(57)【要約】      （修正有）【課題】ＰＶ装置からなる水分離膜ユニットにおいて、水分離膜ユニットの透過側に溜まると想定されるドレン水に対し、適切な対策を講じるようにしてなる透過側ドレンの管理方法及び管理システムを提供する。【解決手段】水分離膜１１の一次側流体が導入される一次側流路１３、及び前記水分離膜１１の外側と装置本体の内側との間に形成されるシェル部１２を有する水分離膜ユニット６と、前記シェル部１２を真空引きする真空ポンプ８とを少なくとも備える脱水装置のための透過側ドレンの管理方法であって、前記真空ポンプ８の運転前に前記シェル部１２の底部にドレン水１９が溜まっていることを検知した場合、該ドレン水１９を抜き出した後、前記真空ポンプ８を運転して前記シェル部１２を真空引きするようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分離膜の一次側流体が導入される一次側流路、及び前記水分離膜の外側と装置本体の内側との間に形成されるシェル部を有する水分離膜ユニットと、前記シェル部を真空引きする真空ポンプとを少なくとも備える脱水装置のための透過側ドレンの管理方法であって、前記真空ポンプの運転前に前記シェル部の底部にドレン水が溜まっていることを検知した場合、該ドレン水を抜き出した後、前記真空ポンプを運転して前記シェル部を真空引きするようにしてなることを特徴とする透過側ドレンの管理方法。
【請求項２】
前記一次側流体を加熱し、一次側流路内を昇圧し、さらに一次側流体を運転温度まで昇温することを含む請求項１の透過側ドレンの管理方法。
【請求項３】
水分離膜の一次側流体が導入される一次側流路、及び前記水分離膜の外側と装置本体の内側との間に形成されるシェル部を有する水分離膜ユニットと、前記シェル部を真空引きする真空ポンプとを少なくとも備える脱水装置のための透過側ドレンの管理システムであって、前記真空ポンプの運転前に前記シェル部の底部にドレン水が溜まっているかどうかを検知する検知手段と、該ドレン水を抜き出す手段とを備えたことを特徴とする透過側ドレンの管理システム。
【請求項４】
ドレン水を抜き出す手段の備える水排出流路の後流側を、前記真空ポンプの出口側に接続するようにしてなる請求項１の透過側ドレンの管理システム。
【請求項５】
前記ドレン水を抜き出す手段が、ドレン水排出流路と、該ドレン水排出流路に設けた開閉弁とを用いるものである請求項１又は２の透過側ドレンの管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオエタノール脱水装置等の脱水装置に用いられる、透過側ドレンの管理方法及び管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
石油燃料を代替する燃料源として、エタノールが注目されている。しかし、エタノールを燃料として採用するためには、トウモロコシ等のバイオ原料から得た粗製物を蒸留精製し、約９９ｗｔ％に脱水しなければならない。
従来、脱水にあたっては、希薄エタノール水溶液を、蒸留塔で蒸留することにより、エタノール／水系の共沸点近くまで濃縮し、次いで脱水するといったことが行われている。
【０００３】
脱水するための手法としては、エントレーナを加え、共沸蒸留で脱水する方法がある。しかし、この方法では、三成分系を共沸蒸留し、さらにエントレーナを回収するといった工程を踏む必要があり、多大の熱エネルギーを必要とするといったように幾つかの欠点があった。
【０００４】
このため、現在、ＰＳＡ操作によって、吸着・再生を繰り返しながら、水分を分離することが主流となっている。しかし、このＰＳＡ操作は、気相分離のため、蒸留操作による場合と同様、エネルギー消費量が多く、かつ吸着・再生を繰り返すために、バルブ等の故障に対応する必要がある等、メンテナンス上の負担が大きいという欠点があった。
【０００５】
そこで、水分離膜を備える水分離膜ユニットを用いたパーベーパレーション法（以下、ＰＶ法ともいう）のように、以上の欠点を伴わない要素を用いた分離操作が開発されている。例えば、このような技術に係るものとして特許文献１（特開２００９−１３１７４９）のようなものが知られている。
【０００６】
一方、ＰＶ法によって、脱水を行う場合、水の透過速度が早ければそれだけ、処理効率が高いことになる。
ＰＶ法における水分離膜ユニットの透過速度に関する透過速度式は、
Ｆｌｕｘ＝ｋ・（ＰＨ−ＰＬ）で表わすことができる。
ここで、ｋは、透過係数である。
ＰＨ＝分離対象成分の一次側（供給側）分圧
ＰＬ＝分離対象成分の二次側（透過した側）分圧
したがって、透過速度のＦｌｕｘを増加させれば、水分離膜ユニットの効率が増加する。
【０００７】
透過速度のＦｌｕｘを増加させるには、透過係数ｋの上昇（つまり水分離膜の高性能化）、一次側分圧ＰＨの上昇（つまり、水分離の一次側流路の高温化による蒸気圧の上昇）及び二次側分圧ＰＬの低下（つまり二次側流路即ちシェル部１２の真空度の上昇）といったことが想定される。
【０００８】
前記のように、一次側分圧ＰＨを上昇させるには、一次側流路を高温化して蒸気圧を上昇させればよい。パーバーパ―レーション法では，一次側では液体である必要あり，蒸気圧以上に加圧する必要がある。しかし、一次側流路を構成する水分離膜は筒型の多孔質基材であるため、一次側流路の液の圧力を上げると、一次側流路の粗エタノールが液体のまま水分離膜を通過してリークして、このリーク液体が透過側つまりシェル部の底部に溜まり、ドレン水となることが想定される。
このように想定されるドレン水に対し、適切な対応を講じておく必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−１３１７４９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はかかる課題を解決するもので、ＰＶ装置からなる水分離膜ユニットにおいて、水分離膜ユニットの透過側に溜まると想定されるドレン水に対し、適切な対策を講じるようにしてなる透過側ドレンの管理方法及び管理システム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】
【００１１】
前記目的を達成するため、本発明に係る透過側ドレンの管理方法は、水分離膜の一次側流体（被処理流体）が導入される一次側流路、及び前記水分離膜の外側と装置本体の内側との間に形成されるシェル部を有する水分離膜ユニットと、前記シェル部を真空引きする真空ポンプとを少なくとも備える脱水装置のための透過側ドレンの管理方法であって、前記真空ポンプの運転前に前記シェル部の底部にドレン水が溜まっていることを検知した場合、該ドレン水を抜き出した後、前記真空ポンプを運転して前記シェル部を真空引きするようにしてなることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る透過側ドレンの管理方法によれば、シェル部の底部にドレン水が溜まっていた場合、ドレン水に対する対策を適切に講じることができる。
このように、水分離膜ユニットの底部にドレン水が溜まるような不都合が生じたとしても、想定される不都合を未然に回避できる。すなわち、真空ポンプによりシェル部の真空引きを行って、シェル部を急激に減圧した場合でも、水分離膜の腹部、シール部、基材部等にクラックが入ることを回避でき、このクラックからエタノールがリークして、水分離膜ユニットの効率が低下するといったことも防止できる。
【００１３】
また、本発明は、別の側面で、透過側ドレンの管理システムであり、水分離膜の一次側流体（被処理流体）が導入される一次側流路、及び前記水分離膜の外側と装置本体の内側との間に形成されるシェル部を有する水分離膜ユニットと、前記シェル部を真空引きする真空ポンプとを少なくとも備える脱水装置のための透過側ドレンの管理システムであって、前記真空ポンプの運転前に前記シェル部の底部にドレン水が溜まっているかどうかを検知する検知手段と、該ドレン水を抜き出す手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る透過側ドレンの管理システムによれば、シェル部の底部にドレン水が溜まっていた場合、ドレン水に対する対策を適切に講じることができる。
このように、水分離膜ユニットの底部にドレン水が溜まるような不都合が生じたとしても、想定される不都合を未然に回避できる。すなわち、真空ポンプによりシェル部の真空引きを行って、シェル部を急激に減圧した場合でも、水分離膜の腹部、シール部、基材部等にクラックが入ることを回避でき、このクラックからエタノールがリークして、水分離膜ユニットの効率が低下するといったことも防止できる。
【００１５】
本発明に係る透過側ドレンの管理システムは、その一実施形態で、ドレン水を抜き出す手段の備える水排出流路の後流側を、前記真空ポンプの出口側に接続するように構成することができる。
このように構成すれば、前記ドレン水をエタノールの精留塔に戻し、リサイクルすることができる。
【００１６】
本発明の適用対象となる脱水方法又は脱水装置では、被処理流体は、一般的には有機水溶液である。有機水溶液の有機成分は、好適には、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、グリコール等のアルコール、酢酸等のカルボン酸、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル等のエーテル、アセトアルデヒド等のアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン、酢酸エチルエステル等のエステルからなる群から選択される一の有機成分である。特に好適には、水との共沸組成を持つエタノール又はプロパノールである。後述する実施の形態では、粗バイオエタノールを被処理流体としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ＰＶ装置からなる水分離膜ユニットにおいて、水分離膜ユニットの透過側に溜まると想定されるドレン水に対し、適切な対策を講じるようにしてなる透過側ドレンの管理方法及び管理システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る透過側ドレンの管理システムの実施の形態を含む脱水装置を概念的に示す全体システム図である。
【図２】本発明に係る透過側ドレンの管理方法の一実施の形態に係る制御フローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る透過側ドレンの管理方法及び管理システムを、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係る透過側ドレンの管理システムを備えたバイオエタノール脱水装置１００を示す。図示のように、バイオエタノール脱水装置１００は、蒸留塔１、冷却器２、原料タンク３、原料ポンプ４、予熱器５、水分離膜ユニット６、冷却器７、真空ポンプ８を備えている。
【００２０】
この実施の形態では、蒸留塔１により、バイオエタノールの水溶液を９０ｗｔ％程度に蒸留処理して、粗エタノールを精製する。
この粗エタノールは、粗エタノール流路９を通り、冷却器２にて蒸留塔１で受けた熱が冷却され、原料タンク３に収容される。原料タンク３内の粗エタノールは、原料タンク３の下部から、粗エタノール流路１０に配設された原料ポンプ４によって、加熱用の予熱器５を通った後、水分離膜ユニット６に入る。
【００２１】
水分離膜ユニット６は、ＰＶ（パーベーパレーション）装置である。水分離膜ユニット６は、水分離膜１１を管内側に担持した筒型の多孔質基材を一つの構成部材とし、これを複数本、減圧可能な容器に内蔵している。筒型の多孔質基材は、２以上の管を流れ方向に備えている。管内を粗エタノールが流れるようになっている。図示のものは、単一の多孔質基材について、それに供えられた一本の管のみ模式的に図示している。
【００２２】
粗エタノールは、粗エタノール流路１０から水分離膜ユニット６のシェル部１２下部と下部隔壁６ｃにて仕切られた入口室６ａを通って一次側流路１３に入る。
そして、粗エタノールは一次側流路１３を上方に向けて流れて、図1の矢印(点線）のように、粗エタノールに含まれる水を、水分離膜１１を透過させる。これにより、９９ｗｔ％のエタノールと水とに分離する。すなわち、脱水が行われる。
エタノールは、シェル部１２上部と上部隔壁６ｇにて仕切られた出口室６ｂを通って、無水エタノール流路１４に導出され、冷却器７にて水分離膜ユニット６で受けた熱が冷却されて、製品エタノール１５となる。
【００２３】
一方、水分離膜１１によりエタノールと分離された水は、水分離膜１１の外側と装置本体の壁の内側６ｄとの間に形成されるシェル部１２に導出され、真空ポンプ８によって減圧され、排出水流路１６、１６ａを経て排出される。
すなわち、真空ポンプ８は、これを運転して、シェル部１２を真空引きすることにより、シェル部１２内を減圧し、水を蒸気として排出する。
【００２４】
前記構成を備え、前記のような作用を行うバイオエタノール脱水装置１００は、さらに透過側ドレンの管理システムを備えている。
本実施の形態で、透過側ドレンの管理システムは、ドレン水排出流路１７、１７ａと開閉弁１８とを備えている。
ドレン水排出流路１７は、シェル部１２の底部と外部とを連通し、ドレン水が底部に溜まった場合、これを排出可能としている。
ドレン水排出流路１７の管路中には管路を開閉する開閉弁１８が設けられている。そして、ドレン水排出流路１７ａが、この開閉弁１８の後流側に設けられている。水排出流路１７ａは、真空ポンプ８の出口側に接続されている。なお、開閉弁１８は、手動弁でも自動開閉弁でもよい。
【００２５】
開閉弁１８を開くことにより、シェル部１２（透過側）の底部にドレン水１９が溜まった場合、これを抜き出すことができる。ドレン水１９は、水排出流路１６ａを経て、エタノールの精留塔１に戻し、処理することができる。
【００２６】
次に、図２を参照して、図１の構成の透過側ドレンの管理システムを用い、透過側ドレンの管理方法を実施する形態について説明する。
【００２７】
まず、バイオエタノール脱水装置１００の運転開始前に、ドレン水１９の有無を検知する。この検知は、図示しない検知手段、例えばサイトグラスによって行うことができる。
シェル部１２の底部にドレン水１９が溜まっている場合には、開閉弁１８を開く。これによって溜まったドレン１９を抜き出す（図２のステップ２００）。
ドレン水１９は、多数本設置される水分離膜ユニットのいずれかで、何らかの理由によって、溜まることが想定される。具体的には、前述したように、一次側分圧ＰＨを上昇させるために、一次側流路を高温化して蒸気圧を上昇させた際に想定されるリークの他、外気温の日格差による残留水蒸気の凝結、経年劣化によるリーク等の理由を挙げることができる。
【００２８】
シェル部１２の底部にドレン水１９が溜まった状態で、真空ポンプ８によりシェル部１２の真空引きを行い、シェル部１２を急激に減圧すると、急激な温度降下を招くおそれがある。これによって、水分離膜１１部の腹部、シール部、基材部等にクラックが入ることが起こり得る。このクラックからエタノールがリークするといったことが懸念される。
【００２９】
本実施の形態に係る透過側ドレンの管理方法によれば、溜まったドレン１９を抜き出す（ステップ２００）こととしている。これによって、前記した不都合を回避することができる。
【００３０】
開閉弁１８を全開にしてドレン水１９を完全に抜き出した後、開閉弁１８を閉じる（図２のステップ２０２）。
【００３１】
真空ポンプ８を運転し、シェル部１２の真空引きを開始する（図２のステップ２０４）。
予熱器５によって粗エタノールを加熱し、一次側流路１３内を昇圧する（図２のステップ２０６）。昇圧する圧力は、運転温度における蒸気圧以上である。
【００３２】
さらに粗エタノールを加温し、運転温度まで昇温する（図２のステップ２０８）。運転温度は、80〜180℃が一般的である。
【００３３】
このような形態の透過側ドレンの管理方法によれば、真空ポンプ８の運転前に開閉弁１８を開いてシェル部１２の底部に溜まったドレン水１９を完全に抜き出し、ドレン水の完全抜き出した後に、真空ポンプ８の運転によりシェル部１２の真空を開始し、一次側流路１３の昇圧及び昇温を行うようにすることができる。
【００３４】
これによって、真空ポンプ８によりシェル部１２の真空引きを行って、シェル部１２を急激に減圧した場合でも、水分離膜１１の腹部、シール部、基材部等にクラックが入るのを回避できる。そして、このようなクラックからエタノールがリークして、水分離膜ユニット６の効率が低下するのを防止できる。
【００３５】
以上、本発明に係る透過側ドレンの管理方法及び管理システムを以上の実施の形態について述べたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものでなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更及び変形が可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１  蒸留塔
２  冷却器
３  原料タンク
４  原料ポンプ
５  予熱器
６  水分離膜ユニット
６ｃ  下部隔壁
６ｄ  装置本体の壁
６ａ  入口室
６ｂ  出口室
６ｇ  上部隔壁
７  冷却器  
８  真空ポンプ
９、１０  粗エタノール流路
１２  シェル部
１３  一次側流路
１４  無水エタノール流路
１５  エタノール製品
１６、１６ａ  水排出流路
１７、１７ａ  ドレン水排出流路
１８  開閉弁
１９  ドレン水
１００  バイオエタノール脱水装置
【図１】
2014036919.tif 000003
【図２】
2014036919.tif 000004