JP7081903B2 - 有機溶剤の処理方法、及び有機溶剤処理システム - Google Patents

Description

本発明は、有機溶剤の処理方法、及び有機溶剤処理システムに関する。

有機溶剤廃液は、その一部が回収され再利用されているが、そのほとんどが焼却処分される。焼却処分はコストがかかる上、焼却することで生成されるＣＯ_２を大気に放出しているため、環境に悪影響を与えている。

特許文献１には、ガスタービンを用いて、臭気ガスの発生源となる有機溶剤廃液を直接的に処理しながら、その保有熱からエネルギーを回収するシステムが提案されている。

特開２００４－１８４００３号公報

特許文献１に記載された脱臭・廃棄処理装置においては、有機溶剤廃液ガスの燃焼によって生じるＣＯ_２について何ら考慮されておらず、エネルギー効率の観点から未だ改良の余地がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、効率よくエネルギーを回収できる有機溶剤の処理方法、及び有機溶剤処理システムを提供することを課題とする。

本発明の第１の態様は、酸化塔内で金属粒子を酸化して酸化金属粒子を得る酸化工程と、還元塔内で前記酸化金属粒子を有機溶剤と反応させて、前記有機溶剤から二酸化炭素を生成させるとともに、前記酸化金属粒子を還元して金属粒子を得る還元工程と、金属粒子及び酸化金属粒子を、前記酸化塔と前記還元塔との間を循環させる循環工程と、を有することを特徴とする有機溶剤の処理方法である。

本発明の第２の態様は、金属粒子が酸化剤と反応して酸化金属粒子が生成される酸化塔と、前記酸化塔で生成された酸化金属粒子が有機溶剤と反応して、前記有機溶剤廃液から二酸化炭素が生成されるとともに、前記酸化金属粒子が前記金属粒子に還元される還元塔と、前記金属粒子が酸化と還元を受けながら前記酸化塔と前記還元塔との間を循環する循環流路と、を備えたケミカルループ燃焼ユニットと、を備えたことを特徴とする有機溶剤処理システムである。

本発明によれば、効率よくエネルギーを回収できる有機溶剤の処理方法、及び有機溶剤処理システムを提供することができる。

本実施形態の有機溶剤処理システムの一例を示す概略図である。 本実施形態の有機溶剤処理システムの一例を示す概略図である。 本実施形態における培養ユニットの一例を示す概略図である。

＜有機溶剤処理システム＞
以下、本実施形態の有機溶剤処理システムを、図面を参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。

（第１実施形態）
本実施形態の有機溶剤処理システムＡ１は、図１に示すように、金属粒子が酸化剤と反応して酸化金属粒子が生成される酸化塔１と、酸化塔１で生成された酸化金属粒子が有機溶剤と反応して、前記有機溶剤から二酸化炭素が生成されるとともに、前記酸化金属粒子が前記金属粒子に還元される還元塔３と、を備え、前記金属粒子が酸化と還元を受けながら酸化塔１と還元塔３との間を循環するようにされているケミカルループ燃焼ユニットＡ１０を備える。

本実施形態におけるケミカルループ燃焼ユニットＡ１０は、酸化塔１の内部に１個の還元塔３が備えられている。酸化塔１は、鋼板等の耐熱材で作られた円筒形の外塔である。酸化塔１の上端面も鋼板等の耐熱材で作られた天板２で閉鎖されている。酸化塔１内には、中心軸線を同じにして、酸化塔１よりも小径の還元塔３が取り付けてある。還元塔３は、円塔体である。還元塔３の上端は天板２を貫通して酸化塔１の外部に延出しており、下端は酸化塔１の下端近傍に達している。

酸化塔１の下端部には、酸化塔１と同心円をなす円塔状の空気ヘッダー４が取り付けてあり、該空気ヘッダー４の上端は空気ノズル５とされている。空気ヘッダー４はブロワ６に接続しており、流量計７および調圧弁８を通して調圧された空気が空気ヘッダー４に送られて空気ノズル５から酸化塔１内に噴出する。後に説明するように、この空気は酸化剤として機能する。

空気ヘッダー４の中央部であって前記した還元塔３の下端部に対向する位置には、上下方向に所定の隙間を保つようにして、塔状をなす燃料ノズル９が配置されている。燃料ノズル９の内径は還元塔３の下端部の内径よりもやや小さい。燃料ノズル９には、遮断弁１０、調圧弁１１、逆止弁１２を通して、有機溶剤が送給され、還元塔３の下端開口部に向けて噴出する。後に説明するようにこの有機溶剤は還元剤として機能する。

この例において、燃料ノズル９とその外側を包囲する空気ヘッダー４との間には隙間が設けられており、その隙間には塔状のセパレートガスノズル１３が配置されている。セパレートガスノズル１３には、配管１４を通して、例えばＮ_２ガス、ＣＯ_２ガス等である酸素が含まれない不活性ガスが供給される。

酸化塔１の底部であって前記した空気ヘッダー４の外側を包囲するようにして円塔状の下部ヘッダー１５が取り付けられている。下部ヘッダー１５の底面は水平面であるが、上面は円錐面１６となっていて、円錐面の下端が空気ノズル５とほぼ同一面となっている。下部ヘッダー１５の外周面は酸化塔１の内周面に接しており、酸化塔１の壁面に作られた孔１７を通して、被加熱流体が流れる第１の流体配管１８が下部ヘッダー１５の外周面に接続している。

酸化塔１の上方には、天板２に接するようにして円塔状の上部ヘッダー１９が取り付けてある。上部ヘッダー１９の内径と外径は下部ヘッダー１５の内径と外径とほぼ同じである。上部ヘッダー１９には、酸化塔１の天板２に形成した孔１７を通して被加熱流体の第２の流体配管２１が接続している。この例において、第２の流体配管２１は、オンサイトでの蒸気利用設備や工業炉などの熱負荷部１００に連通している。

酸化塔１の内壁に沿うようにして、前記下部ヘッダー１５の上部円錐面１６から適宜上方位置まで、耐熱瓦や耐熱セラミックファイバー等の耐熱材からなる適宜厚さの耐熱壁２２が形成されており、該耐熱壁２２の上端面は円錐壁２３とされている。耐熱壁２２の前記上端円錐壁２３に下端面を沿わせるようにして、全体として斜板形状をなす中間ヘッダー２４が取り付けられており、該中間ヘッダー２４の内径と外径は下部ヘッダー１５と内径と外径とほぼ等しくされている。そして、前記中間ヘッダー２４が取り付けられている位置よりもやや上方位置において、前記した還元塔３には、固気分離装置２５が取り付けられている。

下部ヘッダー１５と中間ヘッダー２４と上部ヘッダー１９の内部空間を相互に連通するようにして、複数本の伝熱管２６が酸化塔１の中心軸線と平行に取り付けられている。複数本の伝熱管２６は、図では、半径方向に複数列、かつ各例が複数本の伝熱管で構成されるようにして配置されているが、酸化塔１内での伝熱管２６の配置は任意であり、後に記載するように、酸化塔１内に収容される金属粒子の流動を妨げないことを条件に適宜配置すればよい。

なお、下部ヘッダー１５、中間ヘッダー２４、上部ヘッダー１９は耐熱性に優れた材料で作られ、また特に伝熱管２６は、耐熱性と熱伝導性に優れた材料・形状で作られる。さらに、後に説明するように、伝熱管２６は、下部ヘッダー１５と中間ヘッダー２４の間に位置する部分と、中間ヘッダー２４と上部ヘッダー１９の間に位置する部分とを、異なった材料で作ることが望ましい。

酸化塔１の上部には排気口２７が設けてあり、排気口２７からの排ガス（後に記載するように、Ｎ_２が主であり、Ｏ_２が少量含まれる）は固気分離装置２８を通して外気に排気される。

以上の構成は、本実施形態におけるケミカルループ燃焼ユニットＡ１０が作動するために必要な構成であるが、より効率的な運転を行うために、ケミカルループ燃焼ユニットＡ１０はさらに次の配管系を備える。

前記した排気口２７からの排ガスは固気分離装置２８を通過した後、さらに熱交換器２９を通過する。そして熱交換器２９を通過したＮ_２ガスは図示しない貯蔵タンク内に貯蔵される。必要時に、Ｎ_２とＯ_２の混合ガスの一部は、ブロワ３０によって昇圧され、遮断弁３１と調圧弁３２を通って配管１４からセパレータガスノズル１３に送られる。

還元塔３の上部から排出される排ガス（後に記載するようにＣＯ_２とＨ_２Ｏ蒸気である）は、外部からの冷却水が循環している気水分離装置３３に流入し、蒸気を液化して分離した後、９０％以上のＣＯ_２を含む排ガスとして外部に排出され、図示しない貯蔵タンク内に貯蔵される。必要時に、９０％以上のＣＯ_２を含む排ガスの一部は、ブロワ３４によって昇圧され、遮断弁３５と調圧弁３２を通って配管１４からセパレータガスノズル１３に送られる。

気水分離装置３３で生成された水は、遮断弁３６、ポンプ３７を介して熱交換器２９に
至り、そこで熱交換した後、必要に応じて、調圧弁３８および逆止弁３９を通って、燃料
ノズル９への燃料供給管路内に水蒸気として供給される。

上記のケミカルループ燃焼ユニットＡ１０の作動を説明する。事前に、酸化塔１の内部空間に金属粒子Ｍを充填する。充填量は、金属粒子Ｍが還元塔３に取り付けた固気分離装置２５までは達しない量とする。なお、金属粒子Ｍは金属のみでなく酸化金属粒子が含まれていてもよい。金属粒子Ｍの好ましいものとしては、鉄（Ｆｅ）または酸化鉄（ＦｅＯ,Ｆｅ_２Ｏ_３，Ｆｅ_３Ｏ_４）を例示できる。充填後、図示しないは酸化塔内に配置した予熱バーナあるいは酸化塔１の周壁に取り付けた電気ヒータ等の予熱手段により金属粒子Ｍを６００℃程度まで予熱する。また、下部ヘッダー１５と中間ヘッダー２４と上部ヘッダー１９、すべての伝熱管２６、および第１の流体配管１８と第２の流体配管１８を、例えば水である被加熱溶液で満す。

予熱後あるいは予熱の途中から、空気ヘッダー４に酸化剤として機能する所定量の空気（環境温度の空気であってよい）を供給して空気ノズル５から酸化塔１内に噴出させる。また、燃料ノズル９からは還元剤として機能する所定量の有機溶剤を還元塔３に向けて噴出させる。さらに、セパレータガスノズル１３からＮ_２、ＣＯ_２等の不活性ガスを酸化塔１内に向けて噴出させる。なお、運転開始当初は、不活性ガスは外部の不活性ガス源から供給するか、あるいは前回の運転時に系内の貯蔵タンクに貯蔵しておいた不活性ガス源から供給する。

空気ノズル５からの噴出空気は酸化塔１内に流入し、燃料ノズル９からの有機溶剤は還元塔３内に流入する。その際に、上記のケミカルループ燃焼ユニットＡ１０では、空気ノズル５と燃料ノズル９間にセパレートガスノズル１３が位置し、そこから不活性ガスが噴出しているので、噴出後の空気と燃料ガスが混合するのを回避できる。

酸化塔１では、反応温度にまで予熱された金属粒子Ｍと、供給された空気内の酸素が反応して酸化金属粒子ＭＯが生成される。その際に、金属の酸化反応によって発熱し、金属粒子Ｍ、酸化金属粒子ＭＯおよび酸化塔１内を流れる空気は昇温する。しかし、金属の酸化反応によって発熱であり、１５００℃以上の高温部分が形成されることがなく、前記したようにサーマルＮＯ_ｘは生成されない。なお、金属粒子Ｍが酸化金属粒子ＭＯを含む場合には、酸化金属粒子ＭＯは前記酸化金属粒子がさらに酸化した形態の酸化金属粒子が該当する。例えば、金属粒子ＭがＦｅ_３Ｏ_４の場合、酸化金属粒子ＭＯはＦｅ_２Ｏ_３等となる。

酸化金属粒子ＭＯおよび残存した金属粒子Ｍは酸化塔１内を流下して還元塔３内に流入した後、還元塔３内を上昇する。還元塔３内を上昇する過程で、酸化金属粒子ＭＯは有機溶剤による還元作用を受けて金属粒子Ｍに戻る。上記のケミカルループ燃焼ユニットＡ１０では、下部ヘッダー１５の上面１６は、中央に向けて低位となる円錐面となっているので、酸化塔１の底部から還元塔３への酸化金属粒子ＭＯの移動は円滑に進行する。また、還元塔３内を上昇する固体成分とガス成分は、上昇の過程で固気分離装置２５の作用を受けて、固体と気体に分離され、気体はさらに上昇して還元塔３の上部から排気される。固体、すなわち金属粒子Ｍと残存した酸化金属粒子ＭＯは、酸化塔１内に戻される。

酸化塔１内で、金属粒子Ｍは空気ノズル５からの噴出空気の作用を受けて流動化状態となることから、金属粒子Ｍあるいはその酸化物ＭＯの一部は当初貯留されていたときよりも上方に舞い上がることが起こり得る。上記のケミカルループ燃焼ユニットＡ１０では、酸化塔１の下方の内壁面に前記耐熱壁２２を形成したことにより、耐熱壁２２が形成されている領域の水平断面積よりも、その上の耐熱壁２２が形成されていない領域の水平断面積が大きくなっている。そのために、固気分離装置２５近傍よりも上位の空間に舞い上がった金属粒子Ｍあるいはその酸化物ＭＯは、その空塔速度が小さくなって下方に落下しやすくなる。さらに、中間ヘッダー２４の上面に落下した金属粒子Ｍあるいはその酸化物ＭＯは、中間ヘッダー２４の上面が円錐面となっているので、その面に沿って確実に下方に落下する。そのために、金属粒子Ｍの酸化作用を円滑化するとともに、酸化塔１上部の排気口２７から金属粒子が排出されるのを抑制することができる。なお、図示しないが、酸化塔１上部の排気口２７から排出される金属粒子は固気分離装置２８により分離されて、必要時に、酸化塔１内に戻される。

一方、酸化塔１内で金属粒子Ｍが酸化することにより発生した熱は、伝熱管２６の壁面を介して伝熱管２６内を流れる被加熱流体を伝えられ、被加熱流体を加熱する。すなわち、ケミカルループ燃焼ユニットＡ１０では、酸化反応により発熱した金属粒子Ｍの熱は、ガス（投入空気）に伝熱すると同時に、金属粒子Ｍ内に位置する伝熱管２６にも直接熱交換するために、排ガス温度が大きく上がることがない。そのために、ＮＯ_ｘの生成をさらに抑制することができる。また、酸化塔１内のガス（投入空気）の平均温度も低くなり、それにより空塔速度が抑えられるため、酸化塔１の断面積を小さくすることができる。結果として、装置の小型化が可能となり、燃焼量当たりの表面積も抑えることができ、放熱のロスも小さくすることができる。

上記のケミカルループ燃焼ユニットＡ１０では、中間ヘッダー２４より下位の領域は金属粒子が貯留されている領域であり、その領域では、伝熱管２６は金属粒子と接触することで多くの摩擦損耗を受ける。一方、中間ヘッダー２４より上位の領域は主にガスが存在する領域であり、伝熱管２６の摩擦損耗は少ない。そのことから、伝熱管２６の材料は、下部ヘッダー１５と中間ヘッダー２４の間に位置する部分では耐摩耗性に優れた材料とし、中間ヘッダー２４と上部ヘッダー１９の間に位置する部では比較して耐摩耗性に小さい材料とすることができる。そのように異なった材料を用いることで低コスト化が可能となる。

酸化塔１内での熱交換により加熱された被加熱流体は、例えば、上部ヘッダー１９から第２流体配管１８、熱負荷部１００、第１の流体配管１８を循環し、下部ヘッダー１５に戻ってくる。加熱された被加熱流体の循環は逆回りであってもよい。

酸化塔１内での酸化反応に寄与することにより、投入空気は高温の排ガスとなり排気口２７から排出される。排ガスは、空気の供給量に応じて、Ｏ_２を含まない高濃度のＮ_２ガスか、残存Ｏ_２とＮ_２を含むガスとなる。前記したように排ガスは固気分離装置２８および熱交換器２９を通った後、図示しないＮ_２貯蔵タンク塔へ送られて貯蔵されるが、一部のＮ_２はブロワ３０で昇圧され遮断弁３１と調圧弁３２を通って配管１４からセパレータガスノズル１３に送られる。

一方、還元塔３からの排ガスは、還元反応により生成されたＣＯ_２とＨ_２Ｏからなっており、高温ガスであることからＨ_２Ｏは水蒸気となっている。還元塔３からの排ガスは冷却水が循環している気水分離装置３３で凝縮されて水と高濃度（９０％以上）のＣＯ_２を含むガスに分離される。得られたＣＯ_２ガスは、必要な場合には適宜の手段でさらに濃縮した後に、そのままあるいは液化ＣＯ_２として貯蔵される。ＣＯ_２ガスの一部は、必要時に、ブロワ３４で昇圧され遮断弁３５と調圧弁３２を通って配管１４からセパレータガスノズル１３に送られる。そのために、図１に記されるケミカルループ燃焼ユニットＡ１０では、初期の運転時を除き、空気ノズル５から供給される空気と、燃料ノズルから供給される燃料ガスと、を分離する目的で、セパレートガスノズル１３から供給すべき不活性ガス（Ｎ_２またはＣＯ_２）を自給することが可能となる。

気水分離装置３３で生成された水は、酸化塔１からの高温排ガスと熱交換器２９において熱交換して水蒸気となり、必要時にその水蒸気は調圧弁３８と逆止弁３９を通り、燃料ガスに混入される。水蒸気の供給を必要とすることにより、Ｆｅのような比較的安価な金属粒子材料を用いる場合でも、効率的に還元反応を進行させることが可能となる。また、有機溶剤でも効率的に酸化金属の還元反応を進行させることが可能となる。

なお、上記の例では、第１の流体管路１８と第２の流体管路２１は非連続のものとして説明したが、熱負荷部１００の種類や形態によっては、第１の流体管路１８と熱負荷部１００と第２の流体管路２１との間で、連続した循環路を構成するようにしてもよい。いずれの場合にも、第２の流体管路２１を流入側とし、第１の流体管路１８を流出側として全体の管路系を構成しても、同じ作用効果が得られることは説明を要しない。

また、酸化塔の内部に複数個の還元塔が備えられていてよく。各還元塔に対応するようにして、酸化塔の下端部に、空気ヘッダー、空気ノズル、燃料ノズル、およびセパレートガスノズル等が配置されていてもよい。
また、酸化塔の内部に還元塔が備えられるのではなく、還元塔と内部に１個の酸化塔が備えられていてもよい。更に、還元塔の内部に複数個の酸化塔が備えられていてもよく、各酸化塔に対応するようにして、還元塔の下端部に、空気ヘッダー、空気ノズル、燃料ノズル、およびセパレートガスノズル等が配置されていてもよい。

また、酸化塔と還元塔は分離していてもよく、両者は酸化した金属粒子ＭＯが移動する流路と還元した金属粒子Ｍが移動する流路とによって接続されていてもよい。

また、空気（酸化剤）、有機溶剤（還元剤）、セパレートガス（不活性ガス）が酸化塔および還元塔の上部から供給される形式であってもよい。更に、酸化塔と還元塔が分離していてもよく、両者は酸化した金属粒子ＭＯが移動する流路と還元した金属粒子Ｍが移動する流路とによって接続されていてもよい。

（第２実施形態）
本実施形態の有機溶剤処理システムＡ２は、図２に示すように、金属粒子が酸化剤と反応して酸化金属粒子が生成される酸化塔１と、酸化塔１で生成された酸化金属粒子が有機溶剤と反応して、前記有機溶剤から二酸化炭素が生成されるとともに、前記酸化金属粒子が前記金属粒子に還元される還元塔３と、を備え、前記金属粒子が酸化と還元を受けながら酸化塔１と還元塔３との間を循環するようにされているケミカルループ燃焼ユニットＡ１０と、前記ケミカルループ燃焼ユニットＡ１０から生産された二酸化炭素を用いて藻類の培養を行う培養ユニットＢ１と、を備える。
第１実施形態の構成と同じものについては、同じ符号を付し、その説明を省略する。

還元塔３からの排ガスは、還元反応により生成されたＣＯ_２とＨ_２Ｏからなっており、高温ガスであることからＨ_２Ｏは水蒸気となっている。還元塔３からの排ガスは冷却水が循環している気水分離装置３３で凝縮されて水と高濃度（９０％以上）のＣＯ_２を含むガスに分離される。得られたＣＯ_２ガスは、配管を介して培養ユニットＢ１へ送られる。本実施形態においては、ケミカルループ燃焼ユニットを用いることで、選択的にＣＯ_２を回収することが可能である。また、回収したＣＯ_２濃度は極めて高く、効率的に利用できる。

図３に示すように、培養ユニットＢ１は、載置台４０と、培養槽４１と、ガスブロア４２と、バブリング用フィルター４３と、撹拌モーター４４と、撹拌羽４５と、温度センサー４６と、制御盤４７とを有する装置である。培養ユニットＢ１では、還元塔３からの二酸化炭素を培養槽４１内の藻類を含む培養液４８中に供給する。尚、培養ユニットの形状は特に限定されず、図３に示す攪拌機能を有する槽型の他、自然流下を伴う棚段型、布型等も使用できる。

載置台４０は、培養槽４１を支持し、培養槽４１を地面よりも高い位置となるようにする。載置台４０の材質及び形状は、特に限定はされないが、培養液４８で満たされた培養槽４１及びその周辺機器を十分に支えることができるだけの強度を有する必要がある。載置台４０には、培養槽４１の底面に、ＣＯ_２ガスを培養槽４１内に供給するための配管４９が設けられている。

培養槽４１は、藻類を光合成させる槽である。培養ユニットＢ１では、培養槽４１において藻類に光合成をさせることで、排ガス中の二酸化炭素を消費させることができ、また藻類に光合成させることで藻類を培養することができる。培養槽４１としては、形状は特に限定されないが、光が培養液４８全体にあたるように透光性を有する素材からなるものが好ましい。

培養槽４１は、容量については特に限定されないが、例えば数百リットル程度の培養液４８を収容できることが好ましい。

培養槽４１は、培養液４８を収容する。培養槽４１は、例えば、載置台４０に載せることで地面よりも高く設置される。培養槽４１は、形状・容量は特に限定はされないが、例えば、ステンレス製で５００リットル程度の培養液４８を収容できるものである。培養槽４１には、蓋部５０を開けて培養液４８が供給される。

培養ユニットＢ１は、日当たりの良い場所に設置することが好ましい。藻類の培養は、日照時間や気温等の培養環境に左右され、温暖な地域で行うことが好ましいが、遠方での培養は輸送コストがかかる。本実施形態においては、第２の流体配管２１が連通する熱負荷部１００を利用して、Ｂ１の温度調節を行い、また、ケミカルループ発電で得られた電力を利用して、人工光照射手段を用いることで時間や場所を選ばずに光合成をさせることもできる。人工光照射手段としては、人工光源と該人工光源からの人工光を介して培養器の所定の部位に供給する導光路からなるものが好ましい。人工光源としては、発光ダイオード、冷陰極管、有機ＥＬ照明、蛍光燈、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ及びキセノンランプ等が挙げられる。

ガスブロア４２は、培養槽４１の下に設けられ、配管４９と接続されている。ガスブロア４２は、配管４９を介して培養槽４１内へとＣＯ_２ガスを送気させる。

バブリング用フィルター４３は、培養槽４１内の底部に設置され、ガスブロア４２と配管４９を介して接続されている。バブリング用フィルター４３は、ＣＯ_２ガスを放出する微小の孔を無数に有する。孔の大きさは、特に限定されないが、培養液４８中に放出されるＣＯ_２ガスの気泡が細かい方が、ＣＯ_２ガスが培養液４８に良く溶ける。バブリング用フィルター４３の形状は、特に限定はされないが、例えば、培養液４８の全体に行き渡るように、全体に亘って微小の孔が形成された、長尺状のフィルターが好ましい。

撹拌モーター４４は、培養液４８を撹拌する撹拌羽４５を駆動させる。駆動モーター３
５は、例えば培養槽４１の蓋部５０の中心に設置されている。

撹拌羽４５は、培養槽４１内の培養液４８中に設置されている。撹拌羽４５は、培養槽
４１内の培養液４８を全体的に撹拌できるものであれば、その材質や羽の数は制限されな
い。

温度センサー４６は、培養槽４１内の培養液４８の液温を測定する。温度センサー４６は、例えば培養ユニットＢ１の蓋部５０等に設置されている。測定された液温の情報は、制御盤４７へと送られる。

制御盤４７は、培養槽４１の外部に近接して設置されている。制御盤４７は、温度セン
サー４６から送られる液温等の情報を制御する。制御盤４７により、培養液４８の液温を
監視し、適切な状態に保つことにより、効率的な培養が可能な培養環境を整えることがで
きる。制御盤による培養の管理コントロールは、ケミカルループ燃焼ユニットから得られる電気によって行うことができる。

以上のような構成からなる培養ユニットＢ１では、還元塔３から供給された二酸化炭素ガスが、ガスブロア４２により、バブリング用フィルター４３を介して培養槽４１内に送られる。培養ユニットＢ１では、撹拌羽４５による撹拌により、バブリング用フィルター４３から送られてきた二酸化炭素ガスが培養液４８の全体に溶解する。培養ユニットＢ１では、バブリング用フィルター４３により無数の細かい気泡状とすることで、二酸化炭素が培養液４８中に溶解させやすくする。

培養ユニットＢ１では、温度センサー４６で培養液４８中の温度を測定する。培養ユニットＢ１では、図示しないが、培養槽４１に加熱装置や冷却装置を取り付け、培養槽４１内の培養液４８の温度に応じて加熱、冷却を行うことで最適な温度に維持する。
冷却装置としては、例えば、撹拌羽４５と接触しないように、培養槽４１内の底部内面を沿うようにホースを設置し、ホースに冷却水を通すことで熱交換により冷却を行うことができる。ホースは、培養槽４１下部から培養槽４１内部へと入り、培養槽４１内を一周して培養槽４１下部から外へ出すことができる。また、加熱装置としては、例えば、ヒータであり、培養槽４１にヒータを設けることで加温を行う装置を挙げることができる。二酸化炭素濃度については、培養槽４１に通じるガスブロア４２で排ガスの流量を制御することにより調整することができる。

培養ユニットＢ１では、培養槽４１内の培養液４８を撹拌羽４５により撹拌することで、藻類と培養液４８と排ガス中の二酸化炭素が適度に混ざり合うとともに局所的に藻類が集まり、沈殿することを防止することができる。

＜有機溶剤の処理方法＞
以下、本実施形態の有機溶剤の処理方法を、一例として、上述した本実施形態の有機溶剤処理システムを参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。

（第１実施形態）
本実施形態の有機溶剤処理方法は、酸化塔内で金属粒子を酸化して酸化金属粒子を得る酸化工程と、還元塔内で前記酸化金属粒子を有機溶剤と反応させて、前記有機溶剤廃液から二酸化炭素を生成させるとともに、前記酸化金属粒子を還元して金属粒子を得る還元工程と、金属粒子及び酸化金属粒子を、前記酸化塔と前記還元塔との間を循環させる循環工程と、を有する。

本実施形態に用いられる有機溶剤としては、特に限定されず、例えば、塗料、プラスチック等の有機合成、化学薬品全般に使用される有機用剤が使用でき、その中でも例えばフォトリソグラフィー、ＤＳＡリソグラフィー、インプリントリソグラフィーの技術により半導体素子や液晶表示素子を製造する際に用いられる種々の薬液が挙げられる。
該薬液としては、ケトン系溶剤、エステル系溶剤、アルコール系溶剤、エーテル系溶剤、アミド系溶剤等の極性溶剤；炭化水素系溶剤などを含有するものが挙げられる。また、樹脂を含有するリソグラフィー用薬液として、レジスト用樹脂成分が有機溶剤成分に溶解した樹脂溶液、後述のレジスト組成物、絶縁膜組成物、反射防止膜組成物、誘導自己組織化（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ｓｅｌｆ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＤＳＡ）技術に適用されるブロックコポリマー組成物、インプリント用樹脂組成物などが挙げられる。加えて、パターン形成などの際に用いられるリソグラフィー用薬液として、プリウェット溶剤、レジスト用溶剤、現像液等も挙げられる。

前記のケトン系溶剤としては、例えば、１－オクタノン、２－オクタノン、１－ノナノン、２－ノナノン、アセトン、２－ヘプタノン（メチルアミルケトン）、４－ヘプタノン、１－ヘキサノン、２－ヘキサノン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、フェニルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセチルアセトン、アセトニルアセトン、イオノン、ジアセトニルアルコール、アセチルカービノール、アセトフェノン、メチルナフチルケトン、イソホロン、プロピレンカーボネート等が挙げられる。
エステル系溶剤としては、例えば、酢酸メチル、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ペンチル、酢酸イソペンチル、酢酸アミル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチル－３－エトキシプロピオネート、３－メトキシブチルアセテート、３－メチル－３－メトキシブチルアセテート、蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸ブチル、蟻酸プロピル、乳酸エチル、乳酸ブチル、乳酸プロピル等が挙げられる。
アルコール系溶剤としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ－プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ－ブチルアルコール、ｓｅｃ－ブチルアルコール、ｔｅｒｔ－ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ｎ－ヘキシルアルコール、ｎ－ヘプチルアルコール、ｎ－オクチルアルコール、ｎ－デカノール等のアルコール；エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等のグリコール系溶剤；エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、メトキシメチルブタノール等のグリコールエーテル系溶剤等が挙げられる。
エーテル系溶剤としては、例えば、上記グリコールエーテル系溶剤の他、ジオキサン、テトラヒドロフラン等が挙げられる。
アミド系溶剤としては、例えば、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルホスホリックトリアミド、１，３－ジメチル－２－イミダゾリジノン等が挙げられる。
炭化水素系溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤；ペンタン、ヘキサン、オクタン、デカン等の脂肪族炭化水素系溶剤が挙げられる。

本実施形態に用いられる有機溶剤としては、廃棄物を燃料としてリサイクルするという観点から、使用済み又は不要となった、有機溶剤廃液が好ましく、半導体素子や液晶表示素子を製造する際に生じる有機溶剤廃液がより好ましい。係る有機溶剤廃液としては、上述した種々の薬液、又はこれらの混合液が挙げられる。

本実施形態において、還元工程で得られるＣＯ_２を化学品と反応させて、新たな化学品の生成を行ってもよい。還元工程で得られるＣＯ_２を全て反応させることで、本実施形態の処理方法を用いて、外界に排出されるＣＯ_２ガス量をゼロにすることができる。ＣＯ_２との反応に用いる化学品としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムが挙げられ、それぞれから生成される化学品としては、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸カルシウムが挙げられる。

（第２実施形態）
本実施形態の有機溶剤処理方法は、酸化塔内で金属粒子を酸化して酸化金属粒子を得る酸化工程と、還元塔内で前記酸化金属粒子を有機溶剤と反応させて、前記有機溶剤廃液から二酸化炭素を生成させるとともに、前記酸化金属粒子を還元して金属粒子を得る還元工程と、金属粒子及び酸化金属粒子を、前記酸化塔と前記還元塔との間を循環させる循環工程と、前記還元工程で得られた二酸化炭素を藻類の培養槽に供給して前記藻類を培養する培養工程と、を有する。

培養工程において、ＣＯ_２は、培養液に供給される気体中のＣＯ_２濃度が１０％～５０％、培養液中のＣＯ_２濃度が０．０１％～３０％となるように供給されることが好ましい。
ＣＯ_２を大量に導入する事で、藻類を捕食する害虫を殺し、藻類はＣＯ_２を大量に体内に取込み糖を生成することができる。
また、培養工程において、藻類に光合成をさせる際に用いる光源は、自然光でも人工光でも、これらの併用でもよい。照射する人工光の波長は、３８０～７８０ｎｍが好ましく、白色光、赤色光が好ましい。照射する人工光の強度は、１～４００μｍｏｌ／ｍ^２／ｓｅｃが好ましく、２０～１５０μｍｏｌ／ｍ^２／ｓｅｃがより好ましい。

培養工程において、藻類を培養するための培地としては、各種栄養塩、微量金属塩、ビタミン等を含む公知の淡水産微細藻類用の培地、海産微細藻類用の培地が挙げられる。また、既知の淡水産微細藻類用の培地をベースに作成した寒天平板培地も利用可能である。
栄養塩としては、ＮａＮＯ_３、ＫＮＯ_３、ＮＨ_４Ｃｌ、（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４、尿素等の窒素源；Ｋ_２ＨＰＯ_４、ＫＨ_２ＰＯ_４、グリセロリン酸ナトリウム等のリン源が挙げられる。
微量金属としては、鉄、マグネシウム、マンガン、カルシウム、亜鉛等が挙げられ、ビタミンとしてはビタミンＢ１、ビタミンＢ１２等が挙げられる。

藻類としては、シアノバクテリア、緑藻、トレボキシア、ユーグレナ、プラシノ藻、原始紅藻類等が挙げられる。
シアノバクテリアとしては、Ｃｈｒｏｏｃｏｃｃａｃａｅ、Ｓｔｉｇｏｎｅｍａｔａｃａｅ、Ｍａｓｔｉｇｏｃｌａｄａｃａｅ、Ｏｓｃｉｌｌａｔｒｏｒｉａｃａｅ等が挙げられる。Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ属としては、Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ ｌｉｖｉｄｕｓ、Ｓｙｎｅｃｈｏｃｏｃｃｕｓ ｅｌｏｎｇａｔｕｓ等が挙げられる。Ｓｙｎｅｃｈｏｃｙｓｔｉｓ属としては、Ｓｙｎｅｃｈｏｃｙｓｔｉｓ ｍｉｎｅｒｖａｅ等が挙げられる。Ｍａｓｔｉｇｏｃｌａｄｕｓ属としては、Ｍａｓｔｉｇｏｃｌａｄｕｓ ｌａｍｉｎｏｓｕｓ等が挙げられる。Ｐｈｏｒｍｉｄｉｕｍ属としては、Ｐｈｏｒｍｉｄｉｕｍ ｌａｍｉｎｏｓｕｓ等が挙げられる。Ｓｙｍｐｌｏｃａ属としては、Ｓｙｍｐｌｏｃａ ｔｈｅｒｍａｌｉｓ等が挙げられる。Ａｐｈａｎｏｃａｐｓａ属としては、Ａｐｈａｎｏｃａｐｓａ ｔｈｅｒｍａｌｉｓ等が挙げられる。

緑藻としては、クラミドモナス、ドナリエラ、セネデスムス、ボトリオコッカス、スティココッカス、ナンノクロリス、デスモデスムス等が挙げられる。
クロレラ（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ）としては、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ ｖｕｌｇａｒｉｓ、Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ ｓａｃｃｈａｒｏｐｈｉｌａ等が挙げられる。Ｄｕｎａｌｉｅｌｌａ属としては、Ｄｕｎａｌｉｅｌｌａ ｓａｌｉｎａ、Ｄｕｎａｌｉｅｌｌａ ｔｅｒｔｉｏｌｅｃｔａ等が挙げられる。クラミドモナス（Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓ）属としては、クラミドモナス ラインハルディ（Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓ ｒｅｉｎｈａｒｄｔｉｉ）、クラミドモナス モエブシイ（Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓ ｍｏｅｗｕｓｉｉ）、クラミドモナス ユーガメタス（Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓ ｅｕｇａｍｅｔｏｓ）、クラミドモナス セグニス（Ｃｈｌａｍｙｄｏｍｏｎａｓｓｅｇｎｉｓ）等が挙げられる。セネデスムス（Ｓｅｎｅｄｅｓｍｕｓ）属としては、セネデスムス オブリクス（Ｓｅｎｅｄｅｓｍｕｓ ｏｂｌｉｑｕｕｓ）等が挙げられる。スティココッカス（Ｓｈｉｃｈｏｃｏｃｃｕｓ）属としては、スティココッカス アンプリフォルミス（Ｓｈｉｃｈｏｃｏｃｃｕｓ ａｍｐｌｉｆｏｒｍｉｓ）が挙げられる。ナンノクロリス（Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｉｓ）属としては、ナンノクロリス バシラリス（Ｎａｎｎｏｃｈｌｏｒｉｓ ｂａｃｉｌｌａｒｉｓ）が挙げられる。デスモデスムス（Ｄｅｓｍｏｄｅｓｍｕ
ｓ）属としては、デスモデスムス スブスピカツス（Ｄｅｓｍｏｄｅｓｍｕｓ ｓｕｂｓｐｉｃａｔｕｓ）等が挙げられる。
ユーグレナ属としては、Ｅｕｇｌｅｎａ ａｃｕｓ、Ｅｕｇｌｅｎａ ｃａｕｄａｔａ、Ｅｕｇｌｅｎａ ｃｈａｄｅｆａｕｄｉｉ、Ｅｕｇｌｅｎａ ｄｅｓｅｓ、Ｅｕｇｌｅｎａ ｇｒａｃｉｌｉｓ、Ｅｕｇｌｅｎａ ｇｒａｎｕｌａｔａ、Ｅｕｇｌｅｎａｉｎｔｅｒｍｅｄｉａ、Ｅｕｇｌｅｎａ ｍｕｔａｂｉｌｉｓ、Ｅｕｇｌｅｎａ ｏｘｙｕｒｉｓ、Ｅｕｇｌｅｎａ ｐｒｏｘｉｍａ、Ｅｕｇｌｅｎａ ｓｐｉｒｏｇｙｒａ、Ｅｕｇｌｅｎａ ｖｉｒｉｄｉｓ、Ｅｕｇｌｅｎａ ｖｅｒｍｉｆｏｒｍｉｓ等が挙げられる。
プラシノ藻としては、テトラセルミス等が挙げられる。
原始紅藻類としては、シアニディオシゾン、シアニディウム、ガルディエリア、ポルフィリディウム等が挙げられる。

培養対象の藻類については、目的とする生産物質に応じて選択可能である。健康食品や化粧品等の用途の場合には、ユーグレナが好ましい。また、近年、バイオディーゼルを生産することができる藻類が注目されている。藻類は、大気中にある二酸化炭素を光合成によって吸収することでバイオディーゼルを作り出す。係る用途の場合には、シュードコリシスチス属藻類、シアニディオシゾン属藻類、クラミドモナス属藻類、シュードコリシスチス属藻類が好ましい。
生産されたバイオディーゼルは培養藻体から採取できる。フレンチプレスやホモジナイザーなどの一般的な方法により細胞を破砕してからｎ－ヘキサンなどの有機溶媒によって抽出する方法や、細胞をガラス繊維等のフィルター上に回収し、乾燥させてから、有機溶媒などによって抽出する方法が挙げられる。また、細胞を遠心分離で回収し、凍結乾燥して粉末化し、その粉末から有機溶媒で抽出する方法も挙げられる。抽出後の溶媒を、減圧又は常圧下で、また加温又は常温で揮散させることにより目的のバイオディーゼルが得られる。

本実施形態によれば、有機溶剤廃液の処理を、コストをかけずに行うことができ、地球温暖化ガスとして敬遠されるＣＯ_２の固定化処理が行え、固定に用いたＣＯ_２により、バイオ燃料を得ることができる。
本実施形態の有機溶剤処理システムを空港近傍に設置した場合には、有機溶剤から生産されるバイオ燃料を低コストでジェット燃料として使用できる。

Ａ１，Ａ２…有機溶剤処理システム、
Ａ１０…ケミカルループ燃焼ユニット、
１…酸化塔、
２…天板、
３…還元塔、
４…空気ヘッダー、
５…空気ノズル、
６…ブロワ、
９…燃料ノズル、
１０…遮断弁、
１１…調圧弁、
１２…逆止弁、
１３…セパレートガスノズル、
１４…配管、
１５…下部ヘッダー、
１６…円錐麺、
１７…孔、
１８…第１の流体配管、
１９…上部ヘッダー、
２１…第２の流体配管、
２２…耐熱壁、
２３…円錐壁、
２４…中間ヘッダー、
２５…固気分離装置、
２６…伝熱管、
２７…酸化塔の上部の排気口、
２８…固気分離装置、
２９…熱交換器、
３０…ブロワ、
３１…遮断弁、
３２…調圧弁、
３３…気水分離装置、
３４…ブロワ、
３５…遮断弁、
Ｂ１…培養ユニット、
４０…載置台、
４１…培養槽、
４２…ガスブロア、
４３…バブリング用フィルター、
４４…撹拌モーター、
４５…撹拌羽、
４６…温度センサー、
４７…制御盤、
４８…培養液、
４９…配管、
５０…蓋部

Claims (5)

1. 酸化塔内で固体金属粒子を酸化して固体酸化金属粒子を得る酸化工程と、
   還元塔内で前記固体酸化金属粒子を有機溶剤廃液と反応させて、前記有機溶剤廃液から二酸化炭素を生成させるとともに、前記固体酸化金属粒子を還元して固体金属粒子を得る還元工程と、
   固体金属粒子及び固体酸化金属粒子を、前記酸化塔と前記還元塔との間を循環させる循環工程と、
   を有し、
   前記有機溶剤廃液は樹脂成分が有機溶剤成分に溶解した樹脂溶液を含むことを特徴とする有機溶剤廃液の処理方法。
2. 更に、前記還元工程で得られた二酸化炭素を藻類の培養槽に供給して前記藻類を培養する培養工程を有する請求項１に記載の有機溶剤廃液の処理方法。
3. 前記培養工程において藻類にバイオディーゼルを生産させる請求項２に記載の有機溶剤廃液の処理方法。
4. 固体金属粒子が酸化剤と反応して固体酸化金属粒子が生成される酸化塔と、前記酸化塔で生成された固体酸化金属粒子が有機溶剤廃液と反応して、前記有機溶剤廃液から二酸化炭素が生成されるとともに、前記固体酸化金属粒子が前記固体金属粒子に還元される還元塔と、前記固体金属粒子が酸化と還元を受けながら前記酸化塔と前記還元塔との間を循環する循環流路と、を備えたケミカルループ燃焼ユニットと、
   を備え、
   前記有機溶剤廃液は樹脂成分が有機溶剤成分に溶解した樹脂溶液を含むことを特徴とする有機溶剤処理システム。
5. 更に、前記ケミカルループ燃焼ユニットから生産された二酸化炭素を用いて藻類の培養を行う培養ユニットを備えた請求項４に記載の有機溶剤処理システム。

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