JPWO2019097637A1 - 有機溶剤含有ガス処理システム - Google Patents

Abstract

エネルギーの効率化が可能な有機溶剤含有ガス処理システムを提供する。脱離用ガスＡを送風するブロア１０と、有機溶剤を含有している原ガスと前記脱離用ガスＡが供給され、浄化ガスと濃縮ガスを排出する濃縮脱離装置２０と、前記濃縮ガスを取り込む第１蓄熱部３１と、前記第１蓄熱部３１に連通し前記濃縮ガスを燃焼する連通部３３と、前記連通部３３から燃焼した濃縮ガスが送り出される第２蓄熱部３２を有する蓄熱式燃焼装置３０を有し、前記脱離用ガスＡが前記濃縮脱離装置２０に供給される前に熱を付与する熱交換機構３４を前記蓄熱式燃焼装置３０の前記連通部３３に有することを特徴とする有機溶剤含有ガス処理システム。

Description

本発明は有機溶剤を濃縮した濃縮ガスを燃焼することで処理する有機溶剤含有ガス処理システムに関するものである。

有機溶剤は汎用性が高く、さまざまな物質の溶媒となり得るので、利便性が高い。一方、有機溶剤は揮発しやすく、有害なものも含まれるため、揮発した有機溶剤を含む原ガスを直接大気中に排出すると環境負荷が大きくなる。したがって、原ガスは燃焼され、無害なものに分解されてから大気中に放出されるのが望ましい。このため、原ガスを濃縮し、燃焼する有機溶剤含有ガス処理システムが提案されている。

有機溶剤含有ガス処理システムは、原ガスを燃焼させるため、多くのエネルギーを消費する。したがって、継続的に運転する場合には、ランニングコストの問題が生じる。この問題には使用によって生じるエネルギーロスを小さくすることが技術的着目点となる。

例えば、有機溶剤含有ガス処理システム中で用いられる燃焼装置は、原ガスを直接燃焼するのではなく、燃焼温度を低めるために、触媒を用いる触媒燃焼方式が提案されている。また、燃焼によって生じた熱を再利用するために、蓄熱式燃焼装置も提案されている。

特許文献１では、濃縮装置と蓄熱式燃焼装置を用いた有機溶剤含有ガス処理システムにおいて、原ガス中の有機溶剤濃度が低い場合は、濃縮ガスを予熱・昇温させるエネルギー使用量、および濃縮ガスに含まれる有機溶剤を酸化燃焼させるためのエネルギー使用量が増大し、有機溶剤含有ガス処理システムとしてのランニングコストが増加するという課題を提示し、蓄熱式燃焼装置の燃焼室に当たる連通部に温度計を配置し、その温度計の出力に応じて、濃縮装置から有機溶剤を取り去る脱離用ガスの送風元であるブロアの風量を制御する発明が開示されている。

特開２０１１−０７２８９６号公報

特許文献１の方法は、エネルギーの効率化を図ったものではあるが、有機溶剤含有ガス処理システムでは、よりエネルギーの効率的な運用が望まれている。本発明はそのような要求に鑑み、有機溶剤を酸化燃焼させた際に発生する熱量を、濃縮装置に供給する脱離用ガスに付与することで、より大幅なエネルギーの効率的な運用が可能な有機溶剤含有ガス処理システムを提供する。

より具体的に本発明に係る有機溶剤含有ガス処理システムは、
脱離用ガスを送風するブロアと、
有機溶剤を含有している原ガスと前記脱離用ガスが供給され、浄化ガスと濃縮ガスを排出する濃縮脱離装置と、
前記濃縮ガスを取り込む第１蓄熱部と、前記第１蓄熱部に連通し前記濃縮ガスを燃焼する連通部と、前記連通部から燃焼した濃縮ガスが送り出される第２蓄熱部を有する蓄熱式燃焼装置を有し、
前記脱離用ガスが前記濃縮脱離装置に供給される前に熱を付与する熱交換機構を前記蓄熱式燃焼装置の前記連通部に有することを特徴とする。

本発明に係る有機溶剤含有ガス処理システムは、有機溶剤の燃焼した熱量を、濃縮脱離装置から有機溶剤を取り去る脱離用ガスに付与するので、脱離用ガスの温度を上げるために別途エネルギーを用意する必要がない。結果、エネルギーの効率的な利用が可能となる。

また、本発明に係る有機溶剤含有ガス処理システムは、熱交換機構によって昇温された脱離用ガスの温度に応じて、脱離用ガスの流量を調節するので、システムの各所を一定温度に維持したままで連続運転することができる。

本発明に係る有機溶剤含有ガス処理システムの構成を表す図である。 本発明に係る有機溶剤含有ガス処理システムと従来の有機溶剤含有ガス処理システムで熱量の利用の違いを比較する図である。 熱交換器の説明図である。 有機溶剤を含んだ濃縮ガスからも脱離用ガスに熱量を付与する熱交換器（熱交換手段）を有する構成を示す図である。 熱交換手段として濃縮脱離装置に残った熱量を利用する場合の構成を示す図である。 熱交換機構中に内部熱交換器が複数配置された場合の構成を示す図である。 熱交換機構の内部構成を詳細に示す図である。 図６の有機溶剤含有ガス処理システムの利用状態を示す図である。 図６の有機溶剤含有ガス処理システムで流量を増大させた際の利用状態を示す図である。 図６の有機溶剤含有ガス処理システムで内部熱交換器を両方用いた場合の利用状態を示す図である。 複数の内部熱交換器を有する熱交換機構は、熱交換手段が他の形態の場合にも利用できることを示す構成を表す図である。

以下に本発明に係る有機溶剤含有ガス処理システムについて図面および実施例を示し説明を行う。なお、以下の説明は、本発明の実施形態のいくつかを例示するものであり、本発明が以下の説明に限定されるものではない。以下の説明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変することができる。

（実施の形態１）
図１に本発明に係る有機溶剤含有ガス処理システム１の構成を示す。本発明に係る有機溶剤含有ガス処理システム１は、濃縮脱離装置２０と、蓄熱式燃焼装置３０と、濃縮脱離装置２０に脱離用ガスＡを送風するブロア１０を有する。

ブロア１０は濃縮脱離装置２０に捕捉された有機溶剤を取り出すための、キャリアガスとして、脱離用ガスＡを送風する。脱離用ガスＡは通常のフレッシュエアを好適に利用することができるが、窒素や酸素の比率を変化させた気体であってもよい。なお、ブロア１０の流量は後述する制御装置４０で制御されてもよい。

濃縮脱離装置２０は、原ガスＶ中の有機溶剤を濃縮できれば特に限定されない。例えば多塔式吸着濃縮装置やハニカムローター型濃縮装置等が利用できる。中でもハニカムローター型濃縮装置は好適に利用できる。よく知られているように、ハニカムローター型濃縮装置は、吸着材が充填されたローターが軸２０ａを枢軸として回転している。そしてローターの一部から有機溶剤を含む原ガスＶが供給され、有機溶剤が吸着材で除去された浄化ガスＣＶを排出する。原ガスＶ中の有機溶剤を吸着材に吸着させる工程は吸着工程である。

一方、有機溶剤を吸着した吸着材は、ローターの回転によって原ガスＶが供給されたのとは異なる位置で脱離用ガスＡに晒される。脱離用ガスＡは、原ガスＶが供給されるのとは反対側から供給される。脱離用ガスＡは吸着材を通過する際に有機溶剤を取り去り、有機溶剤を含有する濃縮ガスＢとなる。なお、濃縮ガスＢ中の有機溶剤濃度は、原ガスＶ中の有機溶剤濃度や、脱離用ガスＡの流量によって変化する。なお、吸着材に脱離用ガスＡを接触させ、吸着材から有機溶剤を脱離させて濃縮ガスＢを生成するのは、濃縮ガス生成工程である。

すなわち、濃縮脱離装置２０は、有機溶剤を含む原ガスＶと脱離用ガスＡが供給され、原ガスＶから有機溶剤を除去した浄化ガスＣＶと、脱離用ガスＡが有機溶剤を含んだ濃縮ガスＢを排出する。

蓄熱式燃焼装置３０は、少なくとも第１蓄熱部３１と第２蓄熱部３２の２つの蓄熱部を有する。蓄熱式燃焼装置３０は、３つ以上の蓄熱部を有していてもよい。また蓄熱式燃焼装置３０は、第１蓄熱部３１および第２蓄熱部３２を連通する連通部３３を有する。第１蓄熱部３１と第２蓄熱部３２は、互いに気密に仕切られている。それぞれの蓄熱部は、一方の端から他方の端まで気体が通過できる。それぞれの蓄熱部は、気体が通過することで、気体から熱量を奪い、若しくは気体に熱量を付与する。

連通部３３は、燃焼室でもあり、燃焼触媒３３ａとバーナー３３ｂを有する。燃焼触媒３３ａは、白金系触媒等が好適に利用でき、有機溶剤の燃焼温度を低くすることができる。バーナー３３ｂは、電気式若しくは燃焼式が利用できるが、電気式が好適に利用できる。バーナー３３ｂは、燃焼触媒３３ａの温度を燃焼温度に維持する。

第１蓄熱部３１を通ってきた濃縮ガスＢは連通部３３で燃焼され、濃縮ガスＢ中の有機溶剤は水と二酸化炭素に分解される。分解された濃縮ガスＢは、二酸化炭素と水を含む排出ガスＤとなり、連通部３３に連通している第２蓄熱部３２に送り出され、排出される。したがって、排出ガスＤは、「燃焼した濃縮ガスＢ」である。なお、濃縮ガスＢを燃焼させるのは燃焼工程である。

排出ガスＤは、第２蓄熱部３２で熱を放出する。第２蓄熱部３２はその熱を蓄熱し、蓄熱量を増加させる。一方、第１蓄熱部３１は、濃縮ガスＢに熱を付与し続けるため蓄熱量は減少する。したがって、一定のタイミングで第１蓄熱部３１と第２蓄熱部３２を交換する。交換は、通常濃縮ガスＢの入口と排出ガスＤの出口の接続を変更することで行われる。つまり、第１蓄熱部３１と第２蓄熱部３２の交換後は、濃縮ガスＢは、第２蓄熱部３２から入り、連通部３３を通過した後、排出ガスＤとなって第１蓄熱部３１を通過し排出される。

交換の際には、濃縮ガスＢに熱を付与していた第１蓄熱部３１をパージしてもよい。第１蓄熱部３１は濃縮ガスＢが通過しているので、有機溶剤が残留している。パージは有機溶剤を含んでいないガスを第１蓄熱部３１に流すことで、残留している有機溶剤を追い出す処理である。蓄熱式燃焼装置３０が、蓄熱部を３つ以上有していれば、濃縮ガスＢの受け入れ、排出ガスＤの排出、パージという３つの状態を順に回すことができる。結果、濃縮ガスＢの流れを止めることなく、濃縮ガスＢの燃焼処理を連続的に行うことができる。

本発明の有機溶剤含有ガス処理システム１では、蓄熱式燃焼装置３０の連通部３３に熱交換機構３４が設けられている。熱交換機構３４は、連通部３３の内部若しくは連通部３３の外壁面の熱を利用し、濃縮脱離装置２０に供給される前の脱離用ガスＡに熱を付与する。図１では、熱交換を行う部分を符号３４ａで表した。以後、内部熱交換器３４ａと呼ぶ。また、脱離用ガスＡが吸着材に接触させられる前に、濃縮ガスＢを燃焼させて（燃焼工程）生じた熱で温度を上昇させるのは予備加熱工程である。

また、熱交換機構３４はヒータ３５を有していてもよい。ヒータ３５は脱離用ガスＡに付与する熱量が、内部熱交換器３４ａだけで不足する場合に用いる熱源である。ヒータ３５は、電気式であっても、燃焼式であってもよい。したがって、熱交換機構３４は、少なくとも内部熱交換器３４ａを有し、ヒータ３５を含んでいてもよい。

これらの各装置は、流路によって連結されている。流路はダクトやパイプ等で構成される。ブロア１０から蓄熱式燃焼装置３０までは、第１流路５１で連結されている。蓄熱式燃焼装置３０の連通部３３に設けられた熱交換機構３４内には、第１流路５１に接続された第２流路５２が配置されている。第２流路５２は、内部熱交換器３４ａ内の流路である。第２流路５２には、第３流路５３が連結されており、濃縮脱離装置２０の脱離用ガス取り入れ口に接続されている。

濃縮ガスＢが排出される濃縮脱離装置２０の濃縮ガス排出口には第４流路５４が接続されて、蓄熱式燃焼装置３０の取り入れ口に連結されている。また、蓄熱式燃焼装置３０の排出口には、排出路５５が接続されている。また、濃縮脱離装置２０には、原ガスＶが供給される原ガス流路６０と、原ガスＶから有機溶剤が除去された浄化ガスＣＶを排出する浄化ガス流路６２が設けられている。なお、本明細書を通じて、各流路において、「上流」とはブロア１０側（気体の送風源側）をいい、「下流」とは気体が流れる先側をいう。

本発明に係る有機溶剤含有ガス処理システム１では、上記の構成からさらに効率が向上し、若しくは利便性が高まる以下の構成要素を付加してもよい。

熱交換手段４１は、第１流路５１中に設けられ、脱離用ガスＡが熱交換機構３４に供給される前に、熱量を交換できる装置である。まず、熱交換手段４１は、第１流路５１と第４流路５４との間で熱交換を行う外付け熱交換器４１ａであってよい。また、熱交換手段４１は、濃縮脱離装置２０（熱交換器４１ｂ）であってもよい（詳細は図５で説明する。）。

また、第３流路５３には、加熱冷却器４３、温度センサ４４が設けられている。温度センサ４４は、加熱冷却器４３の下流側で、濃縮脱離装置２０の脱離用ガスＡの供給口（取入れ口）直前までの間に設けるのがよい。濃縮脱離装置２０直前の脱離用ガスＡの温度を監視することで、脱離用ガスＡの流量を制御できるようにするためである。

また、温度センサ４４の信号に基づいて、ブロア１０の流量および、加熱冷却器４３等を制御する制御装置４０が設けられていてもよい。各流路には、上流から下流に向かう空気の流れを強化するために、補助ブロア１１を適宜配置することができる。流路での圧損を補償するためである。図１では、第４流路５４に補助ブロア１１を示したが、他の流路に配置してもよい。

以上の構成を有する有機溶剤含有ガス処理システム１の動作について説明する。本発明に係る有機溶剤含有ガス処理システム１は、脱離用ガスＡを濃縮脱離装置２０に供給する前に濃縮ガスＢを燃焼して生成した熱との間で熱交換を行うものである。濃縮ガスＢ中には有機溶剤が含まれており、これを燃焼させると、有機溶剤自体が燃料となり熱量を発生する。その熱で脱離用ガスＡを加熱する。したがって、脱離用ガスＡを加熱するためのエネルギーを別途用意する必要がない。そのため、有機溶剤含有ガス処理システム１全体としての省エネルギー運転が可能となる。

まず、気体の流れを説明する。原ガスＶは、図示しない有機溶剤発生場所で発生し、原ガス流路６０で濃縮脱離装置２０に供給される。原ガスＶは、濃縮脱離装置２０中の吸着材によって、有機溶剤が吸着され、有機溶剤を有さない浄化ガスＣＶとなり、浄化ガス流路６２によって排出される。浄化ガス流路６２の先は、大気中であってもよいし、図示しない再利用場所であってもよい。

ブロア１０から送出される脱離用ガスＡは第１流路５１を通り、蓄熱式燃焼装置３０に向かう。蓄熱式燃焼装置３０では、熱交換機構３４を通過する第２流路５２が設けられている。蓄熱式燃焼装置３０からは、濃縮脱離装置２０まで第３流路５３が設けられる。脱離用ガスＡは、これらの流路を通る。そして、濃縮脱離装置２０を通過すると脱離用ガスＡは濃縮ガスＢとなる。

濃縮ガスＢは第４流路５４を通って、蓄熱式燃焼装置３０の第１蓄熱部３１に向かう。濃縮ガスＢ中の有機溶剤は、蓄熱式燃焼装置３０を通過すると、水と二酸化炭素に分解され、排出ガスＤとなる。排出ガスＤは、排出路５５を通って放出される。

次に有機溶剤含有ガス処理システム１を運転するために必要な熱量について説明する。なお、当業界では、熱量を単位体積当たりの気体の温度に換算して説明される。したがって、熱量を温度（℃）で表す場合もある。

濃縮脱離装置２０には、原ガスＶ中の有機溶剤が吸着されている。この有機溶剤を脱離させるためには、濃縮脱離装置２０に供給する脱離用ガスＡは、およそ１８０℃程度の温度にする必要がある。脱離用ガスＡは最初２０℃ほどであるので、脱離用ガスＡを２０℃から１８０℃まで１６０℃分上昇させるための熱量が必要となる。これを熱量ＱＡとする。

脱離用ガスＡは、濃縮脱離装置２０から有機溶剤を脱離させると、濃縮ガスＢとなる。濃縮ガスＢは、有機溶剤の蒸発熱によって１８０℃の脱離用ガスＡより温度は下がる。濃縮ガスＢの温度をＴＢ１℃とする。第４流路５４中に熱交換器４１ａ（熱交換手段４１）が設けられている場合は、濃縮ガスＢは、蓄熱式燃焼装置３０に供給される前の脱離用ガスＡに熱を付与する。結果、濃縮ガスＢの温度はさらに下がる。第４流路５４中で熱交換によって下がってしまった濃縮ガスＢの温度はＴＢ２℃とする。

蓄熱式燃焼装置３０に供給されると、燃焼温度Ｔｒ（およそ３５０℃〜４５０℃）まで濃縮ガスＢの温度は上げられる。この時に必要な熱量をＱＢとする。

図２には、本発明に係る有機溶剤含有ガス処理システム１（図２（ａ））と従来の有機溶剤含有ガス処理システム１００（図２（ｂ））の構成を示す。なお、この図での説明に不要な部分は削除して示した。また、図２（ａ）においては、図１の熱交換器４１ａがない構成である。これを有機溶剤含有ガス処理システム１ａとし、熱交換器４１ａが付いているシステムを有機溶剤含有ガス処理システム１ｂとする。図１は有機溶剤含有ガス処理システム１ｂを示している。

図２（ｂ）を参照して、従来の有機溶剤含有ガス処理システム１００では、有機溶剤含有ガス処理システム１のように熱交換機構３４を有していないので、熱量ＱＡを脱離用ガスＡに付与するための加熱器１０２が必要である。

脱離用ガスＡは、両方システムとも、熱量ＱＡを付与されて、濃縮脱離装置２０および濃縮脱離装置１２０に供給され、濃縮ガスＢとなって、蓄熱式燃焼装置３０および蓄熱式燃焼装置１３０に供給される。さて、濃縮ガスＢ中には有機溶剤が含有されているので、濃縮ガスＢを燃焼させるとそれ自体が燃料となり、熱量ＱＥを生じる。これは、有機溶剤の酸化発熱熱量で、通常温度上昇分として表され「Δｔ」と呼ばれている。

このΔｔ分の熱量は、連通部３３に供給された濃縮ガスＢの温度上昇のためにも充当することができる。また、熱交換機構３４内を通過する脱離用ガスＡの温度上昇のために充当することもできる。なお、以下従来の有機溶剤含有ガス処理システム１００の符号を括弧で示す。

本発明に係る有機溶剤含有ガス処理システム１ａでは、この熱量ＱＥを、脱離用ガスＡを昇温させるための熱量ＱＡと、濃縮ガスＢを燃焼温度Ｔｒまで昇温させるための熱量ＱＢに充当する。

一方、従来の有機溶剤含有ガス処理システム１００では、熱量ＱＥを、濃縮ガスＢを昇温させるための熱量ＱＢに充当することはできるものの、脱離用ガスＡを昇温させるための熱量ＱＡについては、使用されていない。つまり、別途エネルギー源が必要となる。

より具体的に説明する。なお、Δｔは１５０℃とする。つまり、有機溶剤を燃焼させることで、１５０℃分の熱量が蓄熱式燃焼装置３０（１３０）内で発生する。また、蓄熱式燃焼装置３０（１３０）内においては、熱交換効率を９０％とする。すなわち、第１蓄熱部３１（１３１）および第２蓄熱部３２（１３２）で熱交換される場合と、熱交換機構３４での熱交換効率は９０％とする。

まず、熱交換器における熱交換の簡易的な計算の仕方を図３を参照し説明する。図３を参照し、熱交換器２００には、流量が同じ流体αと流体βが別々の方向から流れ込み、熱交換を行う。今、図の右側が温度が高い側で、左側は温度が低い側とする。また、流体αの温度が流体βの温度より高いとする。そして、それぞれの流体の熱交換器２００に入る前の温度をＴα１、Ｔβ１とし、熱交換器２００を出た後の温度をそれぞれＴα２、Ｔβ２とする。

すると、熱変換効率η（％）は（１）式のように表される。

再度図２（ａ）を参照する。脱離用ガスＡの初期温度を２０℃とし、濃縮脱離装置２０に供給する際には、１８０℃に昇温させるとする。つまり、１６０℃分の熱量が熱量ＱＡである。また、濃縮ガスＢは８０℃に降温し、蓄熱式燃焼装置３０の燃焼温度Ｔｒは４００℃とする。したがって、３２０℃分の熱量が熱量ＱＢである。

まず、蓄熱式燃焼装置３０の蓄熱部における入力出力の関係より、８０℃の濃縮ガスＢは、３６８℃まで上昇される。したがって連通部３３において、濃縮ガスＢは燃焼温度Ｔｒを４００℃にするために、あと３２℃分の熱量が必要である。また、４００℃の排出ガスＤは、１１２℃まで温度が低下する。

なお、第１蓄熱部３１と第２蓄熱部３２は、１つの熱交換器と見なして（１）式を適用した。つまり、第１蓄熱部３１と第２蓄熱部３２で構成された熱交換器は、８０℃の濃縮ガスＢに熱量を付与して３６８℃まで上昇させて排出し、４００℃の排出ガスＤから熱量を奪い１１２℃まで冷却して排出したことになる。

次に２０℃の脱離用ガスＡが１８０℃になるためには、１６０℃分の熱量ＱＡが必要であった。今Δｔを１５０℃としたので、これを熱量ＱＡに充当すると、後１０℃分の熱量が必要となる。つまり、濃縮ガスＢを４００℃に上昇し、脱離用ガスＡを１８０℃にするために、３２℃と１０℃の合計量である４２℃分の熱量が必要となる。これを追い焚き熱量ＱＤとする。追い焚き熱量ＱＤは有機溶剤含有ガス処理システム１ａを運転するために必要な熱量であり、ランニングコストに含まれる熱量となる。

次に図２（ｂ）を参照する。従来の有機溶剤含有ガス処理システム１００では、１６０℃分の熱量ＱＡは、別途用意する必要がある。Δｔから充当することはできない。連通部３３を通過していないからである。１８０℃の脱離用ガスＡは、濃縮脱離装置１２０で有機溶剤を脱離させると、８０℃まで温度が下がった濃縮ガスＢとなる。この濃縮ガスＢは、第１蓄熱部１３１の熱交換によって、３６８℃まで温度が上昇する。つまり、燃焼温度Ｔｒの４００℃に達するまでに後３２℃分の熱量が必要である。今Δｔを１５０℃としたので、この３２℃分の熱量はΔｔから充当される。

結果、有機溶剤含有ガス処理システム１００では、追い焚き熱量ＱＤは、１６０℃分の熱量を必要とする。つまり、１６０℃分の熱量がランニングコストに含まれることとなる。以上のように、本発明に係る有機溶剤含有ガス処理システム１ａは、熱を効率よく利用することができ、ランニングコストを低く抑えられるという効果を有する。

図４は、図１で示した第１流路５１と第４流路５４との間で熱交換を行う外付け熱交換器４１ａがある場合（有機溶剤含有ガス処理システム１ｂ）の熱量を概算したものである。濃縮脱離装置２０に供給される脱離用ガスＡの温度は１８０℃であり、濃縮ガスＢとなった際には、８０℃まで温度が低下する点は、図２の場合と同じである。また、蓄熱式燃焼装置３０の連通部３３での燃焼温度Ｔｒも４００℃と図２の場合と同じである。

熱交換器４１ａの熱交換効率は５０％とした。すると、熱交換器４１ａを出た脱離用ガスＡの温度は５０℃になり、脱離用ガスＡに熱を付与した濃縮ガスＢの温度も５０℃になる。

脱離用ガスＡの温度は熱交換機構３４で５０℃から１８０℃まで加熱されるので、熱量ＱＡは１３０℃分の熱量である。一方、５０℃となった濃縮ガスＢの温度は、第１蓄熱部３１にて３６５℃まで上昇する。したがって、４００℃まで後３５℃分の熱量ＱＢが必要である。なお、排出ガスＤの温度は８５℃となる。

つまり、脱離用ガスＡの温度を１８０℃に加熱し、濃縮ガスＢの温度を４００℃に加熱するには、後１６５℃分の熱量が必要となる。今Δｔが１５０℃としているので、追い焚き熱量ＱＤは１５℃となる。これは図２（ａ）の４２℃より少なくてよい。このように、熱交換器４１ａを設けると、図２（ａ）の場合（有機溶剤含有ガス処理システム１ａ）よりさらに熱の利用効率が高くなる。

図５は、第１流路５１を少し変形させた形態である有機溶剤含有ガス処理システム１ｃの構成を示す。第１流路５１は、ブロア１０から濃縮脱離装置２０に連結される。１８０℃の脱離用ガスＡによって有機溶剤を取り去られた直後の濃縮脱離装置２０の吸着材は、第１流路５１を通過している脱離用ガスＡより高い温度になるほどの熱量をまだ有している。

有機溶剤含有ガス処理システム１ｃは、第１流路５１を通過する脱離用ガスＡに、この吸着材の中を通過させることで、吸着材から脱離用ガスＡに熱量を移行させる。つまり、有機溶剤含有ガス処理システム１ｃは、濃縮脱離装置２０を熱交換器４１ｂとして利用する。なお、熱交換器４１ｂは、熱交換手段４１である。また、熱交換器４１ｂでは、吸着材の冷却を行っているともいえる。ここでの熱交換の結果、脱離用ガスＡの温度は８０℃になったとする。

８０℃の脱離用ガスＡは、熱交換機構３４を通過し、１８０℃まで加熱される。したがって、熱量ＱＡは１００℃分である。一方、濃縮脱離装置２０から排出される８０℃の濃縮ガスＢは、蓄熱式燃焼装置３０の第１蓄熱部３１で熱交換によって３６８℃まで温度が上昇する。つまり、濃縮ガスＢを４００℃にするためには、後３２℃分の熱量が必要となる。したがって、脱離用ガスＡを１８０℃にし、濃縮ガスＢを４００℃にするためには、後１３２℃分の熱量が必要となる。なお、排出ガスＤの温度は１１２℃である。

一方、濃縮ガスＢ中の有機溶剤が燃焼することで得られる熱量ＱＥ（＝Δｔ）は１５０℃であった。したがって、この場合、追加する熱量は不要であり、追い焚き熱量ＱＤは、０℃である。つまり、有機溶剤含有ガス処理システム１ｃは、図４の有機溶剤含有ガス処理システム１ｂよりさらに熱効率のよいシステムであると言える。

（実施の形態２）
図６には、本実施の形態に係る有機溶剤含有ガス処理システム４の構成を示す。有機溶剤含有ガス処理システム４と、図１で示した有機溶剤含有ガス処理システム１との相違点は、有機溶剤含有ガス処理システム４の熱交換機構３８は、熱交換機構３４と比較して流量を倍にできる点にある。

図７に熱交換機構３８の構成を示す。熱交換機構３８は２系列の内部熱交換器Ｍ１および内部熱交換器Ｍ２と、ヒータ３５と、仕切弁３９で構成されている。熱交換機構３８の下側（および周囲を含めてもよい）は連通部３３であり、燃焼触媒３３ａとバーナー３３ｂが配置されている（図６参照）。その下側には蓄熱部３１、３２が配置されている（図６参照）。熱交換機構３８の入口３８ｉには、第１流路５１が接続されている。また、熱交換機構３８の出口３８ｏには、第３流路５３が接続されている。熱交換機構３８自身は、第２流路５２を構成する。

熱交換機構３８は２つの独立した内部熱交換器Ｍ１および内部熱交換器Ｍ２が併設されている。内部熱交換器Ｍ１および内部熱交換器Ｍ２は、それぞれ隔離されている。すなわち、内部熱交換器Ｍ１を通過する気体は内部熱交換器Ｍ２内には漏れ出さない。したがって、それぞれの内部熱交換器内が第２流路５２を構成する。

これらを区別するために、それぞれ第２流路５２ａおよび第２流路５２ｂとする。内部熱交換器Ｍ１および内部熱交換器Ｍ２の入口はそれぞれ仕切弁３９に接続されている。また、内部熱交換器Ｍ１および内部熱交換器Ｍ２の出口はともに熱交換機構３８の出口３８ｏと連通している。

仕切弁３９は、入口３８ｉと第２流路５２ｂを開閉させる弁であり、入口３８ｉと第２流路５２ａは常に連通させている。したがって、仕切弁３９が閉じると、第２流路５２は、第２流路５２ａだけが連通する。一方、仕切弁３９が開くと、第２流路５２は、第２流路５２ａと第２流路５２ｂの２本の流路で構成される。

したがって、仕切弁３９が閉まっている場合は、第１流路５１から導入される脱離用ガスＡは内部熱交換器Ｍ１だけを流れる（図７（ａ））。仕切弁３９が開いている場合は、脱離用ガスＡは内部熱交換器Ｍ１および内部熱交換器Ｍ２のどちらにも流れる（図７（ｂ））。仕切弁３９は制御装置４０（図６参照）によって開閉が制御される。

これは言い換えると、仕切弁３９によって第２流路５２の断面積を変化させているともいえる。なお、ここでは熱交換機構３８中の内部熱交換器は２つの場合を説明するが、３つ以上の内部熱交換器が備えられていてもよい。また、仕切弁３９は内部熱交換器の入口部分で流路制御を行うよう説明するが、内部熱交換器の出口部分に仕切弁３９が配置されていてもよい。

また、図７（ａ）では、第２流路５２ｂが連通状態でないことを点線で表し、第２流路５２ｂと接続している部分の仕切弁３９が閉じている状態を黒三角で表した。図７（ｂ）では、第２流路５２ｂは入口３８ｉと出口３８ｏの間を連通しており、実線で示した。また仕切弁３９の第２流路５２ｂが接続されている部分が開いている状態を白三角で表した。

図６を再度参照する。有機溶剤含有ガス処理システム４は、原ガスＶ中の有機溶剤濃度に応じてブロア１０の送流量を制御するとともに、仕切弁３９を制御することで、追い焚き熱量ＱＤを０℃に維持しつつ、各所（濃縮脱離装置２０に供給直前の脱離用ガスＡの温度および、連通部３３における燃焼温度Ｔｒ）を一定に維持できるシステムである。なお、熱交換機構３８の構造は図７に示した通りであるが、図６および図８から図１１を含め、第２流路５２ｂは、第３流路５３に直接連結しているように示した。記載簡略化のためである。

図８、図９、図１０を参照して有機溶剤含有ガス処理システム４の動作を説明する。図８は、原ガスＶ中の有機溶剤量が少ない場合を示し、図９は、原ガスＶ中の有機溶剤量が多くなった場合で脱離用ガスＡの流量を増やす場合を示す。また、図１０は、原ガスＶ中の有機溶剤量がさらに増え、仕切弁３９を開き、内部熱交換器Ｍ１に加え内部熱交換器Ｍ２も使用する場合の状態を示している。

まず、図８を参照する。脱離用ガスＡは、ブロア１０から濃縮脱離装置２０に送られ、その後蓄熱式燃焼装置３０の熱交換機構３８に送られ、再度濃縮脱離装置２０に供給される。脱離用ガスＡは、濃縮脱離装置２０によって濃縮ガスＢとなり、蓄熱式燃焼装置３０に供給される。第１蓄熱部３１で熱交換を行った後、連通部３３で燃焼され、その後排出ガスＤとなり、排出される。脱離用ガスＡおよび濃縮ガスＢの流れは図５で示した有機溶剤含有ガス処理システム１ｃと同じである。

有機溶剤含有ガス処理システム４の立ち上げ時は、原ガスＶ中に有機溶剤が少ないので、濃縮ガスＢ中にも有機溶剤はほとんどない。したがって、連通部３３全体の温度は上昇せず、熱交換機構３８は、連通部３３から熱量をもらえない。そこで、熱交換機構３８のヒータ３５によって脱離用ガスＡの温度を１８０℃まで上げる。図８では、ヒータ３５の温度が２００℃であることを示している。１８０℃の脱離用ガスＡは、濃縮脱離装置２０によって、吸着材中の有機溶剤を取り去り濃縮ガスＢとなる。そして、蓄熱式燃焼装置３０で処理される。

有機溶剤がほとんどない濃縮ガスＢは、ほとんど自燃しないので、触媒温度を維持するための熱量も必要となる。この熱量はバーナー３３ｂから供給される。つまり、システム立ち上がり時においては、脱離用ガスＡの温度を上げるための熱量ＱＡと、濃縮ガスＢを燃焼温度Ｔｒまで昇温させるための熱量は、別途必要となる。結果、追い焚き熱量ＱＤは０℃ではない。

次に図９を参照する。原ガスＶ中の有機溶剤の濃度が上昇すると、濃縮ガスＢ中の有機溶剤量が増加する。すると、連通部３３内の温度が上昇し、熱交換機構３８は連通部３３から熱量を受け取れる。図９の４００℃は、熱交換機構３８が連通部３３からもらえる温度（熱量）を示している。

また、Δｔが大きくなり、脱離用ガスＡを昇温させるための熱量ＱＡと、濃縮ガスＢを燃焼温度Ｔｒに上げるための熱量にΔｔを充当することができる。この際には、仕切弁３９はまだ閉じており、脱離用ガスＡは内部熱交換器Ｍ１だけを通過する。これは図６と同じ状態である。また、各所の熱量は図５と同じ状態である。この状態がシステムの定常運転であり、追い焚き熱量ＱＤは０℃にすることができる。

図６の状態（各所の温度は図５）からさらに原ガスＶ中の有機溶剤の濃度が上昇すると、連通部３３での燃焼温度Ｔｒを上昇させることとなる。その結果、熱交換機構３８を通過する脱離用ガスＡの温度が上昇する。この温度上昇は温度センサ４４で検知され、制御装置４０に通知される。制御装置４０は、この通知によってブロア１０に送風量（流量）を増加させるように指示を出す。すると、熱交換機構３８を通過する単位時間当たりの脱離用ガスＡの量が増え、濃縮脱離装置２０の直前の脱離用ガスＡの温度上昇は抑制される。結果、脱離用ガスＡの温度は維持され、追い焚き熱量ＱＤも０℃のままである。なお、図９では、流量が増加したことを各流路の線幅を広げて示した。

逆に、原ガスＶ中の有機溶剤の濃度が低下すると、濃縮ガスＢ中の有機溶剤濃度が低下する。すると、連通部３３での燃焼熱量が減るので脱離用ガスＡの濃縮脱離装置２０直前の温度が低下する。これの温度降下は温度センサ４４で検知され、制御装置４０に通知される。制御装置４０は、この通知によってブロア１０に送風量（流量）を減少させるように指示を出す。すると、熱交換機構３８を通過する単位時間当たりの脱離用ガスＡの量が減り濃縮脱離装置２０の直前の脱離用ガスＡの温度低下は抑制される。結果、脱離用ガスＡの温度は維持され、やはり追い焚き熱量ＱＤは０℃のままである。

次に図１０を参照する。図９の状態から有機溶剤の含有量がさらに増えた場合は、さらに脱離用ガスＡの温度が高くなる。これは温度センサ４４の温度と現在の流量によって制御装置４０は知ることができる。そこで、制御装置４０は仕切弁３９に指示を送り、仕切弁３９を開く。すると、熱交換機構３８を通過する脱離用ガスＡの量が増え、熱交換機構３８で交換する熱量を増大することができる。結果、連通部３３での熱量の増加分を脱離用ガスＡの流量の増加分として吸収し、各地点の温度を一定に維持する。結果、やはり追い焚き熱量ＱＤを０℃にしたまま運転を継続することができる。

上記の動作は、熱交換機構３８で温度が上昇した脱離用ガスＡ（予備加熱工程で昇温した脱離用ガスＡ）の温度を測定する工程と、温度の値に応じて脱離用ガスＡの流量を調整する工程が実行されたと言ってよい。

また、図１０に示すように、脱離用ガスＡの流量の調整は、温度センサ４４の値に応じて予備加熱工程中の脱離用ガスＡの流路（第２流路５２）の断面積を調整する工程であってもよい。

このように、原ガスＶ中の有機溶剤の濃度に応じてブロア１０の流量と、熱交換機構３８中を通過できる第２流路５２の断面積を調整することで、原ガスＶ中の有機溶剤量の変動があっても、各所の設定温度を一定に維持することができ、効率の高い運転を維持しながら継続できる。

なお、図６乃至図１０では、熱交換手段４１が濃縮脱離装置２０を熱交換器４１ｂとして利用する構成に、熱交換機構３８を適用する場合として説明をした。しかしそれだけでなく、熱交換器４１ａ（図１および図４参照）を用いた構成に熱交換機構３８を適用してもよい。この構成の例示として図１１に有機溶剤含有ガス処理システム５を示す。また、熱交換手段４１のないシステム（図２（ａ））の有機溶剤含有ガス処理システム１ａに取り付けてもよい。これは言い換えると、図１１の有機溶剤含有ガス処理システム５から熱交換器４１ａを取り去った構成である。

また、ここでは追い焚き熱量ＱＤを０℃に維持したままでの定常運転を例示したが、追い焚き熱量ＱＤを０℃でない一定の値で維持継続してもよい。処理する有機溶剤によっては、追い焚き熱量ＱＤを０℃にするほどのΔｔを得ることができない場合もあるからである。

また、図１に示した加熱冷却器４３および補助ブロア１１は、図２以降に示したいずれのシステムにも搭載が可能である。温度センサ４４によって脱離用ガスＡの温度が変動した場合は、加熱冷却器４３で脱離用ガスＡの温度を調整することもできる。

本発明に係る有機溶剤含有ガス処理システムは、有機溶剤を収集濃縮して燃焼分解するシステムとして好適に利用することができる。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、４、５ 有機溶剤含有ガス処理システム
１０ ブロア
１１ 補助ブロア
２０ 濃縮脱離装置
２０ａ 軸
３０ 蓄熱式燃焼装置
３１ 第１蓄熱部
３２ 第２蓄熱部
３３ 連通部
３３ａ 燃焼触媒
３３ｂ バーナー
３４ 熱交換機構
３４ａ 内部熱交換器
３５ ヒータ
３８ 熱交換機構
３９ 仕切弁
Ｍ１、Ｍ２ 内部熱交換器
３８ｉ 入口
３８ｏ 出口
４０ 制御装置
４１ 熱交換手段
４１ａ、４１ｂ 熱交換器
４３ 加熱冷却器
４４ 温度センサ
５１ 第１流路
５２、５２ａ、５２ｂ 第２流路
５３ 第３流路
５４ 第４流路
５５ 排出路
６０ 原ガス流路
６２ 浄化ガス流路
Ａ 脱離用ガス
Ｂ 濃縮ガス
ＣＶ 浄化ガス
Ｄ 排出ガス
Ｖ 原ガス
１００ 従来の有機溶剤含有ガス処理システム
１０２ 加熱器
１２０ 濃縮脱離装置
２００ 熱交換器
ＱＤ 追い焚き熱量

より具体的に本発明に係る有機溶剤含有ガス処理システムは、
脱離用ガスを送風するブロアと、
有機溶媒を含有している原ガスと前記脱離用ガスが供給され、浄化ガスと濃縮ガスを排出する濃縮脱離装置と、
前記濃縮ガスを取り込む第１蓄熱部と、前記第１蓄熱部に連通し前記濃縮ガスを燃焼する連通部と、前記連通部から燃焼した濃縮ガスが送り出される第２蓄熱部を有する蓄熱式燃焼装置と、
前記濃縮脱離装置に供給される直前の前記脱離用ガスの温度を検知する温度センサと、
前記温度センサの信号に基づいて前記ブロアの流量を制御する制御装置と、
前記脱離用ガスが前記濃縮脱離装置に供給される前に熱を付与する熱交換機構を前記蓄熱式燃焼装置の前記連通部に有し、
前記制御装置は、
前記濃縮ガスを燃焼温度に上昇させる熱量と、前記脱離用ガスを所定の温度まで上昇させる熱量が、前記濃縮ガスを燃焼させて得た熱量と同じになるように、前記ブロアの流量を制御することを特徴とする。

Claims (6)

1. 脱離用ガスを送風するブロアと、
   有機溶剤を含有している原ガスと前記脱離用ガスが供給され、浄化ガスと濃縮ガスを排出する濃縮脱離装置と、
   前記濃縮ガスを取り込む第１蓄熱部と、前記第１蓄熱部に連通し前記濃縮ガスを燃焼する連通部と、前記連通部から燃焼した濃縮ガスが送り出される第２蓄熱部を有する蓄熱式燃焼装置を有し、
   前記脱離用ガスが前記濃縮脱離装置に供給される前に熱を付与する熱交換機構を前記蓄熱式燃焼装置の前記連通部に有することを特徴とする有機溶剤含有ガス処理システム。
2. 前記濃縮脱離装置に供給される直前の前記脱離用ガスの温度を検知する温度センサと、
   前記温度センサの信号に基づいて前記ブロアの流量を制御する制御装置を有することを特徴とする請求項１に記載された有機溶剤含有ガス処理システム。
3. 前記熱交換機構は、複数の内部熱交換器を有し、前記内部熱交換器への流路を開閉する仕切弁をさらに有することを特徴とする請求項１または２の何れか一の請求項に記載された有機溶剤含有ガス処理システム。
4. 前記脱離用ガスが、前記熱交換機構に供給される前の前記濃縮ガスとの間で熱交換を行う熱交換手段をさらに有する請求項１乃至３の何れか一の請求項に記載された有機溶剤含有ガス処理システム。
5. 前記熱交換手段は、前記濃縮脱離装置であることを特徴とする請求項４に記載された有機溶剤含有ガス処理システム。
6. 前記熱交換機構を通過した後の前記脱離用ガスを加熱若しくは冷却する加熱冷却器を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一の請求項に記載された有機溶剤含有ガス処理システム。

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