(57)【要約】      （修正有）【課題】排ガス中に含まれている水より沸点の高い揮発性化学物質、例えば水溶性溶剤を水蒸気と置換することにより効率良く回収するとともに、排ガスを清浄化する方法および装置を提供する。また、ダイオキシン類などの化学物質を吸着した活性炭などの粉体を含む排ガスから、ダイオキシン類などの化学物質を吸着した活性炭などの粉体を回収し、排ガスを清浄化する方法および装置を提供する。【解決手段】トレイ上に存在する水の中を通らなければガスが上部に抜けられない構造のトレイを多段に設けてなる段塔または親水性充填物を充填した充填塔の下部から、水より高沸点の物質を含む排ガスを導入し、一方、塔上部からは水を供給し、塔下部では排ガスと水との気液平衡関係により前記水より高沸点の物質を濃縮するとともに、塔上部では残存する排ガス中の前記物質をさらに水中に移行させることを特徴とする排ガス中の水より高沸点の物質を濃縮する方法および装置。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレイ上に存在する水の中を通らなければガスが上部に抜けられない構造のトレイを多段に設けてなる段塔または親水性充填物を充填した充填塔の下部から、水より高沸点の物質を含む排ガスを導入し、一方、塔上部からは水を供給し、塔下部では排ガスと水との気液平衡関係により前記水より高沸点の物質を濃縮するとともに、塔上部では残存する排ガス中の前記物質をさらに水中に移行させることを特徴とする排ガス中の水より高沸点の物質を濃縮する方法。
【請求項２】
前記水より高沸点の物質が、（ａ）揮発性化学物質または（ｂ）粉末状物質である請求項１記載の排ガス中の水より高沸点の物質を濃縮する方法。
【請求項３】
前記水より高沸点の物質が、粉末状の物質であり、塔上部から供給する水の量は、塔下部の濃度情報に基づき制御し、塔下部から回収する前記物質の濃度は１〜３０重量％になるように制御するものである請求項１記載の排ガス中の水より高沸点の物質を濃縮する方法。
【請求項４】
前記粉末状物質がダイオキシン類を吸着した粉体である請求項３記載の排ガス中の水より高沸点の物質を濃縮する方法。
【請求項５】
前記水より高沸点の物質が親水性、揮発性化学物質であり、塔上部から供給する水の量は、塔下部の濃度情報に基づき制御し、塔下部から回収する親水性、揮発性化学物質の濃度は２０〜１００重量％になるように制御するものである請求項１記載の排ガス中の水より高沸点の物質を濃縮する方法。
【請求項６】
前記親水性、揮発性化学物質が、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）、ＤＭＦ（Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド）、ＤＭＡＣ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド）、ＤＭＳＯ（ジメチルスルホキシド）、ＥＧ（エチレングリコール）、ＤＥＧ（ジエチレングリコール）、ＴＥＧ（トリエチレングリコール）、ＰＧＭＥ（プロピレングリコールモノエチルエーテル）、ＰＧ（プロピレングリコール）、１，４−ＢＤ（１，４−ブタンジオール）、ＭＥＡ（モノエタノールアミン）およびＤＧＭＥ（ジエチレングリコールモノメチルエーテル）よりなる群から選ばれた溶剤類である請求項５記載の排ガス中の水より高沸点の物質を濃縮する方法。
【請求項７】
（１）  トレイ上に存在する水の中を通らなければガスが上部に抜けられない構造のトレイを多段に設けてなる段塔または親水性充填物を充填した充填塔、
（２）  前記多段トレイの上方であって前記段塔内に設けられた給水手段または充填層の上方であって前記充填塔内に設けられた給水手段、
（３）  段塔の上部または充填層の上部に設けられた処理ガス放出口、
（４）  段塔の下部または充填層の下部に設けられた液状物排出口、
（５）  液状物排出口からパイプを通して連結された水より高沸点の物質を含む液状物溜り、
（６）  段塔内または充填塔内に設けられた水より高沸点の物質の系中濃度を検知するための測定手段、
（７）  前記測定手段からの情報により前記給水手段からの給水量を制御する手段、
よりなることを特徴とする水より高沸点の物質に対する濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス中に含有されている水より沸点の高い物質を水との沸点の差を利用して濃縮、回収すると共に排ガスを浄化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水より沸点の高い水溶性溶剤を含有する排ガスを浄化処理するには、吸収塔の下部から水溶性溶剤を含有する排ガスを吹きこみ、吸収塔の上部から多量の水を流して前記排ガスを洗浄していた。このような洗浄方法では、洗浄に多量の水を必要とするうえ、排水中に含まれる溶剤の濃度が極めて低いので、溶剤回収にコストがかかるため、実質的に溶剤回収は不可能であり、しかも廃水処理が必要になるという問題点があった。
【０００３】
もう１つの従来技術としては、ゼオライトなどの吸着剤を充填した横向き配置のドラムを回転させながら、室温程度に冷却された前記排ガスを通し、通過ガスの一部はそのまま大気中に放出し、他の一部は加熱（吸着剤に吸着した成分を追い出すため）した後再び前記ゼオライトなどの吸着剤を充填した横向き配置のドラムに通し、吸着剤に吸着している溶剤を脱着し、脱着した溶剤を高濃度で含む処理ガスは再び冷却して溶剤を回収していた。この方法も排ガスを一度冷却し、吸着処理後加熱し、溶剤回収のため再び冷却するという操作を必要とするため、エネルギー効率が極めて悪い。
【０００４】
例えば、リチウム電極の乾燥工程から排出される排ガス中に含まれるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を除去するためには、従来吸着法が用いられていたが、水分が存在するとＮ−メチル−２−ピロリドンの吸着効率が著しく低下するという事情から、前記乾燥工程から排出される高温の排ガスを冷却する工程が必要であり、吸着剤にＮ−メチル−２−ピロリドンを吸着させた後には、吸着剤からＮ−メチル−２−ピロリドンをパージするため、今度は反対に加熱するという操作が必要であった。このような従来工程は図２に示す。
このように従来法によれば、冷却工程、吸着工程、脱着工程という三工程が必要であり、かつかなりの温度を持つ排ガスを冷却した後、再び加熱すると言う大きなエネルギー損失を伴うという問題を抱えていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的は、排ガス中に含まれている水より沸点の高い揮発性化学物質、例えば水溶性溶剤を水蒸気と置換することにより効率良く回収するとともに、排ガスを清浄化する方法および装置を提供する点にある。
本発明の第２の目的は、通常、リチウムイオン電池電極製造工程等より１００℃〜１２０℃で排出される高温の排ガスの熱量を利用して、外部より導入される補給水を蒸発させることにより、排ガス中に含まれる水より沸点が高く水溶性の揮発性化学物質を凝縮させる、即ち、排ガス中の成分を水と置換する、ことにより効率よく回収するとともに、低温の補給水による吸収効果を付加することにより排ガスを清浄化する方法および装置を提供する点にある。
本発明の第３の目的は、ダイオキシン類などの化学物質を吸着した活性炭などの粉体を含む排ガスから、ダイオキシン類などの化学物質を吸着した活性炭などの粉体を回収し、排ガスを清浄化する方法および装置を提供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１は、トレイ上に存在する水の中を通らなければガスが上部に抜けられない構造のトレイを多段に設けてなる段塔または親水性充填物を充填した充填塔の下部から、水より高沸点の物質を含む排ガスを導入し、一方、塔上部からは水（通常、常温の水、加熱や冷却のためのエネルギーは用いない）を供給し、塔下部では排ガスと水との気液平衡関係により前記水より高沸点の物質を濃縮するとともに、塔上部では残存する排ガス中の前記物質をさらに水中に移行させることを特徴とする排ガス中の水より高沸点の物質を濃縮する方法に関する。
本発明の第２は、前記水より高沸点の物質が、（ａ）揮発性化学物質または（ｂ）粉末状物質である請求項１記載の排ガス中の水より高沸点の物質を濃縮する方法に関する。
本発明の第３は、前記水より高沸点の物質が、粉末状の物質であり、塔上部から供給する水の量は、塔下部の濃度情報に基づき制御し、塔下部から回収する前記物質の濃度は１〜３０重量％になるように制御するものである請求項１記載の排ガス中の水より高沸点の物質を濃縮する方法に関する。
本発明の第４は、前記粉末状物質がダイオキシン類を吸着した粉体である請求項３記載の排ガス中の水より高沸点の物質を濃縮する方法に関する。
本発明の第５は、前記水より高沸点の物質が親水性、揮発性化学物質であり、塔上部から供給する水の量は、塔下部の濃度情報に基づき制御し、塔下部から回収する親水性、揮発性化学物質の濃度は２０〜１００重量％になるように制御するものである請求項１記載の排ガス中の水より高沸点の物質を濃縮する方法に関する。
本発明の第６は、前記親水性、揮発性化学物質が、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）、ＤＭＦ（Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド）、ＤＭＡＣ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド）、ＤＭＳＯ（ジメチルスルホキシド）、ＥＧ（エチレングリコール）、ＤＥＧ（ジエチレングリコール）、ＴＥＧ（トリエチレングリコール）、ＰＧＭＥ（プロピレングリコールモノエチルエーテル）、ＰＧ（プロピレングリコール）、１，４−ＢＤ（１，４−ブタンジオール）、ＭＥＡ（モノエタノールアミン）およびＤＧＭＥ（ジエチレングリコールモノメチルエーテル）よりなる群から選ばれた溶剤類である請求項５記載の排ガス中の水より高沸点の物質を濃縮する方法に関する。
本発明の第７は、
（１）  トレイ上に存在する水の中を通らなければガスが上部に抜けられない構造のトレイを多段に設けてなる段塔または親水性充填物を充填した充填塔、
（２）  前記多段トレイの上方であって前記段塔内に設けられた給水手段または充填層の上方であって前記充填塔内に設けられた給水手段、
（３）  段塔の上部または充填層の上部に設けられた処理ガス放出口、
（４）  段塔の下部または充填層の下部に設けられた液状物排出口、
（５）  液状物排出口からパイプを通して連結された水より高沸点の物質を含む液状物溜り、
（６）  段塔内または充填塔内に設けられた水より高沸点の物質の系中濃度を検知するための測定手段、
（７）  前記測定手段からの情報により前記給水手段からの給水量を制御する手段、
よりなることを特徴とする水より高沸点の物質に対する濃縮装置に関する。
【０００７】
本発明は、通常相当高い温度（例えば８０〜１２０℃）を有していることが多い排ガスの熱量を有効利用し、段塔内に排ガスを通過させるという一工程で、排ガス中に含まれる水より沸点が高い物質の回収と排ガスの処理を同時に達成するという極めて効率的な方法と装置である。
本発明は、とくに、トレイ上に存在する水の中を通らなければガスが上部に抜けられない構造のトレイを多段に設けてなる段塔または親水性充填物を充填した充填塔の下部から、リチウムイオン電池電極製造工程より排出されるＮ−メチルピロリドンを含有する１００〜１２０℃の高温排ガスを導入し、一方、塔上部からは水を供給し、塔下部では排ガスの熱量を利用して供給された水を蒸発させ、反対に排ガス中に含まれる水より沸点が高く、水溶性のＮ−メチルピロリドンを凝縮させて塔下部に落し、塔上部では残存する排ガス中の前記Ｎ−メチルピロリドンをさらに水中に移行させることにより、リチウムイオン電池電極製造工場の排ガスを浄化するとともに、Ｎ−メチルピロリドンを回収する方法や装置として極めて好適である。
【０００８】
前記補給される水の量は、排ガス処理後に段塔上部から放出される処理済ガスに含まれて系から出てゆく水の量（Ｂ）と水より沸点の高い揮発性化学物質の凝縮物と共に塔下部より出てゆく水の量（Ｃ）とを補う量（Ａ）でよい。いいかえれば
Ａ≒Ｂ＋Ｃ
でよいから、従来技術における水洗による排ガス処理法に較べると水の使用量は桁違いに少なく、この点だけをみても、省資源を達成していると共に廃水処理を必要とする排水が実質的に発生しないという点も大きなメリットである。
【０００９】
塔頂部の温度は、外気温度より高いものとする。飽和含水量は温度が高い方が大きくなるから、段塔内のガス中の水分は簡単にいつも飽和点を下回っていることにより、補給水を加えても、Ｘａｃ≦Ｘｓを満たす条件をつくりだすことができる。補給水の温度は、吸収効率上は低い方がよいが、低すぎると塔内の流下水量が不足するだけでなく、冷却のためのエネルギーが必要となる。尚、外気は通常飽和ではなくて、湿度で表される飽和に達しない含水率で存在するので補給水の量は飽和の状態より多くなる。
【００１０】
本発明の水より高沸点の物質としては、（ａ）揮発性化学物質または（ｂ）粉末状物質である。
【００１１】
水より高沸点の揮発性化学物質（ａ）としては、とくに水より沸点の高い水溶性溶剤が代表的なものである。
このような溶剤類としては、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン、ＢＰ：１９７℃）、ＤＭＦ（Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ＢＰ：１５３℃）、ＤＭＡＣ（Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、ＢＰ：１６５℃）、ＤＭＳＯ（ジメチルスルホキシド、ＢＰ：１８９℃）、ＥＧ（エチレングリコール、ＢＰ：１９７℃）、ＤＥＧ（ジエチレングリコール、ＢＰ：２４５℃）、ＴＥＧ（トリエチレングリコール、ＢＰ：２７８℃）、ＰＧＭＥ（プロピレングリコールモノエチルエーテル）、ＰＧ（プロピレングリコール、ＢＰ：１８８℃）、１，４−ＢＤ（１，４−ブタンジオール、ＢＰ：２３５℃）、ＭＥＡ（モノエタノールアミン、ＢＰ：１７０．５℃）およびＤＧＭＥ（ジエチレングリコールモノメチルエーテル）など水と共沸しない性質のものが好適である。
【００１２】
前記（ｂ）の粉末状物質としては、焼却炉排ガス中のダイオキシン類を吸着した活性炭粉体などを挙げることができる。
【００１３】
前記トレイ内に存在する水の中を通らなければガスが上部に抜けられない構造のトレイとしては、最も古くから用いられているバルブキャップトレイ（泡鐘板）があり、これ以外にはその後開発されたシーブトレイ（多孔板）などを挙げることができる。安定性の面からはバルブキャップトレイの方がよいが、コスト面からはシーブトレイの方がよい。
【００１４】
前記親水性充填物を充填した充填塔における親水性充填物は、規則充填物の形であっても不規則充填物の形であってもよいが、圧力損失のことを考えると規則充填物の方が好ましい。これらの充填物は親水性であり表面積の大きいもの、たとえば親水性の材質で作られた多孔質物、具体的には多孔質セラミックス、多孔質カーボンなどを挙げることができる。
【００１５】
本発明は、とくにリチウムイオン電池の製造工場において、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶剤を除去するための乾燥工程から排出される排ガスの処理に好適に利用できる。図１に示すように、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶剤を除去するためには、工場外から通常空気を取り込み、これを濾過した後、加熱した空気を送風機により乾燥工程に送風する。
通常の工場外からの取り込み空気は
外気温度ｔ
流  量  Ｖ  Ｎｍ３／ｍｉｎ
含水率  Ｘａ  ｋｇ／ｍ３
水分量  ＶＸａ  ｋｇ／ｍｉｎ
である。リチウムイオン電池製造工場におけるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶剤を除去するための乾燥工程から排出される排ガスは
排ガス温度      ｔ１＝１００〜１２０℃
ＮＭＰ含有量    Ｃｎ＝０．０００５〜０．０１  ｋｇ／ｍ３
（１１３〜２２６０ｐｐｍ，ｖｏｌ．／ｖｏｌ．）
ＮＭＰ流量      ＶＣｎ  ｋｇ／ｍｉｎ
排ガスの流量    Ｖ  Ｎｍ３／ｍｉｎ
水  分  量      ＶＸａ  ｋｇ／ｍｉｎ
の条件で段塔（水置換塔）の下部から吹き込まれる。水置換塔内に多段に設けられたバルブキャップトレイやシーブトレイなどの最上段から、通常常温たとえばｔ３℃の補給水をＭ  ｋｇ／ｍｉｎの流量で供給する。水置換塔上部から放出される処理済ガス（ガス温度ｔ２）は、ＲをＮＭＰなどの揮発性化学物質の回収率（重量分率）として、
放出量      Ｖ  Ｎｍ３／ｍｉｎ
計算含水量  ＶＸａ＋〔Ｍ−ＶＣｎＲ（１／Ｘｎ−１）〕  ｋｇ／ｍｉｎ
計算含水率  Ｘａｃ＝Ｘａ＋〔Ｍ−ＶＣｎＲ（１／Ｘｎ−１）〕／Ｖ    ｋｇ／ｍ３
ガス温度ｔ２の時、ガス飽和含水率：Ｘｓ
制御条件としては、Ｘａｃ≦Ｘｓの時
本装置は正常に運転可能である。
一方、水置換塔下部からは水を含有するＮ−メチル−２−ピロリドン（液温ｔ４）が回収される。
【００１６】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれにより何等限定されるものではない。実施例中の％は指示がないかぎり重量％である。
【００１７】
実施例１
図１に示すリチウムイオン電池のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶剤を除去するための乾燥工程における取り込み空気は、
外気温度ｔ＝１５℃
流  量  Ｖ＝４  Ｎｍ３／ｍｉｎ
含水率  Ｘａ＝０．０１２８  ｋｇ／ｍ３（飽和状態と仮定する）
水分量  ＶＸａ＝０．０５１２  ｋｇ／ｍｉｎ
であった。リチウムイオン電池製造工場におけるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶剤を除去するための乾燥工程から排出される排ガスは
排ガス温度      ｔ１＝１２０℃
ＮＭＰ含有量    Ｃｎ＝０．００３１ｋｇ／ｍ３
（７００ｐｐｍ，ｖｏｌ．／ｖｏｌ．）
ＮＭＰ流量      ＶＣｎ＝０．０１２４  ｋｇ／ｍｉｎ
排ガスの流量    Ｖ＝４  Ｎｍ３／ｍｉｎ
水  分  量      ＶＸａ＝０．０５１２  ｋｇ／ｍｉｎ
の条件で段塔（水置換塔）の下部から吹き込まれる。水置換塔内に多段に設けられたバルブキャップトレイの最上段から水温ｔ３＝２０℃の補給水をＭ＝０．１７８６  ｋｇ／ｍｉｎの流量で供給する。水置換塔上部から放出される処理済ガス（ガス温度ｔ２＝４２℃）は
放出量      Ｖ＝４  Ｎｍ３／ｍｉｎ
計算含水量  ＶＸａ＋〔Ｍ−ＶＣｎＲ（１／Ｘｎ−１）〕＝０．２１８０  ｋｇ／ｍｉｎ
計算含水率  Ｘａｃ＝Ｘａ＋〔Ｍ−ＶＣｎＲ（１／Ｘｎ−１）〕／Ｖ＝０．０５４５  ｋｇ／ｍ３
ガス温度ｔ２＝４２℃の時、ガス飽和含水率：Ｘｓ＝０．０５６５  ｋｇ／ｍ３
従って、
Ｘａｃ＝０．０５４５ｋｇ／ｍ３≦Ｘｓ＝０．０５６５ｋｇ／ｍ３
ＮＭＰ含有量  Ｃｎ（１−Ｒ）＝０．０００１５ｋｇ／ｍ３
本装置は正常に運転可能である。
一方、水置換塔下部からは下記条件で水を含有するＮ−メチル−２−ピロリドン（液温ｔ４＝８０℃）が回収できた。
ｔ４＝８０℃
収集液中の水      ＶＣｎＲ（１／Ｘｎ−１）＝０．０１１８  ｋｇ／ｍｉｎ
収集液中のＮＭＰ  ＶＣｎＲ＝０．０１１８  ｋｇ／ｍｉｎ
ＮＭＰの回収率    Ｒ＝０．９５（重量分率）
ＮＭＰ濃度        Ｘｎ＝０．５０（重量分率）
なお、水置換塔物質収支は図２に示すとおりであった。
【００１８】
【発明の効果】
（１）本発明により、著しい工程の簡略化と省エネルギー化が達成できた。
（２）従来法においては、回収すべき溶剤成分などを上部から水を供給して、その水に溶剤を溶解させて下に流し落とすという手段が採用されている。この場合、系の温度が高いと水に溶けた溶剤が再び揮発してしまうから、洗浄塔に供給される水はあらかじめ室温程度まで冷却しておく必要がある。したがって冷却のためのエネルギーが必要である。一方、本発明では排ガスの熱を有効利用するものであるから、濃縮装置に供給される排ガスは加熱や冷却をすることなく、そのまま供給できるので、熱効率が極めて高い。
（３）本発明によれば、回収に使用する水は、ほんのわずかの補給水ですむが、従来技術ではいわゆる洗浄水を用いることになるので、本発明においては従来法に較べて水の使用量は約千分の１程度に少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に用いた本発明の回収方法を示すフローシートである。
【図２】実施例１の熱収支分析図および物質収支を示すフローシートである。
【図３】従来の吸着剤を用いた回収方法を示すフローシートである。
【図１】
2004230265.tif 000002
【図２】
2004230265.tif 000003
【図３】
2004230265.tif 000004