JP5339134B2 - ガス処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス処理装置に関する。

従来、揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Volatile Organic Compound）を含むガスを処理する処理装置としては、特許文献１に記載のものが知られている。この処理装置は、内部に流通されるガスを分解する反応室を備える。反応室内には、低温のガスを加熱するためのバーナが配されている。

また、反応室には、筒状をなす第１開口部、及び第２開口部が、下方に延びると共に反応室の内外を連通して設けられている。各開口部にはそれぞれ、ガスと接触してガスを酸化分解させる第１分解触媒と、第２分解触媒とが配されている。

更に、第１開口部には、第１分解触媒について反応室と反対側の位置に、ガスとの間で熱交換可能な第１蓄熱材が配されている。また、第２開口部には、第２分解触媒について反応室と反対側の位置に、第２蓄熱材が配されている。

流通路には、第１蓄熱材、第１分解触媒、反応室、第２分解触媒、第２蓄熱材の順にガスを流通させる第１経路、及び、ガスを第２蓄熱材、第２分解触媒、反応室、第１分解触媒、第１蓄熱材の順に流通させる第２経路を切り替える切り替え部材が設けられている。

上記の処理装置においては、例えば以下のようにしてガスが処理される。まず、切り替え部材を切り替えることにより、ガスを第１経路で流通させる。すると、ガスは、第１開口部から、第１蓄熱材、第１分解触媒を通って反応室内に導入される。ガスはバーナで加熱されて高温になり、第１分解触媒又は第２分解触媒と接触して、ガスに含まれるＶＯＣが酸化分解される。

その後、ガスは第２分解触媒、第２蓄熱材を通って、第２開口部から排出される。このとき、ガスの熱が第２蓄熱材に伝達されることにより、第２蓄熱材が加熱される。これにより、反応室内が高温に保持されると共に、処理後のガスの温度を下げることができる。反応室内の温度が高温に保持されることにより、ＶＯＣの酸化分解反応を効率よく進行させることができる。

その後、所定時間が経過したら、切り替え部材を切り替えることにより、ガスを第２経路で流通させる。すると、ガスは、第２開口部から、第２蓄熱材、第２分解触媒を通って反応室内に導入される。このとき、第２蓄熱材をガスが通る際に、第２蓄熱材からガスへと熱が伝達され、ガスが加熱される。加熱されたガスは反応室内に導入され、第２分解触媒又は第１分解触媒と接触して、ガスに含まれるＶＯＣが酸化分解される。このとき、ガスは第２蓄熱材に加熱されて比較的に高温になっているので、バーナの火力を弱くすることが可能となり、コストダウンを図ることができる。

続いて、ガスは第１分解触媒、第１蓄熱材を通って、第１開口部から排出される。このとき、第１蓄熱材において、ガスの熱が、ガスから第１蓄熱材に伝達される。

以下、上記の動作を繰り返して、高温のガスの熱を第１蓄熱材及び第２蓄熱材に蓄積することよって有効に利用しつつ、ガスの処理が実行される。

特開平１１−４４４１６号公報

しかしながらガスの中には、例えば有機シリコン化合物等、第１分解触媒及び第２分解触媒の活性を低下させる触媒毒が含まれる場合がある。ＶＯＣの酸化分解反応に用いられる触媒は、上記の触媒毒が微量混入するだけで酸化活性が大きく低下することがある。このため、触媒毒がガス中に微量でも含まれていると、第１及び第２触媒の触媒活性が低下し、触媒寿命が短くなることが懸念される。

上記の問題を解決するために、触媒毒を吸着する吸着材を、ガスの発生源と、ガス処理装置との間の位置に配することが考えられる。しかしながら上記の手法によると、吸着材における触媒毒の吸着量が飽和した場合に、吸着材の交換、又は、再生による吸着物の除去が必要となる。このため、吸着材の必要性能を維持するためのランニングコストが高くつくという問題があった。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、コスト低減を図ると共に分解触媒が長寿命化されたガス処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、揮発性有機化合物を含んだガスが流通する蓄熱材を収容した蓄熱材室と、前記揮発性有機化合物を分解させる分解触媒が収容されて前記分解触媒を加熱する加熱手段を有する反応室とを備え、前記蓄熱材を通ったガスが引き続き前記反応室に流れる第１の状態と、前記反応室を通ったガスが引き続き前記蓄熱材に流れる第２の状態とが交互に生ずるようにされ、前記第２の状態において前記蓄熱材を加熱すると共に前記第１の状態で前記蓄熱材によって前記反応室に向かうガスを加熱するようにしたガス処理装置において、前記蓄熱材の温度は、前記反応室に向かう前記ガスの流れの上流側において、前記ガスに含まれていて前記分解触媒を被毒する触媒毒の沸点よりも低くなるように維持されている（手段１）。

上記の発明によれば、まず、ガスを第１の状態で蓄熱材室から反応室へと流通させる。このとき、蓄熱材の温度は、反応室に向かうガスの流れの上流側において触媒毒の沸点よりも低く維持されている。このため、ガスが蓄熱材と接触すると、ガスに含まれる触媒毒の温度がその沸点よりも低くなるので、触媒毒は液体となる。これにより、ガス中の触媒毒が蓄熱材によって物理吸着される。この結果、分解触媒が触媒毒によって被毒されることが抑制される。このように本発明によれば、ＶＯＣの分解触媒を長寿命化することができる。

その後、ガスを第２の状態で、反応室から蓄熱材室へと流通させる。すると、反応室で加熱されたガスが蓄熱材を流通する際に、蓄熱材に物理吸着された触媒毒が、ガスと共に蓄熱材室から排出される。

以下、第１の状態と、第２の状態とを交互に繰り返すことにより、蓄熱材によってガス中の触媒毒が吸着されると共に、蓄熱材に物理吸着された触媒毒を蓄熱材室から離脱させて蓄熱材の再生を行うことができる。このように本願発明によれば、蓄熱材の交換が不要となるもしくは交換頻度が少なくなるし、また、蓄熱材を再生するための再生工程を、別途、実行しなくてもよいので、触媒毒の除去性能を維持するためのランニングコストを低減させることができる。

なお、蓄熱材の温度を、反応室に向かうガスの流れの上流側において、触媒毒の沸点よりも低くなるように維持する構成の例としては、例えば、蓄熱材の量を調節する構成、第２の状態において反応室と蓄熱材室との間にガスの冷却手段を設ける構成等が考えられる。

本発明の実施態様としては以下の態様が好ましい。
手段２は、手段１に係るガス処理装置であって、前記蓄熱材室は、前記反応室について前記ガスが流通する方向の両側の位置に配されて、それぞれ第１蓄熱材室、及び第２蓄熱材室とされており、更に、前記ガスを前記第１蓄熱材室、前記反応室、前記第２蓄熱材室の順に流通させる第１経路、及び、前記ガスを前記第２蓄熱材室、前記反応室、前記第１蓄熱材室の順に流通させる第２経路、を切り替える切り替え手段を備えることが好ましい。

上記の態様によれば、切り替え手段を切り替えて、第１経路でガスを流通させると、ガスは、第１蓄熱材室、反応室、第２蓄熱材室の順に流通する。これにより、第１蓄熱材室と反応室との関係では第１の状態が実現され、また、反応室と第２蓄熱材室との関係では、第２の状態が実現される。

また、切り替え手段を切り替えて、第２経路でガスを流通させると、ガスは、第２蓄熱材室、反応室、第１蓄熱材室の順に流通する。これにより、第１蓄熱材室と反応室との関係では第２の状態が実現され、また、反応室と第２蓄熱材室との関係では第１の状態が実現される。

このように、上記の態様によれば、切り替え手段を切り替えるという簡易な手法により、第１の状態と、第２の状態とを容易に作出することができる。

手段３は、手段１または手段２に係るガス処理装置であって、内側容器と、前記内側容器を外側から隙間を有して覆う外側容器と、を有し、前記内側容器の内部には前記反応室が設けられていることが好ましい。

上記の態様によれば、内側容器と外側容器との間の隙間には気体層が形成される。この気体層により内側容器の保温性が向上するので、反応室を加熱する際に加熱手段に投入するエネルギー消費量を削減できる。この結果、コストダウンを図ることができる。

手段４は、手段３に係るガス処理装置であって、前記内側容器には、前記蓄熱材室が更に設けられていることが好ましい。

上記の態様によれば、内側容器には反応室と蓄熱材室とが設けられているので、反応室と蓄熱材室とを別々に設ける場合に比べて、ガス処理装置全体を小型化できる。

手段５は、手段３または手段４に係るガス処理装置であって、前記内側容器の内部は、前記ガスが流通可能な隙間を有して隔壁で仕切られていることが好ましい。

上記の態様によれば、内側容器を大型化することなく、ガスの流通経路を延ばすことができる。

手段６は、手段１に係るガス処理装置であって、前記蓄熱材室は複数設けられると共に前記反応室に対して並設されており、前記蓄熱材室及び前記反応室への前記ガスの流入方向及び排出方向を切り替える切り替え手段を備えることが好ましい。

上記の態様によれば、切り替え手段を切り替えることにより、複数の蓄熱材室に対して、連続的に第１の状態と、第２の状態とを作出することができる。

手段７は、手段１に係るガス処理装置であって、前記反応室と前記蓄熱材室は一体に形成されると共に互いに直列に配されており、前記反応室及び前記蓄熱材室の内部には、分解触媒及び蓄熱材が積層されて収容されており、前記反応室と前記蓄熱材前記反応室のうち前記蓄熱材室と反対側に位置する端部は封止されており、前記蓄熱材室について前記反応室と反対側の端部には、前記ガスを前記蓄熱材室に供給する給気口と、前記ガスを前記蓄熱材室から排出する排気口とが設けられた給排気ユニットが、前記反応室及び前記蓄熱材室と直列に配されており、前記分解触媒及び前記蓄熱材と、前記給排気ユニットとは、互いの並び方向を軸として相対的に回転可能に配設されていることが好ましい。

給気口からガスが蓄熱材室に給気されると、ガスは、蓄熱材室を通って反応室へと流通する。反応室のうち蓄熱材室と反対側に位置する端部は封止されているので、ガスは反応室へと達したのち、蓄熱材室から排気口へと流通し、排気口から排気される。これにより、給気口から蓄熱材室を経て反応室へとガスが流れる領域においては第１の状態が実現され、反応室から蓄熱材室を経て排気口へとガスが流れる領域においては、第２の状態が実現される。

次いで、反応室及び蓄熱材室と、給排気ユニットとを相対的に回転させることにより、第１の状態でガスが流れていた領域に排気口が位置し、第２の状態でガスが流れていた領域に給気口が位置するようになる。すると、これまで第１の状態でガスが流れていた領域においては、反応室から蓄熱材室を経て排気口からガスが排気されることにより、第２の状態が実現される。一方、これまで第２の状態でガスが流れていた領域においては、給気口から蓄熱材室を経て反応室へとガスが流通することにより、第１の状態が実現される。

このように、反応室及び蓄熱材室と、給排気ユニットとを相対的に回転させることにより、第１の状態と、第２の状態とを交互に生ずるようにすることができる。

前記分解触媒は、白金、パラジウム、鉄、チタン、ジルコニウム、マンガン、銅、コバルト、ニッケル、セリウム、インジウム、タングステン、スズ、マグネシウム、カルシウム、ナトリウムの金属、および金属酸化物からなる群から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。

上記の態様により、揮発性有機化合物の分解率を向上させることができる。

前記分解触媒は、更に、酸化鉄との複合酸化物、及び酸化アルミニウムとの複合酸化物の双方又は一方を含むことが好ましい。

上記の態様により、揮発性有機化合物の分解率を更に向上させることができる。

本発明によれば、ガス処理装置について、コスト低減を図ると共に分解触媒を長寿命化することができる。

本発明に係るガス処理装置を、ＶＯＣ分解処理装置に適用した概略説明図 ガス処理装置を示すと共に、第１の経路でガスが流通する状態を示す断面図 ガス処理装置を示すと共に、第２の経路でガスが流通する状態をしめす断面図 図２におけるＩＶ−ＩＶ線断面図 ＩＰＡ濃度の経時変化を示すグラフ 比較例１に係るガス処理装置を示す断面図 実施形態２に係るガス処理装置を示す断面図 実施形態３に係るガス処理装置の概略構成を示す説明図

＜実施形態１＞
本発明に係るガス処理装置１０を、揮発性有機化合物濃縮酸化分解処理装置１１（以下、ＶＯＣ分解処理装置と称する。）に適用した実施形態１について、図１ないし図５を参照しつつ説明する。図１に示すように、ＶＯＣ分解処理装置１１においては、無端状の繊維状活性炭シート１２（以下、活性炭シートと称する。）が、複数のローラ１３に架設されて周回するようになっている。この活性炭シート１２の吸着部分にＶＯＣ含有ガスを導入することにより、ＶＯＣは活性炭シート１２に吸着される。これにより浄化された清浄空気１４は、ブロア１５Ａを経て外気に放出される。

上記活性炭シート１２の周回経路には脱離部１６が設けられている。この脱離部１６には脱離ヒータ１７によって加熱された空気が導入され、活性炭シート１２に吸着されたＶＯＣを脱離する。

上記の活性炭シート１２を周回させることにより、ＶＯＣガス含有ガスからＶＯＣを連続的に吸着し、脱離することができるようになっている。

脱離部１６から出た高濃度のＶＯＣガスは、後述するガス処理装置１０に導入されて、ガス中のＶＯＣが分解される。なお、脱離部１６から出た高濃度ＶＯＣガスには、後述する第１分解触媒１８、第２分解触媒１９の触媒活性を低下させる触媒毒が含まれる。

ＶＯＣが分解された高温のガスは、脱離熱交換器２０において、ブロア１５Ｂから供給される脱離用空気２１と熱交換され、ＶＯＣ分解処理装置１１の外部に排出される。

（ガス処理装置１０）
さて、図２に示すように、ガス処理装置１０には、ＶＯＣを含むガスが流通されるようになっている。このガス処理装置１０は、管状の内側容器２２と、この内側容器２２を外側から覆う管状の外側容器２３とを同軸上に配置した二重管構造をなす。

（外側容器２３）
外側容器２３は、図２における上下両端部が封止されている。外側容器２３の上端部寄りの位置には、図２における左右両側にそれぞれ、外側容器２３の内外を連通する第１ガス出入口２４、第２ガス出入口２５が設けられている。

図２における左側に位置する第１ガス出入口２４には、第１三方バルブ２６（特許請求の範囲に記載の切り替え手段に相当）が取り付けられている。また、図２における右側に位置する第２ガス出入口２５には、第２三方バルブ２７（特許請求の範囲に記載の切り替え手段に相当）が取り付けられている。

（内側容器２２）
図２における内側容器２２の上端は、外側容器２３の上壁の内面に接続されている。これにより、内側容器２２は、外側容器２３の側壁、及び底壁から離間して隙間を有した状態で、外側容器２３内に保持されている。

図２における内側容器２２の下端部には、格子状をなす支持部２８が設けられている。支持部２８は内側容器２２と一体に設けられてもよく、また、別体に設けられた支持部２８を内側容器２２に組み付けてもよい。支持部２８の格子により、内側容器２２の下端部は、外側容器２３の内部と連通している。

（隔壁２９）
図２における外側容器２３の底壁からは、上方に突出する隔壁２９が設けられている。この隔壁２９は、内側容器２２の支持部２８を突き抜けて設けられている。隔壁２９の上端縁は、内側容器２２の内部に位置すると共に、内側容器２２の上壁から隙間を有して配されている。上記の隙間により、隔壁２９の上端部と、内側容器２２の上壁と間の隙間を、ガスが流通可能になっている。この隔壁２９により、内側容器２２の内部は、概ね、図２における左側と、右側とに仕切られている。

また、図４に示すように、上記の隔壁２９は、外側容器２３と内側容器２２との間においては、両容器の間を隙間なく仕切っている。

図２に示すように、外側容器２３と内側容器２２との間には、上記の隔壁２９により、図２における左側に位置する第１通気路３０と、右側に位置する第２通気路３１とが形成される。

(蓄熱材室）
図２に示すように、内側容器２２の内部には、上記の支持部２８の上方に、蓄熱材３２が収容されている。蓄熱材３２は、支持部２８によって内側容器２２内に支持されている。蓄熱材３２は、隔壁２９の左右両側にそれぞれ収容されている。図２における左側には第１蓄熱材３２Ａが収容されている。内側容器２２のうち、第１蓄熱材３２Ａが収容された領域は第１蓄熱材室３３Ａとされる。また、図２における右側には第２蓄熱材３２Ｂが収容されている。内側容器２２のうち、第２蓄熱材３２Ｂが収容された領域は、第２蓄熱材室Ｂとされる。第１蓄熱材３２Ａ及び第２蓄熱材３２Ｂの、内側容器２２内における充填高さは、実質的に同じになっている。なお、実質的に同じとは、同じである場合を含み、且つ、同じでなくとも略同じ場合を含む。

第１蓄熱材３２Ａ、及び第２蓄熱材３２Ｂは、例えば、コージェライト等のセラミックから形成することができ、必要に応じて任意の材料から形成することができる。また、第１蓄熱材３２Ａ、及び第２蓄熱材３２Ｂは、図２における上下方向から見て、格子状、ハニカム状等、ガスが流通可能な通路が形成されている成形ブロックから構成することができる。

（反応室３４）
図２に示すように、第１蓄熱材３２Ａ、及び第２蓄熱材３２Ｂの上方には、それぞれ、第１分解触媒１８、及び第２分解触媒１９が配されている。第１分解触媒１８、及び第２分解触媒１９は、ＶＯＣを含むガスと接触して、ＶＯＣを分解させる。第１分解触媒１８、及び第２分解触媒１９の、内側容器２２内における充填高さは、実質的に同じになっている。

また、内側容器２２内における隔壁２９の高さ寸法は、第１分解触媒１８、及び第２分解触媒１９の充填高さよりもやや高く設定されている。

上記の第１分解触媒１８、及び第２分解触媒１９は、白金、パラジウム、鉄、チタン、ジルコニウム、マンガン、銅、コバルト、ニッケル、セリウム、インジウム、タングステン、スズ、マグネシウム、カルシウム、ナトリウムの金属、および金属酸化物からなる群から選択される少なくとも１種を含む。

図２に示すように、内側容器２２のうち、第１分解触媒１８、及び第２分解触媒１９の上方には、第１分解触媒１８、及び第２分解触媒１９を加熱する加熱手段３５が配設されている。この加熱手段３５としては、ガスヒータ、電気ヒータ等の加熱器を用いることが可能であって、安全性、安定性、コンパクト性、高温化、省エネルギーの観点から電気ヒータを用いることが好ましい。

内側容器２２のうち、第１分解触媒１８、及び第２分解触媒１９を収容すると共に、加熱手段３５を有する領域は、反応室３４とされる。

（ガスの流通経路）
図２に示すように、第１三方バルブ２６、及び第２三方バルブ２７を切り替えることにより、ＶＯＣを含むガスは、第１三方バルブ２６、第１通気路３０、第１蓄熱材室３３Ａ（第１蓄熱材３２Ａ）、反応室３４（第１分解触媒１８、第２分解触媒１９）、第２蓄熱材室３３Ｂ（第２蓄熱材３２Ｂ）、第２通気路３１、第２三方バルブ２７の順に流通される。この流通経路は第１経路とされる。第１経路は、図２において矢線Ａで示される。

このように第１経路でガスを流通させた状態では、ガスは、第１蓄熱材室３３Ａから反応室３４へと流通する。この状態は、第１の状態とされる。また、ガスは、反応室３４から第２蓄熱材室３３Ｂへと流通する。この状態は、第２の状態とされる。

図２に示すように、ガスが第１経路で流通されている状態において、第１蓄熱材３２Ａのうち、図２における下端部側は、反応室３４に向かうガスの流れの上流側に位置する。第１蓄熱材３２Ａのうち図２における下端部寄りの温度は、ガスに含まれる触媒毒の沸点よりも低くなるように維持されている。

また、図３に示すように、第１三方バルブ２６、及び第２三方バルブ２７を、切り替えることにより、ＶＯＣを含むガスは、第２三方バルブ２７、第２通気路３１、第２蓄熱材室３３Ｂ（第２蓄熱材３２Ｂ）、反応室３４（第２分解触媒１９、第１分解触媒１８）、第１蓄熱材室３３Ａ（第１蓄熱材３２Ａ）、第１通気路３０、第１三方バルブ２６の順に流通される。この流通経路は第２経路とされる。第２経路は、図３において矢線Ｂで示される。

このように第２の経路でガスを流通させた状態では、ガスは、第２蓄熱材室３３Ｂから反応室３４へと流通する。これにより、第２蓄熱材室３３Ｂと反応室３４との関係では第１の状態が実現される。また、ガスは、反応室３４から第１蓄熱材室３３Ａへと流通する。これにより、反応室３４と第１蓄熱材室３３Ａとの関係では第１の状態が実現される。

図３に示すように、ガスが第１経路で流通されている状態において、第２蓄熱材３２Ｂのうち、図３における下端部側は、反応室３４に向かうガスの流れの上流側に位置する。第１蓄熱材３２Ａのうち図３における下端部寄りの温度は、ガスに含まれる触媒毒の沸点よりも低くなるように維持されている。

なお、第１蓄熱材３２Ａ、及び第２蓄熱材３２Ｂの温度を、反応室３４に向かうガスの流れの上流側において、触媒毒の沸点よりも低くなるように維持する構成の例としては、例えば、第１及び第２蓄熱材３２Ｂの量を調節する構成、反応室３４と、第１及び第２蓄熱材室３３Ｂとの間にガスの冷却手段を設ける構成等が考えられる。

（作用、効果）
続いて、本実施形態の作用、効果について説明する。まず、図２に示すように、第１経路でガスを流通させると、ＶＯＣを含んだガスは、第１三方バルブ２６から第１出入口を経て外側容器２３内に導入される。続いてガスは、第１通気路３０内を流通した後、内側容器２２の支持部２８から内側容器２２内に導入される。内側容器２２の第１蓄熱材室３３Ａに導入されたガスは、第１蓄熱材３２Ａと接触する。

第１蓄熱材３２Ａの温度は、ガスの流れの上流側において、触媒毒の沸点よりも低くなるように維持されているので、ガスが第１蓄熱材３２Ａと接触すると、触媒毒は液体となる。これにより、ガス中の触媒毒が第１蓄熱材３２Ａによって物理吸着される。この結果、第１分解触媒１８、及び第２分解触媒１９が触媒毒によって被毒されることが抑制される。これにより、第１分解触媒１８、及び第２分解触媒１９を長寿命化することができる。

その後、ガスは、反応室３４内に流入し、第１分解触媒１８、及び第２分解触媒１９と接触する。すると、ガス中のＶＯＣは、第１分解触媒１８、及び第２分解触媒１９により分解される。

ＶＯＣが分解されて高温になったガスは、反応室３４から第２蓄熱材室３３Ｂへと流通し、第２蓄熱材３２Ｂと接触する。すると、第２蓄熱材３２Ｂは高温になったガスにより加熱される。第２蓄熱材３２Ｂに熱を伝達したガスは、第２通気路３１から第２出入口を経て、第２三方バルブ２７からガス処理装置１０の外部に排出される。

次いで、図３に示すように、第２経路でガスを流通させると、ＶＯＣを含んだガスは、第２三方バルブ２７から第２出入口を経て外側容器２３内に導入される。続いてガスは、第２通気路３１内を流通した後、内側容器２２の支持部２８から内側容器２２内に導入される。内側容器２２の第２蓄熱材室３３Ｂに導入されたガスは、第２蓄熱材３２Ｂと接触する。

第２蓄熱材３２Ｂの温度は、ガスの流れの上流側において、触媒毒の沸点よりも低くなるように維持されているので、ガスが第２蓄熱材３２Ｂと接触すると、触媒毒は液体となる。これにより、ガス中の触媒毒が第２蓄熱材３２Ｂによって物理吸着される。この結果、第２分解触媒１９、及び第２分解触媒１９が触媒毒によって被毒されることが抑制される。これにより、第１分解触媒１８、及び第２分解触媒１９を長寿命化することができる。

更に、ガスは、第２蓄熱材３２Ｂに蓄えられた熱を受け取って昇温される。これにより、加熱手段３５による加熱を弱くすることができるので、コストダウンを図ることができる。

その後、ガスは、反応室３４内に流入し、第１分解触媒１８、及び第２分解触媒１９と接触する。すると、ガス中のＶＯＣは、第１分解触媒１８、及び第２分解触媒１９により分解される。

ＶＯＣが分解されて高温になったガスは、反応室３４から第１蓄熱材室３３Ａへと流通し、第１蓄熱材３２Ａと接触する。すると、第１蓄熱材３２Ａは高温になったガスにより加熱される。さらに、高温のガスによって、第１蓄熱材３２Ａに物理吸着された触媒毒が脱離される。その後、ガスは、触媒毒と共に、第１通気路３０を通って第１三方バルブ２６を経て、ガス処理装置１０の外部に排出される。

以下、第１三方バルブ２６と、第２三方バルブ２７を切り替えることにより、第１の状態と、第２の状態とを交互に繰り返す。これにより、第１蓄熱材３２Ａ、及び第２蓄熱材３２Ｂによってガス中の触媒毒が吸着されると共に、第１蓄熱材３２Ａ及び第２蓄熱材３２Ｂに物理吸着された触媒毒を第１蓄熱材室３３Ａ及び第２蓄熱材室３３Ｂから離脱させて第１蓄熱材３２Ａ、及び第２蓄熱材３２Ｂの再生を行うことができる。このように本実施形態によれば、第１蓄熱材３２Ａ及び第２蓄熱材３２Ｂの交換が不要となるもしくは交換頻度が少なくなるし、また、第１蓄熱材３２Ａ及び第２蓄熱材３２Ｂを再生するための再生工程を、別途、実行しなくてもよいので、触媒毒の除去性能を維持するためのランニングコストを低減させることができる。

なお、従来においては、第１蓄熱材３２Ａ及び第２蓄熱材３２Ｂの温度設計は、反応室３４内の温度を維持する観点から、反応室３４の温度に近くなるように維持するようになされていた。これに対し本実施形態においては、第１蓄熱材３２Ａ及び第２蓄熱材３２Ｂの温度を、反応室３４に向かう排ガスの流れの上流側において、触媒毒の沸点よりも低くなるように維持する構成となっている。これにより、ガスから触媒毒を除去又は低減することが可能となっている。

また、本実施形態においては、第１三方バルブ２６、及び第２三方バルブ２７を切り替えるという簡易な手法により、第１の状態と、第２の状態とを容易に作出することができる。

また、本実施形態においては、内側容器２２と、外側容器２３との間には隙間が形成されている。これにより、内側容器２２と外側容器２３との間の隙間はガスが流通する第１通気路３０及び第２通気路３１とされる。この第１通気路３０及び第２通気路３１にはガスによる気体層が形成される。この気体層により内側容器２２の保温性が向上するので、反応室３４を加熱する際に加熱手段３５に投入するエネルギー消費量を削減できる。この結果、コストダウンを図ることができる。

また、本実施形態においては、内側容器２２内には、第１蓄熱材室３３Ａ及び第２蓄熱材室３３Ｂが更に設けられている。これにより、反応室３４、第１蓄熱材室３３Ａ及び第２蓄熱材室３３Ｂをそれぞれ個別に設ける場合に比べて、ガス処理装置１０全体を小型化できる。

更に、本実施形態においては、内側容器２２の内部は、ガスが流通可能な隙間を有して隔壁２９で仕切られている。これにより、内側容器２２を大型化することなく、ガスの流通経路を延ばすことができる。

分解触媒は、白金、パラジウム、鉄、チタン、ジルコニウム、マンガン、銅、コバルト、ニッケル、セリウム、インジウム、タングステン、スズ、マグネシウム、カルシウム、ナトリウムの金属、および金属酸化物からなる群から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。更に、酸化鉄との複合酸化物、及び酸化アルミニウムとの複合酸化物の双方又は一方を含むことが好ましい。

（実施例１）
以下、本発明に係るガス処理装置１０の実施例１について説明する。上述したガス処理装置１０内に、濃度１，０００ｐｐｍのＩＰＡ（ＶＯＣの一例）と、濃度１０ｐｐｍのＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン、触媒毒の一例）と、を含むガスを、流速０．４５ｍ^３／ｍｉｎで流通させた。なお、ＨＭＤＳの沸点は、１２２℃〜１２７℃（ＭＳＤＳ−ＯＨＳ （２００４））である。第１分解触媒１８、及び第２分解触媒１９は、パラジウム担持触媒を用いた。ＳＶは、３７，０００ｈ^−１とした。

第１蓄熱材３２Ａ、及び第２蓄熱材３２Ｂは、ハニカム状のコージェライトを各々４枚積層させた。これにより、コージェライトの最下層の温度がＨＭＤＳの沸点よりも低い温度に維持されるようにした。

加熱手段３５の制御温度は、５００℃とした。パラジウム担持触媒のうち、加熱手段３５側の温度は５１０℃であり、加熱手段３５と反対側（第１蓄熱材３２Ａ、及び第２蓄熱材３２Ｂ側）の温度は５３０℃であった。また、コージェライトのうち、反応室側（第１分解触媒１８、および第２分解触媒１９側）の温度は５００℃であり、最下層の温度は、５０℃〜８０℃であった。なお、コージェライトの最下層から排出されるガス温度は１２０℃〜１５０℃であり、コージェライトに流入するガス温度は５０℃〜８０℃であった。

第１三方バルブ２６、及び第２三方バルブ２７を６０秒毎に切り替えることにより、ガス処理装置１０内に、ガスを第１経路で流通させる状態と、第２経路で流通させる状態とを、交互に作出した。

ガス処理装置１０から排出されたガスについて、ＩＰＡの濃度を連続的に測定した。図５に、ＩＰＡ濃度の経時変化を表すグラフを示す。

（比較例１）
比較例１に用いたガス処理装置８０を図６に模式的に示す。このガス処理装置８０は、濃度１０００ｐｐｍのトルエン（ＶＯＣの一例）と、濃度５ｐｐｍのＨＭＤＳ（触媒毒の一例）と、を含む反応ガスが流通される反応管内に、蓄熱材８２に相当する板状のコージェライトを４層積層したものと、板状の担体にパラジウムを担持したパラジウム担持触媒８８と、が収容されている。コージェライトと、パラジウム担持触媒８８とは、反応管内に設けられた加熱手段８５により、５００℃に維持されるようになっている。反応ガスのＳＶは８０，０００ｈ^−１に設定された。

上記のガス処理装置８０内に、ガスを矢線Ｃで示す方向に流通させて、ガス処理装置８０から排出されるガスの、トルエン濃度を連続的に測定した。

（結果）
図５に示すように、実施例１においては、ＩＰＡの出口濃度が２００ｐｐｍとなる８０％破過時間は、５７０分であった。

一方、比較例１においては、トルエンの出口濃度が２００ｐｐｍとなる８０％破過時間は、６８分であった。この数値は、ガスを一方向に流通させる条件でのものなので、これを、６８分×（８０００ｈ^−１／３７０００ｈ^−１）として、実施例１のようにガスを二方向に切り替えた場合に換算した。すると、比較例１における８０％破過時間は、１４７分と算出された。

このように、比較例１では、８０％破過時間が１４７分であるのに対し、実施例１では、５７０分となっており、比較例１と比べて約４倍に触媒寿命が延ばすことができた。

これは、比較例１においては、蓄熱材８２であるコージェライトの温度が５００℃に維持されていたため、沸点が１２２℃〜１２７℃であるＨＭＤＳは気体となり、コージェライトを通過してしまったと考えられる。このため、パラジウム触媒８０がＨＭＤＳにより被毒され、触媒寿命が短くなったと考えられる。

これに対して実施例１においては、反応ガスの流れ方向上流側においては、第１蓄熱材３２Ａ及び第２蓄熱材３２Ｂの温度は、ＨＤＭＳの沸点よりも低い温度に維持されているので、ＨＤＭＳは第１蓄熱材３２Ａ及び第２蓄熱材３２Ｂと接触することにより液化し、この液化したＨＤＭＳが第１蓄熱材３２Ａ及び第２蓄熱材３２Ｂに物理吸着したと考えられる。これにより、ガス中におけるＨＤＭＳの濃度が低下し、パラジウム触媒の寿命が延びたと考えられる。

さらに、実施例１においては、６０秒毎にガスの流通経路を第１経路と第２経路との間で切り替えていたので、反応室３４から排出された高温のガスが第１蓄熱材３２Ａ及び第２蓄熱材３２Ｂと接触することにより、物理吸着されたＨＤＭＳが脱離して、第１蓄熱材３２Ａ及び第２蓄熱材３２Ｂが再生されたと考えられる。これにより、ランニングコストの削減を図ると共に、パラジウム触媒の寿命を一層延ばすことができたと考えられる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を、図７を参照しつつ説明する。本実施形態にかかるガス処理装置４０は、反応室４４に、複数（本実施形態では３つ）の蓄熱材室４３が並設されている。蓄熱材室４３は、図７における左から第１蓄熱材室４３Ａ、第２蓄熱材室４３Ｂ、及第３蓄熱材室４３Ｃとされる。各蓄熱材室４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃにはそれぞれ、第１蓄熱材４２Ａ、第２蓄熱材４２Ｂ、及び第３蓄熱材４２Ｃが収容されている。各蓄熱材４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃの上方には、それぞれ第１分解触媒４８、第２分解触媒４９、及び第３分解触媒５０が配されている。また、各分解触媒４８，４９，５０の上方には加熱手段３５が配されている。各分解触媒４８，４９，５０、及び加熱手段４５が収容された領域が、反応室４４とされる。

各蓄熱材室４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃからは、ガスが流通可能な流通路５１が、３つずつ延設されている。それぞれの流通路５１には、ガスの流通方向を切り替えるバルブ５２（特許請求の範囲に記載の切り替え手段に相当）が設けられている。

上記以外の構成については、実施形態１と略同様なので、同一部材については同一符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態においては、まず、バルブ５２を操作することにより、ガスが、第１蓄熱材室４３Ａ、反応室４４、第２蓄熱材室４３Ｂの順に流通するようにする。すると、第１蓄熱材室４３Ａの下端部において、ガス中に含まれる触媒毒が液化して第１蓄熱材４２Ａに吸着される。その後、ガス中のＶＯＣは反応室４４で分解される。反応室４４で高温になったガスは、第２蓄熱材４２Ｂを加熱する一方、ガス自身は冷却されて、ガス処理装置４０から排出される。このとき、第３蓄熱材４２Ｃにおいては、未反応ガスや触媒毒等がパージされる。

続いて、所定時間が経過した後、バルブ５２を切り替えることにより、ガスが、第２蓄熱材室４３Ｂ、反応室４４、第３蓄熱材室４３Ｃの順に流通するようにする。すると、第２蓄熱材室４３Ｂの下端部において、ガス中に含まれる触媒毒が液化して第２蓄熱材４２Ｂに吸着される。さらに、ガスは、加熱された第２蓄熱材４２Ｂから熱を受け取って高温になる。その後、ガス中のＶＯＣは反応室４４で分解される。反応室４４で高温になったガスは、第３蓄熱材４２Ｃを加熱する一方、ガス自身は冷却されて、ガス処理装置１０から排出される。このとき、第１蓄熱材４２Ａにおいては、未反応ガスや触媒毒等がパージされる。

続いて、所定時間が経過した後、バルブ５２を切り替えることにより、ガスが、第３蓄熱材室４３Ｃ、反応室４４、第１蓄熱材室４３Ａの順に流通するようにする。すると、第３蓄熱材室４３Ｃの下端部において、ガス中に含まれる触媒毒が液化して第３蓄熱材４２Ｃに吸着される。さらに、ガスは、加熱された第３蓄熱材４２Ｃから熱を受け取って高温になる。その後、ガス中のＶＯＣは反応室４４で分解される。反応室４４で高温になったガスは、第１蓄熱材４２Ａを加熱する一方、ガス自身は冷却されて、ガス処理装置１０から排出される。このとき、第２蓄熱材４２Ｂにおいては、未反応ガスや触媒毒等がパージされる。

以下、同様の手順を繰り返すことにより、第１蓄熱材室４３Ａ、第２蓄熱材室４３Ｂ、及び第３蓄熱材室４３Ｃを備えたガス処理装置４０に対して、連続的に、ＶＯＣを含むガスの処理を実行することができる。

＜実施形態３＞
次に、本発明の実施形態３について、図８を参照しつつ説明する。本実施形態に係るガス処理装置６０は、反応室６４と蓄熱材室６３とは、円筒形をなして一体に形成されている。詳細には、図８における下側に蓄熱材６２を収容する蓄熱材室６３が形成されており、この蓄熱材室６３の上方に、直列に並んで分解触媒６７を収容する反応室６４が形成されている。反応室６４の上部には、加熱手段６５が配されている。また、反応室６４の上端部は封止されている。

蓄熱材室６３の下方には、図８に左側に、ＶＯＣを含むガスが給気される給気口６８が設けられており、また、右側には、蓄熱材室６３からガスが排出される排気口６９が設けられている。これら給気口６８及び排気口６９により、給排気ユニット７０が形成されている。本実施形態においては、給排気ユニット７０は、反応室６４及び蓄熱材室６３に直列に並んだ状態で固定されている。

分解触媒６７、及び蓄熱材６２は概ね円板状をなしている。分解触媒６７、及び蓄熱材６２には、その板厚方向と直交する方向に延びて、中心を貫通する回転軸７１が設けられている。

本実施形態においては、分解触媒６７、及び蓄熱材６２は、反応室６４及び蓄熱材室６３の内部において、回転軸７１を中心として、図８における上方から見て時計回り方向（図８の矢線Ｄ参照）に回転可能に収容されている。これにより、分解触媒６７、及び蓄熱材６２と、給排気ユニット７０とは、相対的に回転可能になっている。

上記以外の構成については、実施形態１と略同様なので、同一部材については同一符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態においては、まず、給気口６８からガスが蓄熱材室６３に給気されると、ガスは、蓄熱材室６３を通って反応室６４へと流通する。反応室６４のうち蓄熱材室６３と反対側に位置する端部は封止されているので、ガスは反応室６４へと達したのち、蓄熱材室６３から排気口６９へと流通し、排気口６９から排気される。これにより、給気口６８から蓄熱材室６３を経て反応室６４へとガスが流れる領域においては第１の状態が実現され、反応室６４から蓄熱材室６３を経て排気口６９へとガスが流れる領域においては、第２の状態が実現される。

次いで、分解触媒６７及び蓄熱材６２を回転軸７１を軸として回転させる。すると、分解触媒６７及び蓄熱材６２と、給排気ユニット７０とを相対的に回転する。すると、分解触媒６７及び蓄熱材６２のうち、第１の状態でガスが流れていた領域に排気口６９が位置し、第２の状態でガスが流れていた領域に給気口６８が位置するようになる。すると、これまで第１の状態でガスが流れていた領域においては、反応室６４から蓄熱材室６３を経て排気口からガスが排気されることにより、第２の状態が実現される。一方、これまで第２の状態でガスが流れていた領域においては、給気口６８から蓄熱材室６３を経て反応室３４へとガスが流通することにより、第１の状態が実現される。

このように、分解触媒６７及び蓄熱材６２と、給排気ユニット７０とを相対的に回転させることにより、第１の状態と、第２の状態とを交互に生ずるようにすることができる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）反応室と、蓄熱材室とは、別体に形成されて、流通経路で接続される構成としてもよい。これにより、反応室のメンテナンスと、蓄熱材室のメンテナンスとを個別に行うことができるので、メンテナンス性が向上する。
（２）反応室又は蓄熱材室は、二塔式であってもよく、また、四塔以上の多塔式であってもよい。このとき、１つの反応室に各蓄熱材室が接続される構成としてもよく、また、各蓄熱材室に対して個別に反応室が接続される構成としてもよい。
（３）実施形態３においては、給排気ユニット７０を固定して、分解触媒６７、及び蓄熱材６２を回転させる構成としたが、これに限られず、分解触媒６７、及び蓄熱材６２を固定して、給排気ユニット７０を回転させる構成としてもよい。また、分解触媒６７及び蓄熱材６２と、給排気ユニット７０との双方を回転させる構成としてもよい。
（４）分解触媒によるＶＯＣの分解反応は、酸化分解に限られず、無酸素雰囲気下におけるＶＯＣの分解反応であってもよく、任意の分解反応を利用できる。

１０，４０，６０…ガス処理装置
１８，４８…第１分解触媒（分解触媒）
１９，４９…第２分解触媒（分解触媒）
２２…内側容器
２３…外側容器
２６…第１三方バルブ（切り替え手段）
２７…第２三方バルブ（切り替え手段）
２９…隔壁
３２…蓄熱材
３２Ａ，４３Ａ…第１蓄熱材（蓄熱材）
３２Ｂ，４３Ｂ…第２蓄熱材（蓄熱材）
３３Ａ，４３Ａ…第１蓄熱材室（蓄熱材室）
３３Ｂ、４３Ｂ…第２蓄熱材室（蓄熱材室）
３４，４４，６４…反応室
３５，６５…加熱手段
４２Ｃ…第３蓄熱材（蓄熱材）
４３…蓄熱材室
４３Ｃ…第３蓄熱材室（蓄熱材室）
５０…第３分解触媒（分解触媒）
５２…バルブ（切り替え手段）
６７…分解触媒
６８…給気口
６９…排気口
７０…給排気ユニット

Claims (8)

1. 揮発性有機化合物を含んだガスが流通する蓄熱材を収容した蓄熱材室と、前記揮発性有機化合物を分解させる分解触媒が収容されて前記分解触媒を加熱する加熱手段を有する反応室とを備え、前記蓄熱材を通ったガスが引き続き前記反応室に流れる第１の状態と、前記反応室を通ったガスが引き続き前記蓄熱材に流れる第２の状態とが交互に生ずるようにされ、前記第２の状態において前記蓄熱材を加熱すると共に前記第１の状態で前記蓄熱材によって前記反応室に向かうガスを加熱するようにしたガス処理装置において、
   前記ガスには前記分解触媒を被毒する有機シリコン化合物が含まれており、
   前記蓄熱材の温度は、前記反応室に向かう前記ガスの流れの上流側において、ヘキサメチルジシラザンの沸点よりも低くなるように維持されているガス処理装置。
2. 前記蓄熱材室は、前記反応室について前記ガスが流通する方向の両側の位置に配されて、それぞれ第１蓄熱材室、及び第２蓄熱材室とされており、更に、前記ガスを前記第１蓄熱材室、前記反応室、前記第２蓄熱材室の順に流通させる第１経路、及び、前記ガスを前記第２蓄熱材室、前記反応室、前記第１蓄熱材室の順に流通させる第２経路、を切り替える切り替え手段を備えた請求項１に記載のガス処理装置。
3. 内側容器と、前記内側容器を外側から隙間を有して覆う外側容器と、を有し、前記内側容器の内部には前記反応室が設けられている請求項１または請求項２に記載のガス処理装置。
4. 前記内側容器には、前記蓄熱材室が更に設けられている請求項３に記載のガス処理装置。
5. 前記内側容器の内部は、前記ガスが流通可能な隙間を有して隔壁で仕切られている請求項３または請求項４に記載のガス処理装置。
6. 前記蓄熱材室は複数設けられると共に前記反応室に対して並設されており、前記蓄熱材室及び前記反応室への前記ガスの流入方向及び排出方向を切り替える切り替え手段を備えた請求項１に記載のガス処理装置。
7. 前記反応室と前記蓄熱材室は一体に形成されると共に互いに直列に配されており、前記反応室及び前記蓄熱材室の内部には、分解触媒及び蓄熱材が一体に積層されて収容されており、前記反応室と前記蓄熱材前記反応室のうち前記蓄熱材室と反対側に位置する端部は封止されており、前記蓄熱材室について前記反応室と反対側の端部には、前記ガスを前記蓄熱材室に供給する給気口と、前記ガスを前記蓄熱材室から排出する排気口とが設けられた給排気ユニットが、前記反応室及び前記蓄熱材室と直列に配されており、前記分解触媒及び前記蓄熱材と、前記給排気ユニットとは、互いの並び方向を軸として相対的に回転可能に配設されている請求項１に記載のガス処理装置。
8. 前記分解触媒は、白金、パラジウム、鉄、チタン、ジルコニウム、マンガン、銅、コバルト、ニッケル、セリウム、インジウム、タングステン、スズ、マグネシウム、カルシウム、ナトリウムの金属、および金属酸化物からなる群から選択される少なくとも１種を含む請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のガス処理装置。

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