(57)【要約】【課題】吸着剤から脱着した揮発性有機化合物を燃焼・分解処理する燃焼装置の種類を増大させる。【解決手段】所定の吸着剤に吸着された揮発性有機化合物を、酸化反応によってエネルギを発生する燃料ガスを用いて脱着して当該燃料ガス中に混入させる。【選択図】図１
2007244985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の吸着剤に吸着された揮発性有機化合物を、酸化反応によってエネルギを発生する燃料ガスを用いて脱着して当該燃料ガス中に混入させることを特徴とする揮発性有機化合物の脱着方法。
【請求項２】
燃料ガスは、水素、一酸化炭素、カーボン数が１〜４の炭化水素を主成分とするガス状燃料であることを特徴とする請求項１記載の揮発性有機化合物の脱着方法。
【請求項３】
燃料ガスは天然ガスであることを特徴とする請求項１記載の揮発性有機化合物の脱着方法。
【請求項４】
処理対象ガスに含まれる揮発性有機化合物を所定の吸着剤に吸着させる吸着工程と、
請求項１〜３のいずれか１項記載の揮発性有機化合物の脱着方法を用いて吸着剤に吸着された揮発性有機化合物を脱着して燃料ガスに混入させる脱着工程と、
揮発性有機化合物が混入した燃料ガスを燃焼させる燃焼工程と
を有することを特徴とする揮発性有機化合物の処理方法。
【請求項５】
脱着工程に供する燃料ガスを前処理として脱硫する脱硫工程をさらに有する、ことを特徴とする請求項４記載のことを特徴とする揮発性有機化合物の処理方法。
【請求項６】
処理対象ガスに含まれる揮発性有機化合物を所定の吸着剤に吸着させ、該吸着剤に吸着した前記揮発性有機化合物を、酸化反応によってエネルギを発生する燃料ガスを用いて脱着する
ことを特徴とする揮発性有機化合物吸着装置。
【請求項７】
燃料ガスは、水素、一酸化炭素、カーボン数が１〜４の炭化水素を主成分とするガス状燃料であることを特徴とする請求項６記載の揮発性有機化合物吸着装置。
【請求項８】
燃料ガスは天然ガスであることを特徴とする請求項６記載の揮発性有機化合物吸着装置。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項記載の揮発性有機化合物吸着装置と、
該揮発性有機化合物吸着装置から排出される揮発性有機化合物が混入した燃料ガスを燃焼させる燃焼装置と
を備えることを特徴とする揮発性有機化合物処理システム。
【請求項１０】
燃料ガスを脱硫する脱硫装置をさらに備え、該脱硫装置によって脱硫処理した燃料ガスを揮発性有機化合物吸着装置における揮発性有機化合物の脱着に供することを特徴とする請求項９記載の揮発性有機化合物処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揮発性有機化合物の脱着方法及びその処理方法並びに揮発性有機化合物吸着装置及び揮発性有機化合物処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
トルエンやキシレン等、各種の揮発性有機化合物を取り扱う工場では、当該揮発性有機化合物が混入した排ガスを吸着装置に供給することにより揮発性有機化合物を所定の吸着剤に吸着させ、この吸着剤に吸着した揮発性有機化合物を水蒸気を用いて吸着剤から脱着して水蒸気に混入させ、当該揮発性有機化合物が混入した水蒸気（揮発性有機化合物混入水蒸気）をガスタービン等の燃焼装置で燃焼・分解することにより処理している。
このような吸着装置を用いて揮発性有機化合物を分解処理する技術については、例えば下記特許文献１〜３に開示されている。
【特許文献１】特開２００４−０３６４９２号公報
【特許文献２】特開２００４−１８４００３号公報
【特許文献３】特開２００３−３２２３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来技術において燃焼・分解の対象となる揮発性有機化合物混入水蒸気は揮発性有機化合物がある濃度で混入したものであるが、このような揮発性有機化合物混入水蒸気を燃焼処理できる燃焼装置は、ガスタービン等、特定の燃焼装置に限定される。
例えばガスエンジンのようなピストンエンジンでは、水蒸気を燃焼機内に噴射して燃焼させる技術が確立されていないので、揮発性有機化合物混入水蒸気を燃焼・分解するための燃焼装置としてピストンエンジンを使用することはできない。
また、ガスエンジンの場合、高効率と低ＮＯxとを何れも実現するために希薄燃焼を行うが、この希薄燃焼では失火を防止するために非常に精密な空燃比制御を行う必要がある。しかしながら、揮発性有機化合物混入水蒸気における揮発性有機化合物の濃度は安定したものではないので、非常に精密な空燃比制御を必要とするエンジンに揮発性有機化合物混入水蒸気を導入することは現実的に不可能である。
このように、上記従来技術は使用できる燃焼装置が限定されるために汎用性に欠け、市場では揮発性有機化合物をより多くの種類の燃焼装置で分解処理することのできる技術の開発が切望されている。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、吸着剤から脱着した揮発性有機化合物を燃焼・分解処理する燃焼装置の種類を増大させることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明では、揮発性有機化合物の脱着方法に係る第１の解決手段として、所定の吸着剤に吸着された揮発性有機化合物を、酸化反応によってエネルギを発生する燃料ガスを用いて脱着して当該燃料ガス中に混入させる
、という手段を採用する。
【０００６】
揮発性有機化合物の脱着方法に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、燃料ガスは、水素、一酸化炭素、カーボン数が１〜４の炭化水素を主成分とするガス状燃料である、という手段を採用する。
【０００７】
揮発性有機化合物の脱着方法に係る第３の解決手段として、上記第１の手段において、燃料ガスは天然ガスである、という手段を採用する。
【０００８】
また、揮発性有機化合物の処理方法に係る第１の解決手段として、処理対象ガスに含まれる揮発性有機化合物を所定の吸着剤に吸着させる吸着工程と、上記第１〜第２のいずれか１つの解決手段に係る揮発性有機化合物の脱着方法を用いて吸着剤に吸着された揮発性有機化合物を脱着して燃料ガスに混入させる脱着工程と、揮発性有機化合物が混入した燃料ガスを燃焼させる燃焼工程とを有する、という手段を採用する。
【０００９】
揮発性有機化合物の処理方法に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、脱着工程に供する燃料ガスを前処理として脱硫する脱硫工程をさらに有する、という手段を採用する。
【００１０】
一方、本発明では、揮発性有機化合物吸着装置に係る第１の解決手段として、処理対象ガスに含まれる揮発性有機化合物を所定の吸着剤に吸着させ、該吸着剤に吸着した前記揮発性有機化合物を、酸化反応によってエネルギを発生する燃料ガスを用いて脱着する、という手段を採用する。
【００１１】
揮発性有機化合物吸着装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、燃料ガスは、水素、一酸化炭素、カーボン数が１〜４の炭化水素を主成分とするガス状燃料である、という手段を採用する。
【００１２】
揮発性有機化合物吸着装置に係る第３の解決手段として、上記第１の解決手段において、燃料ガスは天然ガスである、という手段を採用する。
【００１３】
また、揮発性有機化合物処理システムに係る第１の解決手段として、上記第１〜第３のいずれか１つの解決手段に係る揮発性有機化合物吸着装置と、該揮発性有機化合物吸着装置から排出される揮発性有機化合物が混入した燃料ガスを燃焼させる燃焼装置とを備える、という手段を採用する。
【００１４】
揮発性有機化合物処理システムに係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、燃料ガスを脱硫する脱硫装置をさらに備え、該脱硫装置によって脱硫処理した燃料ガスを揮発性有機化合物吸着装置における揮発性有機化合物の脱着に供する、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、燃料ガスを用いることにより吸着剤に吸着された揮発性有機化合物を脱着して燃料ガス中に混入させるので、つまり揮発性有機化合物が混入した燃料ガスを燃焼対象とするので、様々な種類の燃焼装置を揮発性有機化合物が混入した燃料ガスを燃焼・分解するための装置として用いることが可能である。
従来技術における揮発性有機化合物の脱着は上述したように水蒸気を用いるものであるが、本願の発明者等は、水蒸気に代えて、燃料ガスを用いることによっても揮発性有機化合物の脱着が可能であることを見出し、この結果として本発明を完成させた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る揮発性有機化合物処理システムの機能構成を示すシステム構成図である。この図において、符号１Ａ〜１Ｃはポンプ、２は脱硫装置、３Ａ，３Ｂは吸着装置、また４はガスエンジンである。
【００１７】
ポンプ１Ａは、外部から燃料として供給された天然ガスをガスエンジン４に送り込む。ポンプ１Ｂは、上記天然ガスを脱硫装置２に送り込む。脱硫装置２は、上記ポンプ１Ｂから送り込まれた天然ガスに含まれた硫黄成分を除去（脱硫）し、脱着用ガスとして吸着装置３Ａ及び吸着装置３Ｂに送り出す。
【００１８】
２台の吸着装置３Ａ，３Ｂは、トルエンやキシレン等、各種の揮発性有機化合物を取り扱う工場から供給されると共に揮発性有機化合物が混入したガスが処理対象ガスとして入力され、処理対象ガスから揮発性有機化合物が除去あるいは揮発性有機化合物が極度に低減された処理済ガスを排出するものであり、内部に各々備えられた吸着剤３ａ，３ｂ（例えば活性炭）に処理対象ガス中に含まれる揮発性有機化合物を吸着することによって処理対象ガスを処理済ガスとする。
【００１９】
また、この吸着装置３Ａ，３Ｂは、吸着剤３ａ，３ｂに吸着した揮発性有機化合物を上記脱硫装置２から供給された天然ガス（脱硫済みの天然ガス）を用いて吸着剤３ａ，３ｂから脱着して当該天然ガス中に混入させる。上記天然ガスは、本実施形態における燃料ガスである。
このような天然ガスを用いた揮発性有機化合物の脱着処理は、本揮発性有機化合物処理システムの特徴点であり、詳細については後述する。
【００２０】
また、図１では図示を省略しているが、各々の吸着装置３Ａ，３Ｂにおいて、上述した各種ガスの供給口及び排出口には開閉弁が設けられている。２つの吸着装置３Ａ，３Ｂは、これら開閉弁が制御装置によって制御されることによって、揮発性有機化合物の吸着剤３ａ，３ｂへの吸着と揮発性有機化合物の吸着剤３ａ，３ｂからの脱着とを交互に行う。このように、２台の吸着装置３Ａ，３Ｂが上記吸着と脱着とを交互に行うことにより、処理対象ガスは略連続的に処理される。
【００２１】
ポンプ１Ｃは、吸着剤３ａ，３ｂから脱着した揮発性有機化合物を含む天然ガス（揮発性有機化合物混入天然ガス）を各々の吸着装置３Ａ，３Ｂから払い出すためのものであり、当該各々の吸着装置３Ａ，３Ｂから払い出された揮発性有機化合物混入天然ガスを燃料としてガスエンジン４に送り出す。
【００２２】
ガスエンジン４は、上述したようにポンプ１Ａから供給された天然ガス及びポンプ１Ｃから供給された揮発性有機化合物混入天然ガスを酸化剤である空気と混合して燃焼させることにより動力を発生する。このガスエンジン４は、揮発性有機化合物混入天然ガス中に混入した揮発性有機化合物を燃焼・分解する燃焼装置に相当する。
【００２３】
次に、本揮発性有機化合物処理システムの動作について詳しく説明する。
本揮発性有機化合物処理システムでは、外部から供給された処理対象ガスが２台の吸着装置３Ａ，３Ｂのうちいずれか一方に供給され、揮発性有機化合物の吸着が行われた後に処理済ガスとして排出される。例えば吸着装置３Ａに処理対象ガスが一定時間に亘って連続的に供給され、吸着装置３Ａは、処理対象ガスに含まれた揮発性有機化合物を吸着剤３ａで順次吸着して処理済ガスを順次排出する。
【００２４】
このように一定時間に亘って処理対象ガスが吸着装置３Ａに供給されることによって吸着装置３Ａの吸着剤３ａが揮発性有機化合物を充分に吸着すると、吸着装置３Ａへの処理対象ガスの供給が停止される一方、処理対象ガスが吸着装置３Ｂに供給される。そして、吸着装置３Ａには、外部から供給された天然ガスが脱着用ガスとして一定時間に亘って供給される。この結果、吸着剤３ａが吸着した揮発性有機化合物は、吸着剤３ａから脱着して天然ガス中に混入し、ポンプ１Ｃによって揮発性有機化合物混入天然ガスとして吸着装置３Ａからガスエンジン４に払い出される。
【００２５】
このように吸着装置３Ａの吸着剤３ａから揮発性有機化合物が脱着される間、吸着装置３Ｂには処理対象ガスが順次供給され、当該処理対象ガス中に含まれる揮発性有機化合物が吸着剤３ｂに順次吸着される。
【００２６】
なお、吸着装置３Ａへの処理対象ガスの供給を停止してから脱着用ガスとしての天然ガスを吸着装置３Ａに供給する間に、吸着剤３ａの表面近傍に滞留する処理対象ガスに含まれる揮発性有機化合物を確実に吸着するために、空気を置換ガスとして吸着装置３Ａに供給するようにしても良い。
【００２７】
上述したように揮発性有機化合物混入天然ガスが吸着装置３Ａからガスエンジン４に払い出される一方、ガスエンジン４には天然ガスが燃料として外部から順次供給されており、当該天然ガスと上記吸着装置３Ａから払い出された揮発性有機化合物混入天然ガスとは、ガスエンジン４において燃焼・分解処理される。そして、吸着装置３Ａの吸着剤３ａについて揮発性有機化合物が十分に脱着されると、吸着装置３Ａへの天然ガスの供給が停止されて処理対象ガスが供給される一方、吸着装置３Ａに天然ガスが脱着用ガスとして供給される。
【００２８】
すなわち、２台の吸着装置３Ａ，３Ｂには処理対象ガスと脱着用ガスである天然ガスとが交互に供給されることによって、２台の吸着装置３Ａ，３Ｂは吸着処理と脱着処理とを交互に繰り返す。したがって、ガスエンジン４にはポンプ１Ａから天然ガスが連続的に供給される一方、揮発性有機化合物混入天然ガスがポンプ１Ｃを介して２台の吸着装置３Ａ，３Ｂのいずれか一方から交互に供給される。
【００２９】
ここで、上記脱着処理について図２及び図３に示す実験結果に基づいて詳しく説明する。
この実験結果は、揮発性有機化合物をトルエンとすると共に処理対象ガスをトルエン飽和蒸気（原料ガス）とし、吸着剤３ａとして顆粒状の活性炭を用いた場合における天然ガスの機能を示している。すなわち、図２における４本の棒グラフのうち、際左列の棒グラフは、上記置換ガスに含まれるトルエン濃度（ｍｇ・Ｌ）を示し、他の棒グラフは、天然ガス（脱着用ガス）を吸着装置３Ａに供給開始してから所定時間時間経過（０〜４分，４〜８分，８〜１２分）に評価サンプルとして回収されたガス（トルエン混入天然ガス）に含まれるトルエン濃度（ｍｇ・Ｌ）の変化を示すものである。また、図３における表は、ガスクロマトグラフィ（通称ガスクロ）を用いて上記各評価サンプル、を成分分析した結果を示している。
【００３０】
なお、主な実験条件は、以下の通りである。
（１）活性炭を１５０°Ｃで１時間加熱することにより吸着されている水分を除去する。
（２）吸着装置３Ａへのトルエン飽和蒸気の供給時間を１５分とする。
（３）吸着装置３Ａへのトルエン飽和蒸気の供給開始から１２分間に回収された処理済ガスを活性炭通過ガス１とした。
（４）吸着装置３Ａへのトルエン飽和蒸気の供給開始から１２分〜１５分の間に回収された処理済ガスを活性炭通過ガス２とした。
（５）置換ガス（空気）を０．５Ｌ／ｍｉｎの流量で８分間だけ吸着装置３Ａに供給した。
（６）吸着装置３Ａに置換ガス（空気）の供給を介してから５分〜８分の間に回収された処理済ガスを空気置換後ガスとした。
（７）天然ガスによる脱着時の吸着装置３Ａ内温度（トルエンを吸着した活性炭の温度）を１２０°Ｃに設定した。
【００３１】
このような実験結果から、置換ガスである空気は脱着作用を殆ど呈さないが、天然ガスはトルエンを活性炭から良好に脱着させることが判る。すなわち、原料ガスのトルエン濃度が約８１（ｍｇ・Ｌ）であるのに対して、天然ガスを吸着装置３Ａに供給開始してから０〜４分の間に回収された評価サンプルは約１０（ｍｇ・Ｌ）のトルエン濃度を示し、その後の４〜８分の間に回収された評価サンプルは約４（ｍｇ・Ｌ）のトルエン濃度を示し、また８〜１２分の間に回収された評価サンプルは３（ｍｇ・Ｌ）のトルエン濃度を示している。
【００３２】
このような本実施形態によれば、従来の水蒸気に代えて、燃料ガスを揮発性有機化合物の脱着用ガスとして用いるので、従来用いることができなかったガスエンジン４を揮発性有機化合物混入天然ガスを燃焼・分解するための燃焼装置として用いることが可能である。
【００３３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では吸着剤から揮発性有機化合物を脱着させるための燃料ガスとして天然ガスを用いたが、燃料ガスは天然ガスに限定されない。
上記実施形態における天然ガスは、ＣＨ４：８８％、Ｃ２Ｈ６：６％、Ｃ３Ｈ８：４％及びＣ４Ｈ１０：２％を代表組成として含む燃料ガスである。すなわち、このような天然ガスは、カーボン数が１〜４の炭化水素を含むものである。これに対して、一般的に燃料ガス（つまりガス状燃料）として考えられるものは、水素、一酸化炭素、カーボン数が１〜４の炭化水素である。すなわち、上記実施形態における天然ガスは組成としてガス状燃料を代表しているため、本発明における脱着用ガスは天然ガスに限定されず、各種の燃料ガスが適用可能である。
【００３４】
（２）上記実施形態では燃焼装置としてガスエンジン４を用いたが、本発明における燃焼装置はガスエンジン４に限定されない。本発明は、天然ガス等の燃料ガスを吸着剤から揮発性有機化合物を脱着させるための脱着用ガスとして用いるので、当該脱着用ガスは汎用の燃料として燃焼させ得るものである。したがって、燃焼装置としては、ガスエンジン４の他に様々な種類のものを適用することができる。
【００３５】
（３）上記実施形態では２台の吸着装置３Ａ，３Ｂで吸着と脱着とを交互に行うように構成したが、３台以上の吸着装置を設けて吸着と脱着とを交互に行うようにしても良い。
（４）また、脱硫装置２は必須の構成要素ではなく、燃料ガスが硫黄成分を含まないものである場合には省略することができる。
（５）さらに、吸着剤３ａ，３ｂについては活性炭に限定されず、揮発性有機化合物を吸着できるものであればなんでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係わる揮発性有機化合物処理システムの機能構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる揮発性有機化合物処理システムにおいて、天然ガスの脱着作用の実験結果を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態に係わる揮発性有機化合物処理システムにおいて、天然ガスの脱着作用の実験結果を示す表である。
【符号の説明】
【００３７】
１Ａ〜１Ｃ…ポンプ、２…脱硫装置、３Ａ，３Ｂ…吸着装置、３ａ，３ｂ…吸着剤、４…ガスエンジン
【図１】
2007244985.tif 000003
【図２】
2007244985.tif 000004
【図３】
2007244985.tif 000005