JP2009154117A - エチレングリコールの抽出方法とその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー的及びコスト的に効率よく廃ＬＬＣからエチレングリコールを高純度に回収する。
【解決手段】エチレングリコール抽出装置１はタンク１０と真空装置１１と圧力計１２と温度計１３と制御部１４とを備える。タンク１０にはエンジン冷却廃水が導入される。真空装置１１はタンク１０の内圧を減圧させる。圧力計１２はタンク１０の内圧を測定する。温度計１３はタンク１０の外気温を測定する。制御部１４は水とエチレングリコールの蒸気圧曲線と前記測定された圧力値及び外気温に基づき前記内圧を減圧するように真空装置１１を動作制御することによりタンク１０内の廃水に含まれる水分を気化させて前記廃水に含まれるエチレングリコールを抽出する。
【選択図】図１

Description

本発明はエンジンの冷却廃水（廃ＬＬＣ）からＬＬＣ（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）の主成分であるエチレングリコールを抽出する技術に関する。

廃ＬＬＣ処理技術は廃ＬＬＣに含まれる不要な成分をろ過除去するなどして使用可能なＬＬＣに再生する方法が主流となっている（例えは特許文献１）。他の処理技術としては、エネルギー回収の観点からＬＬＣの主成分であるエチレングリコールを蒸留により濃縮する方法がある（例えば特許文献２）。また、エチレングリコールが生分解性であることから廃ＬＬＣを生物学的に処理する方法がある（例えば特許文献３）。
特開平９−１５８７２６ 特開２００３−１２６６０４ 特開２００５−０１３９９３

しかしながら、ＬＬＣを再生する方法は廃ＬＬＣに含まれる不要な成分を完全に除去することができないので再生品の品質は新品に比べて劣ってしまう。

ＬＬＣを濃縮する方法は蒸留工程で多くのエネルギーを必要とするため非常に不経済となる。

廃ＬＬＣの生物学的に処理する方法は廃ＬＬＣを希釈した後に処理を行う必要がある。そのためコストまた曝気や汚泥処理等のランニングコスト、プラントの設置に広い敷地を確保しなければならず、エネルギー的にもコスト的に課題がある。

そこで、請求項１のエチレングリコールの抽出方法は、エンジン冷却廃水を含んだ系の内圧を減圧することにより前記廃水に含まれる水分を気化させることにより除去して前記廃水に含まれるエチレングリコールを抽出する。この請求項１の発明によれば、エンジン冷却廃水を含んだ系の内圧が減圧することにより前記に含まれる水分が除去されてエンジン冷却水の主成分であるエチレングリコールが抽出される。前記系の内圧が低下することで同時に沸点も降下し、加温の必要なく水が蒸発していく。また、前記系の外気温と内圧と水とエチレングリコールの蒸気圧曲線とに基づき系の内圧が制御されるとランニングコストが抑制される。

請求項２のエチレングリコールの抽出方法は、請求項１のエチレングリコールの抽出方法において、前記水分が除去された前記廃水をフィルターによってろ過処理する。この請求項２の発明によれば、前記水分が除去されてエチレングリコールが濃縮された廃水に含まれる不純物が除去されるので高純度なエチレングリコールを得ることができる。

請求項３のエチレングリコールの抽出方法は、請求項１または２のエチレングリコールの抽出方法において、エチレングリコールの濃縮時に前記系の温度が水の沸点より高くエチレングリコールの沸点よりも低い範囲となるように前記系を加温する。この請求項３の発明によれば前記系が加温されることで低い温度でエチレングリコールの蒸留が可能となる。

請求項４のエチレングリコール抽出装置は、エンジン冷却廃水が導入されるタンクと、このタンクの内圧を減圧させる真空装置と、前記タンクの内圧を測定する圧力計と、前記タンクの外気温を測定する温度計と、前記真空装置の動作を制御する制御部とを備え、前記制御部は水とエチレングリコールの蒸気圧曲線と前記測定された圧力値及び外気温に基づき前記内圧を減圧するように前記真空装置を動作制御することにより前記タンク内の廃水に含まれる水分を気化させて前記廃水に含まれるエチレングリコールを抽出する。この請求項４の発明によれば、前記タンク内の圧力が低下することで同時に沸点も降下し、加温の必要なく水が蒸発していく。前記タンクの外気温と内圧と水とエチレングリコールの蒸気圧曲線とに基づき前記タンクの内圧が制御されるのでランニングコストが抑制される。

請求項５のエチレングリコール抽出装置は、請求項４のエチレングリコール抽出装置において、前記タンクから排出されたエチレングリコール濃縮廃水をフィルターによってろ過処理する。この請求項５の発明によれば前記水分が除去されてエチレングリコールが濃縮された廃水に含まれる不純物が除去されるので高純度なエチレングリコールを得ることができる。

請求項６のエチレングリコール抽出装置は、請求項４または５のエチレングリコール抽出装置において、前記タンクを加温する加温手段を備え、エチレングリコールの濃縮時に前記加温手段は前記タンク内の温度が水の沸点より高くエチレングリコールの沸点よりも低い範囲となるように前記タンクを加温する。この請求項６の発明によれば前記タンクが加温されることで低い温度でエチレングリコールの蒸留が可能となる。

したがって、以上の発明によればエネルギー的及びコスト的に効率よく廃ＬＬＣからエチレングリコールを高純度に回収できる。

図１は発明の第一の実施形態に係るエチレングリコール抽出装置の概略構成図である。

凍結乾燥は主に食品等の保存技術として用いられており、気圧を下げると沸点が低くなることを応用して、低圧環境下で含有水分を気化させる方法である。狭義には沸点が−２０℃以下となるような低い気圧環境で乾燥させる方法が凍結乾燥と称されている。

図３に示されたように、水は１気圧下において融点が０℃、沸点が１００℃に対してエチレングリコールは融点が−１３℃、沸点が１９７．６℃と水に比べ広い温度範囲において液体で存在する。さらに、図４に示された水の沸点が０℃になる気圧の下ではエチレングリコールの沸点は図５に示されたように約８０℃となる。したがって、例えば水とエチレングリコールを含んだ系の圧力が４．６ｍｍＨｇに設定されると、前記系では常温でも容易に水蒸気となって蒸発していくがエチレングリコールはそのまま液体として存在することになる。このとき、水が蒸発するためには蒸発潜熱が必要となるが、沸点（この場合０℃）と外気温（例えば２０℃）との差が蒸発潜熱となって供給されるので加温の必要がなくなる。すなわち、前記系内を減圧するだけで水分を除去することができる。

図１は以上のことを鑑み成された発明の第一の実施形態に係るエチレングリコール抽出装置（以下、ＥＧ抽出装置）１の概略構成図である。

ＥＧ抽出装置１はタンク１０と真空装置１１と圧力計１２と温度計１３と制御部１４とを備える。タンク１０は廃ＬＬＣを導入してＬＬＣ成分を分離するためのタンクである。タンク１０には廃ＬＬＣを導入する配管１５と濃縮ＬＬＣを排出する配管１６が接続されている。配管１５及び１６にはそれぞれバルブＶ１及びＶ２が設置されている。真空装置１１はタンク１０内を減圧させる。真空装置１１としては凍結乾燥技術に適用される減圧ポンプが例示される。圧力計１２はタンク１０の内圧を測定する。温度計１３は外気温を測定する。制御部１４は圧力計１２によって測定された圧力値と温度計１３によって測定された外気温とに基づき真空装置１１の動作を制御する。

制御部１４は水とエチレングリコールの蒸気圧曲線に基づく制御プログラムによって真空装置１１の動作を制御する。具体的にはタンク１０内の圧力が水の沸点が外気温となる圧力まで制御する。または、水とエチレングリコールの蒸発潜熱を考慮して真空装置１１の動作を制御する。例えば、水の沸点が外気温よりもやや低くなるような温度に相当する圧力まで上昇したときに真空装置１１を動作させ、ある設定下限圧力（例えば４．６ｍｍＨｇ）まで降下したら真空装置１１を停止するように制御する。これによりランニングコストが抑制される。

図１及び図３を参照しながらＥＧ抽出装置１の具体的な動作例について説明する。

制御部１４には予めタンク１０の下限圧力値Ｐ１が設定されている。次いで、図１に示されたバルブＶ２が閉及びバルブＶ１が開に設定されて配管１５を介して廃ＬＬＣがタンク１０内に導入される。タンク１０内に廃ＬＬＣが一定量導入されるとバルブＶ１が閉に設定される。そして、図３に示されたようにＳ１で真空装置１１が動作する。Ｓ２ではタンク１０内の圧力値Ｐ２が圧力計１２によって測定される。Ｓ３では圧力計１２によって測定された圧力値Ｐ２が制御部１４によって下限圧力値Ｐ１と比較される。下限圧力値Ｐ１＜圧力値Ｐ２である場合（Ｙ）、Ｓ１に戻り真空装置１１の動作が継続される。一方、下限圧力値Ｐ１≧圧力値Ｐ２である場合（Ｎ）、Ｓ４に移行し真空装置１１が停止する。そして、Ｓ５でタンク１０内の圧力値Ｐ３が圧力計１２によって測定される。次いで、Ｓ６では前記測定された圧力値Ｐ３が制御部１４によって水の沸点Ｔ１に換算される。Ｓ７では温度計１３によって測定された外気温Ｔ２（または外気温Ｔ２−α）が前記換算された沸点Ｔ１と比較される。そして、外気温Ｔ２＞沸点Ｔ１である場合（Ｙ）、Ｓ５に移行する。一方、外気温Ｔ２（または外気温Ｔ２−α）≦沸点Ｔ１である場合（Ｎ）、Ｓ１に移行する。以上のようにタンク１０内の圧力が制御されてタンク１０内の水分が除去されてタンク１０内のＬＬＣが濃縮される。濃縮されたＬＬＣはバルブＶ２が開に設定されている配管１６を介して排出される。また、気化した水分は真空装置１１を介して系外に排出される。

水分が除去された廃ＬＬＣ中には高純度のエチレングリコールの他にＬＬＣがエンジンに冷却に用いられているときに混入した金属類やその他の不純物が存在する。そこで、図２に示されたＥＧ抽出装置２のようにタンク１０の下流側（具体的にはバルブＶ２の下流側）にフィルター１７を設けると前記金属類や不純物がフィルター１７によって除去されてより高純度なエチレングリコールの抽出が可能となる。フィルター１７としては前記金属類や不純物を分離できるものであれば既知のフィルターを採用すればよい。

また、エチレングリコールをより高度に精製するために、タンク１０は水分の蒸発（第一段階）のために水の沸点よりも高い値に加温するとよい。具体的には、タンク１０内は水の沸点より高くエチレングリコールの沸点よりも低い範囲の温度に設定される。そして、エチレングリコールを蒸発（第二段階）させるためにタンク１０内はエチレングリコールの沸点より高い温度に設定される。このときエチレングリコールの沸点よりもわずかに高い温度となるように設定されるとエチレングリコールを抽出する際のエネルギーコストが低減する。

例えば図７の概念図のように２．０ｍｍＨｇのもとでは水の沸点は−１０℃である一方でエチレングリコールの沸点は約６７℃である。したがって、タンク１０の内圧が２．０ｍｍＨｇに設定されて第一段階でタンク１０内が６０℃まで加温されて水分が蒸発した後に第二段階で７０℃まで加温されると、通常環境下（例えば特許文献２の回収法）よりも低温度でエチレングリコールの蒸留が可能となる。すなわち、低エネルギーに高純度なエチレングリコールを抽出できる。

発明の第一の実施形態に係るエチレングリコール抽出装置の概略構成図。 発明の第二の実施形態に係るエチレングリコール抽出装置の概略構成図。 １気圧下における水とエチレングリコールの沸点及び融点の差異の説明図。 水の沸点と飽和蒸気圧の関係を示した表。 エチレングリコールの飽和蒸気圧曲線を示した特性図。 第一の実施形態に係るエチレングリコール抽出装置の動作例を説明したフローチャート。 ２．０ｍｍＨｇ下におけるエチレングリコール蒸留の概念図。

符号の説明

１，２…エチレングリコール抽出装置（ＥＧ抽出装置）
１０…タンク、１１…真空装置、１２…圧力計、１３…温度計、１４…制御部
１５，１６…配管、Ｖ１，Ｖ２…バルブ
１７…フィルター

Claims (6)

1. エンジン冷却廃水を含んだ系の内圧を減圧することにより前記廃水に含まれる水分を気化させることにより除去して前記廃水に含まれるエチレングリコールを抽出すること
   を特徴とするエチレングリコールの抽出方法。
2. 前記水分が除去された前記廃水をフィルターによってろ過処理すること
   を特徴とする請求項１に記載のエチレングリコールの抽出方法。
3. エチレングリコールの濃縮時に前記系の温度が水の沸点より高くエチレングリコールの沸点よりも低い範囲となるように前記系を加温すること
   を特徴とする請求項１または２に記載のエチレングリコールの抽出方法。
4. エンジン冷却廃水が導入されるタンクと、
   このタンクの内圧を減圧させる真空装置と、
   前記タンクの内圧を測定する圧力計と、
   前記タンクの外気温を測定する温度計と、
   前記真空装置の動作を制御する制御部と
   を備え、
   前記制御部は水とエチレングリコールの蒸気圧曲線と前記測定された圧力値及び外気温に基づき前記内圧を減圧するように前記真空装置を動作制御することにより前記タンク内の廃水に含まれる水分を気化させて前記廃水に含まれるエチレングリコールを抽出すること
   を特徴とするエチレングリコール抽出装置。
5. 前記タンクから排出されたエチレングリコール濃縮廃水をフィルターによってろ過処理すること
   を特徴とする請求項４に記載のエチレングリコール抽出装置。
6. 前記タンクを加温する加温手段を備え、
   エチレングリコールの濃縮時に前記加温手段は前記タンク内の温度が水の沸点より高くエチレングリコールの沸点よりも低い範囲となるように前記タンクを加温すること
   を特徴とする請求項４または５に記載のエチレングリコール抽出装置。

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