溶剤回収方法およびそのシステム、並びに凍結脱水方法およびその装置
【課題】 第三成分を添加または使用することなく、共沸組成よりも含水率が低い高純度の有機溶剤を回収する。
【解決手段】 有機溶剤を含有するガス１を、ガス吸収塔２０にて水と気液接触させて、水に有機溶剤を吸収させる。これより得られる有機溶剤の水溶液２を、脱水蒸留塔３０で蒸留して、有機溶剤の水溶液中の含水率を、有機溶剤と水との共沸組成である含水率またはそれ以上にまで下げる。これにより得られる有機溶剤水溶液を、凍結脱水装置４０にて冷却して、この液中に含まれる水分を氷結分離し、有機溶剤中の水分を、有機溶剤と水との共沸組成である含水率よりも更に下げる。
【解決手段】 有機溶剤を含有するガス１を、ガス吸収塔２０にて水と気液接触させて、水に有機溶剤を吸収させる。これより得られる有機溶剤の水溶液２を、脱水蒸留塔３０で蒸留して、有機溶剤の水溶液中の含水率を、有機溶剤と水との共沸組成である含水率またはそれ以上にまで下げる。これにより得られる有機溶剤水溶液を、凍結脱水装置４０にて冷却して、この液中に含まれる水分を氷結分離し、有機溶剤中の水分を、有機溶剤と水との共沸組成である含水率よりも更に下げる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶剤回収方法およびそのシステム、並びに凍結脱水方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）は、有機溶剤として広く使用されているが、高価な溶剤であるため、回収して再利用できれば経済的なメリットが大きい。ＴＨＦを含むガスから、ＴＨＦを回収する方法としては、非特許文献１に記載されているように、ガス中のＴＨＦを水に吸収した後、このＴＨＦを吸収した水を脱水蒸留する方法が記載されている。しかしながら、ＴＨＦは水と共沸するため、この方法では、共沸組成である約６ｗｔ％の水分を含むＴＨＦしか得ることができない。
【０００３】
そこで、非特許文献１には、ＴＨＦをより高純度に精製するという方法として、上記の共沸組成の蒸留液に、ペンタン等の抽出溶剤を添加して、水、ＴＨＦ、抽出溶剤の３成分系にして精製蒸留を行うことで、水がＴＨＦから分離され、ＴＨＦをより高濃度に精製する方法が記載されている。また、この非特許文献１には、別法として、上記の共沸組成の蒸留液を、水酸化ナトリウムや塩化カルシウムなどの吸水剤を充填した塔に通水して、ＴＨＦ中の水分を吸収する方法が記載されている。
【０００４】
【非特許文献１】「テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）の回収（Recovery of Tetrahydrofuran (THF)）」，製品情報（Product Information），デュポン・テラタン（登録商標）製品（DuPont Terathane (R) Products）、デュポン（DuPont）社発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ペンタン等の抽出溶剤を添加して精製蒸留をする方法では、回収したＴＨＦ中にこの抽出溶剤が混入する可能性があり、高純度のＴＨＦを得るのが難しいという問題がある。また、水酸化ナトリウムなどの吸水剤を使用する方法も、回収したＴＨＦ中に吸水剤が混入する可能性があり、高純度のＴＨＦを得るのが難しいとともに、水分を吸収した使用済みの吸水剤が多量に発生することから、この吸水剤の処理も問題となる。なお、このような問題は、ＴＨＦに限らず、エタノール等といった水と共沸するため、蒸留のみでは共沸組成までしか含水率を下げられない有機溶剤を、高純度に回収する方法においても共通する問題である。
【０００６】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、第三成分を添加または使用することなく、共沸組成よりも含水率が低い高純度の有機溶剤を回収することができる溶剤回収方法およびそのシステム、並びに凍結脱水方法およびその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は、その一態様として、溶剤回収システムであって、有機溶剤を含有するガスを、水と気液接触させて、前記水に前記有機溶剤を吸収させるガス吸収手段と、前記ガス吸収手段から得られる有機溶剤の水溶液を蒸留して、前記有機溶剤の水溶液中の含水率を、前記有機溶剤と水との共沸組成である含水率またはそれ以上にまで下げる脱水蒸留手段と、前記脱水蒸留手段により得られた蒸留液を冷却して、この蒸留液中に含まれる水分を氷結し、前記蒸留液中の水分を、前記有機溶剤と水との共沸組成である含水率よりも更に下げる凍結脱水装置とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明は、別の態様として、溶剤回収方法であって、有機溶剤を含有するガスを、水と気液接触させて、前記水に前記有機溶剤を吸収させるガス吸収工程と、前記ガス吸収工程で得られる有機溶剤の水溶液を蒸留して、前記有機溶剤の水溶液中の含水率を、前記有機溶剤と水との共沸組成である含水率またはそれ以上にまで下げる脱水蒸留工程と、前記脱水蒸留工程により得られた蒸留液を冷却して、この蒸留液中に含まれる水分を氷結し、前記蒸留液中の水分を、前記有機溶剤と水との共沸組成である含水率よりも更に下げる凍結脱水工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明は、また別の態様として、凍結脱水装置であって、有機溶剤と水とを含有する処理対象液を収容する冷却槽と、この冷却槽内の処理対象液を攪拌する攪拌手段と、前記冷却槽内の処理対象液を、処理対象液中の水が氷結して、シャーベット状になるまで冷却する冷却手段と、前記シャーベット状となった処理対象液中から、液体状態を保った前記有機溶剤とシャーベット状の氷を分離するためのフィルタと、前記分離したシャーベット状の氷を加温して液化する手段とを備えたことを特徴とする。前記フィルタの目の開きは０．１５ｍｍから１ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００１０】
本発明は、さらに別の態様として、溶剤回収方法であって、有機溶剤と水とを含有する処理対象液を攪拌しながら、前記処理対象液中の水が氷結して前記処理対象液がシャーベット状になるまで、前記処理対象液を冷却する冷却工程と、前記シャーベット状となった処理対象液中から、シャーベット状の氷をフィルタによって分離、除去する有機溶剤回収工程と、前記分離したシャーベット状の氷を加温して液化する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
このように本発明によれば、第三成分を添加または使用することなく、共沸組成よりも含水率が低い高純度の有機溶剤を回収することができる溶剤回収方法およびそのシステム、並びに凍結脱水方法およびその装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る吸収式溶剤回収システムの一実施の形態について説明する。図１は、本発明に係る吸収式溶剤回収システムの一実施の形態の概略を示す模式図である。なお、処理対象となる溶剤がテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）の場合について説明するが、本発明は、ＴＨＦに限定されるものではなく、エタノールや、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、メチルエチルケトン、ジオキサンなどの水溶性で、且つ水と共沸する性質を有する有機溶剤についても、同様に高純度で回収することができる。
【００１３】
図１に示すように、吸収式溶剤回収システム１０は、ＴＨＦ含有ガス１からＴＨＦを吸収、除去するガス吸収塔２０と、ガス吸収塔２０で生成したＴＨＦ水溶液を蒸留して、水分を共沸組成まで除去することができる脱水蒸留塔３０と、脱水蒸留塔３０で得た含水ＴＨＦ液中の水分を氷結、分離して、高度な脱水を行う凍結脱水装置４０と、凍結脱水装置４０で得た脱水ＴＨＦを精製蒸留して、高純度な精製ＴＨＦを得る精製蒸留塔５０とから主に構成されている。
【００１４】
ガス吸収塔２０は、ＴＨＦ含有ガス１を、吸収液である水と気液接触させて、ガス中のＴＨＦを吸収液に吸収、除去する装置であれば、特に限定されるものではない。なお、ガス吸収塔２０のＴＨＦ含有ガス１が導入される上流側には、ＴＨＦ含有ガス１中に含まれる微粒子などを除去するガスフィルタ１１と、ＴＨＦ含有ガス１をガス吸収塔２０に送るためのガスブロワ１２と、ＴＨＦ含有ガス１を冷却するガスクーラ１３が設置されている。
【００１５】
ガス吸収塔２０と脱水蒸留塔３０との間には、ガス吸収塔２０の塔底から排出されるＴＨＦ水溶液２を脱水蒸留塔３０に送るための配管が設置され、この配管には、ＴＨＦ水溶液２を送るためのポンプ２１と、ＴＨＦ水溶液２を予熱する予熱器２２が設置されている。ガス吸収塔２０の塔頂には、ＴＨＦが除去されたガスを排出するための排気管２６が設置されている。
【００１６】
脱水蒸留塔３０は、ＴＨＦ水溶液２を蒸留して、水を共沸組成（含水率：約６ｗｔ％）まで除去できる装置であれば、特に限定されるものではない。脱水蒸留塔３０には、その塔底部に、ＴＨＦ水溶液２を蒸気により加熱するリボイラ３１が設置されている。脱水蒸留塔３０とガス吸収塔２０との間には、脱水蒸留塔３０の塔底から排出される水を吸収液として再利用するためにガス吸収塔２０へ送るための配管が設置され、この配管には、再利用水を送るためのポンプ２３と、この再利用水の熱でＴＨＦ水溶液２を予熱する予熱器２２と、この再利用水を更に冷却するクーラ２４が設置されている。
【００１７】
脱水蒸留塔３０と凍結脱水装置４０との間には、脱水蒸留塔３０の塔頂から排出されるガスを凝縮するコンデンサ３２が設置されている。また、コンデンサ３２により得られた凝縮液である含水ＴＨＦ液３を、脱水蒸留塔３０および凍結脱水装置４０に送るための配管が設置されている。
【００１８】
凍結脱水装置４０の詳細については後述するが、含水ＴＨＦ液を冷却して液中の水分を氷結させ、氷とＴＨＦを固液分離する装置である。凍結脱水装置４０と精製蒸留塔５０との間には、凍結脱水装置４０で得られる脱水ＴＨＦ液４を精製蒸留塔５０へ送るための配管が設置され、この配管には、脱水ＴＨＦ液を送るためのポンプ４１が設置されている。また、凍結脱水装置４０には、除去された氷を溶解した溶解液６を脱水蒸留塔３０に送るための配管が設置されている。
【００１９】
精製蒸留塔５０は、第三成分を添加することなく、共沸組成よりも含水率を下げることができる装置であれば、特に限定されるものではない。精製蒸留塔５０には、その塔底部に、脱水ＴＨＦ液を蒸気により加熱するリボイラ５１が設置されている。また、精製蒸留塔５０の塔底側出口には、塔底から排出される精製ＴＨＦ５を冷却するクーラ５２が設置されている。精製蒸留塔５０の塔頂側出口には、塔頂から排出されるガスを凝縮するコンデンサ５３と、このコンデンサ５３により得られた凝縮液７を、精製蒸留塔５０および凍結脱水装置４０に送るための配管が設置されている。
【００２０】
以上のような構成によれば、先ず、コーター等の生産設備（図示省略）から排出されたＴＨＦ含有ガス１は、ガスブロワ１２により、ガスフィルタ１１及びガスクーラ１３を介してガス吸収塔２０に導入する。ガス吸収塔２０内では、ＴＨＦ含有ガス１は、吸収液である水と気液接触し、ガス中のＴＨＦが水に吸収、除去され、塔頂の排気管２６から清浄なガスとして排出される。一方、ＴＨＦを吸収した吸収液は、ＴＨＦ水溶液２として塔底から排出される。
【００２１】
ＴＨＦ水溶液２は、ポンプ２１によって予熱器２２に送り、予熱器２２で予熱を行った後、脱水蒸留塔３０に導入する。脱水蒸留塔３０では、ＴＨＦ水溶液２を蒸留することで、沸点が約６４℃と低いＴＨＦが塔頂から得られ、塔底からは水が回収される。ここで塔頂から得られるＴＨＦは、水と共沸することから、完全な脱水はできず、水との共沸組成である約６ｗｔ％の含水率を少なくとも含むこととなる。ＴＨＦガスは、コンデンサ３２により凝縮されて含水ＴＨＦ液３となる。
【００２２】
このようにして得られる含水ＴＨＦ液３の含水率は、６ｗｔ％から８ｗｔ％にすることが好ましい。脱水蒸留塔３０でこの範囲の含水率を得るためには、例えば、脱水蒸留塔３０の塔の段数を２５〜３５段の範囲、塔頂の圧力を大気圧とほぼ同じ、塔底の温度を
１００〜１１０℃の範囲、還流比を７〜１５の範囲にすることが好ましい。
【００２３】
脱水蒸留塔３０で回収された水は、リボイラ３１により加熱されていることから、ポンプ２３によって予熱器２２に送り、ＴＨＦ水溶液２との間で熱交換を行って熱を回収した後、クーラ２４で更に温度を下げてから、ガス吸収塔２０に導入し、吸収液として再利用する。
【００２４】
脱水蒸留塔３０で得た含水ＴＨＦ液３は、一部を脱水蒸留塔３０の塔頂部へ還流し、一部を抜出して凍結脱水装置４０へと導入する。凍結脱水装置４０では含水ＴＨＦ液３を冷却する。ＴＨＦよりも水の方が凝固点が高いため、含水ＴＨＦ液３中の水分を氷結することができる。低温条件下では、ＴＨＦと水とは包接化合物といわれる固体を生成することが知られている。本明細書では、氷点下の温度で氷あるいは包接化合物の固体が生成することを氷結と称する。冷却温度が下がるに従って、氷の量が増加することから、その分、含水ＴＨＦ液３中の含水率を下げることができる。冷却温度は、−２５℃から−６０℃の範囲が好ましく、−３５℃から−５０℃の範囲がより好ましい。そして、固液分離により、液体状態を保ったＴＨＦを凍結脱水装置４０から排出することで、水分濃度の高いシャーベット状の物質を分離し、脱水することができる。これによって、含水率が１ｗｔ％から３ｗｔ％と高度な脱水がなされた脱水ＴＨＦ液４を得ることができる。
【００２５】
この脱水ＴＨＦ液４は、ポンプ４１により精製蒸留塔５０に導入する。一方、凍結脱水装置４０に残留した氷は、自然解凍などによって溶解した後、凍結脱水装置４０から排出する。この溶解液６は、ＴＨＦを含むため、脱水蒸留塔３０に戻して再処理を行う。
【００２６】
精製蒸留塔５０では、脱水ＴＨＦ液４を精製蒸留することで、ＴＨＦの濃度をＪＩＳ Ｋ９７０５により規定されるＴＨＦ試薬レベルの品質にまで精製する。すなわち、脱水ＴＨＦ液４の含水率を０．０５ｗｔ％以下にまで下げる。このような精製蒸留を行うためには、例えば、精製蒸留塔５０の塔の段数を２５〜３５段の範囲、塔頂の圧力を大気圧とほぼ同じ、塔底の温度を６５〜７０℃の範囲、還流比を３〜７の範囲にすることが好ましい。精製蒸留塔５０の塔底から得られる精製ＴＨＦ５は、リボイラ５１で加熱されていることから、クーラ５２で冷却する。
【００２７】
一方、精製蒸留塔５０の塔頂から排出される蒸気は、ＴＨＦを含むため、コンデンサ５３で凝縮した後、この凝縮液７は一部を精製蒸留塔５０の塔頂部へ還流し、一部を凍結脱水装置４０に戻して再処理する。
【００２８】
このように、本実施の形態によれば、凍結脱水装置４０によりＴＨＦに混入する水分を氷結し、固液分離によりＴＨＦと水分とを分離することで、第三成分を何ら添加することなく、ＴＨＦに混入する水分を共沸組成である約６ｗｔ％よりもさらに低い含水率まで除去することができる。したがって、その後の精製蒸留塔５０によって、ＴＨＦを試薬濃度レベルである０．０５ｗｔ％の含水率まで容易に精製することができる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、有機溶剤がＴＨＦの場合について説明してきたが、有機溶剤がエタノールの場合、水との共沸組成の含水率は約４ｗｔ％であり、凍結脱水装置４０で、−３５℃から−５０℃の範囲に冷却することで、１ｗｔ％から２ｗｔ％の範囲の含水率まで脱水することができる。有機溶剤がイソプロピルアルコールの場合、水との共沸組成の含水率は約１２ｗｔ％であり、凍結脱水装置４０で、−３５℃から−５０℃の範囲に冷却することで、２ｗｔ％から６ｗｔ％の範囲の含水率まで脱水することができる。有機溶剤が酢酸エチルの場合、水との共沸組成の含水率は約８％であり、凍結脱水装置４０で、−３５℃から−５０℃の範囲に冷却することで、２％から４％の範囲の含水率まで脱水することができる。有機溶剤がメチルエチルケトンの場合、水との共沸組成の含水率は約１１％であり、凍結脱水装置４０で、−３５℃から−５０℃の範囲に冷却することで、２％から６％の範囲の含水率まで脱水することができる。有機溶剤がジオキサンの場合、水との共沸組成の含水率は約１８ｗｔ％であり、凍結脱水装置４０で、−３５℃から−５０℃の範囲に冷却することで、３ｗｔ％から９ｗｔ％の範囲の含水率まで脱水することができる。
【００３０】
次に、本発明に係る凍結脱水装置の一実施の形態について詳細に説明する。図２は、本発明に係る凍結脱水装置の一実施の形態の概略を示す模式図である。図１の吸収式溶剤回収システムの凍結脱水装置の詳しい説明でもあり、図１と同様な構成については同じ符号を付した。
【００３１】
図２に示すように、凍結脱水装置４０は、含水ＴＨＦ液３が導入、収容される冷却槽４２と、冷却槽内の含水ＴＨＦ液３を攪拌する攪拌機４３と、冷却槽内の含水ＴＨＦ液３を冷却する冷凍機４５と、冷却槽内で水分が氷結した氷と液体状態を保ったＴＨＦとを固液分離するフィルタ４７とから主に構成されている。
【００３２】
冷却槽４２は、ステンレス鋼等の材質で形成されていることが好ましい。攪拌機４３としては、冷却槽４２内で水平方向に回転する複数枚の攪拌翼４４が設置されている。撹拌翼４４にはステンレスや、ステンレスにポリテトラフルオロエチレンなどの樹脂をコーティングしたものを使用することが好ましい。なお、攪拌機４３は、このような機械式攪拌機に限定されず、例えば、ポンプ等によって、冷却槽内から含水ＴＨＦ液の一部を取り込み、再び冷却槽内に含水ＴＨＦ液を導入することで、冷却槽内を同様に攪拌することもできる。
【００３３】
含水ＴＨＦ液を間接的に冷却するため、冷凍機４５から供給された冷媒が循環する冷却管４６が、冷却槽４２内に設置されている。図２では、見やすさを優先して、冷却槽の一部分にのみ冷却管４６が設置されているが、冷却槽４２の全面に冷却管４６を設置することが好ましい。また、冷却槽４２の壁面に設けたジャケット（図示省略）に、冷却した冷媒を循環させることもできる。冷媒としては、例えば、冷熱媒体油や融点の低い溶剤を用いることが好ましい。
【００３４】
冷却槽４２の底部には排出管４９が取り付けられており、この排出管４９にはフィルタ４７が設置されている。また、排出管４９には、自動弁４８が設置されており、これにより排出管４９は、脱水ＴＨＦ液４を排出する排出管４９ａと、溶解液６を排出する排出管４９ｂとに分岐している。
【００３５】
このような構成によれば、先ず、冷却槽４２に含水ＴＨＦ液３を注入する。冷却槽４２内が含水ＴＨＦ液３で満たされたら、次に、冷却管４６内に冷却した冷媒を循環させて、冷却槽４２内の含水ＴＨＦ液３を冷却する。冷却は、攪拌機４３により攪拌翼４４を回転させながら行う。このように含水ＴＨＦ液３を攪拌しながら冷却することで、含水ＴＨＦ液３中の水分が氷結を始め、その一部は冷却管４６の表面に付着するが、攪拌により表面から剥がれて液中を浮遊する。そして、冷却槽４２内全体にわたって均一に水分が氷結することから、含水ＴＨＦ液３をシャーベット状にすることができる。
【００３６】
含水ＴＨＦ液３を冷却槽４２内全体にわたって均一にシャーベット状になるように冷却するには、冷却槽４２内の含水ＴＨＦ液３の冷却速度を、０．２〜１．０℃／分の範囲にするとともに、冷却槽４２内の撹拌翼４４の撹拌速度を、３０〜１２０ｒｐｍの範囲にすることが好ましい。特に、冷却速度を０．４〜０．６℃／分の範囲にすることがより好ましい。また、冷却温度は−２５℃から−６０℃の範囲が好ましく、−３５℃から−５０℃の範囲がより好ましい。
【００３７】
冷却槽４２内を所定の冷却温度まで冷却したら、次に、冷却槽４２内から脱水ＴＨＦ液４を回収する。この場合、排出管４９の脱水ＴＨＦ側の自動弁４８ａを開き、溶解液側の自動弁４８ｂは閉じる。これにより、液体状態を保っているＴＨＦがフィルタ４７を介して冷却槽４２から排出管４９ａへと排出される。ＴＨＦの排出は自重により行う。シャーベット状の氷は、フィルタ４７によりトラップされて冷却槽４２内に残り、高度に脱水された脱水ＴＨＦ４を得ることができる。
【００３８】
冷却槽４２内で液体状態を保ったＴＨＦとシャーベット状の氷を適切に分離するには、フィルタ４７の目の開きを０．１５ｍｍから１ｍｍの範囲にすることが好ましく、０．２ｍｍから０．３ｍｍの範囲にすることがより好ましい。
【００３９】
脱水ＴＨＦ４の回収を終えたら、次に、冷却槽４２内の溶解液６の排出を行う。この場合、排出管４９の脱水ＴＨＦ側の自動弁４８ａを閉じて、溶解液側の自動弁４８ｂを開く。そして、冷却管４６の冷媒の循環を止め、冷却槽４２内を氷が溶解する温度まで戻す。これにより、冷却槽４２内に残った氷が溶解し、この溶解液６が、フィルタ４７を介して冷却槽４２から排出管４９ｂへと排出される。
【００４０】
凍結脱水装置４０として、冷却槽４２を複数設けることもできる。図３に、２基の冷却槽を並列に設置した場合の実施の形態を示す。なお、図２と同様の構成については同一の符号を付した。また、図４に、この実施の形態における凍結脱水装置の運転スケジュールを示す。
【００４１】
図３に示すように、本実施の形態の凍結脱水装置には、冷却槽Ａ４２ａと冷却槽Ｂ４２ｂの２基の冷却槽が配置されており、各冷却槽４２ａ、４２ｂには、図２と同様に、攪拌機４３ａ、４３ｂと、冷却管４６ａ、４６ｂと、フィルタ４７ａ、４７ｂとがそれぞれ設置されている。なお、各冷却管４６ａ、４６ｂには、冷凍機４５から冷媒が並列的に供給されるように配管されている。また、各冷却槽４２ａ、４２ｂには、冷却槽内の含水ＴＨＦ液の注入量を検知するセンサ７１ａ、７１ｂと、冷却槽内の含水ＴＨＦ液の温度を測定する温度計７３ａ、７３ｂがそれぞれ設置されている。
【００４２】
さらに、２基の冷却槽４２に含水ＴＨＦ液３を並列的に注入するための原液タンク６１が設置されている。原液タンク６１と冷却槽４２との間には、含水ＴＨＦ液３を冷却槽４２に送るための配管が設置されており、この配管には、含水ＴＨＦ液３を冷却槽に送るためのポンプ６２と、脱水ＴＨＦ液４と熱交換を行うための冷熱回収器６３が設けられている。また、この配管には、冷却槽Ａ４２ａに含水ＴＨＦ液３を注入する自動弁７２ａと、冷却槽Ｂ４２ｂに含水ＴＨＦ液３を注入する自動弁７２ｂが設けられている。また、各冷却管４６ａ、４６ｂにも、冷媒の循環を制御する自動弁７４ａ、７４ｂがそれぞれ設けられている。
【００４３】
２基の冷却槽４２ａ、４２ｂの底面は、それぞれ自動弁４８ｃ、４８ｄを介して、排出管４９と接続している。排出管４９には、脱水ＴＨＦ液４を排出するための自動弁４８ａと、溶解液６を排出するための自動弁４８ｂが設けられている。脱水ＴＨＦ液４を排出する排出管４９ａには、含水ＴＨＦ液３と熱交換を行うための冷熱回収器６３が設置されている。
【００４４】
また、溶解液６を排出する排出管４９ｂには、溶解液を一時的に貯留する溶解液タンク６４と、溶解液を冷却槽４２に送るためのポンプ６５と、溶解液を加熱するための加熱器６６と、溶解液を凍結脱水装置から排水するための自動弁４８ｅと、溶解液を冷却槽Ａ４２ａに供給するための自動弁４８ｆと、溶解液を冷却槽Ｂ４２ｂに供給するための自動弁４８ｇが設けられている。
【００４５】
このような構成によれば、先ず、図４に示すように、一方の冷却槽Ａに処理対象である含水ＴＨＦ液の注入を行う。よって、原液タンクのポンプ６２の運転を開始するとともに、冷却槽Ａの注入側の自動弁７２ａを開く。なお、残りの自動弁は閉じておく。これにより、原液タンク６１内の含水ＴＨＦ液３が冷却槽Ａ４２ａ内へと注入される。所定の量の含水ＴＨＦ液が冷却槽Ａ４２ａ内に溜まると、センサ７１ａがこれを検知して、注入用の自動弁７２ａを閉じる。
【００４６】
冷却槽Ａへの含水ＴＨＦ液の注入を終えたら、次に、冷却槽Ａ内の含水ＴＨＦ液の冷却を行う。よって、原液タンクのポンプ６２を停止するとともに、冷却槽Ａ側の冷却管の自動弁７４ａを開き、そして、冷却槽Ａ側の攪拌機４３ａを起動する。これによって、冷却槽Ａ４２ａ内の含水ＴＨＦ液は、攪拌機４３ａによる攪拌を受けながら、冷却管４６ａにより冷却される。冷却槽Ａ４２ａ内の含水ＴＨＦ液が所定の冷却温度に達すると、温度計７３ａがこれを検知して、冷却管の自動弁７４ａを閉じる。
【００４７】
冷却槽Ａ内の含水ＴＨＦ液を所定の温度まで冷却したら、次に、冷却槽Ａ内の脱水ＴＨＦ液の回収を行う。よって、冷却槽Ａの排出側の自動弁４８ｃと、脱水ＴＨＦ液の排出用の自動弁４８ａを開く。これにより、冷却槽Ａ４２ａ内の脱水ＴＨＦ液４が、フィルタ４７ａを通って排出され、更に排出管４９ａを通って冷熱回収器６３内に供給される。
【００４８】
この冷却槽Ａでの脱水ＴＨＦの回収と同時に、他方の冷却槽Ｂでは、含水ＴＨＦ液の注入を行う。よって、原液タンクのポンプ６２の運転を開始するとともに、冷却槽Ｂの注入側の自動弁７２ｂを開く。これにより、原液タンク６１中の含水ＴＨＦ液３が、冷熱回収器６３を経てから、冷却槽Ｂ４２ｂに注入される。この時、冷熱回収器６３では、通常、約３０℃である含水ＴＨＦ液３と、冷却槽Ａ４２ａで所定の冷却温度に冷却された脱水ＴＨＦ液４との間で熱交換が行われる。これによって脱水ＴＨＦ液４の冷熱を回収することができる。所定の量の含水ＴＨＦ液が冷却槽Ｂ４２ｂ内に溜まると、センサ７１ｂがこれを検知して、注入用の自動弁７２ｂを閉じる。
【００４９】
冷却槽Ａ内の脱水ＴＨＦ液を回収したら、今度は、冷却槽Ａ内の溶解液の排出を行う。それと同時に、冷却槽Ｂでは、含水ＴＨＦ液の冷却を行う。よって、原液タンクのポンプ６２を停止し、脱水ＴＨＦ液の排出用の自動弁４８ａを閉じる一方で、溶解液タンクのポンプ６５の運転を開始し、冷却槽Ａの溶解液供給用の自動弁４８ｆ、冷却槽Ｂ側の冷却管の自動弁７４ｂ、溶解液の排出用の自動弁４８ｂを開く。
【００５０】
これにより、氷の溶解により生じた溶解液が冷却槽Ａ４２ａ内から排出され、排出管４９ｂを通って溶解液タンク６４に供給される。溶解液タンク６４内の溶解液は、ポンプ６５により加熱器６６に送られ、加熱器６６で加熱される。加熱器６６では、溶解液が常温程度に加熱されれば良いので、加熱器の熱源としては工水６７を利用することができる。そして、加熱された溶解液は、冷却槽Ａ４２ａ内に供給、散布される。これによって、フィルタ４７ａに溜まった氷の解凍や、冷却管４６ａ表面に付着した氷の解凍を促進して、氷結した氷の解凍時間を短縮することができる。なお、図には示していないが、工水を冷却槽Ａ内に供給、散布しても、同様に解凍時間を短縮することができる。
【００５１】
冷却槽Ａ４２ａから排出される全ての溶解液を溶解液タンク６４に供給すると、溶解液タンク６４内に過剰な量の溶解液が溜まってしまう。そこで、冷却槽Ａ４２ａ内の溶解液の排出が終わったら、冷却槽Ａの排出側の自動弁４８ｃと、冷却槽Ａの溶解液供給用の自動弁４８ｆを閉じ、溶解液の排出用の自動弁４８ｅを開いて、溶解液タンク６４内の一部の溶解液を凍結脱水装置の外へと排出する。排出した溶解液６は、脱水蒸留塔に送って再処理する。
【００５２】
このように冷却槽Ａ４２ａで溶解液の排出が行われている間に、冷却槽Ｂ４２ｂ内の含水ＴＨＦ液は、攪拌機４３ｂによる攪拌を受けながら、冷却管４６ｂにより冷却される。冷却槽Ｂ４２ｂ内の含水ＴＨＦ液が所定の冷却温度に達すると、温度計７３ｂがこれを検知して、冷却管の自動弁７４ｂを閉じる。
【００５３】
冷却槽Ａから溶解液を排出したら、再び、冷却槽Ａに含水ＴＨＦ液を注入する。それと同時に、冷却槽Ｂでは、脱水ＴＨＦ液の回収を行う。よって、原液タンク６１のポンプ６２の運転を開始する一方、溶解液タンクのポンプ６５を停止し、冷却槽Ａの注入側の自動弁７２ａ、冷却槽Ｂの排出側の自動弁４８ｄ、脱水ＴＨＦ液の排出用の自動弁４８ａを開く。これにより、冷却槽Ｂ４２ｂ内の脱水ＴＨＦ液が、フィルタ４７ｂ及び排出管４９ａを通って冷熱回収器６３内に供給される。また、原液タンク６１内の含水ＴＨＦ液は、冷熱回収器６３において、この所定の冷却温度に冷却された脱水ＴＨＦとの熱交換が行われた後、冷却槽Ａ４２ａに注入される。
【００５４】
冷却槽Ａに含水ＴＨＦ液を注入したら、この含水ＴＨＦ液を冷却する。それと同時に、冷却槽Ｂでは、溶解液の排出を行う。このように、含水ＴＨＦ液の注入、冷却、脱水ＴＨＦ回収、溶解液排出の４種類の冷却槽の処理内容を、２基の冷却槽でずらして、繰り返し行うことで、凍結脱水装置での処理を効率的に行うことができる。また、冷却槽の基数をさらに増やすことで、大容量の含水ＴＨＦ液を容易に処理することができる。
【実施例】
【００５５】
共沸組成である６ｗｔ％の含水率を有する含水ＴＨＦ液を調製し、この含水ＴＨＦ液を冷却することで、液中の水分を氷結させ、脱水ＴＨＦ液を得た。この脱水ＴＨＦ液の冷却温度と、その時の脱水ＴＨＦ液中の含水率について測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、冷却温度を下げる程、脱水ＴＨＦ中の含水率は下がった。
【００５６】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る吸収式溶剤回収システムの一実施の形態を示す模式図である。
【図２】本発明に係る凍結脱水装置の一実施の形態を示す模式図である。
【図３】本発明に係る凍結脱水装置の別の実施の形態を示す模式図である。
【図４】図３に示す凍結脱水装置の運転スケジュールを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１ ＴＨＦ含有ガス
２ ＴＨＦ水溶液
３ 含水ＴＨＦ液
４ 脱水ＴＨＦ液
５ 精製ＴＨＦ
６ 溶解液
７ 凝縮液
１１ ガスフィルタ
１２ ガスブロワ
１３ ガスクーラ
２０ ガス吸収塔
２１、２３、４１ ポンプ
２２ 予熱器
２４、５２ クーラ
２６ 排気管
３０ 脱水蒸留塔
３１、５１ リボイラ
３２、５３ コンデンサ
４０ 凍結脱水装置
４２ 冷却槽
４３ 攪拌機
４４ 攪拌翼
４５ 冷凍機
４６ 冷却管
４７ フィルタ
４８ 自動弁
４９ 排出管
５０ 精製蒸留塔
６１ 原液タンク
６２、６５ ポンプ
６３ 冷熱回収器
６４ 溶解液タンク
６６ 加熱器
７１ センサ
７２、７４ 自動弁
７３ 温度計
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶剤回収方法およびそのシステム、並びに凍結脱水方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）は、有機溶剤として広く使用されているが、高価な溶剤であるため、回収して再利用できれば経済的なメリットが大きい。ＴＨＦを含むガスから、ＴＨＦを回収する方法としては、非特許文献１に記載されているように、ガス中のＴＨＦを水に吸収した後、このＴＨＦを吸収した水を脱水蒸留する方法が記載されている。しかしながら、ＴＨＦは水と共沸するため、この方法では、共沸組成である約６ｗｔ％の水分を含むＴＨＦしか得ることができない。
【０００３】
そこで、非特許文献１には、ＴＨＦをより高純度に精製するという方法として、上記の共沸組成の蒸留液に、ペンタン等の抽出溶剤を添加して、水、ＴＨＦ、抽出溶剤の３成分系にして精製蒸留を行うことで、水がＴＨＦから分離され、ＴＨＦをより高濃度に精製する方法が記載されている。また、この非特許文献１には、別法として、上記の共沸組成の蒸留液を、水酸化ナトリウムや塩化カルシウムなどの吸水剤を充填した塔に通水して、ＴＨＦ中の水分を吸収する方法が記載されている。
【０００４】
【非特許文献１】「テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）の回収（Recovery of Tetrahydrofuran (THF)）」，製品情報（Product Information），デュポン・テラタン（登録商標）製品（DuPont Terathane (R) Products）、デュポン（DuPont）社発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ペンタン等の抽出溶剤を添加して精製蒸留をする方法では、回収したＴＨＦ中にこの抽出溶剤が混入する可能性があり、高純度のＴＨＦを得るのが難しいという問題がある。また、水酸化ナトリウムなどの吸水剤を使用する方法も、回収したＴＨＦ中に吸水剤が混入する可能性があり、高純度のＴＨＦを得るのが難しいとともに、水分を吸収した使用済みの吸水剤が多量に発生することから、この吸水剤の処理も問題となる。なお、このような問題は、ＴＨＦに限らず、エタノール等といった水と共沸するため、蒸留のみでは共沸組成までしか含水率を下げられない有機溶剤を、高純度に回収する方法においても共通する問題である。
【０００６】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、第三成分を添加または使用することなく、共沸組成よりも含水率が低い高純度の有機溶剤を回収することができる溶剤回収方法およびそのシステム、並びに凍結脱水方法およびその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は、その一態様として、溶剤回収システムであって、有機溶剤を含有するガスを、水と気液接触させて、前記水に前記有機溶剤を吸収させるガス吸収手段と、前記ガス吸収手段から得られる有機溶剤の水溶液を蒸留して、前記有機溶剤の水溶液中の含水率を、前記有機溶剤と水との共沸組成である含水率またはそれ以上にまで下げる脱水蒸留手段と、前記脱水蒸留手段により得られた蒸留液を冷却して、この蒸留液中に含まれる水分を氷結し、前記蒸留液中の水分を、前記有機溶剤と水との共沸組成である含水率よりも更に下げる凍結脱水装置とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明は、別の態様として、溶剤回収方法であって、有機溶剤を含有するガスを、水と気液接触させて、前記水に前記有機溶剤を吸収させるガス吸収工程と、前記ガス吸収工程で得られる有機溶剤の水溶液を蒸留して、前記有機溶剤の水溶液中の含水率を、前記有機溶剤と水との共沸組成である含水率またはそれ以上にまで下げる脱水蒸留工程と、前記脱水蒸留工程により得られた蒸留液を冷却して、この蒸留液中に含まれる水分を氷結し、前記蒸留液中の水分を、前記有機溶剤と水との共沸組成である含水率よりも更に下げる凍結脱水工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明は、また別の態様として、凍結脱水装置であって、有機溶剤と水とを含有する処理対象液を収容する冷却槽と、この冷却槽内の処理対象液を攪拌する攪拌手段と、前記冷却槽内の処理対象液を、処理対象液中の水が氷結して、シャーベット状になるまで冷却する冷却手段と、前記シャーベット状となった処理対象液中から、液体状態を保った前記有機溶剤とシャーベット状の氷を分離するためのフィルタと、前記分離したシャーベット状の氷を加温して液化する手段とを備えたことを特徴とする。前記フィルタの目の開きは０．１５ｍｍから１ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００１０】
本発明は、さらに別の態様として、溶剤回収方法であって、有機溶剤と水とを含有する処理対象液を攪拌しながら、前記処理対象液中の水が氷結して前記処理対象液がシャーベット状になるまで、前記処理対象液を冷却する冷却工程と、前記シャーベット状となった処理対象液中から、シャーベット状の氷をフィルタによって分離、除去する有機溶剤回収工程と、前記分離したシャーベット状の氷を加温して液化する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
このように本発明によれば、第三成分を添加または使用することなく、共沸組成よりも含水率が低い高純度の有機溶剤を回収することができる溶剤回収方法およびそのシステム、並びに凍結脱水方法およびその装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る吸収式溶剤回収システムの一実施の形態について説明する。図１は、本発明に係る吸収式溶剤回収システムの一実施の形態の概略を示す模式図である。なお、処理対象となる溶剤がテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）の場合について説明するが、本発明は、ＴＨＦに限定されるものではなく、エタノールや、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、メチルエチルケトン、ジオキサンなどの水溶性で、且つ水と共沸する性質を有する有機溶剤についても、同様に高純度で回収することができる。
【００１３】
図１に示すように、吸収式溶剤回収システム１０は、ＴＨＦ含有ガス１からＴＨＦを吸収、除去するガス吸収塔２０と、ガス吸収塔２０で生成したＴＨＦ水溶液を蒸留して、水分を共沸組成まで除去することができる脱水蒸留塔３０と、脱水蒸留塔３０で得た含水ＴＨＦ液中の水分を氷結、分離して、高度な脱水を行う凍結脱水装置４０と、凍結脱水装置４０で得た脱水ＴＨＦを精製蒸留して、高純度な精製ＴＨＦを得る精製蒸留塔５０とから主に構成されている。
【００１４】
ガス吸収塔２０は、ＴＨＦ含有ガス１を、吸収液である水と気液接触させて、ガス中のＴＨＦを吸収液に吸収、除去する装置であれば、特に限定されるものではない。なお、ガス吸収塔２０のＴＨＦ含有ガス１が導入される上流側には、ＴＨＦ含有ガス１中に含まれる微粒子などを除去するガスフィルタ１１と、ＴＨＦ含有ガス１をガス吸収塔２０に送るためのガスブロワ１２と、ＴＨＦ含有ガス１を冷却するガスクーラ１３が設置されている。
【００１５】
ガス吸収塔２０と脱水蒸留塔３０との間には、ガス吸収塔２０の塔底から排出されるＴＨＦ水溶液２を脱水蒸留塔３０に送るための配管が設置され、この配管には、ＴＨＦ水溶液２を送るためのポンプ２１と、ＴＨＦ水溶液２を予熱する予熱器２２が設置されている。ガス吸収塔２０の塔頂には、ＴＨＦが除去されたガスを排出するための排気管２６が設置されている。
【００１６】
脱水蒸留塔３０は、ＴＨＦ水溶液２を蒸留して、水を共沸組成（含水率：約６ｗｔ％）まで除去できる装置であれば、特に限定されるものではない。脱水蒸留塔３０には、その塔底部に、ＴＨＦ水溶液２を蒸気により加熱するリボイラ３１が設置されている。脱水蒸留塔３０とガス吸収塔２０との間には、脱水蒸留塔３０の塔底から排出される水を吸収液として再利用するためにガス吸収塔２０へ送るための配管が設置され、この配管には、再利用水を送るためのポンプ２３と、この再利用水の熱でＴＨＦ水溶液２を予熱する予熱器２２と、この再利用水を更に冷却するクーラ２４が設置されている。
【００１７】
脱水蒸留塔３０と凍結脱水装置４０との間には、脱水蒸留塔３０の塔頂から排出されるガスを凝縮するコンデンサ３２が設置されている。また、コンデンサ３２により得られた凝縮液である含水ＴＨＦ液３を、脱水蒸留塔３０および凍結脱水装置４０に送るための配管が設置されている。
【００１８】
凍結脱水装置４０の詳細については後述するが、含水ＴＨＦ液を冷却して液中の水分を氷結させ、氷とＴＨＦを固液分離する装置である。凍結脱水装置４０と精製蒸留塔５０との間には、凍結脱水装置４０で得られる脱水ＴＨＦ液４を精製蒸留塔５０へ送るための配管が設置され、この配管には、脱水ＴＨＦ液を送るためのポンプ４１が設置されている。また、凍結脱水装置４０には、除去された氷を溶解した溶解液６を脱水蒸留塔３０に送るための配管が設置されている。
【００１９】
精製蒸留塔５０は、第三成分を添加することなく、共沸組成よりも含水率を下げることができる装置であれば、特に限定されるものではない。精製蒸留塔５０には、その塔底部に、脱水ＴＨＦ液を蒸気により加熱するリボイラ５１が設置されている。また、精製蒸留塔５０の塔底側出口には、塔底から排出される精製ＴＨＦ５を冷却するクーラ５２が設置されている。精製蒸留塔５０の塔頂側出口には、塔頂から排出されるガスを凝縮するコンデンサ５３と、このコンデンサ５３により得られた凝縮液７を、精製蒸留塔５０および凍結脱水装置４０に送るための配管が設置されている。
【００２０】
以上のような構成によれば、先ず、コーター等の生産設備（図示省略）から排出されたＴＨＦ含有ガス１は、ガスブロワ１２により、ガスフィルタ１１及びガスクーラ１３を介してガス吸収塔２０に導入する。ガス吸収塔２０内では、ＴＨＦ含有ガス１は、吸収液である水と気液接触し、ガス中のＴＨＦが水に吸収、除去され、塔頂の排気管２６から清浄なガスとして排出される。一方、ＴＨＦを吸収した吸収液は、ＴＨＦ水溶液２として塔底から排出される。
【００２１】
ＴＨＦ水溶液２は、ポンプ２１によって予熱器２２に送り、予熱器２２で予熱を行った後、脱水蒸留塔３０に導入する。脱水蒸留塔３０では、ＴＨＦ水溶液２を蒸留することで、沸点が約６４℃と低いＴＨＦが塔頂から得られ、塔底からは水が回収される。ここで塔頂から得られるＴＨＦは、水と共沸することから、完全な脱水はできず、水との共沸組成である約６ｗｔ％の含水率を少なくとも含むこととなる。ＴＨＦガスは、コンデンサ３２により凝縮されて含水ＴＨＦ液３となる。
【００２２】
このようにして得られる含水ＴＨＦ液３の含水率は、６ｗｔ％から８ｗｔ％にすることが好ましい。脱水蒸留塔３０でこの範囲の含水率を得るためには、例えば、脱水蒸留塔３０の塔の段数を２５〜３５段の範囲、塔頂の圧力を大気圧とほぼ同じ、塔底の温度を
１００〜１１０℃の範囲、還流比を７〜１５の範囲にすることが好ましい。
【００２３】
脱水蒸留塔３０で回収された水は、リボイラ３１により加熱されていることから、ポンプ２３によって予熱器２２に送り、ＴＨＦ水溶液２との間で熱交換を行って熱を回収した後、クーラ２４で更に温度を下げてから、ガス吸収塔２０に導入し、吸収液として再利用する。
【００２４】
脱水蒸留塔３０で得た含水ＴＨＦ液３は、一部を脱水蒸留塔３０の塔頂部へ還流し、一部を抜出して凍結脱水装置４０へと導入する。凍結脱水装置４０では含水ＴＨＦ液３を冷却する。ＴＨＦよりも水の方が凝固点が高いため、含水ＴＨＦ液３中の水分を氷結することができる。低温条件下では、ＴＨＦと水とは包接化合物といわれる固体を生成することが知られている。本明細書では、氷点下の温度で氷あるいは包接化合物の固体が生成することを氷結と称する。冷却温度が下がるに従って、氷の量が増加することから、その分、含水ＴＨＦ液３中の含水率を下げることができる。冷却温度は、−２５℃から−６０℃の範囲が好ましく、−３５℃から−５０℃の範囲がより好ましい。そして、固液分離により、液体状態を保ったＴＨＦを凍結脱水装置４０から排出することで、水分濃度の高いシャーベット状の物質を分離し、脱水することができる。これによって、含水率が１ｗｔ％から３ｗｔ％と高度な脱水がなされた脱水ＴＨＦ液４を得ることができる。
【００２５】
この脱水ＴＨＦ液４は、ポンプ４１により精製蒸留塔５０に導入する。一方、凍結脱水装置４０に残留した氷は、自然解凍などによって溶解した後、凍結脱水装置４０から排出する。この溶解液６は、ＴＨＦを含むため、脱水蒸留塔３０に戻して再処理を行う。
【００２６】
精製蒸留塔５０では、脱水ＴＨＦ液４を精製蒸留することで、ＴＨＦの濃度をＪＩＳ Ｋ９７０５により規定されるＴＨＦ試薬レベルの品質にまで精製する。すなわち、脱水ＴＨＦ液４の含水率を０．０５ｗｔ％以下にまで下げる。このような精製蒸留を行うためには、例えば、精製蒸留塔５０の塔の段数を２５〜３５段の範囲、塔頂の圧力を大気圧とほぼ同じ、塔底の温度を６５〜７０℃の範囲、還流比を３〜７の範囲にすることが好ましい。精製蒸留塔５０の塔底から得られる精製ＴＨＦ５は、リボイラ５１で加熱されていることから、クーラ５２で冷却する。
【００２７】
一方、精製蒸留塔５０の塔頂から排出される蒸気は、ＴＨＦを含むため、コンデンサ５３で凝縮した後、この凝縮液７は一部を精製蒸留塔５０の塔頂部へ還流し、一部を凍結脱水装置４０に戻して再処理する。
【００２８】
このように、本実施の形態によれば、凍結脱水装置４０によりＴＨＦに混入する水分を氷結し、固液分離によりＴＨＦと水分とを分離することで、第三成分を何ら添加することなく、ＴＨＦに混入する水分を共沸組成である約６ｗｔ％よりもさらに低い含水率まで除去することができる。したがって、その後の精製蒸留塔５０によって、ＴＨＦを試薬濃度レベルである０．０５ｗｔ％の含水率まで容易に精製することができる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、有機溶剤がＴＨＦの場合について説明してきたが、有機溶剤がエタノールの場合、水との共沸組成の含水率は約４ｗｔ％であり、凍結脱水装置４０で、−３５℃から−５０℃の範囲に冷却することで、１ｗｔ％から２ｗｔ％の範囲の含水率まで脱水することができる。有機溶剤がイソプロピルアルコールの場合、水との共沸組成の含水率は約１２ｗｔ％であり、凍結脱水装置４０で、−３５℃から−５０℃の範囲に冷却することで、２ｗｔ％から６ｗｔ％の範囲の含水率まで脱水することができる。有機溶剤が酢酸エチルの場合、水との共沸組成の含水率は約８％であり、凍結脱水装置４０で、−３５℃から−５０℃の範囲に冷却することで、２％から４％の範囲の含水率まで脱水することができる。有機溶剤がメチルエチルケトンの場合、水との共沸組成の含水率は約１１％であり、凍結脱水装置４０で、−３５℃から−５０℃の範囲に冷却することで、２％から６％の範囲の含水率まで脱水することができる。有機溶剤がジオキサンの場合、水との共沸組成の含水率は約１８ｗｔ％であり、凍結脱水装置４０で、−３５℃から−５０℃の範囲に冷却することで、３ｗｔ％から９ｗｔ％の範囲の含水率まで脱水することができる。
【００３０】
次に、本発明に係る凍結脱水装置の一実施の形態について詳細に説明する。図２は、本発明に係る凍結脱水装置の一実施の形態の概略を示す模式図である。図１の吸収式溶剤回収システムの凍結脱水装置の詳しい説明でもあり、図１と同様な構成については同じ符号を付した。
【００３１】
図２に示すように、凍結脱水装置４０は、含水ＴＨＦ液３が導入、収容される冷却槽４２と、冷却槽内の含水ＴＨＦ液３を攪拌する攪拌機４３と、冷却槽内の含水ＴＨＦ液３を冷却する冷凍機４５と、冷却槽内で水分が氷結した氷と液体状態を保ったＴＨＦとを固液分離するフィルタ４７とから主に構成されている。
【００３２】
冷却槽４２は、ステンレス鋼等の材質で形成されていることが好ましい。攪拌機４３としては、冷却槽４２内で水平方向に回転する複数枚の攪拌翼４４が設置されている。撹拌翼４４にはステンレスや、ステンレスにポリテトラフルオロエチレンなどの樹脂をコーティングしたものを使用することが好ましい。なお、攪拌機４３は、このような機械式攪拌機に限定されず、例えば、ポンプ等によって、冷却槽内から含水ＴＨＦ液の一部を取り込み、再び冷却槽内に含水ＴＨＦ液を導入することで、冷却槽内を同様に攪拌することもできる。
【００３３】
含水ＴＨＦ液を間接的に冷却するため、冷凍機４５から供給された冷媒が循環する冷却管４６が、冷却槽４２内に設置されている。図２では、見やすさを優先して、冷却槽の一部分にのみ冷却管４６が設置されているが、冷却槽４２の全面に冷却管４６を設置することが好ましい。また、冷却槽４２の壁面に設けたジャケット（図示省略）に、冷却した冷媒を循環させることもできる。冷媒としては、例えば、冷熱媒体油や融点の低い溶剤を用いることが好ましい。
【００３４】
冷却槽４２の底部には排出管４９が取り付けられており、この排出管４９にはフィルタ４７が設置されている。また、排出管４９には、自動弁４８が設置されており、これにより排出管４９は、脱水ＴＨＦ液４を排出する排出管４９ａと、溶解液６を排出する排出管４９ｂとに分岐している。
【００３５】
このような構成によれば、先ず、冷却槽４２に含水ＴＨＦ液３を注入する。冷却槽４２内が含水ＴＨＦ液３で満たされたら、次に、冷却管４６内に冷却した冷媒を循環させて、冷却槽４２内の含水ＴＨＦ液３を冷却する。冷却は、攪拌機４３により攪拌翼４４を回転させながら行う。このように含水ＴＨＦ液３を攪拌しながら冷却することで、含水ＴＨＦ液３中の水分が氷結を始め、その一部は冷却管４６の表面に付着するが、攪拌により表面から剥がれて液中を浮遊する。そして、冷却槽４２内全体にわたって均一に水分が氷結することから、含水ＴＨＦ液３をシャーベット状にすることができる。
【００３６】
含水ＴＨＦ液３を冷却槽４２内全体にわたって均一にシャーベット状になるように冷却するには、冷却槽４２内の含水ＴＨＦ液３の冷却速度を、０．２〜１．０℃／分の範囲にするとともに、冷却槽４２内の撹拌翼４４の撹拌速度を、３０〜１２０ｒｐｍの範囲にすることが好ましい。特に、冷却速度を０．４〜０．６℃／分の範囲にすることがより好ましい。また、冷却温度は−２５℃から−６０℃の範囲が好ましく、−３５℃から−５０℃の範囲がより好ましい。
【００３７】
冷却槽４２内を所定の冷却温度まで冷却したら、次に、冷却槽４２内から脱水ＴＨＦ液４を回収する。この場合、排出管４９の脱水ＴＨＦ側の自動弁４８ａを開き、溶解液側の自動弁４８ｂは閉じる。これにより、液体状態を保っているＴＨＦがフィルタ４７を介して冷却槽４２から排出管４９ａへと排出される。ＴＨＦの排出は自重により行う。シャーベット状の氷は、フィルタ４７によりトラップされて冷却槽４２内に残り、高度に脱水された脱水ＴＨＦ４を得ることができる。
【００３８】
冷却槽４２内で液体状態を保ったＴＨＦとシャーベット状の氷を適切に分離するには、フィルタ４７の目の開きを０．１５ｍｍから１ｍｍの範囲にすることが好ましく、０．２ｍｍから０．３ｍｍの範囲にすることがより好ましい。
【００３９】
脱水ＴＨＦ４の回収を終えたら、次に、冷却槽４２内の溶解液６の排出を行う。この場合、排出管４９の脱水ＴＨＦ側の自動弁４８ａを閉じて、溶解液側の自動弁４８ｂを開く。そして、冷却管４６の冷媒の循環を止め、冷却槽４２内を氷が溶解する温度まで戻す。これにより、冷却槽４２内に残った氷が溶解し、この溶解液６が、フィルタ４７を介して冷却槽４２から排出管４９ｂへと排出される。
【００４０】
凍結脱水装置４０として、冷却槽４２を複数設けることもできる。図３に、２基の冷却槽を並列に設置した場合の実施の形態を示す。なお、図２と同様の構成については同一の符号を付した。また、図４に、この実施の形態における凍結脱水装置の運転スケジュールを示す。
【００４１】
図３に示すように、本実施の形態の凍結脱水装置には、冷却槽Ａ４２ａと冷却槽Ｂ４２ｂの２基の冷却槽が配置されており、各冷却槽４２ａ、４２ｂには、図２と同様に、攪拌機４３ａ、４３ｂと、冷却管４６ａ、４６ｂと、フィルタ４７ａ、４７ｂとがそれぞれ設置されている。なお、各冷却管４６ａ、４６ｂには、冷凍機４５から冷媒が並列的に供給されるように配管されている。また、各冷却槽４２ａ、４２ｂには、冷却槽内の含水ＴＨＦ液の注入量を検知するセンサ７１ａ、７１ｂと、冷却槽内の含水ＴＨＦ液の温度を測定する温度計７３ａ、７３ｂがそれぞれ設置されている。
【００４２】
さらに、２基の冷却槽４２に含水ＴＨＦ液３を並列的に注入するための原液タンク６１が設置されている。原液タンク６１と冷却槽４２との間には、含水ＴＨＦ液３を冷却槽４２に送るための配管が設置されており、この配管には、含水ＴＨＦ液３を冷却槽に送るためのポンプ６２と、脱水ＴＨＦ液４と熱交換を行うための冷熱回収器６３が設けられている。また、この配管には、冷却槽Ａ４２ａに含水ＴＨＦ液３を注入する自動弁７２ａと、冷却槽Ｂ４２ｂに含水ＴＨＦ液３を注入する自動弁７２ｂが設けられている。また、各冷却管４６ａ、４６ｂにも、冷媒の循環を制御する自動弁７４ａ、７４ｂがそれぞれ設けられている。
【００４３】
２基の冷却槽４２ａ、４２ｂの底面は、それぞれ自動弁４８ｃ、４８ｄを介して、排出管４９と接続している。排出管４９には、脱水ＴＨＦ液４を排出するための自動弁４８ａと、溶解液６を排出するための自動弁４８ｂが設けられている。脱水ＴＨＦ液４を排出する排出管４９ａには、含水ＴＨＦ液３と熱交換を行うための冷熱回収器６３が設置されている。
【００４４】
また、溶解液６を排出する排出管４９ｂには、溶解液を一時的に貯留する溶解液タンク６４と、溶解液を冷却槽４２に送るためのポンプ６５と、溶解液を加熱するための加熱器６６と、溶解液を凍結脱水装置から排水するための自動弁４８ｅと、溶解液を冷却槽Ａ４２ａに供給するための自動弁４８ｆと、溶解液を冷却槽Ｂ４２ｂに供給するための自動弁４８ｇが設けられている。
【００４５】
このような構成によれば、先ず、図４に示すように、一方の冷却槽Ａに処理対象である含水ＴＨＦ液の注入を行う。よって、原液タンクのポンプ６２の運転を開始するとともに、冷却槽Ａの注入側の自動弁７２ａを開く。なお、残りの自動弁は閉じておく。これにより、原液タンク６１内の含水ＴＨＦ液３が冷却槽Ａ４２ａ内へと注入される。所定の量の含水ＴＨＦ液が冷却槽Ａ４２ａ内に溜まると、センサ７１ａがこれを検知して、注入用の自動弁７２ａを閉じる。
【００４６】
冷却槽Ａへの含水ＴＨＦ液の注入を終えたら、次に、冷却槽Ａ内の含水ＴＨＦ液の冷却を行う。よって、原液タンクのポンプ６２を停止するとともに、冷却槽Ａ側の冷却管の自動弁７４ａを開き、そして、冷却槽Ａ側の攪拌機４３ａを起動する。これによって、冷却槽Ａ４２ａ内の含水ＴＨＦ液は、攪拌機４３ａによる攪拌を受けながら、冷却管４６ａにより冷却される。冷却槽Ａ４２ａ内の含水ＴＨＦ液が所定の冷却温度に達すると、温度計７３ａがこれを検知して、冷却管の自動弁７４ａを閉じる。
【００４７】
冷却槽Ａ内の含水ＴＨＦ液を所定の温度まで冷却したら、次に、冷却槽Ａ内の脱水ＴＨＦ液の回収を行う。よって、冷却槽Ａの排出側の自動弁４８ｃと、脱水ＴＨＦ液の排出用の自動弁４８ａを開く。これにより、冷却槽Ａ４２ａ内の脱水ＴＨＦ液４が、フィルタ４７ａを通って排出され、更に排出管４９ａを通って冷熱回収器６３内に供給される。
【００４８】
この冷却槽Ａでの脱水ＴＨＦの回収と同時に、他方の冷却槽Ｂでは、含水ＴＨＦ液の注入を行う。よって、原液タンクのポンプ６２の運転を開始するとともに、冷却槽Ｂの注入側の自動弁７２ｂを開く。これにより、原液タンク６１中の含水ＴＨＦ液３が、冷熱回収器６３を経てから、冷却槽Ｂ４２ｂに注入される。この時、冷熱回収器６３では、通常、約３０℃である含水ＴＨＦ液３と、冷却槽Ａ４２ａで所定の冷却温度に冷却された脱水ＴＨＦ液４との間で熱交換が行われる。これによって脱水ＴＨＦ液４の冷熱を回収することができる。所定の量の含水ＴＨＦ液が冷却槽Ｂ４２ｂ内に溜まると、センサ７１ｂがこれを検知して、注入用の自動弁７２ｂを閉じる。
【００４９】
冷却槽Ａ内の脱水ＴＨＦ液を回収したら、今度は、冷却槽Ａ内の溶解液の排出を行う。それと同時に、冷却槽Ｂでは、含水ＴＨＦ液の冷却を行う。よって、原液タンクのポンプ６２を停止し、脱水ＴＨＦ液の排出用の自動弁４８ａを閉じる一方で、溶解液タンクのポンプ６５の運転を開始し、冷却槽Ａの溶解液供給用の自動弁４８ｆ、冷却槽Ｂ側の冷却管の自動弁７４ｂ、溶解液の排出用の自動弁４８ｂを開く。
【００５０】
これにより、氷の溶解により生じた溶解液が冷却槽Ａ４２ａ内から排出され、排出管４９ｂを通って溶解液タンク６４に供給される。溶解液タンク６４内の溶解液は、ポンプ６５により加熱器６６に送られ、加熱器６６で加熱される。加熱器６６では、溶解液が常温程度に加熱されれば良いので、加熱器の熱源としては工水６７を利用することができる。そして、加熱された溶解液は、冷却槽Ａ４２ａ内に供給、散布される。これによって、フィルタ４７ａに溜まった氷の解凍や、冷却管４６ａ表面に付着した氷の解凍を促進して、氷結した氷の解凍時間を短縮することができる。なお、図には示していないが、工水を冷却槽Ａ内に供給、散布しても、同様に解凍時間を短縮することができる。
【００５１】
冷却槽Ａ４２ａから排出される全ての溶解液を溶解液タンク６４に供給すると、溶解液タンク６４内に過剰な量の溶解液が溜まってしまう。そこで、冷却槽Ａ４２ａ内の溶解液の排出が終わったら、冷却槽Ａの排出側の自動弁４８ｃと、冷却槽Ａの溶解液供給用の自動弁４８ｆを閉じ、溶解液の排出用の自動弁４８ｅを開いて、溶解液タンク６４内の一部の溶解液を凍結脱水装置の外へと排出する。排出した溶解液６は、脱水蒸留塔に送って再処理する。
【００５２】
このように冷却槽Ａ４２ａで溶解液の排出が行われている間に、冷却槽Ｂ４２ｂ内の含水ＴＨＦ液は、攪拌機４３ｂによる攪拌を受けながら、冷却管４６ｂにより冷却される。冷却槽Ｂ４２ｂ内の含水ＴＨＦ液が所定の冷却温度に達すると、温度計７３ｂがこれを検知して、冷却管の自動弁７４ｂを閉じる。
【００５３】
冷却槽Ａから溶解液を排出したら、再び、冷却槽Ａに含水ＴＨＦ液を注入する。それと同時に、冷却槽Ｂでは、脱水ＴＨＦ液の回収を行う。よって、原液タンク６１のポンプ６２の運転を開始する一方、溶解液タンクのポンプ６５を停止し、冷却槽Ａの注入側の自動弁７２ａ、冷却槽Ｂの排出側の自動弁４８ｄ、脱水ＴＨＦ液の排出用の自動弁４８ａを開く。これにより、冷却槽Ｂ４２ｂ内の脱水ＴＨＦ液が、フィルタ４７ｂ及び排出管４９ａを通って冷熱回収器６３内に供給される。また、原液タンク６１内の含水ＴＨＦ液は、冷熱回収器６３において、この所定の冷却温度に冷却された脱水ＴＨＦとの熱交換が行われた後、冷却槽Ａ４２ａに注入される。
【００５４】
冷却槽Ａに含水ＴＨＦ液を注入したら、この含水ＴＨＦ液を冷却する。それと同時に、冷却槽Ｂでは、溶解液の排出を行う。このように、含水ＴＨＦ液の注入、冷却、脱水ＴＨＦ回収、溶解液排出の４種類の冷却槽の処理内容を、２基の冷却槽でずらして、繰り返し行うことで、凍結脱水装置での処理を効率的に行うことができる。また、冷却槽の基数をさらに増やすことで、大容量の含水ＴＨＦ液を容易に処理することができる。
【実施例】
【００５５】
共沸組成である６ｗｔ％の含水率を有する含水ＴＨＦ液を調製し、この含水ＴＨＦ液を冷却することで、液中の水分を氷結させ、脱水ＴＨＦ液を得た。この脱水ＴＨＦ液の冷却温度と、その時の脱水ＴＨＦ液中の含水率について測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、冷却温度を下げる程、脱水ＴＨＦ中の含水率は下がった。
【００５６】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る吸収式溶剤回収システムの一実施の形態を示す模式図である。
【図２】本発明に係る凍結脱水装置の一実施の形態を示す模式図である。
【図３】本発明に係る凍結脱水装置の別の実施の形態を示す模式図である。
【図４】図３に示す凍結脱水装置の運転スケジュールを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１ ＴＨＦ含有ガス
２ ＴＨＦ水溶液
３ 含水ＴＨＦ液
４ 脱水ＴＨＦ液
５ 精製ＴＨＦ
６ 溶解液
７ 凝縮液
１１ ガスフィルタ
１２ ガスブロワ
１３ ガスクーラ
２０ ガス吸収塔
２１、２３、４１ ポンプ
２２ 予熱器
２４、５２ クーラ
２６ 排気管
３０ 脱水蒸留塔
３１、５１ リボイラ
３２、５３ コンデンサ
４０ 凍結脱水装置
４２ 冷却槽
４３ 攪拌機
４４ 攪拌翼
４５ 冷凍機
４６ 冷却管
４７ フィルタ
４８ 自動弁
４９ 排出管
５０ 精製蒸留塔
６１ 原液タンク
６２、６５ ポンプ
６３ 冷熱回収器
６４ 溶解液タンク
６６ 加熱器
７１ センサ
７２、７４ 自動弁
７３ 温度計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機溶剤を含有するガスを、水と気液接触させて、前記水に前記有機溶剤を吸収させるガス吸収手段と、
前記ガス吸収手段から得られる有機溶剤の水溶液を蒸留して、前記有機溶剤の水溶液中の含水率を、前記有機溶剤と水との共沸組成である含水率またはそれ以上にまで下げる脱水蒸留手段と、
前記脱水蒸留手段により得られた蒸留液を冷却して、この蒸留液中に含まれる水分を氷結し、前記蒸留液中の水分を、前記有機溶剤と水との共沸組成である含水率よりも更に下げる凍結脱水装置と
を備えた溶剤回収システム。
【請求項２】
有機溶剤を含有するガスを、水と気液接触させて、前記水に前記有機溶剤を吸収させるガス吸収工程と、
前記ガス吸収工程で得られる有機溶剤の水溶液を蒸留して、前記有機溶剤の水溶液中の含水率を、前記有機溶剤と水との共沸組成である含水率またはそれ以上にまで下げる脱水蒸留工程と、
前記脱水蒸留工程により得られた蒸留液を冷却して、この蒸留液中に含まれる水分を氷結し、前記蒸留液中の水分を、前記有機溶剤と水との共沸組成である含水率よりも更に下げる凍結脱水工程と
を含む溶剤回収方法。
【請求項３】
有機溶剤と水とを含有する処理対象液を収容する冷却槽と、
この冷却槽内の処理対象液を攪拌する攪拌手段と、
前記冷却槽内の処理対象液を、処理対象液中の水が氷結して、シャーベット状になるまで冷却する冷却手段と、
前記シャーベット状となった処理対象液中から、液体状態を保った前記有機溶剤とシャーベット状の氷を分離するためのフィルタと、
前記分離したシャーベット状の氷を加温して液化する手段と
を備えた凍結脱水装置。
【請求項４】
前記フィルタの目の開きが０．１５ｍｍから１ｍｍの範囲内である請求項３に記載の凍結脱水装置。
【請求項５】
有機溶剤と水とを含有する処理対象液を攪拌しながら、前記処理対象液中の水が氷結して前記処理対象液がシャーベット状になるまで、前記処理対象液を冷却する冷却工程と、
前記シャーベット状となった処理対象液中から、シャーベット状の氷をフィルタによって分離、除去する有機溶剤回収工程と、
前記分離したシャーベット状の氷を加温して液化する工程と
を含む溶剤回収方法。
【請求項６】
前記有機溶剤が、テトラヒドロフラン、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、メチルエチルケトン、又はジオキサンである請求項１に記載の溶剤回収システム。
【請求項７】
前記有機溶剤が、テトラヒドロフラン、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、メチルエチルケトン、又はジオキサンである請求項２又は５に記載の溶剤回収方法。
【請求項８】
前記有機溶剤が、テトラヒドロフラン、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、メチルエチルケトン、又はジオキサンである請求項３又は４に記載の凍結脱水装置。
【請求項１】
有機溶剤を含有するガスを、水と気液接触させて、前記水に前記有機溶剤を吸収させるガス吸収手段と、
前記ガス吸収手段から得られる有機溶剤の水溶液を蒸留して、前記有機溶剤の水溶液中の含水率を、前記有機溶剤と水との共沸組成である含水率またはそれ以上にまで下げる脱水蒸留手段と、
前記脱水蒸留手段により得られた蒸留液を冷却して、この蒸留液中に含まれる水分を氷結し、前記蒸留液中の水分を、前記有機溶剤と水との共沸組成である含水率よりも更に下げる凍結脱水装置と
を備えた溶剤回収システム。
【請求項２】
有機溶剤を含有するガスを、水と気液接触させて、前記水に前記有機溶剤を吸収させるガス吸収工程と、
前記ガス吸収工程で得られる有機溶剤の水溶液を蒸留して、前記有機溶剤の水溶液中の含水率を、前記有機溶剤と水との共沸組成である含水率またはそれ以上にまで下げる脱水蒸留工程と、
前記脱水蒸留工程により得られた蒸留液を冷却して、この蒸留液中に含まれる水分を氷結し、前記蒸留液中の水分を、前記有機溶剤と水との共沸組成である含水率よりも更に下げる凍結脱水工程と
を含む溶剤回収方法。
【請求項３】
有機溶剤と水とを含有する処理対象液を収容する冷却槽と、
この冷却槽内の処理対象液を攪拌する攪拌手段と、
前記冷却槽内の処理対象液を、処理対象液中の水が氷結して、シャーベット状になるまで冷却する冷却手段と、
前記シャーベット状となった処理対象液中から、液体状態を保った前記有機溶剤とシャーベット状の氷を分離するためのフィルタと、
前記分離したシャーベット状の氷を加温して液化する手段と
を備えた凍結脱水装置。
【請求項４】
前記フィルタの目の開きが０．１５ｍｍから１ｍｍの範囲内である請求項３に記載の凍結脱水装置。
【請求項５】
有機溶剤と水とを含有する処理対象液を攪拌しながら、前記処理対象液中の水が氷結して前記処理対象液がシャーベット状になるまで、前記処理対象液を冷却する冷却工程と、
前記シャーベット状となった処理対象液中から、シャーベット状の氷をフィルタによって分離、除去する有機溶剤回収工程と、
前記分離したシャーベット状の氷を加温して液化する工程と
を含む溶剤回収方法。
【請求項６】
前記有機溶剤が、テトラヒドロフラン、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、メチルエチルケトン、又はジオキサンである請求項１に記載の溶剤回収システム。
【請求項７】
前記有機溶剤が、テトラヒドロフラン、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、メチルエチルケトン、又はジオキサンである請求項２又は５に記載の溶剤回収方法。
【請求項８】
前記有機溶剤が、テトラヒドロフラン、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸エチル、メチルエチルケトン、又はジオキサンである請求項３又は４に記載の凍結脱水装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１３７１９５（Ｐ２０１０−１３７１９５Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１８１９４（Ｐ２００８−３１８１９４）
【出願日】平成２０年１２月１５日（２００８．１２．１５）
【出願人】（３０９０３６２２１）三菱重工メカトロシステムズ株式会社 (57)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１５日（２００８．１２．１５）
【出願人】（３０９０３６２２１）三菱重工メカトロシステムズ株式会社 (57)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]