JP2009262121A - 有機溶剤含有ガス処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】有機溶剤回収装置から排出される分離水の連続浄化を実現し、吸着材の交換が必要なく、多量有害有機物質を高効率且つ安定に除去することができる処理装置を提供する。
【解決手段】下記（１）と（２）を備えた有機溶剤含有ガス処理システム。（１）吸着材１４を充填した吸着槽１３を備えた有機溶剤回収装置１０に被処理ガスを導入し、処理済みガスを排出し、吸着処理が完了した後にスチームを導入して有機溶剤を脱着し、それによって吸着材１４を再生し、且つ有機溶剤含有ガスを生成し、該有機溶剤含有ガスを溶剤分離装置１７に導入し、有機溶剤を分離して回収する有機溶剤回収装置１０。（２）該有機溶剤回収装置１０により分離し排出される有機溶剤を含有する水を吸着素子２２に通流させて有機溶剤を吸着させる吸着工程と、該吸着素子２２に高温の加熱ガスを通気させて有機溶剤を脱着する脱着工程とを、交互に行う水処理装置２１。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機溶剤を含有する被処理ガスから有機溶剤を回収し、その分離排水を処理する有機溶剤含有ガス処理システムに関し、特に各種工場、研究施設等から排出される有機溶剤を含有した産業排ガスの浄化に用いられる有機溶剤含有ガス処理システムに関するものである。

従来、有機溶剤含有ガス処理システムにおける有機溶剤回収装置としては、活性炭素材で被処理ガスの有機溶剤を吸着する１対の吸着槽と、各吸着槽に対する被処理ガス供給手段と脱着用ガス供給手段とを設け、前記吸着槽に被処理ガスを供給する吸着処理装置と脱着用ガスを供給する脱着処理状態とに切り替える切り替え手段を設けて構成されている。また、上記の有機溶剤回収装置は、活性炭素繊維が使用されている。活性炭素繊維は低濃度の有機ガスを吸着する機能に優れ、古くから吸着材として使われている。たとえば、活性炭素繊維を支持体に固定し、または自己支持にて円筒状に構成し、芯材内にたて型に配設した装置が提案されている（例えば、特許文献１〜５参照）。これらは、いずれも、活性炭素繊維を格納している芯材に蒸気を噴出し、活性炭素繊維に吸着された有機物を脱着させるもので、該脱着された有機溶剤含有ガスを溶剤分離装置に導入し、有機溶剤を分離して回収する有機溶剤回収装置とから構成されている。

有機溶剤回収装置の溶剤分離装置にて分離された有機溶剤含有排水は、活性炭等の吸着材を用いた交換式吸着装置が広く用いられている。すなわち、活性炭等の吸着材を充填した槽に有機物質を含有した水を通流させ、吸着材により水中の有害有機物質を効率的に除去する事ができるシンプルな処理装置である。

しかしながら、交換式吸着装置は有害有機物質を一定時間吸着し続け、吸着材の吸着能力が飽和に達すれば、新品への交換、もしくは一度装置から吸着材を取り出して再生が必要となって連続浄化ができず、更に、水の浄化は、空気の浄化と異なり、微生物の繁殖が不可避であり、吸着材の寿命を縮めることもあって、交換および再生への労力、コスト増大が問題であった。
かかる問題を解決するために、多量の吸着材を用いることで、交換周期を延長させる事も考えられるが、装置の大型化、設備投資が不可避となる。また、吸着材である活性炭の表面を適度に疎水化させる等の吸着能力を向上させることも検討されているが（例えば特許文献６参照）、微量の有害物質を除去するには有効であっても、多量の有害有機物質を高効率で処理することが要請される場合には根本的な解決手段にはなっておらず、特に研究所や工場等で用いる場合に満足できるものではなかった。
また、従来の浄化装置では、吸着材使用開始時と使用終了前（吸着材取替え直前）では有害物質吸着性能が変化しており、安定に浄化処理することができないという問題点も有していた。

特開昭５１−０３８２７８号公報 特公昭６４−０１１３２６号公報 実公平０７−００２０２８号公報 実公平０７−００２０２９号公報 実公平０７−００２０３０号公報 特開平０９−０７７５０８号公報

本発明は、従来技術の課題を背景になされたもので、有機溶剤回収装置から分離され排出される有機溶剤含有排水の連続浄化を実現し、基本的には吸着材の交換が必要なく、有機溶剤を高効率且つ安定に除去することができる水処理装置を導入した有機溶剤含有ガス処理システムを提供することを課題とするものである。

本発明は、従来技術の課題を解決するため、鋭意検討した結果、ついに本発明を完成するに到った。即ち本発明は以下の通りである。
１．下記（１）と（２）を備えた有機溶剤含有ガス処理システム。
（１）吸着材を充填した吸着槽を備えた有機溶剤回収装置に、有機溶剤を含有する被処理ガスを導入し、有機溶剤を該吸着槽で吸着処理し有機溶剤濃度が減少した処理済みガスを排出し、該吸着槽における吸着処理が完了した後に、前記有機溶剤回収装置の吸着槽へスチームを導入し、吸着材から有機溶剤を脱着し、それによって吸着材を再生し、且つ有機溶剤含有ガスを生成し、該有機溶剤含有ガスを溶剤分離装置に導入し、有機溶剤を分離して回収する有機溶剤回収装置。
（２）該有機溶剤回収装置により分離し排出される有機溶剤を含有する水から有機溶剤を吸着除去して水を浄化する装置であって、有機溶剤を含有する水を吸着素子に通流させて該吸着素子に有機溶剤を吸着させる吸着工程と、該吸着素子に高温の加熱ガスを通気させて該吸着素子に吸着された有機溶剤を脱着する脱着工程とを、交互に行う水処理装置。
２．前記水処理装置において、有機溶剤を含有する水を、吸着素子に通流させて該吸着素子に有機溶剤を吸着させる吸着工程と、該吸着素子に高温の加熱ガスを通流させて該吸着素子に吸着された有機溶剤を脱着する脱着工程の間に、ガスの通流により吸着素子内の水を除去する脱水工程を有する上記１に記載の有機溶剤含有ガス処理システム。
３．前記水処理装置において、ガスの通流により吸着素子内の水を除去する脱水工程にて発生した水を水処理装置の入口に戻すように構成されている上記１または２に記載の有機溶剤含有ガス処理システム。
４．前記水処理装置において、脱着工程で脱着される有機溶剤含有ガスを前記有機溶剤回収装置の入口に戻すように構成されている上記１〜３のいずれかに記載の有機溶剤含有ガス処理システム。
５．有機溶剤回収装置から分離した有機溶剤含有水中の有機溶剤を加熱とバブリングで気化させて除去する曝気槽が、前記水処理装置の前段に設置され、曝気後の有機溶剤を含有する水を前記水処理装置へ導入すると共に、曝気槽から発生した有機溶剤含有ガスを前記有機溶剤回収装置の入口に戻すように構成されている上記１〜４のいずれかに記載の有機溶剤含有ガス処理システム。

本発明による有機溶剤含有ガス処理システムは、有機溶剤回収装置から分離排出される有機溶剤含有排水を、高い効率で連続的に除去することができ、基本的に吸着材の交換の必要が無いため、低コストで、安定に、高い能力で水中の有機溶剤を除去することができる利点がある。

本発明の実施形態の一例を図１にて説明する。被処理ガス１１を吸着送風機１２にて有機溶剤回収装置１０に導入する。導入された被処理ガスは吸着槽１３に送られ、吸着材１４を通過する際に被処理ガス中の有機溶剤を吸着除去して処理出口１５から清浄空気として排出される。一方でスチームにより吸着材１４より脱着された脱着ガス１６は、溶剤分離装置１７に送られコンデンサー１８で液化され分離排水１９と、回収された回収液（有機溶剤）２０に分離される。分離後の有機溶剤を含有した分離排水１９は、水処理装置２１に導入され吸着素子２２に導入され有機溶剤を吸着除去され、清浄水２３として排出される。一方で脱水処理送風機２４から脱水空気を供給して、有機溶剤吸着除去後の残存した水を含んだ吸着素子２２を脱水処理し、その水２６は分離排水１９に戻す。一方で脱水処理後に脱着送風機とヒーター２５にて加熱空気を供給し、吸着素子２２より有機溶剤を脱着し、得られる有機溶剤含有空気（脱着ガス）２７を有機溶剤回収装置１０の入口である被処理ガス１１に戻すシステムである。

本発明にかかる水処理装置は、有機溶剤を含有する水を吸着素子に通流させて該吸着素子に有機溶剤を吸着させる吸着工程設備と、該吸着素子に高温の加熱ガスを通流させて該吸着素子に吸着された有機溶剤を脱着する脱着工程設備を備え、かかる工程を交互に行う水処理装置であることが好ましい。かかる構造を採用することにより、処理を連続的に行うことができるからである。

より好ましい装置の構造としては、吸着素子が幾つかに分割されており、それらの吸着工程と脱着工程をダンパー等にて切替操作を行い、吸着と脱着を連続的に行う水処理装置であり、または、吸着素子が回転することができ、吸着工程で有機溶剤を吸着した吸着素子の部位が、吸着素子の回転により、脱着工程へ移動する構造を有する水処理装置である。

水処理装置は、ガスの通流により吸着素子に残存する有機溶剤吸着除去後の残存した水を除去する脱水工程を有することが好ましい。水滴を気流で除去することにより、加熱による有害有機溶剤の脱着が容易になるからである。脱水ガスを高温加熱気流とすることにより、後述する脱着工程を同時におこなってもよいが、エネルギーコスト等から考えて、脱水工程と脱着工程を別にすることが好ましい。

ここで除去された水は、有機溶剤を含むものであり、集積して焼却等してもよいが、水処理装置の戻りラインにより装置入口の有機溶剤を含有する原水に戻すことが好ましい。かかる方法によれば、工程数を省略でき、効率的だからである。

また、水処理装置の吸着素子は、脱水工程の後工程で脱着にて加熱ガスにより吸着素子を加熱することで吸着した有機溶剤を脱着して再度吸着が行える状態に再生される脱着工程を有することが好ましい。加熱により有害有機溶剤を脱着した後、連続的に吸着工程に移動することができるからである。脱着工程により発生した有機溶剤を含有したガスは、例えば、直接燃焼装置や触媒燃焼装置、蓄熱式燃焼装置等の燃焼装置や活性炭素繊維を使用した溶剤回収装置等の一般的に用いられるガス処理装置にて処理することができるが、有機溶剤回収装置の入口に戻すことが経済的に好ましい。

上記の吸着工程→脱水工程→脱着工程を連続的に繰り返すことで、有機溶剤を含有する水から有機溶剤を経済的に吸着除去できる装置となる。かかる連続的な吸着−加熱脱着により、低コストで、安定に、高い能力で水中の有害有機溶剤を除去処理することができ、更には藻等の発生を防ぐことができる。

本発明にかかる吸着素子の構造は、粒状、粉体状、ハニカム状の活性炭やゼオライト等があるが、特に性能面から活性炭素繊維であることが好ましい。活性炭素繊維は表面にミクロ孔を有することと繊維状構造であることで水との接触効率が高く、特に水中の有機溶剤の吸着速度が速くなり、他の構造の吸着素子に比べて極めて高い除去効率を発現でき、更には脱水工程においてガスの流通により吸着素子に残留した水を除去する際にも、容易に水分の除去が可能となるからである。

本発明にかかる、吸着素子の運転は、連続的であることが好ましいが、除去すべき有害有機溶剤の量、処理水の量等を勘案して、間欠運転としてもよい。有害有機溶剤の量、あるいは処理水の量が少ないような条件では、連続運転であることまで要求されず、運転コストを削減できるからである。

本発明の水処理装置で用いる活性炭素繊維の物性は特に限定されるものではないが、ＢＥＴ比表面積が９００〜２０００ｍ^２／ｇ、細孔容積が０．４〜０．９ｃｍ^３／ｇ、平均細孔経が１７〜１８Åのものが好ましい。ＢＥＴ比表面積９００ｍ^２／ｇ未満、細孔容積０．４ｃｍ^３／ｇ未満、平均細孔径が１７Å未満のものでは、有機物質の吸着量が低くなり、ＢＥＴ比表面積２０００ｍ^２／ｇを超え、細孔容積０．９ｃｍ^３／ｇを超え、平均細孔径が１８Åを超えるものなると、細孔径が大きくなることで、分子量の小さい物質などの吸着能力が低下したり、強度が弱くなり、また素材のコストが高くなり経済的に不利になるからである。

本発明の水処理装置において、脱着される有機溶剤含有ガスは、有機溶剤回収装置の入口に戻すことが好ましい。

本発明の水処理装置の前段に曝気槽を設置することも好ましい。有機溶剤回収装置から分離した有機溶剤含有水中の有機溶剤を、曝気槽にて加熱とバブリングで気化させて除去することで、該水処理装置への有機溶剤負荷が少なくなり、システム全体として高効率な除去が可能となるからである。

以下、実施例によりさらに本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
なお、評価は下記の方法によりおこなった。

（ＢＥＴ比表面積）
ＢＥＴ比表面積は、液体窒素の沸点（−１９５．８℃）雰囲気下、相対圧力０．０〜０．１５の範囲で上昇させたときの試料への窒素吸着量を数点測定し、ＢＥＴプロットにより試料単位質量あたりの表面積（ｍ^２／ｇ）を求めた。
（細孔容積）
細孔容積は、相対圧０．９５における窒素ガスの気体吸着法により測定した。
（平均細孔径）
平均細孔径は、以下の式で求めた。
ｄｐ＝４００００Ｖｐ／Ｓ（ただし、ｄｐ：平均細孔径（Å））
Ｖｐ：細孔容積（ｃｃ／ｇ）
Ｓ：ＢＥＴ比表面積（ｍ^２／ｇ）
（平衡吸着量）
平衡吸着量（ｑ＊）は、５０％破過時間を測定し、以下の式で求めた。
ｑ＊（ｇ／ｇ）＝溶剤供給量×５０％破過時間／吸着材重量
（酢酸エチル溶剤濃度評価）
入口・出口の水濃度をガスクロマトグラフ法により分析し測定した。
（除去率）
除去率（％）＝（装置入口ガス・水濃度−装置出口ガス・水濃度）／装置入口ガス・水濃度×１００

［実施例１］
酢酸エチル２０００ｐｐｍ含む４０℃の溶剤混合被処理ガス１１を、有機溶剤回収装置１０に導入した。その際に風量１００Ｎｍ^３／分で吸着送風機１２より吸着槽１３に送風し、吸着槽１３で吸着材１４として平均細孔径１７．４Å、ＢＥＴ比表面積１６５０ｍ^２／ｇ、全細孔容積０．６６ｃｍ^３／ｇの活性炭素繊維を使用し、９分間吸着を行い、処理出口１５より清浄空気を排出した。その際の濃度は、２０ｐｐｍであり、９９％の除去率で処理をした。その後自動ダンパーで吸着槽への送風を封鎖し、次に吸着槽の活性炭素繊維に蒸気を噴出した。この処置と同時に別の吸着槽の自動ダンパーを開放し、今度は、この吸着槽でガス吸着を行った。この吸着と脱着の操作を繰り返し実施した。

有機溶剤回収装置１０から得られた脱着ガス１６を、溶剤分離装置１７に送りコンデンサー１８で冷却し、酢酸エチル主体の回収液２０と酢酸エチルが微量に含まれた分離排水１９を得た。分離排水の酢酸エチル濃度は１００００ｐｐｍで３１０ｋｇ／ｈｒの量であった。

この分離排水１９を水処理装置２１に導入した。その際に、平均細孔径１７．１Å、ＢＥＴ比表面積１１００ｍ^２／ｇ、全細孔容積０．４７ｍ^３／ｇの活性炭素繊維である吸着素子２２に導入し、３０分間吸着し、分離排水中の酢酸エチルを吸着除去した。水処理装置の清浄水２３の濃度は酢酸エチル１００ｐｐｍ以下と除去率９９％にて処理できた。

次に、自動ダンパーで吸着から脱水操作に移行し、２５℃の空気を脱水処理送風機２４より５分間供給し、その脱水操作により脱離された水２６を、分離排水に戻した。次に、脱着工程における加熱ガスとして１３０℃の空気を脱着送風機とヒーター２５より５３ｃｍ／ｓｅｃで２５分間供給し、酢酸エチル４０００ｐｐｍの脱着ガス２７を得て、そのガスを有機溶剤回収装置の入口である被処理ガス１１に戻した。

本実施例の有機溶剤含有ガス処理システムは、１００時間後でも有機溶剤回収装置の除去率、水処理装置の除去率共に９９％の効率で処理が可能であった。吸着と脱着を連続して行い処理するため、性能低下がなく安定して高い効率で処理ができた。

［実施例２］
酢酸エチル２０００ｐｐｍ含む４０℃の溶剤混合被処理ガス１１を、有機溶剤回収装置１０に導入した。その際に風量１００Ｎｍ^３／分で吸着送風機１２より吸着槽１３に送風し、吸着槽１３で吸着材１４として平均細孔径１７．４Å、ＢＥＴ比表面積１６５０ｍ^２／ｇ、全細孔容積０．６６ｃｍ^３／ｇの活性炭素繊維を使用し、９分間吸着を行い、処理出口１５より清浄空気を排出した。その際の濃度は、２０ｐｐｍであり、９９％の除去率で処理をした。その後自動ダンパーで吸着槽への送風を封鎖し、次に吸着槽の活性炭素繊維に蒸気を噴出した。この処置と同時に別の吸着槽の自動ダンパーを開放し、今度は、この吸着槽でガス吸着を行った。この吸着と脱着の操作を繰り返し実施した。

有機溶剤回収装置１０から得られた脱着ガス１６を、溶剤分離装置１７に送りコンデンサー１８で冷却し、酢酸エチル主体の回収液２０と酢酸エチルが微量に含まれた分離排水１９を得た。分離排水の酢酸エチル濃度は１００００ｐｐｍで３１０ｋｇ／ｈｒの量であった。

この分離排水１９を水処理装置２１の前段に設置した曝気槽に導入した。曝気槽中の排水は７０℃に加温し、エアレーションを行った。曝気槽で処理した排水の酢酸エチル濃度は１００ｐｐｍで除去率９９％にて処理できた。また、この際に揮発した有機溶剤含有ガスは有機溶剤回収装置１０の入口である被処理ガス１１に戻した。

曝気槽で処理した有機溶剤含有排水を水処理装置２１に導入した。その際に、平均細孔径１７．１Å、ＢＥＴ比表面積１１００ｍ^２／ｇ、全細孔容積０．４７ｍ^３／ｇの活性炭素繊維である吸着素子２２に導入し、３０分間吸着し、分離排水中の酢酸エチルを吸着除去した。水処理装置の清浄水２３の濃度は酢酸エチル１ｐｐｍ以下と除去率９９％にて処理できた。

次に、自動ダンパーで吸着から脱水操作に移行し、２５℃の空気を脱水処理送風機２４より５分間供給し、その脱水操作により脱離された水２６を、分離排水に戻した。次に、脱着工程における加熱ガスとして１３０℃の空気を脱着送風機とヒーター２５より５３ｃｍ／ｓｅｃで２５分間供給し、酢酸エチル６０ｐｐｍの脱着ガス２７を得て、そのガスを有機溶剤回収装置の入口である被処理ガス１１に戻した。

本実施例の有機溶剤含有ガス処理システムは、１００時間後でも有機溶剤回収装置の除去率、水処理装置の除去率共に９９％の効率で処理が可能であった。吸着と脱着を連続して行い処理するため、性能低下がなく安定して高い効率で処理ができた。

本発明の有機溶剤含有ガス処理システムは、有機溶剤回収装置から排出される分離排水の連続浄化を実現し、基本的に吸着材の交換が必要なく、多量有害有機物質を高効率且つ安定に除去することができる処理装置であるため、設備増大を必要とせずに、吸着材交換作業を省略でき、コスト低減、有害物質安定除去でき、特に研究所や工場等の幅広い分野に利用することができ、産業界に寄与することが大である。

本発明の好ましい一形態の例である、有機溶剤含有ガス処理システムである。

符号の説明

１０ 有機溶剤回収装置
１１ 被処理ガス
１２ 吸着送風機
１３ 吸着槽
１４ 吸着材
１５ 処理出口
１６ 脱着ガス
１７ 溶剤分離装置
１８ コンデンサー
１９ 分離排水
２０ 回収液（有機溶剤）
２１ 水処理装置
２２ 吸着素子
２３ 清浄水
２４ 脱水処理送風機
２５ 脱着送風機とヒーター
２６ 脱水操作時脱離水
２７ 脱着ガス

Claims (5)

1. 下記（１）と（２）を備えた有機溶剤含有ガス処理システム。
   （１）吸着材を充填した吸着槽を備えた有機溶剤回収装置に、有機溶剤を含有する被処理ガスを導入し、有機溶剤を該吸着槽で吸着処理し有機溶剤濃度が減少した処理済みガスを排出し、該吸着槽における吸着処理が完了した後に、前記有機溶剤回収装置の吸着槽へスチームを導入し、吸着材から有機溶剤を脱着し、それによって吸着材を再生し、且つ有機溶剤含有ガスを生成し、該有機溶剤含有ガスを溶剤分離装置に導入し、有機溶剤を分離して回収する有機溶剤回収装置。
   （２）該有機溶剤回収装置により分離し排出される有機溶剤を含有する水から有機溶剤を吸着除去して水を浄化する装置であって、有機溶剤を含有する水を吸着素子に通流させて該吸着素子に有機溶剤を吸着させる吸着工程と、該吸着素子に高温の加熱ガスを通気させて該吸着素子に吸着された有機溶剤を脱着する脱着工程とを、交互に行う水処理装置。
2. 前記水処理装置において、有機溶剤を含有する水を、吸着素子に通流させて該吸着素子に有機溶剤を吸着させる吸着工程と、該吸着素子に高温の加熱ガスを通流させて該吸着素子に吸着された有機溶剤を脱着する脱着工程の間に、ガスの通流により吸着素子内の水を除去する脱水工程を有する請求項１に記載の有機溶剤含有ガス処理システム。
3. 前記水処理装置において、ガスの通流により吸着素子内の水を除去する脱水工程にて発生した水を水処理装置の入口に戻すように構成されている請求項１または２に記載の有機溶剤含有ガス処理システム。
4. 前記水処理装置において、脱着工程で脱着される有機溶剤含有ガスを前記有機溶剤回収装置の入口に戻すように構成されている請求項１〜３のいずれかに記載の有機溶剤含有ガス処理システム。
5. 有機溶剤回収装置から分離した有機溶剤含有水中の有機溶剤を加熱とバブリングで気化させて除去する曝気槽が、前記水処理装置の前段に設置され、曝気後の有機溶剤を含有する水を前記水処理装置へ導入すると共に、曝気槽から発生した有機溶剤含有ガスを前記有機溶剤回収装置の入口に戻すように構成されている請求項１〜４のいずれかに記載の有機溶剤含有ガス処理システム。
   

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