JP2009240879A - 揮発性有機化合物処理システム及び揮発性有機化合物の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼処理できない間においても揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を処理することができる揮発性有機化合物処理システム及び揮発性有機化合物の処理方法を提供する。
【解決手段】処理対象ガスに含まれるＶＯＣを吸着剤１０に吸着させ、吸着剤１０に吸着されたＶＯＣを加圧環境下で水蒸気を用いて脱着して水蒸気に混入させる吸着・脱着装置１と、ＶＯＣが混入した水蒸気を燃焼させるガスタービン２とを有する揮発性有機化合物処理システムＡであって、ＶＯＣが混入した水蒸気を凝縮・液化して液体とする凝縮器５と、凝縮器５で液化した液体を貯溜する貯溜装置６と、ガスタービン２の稼働状況に応じて、配管Ｘ４を介して流出するＶＯＣが混入した水蒸気を、ガスタービン２に供給する配管Ｘ４ａに導入させる、あるいは、凝縮器５に供給する配管Ｘ４ｂに導入させるよう切り替える切替装置８とを有するという構成を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス状の揮発性有機化合物を処理する揮発性有機化合物処理システム及び揮発性有機化合物の処理方法に関する。

トルエンやキシレン等の各種揮発性有機化合物を取り扱う工場では、揮発性有機化合物を含むガス（処理対象ガス）を処理するための処理システムを設けている。
このような処理システムとして、特許文献１には、処理対象ガスを吸着・脱着装置に供給して揮発性有機化合物を活性炭等の吸着剤に吸着させ、また吸着剤が吸着した揮発性有機化合物を水蒸気で吸着剤から脱着して揮発性有機化合物を水蒸気に混入させる。そして、揮発性有機化合物が混入した水蒸気をガスタービンやボイラ等の燃焼装置により燃焼させて揮発性有機化合物を分解・無害化すると共に揮発性有機化合物が有する化学エネルギーを有効利用して処理する揮発性有機化合物処理システムが開示されている。
特許第３９５６９９６号公報

ところで、処理対象ガスは工場から順次排気されるものであるため、上記処理システムは、排気される処理対象ガスを順次処理せしめる能力が求められる。しかしながら、上記処理システムは吸着・脱着装置により処理対象ガスから分離した揮発性有機化合物の最終的な処理を燃焼装置により行うものであるから、例えば、不可避的なメンテナンスにより燃焼装置が停止している場合や、燃焼装置の立上り時間等の、燃焼装置の停止状態の間では、脱着され排出される揮発性有機化合物が混入した水蒸気を燃焼できないため、上記処理システムは機能を停止せざるを得なかった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、燃焼処理できない間においても揮発性有機化合物を処理することができる揮発性有機化合物処理システム及び揮発性有機化合物の処理方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、処理対象ガスに含まれる揮発性有機化合物を吸着剤に吸着させ、上記吸着剤に吸着された上記揮発性有機化合物を加圧環境下で水蒸気を用いて脱着して上記水蒸気に混入させる吸着・脱着装置と、上記揮発性有機化合物が混入した上記水蒸気を燃焼させる燃焼装置とを有する揮発性有機化合物処理システムであって、上記揮発性有機化合物が混入した上記水蒸気を液化する液化装置と、上記液化装置で液化した液体を貯溜する貯溜装置と、上記燃焼装置の稼働状況に応じて、上記揮発性有機化合物が混入した上記水蒸気の供給経路を、上記燃焼装置に供給する燃焼経路と、上記液化装置に供給する液化経路とに切り替える切替装置とを有するという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、燃焼装置の稼働状況に応じて、揮発性有機化合物が混入した水蒸気の供給経路を切り替えることで、燃焼装置あるいは液化装置にて揮発性有機化合物が混入した水蒸気を処理することができる。

また、本発明では、上記切替装置は、上記燃焼装置が停止状態にあるときに、上記供給経路を上記液化経路に切り替えるという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、燃焼装置が、例えば、不可避的なメンテナンスにより停止している場合や、立上り時間等の燃焼できない停止状態にあるときに、他方の液化装置で揮発性有機化合物が混入した水蒸気を処理することができる。

また、本発明では、上記燃焼装置が稼動しているときに、上記貯溜装置に貯溜した上記液体を水蒸気と混合させて、上記燃焼経路に導入させる蒸気混合装置を有するという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、貯溜装置にて貯留した揮発性有機化合物が混入した液体を廃棄処理することなく再利用して、揮発性有機化合物が有する化学エネルギーを有効に活用できる。

また、本発明では、上記蒸気混合装置は、上記燃焼装置の負荷に応じて、水蒸気と混合させる上記液体の混合量を変化させるという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、揮発性有機化合物が混入した液体の混合量を変化させることで、例えば、燃焼装置の負荷変動に対応することができる。

また、本発明では、上記貯溜装置で貯留した上記液体から、上記揮発性有機化合物を含有する非水溶性の第２液体を比重分離する比重分離装置を有し、上記蒸気混合装置は、上記液体として、上記第２液体を水蒸気と混合させるという構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、揮発性有機化合物の有する非水溶性の特性を利用して、水と分離し、分離した揮発性有機化合物を含む第２液体のみを処理することができるため、揮発性有機化合物の処理効率を向上させることができる。また、第２液体では分離前より揮発性有機化合物の含有割合が大きいため、燃焼装置での燃焼効率を向上させることができる。

また、本発明では、処理対象ガスに含まれる揮発性有機化合物を吸着剤に吸着させ、上記吸着剤に吸着された上記揮発性有機化合物を加圧環境下で水蒸気を用いて脱着して上記水蒸気に混入させる吸着・脱着工程と、上記揮発性有機化合物が混入した上記水蒸気を、燃焼装置を用いて燃焼させる燃焼工程とを有する揮発性有機化合物の処理方法であって、上記揮発性有機化合物が混入した上記水蒸気を液化する液化工程と、上記液化工程で液化した液体を貯溜する貯溜工程と、上記燃焼装置の稼働状況に応じて、上記揮発性有機化合物が混入した上記水蒸気の処理を、上記燃焼工程と、上記液化工程とに切り替える切替工程とを有するという処理方法を採用する。
このような処理方法を採用することによって、本発明では、燃焼装置の稼働状況に応じて、揮発性有機化合物が混入した水蒸気の処理を切り替えることで、燃焼工程あるいは液化工程にて揮発性有機化合物が混入した水蒸気を処理することができる。

本発明によれば、処理対象ガスに含まれる揮発性有機化合物を吸着剤に吸着させ、上記吸着剤に吸着された上記揮発性有機化合物を加圧環境下で水蒸気を用いて脱着して上記水蒸気に混入させる吸着・脱着装置と、上記揮発性有機化合物が混入した上記水蒸気を燃焼させる燃焼装置とを有する揮発性有機化合物処理システムであって、上記揮発性有機化合物が混入した上記水蒸気を液化する液化装置と、上記液化装置で液化した液体を貯溜する貯溜装置と、上記燃焼装置の稼働状況に応じて、上記揮発性有機化合物が混入した上記水蒸気の供給経路を、上記燃焼装置に供給する燃焼経路と、上記液化装置に供給する液化経路とに切り替える切替装置とを有するという構成を採用することによって、燃焼装置の稼働状況に応じて、揮発性有機化合物が混入した水蒸気の供給経路を切り替えることで、燃焼装置あるいは液化装置にて揮発性有機化合物が混入した水蒸気を処理することができる。つまり、本発明では、燃焼装置にて燃焼処理できない間においても、揮発性有機化合物が混入した水蒸気を液化装置にて処理できる。
したがって、本発明は、燃焼処理できない間においても揮発性有機化合物を処理することができる効果がある。

また、本発明によれば、処理対象ガスに含まれる揮発性有機化合物を吸着剤に吸着させ、上記吸着剤に吸着された上記揮発性有機化合物を加圧環境下で水蒸気を用いて脱着して上記水蒸気に混入させる吸着・脱着工程と、上記揮発性有機化合物が混入した上記水蒸気を、燃焼装置を用いて燃焼させる燃焼工程とを有する揮発性有機化合物の処理方法であって、上記揮発性有機化合物が混入した上記水蒸気を液化する液化工程と、上記液化工程で液化した液体を貯溜する貯溜工程と、上記燃焼装置の稼働状況に応じて、上記揮発性有機化合物が混入した上記水蒸気の処理を、上記燃焼工程と、上記液化工程とに切り替える切替工程とを有するという処理方法を採用することによって、燃焼装置の稼働状況に応じて、揮発性有機化合物が混入した水蒸気の処理を切り替えることで、燃焼工程あるいは液化工程にて揮発性有機化合物が混入した水蒸気を処理することができる。つまり、本発明では、燃焼工程にて燃焼処理できない間においても、揮発性有機化合物が混入した水蒸気を液化工程にて処理できる。
したがって、本発明は、燃焼処理できない間においても揮発性有機化合物を処理することができる効果がある。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態における揮発性有機化合物処理システムＡの概要を示す模式図である。
揮発性有機化合物処理システムＡは、トルエンやキシレン等の各種揮発性有機化合物の処理を必要とする工場内に構築されるものであり、図１に示すように、吸着・脱着装置１、ガスタービン（燃焼装置）２、熱交換器３、ドレン排出系４、凝縮器（液化装置）５、貯溜装置６、蒸気混合装置７、切替装置８及び不図示の制御装置を備えている。

吸着・脱着装置１は、円筒状の部材の開口をドーム状の部材で閉じたような形状の金属製の浄化容器１１と、浄化容器１１内部中段に設けられた吸着剤１０とを有する。吸着・脱着装置１は、処理対象ガスである揮発性有機化合物（以下、ＶＯＣと称する）含有ガスに含まれるＶＯＣを浄化容器１１内部の吸着剤１０に吸着させることによって処理対象ガスからＶＯＣを除去し、吸着剤１０に吸着したＶＯＣを加圧環境下で水蒸気を用いて脱着して水蒸気に混入させる。吸着剤１０には、例えば活性炭が使用される。また、上記加圧環境は、水蒸気を吸着・脱着装置１に供給することによって実現される。

このような吸着・脱着装置１には、吸着剤１０より上側の外部から、水蒸気を入力する配管Ｘ１及び、ＶＯＣが除去された処理済ガスを外部へ出力する配管Ｘ２が設けられており、一方、吸着剤１０より下側の外部から、処理対象ガスを入力する配管Ｘ３及び、ＶＯＣが混入した水蒸気を外部へ出力する配管（供給経路）Ｘ４が設けられる構成となっている。また、吸着・脱着装置１は、吸着剤１０を冷却する必要から、空気（冷却用空気）を下側の外部から入力する配管Ｘ５が設けられる。
なお、配管Ｘ４は、分岐位置１１０で２つに分岐しており、一方はＶＯＣが混入した水蒸気をガスタービン２に供給する配管（燃焼経路）Ｘ４ａに、他方はＶＯＣが混入した水蒸気を凝縮器５に供給する配管（液化経路）Ｘ４ｂに分岐する構成となっている。

ガスタービン２は、圧縮機２１、燃焼器２２、タービン２３を備えている。
圧縮機２１は、外部から吸気した空気を加圧して圧縮空気とし、燃焼器２２に供給する構成となっている。燃焼器２２は、圧縮機２１から供給される圧縮空気と燃料ガスとを混合して燃焼させ、タービン２３へ排出する。また、燃焼器２２には、吸着・脱着装置１から出力されたＶＯＣが混入した水蒸気が配管Ｘ４及び配管Ｘ４ａを介して供給され、この水蒸気を燃料ガスと共に燃焼させる構成となっている。タービン２３は、燃焼器２２から供給される燃焼ガスの運動エネルギー及び圧力エネルギーによって回転駆動されて、圧縮機２１の駆動力と、ガスタービン２外部の発電機等の負荷２５の駆動力とを発生する構成となっている。そして、ガスタービン２から排出される燃焼ガス（排ガス）は、熱交換器３へ排出される構成となっている。

熱交換器３は、ガスタービン２から供給される燃焼ガスの保有する熱を利用して水蒸気を生成する構成となっている。熱交換器３が生成した水蒸気の一部は、配管Ｘ６を介して工場のプロセス用として使用され、残りの水蒸気は、配管Ｘ７を介して吸着・脱着装置１等に供給される。なお、配管Ｘ７は、途中２つに分岐しており、一方は吸着・脱着装置１に水蒸気を入力する配管Ｘ１に、他方は吸着・脱着装置１を経由することなく配管Ｘ４に合流位置１００で接続される配管Ｘ８に分岐する構成となっている。
なお、ガスタービン２が停止状態にあるときは、熱交換器３は水蒸気を生成することができないため、揮発性有機化合物処理システムＡは、補助的に設けられている不図示の補助ボイラ等で水蒸気を生成する構成となっている。

ドレン排出系４は、ＶＯＣが混入した水蒸気が凝縮して液化し、ＶＯＣが微量ながら溶け込んでいるドレンを回収するものであり、切替装置８の上流側の配管Ｘ４と、合流位置１００の下流側の配管Ｘ４ａとの２箇所に設けられる。このような、ドレン排出系４は、ドレンを回収する流路を形成するドレン配管Ｘ４１と、ドレン配管Ｘ４１の途中に設けられたドレン排出弁４２と、ドレン排出弁４２をバイパスするように設けられたバイパス配管Ｘ４１ａとを有しており、また、バイパス配管Ｘ４１ａには上流側から順に第１仕切弁４３、ドレントラップ４４及び第２仕切弁４５が設けられる構成となっている。

ドレン排出系４は、ドレントラップ４４の保守点検時等以外は、ドレン排出弁４２は常時閉状態とされ、第１仕切弁４３及び第２仕切弁４５は常時開状態とされており、配管Ｘ４を流通するドレンがドレン配管Ｘ４１を介してバイパス配管Ｘ４１ａに導入される構成となっている。
ドレントラップ４４は、バイパス配管Ｘ４１ａの上流側にてドレンを滞留させると共に、所定量のドレンが滞留すると余剰のドレンを自動的に下流側に排出する構成となっている。ドレントラップ４４は、フロート式、バイメタル式、ベローズ式等の各種方式を採用することができるが、本実施形態ではドレンが滞留することによる温度変化で開閉するバイメタル式のドレントラップを採用している。

凝縮器５は、配管Ｘ４ｂを介して供給されるＶＯＣが混入した水蒸気を凝縮・液化し、ＶＯＣが混入した液体として貯溜装置６に導入させる構成となっている。このような凝縮器５は、水冷式、空冷式、蒸発式等の各種方式を採用することができるが、本実施形態では、ＶＯＣが混入した水蒸気を冷却水との間で熱交換させて凝縮・液化する水冷式の凝縮器を採用している。

貯溜装置６は、凝縮器５で液化した液体を貯留するものであり、凝縮器５及びドレン排出系４からＶＯＣが混入した液体が導入されるデカンタ（比重分離装置）６１と、デカンタ６１にて比重分離されたＶＯＣを含有する非水溶性の液体であるＶＯＣ液（第２液体）を貯留するＶＯＣ槽６２と、デカンタ６１にてＶＯＣ液が分離された残部の水である分離水を貯留する分離水槽６３とを有する構成となっている。

デカンタ６１は、ＶＯＣが混入した液体を貯溜する中空構造を有する貯溜槽であり、上部に凝縮器５を経た配管Ｘ４ｂ及びドレン排出系４のドレン配管Ｘ４１がそれぞれ接続される。また、デカンタ６１には、一端が貯溜槽底部近傍に配置されて、当該配置位置から上方に延在すると共に所定の高さで屈曲しデカンタ６１の側壁を貫通して、側方に設けられた分離水槽６３内に他端が配置される分離水配管Ｘ６１ａと、上記所定の位置よりも高い位置においてデカンタ６１の側壁に一端が接続され、他端がＶＯＣ槽６２内に配置されるＶＯＣ液配管Ｘ６１ｂとが設けられる構成となっている。
また、分離水槽６３には、分離水を底部から排水する配管Ｘ６３が設けられ、ＶＯＣ槽６２には、ＶＯＣ液を蒸気混合装置７の蒸気・ＶＯＣ混合器７１に供給する配管Ｘ６２が設けられる構成となっている。
なお、デカンタ６１は、ＶＯＣが混入した液体が分離水配管Ｘ６１ａを介して分離水槽６３内に流入するのを防止するために、予め、内部に水を導入して、分離水配管Ｘ６１ａの一端が配置される位置よりも高い位置に水位がくるように水を貯溜する必要がある。本実施形態では、初期状態でデカンタ６１には、分離水配管Ｘ６１ａの屈曲する位置つまり、オーバーフローする程度まで水を貯溜している。

蒸気混合装置７は、ガスタービン２が稼動しているときに、ＶＯＣ槽６２に貯溜したＶＯＣ液を、配管Ｘ８を流通する水蒸気と混合させて、配管Ｘ４ａに導入させるものであり、ＶＯＣ液と水蒸気とを混合させる蒸気・ＶＯＣ混合器７１と、蒸気・ＶＯＣ混合器７１にＶＯＣ液を、配管Ｘ６２を介して圧送する電動ポンプ７２と、配管Ｘ６２に設けられ電動ポンプ７２により圧送されたＶＯＣ液の液量を調節する不図示の調節弁とを有する構成となっている。
蒸気・ＶＯＣ混合器７１は、配管Ｘ８の流路上に設けられ、電動ポンプ７２で圧送されるＶＯＣ液を不図示の噴霧ノズルにてミスト化して側方から噴霧することで、配管Ｘ８を流通する水蒸気にＶＯＣ液を混入させる構成となっている。

切替装置８は、分岐位置１１０近傍であって配管Ｘ４ａに設けられた開閉弁Ｙ４ａと、同じく分岐位置１１０近傍であって配管Ｘ４ｂに設けられた開閉弁Ｙ４ｂと、後述する不図示の制御装置とから構成されており、制御装置の制御の下、開閉弁Ｙ４ａ及び開閉弁Ｙ４ｂのどちらか一方を開状態、他方を閉状態とすることで、吸着・脱着装置１から配管Ｘ４を介して流出するＶＯＣが混入した水蒸気の流路を、ガスタービン２に供給する配管Ｘ４ａもしくは、凝縮器５に供給する配管Ｘ４ｂに切り替える構成となっている。

不図示の制御装置は、内部メモリに記憶された制御プログラム及び各種制御用データ等に基づいて、本システムの全体の動作を制御するものである。すなわち、制御装置は、各種制御用データ等に基づいて制御演算を行う制御機器及び上記各構成機器（吸着・脱着装置１、ガスタービン２、熱交換器３、凝縮器５、蒸気混合装置７、切替装置８等）とのデータ授受を行う各種入出力インターフェース回路等から構成されており、上記各構成機器を統括的に制御する構成となっている。
このような制御装置は、例えば、配管Ｘ２に設けられた開閉弁Ｙ２、配管Ｘ３に設けられた開閉弁Ｙ３、配管Ｘ４ａに設けられた開閉弁Ｙ４ａ、配管Ｘ４ｂに設けられた開閉弁Ｙ４ｂ及び配管Ｘ５に設けられた開閉弁Ｙ５の開放／閉塞の動作を各々制御する構成となっている。また、制御装置は、配管Ｘ１に設けられた調節弁Ｙ１、配管Ｘ４に設けられた調節弁Ｙ４、配管Ｘ４ａに設けられた調節弁Ｙ４ａ１、配管Ｘ８に設けられた調節弁Ｙ８の開放／閉塞、さらにこれらの当該開放量を調節することで流体の供給量を各々制御することができる構成となっている。

続いて、上記のように構成された揮発性有機化合物処理システムＡによるＶＯＣを処理する動作について図２〜図６を参照して説明する。
図２〜図６は、吸着・脱着装置１による吸着・脱着工程の各工程における様子を示す模式図であって、図２は吸着工程を、図３は加圧・加温工程を、図４はガスタービン２が稼動しているときの脱着工程を、図５はガスタービン２が停止状態にあるときの脱着工程を、図６は冷却工程を示している。吸着・脱着装置１は、吸着工程、加圧・加温工程、脱着工程、冷却工程の各工程を順次繰り返し行うことにより、処理対象ガスからＶＯＣを除去して処理する。
なお、図２〜図６において、各弁の白抜き表示は「開状態」にあることを示し、各弁の黒抜き表示は「閉状態」にあることを示している。

（吸着工程）
不図示の制御装置は、図２に示すように、開閉弁Ｙ４ａ、開閉弁Ｙ４ｂ、開閉弁Ｙ５、調節弁Ｙ１、調節弁Ｙ４を閉状態とすると共に、開閉弁Ｙ２及び開閉弁Ｙ３を開状態とする。開閉弁Ｙ２及び開閉弁Ｙ３が開状態となることで、吸着・脱着装置１にＶＯＣを含んだ処理対象ガスが配管Ｘ３を介して下側から順次入力され、中段に設けられた吸着剤１０を通過して上側の配管Ｘ２から順次出力される。この吸着工程において、処理対象ガスは、吸着剤１０を通過する際にＶＯＣが活性炭に吸着されるために浄化され、処理済ガスとして配管Ｘ２を介して外部に排出されることとなる。

（加圧・加温工程）
次に、制御装置は、加圧・加温工程を行うべく、図３に示すように、開閉弁Ｙ２、開閉弁Ｙ３、開閉弁Ｙ４ａ、開閉弁Ｙ４ｂ、開閉弁Ｙ５及び調節弁Ｙ４を閉状態とすると共に、調節弁Ｙ１を開状態とする。調節弁Ｙ１が開状態となることで、吸着・脱着装置１に水蒸気が配管Ｘ１を介して上側から順次入力され、浄化容器１１内が加圧・加温状態となり、吸着剤１０の雰囲気が加温されることとなる。
このとき、常温状態にあった吸着・脱着装置１に、加圧・加温用の水蒸気を供給することによって当該水蒸気の一部が凝縮して液体のドレンとなる。そして、このドレンには、吸着工程によって吸着剤１０に付着したＶＯＣが微量ながら溶け込んでいる。
なお、ガスタービン２が稼動している場合では、吸着・脱着装置１は、熱交換器３で生成した水蒸気の供給を受け、対して、ガスタービン２が停止状態にある場合では、吸着・脱着装置１は、不図示の補助ボイラで生成した水蒸気の供給を受けて加圧・加温されることとなる。

（脱着工程）
浄化容器１１内が十分に加圧・加温されると、制御装置は、脱着工程を行うべく、図４及び図５に示すように、開閉弁Ｙ２、開閉弁Ｙ３、開閉弁Ｙ５及び調節弁Ｙ８を閉状態とすると共に、調節弁Ｙ１及び調節弁Ｙ４を開状態とする。調節弁Ｙ１及び調節弁Ｙ４が開状態となることで、吸着・脱着装置１に水蒸気が配管Ｘ１を介して上側から順次入力されると共に、中段に設けられた吸着剤１０を通過してＶＯＣが混入した水蒸気が下側の配管Ｘ４を介して順次出力される。この脱着工程では、吸着剤１０の活性炭に吸着されたＶＯＣは、所定温度に加温された環境下において、吸着剤１０を通過する水蒸気によって活性炭から脱着され、水蒸気に混入した状態で配管Ｘ４を介して排出されることとなる。

このとき、加圧・加温工程において生じたドレンもＶＯＣが混入した水蒸気と共に配管Ｘ４を介して排出される。さらに、配管Ｘ４を流通するＶＯＣが混入した水蒸気は、その流通過程での熱損失等により一部が液化し、ドレンを生じさせる。
当該ドレンは、切替装置８の上流側の配管Ｘ４に設けられたドレン排出系４にて回収された後、デカンタ６１に導入される。より詳しくは、先ず、ドレンは、配管Ｘ４ａから分岐して設けられたドレン配管Ｘ４１に導入される。次に、ドレンは、ドレン配管Ｘ４１からバイパス配管Ｘ４１に流動すると共に、ドレントラップ４４の上流側に滞留する。ドレントラップ４４は、所定量のドレンを滞留させると、ドレンが滞留することによる温度変化で開閉するバイメタル構造が動作し、余剰のドレンを自動的に下流側に排出することでドレンのみを回収する。そして、ドレンは、ドレン配管Ｘ４１を介してデカンタ６１に導入されることとなる。

脱着工程にてガスタービン２が稼動している場合、切替装置８は、制御装置の制御の下、図４に示すように、開閉弁Ｙ４ｂを閉状態とすると共に開閉弁Ｙ４ａを開状態とすることで、配管Ｘ４を介して流出するＶＯＣが混入した水蒸気を、ガスタービン２に供給する配管Ｘ４ａに導入させる（切替工程）。そして、ＶＯＣが混入した水蒸気は、配管Ｘ４ａを流通してガスタービン２に連続的に供給され、ガスタービン２の燃焼器２２により燃焼されることで分解・無害化されることとなる（燃焼工程）。

対して、ガスタービン２が停止状態にある場合、切替装置８は、制御装置の制御の下、図５に示すように、開閉弁Ｙ４ａを閉状態とすると共に開閉弁Ｙ４ｂを開状態とすることで、配管Ｘ４を介して流出するＶＯＣが混入した水蒸気の流路を、凝縮器５に供給する配管Ｘ４ｂを流通する流路に切り替える（切替工程）。そして、ＶＯＣが混入した水蒸気は、配管Ｘ４ｂを流通して凝縮器５に供給され冷却水との間で熱交換した後、凝縮・液化し下流側に設けられたデカンタ６１に導入されることとなる（液化工程）。

デカンタ６１は、凝縮器５で液化した液体及びドレン排出系４で回収されたドレンを貯溜する（貯溜工程）。これらＶＯＣが混入した液体は、デカンタ６１内で貯溜されることで、水である分離水と、水より比重の軽いトルエン、キシレン等のＶＯＣを含む非水溶性のＶＯＣ液との２層に自然に比重分離する。つまり、分離水が下部に、ＶＯＣ液がその上部に滞溜することとなる。
そして、時間の経過と共にデカンタ６１にＶＯＣが混入した液体が順次導入されると、デカンタ６１内の液位がそれに伴って上昇する。当該液位が、ＶＯＣ液配管Ｘ６１ｂが設けられる位置まで上昇すると、ＶＯＣ液は、ＶＯＣ液配管Ｘ６１ｂを介してデカンタ６１から自動的に流出し、ＶＯＣ槽６２内に貯溜される。一方、ＶＯＣが混入した液体が順次導入されることでデカンタ６１底部の液圧が大きくなると、分離水は、デカンタ６１底部近傍に一端が配置された分離水配管Ｘ６１ａを介してデカンタ６１から自動的に流出し、分離水槽６３内に貯溜される（比重分離工程）。このように、ＶＯＣが混入した液体を順次比重分離して流出させることで、デカンタ６１内の液位は一定に維持される。
なお、分離水はＶＯＣをほとんど含まないため、配管Ｘ６３を介して排水、あるいは処理業者に回収された後処理されることとなる。一方、ＶＯＣ液は、その化学エネルギーを燃焼エネルギーとして有効活用するため、ガスタービン２が稼動し燃焼が可能となるまでＶＯＣ槽６２に貯溜される。

（冷却工程）
上記脱着工程の後、制御装置は、冷却工程を行うべく、図６に示すように、開閉弁Ｙ３、開閉弁Ｙ４ａ、開閉弁Ｙ４ｂ、調節弁Ｙ１及び調節弁Ｙ４を閉状態とすると共に、開閉弁Ｙ２及び開閉弁Ｙ５を開状態とする。開閉弁Ｙ２及び開閉弁Ｙ５が開状態となることで、吸着・脱着装置１に空気が配管Ｘ５を介して下側から順次入力され、中段に設けられた吸着剤１０を通過して上側の配管Ｘ２から順次出力される。この冷却工程では、開閉弁Ｙ２を開状態にすることで浄化容器１１内を減圧させ常圧に戻し、空気が吸着剤１０を通過することによって活性炭の雰囲気を冷却することで常態に戻すこととなる。

そして、制御装置は、再び上記した吸着工程に移行させ、上記工程を順に繰り返し行うことで処理対象ガスからＶＯＣを順次除去処理することとなる。

ところで、ＶＯＣ槽６３にて貯溜されたＶＯＣ液は、ガスタービン２が稼動し、燃焼が可能となった時に、制御装置の制御の下、蒸気混合装置７によって水蒸気と混合されガスタービン２に供給される。
ガスタービン２が稼動している場合は、例えば、図２、図３及び図６に示すように、調節弁Ｙ８及び調節弁Ｙ４ａ１は、配管Ｘ８及び配管Ｘ４ａを介して常時一定量の水蒸気をガスタービン２に供給するよう開放量を調節した開状態となっている。
このとき制御装置は、所定のタイミングで、蒸気混合装置７を駆動させ、ＶＯＣ槽６２に貯溜されている所定の量のＶＯＣ液を、電動ポンプ７２を用いて配管Ｘ６２を介して蒸気・ＶＯＣ混合器７１に圧送する。蒸気・ＶＯＣ混合器７１に圧送されたＶＯＣ液は、不図示の噴霧ノズルにて噴霧されることでミスト化し、配管Ｘ８を流通する水蒸気と混合された後、ガスタービン２に供給され燃焼されることとなる。

このとき、配管Ｘ８を流通するＶＯＣが混入した水蒸気は、その流通過程での熱損失等により一部が液化することがあるが、液化したもの（ドレン）は合流位置１００の下流側に設けられたドレン排出系４の作用によりデカンタ６１に回収されることとなる。
なお、蒸気混合装置７は、制御装置の制御の下、配管Ｘ６２に設けられた不図示の調節弁の開放量を調節し、電動ポンプ７２によるＶＯＣ液の供給量を変化させることで、水蒸気と混合させるＶＯＣ液の混合量を変化させることができる。また、例えば、制御装置により、電動ポンプ７２の交流モータをインバータ制御し、電動ポンプ７２の駆動回転数を変えることで、ＶＯＣ液の供給量を変化させても良い。
したがって、ガスタービン２における負荷２５の急激な負荷変動が生じた場合には、負荷変動に応じてＶＯＣ液の混合量を増加あるは減少させて調節することで、ＶＯＣの有する化学エネルギーを利用して燃焼効率を向上させ当該負荷変動に対応することとなる。

したがって、上述の本実施形態によれば、処理対象ガスに含まれるＶＯＣを吸着剤１０に吸着させ、吸着剤１０に吸着されたＶＯＣを加圧環境下で水蒸気を用いて脱着して水蒸気に混入させる吸着・脱着装置１と、ＶＯＣが混入した水蒸気を燃焼させるガスタービン２とを有する揮発性有機化合物処理システムＡであって、ＶＯＣが混入した水蒸気を凝縮・液化する凝縮器５と、凝縮器５で液化した液体を貯溜する貯溜装置６と、ガスタービン２の稼働状況に応じて、配管Ｘ４を介して流出するＶＯＣが混入した水蒸気を、ガスタービン２に供給する配管Ｘ４ａに導入させる、あるいは、凝縮器５に供給する配管Ｘ４ｂに導入させるよう切り替える切替装置８とを有するという構成を採用することによって、ガスタービン２の稼働状況に応じて、ＶＯＣが混入した水蒸気の流路を切り替えることで、ガスタービン２あるいは凝縮器５にてＶＯＣが混入した水蒸気を処理することができる。つまり、本実施形態では、ガスタービン２にて燃焼処理できない間においても、ＶＯＣが混入した水蒸気を凝縮器５にて処理できる。
したがって、本実施形態は、燃焼処理できない間においてもＶＯＣを処理することができる揮発性有機化合物処理システムＡが得られる効果がある。

また、本実施形態では、切替装置８は、ガスタービン２が停止状態にあるときに、配管Ｘ４を流通する流路を配管Ｘ４ｂに切り替えるという構成を採用することによって、ガスタービン２が停止状態にあるときに、凝縮器５にてＶＯＣが混入した水蒸気を処理することができる。

また、本実施形態では、ガスタービン２が稼動しているときに、貯溜装置６に貯溜した上記液体を水蒸気と混合させて、配管Ｘ４ａに導入させる蒸気混合装置７を有するという構成を採用することによって、貯溜装置６にて貯溜されたＶＯＣが混入した液体を、廃棄処理することなく再利用して、ＶＯＣが有する化学エネルギーを有効に活用できる。また、ＶＯＣが混入した液体を専門の処理業者に回収させる必要はなくなるため、コスト安の効果も得られる。

また、本実施形態では、蒸気混合装置７は、ガスタービン２の負荷２５に応じて、水蒸気と混合させる上記液体の混合量を変化させるという構成を採用することによって、ＶＯＣが混入した液体の混合量を変化させることで、ガスタービン２の負荷変動に対応することができる。

また、本実施形態では、貯溜装置６で貯留した上記液体から、ＶＯＣを含有する非水溶性のＶＯＣ液を比重分離するデカンタ６１を有し、蒸気混合装置７は、上記液体として、ＶＯＣ液を水蒸気と混合させるという構成を採用することによって、ＶＯＣの有する非水溶性の特性を利用して、ＶＯＣ液と分離水とに分離し、ＶＯＣ液のみを処理することができるためＶＯＣの処理効率を向上させることができる。また、ＶＯＣ液は、ＶＯＣの含有割合が分離前より大きくなるため、ガスタービン２での燃焼効率を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、処理対象ガスに含まれるＶＯＣを吸着剤１０に吸着させ、吸着剤１０に吸着されたＶＯＣを加圧環境下で水蒸気を用いて脱着して上記水蒸気に混入させる吸着・脱着工程と、ＶＯＣが混入した上記水蒸気を、ガスタービン２を用いて燃焼させる燃焼工程とを有するＶＯＣの処理方法であって、ＶＯＣが混入した上記水蒸気を液化する液化工程と、上記液化工程で液化した液体を貯溜する貯溜工程と、上記ガスタービン２の稼働状況に応じて、上記ＶＯＣが混入した上記水蒸気の処理を、上記燃焼工程と、上記液化工程とに切り替える切替工程とを有するという処理方法を採用することによって、ガスタービン２の稼働状況に応じて、ＶＯＣが混入した水蒸気の処理を切り替えることで、燃焼工程あるいは液化工程にてＶＯＣが混入した水蒸気を処理することができる。つまり、本実施形態では、燃焼工程にて燃焼処理できない間においても、ＶＯＣが混入した水蒸気を液化工程にて処理できる。
したがって、本実施形態は、燃焼処理できない間においてもＶＯＣを処理することができる効果がある。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、本実施形態では、ＶＯＣが混入した液体を、デカンタ６１にて比重の軽い非水溶性のＶＯＣ液と分離水とに分離し、ＶＯＣ液のみを蒸気混合装置７により水蒸気と混合させてガスタービン２にて燃焼すると説明したが、本発明は、上記構成に限定されるものではない。
例えば、ＶＯＣがアルコール等の水溶性のものである場合は、デカンタ６１にて比重分離せずに、そのままＶＯＣが混入した液体を蒸気混合装置７に供給する構成であっても良い。
さらに、例えば、ＶＯＣが水より比重の重いものである場合は、ＶＯＣ液が下部に、分離水がその上部に比重分離するため、デカンタ６１に設けられた分離水配管Ｘ６１ａ及びＶＯＣ液配管Ｘ６１ｂの構成を互いに逆に設計変更する、あるいは、同構成のものをＶＯＣ槽６２及び分離水槽６３のそれぞれに設け、デカンタ６１の下部及び上部のいずれか一方から選択的にＶＯＣ槽６２あるいは分離水槽６３に対応する液体を流出させる構成であっても良い。

また、例えば、本実施形態では、揮発性有機化合物処理システムＡは、吸着・脱着装置１を一つ有する構成を説明したが、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、例えば、吸着・脱着装置１が複数設けられ、各吸着・脱着装置１から順次吸着・脱着工程を行わせる構成であっても良い。

また、例えば、本実施形態では、燃焼装置は、ガスタービン２であると説明したが、本発明は、上記構成に限定されるものではなく、例えば、排熱回収ボイラ等の各種ボイラ等であっても良い。

本発明の実施の形態における揮発性有機化合物処理システムの概要を示す模式図である。 本発明の実施の形態における吸着・脱着装置の吸着工程における様子を示す模式図である。 本発明の実施の形態における吸着・脱着装置の加圧・加温工程における様子を示す模式図である。 本発明の実施の形態におけるガスタービンが稼動しているときの吸着・脱着装置の脱着工程における様子を示す模式図である。 本発明の実施の形態におけるガスタービンが停止状態にあるときの吸着・脱着装置の脱着工程における様子を示す模式図である。 本発明の実施の形態における吸着・脱着装置の冷却工程における様子を示す模式図である。

符号の説明

１…吸着・脱着装置、２…ガスタービン（燃焼装置）、５…凝縮器（液化装置）、６…貯溜装置、７…蒸気混合装置、８…切替装置、１０…吸着剤、２５…負荷、６１…デカンタ（比重分離装置）、Ａ…揮発性有機化合物処理システム、Ｘ４…配管（供給経路）、Ｘ４ａ…配管（燃焼経路）、Ｘ４ｂ…配管（液化経路）

Claims (10)

1. 処理対象ガスに含まれる揮発性有機化合物を吸着剤に吸着させ、前記吸着剤に吸着された前記揮発性有機化合物を加圧環境下で水蒸気を用いて脱着して前記水蒸気に混入させる吸着・脱着装置と、前記揮発性有機化合物が混入した前記水蒸気を燃焼させる燃焼装置とを有する揮発性有機化合物処理システムであって、
   前記揮発性有機化合物が混入した前記水蒸気を液化する液化装置と、
   前記液化装置で液化した液体を貯溜する貯溜装置と、
   前記燃焼装置の稼働状況に応じて、前記揮発性有機化合物が混入した前記水蒸気の供給経路を、前記燃焼装置に供給する燃焼経路と、前記液化装置に供給する液化経路とに切り替える切替装置とを有することを特徴とする揮発性有機化合物処理システム。
2. 前記切替装置は、前記燃焼装置が停止状態にあるときに、前記供給経路を前記液化経路に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の揮発性有機化合物処理システム。
3. 前記燃焼装置が稼動しているときに、前記貯溜装置に貯溜した前記液体を水蒸気と混合させて、前記燃焼経路に導入させる蒸気混合装置を有することを特徴とする請求項１または２に記載の揮発性有機化合物処理システム。
4. 前記蒸気混合装置は、前記燃焼装置の負荷に応じて、水蒸気と混合させる前記液体の混合量を変化させることを特徴とする請求項３に記載の揮発性有機化合物処理システム。
5. 前記貯溜装置で貯留した前記液体から、前記揮発性有機化合物を含有する非水溶性の第２液体を比重分離する比重分離装置を有し、
   前記蒸気混合装置は、前記液体として、前記第２液体を水蒸気と混合させることを特徴とする請求項３または４に記載の揮発性有機化合物処理システム。
6. 処理対象ガスに含まれる揮発性有機化合物を吸着剤に吸着させ、前記吸着剤に吸着された前記揮発性有機化合物を加圧環境下で水蒸気を用いて脱着して前記水蒸気に混入させる吸着・脱着工程と、前記揮発性有機化合物が混入した前記水蒸気を、燃焼装置を用いて燃焼させる燃焼工程とを有する揮発性有機化合物の処理方法であって、
   前記揮発性有機化合物が混入した前記水蒸気を液化する液化工程と、
   前記液化工程で液化した液体を貯溜する貯溜工程と、
   前記燃焼装置の稼働状況に応じて、前記揮発性有機化合物が混入した前記水蒸気の処理を、前記燃焼工程と、前記液化工程とに切り替える切替工程とを有することを特徴とする揮発性有機化合物の処理方法。
7. 前記切替工程では、前記燃焼装置が停止状態にあるときに、前記処理を前記液化工程に切り替えることを特徴とする請求項６に記載の揮発性有機化合物の処理方法。
8. 前記燃焼装置が稼動しているときに、前記貯溜工程にて貯溜した前記液体を水蒸気と混合させて、前記燃焼工程に移行させる蒸気混合工程を有することを特徴とする請求項６または７に記載の揮発性有機化合物の処理方法。
9. 前記蒸気混合工程では、前記燃焼装置の負荷に応じて、水蒸気と混合させる前記液体の混合量を変化させることを特徴とする請求項８に記載の揮発性有機化合物の処理方法。
10. 前記貯溜工程で貯留した前記液体から、前記揮発性有機化合物を含有する非水溶性の第２液体を比重分離する比重分離工程を有し、
    前記蒸気混合工程では、前記液体として、前記第２液体を水蒸気と混合させることを特徴とする請求項８または９に記載の揮発性有機化合物の処理方法。

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