JP3363986B2 - 溶剤回収方法 - Google Patents

溶剤回収方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は水分と溶剤を含有するオ
フガスから溶剤を回収する方法、さらに詳しくは化学工
業、電子工業、機械工業等で広く用いられているアセト
ン、トルエン、メチルエチルケトン、エチルアルコー
ル、イソプロピルアルコール、ジメチルエチレン等の揮
発性有機溶剤(本明細書では単に溶剤という)を、圧力
スイング法(PSA)で水分を除去した後、温度スイン
グ式(TSA)吸着分離法で分離し、低温及び/又は高
圧条件で液化回収する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】前記のような溶剤は排出規制が厳しく、
また、その価格が極めて高いことから、排気ガスから分
離回収して再使用することが望まれている。これらの溶
剤の回収方法としては、近年、相対的高圧条件で溶剤含
有ガスを吸着剤層に通して溶剤を吸着させ、溶剤の除去
されたオフガスを系外に放出させた後、吸着剤を相対的
低圧条件下で溶剤を脱着させて減容濃縮し、液化回収す
る圧力スイング式吸着法(PSA)が注目を集めてい
る。この方法は完全な乾式分離法であることから、二次
汚染の心配がなく、また、分離操作が全て室温近傍で行
われるため回収溶剤が変質せず、吸着剤の劣化も少ない
という利点がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記の方法は、高濃度
の揮発性有機物の回収に対しては極めて良好な分離法で
あるが、低濃度揮発性有機物の回収に対しては消費エネ
ルギが温度スイング法(TSA)に比較し増大する欠点
がある。一方温度スイング法は低濃度揮発性有機物の回
収に関しては圧力スイング方よりも有利な方法である
が、この方法では50℃以上の再生では揮発性有機物及
び吸着剤の劣化が進行するという問題点を有する。ま
た、低温で処理しようとすると溶剤含有ガス中に水分が
多く含まれていると氷結してしまうため吸着処理ができ
ない。さらに0℃以上の温度で吸着させた場合でも、溶
剤が水溶性の場合には再度分離工程が必要となる。本発
明は前記従来技術の問題点を解決し、水分と溶剤とを含
有するオフガスから、溶剤のみを回収することができる
効率的な溶剤回収方法を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、(1)溶剤及
び水分を含有するオフガスを吸湿剤及び吸着剤で処理し
て溶剤を回収する方法において、溶剤及び水分を含有す
るオフガスを水分は吸着するが溶剤は吸着しない吸湿剤
を充填した相対的高圧条件の脱水分工程にある脱湿塔に
導いて水分を除去したのち吸着剤を充填した相対的低温
条件の吸着工程にある吸着塔を流過させて溶剤を吸着除
去し、水分及び溶剤が除去されたオフガスの一部を相対
的高温条件の脱着工程にある吸着塔に通して吸着された
溶剤を高濃度溶剤含有ガスとして採取し、この高濃度溶
剤含有ガスを凝縮器に導いて冷却及び/又は加圧して液
化させて溶剤を回収し、該凝縮器で溶剤を分離したガス
は溶剤の吸着工程に戻すようにし、水分及び溶剤が除去
されたオフガスの残部は相対的低圧条件の吸湿剤再生工
程にある脱湿塔に通して吸着水分を脱離し、脱離した水
分とともに系外に放出することを特徴とする溶剤及び水
分を含有するオフガスからの溶剤回収方法及び(2)脱
湿塔における脱水分工程を構成する相対的高圧条件が
1.01〜1.20気圧、吸湿剤再生工程を構成する相
対的低圧条件が0.90〜0.80気圧であり、溶剤の
吸着塔における吸着工程を構成する相対的低温条件が0
〜−60℃、溶剤脱着工程を構成する相対的高温条件が
20〜40℃である前記(1)の溶剤回収方法である。
【0005】本発明は溶剤、水分を含有するオフガスか
ら水分のみを選択的に吸着する脱湿剤を充填した脱湿塔
により水分を除去した後、0℃以下の低温を含む相対的
低温条件下で溶剤を吸着除去し、溶剤で飽和した吸着塔
を昇温して溶剤を離脱し、離脱した溶剤は低温及び/又
は加圧条件で液化回収し、溶剤を除去された低温オフガ
スは冷熱を回収した後、水分で飽和した脱湿塔に向流に
パージして水分を離脱した後系外に放出する。通常低温
吸着による溶剤回収方法を採用する場合には塔、配管な
どで氷結が起こるという問題があるため除湿が必要とな
り、除湿に要する消費エネルギが無視できないが、本発
明では水分で飽和した脱湿塔に揮発性有機物を除去した
後の乾燥状態のオフガスを向流にパージして水分を離脱
再生することにより、除湿のために外部から供給するエ
ネルギの節減を図っている。また、水分を除去したのち
吸着塔に送るので、低温での吸着、脱着が可能となり、
脱着用の熱源としても冷熱を回収後の水分、溶剤が除去
されたオフガスを使用することができる。
【0006】本発明の方法において脱湿塔で使用する水
分選択型吸着剤としては小分子径である水分のみを吸着
する分子篩ゼオライトであるK−A、Ni−A等のゼオ
ライトを使用する。また、吸着塔で使用する溶剤吸着剤
としては、比較的吸着力が弱く、かつ、水分の影響を受
けにくい疎水性吸着剤が好ましい。具体的には、γ−ア
ルミナ、活性炭、シリカ/アルミナ比25以上の高シリ
カゼオライト、Ca−X、Na−X型のゼオライトなど
の低シリカ系のゼオライト、シリカ超微粒子造粒粒子
(例えば、0.1μm以下のシリカ超微粒子を造粒して
得た平均粒子系1.5mmの粒子)、シリカゲルなどを
挙げることができる。
【0007】
【作用】図1は本発明の1実施態様を示すフローシート
の概略図である。このプロセスはそれぞれ2個の脱湿塔
5a及び5b(A塔及びB塔)、吸着塔15a及び15
b(A塔及びB塔)を有しており、以下の説明は脱湿塔
5aが脱水分工程、5bが吸湿剤再生工程にあり、吸着
塔15aが吸着工程、吸着塔15bが脱着工程にある状
態について述べる。脱湿塔、吸着塔とも一方の塔で水分
及び溶剤の吸着が行われている間、他方の塔では脱着再
生が進行し、吸着が飽和になった時点でバルブを切替え
ることにより連続運転を行うことができる。図1におい
て主プラント1から放出された溶剤及び水分を含有する
オフガスはブロア2で1.01〜1.2気圧程度に圧縮
されてバルブ3aを通って脱湿塔5aの下部から、水分
のみを選択的に吸着する吸湿剤4に供給され、脱湿塔5
aの上部から乾燥溶剤含有ガスとしてバルブ6aを通じ
て流出する。脱水分工程にある脱湿塔内の温度はほぼ室
温域である。一方吸湿剤再生工程にある脱湿塔5bでは
後流側で溶剤を除去され、冷熱を回収されたほぼ室温域
の乾燥オフガスがバルブ7bを通じて脱湿塔5b上部か
ら供給され、減圧条件下に水分が飽和した吸湿剤から水
分を離脱しながら塔内を流過し、脱湿塔5b下部からバ
ルブ8aを通じて真空ポンプ9から溶剤を除去された湿
オフガスとして系外に放出される。
【0008】脱湿塔5aで水分を除去されたほぼ室温域
の乾燥状態の溶剤含有オフガスは流路10を通り、熱交
換器11において流路12から供給される0〜−60℃
の乾燥脱溶剤オフガスと熱交換して0〜−60℃の低温
に冷却されバルブ13aから溶剤吸着剤14が充填され
た吸着塔15aに流入する。吸着工程にある吸着塔に入
ったガスは0〜−60℃で吸着塔内を通り溶剤が吸着さ
れて吸着塔上部からバルブ16a、流路12を通じて0
〜−60℃で熱交換器11に戻り冷熱が回収される。吸
着工程の温度が0℃を超えると溶剤の蒸気圧が高くな
り、また、−60℃未満では固化しやすくなるので好ま
しくない。溶剤で飽和した溶剤吸着剤14が充填された
脱着工程にある吸着塔15bには、流路17からブロア
18、バルブ19bを通じてほぼ室温域の乾燥オフガス
が流入し、吸着されている溶剤は吸着剤の昇温に伴い離
脱してバルブ20bから凝縮器21に入る。凝縮器21
は0〜−60℃の低温に保たれており、過飽和状態にあ
る溶剤は凝縮して流路22から液化溶剤として取り出さ
れる。未凝縮の溶剤を含む脱着ガスは流路23から溶剤
回収前のオフガス中に戻される。
【0009】本発明において脱湿塔5a、5bの吸湿剤
4の水分離脱については、ブロア2からの入口ガス量G
0 (m3 N/hr)、流路12からのリーンガス量G1
(m 3 N/hr)、吸着圧力Pa (atm)、再生圧力
d (atm)とすると、真空ポンプ9の再生圧力Pd
(atm)は Pd =(G0 ・Pa )/(k・G1 )、k=1.1〜
1.2 で表される。従ってここではG0 ≒G1 なのでPa が1
atmとするとPd は0.8〜0.9atm程度であ
る。また、バルブ20a、20bからの離脱溶剤濃度に
ついては爆発性の回避のため1容量%以下に設定する必
要があり、このため凝縮器21の温度は−30〜−60
℃に設定し、かつブロア18からのパージガス量Gp
ついても一定の流量を確保することが必要である。
【0010】
【実施例】以下実施例により本発明の方法をさらに具体
的に説明する。 (実施例1)接着剤や印刷工程などから放出される可燃
性有機溶剤であるメチルエチルケトン、シクロヘキサノ
ンを各々2500ppm含有する雰囲気空気を、図1の
構成の装置を用いて処理し溶剤回収を行った。なお、各
ステップの時間は、表1のシーケンスの表に示したとお
りである。ガス分離操作の諸元は、表2のとおりであ
る。
【0011】
【表1】
【0012】
【表2】 注) USY: Ultra Stable Y型ゼオライト
【0013】前記の操作条件で溶剤回収を行ったとこ
ろ、吸着工程から流出した処理ガスの溶剤濃度は50p
pmであり、脱着工程からの脱着ガス中の溶剤濃度は1
容量%で、凝縮器から約20kg/hで溶剤を回収する
ことができた。脱湿塔での溶剤の損失は1%以下であ
り、脱湿用吸湿剤Na−Aの分子篩効果が確認された。
また、脱湿塔から溶剤吸着塔に供給される乾燥オフガス
の露点は−50℃以下である。露点は真空圧力を高真空
に設定する程低温に移行するが、消費電力の増大を伴う
ため、本実施例では比較的高圧の0.9気圧としてい
る。
【0014】前記の操作条件のうち、溶剤脱着工程へ供
給する乾燥オフガス温度を可変とし、脱着温度と溶剤濃
縮倍率の関係を調べた。その結果は図2に示したとおり
である。なお、溶剤吸着剤を前記のUSYの他に、シリ
カライト、γ−アルミナ、活性炭、シリカ超微粒子の造
粒粒子(2000℃以上の高温気相SiO2 を急冷して
得られる0.1μm以下の超微粒子を造粒した平均粒径
1.5mmの成形品)を用いて同様に溶剤回収を行った
結果も合わせて示した。図2中、◎印はγ−アルミナ、
○印は活性炭、×印はUSY、△印はシリカライト、●
印はシリカ超微粒子の造粒粒子である。図2から明らか
なように、脱着温度が高い程、溶剤の濃縮倍率は増大す
る。なお、参考のため図2のグラフにおける0℃と40
℃での濃縮倍率の値を表3に示す。
【0015】
【表3】
【0016】ただし、50℃以上ではシクロヘキサノ
ン、MEK等の溶剤では劣化が顕著となるので、これ以
下の温度で実施する必要がある。
【0017】(実施例2)溶剤の種類及び濃度、溶剤の
吸着剤の種類を変えて実施例1と同様の溶剤回収を行っ
たところ、表4に示すように良好な結果が得られた。
【0018】
【表4】
【0019】
【発明の効果】本発明は、低濃度の溶剤含有ガスについ
ても溶剤及び吸着剤の劣化を生ずることなく、高い濃縮
倍率で溶剤を回収することができ、かつ、氷結の恐れが
ないので液化凝縮も効率的に行うことができる。すなわ
ち、先ず圧力スイング法により水分のみを除去した後、
温度スイング法により溶剤を回収するようにすることに
より、水分と溶剤の両方を含むガスから低エネルギかつ
低い温度で溶剤を回収できるようになった。また、低温
で回収できるようになったことにより溶剤や吸着剤の劣
化が少ない。さらに、水分及び溶剤を除去した乾燥オフ
ガスを吸湿剤、吸着剤の再生工程で使用するので極めて
効率的なプロセスが構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施態様を示すフローシートの概略
図。
【図2】実施例1における脱着温度と溶剤濃縮倍率との
関係を示すグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 篠田 正治 東京都千代田区丸の内二丁目5番1号 三菱重工業株式会社 本社内 (72)発明者 原田 孝幸 山口県下関市彦島江の浦町六丁目16番1 号 三菱重工業株式会社 下関造船所内 (72)発明者 石崎 安良 長崎県長崎市飽の浦町1番1号 三菱重 工業株式会社 長崎造船所内 (56)参考文献 特開 平2−90921(JP,A) 特開 昭63−147517(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 53/04 B01D 53/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶剤及び水分を含有するオフガスを吸湿
    剤及び吸着剤で処理して溶剤を回収する方法において、
    溶剤及び水分を含有するオフガスを水分は吸着するが溶
    剤は吸着しない吸湿剤を充填した相対的高圧条件の脱水
    分工程にある脱湿塔に導いて水分を除去したのち吸着剤
    を充填した相対的低温条件の吸着工程にある吸着塔を流
    過させて溶剤を吸着除去し、水分及び溶剤が除去された
    オフガスの一部を相対的高温条件の脱着工程にある吸着
    塔に通して吸着された溶剤を高濃度溶剤含有ガスとして
    採取し、この高濃度溶剤含有ガスを凝縮器に導いて冷却
    及び/又は加圧して液化させて溶剤を回収し、該凝縮器
    で溶剤を分離したガスは溶剤の吸着工程に戻すように
    し、水分及び溶剤が除去されたオフガスの残部は相対的
    低圧条件の吸湿剤再生工程にある脱湿塔に通して吸着水
    分を脱離し、脱離した水分とともに系外に放出すること
    を特徴とする溶剤及び水分を含有するオフガスからの溶
    剤回収方法。
  2. 【請求項2】 脱湿塔における脱水分工程を構成する相
    対的高圧条件が1.01〜1.20気圧、吸湿剤再生工
    程を構成する相対的低圧条件が0.90〜0.80気圧
    であり、溶剤の吸着塔における吸着工程を構成する相対
    的低温条件が0〜−60℃、溶剤脱着工程を構成する相
    対的高温条件が20〜40℃である請求項1に記載の溶
    剤回収方法。
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