JP2010221075A - 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分離され、排出される排水を曝気槽で処理した際に有機溶剤ガスがほとんど大気に排出されない有機溶剤含有ガス処理システムを提供すること。
【解決手段】吸着材を充填した吸着塔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、有機溶剤を該吸着塔で吸着処理して有機溶剤濃度が減少した処理済みガスを排出し、該吸着塔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、それにより吸着材を再生し、再生の際に発生する溶剤含有水蒸気を凝縮、分離する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処理装置と、
前記溶剤分離装置から排出された排水中の有機溶剤成分を揮発除去する曝気槽と、
前記曝気槽から揮発した有機溶剤ガスを凝縮処理するコンデンサーが備わっている有機溶剤含有ガス処理システム。
【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の吸着材は、粒状活性炭や活性炭素繊維、ゼオライト、シリカゲルなどが使用されている。特に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。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、２参照）。また、同様な吸脱着装置についても提案されている（例えば、特許文献３〜５参照）。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ある。該脱着された有機溶剤含有水蒸気を溶剤分離装置に導入し、凝縮して有機溶剤と水を分離して有機溶剤を回収する有機溶剤回収装置から構成されている。

上記の溶剤分離装置で分離された排水は有機溶剤が含有しているため、そのまま河川等へ放流することができないことから、排水処理装置を設けて処理を行っている。排水処理装置として排水中の有機溶剤を揮発させて除去する曝気槽など有効な手法が開発されている（例えば、特許文献６参照）。しかし、揮発した有機溶剤含有ガスを大気に放出すると大気汚染が懸念される問題があった。

特開昭５１−３８２７８号公報 特公昭６４−１１３２６号公報 実公平７−２０２８号公報 実公平７−２０２９号公報 実公平７−２０３０号公報 特開平２−１６９０８５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、排出される排水を曝気槽で処理した際に有機溶剤ガスがほとんど大気に排出されない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至った。即ち本発明は以下の通りである。
１．吸着材を充填した吸着塔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、有機溶剤を該吸着塔で吸着処理して有機溶剤濃度が減少した処理済みガスを排出し、該吸着塔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、それにより吸着材を再生し、再生の際に発生する溶剤含有水蒸気を凝縮、分離する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処理装置と、
前記溶剤分離装置から排出された排水中の有機溶剤成分を揮発除去する曝気槽と、
前記曝気槽から揮発した有機溶剤ガスを凝縮処理するコンデンサーが備わっている有機溶剤含有ガス処理システム。
２．曝気槽の処理水をクーリングタワーに導入し、処理水を冷却水として再利用する上記１に記載の有機溶剤含有ガス処理システム。
３．曝気槽の処理水を、処理水を中和する中和槽に導入した後、クーリングタワーに導入する上記２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、有機溶剤回収処理装置から分離排出される有機溶剤含有排水を曝気槽で処理したときに揮発する有機溶剤ガスを処理できる利点がある。更に、曝気槽で処理した排水をクーリングタワーに導入することで排水を排出せず、有機溶剤含有水蒸気を凝縮するための溶剤分離装置のコンデンサーに必要な冷却水を排水から製造することができる利点がある。

本発明の一形態の例である、有機溶剤含有ガス処理システム。 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。

本発明の実施形態の例を２つ挙げて説明する。
まず図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塔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１６から清浄空気として排出される。一方で脱着用スチーム１５により脱着された有機溶剤含有水蒸気１７は、溶剤分離装置２０に送られコンデンサー２１で液化され、分離排水２２と回収有機溶剤２３に分離される。分離された有機溶剤を含有した分離排水２２は、曝気槽３１に導入されて有機溶剤を揮発除去し、揮発した有機溶剤を含有した曝気ガスを、曝気ガス用コンデンサー３２に導入して有機溶剤含有ガスを凝縮し、液化し、溶剤分離装置導入ライン３３を通って、再び有機溶剤と水に分離される。その一方で、凝縮処理しきれなかった有機溶剤を含有した曝気ガスは、戻りガスライン３４を通じて、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。

次に図２について説明する。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塔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１６から清浄空気として排出される。一方で脱着用スチーム１５により脱着された有機溶剤含有水蒸気１７は、溶剤分離装置２０に送られコンデンサー２１で液化され、分離排水２２と回収有機溶剤２３に分離される。分離された有機溶剤を含有した分離排水２２は、曝気槽３１に導入されて有機溶剤を揮発除去する。揮発した有機溶剤を含有した曝気ガスを、曝気ガス用コンデンサー３２に導入して有機溶剤含有ガスを凝縮し、液化し、溶剤分離装置導入ライン３３を通って、再び有機溶剤と水に分離される。その一方で、凝縮処理しきれなかった有機溶剤を含有した曝気ガスは、戻りガスライン３４を通じて、有機溶剤回収装置１０の入口である被処理ガス１１に戻す。さらに、曝気槽で有機溶剤を揮発除去した後の排水は、中和槽４１に導入されて中和し、その後クーリングタワー４２に導入される。クーリングタワー４２で排水から製造した冷却水は、コンデンサーに供給することができるシステムである。

本発明にかかる有機溶剤回収装置の吸着材としては、粒状活性炭、活性炭素繊維、ゼオライト、シリカゲルなど特に限定されるものではないが、特に活性炭素繊維が好ましい。かかる吸着材における活性炭素繊維は粒状活性炭と比較して吸着速度が速く、低濃度の有機ガスを吸着する機能に優れているためである。

本発明にかかる曝気槽におけるエアレーションは、空気、窒素等特に限定されるものではないが、被処理溶剤の爆発性等を勘案して選定する必要がある。

本発明にかかる曝気槽において、有機溶剤の揮発を促進させるために加熱することは好ましく、ヒーターで曝気槽内を加温するのが好ましい。このとき、熱交換器等を使用することで、有機溶剤回収装置から脱着した有機溶剤含有水蒸気の潜熱または顕熱を曝気槽中の排水の加熱源として利用することが経済的に更に好ましい。また、加温の温度範囲は特に限定されるものではないが、被処理溶剤が混合系の場合、溶剤によって揮発しやすさが異なるため、エアレーション量と加温する温度を適切に設定することで、揮発させる溶剤をある程度選択揮発除去させることも可能である。

本発明にかかる曝気ガス用コンデンサーに用いる冷却用の水の温度は特に限定されるものではないが、溶剤の種類によって蒸気圧が異なるため、被処理溶剤の種類、濃度によっては温度が１０℃以下と低い冷水を使用することが好ましいが、曝気槽の処理水をクーリングタワーに導入する場合はクーリングタワーで製造される冷却水を用いることが経済的である。よって、被処理溶剤の種類によって性能と経済性の２面を考慮した最適な冷却用水を選択することが重要である。

本発明にかかる曝気ガス用コンデンサーで凝縮した有機溶剤は、水分が多く含まれるため、有機溶剤分離装置にて再分離をすることが好ましい。

本発明にかかる曝気ガス用コンデンサーで凝縮処理した有機溶剤含有ガスは、有機溶剤回収装置の前段に戻すことが好ましい。しかし、凝縮処理しにくい有機溶剤が戻ることで装置内において循環濃縮されて回収有機溶剤の品質が低下することがある。その場合、有機溶剤の濃度が低ければそのまま大気に排出しても良いが、凝縮処理したガスの処理をすることが好ましい。処理方法は、触媒燃焼式、蓄熱燃焼式、直接燃焼式、回収式、濃縮式、スクラバー式、生物処理式等特に限定されるものではない。

本発明にかかるクーリングタワーは、開放式、密閉式と特に限定されるものではないが、排水量によって最適なクーリングタワーを選定することが好ましい。また、開放式を採用したときのクーリングタワーの構造も然りで、排水量によって角型か丸型か最適な形状を選定することが好ましい。更に、クーリングタワーによって排水から製造された冷却水の使用に関して特に限定されるものではないが、有機溶剤分離装置におけるコンデンサーおよび／または曝気ガス用コンデンサーに使用することがより好ましい。

本発明にかかる曝気槽の後段に、バックアップとして更に排水処理装置を設置することも好ましい実施形態の一つである。排水処理装置は、吸着交換フィルターユニット式、吸脱着処理式、活性汚泥式と特に限定されるものではないが、吸脱着処理式水処理装置が好ましい。有機溶剤を高濃度で含有する場合が多いため、吸着交換フィルターユニットは交換頻度が多くなり、活性汚泥式では設置スペースを広く必要になるからである。

吸脱着処理式排水処理装置の吸着材としては、粒状、粉体状、ハニカム状の活性炭やゼオライトやシリカゲルや活性アルミナ等が挙げられるが、特に活性炭素繊維を用いた連続吸脱着方式の排水処理装置であることが好ましい。つまり、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いため、特に水中の有機溶剤の吸着速度が速くなり、他の構造に比べて極めて高い除去効率を発現できるためである。更に高効率処理のために、処理工程に導入するパージ工程において、ガスの流通により吸着素子表面の水滴を除去する際にも、容易に水滴の除去が可能となるからである。

本発明において、曝気槽および／または曝気槽の下流に設置された排水処理装置の下流に中和槽を設けることも好ましい実施形態の一つである。曝気式および／または排水処理装置から排出される排水のｐＨ は酸性であることから、中和槽を設け、排水を中和することで、さらに下流に設置されるクーリングタワーや配管の腐食を抑制することができるためである。

本発明において、溶剤分離装置から回収された回収有機溶剤を精製する目的で、溶剤精製装置を設置してもよい。

本発明にかかる有機溶剤含有ガス処理システムにおいて、処理可能な有機溶剤は、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸ブチル、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン、ヘプタノン、アセトン、ベンゼン、トルエン、キシレン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、メタノール、エタノール、プロパノール、塩化メチレン、クロロホルム、トリクロロメタン、トリクロロエタン、四塩化炭素等、特に限定されるものではなく、その混合物であっても例外ではない。

本発明にかかる有機溶剤含有ガス処理システムにおけるクーリングタワーにおいて排出される空気において微量濃度の有機溶剤が含有している場合、有機溶剤濃縮装置を用いてクーリングタワーから排出される空気中の有機溶剤を濃縮し、有機溶剤回収処理装置の入口に戻すこともできる。

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。
（酢酸エチル、酢酸、エタノール、トルエン溶剤濃度評価）
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（％）＝（装置入口ガス濃度−装置出口ガス濃度）／装置入口ガス濃度×１００

［実施例１］
図２に示す有機溶剤含有ガス処理システムを使用し、酢酸エチル２０００ｐｐｍ含む４０℃の有機溶剤混合ガス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より吸着塔１３に送風し、吸着塔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、処理ガスを処理出口１６より排出した。その際の処理ガスの酢酸エチル濃度は２０ｐｐｍであり、９９％の除去率であった。その後、自動ダンパーで吸着塔１３への送風を封鎖し、次に吸着塔の活性炭素繊維に脱着用スチーム１５を噴出した。この処置と同時に別の吸着塔の自動ダンパーを開放し、今度はこの吸着塔で酢酸エチルガスの吸着処理を行った。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から得られた脱着後の有機溶剤含有水蒸気１７を、溶剤分離装置２０に送り、コンデンサー２１で冷却し、酢酸エチル主体の回収有機溶剤２３と酢酸エチルが微量に含まれた分離排水２２を得た。分離排水２２の酢酸エチル濃度は３００００ｐｐｍ、酢酸濃度は１２００ｐｐｍ、エタノール濃度は９００ｐｐｍで、水量は３１０ｋｇ／ｈｒの量であった。

この分離排水２２を曝気槽３１に導入した。曝気槽中の排水は４０〜６０℃に曝気槽下流程高い温度で加温し、エアレーションを行った。曝気槽３１で処理した排水の濃度は酢酸エチル１５ｐｐｍ、酢酸２００ｐｐｍ、エタノール１００ｐｐｍと除去率９０％以上にて処理できた。

曝気槽３１から揮発した有機溶剤含有ガスは、酢酸エチル５０００ｐｐｍ、酢酸３ｐｐｍ、エタノール３ｐｐｍであり、この有機溶剤含有ガスは曝気ガス用コンデンサー３２によって凝縮され、凝縮処理後のガスの有機溶剤濃度は、酢酸エチル２００ｐｐｍ、酢酸２ｐｐｍ、エタノール２０ｐｐｍであった。処理後のガスは、戻りガスライン３４を通じて有機溶剤回収装置１０の入口である被処理ガス１１に戻した。

次に、曝気槽３１に導入された排水を中和槽４１に導入し、ｐＨを４から７とし、中和した。中和後の排水をクーリングタワー４２に導入し、排水から冷却水を製造した。冷却水はコンデンサー２１と曝気ガス用コンデンサー３２に供給した。

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９０〜９９％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。更に、排水を冷却水として利用することができるため、経済的であるだけでなく、排水を環境中に排出しない利点も付加することができた。

［実施例２］
図１に示す有機溶剤含有ガス処理システムを使用し、トルエン２５００ｐｐｍ含む３０℃の有機溶剤混合ガス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より吸着塔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、８分間吸着を行い、処理ガスを処理出口１６より排出した。その際の処理ガスのトルエン濃度は２５ｐｐｍであり、９９％の除去率であった。その後、自動ダンパーで吸着塔１３への送風を封鎖し、次に吸着塔の活性炭素繊維に脱着用スチーム１５を噴出した。この処置と同時に別の吸着塔の自動ダンパーを開放し、今度はこの吸着槽でトルエンガスの吸着処理を行った。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から得られた脱着後の有機溶剤含有水蒸気１７を、溶剤分離装置２０に送り、コンデンサー２１で冷却し、トルエン主体の回収有機溶剤２３とトルエンが微量に含まれた分離排水２２を得た。分離排水２２のトルエン濃度は１５００ｐｐｍで水量は３１０ｋｇ／ｈｒの量であった。

この分離排水２２を曝気槽３１に導入した。曝気槽中の排水は５０℃に加温し、エアレーションを行った。曝気槽３１で処理した排水の濃度はトルエン２０ｐｐｍ以下と除去率９９％にて処理できた。

曝気槽３１から揮発した溶剤含有ガスは、トルエン２０００ｐｐｍであり、この有機溶剤含有ガスは、曝気ガス用コンデンサー３２によって凝縮され、凝縮処理後のガスの有機溶剤濃度は、トルエン３０ｐｐｍであった。処理後のガスは、戻りガスライン３４を通じて有機溶剤回収装置１０の入口である被処理ガス１１に戻した。

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９０〜９９％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。更に、排水を冷却水として利用することができるため、経済的であるだけでなく、排水を環境中に排出しない利点も付加することができた。

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、並びに有機溶剤ガスの大気放出量の削減、排水の冷却水化による無排水システムを実現した。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、吸着材交換作業を省略でき、コストの低減、有害物質の安定除去が可能で、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。

１０ 有機溶剤回収装置
１１ 被処理ガス
１２ 吸着送風機
１３ 吸着塔
１４ 吸着材
１５ 脱着用スチーム
１６ 処理出口
１７ 脱着後の有機溶剤含有水蒸気
２０ 溶剤分離装置
２１ コンデンサー
２２ 分離排水
２３ 回収有機溶剤
３１ 曝気槽
３２ 曝気ガス用コンデンサー
３３ 溶剤分離装置導入ライン
３４ 戻りガスライン
４１ 中和槽
４２ クーリングタワー

Claims (3)

1. 吸着材を充填した吸着塔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、有機溶剤を該吸着塔で吸着処理して有機溶剤濃度が減少した処理済みガスを排出し、該吸着塔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、それにより吸着材を再生し、再生の際に発生する溶剤含有水蒸気を凝縮、分離する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処理装置と、
   前記溶剤分離装置から排出された排水中の有機溶剤成分を揮発除去する曝気槽と、
   前記曝気槽から揮発した有機溶剤ガスを凝縮処理するコンデンサーが備わっている有機溶剤含有ガス処理システム。
2. 曝気槽の処理水をクーリングタワーに導入し、処理水を冷却水として再利用する請求項１に記載の有機溶剤含有ガス処理システム。
3. 曝気槽の処理水を、処理水を中和する中和槽に導入した後、クーリングタワーに導入する請求項２に記載の有機溶剤含有ガス処理システム。