JP2011092871A - Organic solvent recovery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機溶剤を含有する被処理ガスから当該有機溶剤を回収する有機溶剤回収システムに関し、特に、各種工場、研究施設等から排出される産業排ガスから有機溶剤を除去して浄化するとともに、除去した有機溶剤を精製して回収する有機溶剤回収システムに関する。 The present invention relates to an organic solvent recovery system that recovers the organic solvent from the gas to be treated containing the organic solvent, and in particular, removes and purifies the organic solvent from industrial exhaust gas discharged from various factories, research facilities, etc. The present invention relates to an organic solvent recovery system that purifies and recovers a removed organic solvent.
従来、有機溶剤を含有する被処理ガスから当該有機溶剤を除去することで被処理ガスを清浄化して排出するとともに、除去した有機溶剤を高濃度に濃縮して回収する有機溶剤回収システムが知られている。この種の有機溶剤回収システムとしては、一般に、被処理ガスを吸着材に接触させて有機溶剤を吸着させ、これに高温の加熱ガスを吹き付けて有機溶剤を脱着させて高濃度の有機溶剤を含有する脱着ガスとして排出する吸脱着処理装置と、当該吸脱着処理装置から排出された高濃度の有機溶剤を含有する脱着ガスを凝縮させてこれを分離槽において分液することで水を主成分とする分離液と高濃度の有機溶剤を含有する液とに分離し、このうちの高濃度の有機溶剤を含有する液を回収液として回収する凝縮回収装置との組み合わせにて構成されている(たとえば、実公昭7−2028号公報(特許文献1)、実公昭7−2029号公報(特許文献2)、実公昭7−2030号公報(特許文献3)等参照)。 Conventionally, there has been known an organic solvent recovery system that removes the organic solvent from the gas to be processed containing the organic solvent, purifies and discharges the gas to be processed, and concentrates and recovers the removed organic solvent to a high concentration. ing. This type of organic solvent recovery system generally contains a high-concentration organic solvent by bringing the gas to be treated into contact with the adsorbent material to adsorb the organic solvent, and blowing high-temperature heating gas onto it to desorb the organic solvent. An adsorption / desorption treatment device that discharges as a desorption gas, and a desorption gas containing a high-concentration organic solvent discharged from the adsorption / desorption treatment device is condensed and separated in a separation tank so that water is a main component. And a condensing / recovering device that collects a liquid containing a high concentration organic solvent as a recovered liquid (for example, (See Japanese Utility Model Publication No. 7-2028 (Patent Document 1), Japanese Utility Model Publication No. 7-2029 (Patent Document 2), Japanese Utility Model Publication No. 7-2030 (Patent Document 3), etc.).
上記有機溶剤回収システムを用いることで回収される有機溶剤を主成分とする回収液には、通常、当該有機溶剤以外にも脱着処理に用いられる水蒸気等の加熱ガスに由来する水分や有機溶剤の分解物等が含まれる。そのため、一般的に、回収液は、含有される各成分の沸点差を利用して蒸留塔にて蒸留処理が行なわれることで分離され、これにより有機溶剤の精製が行なわれる。なお、有機溶剤、水およびこれらに溶解した微量成分を含む回収液は、共沸混合物である場合が多く、その蒸留処理には、共沸蒸留操作が必要となる。 In the recovery liquid mainly composed of the organic solvent recovered by using the organic solvent recovery system, in addition to the organic solvent, water or organic solvent derived from a heating gas such as water vapor used for desorption treatment is usually used. Decomposed products are included. Therefore, in general, the recovered liquid is separated by performing a distillation treatment in a distillation column using the boiling point difference of each component contained, thereby purifying the organic solvent. In many cases, the recovery liquid containing an organic solvent, water and a trace component dissolved in these is an azeotropic mixture, and the distillation treatment requires an azeotropic distillation operation.
しかしながら、蒸留塔を用いた蒸留処理は、高額の設備投資が必要となってイニシャルコストが嵩むばかりでなく、設備の設置面積も大きくなり、有機溶剤回収システムに付設する設備としては好ましいものではない。しかも、当該設備は、その稼動に莫大なエネルギーを要するためランニングコストが嵩むとともに、大気汚染の原因ともなるため環境保全の面からも好ましいものではない。 However, the distillation process using a distillation tower is not preferable as equipment attached to an organic solvent recovery system because it requires not only high capital investment but increases initial cost and also increases the installation area of the equipment. . In addition, the facility requires enormous energy for its operation, which increases running costs and causes air pollution, which is not preferable from the viewpoint of environmental conservation.
このような観点から、蒸留塔を用いた蒸留処理に代わる精製方法として、浸透気化分離法(パーベーパレーション法)に基づく膜分離処理が注目されている。浸透気化分離法は、共沸混合物の分離に適した分離方法であり、分離膜としては、無機膜としてのゼオライト膜や高分子膜としてのポリスルホン膜、シリコン膜、ポリアミド膜、ポリイミド膜等が一般的に利用される。 From such a viewpoint, a membrane separation process based on a pervaporation separation method (pervaporation method) has attracted attention as a purification method that replaces the distillation treatment using a distillation column. The pervaporation separation method is a separation method suitable for separation of azeotropic mixtures, and as a separation membrane, a zeolite membrane as an inorganic membrane, a polysulfone membrane as a polymer membrane, a silicon membrane, a polyamide membrane, a polyimide membrane, etc. are generally used. Is used.
このような浸透気化分離法に基づいた膜分離装置を備えた有機溶剤回収システムとしては、たとえば特開2009−66530号公報(特許文献4)に開示のものがある。当該特許文献4に開示される有機溶剤回収システムは、上述した従来の有機溶剤回収システムの凝縮回収装置の下流側にさらに浸透気化分離法に基づいた膜分離装置を追加した構成のものであり、凝縮回収装置にて回収された高濃度の有機溶剤を含有する液をさらに浸透気化分離法に基づいた膜分離装置に導入し、膜分離装置において当該高濃度の有機溶剤を含有する液からさらに水を分離して除去することにより、有機溶剤の精製を行なっている。なお、当該有機溶剤回収システムにおいては、さらに膜分離装置にて分離された主として水を多く含む透過液を凝縮回収装置の分離槽に戻すことにより、有機溶剤の収率をさらに高めるように構成している。
As an organic solvent recovery system provided with a membrane separation apparatus based on such a pervaporation separation method, there is one disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-66530 (Patent Document 4). The organic solvent recovery system disclosed in
しかしながら、上記特許文献4に開示される如くの有機溶剤回収システムは、蒸留塔を用いる場合に比べて必要とするエネルギーが少なくて済むものの、膜分離装置が有機溶剤回収システムに付設される設備である以上、処理液等を温度管理しながら配管ラインを経由して輸送するために必要となる動力源(たとえば、熱源や駆動源等)が増加することは避けられず、そのため設備を稼動するためのエネルギーが増大し、ランニングコストが嵩むことは避けられない。
However, the organic solvent recovery system as disclosed in
したがって、本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたものであり、有機溶剤を含有する被処理ガスから当該有機溶剤を回収するに際し、有機溶剤を高濃度かつ高収率で回収可能な省エネルギー化が図られた有機溶剤回収システムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and when recovering the organic solvent from the gas to be treated containing the organic solvent, the organic solvent can be recovered at a high concentration and in a high yield. An object of the present invention is to provide an organic solvent recovery system that saves energy.
本発明に基づく有機溶剤回収システムは、有機溶剤を含有する被処理ガスから当該有機溶剤を回収する有機溶剤回収システムであって、吸脱着処理装置と、凝縮分液装置と、膜分離装置と、熱交換部を備える。上記吸脱着処理装置は、被処理ガスを接触させることで有機溶剤を吸着し、加熱ガスを接触させることで当該吸着した有機溶剤を脱着する吸着素子を含み、上記吸着素子に被処理ガスを供給することで有機溶剤を上記吸着素子に吸着させて処理ガスとして排出し、上記吸着素子に加熱ガスを供給することで有機溶剤を上記吸着素子から脱着させて有機溶剤を含有する脱着ガスとして排出するものである。上記凝縮分液装置は、上記吸脱着処理装置から排出された脱着ガスを冷却することで凝縮し、凝縮後の液を比重差に基づいて分液することで有機溶剤を含有する濃縮液と水を主成分とする分離液とに分離するものである。上記膜分離装置は、濃縮液を接触させることで濃縮液に含有される水分または酸が混入した水分を選択的に透過して分離する分離膜を含み、上記凝縮分液装置から排出された濃縮液を上記分離膜に供給することで有機溶剤を高濃度に含有する回収液と水を主成分とする透過液とに分離するものである。上記熱交換部は、上記吸脱着処理装置から排出された脱着ガスと上記凝縮分液装置から排出されて上記膜分離装置に導入される濃縮液とを熱交換させるものである。 An organic solvent recovery system based on the present invention is an organic solvent recovery system for recovering an organic solvent from a gas to be treated containing an organic solvent, and an adsorption / desorption treatment device, a condensate separation device, a membrane separation device, A heat exchange part is provided. The adsorption / desorption treatment apparatus includes an adsorption element that adsorbs an organic solvent by contacting a gas to be treated and desorbs the adsorbed organic solvent by contacting a heated gas, and supplies the gas to be treated to the adsorption element. Then, the organic solvent is adsorbed on the adsorption element and discharged as a processing gas. By supplying a heating gas to the adsorption element, the organic solvent is desorbed from the adsorption element and discharged as a desorption gas containing the organic solvent. Is. The condensing / separating apparatus condenses by cooling the desorption gas discharged from the adsorption / desorption treatment apparatus, and separates the condensed liquid based on the difference in specific gravity, thereby concentrating liquid and water containing an organic solvent. Is separated into a separation liquid containing as a main component. The membrane separation device includes a separation membrane that selectively permeates and separates water contained in the concentrate or water mixed with acid by contacting the concentrate, and the concentration discharged from the condensate separator. By supplying a liquid to the said separation membrane, it isolate | separates into the collection | recovery liquid which contains an organic solvent in high concentration, and the permeation | transmission liquid which has water as a main component. The heat exchange unit exchanges heat between the desorption gas discharged from the adsorption / desorption treatment device and the concentrated liquid discharged from the condensation / separation device and introduced into the membrane separation device.
上記本発明に基づく有機溶剤回収システムにあっては、上記吸着素子が活性炭素繊維であることが好ましい。 In the organic solvent recovery system according to the present invention, the adsorbing element is preferably an activated carbon fiber.
上記本発明に基づく有機溶剤回収システムにあっては、上記加熱ガスが水蒸気であることが好ましい。 In the organic solvent recovery system according to the present invention, the heating gas is preferably water vapor.
上記本発明に基づく有機溶剤回収システムにあっては、上記膜分離装置が浸透気化分離法に基づくものであることが好ましい。 In the organic solvent recovery system according to the present invention, the membrane separation device is preferably based on a pervaporation separation method.
上記本発明に基づく有機溶剤回収システムにあっては、上記分離膜が炭素膜であることが好ましい。 In the organic solvent recovery system according to the present invention, the separation membrane is preferably a carbon membrane.
上記本発明に基づく有機溶剤回収システムにあっては、上記分離膜が中空糸構造を有していることが好ましい。 In the organic solvent recovery system according to the present invention, the separation membrane preferably has a hollow fiber structure.
上記本発明に基づく有機溶剤回収システムは、上記被処理ガスが酸を含んでいる場合に特に好適に利用されるものである。 The organic solvent recovery system according to the present invention is particularly preferably used when the gas to be treated contains an acid.
上記本発明に基づく有機溶剤回収システムは、上記被処理ガスが有機溶剤として水と反応することで酸を発生する成分を含んでいる場合に特に好適に利用されるものである。ここで、水と反応することで酸を発生する成分としては、酢酸エステルまたは塩基性化合物が挙げられる。 The organic solvent recovery system based on the present invention is particularly preferably used when the gas to be treated contains a component that generates an acid by reacting with water as an organic solvent. Here, examples of the component that generates an acid by reacting with water include an acetate ester and a basic compound.
本発明によれば、有機溶剤を含有する被処理ガスから当該有機溶剤を回収するに際し、有機溶剤を高濃度かつ高収率で回収可能な省エネルギー化が図られた有機溶剤回収システムとすることができる。 According to the present invention, when recovering the organic solvent from the gas to be treated containing the organic solvent, an organic solvent recovery system capable of recovering the organic solvent in high concentration and high yield can be provided. it can.
以下、本発明の一実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一または対応する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さないこととする。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals in the drawings, and description thereof will not be repeated.
図1は、本発明の実施の形態における有機溶剤回収システムのシステム構成図であり、図2は、図1に示す膜分離装置の模式断面図である。まず、これら図1および図2を参照して、本実施の形態における有機溶剤回収システムの構成について説明する。 FIG. 1 is a system configuration diagram of an organic solvent recovery system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the membrane separation apparatus shown in FIG. First, with reference to these FIG. 1 and FIG. 2, the structure of the organic solvent collection | recovery system in this Embodiment is demonstrated.
図1に示すように、本実施の形態における有機溶剤回収システム1Aは、吸脱着処理装置100と、凝縮分液装置200と、膜分離装置330を含む分離回収装置300と、熱交換部400とを備えている。本実施の形態における有機溶剤回収システム1Aは、有機溶剤を含有する被処理ガスから当該有機溶剤を除去することで被処理ガスを処理するとともに、除去した有機溶剤を精製して回収するものである。処理対象である有機溶剤を含有する被処理ガスとしては、酸を含むもの、酸を含まないもの、酸を含まないが有機溶剤として水と反応することで酸を発生する成分(たとえば酢酸エステル、塩基性化合物等)を含むもの等が挙げられる。
As shown in FIG. 1, the organic
吸脱着処理装置100は、吸着素子としての吸着材111,121がそれぞれ収容された第1処理槽110および第2処理槽120を有している。吸着材111,121は、被処理ガスを接触させることで被処理ガスに含有される有機溶剤を吸着する。したがって、吸脱着処理装置100においては、吸着材111,121に被処理ガスを供給することで有機溶剤が吸着材111,121によって吸着され、これにより被処理ガスが清浄化されて処理ガスとして排出されることになる。また、吸着材111,121は、加熱ガスとしての水蒸気を接触させることで吸着した有機溶剤を脱着する。したがって、吸脱着処理装置100においては、吸着材111,121に水蒸気を供給することで有機溶剤が吸着材111,121から脱着され、これにより水蒸気が有機溶剤を含有する脱着ガスとして排出されることになる。なお、有機溶剤の脱着のために吸脱着処理装置100に導入される加熱ガスとしては、水蒸気の他にも高温の不活性ガス等が利用可能である。
The adsorption /
第1処理槽110および第2処理槽120には、配管ラインL1,L2,L3,L4がそれぞれ接続されている。配管ラインL1は、有機溶剤を含有する被処理ガスを第1処理槽110および第2処理槽120に供給するための配管ラインであり、バルブV101,V102によって第1処理槽110および第2処理槽120に対する接続/非接続状態が切り替えられる。配管ラインL2は、水蒸気を第1処理槽110および第2処理槽120に供給するための配管ラインであり、バルブV103,V104によって第1処理槽110および第2処理槽120に対する接続/非接続状態が切り替えられる。配管ラインL3は、処理ガスを第1処理槽110および第2処理槽120から排出するための配管であり、バルブV105,V106によって第1処理槽110および第2処理槽120に対する接続/非接続状態が切り替えられる。配管ラインL4は、脱着ガスを第1処理槽110および第2処理槽120から排出するための配管ラインであり、バルブV101,V102によって第1処理槽110および第2処理槽120に対する接続/非接続状態が切り替えられる。
Piping lines L1, L2, L3, and L4 are connected to the
第1処理槽110と第2処理槽120とは、上述したバルブV101〜V106の開閉を操作することによって交互に吸着槽および脱着槽として機能し、具体的には、第1処理槽110が吸着槽として機能している場合には、第2処理槽120が脱着槽として機能し、第1処理槽110が脱着槽として機能している場合には、第2処理槽120が吸着槽として機能する。すなわち、本実施の形態における吸脱着処理装置100においては、吸着槽と脱着槽とが経時的に交互に切り替わるように構成されている。なお、配管ラインL1は、第1処理槽110および第2処理槽120のうち、吸着槽として機能している槽に接続されて当該吸着槽に被処理ガスを供給し、配管ラインL2は、第1処理槽110および第2処理槽120のうち、脱着槽として機能している槽に接続されて当該脱着槽に水蒸気を供給する。また、配管ラインL3は、第1処理槽110および第2処理槽120のうち、吸着槽として機能している槽に接続されて当該吸着槽から処理ガスを排出し、配管ラインL4は、第1処理槽110および第2処理槽120のうち、脱着槽として機能している槽に接続されて脱着ガスを排出する。
The
吸着材111,121は、活性炭、活性炭素繊維またはゼオライトの少なくともいずれかを含む部材にて構成されている。好適には、吸着材111,121としては、粒状、粒体状、ハニカム状等の活性炭やゼオライトが利用されるが、より好適には、活性炭素繊維が利用される。活性炭素繊維は、表面にミクロ孔を有する繊維状構造を有しているため、ガスとの接触効率が高く、他の吸着素子に比べて高い吸着効率を実現できる部材である。
The
凝縮分液装置200は、凝縮器210と、分離槽220とを有している。凝縮器210は、吸脱着処理装置100から排出された脱着ガスを冷却水等を用いて凝縮させて液化させる装置であり、分離槽220は、脱着ガスを液化させることで得られる液を比重差に基づいて分液することで有機溶剤を高濃度に含有する濃縮液と水を主成分とする分離液とに分離する装置である。
The condensing and separating
凝縮器210は、配管ラインL4,L5にそれぞれ接続されており、分離槽220は、配管ラインL5,L6,L7にそれぞれ接続されている。配管ラインL4は、上述した吸脱着処理装置100から排出された脱着ガスを凝縮器210に供給するための配管ラインであり、配管ラインL5は、凝縮器210で得られた液を分離槽220に供給するための配管ラインである。配管ラインL6は、分離槽220で分液された分離液を分離槽220から排出するための配管ラインであり、配管ラインL7は、分離槽220で分液された濃縮液を分離槽220から排出するための配管ラインである。なお、配管ラインL7には、バルブV107が設けられており、当該バルブV107は、分離槽220と後述するバッファタンク310との間の配管ラインL7を経由した接続/非接続状態を切り替える。
The
分離回収装置300は、バッファタンク310と、ヒータ320と、膜分離装置330と、凝縮器340と、回収タンク350とを有している。バッファタンク310は、凝縮分液装置200から排出された濃縮液を一時的に貯留するためのタンクであり、ヒータ320は、バッファタンク310から排出される濃縮液を高温の水蒸気等を用いて必要に応じて加熱するための装置である。膜分離装置330は、いわゆる浸透気化分離法に基づいて濃縮液に含有される水分または酸が混入した水分を選択的に透過して分離するための装置である。凝縮器340は、膜分離装置330から排出された透過成分を冷却水等を用いて凝縮させて透過液として排出するための装置であり、回収タンク350は、膜分離装置330から排出された高濃度の有機溶剤を含有する液を回収液として貯留するためのタンクである。
The separation /
バッファタンク310は、配管ラインL7,L8,L13に接続されており、ヒータ320は、配管ラインL8の途中に設けられている。膜分離装置330は、配管ラインL8,L9,L11,L13にそれぞれ接続されている。凝縮器340は、配管ラインL9,L10にそれぞれ接続されており、回収タンク350は、配管ラインL11,L12に接続されている。
The
配管ラインL7は、上述した凝縮分液装置200から排出された濃縮液をバッファタンク310に供給するための配管ラインであり、配管ラインL8は、バッファタンク310に貯留された濃縮液を膜分離装置330に供給するための配管ラインである。配管ラインL9は、膜分離装置330にて分離されて排出された透過成分を凝縮器340に供給するための配管ラインであり、配管ラインL10は、凝縮器340で凝縮することで得られた透過液を凝縮器340から排出するための配管ラインである。配管ラインL11は、膜分離装置330にて分離されて排出された回収液を回収タンク350に供給するための配管ラインであり、配管ラインL12は、回収タンク350に貯留された回収液を外部に排出するための配管ラインである。配管ラインL13は、膜分離装置330にて分離されて排出された非透過液をバッファタンク310に戻すための配管ラインである。なお、配管ラインL11には、バルブV108が設けられており、当該バルブV108は、膜分離装置330と回収タンク350の間の配管ラインL11を経由した接続/非接続状態を切り替える。また、配管ラインL13には、バルブV109が設けられており、当該バルブV109は、膜分離装置330とバッファタンク310の間の配管ラインL13を経由した接続/非接続状態を切り替える。なお、膜分離装置330は、図示する如く単数基にて構成してもよいが、複数基を並列や直列に配置して構成することも可能である。
The piping line L7 is a piping line for supplying the concentrated liquid discharged from the condensing /
図2に示すように、膜分離装置330は、外殻となるシェル331と、シェル331の内部に収容された内部中空の分離膜332と、分離膜332の内部中空に連通するように接続された吸引管334とを主として備えている。ここで、分離膜332は、濃縮液を接触させることで濃縮液に含有される水分または酸が混入した水分を選択的に透過して当該濃縮液に含まれる他の成分から分離する膜である。
As shown in FIG. 2, the
シェル331は、配管ラインL8に接続されることで凝縮分液装置200から排出された濃縮液をシェル331の内部に導入するための導入口335と、配管ラインL11,L13に接続されることでシェル331の内部を通過後の濃縮液を非透過液または回収液としてシェル331から導出するための導出口336とを有している。分離膜332は、その一端が支持部材333aによって支持されるとともに、他端が支持部材333bによって支持されて吸引管334に接続されている。吸引管334は、配管ラインL9に接続されることで図示しない真空ポンプおよび凝縮器340に接続されている。
The
ここで、分離膜332としては、たとえば各種の無機膜や高分子膜の利用が可能であるが、特に好適には炭素膜が利用される。これは、濃縮液が比較的高温の液体であることや、濃縮液に酸が僅かながら含有される可能性があるためであり、耐熱性や耐酸性等に優れた炭素膜を利用することで、膜分離装置330の高寿命化が図られるためである。たとえば、分離膜332として高分子膜を利用した場合には、処理対象が液体であるため高分子膜が膨潤することで変形が生じ、膜の破損やリークの発生が懸念され、好ましいものとはなり難い。また、分離膜332として無機膜であるゼオライト膜を利用した場合には、処理対象である濃縮液に酸が含まれる場合があるため、酸に触れることでその構造が破壊することが懸念され、好ましいものとはなり難い。
Here, as the
なお、分離膜332として炭素膜を利用した場合にも、炭素膜に含有される金属によって膜分離装置330内においても水分との反応によって酸が発生する場合がある。そのため、炭素膜中の金属種や量を適宜調節することで酸の発生を抑制することが好ましい。具体的には、原料の選定や炭素膜製造条件の調整によって、F,P,S,Cl,K,Ca,Cr,Fe,Zn,Na,Mg,Cu,Co,Mn,Ni等の金属の含有量がそれぞれ500ppm以下に抑えることが好ましい。さらには、炭素膜の製造過程もしくは後処理によって、例えば塩酸等の無機酸で炭素膜中の金属を洗浄することで炭素膜中の金属量を低減することも可能である。
Even when a carbon membrane is used as the
また、分離膜332は、中空糸構造を有していることが好ましい。これは、中空糸構造を有する分離膜332を利用することにより、他のチューブ構造等を有する分離膜を利用する場合に比べて、分離膜の単位容積当たりの表面積を大きくすることが可能となって膜分離装置330の分離能を高めることができるためであり、その結果、膜分離装置330の小型化、低コスト化および省エネルギー化が可能になることになる。
The
なお、中空糸構造を有する炭素膜の原料としては、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、セルロース系樹脂、ポリフェニレンオキシド系樹脂、ポリフルフリルアルコール、フェノール樹脂などが挙げられるが、特にその原料が限定されるものではない。 Examples of the raw material for the carbon membrane having a hollow fiber structure include acrylic resins, polyimide resins, cellulose resins, polyphenylene oxide resins, polyfurfuryl alcohol, and phenol resins, but the raw materials are particularly limited. It is not a thing.
上述した中空糸構造を有する炭素膜とは、上述の樹脂原料等を中空状に加工し、さらにそれを不活性雰囲気中で熱処理したものである。熱処理温度としては、樹脂の熱分解開始温度以上であり、一般的には250℃以上である。不活性雰囲気中の熱処理温度は、膜分離の性能に直結するため、最適な温度を選定することができる。しかし、温度が高すぎると熱収縮で炭素膜の細孔が閉塞してしまうため、上限としては1300℃程度までが望ましい。 The above-mentioned carbon membrane having a hollow fiber structure is obtained by processing the above-mentioned resin raw material or the like into a hollow shape and further heat-treating it in an inert atmosphere. The heat treatment temperature is equal to or higher than the thermal decomposition start temperature of the resin, and is generally 250 ° C. or higher. Since the heat treatment temperature in the inert atmosphere is directly related to the performance of membrane separation, an optimum temperature can be selected. However, if the temperature is too high, the pores of the carbon film are blocked by heat shrinkage, so the upper limit is desirably up to about 1300 ° C.
また、不活性雰囲気中の熱処理の前に、空気中での熱処理(耐炎化、不融化、熱安定化ともいう)や、樹脂に難燃剤などを付与することも可能である。また、不活性雰囲気中の熱処理の後に、薬品による処理や、熱処理などによる表面処理を加えてもよい。炭素膜は、炭素、水素、酸素、窒素、硫黄などの元素と、前述の金属成分で構成され、主成分としては炭素であり、その含有率は60%以上である。炭素の含有量の上限としては、特に制限はないが、99.9%程度が事実上の上限である。 In addition, before heat treatment in an inert atmosphere, heat treatment in air (also referred to as flame resistance, infusibilization, or thermal stabilization) or a flame retardant can be imparted to the resin. Further, after heat treatment in an inert atmosphere, chemical treatment or surface treatment such as heat treatment may be added. The carbon film is composed of elements such as carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, sulfur, and the above-described metal components, the main component is carbon, and the content is 60% or more. The upper limit of the carbon content is not particularly limited, but about 99.9% is a practical upper limit.
熱交換部400は、配管ラインL4と配管ラインL7とを熱的に接触させることで構成されている。具体的には、熱交換部400は、配管ラインL4を通過する脱着ガスがもつ潜熱および顕熱を配管ラインL7を通過する濃縮液に熱交換することで付与する部位であり、熱交換器を用いることで構成される。ここで、使用可能な熱交換器としては、種々の構成のものが利用可能であるが、たとえば蛇行管、直行管、フィン付き管等を用いた熱交換器が利用可能である。
The
次に、上記図1を参照して、本実施の形態における有機溶剤回収システム1Aにおいて行なわれる処理の詳細について説明する。なお、以下の説明は、吸脱着処理装置100の第1処理槽110が吸着槽として機能し、第2処理槽120が脱着槽として機能している状態に基づいたものであるが、これら吸着槽と脱着槽とが入れ替わった場合にも、同様の処理が行なわれる。
Next, the details of the processing performed in the organic
図1に示すように、被処理ガスは、配管ラインL1を経由して吸脱着処理装置100に導入される。導入された被処理ガスは、第1処理槽110に送られて吸着材111と接触し、当該被処理ガスに含有される有機溶剤が吸着材111によって吸着される。有機溶剤が吸着材111によって吸着された後のガスは、配管ラインL3に導入されて処理ガスとして吸脱着処理装置100から排出される。
As shown in FIG. 1, the gas to be treated is introduced into the adsorption /
一方、吸脱着処理装置100には、上記被処理ガスの導入と並行して、配管ラインL2を経由して水蒸気が導入される。導入された水蒸気は、第2処理槽120に送られて吸着材121と接触し、吸着材121に吸着された有機溶剤を脱着させる。吸着材121から脱着された有機溶剤を含む水蒸気は、配管ラインL4に導入されて脱着ガスとして吸脱着処理装置100から排出される。ここで、吸脱着処理装置100から排出される脱着ガスの温度は、概ね〜110℃程度である。
On the other hand, water vapor is introduced into the adsorption /
吸脱着処理装置100から排出された脱着ガスは、配管ラインL4を経由して凝縮分液装置200に送られる。その際、脱着ガスは、熱交換部400において濃縮液と熱交換することで所定の温度にまで冷却される。熱交換部400において冷却されて凝縮分液装置200に送られた脱着ガスは、凝縮器210に導入されて冷却されることで凝縮し、凝縮した後の液は、配管ラインL5を経由して分離槽220に送られる。分離槽220に導入された液は、分離槽220において比重差に基づいて分液され、有機溶剤を高濃度に含有する濃縮液と水を主成分とする分離液とに分離される。水を主成分とする分離液は、配管ラインL6に導入されて凝縮分液装置200から排出され、有機溶剤を高濃度に含有する濃縮液は、バルブV107を開放することで配管ラインL7に導入されて凝縮分液装置200から排出される。ここで、凝縮分液装置200から排出される濃縮液の温度は、概ね30℃〜40℃程度である。
The desorption gas discharged from the adsorption /
凝縮分液装置200から排出された濃縮液は、配管ラインL7を経由して分離回収装置300に送られる。その際、濃縮液は、熱交換部400において脱着ガスと熱交換することで所定の温度にまで加熱される。熱交換部400において加熱されて分離回収装置300に送られた濃縮液は、バッファタンク310にて一時的に貯留され、その後配管ラインL8に導入されて必要に応じてヒータ320によって加熱されて所定の温度にまで昇温され、膜分離装置330へと導入される。ここで、膜分離装置330に導入される濃縮液が所定の温度にまで昇温される理由は、後述する膜分離装置330における膜分離処理の分離能を高めるためであり、これにより効率よく膜分離処理が行なわれることになる。なお、膜分離装置330に導入される濃縮液の温度としては、含有される有機溶剤の成分や組成にもよるが、一般的に50℃〜130℃程度である。
The concentrated liquid discharged from the condensing /
膜分離装置330においては、シェル331に設けられた導入口335を介して配管ラインL8から濃縮液が導入され、導入された濃縮液は、シェル331の内部を通過する際に分離膜332に接触する。このとき、図示しない真空ポンプの作用により、濃縮液に含有される水分または酸が混入した水分が分離膜332を透過し、分離膜332の内部中空に導入され、さらに真空ポンプの作用によって吸引管334を介して膜分離装置330の外部へと排出される。膜分離装置330から排出された透過成分は、配管ラインL9を経由して凝縮器340へと供給され、凝縮器340にて冷却されることで凝縮して透過液となり、配管ラインL10を介して排出される。一方、シェル331の内部を通過した後の非透過液は、シェル331に設けられた導出口336から排出され、バルブV109を開放することで配管ラインL13に導入されて膜分離装置330から排出される。膜分離装置330から排出された非透過液は、配管ラインL13を経由してバッファタンク310へと戻される。
In the
分離回収装置300においては、上述した操作が所定時間にわたって継続される。これにより、バッファタンク310に一時的に貯留された濃縮液からは、有機溶剤以外の不純物が徐々に膜分離装置330において分離されて除去されていくことになる。そして、所定時間経過後、バルブV109を閉塞し、これに代えてバルブV108を開放することにより、シェル331に設けられた導出口336から排出された濃縮液は、配管ラインL11に導入されて回収液として膜分離装置330から排出され、回収タンク350にて貯留される。その後、回収タンク350に貯留された回収液は、所定量が貯まった時点で配管ラインL12を介して有機溶剤回収システム1Aの外部へと排出される。
In the separation and
以上において説明した本実施の形態における有機溶剤回収システム1Aとすることにより、吸脱着処理装置100から排出され凝縮分液装置200に導入される前の脱着ガスと、凝縮分液装置200から排出され膜分離装置330に導入される前の濃縮液とを熱交換部400において熱交換させることが可能になり、有機溶剤回収システム1Aの稼動に必要なエネルギーの省エネルギー化が可能となる。具体的には、上記熱交換を行なうことにより、凝縮分液装置200において脱着ガスを凝縮させる際に必要なるエネルギー(たとえば冷却水の温度調節に必要なエネルギーや冷却水の搬送に必要なエネルギー等)の使用量を削減することができるとともに、膜分離装置330において濃縮液を効率的に膜分離させるために濃縮液を所定の温度に昇温させる際に必要になるエネルギー(たとえば高温の水蒸気の温度調節に必要なエネルギーや高温の水蒸気の搬送に必要なエネルギー等)の使用量を削減することができる。したがって、上述した本実施の形態における有機溶剤回収システム1Aとすることにより、有機溶剤を高濃度かつ高収率で回収可能でかつランニングコストが低く抑えられた有機溶剤回収システムとすることができる。
By adopting the organic
以下においては、本発明による効果を検証するために行なった検証試験について詳説する。本検証試験においては、実施例として上述した本実施の形態における有機溶剤回収システム1Aを試作し、これを用いて有機溶剤を回収した場合に必要となるエネルギー使用量を実測するとともに、比較例として上述した従来の有機溶剤回収システムを製作し、これを用いて有機溶剤を回収した場合に必要となるエネルギー使用量を実測し、これらの実測値を比較することによって本発明の効果を検証した。
In the following, the verification test conducted to verify the effect of the present invention will be described in detail. In this verification test, the organic
図3は、比較例に係る有機溶剤回収システムのシステム構成図であり、図4は、検証試験の結果を示す表である。以下においては、まず、図3を参照して比較例に係る有機溶剤回収システムの構成について詳細に説明し、その後に、図4を参照して検証試験の結果について説明する。 FIG. 3 is a system configuration diagram of the organic solvent recovery system according to the comparative example, and FIG. 4 is a table showing the results of the verification test. In the following, first, the configuration of the organic solvent recovery system according to the comparative example will be described in detail with reference to FIG. 3, and then the result of the verification test will be described with reference to FIG.
比較例に係る有機溶剤回収システム1Bは、実施例に係る有機溶剤回収システム(図1に示す有機溶剤回収システム1A)と、熱交換部400があるか否かにおいてのみ相違している。すなわち、比較例に係る有機溶剤回収システム1Bにおいては、配管ラインL4を通過する脱着ガスと配管ラインL7を通過する濃縮液との間で熱交換を行なわず、脱着ガスの冷却は凝縮器210による冷却のみで行ない、濃縮液の加熱はヒータ320による加熱のみで行なうものである。
The organic solvent recovery system 1B according to the comparative example is different from the organic solvent recovery system according to the embodiment (organic
本検証試験においては、有機溶剤として酢酸エチルを2000ppmの濃度で含有する40℃の被処理ガスを用い、これを実施例に係る有機溶剤回収システム1Aおよび比較例に係る有機溶剤回収システム1Bにそれぞれ導入することで処理を行なった。ここで、吸脱着処理装置100は、いずれの有機溶剤回収システムにおいても同様のものを使用し、吸着材111,121としては、平均細孔径17.4Å、BET比表面積1650m2/g、全細孔容積0.66cm3/gの活性炭素繊維を用いた。
In this verification test, a gas to be treated at 40 ° C. containing ethyl acetate at a concentration of 2000 ppm was used as the organic solvent, and this was applied to the organic
まず、上記被処理ガスを図示しない送風機を用いて吸脱着処理装置100の一方の処理槽に風量100Nm3/minで9分間送風することによって吸着処理を行ない、当該被処理ガスを清浄化して処理ガスとして排出した。その場合に、吸脱着処理装置100から排出される処理ガスに含有される酢酸エチルの濃度は、実施例に係る有機溶剤回収システム1Aおよび比較例に係る有機溶剤回収システム1Bのいずれにおいても20ppmであることが確認され、99%の除去率で吸脱着処理装置100によって酢酸エチルが除去されていることが確認された。
First, the gas to be treated is adsorbed by blowing air for 9 minutes at a flow rate of 100 Nm 3 / min to one treatment tank of the adsorption /
上述した9分間の送風の後、バルブV101〜V106を切り替え操作し、上記一方の処理槽を脱着槽に切り替えるとともに、残る処理槽を吸着槽とした。脱着槽においては、水蒸気を導入することで吸着材の脱着処理を行ない、吸着槽においては、上述した条件と同様の条件で吸着処理を行なった。この吸着処理と脱着処理の操作を各処理槽で交互に繰り返して実施した。 After the above-mentioned 9 minutes of blowing, the valves V101 to V106 were switched to switch the one processing tank to the desorption tank, and the remaining processing tank was used as an adsorption tank. In the desorption tank, the adsorbent was desorbed by introducing water vapor, and in the adsorption tank, the adsorption process was performed under the same conditions as described above. This operation of adsorption treatment and desorption treatment was repeated alternately in each treatment tank.
実施例に係る有機溶剤回収システム1Aにおいては、上述した吸脱着処理装置100の脱着槽から100℃で排出される脱着ガスを熱交換部400を経由して凝縮分液装置200に導入し、30℃の冷却水を用いて凝縮器210にて冷却し、その後分離槽220にて分液することで、高濃度の酢酸エチルを含有する濃縮液と水を主成分とする分離液とを得た。つづいて、凝縮分液装置200から排出された濃縮液を熱交換部400を経由して分離回収装置300に導入し、バッファタンク310に一時的に貯留し、その後ヒータ320を用いて濃縮液を75℃にまで加熱し、分離膜332として中空糸構造を有する炭素膜を具備する膜分離装置330に導入して膜分離処理を行なった。このとき、膜分離装置330にて分離された透過成分は、凝縮器340によって凝縮されて透過液として排出され、非透過液については、バッファタンク310に戻すこととした。所定時間経過後、膜分離装置330から排出される非透過液を回収液として回収タンク350に導入した。
In the organic
上記実施例においては、分離槽220で分液された濃縮液の酢酸エチル濃度が96.5wt%であり、その量が60kg/hrであることが確認された。また、膜分離装置330で分離されて精製された回収液の酢酸エチル濃度が99.9wt%であり、当該回収液の水の濃度が0.1wt%であることも確認された。この結果は、被処理ガスから有機溶剤を回収することで得られる回収液の濃度および収率としては、十分に高濃度で高収率なものであると言える。
In the said Example, it was confirmed that the ethyl acetate density | concentration of the concentrate separated in the
ここで、図4に示すように、上記実施例においては、凝縮分液装置200の入口での脱着ガス(ここでは、厳密には脱着ガスが液化したもの)の温度が70℃であることが確認されるとともに、分離回収装置300の入口での濃縮液の温度が70℃で安定することが確認された。この結果は、熱交換部400において脱着ガスと濃縮液とが十分に熱交換を行なっていることを示すものである。すなわち、実施例においては、凝縮器210において脱着ガスをわずか降温させるだけでよく、またヒータ320において濃縮液の温度をわずかに昇温させるだけでよいことを意味している。なお、図4に示すように、実施例におけるユーティリティ使用量は、冷却水については9m3/hrであり、水蒸気については4m3/hrであることが実測で確認された。
Here, as shown in FIG. 4, in the above embodiment, the temperature of the desorption gas at the inlet of the condensate separator 200 (here, strictly speaking, the desorption gas is liquefied) is 70 ° C. As well as being confirmed, it was confirmed that the temperature of the concentrated liquid at the inlet of the separation and
一方、比較例に係る有機溶剤回収システム1Bにおいては、上述した吸脱着処理装置100の脱着槽から100℃で排出される脱着ガスをそのまま凝縮分液装置200に導入し、30℃の冷却水を用いて凝縮器210にて冷却し、その後分離槽220にて分液することで、高濃度の酢酸エチルを含有する濃縮液と水を主成分とする分離液とを得た。つづいて、凝縮分液装置200から排出された濃縮液をそのまま分離回収装置300に導入し、バッファタンク310に一時的に貯留し、その後ヒータ320を用いて濃縮液を75℃にまで加熱し、分離膜332として中空糸構造を有する炭素膜を具備する膜分離装置330に導入して膜分離処理を行なった。このとき、膜分離装置330にて分離された透過成分は、凝縮器340によって凝縮されて透過液として排出され、非透過液については、バッファタンク310に戻すこととした。所定時間経過後、膜分離装置330から排出される非透過液を回収液として回収タンク350に導入した。
On the other hand, in the organic solvent recovery system 1B according to the comparative example, the desorption gas discharged at 100 ° C. from the desorption tank of the adsorption /
上記比較例においては、分離槽220で分液された濃縮液の酢酸エチル濃度が96.5wt%であり、その量が60kg/hrであることが確認された。また、膜分離装置330で分離されて精製された回収液の酢酸エチル濃度が99.9wt%であり、当該回収液の水の濃度が0.1wt%であることも確認された。この結果は、被処理ガスから有機溶剤を回収することで得られる回収液の濃度および収率としては、十分に高濃度で高収率なものであると言える。
In the comparative example, it was confirmed that the concentration of the ethyl acetate in the concentrated liquid separated in the
しかしながら、図4に示すように、上記比較例においては、凝縮分液装置200の入口での脱着ガスの温度が100℃であることが確認されるとともに、分離回収装置300の入口での濃縮液の温度が39℃で安定することが確認された。この結果は、実施例の如く熱交換部を設けていないため、必要なエネルギーが実施例に比べて増加していることを示すものである。すなわち、比較例においては、凝縮器210において脱着ガスを大きく降温させる必要があり、またヒータ320において濃縮液の温度を大きく昇温させる必要があることを意味している。なお、図4に示すように、比較例におけるユーティリティ使用量は、冷却水については26m3/hrであり、水蒸気については28m3/hrであることが実測で確認された。この値は、冷却水の使用量について実施例の約3.5倍、水蒸気の使用量について実施例の7倍であり、実施例に比較して非常に大きなエネルギーを必要としたことを示している。
However, as shown in FIG. 4, in the comparative example, it is confirmed that the temperature of the desorption gas at the inlet of the
以上において説明した検証試験の結果から、上述した本実施の形態の如くの有機溶剤回収システム1Aとすることにより、従来に比して大幅に省エネルギー化が図られ、設備を稼働させるためのランニングコストが低減できることが確認された。
From the results of the verification test described above, the organic
なお、上述した本実施の形態における有機溶剤回収システム1Aにおいては、ポンプやファン等の流体搬送手段やストレージタンク等の流体貯留手段などの構成要素を必ずしもすべて示すことなく説明を行なったが、これら構成要素は必要に応じて適宜の位置に配置すればよい。
In the organic
また、上述した本実施の形態における有機溶剤回収システム1Aにおいては、分離回収装置300にヒータ320を設けた構成とした場合を例示して説明を行なったが、膜分離装置330において効率よく膜分離が行なえる温度にまで濃縮液を熱交換部400にて加熱することができるのであれば、特にヒータ320を分離回収装置300に設ける必要はない。
Further, in the organic
また、上述した本実施の形態における有機溶剤回収システム1Aにおいては、脱着ガスと濃縮液とを熱接触させる熱交換部400を凝縮分液装置200の分離槽220とバッファタンク310とを接続する配管ラインL7の途中位置に設けた場合を例示して説明を行なったが、当該熱交換部400は、バッファタンク310に設けてもよいし、バッファタンク310と膜分離装置330とを接続する配管ラインL8に設けてもい。
Further, in the organic
また、上述した本実施の形態における有機溶剤回収システム1Aにおいては、吸脱着処理装置100として、吸着材が収容された処理槽を2つ具備し、これらが経時的に交互に吸着槽および脱着槽に切り替えられることで連続的に被処理ガスの処理が可能に構成されたものを例示して説明を行なったが、必ずしも連続的に被処理ガスを処理する必要がない場合には、吸脱着処理装置100を単一の処理槽を具備したもので構成してもよい。また、被処理ガスを連続的に処理する必要がある場合にも、上述の切り替え式の吸脱着処理装置100に代えて、吸着材の一部分を吸着処理ゾーンとして使用するとともに、吸着剤の残る部分を脱着処理ゾーンとして使用し、これら吸着処理ゾーンおよび脱着処理ゾーンが吸着材の回転動作に伴って徐々に移動するように構成した回転式の吸着材を具備した吸脱着処理装置を使用することとしてもよい。
Moreover, in the organic solvent collection |
このように、今回開示した上記一実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。 Thus, the one embodiment disclosed this time is illustrative in all respects and is not restrictive. The technical scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1A 有機溶剤回収システム、100 吸脱着処理装置、110 第1処理槽、111 吸着材、120 第2処理槽、121 吸着材、200 凝縮分液装置、210 凝縮器、220 分離槽、300 分離回収装置、310 バッファタンク、320 ヒータ、330 膜分離装置、331 シェル、332 分離膜、333a,333b 支持部材、334 吸引管、335 導入口、336 導出口、340 凝縮器、350 回収タンク、400 熱交換部、L1〜L13 配管ライン、V101〜V109 バルブ。 1A Organic solvent recovery system, 100 Adsorption / desorption treatment device, 110 First treatment tank, 111 Adsorbent, 120 Second treatment tank, 121 Adsorbent, 200 Condensation separator, 210 Condenser, 220 Separation tank, 300 Separation / recovery device , 310 buffer tank, 320 heater, 330 membrane separator, 331 shell, 332 separation membrane, 333a, 333b support member, 334 suction pipe, 335 inlet, 336 outlet, 340 condenser, 350 recovery tank, 400 heat exchanger , L1-L13 piping line, V101-V109 valve.
Claims (9)
被処理ガスを接触させることで有機溶剤を吸着し、加熱ガスを接触させることで当該吸着した有機溶剤を脱着する吸着素子を含み、前記吸着素子に被処理ガスを供給することで有機溶剤を前記吸着素子に吸着させて処理ガスとして排出し、前記吸着素子に加熱ガスを供給することで有機溶剤を前記吸着素子から脱着させて有機溶剤を含有する脱着ガスとして排出する吸脱着処理装置と、
前記吸脱着処理装置から排出された脱着ガスを冷却することで凝縮し、凝縮後の液を比重差に基づいて分液することで有機溶剤を含有する濃縮液と水を主成分とする分離液とに分離する凝縮分液装置と、
濃縮液を接触させることで濃縮液に含有される水または酸が混入した水を選択的に透過して分離する分離膜を含み、前記凝縮分液装置から排出された濃縮液を前記分離膜に供給することで有機溶剤を高濃度に含有する回収液と水を主成分とする透過液とに分離する膜分離装置と、
前記吸脱着処理装置から排出された脱着ガスと前記凝縮分液装置から排出されて前記膜分離装置に導入される濃縮液とを熱交換させる熱交換部とを備えた、有機溶剤回収システム。 An organic solvent recovery system for recovering the organic solvent from the gas to be treated containing the organic solvent,
It includes an adsorbing element that adsorbs an organic solvent by contacting a gas to be treated, and desorbs the adsorbed organic solvent by bringing a heated gas into contact with the organic solvent. An adsorption / desorption treatment apparatus that adsorbs the adsorption element and discharges it as a processing gas, and supplies a heating gas to the adsorption element to desorb the organic solvent from the adsorption element and discharge it as a desorption gas containing the organic solvent;
The desorption gas discharged from the adsorption / desorption treatment device is condensed by cooling, and the condensed liquid containing the organic solvent and the separation liquid mainly composed of water are separated by separating the condensed liquid based on the specific gravity difference. A condensate separator that separates into
A separation membrane that selectively permeates and separates water contained in the concentrate or water mixed with an acid by contacting the concentrate, and the concentrate discharged from the condensate separator is applied to the separation membrane. A membrane separation device that separates a recovered liquid containing an organic solvent at a high concentration and a permeated liquid containing water as a main component by supplying;
An organic solvent recovery system comprising: a heat exchanging unit for exchanging heat between the desorption gas discharged from the adsorption / desorption treatment device and the concentrated liquid discharged from the condensate separator and introduced into the membrane separation device.
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