JP2016140841A - 有機溶剤回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機溶剤を含む被乾燥物を乾燥するドライヤの排気に含まれる有機溶剤蒸気の回収に要するイニシャルコストとランニングコストを抑制できる有機溶剤回収装置の提供。【解決手段】前段ドライヤＡの排気からＮＭＰを凝縮回収する冷却コイル３を有し、この冷却コイルを出た空気を２、３段目のドライヤＢ，Ｃの乾燥用給気に使い、２、３段目のドライヤの排気からＮＭＰを凝縮回収する冷却コイル６を有し、この冷却コイルを出た空気を４、５段目のドライヤＤ，Ｅの乾燥用給気に使い、４、５段目のドライヤの排気からＮＭＰを凝縮回収する冷却コイル９を有し、この冷却コイルを出た空気からＮＭＰを吸着ロータ１１で濃縮回収し、吸着ロータの吸着ゾーン１２を出た浄化後の空気の一部を前段ドライヤの乾燥用給気に使うように構成する有機溶剤回収装置。【選択図】図１

Description

本発明は、有機溶剤を含有するガスから有機溶剤を回収する有機溶剤回収装置に関するものである。

従来、有機溶剤を含有する排ガス等から有機溶剤を回収する処理システムとして、吸着材を担持した吸着素子を利用して有機溶剤ガスを濃縮、脱着後に冷却し液化凝縮させる特許文献１のような有機溶剤回収システムが知られている。

リチウムイオン二次電池に用いられる電極板として、活物質、結着剤、導電材などを均一に分散させる溶剤によってペースト状に混練したものを用いて製造されるものがある。この電極活物質を含むペースト状の塗工材が金属箔等の基材に塗工され、その後、ドライヤ（乾燥炉）において塗工材の溶剤が乾燥される。溶剤としては、例えばＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）等の有機溶剤が多く使用されている。この有機溶剤の回収に要するコストを抑制する溶剤回収システムとして特許文献２のようなものが提案されている。

特開２０１２−１６６１５５号公報 特開２０１２−１３９６５７号公報

特許文献１に開示されたものは、吸着素子に上記有機溶剤含有ガスよりも高温の排ガスを通過させ、吸着素子に吸着した有機溶剤を脱着し脱着ガスを生成する脱着部とを有する濃縮装置と、脱着ガスまたは排ガスを含む脱着ガス冷却し凝縮して有機溶剤を回収する冷却回収装置とを備え、冷却回収装置へ上記排ガスおよび上記脱着ガスを通過させる風量割合が、排ガスが０％〜５０％であり、脱着ガスが５０％〜１００％とすることによって、エネルギー消費を抑えるようにしたものである。

しかしながら、特許文献１に開示されたものでは、有機溶剤の回収率が低くなる。

特許文献２に開示されたものは、高濃度のＮＭＰ溶剤を含むドライヤの排気を冷却コイルで凝縮回収した後の高濃度系ドライヤ排気をドライヤの前段に戻し、凝縮回収後の一部のガスを吸着ロータに通して濃縮回収している。吸着ロータの処理領域を通過した一部の空気を低濃度系ドライヤ排気としてドライヤの後段に戻している。

しかしながら、特許文献２に記載のものは、ＮＭＰ発生濃度が高い前段に比較的ＮＭＰが高濃度の排気を戻しているためＮＭＰの乾燥効率が落ちるという問題があった。また、吸着ロータの処理領域を出たガスの一部あるいは全量を屋外に排気するため、その分エネルギーロスを生じる。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は乾燥によるＮＭＰ発生濃度が高いドライヤ前段へＮＭＰ濃度の薄い濃縮浄化後の空気を戻し、比較的ＮＭＰ発生濃度が低くなるドライヤ後段へ冷却凝縮後の空気を戻し、装置外への排気を無くした有機溶剤回収装置を提供することにある。比較的配管の数、長さも低減されるため、装置のコンパクト化が可能で、ドライヤの下のスペースへの装置設置も可能となる。

本発明は以上のような課題を解決するため、前段ドライヤの排気からＮＭＰを凝縮回収する冷却コイルを有し、この冷却コイルを出た空気を２、３段目のドライヤの乾燥用給気に使い、２、３段目のドライヤの排気からＮＭＰを凝縮回収する冷却コイルを有し、この冷却コイルを出た空気を４、５段目のドライヤの乾燥用給気に使い、４、５段目のドライヤの排気からＮＭＰを凝縮回収する冷却コイルを有し、この冷却コイルを出た空気からＮＭＰを吸着ロータで濃縮回収し、吸着ロータの吸着ゾーンを出た浄化後の空気の一部を前段ドライヤの乾燥用給気に使うようにした。また、吸着ロータは、吸着ゾーン、パージゾーン、脱着ゾーンに分割されており、モータ等により吸着ゾーン、脱着ゾーン、パージゾーンの順番に空気が流れるように回転する。吸着ゾーンを出た空気の一部は分岐され、パージゾーンを通って電気ヒータ等で加熱され脱着ゾーンを通過する。脱着ゾーンを通過した空気は、吸着ロータ前の冷却コイルの前に戻され、再度ＮＭＰが凝縮回収される。

装置からの排気を無くし、乾燥によるＮＭＰ濃度の高い前段のドライヤに濃縮浄化後のＮＭＰ濃度の低い空気を戻すため、塗工材からのＮＭＰ乾燥効率をよくすることができ、排気を装置外に出さないため省エネルギーとなる。また、配管の構成が比較的簡単になるため、イニシャルコストの低減や省スペースが可能となる。

上記の有機溶剤回収装置であれば、ドライヤ排気中の有機溶剤を回収するコストを抑制することができ、装置のコンパクト化によりイニシャルコストも抑制することができる。つまりＮＭＰを含むガスを全て回収することになり、回収効率が高いためＮＭＰの再利用が可能で、リチウム電池などの生産コストの低減に寄与する。

また、ＮＭＰを含むガスの濃度が最も低い最終段ドライヤの空気の浄化を吸着式とし、その他のドライヤの空気は凝縮によって浄化することによって、エネルギー消費を少なくしている。また、各ドライヤに戻す空気と各ドライヤから出る空気との間で顕熱交換をすることによって、エネルギーの回収を行っており、これによってもエネルギー消費を少なくしている。

図１は本発明の有機溶剤回収装置の実施例におけるフロー図である。 図２は従来例の有機溶剤回収装置のフロー図である。

リチウムイオン二次電池の電極作製の過程で、集電体としての金属箔の両面に有機溶剤を含んだスラリーが塗布され、スラリーが加熱されて固化する過程でスラリー内の有機溶剤が蒸発する。本発明は、この蒸発した有機溶剤を冷却凝縮と吸着ロータによる濃縮回収を組み合わせて回収する構成にしてある。

以下、本発明の有機溶剤回収装置の実施例について図１のフロー図に沿って説明する。本発明の構成には有機溶剤回収装置、ドライヤA〜Eと熱風発生炉１、４、７が含まれている。また、図中の２点鎖線は電極板の搬送装置で、ローラ保持方式やフロート方式などが採用され、各ドライヤは半密閉となっており、電極板は乾燥入口から乾燥出口側へ搬送される。

図１に示すようにドライヤは複数に分割されており、ドライヤAには熱風発生炉１から高温のガスが導入される。また同様に、ドライヤＢとCには熱風発生炉４、ドライヤDとEには熱風発生炉７から高温のガスが導入される。ドライヤAの排気の一部は、熱交換器２を通して冷水コイル３において有機溶剤が凝縮回収された後、冷水コイル９を通ったガスの一部と混合され、熱交換器５を通して、後段の熱風発生炉４の給気の一部として使用される。

同様にドライヤBとCの排気の一部は、熱交換器５を通して冷水コイル６において有機溶剤が凝縮回収された後、熱交換器８を通して後段の熱風発生炉７の給気の一部として使用される。

同様にドライヤDとEの排気の一部は、熱交換器８を通して冷水コイル９において有機溶剤が凝縮回収された後、一部は熱交換器５に戻され、残りの一部は再熱ヒータ１０で加熱され吸着ロータ１１の吸着ゾーン１２に送られる。吸着ロータ１１は、吸着ゾーン１２、パージゾーン１３、脱着ゾーン１４に分割されており、ギヤードモータ等（一般的であるため、図示せず）により吸着ゾーン、脱着ゾーン、パージゾーンの順番に空気が流れるように回転する。吸着ゾーン１２にガスを送るファン１５を通過した浄化ガスの一部は熱交換器２を通して熱風発生炉１の給気の一部として使用され、残りはファン１７によってパージゾーン１３を通過し、脱着ヒータ１６で脱着温度まで加熱された後、脱着ゾーン１４に送られる。吸着ロータ１１に吸着された有機溶剤は、この脱着ゾーン１４で脱着され、熱交換器８を通過した熱風発生炉７の排気と混合され冷水コイル９において凝縮回収される。

本発明の実施例は以上のような構成よりなり、以下詳細を説明する。熱風発生炉１の熱風温度が摂氏１００度（以降、温度は全て「摂氏」とする）で、循環風量が６５．９Ｎｍ３／ｍｉｎ（９０ｍ３／ｍｉｎ）とする。排気の一部は、排気率７０％で排気風量４６．１Ｎｍ３／ｍｉｎ、ＮＭＰ濃度２７２４ｐｐｍで熱交換器２に送られる。冷水コイル３の入口では、ガスの温度が６３度となり、冷水コイル３に流す冷水流量が１４６Ｌ／ｍｉｎ、冷水温度が７度とすると、濃度１００％のＮＭＰが２９．９ｋｇ／ｈの量で凝縮回収される。冷水コイル３の出口では、ガスの温度が１２度、ＮＭＰ濃度２７９ｐｐｍとなり、冷水コイル９を通った空気の一部と混合され熱交換器５を通して熱風発生炉４の給気の一部として使用される。

これによって、熱交換器５に入る空気の量は、冷水コイル３を通過した空気と冷水コイル９を通過した空気の一部を加算した量になる。すると、ドライヤB及びCを出た空気は熱交換器５によって十分に冷却され、冷水コイル６の顕熱負荷が小さくなり、冷水コイル６での凝縮量が増加する。

熱風発生炉４の熱風温度が１３０度で、循環風量が１２２．０Ｎｍ３／ｍｉｎ（１８０ｍ３／ｍｉｎ）、排気率６９．７％とすると、排気風量８５．０Ｎｍ３／ｍｉｎ、ＮＭＰ濃度２３９６ｐｐｍで熱交換器５に送られる。冷水コイル６の入口では、ガスの温度が７１度となり、冷水コイルに流す冷水流量が３１２Ｌ／ｍｉｎ、冷水温度が７度とすると、濃度１００％のＮＭＰが４７．８ｋｇ／ｈの量で凝縮回収される。冷水コイル６の出口では、ガスの温度が１２度、ＮＭＰ濃度２７９ｐｐｍとなり、熱交換器８を通して熱風発生炉７の給気の一部として使用される。

熱風発生炉７の熱風温度が１５０度で、循環風量が１１６．２Ｎｍ３／ｍｉｎ（１８０ｍ３／ｍｉｎ）、排気率７３．２％とすると、排気風量８５．０Ｎｍ３／ｍｉｎ、ＮＭＰ濃度１４８８ｐｐｍで熱交換器８に送られる。その後、吸着ロータ１１の脱着ゾーン１４を出たガスと混合され冷水コイル９に送られる。冷水コイル９の入口では、ガスの温度が８０度となり、冷水コイルに流す冷水流量が３８３Ｌ／ｍｉｎ、冷水温度が７度とすると、濃度１００％のＮＭＰが３０．６ｋｇ／ｈの量で凝縮回収される。冷水コイル９の出口では、ガスの温度が１２度、ＮＭＰ濃度２７９ｐｐｍとなり、一部（３８．９Ｎｍ３／ｍｉｎ）は熱交換器５に戻され、残りの一部は再熱ヒータ１０で２０度まで加熱され、ファン１５で吸着ロータ１１の吸着ゾーン１２に風量５１．２Ｎｍ３／ｍｉｎで送られる。

吸着ゾーン１２を出たガスの一部は、風量４６．１Ｎｍ３／ｍｉｎ、ＮＭＰ濃度１０ｐｐｍ、温度２６度で熱交換器２に送られる。残りのガスは、風量５．１Ｎｍ３／ｍｉｎ、ＮＭＰ濃度１０ｐｐｍ、温度２６度でパージゾーン１３に送られる。その後、脱着ヒータ１６で１８０度に加熱され、ファン１７で脱着ゾーン１４に送られる。脱着ゾーン１４の出口では、ガスの温度が７０度、ＮＭＰ濃度２７０２ｐｐｍとなり、熱交換器８を通過した熱風発生炉７の排気の一部と混合され冷水コイル９に送られる。

つまり、冷水コイル９には濃度の高い脱着ゾーン１４を通過した空気
が入るため、冷水コイル９での凝縮量が増加する。さらに上記の説明のとおり、冷水コイル６の顕熱負荷が小さく冷水コイル６を出た空気の温度が低いため、この空気とドライヤD及びEから出た空気とを熱交換器８で熱交換して、ドライヤD及びEから出た空気を冷却し冷水コイル９に入る前の空気の温度を下げている。これによって冷水コイル９の顕熱負荷が小さく、冷水コイル９での凝縮量が多くなる。

以上のような条件で運転した場合、冷水コイル３、６、９で凝縮回収されるＮＭＰの回収量は１０８．３ｋｇ／ｈとなる。なお、吸着ロータ１１は、ハニカムに吸着材が担持され直径９６５ｍｍ、幅４００ｍｍ、処理風量５１．２Ｎｍ３／ｍｉｎのものを使用している。また、総冷水量は８４１Ｌ／ｍｉｎ、総電力量は６９．４ｋｗとなる。本実施例では、ドライヤが５段の場合で説明したが、５段に固定されるものではなく、５段より少ない段数でなしてもよく、多い段数でなしてもよい。

有機溶剤回収装置の従来例のフロー図を図２に示す。上記の実施例と同じ構成物については同じ番号を付与し、重複した説明は省略する。従来例の構成には有機溶剤回収装置、ドライヤA〜Eと熱風発生炉１、４、７、１８が含まれている。

図２に示すようにドライヤは複数に分割されており、ドライヤAには熱風発生炉１から高温のガスが導入される。また同様に、ドライヤBには熱風発生炉４、ドライヤCには熱風発生炉１８、ドライヤDとEには熱風発生炉７から高温のガスが導入される。ドライヤA〜Eの排気の一部は混合され、熱交換器８を通して吸着ロータ１１の脱着ゾーン１４を通過したガスと混合され、冷水コイル９において有機溶剤が凝縮回収された後、一部は熱交換器８に戻され、残りの一部は再熱ヒータ１０で加熱され吸着ロータ１１の吸着ゾーン１２に送られる。吸着ゾーン１２にガスを送るファン１５を通過した浄化ガスの一部は熱風発生炉７の給気の一部として使用され、残りはファン１７によってパージゾーン１３を通過し、脱着ヒータ１６で脱着温度まで加熱された後、脱着ゾーン１４に送られる。吸着ロータ１１に吸着された有機溶剤は、この脱着ゾーン１４で脱着され、熱交換器８を通過したドライヤA〜Eの排気と混合され冷水コイル９において凝縮回収される。

ここで、従来例での熱風発生炉４と１８を合わせた循環風量が実施例での熱風発生炉４と同じ循環風量とし、熱風温度は全て同じ１３０度とする。冷水コイル９で凝縮回収されるＮＭＰの回収量を実施例とほぼ同等の１１３．４ｋｇ／ｈとすると、総冷水量が８６３Ｌ／ｍｉｎ、総電気量１０５．６ｋｗとなり、実施例と比較して総冷水量は、ほぼ同程度となるが、総電気量は、約１．５倍となる。また、吸着ロータ１１は、直径１２００ｍｍ、幅４００ｍｍ、処理風量９４．４Ｎｍ３／ｍｉｎのものを使用しており、実施例のものより大きな吸着ロータとなる。

以上のように、本発明の有機溶剤回収装置を採用することにより、従来の装置より総電気量が少なくなるためランニングコストを低減させることが可能となる。また、配管の構成等も従来の装置より比較的簡素化することが可能で、吸着ロータのサイズも小さくできるためイニシャルコストも低減させることが可能となる。さらに本発明の有機溶剤回収装置は従来の装置と比較してコンパクト化できるため、ドライヤの搬送装置の下部に収納できスペースの有効活用も可能となる。

本発明は、リチウムイオン二次電池に用いられる電極板製造工程などの有機溶剤を排気に含む乾燥工程から有機溶剤を回収する装置において、イニシャルコストとランニングコストを低減した装置を提供する。

１、４、７、１８ 熱風発生炉２、５、８ 熱交換器３、６、９ 冷水コイル１０ 再熱ヒータ１１ 吸着ロータ１２ 吸着ゾーン１３ パージゾーン１４ 脱着ゾーン１５、１７ ファン

Claims (3)

1. 有機溶剤を含有する被乾燥物を乾燥する複数段のドライヤの排気から有機溶剤を回収する装置であって、前段ドライヤからの排気を冷却部で冷却して凝縮回収する凝縮回収部と、前記凝縮回収部を通過した空気を後段のドライヤに給気し、再後段のドライヤからの排気を冷却部で冷却して凝縮回収する凝縮回収部と、最後段の凝集回収部を通過した空気を吸着ロータで吸着回収する吸着回収部と、前記吸着回収部を通過した浄化空気を最前段のドライヤに給気する有機溶剤回収装置。
2. 前記冷却部の前にドライヤへの給気と排気の熱交換を行なう熱交換器を設けた請求項１に記載の有機溶剤回収装置。
3. 前記ドライヤの前記被乾燥物を搬送する搬送装置の下部に有機溶剤回収部を収納した請求項１、２いずれかに記載の有機溶剤回収装置。

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