JP4895225B2 - 排気ガス処理システム - Google Patents

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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、排気ガスに含まれる揮発性有機化合物を濃縮するための吸着ゾーン、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、前記濃縮装置により濃縮された揮発性有機化合物を処理するための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回定期的に前記再生ゾーンに供給する制御装置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. 排気ガスに含まれる揮発性有機化合物を濃縮するための吸着ゾーン、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、前記濃縮装置により濃縮された揮発性有機化合物を処理するための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
    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脱着し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通過時間分を経過すると、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脱着し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通過時間分を経過すると、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
    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脱着し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通過時間分を経過すると、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脱着し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通過時間分を経過すると、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。
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