JP2008302336A - 揮発性有機化合物の処理装置および揮発性有機化合物の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】繰り返し運転しても処理能力の低下が防止された揮発性有機化合物の処理装置を得ることができる。
【解決手段】２個の吸着放電部１ａ，１ｂは、揮発性有機化合物を含有する被処理ガスが並列に供給され、被処理ガス中の揮発性有機化合物が吸着し、放電により分解する。各吸着放電部１ａ，１ｂに放電を起こすための高周波交流電源５と、各吸着放電部１ａ，１ｂに酸素を供給する酸素添加器４と、各吸着放電部１ａ，１ｂに湿潤ガスを供給する湿潤ガス添加器７と、ブロア２とを備えている。吸着放電部１ａ，１ｂにおいて、放電再生操作後、加圧空気発生器９から加圧空気が吸着放電部１ａ，１ｂへ導入される途中に設けられたエジェクタ１０を用いて湿潤ガス添加器７の水を引き込み、放電再生操作において吸着剤に残留した分解副生成物を脱着し、吸着剤を再生する。
【選択図】図１

Description

本発明は、トルエンなどの芳香族炭化水素やエステル類等大気に放出すると有害である有機化合物の蒸気、即ち揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）の除去・分解に用いる揮発性有機化合物の処理装置および揮発性有機化合物の処理方法に関するものである。

塗装工程、洗浄工程または印刷工程では、揮発性の有機溶剤を多量に使用し大気に排出している。大気中の揮発性有機化合物は、太陽の紫外光や窒素酸化物との反応により、有害な微粒子の形成、オキシダント濃度の増大をまねき大気環境に重大な悪影響を与えるため、揮発性有機化合物の排出量削減が強く求められている。
揮発性有機化合物を吸着する金属触媒機能を付与した吸着剤を内部に充填し、低温プラズマを発生する反応器と、揮発性有機化合物を含む排ガスを反応器に供給する手段と、酸素を反応器に供給する手段と、反応器に電圧を印加する高電圧電源と、反応器で分解処理されたガスを放出する手段とを備えた排ガスの浄化装置がある。この排ガスの浄化装置において、揮発性有機化合物を含む排ガスを、金属触媒機能を付与した吸着剤に吸着させた後、酸素雰囲気下で低温プラズマ処理することで、揮発性有機化合物の分解率、分解効率および水と二酸化炭素への分解率が高められている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５−２３０６２７号公報（第１頁）

特許文献１の排ガスの浄化装置においては、高酸素濃度下での処理により水や二酸化炭素への転化率が向上するが、分解副生成物が生成する。この分解副生成物が吸着剤に残留し、次の吸着操作時に吸着剤の吸着性能を低下させるので、繰り返し運転することにより処理能力が低下するという課題があった。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、繰り返し運転しても処理能力の低下が防止された揮発性有機化合物の処理装置を得ることを目的とする。また、処理能力の低下が防止された揮発性有機化合物の処理方法を得ることを目的とする。

本発明に係る揮発性有機化合物の処理装置は、揮発性有機化合物を吸着する吸着剤が充填され、プラズマを発生させる吸着放電部と、上記吸着放電部に揮発性有機化合物を含有する被処理ガスを供給するガス供給手段と、上記吸着放電部に酸素を供給する酸素供給手段と、上記吸着放電部に電圧を印加する高周波交流電源と、上記吸着放電部に水を供給する水供給手段と、上記吸着放電部から処理済ガスを排出するガス排出手段とを備えたものである。
本発明に係る揮発性有機化合物の処理方法は、被処理ガス中の揮発性有機化合物を吸着剤に吸着させる工程と、上記吸着剤に吸着した上記揮発性有機化合物を、酸素雰囲気下でプラズマ処理して分解する工程と、上記プラズマ処理後に、上記吸着剤に残留した成分を水により脱着する工程とを備えた方法である。

吸着剤に吸着した揮発性有機化合物を、酸素雰囲気下で低温プラズマ処理して水と二酸化炭素へ分解する際に分解副生成物が生成する。この分解副生成物が吸着剤に残留し、次の吸着操作時に吸着剤の吸着性能を低下させるので、上記分解副生成物を水により脱着することにより吸着剤の吸着性能を回復させる。そのため、繰り返し運転しても揮発性有機化合物の処理装置の処理能力が低下するのを防止し、また、揮発性有機化合物の処理方法の処理能力の低下を防止する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の揮発性有機化合物の処理装置の構成図である。
本実施の形態の揮発性有機化合物の処理装置は、揮発性有機化合物を含有する被処理ガスが並列に供給され、被処理ガス中の揮発性有機化合物を吸着し、放電により分解する２個の吸着放電部１ａ，１ｂと、各吸着放電部１ａ，１ｂに放電を起こすための高周波交流電源５と、各吸着放電部１ａ，１ｂに酸素を供給する酸素添加器４と、各吸着放電部１ａ，１ｂに水を供給する水分添加器７と、ブロア２とを備えている。ブロア２は、吸入口３から揮発性有機化合物の排出施設からの被処理ガスを吸入し、各吸着放電部１ａ，１ｂに被処理ガスを供給するガス供給手段および吸着放電部１ａ，１ｂから処理済ガスを排出するガス排出手段となる。なお、吸入口３にはフィルターが備えられ、被処理ガスから粗塵や塗料ミストや油分などを除去する。

吸着放電部１ａ，１ｂには疎水性のゼオライトが吸着剤として充填され、ゼオライト充填層を被処理ガスが通過することで揮発性有機化合物が吸着除去される。各吸着放電部１ａ，１ｂの上流側入口に設けられたバルブ６ａとバルブ６ｃ、および下流側出口に設けられたバルブ６ｂとバルブ６ｄにより吸着放電部１ａ，１ｂを気密化できる。

吸着放電部１ａ，１ｂでは、片方または両方を誘電体で覆われた放電電極がゼオライトを挟んで配置されている。
上記吸着操作後の放電再生操作においては、高周波高圧電源５から交流の高電圧（５〜２５ｋＶ）を印加することで、吸着剤充填空間に均一に放電を発生させ、放電により生じたオゾンや酸素ラジカルがゼオライト内に輸送され、吸着した揮発性有機化合物のほとんどは二酸化炭素と水とに酸化分解される。放電再生操作の期間は、吸着量に応じた一定エネルギーの電力投入を放電電力と放電時間との積で行うことで決定される。
加圧空気発生器９が設けられ、放電再生操作時には、加圧空気が酸素発生器４により酸素富化され、吸着放電部１ａ，１ｂへ酸素を供給する酸素供給手段となり、吸着剤に吸着した揮発性有機化合物は酸素雰囲気下でプラズマ処理して分解される。

また、加圧空気発生器９と、この加圧力を利用して空気が吸着放電部１ａ，１ｂへ導入される経路の途中に設けられ、水分添加器７の水を引き込むエジェクタ１０とを用いて、湿潤ガスを吸着放電部１ａ，１ｂに導入し、吸着放電部１ａ，１ｂに水を供給する水供給手段となり、放電再生操作において吸着剤に残留した分解副生成物を、放電再生操作後に脱着し吸着剤を再生する。
なお、水供給手段に用いられる加圧空気は、加圧空気発生器９を酸素供給手段として用いた時にそのリザーバータンクに保持されているものを適用できるため、新たに加圧空気発生器９を動作させる必要がなく、系として余分なエネルギー消費が抑えられる。

本実施の形態の揮発性有機化合物の処理装置を用いた処理方法における被処理ガスは、例えば塗装工程で用いられる芳香族炭化水素（トルエン、スチレン）、エステル類、エーテル類、ケトン類またはアルコール類等の揮発性有機化合物を含有する排ガスである。
揮発性有機化合物の処理装置が吸入する排ガスを被処理ガスと呼び、揮発性有機化合物の処理装置から排気されるガスを処理済ガスと呼び、上記処理済ガス中の揮発性有機化合物、ＮＯｘまたはその他有害ガスなどの濃度を低減させることを目的とする。

本実施の形態の揮発性有機化合物の処理装置において、ブロア２により揮発性有機化合物の排出施設からの被処理ガスを吸入孔３より吸入し、バルブ６ａと６ｂを開、その他のバルブ６ｃ〜６ｇを閉として、被処理ガスを吸着放電部１ａに導入し吸着剤の充填層を通過させて、被処理ガス中の揮発性有機化合物を吸着させて除去する。吸着操作を続けると吸着剤の揮発性有機化合物の吸着量の増加に伴い、吸着放電部１ａの下流側出口へ揮発性有機化合物が排出し始める。排出される揮発性有機化合物が一定濃度に達したところで、バルブ６ａを閉、バルブ６ｃとバルブ６ｄを開として被処理ガスを吸着放電部１ｂに導入して吸着操作を継続し、一方吸着放電部１ａにおける吸着操作を中止する。

吸着操作を終えた吸着放電部１ａは次の吸着操作までに吸着能を回復させるために、放電による再生操作を行う。
つまり、放電再生操作においては、バルブ６ｃとバルブ６ｄを開とし、バルブ６ａを閉としバルブ６ｂを絞る。また、加圧空気発生器９からの加圧空気が酸素発生器４へ供給されるように加圧空気切替弁８を切り替えて、バルブ６ｅとバルブ６ｆを開いて吸着放電部１ａへ酸素が富化された加圧空気を導入する。上記吸着放電部１ａへ導入され、酸素を富化された空気の水分濃度は低減されているのが望ましい。放電ガスの水分濃度を低減させるのは、放電空間に充填されたゼオライトに水が吸着するとゼオライトの導電率が高まり、放電空間に印加した電力がジュール損として消費され放電への電力投入効率を著しく阻害するためである。そのため、吸着剤中での放電を適用した揮発性有機化合物の分解は、揮発性有機化合物分解効率を向上させるためには乾燥した酸素濃度の高いガスを用いるのが望ましい。
上記吸着操作と放電再生操作を、吸着放電部１ａと吸着放電部１ｂで交互に繰り返すことによりガスの分解処理操作を連続的に行うことができる。また、本実施の形態の揮発性有機化合物の処理装置では吸着放電部が２塔の場合を示しているが、３塔やそれ以上でもよい。複数の吸着放電部を交互に切り替えることで連続的に処理対象ガスを浄化できる。

しかしながら、上記のように吸着と放電再生操作を繰り返していると、放電再生しても吸着過程において過剰な揮発性有機化合物が排出されるようになる。
そこで、吸着と放電再生操作の繰り返しで吸着能が劣化したゼオライトを取り出し、分析したところ、揮発性有機化合物は検出しないものの、ギ酸や酢酸などの低次のカルボン酸類を検出した。
また、吸着と放電再生操作を繰り返した吸着剤に排ガスを流通させると、カルボン酸類のほか、その反応物であるギ酸メチルなどを検出した。放電再生操作中に揮発性有機化合物の一部が不完全酸化の形態をとるため、カルボン酸類やその反応物として吸着剤に吸着・残留することで、吸着剤の吸着能劣化を生じさせることが判明した。

そこで、新品のゼオライトを充填した管にギ酸濃度が７９ｐｐｍの露点−２０℃以下の乾燥空気を、１２ｓｌｍの流量で所定時間流して、新品のゼオライトにギ酸を吸着させた。その後、上記管に、トルエン濃度が５２ｐｐｍの露点１５〜１６℃の湿潤空気を１２ｓｌｍの流量で流し、上記管の出口でのトルエン濃度を逐次測定し、上記管の入口でのトルエン濃度に対する比率（吸着能）を算出した。
一方、新品のゼオライトを充填した管に、上記と同様にトルエンを流し逐次吸着能を算出した。
図２は、新品のゼオライトと予めギ酸を吸着させたゼオライトにおいて、トルエンに対する吸着能を比較して示す特性図であり、ａは新品のゼオライト、ｂは予めギ酸を吸着させたゼオライトの場合である。
図２に示すように、ギ酸を予め吸着させたゼオライトでは、充填管の出口でのトルエン濃度すなわちトルエンの漏洩が増加しており、カルボン酸類が揮発性有機化合物の吸着能を劣化させることにより、トルエンの吸着性能が劣化していることが検証された。

また、上記と同様にして新品のゼオライトを充填した管にギ酸を吸着させた後、露点−２０℃以下の乾燥空気を１２ｓｌｍの流量で流通させて脱着したギ酸濃度を測定した。また、上記乾燥空気の代わりに、露点１５〜１６℃の湿潤空気を１２ｓｌｍの流量で流通させて脱着したギ酸濃度を測定した。
図３は、ギ酸を飽和吸着させた後のゼオライトに乾燥空気と湿潤空気をそれぞれ流通させた場合の脱着量を比較して示す特性図であり、ｃは乾燥空気を流通させた場合、ｄは湿潤空気を流通させた場合である。
図３に示すように、ギ酸の時間当たりの脱着量は、湿潤空気による場合は乾燥空気によるよる場合の約２倍であった。また、湿潤空気の露点を上げるほどギ酸の脱着効果は促進された。
以上のことから、吸着剤の吸着能の回復を目的として、放電再生操作の後に水を含んだガスを吸着放電部１ａ，１ｂに流通させることにより、水により分解副生成物の脱着を促進させることが有効であることを見出した。

そこで、本実施の形態の揮発性有機化合物の処理装置の水供給手段により、放電再生操作後に吸着放電部１ａに湿潤ガスを導入することにより水を供給する。この水供給操作を以下、ウェットパージ操作と呼ぶ。
吸着放電部１ａのウェットパージ操作は、放電再生操作時のバルブの開閉状態から、バルブ６ｆを開、バルブ６ｇを閉とし、また、吸着放電部１ｂのウェットパージ操作は、放電再生操作時のバルブの開閉状態から、バルブ６ｇを開、バルブ６ｆを閉として行う。次に、加圧空気切替弁８を切り替えて、加圧空気発生器９からの加圧空気を吸着放電部１ａに導入し、途中に設けられたエジェクタ１０を用いて、加圧空気に水分添加器７からの水を引き込み大流量の湿潤ガスが吸着放電部１ａへ導入され、水が供給される。
供給された水はゼオライト上に残留したギ酸などのカルボン酸類を主体とした分解副生成物を脱着し、ギ酸メチルのような加水分解性の生成物に対しては、加水分解作用により低分子化し脱着を促進する。

ウェットパージ操作において、放電再生操作において乾燥させられたゼオライトに対して水を吸着させることで、吸着熱が発生し吸着放電部の温度を短時間で上昇させ、分解副生成物の脱着を促進することができると共に、続く吸着操作において、水を含んだ被処理ガスが、乾燥したゼオライトを水による吸着熱により昇温することを防止し、低温での吸着が実現でき吸着能の低下により揮発性有機化合物が排出することを抑制できる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２の揮発性有機化合物の処理装置の構成図である。本実施の形態の揮発性有機化合物の処理装置は、実施の形態１の揮発性有機化合物の処理装置において、吸着放電部１ａ，１ｂの出口側と入口側を結び、上記吸着放電部１ａ，１ｂを通過したガスを上記吸着放電部の入口側に戻す循環経路１１を備え、循環経路１１にオゾン分解性を付与した触媒１２が設けられている。
循環経路１１を備えていると、ウェットパージ操作において、バルブ６ｂ（またはバルブ６ｄ）を閉とし、本実施の形態の揮発性有機化合物の処理装置から脱着成分が排出されないようにして、吸着放電部１ａ（または吸着放電部１ｂ）から脱着された分解副生成物を吸着放電部１ｂ（または吸着放電部１ａ）で再度分解処理することができる。
また、循環経路１１上にオゾン分解性を付与した触媒１２が設けられていると、上記分解副生成物が吸着されて除去され、次の放電再生時に吸着放電部１ｂ（または吸着放電部１ａ）から漏洩するオゾンにより触媒１２上で酸素ラジカルが発生し酸化分解される。そのため、脱着した分解副生成物を並列した吸着部へ流すことなく、揮発性有機化合物の処理装置全体の吸着能を上昇させることができる。なお、触媒１２はオゾンによる酸化分解機能だけでなく、ヒータなどを併設して熱による分解をおこなってもよい。

また、図４に示すように、本実施の形態の揮発性有機化合物の処理装置は、水供給手段としてエジェクタ１０に気相吸入孔１３と液相吸入孔１４とを設け、液相吸入孔１４に水タンク１５を接続し、液体の水を直接気相へ注入することにより湿潤ガスとしたものである。その他、パージガスのバブリングまたは水シャワー部の通過により低圧損の湿潤ガスとし、水供給手段とすることができる。また、熱的または超音波のような機械的に水蒸気を発生する方法によって水蒸気の形でエジェクタ部１０に水蒸気を注入することでも湿潤ガスを得ることができる。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３の揮発性有機化合物の処理装置の構成図であり、吸着放電部の加熱手段として、水分添加器７の上流に導入空気を加温するヒータ１６を設けたもので、上記ウェットパージ操作において、入熱することで吸着放電部を昇温するものである。これにより、加圧空気に含まれる水分量を増加することができ、吸着剤に残留した分解副生成物の脱着を促進できる。また、放電再生操作により上昇した吸着放電部の温度を、ウェットパージ操作において低下させないようにすることができ、分解副生成物の脱着を促進できる。なお、吸着放電部にヒータを併設しても同様の効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１の揮発性有機化合物の処理装置の構成図である。 本発明の実施の形態１における、新品のゼオライトと予めギ酸を吸着させたゼオライトにおいて、トルエンに対する吸着能を比較して示す特性図である。 本発明の実施の形態１における、ギ酸を飽和吸着させた後のゼオライトに乾燥空気と湿潤空気をそれぞれ流通させた場合の脱着量を比較して示す特性図である。 本発明の実施の形態２の揮発性有機化合物の処理装置の構成図である。 本発明の実施の形態３の揮発性有機化合物の処理装置の構成図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ 吸着放電部、２ ブロア、３ 吸入口、４ 酸素添加器、５ 高周波交流電源、７ 水分添加器、１１ 循環経路、１６ 加熱手段。

Claims (4)

1. 揮発性有機化合物を吸着する吸着剤が充填され、プラズマを発生させる吸着放電部と、上記吸着放電部に揮発性有機化合物を含有する被処理ガスを供給するガス供給手段と、上記吸着放電部に酸素を供給する酸素供給手段と、上記吸着放電部に電圧を印加する高周波交流電源と、上記吸着放電部に水を供給する水供給手段と、上記吸着放電部から処理済ガスを排出するガス排出手段とを備えたことを特徴とする揮発性有機化合物の処理装置。
2. 吸着放電部の出口側と入口側を結び、上記吸着放電部を通過した処理済ガスを上記吸着放電部の入口側に戻す循環経路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の揮発性有機化合物の処理装置。
3. 吸着放電部を加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の揮発性有機化合物の処理装置。
4. 被処理ガス中の揮発性有機化合物を吸着剤に吸着させる工程と、上記吸着剤に吸着した上記揮発性有機化合物を、酸素雰囲気下でプラズマ処理して分解する工程と、上記プラズマ処理後に、上記吸着剤に残留した成分を水により脱着する工程とを備えたことを特徴とする揮発性有機化合物の処理方法。

Images