JP5350977B2 - 多成分系揮発性有機溶剤の燃焼無害化処理方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は多成分系揮発性有機溶剤の燃焼無害化処理方法及び装置に関する。

従来、塗装、印刷、接着、洗浄等を行う生産工程では、トルエン、キシレン等の多成分の揮発性有機溶剤が使用され、有害な臭気ガスが発生する。これらは、例えばスクラバー等によって有機成分を液体に吸収させて回収する（特許文献１参照）。これらの回収した多成分揮発性有機溶剤（回収溶剤）を有機溶剤として生産工程で再利用するためには、分離蒸留設備により当該揮発性有機溶剤から高純度の単一成分溶剤を分離する必要がある。
しかし、高純度の単一成分溶剤を分離回収することは困難であり、その溶剤中の極微量の不純物が生産品質に影響を与えるため、回収された溶剤を安易に塗装、印刷、接着、洗浄等の生産工程で再利用できず、廃棄している。

また揮発性有機溶剤を使用する生産工程では、環境問題を起こさないように、臭気のある有害な排ガス（特に前記有機成分を回収後の排ガス）を脱臭する蓄熱式脱臭装置（ＲＴＯ）が設けられている（特許文献２，３参照）。しかし、蓄熱式脱臭装置では、原料となる有臭有害の排ガスが常時一定量入ってこないため、炉内温度が頻繁に昇降し、炉壁の寿命が短くなったり、一定の燃焼状態が保持できないという問題がある。このため、炉内温度が下がりそうなときには、ＬＮＧ等の燃料を余分に消費して炉内温度を維持していた。

特開平１０−１２８０４９号公報 特開２００２−６１８２２号公報 特開２００２−３０３４１５号公報

本願発明は、前記問題点に鑑みてなされたもので、回収された多成分揮発性有機溶剤を単一成分溶剤に分離することなく、これを燃焼し無害化するとともに、エネルギー源として有効利用することができる多成分揮発性有機溶剤の処理方法及び装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、第１の手段は、臭気のある被燃焼ガスを燃焼する燃焼炉に、回収された多成分揮発性有機溶剤をバーナの燃料として供給し、前記燃焼炉の炉内温度が前記被燃焼ガスの燃焼温度未満までは、前記多成分揮発性有機溶剤以外の通常燃料を使用し、前記燃焼炉の炉内温度が前記被燃焼ガスの燃焼温度以上になると、前記通常燃料の使用を止めて前記多成分揮発性有機溶剤を燃料として使用することを特徴とする多成分揮発性有機溶剤の処理方法である。

ここで、「被燃焼ガスの燃焼温度」とは、多成分揮発性有機溶剤を分解できる燃焼温度である。
また、前記被燃焼ガスの濃度の変化に応じて前記多成分揮発性有機溶剤の燃焼量を変化させることが好ましい。

第２の手段は、臭気のある被燃焼ガスを燃焼する燃焼炉と、
回収された多成分揮発性有機溶剤を燃料として供給する回収溶剤バーナと、
前記多成分揮発性有機溶剤以外の通常燃料を使用する通常燃料バーナをさらに備え、
前記燃焼炉の炉内温度が前記被燃焼ガスの燃焼温度未満までは、前記通常燃料バーナで前記多成分揮発性有機溶剤以外の通常燃料を使用し、前記燃焼炉の炉内温度が前記被燃焼ガスの燃焼温度以上になると、前記通常燃料の使用を止めて前記回収溶剤バーナで前記多成分揮発性有機溶剤を燃料として使用することを特徴とする多成分揮発性有機溶剤の処理装置である。

第３の手段は、臭気のある被燃焼ガスを燃焼する燃焼炉と、
回収された多成分揮発性有機溶剤を燃料として供給する回収溶剤バーナと、
前記燃焼炉の炉内温度が前記被燃焼ガスの燃焼温度未満までは、前記回収溶剤バーナで前記多成分揮発性有機溶剤に液体の通常燃料を混合した混合燃料又は液体の通常燃料のみを使用し、前記燃焼炉の炉内温度が前記被燃焼ガスの燃焼温度以上になると、前記通常燃料の使用を止めて前記回収溶剤バーナで前記多成分揮発性有機溶剤を燃料として使用することを特徴とする多成分揮発性有機溶剤の処理装置である。
第２及び第３の手段において、前記被燃焼ガスの濃度の変化に応じて前記多成分揮発性有機溶剤の燃焼量を変化させることが好ましい。

前記第１、第２及び第３の手段において、前記燃焼炉は蓄熱燃焼式脱臭装置であることが好ましい。

前記第１及び第２の手段による発明によれば、回収された多成分揮発性有機溶剤を臭気のある被燃焼ガスを燃焼する燃焼炉にバーナの燃料として供給するので、単一成分溶剤に分離することなく、燃焼し無害化することができる。また、回収された多成分揮発性有機溶剤を臭気のある被燃焼ガスを燃焼する燃焼炉の燃料すなわちエネルギー源として有効利用することができる。

本発明に係る多成分揮発性有機溶剤の処理方法及び処理装置の一実施形態を示す概略図。 （ａ）は図１の処理装置の炉温度の変化を示す図、（ｂ）は燃料としてのＬＮＧの供給タイミングを示す図、（ｃ）は燃料としての回収溶剤の供給タイミングを示す図、（ｄ）は昇温用空気の通風量を示す図、（ｅ）はＶＯＣ含有空気の通風量を示す図、（ｆ）は流入するＶＯＣの濃度の変化を示す図。 本発明に係る多成分揮発性有機溶剤の処理方法及び処理装置の他の実施形態を示す概略図。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態に係る多成分揮発性有機溶剤の処理方法及び処理装置を示す。１は燃焼炉の一例としての蓄熱燃焼式脱臭装置で、燃焼室２と蓄熱室３を有している。

燃焼室２には、複数のＬＮＧバーナ４と複数の回収溶剤バーナ５を備えている。ＬＮＧバーナ４には、通常燃料としてＬＮＧを開閉弁Ｖ１ａを介して供給するＬＮＧ供給ラインＰ１ａと、ＬＮＧ燃焼用空気を開閉弁Ｖ１ｂを介して供給するＬＮＧ燃焼用空気供給ラインＰ１ｂが接続されている。回収溶剤バーナ５は、回収溶剤が燃焼可能なように設計されたバーナであり、この回収溶剤バーナ５には、回収溶剤を燃料として開閉弁Ｖ２ａを介して供給する回収溶剤供給ラインＰ２ａと、回収溶剤燃焼用空気を開閉弁Ｖ２ｂを介して供給する回収溶剤燃焼用空気供給ラインＰ２ｂが接続されている。

燃焼室２には、炉内温度を検出する温度センサ６が複数箇所に設けられている。温度センサ６からの信号に基づいて制御装置７は、ＬＮＧ供給ラインＰ１ａと回収溶剤供給ラインＰ２ａの各開閉弁Ｖ１ａとＶ２ａと、ＬＮＧ燃焼用空気供給ラインＰ１ｂと回収溶剤燃焼用空気供給ラインＰ２ｂの各開閉弁Ｖ１ｂとＶ２ｂとを制御し、ＬＮＧバーナ４と回収溶剤バーナ５を切り換えることができる。

蓄熱室３には、１対の蓄熱体８ａ,８ｂが収容されている。蓄熱体８ａ,８ｂは、セラミック製のハニカム構造を有する蓄熱材を複数段積層したもの、セラミックス製あるいは金属製の球状の蓄熱材を所定高さに積層したもの、又は複数本のセラミックス製あるいは金属製のパイプを所定長さに切断したもの等の公知の構成である。各蓄熱体８ａ,８ｂには、被燃焼ガスとして多成分揮発性有機溶剤（ＶＯＣ）を含有する空気を蓄熱体８ａ,８ｂを介して燃焼室２に供給するＶＯＣ含有空気供給ラインＰ３と、燃焼室２で燃焼処理された処理ガスを蓄熱体８ａ,８ｂを介して排出する処理ガス排出ラインＰ４とが接続されている。ＶＯＣ含有空気供給ラインＰ３には、上流側から開閉弁Ｖ３と送風機Ｆが配設され、送風機Ｆの下流で分岐してそれぞれ開閉弁Ｖ５ａ、Ｖ５ｂを介して蓄熱室３のそれぞれの蓄熱体８ａ,８ｂに接続されている。開閉弁Ｖ３と送風機Ｆの間には、開閉弁Ｖ４を有する空気供給ラインＰ５が合流している。処理ガス排出ラインＰ４は、開閉弁Ｖ６ａ,Ｖ６ｂを介して蓄熱室３のそれぞれの蓄熱体８ａ,８ｂに接続され、開閉弁Ｖ６ａ,Ｖ６ｂの下流で合流して排気塔９に接続されている。

ＶＯＣ含有空気供給ラインＰ３の開閉弁Ｖ５ａと開閉弁Ｖ５ｂは、図示しない制御装置により交互に切り替えられ、ＶＯＣ含有空気を蓄熱体８ａと蓄熱体８ｂに交互に供給できる。また、処理ガス排出ラインＰ４の開閉弁Ｖ６ａと開閉弁Ｖ６ｂは、図示しない制御装置により交互に切り替えられ、蓄熱体８ａと蓄熱体８ｂから交互に処理ガスを排出することができる。これにより、処理ガスを蓄熱室３の蓄熱体８ａで予熱して燃焼室２に供給し、ここで燃焼した後、処理ガスを蓄熱室３の蓄熱体８ｂに導いて蓄熱した後、排気塔９に排気する工程と、処理ガスを蓄熱室３の蓄熱体８ｂで予熱して燃焼室２に供給し、ここで燃焼した後、処理ガスを蓄熱室３の蓄熱体８ａに導いて蓄熱した後、排気塔９に排気する工程とを交互に繰り返すことができる。

ＶＯＣ含有空気供給ラインＰ３の開閉弁Ｖ３と空気供給ラインＰ５の開閉弁Ｖ４は、図示しない制御装置により制御され、ＶＯＣ含有空気又は空気のいずれか、又はこれらを混合させたものが送風機Ｆにより開閉弁Ｖ５ａ、Ｖ５ｂを介して蓄熱室３に供給される。

次に、以上の構成からなる装置の動作を説明することで、本発明に係る多成分揮発性有機溶剤の処理方法を説明する。

例えば塗装、印刷、接着、洗浄等を行う生産工程で使用されたトルエン、キシレン等の多成分揮発性有機溶剤（ＶＯＣ）の排ガスは一例として吸収塔に導かれ、ここで有機吸収液に吸収される。この有機吸収液は蒸留塔に導かれ、ここで炭化水素系溶剤が蒸留され、回収容器に収容されて保存される。

図１の装置の回収溶剤供給ラインＰ２ａには、この回収容器に保存されている回収溶剤が、回収溶剤バーナ５の燃料として導入される。また、吸収塔で有機吸収液に吸収されずに通過した多成分揮発性有機溶剤の排ガス（ＶＯＣ含有空気）が蓄熱燃焼式脱臭装置１の被燃焼ガスとして導入される。一方、ＬＮＧ供給ラインＰ１ａには、ＬＮＧ源に貯溜されているＬＮＧが導入される。

蓄熱燃焼式脱臭装置１を図２に示すように初期に常温からＶＯＣ分解温度まで（昇温開始からｔ１時まで）昇温する際、図２（ｅ）に示すように、開閉弁Ｖ３を閉じて、ＶＯＣ含有空気の導入を遮断し、図２（ｄ）に示すように、開閉弁Ｖ４を開いてＶＯＣ含有空気最大風量の約１／４の空気を空気供給ラインＰ５に導入する。次に、図２（ｂ）に示すように、開閉弁Ｖ１ａを開いて通常燃料であるＬＮＧを燃料としてＬＮＧ供給ラインＰ１ａに導入し、ＬＮＧバーナ４を点火する。これは、安全性の観点から、炉内温度を回収溶剤自体の着火温度以上とするためである。

ＬＮＧバーナ４の点火から例えば約１時間経過後のｔ１時に、複数の温度センサ６からの信号に基づいて炉内温度が有臭・有害成分を含有する多成分揮発性有機溶剤（ＶＯＣ）を分解できる燃焼温度８２０℃±１０℃になると、開閉弁Ｖ１ａと開閉弁Ｖ２ａを制御して、ＬＮＧ供給ラインＰ１ａと回収溶剤供給ラインＰ２ａを切り換える。すなわち、開閉弁Ｖ１ａを閉じてＬＮＧの導入を停止し、ＬＮＧバーナ４を消火した後（図２（ｂ））、開閉弁Ｖ２ａを開いて回収溶剤を回収溶剤供給ラインＰ２ａに導入し（図２（ｃ））、回収溶剤バーナ５を点火する。この回収溶剤バーナ５による燃焼が安定するｔ２時までは、図２（ｄ）に示すように、開閉弁４の開度を維持し、炉内に空気を導入し続ける。燃焼が安定してｔ２時になると、開閉弁Ｖ３を開いてＶＯＣ含有空気を通常の風量でＶＯＣ含有空気供給ラインＰ３に導入する（図２（ｅ））とともに、開閉弁Ｖ４を閉じて空気の空気供給ラインＰ５への導入を停止する（図２（ｄ））。そして、ＶＯＣ含有空気の導入により、ＶＯＣが自然着火して燃焼するので、開閉弁Ｖ２ａを絞り、回収溶剤の燃焼量を減少する（図２（ｃ））。

炉内温度は、開閉弁Ｖ２ａを制御して回収溶剤の回収溶剤供給ラインＰ２ａへの導入量を制御する（図２（ｃ））ことで、前述のように８２０℃に維持される。一方、ＶＯＣ含有空気供給ラインＰ３の開閉弁Ｖ５ａと開閉弁Ｖ５ｂを交互に切り替え、ＶＯＣ含有空気を蓄熱室３の蓄熱体８ａと蓄熱体８ｂに交互に供給して予熱する一方、処理ガス排出ラインＰ４の開閉弁Ｖ６ａと開閉弁Ｖ６ｂも交互に切り替えて、燃焼室２で燃焼された処理ガスを蓄熱室３の蓄熱体８ａと蓄熱体８ｂから交互に排出する。
なお、ここでは、便宜上、開閉弁Ｖ１ａと開閉弁Ｖ２ａだけを制御するように記載したが、ＬＮＧバーナ４と回収溶剤バーナ５の燃焼状態に応じて、開閉弁Ｖ１ｂと開閉弁Ｖ２ｂも制御して適量の空気を流すように制御することは当然である。

このようにして、有臭・有害成分を含有するＶＯＣ含有空気は、蓄熱燃焼式脱臭装置１の燃焼室２で燃焼され、無臭・無害化されて、排出される。一方回収溶剤は、蓄熱燃焼式脱臭装置１の回収溶剤バーナ５の燃料として燃焼し、無害化されるので、エネルギー源として有効利用することができる。また、回収溶剤は、別途分離蒸留設備により単一成分溶剤に分離する必要もない。

塗装工場には様々な塗装設備と塗装ラインが存在するので、ＶＯＣの発生タイミングは常時変化し、これに伴いＶＯＣ含有空気供給ラインＰ３を介して導入されるＶＯＣ含有空気中のＶＯＣ濃度も、図２（ｆ）に示すように変化する。図２（ｆ）に示すｔ３時において、ＶＯＣ含有空気の濃度が低減すると、ＶＯＣの炉内での自然着火が減少し、図２（ａ）においてａで示すように、炉温が急激に低下するので、開閉弁Ｖ２ａを開いて、回収溶剤の燃焼量を増大する（図２（ｃ））。逆に、図２（ｆ）に示すｔ４時において、ＶＯＣ含有空気の濃度が増加すると、ＶＯＣの炉内での自然着火が増大し、図２（ａ）においてｂで示すように、炉温度が急激に上昇するので、開閉弁Ｖ２ａを絞って、回収溶剤の燃焼量を減少する（図２（ｃ））。このように、ＶＯＣ含有空気のＶＯＣ濃度の変化に応じて、回収溶剤の燃焼量を変化させるので、炉内温度を一定に維持することができる。

なお、前記実施形態では、蓄熱燃焼式脱臭装置を使用しているが、単なる燃焼炉であってもよい。

また、前記実施形態では、通常燃料をＬＮＧ（ガス）としたが、前記ＬＮＧバーナ４に代えて液体燃料バーナを使用し、重油などの液体燃料を噴霧燃焼させてもよい。
この場合、別個に液体燃料バーナを備えずとも、図３に示すように、回収溶剤バーナ５のみを用いて、回収溶剤に重油等の液体燃料を混合させることも可能である。
さらに、前記実施形態では、ＶＯＣ含有空気の燃焼温度を切り替えのタイミングとしたが、炉内温度が回収溶剤自体の着火温度以上であれば、その切り替えは燃焼温度以下であっても問題はない。

１ 蓄熱燃焼式脱臭装置
２ 燃焼室
３ 蓄熱室
４ ＬＮＧバーナ
５ 回収溶剤バーナ
６ 温度センサ
７ 制御装置
８ａ,８ｂ 蓄熱体
９ 排気塔
Ｐ１ａ ＬＮＧ供給ライン
Ｐ２ａ 回収溶剤供給ライン
Ｐ３ ＶＯＣ含有空気供給ライン
Ｐ４ 処理ガス排出ライン
Ｐ５ 空気供給ライン
Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ 開閉弁
Ｖ２ａ，Ｖ２ｂ 開閉弁
Ｖ３ 開閉弁
Ｖ４ 開閉弁
Ｖ５ａ,Ｖ５ｂ 開閉弁
Ｖ６ａ,Ｖ６ｂ 開閉弁
Ｆ 送風機

Claims (7)

1. 臭気のある被燃焼ガスを燃焼する燃焼炉に、回収された多成分揮発性有機溶剤をバーナの燃料として供給し、
   前記燃焼炉の炉内温度が前記被燃焼ガスの燃焼温度未満までは、前記多成分揮発性有機溶剤以外の通常燃料を使用し、前記燃焼炉の炉内温度が前記被燃焼ガスの燃焼温度以上になると、前記通常燃料の使用を止めて前記多成分揮発性有機溶剤を燃料として使用することを特徴とする多成分揮発性有機溶剤の処理方法。
2. 前記被燃焼ガスの濃度の変化に応じて前記多成分揮発性有機溶剤の燃焼量を変化させることを特徴とする請求項１に記載の多成分揮発性有機溶剤の処理方法。
3. 前記燃焼炉は蓄熱燃焼式脱臭装置であることを特徴とする請求項１又は２に記載の多成分揮発性有機溶剤の処理方法。
4. 臭気のある被燃焼ガスを燃焼する燃焼炉と、
   回収された多成分揮発性有機溶剤を燃料として供給する回収溶剤バーナと、
   前記多成分揮発性有機溶剤以外の通常燃料を使用する通常燃料バーナをさらに備え、
   前記燃焼炉の炉内温度が前記被燃焼ガスの燃焼温度未満までは、前記通常燃料バーナで前記多成分揮発性有機溶剤以外の通常燃料を使用し、前記燃焼炉の炉内温度が前記被燃焼ガスの燃焼温度以上になると、前記通常燃料の使用を止めて前記回収溶剤バーナで前記多成分揮発性有機溶剤を燃料として使用することを特徴とする多成分揮発性有機溶剤の処理装置。
5. 臭気のある被燃焼ガスを燃焼する燃焼炉と、
   回収された多成分揮発性有機溶剤を燃料として供給する回収溶剤バーナと、
   前記燃焼炉の炉内温度が前記被燃焼ガスの燃焼温度未満までは、前記回収溶剤バーナで前記多成分揮発性有機溶剤に液体の通常燃料を混合した混合燃料又は液体の通常燃料のみを使用し、前記燃焼炉の炉内温度が前記被燃焼ガスの燃焼温度以上になると、前記通常燃料の使用を止めて前記回収溶剤バーナで前記多成分揮発性有機溶剤を燃料として使用することを特徴とする多成分揮発性有機溶剤の処理装置。
6. 前記被燃焼ガスの濃度の変化に応じて前記多成分揮発性有機溶剤の燃焼量を変化させることを特徴とする請求項４又は５に記載の多成分揮発性有機溶剤の処理装置。
7. 前記燃焼炉は蓄熱燃焼式脱臭装置であることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の多成分揮発性有機溶剤の処理装置。

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