JPH0490821A - 有機溶剤の分離方法および分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は空気に混合した有機溶剤を吸着剤を用い分離
する方法、および装置に関し、より詳細には圧力の変動
を利用して吸着および脱着を行なう圧力スイング法によ
る有機溶剤の分離方法および装置に関する。

本発明に関する有機溶剤は、ブタン、ペンタン等の炭化
水素、１．　１．　１−）ＩＪジクロルタン、フロン等
のハロゲン化炭化水素、メタノール、エタノール等のア
ルコール類、フェノール類、エーテル類、ケトン類等か
らなる各種有機溶剤又はそれ等の混合物（以下特記以外
は単に溶剤という）であって、それらは比較的低沸点で
あり、そのガスは空気に混合し、拡散し易い。

従来、これら空気に混合した溶剤ガスは、一般に吸着剤
を用い吸着しこれを脱着し、分離、回収していた。脱着
の方法としては水蒸気を用いる水蒸気脱着方式が、性能
、経済性の点で優れ主流となっていた。しかしこの方式
は次の様な欠点があった。

■　溶剤の加水分解、熱分解を起こし易く、■　水溶性
の安定剤が溶昌して組成が変化し、排水中に安定剤が混
入するという問題を生じ、■　アルコール類等の水溶性
成分を含む混合溶剤には適用できない等の問題点があっ
た。

水蒸気を用いない乾式の脱着方法としては温度スイング
方式および圧力スイング方式とがある。温度スイング方
式は、熱風循環方式、スチーム等の熱媒の加熱コイルに
よる間接加熱方式や電気ヒーターにより吸着剤を乾式加
熱して脱着を促進するものであるが、次の様な欠点があ
る。

■吸着剤層の熱伝達係数が小さいために加熱媒体との温
度差を大きくする必要があり、局部過熱による熱分解が
起こり易く、■分解物による装置の腐食が大きくなる。

■熱風循環方式では多量の熱風が必要となり、必然的に
脱着した溶剤濃度が低下する。

圧力スイング方式は空気の精製、除湿及び酸素、窒素の
分離等の分野で実用化されており、一般に高圧で吸着し
、減圧で脱着するが、脱着時性部加熱をしない事も多い
。例えば特開昭５０−７９４８１、特開昭５５−６１９
１５等に記載されたものが知られている。

一方溶剤の分離においては、脱着時減圧のみで脱着する
圧力スイング法は実用化されておらず、脱着時に外部加
熱を行う温度スイング法と併用したものが実用化されて
いる。

すなわち、大気圧下で吸着させた溶剤を減圧とするのみ
では脱着が不十分であるので、乾式加熱を併用し脱着を
促進するものである。しかし、これには前記したような
乾式加熱の欠点があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

この発明は上記問題点に着目しなされたものである。そ
の目的は従来の混合ガスからの溶剤の分離方法である水
蒸気脱着、乾式脱着あるいは圧力スイングと乾式加熱併
用型脱着の欠点を解消し、圧力スイング方式でありなが
ら、脱着時性部加熱の必要がなく、局部過熱による熱分
解や、熱風循環による脱着溶剤濃度の低下が起らず、工
程および装置の機構を単純化できる有機溶剤の分離方法
および分離装置を提案するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に関する有機溶剤は、炭化水素、ハロゲン化炭素
水素、アルコール類、フェノール類、エーテル類、ケト
ン類であるが、好ましくはハロゲン化炭化水素、アルコ
ール類を含んだ有機溶剤である。

又、本発明に関する吸着剤は活性炭、合成樹脂等の有機
系吸着剤であり、形状は粉末、粒状、繊維状又は成形品
等いずれでもよいが、好ましくは粒状の活性炭や粒状の
合成樹脂吸着剤である。

特許請求の範囲（１）の発明になる有機溶剤の分離方法
は、有機溶剤を含有する空気を主成分とする混合ガスを
、吸着剤を充填した吸着塔にフィードし有機溶剤を吸着
させる工程と、吸着塔を減圧となしフィードガス量に比
べて小量のキャリヤーガスを導入し、有機溶剤を脱着さ
せる工程を繰返す有機溶剤の分離方法において、吸着工
程におけるフィードガス中の有機溶剤量を吸着剤充填量
の５重量％以下となし、その吸着熱を吸着剤に保持せし
め、脱着工程時前記吸着剤の保持熱で吸着された溶剤を
脱着することを特徴とする特許請求の範囲で２）の発明
になる有機溶剤の分離方法は、有機溶剤を含有する空気
を主成分とする混合ガスを、吸着剤を充填した吸着塔に
フィードし有機溶剤を吸着させる工程と、吸着塔を減圧
となしフィードガス量に比べ小量のキャリヤーガスを導
入し有機溶剤を脱着させる工程を繰返す有機溶剤の分離
方法において、吸着工程におけるフィードガス中の有機
溶剤量を吸着剤充填量の５重量％以下となし、その吸着
熱を吸着剤に保持せしとかつ前記フィードガスを予熱し
て、その顕熱により、吸着剤の昇温を調整すると共に熱
を保持せしめ、脱着工程時前記吸着剤の保持熱で吸着さ
れた溶剤を脱着することを特徴とする特許請求の範囲（
３）の発明になる有機溶剤の分離装置は、有機溶剤を含
有する空気を主成分とする混合ガスを、吸着剤を充填し
た吸着塔にフィードし有機溶剤を吸着させる工程と、吸
着塔を減圧となしフィードガス量に比べ小量のキャリヤ
ーガスを導入し、有機溶剤を脱着させる工程を繰返し有
機溶剤を分離する装置において、前記吸着塔に充填した
吸着剤は吸着工程でフィードする混合ガス中の有機溶剤
量の２０倍以上の充填量を有することを特徴とする特許
請求の範囲（４）の発明になる有機溶剤の分離装置は、
有機溶剤を含有する空気を主成分とする混合ガスを、吸
着剤を充填した吸着塔にフィードし、有機溶剤を吸着さ
せる工程と、吸着塔を減圧となしフィードガス量に比べ
小量のキャリヤーガスを導入し、有機溶剤を脱着させる
工程を繰返し有機溶剤を分離する装置において、前記吸
着塔に充填した吸着剤は吸着工程でフィードする混合ガ
ス中の有機溶剤量の２０倍以上の充填量を有し、かつ前
記フィードガスを予熱する予熱器を有することを特徴と
する。　この溶剤の分離方法および分離装置は吸着工程
でフィードガスと共に吸着塔にフィードする溶剤量は、
吸着剤充填量の５重量％以下の範囲であり、好ましくは
、０．１〜２．０％の範囲であり、この量は従来この種
の溶剤の分離でフィードする溶剤量の１／３〜１／２０
０程度の量に相当する。又吸着剤の充填は通常の固定床
と同じ方法であり、充填量が多い分だけ溶剤の流れ方向
に長くなる様に充填するのが好ましい。

多量に存在する吸着剤は、吸着に関与する吸着領域部と
その後流に位置する未吸着領域部とに分けられる。

吸着工程時、該吸着領域部では溶剤ガスの吸着により、
吸着熱が発生し、吸着剤が昇温される。この時フィード
ガスはこの中で余剰な熱を持ち去り、後流の吸着での発
熱がない未吸着領域部の吸着剤にその熱を与えて後、系
外に排出される。

このようにして多量に介在する吸着剤は、本来吸着領域
部で保持しきれない熱量を保持することができる。

脱着工程時、吸着領域部では吸着剤に保持された熱量で
減圧時に溶剤が脱着されるが、吸着時に後流の未吸着部
に持ち去られた熱量だけ不足ぎみとなり、溶剤の脱着が
少なくなる。一方未吸着領域部の吸着時に保持された熱
量は少量導入するキャリヤーガス、例えばフィードガス
量の５％程度の空気により、その熱を吸着領域部の熱の
不足分として与えることができる。

この熱の補給により、吸着領域部の溶剤をさらに脱着さ
せることができる。

未吸着領域部の吸着剤はその一部を吸着性能を有しない
充填剤に代替することで、吸着剤の充填量を少なくする
ことは可能である。その時その充填剤は、吸着剤より熱
の保持に優れた物質で、溶剤に対し不活性の物質であれ
ばよい。

好ましくはセラミック性の粒状体、球状体の物質である
。

上記した如く、吸着工程で発生した熱を吸着剤に保持し
、この熱を脱着工程で溶剤の脱着に利用することができ
る。

吸着塔の周囲温度（室温等）やフィードガスの温度が高
温であったり、吸着塔の断熱性が高い等の条件下では、
吸着工程で吸着剤が保持する熱量により、脱着工程で脱
着するに十分な熱量を得られ、吸着された溶剤ガスを脱
着することができる。しかし上記のごとき条件下ではな
い場合や長期間の運転停止後の如く、吸着塔が冷えてい
る時にスタートする場合は、吸着剤が保持する熱量のみ
では熱量が不足する場合がある。

この様な場合は、フィードガスを予熱し、室温との差で
約３０℃以内に昇温せしめて吸着塔にフィードし、吸着
剤の昇温の程度を調整することができる。

フィードガス温度の設定は室温を基準に考えるが、安定
運転状態が長く持続している時は、室温とフィードガス
温度の差は小さく設定して、吸着剤の昇温の程度を調整
するが、長期間停止後のスタート等の時は、その差を大
きく設定する事により、装置のウオームアツプに必要な
熱量を各吸着工程時に分割分担させることができる。

このようにして吸着剤の昇温の程度を調整し、過度の昇
温による吸着性能の低下を防止すると共に脱着時の熱利
用の向上を行うことができる。

フィードガスの顕熱は吸着熱とともに吸着剤に保持され
、次の脱着工程で溶剤ガスの脱着に利用される。

この有機溶剤の分離方法および装置は通常、２つの吸着
塔を用い、交互に吸着と脱着を繰返し運転する。フィー
ドガスの濃度範囲は、３００〜２００００ｐｐｍ（容積
）程度で、好ましくは２ｉ）００〜５０００ｐｐｍ　（
容積）である。

１例を挙げれば吸着は大気圧近辺、脱着は真空ポンプ等
の減圧手段を用い減圧度２５０トール以下、好ましくは
５０トール以下で行なう事が好ましい。脱着は少量のキ
ャリヤーガスを導入し、その流れ方向は吸着時のフィー
ドガスの方向と反対にするのが好ましい。又脱着ガスは
ｉ！ｉ１縮器において冷却、凝縮され、液状で分離回収
される。

尚、吸着時間は２０分以内であれば良く、短い程好まし
いが、切替操作時間の制約があり、余り短く出来ない。

又、脱着時間は必ずしも吸着時間と等しくする必要はな
く、吸着時間よりは短く出来る。

〔実　施　例〕

第１図は実施例の有機溶剤１．　１．　１．　　）！Ｊ
クロロエタンの分離方法及び装置の工程図である。２つ
の吸着塔１−１．ｌ−２を備え、それぞれ活性炭１３ｋ
ｇが充填しである。一方の吸着塔１−１は吸着工程にあ
り、室温２６℃、大気圧で洗浄機より排出される１、１
．１）！Ｊクロロエタンを含む原ガスを予熱器２で予熱
しυ縮器からの１．１．１トリクロロエタンを含むリタ
ーンガスを加えてフィードガスとする。

本実施例のフィードガスは濃度３２００ｐｐｍ（容積）
、温度３６℃であり、ブロワ−３で０．３４ｍ″／分の
割合で１０分間、吸着塔１１にフィードされ、溶剤ガス
の１．１．１トリクロロエタンが吸着され、処理ガスが
塔頂フラビン４から排出された。

他方の吸着塔の１−２は脱着工程にあり、真空ポンプ５
で塔内を約３０）−ルに減圧し、この間ライン６から室
温２６℃の空気のキャリヤーガスを１６．２Ｉ！、７分
導入することにより、１０分間脱着を行なった。

１．１．１）ジクロロエタンを含む脱着ガスは凝縮器７
で冷却し、溶剤１．１．１）！Ｊジクロロニタンを凝縮
、分離しタンク８に回収し、未凝縮ガスはライン９を経
由してリターンガスとして、吸着工程にある吸着塔１−
１の原ガスと混合させ１、フィードガスとした。

安定運転状態において吸着工程は１０分間とし、その間
の溶剤１．　１．　１）ジクロロエタンのフィードガス
量は５７．４ｇであり、活性炭１３ｋｇに対する割合は
、０．４４重量％である。

脱着工程は１０分間とし、その間の１．　１．　１トリ
クロロエタンの脱着溶剤量は５７．３ｇであり、脱着率
（脱着溶剤量／フィードガス量）は９９．８％であった
。

なお、安定運転状態における脱着率は９５〜１０５％の
範囲で変動した。

本実施例の温度パターンについて以下に説明する。

第２図は吸着塔の温度センサー１０で測定した吸着領域
部の吸着剤温度の吸着工程、脱着工程に於ける温度パタ
ーンを示し、第３図は同様に温度センサー１１で測定し
た未吸着剤領域部に関する温度パターンであり、第４図
は同様に温度センサー１２で測定した吸着塔出口部のガ
スに関する温度パターンである。

第２図は吸着塔の入口近くでの温度パターンであり、吸
着及び脱着が最もさかんな吸着領域部といえる。これに
図示された如く、吸着工程において、脱着終了時温度が
２１℃であった吸着剤はフィードガス温度３６℃の顕熱
と吸着熱で加熱され、４０℃近辺で平衡に達する。即ち
４０℃以上の発熱はフィードガスで持ち去られて、後流
の吸着剤の加熱に使われる。吸着塔入口部以降の吸着領
域部の平衡温度は４０℃とフィードガス温度３６℃の間
の温度となり、後流程フィードガス温度に近い温度とな
る。

次に第３図に示す後流の未吸着領域部では、吸着剤の温
度が次第に上昇し、吸着工程の終了近くでフィードガス
温度になっている。この最終温度は吸着工程１０分間を
長くすると上昇はさらに高くなる傾向をしめし、未吸着
領域部でも上流域になる程フィードガス温度に近づく時
間が早くなる。本実施例の温度パターン（第３図）は、
未吸着領域部でも上流域に属する場合である。

さらに第４図の場合は、吸着剤を出た直後のガスの温度
パターンを示す。本実施例では、ガス温度が次第に上昇
しているが、そのピーク温度はフィードガス温度３６℃
より下廻っている事がわかる。この事より、吸着工程で
の吸着熱やフィードガスの顕熱による熱量が吸着剤に十
分保持されて運転された事がわかる。

〔作　用〕

この発明によると、吸着工程において溶剤ガスの吸着熱
、あるいはフィードガスの顕熱の大部分は、多量に存在
する吸着剤に保持され、脱着工程で脱着するに十分な熱
量を得られ、吸着された溶剤ガスを脱着することができ
る。従って従来の圧力スイングのように、脱着時に外部
から乾式加熱する必要がなく、前記のごとき、乾式加熱
の欠点を回避することができる。　フィードガスを予熱
して吸着剤温度を調整した前記実施例第２図において、
脱着工程終了時の吸着剤温度は２１℃に降温しているが
、これは吸着工程でフィードガス温度を３６℃に予熱し
て吸着剤に顕熱分を供給している。その熱量は測定され
ていないが、吸着熱の不足分を補充している。仮にこの
フィードガスの与える熱量を脱着工程におけるキャリヤ
ーガスを加熱して同じ熱量を与えるとすれば、吸着及び
脱着工程の時間が等しいから、供給するガス量に反比例
して温度差を必要とする。よってフィードガスの場合フ
ィード温度と脱着時の吸着剤温度の差３６−２１＝１５
℃であり、又風量がキャリヤーガスの場合フィードガス
の約５％と少ないため、キャリヤーガスで熱量を供給す
るとすれば、その温度差は１５℃Ｘ０．９５１０．０５
二２８５℃となり、非常に大きな温度差を必要とする事
になる。

すなわち、キャリヤーガスは脱着ガス濃度を高く保持す
るため導入量が制限されているので、制限された量で脱
着を促進するた約の熱を供給することは少なからず無理
があることがわかる。

〔発明の効果〕

この発明は以上の通りであり、次の効果を奏する。

■　脱着時外部加熱を必要とせず、シンプルな機構工程
により、従来の水蒸気脱着あるいは乾式加熱脱着で起る
欠点を解消することが可能となった。

■　フィードガスを僅か予熱することで、吸着熱のみの
場合の熱量不足を補い、脱着に必要とする熱量を確保で
きる。

■　脱着時の外部加熱装置を必要とせず分解物発生の懸
念もなく、装置の単純化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の有機溶剤の分離方法及び分離装置の工
程図、第２図は実施例の吸着領域部の吸着剤温度パター
ンであり、第３図は同じく未吸Ｈ領域部の場合であり、
第４図は同じく吸着塔出口部のガス温度の場合である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）有機溶剤を含有する空気を主成分とする混合ガス
   を、吸着剤を充填した吸着塔にフィードし有機溶剤を吸
   着させる工程と、吸着塔を減圧となしフィードガス量に
   比べ小量のキャリヤーガスを導入し有機溶剤を脱着させ
   る工程を繰返す有機溶剤の分離方法において、吸着工程
   におけるフィードガス中の有機溶剤量を吸着剤充填量の
   ５重量％以下となし、その吸着熱を吸着剤に保持せしめ
   、脱着工程時前記吸着剤の保持熱で吸着された溶剤を脱
   着することを特徴とする有機溶剤の分離方法。
2. （２）有機溶剤を含有する空気を主成分とする混合ガス
   を、吸着剤を充填した吸着塔にフィードし有機溶剤を吸
   着させる工程と、吸着塔を減圧となしフィードガス量に
   比べ小量のキャリヤーガスを導入し有機溶剤を脱着させ
   る工程を繰返す有機溶剤の分離方法において、吸着工程
   におけるフィードガス中の有機溶剤量を吸着剤充填量の
   ５重量％以下となし、その吸着熱を吸着剤に保持せしめ
   、かつ前記フィードガスを予熱してその顕熱により吸着
   剤の昇温を調整すると共に熱を保持せしめ、脱着工程時
   前記吸着剤の保持熱で吸着された溶剤を脱着することを
   特徴とする有機溶剤の分離方法。
3. （３）有機溶剤を含有する空気を主成分とする混合ガス
   を、吸着剤を充填した吸着塔にフィードし有機溶剤を吸
   着させる工程と、吸着塔を減圧となしフィードガス量に
   比べ小量のキャリヤーガスを導入し有機溶剤を脱着させ
   る工程を繰返し有機溶剤を分離する装置において、前記
   吸着塔に充填した吸着剤は吸着工程でフィードする混合
   ガス中の有機溶剤量の２０倍以上の充填量を有すること
   を特徴とする有機溶剤の分離装置。
4. （４）有機溶剤を含有する空気を主成分とする混合ガス
   を、吸着剤を充填した吸着塔にフィードし、有機溶剤を
   吸着させる工程と、吸着塔を減圧となしフィードガス量
   に比べ小量のキャリヤーガスを導入し有機溶剤を脱着さ
   せる工程を繰返し有機溶剤を分離する装置において、前
   記吸着塔に充填した吸着剤は吸着工程でフィードする混
   合ガス中の有機溶剤量の２０倍以上の充填量を有し、か
   つ前記フィードガスを予熱する予熱器を有することを特
   徴とする有機溶剤の分離装置。