芳香族ジカルボン酸の製造装置から排出さ� ��る反応排ガスは前記表に示されるように、� ��有成分中には水分の含有量は有機物と同量� ��上の量含有されるため、有機成分の吸着に� ��たって水分量が吸着能力を低下させる問題� ��あり、また、一旦吸着した有機成分は脱離� ��容易でないという問題があった。
そのため、本発明者らはこれらの課題を解決 するため、含有される有機成分を溶剤による 吸収によって除去・低減すること、そして含 有水分は従来の公知の吸着法によって除去・ 低減をする機能分担処理によって、有機成分 の除去・回収を容易にし、膨張タービン内で の水分の結露を回避できる方法に到達した。
そのため動力回収に対しても従来のように排 ガスの高温化のため燃焼設備を付設すること なく、エネルギー回収用の乾燥ガスを容易に 造りだすができ、そして、それぞれの処理に より分離・回収された回収液は該製造装置の 溶媒回収工程の一処理工程とできる方法を本 発明者らが見出した。
そして得られた高圧の該乾燥排ガスを膨張タ ービンによる動力回収するにあたって、前記 したように酸化反応器から発生する蒸気を加 熱源として比較的低温域(140~150℃以下)に加熱 するだけで、2段式膨張タービンを用いるこ� �によって、低圧となったタービン排出ガス� �極低温にまで低下させるこのないエネルギ� �回収法を見出した。
エネルギー回収後の該低圧排ガスをそのまま 不活性ガスとして、前記製造の芳香族ジカル ボン酸粉体の乾燥、輸送および混合などの原 料ガスとして使用することが出来ることを見 出した。

 芳香族ジカルボン酸製造装置から排出され� ��反応排ガスは前記したように水による高圧� ��収塔で処理したガスであり、含有される溶� ��酢酸量低減の目的は達成されるが、他の含� ��有機物(酢酸メチル、p-キシレンなど)は殆ど 低減されることなく排出されているのが実状 である。そして、該吸収塔では吸収水と平衡 となる水分蒸気が含有されて温度降下時の結 露要因を形成して排出される。(比較例 1、2)
 そのため、本発明者らは該反応排ガスの水� ��よる高圧吸収塔での吸収処理前に酢酸によ� ��高圧吸収塔を設置し、該排ガス中の酢酸メ� ��ルなどの有機成分を酢酸により吸収・低減� ��たのち(酢酸含有量は増加することになるが )、既設の水による吸収塔での水吸収処理を� �うことによって、該高圧排ガス中の有機含� �量を大幅に低減出来ることを見出した。そ� �て、酢酸による吸収処理温度を低下させる� �とによって、さらに含有有機成分を低減す� �ことが可能なことも分かった。
即ち、該製造装置から排出されていた従来の 反応排ガス中の含有成分に比較して、酢酸お よび水による高圧吸収塔で吸収処理すること によって、水分含量がほぼ同量であるが、有 機成分含有量は大幅に低減された(約1/3以下)� ��圧の排ガスが得られることが分かった。

 次いで、水分を含有した該排ガスは公知� ��吸着剤(シリカゲル、活性アルミナなど)を� �いた高圧の吸着塔を通して主に水を脱水し� �露点-30℃以下(大気圧下)の乾燥ガスとする方 法である。そして、乾燥された高圧の該反応 排ガスは膨張タービンに導入し、保持圧力を 膨張タービン内で断熱膨張させて動力エネル ギ-として回収されることになる。

 これらに高圧吸収塔ならびに高圧吸着塔か� ��回収された液は該ジカルボン酸製造の溶剤� ��収工程に移送して有機成分を回収すること� ��でき、それぞれの成分は該製造プロセスに� ��用される一処理工程とすることができる。( 酢酸は溶媒に、酢酸メチルは酢酸損失の低減 に(特許文献11:特開昭53-84933号、特許文献12:特 開昭54-100310号)、p-キシレンは原料に活用され る。また、水は溶媒回収工程から排出される 。)
現在芳香族ジカルボン酸の工業製造における 酸化反応器での反応条件は製造の経済性など から185~205℃の温度範囲に集約されてきてい� �。そのため、溶媒中の原料および水の含有� �により多少左右されるが、反応排ガスの圧� �は12.5~16.5 Kg/cm ² Gの範囲に集約され、排ガス処理されたター� �ン導入にあたっての圧力は12~16 Kg/cm ² Gの範囲を保持したものとなる。

 従って、該ガスを酸化反応器からの発生蒸� ��(約5 Kg/cm ² G、158℃)程度の蒸気で加熱すると膨張タービ� ��導入口の条件は12~16 Kg/cm ² G、140~150℃とすることができる。
この状態の排ガスを1段式の膨張タービンに� �入し、1段で約0.1 Kg/cm ² Gの低圧ガスを直接得るとすればタービン出� �では-85~-70℃の低温ガスとなり、露点に対す� ��厳しい管理と排ガスの活用には再び加熱処� ��を必要とすることになる。
そのため、本発明者らは膨張タービンを2段� �とし、1段目排出ガスを再び前記蒸気で140~150 ℃に加熱し、2段目タービンに導入する2段式� ��張タービンによるエネルギー回収法によっ� ��、タービン排出の低圧(約0.1 Kg/cm ² G)ガスが極低温下にすることなく得ることが� ��来ることを見出した。そのときの1段目排出 の圧力(中間圧力)およびそれぞれの温度を試� ��し図2,3に、そして2段目排出の温度(タービ� �排出温度)の結果を図4にプロットした。
  なお、ガスの断熱膨張における圧力-温度� ��係は次式を用いて試算した。

  (T2/T1)^γ=(P2/P1)^(γ-1)
  γ=Cp/Cv = 1.4
  ここで、T1, P1 : 入口側の温度、圧力を� �し、T2, P2 : 出口側の温度、圧力を示す。(� ��お、温度、圧力は絶対表記で換算)
  γ : 定圧比熱Cpと定容比熱Cvの比を示す。 (なお、空気または2原子ガスは1.4)
2段式膨張タービンでは1段目タービンと2段目 タービンで回収される動力の割合が等しいと き(W2/W1=1.0のとき)最大動力の回収となる。(W1: 1段目タービン動力回収量、W2:2段目タービン� ��力回収量)そのため、中間圧力(1段目排出圧� ��=2段目導入圧力)を回収動力比W2/W1=0.8、1.0、1 .2、1.4、1.6を設定・試算した(図2)。その設定� ��より2段式膨張タービンでの各タービン出口 温度を試算し、回収動力比W2/W1=1.0を中心に0.8 と1.6をパラメーターとした試算結果を図3、4� ��プロットした。(図3、4において回収動力比W 2/W1=1.2、1.4の試算結果は該動力比と相関して1 .0と1.6の間にプロットされるため省いた。)
 それらの結果、タービン排出温度(図4)は回� ��動力比W2/W1=0.8~1.6において、-23~39℃の範囲(� �力:0.1 Kg/cm ² G)で得られることが推定され、露点-30℃以下( 大気圧)の乾燥排ガスを用いれば結露に対し� �問題なく動力回収できる温度である。

 また、1段目タービン排出温度(図3)では回収 動力比W2/W1=0.8~1.6において-9~55℃の範囲であり 、1段目の結露に対して厳しくなる回収動力� �W2/W1=0.8のとき、大気圧露点-30℃の乾燥ガス� �用いたとしても結露温度は約-16℃(中間圧力: 2.2~2.6 Kg/cm ² G)となり、1段目出口の結露に対して問題のな い温度となることが分かる。そのため露点-30 ℃以下の排ガスとなればさらに結露の危険は 回避されることになる。
従って、前記酢酸および水による高圧吸収処 理し、さらに吸着による脱水された大気圧露 点-30℃以下の乾燥排ガスを得てのち、約5 Kg/ cm ² G蒸気でもって140~150℃に加熱し、2段式膨張タ ービンで回収動力比W2/W1=0.8~1.6の範囲で動力� �収しても、1段目、2段目ともに結露に危険な く回収できることが分かった。
  なお、膨張タービンでの断熱膨張による� �力の回収量については次式を用いて行った� �

  W = K{(V2)^(1-γ)-(V1)^(1-γ)}/(1-γ)
  ここで、K = PV^γ:断熱状態式=一定であり� ��
      V1, V2:入口側、出口側のガス容量を� ��し、
      γ=Cp/Cv:定圧比熱Cpと定容比熱Cvの比� �示す。

     (なお、空気または2原子ガスは1.4)
      PV=nRT:左関係式でV1, V2を換算
 以上工業的に大規模に生産されている芳香� ��ジカルボン酸製造装置からの反応排ガスを� ��従来行われていた水による高圧吸収塔によ� ��処理前に、酢酸による高圧吸収塔を設置し� ��酢酸および水による吸収処理をしたのち、� ��知吸着剤による脱水吸着塔を通して乾燥排� ��スとする。そして、それぞれの処理回収液� ��該カルボン酸製造装置の直接または間接に� ��剤回収工程に取り入れ、反応排ガス中の含� ��成分は処理回収されることになる。
次いで、得られた高圧の該乾燥排ガスを140~15 0℃に蒸気加熱し、2段式膨張タービンに導入� ��、圧力を動力エネルギーとして回収し、低� ��(約0.1 Kg/cm ² G)のガスとして排出する。そして、排出され� ��低圧の排ガスをそのまま製造ジカルボン酸� ��体の混合、乾燥および輸送用などのガスと� ��て使用することの出来るプロセスシステム� ��構築した。
なお、上記加熱用の蒸気は酸化反応器に付設 の蒸気発生器からの自前蒸気(約5 Kg/cm ² G)を用い、動力回収の2段式膨張タービンにお いて1段目タービンと2段目タービンの回収動� ��比W2/W1が0.8~1.6の範囲に設定・設計されたタ� ��ビンを用いることが好ましいことも分かっ� ��。