专利名称：活性炭赋活再生炉、以及利用了该活性炭赋活再生炉的气体净化方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及活性炭赋活再生炉、以及利用该活性炭赋活再生炉的气体净化方法和装置。特别涉及用于回收排出气体中所含的有机溶剂、和/或除去排出气体中的有害、恶臭物质的气体净化方法和净化装置，并且涉及用于在气体净化装置中所用的活性炭的吸附能力降低了时使其吸附能力恢复的活性炭赋活再生方法和赋活再生炉。
背景技术：
一直以来，已知借助固体吸附剂粒子吸附除去从工厂等排放的气体中含有的有害、恶臭物质和/或有机溶剂等溶剂成分，用于在净化气体的同时回收溶剂成分的气体净化装置(气体处理装置)。(专利文献1)公开了如下气体处理装置向气体处理装置的被处理气体吸附部连续供给固体吸附剂粒子，接着将在被处理气体吸附部中吸附了溶剂成分的吸附剂粒子送至吸附剂再生部，使吸附剂粒子再生，将再生后的吸附剂粒子再次供给到被处理气体吸附部， 从而连续地循环使用吸附剂粒子。该气体处理装置，该吸附剂再生部被供给非凝结性气体， 由此使吸附剂粒子所吸附的溶剂成分脱附，使脱附而得的溶剂成分随同非凝结性气体被送入凝结分离器，从而分离、回收溶剂成分。在现有的装置中通过使溶剂成分脱附来使吸附剂再生而恢复吸附能力，但如果长期连续使用该装置，则重质化的物质或固体物质慢慢积累在吸附剂的内外而导致不能完全脱附，其结果造成了吸附剂的吸附能力降低、排出气体中的化学物质的除去率降低的问题。吸附能力降低了的吸附剂需要从装置中取出，在外部赋活再生之后再送回气体处理装置，或者丢弃并在气体处理装置中补充新的吸附剂。因此，需要安装用于恢复降低了的吸附剂的吸附能力的赋活再生炉作为气体处理装置的一部分。在使用活性炭作为吸附剂时，吸附能力降低了的活性炭的赋活再生可以通过与制造活性炭时的赋活处理同样的方法来进行。活性炭赋活再生方法大致有使用氯化锌等药品的药品赋活法，使用水蒸气、二氧化碳等的气体赋活法。一般来说，药品赋活存在碳材料与药品的分离、分离后的药品的处理等问题，有成本高这样的缺点。因此，多采用利用水蒸气等的气体赋活法。作为用于进行水蒸气赋活的装置，使用回转窑、流动赋活炉、多段流化炉等。但是，在使用回转窑、流动赋活炉时，装置内发生碳材料混合，因此不能连续处理而需要分批式运行，不适合作为组装到如上所述的现有的连续式气体处理装置中的装置。另外，在流动赋活炉、多段流化炉中，作为赋活气体通常使用燃烧焦炉煤气、LPG, LNG等氢含量较高的燃料而得的高温燃烧气体。这些气体是含有10 50%的水分的非氧化性气体，也被用于碳材料的加热，因此赋活气体的量相对于碳材料的量非常多。在这样的装置中，可装入炉内的碳材料的量相对于炉的容积为20%以下，非常少，有装置大型化的缺点，这成为赋活再生炉组装到气体处理装置中的障碍。专利文献1 日本特开昭52-14580号公报
发明内容
发明所要解决的课题鉴于上述现有的状况，本发明的目的是提供容易组装到气体净化装置中的紧凑化活性炭赋活再生炉(赋活再生方法)，另外，本发明的目的是利用该活性炭赋活再生炉，提供能够长期维持较高值的排出气体中的化学物质的除去率的气体净化方法和装置。用于解决课题的方法本发明者们发现，通过形成活性炭借助重力向下移动的移动层，利用从外部的间接加热和/或感应加热等将该移动层内加热至赋活温度，相对于向下移动的活性炭对流接触实质为100%的水蒸气，从而可以将活性炭赋活再生炉紧凑化。另外发现了，在以活性炭为吸附剂、重复吸附/脱附工序的气体净化装置中，通过从化学物质脱附掉了的活性炭中取出一定量，用上述活性炭赋活再生炉介由水性气体反应恢复活性炭的吸附能力，再次供给至吸附工序的构成，可以解决上述课题。即，本发明的活性炭赋活再生方法和赋活再生炉、以及气体净化方法和装置如下。(1). 一种活性炭赋活再生方法，该方法具有以下工序供给吸附能力降低了的活性炭的活性炭供给工序；所供给的活性炭借助重力向下移动而形成移动层，在该移动层中使活性炭与水蒸气一边加热一边对流接触，发生水性气体反应，从而使活性炭再生的活性炭再生工序；将再生后的活性炭冷却的冷却工序；以及，将冷却后的活性炭排出的活性炭排出工序。(2).根据上述(1)所述的活性炭赋活再生方法，其中，对流接触的水蒸气的流量 wv(kg/h)与活性炭的流量^！^作)的重量比(ffv/ffK)为0. 05 1. 0。(3). 一种气体净化方法，该方法具有下述工序使含化学物质的气体与活性炭接触，从而使活性炭吸附该化学物质的吸附工序；使吸附了化学物质的活性炭与非凝结性气体接触，从而使该化学物质脱附的脱附工序；将化学物质脱附掉了的活性炭再次供给至上述吸附工序的活性炭循环工序；将化学物质脱附掉了的活性炭的一部分取出，取出的活性炭借助重力向下移动形成移动层，在该移动层中使活性炭与水蒸气一边加热一边对流接触，发生水性气体反应，从而使活性炭再生的活性炭再生工序；将再生后的活性炭冷却的冷却工序；以及，将冷却后的活性炭排出再次供给至上述吸附工序的活性炭排出工序。(4). 一种活性炭赋活再生炉，该炉具备用于供给吸附能力降低了的活性炭的活性炭供给部；用于使所供给的活性炭借助重力向下移动形成移动层，在该移动层中使活性炭与水蒸气一边加热一边对流接触，发生水性气体反应，从而使活性炭再生的活性炭再生部；用于将再生后的活性炭冷却的冷却部；以及，用于将冷却后的活性炭排出的活性炭排出部。(5).根据上述(4)所述的活性炭赋活再生炉，该炉具备用于在移动层内形成温度沿重力方向上升的温度梯度的加热部。(6).根据上述(5)所述的活性炭赋活再生炉，该炉具备用于形成最大温度差为 2000C以上的温度梯度的加热部。(7). 一种气体净化装置，该装置具有使含化学物质的气体与活性炭接触，从而使活性炭吸附该化学物质的吸附部；使吸附了化学物质的活性炭与非凝结性气体接触，从而使该化学物质脱附的脱附部；将化学物质脱附掉了的活性炭再次供给至上述吸附部的活性炭循环部；将化学物质脱附掉了的活性炭的一部分取出，取出的活性炭借助重力向下移动形成移动层，在该移动层中使活性炭与水蒸气一边加热一边对流接触，发生水性气体反应，从而使活性炭再生的活性炭再生部；将再生后的活性炭冷却的冷却部；将冷却后的活性炭排出，再次供给至上述吸附部的活性炭排出部。本说明书包含作为本申请的优先权基础的日本专利申请2008-320180号的说明书和附图所记载的内容。发明效果根据本发明的活性炭赋活再生方法和赋活再生炉，通过形成活性炭的借助重力向下移动的移动层，可以抑制活性炭的混合，实现连续的活性炭赋活再生。另外，通过采用借助重力向下移动的移动层，能够提高活性炭的填充量，从而可以实现赋活再生炉的紧凑化。 而且，活性炭细孔结构发达，因而用少量的100%水蒸汽就能够均勻地进行赋活再生。因此， 向活性炭循环式的连续气体净化装置中组装赋活再生炉变得容易。此外，本发明的活性炭赋活再生炉优选应用流动性良好的球状活性炭。另外，根据本发明的气体净化方法和净化装置，能够抑制活性炭的吸附能力降低， 将排出气体中的化学物质的除去率长期维持在较高的值。而且，在不需要从装置中取出吸附能力降低了的活性炭的情况下就能够在气体净化装置的运行中连续地使活性炭赋活再生。
图1是显示本发明的气体净化装置中的塔体的一种实施方式的图。图2是显示本发明的气体净化装置中的活性炭赋活再生炉的一种实施方式的图。附图标记说明A吸附部B气体阻止部C脱附部D气体阻止部G 废气Ga非凝结性气体Gb传送气体K活性炭H水蒸气1 塔体11气流传送管12多孔板13铅直流路14壳管式换热器15冷凝器2活性炭赋活再生炉
21活性炭供给部
21a 开口
22活性炭再生部
23水蒸气供给部
23a 开口
23b漏斗状隔板
24气体排出部
24a 开口
24b漏斗状隔板
25加热部
25a加热部
25d加热部
26冷却部
27活性炭排出部
28活性炭移动速度调节装置
具体实施例方式以下，基于实施方式详细地说明本发明。图1和图2显示本发明的气体净化装置的一种实施方式。该气体净化装置大致由废气净化用的塔体1 (图1)和活性炭赋活再生部(图2所示的活性炭赋活再生炉2)构成， 所述废气净化用的塔体1由使活性炭吸附废气中的化学物质的吸附部A、气体阻止部B、使活性炭与非凝结性气体接触从而使化学物质脱附的脱附部C和气体阻止部D构成，所述活性炭赋活再生部用于将化学物质脱附掉了的活性炭的一部分取出，使其与水蒸气接触，从而使活性炭再生。在塔体1的中心，通过配设气流传送管11，利用传送气体Gb将活性炭K从塔体1 的下部向上部的吸附部A传送，从而形成了活性炭K的循环。该气流传送管11不是必须配置在塔体1内。吸附部A具备多段的多孔板12，活性炭K在多孔板12上形成高15 20mm的流动层，一边在各段一边流动一边移动，向下一段下落。包含溶剂成分等化学物质的废气G从吸附部A的下方被送入塔体1内，一边与流动的活性炭K均勻接触一边在塔体1内上升。这期间，废气G中包含的化学物质被活性炭K吸附，净化后废气G从塔体1的上部排放到大气中。作为这样的活性炭K，可以使用各种活性炭，特别是粒径比较小、球形度和硬度高的球状活性炭粒子由于流动性优异、且吸附速度大，因此优选使用。另外，对活性炭的粒径和堆密度不特别限定，作为优选的范围，可使用标准筛(JIS Z8801)的公称网眼IOOOym筛余物为5重量％以下、且公称网眼600 μ m过筛物为5重量％以下、堆密度(新炭，即未使用的活性炭)为0. 55 0. 61g/ml的活性炭。作为优选例，可列举株式会社” > 〃社制的球状活性炭“G-BAC”。吸附了化学物质的活性炭K被送入显示气体密封效果的铅直流路13，然后，向下部的脱附部C移动。脱附部C例如由壳管式换热器14构成，这样活性炭K在管内向下移动， 该活性炭K通过水蒸气H从壳侧被间接加热。向下移动的活性炭K与由脱附部C的下部被送入的非凝结性气体( 对流接触，从而使所吸附的化学物质脱附。这里，非凝结性气体是指在0°C、1大气压下为气体的物质，可列举氮气、氧气、氯化氢、空气等为例。带有脱附的化学物质的非凝结性气体( 从脱附部C排出并被送入冷凝器15，在这里化学物质被冷却液化并被回收。另外，化学物质被回收走了的非凝结性气体( 再在体系内循环使用。化学物质脱附掉了的活性炭K借助传送气体( 经由发挥活性炭循环部功能的气流传送管11内向塔体1的上部传送，再被供给到吸附部A。如上所述可知，通过从脱附部C穿过而脱附溶剂成分，使活性炭K再生，但如果装置长期连续使用，则化学物质的一部分发生重质化，积累在活性炭K的细孔内等中。因此在本发明中，将化学物质脱附掉了的活性炭K的一部分取出到体系外，移送到如图2所示的构成活性炭赋活再生部的活性炭赋活再生炉2中。如图2所示，从塔体1取出的吸附能力降低了的活性炭K从活性炭供给部21被供给到活性炭赋活再生炉2内。该活性炭供给部21形成了能够连接例如料斗、螺杆进料器等装置的开口 21a。在活性炭赋活再生炉2内的活性炭再生部22，从炉的上部供给的活性炭K形成借助重力向下移动的移动层，另一方面，由水蒸气供给部23供给实质为100%的水蒸气V，使其与借助重力向下移动的活性炭K对流接触。在活性炭再生部22中，形成尽量不发生活性炭K的移动方向的粒子混合的移动层是重要的。如果活性炭的混合剧烈，则活性炭赋活再生不均勻，因此不优选。在被供给到活性炭赋活再生炉2的水蒸气V与活性炭K的水性气体反应中生成的氢气和一氧化碳、和/或未反应的水蒸气等气体经由气体排出部M被排出到炉外。气体排出部M例如图2所示，由设置于炉壁的开口 2 与配置在炉的内部的漏斗状隔板24b构成。活性炭供给部21和气体排出部M优选一起设置在炉顶部附近。活性炭供给部21 优选配置在气体排出部M的上部，利用填充在漏斗状隔板24b的上部和下部的活性炭进行气体密封，从而阻止排出气体流入活性炭供给部21。排出气体由堆积在漏斗状隔板Mb的下部的周围的活性炭的表面经由开口 2 被排出到炉外。作为水蒸气供给部23，可以采用与上述气体排出部M同样的结构。例如图2所示，可以由设置在炉壁的开口 23a和配置在炉内部的漏斗状隔板2 构成。由开口 23a供给的实质为100%的水蒸气V从漏斗状隔板23b的下部的周围的活性炭层的表面流入到活性炭再生部22，在活性炭的移动层内上升。活性炭赋活再生炉2设有加热部25，将活性炭K和水蒸气V加热到例如600 900°C的高温度。由此，积累在活性炭K中的重质化物等与水蒸气反应，通过水性气体反应转换成一氧化碳和氢气，活性炭K几乎完全再生。其中，活性炭自身也与重质化物一起反应而损失一部分，但其量相对于所处理的活性炭为1重量％左右。作为加热部25，可以例示电阻发热体配置于炉壁的外热式加热部、通过感应加热而使活性炭自身发热的加热部、通过感应加热而使配置于炉内的金属等导电体发热从而间接地加热活性炭和水蒸气的加热部等。通过送入100 %水蒸汽、且利用不依赖于气体的加热方式以移动层的状态加热活性炭，能够减小活性炭再生部22内的气体线速(流速)，从而可以形成移动层，如果气体线速大则活性炭发生流动，难以形成稳定的移动层。加热部25也可以设定成在整个移动层均勻的温度，但优选在移动层内形成沿重力方向(活性炭K的移动方向)温度上升的温度梯度。因此，可以将炉的上部侧的加热部 25a设定为较低温度(例如600°C )、将下部侧的加热部25d设定为相对高的温度(例如 900°C )。温度梯度可以是温度阶段性地变化的不连续梯度，也可以是连续地变化的梯度。 另外，优选将温度梯度的最大温度差控制在200°C以上。通过如上所述地在移动层内形成温度梯度，可以进行向下移动移动的活性炭K与上升的水蒸气V的热交换，实现热的有效利用，同时能够使活性炭K缓缓升温，避免急剧的水性气体反应，平缓地进行活性炭K的赋活再生。在活性炭赋活再生炉2中，对流接触的水蒸气V的流量Wv (kg/h)与活性炭K的流量WK(kg/h)的重量比(VWk)优选为0. 05 1. 0。如果小于0. 05，则有时不能充分发生水性气体反应、活性炭的再生率降低；相反如果大于1.0，则炉内的水蒸气上升速度变大，有难以形成稳定的移动层的倾向。另外，设水蒸气的流量一定，则为了减小上升速度需要增大炉的横截面积，设置面积变大而工业利用价值降低，因此不优选。再生后的活性炭K被冷却部26冷却，从活性炭赋活再生炉2的底部介由活性炭排出部27被取出到炉外，再次供给到塔体1的吸附部A。活性炭排出部27具有将赋活再生后的活性炭K排出到炉外的功能，例如由设置在底部的开口等构成。活性炭K的向下移动移动速度优选通过活性炭移动速度调节装置28来调节，从而控制活性炭的处理量(活性炭赋活再生炉中的滞留时间)。作为活性炭移动速度调节装置 28，可以例示与上述活性炭排出部27连接的螺杆式粉粒体移送装置、气流传送式粉粒体传送装置等。另外，也可以通过在移动层的中途设置节流孔等流动限制装置来调节活性炭K 的移动速度。在活性炭赋活再生炉2中，优选使得最高温度域(最高温度 低于最高温度50°C 的温度)的活性炭K的滞留时间为0. 5 4小时的范围那样，来设定活性炭赋活再生炉2 的装置大小和加热部25的构成等。关于塔体1中从脱附部C通过的活性炭K的流量(Wl)与被取出到活性炭赋活再生炉2的活性炭K的流量(W2)的比(赋活再生率W2/W1)，考虑到活性炭的吸附能力降低程度、含化学物质的废气中的化学物质浓度等，优选设定为使得化学物质的除去率维持在一定值以上的范围的值。如果赋活再生率小，则不能抑制活性炭的吸附能力降低，且化学物质的除去率降低，因此不优选。另外，如果赋活再生率变大，则活性炭赋活再生炉2中活性炭的水性气体反应的消耗量增大。在塔体1与活性炭赋活再生炉2的连接部分设置用于控制取出量以使得活性炭的流量比在适当范围内的控制部(未图示)。控制部例如由螺杆进料器和/或气流传送式粉粒体移送装置等构成。此外，该活性炭赋活再生炉2优选配置在箱体内，用洁净空气和/或惰性气体使该箱体内保持高于大气压的高压，从而防止可燃性气体侵入。另外，活性炭赋活再生炉2上的活性炭K的入口 /出口优选通过氮气密封等来防止空气混入，为了安全，可以设置在氮气供给压力降低时自动停止活性炭赋活再生炉的装置。通过如上的气体净化装置，可以高效地除去由工厂等排放的气体中所含有的化学
8物质，例如甲苯、二甲苯、MEK(丁酮)、苯酚、萘、IPA(异丙醇)以及其他挥发性有机化合物 (VOC)成分、和/或肥料等恶臭物质，净化排出的气体。在图1的实施方式中，显示了吸附部与脱附部设置在1个塔体中的例子，但吸附部和脱附部也可以作为不同的塔体而构成。作为一例，有如下构成将吸附部和脱附部作为不同的塔体，将它们用气流传送管连结，以吸附部-脱附部-吸附部的方式循环活性炭。实施例接着，通过实施例和比较例详细说明本发明。(实施例1 4)使用具备如图1和图2所示的具有吸附部、脱附部的塔体、和活性炭赋活再生炉的气体净化装置，净化含甲苯等溶剂成分的各种废气。作为活性炭，使用株式会社々 > 〃制的球状活性炭G-BAC。在活性炭赋活再生炉中，调节活性炭赋活再生炉的装置大小和加热部的设定，使得最高温度域(最高温度 低于最高温度50°C的温度)的活性炭的滞留时间为 0.5 4小时的范围。另外，将活性炭赋活再生炉中的水蒸气与活性炭的流量的重量比(Wv/ Wk)设定为0. 1。赋活再生率设定为如表1所示那样。另外，如表1中的上段运行温度 下段运行温度所示的那样，在活性炭再生部中形成的移动层内，使沿重力方向上升的温度梯度为最大差250 0C ο实验结果如表1所示，在实施例1 4的任一者中，在6个月的工作期间，化学物质的除去率均稳定在85 99%的较高值。表 权利要求
1.一种活性炭赋活再生方法，该方法具有以下工序供给吸附能力降低了的活性炭的活性炭供给工序；使所供给的活性炭借助重力向下移动而形成移动层，在该移动层中使活性炭与水蒸气一边加热一边对流接触，发生水性气体反应，从而使活性炭再生的活性炭再生工序；将再生后的活性炭冷却的冷却工序；以及，将冷却后的活性炭排出的活性炭排出工序。
2.根据权利要求1所述的活性炭赋活再生方法，其中，对流接触的水蒸气的流量 wv(kg/h)与活性炭的流量10^/1!)的重量比(VWk)为0. 05 1. 0。
3.一种气体净化方法，该方法具有下述工序使含化学物质的气体与活性炭接触，从而使活性炭吸附该化学物质的吸附工序；使吸附了化学物质的活性炭与非凝结性气体接触，从而使该化学物质脱附的脱附工序；将化学物质脱附掉了的活性炭再次供给至上述吸附工序的活性炭循环工序；将化学物质脱附掉了的活性炭的一部分取出，使取出的活性炭借助重力向下移动形成移动层，在该移动层中使活性炭与水蒸气一边加热一边对流接触， 发生水性气体反应，从而使活性炭再生的活性炭再生工序；将再生后的活性炭冷却的冷却工序；以及，将冷却后的活性炭排出再次供给至上述吸附工序的活性炭排出工序。
4.一种活性炭赋活再生炉，该炉具备用于供给吸附能力降低了的活性炭的活性炭供给部；用于使所供给的活性炭借助重力向下移动形成移动层，在该移动层中使活性炭与水蒸气一边加热一边对流接触，发生水性气体反应，从而使活性炭再生的活性炭再生部；用于将再生后的活性炭冷却的冷却部；以及，用于将冷却后的活性炭排出的活性炭排出部。
5.根据权利要求4所述的活性炭赋活再生炉，该炉具备用于在移动层内形成温度沿重力方向上升的温度梯度的加热部。
6.根据权利要求5所述的活性炭赋活再生炉，该炉具备用于形成最大温度差为200°C 以上的温度梯度的加热部。
7.一种气体净化装置，该装置具有使含化学物质的气体与活性炭接触，从而使活性炭吸附该化学物质的吸附部；使吸附了化学物质的活性炭与非凝结性气体接触，从而使 该化学物质脱附的脱附部；将化学物质脱附掉了的活性炭再次供给至上述吸附部的活性炭循环部；将化学物质脱附掉了的活性炭的一部分取出，使取出的活性炭借助重力向下移动形成移动层，在该移动层中使活性炭与水蒸气一边加热一边对流接触，发生水性气体反应，从而使活性炭再生的活性炭再生部；将再生后的活性炭冷却的冷却部；将冷却后的活性炭排出，再次供给至上述吸附部的活性炭排出部。
全文摘要
本发明的目的是提供容易组装到气体净化装置中的紧凑化活性炭赋活再生炉(赋活再生方法)，另外，本发明的目的是利用该活性炭赋活再生炉，提供能够长期维持高水平的排出气体中所包含的化学物质的除去率的气体净化方法和装置。本发明使用下述活性炭赋活再生炉，该活性炭赋活再生炉具备用于供给吸附能力降低了的活性炭K的活性炭供给部21；用于使所供给的活性炭借助重力向下移动形成移动层，在该移动层中使活性炭K和水蒸气V一边加热一边对流接触，发生水性气体反应，从而使活性炭K再生的活性炭再生部22；用于将再生后的活性炭冷却的冷却部26；用于将冷却后的活性炭排出的活性炭排出部27。活性炭赋活再生炉2中对流接触的水蒸气的流量WV(kg/h)与活性炭的流量WK(kg/h)的重量比(WV/WK)优选设定为0.05～1.0。
文档编号C01B31/08GK102245293SQ200980150220
公开日2011年11月16日 申请日期2009年12月1日 优先权日2008年12月16日
发明者渡边幸夫, 须藤幸寿 申请人:株式会社吴羽工程