JP4682330B2 - 揮発性有機化合物の回収ユニット - Google Patents

Description

この発明は、揮発性有機化合物（以下、「ＶＯＣ」）を含有するガスからＶＯＣを分離し回収するユニットに関する。

浮遊粒子状物質及び光化学オキシダントによる大気汚染の防止を図るため、これらの原因物質の一つであるＶＯＣの工場・事業場からの排出を抑制するべく、平成１６年に大気汚染防止法の一部が改正された。
ＶＯＣの除去装置は、燃焼方式と吸着方式とに大別される。吸着方式は、活性炭を充填した槽の入口から排ガスを導入し、ＶＯＣを活性炭に吸着させ、出口から浄化ガスを排出するというものである。そして、吸着したＶＯＣは、加熱蒸発させて出口から導入されるキャリアガスとともに回収される。従って、吸着方式は、ＶＯＣを回収して再利用できる、ＣＯ２の発生を伴わないので地球温暖化を助長しない等、燃焼方式に無い利点を有する。また、吸着剤としての活性炭は、マイクロ波吸収性を有することから、回収時にこれにマイクロ波を照射することにより活性炭を直接効率よく加熱することができるという利点も有する。

従来、吸着方式のＶＯＣ除去装置に用いられる活性炭は、価格が安い等の理由から粒状が主流であったが、吸着槽内に充填された粒状活性炭は吸着熱が蓄積されて自然発火するおそれがある。従って、回収用のキャリアガスとして水蒸気を用いざるを得ず、このため除去可能なＶＯＣが低沸点且つ水不溶性のものに限定されていた。そこで、近年、活性炭を気体が流通しやすく放熱性に優れたハニカム状のブロックに成形し、これを粒状活性炭に代えて吸着槽に装填することが提案された（特許文献１）。これにより発火のおそれがなくなり、キャリアガスとして窒素などの乾燥ガスを用いて種々のＶＯＣを回収することが可能となった。
特開２００６−１８７７６７

しかし、マイクロ波が活性炭内に浸入する深さは有限である。従って、浸入深さを超える厚さに活性炭を成形したり、あるいはそのような厚さになるように複数個のブロックを積層したりしても、マイクロ波の届かない部分は加熱されず、そこに吸着したＶＯＣは回収不可能となる。かといって浸入深さと同程度の厚さでは、吸着されずに通過するＶＯＣの量が多すぎて実用性に乏しくなる。
それ故、この発明の課題は、ＶＯＣの吸着率及び脱着率のいずれも優れた回収ユニットを提供することにある。

その課題を解決するために、この発明の回収ユニットは、
揮発性有機化合物を活性炭に吸着させて、活性炭が２．４５ＧＨｚのマイクロ波の照射を受けて加熱される性質に基づいて、前記吸着した揮発性有機化合物を蒸発させて回収するものにおいて、
前記活性炭からなり一方向に連通した多数の孔を各々有し、連通方向に互いに組み合わせられた複数のブロックと、
前記マイクロ波が透過しうる性質の材料からなり、隣り合うブロック間に介在してブロック同士の間隔を保持するスペーサと
を備えることを特徴とする。
この回収ユニットによれば、ＶＯＣ含有排ガスが連通孔を通ってブロックの一方から他方に送られ、その間にＶＯＣが孔内面に吸着される。孔が一方向に連通しているので、吸着熱は浄化ガスとともに速やかに放出される。従って、自然発火することはない。ブロックの個数は、処理する排ガスの量や濃度に応じて排ガスが十分に浄化される程度に定められる。そして、ブロック同士がマイクロ波透過性スペーサにより間隔をあけて配置されていることから、複数のブロックが積層されていても回収時にはマイクロ波がブロック間の空間又はスペーサを通って各ブロックの表面から浸入し、各ブロックを直接加熱する。従って、各ブロックに吸着したＶＯＣの大部分が脱着される。しかもスペーサはマイクロ波透過性材料からなるので、加熱されることはなく、マイクロ波のエネルギーのほとんどが脱着に効率よく消費される。

前記ブロックにおける連通方向の厚さは、前記マイクロ波の浸入可能な深さよりも大きく、２倍以下である。前記の通りスペーサが介在するので、マイクロ波がブロックにおける連通方向の両端面から浸入することが可能である。このためマイクロ波の浸入可能な深さよりも厚くして一ブロック当たりの吸着量を大きくすることができるからである。尚、マイクロ波の浸入深さは、マイクロ波の周波数によって異なるが、ブロック内部に温度センサを差し込んだ状態でマイクロ波を照射し、温度が上昇する位置をもって求めることができる。この発明の回収ユニットとともに用いられる２．４５ＧＨｚのマイクロ波の場合は２０ｍｍである。

前記マイクロ波透過性材料としては、ガラス、石英などの無機材料の他、ポリエチレン、ポリスチレン、ＰＥＴ、フッ素樹脂、ＰＥＥＫなどの樹脂であってよい。また、これらの材料中に繊維を含有させて強化してもよい。樹脂製スペーサを用いる場合は、スペーサとブロックとの間に耐熱性且つマイクロ波透過性材料からなるシートもしくは膜を介在させるのが好ましい。マイクロ波照射に伴ってブロックから発せられる熱をこのようなシートもしくは膜が遮断し、スペーサの軟化変形を防止するからである。
ブロックに形成される前記多数の連通した孔は、ハニカム状をなすのが好ましい。不定形の孔からなるものよりも機械的強度が高いからである。前記スペーサによって保持される間隔は、通常３〜２０ｍｍ、好ましくは５〜１０ｍｍである。

この発明の回収ユニットは、回収時のキャリアガスが水蒸気でなくても自然発火することがないので、種々のＶＯＣをそれに適したキャリアガスで回収することができる。また、排ガスの浄化に必要な個数のブロックを組み合わせて吸着率を高めることができ、その場合でも各ブロックにマイクロ波が浸入するので、脱着率も高い。よって、ＶＯＣを効率よく再利用することができる。

−実施形態１−
この発明の第一の実施形態を図面を参照して説明する。図１は実施形態に係る回収ユニットに用いられる槽を示す斜視図、図２（ａ）は回収ユニットの水平方向断面図、図２（ｂ）はその一部拡大図、図３は同じく上下方向断面図、図４（ａ）は回収ユニット内に設置される中敷きを示す平面図、図４（ｂ）は同じく正面図である。

図２及び図３に示す回収ユニット１は、図１に示すように枡形の槽２を備える。槽２は、平面視方形で肉厚の外壁２１と、外壁２１で囲まれる直方体状の内側空間を平面視で碁盤目状の多数のセル２２に仕切るための縦横の間仕切り２３とからなる。間仕切り２３は外壁２１よりも薄肉である。各セル２２は上下方向に貫通している。槽２は、マイクロ波透過性の樹脂からなり押し出し成形などの公知の手段により一体成形されている。各セル２２内には、活性炭からなる直方体状の複数個のブロック３が中敷き４を介して高さ方向に積まれている。

ブロック３は、それ自体が平面視方形で上下方向に連通した多数の孔を有するいわゆるハニカム状をなしている。中敷き４は、外壁２１と同じ又は異なるマイクロ波透過性樹脂からなり、セル２２と緩み嵌合する枠状をなす。この実施形態では間仕切り２３及び中敷き４が、それぞれ水平方向及び上下方向に隣り合うブロック３同士の間隔を保持するスペーサとなる。外壁２１の内周面、間仕切り２３の表面及び中敷き４の上下面（ブロック３との接触面）には、図示しないマイクロ波透過性のセラミックシートが貼り付けられている。

各ブロック３の高さは、４０ｍｍである。セル２２の平面視における一辺の長さＡは、ブロック３のそれとほぼ同じであって２０〜３００ｍｍである。間仕切り２３の肉厚Ｂ及び中敷き４の厚さＦは、５〜１０ｍｍである。中敷き４の一辺の幅Ｄは、１〜３ｍｍで、内側の隅部は丸く面取りされていて若干大きめの幅Ｅを有する。間仕切り２３の上下面には、格子状の板（図示省略）が固定され、ブロック３の脱落を防止している。板は、各セル２２と対応する位置にセル２２より少し小さい相似形の貫通孔を有している。

回収ユニット１を用いてＶＯＣを排ガスから除去する場合は、排ガスを回収ユニット１の上から下（又は下から上）に流す。排ガス中のＶＯＣは、ブロック３を通過中にブロック３の孔内面に吸着される。その結果、浄化ガスが回収ユニット１から排出される。ブロック３の孔が上下方向に貫通しているので、吸着熱がブロック３内に蓄積されることはなく、安全である。

次に、吸着したＶＯＣを回収する場合は、排ガスの送気を停止し、窒素などの活性炭及びＶＯＣのいずれに対しても不活性で乾燥したキャリアガスを排ガスと逆方向に流しながら、回収ユニット１に２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射する。マイクロ波は間仕切り２３及び中敷き４を透過し、ブロック３に吸収される。このマイクロ波の活性炭に対する浸入深さは２０ｍｍであり、各ブロック３の高さが４０ｍｍであることから、ブロック３の上下面から浸入したマイクロ波によってブロック３が余すところ無く加熱される。その熱を受けて蒸発したＶＯＣを、キャリアガスとともに回収ユニット１から収集する。このときもブロック３の孔が上下方向に貫通しているので、活性炭の発した熱がブロック３内に蓄積されることはなく、安全である。また、ブロック３と外壁２１、間仕切り２３及び中敷き４との間をセラミックシートが断熱しているので、樹脂が軟化することはない。

−実施形態２−
この発明の第二の実施形態を図面を参照して説明する。図５は第二の実施形態に係る回収ユニットを示す上下方向断面図、図６（ａ）は上スペーサを示す平面図、図６（ｂ）は（ａ）のＸＸ断面図、図７（ａ）は中スペーサを示す平面図、図７（ｂ）は（ａ）のＹＹ断面図である。

回収ユニット１１は、四角筒状の槽５、多数のブロック３、上スペーサ６、多数の中スペーサ７及び下スペーサ８を備える。ブロック３は、実施形態１におけるものと同一であってよい。上スペーサ６は、平面視で格子状をなし、格子の下面に格子の幅よりも薄い幅Ｂの突起６１が形成されている。中スペーサ７も同じく平面視格子状をなし、格子の上下面に突起６１と同じ幅の突起７１が形成されている。下スペーサ８は、上スペーサ６と対称形状をなす。対向し合う突起６１（７１）同士の間隔Ａは、ブロック３の平面視における一辺の長さに等しい。突起６１（７１）の幅Ｂ及び中スペーサ７の上下方向の厚みＦは、５〜１０ｍｍである。スペーサ６、７、８の各開口部の一辺の長さは、前記Ａよりも１〜１０ｍｍ、好ましくは２〜５ｍｍ小さい。槽５及び各スペーサは、マイクロ波透過性の樹脂からなり、ブロック３との接触面には実施形態１におけると同じくセラミックシートが貼り付けられている。槽５は押し出し成形、スペーサはプレス成形などの公知の手段によってそれぞれ成形されている。

回収ユニット１１は、以下のようにして組み立てられる。先ず、槽５の底に下スペーサ８を固定する。突起８１で囲まれる方形の各セルに第一段目となるブロック３を置く。並べられたブロック３の上に中スペーサ７を置き、突起７１で囲まれる各セルに第二段目となるブロック３を置く。こうして中スペーサ７を介してブロック３を複数段に積んでいき、最上段のブロック３の上に上スペーサ６を置き、槽５に固定することによって完成する。

回収ユニット１１を用いてＶＯＣを除去し、回収する手順は実施形態１と同じであってよい。実施形態１と異なり、同じ段の隣り合うブロック３間に間仕切りが無いので、実施形態１の回収ユニット１よりも放熱性に優れる。また、マイクロ波も各ブロック３に到達しやすい。例えば一辺の長さが４０ｍｍの立方体形状のブロックを一段当たり３６個で七段積んだ回収ユニット１１の場合、５００ｐｐｍのＶＯＣを５ｍ³／分の速度で処理することができる。

実施形態１に係る回収ユニットに用いられる槽を示す斜視図である。 （ａ）は回収ユニットの水平方向断面図、（ｂ）はその一部拡大図である。 同じく上下方向断面図である。 （ａ）は回収ユニット内に設置される中敷きを示す平面図、（ｂ）は同じく正面図である。 回収ユニットを示す上下方向断面図である。 （ａ）は上スペーサを示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＸＸ断面図である。 （ａ）は中スペーサを示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＹＹ断面図である。

符号の説明

１、１１ 回収ユニット
２、５ 槽
３ ブロック
２１ 外壁
２２ セル
２３ 間仕切り
４ 中敷き
６、７、８ スペーサ

Claims (4)

1. 揮発性有機化合物を活性炭に吸着させて、活性炭が２．４５ＧＨｚのマイクロ波の照射を受けて加熱される性質に基づいて、前記吸着した揮発性有機化合物を蒸発させて回収するものにおいて、
   前記活性炭からなり一方向に連通した多数の孔を各々有し、連通方向に互いに組み合わせられた複数のブロックと、
   前記マイクロ波が透過しうる性質の材料からなり、隣り合うブロック間に介在してブロック同士の間隔を保持するスペーサと
   を備え、
   前記ブロックにおける連通方向の厚さが、２０ｍｍよりも大きく且つ４０ｍｍ以下であることを特徴とする揮発性有機化合物の回収ユニット。
2. 前記マイクロ波透過性材料が樹脂であって、前記スペーサとブロックとの間に耐熱性且つ前記樹脂と同一又は異なるマイクロ波透過性材料からなるシートもしくは膜が介在している請求項１に記載の回収ユニット。
3. 前記連通した多数の孔がハニカム状をなす請求項１又は２に記載の回収ユニット。
4. 前記スペーサによって保持される間隔が、３〜２０ｍｍである請求項１〜３のいずれかに記載の回収ユニット。

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