JPH0966213A

JPH0966213A - 吸着エレメント

Info

Publication number: JPH0966213A
Application number: JP7259184A
Authority: JP
Inventors: Manabu Asano; 学浅野; Tomonobu Matsuura; 知伸松浦; Toshio Uno; 利夫宇野; Matsuhiro Kimura; 松弘木村
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1995-08-31
Filing date: 1995-08-31
Publication date: 1997-03-11
Anticipated expiration: 2015-08-31
Also published as: JP3711595B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ガス成分の吸着分離及び脱着回収に使用する吸
着エレメントとして、水蒸気の凝縮による大量の廃水が
生じないように間接加熱（冷却）方式を採用し、その伝
熱効率を高めた吸着エレメントを提供することを目的と
する。【解決手段】吸着剤層２に加熱又は冷却のための伝熱体
３が挿入された構造の吸着エレメント１であって、伝熱
体の挿入に際し、伝熱体に接触させて金網４等の伝熱媒
体が一緒に挿入された構造を有する。また、ガスを円筒
の半径方向に通流させるために吸着剤層を芯材の回りに
円筒状に形成した吸着エレメントの場合には、伝熱体及
びこれと接触する伝熱媒体は同心円状に１列あるいは複
数列配列されている。【効果】伝熱体とともにこれに接触させて金網等の伝熱
媒体を一緒に挿入したことにより、有効伝熱面積が増加
して伝熱効果が促進され、特に脱着再生時の加熱効率が
高くなって溶剤等の除去回収性能が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸着操作によるガス又
は蒸気成分の分離に用いられる吸着エレメントの構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の工場では、溶剤又はその他の有害
成分を含有する空気又はその他のガスが発生するため、
発生ガスから溶剤等を除去して浄化することが環境対策
上重要であり、また、各種混合ガスから稀薄な成分を分
離除去あるいは回収することも重要なプロセスである。
こうしたガス成分の分離には吸着操作が特に有効であ
り、従来から多くの分野で応用されてきた。吸着操作で
は、分離すべき成分を吸着剤に吸着させ、その後吸着剤
に水蒸気を吹き込むことにより吸着された成分を脱着、
回収し、脱着によって再生された吸着剤を再び吸着に供
することが一般に行われている。

【０００３】しかしながら、この方法では脱着時に多量
の水蒸気の凝縮水による廃水が生じたり、水蒸気との接
触により回収成分の分解が促進されたりする問題点があ
り、したがって、近年吸着処理操作においては、このよ
うな水蒸気の直接吹き込み以外の脱着方法が望まれてい
る。脱着には、主として吸着剤の加熱による加熱脱着
と、吸着時よりも圧力を下げる減圧脱着とがあるが、い
ずれの方法においても、脱着に必要な脱着潜熱を吸着剤
に与えることが必要であり、そのための加熱手段が不可
欠である。

【０００４】水蒸気吹き込みによらない脱着方法として
は、従来、水蒸気の代りに加熱ガスを通す方法、吸着剤
層をマイクロ波等の電磁波で直接加熱する方法、あるい
は活性炭等の吸着剤層に水蒸気加熱管、シートヒーター
等を埋め込む方法等があるが、一般によく実施される加
熱ガス通流方式では、脱着した成分が加熱ガスによって
希釈されるので、濃縮度に限界があり、ガスの濃縮は可
能であるが回収までは困難な場合がある。また、電磁波
加熱方式では、電磁波発生装置のコストが高く、また、
吸着剤の均一な加熱が困難な場合がある。

【０００５】また、吸着剤層にヒーターを埋め込む方式
は以前から見受けられ、例えば特公平２−４８２８７、
特開平１−２４２１２１及び２６６８３２、特開平４−
３４１３１６及び３４１３１７にも開示されている。し
かしながら、一般に吸着剤は多孔性で熱伝達が悪いため
に、このような間接加熱方法では脱着のための加熱に長
時間を要する上に均一な加熱が難しいのが通例であり、
連続吸脱着方式の場合には、脱着期間の吸着容量を確保
するために多量の吸着剤を要するので、装置が大型化し
て製作コストがかさむという問題点があった。このよう
に、いずれの方式もそれぞれ種々の問題点を有してい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、吸着剤に水
蒸気を直接接触させることなく吸着剤を加熱あるいは冷
却する方式として、吸着剤層に伝熱体を埋め込む方式を
採用し、この方式の前記問題点を解決した、しかも構造
及び製作が簡単で熱効率のよい吸着エレメントを提供す
ることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは研究の結
果、伝熱体が挿入された吸着剤層を有する吸着エレメン
トにおいて、伝熱体に接触させて伝熱媒体を挿入した構
造の吸着エレメントを採用することにより、より具体的
には、ガスを円筒の半径方向に通流させるために吸着剤
層を芯材の回りに円筒状に形成し、この吸着剤層に伝熱
体を同心円状に１列または複数列挿入し、かつその伝熱
体列に接触させて伝熱媒体が挿入されている構造の吸着
エレメントを採用することにより、前記の課題を解決す
ることができたものである。

【０００８】ここで、伝熱体とは、一定の形状を有する
加熱・冷却手段を意味し、例えば管状で管の内部に熱媒
流体を流す方式の伝熱管、ニクロム線のようにそれ自体
発熱する加熱線等が用いられる。また、伝熱媒体とは、
伝熱体の熱を吸着剤に伝達する働きをする手段を意味
し、例えば金網のように熱伝導性のよいものが用いられ
る。

【０００９】本発明の態様としては、吸着剤層中に互い
に接触した伝熱体と伝熱媒体とを予め埋め込んだ吸着エ
レメントを製作し、用意した容器内にこのエレメントを
１基又は複数基装着したものを吸着塔として用いるのが
一般的であるが、それ以外に、直接吸着剤を充填した吸
着塔の吸着剤層に、互いに接触した伝熱体と伝熱媒体を
埋め込んでもよい。吸着剤層の形態としては、円筒状で
ガスを半径方向に沿って通流させるようにしたのもが、
吸着エレメントの単位体積当たりのガスの通流断面積を
大きくできるので効率的である。その場合、適当な芯材
の回りに吸着剤層を円筒状に配し、その吸着剤層に伝熱
体及びそれと接した伝熱媒体を同心円状に１列又は複数
列挿入する。

【００１０】本発明の吸着エレメントの概念図を図１に
示す。吸着剤層２に伝熱体３及びこれと接触した伝熱媒
体４が埋設されている様が概念的に示されている。

【００１１】本発明の吸着エレメントの実施態様の一例
を図２に示す。一対の円盤状の端板５が、その中心付近
で円筒状の芯材６の両端にそれぞれ固定されて配置され
る。この芯材は吸着エレメントの芯をなし、この回りに
吸着剤であるシート状活性炭素繊維が巻き上げられて積
層され、吸着剤層２が円筒状に形成される。そして、吸
着剤層の一定厚さ毎に、伝熱体として加熱・冷却用の伝
熱管列７が同心円の円周状に挿入される。これらの伝熱
管列は、図２に示すように１本の伝熱管を一定のピッチ
で蛇行させ、さらに吸着剤層の周面に沿うように予め加
工（プレファブ）されている。これらの伝熱管列に接し
て伝熱媒体としての金網４が挿入される。金網は伝熱管
列の両面すなわち内周側と外周側にそれぞれ伝熱管と接
して設けられている。

【００１２】実際には、一定の厚さまで活性炭フェルト
等のシート状活性炭素繊維を積層し、その上に先ず金網
を巻き、そして金網に接して伝熱管を円周状に周回配置
し、その上からさらに金網を先と同様に巻く。その外側
にさらにシート状活性炭素繊維を積層する。これら伝熱
管列は、全体の吸着剤層の厚さに応じて必要な段数設け
られる。このようにして、一定の厚さの吸着剤層と伝熱
管列を有する吸着エレメントが形成される。

【００１３】この吸着エレメントにおいて、ガスは外周
面から芯材に向かって、あるいはその逆方向に、いずれ
も半径方向に流通させる。伝熱体及びそれに接した伝熱
媒体は、通常円筒状の吸着剤層に埋め込むように挿入さ
れるが、一部は芯材のすぐ外側、すなわち吸着剤層の最
内層面に設けられることもある。これは、脱着再生用の
パージガスを円筒吸着剤層の内層から外層に向かって通
流させる場合、特に内層側での加熱脱着をより一層有効
にするためである。また、このような場合、芯材自身を
伝熱体及びそれに接した伝熱媒体で構成することによ
り、一層簡単な構造にすることもできる。

【００１４】伝熱体及び伝熱媒体を吸着剤層に挿入する
場合、一般的には構造が複雑になって制作が困難にな
り、また、その結果吸着剤の交換も困難になるのが通例
であるが、本発明では、前述のように、ある厚さの吸着
剤層を形成した後プレファブされた伝熱管と金網をセッ
トし、その上にさらに吸着剤層を形成することを必要回
数繰り返す態様を取ることにより、伝熱体及びこれと接
する伝熱媒体を吸着剤層に埋め込む作業が極めて容易に
なり、比較的簡単に伝熱性のよい吸着剤層を有する吸着
エレメントそ製作することができる。

【００１５】また、図３に示すように、シート状活性炭
素繊維８と金網４を重ねてスパイラル状に巻き上げ、一
定に厚さのところでプレファブされた伝熱体３をセット
し、さらに重ねたシート状活性炭素繊維と金網を巻き上
げ、シート状活性炭素繊維と金網が交互に積層された吸
着剤層を有する吸着エレメントを形成する態様も好まし
い。この場合、巻き上げ時のシート状活性炭素繊維と金
網の枚数を調節することにより伝熱媒体の挿入比率を変
えることができる。

【００１６】本発明で用いられる吸着剤は、活性炭が一
般的であるが、それ以外でも、ゼオライト、活性アルミ
ナ、シリカゲル等、気体状物質を吸着するものであれば
制限なく使用できる。また、吸着剤の形態としては、粒
状あるいは繊維状等が用いられるが、シート状活性炭素
繊維が最も好ましい。活性炭素繊維は、吸着速度が他の
吸着剤に比べて非常に大きく、吸着剤の利用効率が高く
なるため、装置がコンパクトになり、また、シート状活
性炭素繊維を使用することにより吸着剤層の充填密度の
管理が容易となり、極めて性能特性の均一な吸着エレメ
ントの製作が可能となる。本発明の吸着エレメントの好
ましい吸着剤層の構造としては、吸着剤としてシート状
活性炭素繊維を用い、これを芯の周囲にシートの張力を
調整しながらスパイラル状に巻き上げることにより、一
定の充填密度で任意の厚みの吸着剤層を簡単に形成でき
る。

【００１７】シート状活性炭素繊維としては、フェルト
状のものが最も一般的かつ安価であるが、他に織物状、
編物状あるいは組物状等、通気性を有するシート状で、
かつ巻き上げた場合にその形状が保持できる強度があれ
ば、いずれも使用可能である。特に織物状あるいは編物
状組織は、シート状活性炭素繊維のかさ密度を上げるこ
とができ、単位体積当たりの吸着容量を大きくできるの
で、吸着装置全体をコンパクトにすることができる。シ
ート状活性炭素繊維としてフェルト状のものを使用する
場合には、例えば厚さ３ｍｍ、目付け１００ｇ／ｍ^２の
フェルトを１５〜２０ｃｍの厚さに巻き上げて吸着剤層
を形成する。

【００１８】吸着剤層中に挿入する伝熱体は、吸着剤層
を加熱、又は加熱及び冷却するためのもので、一般的に
は内部を熱媒流体が流通する金属製の伝熱管が使用され
る。吸着剤層の脱着再生時には、加熱用の熱媒流体とし
て通常スチームが使用され、また、吸着時及び脱着再生
後の吸着剤層の冷却時には、スチームに代えて冷却水を
通流する。また、伝熱管として外部との熱交換を図るヒ
ートパイプを応用してもよい。さらに、単に加熱のみで
よい場合には、伝熱体として電熱ヒーターを使用するこ
ともできる。伝熱体の材質は、熱伝導性および耐蝕性の
点から銅が一般的に使用されるが、その他ステンレス、
黄銅等も使用可能である。

【００１９】伝熱体に接して設けられる伝熱媒体は、伝
熱体から吸着剤層への熱伝導を均一かつ迅速にするため
のものであり、その目的からして、材質は熱伝導性のよ
い銅、ステンレス等が適するが、銅が最も好ましい。ま
た、その構造としては、金網状、パンチングプレート、
金属細線をウエブ状に加工したもの等が挙げられる。金
網を使用する場合は、熱伝導性の点からは線径が太く目
開きの細かいものが適するが、熱容量及び通気抵抗を考
慮する必要もあり、その他製作時の作業性等も勘案して
適当な構造のものが選択される。一般的には、１〜２０
メッシュ、好ましくは４〜１８メッシュ、より好ましく
は８〜１６メッシュのものを使用する。２０メッシュを
越えると圧力損失が無視できなくなる。圧力損失の面か
らは１８メッシュ以下が好ましく、より好ましくは１６
メッシュ以下である。また、５メッシュ未満では目的と
する伝熱効果が得られない。

【００２０】本発明の吸着エレメントは、例えば図４の
フローで示すような溶剤回収用吸着装置に使用される。
ここで吸着エレメント１は吸着塔９（９Ａ及び９Ｂ）に
組み込まれている。２基の吸着塔のうち一方が被処理ガ
ス中の溶剤を吸着する吸着工程にある間、他方の吸着塔
は吸着した溶剤を加熱及び減圧状態で脱着し凝縮回収す
る脱着工程にあり、各吸着塔でこれらの工程が交互に繰
り返される。溶剤が可燃性の場合は、脱着工程はＮ_２ガ
ス雰囲気下で行われ、凝縮器での未凝縮ガスは被処理ガ
スにリサイクルされる。

【００２１】

【実施例】図４のフローで示される装置を用いて、溶剤
（イソプロピルアルコール）２０００ｐｐｍを含む２５
℃、５０ＲＨ％の空気を５Ｎｍ^３／分の割合で処理し
た。吸着塔内の吸着剤は活性炭素繊維のフェルトからな
り、厚さ３ｍｍ、目付け１００ｇ／ｍ^２のフェルトをス
パイラル状に積層して、内径１００ｍｍ、外径４００ｍ
ｍ及び高さ４５０ｍｍの円筒型とし、伝熱管は芯材付
近、直径１６０ｍｍ及び２８０ｍｍの位置に挿入し、伝
熱管の内周側及び外周側に、線径１．６ｍｍで２メッシ
ュのＳＵＳの金網、線径０．８ｍｍで４メッシュの銅の
金網、線径０．８ｍｍで８メッシュの銅の金網又は線径
０．８ｍｍで１６メッシュの銅の金網を挿入した。吸着
剤層内での処理ガスの平均流速を約０．３ｍ／秒とし、
１サイクルの吸着時間を１５分とした。

【００２２】まず最初に、溶剤含有空気を吸着塔に送っ
て吸着エレメントに通流し、清浄になった空気は大気中
に排出する。（吸着工程）吸着工程終了後、吸着塔内を減圧排気した後、キャリア
ガスとしてＮ_２ガスをパージしながらの伝熱管に１５０
℃、５ｋｇ／ｃｍ^２圧のスチームを通して加熱する。脱
着時の塔内の減圧度は５０Ｔｏｒｒとした。上記４種類
の金網を使用した場合、及び金網を使用しない場合（比
較例）の、吸着剤層からの溶剤除去率及び吸着剤層の平
均温度を測定した。結果を表１に示す。

【００２３】

【表１】（表中の＃は、メッシュ数を示す）

【００２４】金網を使用した場合はいずれも、使用しな
い場合に比べて吸着剤層の平均温度が高く、溶剤除去率
が優れている。なお、表には示されていないが、吸着剤
層中の温度の均一性の点でも、金網を使用した場合の方
が著しく優れていることが確認されており、この点も溶
剤除去率の改善に寄与しているものと思われる。

【００２５】

【発明の効果】本発明の吸着エレメントは、吸着剤に直
接水蒸気を接触させないため大量の排水を生じることが
なく、また、伝熱効果が優れているため吸着剤層を効率
よく加熱又は冷却することができ、その結果、ガス中の
溶剤等を効率よく除去し、また濃縮回収することができ
る。さらに、構造が簡単で製作も容易である。

【００２６】既述のように、吸着剤層中に伝熱体を挿入
する試みは従来から行われてきたが、多孔質の吸着剤は
熱伝導性が極めて悪いため、伝然体の加熱・冷却作用が
及ぶのは伝熱体の極く近傍に限られ、その結果、吸着剤
の昇温あるいは冷却は不均一で時間がかかり、脱着の効
率は悪く、こうした方法を用いた吸着装置の性能もよく
ないのが通例であった。本発明の吸着エレメントは、伝
熱体に接して金網等の熱伝導のよい伝熱媒体を吸着剤層
中に挿入することによって、伝熱体の伝熱面積が飛躍的
に増加したのと同様の極めて良好な伝熱効果が得られ
る。このような効果は、常圧下での脱着時はもちろんの
こと、特に減圧下での脱着において著しい効果を発揮す
る。すなわち減圧下では、吸着剤自身の熱伝導の悪さに
加えて、もう１つの熱伝達媒体であるガス自身が希薄に
なることによる熱伝達の悪さが重なるため、本発明の吸
着エレメントによる伝熱促進効果が顕著に現れるものと
思われる。

【００２７】

【図面の簡単な説明】

【図１】（（１ａ）及び（１ｂ））本発明の吸着エレメ
ントの概念図であり、（ａ）は全体断面図、（ｂ）は吸
着剤層の組立図である。

【図２】（（２ａ）、（２ｂ）及び（２ｃ））本発明の
吸着エレメントの実施態様の１つである円筒型吸着エレ
メントを示す図で、（ａ）は全体図、（ｂ）は吸着剤層
内部の組立図、（ｃ）は半径方向の断面図である。

【図３】本発明の吸着エレメントのもう１つの実施態様
であるシート状活性炭素繊維と金網を重ねてスパイラル
状に巻き上げた構造の吸着剤層の例を示す。

【図４】本発明の吸着エレメントを用いて溶剤回収を行
なう装置のフロー例を示す。

【符号の説明】

１．吸着エレメント２．吸着剤３．伝熱体
４．金網５．端板６．芯材７．伝熱管８．シ
ート状活性炭素繊維９（９Ａ及び９Ｂ）．吸着塔１０．ファン
１１．減圧ポンプ１２．凝縮機１３．溶剤回収タンク１４．
被処理ガス１５．クリーンガス１６．スチ
ーム１７．Ｎ_２ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木村松弘滋賀県大津市堅田二丁目１番１号東洋紡績株式会社総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】伝熱体が挿入された吸着剤層を有する吸
着エレメントにおいて、伝熱体に接触させて伝熱媒体が
ともに挿入されていることを特徴とする吸着エレメン
ト。
【請求項２】ガスを円筒の半径方向に通流させるため
に吸着剤層が芯材の回りに円筒状に形成され、伝熱体が
同心円状に１列または複数列挿入されていることを特徴
とする請求項１に記載の吸着エレメント。
【請求項３】吸着剤が活性炭素繊維であることを特徴
とする請求項１又は請求項２に記載の吸着エレメント。
【請求項４】伝熱媒体が金網であることを特徴とする
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の吸着エレメ
ント。
【請求項５】いずれもシート状の吸着剤及び伝熱媒体
が、重ねてスパイラル状に巻上げられ、吸着剤層と伝熱
媒体層が交互に積層された構造に形成されていることを
特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の
吸着エレメント。
【請求項６】伝熱体が、吸着剤層の中に埋設される以
外に、芯材の回りに直接配置されていることを特徴とす
る請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の吸着エレ
メント。
【請求項７】芯材が、伝熱体及びこれに接触する伝熱
媒体で構成されていることを特徴とする請求項２ないし
請求項５のいずれかに記載の吸着エレメント。
【請求項８】伝熱体が、内部に熱媒流体を通すことが
できる伝熱管で構成されていることを特徴とする請求項
１ないし請求項７のいずれかに記載の吸着エレメント。
【請求項９】伝熱体が電気ヒーターで構成されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに
記載の吸着エレメント。