JP6458465B2 - 有機溶剤回収システム - Google Patents

Description

本発明は、有機溶剤回収システムに関し、特に排ガスから有機溶剤を高効率で凝縮回収する有機溶剤回収システムに関する。

排ガスから有機溶剤を回収する有機溶剤含有ガス処理システムとしては、吸着材を含有した吸着素子により、有機溶剤含有ガス中の有機溶剤を吸着除去させると共に、一方で吸着した有機溶剤を加熱空気にて脱着させ、脱着された有機溶剤を含むガスは冷却手段により凝縮回収させるシステムが知られている（例えば、特許文献１）。
上記有機溶剤含有ガス処理においては、排ガス中の有機溶剤を濃縮し、冷却凝縮にて回収する際に、吸着材を含有した吸着素子から吸着した有機溶剤を脱着する際の加熱や高濃度の排ガスや脱着ガスを液化凝縮させる冷却等にエネルギーが必要となる。近年においては、有機溶剤回収システムにおける有機溶剤を効率的に回収するとともに、有機溶剤回収システムに用いられるエネルギーの削減が急務となってきている。

特開２００７−４４５９５号公報

本発明は、従来技術の課題を背景になされたもので、有機溶剤回収システムに用いられるエネルギーをより削減することとともに、有機溶剤を効率的に回収することが可能な構成を備える有機溶剤回収システムを提供することを課題とするものである。

本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意検討した結果、以下に示す手段により、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち本発明は、以下の通りである。
１．生産設備から排出される有機溶剤を含有する温度が５０℃〜２００℃の排ガスから有機溶剤を回収する有機溶剤回収システムであって、
前記排ガスは、冷却操作で有機溶剤を凝縮回収する冷却器に導入され、有機溶剤の濃度が低減された排ガスとして排出され、
該有機溶剤の濃度が低減された排ガスの一部は生産設備に返送することで循環し、
該有機溶剤の濃度が低減された排ガスの残りは、吸着素子を有する有機溶剤濃縮装置の吸着部に導入され、有機溶剤の濃度を更に低減して排出し、
該有機溶剤濃縮装置で濃縮され脱着部から濃縮ガスとして排出し、該濃縮ガスを前記冷却器に導入する、
有機溶剤回収システム。
２．生産設備から排出される有機溶剤を含有する温度が５０℃〜２００℃の排ガスと、
前記生産設備に返送することで循環させる有機溶剤の濃度が低減された排ガスの一部とを、
熱交換器により熱交換する上記１記載の有機溶剤回収システム。
３．除湿または加湿手段により、前記排ガスを一定湿度で前記冷却器に導入することにより、前記冷却器から排出される前記有機溶剤の濃度が低減された排ガスの有機溶剤濃度を安定させる上記１または２記載の有機溶剤回収システム。
４．加湿手段により、前記排ガスを加湿して前記冷却器に導入することにより、前記冷却器の冷却操作で凝縮回収する有機溶剤の量を増加させ、前記冷却器から排出される前記有機溶剤の濃度が低減された排ガスの有機溶剤濃度をさらに低減する上記１または２に記載の有機溶剤回収システム。
５．生産設備から排出される有機溶剤を含有する温度が５０℃〜２００℃の排ガス中の有機溶剤が水溶性の有機溶剤である上記１〜４のいずれかに記載の有機溶剤回収システム。
６．生産設備から排出される有機溶剤を含有する温度が５０℃〜２００℃の排ガス中の有機溶剤がｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、またはｎ−デカンである上記１〜５のいずれかに記載の有機溶剤回収システム。

本発明の構成による有機溶剤回収システムによれば、有機溶剤回収システムに用いられるエネルギーの削減とともに効率的に有機溶剤を回収することが可能となる。

本発明の実施形態に係る有機溶剤回収システムの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る有機溶剤濃縮装置の構造を通流させる排ガスとともに示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態に係る有機溶剤回収システムについて図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

図１は、本発明の実施形態に係る有機溶剤回収システムの構成を示す図である。図１に示すように、本発明の実施形態に係る有機溶剤回収システムには各種工場または、研究施設などに設けられて、有機溶剤を含有する排ガスを排出する生産設備(１０００)が含まれている。

本実施形態に係る有機溶剤回収システムは、生産設備(１０００)から排出された有機溶剤を含有する排ガスを循環させつつ、排ガスから有機溶剤を分離して回収する有機溶剤回収システムである。

図1に示す有機溶剤回収システムにおいては、生産設備（１０００）と熱交換器（１００）と有機溶剤濃縮装置（５００）と冷却器（２００）および回収タンク（３００）を有する冷却回収装置と乾燥ヒーター（４００）と再生ヒーター（６００）とが接続されている。以下に各構成の機能を説明する。

（熱交換器１００）
熱交換器（１００）は、放熱側（１００ａ）と受熱側（１００ｂ）から構成されており、放熱側（１００ａ）には生産設備（１０００）からの排ガスが通流され、受熱側（１００ｂ）には冷却器からの排ガス（Ｇ４）が通流される。互いの排ガスが異なる配管を通流することにより、排ガス同士の間で熱エネルギーの交換が行われる。

（冷却器２００、回収タンク３００）
冷却器（２００）は冷却水等を用いて、生産設備(１０００)からの排ガスおよび有機溶剤濃縮装置（５００）からの脱着ガスを凝縮させ、有機溶剤を高濃度含有している回収液と有機溶剤の濃度が低減された排ガスに分離する。回収液は回収タンク(３００)に回収され、有機溶剤の濃度が低減された排ガスは設備(１０００)方向と、有機溶剤濃縮装置(５００)方向に排出される。

（有機溶剤濃縮装置５００）
有機溶剤濃縮装置（５００）は有機溶剤を可逆的に吸着および脱着可能な吸着素子を有する。吸着素子は所定の温度より低い排ガスを通流されると排ガス中の有機溶剤を吸着し、所定の温度以上の排ガスを通流させると、吸着していた有機溶剤を脱着する。有機溶剤濃縮装置（５００）は吸着部（５１）と、脱着部（５２）から構成される。

吸着素子としては活性炭を含有する吸着素子や疎水性ゼオライトを含有する吸着素子を用いることができる。活性炭または疎水性ゼオライトを含有する吸着素子を用いた場合には、約５０℃以上の排ガスを通流させると吸着していた有機溶剤が脱着し、約５０℃より低い排ガスを通流させると排ガス中の有機溶剤を吸着する。

（乾燥ヒーター４００）
乾燥ヒーター（４００）は吸着部（５１）に通流する排ガスを所定の温度まで昇温する。

（再生ヒーター６００）
再生ヒーター（６００）は脱着部（５２）に通流する排ガスを所定の温度まで昇温する。

以下、各構成の接続関係について説明する。
生産設備(１０００)と熱交換器(１００)の放熱側（１００ａ）は配管(Ｌ１)で、受熱側(１００ｂ)は配管(Ｌ６)で接続されている。

熱交換器(１００)の放熱側（１００ａ）と冷却器(２００)は配管(Ｌ２)および配管（Ｌ３）で接続されている。冷却器(２００)と熱交換器(１００)の受熱側(１００ｂ)は配管(Ｌ５)で接続されている。配管(Ｌ５)にはバルブ(Ｖ１１１)が設けられている。冷却器(２００)と回収タンク(３００)は配管(Ｌ４)にて接続されている。冷却器(２００)と乾燥ヒーター(４００)は配管(Ｌ７)にて接続されている。配管(Ｌ７)にはバルブ(Ｖ１１２)が設けられている。

乾燥ヒーター(４００)と有機溶剤濃縮装置(５００)の吸着部(５１)は配管(Ｌ８)にて接続されている。

有機溶剤濃縮装置(５００)の吸着部(５１)出口には排ガスを系外に放出する配管（Ｌ９)が接続されている。配管(Ｌ９)にはバルブ(Ｖ１１３)が設けられている。吸着部(５１)とバルブ(Ｖ１１３)の間から配管(Ｌ１０)が分岐して、再生ヒーター(６００)に接続されている。配管(Ｌ１０)にはバルブ(Ｖ１１４)が設けられている。

再生ヒーター(６００)と有機溶剤濃縮装置(５００)の脱着部(５２)は配管(Ｌ１１)にて接続されている。

脱着部(５２)出口と配管(Ｌ２)へは配管(Ｌ１２)にて接続されている。

(有機溶剤回収システム)
以下、上記構成からなる有機溶剤回収システムを用いてｎ−メチル−２−ピロリドンを回収するシステムについて説明する。

図１に示すように、生産設備(１０００)から排出されるｎ−メチル−２−ピロリドンを含有する排ガス(Ｇ１)は配管(Ｌ１)を通り有機溶剤回収システムに導入される。たとえば排ガス(Ｇ１)は風量が１４００ＮＣＭＭ、ｎ−メチル−２−ピロリドンの濃度が１１５０ｐｐｍ、温度が１００℃である。

排ガス(Ｇ１)は熱交換器(１００)の放熱側(１００ａ)を通流することにより、熱を放熱して排ガス(Ｇ２)になる。たとえば排ガス(Ｇ２)は風量が１４００ＮＣＭＭ、ｎ−メチル−２−ピロリドンの濃度が１１５０ｐｐｍ、温度が５５℃である。

排ガス(Ｇ２)は有機溶剤濃縮装置(５００)の脱着部(５２)の出口からの排ガス(Ｇ１１)と合流して、混合された排ガス(Ｇ３)になる。混合された排ガス(Ｇ３)は配管(Ｌ３)内を通過して、冷却器(２００)に通流する。たとえば排ガス(Ｇ３)は風量が１４０５ＮＣＭＭ、ｎ−メチル−２−ピロリドンの濃度が１１５２ｐｐｍ、温度が５５℃である。

排ガス(Ｇ３)は冷却器(２００)に通流されて冷却されることにより、ｎ−メチル−２−ピロリドンを低濃度に含有した排ガス(Ｇ４)と、ｎ−メチル−２−ピロリドンを高濃度に含有した回収液に分離される。

回収液は配管(Ｌ４)を通流して回収タンク(３００)に回収される。本実施形態において回収タンクに通流し回収されるｎ−メチル−２−ピロリドンの濃度は５９ｗｔ％である。また、分離されたｎ−メチル−２−ピロリドンを低濃度含有した排ガス(Ｇ４)は、配管(Ｌ５、７)に分岐導出される。分岐される風量はバルブ(Ｖ１１１、１１２)で調整する。

配管(Ｌ５)内を通過した排ガス(Ｇ４)は熱交換器(１００)の受熱側(１００ｂ)に導入される。たとえば排ガス(Ｇ４)は風量が１２６０ＮＣＭＭ、ｎ−メチル−２−ピロリドンの濃度が７０ｐｐｍ、温度が１０℃である。排ガス(Ｇ４)は熱交換器(１００)の放熱側(１００ｂ)を通流することにより、熱を受熱して排ガス(Ｇ５)になる。たとえば排ガス(Ｇ５)は風量が１２６０ＮＣＭＭ、ｎ−メチル−２−ピロリドンの濃度が７０ｐｐｍ、温度が５５℃である。

排ガス(Ｇ５)は生産設備(１０００)で新たに排気された排ガスと混合され、排ガス(Ｇ１)となり系内を循環する。

配管(Ｌ７)内を通過した排ガス(Ｇ６)は乾燥ヒーター(４００)に通流し、一定の温度に昇温され、排ガス(Ｇ７)となる。たとえば排ガス(Ｇ６)は風量が１４５ＮＣＭＭ、ｎ−メチル−２−ピロリドンの濃度が７０ｐｐｍ、温度が１０℃である。排ガス(Ｇ６)は乾燥ヒーター(４００)を通流することにより、昇温され排ガス(Ｇ７)となる。

排ガス(Ｇ７)は配管(Ｌ８)内を通過して、有機溶剤濃縮装置(５００)の吸着部(５１)に流入し、ｎ−メチル−２−ピロリドンを吸着され、排ガス(Ｇ８)となる。吸着部(５１)出口から配管(Ｌ９、１０)にて排ガス（Ｇ８、Ｇ９）が分岐導出される。風量はバルブ(Ｖ１１３、１１４)で調整する。分岐導出された排ガスの一部は配管(Ｌ９)内を通過し、排ガス(Ｇ８)として系外へ放出される。たとえば風量が１４０ＮＣＭＭ、ｎ−メチル−２−ピロリドンの濃度が３ｐｐｍ、温度が１８℃である。残部の排ガス(Ｇ９)は配管(Ｌ１０)内を通過して再生ヒーター(６００)に流入される。たとえば排ガス(Ｇ９)は風量が５ＮＣＭＭ、ｎ−メチル−２−ピロリドンの濃度が１０ｐｐｍ、温度が５０℃である。

再生ヒーター(６００)に通流した排ガス(Ｇ９)は一定の温度に昇温され、排ガス(Ｇ１０)となる。たとえば排ガス(Ｇ１０)は風量が５ＮＣＭＭ、ｎ−メチル−２−ピロリドンの濃度が１０ｐｐｍ、温度が１３０℃である。

排ガス(Ｇ１０)は有機溶剤濃縮装置(５００)の脱着部(５２)に流入される。排ガス(Ｇ１０)は５０℃以上であるため、脱着部（５２）の吸着素子が吸着していたｎ−メチル−２−ピロリドンを脱着させ、排ガス(Ｇ１１)になる。たとえば排ガス(Ｇ１１)は風量が５ＮＣＭＭ、ｎ−メチル−２−ピロリドンの濃度が１６８０ｐｐｍ、温度が８５℃である。排ガス(Ｇ１１)は配管(Ｌ１２)内を通過し、配管(Ｌ２)に合流する。

以下、本実施形態に係る有機溶剤濃縮装置の構造について説明する。
図２は本実施形態に係る有機溶剤濃縮装置の構造を通流させる排ガスとともに示す斜視図である、

図２に示すように、本実施形態の有機溶剤濃縮装置はローター式であり、回転軸(５１１)の周囲に吸着素子が位置して回転軸(５１１)の軸方向に排ガスを通流させる筒状吸着体(５１０)を含む。回転軸(５１１)は図示していないモーターなどにより回転駆動される。

具体的には、筒状吸着体(５１０)はハニカム構造の吸着素子が同心円状に複数の層にわたって積層されている。図２において、紙面の手前側に位置する筒状吸着体(５１０)の端部を、筒状吸着体(５１０)の回転軸(５１１)の軸方向における一方端(５１４)とする。一方、紙面の奥側に位置する筒状吸着体(５１０)の端部を、筒状吸着体(５１０)の回転軸(５１１)の軸方向における他方端(５１５)とする。

所定の温度である５０℃以下の排ガス(Ｇ７)は筒状吸着体(５１０)の一方端(５１４)側から筒状吸着体(５１０)の他の一部である脱着部(５１)に通流されて有機溶剤が所定の濃度以下となった排ガスの一部である排ガス(Ｇ８)は系外に排気される。残りの排ガス(Ｇ９)は排気されずに系内を循環する。図示されていないが、排ガス(Ｇ９)はヒーター等により温度が昇温され排ガス(Ｇ１０)となる。

所定の温度である５０℃以上の排ガス(Ｇ１０)は筒状吸着体(５１０)の他方端(５１５)側から筒状吸着体(５１０)の一部である脱着部(５２)に通流されて排ガス(Ｇ１１)となる。

筒状吸着体(５１０)が回転軸(５１１)を中心に回転することにより筒状吸着体(５１０)一部が吸着部(５１)になり、かつ筒状吸着体(５１０)の他の一部が脱着部(５２)となる。

筒状吸着体(５１０)は、回転軸(５１１)を回転中心として、図中の矢印(５０１)で示す方向に所定の速度で回転する。これにより、筒状吸着体(５１０)の吸着素子は吸着部(５１)から脱着部(５２)に移動する。このように筒状吸着体(５１０)を回転させ、排ガスを処理することにより連続的に有機溶剤の回収を行うことが出来る。

なお、今回開示した上記実施形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものでない。したがって、本発明の技術範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載にもとづいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれる。

本発明の構成による有機溶剤回収システムによれば、有機溶剤回収システムに用いられるエネルギーの削減とともに効率的に有機溶剤を回収することが可能となり、産業界への寄与大である。

１：有機溶剤回収システム
５１：吸着部
５２：脱着部
１００：熱交換器、
１００ａ：放熱側
１００ｂ：受熱側
２００：冷却器
３００:回収タンク
４００:乾燥ヒーター
５００：有機溶剤濃縮装置
５０１：回転方向矢印
５１０：筒状吸着体
５１１：回転軸
５１４：一方端
５１５：他方端
６００：再生ヒーター
１０００：生産設備
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６，Ｇ７，Ｇ８，Ｇ９，Ｇ１０，Ｇ１１：排ガス
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ８，Ｌ９，Ｌ１０，Ｌ１１，Ｌ１２：配管
Ｖ１１１，Ｖ１１２，Ｖ１１３，Ｖ１１４：バルブ

Claims (6)

1. 生産設備から排出される有機溶剤を含有する温度が５０℃〜２００℃の排ガスから有機溶剤を回収する有機溶剤回収システムであって、
   前記排ガスは、冷却操作で有機溶剤を凝縮回収する冷却器に導入され、有機溶剤の濃度が低減された排ガスとして排出され、
   該有機溶剤の濃度が低減された排ガスの一部は生産設備に返送することで循環し、
   該有機溶剤の濃度が低減された排ガスの残りは、吸着素子を有する有機溶剤濃縮装置の吸着部に導入され、有機溶剤の濃度を更に低減して排出し、
   該有機溶剤濃縮装置で濃縮され脱着部から濃縮ガスとして排出し、該濃縮ガスを前記冷却器に導入する、
   有機溶剤回収システム。
2. 生産設備から排出される有機溶剤を含有する温度が５０℃〜２００℃の排ガスと、
   前記生産設備に返送することで循環させる有機溶剤の濃度が低減された排ガスの一部とを、
   熱交換器により熱交換する請求項１記載の有機溶剤回収システム。
3. 除湿または加湿手段により、前記排ガスを一定湿度で前記冷却器に導入することにより、前記冷却器から排出される前記有機溶剤の濃度が低減された排ガスの有機溶剤濃度を安定させる請求項１または２記載の有機溶剤回収システム。
4. 加湿手段により、前記排ガスを加湿して前記冷却器に導入することにより、前記冷却器の冷却操作で凝縮回収する有機溶剤の量を増加させ、前記冷却器から排出される前記有機溶剤の濃度が低減された排ガスの有機溶剤濃度をさらに低減する請求項１または２に記載の有機溶剤回収システム。
5. 生産設備から排出される有機溶剤を含有する温度が５０℃〜２００℃の排ガス中の有機溶剤が水溶性の有機溶剤である請求項１〜４のいずれかに記載の有機溶剤回収システム。
6. 生産設備から排出される有機溶剤を含有する温度が５０℃〜２００℃の排ガス中の有機溶剤がｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、またはｎ−デカンである請求項１〜５のいずれかに記載の有機溶剤回収システム。