JPH09299736A

JPH09299736A - 容器内の可燃性ガスの処理方法及び処理装置

Info

Publication number: JPH09299736A
Application number: JP14840096A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Inoue; 賢一井上; Toshiyuki Kawashima; 敏行川島
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 1997-11-25

Abstract

(57)【要約】【課題】内容物の出し入れ頻度の多い容器から発生する
可燃性ガスを発火の危険を伴わずに安全に処理する方法
と装置を提供する。【解決手段】内部に可燃性ガスが存在するとともに不可
避的に空気などの酸化性ガスが混入する容器１より当該
可燃性ガスを排出するとき、容器に連通する排出流路
に、可燃性ガスを選択的に透過させる分離膜４と、その
分離膜の透過側及び非透過側の間に圧力差を生じさせる
差圧発生手段５，６とを配置し、ガス出口に純度９０ｖ
ｏｌ％以上の窒素ガスを掃気して酸化性ガスを窒素ガス
で置換し、窒素ガスと可燃性ガスの混合ガスを分離膜に
供給することにより、可燃性ガスが濃縮された透過ガス
と可燃性ガスが希釈された非透過ガスとに分離すること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、容器内の可燃性ガ
スの処理方法及び処理装置に属する。この処理方法は、
爆発や燃焼の危険性のある可燃性ガスが内部に存在する
容器から可燃性ガスを安全に回収又は浄化する場合に好
適に利用されうる。

【０００２】

【従来の技術】各種化学工場、石油化学コンビナート、
ガソリン油槽所、ガソリン給油所などには貯留タンク、
溶解攪拌槽、反応槽、中継タンク、吸収塔、蒸留塔、コ
ンテナ、倉庫などの各種容器類が設置されている。これ
らの容器類の内部には、爆発や燃焼の危険性のある可燃
性ガスが存在する。可燃性ガスの多くは、ＶＯＣ（揮発
性有機化合物）と呼ばれる光化学スモッグなどの原因物
質である。従って、容器の内容物を移送するとき又は気
温上昇時に可燃性ガスが放散して環境を汚染することの
ないように、浄化もしくは回収が必要とされている。

【０００３】処理方法としては、従来より汎用されてい
た冷却凝縮法に比べて処理性能が高く目標値や規制値を
達成しやすい吸収法、吸着法又は分離膜法での高性能処
理システムが近年数多く開発され、実用化されている。
しかし、これらのうち吸収法及び吸着法によるシステム
は、高性能を重視する結果、装置が複雑である上に操作
性、維持管理性に劣っていた。また、対象が可燃性であ
ることから、安全面で信頼性が不十分であった。

【０００４】例えば、吸収法はパラフィン系の専用吸収
剤などを用いて吸収効率向上を図っているが、吸収剤を
再生するときに加熱を必要とするので、装置立ち上げ時
間が必要となる。その結果、装置の間欠運転が困難であ
る、加熱システムが可燃性ガスの発火の熱源となる危険
性を伴う、などの課題がある。

【０００５】また、吸着法は、本来、吸着と離脱を繰り
返す不連続操作であるため、処理装置自体が複雑な上、
吸着剤として活性炭を用いた場合はもとより、発火の危
険性のないゼオライトを用いても、離脱操作に熱源が必
要であることから発火の危険性を伴う。

【０００６】この点、分離膜法は、連続操作が可能であ
る、機器数が少ないので操作や維持管理が簡単である、
等の利点を有し、例えば特開昭６２−２７９８２５号、
特開昭６２−２７９８２６号公報に開示されている。し
かも着火の原因となる「熱」と「酸素」のうち、分離膜
法は熱を扱わないだけ本質的に安全なシステムである。
そして、酸素に関しては、可燃性ガスの発生源である容
器の内部に窒素ガスなどの非酸化性ガスを充填して酸素
濃度を希釈する技術が知られている（特開平６−１１４
２２９号）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、容器内貯留液
などのように出し入れ頻度が多いために、上記のような
窒素ガス充填が十分できない場合や無意味であるとの理
由で窒素ガス充填を行わない場合もある。例えば、ガソ
リンを貯留する原油タンク、油槽所及び給油所の地下タ
ンク、自動車自体の給油タンクなどである。従って、こ
れらの場合、排出ガス処理装置内部に、防爆機器類を使
用したり機器類を接地して静電気を防止したり、あるい
は万一火災発生時の緊急注水配管や炎流出防止用フレー
ムアレスターを設ける、などのような事後的措置を講じ
ているに過ぎなかった。

【０００８】それ故、本発明の目的は、内容物の出し入
れ頻度の多い容器から発生する可燃性ガスを発火の危険
を伴わずに安全に処理する方法と装置を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】その目的を達成するため
に、本発明の可燃性ガス処理方法は、内部に可燃性ガス
が存在するとともに不可避的に空気などの酸化性ガスが
混入する容器より当該可燃性ガスを排出するとき、容器
に連通する排出流路に、可燃性ガスを選択的に透過させ
る分離膜と、その分離膜の透過側及び非透過側の間に圧
力差を生じさせる差圧発生手段とを配置し、ガス出口に
純度９０ｖｏｌ％以上の窒素ガスを掃気して酸化性ガス
を窒素ガスで置換し、窒素ガスと可燃性ガスの混合ガス
を分離膜に供給することにより、可燃性ガスが濃縮され
た透過ガスと可燃性ガスが希釈された非透過ガスとに分
離することを特徴とする。

【００１０】また、本発明の方法に適切な可燃性ガス処
理装置は、内部に可燃性ガスが存在するとともに不可避
的に空気などの酸化性ガスが混入する容器より、当該可
燃性ガスを排出する装置において、容器内のガスを容器
外に導くガス出口と、ガス出口に純度９０ｖｏｌ％以上
の窒素ガスを掃気しうる窒素ガス発生源と、ガス出口に
連通する排出流路に配置されて、掃気された窒素ガスと
可燃性ガスの混合ガスのうちから可燃性ガスを選択的に
透過させる分離膜と、その分離膜の透過側及び非透過側
の間に圧力差を生じさせる差圧発生手段とを備えること
を特徴とする。

【００１１】本発明によれば、容器のガス出口に純度９
０％以上の窒素ガスを掃気しているので、可燃性ガスを
含む混合ガスの酸素濃度がガス出口で既に燃焼濃度以下
に調整される。従って、安全な状態で可燃性ガスが分離
膜に供給され、処理される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
とともに説明する。図１は、本発明の処理方法を示すシ
ステムフロー図である。

【００１３】燃料タンク１に給油するとき、給油燃料と
置換されて燃料タンクより排気される可燃性の燃料ベー
パーは、燃料タンク１の上方に設けた捕集フード８で捕
集ガス１１として捕集される。このとき、捕集ガス１１
の中には燃料ベーパーの他に空気などの捕集フード８周
辺のガスが不可避的に混入する。そこで、予め、この捕
集フード８内に、純度９０％以上の窒素ガスを掃気する
ことにより、捕集フード８内を窒素ガスで充満させ、周
辺ガスを窒素ガスで置換するとともに、その後の周辺ガ
スの浸入を防止する。窒素ガスは、窒素富化分離膜装置
や圧力スイング式吸着装置などで構成される窒素発生機
７を窒素発生源として大気中の空気などから濃縮された
窒素富化ガス２１でよい。

【００１４】捕集フード８には、ガス出口が設けられて
おり、捕集ガス１１は、そのガス出口より分離膜ユニッ
ト４１に送られる。窒素ガスの掃気により既に、捕集ガ
ス１１の酸素濃度は、燃焼濃度以下に調整されているの
で、安全である。分離膜ユニット４１においては、捕集
ガス１１は、先ずプレフィルター２で除塵操作され、除
塵ガス１２として冷却凝縮器や気液吸収器などの液化器
３に導かれる。ここで、液化器３に供給された除塵ガス
１２中の燃料ベーパーは、液化燃料１４と液化されずに
ガス状態で残留した分離膜供給ガス１３とに分離され
る。液化燃料１４は、回収されて再利用される。尚、液
化器３には必要に応じて冷却水３１が導出入される。

【００１５】分離膜供給ガス１３は分離膜４に導かれ、
燃料ベーパーが希釈された分離膜非透過ガス１５と濃縮
された分離膜透過ガス１６とに分離される。分離膜４の
分離操作は、非透過の１次側を高圧、透過の２次側を低
圧に維持して、両者間の圧力差を利用して行われる。差
圧発生手段は後述の如く様々であるが、図１では、分離
膜非透過ガス１５側に設置された送風機５で１次側がほ
ぼ大気圧に維持され、分離膜透過ガス１６側に設置され
た真空ポンプ６で２次側が真空圧力に維持され、その結
果、分離膜４の両側に差圧が発生する。

【００１６】分離膜透過ガス１６は、戻りガス１７とし
て液化器３に戻され、再度液化と分離膜操作が繰り返さ
れる。また、分離膜非透過ガス１５は、過飽和の燃料ベ
ーパーが液化器３で除去された後に分離されたものであ
るから、通常は環境に支障無い程度に燃料ベーパーが希
釈されており、そのまま大気中に排出される。ただし、
希釈が不十分のときは、分離膜を多段に連結して分離操
作を繰り返せばよい。もちろん、分離膜４による分離操
作だけで、燃料ベーパーが十分希釈された分離膜非透過
ガス１５が得られるときは、図２のように液化器３を省
いたシステム構成としてもよい。

【００１７】差圧発生手段が図１のように構成されてい
るときは、送風機５が燃料ベーパーの希釈された非透過
側に配置されているので、送風機５が損傷を受けにく
い。他の差圧発生手段として図３及び図４に示す構成が
挙げられる。ただし、説明の便宜上、両図面から液化器
１４が省略されている。図３では、分離膜４の供給側に
設置した送風機又は圧縮機５と透過側に設置した真空ポ
ンプ６とで「常圧−真空圧系」の差圧を発生させてい
る。この構成によると、図１及び図３の構成による場合
よりも大きな差圧を得ることができる。図４では、分離
膜４の供給側に設置した圧縮機５だけで「加圧−常圧
系」の差圧を発生させている。この構成によると、差圧
発生に用いられる機器が１つですむので経済的である。

【００１８】液化器３は、図５に示すように分離膜４の
透過側に設置しても良い。また、分離膜非透過ガス１５
は、少量の酸素を含むが、多量の窒素も含んでいるの
で、図６に示すように、これを捕集フード８に掃気戻り
ガス１８として戻すことにより、窒素発生機７の負荷を
低減させることができる。

【００１９】上記各図のシステムに用いる機器類として
は、処理対象となる可燃性ガスに耐性があり、所定の性
能を発揮するものであれば何でも良く、例えば以下のよ
うなものが挙げられる。分離膜としては、シリコーン系
の薄膜を有する複合膜で構成されるスパイラル型やプレ
ート＆フレーム型の膜モジュール、あるいは同じくシリ
コーン系中空糸膜で構成される中空糸型膜モジュールな
どがある。

【００２０】送風機、圧縮機、真空ポンプなどの回転機
器類としては、ダイヤフラム式、スクリュー式、ルーツ
式、あるいは揺動式などのドライ容積型ポンプが使いや
すいが、可燃性ガスの回収液と同成分による液封式など
の遠心型ポンプも用いることができる。プレフィルター
としては、捕集ガス中に含まれる塵埃を除去できる程度
の孔径を有するものであれば良く、通常１〜１０μｍ孔
径のポリプロピレン製、ポリエステル製又は綿製のカー
トリッジ型フィルターが使いやすい。

【００２１】液化器には、冷却凝縮器と気液吸収器とが
ある。冷却凝縮器としては、冷却水や冷凍水などの冷媒
間接熱交換方式による多管式やコイル式の熱交換凝縮器
が挙げられる。気液吸収器としては、充填塔、多孔板
塔、泡錘板塔、気泡塔などの気液接触吸収塔が挙げられ
る。

【００２２】窒素発生機には、例えば窒素富化分離膜方
式と圧力スイング吸着方式がある。窒素富化分離膜方式
では、ポリイミド系やシリコーン系の分離膜を中空糸型
やスパイラル型に仕上げた膜モジュールが用いられる。
圧力スイング吸着方式では、ゼオライト系やシリカ・ア
ルミナ系の吸着剤を固定床式やハニカム式に仕上げた吸
着槽が用いられる。

【００２３】

【実施例】これはガソリンスタンドで自動車の燃料タン
クにガソリンを給油するとき、注入燃料と置換されて発
生するガソリンベーパーを排ガスとして処理する例であ
る。図１のシステム構成から分離膜ユニット４１を除い
たベーパー発生源側システム（容器１、窒素発生機７及
び捕集フード８）と、液化器３を用いない図２の分離膜
ユニット４１とを組み合わせたシステムを用いて、下記
条件で本発明の処理方法を実施した。

【００２４】［発生部条件］発生ベーパー＝ガソリン（主成分；ブタン）圧力＝１［ａｔｍ］（大気圧）温度＝２０［℃］ベーパー濃度＝２５［ｖｏｌ％］燃料給油量＝３５［ｌ／ｍｉｎ］窒素掃気量＝２０［ｌ／ｍｉｎ］掃気窒素濃度＝９６［ｖｏｌ％］捕集ガス流量＝２１００［ｌ／ｈｒ］捕集ガス中酸素濃度＝３［ｖｏｌ％］機器仕様：分離膜；スパイラル型有機蒸気分離膜×１本（日東電工（株）製NTGS-2200-S4，有効膜面積４［ｍ
2］）真空ポンプ；ルーツ型ドライ式×１台（電力０．７５
［ＫＷ］）送風機；揺動型ドライ式×１台（電力０．１［ＫＷ］）プレフィルター；カートリッジ型×１台（孔径２μｍ未
満）窒素発生機；中空糸型窒素富化分離膜×１本（有効膜面
積２［ｍ2］）

【００２５】［処理性能］分離膜非透過ガス中ベーパー濃度＝０．５［ｖｏｌ％］分離膜非透過ガス流量＝１６０［ｌ／ｈｒ］ベーパー濃度低減率＝９８［％］（＝［１−｛（非透過ガス中ヘ゛ーハ゜ー濃度）／（捕集ガス
中ヘ゛ーハ゜ー濃度）｝］）

【００２６】上記のように、酸素濃度が３ｖｏｌ％とい
う低濃度に調整された捕集ガスが、分離膜ユニットに送
られるので、分離膜ユニットにおいて安全に処理され
る。しかもガソリンベーパーの濃度低減率は９９．８％
と高い。

【００２７】

【発明の効果】本発明により、爆発や燃焼の危険性のあ
る可燃性ガスが存在する容器類を使用する際、容器類か
ら発生する可燃性ガスを安全に回収又は浄化することが
でき、資源再利用や環境保全対策に有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すシステムフロー図で
ある。

【図２】本発明の第２実施例を示すシステムフロー図で
ある。

【図３】本発明の第３実施例を示すシステムフロー図で
ある。

【図４】本発明の第４実施例を示すシステムフロー図で
ある。

【図５】本発明の第５実施例を示すシステムフロー図で
ある。

【図６】本発明の第６実施例を示すシステムフロー図で
ある。

【符号の説明】

１燃料タンク（容器）２プレフィルター３液化器４分離膜５送風機もしくは圧縮機６真空ポンプ７窒素発生機８捕集フード１１捕集ガス１２除塵ガス１３分離膜供給ガス１４液化燃料１５分離膜非透過ガス１６分離膜透過ガス１７戻りガス１８掃気戻りガス２１窒素富化ガス３１冷却水４１分離膜ユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に可燃性ガスが存在するとともに不可
避的に空気などの酸化性ガスが混入する容器より当該可
燃性ガスを排出するとき、容器に連通する排出流路に、可燃性ガスを選択的に透過
させる分離膜と、その分離膜の透過側及び非透過側の間
に圧力差を生じさせる差圧発生手段とを配置し、ガス出口に純度９０ｖｏｌ％以上の窒素ガスを掃気して
酸化性ガスを窒素ガスで置換し、窒素ガスと可燃性ガスの混合ガスを分離膜に供給するこ
とにより、可燃性ガスが濃縮された透過ガスと可燃性ガ
スが希釈された非透過ガスとに分離することを特徴とす
る容器内の可燃性ガスの処理方法。
【請求項２】前記差圧発生手段が、分離膜の透過側に設
置される真空ポンプと分離膜の非透過側に設置される送
風機である請求項１に記載の処理方法。
【請求項３】前記差圧発生手段が、分離膜の供給側に設
置される送風機もしくは圧縮機と分離膜の透過側に設置
される真空ポンプである請求項１に記載の処理方法。
【請求項４】前記差圧発生手段が、分離膜の供給側に設
置される圧縮機である請求項１に記載の処理方法。
【請求項５】前記分離膜の供給側に冷却凝縮器や気液吸
収器などの液化器を付加し、前記混合ガスを分離膜に供
給する前に液化器に導いて一部液化させ、液化されない
残ガスを分離膜に供給する請求項１〜４のいずれかに記
載の処理方法。
【請求項６】前記分離膜の透過側に冷却凝縮器や気液吸
収器などの液化器を付加し、前記透過ガスを液化器に導
いて一部液化させ、液化されない残ガスを分離膜の供給
側に戻して前記混合ガスとともに再度分離膜に供給する
請求項１〜４のいずれかに記載の処理方法。
【請求項７】非透過ガスを可燃性ガスの排出口に戻し、
可燃性ガスとともに分離膜に供給する請求項１〜６のい
ずれかに記載の処理方法。
【請求項８】掃気する窒素ガスが、周辺空気を原料とし
て分離膜法又は圧力スイング式吸着法により濃縮された
ものである請求項１〜７のいずれかに記載の処理方法。
【請求項９】容器がガソリンタンクである請求項１〜８
のいずれかに記載の処理方法。
【請求項１０】内部に可燃性ガスが存在するとともに不
可避的に空気などの酸化性ガスが混入する容器より、当
該可燃性ガスを排出する装置において、容器内のガスを容器外に導くガス出口と、ガス出口に純度９０ｖｏｌ％以上の窒素ガスを掃気しう
る窒素ガス発生源と、ガス出口に連通する排出流路に配置されて、掃気された
窒素ガスと可燃性ガスの混合ガスのうちから可燃性ガス
を選択的に透過させる分離膜と、その分離膜の透過側及び非透過側の間に圧力差を生じさ
せる差圧発生手段とを備えることを特徴とする容器内の
可燃性ガスの処理装置。
【請求項１１】容器がガソリンタンクである請求項１０
に記載の処理装置。