JP4515571B2

JP4515571B2 - 溶剤回収装置と溶剤回収方法

Info

Publication number: JP4515571B2
Application number: JP33587399A
Authority: JP
Inventors: 正照高倉; 英一鵜飼; 健 ▲はま▼村
Original assignee: Daiwa Kogyo Co Ltd; Kyocera Corp; Fujifilm Corp
Current assignee: Daiwa Kogyo Co Ltd; Kyocera Corp; Fujifilm Corp
Priority date: 1999-11-26
Filing date: 1999-11-26
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2019-11-26
Also published as: JP2001149740A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶剤回収装置と溶剤回収方法に関し、詳しくは、セラミックフィルターを用いて有機溶剤を分離することにより有機溶剤を回収する溶剤回収装置とこれを用いた溶剤回収方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路の洗浄ライン、塗装工場などから排出される排ガス中に有機溶剤（以下、本明細書において単に「溶剤」ということがある）が含まれている場合、従来は、活性炭による吸着法、触媒燃焼法、吸収液による吸収法などで処理される。触媒燃焼法の場合、燃焼したガスに有害成分が含まれており、その処理が必要になるのに対して、活性炭による吸着法はそのようなことが必要でなく、しかも低濃度の排ガスであっても濃縮することができて効率が高いため、比較的多く採用されている。
【０００３】
活性炭吸着法としては、活性炭に吸着させると共に、吸着された溶剤を加熱しつつ脱着して回収するという方式が多く行われていた。この方式は、円周方向に多数の区画された部屋を並設して備えると共に、各部屋に活性炭を通流方向に充填した回転ドラムを有する回転式吸脱着装置を用いる。回転ドラムをゆっくり回転させながら、排ガスを通流させて活性炭に溶剤を吸着させると共に、吸着させた活性炭部分を更に回転させて、これに加熱空気を通流させて吸着させた溶剤を脱着する。脱着された溶剤は、濃縮されて回収あるいは無害化処理されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方式は設備が大掛かり、かつ複雑で設備コストが高く、冷却水を多く消費するなど設備運転上のランニングコストも高いものであった。その他の方式として、溶剤含有気体を吸収液と接触させて溶剤を吸収除去する方法も用いられているが、この方式も蒸留装置を必要とするなど、装置が大掛かりとなり、エネルギー消費量も多く、要するランニングコストも少なくないものである。特に、低濃度排ガスの場合、風量に支配されて設備構成が大きくならざるを得ない。しかし、現今のように、環境意識の高まりから有機溶剤を大気中に放出することは到底許されず、設備コスト、ランニングコスト共に低い装置の出現が強く望まれている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の有する問題点に鑑みて、装置構成が簡易で設備コスト及びランニングコストが低く、それでいて確実に溶剤を回収可能な溶剤回収装置と溶剤回収方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は各請求項記載の発明により達成される。すなわち、本発明に係る溶剤回収装置の特徴構成は、被処理物中の溶剤を吸着する活性炭吸着手段と、
前記活性炭吸着手段に水蒸気を供給し、前記活性炭吸着手段に吸着された前記溶剤を脱着させる水蒸気供給手段と、
脱着された前記溶剤を含む水蒸気から、気体状の前記溶剤と水蒸気とを分離する、ＺｒＯ_２を含有するＳｉＯ_２膜を主成分とする分離膜を備えたフィルター装置と、
前記フィルター装置から送り出される気体状の前記溶剤を冷却・凝集する冷却装置と、
前記冷却装置により凝集された溶剤を回収する回収手段とを備える溶剤回収装置であって、
前記水蒸気供給手段と前記フィルター装置を接続し、前記水蒸気供給手段より供給される水蒸気を前記フィルター装置に送給するためのバイパス回路を備えることにある。
【０００７】
この構成によれば、従来の活性体吸着装置に比べて装置構成が簡素化され、装置全体が大幅にコンパクトになると共にランニングコストが低くて済み、しかも溶剤回収に熱源その他のエネルギーを多量に使用せず、かつ多量のエネルギーを消費する蒸留装置などを使用しないので、ランニングコストも著しく低減され、それでいて細孔による分子篩効果によって分離可能な分離膜により分離するようにしているので、細孔をコントロールすることにより選択性に優れた分離膜にすることができる。更に、分離膜としてＺｒＯ _２を含有するＳｉＯ _２膜を主成分とする分離膜を用いることにより、その耐熱性を一層向上することができる。このように、分離膜が耐熱性を備えているので高温高圧の蒸気などを活性炭吸着装置に送給することにより、吸着された溶剤の脱着速度を高めると共に、分離回収効率を高くして溶剤を回収することができる。
【０００８】
前記活性炭吸着装置による溶剤の吸着後の脱着を、前記活性炭吸着装置に高温高圧蒸気を送給することにより行うことが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、活性炭で吸着した溶剤を強制的に下流側のフィルター装置に送給でき、フィルター装置とそれ以降の工程によって溶剤の分離回収が確実にできて都合がよい。ここに、高温高圧蒸気とは１５０℃を越え、約５００℃程度にまで加熱された高圧蒸気をいう。送給する蒸気を高温高圧にすると、活性炭での脱着速度が早くなると共に、後工程であるフィルター装置での溶剤の分離回収時における回収効率も高まり好ましい。回収効率が高まることから、溶剤濃度も１０，０００ｐｐｍ程度の高い濃度の被処理物に対して効率良く回収可能である。
【００１０】
前記フィルター装置が、前記活性炭吸着装置によって処理された被処理物の導入口と、この被処理物中の溶剤を捕捉する分離膜層と、この分離膜層により捕捉された溶剤を前記冷却装置に送り出す溶剤送給口とを備え、前記分離膜に捕捉された溶剤以外の無害成分を排気する排気手段を接続している共に、前記分離膜層が、細孔を有するＳｉＯ_２膜からなることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、分離膜層により捕らえられた溶剤以外の空気、窒素、水分などの無害成分を効率良く排出あるいは回収できると共に、分子直径の大きい溶剤を捕らえて、これを溶剤回収する冷却装置に確実に送り込むことができて都合がよく、しかも、細孔を有するＳｉＯ₂ 膜により、無害な空気や窒素や水分と、分子直径の大きい溶剤とを確実に分離できる（分子篩効果）のみならず、溶剤の中でも分子直径に応じて更に分離することができるので、排ガス中に含まれる溶剤の種別に応じて最適のＳｉＯ₂ 膜を選択できて都合がよい。
【００１２】
前記ＳｉＯ₂ 膜の細孔径が０．２〜１．０ｎｍであることが好ましい。
【００１３】
ＳｉＯ₂ 膜の細孔径が０．２ｎｍ未満のものは安定して製造することが難しく、製造コストが高くなり、又１．０ｎｍを越えると分離効率が低下して好ましくない。尚、ＳｉＯ₂ 膜の細孔径は、０．２５〜０．５ｎｍであることがより好ましい。
【００１４】
前記ＳｉＯ₂ 膜は、１〜５０モル％のＺｒＯ₂ を含有することが好ましい。
【００１５】
ＳｉＯ₂ 膜自体、耐熱性を有しているが、ＺｒＯ₂ を含有していると一層耐熱性が高くなって、フィルター装置の耐久性が高まり都合がよい。含有されるＺｒＯ₂ が１モル％未満であると、耐熱性を向上させる効果がそれほど認められず、又、ＺｒＯ₂ が５０モル％を越えて含有されると、含有量の割に顕著な耐熱性の向上効果がみられないので、好ましくない。
【００１６】
前記冷却装置が、内部に冷媒を循環する配管を有すると共に、冷却・凝集した溶剤を前記回収手段に送り出し可能になっていることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、フィルター装置から送り出される溶剤は蒸気、ミスト状などになっており、常温よりも高いので、冷却することにより確実に凝集できて、捕集効率を高くでき、更に回収手段へ凝集した溶剤を送り出しするのも容易となって都合がよい。冷媒としては、水のような液体、あるいはガス成分を用いてもよく、また溶剤の温度があまり高くない場合は、別に設けた冷却槽を介して冷却した冷媒を用いればよい。
【００１８】
更に、本発明に係る溶剤回収方法の特徴構成は、請求項１〜５のいずれか１の溶剤回収装置を使用し、前記バイパス回路を介して前記水蒸気を前記フィルター装置に送給して前記フィルター装置を昇温させた後、フィルター装置に前記活性炭吸着装置によって処理された被処理物を送給し、このフィルター装置によって被処理物中の溶剤以外の無害成分を排出すると共に溶剤を捕捉し、捕捉した溶剤を冷却装置に送給して凝集し回収することにある。
【００１９】
この構成によれば、従来の活性体吸着装置を用いる方法に比べて装置構成が簡素化され、装置全体が大幅にコンパクトになると共にランニングコストが低くて済み、しかも溶剤回収に熱源その他のエネルギーを多量に使用せず、かつ多量のエネルギーを消費する蒸留装置などを使用しないので、ランニングコストも著しく低減され、それでいて溶剤を凝集して確実に回収できる溶剤回収方法を提供することができた。また、上記のように、活性炭吸着装置に導入する水蒸気を一部バイパスし、フィルター装置の入口部分に導入することにより、一層溶剤回収効率を高くすることができる。
【００２０】
尚、本発明方法で回収可能な溶剤例としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、酢酸、酢酸エチル、酢酸メチル、ベンゼン、トルエン、キシレン、トリクロロエチレン、パークロロエチレン、トリクロロエタン等を挙げることができる。
【００２１】
前記フィルター装置を構成する分離膜は、ＳｉＯ₂ 前駆体ゾルに有機テンプレートを混合し、これを熱処理して製造されるものであることが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、所定範囲の細孔径を備え、孔径分布の狭いＳｉＯ₂ 分離膜を安定して確実に製造できて都合がよい。この場合の有機テンプレートとしては、フェニル、ビニル等の有機体からなり、これらの種類、配合量と熱処理温度とを種々に設定することにより、所定範囲の細孔径を備えたＳｉＯ₂ 分離膜が確実に得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の溶剤回収装置の概略全体構成を示す。この溶剤回収装置Ａは、例えば自動車塗装ライン等に設けられている塗装ブースから排出される排ガス排出経路の端部と接続されていて、給気ファンＦにより送給された被処理物である排ガス中の比較的大きい粗粒子をプレフィルター１０で予め除去した後、後述する活性炭吸着装置１１により、排ガス中の溶剤（蒸気、ミストなど）を吸着し、次いで高温高圧の水蒸気を送給することにより、溶剤を脱着させ、これを後述するセラミック分離膜を備えたフィルター装置１に送り込むようになっている。このフィルター装置１では、排気手段である真空ポンプにより水蒸気成分を吸引除去しているため、高圧の水蒸気から水蒸気を除去された高圧の空気がフィルター装置１に導入されるようになり、フィルター装置１から溶剤のみが下流側の冷却装置２に押し出されて、ここで溶剤が冷却・凝縮される。そして、冷却装置２で冷却・凝縮された溶剤は、更に下流側の回収手段である回収タンク３に捕集され回収されるようになっている。
【００２４】
活性炭吸着装置１１は小型のバッチタイプのものであり、ハニカム形に構成されていて、一対の組み合わせからなっている。まず、一方の活性炭吸着装置１１の入口側および出口側バルブ１２，１３のみを開放しておき、これにプレフィルター１０を通過した排ガスを送り込み、排ガス中の溶剤を活性炭に吸着させる。活性炭吸着装置１１によって溶剤を除かれた排ガスは、排気基準以下の無害な程度になっていればそのまま大気に放出し、濃度によっては再度活性炭吸着装置に導入するように配管してもよい。
【００２５】
活性炭吸着装置１１により、十分に溶剤を吸着したところで、一方の活性炭吸着装置１１の入口側および出口側バルブ１２，１３を閉じ、外部から高温高圧の水蒸気を送給すべく水蒸気導入用主バルブ１４と入口側および出口側バルブ１５，１６を開放すると共に、他方の活性炭吸着装置１７の入口側および出口側バルブ１８，１９を開放し、同様にして排ガス中の溶剤を吸着させる。高温高圧の水蒸気を送給された一方の活性炭吸着装置１１での溶剤は、活性炭から脱着され、前述した下流側に位置するフィルター装置１に強制的に送られる。因みに、高温高圧の水蒸気として、例えば１８０℃に加熱した場合、１０ｋｇ／ｃｍ² 、２００℃の場合、１６ｋｇ／ｃｍ² 程度の圧力となる。
【００２６】
他方の活性炭吸着装置１７での溶剤吸着が終了すると、この活性炭吸着装置１７に外部から高温高圧の水蒸気を送給すべくバルブ２０，２１を開放し溶剤を活性炭から離脱させ、溶剤をフィルター装置１に強制的に送給する。尚、活性炭吸着装置の組み合わせは一対の組み合わせに限られるものではなく、処理量に応じて適宜増設してもよく、又、形式もハニカム形に限定されるものではなく、パイプ状あるいはプレート状などに構成された活性炭吸着装置であってもよく、更には繊維活性炭を用いたものであってもよい。もっとも、活性炭吸着装置１１をハニカム形に構成すると、比表面積が大きいため、全体をコンパクトにすることができると共に、圧力損失を小さくできて好ましい。
【００２７】
溶剤を送給されるフィルター装置１は、排ガスを受け入れる入口と溶剤を次工程に送り出す出口とを備えると共に、内部に、溶剤を捕捉可能な分離膜４であるＳｉＯ₂ 膜が層状に充填された構造となっている。このフィルター装置１は、装置内部が真空ポンプ６により吸引されるように排出用配管５が設けられていて、ＳｉＯ₂ 膜４により捕らえられた有機溶剤以外の空気、窒素、水分などの無害成分を排出する（分子篩効果）。又、本回収装置の始動時はフィルター装置１の入口部分が加熱されておらず、そのため活性炭吸着装置１１から送給された溶剤を含む高温高圧の水蒸気がフィルター装置１の分離膜で分離される前に温度低下して凝集し、溶剤回収率が低くなる可能性があるが、そのときの温度低下を防止し、又はリボイルするため、活性炭吸着装置１１に導入する水蒸気を一部バイパスすることにより、水蒸気Ｖをフィルター装置１の入口部分に導入するようになっている。このバイパス回路は必ずしも必要ではないが、このような構成を採用すると、一層溶剤回収効率を高くできて都合がよい。
【００２８】
真空ポンプ６としては、ルーツ型真空ポンプを用いたが、その他の形式のものでもよく、又その吸引能力はフィルター装置１の内部容量により選択すればよく、フィルター装置１に捕捉された溶剤を冷却装置に送り出すのに支障がない程度にすればよい。尚、図番２２は水受槽であり、図番２３はドレン受槽であり、適宜ポンプＰにより排出されるようになっている。これら水受槽２２、ドレン受槽２３には、液面をコントロール可能なように水位計２４を配置しておくことが好ましい。
【００２９】
尚、図１ではフィルター装置１を縦型に構成した例を示すが、横型であってもよく、又、１基のみならず複数基を配置してもよいし、フィルター装置１の内部に、次に詳述する分離膜４を数段にわたり並設する構成としてもよく、目的に応じて種々の変形が可能である。
【００３０】
溶剤は、フィルター装置１の内部のＳｉＯ₂ 膜４を通過しつつ排ガス受入口から導入される高圧の水蒸気および水蒸気を除去された高圧空気により、下流側の冷却装置２に送り出される。もとより、溶剤を冷却装置２に送り出し易くするために、適度な能力を有する排出ポンプを冷却装置の下流側に設けてもよい。
【００３１】
ＳｉＯ₂ 膜は、直径が０．２ｎｍ以上の一定範囲に制御された細孔を有し、内径３ｍｍ程度の略円筒状をしたアルミナ等の多孔質セラミック製の支持体上に形成されている。具体的には、ＳｉＯ₂ 膜の細孔径は０．２〜１．０ｎｍであることが好ましい。ＳｉＯ₂ 膜の細孔径が０．２ｎｍ未満のものは製造コストが高くなり、又１．０ｎｍを越えると分離効率が低下して好ましくない。ＳｉＯ₂ 膜の細孔径は、より好ましくは０．２５〜０．５ｎｍである。このＳｉＯ₂ 膜を支持した多孔質セラミック製の支持体をフィルター装置１内に密に充填して、送られてくる溶剤とその他の成分とを分離する。もとより、排ガスの種類によって種々の分離能を有するＳｉＯ₂ 膜を選択使用することができる。
【００３２】
このＳｉＯ₂ 膜の製造は、例えば、ＳｉＯ₂ 前駆体ゾルに、樹脂発泡体や樹脂繊維あるいはＳｉＯ₂ 前駆体ゾルに含まれる官能基などの有機テンプレートを混合して、これを所定温度に熱処理して有機成分を揮発させることにより、所定範囲の細孔径を備え、孔径分布の狭いＳｉＯ₂ 膜を製造することができる。ＳｉＯ₂ 膜の細孔径、細孔容積は、有機テンプレートの種類、熱処理条件などを適宜変更・選択することにより、コントロールすることができる。従って、高分子材料からなる気体分離膜などに比べて、選択性において格段に優れた効果を発揮し得る膜を形成することができる。又、上記ＳｉＯ₂ 膜にＺｒＯ₂ を１〜５０モル％の範囲で含有させることにより、その耐熱性を一層向上することができる。この場合、含有されるＺｒＯ₂ が１モル％未満であると、耐熱性を向上させる効果がそれほど認められず、又、ＺｒＯ₂ が５０モル％を越えて含有させると、含有量の割に顕著な耐熱性の向上効果がみられないので、好ましくない。
【００３３】
冷却装置２は、内部に冷媒（冷水など）を通流させる１又は２以上の配管２ａが配設されていると共に、この配管２ａは冷却槽７と接続されていて、溶剤と配管表面とが接触することにより配管表面に溶剤が凝集するようになっている。フイルター装置１で水分がほとんど除去されているので、冷却装置２の冷却能は小規模のものでよく、従って使用する冷水は少なくて済む。尚、配管２ａは、小径の単管を多数配設したものでもよいし、単管に冷却フィンが多数形成された形状、あるいはスパイラル状に配設されているようなものでもよい。
【００３４】
この冷却装置２内で凝集された溶剤は、下方に落下して回収タンク３に蓄積されるようになっており、適宜ポンプＰにより取り出されて回収されるようになっている。この回収タンク３にも、液面コントロールが可能なように水位計２４を備えておくことが好ましい。冷却装置２により溶剤を除去された排ガスは、無害化されており大気に放出される。
【００３５】
以上に説明したように、本実施形態の溶剤回収装置は、装置全体をコンパクトにできると共に、溶剤を確実に分離回収できることになり、本装置を用いた溶剤回収方法は多大の熱エネルギーを用いることがないので、ランニングコストを低く抑えることができる。
【００３６】
【実施例】
イソプロピールアルコール１，４００ｐｐｍを含む排ガス（温度；４０℃。ガス風量；１９，０００Ｎｍ³ ／ｈ）を、前述した溶剤回収装置を用いて処理した結果を、他の方式により回収処理した結果と比較しつつ表１に示す。
【００３７】
【表１】

表１に示すように、本実施例の場合、水蒸気量、冷却水共に著しく少なくて済み、使用電気量も活性炭吸着方式に比べて少ないという結果が得られた。
【００３８】
〔別実施の形態〕
（１）上記実施形態のフィルター装置には、ＳｉＯ₂ 膜を使用した例を示したが、セラミックフィルターとしてはこれに限定されず、溶剤分子を水、空気、窒素などの無害成分の分子と分離可能であれば他の珪素系、その他のセラミックフィルターを用いてもよい。
【００３９】
（２）本実施形態の溶剤回収装置は、塗装工場の他、シンナーを使用する印刷工場、樹脂フィルムを接着するラミネート工場、ＩＣ洗浄ライン、その他種々の有機溶剤を含む排ガス発生個所に対して適用でき、排気ガス中に含まれる溶剤を従来にない新規な手段により、低コストに回収可能な装置および方法を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る溶剤回収装置の概略全体構成図
【符号の説明】
１フィルター装置
２冷却装置
２ａ配管
３回収手段
４分離膜層
６排気手段
１１，１２活性炭吸着装置

Claims

被処理物中の溶剤を吸着する活性炭吸着手段と、
前記活性炭吸着手段に水蒸気を供給し、前記活性炭吸着手段に吸着された前記溶剤を脱着させる水蒸気供給手段と、
脱着された前記溶剤を含む水蒸気から、気体状の前記溶剤と水蒸気とを分離する、ＺｒＯ_２を含有するＳｉＯ_２膜を主成分とする分離膜を備えたフィルター装置と、
前記フィルター装置から送り出される気体状の前記溶剤を冷却・凝集する冷却装置と、
前記冷却装置により凝集された溶剤を回収する回収手段とを備える溶剤回収装置であって、
前記水蒸気供給手段と前記フィルター装置を接続し、前記水蒸気供給手段より供給される水蒸気を前記フィルター装置に送給するためのバイパス回路を備えることを特徴とする溶剤回収装置。
前記活性炭吸着装置による溶剤の吸着後の脱着を、前記活性炭吸着装置に高温高圧蒸気を送給することにより行う請求項１の溶剤回収装置。
前記フィルター装置が、前記活性炭吸着装置によって処理された被処理物の導入口と、この被処理物中の溶剤を捕捉する分離膜層と、この分離膜層により捕捉された溶剤を前記冷却装置に送り出す溶剤送給口とを備え、前記分離膜に捕捉された溶剤以外の無害成分を排気する排気手段を接続していることを特徴とする請求項１又は２の溶剤回収装置。
前記ＳｉＯ_２膜の細孔径が０．２〜１．０ｎｍである請求項３の溶剤回収装置。
前記ＳｉＯ_２膜は、１〜５０モル％のＺｒＯ_２を含有する請求項３又は４の溶剤回収装置。
請求項１〜５のいずれか１の溶剤回収装置を使用し、前記バイパス回路を介して前記水蒸気を前記フィルター装置に送給して前記フィルター装置を昇温させた後、フィルター装置に前記活性炭吸着装置によって処理された被処理物を送給し、このフィルター装置によって被処理物中の溶剤以外の無害成分を排出すると共に溶剤を捕捉し、捕捉した溶剤を冷却装置に送給して凝集し回収する溶剤回収方法。
前記フィルター装置を構成する分離膜は、ＳｉＯ_２前駆体ゾルに有機テンプレートを混合し、これを熱処理して製造される請求項６の溶剤回収方法。