JP4562893B2 - 有機ガス濃縮装置 - Google Patents
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- F24F2203/10—Rotary wheel
- F24F2203/1088—Rotary wheel comprising three flow rotor segments
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばトルエンやキシレンなどの揮発性有機物（以下ＶＯＣと書く）の蒸気を含む空気（以下ＶＯＣを含む空気を有機ガスという）のＶＯＣの濃縮に用いられる有機ガス濃縮装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機ガス濃縮装置としてハニカム（蜂の巣）体に吸着剤を担持したハニカムローター式のものが多量のＶＯＣの濃縮に適しているため、工業的には多く用いられるようになった。
【０００３】
図２にこのような従来の有機ガス濃縮装置のフローを示す。図２において１はハニカムローターであり、例えばセラミックペーパーをハニカム状に形成し、この上に疎水性ゼオライトを担持したものである。
【０００４】
またガス吸着ハニカムローター１は回転自在に保持され、モーター（図示せず）により、矢印方向に駆動される。そしてガス吸着ハニカムローター１は吸着ゾーン２、脱着ゾーン３、パージゾーン４とに分割されている。
【０００５】
５はフィルターであり、有機ガス中の塵を除くものである。６はブロアであり、フィルター５を通過した有機ガスである被処理空気ＰＡをガス吸着ハニカムローター１の吸着ゾーン２とパージゾーン４とに送る。
【０００６】
７はヒーターでありパージゾーン４を出たガスを脱着温度まで加熱するものである。ヒーター７を出て加熱された有機ガスはブロア８に吸引されて脱着ゾーン３に入り、ガス吸着ハニカムローター１に吸着されたＶＯＣを脱着する。
【０００７】
脱着ゾーン３を出た有機ガスはブロア８によって燃焼装置（図示せず）などの無害化処理装置に送られる。
【０００８】
このようにして、脱着ゾーン３を出た有機ガスのＶＯＣ濃度：被処理空気ＰＡのＶＯＣ濃度の関係は、吸着ゾーン２を通過する有機ガスの量：脱着ゾーン３を通過する有機ガスの量の関係となり、例えばその関係を１０：１にすると脱着ゾーン３を出た有機ガスの濃度は被処理空気ＰＡのＶＯＣ濃度の１０倍になる。
【０００９】
従って、燃焼装置などの無害化処理装置に送られる有機ガスの量は１／１０となり無害化処理装置が小型化するとともに、有機ガスが自己燃焼可能な濃度になれば無害化処理装置で助燃ガスが必要でなくなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、工場などから排出される有機ガスは濃縮することによって無害化処理が容易になるのであるが、疎水性ゼオライトなどの吸着剤の特性で、被処理空気ＰＡの湿度によってＶＯＣの吸着性に影響がでるという問題がある。
【００１１】
図３にイソ・プロピル・アルコール（ＩＰＡ）とアセトンそれぞれのガス吸着ハニカムローター１によるＶＯＣ除去効率を被処理空気の相対湿度を変化させて測定した特性を示す。これによって被処理空気ＰＡの相対湿度が上昇するに従って、ガス吸着ハニカムローター１による空気中のＶＯＣの除去効率が低下し、特に相対湿度が８０％を越えると急激に低下することが判る。
【００１２】
これはガス吸着ハニカムローター１に用いた吸着剤が疎水性ゼオライトであっても、被処理空気の相対湿度が高くなると図３の水分吸着量で示されるように吸着剤に水分が吸着され、ＶＯＣの吸着量が減少するためである。
【００１３】
本発明は被処理空気の湿度が高くなっても能力の低下が小さい有機ガス濃縮装置を提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本件発明は以上のような課題を解決するため、除湿空気と被処理空気との間で湿気交換する湿気交換手段を設け、被処理空気の相対湿度を下げるようにした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、被処理空気中の有機ガスを吸着・脱着することによって被処理空気中の有機ガスの濃縮除去を行うものであって、除湿空気と被処理空気との間で湿気交換する湿気交換手段を設けて被処理空気の相対湿度を下げた後に吸着濃縮するようにしたものであり、被処理空気の湿度が高くなってもＶＯＣの吸着作用が低下しないという作用を有する。
【００１６】
【実施例】
以下本発明の有機ガス濃縮装置の実施例について図に沿って詳細に説明する。図１は本発明の有機ガス濃縮装置の実施例におけるフロー図である。ここで、ガス吸着ハニカムローター１、吸着ゾーン２、脱着ゾーン３、パージゾーン４、フィルター５、ブロア６、ヒーター７、ブロア８については図２に示す従来の有機ガス濃縮装置と同一のものであり、説明の冗長性を避けるために重複した説明を省略する。
【００１７】
９は湿気交換ハニカムローターであり、アルミ箔をハニカム状に形成し、これに接着剤によって粉砕したイオン交換樹脂を担持したものである。イオン交換樹脂としてはスチレン・ジビニルベンゼン共重合体の強酸性陽イオン交換樹脂などが適する。１０はブロアであり、例えば外気を湿気交換ハニカムローター９の湿気脱着ゾーン１１に通すものである。
【００１８】
１２もブロアであり、これはＶＯＣを含む被処理空気を湿気交換ハニカムローター９の湿気吸着ゾーン１３に通し、フィルター５を介してブロア６に送るものである。
【００１９】
１４は湿気交換ハニカムローター９のパージゾーンであり、湿気交換ハニカムローター９の回転方向に対して湿気吸着ゾーン１３の下手側に設けられ例えば大気などの清浄空気をこの部分に通し、ＶＯＣを含む被処理空気が湿気脱着ゾーン１１に持ち込まれるのを防止する。
【００２０】
このパージゾーン１３は湿気交換ハニカムローター９の外気ＯＡが送られる面に例えば３０度の角度で開口して形成されている。そして湿気交換ハニカムローター９のブロア１０側は閉口しており、よってパージゾーン１３には外気ＯＡが送り込まれて、内部に滞留していた被処理空気ＰＡが追い出される。
【００２１】
パージゾーン１４から追い出された被処理空気ＰＡはブロア１２の吸い込み側に送られ、最終的にはガス吸着ハニカムローター１の吸着ゾーン２に送られる。
【００２２】
有機ガス濃縮装置は上記の如く構成され、その動作を以下説明する。被処理空気ＰＡはＶＯＣを含む多湿空気である。この被処理空気ＰＡを先ずブロア１２の吸引によって湿気交換ハニカムローター９の湿気吸着ゾーン１３に通す。これによって被処理空気ＰＡに含まれる湿気は湿気交換ハニカムローター９に吸着され、被処理空気ＰＡは除湿される。
【００２３】
この時、ブロア１０によって外気ＯＡが湿気交換ハニカムローター９の湿気脱着ゾーン１１を通る。外気ＯＡの相対湿度が被処理空気ＰＡの相対湿度より小さいと、湿気交換ハニカムローター９に吸着された湿気は湿気脱着ゾーン１１で脱着される。
【００２４】
このようにして除湿された被処理空気ＰＡはブロア６によって吸引され、ガス吸着ハニカムローター１の吸着ゾーン２へ送られる。そして被処理空気ＰＡ中のＶＯＣ蒸気は大半（９５〜９８％程度）ガス吸着ハニカムローター１に吸着され、清浄空気となって大気に放出される。
【００２５】
ブロア６により押し出された被処理空気ＰＡの一部は、パージゾーン４を通過し、ここでガス吸着ハニカムローター１の熱を奪って温度が上昇し、ヒーター７によってさらに温度が上昇して脱着ゾーン３に入る。
【００２６】
脱着ゾーン３では、ガス吸着ハニカムローター１に吸着されたＶＯＣ蒸気が脱着され、濃縮されたガスとなって燃焼装置（図示せず）などの無害化装置を経て大気へ放出される。
【００２７】
ここで、湿気交換ハニカムローター９がＶＯＣを吸着する性質があると、その回転によって被処理空気の一部が湿気交換ハニカムローター９によって移行する可能性がある。湿気交換ハニカムローター９に担持する湿気吸着剤として強酸性イオン交換樹脂などのイオン交換樹脂を使うと、ＶＯＣを殆ど吸着せず殆ど湿気だけの吸着作用を呈する。この試験結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
この表１より明かなように、試験を行ったイソプロピル・アルコール、エタノール、メタノール、アセトン、メチル・エチル・ケトン、トルエン、キシレン、スチレン、酢酸エチル、酢酸メチル全てのＶＯＣは湿気交換ハニカムローター９に殆ど吸着されないことが判る。
【００２９】
これはイオン交換樹脂が水の分子を取り込む原理として、交換基を有すると樹脂中の固定イオン及び対イオンの水和によって水分を強く吸着し、樹脂の架橋度と浸透圧の関係で単位重量当たりの保水量が決定されると言われている。
【００３０】
従って、湿気交換ハニカムローター９にはＶＯＣが殆ど吸着されず、被処理空気ＰＡに含まれるＶＯＣが湿気交換ハニカムローター９を介して大気へ漏れることはない。
【００３１】
このように被処理空気ＰＡ中に多量の水分が含まれ多湿であっても、湿気交換ハニカムローター９によって水分が除去され、ガス吸着ハニカムローター１の吸着能力が湿気によって損なわれることはない。
【００３２】
特に日本の気象条件では晴天時には相対湿度は４０〜７０％程度であり、雨天でなければ相対湿度が８０％以上になることは滅多にない。従って大抵の場合は外気をそのまま流すことによって湿気交換ハニカムローター９の脱着を行うことができる。もし外気の相対湿度が８０％を超えたならば、外気を電気ヒーター（図示せず）などによって加熱し、相対湿度を下げることによって湿気交換ハニカムローター９の脱着を行うことができる。
【００３３】
以上の実施例では湿気交換ハニカムローター９の湿気脱着ゾーン１１へ外気を送る例を示したが、これ以外に湿気交換ハニカムローター９の湿気脱着ゾーン１１へガス吸着ハニカムローター１の処理ゾーンを出た浄化空気の一部あるいは全量を流すこともできる。
【００３４】
以上の実施例では、湿気吸着剤としてイオン交換樹脂を用いる例を示したが、これ以外に塩化リチウムや塩化カリの溶液を用いることができる。この場合は湿気交換ハニカムローターとして溶液を保持できる不織布などを用いる。
【００３５】
あるいは湿気吸着剤として親水性のゼオライトも用いることができる。この場合は、ゼオライトにＶＯＣが吸着されないようにポア（細孔）径がＶＯＣの分子径より小さなものを用いる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の有機ガス湿気交換ハニカムローター濃縮装置は上記の如く構成したので、被処理空気の湿度が高くても被処理空気がガス吸着ハニカムローターに入る前に湿度を下げることができ、ガス吸着ハニカムローターの吸着能力を高く維持することができるものである。
【００３７】
さらに本発明の有機ガス濃縮装置は、湿気交換ハニカムローターの湿気吸着体としてイオン交換樹脂を用いているため、湿気交換ハニカムローターにはＶＯＣは殆ど吸着されず、湿気交換ハニカムローターを介してＶＯＣが外部に漏れることはない。
【００３８】
しかも湿気交換ハニカムローターには回転方向に対して湿気吸着ゾーンの下手側にパージゾーンが設けら、パージゾーンを出たガスを有機ガスの吸着側に通すようにしているため、湿気交換ハニカムローターの中に残留している被処理空気が大気へ漏れ出ることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機ガス濃縮装置の実施例を示すフロー図である。
【図２】従来の有機ガス濃縮装置の実施例を示すフロー図である。
【図３】湿度とＶＯＣの除去効率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ガス吸着ハニカムローター
２ 吸着ゾーン
３ 脱着ゾーン
４ パージゾーン
５ フィルター
６ ブロア
７ ヒーター
８ ブロア
９ 湿気交換ハニカムローター
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばトルエンやキシレンなどの揮発性有機物（以下ＶＯＣと書く）の蒸気を含む空気（以下ＶＯＣを含む空気を有機ガスという）のＶＯＣの濃縮に用いられる有機ガス濃縮装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機ガス濃縮装置としてハニカム（蜂の巣）体に吸着剤を担持したハニカムローター式のものが多量のＶＯＣの濃縮に適しているため、工業的には多く用いられるようになった。
【０００３】
図２にこのような従来の有機ガス濃縮装置のフローを示す。図２において１はハニカムローターであり、例えばセラミックペーパーをハニカム状に形成し、この上に疎水性ゼオライトを担持したものである。
【０００４】
またガス吸着ハニカムローター１は回転自在に保持され、モーター（図示せず）により、矢印方向に駆動される。そしてガス吸着ハニカムローター１は吸着ゾーン２、脱着ゾーン３、パージゾーン４とに分割されている。
【０００５】
５はフィルターであり、有機ガス中の塵を除くものである。６はブロアであり、フィルター５を通過した有機ガスである被処理空気ＰＡをガス吸着ハニカムローター１の吸着ゾーン２とパージゾーン４とに送る。
【０００６】
７はヒーターでありパージゾーン４を出たガスを脱着温度まで加熱するものである。ヒーター７を出て加熱された有機ガスはブロア８に吸引されて脱着ゾーン３に入り、ガス吸着ハニカムローター１に吸着されたＶＯＣを脱着する。
【０００７】
脱着ゾーン３を出た有機ガスはブロア８によって燃焼装置（図示せず）などの無害化処理装置に送られる。
【０００８】
このようにして、脱着ゾーン３を出た有機ガスのＶＯＣ濃度：被処理空気ＰＡのＶＯＣ濃度の関係は、吸着ゾーン２を通過する有機ガスの量：脱着ゾーン３を通過する有機ガスの量の関係となり、例えばその関係を１０：１にすると脱着ゾーン３を出た有機ガスの濃度は被処理空気ＰＡのＶＯＣ濃度の１０倍になる。
【０００９】
従って、燃焼装置などの無害化処理装置に送られる有機ガスの量は１／１０となり無害化処理装置が小型化するとともに、有機ガスが自己燃焼可能な濃度になれば無害化処理装置で助燃ガスが必要でなくなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、工場などから排出される有機ガスは濃縮することによって無害化処理が容易になるのであるが、疎水性ゼオライトなどの吸着剤の特性で、被処理空気ＰＡの湿度によってＶＯＣの吸着性に影響がでるという問題がある。
【００１１】
図３にイソ・プロピル・アルコール（ＩＰＡ）とアセトンそれぞれのガス吸着ハニカムローター１によるＶＯＣ除去効率を被処理空気の相対湿度を変化させて測定した特性を示す。これによって被処理空気ＰＡの相対湿度が上昇するに従って、ガス吸着ハニカムローター１による空気中のＶＯＣの除去効率が低下し、特に相対湿度が８０％を越えると急激に低下することが判る。
【００１２】
これはガス吸着ハニカムローター１に用いた吸着剤が疎水性ゼオライトであっても、被処理空気の相対湿度が高くなると図３の水分吸着量で示されるように吸着剤に水分が吸着され、ＶＯＣの吸着量が減少するためである。
【００１３】
本発明は被処理空気の湿度が高くなっても能力の低下が小さい有機ガス濃縮装置を提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本件発明は以上のような課題を解決するため、除湿空気と被処理空気との間で湿気交換する湿気交換手段を設け、被処理空気の相対湿度を下げるようにした。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、被処理空気中の有機ガスを吸着・脱着することによって被処理空気中の有機ガスの濃縮除去を行うものであって、除湿空気と被処理空気との間で湿気交換する湿気交換手段を設けて被処理空気の相対湿度を下げた後に吸着濃縮するようにしたものであり、被処理空気の湿度が高くなってもＶＯＣの吸着作用が低下しないという作用を有する。
【００１６】
【実施例】
以下本発明の有機ガス濃縮装置の実施例について図に沿って詳細に説明する。図１は本発明の有機ガス濃縮装置の実施例におけるフロー図である。ここで、ガス吸着ハニカムローター１、吸着ゾーン２、脱着ゾーン３、パージゾーン４、フィルター５、ブロア６、ヒーター７、ブロア８については図２に示す従来の有機ガス濃縮装置と同一のものであり、説明の冗長性を避けるために重複した説明を省略する。
【００１７】
９は湿気交換ハニカムローターであり、アルミ箔をハニカム状に形成し、これに接着剤によって粉砕したイオン交換樹脂を担持したものである。イオン交換樹脂としてはスチレン・ジビニルベンゼン共重合体の強酸性陽イオン交換樹脂などが適する。１０はブロアであり、例えば外気を湿気交換ハニカムローター９の湿気脱着ゾーン１１に通すものである。
【００１８】
１２もブロアであり、これはＶＯＣを含む被処理空気を湿気交換ハニカムローター９の湿気吸着ゾーン１３に通し、フィルター５を介してブロア６に送るものである。
【００１９】
１４は湿気交換ハニカムローター９のパージゾーンであり、湿気交換ハニカムローター９の回転方向に対して湿気吸着ゾーン１３の下手側に設けられ例えば大気などの清浄空気をこの部分に通し、ＶＯＣを含む被処理空気が湿気脱着ゾーン１１に持ち込まれるのを防止する。
【００２０】
このパージゾーン１３は湿気交換ハニカムローター９の外気ＯＡが送られる面に例えば３０度の角度で開口して形成されている。そして湿気交換ハニカムローター９のブロア１０側は閉口しており、よってパージゾーン１３には外気ＯＡが送り込まれて、内部に滞留していた被処理空気ＰＡが追い出される。
【００２１】
パージゾーン１４から追い出された被処理空気ＰＡはブロア１２の吸い込み側に送られ、最終的にはガス吸着ハニカムローター１の吸着ゾーン２に送られる。
【００２２】
有機ガス濃縮装置は上記の如く構成され、その動作を以下説明する。被処理空気ＰＡはＶＯＣを含む多湿空気である。この被処理空気ＰＡを先ずブロア１２の吸引によって湿気交換ハニカムローター９の湿気吸着ゾーン１３に通す。これによって被処理空気ＰＡに含まれる湿気は湿気交換ハニカムローター９に吸着され、被処理空気ＰＡは除湿される。
【００２３】
この時、ブロア１０によって外気ＯＡが湿気交換ハニカムローター９の湿気脱着ゾーン１１を通る。外気ＯＡの相対湿度が被処理空気ＰＡの相対湿度より小さいと、湿気交換ハニカムローター９に吸着された湿気は湿気脱着ゾーン１１で脱着される。
【００２４】
このようにして除湿された被処理空気ＰＡはブロア６によって吸引され、ガス吸着ハニカムローター１の吸着ゾーン２へ送られる。そして被処理空気ＰＡ中のＶＯＣ蒸気は大半（９５〜９８％程度）ガス吸着ハニカムローター１に吸着され、清浄空気となって大気に放出される。
【００２５】
ブロア６により押し出された被処理空気ＰＡの一部は、パージゾーン４を通過し、ここでガス吸着ハニカムローター１の熱を奪って温度が上昇し、ヒーター７によってさらに温度が上昇して脱着ゾーン３に入る。
【００２６】
脱着ゾーン３では、ガス吸着ハニカムローター１に吸着されたＶＯＣ蒸気が脱着され、濃縮されたガスとなって燃焼装置（図示せず）などの無害化装置を経て大気へ放出される。
【００２７】
ここで、湿気交換ハニカムローター９がＶＯＣを吸着する性質があると、その回転によって被処理空気の一部が湿気交換ハニカムローター９によって移行する可能性がある。湿気交換ハニカムローター９に担持する湿気吸着剤として強酸性イオン交換樹脂などのイオン交換樹脂を使うと、ＶＯＣを殆ど吸着せず殆ど湿気だけの吸着作用を呈する。この試験結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
これはイオン交換樹脂が水の分子を取り込む原理として、交換基を有すると樹脂中の固定イオン及び対イオンの水和によって水分を強く吸着し、樹脂の架橋度と浸透圧の関係で単位重量当たりの保水量が決定されると言われている。
【００３０】
従って、湿気交換ハニカムローター９にはＶＯＣが殆ど吸着されず、被処理空気ＰＡに含まれるＶＯＣが湿気交換ハニカムローター９を介して大気へ漏れることはない。
【００３１】
このように被処理空気ＰＡ中に多量の水分が含まれ多湿であっても、湿気交換ハニカムローター９によって水分が除去され、ガス吸着ハニカムローター１の吸着能力が湿気によって損なわれることはない。
【００３２】
特に日本の気象条件では晴天時には相対湿度は４０〜７０％程度であり、雨天でなければ相対湿度が８０％以上になることは滅多にない。従って大抵の場合は外気をそのまま流すことによって湿気交換ハニカムローター９の脱着を行うことができる。もし外気の相対湿度が８０％を超えたならば、外気を電気ヒーター（図示せず）などによって加熱し、相対湿度を下げることによって湿気交換ハニカムローター９の脱着を行うことができる。
【００３３】
以上の実施例では湿気交換ハニカムローター９の湿気脱着ゾーン１１へ外気を送る例を示したが、これ以外に湿気交換ハニカムローター９の湿気脱着ゾーン１１へガス吸着ハニカムローター１の処理ゾーンを出た浄化空気の一部あるいは全量を流すこともできる。
【００３４】
以上の実施例では、湿気吸着剤としてイオン交換樹脂を用いる例を示したが、これ以外に塩化リチウムや塩化カリの溶液を用いることができる。この場合は湿気交換ハニカムローターとして溶液を保持できる不織布などを用いる。
【００３５】
あるいは湿気吸着剤として親水性のゼオライトも用いることができる。この場合は、ゼオライトにＶＯＣが吸着されないようにポア（細孔）径がＶＯＣの分子径より小さなものを用いる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の有機ガス湿気交換ハニカムローター濃縮装置は上記の如く構成したので、被処理空気の湿度が高くても被処理空気がガス吸着ハニカムローターに入る前に湿度を下げることができ、ガス吸着ハニカムローターの吸着能力を高く維持することができるものである。
【００３７】
さらに本発明の有機ガス濃縮装置は、湿気交換ハニカムローターの湿気吸着体としてイオン交換樹脂を用いているため、湿気交換ハニカムローターにはＶＯＣは殆ど吸着されず、湿気交換ハニカムローターを介してＶＯＣが外部に漏れることはない。
【００３８】
しかも湿気交換ハニカムローターには回転方向に対して湿気吸着ゾーンの下手側にパージゾーンが設けら、パージゾーンを出たガスを有機ガスの吸着側に通すようにしているため、湿気交換ハニカムローターの中に残留している被処理空気が大気へ漏れ出ることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機ガス濃縮装置の実施例を示すフロー図である。
【図２】従来の有機ガス濃縮装置の実施例を示すフロー図である。
【図３】湿度とＶＯＣの除去効率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ガス吸着ハニカムローター
２ 吸着ゾーン
３ 脱着ゾーン
４ パージゾーン
５ フィルター
６ ブロア
７ ヒーター
８ ブロア
９ 湿気交換ハニカムローター
Claims (2)
- 被処理空気中の有機ガスを吸着・脱着することによって被処理空気中の有機ガスの濃縮除去を行うものであって、除湿空気と被処理空気との間で湿気交換する湿気交換ハニカムローターを設け、被処理空気の相対湿度を下げるようにするとともに、前記湿気交換ハニカムローターは回転方向に対して湿気吸着ゾーンの下手側にパージゾーンを有し、前記パージゾーンを出たガスを有機ガスの吸着側に通すようにしたことを特徴とする有機ガス濃縮装置。
- 湿気交換手段の吸着剤としてイオン交換樹脂を用いた請求項１記載の有機ガス濃縮装置。
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