状態では外胴４の端面と外胴の蓋８とは図示を略したパッキンによりシールされている。また外胴の蓋８の中心には、中空管１１が貫通している。

外胴４の内部には、円筒状の有底内筒１２が配置されている。この有底内筒１２は少なくともその周面が濾材により構成されたものである。濾材としては耐熱性、耐食性のある金属製あるいはセラミック製の濾材が好ましいが、ＭＡＰのように粉粒体再生時の加熱温度が比較的低い場合には、濾布を使用することもできる。有底内筒１２の図２の左側部分には円盤状の蓋１３が固定されており、この蓋１３を貫通して接続管１４が突設されている。図２にようにこの接続管１４は外胴の蓋８の中空管１１に接続されるものである。また外胴４の内周には円盤状の蓋１３を受ける円形レール１５が設けられているとともに、外胴の蓋８の内面には接続管１４の外周を支持するローラ１６が設けられている。このため円筒状の有底内筒１２の左側部分は外胴４の内部に回転自在に支持される。

また、外胴４の右側端面には内部に回転駆動軸１７を備えた支持軸１８が設けられており、回転駆動軸１７の先端は非円形部２４となっている。一方、有底内筒１２の右側端面にはこの非円形部２４が嵌合される中空軸１９が突設されている。このため円筒状の有底内筒１２の右側部分は回転駆動軸１７によって支持されることとなる。しかも円筒状の有底内筒１２の左右両端ともに差込み方式により外胴４に取り付けられているため、有底内筒１２は外胴４の内部に回転可能かつ着脱可能に支持されていることとなる。

図６は第２の外胴５を示すものである。その内部に前記したものと同一の有底内筒１２を回転可能かつ着脱可能に支持できること、水平姿勢と垂直姿勢との間で回転できることは第１の外胴４と同じであるが、外周にヒータ２１と保温層２２が設けられている点が第１の外胴４と相違する。なお保温層２２も、蓋８の部分と本体部分との間で分離できるように構成されている。以下に述べるように、有底内筒１２は第１の外胴４から粉粒体再生用の第２の外胴５に容易に移動させることができるようになっている。

以下に本発明の装置の使用方法を説明する。
先ず図２のように第１の外胴４の内部に有底内筒１２をセットし、回転駆動軸１７により有底内筒１２を回転させる。第１の外胴４には中空管１１の内部に粉粒体含有水を供給する手段が付設されており、粉粒体含有水を中空管１１を通じて有底内筒１２の内部に導入する。有底内筒１２はその周面が濾材により構成されているので、粉粒体は濾過されて水と分離され、水は外胴４の排水口７から排水され、粉粒体は有底内筒１２の内部に残留する。有底内筒１２は回転されることにより全周面が有効に濾過面として機能し、効率よく粉粒体を水中から回収することができる。

このようにして有底内筒１２の内部に所定量の粉粒体が蓄積されたら、図４に示すようにガイド１０に沿って外胴４をスライドさせ、外胴の蓋８から外胴４及び有底内筒１２を分離する。これと同時に中空管１１から接続管１４が外れる。次に図５に示すように外胴４及び有底内筒１２を垂直姿勢になるように回転させる。そして有底内筒１２を垂直上方に持ち上げれば、内部に粉粒体が蓄積された有底内筒１２を外胴４から容易に取り外すことができる。

取り外した有底内筒１２はそのまま、隣接する第２の外胴５の内部にセットされる。このとき第２の外胴５は図５に示されたと同様の垂直姿勢にあり、有底内筒１２をその内部に垂直に下降させれば、有底内筒１２の中空軸１９が外胴５の回転駆動軸１７の先端に形成された非円形部２４に嵌り込み、また円盤状の蓋１３が円形レール１５に支持される。その後、全体を水平に倒すとともに外胴の蓋８に外胴５を密着させ、図６に示す状態とする。

第２の外胴５には中空管１１の内部に加熱ガスを供給する手段を付設してあり、有底内筒１２を回転させながら中空管１１を通じて加熱ガスを有底内筒１２の内部に供給する。またこれと同時にヒータ２１で外胴５を外周から加熱する。この結果、有底内筒１２の内部の粉粒体は回転運動によって撹拌されつつ効率よく乾燥されるとともに所定温度まで加熱され、吸着されていたアンモニアが脱離されて排気管２３から取り出される。また加熱により粉粒体は再生されて再び吸着能力を取り戻す。このため、所定時間後に第２の外胴５から有底内筒１２を取り外し、吸着能力を取り戻した粉粒体を有底内筒１２の接続管１４から図１に示す反応槽１に投入すればよい。また空になった有底内筒１２は再び第１の外胴４の内部にセットし、以下同様のサイクルが繰り返される。

以上に説明した実施形態では、第１の外胴４と第２の外胴５とを使用したが、第１の外胴４のみを用いることも可能である。この場合は、内部に粉粒体が蓄積された有底内筒１２を外胴４に入れたままで回転させ、その内部に加熱ガスを供給するとともにヒータで外周から加熱すればよい。このようにすれば装置構成をより単純化できるが、１サイクルに要する時間が長くなるので、システム全体の効率を考慮して何れを採用すべきかを決定すればよい。また第１の外胴４と第２の外胴５とを複数個配置し、連続運転に近づけることも可能である。

以上に説明したように、本発明の粉粒体の回収・再生装置によれば、水中から回収したＭＡＰ、ゼオライトなどの粉粒体を有底内筒１２に収納したまま再生することができるので搬送の手数が軽減され、回収と再生とを効率よく行うことができる利点がある。

本発明の装置が用いられる排水中のアンモニアからの水素回収システムの概略図である。 第１の外胴をその内部の有底内筒とともに示す断面図である。 図２の側面図である。 蓋から外胴を分離させた状態を示す断面図である。 第１の外胴をその内部の有底内筒とともに垂直姿勢に回転させた状態を示す断面図である。 第２の外胴をその内部の有底内筒とともに示す断面図である。

符号の説明

１ 反応槽
２ 沈殿槽
３ バルブ
４ 第１の外胴
５ 第２の外胴
６ 触媒反応塔
７ 排水口
８ 外胴の蓋
９ 回転軸
１０ ガイド
１１ 中空管
１２ 有底内筒
１３ 蓋
１４ 接続管
１５ 円形レール
１６ ローラ
１７ 回転軸
１８ 支持軸
１９ 非円形部
２０ 中空軸
２１ ヒータ
２２ 保温層
２３ 排気管
２４ 非円形部

Claims (4)

1. 排水中に含まれるアンモニアを、アンモニア吸着剤により選択的に吸着させ、加熱再生によりアンモニア吸着剤から脱離させたアンモニアガスを触媒により水素ガスとする水素回収システムにおいて、アンモニア吸着剤として使用される粉粒体を再生利用する粉粒体の回収・再生装置であって、
   該回収・再生装置は、端部に蓋を備える外胴と、該外胴の内部に配置された円筒状の有底内筒とを備え、
   該外胴と該有底内筒は、各々の同一端部に蓋を備え、
   該外胴の蓋の中心部には中空管が貫通され、
   該有底内筒の蓋の中心部には、該外胴の中空管が嵌合される接続管が突設され、
   該外胴の他端部には、内部に回転駆動軸を備えた支持軸が設けられ、該回転駆動軸の先端には非円形部が形成され、
   該有底内筒の他端部には、該外胴の非円形部が嵌合される中空軸が突設され、
   一端では該中空管と該接続管を嵌合し、他端では該非円形部と該中空軸を嵌合することにより、少なくともその周面が濾材により構成された該円筒状の有底内筒を、該外胴の内部に回転可能かつ着脱可能に支持することを特徴とする水中に分散させた粉粒体の回収・再生装置。
2. 排水口を備えた粉粒体回収用の第１の外胴と、ヒータを備えた粉粒体再生用の第２の外胴とを備え、
   前記第１および第２の外胴の両側面には、水平な回転軸が突設され、これらの回転軸を、回転可能に支持し、かつ水平方向にガイドするスライド機構を備え、
   該スライド機構に沿って、外胴を水平方向にスライドさせることにより、第１の外胴の蓋に嵌合された円筒状の有底内筒を、第１の外胴から分離して、該分離された円筒状の有底内筒を第２の外胴に移動できるようにしたことを特徴とする請求項１記載の粉粒体の回収・再生装置。
3. 第１の外胴には中空管の内部に粉粒体含有水を供給する手段を付設し、第２の外胴には中空管の内部に加熱ガスを供給する手段を付設したことを特徴とする請求項２記載の粉粒体の回収・再生装置。
4. 外胴を有底内筒とともに、水平姿勢と垂直姿勢との間で回転可能とした請求項１または２記載の粉粒体の回収・再生装置。

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