JP2010201282A - 揮発性有機化合物の回収方法及び回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＶＯＣを含む被処理ガスから、従来よりも高い冷却温度で効率よくＶＯＣを凝縮させることができ、高濃度のＶＯＣを高収率で回収することができる方法及び装置の提供。
【解決手段】（１）揮発性有機化合物（以下、ＶＯＣという）を含む被処理ガスの冷却工程と、冷却した被処理ガスからのＶＯＣ凝縮液の生成工程を少なくとも有し、生成したＶＯＣ凝縮液を冷媒として使用するための循環経路、及びＶＯＣ凝縮液の濃度調整用水供給機構を設けたＶＯＣの回収方法。
（２）少なくとも、揮発性有機化合物（以下、ＶＯＣという）を含む被処理ガスの冷却手段、冷却した被処理ガスからのＶＯＣ凝縮液生成手段、ＶＯＣ凝縮液を冷媒として使用するための循環経路、及びＶＯＣ凝縮液の濃度調整用水供給機構を備えたＶＯＣの回収装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、揮発性有機化合物の回収方法及び回収装置に関する。

揮発性有機化合物（以下、ＶＯＣと略称することもある）を含む排ガスからのＶＯＣの回収方法としては、（１）省エネルギータイプのガス吸収法（特許文献１）、（２）吸着法（特許文献２）、（３）深冷法（特許文献３）がある。
（１）は、排ガスの熱エネルギーを利用する方法であり、ＶＯＣの回収という面では省エネルギープロセスであるが、浄化ガスは湿度が非常に高く、乾燥用空気として再利用するためには、湿度を低減する必要があり、調湿装置の購入費用や調湿のためのランニングコストがかかってしまう。特に水を凝縮又は吸着して回収する場合には、水の凝縮熱が大きいことから必要エネルギーが大きくなり、その結果、ランニングコストが高くなる。
（２）は、活性炭やゼオライト等の吸着剤を利用する技術である。しかし、吸着後のＶＯＣを脱着するためのエネルギーや、脱着して濃縮した後のＶＯＣを冷却して凝縮させるためのエネルギーが必要であり、場合によっては安全のために脱着ガスとして窒素ガスを用いる必要もあるため、ランニングコストが高くなる。また、高温の脱着ガスを必要とする場合には、高温に曝されたＶＯＣが劣化することもある。更に活性炭を使う場合には、吸着熱による発熱、発火の危険性もある。
（３）は、本発明と類似しているが、ＶＯＣ凝集液に水を添加して濃度調整を行うことにより浄化ガスのＶＯＣ濃度を低くするという機能は備えていない。したがって回収効率を上げるためには、吸着装置を利用するか、又は冷却温度を非常に低く設定する必要があり、液体窒素等の特殊な冷媒が必要となるケースが多いし、凝縮率を上げるためにガスを加圧圧縮するといった特殊な方法を採用する場合には設備投資費用が高くなる。また、冷却温度は０℃以下である場合が多く、プロセス配管の凍結等のトラブルも懸念されるため、積極的に水分を除去するプロセスが必要となる。

特開２００４−２３０２６５号公報 特開２００５−１３８０３８号公報 特開２００７−３１９７３０号公報

本発明は、ＶＯＣを含む被処理ガスから、従来よりも高い冷却温度で効率よくＶＯＣを凝縮させることができ、高濃度のＶＯＣを高収率で回収することができる方法及び装置の提供を目的とする。

上記課題は、次の１）〜７）の発明によって解決される。
１） ＶＯＣを含む被処理ガスの冷却工程と、冷却した被処理ガスからのＶＯＣ凝縮液の生成工程を少なくとも有し、生成したＶＯＣ凝縮液を冷媒として用いるための循環経路、及びＶＯＣ凝縮液の濃度調整用水供給機構を設けたことを特徴とするＶＯＣの回収方法。
２） ＶＯＣを含む被処理ガスを、ガス−ガス熱交換器において冷却用ガスと熱交換させ、該熱交換器を通過した被処理ガスを、液−ガス直接接触型の冷却凝縮器においてＶＯＣ凝縮液と接触させるとともに、濃度調整用水供給機構により濃度調整を行ったＶＯＣ凝縮液を、液−液熱交換器において冷却媒体と熱交換させて冷却したのち、前記冷却凝縮器に戻して循環させ、前記冷却凝縮器で発生した浄化ガスを前記冷却用ガスとして用いる１）記載のＶＯＣの回収方法。
３） ＶＯＣを含む被処理ガスを、ガス−ガス熱交換器において冷却用ガスと熱交換させ、該熱交換器を通過した被処理ガスを、液−ガス熱交換器からなる冷却凝縮器において冷却媒体と熱交換させ、生成したＶＯＣ凝縮液を回収タンクに移し、次いで、濃度調整用水供給機構により濃度調整を行った後、ミスト−凝縮液接触装置において、前記冷却凝縮器で発生したＶＯＣ含有ミストと接触させ、発生したＶＯＣ凝縮液は前記回収タンクに戻して循環使用し、発生した浄化ガスは前記冷却用ガスとして用いる１）記載のＶＯＣの回収方法。
４） 濃度調整用水供給機構により濃度調整を行う際の水の添加量を制御して、浄化ガスの水分率を乾燥用空気に適した水分率に制御し、浄化ガスを前記冷却用ガスとして用いた後、更に乾燥用空気として再利用できるようにする２）又は３）記載のＶＯＣの回収方法。
５） 少なくとも、揮発性有機化合物（以下、ＶＯＣという）を含む被処理ガスの冷却手段、冷却した被処理ガスからのＶＯＣ凝縮液生成手段、ＶＯＣ凝縮液を冷媒として用いるための循環経路、及びＶＯＣ凝縮液の濃度調整用水供給機構を備えたことを特徴とするＶＯＣの回収装置。
６） 被処理ガスの冷却手段が、被処理ガスと冷却用ガスとのガス−ガス熱交換器であり、ＶＯＣ凝縮液生成手段が、該熱交換器を通過した被処理ガスとＶＯＣ凝縮液との液−ガス直接接触型冷却凝縮器であり、更に濃度調整されたＶＯＣ凝縮液とその冷却媒体との液−液熱交換器を備え、前記冷却凝縮器で発生した浄化ガスを、前記冷却用ガスとして用いる構造とした５）記載のＶＯＣの回収装置。
７） 被処理ガスの冷却手段が、被処理ガスと冷却用ガスとのガス−ガス熱交換器であり、ＶＯＣ凝縮液生成手段が、該熱交換器を通過した被処理ガスとその冷却媒体との液−ガス熱交換器（冷却凝縮器）であり、更にＶＯＣ凝縮液回収タンク、及び、前記冷却凝縮器で発生したＶＯＣ含有ミストとＶＯＣ凝縮液との接触装置を備え、該接触装置で発生したＶＯＣ凝縮液は循環経路により前記回収タンクに戻し、発生した浄化ガスは前記冷却用ガスとして用いる構造とした５）記載のＶＯＣの回収装置。

本発明によれば、ＶＯＣを含む被処理ガスから、従来よりも高い冷却温度で効率よくＶＯＣを凝縮させることができ、高濃度のＶＯＣを高収率で回収することが可能な方法及び装置を提供できる。
また、本発明は、後述するように、ＶＯＣ凝縮液及び浄化ガスのＶＯＣ濃度や水分率の制御が容易であり、配管の凍結を防止しつつ冷却温度を０℃より低く設定することもでき、ＶＯＣ凝縮液の劣化を抑制でき、引火点を無くして安全性を高めることもできるというような多面的な効果を奏する。

本発明のＶＯＣ回収方法及び装置の一例を示す図。 本発明のＶＯＣ回収方法及び装置の他の例を示す図。 実施例で用いたＶＯＣ回収装置の構成を示す図。 ＮＭＰ−水の固液平衡図。 水−ＤＭＳＯの固液平衡図。

以下、上記本発明について詳しく説明する。
本発明は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含む被処理ガスを冷却凝縮させてＶＯＣを回収する際に、ＶＯＣ凝縮液に水を添加することによりＶＯＣの分圧を下げること、及び、生成させたＶＯＣ凝縮液を、その生成工程において冷媒として循環使用することを主な特徴とする。ここで、揮発性有機化合物とは、大気汚染防止法で規定するものなどを指し、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ブチルジグリコール（ＢＤＧ）が挙げられる。また、被処理ガスとしては、各種工業製品の製造工程で排出される排ガスが挙げられる。

被処理ガスの冷却工程で用いる装置は特に限定されず、公知の熱交換器などを用いることができる。プレート式、多管式の熱交換器、蓄熱体を利用した蓄冷式熱交換器、ガスとガスの間に熱媒を循環させる間接式の熱交換器等があるが、冷却用ガスとして浄化ガスを用いるとエネルギー効率の点で有利であるため、ガス−ガス熱交換器が好ましい。
ＶＯＣ凝縮液の生成工程で用いる冷却凝縮器としては、液−ガス直接接触型の冷却凝縮器や液−ガス熱交換器（プレートフィン式、エロフィン式、プレート式、多管式等）等を用いることができる。
上記熱交換器と冷却凝縮器は、設置場所、初期投資、熱回収率等を考慮して最適な組み合わせを選択すればよい。
濃度調整用水供給機構は、濃度計、水供給部、自動制御部等を備えていればよく、例えば、オンラインの濃度計の数値に基づいて間欠的に水を補給する自動制御機構が簡便で好ましい。濃度調整用水供給機構によるＶＯＣ凝縮液の水分率の調整は、大気汚染防止法などにより要求される浄化ガスのＶＯＣ濃度に合わせて行う。水の添加量は少量であり、純水等の特別な水を用いる必要はない。
実際の回収装置の稼動に際しては、起動から徐々に、冷媒として用いるＶＯＣ凝縮液の温度を下げ、冷却凝縮器中の温度を下げていくことことにより、起動時に空気中に含まれていた水分を凝縮させ、所定の冷却温度まで達した後、定常運転とするのが望ましい。
また、ガスの管理濃度は、爆発限界の下限値の１／４以下とする。ただし、実際の管理では、更に安全性を考慮して、一般に前記下限値の１／５〜１／１０とする。

次に、図を参照しつつ、本発明の実施の態様例について説明する。
図１に示す例では、ＶＯＣを含む高温（通常、４０〜１２０℃程度）の排ガスはガス−ガス熱交換器１の高温側入口に送られ、ＶＯＣ冷却凝縮器２から排出される浄化ガスと熱交換して温度が下がる（通常、２０〜６０℃程度）。
熱交換器１を通過した排ガスは、液−ガス直接接触型のＶＯＣ冷却凝縮器２に送られ、液−液熱交換器３で冷却されたＶＯＣ凝縮液（通常、５℃以下程度）により、所定の温度まで冷却されてＶＯＣ成分が凝縮し、冷却凝縮器２の下部に溜まる。この溜まったＶＯＣ凝縮液は、濃度調整用水供給機構により水分率を調整され、次いで、ＶＯＣ凝縮液と冷却媒体との液−液熱交換器３に送られて冷却された後、冷却凝縮器２に戻されて循環する。冷却媒体は一般に不凍液を用いるが、冷却温度によっては、冷却水などの他の材料を用いてもよい。また、冷却凝縮器２に溜めるＶＯＣ凝縮液は、十分に循環できる量とする必要がある。
凝縮により大部分のＶＯＣが除去された浄化ガス（通常、１０℃以下程度）は、冷却用ガスとして冷却凝縮器２から熱交換器１に送られる。
なお、回収対象となるＶＯＣは多種多様であり、ＶＯＣを含む排ガスの条件も多種多様であるから、上記説明中の温度は一例であって、これに限定されるものではない。

図２に示す他の例では、ガス−ガス熱交換器１及び浄化ガスの動作については、図１の場合と同様である。
熱交換器１を通過した排ガスは、液−ガス熱交換器であるＶＯＣ冷却凝縮器４において冷却媒体により冷却凝縮され、凝縮液はＶＯＣ凝縮液回収タンクに送られる。
該回収タンクに溜まったＶＯＣ凝縮液は、濃度調整用水供給機構により水分率を調整されて、ミスト−凝縮液接触装置５に送られる。
一方、冷却凝縮器４において急冷のために発生するＶＯＣミストは、ミストセパレータを兼ねるミスト−凝縮液接触装置５に送られ、水分率を調整されたＶＯＣ凝縮液と接触して凝縮し、ＶＯＣ凝縮液回収タンクに送られる。このとき、ミスト−凝縮液接触に用いたＶＯＣ凝縮液も一緒に該回収タンクに送られるので、該回収タンクのＶＯＣ凝縮液は循環することになる。また凝縮により大部分のＶＯＣが除去された排ガスは、浄化ガスとして冷却凝縮器４から熱交換器１に送られる。
なお、図１、図２では、熱交換器１の冷却用空気として浄化ガスを用いる場合を示したが、代りに普通の空気を用いてもよい。その場合には、浄化ガスは冷却凝縮器２又はミスト−凝縮液接触装置５から空中に放出される。また、ＶＯＣ凝縮液が一定量以上溜まった場合には、液面調節計や排出バルブ等を備えた回収機構（図示せず）により回収する。

本発明は従来技術に比べて次のような多くの利点を有する。
（１）ＶＯＣ凝縮液に水を添加することにより、ＶＯＣを含む被処理ガスから常圧で効率よくＶＯＣを回収するのに必要な冷却温度よりも高い温度での回収が可能となり、冷却エネルギーが少なくて済む。
（２）ＶＯＣ凝縮液生成工程等において、該凝縮液を冷媒として循環使用することにより、液体窒素等の冷媒を用いることなく、従来よりも高い温度で効率よく冷却凝縮できる。
（３）本発明のように、ＶＯＣ凝縮液を生成工程等において冷媒として循環使用すると、気液平衡状態の形成、装置内部の凍結防止及び飛沫同伴防止、ミスト捕集効率向上などの点で効果的である。即ち、ＶＯＣ濃度が一定に制御されたＶＯＣ凝縮液と被処理ガス又はＶＯＣミストを十分に接触させることにより、被処理ガス又はＶＯＣミストの組成は平衡状態となり、被処理ガス又はＶＯＣミスト中のＶＯＣ濃度及び湿度は、濃度調整したＶＯＣ凝縮液の組成により制御することができる。
（４）ＶＯＣ凝縮液に水を混合することにより凝固点降下が起こるため、ＶＯＣ凝縮液の冷却温度を０℃よりも低く設定することもできる。例えば図４に示すように、水−ＮＭＰ系の場合、ＮＭＰ約５０ｗｔ％以上では、−２０℃位まで冷却しても液体であり、図５に示すように、水−ＤＭＳＯ系の場合、ＤＭＳＯ約４５〜７５ｗｔ％の範囲では、−２５℃位まで冷却しても液体である。また、この凝固点降下を利用すると、凝固点が高いＶＯＣでも、水溶性であれば、ＶＯＣ凝縮液を液体のまま取り扱うことができ、取り扱いが容易になる。更に、冷却温度を０℃よりも低く設定した場合でも、プロセス配管の凍結等のトラブルを防止できる。

（５）ＶＯＣ凝縮液の水分率を自動制御により調整して一定以上に保つことにより、引火点を無くし、安全性を高めて非危険物とすることができる。また、回収装置は非危険物施設として扱うことが可能となる。
（６）ＶＯＣの種類に応じて、冷却温度を下げることにより、反応性を抑制して安全性を向上させるとともに、回収したＶＯＣ凝縮液の劣化を抑制できる。
（７）ＶＯＣ凝縮液の冷却温度を、ＶＯＣを効率よく回収できる温度に下げても、浄化ガスを被処理ガスの冷却に用いることにより、ＶＯＣ凝縮液の冷却に使った熱を回収できるため、ランニングコストを下げることができる。
（８）浄化ガスを乾燥用空気などに再利用する場合には、被処理ガスの熱エネルギー及びＶＯＣ凝縮液の冷却に用いた冷却エネルギーを回収利用できる。
（９）吸着剤のような劣化し交換する必要のある消耗品がなく、メンテナンス性に優れており、また、装置に必要な機器点数が少なく、小型で効率よいＶＯＣ回収装置が得られる。

（１０）浄化ガスは、熱交換器１で使用された後、更に各種製造工程等の乾燥用空気として再利用することも可能であり、その場合には、乾燥用空気として要求される湿度も考慮して水分率を調整する必要がある。その際、ＶＯＣ凝縮液の冷却温度における水の蒸気圧（分圧）は、冷却温度での飽和水蒸気圧よりも低いので効果的である。また、吸着法を使うことなく、乾燥用空気に要求される湿度に対応する飽和蒸気圧に合わせるための温度制御を行うこともなく、乾燥用空気の湿度を安定的かつ簡易に調整できる。
（１１）季節変動による湿度変化の影響を受けることなく制御された一定の湿度と温度の乾燥用空気を送り込むことができる。
（１２）熱交換器１において排ガスと熱交換することにより浄化ガスが暖められるので、乾燥用空気として用いるための加熱エネルギーを減らすことができ、プロセス全体での省エネルギー化を達成できる。

以下、実施例を示して本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
なお、実施例では図３に示す装置を用いた。１１は排風機、１２は送風機、１３はＶＯＣ凝縮液冷却器、１４は水供給用電磁弁、１５はＶＯＣ凝縮液濃度測定計、１６はＶＯＣ凝縮液循環ポンプ、１７は不凍液流量調節弁、１８はガス−ガス熱交換器、１９は気液接触型ガス冷却凝縮器、２０はＶＯＣ凝縮液排出用電磁弁、２１は温度記録計、２２は液面調節計である。
また、冷却後のガス温度の数値から、冷媒である不凍液の流量を調整して冷却温度を制御した。また、ＶＯＣ凝縮液循環経路にＶＯＣ濃度測定用の濃度計を設け、その数値から添加する水の量を決め、濃度を制御した。水を添加する位置は、ＮＭＰ凝縮液の冷却後の温度が、水の凍結温度まで下がっても、水の供給ラインが凍結しないように、ガス−ガス熱交換器の被処理ガス出口の直近とし、ここにノズルを設けた。

実施例１
リチウムイオン２次電池の製造工程では、電極用バインダーを溶解する溶剤としてＮＭＰ（分子量９９）が使用されている。ＮＭＰは、バインダーを溶解したあと、乾燥工程で蒸発し、乾燥用空気と一緒に排出される。排ガス中のＮＭＰ濃度は、安全を考慮して爆発限界濃度の下限値（１．３ｖｏｌ％）の１／５〜１／１０で管理されるため、排ガス中のＮＭＰ濃度は１０００ｐｐｍ．ｖｏｌ前後であることが多い。また、ＮＭＰは沸点が高く（２０２℃）、高温でないと乾燥できないため、乾燥用の空気は８０℃以上まで加熱して用いるのが一般的である。
本実施例で用いたＮＭＰを含む排ガスの流量、組成等は下記（Ａ）のとおりである。
（Ａ）排ガス流量：１００Ｎｍ^３／ｍｉｎ
排ガス温度：９０℃
ＮＭＰガス濃度：１０００ｐｐｍ．ｖｏｌ
排ガス湿度（水分率）：４３００ｐｐｍ．ｖｏｌ

上記排ガスを、ガス−ガス熱交換器１８において冷却用ガス（浄化ガス）と熱交換させた結果、排ガスの流量、組成等は下記（Ｂ）のようになった。即ち、ガス温度を９０℃から３７．４℃まで下げることができた。熱交換器としては、装置の寸法が最適であり且つ熱回収によるメリットが十分にある熱回収率６０％のものを選択した。伝熱面積を増やせば熱回収率を８０％程度まで上げられるが、装置が大きくなり初期投資が大きくなる。
（Ｂ）ガス−ガス熱交換後の排ガス（熱回収率６０％想定）
排ガス流量：１００Ｎｍ^３／ｍｉｎ
排ガス温度：３７．４℃
ＮＭＰガス濃度：１０００ｐｐｍ．ｖｏｌ
排ガス湿度（水分率）：４３００ｐｐｍ．ｖｏｌ

上記（Ｂ）の排ガスを、冷却凝縮器１９、凝縮液冷却器１３、ＶＯＣ凝縮液の濃度調整用水供給機構（水供給用電磁弁１４、凝縮液濃度測定計１５など）等を稼動させて処理した結果、排出された浄化ガスの流量、組成等は下記（Ｃ）のようになった。
（Ｃ）冷却凝縮器出口から排出される浄化ガス
浄化ガス流量：９９．９Ｎｍ^３／ｍｉｎ
浄化ガス温度：４℃
ＮＭＰガス濃度：２０ｐｐｍ．ｖｏｌ
浄化ガス湿度（水分率）：４３００ｐｐｍ．ｖｏｌ
濃度１００％のＮＭＰ水溶液の４℃での蒸気圧は、８．５Ｐａであり、大気圧１０１３２５Ｐａから換算すると、４℃冷却後のＮＭＰのガス濃度は８３．９ｐｐｍ．ｖｏｌとなる。しかし、ＮＭＰ凝縮液に水を適量添加し、ＮＭＰ８０ｗｔ％（４２．１ｍｏｌ％）、水２０ｗｔ％（５７．９ｍｏｌ％）となるように凝縮液を濃度調整し、この凝縮液と排ガスとを十分に気液接触させ平衡状態にすることにより、ＮＭＰ４２．１ｍｏｌ％水溶液のときの平衡状態にまでＮＭＰの蒸気圧を下げることができる。
その結果、理想系での計算では、８．５Ｐａ×４２．１ｍｏｌ％÷１０１３２５Ｐａ×１０^６≒３５ｐｐｍ．ｖｏｌ程度までＮＭＰガス濃度を減少させることができる。ＮＭＰガス濃度の実測値は２０ｐｐｍ．ｖｏｌであり、理想系での計算値よりも低くなっているが、これは、水とＮＭＰが混合したときの物性により、理想系とは異なる状態となったためである。
また、回収効率は、濃度１００％のＮＭＰ凝縮液による平衡関係では９１．６％となるが、濃度８０ｗｔ％のＮＭＰ凝縮液の場合、９６．５％となり、５％程度上昇させることができる。なお、浄化ガスを乾燥用空気として再利用する場合には、回収しきれないＮＭＰは乾燥プロセスに戻されるので、ＮＭＰの回収率は実質１００％となる。
更に、４℃の水の飽和蒸気圧は、８１２．５Ｐａであり、大気圧から換算すると８０１９ｐｐｍ．ｖｏｌとなる。しかし、ＮＭＰと同様に、水の蒸気圧は、水５７．９ｍｏｌ％のときの蒸気圧まで下げることができるため、８１２．５Ｐａ×５７．９ｍｏｌ％÷１０１３２５Ｐａ×１０^６≒４６４３ｐｐｍ．ｖｏｌまでガス中の水分率を下げることができる。４６４３ｐｐｍ．ｖｏｌという水分率は、ガス温度が−３．５℃のときの飽和水蒸気圧と同じである。したがって、４℃までの冷却で、−３．５℃相当の乾燥空気を作ることが可能となる。実測値では４３００ｐｐｍ．ｖｏｌとなっているが、これは、水とＮＭＰが混合したときの物性により、理想系とは異なる状態となったためである。
本実施例では、ガス−ガス熱交換器１８によりプレ冷却を実施したため、４℃まで冷やすエネルギーを大幅に減らすことができた。
また、ＮＭＰガス濃度は２０ｐｐｍ．ｖｏｌと低く、環境基準を十分に満たしているので、浄化ガスを空気中に放出しても問題はない。

上記（Ｂ）の排ガスを処理して得られたＮＭＰ凝縮液の回収量、組成等は下記（Ｄ）のとおりであった。
（Ｄ）ＮＭＰ凝縮液
ＮＭＰ回収量：２５．６ｋｇ／ｈｒ
水添加量：６．４ｋｇ／ｈｒ
ＮＭＰ濃度：８０ｗｔ％
凝縮液温度：０℃
ＮＭＰ凝縮液は、８０ｗｔ％よりも低い濃度で管理することが可能であるが、回収したＮＭＰを精製して再利用する際、水を分離するためのコストを考慮すると８０ｗｔ％程度の濃い状態が最適である。また、ＮＭＰは水を１５ｗｔ％以上に調整すると引火点がなくなるという事実があり、装置としての安全性が高まるほか、非危険物施設として扱うことが可能となる。ＮＭＰ凝縮液は、０℃まで冷却し、並流での気液接触でも十分にガス温度が下げられるようにした。０℃まで冷却してもＮＭＰ水溶液であるため水が凍結することはなく、液体として常時循環させることができた。

前記冷却凝縮器出口で４℃であった（Ｃ）の浄化ガスを、ガス−ガス熱交換器１８において冷却用ガスとして用いたが、浄化ガスからみると排ガスによって加熱されたことになり、熱交換後の浄化ガスの風量、組成等は下記（Ｅ）のようになった。
（Ｅ）ガス−ガス熱交換後の浄化ガス
浄化ガス風量：９９．９Ｎｍ^３／ｍｉｎ
浄化ガス温度：６３．１℃
ＮＭＰガス濃度：２０ｐｐｍ．ｖｏｌ
浄化ガス湿度：４３００ｐｐｍ．ｖｏｌ
加熱された浄化ガスの温度は約６３℃であり湿度も低いため、他の製造工程等の乾燥用空気として再利用することができる。従来の方法では、乾燥用空気を大気から取り入れることが多く、常温（２５℃程度）から加熱して９０℃まで上げる必要がある。例えば１００Ｎｍ^３／ｍｉｎのガスを、２５℃から９０℃までスチームにより加温する場合について、簡易的な条件で試算すると次のようになる。
スチームの蒸発潜熱を５００ｋｃａｌ／ｋｇ、乾燥用空気１Ｎｍ^３の重量を１．３ｋｇ、乾燥用空気の顕熱を０．２４ｋｃａｌ／ｋｇ・℃、スチームを作るボイラーの効率を０．６、スチームを作る燃油の燃焼熱を９７００ｋｃａｌ／ｋｇとすると、加温に必要な熱量は、次式のようになる。
１００Ｎｍ^３／ｍｉｎ×１．３ｋｇ／Ｎｍ^３×６０ｍｉｎ／ｈｒ×（９０℃−２５℃）×０．２４ｋｃａｌ／ｋｇ・℃＝１２１６８０ｋｃａｌ／ｈｒ
そして、この熱量を作るのに必要な燃油は、次式のようになる。
１２１６８０ｋｃａｌ／ｈｒ÷９７００ｋｃａｌ／ｋｇ÷０．６≒２０．９ｋｇ／ｈｒ
これに対し、本実施例のように再利用により熱回収すると、６３℃から９０℃まで上げる熱量だけでよく、必要な熱量は、次式のようになる。
１００Ｎｍ^３／ｍｉｎ×１．３ｋｇ／Ｎｍ^３×６０ｍｉｎ／ｈｒ×（９０℃−６３℃）×０．２４ｋｃａｌ／ｋｇ・℃＝５０５４４ｋｃａｌ／ｈｒ
そして、この熱量を作るのに必要な燃油は、次式のようになり、前述した２５℃の空気を加熱する場合に比べて、およそ６割の燃油を節約することができる。
５０５４４ｋｃａｌ／ｈｒ÷９７００ｋｃａｌ／ｋｇ÷０．６≒８．６８ｋｇ／ｈｒ
なお、本実施例では熱回収率を６０％としているが、熱交換器の設計次第では熱回収率７０％、８０％も可能であり、熱回収による用益費の削減と初期設備投資費用を考慮して、熱回収率を決定すればよい。

実施例２
液晶の製造工程では剥離液の主成分としてＤＭＳＯがよく用いられる。ＤＭＳＯは凝固点が高く（１８℃）、単一成分では固体となるため扱いにくい。しかし、水を添加することにより凝固点は限りなく下がり、液体として取り扱うことが出来るほか、排ガスを冷却するための冷媒としても利用可能となる。
本実施例で用いたＤＭＳＯを含む排ガスの流量、組成等は下記（Ａ）のとおりである。
（Ａ）排ガス流量：５０Ｎｍ^３／ｍｉｎ
排ガス温度：１００℃
ＤＭＳＯガス濃度：１０００ｐｐｍ．ｖｏｌ
排ガス湿度（水分率）：５２６６ｐｐｍ．ｖｏｌ

上記排ガスを、ガス−ガス熱交換器１８において冷却用ガス（浄化ガス）と熱交換させた結果、排ガスの流量、組成等は下記（Ｂ）のようになった。即ち、ガス温度を１００℃から３５．８℃まで下げることができた。上記条件でのＤＭＳＯは３５．８℃では結露せず、仮に結露したとしても融点が１８℃であるため、凝固する懸念はない。本実施例は排ガス温度が高く、その熱を出来るだけ有効利用するため、熱回収率を７０％に設定して熱交換器を選定した。
（Ｂ）ガス−ガス熱交換後の排ガス（熱回収率７０％想定）
排ガス流量：５０Ｎｍ^３／ｍｉｎ
排ガス温度：３５．８℃
ＤＭＳＯガス濃度：１０００ｐｐｍ．ｖｏｌ
排ガス湿度（水分率）：５２６６ｐｐｍ．ｖｏｌ

上記（Ｂ）の排ガスを、実施例１と同様にして処理した結果、排出された浄化ガスの流量、組成等は下記（Ｃ）のようになった。
（Ｃ）冷却凝縮器出口から排出される浄化ガス
浄化ガス流量：４９．９Ｎｍ^３／ｍｉｎ
浄化ガス温度：１０℃
ＤＭＳＯガス濃度：４３．９ｐｐｍ．ｖｏｌ
浄化ガスの湿度（水分率）：５２６６ｐｐｍ．ｖｏｌ

上記（Ｂ）の排ガスを処理して得られたＤＭＳＯ凝縮液の回収量、組成等は下記（Ｄ）のとおりであった。
（Ｄ）ＤＭＳＯ凝縮液
ＤＭＳＯ回収量：１０．２ｋｇ／ｈｒ
水添加量：４．３９ｋｇ／ｈｒ
ＤＭＳＯ濃度：７０ｗｔ％
凝縮液温度：５℃
本実施例では、凝縮液中のＤＭＳＯ濃度を７０ｗｔ％になるように制御した。これにより、ＤＭＳＯの蒸気圧を下げる効果及び引火点を無くす効果が得られ、更には凝固点降下により、５℃以下でもＤＭＳＯが凝固することなく、常時液体の状態で取り扱うことが可能となった。

前記冷却凝縮器出口で４℃であった（Ｃ）の浄化ガスを、ガス−ガス熱交換器１８において冷却用ガスとして用いたが、浄化ガスからみると排ガスによって加熱されたことになり、熱交換後の浄化ガスの風量、組成等は下記（Ｅ）のようになった。
（Ｅ）ガス−ガス熱交換後の浄化ガス
浄化ガス流量：４９．９Ｎｍ^３／ｍｉｎ
浄化ガス温度：７４．６℃
ＤＭＳＯガス濃度：４３．９ｐｐｍ．ｖｏｌ
浄化ガス湿度（水分率）：５２６６ｐｐｍ．ｖｏｌ
本実施例では、熱回収率を７０％に設定したため、乾燥用空気として再利用する浄化ガスの温度を７４．６℃まで上げることができた。その結果、実施例１と同様に、冷却凝縮に必要なエネルギーを加味しても大幅なエネルギー節減を達成でき、且つＤＭＳＯの凝固によるトラブルを回避し、安定して排ガスからＤＭＳＯを回収することができた。

以上のように、本発明では、水を添加することにより、ＶＯＣの分圧（蒸気圧）を下げる効果、水の分圧（蒸気圧）を下げる効果、引火点を無くし、非危険物にすることによる安全性向上の効果、凝固点降下による低温下での液体としての取り扱いが可能となる効果が得られ、簡単な方法で効率よくガス化したＶＯＣを液体として回収することが出来る。また、冷却エネルギーは、被処理ガスを冷却することで、エネルギー節減が可能であり、更には排出される熱エネルギーを回収することで、プロセスに戻す乾燥用空気を加熱するためのエネルギーを削減することができ、プロセス全体として大幅なエネルギー削減効果が得られる。

本発明は、リチウムイオン２次電池の製造工程、液晶の製造工程、プリンター等に使用されているシームレスベルトの製造工程、乾式合成皮革の製造工程等で発生するＶＯＣ含有ガス、グラビア印刷やラミネート処理で発生するＶＯＣ含有ガス等の回収に好適に利用できる。

１１ 排風機
１２ 送風機
１３ ＶＯＣ凝縮液冷却器
１４ 水供給用電磁弁
１５ ＶＯＣ凝縮液濃度測定計
１６ ＶＯＣ凝縮液循環ポンプ
１７ 不凍液流量調節弁
１８ ガス−ガス熱交換器
１９ 気液接触型ガス冷却凝縮器
２０ ＶＯＣ凝縮液排出用電磁弁
２１ 温度記録計
２２ 液面調節計

Claims (7)

1. 揮発性有機化合物（以下、ＶＯＣという）を含む被処理ガスの冷却工程と、冷却した被処理ガスからのＶＯＣ凝縮液の生成工程を少なくとも有し、生成したＶＯＣ凝縮液を冷媒として用いるための循環経路、及びＶＯＣ凝縮液の濃度調整用水供給機構を設けたことを特徴とするＶＯＣの回収方法。
2. ＶＯＣを含む被処理ガスを、ガス−ガス熱交換器において冷却用ガスと熱交換させ、該熱交換器を通過した被処理ガスを、液−ガス直接接触型の冷却凝縮器においてＶＯＣ凝縮液と接触させるとともに、濃度調整用水供給機構により濃度調整を行ったＶＯＣ凝縮液を、液−液熱交換器において冷却媒体と熱交換させて冷却したのち、前記冷却凝縮器に戻して循環させ、前記冷却凝縮器で発生した浄化ガスを前記冷却用ガスとして用いる請求項１記載のＶＯＣの回収方法。
3. ＶＯＣを含む被処理ガスを、ガス−ガス熱交換器において冷却用ガスと熱交換させ、該熱交換器を通過した被処理ガスを、液−ガス熱交換器からなる冷却凝縮器において冷却媒体と熱交換させ、生成したＶＯＣ凝縮液を回収タンクに移し、次いで、濃度調整用水供給機構により濃度調整を行った後、ミスト−凝縮液接触装置において、前記冷却凝縮器で発生したＶＯＣ含有ミストと接触させ、発生したＶＯＣ凝縮液は前記回収タンクに戻して循環使用し、発生した浄化ガスは前記冷却用ガスとして用いる請求項１記載のＶＯＣの回収方法。
4. 濃度調整用水供給機構により濃度調整を行う際の水の添加量を制御して、浄化ガスの水分率を乾燥用空気に適した水分率に制御し、浄化ガスを前記冷却用ガスとして用いた後、更に乾燥用空気として再利用できるようにする請求項２又は３記載のＶＯＣの回収方法。
5. 少なくとも、揮発性有機化合物（以下、ＶＯＣという）を含む被処理ガスの冷却手段、冷却した被処理ガスからのＶＯＣ凝縮液生成手段、ＶＯＣ凝縮液を冷媒として用いるための循環経路、及びＶＯＣ凝縮液の濃度調整用水供給機構を備えたことを特徴とするＶＯＣの回収装置。
6. 被処理ガスの冷却手段が、被処理ガスと冷却用ガスとのガス−ガス熱交換器であり、ＶＯＣ凝縮液生成手段が、該熱交換器を通過した被処理ガスとＶＯＣ凝縮液との液−ガス直接接触型冷却凝縮器であり、更に濃度調整されたＶＯＣ凝縮液とその冷却媒体との液−液熱交換器を備え、前記冷却凝縮器で発生した浄化ガスを、前記冷却用ガスとして用いる構造とした請求項５記載のＶＯＣの回収装置。
7. 被処理ガスの冷却手段が、被処理ガスと冷却用ガスとのガス−ガス熱交換器であり、ＶＯＣ凝縮液生成手段が、該熱交換器を通過した被処理ガスとその冷却媒体との液−ガス熱交換器（冷却凝縮器）であり、更にＶＯＣ凝縮液回収タンク、及び、前記冷却凝縮器で発生したＶＯＣ含有ミストとＶＯＣ凝縮液との接触装置を備え、該接触装置で発生したＶＯＣ凝縮液は循環経路により前記回収タンクに戻し、発生した浄化ガスは前記冷却用ガスとして用いる構造とした請求項５記載のＶＯＣの回収装置。

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