Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
### 2.3 工場での廃溶剤からのDCM、TCEの蒸発分離による再生処理とDCM、TCEの冷却凝縮

開発研究の最終年度では、「空気流動真空蒸発法」を用いた廃溶剤からのVOCの蒸発分離による廃溶剤リサイクル装置と冷却凝縮装置を東製(株)と共同で試作した。その性能評価実験を東製(株)の工場で行った。2つの試作装置の写真を図8と図9にそれぞれ示した。試作装置は、これまで大学の実験室で使用してきた装置を5倍拡大したもので、真空ポンプの排気流量5,000L/minの排気能力を持つ大型真空ポンプを使用し、廃溶剤の噴霧流量は2L/minで1時間当たり120Lの廃溶剤の再生処理が可能である。

本試作装置を使用して、性能評価実験を東製(株)の工場で行った結果、溶剤（TPGME）からの蒸発分離によるDCM、TCEの回収率は、87.5%と64.2%（2014年7月）、83.9%と71.8%（2014年11月）、79.0%と62.2%（2015年1月）となった。溶剤（TPGME）からDCMをリアルタイムで80%以上の高い回収率で蒸発分離できることが確認できた。また、TCEについては、蒸発温度50℃では、蒸発分離による回収率は65%程度であったが、TCEの沸点が87℃であり、蒸発温度を50℃以上(60℃程度)に高く設定すれば、DCM同様、80%以上の高い回収率で蒸発分離ができる。

昨年の平成25年度は、溶剤として、Tetraethylene glycol dimethyl ether (TEGDME)を選択し溶剤中DCMを40℃で80%以上の回収率で蒸発分離することができた。平成26年度には、価格が1/4の安価なTripropylene glycol methyl ether(TPGME)に溶剤を変更したが、溶剤からの蒸発分離によるDCM、TCEの回収率は同程度といった実験結果が得られた。今後は、価格が1/4の安価なTPGMEを溶剤として使用できることが確認できた。

図 8 廃溶剤からの VOCc の蒸発分離による 廃溶剤リサイクル装置

図9 排気ガス中揮発有機塩素化合物(VOCC)のハイブリッド型冷却管を用いた冷却凝縮装置
排気された DCM と TCE は、本研究で開発した銅カットウールを充填したハイブリッド型冷却管を用いた冷却凝縮装置で回収される。ハイブリッド型冷却管を用いた VOCC 冷却凝縮装置の入口・出口でテドラーバックを用いて排気ガス試料を採取し、排気ガス試料中 DCM と TCE 濃度を GC-MS 分析装置で測定した。その入口と出口での濃度差から DCM と TCE の冷却凝縮率をそれぞれ算出した。2 回の実験での冷却管温度 (冷却凝縮温度) は、-98.8℃と -100.6℃であった。DCM と TCE の冷却凝縮の実験結果を表 5 に示した。

DCM の場合、1 回目の冷却凝縮装置の入口と出口濃度は 15,816ppm と 26ppm であり、冷却凝縮率は 99.84% となった。2 回目では、冷却凝縮装置の入口と出口濃度は 25,400ppm と 25ppm であり、冷却凝縮率は 99.90% となった。いずれの場合にも、99.9% の極めて高効率で DCM を冷却凝縮でき、DCM 出口濃度を許容濃度 50ppm 以下に減少することができた。また、TCE の場合でも、冷却凝縮温度が TCE の凝固点－87℃以下であるので、1 回目の冷却凝縮装置の入口と出口濃度は 12,109ppm と 2ppm であり、冷却凝縮率は 99.98% となった。2 回目では、冷却凝縮装置の入口と出口濃度は 14,171ppm と 4ppm であり、冷却凝縮率は 99.97% となった。いずれの場合にも、ほぼ 100% の極めて高効率で TCE を冷却凝縮でき、TCE 出口濃度を許容濃度 10ppm 以下の数 ppm レベルまでに減少することができた。

表 5 東製における新冷却凝縮装置を用いた充填の有無による DCM の冷却凝縮実験結果

銅カットウール	冷却凝縮温度,℃	冷却管内DCMガス濃度,ppm	DCM冷却凝縮率,%	DCM理論飽和濃度Csat,ppm	濃度比CoutCsat
入口Cin	出口Cout
有1)	-98.8±1.0(n=168)	15816±885(n=3)	26±1(n=3)	99.84	70.1	0.37
有2)	-100.6±3.5(n=132)	25400±430(n=2)	25±2(n=2)	99.90	54.3	0.46

銅カットウール	冷却凝縮温度,℃	冷却管内TCEガス濃度,ppm	TCE冷却凝縮率,%	TCE理論飽和濃度Csat,ppm	濃度比CoutCsat
入口Cin	出口Cout
有1)	-98.8±1.0(n=168)	12109±1019(n=3)	2±0(n=3)	99.98	2.6	0.77
有2)	-100.6±3.5(n=132)	14171±368(n=2)	4±0(n=2)	99.97	2.3	0.58

導入空気流量： $ ^{1} $ 28.9L/min(n=6)， $ ^{2} $ 26.2L/min(n=4)

銅カットウール充填量：13.8g
## 環境政策への貢献

## 1 ．除去液噴霧による排気ガス中 VOC(揮発性有機化合物)の除去処理技術

2006 年 4 月より、VOC(揮発性有機化合物)の排出抑制に向けて大気汚染防止法が改正され、VOC 排出規制が開始された。当初は、大規模な排出施設が対象となるが、2010 年度からは、多くの排出施設において VOC の 30% 削減が義務づけられており、トルエン、IPA(イソプロピルアルコール)等の VOC 削減対策技術の開発は緊急の研究課題である。大規模な VOC 排出施設では、数億円の大型な化学プラント装置で VOC を燃焼して分解処理する燃焼法を採用したが、原油高による処理のランニングコストの高騰と CO₂ の排出といった地球温暖化問題を新たに引き起こすこととなる。又、燃焼方式では、中小規模の VOC 排出施設を対象としても装置コストが数千万円以上、ランニングコストも年間 1000 万円以上と高く、中小企業が多数を占める塗装・印刷工場での導入は困難であった。従って、エネルギー・コスト的に合理性を持ち、この問題を解決できる VOC 削減対策技術の開発は進んでいないのが現状である。

更に、最近では、図10に示す印刷工場のインク洗浄過程で洗浄剤として使用されてきたジクロロメタン、ジクロロプロパンによる胆管ガンの発生が大きな社会問題となっている。

一方、従来技術では、

（１）活性炭などの吸着剤方式では、十分にジクロロメタンを吸着除去できない。

（２）冷却凝縮方式では、排気ガス処理風量が小さく、エネルギー・コストがかかる。といった問題がある。

この様な従来技術の課題を解決するために、ジクロロメタン、トリクロロエチレン等の揮発性有機塩素化合物（VOCC）の溶解性の高い溶剂を使用して、効率よく排気ガス中 VOCs を除去処理する技術を実現する。

図10 ドライクリーニング、インク洗浄過程で発生する

排気ガス中揮発性有機塩素化合物の除去処理装置
そこで、中小企業が多数を占める塗装・印刷工場での導入が可能となるエネルギー・コスト的に合理性を持ち、排気ガス中のトルエン、IPA(イソプロピルアルコール)、DCM(ジクロロメタン)、TCE(トリクロロエチレン)等の様々なVOCを効率良くできる簡便な除去処理装置を実現した。

従来のガス吸収の充填物に替えて、図11に示す様に、ガス吸収温度を低下するために熱交換器のアルミ製冷却フィンを用い、VOC除去容量の大きい除去液を噴霧して排気ガス中VOCを効率良く吸収除去を行った。冷却フィンは構造的に、ガス吸収表面積が大きく、空隙率が高く、排気ガス処理量が大きくできるばかりでなく、軽量で低コストと言った優れたガス吸収の充填剤となることが初めて確認できた。VOCは様々な化学物質があるが、対象となるVOCを吸収除去する最適な除去液を選択することで全く同じ除去処理装置を使用して対応することができる。胆管ガンの発生で大きな社会問題となっているジクロロメタン等の低沸点の有害性揮発性有機塩素化合物(VOCC)についても90%以上の高い除去効率で除去処理できた。

図 11 冷却フィンを用いた排気ガス中 VOCC の除去処理装置（並流条件）
## 2 ．「空気流動真空蒸発法」による廃溶剤の再生処理技術

様々な工場、事業所から使用済みの廃溶剤が産業廃棄物として排出されている。多くは燃焼され処理されているが、二酸化炭素を排出し地球の温暖化を招き、また、エネルギー・コスト面でも問題となる。廃溶剤の主な化学成分は、揮発性有機化合物（VOC）であり揮発・蒸発しやすい性質を持つ。VOCは、それ自身が有害物質であるばかりでなく、大気汚染や健康被害をもたらす浮遊粒子状物質や光化学オキシダントの原因物質であり、その削減は重要な課題である。平成18年4月には、大気汚染防止法でVOC排出施設毎にVOCの排出基準が定まり、平成22年からは、中小規模の排出施設においてもいっそうの削減対策が求められている。3Rの観点から、廃溶剤量を減らすには、できるだけ、廃溶剤を再生し再利用することが必要不可欠である。

図 12 VOC 排出源と削減対策、3R（リデュース・リユース・リサイクル）の推進
従来、VOCを含む廃溶剤の再生には、図13の上に示す加熱蒸留が用いられてきたが、バッチ方式による廃溶剤の再生処理能力、エネルギー・コスト面で充分とは言えない。特に、廃溶剤処理の場合、加熱温度が高くなると蒸発するVOCの引火等の安全面でも問題があり、廃溶剤の再生は一部に限定されているのが実状であった。そこで、加熱温度を下げ、低温でも廃溶剤からVOCの蒸発が可能な図13の下に示す真空蒸留法が実用化されてきた。真空蒸発による膜分離(PV法)では、気液境界面となるシリコン膜、テフロン膜で廃溶剤から蒸発するVOC透過速度が律則となるので、蒸発速度が小さく、廃溶剤の再生処理量が小さく、数Paと言った高真空が必要なことが課題であった。

一方、本研究で実用化する図 14 に示した「空気流動真空蒸発法」による廃溶剤の再生処理では、蒸発した VOC の透過抵抗となるシリコン膜、テフロン膜を使用せずに、直接、廃溶剤を噴霧ノズルで真空容器内に微小なミストとして噴霧する。廃溶剤の噴霧により、廃溶剤からの VOC 蒸発表面積を飛躍的に拡大できる。更に、膜分離とは異なり、数 Pa の高真空で処理するのではなく、意図的に真空をリークして数千 Pa の低真空で真空容器内に空気を流動させ、廃溶剤から大量の VOC を蒸発させ、蒸発した VOC を効率良く真空容器から排出できる。

その結果、従来の膜分離の真空蒸発法と比較して、「空気流動真空蒸発法」は、廃溶剤からのVOC蒸発速度を2桁以上向上でき、本法により大量な廃溶剤のリアルタイムでの再生処理が実現できる。また、真空蒸発法のように数Paの高真空を必要としないため、高真空用の真空ポンプや真空容器の厳密な耐久性が求められることもなく、装置の軽量化、低コスト化が期待できる。

この様な優れた特徴を持つ「空気流動真空蒸発法」による廃溶剤の再生処理装置を実用化し、様々な工場、事業所に導入することで、これまで検討の対象とならなかった溶剤の再生使用、更には循環使用が現場で行われ、大量に廃棄されてきた廃溶剤を大幅に削減することが期待できる。

図 13 VOC を吸収した廃溶剤再生の従来技術（加熱蒸留法、真空蒸発法）

図 14 「空気流動真空蒸発法」による廃溶剤の再生と吸収された VOC の蒸発分離の概略図
3．「空気流動真空蒸発法」による廃溶剤の再生処理技術のランニングコスト、CO_{2}発生量の算出

本研究で実用化される廃溶剤の再生処理装置のランニングコスト、CO_{2}発生量について算出した結果を表6に記す。比較のために、市販されている加熱蒸留法による従来の廃溶剤再生処理装置のランニングコスト、CO_{2}発生量についても合わせて記した。従来の廃溶剤再生処理装置としては、引火性の高いVOCに対応できる防爆タイプのフォルメコ社製D120Axのカタログ値から引用した。

実用化する「空気流動真空蒸発法」による廃溶剤の再生処理装置と加熱蒸留法による従来装置との大きな差は、廃溶剤からのVOCの蒸発分離を真空蒸発させるのか加熱蒸発させるかの違いによる。廃溶剤から蒸発分離したVOCを冷却凝縮して回収する装置は同じである。廃溶剤液を加熱蒸発させると大量のエネルギーとコストが必要となる。また、廃溶剤処理量が小さく、廃溶剤の処理は原則的にバッチ方式となり連続運転は困難である。

一方、「空気流動真空蒸発法」による廃溶剤の再生処理装置の場合、廃溶剤からのVOCの蒸発分離を真空蒸発させるが、これまで使用されてきた高分子膜を利用した高真空（数Pa）での真空蒸発法とは異なり、比較的低真空（数千Pa）で蒸発分離を行うので、高真空領域で使用される高性能な真空ポンプを使用する必要がなく電力消費量が小さい。また、原理的に廃溶剤連続処理が可能であるので、廃溶剤処理量も加熱蒸留法と比較して大きい。

その結果、1日10時間、装置を稼動させた場合、フォルメコ社製廃溶剤再生処理装置(D120Ax)と本研究で開発した廃溶剤再生装置とVOCC冷却凝縮回収装置について比較した結果を表6に示した。今回、比較のため、本研究で開発した廃溶剤再生装置は、大学の実験室で使用した試作装置(廃溶剤噴霧流量0.4L/min、24L/h)を基に、ランニングコスト、CO_{2}発生量を算出した。東製(株)と共同で開発した試作装置では、廃溶剤噴霧流量2L/min、120L/hと廃溶剤処理能力を5倍に拡大しており、単位当たりの廃溶剤処理のランニングコスト、CO_{2}発生量を大幅に削減できる。

表 6 に示すように、本研究で開発した装置は、1L 当たりのランニングコスト 3 円となり、フォルメコ社製廃溶剤再生処理装置 (D120Ax) のランニングコスト 6.4 円の 1/2 以下となった。また、単位廃溶剤処理当たりの CO₂ 発生量も 1/2 以下となった。以上の結果から、本研究で開発した装置は、従来法の装置と比較して、ランニングコストと CO₂ 発生量を大幅に削減できることが明らかとなった。

「空気流動真空蒸発法」による廃溶剤再生処理装置のコストは、試作装置からの概算で500万円程度となる。一方、加熱蒸留法による従来装置も防爆タイプとなると500万以上の価格となり、装置のコスト面ではほぼ同じ程度と言える。

表 6 開発した廃溶剤再生処理技術と従来技術のエネルギー・コスト比較

主要構成機器	運転方法	処理流量(L/h)	電力(kW)	稼動時間(h)	消費電力量(kWh)	ランニングコスト	CO2発生量*2(kg*CO2/日·L)
(円/日)*1	(円/L)
従来装置	加熱装置(ポイラー等)冷却凝縮器	バッチ	24	10	10	100	1541	6.4	1.7
開発装置	送液ポンプ真空ポンプ冷却凝縮器	連続	24	4.7	10	47	724	3.0	0.8

従来技術は、フォルメコ社製廃溶剤再生処理装置 Solvent Recycler D120Ax

$ ^{*} $ 1 1kWh=15 円 41 銭 東京電力 HP の工場料金メニュー(平成 25 年 10 月)

$ ^{*} $ 2 0.406kg-CO $ _{2} $ /kWh 東京電力 HP の CO $ _{2} $ 排出量・排出原単位
「空気流動真空蒸発法」による廃溶剤の再生処理技術の利点を以下にまとめて記す。

① 空気をリークして真空系内の空気を流動させるので、数千パスカルの比較的低真空で VOC の蒸発分離を行え、従来のシリコン膜、テフロン膜を用いた真空蒸発法で必要な数パスカルの高真空を必要としない。

② 比較的低真空での使用のため、厳密な耐压性、高性能な真空ポンプの必要がなく、装置の軽量・低コスト化が期待できる。

③ 従来のシリコン膜、テフロン膜等の高分子膜を用いた真空蒸発法と比較して、VOC 蒸発速度が 2 桁以上向上でき、大量の廃溶剤の連続処理が行える。

④ 廃溶剤の加温、送液等は、圧縮空気で行うので、引火性の高い廃溶剤の再生処理に対して安全である。

## 研究成果の実現可能性

半導体製造ラインの乾燥過程で使用される有害なイソプロピルアルコール（IPA）蒸気をポリウレタンフォームの充填材に除去液を噴霧して効率良く吸収除去した。その後、「空気流動真空蒸発法」を用いてIPAを含む廃溶剤から、IPAを蒸発分離し廃溶剤を再生することを検討した。また、蒸発分離したIPAは冷却凝縮して回収した。「空気流動真空蒸発法」を用いた廃溶剤の再生処理装置を平成24年度に実用化できた。

一方、ジクロロメタン、トリクロロエチレン等の揮発性有機塩素化合物(VOCC、Volatile Organochlorine Compounds)による健康被害が問題となっている。印刷工場の洗浄過程等から排出されるジクロロメタン（DCM、Dichloromethane）、ドライクリーニングで使用されるトリクロロエチレン（TCE、Trichloroethylene）の除去処理に取り組んだ。排気ガス中DCMは、沸点が低く活性炭等の吸着剤による除去は困難である。そこで、除去液を冷却フィンに噴霧して、除去液で濡れた冷却フィン表面にDCM、TCEを効率良く吸収除去した。その後、「空気流動真空蒸発法」により、除去液の再生とDCM、TCEの回収が可能な廃溶剤再生処理装置を平成25年度に実用化できた。

更に、平成26年度は、研究分担者の進和テック(株)、研究のオブザーバーとして本開発研究に参画したサンライズ工業(株)、アネスト岩田(株)、東製(株等の企業の協力を得て、これまで大学の実験室で使用してきた試作装置をスケールアップした実機に近い装置を共同で試作した。1）サンライズ工業(株)と共同で試作した「冷却フィンを用いた除去液噴霧による3段並流システムの排気ガス中VOC除去処理装置(平成25年12月特許出願)」、試作品は、2014年5月の「NEW環境展（N-EXP2014、東京ビックサイト）」で展示された。2）アネスト岩田(株)と共同で試作した「空気流動真空蒸発法」によるIPAを含む廃溶剤再生処理装置」、試作品は、2014年9月の「イノベーション・ジャパン2014(JST/NEDO主催、東京ビックサイト)」で紹介された。3）東製(株)と共同で試作した「空気流動真空蒸発法による廃溶剤リサイクル装置と蒸発分離したVOCの冷却凝縮装置」がある。いずれの試作装置も今後企業による製品化のベースモデルと言える。
これらの試作装置を実際の工場に設置し、実証試験を通じて、製品化への性能データを得ることができた。除去液を噴霧し、これまで熱交換器として使用されてきた冷却フィンを除去液の冷却とガス吸収に用いた除去処理装置により、排気ガス中DCM、TCEをいずれも90%の高効率で除去できることが確認できた。そして、DCM、TCEを含む廃溶剤の再生処理能力の評価を行った結果、120L/hの廃溶剤処理能力が確認でき、本試作装置により1日の10時間の連続運転で、ドラム缶(200L)約6本分の廃溶剤の処理が可能である。また、廃溶剤から蒸発分離したDCM、TCEを本研究で開発した「銅カットウールを充填したハイブリッド型冷却管(平成26年12月特許出願)」で効率良く冷却凝縮して回収し、これまで困難であった冷却凝縮による希薄濃度のDCM、TCE除去を許容濃度以下にすることができた。

廃溶剤再生処理装置のランニングコストは、加熱蒸留法による防爆タイプの従来装置の1/2以下と大幅に削減できた。また、装置コストは、試作装置からの概算で500万円程度であり、加熱蒸留法による防爆タイプの従来装置では500万以上の価格であることから、「空気流動真空蒸発法」を用いた廃溶剤再生処理装置は、価格、ランニングコストの点で有利である。

2015 年 1 月に、企業、研究機関を対象としたグリーンイノベーション新技術説明会（JST 東京本部別館ホール）で「排気ガス中揮発性有機塩素化合物の循環効率的な除去処理技術」の発表を行い、企業の本研究開発の関心の高さを実感した。また、化学工業日報の 2015 年 1 月 29 日朝刊に紹介記事として掲載された。

以上の結果から、本開発研究により多くの新規性の高い研究成果が得られ、関連する企業の関心の高い。今後も東製(株)と共同で、試作した「空気流動真空蒸発法」による廃溶剤リサイクル装置と蒸発分離したVOCCOの冷却凝縮装置の製品化を目指して、①作動操作の自動化、②長時間連続運転、③長期間運転の耐久性等の検討を継続的に行う。したがって、本研究成果の実現性は高い。
## 結論

平成24年度は「空気流動真空蒸発法」を用いた廃溶剤の再生処理装置を設計・試作した。具体的には、半導体製造ラインでの乾燥過程で使用される有害なイソプロピルアルコール（IPA）蒸気を効率良く除去するために、除去液（TPGME、Tripropylene glycol methyl ether）を充填剤のポリウレタンフォーム(PUF)に噴霧してIPAを吸収除去した。また、「空気流動真空蒸発法」により、IPAを吸収除去した廃溶剤からIPAを蒸発分離して廃溶剤を再生処理する技術を実用化した。

・PUF(ポリウレタンフォーム)は、空隙率97%で通気抵抗が小さく、比表面積1,490m²/m³と気液接触面積が極めて大きく、排気ガス処理量が大きいばかりでなく、軽量で低コストと言った優れたガス吸収の充填剤であった。

• IPA（イソプロピルアルコール）は親水性 VOC であるため、20 種類の高沸点グリコール系溶剂の中では、極性の高いグリコール系溶剂である高沸点の TPGME（トリプロピレングリコールモノメチルエーテル）が IPA との蒸発分離に適しており、①IPA に対する溶解性、②安全性・有害性、③粘度、④価格を考慮して最適な除去液であった。

・通気流量 $ 1 \, m^{3}/min $ 、除去液 (TPGME) 流量 $ 1.0 \, L/min $ の並流条件で、ガス吸収温度 $ 18.7 \, ^{\circ}C $ での IPA 実測除去効率は $ 62.5 \pm 3.6\% \, (n=5) $ であり、IPA 理想除去効率 $ 66.7\% $ とほぼ一致した。同様の条件で、多段化した 2 段並流システムでは、ガス吸収温度 $ 16.9 \, ^{\circ}C $ での IPA 実測除去効率は

86.4±2.9(n=5)であり、IPA理想除去効率は86.4±2.9(n=5)であり、IPA理想除去効率90.5%とほぼ一致し、1段並流と比較して約20%除去効率が向上した。

・実測した除去効率と理論式から算出した理想除去効率がほぼ一致し、排気ガス中 IPA を 90%以上除去する装置の設計とスケールアップが可能となった。

・廃溶剤中 IPA の蒸発分離の主なパラメータである①真空容器内圧力、②導入空気流量、③除去液導入方法、④真空容器内の蒸発温度、⑤蒸発係数等について検討した結果、廃溶剤からの蒸発分離する IPA 回収率は、蒸発温度、溶剤の分子量、真空ポンプ性能に比例することが判った。

・TPGMEにおいて、溶剤中IPA濃度1.0g/L、導入空気流量25L/min、圧力2,800Pa、蒸発温度44.6℃、溶剤噴霧流量0.4L/minの場合、IPA回収率は94.2%となった。「空気流動真空蒸発法」を用いることで廃溶剤中IPAをリアルタイムで蒸発分離し、廃溶剤を再生できた。

・溶剂から蒸発分離し真空ポンプから排気された IPA は、−80℃に設定した冷却管で冷却凝縮され、冷却凝縮率は 98.9％となり、ほぼ 100% IPA を回収できた。また、出口 IPA 濃度は 76ppm となり、排出許容濃度 200ppm 以下となった。

平成25年度は、最近、印刷工場のインク洗浄過程で問題となったジクロロメタン(DCM)、トリクロロエチレン(TCE)などの揮発有機塩素化合物（VOCC）を対象とした。

ガス吸収の充填剤のポリウレタンフォームに代わり、ガス吸収温度を低くできる熱交換器として使用されてきた冷却フィンを用いた除去液噴霧による排気ガス中VOC除去処理装置を新たに試作した。また、「空気流動真空蒸発法」により、VOCを吸収除去した廃溶剤からVOCを蒸発分離して廃溶剤を再生処理する技術を実用化した。

・除去液には、20種類の高沸点グリコール系溶剂の中で、DCMとTCEの溶解性の高い

TEPGDME (Tetra ethylene glycol dimethyl ether) が最適であった。
・熱交換器として使用されてきた冷却フィンの平行板の隙間に排気ガスを流し、除去液2段並流システムの場合、通気風量 $ 1m^{3}/min $ 、除去液流量1L/min、ガス温度4.5℃で、排気ガス中DCM (287ppm)、TCE(297ppm)の除去効率は、それぞれ、92.3％と92.5％と高い値が得られた。2段並流システムの場合、ガス吸収温度を10℃以下にすることで排気ガス中DCM、TCEを90％以上の効率で除去することが確認できた。

・各段において理想除去効率と実測除去効率がほぼ一致しており、理論に基づく装置設計が可能となった。

・DCMとTCEを含む溶剤（TEPGDME）を「空気流動真空蒸発法」による廃溶剤再生装置で蒸発分離を行った結果、導入空気流量7L/min、圧力1,200Pa、溶剤噴霧流量0.4L/minの場合、蒸発分離したDCMの回収率は、蒸発温度40.8℃で80.2%と室温(24.6℃)で64.5%となった。また、同様に、蒸発分離したTCEの回収率は、蒸発温度58.5℃で74.6%と室温(26.9℃)で50.3%となった。

・溶剂から蒸発分離し真空ポンプから排気されたDCMとTCEは、-100℃に設定された冷却凝縮装置で冷却凝縮して回収する。通気流量：7L/minで、DCMとTCEの冷却凝縮率は99%以上となったが、冷却管出口のDCMとTCE濃度は許容濃度(DCM:50ppm、TCE:10ppm)以下に削減できなかった。DCMとTCEの許容濃度が、凝固点以下の温度での飽和濃度より低く設定されているためである。

・銅製蛇管の冷却管の後に、希薄濃度のDCMとTCEを冷却凝縮させるために、凝結核としての働きをする銅カットウールを充填した銅製直管を接続したハイブリット型冷却管を開発した。ハイブリット型冷却管を使用した場合、-100℃に設定された冷却凝縮装置で、冷却管出口のDCMとTCE濃度は、許容濃度(DCM:50ppm、TCE:10ppm)以下となった。銅製蛇管の冷却管と銅カットウールを充填した銅製直管を接続したハイブリット型冷却管により、希薄濃度のDCM、TCEを効率良く許容濃度以下に冷却凝縮して回収できた。

最終年度の平成26年度は、本装置の実用性を確認するために、実験装置を企業と共同で試作した。実際の工場に試作した排気ガス中VOCC除去処理装置、5倍スケールアップした廃溶剤再生装置と冷却凝縮装置を設置して、試作装置の性能評価実験を行った。また、平成25年度に選定したTEPGDMEはDCMとTCEの吸収液として優れた溶解性を持つが高価な溶媒である。そこで、実用化のため、DCMとTCEの溶解性では劣るが価格は1/4の安価なTPGMEを除去液として検討した。

・冷却フィンを用いた除去液(TPGME)噴霧による排気ガス中VOC除去処理装置（3段並流システム）において、通気風量1m³/min、除去液流量1L/min、ガス吸収温度4.5℃の場合、排気ガス中DCMとTCEを90%以上の除去効率で吸収除去できた。除去液としてのTPGMEの実用性が確認できた。

・DCMとTCEを含む溶剤（TPGME）を「空気流動真空蒸発法」による廃溶剤再生装置で蒸発分離を行った結果、導入空気流量50L/min、圧力1,400Pa、溶剤噴霧流量2.3L/minの場合、蒸発温度52.7℃で、蒸発分離したDCMとTCEの回収率は、それぞれ、87.5％と64.2％となった。

・溶剂（TPGME）から蒸発分離し真空ポンプから排気されたDCMとTCEは、-100℃に設定された銅製蛇管の冷却管と銅カットウールを充填した銅製直管を接続したハイブリット型冷却管により冷却凝縮して回収する。通気流量28.9L/minで、DCMとTCEの冷却凝縮率は、それぞれ、99.84％と99.98％となり、ほぼ100％回収できた。また、冷却管出口でのDCMとTCE濃度は、それぞれ、26ppmと25ppm（DCM）、2ppmと4ppm（TCE）となり、DCMとTCEの許容濃度(DCM:50ppm、TCE:10ppm)以下に大きく削減することができた。
## 環境研究総合推進費補助金 研究事業 総合研究報告書 本文

### 1. 研究背景と目的

様々な工場、事業所から使用済みの廃溶剤が産業廃棄物として排出されている。その主な化学成分は、揮発性有機化合物（VOC）であり揮発・蒸発しやすい性質を持つ。全国のVOC排出事業所（年間取扱量5トン以上）は21,700件とされ、VOC規制対象の塗装施設、化学製品乾燥施設、工業用洗浄施設・乾燥施設、印刷施設、貯蔵施設、接着剤使用施設・乾燥焼付施設を有する業種は多数存在し、悪臭防止法、PRTR法、大気汚染防止法と言った法規制が年々強化されている $ ^{1} $ 。更に、作業環境の改善、近隣住民への配慮、ISO14000シリーズやゼロエミッションの推進など様々な方面から各企業が自主的かつ積極的にVOC削減対策に取り組んでいる。VOCは、シックハウス症候群や化学物質過敏症を引き起こす原因となるほか、発瘍性を有する有害物質であるばかりでなく、大気汚染や健康被害をもたらす浮遊粒子状物質や光化学オキシダントの原因物質であり、その削減は重要課題である $ ^{2,3} $ 。こうした現状から、平成18年4月には、大気汚染防止法でVOC排出施設毎にVOCの排出基準が定まり、平成22年からは、中小規模の排出施設においても削減対策が求められている。

一方、VOCを含む廃溶剤の多くは、燃焼して焼却処分されている。燃焼処分すれば、二酸化炭素を排出し温暖化対策で問題となるばかりか、エネルギー・コスト面でも問題となる。3R（リデュース・リユース・リサイクル）の観点から、廃溶剤量を減らすには、廃溶剤を再生し再利用することが必要不可欠である。従来、廃溶剤の再生には加熱蒸留方式が用いられてきたが、廃溶剤の再生処理能力、エネルギー・コスト面で充分とは言えず、特に、高沸点の溶剤の場合、加熱温度が高くなり引火等の安全面でも問題であり、廃溶剤の再生は一部に限定されていた。

本研究で開発する「空気流動真空蒸発法」を用いた廃溶剤の再生技術 $ ^{4)} $ 、 $ ^{5)} $ は、加熱蒸留法とは異なり、真空蒸留法に基づくので比較的に低温で溶剤を蒸発できる。真空容器内をリークして空気を導入して、溶剤の蒸発の場である真空容器内に空気を流動させることで、テフロン膜を用いた従来の真空蒸発法と比較して、2桁以上高い蒸発速度が得られる。従って、エネルギー・コスト面で革新的な廃溶剤の再生技術と言える。本研究で開発される技術により廃溶剤の再生処理装置が実用化され、様々な工場、事業所に導入されれば、これまで対象とならなかった廃溶剤の再生使用、更には循環使用が現場で行われ、大量に排出されてきた廃溶剤を大幅に削減することに貢献できる。その結果、塗装・印刷工場などの固定発生源からのVOC排出量を大幅に削減でき、我が国の環境大気中オキシダント濃度を低下させ、更に、VOC削減のためCO $ _{2} $ を新たに発生させることなく温暖化対策を同時に進めることも可能となる。

本研究では、1．除去液噴霧による排気ガス中 VOC（揮発性有機化合物）の除去処理技術と2．「空気流動真空蒸発法」による廃溶剤の再生処理技術を実用化する。以下に、実用化する2つの技術の研究背景と目的について、それぞれ解説を行う。
### 1.1 除去液噴霧による排気ガス中 VOC(揮発性有機化合物)の除去処理技術

2006 年 4 月より、VOC(揮発性有機化合物)の排出抑制に向けて大気汚染防止法が改正され、VOC 排出規制が開始された。当初は、大規模な排出施設が対象となるが、2010 年度からは、多くの排出施設において VOC の 30% 削減が義務づけられており、トルエン、IPA(イソプロピルアルコール)等の VOC 削減対策技術の開発は緊急の研究課題である。大規模な VOC 排出施設では、数億円の大型な化学プラント装置で VOC を燃焼して分解処理する燃焼法を採用したが、原油高による処理のランニングコストの高騰と CO₂ の排出といった地球温暖化問題を新たに引き起こすこととなる。又、燃焼方式では、中小規模の VOC 排出施設を対象としても装置コストが数千万円以上、ランニングコストも年間 1000 万円以上と高く、中小企業が多数を占める塗装・印刷工場での導入は困難であった $ ^{6)} $ 、 $ ^{7)} $ 。従って、エネルギー・コスト的に合理性を持ち、この問題を解決できる VOC 削減対策技術の開発は進んでいないのが現状である。

中小企業が多数を占める塗装・印刷工場での導入が可能となるエネルギー・コスト的に合理性を持ち、排気ガス中のトルエン、IPA(イソプロピルアルコール)、DCM(ジクロロメタン)、TCE(トリクロロエチレン)等の様々なVOCを効率良くできる簡便な除去処理装置を実現する。

従来のガス吸収の充填物に替えて、スポンジ状の多孔体であるPUF（ポリウレタンフォーム）、更に、ガス吸収温度を低下するために熱交換器のアルミ製冷却フィンを用い、VOC除去容量の大きい除去液を噴霧して排気ガス中VOCを効率良く吸収除去を行った。冷却フィンは構造的に、ガス吸収表面積が大きく、空隙率が高く、排気ガス処理量を大きくできるばかりでなく、軽量で低コストと言った優れたガス吸収の充填剤となることが初めて確認できた。VOCは様々な化学物質があるが、対象となるVOCを吸収除去する最適な除去液を選択することで全く同じ除去処理装置を使用して対応することができる。

更に、最近では、図1-1に示す印刷工場のインク洗浄過程で洗浄剤として使用されてきたジクロロメタン、ジクロロプロパンによる胆管ガンの発生が大きな社会問題となっている $ ^{8} $ 。

図1-1 ドライクリーニング、インク洗浄過程で発生する排気ガス中

揮発性有機塩素化合物の除去処理装置
表 1-1 は、7 種類の揮発性有機塩素化合物（VOCC）の物理化学的性状と許容濃度を示した $ {}^{9)\sim15)} $ 。ジクロロメタンは、様々な分野で洗浄剤として使用され、沸点が 40℃と低く、極めて蒸発しやすい物質であり、許容濃度は 50ppm に設定されている。

図 1-2 は、活性炭繊維フィルターを用いた排気ガス中揮発性有機塩素化合物（VOCC）の除去効率を示した。沸点の高いトリクロロエチレン（TCE）、テトラクロロエチレン（PCE）は、活性炭等の吸着剤で除去できるが、沸点の低いジクロロメタン（DCM）は、活性炭ではほとんど吸着除去できない。

表 1-1 7 種の VOCc の物理化学的性状と許容濃度

化学物質名	CAS番号	分子式	分子量, g/mol	沸点, ℃	引火点, ℃	蒸氦压, Pa	許容濃度, ppm
日本	アメリカ
1	ジクロロメタン
(二塩化メレン)¹	75-09-2	CH₂Cl₂	85	40	なし	47400
(20℃)	50
2	1,2-ジクロロエタン
(二塩化エレン)²	107-06-2	C₂H₄Cl₂	99	83.5	13	10500
(25℃)	10
3	1,2-ジクロロプロパン³)	78-87-5	C₃H₅Cl₂	113	96	16	27900
(20℃)	1*
4	1,3-ジクロロプロパン⁴)	142-28-9	C₃H₆Cl₂	113	121	21.1	2400
(25℃)	未設定
5	1,1,1-トリクロロエタン⁵)	71-55-6	C₂H₃Cl₃	133	74.1	なし	16500
(25℃)	200
6	トリクロロエチレン⁶)	79-01-6	C₂HCl₃	131	87.2	なし	7700
(20℃)	10
7	テトラクロロエチレン⁷)	127-18-4	C₂Cl₄	166	121	なし	2500
(25℃)	50

図 1-2 活性炭繊維フィルターを用いた平行板型 拡散スクラバーによる排気ガス中 VOCC 除去効率

また、図1-3に示す排気ガス中のジクロロメタン（DCM）を冷却凝縮して回収する装置も実用化されているが $ ^{16} $ 、表1-2に示すように、排気ガス処理風量が0.162m $ ^{3} $ /minと極めて小さく、一般的な排気ガス処理風量の数m $ ^{3} $ /minに適用できない。冷却凝縮方式では、装置を更にスケールアップしても排気ガス処理にかかるエネルギー・コストが膨大となり、現実的な方法とは言えない。

図 1-3 圧縮深冷凝縮方式溶剂ガス回収装置の概略図 $ ^{16)} $

表 1-2 圧縮深冷凝縮方式溶剂ガス回収装置 $ ^{16)} $

项目	单位	测定值
試験
条件	処理時間	min	490
実験室
条件	温度	℃	22.1
湿度	%	30
ジクロロメタン
ガス濃度	ppm	平均 74,700
最大 221,000
流入ガス	温度	℃	32.3
流量	Nm³/min	0.162
溶剂投入量	g	11,990
試験
結果	ジクロロメタン
排出濃度	ppm	平均 4
最大 35
排出ガス	温度	℃	20.3
流量	Nm³/min	0.197
処理率	%	99.9
溶剂回收	回收量	g	12,310
回收率	%	102.7
この様に、従来技術では、

（１）活性炭などの吸着剤方式では、十分にジクロロメタンを吸着除去できない。

（２）冷却凝縮方式では、排気ガス処理風量が小さく、エネルギー・コストがかかる。といった問題がある。

この様な従来技術の課題を解決するために、ジクロロメタン、トリクロロエチレン等の揮発性有機塩素化合物（VOCC）の溶解性の高い溶剂を使用して、効率よく排気ガス中 VOCC を除去処理する技術を実現する。

### 1.2 「空気流動真空蒸発法」による廃溶剤の再生処理技術

図 1-4 に示す様に、様々な工場、事業所から使用済みの廃溶剤が産業廃棄物として排出されている。多くは燃焼され処理されているが、二酸化炭素を排出し地球の温暖化を招き、また、エネルギー・コスト面でも問題となる。廃溶剤の主な化学成分は、揮発性有機化合物（VOC）であり揮発・蒸発しやすい性質を持つ。VOC は、それ自身が有害物質であるばかりでなく、大気汚染や健康被害をもたらす浮遊粒子状物質や光化学オキシダントの原因物質であり、その削減は重要な課題である。平成18年4月には、大気汚染防止法でVOC 排出施設毎にVOC の排出基準が定まり、平成22年からは、中小規模の排出施設においてもいっそうの削減対策が求められている。3R の観点から、廃溶剤量を減らすには、できるだけ、廃溶剤を再生し再利用することが必要不可欠である。

図 1-4 VOC 排出源と削減対策、3R（リデュース・リュース・リサイクル）の推進
従来、VOCを含む廃溶剤の再生には、図1-5の上に示す加熱蒸留が用いられてきたが、バッチ方式による廃溶剤の再生処理能力、エネルギー・コスト面で充分とは言えない。特に、廃溶剤処理の場合、加熱温度が高くなると蒸発するVOCの引火等の安全面でも問題があり、廃溶剤の再生は一部に限定されているのが実状であった。そこで、加熱温度を下げ、低温でも廃溶剤からVOCの蒸発が可能な図1-5の下に示す真空蒸留法が実用化されてきた。真空蒸発による膜分離(PV法)では、気液境界面となるシリコン膜、テフロン膜で廃溶剤から蒸発するVOC透過速度が律則となるので、蒸発速度が小さく、廃溶剤の再生処理量が小さく、数Paと言った高真空が必要なことが課題であった。

一方、本研究で実用化する図1-6に示した「空気流動真空蒸発法」による廃溶剤の再生処理 $ ^{4)} $ 、 $ ^{5)} $ では、蒸発したVOCの透過抵抗となるシリコン膜、テフロン膜を使用せずに、直接、廃溶剤を噴霧ノズルで真空容器内に微小なミストとして噴霧する。廃溶剤の噴霧により、廃溶剤からのVOC蒸発表面積を飛躍的に拡大できる。更に、膜分離とは異なり、数Paの高真空で処理するのではなく、意図的に真空をリークして数千Paの低真空で真空容器内に空気を流動させ、廃溶剤から大量のVOCを蒸発させ、蒸発したVOCを効率良く真空容器から排出できる。

その結果、従来の膜分離の真空蒸発法と比較して、「空気流動真空蒸発法」は、廃溶剤からのVOC蒸発速度を2桁以上向上でき、本法により大量な廃溶剤のリアルタイムでの再生処理が実現できる。また、真空蒸発法のように数Paの高真空を必要としないため、高真空用の真空ポンプや真空容器の厳密な耐久性が求められることもなく、装置の軽量化、低コスト化が期待できる。

この様な優れた特徴を持つ「空気流動真空蒸発法」による廃溶剤の再生処理装置を実用化し、様々な工場、事業所に導入することで、これまで検討の対象とならなかった溶剤の再生使用、更には循環使用が現場で行われ、大量に廃棄されてきた廃溶剤を大幅に削減することが期待できる。

図 1-5 VOC を吸収した廃溶剤再生の従来技術（加熱蒸留法、真空蒸発法）

図 1-6 「空気流動真空蒸発法」による廃溶剤の再生と吸収された VOC の蒸発分離の概略図
## 参考文献

1)環境省，揮発性有機化合物(VOC)排出インベントリ報告書（2014）

https://www.env.go.jp/air/osen/voc/inventory/rep_h2603/01main.pdf

2)環境省，SPM とオキシダントの生成メカニズム，

https://www.env.go.jp/air/osen/voc/materials/101.pdf

3) VOC 排出抑制檢討会，環境と測定技術，31，2，33-54 (2004)

4) 田中 茂, 「空気流動を用いた真空蒸発法による VOC ガスを除去した廃溶剤の新たな再生技術」, クリーンテクノロジー, 21, 12, 28-32 (2011)

5) 田中茂, 「空気流動真空蒸発法」による VOC を含む廃溶剤の新たな効率的再生技術], ケミカルエンジニアリング, 1, 31-35, (2013)

6) 岸本健，有機溶剤等の排出抑制・処理技術の比較評価と状況に合った選定法，(2006)

7) 富原道晴，Packia，49，10，26-31（2005）

8) 労働安全衛生総合研究所，災害調査報告書 大阪府の印刷工場における疫病災害（2012）

9) 中央労働災害防止協会 安全情報センター, 製品安全データシート

ジクロロメタン, (2006)

10) 中央労働災害防止協会 安全情報センター, 製品安全データシート

1,2-ジクロロエタン, (2010)

11)中央労働災害防止協会 安全情報センター, 製品安全データシート

1,2-ジクロロプロパン, (2009)

12) 中央労働災害防止協会 安全情報センター, 製品安全データシート

1,3-ジクロロプロパン, (2012)

13) 中央労働災害防止協会 安全情報センター, 製品安全データシート

1,1,1-トリクロロエタン, (2009)

14) 中央労働災害防止協会 安全情報センター， 製品安全データシート

トリクロロエチレン，(2009)

15) 中央労働災害防止協会 安全情報センター, 製品安全データシート テトラクロロエチレン, (2010)

16) 平成 16 年度環境技術実証モデル事業 VOC 処理技術分野 実証試験結果報告書：環境省（2005）
## 2 ．研究方法

本研究では、様々な工場、事業所から使用済みの VOC を含む廃溶剤を迅速・効率良く再生するために、「空気流動真空蒸発法」を用いた廃溶剤の再生処理技術を実用化する。図 2-1 に、本研究で実用化される排気ガス中 VOC の溶剤による除去、廃溶剤再生利用、蒸発分離した VOC の回収の概念図を示す。排気ガス中 VOC を除去液（溶剤）で吸収する。除去液（溶剤）で吸収された VOC を廃溶剤から蒸発分離し、廃溶剤を再生し除去液として循環利用するばかりでなく、廃溶剤から蒸発した高濃度 VOC を冷却凝縮して回収するシステムである。

具体的には、図2-2のVOCを含む廃溶剤の循環効率的再生処理技術のシステム概要図に示す装置を試作し性能評価を行う。廃溶剤の循環効率的再生処理技術には、3つの装置から構成される。①溶剤噴霧による排気ガス中VOC除去処理装置、②「空気流動真空蒸発法」によるVOCを吸収した廃溶剤からのVOC蒸発分離および廃溶剤再生装置、③廃溶剤から蒸発分離したVOCの冷却凝縮による回収装置である。

平成24年度は、半導体製造ラインの乾燥過程で使用される有害なイソプロピルアルコール(IPA)、平成25年度は、印刷工場で洗浄剤として使用され胆管ガンの発生が大きな社会問題となったDCE、TCE等の揮発性有機塩素化合物(VOCC)を対象として、排気ガス中のIPA、DCE、TCEを除去液を噴霧して効率良く除去し、これらの有害VOCを含む溶剤からIPAを蒸発分離し溶剤を再生する「空気流動真空蒸発法」による廃溶剤再生装置の実用化を検討した。

最終年度の平成26年度は、廃溶剤再生処理装置を実際の工場、事業所に設置し、具体的に廃溶剤の性能評価試験を行った。その性能評価試験を通じて改善点を検討しその改良を行とともに、装置作動の自動連続化について検討した。また、本装置による廃溶剤の再生処理のランニングコスト、エネルギー、二酸化炭素排出量のデータを整え、今後の本再生処理装置の実用化、普及への基礎データを整備した。

図 2-1 排気ガス中 VOC 除去・

廃溶剤再生利用・VOC 回收

図 2-2 VOC を含む廃溶剤の循環効率的再生処理技術のシステム概要図
### 2.1 除去液噴霧による排気ガス中 VOC(揮発性有機化合物)の除去処理技術

2.1.1 PUF(ポリウレタンフォーム)を用いた除去液噴霧による排気ガス中 IPA の除去処理

図 2-1-1 に示す様に、半導体製造ラインのウェハ一洗浄後の乾燥過程では、水に溶解しやすいイソプロピルアルコール(IPA)蒸気が大量に使用されている $ ^{1)} $ 、 $ ^{2)} $ 。乾燥に使用されたIPAは排気されるが、有害物質(許容濃度(TLV):200ppm)であるので、水スクラバーで除去している。しかしながら、水で除去されたIPA廃液は産業廃棄物として処理しなければならず、処理量も大きく問題となっている。最近では、IPA廃液を微生物で処理する技術も検討されているが、IPAの大量消費を解消できない。今後の環境対策、省資源・省エネルギーを進める上で、IPA廃液を単に産業廃棄物として処理するのではなく、3R（リデュース・リユース・リサイクル）の観点から、再生して使用する技術開発は必要不可欠である。

## （1） 排気ガス中 IPA の除去液の選択

これまでは、IPA が水に溶け込みやすい性質から水を除去液として排気ガス中 IPA を吸収・除去していたが、水に吸収されやすい IPA を水と分離することが困難であり、IPA 廃液の効率的な処理とIPA の再生利用ができなかった。そこで、水の代わりに、IPA を良く吸収し、沸点 82.4℃ の IPA との蒸発分離が可能な高沸点のグリコール系溶剤を除去液として使用することを検討した。

IPA 除去液としては、①IPA に対する溶解性（ヘンリ一定数(H)）、②沸点、③安全性・有害性、④粘度（除去液を噴霧して使用するため）、⑤価格等が必要な要素となる。表 2-1-1 にこれらの要素を検討し、IPA 除去液として選択される高沸点のグリコール系溶剤をまとめて記した。これまで排気ガス中 IPA の吸収に使用された水と比較して、EG（エチレングリコール） $ ^{3)} $ 、DEG（ジェチレングリコール） $ ^{4)} $ 、EGBE（エチレングリコールモノブチルエーテル） $ ^{5)} $ 、TPGME（トリプロピレングリコールモノメチルエーテル） $ ^{6)} $ は沸点が高く、IPA との蒸発分離に適している。また、これらの高沸点のグリコール系溶剤は、ヘンリ一定数(H)が水よりも低く IPA の溶解性も高い。しかしながら、EG や DEG の場合、粘度が大きく除去液として噴霧して使用することが困難である。EGBE の場合、発ガン性があり安全性に問題がある。そこで、TPGME が、①IPA に対する溶解性、②沸点、③安全性・有害性、④粘度を考慮して最適な除去液（溶剤）と言える。また、⑤価格も 1L 当たり 500 円程度と安価である。参考までに、IPA 除去液として検討した 20 種類の高沸点のグリコール系溶剤の物理化学的性質を表 2-1-2 に記した $ ^{3)} $ ～ $ ^{22)} $ 。

小川洋輝他, はじめての半導体洗浄技術, 工業調査会, p. 82 (2002)

図 2-1-1 IPA(イソプロピルアルコール)蒸気による半導体ウェハーの乾燥プロセスの概略図

表 2-1-1 IPA に対する除去液の選定

沸点,℃	粘度,mPa·s	安全性	^ンリ一定数*H,cm³/mol
H2O	100	0.89	○	11
EG	197	16	○	5.0
DEG	245	35	○	6.4
EGBE	172	3.5	発がん性	7.7
TPGME	241	5.3	○	12
DEHA	335	14	○	60

* UNIFAC(Universal Functional Coefficient) 法による推算値

DEG : DiEthylene Glycol

EGBE : Ethylene Glycol mono-n-Butyl Ether

TPGME : TriPropylene Glycol mono-Methyl Ether
表 2-1-2 20 種類のグリコール系溶媒の物理化学的性質 3)～22)

分子式	ヘンリー定数H,cm³/mol(20℃)	粘度,mPa·s(20℃)	沸点,℃	健康有害性	分子量,g/mol	密度,g/cm³(20℃)
ジェチレングリコールエチルメチルエーテル	C7H16O3	21.1	1.2	176	148	0.923
トリエチレングリコールジメチルエーテル	C8H18O3	21.2	2.2	216	有	178	0.984
テトラエチレングリコールジメチルエーテル	C10H22O5	22.4	3.5	275	223	1.009
ジプロピレングリコールジメチルエーテル	C8H18O3	22.5	1.2	171	148	0.955
トリプロピレングリコールジメチルエーテル	C11H24O4	24.6	2.3	215	220	0.930
ジェチレングリコールジエチルエーテル	C8H18O3	25.3	1.4	189	162	0.907
トリエチレングリコールブチルメチルエーテル	C11H24O3	25.4	2.9	261	220	0.942
ジェチレングリコールブチルメチルエーテル	C9H20O3	25.4	1.6	212	176	0.904
ジェチレングリコールモノエチルエーテルアセテート	C8H16O4	26.1	2.8	218-219	176	1.01
トリエチレングリコールモノメチルエーテル	C7H16O4	26.9	8.3	249	164	1.05
ジェチレングリコールジメチルエーテル	C8H14O3	29.8	1.1	162	有	134	0.943
ジェチレングリコールモノメチルエーテル	C5H12O3	30.0	4.1	194	有	120	1.02
ジェチレングリコールジブチルエーテル	C12H26O3	30.3	2.4	256	218	0.884
ジプロピレングリコールモノメチルエーテル	C7H16O3	31.9	4.1	188	148	0.955
トリプロピレングリコールメチルエーテル	C10H22O4	32.2	5.3	241	206	0.967
ジェチレングリコールモノブチルエーテル	C8H18O3	37.2	6.6	230	有	162	0.952
3-メトキシ-3-メチル-1-ブタノール	C6H14O2	37.3	6.2	174	118	0.927
エチレングリコールモノ-n-ブチルエーテル	C6H14O2	44.8	-	171-172	有	118	0.898
ジェチレングリコール	C4H10O2	46.0	35.0	245	有	106	1.12
エチレングリコール	C2H6O2	62.5	16.1	197	有	62	1.113
（２）PUF（ポリウレタンフォーム）を用いた除去液噴霧による排気ガス中IPAの除去

## 1 ）ガス吸収の充填物の選択

図2-1-2に、PUF（ポリウレタンフォーム） $ ^{23)} $ を用いた除去液噴霧による排気ガス中IPAの除去処理の概要図を示した。ガス吸収の充填物として、スポンジ状の多孔体であるPUFを用いて、噴霧ノズルを用いて除去液を均等に広げ噴霧し、除去液で濡れたPUF表面で排気ガス中IPAが吸収される仕組みである。従来のガス吸収の充填物としては、図2-1-3に示す様に、セラミック製ラシヒリングが一般的である $ ^{24)} $ 。充填物の仕様として、サイズ、重量、比表面積、空隙率があげられるが、ラシヒリングの重量は600～800kg/m³と重く、PUFの重量は30kg/m³となり20～30分の1と軽い。比表面積もラシヒリングと比較して数倍大きい。また、空隙率もPUFは大きく排気ガスの通気抵抗も小さい。これらの点から考慮して、PUFは優れた充填物であり、コストも大幅に安く、本研究においては、排気ガス中IPA除去処理の充填物にPUFを検討した。

図 2-1-2 PUF を用いた除去液噴霧方式による IPA 除去処理の概要図

(称呼寸法) (孔径)	重量, kg/m³	比表面積, m²/m³	空隙率, %
ラシヒリング* (セラミック製)	13mm	881	367	64
ラシヒリング (碍子製)	15mm	602	297	74
PUF MF-8	4mm	30	719	97
PUF MF-20	1.5mm	30	1490	97

* 化学工学会 化学工学便覧 丸善 p. 605 (1999)

図 2-1-3 PUF とラシヒリングの充填物性能の比較
## 2 ）排気ガス中 IPA の理想除去効率の算出

並流条件での VOC ガス吸収概念図を図 2-1-4 に示す。排気ガス（気相）と除去液（液相）を同じ向きに流す並流条件でガス吸収操作を行う場合、塔高 z=Z から任意の高さ z : (x, y) の間で気相と液相の間で VOC の物質収支をとると (2-1-1) 式になる。

$$ G(y-y_{t})=L(x_{t}-x)\quad 閏 \quad\cdot\cdot\cdot\cdot(2-1-1) $$

y：気相中 VOC モル分率 x：液相中 VOC モル分率

$$ G: 気体モル流量 (mol/min)\quad L: 液体モル流量 (mol/min) $$

塔頂から新規の除去液を導入した場合は $ x_{t}=0 $ なので、(2-1-1)式に代入し変形すると、yはxの一次式で表すことができ、これを装置の操作線と呼び、(2-1-2)式になる。

$$ y=-\big(L/_{G}\big)x+y_{t}\cdot\cdot\cdot\cdot(2-1-2) $$

VOC ガス吸収プロセスにおいて、気液間の VOC 物質移動は最後にヘンリー則に基づくと考えられ、(2-1-3)式で表される。ヘンリー則の(2-1-3)式は、気液間の VOC 物質移動が平衡に達したとき、気相中 VOC 濃度(y)は液相中 VOC 濃度(x)に比例することを表し平衡線と呼ばれる。

$$ y=mx\cdot\cdot\cdot\cdot(2-1-3) $$

並流条件でのガス吸収における操作線（(2-1-2)式）と平衡線（(2-1-3)式）を図2-1-5に示す。気液間の物質移動が平衡に達したとすると、操作線と平衡線の交点が平衡に達して理想的に除去が行われた点となる。操作線と平衡線の交点が塔底 $ (\mathrm{x}_{\mathrm{b}},\mathrm{y}_{\mathrm{b}}) $ のモル分率となるため、塔底と塔頂の気相モル分率より理想的な条件での除去効率を算出することができる。2直線の交点より、塔底における気相中VOCモル分率 $ (\mathrm{y}_{\mathrm{b}}) $ は、(2-1-4)式で表される。

$$ y_{b}=\frac{y_{t}}{1+\frac{L}{mG}}\cdot\cdot\cdot\cdot(2-1-4) $$

図 2-1-4 並流における VOC ガス吸収概念図

$$ y=-\frac{L}{G}x+y_{t} $$

図 2-1-5 並流条件でのガス吸収における操作線と平衡線