JP2011255282A

JP2011255282A - 揮発性有機化合物含有ガス処理装置

Info

Publication number: JP2011255282A
Application number: JP2010130499A
Authority: JP
Inventors: Seiichiro Numata; 誠一郎沼田
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2011-12-22

Abstract

【課題】加熱効率が高い揮発性有機化合物含有ガス処理装置を提供することを課題とする。
【解決手段】揮発性有機化合物含有ガスを処理する処理装置であって、ヒートポンプユニット２と揮発性有機化合物含有ガス処理ユニット３とを備えている。ヒートポンプユニット２は、圧縮機２１、凝縮器２２、膨張弁２３、及び蒸発器２４が順次環状に接続され、トルエンを冷媒として循環させる。また、揮発性有機化合物含有ガス処理ユニット３は、触媒反応器３２を有し、揮発性有機化合物含有ガスを、凝縮器２２、触媒反応器３２、蒸発器２４、の順に送るように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、揮発性有機化合物含有ガス処理装置に関するものである。

ベンゼンや、メタノール、アンモニアなどの揮発性有機化合物（ＶＯＣ（volatile organic compounds））を含有したガスは、大気へ放出されると公害などの被害を引き起こすため、大気へ放出する前に処理する必要がある。例えば特許文献１には、揮発性有機化合物含有ガスをバーナーや電熱ヒータを用いた予熱装置によって加熱した後に触媒反応器へと送ることで、揮発性有機化合物含有ガスを浄化する処理装置が記載されている。

特開平１０−１５６１４２号公報

上述したような触媒反応器を用いた揮発性有機化合物含有ガス処理装置では、揮発性有機化合物含有ガスを触媒反応器で分解させるためには、この揮発性有機化合物含有ガスを一旦加熱してから触媒反応器に送る必要があり、例えばベンゼンを含有する場合は約２１０度、メタノールの場合は約１５０度、アンモニアの場合は約２２０度に加熱する必要がある。このため、上述したような揮発性有機化合物含有ガス処理装置は、バーナーや電熱ヒータ等によって揮発性有機化合物含有ガスを約２５０度に加熱してから触媒反応器に送っているが、これらバーナーや電熱ヒータはその加熱効率が１００％（COP（Coefficient Of Performance）が１．０）を超えることはない。そこで、本発明は、加熱効率が高い揮発性有機化合物含有ガス処理装置を提供することを課題とする。

本発明に係る揮発性有機化合物含有ガス処理装置は、揮発性有機化合物含有ガスを処理する処理装置であって、圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器が順次環状に接続され、トルエンを冷媒として循環させるヒートポンプユニットと、触媒反応器を有し、前記揮発性有機化合物含有ガスを、前記凝縮器、前記触媒反応器、前記蒸発器、の順に送る揮発性有機化合物含有ガス処理ユニットと、を備えている。

上記揮発性有機化合物含有ガス処理装置によれば、触媒反応器に送る前の揮発性有機化合物含有ガスをヒートポンプユニットの凝縮器に送ることで加熱している。このヒートポンプユニットは加熱効率（COP）が１００％を超えることが可能であるため、効率的な揮発性有機化合物含有ガス処理装置とすることができる。なお、触媒反応器に送る前に揮発性有機化合物含有ガスを約２５０度に加熱する必要があるが、一般的なヒートポンプユニットは冷媒として臨界温度が約１５０度以下のフロン系ガスなどを使用している。このため、一般的なヒートポンプでは、凝縮器において冷媒の温度が臨界温度を超えてしまい加熱効率が悪くなってしまう。しかし、本発明に係る揮発性有機化合物含有ガス処理装置では、ヒートポンプの冷媒として臨界温度が３２１度のトルエンを使用しているため、凝縮器における冷媒の温度は臨界温度を超えることはなく、その結果、加熱効率のよい揮発性有機化合物含有ガス処理装置とすることができる。なお、揮発性有機化合物含有ガス処理ユニットは、揮発性有機化合物含有ガスを凝縮器、触媒反応器、蒸発器の順に送るが、触媒反応器において揮発性有機化合物含有ガスは分解されて分解ガスとなるため、蒸発器に送られるのは分解ガスである。

上記揮発性有機化合物含有ガス処理装置は、種々の構成をとることができるが、例えば揮発性有機化合物含有ガス処理ユニットが、熱交換器をさらに有し、揮発性有機化合物含有ガスを、熱交換器、凝縮器、触媒反応器、蒸発器、熱交換器の順に送るような構成とすることができる。この構成によれば、揮発性有機化合物含有ガスを凝縮器に送る前に熱交換器によって加熱しておくことができる。

本発明によれば、加熱効率が高い揮発性有機化合物含有ガス処理装置を提供することができる。

図１は本実施形態に係る揮発性有機化合物含有ガス処理装置の概要図である。

以下、本発明に係る揮発性有機化合物含有ガス処理装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図中の矢印は冷媒や揮発性有機化合物含有ガスの流れ方向を示す。

図１に示すように、揮発性有機化合物含有ガス処理装置１は、ヒートポンプユニット２と、揮発性有機化合物含有ガス処理ユニット３と、から主に構成されている。

［ヒートポンプユニット］
ヒートポンプユニット２は、圧縮機２１、凝縮器２２、膨張弁２３、蒸発器２４が冷媒配管によってこの順で環状に接続されている。ヒートポンプユニット２内はトルエンが冷媒として循環している。なお、トルエンの臨界温度は３２１℃である。

圧縮機２１は、駆動装置（図示省略）によって駆動され、吸引した冷媒を内部で圧縮して高圧・高温とし凝縮器２２側へと吐出するように構成されている。

凝縮器２２は、その内部において、冷媒と、後述する揮発性有機化合物含有ガス処理ユニット３によって送られてくる揮発性有機化合物含有ガスとを熱交換させるように構成されており、例えば、冷媒流路２２１と揮発性有機化合物含有ガス流路２２２とが形成された熱交換器（例えばプレート式熱交換器など）によって構成することができる。この凝縮器２２は、圧縮機２１の下流側に配管を介して接続されるとともに、後述する揮発性有機化合物含有ガス処理ユニット３が接続されている。なお、凝縮器２２内において揮発性有機化合物含有ガスと冷媒とが熱交換することによって、揮発性有機化合物含有ガスが加熱される。

膨張弁２３は、冷媒を急激に減圧して温度を下げるとともに圧力も下げるように構成されており、凝縮器２２の下流側に配管を介して接続されている。

蒸発器２４は、その内部において、冷媒と、後述する揮発性有機化合物含有ガス処理ユニット３の触媒反応器３２において生成される分解ガスとを熱交換させるように構成されており、例えば、冷媒流路２４１と、分解ガス流路２４２とが形成された熱交換器（例えばプレート式熱交換器など）によって構成することができる。この蒸発器２４は、膨張弁２３の下流側に配管を介して接続されるとともに、後述する揮発性有機化合物含有ガス処理ユニット３が接続されている。

［揮発性有機化合物含有ガス処理ユニット］
揮発性有機化合物含有ガス処理ユニット３は、熱交換器３１や触媒反応器３２を主な構成としている。また、揮発性有機化合物含有ガス処理ユニット３は、その他にも、熱交換器３１と凝縮器２２とを接続する第１の接続管３３や、凝縮器２２と触媒反応器３２とを接続する第２の接続管３４、触媒反応器３２と蒸発器２４とを接続する第３の接続管３５、蒸発器２４と熱交換器３１とを接続する第４の接続管３６も備えている。

熱交換器３１は、例えば塗装関係設備や印刷関係設備等から排出された揮発性有機化合物含有ガスを内部に取り込み、この揮発性有機化合物含有ガスと、外部へ排出される分解ガスと、を熱交換させるように構成されており、揮発性有機化合物含有ガス流路３１１と分解ガス流路３１２とを備えた構成（例えばプレート式熱交換器など）とすることができる。揮発性有機化合物含有ガス流路３１１は、揮発性有機化合物含有ガスを取り込むよう一方端が供給管に接続されており、もう一方端が第１の接続管３３を介して凝縮器２２へと接続されている。また、分解ガス流路３１２は、蒸発器２４からの分解ガスを取り込むよう一方端が第４の接続管３６に接続されており、もう一方端が外部へと分解ガスを排出するための排出管に接続されている。

触媒反応器３２は、公知のものを採用することができ、具体的には、例えばハニカム状の触媒ユニットと、この触媒ユニットに揮発性有機化合物含有ガスを通過させるための経路を有するケーシングとによって構成されたものを採用することができる。なお、触媒としては、例えば白金系や鉄−マンガン系などを採用することができる。

［作動方法］
次に上述した揮発性有機化合物含有ガス処理装置１の作動方法について説明する。まず、塗装関係設備や印刷関係設備等から排出された揮発性有機化合物含有ガスが、熱交換器３１に取り込まれて揮発性有機化合物含有ガス流路３１１を流れる。この熱交換器３１は、揮発性有機化合物含有ガス流路３１１以外にも分解ガス流路３１２が形成されており、分解ガス流路３１２に約１８０度の分解ガスが流れている。このため、熱交換器３１内において、揮発性有機化合物含有ガスは、分解ガスと熱交換を行い加熱されて約１４０度となって第１の接続管３３を介して凝縮器２２へと送られる。

凝縮器２２では、熱交換器３１から送られてきた揮発性有機化合物含有ガスが揮発性有機化合物含有ガス流路２２２を流れる一方で、圧縮機２１によって圧縮されて約２６５度の高温となった冷媒が冷媒流路２２１を流れる。このため、揮発性有機化合物含有ガスは、冷媒と熱交換を行い加熱され、約２５０度となり、第２の接続管３４を介して触媒反応器３２へと送られる。

凝縮器２２によって約２５０度となった揮発性有機化合物含有ガスは、触媒反応器３２に送られ、触媒の作用によってCO₂とH₂Oに分解される。このように触媒反応器３２で生成されたCO₂などの分解ガスは、第３の接続管３５を介して蒸発器２４へと送られる。なお、触媒反応器３２を出た分解ガスは、反応熱のために触媒反応器３２に入る直前の揮発性有機化合物含有ガスとほぼ同じ温度で蒸発器２４へと送られる。

蒸発器２４には、触媒反応器３２から第３の接続管３５を介して約２５０度の分解ガスが分解ガス流路２４２に送られてくる一方で、膨張弁２３を経由して約１６５度となった冷媒が冷媒流路２４１に送られてくる。分解ガス流路２４２を流れる分解ガスは、冷媒流路２４１を流れる冷媒と熱交換することで冷媒を加熱し、冷媒を約１８０度とする。冷媒は、蒸発器２４において加熱されることで蒸発した後、圧縮機２１へと送られ再度圧縮機２１で圧縮されることで約２６５度となって凝縮器２２へと送られる。また、分解ガスは、冷媒に放熱することで約１８０度となり、第４の接続管３６を介して熱交換器３１へと送られる。

熱交換器３１では、蒸発器２４から送られてきた分解ガスが、分解ガス流路３１２を流れ、上述したように揮発性有機化合物含有ガス流路３１１を流れる揮発性有機化合物含有ガスと熱交換することで揮発性有機化合物含有ガスに放熱し、約８０度となって外部へと排出される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、一般的に揮発性有機化合物処理装置１に供給される揮発性有機化合物含有ガスは室温程度であるため、上記実施形態では、熱交換器３１によって凝縮器２２に送る前に一旦加熱しているが、揮発性有機化合物含有ガスの温度が元から高温である場合は、熱交換器３１を省略することができる。

１揮発性有機化合物含有ガス処理装置
２ヒートポンプユニット
２１圧縮機
２２凝縮器
２３膨張弁
２４蒸発器
３揮発性有機化合物含有ガス処理ユニット
３１熱交換器
３２触媒反応器

Claims

揮発性有機化合物含有ガスを処理する処理装置であって、
圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器が順次環状に接続され、トルエンを冷媒として循環させるヒートポンプユニットと、
触媒反応器を有し、前記揮発性有機化合物含有ガスを、前記凝縮器、前記触媒反応器、前記蒸発器、の順に送る揮発性有機化合物含有ガス処理ユニットと、
を備えた、揮発性有機化合物含有ガス処理装置。
前記揮発性有機化合物含有ガス処理ユニットは、熱交換器をさらに有し、前記揮発性有機化合物含有ガスを、前記熱交換器、前記凝縮器、前記触媒反応器、前記蒸発器、前記熱交換器の順に送る、請求項１に記載の揮発性有機化合物含有ガス処理装置。