特許 7217648 有機溶剤と水とを含む混合液の脱水装置及び脱水方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-26

(45)【発行日】2023-02-03

(54)【発明の名称】有機溶剤と水とを含む混合液の脱水装置及び脱水方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 61/36 20060101AFI20230127BHJP

   B01D 61/58 20060101ALI20230127BHJP

【ＦＩ】

B01D61/36

B01D61/58

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019046690

(22)【出願日】2019-03-14

(65)【公開番号】P2020146635

(43)【公開日】2020-09-17

【審査請求日】2021-11-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000004400

【氏名又は名称】オルガノ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】鈴垣 裕志

(72)【発明者】

【氏名】増子 尚武

【審査官】長谷部 智寿

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－３０４４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／２０７４３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０６－２６２０４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／０２８３４８９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－２４５４７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｄ ６１／００－７１／８２

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｃ０２Ｆ １／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機溶剤と水とを含む混合液から水分の一部を除去し、前記有機溶剤の濃縮液を生成する第１の浸透気化膜モジュールと、
前記第１の浸透気化膜モジュールの下流に位置し、前記有機溶剤の濃縮液からさらに水分を除去する第２の浸透気化膜モジュールと、
前記第２の浸透気化膜モジュールの透過室と連通し、前記透過室に透過した透過蒸気を冷却し凝縮して透過液を生成する冷却器と、
前記冷却器の下流で前記冷却器と連通し、内部が負圧に維持可能で、前記透過液を貯蔵可能な透過液タンクと、
前記透過液タンクの下流に位置し、前記透過液を加熱するヒータと、
前記ヒータで加熱された前記透過液を前記第１の浸透気化膜モジュールの入口側に戻す戻りラインと、
前記第１の浸透気化膜モジュールの透過室に接続され、冷却水との熱交換によって前記第１の浸透気化膜モジュールの透過室に透過した透過蒸気を冷却し、前記透過液タンクから排出される透過液より高温の冷却排水を排出する熱交換器と、
前記冷却排水の排出ラインと、を有し、
前記ヒータは前記排出ラインを流れる前記冷却排水との熱交換によって前記透過液を加熱する、脱水装置。

【請求項2】

前記第２の浸透気化膜モジュールの下流に前記第１及び第２の浸透気化膜モジュールとともに直列に配置され、前記有機溶剤の濃縮液からさらに水分を除去する少なくとも一つの他の浸透気化膜モジュールと、
前記他の浸透気化膜モジュールの透過室とそれぞれ連通し、前記他の浸透気化膜モジュールの透過室に透過した透過蒸気を冷却し凝縮して透過液を生成する少なくとも一つの他の冷却器と、
前記他の冷却器の下流で前記他の冷却器とそれぞれ連通し、内部が負圧に維持可能で、前記透過液を貯蔵可能な少なくとも一つの他の透過液タンクと、
前記他の透過液タンクの下流にそれぞれ位置し、前記透過液を加熱する少なくとも一つの他のヒータと、を有し、
前記冷却排水の排出ラインは前記他のヒータの各々と接続される分岐ラインを有し、前記他のヒータは前記分岐ラインを流れる前記冷却排水との熱交換によって前記透過液を加熱する、請求項１に記載の脱水装置。

【請求項3】

前記透過液タンクと前記第２の浸透気化膜モジュールの透過室との連通を遮断する手段と、
前記透過液タンクに接続された不活性ガスの供給手段と、を有し、
前記不活性ガスの供給手段は、前記透過液タンクと前記透過室との連通が遮断されたときに、前記透過液タンクの内部に貯留されている透過液を前記戻りラインに排出可能な圧力を前記透過液タンクに印加可能である、請求項１または２に記載の脱水装置。

【請求項4】

前記有機溶剤はＮＭＰである、請求項１から３のいずれか１項に記載の脱水装置。

【請求項5】

第１の浸透気化膜モジュールによって、有機溶剤と水とを含む混合液から水分の一部を除去し、前記有機溶剤の濃縮液を生成することと、
前記第１の浸透気化膜モジュールの透過室に接続された熱交換器によって、冷却水との熱交換により、前記第１の浸透気化膜モジュールの透過室に透過した透過蒸気を冷却し、透過液タンクから排出される透過液より高温の冷却排水を排出することと、
前記第１の浸透気化膜モジュールの下流に位置する第２の浸透気化膜モジュールによって、前記有機溶剤の濃縮液からさらに水分を除去することと、
前記第２の浸透気化膜モジュールの透過室と連通する冷却器によって、前記透過室に透過した透過蒸気を冷却し凝縮して透過液を生成することと、
前記冷却器の下流で前記冷却器と連通し、内部が負圧に維持された前記透過液タンクに、前記透過液を移送することと、
ヒータによって、前記透過液タンクから排出される前記透過液を加熱することと、
加熱された前記透過液を前記第１の浸透気化膜モジュールの入口側に戻すことと、
を有し、
前記ヒータは前記冷却排水との熱交換によって前記透過液を加熱する、浸透気化膜モジュールを用いた有機溶剤と水とを含む混合液の脱水方法。

【請求項6】

前記第２の浸透気化膜モジュールの下流に前記第１及び第２の浸透気化膜モジュールとともに直列に配置された少なくとも一つの他の浸透気化膜モジュールによって、前記有機溶剤の濃縮液からさらに水分を除去することと、
前記他の浸透気化膜モジュールの透過室とそれぞれ連通した少なくとも一つの他の冷却器によって、前記他の浸透気化膜モジュールの透過室に透過した透過蒸気を冷却し凝縮して透過液を生成することと、
前記他の冷却器の下流で前記他の冷却器とそれぞれ連通し、内部が負圧に維持された少なくとも一つの他の透過液タンクに、前記透過液を貯蔵することと、を有し、
前記他の透過液タンクの下流にそれぞれ位置し、前記透過液を加熱する少なくとも一つの他のヒータと、を有し、
前記冷却排水の排出ラインは前記他のヒータの各々と接続される分岐ラインを有し、前記他のヒータは前記分岐ラインを流れる前記冷却排水との熱交換によって前記透過液を加熱する、請求項５に記載の脱水方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、有機溶剤と水とを含む混合液の脱水装置及び脱水方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（以下、ＮＭＰという）と水との混合液（以下、ＮＭＰ水溶液という）から、浸透気化法（ＰＶ法）を用いてＮＭＰを分離する方法が知られている。ＰＶ法はＮＭＰ水溶液を減圧して蒸留する方法（減圧蒸留法）と比べ、省エネルギー性能に優れている。ＰＶ法では水と親和性のある分離膜（浸透気化膜）を備えた浸透気化膜モジュールが用いられる。浸透気化膜の入口側にＮＭＰ水溶液を供給し透過側を減圧することで、ＮＭＰ水溶液を入口側から透過側へ移動させる駆動力が得られる。この際、ＮＭＰと水の透過速度差により、主に水が透過側に移動し、ＮＭＰと水の分離が行われる。

【0003】

特許文献１には、浸透気化膜モジュールが直列に複数段設けられたＮＭＰ水溶液の精製システムが開示されている。上流の浸透気化膜モジュールで脱水され濃縮されたＮＭＰ水溶液が後段の浸透気化膜モジュールに供給され、水分がさらに除去される。各浸透気化膜モジュールの透過室に透過する透過蒸気は、透過室に接続された熱交換器で凝縮され、透過水となる。下流の浸透気化膜モジュールは上流の浸透気化膜モジュールと比べて水分の除去効率が低く、透過室に漏れ出すＮＭＰの量が相対的に多い。そこで、ＮＭＰのロスを抑制するため、下流の浸透気化膜モジュールから生成される透過水は再度上流の浸透気化膜モジュールに供給される。また、下流の浸透気化膜モジュールに接続される熱交換器は、上流より低温の冷却液（冷媒）を用いて透過蒸気を冷却している。これによって、透過室の負圧が高められ、下流の浸透気化膜モジュールの水分除去効率が高められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１８／２０７４３１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載されたＮＭＰ水溶液の精製システムにおいては、透過水は一旦透過水タンクに貯蔵され、透過水タンクに貯蔵された透過水が上流の浸透気化膜モジュールに戻される。透過水タンクは減圧されているため、透過水を戻す際には、透過水タンクの減圧を解除することが望ましい。このため、透過水を戻す操作は間歇的に行われる。一方、透過水は低温の冷媒で冷却されるため、透過水を浸透気化膜モジュールに戻す際に、透過水タンクから浸透気化膜モジュールに供給されるＮＭＰ水溶液の温度が一時的に低下する。これによって浸透気化膜モジュールの脱水性能が低下する可能性がある。以上の点についてはＮＭＰ以外の有機溶剤と水とを含む混合液についても同様である。

【0006】

本発明は、浸透気化膜モジュールで生成された透過水が上流の浸透気化膜モジュールに戻される、有機溶剤と水とを含む混合液の脱水装置において、透過水が低温であっても脱水性能の低下を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の脱水装置は、有機溶剤と水とを含む混合液から水分の一部を除去し、有機溶剤の濃縮液を生成する第１の浸透気化膜モジュールと、第１の浸透気化膜モジュールの下流に位置し、有機溶剤の濃縮液からさらに水分を除去する第２の浸透気化膜モジュールと、第２の浸透気化膜モジュールの透過室と連通し、透過室に透過した透過蒸気を冷却し凝縮して透過液を生成する冷却器と、冷却器の下流で冷却器と連通し、内部が負圧に維持可能で、透過液を貯蔵可能な透過液タンクと、透過液タンクの下流に位置し、透過液を加熱するヒータと、ヒータで加熱された透過液を第１の浸透気化膜モジュールの入口側に戻す戻りラインと、第１の浸透気化膜モジュールの透過室に接続され、冷却水との熱交換によって第１の浸透気化膜モジュールの透過室に透過した透過蒸気を冷却し、透過液タンクから排出される透過液より高温の冷却排水を排出する熱交換器と、冷却排水の排出ラインと、を有し、ヒータは排出ラインを流れる冷却排水との熱交換によって透過液を加熱する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、ヒータで加熱された透過液が第１の浸透気化膜モジュールの入口側に戻されるため、浸透気化膜モジュールの透過水が低温であっても脱水性能の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態に係るＮＭＰ水溶液の精製システムの概略構成図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る脱水装置の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明に適用可能な有機溶剤としては、メタノール、エタノール、２－プロパノールなどのアルコール類の他、大気圧（０．１０１３Ｍｐａ）での沸点が水の沸点（１００℃）よりも高く、好ましくは大気圧下での沸点が浸透気化膜装置の一般的な運転温度である１２０℃であるかそれ以上である有機溶剤が挙げられる。このような有機溶剤の例を表１に示す。

【0011】

【表1】

【0012】

図１は、本発明の一実施形態に係るＮＭＰ水溶液の精製システム１の概略構成図を示している。図中、ＣＷは冷却水を、ＢＲ１，ＢＲ２はブラインを、ＳＴは高温蒸気を意味する。

【0013】

ＮＭＰは水に対して高い溶解度を有する有機溶剤の一つである。ＮＭＰは、例えば、リチウムイオン二次電池の製造工程において、電極活物質などの粒子を分散させたスラリーを電極集電体上に塗布し乾燥させて電極を形成する際に、スラリーの分散媒として広く用いられている。スラリーを乾燥させる際にＮＭＰが回収され、回収されたＮＭＰは精製した後に再利用することができる。ＮＭＰは、例えば水スクラバーを用いて、ＮＭＰと水とが混合した混合液（ＮＭＰ水溶液）として回収される。回収されたＮＭＰ水溶液におけるＮＭＰ濃度は、７０～９９重量％程度である。

【0014】

ＮＭＰ水溶液の精製システム１は、ＮＭＰ水溶液から微粒子、溶存酸素、イオン成分等を除去する第１のサブシステム１００と、微粒子、溶存酸素、イオン成分等が除去されたＮＭＰ水溶液から浸透気化膜装置によって水分のほとんどを除去してＮＭＰ濃縮液を生成する第２のサブシステム２００と、ＮＭＰ濃縮液を蒸留してＮＭＰ精製液を生成する第３のサブシステム３００と、を有している。以下、個々のサブシステムの構成を説明する。

【0015】

（第１のサブシステム１００）
第１のサブシステム１００は、上述のようにして回収された処理対象のＮＭＰ水溶液を受け入れる受入部１０１を有している。ＮＭＰ水溶液は、水スクラバーなどのＮＭＰ回収手段（図示せず）と接続された第１のＮＭＰ水溶液供給ラインＬ１０１によって、受入部１０１に供給される。受入部１０１は複数の容器（第１～第３の容器１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ）を有し、これらの容器１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃは精製システム１に供給されるＮＭＰ水溶液の原液の受け入れ、分析、移送などの目的に応じて切替え可能とされている。分析の結果問題がなければ、ＮＭＰ水溶液は後段に移送されて精製処理を受け、精製処理に適さない場合は廃液槽（図示せず）に移送される。受入部１０１は第２のＮＭＰ水溶液供給ラインＬ１０２を介して、ＮＭＰ水溶液に含まれる微粒子を除去する第１の精密ろ過膜装置１０２と接続されている。第２のＮＭＰ水溶液供給ラインＬ１０２上にはＮＭＰ水溶液を圧送するポンプ１０７が設けられている。第１の精密ろ過膜装置１０２は膜脱気装置１０３（後述）の上流に設けられているが、膜脱気装置１０３の下流、すなわち膜脱気装置１０３とイオン交換装置１０４（後述）との間に設けられてもよく、あるいは、膜脱気装置１０３の上流と、膜脱気装置１０３とイオン交換装置１０４との間の両方に設けられてもよい。

【0016】

第１の精密ろ過膜装置１０２は第３のＮＭＰ水溶液供給ラインＬ１０３を介して、ＮＭＰ水溶液の溶存酸素を除去する膜脱気装置１０３と接続されている。後述するように、ＮＭＰ水溶液は浸透気化膜装置２０１に導入される前に１２０℃程度まで加熱される。１２０℃程度まで加熱されたＮＭＰ水溶液では、ＮＭＰ水溶液中に含まれる溶存酸素が過酸化水素になり、この過酸化水素がＮＭＰを酸化させ、劣化させる可能性がある。予めＮＭＰ水溶液中の溶存酸素を除去することによって、ＮＭＰの酸化を抑制することができる。溶存酸素の濃度を監視するため、膜脱気装置１０３の入口ラインＬ１０３と出口ラインＬ１０４には溶存酸素計（図示せず）が設けられている。また、膜脱気装置１０３の入口ラインＬ１０３には水分濃度計と比抵抗計（ともに図示せず）が設けられている。受入部１０１の下流のポンプ１０７と第１の精密ろ過膜装置１０２との間にはヒータ１０８が設けられている。ヒータ１０８には高温蒸気が供給され、高温蒸気によってＮＭＰ水溶液を加熱する。蒸気配管には高温蒸気の流量を調整する流量調整弁Ｖ１０３が設けられている。

【0017】

膜脱気装置１０３の脱気膜は、ポリオレフィン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリウレタン、エポキシ樹脂などから形成することができる。ＮＭＰは一部の有機材料を溶解させる性質があるため、脱気膜はポリオレフィン、ＰＴＦＥまたはＰＦＡで形成することが好ましい。脱気膜は非多孔性であることが好ましい。中空糸状の脱気膜の内部を流れるＮＭＰ水溶液の溶存酸素が、真空ポンプ１０９によって負圧にされた脱気膜の外部に移動することによって、脱気、すなわち溶存酸素の除去が行われる。なお、脱気膜の外側（ガス透過側）に窒素ガス等の不活性ガスをスウィープして酸素分圧を下げてもよく、真空法とスウィープ法を併用してもよい。

【0018】

膜脱気装置１０３は第４のＮＭＰ水溶液供給ラインＬ１０４を介して、ＮＭＰ水溶液のイオン成分を除去するイオン交換装置１０４と接続されている。イオン交換装置１０４にはアニオン交換樹脂もしくはカチオン交換樹脂が単床で、または、アニオン交換樹脂とカチオン交換樹脂が混床もしくは複層床で充填されている。なお、イオン交換樹脂の種類は、ゲル型、ＭＲ型のいずれでもよい。イオン交換装置１０４は第５のＮＭＰ水溶液供給ラインＬ１０５を介して第２の精密ろ過膜装置１０５と接続されている。第２の精密ろ過膜装置１０５はイオン交換装置１０４から流出する可能性のある樹脂を捕捉し、樹脂の下流への流出を防止する。第２の精密ろ過膜装置１０５は第６のＮＭＰ水溶液供給ラインＬ１０６を介して、１次処理液槽１０６と接続されている。１次処理液槽１０６は、第１の精密ろ過膜装置１０２、膜脱気装置１０３、イオン交換装置１０４及び第２の精密ろ過膜装置１０５で処理されたＮＭＰ水溶液を受け入れ、受け入れたＮＭＰ水溶液を浸透気化膜装置２０１に供給する。以下、１次処理液槽１０６に貯留され、浸透気化膜装置２０１に供給されるＮＭＰ水溶液を１次処理液という場合がある。

【0019】

イオン交換装置１０４の入口ラインＬ１０４と出口ラインＬ１０５には比抵抗計（図示せず）が設けられている。イオン交換装置１０４で処理されたＮＭＰ水溶液の比抵抗が所定の値より小さい場合、すなわちイオン成分が十分に除去されないときは、イオン交換装置１０４を通るループに沿ってＮＭＰ水溶液を循環させることができる。具体的には、第５のＮＭＰ水溶液供給ラインＬ１０５から分岐して受入部１０１に接続された戻りラインＬ１０７が設けられている。通常は第５のＮＭＰ水溶液供給ラインＬ１０５の弁Ｖ１０１が開けられ、戻りラインＬ１０７の弁Ｖ１０２が閉じられているが、ＮＭＰ水溶液の比抵抗が所定の値より小さい場合は第５のＮＭＰ水溶液供給ラインＬ１０５の弁Ｖ１０１を閉じ、戻りラインＬ１０７の弁Ｖ１０２を開く。これによって、受入部１０１、第１の精密ろ過膜装置１０２、膜脱気装置１０３、イオン交換装置１０４を通る循環ループが形成される。ＮＭＰ水溶液がこの循環ループに沿って流れることで、ＮＭＰ水溶液に含まれるイオン成分が十分に除去される。

【0020】

なお、前述の膜脱気装置１０３で処理されたＮＭＰ水溶液の溶存酸素が所定の値より大きい場合、すなわち溶存酸素が十分に除去されないときも、前述のイオン交換装置１０４を通るループに沿ってＮＭＰ水溶液を循環させることができる。これにより、ＮＭＰ水溶液に含まれる溶存酸素も十分に除去される。

【0021】

（第２のサブシステム２００）
微粒子と溶存酸素とイオン成分が除去され１次処理液槽１０６に貯蔵された１次処理液は次に第２のサブシステム２００に供給され、ほとんどの水分が除去されたＮＭＰ濃縮液が生成される。１次処理液槽１０６は第７のＮＭＰ水溶液供給ラインＬ２０１を介して、浸透気化膜装置２０１に接続されている。第７のＮＭＰ水溶液供給ラインＬ２０１にはポンプ２２４と弁Ｖ２０１が設けられている。第７のＮＭＰ水溶液供給ラインＬ２０１には外部蒸気を用いた第１のヒータ２０５と、第１のヒータ２０５の上流（一次側）に位置する廃熱回収熱交換器２０６と、が設置されており、これらの第１のヒータ２０５及び廃熱回収熱交換器２０６によってＮＭＰ水溶液は１２０℃程度まで加熱される。浸透気化膜装置２０１に供給されるＮＭＰ水溶液を１２０℃程度まで加熱することで、浸透気化膜装置２０１の脱水性能を高めることができる。廃熱回収熱交換器２０６は、第７のＮＭＰ水溶液供給ラインＬ２０１を流れるＮＭＰ水溶液と、ＮＭＰ濃縮液排出ラインＬ２０４を流れるＮＭＰ濃縮液との間で熱交換を行う。第１のヒータ２０５は外部の蒸気源（図示せず）から供給される高温蒸気によってＮＭＰ水溶液を加熱する。第１のヒータ２０５の蒸気供給ラインには蒸気供給量を調整するための弁Ｖ２０２が設けられている。第１のヒータ２０５の下流には温度警報表示器２２３が設けられている。温度警報表示器２２３で検出された温度に基づき弁Ｖ２０２の開度が調整され、ＮＭＰ水溶液の温度が１２０℃程度に制御される。第７のＮＭＰ水溶液供給ラインＬ２０１の廃熱回収熱交換器２０６の上流には流量警報表示器２２５が設けられている。流量警報表示器２２５で検出された流量に基づき弁Ｖ２０１の開度が調整され、ＮＭＰ水溶液の流量が所定の範囲内に制御される。

【0022】

浸透気化膜装置２０１は直列に接続された複数の浸透気化膜モジュール２０２～２０４を有している。本実施形態では３台の浸透気化膜モジュール、すなわち上流から下流に向けて第１の浸透気化膜モジュール２０２、第２の浸透気化膜モジュール２０３、第３の浸透気化膜モジュール２０４が直列に接続されているが、台数は３台に限定されない。第１の浸透気化膜モジュール２０２は第１の接続ラインＬ２０２を介して第２の浸透気化膜モジュール２０３に接続されている。第２の浸透気化膜モジュール２０３は第２の接続ラインＬ２０３を介して第３の浸透気化膜モジュール２０４に接続されている。第１～第３の浸透気化膜装置２０２，２０３，２０４は分離膜（浸透気化膜）２０２ｃ、２０３ｃ、２０４ｃによって、上流側の濃縮室２０２ａ，２０３ａ，２０４ａと下流側の透過室２０２ｂ，２０３ｂ，２０４ｂとに区画されている。分離膜２０２ｃ，２０３ｃ，２０４ｃは水に対する親和性を有しているため、水をＮＭＰよりも大きな透過速度で分離膜２０２ｃ，２０３ｃ，２０４ｃを透過させる。透過室２０２ｂ，２０３ｂ，２０４ｂ側を負圧とすることで、透過速度の大きい水が透過速度の小さい少量のＮＭＰともに蒸気（気相）の形態で透過室２０２ｂ，２０３ｂ，２０４ｂに移動し、ほとんどのＮＭＰは濃縮室２０２ａ，２０３ａ，２０４ａに残存する。この原理を用いてＮＭＰ水溶液から水分の一部が除去され、ＮＭＰ水溶液の濃縮液が生成される。第３の浸透気化膜モジュール２０４の出口では、ＮＭＰ濃度が９９．９９％程度まで高められたＮＭＰ濃縮液（水分は０．０１％未満）が得られる。

【0023】

ＮＭＰ水溶液は第１～第３の浸透気化膜モジュール２０２，２０３，２０４を順次流通し、徐々にＮＭＰ水溶液中の水分が除去される。水分の除去効率を維持するため、第１の接続ラインＬ２０２と第２の接続ラインＬ２０３にはそれぞれ、第２のヒータ２０７と第３のヒータ２０８が設けられている。第２及び第３のヒータ２０７，２０８は第１のヒータ２０５と同様、熱交換器であり、外部の蒸気源から供給される高温蒸気によってＮＭＰ水溶液を１２０℃程度まで加熱する。第２及び第３のヒータ２０７，２０８の蒸気供給ラインにはそれぞれ、蒸気供給量を調整するための弁Ｖ２０３，Ｖ２０４が設けられている。第３の浸透気化膜モジュール２０４から排出されたＮＭＰ濃縮水はＮＭＰ濃縮液排出ラインＬ２０４を通って第３のサブシステム３００の中継槽３０１に供給される。上述のように、ＮＭＰ濃縮液排出ラインＬ２０４を流れるＮＭＰ濃縮液は、廃熱回収式熱交換器２０６によって、第７のＮＭＰ水溶液供給ラインＬ２０１を流れるＮＭＰ水溶液との間で熱交換を行い、ＮＭＰ水溶液を予熱する。

【0024】

ＮＭＰ濃縮液排出ラインＬ２０４から分岐して１次処理液槽１０６に接続されるＮＭＰ濃縮液の戻りラインＬ２１５が設けられている。通常はＮＭＰ濃縮液排出ラインＬ２０４の弁Ｖ２０５が開かれ、戻りラインＬ２１５の弁Ｖ２０６が閉じられ、ＮＭＰ濃縮液は中継槽３０１に供給される。一方、中継槽３０１にＮＭＰ濃縮液を供給できない場合などは弁Ｖ２０５が閉じられ、弁Ｖ２０６が開かれて、ＮＭＰ濃縮液が１次処理液槽１０６に戻される。なお、ＮＭＰ濃縮液を１次処理液槽１０６に返送する場合は、戻りラインＬ２１５に設けられた冷却器２２６によって、ＮＭＰ濃縮液の温度がＮＭＰ水溶液（１次処理液）の温度と同程度になるように冷却水により冷却する。

【0025】

第１～第３の浸透気化膜モジュール２０２，２０３，２０４の透過室２０２ｂ，２０３ｂ，２０４ｂはそれぞれ第１～第３の透過液排出ラインＬ２０６，Ｌ２０９，Ｌ２１２によって第１～第３の透過液タンク２１４，２１５，２１６に接続されている。第１～第３の透過液タンク２１４，２１５，２１６の上部には、透過室２０１ｂ，２０２ｂ，２０３ｂに負圧を印加し、透過室２０１ｂ，２０２ｂ，２０３ｂの内部を負圧に維持可能な第１～第３の真空ポンプ２１７，２１８，２１９が設けられている。気相の水と少量のＮＭＰは冷却水またはブラインによって凝縮され、透過液となって第１～第３の透過液タンク２１４，２１５，２１６の底部に収集される。第１～第３の透過液タンク２１４，２１５，２１６は透過液を一時的に貯蔵することができる。具体的には、冷却水ＣＷ及びブラインＢＲ１，ＢＲ２はそれぞれ、第１～第３の透過液タンク２１４，２１５，２１６の周囲を覆う冷却ジャケット（図示せず）を流れて気相の水及びＮＭＰを保冷し、さらに冷却ラインＬ２０７，Ｌ２１０、Ｌ２１３を通って、第１～第３の透過液排出ラインＬ２０６，Ｌ２０９，Ｌ２１２に設けられた第１～第３の熱交換器２１１，２１２，２１３に供給され、気相の水及びＮＭＰを凝縮する。ブラインＢＲ１，ＢＲ２の温度は０～－２０℃程度が好ましい。

【0026】

第１～第３の熱交換器２１１，２１２，２１３はそれぞれ、第１～第３の透過液排出ラインＬ２０６，Ｌ２０９，Ｌ２１２を介して第１～第３の浸透気化膜モジュール２０２，２０３，２０４の透過室２０２ｂ，２０３ｂ，２０４ｂと連通している。第１～第３の熱交換器２１１，２１２，２１３は、透過室２０２ｂ，２０３ｂ，２０４ｂに透過した透過蒸気を冷却し、凝縮して、透過液を生成する冷却器である。透過室２０２ｂ，２０３ｂ，２０４ｂは第１～第３の熱交換器２１１，２１２，２１３の下流で第１～第３の透過液タンク２１４，２１５，２１６と連通している。

【0027】

第１～第３の透過液タンク２１４，２１５，２１６の底部にはそれぞれ第１～第３の透過水排出ラインＬ２０８，Ｌ２１１，Ｌ２１４が接続されている。第１～第３の透過液タンク２１４，２１５，２１６の上部にはそれぞれ、後述する不活性ガス供給母管Ｌ４０１から分岐した不活性ガス供給ラインＬ４０６Ａ，４０６Ｂ，４０６Ｃが接続されている。凝縮された水と少量のＮＭＰは第１～第３の透過液タンク２１４，２１５，２１６に一時的に貯蔵され、不活性ガス供給ラインＬ４０６Ａ，４０６Ｂ，４０６Ｃから供給される不活性ガスで第１～第３の透過液タンク２１４，２１５，２１６の内部を加圧することによって、第１～第３の透過液タンク２１４，２１５，２１６から排出される。第１の透過液タンク２１４から排出された透過水は廃液槽に排出され、第２～第３の透過液タンク２１５，２１６から排出された透過水は後述するように再利用される。

【0028】

第１の透過液タンク２１４に収集された気相の水と少量のＮＭＰを冷却した冷却水ＣＷは第１の冷却水排出ラインＬ２２０に排出される。第１の冷却水排出ラインＬ２２０を流れる冷却水の一部は、第１の冷却水排出ラインＬ２２０から分岐した冷却水排出ラインＬ２２１を通って、第２の透過水排出ラインＬ２１１に設けられた熱交換器２２０に供給され、第２の透過水排出ラインＬ２１１を流れるＮＭＰを含む透過水を加熱する。冷却水の残りは、第３の透過水排出ラインＬ２１４に設けられた熱交換器２２１に供給され、第３の透過水排出ラインＬ２１４を流れるＮＭＰを含む透過水を加熱する。第２及び第３の透過水排出ラインＬ２１１，Ｌ２１４の熱交換器２２０，２２１の下流には水分濃度、流量などを計測する計測器２２２，２２３が設けられている。

【0029】

最上流の浸透気化膜モジュール、すなわち第１の浸透気化膜モジュール２０２はＣＨＡ型、Ｔ型、Ｙ型またはＭＯＲ型のゼオライトからなる浸透気化膜２０２ｃを有している。最上流の浸透気化膜モジュール以外の浸透気化膜モジュール、すなわち第２及び第３の浸透気化膜モジュール２０３，２０４はＡ型ゼオライトからなる浸透気化膜２０３ｃ，２０４ｃを有している。Ａ型ゼオライトは、比較的安価で脱水性能が高いものの、水分濃度が高いＮＭＰ水溶液を処理する場合に、リークや性能低下が生じやすい。これに対し、Ａ型以外のゼオライトは上述の環境でより長期間性能を保持することができる。このため、１０～２０重量％の水を含有するＮＭＰ水溶液を処理する第１の浸透気化膜モジュール２０２の浸透気化膜２０２ｃはＣＨＡ型、Ｔ型、Ｙ型またはＭＯＲ型のゼオライトを用い、水分含有量の少ないＮＭＰ水溶液を処理する第２及び第３の浸透気化膜モジュール２０３，２０４の浸透気化膜２０３ｃ，２０４ｃはＡ型ゼオライトを用いている。なお、第１の浸透気化膜モジュール２０２を構成する複数の浸透気化膜のすべてがＣＨＡ型、Ｔ型、Ｙ型またはＭＯＲ型のゼオライトからなっている必要はなく、一部の膜がＡ型ゼオライトからなっていてもよい。

【0030】

第３の透過液排出ラインＬ２１２には冷却器２０９とメカニカルブースターポンプ２１０が設けられている。冷却器２０９は第３の浸透気化膜モジュール２０４から排出された透過液を予冷する。メカニカルブースターポンプ２１０および冷却器２０９は第３の浸透気化膜モジュール２０４の透過室２０４ｂに大きな負圧を印加するために設けられている。第３の浸透気化膜モジュール２０４に供給されるＮＭＰ水溶液の水分含有量は非常に少ないため、第３の真空ポンプ２１９に加えてメカニカルブースターポンプ２１０で十分な負圧を印加することで、水をＮＭＰ水溶液から効率的に分離することができる。冷却器２０９及びメカニカルブースターポンプ２１０は省略することができる。また、冷却器２０９とメカニカルブースターポンプ２１０との間に、冷却器２０９で凝縮された透過水を貯留するためのポッド（図示せず）を設けることもできる。

【0031】

第２及び第３の浸透気化膜モジュール２０３，２０４の透過液は浸透気化膜装置２０１の上流側に回収される。具体的には第２及び第３の透過液排出ラインＬ２１１，Ｌ２１４は透過液回収ラインＬ２０５に接続され、透過液回収ラインＬ２０５は１次処理液槽１０６に接続されている。第２及び第３の透過液排出ラインＬ２１１，Ｌ２１４から排出される透過液は第１の透過液排出ラインＬ２０８から排出される透過液と比べＮＭＰの含有量が高いため、これを回収することで、ＮＭＰの回収率を高めることができる。透過液が回収される浸透気化膜モジュールは第２及び第３の浸透気化膜モジュール２０３，２０４に限定されず、少なくとも最下流の浸透気化膜モジュール（第３の浸透気化膜モジュール２０４）の透過液が浸透気化膜装置２０１の上流側に回収されればよい。透過液は受入部１０１に回収してもよく、透過液回収ラインＬ２０５に分岐ライン（図示せず）を設けることによって、１次処理液槽１０６と受入部１０１とに選択的に回収してもよい。

【0032】

（第３のサブシステム３００）
第２のサブシステム２００で生成されたＮＭＰ濃縮液は、ほとんどの水分が除去されている。しかし、ＮＭＰ濃縮液は色度成分や浸透気化膜モジュールから溶出した浸透気化膜２０２ｃ，２０３ｃ，２０４ｃの微粒子およびイオン成分をわずかに含むため、さらに浸透気化膜装置２０１の下流に位置する第３のサブシステム３００で蒸留されてＮＭＰ精製液が生成される。第３のサブシステム３００はＮＭＰ濃縮液を蒸留し凝縮することによってＮＭＰの精製液を生成することから、ＮＭＰ濃縮液の蒸留精製装置として機能する。なお、以下に述べる第３のサブシステム３００は単蒸留方式を用いているが、ＮＭＰ濃縮液を蒸留することが可能な限り蒸留方法は限定されない。例えば、精密蒸留方式を用いることもできる。ただし、エネルギー消費が少ないこと、装置サイズが小さいこと、操作が簡単であることなどの理由から単蒸留方式が好ましい。また、単蒸留方式の中でも、本実施形態で用いている減圧単蒸留方式は熱劣化を防止できる観点から特に望ましい。

【0033】

前述のように、ＮＭＰ濃縮液は一旦中継槽３０１に貯留される。第３のサブシステム３００は第２のサブシステム２００から独立したサブシステムであり、例えば、第２のサブシステム２００の運転中に第３のサブシステム３００の運転を一時的に停止するといった運用がなされることがある。このため、中継槽３０１を設けることで、第２のサブシステム２００と第３のサブシステム３００を、互いの独立性を維持しながらより弾力的に運用することが可能となる。中継槽３０１は第１のＮＭＰ濃縮液供給ラインＬ３０１を介して再生器３０２に接続されている。第１のＮＭＰ濃縮液供給ラインＬ３０１にはポンプ３０６と弁Ｖ３０１が設けられている。再生器３０２は熱交換器であり、後述する蒸発缶３０３で蒸発したＮＭＰ濃縮液（以下、ＮＭＰ精製ガスという）との間で熱交換を行う。これによって、蒸発缶３０３の熱負荷を低減することができる。再生器３０２は第２のＮＭＰ濃縮液供給ラインＬ３０２を介して蒸発缶３０３に接続されている。蒸発缶３０３は外部の蒸気源（図示せず）から供給される高温蒸気によってＮＭＰ濃縮液を加熱し蒸発させる。蒸発缶３０３の蒸気供給ラインには蒸気供給量を調整するための弁Ｖ３０２が設けられている。蒸発缶３０３の底部には高温の液相のＮＭＰ濃縮液が滞留し、その上部に微粒子が除去された気相のＮＭＰ精製ガスが形成される。液相のＮＭＰ濃縮液に含まれる色度成分も蒸発しにくいため、蒸発缶３０３の底部に蓄積される。なお、本実施形態における蒸発缶３０３としては、液膜流下式の蒸発缶を例に挙げて以下に説明するが、液膜流下式以外の蒸発缶、例えばフラッシュ式、カランドリア式などの蒸発缶を用いてもよい。蒸発缶３０３の底部と頂部には循環ラインＬ３０３が接続されており、蒸発缶３０３を含む循環経路が循環ラインＬ３０３によって形成されている。循環経路上では、液相のＮＭＰ濃縮液を取り出して蒸発缶３０３に戻し、液膜流下にて再度加熱するサイクルが繰り返される。蒸気取り出し缶３０４（後述）の底部には、循環ラインＬ３０３と合流するＮＭＰ濃縮液取り出しラインＬ３０６が設けられている。蒸気取り出し缶３０４の底部に滞留するＮＭＰ濃縮液も、ＮＭＰ濃縮液取り出しラインＬ３０６と循環ラインＬ３０３を通って蒸発缶３０３に戻され、再度加熱される。循環ラインＬ３０３には循環ポンプ３０７と弁Ｖ３０３が設けられている。循環ラインＬ３０３からは、弁Ｖ３０４が設けられたＮＭＰ濃縮液の不純物排出ラインＬ３０９が分岐している。

【0034】

蒸発缶３０３のＮＭＰ精製ガスは蒸発缶３０３の気相部から取り出され、第１のＮＭＰ精製ガス取り出しラインＬ３０４によって蒸気取り出し缶３０４に取り出される。蒸気取り出し缶３０４は第２のＮＭＰ精製ガス取り出しラインＬ３０５を介して再生器３０２と接続されている。ＮＭＰ精製ガスの熱は再生器３０２で液相のＮＭＰ濃縮液と熱交換される。再生器３０２を出たＮＭＰ精製ガスはさらに第３のＮＭＰ精製ガス取り出しラインＬ３０７によってコンデンサ３０５に導入され、冷却水ＣＷによって凝縮されてＮＭＰ精製液となる。コンデンサ３０５の内部では底部にＮＭＰ精製液が貯留され、その上はＮＭＰ精製ガスからなる気相部となっている。コンデンサ３０５の気相部は、負圧ラインＬ３１０によって真空ポンプ３０９と連通しており、コンデンサ３０５の気相部は真空ポンプ３０９によって負圧にされる。蒸発缶３０３を含む第３のサブシステム３００の気相部も真空ポンプ３０９によって負圧にされ、蒸発缶３０３において減圧蒸発が行われる。これによって、ＮＭＰ濃縮液の蒸発が促進される。負圧ラインＬ３１０のコンデンサ３０５と真空ポンプ３０９との間にはガスクーラ３１０が設けられ、コンデンサ３０５から真空ポンプ３０９に排出される、ＮＭＰ精製ガスを含む気体が冷却される。コンデンサ３０５の冷却水はコンデンサ３０５と接続された冷却水排水ラインＬ３１１に排出される。冷却水排水ラインＬ３１１には熱交換器３１１が設けられており、不純物排出ラインＬ３０９を流れるＮＭＰ濃縮液が、排出される前に熱交換器３１１で冷却される。

【0035】

コンデンサ３０５の出口にはＮＭＰ精製液取り出し配管Ｌ３０８が接続されている。ＮＭＰ精製液は、ＮＭＰ精製液取り出し配管Ｌ３０８に設けられたポンプ３０８によって、払出し部３１１に送られる。払出し部３１１は受入部１０１と同様、複数の容器（第１～第３の容器３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃ）を有し、これらの容器３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃは精製システム１から払い出されるＮＭＰ精製液の受け入れ、分析、移送などの目的に応じて切替え可能とされている。分析の結果問題がなければ、ＮＭＰ精製液は排出ラインＬ３１２を通ってリチウムイオン二次電池の製造システムに移送され、当該製造システムで再利用される。問題がある場合は、ＮＭＰ精製液は廃液槽（図示せず）に移送される。

【0036】

（不活性ガス供給手段）
本実施形態のＮＭＰ水溶液の精製システム１はさらに、容器の気相部を不活性ガスで充填する不活性ガス供給手段を備えている。上述のように、浸透気化膜装置２０１の上流及び下流にはＮＭＰ水溶液、ＮＭＰ濃縮液またはＮＭＰ精製液が貯留される様々な容器が設けられている。これらの容器のいくつかは、内部にＮＭＰ水溶液、ＮＭＰ濃縮液またはＮＭＰ精製液と、気相部との界面が形成される。この条件を満たす容器として以下が挙げられる。

【0037】

（１）ＮＭＰ水溶液の受入部１０１の第１～第３の容器１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ
（２）１次処理液槽１０６
（３）中継槽３０１
（４）再生器３０２
（５）蒸発缶３０３
（６）蒸気取り出し缶３０４
（７）コンデンサ３０５
（８）ＮＭＰ精製液の払出し部３１１の第１～第３の容器３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃ
従来の容器（不活性ガス供給手段に関する以下の記載では、容器は容器１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０６，３０１～３０５，３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃを意味する）の気相部は空気で形成されていた。しかし、発明者はこれらの容器に空気が充填されている場合、ＮＭＰが気相部の空気と結合して、ＮＭＰの過酸化物（ＮＭＰ－Ｏ－Ｏ－Ｈ；５－ハイドロパーオキソ－１－メチル－２－ピロリドン）が生成されることを見出した。ＮＭＰの過酸化物は蓄積されると爆発の可能性がある。そこで、本実施形態ではこれらの容器に不活性ガス供給手段を設けている。不活性ガスとしては窒素ガスが好ましく、アルゴンガスを用いることもできる。不活性ガス供給手段は以下に述べる不活性ガス供給母管Ｌ４０１と、母管Ｌ４０１から分岐し各容器に不活性ガスを供給する不活性ガス供給ラインと、各不活性ガス供給ライン上に設置されたガスシールユニット、とから構成される。

【0038】

具体的には不活性ガスの供給源（図示せず）に不活性ガス供給母管Ｌ４０１が接続され、不活性ガス供給母管Ｌ４０１と受入部１０１、１次処理液槽１０６、中継槽３０１、払出し部３１１がそれぞれ不活性ガス供給ラインＬ４０２，Ｌ４０３，Ｌ４０４，Ｌ４０７で接続されている。不活性ガス供給ラインＬ４０２，Ｌ４０３，Ｌ４０４，Ｌ４０７は容器の頂部に接続されている。不活性ガス供給ラインＬ４０２，Ｌ４０３，Ｌ４０４，Ｌ４０７にはそれぞれガスシールユニットＵ４０２，Ｕ４０３，Ｕ４０４，Ｕ４０５が設けられている。さらに、コンデンサ３０５（より正確にはガスクーラ３１０）と真空ポンプ３０９との間の負圧ラインＬ３１０にスウィープ用の不活性ガス供給ラインＬ４０５が接続されている。不活性ガスは不活性ガス供給ラインＬ４０５からコンデンサ３０５に供給され、さらにラインＬ３０７，Ｌ３０２，Ｌ３０４，Ｌ３０５を通って再生器３０２、蒸発缶３０３及び蒸気取り出し缶３０４にも不活性ガスが供給される。図示は省略するが、再生器３０２、蒸発缶３０３、蒸気取り出し缶３０４にも、同様の真空ポンプとスウィープ用の不活性ガス供給ラインを設けることができる。

【0039】

不活性ガスはＮＭＰ水溶液の精製システム１が最初に稼動する際に容器に充填される。このとき、容器の内部は空気で満たされているため、ガスシールユニットＵ４０２，Ｕ４０３，Ｕ４０４，Ｕ４０５を通して不活性ガスを容器に送り込み、容器の内部の空気を強制的に不活性ガスに置換する。ガスシールユニットＵ４０２，Ｕ４０３，Ｕ４０４，Ｕ４０５は、下流側の容器の圧力が低下すると自動的に開き、不活性ガスを容器に充填するようにされている。従って、容器内のＮＭＰ水溶液、ＮＭＰ濃縮液及びＮＭＰ精製液の量が低下すると容器の圧力が下がり、ガスシールユニットＵ４０２，Ｕ４０３，Ｕ４０４，Ｕ４０５を介して不活性ガスが容器に補充される。他のガスシールユニットについても同様である。

【0040】

容器に不活性ガスを充填することで、ＮＭＰ過酸化物の爆発の可能性を低減できるだけでなく、容器内のＮＭＰ水溶液、ＮＭＰ濃縮液及びＮＭＰ精製液に溶け込む水分量および溶存酸素量を抑えることができる。この結果、浸透気化膜モジュールの負荷を軽減することができる。また、容器内に酸素がほとんど存在しないため、ＮＭＰ水溶液、ＮＭＰ濃縮液及びＮＭＰ精製液の酸化を防止する効果も得られる。

【0041】

（脱水装置６００）
次に、ＮＭＰ水溶液の精製システムの脱水装置について説明する。図２は脱水装置６００の概略構成図である。脱水装置６００は第２のサブシステム２００のうち、第１～第３の浸透気化膜モジュール２０２～２０４とその付帯設備を含む。第２及び第３の透過液タンク２１５，２１６の下流には透過液を加熱するヒータ２２０，２２１が設けられている。ヒータ２２０，２２１の構成は透過液を加熱することができる限り限定されず、例えば電気ヒータなどでもよい。本実施形態では、熱源として第１の熱交換器２１１の冷却排水を用いるために、ヒータ２２０，２２１は熱交換器２２０，２２１とされている。このため、熱交換器２２０，２２１は第１の熱交換器２１１の冷却排水を排出する第１の冷却水排出ラインＬ２２０に接続されている。前述のように、第１の熱交換器２１１は第１の浸透気化膜モジュール２０２の第１の透過室２０２ｂに接続され、第１の透過室２０２ｂに透過した透過蒸気を冷却水ＣＷとの熱交換によって冷却する。ヒータ２２０，２２１は第１の冷却水排出ラインＬ２２０及び冷却水排出ラインＬ２２１を流れる冷却排水との熱交換によって、第２及び第３の浸透気化膜モジュール２０３，２０４で生成された透過液を加熱する。熱交換器２２０，２２１で加熱された透過液は、透過液を第１の浸透気化膜モジュール２０２の入口側に戻す戻りラインである透過液回収ラインＬ２０５によって回収される。

【0042】

第１～第３の透過液タンク２１４，２１５，２１６における透過液の温度は、第１の透過液タンク２１４、第２の透過液タンク２１５、第３の透過液タンク２１６の順で低くなっている。これは、後段の浸透気化膜モジュールではＮＭＰ水溶液中の水分量が減り、ＮＭＰ濃度が高くなるためである。水分量が少ないＮＭＰ水溶液を脱水するためには浸透気化膜モジュールの入口側と透過側の圧力差を増加させる必要がある。透過側の圧力は水の飽和蒸気圧に等しいため、入口側と透過側の圧力差を増加させるためには透過側の温度を下げ、水の飽和蒸気圧を下げる必要がある。従って、第１の熱交換器２１１では常温の水を冷却水として使用できるが、第２の熱交換器２１２ではより低温の冷媒であるブラインＢＲ１を用い、第３の熱交換器２１３ではブラインＢＲ１よりさらに低温の冷媒であるブラインＢＲ２を用いている。この結果、一例では、透過水の温度は第１の透過液タンク２１４で約４０℃、第２の透過液タンク２１５で約２℃、第３の透過液タンク２１６で約－１０℃となる。また、一例では、第１の冷却水排出ラインＬ２２０及び冷却水排出ラインＬ２２１を流れる冷却排水の温度は約３７℃である。従って、第１の冷却水排出ラインＬ２２０及び冷却水排出ラインＬ２２１を流れる冷却排水は、第２及び第３の透過液タンク２１５，２１６の透過水を加熱する十分な熱エネルギーを有している。透過水は好ましくは２０℃を超える温度まで加熱される。なお、第１の冷却水排出ラインＬ２２０を流れる冷却排水は常温付近まで冷却されて廃棄されるため、冷却排水を冷却するためのクーリングタワーなどの付帯設備も不要となり、または小型化が可能となる。

【0043】

ここで、第２及び第３の透過液タンク２１５，２１６の透過水を加熱する理由について説明する。第２及び第３の透過液タンク２１５，２１６の透過水を第２及び第３の透過水排出ラインＬ２１１，Ｌ２１４から第１の浸透気化膜モジュール２０２の上流側（本実施形態では１次処理液槽１０６）に戻す際は、後述するように、不活性ガスの圧力で透過水を押し出している。この結果、第２及び第３の透過液タンク２１５，２１６の負圧、及び第２及び第３の透過室２０３ｂ，２０４ｂの負圧が解除され、第２及び第３の浸透気化膜モジュール２０３，２０４の性能が低下する。従って、この操作は連続的に行うことができない。このため、透過水を第２及び第３の透過液タンク２１５，２１６に溜めておき、一時的に負圧を解除して透過水を１次処理液槽１０６に戻す操作が必要となる。不活性ガスの代わりにポンプを用いれば、透過水を連続的に排水できる可能性はあるが、ポンプの吸込ヘッドを確保するために第２及び第３の透過液タンク２１５，２１６とポンプとの間に大きな高低差を設ける必要があり現実的ではない。このような理由により、第２及び第３の透過液タンク２１５，２１６に貯留された透過水は間歇的に１次処理液槽１０６に戻される。

【0044】

このため、第２及び第３の透過液タンク２１５，２１６の透過水を加熱しない場合、低温の透過水が一時的に１次処理液槽１０６に戻され、１次処理液槽１０６に貯蔵されるＮＭＰ水溶液の温度が低下することになる。ＮＭＰ水溶液は第１のヒータ２０５と廃熱回収熱交換器２０６で加熱されるが、ＮＭＰ水溶液を１２０℃程度まで加熱するように第１のヒータ２０５と廃熱回収熱交換器２０６を制御することは困難である。従って、第１の浸透気化膜モジュール２０２に供給されるＮＭＰ水溶液の温度は一時的に１２０℃を下回り、第１の浸透気化膜モジュール２０２の脱水膜の温度や透過側の温度が変動し、脱水性能が安定しなくなる。本実施形態では、第２及び第３の透過液タンク２１５，２１６の透過水を加熱するため、第１の浸透気化膜モジュール２０２に供給されるＮＭＰ水溶液の温度変化が抑えられ、より安定した脱水性能を得ることができる。

【0045】

第２及び第３の透過液タンク２１５，２１６の透過水を加熱することで、計測器２２２，２２３の性能維持も容易となる。計測器２２２の種類は限定されないが、本実施形態では、計測器２２２は第２の透過水排出ラインＬ２１１に設けられた流量計２２２Ａ及び水分濃度計２２２Ｂであり、計測器２２３は第３の透過水排出ラインＬ２１４に設けられた流量計２２３Ａ及び水分濃度計２２３Ｂである。これらの計測器２２２，２２３は、０℃を下回る液体に対して動作保証されていないことが多く、低温の液体に対して使用することは信頼性の面で不利である。本実施形態では常温に近い温度まで透過水が加熱されるため、計測器２２２，２２３の性能維持も容易である。

【0046】

次に、第１～第３の透過液タンク２１４，２１５，２１６からの透過液の排出方法について説明する。前述のように、第１～第３の透過液タンク２１４，２１５，２１６の上部には不活性ガスの供給手段、すなわち不活性ガス供給母管Ｌ４０１から分岐した不活性ガス供給ラインＬ４０６Ａ，４０６Ｂ，４０６Ｃが接続されている。また、第１～第３の透過液排出ラインＬ２０６，Ｌ２０９，Ｌ２１２にはそれぞれ第１～第３の遮断弁Ｖ２０７，Ｖ２０８，Ｖ２０９が設けられている。第１～第３の遮断弁Ｖ２０７，Ｖ２０８，Ｖ２０９はそれぞれ第１～第３の透過液タンク２１４，２１５，２１６と第１～第３の浸透気化膜モジュール２０２，２０３，２０４の透過室２０２ｂ，２０３ｂ，２０４ｂとの連通を遮断する手段の一例である。例えば第２の透過液タンク２１５から透過液を排出するときは、まず第２の遮断弁Ｖ２０８を閉じ、第２の透過液タンク２１５と透過室２０３ｂとの連通を遮断する。同時に第２の真空ポンプ２１８を停止する。次に、不活性ガス供給ライン４０６Ｂから不活性ガスを供給する。不活性ガス供給ライン４０６Ｂは、第２の透過液タンク２１５の内部に貯留されている透過液を透過液回収ラインＬ２０５に排出可能な圧力を第２の透過液タンク２１５に印加可能である。これによって、第２の透過液タンク２１５からの透過液が１次処理液槽１０６に戻される。不活性ガスの一部が１次処理液槽１０６に流入する可能性はあるが、１次処理液槽１０６の気相部は前述のとおり不活性ガスで置換されているため、問題はない。

【0047】

なお、図２に破線で示すように、第２の透過液タンク２１５と熱交換器２２０との間，及び第３の透過液タンク２１６と熱交換器２２１との間に透過液排出用のポンプＰを設けることも可能である。この場合、不活性ガスは第１～第３の透過液タンク２１４，２１５，２１６の内部の真空を解除するだけでよく、排出のための加圧能力は不要である。従って、不活性ガスの圧力を十分に確保できない場合には、ポンプＰの設置は有効である。ただし、－１０℃程度の低温の透過液を移送するため、透過液の凍結によるポンプＰの破損の可能性があること、ポンプＰ自体の設置コストがかかることから、不活性ガスで透過液を移送するほうが好ましい。

【0048】

本実施形態では３基の浸透気化膜モジュール２０２～２０４を用いているが、浸透気化膜モジュールの台数は限定されない。従って、より一般的には、第２の浸透気化膜モジュール２０３の下流に第１及び第２の浸透気化膜モジュール２０２，２０３とともに直列に配置され、有機溶剤の濃縮液からさらに水分を除去する少なくとも一つの他の浸透気化膜モジュールを配置することができる。他の浸透気化膜モジュールの透過室とそれぞれ連通する少なくとも一つの他の冷却器が設けられ、当該他の冷却器は当該他の浸透気化膜モジュールの透過室に透過した透過蒸気を冷却し凝縮して透過液を生成する。さらに、当該他の冷却器の下流に当該他の冷却器とそれぞれ連通する少なくとも一つの他の透過液タンクが設けられる。当該他の透過液タンクは内部が負圧に維持可能で、透過液を貯蔵することができる。当該他の透過液タンクの下流にそれぞれ、透過液を加熱する少なくとも一つの他のヒータが設けられる。冷却排水の排出ラインは当該他のヒータの各々と接続される分岐ラインを有し、当該他のヒータは分岐ラインを流れる冷却排水との熱交換によって透過液を加熱する。

【符号の説明】

【0049】

１ ＮＭＰ水溶液の精製システム
１００ 第１のサブシステム
１０１ 受入部
１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ 受入部の第１～第３の容器
１０２ 第１の精密ろ過膜装置
１０３ 膜脱気装置
１０４ イオン交換装置
１０５ 第２の精密ろ過膜装置
１０６ １次処理液槽
１０７ ポンプ
１０８ ヒータ
Ｌ１０１～Ｌ１０６ 第１～第６のＮＭＰ水溶液供給ライン
Ｌ１０７ 戻りライン
Ｖ１０１，Ｖ１０２ 弁
２００ 第２のサブシステム
２０１ 浸透気化膜装置
２０２～２０４ 第１～第３の浸透気化膜モジュール
２０２ａ，２０３ａ，２０４ａ 濃縮室
２０２ｂ，２０３ｂ，２０４ｂ 透過室
２０２ｃ，２０３ｃ，２０４ｃ 分離膜（浸透気化膜）
２０５ 第１のヒータ
２０６ 再生式熱交換器
２０７ 第２のヒータ
２０８ 第３のヒータ
２０９ 冷却器
２１０ メカニカルブースターポンプ
２１１，２１２，２１３ 第１～第３の熱交換器
２１４，２１５，２１６ 第１～第３の透過液タンク
２１７，２１８，２１９ 第１～第３の真空ポンプ
２２０，２２１ 第４，第５の熱交換器
２２３ 温度警報表示器
２２４ ポンプ
２２５ 流量警報表示器
２２６ 冷却器
Ｌ２０１ 第７のＮＭＰ水溶液供給ライン
Ｌ２０２，Ｌ２０３ 第１，第２の接続ライン
Ｌ２０４ ＮＭＰ濃縮液排出ライン
Ｌ２０５ 透過液回収ライン
Ｌ２０６，Ｌ２０９，Ｌ２１２ 第１～第３の透過液排出ライン
Ｌ２０７，Ｌ２１０，Ｌ２１３ 冷却ライン
Ｌ２０８，Ｌ２１１，Ｌ２１４ 第１～第３の透過水排出ライン
Ｌ２１５ ＮＭＰ濃縮液の戻りライン
Ｌ２２０ 第１の冷却水排出ライン
Ｖ２０１～Ｖ２０６ 弁
３００ 第３のサブシステム
３０１ 中継槽
３０２ 再生器
３０３ 蒸発缶
３０４ 蒸気取り出し缶
３０５ コンデンサ
３０６ ポンプ
３０７ 循環ポンプ
３０８ ポンプ
３０９ 真空ポンプ
３１０ ガスクーラ
３１１ 払出し部
３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃ 払出し部の第１～第３の容器
Ｌ３０１ 第１のＮＭＰ濃縮液供給ライン
Ｌ３０２ 第２のＮＭＰ濃縮液供給ライン
Ｌ３０３ 循環ライン
Ｌ３０４ 第１のＮＭＰ精製ガス取り出しライン
Ｌ３０５ 第２のＮＭＰ精製ガス取り出しライン
Ｌ３０６ ＮＭＰ濃縮液取り出しライン
Ｌ３０７ 第３のＮＭＰ精製ガス取り出しライン
Ｌ３０８ ＮＭＰ精製液取り出し配管
Ｌ３０９ ＮＭＰ濃縮液の不純物排出ライン
Ｌ３１０ 負圧ライン
Ｌ３１１ 冷却水排水ライン
Ｖ３０１～Ｖ３０４ 弁
Ｌ４０１ 不活性ガス供給母管
Ｌ４０２～Ｌ４０７ 不活性ガス供給ライン
Ｕ４０２，Ｕ４０３，Ｕ４０４，Ｕ４０５ ガスシールユニット
６００ 脱水装置
Ｖ２０７，Ｖ２０８，Ｖ２０９第１～第３の遮断弁

【図1】

【図2】