JP5124518B2

JP5124518B2 - 揮発性有機化合物含有排水の処理方法

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Publication number: JP5124518B2
Application number: JP2009092451A
Authority: JP
Inventors: 英里岡野; 光明池田
Original assignee: Tsukishima Kankyo Engineering Ltd
Current assignee: Tsukishima Kankyo Engineering Ltd
Priority date: 2009-04-06
Filing date: 2009-04-06
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2029-04-06
Also published as: JP2010240583A

Description

本発明は、アルコール、パラフィン系炭化水素、アセチレン系炭化水素、芳香族系炭化水素、ケトン類、エステル類などの揮発性有機化合物（以下、ＶＯＣと称する。）成分を含有するＶＯＣ含有排水を蒸気に放散して触媒と空気中の酸素により酸化分解して無害化処理するＶＯＣ含有排水の処理方法に関するものである。

排水中に含まれるＶＯＣ成分の処理方法としては、放散処理や燃焼装置による直燃法、オゾン酸化法、吸着法等が知られており、例えば放散処理については特許文献１に充填層を備えた充填塔（放散塔）にＶＯＣ含有排水を供給し、水蒸気をパージガスとしてＶＯＣ成分を放散させ、その放散ガスを凝集させて回収液タンクに回収したりすることが記載されている。また、特許文献２、３には、空気等によって放散したＶＯＣ成分を吸着塔によって吸着した後に脱着して、触媒処理することが記載されている。

ところが、特許文献１に記載のようにＶＯＣ成分を放散した放散ガスを凝集して回収したのでは、回収液が残るためその処理が必要となる。また、特許文献２、３に記載のように、放散後に触媒処理のため吸着塔を用いることは設備の大型化を招くことになり、経済的ではない。さらに、直燃法では放散ガス中のＶＯＣ成分濃度が低いと補助燃料を燃焼させなければならず燃料コストが増大することになり、オゾン酸化法では低温での処理が可能であるものの、やはり二次処理が必要となる。

そこで、このようにＶＯＣ含有排水を放散塔に供給して蒸気によりＶＯＣ成分を放散した放散ガスを空気と混合することにより希釈し、こうして放散ガスと空気とを混合した希釈ガスを直接触媒反応器に供給して、触媒により空気中の酸素を用いて酸化分解処理することが検討されている。

特許第３９９５８６４号公報特開平５−３２９３３０号公報特開平６−１３４２４１号公報

ところで、このようにＶＯＣ成分を蒸気によって放散した放散ガスに空気を混合して触媒により酸化分解処理する場合、希釈ガスは通常この酸化分解によって発生した熱によって触媒反応に適した温度に加熱されて触媒反応器に供給されるのであるが、この希釈ガスにおける放散ガス量に対する混合した空気量の比である希釈ガス比が高すぎると、触媒反応による酸化分解処理によって希釈ガスを十分に加熱し得るだけの熱が発生せず、補助燃料を燃焼させて希釈ガスを加熱しなければ自立した触媒反応を維持することが困難となるおそれがある。その一方で、逆にこの希釈ガス比が低くて希釈ガスにおけるＶＯＣ成分濃度が高すぎると、触媒反応器の温度が高くなりすぎて触媒に損傷が生じたり、安定した反応が阻害されたりするおそれがある。

このため、ＶＯＣ含有排水中のＶＯＣ成分を蒸気により放散した放散ガスに空気を混合して希釈し、触媒により確実かつ安定的に酸化分解処理するには、この放散ガスに空気を混合して希釈した希釈ガスにおける希釈空気量と放散ガス量との希釈ガス比を、触媒反応が安定して必要十分な温度で行われる範囲に適正に設定しなければならないが、この適正な希釈ガス比は、放散ガスを生成する放散塔に供給されるＶＯＣ含有排水のＶＯＣ成分およびその供給量と蒸気の投入量とによって変化するため、常に安定したＶＯＣ含有排水の処理を図るのは困難とされていた。

本発明は、このような背景の下になされたもので、ＶＯＣ含有排水中のＶＯＣ成分を蒸気により放散した放散ガスに空気を混合して希釈するのに際して、放散塔に供給されるＶＯＣ含有排水のＶＯＣ成分や供給量と蒸気の投入量とに応じて希釈ガス比を適正に設定でき、これにより触媒によるＶＯＣ成分の酸化分解処理を確実かつ安定して行うことが可能なＶＯＣ含有排水の処理方法を提供することを目的としている。

ここで、本発明の発明者は、種々のＶＯＣ含有排水に対してその高位発熱量ＨＨＶ（kJ/kg）に着目して、希釈ガスにおける放散ガスのガス量Ｖ（Nm^３）に対する混合した空気の量Ｖair（Nm^３）の比であるその希釈ガス比Ｖair／Ｖ（Nm^３／Nm^３）について鋭意研究を重ねた結果、放散塔に供給されるＶＯＣ含有排水の供給量であるその空塔モル速度Ｌ_Ｍ（kmol/m²・h）の、該放散塔に投入される蒸気の投入量であるその空塔モル速度Ｇ_Ｍ（kmol/m²・h）に対する比Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍを一定とすれば、自立した触媒反応が可能で、かつ触媒に損傷を生じることのない適正な希釈ガス比は、これら空塔モル速度Ｌ_Ｍ、Ｇ_Ｍの比Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍに基づく定数と上記高位発熱量ＨＨＶ（kJ/kg）を変数とする簡単な１次方程式（不等式）で表される範囲となるという知見を得るに至った。

そこで、本発明は、このような知見に基づいて上記課題を解決して、上述した目的を達成するために、ＶＯＣ成分を含有するＶＯＣ含有排水を放散塔に供給して該放散塔に投入される蒸気に上記ＶＯＣ成分を放散し、次いでこのＶＯＣ成分を放散した放散ガスに空気を混合して希釈し、さらにこの空気を混合した希釈ガスを加熱して触媒と反応させることにより上記ＶＯＣ成分を酸化分解処理するとともに、この酸化分解処理によって発生した処理ガスによって上記希釈ガスを加熱するＶＯＣ含有排水の処理方法であって、上記放散塔に供給する上記ＶＯＣ含有排水の空塔モル速度をＬ_Ｍ（kmol/m²・h）、該放散塔に投入される上記蒸気の空塔モル速度をＧ_Ｍ（kmol/m²・h）としたときに、上記ＶＯＣ含有排水の高位発熱量ＨＨＶ（kJ/kg）と、上記希釈ガスにおける上記放散ガスのガス量Ｖ（Nm^３）に対する混合した上記空気の量Ｖair（Nm^３）の比である希釈ガス比Ｖair／Ｖ（Nm^３／Nm^３）とを、高位発熱量ＨＨＶ≦９０（kJ/kg）、かつ希釈ガス比Ｖair／Ｖ≧１（Nm^３／Nm^３）とするとともに、（０．０２８８Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ＋０．０２５）ＨＨＶ＋（０．０５Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ−１．３７９６）≦Ｖair／Ｖ≦（０．０８７８Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ＋０．０７８３）ＨＨＶ＋（０．１５３Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ−１．８８４２）の範囲に設定することを特徴とする。

すなわち、上記知見に基づけば、希釈ガス比Ｖair／Ｖ（Nm^３／Nm^３）がＶＯＣ含有排水の高位発熱量ＨＨＶ（kJ/kg）に対して（０．０８７８Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ＋０．０７８３）ＨＨＶ＋（０．１５３Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ−１．８８４２）よりも高ければ放散ガスが空気によって希釈されすぎて、触媒による酸化分解処理で混合ガスを必要な温度に加熱するまでの熱量が得られず、自立した触媒反応を促すことができずに補助燃料の燃焼を要することになる。また、逆に希釈ガス比Ｖair／Ｖ（Nm^３／Nm^３）がＶＯＣ含有排水の高位発熱量ＨＨＶ（kJ/kg）に対して（０．０２８８Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ＋０．０２５）ＨＨＶ＋（０．０５Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ−１．３７９６）を下回るほど低く、つまり放散ガスが空気によって十分に希釈されないまま触媒反応器に供給されると、反応器の温度が上がりすぎてしまい触媒に損傷を招く結果となる。

なお、希釈ガス比Ｖair／Ｖの下限値を１（Nm^３／Nm^３）に設定しているのは、放散ガスと混合する空気の量を少なくとも放散ガス量と等量として、触媒反応によるＶＯＣ成分の酸化分解処理に最低限必要な希釈ガス中の酸素濃度１０vol%を確保するためである。また、ＶＯＣ含有排水の高位発熱量ＨＨＶの上限値を９０（kJ/kg）に設定しているのは、これよりも高位発熱量ＨＨＶの高いＶＯＣ含有排水であると、放散ガスと希釈空気を混合する際に自然発火するおそれがあるとともに、そのような高い発熱量を有するＶＯＣ含有排水であれば、触媒反応によらずに例えば直燃法によって処理するのがむしろ効率的であるからでもある。

ところで、ＶＯＣ含有排水の空塔モル速度Ｌ_Ｍ（kmol/m²・h）の蒸気の空塔モル速度Ｇ_Ｍ（kmol/m²・h）に対する比Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍは、実際に放散塔を設計する際に用いられる、液相中のｍｏｌ分率を横軸（ｘ軸）とし、気相中のｍｏｌ分率を縦軸（ｙ軸）としたｘ−ｙ線図における回収部操作線の傾きで表すことができ、放散条件は比Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍが小さく、すなわち放散塔に供給されるＶＯＣ含有排水に対して投入される蒸気量が多いほど良好になる。また、同ｘ−ｙ線図における上記回収部操作線と気液平衡線の勾配の比λは、λ＝ｍ・Ｇ_Ｍ／Ｌ_Ｍで表され、ここで、ｍはヘンリー定数（molfr/molfr）であって、λは小さいほど投入する蒸気量が少なく、λ＝１が理想系であり、大きいほど投入される蒸気量は多くなって放散条件は良好となるが、あまり多すぎても経済的ではないので、上記比λが１≦λ≦５の範囲となるように、ＶＯＣ含有排水の空塔モル速度Ｌ_Ｍ（kmol/m²・h）の蒸気の空塔モル速度Ｇ_Ｍ（kmol/m²・h）に対する比Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍは、ｍ／５≦Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ≦ｍの範囲に設定されるのが望ましい。

以上説明したように、本発明によれば、ＶＯＣ含有排水を蒸気によって放散して空気と混合した希釈ガスを触媒反応により酸化分解処理するのに、放散塔に供給されるＶＯＣ含有排水の供給量と蒸気の投入量との比とＶＯＣ含有排水の高位発熱量とによって、比較的簡略な計算式により上記希釈ガスにおける放散ガスの希釈ガス比を適正な範囲に設定することができ、これにより、補助燃料の使用量を抑制するとともに、温度上昇による触媒の損傷等を防ぐことが可能な、確実かつ安定的な触媒によるＶＯＣ成分の酸化分解処理を促すことが可能となる。

本発明のＶＯＣ含有排水の処理方法の一実施形態に係わる処理装置を示す概略図である。本発明の一実施形態において、放散塔２に供給されるＶＯＣ含有排水Ａの空塔モル速度Ｌ_Ｍ（kmol/m²・h）と水蒸気Ｂの空塔モル速度Ｇ_Ｍ（kmol/m²・h）との比Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ＝８のときのＶＯＣ含有排水Ａの高位発熱量ＨＨＶ（kJ/kg）と希釈ガス比Ｖair／Ｖ（Nm^３／Nm^３）の関係を示す図である。本発明の一実施形態において、放散塔２に供給されるＶＯＣ含有排水Ａの空塔モル速度Ｌ_Ｍ（kmol/m²・h）と水蒸気Ｂの空塔モル速度Ｇ_Ｍ（kmol/m²・h）との比Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ＝１１のときのＶＯＣ含有排水Ａの高位発熱量ＨＨＶ（kJ/kg）と希釈ガス比Ｖair／Ｖ（Nm^３／Nm^３）の関係を示す図である。

図１は、本発明のＶＯＣ含有排水の処理方法の一実施形態に係わるＶＯＣ含有排水の処理装置を示すものであり、以下この処理装置について説明しながら、実施形態のＶＯＣ含有排水の処理方法についても説明する。本実施形態において処理されるＶＯＣ含有排水Ａは、例えば電子機器製造工程や自動車部品製造工程、樹脂製造工程、化成品製造工程等の各種工程における特に洗浄過程で発生するものであって、こうして発生したＶＯＣ含有排水Ａは排水予熱器１を介して予熱されて、放散塔２内にその上部から供給されて噴霧される。

この放散塔２は、上記特許文献１に記載された充填塔と同様に内部に適宜の段数の充填層を備えたものであって、その下部には水蒸気調整弁３を介して水蒸気Ｂが供給可能とされており、上部から供給されて上記充填層を滴下するＶＯＣ含有排水Ａ中のＶＯＣ成分がこの水蒸気Ｂによって放散させられて、水蒸気Ｂとともに放散ガスＣとして放散塔２の頂部から排出される。また、こうしてＶＯＣ成分が放散させられて除去されるとともに水蒸気Ｂと接して高温となった排水Ａ’は放散塔２の底部に保持され、放散塔ポンプ４によって適宜抜き出されて上記排水予熱器１においてＶＯＣ含有排水Ａを予熱した後、処理済み排水Ｄとして排出される。

ここで、本実施形態ではまず第１に、この放散塔２に供給されるＶＯＣ含有排水Ａの供給量と投入される水蒸気Ｂの投入量とは、それぞれＶＯＣ含有排水Ａの空塔モル速度Ｌ_Ｍ（kmol/m²・h）と水蒸気Ｂの空塔モル速度Ｇ_Ｍ（kmol/m²・h）との比Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍが一定となるように、ＶＯＣ含有排水Ａの供給経路に設けた流量計５による測定結果に基づいて上記水蒸気調整弁３が操作されることにより、制御される。なお、この比Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍは、ｍをヘンリー定数（molfr/molfr）としたときに、ｍ／５≦Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ≦ｍの範囲に設定され、具体的に本実施形態では８≦Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ≦１１の範囲に設定されている。

そして、この放散塔２から排出された放散ガスＣは、次いで空気Ｅと混合されて希釈された希釈ガスＦとして触媒反応器６に供給され、この空気Ｅの酸素を用いて触媒７により酸化分解処理されるのであるが、こうして放散ガスＣを空気Ｅと混合して希釈する際に、本実施形態では第２に、この希釈ガスＦにおける放散ガスＣのガス量Ｖ（Nm^３）に対する混合した空気Ｅの量Ｖair（Nm^３）の比である希釈ガス比Ｖair／Ｖ（Nm^３／Nm^３）を、上記放散塔２に供給されるＶＯＣ含有排水Ａの高位発熱量ＨＨＶ（kJ/kg）と上記比Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍとに対して、０．０２８８Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ＋０．０２５）ＨＨＶ＋（０．０５Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ−１．３７９６）≦Ｖair／Ｖ≦（０．０８７８Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ＋０．０７８３）ＨＨＶ＋（０．１５３Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ−１．８８４２）の範囲となるように設定する。

ただし、このＶＯＣ含有排水Ａは、予めその高位発熱量ＨＨＶが９０（kJ/kg）以下となるように調整されるとともに、希釈ガス比Ｖair／Ｖは１（Nm^３／Nm^３）以上、すなわち放散ガスＣのガス量Ｖ（Nm^３）に対して混合する空気Ｅの量Ｖair（Nm^３）が下回らないように設定される。従って、空気Ｅに含まれていた酸素の希釈ガスＦ中の含有量は約１０vol%以上とされ、同じく放散ガスＣに含まれていた水蒸気Ｂの希釈ガスＦ中の含有量は５０vol%以下とされる。

ここで、上記空気Ｅは、ダクト８から空気調整弁９を介して誘引されて空気予熱器１０により例えば１２０〜１５０℃程度の温度に加熱された後、放散塔２から排出された放散ガスＣと混合されて該放散ガスＣを希釈するが、本実施形態ではこの放散ガスＣの排出経路に設けた流量計１１による測定結果に基づいて上記空気調整弁９が操作されることにより、希釈ガス比Ｖair／Ｖが１（Nm^３／Nm^３）以上で、比Ｌ_Ｍ／Ｇ_ＭおよびＶＯＣ含有排水Ａの高位発熱量ＨＨＶ（kJ/kg）に対して上記範囲となるように制御される。また、この空気調整弁９は、後述する触媒反応器６の出口側の温度計１２による測定結果によっても操作可能とされている。

こうして放散ガスＣが空気Ｅと混合されて希釈された希釈ガスＦは、次いでガス加熱器１３によって加熱されて、補助加熱器１４を経て上記触媒反応器６に供給されるが、この希釈ガスＦのうちの一部は、バイパス弁１５を備えたバイパス経路１６に分岐してガス加熱器１３をバイパスした後、ガス加熱器１３によって加熱された残りの希釈ガスＦと再び混合可能とされて、触媒反応器６に供給される希釈ガスＦの温度が例えば３００℃程度になるように調整される。

なお、このバイパス経路１６に備えられたバイパス弁１５は、触媒反応器６の希釈ガスＦ入口側に接続された温度センサ１７の測定結果に基づいてその開度が制御されて、触媒反応器６に供給される希釈ガスＦが上述のような温度で一定となるように、ガス加熱器１３により加熱される希釈ガスＦとバイパス経路１６を経て加熱されずに混合される一部の希釈ガスＦとの混合比率を調整する。また、補助加熱器１４は例えば電熱式のものであって、当該処理装置の運転当初等に希釈ガスＦを加熱するのに用いられ、この補助加熱器１４も上記温度センサ１７の測定結果に基づいて制御される。

さらに、上記触媒反応器６には、例えば特公平８−２４８１９号公報に記載されたような金、銀、ルテニウム、パラジウム、オスミウム、イリジウムおよび白金から選ばれる少なくとも１種および／または鉄、マンガン、クロム、銅、ニッケルおよびコバルトの酸化物から選ばれる少なくとも１種の触媒成分をアルミナに担持してなる触媒７、あるいは特開平８−９７０３９号公報に記載されたようなアンモニア分解触媒、すなわち触媒Ａ成分としてＴｉを含む酸化物と、触媒Ｂ成分としてバナジウム、タングステン及びモリブデンよりなる群から選ばれる少なくとも１種の金属あるいは酸化物と、触媒Ｃ成分として白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、クロム、マンガン、鉄、銅よりなる群から選ばれる少なくとも１種の金属あるいは酸化物とを含有する触媒７が配設されていて、このような触媒７により、希釈ガスＦの放散ガスＣ中のＶＯＣ成分が混合された空気Ｅ中の酸素とともに１５０℃〜６００℃、望ましくは３００℃〜５５０℃程度の反応温度でＣＯ_２とＨ_２Ｏに酸化分解されて無害化処理される。

こうして希釈ガスＦのＶＯＣ成分を酸化分解処理した触媒反応器６からは、その反応温度に応じて例えば５５０℃程度の高温の処理ガスＨが発生し、この処理ガスＨは上記ガス加熱器１３および空気加熱器１０を順次経て希釈ガスＦおよび空気Ｅを加熱した後、排ガスブロア１８を介して無害化された処理済み排ガスＩとして排出される。なお、これらガス加熱器１３および空気加熱器１０は、この処理ガスＨと希釈ガスＦおよび空気Ｅとの間でそれぞれ熱交換を行う熱交換器とされ、プレート式やシェル・アンド・チューブ式などの各種のものが使用可能であるが、洗浄が容易であることから特にプレート式のものが望ましい。

ここで、例えば触媒反応器６の入口側における希釈ガスＦの設定温度を３００℃に制御する場合において、この希釈ガスＦの温度が設定温度よりも高いときには、これを温度センサ１７が検知してバイパス弁１５を開き、ガス加熱器１３を通らずにバイパス経路１６を流れる未加熱の希釈ガスＦの流量を増やして触媒反応器６入口側の希釈ガスＦの温度を低減する。逆に、この触媒反応器６入口側の希釈ガスＦの温度が上記設定温度よりも低いときには、バイパス弁１５を閉じてガス加熱器１３を流れる希釈ガスＦの流量を増大させることにより温度を上昇させる。また、バイパス弁１５を全閉にして希釈ガスＦの全量をガス加熱器１３に通しても触媒反応器６入口側の希釈ガスＦが設定温度に達しない場合には、補助加熱器１４を作動させて希釈ガスＣを加熱すればよい。

一方、触媒反応器６の出口側での処理ガスＨを例えば５００℃の設定温度に制御する場合において、この処理ガスＨの温度が設定温度よりも高いときには、これを温度計１２によって検知して空気調整弁９を開くことにより放散ガスＣと混合する空気Ｅの量を増大させ、上述したＶＯＣ含有排水Ａの高位発熱量ＨＨＶ（kJ/kg）に対する範囲内で希釈ガス比Ｖair／Ｖ（Nm^３／Nm^３）を高めて、すなわち希釈ガスＦ中のＶＯＣ成分濃度を低減し、触媒反応器６における反応温度を下げて処理ガスＨの温度を低下させる。また、触媒反応器６出口側の処理ガスＨの温度が上記設定温度よりも低い場合には、逆に空気調整弁９を閉じ気味にして放散ガスＣと混合する空気Ｅの量を減少させることにより、やはり上記範囲内で希釈ガス比Ｖair／Ｖ（Nm^３／Nm^３）を低めて希釈ガスＦ中のＶＯＣ成分濃度を増大させ、触媒反応器６での反応温度を上げて処理ガスＨの温度を上昇させればよい。

従って、このような処理装置を用いた本実施形態のＶＯＣ含有排水の処理方法においては、放散塔２に供給するＶＯＣ含有排水Ａの空塔モル速度Ｌ_Ｍ（kmol/m²・h）、該放散塔２に投入される水蒸気Ｂの空塔モル速度Ｇ_Ｍ（kmol/m²・h）としたとき、ＶＯＣ含有排水Ａの高位発熱量ＨＨＶ≦９０（kJ/kg）、かつ希釈ガス比Ｖair／Ｖ≧１（Nm^３／Nm^３）であるとともに、高位発熱量ＨＨＶ（kJ/kg）に対して、希釈ガスＦにおける放散ガスＣのガス量Ｖ（Nm^３）に対する混合した空気Ｅの量Ｖair（Nm^３）の比である希釈ガス比Ｖair／Ｖ（Nm^３／Nm^３）が、（０．０２８８Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ＋０．０２５）ＨＨＶ＋（０．０５Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ−１．３７９６）≦Ｖair／Ｖ≦（０．０８７８Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ＋０．０７８３）ＨＨＶ＋（０．１５３Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ−１．８８４２）の範囲に設定されるので、確実な自立運転を促すことができるとともに、触媒反応器６における反応温度が高くなりすぎて触媒７に損傷が生じたりするのを防ぐことができる。

ここで、図２は上記比Ｌ_Ｍ／Ｇ_ＭをＬ_Ｍ／Ｇ_Ｍ＝８とした場合、また図３はＬ_Ｍ／Ｇ_Ｍ＝１１とした場合に、横軸（ｘ軸）をＶＯＣ含有排水Ａの高位発熱量ＨＨＶ（kJ/kg）、縦軸（ｙ軸）を希釈ガス比Ｖair／Ｖ（Nm^３／Nm^３）としたｘ−ｙ座標上に上記範囲を示したものであり、高位発熱量ＨＨＶ（kJ/kg）と希釈ガス比Ｖair／Ｖ（Nm^３／Nm^３）との関係を示す上記不等式は、このｘ−ｙ座標上では、Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ＝８のときには概ね０．２５５７ｘ−０．９８５８≦ｙ≦０．７７９９ｘ−０．６６１６の一次方程式で、Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ＝１１のときには概ね０．３４２１ｘ−０．８３４８≦ｙ≦１．０４３ｘ−０．１８８９の一次方程式でそれぞれ表される。

さらに、これら図２、図３に示した５つの点は、次表１に示すように高位発熱量ＨＨＶ（kJ/kg）と希釈ガス比Ｖair／Ｖ（Nm^３／Nm^３）とがこの範囲内にある条件でＶＯＣ含有排水Ａの処理を行った場合（点１、２）と、範囲外にある条件でＶＯＣ含有排水Ａの処理を行った場合（点３〜５）との、同ｘ−ｙ座標上における位置を示すもの（Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ＝８、１１の場合で同じ条件）である。

このうち上記範囲外の条件で処理を行ったときには、高位発熱量ＨＨＶ（kJ/kg）に対して希釈ガス比Ｖair／Ｖ（Nm^３／Nm^３）が高い場合（点３）は、触媒反応器６における反応温度が上がらずに排出される処理ガスＨの温度も低く、このため空気加熱器１０およびガス加熱器１３において空気Ｅや希釈ガスＦを十分に加熱することができず、補助加熱器１４を常に使用しなければならなくなって、表１の備考に記載したように自立した運転は不可能であった。また、これとは逆に、高位発熱量ＨＨＶ（kJ/kg）に対して希釈ガス比Ｖair／Ｖ（Nm^３／Nm^３）が上記範囲よりも低い場合（点５）は、希釈ガスＦ中のＶＯＣ成分濃度が高すぎるために触媒反応器６における反応温度が高くなり過ぎ、高温により触媒７に損傷が生じるおそれが発生したため、処理を中断せざるを得なかった。

さらに、高位発熱量ＨＨＶが９０（kJ/kg）より高い場合（点４）には、希釈ガス比Ｖair／Ｖ（Nm^３／Nm^３）が（０．０２８８Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ＋０．０２５）ＨＨＶ＋（０．０５Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ−１．３７９６）≦Ｖair／Ｖ≦（０．０８７８Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ＋０．０７８３）ＨＨＶ＋（０．１５３Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ−１．８８４２）の範囲でも自然発火する危険性があるため、やはり処理を行うことができなかった。なお、この高位発熱量ＨＨＶ＝９０（kJ/kg）は、各種のＶＯＣ成分の爆発下限界よりも十分低い値である。また、希釈ガス比Ｖair／Ｖが１（Nm^３／Nm^３）よりも低い場合は、希釈ガスＦ中における酸素濃度が触媒反応器６における酸化分解処理に十分な濃度とならず、安定した触媒反応を図ることができない。

これらに対して、上記範囲内の条件で処理を行う本実施形態のＶＯＣ含有排水Ａの処理方法では、触媒反応器６における反応温度が高くなりすぎることなく、上述のような温度で安定していたため、触媒７に損傷等が生じるのを防ぎつつ、処理ガスＨによって空気Ｅや希釈ガスＦを触媒反応に適した温度に加熱することができ、処理装置の運転当初以外は補助加熱器１４を使用することなく、安定的な自立した運転が可能であった。従って、当該処理方法によれば、処理すべきＶＯＣ含有排水ＡのＶＯＣ成分が有する熱量を有効に利用して、経済的かつ確実に該ＶＯＣ含有排水Ａの安定した処理を図ることができる。

しかも、このような処理方法では、予め知ることのできるＶＯＣ含有排水Ａの高位発熱量ＨＨＶ（kJ/kg）から、このＶＯＣ含有排水Ａが触媒７による酸化分解処理に適したものであるか、また触媒７によって処理する場合にどの程度の量Ｖair（Nm^３）の空気Ｅが必要であるかを、上述のような簡単な一次方程式に基づいて速やかに判断、決定することができるので、効率的なＶＯＣ含有排水Ａの処理を促すこともできる。さらに、こうして高位発熱量ＨＨＶ（kJ/kg）に基づいて放散ガスＣと混合される空気Ｅの量Ｖair（Nm^３）が決定されることから、触媒反応器６に供給される希釈ガスＦの量Ｖ＋Ｖair（Nm^３）も速やかに計算でき、これに基づいて触媒反応器６に備えるのに必要十分な触媒７の量も決定することができるので、一層経済的である。

一方、本実施形態では、放散塔２に供給されるＶＯＣ含有排水Ａの空塔モル速度Ｌ_Ｍ（kmol/m²・h）と水蒸気Ｂの空塔モル速度Ｇ_Ｍ（kmol/m²・h）との比Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍも、８≦Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ≦１１の範囲に設定されており、供給されたＶＯＣ含有排水ＡのＶＯＣ成分の放散を良好に維持しつつも、水蒸気Ｂの投入量が必要以上に多くなるのは防ぐことができる。すなわち、この比Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍが１１を上回ると、供給されるＶＯＣ含有排水Ａに対して水蒸気Ｂが少なくなってＶＯＣ成分の均一かつ十分な放散を促すことができなくなるおそれがある一方、逆に比Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍが８を下回るほど小さいとＶＯＣ含有排水Ａに対して水蒸気Ｂが過剰となって不経済となるおそれがある。

なお、上述した実際に放散塔を設計する際に用いられる、液相中のｍｏｌ分率を横軸（ｘ軸）とし、気相中のｍｏｌ分率を縦軸（ｙ軸）としたｘ−ｙ線図における上記回収部操作線と気液平衡線の勾配の比λは、λ＝ｍ・Ｇ_Ｍ／Ｌ_Ｍで表される。ここで、ｍはヘンリー定数（molfr/molfr）であって、λは小さいほど投入する蒸気量が少なく、λ＝１が理想系であり、大きいほど投入される蒸気量は多くなって放散条件は良好となるが、あまり多すぎても経済的ではないので、上記比λは１≦λ≦８の範囲となるように、好ましくは１≦λ≦５の範囲となるように、放散塔２への水蒸気Ｂの投入量である空塔モル速度Ｇ_Ｍ（kmol/m²・h）が決定される。従って、この比Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍは本実施形態のようにｍ／５≦Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ≦ｍの範囲に設定されるのが好ましい。

１排水予熱器
２放散塔
３水蒸気調整弁
４処理水抜出しポンプ
６触媒反応器
７触媒
９空気調整弁
１０空気加熱器
１３ガス加熱器
１４補助加熱器
１５バイパス弁
１６バイパス経路
１７触媒反応器
１８排ガスブロワー
ＡＶＯＣ含有排水
Ｂ水蒸気
Ｃ放散ガス
Ｅ空気
Ｆ希釈ガス
Ｈ処理ガス

Claims

揮発性有機化合物成分を含有する揮発性有機化合物含有排水を放散塔に供給して該放散塔に投入される蒸気により上記揮発性有機化合物成分を放散し、次いでこの揮発性有機化合物成分を放散した放散ガスに空気を混合して希釈し、さらにこの空気を混合した希釈ガスを加熱して触媒と反応させることにより上記揮発性有機化合物成分を酸化分解処理するとともに、この酸化分解処理によって発生した処理ガスによって上記希釈ガスを加熱する揮発性有機化合物含有排水の処理方法であって、
上記放散塔に供給する上記揮発性有機化合物含有排水の空塔モル速度をＬ_Ｍ（kmol/m²・h）、該放散塔に投入される上記蒸気の空塔モル速度をＧ_Ｍ（kmol/m²・h）としたときに、
上記揮発性有機化合物含有排水の高位発熱量ＨＨＶ（kJ/kg）と、上記希釈ガスにおける上記放散ガスのガス量Ｖ（Nm^３）に対する混合した上記空気の量Ｖair（Nm^３）の比である希釈ガス比Ｖair／Ｖ（Nm^３／Nm^３）とを、高位発熱量ＨＨＶ≦９０（kJ/kg）、かつ希釈ガス比Ｖair／Ｖ≧１（Nm^３／Nm^３）とするとともに、（０．０２８８Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ＋０．０２５）ＨＨＶ＋（０．０５Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ−１．３７９６）≦Ｖair／Ｖ≦（０．０８７８Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ＋０．０７８３）ＨＨＶ＋（０．１５３Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ−１．８８４２）の範囲に設定することを特徴とする揮発性有機化合物含有排水の処理方法。
ｍをヘンリー定数（molfr/molfr）としたときに、上記揮発性有機化合物含有排水の空塔モル速度Ｌ_Ｍ（kmol/m²・h）の上記蒸気の空塔モル速度Ｇ_Ｍ（kmol/m²・h）に対する比Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍを、ｍ／５≦Ｌ_Ｍ／Ｇ_Ｍ≦ｍの範囲に設定することを特徴とする請求項１に記載の揮発性有機化合物含有排水の処理方法。