JP6808012B2 - ガス分配板を用いたＶＯＣｓ除去システム - Google Patents
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Description
本発明は、ガス分配板を用いたＶＯＣｓ除去システムに関する。より詳しくは、吸着したＶＯＣｓを脱着時に回転型ガス分配板とマイクロウエーブモジュールを同時に利用することによりマイクロウエーブの効率を極大化し、効率よく大量のＶＯＣｓガス処理が可能なガス分配板を用いたＶＯＣｓ除去システムに関する。
揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）は蒸気圧が極めて高いため、大気中で蒸発し易いと同時に、窒素酸化物と共存するとき太陽光を受けて光化学反応を引き起こし、オゾン及び光化学酸化性物質を生成して光化学スモッグを誘発する代表的な物質である。このような問題により、現在の国内／国外で厳しい規制が施行されており、至急解決しなければならない最優先的な課題として残っている。
一方、造船所の塗装工場では、揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）の排出規制において例外であったため、工場を大型化する方法としてＶＯＣｓ除去設備に対する法的規制を満足させてきたが、環境規制が強化されることにより効果的なＶＯＣｓ除去設備の設置が求められている。従来における蓄熱式の燃焼設備であるＲＴＯ（Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄｉｚｅｒ）の場合、高濃縮しない空気を燃焼させることで運転コストが増加して大型化された装備により設置空間が足りないという問題がある。
ＶＯＣｓ除去において、運転コスト及び設置空間を減らす方案として、マイクロウエーブを用いる技術も開発されている。特許文献１は、ＶＯＣｓガス除去システムに関し、ハニカム型ＶＯＣｓ吸着ローターにマイクロウエーブを直接水平方向に噴射し、吸着ローターを再生するようにする方法を提示している。この場合、マイクロウエーブの漏れを遮断することが難しいためマイクロウエーブの効率が低下し、作業の安定性の恐れがあり、１つの吸着ローターで処理できる容量に限界がある点から、造船所の塗装工場のような大型事業場で活用し難いという問題がある。また、持続的な吸着ローター駆動による運転コストの上昇、再生空気が再生領域に達する前に一部分散される問題などが挙げられる。
したがって、別途のマイクロウエーブの遮断施設の負担を減らしながらも、エネルギー効率を最大化できるＶＯＣｓ除去システムの開発が求められている。
本発明の一側面は、マイクロウエーブの効率を極大化して設備の簡素化及び運転コストの削減を可能にし、大容量のＶＯＣｓガスを効率よく処理できるＶＯＣｓ除去システムを提示することにある。
しかし、本発明が解決しようとする課題は、以上で言及した課題に制限されることなく、言及されない他の課題は、下記の記載によって当業者に明らかに理解できるものである。
前述した目的を達成するために、本発明の一側面は、ＶＯＣｓが吸着する吸着領域及び前記吸着領域で吸着されたＶＯＣｓを脱着させる再生領域を含む固定状態の円筒状の吸着反応器と、前記円筒状の吸着反応器の周縁に沿って一定の間隔に配置された複数のマイクロウエーブモジュールと、前記再生領域に再生空気を供給する供給管を備え、前記円筒状の吸着反応器の上部に配置される回転型上部ガス分配板と、前記再生領域から脱着されたＶＯＣｓを含有している再生空気を吐出する吐出管を備え、前記円筒状の吸着反応器の下部に配置される回転型下部ガス分配板とを含み、前記上部ガス分配板及び下部ガス分配板が回転し、前記供給管及び吐出管が前記再生領域の上部及び下部に位置するときに前記再生領域に再生空気が供給され、同時に、前記再生領域の側面に配置されたマイクロウエーブモジュールが作動状態に切り替えられて前記再生領域を加熱する、ガス分配板を用いたＶＯＣｓ除去システムを提供する。
本発明によると、吸着反応器とマイクロウエーブモジュールに比べて相対的に軽量であるガス分配板を回転式に備えることにより、設備の簡素化及び運転コストの削減を図ることができ、吸着及び脱着時間の制御が容易であり、同時に、複数の領域で吸着と脱着のプロセスを行うことができるためエネルギー及び設備空間を節約でき、マイクロウエーブの効率を極大化して再生効率を高めることができるため、大容量のＶＯＣｓガスを効率よく処理できるＶＯＣｓ除去システムを提供できる。
以下、添付された図面を参照しながら本発明のＶＯＣｓ除去システムを詳細に説明する。
本発明は、ＶＯＣｓ除去システムに関し、固定状態の円筒状の吸着反応器１１０、前記円筒状の吸着反応器１１０の周縁に沿って一定の間隔に配置された複数のマイクロウエーブモジュール１２０、及び前記円筒状の吸着反応器１１０の上部及び下部にそれぞれ配置される回転型ガス分配板１３０ａ、１３０ａ'、１３０ｂ、１３０ｂ'を含む。
吸着反応器とマイクロウエーブモジュールに比べて相対的に軽量であるガス分配板を回転式に備えることで、設備の簡素化及び運転コストの削減を図ることができる。
前記円筒状の吸着反応器１１０には、ガスのうちのＶＯＣｓ成分が吸着されるよう活性炭やゼオライトなどを含む吸着剤１１１が充填されている。また、前記円筒状の吸着反応器１１０の吸着剤１１１が充填された内部は中心軸を基準にして放射状に領域が分割され、その分割された領域は、外部から供給されたＶＯＣｓ含有ガスのうちＶＯＣｓが吸着される吸着領域、及び高温の再生空気を介して前記吸着領域で吸着されたＶＯＣｓを脱着させる再生領域を含む。また、選択的に、前記ＶＯＣｓが脱着された後に冷却が進行される冷却領域をさらに含んでもよい。
前記複数のマイクロウエーブモジュール１２０は、前記円筒状の吸着反応器１１０の周縁に沿って一定の間隔に配置される。好ましくは、前記円筒状の吸着反応器１１０の放射状に分割された領域の側面それぞれにマイクロウエーブモジュール１２０が配置されてもよい。
前記複数のマイクロウエーブモジュール１２０は、前記円筒状の吸着反応器１１０の側面を取り囲む形態に製造されたり、前記円筒状の吸着反応器１１０の側面を取り囲むケース１４０の一部として含まれる形態に製造されてもよい。これによって、マイクロウエーブモジュール１２０又はこれを含むケース１４０が前記円筒状の吸着反応器１１０の側面からマイクロウエーブの漏れを遮断できる。前記マイクロウエーブモジュール１２０は、配置された領域が再生するとき電源ＯＮ状態になってマイクロウエーブを照射して再生領域を加熱し、再生が完了すれば、電源ＯＦＦ状態になって作動を中止する。前記円筒状の吸着反応器１１０の側面は雲母板１１２から構成され、マイクロウエーブが通過できるようにする。
前記マイクロウエーブモジュールは、導波管を介して再生領域にマイクロウエーブを照射する方式を採用し得る。ここで、導波管が分割されていない状態、すなわち、マイクロウエーブが照射される通路が１つであってもよい。
又は、前記マイクロウエーブモジュール１２０'は、複数のスロット状に導波管１７０を備えてマイクロウエーブが通過する通路を均一に分割し、比較的に均一に前記再生領域に照射されるようにする。すなわち、前記複数のマイクロウエーブモジュールのそれぞれは、前記円筒状の吸着反応器の放射状に分割された領域１１０の側面周縁に沿って複数のスロットを含む導波管１７０を備え、前記複数のスロットを介してマイクロウエーブが均一に照射されるよう構成できる。
図８は、円筒状の反応器１１０の分割された一領域の側面周縁に設置されたスロット導波管１７０を備えたマイクロウエーブモジュール１２０'を示している。図８に示すように、導波管の一側部でマイクロウエーブが照射されるよう構成してもよく、導波管の中央部分でマイクロウエーブが照射されるように構成してもよい。
前記回転型ガス分配板は、前記円筒状の吸着反応器１１０の上部と下部にそれぞれ配置されるように構成する。前記円筒状の吸着反応器１１０の上部に配置される上部ガス分配板１３０ａ、１３０ａ'は、前記円筒状の吸着反応器１１０の再生領域に再生空気を供給する供給管１３３ａ、１３３ａ'を備えている。再生空気は、再生空気注入口１３２ａ、１３２ａ'を介して供給管１３３ａ、１３３ａ'に供給される。一方、前記円筒状の吸着反応器１１０の下部に配置される下部ガス分配板１３０ｂ、１３０ｂ'は、前記円筒状の吸着反応器１１０の再生領域から脱着されたＶＯＣｓを含有している再生空気を吐出する吐出管１３３ｂ、１３３ｂ'を備えている。前記吐出管１３３ｂ、１３３ｂ'には、再生空気排出口１３２ｂ、１３２ｂ'が連結され得る。前記上部ガス分配板１３０ａ、１３０ａ'の供給管１３３ａ、１３３ａ'と、前記下部ガス分配板１３０ｂ、１３０ｂ'の吐出管１３３ｂ、１３３ｂ'は、それぞれ前記円筒状の吸着反応器１１０の再生領域の真上又は真下で、前記円筒状の吸着反応器１１０の再生領域が投影された部分に位置する。便宜上、前記円筒状の吸着反応器１１０の再生領域が上部ガス分配板１３０ａ、１３０ａ'に投影された領域を上部再生領域１３１ａ、１３１ａ'と称し、下部ガス分配板１３０ｂ、１３０ｂ'に投影された領域を下部再生領域１３１ｂ、１３１ｂ'と称する。
前記上部ガス分配板１３０ａ、１３０ａ'と前記下部ガス分配板１３０ｂ、１３０ｂ'は、前記円筒状の吸着反応器１１０の上部及び下部で同じ回転周期を有し、同じ方向に周期的に回転するよう構成される。
前記上部ガス分配板１３０ａ、１３０ａ'及び下部ガス分配板１３０ｂ、１３０ｂ'が回転して前記上部再生領域１３１ａ、１３１ａ'と前記下部再生領域１３１ｂ、１３１ｂ'が前記円筒状の吸着反応器１１０の再生領域と垂直線上に位置する場合、すなわち、前記供給管１３３ａ、１３３ａ'及び吐出管１３３ｂ、１３３ｂ'が前記再生領域の上部及び下部に位置するときに、前記供給管１３３ａ、１３３ａ'を介して前記円筒状の吸着反応器１１０の再生領域の上部に再生空気が供給される。同時に、前記再生領域の側面に配置されたマイクロウエーブモジュール１２０が作動停止状態から作動状態に切り替えられ、前記再生領域を加熱することになる。これにより、吸着されていたＶＯＣｓ成分が脱着される。脱着されたＶＯＣｓの含まれた再生空気は、前記再生領域の下部に配置された吐出管１３３ｂ、１３３ｂ'を介して吐出される。
回転周期及び再生時間は、タイマー又はプログラムにより予め設定することで調整できる。すなわち、前記上部及び下部ガス分配板１３０ａ、１３０ａ'、１３０ｂ、１３０ｂ'の回転周期及び再生の間の回転停止時間、マイクロウエーブモジュール１２０が作動する時間をタイマー又はプログラムを用いて予め設定してもよい。これにより、吸着及び脱着時間を容易に制御できる。
又は、センサを備えて前記上部再生領域１３１ａ、１３１ａ'と前記下部再生領域１３１ｂ、１３１ｂ'が円筒状の吸着反応器１１０の再生領域と垂直線上に位置していることを検出し、上部及び下部ガス分配板１３０ａ、１３０ａ'、１３０ｂ、１３０ｂ'の回転を停止すると同時に、再生空気の注入とマイクロウエーブモジュール１２０を作動可能にする。
同時に、再生される領域は、１つの分割された再生領域又は一定の間隔に放射状に配置された複数の再生領域であってもよい。図２及び図４は、再生領域が１つである場合であり、図３及び図５は、再生領域が２つである場合の上下部ガス分配板が円筒状の反応器と結合された概念図を示す。
このように円筒状の吸着反応器１１０に単一又は複数の再生領域を実現するために、前記上部ガス分配板１３０ａ、１３０ａ'の供給管１３３ａ、１３３ａ'及び前記下部ガス分配板１３０ｂ、１３０ｂ'の吐出管１３３ｂ、１３３ｂ'の数を１つ又は一定の間隔に放射状に配置された複数に備えてもよい。ここで、前記複数の供給管１３３ａ、１３３ａ'及び吐出管１３３ｂ、１３３ｂ'は、前記上部及び下部ガス分配板１３０ａ、１３０ａ'、１３０ｂ、１３０ｂ'の回転軸を中心に放射状に一定の間隔に配置される。
再生領域と同様に、吸着領域も同時に複数の領域に構成できる。このように、同時に複数の領域で吸着及び脱着のプロセスを行うことができ、エネルギー及び設備空間を節約することができる。
図６に示すように、本発明のＶＯＣｓ除去システムは、前記上部ガス分配板１３０ａ、１３０ａ'及び下部ガス分配板１３０ｂ、１３０ｂ'と前記マイクロウエーブモジュール１２０を取り囲む追加的なケース１５０を備え、前記追加的なケース１５０に備えられた圧縮空気注入口１６０をさらに含んでもよい。前記圧縮空気注入口１６０を介して圧縮空気を注入又は排出することで、前記上部ガス分配板１３０ａ、１３０ａ'及び下部ガス分配板１３０ｂ、１３０ｂ'と前記円筒状の吸着反応器１１０の密着程度を調整し得る。
すなわち、前記再生領域に再生空気が供給されて前記マイクロウエーブモジュール１２０が作動状態を保持する間、前記上部ガス分配板１３０ａ、１３０ａ'及び下部ガス分配板１３０ｂ、１３０ｂ'は、前記円筒状の吸着反応器１１０に密着し、前記再生領域に再生空気の供給が中断されてマイクロウエーブモジュール１２０が作動状態を停止すれば、前記上部ガス分配板１３０ａ、１３０ａ'及び下部ガス分配板１３０ｂ、１３０ｂ'は、前記円筒状の吸着反応器１１０から遠ざかるように構成し得る。このように圧縮空気を注入し取り出すことによって、上下部ガス分配板１３０ｂ、１３０ｂ'と円筒状の吸着反応器１１０の密着程度を調整し得る。このような構成により、供給される再生空気が隣接する吸着領域又は冷却領域に分散されることを防止し、供給された再生空気が完全に再生作業に活用されるようにする。
より効果を高めるためには、前記上部ガス分配板１３０ａ、１３０ａ'と前記下部ガス分配板１３０ｂ、１３０ｂ'の断面積を前記円筒状の吸着反応器１１０の断面積と一致するように構成することが好ましい。
図７は、本発明の円筒状の吸着反応器１１０と触媒システム、熱交換器が統合された構成の概念図である。
前記吸着領域には外部からＶＯＣｓ含有ガスが供給され、前記ＶＯＣｓ含有ガスのうちＶＯＣｓが吸着される。ＶＯＣｓが吸着除去された新鮮な空気は外気に排出される。
再生領域から吐出されたＶＯＣｓ含有再生空気は、触媒反応器を経て再生領域で脱着されたＶＯＣｓを二酸化炭素と水に酸化分解される。すなわち、前記触媒反応器では、概略２００〜３５０℃の加温条件下でＶＯＣｓを二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）に酸化させることで、酸化触媒として、Ｐｄ触媒、Ｐｔ触媒、Ｒｕ触媒、又はＲｈ触媒などを用いてもよい。
本発明の触媒反応器は、別途のマイクロウエーブモジュールをさらに備えて熱源として活用してもよい。反応器本体の内部に脱着されたＶＯＣｓ含有の熱いガスが流入され、マイクロウエーブを吸収して熱源として使用し、ＶＯＣｓの分解を促進して除去及び処理する。
前記触媒反応器を通過したＣＯ２／Ｈ２Ｏ含有の熱い空気は、廃熱が熱交換器で熱交換されて再生空気に供給され、再生領域の脱着反応のためのエネルギーとしてリサイクルされ得る。
本発明の吸着反応器が冷却領域を備えている場合、前記冷却領域で前記ＶＯＣｓが脱着された後マイクロウエーブによって表面温度が高まった吸着反応器の冷却が行われるが、このとき、冷却領域に冷却空気を供給して常温まで冷却させることができる。前記注入された冷却空気は、冷却領域を通過しながら約５０〜１００℃程度の熱風に転換され、触媒反応器を通過したＣＯ２／Ｈ２Ｏ含有の熱い空気と類似に、前記冷却領域を通過した熱い空気の廃熱も熱交換器で熱交換され、前記再生空気に供給されて再生領域の脱着反応のためのエネルギーとしてリサイクルされ得る。
一方、熱交換器を通過しながら冷却された空気とＣＯ２／Ｈ２Ｏは、外気に排出される。
一方、熱交換器を通過しながら冷却された空気とＣＯ２／Ｈ２Ｏは、外気に排出される。
以上、詳説したように、本発明では、ＶＯＣｓ除去システムで体積及び重量の面で大きい部分を占めている吸着反応器及びマイクロウエーブモジュールを固定させ、相対的に軽量のガス分配板を回転式に備えることで、設備の簡素化及び運転コストの削減を図ることができ、吸着及び脱着時間を容易に制御でき、同時に複数の領域で吸着及び脱着のプロセスを進行できるようにすることで、１つの吸着反応器で吸着反応器の数台の効果を達成できる。また、構造上、マイクロウエーブモジュールが吸着反応器に取付けられて固定されている状態であるため、吸着反応器の側面におけるマイクロウエーブの漏れを防止でき、さらに、上下部ガス分配板１３０ｂ、１３０ｂ'が、マイクロウエーブが照射される間に吸着反応器に密着する構成であるため、吸着反応器の上下領域でもマイクロウエーブの漏れを遮断することでマイクロウエーブの効率を最大化し、再生ガスが隣接している吸着領域や冷却領域に分散されることを防止し、再生効率も高めることができる。
Claims (12)
- 放射状に分割された複数の分割領域を有する円筒状の吸着反応器と、
前記円筒状の吸着反応器に回転可能に構成され、前記複数の分割領域のうちの少なくとも一部の分割領域に再生空気を供給するガス分配板であって、前記複数の分割領域を、前記再生空気が供給されてＶＯＣｓが排出される再生領域と、前記再生空気が供給されずＶＯＣｓが吸着される吸着領域とのいずれかの領域で選択的に動作するように構成されるガス分配板と、
前記円筒状の吸着反応器の周縁に沿って前記複数の分割領域にそれぞれ対応するように配置される複数のマイクロウエーブモジュールと、
を含み、
前記複数のマイクロウエーブモジュールは、
対応する分割領域が前記再生領域で動作するときは、前記再生領域にマイクロウエーブを照射する作動状態で動作し、前記吸着領域で動作するときは、マイクロウエーブの照射を停止する作動停止状態で動作する、
ガス分配板を用いたＶＯＣｓ除去システム。 - 前記ガス分配板は、
前記再生領域に再生空気を供給する供給管を備え、前記円筒状の吸着反応器の上部に配置される回転型上部ガス分配板と、
前記再生領域から脱着されたＶＯＣｓを含有している再生空気を吐出する吐出管を備え、前記円筒状の吸着反応器の下部に配置される回転型下部ガス分配板と、
を含む、
請求項１に記載のガス分配板を用いたＶＯＣｓ除去システム。 - 前記複数の分割領域は、前記吸着領域のときにＶＯＣｓが吸着され、前記再生領域のときに前記吸着領域で吸着されたＶＯＣｓが脱着されるように構成される、
請求項１に記載のガス分配板を用いたＶＯＣｓ除去システム。 - 前記円筒状の吸着反応器と前記上部ガス分配板及び下部ガス分配板の断面積が一致する、
請求項２に記載のガス分配板を用いたＶＯＣｓ除去システム。 - 前記上部ガス分配板及び下部ガス分配板は、周期的に同じ方向に回転し、回転周期が同一である、
請求項２に記載のガス分配板を用いたＶＯＣｓ除去システム。 - 前記再生領域に再生空気が供給されて前記マイクロウエーブモジュールが作動状態を保持する間に、前記上部ガス分配板及び下部ガス分配板は前記円筒状の吸着反応器に密着され、
前記再生領域に再生空気の供給が中断されて前記マイクロウエーブモジュールが作動状態を停止すれば、前記上部ガス分配板及び下部ガス分配板は前記円筒状の吸着反応器から遠ざかるように構成される、
請求項２に記載のガス分配板を用いたＶＯＣｓ除去システム。 - 前記複数のマイクロウエーブモジュールは、前記円筒状の吸着反応器の側面を取り囲むケースの一部として含まれたものである、
請求項１に記載のガス分配板を用いたＶＯＣｓ除去システム。 - 前記上部ガス分配板及び下部ガス分配板、そして、前記マイクロウエーブモジュールを取り囲む追加的なケースと、
前記追加的なケースに備えられた圧縮空気注入口をさらに含み、
前記圧縮空気注入口を介して圧縮空気を注入又は排出させることで、前記上部ガス分配板及び下部ガス分配板と前記円筒状の吸着反応器の密着程度を調整する、
請求項２に記載のガス分配板を用いたＶＯＣｓ除去システム。 - 前記上部及び下部ガス分配板の回転軸を中心に複数の供給管及び吐出管が放射状に一定の間隔に配置され、前記円筒状の吸着反応器に複数の再生領域を実現することを特徴とする、
請求項２に記載のガス分配板を用いたＶＯＣｓ除去システム。 - 前記再生領域で脱着されたＶＯＣｓを酸化させる触媒反応器をさらに備える、
請求項１に記載のガス分配板を用いたＶＯＣｓ除去システム。 - 前記触媒反応器で発生する廃熱を熱交換して前記再生空気に供給する熱交換器をさらに備える、
請求項１０に記載のガス分配板を用いたＶＯＣｓ除去システム。 - 前記複数のマイクロウエーブモジュールのそれぞれは、前記円筒状の吸着反応器の周縁に沿って複数のスロットを含む導波管を備え、前記複数のスロットを介してマイクロウエーブが均一に照射される、
請求項１に記載のガス分配板を用いたＶＯＣｓ除去システム。
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