JP4919781B2 - 浄化装置および浄化方法 - Google Patents

Description

本発明は、浄化装置および浄化方法に関する。

大気汚染の問題は、以前から注目されている。大気汚染の原因の１つに揮発性有機化合物（ＶＯＣ：Volatile Organic Compounds）が挙げられる。ＶＯＣは、揮発性を有する。ＶＯＣには、たとえば、トルエン、キシレンまたは酢酸エチルなどが含まれる。

ＶＯＣは、たとえば、塗装を行なう塗装施設、接着を行なう接着施設、印刷を行なう印刷施設、または、洗浄を行なう洗浄施設などの有機化合物を使用する施設から排出される。ＶＯＣを処理するための処理装置には、ＶＯＣを回収する装置やＶＯＣを分解する装置等が含まれる。ＶＯＣを回収する装置は、たとえば、吸着や吸収によりＶＯＣを回収する。ＶＯＣを分解する装置は、たとえば、ＶＯＣを燃焼して分解する装置、生物により分解する装置またはプラズマにより分解する装置などが含まれる。

近年におけるＶＯＣ含有ガスを処理する主な燃焼処理の方法として、触媒燃焼法と蓄熱燃焼法が挙げられる。蓄熱燃焼法は、砂、セラミックなどの耐熱性または蓄熱性を有する媒体を用いて、高温の雰囲気でＶＯＣを媒体に接触させることによりＶＯＣの分解を行なう方法である。触媒燃焼法は、白金、パラジウムなどの触媒を用いて、高温の雰囲気でＶＯＣを触媒に接触させることによりＶＯＣを分解する方法である。

これらの方法においては、ＶＯＣを含有するガスを加熱する必要があり、また、送風のために大きな動力が必要となって、処理量が少なくなってしまうという問題があった。または、処理量を多くしようとすると、設備が大型になってしまうという問題があった。

近年においては、ガスタービンを用いて、ＶＯＣを含む処理ガスをガスタービンのタービン用燃料とともに燃焼することにより、ＶＯＣを分解処理する方法が知られている。

特開２００２−４８９０号公報においては、ガスタービンを採用し、燃焼ガス温度を脱臭処理中、臭気ガスが分解される温度以上に制御するとともに、タービンで発生する動力を回転軸を介してコンプレッサに伝え、かつその軸力で第２コンプレッサを駆動して他の目的に利用可能な圧縮ガスを生成する脱臭・圧縮装置が開示されている。

特開２００４−３７０３８号公報においては、過給機におけるコンプレッサの空気出口とタービンの排気ガス入口とを連絡する連絡管、排気管に燃焼器を装備し、有機廃棄物排出源から有機溶剤含有廃液を廃液供給管によって蒸留装置を経て燃焼器に供給すると共に、有機廃棄物排出源からの有機溶剤ガスを含む空気を、ダクトによって濃縮装置、吸気冷却装置を経てコンプレッサに吸引させ、圧縮した後に燃焼器に送り、燃焼器内で有機成分含有廃液を有機成分含有空気で燃焼させ、この燃焼により発生する燃焼ガスでタービンを回転させる廃液処理装置が開示されている。

特開２００１−７０７５０号公報においては、処理対象の排ガス中に含まれる有機成分を濃縮して、有機成分濃度を高めた濃縮ガスを生成する濃縮装置と、この濃縮装置による生成濃縮ガスを燃焼用酸素含有ガスとして動力を発生させるガスタービンと、このガスタービンによる発生動力で発生する発電機とを備える排ガス処理システムが開示されている。
特開２００２−４８９０号公報 特開２００４−３７０３８号公報 特開２００１−７０７５０号公報

ガスタービン装置のタービン用燃料にＶＯＣを混入してＶＯＣを処理する装置においては、燃料を燃焼するための燃焼器で高温場が生成される。ＶＯＣを含有する空気は、この高温場を通過するが、この高温場の通過時間が短時間であり、ＶＯＣを完全に燃焼させて、全てを二酸化炭素と水とに分解することは困難であるという問題があった。特に、ＶＯＣの濃度が高い場合には、ＶＯＣを完全に分解することは困難であるという問題があった。また、この方法においては、不完全燃焼によるＣＯが生成されるという問題もあった。

ガスタービン装置においては、タービンに送られる燃焼ガスの温度を下げるために、燃焼器の希釈口から希釈空気が投入される。ＶＯＣを含む処理ガスをガスタービン装置の希釈空気として導入する装置においては、ＶＯＣを含む空気が燃焼器の高温場を通らずにタービンに送られる。このために、希釈空気に含まれるＶＯＣを完全に分解することは困難であるという問題があった。

本発明は、揮発性有機化合物を含む処理ガスを効率よく、かつ高い処理率で浄化することができる浄化装置および浄化方法を提供することを目的とする。

本発明に基づく一の局面における浄化装置は、揮発性有機化合物を含む処理ガスをガスタービンの吸気に導入して上記処理ガスを浄化する揮発性有機化合物を含む処理ガスの浄化装置である。上記浄化装置は、上記処理ガスが供給される燃焼室と、上記燃焼室から燃焼ガスにより駆動するタービンと、上記タービンに接続されて排気ガスを排出する第１排気経路と、上記第１排気経路に配置され、加熱装置を有しない第１触媒機器とを備える。

本発明に基づく他の局面における浄化装置は、上記一の局面における浄化装置の構成に加えて、さらに、上記処理ガスがガスタービンを介すことなく導入される第２触媒機器と、上記第１排気経路に配置され、上記第１触媒機器より放出された排気ガスにより上記第２触媒機器に導入される上記処理ガスを加熱する熱交換器とを備える。

上記発明において好ましくは、上記第１排気経路に配置され、上記排気ガスの廃熱を回収する廃熱回収器を備える。

本発明に基づく一の局面における浄化方法は、上記一の局面における浄化装置を用いて揮発性有機化合物を含む処理ガスを浄化する揮発性有機化合物を含む処理ガスの浄化方法であって、上記浄化方法は、上記タービンから排出される排気ガスを加熱することなくそのまま上記第１触媒機器に導入して浄化する。

本発明に基づく他の局面における浄化方法は、上記他の局面における浄化装置を用いて揮発性有機化合物を含む処理ガスを浄化する揮発性有機化合物を含む処理ガスの浄化方法であって、上記浄化方法は、上記処理ガスを２つに分流し、一の分流された処理ガスを上記タービンの吸気に導入し、上記タービンから放出される排気ガスを加熱することなくそのまま上記第１触媒機器に導入し、上記第１触媒機器から放出される排気ガスで他の分流された処理ガスを加熱し、上記第２触媒機器に導入して浄化する。

上記発明において好ましくは、上記第１触媒機器に導入される排気ガスの温度が２５０℃〜５５０℃である。

上記発明において好ましくは、上記タービンに発電機を接続し、下記の工程を下記の順序で含む、発電機の電気出力を一定とするとともに、上記処理ガスを浄化する浄化方法であって、Ａ．上記第１触媒機器の出口温度を検知する工程と、Ｂ．上記出口温度と上記第１触媒機器出口の目標温度として設定された第１目標温度とを比較する工程と、Ｃ．上記出口温度を上記第１目標温度に近づけるために要求される電気出力を調整する工程と、Ｄ．発電機の電気出力を要求される電気出力に近づけるために燃焼燃料の流量を調整する工程とを含む。

上記発明において好ましくは、上記処理ガスの濃度および流量を測定することなく上記処理ガスを上記燃焼室に供給し、上記出力を調整するために燃焼燃料の流量を調整する。

上記発明において好ましくは、上記タービンにインバータ制御が行なわれる発電機を接続し、下記の工程を下記の順序で含む、発電機の電気出力を可変とするとともに、上記処理ガスを浄化する浄化方法であって、Ａ．上記第１触媒機器の出口温度を検知する工程と、Ｂ．上記出口温度と上記第１触媒機器出口の目標温度として設定された第２目標温度とを比較する工程と、Ｃ．上記出口温度を上記第２目標温度に近づけるために、上記燃焼器に供給される上記処理ガスの流量を調整して上記タービンの回転数を調整する工程とを含む。

上記発明において好ましくは、上記処理ガスの温度および流量を測定することなく上記処理ガスを上記燃焼室に供給し、上記回転数を調整するために燃焼燃料の流量を調整する。

上記発明において好ましくは、上記タービンにインバータ制御が行なわれる発電機を接続し、下記の工程を下記の順序で含む、発電機の回転数および電気出力を可変とするとともに、上記処理ガスを浄化する浄化方法であって、Ａ．上記第１触媒機器の出口温度の第３目標温度と、上記第１触媒機器の出口流量の第３目標流量とを予め定める工程と、Ｂ．上記第３目標流量を得ることができる回転数で上記タービンを回転させるために、上記燃焼燃料の流量を調整する工程と、Ｃ．上記第３目標温度を得るために、上記インバータ制御によって上記発電機の電気出力を調整する工程とを含む。

上記発明において好ましくは、上記処理ガスの濃度および流量を測定することなく上記処理ガスを上記燃焼室に供給し、上記回転数および上記電気出力を調整するために燃焼燃料の流量を調整する。

本発明によれば、タービンから排出される排気ガスは高温であるので、排気ガスをさらに加熱する必要はなく、そのまま触媒機器に導入し、酸化させて浄化することができる。したがって、本発明によれば、揮発性有機化合物を含む処理ガスを効率よく、かつ高い処理率で浄化する浄化装置および浄化方法を提供することができる。

（実施の形態１）
図１および図２を参照して、実施の形態１における浄化装置および浄化方法について説明する。本実施の形態における浄化装置は、処理ガスとしてＶＯＣを含有するガスを浄化するための装置である。本実施の形態における浄化方法においては、浄化装置を制御しながら浄化装置の運転を行なう。

図１は、本実施の形態における浄化装置の模式図である。本実施の形態における浄化装置は、ガスタービン装置を備える。ガスタービン装置は、燃焼室としての燃焼器３を含む。燃焼器３には、タービン用燃料が供給される。タービン用燃料は、燃焼器３の燃焼燃料である。タービン用燃料は、たとえば、都市ガスなどのガス燃料または灯油などの液体燃料を含む。タービン用燃料は、タービン用燃料供給経路としての経路Ｍを通って燃焼器３に供給される。燃焼器３では、燃焼が生じて燃焼ガスが生成される。

本実施の形態におけるガスタービン装置は、タービン４を備える。燃焼器３で生じた燃焼ガスは、経路Ｃを通ってタービン４に供給される。燃焼ガスにより、タービン４が駆動される。

本実施の形態における浄化装置は、タービン４に接続された発電機６を備える。発電機６は、減速器５を介してタービン４に接続されている。タービン４で生成された回転力は、減速器５を介して発電機６に伝達される。発電機６においては、電気が生成される。

本実施の形態における浄化装置は、タービン４の排気ガスを放出するための第１排気経路としての経路Ｄ，Ｅ，Ｆを備える。経路Ｄは、タービン４に接続されている。

本実施の形態における浄化装置は、第１触媒機器として、タービン４からの排気ガスを浄化するための触媒機器７を備える。触媒機器７には、たとえば、白金またはパラジウムなどの触媒が含まれる。触媒としては、この形態に限られず、ＶＯＣを処理するための任意の触媒を採用することができる。

触媒機器７は、第１排気経路としての経路Ｄ，Ｅ，Ｆの途中に配置されている。触媒機器７は、経路Ｄによってタービン４に接続されている。触媒機器７は、タービン４と直列に接続されている。タービン４の排気ガスは、触媒機器７を通ることにより浄化される。浄化された排気ガスは、経路Ｅに排出される。

本実施の形態における浄化装置は、タービン４の排気ガスの熱を回収する廃熱回収器１３を備える。廃熱回収器１３は、たとえば、ボイラまたは熱交換器などを含む。廃熱回収器１３は、第１排気経路としての経路Ｄ，Ｅ，Ｆの途中に配置されている。廃熱回収器１３は、触媒機器７の下流側に配置されている。廃熱回収器１３には、経路Ｅを通ってタービン４の排気ガスが導入される。廃熱回収器１３は、タービン４の排気ガスの熱により熱交換を行なって、経路Ｇを流れる水などの物体を加熱することができるように形成されている。廃熱回収器１３を通ったタービン４の排気ガスは、経路Ｆを通って大気中に放出される。

廃熱回収器としては、タービンの排気ガスの熱を利用する機器であればよい。廃熱回収器としては、たとえば、温水ボイラ、吸収式冷凍機などが配置されていても構わない。

本実施の形態における浄化装置は、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）を含む処理ガスが、燃焼器３に供給されるように形成されている。処理ガスであるＶＯＣ含有ガスは、塗装を行なう塗装施設、接着を行なう接着施設、印刷を行なう印刷施設、または、洗浄を行なう洗浄施設などの有機化合物を使用する施設などから排出される。本実施の形態におけるＶＯＣ含有ガスは、空気にＶＯＣが含まれている。本実施の形態においては、タービン用燃料に、ＶＯＣ含有ガスが混入されて用いられる。本実施の形態におけるガスタービン装置は、圧縮機２を備える。圧縮機２は、ＶＯＣ含有ガスを加圧することができるように形成されている。

本実施の形態における浄化装置は、処理ガスとしてのＶＯＣ含有ガスが、ＶＯＣ含有ガス吸気経路としての経路Ａを通って圧縮機２に吸気される。圧縮機２にて加圧された処理ガスは、経路Ｂを通って燃焼器３に供給される。燃焼器３においては、タービン用燃料とともにＶＯＣが燃焼されることによりＶＯＣが酸化される。本実施の形態においては、処理ガスに含まれるＶＯＣは、タービンを駆動するための燃料として用いられている。

本実施の形態における浄化装置は、タービン４の排気経路としての経路Ｄ，Ｅ，Ｆに、触媒機器７が配置されている。処理ガスに含まれるＶＯＣは、燃焼器で全てを反応させることはできずに、タービン４から排出される排気ガスにはＶＯＣが残存する。さらに、タービン４の排気ガスには、燃焼器３にて完全燃焼しなかったために生じるＣＯが含まれる。

本実施の形態においては、触媒機器７に、タービン４の排気ガスを通すことにより、残存するＶＯＣまたはＣＯを効果的に酸化させることができる。ＶＯＣ含有ガスを触媒に接触させることによりＶＯＣの酸化反応が生じて二酸化炭素と水に分解される。触媒にてＶＯＣを分解するためには、たとえば、２５０℃以上、好ましくは３５０℃以上の温度が必要である。本実施の形態においては、タービン４の排気温度が３５０℃を超えている。このため、タービン４の排気を加熱したり、触媒機器７の触媒を加熱したりする機器を配置せずに、触媒機器７にてＶＯＣやＣＯ等を酸化することができる。

たとえば、ＶＯＣとしてトルエンが含まれる処理ガスが、燃焼器３に供給された場合においては、タービン４の排気ガスには、残存するトルエンおよび不完全燃焼のＣＯが含まれる。しかし、触媒機器７を通すことにより、トルエン濃度をさらに低くすることができる。タービン４の排気中にＶＯＣの未処理分が１０％程度含まれている場合においても、触媒機器７を通った経路ＥにおいてはＶＯＣ濃度を２％以下にすることができる。

ここで、ＶＯＣ含有ガスの処理能力を、処理ガスのＶＯＣ濃度（単位ｐｐｍＣ）を分母に、処理ガスのＶＯＣ濃度から浄化されたガスのＶＯＣ濃度を減じたもの（単位ｐｐｍＣ）を分子にした比と定義すれば、本実施の形態における浄化装置は、処理能力が０．９８以上になる。ここで、単位としてのｐｐｍＣは、メタンに換算された大気中の炭化水素類の濃度を表わす単位である。本実施の形態における浄化装置は、たとえば、処理ガスのＶＯＣ濃度が２１０００ｐｐｍＣの場合に、排出される浄化ガスのＶＯＣ濃度を４００ｐｐｍＣ以下にすることができる。

図２に、本実施の形態における浄化装置の燃焼器の拡大模式図を示す。ＶＯＣを含む処理ガスは、経路Ｂを通って燃焼器３に供給される。本実施の形態においては、燃焼器３の内部で高温になった燃焼ガスの温度を下げるために、ＶＯＣ含有ガスが高温場の下流側に供給されている。

経路Ｂは、経路Ｂ１および経路Ｂ２を含む。経路Ｂ１は、燃焼器３の入口に接続されている。経路Ｂ２は、燃焼器３のタービン用燃料およびＶＯＣが燃焼する領域である高温場の下流側に接続されている。本実施の形態においては、経路Ｂ２を通ってＶＯＣ含有ガスが燃焼器３に導入されることにより燃焼した空気が希釈される。

タービンに送られる燃焼ガスの理想的な温度は、たとえば、略１０００℃である。燃焼器の内部における高温場の温度は、たとえば１５００℃以上２０００℃以下になる。燃焼器に希釈ガスが導入されることにより、燃焼ガスの温度を下げることができる。たとえば、燃焼器３の高温場の温度が略２０００℃のときに、ＶＯＣ含有ガスにより希釈されることにより、温度を略１０００℃まで下げることができる。

燃焼器に希釈ガスが供給されるガスタービン装置においては、希釈ガスの導入により、燃焼ガスの温度が下がってＶＯＣの処理率が下がる。特に、希釈ガスとしてＶＯＣ含有ガスが導入された場合においては、希釈ガスに含まれるＶＯＣの処理率が小さくなる。また、不完全燃焼によるＣＯの生成率が上がる。しかしながら、本実施の形態のように、タービンの排気経路に触媒機器を配置することにより、残存するＶＯＣを処理することができる。またはＣＯを処理することができる。

本実施の形態においては、タービン４の排気経路に、廃熱回収器１３が配置されているため、タービン４の排気を有効に利用することができる。さらに、触媒機器７の内部で処理ガスが酸化されるときに熱が生じる。本実施の形態においては、触媒機器７が廃熱回収器１３の上流側に配置されているため、この熱も廃熱回収器１３に供給することができる。このように、本実施の形態においては、処理ガスを触媒で酸化するときに発する熱を有効利用することができる。

燃焼器に供給するＶＯＣ含有ガスは、たとえば、ＶＯＣの爆発を考慮して、ＶＯＣの濃度上限値を定めることが好ましい。濃度上限値としては、たとえばＶＯＣの爆発限界の１／４の濃度を採用することが好ましい。

本実施の形態における浄化装置は、供給しているタービン用燃料の流量の変動量によりＶＯＣ含有ガスのうちＶＯＣの流量を求めることができる。また、ガスタービン装置の吸気温度およびタービンの回転数からＶＯＣ含有ガス（空気とＶＯＣとの総和）の流量を求めることができる。これらの結果からＶＯＣ含有ガスのＶＯＣ濃度を求めることができる。得られたＶＯＣ濃度により、たとえば、ＶＯＣ濃度が上限を超えた場合には、ＶＯＣ含有ガスの流量を減少させるなどの制御を行なうことができる。

次に、本実施の形態における浄化方法について説明する。本実施の形態における浄化装置は、タービン４と発電機６との間に減速器５が配置されている。本実施の形態における浄化装置は、電気出力に関わらずに発電機６の回転数が一定である。発電機６で生じた電気は、電力を供給する系統に接続されている。

本実施の形態においては、第１触媒機器としての触媒機器７の出口に、温度計測機器１５が配置されている。本実施の形態においては、タービンの排気ガスの触媒機器７の出口温度を計測できるように形成されている。

触媒機器７に含まれる触媒は、温度が高い方がＶＯＣの処理率が高くなる。しかしながら、ＶＯＣが分解するときの発熱により温度が高くなり過ぎると、触媒自体が損傷する恐れがある。触媒機器７の出口温度の上限は、たとえば５５０℃である。このように、触媒機器を流れるガス温度は、上限を超えない範囲で高く設定することが好ましい。同様に、触媒機器７の出口温度は、上限を超えない範囲で高く設定することが好ましい。

本実施の形態における浄化方法は、触媒機器の出口温度を優先させる。触媒機器の出口温度の目標値として第１目標温度を定める。温度計測機器１５により触媒機器７の出口温度を検知して、出口温度と第１目標温度を比較する。次に、出口温度を第１目標温度に近づけるために、目標とする発電機６の電気出力である目標電気出力を変更する。次に、電気出力を目標電気出力に近づけるためにタービン用燃料の流量を調整する。この方法により、触媒機器でのタービンの排気ガスの温度を最適値に近づけることができ、効果的に浄化を行なうことができる。

たとえば、運転中に触媒機器７の出口温度が低くなりすぎた場合においては、タービン４の排気温度を上げるために目標電気出力を上げる。次に、目標電気出力を上げるために、タービン用燃料の流量を増やす。タービン用燃料の供給が増えることにより、タービン４の排気温度を上昇させることができる。反対に運転中に触媒機器７の出口温度が高くなりすぎた場合においては、目標電気出力を下げて、タービン用燃料の流量を減らすことにより、タービン４の排気温度を下げることができる。

本実施の形態における浄化装置は、タービンの排気ガスを加熱せずに、直接的に触媒機器に導入するように形成されているが、この形態に限られず、タービンの排気ガスまたは触媒機器の触媒を加熱するための加熱装置が配置されていても構わない。

本実施の形態においては、触媒機器内部を通るガスの第１温度の管理を行なうために、触媒機器の出口温度を用いているが、この形態に限られず、触媒機器の内部を通るガスの温度を計測しても構わない。

また、目標温度については、たとえば５００℃などの一点の温度に限られず、たとえば４５０℃以上５００℃以下の温度などの範囲を指定しても構わない。

（実施の形態２）
図３を参照して、実施の形態２における浄化装置および浄化方法について説明する。本実施の形態における浄化方法においては、浄化装置を制御しながら浄化装置の運転を行なう。

図３は、本実施の形態における浄化装置の模式図である。本実施の形態における浄化装置は、タービン４と発電機９との間に減速器が介在していない点で実施の形態１における浄化装置と異なる。すなわち、タービン４と発電機９とが直結されている。

本実施の形態における発電機９は、高速発電機である。発電機９は、回転数が可変である。本実施の形態における発電機９は、インバータ制御されている。発電機９のインバータ制御を行なうことにより、タービン４の回転数を任意に設定することができる。

本実施の形態における浄化装置は、ＶＯＣ含有ガスのＶＯＣ濃度および流量を検知せずに、運転を行なうことができる。たとえば、ＶＯＣ含有ガスにおいて、ＶＯＣ濃度が爆発限界を考慮した制限値以下であることが分かっている場合においては、ＶＯＣ含有ガスのＶＯＣ濃度および流量を検知せずに燃焼器に供給することができる。

本実施の形態においては、タービン４の回転数は、ＶＯＣ含有ガスのＶＯＣ濃度および流量に依存する。タービン４の回転数を検知して、タービン用燃料の流量を増減させることにより、タービン４の回転数を調整することができる。

たとえば、ＶＯＣ含有ガスのＶＯＣ濃度が上昇した場合においては、タービン４の回転数が上昇する。または、ＶＯＣ含有ガスの流量が上昇した場合においては、タービン４の回転数が上昇する。タービン４の回転数が上昇したことを検知して、タービン用燃料の流量を減らすことにより、タービン４の回転数を元の回転数に戻すことができる。上記とは反対に、たとえば、ＶＯＣ含有ガスに含まれるＶＯＣ濃度が低下した場合においては、タービン４の回転数が低下する。このときには、タービン用燃料の流量を増やすことにより、タービン４の回転数を元の回転数に戻すことができる。

このように、本実施の形態においてはＶＯＣ含有ガスのＶＯＣ濃度および流量に応じたタービン用燃料の流量調整を行なうことができる。

本実施の形態における浄化装置は、発電機のインバータ制御を行なうことにより、タービン４の回転数を任意に設定することができる。タービン４の回転数を高く設定したり低く設定したりした場合においても、所定の電気出力を取出すことができる。たとえば、タービン４の回転数を低く設定した場合においては、タービン４の排気流量は少なくなる。燃焼器に供給される空気流量が少なくなる。このときに、タービン４の排気温度は高くなる。逆に、タービン４の回転数を高く設定した場合には、燃焼器に導入される空気流量が多くなって排気温度が低くなる。本実施の形態における空気流量は、燃焼器に流入するＶＯＣ含有ガスの流量である。

次に、本実施の形態における第１の浄化方法について説明する。第１の浄化方法は、発電機の回転数が可変であり、電気出力が一定である。発電機の電気出力を一定に保ちながら、触媒機器において効率よくＶＯＣの処理を行なう浄化方法について説明する。

本実施の形態においては、触媒機器７の内部を通過するタービンの排気ガスの温度としての第１温度を検知するために、触媒機器７の出口の温度を参照している。すなわち、本実施の形態においては、排気ガスの触媒機器７の出口温度を計測することにより、触媒機器７の内部を流れる排気ガスの温度を検知している。

第１の浄化方法においては、触媒機器の出口温度を優先する。触媒機器の出口温度の目標値として第２目標温度を定める。温度計測機器１５により触媒機器７の出口温度を検知して、出口温度と第２目標温度を比較する。次に、出口温度を第２目標温度に近づけるために、燃焼器３に供給されるＶＯＣ含有ガスの流量を調整する。ＶＯＣ含有ガスの流量を調整するために、タービン４の回転数を調整する。次に、発電機９の出力を検知する。発電機９の出力を調整するためにタービン用燃料の流量を調整する。

たとえば、運転中に触媒機器７の出口温度が下がった場合においては、タービン４の回転数を下げて燃焼器３に供給されるＶＯＣ含有ガスの流量を少なくする。ＶＯＣ含有ガスの流量を少なくすることにより、タービン４の排気温度は上昇する。触媒機器７の出口温度は上昇する。このときに、発電機９の電気出力を検知して、たとえば、発電機９の電気出力が小さくなっている場合には、タービン用燃料の流量を増加させることにより電気出力を要求値どおりに戻す。

このように、本実施の形態においては、触媒機器を流れるガスの温度を処理に好適な範囲内に維持しながら、高い効率で処理ガスの浄化を行なうことができる。また、電気出力を一定に保つことができる。

第１浄化方法においては、第１触媒機器の出口温度を優先させる方法について説明を行なったが、この形態に限られず、第１触媒機器の出口温度および出口流量を優先させる浄化方法を行なっても構わない。第１触媒機器の出口温度および出口流量を測定する工程と、第１触媒機器の出口温度および目標温度を比較する工程と、第１触媒機器の出口流量と目標流量を比較する工程とを含む。出口温度を目標温度に近づけ、さらに、出口流量を目標流量に近づけるために、燃焼器に供給される処理ガスの流量を調整して、タービンの回転数を調整する工程を含んでいても構わない。ここで、第１触媒機器の出口流量は、ガスタービン装置の運転状況から求めることができる。または、タービンの排気経路に流量計を配置することにより得ても構わない。

たとえば、第１触媒機器に含まれる触媒の量が多い場合には、単位時間に処理可能なＶＯＣの処理量が増えるために、触媒の温度を若干低くしても、高効率で処理を行なうことができる。このような場合には、タービンの回転数をやや高めに設定することができる。すなわち、ＶＯＣ含有ガスの供給量を高めに設定することができる。このように、第１触媒機器の最適な出口温度および出口流量に基づいて、タービンの回転数を調整しても構わない。

次に、本実施の形態における第２の浄化方法について説明する。第２の浄化方法においては、タービンの回転数および発電機の電気出力は可変である。第２の浄化方法においても、第１の浄化方法と同様に、触媒機器７の内部を通過するタービンの排気ガスの温度としての第１温度を検知するために、触媒機器７の出口の温度を参照する。

第２の浄化方法においては、第１触媒機器でＶＯＣを高効率で処理することを優先する。第２の浄化方法においては、ＶＯＣ含有ガスは、任意の濃度および流量が供給されている。触媒機器７の出口温度の目標値である第３目標温度と、触媒機器７の出口流量の目標値である第３目標流量とを予め定める。次に、この第３目標流量を得ることができる回転数でタービンを回転させるために、タービン用燃料の流量を調整する。

触媒機器７の出口温度の第３目標温度を得るためには、タービン４の排気温度を調整する。タービン４の排気温度を調整するために、インバータ制御により発電機の電気出力を変更する。たとえば、電気出力を上昇するとインバータ制御により発電機が重たくなる。このとき、タービンの回転数は減少する傾向にあるため、回転数を維持するために、タービン用燃料を増加する。この結果、タービンの排気温度は上昇する。すなわち、発電機の電気出力を上げることにより排気温度が高くなる。逆に、電気出力を下げることにより排気温度を下げることができる。このように、インバータ制御により発電機の電気出力を変更することにより、タービンの排気温度を調整することができる。この結果、触媒機器の出口の温度を調整して第３目標温度に近づけることができる。

本実施の形態においては、触媒機器を通る排気ガスの目標流量にとして、一点の流量を用いているが、この形態に限られず、目標流量として流量の範囲を指定しても構わない。

上記以外の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰返さない。

（実施の形態３）
図４および図５を参照して、実施の形態３における浄化装置、浄化方法について説明する。本実施の形態における浄化装置は、実施の形態１における浄化装置に加えて、ガスタービン装置を通らずに処理ガスの浄化を行なう装置を備える。

図４は、本実施の形態における第１浄化装置の模式図である。本実施の形態における浄化装置は、第１排気経路としての経路Ｄ，Ｅ，Ｆを備える。浄化装置は、第１熱交換器としての熱交換器１２を備える。熱交換器１２は、経路Ｄ，Ｅ，Ｆの途中に配置されている。本実施の形態における触媒機器７は、第１排気経路のうち、熱交換器１２よりも上流側に配置されている。

浄化装置は、ＶＯＣ含有ガスを供給するための給気経路として、経路Ｈ，Ｉ，Ｊを備える。給気経路としての経路Ｈ，Ｉ，Ｊには、ガスタービン装置は配置されていない。浄化装置は、ＶＯＣを酸化するための第２触媒機器として触媒機器１１を備える。触媒機器１１は、経路Ｊに接続されている。浄化装置は、触媒機器１１からの処理ガスを排気するための第２排気経路としての経路Ｋ，Ｌを備える。

触媒機器１１は、ＶＯＣを処理するための触媒を含む。触媒は、たとえば、白金、またはパラジウムを含む。触媒としては、この形態に限られず、ＶＯＣを処理するための任意の触媒を採用することができる。

熱交換器１２は、タービンの排気経路と、タービンを通らない給気経路との熱交換を行なうように形成されている。熱交換器１２は、経路Ｅを流れるタービン４の排気ガスと、経路Ｉを流れるＶＯＣ含有ガスとの熱交換が行なえるように形成されている。

本実施の形態における浄化装置は、ＶＯＣ含有ガスの給気経路に、処理ガスを加熱するための加熱機器１０を備える。加熱機器１０は、バーナ用燃料を燃焼することにより、触媒機器１１に導入する処理ガスを加熱するように形成されている。バーナ用燃料は、経路Ｎを介して加熱機器１０に供給される。

本実施の形態における浄化装置は、ＶＯＣを含む処理ガスの給気経路と、触媒機器１１を通った排気経路との熱交換を行なうための第２熱交換器として熱交換器８を含む。熱交換器８は、経路Ｈを流れる処理ガスと、経路Ｋを流れる排気ガスとの熱交換を行なうことができるように形成されている。

本実施の形態における浄化装置において、ガスタービン装置の燃焼器にＶＯＣを含む処理ガスを供給することにより、ＶＯＣを分解することができることは実施の形態１と同様である。また、タービン４の排気経路に触媒機器７を配置することにより、残存するＶＯＣおよびＣＯを酸化できることも実施の形態１と同様である。

本実施の形態における浄化装置は、第２触媒機器としての触媒機器１１にＶＯＣ含有ガスが導入されることにより、ＶＯＣが分解される。ＶＯＣ含有ガスは、熱交換器８，１２において加熱される。また、ＶＯＣ含有ガスは、温度が十分に上昇しない場合には、補助的に加熱機器１０によって加熱される。

本実施の形態における浄化装置は、ガスタービン装置を通らないＶＯＣ含有ガスの給気経路とガスタービン装置に接続されている第１排気経路とが熱交換器１２によって熱交換するように形成されている。このため、熱交換器１２において、タービン４の排気ガスの熱を用いて、第２触媒機器としての触媒機器１１に導入されるＶＯＣ含有ガスを加熱することができる。

触媒機器１１に導入されるＶＯＣ含有ガスは、酸化可能な温度以上である必要がある。慣例的な触媒燃焼法においては、加熱機器によりＶＯＣ含有ガスを加熱することにより、温度を上昇させている。しかしながら、本実施の形態においてはガスタービン装置の排気熱を利用するために、ＶＯＣ含有ガスを加熱する加熱機器の燃料や電力を少なくすることができる。または、ＶＯＣ含有ガスを加熱するための加熱機器が不要になる。

また、本実施の形態における浄化装置は、ガスタービン装置により浄化を行なう装置に加えて、ガスタービン装置を通らずに浄化を行なう装置を備えることにより、多量のＶＯＣ含有ガスの処理を行なうことができる。

ガスタービン装置を含む浄化装置によって処理を行なうことができるＶＯＣ含有ガスの処理容量は、最大でガスタービンを駆動するときの燃焼の空気量になる。一方で、塗装用施設や印刷用施設などから排気されるＶＯＣ含有ガスは多量である場合があり、ガスタービンが必要とする燃焼用の空気量を超える場合がある。本実施の形態における浄化装置は、このような場合においても、多量のＶＯＣ含有ガスを処理することができる。

このように、本実施の形態における浄化装置は、少ない燃料によって多量のＶＯＣを含有するガスを処理することができる。

本実施の形態における浄化装置は、ガスタービン装置に接続されている排気経路のうちタービン４と熱交換器１２との間に触媒機器７が配置されている。触媒機器７においては酸化反応が生じて発熱する。本実施の形態においては、触媒機器７の下流側に熱交換器１２が配置されているため、熱交換器１２において、触媒機器７での発熱も有効に利用することができる。

本実施の形態における浄化装置は、ガスタービン装置を通らない給気経路と、触媒機器１１の排気を行なう第２排気経路との熱交換を行なうための熱交換器８を備える。触媒機器１１においては、ＶＯＣが酸化されるときに発熱する。熱交換器８においては、触媒機器１１で発する熱を含めてＶＯＣ含有ガスを効果的に加熱することができる。

本実施の形態においては、ＶＯＣ含有ガスの給気経路に加熱機器１０が配置されている。加熱機器１０は、たとえば、触媒機器１１に導かれるＶＯＣ含有ガスの温度を測定して、この温度が触媒機器１１の触媒の反応温度未満であれば加熱機器１０を駆動する。触媒機器１１に流入する処理ガスの温度が触媒の反応温度以上であれば、加熱機器１０を停止する。このように、熱交換器８および熱交換器１２での加熱が不十分な場合には、加熱機器１０を駆動することにより、供給するＶＯＣの処理ガスを高温に保つことができる。

本実施の形態におけるガスタービン装置を含まない装置においても、ＶＯＣ含有ガスの処理能力を０．９８以上にすることができる。たとえば、ＶＯＣ含有ガスに、２１０００ｐｐｍＣのＶＯＣが含まれている場合においても、排出される浄化ガスのＶＯＣ濃度を４００ｐｐｍＣ以下にすることができる。

次に、本実施の形態における浄化方法について説明する。図５に、本実施の形態における第２浄化装置の模式図を示す。第２浄化装置は、本実施の形態における第１浄化装置がＶＯＣ排出施設に接続されている。第２浄化装置においては、一のＶＯＣ排出施設などから排出される処理ガスを２つに分流する。

塗装施設などのＶＯＣ排出施設からは、経路Ｐを通してＶＯＣ含有ガスが排出される。経路Ｐが、経路Ａおよび経路Ｈに分流されている。経路Ａの処理ガスは、ガスタービン装置の吸気に導入される。経路Ｈの処理ガスはガスタービン装置を通らずに第２触媒機器に接続される経路Ｈに導入される。このように、処理を行なうべきＶＯＣ含有ガスを２つに分流して、ガスタービン装置を含む装置およびガスタービン装置を含まない装置のそれぞれにＶＯＣ含有ガスを供給することにより、多量のＶＯＣ含有ガスを排出する施設においてもＶＯＣ含有ガスを処理することができる。

本実施の形態においては、ガスタービン装置および第２触媒機器に導入されるＶＯＣ含有ガスは、一の発生源を２つに分流して導入しているが、この形態に限られず、互いに異なる２つの発生源からのＶＯＣ含有ガスをそれぞれに導入してもよい。

その他の構成、作用および効果については、実施の形態１または２と同様であるのでここでは説明を繰返さない。

上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には、同一の符号を付している。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

実施の形態１における浄化装置の模式図である。 実施の形態１における浄化装置の燃焼器の拡大模式図である。 実施の形態２における浄化装置の模式図である。 実施の形態３における浄化装置の模式図である。 実施の形態３における他の浄化装置の模式図である。

符号の説明

２ 圧縮機、３ 燃焼器、４ タービン、５ 減速器、６，９ 発電機、７ （第１）触媒機器、８ （第２）熱交換器、１０ 加熱機器、１１ （第２）触媒機器、１２ （第１）熱交換器、１３ 廃熱回収器、１５ 温度計測機器、Ａ〜Ｎ，Ｐ，Ｂ１，Ｂ２ 経路。

Claims (11)

1. 揮発性有機化合物を含む処理ガスをガスタービンの吸気に導入して前記処理ガスを浄化する揮発性有機化合物を含む処理ガスの浄化装置であって、
   前記浄化装置は、前記処理ガスが供給される燃焼室と、
   前記燃焼室から燃焼ガスにより駆動するタービンと、
   前記タービンに接続されて排気ガスを排出する第１排気経路と、
   前記第１排気経路に配置され、加熱装置を有しない第１触媒機器と
   前記処理ガスがガスタービンを介すことなく導入される第２触媒機器と、
   前記第１排気経路に配置され、前記第１触媒機器より放出された排気ガスにより前記第２触媒機器に導入される前記処理ガスを加熱する熱交換器と
   を備える、浄化装置。
2. 前記第１排気経路に配置され、前記排気ガスの廃熱を回収する廃熱回収器を備える、請求項１に記載の浄化装置。
3. 請求項１または２に記載の浄化装置を用いて揮発性有機化合物を含む処理ガスを浄化する揮発性有機化合物を含む処理ガスの浄化方法であって、
   前記浄化方法は、前記タービンから排出される排気ガスを加熱することなくそのまま前記第１触媒機器に導入して浄化する、浄化方法。
4. 請求項１に記載の浄化装置を用いて揮発性有機化合物を含む処理ガスを浄化する揮発性有機化合物を含む処理ガスの浄化方法であって、
   前記浄化方法は、前記処理ガスを２つに分流し、一の分流された処理ガスを前記タービンの吸気に導入し、前記タービンから放出される排気ガスを加熱することなくそのまま前記第１触媒機器に導入し、前記第１触媒機器から放出される排気ガスで他の分流された処理ガスを加熱し、前記第２触媒機器に導入して浄化する、浄化方法。
5. 前記第１触媒機器に導入される排気ガスの温度が２５０℃〜５５０℃である、請求項３または４に記載の浄化方法。
6. 前記タービンに発電機を接続し、下記の工程を下記の順序で含む、発電機の電気出力を一定とするとともに、前記処理ガスを浄化する浄化方法であって、
   Ａ．前記第１触媒機器の出口温度を検知する工程と、
   Ｂ．前記出口温度と前記第１触媒機器出口の目標温度として設定された第１目標温度とを比較する工程と、
   Ｃ．前記出口温度を前記第１目標温度に近づけるために要求される電気出力を調整する工程と、
   Ｄ．発電機の電気出力を要求される電気出力に近づけるために燃焼燃料の流量を調整する工程と
   を含む、請求項３ないし５のいずれかに記載の浄化方法。
7. 前記処理ガスの濃度および流量を測定することなく前記処理ガスを前記燃焼室に供給し、前記出力を調整するために燃焼燃料の流量を調整する、請求項６に記載の浄化方法。
8. 前記タービンにインバータ制御が行なわれる発電機を接続し、下記の工程を下記の順序で含む、発電機の電気出力を可変とするとともに、前記処理ガスを浄化する浄化方法であ
   って、
   Ａ．前記第１触媒機器の出口温度を検知する工程と、
   Ｂ．前記出口温度と前記第１触媒機器出口の目標温度として設定された第２目標温度とを比較する工程と、
   Ｃ．前記出口温度を前記第２目標温度に近づけるために、前記燃焼器に供給される前記処理ガスの流量を調整して前記タービンの回転数を調整する工程と
   を含む、請求項３ないし５のいずれかに記載の浄化方法。
9. 前記処理ガスの温度および流量を測定することなく前記処理ガスを前記燃焼室に供給し、前記回転数を調整するために燃焼燃料の流量を調整する、請求項８に記載の浄化方法。
10. 前記タービンにインバータ制御が行なわれる発電機を接続し、下記の工程を下記の順序で含む、発電機の回転数および電気出力を可変とするとともに、前記処理ガスを浄化する浄化方法であって、
    Ａ．前記第１触媒機器の出口温度の第３目標温度と、前記第１触媒機器の出口流量の第３目標流量とを予め定める工程と、
    Ｂ．前記第３目標流量を得ることができる回転数で前記タービンを回転させるために、前記燃焼燃料の流量を調整する工程と、
    Ｃ．前記第３目標温度を得るために、前記インバータ制御によって前記発電機の電気出力を調整する工程と
    を含む、請求項３ないし５のいずれかに記載の浄化方法。
11. 前記処理ガスの濃度および流量を測定することなく前記処理ガスを前記燃焼室に供給し、前記回転数および前記電気出力を調整するために燃焼燃料の流量を調整する、請求項３ないし１０のいずれかに記載の浄化方法。

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