(57)【要約】  炭化水素ガス源から改質油燃料を生成する装置及び方法。本発明は、希釈炭化水素ガスをより容易に消費可能な改質油燃料に転換することを可能にする。希釈炭化水素濃度の低いガスは、濃縮器120を用いて気体又は液体の濃縮VOC燃料に濃縮される。その後、濃縮VOC燃料は改質器140を用いて改質油に転換される。改質油は、内燃機関、燃料電池、スターリング・エンジン、あるいは化学エネルギーを運動エネルギー又は電気エネルギーに転換する同様の装置のような、エネルギー転換装置160によって、より容易に消費される。改質器140は、通常、エネルギー転換装置160での使用に適していない複合炭化水素燃料を改質油に転換することを可能とする。改質油を、エネルギー転換装置160に直接供給してもよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質油を製造するための装置であって、
希釈VOCガスを濃縮VOCガス燃料に濃縮する濃縮器、及び、
上記濃縮VOC燃料を改質する改質器、
を備えた装置。
【請求項２】
上記濃縮器が、上記希釈VOCガスを吸着する吸着媒体を含む、
請求項1に記載の装置。
【請求項３】
上記濃縮器が、
そこにおいて上記希釈VOCガスが上記吸着媒体に吸着される濃縮室と、
そこにおいて上記吸着VOCガスが脱離される脱離室とを有する、
請求項2に記載の装置。
【請求項４】
上記吸着媒体が、活性炭、ゼオライト、合成樹脂及びそれらの混合物からなるグループから選択されたものである、
請求項2に記載の装置。
【請求項５】
上記濃縮器が上記濃縮VOC燃料を15,000ppmより高い濃度に濃縮する、
請求項1に記載の装置。
【請求項６】
上記濃縮器が上記濃縮VOC燃料を200,000ppmより高い濃度に濃縮する、
請求項5に記載の装置。
【請求項７】
吸着されたVOCを脱離するための掃引ガスを更に有する、
請求項3に記載の装置。
【請求項８】
上記掃引ガスが水蒸気である、
請求項7に記載の装置。
【請求項９】
上記不活性ガスが窒素である、
請求項7に記載の装置。
【請求項１０】
上記掃引ガスが気体燃料である、
請求項7に記載の装置。
【請求項１１】
上記濃縮VOC燃料を液体に凝縮する凝縮器を更に有する、
請求項9に記載の装置。
【請求項１２】
上記吸着媒体が流動層内にある、
請求項2に記載の装置。
【請求項１３】
上記吸着媒体が回転車輪に付設されている、
請求項2に記載の装置。
【請求項１４】
上記吸着媒体が固定層に含まれている、
請求項2に記載の装置。
【請求項１５】
上記改質油を冷却する冷却器を更に有する、
請求項1に記載の装置。
【請求項１６】
上記改質油がH2ガス及び炭素の酸化物を含む、
請求項1に記載の装置。
【請求項１７】
上記装置が、上記希釈VOCガスから微粒子を濾過するフィルターを含む、
請求項1に記載の装置。
【請求項１８】
上記希釈VOCガスが、直鎖炭化水素、分岐鎖炭化水素、芳香族炭化水素、酸化炭化水素及び、それらの混合物を含む、
請求項1に記載の装置。
【請求項１９】
上記希釈VOCガスが1ppmから5000ppmの間のVOC濃度である、
請求項1に記載の装置。
【請求項２０】
上記希釈VOCガスが塗装排気である、
請求項1に記載の装置。
【請求項２１】
上記希釈VOCガスがガソリン蒸気である、
請求項1に記載の装置。
【請求項２２】
上記希釈VOCガスがホルムアルデヒド及び酸性の酸を含む、
請求項1に記載の装置。
【請求項２３】
希釈VOCガスを供給されるエネルギー生成装置であって、
上記希釈VOCガスを濃縮VOC燃料に濃縮する濃縮器、
上記濃縮VOC燃料を脱離させるため上記濃縮器に掃引ガスを噴射する掃引ガス噴射器、
上記掃引ガス及び濃縮VOC燃料を改質油に転換する転換器、及び、
上記改質油を消費してエネルギーを生成するエネルギー転換装置、
を有する装置。
【請求項２４】
上記濃縮器が、上記希釈VOCガスを吸着する吸着媒体を含む、
請求項23に記載の装置。
【請求項２５】
上記濃縮器が、
そこにおいて上記希釈VOCガスが上記吸着媒体に吸着される濃縮室と、
そこにおいて上記吸着VOCガスが脱離される脱離室とを有する、
請求項24に記載の装置。
【請求項２６】
上記吸着媒体が、活性炭、ゼオライト、合成樹脂及びそれらの混合物からなるグループから選択されたものである、
請求項24に記載の装置。
【請求項２７】
上記濃縮器が上記濃縮VOC燃料を15,000ppmより高い濃度に濃縮する、
請求項23に記載の装置。
【請求項２８】
上記濃縮器が上記濃縮VOC燃料を200,000ppmより高い濃度に濃縮する、
請求項27に記載の装置。
【請求項２９】
上記掃引ガスが水蒸気である、
請求項23に記載の装置。
【請求項３０】
上記掃引ガスが気体燃料である、
請求項23に記載の装置。
【請求項３１】
上記掃引ガスが不活性ガスである、
請求項23に記載の装置。
【請求項３２】
上記掃引ガスが窒素である、
請求項31に記載の装置。
【請求項３３】
上記吸着媒体が流動層内にある、
請求項24に記載の装置。
【請求項３４】
上記吸着媒体が回転車輪に付設されている、
請求項24に記載の装置。
【請求項３５】
上記吸着媒体が固定層に含まれている、
請求項24に記載の装置。
【請求項３６】
上記改質油を冷却する冷却器を更に有する、
請求項23に記載の装置。
【請求項３７】
上記改質油がH2ガス及び炭素の酸化物を含む、
請求項23に記載の装置。
【請求項３８】
上記装置が、上記希釈VOCガスから微粒子を濾過するフィルターを含む、
請求項23に記載の装置。
【請求項３９】
上記希釈VOCガスが、直鎖炭化水素、分岐鎖炭化水素、芳香族炭化水素、酸化炭化水素及び、それらの混合物を含む、
請求項23に記載の装置。
【請求項４０】
上記希釈VOCガスが1ppmから5000ppmの間のVOC濃度である、
請求項23に記載の装置。
【請求項４１】
上記希釈VOCガスが塗装排気である、
請求項23に記載の装置。
【請求項４２】
上記希釈VOCガスがガソリン蒸気である、
請求項23に記載の装置。
【請求項４３】
上記希釈VOCガスがホルムアルデヒド及び酸性の酸を含む、
請求項23に記載の装置。
【請求項４４】
第二の燃料を更に有し、上記エネルギー転換装置が上記改質油と上記第二燃料との混合燃料を消費する、
請求項23に記載の装置。
【請求項４５】
上記エネルギー転換装置に供給される改質油と第二燃料の割合を調節する制御器を更に有する、
請求項44に記載の装置。
【請求項４６】
上記エネルギー転換装置に供給される上記改質油の量に比例する信号が生成され、
上記制御器が上記改質油の量に応じて上記第二燃料の量を変更する、
請求項45に記載の装置。
【請求項４７】
上記第二燃料の割合が、混合燃料の0%から90%の間である、
請求項44に記載の装置。
【請求項４８】
上記エネルギー転換装置がスターリング・エンジンである、
請求項23に記載の装置。
【請求項４９】
上記エネルギー転換装置が燃料電池である、
請求項23に記載の装置。
【請求項５０】
上記エネルギー転換装置が内燃機関である、
請求項23に記載の装置。
【請求項５１】
上記エネルギー転換装置がガスタービンである、
請求項23に記載の装置。
【請求項５２】
上記エネルギーが電気である、
請求項23に記載の装置。
【請求項５３】
開閉装置及び配電網を更に有し、該開閉装置が上記電気エネルギーを配電網に互換可能に調節する、
請求項52に記載の装置。
【請求項５４】
エネルギー生成装置であって、
希釈VOCガスを供給するVOCガス供給器、
上記希釈VOCガスを濃縮VOC燃料に濃縮する濃縮器、
上記濃縮VOC燃料を脱離させるため上記濃縮器内に不活性ガスを噴射する不活性ガス噴射器、
上記濃縮VOC燃料から液体VOCを凝縮する凝縮器、上記液体VOCを改質油に転換する転換器、及び、
上記改質油を消費してエネルギーを生成するエネルギー転換装置、
を有する装置。
【請求項５５】
上記濃縮器が、上記希釈VOCガスを吸着する吸着媒体を含む、
請求項54に記載の装置。
【請求項５６】
上記濃縮器が、
そこにおいて上記希釈VOCガスが上記吸着媒体に吸着される濃縮室と、
そこにおいて上記吸着VOCガスが脱離される脱離室とを有する、
請求項55に記載の装置。
【請求項５７】
上記吸着媒体が、活性炭、ゼオライト、合成樹脂及びそれらの混合物からなるグループから選択されたものである、
請求項55に記載の装置。
【請求項５８】
上記濃縮器が上記濃縮VOC燃料を15,000ppmより高い濃度に濃縮する、
請求項54に記載の装置。
【請求項５９】
上記濃縮器が上記濃縮VOC燃料を200,000ppmより高い濃度に濃縮する、
請求項58に記載の装置。
【請求項６０】
上記吸着媒体が流動層内にある、
請求項55に記載の装置。
【請求項６１】
上記吸着媒体が回転車輪に付設されている、
請求項55に記載の装置。
【請求項６２】
上記吸着媒体が固定層に含まれている、
請求項55に記載の装置。
【請求項６３】
上記改質油を冷却する冷却器を更に有する、
請求項54に記載の装置。
【請求項６４】
上記改質油がH2ガス及び炭素の酸化物を含む、
請求項54に記載の装置。
【請求項６５】
上記装置が、上記希釈VOCガスから微粒子を濾過するフィルターを含む、
請求項54に記載の装置。
【請求項６６】
上記希釈VOCガスの成分が、直鎖炭化水素、分岐鎖炭化水素、芳香族炭化水素、酸化炭化水素及び、それらの混合物からなるグループから選択されたものである、
請求項54に記載の装置。
【請求項６７】
上記希釈VOCガスが1ppmから5000ppmの間のVOC濃度である、
請求項54に記載の装置。
【請求項６８】
上記希釈VOCガスが塗装排気である、
請求項54に記載の装置。
【請求項６９】
上記希釈VOCガスがガソリン蒸気である、
請求項54に記載の装置。
【請求項７０】
上記希釈VOCガスがホルムアルデヒド及び酸性の酸を含む、
請求項54に記載の装置。
【請求項７１】
第二の燃料を更に有し、上記エネルギー転換装置が上記改質油と上記第二燃料との混合燃料を消費する、
請求項54に記載の装置。
【請求項７２】
上記エネルギー転換装置に供給される改質油と第二燃料の割合を調節する制御器を更に有する、
請求項71に記載の装置。
【請求項７３】
上記エネルギー転換装置に供給される上記改質油の量に比例する信号が生成され、
上記制御器が上記改質油の量に応じて上記第二燃料の量を変更する、
請求項72に記載の装置。
【請求項７４】
上記第二燃料の割合が混合燃料の0%から90%の間である、
請求項71に記載の装置。
【請求項７５】
上記エネルギー転換装置がスターリング・エンジンである、
請求項54に記載の装置。
【請求項７６】
上記エネルギー転換装置が燃料電池である、
請求項54に記載の装置。
【請求項７７】
上記エネルギー転換装置が内燃機関である、
請求項54に記載の装置。
【請求項７８】
上記エネルギー転換装置がガスタービンである、
請求項54に記載の装置。
【請求項７９】
上記エネルギーが電気である、
請求項54に記載の装置。
【請求項８０】
開閉装置及び配電網を更に有し、該開閉装置が上記電気エネルギーを配電網に互換可能に調節する、請求項79に記載の装置。
【請求項８１】
上記不活性ガスが窒素である、
請求項54に記載の装置。
【請求項８２】
改質油を生成する方法であって、
希釈VOCガスを濃縮VOC燃料に濃縮する工程、及び、
上記濃縮VOC燃料を上記改質油に改質する工程、
を有する方法。
【請求項８３】
上記VOCガスを吸着媒体に吸着する工程を更に有する、
請求項82に記載の方法。
【請求項８４】
上記吸着されたVOCを脱離させるため、上記吸着媒体を加熱する工程を更に有する、
請求項83に記載の方法。
【請求項８５】
上記吸着されたVOCを脱離させるため、上記濃縮器の中に掃引ガスを噴射する工程を更に有する、
請求項84に記載の方法。
【請求項８６】
上記掃引ガスが水蒸気である、
請求項85に記載の方法。
【請求項８７】
上記掃引ガスが不活性ガスである、
請求項85に記載の方法。
【請求項８８】
上記不活性ガスが窒素である、
請求項87に記載の方法。
【請求項８９】
上記掃引ガスが気体燃料である、
請求項85に記載の方法。
【請求項９０】
上記濃縮VOC燃料を液体に凝縮する工程を更に有する、
請求項87に記載の方法。
【請求項９１】
上記吸着媒体が連続的な閉ループ内にある、
請求項83に記載の方法。
【請求項９２】
上記改質油を冷却する工程を更に有する、
請求項82に記載の方法。
【請求項９３】
上記改質油がH2ガス及び炭素の酸化物を含む、
請求項82に記載の方法。
【請求項９４】
上記濃縮工程に先立って、上記希釈VOCガスを濾過する工程を更に有する、
請求項82に記載の方法。
【請求項９５】
上記希釈VOCガスの成分が、直鎖炭化水素、分岐鎖炭化水素、芳香族炭化水素、酸化炭化水素及び、それらの混合物からなるグループから選択されている、
請求項82に記載の方法。
【請求項９６】
上記希釈VOCガスが1ppmから5000ppmの間のVOC濃度である、
請求項82に記載の方法。
【請求項９７】
上記希釈VOCガスが塗装排気である、
請求項82に記載の方法。
【請求項９８】
上記希釈VOCガスがガソリン蒸気である、
請求項82に記載の方法。
【請求項９９】
上記希釈VOCガスがホルムアルデヒド及び酸性の酸を含む、
請求項82に記載の方法。
【請求項１００】
エネルギー転換装置に改質油を供給する方法であって、
希釈VOCガスから吸着媒体にVOCを吸着する工程、
濃縮VOC燃料を生成すべく上記VOCを脱離する工程、
上記VOC濃縮燃料を改質油に改質する工程、及び、
上記改質油を上記エネルギー転換装置に供給する工程、
を有する、方法。
【請求項１０１】
上記吸着されたVOCを脱離させるため上記吸着媒体を加熱する工程を更に有する、
請求項100に記載の方法。
【請求項１０２】
上記吸着されたVOCを脱離させるため、上記濃縮器の中に掃引ガスを噴射する工程を更に有する、
請求項101に記載の方法。
【請求項１０３】
上記掃引ガスが水蒸気である、
請求項102に記載の方法。
【請求項１０４】
上記掃引ガスが不活性ガスである、
請求項102に記載の方法。
【請求項１０５】
上記掃引ガスが気体燃料である、
請求項102に記載の方法。
【請求項１０６】
上記濃縮VOC燃料を液体に凝縮する工程を更に有する、
請求項104に記載の方法。
【請求項１０７】
上記吸着媒体が連続的な閉ループ内にある、
請求項100に記載の方法。
【請求項１０８】
上記改質油を冷却する工程を更に有する、
請求項100に記載の方法。
【請求項１０９】
上記改質油がH2ガス及び炭素の酸化物を含む、
請求項100に記載の方法。
【請求項１１０】
上記濃縮工程に先立って、上記希釈VOCガスを濾過する工程を更に有する、
請求項100に記載の方法。
【請求項１１１】
上記希釈VOCガスが、直鎖炭化水素、分岐鎖炭化水素、芳香族炭化水素、酸化炭化水素及び、それらの混合物からなるグループから選択されている、
請求項100に記載の方法。
【請求項１１２】
上記希釈VOCガスが1ppmから5000ppmの間のVOC濃度である、
請求項100に記載の方法。
【請求項１１３】
上記希釈VOCガスが塗装排気である、
請求項100に記載の方法。
【請求項１１４】
上記希釈VOCガスがガソリン蒸気である、
請求項100に記載の方法。
【請求項１１５】
上記希釈VOCガスがホルムアルデヒド及び酸性の酸を含む、
請求項100に記載の方法。
【請求項１１６】
上記エネルギー転換装置に第二の燃料を供給する工程を更に有し、
上記エネルギー転換装置が上記改質油と上記第二燃料との混合燃料を消費する、
請求項100に記載の方法。
【請求項１１７】
上記エネルギー転換装置に供給される上記改質油と上記第二燃料との割合を調節する工程を更に有する、
請求項116に記載の方法。
【請求項１１８】
上記エネルギー転換装置に供給される上記改質油の量を測定する工程を更に有し、
制御器が、上記改質油の量に応じて上記第二燃料の量を変更する、
請求項117に記載の方法。
【請求項１１９】
上記第二燃料の割合が上記混合燃料の0%から90%の間である、
請求項116に記載の方法。
【請求項１２０】
上記エネルギー転換装置がスターリング・エンジンである、
請求項100に記載の方法。
【請求項１２１】
上記エネルギー転換装置が燃料電池である、
請求項100に記載の方法。
【請求項１２２】
上記エネルギー転換装置が内燃機関である、
請求項100に記載の方法。
【請求項１２３】
上記エネルギー転換装置が電気を生成する、
請求項100に記載の方法。
【請求項１２４】
上記電気を配電網に供給する工程を更に有する、
請求項123に記載の方法。
【請求項１２５】
上記不活性ガスが窒素である、
請求項104に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揮発性有機化合物(Volatile Organic compounds：VOC)をエネルギーに転換する方法及び装置である。より具体的には、本発明は、濃縮器を使用して希釈炭化水素ガスをガス状又は液状の濃縮燃料に濃縮する方法及び装置に関する。濃縮された燃料はその後、改質器を使用して改質油に転換され、エネルギー転換装置によってエネルギーに転換される。
【背景技術】
【０００２】
種々の製造業、農業、汚染修復及び工業のプロセスにおいて、炭化水素濃度の低い廃ガス流が発生する。それらのいくつかにおいてVOCが汚染土又は水のような固体又は液体の媒体に混入される。VOCは気体へ転換し固体又は液体の媒体から分離することが出来る。また、VOCガスを発生する若しくは含有するプロセスもある。VOCを燃焼又は酸化させるための方法は数多く存在するが、本発明はエネルギーを回収するものである。もしVOCの濃度又は純度が十分大きく、そしてエネルギー転換装置（Energy Conversion Device：ECD）を作動するのに適しているならば、ECDに直接供給することが可能である。場合によっては、このような希釈炭化水素濃度は、ECDを効率的に作動させるためにはエネルギー含有量の面で不十分なこともある。ECDには、燃焼機関（内燃又は外燃）、スターリング・サイクル・エンジン、ガスタービンあるいは燃料電池のような、化学エネルギーを電気エネルギー又は運動エネルギーに転換する装置が含まれる。場合によっては、廃ガス流がECDを作動するために十分なエネルギー含有量を持っているが、ECDがその廃ガスを直接使用して作動するためには炭化水素の形態に大幅な修正を必要とすることもある。例えば、廃ガスが、様々な濃度又は微粒子の複合炭化水素を含む場合がある。もし廃ガスが処理あるいは改質油に転換されないならば、廃ガスがECDに損傷を与える可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
希釈炭化水素を含む廃ガス流を発生する製造工程は現在のところ、VOCを燃やす（フレアさせる：flare）か燃焼させる（burn）か、又は、燃焼用空気の一部としてECDに供給するものである。廃ガスをフレアさせてもエネルギーは回収されない。廃ガスを燃焼させることは熱を発生する。電気あるいは運動エネルギーを回収することは、一般的に、熱エネルギーの回収よりもかなり価値が高い。2002年1月1日に公開されここに引用されるGB特許出願2364257は、VOCを含むガス流を二つの流れに分ける。第一の流れは機関の空気吸入部に送られ、第二の流れは燃焼ユニットに送られる。機関からの排気熱は第二の流れと混ざり、燃焼させる。この引例は、VOCを濃縮することも、VOCを機関の燃料口に送ることも、いずれも教示していない。1995年11月16日に公開されここにに引用されるWO9530470は、廃ガス流と機関とが互いに独立して作動し得るよう二つの吸着/脱離部を持つことによって機関内のVOCを燃焼させる装置を開示する。第一の吸着/脱離ユニットは、必要に応じてVOCを集めて濃縮することが出来、第二のユニットは、必要に応じてVOCを機関に供給することが出来る。この引例及びGB引例は、VOCを燃焼用空気の中に残しており、機関の燃料吸入部にVOCを供給していない。2002年8月1日に公開されここに引用されるUS2002/100277もまた、VOCを内燃機関に送ることを教示するが、VOCは装置によって濃縮されていない。それらの濃度は、容器内のVOCの蒸気圧に基づく。機関に送られないVOCは、冷却器によって液体に凝縮されるが、このように液化されたVOCは、燃料として供給されない。これらの引例のいずれも、濃縮したVOCを改質することについて教示しない。
【０００４】
廃ガスが機関の燃焼用空気又は排気に直接に供給され得ることは知られている。市販のシステムの1つは、産業活動からの廃ガスをタービン・エンジンに供給する。2002年9月に公開されここに引用されるNeill及びGunterによる論文「VOC Destruction using Combustion Turbines」は、ガスタービンを作動するために廃VOCを天然ガスと混合する装置を記載する。そのガスタービンは、設備用の電力を生成する。その廃ガスは、産業活動の排気ガスから直接、得られて燃焼用空気の一部として機関に供給される。そのタービン・エンジンは、大量の燃料を供給するために別個の燃料源を持つ。排気は、エンジンを作動するのに必要とされるエネルギーの含有量割合が比較的低い（未燃炭化水素とVOCが 200から5000ppm）。このような装置は、その装置の通常運転時の一部において、外的な燃料供給を必要とする。この外的な燃料供給は、単に始動運転時や一定負荷運転時の一部にだけ行なわれるのではない。これらの引例はVOCを濾過や改質すること無く機関に直接供給することを示し、VOCを消費することが出来る機関を必要とする。VOCを燃焼用空気に送るためには、非常に大きな機関/発電機が必要とされる。Neill及びGunterに示された例は、150,000標準立方フィート/分（scfm）の空気を受ける20MWのタービンである。
【０００５】
1995年9月19日発行の米国特許5,451,249は、ゴミ埋立地から燃料電池の燃料源として使用するためのガス流を供給する装置及び方法を教示する。ゴミ埋立地の天然ガス成分が望ましく、ゴミ埋立地の中に含まれるVOCガスは除去されて、燃料電池へ燃料を供給するためには使用されない。5,451,249特許は、改質に先立ってガス流から除去されなければならない汚染物質成分としての重質炭化水素を開示する。本発明は、VOCが汚染物質であることを教示するよりもむしろ、これらの炭化水素を改質器の供給原料として利用することを教示する。
【０００６】
本発明は、VOCをECDによるより容易な処理のために改質することにより、廃棄VOCからのエネルギーを有効利用する装置及び方法に関する。本発明は廃ガスから、より価値が高い運動エネルギー又は電気エネルギーを生成することが可能である。空気中に容易に気化する有機化合物である希釈VOCガス流は、直鎖炭化水素、分岐鎖炭化水素、芳香族炭化水素あるいは含酸素炭化水素を含み得る。本発明は、電気を起こすのと同時に炭化水素を減らすという二重の利点を持つ。より具体的には、現在廃棄物と見なされている希釈VOCがガス流から回収され、燃料電池内で発電するために、又は、内燃又は外燃機関、スターリング・サイクル・エンジン、ガスタービン、又は電気エネルギー又は運動エネルギーを生成可能な他のECDを介して利用される。本発明は、製造業、工業、農業、環境保全及び、製油のプロセスに存在し、若しくは、そこから排出されるガス流の中に混入している炭化水素を利用する、エネルギー有効利用方法である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、改質油を製造するための装置及び方法を提供する。本装置は、希釈VOCガス流を濃縮する濃縮器を含む。濃縮されたVOCはその後、改質器によってECDを作動させるのに適した改質油に処理される。本装置は、濃縮器内の吸着媒体上に希釈VOCを吸着することによって作動させられる。濃縮器は、単位体積あたりのVOC濃度を増加させる。吸着されたVOCはその後、濃縮VOC燃料を形成すべく脱離させられる。濃縮VOC燃料は、液化VOC又は、気体濃縮VOC燃料のいずれの場合もあり得る。その後、濃縮VOC燃料は、改質油に転換されるべく、改質器に送られる。この手順は、希釈VOCガス流内のエネルギー容量を効率的に有効利用する方法を提供する。
【０００８】
殆どの工業用濃縮器は、高温の空気を用いて脱離を行う。炭化水素の濃度が爆発下限（体積百分率で約1.5%の炭化水素）に近づく危険性ゆえ、これらの装置内のガスについての濃度は、脱離物がECDの主燃料として作用するのに充分なだけ燃料リッチになることは決して無い。本発明の背景技術に記載したように、希釈炭化水素は単に燃焼用空気の一部として機関に供給される。機関は、動作するために別個の燃料供給部を必要とする。さらに、多くの廃ガスは、ECDの燃料として使用されるには適していない。これらのガスを改質することにより、より容易にECDに消費される改質油に転換することが出来る。
【０００９】
本装置は、製造業などのプロセスから廃ガスを受け入れる。もし、そのガスが微粒子を含む傾向があるならば、それは濃縮される前に多段濾過装置によって濾過される。その後、ガスは吸着室に送られ、そこにおいてVOCガスが廃棄流から吸着物質へと除去される。吸着物質は所定間隔でVOC含有ガス源から分離され、VOCを放出又は脱離するために加熱される。脱離サイクルのタイミングは、吸着物質上のVOCの飽和レベルが予め設定されたレベルを超えないようにされる。VOC含有吸着物質を加熱することが、VOCを急激に高温蒸気とし、それはその後改質油に転換され、燃料電池、エンジンあるいは他の形式のECDに送られる。ECD内に導入する燃料を準備するため、必要に応じて燃料を更に処理すべく、燃料冷却器又は燃料凝縮器が使用される場合もある。ECD内の酸化反応の結果として生じる水及びCO2のガスは、大気中に排出される。制御装置が、一連の工程を監視及び制御するために使用される。
【００１０】
種々のECDが、改質油をエネルギーに転換するために利用され得る。運動エネルギーを電気に転換するために発電機を使用することが出来る。実施形態の一つにおいて、希釈VOC含有ガス流は、任意の多段微粒子フィルター及び、吸着/脱離式濃縮器を通る。VOCがガスから取り出され、吸着媒体に付着する。清浄なガスは大気に出されるか、或いは、工程内のどこか別の所で使用され、そしてVOCを脱離させるために不活性ガスが吸着物質を通る。不活性ガスとVOCの混合気は凝縮器に送られ、そこにおいて混合気がVOCを凝縮すべくそれが冷却される。その後、不活性ガスは脱離室に再循環させられる。液体に凝縮されている冷却されたVOCは、それをH2ガス及び炭素の酸化物に転換するための改質器に送られる。その後、気体燃料がECDに供給される。
【００１１】
代替実施形態において、VOC含有ガス流は、任意の多段微粒子フィルター及び、吸着/脱離式濃縮器を通る。VOCはガスから除去され、吸着媒体に付着する。清浄ガスは大気中に出されるか、或いは、工程内のどこか別のところで使用され、掃引ガスが吸着されたVOCを脱離するため吸着物質を通る。掃引ガスは、吸着されたVOCあるいは吸着/脱離式濃縮器と反応若しくは酸化しないガスであり、水蒸気、不活性ガス、燃焼生成物又は、メタンや他のアルカンのような燃料を含み得る。掃引ガスとVOCの濃縮混合気はその後、炭化水素をH2ガスと炭素の酸化物に転換するために改質器を通る。改質油は、ECDに送られる。
【００１２】
別の実施形態において、VOC含有ガス流は、任意の多段微粒子フィルター及び、吸着/脱離式濃縮器を通る。VOCはガスから取り出され、吸着媒体に付着する。清浄ガスは大気に放出されるか、或いは、工程内のどこか別のところで使用され、そして吸着されたVOCを脱離するため掃引ガスが吸着物質を通る。掃引ガスと濃縮VOCの混合気は、その後、炭化水素を水素ガスや炭素の酸化物に転換するために改質器内を通される。その後、改質油が燃料冷却器の中で冷却される。冷却された気体燃料は、ECDに送られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、一連の図面に示され、そこにおいて類似の構成要素は、参照符号の末尾の数字が同じであり、最初の数字は図面番号に一致している。本発明を理解しやすくするため、種々の構成要素と参照符号のテーブルを以下に示す。
【００１４】
【表１】
2007521217.tif 000003
【００１５】
本発明の各実施形態において、VOCは水素及び炭素の酸化物に還元される。本手順は、VOCに含まれている炭化水素を用いて、最終的にエネルギーを抽出する処理を提供する。本装置は、電気又は運動エネルギーを生成するための燃料として希釈VOCガス流から分離した複数成分を利用すると同時に、大気への排出を減少させる。
【００１６】
実施形態の一つにおいて、製造工程からの希釈VOCガス流は、もし、そのガス流の中に粒子状物質が含まれるならば、多段濾過装置によって濾過される。その後ガスは吸着室内に送られ、そこにおいてVOCが廃棄流から吸着媒体上に取り出される。この吸着媒体は、所定の間隔でVOC含有ガス源から分離され、VOCを放出又は脱離させるべく加熱される。脱離サイクルのタイミングは、吸着媒体上のVOCの飽和レベルが予め設定されたレベルを超えないようにされる。VOC含有吸着媒体を加熱して急激に高温蒸気とする。それからVOCは改質器へ送られ、そしてエンジン若しくは燃料電池のいずれかであり得るエネルギー転換装置（ECD）に送られる。エンジンは、機器に動力を供給するため又は、電気を起こすよう発電機を運転するために使用され得る。代替実施形態においては、付着したVOCを脱離すべく掃引ガスが吸着媒体を通る。この掃引ガスは、水蒸気、不活性ガス、燃焼生成物又は、メタンや他のアルカンのような燃料である場合がある。掃引ガスとVOCの濃縮混合気はその後、改質器の中へと進む。別の実施形態においては、改質油はECDへの導入前に冷却される。ECD内の酸化反応によって生じる水及びCO2ガスは、大気中に排出される。制御装置が、この一連の工程を監視及び制御するために使用される。
【００１７】
図1は、製造工程の廃ガスからVOCを取り出し、そのVOCを、電気を起こすために使用可能な燃料に転換するための装置100の、第一実施形態を示す。処理は、VOC含有ガス源101において開始する。このガス源101は、VOC含有ガスを、普通は開状態のダンパー102を介して任意の多段微粒子フィルター110の入口に通すことを可能とする。ダンパー102は、装置100によって処理されるように希釈VOCガス流を導く。通常は閉じた状態のダンパー103は、廃ガス処理装置100が作動していないときに、VOCの大気中への一時的な排出を可能とする。昇圧ファン115は、濾過されたガスを吸着/脱離式濃縮器120の入口に送る。希釈VOCガス流は濃縮器の吸着部に入り、そこにおいてVOC含有ガスが濃縮器120を通過するときに、VOCが吸着媒体に付着する。排気孔122は、今しがたVOCが除去されたプロセスガスを大気中に出すか、又は、この処理内又は別の製造工程内での使用のために転送されるのを可能とする。吸着媒体は、活性炭素、ゼオライト、合成樹脂、又はそれらの混合物のような、どんな市販の吸着剤でもよい。VOC含有吸着媒体は連続的な閉ループ内で濃縮器の脱離部に送られる。そこにおいて吸着媒体を加熱し窒素のような掃引ガスを濃縮器130内に通すことによって、VOCが脱離させられる。VOCは掃引ガスに混入され、出口123を通って濃縮器120から出て凝縮器130に送られる。凝縮器130は不活性ガスを、VOCの気化温度よりも低く、不活性ガスの凝縮温度よりも高い温度に冷却し、それによって凝縮器130内でVOC（液体）を不活性ガス（気体）から分離する。不活性ガスはライン129を通りファン125へ、そして入口ライン121を通り凝縮器130の脱離部に再循環される。凝縮温度がVOCの凝縮温度より実質的に低い窒素、若しくは他の不活性ガスが、適切な分離を確かなものとするために使用される。そのとき液体の形態のVOCは、出口ライン131を通って凝縮器を出て、改質器140へ流入する。
【００１８】
改質器140は、オートサーマル改質（Auto Thermal Reforming：ATR)のような部分酸化処理によって、VOCをH2, CO, CO2及び水に分解する。燃料処理器用のプロセス水が水入口142を通って入る。空気は入口ライン141を通して加えられる。天然ガスのような補助燃料（第２燃料）が入口ライン144を介して利用可能である。改質器140の制御は、熱平衡を維持しながら、H2 とCOの生成を最大化し且つ、完全に酸化された副産物の生成を最少化するように気流を調節する。水は部分酸化の後に燃料流から凝縮され、排水ライン143を通って燃料処理器から出る。処理された燃料、H2及びCOは燃料処理器を出て、ライン145を通って、この場合、燃料電池かエンジンのいずれかであるECD 160の入口へ至る。ECD 160内の酸化反応のための酸化剤ガスである追加空気が入口161を通して供給される。それは、排出口122から転送された清浄空気とすることが出来る。空気、CO2及び水蒸気が、出口162を通ってECD 160から出る。動力出力163は電気開閉装置170に接続する。燃料電池によって電力が生成されるとき、直流電力が交流電力に変換され、そして設備の内部配電網と互換性をもつべく昇圧させられる。ECD160がスターリング・サイクル・エンジンであるとき、生成された交流電力はその開閉装置を介して昇圧させられる。装置100はコネクター171によって設備の配電網へ接続されている。この配電網は、緊急停止時に装置100が自立するのを可能にする保護されたバスである。
【００１９】
装置100は補助燃料で作動可能であるが、バルブを通して追加される補助燃料の量は90%より実質的に小さく、好ましくは0%となる。装置100は、VOC燃料のエネルギー含有量で完全に作動するよう設計されている。補助燃料は概して、装置100の最初の始動時や、希釈VOCガス源の出力が装置100の効率的な作動よりも下がるときに使用される。補助燃料のみで装置100の運転を可能にすることは、その装置を利用する設備に予備のバックアップ電力を供給し、装置の架設コストに対して十分な根拠を示す一助となる。
【００２０】
この装置は、大小のガス流にあわせて設計され得る。適用例の一つにおいて、自動車塗装ブースがこの装置100にダクト連結された。このブースは、フル稼働されたとき、2000から6500scfmの希釈VOCガスを供給する。この希釈VOCガス流は、濃度が10から1000ppmのキシレンのような芳香族炭化水素、ヘプタンのような直鎖炭化水素及び、ブチルアセレートのような含酸素炭化水素である。この濃度において、希釈VOC流は空気中におけるVOCの爆発下限濃度より下になる。
【００２１】
濃縮器120は、VOCの濃度を15,000ppmよりも高く、好ましくは200,000ppmよりも高い値にする。濃縮されたVOCが空気ではなく不活性ガスによって運ばれているので、爆発の可能性は、加圧された燃料ラインのそれに比べて大きくない。本発明の他の適用例は、エタノールの製造中に放出されるホルムアルデヒド及び酸性の酸、或いは、焼成工程で排出されるVOCの捕捉を含む。土壌又は水に混ざったVOCは、その後、処理用装置100に供給される希釈VOCガス流に放出することが出来る。別の適用例において、この装置は、地下や地上のタンク、タンクローリーやタンカー、あるいは他の容器から、蓄積している間又は供給している間に出るガソリンを捕捉するために使用することが出来る。希釈VOCを含む他の多くの適用例が、本技術分野の当業者にとって明白であることになり、そして本発明により企図される。
【００２２】
図2は、製造工程の廃ガス流からVOCを取り出し、そのVOCを、電気を生成するために使用可能な燃料に転換するための装置200の、別の実施形態を示す。処理はVOC含有ガス源201において開始し、VOC含有ガスを普通は開状態のダンパー202を介して任意の多段微粒子フィルター210の入口に通すことを可能とする。通常は閉じた状態のダンパー203は、廃ガス処理装置200が作動していないときに、大気中への一時的な排出を可能とする。昇圧ファン215は、濾過されたガスを吸着/脱離式濃縮器220の入口に送る。ガス流はまず、濃縮器220の吸着部に入り、その濃縮器220を通る際にVOCが吸着媒体に付着する。吸着媒体は、活性炭素、ゼオライト、合成樹脂、又はそれらの混合物のような、どんな市販の吸着剤でもよい。VOC含有吸着媒体は連続的な閉ループ内で濃縮器220の脱離部に送られる。そこにおいて、吸着媒体を加熱し、VOCを除去（脱離）すべく、外部蒸気生成器又はボイラーからの200-600°Fの蒸気がライン221を通って濃縮器220に入る。蒸気の代わりに、不活性燃焼生成物又は、メタンや他のアルカンのような気体燃料から構成される掃引ガスを、脱離されたVOCの輸送媒体として使用してもよい。追加の熱源(不図示)が、濃縮器220の脱離部に必要とされる場合がある。排気孔222は、今しがたVOCが除去されたプロセスガスが、大気中に出るか、若しくは、この処理内又は別の製造工程内での使用のために転送されるのを可能とする。そのとき、気体の形態で掃引ガスによって運ばれるVOCガスは、それを濃縮燃料として改質器240に送る排出口223を通って、濃縮器220を出る。
【００２３】
改質器240は、オートサーマル改質（ATR）のような部分酸化処理によって、VOCをH2, CO, CO2及び水に分解する。必要に応じて、燃料処理器のための追加プロセス水が、水入口242を通って入る。空気が、入口ライン241を通して加えられる。天然ガスのような補助燃料が、入口ライン244を介して利用可能である。改質器240の制御は、熱平衡を維持しながら、H2 とCOの生成を最大化し且つ、完全に酸化された副産物の生成を最少化するように、気流を調節する。水は部分酸化の後に燃料流から凝縮され、排水ライン243を通って燃料処理器から出る。処理された燃料、H2及びCOは、ライン245を通って燃料処理器を出て、この場合燃料電池かエンジンのいずれかであるECD 260の入口へと至る。ECD 260内の酸化反応のための追加空気が入口261を通して供給され、それは、排出孔222から転送された清浄空気とすることが出来る。余剰空気、CO2及び水蒸気が、出口262を通ってECD 260から出る。動力出力263は電気開閉装置270に接続する。燃料電池によって電力が生成されるとき、直流電力が交流電力に変換され、そして設備の内部配電網と互換性をもつべく昇圧させられる。ECD 260がスターリング・サイクル・エンジンであるとき、生成された交流電力はその開閉装置を介して昇圧させられる。設備の配電網への装置200の接続はコネクター 271によって行なわれる。この配電網は、装置200が緊急停止のために自立するのを可能にする保護されたバスである。
【００２４】
図3は、製造工程の廃ガス流からVOCを取り出し、そのVOCを、電気を起こすために使用可能な燃料に転換するための装置300の別の実施形態を示す。処理はVOC含有ガス源301において開始し、VOC含有ガスを普通は開状態のダンパー302を介して任意の多段微粒子フィルター310の入口に通すことを可能とする。通常は閉じた状態のダンパー303は、廃ガス処理装置300が作動していないときに、大気への一時的な排出を可能とする。昇圧ファン315は、濾過されたガスを吸着/脱離式濃縮器320の入口に送る。ガス流はまず、濃縮器320の吸着部に入り、その濃縮器320を通る際にVOCが吸着媒体に付着する。吸着媒体は、活性炭素、ゼオライト、合成樹脂、又はそれらの混合物のような、どんな市販の吸着剤でもよい。VOC含有吸着媒体は連続的な閉ループ内で濃縮器320の脱離部に送られ、そこにおいて、吸着媒体を加熱し吸着媒体からVOCを除去又は脱離すべく、外部蒸気生成器又はボイラーからの200-600°Fの蒸気がライン321を通って濃縮器320の中に入る。その代わりに、不活性燃焼生成物又は、メタンや他のアルカンのような気体燃料から構成される掃引ガスを、脱離されたVOCの輸送媒体として使用してもよい。天然ガスが使用されるとき、硫黄及び、吸着媒体を汚染する可能性のある他の物質を除去するため、硫黄ガス清浄器が必要となる場合がある。追加の熱源(不図示)が濃縮器320の脱離部に必要とされる場合がある。排気孔322は、今しがたVOCが除去されたプロセスガスが、大気中に出るか、又は、この処理内又は別の製造工程内での使用のために転送されることを可能とする。このとき、気体の形態で掃引ガスによって運ばれるVOCガスは、それを濃縮燃料として改質器340に送る排出口323を経て、濃縮器320を出る。
【００２５】
改質器340は、オートサーマル改質（ATR）のような部分酸化処理によって、VOCをH2, CO, CO2及び水に分解する。必要に応じて、燃料処理器のための追加プロセス水が水入口342を通って入る。空気が入口ライン341を通して加えられる。天然ガスのような補助燃料が、入口ライン344を介して利用可能である。改質器340の制御は、熱平衡を維持しながら、H2 とCOの生成を最大化し且つ、完全に酸化された副産物の生成を最少化するように、気流を調節する。水は部分酸化の後に燃料流から凝縮され、排水ライン343を通って燃料処理器から出る。処理された燃料、H2及びCOは燃料処理器を出てライン345を通り、そこにおいて燃料が使用可能な温度に冷却される燃料冷却器350の入口へと至る。燃料はバルブ351を経て冷却器を出て、この場合燃料電池かエンジンのいずれかであるECD 360の入口に送られる。ECD 360内の酸化反応のための追加空気が入口361を通って供給される。それは、排出孔322から転送された清浄空気とすることが出来る。余剰空気、CO2及び水蒸気が、出口362を通ってECD 360から放出される。動力出力363は電気開閉装置370に接続されている。燃料電池によって電力が生成されるとき、直流電力が交流電力に変換され、そして設備の内部配電網と互換性を持つべく昇圧させられる。ECD 360がエンジンのとき、生成された交流電力はその開閉装置を介して昇圧させられる。装置300はコネクター371によって設備の配電網へ接続されている。この配電網は、装置300の緊急停止のために自立するのを可能にする保護されたバスである。
【００２６】
処理に関する上述の説明は、特定の好ましい実施形態を同定するが、説明された装置への適用に限定することを意図するものではない。
【００２７】
各実施形態は、任意の多段フィルターシステムを示している。このフィルターは、ECD又は改質器に悪影響を与える可能性のある、いかなる有機微粒子及び無機微粒子をも除去するために使用される。いくつかのVOC源が微粒子を含んでいない場合もあり、いくつかのECDが微粒子に対する耐性を持っている場合も有るので、この処理の適用において濾過装置が必要でない場合もある。
【００２８】
濃縮器は、吸着物質が吸着部から脱離部まで運ばれる移送式装置として記載されている。流動層式装置又は、回転車輪に吸着物質が付設された装置によって、濃縮が実行可能であることは理解される。また、吸着物質を固定層に設け、源ガス流及び廃棄燃料流を導く弁を制御することによって吸着及び脱離を種々のパターンで代わるがわる実施するように濃縮器を構成することも可能である。濃縮器は、非酸化性環境においてVOCを脱離すること、吸着器に残っている清浄空気から脱離された廃棄物を分離すること、及び、脱離した廃棄物が、炭化水素濃度が15,000ppmより高いVOCを持つようにVOCを濃縮すること、が可能とされるべきである。掃引ガスは、脱離工程において装置内にある炭化水素と反応しうる遊離酸素を含まないよう、不活性ガス、水蒸気、あるいはメタンや他のアルカンのような燃料とすればよい。
【００２９】
ATR改質器もまた、種々の代替構成を含み得る。オートサーマル改質は、酸化工程及び水蒸気改質工程の二つの処理工程から構成される。単純な蒸気改質器は、あるECDに燃料を補給する単純なVOC用に使用され得るが、プロトン交換膜型燃料電池のような特定の発電機のために、水性ガスシフト反応及び/又は優先酸化反応を利用する、より複雑な改質工程が必要とされる場合がある。また、プラズマアーク分解処理が適している燃料もある。
【００３０】
本発明に記述された装置が、市販の構成要素から構築され、上述の特定の組み合わせで作動させられたとき、ある種の製造工程の廃ガス流から電気を生成する装置を形成することは明らかであろう。上述した実施形態では、改質された高温の気体燃料及び、改質された低温の気体燃料を含む種々の形態の燃料が、燃料電池、エンジン、タービン又は、他のECDに使用される結果となる。必要とされる燃料が装置の構成部品の選択を誘導する。
【００３１】
本発明の実施形態及び上述の燃料の形態は、本発明の適用を限定することを意図していない。装置の構成要素は、本発明の技術思想から逸脱することなく、他の形態に組替え可能である。特許請求の範囲によって要求されるものを除いて、本発明の適用を限定することは意図されていない。
【００３２】
本発明の種々の目的の達成に関して、本発明の種々の好ましい実施形態を説明してきた。これらの実施形態が、単なる本発明の主題の例示であることを理解すべきである。実施形態の多くの修正及びその適用が、本発明の技術思想及び範囲から逸脱することなく、本技術分野の当業者にとって直ちに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ガス流から希釈VOCを取り出し、それをH2, CO及び、CO2、窒素及び水のような種々の不活性ガスからなる高温気体燃料に濃縮するための装置の説明図である。
【図２】ガス流から希釈VOCを取り出し、それをH2, CO及び、CO2、窒素及び水のような種々の不活性ガスからなる高温気体燃料に濃縮するための別の装置の説明図である。
【図３】ガス流から希釈VOCを取り出し、それをH2, CO及び、CO2、窒素及び水のような種々の不活性ガスからなる低温気体燃料に濃縮するための装置の説明図である。
【図１】
2007521217.tif 000004
【図２】
2007521217.tif 000005
【図３】
2007521217.tif 000006
【国際調査報告】
2007521217.tif 000007