JP2011056346A - 炭化水素溶剤の回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でありながら、炭化水素溶剤の回収量を上げることができる回収装置を提供する。
【解決手段】炭化水素溶剤をガス状態で排出する本体装置のガス排気路に配置して、炭化水素溶剤を凝縮回収する回収装置ＥＱＵである。排出されるガスの通過時に炭化水素溶剤を捕捉する金属フィルタＭＦ１，ＭＦ２と、金属フィルタＭＦ１，ＭＦ２に水を連続的に供給する給水ラインＬ１と、金属フィルタＭＦ１，ＭＦ２から垂れ落ちる水分を受ける回収ラインＬ２と、回収ラインＬ２から受けた回収水を貯留して、炭化水素溶剤を分離する分離タンクＴ１と、分離タンクＴ１で分離された炭化水素溶剤を回収する溶剤タンクＴ２と、分離タンクＴ１で分離された水を給水ラインＬ１に供給する給水ポンプＰ１とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、洗浄装置などから排出される炭化水素溶剤の排気ガスから、炭化水素溶剤を効率よく回収する回収装置に関するものである。

炭化水素溶剤を使用した洗浄及び乾燥工程は、オゾン層の保護規制以降に塩素系溶剤の代替として近年の金属加工業界において特に大きな需要がある。しかし、炭化水素溶剤においても大気汚染防止法により規制が開始されており、加工業界においても新たな対応に迫られている。そして、今後の環境問題と業界の需要バランスを考慮すると、炭化水素溶剤の消費を抑制する新規の技術が求められる。

現状を検討すると、汎用的な炭化水素溶剤ガスの回収手段は、活性炭などの多孔質素材のフィルタによる吸着法や、熱交換器の冷却によるガスの凝縮などが提案されている。

しかし、フィルタ吸着法を採る場合には、フィルタ素材に吸着可能なガス量に限界があるため、吸着したガスを離脱し回収のために装置を停止するか、或いは、同種の回収器を複数台保有する必要があるという問題がある。

一方、冷却による凝縮の場合は、熱交換器の容量を大きくしてガス接触・滞留時間を維持する必要があり、それにも拘わらず、回収率が比較的低いという欠点がある。ここで、冷却温度を溶剤の凝固点（約−４０℃）まで低下させる冷凍機を使用して、急激に凝縮させる構成を採ることもできるが、これでは、溶剤ガスと混在する水分の凝固が激しく起こるので、熱交換器の霜取りによる装置の休止を余儀なくされるという問題がある。

また、ガスの加圧と放冷による冷却凝縮を採る方式では、圧縮機の吸気能力でガス回収量が制約されるため、大容量の排気ガスには対応できないという問題がある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、簡易な構成でありながら、ガス回収量を上げることができる回収装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、炭化水素溶剤をガス状態で排出する本体装置のガス排気路に配置して、炭化水素溶剤を凝縮回収する回収装置であって、排出されるガスの通過時に炭化水素溶剤を捕捉する捕捉部材と、前記捕捉部材に水を連続的に供給する給水ラインと、前記捕捉部材から垂れ落ちる水分を受ける回収ラインと、前記回収ラインから受けた回収水を貯留して、前記回収水に含有される炭化水素溶剤と水とを互いの比重差に基づいて分離する貯留分離部と、前記貯留分離部で分離された炭化水素溶剤を回収する溶剤回収部と、前記貯留分離部で分離された水を前記給水ラインに供給する供給部と、を有することを特徴とする。

本体装置は、特に限定されないが、典型的には、工業製品などの金属洗浄を実行する洗浄装置が該当する。この種の洗浄装置では、炭化水素系洗浄剤が好適に使用され、一般に、ワークを洗浄液に浸漬する洗浄工程→ワークを濯ぐリンス工程→温風や減圧下による乾燥工程を経て洗浄処理が完了する。このような場合、本発明は、乾燥工程で発生するガスから炭化水素溶剤を回収する用途で機能する。なお、炭化水素溶剤は、特に限定されないが、典型的には、パラフィン系、ナフテン系などの鉱物系溶剤が対象となる。

何れにしても本発明では、ガス排気路に捕捉部材を配置し、捕捉部材を流通する水にガスを接触させることで、炭化水素溶剤を凝縮させる。なお、本発明の構成に代えて、恒温状態の水槽にガスを導入する構成を採ることも考えられる。しかし、大量の排出ガスを水槽に送り込む大きな動力が必要となる上に、水槽に導入されたガスが大きな塊を形成するのでガスの冷却効率が悪く、溶剤の回収効率が大幅に低下するので、本発明の代替構成とはなり得ない。

炭化水素溶剤は、一般に、水に溶解し難いので、本発明の回収ラインを経由して貯留分離部に貯留される回収水は、比重差に基づいて炭化水素溶剤と水に自動的に分離される。そして、浮上分離された炭化水素溶剤は、本発明の溶剤回収部によって回収されるが、回収された炭化水素溶剤は、蒸留再生された高純度のものであるので直ちに再利用が可能である。なお、溶剤回収部に、簡易な水分分離機構を付加するのも好適である。水分分離機構としては、水分吸着性の多孔質フィルタや鉱物油脂に吸着性のある多孔質フィルタなどで水分や鉱物油脂分を積極的に分離する方法が例示される。

炭化水素溶剤は可燃性であるため、一般のガス回収手法では、引火や爆発などの危険性を伴うが、本発明では、水道水などを流通させてガスを凝縮回収するので、極めて安全に炭化水素溶剤を回収することができる。しかも、本発明における消耗材は、未回収ガスと共に排気される水蒸気（流通水）だけであるため、ランニングコストも非常に低く、また、本発明によれば、炭化水素溶剤を７０％以上回収できるので、環境を悪化させるおそれもない。

本発明の捕捉部材は、水の流通時にガス流路となる隙間を確保できる構成であれば特に限定されない。このような構成としては、適度な開口を有する多孔質体や繊維体が採用されるが、好ましくは、金属線又は合成樹脂を繊維状に編成した捕捉部材が使用される。更に静電気や腐食を考慮すれば、ステンレスなどの金属線が好ましい。

いずれにしても、捕捉部材は、ガスと水との接触時間を十分に確保するため、ガス流路を阻害する対向面積を有し、且つ、ガスの流通方向に適度な厚さＴを設けるべきである。すなわち、捕捉部材は、ガス流路に露出する対向面積が、ガス流路の通過断面積ＨＯと同一に設定され、体積ＨＯ＊Ｔの筒形状に形成され、ガス流路を阻害する位置に配置される。

ここで、捕捉部材の厚さＴを厚く設定するほど、ガス流路の圧損が増大するので、好ましくは、捕捉部材は、ガスの流通方向の上流から下流にかけて複数段階に配置すべであり、典型的には２段階か３段階に配置される。何れにしても、捕捉部材の厚さＴは、好適には、複数段の全体で、５０ｍｍ〜３００ｍｍに設定され、更に好ましくは、１００〜２５０ｍｍに設定される。

ガスと水の流通方向は、一直線上の逆方向とするか、互いに直交させるのが好ましくが、特に好ましくは、ガスと水とを直交方向に流通させるべきである。この場合、最下流の捕捉部材の更に下流側に排気ファンを設け、排気ファンに吸引されるガスが、捕捉部材を水平方向に移動するよう構成するのが典型的である。なお、本体装置の排気ファンを活用するのも好適であり、この場合には、最上流の捕捉部材の更に上流側に既設の排気ファンが位置する。

捕捉部材は、ガス流路の圧損を考慮して、好ましくは、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの隙間を有して網状に編成される。また、捕捉部材を金属線で構成する場合には、金属線は、その線径（直径）が５０μｍ〜２００μｍであるのが好ましく、より好ましくは、８０μｍ〜１２０μｍとすべきである。

捕捉部材に供給される水は、給水ラインに開口する捕捉部材の単位断面積［ｃｍ^２］当り、好ましくは、１５〜３５［ミリリットル／分］に設定され、更に好ましくは、２０〜３０［ミリリットル／分］に設定され、最適には、２３〜２９［ミリリットル／分］程度に設定される。なお、供給された水は、必ずしも、捕捉部材の内部を均一に流通する必要はない（図２参照）。

１５［ミリリットル／分］より少ないと、ガスの凝縮回収率が低下し、一方、３５［ミリリットル／分］より多いと、圧損が大きいわりに、ガスの凝縮回収率がそれほど上がらず運転効率が大きく劣化する。なお、供給水の水温は、常温レベルの１０〜〜２０℃程度で足りるが、２０℃以上の場合は、水温に対応して回収効率が悪化する傾向になる。

１０〜〜２０℃程度の水温の水を、好ましくは、ガス体積の１／８０〜１／２５０倍の体積比で、更に好ましくは、ガス体積の１／１００〜１／２２０倍の体積比で捕捉部材に供給される。パラフィン系、ナフテン系などの鉱物系溶剤を回収対象とした場合、特に好ましくは、ガス体積の１／１５０〜１／２００倍の体積比で水を供給すべきである。

上記した本発明によれば、簡易で安価な構成でありながら、安全で且つ効率よく炭化水素溶剤を回収することができる。また、回収率が高いのでガス排出による環境汚染を防止することができ、しかも、特段のランニングコストが発生しない。

炭化水素溶剤ガスの回収装置ＥＱＵの一例を示すブロック図である。 金属フィルタの構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、炭化水素溶剤ガスの回収装置ＥＱＵの一例を示すブロック図である。この回収装置ＥＱＵは、例えば、炭化水素系洗浄剤を使用する洗浄装置の排気ラインに接続される。なお、洗浄装置の構成は特に限定されないが、典型的には、洗浄工程とリンス工程と乾燥工程とを有して構成され、乾燥工程で発生する炭化水素溶剤ガスが、図示の回収装置ＥＱＵに導入される。

図１に示す通り、この回収装置ＥＱＵは、水平方向に炭化水素溶剤ガスを流通させる筒状の本体部ＢＤＹと、本体部ＢＤＹから回収水を受けて炭化水素溶剤を分離する分離タンクＴ１と、分離タンクＴ１に浮上する炭化水素溶剤を回収する溶剤タンクＴ２とを有して構成されている。

図示の通り、本体部ＢＤＹの水平方向の上流側と下流側には、各々、導入口ＩＮと導出口ＯＵＴとが設けられ、導出口ＯＵＴの終端部に配置された排気ファンＦＮによって、水平方向右向きにガスが流通するよう構成されている。この本体部ＢＤＹには、通過する溶剤ガスを凝縮捕捉する第１金属フィルタＭＦ１と、第１金属フィルタを通過した溶剤ガスを凝縮捕捉する第２金属フィルタＭＦ２と、水滴の流出を阻止する第３フィルタＦ３とが、上流側から下流側にかけて離散的に配置されている。

各フィルタＭＦ１，ＭＦ２，Ｆ３は、回収装置ＥＱＵのガス流通断面と同一の開口面積を有して構成され、回収装置ＥＱＵの内面を閉塞することで、ガスの自由流通を阻害している。実施例で使用した最小タイプの回収装置の場合、ガス流通断面は３０ｃｍ＊６０ｃｍであり、これに対応して各フィルタの開口面積は、３０ｃｍ＊６０ｃｍに設定されている（図２参照）。

金属フィルタＭＦ１、ＭＦ２は、線径１００μｍ程度のステンレス線を繊維状に幾層にも編んで構成され、その厚さＴは、各々１０ｃｍ程度に設定されている。したがって、金属フィルタＭＦ１，ＭＦ２は、全体として、３０＊６０＊２０ｃｍ^３の体積を有している。なお、編み込まれたステンレス線には、１ｍｍ前後の隙間が形成されており、本体部ＢＤＹの非運転状態では、何ら通気性を阻害しない。もっとも、各隙間は、積層方向に重合しないので、直線的な通気路は存在しない。

図１に示す通り、金属フィルタＭＦ１，ＭＦ２は、本体部ＢＤＹの内部に直立状態で配置され、垂直方向の上下には、給水ラインＬ１と回収ラインＬ２とが接続されている。なお、図２に示す金属フィルタの場合には、垂直方向の上下に６０＊２０ｃｍ^２の開口が形成され、この開口に給水ラインＬ１と回収ラインＬ２が連結されている。

回収ラインＬ２は、分離タンクＴ１に接続されている。なお、回収ラインＬ２は、分離タンクＴ１の底面付近まで連続して配置されている。そのため、排気ファンＦＮの吸引力が強くても、回収ラインＬ２における円滑な液流が阻害されることはない。

分離タンクＴ１の底面は、給水ポンプＰ１とフィルタＦ１とを有する給水ラインＬ１によって、金属フィルタＭＦ１，ＭＦ２の上部開口に接続されている。そして、給水ポンプＰ１が連続運転されることで、金属フィルタＭＦ１，ＭＦ２→回収ラインＬ２→分離タンクＴ１→給水ラインＬ１→金属フィルタＭＦ１，ＭＦ２の流通循環路が形成されている。

循環する水の流量は、金属フィルタＭＦ１，ＭＦ２の上下開口の開口面積Ｓ［ｃｍ^２］に対応して、実験結果に基づき、最適には、２３＊Ｓ〜２９＊Ｓ［ミリリットル／分］程度に設定されている。なお、この流量は、流通水の水温が１０〜２０℃程度の場合の値であるが、溶剤の回収量は、あるレベルで飽和傾向を示すので、運転コストを考慮すれば、特に水温を１０℃以下に下げる必要はない。

一方、流通する水の流量は、ガスの流通速度に対応させるべきであり、実験結果によれば、金属フィルタＭＦ１、ＭＦ２を通過するガス量に対して、体積比１／１５０〜１／２００倍の水を供給するのが最適である。なお、この場合の水温も１０〜２０℃程度であり、最終的には、排出される溶剤ガスの種類や、洗浄装置などの本体装置から排出されるガス流量などに対応して、流量の最適値が実験的に確定される。

図示の通り、分離タンクＴ１には、循環ポンプＰ２と冷却器ＣＬとで構成された恒温ラインが配置されており、分離タンクＴ１に貯留された水の水温が所定レベルに維持されている。簡易的には、１０〜２０℃の範囲内の所定レベルに水温を維持すれば足りるので、このような場合には、冷却器ＣＬには水道水が供給され、特段の運転コストは発生しない。

また、分離タンクＴ１と溶剤タンクＴ２とは、開閉バルブＶと、吸引ポンプＰ３と、フィルタＦ２とを通して接続されている。分離タンクＴ１には、不図示の液面センサが配置されており、回収水から浮上分離された炭化水素溶剤が、適宜なタイミングで回収される。

続いて、上記の通りに構成される回収装置ＥＱＵについて、その動作内容を確認的に説明する。運転状態では、洗浄装置から排出される炭化水素溶剤ガスを含む排ガスが本体部を右向きに流通する。この時、金属フィルタＭＦ１，ＭＦ２→回収ラインＬ２→分離タンクＴ１→給水ラインＬ１→金属フィルタＭＦ１，ＭＦ２にも所定温度域の水が流通している。

金属フィルタＭＦ１、ＭＦ２を通過する水量は、各フィルタＭＦ１，ＭＦ２の単位開口面積［ｃｍ^２］当り、平均値で２３〜２９［ミリリットル／分］程度である。また、金属フィルタを構成する金属繊維は、線径１００μｍ程度であって、１ｍｍ程度の隙間が設けられている。そのため、排気通路が閉塞されることはなく、排ガスは、金属フィルタ内を落下する水滴によって、直進移動を阻害されつつ、ランダムな屈曲経路を経て金属フィルタを通過する。

このように、排ガスは、水滴によって形成された複雑な屈曲通路を移動することになり、その移動過程で冷却凝縮されて、流通水と共に回収ラインＬ２に落下して分離タンクＴ１に移動する。

分離タンクＴ１に移動した炭化水素溶剤は、水との比重差に基づいて浮上して液面の最上部に集まる。そのため、吸引ポンプＰ３によって炭化水素溶剤だけを溶剤タンクＴ２に回収することができる。

また、分離タンクＴ１に貯留された水は、冷却器ＣＬを循環することで所定温度域に冷却され、再度、金属フィルタＭＦ１、ＭＦ２に導入される。

３０ｃｍ＊６０ｃｍ＊１０ｃｍの金属フィルタＭＦ１，ＭＦ２を二段配置した図１の構成による実験装置を使用した。実験装置とは別に設けたミスト生成槽に、３５℃程度に加熱した炭化水素溶剤をスプレイ噴射してミストを形成し、これを図１と同様の構成の実験装置に４時間連続的に供給した。なお、給水ラインＬ１の水量と、ミストの流通速度の設定を種々変更して、４時間の実験を何回も繰返し、各条件下での溶剤減少量と溶剤回収量とを計測した。

溶剤減少量は、実験装置に供給されたミストの総量であると考えることができるが、実験条件に応じて、４時間に供給したミスト総量が１５リットル〜７０リットル程度に変化し、回収量も１０〜５２リットル程度に変化する。また、回収率は５２〜７８％の範囲で変化する。

以上の実験結果を分析した結果、金属フィルタの開口単位断面積［ｃｍ^２］当り、２３〜２９［ミリリットル／分］の水が供給するのが最適であり、且つ、金属フィルタを通過するガスに対して、体積比１／１５０〜１／２００倍の水を供給するのが好ましく、最適条件では７８％程度の回収率が実現されることを確認した。

そこで、次に、ガス生成槽に６５℃程度に加熱した炭化水素溶剤を導入し、ガス生成槽の底面から排出された溶剤を、繰返しガス生成槽の上面から再導入することで溶剤ガスを生成した。なお、ガス生成槽にミストが発生しないよう工夫して溶剤を導入した。

このようにして生成された溶剤ガスを、ガス生成槽の側面から出力させて、実施例１で検出した好適条件下での実験を繰り返した。その結果、回収率は、やや減少するものの、満足できる回収率を実現できた。すなわち、実施例１で検出した条件は、溶剤ミストに限らず、気化ガスにも適用可能であることが確認できた。

実施例１〜実施例２は、実験装置を横置きしたが、これを縦置きして同様の実験を繰り返した。この場合には、２つの金属フィルタが水平面に配置されるので、各金属フィルタの上面から、水を、各々、シャワー状に散水することでフィルタ全体を濡らした。

上側の金属フィルタの散水された水は、下側の金属フィルタに垂れ落ちるものの、実施例１〜３と同様の回収性能を確認することができた。

比較例

流通水を使用しないで金属フィルタだけでガス回収を図ると１８％程度の回収率となる。また、溶剤ガスと水ミストとを混合した後に、金属フィルタを通過させた実験では、回収率が２４％程度であった。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、具体的な記載内容は特に本発明を限定するものではない。

ＥＱＵ 炭化水素溶剤回収装置
ＭＦ１、ＭＦ２ 捕捉部材
Ｌ１ 給水ライン
Ｌ２ 回収ライン
Ｔ１ 貯留分離部
Ｔ２ 溶剤回収部
Ｐ１ 供給部

Claims (8)

1. 炭化水素溶剤をガス状態で排出する本体装置のガス排気路に配置して、炭化水素溶剤を凝縮回収する回収装置であって、
   排出されるガスの通過時に炭化水素溶剤を捕捉する捕捉部材と、前記捕捉部材に水を連続的に供給する給水ラインと、前記捕捉部材から垂れ落ちる水分を受ける回収ラインと、前記回収ラインから受けた回収水を貯留して、前記回収水に含有される炭化水素溶剤と水とを互いの比重差に基づいて分離する貯留分離部と、前記貯留分離部で分離された炭化水素溶剤を回収する溶剤回収部と、前記貯留分離部で分離された水を前記給水ラインに供給する供給部とを有することを特徴とする炭化水素溶剤の回収装置。
2. 前記捕捉部材は、金属線又は合成樹脂を、繊維状に編成して構成されている請求項１に記載の回収装置。
3. 前記捕捉部材は、ガスの流通方向の上流から下流にかけて複数段階に配置されている請求項１又は２に記載の回収装置。
4. 前記捕捉部材の下流側に排気ファンを設け、前記排気ファンに吸引されるガスが、前記捕捉部材を水平方向に移動するよう構成されている請求項１〜３の何れかに記載の回収装置。
5. 前記捕捉部材は、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの隙間を有して網状に編成されている請求項２〜４の何れかに記載の回収装置。
6. 前記金属線は、その線径が５０μｍ〜２００μｍである請求項２又は５に記載の回収装置。
7. 給水ラインに開口する捕捉部材の単位断面積［ｃｍ^２］当り、１５〜３５［ミリリットル／分］の水が供給される請求項１〜６の何れかに記載の回収装置。
8. 前記捕捉部材を通過するガスに対して、体積比１／８０〜１／２５０倍の水を前記捕捉部材に供給する請求項１〜４の何れかに記載の回収装置。