(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
未処理ガスに含まれる揮発性有機化合物を回収するための装置であって、
未処理ガスに含まれる揮発性有機化合物を吸着するための吸着剤を含む吸着塔；
該吸着塔に、該吸着剤に吸着された揮発性有機化合物よりも吸着率の大きい揮発性有機化合物を供給するための脱着用ガス供給手段；及び
該吸着率の大きい揮発性有機化合物との競争吸着により、該吸着剤から脱着された該揮発性有機化合物を回収するための回収手段；
を備える、前記揮発性有機化合物回収装置。
【請求項２】
前記脱着用ガス供給手段が、さらに、前記吸着率の大きい揮発性有機化合物と空気又は不活性ガスとを混合するための脱着用ガス混合手段を含む、請求項１記載の揮発性有機化合物回収装置。
【請求項３】
前記吸着率の大きい揮発性有機化合物を前記吸着剤から脱着させるガスを、前記吸着塔に供給するための吸着剤再生用ガス供給手段をさらに備える、請求項１又は２記載の揮発性有機化合物回収装置。
【請求項４】
前記吸着剤から脱着された前記吸着率の大きい揮発性有機化合物を回収するための回収手段をさらに含む、請求項３記載の揮発性有機化合物回収装置。
【請求項５】
前記吸着率の大きい揮発性有機化合物との競争吸着により該吸着剤から脱着された該揮発性有機化合物を回収するための回収手段を、２以上含む、請求項１〜４のいずれか１項記載の揮発性有機化合物回収装置。
【請求項６】
未処理ガスに含まれる揮発性有機化合物を回収するための装置であって、
未処理ガスに含まれる揮発性有機化合物を吸着するための吸着剤を含む吸着塔；
該吸着塔に、該吸着剤に吸着された複数種の揮発性有機化合物のなかで最も吸着率の大きい揮発性有機化合物を供給するための脱着用ガス供給手段；
該吸着率の大きい揮発性有機化合物との競争吸着により、該吸着剤から脱着された該揮発性有機化合物を回収するための回収手段；
該吸着率の大きい揮発性有機化合物を該吸着剤から脱着させるガスを、該吸着塔に供給するための吸着剤再生用ガス供給手段；及び
該吸着剤から脱着された該吸着率の大きい揮発性有機化合物を回収するための回収手段；
を備える、前記揮発性有機化合物回収装置。
【請求項７】
前記脱着用ガス供給手段が、さらに、前記吸着率の大きい揮発性有機化合物と空気又は不活性ガスとを混合するための脱着用ガス混合手段を含む、請求項６記載の揮発性有機化合物回収装置。
【請求項８】
前記吸着率の大きい揮発性有機化合物との競争吸着により該吸着剤から脱着された該揮発性有機化合物を回収するための回収手段を、２以上含む、請求項６又は７記載の揮発性有機化合物回収装置。
【請求項９】
(i)未処理ガスに含まれる揮発性有機化合物を吸着剤に吸着させる工程；
(ii)該吸着剤に吸着された該揮発性有機化合物よりも吸着率の大きい揮発性有機化合物を、該吸着剤に供給し、競争吸着により、工程(i)において吸着剤に吸着された揮発性有機化合物を脱着させる工程；及び
(iii)該脱着された揮発性有機化合物を回収する工程；
を含む、未処理ガスに含まれる揮発性有機化合物を回収する方法。
【請求項１０】
前記工程(ii)において、前記吸着率の大きい揮発性有機化合物を、空気又は不活性ガスと混合する工程をさらに含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
さらに、(iv)前記吸着剤に、前記吸着率の大きい揮発性有機化合物を脱着させるためのガスを供給し、吸着剤を再生させる工程を含む、請求項９又は１０記載の方法。
【請求項１２】
さらに、(v)工程(iv)において、吸着剤から脱着された前記吸着率の大きい揮発性有機化合物を回収する工程を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記工程(iii)において、吸着剤への吸着率の差を利用して、該脱着された揮発性有機化合物を、その種類ごとに別々に回収する工程を含む、請求項９〜１２のいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
(i)未処理ガスに含まれる揮発性有機化合物を吸着剤に吸着させる工程；
(ii)該吸着剤に吸着された該揮発性有機化合物のうち最も吸着率の大きい揮発性有機化合物を、該吸着剤に供給し、競争吸着により、工程(i)において吸着剤に吸着された揮発性有機化合物を脱着させる工程；
(iii)該脱着された揮発性有機化合物を回収する工程；
(iv)該吸着剤に、該吸着率の大きい揮発性有機化合物を脱着させるためのガスを供給し、吸着剤を再生させる工程；及び
(v)工程(iv)において、吸着剤から脱着された該吸着率の大きい揮発性有機化合物を回収する工程；
を含む、未処理ガスに含まれる揮発性有機化合物を回収する方法。
【請求項１５】
前記工程(ii)において、前記吸着率の大きい揮発性有機化合物を、空気又は不活性ガスと混合する工程をさらに含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記工程(iii)において、吸着剤への吸着率の差を利用して、該脱着された揮発性有機化合物を、その種類ごとに別々に回収する工程を含む、請求項１４又は１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着を利用して揮発性有機化合物を回収する際に当該揮発性有機化合物に酢酸エチル、メチルエチルケトン、イソプロピルアルコール等の水溶性化合物が含まれる場合の回収方法及び回収装置、または、当該揮発性有機化合物が複数種の化合物である場合に個別の化合物種ごとに分離、回収する方法及び回収装置の技術分野に属するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、大気汚染防止や資源の有効利用の観点から、トルエン、キシレン、塩化メチレン等の揮発性有機化合物を含む排ガスから、該揮発性有機化合物を分離・回収することが行われている。【０００３】
例えば、各種プラスチック製品、合成繊維、半導体の製造工程や磁気テープ工業等の各種操作に伴って発生する排ガス中に含まれる有機溶剤等の揮発性有機化合物を回収する活性炭吸着法では、活性炭を充填した複数の吸着塔を設け、吸着と脱着を交互に繰り返す固定床式溶剤回収装置、あるいは塔頂より活性炭を降下させて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溶剤等の吸着を行わせ、塔下段で得られる吸着済の活性炭を、別途設けられた脱着器において脱着を行わせる流動層式溶剤回収装置が知られている。これらの装置の吸着工程は大気圧下で行われ、脱着工程は水蒸気又は窒素ガスを使用して大気圧または減圧下で行われることが多い。【０００４】
これらの吸着方法のうち、大気圧脱着を行う固定床式吸着装置を例にして、その具体的操作について図７を基に説明する。揮発性有機化合物を含む未処理ガスは、吸着塔１に送り込まれ、未処理ガス中の揮発性有機化合物が活性炭層に吸着され、浄化された排ガスは大気中に放出される。吸着塔１が吸着を終了し、未処理ガス給気弁２及び処理ガス排気弁３が閉止され、吸着塔１内に吸着剤再生用ガス供給弁５を介して水蒸気が吹き込まれて吸着されていた揮発性有機化合物は脱着されて水蒸気と共にガス状で排出される。この混合ガス（脱着ガス）は凝縮器１６に導かれ冷却によって凝縮される。【０００５】
この凝縮液の水と回収された揮発性有機化合物は、相互に不溶であれば分離槽１３において比重差により揮発性有機化合物相と水相に分離し、水は排水２０として排出され、揮発性有機化合物は揮発性有機化合物回収槽１２に回収される。尚、分離槽１３における上・下相への分離は、両者の比重差によって定まるものであり、上・下相の関係は固定的なものではない。【０００６】
ところが、水と回収された揮発性有機化合物が相互に一部または全部が溶け合う場合には、両者を分離し、溶剤のみを回収するためには、蒸留装置での蒸留分離が必要となる。また、未処理ガスに揮発性有機化合物が複数種含まれる場合、回収された揮発性有機化合物が相互に一部または全部が溶け合う場合にも、個別に分離し回収するためには、蒸留装置での蒸留分離が必要となる。水に溶解する揮発性有機化合物の代表的なものとしては、酢酸エチル、メチルエチルケトン、イソプロピルアルコール等がある。これらの揮発性有機化合物は印刷工業、塗装工業などで多用されており、従来は大気汚染防止のためほとんどが燃焼廃棄処理されていたが、将来的には、溶剤としてのリサイクル（マテリアルリサイクル）あるいは化石燃料代替の燃料としてのリサイクル（エネルギーリサイクル）により有効活用されることが期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３９７６９８６号
【特許文献２】特開２００７−１６０１６３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記した水溶性の揮発性有機化合物の水に対する溶解度は１０％〜１００％の範囲にあり、かなりの量が水に溶解する。そのため、該揮発性有機化合物をエネルギーリサイクルに供するためには、回収溶液中の水分を除去する必要があり、吸着回収後の蒸留操作が必須となる。また、該揮発性有機化合物をマテリアルリサイクルに供するためには、回収溶剤が複数種の揮発性有機化合物の混合溶剤である場合には個別種の化合物ごとに分離、回収する必要があり、この場合も吸着回収後の蒸留操作が必須となる。しかしながら、蒸留操作には比較的大きいエネルギー消費が発生するため、エネルギー的に非効率な処理になってしまうという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。【０００９】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、揮発性有機化合物を吸着させた吸着剤から該揮発性有機化合物を脱着させる揮発性有機化合物回収装置において、吸着された水溶性の揮発性有機化合物を水に溶解させずに回収することができ、吸着された揮発性有機化合物が複数種の化合物の場合でも、化合物種ごとに分離、回収することができるため、蒸留操作が不要となり、省エネルギーを実現することができるのは勿論のこと、設備的に簡便なものとすることが可能である揮発性有機化合物回収装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、吸着剤に吸着された揮発性有機化合物を脱着するのに、水蒸気を用いないで、別の揮発性有機化合物を用いることにより、吸着剤に吸着された揮発性有機化合物を脱着できることに着眼した。【００１１】
揮発性有機化合物を吸着させた吸着剤から、該揮発性有機化合物を脱着する揮発性有機化合物回収装置において、吸着された揮発性有機化合物よりも吸着率の大きい揮発性有機化合物が吸着剤に流入すると、吸着率の大きい揮発性有機化合物が既に吸着剤に吸着されている吸着率の小さい揮発性有機化合物を吸着剤から追い出し、代わりに、前記の吸着率の大きい揮発性有機化合物自身が吸着剤に吸着される現象が起きる。これを競争吸着という。【００１２】
競争吸着の結果、吸着率の大きい揮発性有機化合物により吸着剤から追い出された吸着率の小さい揮発性有機化合物には水蒸気は含まれず、従って、これを凝縮液化しても水分は混入しないとの結論に達し、本発明をするに至った。【００１３】
したがって、本発明は、吸着剤から揮発性有機化合物を脱着する際に、該吸着剤に吸着された揮発性有機化合物よりも吸着率の大きい揮発性有機化合物、又は該吸着剤に吸着された複数種の揮発性有機化合物のなかで最も吸着率の大きい揮発性有機化合物を用いる、揮発性有機化合物回収装置及び回収方法を提供する。【００１４】
具体的には、本発明は、未処理ガスに含まれる揮発性有機化合物を回収するための装置であって、未処理ガスに含まれる揮発性有機化合物を吸着するための吸着剤を含む吸着塔；該吸着塔に、該吸着剤に吸着された揮発性有機化合物よりも吸着率の大きい揮発性有機化合物、又は該吸着剤に吸着された複数種の揮発性有機化合物のなかで最も吸着率の大きい揮発性有機化合物を供給するための脱着用ガス供給手段；及び該吸着率の大きい揮発性有機化合物との競争吸着により、該吸着剤から脱着された該揮発性有機化合物を回収するための回収手段；を備える、前記揮発性有機化合物回収装置を提供する。【００１５】
また、本発明は、(i)未処理ガスに含まれる揮発性有機化合物を吸着剤に吸着させる工程；(ii)該吸着剤に吸着された該揮発性有機化合物よりも吸着率の大きい揮発性有機化合物、又は該吸着剤に吸着された該揮発性有機化合物のうち最も吸着率の大きい揮発性有機化合物を、該吸着剤に供給し、競争吸着により、工程(i)において吸着剤に吸着された揮発性有機化合物を脱着させる工程；及び(iii)該脱着された揮発性有機化合物を回収する工程；を含む、未処理ガスに含まれる揮発性有機化合物を回収する方法を提供する。【００１６】
本発明は、未処理ガスに含まれる単一種又は複数種の揮発性有機化合物を吸着剤に吸着させ、この吸着剤に吸着された前記揮発性有機化合物を脱着させることで前記未処理ガスから揮発性有機化合物を回収する揮発性有機化合物回収装置であって、前記吸着剤が内蔵されて、ガス遮断弁を介して前記揮発性有機化合物を含む未処理ガスが供給される吸着塔と、前記吸着剤に吸着された揮発性有機化合物よりも吸着率の大きい揮発性有機化合物、又は、吸着された複数種の揮発性有機化合物のなかで最も吸着率の大きい揮発性有機化合物を前記吸着塔に供給するための脱着用ガス供給手段を備え、吸着完了後に吸着塔内に残留するガスと吸着剤に吸着された揮発性有機化合物よりも吸着率の大きい揮発性有機化合物の吸着剤への供給により吸着剤から脱着された揮発性有機化合物とを順次吸着塔外に排出する吸着塔内ガス排出手段を備えることを特徴としている。【００１７】
さらに、本発明の揮発性有機化合物回収装置は、吸着された揮発性有機化合物の脱着のために前記吸着された揮発性有機化合物よりも吸着率の大きい揮発性有機化合物を吸着塔内に供給する際に、この揮発性有機化合物に空気又は窒素ガス又はその他不活性ガスを混合して吸着塔内に供給するための手段を備える構成としている。【００１８】
また、本発明の揮発性有機化合物回収装置は、吸着された揮発性有機化合物を脱着させた結果として、自身が吸着剤に吸着される前記揮発性有機化合物よりも吸着率の大きい揮発性有機化合物を脱着させるための吸着剤再生用ガスを吸着塔内に供給するための供給手段と、前記吸着剤再生用ガスと脱着された揮発性有機化合物の混合気を吸着塔外に排出し、吸着剤が再度吸着可能な状態になるようにする脱着ガス排出手段を備える構成としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る揮発性有機化合物回収装置及び回収方法では、上記した構成としているので、未処理ガスから回収された揮発性有機化合物に水溶性の揮発性有機化合物が含まれていても水に溶解させることなく回収することができる。その結果、水を分離、除去するための蒸留装置を不要とすることができる。また、吸着された揮発性有機化合物が複数種の化合物の場合でも、化合物種ごとに分離、回収することができるため、液化回収された複数種の揮発性有機化合物を化合物種ごとに分離、回収するための蒸留装置を不要とすることができる。その結果、蒸留装置で必要となるエネルギー消費を不要とすることができるため、省エネルギーを実現することができるのは勿論のこと、設備的に簡便なものとすることもできるという非常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１に係る揮発性有機化合物回収装置の特徴的構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の実施例２に係る揮発性有機化合物回収装置の特徴的構成を示すシステム構成図である。
【図３】本発明の実施例２における揮発性有機化合物回収装置の動作状態ａ〜ｆを示す模式図である。    ａは吸着状態を示す。ｂはパージ状態を示す。    ｃは脱着用ガス供給状態を示す。ｄは脱着状態Iを示す。    ｅは脱着状態IIを示す。ｆは脱着用ガスパージ状態を示す。
【図４】本発明の実施例２における揮発性有機化合物回収装置の動作状態変化を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施例３に係る揮発性有機化合物回収装置の特徴的構成を示すシステム構成図である。
【図６】本発明の実施例３における揮発性有機化合物回収装置の動作状態変化を示すタイミングチャートである。
【図７】従来の吸着剤を使用した固定床式吸着装置の説明図である。
【図８】本発明の実施例２に係る別構成による対応を示す揮発性有機化合物回収装置の特徴的構成を示すシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、未処理ガスに含まれる単一種又は複数種の揮発性有機化合物を吸着剤に吸着させ、その後、脱着用ガスにより、該吸着剤に吸着された該揮発性有機化合物を脱着させることで、前記未処理ガスから揮発性有機化合物を回収する揮発性有機化合物回収方法及び装置に関する。該吸着剤から該揮発性有機化合物を脱着させる際に、脱着用ガスとして水蒸気の代わりに、該吸着剤への吸着能の大きい揮発性有機化合物を用いることにより、吸着された水溶性の揮発性有機化合物を水に溶解させることなく回収することができる。
【００２２】
本発明の揮発性有機化合物回収装置は、吸着塔、脱着用ガス供給手段、及び揮発性有機化合物回収手段を備える。吸着塔は、未処理ガスに含まれる揮発性有機化合物を吸着するための吸着剤を含む。本発明において、該未処理ガスは、例えば、各種プラスチック製品、合成繊維、半導体の製造工程、又は磁気テープ工業等の各種操作に伴って発生する排ガス；又はガソリンスタンド、燃料油出荷設備、油槽所、クリーニング業、印刷業又は塗装業等の小規模な一般的揮発性有機化合物排出源から大気中に排出される排ガスなどである。本発明において、該未処理ガスに含まれる揮発性有機化合物は、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル及び酢酸ブチルなどのエステル類；アセトン及びメチルエチルケトンなどのケトン類；アセトアルデヒドなどのアルデヒド類；メタノール、エタノール、プロピルアルコール（n-プロピルアルコール、及びイソプロピルアルコール）、及びブタノール（n-ブタノール、イソブタノール、sec-ブタノール、及びtert-ブタノール）などのアルコール類；ジクロロメタン及びクロロホルムなどのハロゲン化炭化水素；キシレン、トルエン及びベンゼンなどの芳香族化合物；並びにこれらの２種以上の混合物である。
【００２３】
本発明において、吸着剤の例を挙げると、活性炭、シリカゲル、アルミナ、粘土及びゼオライトなどがある。場合によって、ポリマー材料、例えば、架橋ポリマー材料を吸着剤として用いてもよい。好ましくは、吸着剤は、活性炭である。活性炭の形状は、球形又は粉末状など特に制限されない。活性炭は、制限されないが、例えば、800〜1200m2・g-1の比表面積、0.2〜2cm3・g-1の細孔容積、1〜4nmの細孔径を有するものを使用することができる。
【００２４】
本発明の装置における脱着用ガス供給手段は、吸着剤に吸着された該揮発性有機化合物を該吸着剤から脱着させるためのガス（脱着用ガス）を、吸着塔内に供給するように用いられる。該脱着用ガスは、競争吸着により、吸着剤に吸着された該揮発性有機化合物を脱着するとともに、自身が吸着剤に吸着される。本発明において、該脱着用ガスは、吸着剤に吸着された該揮発性有機化合物よりも吸着率の大きい揮発性有機化合物、又は吸着剤に吸着された該揮発性有機化合物のうち最も吸着率の大きい揮発性有機化合物（本明細書中において、これらを「吸着率の大きい揮発性有機化合物」とも呼ぶ。）を含む。該脱着用ガスは、該吸着率の大きい揮発性有機化合物と、空気又は不活性ガス、例えば、窒素若しくはアルゴン、あるいはこれらの混合物との混合ガスであってもよい。本発明の揮発性有機化合物回収装置は、該混合ガスを作成するための脱着用ガス混合手段を含むことができる。
【００２５】
該吸着率の大きい揮発性有機化合物は、例えば、トルエン、キシレン、又はベンゼンなどの芳香族化合物などを含む。好ましくは、該吸着率の大きい揮発性有機化合物は、トルエンである。当業者は、未処理ガスに含まれる揮発性有機化合物等に基づき、適切な該吸着率の大きい揮発性有機化合物を選択することができる。
【００２６】
本発明の装置における揮発性有機化合物回収手段は、該吸着率の大きい揮発性有機化合物との競争吸着により、吸着剤から脱着された揮発性有機化合物を回収する。該回収手段は、凝縮器、揮発性有機化合物回収槽、及び/又は真空ポンプを含むことができる。未処理ガスに含まれる揮発性有機化合物が複数種である場合、該回収手段は、複数（例えば、２、３、４又は５以上）存在してもよい。この場合において、未処理ガスに含まれる各揮発性有機化合物の吸着率の差を利用して、それぞれの種類ごとに分けて回収することができる。
【００２７】
本発明の揮発性有機化合物回収装置は、吸着塔内ガス排出手段を含むことができる。吸着塔内ガス排出手段は、吸着完了後に吸着塔内に残留するガス、及び吸着剤から脱着された揮発性有機化合物を、吸着塔外に排出するために用いられる。該吸着塔内ガス排出手段は、真空ポンプを含むことができる。
【００２８】
本発明の揮発性有機化合物回収装置は、さらに、吸着剤再生用ガス供給手段を含むことができる。吸着剤再生用ガス供給手段は、吸着率の大きい揮発性有機化合物を前記吸着剤から脱着させるためのガス（吸着剤再生用ガス）を、吸着塔に供給する。これにより、吸着剤を再度吸着可能な状態にし、再利用することができる。本発明において、吸着剤再生用ガスは、例えば、水蒸気、又は不活性ガス（窒素若しくはアルゴンなど）、或いはこれらの混合物である。
【００２９】
本発明の揮発性有機化合物回収装置は、さらに、該吸着率の大きい揮発性有機化合物を回収するための回収手段を含むことができる。該回収手段は、凝縮器、分離槽、揮発性有機化合物回収槽、及び/又は真空ポンプを含むことができる。該吸着率の大きい揮発性有機化合物としてトルエンなどの非水溶性化合物、及び吸着剤再生用ガスとして水蒸気を用いた場合、分離槽中で比重差により、これらを容易に分離することができる。回収された該吸着率の大きい揮発性有機化合物は、さらに、脱着用ガスとして競争吸着に再利用することができる。
【００３０】
本発明の揮発性有機化合物回収方法は、前記揮発性有機化合物回収装置を用いて行うことができる。本発明の揮発性有機化合物回収方法は、以下の工程を含むことができる。
(i) 未処理ガスに含まれる揮発性有機化合物を吸着剤に吸着させる工程；
(ii) 該吸着剤に吸着された該揮発性有機化合物よりも吸着率の大きい揮発性有機化合物、又は該吸着剤に吸着された該揮発性有機化合物のうち最も吸着率の大きい揮発性有機化合物を、該吸着剤に供給し、競争吸着により、工程(i)において吸着剤に吸着された揮発性有機化合物を脱着させる工程；及び
(iii) 該脱着された揮発性有機化合物を回収する工程；である。
【００３１】
工程(ii)において、該吸着率の大きい揮発性有機化合物と、空気又は不活性ガス（窒素若しくはアルゴンなど）、あるいはこれらの混合物とを混合し、該混合ガスを該吸着剤に供給してもよい。また、工程(iii)の回収工程は、該脱着された揮発性有機化合物を凝縮する工程を含むことができる。工程(iii)の回収工程は、凝縮器、揮発性有機化合物回収槽、及び/又は真空ポンプを用いることができる。さらに、未処理ガスに含まれる揮発性有機化合物が複数種である場合、工程(iii)において、該脱着された揮発性有機化合物を、その種類ごとに分けて回収することができる。これは、各揮発性有機化合物の吸着剤への吸着能の差を利用して行うことができる。具体的には、実施例３を参照されたい。
【００３２】
本発明の揮発性有機化合物回収方法は、さらに、(iv) 該吸着剤に、該吸着率の大きい揮発性有機化合物を脱着させるためのガスを供給する工程を含むことができる。当該工程により、吸着剤を再生及び再利用することができる。また、本発明の揮発性有機化合物回収方法は、さらに、(v) 工程(iv)において、吸着剤から脱着された該吸着率の大きい揮発性有機化合物を回収する工程を含むことができる。当該工程により、吸着率の大きい揮発性有機化合物を回収及び再利用することができる。該回収には、凝縮器、分離槽、揮発性有機化合物回収槽、及び/又は真空ポンプを用いることができる。工程(iv)又は(v)の後に、工程(i)〜(iii)を繰り返すことができる。
【００３３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいてさらに説明する。
【実施例１】
【００３４】
図１は本発明の実施例１に係る揮発性有機化合物回収装置の特徴的構成を示すシステム構成図である。図において、符号１は吸着塔、２は未処理ガス給気弁、３は処理ガス排気弁、４は脱着用ガス供給弁である。【００３５】
吸着塔１は揮発性有機化合物を含んだ未処理ガスの揮発性有機化合物を吸着剤、例えば、活性炭に吸着させ、この活性炭に吸着された揮発性有機化合物を吸着された揮発性有機化合物よりも吸着率の大きい揮発性有機化合物によって脱着させることで未処理ガスから揮発性有機化合物を回収するようになっている。未処理ガスからの揮発性有機化合物を回収した後、活性炭には前記の吸着率の大きい揮発性有機化合物が吸着されているので、これを蒸気又は窒素により脱着することで吸着剤を再度吸着可能な状態にするようになっている。【００３６】
具体的には、この揮発性有機化合物回収装置は吸着剤を内蔵する吸着塔１と、吸着塔１に揮発性有機化合物を含んだ未処理ガスを未処理ガス給気弁２を介して供給する未処理ガス供給ライン６と、処理ガスを吸着塔１から処理ガス排気弁３を介して排気する処理ガス排出ライン７と、吸着された揮発性有機化合物を脱着する際に供給される脱着用ガス（吸着された揮発性有機化合物よりも吸着率の大きい揮発性有機化合物や空気又は窒素ガス又はその他不活性ガスや蒸気）を脱着用ガス供給弁４を介して吸着塔１に供給する脱着用ガス供給ライン８を備えている。【００３７】
上記のように構成された回収システムによって揮発性有機化合物を回収する方法について説明する。
揮発性有機化合物を含む未処理ガスが吸着塔１に供給されると、揮発性有機化合物は吸着剤に吸着される。吸着剤が揮発性有機化合物で飽和すると吸着を完了し、脱着用ガス供給弁４を介して、吸着剤に吸着された揮発性有機化合物よりも吸着率の大きい揮発性有機化合物が吸着塔１に供給される。すると、吸着剤に吸着された揮発性有機化合物はあとから供給された吸着率の大きい揮発性有機化合物との競争吸着の作用により、脱着され、吸着率の大きい揮発性有機化合物が代わって、自身が吸着剤に吸着される。その結果、吸着されていた揮発性有機化合物は吸着塔１から排出され、回収される。【００３８】
このような本実施形態によれば、吸着塔１から排出された揮発性有機化合物は水溶性であっても、水蒸気を伴わないため、冷却し、凝縮させて液化回収しても水に溶解することはなく、また、吸着された揮発性有機化合物が複数種であっても、相互に競争吸着が働くため、吸着塔１から排出されるときは、吸着率の低い順に排出されるため、揮発性有機化合物種ごとに分離、回収することが可能である。【００３９】
上記したように、本実施形態に係る揮発性有機化合物回収装置では、水溶性の揮発性有機化合物の回収、及び、複数種の揮発性有機化合物の分離、回収をするのに蒸留装置を不要とすることができるため、省エネルギーを実現することができるのは勿論のこと、設備的に簡便なものとすることもできる。
【実施例２】
【００４０】
次に、本発明の実施例２について、図２に示すシステム構成図を参照して説明する。
上記実施例１に係る揮発性有機化合物回収装置は、吸着された揮発性有機化合物が水溶性である場合、吸着が完了した時点で、吸着塔１内に残留する未処理ガス中に水分が含まれている状況がほとんどであるため、脱着された揮発性有機化合物が吸着塔１から排出された後、冷却し、凝縮、回収する際に、完全に水分を溶解させないようにするのが困難であるという問題点がある。【００４１】
本実施例２は、このような実施例１の問題点を解決するためのものであり、より実機に近い揮発性有機化合物回収装置に関するものである。なお、図２では、上述した実施例１と同一の構成要素には同一符号を付している。【００４２】
吸着塔１は揮発性有機化合物を含んだ未処理ガスの揮発性有機化合物を吸着剤、例えば、活性炭に吸着させ、この活性炭に吸着された揮発性有機化合物を吸着された揮発性有機化合物よりも吸着率の大きい揮発性有機化合物によって脱着させることで未処理ガスから揮発性有機化合物を回収するようになっている。未処理ガスからの揮発性有機化合物を回収した後、活性炭には前記の吸着率の大きい揮発性有機化合物が吸着されているので、これを吸着剤再生用ガス（例えば、水蒸気又は窒素ガス）により脱着することで吸着剤を再度吸着可能な状態にするようになっている。【００４３】
具体的には、この揮発性有機化合物回収装置は吸着剤を内蔵する吸着塔１と、吸着塔１に揮発性有機化合物を含んだ未処理ガスを未処理ガス給気弁２を介して供給する未処理ガス供給ライン６と、処理ガスを吸着塔１から処理ガス排気弁３を介して排気する処理ガス排出ライン７と、吸着された揮発性有機化合物を脱着する際に供給される脱着用ガス（吸着された揮発性有機化合物よりも吸着率の大きい揮発性有機化合物や空気又は窒素ガス又はその他不活性ガス）を脱着用ガス供給弁４を介して吸着塔１に供給する脱着用ガス供給ライン８と、吸着剤に吸着した前記の吸着率の大きい揮発性有機化合物を脱着させ、吸着剤を再度吸着可能な状態にするために吸着剤再生用ガス（窒素ガス又はその他不活性ガス又は水蒸気）を吸着剤再生用ガス供給弁５を介して吸着塔１に供給する吸着剤再生用ガス供給ライン９、吸着塔１から排出される脱着ガスを脱着ガス切替弁１７，１８を介して凝縮器１５，１６に供給する脱着ガスライン１０と、脱着ガス排出ライン１９を備えている。脱着ガスが吸着率の大きい揮発性有機化合物によって脱着させられる吸着率の小さい揮発性有機化合物の場合、脱着された吸着率の小さい揮発性有機化合物は真空ポンプ１４で吸引され、吸着塔１から排出された後、脱着ガス切替弁１７を介して凝縮器１５で液化されて揮発性有機化合物回収槽１１に回収されるようになっている。【００４４】
吸着率の小さい揮発性有機化合物を脱着させる脱着ガスが吸着率の大きい揮発性有機化合物の場合、該脱着ガスは吸着剤再生用ガス（窒素ガス又はその他不活性ガス又は水蒸気）で脱着され、脱着された吸着率の大きい揮発性有機化合物は真空ポンプ１４で吸引され、吸着塔１から排出された後、脱着ガス切替弁１８を介して凝縮器１６で液化され、分離槽１３にて揮発性有機化合物と水とに比重分離され、分離された揮発性有機化合物回収槽１２に回収されるようになっている。【００４５】
次に、吸着塔１、真空ポンプ１４、凝縮器１５，１６、脱着用ガス供給弁４、吸着剤再生用ガス供給弁５、脱着ガス切替弁１７，１８、の動作について、図３~図４を参照して詳しく説明する。図３~図４は、上述した未処理ガス給気弁２、処理ガス排気弁３、脱着用ガス供給弁４、吸着剤再生用ガス供給弁５、脱着ガス切替弁１７，１８の開閉状態を示している。また、図４は、図３における動作状態の変化を時系列的に示したタイミングチャートである。【００４６】
本実施形態では、脱着用ガスとなる吸着率の大きい揮発性有機化合物をトルエン、脱着される吸着率の小さい揮発性有機化合物を酢酸エチルとしている。勿論、本発明の具体的な適用においては、これらの物質に限定されるものではなく、多くの揮発性有機化合物の組合せにおいて適用可能である。本実施形態では、吸着塔１の吸着剤は図３に示すような動作状態が繰り返されることによって、吸着状態ａ→パージ状態ｂ→脱着用ガス供給状態ｃ→脱着状態Iｄ→脱着状態IIｅ→脱着用ガスパージ状態ｆの順で状態変化する。【００４７】
なお、未処理ガス給気弁２、処理ガス排気弁３、脱着用ガス供給弁４、吸着剤再生用ガス供給弁５、脱着ガス切替弁１７，１８において、白抜き表示は各弁が「開状態」にあることを示し、黒抜き表示は各弁が「閉状態」にあることを示している。【００４８】
図３の動作状態ａは、「吸着状態」であることを示している。すなわち、吸着塔１は未処理ガス給気弁２及び処理ガス排気弁３が開状態、かつ、脱着用ガス供給弁４，吸着剤再生用ガス供給弁５及び脱着ガス切替弁１７，１８が閉状態に設定されることによって、未処理ガスが順次供給され、未処理ガス中の揮発性有機化合物が吸着塔１内に収納された吸着剤に吸着されると共に吸着剤を通過した処理ガスが順次排出される吸着状態となる。【００４９】
吸着塔１に収納されている吸着剤が揮発性有機化合物を吸着し、飽和状態になると、未処理ガス給気弁２及び処理ガス排気弁３が閉状態に設定され、かつ、脱着ガス切替弁１８が開状態に設定されると共に真空ポンプ１４が起動し、吸着塔１内の残留ガスを排気する図３の動作状態ｂに示す「パージ状態」に遷移する。この「パージ状態」において、未処理ガス給気弁２、処理ガス排気弁３、脱着用ガス供給弁４，５、及び脱着ガス切替弁１７が閉状態に設定されていることによって吸着塔１は減圧状態になる。この「パージ状態」で、吸着塔１内の残留ガスを凝縮器１５を通さないで排気するようにしているのは、吸着塔１内の残留ガスには水分が含まれている可能性があるため、後に凝縮器１５で凝縮させる揮発性有機化合物に水分が混入するのを防止するためである。【００５０】
本実施形態では、真空ポンプ１４は凝縮器１５の下流に配置されている。勿論、本発明の具体的な適用においては、このような構成に限定されるものではなく、吸着塔１から排出される揮発性有機化合物の種類によっては凝縮器１５での凝縮を大気圧下で行うほうが有利な場合もあり、その場合には、図８に示すように、真空ポンプ１４を凝縮器１５の上流に配置することでもよい。【００５１】
吸着塔１が所定の減圧状態になると、図３の動作状態ｃに示す「脱着用ガス供給状態」に遷移する。脱着用ガス供給弁４が開状態に設定され、脱着用ガスとしてのトルエンに空気又は窒素ガス又はその他不活性ガスが混合された状態で吸着塔１に供給される。両ガスの混合比は脱着ガスとしてのトルエンの分圧が当該混合ガスの温度におけるトルエンの蒸気圧以下となるように設定される。この混合比の設定は供給されたトルエンが凝縮しないようにするためになされる。従って、前記の所定の減圧状態がトルエンの温度における飽和圧力より低ければ、空気又は窒素ガス又はその他不活性ガスをトルエンに混合しなくても良い対応も可能である。【００５２】
トルエンと空気又は窒素ガス又はその他不活性ガスとの混合ガスが吸着塔１に供給されるにつれて、吸着塔１内の残留ガスを更に排出し続ける。更にトルエンと空気又は窒素ガス又はその他不活性ガスとの混合ガスを吸着塔１に供給することで、吸着塔１内の残留ガスを完全に排出しきった状態が実現される。この動作状態が「脱着用ガス供給状態」の完了になる。【００５３】
「脱着用ガス供給状態」が完了すると、脱着ガス切替弁１７が開状態に、脱着ガス切替弁１８が閉状態に設定され、図３の動作状態ｄに示す「脱着状態I」に遷移する。吸着剤に到達したトルエンは吸着剤に吸着されている揮発性有機化合物（ここでは酢酸エチルとしている）より吸着率が大きいため、競争吸着の作用により、酢酸エチルを吸着剤から追い出し、トルエン自身が吸着剤に吸着される。トルエンが吸着剤に供給され続け、吸着剤に吸着されていた酢酸エチルが全て吸着剤から追い出される（脱着される）までこの状態が継続する。酢酸エチルが全て吸着剤から脱着された時点で「脱着状態I」は完了する。脱着された酢酸エチルは順次吸着塔１から排出され、脱着ガス切替弁１７を介して凝縮器１５で凝縮、液化され、揮発性有機化合物回収槽１１に回収される。【００５４】
「脱着状態I」が完了すると、吸着剤に吸着されている物質は全てトルエンとなっている。そこで、吸着剤再生用ガス供給弁５が開状態に、脱着用ガス供給弁４が閉状態に、脱着ガス切替弁１７が閉状態に、脱着ガス切替弁１８が開状態に設定され、図３の動作状態ｅに示す「脱着状態II」に遷移する。吸着剤再生用ガス切替弁５を介して吸着塔１に蒸気が供給され、該蒸気により吸着剤が加温され、吸着されたトルエンが脱着される。脱着されたトルエンは蒸気と混合し、吸着塔１から排出され、脱着ガス切替弁１８を介して凝縮器１６で凝縮、液化される。液化されたトルエンと水は分離槽１３で比重分離され、分離されたトルエンは揮発性有機化合物回収槽１２に回収され、分離された水は排水ライン２０を経由して排水処理される。【００５５】
「脱着状態II」が完了すると、吸着剤再生用ガス供給弁５が閉状態に設定され、図３の動作状態ｆに示す「脱着用ガスパージ状態」に遷移する。吸着塔１に残留している蒸気が真空ポンプ１４により吸着塔１から排出され、脱着ガス切替弁１８を介して凝縮器１６で凝縮、液化され、分離槽１３で凝縮した水とトルエンとが比重分離され、分離されたトルエンは揮発性有機化合物回収槽１２に回収され、分離された水は排水ライン２０を経由して排水処理される。その後、脱着ガス切替弁１８が閉状態に、未処理ガス給気弁２及び処理ガス排気弁３が開状態に設定され、図３の動作状態ａに示す「吸着状態」に戻る。以後、前記の動作状態ａ〜ｅを繰り返すことで、未処理ガスからの揮発性有機化合物の回収を続けることができる。
【実施例３】
【００５６】
次に、本発明の実施例３について、図５に示すシステム構成図を参照して説明する。
上記実施例２に係る揮発性有機化合物回収装置では、未処理ガス中に１種類以上もしくは脱着用ガス（上記の例ではトルエン）を含む２種類以上の揮発性有機化合物が含まれる場合の回収を可能にしているが、脱着用ガス以外の揮発性有機化合物は一括して揮発性有機化合物回収槽１１に回収され、異なる種類の化合物を個別に分離、回収することはできない。【００５７】
実施例３は、このような第２実施形態の問題点を解決するためのものであり、より適用範囲の広い揮発性有機化合物回収装置に関するものである。
具体的には、この揮発性有機化合物回収装置は、分離、回収したい揮発性有機化合物種に対応した液化回収ユニット２４、２５を備える構成としている。図２に示す実施例２の揮発性有機化合物回収装置に追設された液化回収ユニット２５は脱着ガス切替弁２３、凝縮器２２、揮発性有機化合物回収槽２１から構成されており、図２に示す実施例２における脱着ガス切替弁１７、凝縮器１５、揮発性有機化合物回収槽１１と並列に配置される。【００５８】
図６に、図５における動作状態の変化を時系列的に示したタイミングチャートを示す。本実施形態における動作状態ａ〜ｃの動作は実施例２における動作状態ａ〜ｃと同じ動作を行う。本実施形態で、脱着用ガスとしての揮発性有機化合物を実施例２と同様、トルエンとし、分離、回収すべき揮発性有機化合物を酢酸エチル、ＭＥＫ（メチルエチルケトン）とする。各揮発性有機化合物の吸着率は大きい順に、トルエン＞酢酸エチル＞ＭＥＫとなる。【００５９】
従って、動作状態ｃが完了した後、脱着用ガスとして吸着塔内に導入される最も吸着率の大きいトルエンが競争吸着によって最も吸着率の小さいＭＥＫを脱着させ、自身が吸着剤に吸着される。この状態が動作状態ｄである。この動作状態で、脱着、排出されたＭＥＫを回収したい揮発性有機物回収槽に対応する脱着ガス切替弁が開状態に設定され、それ以外の脱着ガス切替弁は閉状態とされる。例えば、揮発性有機化合物回収槽１１に回収したければ、脱着ガス切替弁１７を開状態に設定する。ここで、脱着ガス切替弁以外の弁の開閉状態は図３に示す実施例２の動作状態ｄと同じである。【００６０】
全てのＭＥＫが脱着しつくされると、次いで、ＭＥＫより吸着率の大きい酢酸エチルがトルエンとの競争吸着の作用で脱着される。この状態が動作状態ｄ’である。この動作状態で、脱着、排出された酢酸エチルを回収したい揮発性有機物回収槽に対応する脱着ガス切替弁が開状態に設定され、それ以外の脱着ガス切替弁は閉状態とされる。例えば、揮発性有機化合物回収槽２１に回収したければ、脱着ガス切替弁２３を開状態に設定する。ここで、脱着ガス切替弁以外の弁の開閉状態は図３に示す実施例２の動作状態ｄと同じである。【００６１】
動作状態ｄ’が完了すると、吸着剤には脱着用ガスとしてのトルエンのみが吸着されていることになり、以降の工程は実施例２と同様、動作状態ｅ、ｆと進み、次の吸着工程に遷移する。【００６２】
上記した実施例３の揮発性有機化合物回収装置では、３種類の揮発性有機化合物（酢酸エチル、ＭＥＫ、トルエン）を分離、回収する場合の構成としているが、勿論、分離、回収する揮発性有機化合物を３種類に限定するものではなく、分離、回収する揮発性有機化合物の数に対応して液化回収ユニット２４，２５を増やすことで、３種類以上の揮発性有機化合物の分離、回収にも対応することができる。【００６３】
なお、上記した実施例１、実施例２、実施例３の揮発性有機化合物回収装置では、吸着塔を１塔で構成しているが、勿論、吸着塔を複数塔で構成し、各吸着塔で各動作状態のタイミングをずらすことで、揮発性有機化合物の回収操作を途切れなく連続して行わせるようにする実施形態も可能である。【００６４】
以上、本発明では、回収された揮発性有機化合物に水溶性の揮発性有機化合物が含まれていても水に溶解させることなく回収することができるため、水を分離、除去するための蒸留装置を不要とすることができ、また、吸着された揮発性有機化合物が複数種の化合物の場合でも、化合物種ごとに分離、回収することができるため、液化回収された複数種の揮発性有機化合物を化合物種ごとに分離、回収するための蒸留装置を不要とすることができ、その結果、蒸留装置で必要となるエネルギー消費を不要とすることができるため、省エネルギーを実現することができるのは勿論のこと、設備的に簡便なものとすることもできる。【００６５】
本発明に係る揮発性有機化合物回収装置の構成は、上記した実施形態の構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６６】
１  吸着塔
２  未処理ガス給気弁
３  処理ガス排気弁
４  脱着用ガス供給弁
５  吸着剤再生用ガス供給弁
６  未処理ガス供給ライン
７  処理ガス排出ライン
８  脱着用ガス供給ライン
９  吸着剤再生用ガス供給ライン
１０  脱着ガスライン
１１，１２，２１  揮発性有機化合物回収槽
１３  分離槽
１４  真空ポンプ
１５，１６，２２  凝縮器
１７，１８，２３  脱着ガス切替弁
１９  脱着ガス排出ライン
２０  排水ライン
２４，２５  液化回収ユニット
【図１】
0005990722.tif 000002
【図２】
0005990722.tif 000003
【図３】
0005990722.tif 000004
【図４】
0005990722.tif 000005
【図５】
0005990722.tif 000006
【図６】
0005990722.tif 000007
【図７】
0005990722.tif 000008
【図８】
0005990722.tif 000009