JP2009264611A - Ｖｏｃ含有ガスの処理装置および処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バイパス経路を有して、触媒反応器に供給されるＶＯＣ含有ガスの温度制御を可能としながらも、設備コストやランニングコストの増大を防ぐ。
【解決手段】ＶＯＣ含有ガスＡと空気供給源から供給される空気Ｂとを混合する第１混合手段７と、この第１混合手段７によって混合された混合ガスＣを加熱する混合ガス加熱手段９と、空気供給手段から供給される空気Ｂのうち一部の空気Ｅを分岐するバイパス経路１１と、混合ガス加熱手段９によって加熱された混合ガスＤとバイパス経路１１を経て分岐した一部の空気Ｅとを混合する第２混合手段１３と、この第２混合手段１３によって混合された混合ガスＦを触媒１７に反応させて処理する触媒反応器１６と、この触媒反応器１６によって処理された処理ガスＧを混合ガス加熱手段９に供給する処理ガス供給経路１８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルコール、パラフィン系炭化水素、アセチレン系炭化水素、芳香族系炭化水素、ケトン類、エステル類などのＶＯＣ（揮発性有機廃棄物）を含有するＶＯＣ含有ガスを、触媒と酸素により酸化分解して無害化処理するＶＯＣ含有ガスの処理装置および処理方法に関するものである。

ＶＯＣの処理方法としては、燃焼装置による直燃法、オゾン酸化法、吸着法、触媒酸化法などが挙げられる。直燃法は高温加熱が必要で燃料費が多くなり、オゾン酸化法や吸着法は低温での処理が可能であるものの二次処理が必要となるなどの問題がそれぞれあることから、近年では特許文献１に記載されたような触媒を用いた触媒酸化法が多く用いられるようになっている。

ここで、触媒を用いたこの触媒酸化法を採用した場合、触媒反応器の触媒を保護する目的から、触媒反応器に供給するＶＯＣ含有ガスの温度を制御する必要がある。そこで、例えば特許文献２には、触媒燃焼炉へ供給するＶＯＣ含有ガスを予熱する熱交換器を複数に分割し、各熱交換器の触媒燃焼炉から排出される燃焼排ガスの流路と触媒燃焼炉へのＶＯＣ含有ガスの供給流路をそれぞれ直列に接続し、さらにこの供給流路にバイパス流路を設けてＶＯＣ含有ガスを予熱し、このＶＯＣ含有ガスに起動炉を介して燃焼空気を混合して触媒燃焼炉により処理することが提案されている。

また、特許文献３には、ＶＯＣ含有ガスの一部を触媒反応器から排出される排ガスと第１熱交換器において熱交換して加熱し、残りのＶＯＣ含有ガスは第１熱交換器をバイパスさせて、加熱されたＶＯＣ含有ガスの上記一部と混合し、こうして混合したＶＯＣ含有ガスをさらに第２熱交換器で上記排ガスと熱交換することで、触媒反応器に供給されるＶＯＣ含有ガスを温度むらなくコントロールすることが提案されている。
特公平８−２４８１９号公報 実開平６−２２７２９号公報 特開２００１−７４２０５号公報

ところが、これら特許文献２、３に記載の処理装置では、上述のようにＶＯＣ含有ガスがバイパス流路やバイパス部を介して触媒燃焼炉や触媒反応器に流入するように接続されており、たとえこのバイパス部やバイパス流路に設けた調節弁を閉じていても、この調節弁まではＶＯＣ含有ガスによって満たされた状態となる。従って、こうして調節弁を閉じた状態や、あるいはバイパスするＶＯＣ含有ガスの流量が少ない場合などでも、これらバイパス部やバイパス流路にＶＯＣ含有ガスが滞留してしまい、ＶＯＣ成分に起因したバイパス管の腐食や閉塞、調節弁の作動不良や誤作動を起こすおそれがある。

このため、これらバイパス部やバイパス流路、調節弁として耐腐食性の高い材料を用いる必要があるとともに、そのメンテナンス等にも多くの時間と労力とを要することになり、設備コストやランニングコストの増大を招く要因となる。さらに、これら特許文献２、３に記載のＶＯＣ含有ガスの処理装置ではＶＯＣ含有ガスを予熱する熱交換器が複数必要となるため、やはり設備コストの増大を招く結果となっていた。

本発明は、このような背景の下になされたもので、バイパス経路を有して、触媒反応器に供給されるＶＯＣ含有ガスの温度制御を可能としながらも、設備コストやランニングコストの増大を防ぐことが可能なＶＯＣ含有ガスの処理装置および処理方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明のＶＯＣ含有ガスの処理装置は、ＶＯＣを含有するガスと空気供給源から供給される空気とを混合する第１混合手段と、この第１混合手段によって混合された上記ＶＯＣを含有するガスと空気との混合ガスを加熱する混合ガス加熱手段と、上記空気供給手段から供給される空気のうち一部の空気を分岐するバイパス経路と、上記混合ガス加熱手段によって加熱された混合ガスと上記バイパス経路を経て分岐した上記一部の空気とを混合する第２混合手段と、この第２混合手段によって混合された混合ガスを触媒に反応させて処理する触媒反応器と、この触媒反応器によって処理された処理ガスを上記混合ガス加熱手段に供給する処理ガス供給経路とを備えることを特徴とするものであり、また本発明のＶＯＣ含有ガスの処理方法は、ＶＯＣを含有するガスと空気供給源から供給される空気とを混合して混合ガスとし、この混合ガスを混合ガス加熱手段によって加熱するとともに、上記空気供給源から供給される空気のうち一部の空気をバイパス経路に分岐させて、この一部の空気と上記混合ガス加熱手段によって加熱された上記混合ガスとを混合して触媒反応器により触媒に反応させて処理し、この触媒反応器によって処理された処理ガスを上記混合ガス加熱手段に供給することを特徴とする。

このようなＶＯＣ含有ガスの処理装置および処理方法において、ＶＯＣ含有ガスは、空気供給源から供給された空気と第１混合手段において混合されて希釈され、こうして混合された混合ガスは、触媒反応器により処理された処理ガスを熱源とする混合ガス加熱手段において熱交換されて加熱される。一方、上記空気供給源から供給された空気の一部は、ＶＯＣ含有ガスと混合されずに予めバイパス経路に分岐させられて、上記混合ガス加熱手段において加熱された混合ガスと第２混合手段において混合させられ、これにより触媒反応器に供給される混合ガスの温度が、触媒による酸化分解処理に適した温度に調整される。さらに、こうして温度調整されたＶＯＣ含有ガスは、上述のように触媒反応器によって酸化分解処理されて高温の処理ガスとなり、この処理ガスを熱源として上記混合ガスが加熱させられる。

従って、本発明の処理装置および処理方法によれば、まず空気とＶＯＣ含有ガスとを混合した混合ガスを、混合ガス加熱手段において処理ガスを熱源として熱交換して加熱するだけで触媒反応器に供給することができるため、熱交換器を１つだけ設ければよく、設備コストの低減を図ることができる。そして、さらに、この触媒反応器に供給される加熱した混合ガスの温度制御が、ＶＯＣ含有ガスと混合される前に予めバイパス経路に分岐した一部の空気によって行われ、すなわちバイパス経路を通るのはこの一部の空気だけであるため、たとえバイパス経路で滞留しても腐食や閉塞を生じることがなく、またバイパス経路に調節弁を設けたとしても作動不良や誤作動を生じたりすることもなく、これらバイパス経路の配管や調節弁に耐食性の高い材料を要することもなくなるとともに、メンテナンスも比較的簡略に行うことができて、設備コストやランニングコストを抑制することが可能となる。

ここで、上記触媒反応器においてＶＯＣ含有ガスの確実かつ安定的な酸化分解処理を図るには、こうしてバイパス経路に調整弁を設けるのが望ましい。すなわち、本発明の処理装置においては、上記バイパス経路に、上記触媒反応器に供給される上記混合ガスの温度に基づいて、該バイパス経路に分岐する上記一部の空気の流量を制御するバイパス調整弁を備えて、本発明の処理方法においては、上記バイパス経路に分岐する上記一部の空気の流量を、上記触媒反応器に供給される上記混合ガスの温度に基づいて制御することにより、この触媒反応器に供給される混合ガスを酸化分解処理に適した温度に維持することが可能となって、安定した処理を確実に促すことができる。

また、このように触媒反応器に供給される混合ガスの温度を制御するには、上記バイパス調節弁とは別に、あるいはこれと併用して、本発明の処理装置においては、上記空気供給源と上記第１混合手段との間に、該空気供給源から供給される空気の流量に基づいて、上記第１混合手段において上記ＶＯＣを含有するガスと混合される空気量を制御する空気調節弁を備えて、本発明の処理方法においては、上記第１混合手段において上記ＶＯＣを含有するガスと混合される空気量を、上記空気供給源から供給される空気の流量に基づいて制御するようにしてもよい。すなわち、こうしてＶＯＣ含有ガスと混合される空気量を制御することによっても、バイパス経路に流れる一部の空気の流量を調整して、触媒反応器に供給される混合ガス温度を制御することができる。

以上説明したように、本発明によれば、触媒反応器に供給されるＶＯＣ含有ガスと空気との混合ガスの温度を、バイパス経路に分岐した一部の空気を混合することによって制御することができるので、このバイパス経路のバイパス管そのものや、該バイパス経路に調節弁を設けた場合の当該調節弁などに耐食性の高い材料を用いたりする必要がなく、またこの混合ガスを加熱する混合ガス加熱手段としても１器の熱交換器で済むため、処理装置としては全体の設備コストの低減を図るとともに、処理方法としてはそのランニングコストを抑制することができ、低コストでありながらも確実かつ安定したＶＯＣ含有ガスの処理を促すことが可能となる。

図１は、本発明のＶＯＣ含有ガスの処理装置の一実施形態を示すものであり、以下この実施形態の処理装置について説明しながら、本発明のＶＯＣ含有ガスの処理方法の一実施形態についても説明する。本実施形態において処理されるＶＯＣ含有ガスＡは、例えば電子機器製造工程や自動車部品製造工程、樹脂製造工程、印刷工程、塗装工程、化成品製造工程等の各種工程で発生するものであって、有機物濃度が５０００volppm以上であるのが望ましい。上限濃度としては、空気ベースの場合は爆発下限界以下の十分に安全な濃度であることと、窒素などの非支燃性ガスベースの場合は空気との混合時に爆発下限界の濃度を十分に下回ることが必要となる。このＶＯＣ含有ガスＡは、上記各種工程の少なくとも１つから誘引されて、調節弁１を備えた供給管路２を経て当該処理装置に供給される。

このＶＯＣ含有ガスＡを酸化分解処理する際の酸素は、ダクト３から空気調節弁４を備えた供給管路５を介して誘引される大気中の空気Ｂとして供給される。すなわち、本実施形態における空気供給源は大気そのものである。また、上記空気調節弁４は、ダクト３から誘引されて供給管路５を流れる空気Ｂの流量を流量計６で測定した結果に基づいて制御される。なお、空気Ｂは、供給管路５の途中で予熱されてもよいが、本実施形態では常温のまま供給管路５を通して供給される。

一方、この空気Ｂの供給管路５には上記ＶＯＣ含有ガスＡの供給管路２が接続されていて、これらの供給管路２，５の接続部分においてＶＯＣ含有ガスＡと空気Ｂとが混合されて希釈されることになる。すなわち、本実施形態ではこの供給管路２，５の接続部分が第１混合手段７とされ、これより以降の供給管路８にはこれらＶＯＣ含有ガスＡと空気Ｂとの混合ガスＣが供給されることになる。

さらに、この混合ガスＣの供給管路８は混合ガス加熱手段９に接続されていて、この混合ガス加熱手段９により混合ガスＣは３００℃〜４００℃程度にまで加熱され、こうして加熱された混合ガスＤは供給管路１０を介して当該混合ガス加熱手段９から排出される。なお、この混合ガス加熱手段９は、上記混合ガスＣと後述するＶＯＣ含有ガスＡを酸化分解処理した処理ガスとの間で熱交換を行う熱交換器とされ、プレート式やシェル・アンド・チューブ式などの各種のものが使用可能であるが、洗浄が容易であることから特にプレート式のものが望ましい。

一方、上記空気Ｂの供給管路５は、上記第１混合手段７や空気調節弁４よりも手前の、流量計６と空気調節弁４との間でバイパス経路１１に分岐させられており、このパイパス経路１１はバイパス調節弁１２を介して、上記混合ガス加熱手段９から排出される加熱された混合ガスＤの供給管路１０に接続されている。従って、これらバイパス経路１１と供給管路１０との接続部分が本実施形態における第２混合手段１３とされ、これより以降の供給管路１４には、バイパス経路１１を経て分岐した一部の空気Ｅと、混合ガス加熱手段１０によって加熱された混合ガスＤとを混合した混合ガスＦが供給されることになる。

さらに、上記第２混合手段１３以降の供給管路１４は、必要に応じて例えば電熱式のガス加熱器１５を経て、触媒反応器１６に接続されている。この触媒反応器１６には、特許文献１に記載されたような金、銀、ルテニウム、パラジウム、オスミウム、イリジウムおよび白金から選ばれる少なくとも１種および／または鉄、マンガン、クロム、銅、ニッケルおよびコバルトの酸化物から選ばれる少なくとも１種の触媒成分をアルミナに担持してなる触媒１７、あるいは特開平８−９７０３９号公報に記載されたようなアンモニア分解触媒、即ち、触媒Ａ成分としてＴｉを含む酸化物と触媒Ｂ成分としてバナジウム、タングステン及びモリブデンよりなる群から選ばれる少なくとも１種の金属あるいは酸化物と触媒Ｃ成分として白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、クロム、マンガン、鉄、銅よりなる群から選ばれる少なくとも１種の金属あるいは酸化物とを含有する触媒１７が配設されている。

そして、この触媒反応器１６においては、加熱された混合ガスＤとバイパス経路１１を経た上記一部の空気Ｅとの第２混合手段１３における混合比率をバイパス調節弁１２や空気調節弁４によって調整することにより、例えば３００℃程度の温度に制御された混合ガスＦが供給管路１４から供給され、この混合ガスＦのＶＯＣ含有ガスＡ中のＶＯＣ成分が空気Ｂ中の酸素とともに触媒１７により１５０℃〜４００℃程度の反応温度でＣＯ_２とＨ_２Ｏに酸化分解されて無害化処理され、５００℃程度の高温の処理ガスＧが発生する。すなわち、上記バイパス調節弁１２は、供給管路１４からこの触媒反応器１６に供給される混合ガスＦの温度に基づいて制御される。

さらに、こうして発生した高温の処理ガスＧは、処理ガス供給経路１８を介して上記混合ガス加熱手段９に供給されて、この混合ガス加熱手段９に供給された上記混合ガスＣとの間で上述のように熱交換を行うことにより該混合ガスＣを加熱する熱源とされる。そして、このように触媒反応器１６によって無害化処理されるとともに混合ガス加熱手段９の熱源とされて自身は２４０℃程度に冷却された処理ガスＧは、さらに必要に応じて図示されない熱交換器等によって熱回収された後、誘引ファン１９を経て排出される。なお、本実施形態では、この誘引ファン１９によって外部に排出される排ガス量が一定となるようにされている。

このように、上記構成のＶＯＣ含有ガスＡの処理装置、および該処理装置を用いたＶＯＣ含有ガスＡの処理方法では、まずＶＯＣ含有ガスＡと空気Ｂとを第１混合手段７において混合した混合ガスＣを、基本的に１器の熱交換器である混合ガス加熱手段９によって加熱することが可能であるので、複数の熱交換器を要する特許文献１、２に記載の処理装置や処理方法と比べて設備コストの低減を図るとともに、メンテナンス等のランニングコストも削減することができる。

そして、さらにこの混合ガスＣを加熱した混合ガスＤを、触媒反応器１６での触媒１７による反応に適した温度に制御するのに、上記処理装置および処理方法では、ＶＯＣ含有ガスＡと混合される前の空気Ｂのうち一部の空気Ｅを、バイパス経路１１に分岐させて上記加熱された混合ガスＤと第２の混合手段１３において混合させており、すなわちこのバイパス経路１１を流れるのは、滞留しても腐食等を生じることのない上記一部の空気Ｅだけとなる。

従って、このようなバイパス経路をＶＯＣ含有ガスやＶＯＣ含有ガスと空気を混合した混合ガスが流通するような場合に比べて、当該バイパス経路１１を構成する配管や、本実施形態のようにバイパス調節弁１２を備えた場合にはこのバイパス調節弁１２を、ＶＯＣ含有ガスＡによる腐食に耐えうるような耐食性の高い材料によって形成するような必要がなくなって、例えば配管を安価な樹脂材によって形成したり、第２混合手段１３近傍以外の熱に晒されるおそれのない部分やバイパス調節弁１２などは真鍮材や鉄材によって形成したりすることも可能となり、このバイパス経路１１やバイパス調節弁１２を低コストで構築することができる。しかも、腐食によるバイパス経路１１の閉塞やバイパス調節弁１２の誤作動等も防止することができるため、メンテナンス等に要する時間や労力も削減することができ、これらにより設備コストやランニングコストの抑制を図ることが可能となる。

また、本実施形態の処理装置および処理方法では、このようにバイパス経路１１にバイパス調節弁１２を設けて、バイパス経路１１に流れる上記一部の空気Ｅの流量を調整可能としており、この一部の空気Ｅの流量は触媒反応器１６に供給される混合ガスＦの温度に基づいて制御される。すなわち、触媒反応器１６に供給される混合ガスＦの温度が低い場合には、バイパス経路１１に分岐する低温の一部の空気Ｅの流量をこのバイパス調節弁１２によって減らすことにより混合ガスＦの温度を上昇させ、逆に混合ガスＦの温度が高い場合には、一部の空気Ｅの流量をバイパス調節弁１２によって増やして混合ガスＦの温度を低下させる。

従って、例えば供給されるＶＯＣ含有ガスＡの濃度が変化して、触媒反応器１６から排出される処理ガスＧの温度も変化し、これに伴い混合ガス加熱手段９においてこの処理ガスＧと熱交換されて加熱された混合ガスＤの温度にも変化が生じたような場合でも、この混合ガスＤと上記一部の空気Ｅとを第２混合手段１３において適正な混合比率で混合することができる。そして、これにより触媒反応器１６に供給される混合ガスＦの温度をＶＯＣ成分の酸化分解処理に最適な温度に制御することが可能となるので、本実施形態によれば、安定的かつ確実なＶＯＣ含有ガスの処理を図ることができる。

さらに、本実施形態では、バイパス経路１１が分岐した後の第１混合手段７との間の空気Ｂの供給管路５にも空気調節弁４が配設されており、この空気調節弁４は、空気供給源としての大気からダクト３を通して供給される空気Ｂの流量に基づいて制御される。すなわち、例えば本実施形態のように誘引ファン１９によって排出される排ガス量が一定とされている場合において、ＶＯＣ含有ガスＡの発生量が増大すると相対的に空気Ｂの供給量は減り、触媒反応器１６に供給される混合ガスＦのＶＯＣ成分濃度が上昇するために、より高温の処理ガスＧが生成されることになる。

そこで、このような場合には、空気Ｂの供給量の減少を流量計６によって検知して空気調節弁４を絞ることにより、バイパス経路１１に分岐する低温の一部の空気Ｅの供給量を増大させ、これによって第２混合手段１３において混合されて触媒反応器６に供給される混合ガスＦの温度を低減させることで、該触媒反応器１６における酸化分解処理を抑制して、処理ガスＧの温度が必要以上に上昇するのを抑えることができる。また、ＶＯＣ含有ガスＡの発生量が減少した場合には、これとは逆に空気調節弁４を制御することで処理ガスＧの温度を維持することができ、ＶＯＣ含有ガスＡと空気Ｂとの混合ガスＣを混合ガス加熱手段９において確実に加熱して混合ガスＤとすることができる。

なお、本実施形態では、このようにバイパス経路１１にバイパス調節弁１２が、空気Ｂの供給管路５には空気調節弁４が、それぞれ備えられているが、これらはいずれか一方を制御すれば、バイパス経路１１に分岐する一部の空気Ｅの供給量と、第１混合手段７においてＶＯＣ含有ガスＡと混合する空気Ｂの供給量との双方が調節されるので、これらバイパス調節弁１２と空気調節弁４とは、少なくとも一方が備えられていればよい。

ただし、これらバイパス調節弁１２と空気調節弁４との双方を備える場合には、バイパス調節弁１２による制御を優先するようにプログラムするのが望ましい。こうしてバイパス調節弁１２を優先して制御することで、触媒反応器１６に供給される混合ガスＦの温度を直接的に調節することができるので、より確実にこの触媒反応器１６における反応をコントロールして安定した酸化分解処理を促すことが可能となる。

本発明のＶＯＣ含有ガスの処理装置の一実施形態を示す概略図である。

符号の説明

２ ＶＯＣ含有ガスＡの供給経路
４ 空気調節弁
５ 空気Ｂの供給経路
７ 第１混合手段
９ 混合ガス加熱手段
１１ バイパス経路
１２ バイパス調節弁
１３ 第２混合手段
１６ 触媒反応器
１７ 触媒
１８ 処理ガス供給経路
Ａ ＶＯＣ含有ガス
Ｂ 空気
Ｃ、Ｄ、Ｆ 混合ガス
Ｅ バイパス経路１１に分岐される一部の空気
Ｇ 処理ガス

Claims (6)

1. ＶＯＣを含有するガスと空気供給源から供給される空気とを混合する第１混合手段と、この第１混合手段によって混合された上記ＶＯＣを含有するガスと空気との混合ガスを加熱する混合ガス加熱手段と、上記空気供給手段から供給される空気のうち一部の空気を分岐するバイパス経路と、上記混合ガス加熱手段によって加熱された混合ガスと上記バイパス経路を経て分岐した上記一部の空気とを混合する第２混合手段と、この第２混合手段によって混合された混合ガスを触媒に反応させて処理する触媒反応器と、この触媒反応器によって処理された処理ガスを上記混合ガス加熱手段に供給する処理ガス供給経路とを備えることを特徴とするＶＯＣ含有ガスの処理装置。
2. 上記バイパス経路には、上記触媒反応器に供給される上記混合ガスの温度に基づいて、該バイパス経路に分岐する上記一部の空気の流量を制御するバイパス調整弁が備えられていることを特徴とする請求項１に記載のＶＯＣ含有ガスの処理装置。
3. 上記空気供給源と上記第１混合手段との間には、該空気供給源から供給される空気の流量に基づいて、上記第１混合手段において上記ＶＯＣを含有するガスと混合される空気量を制御する空気調整弁が備えられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＶＯＣ含有ガスの処理装置。
4. ＶＯＣを含有するガスと空気供給源から供給される空気とを混合して混合ガスとし、この混合ガスを混合ガス加熱手段によって加熱するとともに、上記空気供給源から供給される空気のうち一部の空気をバイパス経路に分岐させて、この一部の空気と上記混合ガス加熱手段によって加熱された上記混合ガスとを混合して触媒反応器により触媒に反応させて処理し、この触媒反応器によって処理された処理ガスを上記混合ガス加熱手段に供給することを特徴とするＶＯＣ含有ガスの処理方法。
5. 上記バイパス経路に分岐する上記一部の空気の流量を、上記触媒反応器に供給される上記混合ガスの温度に基づいて制御することを特徴とする請求項４に記載のＶＯＣ含有ガスの処理方法。
6. 上記第１混合手段において上記ＶＯＣを含有するガスと混合される空気量を、上記空気供給源から供給される空気の流量に基づいて制御することを特徴とする請求項４または請求項５に記載のＶＯＣ含有ガスの処理方法。

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