JPH09854A - 吸着式排ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吸脱着操作の切り替え時のガスの相互置換性
がよく、ドレーンの排除性に優れ、吸着素子の含水率を
所定量に調整でき、容積効率が高く、しかもスケールメ
リットがある、高効率でかつ工業的に有利な繊維状活性
炭を用いた排ガス処理装置を提供する。 【構成】 中空円筒状に作製された繊維状活性炭からな
る異径の吸着素子を、各吸着素子間に空隙を設けて同心
状に配設して構成した組み合わせ吸着素子の最外面及び
最内面に、空隙を設けて仕切壁を同心状に対向配設して
なる吸着体に、被処理ガスを通流するように構成した排
ガス処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維状活性炭吸着体を
用いた排ガス処理装置に関する。さらに詳しくは、中空
円筒状に作製された繊維状活性炭からなる異径の吸着素
子を、各吸着素子間に空隙を設けて同心状に配設して構
成した組み合わせ吸着素子の最外面及び最内面に、空隙
を設けて仕切壁を同心状に対向配設してなる吸着体に、
被処理ガスを通流するように構成したことを特徴とする
排ガス処理装置に関する。本発明の排ガス処理装置は、
とくに化学工場などで発生する有機溶剤などを含有する
排ガスから有臭・有害物質を除去するのに有効に使用さ
れる。

【０００２】

【従来の技術】従来、化学工場などから排出される有機
溶剤などを含有する排ガスを浄化するために、活性炭を
吸着材とするガス処理装置が主に用いられている。活性
炭の吸着能力を維持するためには、高温ガス又はスチー
ムによって再生操作を行うことが必要であり、被処理ガ
スを連続的に処理するために、複数の吸着装置を用いて
交互に吸着、再生操作をおこなうように切り替え使用さ
れている。

【０００３】繊維状活性炭を用いた排ガス処理装置に関
しては、繊維状活性炭フェルトを通気性のある心材に積
層し、一端が閉鎖され他端が解放されている円筒状吸着
素子となし、該素子を缶体内に配設した装置が特開昭５
１ー３８２７８号公報明細書に開示されている。通常
は、角形の缶体内に排ガス処理量に応じた数量の吸着素
子が配設されるが、吸着素子の数量に比例して自動弁及
び付属配管設備数量が増大し、全般的にはコンパクトな
装置ではあるが、スケールメリットが得難く、比較的少
量排ガス処理用途に適用が限定されている。

【０００４】再生用ガスとしてスチームを用いる場合
は、排出スチームを凝縮させ、回収することにより容易
に有機溶剤などを回収することができる利点がある。一
方、高温再生時の有機物の変質を防ぐためには、不活性
ガス中で再生を行うことが望ましく、この面でもスチー
ムは再生用ガスとして適している。また、スチームを使
用する場合は、吸着材などへの授熱量の一部に潜熱を利
用できるため、他の再生用ガスに比較して少ないガス
量、低い温度でも短時間で吸着材を昇温し再生を行うこ
とができる。さらに、全体に装置をコンパクトに構成で
き、装置コストの点から経済的である。

【０００５】しかし、再生用ガスとしてスチームを使用
する場合には、吸着材上でのスチームの凝縮が避けられ
ず、吸着材は含水状態で次の吸着操作を受けることにな
る。活性炭は、例えば特公昭６４ー１１３２６号公報明
細書第１図に示されるように、含水率が増大するにつれ
て吸着容量が低減する性質があり、含水状態では本来の
性能を発揮することが困難となる。この傾向は比較的低
沸点有機物を処理する場合に著しい。特公昭６４ー１１
３２６号公報明細書に開示された繊維状活性炭の含水率
と塩化メチレンの吸着容量との関係を図４に示す。

【０００６】特に繊維状活性炭吸着素子は、その構成か
ら水分を素子内に保持しやすく、吸着容量が低減しやす
い上に、水分の含有率によりガスの通過抵抗が大きく変
化する。このため、吸着素子内あるいは吸着素子間に吸
着容量、ガス通過抵抗の異なる部分を生じ、本来の設計
性能を満足できなくなる欠点がある。また、このような
欠点があるために、本来ならば達成できる未吸着排出限
界濃度にまで処理を行うことが出来ずに実施されている
のが現状である。

【０００７】これを改良するものとして、特公昭６４ー
１１３２６号公報明細書に、繊維状活性炭吸着素子を縦
型としかつスチーム噴出口を該吸着素子内の下部側壁に
向けることにより、吸着素子の含水率を小さくする方法
が提案されている。繊維状活性炭吸着素子を縦型とした
場合、水分は吸着素子の下部に蓄積されやすい傾向があ
るが、下部に過熱スチームを噴射することにより当該部
分の含水率を減少させようとするものである。

【０００８】上記方法は、従来法に比べればかなりの改
良が見られるものの、吸着素子全体にわたり含水率を低
減する点からは十分とは云えない。勿論、スチームの過
熱度を高めることにより吸着素子の含水率を低減するこ
とが可能であるが、有機物の熱変質を助長することにつ
ながり、この方法にも限界がある。

【０００９】一方、繊維状活性炭は、その外表面に直接
ミクロポアが発達しており、粒状活性炭に比較して極め
て早い吸脱着速度特性を有している。この性質を利用し
て、繊維状活性炭を用いた排ガス処理装置は、１０分程
度の短時間サイクルで吸脱着操作を繰り返す方式が主流
となっている。この方式によれば、高価な繊維状活性炭
の使用量を少なくできる反面、吸着された有機物が頻繁
に熱履歴を受けることになる。特に、ケトン系溶剤など
は脱着初期に高温下で残存空気との活性炭上での接触の
機会に酸化変質を受けやすくなる。

【００１０】さらに、脱着初期に排出されるスチームと
空気の混合ガスがコンデンサーでは容易に凝縮されず、
通常脱着される有機物の１０〜３０％が未凝縮のまま系
外に排出する。したがって、コンデンサーの排気を被処
理ガス供給ラインに戻し、再度の吸着回収処理が行われ
ている。当然に装置効率を低下させるのみならず、有機
物の変質を助長する原因となり好ましいものではない。
この欠点を解消するためには、装置内の空間を可能な限
り小さくし、かつ吸脱着時のガスの相互置換性を高める
装置構造にする必要がある。また、吸着初期において
は、排気に水蒸気の白煙が生じ環境面から好ましくな
く、装置内でドレーンが発生し吸着素子に悪影響を及ぼ
す恐れがある。この場合にも上記の空間に対する考慮が
有効となる。

【００１１】一方、粒状活性炭を用いた排ガス処理装置
に関しても種々の形式が提案されており、例えば柳井弘
著、活性炭読本、日刊工業新聞社（昭和５１年）、１９
６頁に、大量ガス処理用の排ガス処理装置が記載されて
いる。これを図３に示す。多点は円筒型粒状活性炭層で
あり、図３はこのような活性炭層を３槽有する切替式の
排ガス処理装置である。具体的には、２槽で吸着操作が
行われている間に、他の１槽でスチ−ムによる再生操作
が行われる。

【００１２】排ガスは矢印の方向に、フィルタ−、ブロ
ワ−を順次経由し、槽上方から流入し、活性炭層を外側
から内側へ通過し、槽下方から流出する。一方、再生用
スチ−ムは、逆方向に流通される。有機物等を含有する
排出スチ−ムは凝縮され、別途回収処理される。

【００１３】この処理装置は、大量ガス処理用に適して
いるばかりでなく、系内ドレ−ンの排除性にも優れてい
るといえる。しかし、空間の配置に関してはその大きさ
およびガスの相互置換性の点で必ずしも満足できるもの
ではなく、繊維状活性炭を用いる装置にはそのまま適用
することはできない。さらに、繊維状活性炭層の厚さは
通常５０〜２００ｍｍ程度であり、上記形式では容積効
率が極めて劣ることも明白である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来法による繊維状活
性炭を用いた排ガス処理装置には上記のような各種の問
題がある。従って、本発明の目的はこれらの問題を解消
した、高効率でかつ工業的に有利な繊維状活性炭を用い
た排ガス処理装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記問題の
ない工業的に有利でかつ高効率な排ガス処理装置を得る
ため鋭意検討を重ね本発明に至った。すなわち本発明
は、中空円筒状に作製された繊維状活性炭からなる異径
の吸着素子を、各吸着素子間に空隙を設けて同心状に配
設して構成した組み合わせ吸着素子の最外面及び最内面
に、空隙を設けて仕切壁を同心状に対向配設してなる吸
着体に、被処理ガスを通流するように構成したことを特
徴とする排ガス処理装置である。

【００１６】本発明に用いられる繊維状活性炭として
は、アクリロニトリル、レーヨン、石油ピッチ、フェノ
ール系原料繊維などを公知の方法によって処理して得ら
れるものをクロス状またはフェルト状などに加工したも
のをあげることができる。

【００１７】本発明に使用される繊維状活性炭吸着体
は、上記のクロス状またはフェルト状の繊維状活性炭を
通気性がある心材の周囲に積層して異径の中空円筒状吸
着素子となし、後述の図１又は図２に示されるように各
吸着素子及び仕切壁間に空隙を設けて同心状に組み合わ
せて構成される。多くの場合、１個の缶体に該吸着体が
１個収容される。組合わせ吸着素子は、後述する内部円
筒と共に缶体外で組み立てた後に缶体に収容してもよ
く、缶体内で各部分を組み立てしてもよい。必要個所に
ガスケットなどを介在しボルト接合により各部分の組み
立てをし、缶体に取りつける。このように構成すること
により、吸着体を缶体から取り外すこともできる。通
常、繊維状活性炭の更新の頻度は比較的少ないため、こ
の作業性は殆ど問題にはならない。

【００１８】以下、本発明の繊維状活性炭吸着体を用い
た排ガス処理装置を例示的に説明するが、本発明は、こ
れに限定されるものではない。図１は本装置の断面立面
図であり、図２は同じく断面平面図である。４は缶体胴
部であり、１及び２は吸着素子であり、３は内部円筒で
ある。内部円筒内の空間はその他の缶体空間とは遮断さ
れている。５は内部円筒底板であり、この例では内側吸
着素子の底板を兼ねている。６は内部円筒の複数の支持
脚であり、缶体底板１８にボルト接合されている。１５
は内部円筒底板に取り付けられた円環板である。１６は
組合わせ吸着素子の天板であり、各吸着素子の天板にボ
ルト接合されている。７は外側吸着素子の底板部品であ
り、同時に空間仕切円筒の役割を持ち、缶体底板にボル
ト接合されている。このようにして、組合わせ吸着素子
の内側及び外側に缶体上方に解放されている環状空間が
構成され、組合わせ吸着素子の中央部に缶体下方に解放
されている環状空間が構成される。この場合に、組み合
わせ吸着素子の最外面に対向する仕切壁は、缶体胴部に
より構成されている。

【００１９】８は再生用ガスの供給管であり、組み合わ
せ吸着素子内の環状空間に、１個又は複数個が等間隔に
設けられている。各ガス供給管には環状空間の周方向に
ガス噴出口が鉛直方向に多列に設けられている。１１、
１０は被処理ガスの流入出ノズルであり、１２、１３は
通常は複数の再生用ガスの流入出ノズルであり、各ノズ
ルは自動弁に連結されている。本発明においては、前述
したように、有機溶剤などを容易に回収できる利点など
から、再生用ガスとしてスチ−ムを使用するのが好まし
い。９はドレーン排出ノズルである。

【００２０】上記装置を複数基設置し切り替え使用し
て、吸脱着サイクルを繰り返し、連続的に排ガス処理を
行うことができる。吸着工程においては、被処理ガスが
上方から下方に矢印の経路を通り流通し、被処理ガス中
の有機物が吸着体に吸着され排ガスが浄化される。

【００２１】一定量の有機物を吸着させた後は、被処理
ガスの流通を一時停止して、下方から上方に矢印の経路
を通り、組合わせ吸着素子の内側から再生用ガスを通流
し、吸着工程から再生用ガスによる脱着工程に移行す
る。脱着工程において再生用ガスとしてスチ−ムを使用
する場合は、吸着体の昇温と吸着材からの有機物などの
蒸発に必要な熱量がスチームにより与えられ、同時にス
チームは脱着された有機物のキャリヤーガスとして働
く。吸着体に供給されるスチームは、通常１１０〜１５
０℃に過熱された状態であり、吸着体から排出されるス
チームは、通常大気圧であり、かつ飽和温度に近い状態
にある。有機物を含んだ排出スチームはコンデンサーに
導かれ、有機物と共に凝縮して水溶液として回収され
る。脱着に必要なスチーム量の目安は、脱着される有機
物に対し通常３〜１５倍（重量比）であり、ランニング
コストの点及び回収水溶液から蒸留分離などにより有機
物を回収する点から、スチームの使用量はできるだけ少
ないことが望ましい。

【００２２】脱着工程において再生用ガスとしてスチ−
ムを使用する場合、先ず吸着素子の加熱に主に過熱スチ
ームの熱量が消費される。この初期過程においてはスチ
ームの潜熱が利用され、吸着素子に水分の蓄積が起こ
る。その後しばらくの間吸着素子の温度は１００℃近辺
に維持される。この間に有機物の脱離及び水分の蒸発が
行われる。その後、吸着素子の温度はスチーム入り口側
から徐々に昇温していき、同時に水分の脱離、蒸発が行
われ含水率を低減していく。一方、吸着体を構成する仕
切壁は、出口スチ−ム温度近辺に昇温され、この際に発
生するドレ−ンは、吸着素子に移行することなく缶体下
部より排出される。一般に脱着工程終了時点において、
吸着素子に保有されている水分を全量再蒸発させること
は困難であり、水分が蓄積しやすい傾向がある。特に、
吸着素子の下部は含水率が高くなりやすい。これは吸着
容量を低減しガス圧損失を増大する原因となるものであ
り極力避ける必要がある。

【００２３】このためスチーム供給側で発生するドレー
ンはできるだけ少なくし、かつ吸着体に持ち込まれない
ようにすべきである。吸着素子の心材は細い金網などを
丸鋼で適宜補強したものなどとし、天板及び底板を付
け、要すれば適宜中間板を付けて構成されるが、熱容量
をできるだけ小さくすべきである。スチームは下方から
供給してドレーンを排除し、できるだけ他の部材と接触
しないようにして吸着体に供給すべきである。本発明で
は、これらの対策が施されていることは勿論である。

【００２４】再生用ガス供給管は、環状空間において、
ガス噴出口が周方向に開口し、鉛直方向に多数配列され
ていることが望ましい。さらに、再生用ガス供給管は環
状空間に等分に立設されている方が好ましい。環状空間
の円周方向に再生用ガスが噴射され、効率よく空気との
置換が行われる。吸着体を通過した再生用ガスにより、
環状空間の空気を効率よく置換できるので、多数の吸着
素子を缶体に配設する従来法に比べて空気置換性は格段
に優れている。したがって、前述のコンデンサーの排気
中の有機物の低減化、ケトン系溶剤の酸化変質防止など
に有効となる。

【００２５】再生用ガスとしてスチ−ムを使用した場
合、組み合わせ吸着素子の環状空間に噴射されたスチー
ムの一部は缶体下部空間に漏洩する。１５はこれを防止
するための円環板である。本発明においては、空間上部
に比重が軽くかつ高温度のスチームを周方向に噴射する
ものであり、下部に滞留する比重が重くかつ低温度の空
気との対流による混合が起こり難く、スチームの缶体下
部への漏洩は少量に抑えることができる。缶体下部に漏
洩したスチームがドレーンとなっても吸着素子へ移行す
ることは全くない。従来法にあっては、吸着素子の上部
が解放されて缶体上部空間に連結されているため、スチ
ームは対流により上方に移行し空気と混合してドレーン
となり、吸着素子に移行する欠点を持っている。そのた
め、各吸着素子毎に上部に自動弁を設けスチームの上方
への対流散逸を防いでいる。このため、多数の自動弁
数、多数の付属配管が必要となり、経済性が損なわれて
いる。

【００２６】脱着工程が終了次第、直ちに吸着工程に移
行する。吸着工程初期には被処理ガスにより速やかに系
内に残存しているスチームを置換、排出する必要があ
る。速やかな置換が行われないとスチームがドレーンと
なり吸着素子に付着し性能低下の原因となる。この点に
関しても本発明は従来法に比べて優れていることが明ら
かである。

【００２７】吸着工程初期に、高温の吸着体は被処理ガ
スの流通により急速に冷却され、同時に、吸着素子に蓄
積している過剰の水分が蒸発される。通常、吸着初期に
はこの温度降下と同時に圧損失降下が見られる。圧損失
降下は、主に水分の蒸発に起因して発生するものであ
る。水分の蒸発量は、吸着体が脱着工程直後に有してい
る保有熱量により制限される。脱着工程において吸着素
子に蓄積した水分が、この期間に全量再蒸発すれば、吸
着素子内に水分の蓄積は起こらない。

【００２８】一方、吸着体を構成する仕切壁は、排出ス
チームにより加熱されており、通常、その保有熱量は吸
着素子の保有熱量をはるかに上回っているが、該仕切壁
面又はその近傍に熱授受用フィン状部材１７を設ける
と、所望の熱量を保有させることができ、好ましい。仕
切壁及びフィン状部材としては、熱容量が大きく、熱伝
導性がよい金属製のものが好ましい。腐食性のガスを取
り扱う場合には、プラスチック製の仕切壁と比較的耐蝕
性のある金属製フィン状部材との組み合わせとしてもよ
い。

【００２９】フィン状部材としては、多数の細長い平板
又は波板をガスの流通を妨げないようにして、各仕切壁
面に直接取り付けてもよく、別に一体に構成したものを
吸着素子に接触しないようにして挿入して設ける形式で
あってもよい。過熱度が低いスチームが使用される場合
には、脱着工程で蓄積する水分量が増大する。しかし、
上記のごとく、吸着素子以外の部材の保有熱量を増大す
ることにより、吸着工程初期に被処理ガスの流通により
その熱量を放熱させることができて、吸着素子に蓄積し
た過剰水分を必要十分に蒸発させることができる。

【００３０】さらに、被処理ガスは、環状空間を流下す
るにつれこれらの放熱材から連続的に受熱し、下方に至
るにつれて高温となり、それぞれの部位の吸着素子に流
入する。吸着素子の下方部位には、上方部位に比較し
て、より長い期間にわたり高温の被処理ガスが流通する
ことになる。このため、吸着素子の下部に蓄積しやすい
水分の再蒸発が効率よく促進されることになる。

【００３１】上記説明例の他にも、例えば、前述の内部
円筒を側胴部相当部材のみとし、内部に第３の吸着層を
同様の趣旨で構成してもよく、さらに多層形式として容
積効率を高めた装置にすることができることは勿論であ
る。

【００３２】

【発明の効果】本発明により、中空円筒状に作製された
繊維状活性炭からなる異径の吸着素子を、各吸着素子間
に空隙を設けて同心状に配設して構成した組み合わせ吸
着素子の最外面及び最内面に、空隙を設けて仕切壁を同
心状に対向配設してなる吸着体に、被処理ガスを通流す
るように構成したことを特徴とする排ガス処理装置が提
供される。この装置によれば、吸脱着操作の切り替え時
のガスの相互置換性がよく、ドレーンの排除性に優れ、
吸着素子の含水率を所定量に調整でき、容積効率が高
く、しかもスケールメリットがあるので、化学工場など
で発生する有機溶剤などを含有する中大量の排ガスから
有臭・有害物質を経済的に除去するのに好適に使用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の吸着式排ガス処理装置の一例の断面立
面図である。

【図２】図１に示す吸着式排ガス処理装置の断面立面図
である。

【図３】粒状活性炭を用いた吸着装置の実例図である。

【図４】繊維状活性炭の含水率と塩化メチレンの吸着容
量との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 内側吸着素子 ２ 外側吸着素子 ３ 内部円筒 ４ 缶体胴部 ５ 内部円筒底板 ６ 支持脚 ７ 外側吸着素子の底板部品 ８ 再生用ガスの供給管 ９ ドレ−ン排出ノズル １０ 被処理ガスの流出ノズル １１ 被処理ガスの流入ノズル １２ 再生用ガスの流入ノズル １３ 再生用ガスの流出ノズル １４ 缶体上蓋 １５ 円環板 １６ 天板 １７ 熱授受用フィン状部材 １８ 缶体底板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空円筒状に作製された繊維状活性炭か
   らなる異径の吸着素子を、各吸着素子間に空隙を設けて
   同心状に配設して構成した組み合わせ吸着素子の最外面
   及び最内面に、空隙を設けて仕切壁を同心状に対向配設
   してなる吸着体に、被処理ガスを通流するように構成し
   たことを特徴とする排ガス処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の排ガス処理装置におい
   て、異径の吸着素子間に形成される環状空間内に、再生
   用ガス供給管を立設した排ガス処理装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の排ガス処理装置におい
   て、再生用ガス供給管の再生用ガス噴出口が周方向に開
   口し、鉛直方向に多数配列された排ガス処理装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の排ガス処理装置におい
   て、吸着素子と対向する仕切壁面又は組み合わせ吸着素
   子と仕切壁間に、熱授受用フィン状部材を設けた排ガス
   処理装置。