(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
未処理排ガス中の揮発性有機化合物を燃焼処理する燃焼炉と、前記燃焼処理した高温の処理済排ガスと熱交換して蓄熱した後、前記蓄熱した熱によって低温の未処理排ガスを加熱する複数の室に分けられた蓄熱層と、前記蓄熱層の一部の室に未処理排ガスを順次吸気させ、前記蓄熱層の残りの室から処理済排ガスを順次排気する回転式の分配弁とを有して構成された蓄熱型排ガス処理装置において、
前記分配弁を設定された一定の回転速度で回転し、前記蓄熱層に設定された一の室が排気に切り換わったときに前記分配弁の回転速度を下げ、当該室が吸気側に切り換わって当該室の温度が排気切換え時の温度に戻ったときに前記分配弁の回転速度を元に戻す分配弁回転速度制御を間欠に実施することを特徴とする蓄熱型排ガス処理装置。
【請求項２】
前記蓄熱層の差圧から該蓄熱層の圧力損失を検知し、前記圧力損失の増大時に前記分配弁回転速度制御を実施することを特徴とする請求項１に記載の蓄熱型排ガス処理装置。
【請求項３】
前記蓄熱層は、排ガスの流通方向と平行な細い流路を形成した断面ハニカム状の蓄熱材を複数段積層して形成されたものである請求項１または２に記載の蓄熱型排ガス処理装置。
【請求項４】
前記蓄熱層は、蓄熱材ハニカムの入口側および出口側のセル径を、中間のセル径よりも大きくしたものである請求項１、２または３に記載の蓄熱型排ガス処理装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の蓄熱型排ガス処理装置を運転する運転方法において、前記分配弁回転速度制御による処理済排ガスの流通時間の調整は、前記蓄熱層の低温部の温度を４５０〜５００℃に上げることを特徴とする蓄熱型排ガス処理装置の運転方法。
【請求項６】
前記分配弁回転速度制御による処理済排ガスの流通時間が、１分〜３分である請求項５に記載の蓄熱型排ガス処理装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス中に含まれる可燃性有害成分や可燃性悪臭成分を、触媒燃焼または直接燃焼させて無害無臭な物質に変換させるとともに、その際に生じる熱を回収して排ガス処理に再利用する蓄熱型の排ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などの塗装工場や、金属洗浄工場、あるいは印刷工場などからは、トルエン、キシレン、スチレン等の揮発性有機化合物（ｖｏｌａｔｉｌｅ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ，：  ＶＯＣ）を含んだ排ガスが発生する。このようなＶＯＣ含有ガスは、せいぜい十数ｐｐｍから数％程度の濃度であるが、環境や人体への影響がかなり大きいことが明らかになってきた。
【０００３】
例えば、ＮＯｘと反応して光化学スモッグを発生させたり、森林を枯れさせたり、さらには、光化学オキシダントの主成分であるオゾンを対流圏内で増加させ、地球を温暖化する。また、これらのＶＯＣ含有ガスは、発ガンの誘引となり、人体に健康障害を起こさせることが知られている。
【０００４】
このため、上記各種の工場などでは、ＶＯＣ含有ガスを無害化処理して大気中に排出している。ＶＯＣ含有ガスの無害化処理方法としては、直接燃焼方式、触媒燃焼方式、蓄熱燃焼方式、触媒燃焼／蓄熱方式、濃縮方式、生物処理方式などがある。
【０００５】
このなかで、ランニングコストやメンテナンスの容易さなどを考慮すると、有害成分の燃焼熱を回収して未処理排ガスの熱源として再利用する蓄熱型排ガス処理装置が有望である。蓄熱型排ガス処理装置は、蓄熱室の数により、二塔式、三塔式、多塔式のものなどがある。
【０００６】
この蓄熱型排ガス処理方法は、未処理排ガスを蓄熱材に流通させて予熱した後、炉に導入してＶＯＣを燃焼して無害化処理し、処理済の高温排ガスを再び蓄熱材に流通させてその熱を蓄え、蓄えたその熱を低温の未処理排ガスが流通するときに再び放出して熱交換を行なうものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の蓄熱型排ガス処理方法には次のような問題点があった。すなわち、シリコーンオイルのように粘度の高い成分を含むＶＯＣガスを、蓄熱型排ガス処理装置で処理した場合、未処理ガスの入口側に相当する蓄熱材低温部で、シリコーンオイルの付着により開口面積が狭められるという問題が生じた。
【０００８】
これにより圧力損失が増加し、排ガス処理量を一定に維持しようとすれば、送風機の負荷を増大させなければならず、そのため、エネルギー消費量が増大することになり、さらには、蓄熱材開口部が閉塞して装置が運転不能に陥るという欠点があった。
【０００９】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解消し、蓄熱型排ガス処理装置において、未処理排ガスが流通する蓄熱材開口部の閉塞を防止し、長期間の安定した運転を可能にすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、未処理排ガス中の揮発性有機化合物を燃焼処理する燃焼炉と、前記燃焼処理した高温の処理済排ガスと熱交換して蓄熱した後、前記蓄熱した熱によって低温の未処理排ガスを加熱する複数の室に分けられた蓄熱層と、前記蓄熱層の一部の室に未処理排ガスを順次吸気させ、前記蓄熱層の残りの室から処理済排ガスを順次排気する回転式の分配弁とを有して構成された蓄熱型排ガス処理装置において、前記分配弁を設定された一定の回転速度で回転し、前記蓄熱層に設定された一の室が排気に切り換わったときに前記分配弁の回転速度を下げ、当該室が吸気側に切り換わって当該室の温度が排気切換え時の温度に戻ったときに前記分配弁の回転速度を元に戻す分配弁回転速度制御を間欠に実施することを特徴とする。これにより、蓄熱層の各室内を流れる高温の処理済排ガスの流通時間を調整して、蓄熱層の低温部を加熱して蓄熱層への付着物による圧力損失の増大を防止することができる。この場合において、蓄熱材における未処理排ガスの流入側と流出側との差圧から、圧力損失部である蓄熱材低温部におけるシリコーンオイルの付着を検知し、分配弁の回転速度を制御して蓄熱材低温部の温度を４５０〜５００℃に上げ、付着したシリコーンオイルをシリカ粉末に変えることにより容易に除去可能とした。これにより、長期間の安定した運転が可能になった。
【００１１】
すなわち、蓄熱式の排ガス処理装置において、未処理排ガスと処理済排ガスの熱交換を行なう蓄熱層は、排ガスの流通方向と平行な細い流路を形成した、断面ハニカム状の蓄熱材を複数段積層して形成され、蓄熱層の差圧に基づいて蓄熱材ハニカムの圧力損失部を加熱する機能を備えることで、安定な運転を可能としたものである。また、蓄熱材ハニカムの入口側および出口側のセル径を、他の領域のそれよりも大きくすることで、安定な運転を可能とすることもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１に本発明の蓄熱型排ガス処理装置の主要部を示す。本例の蓄熱型排ガス処理装置は、大きく分けて、ＶＯＣを含有する未処理排ガスを高温で処理する炉４と、未処理排ガスを加熱し処理済排ガスを除熱する蓄熱層３と、未処理排ガスを高温の蓄熱層に分配する分配弁２とから構成される。
【００１３】
炉４は、熱源となるバーナ５を具備している。蓄熱層３は、複数個の蓄熱材を備えており、これらはガスの流れ方向に連結され、このガス流れを横断する方向には、互いに隔離された複数の流路▲１▼〜▲８▼を形成している。
【００１４】
図１を用いて、本実施形態をさらに詳述する。分配弁２の下部は、清浄ガス６、未処理排ガス１、パージガス１０なとが流通する３重管構造となっている。蓄熱層３は排ガスと熱交換を行なう８室に分かれており、それぞれの蓄熱材の前後の差圧を測定する差圧検知器７と、出口温度を測定する温度計８を備えている。なお、符号１１はマニホールド、符号１２は固定弁である。
【００１５】
また、蓄熱層３の構造は、排ガスの流通方向と平行な細い流路を形成した断面がハニカム状の蓄熱材を複数段積層して形成され、入口側および出口側の蓄熱材ハニカムのセル径を、中間部のセル径よりも大きくしている。
【００１６】
シリコーンオイルを含む数百ｐｐｍのトルエンを含有する未処理排ガス１は、図中右側より導入され、回転式の分配弁２を通過し、蓄熱層３を具備するガス分解ゾーンに導入される。
【００１７】
このとき、分配弁の位置により、蓄熱層３内の３〜４室を通過する。未処理排ガス１は蓄熱材層３中で昇温され、未処理排ガス中のトルエンは、炉４に入るとすぐに着火して燃焼する。トルエンやシリコーンは共に８００℃以上の高温で完全に分解する。
【００１８】
シリコーンはＳｉを含むため、燃焼によってシリカ粒子を生成する。高温でＶＯＣを分解した処理済排ガス９は、未処理排ガス導入時には通過しなかった蓄熱材中の３〜４室を通過し、蓄熱層で熱交換して除熱され、２００℃以下の清浄ガス６として排出される。
【００１９】
分配弁２が回転することにより、導入または排出されるガスは順次、蓄熱層３中の８室を移動していくようになっている。こうして蓄熱層３は、未処理排ガス１に対しては熱を与え、一方、高温の処理済排ガス９を除熱して蓄熱する。
【００２０】
図２に、同じサイズの蓄熱材を６個充填した蓄熱層の蓄熱型排ガス処理装置を用い、１％シリコーンを含む７００ｐｐｍのトルエン含有排ガスを数百時間処理したときの、蓄熱材の位置Ａ〜Ｆと蓄熱材１個当りの差圧との関係を示す。
【００２１】
図からわかるように、低温側の蓄熱材の圧力損失は、他のそれよりも数倍高かった。蓄熱材に付着した堆積物は、５００℃の高温空気に曝したところ、エアブローで簡単に除去できた。
【００２２】
なお、図６に示すように、示差熱天秤による分析結果から、シリコーンオイルは、５００℃までに燃焼してシリカ粉末となることがわかっている。そのため、粘度の高いシリコーンオイルが高温空気により燃焼してシリカ粉末になったために容易に除去できたものである。
【００２３】
図３に、分配弁２の回転速度が一定時の炉出口の温度変化を示す。温度は、８室のうち、分配弁上で対向配置される第１室と第５室のものを示す。分配弁を１ｒｐｍで回転した場合、第１室の出口温度は、１分間に、最高値→最低値→最高値を繰り返し、一方、第５室の出口温度は、１分間に、最低値→最高値→最低値を繰り返す。
【００２４】
このとき、各室の差圧は時間とともに上昇するので、差圧が上昇したところで分配弁の回転速度を下げ、出口の温度を上昇させる。分配弁を１ｒｐｍから１／３ｒｐｍに回転速度を下げたときの出口温度の挙動を図４に示す。
【００２５】
第１室が排気になるときに回転速度を下げると、排気側は高温ガスに曝される時間が長くなり出口温度は上昇する。一方、吸気側の第５室は低温空気の吸気時間が長くなり、出口温度はいったん下がるものの、しばらくして切替前よりも高い温度で定常化する。
【００２６】
しかし、この場合、このような制御によって長時間燃焼させる必要があるが、シリコーンオイルの場合は、短時間の高温暴露により、すぐに酸化されてシリカ粒子になる。
【００２７】
そこで、熱交換率を極力低下させない制御方法として、図５に示す制御を実施した。すなわち、第１室が排気になるときに回転速度を下げ、排気側の最高温度を４５０〜５００℃とし、次に最低温度に戻った時点で回転速度を元に戻す。次いで、吸気側の第５室が排気側になるときに同様の操作を繰り返せば、出口温度は初期と同じ温度で定常化し、蓄熱材の熱効率を下げずに運転ができる。
【００２８】
この操作により、概略１００ｈの運転で、初期から５０ｍｍＡｑ上昇した差圧を元に戻すことができた。この操作は、差圧検知により、差圧上昇時に実施してもよいが、例えば１日１回のように、定期的に実施してもよい。
【００２９】
なお、上記実施形態では、高温排ガスの流通を制御して低温部の温度を上げていたが、例えば未処理排ガスの入口側および出口側の蓄熱材ハニカムのセル径を、中間部のセル径よりも大きくすることで、ヤニ成分などが付着しても閉塞されずに排ガス流路径が保持され、さらに容易に安定運転が可能となる。
【００３０】
以上のように、本例では、排ガスの流通方向と平行な細い流路を形成した断面ハニカム状の蓄熱材を複数段積層して蓄熱層を形成し、蓄熱層の差圧から排ガス流路の圧力損失部を検知し、分配弁２の回転を制御して蓄熱層３内を流れる高温の処理済排ガスの流通時間を調整することにより、圧力損失部を加熱するようにした。
【００３１】
この場合、シリコーンオイルが付着して圧力損失が発生する未処理排ガスの蓄熱材ハニカム入口、すなわち、処理済排ガスの出口の温度を４５０〜５００℃に上げることにより、付着したシリコーンオイルはすぐに酸化されてシリカ粒子となり、ブロアーにより簡単に除去でき、排ガス流路の閉塞が抑制され安定運転が可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
上述のとおり、本発明によれば、蓄熱型排ガス処理装置において、蓄熱層の差圧により低温部の圧力損失を検知し、低温部を加熱する機能を備えることで安定な運転ができた。また、分配弁の回転速度制御により、蓄熱層の所定の部分を定期的に上昇させることによっても安定な運転が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蓄熱型排ガス処理装置の一実施形態の主要部を示す図である。
【図２】本発明において、蓄熱材の各位置と蓄熱材１個当りの差圧との関係を示す図である。
【図３】分配弁の回転速度が一定時の炉出口の温度変化を示す図である。
【図４】分配弁の回転速度を下げたときの出口温度の挙動を示す図である。
【図５】本発明における熱交換率を極力低下させない制御方法の一例を示す図である。
【図６】示差熱天秤による分析結果を示す図である。
【符号の説明】
１  未処理排ガス
２  分配弁
３  蓄熱層
４  炉
５  助燃バーナ
６  清浄ガス
７  差圧検知器
８  温度計
９  処理済排ガス
１０  パージガス
１１  マニホールド
１２  固定弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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