JPH0761413B2 - 凝縮性有機蒸気の回収方法 - Google Patents

凝縮性有機蒸気の回収方法

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JPH0761413B2
JPH0761413B2 JP3212955A JP21295591A JPH0761413B2 JP H0761413 B2 JPH0761413 B2 JP H0761413B2 JP 3212955 A JP3212955 A JP 3212955A JP 21295591 A JP21295591 A JP 21295591A JP H0761413 B2 JPH0761413 B2 JP H0761413B2
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gas
membrane module
separation membrane
organic vapor
stage separation
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賢一 井上
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Nitto Denko Corp
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  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は空気中または窒素ガス等
の不活性ガス中に低濃度で含まれている凝縮性有機蒸気
を分離膜モジュ−ルと凝縮器とを使用して回収する方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】化学装置を操作する工場、例えば化学コ
ンビナ−ト,印刷工場,テ−プ工場,塗装工場等におい
ては、凝縮性有機蒸気を含有する空気又は窒素ガス等の
不活性ガスが排ガスとして多量に発生する。
【0003】かかる排ガスをそのまま大気中に放出する
ことは環境衛生上並びに経済上問題が有り、その排ガス
を有機蒸気を回収のうえ、放出することが行われてい
る。かかる有機蒸気の回収には、旧来、冷却凝縮法,吸
収法,吸着法が用いられてきたが、近来においては省エ
ネルギ−,設備の小型化のために、上記有機蒸気含有ガ
スを膜分離モジュ−ルにより濃縮し、この濃縮有機蒸気
含有ガスを凝縮器に導き有機蒸気を液相化して分離する
ことが提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の有機蒸気含有ガ
スにおいては、爆発下限界以下の濃度で管理する必要が
あるが、作業条件の如何によってはその爆発下限界濃度
の1/3乃至1/2といった厳格な条件で管理しなけれ
ばならないことがある。この爆発下限界濃度は有機蒸気
の種類によって異なるが、通常2VoL%以下(1atm,2
0℃において)であり、この1/3〜1/2といった濃
度では濃度1VoL%以下の極低濃度有機蒸気含有ガスと
なる。
【0005】而るに、透過膜の透過分離においては、透
過分離すべき分子が膜に溶解し、この溶解した分子が膜
内を濃度勾配を駆動力として膜の分子鎖間隙を拡散して
いくから、上記のような極低濃度有機蒸気に対しては分
離効率の低下が避けられない。
【0006】現に、本発明者の実験結果によれば、0.
5VoL%のn−ヘキサン上記含有ガスをヘキサン回収率
70%で回収する場合、上記の膜分離法で必要な電力が
活性炭吸着法で必要な電力の2倍近くにも達した。
【0007】本発明の目的は有機蒸気含有ガスから有機
蒸気を分離膜モジュ−ルと凝縮器とを使用して低電力
量、小膜面積で回収できる凝縮性有機蒸気の回収方法を
提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の凝縮性有機蒸気
の回収方法は、空気中又は不活性ガス中に凝縮性蒸気を
含む低濃度有機蒸気含有ガスを有機蒸気に対して選択透
過性を有する第1段目分離膜モジュ−ルに導き、非透過
ガスの一部を放出し残部を上記第1段目分離膜モジュ−
ル内の透過側に流入させ、同第1段目分離膜モジュ−ル
の透過側出口からのガスを有機蒸気に対して選択透過性
を有する第2段目分離膜モジュ−ルに導き、該第2段目
分離膜モジュ−ルの非透過ガスを上記第1段目分離膜モ
ジュ−ルのガス供給側に戻すと共に同第2段目分離膜モ
ジュ−ルの透過側ガスを凝縮器に導き凝縮性有機蒸気を
液相化して回収することを特徴とする構成である。
【0009】
【作用】第1段目分離膜モジュールの非透過側ガスが同
モジュール内の透過側に流入される結果、同モジュール
内の透過側をパージでき、同モジュールの分離効率を高
めることができる。また、この第1段目膜分離モジュー
ルのパージのために、該膜分離モジュールの透過側濃縮
ガス流量が増加するが、この濃縮ガスが第2段目膜分離
モジュールでの非透過ガスの第1段目膜分離モジュール
供給側へのリターンで流量調節されて凝縮器に供給され
る結果、凝縮器へのガス供給流量が、凝縮器での冷却・
液化を効率良く行うのに適切な流量になされ、この適正
供給流量と供給ガスの濃縮との相乗作用で、凝縮器によ
り有機蒸気を高効率で液化・回収できる。
【0010】
【実施例】以下、図面により本発明の実施例を説明す
る。図1は本発明において使用する有機蒸気回収装置を
示している。図1において、1は分離回収する有機蒸気
に対して選択透過性を有する第1段目分離膜モジュ−
ル、2は処理ガス供給配管、3は第1段目分離膜モジュ
−ル1に処理ガスを導入する送風機又は圧縮機である。
4は前処理フィルタ−、5はガスク−ラ−である。11
は第1段目分離膜モジュ−ルの非透過側ガス流出配管で
ある。12は非透過側流出ガスの一部を第1段目分離膜
モジュ−ル1内の透過側に流入させるための分路配管で
あり、ガス導入口14と向い合う位置の透過側ガス流入
口15に連通してある。13は放出管である。
【0011】6は有機蒸気に対して選択透過性を有する
第2段目分離膜モジュ−ルであり、上記第1段目分離膜
モジュ−ル1の透過側出口16に連結してある。7は第
1段目分離膜モジュ−ル1と第2段目分離膜モジュ−ル
6との間に設けた第1段目真空ポンプである。81は第
2段目分離膜モジュ−ル6の非透過側ガスを第1段目分
離膜モジュ−ル1のガス供給配管2に戻すためのリタ−
ン配管である。9は第2段目分離膜モジュ−ル6の透過
側を減圧する第2段目真空ポンプ、10は第2段目真空
ポンプ9の吐出側に連結した凝縮器、101は凝縮液取
出し管、82は不凝縮ベントガスを第2段目分離膜モジ
ュ−ル6のガス供給側61に戻すためのリタ−ン配管で
ある。
【0012】本発明において処理する有機蒸気含有ガス
は、空気又は窒素等の不活性ガス中に凝縮性有機蒸気を
1VOL%以下の極低濃度で含有する低濃度有機蒸気含有
ガスである。
【0013】本発明により有機蒸気含有ガスを処理する
には、有機蒸気含有ガスを送風機又は圧縮機3により第
1段目分離膜モジュ−ル1に導入する。この導入ガス中
の微粉塵、ゴミ等は前処理フィルタ−4で除去し、ガス
温度はガスク−ラ−5により膜分離に適した温度(通常
5℃〜50℃)に調節する。第1段目分離膜モジュ−ル
1の膜には、送風機又は圧縮機3による加圧と第1段目
真空ポンプ7による減圧とのために膜間差圧が作用し、
第1段目分離膜モジュ−ル1に導入された有機蒸気含有
ガスがこの膜間差圧のもとで分離され、有機蒸気が膜を
選択的に透過する。
【0014】第1段目分離膜モジュ−ル1の非透過側ガ
スは非透過側ガス流出管11から流出するが、その一部
が分路配管12より第1段目分離膜モジュ−ル1内の透
過側空間に上記第1段目真空ポンプ7による吸引で高速
で流入され、第1段目分離膜モジュ−ル1内の透過側空
間がその流入ガスでパ−ジされ、第1段目分離膜モジュ
−ル1の分離効率がアップする。
【0015】第1段目分離膜モジュ−ル1の透過側出口
16を流出していくガスは、上記パ−ジにより有機蒸気
濃度が希釈されているが、この希釈ガスが第2段目分離
膜モジュ−ル6に導入され、第2段目真空ポンプ9によ
る第2段目分離膜モジュ−ル6の透過側の減圧のもとで
分離されて有機蒸気が第2段目分離膜モジュ−ル6の膜
を選択的に透過し、高濃度有機蒸気含有ガスとされる。
更に、この高濃度有機蒸気含有ガスが第2段目真空ポン
プ9の吐出側から常圧にて凝縮器10に導かれ、有機蒸
気が液相化され回収される。
【0016】この凝縮器10の冷却温度、常圧から定ま
る飽和蒸気圧の不凝縮ベントガスが戻し配管82を経て
第2段目分離膜モジュ−ル6のガス供給側61に戻さ
れ、第2段目分離膜モジュ−ル6の非透過側流出ガスが
戻し配管81を経て第1段目分離膜モジュ−ル1のガス
供給配管2に戻され、回分的に処理されていく。
【0017】上記第1段目分離膜モジュ−ル1並びに第
2段目分離膜モジュ−ル6には、中空糸膜モジュ−ル、
スパイラル型膜モジュ−ル、プレ−ト型膜モジュ−ルの
何れの形式も使用でき、特に、処理ガス量に対し圧力損
失をできるだけ抑制できるものを使用することが望まし
い。特に第1段目分離膜モジュ−ル1には、透過側への
ガスパ−ジを行い得るものが使用される。膜は、処理ガ
スに応じて選定されるが、シリコ−ンゴム系の複合膜が
広く使用される。
【0018】上記送風機又は圧縮機3、或いは、第1段
目真空ポンプ7並びに第2段目真空ポンプ9はプロセス
の処理条件や経済性のもとで定めた各分離膜モジュ−ル
の膜間差圧に応じて選定されるが、通常それぞれの圧力
は、送風機の場合2000mmH2O,圧縮機の場合2
0kg/cm2G以下,真空ポンプの場合20〜200Toor
(到達圧力)が広く使用される。
【0019】上記ガスク-ラ-3や凝縮器10の冷却水温
度もプロセスの処理条件や経済性に基づき選定される
が、冷凍水,チラ−水,ク−リングタワ−冷却水等が広
く使用される。
【0020】上記の有機蒸気含有ガスの処理において
は、第1段目分離膜モジュ−ル1内の透過側を非透過側
流出ガスの一部でパ−ジしているから、第1段目分離膜
モジュ−ル1の分離効率を高めることができる。また、
第2段目分離膜モジュ−ル6において分離処理するガス
は、第1段目分離膜モジュ−ル1の膜を透過した高濃度
有機蒸気含有ガスが第1段目分離膜モジュ−ル1内の透
過側にパ−ジされた非透過側ガスで混合,希釈されたも
のであり、その非透過側ガスの混合は分離に逆行し、第
2段目分離膜モジュ−ル6の分離に対してネガティブに
作用するが、このネガティブ作用に比べて第1段目分離
膜モジュ−ル1の上記分離効率のアップの方が勝り、全
体としての分離効率を高くでき、その結果、同一分離性
能のもとで、消費電力量の軽減、膜面積の減少を図り得
る。このことは次の試験例からも確認できる。
【0021】試験例 第1段目分離膜モジュ−ル1並びに第2段目分離膜モジ
ュ−ル6に膜面積30m2,シリコ−ンゴム系複合膜の
スパイラル型ガス分離膜モジュ−ルを使用し、ユ−ティ
リティの冷却水にはク−リングタワ−循環水を使用し
た。第1段目分離膜モジュ−ルへのガス導入圧力を約1
000mmH2O,第1段目分離膜モジュ−ル1の透過
側真空度を約80Toor,第1段目真空ポンプ7の吐出側
圧力を500mmH2O,第2段目分離膜モジュ−ル6
の透過側真空度を80Toorとし、第1段目分離膜モジュ
−ル1並びに第2段目分離膜モジュ−ル6でのガス操作
温度を共に約30℃とし、更に、第1段目分離膜モジュ
−ル1の透過側流出ガス総流量に対するパ−ジガス量を
60%として、濃度0.5VoL%のn−ヘキサン蒸気含
有空気を供給量100Nm3/hrで処理したところ、
n−ヘキサン回収率は70%以上、回収量は1.4kg
/hrであり、放出ガス中のn−ヘキサン濃度は0.1
5VoL%以下、排水量は0.1kg/hrであった。ま
た、所要電力量は6.0KWであった。
【0022】これに対して、パージガス量を0%とした
場合(パージを行わない場合)、上記と同量のn−ヘキ
サン回収量(1.4kg/hr)を達成するには、膜面
積84mのもとで16.5KWの電力を必要とし、本
発明に比べ、約2.8倍のモジュール膜面積と約2.7
5倍の電力量を必要とした。本発明による、この予想外
のヘキサン蒸気の高効率での液化・回収は、第1段目膜
分離モジュールのパージのために、該膜分離モジュール
の透過側濃縮ガス流量が増加するが、この濃縮ガスが第
2段目膜分離モジュールでの非透過ガスの第1段目膜分
離モジュール供給側へのリターン量で流量調節されて凝
縮器に供給される結果、凝縮器へのガス供給流量が、凝
縮器での冷却・液化を効率良く行うのに適切な流量(ガ
ス供給流量を大にすると、単位時間当たりに凝縮器を通
過するガス量を大にでき、この点では、凝縮回収効率
上、有利であるが、ガスが凝縮内にとどまる時間がそれ
だけ短くなり、冷却が不充分となって不利となる。而し
て、凝縮回収効率上、最適のガス流量が存在するのであ
る。)にされるためであると推定される。
【0023】
【発明の効果】本発明の凝縮性有機蒸気の回収方法によ
れば、上述した通り低濃度の凝縮性有機蒸気を含有する
空気又は窒素等から有機蒸気を分離膜モジュ−ルと凝縮
器を使用して低電力量、小膜面積で回収でき、省エネル
ギ−並びに装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
図1は本発明において使用する凝縮性有機蒸気回収装置
を示す回路図である。
【符号の説明】
1 第1段目分離膜モジュ−ル 11 非透過側ガス流出管 12 非透過側ガス分路管 13 放出管 3 送風機又は圧縮機 6 第2段目分離膜モジュ−ル 7 第1段目真空ポンプ 81 リタ−ン配管 82 リタ−ン配管 9 第2段目真空ポンプ 10 凝縮器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】空気中又は不活性ガス中に凝縮性蒸気を含
    む低濃度有機蒸気含有ガスを有機蒸気に対して選択透過
    性を有する第1段目分離膜モジュ−ルに導き、非透過ガ
    スの一部を放出し残部を上記第1段目分離膜モジュ−ル
    内の透過側に流入させ、同第1段目分離膜モジュ−ルの
    透過側出口からのガスを有機蒸気に対して選択透過性を
    有する第2段目分離膜モジュ−ルに導き、該第2段目分
    離膜モジュ−ルの非透過ガスを上記第1段目分離膜モジ
    ュ−ルのガス供給側に戻すと共に同第2段目分離膜モジ
    ュ−ルの透過側ガスを凝縮器に導き凝縮性有機蒸気を液
    相化して回収することを特徴とする凝縮性有機蒸気の回
    収方法。
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