JP2009018303A - 排気ガス処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の濃縮装置の性能（再生効率や吸着効率）を維持したまま１５倍以上の濃縮倍率を得ることができるとともに、バーナーの燃料代および電気代を削減することができる排気ガス処理システムを提供する。
【解決手段】吸着ゾーン、再生ゾーンおよび冷却ゾーンに区分される濃縮ロータを具備する少なくとも２台の濃縮装置と蓄熱燃焼式排気ガス浄化装置を設置するとともに、各濃縮装置における冷却ゾーンと蓄熱燃焼式排気ガス浄化装置の燃焼室および再生ゾーンと該燃焼室が冷却用開閉ダンパおよび再生用開閉ダンパを介してダクトにより接続されている排気ガス処理システムにおいて、前記各濃縮装置間で再生用開閉ダンパと冷却用開閉ダンパを順に切替えて、前記冷却ゾーンからの冷却エアと燃焼室からの高温ガスとを混合してなる脱着用再生熱風の高温ガスを前記再生ゾーンに供給する制御装置を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は排気ガス処理システムに関する。さらに詳しくは、蓄熱燃焼式排気ガス浄化装置(Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄｉｚｅｒ：以下、ＲＴＯという)と２台以上の濃縮装置を用いて、揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ：以下、ＶＯＣという）を含む排気ガスを効率よく処理する排気ガス処理システムに関する。

従来より、排気ガスを浄化するために濃縮装置を２台用いることは行われている(たとえば特許文献１参照)。
また、ＲＴＯに２台の濃縮装置を設置してＶＯＣを効率よく処理することも行われている。この場合、ＶＯＣが自燃運転(ＲＴＯ付属のバーナーで助燃しない状態で、排気ガス処理が可能な温度を保った運転状態)が可能な濃度以下である場合には、前記２台の濃縮装置を使用して、ＲＴＯで自燃運転が可能な濃度以上にしている。

たとえば、図６に示されるように、２台の濃縮装置１０１ａ、１０１ｂとＲＴＯ１０２を設置する排気ガス処理システムにおいては、２台の濃縮装置１０１ａ、１０１ｂの冷却ゾーン１０３ｃとＲＴＯ１０２の燃焼室１０２ａおよび再生ゾーンと１０３ｂと該燃焼室１０２ａを接続するダクト１０４ａ、１０４ｂに冷却用開閉ダンパ１０５および再生用開閉ダンパ１０６が設けられている。

この濃縮装置１０１ａ、１０１ｂは、吸着ゾーン１０３ａ、再生ゾーン１０３ｂおよび冷却ゾーン１０３ｃに区分される濃縮ロータを回転させて、前記冷却ゾーン１０３ｃからの冷却エアと燃焼室１０２ａからの高温ガスとを混合してなる脱着用再生熱風の高温ガスを前記再生ゾーン１０３ｂに供給して濃縮ガスとして取り出し、前記ＲＴＯ１０２に連通する供給ダクト１０７を通して再度ＲＴＯ１０２へ導入している。

特開平１０−１５６１２８号公報、図６

しかしながら、前記濃縮装置１０１ａ、１０１ｂの再生ゾーン１０３ｂへの再生熱風通過流速の関係上、すなわち濃縮ロータの面積当たりの供給熱量の不足による再生性能の低下が起こることから、１５倍以上の濃縮ガスを確保することは難しいという問題がある。

また、前記２台の濃縮装置１０１ａ、１０１ｂを用いても、発生する排ガス中のＶＯＣの濃度が薄い場合には、濃縮倍率として１５倍でもＲＴＯ１０２の自燃濃度には程遠く、再生熱風の高温ガスの供給温度(１８０〜２００℃)および燃焼室１０２ａ内の温度を保持のためにバーナー１０８で助燃しなければならいことから、バーナー１０８の燃料代および電気代が非常に多くかかるという問題もある。

そこで、本発明は、叙上の事情に鑑み、複数の濃縮装置の性能（再生効率、吸着効率）を維持したまま１５倍以上の濃縮倍率を得ることができることにより、バーナーの燃料代および電気代を削減することができる排気ガス処理システムを提供することを目的とする。

本発明の排気ガス処理システムは、吸着ゾーン、再生ゾーンおよび冷却ゾーンに区分される濃縮ロータを具備する少なくとも２台の濃縮装置と蓄熱燃焼式排気ガス浄化装置を設置するとともに、各濃縮装置における冷却ゾーンと蓄熱燃焼式排気ガス浄化装置の燃焼室および再生ゾーンと該燃焼室が冷却用開閉ダンパおよび再生用開閉ダンパを介してダクトにより接続されている排気ガス処理システムにおいて、前記各濃縮装置間で再生用開閉ダンパと冷却用開閉ダンパを順に切替えて、前記冷却ゾーンからの冷却エアと燃焼室からの高温ガスとを混合してなる脱着用再生熱風の高温ガスを前記再生ゾーンに供給する制御装置を備えてなることを特徴としている。

本発明によれば、各濃縮装置間で再生用開閉ダンパと冷却用開閉ダンパを順に切替えて、各濃縮装置の再生（濃縮ガスの生成）を濃縮ロータの２回転または２回転以上ごとに１回定期的に行うことにより、各濃縮装置への再生熱風通過流速を維持し濃縮装置への再生熱風のトータル風量を減らすことができる。また、濃縮ロータの２回転分または２回転以上分の時間のＶＯＣを吸着することができるため、濃縮装置の性能を維持したまま１５倍以上の濃縮倍率を得ることができる。

また、各濃縮装置に対し数回転ごとに１回定期的に再生行うことにより、従来の連続的再生と比較してバーナーの燃料代および電気代を削減することができる。

また、再生熱風の風量に相当するＲＴＯへ導入する風量（濃縮ガス量）の低減により、ＲＴＯを小型化することができるとともに、設備費用および設置面積を削減することができる。

以下、添付図面に基づいて本発明の排気ガス処理システムを説明する。本発明の一実施の形態にかかわる排気ガス処理システムは、図１に示されるように、第１、第２濃縮装置Ａ、Ｂと、ＲＴＯ１と、第１、第２濃縮装置Ａ、Ｂの後述する冷却ゾーン１１ｃと該燃焼室１ａを接続する冷却ダクト１２と、第１、第２濃縮装置Ａ、Ｂの後述する再生（脱着）ゾーン１１ｂとＲＴＯ１の燃焼室１ａを接続する再生熱風ダクト２２と、前記第１、第２濃縮装置Ａ、Ｂの冷却ダクト１２の途中（冷却ゾーン１１ｃから流出する排気ガスの上流位置）に連結される冷却用開閉ダンパ（以下、冷却用ダンパという）Ａ１、Ｂ１と、前記第１、第２濃縮装置Ａ、Ｂの再生熱風ダクト２２の途中（再生ゾーン１１ｂに流入する脱着用再生熱風の高温ガスの下流位置）に連結される再生用開閉ダンパ（以下、再生用ダンパという）Ａ２、Ｂ２と、前記第１、第２濃縮装置Ａ、Ｂ間で再生用ダンパＡ２、Ｂ２と冷却用ダンパＡ１、Ｂ１を順に切替えて、前記冷却ゾーン１１ｃからの冷却エアと燃焼室１ａからの高温ガスとを混合してなる脱着用再生熱風の高温ガスを前記再生ゾーン１１ｂに供給する制御装置（図示せず）が備えられている。
なお、図１において、符号３１は、ＶＯＣを含む排気ガスの吸引ダクトであり、符号３２は前記冷却ダクト１２と再生熱風ダクト２２が合流して燃焼室１ａに延設される共通ダクトであり、符号３３は煙突である。

前記ＲＴＯ１は、内部にセラミックハニカムの蓄熱体２を配設した蓄熱室を並列に構成し、各蓄熱室の上部を共通の燃焼室１ａにより連通接続した構造をしており、各蓄熱体２の下方には、入口ダンパおよび出口ダンパ（図示せず）がそれぞれ接続されている。なお、図１において、符号４は前記共通ダクト３２に設けられる熱風供給ダンパである。

前記第１、第２濃縮装置Ａ、Ｂは、同一のものを用いることができる。たとえば図２に示されるように、疎水性ゼオライトを用いた濃縮ロータ（ハニカムロータ）１１を構造体としており、吸着ゾーン１１ａ、再生ゾーン１１ｂおよび冷却ゾーン１１ｃに区分されている。たとえば、この吸着ゾーン１１ａは、３００度、再生ゾーン１１ｂは３０度および冷却ゾーン１１ｃは３０度の扇型をしている。
この濃縮ロータ１１は、駆動モータ（図示せず）により矢印１２の方向に一定速度で回転させながら、吸着ゾーン１１ａに排気ガスを通過させてＶＯＣを吸着させるとともに、該排気ガスの一部（または外気）を冷却ゾーン１１ｃに供給させる。なお、図２において、他の矢印はガスの流れを示している。
そして、該供給される排気ガスと前記ＲＴＯ１の燃焼室１ａから供給される高温ガスとを混合させたのち、再生熱風ダクト２２から再生ゾーン１１ｂへ送り出す。
これにより、脱着用再生熱風となる１８０〜２００℃の高温ガスを燃焼室１ａからの８００℃の高温ガスと冷却ゾーン１１ｃからの冷却エアとを混合することにより作り出すことができる。
したがって、再生ゾーン１１ｂに到達した際に１８０〜２００℃の熱風を通すことで、吸着していたＶＯＣを再生ゾーン１１ｂから脱着させて、濃縮ガスを取り出し、前記ＲＴＯ１に連通する供給ダクト４２を通してＲＴＯ１へ導入している。
また、熱風で加熱された濃縮ロータ１１は、入口から分岐した低温（４０℃以下）排気ガスまたは外気からの冷風により冷却されるため、再びＶＯＣを吸着することができる。

本実施の形態における制御装置は、２台の濃縮装置である場合、前記第１、第２濃縮装置Ａ、Ｂの濃縮ロータ１１を運転させる回路と、該第１濃縮装置Ａの冷却用ダンパＡ１と再生用ダンパＡ２を開けるとともに、第２濃縮装置Ｂの冷却用ダンパＢ１と再生用ダンパＢ２を閉じる回路と、前記第１濃縮装置Ａの濃縮ロータ１１の回転により、該第１濃縮装置Ａが揮発性有機化合物を１回再生すると、前記第２濃縮装置Ｂの再生用ダンパＢ２を開けるとともに、該第１濃縮装置Ａの再生用ダンパＡ２を閉じる回路と、該第１濃縮装置Ａの濃縮ロータ１１の回転により冷却ゾーン１１ｃが通過時間経過すると、前記第２濃縮装置Ｂの冷却用ダンパＢ１を開くとともに、該第１濃縮装置Ａの冷却用ダンパＡ１を閉じる回路と、前記第２濃縮装置Ｂの濃縮ロータ１１の回転により、該第２濃縮装置Ｂが揮発性有機化合物を１回再生すると、前記第１濃縮装置Ａの再生用ダンパＡ２を開くとともに、該第２濃縮装置Ｂの再生用ダンパＢ２を閉じる回路と、該第２濃縮装置Ｂの濃縮ロータ１１の回転により冷却ゾーン１１ｃが通過時間経過すると、前記第１濃縮装置Ａの冷却用ダンパＡ１を開くとともに、第２濃縮装置Ｂの冷却用ダンパＢ１を閉じる回路と、前記ＲＴＯ１が運転時間を経過しているか否かを判定する回路とから構成されている。

本実施の形態では、ＲＴＯ１の運転状態および再生熱風の風量を変化させずに第１、第２濃縮装置Ａ、Ｂへの再生熱風の供給を再生用ダンパＡ２、Ｂ２と冷却用ダンパＡ１、Ｂ１を順に切替えて、第１、第２濃縮装置Ａ、Ｂの再生を２回転（以上）に１回定期的に行うことができる。

これにより、第１、第２濃縮装置Ａ、Ｂの濃縮ロータ１１の再生熱風通過流速の下限（再生性能に必要な供給熱量）を維持することで性能を確保し、さらに濃縮ロータの２回転分のＶＯＣを吸着させたのち、再生を行うことにより、３０倍(以上)の濃縮を可能とすることができる。

また、第１、第２濃縮装置Ａ、Ｂの再生を順に行うことで濃縮後の風量を減少させることができ、ＲＴＯ１を小型化することができるとともに、設備費用や、設置面積を削減することができる。

また、再生熱風量の減少およびＲＴＯ１の燃焼室１ａ内の温度を維持するのに必要な熱量が減少することから、バーナー３の燃料代および電気代を削減することができる。

なお、本実施の形態では、ＲＴＯ１に２台の濃縮装置Ａ、Ｂを設置し、交互に再生を行う構成にされているが、本発明においては、これに限定されるものではなく、設備費を考慮して３台以上の濃縮装置を設置し、各濃縮装置間で再生用ダンパと冷却用ダンパを順に切替えることもできる。

つぎに、このように構成された排気ガス処理システムの作動を図３〜５に基づいて説明する。なお、図４〜５において、矢印はガスの流れを示す。

まず、図３〜４に示されるように、ＲＴＯ１の処理開始温度まで昇温が完了したのち、第１、第２濃縮装置Ａ、Ｂの濃縮ロータ１１を運転開始させる（ステップＳ１、Ｓ２）。

ついで、前記第１濃縮装置Ａの冷却用ダンパＡ１と再生用ダンパＡ２を開けるとともに、前記第２濃縮装置Ｂの冷却用ダンパＢ１と再生用ダンパＢ２を閉じる（ステップＳ３）。

ついで、再生熱風を供給開始する（ステップＳ４）。これにより、第１濃縮装置Ａの濃縮ロータ１１が回転し、その回転数が1回転後、第１濃縮装置Ａからのみ濃縮されたＶＯＣが1回再生される（ステップＳ５）。このとき、第２濃縮装置Ｂは再生せずに吸着のみを行う。

ついで、図３、５に示されるように、第２濃縮装置Ｂの再生用ダンパＢ２を開けるとともに、第１濃縮装置Ａの再生用ダンパＡ２を閉じる（ステップＳ６）。

ついで、第１濃縮装置Ａの濃縮ロータ１１が回転し、再生熱風により温められた濃縮ロータ自体が冷却ゾーン１１ｃを通過するのに必要な１／１２（３０度）回転経過すると、第２濃縮装置Ｂの冷却用ダンパＢ１を開くとともに、第１濃縮装置Ａの冷却用ダンパＡ１を閉じる（ステップＳ７、Ｓ８）。
本発明においては、前記制御装置に第１濃縮装置Ａの再生用ダンパＡ２と冷却用ダンパＡ１を閉じる回路を具備させることにより、前記再生用ダンパＡ２の閉じ動作と冷却用ダンパＡ１の閉じ動作を同時にすることができるが、前述のように、前記冷却用ダンパＡ１の閉じ動作を再生用ダンパＡ２に対して遅延させることにより、第１濃縮装置Ａの冷却を行い吸着性能の低下を防止することができる。

ついで、第２濃縮装置Ｂの濃縮ロータ１１が回転し、その回転数が２回転目、第２濃縮装置Ｂからのみ濃縮されたＶＯＣが１回再生される（ステップＳ９）。このとき、第１濃縮装置Ａは再生せずに吸着のみを行う。
なお、図３におけるステップ９の回転数は、冷却用ダンパＢ１が動作後の再生中の時間という意味で１回転である。

ついで、図３〜４に示されるように、第１濃縮装置Ａの再生用ダンパＡ２を開くとともに、第２濃縮装置Ｂの再生用ダンパＢ２を閉じる（ステップＳ１０）。

ついで、第２濃縮装置Ｂの濃縮ロータ１１が回転し、再生熱風により温められた濃縮ロータ自体が冷却ゾーン１１ｃを通過するのに必要な１／１２（３０度）回転経過すると、第１濃縮装置Ａの冷却用ダンパＡ１を開くとともに、第２濃縮装置Ｂの冷却用ダンパＢ１を閉じる（ステップＳ１１、Ｓ１２）。
本発明においては、前記制御装置に第２濃縮装置Ｂの再生用ダンパＢ２と冷却用ダンパＢ１を閉じる回路を具備させることにより、前記再生用ダンパＢ２の閉じ動作と冷却用ダンパＢ１の閉じ動作を同時にすることができるが、前述のように、前記冷却用ダンパＢ１の閉じ動作を再生用ダンパＢ２に対して遅延させることにより、第２濃縮装置Ｂの冷却を行い吸着性能の低下を防止することができる。

ついで、ＲＴＯの運転時間が経過しているか否かを判定する（ステップＳ１３）。そして、判定の結果、運転時間が経過していない場合には、前記ステップ５から繰り返す。また、判定の結果、運転時間が経過している場合には、ＲＴＯの自動運転を停止したのち、各ダンパＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２を閉じる（ステップＳ１４、Ｓ１５）。

以上説明したとおり、第１濃縮装置と第２濃縮装置に交互に再生をかけることで、ＲＴＯへ導入する風量（再生熱風量）は１台分の濃縮装置の風量となり、かつ２回転分の吸着したＶＯＣを再生させることから、濃縮倍率を３０倍にすることが可能である。なお、２回転分以上の吸着したＶＯＣを再生させることもできる。
また、処理ガスの濃度条件、たとえば吸引ガス濃度がトルエン１０ｐｐｍの場合、４５倍、６０倍しても４５０ｐｐｍ、６００ｐｐｍと爆発下限界（１２０００ｐｐｍ）の１／４には程遠く安全であることにより、濃縮装置を３台または４台と設置し再生を順番に行うことで４５（３×１５）倍、６０（４×１５）倍と濃縮が可能となる。
よって、さらに濃縮倍率を上げ、ＲＴＯへ導入する風量（再生熱風量）の低減ができるため、ＲＴＯを小型化にし、バーナーの燃料代および電気代を削減することができる。

本発明の一実施の形態にかかわる排気ガス処理システムの概略構成図である。 本実施の形態における濃縮装置の濃縮ロータを説明する図である。 本発明の一実施の形態にかかわるフローチャートである。 本実施の形態にかかわる排気ガス処理システムの動作を説明する図である。 本実施の形態にかかわる排気ガス処理システムの動作を説明する図である。 従来の排気ガス処理システムの一例を示す図である。

符号の説明

Ａ 第１濃縮装置
Ｂ 第２濃縮装置
１ ＲＴＯ（蓄熱燃焼式排気ガス浄化装置）
１ａ 燃焼室
２ 蓄熱体
３ バーナー
４ 熱風供給ダンパ
１１ 濃縮ロータ
１１ａ 吸着ゾーン
１１ｂ 再生ゾーン
１１ｃ 冷却ゾーン
１２ 冷却ダクト
２２ 再生熱風ダクト
Ａ１、Ｂ１ 冷却用開閉ダンパ（冷却用ダンパ）
Ａ２、Ｂ２ 再生用開閉ダンパ（再生用ダンパ）
３１ 吸引ダクト
３２ 共通ダクト
３３ 煙突
４２ 供給ダクト

Claims (3)

1. 吸着ゾーン、再生ゾーンおよび冷却ゾーンに区分される濃縮ロータを具備する少なくとも２台の濃縮装置と蓄熱燃焼式排気ガス浄化装置を設置するとともに、各濃縮装置における冷却ゾーンと蓄熱燃焼式排気ガス浄化装置の燃焼室および再生ゾーンと該燃焼室が冷却用開閉ダンパおよび再生用開閉ダンパを介してダクトにより接続されている排気ガス処理システムにおいて、
   前記各濃縮装置間で再生用開閉ダンパと冷却用開閉ダンパを順に切替えて、前記冷却ゾーンからの冷却エアと燃焼室からの高温ガスとを混合してなる脱着用再生熱風の高温ガスを前記再生ゾーンに供給する制御装置を備えてなる
   排気ガス処理システム。
2. 前記少なくとも２台の濃縮装置が２台の濃縮装置である場合、
   前記制御装置が、
   前記２台の濃縮装置の濃縮ロータを運転させる回路と、
   該２台の濃縮装置のうち１台の濃縮装置の冷却用ダンパと再生用ダンパを開けるとともに、他の濃縮装置の冷却用ダンパと再生用ダンパを閉じる回路と、
   前記１台の濃縮装置の濃縮ロータの回転により、該１台の濃縮装置が揮発性有機化合物を１回再生すると、前記他の濃縮装置の再生用ダンパを開けるとともに、該１台の濃縮装置の再生用ダンパと冷却用ダンパを閉じる回路と、
   該１台の濃縮装置の濃縮ロータの回転により冷却ゾーンが通過時間経過すると、前記他の濃縮装置の冷却用ダンパを開く回路と、
   前記他の濃縮装置の濃縮ロータの回転により、該他の濃縮装置が揮発性有機化合物を１回再生すると、前記１台の濃縮装置の再生用ダンパを開くとともに、該他の濃縮装置の再生用ダンパと冷却用ダンパを閉じる回路と、
   該他の濃縮装置の濃縮ロータの回転により冷却ゾーンが通過時間経過すると、前記１台の濃縮装置の冷却用ダンパを開く回路と、
   前記蓄熱燃焼式排気ガス浄化装置が運転時間を経過しているか否かを判定する回路と
   を具備してなる請求項１記載の排気ガス処理システム。
3. 前記少なくとも２台の濃縮装置が２台の濃縮装置である場合、
   前記制御装置が、
   前記２台の濃縮装置の濃縮ロータを運転させる回路と、
   該２台の濃縮装置のうち１台の濃縮装置の冷却用ダンパと再生用ダンパを開けるとともに、他の濃縮装置の冷却用ダンパと再生用ダンパを閉じる回路と、
   前記１台の濃縮装置の濃縮ロータの回転により、該１台の濃縮装置が揮発性有機化合物を１回再生すると、前記他の濃縮装置の再生用ダンパを開けるとともに、該１台の濃縮装置の再生用ダンパを閉じる回路と、
   該１台の濃縮装置の濃縮ロータの回転により冷却ゾーンが通過時間経過すると、前記他の濃縮装置の冷却用ダンパを開くとともに、該１台の濃縮装置の冷却用ダンパを閉じる回路と、
   前記他の濃縮装置の濃縮ロータの回転により、該他の濃縮装置が揮発性有機化合物を１回再生すると、前記１台の濃縮装置の再生用ダンパを開くとともに、該他の濃縮装置の再生用ダンパを閉じる回路と、
   該他の濃縮装置の濃縮ロータの回転により冷却ゾーンが通過時間経過すると、前記１台の濃縮装置の冷却用ダンパを開くとともに、他の濃縮装置の冷却用ダンパを閉じる回路と、
   前記蓄熱燃焼式排気ガス浄化装置が運転時間を経過しているか否かを判定する回路と
   を具備してなる請求項１記載の排気ガス処理システム。