<製品紹介>

蓄熱式燃焼脱臭装置RTO
lntroductionof Regeneratjve

Therma10xidizer(気)大気環境部エンジニアリンググループ
二道場
研
K印jiMicbiba

当社は,排ガス中の揮発性有機化合物(以下,VOC)処理および脱臭処理ニーズに応えるべく,蓄熱式燃焼脱臭装置(以下,RTO)を海外メーカより技術導入し,国内販売を開始した｡
当社RTOの主な特長は,95%以上の高い熱回収率と99%以上の高い除去性能を有することである｡この高い熱回収率は,熱交換方式にハニカム構造のセラミック製蓄熱材をもちいることによりえられる｡他の燃焼装置にくらべ,ランニングコストおよびCO2発生量が低減できるため,経済面および環境面で優れた装置といえる｡高い除去性能は,燃焼室内温度を800℃以上の高温に維持し,完全にVOCを酸化分解するために必要な滞留時間を与えることによりえられる｡

WehaveconcludedthelicensedagreementofRegenerativeThermalOxidizer(hereinaf亡ercalledRTO)
丘oma托〉reigncompany,andbas

RTOinJapanin

staれed marketingordertofbrthesatis年theneeds

加atmentofthevolatileorganiccompounds(hereina鮎rcalled VOC)re皿0Valandtbedeodorization.
Tbe

main

cbaracteristics

removale伍ciency

bighare也ebighover99percent.The

honeycomb

shapedeconomicallyandlesstban血oseofRTO

regenerative

beat
beat

recoveryrecoverymaterial血atis
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environmentally

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ofCOStover95percent

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ceramic.RTOis
theandsuperior

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theequlpment
CO2areachievedbykeeping

血ebigbtempera山re,0Ver800℃,andbyholding血erequiredretentiontimelongenoughtooxidize
the VOC

perfbctly･燃焼incineration

音熟式燃焼脱臭装置

regenerative

揮発性有機化合物

VOlatile

脱deodorization

臭thermaloxidizer

organic

compounds

ま えがき
欧米での揮発性有機化合物(VOC)に対する規一方,日本では,ISOの取得やPRTR法に基づく自主規制,および悪臭防止法や大気汚染防止法によ制は,個別物質に対する濃度規制および総量規制がる法的規制等が挙げられるが,欧米における規制にあり,非常に厳しい状況である｡この背景,その優くらべ緩いといわざるをえない｡しかし,ダイオキれた性能及び低ランニングコストから欧米では蓄熱シン対策が一段落した今,さらなるVOC規制が予式燃焼脱臭装置(RTO)は一躍脚光を浴び,幅広い想される｡また,VOC処理方式としてはこの4〜分野で適用されている｡

5年では,RTOが主流となりつつある｡

1わJ.4β肋.J(2〃α2/β)

神鋼パンテツク技報

73現在,日本のRTOメーカの大部分は,その技術を海外より導入している｡当社においても,納入実績が豊富で蓄熱材に対する技術力が優れているメー
カから技術導入を2001年12月におこなった｡

1.当社RTOの概略
VOCを含む排ガス処理方法には,活性炭といった吸着剤をもちいた吸着法,凝縮法や洗浄法など様々な方法があるが,その中で燃焼法はもっとも簡易であるとともに,さまざまなVOCを除去できるという点で有効な処理方法の一つである｡また,古くから様々な産業分野に適用されてきた｡

燃焼法の原理は,炭素(C),水素(8)および酸素(0)を主成分とするVOCを高温下で酸化分解し,炭酸ガス(CO2)および水蒸気(H20)に変換する方法である｡燃焼装置は,直接式燃焼装置,触媒式酸化(燃焼)装置およびRTOに大別される｡
直接式燃焼装置は,VOCを含む排ガスを700〜800℃に保った燃焼室内にて酸化分解をおこなう｡
非常に簡易であり,安定した性能がえられる｡燃焼室から排出される高温ガスは,熱回収率50%程度のプレート式熱交換器をもちいて,入口ガスの事前加熱にもちいられる｡熱回収率が低いため,経済的な装置であるとはいえないが,廃熱をボイラーや温フロー

図1

Fig.1FloⅥ′

水発生に利用するといった廃熱回収をおこなえる場
合及び小風量の処理においては,メリットが大きい｡
触媒式酸化装置は,酸化室内に酸化を促進させる触媒を設置することにより,250〜350℃といった●第一工程

比較的低温下にてVOCを酸化分解することが可能

蓄熱室1(加熱)であるため,直接式燃焼装置にくらべると経済的であるといえる｡熱交換器は,直接式燃焼装置と同様にプレート式をもちいる｡一方,触媒は非常にデリフアンにて吸引された原ガスが蓄熱室内の蓄熱材から熱をえて,加熱される｡

蓄熱室2(冷却)ケートであり,有機シリコン,硫黄化合物及び有機燃焼室にて酸化分解された高温の処理ガスが蓄

金属化合物などの触媒毒と呼ばれる物質が処理ガス熱材を通過することにより,蓄熱材へ熱を与え中に含まれる場合には,触媒の寿命が短くなり,ラる｡

ンニングコストが大幅に増加するため,注意が必要

処理ガス自身は,冷却される｡

当社RTOは,炉内温度を800℃以上の高温下で蓄熱室3(パージ)(第三工程における加熱終了後の)蓄熱室下部

酸化分解するという点では,直接式燃焼装置の一つにおいては,ガス温度が低いために酸化分解さである｡といえる｡しかし,熱交換方式が大きく異なっていれずに未処理ガスが残留している｡そこで,燃る｡熱交換器の代わりにセラミック製のハニカム型焼室内の処理ガスを通過させて,この未処理ガ蓄熱材を使用し,交互にガスを昇温･降温させるとスを原ガスヘ戻すことによって,安定した高いいった熱再生の原理をもちいている｡この原理を用除去性能99%以上がえられる｡この操作をパーいることにより,熱効率が95%以上と非常に高くなり,省エネが図れることが特長である｡

風量としている｡

ジといい,原ガスとくらべると,約10分の1の一般的な型式である三塔方式RTOにおける各工程でのフローを図1に示す｡
乃燃焼室(酸化分解)
燃焼室内を800℃以上の高温を保つように,蓄神鋼パンテツク技報

Ⅵ)J.4β肋.J(20α2/β)熱室(加熱)通過後のガス温度に応じてバーナを比例制御運転する｡

温度にもよるが,上述した内部の断熱効果によりケー
シング鉄板表面温度は55℃以下となる｡
蓄 熱 材

2.2

この室内では,VOCを熱酸化させるための必蓄熱材の外観を写真1に示す｡セラミック製のハ要条件である800℃以上の高温庇および1秒以上の接触時間を与えることにより,原ガス中にニカム構造で,断面あたり1600個のセルが空いて含まれるVOCを完全に酸化分解し,除去･脱いる｡また,蓄熱材1個のサイズは,口150×300E臭する｡

である｡

●第二工程

耐腐食および耐熱衝撃性に非常に優れており,寿命は半永久的である｡

蓄熱室1(パージ)
第一工程にて,蓄熱室内に残留している未処理ガスをパージする｡

処理風量に応じ,断面積当たりの個数が決定し,必要な熟回収率に応じ,蓄熱材の段数が決定される｡
4段または5段が標準である｡

蓄熱室2(加熱)
第一工程にて蓄熱された蓄熱材から熱を受け取り,原ガスを加熱する｡

2.3

出入ロダクトおよび切替弁

各蓄熱室に連結された出入ロダクト中にポペット弁と呼ばれる切替弁が取り付けられている｡このポ蓄熱室3(冷却)処理ガスを蓄熱室に通すことによって,蓄熱材

ペット弁は,円形のプレートに対して垂直に取り付に熱を与え,処理ガスを冷却する｡

けられたシャフトをエアシリンダにて上げ下げする燃焼室(酸化分解)

ことにより,ガス流路の開閉を実施している｡

原ガス中に含まれるVOCを完全に酸化分解し,2.4

パージダクト上述した工程におけるパージを実施するためのダ除去･脱臭する｡

クトであり,出入ロダクトにくらべ,口径が小さい｡●第三工程

切替には,エア駆動のバタフライ弁をもちいている｡

蓄熱室1(冷却)処理ガスを蓄熱室に通すことによって,蓄熱材加えて,後述する空焼きに必要なラインでもある｡に熟を与え,処理ガスを冷却する｡

2.5

ホットバイパス

原ガス中に含まれるVOCが燃焼室内で酸化分解

蓄熱室2(パージ)
第一工程にて,蓄熱室内に残留している未処理され,その発熱によりガスが昇温される｡たとえば,ガスをパージする｡

トルエン1000pp皿を酸化分解すると,約125℃上昇する｡ここでVOC濃度が高い場合には,燃焼室蓄熱室3(加熱)
第一工程にて蓄熱された蓄熱材から熟を受け取

内温度が1000℃を越えることも考えられる｡室内り,原ガスを加熱する｡

温度がある一定値以上に達した際に,室内の高温ガ燃焼室(酸化分解)

スを直接排出するためのラインをホットバイパスと原ガス中に含まれるVOCを完全に酸化分解し,いう｡除去･脱臭する｡
各工程を90〜120秒のサイクルにて切り替えることにより,連続運転を実施し,高い熱回収率95%がえられる｡

2.機器構成次にRTOの機器構成に関して述べる｡2.1装置本体
本体は,セラミック製のハニカム蓄熱材が充填された2ないし3室の蓄熱室とその上部に連結された燃焼室1室から構成される｡
蓄熱室および燃焼室内面は,セラミック製の断熱材が敷き詰められており,室内温度Max.1000℃まで耐えることが可能である｡

写真1

ケーシング材質は,標準でSSを使用する｡外気1わ乙46肋.J(20α2/β)

セラミック製ハニカム蓄熱材

PbotolIioneycombof

神鋼パンテツク技報

shapedregenerative

materialmadeceramic符

室内温度を常時監視しながら,必要に応じホットバイパス中のバタフライ弁の開度を調整し,過剰の熱を排出する｡
2.6

ファ

三塔式の場合には,上述したように99%以上の高い除去性能がえられる｡なお,ガス出入口の切替ン

製造プロセスなどのVOC発生源からガスを吸引
バー

バルブのシール部に背庄をかけることにより,より高い除去性能をえることも可能である｡

するためのフアンである｡
2.7

バルブ切替ごとに約90秒毎に未処理ガスが瞬間的に排出されるため,平均除去率は95%となる｡

脱臭を目的とする場合は,安定した性能が必要とナ

燃焼室内温度を800℃以上に立ち上げるため,おなるため,三塔式RTOが望ましいが,排出されるよび維持するための熱源としてバーナが使用される｡

VOCの絶対量を低減する目的であれば,二塔式で燃料として液化ガスまたは灯油を使用する｡

十分といえる｡

3.当社RTOの特長

3.3

3.1高い熟回収率

運転中に空焼きが可能

原ガス中には,VOCのみならずヤニ,タールや上述したセラミック製ハニカム蓄熱材をもちいる

ミストなどといった不純物が含まれるケースは多い｡

ことにより,高い熱回収率がえられる｡蓄熱段数がこのような物質が含まれる場合は,それらが蓄熱宣4段時に95.5%,5段時に96.6%の熱回収率がえら下部の蓄熱材に付着することによって閉塞し,通常れる｡

運転に支障をきたす｡

なお,熟回収率の定義は,次式で表される｡

これら付着したタールなどを除去する方法が空焼きと呼ばれる運転である｡この空焼きは,蓄熱室下符=(Tc‑Tout)/(Tc‑Tin)×100
り:熱回収率[%]部の温度を強制的に400℃近い温度まで加温し,ター

Tc:燃焼室内温度[℃]

ルなどを酸化分解する方法である｡実際の操作は,Tin:入口ガス温度[℃]
Tout:出口ガス温度[℃]

本来三塔で運転している状態から二塔運転に切替,残りの蓄熱室に連結しているパージダクト中のバタ

ここで,蓄熱段数4段,すなわち熱回収率95.5%にフライ弁を常時開とする｡800℃以上の高温ガスがおいて,入口ガス温度30℃,燃焼室温度を820℃と蓄熱室を上部から下部へ少量流れることによって,すると出口ガス温度は,上式より約66℃となる｡

蓄熱室下部の蓄熱材の温度が徐々に上昇し,400℃出入口のガス温度差36℃分の熱量と装置表面からとなるまで継続する｡この温度を2〜3時間維持すの放熱量の総量をVOC燃焼時における発熱量で補ることによって蓄熱材に付着したタールなどが熟でえる時は,自燃運転と呼ばれる運転が可能となる｡

完全に酸化分解される｡その後,蓄熱材下部の温度

この自燃運転とは,燃料の補給無しに,燃焼室内温が下がるまで放置し,通常の三塔運転に戻す｡した

度820℃が保たれる運転である｡

がい,空焼き運転中は二塔式となり,除去性能は95

装置表面からの放熱量は,外気条件および装置の大きさにより一概にはいえないが,上記温度設定で%となる｡

4.適用範囲および分野

はトルエンの場合約360ppm以上であれば,白燃運

RTOの最適条件は,風量が大きく,濃度が低い転は可能となり,非常に経済的な装置といえる｡

原ガスといわれている｡この理由は,上述したよう

この自燃運転は,地球温暖化防止の観点からも重要である｡補助燃料を必要としないため,装置からに比較的低いVOC濃度に対して補助燃料が不要の自燃運転が可能なためである｡上述したトルエン濃発生するCO2畳もかなり低減できるからである｡

度360ppmでは,他の燃焼装置,直接式燃焼装置や加えて,サーマルNOxも低減できる｡

触媒式酸化装置では,自燃は不可能であるため,補助燃料が必要となる｡この補助燃料は,風量に比例

RTOは,トルエン濃度360ppmという比較的低い濃度において自燃運転が可能,すなわち燃料が不するため,風量が大きければ大きいほど,燃料が必要のため,低いVOC濃度に対して有効的な装置と要となり,ランニングコストが高くなる｡反対に自いえる｡

燃するRTOの場合には,風量が大きくなっても補3.2

高い除去性能助燃料は不要である｡すなわち,風量が大きくなる

二塔式の場合には,三塔式でのパージ工程がなくにともない,そのランニングコストの差が大きくななり,各蓄熱室にて加熱と冷却のみが繰り返されるる｡入口のVOC濃度は,安全面から各VOCの固ため,加熱後の未処理ガスが排出される｡すなわち,有値である爆発下限界濃度(L.E.L,)の4分の1の7β

神鋼パンテツク技報

1わヱ.4β肋.J(20α!/β)濃度を最大と設定している｡濃度が高い場合,過剰の熱が発生するため,ホットバイパスで系外へ排出する｡この際,この熟を利用し,廃熱回収をおこなうことも可能である｡

処理物質に対する注意点は,ハロゲン系元素(Cl等)および硫黄元素(S)を有する物質の処理である｡これらの物質は,燃焼室内で酸化され,酸性ガスである日Cl(塩化水素)やSOx(硫黄酸化物)を生成する｡これらの酸性物質を含むガスの温度が低下した際に,ガス中の水分と結合し,ⅢCl(塩酸)やH2SO｡(硫酸)として,結露し腐食の原因となりうる｡この結露する温度を酸露点温度といい,ガス中の水分量と酸性ガス濃度に依存する｡この酸露点

写真2

RTO実機外観Photo

20utside

viewofRTOには注意が必要である｡
有機シリコンは,触媒毒と呼ばれる物質のため,を写真2に示す｡

触媒式酸化装置での処理は困難であり,RTOでの溶剤を含めたVOCはすべての業界で使用されて処理ニーズは大きい｡有機シリコンは,高温下で酸いるといっても過言ではないが,日本の市場におけ化し,二酸化けい素という微粒子ダストとなるため,る主な適用分野は,化学工業,食品工業,半導体工蓄熱材部で閉塞が起こる可能性がある｡したがい,業や薬品工業である｡

その濃度には注意が必要である｡ダストに関しても,5.各VOC処理装置との比較
次に述べる原ガス条件において,代表的な各同様に濃度および粒径に注意が必要である｡
提携先の納入実績では,各種塗装工程,セラミッ

VOC処理装置とのランニングコスト比較を表1に

ク製造工程および樹脂製造工程からの排ガス処理が示す｡表からあきらかなようにRTOはランニング多い｡処理風量20000m3N/bにおける実機の外観コスト面において最も優位性が高い｡

表1ランニングコスト比較
TablelCo皿parison

Equip皿ent

ofruⅢling

cost

Regenarativethermal

Solventrecov叩equlpment
Direct也emaloxidizer

Catalyticoxidizer

0Ⅹidizer

口SlngaCtivatedcarbonBber

99%

Removale伍ciency

98%

Space

10000×4500×7500H

Weigbt27000kg

98%4800×3300×6000Ii

90%

4800×4000×6000Ii

6500kg

3500×6000×6000Ii

5000kg

8000kgRu皿1ngCOSt
Electricity

14.6kW

LNG
hdustrialwater

Stea皿l1791盛付

18.8kW

2306k¥/y

1.1Nm3/h318k¥仲97.9Nm3/b

28300k¥/y‑m3佃￣嘩仲

一m3仙‑k¥/y‑m池‑kg/h￣k¥/yーkg佃￣k¥仲‑kg/b

Others

15.8kW
40.7Nm3/b

Catalyst

Tota12109蝉/yAmonntofgeneratedCO2

1わJ.4β加b.J(2〃α2/β)36kg仙1938k¥仲

Tota130606k封y
289kg仙

神鋼パンテツク技報

11766酌

139kg/h2453k郵y

‑Nm3仙

￣k町y

￣k¥/y

18m池3154k¥仲￣k町y

120kg/b7358k郵y

activatedcarbon触r

2125k¥/y2500k¥/y

Total16204騒/y

20kWTotal15090k¥仲34kg/h

77

ガス

風量6600m3N仙ガス

温度30℃
トルエン300ppm

処理物質･濃度
運

転時

単間8760h/y

価電気14円化Wh
LNG33円/Nm3
工水20円几
蒸気7円化g6.テスト機仕様
現地にて実際の原ガスをもちいたテストをおこないたいというニーズに応えるべく,当社ではテスト機を保有している｡客先敷地内でのテストを考慮し,熱源はバーナーではなく,電気ヒーターをもちいて

写真

3

テスト機外観

Photo

30utsideview

orpilot

plant

いる点を除いては,実機と同形式である｡また,テスト機をもちいて,タールなどの付着状況や空焼き蓄熱材による除去確認も可能である｡

5段

テスト機の仕様を下記に示す｡また,装置外観を供給電気容量

写真3に示す｡セラミック製ハニカム蓄熱材
200VX3￠,17.5kVA

塔式

三塔式

す び
む
当社RTOは,今後さらなる強化が推測される

処 理風

量

100皿3N他

VOC規制に対してもっとも有効な処理装置であるといえる｡

テスト機仕様ズ

1900WX4300LX2400H

量2500kg

今後,実績の蓄積とともに改善,改良に努め,環ヒーター容量

3kWX2

境装置メーカとして社会に貢献したいと考える｡

サイ

重連絡先
道場

研

気熱装置事業部

二大気環境部
エンジニアリンググループ
TEL

O78‑232‑8134

FAX

O78‑232‑8067

E‑mailk.michiba@pantec.co.jp

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lわJ.4β肋.J(20α2/β)