(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性炭を充填した吸着塔に有機溶剤含有ガスを供給してガス中の有機溶剤を活性炭に吸着させる吸着工程と、前記有機溶剤を吸着させた活性炭から有機溶剤を脱着させて回収する脱着工程とを有する有機溶剤含有ガス中の有機溶剤の回収方法において、前記脱着工程が、吸着塔に水蒸気を供給して吸着塔内の空気を水蒸気で置換する第１ステップと、吸着塔内を水蒸気で加圧状態にする第２ステップと、前記第２ステップで加圧状態にした水蒸気を有機溶剤蒸気と共にコンデンサーで凝縮させて吸着塔内を減圧状態にすることにより活性炭に吸着させた有機溶剤を脱着回収する第３ステップとからなることを特徴とする有機溶剤含有ガス中の有機溶剤の回収方法。
【請求項２】
第２ステップの加圧状態が、０．５〜５ｋｇｆ／ｃｍ２である請求項１に記載の有機溶剤の回収方法。
【請求項３】
第３ステップの減圧状態が、１５０〜４００ｔｏｒｒである請求項１又は２に記載の有機溶剤の回収方法。
【請求項４】
活性炭が繊維状活性炭である請求項１乃至３の何れかに記載の有機溶剤の回収方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、活性炭を用いる有機溶剤含有ガス中の有機溶剤の回収方法に関し、更に詳述すれば、水蒸気を用いる圧力スィング法による有機溶剤の回収方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機溶剤は、各種化学工業、半導体工業、電子部品や機械の製造業、ドライクリーニング業等の産業において多量に使用されている。これらの産業においては、有機溶剤を使用する際に、有機溶剤を含むガスが発生する。これらの発生するガスは有害であるので、完全に回収することが求められている。
【０００３】
有機溶剤を含有するガス中の有機溶剤の回収方法としては、活性炭を用いる方法が一般的である。この方法は、活性炭が充填された吸着塔に有機溶剤を含有するガスを通し、有機溶剤を活性炭に吸着させることで、有機溶剤含有ガス中の有機溶剤が活性炭に捕集されるようになっている。
【０００４】
この方法において、活性炭に捕集された溶剤の脱着方法としては、従来吸着塔に水蒸気を連続的に供給し続ける水蒸気脱着方法がある。この方法による場合は、溶剤の脱着に多量の水蒸気を用いることから、必然的に排水量が多くなる。この排水中には溶剤が混入しているので、大規模な処理設備が要求される。更に、高温の水蒸気を用いるため、脱着中に溶剤が化学変化する場合があり、特にトリクレン等の塩素系の溶剤を脱着する場合は、この傾向が強い。このため、回収される溶剤の品質の低下を生じる場合がある。
【０００５】
上記水蒸気の使用量を減少させる試みも提案されている。特開平５ー８４４１７号公報には、使用する水蒸気量の減少を目的として、脱着工程においてまず吸着塔内を減圧とし、次いで水蒸気を吸着塔に供給した後、水蒸気の供給を停止した状態で減圧排気する方法が開示されている。
【０００６】
同様に、特開平２ー１２６９１９号公報、特開平１０ー３３７４３８号には、減圧下に吸着塔に水蒸気を通して有機溶剤を脱着させる圧力スィング方法が開示されている。しかし、これらの方法においては、水蒸気量を減少させるために構造及び操作が複雑になる問題がある。なお、上記方法においては、何れも水蒸気の供給圧力は、水蒸気が吸着塔に供給されるために必要な通常の圧力範囲内のものであり、この圧力範囲を超える加圧状態で供給することはなされていない。
【０００７】
又、水蒸気を全く使用することの無いように、活性炭をヒーターで加熱しながら、吸着塔内を減圧排気する方法も開示されている（特開昭５１ー３２４８１号公報）。しかし、この方法は水蒸気を用いる脱着法と比較し、脱着効率が低い問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、上記問題を解決するために種々検討するうちに、吸着塔内に水蒸気を通常の方法と異なり加圧状態で供給した後、水蒸気を凝縮させて吸着塔内を中程度の減圧状態に圧力スウィングすることにより、有機溶剤を活性炭から効率よく脱着させることが出来ることを見出した。この方法によれば、水蒸気の使用量は少量でよく、しかも水蒸気と溶剤との接触時間が短いため、回収される溶剤の変質が起りにくい等の利点を有することを知得した。
【０００９】
本発明は、上記知見に基づき完成するに至ったもので、その目的とするところは上記従来の問題を解決する有機溶剤の回収方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明は、
〔１〕  活性炭を充填した吸着塔に有機溶剤含有ガスを供給してガス中の有機溶剤を活性炭に吸着させる吸着工程と、前記有機溶剤を吸着させた活性炭から有機溶剤を脱着させて回収する脱着工程とを有する有機溶剤含有ガス中の有機溶剤の回収方法において、前記脱着工程が、吸着塔に水蒸気を供給して吸着塔内の空気を水蒸気で置換する第１ステップと、吸着塔内を水蒸気で加圧状態にする第２ステップと、前記第２ステップで加圧状態にした水蒸気を有機溶剤蒸気と共にコンデンサーで凝縮させて吸着塔内を減圧状態にすることにより活性炭に吸着させた有機溶剤を脱着回収する第３ステップとからなることを特徴とする有機溶剤含有ガス中の有機溶剤の回収方法。
【００１１】
上記回収方法は
〔２〕  第２ステップの加圧状態が、０．５〜５ｋｇｆ／ｃｍ２であること、
〔３〕  第３ステップの減圧状態が、１５０〜４００ｔｏｒｒであること、
〔４〕  活性炭が繊維状活性炭であることを包含する。
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施に用いる有機溶剤含有ガス中の有機溶剤の回収装置の一例を示すフロー図である。
【００１４】
図１中、２は吸着塔で、両端が閉塞された円筒状の耐圧容器である。前記吸着塔２内には、活性炭（不図示）が充填されている。
【００１５】
活性炭としては、特に制限が無く、粒状活性炭、成形活性炭、粉状活性炭、繊維状活性炭、繊維状活性炭をフェルト状、織物状、粗糸状、ペーパー状、マット状等に形成した活性炭等任意のものが採用され得る。特に、高速の吸脱着を要求される用途には、アクリロニトリル、フェノール、レーヨン、ピッチ等を原料とする繊維状活性炭が好ましい。特に、繊維状活性炭は細孔分布がミクロポアを主体とするため、低濃度領域の有機溶剤の吸着能、及び吸着速度に優れるものである。    ４は、前記吸着塔２の塔底６近傍に連結された有機溶剤含有ガス導入管で、この導入管４にはバルブ８が介装されている。被処理ガスである有機溶剤含有ガスは、この導入管４を通って塔底６から吸着塔２内に導入される。
【００１６】
１０は吸着処理済ガス導出管で、前記吸着塔２の塔頂１２近傍に連結されている。なお、１４は導出管１０に介装されたバルブである。
【００１７】
前記塔底６近傍から吸着塔２内に導入された有機溶剤含有ガスは、吸着塔２内に充填された活性炭と接触して有機溶剤を活性炭に吸着除去されながら、吸着塔２内を上方に移動し、導出管１０を通って外部に放出される。
【００１８】
１６は、塔頂１２に連結された水蒸気供給管で、バルブ１８が介装されている。水蒸気は、前記水蒸気供給管１６を通って、塔頂１２から吸着塔２内に供給される。
【００１９】
２０は、バルブ２２が介装された水蒸気吸引管で、その一端は前記吸着塔２の塔底６に連結されていると共に、その他端はコンデンサー２４に連結されており、前記バルブ２２を開くことにより吸着塔２内と、コンデンサー２４内とは連通状態に保たれる。
【００２０】
２６は、バルブ２８が介装されたベントガス管で、前記コンデンサー２４に連結されており、このベントガス管２６を通して、必要により吸着塔２内の気体が排出される。
【００２１】
３０は、コンデンサー２４に連結された冷却水供給管で、バルブ３２が介装されている。この冷却水供給管３０を通って冷却水がコンデンサー２４に供給され、これによりコンデンサー２４内が冷却される。なお、３４は冷却水出口管である。
【００２２】
３６は、凝縮液取出し管で、前記コンデンサー２４に連結され、これにより取出し管３６内と吸引管２０内とは連通状態が保たれている。３８は、凝縮液槽、４０はバルブで、それぞれ前記取出し管３６に介装されている。
【００２３】
次に、上記回収装置を用いて、有機溶剤含有ガス中の有機溶剤を回収する場合につき説明する。
【００２４】
（吸着工程）
まず、バルブ１８、２２、４０が閉じられ、バルブ８、１４が開かれた状態で、導入管４を通して、有機溶剤含有ガス（被処理ガス）が吸着塔２内に導入される。有機溶剤含有ガスは、吸着塔２内部に充填された活性炭と気固接触をし、この際有機溶剤が活性炭に吸着除去されながら順次塔内を上方に移動する。有機溶剤が除去されて得られる吸着処理済ガスは塔頂から導出管１０を通って外部に放出される。
【００２５】
有機溶剤が充分活性炭に吸着された後、有機溶剤含有ガスの供給は停止され、バルブ８、１４が閉じられる。
【００２６】
（脱着工程）
第１ステップ（水蒸気置換）
先ず、バルブ１８、２２、２８、３２が開かれ、これにより水蒸気供給管１６を通って加圧水蒸気が吸着塔２内に供給されると共に、コンデンサー２４に冷却水が供給される。供給される水蒸気の温度は、１１０℃以上のものが好ましく、特に１１０〜１４０℃のものが経済上及び実用上好ましい。
【００２７】
冷却水温度は、回収される有機溶剤の沸点により異なるが、通常３２℃以下、０℃を超えることが好ましく、特に７〜２０℃が好ましい。
【００２８】
吸着塔２内に供給される水蒸気で吸着塔内の空気が置換され、これにより空気は、吸引管２０、コンデンサー２４、ベントガス管２６を経由して外部に放出される。
【００２９】
第２ステップ（加圧）
バルブ１８が開かれたままの状態で、バルブ２２、３２、２８、４０が閉じられる。これにより、吸着塔２内は加熱水蒸気により加熱、加圧状態にされる。吸着塔２内の温度は通常１１０〜１４０℃程度に高められることが好ましい。又、吸着塔２内の圧力は、通常０．５〜５ｋｇｆ／ｃｍ２（ゲージ圧）程度に高められることが好ましい。このような温度、圧力とすることにより、後述する第３ステップにおいて、好ましい中程度の減圧度にされる。
【００３０】
飽和水蒸気はその圧力により、温度は決まる。また、脱着蒸気の圧力（＝温度）は回収する溶剤の沸点に関連する。例えば、溶剤沸点が約１３０℃以下の場合は、脱着水蒸気圧力は、０．５〜１ｋｇｆ／ｃｍ２が好ましい。また、溶剤沸点が１３０〜２００℃程度の場合は脱着水蒸気圧力は３ｋｇｆ／ｃｍ２が好ましい。
【００３１】
水蒸気温度は必ずしも溶剤の沸点を上回る必要がない。勿論、高い方が好ましいが、後述するように水蒸気体積との関連がある。即ち、溶剤の沸点未満でも、その温度における蒸気圧に相当する溶剤量の脱着がある。また、次工程で真空に曝されることにより、水蒸気温度が溶剤沸点を上回らなくてもほぼ完全に、溶剤が脱着されるものである。
【００３２】
蒸気比体積と次工程における真空度に関しては、次工程で真空度を高めるためには、出来るだけ水蒸気を低圧にしておくことが好ましい。即ち、水蒸気圧を低圧にしておくほど、比体積（ｍ３／ｋｇ）が大きくなるからである。同一容積を低圧水蒸気で満たすのと、高圧水蒸気で満たすのでは、凝縮後は低圧水蒸気の方が小容積となる。この容積変化分が真空度を高めるからである。
【００３３】
例えば、０．５ｋｇｆ／ｃｍ２の水蒸気の場合、１．１８ｍ３／ｋｇになる。これに対し、３ｋｇｆ／ｃｍ２の水蒸気の場合、０．４７ｍ３／ｋｇになる。
【００３４】
第３ステップ（凝縮、減圧化）
バルブ１８が閉じられ、バルブ２２、３２が開かれる。これにより、吸着塔２内と、コンデンサー２４内と、凝縮液槽３８内とは連通状態になる。すると、吸着塔２内に加圧状態で閉じこめられている水蒸気及びこの水蒸気により脱着された有機溶剤蒸気は、水蒸気と共にコンデンサー２４に流入し、ここで冷却されて凝縮し、凝縮液槽３８内に貯留される。コンデンサー２４内においては、恒に凝縮が進行しているので、吸着塔２の内圧は時間の経過と共に急速に低下し、最終的には中程度の減圧度になる。具体的には、１５０〜４００ｔｏｒｒになることが好ましく、２００〜３００ｔｏｒｒ程度が操作上、好都合である。
【００３５】
このようにして、活性炭に吸着された有機溶剤は水蒸気から受取る熱と、減圧状態に曝されてほぼ完全に活性炭から脱着され、凝集液槽３８内に回収される。
【００３６】
活性炭に含有される水分量も、この第３ステップにおいて中程度の減圧状態に曝されることで、常圧下における場合と比較して、遥かに少なくなる。
【００３７】
このようにして、有機溶剤の回収がなされ、活性炭の再生がなされることにより、有機溶剤の回収の１サイクルが終了し、以後同様のサイクルが繰返される。
【００３８】
なお、通常は溶剤回収装置は排ガスを連続的に処理する必要上、図２に示すように吸着塔を複数（図２においては２個の吸着塔２、２’）備え、吸脱着を順次行うことを繰返すようになっている。
【００３９】
この場合、ベントガスはベントガス管２６を通って吸着塔２、または２’に送られ、再度吸着処理がなされる。これにより、溶剤の回収率は飛躍的に上昇する。これに対して１塔だけを用いる場合は、微小量ではあるが残存している溶剤が外部に放出されることになる。なお、図２において参照符号は、図１と同様であるので、主要な符号を付すに止め、その説明を省略する。
【００４０】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
【００４１】
【実施例】
図１に示す構成の有機溶剤の回収装置を用いて、溶剤の回収を行った。
【００４２】
吸着塔２は内容積３１０Ｌで、この中に、繊維状活性炭（東邦レーヨン製  商品名  ファインガード）を７Ｋｇ充填した。有機溶剤としてイソプロピルアルコールを５０００ｐｐｍ含有する空気を１６Ｎｍ３供給した後、バルブ８、１４を閉じ、バルブ１８、２２、２８を開いた状態で吸着塔内に１１９℃の水蒸気をほぼ大気圧で供給して、吸着塔２内の空気を水蒸気で置換した。
【００４３】
その後、バルブ２２、２８、４０を閉じて、吸着塔２内を１ｋｇｆ／ｃｍ２に加圧し、次いでバルブ１８を閉じた。
【００４４】
バルブ２２を開くと、吸着塔２内の有機溶剤及び水蒸気がコンデンサー２４に移行し、これらの凝縮が始った。凝縮の進行と共に吸着塔２内の圧力は速やかに減少し、最終的には２１０ｔｏｒｒに低下した。
【００４５】
凝集液槽３８内には水と有機溶剤の混合液が回収された。イソプロピルアルコールの回収率は９３％であった。この装置においては、残りの７％の大部分が塔内置換の際、ベントガス管２６から大気中に放出された。
【００４６】
なお、冷却水の温度は１６℃であった。また、１サイクルの所要時間は、８分間であった。
【００４７】
本実施例においては、繊維状の活性炭を用いたので、吸脱着速度が速く、しかも低濃度領域の有機溶剤でも回収できた。このときの回収されたイソプロピルアルコール濃度は約３５容量％であった（イソプロピルアルコール３３０ｍｌ、水６００ｍｌ）。この回収液濃度は、蒸気を連続的に流す従来の方法と比較し、約３．５倍高濃度である。
このため、１サイクルを短い時間にすることが出来た。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は、溶剤の回収において、吸着塔内で水蒸気を加圧した後、水蒸気を凝縮除去することにより、吸着塔内を減圧にするようにしたので、溶剤の回収効率が高い。更に、使用する水蒸気は吸着塔内容積とほぼ同容積の水蒸気で充分であるので熱エネルギー効率がよい。また更に、脱着工程において有機溶剤は長時間熱水蒸気に曝されることがないので、回収される有機溶剤の変化が生じがたい。
【００４９】
また、使用水蒸気量が少ないので、排出される凝縮液量も少なく、このため廃水処理の問題も軽減される上、回収される溶剤が水溶性の場合は高濃度の凝縮液が得られるので、その後の溶剤の回収処理が容易になる。また更に、活性炭として繊維状活性炭を用いる場合は、通常の粒状活性炭と比較して吸脱着速度が大きいので、有機溶剤含有ガスを高速で、しかも低濃度にまで処理できる等の特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機溶剤の回収方法に使用する溶剤の回収装置の一例を示すフロー図である。
【図２】本発明の有機溶剤の回収方法に使用する溶剤の回収装置の他の例を示すフロー図である。
【符号の説明】
２、２’    吸着塔
４    導入管
６    塔底
８、８’、１４、１８、１８’、２２、２８、３２    バルブ
１０    導出管
１２    塔頂
１６    水蒸気供給管
２０    吸引管
２４    コンデンサー
２６    ベントガス管
３０    冷却水
３４    出口管
３６    凝縮液取出し管
３８    凝縮液槽
【図１】
0003631073.tif 000002
【図２】
0003631073.tif 000003