JP4703889B2 - 乾式除湿機再生気体の循環濃縮処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乾式除湿機再生気体の新規循環濃縮処理方法、更に詳しくは乾式除湿機を使用して、溶剤ガスを含む除湿すべき気体（空気等）に含まれる水分を除湿する方法であって、除湿処理された気体から移行した水分と溶剤ガスを含む除湿機の再生出口気体の少なくとも一部を、その中に含まれる水分について除湿処理を行った後に、再生気体として再使用する方法に関し、好ましくは再生出口側気体の一部を排出し、溶剤ガスを除去処理することにより、前記再生気体を循環使用することを可能とし、その結果再生気体のガス濃度を上げることができ、ガス処理する場合の処理装置を縮小することもできる。更に、燃焼方式によるガス処理の場合には、使用燃料の減少にも貢献する。
【０００２】
【従来の技術】
水分を含む気体、例えば空気中に含まれる水分を減湿し、乾燥した気体（空気）として使用環境に供給する装置として乾式除湿機が使用され、各種の乾式除湿機が提案されている。
【０００３】
この乾式除湿機は、除湿材の水分吸収能や吸着能を利用し、例えば空気と接触させることにより空気中に含まれる水分を除去し減湿する装置であり、低湿度域から高湿度域まで幅広く使用されている。
【０００４】
乾式除湿機は、一般的に図１に示すように、水分を含む気体の除湿に使用され、ここで使用される再生気体として外気を昇温して熱風の再生空気を製造し、この熱風で湿った除湿ローターを乾燥させている。再生出口気体（空気）には除湿ローターから放出された水分が混入し高湿度の空気となる。従来、この再生出口気体（空気）はそのまま大気中に放出されている。
【０００５】
乾燥装置等に乾式除湿機を使用し、溶剤ガスを含む除湿すべき気体（被処理気体）、例えば空気中に溶剤ガスが含まれる場合には除湿機処理空気側から水分と共に溶剤ガスが除湿機再生気体（空気）側に移行することも一般に知られており、この場合除湿機は処理すべき気体（空気等被処理気体）中の水分除去と溶剤除去の二つの機能を果たしている。
【０００６】
除湿機の効率を高める目的で後述するようなパージゾーンを設けたり、再生ゾーンを分割したりすることも提案されている（例えば、特開平６−３２０号公報、特開平５−１１５７３６号公報、特開平５−２００２３３号公報、特開平６−３１１３２号公報、特開平６−６３３４５号公報、特開平６−３４３８１７号公報、特開平６−３４３８１８号公報及び特開平６−３４３８１９号公報等参照。
）。
【０００７】
従来技術に共通していることは、水分が混入して高湿度になった再生出口空気はそのまま大気に放出されていることである。
【０００８】
このような方式では、除湿すべき被処理気体中に溶剤ガスが含まれる場合に、再生気体（空気）側に移行した溶剤ガスが除去処理されないときは一緒に大気中に放出されてしまう。
【０００９】
近年、大気汚染防止の目的で上記の除湿機再生出口空気に含まれる溶剤を大気中へ放出する前に除去する必要が生じている。
【００１０】
溶剤ガスの除去方法としては、再生出口気体（空気）を溶剤ガス除去装置に導く方法が一般的で、溶剤ガス除去装置の種類には燃焼式、吸着回収式、冷却回収式、スクラバー方式、バイオフィルター方式等多くの方式が存在する。
【００１１】
しかし、大型除湿機の場合には、再生気体（空気等）が大風量であるため大型の溶剤ガス除去装置（廃ガス処理装置）が必要となり、そのために膨大な設備コストを必要とする。
【００１２】
また、廃ガス処理装置に燃焼式（蓄熱式酸化方式（Regenerative Thermal Oxidizer）を含む。）を使用する場合には、処理すべきガスの濃度が希薄であるために補助燃料が必要となり、そのためにランニングコストが高くなるケースが多い。
【００１３】
再生出口空気を希薄ガス濃縮装置（ゼオライトローター等を使用した）で濃縮する方法もあるが、高湿度であるために水分の除去に多くのエネルギーを費やしてしまいランニングコストが高くなる。また、吸着効率が悪いガス（メタノール等）の多くは濃縮機を素通りして大気中に放出されてしまう欠点がある。
【００１４】
以上のような状況下に、乾式除湿機を使用して溶剤ガスを含む除湿すべき被処理気体中に含まれる水分の除湿を行う場合、その中に移行した水分と溶剤ガスを含有する再生出口気体の水分除湿及び溶剤ガスの除去処理を効率よく実施でき、その結果小規模な装置を使用でき、その処理コストを低減できる優れた方法の開発が求められている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、乾式除湿機を使用し、被処理気体として溶剤ガスを含む除湿すべき気体中に含まれる水分を除湿するに際して、除湿機再生出口気体中に移行した水分と溶剤ガスについて、水分の除湿と溶剤ガスの除去処理を行い、しかも小規模な装置でかつ低コストで、効率よく行うことのできる方法を開発することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、除湿機再生気体、例えば再生気体として使用する空気を特定の処理条件下に循環再使用することにより、廃ガス中に含まれる溶剤ガスを効率よく濃縮して小風量、高濃度ガスにすることを見出し、これにより溶剤ガス（廃ガス）処理装置を小型化し、全体の設備コストとランニングコストを低減することを可能とした。除湿機再生気体（空気等）を循環し、再生気体（空気等）中の水分は、冷却除湿装置等で除去することができる。廃ガス中の溶剤ガスは濃縮されて廃ガス処理装置に送られ、処理することができる。
【００１７】
即ち、本発明は、乾式除湿機を使用して溶剤ガスを含む気体中の水分を除湿する方法であって、除湿機の再生出口気体の少なくとも一部を、その中に含まれる水分を除湿し、再生気体として再使用することを特徴とする溶剤ガスを含む気体の溶剤ガスを濃縮しつつ除湿する方法に存する。より詳しくは、溶剤ガスを濃縮しつつ溶剤ガスを含む気体を除湿する方法は、溶剤ガス及び水分を吸着する吸着剤を担持したローターを有する乾式除湿機を使用して溶剤ガスを含む気体中の水分を除湿する方法であって、除湿機の再生出口気体の少なくとも一部を、排出気体として排出する工程と、前記排出気体に含まれる溶剤ガスを除去処理する工程と、前記排出気体が取り除かれた再生出口気体である残余気体の水分を冷却により除湿して、再生気体として再使用する工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
再生気体（空気等）のガス濃度上昇は少量の新鮮風を入れることで抑制することができる。本発明によれば少量の新鮮風と同量の廃ガス（濃縮された溶剤ガスを含む気体）を再生気体濃縮ガスとして排出することができ、その結果この排出ガスを小規模な廃ガス処理装置を使用して低コストで処理することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明方法における代表的な例として図２に示す装置を使用し、これを中心にして説明をするが、乾式除湿機を使用し溶剤ガスを含む気体中に含まれる水分の除湿方法について本発明の好ましい例として説明するものであり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２０】
本発明で使用する乾式除湿機は、除湿材の水分吸収能や、吸着能を利用し、水分を含む気体と接触させることにより、気体に含まれる水分を除去して減湿するための装置（図４参照。）であり、そのために使用可能な装置であれば、公知（前記公知文献参照。）或いは今後開発されるものでもよい。
【００２１】
当該装置に除湿ローター1を使用する場合、それ用の素材として知られているものを使用又は利用すればよく、例えばグラスファイバー等に含浸させた塩化リチウムの吸湿作用を利用したものや、シリカゲルやゼオライトのように多孔質の吸着作用を利用したものを挙げることができる。除湿ローター1の回転数には特に制限はないが、通常好ましくは１〜２０ｒｐｈ（回転／時間）程度、より好ましくは８〜１２ｒｐｈ（回転／時間）程度が選択、使用される。
【００２２】
本発明において使用する再生気体として、例えば再生空気10の大部分を循環風とし、冷却除湿機（エアクーラー）14で再生空気中の水分を除去して除湿ローター1を再生できる空気露点を維持することができる。
【００２３】
本発明において使用される被処理気体7は、溶剤ガスを含有しかつ水分を含む気体であり、代表的には有機質廃ガスを含有する空気等を挙げることができる。除湿処理されると、水分が除湿され、溶剤ガスが除去された乾燥気体8が得られる。このような被処理気体や再生気体について本発明において除湿するとは、その中に含まれる水分のうち少なくとも一部を除去して減湿することを意味し、即ち完全に脱水すること、又は一部の水分を除去することを意味する。溶剤ガスの除去についても同様であり少なくともその一部を除去することを意味する。前記エアクーラーでそこに含まれる溶剤ガスの一部を除去することができるが、殆どは循環された後、廃ガス処理12'のための装置に送られ処理される。
【００２４】
尚、本発明において被処理気体7に含まれる溶剤ガスは１種（単独）又はそれ以上（複数）の有機質成分であり、有機質成分であれば特にその種類に制限はないが、例えばメチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、メタノール、エタノール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブタノール類、酢酸エチル、トルエン、キシレン、エーテル、メチレングリコール、メチレングリコールモノメチルアセテート、メチレングリコールモノエチルアセテート、メチレングリコールモノメチルエーテル、メチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等を挙げることができる。
【００２５】
被処理気体中に含まれる溶剤ガスの濃度については、特に制限はなく、溶剤ガスの主成分やその濃度等に応じて本発明を実施することができる。通常、好ましくは最大で５０００ｐｐｍ位まで、より好ましくは最大で３０００ｐｐｍ位まで、更に好ましくは最大で２０００ｐｐｍ位までである。
【００２６】
溶剤ガスを含む被処理気体の除湿処理に際して、その中に含まれる溶剤ガスの大部分は、水分と共に再生処理ガス中に移行するので、その除去処理が必要となる。
【００２７】
再生出口気体（再生出口空気11）中に移行した溶剤ガスの凝縮温度が比較的高い場合には上記の冷却除湿機14によりそのガスを凝縮回収することが可能である。
【００２８】
一方、溶剤ガスの凝縮温度が低温の場合、上記の冷却除湿機14で凝縮させて回収するには冷却エネルギーが膨大となり、効率が悪くなる。この場合、何らかの方法で溶剤ガスを除去しないと再生空気中の溶剤ガス濃度が高くなり、被処理気体側から溶剤ガスを移行できなくなる。防爆上の問題も発生するので、その対策が必要となる。
【００２９】
そこで、一つの方法として新鮮風による希釈を行う方法を採用することができる。この場合、新鮮風と同量の排気風が放出されるので、これを後述の溶剤ガス（廃ガス）処理12'のための装置に送風することもできる。
【００３０】
新鮮風（外気）の風量は被処理空気のガス濃度によっても左右されるが、本発明において条件を選択することで、再生風量全体の１／１０程度にすることが可能である。即ち、この場合には再生風は１０倍に濃縮されて風量は１／１０にガス濃度は１０倍となる。この場合の風量のバランスについては、Ｑ₃＝１／１０×Ｑ₁；Ｑ₂＋Ｑ₃＝Ｑ₁で表すことができる。この結果、後段の溶剤ガス（廃ガス）処理装置を使用する場合には、その装置の規模を１／１０程度にすることができる。
【００３１】
以上から明らかなように、本発明においては新鮮風の風量、即ち濃縮排気風量（廃ガス処理風量）を再生風量全体の１／１０程度以上で行うことができ、また、高濃度ガスとなるため、廃ガス処理を燃焼方式による場合、補助燃料を削減することができるので、本発明による除湿処理は極めて効率がよい。
【００３２】
このように本発明方法によれば、従来法と比べ再生気体（再生出口空気11等）に溶剤ガスが混入するため溶剤ガス移行機能が若干低下するが、その程度は問題とならないレベルであることは実験で確認済である。
【００３３】
除湿機単体で考えると従来方式（外気を昇温して再生空気として使用し、再生出口空気11はそのまま大気に放出）に比べて設備コスト、ランニングコスト共に高くなる。しかし、後段の廃ガス処理装置を含め全体で考慮すると設備コスト、ランニングコスト共に大幅なコストダウンが可能となる。
【００３４】
図３は、本発明においてパージゾーン17を有する乾式除湿機を使用する例を示したものであり、パージ出口空気22（パージ出口気体）を再生気体の外気（新鮮風）9として使用することもできる。この場合新鮮風（外気）の風量を、前記同様に再生風量全体の１／１０程度にすることが可能である。この場合の風量のバランスについても前記同様に、Ｑ₃＝１／１０×Ｑ₁；Ｑ₂＋Ｑ₃＝Ｑ₁で表すことができる。また、溶剤ガスを含まない空気でパージすることにより前記溶剤ガス移行機能の低下防止にも寄与することができる。
【００３５】
【実施例】
以下に、実施例及び比較例に基づいて本発明を詳細に説明する。
（実施例１）
図２に示す除湿処理方法に基づいて、再生気体として空気を使用し、被処理気体として水分と溶剤を含む空気を使用してその処理を行った結果を次に示す。「濃縮排気風量／再生出口空気風量」は再生出口空気11の風量（Ｑ₁）に占める廃ガス処理12'空気の風量（Ｑ₃）の割合である。「処理入口」は処理される空気（被処理気体7；水分、溶剤を含む。）であり、「処理出口」は処理後の乾燥空気（乾燥気体8）である。「濃縮排気」は廃ガス処理12'空気である。除湿ローターとしてダイキン工業（株）製塩化リチウムローター（８〜１２回転／時間）を使用した。
【００３６】
また、再生空気10（入口側）の条件については、何れも共通で湿度が14.8g/kg、温度が122℃である。
【００３７】
【表１】
濃縮排気風量／再生出口空気風量＝1.0の場合（比較例）

【００３８】
【表２】
濃縮排気風量／再生出口空気風量＝0.5の場合（本発明）

【００３９】
【表３】
濃縮排気風量／再生出口空気風量＝0.12の場合（本発明）

【００４０】
表１〜３に従って、各種の濃縮排気風量／再生出口空気風量の値における、被処理気体の溶剤除去率或いは除湿量との関係を求め、図５及び図６に示した。表１の結果は、再生出口空気を全て排気する処理方法であり、従来法による除湿効果を示すものである。
【００４１】
この結果から明らかなように、再生出口空気の一部を再生空気として循環再使用しても除湿効果が維持できること、特に廃ガス処理風量が再生出口気体の風量の１／１０程度でも、除湿処理効果を、許容可能な範囲として実質的に従来の除湿効果（表１）程度に維持できることが分かる。
【００４２】
（実施例２）
図３のようにパージゾーンを持つ乾式除湿機を使用して、実施例１同様に除湿処理を行ったところ、ほぼ同様の処理効果が得られた。パージ出口空気を再生空気の新鮮風として使うことも可能であることが確認された。
【００４３】
更に、廃ガス処理装置には燃焼方式を使用したが、これ以外の処理方式例えばスクラバー方式でも、同様に再生空気を濃縮することにより設備コスト、ランニングコストの低減が図れることが予想される。
【００４４】
【発明の効果】
廃ガス処理を必要とする乾式除湿機に本発明方法を適用すると、再生気体の循環再使用により処理すべき廃ガス中の溶剤ガスを効率良く高濃度に濃縮することができるので、使用する廃ガス処理装置を小規模にし、全体の設備コストや、ランニングコストを大幅に削減することを可能とする。
【００４５】
廃ガス処理装置に燃焼方式を使用する場合には、廃ガスのガス濃度が高くなるのでその分、助燃材が削減できる。その結果ＣＯ₂発生量の抑制にも大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、乾式除湿機を使用した従来法による気体の除湿方法を示す図である。
【図２】図２は、本発明方法の代表的な除湿方法の例を示す図である。
【図３】図３は、パージゾーンを持つ乾式除湿機を使用した本発明方法の一例を示す図である。尚、パージゾーン17に送るパージ風16を加熱するために、必要によりパージ風をパージゾーンに送る途中にヒーターを設けることができる。
【図４】図４は、本発明に使用可能な乾式除湿機の例を示す図である。
【図５】実施例１における濃縮排気風量／再生出口空気風量と、被処理気体の溶剤除去率との関係を示す図である。■：メタノール；▲：酢酸エチル；
【図６】実施例１における濃縮排気風量／再生出口空気風量と、被処理気体の除湿量との関係を示す図である。●：水分；
【符号の説明】
１：除湿ローター；２：処理ゾーン；３：再生ゾーン；４：エアヒーター；
５：再生用ファン；６：処理用ファン；７：被処理気体；８：乾燥気体；
９：外気（新鮮風）；10：再生空気；11：再生出口空気；
12：大気、廃ガス処理等；12'：廃ガス処理；13：顕熱交換器；
14：冷却除湿機；15：凝縮水；16：パージ風（新鮮風、外気）；
17：パージゾーン；18：パージ用ファン；19：除湿ローター用駆動モーター；
20：処理フィルター；21：再生フィルター；22：パージ出口気体；
Ｑ₁、Ｑ₂、Ｑ₃：風量。

Claims (5)

1. 溶剤ガス及び水分を吸着する吸着剤を担持したローターを有する乾式除湿機を使用して溶剤ガスを含む気体中の水分を除湿する方法であって、
   除湿機の再生出口気体の少なくとも一部を、排出気体として排出する工程と、
   前記排出気体に含まれる溶剤ガスを除去処理する工程と、
   前記排出気体が取り除かれた再生出口気体である残余気体の水分を冷却により除湿して、再生気体として再使用する工程と、
   を含むことを特徴とする溶剤ガスを濃縮しつつ溶剤ガスを含む気体を除湿する方法。
2. 当該乾式除湿機がパージゾーンを有し、パージ出口気体を再生気体として使用する請求項１に記載の方法。
3. 前記残余気体に含まれる水分と同時に溶剤ガスの一部を除去する請求項１又は２に記載の方法。
4. 当該再生出口気体の一部を除湿後再生気体として循環再使用し、当該再生出口気体の少なくとも一部を排出気体として排出することにより、溶剤ガスを濃縮し小風量化して除去処理工程に付する請求項１〜３の何れかに記載の方法。
5. 当該再生出口気体の風量の少なくとも十分の一が循環再使用される請求項１〜４の何れかに記載の方法。

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