WO2023127754A1 - ガス処理システム及びガス処理方法 - Google Patents

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WO2023127754A1
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combustion
utility
concentrated
air volume
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大樹 河野
一之 小野
Original Assignee
東洋紡エムシー株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/06—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with moving adsorbents, e.g. rotating beds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/38—Removing components of undefined structure
    • B01D53/44—Organic components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/72—Organic compounds not provided for in groups B01D53/48 - B01D53/70, e.g. hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases

Definitions

  • the present invention relates to a gas processing system or the like that removes organic substances from a gas to be processed containing organic substances and discharges a purified processing gas.
  • the gas to be treated is brought into contact with an adsorption rotor to absorb the organic substances, and the gas to be treated is purified, and the adsorbed gas is discharged.
  • a system is known in which organic substances are desorbed from the adsorption rotor with a heated gas having a smaller air volume than the gas to be treated, and a concentrated gas having a higher concentration of organic substances is discharged with a smaller air volume than the gas to be treated.
  • This system includes a concentrator that continuously cleans and concentrates the gas to be treated by repeatedly performing adsorption and desorption, and a concentrator that renders the organic matter harmless by burning and oxidatively decomposing the concentrated gas.
  • Combustion equipment such as direct combustion equipment
  • Patent Documents 1 to 3 apply the phenomenon that the combustion heat quantity after combustion and the combustion outlet temperature increase depending on the concentration of organic substances contained in the concentrated gas.
  • control may not be able to keep up with rapid fluctuations in the concentration of organic substances in the gas to be treated.
  • the above-mentioned conventional system also follows the fluctuations in control, so the damper related to the desorption air volume and the adsorption / desorption repetition period The frequency of opening and closing, and the rotation speed of the blower and adsorption rotor fluctuate frequently, and the equipment life tends to be shortened.
  • the present invention was made with the aim of further improving the conventional system.
  • the present invention can reduce energy consumption while maintaining treatment performance in a gas treatment system, even if the concentration of organic substances fluctuates more rapidly than the design value or the frequency of rise and fall is more frequent than the design value, and It is an object of the present invention to provide a system or the like that can treat gas to be treated more safely and stably.
  • the present invention is as follows.
  • a gas treatment system for purifying a gas to be treated containing organic substances the introduced gas to be treated is brought into contact with an adsorbent to adsorb the organic substances, the purified gas to be treated is discharged, and the introduced heating is performed.
  • a combustion device that discharges as gas, a utility detection means that detects the amount of utility used by the combustion means as power, and the utility amount detected by the utility detection means is within a set range.
  • gas air volume control means for adjusting the air volume of the heating gas and/or the air volume of the concentrated gas introduced into the combustion device.
  • the gas air volume control means gradually reduces the air volume of the heating gas and/or the air volume of the concentrated gas so that the utility volume is within the set range.
  • the gas air volume control means adjusts the air volume by comparing an average value of the utility amount detected by the utility detection means for a predetermined period with a set range of the utility amount. A gas processing system as described in . 4.
  • the adsorbent constitutes an adsorption rotor that is divided into an adsorption portion in which the adsorption is performed and an enrichment portion in which the desorption is performed.
  • the gas processing system further comprises a concentrated gas temperature detecting means for detecting the temperature of the concentrated gas discharged from the concentrator, and the adsorption rotor for adjusting the temperature detected by the concentrated gas temperature detecting means within a set range. 4.
  • the gas processing system according to any one of the above 1 to 3, further comprising rotation speed control means for adjusting the rotation speed of the gas. 5.
  • the rotation speed control means slows down the rotation speed of the adsorption rotor in stages when the temperature detected by the concentrated gas temperature detection means falls below a set range, and when the temperature of the concentrated gas exceeds the set range 5.
  • the rotation speed control means is characterized in that the rotation speed is adjusted by comparing an average value of the concentrated gas temperature detected by the concentrated gas temperature detection means for a predetermined period with a set range of the concentrated gas temperature. 6.
  • an adsorption process of adsorbing an organic substance contained in the gas to be treated with an adsorbent and discharging the treated gas a desorption process of desorbing the organic substance from the adsorbent with a heated gas and discharging the organic substance as a concentrated gas
  • a combustion process for burning concentrated gas, and a gas processing method including detecting the amount of utility used in the combustion process, and adjusting the air volume of the heated gas used in the desorption process so that the detected utility amount falls within a set range. and/or adjusting the air volume of the concentrated gas to be subjected to the combustion treatment.
  • the gas processing system of the present invention adjusts the air volume of the heated gas introduced into the concentrator and/or the concentrated gas introduced into the combustion device so that the amount of utility used by the combustion means is within a set range in gas processing. Even if the concentration of organic substances in the gas to be treated fluctuates more rapidly than the design value, or if the frequency of rise and fall is high, the treatment performance can be maintained while reducing the amount of energy consumed, making it safer and more stable. can be gassed to
  • FIG. 4 is a structural diagram of an adsorption unit included in another configuration of the concentrator
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas processing system 1 including a concentrator 100 and a combustion device 200.
  • the arrows represent the flow of gas, and the gas to be treated containing organic substances is sent to the concentrator 100, where the treated gas (purified gas) from which the organic substances have been removed and the concentrated gas are combined into the concentrator 100. more discharged.
  • the enriched gas is sent to the combustion device 200 and discharged as a combustion exit gas with oxidative decomposition of organic matter.
  • the concentrating apparatus 100 includes a to-be-processed gas supply means 110, an adsorption rotor 120, a period regulator 130, a heating gas supply means 140, a heating gas flow control means 150, a heating gas temperature control means 160, a concentrated gas temperature detector 170, and a heating gas.
  • a temperature sensor 180 is provided.
  • the adsorption rotor 120 is divided into an adsorption portion 121 and a desorption portion 122 , and is configured to be rotated by a rotary movement means 123 .
  • the to-be-treated gas is introduced from the to-be-treated gas supply means 110 into the adsorption portion 121 of the adsorption rotor 120 made of an adsorbent.
  • the to-be-processed gas supply means 110 can be a blower or the like. Organic substances are adsorbed on the introduced gas to be processed by the adsorbent of the adsorption unit 121 , and after passing through the adsorption unit 121 , organic substances are removed from the gas to be processed, and the gas is cleaned and discharged from the concentrator 100 . be done.
  • a part of the discharged processing gas is sent to a heat exchanger 250 (to be described later) by the heating gas supply means 140, and becomes a heating gas having a temperature higher than that of the processing gas.
  • the temperature of the heating gas is measured by the heating gas temperature detector 180 and adjusted by the heating gas temperature control means 160 so as to reach the set temperature.
  • the heated gas that has reached the set temperature is introduced into the desorption section 122 of the adsorption rotor 120 .
  • the organic substances adsorbed on the adsorbent of the desorption section 122 are desorbed by the heat of the introduced heated gas, and are discharged from the concentrator 100 as a concentrated gas having a higher organic substance concentration than the gas to be treated.
  • the adsorption rotor 120 has a disc shape in FIG. 1, and is rotated by the rotational movement means 123, so that the adsorbent present in the adsorption portion area moves to the desorption portion area, and is present in the desorption portion area.
  • the transfer of the adsorbent to the region of the adsorption portion can be continuously repeated.
  • the adsorbent constituting the adsorption rotor 120 contains at least one selected from the group consisting of activated carbon, activated carbon fiber and zeolite.
  • the adsorbent is utilized in the form of granules, granules, honeycombs, pleated filters and the like. More preferred shapes are honeycomb structures containing zeolite and pleated filters containing activated carbon fibers.
  • the heated gas supply means 140 includes a blower and the like.
  • the heating gas temperature detector 180 is not particularly limited, but may be a thermocouple, a resistance temperature detector, or the like.
  • the heating gas temperature control means 160 is not particularly limited, but as shown in FIG. means for adjusting the ratio of the amount of gas to be used. Although not shown, a heating means such as a heater may be installed in front of the heated gas temperature detector 180 to achieve a set temperature.
  • the combustion device 200 is a device for burning the concentrated gas discharged from the concentration device 100 to oxidatively decompose organic substances.
  • the combustion apparatus 200 includes a concentrated gas supply means 210, a heat exchanger 220, a combustion furnace 230, a combustion means 240, a heat exchanger 250, a utility detector 260, a concentrated gas air volume control means 270, a combustion furnace temperature detector 280, and a utility supply. Means 290 are provided.
  • the concentrated gas discharged from the concentrator 100 is introduced into the heat exchanger 220 by the concentrated gas supply means 210 and is heated by exchanging heat with the later-described decomposed gas, and then introduced into the combustion furnace 230 .
  • Condensed gas supply means 210 may be a blower or the like.
  • the combustion means 240 is a device that heats the inside of the combustion furnace 230 using utilities supplied through the utility supply means 290 .
  • the concentrated gas introduced into the combustion furnace 230 is heated to a predetermined temperature, whereby organic substances in the concentrated gas are oxidatively decomposed and discharged as decomposed gas. After passing through heat exchanger 220 and heat exchanger 250, the cracked gases are released as cleaned combustion exit gas.
  • the heat exchanger 250 is a device for heating part of the processed gas discharged from the concentrator 100, and heat-exchanges the processed gas supplied from the heating gas supply means 140 and the cracked gas.
  • the process gas is heated by the heat exchanger 250 to become a heated gas that has a higher temperature than the process gas.
  • the combustion furnace temperature detector 280 is a device that detects the temperature inside the combustion furnace 230 .
  • the utility supplying means 290 supplies the necessary utility so that the temperature detected by the combustion furnace temperature detector 280 becomes the set temperature.
  • Combustion means 240 is not particularly limited, but includes a burner, a heater, and the like. When the combustion means 240 is a burner, LPG or city gas is allocated as utilities, and when it is a heater, electricity, heat medium, or the like is allocated as utilities.
  • the type of combustion device 200 is not particularly limited.
  • a direct combustion device that directly burns gas at a high temperature of 650 to 800° C. to oxidatively decompose organic substances, a platinum catalyst, or the like is used.
  • Catalytic combustion equipment that oxidizes and decomposes organic substances by catalytically oxidizing gas
  • regenerative direct combustion equipment that performs direct oxidation decomposition of organic substances economically while recovering heat using a heat storage medium, platinum catalysts, etc.
  • the utility detector 260 detects the amount of utility used by the combustion means 240, and the heated gas air volume control means 150 adjusts the air volume of the heated gas so that the utility amount falls within the set range, And/or the air volume of the concentrated gas is adjusted by the concentrated gas air volume control means 270 .
  • the flow rate of the heated gas and/or the concentrated gas is reduced step by step until the utility amount falls within the set range. This method of control gradually reduces the concentration of organic matter in the enriched gas, allowing adjustment of the utility amount without causing thermal runaway.
  • the flow rate of the heated gas and/or the concentrated gas is increased instantaneously.
  • the concentration of organic substances in the concentrated gas more than necessary may be concentrated and the inside of the combustion device 200 may rise to a temperature higher than the withstanding temperature. Avoid this by increasing the airflow.
  • the heated gas air volume control means 150 and the concentrated gas air volume control means 270 exist separately, but they may exist as one gas air volume control means having both functions.
  • the means 270 determines whether to adjust the air volume. This is because the use of the average value measured over a certain period of time can prevent sudden fluctuations in the air volume.
  • the utility detector 260 may be appropriately selected according to the heating method of the combustion means 240 . When the combustion means 240 is a burner, it corresponds to an LPG or city gas flowmeter, and when it is a heater, it corresponds to an ammeter or a heat medium flowmeter.
  • the heated gas air volume control means 150 and the concentrated gas air volume control means 270 are also not particularly limited. and the like.
  • the temperature of the concentrated gas discharged from the concentrator 100 is detected by the concentrated gas temperature detector 170 in addition to the above-described adjustment of the air volume of the heated gas and the concentrated gas. It is preferable to adjust the rotation speed (repetition period) of the adsorption rotor 120 by the period adjuster 130 . As a specific adjustment, when the concentrated gas temperature falls below a set range, the rotational speed of the adsorption rotor 120 is stepped through the rotational movement means 123 so that the rotational speed determined by the period adjuster 130 is achieved. If it exceeds the set range, it speeds up step by step.
  • the organic substances are sufficiently desorbed from the adsorption rotor 120 when the temperature of the concentrated gas is equal to or higher than a certain temperature. Further, the degree of desorption is caused by the number of rotations (repetition period) of the adsorption rotor 120 and the amount of heating gas. As described above, if the amount of heating gas is reduced when adjusting the amount of utility within the set range, insufficient desorption will occur. In order to improve this phenomenon, this adjustment secures an appropriate adsorption/desorption balance by adjusting the number of rotations of the adsorption rotor 120 .
  • the average value of the concentrated gas temperature detected by the concentrated gas temperature detector 170 measured over a certain period of time is used for comparison with the set range of the concentrated gas temperature. is preferably determined whether to adjust This is because the use of the average value measured over a certain period of time can prevent rapid rotation fluctuations.
  • Condensed gas temperature detector 170 is not particularly limited, but may be a thermocouple or the like.
  • the period adjuster 130 is not particularly limited, but if the rotary movement means 123 is a motor, a device for adjusting the motor rotation speed, such as an inverter, can be used.
  • the energy consumption of the combustion device 200 can be suppressed even when the amount of the gas to be processed or the concentration of organic substances in the gas to be processed fluctuates below the design value. is possible, and even if it fluctuates more than the design value, it is possible to safely continue the operation stably while maintaining the processing performance without deteriorating the members of the combustion device 200.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a concentrator 100a, which is an example of another concentrator that can be used instead of the concentrator 100 in the gas processing system 100 of the present embodiment. While the concentrator 100 shown in FIG. 1 has a disk-shaped adsorption rotor 120, the concentrator 100a described with reference to FIG. 2 has a cylindrical adsorption rotor 120a. In FIG. 2, only the adsorption rotor 120a provided in the concentrator 100a and the components arranged in the vicinity of the adsorption rotor 120a are illustrated, and the illustration of other components is omitted.
  • the concentrator 100a shown in FIG. 2 includes an adsorption rotor 120a having a cylindrical outer shape.
  • the suction rotor 120a is a cylinder in which a plurality of suction units 125 surrounded by, for example, a metal frame 124 are arranged as a unit so that the fluid can flow in the radial direction. It is configured in a shape and is driven to rotate about its axis.
  • some of the plurality of adsorption units 125 are used as adsorption portions 121a, and other portions of the plurality of adsorption units 125 are used as desorption portions 122a.
  • the gas to be treated is introduced from the outside in the radial direction, the gas to be treated is discharged radially inward, and is discharged in one or two axial directions. Heated gas is introduced from the inside in the radial direction to the desorption portion 122 a of the adsorption rotor 120 a through the introduction pipe 126 , and the concentrated gas is discharged radially outside through the discharge pipe 127 .
  • the adsorption rotor 120a rotates about its axis in the direction of the arrow A in the figure at a predetermined speed.
  • the unit suction units that have completed the suction process in the suction section 121 of the suction rotor 120a move to the desorption section 122a, and the unit suction units that have completed the desorption process move to the suction section 121a.
  • the adsorption process and the desorption process are performed simultaneously, so that the cleaning process can be performed continuously.
  • the adsorption unit 125 has, for example, a block-like shape as shown in FIG. 3, and includes honeycomb-like, granular, foam-like, and pleated-filter-like adsorbents.
  • the material of the adsorbent may be appropriately selected as described above. Further, depending on the mechanical strength of the adsorbent to be selected, it may be reinforced with a metal case, a partition plate, and a wire mesh on the ventilation end face.

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Abstract

本発明は、有機物質を含有する被処理ガスを浄化するガス処理システムにおいて、吸着素子を有し、導入された前記被処理ガスを当該吸着素子に接触させ有機物質を吸着し、浄化された処理ガスとして排出し、かつ、導入された加熱ガスにより前記吸着素子から有機物質を脱着し、有機物質を含有する濃縮ガスとして排出する濃縮装置と、燃焼手段を有し、導入された前記濃縮ガスを、当該燃焼手段により燃焼処理して燃焼出口ガスとして排出する燃焼装置と、前記燃焼手段が動力として使用するユーティリティー量を検知するユーティリティー検知手段と、前記ユーティリティー検知手段が検知したユーティリティー量が設定範囲となるように、前記濃縮装置に導入する前記加熱ガスの風量及び／又は前記燃焼装置に導入する前記濃縮ガスの風量を調整するガス風量制御手段と、を備える。

Description

ガス処理システム及びガス処理方法
　本発明は、有機物質を含有する被処理ガスから有機物質を除去して清浄化された処理ガスを排出するガス処理システム等に関する。
　従来、被処理ガス中から有機物質を除去するために、被処理ガスを吸着ローターに接触させることで該有機物質を吸着させて該被処理ガスを清浄化した処理ガスを排出し、吸着した該有機物質を該被処理ガスよりも小風量の加熱ガスにて該吸着ローターから脱着させて該被処理ガスよりも小風量で有機物質濃度が高い濃縮ガスを排出するシステムが知られている。このシステムには、吸着と脱着とを繰り返して実施しすることで、被処理ガスの清浄化および濃縮を連続的に実施する濃縮装置と、該濃縮ガスを燃焼・酸化分解によって該有機物質を無害化する燃焼装置（直接燃焼装置など）で構成されているものがある。このようなガス処理システムにおいて、運転に掛かる消費エネルギーを抑制するために燃焼装置の出口温度を検知し、当該出口温度に応じて、該濃縮装置の脱着風量や吸脱着繰返し周期を調整するシステムも知られている（例えば、特許文献１～３参照）。
　特許文献１～３に開示された従来のガス処理システムは、濃縮ガスに含まれる有機物質濃度に依存して、燃焼後の燃焼熱量および燃焼出口温度が増大する現象を応用したものである。
日本国特許公開公報「特開平１０－０００３３０号」 日本国特許公開公報「特開平１０－１２８０４７号」 日本国特許公開公報「特開平１０－１２８０４８号」
　しかしながら、被処理ガスの発生源となる各種工場や研究施設等においては、操業条件に応じて被処理ガス中の有機物質濃度の変動が様々である。そのため、上記従来システムにおいては、被処理ガス中の有機物質濃度の急激な変動に対して制御が追い付けない場合がある。
　また、被処理ガス中の有機物質濃度の上昇・下降が高頻度に変動する場合、上記従来システムでは、その変動に対して制御も追従するため、脱着風量や吸脱着繰返し周期に関係するダンパーの開閉頻度、送風機や吸着ローターの回転速度が頻繁に変動して、機器寿命が縮みやすい。
　そこで、本発明は、従来システムのさらなる改善を目指してなされた。本発明は、ガス処理システムにおいて、設計値よりも有機物質濃度の変動が急激であったり、上昇・下降頻度が多かったりしても、処理性能を維持しながら、消費エネルギー量を削減でき、かつより安全に安定的に被処理ガスを処理できるシステム等を提供することを目的とする。
　本発明者等は上記課題を解決するため、鋭意研究した結果、遂に本発明を完成するに到った。すなわち、本発明は以下の通りである。
１．有機物質を含有する被処理ガスを浄化するガス処理システムにおいて、導入された前記被処理ガスを吸着材に接触させ有機物質を吸着し、浄化された処理ガスとして排出し、かつ、導入された加熱ガスにより前記吸着材から有機物質を脱着し、有機物質を含有する濃縮ガスとして排出する濃縮装置と、燃焼手段を有し、導入された前記濃縮ガスを、当該燃焼手段により燃焼処理して燃焼出口ガスとして排出する燃焼装置と、前記燃焼手段が動力として使用するユーティリティー量を検知するユーティリティー検知手段と、前記ユーティリティー検知手段が検知したユーティリティー量が設定範囲となるように、前記濃縮装置に導入する前記加熱ガスの風量及び／又は前記燃焼装置に導入する前記濃縮ガスの風量を調整するガス風量制御手段と、を備えたことを特徴とするガス処理システム。
２．前記ガス風量制御手段は、前記ユーティリティー検知手段が検知した前記ユーティリティー量が設定範囲を超えた場合に前記加熱ガスの風量及び／又は前記濃縮ガスの風量を段階的に下げ、前記ユーティリティー量が設定範囲を下回った場合に前記加熱ガスの風量及び／又は前記濃縮ガスの風量を瞬間的に上げることを特徴とする上記１に記載のガス処理システム。
３．前記ガス風量制御手段は、前記ユーティリティー検知手段により一定期間検知されたユーティリティー量の平均値と前記ユーティリティー量の設定範囲との比較を行い、前記風量の調整を行うことを特徴とする上記１または２に記載のガス処理システム。
４．前記吸着材は、前記吸着が行われる吸着部と前記脱着が行われる濃縮部とに分画された吸着ローターを構成しており、回転により前記吸着部と前記濃縮部との移行を繰り返し、前記ガス処理システムは、さらに、前記濃縮装置から排出された前記濃縮ガスの温度を検知する濃縮ガス温度検知手段と、前記濃縮ガス温度検知手段が検知した温度が設定範囲となるように、前記吸着ローターの回転速度を調整する回転速度制御手段と、を備えたことを特徴とする上記１から３のいずれか１に記載のガス処理システム。
５．前記回転速度制御手段は、前記濃縮ガス温度検知手段が検知した温度が設定範囲を下回った場合に前記吸着ローターの回転速度を段階的に遅くし、前記濃縮ガス温度が設定範囲を超えた場合に前記吸着ローターの回転速度を段階的に速くすることを特徴とする上記４に記載のガス処理システム。
６．前記回転速度制御手段は、前記濃縮ガス温度検知手段により一定期間検知された濃縮ガス温度の平均値と、前記濃縮ガス温度の設定範囲との比較を行い、前記回転速度の調整を行うことを特徴とする、上記４または５に記載のガス処理システム。
７．被処理ガスに含有された有機物質を吸着材にて吸着して処理ガスを排出する吸着処理と、加熱ガスにより前記吸着材から前記有機物質を脱着して濃縮ガスとして排出する脱着処理と、前記濃縮ガスを燃焼する燃焼処理と、含むガス処理方法において前記燃焼処理にて使用するユーティリティー量を検知して、検知したユーティリティー量が設定範囲となるように、前記脱着処理に使用する加熱ガスの風量及び／又は前記燃焼処理に供される濃縮ガスの風量を調整することを特徴とするガス処理方法。
　本発明のガス処理システムは、ガス処理において、燃焼手段が使用するユーティリティー量が設定範囲となるように、濃縮装置に導入する加熱ガス及び／又は燃焼装置に導入する濃縮ガスの風量を調整するため、設計値よりも被処理ガスの有機物質濃度の変動が急激な場合や、上昇・下降頻度が多い場合においても、処理性能を維持しながら、消費エネルギー量を削減でき、かつより安全に安定的にガス処理できる。
本実施形態のガス処理システムの概略構成図である。 濃縮装置の別の構成図である。 濃縮装置の別の構成に含まれる吸着ユニットの構造図である。
　本発明の一実施形態につき、図１に基づき説明する。図１は、濃縮装置１００と燃焼装置２００と備えたガス処理システム１の概略構成図である。図１において矢印はガスの流れを表しており、有機物質を含む被処理ガスは、濃縮装置１００へ送られ、有機物質の除去された処理ガス（清浄化ガス）と濃縮ガスとが濃縮装置１００より排出される。濃縮ガスは燃焼装置２００へ送られ、有機物質の酸化分解された燃焼出口ガスとして排出する。
　濃縮装置１００は、被処理ガス供給手段１１０、吸着ローター１２０、周期調整器１３０、加熱ガス供給手段１４０、加熱ガス風量制御手段１５０、加熱ガス温度制御手段１６０、濃縮ガス温度検知器１７０、加熱ガス温度検知器１８０を備えている。吸着ローター１２０は吸着部１２１と脱着部１２２とに分画されており、回転移動手段１２３により回転するよう構成されている。
　被処理ガスは、被処理ガス供給手段１１０から、吸着材から構成された吸着ローター１２０の吸着部１２１へ導入される。被処理ガス供給手段１１０は送風機などが挙げられる。導入された被処理ガスは、吸着部１２１の吸着材にて有機物質が吸着されることで、吸着部１２１通過後は、有機物質が除去され清浄化された処理ガスとして、濃縮装置１００より排出される。
　排出された処理ガスの一部は、加熱ガス供給手段１４０により後述の熱交換器２５０へ送られ、上記処理ガスよりも高温の加熱ガスになる。加熱ガスの温度は加熱ガス温度検知器１８０にて測定され、設定温度となるように加熱ガス温度制御手段１６０にて調整される。
　設定温度となった加熱ガスは吸着ローター１２０の脱着部１２２へ導入される。脱着部１２２の吸着材に吸着していた有機物質は、導入された加熱ガスの熱によって脱着し、被処理ガス中の有機物質の濃度よりも高い濃縮ガスとして、濃縮装置１００より排出される。
　吸着ローター１２０は、図１では円盤形状をしており、回転移動手段１２３によって回転することで、吸着部の領域に存在する吸着材が脱着部の領域へ移行し、脱着部の領域に存在する吸着材が吸着部の領域へ移行すること、連続的に繰り返すことができる構成となっている。
　吸着ローター１２０を構成する吸着材は、活性炭、活性炭素繊維またはゼオライトからなる群から選ばれる少なくとも１つを含んで構成されている。好適には、吸着材は、粒状、粒体状、ハニカム状、プリーツ加工されたフィルター等の形状にして利用される。さらに好ましい形状としては、ゼオライトを含むハニカム構造体や、活性炭素繊維を含むプリーツ加工されたフィルターである。
　加熱ガス供給手段１４０は送風機などが挙げられる。加熱ガス温度検知器１８０は、特に限定しないが、熱電対、測温抵抗体などを用いることができる。加熱ガス温度制御手段１６０は、特に限定しないが、図１に示すように、２基の調節ダンパーを設け、設定温度になるように各々の調節ダンパーの開き具合により熱交換器２５０にて受熱されるガス量の割合を調整する手段が挙げられる。図示しないが、設定温度となるようなヒーターなどの加熱手段を加熱ガス温度検知器１８０の前に設置してもよい。
　燃焼装置２００は、濃縮装置１００から排出された濃縮ガスを燃焼させて有機物質を酸化分解させるための装置である。燃焼装置２００は、濃縮ガス供給手段２１０、熱交換器２２０、燃焼炉２３０、燃焼手段２４０、熱交換器２５０、ユーティリティー検知器２６０、濃縮ガス風量制御手段２７０、燃焼炉温度検知器２８０、ユーティリティー供給手段２９０を備えている。
　濃縮装置１００から排出された濃縮ガスは、濃縮ガス供給手段２１０により熱交換器２２０に導入されて後述する分解ガスと熱交換されて加熱された後、燃焼炉２３０へ導入される。濃縮ガス供給手段２１０は送風機などが挙げられる。燃焼手段２４０は、ユーティリティー供給手段２９０を通じて供給されたユーティリティーを使用して燃焼炉２３０内を加熱する装置である。燃焼炉２３０に導入された濃縮ガスは、所定温度まで加熱されることで、濃縮ガス中の有機物質が酸化分解され、分解ガスとして排出される。分解ガスは、熱交換器２２０及び熱交換器２５０を通過後、清浄化された燃焼出口ガスとして放出される。
　熱交換器２５０は、濃縮装置１００から排出された処理ガスの一部を加熱をするための機器であり、加熱ガス供給手段１４０から供給された処理ガスと分解ガスとを熱交換する。処理ガスは熱交換器２５０により加熱され、処理ガスよりも高温の加熱ガスとなる。
　燃焼炉温度検知器２８０は、燃焼炉２３０内の温度を検知する機器である。燃焼炉温度検知器２８０が検知した温度が設定温度となるように、ユーティリティー供給手段２９０が必要なユーティリティーを供給する。燃焼手段２４０は特に限定しないが、バーナーやヒーターなどが挙げられる。燃焼手段２４０がバーナーの場合はＬＰＧや都市ガスが、ヒーターの場合は電気や熱媒などが、ユーティリティーとして割当てられる。
　燃焼装置２００としては、特にその種類が限定されるものではないが、例えばガスを６５０～８００℃の高温で直接的に燃焼させて有機物質を酸化分解させる直接燃焼装置、白金触媒等を利用してガスを触媒酸化反応させて有機物質を酸化分解する触媒燃焼装置、蓄熱体を利用して熱回収を行ないつつ経済的に有機物質の直接酸化分解を行なう蓄熱式直接燃焼装置、白金触媒等と蓄熱体とを組み合わせて効率的にガスを触媒酸化反応させて有機物質を酸化分解する蓄熱式触媒燃焼装置等を使用することが可能である。当該燃焼装置２００を用いて濃縮ガスを燃焼、酸化反応させることにより、有機物質が分解され無害化される。
　ガス処理システム１においては、ユーティリティー検知器２６０にて燃焼手段２４０が使用するユーティリティー量を検知し、ユーティリティー量が設定範囲となるように、加熱ガス風量制御手段１５０により加熱ガスの風量が調整され、及び／又は、濃縮ガス風量制御手段２７０により濃縮ガスの風量が調整される。具体的には、検知されたユーティリティー量が設定範囲を超えた場合には、加熱ガス及び／又は濃縮ガスの風量をユーティリティー量が設定範囲になるまで段階的に減らす。この制御方法によって、濃縮ガスの有機物質濃度が段階的に減少されていき、熱暴走を引き起すことなくユーティリティー量の調整が可能となる。一方で、検知されたユーティリティー量が設定範囲を下回った場合、加熱ガス及び／又は濃縮ガスの風量を瞬間的に増やす。ユーティリティー量が設定範囲を下回った場合、必要以上の濃縮ガス中の有機物質濃度が濃縮されて燃焼装置２００内が耐温度以上となる場合があるため、瞬間的に加熱ガス及び／又は濃縮ガスの風量を増やすことで、これを回避する。なお、図１では加熱ガス風量制御手段１５０と濃縮ガス風量制御手段２７０とは別々に存在しているが、両方の機能を備えたガス風量制御手段１つとして存在してもよい。
　ここで、ユーティリティー検知器２６０により検知されるユーティリティー量の一定時間測定された平均値を使用して、ユーティリティー量の設定範囲との比較を行い、加熱ガス風量制御手段１５０及び／又は濃縮ガス風量制御手段２７０が風量調整するか否かを判断するのが好ましい。一定時間の測定平均値を用いることで急激な風量変動を防げるからである。ユーティリティー検知器２６０は、燃焼手段２４０の加熱方法に応じて適宜選定すればよい。燃焼手段２４０がバーナーの場合は、ＬＰＧや都市ガスの流量計、ヒーターの場合は電流計や熱媒用の流量計などが相当する。
　また、加熱ガス風量制御手段１５０および濃縮ガス風量制御手段２７０も特に限定しないが、加熱ガス供給手段１４０および濃縮ガス供給手段２１０が送風機の場合、インバーターなどの送風機モーター回転数を調整して風量調整を行う装置などが挙げられる。
　ガス処理システム１においては、上述の加熱ガスおよび濃縮ガスの風量調整と共に、濃縮ガス温度検知器１７０にて濃縮装置１００から排出された濃縮ガス温度を検知し、温度が設定範囲となるように、吸着ローター１２０の回転数（繰返し周期）を周期調整器１３０にて調整するのが好ましい。具体的な調整としては、濃縮ガス温度が設定範囲以下となった場合に、周期調整器１３０にて決められた回転数になるよう回転移動手段１２３を介して吸着ローター１２０の回転速度を段階的に遅くし、設定範囲以上となった場合は段階的に速くする。濃縮ガス温度が一定温度以上であることによって、吸着ローター１２０から十分に有機物質が脱着されたことを確認できる。また、脱着の程度は吸着ローター１２０の回転数（繰り返し周期）および加熱ガス風量が起因する。上述の通り設定範囲内のユーティリティー量へ調整するに当たり、加熱ガス風量を減らしていくと、脱着不足となる。本調整は、この現象を改善するため、吸着ローター１２０回転数を調整することで適正な吸着・脱着のバランスを確保するものである。
　濃縮ガス温度検知器１７０で検知される濃縮ガス温度の一定時間測定された平均値を使用して、濃縮ガス温度の設定範囲との比較を行い、周期調整器１３０にて吸着ローター１２０の回転数を調整するか否かを判断するのが好ましい。一定時間の測定平均値を用いることで急激な回転変動を防げるからである。濃縮ガス温度検知器１７０は、特に限定しないが、熱電対などが挙げられる。
　また、周期調整器１３０も特に限定しないが、回転移動手段１２３がモーターの場合、インバーターなどのモーター回転数を調整する機器などが挙げられる。
　上述の本実施の形態におけるガス処理システム１を用いることにより、被処理ガスの量や被処理ガス中の有機物質濃度が設計値以下に変動した場合においても、燃焼装置２００の消費エネルギーを抑えることが可能となり、設計値以上に変動した場合においても、安全にかつ燃焼装置２００の部材等を劣化させることなく、処理性能を維持しつつ安定的に運転を継続することが可能となる。
　図２は、本実施の形態のガス処理システム１００において濃縮装置１００の代わりに利用可能な別の濃縮装置の例である濃縮装置１００ａを示す模式図である。図１に示す濃縮装置１００は円盤状の吸着ローター１２０を備えていたが、図２を用いて説明する濃縮装置１００ａは、円筒状の吸着ローター１２０ａを備える。なお、図２では、濃縮装置１００ａに具備される吸着ローター１２０ａおよび当該吸着ローター１２０ａ近傍に配置される構成要素のみを図示し、その他の構成要素の図示は省略している。
　図２に示す濃縮装置１００ａは、円筒状の外形を有する吸着ローター１２０ａを備えている。図２に示すように、吸着ローター１２０ａは、径方向に流体が流動可能となるように、例えば金属製の枠体１２４によって囲われた吸着ユニット１２５を１単位として、周方向に複数並べた円筒状に構成されており、軸中心に回転駆動する。吸着ローター１２０ａでは、複数の吸着ユニット１２５の一部を吸着部１２１ａとして利用し、複数の吸着ユニット１２５の他の一部を脱着部１２２ａとして利用する。吸着ローター１２０ａの吸着部１２１ａには、径方向外側から被処理ガスが導入され、径方向内側に向けて処理ガスが排出されて軸方向の一方もしくは二方向に向けて排出されることになり、吸着ローター１２０ａの脱着部１２２ａには、導入管１２６を介して径方向内側から加熱ガスが導入され、径方向外側に向けて濃縮ガスが排出されて排出管１２７を介して排出される。
　また、図２に示す濃縮装置１００ａにおいては、吸着ローター１２０ａが軸中心に図中矢印Ａ方向に所定の速度で回転する。これにより、吸着ローター１２０ａの吸着部１２１の内、吸着処理が完了した単位吸着ユニットは、脱着部１２２ａへと移動するとともに、脱着処理が完了した単位吸着ユニットは吸着部１２１ａへと移動することになる。したがって、濃縮装置１００ａにおいては、同時に吸着処理と脱着処理とが行なわれることになり、連続的に清浄化処理を行なうことが可能となる。
　吸着ユニット１２５は、例えば、図３に示すようなブロック状の形状をしており、ハニカム状、粒状、発泡体状、プリーツフィルター状の吸着材が含まれている。吸着材の材料は上述の通り適宜選定すれば良い。また、選定する吸着材の機械的強度に応じて、金属製のケース、仕切り板および通風端面への金網などで補強してもよい。
　今回開示した上記各実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
　有機物質を含有する被処理ガスを、濃縮装置及び燃焼装置を組合せたガス処理システムで処理する場合において、設計値よりも有機物質濃度の変動が急激な場合や、上昇・下降頻度が多い場合においても、処理性能を維持しながら、消費エネルギー量を削減でき、かつ、より安全に安定的に被処理ガスを処理できる。そのため産業界に大いに寄与できる。
１　　　ガス処理システム
１００，１００ａ　濃縮装置
１１０　被処理ガス供給手段
１２０　吸着ローター
１２１，１２１ａ　吸着部
１２２，１２２ａ　脱着部
１２３　回転移動手段
１２４　枠体
１２５　吸着ユニット
１２６　導入管
１２７　排出管
１３０　周期調整器
１４０　加熱ガス供給手段
１５０　加熱ガス風量制御手段（ガス風量制御手段）
１６０　加熱ガス温度制御手段
１７０　濃縮ガス温度検知器
１８０　加熱ガス温度検知器
２００　燃焼装置
２１０　濃縮ガス供給手段
２２０　熱交換器
２３０　燃焼炉
２４０　燃焼手段
２５０　熱交換器
２６０　ユーティリティー検知器（ユーティリティー検知手段）
２７０　濃縮ガス風量制御手段（ガス風量制御手段）
２８０　燃焼炉温度検知器
２９０　ユーティリティー供給手段

Claims (7)

  1. 　有機物質を含有する被処理ガスを浄化するガス処理システムにおいて、
    　導入された前記被処理ガスを吸着材に接触させ有機物質を吸着し、浄化された処理ガスとして排出し、かつ、導入された加熱ガスにより前記吸着材から有機物質を脱着し、有機物質を含有する濃縮ガスとして排出する濃縮装置と、
    　燃焼手段を有し、導入された前記濃縮ガスを、当該燃焼手段により燃焼処理して燃焼出口ガスとして排出する燃焼装置と、
    　前記燃焼手段が動力として使用するユーティリティー量を検知するユーティリティー検知手段と、
    　前記ユーティリティー検知手段が検知したユーティリティー量が設定範囲となるように、前記濃縮装置に導入する前記加熱ガスの風量及び／又は前記燃焼装置に導入する前記濃縮ガスの風量を調整するガス風量制御手段と、
    を備えたことを特徴とするガス処理システム。
  2. 　前記ガス風量制御手段は、前記ユーティリティー検知手段が検知した前記ユーティリティー量が設定範囲を超えた場合に前記加熱ガスの風量及び／又は前記濃縮ガスの風量を段階的に下げ、前記ユーティリティー量が設定範囲を下回った場合に前記加熱ガスの風量及び／又は前記濃縮ガスの風量を瞬間的に上げることを特徴とする請求項１に記載のガス処理システム。
  3. 　前記ガス風量制御手段は、前記ユーティリティー検知手段により一定期間検知されたユーティリティー量の平均値と前記ユーティリティー量の設定範囲との比較を行い、前記風量の調整を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のガス処理システム。
  4. 　前記吸着材は、前記吸着が行われる吸着部と前記脱着が行われる濃縮部とに分画された吸着ローターを構成しており、回転により前記吸着部と前記濃縮部との移行を繰り返し、
    　前記ガス処理システムは、さらに、
    　前記濃縮装置から排出された前記濃縮ガスの温度を検知する濃縮ガス温度検知手段と、
    　前記濃縮ガス温度検知手段が検知した温度が設定範囲となるように、前記吸着ローターの回転速度を調整する回転速度制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のガス処理システム。
  5. 　前記回転速度制御手段は、前記濃縮ガス温度検知手段が検知した温度が設定範囲を下回った場合に前記吸着ローターの回転速度を段階的に遅くし、前記濃縮ガス温度が設定範囲を超えた場合に前記吸着ローターの回転速度を段階的に速くすることを特徴とする請求項４に記載のガス処理システム。
  6. 　前記回転速度制御手段は、前記濃縮ガス温度検知手段により一定期間検知された濃縮ガス温度の平均値と、前記濃縮ガス温度の設定範囲との比較を行い、前記回転速度の調整を行うことを特徴とする請求項４に記載のガス処理システム。
  7. 　被処理ガスに含有された有機物質を吸着材にて吸着して処理ガスを排出する吸着処理と、
    　加熱ガスにより前記吸着材から前記有機物質を脱着して濃縮ガスとして排出する脱着処理と、
    　前記濃縮ガスを燃焼する燃焼処理と、含むガス処理方法において
    　前記燃焼処理にて使用するユーティリティー量を検知して、検知したユーティリティー量が設定範囲となるように、前記脱着処理に使用する加熱ガスの風量及び／又は前記燃焼処理に供される濃縮ガスの風量を調整することを特徴とするガス処理方法。
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