(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーヨン系、ポリアクリロニトリル系、フェノール系、ピッチ系の繊維状活性炭素材に低級アルコールを含む被処理ガスを吸着させる吸着工程と、吸着した成分を水蒸気によって活性炭から脱離させる脱着工程を連続又は交互に行うガス処理装置において、２５℃、相対湿度６０％における平衡水分率が２２．３〜３０重量％である活性炭素材を用い、被処理ガスの相対湿度が５０〜８０％、露点が１０〜２５℃で吸着させることを特徴とするガス処理方法。
【請求項２】
前記被処理ガスの相対湿度及び露点をガスクーラー又はガスクーラーとヒーター及び加湿手段との組み合わせによって制御することを特徴とする請求項１に記載のガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学工場、医薬工場などの工業プロセスから単独、または他の有機溶剤との混合で多くの量が排出されているメタノールなどの低級アルコールの吸着除去を効率的に行うガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メタノール等の低級アルコールは高極性、低分子径物質であるため、単独であっても活性炭への吸着量は小さく、まして他の低極性物質（例えば炭化水素類、ケトン類、エステル類）と混合して存在する場合には、後者のみが活性炭に選択的に吸着されて、特に分子径が小さく、極性の高いメタノールは有効に吸着されないという欠点がある。
【０００３】
メタノールの活性炭に対する吸着は活性炭への物理吸着よりもむしろ活性炭に吸着した水分への吸収吸着によるものであり、水分吸着時にメタノールも同時に除去され、活性炭の水分吸着がなくなった時点でメタノールも吸着しなくなる。従って、水分吸着量の多い活性炭はメタノールの吸着量も多い。
【０００４】
ただし、これはあくまでも吸着速度を考慮しない、トータル吸着量の多少であって、一般の乾式の吸着（脱着工程のないワンパス吸着又は空気等非凝縮性ガス脱着ガス処理装置）においては水との競争吸着によって活性炭に水が優先的に吸着し、メタノールの水への吸着は水の活性炭への吸着の後に起こるので、吸着しきれなかったメタノールが吸着層出口から漏れ出す、いわゆる破過現象が生じる。
【０００５】
すなわち、被処理ガスの湿度が高いと活性炭への吸湿量が高いために、メタノールの吸収吸着量は多くなるが、水の吸着によって見かけのメタノールの吸着速度が遅くなりメタノールの破過が速くなって、除去性能が低下する。また、湿度が高くなりすぎると活性炭に余分な水分が付着し、被処理ガスが通り難くなり、ガスのショートパスによって吸着性能が低下する別の問題があった。
【０００６】
このように、メタノールを工業的に高除去率（一般に９８％以上）で処理することは難しく、メタノールが比較的安価であることや排ガス規制が緩やかである等の理由から、メタノール以外の高価で排ガス規制の厳しい成分（ジクロロメタン等）の除去率を優先し、経済性の観点から、温度は２０〜４０℃で、できるだけ相対湿度及び露点を低い条件（湿度３０〜５０％、露点１０〜２０℃）で吸着処理するのが通常であった。
【０００７】
すなわち、特にメタノールの出口濃度を低く抑えたい場合には吸着材の充填量を上げて層高を厚くせざるを得ず、吸着装置が大型となるため、結果としてメタノールの排出ガス濃度は成り行きとせざるを得ない場合が多かった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近では化学工場等のユーザーの環境への配慮（自主規制）や法規制等により、排ガス濃度を抑制したいというニーズが高まってきており、メタノールもその例外でなくなってきている。また、処理要求濃度範囲も幅広くなってきており、高濃度（数万ｐｐｍ）で低排出濃度（数十ｐｐｍ以下）の高度処理を要求されるケースも増えている。
【０００９】
前述のように、活性炭は基本的には疎水性であるので、親水性でかつ分子径の小さいメタノールの吸着量は他の有機溶剤に比べて小さく、従来の活性炭による吸着処理設備では十分な除去性能が発揮できない。また、逆に十分な除去性能を保つためには、吸着材の層高を厚くする必要があり、設備、ランニングのトータルコストが嵩むという欠点があった。
【００１０】
また、メタノールの活性炭への吸着率（除去性能）を向上させるために、吸湿量の高い活性炭を使用した場合には、処理ガス中の水分が過剰に活性炭に吸着したり、脱着水蒸気の凝縮水の付着により、メタノール以外の成分の吸着性能が低下する欠点があった。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、活性炭を用いた吸脱着式溶剤回収装置において、メタノール等の低級アルコールの除去を効率的、安定的に行うガス処理装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意検討した結果、水蒸気脱着後の活性炭の付着水がメタノールの吸収吸着を補助、促進すること、及び、活性炭素材の平衡水分率が前記付着水による活性炭素材の濡れ性に関係し、適正な平衡水分率の活性炭素材の使用により、特にメタノール以外の成分の吸着の阻害要因となる活性炭素材の濡れを抑制することを見出した。
【００１３】
すなわち、本発明に係るガス処理装置は、上述のような目的を達成するために、活性炭素材に低級アルコールを含む被処理ガスを吸着させる吸着工程と、吸着した成分を水蒸気によって活性炭から脱離させる脱着工程を連続又は交互に行うガス処理装置において、２５℃、相対湿度６０％における平衡水分率が２２．３〜３０重量以下である活性炭素材を用い、被処理ガスの相対湿度が５０〜８０％、露点が１０〜２５℃で吸着させることを特徴とするガス処理装置である。
【００１４】
被処理ガスの温湿度制御用ガスクーラーの冷却水又は冷水の使用量及び加湿に用いる水蒸気の使用量等のランニングコスト、さらには、メタノール以外の有機溶剤成分の吸着性能、活性炭の濡れ性を考慮すると相対湿度は５０〜８０％、露点は１０〜２５℃が望ましく、より望ましくは、相対湿度は５０〜６０％、露点は１０〜２０℃である。
【００１５】
相対湿度を制御する手段としては、ガスクーラーによって被処理ガス温度を下げ、相対湿度及び露点をコントロールする方法が望ましい。このことによって、吸着温度が下がり吸着量が向上する効果が期待できる。
【００１６】
ガスクーラーによる温度コントロールだけでは、相対湿度及び露点が十分に制御できない場合は、ヒーターや加湿手段を別途設けても良い。加湿媒体として脱着に使用する水蒸気と同じものを用いることができるので、配管類は最小限で済む。
【００１７】
活性炭素材としては、繊維状活性炭が望ましく、レーヨン系、ポリアクリロニトリル系、フェノール系、ピッチ系等種々の繊維状活性炭が使用できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、実施例をあげて、本発明を説明する。
図１に、メタノールを含むガスを吸着処理するガス処理装置を示す。
【００１９】
前記ガス処理装置１は、吸着槽２を有し、吸着槽２はその内部に、筒状かご型の巻芯に繊維状活性炭からなるフェルト状物を層状に巻き付けた中空円筒構造でその外周面を金網で固定した吸着エレメント２１を着脱可能に設けている。なお吸着エレメント２１の底部は閉鎖されている。吸着エレメント２１の上部開口部２２には、三方電磁弁２９ａ、２９ｂを介して被処理ガス排出パイプ３１と脱着用水蒸気供給手段に連結される脱着用水蒸気導入パイプ３２とが接続されている。吸着槽２の下部側面開口部には、三方電磁弁２８ａ、２８ｂを介して被処理ガス供給パイプ３０と脱着用水蒸気排出パイプ３３とが接続されている。
【００２０】
ここで、図１の左側に設けた吸着槽が吸着処理中、右側に設けた吸着槽は脱着処理中とする。まず吸着処理について説明する。被処理ガスはフィルター３により塵埃を除去された後、送風機６により被処理ガス供給パイプ３０を通り、三方電磁弁２８ａから吸着槽２へ供給され吸着エレメント２１を通過して被処理ガス成分が吸着槽に吸着され、処理済みガスは上部開口部２２から三方電磁弁２９ａを通って排出される。この時三方電磁弁２８ａの脱着用ガス排出パイプ３３側及び三方電磁弁２９ａの脱着用ガス導入パイプ３２側はいずれも閉状態となっている。なお被処理ガス供給パイプ３０の途中に設けた温湿度検出器７により検出した値に基づき、温湿度調整器であるクーラー４及びヒーター５を制御し被処理ガスの温度、湿度を特定範囲に調整してもよい。
【００２１】
次に脱着処理について説明する。脱着用水蒸気供給手段８から供給された加熱蒸気は、脱着用ガス供給パイプ３２を通って三方電磁弁２９ｂを介して吸着槽２へ供給され、開口部２２を通って吸着エレメント２１を通過して、吸着エレメント２１の吸着層から被処理ガス成分を脱着し吸着エレメント２１を再生させる。被処理ガス成分を含む脱着用水蒸気は、吸着槽２の下部側面開口部から三方電磁弁２８ｂを介して脱着用水蒸気排出パイプ３３を通り冷却水熱交換器９で冷却され、パイプ３５を通って続く冷水熱交換器１０でさらに冷却され回収液となる。回収液はパイプ３７を通って回収タンク１１に貯留される。この時、三方電磁弁２９ｂの被処理ガス排出パイプ３１側及び三方電磁弁２８ｂの被処理ガス供給パイプ３０側はいずれも閉状態である。
【００２２】
前記吸着用エレメント構造を図２により説明する。前記吸着用エレメント２１は、下側の円形の無孔フランジ２３の中央部と、中心に円形のガス流通孔２４が形成された上側の円形の有孔フランジ２２の中央部とに、吸着材巻付け用の巻き芯２５の両端部を各別に連結し、前記巻き芯２５が縦姿勢の吸着材巻付け体を形成してある。
【００２３】
そして、複数枚の繊維状活性炭材２６を所定厚さの繊維状活性炭材層になる状態に、前記巻き芯２５に巻付けて、繊維状活性炭材層の径方向外方向側からの被処理ガスを繊維状活性炭材２６により吸着処理するとともに、巻き芯２５の内部空間と有孔フランジ２２のガス流通孔を通して排出するよう構成している。
【００２４】
以下に、前記ガス処理装置を用いて有機溶剤を吸着処理した結果を示す。
【００２５】
［実施例１］
まず、図３に極性が比較的低い溶剤であるジクロロメタンを吸着処理した時の吸着温度と破過時間の関係を湿度をパラメーターとして整理したものを示す。
【００２６】
用いた吸着材は平衡水分率の異なる２種類の繊維状活性炭Ａ（実施例）とＢ（比較例）であり、各々の素材の性状を表１にまとめた。素材Ａ、Ｂは繊維状活性炭の原料が異なるものであり、平衡水分率の低いＡは平衡水分率の高いＢよりも親水性の表面官能基が少なく、より疎水性の素材である。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
上記繊維状活性炭を３ｋｇ巻き付けた前記形状のエレメントを装着した吸着槽を２槽併設した吸着装置に、濃度５００ｐｐｍ、風量１２ｍ3／ｍｉｎのジクロロメタンガスを通流させ、ジクロロメタンを一定時間吸着し、吸着終了後に前記エレメントに加熱水蒸気を噴出させてジクロロメタンを脱着、回収した。ここで、破過時間とは吸着時の吸着槽出口濃度が処理ガス濃度の５％（５００ｐｐｍ×０．０５＝２５ｐｐｍ）に達した時間である。
【００２９】
図３より、ジクロロメタン破過時間は素材Ａ、Ｂとも吸着温度（処理ガス温度）が高くなるほど短くなり、同じ吸着温度であれば処理ガスの湿度が低いほど破過時間は長くなる。
【００３０】
前記破過時間と処理ガス温度及び湿度との関係は、ジクロロメタンに限らず、炭化水素類、ケトン類、エステル類等の有機溶剤の吸着時に一般的に見られる傾向である。また、平衡水分率の低い素材Ａの方が平衡水分率の高い素材Ｂに較べて破過時間が２〜３倍長く、素材Ａのジクロロメタン吸着性能が優れることを示している。
【００３１】
一方、図４にはメタノールを前記吸着装置によりジクロロメタンと同様な方法で吸着処理した時の吸着温度と破過時間の関係を湿度をパラメーターとして整理したものを示す。
【００３２】
前述のジクロロメタンの場合と同様に、３ｋｇの上記繊維状活性炭を巻き付けた前記形状のエレメントを装着した吸着槽を２槽併設した吸着装置に、濃度１００ｐｐｍ、風量１０ｍ3／ｍｉｎのメタノールガスを通流させ、メタノールを一定時間吸着し、吸着終了後に前記エレメントに加熱水蒸気を噴出させてメタノールを脱着、回収した。
【００３３】
図４より、メタノール破過時間は素材Ａ、Ｂともジクロロメタンと同様に吸着温度が高くなるほど短くなるが、逆に相対湿度が高くなるほど破過時間が長くなっていることがわかる。しかも、どの温湿度条件においても平衡水分率の低い素材Ａの方が平衡水分率の高いＢよりも破過時間が長く、メタノールの吸着能力が優れることがわかる。
【００３４】
素材Ａの方がジクロロメタン、メタノールとも破過時間が長い理由は、素材Ａの平衡水分率が低いために、前述したような水分の吸着によって有機溶剤成分の吸着が阻害されたり、水によって置換吸着される割合が小さいからであり、ジクロロメタン、メタノールとも低分子径溶剤で沸点も比較的低いので活性炭への吸着性が低く、上記したような現象が生じやすい。
【００３５】
また、相対湿度が高いほどメタノールの破過時間が長くなるのは、吸着水分量が増えることによって、前述したような活性炭表面の吸着水へのメタノールの吸収吸着量が増加するためである。
【００３６】
次に、平衡水分率の低い素材Ａのメタノール破過時間が平衡水分率の高い素材Ｂのメタノール破過時間よりも長い理由は以下のように考えられる。
【００３７】
前述したように、メタノールの活性炭に対する吸着は活性炭に吸着した水分への吸収吸着によるものであり、水分吸着時にメタノールも同時に除去され、活性炭の水分吸着がなくなった時点でメタノールも吸着しなくなる。従って、メタノールが吸着するためには水分がある程度吸着できる状態でなければならない。
【００３８】
一方、吸着時の活性炭の表面は脱着水蒸気のドレン水により、ある程度水分を含んだ状態となっており、その付着水の量が多い状態ではあらたに水分を吸着できる余地が無く、結果的にメタノールの吸着量は小さくなる。
【００３９】
すなわち、脱着後の水蒸気ドレン水の付着水の少ない疎水性の素材の方が、吸着と水蒸気による脱着を繰り返す装置では、特にメタノールのような活性炭に対する吸着力の小さい溶剤の吸着に効果的であると言え、さらに低温、高湿度（５０〜８０％）の条件下において、その性能が発揮される。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のガス処理方法は吸着と水蒸気による脱着を繰り返し有機溶剤を連続的に吸着回収する装置において、特にメタノールのような極性が高く、活性炭に対する吸着性の低い溶剤の処理に効果を発することができる。従って、コンパクトで低コストの装置で化学工場、医薬工場などのメタノール等の低級アルコールを含むプロセス排ガスの排出濃度を低減でき、環境浄化、リサイクルに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ガス処理装置例
【図２】  ガス吸着用エレメント断面図例
【図３】  吸着ガス温度、湿度とジクロロメタン破過時間の関係を示す図例
【図４】  吸着ガス温度、湿度とメタノール破過時間の関係を示す図例
【符号の説明】
１  ガス処理装置
２  吸着槽
３  塵埃フィルター
４  クーラー
５  ヒーター
６  送風機
７  被処理ガス温湿度検出器
８  脱着用水蒸気供給手段
９  冷却水熱交換器
１０  冷水熱交換器
１１  回収液タンク
１２  吸着エレメント
１３  有孔フランジ
２４  ガス流通孔
２５  巻芯
２６  繊維状活性炭フェルト
２７  金網
２８  三方電磁弁
２９  三方電磁弁
３０  被処理ガス供給パイプ
３１  被処理ガス排出パイプ
３２  脱着用水蒸気導入パイプ
３３  脱着用水蒸気排出パイプ
３４  冷却水導入パイプ
３５  コンデンサー連結パイプ
３６  冷水導入パイプ
３７  回収液タンク導入パイプ
３８  ガス抜きパイプ
【図１】
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【図２】
0004051606.tif 000004
【図３】
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【図４】
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