(57)【要約】【課題】被処理ガスから有機溶剤を高濃度かつ高収率で回収可能な省エネルギー化が図られた有機溶剤回収システムを提供する。【解決手段】有機溶剤回収システム１Ａは、被処理ガスに含有される有機溶剤を吸着および脱着可能な吸着材１１１，１２１を含み、被処理ガスを処理することで処理ガスと脱着ガスとを排出する吸脱着処理装置１００と、吸脱着処理装置１００から排出された脱着ガスを凝縮させて分液することで有機溶剤を高濃度に含有する濃縮液と分離水とに分離して排出する凝縮分液装置２００と、凝縮分液装置２００から排出された濃縮液を浸透気化分離法に基づいて膜分離して有機溶剤を高濃度に含有する回収液と透過液とに分離して排出する膜分離装置３３０と、吸脱着処理装置１００から排出された脱着ガスと凝縮分液装置２００から排出されて膜分離装置３３０に導入される濃縮液とを熱交換させる熱交換部４００とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機溶剤を含有する被処理ガスから当該有機溶剤を回収する有機溶剤回収システムであって、
被処理ガスを接触させることで有機溶剤を吸着し、加熱ガスを接触させることで当該吸着した有機溶剤を脱着する吸着素子を含み、前記吸着素子に被処理ガスを供給することで有機溶剤を前記吸着素子に吸着させて処理ガスとして排出し、前記吸着素子に加熱ガスを供給することで有機溶剤を前記吸着素子から脱着させて有機溶剤を含有する脱着ガスとして排出する吸脱着処理装置と、
前記吸脱着処理装置から排出された脱着ガスを冷却することで凝縮し、凝縮後の液を比重差に基づいて分液することで有機溶剤を含有する濃縮液と水を主成分とする分離液とに分離する凝縮分液装置と、
濃縮液を接触させることで濃縮液に含有される水または酸が混入した水を選択的に透過して分離する分離膜を含み、前記凝縮分液装置から排出された濃縮液を前記分離膜に供給することで有機溶剤を高濃度に含有する回収液と水を主成分とする透過液とに分離する膜分離装置と、
前記吸脱着処理装置から排出された脱着ガスと前記凝縮分液装置から排出されて前記膜分離装置に導入される濃縮液とを熱交換させる熱交換部とを備えた、有機溶剤回収システム。
【請求項２】
前記吸着素子が、活性炭素繊維である、請求項１に記載の有機溶剤回収システム。
【請求項３】
前記加熱ガスが、水蒸気である、請求項１または２に記載の有機溶剤回収システム。
【請求項４】
前記膜分離装置が、浸透気化分離法に基づくものである、請求項１から３のいずれかに記載の有機溶剤回収システム。
【請求項５】
前記分離膜が、炭素膜である、請求項１から４のいずれかに記載の有機溶剤回収システム。
【請求項６】
前記分離膜が、中空糸構造を有している、請求項１から５のいずれかに記載の有機溶剤回収システム。
【請求項７】
前記被処理ガスが、酸を含んでいる、請求項１から６のいずれかに記載の有機溶剤回収システム。
【請求項８】
前記被処理ガスが、有機溶剤として水と反応することで酸を発生する成分を含んでいる、請求項１から７のいずれかに記載の有機溶剤回収システム。
【請求項９】
前記成分が、酢酸エステルまたは塩基性化合物である、請求項８に記載の有機溶剤回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機溶剤を含有する被処理ガスから当該有機溶剤を回収する有機溶剤回収システムに関し、特に、各種工場、研究施設等から排出される産業排ガスから有機溶剤を除去して浄化するとともに、除去した有機溶剤を精製して回収する有機溶剤回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機溶剤を含有する被処理ガスから当該有機溶剤を除去することで被処理ガスを清浄化して排出するとともに、除去した有機溶剤を高濃度に濃縮して回収する有機溶剤回収システムが知られている。この種の有機溶剤回収システムとしては、一般に、被処理ガスを吸着材に接触させて有機溶剤を吸着させ、これに高温の加熱ガスを吹き付けて有機溶剤を脱着させて高濃度の有機溶剤を含有する脱着ガスとして排出する吸脱着処理装置と、当該吸脱着処理装置から排出された高濃度の有機溶剤を含有する脱着ガスを凝縮させてこれを分離槽において分液することで水を主成分とする分離液と高濃度の有機溶剤を含有する液とに分離し、このうちの高濃度の有機溶剤を含有する液を回収液として回収する凝縮回収装置との組み合わせにて構成されている（たとえば、実公昭７−２０２８号公報（特許文献１）、実公昭７−２０２９号公報（特許文献２）、実公昭７−２０３０号公報（特許文献３）等参照）。
【０００３】
上記有機溶剤回収システムを用いることで回収される有機溶剤を主成分とする回収液には、通常、当該有機溶剤以外にも脱着処理に用いられる水蒸気等の加熱ガスに由来する水分や有機溶剤の分解物等が含まれる。そのため、一般的に、回収液は、含有される各成分の沸点差を利用して蒸留塔にて蒸留処理が行なわれることで分離され、これにより有機溶剤の精製が行なわれる。なお、有機溶剤、水およびこれらに溶解した微量成分を含む回収液は、共沸混合物である場合が多く、その蒸留処理には、共沸蒸留操作が必要となる。
【０００４】
しかしながら、蒸留塔を用いた蒸留処理は、高額の設備投資が必要となってイニシャルコストが嵩むばかりでなく、設備の設置面積も大きくなり、有機溶剤回収システムに付設する設備としては好ましいものではない。しかも、当該設備は、その稼動に莫大なエネルギーを要するためランニングコストが嵩むとともに、大気汚染の原因ともなるため環境保全の面からも好ましいものではない。
【０００５】
このような観点から、蒸留塔を用いた蒸留処理に代わる精製方法として、浸透気化分離法（パーベーパレーション法）に基づく膜分離処理が注目されている。浸透気化分離法は、共沸混合物の分離に適した分離方法であり、分離膜としては、無機膜としてのゼオライト膜や高分子膜としてのポリスルホン膜、シリコン膜、ポリアミド膜、ポリイミド膜等が一般的に利用される。
【０００６】
このような浸透気化分離法に基づいた膜分離装置を備えた有機溶剤回収システムとしては、たとえば特開２００９−６６５３０号公報（特許文献４）に開示のものがある。当該特許文献４に開示される有機溶剤回収システムは、上述した従来の有機溶剤回収システムの凝縮回収装置の下流側にさらに浸透気化分離法に基づいた膜分離装置を追加した構成のものであり、凝縮回収装置にて回収された高濃度の有機溶剤を含有する液をさらに浸透気化分離法に基づいた膜分離装置に導入し、膜分離装置において当該高濃度の有機溶剤を含有する液からさらに水を分離して除去することにより、有機溶剤の精製を行なっている。なお、当該有機溶剤回収システムにおいては、さらに膜分離装置にて分離された主として水を多く含む透過液を凝縮回収装置の分離槽に戻すことにより、有機溶剤の収率をさらに高めるように構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実公昭７−２０２８号公報
【特許文献２】実公昭７−２０２９号公報
【特許文献３】実公昭７−２０３０号公報
【特許文献４】特開２００９−６６５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献４に開示される如くの有機溶剤回収システムは、蒸留塔を用いる場合に比べて必要とするエネルギーが少なくて済むものの、膜分離装置が有機溶剤回収システムに付設される設備である以上、処理液等を温度管理しながら配管ラインを経由して輸送するために必要となる動力源（たとえば、熱源や駆動源等）が増加することは避けられず、そのため設備を稼動するためのエネルギーが増大し、ランニングコストが嵩むことは避けられない。
【０００９】
したがって、本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたものであり、有機溶剤を含有する被処理ガスから当該有機溶剤を回収するに際し、有機溶剤を高濃度かつ高収率で回収可能な省エネルギー化が図られた有機溶剤回収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】
【００１０】
本発明に基づく有機溶剤回収システムは、有機溶剤を含有する被処理ガスから当該有機溶剤を回収する有機溶剤回収システムであって、吸脱着処理装置と、凝縮分液装置と、膜分離装置と、熱交換部を備える。上記吸脱着処理装置は、被処理ガスを接触させることで有機溶剤を吸着し、加熱ガスを接触させることで当該吸着した有機溶剤を脱着する吸着素子を含み、上記吸着素子に被処理ガスを供給することで有機溶剤を上記吸着素子に吸着させて処理ガスとして排出し、上記吸着素子に加熱ガスを供給することで有機溶剤を上記吸着素子から脱着させて有機溶剤を含有する脱着ガスとして排出するものである。上記凝縮分液装置は、上記吸脱着処理装置から排出された脱着ガスを冷却することで凝縮し、凝縮後の液を比重差に基づいて分液することで有機溶剤を含有する濃縮液と水を主成分とする分離液とに分離するものである。上記膜分離装置は、濃縮液を接触させることで濃縮液に含有される水分または酸が混入した水分を選択的に透過して分離する分離膜を含み、上記凝縮分液装置から排出された濃縮液を上記分離膜に供給することで有機溶剤を高濃度に含有する回収液と水を主成分とする透過液とに分離するものである。上記熱交換部は、上記吸脱着処理装置から排出された脱着ガスと上記凝縮分液装置から排出されて上記膜分離装置に導入される濃縮液とを熱交換させるものである。
【００１１】
上記本発明に基づく有機溶剤回収システムにあっては、上記吸着素子が活性炭素繊維であることが好ましい。
【００１２】
上記本発明に基づく有機溶剤回収システムにあっては、上記加熱ガスが水蒸気であることが好ましい。
【００１３】
上記本発明に基づく有機溶剤回収システムにあっては、上記膜分離装置が浸透気化分離法に基づくものであることが好ましい。
【００１４】
上記本発明に基づく有機溶剤回収システムにあっては、上記分離膜が炭素膜であることが好ましい。
【００１５】
上記本発明に基づく有機溶剤回収システムにあっては、上記分離膜が中空糸構造を有していることが好ましい。
【００１６】
上記本発明に基づく有機溶剤回収システムは、上記被処理ガスが酸を含んでいる場合に特に好適に利用されるものである。
【００１７】
上記本発明に基づく有機溶剤回収システムは、上記被処理ガスが有機溶剤として水と反応することで酸を発生する成分を含んでいる場合に特に好適に利用されるものである。ここで、水と反応することで酸を発生する成分としては、酢酸エステルまたは塩基性化合物が挙げられる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、有機溶剤を含有する被処理ガスから当該有機溶剤を回収するに際し、有機溶剤を高濃度かつ高収率で回収可能な省エネルギー化が図られた有機溶剤回収システムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態における有機溶剤回収システムのシステム構成図である。
【図２】本発明の実施の形態における有機溶剤回収システムの膜分離装置の模式断面図である。
【図３】比較例に係る有機溶剤回収システムのシステム構成図である。
【図４】検証試験の結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一または対応する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さないこととする。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態における有機溶剤回収システムのシステム構成図であり、図２は、図１に示す膜分離装置の模式断面図である。まず、これら図１および図２を参照して、本実施の形態における有機溶剤回収システムの構成について説明する。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態における有機溶剤回収システム１Ａは、吸脱着処理装置１００と、凝縮分液装置２００と、膜分離装置３３０を含む分離回収装置３００と、熱交換部４００とを備えている。本実施の形態における有機溶剤回収システム１Ａは、有機溶剤を含有する被処理ガスから当該有機溶剤を除去することで被処理ガスを処理するとともに、除去した有機溶剤を精製して回収するものである。処理対象である有機溶剤を含有する被処理ガスとしては、酸を含むもの、酸を含まないもの、酸を含まないが有機溶剤として水と反応することで酸を発生する成分（たとえば酢酸エステル、塩基性化合物等）を含むもの等が挙げられる。
【００２３】
吸脱着処理装置１００は、吸着素子としての吸着材１１１，１２１がそれぞれ収容された第１処理槽１１０および第２処理槽１２０を有している。吸着材１１１，１２１は、被処理ガスを接触させることで被処理ガスに含有される有機溶剤を吸着する。したがって、吸脱着処理装置１００においては、吸着材１１１，１２１に被処理ガスを供給することで有機溶剤が吸着材１１１，１２１によって吸着され、これにより被処理ガスが清浄化されて処理ガスとして排出されることになる。また、吸着材１１１，１２１は、加熱ガスとしての水蒸気を接触させることで吸着した有機溶剤を脱着する。したがって、吸脱着処理装置１００においては、吸着材１１１，１２１に水蒸気を供給することで有機溶剤が吸着材１１１，１２１から脱着され、これにより水蒸気が有機溶剤を含有する脱着ガスとして排出されることになる。なお、有機溶剤の脱着のために吸脱着処理装置１００に導入される加熱ガスとしては、水蒸気の他にも高温の不活性ガス等が利用可能である。
【００２４】
第１処理槽１１０および第２処理槽１２０には、配管ラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４がそれぞれ接続されている。配管ラインＬ１は、有機溶剤を含有する被処理ガスを第１処理槽１１０および第２処理槽１２０に供給するための配管ラインであり、バルブＶ１０１，Ｖ１０２によって第１処理槽１１０および第２処理槽１２０に対する接続／非接続状態が切り替えられる。配管ラインＬ２は、水蒸気を第１処理槽１１０および第２処理槽１２０に供給するための配管ラインであり、バルブＶ１０３，Ｖ１０４によって第１処理槽１１０および第２処理槽１２０に対する接続／非接続状態が切り替えられる。配管ラインＬ３は、処理ガスを第１処理槽１１０および第２処理槽１２０から排出するための配管であり、バルブＶ１０５，Ｖ１０６によって第１処理槽１１０および第２処理槽１２０に対する接続／非接続状態が切り替えられる。配管ラインＬ４は、脱着ガスを第１処理槽１１０および第２処理槽１２０から排出するための配管ラインであり、バルブＶ１０１，Ｖ１０２によって第１処理槽１１０および第２処理槽１２０に対する接続／非接続状態が切り替えられる。
【００２５】
第１処理槽１１０と第２処理槽１２０とは、上述したバルブＶ１０１〜Ｖ１０６の開閉を操作することによって交互に吸着槽および脱着槽として機能し、具体的には、第１処理槽１１０が吸着槽として機能している場合には、第２処理槽１２０が脱着槽として機能し、第１処理槽１１０が脱着槽として機能している場合には、第２処理槽１２０が吸着槽として機能する。すなわち、本実施の形態における吸脱着処理装置１００においては、吸着槽と脱着槽とが経時的に交互に切り替わるように構成されている。なお、配管ラインＬ１は、第１処理槽１１０および第２処理槽１２０のうち、吸着槽として機能している槽に接続されて当該吸着槽に被処理ガスを供給し、配管ラインＬ２は、第１処理槽１１０および第２処理槽１２０のうち、脱着槽として機能している槽に接続されて当該脱着槽に水蒸気を供給する。また、配管ラインＬ３は、第１処理槽１１０および第２処理槽１２０のうち、吸着槽として機能している槽に接続されて当該吸着槽から処理ガスを排出し、配管ラインＬ４は、第１処理槽１１０および第２処理槽１２０のうち、脱着槽として機能している槽に接続されて脱着ガスを排出する。
【００２６】
吸着材１１１，１２１は、活性炭、活性炭素繊維またはゼオライトの少なくともいずれかを含む部材にて構成されている。好適には、吸着材１１１，１２１としては、粒状、粒体状、ハニカム状等の活性炭やゼオライトが利用されるが、より好適には、活性炭素繊維が利用される。活性炭素繊維は、表面にミクロ孔を有する繊維状構造を有しているため、ガスとの接触効率が高く、他の吸着素子に比べて高い吸着効率を実現できる部材である。
【００２７】
凝縮分液装置２００は、凝縮器２１０と、分離槽２２０とを有している。凝縮器２１０は、吸脱着処理装置１００から排出された脱着ガスを冷却水等を用いて凝縮させて液化させる装置であり、分離槽２２０は、脱着ガスを液化させることで得られる液を比重差に基づいて分液することで有機溶剤を高濃度に含有する濃縮液と水を主成分とする分離液とに分離する装置である。
【００２８】
凝縮器２１０は、配管ラインＬ４，Ｌ５にそれぞれ接続されており、分離槽２２０は、配管ラインＬ５，Ｌ６，Ｌ７にそれぞれ接続されている。配管ラインＬ４は、上述した吸脱着処理装置１００から排出された脱着ガスを凝縮器２１０に供給するための配管ラインであり、配管ラインＬ５は、凝縮器２１０で得られた液を分離槽２２０に供給するための配管ラインである。配管ラインＬ６は、分離槽２２０で分液された分離液を分離槽２２０から排出するための配管ラインであり、配管ラインＬ７は、分離槽２２０で分液された濃縮液を分離槽２２０から排出するための配管ラインである。なお、配管ラインＬ７には、バルブＶ１０７が設けられており、当該バルブＶ１０７は、分離槽２２０と後述するバッファタンク３１０との間の配管ラインＬ７を経由した接続／非接続状態を切り替える。
【００２９】
分離回収装置３００は、バッファタンク３１０と、ヒータ３２０と、膜分離装置３３０と、凝縮器３４０と、回収タンク３５０とを有している。バッファタンク３１０は、凝縮分液装置２００から排出された濃縮液を一時的に貯留するためのタンクであり、ヒータ３２０は、バッファタンク３１０から排出される濃縮液を高温の水蒸気等を用いて必要に応じて加熱するための装置である。膜分離装置３３０は、いわゆる浸透気化分離法に基づいて濃縮液に含有される水分または酸が混入した水分を選択的に透過して分離するための装置である。凝縮器３４０は、膜分離装置３３０から排出された透過成分を冷却水等を用いて凝縮させて透過液として排出するための装置であり、回収タンク３５０は、膜分離装置３３０から排出された高濃度の有機溶剤を含有する液を回収液として貯留するためのタンクである。
【００３０】
バッファタンク３１０は、配管ラインＬ７，Ｌ８，Ｌ１３に接続されており、ヒータ３２０は、配管ラインＬ８の途中に設けられている。膜分離装置３３０は、配管ラインＬ８，Ｌ９，Ｌ１１，Ｌ１３にそれぞれ接続されている。凝縮器３４０は、配管ラインＬ９，Ｌ１０にそれぞれ接続されており、回収タンク３５０は、配管ラインＬ１１，Ｌ１２に接続されている。
【００３１】
配管ラインＬ７は、上述した凝縮分液装置２００から排出された濃縮液をバッファタンク３１０に供給するための配管ラインであり、配管ラインＬ８は、バッファタンク３１０に貯留された濃縮液を膜分離装置３３０に供給するための配管ラインである。配管ラインＬ９は、膜分離装置３３０にて分離されて排出された透過成分を凝縮器３４０に供給するための配管ラインであり、配管ラインＬ１０は、凝縮器３４０で凝縮することで得られた透過液を凝縮器３４０から排出するための配管ラインである。配管ラインＬ１１は、膜分離装置３３０にて分離されて排出された回収液を回収タンク３５０に供給するための配管ラインであり、配管ラインＬ１２は、回収タンク３５０に貯留された回収液を外部に排出するための配管ラインである。配管ラインＬ１３は、膜分離装置３３０にて分離されて排出された非透過液をバッファタンク３１０に戻すための配管ラインである。なお、配管ラインＬ１１には、バルブＶ１０８が設けられており、当該バルブＶ１０８は、膜分離装置３３０と回収タンク３５０の間の配管ラインＬ１１を経由した接続／非接続状態を切り替える。また、配管ラインＬ１３には、バルブＶ１０９が設けられており、当該バルブＶ１０９は、膜分離装置３３０とバッファタンク３１０の間の配管ラインＬ１３を経由した接続／非接続状態を切り替える。なお、膜分離装置３３０は、図示する如く単数基にて構成してもよいが、複数基を並列や直列に配置して構成することも可能である。
【００３２】
図２に示すように、膜分離装置３３０は、外殻となるシェル３３１と、シェル３３１の内部に収容された内部中空の分離膜３３２と、分離膜３３２の内部中空に連通するように接続された吸引管３３４とを主として備えている。ここで、分離膜３３２は、濃縮液を接触させることで濃縮液に含有される水分または酸が混入した水分を選択的に透過して当該濃縮液に含まれる他の成分から分離する膜である。
【００３３】
シェル３３１は、配管ラインＬ８に接続されることで凝縮分液装置２００から排出された濃縮液をシェル３３１の内部に導入するための導入口３３５と、配管ラインＬ１１，Ｌ１３に接続されることでシェル３３１の内部を通過後の濃縮液を非透過液または回収液としてシェル３３１から導出するための導出口３３６とを有している。分離膜３３２は、その一端が支持部材３３３ａによって支持されるとともに、他端が支持部材３３３ｂによって支持されて吸引管３３４に接続されている。吸引管３３４は、配管ラインＬ９に接続されることで図示しない真空ポンプおよび凝縮器３４０に接続されている。
【００３４】
ここで、分離膜３３２としては、たとえば各種の無機膜や高分子膜の利用が可能であるが、特に好適には炭素膜が利用される。これは、濃縮液が比較的高温の液体であることや、濃縮液に酸が僅かながら含有される可能性があるためであり、耐熱性や耐酸性等に優れた炭素膜を利用することで、膜分離装置３３０の高寿命化が図られるためである。たとえば、分離膜３３２として高分子膜を利用した場合には、処理対象が液体であるため高分子膜が膨潤することで変形が生じ、膜の破損やリークの発生が懸念され、好ましいものとはなり難い。また、分離膜３３２として無機膜であるゼオライト膜を利用した場合には、処理対象である濃縮液に酸が含まれる場合があるため、酸に触れることでその構造が破壊することが懸念され、好ましいものとはなり難い。
【００３５】
なお、分離膜３３２として炭素膜を利用した場合にも、炭素膜に含有される金属によって膜分離装置３３０内においても水分との反応によって酸が発生する場合がある。そのため、炭素膜中の金属種や量を適宜調節することで酸の発生を抑制することが好ましい。具体的には、原料の選定や炭素膜製造条件の調整によって、Ｆ，Ｐ，Ｓ，Ｃｌ，Ｋ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｚｎ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｎｉ等の金属の含有量がそれぞれ５００ｐｐｍ以下に抑えることが好ましい。さらには、炭素膜の製造過程もしくは後処理によって、例えば塩酸等の無機酸で炭素膜中の金属を洗浄することで炭素膜中の金属量を低減することも可能である。
【００３６】
また、分離膜３３２は、中空糸構造を有していることが好ましい。これは、中空糸構造を有する分離膜３３２を利用することにより、他のチューブ構造等を有する分離膜を利用する場合に比べて、分離膜の単位容積当たりの表面積を大きくすることが可能となって膜分離装置３３０の分離能を高めることができるためであり、その結果、膜分離装置３３０の小型化、低コスト化および省エネルギー化が可能になることになる。
【００３７】
なお、中空糸構造を有する炭素膜の原料としては、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、セルロース系樹脂、ポリフェニレンオキシド系樹脂、ポリフルフリルアルコール、フェノール樹脂などが挙げられるが、特にその原料が限定されるものではない。
【００３８】
上述した中空糸構造を有する炭素膜とは、上述の樹脂原料等を中空状に加工し、さらにそれを不活性雰囲気中で熱処理したものである。熱処理温度としては、樹脂の熱分解開始温度以上であり、一般的には２５０℃以上である。不活性雰囲気中の熱処理温度は、膜分離の性能に直結するため、最適な温度を選定することができる。しかし、温度が高すぎると熱収縮で炭素膜の細孔が閉塞してしまうため、上限としては１３００℃程度までが望ましい。
【００３９】
また、不活性雰囲気中の熱処理の前に、空気中での熱処理（耐炎化、不融化、熱安定化ともいう）や、樹脂に難燃剤などを付与することも可能である。また、不活性雰囲気中の熱処理の後に、薬品による処理や、熱処理などによる表面処理を加えてもよい。炭素膜は、炭素、水素、酸素、窒素、硫黄などの元素と、前述の金属成分で構成され、主成分としては炭素であり、その含有率は６０％以上である。炭素の含有量の上限としては、特に制限はないが、９９．９％程度が事実上の上限である。
【００４０】
熱交換部４００は、配管ラインＬ４と配管ラインＬ７とを熱的に接触させることで構成されている。具体的には、熱交換部４００は、配管ラインＬ４を通過する脱着ガスがもつ潜熱および顕熱を配管ラインＬ７を通過する濃縮液に熱交換することで付与する部位であり、熱交換器を用いることで構成される。ここで、使用可能な熱交換器としては、種々の構成のものが利用可能であるが、たとえば蛇行管、直行管、フィン付き管等を用いた熱交換器が利用可能である。
【００４１】
次に、上記図１を参照して、本実施の形態における有機溶剤回収システム１Ａにおいて行なわれる処理の詳細について説明する。なお、以下の説明は、吸脱着処理装置１００の第１処理槽１１０が吸着槽として機能し、第２処理槽１２０が脱着槽として機能している状態に基づいたものであるが、これら吸着槽と脱着槽とが入れ替わった場合にも、同様の処理が行なわれる。
【００４２】
図１に示すように、被処理ガスは、配管ラインＬ１を経由して吸脱着処理装置１００に導入される。導入された被処理ガスは、第１処理槽１１０に送られて吸着材１１１と接触し、当該被処理ガスに含有される有機溶剤が吸着材１１１によって吸着される。有機溶剤が吸着材１１１によって吸着された後のガスは、配管ラインＬ３に導入されて処理ガスとして吸脱着処理装置１００から排出される。
【００４３】
一方、吸脱着処理装置１００には、上記被処理ガスの導入と並行して、配管ラインＬ２を経由して水蒸気が導入される。導入された水蒸気は、第２処理槽１２０に送られて吸着材１２１と接触し、吸着材１２１に吸着された有機溶剤を脱着させる。吸着材１２１から脱着された有機溶剤を含む水蒸気は、配管ラインＬ４に導入されて脱着ガスとして吸脱着処理装置１００から排出される。ここで、吸脱着処理装置１００から排出される脱着ガスの温度は、概ね〜１１０℃程度である。
【００４４】
吸脱着処理装置１００から排出された脱着ガスは、配管ラインＬ４を経由して凝縮分液装置２００に送られる。その際、脱着ガスは、熱交換部４００において濃縮液と熱交換することで所定の温度にまで冷却される。熱交換部４００において冷却されて凝縮分液装置２００に送られた脱着ガスは、凝縮器２１０に導入されて冷却されることで凝縮し、凝縮した後の液は、配管ラインＬ５を経由して分離槽２２０に送られる。分離槽２２０に導入された液は、分離槽２２０において比重差に基づいて分液され、有機溶剤を高濃度に含有する濃縮液と水を主成分とする分離液とに分離される。水を主成分とする分離液は、配管ラインＬ６に導入されて凝縮分液装置２００から排出され、有機溶剤を高濃度に含有する濃縮液は、バルブＶ１０７を開放することで配管ラインＬ７に導入されて凝縮分液装置２００から排出される。ここで、凝縮分液装置２００から排出される濃縮液の温度は、概ね３０℃〜４０℃程度である。
【００４５】
凝縮分液装置２００から排出された濃縮液は、配管ラインＬ７を経由して分離回収装置３００に送られる。その際、濃縮液は、熱交換部４００において脱着ガスと熱交換することで所定の温度にまで加熱される。熱交換部４００において加熱されて分離回収装置３００に送られた濃縮液は、バッファタンク３１０にて一時的に貯留され、その後配管ラインＬ８に導入されて必要に応じてヒータ３２０によって加熱されて所定の温度にまで昇温され、膜分離装置３３０へと導入される。ここで、膜分離装置３３０に導入される濃縮液が所定の温度にまで昇温される理由は、後述する膜分離装置３３０における膜分離処理の分離能を高めるためであり、これにより効率よく膜分離処理が行なわれることになる。なお、膜分離装置３３０に導入される濃縮液の温度としては、含有される有機溶剤の成分や組成にもよるが、一般的に５０℃〜１３０℃程度である。
【００４６】
膜分離装置３３０においては、シェル３３１に設けられた導入口３３５を介して配管ラインＬ８から濃縮液が導入され、導入された濃縮液は、シェル３３１の内部を通過する際に分離膜３３２に接触する。このとき、図示しない真空ポンプの作用により、濃縮液に含有される水分または酸が混入した水分が分離膜３３２を透過し、分離膜３３２の内部中空に導入され、さらに真空ポンプの作用によって吸引管３３４を介して膜分離装置３３０の外部へと排出される。膜分離装置３３０から排出された透過成分は、配管ラインＬ９を経由して凝縮器３４０へと供給され、凝縮器３４０にて冷却されることで凝縮して透過液となり、配管ラインＬ１０を介して排出される。一方、シェル３３１の内部を通過した後の非透過液は、シェル３３１に設けられた導出口３３６から排出され、バルブＶ１０９を開放することで配管ラインＬ１３に導入されて膜分離装置３３０から排出される。膜分離装置３３０から排出された非透過液は、配管ラインＬ１３を経由してバッファタンク３１０へと戻される。
【００４７】
分離回収装置３００においては、上述した操作が所定時間にわたって継続される。これにより、バッファタンク３１０に一時的に貯留された濃縮液からは、有機溶剤以外の不純物が徐々に膜分離装置３３０において分離されて除去されていくことになる。そして、所定時間経過後、バルブＶ１０９を閉塞し、これに代えてバルブＶ１０８を開放することにより、シェル３３１に設けられた導出口３３６から排出された濃縮液は、配管ラインＬ１１に導入されて回収液として膜分離装置３３０から排出され、回収タンク３５０にて貯留される。その後、回収タンク３５０に貯留された回収液は、所定量が貯まった時点で配管ラインＬ１２を介して有機溶剤回収システム１Ａの外部へと排出される。
【００４８】
以上において説明した本実施の形態における有機溶剤回収システム１Ａとすることにより、吸脱着処理装置１００から排出され凝縮分液装置２００に導入される前の脱着ガスと、凝縮分液装置２００から排出され膜分離装置３３０に導入される前の濃縮液とを熱交換部４００において熱交換させることが可能になり、有機溶剤回収システム１Ａの稼動に必要なエネルギーの省エネルギー化が可能となる。具体的には、上記熱交換を行なうことにより、凝縮分液装置２００において脱着ガスを凝縮させる際に必要なるエネルギー（たとえば冷却水の温度調節に必要なエネルギーや冷却水の搬送に必要なエネルギー等）の使用量を削減することができるとともに、膜分離装置３３０において濃縮液を効率的に膜分離させるために濃縮液を所定の温度に昇温させる際に必要になるエネルギー（たとえば高温の水蒸気の温度調節に必要なエネルギーや高温の水蒸気の搬送に必要なエネルギー等）の使用量を削減することができる。したがって、上述した本実施の形態における有機溶剤回収システム１Ａとすることにより、有機溶剤を高濃度かつ高収率で回収可能でかつランニングコストが低く抑えられた有機溶剤回収システムとすることができる。
【００４９】
以下においては、本発明による効果を検証するために行なった検証試験について詳説する。本検証試験においては、実施例として上述した本実施の形態における有機溶剤回収システム１Ａを試作し、これを用いて有機溶剤を回収した場合に必要となるエネルギー使用量を実測するとともに、比較例として上述した従来の有機溶剤回収システムを製作し、これを用いて有機溶剤を回収した場合に必要となるエネルギー使用量を実測し、これらの実測値を比較することによって本発明の効果を検証した。
【００５０】
図３は、比較例に係る有機溶剤回収システムのシステム構成図であり、図４は、検証試験の結果を示す表である。以下においては、まず、図３を参照して比較例に係る有機溶剤回収システムの構成について詳細に説明し、その後に、図４を参照して検証試験の結果について説明する。
【００５１】
比較例に係る有機溶剤回収システム１Ｂは、実施例に係る有機溶剤回収システム（図１に示す有機溶剤回収システム１Ａ）と、熱交換部４００があるか否かにおいてのみ相違している。すなわち、比較例に係る有機溶剤回収システム１Ｂにおいては、配管ラインＬ４を通過する脱着ガスと配管ラインＬ７を通過する濃縮液との間で熱交換を行なわず、脱着ガスの冷却は凝縮器２１０による冷却のみで行ない、濃縮液の加熱はヒータ３２０による加熱のみで行なうものである。
【００５２】
本検証試験においては、有機溶剤として酢酸エチルを２０００ｐｐｍの濃度で含有する４０℃の被処理ガスを用い、これを実施例に係る有機溶剤回収システム１Ａおよび比較例に係る有機溶剤回収システム１Ｂにそれぞれ導入することで処理を行なった。ここで、吸脱着処理装置１００は、いずれの有機溶剤回収システムにおいても同様のものを使用し、吸着材１１１，１２１としては、平均細孔径１７．４Å、ＢＥＴ比表面積１６５０ｍ2／ｇ、全細孔容積０．６６ｃｍ3／ｇの活性炭素繊維を用いた。
【００５３】
まず、上記被処理ガスを図示しない送風機を用いて吸脱着処理装置１００の一方の処理槽に風量１００Ｎｍ3／ｍｉｎで９分間送風することによって吸着処理を行ない、当該被処理ガスを清浄化して処理ガスとして排出した。その場合に、吸脱着処理装置１００から排出される処理ガスに含有される酢酸エチルの濃度は、実施例に係る有機溶剤回収システム１Ａおよび比較例に係る有機溶剤回収システム１Ｂのいずれにおいても２０ｐｐｍであることが確認され、９９％の除去率で吸脱着処理装置１００によって酢酸エチルが除去されていることが確認された。
【００５４】
上述した９分間の送風の後、バルブＶ１０１〜Ｖ１０６を切り替え操作し、上記一方の処理槽を脱着槽に切り替えるとともに、残る処理槽を吸着槽とした。脱着槽においては、水蒸気を導入することで吸着材の脱着処理を行ない、吸着槽においては、上述した条件と同様の条件で吸着処理を行なった。この吸着処理と脱着処理の操作を各処理槽で交互に繰り返して実施した。
【００５５】
実施例に係る有機溶剤回収システム１Ａにおいては、上述した吸脱着処理装置１００の脱着槽から１００℃で排出される脱着ガスを熱交換部４００を経由して凝縮分液装置２００に導入し、３０℃の冷却水を用いて凝縮器２１０にて冷却し、その後分離槽２２０にて分液することで、高濃度の酢酸エチルを含有する濃縮液と水を主成分とする分離液とを得た。つづいて、凝縮分液装置２００から排出された濃縮液を熱交換部４００を経由して分離回収装置３００に導入し、バッファタンク３１０に一時的に貯留し、その後ヒータ３２０を用いて濃縮液を７５℃にまで加熱し、分離膜３３２として中空糸構造を有する炭素膜を具備する膜分離装置３３０に導入して膜分離処理を行なった。このとき、膜分離装置３３０にて分離された透過成分は、凝縮器３４０によって凝縮されて透過液として排出され、非透過液については、バッファタンク３１０に戻すこととした。所定時間経過後、膜分離装置３３０から排出される非透過液を回収液として回収タンク３５０に導入した。
【００５６】
上記実施例においては、分離槽２２０で分液された濃縮液の酢酸エチル濃度が９６．５ｗｔ％であり、その量が６０ｋｇ／ｈｒであることが確認された。また、膜分離装置３３０で分離されて精製された回収液の酢酸エチル濃度が９９．９ｗｔ％であり、当該回収液の水の濃度が０．１ｗｔ％であることも確認された。この結果は、被処理ガスから有機溶剤を回収することで得られる回収液の濃度および収率としては、十分に高濃度で高収率なものであると言える。
【００５７】
ここで、図４に示すように、上記実施例においては、凝縮分液装置２００の入口での脱着ガス（ここでは、厳密には脱着ガスが液化したもの）の温度が７０℃であることが確認されるとともに、分離回収装置３００の入口での濃縮液の温度が７０℃で安定することが確認された。この結果は、熱交換部４００において脱着ガスと濃縮液とが十分に熱交換を行なっていることを示すものである。すなわち、実施例においては、凝縮器２１０において脱着ガスをわずか降温させるだけでよく、またヒータ３２０において濃縮液の温度をわずかに昇温させるだけでよいことを意味している。なお、図４に示すように、実施例におけるユーティリティ使用量は、冷却水については９ｍ3／ｈｒであり、水蒸気については４ｍ3／ｈｒであることが実測で確認された。
【００５８】
一方、比較例に係る有機溶剤回収システム１Ｂにおいては、上述した吸脱着処理装置１００の脱着槽から１００℃で排出される脱着ガスをそのまま凝縮分液装置２００に導入し、３０℃の冷却水を用いて凝縮器２１０にて冷却し、その後分離槽２２０にて分液することで、高濃度の酢酸エチルを含有する濃縮液と水を主成分とする分離液とを得た。つづいて、凝縮分液装置２００から排出された濃縮液をそのまま分離回収装置３００に導入し、バッファタンク３１０に一時的に貯留し、その後ヒータ３２０を用いて濃縮液を７５℃にまで加熱し、分離膜３３２として中空糸構造を有する炭素膜を具備する膜分離装置３３０に導入して膜分離処理を行なった。このとき、膜分離装置３３０にて分離された透過成分は、凝縮器３４０によって凝縮されて透過液として排出され、非透過液については、バッファタンク３１０に戻すこととした。所定時間経過後、膜分離装置３３０から排出される非透過液を回収液として回収タンク３５０に導入した。
【００５９】
上記比較例においては、分離槽２２０で分液された濃縮液の酢酸エチル濃度が９６．５ｗｔ％であり、その量が６０ｋｇ／ｈｒであることが確認された。また、膜分離装置３３０で分離されて精製された回収液の酢酸エチル濃度が９９．９ｗｔ％であり、当該回収液の水の濃度が０．１ｗｔ％であることも確認された。この結果は、被処理ガスから有機溶剤を回収することで得られる回収液の濃度および収率としては、十分に高濃度で高収率なものであると言える。
【００６０】
しかしながら、図４に示すように、上記比較例においては、凝縮分液装置２００の入口での脱着ガスの温度が１００℃であることが確認されるとともに、分離回収装置３００の入口での濃縮液の温度が３９℃で安定することが確認された。この結果は、実施例の如く熱交換部を設けていないため、必要なエネルギーが実施例に比べて増加していることを示すものである。すなわち、比較例においては、凝縮器２１０において脱着ガスを大きく降温させる必要があり、またヒータ３２０において濃縮液の温度を大きく昇温させる必要があることを意味している。なお、図４に示すように、比較例におけるユーティリティ使用量は、冷却水については２６ｍ3／ｈｒであり、水蒸気については２８ｍ3／ｈｒであることが実測で確認された。この値は、冷却水の使用量について実施例の約３．５倍、水蒸気の使用量について実施例の７倍であり、実施例に比較して非常に大きなエネルギーを必要としたことを示している。
【００６１】
以上において説明した検証試験の結果から、上述した本実施の形態の如くの有機溶剤回収システム１Ａとすることにより、従来に比して大幅に省エネルギー化が図られ、設備を稼働させるためのランニングコストが低減できることが確認された。
【００６２】
なお、上述した本実施の形態における有機溶剤回収システム１Ａにおいては、ポンプやファン等の流体搬送手段やストレージタンク等の流体貯留手段などの構成要素を必ずしもすべて示すことなく説明を行なったが、これら構成要素は必要に応じて適宜の位置に配置すればよい。
【００６３】
また、上述した本実施の形態における有機溶剤回収システム１Ａにおいては、分離回収装置３００にヒータ３２０を設けた構成とした場合を例示して説明を行なったが、膜分離装置３３０において効率よく膜分離が行なえる温度にまで濃縮液を熱交換部４００にて加熱することができるのであれば、特にヒータ３２０を分離回収装置３００に設ける必要はない。
【００６４】
また、上述した本実施の形態における有機溶剤回収システム１Ａにおいては、脱着ガスと濃縮液とを熱接触させる熱交換部４００を凝縮分液装置２００の分離槽２２０とバッファタンク３１０とを接続する配管ラインＬ７の途中位置に設けた場合を例示して説明を行なったが、当該熱交換部４００は、バッファタンク３１０に設けてもよいし、バッファタンク３１０と膜分離装置３３０とを接続する配管ラインＬ８に設けてもい。
【００６５】
また、上述した本実施の形態における有機溶剤回収システム１Ａにおいては、吸脱着処理装置１００として、吸着材が収容された処理槽を２つ具備し、これらが経時的に交互に吸着槽および脱着槽に切り替えられることで連続的に被処理ガスの処理が可能に構成されたものを例示して説明を行なったが、必ずしも連続的に被処理ガスを処理する必要がない場合には、吸脱着処理装置１００を単一の処理槽を具備したもので構成してもよい。また、被処理ガスを連続的に処理する必要がある場合にも、上述の切り替え式の吸脱着処理装置１００に代えて、吸着材の一部分を吸着処理ゾーンとして使用するとともに、吸着剤の残る部分を脱着処理ゾーンとして使用し、これら吸着処理ゾーンおよび脱着処理ゾーンが吸着材の回転動作に伴って徐々に移動するように構成した回転式の吸着材を具備した吸脱着処理装置を使用することとしてもよい。
【００６６】
このように、今回開示した上記一実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００６７】
１Ａ  有機溶剤回収システム、１００  吸脱着処理装置、１１０  第１処理槽、１１１  吸着材、１２０  第２処理槽、１２１  吸着材、２００  凝縮分液装置、２１０  凝縮器、２２０  分離槽、３００  分離回収装置、３１０  バッファタンク、３２０  ヒータ、３３０  膜分離装置、３３１  シェル、３３２  分離膜、３３３ａ，３３３ｂ  支持部材、３３４  吸引管、３３５  導入口、３３６  導出口、３４０  凝縮器、３５０  回収タンク、４００  熱交換部、Ｌ１〜Ｌ１３  配管ライン、Ｖ１０１〜Ｖ１０９  バルブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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