(57)【要約】【課題】本発明は、有機化合物含有するガス中の有機化合物を効率よく除去、回収する気体状有機化合物含有ガスの処理法に関する。【解決手段】有機化合物を含有するガスをハニカム状活性炭に接触させ、有機化合物を吸着した該ハニカム状活性炭を減圧下で加温して有機化合物を該ハニカム状活性炭から脱着する方法をとることにより、前記課題を解決した。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機化合物を含有するガスをハニカム状活性炭に接触させ、有機化合物を吸着した該ハニカム状活性炭を減圧下で加温して有機化合物を該ハニカム状活性炭から脱着する有機化合物含有ガスの処理法。
【請求項２】
減圧度が１０〜５００ｍｍＨｇで、かつ加温温度が３０〜１５０℃ である請求項１記載の有機化合物含有ガス処理法。
【請求項３】
減圧度を５００ｍｍＨｇから段階的に強めていき、かつ加温度を３０℃から段階的に上げていく請求項２記載の有機化合物含有ガス処理法。
【請求項４】
有機化合物の濃度、種類、処理量に応じて複数のハニカム状活性炭を所定の容器に積層したものの複数個を吸着装置に収容し、有機化合物を含有するガスを該吸着装置に流通して、該有機化合物が吸着装置からリークし始めたらガスの流通を止め、該吸着装置からハニカム状活性炭積層容器を取り出し、減圧度及び加温度を調節できる脱着装置に該ハニカム状活性炭積層容器を収納して、減圧度および加温度を段階的に上げて、ハニカム状活性炭から吸着有機化合物を脱着する請求項１〜３のいずれかに記載の有機化合物含有ガスの処理法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗装工程、化学製品製造工程、洗浄工程、印刷工程、貯蔵工程、接着工程などから発生する溶剤や揮発性有機化合物（ＶＯＣ）のガスを含有するガスから有機化合物を効率よく除去、回収するガスの処理法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からガス中の溶剤、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）が気化した気体状有機化合物を除去、回収する方法として、粒状活性炭に気体状有機化合物を吸着させた後、過熱水蒸気で吸着した有機化合物を脱着して、再び有機化合物を吸着する、いわゆる、吸着、脱着の操作を繰り返す方法が一般的である（特許文献１、非特許文献１）。この方法では、水蒸気発生装置や回収した有機化合物の分離精製装置（たとえば、蒸留装置）などが必要で、有機化合物を含んだ排水の処理装置なども必要である。また、有機化合物の濃度が高い場合には、活性炭量が非常に多くなり、吸着時に吸着熱で活性炭層が発熱し、場合によっては、発火する危険もある。また、脱着時の温度も高いために有機化合物が化学的に変化して回収した有機化合物が使用できなくなったり、活性炭層の発熱、発火の原因になることもある。最近、注目されるＶＯＣの処理では、低濃度で多成分の有機化合物を含む場合が多く、前記の方法では、回収しても分離、精製ができず、実用化には問題がある。
【０００３】
そのほか、触媒燃焼法で処理する方法もある。この方法では、被処理ガスを２５０〜４５０℃に加熱して貴金属系セラミック触媒層と接触させる必要があり、その場合低濃度の有機化合物の処理では、回収をしてもランニングコストが非常に高くなり、経済性の点などに問題がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１２６２７２号公報
【非特許文献１】出雲：「臭気の研究」、29巻4号('98)、P.213〜224
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の溶剤回収技術によれば、粒状活性炭に吸着した溶剤を脱着するためには、水蒸気の存在下で、溶剤の沸点以上の温度で粒状活性炭を加熱する必要があり、粒状活性炭が発火したり、回収溶剤が変質したりするなどの諸問題が起こり、かつ、高エネルギー消費の点でも好ましくない。粒状活性炭の代わりに、ハニカム状活性炭を用いることで、粒状活性炭に比べて、水蒸気使用量の減少、脱着温度の低下、脱着時間の短縮などが期待できるが、これらの効果にも限界がある。
そこで、本発明者は、上記従来法よりも被処理ガス中の気体状有機化合物を効率よく、かつ経済的に除去、回収する方法について鋭意研究を重ねて来た。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、有機化合物を含有するガスをハニカム状活性炭に接触させた後、有機化合物を吸着したハニカム状活性炭を減圧下で加温にすることによって、極低温で有機化合物がハニカム状活性炭から容易に脱着する知見を見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明は、
（１）
有機化合物を含有するガスをハニカム状活性炭に接触させ、有機化合物を吸着した該ハニカム状活性炭を減圧下で加温して有機化合物を該ハニカム状活性炭から脱着する有機化合物含有ガスの処理法、
（２）
減圧度が１０〜５００ｍｍＨｇで、かつ加温温度が３０〜１５０℃ である（１）記載の有機化合物含有ガス処理法、
（３）
減圧度を５００ｍｍＨｇから段階的に強めていき、かつ加温度を３０℃から段階的に上げていく（２）記載の有機化合物含有ガス処理法、及び
（４）
有機化合物の濃度、種類、処理量に応じて複数のハニカム状活性炭を所定の容器に積層したものの複数個を吸着装置に収容し、有機化合物を含有するガスを該吸着装置に流通して、該有機化合物が吸着装置からリークし始めたらガスの流通を止め、吸着装置からハニカム状活性炭積層容器を取り出し、減圧度及び加温度を調節できる脱着装置に該ハニカム状活性炭積層容器を収納して、減圧度および加温度を段階的に上げて、ハニカム状活性炭から吸着有機化合物を脱着する（１）〜（３）のいずれかに記載の有機化合物含有ガスの処理法、
である。
【０００８】
本発明で用いられるハニカム状活性炭は、種々の方法で製造することができる。
第一の製法は、活性炭原料粉末（木炭、石炭、コークス、ヤシ殻、オガクズなど）と結合剤、成型用助剤、必要に応じて賦活剤と水と共に練合し、ハニカム状に成型した後、通常の方法で炭化し、賦活する方法である。必要に応じて酸、水などで洗浄してもよい。
第二の製法は、粉末状活性炭と結合剤と成型助剤とを水と共に練合し、ハニカム状に成型し、必要に応じて加熱、焼成する。前記の結合剤としては、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂、タール、ピッチ、粘土などの鉱物などが挙げられる。
【０００９】
ハニカム状活性炭中の炭素含有量は、３０〜１００％のもので、セル数は、５０〜１５００個／in２、好ましくは７５〜１０００個／in２で、開口率は、５０〜８０％、好ましくは５５〜７５％である。ハニカム状活性炭のＢＥＴ比表面積は、１００〜３０００ｍ２／ｇ、好ましくは２００〜２５００ｍ２／ｇである。
【００１０】
本発明において、ガスは通常空気であるが、他の無機気体であってもよい。
被処理ガスのハニカム状活性炭層に対する空間速度は、含まれる有機化合物の濃度によっても異なるが、通常１００〜５００、０００／時、好ましくは、２５０〜２５０、０００／時、より好ましくは、５００〜１５０、０００／時である。ハニカム状活性炭層に対する被処理ガスの線流速は、通常０．０１〜１０ｍ／秒、好ましくは、０．０２５〜５ｍ／秒、より好ましくは、０．０５〜２．５ｍ／秒である。
本発明において、ハニカム状活性炭により被処理ガス中の気体状有機化合物を吸着する場合の被処理ガスの温度は、０〜３５℃、好ましくは、５〜３０℃であり、圧力は常圧ないし、やや加圧状態でよい。
【００１１】
本発明に用いられるハニカム状活性炭積層容器（以下ユニットと呼称する。）としては、例えば、ハニカム状活性炭のサイズが１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×厚み３０ｍｍの場合、平面状にハニカム状活性炭を４個敷き詰め、これらを６層積層（ハニカム状活性炭計２４個を含む）したものなどが考えられる。このユニット１個（この重さは、約１０ｋｇで吸着装置や脱着装置での出入りが非常に容易である。）で、有機化合物を含有する被処理ガスを約５ｍ３／分で処理できる。被処理ガスが例えば約２０ｍ３／分であれば、このユニット４個を平面状にセットすればよい。また、有機化合物の種類、濃度、吸着時間等によっては、これらのユニットを例えば２〜１０段積みにすればよい。
【００１２】
ユニットに有機化合物含有ガスを流通し続けると、やがて有機化合物がユニットからリークし始める。このリークの検出はガスクロ、検知管、においセンサーなど公知の方法で行うことができる。
ユニットから有機化合物がリークし始めた時点で、被処理ガスの流通を一旦停止して、ユニットを吸着装置から取り出し、新しいユニットと交換し、被処理ガスの流通を再開する。この際の被処理ガスの流通停止時間は約数分程度であり、従来技術の粒状活性炭を使用する場合のような複数の吸着装置は必要ないのも、本発明の特徴の一つである。また、ユニットが多段積である場合には、ガス入り口側のユニットを取り出しガス出口側のユニットをガス入り口側へ移すことによって新しいユニットを使用せずにガス処理がある程度の期間（例えばユニットを再生する期間）可能であることも本発明の他の特徴である。
【００１３】
有機化合物を吸着した使用済みのユニットは、有機物脱着装置の設置場所まで移動させ、脱着装置内にセットするが、このセットに要する時間も通常数分程度である。脱着装置は、減圧度、加温度を自由に調整できる。減圧は通常、真空ポンプなどで行い、加温は温水、水蒸気などのジャケットや電気ヒーターなどで行う。脱着時間はハニカム状活性炭を用いているために数分から数十分程度と、非常に短時間である。
【００１４】
発生源の有機化合物の種類が複数含有される場合は、減圧および加温度を段階的に上げていく。減圧度の段階的な上昇は、通常２０ｍｍＨｇ毎に数分間保持する。他方、加温度の段階的な上昇は、通常１０℃毎に数分保持する。
【００１５】
脱着装置からの排出ガス中の有機化合物の濃度は非常に高く、被処理ガス中の濃度の１００〜１００，０００倍であり、冷水、冷媒を用いた冷却器に流通することで容易に凝縮、液化し、液体状の有機化合物を効率よく回収でき、必要によって分溜することで、発生源で再利用できる。
【００１６】
本発明において、処理の対象となる有機化合物としては、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、キシレンなどの炭化水素類、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、酢酸、プロピオン酸などの脂肪酸類、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類、トリクレン、ジクロロエタンなどのハロゲン含有有機化合物など揮発性有機化合物（ＶＯＣ）が挙げられる。
【００１７】
本発明において、吸着した有機化合物をハニカム状活性炭から脱着する際の減圧度としては、有機化合物や活性炭の種類にもよるが、たとえば、１０〜５００ｍｍＨｇ、好ましくは、２０〜４８０ｍｍＨｇ、より好ましくは、３０〜４５０ｍｍＨｇで、必要に応じて空気などのガスを極小量流しながら脱着してもよい。この空気などのハニカム状活性炭層に対する空塔速度は、吸着時の１／１００〜１／１０００００程度である。
【００１８】
また、本発明の脱着装置で用いられる加温度としては、被処理ガス中の有機化合物の種類、濃度などにもよるが、たとえば、３０〜１５０℃、好ましくは、３０〜１３０℃、より好ましくは、３０〜１１０℃である。
【００１９】
本発明において、所定枚数のハニカム状活性炭を所定の容器に積層したものの所定個数を有機化合物の濃度、種類、処理ガス量に応じて吸着装置に詰め、該吸着装置に有機化合物を含有するガスを流通し、該有機化合物がリークし始めたら、ガスを止め、吸着装置からハニカム状活性炭積層容器を取り出し、減圧度および加温度を調整できる脱着装置に収納して、減圧度および加温度を段階的に上げて、ハニカム状活性炭から吸着有機化合物を脱着する。ハニカム状活性炭積層容器が吸着装置の一部を構成し、かつ吸着済みのハニカム状活性炭積層容器は、輸送容器としても利用できる。したがって、吸着済みのハニカム状活性炭積層容器を減圧度および加温度を調整できる脱着装置の設置場所まで容易に移動し、減圧度および加温度を自由に調整できるので、混合有機化合物を容易に分離回収できる。脱着済みのハニカム状活性炭積層容器は、吸着装置の設置場所まで移動させ、吸着装置に収納して、有機化合物含有ガスの処理に再び利用される。
【００２０】
本発明においては、上記の方法の他、所定枚数のハニカム状活性炭を所定の容器に積層したものの所定個数を、有機化合物の濃度、種類、処理ガス量に応じて、減圧度および加温度を調整できる吸着兼脱着装置に詰め、該装置に有機化合物を含有するガスを流通し、該有機化合物がリークし始めたら、ガスを止め、装置内を減圧および加温して、ハニカム状活性炭から吸着有機化合物を脱着する方法がある。この方法では、ハニカム状活性炭を移動させなくても有機化合物の吸着、脱着ができるので、ハニカム状活性炭を移動させることなく長期に亘り、使用することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ハニカム状活性炭を用いて、減圧下で加温にすることによって、減圧時には脱着した有機化合物で満たされ、高濃度の状態にすることができ、冷却することで、脱着有機化合物が凝縮、液化し、容易に液体状の有機化合物を高純度で効率よく回収できる。
また、ＶＯＣのように複数の有機化合物を含有するガスの場合には、減圧度および加温度を段階的に変化させることによって、脱着する有機化合物を分離することができるのも本発明の特徴である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
【実施例１】
【００２３】
ハニカム状活性炭Ａ（ＢＥＴ比表面積８１０ｍ２／ｇ、セル数３００個／in２、サイズ６０ｍｍφ、厚さ２０ｍｍ）の５個を積層した容器３個を作成した。このハニカム状活性炭積層容器３個を直列に積層して、吸着装置にセットした。（ハニカム状活性炭層全長２０ｍｍ×５×３＝３００ｍｍ）
この吸着装置に塩化メチレン２０ｐｐｍ含有の大気（温度２５℃、相対湿度６５％）を線流速１．０ｍ／秒で流通した。吸着装置の出口ガスをガスクロで分析したところ、ガス流通開始７時間後には、塩化メチレンが１ｐｐｍリークし始めたので、ガスの流通を止めた。吸着後のハニカム状活性炭積層容器３個を吸着装置から取り出し、脱着装置Ｃにセットした。
この脱着装置Ｃは、真空ポンプおよび電気ヒーターが付設されており、減圧度および加温度を自由に調節でき、排気ガスを冷却する冷却器も付設されておりハニカム状活性炭から脱着した有機化合物を凝縮、液化できる。
脱着装置Ｃの系内を３５℃で、減圧度を３００ｍｍＨｇにしたところ、１５分後には５℃の冷却器内に液体状の回収物７ｍｌが得られ、これをガスクロ分析した結果、塩化メチレンの回収率が、ほぼ８０％であった。
【実施例２】
【００２４】
実施例１と同様に実験した。ただし塩化メチレンの代わりに酢酸エチル（濃度２０ｐｐｍ）を用いたところ、ガス流通開始２１時間後に吸着装置からの出口ガスに酢酸エチルが１ｐｐｍ検出されたので、ガスの流通を止めた。吸着後のハニカム状活性炭積層容器３個を吸着装置から取り出し、実施例１と同じ脱着装置Ｃにセットし、脱着を始めた。脱着条件は、減圧度１２０ｍｍＨｇ、加温度４５℃にして、冷却器の温度を５℃に設定したところ、１５分後には冷却器内に液体状の回収物２１ｍｌが得られた。これをガスクロ分析した結果、酢酸エチルが９５％の回収率で回収されていた。
【実施例３】
【００２５】
４〜６メッシュの円柱状活性炭Ｂ（ＢＥＴ比表面積１０８０ｍ２／ｇ）を６０ｍｍφの容器に層長が１２０ｍｍになるように充填した。他方、実施例１と同様にハニカム状活性炭Ａの５個を積層した容器３個を作成した。
粒状活性炭Ｂ充填容器（６０ｍｍφ、粒状活性炭全層長１２０ｍｍ）とハニカム状活性炭Ａ積層容器３個（６０ｍｍφ、ハニカム状活性炭全層長３００ｍｍ）とを別々の吸着装置にセットした。これら吸着装置にトルエン５０ｐｐｍおよびアセトン１５ｐｐｍを含有する大気（温度２５℃、相対湿度６５％）を粒状活性炭吸着装置には、線流速０．３ｍ／秒で、ハニカム状活性炭吸着装置には、線流速１．０ｍ／秒でそれぞれ流通した。
それぞれの吸着装置からの出口ガスをガスクロで連続測定した結果、ガス流通開始２５時間後には、いずれの吸着装置からもアセトンのみが約１ｐｐｍリークし始めたのでガスの流通を止めた。吸着後、それぞれの吸着装置から粒状活性炭Ｂ充填容器およびハニカム状活性炭Ａ積層容器を取り出した。これらの容器をそれぞれ実施例１の脱着装置Ｃにセットし、それぞれ同じ脱着条件で実験した。
すなわち、まず、脱着装置系内を４０℃に加温して、減圧度を２５０ｍｍＨｇにした。その結果、１０分後には、ハニカム状活性炭Ａ積層容器をセットした脱着装置から液状回収物１６ｍｌが得られ、ガスクロ分析結果からアセトンが約９５％回収されたことが判ったが、トルエンは、極微量しか回収されなかった。一方、粒状活性炭Ｂ充填容器をセットした脱着装置からの液状回収物は１ｍｌで、アセトンの回収率は５％に過ぎず、もちろんトルエンは検出できなかった。
引き続きそれぞれの脱着装置の脱着条件を加温度５５℃、減圧度１００ｍｍＨｇに変えた。１０分後には、ハニカム状活性炭Ａ積層容器をセットした脱着装置から液状回収物２７ｍｌが得られ、ガスクロ分析結果からトルエンが約９０％回収されたことが判った。一方、粒状活性炭Ｂ充填容器をセットした脱着装置からは、液状回収物６ｍｌが得られ、ガスクロ分析結果によれば、アセトンが４５％回収され、トルエンは、ほとんど回収されていなかった。すなわち、粒状活性炭Ｂ充填容器からアセトンおよびトルエンを全量回収するには、加温度を５５℃以上に、かつ減圧度を１００ｍｍＨｇよりも強くする必要がある。
このように、本発明のハニカム状活性炭から吸着有機化合物を脱着回収する場合は、従来技術の粒状活性炭に比べて、低い加温度、弱い減圧度でよく、脱着時間も短くでき、非常に経済的であり、吸着した複合有機化合物の分離脱着がより効率的に完結できた。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の方法において使用するハニカム状活性炭は通常の粒状活性炭に比べて、同じ脱着条件でも吸着有機化合物の脱着率が大きく異なり、よりマイルドな減圧度および温度で吸着有機化合物を効率よく回収でき、複数の混合有機化合物を吸着した後、脱着時の減圧度および加温度を段階的に変えることによってこれらの混合有機化合物を分離回収できるので、回収有機化合物を蒸留することなく、ある程度分けられ、回収有機化合物をそのまま再利用できる。
このように本発明はハニカム状活性炭積層容器を利用することによって、有機化合物の発生源に脱着装置などの付帯装置が不要であり、脱着装置の設置場所を有機化合物の回収拠点にすれば、分離回収された種々の有機化合物を貯蔵し、各ユーザーの回収された種々の有機化合物を供給できる。