(57)【要約】【課題】排気ガス中の有機化合物蒸気を吸着除去する安価な方法を提供すること【解決手段】下水汚泥を炭化処理又は炭化・賦活処理して得られる活性炭化物又は前記活性炭化物と1種以上の無機酸化物とを混合した吸着剤を充填した吸着塔に排気ガスを導入し、排気ガス中の有機化合物蒸気を吸着除去する【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機化合物蒸気を含む排気ガスを吸着剤に接触させることで、排気ガスを浄化する有機化合物蒸気の吸着除去方法
【請求項２】
吸着剤として下水汚泥を炭化処理又は炭化・賦活処理して得られる比表面積60m2/g以上130m2/g以下の活性炭化物を使用することを特徴とする請求項１記載の有機化合物蒸気の吸着除去方法
【請求項３】
吸着剤として下水汚泥を炭化処理又は炭化・賦活処理して得られる比表面積60m2/g以上130m2/g以下の活性炭化物と比表面積170m2/g以上450m2/g以下の1種以上の無機酸化物を混合して使用することを特徴とする請求項１記載の有機化合物蒸気の吸着除去方法
【請求項４】
活性炭化物の平均粒子径が0.01mm以上5mm以下、無機酸化物の平均粒子径が0.03mm以上8mm以下であることを特徴とする請求項３記載の有機化合物蒸気の吸着除去方法
【請求項５】
活性炭化物の平均粒子径が0.01mm以上5mm以下、無機酸化物が室温で1時間以上水に浸漬しても破砕されないことを特徴とする請求項３記載の有機化合物蒸気の吸着除去方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機化合物蒸気を含む排気ガスから有機化合物を吸着除去する方法に関し、特に大気環境汚染やオゾン層破壊の原因の一つである有機化合物の排気ガス中濃度を低減させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、悪臭に関する苦情件数が増加し、悪臭の発生源もクリーニング業、鍍金工業、自動車部品製造業など様々な分野に亘っている。特にクリーニング業、鍍金工業などには個人経営による中小規模事業者が多く、住宅地内に立地する場合が少なくない。クリーニング業、鍍金工業、自動車部品製造業などでは、洗浄工程に有機溶剤が用いられている。これらの事業者では比較的高濃度の有機化合物蒸気が取り扱われている。このことは大気環境の悪化や、オゾン層の破壊などにつながる原因になりかねない。また労働衛生面からも有機化合物蒸気を除去することは作業環境の改善、生産性の改善につながるため望ましい。
有機化合物蒸気を除く手段として複数の吸着塔を持つ吸着装置などが提案されている（特許文献１）
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−７１５８４号
【０００４】
しかしながら、従来技術では設備が複雑で大型になり、大規模プラントでの排気ガス対策には適すると考えられるが、個人経営などの中小規模の事業者にはスペース、運転管理、運転コストなどの点から導入することが難しい。さらに、中小事業者などではバッチ式の洗浄が主体である点などを考えると化学工業に最適化された除去方法を中小事業者に適用することには難しい面がある。
【０００５】
吸着方式による有機化合物蒸気の除去技術においては、装置やプラントに占める吸着剤コストが高い特徴があり、中小事業者の環境対策として技術の普及を図るためには装置コストを低減することも重要な技術要素である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これまでに開示されている方法の殆どは、特許文献１に例示したように複数のある程度大規模な吸着塔を備え、例えば吸着塔の圧力を交互に連続的に変動させ、片方の吸着塔で吸着工程を行っている間に、他方の吸着塔では脱着工程（吸着剤の再生）を行うものである。圧力変動をさせる場合には吸着工程では常圧若しくは加圧下である一方、脱着工程では減圧下に置かれる場合が多く、複数の吸着塔を有する装置では、バルブ数が多く、また複雑なバルブ制御（シーケンス）が必要になる場合がある。また、吸着塔が複数になることで装置が大型化したり、重量が嵩む傾向がある。よって中小規模の事業者が導入するには必ずしも適さないと考えられる。
【０００７】
しかしながら、大気環境保全、労働衛生、生産性の向上の観点からこれらの中小事業者から排出される有機化合物蒸気対策を放置することはできず、これを解決するためには、投資コストが安価な小型の有機化合物蒸気除去装置の開発が待たれている。この技術の開発によって中小事業者に環境浄化装置の普及が進むことで、有機化合物蒸気の大気放出量が削減され大気環境、労働衛生、生産性の改善が期待できると考えられる。
【０００８】
すなわち、本発明の目的は、小型かつ安価に有機化合物蒸気濃度を実質的に殆ど低減することに関する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
下水汚泥は下水道の普及とともに発生量が増加し、各自治体では減容化、用途拡大などを急いでいるが発生量に見合った対策が不充分な現状がある。今後、下水道普及率が高まることを考えると、下水汚泥を吸着剤に加工することにより、減容化と有効利用との両面を達成出来る。吸着剤への加工は下水減容化処理コストに吸収させることが出来るため吸着剤そのもののコストはかなり低減させることが期待できる。そこで本発明者は、安価な有機化合物蒸気の回収方法について鋭意研究開発した結果、下水汚泥を炭化処理又は炭化・賦活して得られる活性炭化物を使用することで、吸着剤コストを押さえた安価な装置で有機化合物蒸気を吸着除去する方法を見いだし発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち本発明の技術解決手段は、（１）有機化合物蒸気を含む排気ガスを吸着剤に接触させることで、排気ガスを浄化する有機化合物蒸気の吸着除去方法であり、（２）吸着剤として下水汚泥を炭化処理又は炭化・賦活処理して得られる比表面積60m2/g以上130m2/g以下の活性炭化物を使用することを特徴とする（１）記載の有機化合物蒸気の吸着除去方法であり、（３）吸着剤として下水汚泥を炭化処理又は炭化・賦活処理して得られる比表面積60m2/g以上130m2/g以下の活性炭化物と比表面積170m2/g以上450m2/g以下の1種以上の無機酸化物を混合して使用することを特徴とする（１）記載の有機化合物蒸気の吸着除去方法であり、（４）活性炭化物の平均粒子径が0.01mm以上5mm以下、無機酸化物の平均粒子径が0.03mm以上8mm以下であることを特徴とする（３）記載の有機化合物蒸気の吸着除去方法であり、（５）活性炭化物の平均粒子径が0.01mm以上5mm以下、無機酸化物が室温で1時間以上水に浸漬しても破砕されないことを特徴とする（３）記載の有機化合物蒸気の吸着除去方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、クリーニング業、鍍金業、自動車部品製造業などにおける排気ガス中の有機化合物蒸気を除去し、かつ余剰下水汚泥を有効利用することによる極めて安価な吸着剤を利用した中小事業者に好適な環境浄化技術を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の詳細を実施例により詳細に示すが、本発明の技術内容を具体的に説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
【００１３】
（回収対象の排気ガス）
回収対象の排気ガス（以下ベーパーと略記）中に含まれる有機化合物類は、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、ジクロロエチレン、モノクロロエチレン等のハロゲン化アルケン類、ヘキサクロロエタン、ペンタクロロエタン、テトラクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロエタン、モノクロロエタン等のハロゲン化アルカン類、クロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等のアルカン類、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン等のアルケン類、シクロペンタン等の脂環式炭化水素およびこれらのハロゲン化物などの有機化合物を好ましく取り扱うことができる。これらを単一でも複数の炭化水素類を含んでいても好ましく使用できる。
【００１４】
特に、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、ジクロロエチレン、モノクロロエチレン等のハロゲン化アルケン類、ヘキサクロロエタン、ペンタクロロエタン、テトラクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロエタン、モノクロロエタン等のハロゲン化アルカン類、ベンゼン等の芳香族炭化水素を好ましく取り扱うことが出来る。
【００１５】
これらのベーパー中の単独成分の濃度又は混合物の場合には成分を合計した濃度は炭素濃度基準で100vol.ppm以上40,000vol.ppm以下が好ましく、300vol.ppm以上30,000vol.ppm以下がより好ましく、600vol.ppm以上23,000vol.ppm以下がさらに好ましく、1,000vol.ppm以上18,000vol.ppm以下が最も好ましい。
【００１６】
この範囲を超過した場合には、冷却凝縮などの既存技術で対応できる可能性が高く本技術の優位性は稀薄となり、この範囲未満では、吸着剤量が増加することに対応してブロアーや減圧ポンプ等の回転機類が大型化し中小事業者向けの用途での技術的な優位性が稀薄となるおそれがあるため好ましくない。
【００１７】
（吸着剤）
吸着剤には下水汚泥を炭化処理又は炭化・賦活して得られる比表面積60m2/g以上130m2/g以下の活性炭化物（以下活性炭化物と記す）を使用することが出来る。活性炭化物の平均粒子径は0.01mm以上5mm以下が好ましく、0.03mm以上2mm以下がより好ましい。活性炭化物は吸着剤として単独で用いることが出来るほか、１種以上の無機酸化物と混合して用いることができる。１種以上の無機酸化物と混合する場合の無機酸化物の比表面積は170m2/g以上450m2/g以下が好ましい。また、無機酸化物の平均粒子径は0.03mm以上8mm以下が好ましく、0.06mm以上4mm以下がより好ましい。
【００１８】
活性炭化物や無機酸化物の比表面積が好適範囲を満たさない場合には、有機化合物蒸気の吸着が不充分になるおそれや、吸着時の発熱によるヒートスポットの発現など吸着操作に不具合を生ずる可能性がある。活性炭化物や無機酸化物の平均粒子径が好適範囲を満たさない場合には、圧力損失が大きくなりすぎたり、逆に、吸着剤の間隙を有機化合物蒸気が通過するなど吸着操作に不具合を生ずる可能性がある。従って上述の好適範囲を満たす必要がある。
【００１９】
（無機酸化物の種類）
無機酸化物の吸着剤の材質は特に限定されないが、天然ゼオライト、合成ゼオライト、シリカゲル、アルミナなどの公知の材質を好ましく使用することが出来る。有機化合物蒸気と混在する水蒸気が接触するため、水蒸気が凝縮した場合であっても吸着剤が割れたり、粉化したりしない事が望ましい。そのため、活性炭化物と無機酸化物とを混合して使用する場合には、無機酸化物を室温で水に浸漬し１時間経過しても割れや粉化が生じないことが好ましい。
【００２０】
（吸着剤からの有機化合物回収方法）
吸着剤に吸着させた有機化合物は、窒素等の不活性ガス又は空気又は水蒸気等を吸着剤に接触させることで脱着させ、回収することができる。この時、効率的に脱着させるために吸着塔内部を減圧するか又は吸着剤を加熱するか又は接触させる気体を予熱しても良い。吸着剤の加熱方法としては、電磁気的方法で直接的に加熱する方法や、吸着塔の外表面に高温の熱媒体や燃焼ガスや発熱体を接触させるなどの方法で間接的に加熱する方法を用いることができる。
【００２１】
（本発明における第1の実施形態）
図１は、本発明の第1の形態による有機化合物蒸気の吸着除去方法を示している。吸着塔３には吸着剤４が充填される。有機化合物蒸気を含む排気ガスは導入路１からブロワー２により導入され吸着塔３に入り、吸着剤４により排気ガス中の有機化合物蒸気が吸着除去される。排出口５からは有機化合物蒸気が除去された浄化ガスが排出される。
【００２２】
（本発明における第2の実施形態）
図２は、本発明の第2の形態による有機化合物蒸気の吸着除去方法を示している。吸着塔３には吸着剤４が充填される。有機化合物蒸気を含む排気ガスは導入路１からブロワー２により減圧状態となった吸着塔３に導入され、吸着剤４により排気ガス中の有機化合物蒸気が吸着除去される。排出口５からは有機化合物蒸気が除去された浄化ガスが排出される。
【００２３】
（実験例）
以下に本発明の特徴を具体的な実験例により説明するが、本実験例は本発明の範囲を限定するものではない。
【００２４】
（実験例１）
図１に示した吸着除去方法において、吸着剤４として下水汚泥を炭化・賦活処理して得られた比表面積75m2/gの活性炭化物20mlを吸着塔３に充填した。ベンゼン6200ppmを含むベンゼン／窒素混合ガスを導入路１からブロワー２によって流速426ml/分で吸着塔３に導入したところ、導入5分後までの排出口５における排出ガス中の平均ベンゼン濃度は20ppm以下であり、吸着効率は99.6％以上であった。ここで吸着効率は「（導入ガス中ベンゼン濃度−排出ガス中平均ベンゼン濃度）／導入ガス中ベンゼン濃度」で定義するものとする。またこのとき「ベンゼン／窒素混合ガス導入後の吸着塔３内最高温度−ベンゼン／窒素混合ガス導入前の吸着塔３内温度」で定義される吸着塔３内の温度上昇幅ΔTは15℃であった。また、「吸着塔３入口圧力−吸着塔３出口圧力」で定義される圧力損失ΔPは1.2kg/cm2であった。
【００２５】
（実験例２）
図１に示した吸着除去方法において、下水汚泥を炭化・賦活処理して得られた比表面積75m2/gの活性炭化物16mlと比表面積391m2/gで粒子径1.7〜4.0mmの無機酸化物4mlを前記活性炭化物が前記無機酸化物の上部に位置するよう層状に重ね吸着剤４として吸着塔３に充填した。ベンゼン5500ppmを含むベンゼン／窒素混合ガスを導入路１からブロワー２によって流速419ml/分で吸着塔３に導入したところ、導入5分後までの排出口５における排出ガス中の平均ベンゼン濃度は20ppm以下であり、吸着効率は99.6％以上であった。また、このときのΔTは22℃、ΔPは0.9kg/cm2であった。
【００２６】
（実験例３）
図１に示した吸着除去方法において、下水汚泥を炭化・賦活処理して得られた比表面積75m2/gの活性炭化物10mlと比表面積391m2/gで粒子径1.7〜4.0mmの無機酸化物10mlを前記活性炭化物が前記無機酸化物の上部に位置するよう層状に重ね吸着剤４として吸着塔３に充填した。ベンゼン5700ppmを含むベンゼン／窒素混合ガスを導入路１からブロワー２によって流速437ml/分で吸着塔３に導入したところ、導入5分後までの排出口５における排出ガス中の平均ベンゼン濃度は20ppm以下であり、このときの吸着効率は99.6％以上であった。また、このときのΔTは26℃、ΔPは0.8kg/cm2であった。
【００２７】
（実験例４）
図１に示した吸着除去方法において、下水汚泥を炭化・賦活処理して得られた比表面積75m2/gの活性炭化物4mlと比表面積391m2/gで粒子径1.7〜4.0mmの無機酸化物16mlを前記活性炭化物が前記無機酸化物の上部に位置するよう層状に重ね吸着剤４として吸着塔３に充填した。ベンゼン5500ppmを含むベンゼン／窒素混合ガスを導入路１からブロワー２によって流速419ml/分で吸着塔３に導入したところ、導入5分後までの排出口５における排出ガス中の平均ベンゼン濃度は20ppm以下であり、吸着効率は99.6％以上であった。また、このときのΔTは29℃、ΔPは0.7kg/cm2であった。
【００２８】
（実験例５）
図１に示した吸着除去方法において、比表面積391m2/gで粒子径1.7〜4.0mmの無機酸化物20mlを吸着剤４として吸着塔３に充填した。ベンゼン5500ppmを含むベンゼン／窒素混合ガスを導入路１からブロワー２によって流速426ml/分で吸着塔３に導入したところ、導入5分後までの排出口５における排出ガス中の平均ベンゼン濃度は68ppmであり、このときの吸着効率は98.9％であった。また、このときのΔTは37℃、ΔPは0.5kg/cm2であった。
【００２９】
以上すべての実験例において排気ガス中のベンゼンは高効率で吸着除去され、好ましく排出ガスの浄化が達成された。さらに活性炭化物と無機酸化物を混合使用した実験例２，３，４ではΔP及びΔTの値が装置設計面から好ましく、また価格の低廉な活性炭化物を使用することによる経済性も期待でき、より好ましい。
【００３０】
【表１】
2008114147.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】第１の実施形態にかかる有機化合物蒸気吸着除去方法の概略図
【図２】第２の実施形態にかかる有機化合物蒸気吸着除去方法の概略図
【符号の説明】
【００３２】
１  有機化合物蒸気を含む排気ガス導入路
２  ブロワー
３  吸着塔
４  吸着剤
５  排出口
【図１】
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【図２】
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