KR101343330B1

KR101343330B1 - 휘발성 유기 화합물의 농축장치 및 농축방법, 및 휘발성유기 화합물의 회수설비 및 회수방법

Info

Publication number: KR101343330B1
Application number: KR1020060065428A
Authority: KR
Inventors: 토모아키 하루타; 준 시마다; 토모히로 데구치
Original assignee: 니찌아스 카부시키카이샤; 츠키시마기카이가부시키가이샤
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2013-12-20
Also published as: KR20070008446A; TWI368535B; JP2007044687A; TW200714347A; JP5240889B2

Abstract

휘발성 유기 화합물을 안전하면서 또한 고농도로 회수할 수 있도록 함과 동시에, 피처리가스계의 압력변동을 방지하면서, 연속적으로 유기 화합물을 분리해서 회수한다.

흡착제를 담지(擔持)한 통기(通氣)틈새를 가지는 구조체가 축심주변으로 회전하는 흡착로터(10)에 대해, 휘발성 유기 화합물을 포함하는 기체를 상기 흡착로터(10)의 축심과 평행하게 통기시키는 통기처리영역(Z1)을 가지고, 상기 휘발성 유기 화합물을 상기 흡착제에 흡착시키는 휘발성 유기 화합물의 회수설비에 있어서, 상기 통기처리영역(Z1)의 회전방향 하류측에 불활성 가스를 통기시켜, 잔류하는 상기 기체를 불활성 가스로 치환하는 불활성가스치환영역(Z2)과, 상기 불활성처리영역의 하류측에 가열된 불활성 가스를 통기시켜, 상기 구조체에 잔류하는 상기 불활성 가스 및 상기 휘발성 유기 화합물을 탈리시키는 탈리처리영역(Z3)을 가지고; 상기 탈리처리영역(Z3)으로부터 배출되는 상기 불활성 가스 및 상기 휘발성 유기 화합물에서 상기 불활성 가스를 분리해 상기 휘발성 유기 화합물을 회수하는 분리·회수수단(18)을 구비한다.

휘발성 유기 화합물, 회수수단, 불활성가스, 탈리처리, 농축방법

Description

휘발성 유기 화합물의 농축장치 및 농축방법, 및 휘발성 유기 화합물의 회수설비 및 회수방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONCENTRATING VOLATILE ORGANIC COMPOUND AND SYSTEM AND METHOD FOR RECOVERING VOLATILE ORGANIC COMPOUND}

도 1은 본 발명의 기본형태의 개요 설명도이다.

도 2는 본 발명의 제1의 실시형태의 개요 설명도이다.

도 3은 흡착로터의 정면도이다.

도 4는 제2의 실시형태의 다른 예의 개요 설명도이다.

도 5는 흡착로터에 대한 처리영역의 구분예를 달리하는 예의 정면도이다.

도 6은 제3의 실시형태의 개요 설명도이다.

도 7은 제4의 실시형태의 개요 설명도이다.

도 8은 제5의 실시형태의 개요 설명도이다.

도 9는 제6의 실시형태의 개요 설명도이다.

도 10은 제7의 실시형태의 개요 설명도이다.

도 11은 제8의 실시형태의 개요 설명도이다.

도 12는 다른 실시형태의 개요 설명도이다.

<부호의 설명>

10:흡착로터 12:가열기

14A,14B,14C:블로워 16:콘덴서

18:분리기 20A,20B:흡착탑

30A,30B:고농도화처리탑 32:열교환기

34:탈수장치 40A,40B:고농도화처리탑

50:유동식흡착회수탑 Z1:통기처리영역(흡착존)

Z2:불활성가스치환영역 Z3:탈리처리영역

Z4:냉각치환영역

본 발명은 공기 등의 기체로부터 유기화합물, 예를 들면 케톤류, 알코올류, 방향족화합물, 올레핀 등의 유기 화합물을 농축하는 농축장치 및 농축방법, 및 유기 화합물의 농축과 함께 유기 화합물을 분리해서 회수하는 설비 및 회수방법에 관한다.

인쇄나 도공설비, 혹은 도장설비에서는 휘발성 유기 화합물을 용제로서 사용하는 관계로, 휘발성 유기 화합물이 기체와 함께 대기로 방출될 가능성을 포함하고 있다. 그 때문에, 환경 대책상, 휘발성 유기 화합물의 대기로의 확산을 방지하기 위해서, 휘발성 유기 화합물을 농축하고, 이것을 분리회수하여, 대기로의 방산(放散) 가스를 청정화하는 것이 급선무가 되고 있다.

이 수단의 대부분은 흡착제를 사용하는 것으로, 대표예 중 하나로, 흡착제를 담지시킨 허니컴형상 로터에 휘발성 유기 화합물을 포함하는 기체를 통기시켜, 흡착제에 휘발성 유기 화합물을 흡착시키는 흡착로터 방식이라고도 불리는 기술이 있다(특허문헌 1 및 2). 또한 흡착제를 충전한 탑식(塔式) 온도스윙흡착회수장치나 압력스윙흡착회수장치, 혹은 흡착제 입자의 유동상(流動床)흡착회수장치도 알려져 있다.

종래의 흡착로터 방식에서는 휘발성 유기 화합물을 고농도로 회수할 때에 산소의 혼입이 있기 때문에, 폭발하한계의 농도의 1/4∼1/5 정도의 농도 정도로 해야 해서, 고농도로의 농축 및 회수에는 한계가 있었다.

한편, 탑식의 온도스윙흡착회수장치나 압력스윙흡착회수장치나 활성탄 유동상흡착회수장치에서는 장치가 커지고, 회분식 운전이 되어 연속 운전은 할 수 없다.

그 결과, 회분(回分) 운전이기 때문에, 처리해야 할 탑간의 전환 시에, 벨브의 개폐조작이 필수가 되며, 그 때문에, 처리해야 할 탑으로 송풍되고 있는 휘발성 유기 화합물을 포함하는 기체의 압력변동이 생기고, 따라서 특히 인쇄나 도공을 행하는 설비에서는 배기계의 압력변동이 되어서 나타나, 결과적으로 인쇄얼룩이나 도공얼룩의 원인이 된다.

[특허문헌 1] 일본국 특허 제2750996호 공보

[특허문헌 2] 일본국 특허공개 평9-173758호 공보

따라서, 본 발명의 과제는 휘발성 유기 화합물을 안전하면서 또한 고농도로 농축 및 회수할 수 있도록 하는 것에 있다. 다른 과제는 피처리가스계의 압력변동 을 방지하면서, 연속적으로 유기 화합물을 분리해서 회수하는 것에 있다.

상기 과제를 해결한 본 발명은 다음과 같다.

<청구항 1항 기재의 발명>

흡착제를 담지한 통기틈새를 가지는 구조체가 축심주변으로 회전하는 흡착로터에 대해, 휘발성 유기 화합물을 포함하는 기체를 상기 흡착로터의 축심과 평행하게 통기시키는 통기처리영역을 가지고, 상기 휘발성 유기 화합물을 상기 흡착제에 흡착시키는 휘발성 유기 화합물의 회수설비에 있어서,

상기 통기처리영역에 대해 흡착로터의 회전방향 하류측에, 가열된 불활성 가스를 통기시켜, 상기 구조체에 잔류하는 상기 휘발성 유기 화합물을 탈리시키는 탈리처리영역을 가지는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 농축장치.

(작용효과)

본 발명은 흡착로터 방식에 관한 설비인데, 고농도로 농축 및 회수하기 위해, 불활성 가스를 사용하고, 기체의 혼입을 가능한 한 억제하여 고농도로 회수할 때에 방폭(防爆) 대책이 뛰어난 농축장치이다.

이 때문에, 가열된 불활성 가스를 통기시켜서 휘발성 유기 화합물을 탈리하도록 하였다. 따라서, 기체에 의해 휘발성 유기 화합물을 탈리시킬 경우에 비교해서, 탈리 가스 중의 기체성분(특히 산소성분)의 비율이 적어져, 폭발의 위험성을 저감할 수 있다. 그 결과, 불활성 가스를 분리해 상기 휘발성 유기 화합물을 회수할 시에, 안전하게 고농도로의 회수가 가능해진다.

또한, 흡착로터 방식에 따르기 때문에, 연속운전이 가능하며, 피처리가스의 배기계의 압력변동이 없고, 특히 인쇄나 도공을 행하는 설비에 있어서, 인쇄얼룩이나 도공얼룩 등의 조업상의 문제를 일으키지 않게 된다.

<청구항 2항 기재의 발명>

상기 통기처리영역에 대해 흡착로터의 회전방향 하류측에, 불활성 가스를 통기시켜, 상기 구조체에 잔류하는 상기 기체를 불활성 가스로 치환하는 불활성가스치환영역과,

상기 불활성가스치환영역에 대해 흡착로터의 회전방향 하류측에, 가열된 불활성 가스를 통기시켜, 상기 구조체에 잔류하는 상기 휘발성 유기 화합물을 탈리시키는 탈리처리영역을 가지는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 농축장치.

(작용효과)

나아가 통기처리영역에 대해 흡착로터의 회전방향 하류측에 불활성 가스를 통기시켜, 구조체에 잔류하는 상기 기체를 불활성 가스로 치환하는 불활성가스치환영역을 마련하는 양태가 특히 권장된다. 따라서, 그 후에 탈리처리영역에 있어서, 상기 휘발성 유기 화합물을 탈리시키고, 분리·회수수단에 의해, 상기 불활성 가스를 분리해 상기 휘발성 유기 화합물을 회수할 때에 기체의 혼입을 방지하도록 하였기 때문에, 안전하게 고농도로의 회수가 가능해진다.

<청구항 3항 기재의 발명>

상기 불활성가스치환영역에 대해 흡착로터의 회전방향 하류측에, 가열된 불활성 가스를 통기시켜, 상기 구조체에 잔류하는 상기 휘발성 유기 화합물을 탈리시키는 탈리처리영역과,

상기 탈리처리영역과 상기 통기처리영역과의 사이에, 상기 탈리처리영역에 통기시키는 불활성 가스보다 온도가 낮은 불활성 가스를 통기시켜, 이 불활성 가스에 의해 상기 구조체를 냉각하고, 상기 구조체에 잔류하는 기체성분과 치환하는 냉각치환영역을 가지는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 농축장치.

(작용효과)

상기 탈리처리영역과 상기 통기처리영역 사이에, 상기 탈리처리영역에 통기시키는 불활성 가스보다 온도가 낮은 불활성 가스를 통기시켜, 이 불활성 가스에 의해 상기 구조체를 냉각하고, 상기 구조체에 잔류하는 기체성분과 치환하는 치환영역을 가지도록 구성하면, 구조체의 냉각에 의해, 또한 휘발성 유기 화합물의 퍼지에 의해 휘발성 유기 화합물의 흡착효율이 높아진다.

<청구항 4항 기재의 발명>

흡착제를 담지한 통기틈새를 가지는 구조체가 축심주변으로 회전하는 흡착로터에 대해서, 휘발성 유기 화합물을 포함하는 기체를 상기 흡착로터의 축심과 평행하게 통기시키는 통기처리영역을 가지고, 상기 휘발성 유기 화합물을 상기 흡착제에 흡착시키는 휘발성 유기 화합물의 회수설비에 있어서,

상기 통기처리영역에 대해 흡착로터의 회전방향 하류측에, 가열된 불활성 가스를 통기시켜, 상기 구조체에 잔류하는 상기 휘발성 유기 화합물을 탈리시키는 탈리처리영역을 가지고;

나아가, 상기 탈리처리영역으로부터 배출되는 상기 불활성 가스 및 상기 휘발성 유기 화합물에서 상기 불활성 가스를 분리해 상기 휘발성 유기 화합물을 회수하는 분리·회수수단을 구비한 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수설비.

(작용효과)

청구항 1의 경우와 동일한 작용효과를 발휘하여, 휘발성 유기 화합물을 바람직하게 회수할 수 있다.

<청구항 5항 기재의 발명>

흡착제를 담지한 통기틈새를 가지는 구조체가 축심주변으로 회전하는 흡착로터에 대해, 휘발성 유기 화합물을 포함하는 기체를 상기 흡착로터의 축심과 평행하 게 통기시키는 통기처리영역을 가지고, 상기 휘발성 유기 화합물을 상기 흡착제에 흡착시키는 휘발성 유기 화합물의 회수설비에 있어서,

상기 불활성가스치환영역에 대해 흡착로터의 회전방향 하류측에 가열된 불활성 가스를 통기시켜, 상기 구조체에 잔류하는 상기 휘발성 유기 화합물을 탈리시키는 탈리처리영역을 가지고;

나아가 상기 탈리처리영역으로부터 배출되는 상기 불활성 가스 및 상기 휘발성 유기 화합물에서 상기 불활성 가스를 분리해 상기 휘발성 유기 화합물을 회수하는 분리·회수수단을 구비한 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수설비.

(작용효과)

청구항 2의 경우와 동일한 작용효과를 발휘하여, 휘발성 유기 화합물을 바람직하게 회수할 수 있다.

<청구항 6항 기재의 발명>

상기 통기처리영역에 대해 흡착로터의 회전방향 하류측에, 불활성 가스를 통 기시켜, 상기 구조체에 잔류하는 상기 기체를 불활성 가스로 치환하는 불활성가스치환영역과,

상기 탈리처리영역과 상기 통기처리영역과의 사이에, 상기 탈리처리영역에 통기시키는 불활성 가스보다 온도가 낮은 불활성 가스를 통기시켜, 이 불활성 가스에 의해 상기 구조체를 냉각하고, 상기 구조체에 잔류하는 기체성분과 치환하는 냉각치환영역을 가지고;

(작용효과)

청구항 3의 경우와 동일한 작용효과를 발휘하여, 휘발성 유기 화합물을 바람직하게 회수할 수 있다.

<청구항 7항 기재의 발명>

상기 불활성가스치환영역에 가열된 불활성 가스를 통기시키게끔 구성한, 청구항 5 또는 6 기재의 휘발성 유기 화합물의 회수설비.

(작용효과)

탈리처리에 앞서 기체를 불활성 가스에 의해 치환할 경우, 이 치환을 위한 불활성 가스가 저온이면 흡착제가 냉각되어 버려, 이어지는 탈리처리에 있어서의 승온이 늦어져 탈리효율이 저하한다. 이 경향은 냉각치환영역을 가지는 경우에 특히 현저하게 된다.

본 항목에 기재된 발명은 이와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 불활성가스치환영역에 통기시키는 불활성 가스를 미리 가열하는 구성을 채용함으로써 탈리효율의 향상을 꾀하는 것이다.

<청구항 8항 기재의 발명>

상기 불활성가스치환영역에 공급하는 상기 불활성 가스와, 상기 탈리처리영역으로부터 배출되는 상기 불활성 가스와의 열교환을 행하는 열교환기를 구비한, 청구항 7기재의 휘발성 유기 화합물의 회수설비.

(작용효과)

불활성가스치환영역에 공급하는 불활성 가스를 가열할 경우, 전용 가열장치를 설치할 수도 있지만, 본 항에 기재된 바와 같이, 탈리처리영역으로부터 배출되는 불활성 가스와의 열교환을 행하도록 구성함으로써 폐열을 이용할 수 있을 뿐 아니라, 후단(後段)에서 휘발성 유기 화합물을 분리·회수함에 있어서 냉각이 필요하게 될 경우라도 그것을 위한 냉각장치를 생략 또는 간략화할 수 있게 된다.

<청구항 9항 기재의 발명>

상기 분리·회수수단에 의해 분리된 불활성 가스를, 상기의 불활성 가스로서 환류시키는 청구항 4∼8 중 어느 한 항에 기재된 휘발성 유기 화합물의 회수설비.

(작용효과)

불활성 가스로서 환류시킴으로써 설비 밖에서 공급하는 가스량을 억제할 수 있고, 대용량의 불활성 가스홀더(gas holder)가 불필요해, 설비를 소형·간소화할 수 있다.

<청구항 10항 기재의 발명>

상기 분리·회수수단이, 흡착제에 흡착시킨 휘발성 유기 화합물을, 온도를 높인 상태로 탈리시키는 온도스윙흡착회수수단, 흡착제에 흡착시킨 휘발성 유기 화합물을, 압력을 저하시킨 상태에서 탈리시키는 압력스윙흡착회수수단, 및 흡착제 입자가 유동하는 과정에서 휘발성 유기 화합물에의 흡착 및 탈리를 행하는 유동식 흡착회수수단에서 선택된 적어도 1 이상의 것인 청구항 1∼6 중 어느 한 항에 기재된 휘발성 유기 화합물의 회수설비.

(작용효과)

본 발명에 있어서, 분리·회수수단으로서는 적절한 것을 단독 혹은 복수의 수단을 조합시켜서 사용할 수 있는데, 그 예시는 청구항에 기재한 것이다.

<청구항 11항 기재의 발명>

상기 불활성 가스의 적어도 하나가 건조 불활성 가스인, 청구항 4∼11 중 어느 한 항에 기재된 휘발성 유기 화합물의 회수설비.

(작용효과)

본 발명자들이 예의 연구한 결과, 공기나, 공기에서 분리 제조되는 질소 등의 불활성 가스에는 상당히 많은 수분이 혼입되어 있으며, 이것을 이용해서 회수처리를 하면, 회수되는 휘발성 유기 화합물에 상당히 많은 수분이 혼입되어, 흡착로터의 후단에서 혼입 수분의 제거를 요하는 경우가 있음이 발견되었다. 특히, 친수성의 유기 화합물을 회수할 경우, 증류나 건조 등의 고도의 처리가 필요하게 된다.

그래서 불활성 가스로서 건조 불활성 가스를 이용하는 것은 바람직한 형태이다. 이것에 의해, 회수되는 유기 화합물로의 수분 혼입을 억제 혹은 저감할 수 있어, 혼입 수분 제거를 위한 장치를 생략 또는 간략화할 수 있게 된다.

<청구항 12항 기재의 발명>

상기 건조 불활성 가스의 상대습도가 10% 미만인, 청구항 11 기재의 휘발성 유기 화합물의 회수설비.

(작용효과)

건조 불활성 가스의 건조의 정도는 휘발성 유기 화합물의 종류나, 분리·회수수단 등의 설비의 구체적 구성 등에 따라서 적절히 정할 수 있지만, 통상의 경우, 상대습도가 10% 미만인 것이 바람직하다.

<청구항 13항 기재의 발명>

상기 휘발성 유기 화합물의 회수계 내에 수분을 공급하는 수단을 구비하지 않은, 청구항 11 또는 12 기재의 휘발성 유기 화합물의 회수설비.

(작용효과)

불활성 가스로서 건조 불활성 가스를 이용할 경우, 후단 장치 등에 있어서 수분을 공급하는 장치, 예를 들면 후술하는 온도 스윙 고농도 회수와 같이 스팀을 공급하는 장치를 구비하지 않음으로써 건조 불활성 가스를 사용하는 것에 따른 효과를 최대한 발휘시킬 수 있다.

<청구항 14항 기재의 발명>

흡착제를 담지한 통기틈새를 가지는 구조체가 축심주변으로 회전하는 흡착로터에 대해, 휘발성 유기 화합물을 포함하는 기체를 상기 흡착로터의 축심과 평행하게 통기시키는 통기처리공정을 가지고, 상기 휘발성 유기 화합물을 상기 흡착제에 흡착시키는 휘발성 유기 화합물의 회수방법에 있어서,

상기 통기처리영역에 대해 흡착로터의 회전방향 하류측에, 가열된 불활성 가스를 통기시켜, 상기 구조체에 잔류하는 상기 휘발성 유기 화합물을 탈리시키는 탈리농축처리공정과,

상기 탈리처리영역으로부터 배출되는 상기 불활성 가스 및 상기 휘발성 유기 화합물에서 상기 불활성 가스를 분리해 상기 휘발성 유기 화합물을 회수하는 분리·회수공정을 가지는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수방법.

(작용효과)

청구항 4에 기재된 발명과 동일한 작용효과를 나타낸다. 다음에 기재하는 청구항에 있어서도, 대조되는 청구항의 발명과 동일한 작용효과를 발휘한다.

<청구항 15항 기재의 발명>

상기 통기처리영역에 대해 흡착로터의 회전방향 하류측에, 불활성 가스를 통 기시켜, 상기 구조체에 잔류하는 상기 기체를 불활성 가스로 치환하는 불활성 가스 치환공정과,

상기 불활성가스치환영역에 대해 흡착로터의 회전방향 하류측에, 가열된 불활성 가스를 통기시켜, 상기 구조체에 잔류하는 상기 휘발성 유기 화합물을 탈리시키는 탈리농축처리공정과,

<청구항 16항 기재의 발명>

상기 통기처리영역에 대해 흡착로터의 회전방향 하류측에, 불활성 가스를 통기시켜, 상기 구조체에 잔류하는 상기 기체를 불활성 가스로 치환하는 불활성 가스 치환공정과,

상기 탈리처리영역과 상기 통기처리영역과의 사이에, 상기 탈리처리영역에 통기시키는 불활성 가스보다 온도가 낮은 불활성 가스를 통기시켜, 이 불활성 가스에 의해 상기 구조체를 냉각하고, 상기 구조체에 잔류하는 기체성분과 치환하는 냉각치환공정과,

<청구항 17항 기재의 발명>

상기 불활성가스치환영역에 가열된 불활성 가스를 통기시키는 청구항 15 또는 16기재의 휘발성 유기 화합물의 회수방법.

<청구항 18항 기재의 발명>

상기 불활성가스치환영역에 공급하는 상기 불활성 가스와, 상기 탈리처리영역으로부터 배출되는 상기 불활성 가스와의 열교환을 행하는, 청구항 17기재의 휘발성 유기 화합물의 회수방법.

<청구항 19항 기재의 발명>

상기 분리·회수공정에서 분리된 불활성 가스를, 상기의 불활성 가스로서 환류시키는 청구항 14∼18 중 어느 한 항에 기재된 휘발성 유기 화합물의 회수방법.

<청구항 20항 기재의 발명>

상기 분리·회수공정이, 흡착제에 흡착시킨 휘발성 유기 화합물을, 온도를 높인 상태로 탈리시키는 온도스윙흡착회수방법, 흡착제에 흡착시킨 휘발성 유기 화합물을, 압력을 저하시킨 상태에서 탈리시키는 압력스윙흡착회수방법, 및 흡착제 입자가 유동하는 과정에서 휘발성 유기 화합물에의 흡착 및 탈리를 행하는 유동식 흡착회수방법에서 선택된 적어도 1 이상의 방법에 의해 행해지는 것인 청구항 14∼19 중 어느 한 항에 기재된 휘발성 유기 화합물의 회수방법.

<청구항 21항 기재의 발명>

상기 불활성 가스의 적어도 하나가 건조 불활성 가스인, 청구항 14∼20 중 어느 한 항에 기재된 휘발성 유기 화합물의 회수방법.

<청구항 22항 기재의 발명>

상기 건조 불활성 가스의 상대습도가 10% 미만인, 청구항 21 기재의 휘발성 유기 화합물의 회수방법.

<청구항 23항 기재의 발명>

상기 휘발성 유기 화합물의 회수계 내에 수분을 공급하지 않는, 청구항 21 또는 22기재의 휘발성 유기 화합물의 회수방법.

<발명의 실시형태>

이하, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태를 설명하면서 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명이 대상으로 하는 휘발성 유기 화합물(도면에서는 VOC로 약기함)의 한정은 없지만, 예를 들면 톨루엔이나 크실렌, 초산에틸 등을 들 수 있다. 또한, 상기 휘발성 유기 화합물은 예를 들면, 공기 등의 기체와 혼합되어 본 설비에 도입된다.

본 발명의 흡착제(흡착재)로서는 처리대상인 휘발성 유기 화합물의 종류에 따라 선택하면 되고, 그 종류가 한정되는 것은 아니지만, 피처리가스의 가스 흐름에 의해 온도를 빼앗아, 흡착제의 온도상승이 일어나지 않을 정도의 흡착열만을 발생시키는 소수성 실리카겔이나, 메소구멍(meso hole)을 가진 소수성 제올라이트, 메소구멍을 가진 활성탄을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 메소구멍을 가진 소수성 제올라이트나 메소구멍을 가진 활성탄을 이용함으로써 흡착한 고농도 휘발성 유기 화합물을 100℃ 이하의 온도에서 흡착제로부터 탈리할 수 있다. 그로 인해 더욱 폭발발생인자를 해소할 수 있다. 무기질의 합성 제올라이트는 내열성 및 내약품성이 뛰어나며, SiO₂/Al₂O₃비가 높은 것은 습한 공기를 처리해도 수분을 흡착하지 않고 휘발성 유기 화합물을 선택적으로 흡착하기 때문에 바람직하다.

캐리어 가스로서 사용하는 불활성 가스는 질소나 이산화탄소와 같이 연소·폭발을 저해하는 가스이면서 또한 흡착제에 흡착하지 않는 성분의 가스를 사용한다.

<실시형태>

다음으로 몇 개의 설비 및 회수방법의 실시형태를 제시하지만, 이것은 일례를 제시한 것일 뿐 본 발명을 제한하는 것은 아니다.

(기본적인 실시형태)

도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 흡착제를 담지한 통기틈새를 가지는 구조체가 축심주변으로 회전하는 흡착로터(10)를 사용한다. 구조체의 예로서는 특허문헌 1 및 2 등의 허니컴 구조체를 사용할 수 있다. 흡착로터(10)는 원반형상을 이루며, 그 축심과 평행하게 통기시키는 것이다.

흡착로터(10)는 통기처리영역(흡착존; Z1)을 가지고, 이것에 휘발성 유기 화합물을 포함하는 공기(VOC+공기)를 블로워(14A)에 의해 흡인 통기시켜, 휘발성 유기 화합물(VOC)을 구조체의 흡착제에 흡착시키고, 다른 영역에 있어서 탈리시켜서 휘발성 유기 화합물을 회수하도록 하고 있다. 여기서 휘발성 유기 화합물을 포함하는 공기의 예를 제시했지만, 대상의 피처리 기체에 따라 공기 이외의 다른 기체의 경우도 포함된다.

흡착제로서는 먼저 서술한 소수성 실리카겔이나, 메소구멍을 가진 소수성 제올라이트, 메소구멍을 가진 활성탄을 사용하는 것이 바람직하다.

흡착로터(10)는 상시 회전한다. 이 흡착로터(10)에 대해, 세퍼레이터(S)가 후술하는 각 영역을 분리하고 있다. 예를 들면, 흡착로터(10)의 전후면에 도시하지 않은 한쌍의 박스가 배치되고, 그 박스들에 대상 기체의 출입구가 형성되며, 각 영역을 분리하는 세퍼레이터(S)는 박스에 대한 실(seal) 수단도 가진다.

흡착로터(10)의 회전에 따라, 통기처리영역(흡착존;Z1)이었던 부분이, 통기처리영역(Z1)에 대하여 흡착로터의 회전방향 하류측에 있어서의 탈리처리영역(Z3)으로 이행한다. 이 탈리처리영역(Z3)에 있어서, 가열기(12)로 가열한 불활성 가스(주로 후술하는 회수 불활성 가스를 사용할 수 있음. 부족분은 메이크업용 불활성 가스를 사용할 수 있음)를 통기시킨다. 이로 인해 흡착제에서 휘발성 유기 화합물이 탈리되며, 불활성 가스와 함께 가스의 형태로 블로워(14B)에 의해 배출된다. 여기서, 탈리처리영역(Z3)에서는 탈리효율을 높이기 위해서는 통기처리영역(흡착존;Z1)의 통기방향과 반대의 방향에서 통기시키는 것이 중요하다.

배출된 상기 불활성 가스 및 상기 휘발성 유기 화합물에서 상기 불활성 가스를 분리해 상기 휘발성 유기 화합물을 회수한다.

그 후에, 당초의 통기처리영역(Z1)으로 이행한다. 흡착로터(10)는 1회전하는 과정에서 전술한 조작을 반복하여, 연속적으로 휘발성 유기 화합물 성분을 농축·회수하는 것이다.

(실시형태 1)

도 2에는 나아가 불활성가스치환영역(Z2)을 가지는 바람직한 실시형태 1을 나타내었다. 즉, 흡착로터(10)의 회전에 따라, 상술한 통기처리영역(흡착존;Z1)이었던 부분이, 통기처리영역(Z1)에 대해 흡착로터의 회전방향 하류측에 있어서의 불활성가스치환영역(Z2)으로 이행한다. 이 불활성가스치환영역(Z2)에 있어서 불활성 가스(주로 후술하는 회수 불활성 가스인데, 부족분은 메이크업용 불활성 가스이다)를 통기시켜, 구조체에 잔류하는 공기 가스를 불활성 가스로 치환한다.

한편, 흡착로터 후면(치환에 의해 배출되는 기체의 배출면)에 있어서, 불활성가스치환영역(Z2)과 통기처리영역(Z1)을 분할하는 세퍼레이터(S)의 상기 박스에 대한 실 수단을 설치하지 않고, 이들 흡착로터 후면측에 대해서는 공통 영역으로 하면, 불활성가스치환영역(Z2)의 배기가스와 통기처리영역(Z1)을 통과한 정화 가스와 함께 계 외로 배출할 수 있어, 농축장치를 단순한 구조로 할 수 있다.

치환 가스의 풍량은, 예를 들면 다음과 같이, 허니컴 로터의 공극률과 불활성가스치환영역의 회전각도에 따라서 결정할 수 있다. 즉 지금, 허니컴 로터 직경이 D[m], 두께가 W[m]일 경우, 불활성가스치환영역 각도가 θ[도], 공극률이 R[%]일 경우, 회전속도[rphr]로 하면, 치환 가스의 최저필요량 V는 이하의 식(1)으로 산출된다.

V=R×θ×(D²×π/4)×W/360[m³/hr] ···(1)

단, 유속은 층류역(層流域)으로 설정하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 유속을 3m/s 이하, 특히 1~2m/s로 하는 것이 바람직하다.

또한, 치환영역은 도 2에 기재된 것과 같은 부채형의 형상으로 한정할 필요는 없고, 치환 가스 공급에 적합한 구조로 하면 된다. 예를 들면, 흡착로터(10)의 회전축을 중심으로 하는 반경방향 바깥쪽이 넓어지는 부채형의 형상일 경우, 그 반경방향에 관한 부위에 대해서, 외주측일수록 기체가 통과하는 선속도가 늦어지는 불균일한 것이 된다. 또한 기체로 치환할 경우, 소정의 선속도 이상으로 할 필요가 있어, 그 선속도를 확보하기 위해 외주측에서의 필요한 선속도를 기준으로 해서 주입 유량·유속을 확보할 필요가 있기 때문에, 필연적으로 큰 블로워를 설치할 수 밖에 없게 된다.

그래서 도 12와 같이 흡착로터(10)의 회전축을 중심으로 하는 반경방향을 따라, 실질적으로 평행한, 직사각형 슬릿형상의 불활성가스치환영역(Z2)으로 하면, 작은 유량으로 치환에 필요한 유속(선속도)을 얻는 것이 가능해져, 치환에 필요한 불활성 가스의 사용량을 적게 할 수 있다. 나아가 불활성가스치환영역(Z2) 자체가 작아지므로, 결과적으로 통기처리영역(흡착존;Z1), 탈리처리영역(Z3)이나 냉각치환영역(Z4)의 통기면적을 넓게 할 수 있다. 직사각형 슬릿형상 단면의 불활성가스치환영역(Z2)의 형성에는, 2개의 세퍼레이터(S)를 원 중심에서 외주방향을 향해 평행하게 설치하면 되고, 그 폭은 허니컴 피치보다 넓게 하는 것이 바람직하다.

더욱 시간이 경과하면, 흡착로터(10)의 회전에 따라서, 구조체의 불활성가스치환영역(Z2)이 위치하고 있었던 부분이, 탈리처리영역(Z3)으로 이행한다. 이 탈리처리영역(Z3)에서는 분리회수한 불활성 가스를 가열기(12)에 의해 가열한 불활성 가스를 통기시킨다. 이것에 의해서, 흡착제에서 휘발성 유기 화합물이 탈리되며, 불활성 가스와 함께 가스의 형태로 블로워(blower; 14B)에 의해 배출된다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 탈리처리영역(Z3)을 통과한 후, 당초의 통기처리영역(Z1)에 직접 이행시키도록 해도 좋지만, 바람직하게는 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 탈리처리영역(Z3)의 하류측에, 냉각치환영역(Z4)을 설치한다. 이 냉각치환영역(Z4)에서는 도 4에 나타내는 바와 같이, 불활성 가스를 통기시켜, 구조체에 잔류하고 있는 가열된 불활성 가스와 휘발성 유기 화합물 가스를, 불활성 가스로 치환하고, 또한 통기시킨 불활성 가스에 의해 구조체를, 휘발성 유기 화합물을 충분히 흡착할 수 있는 온도까지 냉각한다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 냉각치환영역(Z4)을 설치할 경우에는, 냉각치환영역(Z4)을 통기시킨 불활성 가스를, 가열기(12)에 의해 가열하고, 탈리처리영역(Z3)에 통기시킬 수 있다.

그 후에, 당초의 통기처리영역(Z1)으로 이행한다. 흡착로터(10)는 1회전하는 과정에서, 상술한 조작을 반복하여, 연속적으로 휘발성 유기 화합물 성분을 농축·회수한다.

(실시형태 2)

흡착제에서 탈리한 휘발성 유기 화합물 성분의 회수방법에는 각종의 형태를 채용할 수 있다.

제1의 예는 앞서 도시한 바와 같이, 탈리처리영역(Z3)으로부터의 배기를, 블로워(14B)에 의해 콘덴서(16)에 통과시켜 냉각해 응축시켜, 휘발성 유기 화합물 성분의 액화를 꾀한다. 그 후, 기액(氣液)분리기(18)에 있어서, 불활성 가스를 분리 회수하고, 휘발성 유기 화합물 성분은 액체의 형태로 회수한다. 회수한 불활성 가스는 흡착로터(10)에 있어서의 처리용 불활성 가스로서 재이용된다.

(실시형태 3:압력 스윙 탈수）

탈리 가스에 수분이 혼입되는 것과 같은 경우에는 도 6의 구성으로 할 수 있다. 즉 응축기의 전단(前段)에 탈수재로서 HY형 제올라이트(예를 들면 토소카부시키가이샤, HSZ-330HUD)나 NaA형 제올라이트(예를 들면 미즈사와카가쿠코교카부시키가이샤, 미즈카시브스;914B)나 몰레큘러 시브(molecular sieve)(예를 들면 도모에코교카부시키가이샤, 몰레큘러 시브 4A XH-5) 등의 탈수재를 충전한 2탑식 압력스윙흡착회수장치를 마련함으로써, 회수한 휘발성 유기 화합물 성분에의 수분의 혼입을 피할 수 있다.

구체적으로, 흡착제를 충전한 흡착탑(20A,20B)을 마련하고, 한쪽 흡착탑에 휘발성 유기 화합물 성분 가스를 유통시키는 과정에서, 다른쪽 흡착탑으로부터, 진공펌프(22)에 의해 탑 내의 수분을 흡인하여, 콘덴서(24)에 의해 응축하고, 분리기(26)에 의해 수분을 배수(排水)로서 제거하는 것이다. 이러한 흡착탑(20A,20B)에서의 처리조작이 교대로 행해진다.

(실시형태 4:압력 스윙 고농도회수)

보다 고농도로 휘발성 유기 화합물을 회수할 경우에는, 도 7의 구성으로 할 수 있다. 즉, 흡착제를 충전한 고농도화처리탑(30A,30B)을 마련하고, 한쪽 고농도화처리탑(30A)에 휘발성 유기 화합물 성분 가스를 유통시켜, 휘발성 유기 화합물을 흡착시킨다. 적절한 시점에, 앞서 흡착처리를 행한 다른쪽 고농도화처리탑(30B)에서 진공펌프(22)에 의해 휘발성 유기 화합물을 포함하는 가스를 흡인하여, 이것을 콘덴서(16)에 의해 응축하고, 기액분리기(18)에 의해 휘발성 유기 화합물을 고농도의 것으로 회수한다. 응축하지 않는 가스 성분은 반송로(返送路)(36)에 의해 반송된다. 고농도화처리탑을 통기한 휘발성 유기 화합물을 분리한 불활성 가스는 수분을 함유할 경우에는 필요에 따라 마련하는 탈수장치(34)에 의해 탈수한 후에, 환류해서 재사용한다. 결국, 고농도화처리탑(30A,30B)은 한쪽을 흡착탑, 다른쪽을 탈리탑으로 해서 교대로 사용한다. 32는 필요에 따라 마련되는 열교환기이며, 가스를 소정의 온도까지 냉각하는 것이다.

(실시형태 5: 온도 스윙 고농도 회수)

보다 고농도로 휘발성 유기 화합물을 회수할 경우의 다른 예는 도 8의 구성이다. 즉, 흡착제를 충전한 고농도화처리탑(40A,40B)을 마련하고, 한쪽 고농도화처리탑(40A)에 휘발성 유기 화합물 성분 가스를 유통시켜, 휘발성 유기 화합물을 흡착시킨다. 적절한 시점에서, 앞서 흡착처리를 행한 다른쪽 고농도화처리탑(40B)에 스팀을 보내고, 흡착제에 흡착된 휘발성 유기 화합물을 탈리시켜 이것을 콘덴서(16)에 의해 응축하고, 분리기(42)에 의해 수분과 분리해 휘발성 유기 화합물을 고농도의 것으로 회수한다. 드레인(drain)은 펌프(44)로 배수한다. 결국, 고농도화처리탑(40A,40B)는 한쪽을 흡착탑, 다른쪽을 탈리탑으로 해서 교대로 사용한다.

도 7에는 흡착제로서 입상(粒狀)의 흡착제(예를 들면 활성탄)의 예를 나타냈지만, 섬유형상의 흡착제(예를 들면 활성탄)인 경우에도 탑 내부로의 배치 양태를 바꾸는 것만으로 동일한 구성으로 구성할 수 있다.

(실시형태 6: 유동식흡착회수수단)

도 9에는 유동식흡착회수수단(50)에 의해 고농도 회수를 꾀하는 예를 나타내었다. 즉, 유동층형식의 유동식 흡착 회수탑(50)은 상부에 예를 들면 격자(grating)형식의 트레이(50a)를 가지고, 하부에 유하통(流下筒)(50b)을 구비하고, 휘발성 유기 화합물을 함유한 불활성 가스를 송입(送入)하여, 트레이(50a)를 순차적으로 흘러내리는 흡착제에 휘발성 유기 화합물을 흡착시킨다. 유하통(50b)을 하강하는 흡착제는 유동화 가스에 의해 순환시킨다. 탈리시에는 하부에서 탈리 가스를 송입하고, 배출 가스를 콘덴서(16)에 의해 응축하여, 기액분리기(18)에 의해 불활성 가스와 분리해 휘발성 유기 화합물을 고농도의 것으로 회수한다.

(실시형태 7: 불활성 가스 치환을 이용한 예열수단)

불활성가스치환영역(Z2)을 가지는 형태에서는, 불활성가스치환영역(Z2)에 가열된 불활성 가스를 통기시켜서, 탈리농축처리에 앞서 흡착로터(10)의 통기틈새를 예열하는 것이 바람직하다. 도 10 및 도 11은 치환 가스의 예열을 행하는 응용형태 를 나타내고 있다.

도 10은 상술한 실시형태 4에의 적용예, 도 11은 실시형태 6에의 적용예를 각각 나타내고 있고, 불활성가스치환영역(Z2)에 공급하기 전의 불활성 가스와, 탈리처리영역(Z3)으로부터 배출되는 불활성 가스를 간접가열형의 열교환기(33)에 각각 공급하고, 전자의 가스를 후자의 가스와의 열교환에 의해 가열한 후에, 불활성가스치환영역(Z2)에 공급하도록 구성한 것이다. 이 경우, 탈리처리영역(Z3)으로부터 배출되는 불활성 가스는 열교환에 의해 냉각된다.

불활성가스치환영역(Z2)에 공급하는 불활성 가스의 가열 정도는 적절히 정할 수 있는데, 예를 들면 도시 형태에 있어서 탈리처리영역(Z3)으로부터 배출되는 불활성 가스의 온도가 50∼60℃이며, 후단의 분리·회수에 적합한 온도가 40℃ 이하라고 하면, 불활성가스치환영역(Z2)에 공급하는 불활성 가스를 열교환기(33)에 의해 40∼50℃로 가열함과 동시에, 탈리처리영역(Z3)으로부터 배출되는 불활성 가스를 40℃ 이하로 냉각하는 것이 바람직하다.

한편, 도시 형태와 달리, 불활성가스치환영역(Z2)에 공급하는 불활성 가스를 가열하기만 하는 전용 가열장치를 마련할 수도 있다.

어느 쪽으로 하든, 불활성가스치환영역(Z2)에 공급하는 불활성 가스를 가열함으로서, 휘발성 유기 화합물을 흡착한 흡착제를 예열하고, 이어지는 탈리농축처리에 있어서의 승온을 촉진시킬 수 있어 탈리 효율이 향상되게 된다. 또한 도시 형태와 같이, 탈리처리영역(Z3)으로부터 배출되는 불활성 가스와의 열교환을 행하도록 구성함으로써 폐열 이용에 의해 탈리 효율을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 후단에서 휘발성 유기 화합물을 분리·회수할 때에 냉각이 필요하게 되는 경우라도, 그를 위한 냉각장치를 생략 또는 간략화할 수 있게 되어, 전체적으로 열에너지의 절약을 꾀할 수 있다.

(실시형태 8: 건조 불활성 가스의 사용)

불활성가스치환영역(Z2)이나, 탈리처리영역(Z3), 냉각치환영역(Z4)에서 사용되는 불활성 가스의 적어도 하나, 바람직하게는 모두가, 소정 습도 미만의 건조 불활성 가스인 것이 바람직하다. 본 발명은 대상이 되는 휘발성 유기 화합물의 종류에 따라 한정되는 것은 아니지만, 건조 불활성 가스의 사용은 친수성의 휘발성 유기 화합물을 대상으로 하는 경우에 특히 바람직하다. 건조 불활성 가스의 사용에 의해, 회수되는 유기 화합물에의 수분 혼입을 억제 혹은 저감할 수 있고, 혼입수분 제거를 위한 장치를 생략 또는 간략화할 수 있게 된다.

건조 불활성 가스의 건조의 정도는 적절히 정할 수 있지만, 통상의 경우, 상대습도가 10% 미만인 것이 바람직하고, 5% 미만이면 특히 바람직하다.

건조 불활성 가스는, 보통 사용되는 불활성 가스를 미리 제습처리함으로써 제조하여, 사용할 수 있다. 건조 불활성 가스의 제조처리는 본 발명의 회수처리의 일환으로서 실시해도 되고, 또한 별도 제조하여 저류(貯留)해 둔 건조 불활성 가스를 이용하도록 해도 된다. 건조 불활성 가스의 제조처리는 적절히 선택할 수 있고, 예를 들면, 흡착(PSA)이나 막분리에 의해 질소를 분리한 후, 이 질소를, 실리카겔을 담지한 허니컴 로터에 의한 제습처리, 실리카겔이나 소석회, 소다석회 등을 충전한 충전탑을 사용한 제습처리, 냉각수(chiller water)(4℃ 이하)를 사용한 응축기에 의한 제습처리, 혹은 농황산액 중을 통과시키는 제습처리 등, 적절한 제습처리를 사용해서 소망하는 수준까지 건조시키는 방법을 채용할 수 있다.

건조 불활성 가스의 사용은 수분 혼입을 방지하는 것이 주목적이기 때문에, 휘발성 유기 화합물의 회수계 내에 수분을 공급하지 않는 형태로의 적용이 바람직하다. 예를 들면, 상술한 실시형태 4, 6의 프로세스에 응용하면, 수분을 첨가하는 처리가 프로세스 중에 없어 건조한 채로 재이용이 가능해, 건조 질소 가스의 소비량을 적게 할 수 있다.

[실시예]

다음으로 실시예를 들어 본 발명의 효과를 명백하게 한다.

<실시예 1>

도 2 및 도 3에 나타내는 장치를 사용하였다. 사용한 허니컴 구조체의 로터장치로서는 허니컴 로터 외경:600mm의 것을 사용해, 톨루엔 1000ppm의 농도의 가스를 3Nm³/hr 처리한 예이다. 예를 들면 코터로부터 배출된 40℃ 이하의 가스를 상정한 설비에 있어서, 용기 내에서 공기를 액체 톨루엔 내에서 버블링시켜, 공기의 유량을 조정하고, 용기로부터 배출하는 가스 유량을 조정함으로써 당해 톨루엔 가스의 농도를 조정하였다.

이 톨루엔 가스를 허니컴 구조체의 로터의 흡착존에 통과시켜, 톨루엔을 흡착시킨다. 허니컴 구조체의 로터는 2∼24rph의 회전시간의 범위에서 설정한다. 흡착존을 통과한 가스를 허니컴 구조체의 로터를 통과시켜, 허니컴 구조체의 로터에 담지되어 있는, 소수성 제올라이트의 흡착재로 톨루엔을 흡착해 가스를 정화하여, 톨루엔 5∼50ppm 이하까지 정화시켰다.

현실적으는, 로터 회전시간을 3rph로 행하여, 톨루엔 8ppm까지 정화할 수 있음을 발견하였다. 정화된 가스에 톨루엔이 높은 농도로 잔존하고 있는 경우에는 허니컴 구조체의 로터의 회전시간을 짧게 함으로써 단시간당 흡착능을 높여 톨루엔을 흡착 처리하고, 정화 가스의 톨루엔 잔존량을 낮게 할 수 있다. 또한, 정화된 가스의 일부를 흡착존(통기처리영역)으로 되돌려, 더 정화함으로써 정화 가스 중의 잔존하고 있었던 톨루엔을 흡착 제거할 수 있어, 정화 가스의 톨루엔 잔존농도를 낮출 수 있다.

흡착존에서 톨루엔을 흡착한 존은, 시간이 지나면 냉각치환영역으로 연속적으로 이동해, 공기와 불활성 가스의 치환이 행해진다. 그때의 불활성 가스에 질소를 사용하고, 유량은 0.05Nm³/hr로 통기시켰다. 불활성 가스에 질소를 이용함으로써 이 존의 산소농도는 2% 이하로 저하하였다.

이 존이 탈리존으로 이동해, 흡착한 톨루엔이 탈리된다. 그때의 탈리 공기의 온도는 150∼200℃의 범위에 있다.

허니컴 구조체의 로터장치의 원리는 처리풍량과 공급농도의 곱을 탈리의 가열공기풍량으로 나눈 값이 대략 탈리 회수되는 성분농도가 된다.

본 실시예에서는 처리풍량을 3m³/hr, 톨루엔 농도를 1000ppm으로 했기 때문에, 톨루엔의 폭발하한계값의 4분의 1이나 5분의 1로 할 필요가 있다. 참고로, 톨루엔의 폭발하한계값은 1.1vol%이다. 그 때문에 종래의 방법에서는 탈리할 수 있는 톨루엔 농도가 2200∼2750ppm까지로 한정되어 있었다. 또한, 폭발방지 조치로서 산소농도를 10%이하로 하는 것이 바람직하다고 일반적으로 일컬어지고 있다.

본 실시예에서는 앞서 서술한 바와 같이 산소농도가 2% 이하까지 내려가 있고, 톨루엔을 고농도로 회수하기 위해서 탈리 공기를 가열한 질소를 사용하고, 0.5Nm³/hf로 통기하였다. 그 결과, 톨루엔 농도 5800ppm으로 회수할 수 있어, 약 97%의 회수율을 얻을 수 있었다. 이 회수한 톨루엔 가스의 산소농도는 1% 정도로 유지되고 있었다.

이 가스를 후단의 응축기에 냉각수(4도)를 통과시켜 톨루엔을 응축시키고, 분리기로 질소 가스와 응축한 톨루엔을 분리해, 톨루엔을 액체로 11.9g/hr로 회수할 수 있었다. 분리한 질소 가스 중의 톨루엔 잔존은 1ppm 이하로 억제되었다.

<실시예 2>

시트의 라미네이트로부터 배출되는 VOC 가스를 상정하고, 초산에틸로 실험을 행하였다. 초산에틸의 가스는 톨루엔과 동일한 방법으로 조정하고, 농도 2000ppm으로 하였다.

풍량은 3Nm³/hr로 하고 실시예 1과 동일한 허니컴 구조체의 로터장치로 동일한 조작을 행하였다.

그 결과, 허니컴 구조체의 로터장치로부터 회수된 초산에틸 가스는 11400ppm(1.14vol%)으로 회수할 수 있어, 약 95%의 회수율을 얻었다.

초산에틸의 폭발한계 하한값은 22000ppm(2.2vol%)으로 종래의 회수방법에서는 4400∼5500ppm이 한도였다. 이 실험에서는 종래의 회수방법의 회수 초산에틸의 약 2배의 농도로 회수할 수 있었다.

그 후단에서, 응축기에 30℃ 냉수를 통과시켜, 분리기로 액화된 초산에틸과 질소를 분리하고, 초산에틸을 액체로 22.4g/hr의 양을 회수할 수 있었다. 분리한 질소 가스에는 5ppm정도의 초산에틸의 잔존이 확인되었다.

<실시예 3>

건조 질소의 사용 효과를 확인하기 위한 실험을 행하였다. 도 1에 나타내는 장치를 사용하고, 온도 40℃, 상대습도 35%, 절대습도 0.016kgH₂O/kgD.A.의 초산에틸 가스를, 풍량 130m³/min로 로터장치에 공급함과 동시에, 불활성 가스로서 온도 20℃, 상대습도 5%, 절대습도 0.000725kgH₂O/kgD.A.의 건조 질소 가스를, 탈리처리영역(Z3)에 대하여 풍량 20m³/min로 공급한 것 이외에는 실시예 2와 동일하게 해서 조작을 행하였다. 또한, 건조 질소 가스 대신에, 온도 30℃, 상대습도 90%, 절대습도 0.024kgH₂O/kgD.A.의 공기를 이용했을 경우에 대해서도 실험하였다. 실험결과를 표 1에 나타내었다. 이 결과로부터도 알 수 있는 바와 같이, 건조 질소의 사용에 의해 수분 혼입을 현저하게 저감할 수 있다.

사용가스	회수량 (kg/hr)	순초산에틸 회수량 (kg/hr)	초산에틸 회수순도 (%)	수분량 (kg/hr)	수분혼입량 (%)
건조질소	31.3	29.4	94	1.9	6
공기	75.3	29.4	39	45.9	61

<실시예 4>

본 실시예의 장치의 구성은 존(zone)이 허니컴 로터의 원주방향으로 4분할되어 있고, 통기처리영역으로부터 회전방향으로 차례대로 불활성가스치환영역, 탈리처리영역, 냉각치환영역이 형성되어 있다. 처리가스는 통기처리영역을 통과해, 실외로 배기된다. 불활성가스치환영역에는 질소발생기로 제조한 질소 가스를 도입하고, 관형상 통기틈새에 존재하는 피처리가스(유기용매를 포함하는 공기)를 질소 가스로 치환한다. 불활성가스치환영역에서 배출된 가스는 처리 존의 가스와 혼합되며 실외로 배기된다. 탈리처리영역에는 불활성가스치환영역과 같은 질소발생기로 제조한 질소 가스를 가열장치로 가열한 후에 도입하고, 로터에 흡착된 유기용매를 탈착시킨다. 탈착한 유기용매는 회수기에 도입되며 응축 회수된다. 유기용매를 회수한 후의 불활성 가스는 외기(外氣)로 배출된다. 냉각치환영역에도 동일하게 질소 가스를 도입하고, 냉각치환영역 통과 후의 가스는 재생 가스의 가열기에 도입되어 재생 가스로서 재이용된다.

로터에는 합성 제올라이트가 담지되어 있고, 사이즈는 직경 2,000mm, 두께 400mm(축의 부분은 지름 200mm로 한다)이다. 이 로터를 회전수 8rph로 회전시켰다. 이때, 불활성가스치환영역, 탈리처리영역, 냉각치환영역, 통기처리영역의 면적비는 약 1:14.4:14.4:85.4(슬릿은 30mm×900mm)이었다.

이 장치에, 초산에틸 2,000ppm을 포함하는 처리가스를 35℃, 50%RH의 조건 하에 풍량 207.5m³/min(1.5m/s)로 통기처리영역에 도입하였다. 통기처리영역의 출구측 농도는 초산에틸 180ppm(제거성능 91%)이었다. 이때, 탈리처리영역의 풍량은 35.0m³/min(1.5m/s), 냉각치환영역의 풍량은 35.0m³/min(1.5m/s)이었다. 불활성가스치환영역에는 슬릿을 마련하였고, 치환 가스의 풍량은 1.6m³/min(1m/s), 질소 가스의 총사용량은 36.6m³/min이었다. 이때의 농축배율은 6배로, 재생출구의 초산에틸 농도는 10920ppm(1.09%), 산소농도는 25ppm이었다. 이 초산에틸 농도는 공기 중에서의 폭발한계(2.5%)의 1/3(0.8%)이 되는 안전범위를 넘어서고 있지만, 산소농도가 매우 낮기 때문에 안전한 운전이 가능하였다.

<비교예 1>

불활성가스치환영역이 없는 것 이외에는 실시예 4와 동일하게 실험을 행하였다.

로터에는 합성 제올라이트가 담지되어 있고, 사이즈는 지름 2,000mm, 두께 400mm(축의 부분은 직경 200mm로 함)이다. 이 로터를 회전수 8rph로 회전시켰다. 이때, 탈리처리영역, 냉각치환영역, 통기처리영역의 면적비는 약 1:1:6이었다.

이 장치에 초산에틸 2,000ppm을 포함하는 처리가스를 35℃, 50%RH의 조건하에 풍량 209.9m³/min(1.5m/s)로 통기처리영역에 도입하였다. 통기처리영역의 출구측 농도는 초산에틸 178ppm(제거성능 91%)이었다. 이때, 탈리처리영역의 풍량은 35.0m³/min(1.5m/s), 냉각치환영역의 풍량은 35.0m³/min(1.5m/s)이었다. 이때의 질소 가스의 총사용량은 35.0m³/min이었다. 이때의 농축배율은 6배로, 재생출구의 초산에틸 농도는 10920ppm(1.09%), 산소농도는 0.07%가 되며, 산소농도가 높아 위험하기 때문에 운전을 정지하였다.

본 발명에 따르면, 상기의 작용효과를 나타내는 것이며, 이것을 요약하면, 휘발성 유기 화합물을 안전하면서 또한 고농도로 농축 및 회수할 수 있는 동시에, 피처리가스계의 압력변동을 방지하면서, 연속적으로 유기 화합물을 분리해서 회수할 수 있다.

Claims

휘발성 유기 화합물을 흡착제에 흡착시키는 휘발성 유기 화합물의 농축장치에 있어서,

상기 농축장치는 상기 흡착제를 담지한 통기틈새를 가지는 구조체가 축심주변으로 회전하는 흡착로터를 포함하며,

상기 흡착로터는

상기 휘발성 유기 화합물을 포함하는 기체를 상기 흡착로터의 축심과 평행하게 통기시키는 통기처리영역; 및

상기 흡착로터의 상기 통기처리영역에 대한 회전방향 하류측에, 가열된 불활성 가스를 통기시켜 상기 구조체에 잔류하는 상기 휘발성 유기화합물을 탈리시키는 탈리처리영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 농축장치.
휘발성 유기 화합물을 흡착제에 흡착시키는 휘발성 유기 화합물의 농축장치에 있어서,

상기 농축장치는 상기 흡착제를 담지한 통기틈새를 가지는 구조체가 축심주변으로 회전하는 흡착로터를 포함하며,

상기 흡착로터는

상기 휘발성 유기 화합물을 포함하는 기체를 상기 흡착로터의 축심과 평행하게 통기시키는 통기처리영역;

상기 흡착로터의 상기 통기처리영역에 대한 회전방향 하류측에, 불활성 가스를 통기시켜, 상기 구조체에 잔류하는 상기 기체를 불활성 가스로 치환하는 불활성가스치환영역; 및

상기 흡착로터의 상기 불활성가스치환영역에 대한 회전방향 하류측에, 가열된 불활성 가스를 통기시켜 상기 구조체에 잔류하는 상기 휘발성 유기화합물을 탈리시키는 탈리처리영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 농축장치.
휘발성 유기 화합물을 흡착제에 흡착시키는 휘발성 유기 화합물의 농축장치에 있어서,

상기 농축장치는 상기 흡착제를 담지한 통기틈새를 가지는 구조체가 축심주변으로 회전하는 흡착로터를 포함하며,

상기 흡착로터는

상기 휘발성 유기 화합물을 포함하는 기체를 상기 흡착로터의 축심과 평행하게 통기시키는 통기처리영역;

상기 흡착로터의 상기 통기처리영역에 대한 회전방향 하류측에, 불활성 가스를 통기시켜, 상기 구조체에 잔류하는 상기 기체를 불활성 가스로 치환하는 불활성가스치환영역;

상기 흡착로터의 상기 불활성가스치환영역에 대한 회전방향 하류측에, 가열된 불활성 가스를 통기시켜, 상기 구조체에 잔류하는 상기 휘발성 유기 화합물을 탈리시키는 탈리처리영역; 및

상기 탈리처리영역과 상기 통기처리영역의 사이에, 상기 탈리처리영역에 통기시키는 불활성 가스보다 온도가 낮은 불활성 가스를 통기시켜, 이 불활성 가스에 의해 상기 구조체를 냉각하고, 상기 구조체에 잔류하는 기체성분과 치환하는 냉각치환영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 농축장치.
휘발성 유기 화합물을 흡착제에 흡착시키는 휘발성 유기 화합물의 회수설비에 있어서,

상기 회수설비는 상기 흡착제를 담지한 통기틈새를 가지는 구조체가 축심주변으로 회전하는 흡착로터를 포함하며,

상기 흡착로터는

상기 휘발성 유기 화합물을 포함하는 기체를 상기 흡착로터의 축심과 평행하게 통기시키는 통기처리영역; 및

상기 흡착로터의 상기 통기처리영역에 대한 회전방향 하류측에, 가열된 불활성 가스를 통기시켜 상기 구조체에 잔류하는 상기 휘발성 유기화합물을 탈리시키는 탈리처리영역;을 포함하고,

상기 회수설비는 상기 탈리처리영역으로부터 배출되는 상기 불활성 가스 및 상기 휘발성 유기 화합물에서 상기 불활성 가스를 분리해 상기 휘발성 유기 화합물을 회수하는 분리·회수수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수설비.
흡착제를 담지한 통기틈새를 가지는 구조체가 축심주변으로 회전하는 흡착로터에 대해, 휘발성 유기 화합물을 포함하는 기체를 상기 흡착로터의 축심과 평행하게 통기시키는 통기처리영역을 가지고, 상기 휘발성 유기 화합물을 상기 흡착제에 흡착시키는 휘발성 유기 화합물의 회수설비에 있어서,

상기 통기처리영역에 대해 흡착로터의 회전방향 하류측에, 불활성 가스를 통기시켜, 상기 구조체에 잔류하는 상기 기체를 불활성 가스로 치환하는 불활성가스치환영역과,

상기 불활성가스치환영역에 대해 흡착로터의 회전방향 하류측에 가열된 불활성 가스를 통기시켜, 상기 구조체에 잔류하는 상기 휘발성 유기 화합물을 탈리시키는 탈리처리영역을 가지고;

나아가 상기 탈리처리영역으로부터 배출되는 상기 불활성 가스 및 상기 휘발성 유기 화합물에서 상기 불활성 가스를 분리해 상기 휘발성 유기 화합물을 회수하는 분리·회수수단을 구비한 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수설비.
흡착제를 담지한 통기틈새를 가지는 구조체가 축심주변으로 회전하는 흡착로터에 대해, 휘발성 유기 화합물을 포함하는 기체를 상기 흡착로터의 축심과 평행하게 통기시키는 통기처리영역을 가지고, 상기 휘발성 유기 화합물을 상기 흡착제에 흡착시키는 휘발성 유기 화합물의 회수설비에 있어서,

상기 통기처리영역에 대해 흡착로터의 회전방향 하류측에, 불활성 가스를 통기시켜, 상기 구조체에 잔류하는 상기 기체를 불활성 가스로 치환하는 불활성가스치환영역과,

상기 불활성가스치환영역에 대해 흡착로터의 회전방향 하류측에, 가열된 불활성 가스를 통기시켜, 상기 구조체에 잔류하는 상기 휘발성 유기 화합물을 탈리시키는 탈리처리영역과,

상기 탈리처리영역과 상기 통기처리영역의 사이에, 상기 탈리처리영역에 통기시키는 불활성 가스보다 온도가 낮은 불활성 가스를 통기시켜, 이 불활성 가스에 의해 상기 구조체를 냉각하고, 상기 구조체에 잔류하는 기체성분과 치환하는 냉각치환영역을 가지고;

나아가 상기 탈리처리영역으로부터 배출되는 상기 불활성 가스 및 상기 휘발성 유기 화합물에서 상기 불활성 가스를 분리해 상기 휘발성 유기 화합물을 회수하는 분리·회수수단을 구비한 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수설비.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 불활성가스치환영역에 가열된 불활성 가스 를 통기시키게끔 구성한 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수설비.
제7항에 있어서, 상기 불활성가스치환영역에 공급하는 상기 불활성 가스와, 상기 탈리처리영역으로부터 배출되는 상기 불활성 가스와의 열교환을 행하는 열교환기를 구비한 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수설비.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리·회수수단에 의해 분리된 불활성 가스를, 상기의 불활성 가스로서 환류시키는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수설비.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리·회수수단이, 흡착제에 흡착시킨 휘발성 유기 화합물을, 온도를 높인 상태에서 탈리시키는 온도스윙흡착회수수단, 흡착제에 흡착시킨 휘발성 유기 화합물을, 압력을 저하시킨 상태에서 탈리시키는 압력스윙흡착회수수단, 및 흡착제 입자가 유동하는 과정에서 휘발성 유기 화합물로의 흡착 및 탈리를 행하는 유동식흡착회수수단에서 선택된 적어도 1 이상의 것임을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수설비.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불활성 가스의 적어도 하나가 건조 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수설비.
제11항에 있어서, 상기 건조 불활성 가스의 상대습도가 10%미만인 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수설비.
제11항에 있어서, 상기 휘발성 유기 화합물의 회수계 내에 수분을 공급하는 수단을 구비하지 않는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수설비.
휘발성 유기 화합물을 흡착제에 흡착시키는 휘발성 유기 화합물의 회수방법에 있어서,

상기 흡착제를 담지한 통기틈새를 가지는 구조체가 축심주변으로 회전하는 흡착로터의 통기처리영역에서 상기 휘발성 유기 화합물을 포함하는 기체를 상기 흡착로터의 축심과 평행하게 통기시키는 통기처리공정;

상기 흡착로터의 상기 통기처리영역에 대한 회전방향 하류측의 탈리처리영역에서, 가열된 불활성 가스를 통기시켜 상기 구조체에 잔류하는 상기 휘발성 유기화합물을 탈리시키는 탈리농축처리공정; 및

상기 탈리처리영역으로부터 배출되는 상기 불활성 가스 및 상기 휘발성 유기 화합물에서 상기 불활성 가스를 분리해 상기 휘발성 유기 화합물을 회수하는 분리·회수공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수방법.
휘발성 유기 화합물을 흡착제에 흡착시키는 휘발성 유기 화합물의 회수방법에 있어서,

상기 흡착제를 담지한 통기틈새를 가지는 구조체가 축심주변으로 회전하는 흡착로터의 통기처리영역에서 상기 휘발성 유기 화합물을 포함하는 기체를 상기 흡착로터의 축심과 평행하게 통기시키는 통기처리공정;

상기 흡착로터의 상기 통기처리영역에 대한 회전방향 하류측의 불활성가스치환영역에서, 불활성 가스를 통기시켜, 상기 구조체에 잔류하는 상기 기체를 불활성 가스로 치환하는 불활성가스치환공정;

상기 흡착로터의 상기 불활성가스치환영역에 대한 회전방향 하류측의 탈리처리영역에서, 가열된 불활성 가스를 통기시켜 상기 구조체에 잔류하는 상기 휘발성 유기화합물을 탈리시키는 탈리농축처리공정; 및

상기 탈리처리영역으로부터 배출되는 상기 불활성 가스 및 상기 휘발성 유기 화합물에서 상기 불활성 가스를 분리해 상기 휘발성 유기 화합물을 회수하는 분리·회수공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수방법.
휘발성 유기 화합물을 흡착제에 흡착시키는 휘발성 유기 화합물의 회수방법에 있어서,

상기 흡착제를 담지한 통기틈새를 가지는 구조체가 축심주변으로 회전하는 흡착로터의 통기처리영역에서 상기 휘발성 유기 화합물을 포함하는 기체를 상기 흡착로터의 축심과 평행하게 통기시키는 통기처리공정;

상기 흡착로터의 상기 통기처리영역에 대한 회전방향 하류측의 불활성가스치환영역에서, 불활성 가스를 통기시켜, 상기 구조체에 잔류하는 상기 기체를 불활성 가스로 치환하는 불활성가스치환공정;

상기 흡착로터의 상기 불활성가스치환영역에 대한 회전방향 하류측의 탈리처리영역에서, 가열된 불활성 가스를 통기시켜 상기 구조체에 잔류하는 상기 휘발성 유기화합물을 탈리시키는 탈리농축처리공정;

상기 흡착로터의 탈리처리영역과 상기 통기처리영역의 사이에서, 상기 탈리처리영역에 통기시키는 불활성 가스보다 온도가 낮은 불활성 가스를 통기시켜, 이 불활성 가스에 의해 상기 구조체를 냉각하고, 상기 구조체에 잔류하는 기체성분과 치환하는 냉각치환공정; 및

상기 탈리처리영역으로부터 배출되는 상기 불활성 가스 및 상기 휘발성 유기 화합물에서 상기 불활성 가스를 분리해 상기 휘발성 유기 화합물을 회수하는 분리·회수공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수방법.
제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 불활성가스치환영역에 가열된 불활성 가스를 통기시키는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수방법.
제17항에 있어서, 상기 불활성가스치환영역에 공급하는 상기 불활성 가스와, 상기 탈리처리영역으로부터 배출되는 상기 불활성 가스와의 열교환을 행하는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수방법.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리·회수공정에서 분리된 불활성 가스를, 상기의 불활성 가스로서 환류시키는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수방법.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리·회수공정이, 흡착제에 흡착시킨 휘발성 유기 화합물을, 온도를 높인 상태에서 탈리시키는 온도스윙흡착회수방법, 흡착제에 흡착시킨 휘발성 유기 화합물을, 압력을 저하시킨 상태에서 탈리시키는 압력스윙흡착회수방법, 및 흡착제 입자가 유동하는 과정에서 휘발성 유기 화합물로의 흡착 및 탈리를 행하는 유동식흡착회수방법에서 선택된 적어도 1 이상의 방법에 의해 행해지는 것임을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수방법.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불활성 가스의 적어도 하나가 건조 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수방법.
제21항에 있어서, 상기 건조 불활성 가스의 상대습도가 10% 미만인 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수방법.
제22항에 있어서, 상기 휘발성 유기 화합물의 회수계 내에 수분을 공급하지 않는 것을 특징으로 하는 휘발성 유기 화합물의 회수방법.