(57)【要約】【課題】揮発した有機物を回収して再利用し、かつ有機物の回収作業のために銅荒引線の鋳造作業を停止する必要がないような銅荒引線の製造方法を提供する。【解決手段】冷却還元処理室４の近傍に設置したタンク５内の有機還元剤水溶液１８を冷却還元処理室４に供給して冷却並びに還元処理し、その冷却還元処理室４で揮発した有機還元剤を含むガス１９を、冷却還元処理室４の近傍に設置されたガス吸収塔１０の底部から流し、他方、タンク５内の有機還元剤水溶液１８を取り出して冷却したのち、これをガス吸収塔１０の上部から吸収液１３として流し、ガス吸収塔１０を上昇するガス１９と接触させてガス１９中の有機還元剤を吸収液１３に吸収させて除去し、その有機還元剤を除去したガスをガス吸収塔１０から排気し、その有機還元剤を吸収した吸収液１３をタンク５に戻す方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造装置で鋳造されて形成された銅荒引線を、冷却還元処理室に通し、その冷却還元処理室内で前記銅荒引線を有機還元剤水溶液と接触させて冷却並びに還元処理を行うに際して、前記冷却還元処理室の近傍に前記有機還元剤水溶液を貯蔵するタンクを設置し、そのタンク内の前記有機還元剤水溶液を前記冷却還元処理室に供給して冷却並びに還元処理し、その冷却還元処理室で揮発した有機還元剤を含むガスを、前記冷却還元処理室の近傍に設置されたガス吸収塔の底部から流し、他方、前記タンク内の前記有機還元剤水溶液を取り出して冷却したのち、これを前記ガス吸収塔の上部から吸収液として流し、前記ガス吸収塔を上昇する前記ガスと接触させてガス中の有機還元剤を前記吸収液に吸収させて除去し、その有機還元剤を除去したガスを前記ガス吸収塔から排気し、その有機還元剤を吸収した吸収液を前記タンクに戻すことを特徴とする銅荒引線の製造方法。
【請求項２】
前記有機還元剤水溶液がイソプロピルアルコール水溶液であり、前記ガス吸収塔に流す前記吸収液を、前記ガス吸収塔に流される前記ガス中の有機還元剤を吸収できる温度に冷却して流す請求項１に記載の銅荒引線の製造方法。
【請求項３】
前記ガス吸収塔での前記ガスの体積流量をＶG（Ｌ／ｍｉｎ）とし、前記吸収液の体積流量をＶL（Ｌ／ｍｉｎ）としたとき、ＶL≧４．１ＶGとなるように前記吸収液の流量を調整する請求項１又は２に記載の銅荒引線の製造方法。
【請求項４】
前記吸収液と前記ガスとの温度差が１５℃以上となるように前記吸収液の温度を調整する請求項１〜３のいずれかに記載の銅荒引線の製造方法。
【請求項５】
連続鋳造装置で鋳造されて形成された銅荒引線を、冷却還元処理室に通し、その冷却還元処理室内で前記銅荒引線を有機還元剤水溶液と接触させて冷却並びに還元処理を行う銅荒引線の製造設備であって、
前記冷却還元処理室の近傍に設置され、前記有機還元剤水溶液を貯蔵するタンクと、
前記タンク内の前記有機還元剤水溶液を前記冷却還元処理室に供給する水溶液供給手段と、
前記冷却還元処理室の近傍に設置され、前記冷却還元処理室で揮発した有機還元剤を含むガスを底部から導入すると共に、内部でそのガス中の有機還元剤を除去してクリーンなガスとして上部から排出するガス吸収塔と、
前記冷却還元処理室で揮発した有機還元剤を含むガスを、前記ガス吸収塔の底部から流すガス導入手段と、
前記タンク内の前記有機還元剤水溶液を取り出して冷却すると共に、これを吸収液として前記ガス吸収塔の上部から流す吸収液供給手段と、
前記ガス中の有機還元剤を吸収した吸収液を前記タンクに戻す回収手段とを備えることを特徴とする銅荒引線の製造設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造装置で鋳造・圧延されて形成された銅荒引線を、冷却還元処理室に通し、その冷却還元処理室内で銅荒引線を有機還元剤水溶液と接触させて冷却並びに還元処理を行う銅荒引線の製造方法及びその製造設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
銅の荒引線（銅荒引線）を製造する際には、図１１に示すように、溶解炉１００から流出する熔銅を、鋳造機１０１において先ず連続した棒状にし、さらに圧延機１０２にて所定の寸法の断面形状（例えば直径８乃至３０ｍｍの円状）に加工して銅荒引線１０３を製造する。
【０００３】
圧延の際、例えば６００℃以上の高温で大気に曝されるため、銅荒引線１０３の表面には酸化物が形成される。従って、圧延後に冷却が必要であることに加えて、表面の酸化物を除去することが必要である。
【０００４】
そこで、冷却・酸化物除去ライン１０４において、冷却と表面の酸化物の除去が行われる。
【０００５】
圧延後の冷却は、銅荒引線１０３を、水を主たる成分とする液体と接触させることにより行われている。この処理の過程で、銅荒引線１０３の温度は、例えば約６００℃以上から１００℃以下まで急激に低下する。
【０００６】
酸化物の除去は、次のような技術を用いて化学的に行われている。例えば、特許文献１に記載されているような、イソプロピルアルコール（以下、ＩＰＡという）等の有機還元剤による酸化物の還元技術がある。
【０００７】
化学反応の速度は高温ほど速いので、冷却を行う液体に酸化物の除去を行う処理剤を添加して銅荒引線１０３と接触させ、冷却及び酸化物除去を同時に行っている。すなわち、ＩＰＡ等を含む水溶液を圧延後の銅荒引線１０３と接触させることで、銅荒引線１０３の冷却と表面の酸化物の還元を行っている。
【０００８】
図１２は、冷却・酸化物除去ライン１０４を構成する冷却還元処理室１０５を模式的に示した図である。図１１で説明した圧延機１０２を出た銅荒引線１０３は、冷却・酸化物除去ライン１０４の冷却還元処理室１０５へと導入される。冷却還元処理室１０５は、配管によって液状流体（ＩＰＡ等を含む水溶液）１０６が貯蔵されたタンク１０７に接続され、液状流体１０６が図示しない送液ポンプによって供給されると共に、処理後の液状流体１０６はタンク１０７に戻る構造となっている。
【０００９】
ここで、液状流体１０６に含まれるＩＰＡ等の揮発性有機物が大気中に放散されることにより大気汚染を引き起こす可能性があるため、有機還元剤の回収や分解が行われている。
【００１０】
例えば、特許文献２には、揮発した有機物を吸着剤を用いて捕捉し、一定量回収した後に吸着剤から有機物を離脱させ回収する方法が記載されている。この例においては、回収した有機物は純度等の条件によっては再利用することもできる。
【００１１】
また、例えば、特許文献３には、揮発した有機物を、触媒を用いて分解又は燃焼したのち大気に放出する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特公昭５６−２７５９６号公報
【特許文献２】特開２００６−２０５０７９号公報
【特許文献３】特開２００８−３０２２７７号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】大江修造監修、「気液平衡データ集」、講談社サイエンティフィク
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献２の方法では、吸着剤が捕捉できる揮発性有機物の量には上限があるという問題がある。そのため、長期的な使用の間には、吸着剤から揮発性有機化合物を離脱させる作業が不可欠であり、その作業の間は揮発性有機物を捕捉することができない。
【００１５】
すなわち、離脱作業の間は銅荒引線の鋳造作業を停止しなければならず、長期に亘り連続的に銅荒引線を鋳造することはできないという問題がある。また、吸着剤から揮発性有機化合物を離脱させる際には、新たなエネルギーの投入を必要とすることも問題点の一つである。
【００１６】
この問題を回避するために、新規な吸着剤に交換することが考えられるが、複数の吸着剤を保有しておくことは、生産に掛かるコストが増加するという、新たな問題を発生させる。
【００１７】
特許文献３の方法では、揮発性有機物を回収して再利用することができない問題がある。そのため、揮発性有機物の放散低減に要したコストはそのまま製造コストに上乗せされてしまう。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、有機物を還元剤として用いる銅荒引線の製造方法及びその鋳造設備であって、揮発した有機物を回収して再利用し、かつ有機物の回収作業のために銅荒引線の鋳造作業を停止する必要がないような銅荒引線の製造方法及びその鋳造設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、連続鋳造装置で鋳造されて形成された銅荒引線を、冷却還元処理室に通し、その冷却還元処理室内で前記銅荒引線を有機還元剤水溶液と接触させて冷却並びに還元処理を行うに際して、前記冷却還元処理室の近傍に前記有機還元剤水溶液を貯蔵するタンクを設置し、そのタンク内の前記有機還元剤水溶液を前記冷却還元処理室に供給して冷却並びに還元処理し、その冷却還元処理室で揮発した有機還元剤を含むガスを、前記冷却還元処理室の近傍に設置されたガス吸収塔の底部から流し、他方、前記タンク内の前記有機還元剤水溶液を取り出して冷却したのち、これを前記ガス吸収塔の上部から吸収液として流し、前記ガス吸収塔を上昇する前記ガスと接触させてガス中の有機還元剤を前記吸収液に吸収させて除去し、その有機還元剤を除去したガスを前記ガス吸収塔から排気し、その有機還元剤を吸収した吸収液を前記タンクに戻す銅荒引線の製造方法である。
【００２０】
請求項２の発明は、前記有機還元剤水溶液がイソプロピルアルコール水溶液であり、前記ガス吸収塔に流す前記吸収液を、前記ガス吸収塔に流される前記ガス中の有機還元剤を吸収できる温度に冷却して流す請求項１に記載の銅荒引線の製造方法である。
【００２１】
請求項３の発明は、前記ガス吸収塔での前記ガスの体積流量をＶG（Ｌ／ｍｉｎ）とし、前記吸収液の体積流量をＶL（Ｌ／ｍｉｎ）としたとき、ＶL≧４．１ＶGとなるように前記吸収液の流量を調整する請求項１又は２に記載の銅荒引線の製造方法である。
【００２２】
請求項４の発明は、前記吸収液と前記ガスとの温度差が１５℃以上となるように前記吸収液の温度を調整する請求項１〜３のいずれかに記載の銅荒引線の製造方法である。
【００２３】
請求項５の発明は、連続鋳造装置で鋳造されて形成された銅荒引線を、冷却還元処理室に通し、その冷却還元処理室内で前記銅荒引線を有機還元剤水溶液と接触させて冷却並びに還元処理を行う銅荒引線の製造設備であって、前記冷却還元処理室の近傍に設置され、前記有機還元剤水溶液を貯蔵するタンクと、前記タンク内の前記有機還元剤水溶液を前記冷却還元処理室に供給する水溶液供給手段と、前記冷却還元処理室の近傍に設置され、前記冷却還元処理室で揮発した有機還元剤を含むガスを底部から導入すると共に、内部でそのガス中の有機還元剤を除去してクリーンなガスとして上部から排出するガス吸収塔と、前記冷却還元処理室で揮発した有機還元剤を含むガスを、前記ガス吸収塔の底部から流すガス導入手段と、前記タンク内の前記有機還元剤水溶液を取り出して冷却すると共に、これを吸収液として前記ガス吸収塔の上部から流す吸収液供給手段と、前記ガス中の有機還元剤を吸収した吸収液を前記タンクに戻す回収手段とを備える銅荒引線の製造設備である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、揮発した有機物を回収して再利用し、かつ有機物の回収作業のために銅荒引線の鋳造作業を停止する必要がないような銅荒引線の製造方法及び鋳造設備を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る銅荒引線の製造設備のうち、冷却・酸化物除去ライン及びガス吸収塔を示す模式図である。
【図２】ガス吸収塔と他の機器との接続を示す図である。
【図３】ＩＰＡ水溶液と平衡にある気相のＩＰＡ蒸気圧を表す図である。
【図４】ガス吸収塔内部の温度分布を示す図である。
【図５】ガス吸収塔の動作条件（ガス流量と吸収液流量）に対する、ガス吸収塔底部での吸収液温度を示す図である。
【図６】吸収液流量が２０Ｌ／ｍｉｎのときの、ガス吸収塔内部のＩＰＡ濃度分布を示す図である。
【図７】吸収液流量が１５Ｌ／ｍｉｎのときの、ガス吸収塔内部のＩＰＡ濃度分布を示す図である。
【図８】ガス温度７０℃のときの、吸収液温度に対する回収率並びに排出率を示す図である。
【図９】第１の実施例における、ガス吸収塔とタンクや熱交換器等との接続を示す図である。
【図１０】第４の実施例における、ガス温度及び吸収液温度と、回収率の関係を表す図である。
【図１１】銅荒引線の製造設備を示す模式図である。
【図１２】銅荒引線の製造設備のうち、冷却・酸化物除去ラインを構成する冷却還元処理室の構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２７】
先ず、本実施の形態に係る銅荒引線の製造設備を説明する。
【００２８】
図１は、本実施の形態に係る銅荒引線の製造設備のうち、冷却・酸化物除去ライン及びガス吸収塔を示す模式図である。
【００２９】
図１に示すように、銅荒引線の製造設備１は、図１１と同様の連続鋳造装置で鋳造されて形成された銅荒引線２を、冷却・酸化物除去ライン３にて冷却並びに還元処理を行う設備である。
【００３０】
連続鋳造装置は、銅荒引線２の材料となる銅を溶解させる溶解炉と、その溶解炉から流出する熔銅を連続した棒状に加工する鋳造機と、棒状に加工した熔銅を所定の寸法の断面形状に加工する圧延機とを備える。連続鋳造装置については、従来技術であるので説明を省く。
【００３１】
冷却・酸化物除去ライン３は、連続鋳造装置で鋳造されて形成された銅荒引線２を、有機還元剤水溶液１８と接触させて冷却並びに還元処理を行う冷却還元処理室４と、その冷却還元処理室４の近傍に設置され、有機還元剤水溶液１８を貯蔵するタンク５とを備える。有機還元剤水溶液１８としては、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）水溶液を用いる。
【００３２】
タンク５には、タンク５内の有機還元剤水溶液１８を冷却還元処理室４に供給する水溶液供給手段が備えられている。水溶液供給手段は、タンク５から有機還元剤水溶液１８を送液するための送液ポンプ６と、送液ポンプ６で送液された有機還元剤水溶液１８を冷却還元処理室４に導くための配管７とを有する。この配管７の途中には、タンク５から送液された有機還元剤水溶液１８を冷却するための熱交換器（冷却器）８が設けられ、有機還元剤水溶液１８は熱交換器８で冷却されたのち、冷却還元処理室４に供給される。これにより、有機還元剤水溶液１８は、還元剤としての機能だけではなく、冷却水としての機能を持つようにされる。
【００３３】
冷却還元処理室４は、銅荒引線２の外径に近い内径を有する円筒状に形成され、銅荒引線２の進行方向前方側が上側、後方側が下側になるように傾いており、水溶液供給手段の配管７からの有機還元剤水溶液１８は上側から供給されるようにされる。
【００３４】
また、冷却還元処理室４には、タンク５から供給された有機還元剤水溶液１８を用いて銅荒引線２の冷却並びに還元処理を行ったのち、その冷却並びに還元処理で銅荒引線２から熱を受け取り加熱された有機還元剤水溶液１８と揮発した有機還元剤を含むガス（ＩＰＡ蒸気）１９をタンク５に戻す配管９が接続される（構成は図１２に示したものと同じ）。この配管９は、冷却還元処理室４の下側に接続され、冷却並びに還元処理に用いた有機還元剤水溶液１８を、銅との反応生成物であるアセトン及び揮発した有機還元剤と共に効率よく排出できるようにされる。
【００３５】
さて、本実施の形態に係る銅荒引線の製造設備１においては、冷却還元処理室４の近傍にガス吸収塔１０が設置される。このガス吸収塔１０は、内部に充填剤１７が挿入されて気液接触によりガス１９中の有機還元剤を除去するスクラバ構造となっており、冷却還元処理室４で銅荒引線２を冷却並びに還元処理する際に、冷却還元処理室４での冷却並びに還元処理により加熱されて揮発した有機還元剤を含むガス１９を底部から導入すると共に、内部でそのガス１９中の有機還元剤を除去してクリーンなガスとして上部から排出するものである。つまり、有機還元剤水溶液１８に含まれるＩＰＡ等の揮発性有機物が大気中に放散されることにより大気汚染を引き起こすのを防止するためのものである。
【００３６】
ガス吸収塔１０の底部には、揮発した有機還元剤を含むガス１９を導入するガス導入手段が接続される。ガス導入手段は、配管１１と、その配管１１の途中に設けられ、ガス１９をガス吸収塔１０側へ流すための送風ファン１２とからなる。
【００３７】
配管１１の一端は、上述のようにガス吸収塔１０の底部に接続されており、他端は、有機還元剤水溶液１８の蒸気の主たる放散箇所、例えばタンク５上部の気相部分に接続されている。
【００３８】
また、ガス吸収塔１０には、タンク５内の有機還元剤水溶液１８を取り出して有機還元剤を吸収できる温度（詳しくは後述する）に冷却すると共に、これを吸収液１３としてガス吸収塔１０の上部から流す吸収液供給手段が接続される。吸収液供給手段は、熱交換器８通過後の配管７から分岐され、冷却された有機還元剤水溶液１８をガス吸収塔１０の上部に供給する配管１４を有する。つまり、本実施の形態においては、吸収液供給手段での冷却と水溶液供給手段での冷却は、同じ熱交換器８を用いて行うようにしている。
【００３９】
図２に示すように、ガス吸収塔１０内の上部には、吸収液供給手段の配管１４より供給された吸収液１３をガス吸収塔１０の上部から散布するためのシャワーノズル１５が設けられる（図２ではシャワーノズル１５を２段設けている）。
【００４０】
さらに、ガス吸収塔１０の底部には、シャワーノズル１５から散布した吸収液１３をタンク５に戻して回収するための回収手段が接続される。回収手段は、ガス吸収塔１０の底部とタンク５との間を接続する配管１６からなる。
【００４１】
銅荒引線の製造方法を銅荒引線の製造設備１の動作と共に説明する。
【００４２】
連続鋳造装置で鋳造されて形成された銅荒引線２を冷却並びに還元処理に供するべく、タンク５内の有機還元剤水溶液１８は、送液ポンプ６を用いて送液され、熱交換器８によって所定の温度、例えば約４０℃に制御された後、冷却・酸化物除去ライン３の冷却還元処理室４へと送られる。
【００４３】
冷却還元処理室４において有機還元剤水溶液１８は、銅荒引線２と接触して銅荒引線２を冷却すると共に、表面の酸化膜を還元する。このとき、有機還元剤水溶液１８は、銅荒引線２より熱を受け取り、加熱される。有機還元剤水溶液１８は、その後配管９を通じて再びタンク５へと戻るが、加熱されているためタンク５内の有機還元剤水溶液１８の温度も上昇する。
【００４４】
タンク５内の有機還元剤水溶液１８の温度は、銅荒引線２の生産速度と有機還元剤水溶液１８の送液速度、またタンク５内の有機還元剤水溶液容量に依存するが、例えば約７０℃になることも少なくない。このように高温となったタンク５内の有機還元剤水溶液１８は蒸気圧が上昇しており、この蒸気（ガス１９）がガス導入手段の配管１１を通ってガス吸収塔１０の底部へ供給される。
【００４５】
他方、吸収液供給手段の配管７を通じて冷却された有機還元剤水溶液１８が吸収液１３としてガス吸収塔１０内のシャワーノズル１５に供給されると共に、シャワーノズル１５から散布される。これにより、ガス吸収塔１０を上昇するガス１９と吸収液１３とが接触してガス１９中の有機還元剤が吸収液１３に吸収されて除去される。このとき、ガス１９と吸収液１３との十分な接触面積を確保するために、ガス吸収塔１０内には充填物１７を挿入しておくことが一般的に行われる。本実施形態においてもガス吸収塔１０内に充填物１７を挿入した。また、ガス吸収塔１０でのガス１９の体積流量をＶG（Ｌ／ｍｉｎ）とし、吸収液１３の体積流量（以下、単に流量ともいう）をＶL（Ｌ／ｍｉｎ）としたとき、ＶL≧４．１ＶGとなるように吸収液１３の流量を調整するとよく、また吸収液１３とガス１９との温度差が１５℃以上となるように吸収液１３の温度を調整するとよい（各々理由は後述する）。
【００４６】
ガス１９中の有機還元剤を除去後、有機還元剤が除去されたクリーンなガスはガス吸収塔１０の上部から排気され、有機還元剤を吸収した吸収液１３はタンク５に戻される。以上の動作により、銅荒引線の製造設備１では有機還元剤水溶液１８の再利用が可能となる。また、この再利用には従来技術のように吸着した有機化合物を離脱するなどの行為は必要ないため、有機化合物の大気への放散を削減しつつ、銅荒引線２を連続的に製造することが可能となる。
【００４７】
ここで、吸収液１３によってガス吸収が行われる原理について説明する。
【００４８】
図３は、平衡状態における、気相のＩＰＡ濃度と液相のＩＰＡ濃度の関係を表した図である。この関係は、例えば非特許文献１に記載された定数を用いて、Ｗｉｌｓｏｎ式より求めることができる。なお、実際の生産に用いられる有機還元剤水溶液１８には、銅との反応生成物であるアセトンが含まれており、ＩＰＡの平衡蒸気圧はアセトン濃度に依存する。しかしながら、その影響は小さいため、以下の説明ではアセトンの影響を無視し、ＩＰＡと水の平衡のみ考慮する。
【００４９】
いま、あるＩＰＡ濃度（例えば８％）の有機還元剤水溶液１８を用いて銅荒引線２の冷却、還元処理を行う場合を考える。またタンク５内の有機還元剤水溶液１８の温度は、例えば７０℃とする。このとき、タンク５上部の大気は前記濃度及び温度の有機還元剤水溶液１８と平衡にあり、図３の曲線ａよりＩＰＡの蒸気圧は１１０ｍｍＨｇ（約１４６ｈＰａ）となる。この蒸気圧のＩＰＡ蒸気を含むガス１９がガス吸収塔１０の底部に導入される。また、吸収液１３としては、タンク５内の有機還元剤水溶液１８が、例えば５０℃に冷却されてガス吸収塔１０の上部に導入される。
【００５０】
ガス吸収塔１０内の上部でシャワーリングされた直後は、吸収液１３中のＩＰＡ濃度は８％であるが、温度は５０℃であることから気液平衡曲線は図３の曲線ｂのようになり、１１０ｍｍＨｇのＩＰＡ蒸気と平衡にある液相のＩＰＡ濃度は６２％である。すなわち、吸収液１３のＩＰＡ濃度が６２％になるまでＩＰＡを吸収することができる。
【００５１】
吸収能力を持った吸収液１３がＩＰＡ蒸気を含むガス１９と接触すると、ＩＰＡの一部が吸収液１３に移動する。このようにして、吸収液１３がガス吸収塔１０の上部から底部へ移動する間に、吸収液１３中のＩＰＡ濃度は増加する。
【００５２】
一方、ガス１９はガス吸収塔１０の底部から上部に上昇する間に、ガス１９中のＩＰＡの一部が吸収液１３に移動することにより、ガス１９中のＩＰＡ濃度は低下し、ガス吸収塔１０の上部から排出される。よって、ガス吸収塔１０を用いることによりＶＯＣ（Volatile Organic Compounds）の排出量を削減することができる。
【００５３】
ここで、もしタンク５内の有機還元剤水溶液１８を冷却せずにガス吸収塔１０の上部から導入した場合、その温度及び濃度において平衡状態にある液相のＩＰＡ濃度は８％であり、ガス１９中のＩＰＡ蒸気を吸収する能力を持たない。つまり、吸収液１３が吸収能力を持つことは、吸収液１３が冷却することによって初めて達成されることである。
【００５４】
このようにして回収したＩＰＡを含む吸収液１３を、銅荒引線の製造設備１に備えられたタンク５に導入することにより、回収したＩＰＡを含む吸収液１３は再利用することが可能である。このとき、吸収液１３に含まれるＩＰＡ濃度と、タンク５内に存在していた有機還元剤水溶液１８が含むＩＰＡ濃度は異なることがあるので適切にＩＰＡ濃度を調整することが望ましい。
【００５５】
このように、吸収液１３を冷却することによって、ガス１９中のＩＰＡ蒸気の回収が可能となるという着想を得た。しかしながら、ガス吸収塔における吸収特性はガス１９や吸収液１３の流量や、ガス吸収塔の高さ、ガス吸収塔内の充填物によって形成される表面積などにも影響されるため、依然として目的を達成するガス吸収塔の設計基準は明確でない。
【００５６】
従来の、酸やアルカリの蒸気を回収するためのガス吸収塔においては、ガスや吸収液の流量、ガス吸収塔の高さ、ガス吸収塔内の充填物の表面積などの影響を考慮した設計手順が確立されている。しかしながら、この設計手順をＩＰＡ蒸気の回収には適用することができない。その理由は以下の２点による。
【００５７】
まず１点目は、被吸収成分の、気相濃度と水溶液中濃度の関係が、ＩＰＡの場合と酸やアルカリの場合とで大きく異なるためである。酸やアルカリの水溶液においては、その水溶液と平衡状態にある蒸気中の酸やアルカリの濃度は、水溶液中の酸やアルカリの濃度にほぼ比例する。すなわち、図１３に対応する蒸気圧曲線は、ほぼ原点を通る直線となる。酸やアルカリのガス吸収塔の設計手順は、蒸気圧曲線が直線となるよう近似しているものが多く、直線関係から大きくはずれるＩＰＡには適用できない。
【００５８】
また２点目として、温度の影響がある。従来の酸やアルカリのガス吸収塔の設計手順は、吸収液とガスの温度を等しいとしているが、本発明におけるＩＰＡ蒸気の回収においては、温度差を設けることが必須である。さらに、従来の酸やアルカリのガス吸収塔においては、吸収に伴って発生する吸収熱による吸収液の温度上昇は考慮していない。しかし、本発明におけるＩＰＡ蒸気のガス吸収塔においては、以下の理由で吸収熱の影響が無視できない。ガス吸収塔１０に導入されるガス１９は、吸収液１３より高温であり、かつ有機還元剤水溶液１８の飽和蒸気を含む。すなわち、ＩＰＡを含むと同時に水を含んでいる。従って、吸収液１３がガス１９と接触すると、ＩＰＡが吸収液１３に吸収されると同時に、水も吸収される。このとき、ＩＰＡの溶解熱並びに水の蒸発潜熱に相当する熱が放出されるため、吸収液１３の温度は、ガス吸収塔１０の上部からガス吸収塔１０の底部に向かうにしたがって増加する。
【００５９】
以上の状況に鑑み、本発明者らは、ガス吸収塔１０内部の任意の高さにおける、気相並びに液相の温度やＩＰＡ濃度を予測できる、ガス吸収塔１０の動作シミュレータを開発した。開発したシミュレータを用いて、ガス吸収塔１０内部の温度分布を評価した結果が図４である。
【００６０】
ここで、縦軸はガス吸収塔１０内の位置、横軸は温度を表す。また、ガス吸収塔１０の流路断面積を０．７８５ｍ2、充填物１７の比表面積を１００ｍ2／ｍ3とした。また、図４は吸収液１３のＩＰＡ濃度＝８質量％、ガス流量＝４ｍ3／ｍｉｎ、吸収液流量＝２０Ｌ／ｍｉｎ、ガス温度＝７０℃、吸収液温度＝５０℃の条件における結果である。図４から分かるように、ガス吸収塔１０の底部では著しく温度が上昇している。
【００６１】
もし、ガス流量に比べて吸収液流量が少ないならば、単位時間に吸収液１３が受け取る熱量は相対的に多くなる。ガス流量及び吸収液流量に対して、どの程度の温度にまで上昇するかを検討した結果を図５に示す。
【００６２】
横軸の吸収液流量と縦軸のガス流量で表される操作条件において、ガス吸収塔１０の底部における温度が何℃まで上昇するかを示している。図４と同様、吸収液１３のＩＰＡ濃度＝８質量％、ガス温度＝７０℃、吸収液温度＝５０℃とした。また、ガス吸収塔１０の高さは０．８ｍとした。
【００６３】
ここで斜線で示した領域Ａは、ガス吸収塔１０の底部ではガス温度以上に吸収液温度が上昇していることを示す。すなわち、この領域Ａでは、吸収液１３の平衡蒸気圧の方がガス１９中のＩＰＡ蒸気圧より高くなる可能性があり、吸収液１３からガス１９に向けてＩＰＡ蒸気が放出される可能性がある。つまり、ガス吸収塔１０が有効に機能しないことになる。
【００６４】
図５で、ガス温度である７０℃まで吸収液温度が上昇する条件は、ガス吸収塔１０でのガス１９の体積流量をＶG（Ｌ／ｍｉｎ）とし、吸収液１３の体積流量をＶL（Ｌ／ｍｉｎ）としたとき、ＶL＝３．４ＶGと表される。実際のガス吸収塔１０においては、ガス１９及び吸収液１３の流量の微妙な変動に対するマージンを見込む必要があり、その変動の程度は、ガス流量、吸収液流量それぞれに対して１０％程度と見積もられることから、ＶL≧３．４×１．１×１．１＝４．１ＶGとすることが望ましい。
【００６５】
以上のように、ガス吸収塔１０でのガス１９の体積流量をＶG（Ｌ／ｍｉｎ）とし、吸収液１３の体積流量をＶL（Ｌ／ｍｉｎ）としたとき、ＶL≧４．１ＶGとなるように吸収液１３の流量を調整するとよい。
【００６６】
なお、ＶL≧４．１ＶGを満足する場合としない場合の、ガス吸収塔１０内の任意の位置における吸収液１３中のＩＰＡ濃度を、本発明者らが開発したシミュレータを用いて計算した結果を、図６，７に示す。
【００６７】
ガス流量はいずれも４ｍ3／ｍｉｎであり、吸収液流量は、図６では２０Ｌ／ｍｉｎ（ＶL＝５ＶG）、図７では１５Ｌ／ｍｉｎ（ＶL＝３．７５ＶG）である。ガス吸収塔１０の上部ではＩＰＡ濃度の変化はない。このことは、ガス１９がガス吸収塔１０の上部に到達する前に、ＩＰＡの吸収は完了し、平衡に達していることを示す。しかしながら、平衡に到達するガス吸収塔１０の底部からの位置は、吸収液流量によって異なり、図６では０．４ｍ、図７では０．６ｍであり、ガス吸収塔１０の高さを低く抑えるためには吸収液流量が多いことが必要であることが判る。
【００６８】
また、ガス吸収塔１０の底部近傍でのＩＰＡ濃度変化には大きな差がある。ガス１９中のＩＰＡ濃度分布を見ると、ＶL≧４．１ＶGを満足する図６では、ガス吸収塔１０の底部から単調に減少するが、ＶL≧４．１ＶGを満足しない図７では、一旦増加した後、減少する。
【００６９】
図７の結果は、ガス吸収塔１０の底部では吸収液１３からガス１９中にＩＰＡが放出されていることを意味し、ガス吸収塔１０として機能していないことが分かる。このように、ガス流量と吸収液流量は、ＶL≧４．１ＶGを満足することが必要である。
【００７０】
次に、吸収液１３とガス１９との温度差が１５℃以上となるように吸収液１３の温度を調整するとよい理由を述べる。
【００７１】
図８に示すように、吸収液１３の温度が低いほど、ガス１９中のＩＰＡ蒸気の回収率は向上する。ＶＯＣ削減や薬品の有効利用といった観点から考えると、実用上意味のある回収率の上限は５０％と考えられる。これを満足する温度は図８から分かるように５５℃以下である。
【００７２】
図８に示した結果は、ガス流量＝４ｍ3／ｍｉｎ、吸収液流量＝２０Ｌ／ｍｉｎ、ガス温度＝７０℃でのものであり、ガス温度と吸収液温度の差ΔＴは１５℃である。ここで、望ましい吸収液温度は、ガス温度に依存するが、回収率５０％を実現するΔＴはガス温度によらず１５℃で一定であることが、発明者らの検討の結果、明らかとなった。
【００７３】
そのため、本実施形態においては、吸収液１３とガス１９との温度差が１５℃以上となるように吸収液１３の温度を調整するようにしている。
【００７４】
以上要するに、本実施の形態に係る銅荒引線の製造方法によれば、揮発した有機物を除去するために吸着剤や触媒を用いておらず、有機物の回収作業のために銅荒引線２の鋳造作業を停止する必要がない。そのため、有機物の回収作業に余計なコストを掛けることなく、連続的に銅荒引線２を製造することができる。
【００７５】
また、本実施の形態においては、ガス吸収塔１０に流す吸収液１３を、ガス吸収塔１０に流されるガス１９中の有機還元剤を吸収できる温度に冷却、すなわち吸収液１３とガス１９との温度差が１５℃以上となるように吸収液１３の温度を調整しているため、ガス吸収塔１０を上昇するガス１９中の有機還元剤（ＩＰＡ）の回収率を高くすることができる。
【００７６】
さらに、本実施の形態においては、ガス吸収塔１０でのガス１９の体積流量をＶG（Ｌ／ｍｉｎ）とし、吸収液１３の体積流量をＶL（Ｌ／ｍｉｎ）としたとき、ＶL≧４．１ＶGとなるように吸収液１３の流量を調整しているため、ガス吸収塔１０の高さを低くしても効率的にガス１９中の有機還元剤を回収することができ、ガス吸収塔１０の小型化、結果的に低コスト化に貢献することができる。
【実施例】
【００７７】
（第１の実施例）
図１，２に示した銅荒引線の製造設備１を用いて、タンク５から蒸発し飛散するＩＰＡ蒸気の回収を評価した。ガス吸収塔１０とタンク５との配管接続の詳細は図９に示す通りである（図９では、説明のため配管１４の途中にのみ熱交換器８が接続されるように描いている）。ガス吸収塔１０の流路断面積を０．７８５ｍ2、ガス吸収塔１０内部の充填物１７が挿入されている領域の高さ（以下、単にガス吸収塔１０の高さという）を０．８ｍ、充填物１７の比表面積を１００ｍ2／ｍ3とした。また、有機還元剤水溶液１８のＩＰＡ濃度は５．４質量％とした。
【００７８】
タンク５内の温度は、銅荒引線２の鋳造条件（鋳造速度及び冷却・酸化物除去ライン３進入時の温度）と、有機還元剤水溶液１８の流量によって主に決まり、評価したときは６８℃であった。このとき、タンク５上部の蒸気１９の温度も６８℃であったが、ガス吸収塔１０に行く途中の配管１１内で冷却され、ガス吸収塔１０入口では５８℃であった。
【００７９】
一方、有機還元剤水溶液１８は、タンク５から取り出された後、送液ポンプ６によって送液され、熱交換器８で冷却された後、ガス吸収塔１０の上部から内部に導入される。評価時におけるガス吸収塔１０に導入される直前の温度は４３℃であった。
【００８０】
ガス流量（ＶG）＝４ｍ3／ｍｉｎ、吸収液流量（ＶL）＝２０Ｌ／ｍｉｎとしてガス吸収塔１０の運転を開始し、ガス吸収塔１０の上部から排出されるガス１９の温度を一定時間ごとにモニタしたところ、運転開始から１５分で安定した。このときのガス１９中に含まれるＩＰＡ濃度を、ガス吸収塔１０入口（底部）及びガス吸収塔１０出口（上部）それぞれにおいて測定したところ、それぞれ３．０％及び１．５％であった。すなわち、ガス吸収塔１０がなければ大気中に放散されている有機還元剤（ＩＰＡ）のほぼ半分がガス吸収塔１０によって回収できたことになる。
【００８１】
以上より、銅荒引線の製造設備１によれば、有機化合物の大気への放散を削減しつつ、銅荒引線２を製造できることが分かる。
【００８２】
（第２の実施例）
第１の実施例と同じ設備（銅荒引線の製造設備１）を用いて、ガス１９及び吸収液１３の流量並びに温度を次のように設定し、ＩＰＡ蒸気回収効果を比較評価した。ガス流量は４ｍ3／ｍｉｎ、ガス吸収塔１０入口でのガス温度は５８℃、ガス吸収塔１０入口での吸収液温度は４３℃とした。また、吸収液流量は５，１０及び２０Ｌ／ｍｉｎの３条件で評価し、吸収液流量に対する依存性を比較した。結果を表１に示す。
【００８３】
【表１】
2011012295.tif 000003
【００８４】
表１に示すように、いずれの吸収液流量条件においても、排出されるガス１９中のＩＰＡ濃度は３．０％以下と、導入されるガス１９中のＩＰＡ濃度（５．９％）より低く、ＩＰＡの回収が実現できていることが確認できた。
【００８５】
しかし、吸収液流量を１０Ｌ／ｍｉｎとした実施例１では、排出されるガス１９中のＩＰＡ濃度は安定せず、瞬間的に４％を超えることもあった。また、このとき、ガス吸収塔１０の底部の温度は導入されたガス温度とほぼ同等まで上昇しており、回収能力の限界であることを示している。
【００８６】
吸収液流量を実施例１の１．５倍とした実施例２では、排出されるガス１９中のＩＰＡ濃度は２．８％にまで低減されており、またガス吸収塔１０の底部の温度は導入されたガス温度よりも低い５３℃まで抑えられている。
【００８７】
さらに吸収液流量を２倍に増加させた実施例３では、排出されるガス１９中のＩＰＡ濃度は実施例２と同じ２．８％にまで低下しており、さらにガス吸収塔１０の底部の温度も５０℃まで抑制されている。
【００８８】
このように、ガス流量ＶG（ｍ3／ｍｉｎ）、吸収液流量ＶL（Ｌ／ｍｉｎ）としたとき、吸収液流量ＶLが多いほど望ましいことが明らかとなった。熱交換器８に導入する冷却水の温度は、季節要因などで５℃程度の変動の可能性があるため、吸収液１３の温度も５℃程度の変動を考慮しておく必要がある。
【００８９】
ＶL≧４．１ＶGを満足しない実施例１及び２でもＩＰＡの回収は実現できているが、ガス吸収塔１０の底部における吸収液１３とガス１９の温度差は５℃以下であり、マージンが少ない。ＶL≧４．１ＶGを満足する実施例３では、ガス吸収塔１０の底部の温度は導入されたガス温度よりも７℃低く、吸収液１３の不慮の温度上昇に対しても、導入されたガス温度以上に上昇しないように制御できる。
【００９０】
（第３の実施例）
第１の実施例と同じ設備（銅荒引線の製造設備１）を用いて、ガス１９及び吸収液１３の流量並びに温度を次のように設定し、ＩＰＡ蒸気回収効果を比較評価した。ガス吸収塔１０入口でのガス温度は５８℃、ガス吸収塔１０入口での吸収液温度は４３℃、吸収液流量は２０Ｌ／ｍｉｎとした。また、ガス流量は４，５及び７ｍ3／ｍｉｎの３条件で評価し、ガス流量に対する依存性を比較した。結果を表２に示す。
【００９１】
【表２】
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【００９２】
表２に示すように、ガス流量を７ｍ3／ｍｉｎとした実施例４では、排出されるガス１９中のＩＰＡ濃度は３．０％であり、導入されるガス１９中のＩＰＡ濃度（５．９％）より低く、ＩＰＡの回収が実現できている。しかし、ガス吸収塔１０の底部の温度は、導入されたガス温度近くまで上昇している。ガス吸収塔１０の底部から３０ｃｍの高さにおいても導入された吸収液温度よりは高く、平衡には達していないことから、よりガス吸収塔１０の高さを高くすることが必要である。
【００９３】
ガス流量を５ｍ3／ｍｉｎとした実施例５では、排出されるガス１９中のＩＰＡ濃度は２．８％に低下しており、回収能力の向上が期待できる。しかし、ガス吸収塔１０の底部から２０ｃｍの位置の温度は導入された吸収液温度より高く、３０ｃｍの位置でようやく平衡に達している。このとき、ガス流量ＶG（ｍ3／ｍｉｎ）、吸収液流量ＶL（Ｌ／ｍｉｎ）とすると、ＶLはＶGの４倍である。
【００９４】
さらにガス流量を４ｍ3／ｍｉｎまで低下させた実施例６では、排出されるガス１９中のＩＰＡ濃度は実施例５と同じ２．８％であり、さらにガス吸収塔１０の底部から２０ｃｍの位置での温度から、この位置で平衡に到達していることが確認できた。
【００９５】
このように、一定の吸収液流量に対しては、ガス流量は少ないほど望ましい。また、ＶL≧４．１ＶGを満足する実施例６では、ガス吸収塔１０の底部からわずか２０ｃｍで平衡に達し、小型のガス吸収塔１０でも目標性能を満足することが明らかとなった。
【００９６】
以上、第２及び第３の実施例の結果より、ガス吸収塔１０でのガス１９の体積流量をＶG（Ｌ／ｍｉｎ）とし、吸収液１３の体積流量をＶL（Ｌ／ｍｉｎ）としたとき、ＶL≧４．１ＶGとなるように吸収液１３の流量を調整するとよく、また吸収液１３とガス１９との温度差が１５℃以上となるように吸収液１３の温度を調整するとよいことが分かる。
【００９７】
（第４の実施例）
第１の実施例と同じ設備（銅荒引線の製造設備１）を用いて、ガス１９及び吸収液１３の流量並びに温度を次のように設定し、ＩＰＡ蒸気回収効果を比較評価した。ガス吸収塔１０入口でのガス流量は５ｍ3／ｍｉｎ、吸収液流量は２０Ｌ／ｍｉｎとした。また、ガス吸収塔１０入口での吸収液温度並びにガス温度を変化させ、温度に対する依存性を比較した。結果を図１０に示す。
【００９８】
図１０から明らかなように、吸収液温度がガス温度より１５℃以上低ければ、回収率は５０％以上を確保できた。また、吸収液温度がガス温度より３０℃以上低ければ、回収率は７５％以上を実現できた。
【００９９】
以上の結果より、吸収液１３とガス１９との温度差が１５℃以上となるように吸収液１３の温度を調整することで、ガス吸収塔１０を上昇するガス１９中の有機還元剤（ＩＰＡ）の回収率を高くできることが分かる。
【符号の説明】
【０１００】
１  銅荒引線の製造設備
２  銅荒引線
４  冷却還元処理室
５  タンク
１０  ガス吸収塔
１３  吸収液
１８  有機還元剤水溶液
１９  ガス
【図１】
2011012295.tif 000005
【図２】
2011012295.tif 000006
【図３】
2011012295.tif 000007
【図４】
2011012295.tif 000008
【図５】
2011012295.tif 000009
【図６】
2011012295.tif 000010
【図７】
2011012295.tif 000011
【図８】
2011012295.tif 000012
【図９】
2011012295.tif 000013
【図１０】
2011012295.tif 000014
【図１１】
2011012295.tif 000015
【図１２】
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