JPS593928B2 - 活性炭脱着方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は活性炭を用いて吸着した物質を水蒸気によって
脱着する際に、脱着に使用された水蒸気もしくはその保
有熱を回収し循環再使用する方法及びそれに用いられる
装置に関する。

例えば各種プラスチック製品の製造工程や印刷工業等に
おいて種々の操作に伴って発生する排ガス中に含まれる
有機溶剤を回収するために、通常は活性炭を充填した吸
着槽にこの排ガス（原ガスと称する）を通過させ、有機
溶剤を活性炭に吸着させ、活性炭が所定の吸着量に達し
た後、原ガスの流れをとめ、その吸着槽に水蒸気を通し
て吸着された溶剤の脱着を行い回収する一連の操作を周
期的に繰返す固定床式溶剤回収装置においては、一般に
２基或いはそれ以上の吸着槽を並列的に設け、吸着と脱
着を交互に繰返すことにより原ガスを連続的に処理する
ことが行われる。

この他に棚段塔を設は塔頂より活性炭を連続的に降下せ
しめ塔底より送り込まれる原ガスによりこの活性炭を流
動させつつ含有有機溶剤の吸着を行わせ、塔下段で得ら
れる吸着済、みの活性炭は別途設けられた脱着器におい
て直接に吹込まれる水蒸気によって流動させつつ脱着を
打わせる流動層式吸着装置も公知に属する。

これらにおいては活性炭に吸着された有機溶剤を流出す
るために用いられる水蒸気はその一部は機器及ｄ活性炭
の加熱に使用され、また他の一部は溶剤の蒸発に熱の補
給用として使用され、自身は凝縮水となるほかは、すべ
て炭膚を通過し、そのまま水蒸気として槽外へ排出され
、溶剤蒸気の搬送用として使われるのみであり、潜熱は
全く使われず、そのまま凝縮器で捨てられている。

例えば第１図はこのような従来よりの方法を２槽固定式
装置について示すものである。

第１図において、原ガス１はプロワ−３′によって吸着
槽２−１または２−２のいずれか一方に送り込まれ、原
ガス中の有機溶剤は固定床を形成する活性炭に吸着され
廃ガスは大気に放出される。

仮に２−１においてこのような吸着操作が行われるもの
とすると２−２は吸着を終了し切換弁によって吸着から
脱着に切換えられ水蒸気Ｓが吹込まれて吸着された有機
溶剤は脱着されて水蒸気と共にガス状で排出される。

この混合蒸気（脱着蒸気）は凝縮冷却器５′に導かれて
、水冷却によって全量凝縮される。

この除水と回収有機溶剤が相互に不溶の場合には、デカ
ンタ−６において、比重差により有機溶剤層と水層の２
層に分かれ、水は排出され、有機溶剤は回収される。

両者が相互に一部又は完全に溶は合う場合には適宜蒸留
塔へ送られ、水と有機溶剤の分離が行われる。

なお脱着の際に生じる不凝縮性ガスはベントパイプ７よ
り糸外へ放散される。

ここで脱着に用いられる水蒸気の一部は吸着から脱着へ
切換えられる初期、その吸着槽の活性炭層及び容器を吸
着温度（一般に約３０℃）から脱着温度（一般に約１０
０℃）迄加熱するために用いられ、また他の一部は吸着
された物質の脱着熱として使われこれ等に対して自身は
凝縮する。

そのほかの水蒸気は有機溶剤を活性炭より流出させる搬
送用ガスとして使われるのみで潜熱は全く利用されない
まま凝縮冷却器５′に至って冷却水にその熱を与え、自
身は水となるのでこの分は全くの熱損失となっている。

通常の有機溶剤の吸脱着においては、搬送用ガスとして
使われる水蒸気量は脱着用水蒸気全量の７割以上、とき
には９割にも達する場合もある。

本発明の脱着方式はかかる脱着蒸気の潜熱を廃棄するこ
となく、これを利用して新たに水蒸気を発生させ、この
水蒸気を脱着用として使用するものであり、従来法に比
べ大幅に水蒸気の消費量を減らす手段を提供するもので
ある。

又この方式は吸着手段の如何に問わず、脱着において水
蒸気を直接に活性炭に接触させる型式であればすべてに
適用可能なものである。

本発明を実施する態様として第１の例を第２図に示す。

以下これを減圧法と称す。図においては吸着槽２−１お
よび活性炭層４−１は吸着工程にあり、吸着槽２−２お
よび活性炭層４−２は脱着工程にあり、各槽内はほぼ常
圧とする。

活性炭層４−２に水蒸気が吹き込まれ、吸着された有機
溶剤は吹き込まれた水蒸気との混合蒸気（脱着蒸気）と
して吸着槽２−２より排出される。

次に蒸発缶３に附随する熱交換器５の凝縮側に導かれて
約１００℃附近より凝縮子る。

熱交換器５の蒸発側には蒸発水として後述の水相中間槽
８より水が調節弁Ｖ−１を経て送入される。

ここで蒸発缶３の缶体９及び熱交換器蒸発側５−１は減
圧ブロワ−１０または真空ポンプの吸引により減圧状態
にあるため、その減圧度に相当する沸点温度において沸
騰が起り得るため、ここに生ずる熱交換器凝縮側５−２
と蒸発側５−１の温度差により水は熱交換器５を通して
前記凝縮熱による加熱を受は沸騰し水蒸気を発生する。

どの際減圧度が高ければ缶内の蒸発温度は低下し、熱交
換器における両流体の温度差は増大するために、所要伝
熱面積は少なくて済むが、反面減圧プロワ−１０の動力
は増大する。

凝縮した脱着液は第１図の従来法と同様にデカンタ−６
に入って処理され、デカンタ−６下層の分離水は水相中
間槽８に貯えられ、上記の如く循環利用される。

発生した水蒸気は減圧プロワ−１０の吐出側において吸
着槽吹込圧力迄圧縮され、脱着用水蒸気として脱着工程
にある吸着槽２−２に送入され吸着物質の脱着に使用さ
れる。

脱着用水蒸気送入配管中に設けられた流量指示調節計（
ＦＩＣ）によって吸着槽に送入される全水蒸気量が常時
一定となるように外部より不足の水蒸気を調節弁Ｖ−２
を通して補給する。

これはとくに吸着槽を脱着サイクルに切換えた直後の過
渡状態において有効な手段である。

このシステムにおいては減圧ブロワ−１０の吸引力を更
に上昇させ蒸発缶３の缶内圧力を更に減少させれば熱交
換器伝熱面の温度差が増加するので伝熱量が増大し更に
多量の脱着用水蒸気を得ることができる。

このためには減圧ブロワ−の回転数を前記ＦＩＣに連結
して変化させることは実施上の１つの手段である。

次に本発明を実施する態様として第２の例を第３図に示
す。

以下これを昇圧法と称す。即ち脱着工程にある吸着槽２
−２より流出する脱着蒸気は昇圧ブロワ−１１又は圧縮
機によって昇圧され蒸発缶３の熱交換器５の凝縮側５−
２に入る。

脱着蒸気は断熱圧縮により過飽和状態まで昇温するが、
凝縮はその圧力における飽和温度（例えば１．５ｋｇ／
ｃＩＩｔにおいては約１１０°Ｃ）において起る。

一方蒸発缶熱交換器蒸発側５−１はほぼ常圧に保たれ、
従ってその沸点温度（約１００°Ｃ）下にある水との間
に生ずる温度差により熱交換が行われ、上記の如く脱着
蒸気は凝縮し缶内水は沸騰蒸発する。

凝縮した脱着液は昇圧された圧力のままデカンタ−６に
入り、以下第１図と同様に有機溶剤層と水層に分かれ、
有機溶剤はデカンタ−上層よりフロート弁Ｖ−３を通っ
て水気圧下の外部へ取出され回収される。

デカンタ−下層の水は同じくフロート弁Ｖ−４を通って
常圧下の水相中間槽８に入り、第２図の場合と同様に蒸
発缶３の熱交換器蒸発側５−１に送られ、脱着用水蒸気
として吸着槽に送入される。

また蒸発缶よりの水蒸気の不足分を補うための外部より
の水蒸気は前記減圧法と同様吸着槽脱着水蒸気入口ライ
ンに設けられた流量指示調節計ＦＩＣと流量調節弁Ｖ−
２との連動によって補給される。

また吸着槽内を減圧に保ちつつ低温で脱着を行なう場合
にもこの昇圧は適用できる。

この場合には例えば吸着槽入口ラインに圧力指示調節計
を、昇圧ブロワ−吐出側に調節弁およびベントコンデン
サーを備えたベントライン（いずれも図示せず）を分岐
して設けて圧縮水蒸気の一部を凝縮してデカンタ−６に
取り出すことによって一定の減圧度が維持される。

このようにして重縮合し易い溶剤を吸脱着する際に低温
で脱着するので重縮合物の生成が抑えられるから、高温
脱着で生成する重縮合物が脱着されずに活性炭中に残留
することによって活性炭の性能が劣化することが防止さ
れ、併せて脱着用水蒸気量の節減を図ることができる。

さらに本発明の実施態様の第３の例として前記減圧法、
昇圧法の他に、減圧、昇圧を同時に組合せた方式も用い
られる。

即ち第４図に示す如く、（以下昇圧減圧併用法と称す）
吸着槽２−２より排出される脱着蒸気を昇圧ブロワ−１
１により昇圧後、蒸発缶熱交換器凝縮側５−２において
凝縮、デカンタ−６において分離した凝縮水は水相中間
槽８を経て蒸発缶熱交換器蒸発側５−１に入り、缶体９
の内部で減圧ブロワ−１゛０による減圧下において蒸発
し調節弁ｖ−２よりの外部水蒸気と合体して吸着槽２−
２へ脱着用水蒸気として戻るものである。

このように昇圧、減圧２基のブロワ−を設けることによ
り熱交換器の温度差を一定に確保する手段として片方の
みに１基のブロワ−を配置することに比べてこの方式は
ブロワ−の機械効率が高まり所要動力の節減が可能とな
る場合がある。

また昇圧ブロワ−と減圧ブロワ−を併用することにより
吸着槽内の脱着操作圧力を容易に調節することが可能と
なる。

以上は本発明の実施の方法として減圧法、昇圧法また昇
圧減圧併用法による脱着用水蒸気回収方式を水と相互に
不溶性または難溶性を示す有機溶剤を例として説明した
。

このときは脱着蒸気の凝縮液がデカンタ−内において溶
剤と水とにほぼ完全に分離し、デカンタ−水相はそのま
ま蒸発缶に送って脱着用水蒸気として回収することが考
えられる。

この様な溶剤の代表例としてはトルエン、キシレン、ｎ
−へキサン等の炭化水素系溶剤がある。

本発明はこの他に水と部分的に溶解性を有する物質、例
えば酢酸エチル、ＭＩＢＫを対象とする場合にも適用す
ることができる。

即ちデカンタ−における水相中に回収溶剤の溶は込みが
大きい場合に、前記の方法を適用するとその溶剤は蒸発
して脱着用水蒸気と共に吸着槽内に入り、活性炭層に吸
着され、この吸着槽が吸着工程に切換えられた時、脱着
工程中に吸着された溶剤が吸着排ガス中に同伴して排出
され、公害規制上或いは回収効率上問題となる可能性が
ある。

このようなおそれのあるときはデカンタ−よりの水相を
別に設けられた蒸留塔に導き、溶剤を完全に除去し、得
られた水を脱着水蒸気用水として使用することにより解
決できる。

第５図はそのような実施の態様を示す一例である。

蒸発缶熱交換器５において凝縮された有機溶剤及び水は
デカンタ−６において２相に分離された後、水は水相中
間槽８を経て回収蒸留塔１２の塔頂附近より送入される
。

ここで水中に溶解している有機溶剤は蒸留塔塔底より吹
込まれる生蒸気１３によって追出され、塔頂より１部の
水を伴って留出されライン１４を経て蒸発缶熱交換器凝
縮側５−２に入り、吸着槽よりの脱着蒸気と共に、ここ
で蒸気側に潜熱を与えて凝縮し、デカンタ−６へ戻る。

回収蒸留塔において有機溶剤を除かれた水は塔底より抜
出され、流量調節弁ｖ−１を経て蒸発缶熱交換器蒸発側
５−１に送入され、以下第２図の減圧法と同様の操作で
運転が行われる。

以上は吸着物質としてすべて有機溶剤を例に用いて説明
を行ったが、本発明の範囲は有機溶剤悼止まるものでは
なく、広く活性炭に吸着し水蒸気により脱着される有機
物質すべてに適用されることは自明である。

次に実施例を挙げて本発明を説明する。

実施例 乾燥機より発生するトルエンを含むガス中から活性炭を
充填した吸着槽２基を用い、各種について吸着と脱着を
一定時間おきに交互に繰返し連続【的にトルエンを回収
する溶剤回収装置において従来法の水蒸気脱着方式によ
って回収を行った合と本発明による水蒸気脱着方式によ
って回収行った場合とについて同じ仕様条件下で比較し
以下にそのユーティリティー消費量の比較をす。

（１）運転条件 トルエン含有ガス流量 ７３０ＯＮｍ／Ｈガス中のト
ルエン濃度 ２０００卿 トル工ン回収量 ６０ゆ／Ｈ 吸着槽 内径２．７ｍφ 高さ１．５ｍ ２槽活性
炭 １２００ゆ／槽 充填 切換時間 吸着２時間 脱着２時間 使用水蒸気 ２ゆ／ｉＧ 飽和 使用冷却水 ３０℃ （２）脱着ユーティリティー比較 以上の説明において蒸発缶熱交換器の蒸発側に送る水、
即ち脱着用水魚ネの原水はデカンタ−において分離され
た凝縮水またはそれから必要に応じて溶解する溶剤を留
去した水を用いてＧ）る。

しかしながらこれらの回収水に含まれる可能性のある微
量の不純物が本来の目的である吸脱着工程に讐い影響を
及ぼす恐れがある場合には、デカンタ−の分離水を使用
せずに別途清浄水を水蒸気用原水として補給してもよい
ことは勿論である。

本発明の脱着法における水蒸気回収においては蒸発缶の
缶体や減圧または昇圧ブロワ−および配管、計装等の設
備費の増加は当然必要である。

しかしながら上記の如き脱着のための水蒸気の大幅な低
下により若干の電力量の上昇はあるものの、総体的には
大きな経済的効果を与える。

このような投資は処理能力の増大と共に、また水蒸気比
（脱着用水蒸気／回収溶剤量）の大きな物質に対してま
すます効果的である。

【図面の簡単な説明】

図は溶剤脱着工程のフローシートで、第１図は従来法、
第２図〜第５図は本発明の方式で第２図は減圧法、第３
図は昇圧法、第４図は昇圧減圧併用法、第５図は蒸留塔
を設けた減圧法である。 １・・・・・・原ガス、２−１、２−２・・・・・・吸
着槽、３・・・・・・蒸発缶、３′・・・・・・ブロワ
−１４−１、４−２・・・・・・活性炭層、５・・・・
・・熱交換器、５−１・・・・・・蒸発側、５−２・・
・・・・凝縮側、５′・・・・・・凝縮冷却器、６・・
・・・・デカンタ−１７・・・・・・ベントパイプ、８
・・・・・・水相中間槽、９・・・・・・缶体、１０・
・・・・・減圧フ宅ワー、１１・・・・・・昇圧ブロワ
−１１２・・・・・・蒸留塔、１３・・・・・・生蒸気
、１４・・・・・・ライン、Ｖ−１、Ｖ−２・・・・・
・調節弁、Ｖ−３，Ｖ−４・・・・・・フロート弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 活性炭に吸着された物質を脱着するために水蒸気を
   直接炭層に吹込む方法において、炭層から流出する水蒸
   気及び脱着物質蒸気の主として潜熱と供給水との熱交換
   によって上記脱着用の水蒸気を発生させる際に、水蒸気
   発生用蒸発缶の熱交換器の前に流出蒸気を昇圧するため
   の昇圧機構を設置するか、熱交換器の後に蒸発缶内を減
   圧にするための減圧機構を設置するか、あるいはその両
   方を設置して数差を作り脱着用水蒸気を発生させること
   を特徴とする活性炭の脱着器も ２ 流出する水蒸気及び脱着物質蒸気と熱交換する供給
   水が該流出蒸気の凝縮水をデカンタ−において溶剤と分
   離したもの、あるいはそれ今更に精製したものである特
   許請求の範囲第１項記載の活性炭の脱着方法。 ３ 流出する水蒸気及び脱着物質蒸気と熱交換する供給
   水が清浄水である特許請求の範囲第１項記載の活性炭の
   脱着方法。 ４ 活性炭吸着塔、水蒸気脱着により流出する水蒸気お
   よび脱着物質蒸気の混合物と供給水との熱交換によって
   水蒸気を発生させるための蒸発缶並びに蒸発缶の凝縮側
   に設置した昇圧するための昇圧機構及び蒸発缶の蒸発側
   に設置した蒸発缶内を減圧にし吐出蒸気を昇圧するため
   の減圧機構との中の少くとも一機構と補給水蒸気の供給
   ラインとを含むことを特徴とする活性炭脱着装置。