特許 6234042 揮発性有機化合物処理装置の運用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6234042

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】揮発性有機化合物処理装置の運用方法

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/04 20060101AFI20171113BHJP

   B01D 53/38 20060101ALI20171113BHJP

【ＦＩ】

   B01D53/04 230

   B01D53/38 150

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-54673(P2013-54673)

(22)【出願日】2013年3月18日

(65)【公開番号】特開2014-180587(P2014-180587A)

(43)【公開日】2014年9月29日

【審査請求日】2016年2月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000142595

【氏名又は名称】株式会社栗本鐵工所

(74)【代理人】

【識別番号】100074206

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 文二

(74)【代理人】

【識別番号】100130513

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 直也

(74)【代理人】

【識別番号】100130177

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 弥一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100084858

【弁理士】

【氏名又は名称】東尾 正博

(74)【代理人】

【識別番号】100161746

【弁理士】

【氏名又は名称】地代 信幸

(72)【発明者】

【氏名】釜野 博臣

(72)【発明者】

【氏名】塔本 晃弘

(72)【発明者】

【氏名】赤瀬 幸助

【審査官】 田中 則充

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２０６６９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３０４５５０８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００９−２４０８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−０５６１１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４６７７９８９（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ５３／００−５３／９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水を加熱して水蒸気を生成させる熱交換器と、
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うる上記水蒸気を供給させ得る吸着塔とを有し、
上記熱交換器で生じた上記水蒸気が通過する配管内に、有孔板及び網状部材のうち少なくとも一つを有するトラッパーを設置し、
上記トラッパーに捕捉された残留水を蒸発させる揮発性有機化合物処理装置。

【請求項2】

上記熱交換器から上記吸着塔への上記水蒸気の導入経路の一部が分岐して上記熱交換器への循環経路を有し、
上記循環経路の配管内に、上記トラッパーを設置した請求項１に記載の揮発性有機化合物処理装置。

【請求項3】

上記トラッパーを取り付ける箇所が、上記配管が鉛直方向に配された部分である請求項１又は２に記載の揮発性有機化合物処理装置。

【請求項4】

上記熱交換器から排出された排ガスを、上記循環経路へ導入する配管を有する請求項２又は３に記載の揮発性有機化合物処理装置。

【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にあたり、その処理作業の効率を向上させる運用方法に関する。

【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し、その後、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。

【0003】

上記の脱着には、揮発性有機化合物を含まないガスを吸着剤に接触させることが必要である。一基の吸着塔で脱着と同時に吸着することはできないので、脱着は速やかに実行することが好ましい。脱着を速める方法としては、脱着用のガスを大量に導入する方法、真空ポンプで吸引して圧力を低下させる方法、吸熱反応である脱着を促進するために高温の脱着用水蒸気を導入する方法などがある。

【0004】

例えば特許文献１には、脱着した揮発性有機化合物を燃焼炉で燃焼させ、その燃焼熱を利用して脱着用水蒸気を生成する処理装置が記載されている。この例では、燃焼炉で生じた高温のガスを熱交換器へ導入するとともに、熱交換器に水滴を供給して水蒸気を精製させる（［００２７］）。そして、生成した水蒸気の温度が脱着を起こすのに十分な温度になるまでは、生成した水蒸気を一旦熱交換器に戻してさらに加熱させることができるようにし、脱着に適した所定の温度に到達した後で吸着塔へ供給することが記載されている（［００３０］）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１−２２６６９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に記載のように水蒸気を配管途中で循環させる配管に戻し、十分に加熱した上で吸着塔に送り込めば、脱着条件は安定させることができるが、燃焼炉での燃焼開始直後や、熱交換器での加熱直後など、熱量が十分でないときは、熱交換器出口から、蒸発しきれなかった水が排出されて経路内に溜まってしまうという問題がある。この経路内に残る残留水を除去するために、経路の配管そのものを加熱するなど、余分な
手間がかかってしまっていた。

【0007】

また、循環経路を有しない場合でも、熱交換器から吸着塔への導入路で残留水が残存する場合があった。

【0008】

そこでこの発明は、熱交換器から生じる水蒸気が吸着塔まで到達するまでの間に通過しうる配管内に、残留水が蓄積することを抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この発明は、上記の配管内に有孔板、網状部材、又はその両方からなるトラッパーを配置することにより、上記の課題を解決したのである。

【0010】

熱交換器で生じた水蒸気やそれに同伴する水が通過する配管内にこれらのトラッパーが存在すると、熱交換器で蒸発されずに残った余剰水や、放出後すぐに凝縮してしまった凝縮水（以下、まとめて残留水という。）が、そのトラッパーに捕捉されて、付着した状態で長くその場に留まる。留まる間に、トラッパーの隙間を加熱されつつある水蒸気が通過していくため、水蒸気から徐々に熱を奪っていき、残留水は蒸発して残存しなくなっていく。

【0011】

特に、水蒸気が熱交換器で十分に暖まるまで、一旦生じた水蒸気を循環させてまた熱交換器へ戻す循環経路を有する場合、この循環経路内には特に残留水が溜まりやすいため、トラッパーを設置することによる効果が高い。

【0012】

循環経路の中でも特に、水平方向ではなく、上下方向に傾いているか、鉛直方向に向いた配管部分にこれらトラッパーを設けておくと、上方から管壁を伝って落ちてくる残留水を一旦その場で留めることができるので、特に効果が高い。なお、このためにトラッパーは当然に、管壁面に溶接されるか接触しているかは問わないが、なんらかの形で管壁と接していて管壁面を伝ってきた残留水をトラップできるようにする。

【発明の効果】

【0013】

この発明により、熱交換器と吸着塔の間の配管に残留水が溜まることを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】この発明を実施する吸着塔と熱交換器とを含む装置の概念図

【図2】（ａ）比較的効果が劣るトラッパーの概念断面図、（ｂ）比較的効果が高くなるトラッパーの概念断面図

【図3】この発明を実施する熱交換器と循環経路部分の実施形態例図

【発明を実施するための形態】

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

この発明を実施する揮発性有機化合物処理装置は、吸着塔１１と、燃焼炉１３と、熱交換器１４と、それらを繋ぐ配管とからなる。

【0018】

吸着塔１１は、略円筒形であり、内部は下方側の端部近傍に設けた一枚の多孔板２０で仕切ってある。この多孔板上に、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。

【0019】

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が設けてある。排出口１８は大気中へ放出するものである。

【0020】

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、複数段（図１では合計３段）からなる脱着用水蒸気Ｆの供給口１５ａ〜１５ｃが設けてある。最上段の供給口１５ａは吸着層１２の上下方向中央よりも上で吸着層１２の上端の多孔板２０よりも下に位置しており、最下段の供給口１５ｃは吸着層１２の下端よりも下に位置している。また、有機化合物を脱着した有機化合物含有水蒸気Ｋを抜き出すための供出口１６が、吸着層１２の上端よりも上端側に設けてある。

【0021】

燃焼炉１３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２２と、吸着塔１１の供出口１６から送られてきた有機化合物含有水蒸気Ｋを供給する含有水蒸気供給口２３、バーナ（図示せず）、煙突、内部温度を測定する燃焼炉温度センサ２４を有する。

【0022】

熱交換器１４は、水蒸気の元となる水Ｅを供給する水供給口２６を備え、水Ｅを加熱して得られた脱着用水蒸気Ｆを放出する水蒸気放出口３１と、十分に加熱される前の脱着用水蒸気Ｆが戻ってくる水蒸気還流口３２とを有する。また、熱交換器１４で発生させる水蒸気の温度を測定する水蒸気温度センサ２８を有している。
なお、水供給口２６は、熱交換器１４や循環経路３３の熱交換器１４近傍に水Ｅを噴霧する機能を有している。

【0023】

水蒸気放出口３１から放出された脱着用水蒸気Ｆは、十分に暖まるまでは吸着塔１１の供給口１５まで到達させずに、一部は開放口３９から放出し、残部は循環経路３３を通じて水蒸気還流口３２に戻ってくる。循環経路３３の途中の配管最下部にはブロワー３６が設けられており、脱着用水蒸気Ｆに勢いを付けて移送させることができる。ブロワー３６の下流側である上方には分岐３４が設けられ、水蒸気還流口３２に向かう経路と、吸着塔１１の供給口１５ａ〜１５ｃへ供給する脱着用水蒸気供給路３５への経路に分岐している。ブロワー３６で生じた気圧により、水蒸気還流口３２と脱着用水蒸気供給路３５への移送が行われる。

【0024】

この発明では、水蒸気放出口３１から出た脱着用水蒸気Ｆが通過する箇所に、網状部材、有孔板、又はその両方からなるトラッパーを一つ以上設けることで、脱着用水蒸気Ｆとともに熱交換器１４から出る余剰水や、水蒸気が凝縮された凝縮水などの残留水を、脱着用水蒸気Ｆと熱交換させることで蒸発させるものである。

【0025】

トラッパーを設ける箇所は、管内のどこであっても一定の効果があるが、配管のうちの最下部にまで残留水が到達してしまうと、そこにトラッパーを設けても底部に残留水が溜まって蒸発しにくいため、最下部よりも上方に設けておくことが望ましい。また、水平方向の配管内に設けると、上から伝ってくる残留水を受け止めることができないので、トラップ効果が薄くなってしまう。このため、少なくとも配管が上下方向への傾きを有する部分にトラッパーを取り付けることが望ましく、鉛直方向へ向いている箇所に取り付けるのが最も効率がよい。

【0026】

特に、熱交換器１４の水蒸気放出口３１から出てすぐの箇所に設けると、脱着用水蒸気Ｆが冷却されて生じる凝縮水をトラップしやすいだけでなく、熱交換器１４内の残存水もトラップしやすいので望ましい。また、水蒸気還流口３２の直前となるすぐ下にも設けておくと、熱交換器１４内の残存水が逆流することを防ぐことができる。

【0027】

上記のトラッパーの形態のうち、網状部材には、熱伝導性が高く脱着用水蒸気Ｆとの熱交換効率が高い金網が好ましい。この金網としては一般的な網目を重ねたデミスタを用いてよく、網目の重ね方については特に限定されない。また、ユニット型のデミスタを複数枚重ねてもよい。また、エキスパンドメタルなどその他の形態の網を用いてもよい。ただし、水蒸気に常時曝されるため、ステンレス製などの錆に強い金属で出来ていることが必要である。この他、セラミック製や樹脂製の網も使用出来る。

【0028】

上記網状部材の目は、目が細かすぎると流路の大きな抵抗となって、かえって水蒸気の凝縮を招いてしまうおそれがある。一方で、粗すぎると残留水をトラップしきれずに、効率が低下する。

【0029】

上記有孔板としては、オリフィス板のような中央に孔が開いたもの、パンチングメタルのように複数の細かい孔を開けたもの、スクラバのように波板を重ねてその間の隙間を通過可能としたものなど、特に限定されない。これらは特に、配管内に溶接して取り付けることで、壁面を伝う残留水を確実にトラップできるようにしておくと望ましい。この有孔板にも、セラミック製や樹脂製が使用出来るが、金属製が望ましいのは前述の網状部材と同様である。

【0030】

なお、上記有孔板としては、孔の直下がそのまま縮径している図２（ａ）のような形態では、一旦トラップした残留水がすぐに管の縮径した部分に到達してしまい、残留水を留めておく効果が薄くなってしまう。このため、図２（ｂ）に示すようなオリフィス板や、パンチングメタルなどのように、一旦上記有孔板の箇所で縮径しても、そのすぐ下で再び拡径している形態とすることが望ましい。

【0031】

さらに、この発明で用いるトラッパーはこれらの網状部材や有孔板を複数組み合わせてもよい。例えば、溶接した上記有孔板の上に、上記網状部材のユニットを重ねてもよい。これにより、残留水のトラップ能力が向上する。

【0032】

いずれの形態であっても、壁面を伝って落ちてくる残留水をそこで上記トラッパーに伝わせて、落下を一時的にせよ留めておくことができれば、そこで通過する脱着用水蒸気Ｆと接触して熱交換させることができる。

【0033】

さらにこの発明では、上記トラッパーに捕捉された残留水を効率良く蒸発させるために、循環経路３３に、脱着用水蒸気Ｆだけでなく、熱交換器１４で水を蒸発させるために用いる燃焼炉１３由来の高温ガスＬが温度低下させた排ガスＭを導入できるようにすると望ましい。燃焼炉から生じる高温ガスＬは高温ガス導入路４１を通じて熱交換器１４に導入され、７００℃以上の高温ガスＬが、２００〜２５０℃程度にまで冷却され、排ガスＭとして排出される。この排ガスＭを排出する排ガス排路４６を、大気へ放出する排ガス放出路４７から一部分岐させて、排ガス導入路４８として、循環経路３３に導入し、排ガスＭを循環させると、脱着用水蒸気Ｆよりも高温の排ガスＭからの熱を受けることで、残留水がさらに蒸発しやすくなる。また、排ガスＭは窒素、二酸化炭素を多く含んでいるため、残留水との間で熱交換しても、それ自体が凝縮してしまうおそれが少なくなる。

【0034】

なお、高温ガスＬを一部分岐させて循環経路３３に導入して循環させることでも残留水の蒸発を促すことはできる。ただし、高温であるため、循環経路３３の劣化を防ぐために量を適切に調整しなければならない。

【0035】

また、これらの排ガスＭや高温ガスＬを循環経路３３に導入すると、脱着用水蒸気Ｆも暖められるために、必要な温度まで上昇させるための所要時間を短縮できる。また、これらのガスに含まれる窒素や二酸化炭素は脱着初期の低温の吸着塔１１でも凝縮しないため、脱着した揮発性有機化合物を燃焼炉１３へ速やかに押し出しやすくなる。

【0036】

このようなトラッパーを取り付けた実施形態の例を、図３を用いて説明する。図３は、この実施形態における、水蒸気放出口３１から循環経路３３を通じて水蒸気還流口３２に至る部分の拡大図である。

【0037】

水蒸気放出口３１を漏斗状に縮径した直下には、配管内壁の全周に溶接されたパンチングメタル板５１が設けられ、その上に、金属製の網を渦巻状に束ねたデミスタのユニット５２を載せている。デミスタユニット５２の外径は配管の内径にほぼ合わせられており、デミスタユニット５２は管内壁に接している。
漏斗状部分を伝って落ちてきた残留水は、デミスタユニット５２とパンチングメタル板５１の表面を伝ってその場に残留し、熱交換器１４から流れ出てくる脱着用水蒸気Ｆと、排ガス導入路４８から供給されて循環する排ガスＭとの間で熱交換して蒸発していくので、循環経路３３の下部に残留水が到達することを防ぐ。

【0038】

また、水蒸気還流口３２を漏斗状に縮径した直下には、配管内壁の全周に溶接されたオリフィス板５３が設けてある。水蒸気放出口３１側に比べると、落下してくる残留水の量は少ないため、オリフィス板５３一つでほとんどの残留水を留めておくことができる。

【0039】

これら両方の鉛直部分に設けられたトラッパーにより、ブロワー３６への残留水の浸入も好適に防ぐことができ、ブロワー３６が水の混入によって移送能力の低下を起こす事態を回避できる。なお、ブロワー３６の上流側に、排ガス導入路４８の出口が設けられ、排ガスＭを導入可能としている。

【0040】

図３の実施形態では熱交換器１４の入口と出口の二箇所にトラッパーを設けたが、これに限らず、配管がさらに曲がっている場合など、さらに別の箇所にトラッパーを設けても良い。

【符号の説明】

【0041】

１１ 吸着塔
１２ 吸着層
１３ 燃焼炉
１４ 熱交換器
１５、１５ａ〜１５ｃ 供給口
１６ 供出口（有機化合物含有水蒸気）
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
２２ 燃料供給口
２３ 含有水蒸気供給口
２４ 燃焼炉温度センサ
２５ 脱着用水蒸気供給路
２６ 水供給口
２８ 水蒸気温度センサ
３１ 水蒸気放出口
３２ 水蒸気還流口
３３ 循環経路
３４ 分岐
３５ 脱着用水蒸気供給路
３６ ブロワー
３９ 開放口
４１ 高温ガス導入路
４６ 排ガス排路
４７ 排ガス放出路
４８ 排ガス導入路
５１ パンチングメタル板
５２ デミスタユニット
５３ オリフィス板
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
Ｈ 排出水蒸気
Ｋ 有機化合物含有水蒸気
Ｌ 高温ガス
Ｍ 排ガス

【図1】

【図2】

【図3】