JP2014018731A

JP2014018731A - 使用済活性炭の再生装置及び再生方法

Info

Publication number: JP2014018731A
Application number: JP2012159348A
Authority: JP
Inventors: Tomitaka Toyama; 外山富孝; Takamitsu Ito; 伊藤崇充; Akinori Sahashi; 佐橋晃周
Original assignee: MET KK
Current assignee: MET KK
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2014-02-03

Abstract

【課題】洗浄溶媒の浄化に使用された汚染物質を吸着した使用済活性炭を、生産効率よく、さらにエネルギー効率よく、再生できる活性炭再生装置を提供する。
【解決手段】
活性炭再生装置１は、使用済活性炭を投入するためのホッパ２と、使用済活性炭から溶媒を分離及び脱着する複数からなる連続加熱炉３と、溶媒脱着済活性炭を再生する再生炉４と、連続加熱炉３から発生する溶媒ガスを液化回収する溶媒液化回収槽５と、熱風発生炉６とを備え、異なる温度で溶媒を段階的に活性炭から気化分離した後に吸着した汚染物質を取り除き活性炭を再生する。
【選択図】図１

Description

本発明は、洗浄溶媒の再生に使われた、汚染物質を含んだ使用済活性炭を効率よく再生する再生方法及び再生装置である。

現在、洗浄溶媒は、金属工業や精密機器工業、ドライクリーニング業等、多岐の業種に渡り使用されており、環境上及び経済上の観点から溶媒を浄化し繰り返し使用することが多く、溶媒の浄化剤として活性炭が多く利用されている。

例えば、ドライクリーニングにおいて、洗浄液として塩素系または石油系の洗浄溶媒が使われているが、この洗浄液を繰り返し使用していくと、洗浄毎に被洗浄物から除去される汚染物質により洗浄液は劣化していく。該汚染物質を洗浄液から吸着除去するための活性炭フィルターを装着したドライクリーニング用洗濯機が多く使用されている。

活性炭フィルターを構成している活性炭においては、洗浄液からの汚染物質吸着量に伴い吸着性能が徐々に低下する。吸着量が一定量を超えると吸着能力は激減し、もはや洗浄液の劣化を止めることができなくなる。この為に活性炭フィルターは定期的に交換され洗浄液の洗浄能力を維持することが行われている。使用済活性炭フィルターから活性炭を取り出し再生処理を経て繰り返し使用する発明が提案されている。

活性炭に吸着された洗浄溶媒の活性炭への吸着状態は、活性炭の表面に吸着されている状態（以下、表面吸着）と活性炭が持つ細孔に吸着されている状態（以下、細孔吸着）に大別され、活性炭からの溶媒分離に必要とされるエネルギーは細孔吸着の方が多く必要とされる。

特許文献１にドライクリーニング用溶媒を使用した使用済活性炭のバッチ式再生方法が開示されている。

特開平７−２５６０９８

活性炭を再生する従来の方法として、溶媒洗浄抽出、熱再生等による方法があり、例えば熱再生として、８００℃〜１０００℃の再生炉を使用する方法が一般的に知られている。使用済活性炭には汚染物質のみならず洗浄溶媒を多く含んでいる（ドライクリーニングの場合、通常、使用済活性炭の重量の５〜７割）ため、使用済活性炭を大量に同時に再生処理すると大量の溶媒がガスとして分離し、このガスを液化回収するための液化回収装置が大型化する傾向となる。また、再生用加熱エネルギーと回収用冷却エネルギーが大量に必要となり、設備が大型化する傾向になる。

分離された溶媒ガスを燃焼して再生用熱エネルギー源として再利用する方法も知られているが、溶媒ガスが大量である場合、その燃焼エネルギーは再生に必要とする熱エネルギーを大きく上回り、一度に汚染物質を含む溶媒が大量に出るため、温度が上がり過ぎ、温度制御が困難となる。そのため、使用済活性炭の時間当たりの再生量を減らさざるを得ないので、再生能力が低い。もしくは発生した熱エネルギーを廃棄せざるをえない。

特許文献１の方法は、バッチ方式であり、上記で指摘した通り、生産効率が低い問題がある。

本発明の目的は、洗浄溶媒の浄化に使用された汚染物質を吸着した使用済活性炭を、生産効率よく、さらに、エネルギー効率よく、再生できる活性炭再生装置を提供する。

本発明者は、加熱（溶媒の回収）と、再生（汚染物質の除去）を分けることにより、活性炭中の溶媒を少なくしてから、再生（賦活処理）をすることにより、単位時間あたりの処理量を多くできることに着目し、本発明に至ったものである。

すなわち、上記課題を解決するために、請求項１に記載の活性炭再生装置１は、連続式に使用済活性炭から溶媒を分離及び脱着する各々温度設定が可能な複数の連続加熱炉３と、溶媒が分離された活性炭を再生する再生炉４と、を備えたことを特徴とする。請求１に記載の活性炭再生装置１では、溶媒を分離する為の加熱炉を複数備えているため、加熱炉ごとに溶媒の分離条件を設定でき、段階的、選択的かつ効率的に連続で分離できることが特徴である。なぜならば活性炭に表面吸着している溶媒は溶媒の気化温度に近い温度にて分離できるが、活性炭に細孔吸着している溶媒の細孔からの脱着には気化温度よりも高い温度が必要である。よって溶媒の分離を一つの装置で行う場合は細孔吸着している溶媒の分離に必要な温度を使用しなくてはならず、表面吸着している溶媒と細孔吸着している溶媒が同時に分離することとなり、大量の溶媒ガスが発生する。

ここでいう「溶媒を分離」とは表面吸着されている溶媒を活性炭から離脱させることをいう。通常、溶媒の気化温度で処理できる。「溶媒を脱着」とは、細孔吸着されている溶媒を活性炭から離脱させることをいう。脱着温度は通常、溶媒の気化温度よりも高い温度となる。活性炭の再生順序は、まず、溶媒を分離し、それから、それよりも高い温度領域で溶媒を脱着する。脱着温度では活性炭に吸着されている汚染物質の熱分解も同時に起こる。汚染物質の熱分解残渣は炭素となり活性炭細孔内に残る。加熱炉に続く再生炉にて該熱分解残渣を賦活反応によりガス化して除去する。このようにして活性炭を再生することができる。

請求項２に記載の溶媒液化回収槽５は、前記連続加熱炉３で分離された溶媒ガスを冷却し液化する冷却装置５ａと溶媒回収槽５ｂを備えたことを特徴とする。

請求項３に記載の活性炭再生方法において、連続式に使用済活性炭を複数の温度帯で処理することにより表面吸着している溶媒と、細孔吸着している溶媒とを分離及び脱着する複数の加熱工程と、溶媒分離済活性炭を再生する再生工程と、を持つことを特徴とする。

請求項４に記載の活性炭再生方法において、分離及び脱着された溶媒ガスを液化回収することを特徴とする。

本発明によれば、洗浄溶媒と汚染物質を含んだ使用済活性炭を効率的に再生でき、分離、脱着された溶媒を回収し再利用することができる活性炭再生装置を提供できる。

本発明実施形態１の活性炭再生装置１のブロック図である。本発明実施形態２の活性炭再生装置１０１のブロック図である。本発明により再生された活性炭のヨウ素吸着等温線図である。本発明により再生された活性炭のメチレンブルー吸着等温線図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。図１に示す通り、実施形態１の活性炭再生装置１は、使用済活性炭を投入するためのホッパ２と、使用済活性炭から溶媒を分離及び脱着する複数からなる連続加熱炉３と、溶媒脱着済活性炭を再生する再生炉４と、連続加熱炉３から発生する溶媒ガスを液化回収する溶媒液化回収槽５と、熱風発生炉６とを備えている。

連続加熱炉３は、使用済活性炭から洗浄溶媒の分離及び脱着と、汚染物質の炭化が行われる部分であり、１区分の連続加熱炉は、加熱炉本体３ａと、加熱室３ｂと、排出口３ｃとを備えている。図１では２区分の連続加熱炉が図示されているが、３区分以上備えていても何等問題ない。加熱室３ｂには熱風発生炉６より高温の熱風が供給され、加熱炉本体３ａ内の処理物を間接的に加熱する。また、加熱炉本体３ａは回転可能に支持されている。加熱炉本体３ａ前部の炉内温度は溶媒気化温度に近い温度が設定されており、活性炭に表面吸着している溶媒の分離が行われる。加熱炉３a後部の炉内温度は溶媒気化温度よりも高い温度に設定され細孔吸着している溶媒の脱着が行われると同時に活性炭に吸着されている汚染物質の熱分解が行われる。熱分解により汚染物質は細孔内で炭素として残留する。連続加熱炉にて処理されたのち使用済活性炭は再生炉４へ移送される。

再生炉４は、溶媒を分離脱着した使用済活性炭の再生を行う部分であり、再生炉本体４ａと、再生炉加熱室４ｂと、排出口４ｃとを備えている。再生炉加熱室４ｂには熱風発生炉６より高温の熱風が供給され、再生炉本体４ａの中の処理物を間接的に加熱する。再生炉本体４ａは回転可能に支持されている。賦活ガス注入管４ｄは再生炉本体４ａに配管されている。これにより、再生炉本体４ａに対して、設定量の賦活ガスが賦活ガス注入管４ｄを経由して、定量的に送られる。賦活ガスとしては水蒸気、二酸化炭素、酸素、空気、若しくはそれらの２種類以上の混合ガスなどが使用できる。

加熱炉３ａにて熱処理されて炭化された汚染物質は、再生炉本体４ａにて賦活ガスと反応して一酸化炭素もしくは二酸化炭素となりガス化され活性炭から分離し、再生炉本体４ａから賦活生成ガス移送管４ｅを経由して熱風発生炉６に送られる。

溶媒液化回収槽５は、冷却装置５ａと溶媒回収槽５ｂと補助用バーナー燃料移送管５ｃを備えている。それぞれの加熱炉３の排出口３ｃには加熱炉にて発生した溶媒ガスの移送管３ｄがそれぞれ備えられており、溶媒液化回収槽５に接続されている。加熱炉本体３ａで発生する溶媒ガスなどは、排出口３ｃ、溶媒ガス移送管３ｄ、冷却装置５ａ、を経由して溶媒回収槽５ｂにそれぞれ送られるように設定されている。なお溶媒ガスを冷却する装置は熱交換機や冷却器等、特定されるものではなく、どの装置を用いても何等問題ない。

また、図１では溶媒液化回収槽５は加熱炉３ａ毎にそれぞれに付帯しているが、指定するものではなく、例えば、詳細は実施形態２で説明するが加熱炉２区分の溶媒ガスを一括で冷却回収する方法や、図示は略すが加熱炉３区分以上の溶媒ガスの冷却回収の組合せも溶媒ガスの性質、量、再利用方法により選択できる。

溶媒回収槽５ｂに回収された溶媒は、溶媒の性能に応じて再利用される。図示の通り、必要に応じて、熱風発生炉６の補助用バーナー６ａの燃料として補助用バーナー燃料移送管５ｃを介して移送され、熱エネルギー源としても使用できる。

熱風発生炉６内は、前記供給される賦活生成ガスを完全燃焼させるものであり、熱風発生炉６内のガス温度は、溶媒回収槽５ｂから供給される燃料を主とする補助用バーナー６ａと燃焼用空気注入管６ｂから注入される空気量によって調整される。熱風発生炉６と再生炉加熱室４ｂとは、熱風配管７を介して接続され、熱風発生炉６で発生した熱風が熱風配管７を経由して再生炉加熱室４ｂに送られ、再生炉本体４ａの温度を所定温度に保つように構成されている。再生炉加熱室４ｂと加熱炉加熱室３ｂは、熱風配管７を介して接続され、熱風は再生炉加熱室４ｂから加熱炉加熱室３ｂへ移動し加熱炉本体３ａを所定の温度に保つように設定されている。使用済活性炭・溶媒分離済活性炭・再生活性炭などは、熱風発生炉６から供給される熱風とは直接に接することがない構造である。

次に本発明実施形態の活性炭再生装置１による活性炭再生方法を説明する。ホッパ２に搬入された使用済活性炭は加熱炉本体３ａへ連続的に供給される。複数ある連続加熱炉本体３ａ毎に加熱温度が設定される。例えば、ドライクリーニングの石油系溶媒の再生に使われる活性炭においては、加熱炉を２区分にした場合、第１加熱炉本体（図１の左側の加熱炉本体３ａ）の温度、即ち、第１加熱温度は１００〜３００℃、望ましくは２００〜３００℃の任意の温度に調節され、第２加熱炉本体（図１の右側の加熱炉本体３ａ）の温度即ち第２加熱温度は３００〜５００℃、望ましくは４００〜４５０℃の任意の温度に調節される。第１加熱温度で表面吸着された溶媒を、第２加熱温度で細孔吸着されている溶媒を、分離及び脱着することとなる。第２加熱炉本体３ａでは表面吸着や細孔吸着されている汚染物質の熱分解も発生し、溶媒だけでなく汚染物質が熱分解したものが出てくる。加熱炉で処理された溶媒分離済の活性炭は、再生炉４に移送される。ここまでの工程は連続的に行われる。

再生炉本体４ａは、再生炉加熱室４ｂにより加温され、再生炉本体４ａ内部の温度は６００〜１，５００℃、望ましくは８００〜１，０００℃の任意の温度に調整される。水蒸気、二酸化炭素、空気、酸素、などの賦活ガスの一種類もしくは複数種が賦活ガス注入管４ｄによって再生炉本体４ａに供給され、賦活反応が始まる。供給した溶媒分離済活性炭に対し均一な再生を行う為に、再生炉本体４ａは回転する。賦活時間は、５〜２４００分、望ましくは５〜６００分にて加工されるが、使用済活性炭が吸着している汚染物質の量により賦活時間は変更できる。賦活ガスの種類、賦活ガス供給量、再生炉本体４ａ内部の温度、賦活時間、などにより再生活性炭の吸着性能を調整することができる。これにより、活性炭の細孔内に残留していた汚染物質の熱分解残渣をも除去でき、再生能力を格段に高めることができる。再生炉は処理時間により連続式にしてもよく、またバッチ式にしても良い。

それぞれの加熱炉本体３ａで分離及び脱着された溶媒ガスなどは、それぞれ、溶媒ガス移送管３ｄを介して、冷却装置５ａを経由して冷却され、溶媒回収槽５ｂに送られる。第１の加熱炉本体３ａからは純粋の溶媒ガスを受け入れて液化し回収し、第２の加熱炉本体３ａから汚染物質の熱分解ガスを含む溶媒ガスを受け入れて液化回収し、回収した溶媒の利用の便宜も考慮したものである。なお、溶媒ガスを冷却する方法は熱交換器を用いる方法や冷却器を使用する方法等、どの冷却方法を用いても何等問題はない。

水蒸気を賦活ガスとして用いる場合に賦活反応によって生じる、一酸化炭素及び水素ガスを含む生成ガスは、再生炉本体４ａから賦活生成ガス移送管４ｅを経由して熱風発生炉６に送られる。

賦活生成ガスは、熱風発生炉６にて完全燃焼した後、補助用バーナー６ａ、あるいは燃焼用空気注入管６ｂから注入する空気量、などにより温度調節された後、熱風配管７を経由して再生炉加熱室４ｂに送られ、再生炉本体４ａの温度を所定温度に保つ。次に熱風は再生炉加熱室４ｂから熱風配管７により再生炉加熱室３ｂへ順次送られ、再生炉本体３ａを所定の温度に保つ。その後、熱風は排気管３ｅより排出される。補助用バーナー燃料移送管５ｃからの液化溶媒が主熱源、賦活生成ガス移送管４ｅからの賦活生成ガスが副次的な熱源として利用される。

以上、説明した実施形態１によれば、洗浄溶媒と汚染物質を含む使用済活性炭を複数の加熱炉３ａにより段階的に溶媒を分離及び脱着することで高い燃焼熱を持つ溶媒を装置全体から分離することができる。使用済み活性炭から分離される溶媒をすべて燃焼する方式であった従来の活性炭再生装置では、単位時間当たりの使用済み活性炭の投入量を調整して装置の温度制御をする必要があったため、生産性が悪かった。本実施形態１によれば溶媒は液化分離され燃焼されることがないことから使用済み活性炭の単位時間当たりの投入量を増加させることができる。よって、装置の小型化、温度制御の容易化ができ、効率的に使用済活性炭を再生することができる。

また、回収した溶媒を性能に応じて再利用することができる一方、賦活生成ガスとともに溶媒の一部を熱エネルギーの燃料としても使用することもできるため、エネルギー効率を向上させることができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、改変等を加えることが出来るものであり、それらの改変、均等物等も本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、熱風を再生炉加熱室４ｂから加熱炉加熱室３ｂへ直列に供給しているが、熱風発生炉６からの熱風を再生炉加熱室４ｂと加熱炉加熱室３ｂに対して並列に供給してもよい。また、例えば、再生炉本体４ａを再生炉加熱室４ｂにて間接的に加熱保温しているが、再生炉本体４ａで発生する賦活生成ガスを、再生炉本体４ａ内に制御された空気量を導入することにより、燃焼して再生炉本体４ａ内の処理物を直接的に加熱してもよく、また併用にしてもよい。第１実施形態では、溶媒回収槽５ｂからそれぞれ流出する液化溶媒を合流させて再利用しているが、これを分離させたままで、別々の用途に再利用することもできる。

クリーニング業者より提供された石油溶媒系クリーニングで使用された使用済活性炭を用いた活性炭再生方法の実施例を説明する。

（実施例１）使用済活性炭を第１加熱処理２１０℃で１５０分、第２加熱処理５５０℃で３０分、再賦活処理８５０℃で８０分、を行なった。第１及び第２加熱処理で発生した溶媒ガスを各々冷却した第１及び第２分離溶媒、最終処理品として再生物Ａを得た。

（実施例２）使用済活性炭を第１加熱処理２１０℃で１５０分、第２加熱処理５５０℃で３０分、再賦活処理８５０℃で１５０分、を行なった。第１及び第２加熱処理で発生した溶媒ガスを各々冷却した第１及び第２分離溶媒、最終処理品として再生物Ｂを得た。

（比較例１）使用済活性炭を第１加熱処理２１０℃で１５０分、第２加熱処理５５０℃で３０分、を行なった。第１及び第２加熱処理で発生した溶媒ガスを各々冷却した第１及び第２分離溶媒、最終処理品として再生物Ｃを得た。

（比較例２）使用済活性炭を一般的な方法である［０００８］記載の方法により分離された溶媒ガスを燃焼して再生用熱エネルギー源として再利用する方法で、５５０℃×１２０分、を行なった。脱着ガスは全て燃焼に利用され溶媒回収はなく、最終処理品として再生物Ｄを得た。

未使用活性炭と再生物Ａと再生物Ｂと再生物Ｃ及び再生物Ｄについて、ＪＩＳＫ１４７４に準じたヨウ素吸着試験、メチレンブルー吸着試験を行い、図３及び図４に示す吸着等温線図を作成した。各々の吸着等温線より求めた吸着量を表１にまとめた。再生物Ｃは溶媒分離・脱着と炭化のみであるために吸着能力が低い結果を得た。一方、再生物Ａと再生物Ｂは溶媒分離・脱着と炭化さらに再生処理として再賦活を行っているために従来法である再生物Ｄより吸着能力が高くなっている。さらに再生物Ａと再生物Ｂの結果から再賦活条件を変化させる事により再生品の吸着能力を調整することが可能になることが明らかになった。
（表１）吸着性能表

実施形態２の活性炭再生装置１０１は、実施形態１の活性炭再生装置１と概ね構成が共通するが、連続加熱炉３から発生する溶媒ガスを回収し液化する溶媒液化回収槽１０５が単一である点で相違し、相違点について説明する。実施形態２において、実施形態１と共通する要素については１００番台として図示し説明は援用する。これにより、活性炭再生装置１０１がシンプルになる一方で、実施形態１のように２個の冷却装置５ａ及び２個の溶媒回収槽５ｂで溶媒の性能に応じて別々に２系統で回収することができず、冷却装置１０５ａ及び溶媒回収槽１０５ｂにより一系統で単純に回収している点で相違する。用途等の諸般の事情に応じて、実施形態１、２を、適宜、選択すればよい。

１，１０１活性炭再生装置４ｅ賦活生成ガス移送管
２ホッパ５，１０５溶媒液化回収槽
３連続加熱炉５ａ冷却装置
３ａ加熱炉本体５ｂ溶媒回収槽
３ｂ加熱炉加熱室５ｃ補助用バーナー燃料移送管
３ｃ排出口６熱風発生炉
３ｄ溶媒ガス移送管６ａ補助用バーナー
３ｅ排気管６ｂ燃焼用空気注入管
４再生炉７熱風配管
４ａ再生炉本体
４ｂ再生炉加熱室
４ｃ排出口
４ｄ賦活ガス注入管

Claims

異なる処理温度にて使用済活性炭から溶媒を分離及び脱着する複数の連続加熱炉と、該連続加熱炉にて処理された使用済活性炭から被吸着汚染物質を取り除いて使用済活性炭を再生する再生炉と、を備える事を特徴とする活性炭再生装置。
前記連続加熱炉にて使用済活性炭から分離及び脱着されガス化した溶媒ガスをそれぞれ別に液化回収する複数の溶媒液化回収槽、または、前記溶媒ガスを同時に回収する一つ溶媒液化回収槽を備えたことを特徴とする請求項１の活性炭再生装置。
異なる処理温度帯にて連続的に使用済活性炭から溶媒を分離及び脱着する複数の連続加熱工程と、該連続加熱工程にて処理された使用済活性炭から被吸着汚染物質を取り除いて使用済活性炭を再生する再生工程と、を備える事を特徴とする活性炭再生方法。
前記連続加熱炉にて使用済活性炭から分離及び脱着されガス化した溶媒ガスをそれぞれ別にまたは同時に液化回収する複数または一つの溶媒液化回収工程を備えたことを特徴とする請求項３の活性炭再生方法。