(57)【要約】【課題】揮発性有機化合物Ａを吸着塔１１の吸着剤に吸着させた後、脱着用水蒸気Ｆを供給して脱着させて燃焼炉３１で焼却する有機化合物処理装置において、脱着時に脱着用水蒸気が凝縮して生じるドレンＧを、特別な工程を必要とすることなく処理する。【解決手段】脱着用水蒸気Ｆを生成する熱交換器３２を経由して十分な温度に加熱するまで脱着用水蒸気Ｆを循環させ得る水蒸気生成循環経路５４にドレンＧを導入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
揮発性有機化合物を吸着する吸着剤を充填した吸着層を内部に有し、上記吸着層から上記揮発性有機化合物を脱着させる脱着用水蒸気を供給され得る吸着塔と、
脱着した上記揮発性有機化合物を燃料の一部として利用可能な燃焼炉と、
上記燃焼炉で生成した高温ガスと水とを熱交換して上記脱着用水蒸気を生成する熱交換器とを有し、
上記吸着塔で脱着用水蒸気が凝縮して生じるドレンを、上記熱交換器で生成させた上記脱着用水蒸気を再加熱させるために上記熱交換器へ循環させる水蒸気生成循環経路に導入可能な配管を有する、有機化合物処理装置。
【請求項２】
上記吸着塔で生じたドレンを、上記水蒸気生成循環経路へ導入する前に一時的に貯留可能なドレン貯留装置を有する請求項１に記載の有機化合物処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の有機化合物処理装置を用いて、
上記揮発性有機化合物を上記吸着剤に吸着させた後、上記脱着用水蒸気を導入して上記揮発性有機化合物を上記吸着剤から脱着させて上記燃焼炉へ供出させて燃焼させる有機化合物処理方法において、
上記脱着時に上記吸着塔で生じる上記揮発性有機化合物を含有する上記ドレンを、上記脱着用水蒸気を加熱するために循環させている上記水蒸気生成循環経路に導入して、上記ドレンに含まれる上記揮発性有機化合物を上記脱着用水蒸気に同伴させ、上記燃焼炉で燃焼させる有機化合物処理方法。
【請求項４】
上記水蒸気生成循環経路に、上記高温ガス、上記高温ガスを熱交換した後の排ガス、又はそれらの両方を導入する、請求項３に記載の有機化合物処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、揮発性有機化合物を含むガスを排出する前に、ガスから揮発性有機化合物を処理する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場から発生する排ガスには、そのまま大気中に排出すると問題を起こす揮発性有機化合物が含まれる場合がある。この場合、排ガスを大気中に排出する前に、含有している揮発性有機化合物を処理しなければならない。その方法として、活性炭等の吸着剤を内蔵した吸着塔で、排ガス中に含まれる揮発性有機化合物を吸着剤に吸着させ、ガス中の濃度を低減させて大気へ排出する。その後、吸着塔に水蒸気を導入して吸着剤から揮発性有機化合物を脱着させて吸着塔を再利用可能にするとともに、揮発性有機化合物を処理するという吸脱着方式が一般的である。また、脱着させた揮発性有機化合物を燃焼させ、その燃焼熱を利用して脱着用水蒸気を生成させることもできる。
【０００３】
しかし、吸着塔内の吸着剤が低温であるうちは、吸着塔に導入した水蒸気は凝縮してドレンが発生する。このドレンは脱着した揮発性有機化合物やその他の不純物を含むため、工場外に排出するには別途排出処理を行わなければならない。
【０００４】
特許文献１には、吸着槽を備えたフルオロカーボン回収装置に導入する脱着用水蒸気を生成するボイラを備え、脱着用水蒸気のドレンをそのボイラの補給水として再利用することが記載されている（請求項１，図１）。ドレンに含まれるフルオロカーボンはボイラの熱により水とともに蒸発して吸着塔へ移送され、一旦吸着された後、通常の脱着工程で処理されるため、別途ドレンの排出処理を行わなくてもよくなる。
【０００５】
また、特許文献２には、脱着用水蒸気のドレンを回収し、そのドレンをミスト化して吸着塔内へ噴霧して再度吸着剤に吸着させる方法が記載されている。ミスト化にあたっては、脱着用水蒸気の一部とドレンとを合わせてエゼクタ（ejector）に導入することが記載されている。ドレンに含有された揮発性有機化合物は、吸着剤に吸着された後で脱着されて燃焼炉で燃料として消費されるため、別途ドレンの排出処理を行わなくてもよくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平３−１１５０２６号公報
【特許文献２】特開２００９−２３３６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の手法では、ボイラの補給水としてドレンを供給するため、ボイラの伝熱面にドレンが含有する不純物などがスケールとして付着してしまい、これを除去するための定期的なメンテナンスが必要になってしまう。
【０００８】
また、特許文献２に記載の手法では、ドレンをミスト化するためのエゼクタが必要になるため、工程が長く装置全体が複雑化してしまう。さらに、ドレンをミスト化するためには本来脱着用に用いる水蒸気を流用しなければならず、その水蒸気は脱着には活用されないため、装置全体での熱エネルギー効率が低下してしまっていた。
【０００９】
そこでこの発明は、特別な工程を必要とすることなく、脱着用水蒸気のドレンの処理を不要にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、熱交換器を経由して十分な温度に加熱するまで脱着用水蒸気を循環させ得る水蒸気生成循環経路にドレンを導入することで、上記の課題を解決したのである。
【００１１】
上記水蒸気生成循環経路には、吸着塔へ送る前の水蒸気が空気に乗って循環しており、熱交換器ではこの経路を循環して戻ってきた水蒸気に加えて、さらに水を供給しつつ加熱していき十分に高温の脱着用水蒸気を生成する。この水蒸気生成循環経路にドレンを導入すると、循環する空気及び水蒸気により気流搬送されながら細かい液滴となって熱交換器へ到達し、熱を受けて水蒸気となる。この工程は、吸着塔での吸着及び脱着工程と並行して、あるいはそれらの工程の準備として行えるので、吸着塔の使用及び再生サイクル中に余計なステップを挟む必要はない。また、ドレン中の揮発性有機化合物を含む不純物は、生成した脱着用水蒸気とともに吸着塔に気流搬送され、燃焼炉でエネルギーとして燃焼された上で、系外へと排出される。これにより、別途排出処理の設備を拡張する必要なく、ドレンの処理が可能となる。
【００１２】
さらに、ドレンを水蒸気生成循環経路に供給した後も、所定温度に到達するまでは経路内を循環させることもできるため、吸着塔に供給される脱着用水蒸気の温度が低下して脱着効率が低下するといったこともない。そして、ドレンを熱交換器に直接供給するのではなく、水蒸気生成循環経路に導入して気流搬送させることで、水だけでなく不純物も気流搬送されながら加熱されるため、熱交換器の伝熱面でスケール化しにくくなり、メンテナンス回数の増加を抑制できる。
【００１３】
ドレンを水蒸気生成循環経路に送り込むにあたっては、ドレンを蓄えるタンクを設けて吸着塔から出たドレンを一旦にそこに蓄え、必要な量を水蒸気生成循環経路に送り込めるようにすると、熱交換器や燃焼炉の温度に応じた最適なタイミングでドレンを水蒸気化できるので好ましい。これはただのタンクであり、装置の構造を複雑化させることなく設置できる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明により、装置を複雑化させる工程を追加することなく、また、別途メンテナンスの手間を生じさせることなく、脱着用水蒸気のドレンを処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明にかかる第一の有機化合物処理装置の実施例図
【図２】この発明にかかる第一の有機化合物処理装置の運用方法の例を示すフロー図
【図３】この発明にかかる第二の有機化合物処理装置の実施例図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明の実施形態を説明する。この発明は、揮発性有機化合物含有ガスの濃度を低減させて大気中へ排出可能とし、その分の揮発性有機化合物を回収して燃料として使用する揮発性有機化合物処理装置にかかるものである。図１はこの発明にかかる揮発性有機化合物処理装置の全体像の例を示す。
【００１７】
この発明で処理する揮発性有機化合物とは、常圧で加熱することで気体になり得る有機化合物であり、特に常温で液体であるものが吸着処理しやすい。例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の炭素数が１〜８程度のアルコール、トルエン、ベンゼンなどの芳香族有機化合物などの、炭化水素系の溶剤が挙げられる。
【００１８】
この発明を実施する揮発性有機化合物処理装置は、一基又は複数基の吸着塔１１と、燃焼炉３１と、熱交換器３２と、それらを繋ぐ配管とからなる。ここでは、二基の吸着塔１１（１１ａ，１１ｂ）を有する構成を例に示す。
【００１９】
個々の吸着塔１１は、角形であり、内部は下方側の端部近傍に設けた一枚の多孔板２０（２０ａ、２０ｂ）で仕切ってある。この多孔板２０上に、揮発性有機化合物を吸着し、加熱により脱着できる吸着剤を充填させた吸着層１２（１２ａ、１２ｂ）を設けている。この吸着剤としては、例えば活性炭などが挙げられる。
【００２０】
吸着塔１１の吸着層１２より上端側には、揮発性有機化合物含有ガスＡの導入口１７（１７ａ，１７ｂ）が設けてあり、吸着層１２より下端側には、揮発性有機化合物を吸着剤に吸着されて濃度が低下した処理後ガスＢの排出口１８（１８ａ，１８ｂ）が設けてある。排出口１８は大気中へ放出するものである。
【００２１】
また、吸着塔１１の吸着層１２を設けた部分の側面と下端とに、脱着用水蒸気Ｆの供給口２４，２５が設けてある。側面の供給口２４ａ、２４ｂは吸着層１２の上下方向中央よりも上で吸着層１２の上端よりも下に位置しており、下端の供給口２５ａ、２５ｂは吸着層１２の下端よりも下に位置している。なお、さらに多段階に供給口が設けられていてもよい。また、有機化合物を脱着した水蒸気有機化合物同伴ガスＫを抜き出すための供出口２６ａ、２６ｂが、吸着層１２の上端よりも上端側に設けてある。この供出口２６から燃焼炉３１へと通じる同伴ガス供出路２１を通ってこの水蒸気有機化合物同伴ガスＫが搬送される。
【００２２】
さらに、吸着塔１１の吸着層１２の下端よりも下の、吸着塔１１底部近傍に、発生したドレンの抜出口２７ａ，２７ｂが設けてある。また、抜出口２７ａ，２７ｂから抜け出たドレンをドレン貯留装置２９に送り込むドレン配管２８が設けてある。
【００２３】
燃焼炉３１は、上記脱着用水蒸気Ｆを生成するための熱を発生させるものであり、燃料Ｄを供給する燃料供給口４２と、吸着塔１１の供出口２６から送られてきた水蒸気有機化合物同伴ガスＫを供給する含有ガス供給口４３、バーナ（図示せず）、煙突６０、内部温度を測定する燃焼炉温度センサ４４を有する。この燃焼炉３１で発生した熱が、発生した高温ガスとして、高温ガス供出路４５を通り、熱交換器３２へ供給される。
【００２４】
熱交換器３２は、水蒸気の元となる水Ｅを供給する水供給口５８を備え、水Ｅを加熱して得られた脱着用水蒸気Ｆを吸着塔１１の供給口２４，２５へ供給する、脱着用水蒸気供給路５２と、内部温度を測定する水蒸気温度センサ５６とを有する。なお、水供給口５８は、熱交換器３２内に水Ｅを噴霧する機能を有している。
【００２５】
熱交換器３２で生じた水蒸気Ｆが抜き出される脱着用水蒸気供給路５２は、途中で分岐（循環経路分岐点５３）しており、一方は熱交換器３２へと戻る水蒸気生成循環経路５４へ、他方は吸着塔１１へと繋がる水蒸気供給経路５５へと分かれている。水蒸気生成循環経路５４の途中には、熱交換器３２へ向かって吹き上げるブロワ６１が設けられて循環する気流を生じさせている。水蒸気生成循環経路５４のうち、このブロワ６１から生じる気流が通過する部分の途中（気流通過点６３）に、ドレン貯留装置２９に貯留したドレンを供給するドレン供給管６２が接続される。水蒸気生成循環経路５４の気流の中に導入されたドレンＧは、導入する気流通過点６３に留まらずに細かい雫、又は循環している水蒸気と熱交換し、水蒸気となって順次搬送されていく。このため、気流通過点６３からブロワ６１にかけてドレンＧ中の不純物がスケール化することを防止しながらドレンＧを供給し続けることができる。
【００２６】
吸着塔１１へと通じる水蒸気供給経路５５も途中で分岐（大気開放路分岐点５７）しており、一方は大気への開放口５９に繋がり、他方は吸着塔１１の供給口２４，２５へと繋がっている。ドレンＧが蒸発した水蒸気と有機成分は、吸着塔１１で水蒸気が脱着に寄与した上で、供出口２６から同伴ガス供出路２１を通って燃焼炉３１に到達し、有機成分が燃料として消費される。
【００２７】
この発明にかかる装置により、揮発性有機化合物の処理を行う手順例を示す。
この発明にかかる揮発性有機化合物処理装置は、まず、吸着塔１１に導入された揮発性有機化合物含有ガスＡに含まれる揮発性有機化合物を、吸着層１２の吸着剤に吸着させる。吸着層１２を通過した処理後ガスＢは排出口１８から出て大気中へ放出される。この吸着作業を一定時間が経過するまで、又は、吸着能が一定以下になるまで行う。なお、吸着能の低下を検知して吸着を止めるには、排出口１８に揮発性有機化合物の検出装置（図示せず）を設け、そこで処理後ガスＢに含まれる揮発性有機化合物の濃度を測定し、予め定めた値以上になったら、吸着層１２の吸着能が限界に達していると解釈して導入口１７の弁へ閉める命令を出す制御回路を設ける。
【００２８】
一方、吸着を終える前から脱着の準備を進めておく。脱着用水蒸気Ｆは即座に供給開始できるものではないので、吸着終了後から加熱を始めると、脱着が始まるまでの間にタイムラグが生じてしまい、本来必要な吸着工程が止まってしまうためである。なお、吸着塔１１が二基以上ある場合は、一方で吸着工程を止めても他方で吸着工程を行うことができるが、その場合は常に脱着用水蒸気Ｆを用意していることとなる。このとき、水蒸気生成循環経路５４を循環させることで脱着用水蒸気Ｆを高温のまま保持しておくことができる。
【００２９】
この脱着工程を図２のフローを用いて説明する。まず、燃焼炉３１で燃料Ｄの燃焼を開始し、水蒸気生成循環経路５４内の空気を、経路中に設けたブロワ６１で循環させる（Ｓ１１）。この時の空気温度を水蒸気温度センサ５６で検知し、水蒸気が生成できる設定温度Ｔ１以上になったことを確認したら（Ｓ１２）、水Ｅの水供給口５８の弁を開放し、水Ｅを噴霧して熱交換器３２内で水蒸気を生成させる（Ｓ１３）。熱交換器３２では、水蒸気温度センサ５６で生成する水蒸気の温度を検知しておき、脱着用水蒸気Ｆが脱着に好適な温度Ｔ２になるまで（Ｓ１４）、又は吸着が終了するまで、開放口５９への弁を開放して、大気中へ放出する（Ｓ１５）。脱着は吸熱反応であるため、十分に高温の水蒸気でなければ脱着が速やかに進行しないからである。従って、ここで脱着用水蒸気Ｆとは、過熱水蒸気である。また、循環経路分岐点５３で分岐する一部の脱着用水蒸気Ｆは水蒸気生成循環経路５４へと通じて、熱交換器３２へ循環する。
【００３０】
吸着塔１１での吸着が終了し、脱着用水蒸気Ｆが所定の温度Ｔ２以上になったら（Ｓ１４）、開放口の制御回路により開放口５９への弁を閉じるとともに、供出口２６に近い側の供給口２４への脱着用水蒸気Ｆの弁を開放する（Ｓ１６）。供給口２４に供給された脱着用水蒸気Ｆは、吸着層１２の吸着剤に接触して、保持する熱を吸着剤に与えて加熱するとともに、一部の水蒸気が凝縮して水となる。この水は吸着剤に接触して吸着されたままの一部の揮発性有機化合物やその他の不純物を取り込んでドレンとなる。集まったドレンは自重で吸着塔１１内を落下して、塔底部にある抜出口２７からドレンＧとして排出を開始する（Ｓ１７）。吸着層１２の上層部分の吸着剤が十分に加熱された後は、脱着用水蒸気Ｆと接触することで揮発性有機化合物の脱着反応が進行する。凝縮しなかった水蒸気と脱着された揮発性有機化合物とは一緒になって、水蒸気有機化合物同伴ガスＫとなって供出口２６から供出させる（Ｓ１８）。
【００３１】
水蒸気有機化合物同伴ガスＫが燃焼炉３１に到達すると（Ｓ１９）、燃焼炉３１に供給される可燃物の合計量が増えるので、燃焼炉３１内の温度が上昇する。この温度上昇を燃焼炉温度センサ４４で検知する。燃料Ｄのみの燃焼の際の温度上昇の誤差分を上回るとして規定する規定の温度Ｔ３を予め規定しておき、燃焼炉温度センサ４４の検知温度がＴ３以上となったら（Ｓ２０）、水蒸気有機化合物同伴ガスＫの到達により、可燃物が増えたとみなして、燃料供給口４２へ供給される燃料Ｄの弁を絞り、燃料Ｄを節約する（Ｓ２１）。
【００３２】
ただし、水蒸気有機化合物同伴ガスＫに含まれる有機化合物は、供給口２４付近に吸着した揮発性有機化合物が徐々に脱着されていくにつれて減っていくので、タイミングを計って供給口２５の弁を開放して、燃焼炉３１に供給される揮発性有機化合物の量が過度に低下しないようにする。供給口が２４，２５との間にさらに多段に亘って設けられている場合は、最も供出口２６に近い側にある供給口から順次タイミングを計って開放していく。この開放するタイミングは、供出口２６に近い側にある供給口２４を開放してからの経過時間によって決定しておいてもよいし、燃焼炉３１の燃焼炉温度センサ４４が予め規定した温度低下を示す、すなわち、燃やすべき可燃物の量が減少したことを検知したら、順次開放するようにしてもよい。温度低下を検知する場合、可燃物が減少して対処すべきと考えられる炉内温度Ｔ４を予め規定した制御回路が、燃焼炉温度センサ４４の温度低下を検知したら（Ｓ２２）、供給口の未開放の弁のうち、供出口２６側（上端側）にある弁を開放する（Ｓ２３）。一つの弁を開放して、一旦炉内温度が上昇したら、再び炉内温度を監視し、温度低下を検知したら次の弁を開放する。仮に、図１よりもさらに多段に亘って供給口がある場合は、これを全ての供給口が開くまで続ける。なお、次の弁を開放したら、それまで開放していた供給口の弁は閉鎖する。
【００３３】
供給口２４，２５等を全て開放してから、吸着層１２における脱着が十分に進行する時間ｔ１が経過したら（Ｓ２６）、供給口２４、２５等を全て閉鎖して脱着を終了する（Ｓ２７）。
【００３４】
以上で吸着塔１１の脱着は終了し、再び吸着層１２での吸着が可能な状態になったので、揮発性有機化合物含有ガスＡの導入口１７を開放して吸着を開始し、一定時間吸着した後、上記と同様の手順で脱着を行う。
【００３５】
一方、Ｓ１７で排出されたドレンＧは一旦ドレン貯留装置２９に蓄えられた後、水蒸気生成循環経路５４へ供給される（Ｓ１７）。このドレン貯留装置２９に一旦蓄えることで、ドレン貯留装置２９が水封装置としての機能を果たし、水蒸気生成循環経路５４から吸着塔１１への水蒸気の逆流を防止できる。供給されたドレンＧは、細かい雫となって熱交換器３２で加熱されて蒸発し、または循環している脱着用水蒸気Ｆと熱交換し、水蒸気となって、順次搬送されていく。その後、脱着用水蒸気Ｆが十分に加熱されたら（Ｓ１４、Ｓ１５）、必要なタイミングで脱着用水蒸気Ｆを吸着塔１１に供給する（Ｓ１６）。この吸着塔１１は、先に脱着が終えた吸着塔１１でもよいし、二基の吸着塔１１を備える場合は二基目の吸着塔１１となる。
【００３６】
この発明を実施する有機化合物処理装置の形態は、上記の図１の形態に限られるものではなく、吸着塔１１と燃焼炉３１、熱交換器３２を備え、脱着用水蒸気Ｆを供給して吸着剤の再生を行う処理装置であれば、同様に吸着塔１１から排出したドレンを熱交換器３２に循環させる水蒸気生成循環経路５４に供給する配管を設けることでこの発明にかかる装置として実施できる。
【００３７】
上記以外の形態としては例えば、燃焼炉３１で生成した高温ガスや、その高温ガスを熱交換器３２に供給して熱交換させた後の排ガスを一部分岐させて水蒸気生成循環経路５４に導入して、ドレンＧの搬送及び蒸発と水蒸気の加熱とを促進させてもよい。この実施形態を図３の例に示す。高温ガス供出路４５と排ガス供出路４６とをそれぞれ分岐させて、水蒸気生成循環経路５４へと供給する高温ガス分岐供給路４７と排ガス分岐供給路４８とを設ける。
【００３８】
なお、この発明を実施する際の実施形態は、吸着塔１１に設ける供給口２４、２５、供出口２６，導入口１７、排出口１８の位置の上下方向が逆でもよい。また、原理上は吸着塔１１が水平方向を向いた、図の形態から９０度回転した形態でも実施可能である。吸着塔１１がいずれの方向を向いているにせよ、吸着塔１１への揮発性有機化合物含有ガスＡを導入する導入口１７と、水蒸気有機化合物同伴ガスＫを供出する供出口２６とが、吸着塔１１の一方の端部側（一端側）にあり、処理後ガスＢを排出する排出口１８が、他方の端部側（他端側）に位置する形態は変わらない。
【符号の説明】
【００３９】
１１，１１ａ，１１ｂ  吸着塔
１２  吸着層
１７  導入口（揮発性有機化合物含有ガス）
１８  排出口（処理後ガス）
２０  多孔板
２１  同伴ガス供出路
２４、２４ａ，２４ｂ、２５，２５ａ，２５ｂ  供給口
２６，２６ａ，２６ｂ  供出口（水蒸気有機化合物同伴ガス）
２７，２７ａ，２７ｂ  抜出口
２８  ドレン配管
２９  ドレン貯留装置
３１  燃焼炉
３２  熱交換器
４２  燃料供給口
４３  含有ガス供給口
４４  燃焼炉温度センサ
４５  高温ガス供出路
４６  排ガス供出路
４７  高温ガス分岐供給路
４８  排ガス分岐供給路
５２  脱着用水蒸気供給路
５３  循環経路分岐点
５４  水蒸気生成循環経路
５５  水蒸気供給経路
５６  水蒸気温度センサ
５７  大気開放路分岐点
５８  水供給口
５９  開放口
６０  煙突
６１  ブロワ
６２  ドレン供給管
６３  気流通過点
Ａ  揮発性有機化合物含有ガス
Ｂ  処理後ガス
Ｄ  燃料
Ｅ  水
Ｆ  脱着用水蒸気
Ｇ  ドレン
Ｋ  水蒸気有機化合物同伴ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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