(57)【要約】【課題】１塔の吸脱着塔の吸脱着塔導入部に低比表面積かつ粒径の大きい吸着剤を、該吸脱着塔の吸脱着塔排出部に高比表面積かつ粒径の小さい吸着剤を充填し、炭化水素類の吸着工程についで炭化水素類の置換工程を行った後、炭化水素類の脱着工程を行うことにより純度の高い炭化水素類の回収再利用と大気中へ放出する炭化水素濃度を抑制する。【解決手段】１塔の吸脱着塔に充填した粒径、比表面積のことなる吸着剤で炭化水素類のベーパーを効率的に吸着捕集し、置換工程で炭化水素類の純度を高め、脱着、冷却凝縮により高純度液状炭化水素を回収し、かつ、大気放出を抑制する方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着と脱着を交互に行う吸着剤を充填した吸脱着塔１塔を有する吸脱着装置を用い、吸脱着装置にガス状炭化水素類を含む排出ガスを通過せしめ、該吸脱着装置内の吸着剤にガス状炭化水素類を吸着させる工程を経た後の浄化したガスを大気中に放出したあと、ガス状炭化水素類の主成分を含むガスを一旦通気させる工程と、減圧ポンプで吸脱着塔内を減圧する脱着工程を経て、脱離したガス状炭化水素類を冷却する工程を経て回収し再利用する方法
【請求項２】
吸脱着塔導入部に充填する吸着剤の比表面積が5m2/g以上140m2/g未満であることを特徴とする請求項１記載のガス状炭化水素類を含む排出ガスから炭化水素類を液状で回収し再利用する方法
【請求項３】
吸脱着塔に充填した吸着剤の粒子サイズが吸脱着塔導入部で平均3mm以上平均8mm以下、吸脱着塔排出部では平均1.5mm以上平均3.5mm以下であることを特徴とする請求項１記載のガス状炭化水素類を含む排出ガスから炭化水素類を液状で回収し再利用する方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス状炭化水素類を含む排出ガスから炭化水素類を回収し再利用する方法に関し、特に大気環境汚染や、オゾン層の破壊の原因の一つであるハロゲン化炭化水素類の排出ガス濃度を低濃度に抑制しつつ、回収したハロゲン化炭化水素類を比較的高い純度で回収し、再利用す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おり、中でも、洗浄力が優れるパークレン、トリクレンなどと称されるテトラクロロエチレンやトリクロロエチレンなどのハロゲン化炭化水素類が多用される傾向にある。これらの炭化水素類は、大気中に排出されると臭気を伴うだけでなく、健康にも好ましくない上、大気環境の悪化やオゾン層の破壊などにつながる問題を抱えている。これを解決する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出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、中小規模のクリーニング業、鍍金工業、自動車部品製造業などではバッチ式の洗浄が主体である。例えば中小規模のクリーニング業などでは、洗濯のバッチ毎に数分間に亘り比較的高濃度の炭化水素類の排出ピークが見られるケースが多い。
【０００５】
しかし、これまでの技術は連続処理による大気中への炭化水素類の排出抑制に主眼が置かれたものであり、上述の小規模事業者に見られるような断続的に比較的高濃度のベーパーが発生する場合には、これまでの連続処理を念頭に開発された技術では操作が煩雑になるなどの不具合があった。さらにまた、従来技術では回収した炭化水素類の品質まで配慮されているとは言い切れず炭化水素類の再利用は現状難しい面がある。上述のようにハロゲン化炭化水素類は洗浄力には優れるが単価は通常の炭化水素類に比べて高いため、炭化水素類の再利用がしにくい従来技術ではコスト低減が難しく、従来技術をそのまま中小規模の事業者に適応することは極めて難しい現状がある。
【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困難であり、さらに、回収した炭化水素類の品質が低い場合にはそれらの産廃処理を余儀なくされることなどのため、導入を一層困難にしている。さらにまた、中小規模のクリーニング業などではバッチ式の洗濯が主体で、バッチ毎に数分間比較的高濃度の炭化水素類の排出ピークが見られるケースが多く、連続的な運転を基本とするこれまでの装置では不都合がある。
【０００７】
しかし、大気環境保全の観点からこれらの中小事業者から排出される炭化水素類を無視することはできず、これを解決するためには、回収した炭化水素類を再利用し、産業廃棄物処理コストの抑制、炭化水素類の新規購入量を極力抑えることができる小型・簡便かつ回収した炭化水素類の品質が高い技術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含ハロゲン炭化水素類の回収型環境浄化装置の普及が進むことで、該炭化水素類の使用量の削減と大気放出量の削減が相俟って大気環境の改善が期待できると考えられる。
【０００８】
本発明の目的は、小型かつ簡便にガス状炭化水素類を含む排出ガス中のガス状炭化水素類を実質的に殆ど低減しかつ回収した炭化水素類を再利用できるレベルに精製して回収することに関する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで本発明者は、小型、軽量かつランニングコストが低い炭化水素類の回収、再利用方法を鋭意研究開発した結果、吸着と脱着を交互に行う吸着剤を充填した吸脱着塔１塔を有する吸脱着装置を用い、吸脱着装置にガス状炭化水素類を含む排出ガスを通過せしめ、次いで、該吸脱着塔内の吸着剤にガス状炭化水素類を吸着させる工程（吸着工程）を経た後の浄化したガスを大気中に放出した後に、ガス状炭化水素類の主成分を含むガスを一旦通気させた（置換工程）後、減圧ポンプで吸脱着塔内を減圧し（脱着工程）、脱離したガス状炭化水素類を冷却凝縮し再利用できるレベルの純度を有する液状炭化水素類として回収再利用できる特徴を有する。さらにまた、吸脱着塔に充填した吸着剤の粒子サイズが吸脱着塔におけるガス状炭化水素類を含む排出ガス導入部側（以下、吸脱着塔導入部と略す）では大きく、吸脱着塔における浄化ガス排出部側（以下、吸脱着塔排出部と略す）では小さいことを特徴とする前述のガス状炭化水素類を含む排出ガスから炭化水素類を液状で回収し再利用する方法、さらに、吸脱着塔の吸脱着塔導入部に充填する吸着剤が低比表面積の吸着剤であることを特徴とする前述のガス状炭化水素類を含む排出ガスから炭化水素類を液状で回収し再利用する方法によって、効果的に大気中への炭化水素類の放出を抑制するとともに、該炭化水素類の純度を高く保ちつつ回収できる方法を見出し、本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）吸着と脱着を交互に行う吸着剤を充填した吸脱着塔１塔を有する吸脱着装置を用い、吸脱着装置にガス状炭化水素類を含む排出ガスを通過せしめ、該吸脱着装置内の吸着剤にガス状炭化水素類を吸着させる工程を経た後の浄化したガスを大気中に放出したあと、ガス状炭化水素類の主成分を含むガスを一旦通気させる工程と、減圧ポンプで吸脱着塔内を減圧する脱着工程を経て、脱離したガス状炭化水素類を冷却する工程を経て回収し再利用する方法である。（２）吸脱着塔導入部に充填する吸着剤の比表面積が5m2/g以上140m2/g未満であることを特徴とする（１）記載のガス状炭化水素類を含む排出ガスから炭化水素類を液状で回収し再利用する方法である。（３）吸脱着塔に充填した吸着剤の粒子サイズが吸脱着塔導入部で平均3mm以上平均8mm以下、吸脱着塔排出部では平均1.5mm以上平均3.5mm以下であることを特徴とする（１）記載のガス状炭化水素類を含む排出ガスから炭化水素類を液状で回収し再利用する方法である。
【発明の効果】
【００１１】
以上本発明によれば、クリーニング業、鍍金業、機械部品製造業などにおいて使用される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炭化水素類を高純度で回収し、再利用することで環境汚染の防止とともに、ランニングコストの低減にもつながる。
【実施例】
【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】
（回収対象の排出ガス）
回収対象の排出ガス（以下ベーパーと略記）中に含まれる炭化水素類は、上述の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、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揮発性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】
たとえばテトラクロロエチレンとトリクロロエチレンの混合ベーパー等も好ましく取り扱うことができる。この中で好ましい炭化水素類はハロゲン化炭化水素類であり、より好ましい炭化水素類は塩化炭化水素類であり、さらに好ましい炭化水素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、および、ヘキサクロロエタン、ペンタクロロエタン、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であり、最も好ましくはテトラクロレチレンおよびトリクロロエチレンである。
【００１５】
これらのベーパー中の単独成分の濃度または混合物の場合には成分を合計した濃度は700vol.ppm以上80000vol.ppm以下が好ましく、1000vol.ppm以上50000vol.ppm以下がより好ましく、2500vol.ppm以上25000vol.ppm以下さらに好ましく、4000vol.ppm以上10000vol.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）
吸着剤には少なくとも粒のサイズの異なる２種類以上の吸着剤を用いる。吸脱着塔導入部に充填する吸着剤には比較的大きな粒の吸着剤が好ましい。吸脱着塔導入部に充填する吸着剤の粒の大きさは平均3mm以上平均10mm以下が好ましく、平均3mm以上平均8mm以下がより好ましく、平均3.5mm以上平均6mm以下が最も好ましい。
【００１８】
この範囲未満では、吸脱着塔導入部において線速度を高く設定し発熱等を抑制しながら比較的吸着除去しやすい濃度の高いガスを取り扱うため、圧力損失を低減する効果が少なくなるおそれがあり、この範囲を超過すると吸着剤間、吸着剤と吸脱着塔壁の間隙が大きくなりすぎるため好ましくない。
【００１９】
吸着剤の材質は特に限定されず、活性炭、天然ゼオライト、合成ゼオライト、疎水化シリカゲル、ハイシリカゼオライトなどの公知の材質を好ましく使用することが出来るが、高表面積の吸着剤では吸着時の発熱が過多となり取扱上好ましくない。
【００２０】
好ましい比表面積としては5m2/g以上140m2/g未満が好ましく、より好ましくは7m2/g以上130m2/g未満、さらに好ましくは8m2/g以上100m2/g未満、最も好ましくは9m2/g以上60m2/g未満である。この範囲未満では吸着剤の能力が不足気味となり、使用する吸着剤の量が増加し好ましくない。またこの範囲を超過すると前述のように、吸着時の発熱が顕著になり、温度上昇による吸着能が阻害されるなどのおそれもあり好ましくない。
【００２１】
活性炭に関しては椰子殻等を素材とする公知の炭材を好ましく使用できるほか、下水処理場などで得られる汚泥を焼成して得た炭材を好ましく使用できる。下水処理工程で得られる汚泥を焼成して得た活性炭では、比表面積が数m2/g〜百数十m2/gの範囲内のものが多く、コストも低廉で素材として好ましく用いることができる。
【００２２】
吸脱着塔排出部に充填する吸着剤には、吸脱着導入部でおおよそベーパーが除去された排出ガスを下流側へ溢出させないため、細孔径が小さく、高表面積の吸着剤が好ましい。また吸脱着塔排出部ではほぼ完全にベーパーを吸着する観点から吸着剤の粒径は比較的小さいことが望ましい。
【００２３】
比表面積に関しては150m2/g以上が好ましく、200m2/g以上がより好ましく、250m2/g以上がさらに好ましく、300m2/g以上が最も好ましい。これ未満では吸脱着塔の下流側に位置する排出口から炭化水素類のベーパーが溢出する可能性がある。上限については特に限定されないが、工業的に得られる一般的な吸着剤の上限が約400m2/gから約1000m2/gであることから実質的な上限もそれに類すると考えられる。
【００２４】
吸脱着塔の下部に充填する吸着剤の大きさは平均1.5mm以上平均3.5mm以下が好ましく、平均1.5mm以上平均3.0mm以下が好ましく、平均1.8mm以上平均2.8mm以下が最も好ましい。この範囲未満では排出ガス処理量が制限される傾向が見られるため好ましくない。逆にこの範囲を超過した場合には、吸着剤粒子の間隙が多くなるなどのため下流側にベーパーが溢出しやすくなる傾向が見られ好ましくない。
【００２５】
吸着剤の材質は特に限定されないが、シリカゲル、ハイシリカゼオライト、活性炭、アルミナ、天然ゼオライトなどの公知材料を好ましく使用することが出来る。本発明の吸脱着塔内に充填する吸着剤の形状は球状、円柱状、角柱状、中空状、繊維状、紡錘状、四つ葉状、三つ葉状、ハニカム状、メッシュ状などを好ましく選択できる。またこれらの形状の異なる吸着剤を混合して使うこともできる。
【００２６】
（吸脱着塔）
上述の吸着剤を充填する吸脱着塔の形状に関しては角柱状、円柱状、球状などを好ましく採用でき、その中では円柱状が特に好ましい。たとえば、図１に示すような半径（R）、高さ（H）の円柱状の吸脱着塔を好ましく使用できる。また、内部には回収対象ガスを効率的に吸着剤に接触せしめるべく、邪魔板を設置することを妨げない。また、邪魔板には孔を設けること、波形に加工すること、パンチングメタル等の多孔体にすることを妨げない。孔の形状は円、多角形、四つ葉型などを好ましく使用することができる。
【００２７】
（吸脱着システム）
本発明の吸脱着装置は図２に示す概略構成を有している。吸着工程、置換工程、脱着工程の順に操作し炭化水素類の回収と排出ガスの浄化を行う。先ず吸着工程（実線矢印）では高濃度の排出ガスは炭化水素類ベーパー導入路１からブロワー２により導入され、吸脱着塔３に入る。吸脱着塔には粒径が大きく比表面積が小さい吸着剤４で高濃度ベーパーが除去される。濃度が低減したベーパーは引き続き、粒径が小さく比表面積が大きい吸着剤５によってほぼ完全に除去され排出口６から大気に浄化ガスが放出される。一定時間経過後、吸着工程を終了し置換工程に移る。置換工程では大気導入路７から減圧ポンプ８により大気と配管９から再生溶媒の一部が導入され気化されながら吸脱着塔３に導入される。この工程では、溶媒成分で置換することで溶媒成分以外の成分の分圧をより低くし、回収した炭化水素類の純度を高める効果がある。一定時間経過後、置換工程を終了し、最後の脱着工程（点線矢印）に移る。大気導入路７から減圧ポンプ８により大気が導入され濃縮かつ純度が高くなったベーパーがチラー１０で液化され排出口１１から浄化ガスが放出される。斯くして得られた液状炭化水素類（回収炭化水素類）は配管１２を通ってリザーバー１３に貯蔵され再生製品取り出し口１４から取り出される。また再生溶媒の一部は置換工程で配管９を通って大気導入路７に戻される。このように吸着工程、置換工程、脱着工程を繰り返すことで、高純度の溶媒成分が回収され、大気放出時の炭化水素類のベーパー濃度を低減できる。なお、吸着剤４と吸着剤５の層高さ（充填量）は炭化水素の種類、濃度および装置の処理量などによって任意に設定できる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明はクリーニング業、鍍金工業、自動車部品製造業などの炭化水素類を取り扱う作業所などにおいて利用することにより、炭化水素類の大気放出を抑制するとともに、これらを再利用し、確実に大気環境汚染を排除することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例に関わる吸脱着塔の概念を説明するための図である。
【図２】本発明の実施例に係わる吸脱着装置の構成図である。
【符号の説明】
【００３０】
R  半径
H  塔高さ
１    炭化水素類ベーパー導入路
２    ブロワー
３    吸脱着塔
４    粒径が大きく比表面積が小さい吸着剤
５    粒径が小さく比表面積が大きい吸着剤
６    排出口
７    大気導入路
８    減圧ポンプ
９    配管
１０  チラー
１１  排出口
１２  配管
１３  リザーバー
１４  再生製品取り出し口
【図１】
2007197472.tif 000002
【図２】
2007197472.tif 000003