JP2016007596A - 揮発性有機化合物処理装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【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、簡易な方法で燃焼炉に到達する揮発性有機化合物の量を平準化する。【解決手段】上記吸着層内に温度センサを取り付け、上記脱着の際に温度上昇を検知したら供給する脱着用水蒸気を減少させる。【選択図】図1
Description
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の制御方法に関する。
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。吸着塔は複数設けて、一方の吸着塔で吸着処理をしている間に、同時に他方の吸着塔では脱着処理を行うことで連続運転を行うことが行われている。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の生成を補助させることも行われている。
特許文献1には、脱着させた揮発性有機化合物を燃焼炉で燃焼させるにあたり、脱着量の変動によって燃焼炉にかかる熱負荷を低減させるために、脱着する揮発性有機化合物の量を時間に対して平準化する技術が記載されている。具体的には個々の吸着塔に蒸気供給口を複数設けて、最初に排出口に近い供給口から蒸気を供給しはじめ、脱着する揮発性有機化合物の量、あるいは燃焼炉の温度に応じて、順次排出口から遠い供給口を開けて、より排出口から遠い吸着剤からの脱着を進めていくものである。
特許文献2には、脱着する揮発性有機化合物をさらに平準化させるために、特許文献1の技術に加えて、排出口に近い蒸気供給口から、吸着層内で立体的に延びる分岐ダクトを取り付ける技術が記載されている。
しかしながら、特許文献1の手法を行うには、それぞれの吸着塔に複数の蒸気供給口を取り付けねばならず、しかもそれぞれの蒸気供給口にはバルブを取り付けなければならない。このため、イニシャルコストが増加する上に、制御が複雑化してしまい、運用が難しくなった。また、特許文献2のダクトを用いると、ダクトそのものによりコストが増加するだけでなく、ダクトが吸着剤層内に立体的な障害物として存在するために、吸着剤層を構成する活性炭を交換する際の手間が増加してしまうという問題があった。
一方で、単一の蒸気供給口で脱着運転する場合は、制御や構成は簡易なものになるため上記の問題は発生しない。しかしその場合は、蒸気供給口は排出口の反対側に配置されるため、吸着塔から溶剤が排出され始めるまでの時間が長くなり、その間は脱着された揮発性有機化合物を燃焼に使うことができないので、燃焼炉の温度を維持するために使用する補助燃料の必要量が増加し、ランニングコストの増加に繋がる。また、排出口から排出され始める時点で吸着剤全体に吸着されていた揮発性有機化合物がまとまって燃焼炉に到達するため、全て燃焼させると燃焼炉にかかる負荷が大きくなりすぎ、燃焼を抑えようとすると今度は揮発性有機化合物の不完全燃焼が発生する場合がある。
かといってこれに対して、燃焼炉へ供給される揮発性有機化合物の量を低減させるためには、脱着のための水蒸気供給量を低減させる必要が生じる。だが供給する蒸気量を急激に低減すると、排出される揮発性有機化合物の量は不安定に変動してしまい、燃焼炉による水蒸気生成も不安定になってしまう。
そこでこの発明は、簡易な方法で燃焼炉に到達する揮発性有機化合物の量を平準化することを目的とする。
この発明は、上記吸着層内に温度センサを取り付け、上記脱着の際に温度上昇を検知したら供給する脱着用水蒸気を連続的に減少させる工程を行うことで、上記の課題を解決したのである。このような制御により、最初期に上記吸着塔に導入されて、大量の揮発性有機化合物を脱着させた脱着用水蒸気が吸着層を通過しきる前に、又はその直後に、続く水蒸気供給量が減少し始めるので、吸着層を抜けて燃焼炉へ到達する揮発性有機化合物の供給速度が低下し、燃焼炉で燃焼する揮発性有機化合物による温度ピークを抑制することができる。
また、さらなる発明として、一つの上記吸着塔における脱着工程のうち少なくとも後半の一部の時間が、他の一つの上記吸着塔の脱着工程のうち少なくとも前半の一部の時間と重複するように、それぞれの上記吸着塔における脱着を開始するように運用する。このような制御を行うと、2基目の(他の一つの)上記吸着塔から脱着した揮発性有機化合物が燃焼炉に到達するまでの間に、1基目の(一つの)上記吸着塔から脱着した揮発性有機化合物が燃焼炉へ供給され続けるので、補助燃料の使用を最小限に抑えながら燃焼炉の温度を維持できる。さらに、2基目の上記吸着塔においても温度センサを取り付けて、脱着の途中で脱着用水蒸気の供給を抑えるため、1基目の上記吸着塔から脱着される揮発性有機化合物と、2基目の上記吸着塔から脱着される揮発性有機化合物とが重なっても、その時点では1基目の上記吸着塔から脱着される揮発性有機化合物の量は低下しており、2基目の上記吸着塔から脱着される揮発性有機化合物の量は途中の供給量の減少によりピークを抑制できるので、燃焼炉にかかる負荷を低減できる。
さらに、上記吸着塔が三基以上あるとより運用しやすい。2基目の上記吸着塔の脱着工程の途中から、3基目の上記吸着塔の脱着工程が開始になり、これらが並行して脱着を進めている間に他の上記吸着塔、例えば1基目の上記吸着塔や、さらなる4基目以降の上記吸着塔が吸着を行い、作業を循環して進めることができる。特に、上記吸着塔が3基であると、うち2基がタイミングをずらして脱着を行い、そのうちの1基の脱着が終わるタイミングで吸着へと切り替えつつ、他の1基の脱着を開始するというローテーションを組むことが出来るので効率がよい。この場合、並行して脱着する2基の吸着塔の脱着開始のタイミングは、脱着工程全体の時間の40〜60%ずれていると好ましく、45〜55%ずれているとより好ましく、望ましくは、50%で前半後半とが分かれるタイミングで他の吸着塔の脱着を開始、終了するものであると最も運用しやすい。
さらにまた、他の一つの上記吸着塔の脱着工程の開始は、少なくとも上記一つの吸着塔における脱着工程により生じる上記燃焼炉における温度の極大値を検出した後に行うと、燃焼炉へ到達する揮発性有機化合物のピークが重ならずに済むため、より確実に燃焼炉への負荷を抑制できる。
なお、この発明で用いる燃焼炉及び熱交換器は、複数基ある吸着塔が共有しており、共通の供給源から上記脱着用水蒸気を供給するようにすると、それぞれの吸着塔への供給配分を変えるだけで、燃焼炉及び熱交換器の運転量を増減させる必要がなく、運転制御は容易にできる。
この発明により、効率的な有機化合物処理装置の運用が可能となる。
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。
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。
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、三基の吸着塔11(11a,11b,11c)を有する構成を例に示す。
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、20c)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,12c)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。
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,17c)が設けてあり、吸着層12より下端側には、揮発性有機化合物が吸着剤に吸着されることでその濃度が低下した処理後ガスBの排出口18(18a,18b,18c)が設けてある。排出口18は大気中へ放出するものである。
また、吸着塔11の吸着層12の下端よりも下に、脱着用水蒸気Fの水蒸気供給口25(25a,25b,25c)が設けてある。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26(26a、26b,26c)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。
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、発生したドレンを抜き出すドレン抜出口27(27a,27b,27c)が設けてある。また、抜出口27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。
そして、吸着塔11の吸着層12の上面から深さ50〜150mmの位置に、吸着層内の温度を測定する層内温度センサ13(13a,13b,13c)が設けてある。これは、吸着層12の全体に対して上面に近い位置にあり、この部分の温度が上昇しているということは、吸着層12のほぼ全域で脱着用水蒸気Fによる十分な加熱が進行しており、脱着された揮発性有機化合物が間もなく供出口26から放出されるタイミングであるということがわかる。
一方、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L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。
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、高温ガスLが有する熱により水Eを加熱して得られた脱着用水蒸気Fを吸着塔11の水蒸気供給口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。高温ガスLが水Eに熱を渡して冷却された後の排ガスMは、排ガス供出路46を通って大気に排出される。ただし、この排ガスMが有する熱を適宜利用してもよい。
熱交換器32で生じた脱着用水蒸気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。
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の水蒸気供給口25へと繋がっている。
水蒸気供給口25(25a,25b,25c)にはそれぞれ弁(バルブ)が設けられている。これらの水蒸気供給口25の弁は、それぞれの吸着塔11(11a,11b,11c)への脱着開始時に開放する。この発明では、この弁を開放することで脱着を開始するタイミングを、塔ごとに適切に重複させる。またこの発明では、層内温度センサ13(13a,13b,13c)により取得した温度情報が所定の条件を満たす上昇を示したら弁を絞ることで脱着用水蒸気の供給量を低減させる。その後当然に、脱着工程の完了時には当該吸着塔11の供給口25の弁は完全に締める。
上記のようにバルブを調整するこの発明にかかる運用方法を実行する具体的な手順例を示す。まず、脱着前の吸着から説明する。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。
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、吸着終了後から水Eの加熱を始めたのでは、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。ただし、複数基の吸着塔11をローテーションで用いる場合は、最初の一つで脱着を始めた後は、順次どれかの吸着塔11が脱着を行うため、常に脱着用水蒸気Fを用意していることとなる。従って、脱着用水蒸気Fの準備工程は最初の段階でのみ必要となる。
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。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、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。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、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。脱着は、吸着剤への水蒸気吸着量の温度依存性を利用しており、高温であるほど吸着量は少なくなる。十分に高温の水蒸気でなければ、吸着工程の際との温度差が十分に生じず、すなわち、吸着量の差が十分に確保できないからである。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、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へ循環させてもよい。
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、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、水蒸気供給口25に脱着用水蒸気Fを送り込む弁を開放する。水蒸気供給口25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。吸着層12に設けられた層内温度センサ13は、脱着用水蒸気Fと接触することで吸着層12が暖められた温度変化を検知する。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。この脱着進行が確実に進行していると考えられる推定温度Txに到達していることを層内温度センサ13が検出したら、水蒸気供給口25への脱着用水蒸気Fの弁を徐々に絞り、供給量を抑制する。抑制されても供給は続けられるため、脱着用水蒸気Fの供給によって吸着塔11のガスは徐々に上方へ押されていくので、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。ただし、上記の脱着用水蒸気Fの供給量の抑制により、供出口26からの水蒸気有機化合物同伴ガスKの供出速度も抑制される。
上記の層内温度センサ13が検出する推定温度Txの条件としては、脱着工程開始時と比較して10℃以上の温度上昇があげられる。温度差が10℃未満では脱着が十分に進行していない場合があり、そのように脱着の進行が不十分な状態で供給量の抑制をしてしまうと、脱着作業自体が不十分となるおそれがあるためである。一方、脱着工程開始時からの温度差が、30℃以下であると好ましく、25℃以下であるとより好ましい。推定温度Txが高すぎると供給量の抑制を行うのが遅くなりすぎて、抑制が十分にされないまま大量の水蒸気有機化合物同伴ガスKが燃焼炉31に到達してしまうおそれがあるためである。
なお、上記の脱着用水蒸気Fの供給量を抑制する際には、開放口59を通じた系外への水蒸気放出量が増加することになる。
水蒸気有機化合物同伴ガスKが燃焼炉31に到達すると、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。しかし、この発明にかかる運用方法では、上記の層内温度センサ13に応じて行われる供給量制御によって、燃焼炉31の温度上昇のピークが抑制されるので、燃焼炉にかかる負荷を軽減できる。
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、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(漸減)。そのままでは燃料供給口42から供給する燃料Dの供給量を上げて、燃焼炉31の温度を支えなければならない。しかし、吸着塔11を複数基併用して用いる場合には、この漸減を補うように、次の吸着塔11(11b)から脱着された水蒸気有機化合物同伴ガスKが燃焼炉31に導入されるように、次の吸着塔11の水蒸気供給口25を開放する。また、この次の吸着塔11(11b)に設けた層内温度センサ13の温度がTxに到達した際には、上記と同様に上記次の吸着塔11(11b)に供給する脱着用水蒸気Fの量を抑制する。
上記のように、2つの吸着塔11、11の脱着を、タイミングをずらして導入することで、一つの吸着塔11aからの水蒸気有機化合物同伴ガスKの供給量の低下を、次に脱着を開始する吸着塔11bによる水蒸気有機化合物同伴ガスKの供給により補う。このような効果を発揮させるには、少なくとも、一つの吸着塔11(11a)における脱着工程のうち少なくとも後半の一部の時間が、他の一つの吸着塔11(11b)の脱着工程のうち少なくとも前半の一部の時間と重複するように、それぞれの上記吸着塔における脱着を開始することが必要となる。
このような相互補完を行う具体的なタイミングとしては、少なくとも先に脱着を始めた吸着塔11aの脱着工程全体の想定所要時間のうち、40%以上が経過しているタイミングで、次の吸着塔11bの脱着工程を開始するとよい。ここで脱着工程全体の想定所要時間とは、脱着現象そのもののことではなく、当該吸着塔11に脱着用水蒸気Fの供給を開始する時点から、供給を停止する時点までのことをいう。あまり早すぎると、先に開始した吸着塔11aによる水蒸気有機化合物同伴ガスKの供給量と、次に開始した吸着塔11bによる水蒸気有機化合物同伴ガスKの供給量とが重なって、燃焼炉31にかかる負荷が許容できなくなる。一方で、遅すぎると今度は次の開始タイミングに差し支えるため、脱着工程全体の想定所要時間のうち、経過は60%以下のタイミングで行うことが望ましい。より好ましくは45〜55%であり、最も好ましくは50%、50%となるタイミングである。
さらに、燃焼炉への負荷を確実に回避するためには、次の吸着塔11bの脱着工程の開始は、先に脱着を開始した吸着塔11aにおける脱着工程により生じる水蒸気有機化合物同伴ガスKが燃焼炉31に到達することにより起きる燃焼炉31の温度の上昇が、極大値(ピーク)を検出した後に行うと好ましい。一旦極大値を検出した後は、燃焼炉31の温度はゆるやかに減少しはじめるので、それから次の吸着塔11bの脱着を開始させても、ピークが重なることはなく、燃焼炉31にかかる負荷が重畳することはない。
このように、複数基の(うちの2基の)吸着塔11にタイミングをずらして供給される水蒸気の総合計量は、燃焼炉31と熱交換器32の処理量を変動させずに、2基の吸着塔11、11の間でそれぞれの水蒸気供給口25のバルブを調整することで割り振りを調整すると好ましい。生成する脱着用水蒸気Fの量を大きく変更すると、制御が複雑になりずれが生じやすくなるとともに、装置にかかる負荷も大きくなるからである。
基本的には、それぞれの吸着塔11に供給される水蒸気の量は、全供給量の20〜80%の範囲で調整すると好ましい。その調整は、水蒸気供給口25a,25b,25cに設けられている弁の開放割合によって調整するとよい。
まず、一の吸着塔11の供給開始時点では、脱着用水蒸気Fの全体の40〜60%の量を供給すると好ましく、45〜55%であるとより好ましく、50%であると特に好ましい。以下、まとめて50%前後という。最初の吸着塔11であっても、供給可能量の全量を供給すると、脱着が一気に進みすぎてしまい、燃焼炉31への水蒸気有機化合物同伴ガスKの供給量が多くなりすぎてしまい、層内温度センサ13に応じてその後に抑制しても、燃焼炉31への負荷が無視できなくなるおそれがある。このため、最初に脱着を開始する吸着塔11のみを運用している間は、残余の脱着用水蒸気Fは開放口59から放出するとよい。一方、既に一つ以上の吸着塔11(11a)についての脱着を開始しており、二基目以降の吸着塔11(11b)について脱着を開始する場合、この吸着塔11bへの供給量を50%前後とし、すなわち、その段階では脱着継続中の吸着塔11aに供給される量も全体の50%前後とするとよい。初期時点では吸着層内を速やかに暖めて脱着を開始させる必要があるため、ある程度まとまった量の供給が必要となるからである。
次に、層内温度センサ13の検出値に応じて吸着塔11(11b)への脱着用水蒸気Fを抑制した際の量は、全供給量の20〜30%の範囲に抑制するとよい。すなわち、その段階では、先に脱着を進めている吸着塔11(11a)への供給量は70〜80%程度となる。この時点では、先に脱着を進めている吸着塔11aは十分に脱着が進行しており、残存している揮発性有機化合物の量も少なくなっている。このため、供給される脱着用水蒸気Fの量が一時的に増加しても、それによって進む脱着は僅かであり、燃焼炉31にかかる負荷も許容できるものとなる。
そして、先に脱着を進めていた吸着塔11aの脱着が完了したら、水蒸気供給口25aの弁を閉め、さらに次の吸着塔11cの脱着を開始するべく、水蒸気供給口25cの弁を開放する。このとき、既に脱着を進めていた吸着塔11bと、あらたに脱着を開始する吸着塔11cとに供給する脱着用水蒸気Fの量は、上記の通り、いずれも50%前後とするとよい。ここで、既に脱着を進めていた吸着塔11bへの供給量は20〜30%から40〜60%へと上昇するが、ここまでにある程度脱着が進行しているため、脱着用水蒸気Fの量が増えても、それによって一時的に生じる水蒸気有機化合物同伴ガスKの供給量のピークは許容できる範囲のものとなる。
脱着が終了した吸着塔11は、再び吸着層12での吸着が可能な状態になったので、必要なタイミング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。3基の吸着塔11で運用する場合には、脱着の終了とともに吸着に用いるとよい。4基以上の吸着塔11で運用する場合には、適宜必要なタイミングで吸着を開始する。
なお、この発明を実施する際の実施形態は、吸着塔11に設ける水蒸気供給口25、供出口26,導入口17、排出口18の位置の上下方向が図1とは逆でもよい。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。
三基の吸着塔11a,11b,11cを、脱着工程の想定所要時間の半分ずつ重複するように、すなわち、一の吸着塔11a(11b,11c)の脱着工程の後半が、次の吸着塔11b(11c,11a)の脱着工程の前半と重なるように脱着工程を進めた場合の、それぞれの吸着塔への脱着用水蒸気Fの供給量と、それぞれから放出される揮発性有機化合物(図中「溶剤」と略記する。)が燃焼炉31に到達する際の量の仮想的な変遷を図2の変遷図を用いて説明する。なお、本図はそれぞれの吸着塔における挙動を示すために、揮発性有機化合物の量を仮想的に分けて記載しているが、燃焼炉31は一つであるため、燃焼炉31には、脱着進行中である各吸着塔11から排出されたそれぞれの揮発性有機化合物を合計した量が到達する。燃料Dを絞った後の燃焼炉31の燃焼温度は、基本的にこの揮発性有機化合物の合計量に依存する。
まず事前準備として、それぞれの吸着塔11の脱着工程に何分かかるのかを測定しておく。半分の時間が経過した時点で次の吸着塔11での脱着を開始できるようにタイミングを計る必要があるためである。ここでは脱着工程全体で80分、次の吸着塔11での脱着が始まるタイミングは40分後と設定する。
その上で、脱着前に燃焼炉31からの熱を受けた熱交換器32で脱着用水蒸気Fを十分に暖めておく。この時点では燃焼炉31には水蒸気有機化合物同伴ガスKが供給されておらず、燃料Dにより加熱している。吸着塔11aでの吸着が終わり、吸着塔11bでの吸着が開始するタイミングで、脱着用水蒸気Fの全供給量のうちの50%を吸着塔11aに導入する。図ではこの時点を開始時点とする。残りの50%は開放口59から大気中へ開放する。これらの配分はそれぞれの弁の開放率により調整する。
15分後、層内温度センサ13aが温度上昇を検知したら、供給する脱着用水蒸気Fの量を5分間かけて20%にまで低減させる。これに伴い、開放口59からの大気放出量は80%にまで上昇する。層内温度センサ13aは吸着層12aの上端近くであり、ここの温度が上昇したら脱着された揮発性有機化合物を伴う水蒸気有機化合物同伴ガスKは供出口26から供出され、約5分で燃焼炉31に到達する。燃焼炉31に供給される「溶剤(揮発性有機化合物)」はそこから急上昇する。しかし、吸着塔11a内の気体全体を押すことになる脱着用水蒸気Fの量を低減させることにより、燃焼炉31へ到達する段階でその量が時間に対して引き延ばされるため、このピークの高さは単純に脱着用水蒸気Fの量を絞らなかった場合よりも低く、時間軸(横軸)に対して引き延ばされたものとなる。燃焼炉31の温度はこの供給された水蒸気有機化合物同伴ガスKの到達量に応じて上昇するため、図中最下段に示すように、同様にピークを示すが、この温度の高さも抑制されることになる。なお、この水蒸気有機化合物同伴ガスKの到達に合わせて、燃料Dの消費量を絞ることで、燃焼炉31の熱負荷を低減させるとなおよい。
脱着工程の半分が完了したタイミングである40分後に、吸着塔11bでの吸着を終了して脱着作業を開始すべく、吸着塔11bに脱着用水蒸気Fを供給し始める。この開始は、吸着塔11aに由来する水蒸気有機化合物同伴ガスKの燃焼炉31への到達量がピークを越えたことを確認した後、すなわちそれは燃焼炉31の温度が極大値を示した後減少に転じたことを確認した後である。これにより、燃焼炉31への水蒸気有機化合物同伴ガスKの供給量が一旦落ち着いた後に次の吸着塔11b由来の水蒸気有機化合物同伴ガスKを到達させることができ、ピークの重なりを抑制する。このときの吸着塔11bへの供給量は脱着用水蒸気Fの全供給量のうちの50%とする。これは吸着塔11aにおける開始時点の供給量と同じである。一方、吸着塔11aへの供給量は脱着用水蒸気Fの全供給量の20%から50%まで上昇させ、大気への放出量を0%にする。吸着塔11aへの脱着用水蒸気Fの供給量が増えることで、脱着される揮発性有機化合物の量はわずかに上昇するが、既に最初のピークを過ぎているため、総量はそれほど多くはならず、燃焼炉31の温度上昇も抑制されたものとなる。
55分後、すなわち吸着塔11bへの供給開始から15分後、吸着塔11bの層内温度センサ13bの温度上昇を検知して、吸着塔11bへの脱着用水蒸気Fの供給量を、全供給量のうちの50%から20%へと減少させ始める。その分脱着用水蒸気Fが余るので、吸着塔11aには全供給量のうちの80%を供給する。
60分後、吸着塔11bに由来する水蒸気有機化合物同伴ガスKが燃焼炉31に到達する。上記の供給量減少により、吸着塔11bから供出される揮発性有機化合物を伴う水蒸気有機化合物同伴ガスKが燃焼炉31に到達する際のピークの高さは低くなっている。また、吸着塔11aに供給される脱着用水蒸気Fの量も増えているが、既に吸着塔11aの脱着はほぼ完了に近づいているため、供給される脱着用水蒸気Fがさらに増加しても、吸着塔11aから脱着される揮発性有機化合物の量の上昇はわずかで済む。なお、実際には吸着塔11aに由来する水蒸気有機化合物同伴ガスKとの区別は付かず、燃焼炉31の温度上昇は2つの吸着塔11a,11bからの水蒸気有機化合物同伴ガスKによる温度上昇が合わさった形で検出される。ただし、吸着塔11bからの揮発性有機化合物の量は脱着用水蒸気Fの供給量の低減によって抑えられ、吸着塔11aからの揮発性有機化合物の量は既に十分にピークを過ぎているため、燃焼炉31の温度上昇は極端に高いものとならず時間経過に対して広がったものとなり、燃焼炉31にかかる熱負荷を抑えて脱着を進行させることができる。
80分後、吸着塔11aへの脱着用水蒸気Fの水蒸気供給口25aの弁を閉じ、供給を停止して脱着を終了するとともに、揮発性有機化合物含有ガスAの導入口17aを開いて吸着工程を開始する。一方で、吸着工程を終えた吸着塔11cに脱着用水蒸気Fの全供給量のうちの50%を供給して吸着工程を開始する。また、既に脱着を進行させている吸着塔11bでは脱着用水蒸気Fの供給量を全供給量のうちの20%から50%に増加させる。
以後の変遷は「40分後」以降の変遷が、吸着塔11aを吸着塔11bに変えて、吸着塔11bを吸着塔11cに変えて行われる。この間に吸着塔11aでは、吸着工程が行われる。以後、燃焼炉31にかかる熱負荷も、同様に抑制して進行させていくことができる。
11,11a,11b,11c 吸着塔
12,12a,12b,12c 吸着層
13,13a,13b,13c 層内温度センサ
17,17a,17b,17c 導入口(揮発性有機化合物含有ガス)
18,18a,18b,18c 排出口(処理後ガス)
20,20a,20b,20c 多孔板
21 同伴ガス供出路
25,25a,25b,25c 水蒸気供給口
26,26a,26b,26c 供出口(水蒸気有機化合物同伴ガス)
27,27a,27b,27c ドレン抜出口
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
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
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
L 高温ガス
M 排ガス
12,12a,12b,12c 吸着層
13,13a,13b,13c 層内温度センサ
17,17a,17b,17c 導入口(揮発性有機化合物含有ガス)
18,18a,18b,18c 排出口(処理後ガス)
20,20a,20b,20c 多孔板
21 同伴ガス供出路
25,25a,25b,25c 水蒸気供給口
26,26a,26b,26c 供出口(水蒸気有機化合物同伴ガス)
27,27a,27b,27c ドレン抜出口
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
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
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
L 高温ガス
M 排ガス
Claims (3)
- 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する有機化合物処理装置の運用にあたって、
上記吸着塔は上記吸着層内に予め温度センサを有するものとし、
上記脱着の際に上記温度センサが温度の上昇を検知したら、当該吸着塔に供給する上記脱着用水蒸気の量を減少させる工程を含む、
有機化合物処理装置の運用方法。 - 上記有機化合物処理装置が、複数基の上記吸着塔を有し、
一つの上記吸着塔における脱着工程のうち少なくとも後半の一部の時間が、他の一つの上記吸着塔の脱着工程のうち少なくとも前半の一部の時間と重複するように、それぞれの上記吸着塔における脱着を開始する、請求項1に記載の有機化合物処理装置の運用方法。 - 上記他の一つの上記吸着塔の脱着工程の開始は、少なくとも上記一つの吸着塔における脱着工程により生じる上記燃焼炉における温度の極大値を検出した後に行う、請求項1又は2に記載の有機化合物処理装置の運用方法。
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- 2014-06-26 JP JP2014131389A patent/JP2016007596A/ja active Pending
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