JP2012050959A - 脱臭装置及び脱臭方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多様な種類の揮発性有機化合物を含有する排ガスから揮発性有機化合物を高い効率で除去することができ、環境負荷が小さい脱臭装置及び脱臭方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る脱臭装置は、揮発性有機化合物を含有する排ガスの脱臭装置であって、排ガス中の揮発性有機化合物を吸着除去する吸着装置と、該吸着装置から排ガスの供給を受けて残存する揮発性有機化合物を除去洗浄する洗浄装置とを有することを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、塗装、印刷などの塗料、ニス、インク等の揮発性有機化合物を使用するプロセス、および揮発性有機化合物の熱処理プロセスなどから排出される、揮発性有機化合物を含有する排ガスの脱臭装置及び脱臭方法に関する。

臭気の成分であり、光化学オキシダントや浮遊粒子状物質の原因物質である揮発性有機化合物（以下、「ＶＯＣ」ということがある）を含有する排ガスからＶＯＣを除去する脱臭方法としては、燃焼法、薬液洗浄法、水洗浄法、吸着法等がある。
燃焼法、薬液洗浄法は、高い除去率でのＶＯＣ除去が可能である一方で、問題点がある。すなわち、燃焼法では燃料費などの運転コストが嵩むことや、燃料の燃焼により二酸化炭素が生じ二次的な環境負荷が大きいという問題がある。また、薬液洗浄法は使用する薬液費などの運転コストが嵩むことや、洗浄処理後の反応生成物の処理が必要であるという問題がある。

また、水洗浄法では疎水性の揮発性有機化合物を除去できないという問題がある。
活性炭等の吸着剤を用いる吸着法は、分子量が大きく沸点が高い有機化合物の除去に適している。しかしながら、この吸着法では、排ガス中に多様な種類のＶＯＣが含まれている場合に、全てのＶＯＣを高い効率で除去することは困難であることが多く、特に低分子量の有機化合物や、活性炭の特性に適しないＶＯＣに対しては必ずしも高い除去効率が得られないという問題がある。
また、排ガスを水洗浄して水溶性におい成分を除去した後、加熱して活性炭により残存するにおい成分を吸着除去する水洗浄の後に吸着を組み合わせた脱臭法がある。（特許文献１参照）

特開昭６０−０８７８３２号公報

しかしながら、特許文献１の水洗浄の後に活性炭により吸着を行う方法では、水洗浄により排ガス中に多量に含まれる水蒸気が活性炭表面で凝縮して水被膜を生成して吸着が阻害されることを防ぐため、排ガスを加熱して相対湿度を低下させる必要があり、加熱のための装置が必要でありまた運転コストが嵩むという問題がある。

本発明は、以上の問題に鑑みてなされたものであり、多様な種類の揮発性有機化合物を含有する排ガスから揮発性有機化合物を高い効率で除去することができ、運転コストが低い脱臭装置及び脱臭方法を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る脱臭装置は、揮発性有機化合物を含有する排ガスの脱臭装置であって、前記排ガス中の揮発性有機化合物を吸着除去する吸着装置と、該吸着装置から排ガスの供給を受けて残存する揮発性有機化合物を除去洗浄する洗浄装置とを有することを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記吸着装置の上流側に排ガス温度を調節するガス温度調節装置を設けたことを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記吸着装置は、所定間隔を離して配置された複数の平板状の吸着剤充填層を有する着脱可能な吸着剤カートリッジを有し、該吸着剤カートリッジ内において、前記吸着剤充填層の一方の側面側に供給された排ガスが他方の側面側に向かって前記吸着剤充填層を通過するような排ガス流れが形成されると共に、前記吸着剤カートリッジに供給された排ガスが前記複数の吸着剤充填層に分配されて流れるように構成されていることを特徴とするものである。

（４）本発明に係る脱臭方法は、揮発性有機化合物を含有する排ガスの脱臭方法であって、該排ガス中の揮発性有機化合物を吸着剤により吸着除去する吸着工程と、吸着工程により揮発性有機化合物が吸着除去された排ガスの供給を受けて残存する揮発性有機化合物を除去洗浄する洗浄工程とを有することを特徴とするものである。

（５）また、上記（４）に記載のものにおいて、前記吸着工程の前の前に、排ガス温度を調節するガス温度調節工程を有することを特徴とするものである。

本発明においては、揮発性有機化合物を含有する排ガスの脱臭を行うために、吸着装置によって、排ガスから揮発性有機化合物のうち、分子量の大きな、沸点の比較的高い揮発性有機化合物を選択的に吸着除去し、これにより排ガスから水洗浄に適さない疎水性の有機化合物を除去して、その後、排ガスを水洗浄装置に導入して残存する揮発性有機化合物を洗浄除去するようにしたので、排ガス中の多様な種類の揮発性有機化合物を高い効率で除去することができる。
このように、本発明によれば、揮発性有機化合物を含有する排ガスから多様な種類の揮発性有機化合物を高い効率で除去することができ、運転コストが低廉で環境負荷が小さい脱臭装置及び脱臭方法を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る脱臭装置の説明図である。 本発明の一実施の形態に係る脱臭装置の吸着塔に用いる脱臭剤カートリッジの説明図である。 本発明の一実施の形態に係る脱臭装置に用いる吸着塔の説明図である。 本発明の一実施の形態に係る脱臭装置に用いる吸着塔の他の態様の説明図である。 図４の矢視Ａ−Ａ図である。 本発明の他の実施の形態に係る脱臭装置の説明図である。 本発明の一実施例における排ガス処理フローの説明図である。

［実施形態１］
本実施の形態に係る脱臭装置は、図１に示すように、ＶＯＣガス発生源１の排ガスラインに設けられたプレフィルタ３の下流側に設けられて排ガス中の揮発性有機化合物を吸着除去する吸着塔５、吸着塔５の下流側に設けられ、吸着処理された排ガスの供給を受けて残存する揮発性有機化合物を洗浄除去する水洗浄塔７を備えている。水洗浄塔７によって揮発性有機化合物を洗浄除去された排ガスは煙突９を介して大気へ放出される。

吸着塔５において、吸着されやすい高沸点、高分子量の揮発性有機化合物および疎水性の揮発性有機化合物が吸着除去され、ホルムアルデヒドなどの低沸点、低分子量の揮発性有機化合物は吸着除去されずに排ガス中に残留したままの状態で吸着塔５から排出される。吸着塔５から排出された排ガスは水洗浄塔７に導入され、排ガス中に残留する揮発性有機化合物が洗浄除去される。
以下、脱臭装置を構成する各装置をさらに詳細に説明する。

＜吸着塔＞
吸着塔５には、活性炭等の吸着剤の充填層が設けられている。充填層の設け方としては、吸着塔５に吸着剤をそのまま充填する形態も可能であるが、図２に示すような着脱可能な吸着剤カートリッジ１１に吸着剤を充填してなる吸着剤層１３を形成し、図３に示すように複数段の吸着剤カートリッジ１１を吸着塔５に設置するような形態であってもよい。

吸着剤カートリッジ１１の上流端面にはガス入口１５と蓋部１７が交互に設けられている。また、吸着剤カートリッジ１１の下流端面においては、前記上流端面のガス入口１５に対応する部位には蓋部１７が設けられ、前記上流端面の蓋部１７に対応する部位にはガス出口１９が設けられている。
また、吸着剤カートリッジ１１内においては、図２に示すように、複数の平板状の吸着剤層１３が所定間隔を離して略平行に配置されており、ガス入口１５を通じて吸着剤層１３の一方の側面側に供給されたガスが、吸着剤層１３を通過して他方の側面側に抜けるようなガス流れが形成されており、吸着剤カートリッジ１１に送られたガスは複数の吸着剤層１３に分配され吸着除去処理される。

図２に示す吸着剤カートリッジ１１は、排ガスと吸着剤層１３が側流式で接触する構造であるため、ガスが接触する吸着剤層１３の面積を大きくとることができるため、吸着剤使用量を少なくでき、吸着塔５の設置面積が小さくコンパクトなものにでき経済的である。また、吸着剤層１３は、通常、数センチメートル程度と非常に薄いため圧力損失を小さくでき、ブロワーが小型化され経済的である。

さらに、吸着剤層１３は互いに略平行でかつ面対称な配置となっており、かつ吸着剤が蓋部１７との間に隙間が生じないように圧密充填されているため、高い吸着性能を発揮するためには必須であるガス流れの均一化が可能となり、ガスのショートパス（吹き抜け）が防止され、吸着剤層１３とガスとの接触効率が高く、吸着時において高い性能が発揮される。
またさらに、カートリッジ構造を有しているため、吸着塔５からのカートリッジの着脱が容易であり、吸着剤の交換や装置内の点検等のメンテナンスを容易に行なうことができる。

なお、吸着剤カートリッジ１１の１機あたりの寸法が大きくなると、メンテナンス時の吸着塔５からの着脱作業性が悪くなることから、例えば数万〜数十万m³/hという多量のガスを処理するような場合には、複数の吸着剤カートリッジ１１を吸着塔内に並列に並べ、かつ直列に複数段設置して用いることが好ましい。図４及び図４の矢視Ａ−Ａ断面図である図５に示す例では、並列に４個の吸着剤カートリッジ１１を並べ、これを直列に２段設置した例を示している。このように、吸着剤カートリッジ１１を用いることにより、使用条件に応じて、吸着剤カートリッジ１１の配置を並列、直列に組合せ、最適な配置で使用することができる。

＜水洗浄塔＞
水洗浄塔７は、周知の洗浄スクラバを用いる。下部から導入する排ガスに上部から洗浄水を噴霧等することにより排ガスに洗浄水を接触させ、排ガス中の揮発性有機化合物を除去洗浄するような向流式の段塔型や充填塔などの洗浄塔が好ましい。

次に、上記のように構成された脱臭装置を用いた脱臭方法を説明する。ＶＯＣ発生源から排出された排ガスは、プレフィルタ３において排ガス中の煤塵、ミストなどが除去された後に吸着塔５に導入される。吸着塔５において、揮発性有機化合物のうち、吸着されやすい高沸点、高分子量の揮発性有機化合物および疎水性の揮発性有機化合物が吸着除去され、ホルムアルデヒドなどの低沸点、低分子量の揮発性有機化合物は吸着除去されずに排ガス中に残留したままの状態で吸着塔５から排出される。吸着塔５から排出された排ガスは水洗浄塔７に導入され、排ガス中に残留する揮発性有機化合物が洗浄除去される。

［実施形態２］
図６は本発明の他の実施の形態に係る脱臭装置を説明する説明図である。図６においては、図１と同一の構成には同一の符号が付してある。
本実施の形態の脱臭装置は、吸着塔５の上流側に吸着塔５に供給される排ガス温度を調整する温度調節塔２９を設けたものである。

温度調節塔２９を設けた理由は以下の通りである。
揮発性有機化合物を含有する排ガスは、その発生源によって排出される温度が大きく異なる。例えば印刷工程から排出される揮発性有機化合物含有排ガスは室温に近い温度であることが多いが、印刷後の焼付け工程から排出される排ガスは百数十℃〜二百数十℃の温度範囲であることが多い。このような印刷後の焼付け工程から排出された排ガスのような比較的高温の排ガスを脱臭する際には、まず吸着塔５における吸着除去性能が十分に発揮される温度まで、排ガス温度を低下させる必要がある。このため、吸着塔５の上流側に温度調節塔２９を設けたのである。
温度調節塔２９としては、内部に冷媒を流通させる伝熱管などの熱交換器により排ガス温度を低下させる間接冷却塔が好ましく、水噴霧により排ガスを冷却する冷却塔は排ガス中の相対湿度が高くなり吸着塔５における吸着除去性能が低下するため好ましくない。

温度調節塔２９により排ガス温度を調整する際に、吸着塔５における吸着性能の発揮のために、排ガス温度が低ければ低いほど良いというわけではなく、吸着塔５で除去しようとする疎水性有機化合物の沸点より２０℃程度低温であれば、十分に除去性能を発揮することができる。また、排ガス中の相対湿度が４０%以上の領域では、活性炭などの吸着剤に排ガス中の水分が凝縮し吸着性能が阻害される傾向があることから、揮発性有機化合物等の吸着能力の維持のためには、排ガスの相対湿度を４０%未満に管理する必要がある。このことから、温度調節塔２９では、吸着対象とする揮発性有機化合物の沸点より２０℃程度低い温度を上限とし、排ガス中の相対湿度が４０%となる温度を下限として、排ガス温度を調節管理することが望ましい。

以上のように、構成された本実施の形態における脱臭装置においては、ＶＯＣ発生源から排出された排ガスは、プレフィルタ３において排ガス中の煤塵、ミストなどが除去された後、温度調節塔２９に導入され、排ガス温度が所定の温度に調節され、その後吸着塔５に導入される。吸着塔５において、揮発性有機化合物のうち、吸着されやすい高沸点、高分子量の揮発性有機化合物および疎水性の揮発性有機化合物が吸着除去される。吸着塔５を出た排ガスは、水洗浄塔７に導入され、排ガス中に残留する揮発性有機化合物が洗浄除去される。

図７は本発明の実施例の説明図であり、塗装焼付けプロセスから排出された揮発性有機化合物を含有する排ガスを本発明の脱臭装置によって処理するプロセスを示した説明図である。
塗装焼付けプロセスから排出される排ガス中には多様な揮発性有機化合物が含有されている。
図７において、図６と同一部分及び対応する部分には同一の符号が付してある。なお、温度調節塔としては、冷却機から供給される冷媒との熱交換により、排ガス温度を低下させる間接冷却塔３３として構成している。

塗装焼付けプロセスから約１６０℃で排出された揮発性有機化合物含有排ガスは、プレフィルタ３に導入され排ガス中に含有されるダストやミスト等のガス成分以外のものが除去された後、間接冷却塔３３に導入される。この間接冷却塔３３において、冷却機から供給される冷媒との熱交換により、排ガスは８０℃〜９０℃程度まで冷却される。このように８０℃〜９０℃程度まで冷却することにより、吸着塔５に充填された活性炭等の吸着剤による揮発性有機化合物成分の吸着効率を向上させることができる。
揮発性有機化合物のうち芳香族化合物で最も単純な構造を持ち、最も沸点の低いベンゼンにおいても、この温度域まで冷却することにより活性炭による吸着効率を高いレベルに維持することが可能となる。また、排ガス中の相対湿度が４０%を超えると凝縮水の影響により活性炭等の吸着剤の吸着性能が低下することが生じるため、相対湿度を４０%未満に維持するように、必要以上に排ガス温度を低下させることを避ける。

吸着塔５を出た排ガスは、水洗浄塔７に導入され低分子、低沸点、親水性の有機化合物を中心とした揮発性有機化合物が除去される。

本実施例の効果を確認するため、排ガス発生源、吸着塔入口、吸着塔出口、水洗浄塔出口の各箇所における排ガス性状の測定を行った。その結果を表１に示す。

表１から分かるように、吸着塔でキシレンを代表とする高沸点、高分子量の揮発性有機化合物を吸着除去することができ、水洗浄塔でホルムアルデヒドを代表とする低沸点、低分子量の揮発性有機化合物を洗浄除去でき、総揮発性有機化合物量を大幅に低減できることが確認できた。

本発明は、ガス中の有害物を除去する産業分野で利用可能である。

１ ＶＯＣガス発生源
３ プレフィルタ
５ 吸着塔
７ 水洗浄塔
９ 煙突
１１ 吸着剤カートリッジ
１３ 吸着剤層
１５ ガス入口
１７ 蓋部
１９ ガス出口
２９ 温度調節塔
３３ 間接冷却塔

Claims (5)

1. 揮発性有機化合物を含有する排ガスの脱臭装置であって、
   前記排ガス中の揮発性有機化合物を吸着除去する吸着装置と、該吸着装置から排ガスの供給を受けて残存する揮発性有機化合物を除去洗浄する洗浄装置とを有することを特徴とする脱臭装置。
2. 前記吸着装置の上流側に排ガス温度を調節するガス温度調節装置を設けたことを特徴とする請求項１に記載の脱臭装置。
3. 前記吸着装置は、所定間隔を離して配置された複数の平板状の吸着剤充填層を有する着脱可能な吸着剤カートリッジを有し、該吸着剤カートリッジ内において、前記吸着剤充填層の一方の側面側に供給された排ガスが他方の側面側に向かって前記吸着剤充填層を通過するような排ガス流れが形成されると共に、前記吸着剤カートリッジに供給された排ガスが前記複数の吸着剤充填層に分配されて流れるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の脱臭装置。
4. 揮発性有機化合物を含有する排ガスの脱臭方法であって、
   該排ガス中の揮発性有機化合物を吸着剤により吸着除去する吸着工程と、吸着工程により揮発性有機化合物が吸着除去された排ガスの供給を受けて残存する揮発性有機化合物を除去洗浄する洗浄工程とを有することを特徴とする脱臭方法。
5. 前記吸着工程の前の前に、排ガス温度を調節するガス温度調節工程を有することを特徴とする請求項４に記載の脱臭方法。

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