JP6085977B2

JP6085977B2 - ガス処理装置およびガス処理方法

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Publication number: JP6085977B2
Application number: JP2013016770A
Authority: JP
Inventors: 武将岡田; 池野　友明; 友明池野; 健濱松
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2017-03-01
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Also published as: JP2014147863A; CN203447939U

Description

本発明は、吸着材を用いて有機溶剤含有ガスに含まれる有機溶剤の吸着を行なう工程と、吸着した有機溶剤の脱着を行なう工程とを並行に行なうことを可能としたガス処理装置およびガス処理方法に関するものである。

近年、有害大気汚染物質に対する排出濃度規制が強化されてきており、ガス処理装置からの排ガスの濃度を低減することが望まれている。

従来、ガス処理装置は、吸着材で被処理ガスの有機溶剤を吸着する１対の吸着槽と、各吸着槽に対する被処理ガス供給手段と脱着用ガス供給手段とを設け、吸着槽に被処理ガスを供給する吸着工程と脱着用ガスを供給する脱着工程とに切り替える手段を設けて構成されている。

ガス処理装置の吸着材の例として活性炭素繊維（Activated Carbon Fiber（ACF）、以下、ＡＣＦと記す。）が使用されている。ＡＣＦは低濃度の有機溶剤含有ガスを吸着する機能に優れ、古くから吸着材として使用されている。たとえば、ＡＣＦを支持体に固定し、または自己支持にて円筒状に構成し、芯材内に縦型に配設したガス処理装置が、特開昭５１−３８２７８号公報（特許文献１）に提案されている。

また、実公平７−２０２８号公報（特許文献２）、実公平７−２０２９号公報（特許文献３）、実公平７−２０３０号公報（特許文献４）にも、同様な吸脱着装置が提案されている。これらは、いずれも、ＡＣＦを格納している芯材に蒸気を噴出し、ＡＣＦに吸着された有機溶剤を脱着させるものである。

特開昭５１−３８２７８号公報実公平７−２０２８号公報実公平７−２０２９号公報実公平７−２０３０号公報

吸着に関与する細孔が粒状活性炭では、マクロポアであるのに対し、ＡＣＦでは、ミクロポアであることから、有機溶剤の吸着・脱着速度がＡＣＦの方が速く、また脱着時間が短時間で終了するため回収溶剤の品質が良いことが挙げられる。

また、吸着材を水蒸気にて脱着を行なうと、一旦吸着材が湿ることにより、吸着性能を長期間の運転において維持するには吸着材を次の脱着までに乾燥させる必要がある。この乾燥が不十分であると運転が進むにつれ吸着材の湿る部分が広がり、吸着性能を大幅に低下させる。ＡＣＦは粒状活性炭に比べ乾燥が極めて速く行なわれることから、吸着工程が乾燥を兼ねるケースが一般的であった。

しかしながら、被処理ガスの有機溶剤濃度が増すにつれ、処理風量当たりの吸着材の重量が多くなることから、乾燥を吸着工程で兼ねることは困難となり、下記の様々な対策が取られてきた。

（１）単独にて乾燥工程を設ける：この対策は、乾燥用の吸着槽を１槽追加する必要があり、ガス処理装置が大型化し、処理系統が複雑になる。

（２）被処理ガスの吸着前温度を上げる：この対策は、吸着温度を上げるに従い、吸着効率が低下する。

（３）被処理ガスの吸着前相対湿度を下げる：この対策は、水分除去の付属装置が必要である。

（４）被処理ガスを希釈して風量を増加させる：この対策は、吸着する有機溶剤濃度が下がるため、吸着効率も下がる。

上述する対策を行なっても、吸着工程、特に吸着工程の初期においては乾燥が十分でなく、吸着材が湿っており高温であることから、吸着材の吸着能力が完全に回復していないため、処理済ガス中に有機溶剤が漏れだすことがあった。

また、吸着材の取り付け部の隙間や充填による隙間が極微量ではあるが発生するため、これらの隙間から被処理ガスが漏れ出すなどにより、１段のみの吸着工程での除去性能は９８〜９９％が限界となり、さらに除去性能を高めるには直列接続の多段吸着方式を行なう必要があった。

また、脱着工程により脱着された脱着ガスはコンデンサで冷却され、さらにセパレータで回収溶剤として分離回収される。コンデンサおよび／またはセパレータには加圧防止のため、コンデンサおよび／またはセパレータの気相部分を開放しておく必要がある。

しかし、脱着ガスによって押し出されるコンデンサおよび／またはセパレータに滞留しているガスは、飽和蒸気圧に近い未濃縮の高濃度有機溶剤含有ガスであるため、高濃度有機溶剤含有ガスを処理する酸化分解設備や回収設備を付設する必要があった。以下、脱着ガスによって押し出されるコンデンサおよび／またはセパレータに滞留している高濃度有機溶剤含有ガスを「戻りガス」と呼ぶ。特に高い除去性能が求められる直列多段吸着方式では「戻りガス」の完全処理が絶対条件であった。

脱着工程の初期段階では、吸着槽内に滞留した被処理ガスが脱着用蒸気でコンデンサおよび／またはセパレータへ押し出される。しかし被処理ガスの殆どは冷却濃縮されないため、吸着槽の約容積分だけの「戻りガス」が短時間で排出される。その後は、殆ど冷却凝縮される有機溶剤含有蒸気がコンデンサおよび／またはセパレータへ送られるため、「戻りガス」の風量は著しく低下する。

つまり「戻りガス」の風量は脱着工程初期で最も大きくなり、その後著しく低下するため、「戻りガス」中の有機溶剤を高効率で回収することは困難とされていた。

また、分離回収された有機溶剤は、環境配慮や製造コスト削減の意識から再利用されることも多いため、回収率の向上のためには高濃度の有機溶剤を含有している「戻りガス」を効率よく回収する必要がある。

したがって、本発明は、吸着材を用いて有機溶剤含有ガスの吸脱着を高効率かつ連続的に行なうことを可能とした、ガス処理装置およびこのガス処理装置を用いたガス処理方法を提供することを目的とする。

近年の環境認識の向上に伴い、排出ガス中の有機溶剤含有量の規制が強化されたことから、有機溶剤含有量の低減化が活発となってきている。被処理ガスの有機溶剤濃度が高濃度の場合においては、除去性能が９９％以上を求められるため、直列多段吸着方式で行なうケースが増してきている。

直列多段吸着方式の順序としては、被処理ガスを最初に吸着処理する１段目の工程を第１吸着工程とし、その後に処理効率が上がるに従い処理経路に直列に接続された吸着工程を２段目（第２吸着工程）、３段目（第３吸着工程）と増していくことになる。

なお、脱着効率を落とさないために、脱着工程は吸着処理の１段目である第１吸着工程が終了した後に行なうことが最良であり、直列２段吸着方式を例に取ると、特定の吸着槽での処理サイクルは脱着工程→第２吸着工程→第１吸着工程→脱着工程のサイクルを繰り返すとよい。

本発明は、直列多段吸着方式において、被処理ガス供給部の前段に前処理用吸着材が充填された前処理用吸着槽を設け、脱着ガスによって押し出される戻りガスを前処理用吸着槽の前段に送り、被処理ガスと混合させた後、前処理用吸着槽を通過させて１段目吸着槽で処理する手段を設けることで、戻りガスによる吸着工程入口ガス濃度の変動を大幅に緩和して平準化できるため、吸着熱による吸着材の劣化や性能低下を防ぐことができる。また戻りガスを別途処理設備で処理した時よりも有機溶剤を高収率で回収でき、従来よりもコンパクトでありランニングコストも安価となるガス処理装置を提供するものである。

本発明に係るガス処理装置においては、有機溶剤を吸着可能な吸着材を有し、有機溶剤を含む被処理ガスと上記吸着材から有機溶剤を脱着するための加熱蒸気とが交互に供給される処理槽を少なくとも３つ以上有し、複数の上記処理槽から選択された一つの上記処理槽に上記加熱蒸気を導入する加熱蒸気供給部と、残りの複数の上記処理槽を直列多段接続にして、直列多段接続された複数の上記処理槽に上記被処理ガスを導入する被処理ガス供給部と、上記加熱蒸気供給部と連通された気相部を有し、上記加熱蒸気の供給時に上記処理槽から排出された脱着ガスから有機溶剤を回収するコンデンサおよび／またはセパレータを含む回収機構部と、を備える。

上記被処理ガス供給部は、上記被処理ガスを導入する処理ガス入口ラインと、上記処理ガス入口ラインに設けられ、前処理用吸着材が収容される前処理用吸着槽と、を有する。

上記回収機構部は、上記脱着ガスによって上記コンデンサおよび／またはセパレータから押し出される戻りガスを、上記処理ガス入口ラインの前処理用吸着槽よりも上流側に戻す戻りラインを有する。

１つの実施態様では、上記吸着材は、活性炭素繊維または粒状活性炭である。
１つの実施態様では、上記前処理用吸着材は、粒状活性炭、活性炭素繊維、ゼオライト、シリカゲル、イオン交換樹脂、および、活性アルミナの群の少なくとも一つから選択される材料である。

本発明に係るガス処理方法は、有機溶剤を含む被処理ガスから有機溶剤を回収するガス処理方法であって、上述のいずれかに記載のガス処理装置を用い、上記脱着ガスによって上記コンデンサおよび／またはセパレータから押し出される上記戻りガスを上記被処理ガスに混合し、上記前処理用吸着槽を通過させた後の上記脱着ガスを、上記被処理ガス供給部から、直列接続された残りの複数の上記処理槽に導入して、有機溶剤を含む被処理ガスから有機溶剤を回収する。

この発明に基づいたガス処理装置およびこのガス処理装置を用いたガス処理方法によれば、吸着材を用いて有機溶剤含有ガスの吸脱着を高効率かつ連続的に行なうことを可能とする。

本実施の形態におけるガス処理装置の構成、および、このガス処理装置を用いたガス処理方法の第１工程を示す図である。本実施の形態におけるガス処理装置を用いたガス処理方法の第２工程を示す図である。本実施の形態におけるガス処理装置を用いたガス処理方法の第３工程を示す図である。本実施の形態におけるガス処理装置を用いたガス処理方法の実施例および比較例の結果を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一または対応する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない場合がある。また、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。

本明細書において用いる有機溶剤とは、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、塩化エチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、Ｏ−ジクロロベンゼン、ｍ−ジクロロベンゼン、フロン−１１２、フロン−１１３、ＨＣＦＣ、ＨＦＣ、臭化プロピル、ヨウ化ブチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸ビニル、プロピオン酸メチル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、炭酸ジエチル、蟻酸エチル、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジブチルエーテル、アニソール、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、２−ブタノール、イソブタノール、ｔ−ブタノール、アリルアルコール、ペンタノール、ヘプタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、フェノール、Ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、キシレノール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、ホロン、アクリロニトリル、ｎ−ヘキサン、イソヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、ｎ−ノナン、イソノナン、デカン、ドデカン、ウンデカン、テトラデカン、デカリン、ベンゼン、トルエン、ｍ−キシレン、ｐ−キシレン、ｏ−キシレン、エチルベンゼン、１，３，５−トリメチルベンゼン、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドおよびジメチルスルホキシド等を指す。

（ガス処理装置１００）
図１を参照して、本実施の形態におけるガス処理装置１００の構成について説明する。図１は、本実施の形態におけるガス処理装置１００の構成を示す図である。このガス処理装置１００は、直列多段吸着方式が実現できるように構成され、第１処理槽２、第２処理槽３、および第３処理槽４を備える。

第１処理槽２は、円筒形状の第１吸着材５Ａを含み、第２処理槽３は、円筒形状の第２吸着材５Ｂを含み、第３処理槽４は、円筒形状の第３吸着材５Ｃを含む。第１吸着材５Ａ、第２吸着材５Ｂ、および、第３吸着材５Ｃは、外側から内側に向けて被処理ガスが通過して吸着工程が実施され、内側から外側に向けて加熱蒸気が通過して脱着工程が実施される。第１吸着材５Ａ、第２吸着材５Ｂ、および、第３吸着材５Ｃには、ＡＣＦが用いられる。

第１処理槽２、第２処理槽３、および第３処理槽４は、処理ガス導入ライン３１および脱着ガスライン２４に連通されている。処理ガス導入ライン３１への連通の開閉、および、脱着ガスライン２４への連通の開閉を行なうため、第１処理槽２、第２処理槽３、および第３処理槽４には、それぞれ、第１自動下ダンパ９、第２自動下ダンパ１０、および、第３自動下ダンパ１１が設けられている。

処理ガス導入ライン３１の第１処理槽２に分岐する第１分岐ライン３１Ａには、第１導入開閉弁２１が設けられ、第１分岐ライン３１Ａには、第１処理ガス導入ライン３１Ｂが連結され、さらに、第１処理ガス導入ライン３１Ｂには、第１希釈ガス導入ライン３１Ｃが連結されている。第１処理ガス導入ライン３１Ｂには、第２導入開閉弁１８が設けられている。

処理ガス導入ライン３１の第２処理槽３に分岐する第２分岐ライン３１Ｄには、第３導入開閉弁２２が設けられ、第２分岐ライン３１Ｄには、第２処理ガス導入ライン３１Ｅが連結され、さらに、第２処理ガス導入ライン３１Ｅには、第２希釈ガス導入ライン３１Ｆが連結されている。第２処理ガス導入ライン３１Ｅには、第４導入開閉弁１９が設けられている。

処理ガス導入ライン３１の第３処理槽４に分岐する第３分岐ライン３１Ｇには、第５導入開閉弁２３が設けられ、第３分岐ライン３１Ｇには、第３処理ガス導入ライン３１Ｈが連結され、さらに、第３処理ガス導入ライン３１Ｈには、第３希釈ガス導入ライン３１Ｉが連結されている。第３処理ガス導入ライン３１Ｈには、第６導入開閉弁２０が設けられている。

第１処理槽２の上方には、被処理ガスの流通を制御する第１自動上ダンパ６、第１導出ライン３１Ｊ、第２導出ライン３１Ｋが設けられている。第１導出ライン３１Ｊには、第１導出開閉弁１２が設けられ、第２導出ライン３１Ｋには、第２導出開閉弁１５が設けられている。

第２処理槽３の上方には、被処理ガスの流通を制御する第２自動上ダンパ７、第３導出ライン３１Ｌ、第４導出ライン３１Ｍが設けられている。第３導出ライン３１Ｌには、第３導出開閉弁１３が設けられ、第４導出ライン３１Ｍには、第４導出開閉弁１６が設けられている。

第３処理槽４の上方には、被処理ガスの流通を制御する第３自動上ダンパ８、第５導出ライン３１Ｎ、第６導出ライン３１Ｐが設けられている。第５導出ライン３１Ｎには、第５導出開閉弁１４が設けられ、第６導出ライン３１Ｐには、第６導出開閉弁１７が設けられている。

脱着ガスライン２４には、コンデンサ２５が連結され、コンデンサ２５に連結される回収液ライン２６には、セパレータ２７が連結されている。セパレータ２７は、液相領域２７Ａおよび気相領域２７Ｂを有する。セパレータ２７の液相領域２７Ａからは、回収ライン２７Ｃにより回収溶剤Ｋが回収される。

コンデンサ２５およびセパレータ２７の気相領域には、戻りガスライン２８が連結されている。戻りガスライン２８は、処理ガス入口ライン３２に導入されている。処理ガス入口ライン３２は、処理ガス導入ライン３１に連結しており、処理ガス入口ライン３２には、前処理用吸着槽２９および送風機１が設けられている。前処理用吸着槽２９は、前処理用吸着材３０を有する。

ガス処理装置１００は、加熱蒸気供給装置３４を有し、加熱蒸気供給装置３４から送り出される加熱蒸気は、加熱蒸気ライン３５を通じて、第１処理槽２、第２処理槽３、および第３処理槽４に供給される。

第１処理槽２には、加熱蒸気ライン３５から分岐する第１加熱蒸気分岐ライン３５Ａが連通し、第１加熱蒸気分岐ライン３５Ａには、第１蒸気開閉弁３６が設けられている。第２処理槽３には、加熱蒸気ライン３５から分岐する第２加熱蒸気分岐ライン３５Ｂが連通し、第２加熱蒸気分岐ライン３５Ｂには、第２蒸気開閉弁３７が設けられている。第３処理槽４には、加熱蒸気ライン３５から分岐する第３加熱蒸気分岐ライン３５Ｃが連通し、第３加熱蒸気分岐ライン３５Ｃには、第３蒸気開閉弁３８が設けられている。

なお、上記ガス処理装置１００において、第１自動上ダンパ６、第２自動上ダンパ７、第３自動上ダンパ８、第１自動下ダンパ９、第２自動下ダンパ１０、第３自動下ダンパ１１、第１導入開閉弁２１、第２導入開閉弁１８、第３導入開閉弁２２、第４導入開閉弁１９、第５導入開閉弁２３、第６導入開閉弁２０、第１導出開閉弁１２、第２導出開閉弁１５、第３導出開閉弁１３、第４導出開閉弁１６、第５導出開閉弁１４、第６導出開閉弁１７、加熱蒸気供給装置３４、第１蒸気開閉弁３６、第２蒸気開閉弁３７、第３蒸気開閉弁３８、コンデンサ２５、セパレータ２７、および、送風機１は、図示しない制御装置により、以下に示すガス処理方法を実現するように運転および開閉が適宜制御される。

なお、上記ガス処理装置１００において、少なくとも、加熱蒸気供給装置３４、第１加熱蒸気分岐ライン３５Ａ、第１蒸気開閉弁３６、第２加熱蒸気分岐ライン３５Ｂ、第２蒸気開閉弁３７、第３加熱蒸気分岐ライン３５Ｃ、および、第３蒸気開閉弁３８により、加熱蒸気供給部が構成される。

また、少なくとも、送風機１、処理ガス入口ライン３２、処理ガス導入ライン３１、第１分岐ライン３１Ａ、第１処理ガス導入ライン３１Ｂ、第１希釈ガス導入ライン３１Ｃ、第２導入開閉弁１８、第１導入開閉弁２１、第２分岐ライン３１Ｄ、第２処理ガス導入ライン３１Ｅ、第２希釈ガス導入ライン３１Ｆ、第４導入開閉弁１９、第３導入開閉弁２２、第３分岐ライン３１Ｇ、第３処理ガス導入ライン３１Ｈ、第３希釈ガス導入ライン３１Ｉ、第６導入開閉弁２０、および、第５導入開閉弁２３により、被処理ガス供給部が構成される。

また、少なくとも、脱着ガスライン２４、コンデンサ２５、回収液ライン２６、セパレータ２７、および、回収ライン２７Ｃにより、回収機構部が構成される。

（ガス処理方法）
次に、図１から図３を参照して、上記構成を有するガス処理装置１００を用いたガス処理方法について説明する。図１から図３は、本実施の形態におけるガス処理装置１００を用いたガス処理方法の第１から第３工程を示す図である。

図１に示す第１工程においては、ガス処理装置１００の第１処理槽２は、第１吸着工程が実施され、第２処理槽３は、第２吸着工程が実施され、第３処理槽４は、脱着工程が実施される。

図２に示す第２工程においては、ガス処理装置１００の第１処理槽２は、脱着工程が実施され、第２処理槽３は、第１吸着工程が実施され、第３処理槽４は、第２吸着工程が実施される。

図３に示す第３工程においては、ガス処理装置１００の第１処理槽２は、第２吸着工程が実施され、第２処理槽３は、脱着工程が実施され、第３処理槽４は、第１吸着工程が実施される。

＜第１工程＞
（第１処理槽２の第１吸着工程）
図１を参照して、有機溶剤含有ガスを含んだ被処理ガスＡは、処理ガス入口ライン３２から、送風機１にて第１吸着工程となっている第１処理槽２に送られる。第１自動下ダンパ９は、第１分岐ライン３１Ａを開放し、脱着ガスライン２４を閉鎖するように制御される。

第１自動上ダンパ６は、第１吸着材５Ａにおける被処理ガスＡの流通を可能とする開状態に制御される。また、第１導入開閉弁２１は開状態、第３導入開閉弁２２および第５導入開閉弁２３は閉状態に制御される。

第１処理槽２の第１吸着材５Ａでガス吸着が行われ、第１吸着工程出口ガスＢとして、第２導出ライン３１Ｋから導出される。第２導出開閉弁１５は開状態に制御され、第１導出開閉弁１２は閉状態に制御される。また、第１加熱蒸気分岐ライン３５Ａの第１蒸気開閉弁３６は閉状態に制御される。

（第２処理槽３の第２吸着工程）
第１吸着工程出口ガスＢには、第１吸着工程で漏れ出した有機溶剤が含まれていることから、さらに吸着処理を行なうため、第２吸着工程となっている第２処理槽３に直列接続され、第２吸着入口ガスＣとして、第２処理ガス導入ライン３１Ｅに送られる。第２自動下ダンパ１０は、第２分岐ライン３１Ｄ側を開放し、脱着ガスライン２４を閉鎖するように制御される。

この時、第２吸着工程中に第２処理槽３の第２吸着材５Ｂの乾燥を促進するため、第２吸着入口ガスＣに、第２希釈ガス導入ライン３１Ｆから風量制御された希釈ガスＬが混入される。第４導入開閉弁１９は、開状態に制御される。

希釈ガスＬとは、第２吸着工程以降の吸着工程で吸着材の乾燥を促進するために追加されるガスであり、外気、計装用空気、窒素ガス、アルゴンガスのいずれかひとつを含んで構成されるとよい。

第２吸着入口ガスＣは、第２処理槽３にて、第２吸着材５Ｂにより吸着処理後、清浄空気Ｄとなって、第３導出ライン３１Ｌから、ガス処理装置１００の系外へ導出される。第２自動上ダンパ７は、第２吸着材５Ｂにおける第２吸着入口ガスＣの流通を可能とする開状態に制御される。また、第３導出開閉弁１３は開状態、第４導出開閉弁１６は閉状態に制御される。また、第２加熱蒸気分岐ライン３５Ｂの第２蒸気開閉弁３７は閉状態に制御される。

（第３処理槽４の脱着工程）
第１工程においては、第３処理槽４には被処理ガスを送ることはなく、第３自動下ダンパ１１で、第３分岐ライン３１Ｇは閉鎖され、脱着ガスライン２４が開放された状態に制御される。また、第３自動上ダンパ８は、第３吸着材５Ｃの外側から内側へのガスの流通が閉鎖され、加熱蒸気供給装置３４からの脱着用の加熱蒸気が、第３加熱蒸気分岐ライン３５Ｃを通じて、第３吸着材５Ｃの内側から外側への流通を可能に導入される。第３加熱蒸気分岐ライン３５Ｃの第３蒸気開閉弁３８は開状態に制御される。

第３処理槽４内では、加熱蒸気が噴出し、第３吸着材５Ｃに吸着された有機溶剤が、第３吸着材５Ｃから脱着される。脱着された有機溶剤ガスは、脱着ガスライン２４を通ってコンデンサ２５へ送られる。

脱着された有機溶剤ガスと加熱蒸気はコンデンサ２５にて凝縮し、高濃度の有機溶剤を含んだ凝縮液が回収液ライン２６を通ってセパレータ２７へ送られる。凝縮液は、セパレータ２７において、有機溶剤と水とに分離され、回収ライン２７Ｃから回収溶剤Ｋが回収される。

コンデンサ２５およびセパレータ２７内に滞留している戻りガスは、脱着ガスによって押し出され、戻りガスライン２８を通って処理ガス入口ライン３２に導入され、被処理ガスＡに混合される。

処理ガス入口ライン３２から導入される被処理ガスＡおよび戻りガスは、前処理用吸着槽２９で処理された後、第１処理槽２に送られる。第１工程においては、以上の工程が繰り返し行なわれて、回収ライン２７Ｃから回収溶剤Ｋが回収される。

＜第２工程＞
図２を参照して、第２工程では、ガス処理装置１００の第１処理槽２は、脱着工程が実施され、第２処理槽３は、第１吸着工程が実施され、第３処理槽４は、第２吸着工程が実施されるように、図示しない制御装置により、第１自動上ダンパ６、第２自動上ダンパ７、第３自動上ダンパ８、第１自動下ダンパ９、第２自動下ダンパ１０、第３自動下ダンパ１１、第１導入開閉弁２１、第２導入開閉弁１８、第３導入開閉弁２２、第４導入開閉弁１９、第５導入開閉弁２３、第６導入開閉弁２０、第１導出開閉弁１２、第２導出開閉弁１５、第３導出開閉弁１３、第４導出開閉弁１６、第５導出開閉弁１４、第６導出開閉弁１７、コンデンサ２５、セパレータ２７、送風機１、加熱蒸気供給装置３４、第１加熱蒸気分岐ライン３５Ａ、第１蒸気開閉弁３６、第２加熱蒸気分岐ライン３５Ｂ、第２蒸気開閉弁３７、第３加熱蒸気分岐ライン３５Ｃ、および、第３蒸気開閉弁３８の運転、各開閉弁の開閉切換えが適宜制御される。

＜第３工程＞
図３を参照して、第３工程では、ガス処理装置１００の第１処理槽２は、第２吸着工程が実施され、第２処理槽３は、脱着工程が実施され、第３処理槽４は、第１吸着工程が実施されるように、図示しない制御装置により、第１自動上ダンパ６、第２自動上ダンパ７、第３自動上ダンパ８、第１自動下ダンパ９、第２自動下ダンパ１０、第３自動下ダンパ１１、第１導入開閉弁２１、第２導入開閉弁１８、第３導入開閉弁２２、第４導入開閉弁１９、第５導入開閉弁２３、第６導入開閉弁２０、第１導出開閉弁１２、第２導出開閉弁１５、第３導出開閉弁１３、第４導出開閉弁１６、第５導出開閉弁１４、第６導出開閉弁１７、コンデンサ２５、セパレータ２７、送風機１、加熱蒸気供給装置３４、第１加熱蒸気分岐ライン３５Ａ、第１蒸気開閉弁３６、第２加熱蒸気分岐ライン３５Ｂ、第２蒸気開閉弁３７、第３加熱蒸気分岐ライン３５Ｃ、および、第３蒸気開閉弁３８の運転、各開閉弁の開閉切換えが適宜制御される。

以上のように、各処理槽における処理サイクルが、脱着工程→第２吸着工程→第１吸着工程→脱着工程のサイクルを繰り返すように制御することで、本実施の形態におけるガス処理装置１００においては、連続的に被処理ガスＡの処理を行なうことが可能となる。

このように、本実施の形態におけるガス処理装置１００によれば、直列接続された２段以上の処理槽で被処理ガスＡである有機溶剤含有ガスを処理する直列多段吸着方式により、１段吸着方式に比べて高い除去率を達成できる。

また、本実施の形態におけるガス処理装置１００によれば、戻りガスを前処理用吸着槽２９の前段に送り、被処理ガスＡと混合して前処理用吸着槽２９を通過させることで、処理槽に設けられる吸着材を劣化させる物質を前処理用吸着槽２９で除去することができる。

ここでいう吸着材を劣化させる物質とは、沸点２００℃以上の高沸点物質などの難脱着物質や酸化性ガス、重合性物質などを指す。また、戻りガスによる吸着工程入口ガス濃度の変動を大幅に緩和して平準化することも可能となる。これにより１段目吸着槽で発生する吸着熱による熱暴走を抑制でき、吸着材の劣化や吸着性能の低下を防ぐことを可能とする。

また、本実施の形態におけるガス処理装置１００によれば、戻りガスを被処理ガスと混合して１段目の処理槽で再び吸着回収処理することにより、戻りガスを酸化分解設備や回収設備で別途処理するよりも有機溶剤の高い回収効率を得ることが期待できる。

また、本実施の形態におけるガス処理装置１００によれば、戻りガスを別途処理する設備を必要としないため、ガス処理装置の省スペース化が可能となり、さらに製造コストを従来のガス処理装置よりも安価に抑えることが期待できる。

また、本実施の形態におけるガス処理装置１００によれば、戻りガスを別途処理する設備を必要としないため、ガス処理装置のランニングコストを従来よりも安価に抑えることが期待できる。

また、本実施の形態におけるガス処理装置１００によれば、戻りガスを１段目の処理槽で処理を行なうため、被処理ガス濃度が上昇することになるが、第１吸着工程で漏れ出した有機溶剤含有ガスは直列接続された第２段目の吸着材によって問題なく吸着されるため、従来の直列多段吸着方式と同じ除去性能で被処理ガスを処理することができる。

本実施の形態におけるガス処理装置１００に使用される吸着材はＡＣＦまたは粒状活性炭を用いるとよい。ここでいうＡＣＦとはアクリロニトリル（ＰＡＮ）系繊維、レーヨン系、石炭ピッチ系、フェノール樹脂系、石油ピッチ系、植物由来系など原料繊維を既存の方法にて処理して得られた比表面積３００〜３０００ｍ^２／ｇ、繊維直径が２μｍ〜３０μｍ程度、繊維長さが０．５ｍｍ〜１００ｍｍ程度、平均細孔直径が４Å〜３０Å程度であるとよい。

以下、実施例を挙げて本実施の形態におけるガス処理装置１００をより詳細に説明する。

＜実施例＞
被処理ガスの一例となる有機溶剤含有ガスには塩化メチレン、吸着材には東洋紡株式会社製のＡＣＦ「Ｋ−ＦＩＬＴＥＲ」３．８ｋｇ／槽を用い、一回の脱着に必要な蒸気量は１．９ｋｇとした。

塩化メチレンを２２，０００ｐｐｍ含む２５℃の被処理ガスを、風量２．７Ｎｍ^３／ｍｉｎで送風機１より第１吸着工程となっている第１処理槽２に送風した。続いて第１処理槽２から排出される第１吸着工程出口ガスＢには、第２吸着入口ガスＣとして第２吸着工程となっている第２処理槽３に送風された。この時、第２吸着入口ガスＣは０．６Ｎｍ^３／ｍｉｎの外気で希釈され、４０℃に温度調節された。第２処理槽３で処理された後は清浄空気として、第３導出ライン３１Ｌから系外に排出された。

第１処理槽２から排出される第１吸着工程出口ガスＢの塩化メチレン濃度が１，１００ｐｐｍに達した時点で各工程を切り替えた。第１処理槽２が第１吸着工程を行なっている間、第３処理槽４では脱着用蒸気を噴出して脱着工程を行なった。

脱着ガスはコンデンサ２５で凝縮され、セパレータ２７で有機溶剤と水に分離された。コンデンサ２５およびセパレータ２７に滞留しているガスは脱着ガスによって押し出され、戻りガスとして戻りガスライン２８を通って前処理用吸着槽２９の前段の処理ガス入口ライン３２に送られた。前処理用吸着槽２９の前処理用吸着材３０には粒状活性炭を用いた。

特定の処理槽での処理サイクルは、脱着工程→第２吸着工程→第１吸着工程の順番で行なわれ、脱着工程→第２吸着工程→第１吸着工程を１サイクルとし、合計８サイクルを実施した。８サイクル運転で１セットとし、これを１００セット繰り返し、各処理槽ＡＣＦの劣化確認を実施した。

＜比較例１＞
直列２段階吸着方式に前処理用吸着槽２９を設けていない以外は、上記実施例と同様のガス処理を行なって、ＡＣＦの劣化確認を実施した。

＜比較例２＞
直列２段階吸着方式に戻りガスライン２８および前処理用吸着槽２９がなく、戻りガスは酸化分解処理装置で別途処理した。それ以外は上記実施例と同様のガス処理を行なって、ＡＣＦの劣化確認を実施した。

＜比較例３＞
被処理ガス、吸着材、脱着蒸気量の条件は、上記実施例と同様に設定し、直列２段階吸着方式ではなく１段階吸着方式でガス処理を実施した。脱着ガスによって押し出されたコンデンサおよびセパレータに滞留しているガスは戻りガスとして前処理用吸着槽前に送られた。吸着工程→脱着工程の２工程で１サイクルとし、合計１２サイクルを実施した。１２サイクル運転で１セットとし、これを６６セット繰り返し、ＡＣＦの劣化確認を実施した。

実施例、比較例１から３の吸着工程において、吸着工程最終出口から系外に排出されるガスの濃度、および第１吸着工程入口ガスの濃度は島津製作所製の総炭化水素計の測定器を用いて測定した。

劣化確認実施前後のＡＣＦのＢＥＴ比表面積は、マイクロメリティックスジャパン合同会社製の比表面積・細孔分布測定装置（Ｇｅｍｉｎｉ２３７５）を用いて測定した。ＡＣＦを１２０℃で１２時間真空乾燥し、液体窒素の沸点（−１９５．８℃）における窒素ガスの吸着量を相対圧が０．０２〜０．９５の範囲で測定し、試料の吸着等温線を作成した。相対圧０．０２〜０．１５の範囲での結果をもとに、ＢＥＴ法により算出した。

劣化確認実施前後のＡＣＦの細孔直径１０Å以下のマイクロポア細孔容積は、マイクロメリティックスジャパン合同会社製の比表面積・細孔分布測定装置（Ｇｅｍｉｎｉ２３７５）を用いて測定した。ＡＣＦを１２０℃で１２時間真空乾燥し、液体窒素の沸点（−１９５．８℃）における窒素ガスの吸着量を相対圧が０．０２〜０．９５の範囲で測定し、試料の吸着等温線を作成した。

この結果をＭＰ法によって解析範囲０〜２０Å、ｔ決定式Ｈ．Ｊの条件で解析し、吸着時のマイクロポア細孔径分布数表の結果より全マイクロポア細孔容積から細孔直径１０．０３Å以上のマイクロポア細孔容積を引いて算出した。

図４に、実施例、および、比較例１から３の吸着工程入口および出口の塩化メチレン濃度、サイクル終了後のセパレータで分離された液体塩化メチレンの回収率、約８００回吸脱着サイクルを繰り返した後のＡＣＦの表面物性を示す。

サイクル運転前のＡＣＦの表面物性は、ＢＥＴ比表面積が１６１０ｍ^２／ｇ、１０Å以下の全マイクロポア容積が０．６４ｍ^３／ｇであった。

図４より、本実施例におけるガス処理装置およびこのガス処理装置を用いたガス処理方法によれば、直列２段吸着方式かつ戻りガスがあり、前処理用吸着槽を設けない比較例１と比べて吸着工程出口濃度および塩化メチレン回収率は同等であった。

しかし、約８００回吸脱着サイクルを繰り返した後のＡＣＦの表面物性評価では比較例１で劣化が見られたのに対し、本実施例におけるガス処理装置ではまったく劣化しないことが明らかとなった。これは被処理ガスを前処理用吸着槽へ通過させて吸着入口濃度が平準化したことにより、吸着熱による過剰なＡＣＦの昇温を抑制できたことが有効であったといえる。

本実施例におけるガス処理装置は、直列２段吸着方式かつ戻りガスなし、前処理用吸着槽なしの比較例２と比べて約８００回吸脱着サイクルを繰り返した後のＡＣＦの表面物性は同等でまったく劣化が見られなかった。

また、吸着出口の平均塩化メチレン濃度も同等であったが、塩化メチレン回収率は約１１．４％向上することが明らかとなった。これは本実施例の戻りガスライン２８および前処理用吸着槽２９が有機溶剤の回収率向上に有効であるといえる。また、実施例で回収できなかった塩化メチレン４．９％はセパレータ内の水層側に溶解または分散した量を意味するため、系外への排出量とは無関係である。

本発明のガス処理装置は、１段階吸着方式かつ戻りガスあり、前処理用吸着槽ありのガス処理装置（比較例３）よりも吸着出口の平均塩化メチレン濃度が大幅に低く、液体塩化メチレン回収率も約１．０％向上することが明らかとなった。

以上より、本実施例のガス処理装置によれば、直列多段吸着方式に戻りガスラインおよび前処理用吸着槽を設けることによって、有機溶剤の平均除去率向上と回収率向上、および吸着材の劣化抑制で効果が発揮されることを実証することができた。

以上、本実施の形態におけるガス処理装置、およびこのガス処理装置を用いたガス処理方法によれば、直列多段吸着方式において戻りガスを前処理用吸着槽の前段に送り、被処理ガスと混合させた後、前処理用吸着槽へ通過させて１段目吸着槽で処理する手段を設けることで、従来の装置よりも高除去率を達成できるだけでなく、吸着材を劣化させる物質を前処理用吸着槽で除去することができる。

また、戻りガスによる吸着工程入口ガス濃度の変動を大幅に緩和して平準化することができるため、吸着熱による吸着材の劣化や性能低下を防ぐことができる。また、戻りガスを１段目吸着槽で処理することで、別途処理設備で処理した時よりも有機溶剤を高い回収率で得ることができる。さらに、戻りガスを別途処理する設備を必要としないため、従来よりもコンパクトでありランニングコストも安価となるガス処理装置を提供することができる。

なお、上記実施の形態のガス処理装置１００は、直列多段吸着方式を実現するために、第１処理槽２、第２処理槽３、および第３処理槽４の３槽構造を用いることで、直列２段吸着方式を採用し、各処理槽において、脱着工程→第２吸着工程→第１吸着工程→脱着工程のサイクルを順次繰り返す方法について説明したが、直列２段吸着方式に限定されるものではなく、直列３段吸着方式、直列４段吸着方式等、直列多段吸着方式に採用した場合であっても、同様の作用効果を得ることができる。

今回開示した上記実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１送風機、２第１処理槽、３第２処理槽、４第３処理槽、５Ａ第１吸着材、５Ｂ第２吸着材、５Ｃ第３吸着材、６第１自動上ダンパ、７第２自動上ダンパ、８第３自動上ダンパ、９第１自動下ダンパ、１０第２自動下ダンパ、１１第３自動下ダンパ、１２第１導出開閉弁、１３第３導出開閉弁、１４第５導出開閉弁、１５第２導出開閉弁、１６第４導出開閉弁、１７第６導出開閉弁、１８第２導入開閉弁、１９第４導入開閉弁、２０第６導入開閉弁、２１第１導入開閉弁、２２第３導入開閉弁、２３第５導入開閉弁、２４脱着ガスライン、２５コンデンサ、２６回収液ライン、２７セパレータ、２７Ａ液相領域、２７Ｂ気相領域、２７Ｃ回収ライン、２８戻りガスライン、２９前処理用吸着槽、３０前処理用吸着材、３１処理ガス導入ライン、３１Ａ第１分岐ライン、３１Ｂ第１処理ガス導入ライン、３１Ｃ第１希釈ガス導入ライン、３１Ｄ第２分岐ライン、３１Ｅ第２処理ガス導入ライン、３１Ｆ第２希釈ガス導入ライン、３１Ｇ第３分岐ライン、３１Ｈ第３処理ガス導入ライン、３１Ｉ第３希釈ガス導入ライン、３１Ｊ第１導出ライン、３１Ｋ第２導出ライン、３１Ｌ第３導出ライン、３１Ｍ第４導出ライン、３１Ｎ第５導出ライン、３１Ｐ第６導出ライン、３２処理ガス入口ライン、３４加熱蒸気供給装置、３５加熱蒸気ライン、３５Ａ第１加熱蒸気分岐ライン、３５Ｂ第２加熱蒸気分岐ライン、３５Ｃ第３加熱蒸気分岐ライン、３６第１蒸気開閉弁、３７第２蒸気開閉弁、３８第３蒸気開閉弁、１００ガス処理装置。

Claims

有機溶剤を吸着可能な吸着材を有し、有機溶剤を含む被処理ガスと前記吸着材から有機溶剤を脱着するための加熱蒸気とが交互に供給される処理槽を少なくとも３つ以上有し、
複数の前記処理槽から選択された一つの前記処理槽に前記加熱蒸気を導入する加熱蒸気供給部と、
残りの複数の前記処理槽を直列多段接続にして、直列多段接続された複数の前記処理槽に前記被処理ガスを導入する被処理ガス供給部と、
前記加熱蒸気供給部と連通された気相部を有し、前記加熱蒸気の供給時に前記処理槽から排出された脱着ガスから有機溶剤を回収するコンデンサおよび／またはセパレータを含む回収機構部と、を備え、
前記被処理ガス供給部は、
前記被処理ガスを導入する処理ガス入口ラインと、
前記処理ガス入口ラインに設けられ、前処理用吸着材が収容される前処理用吸着槽と、を有し、
前記回収機構部は、
前記脱着ガスによって前記コンデンサおよび／またはセパレータから押し出される戻りガスを、前記処理ガス入口ラインの前処理用吸着槽よりも上流側に戻す戻りラインを有する、ガス処理装置。
前記吸着材は、活性炭素繊維または粒状活性炭である、請求項１に記載のガス処理装置。
前記前処理用吸着材は、粒状活性炭、活性炭素繊維、ゼオライト、シリカゲル、イオン交換樹脂、および、活性アルミナの群の少なくとも一つから選択される材料である、請求項１または２に記載のガス処理装置。
有機溶剤を含む被処理ガスから有機溶剤を回収するガス処理方法であって、
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のガス処理装置を用い、
前記脱着ガスによって前記コンデンサおよび／またはセパレータから押し出される前記戻りガスを前記被処理ガスに混合し、前記前処理用吸着槽を通過させた後の前記脱着ガスを、前記被処理ガス供給部から、直列接続された残りの複数の前記処理槽に導入して、有機溶剤を含む被処理ガスから有機溶剤を回収する、ガス処理方法。