KR101156890B1

KR101156890B1 - 유기 용제 회수 시스템

Info

Publication number: KR101156890B1
Application number: KR1020127002410A
Authority: KR
Inventors: 츠토무 스기우라; 가즈유키 가와타
Original assignee: 도요 보세키 가부시키가이샤
Priority date: 2009-08-18
Filing date: 2010-08-18
Publication date: 2012-06-21
Also published as: CN102065980A; TW201119728A; KR20120035200A; WO2011021637A1

Abstract

본 발명은 유기 용제 회수 시스템에 이용되는 에너지를 삭감하는 것이 가능한 구성을 포함하는 유기 용제 회수 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 유기 용제 회수 시스템(1B)에서는, 농축 배율을 낮게 함으로써 농축 장치(200)의 성능 향상이 도모되고, 냉각기(300)의 냉각 온도의 상승(28℃→40℃), 급기 가열 장치(500)의 도입 온도의 상승(33℃→70℃)이 가능해지고, 냉각기(300) 및 급기 가열 장치(500)의 유틸리티 사용량의 삭감이 가능해진다. 그 결과, 시스템 전체적으로 사용 에너지를 삭감하는 것이 가능해진다.

Description

유기 용제 회수 시스템{ORGANIC SOLVENT RECOVERY SYSTEM}

본 발명은, 유기 용제를 함유하는 배기 가스로부터 유기 용제를 회수하는 유기 용제 회수 시스템에 관한 것으로, 특히 각종 공장이나 연구 시설 등(이하, 생산 설비로 총칭함)으로부터 배출되는 유기 용제를 함유하는 산업 배기 가스로부터 유기 용제를 효율적으로 회수하는 유기 용제 회수 시스템에 관한 것이다.

유기 용제를 함유하는 배기 가스로부터 유기 용제를 회수하는 처리 시스템으로서, 흡착재를 함유한 흡착 소자를 이용한 것이 알려져 있다. 이 흡착 소자를 이용한 처리 시스템으로는, 배기 가스를 흡착재에 접촉시켜 유기 용제를 흡착시키고, 여기에 고온의 가스를 분무하여 유기 용제를 탈착시켜 고농도의 유기 용제를 함유하는 탈착 가스로서 회수하는 배기 가스 처리 장치를 들 수 있다(하기 특허문헌 1, 2 참조).

특허문헌 1: 일본 특허 공개 평01-127022호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2007-44595호 공보

상기 특허문헌 1, 2에서는, 배기 가스 중의 유기 용제를 농축하고 냉각 응축시켜 회수할 때, 흡착재를 함유한 흡착 소자의 탈착시의 가열 및 고농도의 배기 가스나 탈착 가스를 액화 응축시키는 냉각 등의 에너지가 필요해진다. 최근에는, 유기 용제 회수 시스템에서의 유기 용제를 효율적으로 회수하고, 유기 용제 회수 시스템에 이용되는 이 에너지를 삭감(에너지 절약)하는 것이 급선무가 되었다.

본 발명은, 유기 용제 회수 시스템에 이용되는 에너지를 보다 삭감하는 것이 가능한 구성을 구비하는 유기 용제 회수 시스템 및 회수 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 기초한 유기 용제 회수 시스템 및 회수 방법에서는, 유기 용제를 함유하는 온도가 약 50℃～약 200℃인 배기 가스로부터 상기 유기 용제를 회수하는 유기 용제 회수 시스템으로서, 상기 유기 용제를 함유하는 유기 용제 함유 가스 중의 상기 유기 용제를, 흡착재를 함유한 흡착 소자로 흡착하여 청정 가스를 생성하는 흡착부와, 상기 흡착 소자에 상기 유기 용제 함유 가스보다 고온의 상기 배기 가스를 통과시켜, 상기 흡착 소자에 흡착한 상기 유기 용제를 탈착하여 탈착 가스를 생성하는 탈착부를 갖는 농축 장치와, 상기 탈착 가스 또는 상기 배기 가스를 포함하는 상기 탈착 가스를 냉각시켜 응축하여 상기 유기 용제를 회수하는 냉각 회수 장치를 구비하고 있다.

상기 어느 하나의 유기 용제 회수 시스템 및 회수 방법의 다른 형태에 있어서는, 상기 배기 가스는 생산 설비로부터 배출되는 가스이고, 상기 청정 가스를 상기 생산 설비로 복귀시킨다.

상기 어느 하나의 유기 용제 회수 시스템 및 회수 방법의 다른 형태에 있어서는, 상기 농축 장치는, 회전축과, 상기 회전축의 둘레에 설치된 상기 흡착 소자로서의 통 형상 흡착체를 구비하고, 상기 회전축 둘레에 상기 통 형상 흡착체를 회전시킴으로써, 상기 흡착부에 있어서, 상기 유기 용제 함유 가스 중의 상기 유기 용제를 흡착한 흡착 소자가 연속적으로 상기 탈착부로 이동한다.

상기 어느 하나의 유기 용제 회수 시스템 및 회수 방법의 다른 형태에 있어서는, 상기 농축 장치의 상기 흡착부의 출구측에서의 상기 청정 가스의 온도를 측정하는 제1 온도 측정기와, 상기 농축 장치의 상기 탈착부의 출구측에서의 상기 탈착 가스의 온도를 측정하는 제2 온도 측정기를 구비하고, 상기 제1 온도 측정기에 의해 측정되는 상기 청정 가스의 온도 및 상기 제2 온도 측정기에 의해 측정되는 상기 탈착 가스의 온도가 각각 소정의 온도가 되도록, 상기 흡착부를 상기 유기 용제 함유 가스가 통과하는 시간 및 상기 탈착부를 상기 배기 가스가 통과하는 시간이 제어된다.

상기 유기 용제 함유 가스는, 상기 냉각 회수 장치 및 회수 방법에 있어서 미회수된 상기 유기 용제를 함유하는 가스이고, 상기 냉각 회수 장치에 상기 배기 가스 및 상기 탈착 가스를 통과시키는 풍량 비율이, 상기 배기 가스가 0%～50%이고, 상기 탈착 가스가 50%～100%이다.

상기 어느 하나의 유기 용제 회수 시스템 및 회수 방법의 다른 형태에 있어서는, 상기 냉각 회수 장치에 상기 배기 가스 및 상기 탈착 가스를 통과시키는 풍량 비율이, 상기 배기 가스가 0%이고, 상기 탈착 가스가 100%이다.

상기 어느 하나의 유기 용제 회수 시스템 및 회수 방법의 다른 형태에 있어서는, 상기 유기 용제는, n-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드 또는 n-데칸이다.

본 발명에 기초한 다른 형태의 유기 용제 회수 시스템 및 회수 방법에 있어서는, 유기 용제를 함유하는 온도가 약 50℃～약 200℃인 배기 가스로부터 상기 유기 용제를 회수하는 유기 용제 회수 시스템으로서, 상기 유기 용제를 함유하는 유기 용제 함유 가스 중의 상기 유기 용제를, 흡착재를 함유한 흡착 소자로 흡착하여 청정 가스를 생성하는 흡착부와, 상기 흡착 소자에 상기 유기 용제 함유 가스보다 고온의 상기 배기 가스를 통과시켜, 상기 흡착 소자에 흡착한 상기 유기 용제를 탈착하여 탈착 가스를 생성하는 탈착부와, 상기 탈착부에서의 상기 흡착 소자의 탈착 처리가 완료된 부분이 상기 흡착부로의 이행 전에 이행되는 퍼지부를 갖는 농축 장치와, 상기 탈착 가스 또는 상기 배기 가스를 포함하는 상기 탈착 가스를 냉각시켜 응축하여 상기 유기 용제를 회수하는 냉각 회수 장치를 구비하고 있다.

상기 퍼지부로부터 배출된 퍼지부 출구 가스는, 상기 흡착부에 도입되는 상기 유기 용제 함유 가스에 혼입되고, 상기 유기 용제 함유 가스는, 상기 퍼지부 출구 가스의 열에너지를 받아 승온된 상태로 상기 흡착부에 도입된다.

상기 유기 용제 회수 시스템 및 회수 방법의 다른 형태에 있어서는, 상기 흡착부로부터 배출된 상기 청정 가스의 일부는 상기 퍼지부에 도입된다.

상기 어느 하나의 유기 용제 회수 시스템 및 회수 방법의 다른 형태에 있어서는, 상기 퍼지부 출구 가스의 일부는, 상기 배기 가스와 함께 상기 탈착부에 공급되고 및/또는 상기 탈착 가스와 함께 상기 냉각 회수 장치에 공급되고, 상기 퍼지부 출구 가스의 잔부는, 상기 유기 용제 함유 가스와 함께 상기 흡착부에 도입되고, 상기 퍼지부 출구 가스의 상기 일부와 상기 퍼지부 출구 가스의 상기 잔부와의 풍량의 비가 조절됨으로써, 상기 흡착부에 도입되는 상기 유기 용제 함유 가스의 온도가 조절된다.

상기 어느 하나의 유기 용제 회수 시스템 및 회수 방법의 다른 형태에 있어서는, 상기 농축 장치에서의 상기 퍼지부의 상기 흡착부에 대한 체적 비율은 약 5%～약 50%이다.

상기 어느 하나의 유기 용제 회수 시스템 및 회수 방법의 다른 형태에 있어서는, 상기 배기 가스는, 생산 설비로부터 배출되는 가스이고, 상기 청정 가스의 잔부는 상기 생산 설비로 복귀된다.

상기 어느 하나의 유기 용제 회수 시스템 및 회수 방법의 다른 형태에 있어서는, 상기 농축 장치는, 회전축과, 상기 회전축의 둘레에 설치된 상기 흡착 소자로서의 통 형상 흡착체를 구비하고, 상기 회전축의 둘레에 상기 통 형상 흡착체를 회전시킴으로써, 상기 흡착부에 있어서 상기 유기 용제 함유 가스 중의 상기 유기 용제를 흡착한 상기 흡착 소자가, 상기 탈착부를 거쳐 상기 퍼지부로 연속적으로 이행한다.

상기 어느 하나의 유기 용제 회수 시스템 및 회수 방법의 다른 형태에 있어서는, 상기 농축 장치의 상기 흡착부의 출구측에서의 상기 청정 가스의 온도를 측정하는 제1 온도 측정기와, 상기 농축 장치의 상기 탈착부의 출구측에서의 상기 탈착 가스의 온도를 측정하는 제2 온도 측정기와, 상기 농축 장치의 상기 흡착부의 입구측에서의 상기 흡착부 입구 가스의 온도를 측정하는 제3 온도 측정기를 구비하고, 상기 제1 온도 측정기에 의해 측정되는 상기 청정 가스의 온도, 상기 제2 온도 측정기에 의해 측정되는 상기 탈착 가스의 온도 및 상기 제3 온도 측정기에 의해 측정되는 상기 흡착부 입구 가스의 온도가 각각 소정의 온도가 되도록, 상기 흡착부를 상기 유기 용제 함유 가스가 통과하는 시간, 상기 탈착부를 상기 배기 가스가 통과하는 시간 및 상기 퍼지부를 상기 청정 가스가 통과하는 시간이 제어된다.

상기 유기 용제 함유 가스는, 상기 냉각 회수 장치 및 회수 방법에 있어서 미회수된 상기 유기 용제를 함유하는 가스이고, 상기 냉각 회수 장치에 상기 배기 가스 및 상기 탈착 가스를 통과시키는 풍량 비율은, 상기 배기 가스가 0%～50%이고, 상기 탈착 가스가 50%～100%이다.

본 발명에 기초한 유기 용제 회수 시스템 및 회수 방법에 의하면, 유기 용제 회수 시스템에 이용되는 에너지를 보다 삭감하는 것이 가능해진다.

도 1은 참고 기술에서의 유기 용제 회수 시스템의 구조를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템의 구조를 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템에 채용되는 농축 장치의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 4는 참고 기술과 본 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템의 유틸리티 사용량의 대비를 나타내는 도면이다.
도 5는 참고 기술과 본 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템의 러닝 코스트의 대비를 나타내는 도면이다.
도 6은 참고 기술과 본 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템의 NMP 농도의 대비를 나타내는 도면이다.
도 7은 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템의 구조를 나타내는 개념도이다.
도 8은 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템에 채용되는 농축 장치의 구조를 나타내는 모식도이다.
도 9는 실시 형태의 다른 구성에서의 유기 용제 회수 시스템의 구조를 나타내는 개념도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 관해 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 나타내는 실시 형태에서는, 동일 또는 대응하는 부분에 관해 도면 중 동일한 부호를 붙이고, 그 설명은 반복하지 않는 경우가 있다. 또, 이하에 설명하는 실시 형태에서 갯수, 양 등을 언급하는 경우, 특별한 기재가 있는 경우를 제외하고, 본 발명의 범위는 반드시 그 갯수, 양 등에 한정되는 것은 아니다.

(참고 기술: 유기 용제 회수 시스템(1A))

우선, 도 1을 참조하여, 본 발명의 유기 용제 회수 시스템에 대한 참고 기술을 설명한다. 참고 기술에서의 유기 용제 회수 시스템(1A)은, 생산 설비(1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)로부터 유기 용제를 회수하는 유기 용제 회수 시스템이며, 농축 장치(20), 재생 히터(100), 냉각기(300), 회수 탱크(400) 및 급기 가열 장치(500)를 구비하고 있다.

(농축 장치(20))

농축 장치(20)는 탈착부(탈착존; 21)와 흡착부(흡착존; 22)를 갖고 있다. 흡착부(22)에는 유기 용제를 포함하는 유기 용제 함유 가스(G2)가 도입된다. 흡착재에 유기 용제 함유 가스(G2)가 접촉함으로써, 유기 용제 함유 가스(G2)에 함유되는 유기 용제가 흡착재에 흡착된다. 이에 따라 유기 용제 함유 가스(G2)가 청정화되어 청정 가스(G3)로서 배출된다.

탈착부(21)에는, 유기 용제 함유 가스(G2)보다 고온의 청정 가스(G3)가 도입된다. 유기 용제가 흡착재로부터 탈착되고, 이에 따라 청정 가스(G3)가 유기 용제를 함유하는 탈착 가스(G4)로서 배출된다.

농축 장치(20)의 흡착부(22)에는 배관 라인(L2, L3)이 접속되어 있다. 배관 라인(L2)은 흡착부(22)에 유기 용제 함유 가스(G2)를 도입한다. 배관 라인(L3)은 흡착부(22)로부터 청정 가스(G3)를 도출한다. 배관 라인(L3)에는 재생 히터(100)로 분기되는 배관 라인(L7)이 접속되어 있다.

배관 라인(L3)에는 급기 가열 장치(500)로의 청정 가스(G3) 유량을 조절하는 밸브(V101)가 설치되고, 배관 라인(L7)에는 재생 히터(100)로의 청정 가스(G3) 유량을 조절하는 밸브(V102)가 설치되어 있다.

탈착부(21)에는 배관 라인(L8, L5)이 접속되어 있다. 배관 라인(L8)은 탈착부(21)에 고온의 청정 가스(G3)를 도입한다. 배관 라인(L5)은 탈착부(21)로부터 탈착 가스(G4)를 도출한다.

(재생 히터(100))

재생 히터(100)는 청정 가스(G3)를 고온 상태로 한다. 재생 히터(100)에는 배관 라인(L7, L8)이 접속되어 있다. 배관 라인(L7)은 청정 가스(G3)를 도입하고, 배관 라인(L8)은 고온의 청정 가스(G3)를 농축 장치(20)의 탈착부(21)에 도출한다.

(냉각기(300) 및 회수 탱크(400))

냉각기(300) 및 회수 탱크(400)에 의해 분액 회수 장치가 구성된다. 냉각기(300)는 냉각수 등을 이용하여 탈착 가스(G4) 등을 응축시킨다. 냉각기(300)는, 탈착 가스(G4) 등을, 유기 용제를 고농도로 함유하는 회수액과, 유기 용제를 저농도로 함유하는 유기 용제 함유 가스(G2)로 분리한다. 유기 용제를 고농도로 함유하는 회수액은 회수 탱크(400)에 회수된다.

냉각기(300)에는 배관 라인(L1, L2, L6)이 접속되어 있다. 배관 라인(L1)에는 배관 라인(L5)이 합류하고 있다. 배관 라인(L1)은 냉각기(300)에 배기 가스(G1) 및 탈착 가스(G4)를 도입하고, 배관 라인(L2)은 분리된 유기 용제를 저농도로 함유하는 유기 용제 함유 가스(G2)를 농축 장치(20)의 흡착부(22)에 도출하고, 배관 라인(L6)은 분리된 회수액을 회수 탱크(400)에 도출한다.

(급기 가열 장치(500))

급기 가열 장치(500)는, 청정 가스(G3)의 온도를 소정 온도로까지 가열 승온시켜 생산 설비(1000)에 청정 가스(G3)를 급기한다. 급기 가열 장치(500)에는 배관 라인(L3, L4)이 접속되어 있다. 배관 라인(L3)은 농축 장치(20)의 흡착부(22)로부터 송출된 청정 가스(G3)를 도입하고, 배관 라인(L4)은 생산 설비(1000)에 소정 온도로까지 가열 승온된 청정 가스(G3)를 도출한다.

(회수액의 회수)

상기 구성을 포함하는 유기 용제 회수 시스템(1A)을 이용하여, 생산 설비(1000)로서, 리튬 이온 전지 제조 설비에서 사용되는 유기 용제[NMP(n-메틸-2-피롤리돈)]를 회수하는 시스템에 관해 이하에 설명한다.

생산 설비(1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)는, 유량이 약 770 NCMM, 유기 용제 농도가 약 1000 ppm, 온도가 약 110℃이다. 냉각기(300)에는, 생산 설비(1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)와, 농축 장치(20)로부터 탈착된 탈착 가스(G4)가 혼합된 상태로 도입된다. 탈착 가스(G4)는, 유량이 약 110 NCMM, 유기 용제 농도가 약 2581 ppm, 온도가 약 73℃이다. 냉각기(300)에 도입되는 배기 가스(G1)와 탈착 가스(G4)의 혼합 가스는, 유량이 약 880 NCMM, 유기 용제 농도가 약 1198 ppm, 온도가 약 105℃이다.

배기 가스(G1)와 탈착 가스(G4)의 혼합 가스가 냉각기(300)에서, 유기 용제를 고농도로 함유하는 회수액과 유기 용제를 저농도로 함유하는 유기 용제 함유 가스(G2)로 분리된다. 유기 용제를 고농도로 함유하는 회수액은 회수 탱크(400)에 회수된다. 유기 용제[NMP]의 농도는 약 78 wt%이다. 유기 용제를 저농도로 함유하는 유기 용제 함유 가스(G2)는, 유기 용제 농도가 약 343 ppm, 온도가 약 28℃이다. 유기 용제 함유 가스(G2)는 배관 라인(L2)에 의해 농축 장치(20)의 흡착부(22)에 도출된다.

흡착부(22)에 의해 도출되는 청정 가스(G3), 유량이 약 770 NCMM, 유기 용제 농도가 약 20 ppm, 온도가 약 33℃이다. 청정 가스(G3)의 일부는 배관 라인(L3)을 통하여 급기 가열 장치(500)에 도출되고, 잔부는 배관 라인(L7)을 통하여 재생 히터(100)에 도출된다. 급기 가열 장치(500) 및 재생 히터(100)에 각각 공급해야 할 청정 가스(G3)의 유량은, 밸브(V101) 및 밸브(V102)에 의해 적절하게 제어된다.

재생 히터(100)에 도출된 청정 가스(G3)는, 온도가 약 130℃로 가열된 후, 배관 라인(L8)을 통하여 농축 장치(20)의 탈착부(21)에 도출된다. 탈착부(21)에 도입된 청정 가스(G3)는, 유기 용제를 흡착재로부터 탈착하여, 유기 용제를 함유하는 탈착 가스(G4)로서 배관 라인(L5, L1)을 통하여 냉각기(300)에 도출된다.

급기 가열 장치(500)에 도출된 청정 가스(G3)는, 온도가 약 70℃로 가열된 후, 배관 라인(L4)을 통하여 생산 설비(1000)에 도출된다.

(실시 형태: 유기 용제 회수 시스템(1B))

다음으로, 도 2를 참조하여, 본 발명에 기초한 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(1B)에 관해 설명한다. 본 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(1B)도, 전술한 유기 용제 회수 시스템(1A)과 마찬가지로, 생산 설비(1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)로부터 유기 용제를 회수하는 유기 용제 회수 시스템이며, 농축 장치(200), 재생 히터(100), 냉각기(300), 회수 탱크(400) 및 급기 가열 장치(500)를 구비하고 있다.

(농축 장치(200))

농축 장치(200)는 탈착부(탈착존; 21)와 흡착부(흡착존; 22)를 갖고 있다. 흡착부(22)에는, 냉각기(300)로부터 미회수된 유기 용제를 포함하는 유기 용제 함유 가스(G2)가 도입됨으로써, 흡착재에 유기 용제 함유 가스(G2)가 접촉하고, 유기 용제 함유 가스(G2)에 함유되는 유기 용제가 흡착재에 흡착된다.

이에 따라 유기 용제 함유 가스(G2)가 청정화되어 청정 가스(G3)로서 배출된다. 탈착부(21)에서는, 흡착재에 유기 용제 함유 가스(G2)보다 고온의 배기 가스(G1)를 도입함으로써 유기 용제가 흡착재로부터 탈착되고, 이에 따라 배기 가스(G1)가 유기 용제를 함유하는 탈착 가스(G4)로서 배출된다.

농축 장치(200)의 흡착부(22)에는 배관 라인(L2, L3)이 접속되어 있다. 배관 라인(L2)은 흡착부(22)에 유기 용제 함유 가스(G2)를 도입한다. 배관 라인(L3)은 흡착부(22)로부터 청정 가스(G3)를 도출한다. 흡착부(22)의 출구측에는, 청정 가스(G3)의 온도를 측정하는 제1 온도 측정기(T1)가 설치되어 있다.

탈착부(21)에는 배관 라인(L8, L5)이 접속되어 있다. 배관 라인(L8)은 생산 설비(1000)로부터 배기 가스(G1)를 도입한다. 배관 라인(L5)은 탈착부(21)로부터 탈착 가스(G4)를 도출한다. 탈착부(21)의 출구측에는, 탈착 가스(G4)의 온도를 측정하는 제2 온도 측정기(T2)가 설치되어 있다.

도 3을 참조하여, 농축 장치(200)의 구체적 구성에 관해 설명한다. 이 농축 장치(200)는, 원주형의 통 형상 흡착체(210)를 이용한 경우를 나타내고 있다. 도면에 나타낸 바와 같이, 원주형의 외형을 갖는 통 형상 흡착체(210)를 이용하는 경우에는, 축 방향으로 가스가 유동 가능해지도록 구성된 통 형상 흡착체(210)의 축 중심에 회전축(211)을 설치하여, 이 회전축(211)을 액츄에이터 등에 의해 회전 구동시킨다.

통 형상 흡착체(210)에는, 흡착재로는, 활성 알루미나, 실리카겔, 활성탄 소재나 제올라이트가 널리 이용되고 있고, 그 중에서도 활성탄과 소수성 제올라이트가 특히 적합하게 이용되고 있다. 활성탄과 소수성 제올라이트는, 저농도의 유기 화합물을 흡착, 탈착하는 기능이 우수하여, 옛부터 흡착재로서 각종 장치에 이용되고 있다.

통 형상 흡착체(210)의 축 방향의 양단면에 근접하도록, 도 3에서는 구체적으로 도시하지 않은 배관 라인(L2, L3, L5, L8)(도 2 참조)을 접속하여, 통 형상 흡착체(210)의 일부를 흡착 처리하기 위한 흡착부(22)로서 이용하고, 흡착부(22)의 다른 일부를 탈착 처리하기 위한 탈착부(21)로서 이용한다.

통 형상 흡착체(210)의 흡착부(22)에는, 축 방향의 한쪽으로부터 유기 용제 함유 가스(G2)가 도입되고, 축 방향의 다른 쪽으로부터 청정 가스(G3)가 도출된다. 통 형상 흡착체(210)의 탈착부(21)에는, 축 방향의 한쪽으로부터 고온의 배기 가스(G1)가 도입되고, 축 방향의 다른 쪽으로부터 탈착 가스(G4)가 도출된다.

이 농축 장치(200)에서는, 통 형상 흡착체(210)가 회전축(211)을 회전 중심으로 하여 도면 중 화살표 A 방향으로 소정의 속도로 회전한다. 이에 따라, 통 형상 흡착체(210)의 흡착 처리가 완료된 부분은 탈착 처리를 행하는 존으로 이동하고, 통 형상 흡착체(210)의 탈착 처리가 완료된 부분은 흡착 처리를 행하는 존으로 이동하게 된다. 따라서, 이 농축 장치(200)에서는, 동시에 흡착 처리와 탈착 처리가 행해지게 되어, 연속적으로 청정화 처리를 행하는 것이 가능해진다.

농축 장치(200)의 회전 속도에 의해, 흡착 공정의 시간 및 탈착 공정의 시간이 제어된다. 또, 제1 온도 측정기(T1)에 의해 측정되는 청정 가스(G3)의 온도 및 제2 온도 측정기(T2)에 의해 측정되는 탈착 가스(G4)의 온도가 각각 소정의 온도가 되도록, 농축 장치(200)의 회전 속도에 의해 흡착 공정의 시간 및 탈착 공정의 시간이 제어된다. 특히, 청정 가스(G3), 탈착 가스(G4)의 온도를 소정의 온도로 하는 방법으로서, 농축 장치(200)의 흡착 소자의 전후나 흡착 소자 자체에 알루미늄 등의 열 교환재를 도입하는 것도 가능하다.

(재생 히터(100))

다시 도 2를 참조하여, 재생 히터(100)는, 생산 설비(1000)로부터 연장되는 배관 라인(L1)과 배관 라인(L8) 사이에 설치되어 있다. 생산 설비(1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)의 온도가 충분히 고온인 경우에는 재생 히터(100)를 이용하지 않는다. 그러나, 생산 설비(1000)가 가동 초기 상태에서, 배기 가스(G1)의 온도가 소정 온도에 도달하지 않은 경우에는, 배기 가스(G1)를 소정 온도로까지 가열하기 위해 이용된다.

생산 설비(1000)로부터 연장되는 배관 라인(L1)에는, 배관 라인(L1)으로부터 분기되어 배관 라인(L5)에 통하는 배관 라인(L9)이 설치되어 있다. 생산 설비(1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)는, 배관 라인(L1), 재생 히터(100) 및 배관 라인(L8)을 통하여 농축 장치(20)의 탈착부(21)가 송출되지만, 일부의 배기 가스(G1)가 배관 라인(L9)을 통하여 직접 냉각기(300)로의 도출을 가능하게 하고 있다. 배기 가스(G1)의 탈착부(21)로의 송출량 및 냉각기(300)로 직접 송출되는 양은, 각각 배관 라인(L1)에 설치된 밸브(V111) 및 배관 라인(L9)에 설치된 밸브(V112)에 의해 제어된다.

(냉각기(300) 및 회수 탱크(400))

냉각기(300) 및 회수 탱크(400)에 의해 분액 회수 장치가 구성된다. 냉각기(300)는, 냉각수 등을 이용하여 탈착 가스(G4) 등을 응축시킴으로써, 유기 용제를 고농도로 함유하는 회수액과 유기 용제를 함유하는 유기 용제 함유 가스(G2)로 분리하는 장치이다. 유기 용제를 고농도로 함유하는 회수액은 회수 탱크(400)에 회수된다.

냉각기(300)에는 배관 라인(L2, L5, L6)이 접속되어 있다. 배관 라인(L2)은, 분리된 유기 용제를 함유하는 유기 용제 함유 가스(G2)를 농축 장치(200)의 흡착부(22)에 도출하고, 배관 라인(L5)은 탈착부(21)로부터 탈착 가스(G4)가 도입되고, 배관 라인(L6)은 분리된 회수액을 회수 탱크(400)에 도출한다.

(급기 가열 장치(500))

급기 가열 장치(500)는, 청정 가스(G3)의 온도를 소정 온도로까지 가열 상승시켜 생산 설비(1000)에 청정 가스(G3)를 급기한다. 급기 가열 장치(500)에는 배관 라인(L3, L4)이 접속되어 있다. 배관 라인(L3)은 농축 장치(200)의 흡착부(22)로부터 송출된 청정 가스(G3)를 도입하고, 배관 라인(L4)은 생산 설비(1000)에 소정 온도로까지 가열 상승된 청정 가스(G3)를 도출한다. 본 실시 형태에서는, 흡착부(22)로부터 도출되는 청정 가스(G3)의 온도는 고온 상태이므로, 급기 가열 장치(500)에 의해 청정 가스(G3)를 가열할 필요는 없다.

(유기 용제의 회수)

상기 구성을 포함하는 유기 용제 회수 시스템(1B)에서, 참고 기술에서 설명한 유기 용제 회수 시스템(1A)과 마찬가지로, 생산 설비(1000)로서 리튬 이온 전지 제조 설비에서 사용되는 유기 용제[NMP(n-메틸-2-피롤리돈)]를 회수하는 시스템에 관해 이하에 설명한다.

생산 설비(1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)는, 유량이 약 770 NCMM, 유기 용제 농도가 약 1000 ppm, 온도가 약 110℃이다. 밸브(V111)를 완전 개방 상태로 하고, 밸브(V112)를 폐쇄 상태로 하여, 생산 설비(1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)를 100% 탈착부(21)에 도입한다. 여기서는, 배기 가스(G1)의 온도는, 충분히 고온 상태이기 때문에, 재생 히터(100)에 의한 배기 가스(G1)의 가열은 행하지 않는다.

탈착부(21)로부터 배출되는 탈착 가스(G4)는, 유량이 약 770 NCMM, 유기 용제 농도가 약 2122 ppm, 온도가 약 80℃이다. 밸브(V112)를 폐쇄 상태로 하여, 생산 설비(1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)를 탈착부(21)에 100% 도입하고 있기 때문에, 냉각기(300)에 도입되는 가스는, 탈착 가스(G4)가 100%, 직접 도입되는 배기 가스(G1)는 0%이다.

탈착 가스(G4)가, 냉각기(300)에 있어서 유기 용제를 고농도로 함유하는 회수액과 유기 용제를 함유하는 유기 용제 함유 가스(G2)로 분리된다. 유기 용제를 고농도로 함유하는 회수액은 회수 탱크(400)에 회수된다. 유기 용제[NMP]의 농도는 약 91 wt%이다. 유기 용제를 함유하는 유기 용제 함유 가스(G2)는, 유기 용제 농도가 약 1142 ppm, 온도가 약 40℃이다. 이 유기 용제 함유 가스(G2)는, 배관 라인(L2)에 의해 농축 장치(200)의 흡착부(22)에 도출된다.

농축 장치(200)의 흡착부(22)에 의해 유기 용제가 흡착된 청정 가스(G3)는, 배관 라인(L3)을 통하여 급기 가열 장치(500)에 도출된다. 흡착부(22)로부터 도출되는 청정 가스(G3)는, 유량이 약 770 NCMM, 유기 용제 농도가 약 20 ppm, 온도가 약 70℃이다.

급기 가열 장치(500)에 도출된 청정 가스(G3)는, 급기 가열 장치(500)에 의해 가열되지 않고, 온도가 약 70℃인 청정 가스(G3)가 그대로 배관 라인(L4)을 통하여 생산 설비(1000)에 도출된다.

(작용ㆍ효과)

상기 구성을 갖는 유기 용제 회수 시스템(1B)의 작용 효과에 관해, 참고 기술로서 설명한 유기 용제 회수 시스템(1A)과 비교한 경우에 관해 설명한다.

(냉각기(300)에 필요한 냉각 온도의 상승이 가능 28℃→40℃)

본 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(1B)에 의하면, 생산 설비(1000)로부터 배출되는 고온 상태의 배기 가스(G1)를 농축 장치(200)의 탈착부(21)에 보냄으로써, 유기 용제 회수 시스템(1A)에서의 재생 히터(100)의 사용이 불필요해져, 유틸리티 사용량의 증가를 억제하는 것이 가능해진다.

구체적으로는, 유기 용제 회수 시스템(1A)에서는, 재생 히터(100)에 의해 탈착부(21)에 도출하는 청정 가스(G3)를 33℃로부터 130℃로 가열할 필요가 있었다. 그러나, 본 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(1B)에 의하면, 고온 상태의 배기 가스(G1)를 고온 상태로 농축 장치(200)의 탈착부(21)에 보내기 때문에, 탈착부(21)에 도출하는 가스를 가열할 필요가 없다. 그 결과, 농축 장치(200)에서의 농축 배율(흡착 풍량/탈착 풍량)을 저감하는 것이 가능해진다. 탈착부(21)에서는, NMP를 고농도 함유한 배기 가스(G1)에 의한 탈착 조작이 되기 때문에, 탈착 효율이 높은 흡착재를 이용함으로써 탈착 조작의 향상을 도모할 수 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(1B)에서는, 유기 용제 회수 시스템(1A)과 비교한 경우, 경제적으로 농축 배율을 낮게 함으로써, 농축 장치(200)의 성능 향상을 도모하는 것이 가능해지고, 냉각기(300)의 냉각 온도를 상승(28℃→40℃)시키는 것이 가능해져(도 4 참조), 냉각기(300)의 유틸리티 사용량의 삭감을 가능하게 한다.

(냉각기(300)로의 도입 가스 온도의 저감이 가능 105℃→80℃)

또, 생산 설비(1000)로부터 배출되는 고온 상태의 배기 가스(G1)를 농축 장치(200)의 탈착부(21)에 보냄으로써, 흡착재에 의한 열 교환이 행해지게 되고, 냉각기(300)로의 도입전의 가스 온도를 저감(105℃→80℃)시키는 것이 가능해져(도 4 참조), 냉각기(300)의 유틸리티 사용량의 삭감을 가능하게 한다.

(급기 가열 장치(500)의 도입 온도의 상승이 가능 33℃→70℃)

또, 생산 설비(1000)로부터 배출되는 고온 상태의 배기 가스(G1)를 농축 장치(200)의 탈착부(21)에 보냄으로써, 흡착재에 의한 열 교환이 행해지게 되고, 급기 가열 장치(500)로의 도입전의 가스 온도를 상승(33℃→70℃)시키는 것이 가능해져(도 4 참조), 급기 가열 장치(500)의 유틸리티 사용량의 삭감을 가능하게 한다.

이와 같이, 본 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(1B)에 의하면, 생산 설비(1000)로부터 배출되는 고온 상태의 배기 가스(G1)를 농축 장치(200)의 탈착부(21)에 보냄으로써, 냉각기(300) 및 급기 가열 장치(500)의 유틸리티 사용량의 삭감이 가능해진다. 그 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이 시스템의 전체적인 러닝 코스트를, 유기 용제 회수 시스템(1A)의 경우와 비교하여 크게 삭감하는 것이 가능해진다.

(NMP 회수액의 농도 향상 78 wt%→91 wt%)

또, 본 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(1B)에 의하면, 유기 용제 회수 시스템(1A)의 경우와 비교하여 냉각기(300)의 온도를 상승시킬 수 있기 때문에, 물의 응축량이 저감하여 회수액 중의 NMP 농도를 향상(78 wt%→91 wt%)시키는 것이 가능해진다(도 6 참조).

상기 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(1B)에서는, 배기 가스(G1)의 온도의 일례로서 110도를 상정한 경우를 나타내고 있지만, 생산 설비로부터 배출되는 배기 가스(G1)의 온도로는 50℃～200℃가 상정된다. 따라서, 배기 가스의 온도가 소정 온도에 도달하지 않은 경우에는, 필요에 따라 재생 히터(100)를 이용하여 배기 가스(G1)의 가열을 행한다.

또, 생산 설비(1000)로부터 배출된 배기 가스(G1)를 100% 탈착부(21)에 도출하고, 탈착 가스(G4)를 100% 냉각기(300)에 도출하는 경우에 관해 설명하고 있지만, 생산 설비로부터 배출되는 배기 가스(G1)의 일부를, 배관 라인(L9)을 통하여 직접 냉각기(300)에 도출시키는 것도 가능하다. 냉각기(300)를 통과시키는 가스의 상정되는 풍량 비율은, 배기 가스(G1)가 0%～50%, 탈착 가스(G4)가 50%～100% 정도이다.

또, 배기 가스(G1)로서 생산 설비(1000)로부터 배출된 가스를 이용하여, 정화된 가스를 생산 설비(1000)로 복귀시키는 경우에 관해 설명하고 있지만, 배기 가스(G1)로서 생산 설비(1000)로부터 배출된 가스를 직접 이용할 필요는 없고, 동일한 성질을 갖는 배기 가스(G1)라면, 본 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(1B)을 이용하여, 고농도의 유기 용제를 회수하는 것이 가능하다. 또, 정화된 가스를 생산 설비(1000)로 복귀시킬 필요는 없고, 청정된 가스를 다른 용도로 이용하는 것도 가능하다.

또, 유기 용제로서 [NMP(n-메틸-2-피롤리돈)]을 회수하는 경우에 관해 설명하고 있지만, 이 유기 용제에 한정되지 않고, 1℃～50℃의 냉각으로 액화하여 회수할 수 있는 유기 용제이면 된다. 즉, 유기 용제로는, 예를 들어, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드 또는 n-데칸이다. NMP와 동일한 특성을 갖는 유기 용제의 회수에 대해서도, 본 발명에 기초한 유기 용제 회수 시스템(1B)을 이용하는 것이 가능하다.

(실시 형태: 유기 용제 회수 시스템(1C))

다음으로, 도 7을 참조하여, 본 발명에 기초한 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(1C)에 관해 설명한다. 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(1C)도, 전술한 유기 용제 회수 시스템(1A)과 마찬가지로, 생산 설비(1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)로부터 유기 용제를 회수하는 유기 용제 회수 시스템이다. 유기 용제 회수 시스템(1C)은, 농축 장치(200), 재생 히터(100), 냉각기(300), 회수 탱크(400) 및 열 교환기(600)를 구비하고 있다.

(농축 장치(200))

농축 장치(200)는, 흡착 소자를 포함하고 있고, 탈착부(21)와 흡착부(22)와 퍼지부(23)를 갖고 있다. 농축 장치(200)의 흡착 소자에 유기 용제를 함유하는 가스를 접촉시킴으로써, 흡착 소자는 가스 중의 유기 용제를 흡착한다. 유기 용제를 흡착한 이 흡착 소자에, 유기 용제를 함유하는 가스보다 고온의 가스를 접촉시킴으로써 흡착 소자는 흡착한 유기 용제를 탈착한다.

농축 장치(200)에서는, 흡착 소자는, 흡착부(22)(흡착 상태), 탈착부(21)(탈착 상태) 및 퍼지부(23)(퍼지 상태)로 순차적으로 이행되고, 퍼지부(23)(퍼지 상태)의 이후에는 다시 흡착부(22)(흡착 상태)로 이행한다. 즉, 퍼지부(23)는 탈착부(21)(탈착 상태)의 이후, 흡착부(22)(흡착 상태)의 이전에 구성되어 있다.

이들 이행은, 예를 들어 로터식의 농축 장치라면, 흡착 소자(통 형상 흡착체)의 회전에 의해 실현된다(도 8을 참조하고 상세한 것은 후술함). 이들 이행은, 예를 들어 배치식의 농축 장치라면, 댐퍼(및 밸브) 조작에 의해, 흡착 소자를 흡착부(22)(흡착 상태), 탈착부(21)(탈착 상태) 및 퍼지부(23)(퍼지 상태)로 이행시킴으로써 실현된다.

농축 장치(200)의 흡착부(22)에는, 냉각기(300)로부터 미회수된 유기 용제를 포함하는 유기 용제 함유 가스(G2)와, 퍼지부(23)로부터 배출된 퍼지부 출구 가스(G6)의 혼합 가스(이하, 흡착부 입구 가스(G5)로 칭함)가 도입된다. 흡착부(22)에서의 흡착재에 흡착부 입구 가스(G5)가 접촉하고, 흡착부 입구 가스(G5)에 함유되는 유기 용제가 흡착재에 흡착된다. 이에 따라 흡착부 입구 가스(G5)가 청정화되어 청정 가스(G3)로서 배출된다.

흡착부(22)에는 배관 라인(L2, L3)이 접속되어 있다. 배관 라인(L2)은 흡착부(22)에 흡착부 입구 가스(G5)를 도입한다. 배관 라인(L3)은 흡착부(22)로부터 청정 가스(G3)를 도출한다. 흡착부(22)의 출구측에는, 청정 가스(G3)의 온도를 측정하는 제1 온도 측정기(T1)가 설치되어 있다. 흡착부(22)의 입구측에는, 흡착부 입구 가스(G5)의 온도를 측정하는 제3 온도 측정기(T3)가 설치되어 있다.

배관 라인(L3)에는 퍼지부(23)로 분기되는 배관 라인(L11)이 접속되어 있다. 배관 라인(L3)에는 열 교환기(600)로의 청정 가스(G3)의 유량을 조절하는 밸브(V113)가 설치되고, 배관 라인(L11)에는 퍼지부(23)로의 청정 가스(G3)의 유량을 조절하는 밸브(V114)가 설치되어 있다.

퍼지부(23)에는 배관 라인(L11, L12)이 접속되어 있다. 배관 라인(L11)은 퍼지부(23)에 청정 가스(G3)의 일부를 도입한다. 배관 라인(L12)은 퍼지부(23)로부터 퍼지부 출구 가스(G6)를 도출한다. 배관 라인(L12)은 배관 라인(L2)에 합류하고 있다.

탈착부(21)에서는, 흡착부 입구 가스(G5)보다 고온의 배기 가스(G1)를 흡착제에 도입함으로써 유기 용제가 흡착재로부터 탈착되고, 이에 따라 배기 가스(G1)가 유기 용제를 함유하는 탈착 가스(G4)로서 배출된다.

여기서 도 8을 참조하여, 농축 장치(200)의 구체적 구성에 관해 설명한다. 이 농축 장치(200)는 일례로서 로터식이며, 원주형의 통 형상 흡착체(210)를 이용하고 있다. 도면에 나타낸 바와 같이, 원주형의 외형을 갖는 통 형상 흡착체(210)를 이용하는 경우에는, 축 방향으로 가스가 유동 가능해지도록 구성된 통 형상 흡착체(210)의 축 중심에 회전축(211)을 설치하여, 이 회전축(211)을 액츄에이터 등에 의해 회전 구동시킨다.

통 형상 흡착체(210)의 축 방향의 양단면에 근접하도록, 도 8에서는 구체적으로 도시하지 않은 배관 라인(L2, L3, L5, L8, L11, L12)(도 7 참조)이 접속되어 있다. 통 형상 흡착체(210)의 일부는 흡착 처리를 행하기 위한 흡착부(22)로서 이용되고, 통 형상 흡착체(210)의 다른 일부는 탈착 처리를 행하기 위한 탈착부(21)로서 이용되고, 통 형상 흡착체(210)의 또 다른 일부는 퍼지 처리를 행하기 위한 퍼지부(23)로서 이용된다.

통 형상 흡착체(210)의 흡착부(22)에는 축 방향의 한쪽으로부터 흡착부 입구 가스(G5)가 도입되고, 축 방향의 다른 쪽으로부터 청정 가스(G3)가 도출된다. 통 형상 흡착체(210)의 탈착부(21)에는, 축 방향의 한쪽으로부터 고온의 배기 가스(G1)가 도입되고, 축 방향의 다른 쪽으로부터 탈착 가스(G4)가 도출된다. 통 형상 흡착체(210)의 퍼지부(23)에는, 축 방향의 한쪽으로부터 청정 가스(G3)의 일부가 도입되고, 축 방향의 다른 쪽으로부터 퍼지부 출구 가스(G6)가 도출된다.

이 농축 장치(200)에서는, 통 형상 흡착체(210)가 회전축(211)을 회전 중심으로 하여 도면 중 화살표 A 방향으로 소정의 속도로 회전한다. 이에 따라, 통 형상 흡착체(210)의 흡착 처리가 완료된 부분은 탈착 처리를 행하는 탈착부(21)로 이동하고, 통 형상 흡착체(210)의 탈착 처리가 완료된 부분은 퍼지 처리를 행하는 퍼지부(23)로 이동하고, 또한 퍼지 처리가 완료된 부분은 흡착 처리를 행하는 흡착부(22)로 이동한다. 이 농축 장치(200)에서는, 동시에 흡착 처리와 탈착 처리와 퍼지 처리가 행해지게 되어, 연속적으로 청정화 처리를 행하는 것이 가능해진다.

여기서 가령, 농축 장치(200)에 있어서 퍼지부(23)가 형성되어 있지 않다고 해보자. 이 경우, 탈착 처리의 직후, 즉 흡착 처리의 초기에는 흡착 소자가 아직 고온이기 때문에 흡착재로서의 흡착 성능이 낮다. 또, 탈착 처리를 행하는 탈착부로부터 흡착 처리를 행하는 흡착부로 회전 이행할 때의 유기 용제의 반입에 의해, 흡착 성능이 저하되는 경우도 있다.

본 실시 형태의 농축 장치(200)에서는, 퍼지부(23)가 탈착부(21)의 이후, 흡착부(22)의 이전에 구성되어 있다. 청정 가스(G3)의 일부가 퍼지부(23)에 도입됨으로써, 퍼지부(23)에서의 흡착 소자가 냉각된다. 청정 가스(G3)에 의해 흡착 소자가 냉각되기 때문에, 흡착 소자의 냉각 효율이 높다.

퍼지부(23)에 도입된 청정 가스(G3)는, 퍼지부 출구 가스(G6)로서 유기 용제 함유 가스(G2)와 함께 흡착부 입구 가스(G5)로서 다시 흡착부(22)에 도입된다. 이 사이클에 의해, 농축 장치(200)는 흡착부(22)에서의 유기 용제의 제거율을 높일 수 있다. 퍼지부(23)의 흡착부(22)에 대한 체적 비율은 약 5%～약 50%인 것이 좋다. 이 비율이 약 5%를 하회하면 원하는 퍼지 효과를 얻을 수 없다. 이 비율이 약 50%를 상회하면 경제성이 나빠진다.

또, 퍼지부(23)에서 흡착 소자와 열 교환을 한 청정 가스(G3)는, 승온되어 퍼지부 출구 가스(G6)로서 퍼지부(23)로부터 도출된다. 승온 상태에 있는 퍼지부 출구 가스(G6)는, 냉각기(300)(도 2 참조)로부터 도출된 유기 용제 함유 가스(G2)와 혼합됨으로써, 유기 용제 함유 가스(G2)의 온도를 승온시킨다. 여기서, 유기 용제가 n-메틸-2-피롤리돈 등인 경우, 냉각기(300)로부터 도출된 유기 용제 함유 가스(G2)의 일부는 미스트 상태로 되어 있는 경우가 있다.

미스트 상태의 유기 용제 함유 가스(G2)는, 흡착부(22)에 도입되기 전에 가열됨으로써 모두 가스 상태로 될 필요가 있다. 유기 용제 회수 시스템(1C)에서는, 퍼지부(23)로부터 도출된 승온 상태로 있는 퍼지부 출구 가스(G6)를 활용하여, 미스트 상태에 있는 유기 용제 함유 가스(G2)를 승온시킬 수 있다. 퍼지부 출구 가스(G6)에 의해 미스트 상태의 유기 용제 함유 가스(G2)를 승온시킴으로써, 그 승온에 필요한 다른 가열 수단(도시하지 않음)에서의 에너지의 사용량을 저감하는 것이 가능해진다.

농축 장치(200)의 회전 속도에 의해, 흡착 공정의 시간, 탈착 공정의 시간 및 퍼지 공정의 시간이 제어된다. 제1 온도 측정기(T1)에 의해 측정되는 청정 가스(G3)의 온도, 제2 온도 측정기(T2)에 의해 측정되는 탈착 가스(G4)의 온도 및 제3 온도 측정기(T3)에 의해 측정되는 흡착부 입구 가스(G5)의 온도가 각각 소정의 온도가 되도록, 농축 장치(200)의 회전 속도에 의해, 흡착 공정의 시간, 탈착 공정의 시간 및 퍼지 공정의 시간이 제어된다. 특히, 청정 가스(G3), 탈착 가스(G4) 또는 흡착부 입구 가스(G5)의 온도를 소정의 온도로 하는 방법으로서, 농축 장치(200)의 흡착 소자의 전후나 흡착 소자 자체에 알루미늄 등의 열 교환재를 도입하는 것도 가능하다.

(재생 히터(100))

다시 도 7을 참조하여, 재생 히터(100)는, 생산 설비(1000)로부터 연장되는 배관 라인(L1)과 배관 라인(L8) 사이에 설치되어 있다. 생산 설비(1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)의 온도가 충분히 고온인 경우에는 재생 히터(100)를 이용하지 않는다. 그러나, 생산 설비(1000)가 가동 초기 상태에서, 배기 가스(G1)의 온도가 소정 온도에 도달하지 않은 경우에는, 배기 가스(G1)를 소정 온도로까지 가열하기 위해 재생 히터(100)가 이용된다.

생산 설비(1000)로부터 연장되는 배관 라인(L1)에는, 배관 라인(L1)으로부터 분기되어 배관 라인(L5)에 통하는 배관 라인(L9)이 설치되어 있다. 생산 설비(1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)의 일부는, 배관 라인(L1), 재생 히터(100) 및 배관 라인(L8)을 통하여 농축 장치(200)의 탈착부(21)로 송출된다.

생산 설비(1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)의 잔부는, 배관 라인(L9)을 통하여 직접 냉각기(300)로 송출되는 것이 가능하게 되어 있다. 배기 가스(G1)의 탈착부(21)로의 송출량 및 냉각기(300)로의 송출량은, 배관 라인(L1)에 설치된 밸브(V111) 및 배관 라인(L9)에 설치된 밸브(V112)에 의해 각각 제어된다.

(냉각기(300) 및 회수 탱크(400))

냉각기(300) 및 회수 탱크(400)에 의해 냉각 회수 장치가 구성된다. 냉각기(300)는, 냉각수 등을 이용하여 탈착 가스(G4) 등을 응축시킴으로써, 유기 용제를 고농도로 함유하는 회수액과 유기 용제를 함유하는 유기 용제 함유 가스(G2)로 분리한다. 유기 용제를 고농도로 함유하는 회수액은 회수 탱크(400)에 회수된다.

냉각기(300)에는 배관 라인(L2, L6, L10)이 접속되어 있다. 배관 라인(L2)은, 분리된 유기 용제를 함유하는 유기 용제 함유 가스(G2)를 농축 장치(200)의 흡착부(22)에 도출한다. 배관 라인(L6)은 분리된 회수액을 회수 탱크(400)에 도출한다. 배관 라인(L10)은, 탈착부(21)로부터 배관 라인(L5) 및 다음에 설명하는 열 교환기(600)를 통해 탈착 가스(G4)가 도입된다.

(열 교환기(600))

열 교환기(600)는 배관 라인(L3)과 배관 라인(L4) 사이에 위치하고, 또 이 열 교환기(600)는 배관 라인(L5)과 배관 라인(L10) 사이에도 위치하고 있다. 도 7에서는 2개의 열 교환기(600)가 떨어져 나타나 있지만, 열 교환기(600)는, 배관 라인(L3, L4) 사이의 열에너지와 배관 라인(L5, L10) 사이의 열에너지를 교환할 수 있다.

열 교환기(600)는, 흡착부(22)로부터 도출된 청정 가스(G3)를 열 교환에 의해 승온시킨 다음 생산 설비(1000)로 송출한다. 열 교환기(600)는, 탈착부(21)로부터 도출된 탈착 가스(G4)를 열 교환에 의해 강온시킨 다음 냉각기(300)로 송출한다. 열 교환기(600)의 열 교환에 의해, 생산 설비로 송출하는 청정 가스(G3)를 소정의 온도로 하기 위한 다른 에너지의 사용량을 저감하는 것이 가능해진다. 열 교환기(600)의 열 교환에 의해, 냉각기(300)로 송출하는 탈착 가스(G4)를 소정의 온도로 하기 위한 다른 에너지의 사용량을 저감하는 것이 가능해진다.

(유기 용제의 회수)

상기 구성을 포함하는 유기 용제 회수 시스템(1C)에서, 참고 기술에서 설명한 유기 용제 회수 시스템(1A)과 마찬가지로, 생산 설비(1000)로서 리튬 이온 전지 제조 설비에서 사용되는 유기 용제[NMP(n-메틸-2-피롤리돈)]를 회수하는 시스템에 관해 이하에 설명한다.

생산 설비(1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)는, 유량이 약 770 NCMM, 유기 용제 농도가 약 1000 ppm, 온도가 약 110℃이다. 밸브(V111)를 완전 개방 상태로 하고, 밸브(V112)를 폐쇄 상태로 하여, 생산 설비(1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)를 100% 탈착부(21)에 도입한다. 여기서는, 배기 가스(G1)의 온도는 충분히 고온 상태이기 때문에, 재생 히터(100)에 의한 배기 가스(G1)의 가열은 행하지 않는다.

탈착부(21)로부터 배출되는 탈착 가스(G4)는, 유량이 약 770 NCMM, 유기 용제 농도가 약 1803 ppm, 온도가 약 93℃이다. 밸브(V112)를 폐쇄 상태로 하여, 생산 설비(1000)로부터 배출되는 배기 가스(G1)를 탈착부(21)에 100% 도입하고 있기 때문에, 냉각기(300)에 도입되는 가스는, 탈착 가스(G4)가 100%, 직접 도입되는 배기 가스(G1)는 0%이다.

탈착 가스(G4)가, 냉각기(300)에 있어서 유기 용제를 고농도로 함유하는 회수액과 유기 용제를 함유하는 유기 용제 함유 가스(G2)로 분리된다. 유기 용제를 고농도로 함유하는 회수액은 회수 탱크(400)에 회수된다. 유기 용제[NMP]의 농도는 약 89 wt%이다. 유기 용제를 함유하는 유기 용제 함유 가스(G2)는, 유량이 약 770 NCMM, 유기 용제 농도가 약 857 ppm, 온도가 약 37℃이다.

이 유기 용제 함유 가스(G2)에는, 배관 라인(L2)에 접속된 배관 라인(L12)에 의해 퍼지부 출구 가스(G6)가 혼합된다. 퍼지부 출구 가스(G6)는, 유량이 약 100 NCMM, 유기 용제 농도가 약 386 ppm, 온도가 약 100℃이다. 유기 용제 함유 가스(G2)와 퍼지부 출구 가스(G6)의 혼합으로 이루어진 흡착부 입구 가스(G5)는, 유량이 약 870 NCMM, 유기 용제 농도가 약 803 ppm, 온도가 약 44℃이다. 흡착부 입구 가스(G5)는 농축 장치(200)의 흡착부(22)에 도출된다.

농축 장치(200)의 흡착부(22)에 의해 유기 용제가 흡착된 청정 가스(G3)는, 유량이 약 770 NCMM, 유기 용제 농도가 약 12 ppm, 온도가 약 53℃이다. 청정 가스(G3)의 일부는 배관 라인(L11)을 통하여 퍼지부(23)에 도출된다. 청정 가스(G3)의 잔부는 배관 라인(L3)을 통하여 열 교환기(600)에 도출된다.

퍼지부(23)에 도출된 청정 가스(G3)는 퍼지부(23)에서의 흡착 소자를 냉각시키고, 퍼지부 출구 가스(G6)로서 승온된 상태로 퍼지부(23)로부터 도출된다. 열 교환기(600)에 도출된 청정 가스(G3)는, 탈착부(21)로부터 냉각기(300)로 송출되고 있는 탈착 가스(G4)와 열 교환하여, 승온된 상태로 열 교환기(600)로부터 생산 설비(1000)로 도출된다.

(작용ㆍ효과)

상기 구성을 갖는 유기 용제 회수 시스템(1C)의 작용 효과에 관해, 참고 기술로서 설명한 유기 용제 회수 시스템(1A)과 비교한 경우에 관해 설명한다.

본 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(1C)에 의하면, 퍼지부(23)가 탈착부(21)의 이후, 흡착부(22)의 이전에 구성되어 있다. 청정 가스(G3)의 일부가 퍼지부(23)에 도입됨으로써 퍼지부(23)에서의 흡착 소자가 냉각된다. 청정 가스(G3)에 의해 흡착 소자가 냉각되기 때문에 흡착 소자의 냉각 효율이 높다.

퍼지부(23)에 도입된 청정 가스(G3)는, 퍼지부 출구 가스(G6)로서 유기 용제 함유 가스(G2)와 함께 흡착부 입구 가스(G5)로서 다시 흡착부(22)에 도입된다. 이 사이클에 의해, 농축 장치(200)는 흡착부(22)에서의 유기 용제의 제거율을 높일 수 있다.

(냉각기(300)에 필요한 냉각 온도의 상승이 가능 28℃→37℃)

본 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(1C)에 의하면, 생산 설비(1000)로부터 배출되는 고온 상태의 배기 가스(G1)를 농축 장치(200)의 탈착부(21)에 보냄으로써, 유기 용제 회수 시스템(1A)에서의 재생 히터(100)의 사용이 불필요해져, 유틸리티 사용량의 증가를 억제하는 것이 가능해진다.

구체적으로는, 유기 용제 회수 시스템(1A)에서는, 재생 히터(100)에 의해 탈착부(21)에 도출하는 청정 가스(G3)를 33℃로부터 130℃로 가열할 필요가 있었다. 그러나, 본 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(1C)에 의하면, 고온 상태의 배기 가스(G1)를 고온 상태로 농축 장치(200)의 탈착부(21)에 보내기 때문에, 탈착부(21)에 도출하는 가스의 가열을 행할 필요가 없다. 그 결과, 농축 장치(200)에서의 농축 배율(흡착 풍량/탈착 풍량)을 저감하는 것이 가능해진다. 탈착부(21)에서는, NMP를 고농도 함유한 배기 가스(G1)에 의한 탈착 조작이 되기 때문에, 탈착 효율이 높은 흡착재를 이용함으로써 탈착 조작의 향상을 도모할 수 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(1C)에서는, 유기 용제 회수 시스템(1A)과 비교한 경우, 경제적으로 농축 배율을 낮게 함으로써, 농축 장치(200)의 성능 향상을 도모하는 것이 가능해지고, 냉각기(300)의 냉각 온도를 상승(28℃→37℃)시키는 것이 가능해져, 냉각기(300)의 유틸리티 사용량의 삭감을 가능하게 한다.

게다가, 유기 용제가 n-메틸-2-피롤리돈 등인 경우, 냉각기(300)로부터 도출된 유기 용제 함유 가스(G2)의 일부는 미스트 상태로 되어 있다. 미스트 상태의 유기 용제 함유 가스(G2)는, 흡착부(22)에 도입되기 전에 승온됨으로써 가스 상태로 되어 있을 필요가 있다. 퍼지부(23)로부터 도출된 승온 상태에 있는 퍼지부 출구 가스(G6)를 활용하여, 미스트 상태에 있는 유기 용제 함유 가스(G2)를 승온시킬 수 있다. 퍼지부 출구 가스(G6)에 의해 미스트 상태의 유기 용제 함유 가스(G2)를 승온시킴으로써, 그 승온에 필요한 다른 가열 수단(도시하지 않음)에서의 에너지의 사용량을 저감하는 것이 가능해진다.

(냉각기(300)로의 도입 가스 온도의 저감이 가능 105℃→73℃)

또, 생산 설비(1000)로부터 배출되는 고온 상태의 배기 가스(G1)를 농축 장치(200)의 탈착부(21)에 보냄으로써, 흡착재에 의한 열 교환이 행해지게 되고, 냉각기(300)로의 도입전의 가스 온도를 저감(105℃→73℃)시키는 것이 가능해져, 냉각기(300)의 유틸리티 사용량의 삭감을 가능하게 한다.

게다가, 배관 라인(L3, L4) 사이와 열 교환이 가능한 열 교환기(600)가 배관 라인(L5, L10) 사이에 설치되어 있음으로써, 열 교환기(600)의 열 교환에 의해, 냉각기(300)로 송출하는 탈착 가스(G4)를 소정의 온도로 하기 위한 다른 에너지 사용량의 삭감을 가능하게 한다.

(열 교환기(600)의 도입 온도의 상승이 가능 33℃→53℃)

또, 생산 설비(1000)로부터 배출되는 고온 상태의 배기 가스(G1)를 농축 장치(200)의 탈착부(21)에 보냄으로써, 흡착재에 의한 열 교환이 행해지게 되어, 열 교환기(600)로의 도입전의 가스 온도를 상승(33℃→53℃)시키는 것이 가능해진다. 배관 라인(L5, L10) 사이와 열 교환이 가능한 열 교환기(600)가 배관 라인(L3, L4) 사이에 설치되어 있음으로써, 열 교환기(600)의 열 교환에 의해, 생산 설비로 송출하는 청정 가스(G3)를 소정의 온도로 하기 위한 다른 에너지 사용량의 삭감을 가능하게 한다.

이와 같이, 본 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(1C)에 의하면, 생산 설비(1000)로부터 배출되는 고온 상태의 배기 가스(G1)를 농축 장치(200)의 탈착부(21)에 보냄으로써, 시스템의 전체적인 러닝 코스트를, 유기 용제 회수 시스템(1A)의 경우와 비교하여 크게 삭감하는 것이 가능해진다.

(NMP 회수액의 농도 향상 78 wt%→89 wt%)

또, 본 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(1C)에 의하면, 유기 용제 회수 시스템(1A)의 경우와 비교하여 냉각기(300)의 온도를 상승시킬 수 있기 때문에, 물의 응축량이 저감하여 회수액 중의 NMP 농도를 향상(78 wt%→89 wt%)시키는 것이 가능해진다.

상기 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(1C)에서는, 배기 가스(G1)의 온도의 일례로서 110℃를 상정한 경우를 나타내고 있지만, 생산 설비로부터 배출되는 배기 가스(G1)의 온도로는 50℃～200℃가 상정된다. 따라서, 배기 가스의 온도가 소정 온도에 도달하지 않은 경우에는, 필요에 따라 재생 히터(100)를 이용하여 배기 가스(G1)의 가열을 행한다.

또, 배기 가스(G1)로서 생산 설비(1000)로부터 배출된 가스를 이용하여, 정화된 가스를 생산 설비(1000)로 복귀시키는 경우에 관해 설명하고 있지만, 배기 가스(G1)로서 생산 설비(1000)로부터 배출된 가스를 직접 이용할 필요는 없고, 동일한 성질을 갖는 배기 가스(G1)라면, 본 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(1C)을 이용하여, 고농도의 유기 용제를 회수하는 것이 가능하다. 또, 정화된 가스를 생산 설비(1000)로 복귀시킬 필요는 없고, 청정된 가스를 다른 용도로 이용하는 것도 가능하다.

또, 유기 용제로서 NMP(n-메틸-2-피롤리돈)를 회수하는 경우에 관해 설명하고 있지만, 이 유기 용제에 한정되지 않고, 1℃～50℃의 냉각으로 액화하여 회수할 수 있는 유기 용제이면 된다. 즉, 유기 용제로는, 예를 들어 N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드 또는 n-데칸이다. NMP와 동일한 특성을 갖는 이들 유기 용제의 회수에 대해서도, 본 발명에 기초한 유기 용제 회수 시스템(1C)을 이용하는 것이 가능하다.

또, 상기 실시 형태에서의 유기 용제 회수 시스템(1C)에서는, 농축 장치(200)의 회전 속도에 의해, 흡착 공정, 탈착 공정 및 퍼지 공정의 각 시간이 제어된다. 청정 가스(G3), 탈착 가스(G4) 및 흡착부 입구 가스(G5)의 온도가 각각 소정의 온도가 되도록, 농축 장치(200)의 회전 속도에 의해 흡착 공정, 탈착 공정 및 퍼지 공정의 각 시간이 제어되는 경우에 관해 설명하고 있다.

도 9에 나타내는 유기 용제 회수 시스템(1D)과 같이, 청정 가스(G3), 탈착 가스(G4), 흡착부 입구 가스(G5)의 각 온도는, 퍼지부 출구 가스(G6)의 일부를 탈착 가스(G4)와 혼합한 상태로 냉각기(300)에 도입함으로써 조절되어도 좋다. 이 경우, 배관 라인(L12)으로부터 분기되어 배관 라인(L5)에 접속하는 배관 라인(L13)을 설치한다. 배관 라인(L13)에서의 퍼지부 출구 가스(G6)의 풍량은, 밸브(V115)에 의해 조절되는 것이 좋다.

또, 청정 가스(G3), 탈착 가스(G4), 흡착부 입구 가스(G5)의 각 온도는, 퍼지부 출구 가스(G6)의 일부를 배기 가스(G1)와 혼합한 상태로 탈착부(21)에 도입함으로써 조절되어도 좋다. 이 경우, 배관 라인(L12)으로부터 분기되어 배관 라인(L8)에 접속하는 배관 라인(L14)을 설치한다. 배관 라인(L14)에서의 퍼지부 출구 가스(G6)의 풍량은, 밸브(V116)에 의해 조절되는 것이 좋다. 청정 가스(G3), 탈착 가스(G4), 흡착부 입구 가스(G5)의 각 온도를 조절하기 위해, 두 배관 라인(L13, L14)이 설치되어 있어도 좋다.

이와 같이, 이번에 개시한 상기 각 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니다. 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 의해 획정되고, 또 특허청구범위의 기재와 균등한 의미 및 범위내에서의 모든 변경을 포함하는 것이다.

1A, 1B: 유기 용제 회수 시스템 20, 200: 농축 장치
21: 탈착부(탈착존) 22: 흡착부(흡착존)
100: 재생 히터 210: 통 형상 흡착체
211: 회전축 300: 냉각기
400: 회수 탱크 500: 급기 가열 장치
600: 열 교환기 1000: 생산 설비
G1: 배기 가스 G2: 유기 용제 함유 가스
G3: 청정 가스 G4: 탈착 가스
G5: 흡착부 입구 가스 G6: 퍼지부 출구 가스
L1～L13: 배관 라인 T1～T3: 온도 측정기
V101, V102, V110～V116: 밸브

Claims

유기 용제를 함유하는 온도가 50℃～200℃인 배기 가스로부터 상기 유기 용제를 회수하는 유기 용제 회수 시스템으로서,
상기 배기 가스는 생산 설비로부터 배출되는 가스이고,
상기 유기 용제를 함유하는 유기 용제 함유 가스 중의 상기 유기 용제를, 흡착재를 함유한 흡착 소자로 흡착하여 청정 가스를 생성하는 흡착부와, 상기 흡착 소자에 상기 유기 용제 함유 가스보다 고온의 상기 배기 가스를 통과시켜, 상기 흡착 소자에 흡착한 상기 유기 용제를 탈착하여 탈착 가스를 생성하는 탈착부를 갖는 농축 장치와,
상기 탈착 가스 또는 상기 배기 가스를 포함하는 상기 탈착 가스를 냉각시켜 응축하여 상기 유기 용제를 회수하는 냉각 회수 장치를 구비하고,
상기 유기 용제 함유 가스는, 상기 냉각 회수 장치에 있어서 미회수된 상기 유기 용제를 함유하는 가스이고,
상기 냉각 회수 장치에 상기 배기 가스 및 상기 탈착 가스를 통과시키는 풍량 비율이, 상기 배기 가스가 0%～50%이고, 상기 탈착 가스가 50%～100%인 유기 용제 회수 시스템.
제1항에 있어서, 상기 청정 가스를 상기 생산 설비로 복귀시키는 유기 용제 회수 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 농축 장치는,
회전축과,
상기 회전축의 둘레에 설치된 상기 흡착 소자로서의 통 형상 흡착체를 구비하고,
상기 회전축의 둘레에 상기 통 형상 흡착체를 회전시킴으로써, 상기 흡착부에 있어서, 상기 유기 용제 함유 가스 중의 상기 유기 용제를 흡착한 상기 흡착 소자가 연속적으로 상기 탈착부로 이동하는 유기 용제 회수 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 농축 장치의 상기 흡착부의 출구측에서의 상기 청정 가스의 온도를 측정하는 제1 온도 측정기와,
상기 농축 장치의 상기 탈착부의 출구측에서의 상기 탈착 가스의 온도를 측정하는 제2 온도 측정기를 구비하고,
상기 제1 온도 측정기에 의해 측정되는 상기 청정 가스의 온도 및 상기 제2 온도 측정기에 의해 측정되는 상기 탈착 가스의 온도가 각각 소정의 온도가 되도록, 상기 흡착부를 상기 유기 용제 함유 가스가 통과하는 시간 및 상기 탈착부를 상기 배기 가스가 통과하는 시간이 제어되는 유기 용제 회수 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉각 회수 장치에 상기 배기 가스 및 상기 탈착 가스를 통과시키는 풍량 비율이, 상기 배기 가스가 0%이고, 상기 탈착 가스가 100%인 유기 용제 회수 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유기 용제는, n-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드 또는 n-데칸에서 선택되는 1종 이상인 유기 용제 회수 시스템.
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