成果報告書詳細
管理番号20090000000358
タイトル平成19年度-平成20年度成果報告書 有害化学物質リスク削減基盤技術研究開発 含塩素VOC高効率分解固定化装置の研究開発
公開日2009/9/4
報告書年度2007 - 2008
委託先名JFEソルデック株式会社
プロジェクト番号P04012
部署名環境技術開発部
和文要約本研究は、有害化学物質である有機塩素系化合物を高効率に分解固定化し、環境負荷の少ない物質へ変換するVOC除去装置の開発を目的として行った。 高機能化分解固定化剤の性能の向上と製造コストを低減させるため、各種材料を用いたサンプルを試作し分解固定化性能の測定を行い、評価した。 その結果、高比表面積の水酸化カルシウムを原料とする固定化剤が、実用化の原料としては有望であることが分かった。この材料を原料とする機能化分解固定化剤を用いて、ジクロロメタン(DCM)、トリクロロエチレン(TCE)の窒素及び空気雰囲気下での反応挙動を解析し、この材料が実用化の材料として十分使えることを確認した。DCMの分解固定化反応について、共存水分量の影響を検討した。その結果、水分により分解固定化活性は低下し、水分量0.8-1.0%以上だと反応後試料の反応管壁への固着が生じることが分かった。 1インチから3インチの小型反応器による、DCMの空気雰囲気下での試験から、反応速度温度依存性パラメータを求めた。そのパラメータを用いてダイナミックシミュレーションシステム、gPROMSにより、ベンチテストの反応器をモデル化し、ベンチテスト機の設計に生かした。さらに、6インチのベンチ装置の試験データから、商業装置の反応器のシミュレーションを実施し、最適な反応器のサイズ、運転方法を検討した。 ベンチ装置による試験は、23回、総運転時間は2,334時間に及んだ。この試験により、実証試験の運転条件が決定、入口ガス中の水分の限界値が決定、さらに、固定化剤の原料としてより安価な消石灰の使用ができる可能性が高くなった。実証試験は、実際にDCMを含むガスを排出している工場で、排出ガスの一部を用いたバイパス試験を行った。その結果、反応器出口におけるDCMのリークがない状態で、積算138時間の運転を達成した。これは、目的の性能(積算84時間相当)を大幅に上回る結果であった。実証試験を行った排出源をモデルに、実証試験の結果と、シミュレーションによる計算結果を反映して実用化装置の試設計を行った。同じ条件で、競合する他のプロセスとの比較を行った結果、本プロセスは競合するプロセスよりも、総処理費用が20%以上低く、設置面積も最も小さくできることが分かった。第三者機関と協力して排出源の調査を行った。その結果、ターゲットとする排出ガスとしては、排出量が多く、今後も使用の継続が予想されるDCMで、設備建設の市場としては、年間総排出量が3,700-11,600tあることが推定された。初期参入ターゲットとなる市場は、現在、回収装置が設置されていない、排出濃度が1,000ppm以下で、DCM固定化量年間8-30tの小規模事業所に絞る。そこでの商業機によるパイロットテストを経て商品を確立し、その後、DCM主体VOC混合系にも参入し市場を拡大することを計画する。
英文要約Chlorine solvents, as useful industrial synthetic detergents and solvents, release a great amount of VOC (volatile organic compounds) each year that cause air pollution. Trichloroethylene (TCE), dichloromethane (DCM), and tetrachloroethylene (PCE) are typical chlorine solvents. For alleviating VOC pollution and reusing resources, pretreated calcium oxide (CaO) has been applied to reacting with these typical chlorine solvents for fixation of chlorine in solid at low cost. Various kinds of samples are prepared, tested and evaluated to reduce the production cost of the agent. The calcium hydroxide Ca(OH)2 with high surface area is most promising raw material for the agent. The fixation tests of TCE and DCM is performed under nitrogen and air atmosphere respectively, and concluded that this agent is suitable for these applications. The effect of water contamination in the feed gas is also tested and evaluated. The contaminated water reduce the fixation efficiency of agent and stick the agent on the reactor surface when the water concentration is more than 0.8 mol.%. In order to get the temperature dependent data of reaction velocity of DCM, tests have been conducted in the reactors with diameters of 1 inch to 3inch under air atmosphere. A modeling system, gPROMS estimates the reaction velocity parameters. The dynamic simulations of reactors with diameter of 6 and 8 inch for bench units are run under various conditions to decide the operating conditions of a bench unit. gPROMS system is also used for the design of commercial reactors. Simulation tests on a bench unit are performed 23 runs and total integrated operating time is 2,334 hours. Operating conditions of the demonstration test at a potential user site are decided by these test results. An agent from a less expensive raw material is also tested under various conditions. The demonstration test is performed at a user’s plant site and the bench unit is used for fixing the DCM. A part of actual exhaust gas is fed to a gas rectifier where DCM is rectified and then the gas is fed to the bench reactor. The test is successfully completed; the integral operating time with no leak of DCM at reactor outlet is 138 hours, despite the expected time of 84 hours. A commercial unit is designed for the demonstration plant site based on the results of test and simulation. The result of economic evaluation shows that this system is at least 20% less expensive than other competitive systems on total operating cost basis. The required space of the unit is also less than other systems. The investigation and evaluation of domestic halide VOC exhaust are cooperatively performed with another party. The main target is focused on DCM since it has the largest amount of emission and it is expected to be utilized in the future. The total potential capacity of the treatment unit is estimated 3,700 to11,600 ton/y. The initial target is the user with DCM annual emission of 8 to 30 ton and DCM concentration of less than 1,000 ppm. A pilot test will be performed at the first site, and after that the market will be expanded to the users with halide DCM and other VOC mixture.
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