(57)【要約】本発明は、活性炭を含む単位装置を使用して、前記単位装置の炭素を再生することにより、一種または複数種類の揮発性有機化合物を含むプロセスガス細流から一種または複数種類の揮発性有機化合物を除去するためのプロセスについて記載する。本発明の方法は、活性炭上に吸着され得る揮発性有機化合物を含有するプロセスガスを、活性炭含有単位装置に通して前記炭素上に揮発性有機化合物を吸着させ；前記単位装置へのプロセスガスのフローを遮断し、揮発性有機化合物を含有するプロセスガスのフロー方向とは反対方向で前記単位装置に水蒸気を通して活性炭から前記揮発性有機化合物を脱着させ；水蒸気と揮発性有機化合物とを濃縮し；これを分離し；前記単位装置への水蒸気フローを遮断し、単位装置内を水蒸気が通過したのと同じ方向であって、且つ従来法のようにVOC含有プロセス空気が単位装置を通過したのとは異なる方向に大気を通して、その中に含まれる炭素を乾燥して、その温度を選択された温度に下げ；次いで前記単位装置をオンライン操作状態に戻す、各段階を含む前記プロセスを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性炭含有単位装置を使用し、前記単位装置の炭素を再生することにより、一種または複数種類の揮発性有機化合物を含有するプロセスガス細流から一種または複数種類の揮発性有機化合物を除去するためのプロセスであって、活性炭上に吸着され得る一種または複数種類の揮発性有機化合物を含有するプロセスガスを活性炭含有単位装置に通して、前記炭素上に揮発性有機化合物を吸着させる、ここで前記通過は、選択された温度及び圧力で選択された時間実施し；前記単位装置へのプロセスガスのフローを遮断し、選択された温度及び圧力で選択された時間、揮発性有機化合物を含有するプロセスガスのフロー方向とは反対方向で水蒸気を単位装置に通し、活性炭から前記揮発性有機化合物を脱着させる；前記水蒸気と揮発性有機化合物とを濃縮し、これを分離回収する；前記単位装置への水蒸気フローを遮断し、選択された圧力及び選択された時間で大気を前記単位装置に通して、その中に含まれる炭素を乾燥して、その温度を選択された温度に下げ、次いで前記単位装置をオンライン操作状態に戻す、各段階を含む前記プロセス。
【請求項２】
前記揮発性有機化合物が100℃以下の沸点をもつ、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記揮発性有機化合物が、アセトン、塩化メチレン、クロロホルム及びメチルエチルケトンからなる群から選択される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記水蒸気温度が30℃〜180℃の範囲であり、圧力は大気圧よりも10〜25ポンド上の範囲であり、時間が10分〜１時間の範囲である、請求項１に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性炭吸着床からの揮発性有機化合物の回収に関する。特に本発明は、活性炭を再生して、オンライン時間と、活性炭吸着床から回収した揮発性有機化合物の割合と高める改良法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素吸着床は、プロセスガス細流、たとえば空気または窒素細流から揮発性有機化合物を除去するために多くの産業で広く使用されている。通常の炭素床操作では、揮発性有機化合物(volatile organic compounds：VOC)を含むプロセスガス細流を、選択された温度及び圧力で炭素床に通している。このVOCは、ガス細流から床の炭素粒子上に吸収される。除去しようとしたVOCに対して選択性の監視デバイスを、吸着プロセスの間、炭素床の出口側に設置することが多い。床がVOCの吸着を停止すると、炭素床が飽和して、プロセスガス細流が第二の炭素床に迂回したことを示す漏出(breakthrough)が検出される。次いで、飽和したこの炭素床を適格な方法で除去したり廃棄するか、またはより経済的には、この炭素床を、将来的なオンラインでの使用のために再生し、VOCの種類に応じてリサイクル、廃棄または燃料使用のためにVOCを回収する。
【０００３】
さらに利用するために炭素床を再生する簡易化した例では、再生は、選択した温度及び圧力で炭素床に水蒸気を通し、床の出口側で水蒸気と、除去した全てのVOCとを濃縮し、次いで濃縮後に流出ガスを回収または排出することにより実施する。この水蒸気ストリッピングは、通常、吸着段階(adsorption phase)の間の炭素床の入口/出口方向とは逆向きで実施する。水蒸気ストリッピングが完了した後、吸着段階の間にVOCが床の中を通ったのと、通常、同一方向で、床の中に冷却ガスを通すことによって炭素床を冷却する。一旦冷却が完了したら、現在オンラインの床が飽和したときに、この炭素床をオンラインで使用するのに「作動可能状態(ready position)」に配置する。
【０００４】
吸着、炭素床及び再生に関する徹底的な議論は、以下の文献に知見することができる：Kirk-Othmer：Encyclopedia of Chemical Technology、第４版(New York：John Wiley＆Sons)、第１巻、493〜528頁(一般的な吸着）；第１巻、529〜573頁(吸着、ガス分離)及び第４巻、1015〜1037頁(活性炭とその利用)。さらなる情報は、C.L.Mantell、ADSORPTION、第２版(New York：McGraw-Hill Book Company、1951年)、224〜254頁、及びJohn W.Hassler、Activated Carbon(New York：Chemical Publishing Company、1963年)、55〜66頁に知見することができる。241〜244頁のMantellの研究では、具体的に従来のアセトン回収単位装置について記載している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、床に吸着された揮発性有機化合物の回収率と、オンラインでの使用に戻したときの炭素床の操作能力(operating capacity)とのいずれをも最適化するために、炭素吸着床を再生する改良法を提供することである。
【０００６】
本発明のさらなる目的は、炭素吸着床を再生するための改良プロセスであって、床を操作する通常の入口-出口方向と逆方向に炭素床を冷却して、床に吸着された揮発性有機化合物の回収率と、出口-入口冷却を提供することによってオンラインに戻したときの炭素床の操作能力とのいずれをも最適化する前記プロセスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、活性炭含有単位装置(unit)を使用し、前記単位装置の炭素を再生することにより、一種または複数種類の揮発性有機化合物を含有するプロセスガス細流から一種または複数種類の揮発性有機化合物を除去するためのプロセスであって、
活性炭上に吸着され得る一種または複数種類の揮発性有機化合物(VOC)を含有するプロセスガスを、活性炭含有単位装置に通して、前記炭素上に揮発性有機化合物を吸着させる、ここで前記通過は、選択された温度及び圧力で選択された時間実施し；
前記単位装置へのプロセスガスのフローを遮断し、選択された温度及び圧力で選択された時間、揮発性有機化合物を含有するプロセスガスのフロー方向とは反対方向で水蒸気を単位装置に通し、活性炭から前記揮発性有機化合物を脱着させる；
前記水蒸気と揮発性有機化合物とを濃縮し、これを分離回収する；
前記単位装置への水蒸気フローを遮断し、選択された圧力及び選択された時間で大気を前記単位装置に通し、この大気を、単位装置内を水蒸気が通過するのと同一方向であって、且つ従来法のように単位装置内を通過するVOC-含有プロセス空気(VOC-laden  process  air)が通過するのとは異なる方向で、単位装置内を通して、装置内に含まれる炭素を乾燥して、その温度を選択された温度に下げ；次いで
前記単位装置をオンライン操作状態に戻す、各段階を含む前記プロセスについて記載する。
【０００８】
本明細書中に記載の如く、本発明は、炭素床に吸着し得、且つ水蒸気及び／またはVOCと非反応性のガスを使用して、再生サイクルの間に床から脱着し得る全てのVOCで利用することができる。非反応性ガスの例としては、窒素、アルゴン及び同様のガスが挙げられる。特に、本発明は、100℃未満の沸点をもつVOC類、たとえば、アセトン、塩化メチレン、メチルエチルケトン、エチルアルコール及び同様のVOC類に関して有用である。特に、本発明は、酢酸セルロースフィラメント、繊維及びフィルムの製造で使用する溶媒の回収に有用である。本明細書の実施例では、モデルVOCとしてアセトンを使用するが、アセトンの使用は本発明をその態様に限定するものではない。
【０００９】
本明細書における実施例では、炭素吸着単位装置が垂直の位置に示されている。しかし、そのような単位装置は水平の位置でも操作することができる。単位装置の位置は重要ではない。
【００１０】
本明細書中に挙げられる記載及び実施例は、酢酸セルロースフィラメントの製造プロセスをベースとしている。酢酸セルロースフィラメントの製造法は当業者に公知であり、以下に非常に簡単に概説する。基本的に、溶媒中の酢酸セルロースの溶液または「ドープ」を製造し、紡糸口金から紡糸キャビネットへ紡糸して、そこから糸を引き、乾燥し、(織物を製造する際に使用するための)コアに巻き取るか、同様の複数のフィラメントと一緒に集めて、フィラメントトウを作って、様々な用途用にベール梱包する。紡糸キャビネット内では、ある温度で温められた空気のフローをキャビネット内に引き込んで、溶媒を蒸発させ易くしてキャビネット内でフィラメントを形成させる。次いでキャビネット内を流れる空気を冷却し、ブロワー内を通して(再び温め)、そして再冷却する。次いでこの冷却空気を活性炭吸着床に送出して、そこで溶媒を炭素上に吸着させる。炭素吸着床の容量限度に到達したら、床をラインから取り外し、従来法及び本発明の方法に従って以下の如く再生する。
【００１１】
図１及び図２は、従来法のプロセス及び本発明のプロセスを理解するのに必要な導管及び全ての関連装置についてのみ示す、非常に簡便化した説明図である。多くのバルブ、他の導管、ブロワー及び他の関連する装置は、簡単にするために例示されていない。酢酸セルロース紡糸プロセスでアセトン回収に関して実際に商業利用される炭素吸着単位装置の詳細な説明図は、Mantellの前掲文献の242頁、図123と、Hassler、同書、58頁、図３：２に示されている。Mantell及びHasslerの文献は、いずれも本明細書中、参照として含まれる。
【００１２】
以下の表１及び図３のデータを出すために使用した実験では、処理する模擬紡糸プロセスのVOC含有量は、温度約30℃、圧力約15.1psia及び空気速度(供給材料速度)約75cfm(立方フィート/分)で、約18,000ppmであった。約2.8lb(ポンド)/時間の速度で入れた150℃の水蒸気を使用して、約15分間、再生を実施した。通常、130〜180℃の範囲の温度と、大気圧よりも10〜25ポンド上の範囲の圧力の水蒸気を、本発明の実施で使用することができる。通常、水蒸気処理時間は10分〜１時間であるが、この時間は、単位装置のサイズに従って延長することができる。
【００１３】
冷却は、（ａ）図１(従来技術の例)に図示されるように、オンライン炭素単位装置流出空気と、（ｂ）図２(本発明)に図示されるように大気を使用して実施した。回収すべきVOCの最低沸点よりも20〜25℃低い範囲の温度に炭素床の温度が到達するのに十分な選択された時間の間、炭素床を冷却した。冷却空気温度は、いずれの場合でも18〜25℃の範囲であった。これらの実験用のモデルVOCはアセトンであった。
【００１４】
図１は、一般に、従来法に従って炭素吸着単位装置を操作し再生する方法を例示する。図１において、通常１０で示されるU1単位装置は、再生を施し、U2単位装置はオンラインであり、紡糸キャビネットから入口１２’を経て入ってくるVOC-含有プロセス空気からVOCを吸着し、ライン１４’を経て出る。U1を参照して、ブロワー(示されていない)から入ってくるVOCは、入口ライン１２を経て入り、ライン１４を経てU1を出る。U1が飽和になったら、紡糸キャビネットからのVOC-含有プロセス空気のフローを遮断し、低圧水蒸気(35psia、プラントスケール)を、ライン１２を経るVOCフローに対して向流の状態でライン２０を経てU1に入れる。水蒸気と脱着したVOCはライン２２を経てU1を出て、コンデンサ（示されていない）に送出され、そこで水蒸気と濃縮可能なVOCとが濃縮される。この濃縮された水蒸気と水とが非混和性である場合、これらを物理的に分離する。この溶媒と濃縮された水蒸気とが混和性である場合、混合物を分離用分画カラムに送出する。いずれの場合においても、回収した溶媒は好適な方法で回収し、水は廃棄用に送出する。
【００１５】
水蒸気ストリッピングが完了したら、遮断バルブV1を開けて、オンラインのU2単位装置から出るプロセス空気の一部または全てを使用して、U1を冷却する。(VOC-含有空気は、ライン１２’を経てU2に入る)。U1を出るプロセス空気はライン３０を経てU2に入り、ライン３２を経て出る。[注：U2からの全てのプロセス空気を使用してU1を冷却する場合、冷却が完了するまで、遮断バルブＶ１によりライン１４’を閉鎖し、冷却が完了した時点で、ライン３０を通るプロセス空気は、Ｖ２を閉鎖することにより遮断し、Ｖ１を再開する。]U1がオンラインのときのVOC-含有空気と同じ方向に流れるように、プロセス空気を入れる。炭素床が周囲温度、約18〜30℃に到達するのに十分な時間、この単位装置をプロセス空気で冷却する。冷却が完了したら、U2を再生しなければならない時間になるまで、オフラインにしておいたU1をオンラインに戻すことができる。
【００１６】
図２の本発明のプロセスを参照して、本プロセスは、以下の二つの点を除いては、従来法と同様である。第一に、冷却用空気は、大気を使用し、オンライン単位装置U2からのプロセス空気は使用しないで実施する。第二に、この冷却用空気は、単位装置を通過した水蒸気と同一方向であって、且つ上記の従来法の例のようにU１の操作の間のVOC含有空気の方向とは異なる方向で、単位装置内を通過する。従って、本発明の再生プロセスは以下のように記載される。
１．VOCはライン１１２を経てU1に入り、ライン１１４を経て出る。
２．U1の炭素床が飽和に到達すると、１１２及び１１４で表されるVOC入口と出口を閉め、U1をオフラインにし、U2をオンラインにする。
３．VOCをU1から遮断した後、低圧水蒸気は１２０を経てU1に入り、１２２を経て出る。この水蒸気と脱着したVOCとを濃縮し、上記の如くVOCを回収する。
４．水蒸気処理が完了したら、水蒸気入口と出口とを閉め、単位装置U2プロセス空気ではなく大気の冷却用空気がライン１４０を経て入り、ライン１４２を経て出る。このようにして冷却空気が入り、水蒸気と同一方向であって、且つ従来プロセスのようにVOCの方向ではない方向に出る。
５．冷却が完了したら、U2を取り替えるためにU1をオンラインに戻すか、またはオンライン状態の単位装置U2を取り替えるのに必要な時間となるまで、U1を直ぐに使用可能な状態にしておく。
【００１７】
以下の表１は、本発明の再生プロセスを使用して得られた結果と、従来法の再生プロセスによって得られた結果とを比較する。酢酸セルロースとフィラメントは、酢酸セルロース約２０重量%とアセトン８０重量%との溶液を使用して製造するので、製造した繊維１００万ポンド(１×106ポンド)毎にアセトン４００万ポンド(４×106ポンド)を使用しなければならない。以下に記載のように0.7%だけさらにアセトン回収率が高くなると、アセトンがさらに28,000ポンド回収される。毎年の世界での酢酸セルロース繊維及びフィラメント製造能力は約800,000メートルトン(約17.6×108ポンドに等しい)であり、この殆ど全てが紡糸溶液の溶媒としてアセトンを使用し、本発明のプロセスを使用して回収される追加のアセトンは、約49.3×106ポンドに到達するだろう。
【表１】
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【００１８】
図３は、吸着単位装置の流出物中のVOC対単位装置がオンラインの時間の測定結果を示すグラフである。このグラフは、本発明に従って再生した単位装置の総オンライン吸着時間が、従来の方法に従って再生したものよりも顕著に長いことを示している。たとえば、従来法によって再生した単位装置で約７〜８分のオンライン時間後に流出物VOCが20ppmv(単位容積当たりの100万分の一)に達するのに対し、この単位装置を本発明に従って再生すると、流出物中のVOCが同一レベルに到達するのに約２３〜２５分かかった。本発明に従って実施すると、頻繁に再生する必要がないので、コストをかなり削減できるだろう。それぞれの曲線は、４回の別々の試運転の平均である。
【００１９】
理論的根拠はないが、VOCの吸着が改善し、従って溶媒の回収率が改善し、そして再生頻度が減少したという理由は、（ａ）従来法で実施していたVOC入口側に対して反対側の水蒸気入口側から床を冷却したことと、（ｂ）従来法ではオンライン吸着単位装置からのプロセス空気を使用していたのに対して大気を使用したこととが組み合わさったためと考えられる。この組合せにより、床の「仕上げ部分(polishing  section)」でのVOC吸着が改善して、吸着した総VOC量と、再生と再生との間の時間の長さとが最大化したものと考えられる。「仕上げ」部分とは、単位装置サイクルのVOC吸着部分の間に、出口、ライン１１４に近い炭素床の部分である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、従来法のもとで操作し、再生したスイング床炭素吸着系の簡易説明図である。
【図２】図２は、本発明に従って操作し、再生したスイング床炭素吸着系の非常に簡略化した説明図である。
【図３】本発明と従来法に従って再生した炭素単位装置の流出物に含まれる揮発性有機化合物を、時間を関数として図示したものである。
【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年2月21日(2003.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酢酸セルロース紡糸プロセスから発生したガス状プロセス細流から揮発性有機化合物を回収するためのプロセスであって、
固定床の中にガス状プロセス細流を第一の方向で通すことによって、固定床中の活性炭上に揮発性有機化合物を吸着させる；
前記活性炭が所定の飽和レベルに到達したら、前記細流の通過を停止する；
前記床の中に水蒸気を第二の方向で通すことによって、吸着した揮発性有機化合物を活性炭からストリッピングする、ここで前記第二の方向とは、前記第一の方向と向流である；
前記水蒸気ストリッピングを停止する；
前記床の中に大気を第二の方向で通すことによって、脱着した活性炭を冷却する、各段階を含む、前記プロセス。
【請求項２】
前記揮発性有機化合物が100℃以下の沸点をもつ、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記揮発性有機化合物が、アセトン、塩化メチレン、クロロホルム及びメチルエチルケトンからなる群から選択される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記水蒸気が30℃〜180℃の温度範囲であり、水蒸気圧力は大気圧よりも10〜25ポンド上の範囲であり、前記ストリッピング時間が10分〜１時間の範囲である、請求項１に記載のプロセス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
図２の本発明のプロセスを参照して、本プロセスは、以下の二つの点を除いては、従来法と同様である。第一に、冷却用空気は、大気を使用し、オンライン単位装置U2からのプロセス空気は使用しないで実施する。第二に、この冷却用空気は、単位装置を通過した水蒸気と同一方向であって、且つ上記の従来法の例のようにU１の操作の間のVOC含有空気の方向とは異なる方向で、単位装置内を通過する。従って、本発明の再生プロセスは以下のように記載される。
１．VOCはライン１１２を経てU1に入り、ライン１１４を経て出る。
２．U1の炭素床が飽和に到達したら、１１２及び１１４で表されるVOC入口と出口を閉め、U1をオフラインにし、U2をオンラインにする。
３．VOCをU1から遮断した後、低圧水蒸気は１２０を経てU1に入り、１２２を経て出る。この水蒸気と脱着したVOCとを濃縮し、上記の如くVOCを回収する。
４．水蒸気処理が完了したら、水蒸気入口と出口とを閉め、単位装置U2プロセス空気ではなく大気の冷却用空気がライン１４０を経て入り、ライン１４２を経て出る。このようにして冷却空気が入り、水蒸気と同一方向であって、且つ従来プロセスのようにVOCの方向ではない方向に出る。
５．冷却が完了したら、U2を取り替えるためにU1をオンラインに戻すか、またはオンライン状態の単位装置U2を取り替えるのに必要な時間となるまで、U1を直ぐに使用可能な状態にしておく。




【国際調査報告】
2004529757.tif 000019
2004529757.tif 000020