JP2004008987A - Treatment device for inflammable volatile organic compound gas, treatment system for the same, and method of treating the same - Google Patents
Treatment device for inflammable volatile organic compound gas, treatment system for the same, and method of treating the same Download PDFInfo
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス中に含まれる可燃性の揮発性有機化合物ガスを効率的に除去、分解する可燃性の揮発性有機化合物ガス処理装置、可燃性の揮発性有機化合物ガス処理システム、可燃性の揮発性有機化合物ガス処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、印刷・塗装工場、化学プラント、食品加工業などでは、ベンゼン、トルエンなどの可燃性の揮発性有機化合物(Volatile Organic Compounds、以下、「VOC」と略すこともある。)が広く用いられてきた。
近年、大気汚染防止法において、VOCの一部が有害大気汚染物質として、優先取得物質、自主管理物質に指定されて以来、工場などから排出される排ガス中に含まれるVOCガスの排出量を排出基準以下に抑えるために、種々のVOCガスの処理方法が考案されている。
【0003】
VOCガスの処理方法としては、排出されたVOCガスを燃焼炉内で直接、燃焼分解する直接燃焼法(特開平11−82879)、排出されたVOCガスを触媒燃焼炉内で燃焼分解する触媒燃焼法(特開平10−267928、特開2001−90931)、排出されたVOCガスを圧縮し、凝縮液化法で回収する凝縮回収法、排出されたVOCガスを活性炭に吸着させて浄化する吸着除去法(特開平7−289843)などが挙げられる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、直接燃焼法では、排ガス中のVOCガスの濃度が800ppm未満の場合、VOCガスの燃焼における燃費が非常に悪く、実用的ではない。また、VOCガスの濃度が爆発下限より高い場合は、防爆対策が必要である。
触媒燃焼法では、排ガス中のVOCガスの濃度が200ppm未満の場合、VOCガスの自己燃焼のみにより触媒燃焼温度を適正な温度範囲に維持することが困難である。また、燃焼温度が500℃を超えると、触媒が劣化することがある。
【0005】
凝縮回収法では、VOCガスの濃度が5000ppmより高くないと、実用的な処理効率が得られない。
吸着除去法では、活性炭に吸着限度があるため、長期間の使用では大量の活性炭を必要とし、活性炭の吸着限度の管理が困難である。
【0006】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、排ガス中に含まれる可燃性の揮発性有機化合物ガスを効率的に除去、分解する可燃性の揮発性有機化合物ガス処理装置、可燃性の揮発性有機化合物ガス処理システム、可燃性の揮発性有機化合物ガス処理方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、排ガスおよび冷却ガスを吸着部内に導入するガス導入部と、排ガス中の可燃性の揮発性有機化合物ガスを吸着する吸着部と、該吸着部内に酸素ガスを置換する置換ガスを供給する置換ガス供給部と、前記吸着部を加熱するとともに、前記吸着部から脱着された可燃性の揮発性有機化合物ガスを燃焼する加熱部と、前記吸着部内の可燃性の揮発性有機化合物ガス濃度、酸素ガス濃度および温度を検知する検知部とを備えた可燃性の揮発性有機化合物ガス処理装置によって解決できる。
前記加熱部は、前記吸着部を加熱する熱交換部と、前記吸着部から脱着された可燃性の揮発性有機化合物ガスを燃焼する燃焼部からなり、かつ、前記吸着部と一体化されていることが好ましい。
前記課題は、上記可燃性の揮発性有機化合物ガス処理装置を少なくとも2つ用いた可燃性の揮発性有機化合物ガス処理システムによって解決できる。
前記課題は、上記可燃性の揮発性有機化合物ガス処理装置を用いた可燃性の揮発性有機化合物ガス処理方法であって、ガス導入部から導入された排ガス中の可燃性の揮発性有機化合物ガスを前記吸着部で吸着除去する吸着過程と、可燃性の揮発性有機化合物ガスを吸着した吸着部内の雰囲気を酸素ガス濃度が8%未満の酸素欠乏雰囲気とする脱着準備過程と、酸素欠乏雰囲気下において、吸着部を加熱して可燃性の揮発性有機化合物ガスを脱着する脱着過程と、脱着された可燃性の揮発性有機化合物ガスを酸素ガス濃度8%以上の有酸素雰囲気中で燃焼させる燃焼過程と、可燃性の揮発性有機化合物ガスの燃焼終了後に吸着部を冷却する冷却過程とを有する可燃性の揮発性有機化合物ガス処理方法によって解決できる。
前記脱着準備過程において、窒素ガス、炭酸ガスおよび酸素を除去した空気のうち少なくとも1種類を前記吸着部内に送入し、酸素ガスを置換することが好ましい。
前記脱着過程において、前記吸着部を加熱する温度を100〜800℃とすることが好ましい。
前記燃焼過程において、前記吸着部から脱着された可燃性の揮発性有機化合物ガスを、前記吸着部から前記燃焼部へ送入し、燃焼分解することが好ましい。
前記燃焼過程において、可燃性の揮発性有機化合物が吸着部から脱着して気化する際の体積膨張、および加熱による可燃性の揮発性有機化合物ガスの体積熱膨張を推力として、前記吸着部から脱着された可燃性の揮発性有機化合物ガスの前記吸着部から前記燃焼部へ送入を行うことが好ましい。
前記燃焼過程において、前記吸着部から脱着された可燃性の揮発性有機化合物ガスの前記吸着部から前記燃焼部への送入を、前記置換ガス供給部から窒素ガス、炭酸ガスおよび酸素を除去した空気のうち少なくとも1種類を、可燃性の揮発性有機化合物ガスの燃焼中に断続的に前記吸着部内に送入するか、もしくは連続的にかつ送入量を減少あるいは増加させつつ送入するか、または、可燃性の揮発性有機化合物ガスの燃焼終了直前に前記吸着部内に送入することによって行うことが好ましい。
上記可燃性の揮発性有機化合物ガス処理方法において、前記吸着部内の可燃性の揮発性有機化合物ガス濃度を検知して、前記吸着過程から前記脱着準備過程への移行を制御し、前記燃焼過程から前記冷却過程への移行を制御し、前記燃焼過程における前記置換ガスの供給を制御することが好ましい。
上記可燃性の揮発性有機化合物ガス処理方法において、前記吸着部内の酸素ガス濃度を検知して、前記脱着準備過程から前記脱着過程への移行を制御することが好ましい。
上記可燃性の揮発性有機化合物ガス処理方法において、前記吸着部の温度を検知して、前記吸着部から可燃性の揮発性有機化合物ガスを脱着する際の前記吸着部の温度を制御することが好ましい。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図1は、本発明の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理装置の一例を模式的に示す概略構成図である。
図1において、符号1は、排ガスおよび冷却ガスを、後述の吸着部2内に導入するガス導入部を示し、矢印は液体および気体の流通方向を示す。このガス導入部1は逆止弁または開閉が制御可能な例えば電磁開閉弁などからなり、直接、吸着部2に接続されている。また、吸着部2には、収納部材(図示略)内に排ガス中の可燃性VOCガスを吸着する顆粒状の吸着材20が充填されており、吸着部2を加熱する熱交換部3と、吸着部2から脱着された可燃性VOCガスを燃焼する燃焼器4aとを備えた燃焼部4とからなる加熱部5と一体に形成されている。また、吸着部2には、この吸着部2内に酸素ガスを置換する置換ガスを供給する置換ガス供給部6が、ガス供給管路7および開閉弁8を介して接続されている。さらに、吸着部2には、燃焼部4の近傍に、吸着部2内の吸着材20から脱着された可燃性VOCガスを燃焼部4へ放出する逆止弁などからなる脱着ガス放出部9が設けられている。そして、吸着部2には、吸着部2で可燃性VOCガスが吸着除去された排ガスを大気中に放出する逆止弁などからなる排ガス放出部10が、この可燃性の揮発性有機化合物ガス処理装置の上部に設けられている。
また、吸着部2には、吸着部2内の可燃性VOCガス濃度、酸素ガス濃度および吸着部2の温度をモニタする検知部11が設けられている。
また、加熱部5の燃焼部4には、燃焼部4で燃焼した可燃性VOCガスを排出する燃焼ガス排出部12が連通するように、設けられている。さらに、燃焼ガス排出部12には、可燃性VOCガスの燃焼ガス中に含まれる硫黄、塩素などの有害物質を中和除去する後処理部13が接続されている。また、加熱部5の燃焼部4には、燃焼部4へ可燃性VOCガスを燃焼させるための燃料を供給する燃料供給部14が、燃料供給管路15を介して接続されている。
そして、この例の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理装置には、上記の各部の動作をモニタし、その動作を制御するシーケンサを有する制御部16が設けられている。
【0009】
また、吸着部2と加熱部5は一体に形成されたチャンバ17からなり、チャンバ17の外形形状は、例えば、図1および図2(a)、(b)に示すように円柱状となっている。この例のチャンバ17では、中央に燃焼ガス排出部12が配置され、これと中心軸を同じくする吸着部2および熱交換部3が設けられている。熱交換部3は、図2に示すように、吸着部2の間に設けられ、チャンバ17の長手方向に、吸着部2とほぼ同じ長さで形成されている。熱交換部3の長手方向の長さを、吸着部2の長手方向の長さとほぼ同じとすることにより、熱交換部3による吸着部2の加熱を効率良く行うことができる。さらに、熱交換部3は、図2(a)に示すように円環状に形成されていても、図2(b)に示すように複数の円管から構成されていてもよく、熱交換部3の数、大きさなどは、吸着部2の大きさ、熱効率などを考慮して、適宜設定される。また、熱交換部3は、熱伝導性の金属部品や抵抗型電熱器、誘導コイル型電熱器などで形成されている。
そして、燃焼部4は、チャンバ17の下部に設けられており、吸着部2の下部に設けられた脱着ガス放出部9から放出される可燃性VOCガスを、効率良く燃焼できるようになっている。また、燃焼部4内に備えられた燃焼器4aとしては、燃焼式バーナ、抵抗型電熱器、誘導コイル型電熱器、あるいはこれらを組み合せたものなどが用いられるが、この例では、燃焼式バーナを例示する。
【0010】
また、燃焼ガス排出部12は、チャンバ17の中心部に、その上端部12aがチャンバ17の上面17aから突出するように設けられた円筒形状のものである。このようにすれば、可燃性VOCガスの燃焼ガスの装置外への排出を効率良く行うことができる。さらに、燃焼ガス排出部12は、燃焼部4と連通されており、燃焼部4で燃焼した可燃性VOCガスの排出を効率良く行うことができるようになっている。
なお、ここでは、各部の長手方向と垂直な断面形状が円形のチャンバ17、および長手方向と垂直な断面形状が円形の燃焼ガス排出部12を例示したが、本発明の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理装置にあっては、チャンバ17または燃焼ガス排出部12の長手方向と垂直な断面形状は、四角形状、矩形状などであってもよい。
【0011】
吸着部2の収納部材内に充填される顆粒状の吸着材20としては、排ガス中の可燃性VOCガスを選択的に吸着することができる活性炭、ゼオライト、あるいは、撥水性および/または親油性セラミックの焼結体などの多孔質材が挙げられる。吸着材20は、球形、円柱形、樽形、棒状となっているのが望ましいが、不定形のものでもよい。
吸着材20は、その自重に応じた量の可燃性VOCを吸着することが可能である。したがって、想定される可燃性VOCガスの一回分の処理量に応じて、適宜、吸着材20の使用量を決定すればよい。
【0012】
なお、吸着部2は、上記のように顆粒状の吸着材20が収納部材内に充填されたものに限らず、上記の多孔質体を膜状、板状、格子状などに形成したものであってもよい。
このような膜状、板状、格子状の吸着部2の大きさは、想定される可燃性VOCガスの一回分の処理量に応じて適宜決定される。
【0013】
以下、本発明の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理装置の動作を説明しながら、本発明の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理方法について説明する。
まず、印刷・塗装工場、化学プラント、食品加工工場などから排出された、可燃性VOCガスを含む排ガスを、ガス導入管路19およびガス導入部1を介して、吸着部2内に送入する。このとき、吸着部2内に送入する前に、あらかじめ、可燃性VOCガスを含む排ガスを、常温(40℃以下)程度に冷却しておくことが好ましい。ガス導入部1は、排ガスを吸着部2内に導入するときには開放し、排ガスを導入しないときには閉じている。
次いで、吸着部2内に送入された排ガスが吸着部2内の吸着材20に接触すると、排ガス中の可燃性VOCガスが、吸着材20に選択的に吸着されて、除去される(吸着過程)。この吸着過程において、可燃性VOCガスが吸着除去された排ガスは、排ガス放出部10から大気中に放出される。排ガス放出部10は、排ガスを大気中に放出するときに開放し、排ガスを放出しないときには閉じている。この吸着過程において、可燃性VOCガスを含む排ガスの吸着部内への送入と、可燃性VOCガスが吸着除去された排ガスの放出を繰り返して、吸着部2の吸着材20に、可燃性VOCガスを吸着限界まで吸着させる。
さらに、吸着過程では、吸着部2内の可燃性VOCガスの濃度を検知部11によってモニタし、吸着材20が可燃性VOCガスを吸着限界まで吸着したか判定する。
【0014】
次いで、吸着部2の吸着材20が可燃性VOCガスを吸着限界まで吸着した後、置換ガス供給部6から、ガス供給管路7および開閉弁8を介して、吸着部2内に、吸着部2内の酸素ガスを置換する置換ガスを供給して、吸着部2内の雰囲気を酸素ガス濃度が低くされた酸素欠乏雰囲気とする(脱着準備過程)。このとき、吸着部2内の雰囲気中の酸素ガス濃度を8体積%未満とし、好ましくは5体積%未満とする。吸着部2内の雰囲気中の酸素ガス濃度が8体積%以上では、吸着部2内の可燃性VOCガスが爆発下限を超えた場合、静電気などで可燃性VOCガスが爆発するおそれがある。このように、吸着部2内の雰囲気中の酸素ガス濃度を8体積%未満とすれば、爆発の危険を回避できるため、後段の脱着過程において、高温、高濃度の状態で可燃性VOCガスを脱着することができる。
また、置換ガス供給部6から吸着部2内に供給される置換ガスとしては、窒素ガス、炭酸ガスおよび酸素を除去した空気などの不活性なガスのうち少なくとも1種類を用いることが好ましい。これらの置換ガスを、酸素ガスと置換することにより、吸着部2内の可燃性VOCガスが爆発することを防止することができる。さらに、置換ガスの温度、流量および流速は、吸着材20に吸着された可燃性VOCガスが揮発しない程度に、適宜設定される。
【0015】
次いで、上述の酸素欠乏雰囲気下において、吸着部2内の吸着材20を熱交換部3で直接加熱して、吸着材20に吸着されている可燃性VOCガスを脱着する(脱着過程)。この脱着過程において、吸着部2の温度を検知部11で検知して、吸着部2から可燃性VOCガスを脱着する際の吸着部2の温度を、制御部16で制御する。このように、吸着部2の温度を検知部11で直接測定することにより、後述のように、吸着部2の温度が低過ぎるか、あるいは高過ぎることによって生じる不具合を防止することができる。また、この脱着過程において、吸着部2内の吸着材20を加熱する温度を好ましくは100〜800℃とし、特に好ましくは300〜600℃とする。吸着材20を加熱する温度を上記範囲とすれば、吸着材20から可燃性VOCガスを高濃度で、短時間に脱着することができる。
吸着材20を加熱する温度が100℃未満では、可燃性VOCガスを脱着するのに要する時間が長くなり、吸着材20に吸着された可燃性VOCガスを完全に脱着できなくなるなど、脱着の効率が十分ではなくなる場合がある。吸着材20を加熱する温度が800℃を超えると、吸着材20が熱劣化するおそれと、加温エネルギーの負荷が大きくなり不利である。
【0016】
次いで、吸着部2から脱着された可燃性VOCガスを、吸着部2から脱着ガス放出部9を介して燃焼部4へ送入し、燃焼部4内の雰囲気を、酸素ガス濃度が8体積%以上、好ましくは15体積%以上の有酸素雰囲気とし、この可燃性VOCガスを燃焼部4に備えられている燃焼式バーナからなる燃焼器4aで燃焼し、分解する(燃焼過程)。このとき、燃焼器4aには、燃料供給部14から燃料供給管路15を介して、可燃性VOCガスを燃焼するための燃料が供給される。
この燃焼過程において、燃焼部4内の雰囲気中の酸素ガス濃度が8体積%未満では、可燃性VOCガス濃度の燃焼効率が悪くなり、不完全燃焼となる。
【0017】
また、この燃焼過程において、可燃性VOCが吸着部2から脱着されて気化する際の体積膨張、および加熱による可燃性VOCガスの体積熱膨張を推力として、吸着部2から脱着された可燃性VOCガスの吸着部2から燃焼部4へ送入を行う。
このように可燃性VOCの体積熱膨張を推力とすれば、逆止弁などからなる脱着ガス放出部9を開放するだけで、可燃性VOCガスが吸着部2から燃焼部4へと自動的に送入される。
【0018】
さらに、この燃焼過程において、吸着部2から脱着された可燃性VOCガスの吸着部2から燃焼部4へ送入を、置換ガス供給部6から窒素ガス、炭酸ガス、酸素を除去した空気のうち少なくとも1種類を、可燃性VOCガスの燃焼中に断続的に吸着部2内に送入するか、または、可燃性VOCガスの燃焼終了直前に吸着部2内に送入することによって行ってもよい。このとき、置換ガスの流量および流速は、可燃性VOCガスの量、燃焼部4における燃焼効率などを考慮して、適宜設定される。
この方法によれば、置換ガスの送入により、強制的に可燃性VOCガスが吸着部2から燃焼部4へと送入されるから、可燃性VOCの体積熱膨張のみを推力とした場合よりも、効率良く送入される。さらに、吸着材20から脱着された可燃性VOCガスを吸着部2内に残留することなく、燃焼部4に送入することができる。
【0019】
次いで、可燃性VOCガスの燃焼ガスを、燃焼ガス排出部12を経由して、後処理部13内に送入し、この燃焼ガス中に含まれている硫黄、塩素などの有害物質を、吸収、吸着または中和して除去する(後処理過程)。次いで、後処理部13で、硫黄、塩素などの有害物質が除去されて無害化された燃焼ガスは、後処理部13から、大気中へと放出される。
この後処理過程において、硫黄、塩素などの有害物質を、吸収、吸着または中和する処理剤としては、例えば、亜硫酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、炭酸カルシウム、石灰、アンモニア、苛性ソーダ、アルカリイオン水、水などの中から選択される1種または2種以上を含むアルカリ性イオン水などが用いられる。
【0020】
また、可燃性VOCガスの燃焼終了後に、ガス導入部1から吸着部2内に冷却ガスを送入し、吸着部2内の吸着材20を冷却する(冷却過程)。冷却ガスとしては、窒素ガス、炭酸ガス、空気などが用いられる。吸着材20を冷却する温度は、40℃以下となるようにすることが好ましい。
可燃性VOCガスは低温であるほど、吸着され易くなる。そこで、吸着部2から脱着された可燃性VOCガスの燃焼が終了する毎に、吸着部2内の吸着材20を冷却することにより、吸着材20が可燃性VOCガスを吸着する量を多することができる。
【0021】
本発明の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理方法では、吸着部2内の可燃性VOCガス濃度を検知部11で検知して、吸着過程から脱着準備過程への移行、燃焼過程から冷却過程への移行、燃焼過程における置換ガスの供給を制御する。さらに、吸着部2内の酸素ガス濃度を検知部11で検知して、脱着準備過程から脱着過程への移行を制御する。
本発明の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理方法にあっては、吸着部2内の可燃性VOCガス濃度または酸素ガス濃度の検知結果に基づいて、制御部16によって各部の制御を行うことができるから、上記の前段の処理過程から、後段の処理過程への移行を自動で行うことができる。また、吸着部2内の可燃性VOCガス濃度または酸素ガス濃度の検知によって、処理過程が移行するから、各処理過程において処理の完了したことを容易に確認することができる。
【0022】
また、本発明の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理システムは、本発明の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理装置と同様の構造を有するガス処理装置を少なくとも2つ組み合わされてなるものである。
図3は、本発明の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理システムの一例を模式的に示す図である。
この例では、可燃性の揮発性有機化合物ガス処理システムが、本発明の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理装置と同様の構造を有するがガス処理装置が2つ組み合わされたものとする。
【0023】
この例の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理システムは、可燃性VOCガスを吸着および脱着する第1の吸脱着塔21、第2の吸脱着塔22と、これらのそれぞれに一体に設けられた加熱部23、24と、加熱部23、24に燃料を供給する燃料供給部25と、第1の吸脱着塔21内および第2の吸脱着塔22内に酸素ガスと置換する不活性ガスを供給する不活性ガス供給部26と、これら各部の動作をモニタし、その動作を制御する制御部27とから概略構成されている。
【0024】
次に、この例の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理システムの動作例を説明する。
この例では、第1の吸脱着塔21が排ガス中の可燃性VOCガスを吸着する処理を行う状態(吸着モード)であり、第2の吸脱着塔22が、この吸脱着塔内に備えられた吸着部に吸着された可燃性VOCガスを脱着、燃焼する処理を行う状態(脱着、燃焼モード)である。
【0025】
(吸着モード)
まず、吸着モードの第1の吸脱着塔21において、バルブ28を開放し、可燃性VOCガスを含む排ガスを、第1の吸脱着塔21内の吸着部へ送入する。このとき、第1の吸脱着塔21と不活性ガス供給部26と連結する配管に設けられたバルブ29は閉じておく。
次いで、可燃性VOCガスが吸着除去された排ガスは、第1の吸脱着塔21から、連絡管30を介して、加熱部23に送入され、ここから大気中に放出される。このとき、燃料供給バルブ31は閉じており、燃料供給25から加熱部23への燃料の供給は行われずに、加熱部23内に備えられた燃焼式バーナは休止している。
【0026】
(脱着、燃焼モード)
まず、第2の吸脱着塔22内の吸着部に備えられた吸着材が、吸着限界まで可燃性VOCガスを吸着したら、バルブ32を閉じて、可燃性VOCガスを含む排ガスの第2の吸脱着塔22内への送入を停止する。
次いで、第2の吸脱着塔22と不活性ガス供給部26と連結する配管に設けられたバルブ33を開放し、第2の吸脱着塔22の吸着部内の雰囲気中の酸素ガス濃度が8体積%未満となるまで、不活性ガス供給部26から第2の吸脱着塔22の吸着部内に不活性ガスを送入する。
次いで、燃料供給バルブ35を開放して、加熱部23内に備えられた燃焼式バーナを点火し、第2の吸脱着塔22を加熱する。
次いで、加熱された第2の吸脱着塔22の吸着部内に備えられた吸着材から可燃性VOCガスが脱着して、連絡管34を介して加熱部24に送入され、加熱部23内に備えられた燃焼式バーナで燃焼される。
次いで、燃焼処理された可燃性VOCガスの排ガスは、後処理過程によって、硫黄、塩素などの有害物質が除去された後、大気中に放出される
この脱着、燃焼モードにおいては、あらかじめプログラムされた順序にしたがって、バルブ33が制御部27によって自動的に開放され、不活性ガス供給部26から第2の吸脱着塔22内へ不活性ガスが送入される。
次いで、第2の吸脱着塔22の吸着部内の可燃性VOCガス濃度が所定濃度以下になると、燃料供給バルブ35を閉じて、加熱部23内に備えられた燃焼式バーナを停止する。
次いで、バーナ停止後、自然放置もしくは大気送入により冷却し、第2の吸脱着塔22内の温度が40℃未満になったら、吸着モードへ移行する。
【0027】
この例の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理システムを用いた可燃性の揮発性有機化合物ガス処理方法では、第1の吸脱着塔21の吸着部内および第2の吸脱着塔22の吸着部内の可燃性VOCガス濃度、酸素ガス濃度および温度を検知部36、37で検知し、その結果を制御部27でモニタして、各バルブの開閉の制御を行う。これにより、各処理過程における後段の処理過程への移行を自動的に行うことができる上に、上記「吸着モード」から「脱着、燃焼モード」への移行も自動的に行うことができる。さらに、各処理過程において処理の完了したことを容易に確認することができる。
また、上記「吸着モード」と「脱着、燃焼モード」を、第1の吸脱着塔21と第2の吸脱着塔22で交互に実施することで、常時、排ガスに含まれる可燃性VOCガスの処理が可能となり、効率良く可燃性VOCガスの処理することができる。
【0028】
なお、本発明の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理システムにあっては、本発明の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理装置と同様の構造を有するがガス処理装置(この例では、第1の吸脱着塔21、第2の吸脱着塔22。)を、さらに多く(3つ以上)組み合わせて用いれば、より効率良く、排ガスに含まれる可燃性VOCガスの処理を行うことができる。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理装置によれば、吸着部を直近から燃焼部で加熱するため、エネルギー効率を大幅に改善できる。
本発明の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理システムによれば、常時、可燃性VOCガスの処理が可能となる。
本発明の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理方法によれば、可燃性VOCガスを高温、高濃度の状態で脱着を可能とし、脱着時間を短縮できる。その結果、可燃性VOCガスの脱着に要する加熱エネルギーを最小化できる。また、可燃性VOCガスの脱着するための置換ガスの送入量を大幅に削減することができる。さらに、可燃性VOCガスの脱着温度を高温にすることが可能であるから、吸着材に吸着された難揮発性の可燃性VOCまで気化することができるため、その結果として、可燃性VOCガスの吸着量および脱着量を大きく持続できるため、吸着材の使用量を最小化できる。そして、吸着部内のガス濃度を検知することで、一連の処理過程を自動化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理装置の一例を模式的に示す概略構成図である。
【図2】本発明の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理装置を構成するチャンバの構造を示す概略図である。
【図3】本発明の可燃性の揮発性有機化合物ガス処理システムの一例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
1・・・ガス導入部、2・・・吸着部、3・・・熱交換部、4・・・燃焼部、4a・・・燃焼器、5・・・加熱部、6・・・置換ガス供給部、7・・・ガス供給管路、8・・・開閉弁、9・・・脱着ガス放出部、10・・・排ガス放出部、11・・・検知部、12・・・燃焼ガス排出部、13・・・後処理部、14・・・燃料供給部、15・・・燃料供給管路、16・・・制御部、17・・・チャンバ、19・・・ガス導入管路、20・・・吸着材、21・・・第1の吸脱着塔、22・・・第2の吸脱着塔、23,24・・・加熱部、25・・・燃料供給部、26・・・不活性ガス供給部、27・・・制御部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a flammable volatile organic compound gas treatment device that efficiently removes and decomposes flammable volatile organic compound gas contained in exhaust gas, a flammable volatile organic compound gas treatment system, The present invention relates to a method for treating volatile organic compound gas.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In the past, flammable volatile organic compounds (Volatile Organic Compounds, hereinafter sometimes abbreviated as “VOC”) such as benzene and toluene have been widely used in printing / painting plants, chemical plants, food processing industries, and the like. Was.
In recent years, since the Air Pollution Control Law has designated a part of VOCs as harmful air pollutants as priority acquisition substances and self-managed substances, the amount of VOC gas contained in exhaust gas discharged from factories etc. has been released. Various methods of treating VOC gas have been devised in order to keep the level below the standard.
[0003]
As a method of treating the VOC gas, a direct combustion method in which the discharged VOC gas is directly burned and decomposed in a combustion furnace (Japanese Patent Laid-Open No. 11-82879), a catalytic combustion in which the discharged VOC gas is burned and decomposed in a catalytic combustion furnace (JP-A-10-267928, JP-A-2001-90931), a condensed recovery method in which discharged VOC gas is compressed and recovered by a condensed liquefaction method, and an adsorption removal method in which discharged VOC gas is adsorbed on activated carbon and purified. (Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 7-289843).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the direct combustion method, when the concentration of the VOC gas in the exhaust gas is less than 800 ppm, the fuel efficiency in the combustion of the VOC gas is extremely poor and is not practical. If the concentration of the VOC gas is higher than the lower explosion limit, explosion-proof measures are required.
In the catalytic combustion method, when the concentration of the VOC gas in the exhaust gas is less than 200 ppm, it is difficult to maintain the catalytic combustion temperature in an appropriate temperature range only by the self-combustion of the VOC gas. If the combustion temperature exceeds 500 ° C., the catalyst may deteriorate.
[0005]
In the condensation recovery method, unless the concentration of the VOC gas is higher than 5000 ppm, practical treatment efficiency cannot be obtained.
In the adsorption removal method, since activated carbon has an adsorption limit, a long-term use requires a large amount of activated carbon, and it is difficult to control the adsorption limit of activated carbon.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a flammable volatile organic compound gas processing device that efficiently removes and decomposes flammable volatile organic compound gas contained in exhaust gas. An object of the present invention is to provide a system for treating a volatile organic compound gas and a method for treating a flammable volatile organic compound gas.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The object is to provide a gas introduction unit for introducing exhaust gas and cooling gas into an adsorption unit, an adsorption unit for adsorbing flammable volatile organic compound gas in exhaust gas, and a replacement gas for replacing oxygen gas in the adsorption unit. A replacement gas supply unit, a heating unit that heats the adsorption unit and burns the combustible volatile organic compound gas desorbed from the adsorption unit, and a concentration of the combustible volatile organic compound gas in the adsorption unit. A flammable volatile organic compound gas processing apparatus provided with a detector for detecting the concentration and temperature of oxygen gas and temperature.
The heating unit includes a heat exchange unit that heats the adsorption unit and a combustion unit that burns the combustible volatile organic compound gas desorbed from the adsorption unit, and is integrated with the adsorption unit. Is preferred.
The object can be achieved by a flammable volatile organic compound gas processing system using at least two flammable volatile organic compound gas processing apparatuses.
The object is a method for treating a flammable volatile organic compound gas using the apparatus for treating a flammable volatile organic compound gas, wherein the flammable volatile organic compound gas in an exhaust gas introduced from a gas introduction unit is provided. An adsorption step of adsorbing and removing odors in the adsorption section, a desorption preparation step in which the atmosphere in the adsorption section adsorbing the flammable volatile organic compound gas is an oxygen-deficient atmosphere having an oxygen gas concentration of less than 8%, A desorption process of heating the adsorption section to desorb the flammable volatile organic compound gas, and burning the desorbed flammable volatile organic compound gas in an oxygen-containing atmosphere having an oxygen gas concentration of 8% or more. The problem can be solved by a method for treating a flammable volatile organic compound gas having a process and a cooling process of cooling the adsorbing section after completion of burning of the flammable volatile organic compound gas.
In the desorption preparation step, it is preferable that at least one of nitrogen gas, carbon dioxide gas and air from which oxygen has been removed is sent into the adsorption section to replace the oxygen gas.
In the desorption process, it is preferable that a temperature at which the adsorption section is heated is 100 to 800 ° C.
In the combustion process, it is preferable that the combustible volatile organic compound gas desorbed from the adsorbing section is sent from the adsorbing section to the combustion section, and is decomposed by combustion.
In the combustion process, the flammable volatile organic compound is desorbed from the adsorbing section by using the volume expansion when the flammable volatile organic compound is desorbed and vaporized from the adsorbing section and the volumetric thermal expansion of the flammable volatile organic compound gas by heating as a thrust It is preferable that the combustible volatile organic compound gas is sent from the adsorption section to the combustion section.
In the combustion process, the supply of the flammable volatile organic compound gas desorbed from the adsorption section to the combustion section from the adsorption section and the nitrogen gas, carbon dioxide gas, and oxygen were removed from the replacement gas supply section. Whether at least one of the air is intermittently fed into the adsorbing section during the combustion of the flammable volatile organic compound gas, or whether it is fed continuously and with a reduced or increased amount of air Alternatively, it is preferable that the gas is sent into the adsorption section immediately before the end of the combustion of the combustible volatile organic compound gas.
In the method for treating a flammable volatile organic compound gas, the concentration of the flammable volatile organic compound gas in the adsorption section is detected, and a transition from the adsorption step to the desorption preparation step is controlled. It is preferable to control the transition to the cooling process and control the supply of the replacement gas in the combustion process.
In the method for treating a flammable volatile organic compound gas, it is preferable that a transition from the desorption preparation process to the desorption process is controlled by detecting an oxygen gas concentration in the adsorption section.
In the method for treating a flammable volatile organic compound gas, it is possible to detect a temperature of the adsorption section and control a temperature of the adsorption section when desorbing the flammable volatile organic compound gas from the adsorption section. preferable.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing an example of the flammable volatile organic compound gas treatment apparatus of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a gas introduction unit that introduces exhaust gas and cooling gas into an
Further, the
Further, the
Further, the combustible volatile organic compound gas processing apparatus of this example is provided with a
[0009]
The adsorbing
The
[0010]
Further, the combustion
Here, the
[0011]
As the
The adsorbent 20 can adsorb a combustible VOC in an amount corresponding to its own weight. Therefore, the usage amount of the adsorbent 20 may be appropriately determined according to the assumed processing amount of the combustible VOC gas for one time.
[0012]
The adsorbing
The size of the film-shaped, plate-shaped, or lattice-shaped
[0013]
Hereinafter, the method for treating a flammable volatile organic compound gas of the present invention will be described while describing the operation of the flammable volatile organic compound gas treating apparatus of the present invention.
First, exhaust gas containing flammable VOC gas discharged from a printing / painting factory, a chemical plant, a food processing factory, or the like is sent into the
Next, when the exhaust gas sent into the
Further, in the adsorption process, the concentration of the flammable VOC gas in the
[0014]
Next, after the adsorbent 20 of the
As the replacement gas supplied from the replacement gas supply unit 6 into the
[0015]
Next, the adsorbent 20 in the
If the temperature at which the adsorbent 20 is heated is lower than 100 ° C., the time required for desorbing the combustible VOC gas becomes long, and the decombustion VOC gas adsorbed on the adsorbent 20 cannot be completely desorbed. May not be enough. If the temperature at which the adsorbent 20 is heated exceeds 800 ° C., the adsorbent 20 may be thermally degraded, and the load of heating energy is increased, which is disadvantageous.
[0016]
Next, the combustible VOC gas desorbed from the
In this combustion process, if the oxygen gas concentration in the atmosphere in the
[0017]
In this combustion process, the flammable VOC desorbed from the adsorbing
If the volumetric thermal expansion of the flammable VOC is used as the thrust as described above, the flammable VOC gas is automatically transferred from the
[0018]
Further, in this combustion process, the combustible VOC gas desorbed from the adsorbing
According to this method, the flammable VOC gas is forcibly fed from the
[0019]
Next, the combustion gas of the combustible VOC gas is sent into the
In this post-treatment process, as a treating agent for absorbing, adsorbing or neutralizing harmful substances such as sulfur and chlorine, for example, calcium sulfite, calcium silicate, sodium carbonate, sodium bicarbonate, sodium thiosulfate, calcium carbonate, Alkaline ionized water containing one or more selected from lime, ammonia, caustic soda, alkaline ionized water, water and the like is used.
[0020]
Further, after the combustible VOC gas has been burned, a cooling gas is sent from the gas introduction unit 1 into the
The lower the temperature of the combustible VOC gas, the easier it is to be adsorbed. Therefore, every time the combustion of the combustible VOC gas desorbed from the adsorbing
[0021]
In the method for treating a flammable volatile organic compound gas of the present invention, the concentration of the flammable VOC gas in the
In the method for treating a flammable volatile organic compound gas of the present invention, the
[0022]
Further, the flammable volatile organic compound gas processing system of the present invention is obtained by combining at least two gas processing apparatuses having the same structure as the flammable volatile organic compound gas processing apparatus of the present invention. .
FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of the flammable volatile organic compound gas treatment system of the present invention.
In this example, it is assumed that the combustible volatile organic compound gas treatment system has the same structure as the combustible volatile organic compound gas treatment apparatus of the present invention, but two gas treatment apparatuses are combined.
[0023]
The flammable volatile organic compound gas treatment system of this example is provided integrally with a first adsorption /
[0024]
Next, an operation example of the flammable volatile organic compound gas processing system of this example will be described.
In this example, the first adsorption /
[0025]
(Suction mode)
First, in the first adsorption /
Next, the exhaust gas from which the combustible VOC gas has been adsorbed and removed is sent from the first adsorption /
[0026]
(Desorption, combustion mode)
First, when the adsorbent provided in the adsorbing section in the second adsorption /
Next, the
Next, the
Next, the combustible VOC gas is desorbed from the adsorbent provided in the heated adsorption / desorption tower of the second adsorption /
Next, the combustible combustible VOC gas exhaust gas is released into the atmosphere after harmful substances such as sulfur and chlorine are removed by a post-treatment process.
In the desorption / combustion mode, the
Next, when the combustible VOC gas concentration in the adsorption section of the second adsorption /
Next, after the burner is stopped, it is cooled by leaving it naturally or by sending it to the atmosphere. When the temperature in the second adsorption /
[0027]
In the flammable volatile organic compound gas treatment method using the flammable volatile organic compound gas treatment system of this example, in the adsorption section of the first adsorption /
Further, by alternately performing the “adsorption mode” and the “desorption / combustion mode” in the first adsorption /
[0028]
The flammable volatile organic compound gas processing system of the present invention has the same structure as the flammable volatile organic compound gas processing apparatus of the present invention. When more (three or more) adsorption / desorption towers 21 and second adsorption / desorption towers 22 are used in combination, the combustible VOC gas contained in the exhaust gas can be more efficiently processed.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, according to the flammable volatile organic compound gas treatment apparatus of the present invention, since the adsorption section is heated by the combustion section from the most recent position, the energy efficiency can be greatly improved.
According to the flammable volatile organic compound gas processing system of the present invention, flammable VOC gas can always be processed.
According to the method for treating a flammable volatile organic compound gas of the present invention, the flammable VOC gas can be desorbed at a high temperature and a high concentration, and the desorption time can be reduced. As a result, the heating energy required for desorbing the combustible VOC gas can be minimized. In addition, the amount of replacement gas supplied for desorbing the combustible VOC gas can be greatly reduced. Furthermore, since the desorption temperature of the flammable VOC gas can be increased, it is possible to vaporize even the hardly volatile flammable VOC adsorbed on the adsorbent. As a result, the flammable VOC gas Since the amount of adsorption and the amount of desorption can be largely maintained, the amount of adsorbent used can be minimized. Then, by detecting the gas concentration in the adsorption section, a series of processing steps can be automated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing one example of a combustible volatile organic compound gas treatment apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a structure of a chamber constituting a combustible volatile organic compound gas treating apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of a combustible volatile organic compound gas treatment system according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas introduction part, 2 ... Adsorption part, 3 ... Heat exchange part, 4 ... Combustion part, 4a ... Combustor, 5 ... Heating part, 6 ... Replacement gas Supply unit, 7: gas supply line, 8: on-off valve, 9: desorbed gas discharge unit, 10: exhaust gas discharge unit, 11: detection unit, 12: combustion gas discharge Unit, 13 post-processing unit, 14 fuel supply unit, 15 fuel supply line, 16 control unit, 17 chamber, 19 gas introduction line, 20 ... adsorbent, 21 ... first adsorption / desorption tower, 22 ... second adsorption / desorption tower, 23, 24 ... heating unit, 25 ... fuel supply unit, 26 ... Active gas supply unit, 27 ... control unit
Claims (12)
ガス導入部から導入された排ガス中の可燃性の揮発性有機化合物ガスを前記吸着部で吸着除去する吸着過程と、可燃性の揮発性有機化合物ガスを吸着した吸着部内の雰囲気を酸素ガス濃度が8%未満の酸素欠乏雰囲気とする脱着準備過程と、酸素欠乏雰囲気下において、吸着部を加熱して可燃性の揮発性有機化合物ガスを脱着する脱着過程と、脱着された可燃性の揮発性有機化合物ガスを酸素ガス濃度8%以上の有酸素雰囲気中で燃焼させる燃焼過程と、可燃性の揮発性有機化合物ガスの燃焼終了後に吸着部を冷却する冷却過程とを有することを特徴とする可燃性の揮発性有機化合物ガス処理方法。A method for treating a flammable volatile organic compound gas using the apparatus for treating a flammable volatile organic compound gas according to claim 1 or 2,
The adsorption process in which the combustible volatile organic compound gas in the exhaust gas introduced from the gas introduction unit is adsorbed and removed by the adsorption unit, and the atmosphere in the adsorption unit in which the combustible volatile organic compound gas is adsorbed have an oxygen gas concentration of A desorption preparation process in which the oxygen-deficient atmosphere is less than 8%, a desorption process in which the adsorbing section is heated in the oxygen-deficient atmosphere to desorb the flammable volatile organic compound gas, and a desorbed flammable volatile organic compound. A flammable fuel characterized by having a combustion process in which a compound gas is burned in an oxygen atmosphere having an oxygen gas concentration of 8% or more, and a cooling process in which an adsorbing section is cooled after the burning of the flammable volatile organic compound gas. Method for treating volatile organic compound gas.
前記吸着部内の可燃性の揮発性有機化合物ガス濃度を検知して、前記吸着過程から前記脱着準備過程への移行を制御し、前記燃焼過程から前記冷却過程への移行を制御し、前記燃焼過程における前記置換ガスの供給を制御することを特徴とする可燃性の揮発性有機化合物ガス処理方法。The method for treating a flammable volatile organic compound gas according to any one of claims 4 to 9,
Detecting the concentration of the flammable volatile organic compound gas in the adsorption section, controlling the transition from the adsorption step to the desorption preparation step, controlling the transition from the combustion step to the cooling step, Controlling the supply of the replacement gas in the step (a).
前記吸着部内の酸素ガス濃度を検知して、前記脱着準備過程から前記脱着過程への移行を制御することを特徴とする可燃性の揮発性有機化合物ガス処理方法。The method for treating a flammable volatile organic compound gas according to any one of claims 4 to 9,
A method for treating a flammable volatile organic compound gas, comprising detecting a concentration of oxygen gas in the adsorption section and controlling a transition from the desorption preparation step to the desorption step.
前記吸着部の温度を検知して、前記吸着部から可燃性の揮発性有機化合物ガスを脱着する際の前記吸着部の温度を制御することを特徴とする可燃性の揮発性有機化合物ガス処理方法。The method for treating a flammable volatile organic compound gas according to any one of claims 4 to 9,
Detecting a temperature of the adsorbing section and controlling a temperature of the adsorbing section when desorbing the combustible volatile organic compound gas from the adsorbing section. .
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