(57)【要約】【課題】親水性の有機物を含むガスを回収して、有機物を印刷インクに再利用しても滲みが生じ難い程度に含有（溶存）水分量を大幅に低減でき、それでいて低濃度かつ大量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効率的に回収すると共に、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。【解決手段】有機物を含有する被処理ガス中に含まれる水分を除去する除湿機構２と、除湿された被処理ガス中の有機物を吸着除去するためのハニカム状活性炭が充填・装着されて活性炭吸着装置４と、この活性炭吸着装置４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された不活性ガスを送給する加熱ガス供給装置６，７，１２と、この加熱された不活性ガスにより脱離された有機物を零度以下に冷却して脱水する冷却装置１３，１４と、脱水された有機物を回収する回収装置１５と、を有する有機物含有ガス処理設備。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含有する被処理ガス中に含まれる水分を除去する除湿機構と、除湿された被処理ガス中の有機物を吸着除去するためのハニカム状活性炭が充填・装着されて活性炭吸着装置と、この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ため加熱された不活性ガスを送給する加熱ガス供給装置と、この加熱された不活性ガスにより脱離された有機物を零度以下に凍結して脱水する冷却装置と、脱水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。
【請求項２】
前記除湿機構が、冷媒の送給を受ける熱交換器から構成されたプレクーラーと、これに続く除湿装置とを有しており、この除湿装置が円筒状容器内に回転可能に、モレキュラーシーブスあるいはゼオライトがハニカム状に配置されたハニカムローターから構成されている請求項１の有機物含有ガス処理設備。
【請求項３】
前記不活性ガスが窒素であり、この窒素を加熱して前記活性炭吸着装置に送給して有機物を脱離するようになっていると共に、脱離された有機物を前記冷却装置に送給する経路に、加熱していない窒素を導入するようになっている請求項１又は２の有機物含有ガス処理設備。
【請求項４】
有機物を含有する被処理ガス中に含まれる水分を除湿機構により除去し、除湿された被処理ガス中の有機物をハニカム状活性炭が充填・装着されて活性炭吸着装置に導入して吸着除去し、この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ため加熱した不活性ガスを送給し、この加熱された不活性ガスにより脱離された有機物を冷却装置により零度以下に凍結して脱水し、脱水された有機物を回収する有機物含有ガス処理方法。
【請求項５】
前記除湿機構による被処理ガス中の水分除去を、冷媒の送給を受ける熱交換器から構成されたプレクーラーと、これに続く除湿装置に前記被処理ガスを通して行い、前記除湿装置が円筒状容器内に回転可能に、モレキュラーシーブスあるいはゼオライトがハニカム状に配置されたハニカムローターから構成されている請求項４の有機物含有ガス処理方法。
【請求項６】
前記不活性ガスとして窒素を用い、この窒素を加熱して前記活性炭吸着装置に送給して有機物を脱離すると共に、脱離された有機物を前記冷却装置に送給する経路に、加熱していない窒素を導入する請求項４又は５の有機物含有ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機物含有ガス処理設備とその処理方法に関し、詳しくは、主として親水性の有機物を低濃度かつ大量に含有するガスを処理する有機物含有ガス処理設備とその処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機溶剤、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）、その他の有機化合物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という問題がある。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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）。
【０００６】
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るため、本願発明者らは、かかる問題を解決した有機物含有ガス処理設備とその処理方法の発明をした（特許文献３）。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２３９７２３号公報
【特許文献２】特開平１０−２１６４７７号公報
【特許文献３】特開２００６−８８１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、この有機物含有ガス処理設備を印刷工場などで使用して、排ガス中の有機溶剤を回収して再利用しようとした場合、次のような問題が生じる。つまり、有機溶剤として、トルエンなどの非親水性溶剤に代えて、より毒性の低い親水性の有機溶剤（例えば、酢酸エチル、メチルエチルケトン等）が多用されるようになっており、その際、有機溶剤中に少なくない水分を含むため、この有機溶剤を印刷インクに使用すると、印刷面にインクの滲みが生じる。もっとも、上記従来の処理設備により回収された有機溶剤に含有する水分は、大気中の相対湿度の多寡にも影響され、相対湿度が低い場合でも、有機溶剤に含有する溶存水分は１．５重量％程度含まれており、通常は、２〜３重量％程度含まれる。
【０００９】
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、親水性の有機物を含むガスを回収して、有機物を印刷インクに再利用したとしても滲みが生じ難い程度に含有（溶存）水分量を大幅に低減でき、それでいて低濃度かつ大量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効率的に回収すると共に、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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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に含まれる水分を除去する除湿機構と、除湿された被処理ガス中の有機物を吸着除去するためのハニカム状活性炭が充填・装着されて活性炭吸着装置と、この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ため加熱された不活性ガスを送給する加熱ガス供給装置と、この加熱された不活性ガスにより脱離された有機物を零度以下に冷却して脱水する冷却装置と、脱水された有機物を回収する回収装置と、を有することにある。
【００１１】
この構成によれば、活性炭吸着装置により被処理ガス中の有機物を吸着・除去する前に、予め除湿機構によって水分を低減すると共に、不活性ガスにより脱離された有機物を零度以下に冷却して脱水する冷却装置により、不活性ガスに含まれる有機物中の水分を除去できるため、回収される有機物中の水分を十分に低減でき、たとえ親水性の有機物を含むガスを回収して、有機物を印刷インクに再利用したとしても滲みが生じ難い程度に含有（溶存）水分量を確実に低減できる。しかも、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るのみならず、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。
【００１２】
その結果、親水性の有機物を含むガスを回収して、有機物を印刷インクに再利用したとしても滲みが生じ難い程度に含有水分量を大幅に低減でき、それでいて低濃度かつ大量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効率的に回収すると共に、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。
【００１３】
前記除湿機構が、冷媒の送給を受ける熱交換器から構成されたプレクーラーと、これに続く除湿装置とを有しており、この除湿装置が円筒状容器内に回転可能に、モレキュラーシーブスあるいはゼオライトがハニカム状に配置されたハニカムローターから構成されていることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、プレクーラーにより低温に冷やされた被処理ガスは、更にモレキュラーシーブスあるいはゼオライトがハニカム状に配置されたハニカムローターによって除湿され、安定した低露点にされて下流側に送給されるため、下流側に配置された各装置により、有機物中の水分が一層確実に除去され低減されることになる。
【００１５】
前記不活性ガスが窒素であり、この窒素を加熱して前記活性炭吸着装置に送給して有機物を脱離するようになっていると共に、脱離された有機物を前記冷却装置に送給する経路に、加熱していない窒素を導入するようになっていることが好ましい。
【００１６】
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、しかも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。
【００１７】
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に含まれる水分を除湿機構により除去し、除湿された被処理ガス中の有機物をハニカム状活性炭が充填・装着されて活性炭吸着装置に導入して吸着除去し、この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ため加熱した不活性ガスを送給し、この加熱された不活性ガスにより脱離された有機物を冷却装置により零度以下に凍結して脱水し、脱水された有機物を回収することにある。
【００１８】
この構成によれば、親水性の有機物を含むガスを回収して、有機物を印刷インクに再利用したとしても滲みが生じ難い程度に含有水分量を大幅に低減でき、それでいて低濃度かつ大量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効率的に回収すると共に、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。
【００１９】
前記除湿機構による被処理ガス中の水分除去を、冷媒の送給を受ける熱交換器から構成されたプレクーラーと、これに続く除湿装置に前記被処理ガスを通して行い、前記除湿装置が円筒状容器内に回転可能に、モレキュラーシーブスあるいはゼオライトがハニカム状に配置されたハニカムローターから構成されていることが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、除湿機構の下流側に配置された各装置により、有機物中の水分を一層確実に除去し低減できることになる。
【００２１】
前記不活性ガスとして窒素を用い、この窒素を加熱して前記活性炭吸着装置に送給して有機物を脱離すると共に、脱離された有機物を前記冷却装置に送給する経路に、加熱していない窒素を導入することが好ましい。
【００２２】
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、しかも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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
【００２４】
この有機物含有ガス処理設備の概略構造を、図１に示す。すなわち、各種化学工場などから発生した被処理ガス（有機物含有ガス）は、送給ファン１により、除湿機構２を構成する、プレクーラー２ａとこれに続く除湿装置２ｂに送給されると共に、除湿機構２により水分が除湿された被処理ガスは、有機物を吸着除去する活性炭吸着装置４に送られる。更に、この有機物含有ガス処理設備は、活性炭吸着装置４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された不活性ガスを送給する装置５と、この加熱された不活性ガスにより脱離された有機物を零度以下に冷却して脱水する冷却装置６と、脱水された有機物を回収する回収装置７などとを有して構成されている。
【００２５】
プレクーラー２ａは、熱交換器から構成されていて、ブラインチラー１０から冷媒を送給される。この熱交換器には、ブライン貯槽タンクＴから送られた冷媒（ブライン）を冷却するブラインチラー１０から、ポンプＰ１により、配管１１を通して冷媒が送給・循環されるようになっている。
【００２６】
プレクーラー２ａに続く除湿装置２ｂは、例えば、円筒状容器内に回転可能に、ハニカム状に配置されたモレキュラーシーブスあるいはゼオライト等が収容されたローター（ハニカムローター）を構成していて、これが徐回転（例えば、約１０回転／時間程度）する中を被処理ガスが通過することにより、被処理ガス中の水分が除去されつつ、シールされ区画された別経路に対して反対方向から、再生ファン（図示略）より温風（１１０〜１５０℃程度）が吹き込まれて再生される方式などを採用することができる。この除湿装置２ｂにより、被処理ガスを安定した低い露点（例えば、−３０℃以下）にすることができる。
【００２７】
なお、被処理ガス中の塵芥などを除去するため、被処理ガスを除湿機構２に導入する前に、予め市販の各種除塵フィルターなどからなるプレフィルターを配置していてもよい。
【００２８】
除湿機構２を経た被処理ガスは、制御バルブ３を介して複数の活性炭吸着装置４に送給される。この活性炭吸着装置４は、図１では２台並列されており、このようにすると、１台を吸着用に使用し、他方を脱着・再生用として使用することができる。もとより、活性炭吸着装置２は１台でもよく、更に多数台配置してもよく、その台数、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。
【００２９】
活性炭吸着装置４には、ハニカム状活性炭が充填・装着されていて、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４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、送給ファン１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４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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
活性炭吸着装置４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５を経て大気中に放出されるが、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。
【００３４】
また、活性炭吸着装置４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。
【００３５】
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９０〜１１０℃程度、好ましくは約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。
【００３６】
すなわち、窒素は、窒素容器（気体入りボンベあるいは液体窒素容器など）１２から制御バルブを介して窒素ガス循環ファン６により、熱媒油槽７に送給され熱交換されて、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、配管２０を通流し制御バルブ８を介して活性炭吸着装置４に送給される。熱媒油槽７の熱量は、ヒーター２４を取り付けること等により直接あるいは間接に加熱することにより得られる。熱媒油槽７の熱媒体は、ポンプＰ２により循環され、所定温度に維持されるようになっている。もっとも、熱媒油槽７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してもよい。窒素を送給するのに、必ずしも窒素ガス循環ファン６を用いなくてもよく、他の送給手段を用いてもよい。ここに、窒素容器１２、窒素ガス循環ポンプ６、熱媒油槽７などは加熱ガス送給装置を構成する。
【００３７】
活性炭吸着装置４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、窒素と共に脱着窒素制御バルブ９を経て、第１冷却器１３に送給され幾分冷却される。第１冷却器１３へは、第１チラーユニット１６から冷媒が熱交用冷却水循環ポンプＰ３により送給・循環されるようになっている。図番１７は、第１チラーユニット１６に送る冷却水を貯槽する、供給ポンプＰ４を備えた冷却水槽である。
【００３８】
なお、ハニカム状活性炭から加熱窒素で脱離した有機物を第１冷却器１３に送給する経路に、窒素容器１２から窒素の一部を加熱することなく、配管２１を通して導入することが好ましい。このようにすると、第１冷却器１３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。図番２２は、導入する冷却用窒素の量を制御する冷却バルブである。
【００３９】
更に、有機物を含む窒素は、第２冷却器１４の内部に多数配置されている細管内に送給されて冷却され、有機物は液状にされる。その場合、第２冷却器１４では、有機物を含む窒素を零度以下、好ましくは−１０℃以下に冷却するので、窒素中の水分は、細管表面に凍結されて分離・除去される。第２冷却器１４は、図１では２台並列に配置されて水分除去の効率を高くしているが、１台でもよく、更に増設してもよい。
【００４０】
また、有機物と水分を除去された窒素は、窒素を加熱する熱媒油槽７に送給されて再利用することができる。図番２３は、窒素の送給量を制御する制御バルブである。
【００４１】
液状の有機物は、更にデカンター等の回収槽１５に送られて、高い純度の有機物として回収される。このようにすることにより、高純度の有機物中の溶存水分は、０．５重量％以下程度にできる。従って、有機物が酢酸エチルである場合には、それを特にグラビア印刷インクの溶剤として用いたとしても、インクの滲みが生じるのを確実に抑制できる。第１，第２冷却器１３，１４は冷却装置を構成し、デカンター１５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１５である必要はなく、他の回収手段を使用してもよい。
【００４２】
第２冷却器１４へは、第２チラーユニット１８から冷媒が熱交換器１９を介して送給され、ブライン循環ポンプＰ５により循環されるようになっている。
【実施例】
【００４３】
被処理ガスである有機物含有ガスとして、酢酸エチルを含有する排ガスを処理した例について説明する。大気中の相対湿度は約６０％であり、酢酸エチル（約２０００重量ｐｐｍ）を含有する排ガス流量（約３００Ｎｍ3 ／ｈ）を、図１に示すように、プレクーラーで５℃以下に冷却し、次いで除湿装置であるハニカムローターで露点−３０℃以下にした後、ハニカム状活性炭を内蔵した活性炭吸着装置４に送給して吸着させた。活性炭吸着装置４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。酢酸エチル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酢酸エチルを脱離させ、有機物を含む窒素を、約１５℃以下に冷却した第１冷却器１３、次いで約−１０℃に冷却した第２冷却器１４を通流させた。最終的にデカンターから回収された液状酢酸エチルは、約１３７ｋｇ／ｈであり（回収率約９７％）、この酢酸エチル中に含まれる溶存水分は、０．３５重量％であった。
〔別実施の形態〕
（１）上記実施形態では、有機物として酢酸エチルを有する被処理ガスを処理する例を示したが、これに限定されるものではなく、回収有機物中の水分を低減したい場合に、本発明は広く適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】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】
【００４６】
２              除湿機構
２ａ            プレクーラー
２ｂ            除湿装置
４              活性炭吸着装置
６，７，１２    加熱ガス送給装置
１３，１４      冷却装置
１５            回収装置
【図１】
2008043920.tif 000003