JP5398881B2

JP5398881B2 - Ｖｏｃ含有ガスの処理装置および処理方法

Info

Publication number: JP5398881B2
Application number: JP2012155674A
Authority: JP
Inventors: 英里岡野; 亮子澤田; 光明池田
Original assignee: Tsukishima Kankyo Engineering Ltd
Current assignee: Tsukishima Kankyo Engineering Ltd
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2028-03-13
Also published as: JP2012215382A

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（揮発性有機化合物）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、放散塔による放散処理、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。このうち、放散処理は排水中のＶＯＣ成分を放散して凝縮させるのみであってその凝縮廃液が残されてしまい、また直燃法は高温加熱が必要で燃料費が多くなり、さらに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、このうちまず特許文献２では、ＶＯＣ含有ガスに燃焼空気を混合する起動炉は、起動時に燃焼触媒を予熱するために補助燃料を助燃バーナにより燃焼させるためのものとされ、通常の運転時には必要でないものとされているが、実際には通常の運転時に混合される燃焼空気の温度によっては、予熱されたＶＯＣ含有ガスの温度が低下したりするおそれがあるため、常時助燃バーナによって補助燃料を燃焼させ続けなければならなくなり、運転コストの上昇を招くのは勿論、触媒燃焼炉に供給されるＶＯＣ含有ガスに温度むらが生じやすくなる。

一方、特許文献３に記載の処理装置および処理方法では、触媒反応器に供給されるＶＯＣ含有ガスの全量が上記第２熱交換器において熱交換されることから、この第２熱交換器の大型化が避けられず、またＶＯＣの成分によっては熱交換器の閉塞や、腐食等による早期の劣化のおそれが懸念される。さらに、第１熱交換器において加熱されるのも、一部とは言えＶＯＣ含有ガスであるので、長期の運転のうちにはやはりＶＯＣ成分による閉塞や腐食が発生することが避けられない。

本発明は、このような背景の下になされたもので、低コスト、省エネルギーでありながら触媒反応器に供給されるＶＯＣ含有ガスの温度むらを防ぎつつ、触媒反応器によって処理された処理ガスを熱源としてＶＯＣ含有ガスを加熱する加熱手段における閉塞や腐食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加熱手段によって加熱された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混合ガスのうち一部の混合ガスを分岐するバイパス経路と、上記混合ガスのうち残りの混合ガスを加熱する混合ガス加熱手段と、この混合ガス加熱手段によって加熱された上記残りの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混合ガスとを混合する第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、上記触媒反応器によって無害化処理されるとともに上記混合ガス加熱手段の熱源とされて冷却された上記処理ガスを排出する誘引ファンとを備えることを特徴とし、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加熱手段によって加熱された空気とを混合して混合ガスとし、この混合ガスのうち一部の混合ガスをバイパス経路に分岐させるとともに、残りの混合ガスを混合ガス加熱手段によって加熱し、この加熱された上記残りの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し、上記触媒反応器によって無害化処理されるとともに上記混合ガス加熱手段の熱源とされて冷却された上記処理ガスを、誘引ファンを経て排出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、まず空気加熱手段によって加熱された空気と第１混合手段において混合されて加熱され、こうして混合された混合ガスは、その一部がバイパス経路に分岐される一方、残り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、第２混合手段において上記一部の混合ガスと再び混合されることにより、触媒による酸化分解処理に適した温度に調整される。そして、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残りの混合ガスが加熱させられる。

このため、本発明の処理装置および処理方法によれば、こうして触媒反応器において処理された処理ガスを熱源として、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うち上記残りの混合ガスが加熱させられるため、省エネルギーで低コストに触媒反応器に供給されるＶＯＣ含有ガスの温度調整を行うことができる。そして、このように温度調整を行う際に混合ガス加熱手段に供給されるＶＯＣ含有ガスは、空気と混合された混合ガスのうち、一部がバイパス経路に分岐した残りであるため、処理されるＶＯＣ含有ガスの全量がこの混合ガス加熱手段に供給されることはなく、空気によって希釈されたガスの一部を加熱することで、混合ガス加熱手段の小型化を図るとともに閉塞や腐食を抑制することができる一方、上記混合ガスは、混合される空気が空気加熱手段によって予め加熱されているため、混合ガスのうち分岐した一部にもある程度の高い温度を与えることができ、加熱された残りの混合ガスと第２混合手段において混合された際の温度差を小さくすることができ、温度むらが生じるのを防ぐことができる。

なお、本発明において第１混合手段により加熱空気と混合されるＶＯＣ含有ガスは、ＶＯＣがガス状のまま存在している場合にはこれを直接加熱空気と混合すればよいが、例えば排水中にＶＯＣが含有されているような場合には、本発明の処理装置においては、このＶＯＣを含有する排水に水蒸気を供給することにより上記ＶＯＣを含有するガスを生成する放散塔を備え、また本発明の処理方法においては、放散塔によりＶＯＣを含有する排水に水蒸気を供給して上記ＶＯＣを含有するガスを生成することにより、このＶＯＣを含有するガス自体も水蒸気の熱によって予め加熱して高温とすることができ、混合ガス加熱手段や空気加熱手段への負荷を軽減するとともに、触媒反応器に供給される混合ガスの温度むらを一層確実に抑制することが可能となる。

また、このＶＯＣ含有ガスと混合させられる空気を予め加熱する空気加熱手段の熱源についても、本発明の処理装置においては、上記処理ガス供給経路を、上記混合ガス加熱手段から上記空気加熱手段に接続して、この混合ガス加熱手段に供給された上記処理ガスを、さらに上記空気加熱手段に供給して上記空気の加熱の熱源とするものとし、本発明の処理方法においては、上記混合ガス加熱手段に供給された上記処理ガスを、さらに上記空気加熱手段に供給して上記空気を加熱することにより、この処理ガスの熱を一層有効に利用して、さらなる省エネルギー化、低コスト化を促すことが可能となる。

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含有ガスの温度むらを防いでＶＯＣの安定した酸化分解処理を図りつつ、この酸化分解された処理ガスの熱を利用して低コストで省エネルギーな処理を可能とし、そして上記触媒反応器に供給されるＶＯＣ含有ガスを加熱する混合ガス加熱手段において、その大型化を防ぐとともに、ＶＯＣによる閉塞や腐食を抑制して長期にわたる円滑かつ安定的な処理を行うことが可能となる。

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。

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。本実施形態の処理装置においては、まずＶＯＣを含有する排水に水蒸気を供給することによりＶＯＣ含有ガスＡを生成する放散塔１が備えられていて、本実施形態において処理されるＶＯＣ含有ガスＡは、この放散塔１によってＶＯＣを含有する排水に水蒸気を供給してＶＯＣ成分を放散することにより生成されたものとされている。ただし、放散塔の他に蒸留塔、ばっき槽を用いてもよい。なお、こうして生成されたＶＯＣ含有ガスＡは、その温度が例えば９０〜１１０℃程度とされ、供給管路２を経て当該処理装置に供給される。

一方、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から空気調整弁４を介して誘引される空気Ｂとして供給される。そして、この空気Ｂは、空気加熱手段５により常温から例えば１２０〜１５０℃程度の温度にまで加熱されて供給管路６に供給される一方、この空気Ｂの供給管路６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２，６の接続部分においてＶＯＣ含有ガスＡと加熱された空気Ｂとが混合されることになる。すなわち、本実施形態ではこの供給管路２，６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には例えば１１０℃程度の温度の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。

なお、上記空気加熱手段５は、本実施形態では後述するＶＯＣ含有ガスＡを酸化分解処理した処理ガスと加熱前の空気Ｂ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。

さらに、上記混合ガスＣの供給管路８は、混合ガス調整弁９を介して混合ガス加熱手段１０に接続されるとともに、この混合ガス調整弁９の手前においてバイパス経路１１に分岐させられており、このバイパス経路１１はバイパス調整弁１２を介して、上記混合ガス加熱手段１０から排出される加熱された混合ガスＤの供給管路１３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１３との接続部分が本実施形態における第２混合手段１４とされ、これより以降の供給管路１３には、供給管路８により供給された混合ガスＣのうち、バイパス経路１１を経て分岐した一部の混合ガスＥと、混合ガス加熱手段１０によって加熱された残りの上記混合ガスＤとを再び混合した混合ガスＦが供給されることになる。

なお、上記混合ガス加熱手段１０も、空気加熱手段５と同様にＶＯＣ含有ガスＡを酸化分解処理した処理ガスと上記残りの混合ガスＤとの間で熱交換を行う熱交換器とされ、プレート式、シェル・アンド・チューブ式などの他の種のものが使用可能であり、特にプレート式が好ましい。

さらに、上記第２混合手段１４以降の供給管路１３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が配設されていて、供給管路１３から、主として上記一部の混合ガスＥと加熱された残りの混合ガスＤとの混合比率を上記混合ガス調整弁９やバイパス調整弁１２によって調整することにより例えば３００℃程度の温度に調整された混合ガスＦが供給され、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。

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を介してまず混合ガス加熱手段１０に供給され、この混合ガス加熱手段１０に供給された上記残りの混合ガスＤとの間で上述のように熱交換を行うことにより該残りの混合ガスＤを加熱する熱源とされる。また、処理ガス供給経路１８は、この混合ガス加熱手段１０から上記空気加熱手段５に接続されていて、混合ガス加熱手段１０に供給されて残りの混合ガスＤを加熱した処理ガスＧは、さらに空気加熱手段５に供給されてやはり空気Ｂ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１０および空気加熱手段５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、上記空気調整弁４は放散塔１におけるＶＯＣ含有ガスＡの生成量や圧力、温度等に基づいて外部に排出される排ガス量が一定となるようにその開度が制御され、また混合ガス調整弁９およびバイパス調整弁１２の開度と、ガス加熱器１５による加熱およびその温度も、図中に破線で示すように触媒反応器１６における反応温度等によって制御される。

このように、上記構成のＶＯＣ含有ガスの処理装置、および該処理装置を用いたＶＯＣ含有ガスの処理方法においては、放散塔１で生成されたＶＯＣ含有ガスＡに空気加熱手段５によって加熱された空気Ｂが第１混合手段７において混合されて高温の混合ガスＣとされ、この混合ガスＣのうち一部の混合ガスＥがバイパスされた後の残りの混合ガスＤが、触媒反応器１６によってＶＯＣ成分を酸化分解処理して生成された高温の処理ガスＧにより加熱させられ、こうして加熱された混合ガスＤと加熱されなかった上記一部の混合ガスＥとが第２混合手段１４において再び混合させられることにより、触媒反応器１６に供給される混合ガスＦが触媒１７による酸化分解反応に適した温度に調整される。

従って、上記処理装置および処理方法によれば、まず触媒反応器１６で生成された処理ガスＧの熱を利用して、このように残りの混合ガスＤを混合ガス加熱手段１０により加熱しているので、省エネルギーで低コストにＶＯＣ含有ガスＡの処理を図ることができ、例えば実際の運転でもガス加熱器１５は高温の処理ガスＧが発生するまでの起動時だけ混合ガスＦを加熱すれば済むだけとなる。

また、こうして混合ガスＣのうち一部の混合ガスＥがバイパス経路１１に分岐させられ、残りの混合ガスＤだけが混合ガス加熱手段１０に供給されるので、熱交換器であるこの混合ガス加熱手段１０において、その小型化を図ることができるとともに、ＶＯＣ成分による閉塞や腐食を抑制して劣化を防止することができる。しかも、この混合ガス加熱手段１０に供給される残りの混合ガスＤは、ＶＯＣ含有ガスＡが空気Ｂによって希釈されたものであるので、当該混合ガス加熱手段１０の閉塞や腐食を一層確実に抑えることが可能である。

さらに、こうしてＶＯＣ含有ガスＡを希釈するとともに触媒１７による酸化分解の際の酸素を供給する空気Ｂは、空気加熱手段５によって加熱されたものであるので、これらを混合した混合ガスＣにおいてもその温度を高温とすることができ、そのうち一部の混合ガスＥを分岐して、加熱された残りの混合ガスＤと第２混合手段１４において再び混合した際にも温度差が小さく、触媒反応器１６に供給される混合ガスＦに温度むらが生じることが少ない。従って、触媒反応器１６においてＶＯＣ成分の安定した酸化分解を促すことが可能となる。

しかも、本実施形態では、この空気加熱手段５も熱交換器とされていて、混合ガス加熱手段１０から接続された処理ガス供給経路１８を介して供給される処理ガスＧを熱源として空気Ｂを加熱しているので、高温の処理ガスＧの熱をさらに有効に利用して一層省エネルギーかつ低コストの処理を促すことができる。また、この空気加熱手段５は空気Ｂだけを加熱すればよいので、閉塞や腐食が生じるおそれもない。

一方、本実施形態では、ＶＯＣ成分を含有する排水からＶＯＣ含有ガスＡを生成するのに放散塔１が備えられており、この放散塔１において上記排水に水蒸気を供給することによりＶＯＣ成分を放散して高温のＶＯＣ含有ガスＡを発生させている。このため、第１混合手段７において当該ＶＯＣ含有ガスＡと加熱した空気Ｂとを混合してなる混合ガスＣを一層高い温度とすることができ、これに伴い触媒反応器１６に供給される混合ガスＦの温度むらをより確実に防止したり、空気加熱手段５や混合ガス加熱手段１０における加熱温度を抑えて熱的負荷を軽減したりすることが可能となる。

ただし、本実施形態ではこのように放散塔１を備えて排水からＶＯＣ含有ガスＡを生成する場合について説明したが、本発明はＶＯＣ成分が予めガス状で存在している場合にも適用可能であり、この場合は放散塔１を要することなくガス状のＶＯＣ成分すなわちＶＯＣ含有ガスＡをそのまま加熱した空気Ｂと混合すればよい。また、空気加熱手段５については、処理ガスＧ以外の熱源によって空気Ｂを加熱するようにしてもよい。

１放散塔
５空気加熱手段
７第１混合手段
１０混合ガス加熱手段
１１バイパス経路
１４第２混合手段
１６触媒反応器
１７触媒
１８処理ガス供給経路
ＡＶＯＣ含有ガス
Ｂ空気
Ｃ，Ｆ混合ガス
Ｄ混合ガスＣのうち残りの混合ガス
Ｅ混合ガスＣのうち一部の混合ガス
Ｇ処理ガス

Claims

ＶＯＣを含有するガスと空気加熱手段によって加熱された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混合ガスのうち一部の混合ガスを分岐するバイパス経路と、上記混合ガスのうち残りの混合ガスを加熱する混合ガス加熱手段と、この混合ガス加熱手段によって加熱された上記残りの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混合ガスとを混合する第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、上記触媒反応器によって無害化処理されるとともに上記混合ガス加熱手段の熱源とされて冷却された上記処理ガスを排出する誘引ファンとを備えることを特徴とするＶＯＣ含有ガスの処理装置。
上記第２混合手段は、この第２混合手段によって混合された混合ガスを当該処理装置の起動時に加熱するガス加熱器を経て上記触媒反応器に接続さ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。
上記空気加熱手段によって加熱される空気はダクトから空気調整弁を介して誘引され、この空気調整弁は、上記誘引ファンを経て排出される排ガス量が一定となるようにその開度が制御され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。
上記ＶＯＣを含有するガスを生成する放散塔、蒸留塔、およびばっき槽のうち１つを備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＶＯＣ含有ガスの処理装置。
ＶＯＣを含有するガスと空気加熱手段によって加熱された空気とを混合して混合ガスとし、この混合ガスのうち一部の混合ガスをバイパス経路に分岐させるとともに、残りの混合ガスを混合ガス加熱手段によって加熱し、この加熱された上記残りの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し、上記触媒反応器によって無害化処理されるとともに上記混合ガス加熱手段の熱源とされて冷却された上記処理ガスを、誘引ファンを経て排出することを特徴とするＶＯＣ含有ガスの処理方法。