JP5606924B2 - ガス流からｐａｈを吸収する装置および方法 - Google Patents

Description

発明の背景
発明の分野
本発明は、ガス流に同伴する汚染物質の除去に関する。

背景技術の検討
多くの様々な種類の製造プラントは排気ガスを生じさせる。この排気ガスは排気ガスの流れに同伴した汚染物質たとえば多環芳香族炭化水素（ＰＡＨ）を有している。製造プラントからの排気ガスの流れは炭化水素たとえば、油、石油留分、ベンゼンおよび溶剤を含有し得る。ＰＡＨを含有する製造プラントからの廃ガス流には、使用済み保護雰囲気ガス、コークス炉ガスおよび種々の製油所排気流のような数多くの例がある。

排気ガス中におけるこのような汚染物質の存在は、この廃ガス流をどのように処理または利用するかを決定する際に考慮すべきいくつかの問題を提起する。このような汚染物質は、排気ガスの周囲大気への放出を考える場合に、環境的な懸念を提起する。多くの場所において、汚染物質の大気への排出は規制されており、余分な排出は厳しく禁じられ、高価な後処理装置たとえば熱または触媒酸化装置の追加を必要とするであろう。更に、いくつかの条件下では、排気ガスを製造プラントでのまたは他の目的のための燃料として再利用するために、回収およびリサイクルに排気ガスを考慮することがあるかもしれない。しかし、排気ガス中の汚染物質のせいで、回収排気ガスの燃料の価値は低いことがある。それゆえ、排気ガスを大気へ放出する前に、または排気ガスを燃料としてもしくはプロセス原料として再利用する前に、排気ガスから汚染物質を除去することが必要であろう。

大きな液滴の形態の液相で排気ガスに同伴している汚染物質は、バフルセパレータ、サイクロン、デミスタ、電気分離器、または同様の装置を使用することによって、排気ガスから分離することができる。これらの装置は、０．５μｍ程度の小さい粒子を分離することができる。しかし、気相かまたは超微細な液滴で排気ガスに同伴している汚染物質を分離することは難しいことが分かっている。活性炭はガス状の汚染物質をガス流から除去するのに使用することができる。しかし、大量の汚染物質を含有し得る大量の排気ガス（たとえば、鉄鋼焼鈍プラントからの排気ガス）を処理する場合、活性炭を含むフィルタの使用は可能性がないであろう。まず、活性炭を含むフィルタは極めて高価である。加えて、数キログラムの汚染物質は大きな炭素フィルタでも詰まらせて使用に不適にすることがあり、その結果、フィルタの頻繁な交換が必要になり、使用済みのフィルタ内容物の除去が問題となる。

発明の概要
上で論じた制限および問題を排除する試みの中で、発明者らは、以下に説明するような、ガスをリサイクルする方法およびシステムを構築した。

本発明は、ガス流から炭化水素を除去する方法および装置を提供する。

本発明は、さらに、ガスリサイクル装置を使用して、汚染物質含有ガス流から汚染物質炭化水素を取り除くとともに、前記ガスリサイクル装置の部品に潤滑を与える方法および装置を提供する。

本発明は、有利には、廃ガス流からの分解副生物で汚染された使用済みの洗浄用溶媒をリサイクルし、それによって廃溶媒としての溶媒の除去に先立って溶媒の有用性を高める方法および装置を提供する。

本発明は、有利には、使用済みのガス流中に存在する炭化水素を溶解させるかまたは同伴させることができる溶媒、および経済的に精製することができる溶媒を提供する。

本発明は、有利には、食物油を含む溶媒に、使用済みガス流中に存在する炭化水素を溶解させるまたは同伴させることによって、廃ガス流を処理するシステムおよび方法を提供する。

本発明は、有利には、使用済み保護雰囲気および冶金ガスたとえばコークス炉ガスまたは発生炉ガスに適用され得る。

本発明のより十分な理解および本発明に伴う多くの利点は、以下の詳細な説明を参照して、特に添付の図面と関連して考慮した場合に、容易に明らかになるであろう。

図１は、保護ガス雰囲気を利用する熱処理炉およびこの炉とともに使用される雰囲気リサイクル装置の概略図である。 図２は、本発明に係る雰囲気リサイクル装置の実施形態の概略図である。 図３は、室温における、２種の異なる圧縮機潤滑剤（すなわち合成油１０Ｗおよび合成油３０Ｗ）および３種の新しい吸収油（Ｍｅｌ−Ｆｒｙ（登録商標）、精製ダイズ油および純粋ダイズ油）への炭化水素汚染物質の溶解限度を示すグラフである。

発明の詳細な説明
以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら説明する。以下の説明では、実質的に同じ機能および配置を持つ構成要素には同様の参照番号を付し、繰り返しの説明は必要な場合にのみ行う。

本発明は、ガスからの蒸気状またはエアロゾル状の炭化水素、特にＰＡＨの回収または除去を必要とする任意のプロセスに関する。製造プラント内で発生する排気ガスのガス状の流れは、炭化水素たとえば油、石油留分、ベンゼンおよび溶媒を含み得る。ＰＡＨを含有する流れの例は、使用済み保護雰囲気ガス、コークス炉ガスおよび製油所からの様々な廃棄流である。現在知られている触媒的な燃焼後の方法が可能でない場合、炭化水素たとえばＰＡＨを排気ガスから除去するための新しい方法が必要である。

図１は、本発明を組み込みかつこれを有利に利用することのできるシステムの実施形態を図示している。図１では、熱処理炉１０は保護雰囲気ガスが２つの供給源から供給される。これら供給源は、別々にまたは同時に使用され、未使用の保護雰囲気を貯蔵する未使用ガス供給タンク１４と、リサイクルされた保護雰囲気ガスを貯蔵するリサイクルガス供給タンク１６とを含む。未使用ガス供給タンク１４から炉１０へのガスの流れは弁１５を使用して調節され、リサイクルガス供給タンク１６から炉へのガスの流れは弁１７を使用して調節される。あるいは、リサイクルは米国出願第１１／４０７，０５８号および第１１／７４９，５２１号のように構成されていてもよく、これらの各々は参照することによってその全体がここに組み込まれている。また、熱処理炉１０は燃料供給２０から供給された燃料の燃焼によって熱が供給されるか、あるいは電気的に加熱され得る。

使用済みまたは廃保護雰囲気は、炉１０から出口２２を通して排気され、配管２４に沿って通気管２８に方向づけることができ、ここで使用済み保護雰囲気は必要とされる任意の環境的な浄化を行った後に周囲環境へ排出され、および／または配管２６に沿ってリサイクル装置３０に方向づけることができる。背圧弁２５を配管２４に沿って設け、作動弁２７を配管２６に沿って設け、出口２２を通して炉１０を出る使用済み保護雰囲気の流れを制御するようにする。

リサイクル装置３０は配管２６から使用済み保護雰囲気を受け取る。リサイクル装置３０は、使用済み保護雰囲気から、出口３２を通して放出されリサイクルガス供給タンク１６へ戻される精製雰囲気ガス流と、出口３４を通して放出され放出用の通気管２８に方向づけられた不純ガス流とを作り出す。

図２は、本発明に係るリサイクル装置３０の実施形態を図示している。この実施形態では、配管２６から受け取られた使用済み保護雰囲気が、コンプレッサ６０および９０を使用する２つの圧縮ステージを通るように方向づけられ、以下に詳細に述べるように、その間に使用済み保護雰囲気のガス流中の汚染物質がガス流から溶媒を使用して除去され、洗浄されたガス流を生じる。洗浄されたガス流は次に洗浄されたガス流をガスセパレータ１２０、たとえば１つ以上の圧力スイング吸着（ＰＳＡ）装置を含むユニットのガス流入口１２２に方向づけることによって、更に清浄化され得る。ガスセパレータ１２０は、出口１２４を通る精製雰囲気ガス流と、出口１２６を通る不純ガス流とを生じさせる。精製雰囲気ガス流は出口１２４を通して放出され、バッファタンク１２８に方向づけて圧力変動を最小にすることができ、その後、ガスセパレータ１２０に一定の背圧条件をかけるために使用できる背圧制御弁１２９へ送ることができる。最後に、精製雰囲気ガス流はリサイクル装置３０から出口３２を通して放出され、精製雰囲気ガス流をリサイクルガス供給タンク１６（図１参照）へ送ることによってリサイクルされる。

上で述べたように、配管２６から受け取られた使用済み保護雰囲気は２つの圧縮ステージを通るように方向づけられ、その間に使用済み保護雰囲気のガス流中の汚染物質がガス流から溶媒を使用して除去され、洗浄されたガス流を生じる。この洗浄プロセスは数多くの様々な構成を使用して達成することができることが注目される。たとえば、図２に図示した実施形態は２つの圧縮ステージを図示しているが、本発明は、その代わりに、１つの圧縮ステージを有する構成、または２つより多くの圧縮ステージを有する構成に組み込むことができる。この洗浄作業は、これらの圧縮ステージの前、これらのステージの間、これらステージの後に行ってもよい。

図２に図示したように、配管２６から受け取られた使用済み保護雰囲気は、熱交換器（すなわちクーラー）を通して送ることができ、熱交換器は望ましい場合に設けられ、ガス流を望ましい吸気温度まで冷却する。冷却されたガス流は次に第１チャンバ５０のガス流入口５２に送られる。第１チャンバ５０は、その下流の第１ステージのコンプレッサ６０の吸気によって生じる圧力変動を最小にすることによって揺らぎ緩衝調節器として働き、かつ汚染物質スクラバとして働く。第１チャンバ５０は溶媒入口５６と溶媒出口５８とを含む。溶媒は第１チャンバ５０の溶媒入口５６内に注入され、ここで溶媒はガス流入口５２から入りガス流出口５４から出て第１チャンバ５０を通り抜けるガス流の流れと混合される。第１チャンバ５０を通り抜けるガス流中の汚染物質は、本発明の溶媒（その性質は以下に詳細に説明する）とガス流との接触により、溶媒によって取り込まれるおよび／または溶媒中に溶解される。汚染物質を含有する溶媒は、第１チャンバ５０の底部に溜まり、第１チャンバ５０から溶媒出口５８を通して出て行く。汚染物質を含有する溶媒は次にポンプ５９を使用して汚染物質を溶媒から除去するための除去装置１３０に接続された配管１３１に送ることができ、その後、以下に説明するように、清浄溶媒はリサイクルされるかまたは放出される。本発明の１つの実施形態では、溶媒入口５６からの未使用の溶媒の流れは、入口５２から入ってくるガスの流れに対して反対すなわち向流である。この洗浄作業は８０℃未満の温度で行うことが好ましい。本発明の１つの実施形態では、この洗浄作業は５０℃とこの溶媒／溶質混合物がポンプを使用して扱えなくなる下限との間の温度で行う。本発明の１つの実施形態では、チャンバ５０は内部物質移動構造、たとえばランダム充填材、構造化充填材、繊維、ショット、顆粒物質、または物質移動を促進する他の媒体を備えていてもよい。

第１チャンバ５０から出て行くガス流は次に第１ステージのコンプレッサ６０のガス流入口６２へ送られる。第１ステージのコンプレッサ６０は、溶媒入口６６と溶媒出口６８とを含む。溶媒は第１ステージのコンプレッサ６０の溶媒入口６６内に注入され、ここで溶媒はガス流入口６２から入りガス流出口６４から出て行き第１ステージのコンプレッサ６０を通り抜けるガス流の流れに混合される。第１ステージのコンプレッサ６０内へ注入された溶媒は、以下で詳細に説明するように、第１ステージのコンプレッサ６０の潤滑剤としても働く。第１ステージのコンプレッサ６０を通り抜けるガス流中の汚染物質は、ガス流と本発明の溶媒との接触により、溶媒によって取り込まれおよび／または溶媒中に溶解され、次に汚染物質を含有する溶媒は第１ステージのコンプレッサ６０から溶媒出口６８を通して出て行く。その後、汚染物質を含有する溶媒は、ポンプ６９を使用して、除去装置１３０に送るか、または汚染物質を溶媒から除去するための第１チャンバ５０へ戻すことができ、清浄溶媒はその後リサイクルされるかまたは放出される。任意の個所で望ましくない汚染物質で汚染された溶媒は、使用済みの溶媒を収容するより低圧のチャンバのうちの何れか１つへリサイクルされてもよく、こうして除去装置１３０への移動のための僅か１つの流れに集めてもよい。

第１ステージのコンプレッサ６０から出て行くガス流は、望ましい場合には、熱交換器（すなわちクーラー）７０に通すことができる。ガス流は次に第２チャンバ８０のガス流入口８２へ送られる。第２チャンバはその下流にある第２ステージのコンプレッサ９０の吸気によって生じる圧力の変動を最小にすることによって揺らぎ緩衝調節器として働き、かつ汚染物質スクラバとして働く。緩衝容器と熱交換器とからなるアセンブリの構成の例示的な形態は、米国特許出願第１１／４０７，０５８号、第１１／７４９，５２１号および第１１／７８０，９４５号に開示されており、これらの各々は参照によりその全体がここに組み込まれている。第２チャンバ８０は第１チャンバ５０と同様に構成されていてもよく、したがって溶媒入口８６と、溶媒出口８８と、ガス流入口８２と、ガス流出口８４とを含む。第２チャンバ８０を通り抜けるガス流中の汚染物質は、ガス流と本発明の溶媒との接触により、溶媒によって取り込まれおよび／または溶媒中に溶解され、次に汚染物質を含有する溶媒は第２チャンバの底部に溜まり、溶媒出口８８を通して出て行く。汚染物質を含有する溶媒は次にポンプ８９を使用して汚染物質を溶媒から除去するための除去装置１３０へ送ることができ、清浄溶媒はその後リサイクルされるかまたは排出される。

第２チャンバ８０から出て行くガス流は次に第２ステージのコンプレッサ９０のガス流入口９２へ送られる。第２ステージのコンプレッサ９０は溶媒入口９６と溶媒出口９８とを含む。溶媒は第２ステージコンプレッサ９０の溶媒入口９６中に注入され、ここで溶媒はガス流入口９２から入りガス流出口９４から出て第２ステージコンプレッサ９０を通り抜けるガス流の流れに混合される。第２ステージのコンプレッサ９０へ注入される溶媒は第２ステージのコンプレッサ９０の潤滑剤としても働く。第２ステージのコンプレッサ９０を通り抜けるガス流中の汚染物質は、ガス流と本発明の溶媒との接触により、溶媒によって取り込まれおよび／または溶媒中に溶解され、その後、汚染物質を含有する溶媒は第１ステージのコンプレッサから溶媒出口９８を通して出て行く。汚染物質を含有する溶媒は次に、汚染物質を溶媒から除去するための除去装置１３０へポンプ９９を使用して送ることができ、清浄溶媒はその後リサイクルされるかまたは排出される。先に開示したように、溶存した溶質不純物を含有する使用済み溶媒は、代わりにより低い圧力にある任意の容器たとえば容器５０へ送られてもよい。

第２ステージのコンプレッサ９０から出て行くガス流は望ましい場合には熱交換器（すなわちクーラー）１００に通して送ることができる。ガス流は次に第３チャンバ１１０のガス流入口１１２へ送られる。この第３チャンバ１１０は、揺らぎ緩衝調節器として働き、かつ汚染物質スクラバとして働く。第３チャンバ１１０は第１チャンバ５０および第２チャンバ８０と大体同じように構成され、したがって溶媒入口１１６と、溶媒出口１１８と、ガス流入口１１２と、ガス流出口１１４とを含む。第３チャンバ１１０を通り抜けるガス流中の汚染物質は、ガス流と本発明の溶媒との接触により、溶媒によって取り込まれるおよび／または溶媒中に溶解され、次に汚染物質を含有する溶媒は第３チャンバ１１０の底部に溜まり、溶媒出口１１８を通して出て行く。汚染物質を含有する溶媒は次に汚染物質を溶媒から除去するための除去装置１３０へポンプ１１９を使用して送ることができ、清浄溶媒はその後、循環されるかまたは放出される。

洗浄ガス流を更に清浄化するためにガスセパレータ１２０が使用される場合、第３チャンバ１１０から出て行くガス流は次にガスセパレータ１２０のガス流入口１１２へ送られる。

上で述べたように、汚染物質を含有する溶媒を様々な放出個所、すなわち溶媒出口５８、６８、８８、９８および１１８に集め、次に汚染物質を溶媒から除去しかつその後リサイクルまたは排出するための除去装置１３０へ接続された配管１３１へポンプによって送ることができる。あるいは、望ましいまたは必要ならば、各個の排出個所がそれ自体の除去装置を備えることもできるし、または複数の排出個所からなる様々なグループがそれら自体の除去装置を備えることもできる。

除去装置１３０は、配管１３１に接続された溶媒入口１３２と、溶媒出口１３４とを有している。除去装置１３０は汚染物質を含有する溶媒中のガス状の汚染物質を分離し、汚染物質を含有する溶媒から分離されたガス状の汚染物質は処理または他の使用のためにガス出口１３５から放出され得る。溶媒出口１３４を通して放出される清浄溶媒は、弁３７によって制御されているときに配管１３６を通して処分することができ、および／または配管１３８を通して再利用することができる。この汚染物質の除去は高温での作業によって補助される。１つの実施形態では、除去操作は７０℃以上で行われる。他の実施形態では、除去操作は８０℃で行われるが、溶媒または汚染物質の引火点未満である。

汚染物質の除去を、汚染物質蒸気を希釈する第２材料流を与えることによって補助してもよい。この流れは、空気でも、不活性ガスでも、個所３４からのリサイクル装置からの廃ガスでも、水蒸気でもよい。第２材料流は、ここでは除去流と呼ばれ、望ましくは汚染された溶媒の流れに対して反対方向すなわち向流で与えられる。この除去流は望ましくは周囲よりも高い温度まで加熱される。この加熱は任意の手段でなされてもよい。本発明の１つの実施形態では、除去媒体は加熱されたコンプレッサ放出流２８、４８、６８のうちの１つ以上によって加熱される。

配管１３８を通してリサイクルされた清浄溶媒は、ポンプ１３９を使用して配管１４０に沿って送られ、配管１３８および１４０を伝う清浄溶媒の流れは弁１４２を使用して制御される。溶媒は次に配管１４４に沿って運ばれ、様々な注入個所の各々、すなわち溶媒入口５６、６６、８６、９６および１１６へ供給される。配管１４０からの清浄溶媒の流れは、未使用溶媒供給１５０から配管１５２を通して未使用の溶媒が補給され、弁１５４を使用して制御されてもよい。１３４から放出される清浄溶媒は、再注入の前に冷却されてもよい。１つの実施形態では、この冷却は、この目的で設けられた１つ以上の熱交換器において入口１３２へ流れる汚れた溶媒との熱交換によって達成される。

なお、図２に示された実施形態に含まれる溶媒注入個所および放出個所は、これらの個所の単なる一例に過ぎないことに留意されたい。追加のまたはより少ない数の注入個所、および追加のまたはより少ない数の排出個所を、そうすることが望ましいのであれば設けることができる。たとえば、配管２６から入口１２２へのガス流の流路に沿った上流の位置にある部品はガス流中の汚染物質による汚れをより受け易い傾向にあり、そのために配管２６により近い上流の位置には、入口１２２により近い下流の位置に比べて、より多くの数の注入および放出個所があることが望ましい。加えて、注入個所および排出個所は流路に沿った任意の個所、たとえば、図示していない追加の部品（追加の緩衝タンクなど）に、クーラー４０、７０および／または１００のうちの１つ以上と接続して、溶媒とガス流とを混合させるように構成された様々な混合装置に、および配管自体に沿った部位にも設けることができる。更に、注入個所をもつが排出個所をもたない、およびその逆の部品または部位を設けることができる。

図２の実施形態は、汚染物質をガス流から除去するのに使用される多くの混合装置、たとえばチャンバ５０、８０および１１０と、コンプレッサ６０および９０とを含む。本発明によれば、リサイクル装置３０は油のような洗浄溶媒と炉１０からの汚れたガス流とが接触する１つ以上の混合装置を含むべきである。この混合装置は、スプレーアトマイザたとえばオイルアトマイザ；溶媒とガス流とが充填床または空の容器の上を流れる装置；溶媒がコンプレッサ弁の上を流れる装置；ガス流を溶媒の上に向流で流すための装置；および／またはブロアコンプレッサ内のように溶媒をガス流の上に流出させるための装置のいずれでもよい。溶媒とガスとの接触表面積を高めるこれらおよび任意の他の方法が有益となるであろう。

油などの溶媒が、コンプレッサ６０および９０のようなコンプレッサと接続して供給されるような配置では、油は原料ガス圧縮の最も早いステージを潤滑、洗浄、および更に洗浄するために使用される。洗浄および追加の洗浄は、油を空気圧縮機の吸気弁の上にたらすことによって、またはブロアコンプレッサもしくはスクリューコンプレッサの入口への注入によって達成される。油がガスコンプレッサに入ると、それは潤滑剤としての役割を果たす。

配管１４４を通して溶媒注入個所に与えられる洗浄溶媒は、未使用の油（たとえば未使用供給源１５０からの）またはリサイクル油（たとえば除去装置１３０または他のリサイクル油の供給源からの）であり得る。油は配管１３６からまたはいくつかの他の場所で放出された油をサンプリングすることによって決定したときに、溶存ＰＡＨレベルが許容飽和レベル未満であれば、リサイクルおよび再利用することができる。油の再循環は、油が予め定められた飽和度に達するまで続く。油が予め定められた飽和度に達すると、再循環された油に未使用の油を供給源１５０から補給してもよく、配管１３６を通して廃油を排出してもよい。配管１３６からの油サンプル収集は、油の飽和度の決定する廃油の分析を可能にし得る。この情報は、適切なガス流清浄性を保つための油の交換の必要性を決定するのに使用され得る。

本発明は有利には、圧縮の前に使用済みまたは廃雰囲気ガスから、たとえば上で説明した第１チャンバ５０を使用して、蒸発した分解副生成物を除去する方法を提供する。また、本発明は有利には、たとえば上で説明した除去装置１３０を使用して、廃ガス流から分解副生成物が混入した使用済み洗浄用溶媒をリサイクルして、プロセス廃棄物として除去する前に新しい溶媒の有用性を高める方法を提供する。

現在知られている触媒的な燃焼後の方法が、使用済み雰囲気ガス流を浄化するのに実施不能な仕方であるような場合、廃ガスから多量の炭化水素を除去する新しい方法が必要である。本発明は廃ガス流中の多環芳香族炭化水素（ＰＡＨ）濃度を低減させるための新しい溶媒を利用する。この方法は、ガス流からＰＡＨを取り除くとともに密閉系の部品に潤滑を与えるための２つのプロセスを使用する。

本発明は有利には、使用済みのガス流中の大量の炭化水素を溶解または取り込むことのできる溶媒、および経済的に許容できる費用で精製および／またはリサイクルできる溶媒を提供する。本発明の溶媒は、油、たとえば食物油、および果実類、種科植物または豆科植物などの植物から得られる油を含む。たとえば、本発明は、廃ガス流から汚染物質を取り除くための、および多段階気体圧縮におけるコンプレッサを潤滑するための食物油の使用を提供する。

油などの様々な溶媒は、汚染したガス流で見出される典型的なＰＡＨの溶解度が異なることが判明している。更に、特定の油は、やはりガス流中に存在し得るパラフィンおよびオレフィンとの混和度が多様であり得る。図３は、室温における、２種の異なる圧縮機潤滑剤（すなわち合成油１０Ｗおよび合成油３０Ｗ）および３種の新しい吸収油（Ｍｅｌ−Ｆｒｙ（登録商標）、精製ダイズ油および純粋ダイズ油）への一般的な炭化水素汚染物質の溶解限度を示している。

融点が低い汚染物質たとえばナフタレンは、融点が高い汚染物質よりも、室温の潤滑剤における溶解限度が高い。更に、この例では、粘性が低い潤滑剤が有利により大きな割合の汚染物質を溶解した。異なるガス流は異なる汚染物質を運ぶことがあるので、全ての場合について好ましい潤滑剤を特定することは不可能である。しかし、選択した潤滑剤が問題になっている汚染物質を関心のある温度で溶解させる適切な能力を有していることを確実にするように、溶解限度を確定することは有利である。図３に例示した汚染物質の全ては、両方の潤滑剤に、１００℃において１ｇ／ｍＬ濃度レベルで完全に溶解した。したがって、本発明による圧縮システム内での局所的な汚染防止は、潤滑剤および汚染物質流の相対量、潤滑剤および汚染物質の混合物の温度、汚染物質の局所的な濃度、並びに潤滑剤の化学組成によって影響を受け得る。

以下の表１は、典型的な種類のＰＡＨ（以下の組成に基づく：ナフタレン（４２重量％）、フルオレン（３２重量％）、アントラセン（９重量％）、フェナントレン（９重量％）、フルオランテン（５）およびピレン（３重量％））の、従来の油および新しい油への溶解度を列挙している。これおよび第２の別の典型的な混合物が図３に含まれている。

更に、耐磨耗性添加剤たとえばＡＭＳＯＩＬ Ｓｌｉｐｌｏｃｋ（登録商標）の添加は、本発明の油によって処理された溶解性における利点を著しく低減するものではないことが分かっている。また、溶解性の増強と同様の作用を為す他の添加剤、たとえば乾燥剤（すなわちＮａＯＨ）、抗酸化剤および殺生剤（すなわちＢＨＴ−ブチル化ヒドロキシトルエン）、消泡剤（すなわちシリコーン）、並びに洗浄剤および分散剤（すなわちｄ−リモネン）が含まれてもいてもよい。金属イオンを失活させることによって流体を安定化させるのに使用される金属失活剤は、ＰＡＨ類を溶解させる新しい油の能力を低減させることが分かっている。

また、新しい油におけるもともと低いレベルの金属イオンは、金属隔離の必要性を低減させる。本発明の油のいくつか、たとえば高い洗浄性を有するｄ−リモネン、または高い洗浄性を有する他の分子を、本発明の油に添加してガスリサイクル装置からの堆積物の高い清浄を与えることができる。新しい油は改善された腐食防止能、極圧耐久性を維持し、広い温度範囲にわたって流動点および粘度の著しい変化を受けない。様々な添加剤が、以下のような効果を示すことが分かっている。

−リン酸亜鉛−改善された潤滑性のために、合成油およびナフタレン油において使用される（０．１乃至０．２体積％）。また、ＰＡＨおよび他の大きな炭化水素を吸収する食物油の能力における合成油汚染物質の影響を試験するのにも使用される。

−ｄ−リモネン−たとえばオレンジピールデグリーサーは、ＰＡＨ類および様々なグリースの非常に速い溶解を示す。ＰＡＨを溶解する能力は殆どの食物油と同様である。この油は粘度が非常に低く揮発性である。

新しい油は、ＰＨＡを飽和状態まで溶解し、任意の追加のＰＡＨを沈殿物として残すであろう。ＰＡＨを高温下で溶解したとき、油の溶解性は高められる。過飽和の油を室温に戻すとＰＡＨを析出させる。油より重い沈殿物は、集まって均一な塊となる。過飽和の油を混合し続けると、沈殿物は懸濁した状態のままとなる。冷えた油とＰＡＨの混合物中の高い体積の沈殿物は高粘性のゲルを形成する。本発明における溶媒として使用され得るいくつかの油の粘性を、下記に表２において示す。

精製ダイズ油は部分水添ダイズ油である。高度な精製ダイズ油とは、より高度に水添された精製ダイズ油である。ここで、用語「原料ガス」は、金属処理または他のプロセスから排出され、典型的には大気へ排出されるかまたはその不純な形態で使用される廃ガス流または使用済みガス流のことを指し、たとえば図１の炉１０から出て行く流れ（２２）である。「製品ガス」は、リサイクルプロセスで精製された精製ガス（水素または他のガスたとえばヘリウムもしくはアルゴン）のことを指す。「新しい吸収油」および「新しい潤滑油」は、本発明においてガス精製のために使用されるものと同じ材料のことを指す。

図２に図示した構成を参照しながら上で説明したように、溶媒油はガス流スクラバおよびガスコンプレッサの潤滑剤として使用される。この実施方法は、標準的な鉱油に比べて約１．８２倍多くのＰＡＨを回収する。廃ガススクラバおよび潤滑剤として作用するほかに、油はコンプレッサおよび弁から鉱油およびＰＡＨを取り除く。

本発明の装置および方法において用いられる溶媒は、好ましくは油である。油は、合成油、鉱油たとえば石油から得られる油、および／または植物から得られる天然油、または前記油の混合物（たとえば装置の除去部で用いられる溶媒）でもよい。

合成油は直鎖の炭化水素鎖を有する材料であって、分枝がないかまたは分枝の程度が炭化水素鎖の炭素原子の１％未満が２より多い他の炭素原子に結合している分枝炭素原子である材料を含む。ここで、％は鎖中の炭素原子の総数および鎖に存在する分枝炭素原子の数に基づいている。合成油は不飽和を炭化水素鎖に沿ってまたは炭化水素鎖の分枝部に有していてもよい。合成油は星状分枝油およびデンドリマーを含んでいてもよい。

合成油は１２−５０個の炭素原子を含んでいてもよい。好ましくは、合成油は１６−３０個の炭素原子を含む。より好ましい実施形態では、合成油は１６乃至３０個の炭素原子からなる直鎖で分枝のない炭素鎖を有する材料である。

好ましくは、合成油は飽和しておりオレフィン結合もアセチレン結合も含んでいない。好ましい合成油は化学式Ｃ₁₆Ｈ_2n+2−Ｃ₃₀Ｈ_2n+2で表される。より好ましくは、合成油は芳香族置換基を含まず、たとえば合成油は芳香族炭化水素基もヘテロ炭素基も含まない。本発明の溶媒として使用され得る典型的な市販の合成油は、Ｆｕｃｈ ｌｕｂｒｉｃａｎｔ ｃｏ．のＳｙｎｓｈｉｅｌｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ ３２を含む。

本発明の他の実施形態では、溶媒は鉱油であり得る。鉱油は、石油原料たとえば原油から得られる炭化水素材料である。本発明の溶媒として使用され得る鉱油は典型的には、たとえば１回以上の蒸留プロセスによって、原油混合物などの石油混合物の成分をそれらの相対的な沸点、膜透過性に応じて分離することによって、または化学的な手段によって、精製される。本発明の鉱油溶媒は好ましくは脱硫などの１回以上の精製プロセスを受けて望ましくないヘテロ原子含有材料を除去した鉱油である。

好ましくは、本発明の溶媒は植物から得られる油であり、たとえば食物油などの油である。食物油は１つ以上の置換基たとえば脂肪酸を有していてもよい。飽和食物油の例は脂肪酸たとえば酪酸、ヘキサン酸、カプリル酸、デカン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸およびベヘン酸を含む。置換基は主鎖または分枝部分の何れかの炭化水素鎖に存在していてもよい。食物油は式Ｒ（Ｂ）_xのものであり、ここでＲは炭素原子および水素原子からなる単位の鎖である直鎖または分枝鎖の脂肪族基であり、Ｂは１つ以上のヘテロ原子含有基である。好ましい食物油は１種以上の式−ＣＯＯＨの脂肪酸基および／または式−ＣＯＯＲ¹の脂肪酸エステル基を有する油を含む。脂肪酸エステル基のＲ¹基は１−２４個の炭素原子、好ましくは４−１８個の炭素原子、最も好ましくは６乃至１２個の炭素原子を有するアルキル基であり得る。エステル単位のアルキル基は１つ以上のヘテロ原子基で更に置換され得る、および／または１つ以上の不飽和結合を炭素結合の間に有し得る。Ｒ¹基は好ましくは直鎖または分枝のない炭化水素鎖である。最も好ましくは、Ｒ¹基は水素原子である。

好ましくは、炭化水素鎖１つあたり１つの脂肪酸基があり、炭化水素鎖の末端に位置している。他の実施形態では、１つ以上の追加の脂肪酸基が、第２末端において置換されていてもよいし、炭化水素の主鎖に沿った１つ以上の位置において置換されていてもよい。

本発明の実施形態では、水添に供された食物油が溶媒として使用されてもよい。水添は油を触媒の存在下において水素で処理し不飽和度を除去または低減させることを含む。

炭化水素鎖および／または任意のアルキルエステル鎖中に存在する不飽和の量および程度は変わり得る。不飽和度はヨウ素価のような分析によって測定され得る。本発明のいくつかの態様では、ヨウ素価が３００未満、２００未満、または５０乃至１５０の食物油が使用され得る。

また、溶媒は炭化水素鎖の不飽和度の尺度として使用され得るけん化価によっても記述され得る。食物油溶媒のけん化価に制限はない。けん化価が５００未満、４００未満、３００未満、または２００未満である食物油も使用できる。いくつかの実施形態では、天然食物油のけん化値は５０乃至２５０である。トール油についてはＡＳＴＭ Ｄ５７６８−０２（２００６）−トール油脂肪酸のヨウ素価を測定するための標準試験方法がヨウ素価を測定するのに使用され得る。天然および合成乾性油およびそれらの脂肪酸についてはＡＳＴＭ Ｄ１９５９の方法がヨウ素価を測定するのに使用され得る。

不飽和基を炭化水素鎖中または炭化水素鎖を置換するエステル基の一部として含む食物油は非線状構造を有していてもよい。このような非線状構造は、少なくとも部分的に、不飽和基に周りでシスおよび／またはトランス配向を有するオレフィン基の存在によるであろう。実施形態において、本発明の食物油は完全に飽和しヘテロ原子を含有する基を鎖の１つの位置にのみ、または鎖に沿った末端位置に有する食物油を含む。本発明の関連する実施形態では、油の炭化水素鎖およびエステル置換基の任意の炭化水素基の両方が、飽和し、線状であり分枝していない。

殆どの天然油の特徴は偶数の炭素原子が炭化水素鎖に存在していることである。化学的に改質された、および／または実質的に同じ量の偶数および奇数の炭素からなる鎖を有する非天然の原料から得られる食物油も、本発明の溶媒として使用され得る。１つの実施形態では、食物油は以下の化学式：ＣＨ₃（ＣＨ₂）_nＣＯＯＨを有し、分枝がなく分子の末端に位置する１つのみのへテロ原子含有基を有している。本発明の様々な態様において、食物油は溶媒中に存在する油の総重量に基づいて少なくとも９５重量％または１００重量％の上述の式に対応した成分を含む。

他の実施形態では、食物油はオメガ不飽和脂肪酸でもよい。オメガ脂肪酸は炭化水素鎖に沿って１つ以上の不飽和基を有している。このような不飽和としてはアルケニル不飽和を含み得るが、アルキニル不飽和が存在していてもよい。不飽和食物油たとえばオメガ食物油は炭化水素鎖に沿った様々な位置に不飽和を有し得る。たとえば、オメガ３−、オメガ６−、およびオメガ９−脂肪酸油が本発明の溶媒として使用され得る。オメガ３−脂肪酸油は炭化水素鎖に沿った３位に不飽和を含んでおり、たとえばアルファ−リノレン酸、ステアリドン酸、エイコサペンタエン酸、およびドコサヘキサエン酸などの酸を含む。オメガ６−脂肪酸は６位に不飽和基を有し、リノール酸、ガンマ−リノール酸、ジホモ−ガンマリノレン酸およびアラキドン酸などの化合物を含む。また、オメガ９脂肪酸、たとえばオレイン酸およびエルカ酸を使用してもよい。

本発明の溶媒として食物油の混合物を使用してもよい。たとえば、天然食物油は異なる炭素数、置換基および物理的性質をもつ様々な油を含み得る。たとえば、精製ダイズ油は少なくとも１０種の異なる脂肪酸を含有している。表３は、ダイズ油を、異なる炭素数の脂肪酸に関するその組成の観点で記述している。

上述したダイズ油の組成は他の植物由来の油を含むように変化させてもよいし、および／または上述の油はダイズ油のために使用されるものとは異なるプロセスを使用して処理および／または精製してもよい。したがって、上記表中の同種の脂肪酸のいくつかは異なる油またはダイズ油から得られるもしくはダイズ油から精製された異なる油に存在することもあるけれども、同様の性能特性が得られるであろう。たとえば、溶媒は上記表中に記載した１種以上の脂肪酸を、たとえば０．０１乃至７５％、０．１乃至５０重量％、または１０乃至４０重量％の量で含み得る。範囲が全ての値を示す場合、下位の範囲および記述した値の間の値は明示的にここに含まれる。

食物油溶媒は、１２個乃至２４個の炭素原子からなる炭素鎖を有する飽和脂肪酸（たとえば式ＣＨ₃（ＣＨ₂）_nＣＯＯＨの脂肪酸，ｎは１０乃至２２）と、１種以上のオメガ−３脂肪酸と、１種以上のオメガ−６脂肪酸と、１種以上のオメガ−９脂肪酸とからなる混合物を含む食物油成分を含み得る。この溶媒は、溶媒の油の総重量に基づいて１００重量％までが天然食物油（たとえば植物から抽出された油）であり得る。他の実施形態では、溶媒は、食物油と合成油または鉱油のような１種以上の追加の油との混合物である。合成油および鉱油の一方または両方との混合物として使用する場合、天然食物油は好ましくは油の総重量に基づいて主要な量で存在する。

本発明の実施形態では、食物油溶媒は高い沸点を有している。たとえば、本発明の溶媒は０．０５ｍｍＨｇにおいて２５０℃以上、０．０５ｍｍＨｇにおいて３００℃を超える、０．０５ｍｍＨｇにおいて３５０℃を超える沸点を有していてもよいし、および／または溶媒は０．０５ｍｍＨｇにおいて４００℃を超える沸点を有する食物油でもよい。

更なる実施形態において、食物油は室温を下回る融点たとえば１５℃乃至２５℃の融点を有する。実施形態において、油は２５℃未満、２０℃未満、１５℃未満、１０℃未満、５℃未満または０℃未満の融点を有していてもよい。−５℃未満、−１０℃未満、−２０℃未満の融点を有する食物油も本発明に使用してもよい。

本発明の他の態様では、食物油溶媒は２０℃を下回る、１０℃を下回る、０℃を下回る、−１０℃を下回る、−２０℃を下回るまたは−３０℃を下回る流動点を有していてもよい。流動点はＡＳＴＭ Ｄ９７に従って測定される。

食物油は好ましくはゲル化剤、凝固剤または食物油の融点を高める任意の添加剤のいずれも含まない。食物油溶媒の融点または流動点を高める抗酸化剤のような添加剤は好ましくは除外されるか、または融点または流動点を０．５℃以下の温度だけ高める量で存在する。抗酸化剤ＴＢＨＱ（ｔｅｒｔ−ブチルヒドロキノン）は好ましくは食物油から除外される。ジメチルポリシロキサンを含む消泡添加剤のような他の添加剤も同様に好ましくは食物油溶媒から除外される。本発明の１つの実施形態では、食物油溶媒はダイズから抽出された乾性天然油からなる。

本発明における溶媒として使用することのできる典型的な市販の食物油はＶｅｎｔｕｒａ Ｆｏｏｄｓから入手可能なＭｅｌ−Ｆｒｙ（たとえば製品番号１６５０２）、カノーラ油たとえばＡｍｅｒｉｃａｎ Ｈｅａｌｔｈ ａｎｄ Ｎｕｔｒｉｔｉｏｎから入手可能なもの、およびダイズ油たとえばＳＬＳ３３２２としてＳｃｉｅｎｃｅＬａｂ． ｃｏｍから入手可能なもの（たとえばＣＡＳ♯８００１−２２−１）を含む。

食物油は炭化水素鎖を置換する１種以上のヘテロ原子含有基を代表する酸価を有するであろう。たとえば、食物油が１種以上の脂肪酸を含有する場合、この油の酸価は遊離脂肪酸の量または遊離酸の量として測定または計算されるであろう。実施形態において、遊離脂肪酸の量は１％、０．１％または０．０５％を超えない。

ここで図示および説明した例示的な実施形態は本発明の好ましい実施形態および／または更に詳細な実施形態を述べたものであり、特許請求の範囲を限定することを何ら意図していないことに留意されたい。本発明の多くの修正および変更が、上記教示を照らして可能である。したがって、添付する特許請求の範囲内で、本発明はここで具体的に記述した以外の方法でも実施され得ることを理解されたい。

Claims (32)

1. 熱処理チャンバから放出された廃ガス流をリサイクルするシステムであって、前記システムは、
   前記廃ガス流を受け取るように構成されたリサイクル装置を具備し、前記リサイクル装置は、
   溶媒の供給源と、
   前記溶媒を受け取り、前記溶媒を前記廃ガス流に混合して前記廃ガス流中の汚染物質を前記溶媒中に溶解させるように構成された混合装置とを含み、
   前記混合装置は、その中で前記溶媒および前記廃ガス流が混合されるコンプレッサであり、前記溶媒は該コンプレッサのための潤滑剤であり、
   前記廃ガス流のリサイクルすべき成分は保護雰囲気ガスであり、
   前記汚染物質は前記溶媒に可溶性の有機物質であり、
   前記溶媒は食物油であるシステム。
2. 前記食物油は、飽和脂肪酸油、オメガ３−脂肪酸、オメガ６−脂肪酸およびオメガ９−脂肪酸からなる群より選択された１種以上を含む請求項１に記載のシステム。
3. 前記食物油は、飽和脂肪酸油、オメガ３−脂肪酸、オメガ６−脂肪酸およびオメガ９−脂肪酸からなる混合物を含む請求項１に記載のシステム。
4. 前記食物油は、１種以上の不飽和脂肪酸を含む請求項１に記載のシステム。
5. 前記食物油は、酪酸、ヘキサン酸、カプリル酸、デカン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、アルファ−リノレン酸、ステアリドン酸、エイコサペンタエン酸、ドコサヘキサエン酸、リノール酸、ガンマ−リノレン酸、ジホモ−ガンマ−リノレン酸、アラキドン酸、オレイン酸およびエルカ酸からなる群より選択される１種以上の脂肪酸を含む請求項１に記載のシステム。
6. 前記食物油は、ダイズ油、精製ダイズ油、カノーラ油およびナタネ油から選択される少なくとも１種である請求項１に記載のシステム。
7. 前記保護雰囲気ガスが水素、ヘリウムまたはアルゴンである請求項１に記載のシステム。
8. 前記汚染物質が炭化水素である請求項１に記載のシステム。
9. 前記炭化水素が多環芳香族炭化水素（ＰＡＨ）である請求項８に記載のシステム。
10. 熱処理チャンバから放出される廃ガス流をリサイクルするシステムであって、前記システムは、
    前記廃ガス流を受け取るように構成されたリサイクル装置を具備し、前記リサイクル装置は、
    溶媒を前記廃ガス流と混合し、前記廃ガス流中の汚染物質を前記溶媒中に溶解させて使用済み溶媒を形成するように構成された混合装置と、
    前記使用済みの溶媒を受け取り、前記使用済み溶媒から前記汚染物質の全てまたはその一部を除去して、清浄溶媒を形成するように構成された洗浄装置と、
    前記混合装置での再使用のために、前記清浄溶媒を前記混合装置に輸送して注入するように構成された配管とを含み、
    前記混合装置は、その中で前記溶媒および前記廃ガス流が混合されるコンプレッサであり、前記溶媒は該コンプレッサのための潤滑剤であり、
    前記廃ガス流に含まれるリサイクルすべき成分は保護雰囲気ガスであり、
    前記汚染物質は前記溶媒に可溶性の有機物質であり、
    前記溶媒は食物油であるシステム。
11. 前記混合装置は、そこを通って廃ガス流の流れに対して向流の方向で前記溶媒がそこを通って流れる装置である請求項１０に記載のシステム。
12. さらに複数の前記混合装置を含み、前記混合装置は、前記廃ガス流を受け取って圧縮するように構成されたガス流路に沿って直列に接続された複数のコンプレッサを具備した請求項１０に記載のシステム。
13. さらに未使用溶媒を前記混合装置へ注入するように構成された未使用溶媒供給源を具備した請求項１０に記載のシステム。
14. 前記食物油は飽和脂肪酸油、オメガ３−脂肪酸、オメガ６−脂肪酸およびオメガ９−脂肪酸からなる群より選択される１種以上を含む請求項１０に記載のシステム。
15. 前記食物油は飽和脂肪酸油、オメガ３−脂肪酸、オメガ６−脂肪酸およびオメガ９−脂肪酸からなる混合物を含む請求項１０に記載のシステム。
16. 前記食物油はダイズ油、精製ダイズ油、カノーラ油およびナタネ油からなる群より選択される少なくとも１種である請求項１０に記載のシステム。
17. 前記保護雰囲気ガスが水素、ヘリウムまたはアルゴンである請求項１０に記載のシステム。
18. 前記汚染物質が炭化水素である請求項１０に記載のシステム。
19. 前記炭化水素が多環芳香族炭化水素（ＰＡＨ）である請求項１８に記載のシステム。
20. 熱処理チャンバから放出された廃ガス流をリサイクルする方法であって、前記方法は、
    前記熱処理チャンバから放出された前記廃ガス流を受け取り、
    溶媒を前記廃ガス流に混合させ、前記廃ガス流中の汚染物質を前記溶媒中に溶解させるまたは取り込ませることを含み、
    前記混合装置は、その中で前記溶媒および前記廃ガス流が混合されるコンプレッサであり、前記溶媒は該コンプレッサのための潤滑剤であり、
    前記廃ガス流のリサイクルすべき成分は保護雰囲気ガスであり、
    前記汚染物質は前記溶媒に可溶性の有機物質であり、
    前記溶媒は天然食物油である方法。
21. 前記食物油は飽和脂肪酸油、オメガ３−脂肪酸、オメガ６−脂肪酸およびオメガ９−脂肪酸からなる群より選択される１種以上を含む請求項２０に記載のシステム。
22. 前記食物油は飽和脂肪酸油、オメガ３−脂肪酸、オメガ６−脂肪酸およびオメガ９−脂肪酸からなる混合物を含む請求項２０に記載のシステム。
23. 前記食物油はダイズ油、精製ダイズ油、カノーラ油およびナタネ油からなる群より選択される少なくとも１種である請求項２０に記載のシステム。
24. 前記保護雰囲気ガスが水素、ヘリウムまたはアルゴンである請求項２０に記載のシステム。
25. 前記汚染物質が炭化水素である請求項２０に記載のシステム。
26. 前記炭化水素が多環芳香族炭化水素（ＰＡＨ）である請求項２５に記載のシステム。
27. 熱処理チャンバから放出された廃ガス流をリサイクルする方法であって、前記方法は、
    前記熱処理チャンバから放出された前記廃ガス流を受け取り、
    溶媒を、混合装置の中で前記廃ガス流に混合させ、前記廃ガス流中の汚染物質を前記溶媒中に溶解させて使用済み溶媒を形成し、
    前記汚染物質の全てまたは一部を前記使用済み溶媒から除去して清浄溶媒を形成し、
    前記清浄溶媒を前記廃ガス流と混合することによって前記清浄溶媒を再使用することを含み、
    前記混合装置は、その中で前記溶媒および前記廃ガス流が混合されるコンプレッサであり、前記溶媒は該コンプレッサのための潤滑剤であり、
    前記廃ガス流のリサイクルすべき成分は保護雰囲気ガスであり、
    前記汚染物質は前記溶媒に可溶性の有機物質であり、
    前記溶媒は食物油である方法
28. 前記混合は５０℃以下の溶媒温度で行われる請求項２７に記載の方法。
29. 前記除去は８０℃以上の使用済み溶媒温度で行われる請求項２７に記載の方法。
30. 前記保護雰囲気ガスが水素、ヘリウムまたはアルゴンである請求項２７に記載のシステム。
31. 前記汚染物質が炭化水素である請求項２７に記載のシステム。
32. 前記炭化水素が多環芳香族炭化水素（ＰＡＨ）である請求項３１に記載のシステム。

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