JP2005049041A

JP2005049041A - 可燃性廃ガス燃焼処理方法

Info

Publication number: JP2005049041A
Application number: JP2003282573A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Wakao; 充若生; Yuji Sawada; 裕治沢田; Kenji Yamani; 健次山二
Original assignee: DIC Technology Corp; Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp; DIC Technology Corp
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】空気等で希釈せずに爆発濃度範囲を回避できる揮発性有機化合物を含有する可燃性廃ガスの燃焼処理方法を提供する。
【解決手段】工場内のＡ〜Ｄの各製造現場１から排出される種々の揮発性有機化合物を含有する可燃性廃ガスを、高沸点かつ可燃性廃ガスを溶解し得る溶剤４に通過させた後に燃焼処理する燃焼処理方法において、溶剤４を駆動流体としてエゼクタ８の給液部８２に導入することにより可燃性廃ガスを吸引部８１より吸引して排出部８７から槽９内に導入し、槽９内の可燃性廃ガスをエゼクタ８とは別に設けられたガス排出部１１から燃焼処理設備７へ輸送して燃焼処理する。
【選択図】図２

Description

本発明は可燃性廃ガスの燃焼処理方法に関し、更に詳しくは揮発性有機化合物を含有した爆発範囲を有する可燃性廃ガスの燃焼処理方法に関する。

従来、各種揮発性有機化合物、例えばトルエン、酢酸エチル、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、メタノール、ヘキサン等を取り扱う製造現場においては、製造工程から上記有機溶剤ガスが発生するため、その脱臭のため活性炭を用いた吸着処理や苛性液を用いた吸収処理を行ったり、触媒を用いた低温燃焼処理（約４００°Ｃ）を行っていた。しかしながら完全脱臭が不十分であったり、タールなどによる触媒毒の問題があるため、工場全体の可燃性廃ガスを集合してＡ重油等を助燃料として直接燃焼処理（約８００°Ｃ）を行っていた。この燃焼処理によれば臭気は除去でき、触媒毒の問題は防止できるものの、Ａ重油等の助燃料を多く消費するためコストが高くなってしまう欠点を有していた。

また、工場全体の可燃性廃ガスは常に一定量が排出されるわけではなく、時間的変動が著しい。このような変動が著しい場合には、可燃性廃ガスの濃度が爆発濃度範囲に入ってしまう危険がしばしばあり、爆発下限界濃度（略称ＬＥＬ）の１／３から１／４以下の安全基準濃度を満たすべく可燃性廃ガスの最大濃度を見越して大量の空気希釈を行わなければならず、そのため燃焼炉は大容量が必要となり、燃料費も非常にかかるという問題を有していた。

そこで本発明者等は先にこの問題を解決すべく、揮発性有機化合物を含有する可燃性廃ガスを溶解するものの、その後可燃性廃ガスが放散していくような化合物の性質を利用することで、特定の溶剤に通気して吸収させた後に放散させることにより揮発性有機化合物を含有する可燃性廃ガス濃度を平滑化できる方法を提案した（特許文献１参照）。

この方法は、化学プラントから出る廃ガスの種類が複数あって、その発生量がプラントの稼働状況により大きく変動する場合の燃焼処理に有効なものである。廃ガスを溶剤に吸収させる方法としては槽内にスパージャーリング等を設け微細化した気泡を撹拌する方法もあるが、生産性、処理能力を考慮した場合、工業用には吸収塔を使用することが多い。

図１は既存の可燃性廃ガス燃焼処理設備の模式図である。Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ等の各製造現場１から排出される種々の揮発性有機化合物（主として、ヘキサン、トルエン、酢酸エチル、ＭＥＫ、メタノール）を含有する可燃性廃ガスが配管を通じて送風機２により吸収塔３に輸送される。この吸収塔３は円筒形の塔内部に気液接触面積を大きくした充填物３１が詰められており、揮発性有機化合物を溶解・放散する溶剤４（例えば、ジカルボン酸エステル化合物）を塔頂の液分散器３２を通して充填物３１を配置した部分に注ぎ、溶剤４を流下させて充填物３１の周りに液膜を形成し、各製造現場１から排出されてきた可燃性廃ガスをガス分散器３３を通して充填物３１の間隙を溶剤４に対し向流または並流にして流し、気液接触させるものである。

溶剤４は吸収塔３とは別に設置された溶剤貯留槽５に貯留されており、送液ポンプ６により吸収塔３へ循環供給される。このようにして可燃性廃ガスを溶剤４に吸収させることにより吸収塔３から燃焼処理設備７へ排出される廃ガス量は平滑化されて、常時爆発下限界濃度の１／３のレベルである安全基準濃度を十分に下回るガス濃度が維持されることになるため、低コストで安全に燃焼処理を行うことができる。

しかしながら、気液両相間の物質移動抵抗を小さくするために、吸収塔内には種々の形状の充填物３１が目的に応じて使用されるため、この充填物３１の充填ムラによりガスが偏流を起こし易く、溶剤４を均一に分散させることが困難となる場合も生じていた。この際、処理能力を上げるために廃ガスの流速を増やすと降下するはずの溶剤４が降下しなくなり、いわゆる飛沫同伴により塔頂から溶剤４があふれ出てフラッディング（flooding）が生じて運転ができなくなることもある。

さらに、廃ガス量が多い生産現場に対しては吸収塔３とは別に溶剤貯留槽５を設けて循環させて廃ガス処理能力を増大させることになるが、このためには必然的に大きな溶剤貯留槽が必要となる。上述したように可燃性廃ガスを溶解し、かつ、放散させる溶剤としてはジカルボン酸エステル化合物や、グリコール、グリコールエーテル等の多価アルコール、あるいはポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等の多価アルコールの誘導体が挙げられるが、これらの溶剤はいずれも危険物に指定されているので、大きな溶剤貯留槽を設置する場合には安全性の確保の点から膨大な設備費用、管理費用を要する。

また、駆動流体として水を使用したエゼクタ（又はエジェクタ）で可燃性廃ガスを吸引して駆動流体とともに逆火防止槽の貯留水中に排出し、可燃性廃ガスをこの貯留水を潜りぬけさせてバブリングした後に燃焼機で処理する方法もある（特許文献２参照）。

しかしながら、この方法は廃ガスが発生する熱分解炉内の圧力を常時監視し、圧力検出器の電気信号をフィードバックすることによりエゼクタの駆動流体の流量を調整して吸引量を制御するものであるため、設備的にも管理面でも複雑となる。
特開２００２−０６６２５３号公報（特許請求の範囲、請求項１、図１、図２）特開２００３−１９４４７９号公報（段落〔００１０〕〜〔００１５〕、図１）

本発明が解決しようとする課題は、可燃性廃ガスの濃度が大きく変動する場合であっても、可燃性廃ガスを溶剤に吸収させて平滑化処理のプロセスを工業的に安定させ、安全性を確保しつつ気液接触効率を高めて処理効率を向上させる方法を提供することにある。

本発明は、揮発性有機化合物を含有する可燃性廃ガスを、高沸点かつ該可燃性廃ガスを溶解し得る溶剤に通過させた後に燃焼処理する該可燃性廃ガスの燃焼処理方法において、該溶剤を駆動流体としてエゼクタに導入して該可燃性廃ガスを槽内に吸引し、該エゼクタから排出された該槽内の該可燃性廃ガスを該槽外へ輸送して燃焼処理をすることを特徴とする可燃性廃ガスの燃焼処理方法を提供するものである。

本発明の可燃性廃ガスの燃焼処理方法によれば、エゼクタを用いることにより溶剤への可燃性廃ガスの吸収効率を高めることができるので、燃焼工程でのガス濃度を爆発下限界濃度の安全基準である１／３〜１／４を十分に下回る濃度とすることができる。また、処理能力に余裕ができるので危険性の高い溶剤の貯蔵量の削減が可能になるとともに、燃焼設備への送気速度が十分に確保できるので逆火の問題がなくなり安全性を向上させることができる。さらに、可動部の無いエゼクタであるのでメンテナンスが容易であり、槽全体も小型化することができるので設置費用の削減やプラントのランングコストの削減も図ることができる。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
図２は本発明による揮発性有機化合物を含有する可燃性廃ガスの燃焼処理のプロセスの一例を示す模式図、図３は本発明で使用されるエゼクタの一例を示す模式断面図である。

工場内のＡ〜Ｄの各製造現場１から排出される種々の揮発性有機化合物（主として、ヘキサン、トルエン、酢酸エチル、ＭＥＫ、メタノール）を含有する可燃性廃ガスは、配管を通じてエゼクタ８の吸引部８１に導入される。一方、揮発性有機化合物を含有する可燃性廃ガスを溶解・放散する溶剤４は槽９内に貯留されており、槽９外に設置された送液ポンプ６により加圧されてエゼクタ８の給液部８２に供給されるようになっている。溶剤４のエゼクタ８への供給圧としては０．０５〜１．０ＭＰａの範囲が好ましく、溶剤４の微細化の効果と各装置の耐圧強度や寿命等を考慮した場合には、特に０．１〜０．８ＭＰａの範囲とすることが好ましい。

外気温が上昇して槽９内の溶剤４が蒸発したり、溶剤４を循環させてエゼクタ８に供給する場合に溶剤４自体の温度上昇を生じることもあるので、これを抑制するために送液ポンプ６からエゼクタ８に至る配管途中に冷却装置１０を設けておくことが好ましく、溶剤４を冷却することにより気相の蒸気圧が低くなるので吸収効率も高まる。しかしながら、冷却温度が低すぎる場合には溶剤４の粘度が上がり過ぎて送液性が低下することになる。したがって、溶剤の性状、揮発性有機化合物を含有する可燃性廃ガスの性状、吸収率、装置諸設備の必要エネルギー等を考慮した場合には、溶剤の冷却温度は３〜４０°Ｃの範囲とすることが好ましく、特に１０〜３０°Ｃの範囲とすることが好ましい。なお、槽９内に撹拌装置を設けて貯留の溶剤４を撹拌してもよい。

加圧されてエゼクタ８の給液部８２に供給される溶剤４は、給液部８２に連通するノズル先端部８３へ導入され、この先端より溶剤４が超音速で噴出されることになる。このとき、超音速で噴出した溶剤４により吸引部８１に導入された可燃性廃ガスが吸引されてベンチュリ８５で気液が接触、混合される。このとき、揮発性有機化合物を含有する可燃性廃ガスが溶剤４に溶解することになるが、必ずしもその全量が溶解するわけではないから、溶解しなかった可燃性廃ガスと溶剤４とが径が漸次広がったディフュザー８６を通って排出部８７から槽９内に放出されることになる。なお、溶剤４を十分に微細化して可燃性廃ガスと効率良く接触させるために、ノズル先端部８３の手前にスピンナー８４を設けておくことが好ましく、吸入圧送能力が高まるので従来の送風機２も不要となる。

ノズル先端部８３より噴射される溶剤４が十分に微細化され、可燃性廃ガスに接触してこれを吸収することを考えた場合、エゼクタ８への可燃性廃ガス投入量１ｍ^３当たりの溶剤４の投入量は０．００５〜０．１５ｍ^３の範囲とすることが好ましく、特に吸収効果の向上と吸収液の無駄や送液の動力の増大等を考えた場合には０．０１〜０．１ｍ^３の範囲とすることが好ましい。

気液混合された溶剤４は槽９の内部に貯留されるが、ここで使用する溶剤４は可燃性廃ガスを溶解・放散する溶剤であるので、貯留された溶剤４から徐々に可燃性廃ガスが放散されることになる。放散した可燃性廃ガスは、エゼクタ８とは別に設けられたガス排出部１１から燃焼処理設備７に送られて燃焼処理される。

使用するエゼクタ８としては、ＳＭＤあるいはＷＥＭ型ミキサー（ノリタケカンパニー・リミテッド）、ＭＸ型ＯＨＲラインミキサー（西華産業社製）、ジェットスクラバーＮＧＳ型（日南機械社製）等が挙げられる。上述したようにエゼクタ８は可動部がなく駆動力も必要としないため、機械的な故障が少なく保守性に優れるとともに、混合室内は乱流や流線の入れ替え等による溶剤の内壁面付着も少なく、長期に渡り安定した性能を維持できる。

エゼクタ８の使用により可燃性廃ガスの溶剤４への吸収能力（気液混合能力）が向上することから、従来に比べて格段に可燃性廃ガスの濃度変化を平滑化することができ、しかも安定して稼働させることができるから、溶剤４を槽９からエゼクタ８に戻すように送液ポンプ６を用いて循環させることにより溶剤４の貯量を大幅に低減することができる。

さらにエゼクタ８はその構造が簡単であり小型化できるので、図２に示すように槽９の上部に配置して一体化することができ、図１に示した従来の吸収塔３に比べて大幅に設置面積を低減することができるとともに、高さも低減できる。

前記溶剤としては、揮発性有機化合物を含有する可燃性廃ガスを溶解するものの、その後放散させていくような溶剤であることが重要であり、こうした観点から対象とする有機化合物を含有する可燃性廃ガスを十分に溶解し得る性質と、蒸気圧が小さいこと、操作温度に対して充分に高い沸点を有し、流動性のよいこと、発泡性の低いこと、化学的にも安定である溶剤を使用することが特に効果的である。

揮発性有機化合物を含有する可燃性廃ガスが溶剤中に溶解していく速度と、溶解した可燃性廃ガスが溶剤から放散していく速度とを考慮すると、溶剤の粘度はある程度低いことが好ましい。また、可燃性廃ガスのみを燃焼処理するためには、溶剤自身が蒸発しづらい性質であることや、化学的に安定であることが重要であるため、溶剤の沸点または分解温度が１７０°Ｃ以上であって、かつ、７０ｍＰａ・ｓ以下の粘度であることが特に好ましい。また、溶剤を循環させて利用することが効率的であるため、循環のし易さの点からもその粘度は上記範囲であることが好ましい。そのような溶剤としては、ジカルボン酸エステル化合物や、グリコール、グリコールエーテル等の多価アルコール、あるいはポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等の多価アルコールの誘導体が挙げられる。

ジカルボン酸エステル化合物は、ほとんどの有機化合物を溶解し、また、沸点が高く化学的にも安定であることから、好適に使用できる。ジカルボン酸エステル化合物は使用環境、使用条件によって適宜調整し、沸点３００°Ｃ以上、粘度を５０ｍＰａ・ｓ以下とすることが特に好ましい。

また、多価アルコールもジカルボン酸エステル化合物に比べ沸点はやや低いものの、多くの有機化合物に対し溶解性を有しているため好適に使用でき、ジカルボン酸エステル化合物の場合と同様に使用環境、使用条件によって適宜調整し、沸点が１７０°Ｃ以上、粘度が７０ｍＰａ・ｓ以下とすることが好ましい。

これら種々の溶剤が揮発性有機化合物を含有する可燃性廃ガスの種類に応じて適宜選択して使用されるが、単独で使用することも、また、２種類以上の溶剤の組み合わせや水で希釈して使用することも可能である。

以下、実施例および比較例に基づきながら本発明をさらに具体的に説明する。
可燃性廃ガスはヘキサン含有ガス（分子量８６．１７）であり、投入口での濃度は１２、０００ｐｐｍである。また、ヘキサン含有の可燃性廃ガスを溶解・放散する溶剤４として粘度２０ｍＰａ・ｓのジカルボン酸エステル化合物であるモノサイザーＷ−２４２（大日本インキ化学工業社製）を使用した。なお、投入温度は２０°Ｃとした。

（実施例）
図２に示すように直径１．６ｍ、高さ５ｍの槽９の上部にエゼクタ８（ジェットスクラバーＮＧＳ−８、日南機械（株）製）を設置した。エゼクタ８の吸引部８１は２００Ａ、給液部８２は６５Ａ、排出部８７は２５０Ａとした。

（比較例）
図１に示すように直径１．６ｍ、充填高さ４ｍの２段で総高さ８ｍの吸収塔３を使用した。また、吸収塔３とは別に、直径１．６ｍ、高さ１２ｍの溶剤貯留槽５が設置されている。

実施例及び比較例の処理条件を表１に示す。時間当たりの可燃性廃ガスの通気量（Ｇ）は違うが、吸収液総量（Ｗ）との比（Ｗ／Ｇ）、および通気量に対する吸収液循環量（Ｌ）との比（Ｌ／Ｇ）は同じとした。

図４の点線は、濃度１２、０００ｐｐｍの可燃性廃ガスを連続して１時間投入した場合のエゼクタ８の吸引部８１側における接触燃焼式ガス濃度センサー１２によるガス濃度を示し、実線はガス排出部１１側における接触燃焼式ガス濃度センサー１３によるガス濃度を示すものであり、レコーダー１４によって可燃性廃ガス投入後２時間経過後までモニターした。

また、図５の点線は、上記と同様に濃度１２、０００ｐｐｍの可燃性廃ガスを連続して１時間投入した場合の吸収塔３のガス分散器３３側における接触燃焼式ガス濃度センサー１２におけるガス濃度を示し、実線は吸収塔３の排出口側における接触燃焼式ガス濃度センサー１３によるガス濃度を示すものであり、レコーダー１４によって可燃性廃ガス投入後２時間経過後までモニターした。

図４において、ガス排出部１１側におけるガス濃度は時間経過とともに増大し、１時間経過時でのピーク値は３６６６ｐｐｍであり、その後序々に溶剤からの放散によりガス濃度は低下していく。一方、図５でも排出口側におけるガス濃度は時間経過とともに増大するが、１時間経過時でのピーク値は４６０４ｐｐｍとなり、その後徐々に溶剤からの放散によりガス濃度は低下していく。このように、可燃性廃ガスを溶解する溶剤に通気させ、その後溶剤から可燃性廃ガスが放散する傾向は同様であるが、エゼクタを使用した実施例の方が、約２０％程度可燃性廃ガス処理設備へ送気される濃度を小さくすることができることが分かる。

なお、本実験のように濃度１２、０００ｐｐｍの可燃性廃ガスが長時間にわたって発生することは希ではあるが、複合プラントの稼働率は季節あるいは市場の要求等により大きく変動するもので、後処理である燃焼設備能力を最大に合わせるのは設備およびランニングコストから好ましいものではない。

このような場合を考慮すると、従来の吸収塔３による方法では、吸収塔の出側（実線）のガス濃度は爆発下限界濃度の１／３近辺になるもののそのピーク値は約４５００ｐｐｍ程であり、プラントの稼働状況によりガス濃度が一時的に増大した場合の余裕幅が実施例に対して狭くなることも考えられるため、安全送気基準濃度を常に満足するには不十分であり、各プラントのピークが重なった場合にプラントのフル稼働を制限しなければならないことも想定される。

一方、本発明のようにエゼクタを使用することにより、常時爆発下限界濃度の１／３のレベルである安全基準濃度を十分に下回るガス濃度を維持することができるので、低コストで安全に燃焼処理を行うことができる。

従来の可燃性廃ガス燃焼処理プロセスの模式図。本発明による一例である可燃性廃ガス燃焼処理のプロセスの模式図。本発明で使用されるエゼクタの一例の模式断面図。実施例における燃焼処理設備の各部のガス濃度を示すグラフ。比較例における燃焼処理設備の各部のガス濃度を示すグラフ。

符号の説明

１各製造現場
２送風機
３吸収塔
４溶剤
５溶剤貯留槽
６送液ポンプ
７燃焼処理設備
８エゼクタ
９槽
１０冷却器
１１排出口
１２接触燃焼式ガス濃度センサー（投入口側）
１３接触燃焼式ガス濃度センサー（排出口側）
１４レコーダー

Claims

揮発性有機化合物を含有する可燃性廃ガスを、高沸点かつ該可燃性廃ガスを溶解し得る溶剤に通過させた後に燃焼処理する該可燃性廃ガスの燃焼処理方法において、該溶剤を駆動流体としてエゼクタに導入して該可燃性廃ガスを槽内に吸引し、該エゼクタから排出された該槽内の該可燃性廃ガスを該槽外へ輸送して燃焼処理することを特徴とする可燃性廃ガス燃焼処理方法。
該エゼクタから排出された該溶剤を該エゼクタに再度導入するように循環させる請求項１に記載の可燃性廃ガス燃焼処理方法。
該溶剤を該エゼクタに再度導入するように循環させる際に該溶剤を冷却する請求項２に記載の可燃性廃ガス燃焼処理方法。