專利名稱：活性炭賦活再生爐、以及利用了該活性炭賦活再生爐的氣體凈化方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及活性炭賦活再生爐、以及利用該活性炭賦活再生爐的氣體凈化方法和裝置。特別涉及用于回收排出氣體中所含的有機溶劑、和/或除去排出氣體中的有害、惡臭物質的氣體凈化方法和凈化裝置，并且涉及用于在氣體凈化裝置中所用的活性炭的吸附能力降低了時使其吸附能力恢復的活性炭賦活再生方法和賦活再生爐。
背景技術：
一直以來，已知借助固體吸附劑粒子吸附除去從工廠等排放的氣體中含有的有害、惡臭物質和/或有機溶劑等溶劑成分，用于在凈化氣體的同時回收溶劑成分的氣體凈化裝置(氣體處理裝置)。(專利文獻1)公開了如下氣體處理裝置向氣體處理裝置的被處理氣體吸附部連續供給固體吸附劑粒子，接著將在被處理氣體吸附部中吸附了溶劑成分的吸附劑粒子送至吸附劑再生部，使吸附劑粒子再生，將再生后的吸附劑粒子再次供給到被處理氣體吸附部， 從而連續地循環使用吸附劑粒子。該氣體處理裝置，該吸附劑再生部被供給非凝結性氣體， 由此使吸附劑粒子所吸附的溶劑成分脫附，使脫附而得的溶劑成分隨同非凝結性氣體被送入凝結分離器，從而分離、回收溶劑成分。在現有的裝置中通過使溶劑成分脫附來使吸附劑再生而恢復吸附能力，但如果長期連續使用該裝置，則重質化的物質或固體物質慢慢積累在吸附劑的內外而導致不能完全脫附，其結果造成了吸附劑的吸附能力降低、排出氣體中的化學物質的除去率降低的問題。吸附能力降低了的吸附劑需要從裝置中取出，在外部賦活再生之后再送回氣體處理裝置，或者丟棄并在氣體處理裝置中補充新的吸附劑。因此，需要安裝用于恢復降低了的吸附劑的吸附能力的賦活再生爐作為氣體處理裝置的一部分。在使用活性炭作為吸附劑時，吸附能力降低了的活性炭的賦活再生可以通過與制造活性炭時的賦活處理同樣的方法來進行。活性炭賦活再生方法大致有使用氯化鋅等藥品的藥品賦活法，使用水蒸氣、二氧化碳等的氣體賦活法。一般來說，藥品賦活存在碳材料與藥品的分離、分離后的藥品的處理等問題，有成本高這樣的缺點。因此，多采用利用水蒸氣等的氣體賦活法。作為用于進行水蒸氣賦活的裝置，使用回轉窯、流動賦活爐、多段流化爐等。但是，在使用回轉窯、流動賦活爐時，裝置內發生碳材料混合，因此不能連續處理而需要分批式運行，不適合作為組裝到如上所述的現有的連續式氣體處理裝置中的裝置。另外，在流動賦活爐、多段流化爐中，作為賦活氣體通常使用燃燒焦爐煤氣、LPG, LNG等氫含量較高的燃料而得的高溫燃燒氣體。這些氣體是含有10 50%的水分的非氧化性氣體，也被用于碳材料的加熱，因此賦活氣體的量相對于碳材料的量非常多。在這樣的裝置中，可裝入爐內的碳材料的量相對于爐的容積為20%以下，非常少，有裝置大型化的缺點，這成為賦活再生爐組裝到氣體處理裝置中的障礙。專利文獻1 日本特開昭52-14580號公報
發明內容
發明所要解決的課題鑒于上述現有的狀況，本發明的目的是提供容易組裝到氣體凈化裝置中的緊湊化活性炭賦活再生爐(賦活再生方法)，另外，本發明的目的是利用該活性炭賦活再生爐，提供能夠長期維持較高值的排出氣體中的化學物質的除去率的氣體凈化方法和裝置。用于解決課題的方法本發明者們發現，通過形成活性炭借助重力向下移動的移動層，利用從外部的間接加熱和/或感應加熱等將該移動層內加熱至賦活溫度，相對于向下移動的活性炭對流接觸實質為100%的水蒸氣，從而可以將活性炭賦活再生爐緊湊化。另外發現了，在以活性炭為吸附劑、重復吸附/脫附工序的氣體凈化裝置中，通過從化學物質脫附掉了的活性炭中取出一定量，用上述活性炭賦活再生爐介由水性氣體反應恢復活性炭的吸附能力，再次供給至吸附工序的構成，可以解決上述課題。即，本發明的活性炭賦活再生方法和賦活再生爐、以及氣體凈化方法和裝置如下。(1). 一種活性炭賦活再生方法，該方法具有以下工序供給吸附能力降低了的活性炭的活性炭供給工序；所供給的活性炭借助重力向下移動而形成移動層，在該移動層中使活性炭與水蒸氣一邊加熱一邊對流接觸，發生水性氣體反應，從而使活性炭再生的活性炭再生工序；將再生后的活性炭冷卻的冷卻工序；以及，將冷卻后的活性炭排出的活性炭排出工序。(2).根據上述(1)所述的活性炭賦活再生方法，其中，對流接觸的水蒸氣的流量 wv(kg/h)與活性炭的流量^！^作)的重量比(ffv/ffK)為0. 05 1. 0。(3). 一種氣體凈化方法，該方法具有下述工序使含化學物質的氣體與活性炭接觸，從而使活性炭吸附該化學物質的吸附工序；使吸附了化學物質的活性炭與非凝結性氣體接觸，從而使該化學物質脫附的脫附工序；將化學物質脫附掉了的活性炭再次供給至上述吸附工序的活性炭循環工序；將化學物質脫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動形成移動層，在該移動層中使活性炭與水蒸氣一邊加熱一邊對流接觸，發生水性氣體反應，從而使活性炭再生的活性炭再生工序；將再生后的活性炭冷卻的冷卻工序；以及，將冷卻后的活性炭排出再次供給至上述吸附工序的活性炭排出工序。(4). 一種活性炭賦活再生爐，該爐具備用于供給吸附能力降低了的活性炭的活性炭供給部；用于使所供給的活性炭借助重力向下移動形成移動層，在該移動層中使活性炭與水蒸氣一邊加熱一邊對流接觸，發生水性氣體反應，從而使活性炭再生的活性炭再生部；用于將再生后的活性炭冷卻的冷卻部；以及，用于將冷卻后的活性炭排出的活性炭排出部。(5).根據上述(4)所述的活性炭賦活再生爐，該爐具備用于在移動層內形成溫度沿重力方向上升的溫度梯度的加熱部。(6).根據上述(5)所述的活性炭賦活再生爐，該爐具備用于形成最大溫度差為 2000C以上的溫度梯度的加熱部。(7). 一種氣體凈化裝置，該裝置具有使含化學物質的氣體與活性炭接觸，從而使活性炭吸附該化學物質的吸附部；使吸附了化學物質的活性炭與非凝結性氣體接觸，從而使該化學物質脫附的脫附部；將化學物質脫附掉了的活性炭再次供給至上述吸附部的活性炭循環部；將化學物質脫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動形成移動層，在該移動層中使活性炭與水蒸氣一邊加熱一邊對流接觸，發生水性氣體反應，從而使活性炭再生的活性炭再生部；將再生后的活性炭冷卻的冷卻部；將冷卻后的活性炭排出，再次供給至上述吸附部的活性炭排出部。本說明書包含作為本申請的優先權基礎的日本專利申請2008-320180號的說明書和附圖所記載的內容。發明效果根據本發明的活性炭賦活再生方法和賦活再生爐，通過形成活性炭的借助重力向下移動的移動層，可以抑制活性炭的混合，實現連續的活性炭賦活再生。另外，通過采用借助重力向下移動的移動層，能夠提高活性炭的填充量，從而可以實現賦活再生爐的緊湊化。 而且，活性炭細孔結構發達，因而用少量的100%水蒸汽就能夠均勻地進行賦活再生。因此， 向活性炭循環式的連續氣體凈化裝置中組裝賦活再生爐變得容易。此外，本發明的活性炭賦活再生爐優選應用流動性良好的球狀活性炭。另外，根據本發明的氣體凈化方法和凈化裝置，能夠抑制活性炭的吸附能力降低， 將排出氣體中的化學物質的除去率長期維持在較高的值。而且，在不需要從裝置中取出吸附能力降低了的活性炭的情況下就能夠在氣體凈化裝置的運行中連續地使活性炭賦活再生。
圖1是顯示本發明的氣體凈化裝置中的塔體的一種實施方式的圖。圖2是顯示本發明的氣體凈化裝置中的活性炭賦活再生爐的一種實施方式的圖。附圖標記說明A吸附部B氣體阻止部C脫附部D氣體阻止部G 廢氣Ga非凝結性氣體Gb傳送氣體K活性炭H水蒸氣1 塔體11氣流傳送管12多孔板13鉛直流路14殼管式換熱器15冷凝器2活性炭賦活再生爐
21活性炭供給部
21a 開口
22活性炭再生部
23水蒸氣供給部
23a 開口
23b漏斗狀隔板
24氣體排出部
24a 開口
24b漏斗狀隔板
25加熱部
25a加熱部
25d加熱部
26冷卻部
27活性炭排出部
28活性炭移動速度調節裝置
具體實施例方式以下，基于實施方式詳細地說明本發明。圖1和圖2顯示本發明的氣體凈化裝置的一種實施方式。該氣體凈化裝置大致由廢氣凈化用的塔體1 (圖1)和活性炭賦活再生部(圖2所示的活性炭賦活再生爐2)構成， 所述廢氣凈化用的塔體1由使活性炭吸附廢氣中的化學物質的吸附部A、氣體阻止部B、使活性炭與非凝結性氣體接觸從而使化學物質脫附的脫附部C和氣體阻止部D構成，所述活性炭賦活再生部用于將化學物質脫附掉了的活性炭的一部分取出，使其與水蒸氣接觸，從而使活性炭再生。在塔體1的中心，通過配設氣流傳送管11，利用傳送氣體Gb將活性炭K從塔體1 的下部向上部的吸附部A傳送，從而形成了活性炭K的循環。該氣流傳送管11不是必須配置在塔體1內。吸附部A具備多段的多孔板12，活性炭K在多孔板12上形成高15 20mm的流動層，一邊在各段一邊流動一邊移動，向下一段下落。包含溶劑成分等化學物質的廢氣G從吸附部A的下方被送入塔體1內，一邊與流動的活性炭K均勻接觸一邊在塔體1內上升。這期間，廢氣G中包含的化學物質被活性炭K吸附，凈化后廢氣G從塔體1的上部排放到大氣中。作為這樣的活性炭K，可以使用各種活性炭，特別是粒徑比較小、球形度和硬度高的球狀活性炭粒子由于流動性優異、且吸附速度大，因此優選使用。另外，對活性炭的粒徑和堆密度不特別限定，作為優選的范圍，可使用標準篩(JIS Z8801)的公稱網眼IOOOym篩余物為5重量％以下、且公稱網眼600 μ m過篩物為5重量％以下、堆密度(新炭，即未使用的活性炭)為0. 55 0. 61g/ml的活性炭。作為優選例，可列舉株式會社” > 〃社制的球狀活性炭“G-BAC”。吸附了化學物質的活性炭K被送入顯示氣體密封效果的鉛直流路13，然后，向下部的脫附部C移動。脫附部C例如由殼管式換熱器14構成，這樣活性炭K在管內向下移動， 該活性炭K通過水蒸氣H從殼側被間接加熱。向下移動的活性炭K與由脫附部C的下部被送入的非凝結性氣體( 對流接觸，從而使所吸附的化學物質脫附。這里，非凝結性氣體是指在0°C、1大氣壓下為氣體的物質，可列舉氮氣、氧氣、氯化氫、空氣等為例。帶有脫附的化學物質的非凝結性氣體( 從脫附部C排出并被送入冷凝器15，在這里化學物質被冷卻液化并被回收。另外，化學物質被回收走了的非凝結性氣體( 再在體系內循環使用。化學物質脫附掉了的活性炭K借助傳送氣體( 經由發揮活性炭循環部功能的氣流傳送管11內向塔體1的上部傳送，再被供給到吸附部A。如上所述可知，通過從脫附部C穿過而脫附溶劑成分，使活性炭K再生，但如果裝置長期連續使用，則化學物質的一部分發生重質化，積累在活性炭K的細孔內等中。因此在本發明中，將化學物質脫附掉了的活性炭K的一部分取出到體系外，移送到如圖2所示的構成活性炭賦活再生部的活性炭賦活再生爐2中。如圖2所示，從塔體1取出的吸附能力降低了的活性炭K從活性炭供給部21被供給到活性炭賦活再生爐2內。該活性炭供給部21形成了能夠連接例如料斗、螺桿進料器等裝置的開口 21a。在活性炭賦活再生爐2內的活性炭再生部22，從爐的上部供給的活性炭K形成借助重力向下移動的移動層，另一方面，由水蒸氣供給部23供給實質為100%的水蒸氣V，使其與借助重力向下移動的活性炭K對流接觸。在活性炭再生部22中，形成盡量不發生活性炭K的移動方向的粒子混合的移動層是重要的。如果活性炭的混合劇烈，則活性炭賦活再生不均勻，因此不優選。在被供給到活性炭賦活再生爐2的水蒸氣V與活性炭K的水性氣體反應中生成的氫氣和一氧化碳、和/或未反應的水蒸氣等氣體經由氣體排出部M被排出到爐外。氣體排出部M例如圖2所示，由設置于爐壁的開口 2 與配置在爐的內部的漏斗狀隔板24b構成。活性炭供給部21和氣體排出部M優選一起設置在爐頂部附近。活性炭供給部21 優選配置在氣體排出部M的上部，利用填充在漏斗狀隔板24b的上部和下部的活性炭進行氣體密封，從而阻止排出氣體流入活性炭供給部21。排出氣體由堆積在漏斗狀隔板Mb的下部的周圍的活性炭的表面經由開口 2 被排出到爐外。作為水蒸氣供給部23，可以采用與上述氣體排出部M同樣的結構。例如圖2所示，可以由設置在爐壁的開口 23a和配置在爐內部的漏斗狀隔板2 構成。由開口 23a供給的實質為100%的水蒸氣V從漏斗狀隔板23b的下部的周圍的活性炭層的表面流入到活性炭再生部22，在活性炭的移動層內上升。活性炭賦活再生爐2設有加熱部25，將活性炭K和水蒸氣V加熱到例如600 900°C的高溫度。由此，積累在活性炭K中的重質化物等與水蒸氣反應，通過水性氣體反應轉換成一氧化碳和氫氣，活性炭K幾乎完全再生。其中，活性炭自身也與重質化物一起反應而損失一部分，但其量相對于所處理的活性炭為1重量％左右。作為加熱部25，可以例示電阻發熱體配置于爐壁的外熱式加熱部、通過感應加熱而使活性炭自身發熱的加熱部、通過感應加熱而使配置于爐內的金屬等導電體發熱從而間接地加熱活性炭和水蒸氣的加熱部等。通過送入100 %水蒸汽、且利用不依賴于氣體的加熱方式以移動層的狀態加熱活性炭，能夠減小活性炭再生部22內的氣體線速(流速)，從而可以形成移動層，如果氣體線速大則活性炭發生流動，難以形成穩定的移動層。加熱部25也可以設定成在整個移動層均勻的溫度，但優選在移動層內形成沿重力方向(活性炭K的移動方向)溫度上升的溫度梯度。因此，可以將爐的上部側的加熱部 25a設定為較低溫度(例如600°C )、將下部側的加熱部25d設定為相對高的溫度(例如 900°C )。溫度梯度可以是溫度階段性地變化的不連續梯度，也可以是連續地變化的梯度。 另外，優選將溫度梯度的最大溫度差控制在200°C以上。通過如上所述地在移動層內形成溫度梯度，可以進行向下移動移動的活性炭K與上升的水蒸氣V的熱交換，實現熱的有效利用，同時能夠使活性炭K緩緩升溫，避免急劇的水性氣體反應，平緩地進行活性炭K的賦活再生。在活性炭賦活再生爐2中，對流接觸的水蒸氣V的流量Wv (kg/h)與活性炭K的流量WK(kg/h)的重量比(VWk)優選為0. 05 1. 0。如果小于0. 05，則有時不能充分發生水性氣體反應、活性炭的再生率降低；相反如果大于1.0，則爐內的水蒸氣上升速度變大，有難以形成穩定的移動層的傾向。另外，設水蒸氣的流量一定，則為了減小上升速度需要增大爐的橫截面積，設置面積變大而工業利用價值降低，因此不優選。再生后的活性炭K被冷卻部26冷卻，從活性炭賦活再生爐2的底部介由活性炭排出部27被取出到爐外，再次供給到塔體1的吸附部A。活性炭排出部27具有將賦活再生后的活性炭K排出到爐外的功能，例如由設置在底部的開口等構成。活性炭K的向下移動移動速度優選通過活性炭移動速度調節裝置28來調節，從而控制活性炭的處理量(活性炭賦活再生爐中的滯留時間)。作為活性炭移動速度調節裝置 28，可以例示與上述活性炭排出部27連接的螺桿式粉粒體移送裝置、氣流傳送式粉粒體傳送裝置等。另外，也可以通過在移動層的中途設置節流孔等流動限制裝置來調節活性炭K 的移動速度。在活性炭賦活再生爐2中，優選使得最高溫度域(最高溫度 低于最高溫度50°C 的溫度)的活性炭K的滯留時間為0. 5 4小時的范圍那樣，來設定活性炭賦活再生爐2 的裝置大小和加熱部25的構成等。關于塔體1中從脫附部C通過的活性炭K的流量(Wl)與被取出到活性炭賦活再生爐2的活性炭K的流量(W2)的比(賦活再生率W2/W1)，考慮到活性炭的吸附能力降低程度、含化學物質的廢氣中的化學物質濃度等，優選設定為使得化學物質的除去率維持在一定值以上的范圍的值。如果賦活再生率小，則不能抑制活性炭的吸附能力降低，且化學物質的除去率降低，因此不優選。另外，如果賦活再生率變大，則活性炭賦活再生爐2中活性炭的水性氣體反應的消耗量增大。在塔體1與活性炭賦活再生爐2的連接部分設置用于控制取出量以使得活性炭的流量比在適當范圍內的控制部(未圖示)。控制部例如由螺桿進料器和/或氣流傳送式粉粒體移送裝置等構成。此外，該活性炭賦活再生爐2優選配置在箱體內，用潔凈空氣和/或惰性氣體使該箱體內保持高于大氣壓的高壓，從而防止可燃性氣體侵入。另外，活性炭賦活再生爐2上的活性炭K的入口 /出口優選通過氮氣密封等來防止空氣混入，為了安全，可以設置在氮氣供給壓力降低時自動停止活性炭賦活再生爐的裝置。通過如上的氣體凈化裝置，可以高效地除去由工廠等排放的氣體中所含有的化學
8物質，例如甲苯、二甲苯、MEK(丁酮)、苯酚、萘、IPA(異丙醇)以及其他揮發性有機化合物 (VOC)成分、和/或肥料等惡臭物質，凈化排出的氣體。在圖1的實施方式中，顯示了吸附部與脫附部設置在1個塔體中的例子，但吸附部和脫附部也可以作為不同的塔體而構成。作為一例，有如下構成將吸附部和脫附部作為不同的塔體，將它們用氣流傳送管連結，以吸附部-脫附部-吸附部的方式循環活性炭。實施例接著，通過實施例和比較例詳細說明本發明。(實施例1 4)使用具備如圖1和圖2所示的具有吸附部、脫附部的塔體、和活性炭賦活再生爐的氣體凈化裝置，凈化含甲苯等溶劑成分的各種廢氣。作為活性炭，使用株式會社々 > 〃制的球狀活性炭G-BAC。在活性炭賦活再生爐中，調節活性炭賦活再生爐的裝置大小和加熱部的設定，使得最高溫度域(最高溫度 低于最高溫度50°C的溫度)的活性炭的滯留時間為 0.5 4小時的范圍。另外，將活性炭賦活再生爐中的水蒸氣與活性炭的流量的重量比(Wv/ Wk)設定為0. 1。賦活再生率設定為如表1所示那樣。另外，如表1中的上段運行溫度 下段運行溫度所示的那樣，在活性炭再生部中形成的移動層內，使沿重力方向上升的溫度梯度為最大差250 0C ο實驗結果如表1所示，在實施例1 4的任一者中，在6個月的工作期間，化學物質的除去率均穩定在85 99%的較高值。表 權利要求
1.一種活性炭賦活再生方法，該方法具有以下工序供給吸附能力降低了的活性炭的活性炭供給工序；使所供給的活性炭借助重力向下移動而形成移動層，在該移動層中使活性炭與水蒸氣一邊加熱一邊對流接觸，發生水性氣體反應，從而使活性炭再生的活性炭再生工序；將再生后的活性炭冷卻的冷卻工序；以及，將冷卻后的活性炭排出的活性炭排出工序。
2.根據權利要求1所述的活性炭賦活再生方法，其中，對流接觸的水蒸氣的流量 wv(kg/h)與活性炭的流量10^/1!)的重量比(VWk)為0. 05 1. 0。
3.一種氣體凈化方法，該方法具有下述工序使含化學物質的氣體與活性炭接觸，從而使活性炭吸附該化學物質的吸附工序；使吸附了化學物質的活性炭與非凝結性氣體接觸，從而使該化學物質脫附的脫附工序；將化學物質脫附掉了的活性炭再次供給至上述吸附工序的活性炭循環工序；將化學物質脫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動形成移動層，在該移動層中使活性炭與水蒸氣一邊加熱一邊對流接觸， 發生水性氣體反應，從而使活性炭再生的活性炭再生工序；將再生后的活性炭冷卻的冷卻工序；以及，將冷卻后的活性炭排出再次供給至上述吸附工序的活性炭排出工序。
4.一種活性炭賦活再生爐，該爐具備用于供給吸附能力降低了的活性炭的活性炭供給部；用于使所供給的活性炭借助重力向下移動形成移動層，在該移動層中使活性炭與水蒸氣一邊加熱一邊對流接觸，發生水性氣體反應，從而使活性炭再生的活性炭再生部；用于將再生后的活性炭冷卻的冷卻部；以及，用于將冷卻后的活性炭排出的活性炭排出部。
5.根據權利要求4所述的活性炭賦活再生爐，該爐具備用于在移動層內形成溫度沿重力方向上升的溫度梯度的加熱部。
6.根據權利要求5所述的活性炭賦活再生爐，該爐具備用于形成最大溫度差為200°C 以上的溫度梯度的加熱部。
7.一種氣體凈化裝置，該裝置具有使含化學物質的氣體與活性炭接觸，從而使活性炭吸附該化學物質的吸附部；使吸附了化學物質的活性炭與非凝結性氣體接觸，從而使 該化學物質脫附的脫附部；將化學物質脫附掉了的活性炭再次供給至上述吸附部的活性炭循環部；將化學物質脫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動形成移動層，在該移動層中使活性炭與水蒸氣一邊加熱一邊對流接觸，發生水性氣體反應，從而使活性炭再生的活性炭再生部；將再生后的活性炭冷卻的冷卻部；將冷卻后的活性炭排出，再次供給至上述吸附部的活性炭排出部。
全文摘要
本發明的目的是提供容易組裝到氣體凈化裝置中的緊湊化活性炭賦活再生爐(賦活再生方法)，另外，本發明的目的是利用該活性炭賦活再生爐，提供能夠長期維持高水平的排出氣體中所包含的化學物質的除去率的氣體凈化方法和裝置。本發明使用下述活性炭賦活再生爐，該活性炭賦活再生爐具備用于供給吸附能力降低了的活性炭K的活性炭供給部21；用于使所供給的活性炭借助重力向下移動形成移動層，在該移動層中使活性炭K和水蒸氣V一邊加熱一邊對流接觸，發生水性氣體反應，從而使活性炭K再生的活性炭再生部22；用于將再生后的活性炭冷卻的冷卻部26；用于將冷卻后的活性炭排出的活性炭排出部27。活性炭賦活再生爐2中對流接觸的水蒸氣的流量WV(kg/h)與活性炭的流量WK(kg/h)的重量比(WV/WK)優選設定為0.05～1.0。
文檔編號C01B31/08GK102245293SQ200980150220
公開日2011年11月16日 申請日期2009年12月1日 優先權日2008年12月16日
發明者渡邊幸夫, 須藤幸壽 申請人:株式會社吳羽工程