JP2002048325A - 揮発性有機化合物処理装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒燃焼／蓄熱方式の揮発性有機化合物(Ｖ
ＯＣ)処理装置においてＶＯＣ含有ガスの発熱量に急激
な上昇があっても燃焼触媒を確実に保護する手順を含む
揮発性有機化合物処理装置の制御方法を提供する。 【解決手段】 熱源２を内蔵した炉１と、炉１側に触媒
層３を配置して複数の流路を形成する蓄熱体６と触媒層
３とを含む蓄熱層２０と、蓄熱層２０にＶＯＣ含有ガ
ス，パージガス，処理済みガスの３種類のガスを切り替
え順次供給し蓄熱層２０，炉１，蓄熱層２０を通過した
排気ガスを排出する分配器１８とからなり、ＶＯＣ含有
ガスを触媒燃焼処理して浄化し排気ガスの熱を再生する
処理装置で、触媒層３の温度Ｔcが 耐熱温度より低い触
媒上限基準温度Ｔccを越えた時または分配器１８の通過
ガス平均温度Ｔdが 耐熱温度より低い分配器の上限基準
温度Ｔdcを越えた時、熱源２の熱量供給動作を停止さ
せ、パージガスの量ＱpをδＱpだけ増量する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、揮発性有機化合物
処理装置の制御方法に係り、特に、揮発性有機化合物を
含むガスを燃焼処理しその熱を再生する触媒燃焼／蓄熱
方式の揮発性有機化合物処理装置の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車などの塗装工場，金属洗浄工場，
印刷工場などからは、トルエン，キシレン，スチレンな
どの揮発性有機化合物(volatile organic compound Ｖ
ＯＣ)を含んだ排気が発生する。このようなＶＯＣ含有
ガスは、高々数十ｐｐｍから数％程度の濃度であるが、
環境への影響がかなり大きいことが明らかになってき
た。

【０００３】例えば、ＮＯｘと反応して光化学スモッグ
を発生させ、森林を枯れさせ人体に悪影響を及ぼす。ま
た、発ガンの誘因となり、人体に健康障害を起こさせ
る。さらに、光化学オキシダントの主成分であるオゾン
を対流圏内で増加させ、地球を温暖化する。

【０００４】このため、上記工場などにおいては、ＶＯ
Ｃ含有ガスを無害化処理した後に、大気中に排出してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＶＯＣ含有ガスの無害
化処理方法としては、直接燃焼方式，触媒燃焼方式，蓄
熱燃焼方式，触媒燃焼／蓄熱方式，濃縮方式，生物処理
方式がある。この中で、ランニングコストや保守保全の
しやすさなどを考慮すると、触媒燃焼／蓄熱方式が有力
視されている。

【０００６】しかし、その心臓部となる燃焼用触媒の耐
熱温度は、作動温度よりも２００〜３００℃程度高いだ
けであり、近接しているため、過昇温防止の対策が不可
欠となる。

【０００７】触媒燃焼／蓄熱方式のうち、触媒燃焼に関
しては、被処理ガスすなわちＶＯＣ含有ガス中の発熱量
が増え、炉内温度が上昇し、燃焼用触媒の耐熱温度を越
えそうなときには、炉内高温ガスをそのまま排出する方
法がある。この方法の場合は、４００℃前後の高温ガス
を外部に排出することになるので、高温用弁や高温に耐
え得る煙道が必要になる。

【０００８】触媒燃焼／蓄熱方式のうち、蓄熱方式に関
しては、回転蓄熱方式や切り替え蓄熱方式の場合、回転
を遅くしたり切り替え周期を長くしたりして、排気の温
度を上昇させて放熱させる方法がある。

【０００９】この方法の場合は、燃焼用触媒に関して、
周期的に温度変化する低温側の温度は下げられるが、燃
焼用触媒の耐熱性と直接にかかわる高温側の温度は迅速
かつ十分には下げられない。

【００１０】また、蓄熱体の熱衝撃が大きくなるだけで
なく、ＶＯＣ含有ガスの触媒燃焼／蓄熱層から分配器側
への排気温度変動が大きく、ガスシールや耐久性が要求
されている分配器自体に大きな熱衝撃の負荷がかかると
いう問題が残されている。

【００１１】本発明の目的は、触媒燃焼／蓄熱方式の揮
発性有機化合物処理装置においてＶＯＣ含有ガスの発熱
量に急激な上昇があっても燃焼触媒を確実に保護する手
順を含む揮発性有機化合物処理装置の制御方法およびこ
の制御方法を実現するための揮発性有機化合物処理装置
の構造を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、熱源を内蔵した炉と、炉側に触媒層を配
置して揮発性有機化合物(ＶＯＣ)含有ガスの流れ方向に
は連結され流れを横断する方向には互いに隔離された複
数の流路を形成している蓄熱体と触媒層とを含む蓄熱層
と、蓄熱層にＶＯＣ含有ガス，パージガス，処理済みガ
スの３種類のガスを切り替えて順次供給し蓄熱層，炉，
蓄熱層を通過してきた排気ガスを排出する分配器とから
なり、ＶＯＣ含有ガスを触媒燃焼処理して浄化し排気ガ
スの熱を再生する揮発性有機化合物処理装置の制御方法
において、触媒層の温度Ｔcが触媒層の耐熱温度より所
定値だけ低い触媒上限基準温度Ｔccを越えたときまたは
分配器の通過ガス平均温度Ｔdが分配器の耐熱温度より
所定値だけ低い分配器の上限基準温度Ｔdcを越えたとき
に、炉の熱源の熱量供給動作を停止させるとともに、パ
ージガスの量ＱpをδＱpだけ増量する揮発性有機化合物
処理装置の制御方法を提案する。

【００１３】本発明は、また、熱源を内蔵した炉と、炉
側に触媒層を配置して揮発性有機化合物(ＶＯＣ)含有ガ
スの流れ方向には連結され流れを横断する方向には互い
に隔離された複数の流路を形成している蓄熱体と触媒層
とを含む蓄熱層と、蓄熱層にＶＯＣ含有ガス，パージガ
ス，処理済みガスの３種類のガスを切り替えて順次供給
し蓄熱層，炉，蓄熱層を通過してきた排気ガスを排出す
る分配器とからなり、ＶＯＣ含有ガスを触媒燃焼処理し
て浄化し排気ガスの熱を再生する揮発性有機化合物処理
装置の制御方法において、触媒層の温度Ｔcが触媒層の
耐熱温度より第１所定値だけ低い触媒第１上限基準温度
Ｔcclを越えたときまたは分配器の通過ガス平均温度Ｔd
が分配器の耐熱温度より所定値だけ低い分配器の上限基
準温度Ｔdcを越えたときに、炉の熱源の熱量供給動作を
停止させるとともに、パージガスの量ＱpをδＱpだけ増
量し、触媒層の温度Ｔcが触媒層の耐熱温度より第２所
定値だけ低い触媒第２上限基準温度Ｔcch(Ｔcch＞Ｔcc
l)を越えたときに、ＶＯＣ含有ガスの供給口に希釈空気
Ｑdを投入する揮発性有機化合物処理装置の制御方法を
提案する。

【００１４】本発明は、さらに、熱源を内蔵した炉と、
炉側に触媒層を配置して揮発性有機化合物(ＶＯＣ)含有
ガスの流れ方向には連結され流れを横断する方向には互
いに隔離された複数の流路を形成している蓄熱体と触媒
層とを含む蓄熱層と、蓄熱層にＶＯＣ含有ガス，パージ
ガス，処理済みガスの３種類のガスを切り替えて順次供
給し蓄熱層，炉，蓄熱層を通過してきた排気ガスを排出
する分配器とからなり、ＶＯＣ含有ガスを触媒燃焼処理
して浄化し排気ガスの熱を再生する揮発性有機化合物処
理装置において、分配器に供給されるパージガスを分岐
しＶＯＣ含有ガスの供給口側に希釈空気として供給する
希釈空気供給ラインを設けた揮発性有機化合物処理装置
を提案する。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、図１〜図６を参照して、本
発明による揮発性有機化合物処理装置の制御方法および
この制御方法を実現するための揮発性有機化合物処理装
置の構造の実施例を説明する。

【００１６】図１は、本発明によりＶＯＣ含有ガスを燃
焼処理してその熱を蓄熱式熱交換器で再生する触媒燃焼
／蓄熱方式の揮発性有機化合物処理装置の系統構成を示
す図である。

【００１７】本実施例の揮発性有機化合物処理装置は、
大きく分けて、炉１と、蓄熱層２０と、分配器１８とか
らなる。炉１は、熱源すなわちバーナ２を内蔵してい
る。

【００１８】蓄熱層２０は、触媒層３と蓄熱体６とを備
えている。触媒層３と蓄熱体６とは、ガスの流れ方向に
は連結され、この流れを横断する方向には互いに隔離さ
れた複数の流路を形成している。

【００１９】炉１には、炉内温度制御用温度検出器５を
配置し、蓄熱層２０の触媒層３には、触媒温度検出器４
を取り付けてある。

【００２０】分配器１８は、分配器・蓄熱層連絡マニホ
ールド７と、固定弁８と、回転弁９と、ガスヘッダ１４
と、マニホールド１９とからなる。

【００２１】分配器１８は、触媒層３と蓄熱体６とを収
納した蓄熱層２０にＶＯＣ含有ガス，パージガス，処理
済みガスの３種類のガスを切り替えて順次供給する。な
お、パージガスとは、ＶＯＣ含有ガスから処理済みガス
に切り替えるときに、蓄熱体６の流路に残ったＶＯＣ含
有ガスを一掃するためのガスである。

【００２２】ＶＯＣ含有ガスは、ＶＯＣ含有ガス供給用
ブロア２５で加圧され、ＶＯＣ含有ガス流量制御弁２４
により流量を調節され、配器１８のガスヘッダ１４に供
給される。

【００２３】本実施例において、パージガスは空気であ
り、パージ空気用ブロア２６で加圧され、パージ空気流
量制御用ダンパ２１により流量を調節され、パージ空気
通過孔１７から最も内側のトラックに供給される。

【００２４】なお、本発明においては、ＶＯＣ含有ガス
希釈用空気弁２２を介して、ＶＯＣ含有ガス希釈空気供
給ライン２３を設け、パージガスの増量でも温度が低下
しない場合に、処理装置に導入する前の段階で、ＶＯＣ
含有ガス自体を希釈できるように系統を構成してある。

【００２５】被処理ガス(ＶＯＣ含有ガス)供給口１５か
ら供給されたＶＯＣ含有ガスは、分配器１８を通り、蓄
熱層２０で触媒層３と蓄熱体６とからなり互いに隔離さ
れた複数の流路のうち少なくとも１つの流路に供給され
る。その後、熱源２を内蔵して流路の端部に位置する炉
１に入り、所定温度まで加熱されながら１８０度方向転
換し、供給時に通過した蓄熱層２０の流路とは別の流路
から排出されて、分配器１８を逆流し、排出流路１６か
ら大気に放出される。

【００２６】さて、蓄熱層２０内で触媒層３と蓄熱体６
とからなる１つの流路に着目すれば、先にＶＯＣ含有ガ
スが入り、次にＶＯＣ含有ガスが停止し、パージガスが
入り，パージガスが停止し、その後流れが逆転して処理
済みガスが入り、処理済みガスが停止し、再びＶＯＣ含
有ガスが入るという順に、３種類のガスが通過する。

【００２７】重要な構成要素となる分配器１８は、ＶＯ
Ｃ含有ガス，パージガス，処理済みガスの３種類のガス
を導くために３重管で形成されて上部がトラック面にな
っているガスヘッダ１４と、前記トラック面に接し３種
類のガスを分配する回転弁９と、回転弁９の上面に接し
例えば等角度で仕切られたセクタを持つ固定弁８と、固
定弁８の各セクタに接続されたマニホールド継ぎ手７
と、マニホールド継ぎ手７および蓄熱室２０をつなぐマ
ニホールド１９とからなる。

【００２８】この分配器１８の心臓部となる回転弁９
は、３重管のトラック面と固定弁８の各セクタとを順次
切り替える機能を持っている。回転弁９の回転に従い、
ＶＯＣ含有ガスが、ガスヘッダ１４のトラック面から、
ＶＯＣ含有ガスすなわち被処理ガス(ＶＯＣ含有ガス)通
過孔１１を通って固定弁８に入り、やがてＶＯＣ含有ガ
スが停止する。次に、パージガスが、パージガス通過孔
１２を通って前記固定弁８に入り、やがてパージガスが
停止する。ここで、流れが逆転し、処理済みガスが、固
定弁８から、処理済みガス通過孔１０を通ってガスヘッ
ダ１４のトラック面に入り、やがて処理済みガスが停止
する。以降は、再び、ＶＯＣ含有ガスがトラック面から
固定弁８に入るという手順を繰り返す。

【００２９】なお、回転弁９の回転動力は、ここには図
示していないモータから、ベルト，チェーン，歯車など
の機械要素により、３重管の中心に位置する回転軸に伝
達される。

【００３０】ここで重要なことは、固定弁８において、
複数のガスの流路が一瞬でも直接つながらないことであ
る。固定弁８において、ＶＯＣ含有ガスの流路と処理済
みガスの流路とが直接つながると、ＶＯＣ含有ガスが処
理済みガス流路に短絡して流れ、そのまま大気に放出さ
れることになる。また、パージガスの流路と処理済みガ
スの流路とがつながると、パージガスは、蓄熱層２０よ
りも流動抵抗が小さい処理済みガス流路に流れ、パージ
ガスが無駄になる。さらに、ＶＯＣ含有ガスの流路とパ
ージガスの流路とがつながると、パージガスで流路内の
ＶＯＣ含有ガスを一掃するという本来の目的を達成でき
なくなる。

【００３１】これらのことから、固定弁８の一つのセク
タに複数のガスが同時に混入しないようにするため、回
転弁９には、閉塞部１３を形成してある。

【００３２】この揮発性有機化合物処理装置を用いて、
ＶＯＣ含有ガスを処理する場合に、まず、ＶＯＣ含有ガ
スの発熱量に応じて、蓄熱体６の充填量を適正に調節す
る。蓄熱体６の充填量は、触媒層３の耐熱温度と蓄熱式
熱交換器の放熱量とによって決まる。すなわち、触媒層
３の耐熱温度以下でＶＯＣ含有ガス分解時の発熱量と放
熱量とがバランスするように蓄熱体６を充填する。

【００３３】このように適正化された揮発性有機化合物
処理装置では、起動時に外部から熱を供給するだけで、
ＶＯＣ含有ガスが持つ発熱量で連続運転が可能となる
か、または、若干の補助燃料を投入すれば連続運転が可
能となる。

【００３４】図２は、本発明による揮発性有機化合物処
理装置における運転時の触媒層３の温度，最高触媒温度
Ｔcmax，最低触媒温度Ｔcmin，処理済みガス温度，被処
理ガス(ＶＯＣ含有ガス)温度，蓄熱層２０の分配器１８
側の温度の関係を示すタイムチャートである。

【００３５】図２に示すように、ＶＯＣ含有ガスの濃度
は、必ずしも一定に安定しているとは限らず、場合によ
っては高濃度のＶＯＣ含有ガスが急激に流れることもあ
る。

【００３６】この場合、触媒層３入口での反応により温
度が上がり、反応速度が上昇し、触媒層３の上流側で局
所的なヒートスポットが生じ、触媒層３の熱劣化または
焼損の危険があった。

【００３７】そこで、触媒層３の温度を耐熱温度以上に
上げないように制御することは、この種の揮発性有機化
合物処理装置で最も重要なことである。

【００３８】

【制御方法の実施例１】図３は、本発明による揮発性有
機化合物処理装置の制御方法の実施例１の処理手順を示
すフローチャートである。

【００３９】ステップ１０では、触媒温度検出器４によ
り触媒温度Ｔcを計測する。ステップ２０では、図１に
は温度検出器を示していないが、分配器の固定弁８，回
転弁９を含む分配器１８を通過するガスの平均温度Ｔd
を計測する。ステップ３０では、触媒層３の耐熱温度よ
りも所定値だけ低い触媒上限基準温度Ｔccを触媒温度Ｔ
cが越えたか否かを判定する。越えていなければ、ステ
ップ５０で、分配器１８の耐熱温度より所定値だけ低い
分配器の上限基準温度Ｔdcを分配器１８の通過ガス平均
温度Ｔdが越えたか否かを判定する。越えていなけれ
ば、ステップ６０で、炉１の熱源（バーナ）２により供
給熱量Ｓを調節し温度を制御する通常運転を継続する。
なお、この場合は、ステップ７０で、希釈空気をＱdを
取り込むことはない。一方、ステップ３０で触媒層３の
温度Ｔcが触媒層３の耐熱温度より所定値だけ低い触媒
上限基準温度Ｔccを越えたときまたはステップ５０で特
に分配器１８の弁８，９の通過ガス平均温度Ｔdが分配
器１８の弁８，９の耐熱温度より所定値だけ低い分配器
の上限基準温度Ｔdcを越えたときに、ステップ９０で、
炉１のバーナ２による熱量Ｓの供給動作を停止させると
ともに、パージガスの量ＱpをδＱpだけ増量する。

【００４０】図４は、従来の分配器１８の回転弁９の回
転数制御方法を採用した場合の被処理ガス発熱量，触媒
層温度，処理ガス温度の推移を示すタイムチャートであ
る。触媒層３の温度をその耐熱温度以上に上げないため
に、分配器１８の回転弁９の回転を遅くさせる方法が提
案されているが、この方法は必ずしも得策ではない。

【００４１】例えば、定常状態では、蓄熱層２０内の個
々の触媒層３や蓄熱体６の温度は、回転弁９の回転周期
に応じて、規則的に変動しているが、回転を遅くする
と、蓄熱層２０の温度の周期変動の低温側の最低温度Ｔ
cminが下がり、排気温度が上昇して、放熱が促進され
る。

【００４２】しかし、図４に示すように、蓄熱層２０の
炉１の側すなわち高温側の最高温度Ｔcmaxは、あまり低
下しない。

【００４３】ＶＯＣ含有ガス濃度が緩やかに小さく変動
する場合は、分配器１８の回転弁９の回転数を制御して
も十分対応できるが、ＶＯＣ含有ガス濃度が大きく変動
する場合は、触媒を焼損させる原因になる。高濃度のＶ
ＯＣ含有ガスが急激に流入したときに、回転弁９の回転
を遅くすると、触媒層３の温度の上昇を助長する。

【００４４】また、蓄熱層２０での温度変動における高
温と低温との温度差が大きくなり、蓄熱体６の熱衝撃や
回転弁９の熱衝撃により、シール部の耐久性の低下につ
ながる。

【００４５】図５は、図３の本発明によるパージ空気増
量制御方法および希釈空気制御方法を採用した場合の被
処理ガス発熱量，触媒層温度，処理ガス温度の推移を示
すタイムチャートである。

【００４６】本発明においては、触媒層３における反応
を上流端から下流端にかけてできるだけ均等に進行させ
ながら、炉１内の熱を外部に排出するため、触媒層３の
温度Ｔcを検出し、触媒層３のこの温度Ｔcが触媒層３の
耐熱温度より所定値だけ低い(すなわち耐熱温度に対し
て余裕を持った)触媒上限基準温度Ｔccを越えたとき、
パージ空気量ＱpをδＱpだけ増量し冷却する。なお、炉
１の温度と触媒層３の温度の下降に対応して、排気温度
が上昇する。

【００４７】このように、パージ空気量ＱpをδＱpだけ
増量し冷却すると、触媒層３を冷却し触媒層３の上流端
での局所燃焼を避け、流れ方向にできるだけ均等に反応
させ、触媒層３の局所的な温度上昇を抑制できる。

【００４８】本発明の制御方法によれば、図４に示した
従来の回転数制御と比べて、排気の急激な温度上昇を避
けながら、炉１内の温度を短時間に下降させることが可
能となる。したがって、蓄熱体６への熱衝撃や回転弁９
への熱衝撃が緩和され、結果として、揮発性有機化合物
処理装置の耐久性が向上する。

【００４９】

【実施形態１の実験例】揮発性有機化合物処理装置の制
御因子として、熱源の供給熱量Ｓ，パージ空気量Ｑp，
ＶＯＣ含有ガスの希釈空気Ｑdの３つにより、触媒層３
の温度Ｔcを耐熱温度Ｔcc以下、分配器でのガス温度Ｔd
を基準温度Ｔdc以下に制御する。

【００５０】蓄熱層２０の蓄熱／触媒室を８室，各室の
断面形状を１５０ｍｍ角，高さ５５０ｍｍとし、その上
部に３０ｍｍの加熱バーナ付きヘッダを設けた。蓄熱／
触媒室にガスを分配するために分配器１８を設置した。
蓄熱／触媒室にコーディエライト(cordierite)ハニカム
製蓄熱体６を充填し、その上部側に同じ基材に貴金属を
担持した触媒を充填した。触媒の耐熱温度は、５５０℃
である。

【００５１】この揮発性有機化合物処理装置に、トルエ
ン１００ｐｐｍを含有するＶＯＣ含有ガスを毎分５立方
メートル投入し、パージ空気量Ｑpを毎分０.２立方メー
トルにするとともに、回転弁を１ｒｐｍで回転させ、触
媒層反応温度を３５０℃に制御しながら運転した。

【００５２】その結果、揮発性有機化合物処理装置の性
能は、浄化率９８％以上，熱回収率９５％以上となり、
圧力損失は２００〜２５０ｍｍＡｑで、圧力変動は５０
ｍｍＡｑ程度に抑えることができた。

【００５３】この定常運転状態で、５００ｐｐｍのトル
エンをステップ的に投入した。この投入に応答して、触
媒層の最高温度が、しきい値Ｔcc＝４５０℃を越えた。
この瞬間に助燃バーナが停止し、炉内温度３５０℃に対
して、３７０℃になった時点でバーナが停止したので、
パージ空気量Ｑｐを０.２ｍ^３／ｍｉｎから１ｍ^３／ｍ
ｉｎに増やした。

【００５４】それに対応して触媒層の温度が、最高４８
０℃を境に降下し、４００℃以下に落ち着いた。排気温
度は、逆に８０℃程度に上昇した。この時の圧損は、３
００〜３５０ｍｍＡｑであった。

【００５５】２分間の異常濃度の後、定格１００ｐｐｍ
に再び戻り、炉内温度が３５０℃を切り始めた。この瞬
間に、助燃バーナが再起動し、パージ空気が定格量に戻
り、定常運転に戻った。

【００５６】この結果、約５倍の高カロリーガスが流入
しても、触媒層の温度が触媒の耐熱温度５５０℃を越え
ることなく運転できた。この間、ＶＯＣの分解率は若干
低下したが、９０％以上を維持した。

【００５７】

【比較例】実験例と同じ条件で、１５００ｐｐｍのトル
エンを投入し、触媒温度が５００℃を越えたときに、分
配器１８の回転弁９の回転数を１ｒｐｍから０.５ｒｐ
ｍに遅くした。その結果、触媒層３の温度変動の高温側
が６００℃以上に上昇し、低温側は３００℃まで下降し
た。また、これに応じて、分配器１８側の温度も最高２
５０℃まで上昇し、回転弁９自体が大きな熱ひずみを受
けたことを観測した。すなわち、触媒層３の熱劣化と分
配器の回転弁９のパッキンの熱劣化とが見られた。

【００５８】

【制御方法の実施例２】図６は、本発明による揮発性有
機化合物処理装置の制御方法の実施例２の処理手順を示
すフローチャートである。

【００５９】ステップ１０では、触媒温度検出器４によ
り触媒温度Ｔcを計測する。ステップ２０では、図１に
は温度検出器を示していないが、分配器の固定弁８，回
転弁９を含む分配器１８を通過するガスの平均温度Ｔd
を計測する。ステップ４０では、触媒層３の耐熱温度よ
りも第１所定値だけ低い触媒第１上限基準温度Ｔcclを
触媒温度Ｔcが越えたか否かを判定する。越えていなけ
れば、ステップ５０で、分配器１８の耐熱温度より所定
値だけ低い分配器１８の上限基準温度Ｔdcを分配器１８
の通過ガス平均温度Ｔdが越えたか否かを判定する。越
えていなければ、ステップ６０で、炉１の熱源（バー
ナ）２により供給熱量Ｓを調節し温度を制御する通常運
転を継続する。なお、この場合は、ステップ７０で、希
釈空気をＱdを取り込むことはない。一方、ステップ４
０で触媒層３の温度Ｔcが触媒層３の耐熱温度より第１
所定値だけ低い触媒第１上限基準温度Ｔcclを越えたと
きまたはステップ５０で特に分配器１８の弁８，９の通
過ガス平均温度Ｔdが分配器１８の弁８，９の耐熱温度
より所定値だけ低い分配器１８の上限基準温度Ｔdcを越
えたときに、ステップ８０で、触媒層３の耐熱温度より
も第２所定値だけ低い触媒第２上限基準温度Ｔcchを触
媒温度Ｔcが越えたか否かを判定する。越えていなけれ
ば、ステップ９０で、炉１のバーナ２による熱量Ｓの供
給動作を停止させるとともに、パージガスの量Ｑpをδ
Ｑpだけ増量する。ステップ８０で、触媒層３の耐熱温
度よりも第２所定値だけ低い触媒第２上限基準温度Ｔcc
hを触媒温度Ｔcが越えていれば、ステップ１００で、炉
１のバーナ２による熱量Ｓの供給動作を停止させるとと
もに、パージガスの量ＱpをδＱpだけ増量し、さらに、
ＶＯＣ含有ガスの供給口１５に希釈空気Ｑdを投入す
る。

【００６０】本実施例２では、上記実施例１において、
パージガスを増量しても触媒層３の温度が更に上昇する
ような場合に、そのパージガスの一部をＶＯＣ含有ガス
に合流させ、ＶＯＣ含有ガス自体の濃度を予め希釈し、
ガス量を増やすので、より柔軟な制御を実行でき、冷却
効果が一層高められる。

【００６１】

【実施形態２の実験例】揮発性有機化合物処理装置の制
御因子として、熱源の供給熱量Ｓ，パージ空気量Ｑp，
ＶＯＣ含有ガスの希釈空気Ｑdの３つにより、触媒層３
の温度Ｔcを耐熱温度Ｔcc以下、分配器でのガス温度Ｔd
を基準温度Ｔdc以下に制御する。

【００６２】蓄熱層２０の蓄熱／触媒室を８室，各室の
断面形状を１５０ｍｍ角，高さ５５０ｍｍとし、その上
部に３０ｍｍの加熱バーナ付きヘッダを設けた。蓄熱／
触媒室にガスを分配するために分配器１８を設置した。
蓄熱／触媒室にコーディエライト(cordierite)ハニカム
製蓄熱体６を充填し、その上部側に同じ基材に貴金属を
担持した触媒を充填した。触媒の耐熱温度は、５５０℃
である。

【００６３】この揮発性有機化合物処理装置に、トルエ
ン１００ｐｐｍを含有するＶＯＣ含有ガスを毎分５立方
メートル投入し、パージ空気量Ｑpを毎分０.２立方メー
トルにするとともに、回転弁を１ｒｐｍで回転させ、触
媒層反応温度を３５０℃に制御しながら運転した。

【００６４】その結果、揮発性有機化合物処理装置の性
能は、浄化率９８％以上，熱回収率９５％以上となり、
圧力損失は２００〜２５０ｍｍＡｑで、圧力変動は５０
ｍｍＡｑ程度に抑えることができた。

【００６５】この定常運転状態で、７００ｐｐｍのトル
エンをステップ的に投入した。この投入に応答して、触
媒層の最高温度Ｔcが、しきい値Ｔccl：４５０℃を越え
た。この瞬間に助燃バーナが停止し、炉内温度３５０℃
に対して、３７０℃になった時点でバーナが停止したの
で、パージ空気量Ｑｐを０.２ｍ^３／ｍｉｎから１ｍ ^３
／ｍｉｎに増やした。

【００６６】それでも触媒層温度Ｔcが上昇し、Ｔcch＝
５００℃を越えた。この時点でパージ空気の８０％を希
釈空気Ｑｄに送り、パージ空気量Ｑｐを標準の値０.２
ｍ^３／ｍｉｎに戻した。

【００６７】その結果、触媒層の温度が、最高５３０℃
を境に降下し、４００℃以下に落ち着いた。排気温度
は、逆に８０℃程度に上昇した。この時の圧損は、３０
０〜３５０ｍｍＡｑであった。

【００６８】２分間の異常濃度の後、再び定格の１００
ｐｐｍに戻り、炉内温度が３５０℃を切り始めた。この
瞬間に、助燃バーナが再起動し、パージ空気が定格量に
戻り、定常運転に戻った。

【００６９】この結果、約７倍の高カロリーガスが流入
しても、触媒層の温度が触媒の耐熱温度Ｔｃ＝５５０℃
を越えることなく運転できた。この間、ＶＯＣの分解率
は若干低下したが、９０％以上を維持した。

【００７０】

【発明の効果】本発明によれば、被処理ガス(ＶＯＣ含
有ガス)中のＶＯＣ含有ガス濃度の単発的な高濃度化に
対する触媒の過昇温を防止し、触媒を長寿命化できる。
また、放熱時の分配器側の温度上昇も抑制されるので、
分配器の回転弁のシール部を長寿命化できる。さらに、
蓄熱体における高温時と低温時との温度差も緩和される
から、蓄熱体への熱衝撃も少なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によりＶＯＣ含有ガスを燃焼処理してそ
の熱を蓄熱式熱交換器で再生する触媒燃焼／蓄熱方式の
揮発性有機化合物処理装置の系統構成を示す図である。

【図２】本発明による揮発性有機化合物処理装置におけ
る運転時の触媒の温度，最高触媒温度Ｔcmax，最低触媒
温度Ｔcmin，処理済みガス温度，被処理ガス(ＶＯＣ含
有ガス)温度，蓄熱層の分配器側の温度の関係を示すタ
イムチャートである。

【図３】本発明による揮発性有機化合物処理装置の制御
方法の実施例１の処理手順を示すフローチャートであ
る。

【図４】従来の分配器の回転弁の回転数制御方法を採用
した場合の被処理ガス発熱量，触媒層温度，処理ガス温
度の推移を示すタイムチャートである。

【図５】図３の本発明によるパージ空気増量制御方法お
よび希釈空気制御方法を採用した場合の被処理ガス発熱
量，触媒層温度，処理ガス温度の推移を示すタイムチャ
ートである。

【図６】本発明による揮発性有機化合物処理装置の制御
方法の実施例２の処理手順を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１ 炉 ２ 熱源(バーナ) ３ 触媒層 ４ 触媒温度検出器 ５ 炉内温度制御用温度検出器 ６ 蓄熱体 ７ 分配器・蓄熱層連絡マニホールド ８ 分配器の固定弁 ９ 分配器の回転弁 １０ 処理済みガス通過孔 １１ 被処理ガス(ＶＯＣ含有ガス)通過孔 １２ パージ空気(希釈空気)通過孔 １３ 閉塞部 １４ 分配器のガスヘッダ １５ 被処理ガス(ＶＯＣ含有ガス)供給口 １６ 処理済みガス排気流路 １７ パージ空気(希釈空気)通過孔 １８ 分配器 １９ マニホールド ２０ 蓄熱層 ２１ パージ空気(希釈空気)流量制御用ダンパ ２２ ＶＯＣ含有ガス希釈用空気弁 ２３ ＶＯＣ含有ガス希釈空気供給ライン ２４ ＶＯＣ含有ガス流量制御弁 ２５ ＶＯＣ含有ガス供給用ブロア ２６ パージ空気(希釈空気)用ブロア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芝田 健二 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 伊丹 哲郎 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 上西 真人 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 Ｆターム(参考） 3K062 AA16 AB01 DA01 DB01 DB30 3K078 AA02 BA10 BA17 CA01 DA21 4D048 AA17 AB01 BA30X BA31X BA32X BA33X BB02 CC25 CC52 CC53 CC54 DA01 DA02 DA03 DA05 DA06 DA13 DA20

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱源を内蔵した炉と、前記炉側に触媒層
   を配置して揮発性有機化合物(ＶＯＣ)含有ガスの流れ方
   向には連結され前記流れを横断する方向には互いに隔離
   された複数の流路を形成している蓄熱体と前記触媒層と
   を含む蓄熱層と、前記蓄熱層に前記ＶＯＣ含有ガス，パ
   ージガス，処理済みガスの３種類のガスを切り替えて順
   次供給し前記蓄熱層，前記炉，前記蓄熱層を通過してき
   た排気ガスを排出する分配器とからなり、前記ＶＯＣ含
   有ガスを触媒燃焼処理して浄化し前記排気ガスの熱を再
   生する揮発性有機化合物処理装置の制御方法において、 前記触媒層の温度Ｔcが前記触媒層の耐熱温度より所定
   値だけ低い触媒上限基準温度Ｔccを越えたときまたは前
   記分配器の通過ガス平均温度Ｔdが前記分配器の耐熱温
   度より所定値だけ低い分配器の上限基準温度Ｔdcを越え
   たときに、前記炉の熱源の熱量供給動作を停止させると
   ともに、前記パージガスの量ＱpをδＱpだけ増量するこ
   とを特徴とする揮発性有機化合物処理装置の制御方法。
2. 【請求項２】 熱源を内蔵した炉と、前記炉側に触媒層
   を配置して揮発性有機化合物(ＶＯＣ)含有ガスの流れ方
   向には連結され前記流れを横断する方向には互いに隔離
   された複数の流路を形成している蓄熱体と前記触媒層と
   を含む蓄熱層と、前記蓄熱層に前記ＶＯＣ含有ガス，パ
   ージガス，処理済みガスの３種類のガスを切り替えて順
   次供給し前記蓄熱層，前記炉，前記蓄熱層を通過してき
   た排気ガスを排出する分配器とからなり、前記ＶＯＣ含
   有ガスを触媒燃焼処理して浄化し前記排気ガスの熱を再
   生する揮発性有機化合物処理装置の制御方法において、 前記触媒層の温度Ｔcが前記触媒層の耐熱温度より第１
   所定値だけ低い触媒第１上限基準温度Ｔcclを越えたと
   きまたは前記分配器の通過ガス平均温度Ｔdが前記分配
   器の耐熱温度より所定値だけ低い分配器の上限基準温度
   Ｔdcを越えたときに、前記炉の熱源の熱量供給動作を停
   止させるとともに、前記パージガスの量ＱpをδＱpだけ
   増量し、 前記触媒層の温度Ｔcが前記触媒層の耐熱温度より第２
   所定値だけ低い触媒第２上限基準温度Ｔcch(Ｔcch＞Ｔc
   cl)を越えたときに、前記ＶＯＣ含有ガスの供給口に希
   釈空気Ｑdを投入することを特徴とする揮発性有機化合
   物処理装置の制御方法。
3. 【請求項３】 熱源を内蔵した炉と、前記炉側に触媒層
   を配置して揮発性有機化合物(ＶＯＣ)含有ガスの流れ方
   向には連結され前記流れを横断する方向には互いに隔離
   された複数の流路を形成している蓄熱体と前記触媒層と
   を含む蓄熱層と、前記蓄熱層に前記ＶＯＣ含有ガス，パ
   ージガス，処理済みガスの３種類のガスを切り替えて順
   次供給し前記蓄熱層，前記炉，前記蓄熱層を通過してき
   た排気ガスを排出する分配器とからなり、前記ＶＯＣ含
   有ガスを触媒燃焼処理して浄化し前記排気ガスの熱を再
   生する揮発性有機化合物処理装置において、 前記分配器に供給される前記パージガスを分岐し前記Ｖ
   ＯＣ含有ガスの供給口側に希釈空気として供給する希釈
   空気供給ラインを設けたことを特徴とする揮発性有機化
   合物処理装置。