医薬業界活性炭繊維吸着-蒸気脱付け回収トルエン工程実例

医療・薬品業界の原料薬の廃棄物処理で、炭素繊維（ACF）は従来の活性炭と比べて顕著な優位性があります。以下は、その核の優位性と技術特徴です：

吸着速度と容量向上
活性炭繊維の比表面面積は1300-1500m²/g（BET法）に達し、粉粒活性炭（800-1000m²/g程度）に遥かに優れ、微孔分布も密で、低濃度の揮発性有機化合物（VOCs）を迅速に捕らえます。たとえば、丙酮、エタノール等の医薬品溶媒の吸着速度を2-3倍に向上します。

精密な選択性吸着
表面官能基（塩基、フェノール基等）を制御することにより、医薬廃棄物中的特定成分（抗生物質中間体、残存溶媒等）を優先的に吸着する。

物理化学的安定性です
酸や塩基、高温（最高耐性300℃）に耐え、原料薬の生産工程中に発生する複雑な廃ガス（酸素や塩基蒸気を含む混合廃ガス）の状態に耐えうる

再生可搬性です
活性炭の繊維は水蒸気が脱着することによって原位の再生を実現することができて、溶剤の回収率≧95%、そして再生後に吸着性能が減衰< 5%、顆粒活性炭の再生後に性能は通常10-20%低下します。

1. 工芸説明

この工芸処理装置は、炭素繊維吸着器を主体とする吸着回収系を採用し、吸着-脱着-乾燥再生工程を吸着器内に完了する。活性炭繊維有機廃ガス吸着回収装置の工芸フローチャートは下図に示す。

活性炭素繊維有机排気ガス回収装置は、2つの吸着器が1つの配管システムになっており、吸着器Aが吸着すると吸着Bが吸着、再生、各吸着-解吸-再生と続きます。有机排気ガスは吸着器の下から吸着器に入り、有机物は活性炭繊維フェルトで吸着され、浄化された排気ガスは吸着器の上から排出されます。脱付着蒸気は吸着器の上部から入り、活性炭繊維フェルトを通して、吸着された有机物を脱付着して凝縮器に持ち込み、有机物と水蒸気が凝縮されて層層槽に流れ込み、重力沈降作用により分離します。分離された有机相は有机溶剤タンクに移され、分離された水相は汚水として工場側の化学汚水システムに集中処理されて排出されます。全プロセスはDCSプログラムによって自働的に制御され、吸着、吸着、乾燥プロセスを交互に行います。

2. 系统の运転パラメタと安全保証

2.1 留系运行参数

(1)排気ガス成分及び処理要求:この排気ガス中にトルエン、微量ペニシリンのスルホキシド、アンモニアガスが含まれて、その中トルエン排出質量濃度は約10000mg/m3で、排気ガス流量は5000m3/hで、排気温度は50℃です。
(2)処理排気量の決定:トルエンの性質、排気流量及び濃度により、処理系に10%の操作残量があることを考慮し、吸着装置に入る実際の排気ガス処理能力Q = 5500m3/hを決定します。
(3)システム抵抗:システム抵抗は配管システムと吸着器自体の抵抗を含み、計算と実際の経験に基づいて、システム全体の抵抗は5000Paと決定されます。
(4)空塔のガス速度:HJ 2026—2013「吸着法工業有机排ガス処理工程技術規範」の中で要求する「固定床吸着装置吸着層(活性炭繊維)のガス速度は0.15 m/s未満」、
この設計によると、タワーの空気速度は0.15m/sです。
(5)吸着温度:35℃です。
(6)脱着温度:110℃です。

2.2 吸着装置の安全配慮

HJ 2000 ~ 2010「大気汚染対策工程技術ガイドライン」、HJ 2026 ~ 2013「吸着法工業有机排ガス対策工程技術仕様」などの関連技術仕様に基づき、吸着システムを効果的かつ安全に操作するため、以下の問題に注意する必要があります。

（1）甲苯を含む廃気の爆発下限を考虑する。甲苯の爆発下限は1.2% -7.0%。よって、対応する甲苯の质量浓度は爆発下限の25%以下に应在ず。体积分率で计算した下限浓度は49360mg。

（2）装置の密封性を确实に担保する。吸着、解吸、回収。全装置系が常に切換回数が多いため、特殊形状の密封垫の使用により装置の密封性を担保するか、もしくは正押送風を負押吸気へと変更し、全装置系のガス漏れを最小限に抑制し、装置の安全な操業を担保する。

（3）制御系の自动化。本装置の吸着-脱着-再生成工程はDCS系制御に自动制御され、运行故障が発生した場合には、程序自动警告し待机状態に移行し、有机构造の廃ガスは三通排気栓を经由して紧急排気され、正常な生産に影响を及ぼさない。

（4）系温度の制御。吸着工程は放熱工程であるため、連続吸着操作を実行している間、床上温度が継続的に上昇し、吸着効率が低下する、そして系の安全な操業に危険を及ぼす。系は床上温度警報装置を採用し、温度が設定値を越えたら、系は自動警報を出し、安全位置に自動切換する； 同時に冷却装置を起動し、系の正常安全な操業を担保する。具体的な設計は、

①温度高位警報：吸着器が吸着操作を実行中であるときに、最大温度は60℃を越えん（メタルの沸点は約110℃）得るべ、温度≥60℃のときに警報を出力する。

②温度高位警報连锁制御：冷却器出口メタル温度が60℃を越すと警報し、 同時にDCSに信号が入力されDCSが指令を出し蒸気弁を切る。

3. 装置の運転状況

活性炭繊維メタノール吸着回収装置は、正式に1年間設置され、安定稼動、メタノール回収率が高、回収されたメタノールは直接生産系に使用可能。

活性炭纤维装置を用いて排気ガス中的メタノールを回収する回収率が高く、大多数の状況で97%に安定しているが、排気ガス中的メタノールの排出濃度はGB 16297—1996 『大気汚染物の総合排出基準』表2の2級基準に合致しないため、排出基準を満たすための更なる対策を講じる必要がある、末尾吸着を検討する。

4. 経済分析

（1）毎年回収甲苯の価値：運転状況分析によると、この医薬品中間体会社の装置の尾気排出量は10000 m3/h、毎年8000 hの運転時間、尾気中甲苯の平均量浓度

由10000 mg/m3 降至30 mg/m3，若按此计算，每年可回收甲苯390 t。甲苯价格按6 000 元/t 计（近年来平均价格），则每年回收甲苯价值为234 万元。

(2)装置整備：2000万円未満。

（3）年运行费用：电费约115,200元；蒸気料金約155,000元；冷却水、メーターの運転料金約70,000元；装置の償却、cai金利、保守料金約200,000元；合計5,400,000元。 

（4）年純利益：234　- 54　= 180　万円。

提案：医療・企業が活性炭繊維を購入する際は、廃ガスの成分に応じて表面改性方針（酸化氮を含む廃ガスの場合は、塩基性官能基を追加）を量り、定期的に繊維の亜紹值（推奨値≥1000mg/g）をモニタリングし、吸着性能を担保する