JP2005095858A - 揮発性炭化水素を含む排ガスの浄化方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 吸着孔径が10〜100オングストロームの活性炭を充填した吸着塔1に、希薄な揮発性炭化水素を含み、かつ毎時千m3以上の大量の排ガスを、該排ガス発生期間中は継続して吸着塔1を通過せしめて、この吸着塔1内に揮発性炭化水素を溜め込み、その間、揮発性炭化水素を含まない排ガスを吸着塔1の出口から放出し、一方、前記排ガスの発生が停止した期間中に、先に揮発性炭化水素を大量に溜め込んだ吸着塔1をそのまま脱着操作に切り換えて、吸着された揮発性炭化水素を液体の状態で系外に取り出し、回収する。
【選択図】 図1
Description
しかしながら、前記した極希薄な揮発性炭化水素を含む大量の排ガスを処理する場合は、次のような問題点を有する。即ち、この場合、吸着剤がどれ程の量の揮発性炭化水素を吸着できるかという問題よりも、吸着させるために要する時間、つまり、吸着剤との接触時間が使用する吸着剤によって予め決まっている。例えば、活性炭の場合は約2〜5秒、疎水性シリカゲルの場合は10〜15秒である。この標準を超える場合は、排ガス中の揮発性炭化水素は、吸着剤に吸着される以前に吸着剤層を素通りしてしまう。ということは、大量の排ガスを処理する場合は、吸着させるに必要な接触時間を稼ぐために、必要以上に膨大な吸着剤を必要とすることになる。
活性炭について言えば、一般に、ミクロオーダーの孔径をもつ活性炭が使用されているが、これは、優れた吸着性能をもつ反面、脱着性能が悪く、そのため、殆どがスチームによる加熱脱着である(非特許文献1参照)。
この処理方法は、「揮発性炭化水素で予めプレコートして成るメソポアー活性炭を充填した吸着層、又は、同様にプレコートして成る疎水性シリカゲル及び/又はゼオライトを併用した多層充填層を使用し、脱着時には、真空ポンプとパージガスを併用し、吸・脱着の切り換え時間を1〜30分とする方法」を特徴とするものである。
また、“吸着熱による莫大な発熱を未然に防ぐ”という観点から、吸着塔内に冷却コイルを内蔵させる手段は、古くから常識として汎用されている。また、吸着塔内に冷却水ではなく、パージ排ガスを冷却した際に得られた揮発性炭化水素(液体)を循環させる方法も提案されている(特許文献3参照)。
このため、多くの工場では、大気中に放出する大量の排ガスを、取り敢えずは、水洗塔で粉塵,酸性物,アルカリ性物を洗い流し、その後に大気中に放出しているが、水に溶解しないVOCの始末に困っているのが現状である。しかも、放出している排ガス中の水分は、ほぼ飽和に近い。
第一に、従来からこの分野で汎用されている燃焼方式の致命的な欠点である炭酸ガスを“ゼロ”にする浄化方法を提供することであり、
第二に、吸着法を適用して希薄な揮発性炭化水素を含む大量の排ガスから、揮発性炭化水素を分離・回収し、“高純度の液体炭化水素”として再利用を図る、経済性に優れた浄化方法を提供することであり、
第三に、希薄な揮発性炭化水素を含む大量の排ガスであって、飽和に近い水分を含む排ガス処理に好適な浄化方法を提供することである。
このように希薄な揮発性炭化水素を含む大量の排ガスを、上記の吸着手段で処理することにより、炭酸ガス排出規制上および公害防止上の観点から、上記排ガスをゼロエミツションにまで浄化することができると共に、該排ガス中の揮発性炭化水素を効率よく分離し、再利用することができ、前記課題、特に前記第一,第二の目的を達成することができる。
このようなマクロ孔を有する疎水性シリカゲルおよび活性炭は、水分を殆ど共吸着しない吸着剤であり、該吸着剤を使用することにより、特に、前記した飽和に近い水分を含む排ガス(段落[0016]参照)の処理に対して好適であり、前記課題、特に前記第三の目的を達成することができる。
・前記脱着操作は、その操作圧力が大気圧以下であり、パージガスを併用して脱着せしめること(請求項3)、
・前記パージガスは、ドライの空気及び/又は窒素、乃至は、同質の揮発性炭化水素であること(請求項4)、
・前記排ガスの量は、時間当たり千m3以上であり、かつ、含まれる揮発性炭化水素の濃度が1万PPM以下であること(請求項5)、
・前記脱着操作により取り出されるパージ排ガスを冷却処理し、この際の未凝縮ガスを別途に設けたガードアダプターにて処理すること(請求項6)、
・前記吸着装置に導入する揮発性炭化水素を含む排ガスを、予め加圧乃至は除湿した状態で吸着処理すること(請求項7)、
を特徴とし、これにより、前記課題を達成することができる。
本発明で対象とする排ガスは、化学製品等を取り扱う製造工程などから排出される毎時千m3以上の大量の排ガスであって、かつ、希薄なHCガス(例えばエチレンやプロピレンのようなオレフイン類炭化水素、メタノールのようなアルコール類、ベンゼンやトルエンのような芳香族炭化水素、ブタジエンやヘキセン,スチレンのようなジエン類重合物質等)を含むものである。具体的には、1万m3/時を超える大量の排ガスであって、該排ガス中に含まれるHCガス濃度が1万PPM以下、特に、数十〜数千PPMの極希薄なHCガスを含むものを対象とする。
従来から公知の“活性炭を用いる吸着法”で使用されている活性炭は、武田薬品工業(株)やクラレケミカル(株),鶴見コール(株)などの活性炭メーカーから出されているカタログに記載のように、無数の細孔がミクロポアーで構成されている。そして、細孔内に奥深く侵入し拡散した揮発性炭化水素とカーボン壁とは、強いファンデルワールス力によって強固なC−C結合を形成しているが、親和力が強い反面、いわゆる毛管凝縮を起こすために、凝縮熱を上回る莫大な吸着熱を発生し、安易な使用に対して火災の危険性が懸念されてきた。
また、毛管凝縮を起こしている揮発性炭化水素をミクロポアーから離脱させるためには、スチームのような加熱手段が必要で(前掲の非特許文献1参照)、真空ポンプやパージという簡便な手段では脱着しないことも知られている。
このために、かかる活性炭を使用する場合は、スチームによる脱着が不可欠で、しかも、スチームの凝縮によって発生する大量の水の中に“HCガス”が溶け込み、世界一厳しい我が国の水質基準をクリアーするためには、高価な廃水処理設備を必要とする。
この点については、前掲の特許文献1に記載されているように、本発明者等が既に提案しており、濃厚なHCガスを含む少量の排ガスの“スイング方式”において実証している。
更に、前掲の特許文献2に開示されているように、かかるメソポアー活性炭を予め“HCガス”でプレコートした状態で使用することが好ましく、これにより、吸着時の温度上昇が5℃前後であって、より安全性を期すことができる。
本発明に係る浄化方法は、前記した「吸着孔径が10〜100Åの範囲にある活性炭」を用いることを特徴とするが、自明の疎水性シリカゲルと併用することもできる。
また、前記したように、飽和に近い水分を含む場合は、マクロ孔を有する疎水性シリカゲルおよび/またはマクロ孔を有する活性炭、すなわち、水分を共吸着しない吸着剤を併用するのが好ましい。(なお、マクロ孔を有する上記吸着剤が水分を共吸着しないことについては、後記実験例参照)。
更に、本発明に係る浄化方法において、吸着装置に導入する揮発性炭化水素を含む排ガスを予め加圧乃至は除湿した状態で吸着処理することが好ましい。
以下、本発明の具体的な適用例について、「酢酸エチル3000ppmを含む毎時6万m3の排ガスを処理する場合」を挙げ、図1に基づいて説明する。なお、図1は、本発明に係る浄化方法の一実施形態を示すフローシート図である。
一方、気液分離器5からの未凝縮ガスは、未凝縮ガス放出ラインfからガードアダプター(吸着塔)2に導入し、ここで未凝縮ガスを吸着させた後、排ガスを排ガス放出ラインb’より大気中に放出する。この際、バルブV4およびV6を“開”とし、バルブV5を“閉”とする。なお、バルブV5は、ガードアダプター2内の吸着物を脱着させる際に使用するものである。
吸着塔容量として、高さ27cm,径8.5cmの吸脱着装置を用い、この中に吸着剤を10cmの高さに充填した。実験に供した処理ガスは、ベンゼン/水の混合ガスを用いた。吸着剤としては、富士シリシア化学(株)の開発商品名「G−10M」(マクロ孔をもつ疎水性シリカゲル)を用い、この吸着剤を予め上記ベンゼン/水の混合ガスでプレコートして実験に供した。
混合ガス中のベンゼン濃度=6vol%,水分=RH(関係湿度)で90%
入口ガス量=1L/分 真空度=15〜25torr
パージガス量=0.03L/分 吸脱着の切り替え時間=5分
2 ガードアダプター(吸着塔)
3 真空ポンプ
4 クーラー
5 気液分離器
6 レベルコントローラー
7 送液ポンプ
a 排ガス供給ライン
b,b’ 排ガス放出ライン
c パージガス導入ライン
d パージ排ガスライン
e 凝縮液取得ライン
f 未凝縮ガス放出ライン
V1,V2,V3,V4,V5,V6 バルブ
Claims (7)
- 吸着と脱着を交互に切り換えて運転することから成る吸着装置において、吸着孔径が10〜100オングストロームの範囲にある活性炭を充填した吸着剤層であって、又は、疎水性シリカゲルおよび/または合成ゼオライトを前記活性炭と併用した多層充填層であって、希薄な揮発性炭化水素を含み、かつ毎時千m3以上の大量の排ガスを、その発生期間中は継続して吸着装置を通過せしめ、該吸着装置内の前記吸着剤層又は多層充填層に揮発性炭化水素を溜め込み、その間、実質的に該揮発性炭化水素を含まない排ガスを吸着装置の出口から放出させ、排ガスの発生が停止した期間中に、先に揮発性炭化水素を大量に溜め込んだ前記吸着装置をそのまま脱着操作に切り換えて、吸着された揮発性炭化水素を液体の状態で系外に取り出すことから成ることを特徴とする揮発性炭化水素を含む排ガスの浄化方法。
- 前記吸着剤層または多層充填層に充填する吸着剤として、マクロ孔を有する疎水性シリカゲルおよび/またはマクロ孔を有する活性炭を併用することを特徴とする請求項1に記載の揮発性炭化水素を含む排ガスの浄化方法。
- 前記脱着操作は、その操作圧力が大気圧以下であり、パージガスを併用して脱着せしめることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の揮発性炭化水素を含む排ガスの浄化方法。
- 前記パージガスは、ドライの空気及び/又は窒素、乃至は、同質の揮発性炭化水素であることを特徴とする請求項3に記載の揮発性炭化水素を含む排ガス中の処理方法。
- 前記排ガスの量は、時間当たり千m3以上であり、かつ、含まれる揮発性炭化水素の濃度が1万PPM以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の揮発性炭化水素を含む排ガスの浄化方法。
- 前記脱着操作により取り出されるパージ排ガスを冷却処理し、この際の未凝縮ガスを別途に設けたガードアダプターにて処理することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の揮発性炭化水素を含む排ガスの浄化方法。
- 前記吸着装置に導入する揮発性炭化水素を含む排ガスを、予め加圧乃至は除湿した状態で吸着処理することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の揮発性炭化水素を含む排ガスの浄化方法。
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JP2012066250A (ja) * | 2012-01-06 | 2012-04-05 | Jfe Engineering Corp | 揮発性有機化合物の除去・回収方法 |
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WO2019214272A1 (zh) * | 2018-05-10 | 2019-11-14 | 中冶长天国际工程有限责任公司 | 一种多工况烟气集中独立净化处理***及其控制方法 |
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