JP3988762B2 - 有機物含有ガス処理設備と処理方法 - Google Patents

Description

本発明は有機物含有ガス処理設備と処理方法に関し、詳しくは、主として低濃度かつ大量の有機物含有ガスを処理する処理設備とこの設備を用いた処理方法に関する。

従来、有機溶剤、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）、その他の有機化合物（以下「有機物」という。）を含むガスを処理するには、粒状活性炭を充填した充填槽に通流させて、有機物を粒状活性炭に吸着させた後、多量の水蒸気を通流させ有機物を加熱・脱離させて回収したり、焼却したりする方法が知られている。しかし、粒状活性炭に吸着させる方法は、ガスの線流速が１０〜３０ｃｍ／秒、粒状活性炭の充填高さが１００〜３００ｃｍ程度であり、粒状活性炭の開口率が低く、通気抵抗が大きいため、通流されるガスの接触効率が低いという問題がある。

つまり、活性炭が粒状であると、ガスの流れにムラが生じ易く、吸着ムラに伴って、充填層内部で局部的に発熱して、吸着性能が低下し、活性炭に吸着した有機物が脱離し始めたりするだけでなく、発熱するおそれもある。しかも、吸着した有機物を脱離させるために、加熱空気などのような酸素を含む加熱ガスを通流させると、局部的な発熱が生じて有機物が発火し、粒状活性炭が燃焼するおそれがある。のみならず、繰り返し使用する間に、粒状活性炭から微粉が生じて、目詰まりを生じ易くなり、通気抵抗が急激に増加することがあるという問題がある。

粒状活性炭に代えて、繊維状活性炭を使用する方法が考えられている（例えば、特許文献１）。この方法も、通気抵抗が大きく、処理ガス中の粉塵によって目詰まりを生じ易く、長期間の使用に耐えず、頻繁に保守点検を行う必要があり、作業性は劣るという問題がある。

通気抵抗を小さくする方法として、ハニカム状活性炭を用いる方法も考えられている（例えば、特許文献２）。
特開平１１−２３９７２３号公報 特開平１０−２１６４７７号公報

しかしながら、上記従来のハニカム状活性炭を使用する方法は、吸着した有機物を回収するため水蒸気を通流させた後、乾燥させるべく熱風を送給させた場合に、有機物によっては爆発限界に達して爆発すると言う問題があり、改善が強く要求されている。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の有する問題点に鑑みて、通気抵抗の小さいハニカム活性炭を使用して、特に大量かつ低濃度の有機物を含むガスを効果的に吸着すると共に脱離させて有機物を回収し、それでいて爆発する危険性を確実に防止可能な有機物含有ガス処理設備とその処理方法を提供することにある。

上記課題は、請求項記載の各発明により達成される。すなわち、本発明に係る有機物含有ガス処理設備の特徴構成は、
有機物を含有する被処理ガス中の有機物を吸着除去する活性炭吸着装置と、
該活性炭吸着装置によって吸着された有機物を活性炭から脱離する加熱不活性ガスを、前記有機物を含有する被処理ガスとは別経路を通して前記活性炭吸着装置に送給する加熱ガス送給装置と、
前記加熱不活性ガスにより脱離された有機物を回収する回収装置と
を有する有機物含有ガス処理設備において、
前記活性炭吸着装置には、ハニカム状活性炭が充填・装着されており、
前記加熱ガス送給装置には、不活性ガスを最初に加熱する熱交換器が配設され、該熱交換器により最初に加熱された不活性ガスを前記活性炭吸着装置に送給するとともに、該活性炭吸着装置から脱離された有機物を含有する前記不活性ガスを前記熱交換器に送給して最初に冷却させ、
前記回収装置において、前記熱交換器で冷却された不活性ガスを、さらに冷却装置で冷却・凝集して含有する有機物を液化させるとともに、液状の該有機物を回収することにある。

この構成によれば、活性炭吸着装置にハニカム状活性炭を使用していることから、通気抵抗を小さくできると共に吸着率が高いため、大量かつ低濃度のガスを処理する場合でも効率的であり、しかもハニカム状活性炭に吸着した有機物を脱離するのに、加熱ガスとして熱交換器（不活性ガスが最初に供給される第１熱交換器を含む）により加熱された不活性ガスを通流するようにしているので、脱離した有機物の発火を防止できると共に、爆発を確実に阻止でき、しかも、有機物の回収が容易であるため、蒸留塔など大掛かりな設備を必要としない。もとより、窒素を有機物の脱離に使用するため、従来技術のように水蒸気を使用する場合に比べて、水処理の必要がないという利点をも有する。しかも、有機物を含有する前記不活性ガスを第１熱交換器に送給して熱交換させるようになっているので、処理設備全体の熱利用率を高めて省エネルギーを実現できる。また、かかる条件下において、有機物含有ガス処理設備の本来の機能として、効率的に吸着した有機物を効率的に脱離することが可能である。

その結果、通気抵抗の小さいハニカム活性炭を使用して、特に大量かつ低濃度の有機物を含むガスを効果的に吸着すると共に脱離させて有機物を回収し、それでいて爆発する危険性を確実に防止可能な有機物含有ガス処理設備を提供することができた。

前記不活性ガスが窒素であることが好ましい。

この構成によれば、窒素は安価であるため処理コストを低減できる。

前記ハニカム状活性炭の透孔数が、１５〜２３２６個／１０ｃｍ² であり、比表面積が２００〜３０００ｍ² ／ｇであることが好ましい。

ハニカム状活性炭の透孔数および比表面積がこの範囲のあることが、通気抵抗をより効果的に小さくできると共に、吸着効率を一層高めることができる。ハニカム状活性炭の透孔数は、３０〜１５５０個／１０ｃｍ² がより好ましく、３９〜１１６２個／１０ｃｍ² がより一層好ましい。ハニカム状活性炭の比表面積は、３００〜２５００ｍ² ／ｇのものを使用することがより好ましく、４００〜２０００ｍ² ／ｇのものを使用することがより一層好ましい。

又、本発明に係る有機物含有ガス処理方法の特徴構成は、
有機物を含有する被処理ガス中の有機物を活性炭吸着装置により吸着除去し、この吸着された有機物を前記活性炭吸着装置の活性炭から脱離させる加熱不活性ガスを、前記有機物を含有する被処理ガスとは別経路を通して前記活性炭吸着装置に送給し、該加熱不活性ガスにより脱離された有機物を回収する有機物含有ガス処理方法において、
前記活性炭吸着装置の活性炭にハニカム状活性炭を用い、
前記加熱不活性ガスとして熱交換器で最初に加熱された不活性ガスを前記活性炭吸着装置に送給し、該活性炭吸着装置から脱離した有機物を含有する前記加熱不活性ガスを、前記熱交換器に送給して最初に冷却し、
該熱交換器から送給された不活性ガスをさらに冷却・凝集して含有する有機物を液化させるとともに、該液状の有機物を回収することにある。

この構成によれば、通気抵抗の小さいハニカム活性炭を使用して、特に大量かつ低濃度の有機物を含むガスを効果的に吸着すると共に脱離させて有機物を回収し、それでいて爆発する危険性を確実に防止可能な有機物含有ガス処理方法を提供することができる。しかも、加熱ガスとするためおよび脱離した有機物を幾分冷却するために前記不活性ガスを第１熱交換器に送給して熱交換しているので、処理設備全体の熱利用率を高めて処理コストを低くできる。また、かかる条件下において、有機物含有ガスの処理方法の本来の機能として、効率的に吸着した有機物を効率的に脱離することが可能である。

前記不活性ガスとして窒素を使用することが好ましい。

この構成によれば、安価な窒素を用いて処理コストを低減できる。

前記ハニカム状活性炭の透孔数が、１５〜２３２６個／１０ｃｍ² であり、比表面積が２００〜３０００ｍ² ／ｇであることが好ましい。

この構成によれば、通気抵抗をより効果的に小さくできると共に、吸着効率を一層高めることができる。

前記被処理ガスを線速度３０〜３００ｃｍ／秒で通流させると共に、この線速度の１／１０〜１／１０，０００で有機物を脱離するための前記加熱ガスを通流させることが好ましい。

この構成よれば、一層効率的に有機物を脱離させることができる。

本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る有機物含有ガス処理設備の概略全体構成を示す。

この有機物含有ガス処理設備は、図１に示すように、各種化学工場などから発生した有機物含有ガス（被処理ガス）中の塵芥などを除去するためのプレフィルター１と、プレフィルター１を通流した被処理ガス中の有機物を吸着除去する活性炭吸着装置２と、活性炭吸着装置２によって吸着された有機物を活性炭から脱離するため加熱ガス送給装置と、この加熱ガスにより脱離された有機物を回収する回収装置などとからなる。

プレフィルター１は、被処理ガス中の塵芥などを除去できればよく、市販の各種除塵フィルターを使用できる。プレフィルター１を経た被処理ガスは、送給ポンプ３により制御バルブＶ１を介して複数の活性炭吸着装置２に送給される。もとより、活性炭吸着装置２は１台でもよく、その個数、仕様などは被処理ガスの量や、特性により適宜選択される。

活性炭吸着装置２には、ハニカム状活性炭が充填・装着されており、従来技術のように、粒状活性炭や繊維状活性炭を使用しないため、活性炭吸着装置２は、通気抵抗が小さくて圧力損失が小さく、それでいて吸着能が高いことが特徴である。ハニカム状活性炭の圧力損失が小さいことから、送給ポンプ３の動力源は小さくてよく、消費エネルギーは少なくて済む。この活性炭吸着装置２は種々の構成が考えられるが、例えば、多孔板と流体ジャケットとを有するユニットに、ハニカム状活性炭を約９０〜４５０ｍｍ程度積層して構成されている。

ハニカム状活性炭の比表面積は、約２００〜３０００ｍ² ／ｇ程度のものを使用することが好ましく、約３００〜２５００ｍ² ／ｇ程度のものを使用することがより好ましく、約４００〜２０００ｍ² ／ｇ程度のものを使用することがより一層好ましい。

ハニカム状活性炭の透孔は、六角形に限定されるものではなく、正方形、長方形、多角形、円形、略円形など種々の形状のものを採用できる。透孔の数（セル数）は多いほど被処理数との接触が多く吸着能が高くなって好ましいが、透孔数が多過ぎると、圧力損失も大きくなり、製造上も困難となってコストは高くなる。そこで、透孔数は約１５〜２３２６個／１０ｃｍ² 程度が好ましく、約３０〜１５５０個／１０ｃｍ² 程度がより好ましく、約３９〜１１６２個／１０ｃｍ² 程度がより一層好ましい。

ハニカム状活性炭の製造方法は、特に限定されないが、通常、活性炭原料にバインダーを加えてハニカム状に成型し、炭化・賦活化した後、必要に応じて酸洗浄されるか、あるいは、活性炭自体をハニカム状に成型した後、乾燥され焼成されて製造される。

活性炭吸着装置２に有機物が吸着・除去された処理排ガスは、その後、制御バルブＶ２を経て放出されるが、処理排ガス中に残留する有機物が排出基準値以下でない場合、更に無害化処理を施されて放出されることになる。

また、活性炭吸着装置２の下流側には、ハニカム状活性炭に吸着した有機物を脱離し、回収する装置が設けられている。この場合、ハニカム状活性炭に通流させる被処理ガスの線流速（ＬＶａ）と、有機物を吸着したハニカム状活性炭から有機物を脱離するときのガスの線速度（ＬＶｂ）との関係は重要であり、ＬＶｂ／ＬＶａ＝０〜１／１０，０００であることを要すると共に、より好ましくＬＶｂ／ＬＶａ＝１／１０〜１／１０，０００である。この範囲であると、ハニカム状活性炭に吸着した有機物を効率的に脱離することができる。具体的には、ハニカム状活性炭に有機物を含有する被処理ガスを線速度３０〜３００ｃｍ／秒で通流させ、この線速度の１／１０〜１／１０，０００で脱離用窒素を通流させることが、効率的に有機物を脱離させることができる。

有機物を吸着したハニカム状活性炭からの有機物脱離は、従来、１３０℃程度に加熱した１．９気圧程度の加圧水蒸気を送給して行い、脱離後熱風乾燥するようにしていたが、このようにすると、有機物が特に低沸点のベンゼン、トルエン、キシレン（いわゆるＢＴＸ）である場合、乾燥用に送給される熱風との間で爆発限界に達することがあり、そのため細心の注意を要する等、作業し難く、防爆設備その他の設備を設ける必要があるという問題があった。そこで、かかる問題を確実に解消するため、本実施形態では、不活性ガスである窒素を約１００℃程度に加熱して送給するようにしている。もとより、窒素に代えて他の不活性ガスを使用してもよい。

すなわち、窒素は、窒素容器（気体あるいは液体窒素容器など。図示略）から制御バルブＶ５を介して送給ポンプ４により、低温の第１熱交換器５に送給され加熱されて、更に高温の第２熱交換器６により、ハニカム状活性炭に吸着している有機物の沸点より幾分高い温度にまで加熱されて、制御バルブＶ３を介して活性炭吸着装置２に送給される。第２熱交換器６の熱量は、工場内の他の熱源から発生した熱を供給して利用することが好ましい。窒素を送給するのに、必ずしも送給ポンプを用いなくてもよく、他の送給手段を用いてもよい。

活性炭吸着装置２のハニカム状活性炭に吸着された有機物は、加熱窒素により脱離されて、窒素と共に制御バルブＶ４を経て、第１熱交換器５に送給され幾分冷却される。このようにすることにより、第１熱交換器５における熱消費量が少なくて済み、設備全体の熱利用率が高まり、省エネルギーとなる。ここに、窒素容器、送給ポンプ４、熱交換器５，６などは加熱ガス送給装置を構成する。

更に、有機物を含む窒素は、冷却器７に送給されて冷却・凝集され、有機物は液状にされる。そして、液状の有機物は、デカンター８に送られて、高い純度の有機物として回収される。冷却器７、デカンター８は回収装置を構成する。もっとも、被処理ガス中の有機物によっては、必ずしもデカンター８である必要はなく、他の回収手段を使用してもよい。

被処理ガスである有機物含有ガスとして、トルエンを含有する排ガスを処理した例について説明する。トルエン７２０ｋｇ／ｈを含有する排ガス流量８５，０００Ｎｍ³ ／ｈを、図１に示すように、ハニカム状活性炭を内蔵した４台の活性炭吸着装置２に送給して吸着させた。活性炭吸着装置２は、ハニカム状活性炭約２０，０００枚を含み、寸法３，０００×４，５００×高さ１，０００ｍｍのものを用いた。トルエンを吸着したハニカム状活性炭に対して、約１００℃に加熱した窒素を通流させて、トルエンを脱離させたところ、デカンターから回収された液状トルエンは、６９７ｋｇ／ｈであった（回収率約９７％）。
〔別実施の形態〕
（１）上記実施形態では、有機物としてトルエンを有する被処理ガスを処理する例を示したが、本発明は、スチレン、アセトン、酢酸エチル等の各種有機溶剤、塩化エチレン、トリクレン、ホルマリン等のＶＯＣ、ガソリンなどの石油製品、その他各種工場などから発生する有機物に広く適用することができる。
（２）上記実施形態では、ハニカム状活性炭から脱離した有機物を回収する際、冷却器７に送給して冷却・凝集し、液状の有機物とすると共にデカンター８に送給するようにしたが、これに代えて、常温で液状の炭素数１０以上かつ分子量２００以上の有機化合物に接触させて回収してもよく、脱離して排出される有機物を燃焼し気体として回収するようにしてもよい。

本発明は、各種化学工業、食品工業、製紙工業、薬品工業などから排出される有機物を含むガスを処理する場合に、広く適用することができる。

本発明の一実施形態に係る有機物含有ガス処理設備の概略全体フロー図

符号の説明

２ 活性炭吸着装置
４，５，６ 加熱ガス送給装置
７，８ 回収装置

Claims (5)

1. 有機物を含有する被処理ガス中の有機物を吸着除去する活性炭吸着装置と、
   該活性炭吸着装置によって吸着された有機物を活性炭から脱離する加熱不活性ガスを、前記有機物を含有する被処理ガスとは別経路を通して前記活性炭吸着装置に送給する加熱ガス送給装置と、
   前記加熱不活性ガスにより脱離された有機物を回収する回収装置と
   を有する有機物含有ガス処理設備において、
   前記活性炭吸着装置には、ハニカム状活性炭が充填・装着されており、
   前記加熱ガス送給装置には、不活性ガスを最初に加熱する熱交換器が配設され、該熱交換器により最初に加熱された不活性ガスを前記活性炭吸着装置に送給するとともに、該活性炭吸着装置から脱離された有機物を含有する前記不活性ガスを前記熱交換器に送給して最初に冷却させ、
   前記回収装置において、前記熱交換器で冷却された不活性ガスを、さらに冷却装置で冷却・凝集して含有する有機物を液化させるとともに、液状の該有機物を回収することを特徴とする有機物含有ガス処理設備。
2. 前記不活性ガスが窒素である請求項１の有機物含有ガス処理設備。
3. 有機物を含有する被処理ガス中の有機物を活性炭吸着装置により吸着除去し、この吸着された有機物を前記活性炭吸着装置の活性炭から脱離させる加熱不活性ガスを、前記有機物を含有する被処理ガスとは別経路を通して前記活性炭吸着装置に送給し、該加熱不活性ガスにより脱離された有機物を回収する有機物含有ガス処理方法において、
   前記活性炭吸着装置の活性炭にハニカム状活性炭を用い、
   前記加熱不活性ガスとして熱交換器で最初に加熱された不活性ガスを前記活性炭吸着装置に送給し、該活性炭吸着装置から脱離した有機物を含有する前記加熱不活性ガスを、前記熱交換器に送給して最初に冷却し、
   該熱交換器から送給された不活性ガスをさらに冷却・凝集して含有する有機物を液化させるとともに、該液状の有機物を回収することを特徴とする有機物含有ガス処理方法。
4. 前記不活性ガスとして窒素を使用する請求項３の有機物含有ガス処理方法。
5. 前記被処理ガスを線速度３０〜３００ｃｍ／秒で通流させると共に、この線速度の１／１０〜１／１０，０００で有機物を脱離するための前記加熱ガスを通流させる請求項３又は４の有機物含有ガス処理方法。

Images