アスファルト産業向けVOC削減のためのデュアル直列接続型乾式フィルター+3床式RTO

事例研究・VOC削減

防水アスファルト製品の専門メーカーが、30,000 m³/h のアスファルト製造排ガスから 99.2% の VOC を除去するという偉業を成し遂げた方法。高濃度の VOC (3,000 mg/Nm³)、高湿度 (50%)、高粘度の粘着性微粒子 (石炭粉塵、アスファルトヒューム)、変動する濃度の排出プロファイルという、他に類を見ない困難な組み合わせを、オンライン交換機能を備えたデュアル直列接続の乾式フィルター前処理システム、新鮮な空気希釈による上流の LEL モニタリング、および通常の生産で天然ガスコストゼロで稼働する 3 ベッド RTO によって解決しました。

アスファルト/ビチューメンのVOC削減
粘着性微粒子の前処理
3ベッドルームRTO
オンラインフィルター交換
LEL希釈安全性

99.2%
VOC除去
NMHC 3,000→25 mg/Nm³
0 m³/h
天然ガス(通常)
3,000mgで自己発熱
30,000
m³/h
プロセスガス全体
149,000
年間総費用(人民元)
最低の運用コスト

01 — 業界背景

アスファルト産業におけるVOC:標準的な処理装置を詰まらせる粘性で粘着性のある排ガスという特有の課題

ビチューメン(アスファルト)は、高分子量炭化水素と非金属誘導体からなる複雑な暗色の混合物であり、防水性と防錆性を備えているため、建設、道路舗装、橋梁防水、船舶船体保護、パイプラインコーティング、油田用途に不可欠です。主な3種類のビチューメン(コールタールビチューメン、石油ビチューメン、天然ビチューメン)は、高温酸化および混合装置で処理され、他のVOC除去用途では見られない独特の排出プロファイルを持つ排ガスが発生します。

ビチューメン製造時のオフガスは、個々には管理可能だが、それらが合わさることで極めて複雑なエンジニアリングを生み出す、3つの困難な要素が同時に存在するという特徴がある。

  • VOC濃度が3,000 mg/Nm³と高濃度: ビチューメン処理では、高温のビチューメン塊から軽質炭化水素成分が揮発することでVOC(揮発性有機化合物)が発生します。主な成分はベンゼン系化合物(ベンゼン、トルエン、キシレン)と脂肪族炭化水素であり、その他の成分(ハロゲン化合物、酸性ガス、水溶性有機物)は含まれていません。3,000 mg/Nm³の濃度はRTO(再生型熱源)の自己熱閾値を超えているため、システムが定常状態に達すると燃料不要の運転が可能になります。
  • 濃度変動が大きく、VOC活性が高い: アスファルトの製造工程はバッチごとに異なり、加熱、酸化、混合、充填といった製造段階によって発生するVOC(揮発性有機化合物)の負荷量も異なります。単一の製造ラインであっても、排気中のVOC濃度は大きく変動します。複数の製造ラインが共通の排気マニホールドに排気ガスを排出する場合、変動幅はさらに大きくなります。このような変動性があるため、LEL(爆発下限界)のモニタリングと濃度管理は、単なる性能最適化ではなく、安全上の重要な要件となります。
  • 粘着性のある粘性微粒子(石炭粉塵、アスファルトヒューム、ヒュームエアロゾル): ビチューメン排ガスには、凝縮したビチューメンエアロゾル、原料処理由来の石炭粉塵、およびビチューメンヒューム微粒子が大量に含まれています。これらの粒子は、排ガス温度(50℃)において粘着性と粘性が高いため、フィルター媒体、ダクト壁、および機器表面に非常に強く付着します。他のVOC用途で使用される標準的な布製バッグフィルターやセラミック媒体は、これらの粘着性堆積物によって急速に目詰まりし、頻繁な交換が必要となります。本設備に採用されている直列接続のデュアルドライフィルター前処理システムは、ビチューメンの粘着性微粒子問題に対応するために特別に開発されたエンジニアリングソリューションです。

この事例研究の対象となる企業は2011年に設立され、登録資本金は1億人民元、敷地面積は120エーカー(約8万平方メートル)です。10番固体アスファルト、10番液体アスファルト、SBSおよびSBR改質アスファルト製品を生産しており、特殊防水アスファルトの年間生産能力は18万トン、空気酸化生産設備は年間60万トンの認定を受けています。製品は、建築、橋梁、道路、海洋、パイプライン、油田の防水用途に使用されています。この施設は4つの生産ラインを稼働しており、各ラインは4,000 m³/hの排ガスを生成しています。酸化装置の静電集塵機からのアスファルト排ガスには1~7%の酸素が含まれており、煙突酸素濃度を6~10%に維持するために補助空気(560 m³/h)が必要であり、濃度を爆発限界以下に維持するために希釈が必要です。設計上の総処理量は22,500 m³/h(4ライン)に、外気希釈と非組織的な排出物収集を加えた合計30,000 m³/hです。

アスファルト製造施設。防水膜製造工程、高温アスファルト酸化タンク貯蔵容器、粘着性のある揮発性有機化合物を含む排ガスを収集し、乾式フィルター前処理およびRTO熱酸化による除去を行う排気換気システムを示す。


02 — 汚染状況

アスファルト排ガス:高VOC、芳香族化合物なし(ベンゼン系のみ)、粘着性微粒子、50%湿度、濃度変動あり

排ガスの組成は、医薬品やファインケミカルのVOCストリームと比較して単純であるという点で特徴的です。存在する成分はベンゼン系炭化水素(ベンゼン、トルエン、キシレン)のみで、ハロゲン化合物、酸性ガス、その他のVOCクラスは含まれていません。このクリーンな化学プロファイルにより、RTO燃焼生成物はCO₂とH₂Oのみで、HCl、HF、SO₂は含まれておらず、下流でのスクラビングは不要です。標準ガス量:30,000 Nm³/h、プロセス量:50℃で35,495 Nm³/h。ファン出力:75 kW、ファン圧力:5,000 Pa、ダクト直径:φ1,000 mm。O₂:21%(実測値/基準値)。湿度:50%。

RTO設計における主な排出ガスに関する課題は、単純なVOCの化学反応ではなく、その濃度が大きく変動することにある。アスファルト製造におけるVOC排出量は、処理温度、バッチ組成、製造段階によって変化する。マニホールド濃度は、洗浄期間中はほぼゼロに近い値から、酸化反応中は高いピーク値まで変化する。この変動性により、高濃度域ではLEL(爆発下限界)の安全性が懸念され、低濃度域ではRTOの温度不安定性が懸念される。

パラメータ 初期濃度 実際の店舗 EU IED / NER制限
NMHC(総VOC) 3,000 mg/Nm³ 25 mg/Nm³ IED ≤60 mg/Nm³
ベンゼン 現存(優勢種) 0.5 mg/Nm³ IED ≤2 mg/Nm³
トルエン 現在 3 mg/Nm³ IED ≤5 mg/Nm³
キシレン 現在 6 mg/Nm³ IED ≤8 mg/Nm³
粘着性のある微粒子 アスファルトの蒸気、石炭粉塵(粘着性、粘性) デュアルドライフィルターで除去
標準ガス量 30,000 Nm³/h
プロセスガス量 50℃で35,495 Nm³/h
湿度 50%
年間VOC削減量 約583.2トン/年 検証済み

重要な設計上の洞察: 3,000 mg/Nm³ のビチューメン排ガスは、3 ベッド RTO の自己熱閾値 (>2,500 mg/Nm³) を超えているため、通常の生産では天然ガスコストをゼロにすることができます。つまり、年間総運転コストは主に電力 (133,700 人民元) と圧縮空気 (15,000 人民元) によって決まり、燃料費はかかりません。ビチューメン産業の高濃度排ガスは、RTO ベースの VOC 削減において、最も困難な (変動性、粘着性、爆発の可能性がある) と同時に、最も経済的に有利な特徴でもあります。


03 — 治療溶液

LELモニタリング → デュアルシリーズドライフィルター → 3ベッドRTO:アスファルト特有の粘着性微粒子問題に対応するために設計されたシステム

処理システムのアーキテクチャは、次の2つの設計目標を同時に優先しています。(1) 濃度が変動する可燃性アスファルト蒸気の安全管理(LELモニタリング+新鮮空気希釈弁)。(2) RTOセラミック蓄熱床を粘着性微粒子による目詰まりから保護(オンライン交換機能を備えた直列接続のデュアル乾式フィルター)。RTO自体は標準的な3床構成ですが、革新的な点は、アスファルトの粘着性微粒子専用に設計された前処理システムにあります。

ステージ1:マニホールドにおけるガス収集とLELモニタリング

すべての生産ラインからのビチューメン排ガス(有機成分と無機成分)は、収集マニホールドで合流されます。マニホールドには、LEL濃度監視装置が常時設置されています。測定された濃度が閾値を超えると、排ガスファン入口の新鮮空気供給弁が自動的に開き、希釈空気を導入して混合ガスを爆発限界以下に下げます。濃度が二次警報閾値を超えると、緊急バイパス手順が作動し、希釈用の新鮮空気供給が開かれ、濃度が安全な運転範囲内で安定するまでガスが緊急バイパス煙突に送られます。ファンの両側にあるファン圧力差計により故障を検出できます。ファンの可変周波数駆動装置(VFD)は、さまざまな運転負荷に対応します。排ガスファンの前には、酸素需要管理用の調整弁を備えた新鮮空気補助ポートが設置されています。RTOの高温排出ポートには、将来の使用のために廃熱回収接続部が設けられています。

ステージ2:直列接続型乾式フィルター2個(稼働用1個+予備用1個、オンライン交換可能)

これは、ビチューメン処理における最も技術的に特徴的な機能です。排ガスは、直列接続された2段式乾式フィルター2セット(直列接続された2段、1段は稼働中、1段は待機中、合計4つのフィルター容器)に入ります。この2つの直列接続により、2つの独立した目的が達成されます。(1) ガスがRTOに入る前に、粘着性のあるビチューメン粒子とエアロゾル液滴をフィルター媒体で捕捉すること。(2) 処理プロセスを中断することなく、オンライン(運転中)でフィルターを交換できるようにすること。フィルターセットが飽和して交換が必要になった場合、飽和したセットが交換されている間、待機中のセットが作動します。生産停止や許可遵守の中断はありません。フィルター交換頻度が高い(ビチューメンの粘着性粒子は乾燥粉塵よりもはるかに速くフィルターを詰まらせる)ため、メンテナンスのために生産を中断できないビチューメン処理では、このオンライン交換機能が不可欠です。

アスファルト産業におけるVOC削減のための3床式RTOプロセスフロー図。マニホールドでのLELモニタリング、粘着性アスファルト粒子に対するデュアルシリーズ乾式フィルター前処理、760度の3つのセラミック蓄熱床チャンバー、天然ガスゼロのクリーンガススタック排出、3000ミリグラム/立方メートルのNMHCでの自動熱運転を示す。

ステージ3:3床式RTO(30,000 m³/h、760℃以上)

乾式フィルターを通過後、前処理されたガス(粘着性微粒子が除去され、濃度がLEL以下であることが確認済み)は、新鮮空気供給ポートと排ガス補給入口を通って3床式RTOに入ります。RTO燃焼室では、残存するVOCが760℃以上で熱酸化され、すべての有機物がCO₂とH₂Oに分解されます。高温の燃焼ガス流量はセラミック蓄熱床によって制御され、セラミックに熱エネルギーが蓄えられ、次のサイクルの流入ガスを予熱します。熱回収効率は95%以上で、補助燃料の必要量は最小限に抑えられます。設計VOC濃度3,000mg/Nm³では、燃焼の発熱により760℃の燃焼室温度が維持されるため、補助天然ガスは不要となり、通常運転時のガス消費量は0m³/hとなります。RTO出口の高温ガスは、将来の蒸気または温水生成のための高温排熱回収接続部として機能します。後処理された浄化された排ガスは、煙突を通して大気中に排出され、すべての許可基準を満たします。

4×アスファルト
4,000行
m³/h それぞれ
LEL ⭐
モニター
+新鮮な空気
2×シリーズ ⭐
ドライフィルター
オンライン交換
3ベッドルームの賃貸物件 ⭐
760℃以上
ガソリン代0円
スタック
25mgのVOC
99.2%

⭐ 主要機器項目。未処理排出物(5,000 m³/h)と補助空気(1,500 m³/h)もマニホールドに流入します。LELが閾値を超えると緊急バイパスが作動します。

機器仕様概要

アイテム 仕様
RTO処理フロー 30,000 m³/h、入口温度≤100°C、VOC >99%、熱量95%、>760°C、設置面積25×8.7 m、127 t
燃焼器定格 900,000 kcal/時
天然ガス(通常運転) 0 m³/h(3,000 mg/Nm³ NMHCにおける自己熱式)
天然ガス(待機状態) 40 m³/h (圧力: 0.03~0.06 MPa)
冷間始動時のガス消費量 コールドスタート時10m³
RTOファン 75kW
燃焼補助ファン 5.5kW
その他の電気製品 5kW
総設​​備電力 85.5 kW (380 V、50 Hz、三相)
天然ガスバーナー 130 m³/h (圧力: 20~50 kPa、発熱量 ≥8,500 kcal/Nm³)
圧縮空気 10 m³/h (0.6~0.8 MPa、露点≦−20°C)
年間電気料金 133,700人民元(1kWhあたり1人民元で55.7kW)
年間圧縮空気コスト 15,000人民元(0.2人民元/m³で31.35m³/時)
年間天然ガスコスト 0人民元(自己熱源方式、通常運転時のガス代は0円)
年間総運営費 年間149,000人民元

3床式RTO第2構成プロセスフロー図。粘着性アスファルト粒子除去用デュアルシリーズ乾式フィルター前処理容器、A入口、B出口、Cパージ操作用バルブ切り替えシーケンス、およびアスファルト産業防水膜製造用廃熱回収ポート、VOC削減


04 — 主な利点

この建築構造がアスファルト業界のVOC(揮発性有機化合物)問題に対応するために特別に設計された5つの理由


  • オンライン交換機能を備えたデュアルシリーズ乾式フィルターは、生産を中断することなく、アスファルトの粘着性微粒子問題を解決します。 経験概要では、アスファルト排ガス中の粘着性微粒子が決定的な技術的課題であると明確に指摘しています。「アスファルト産業の排ガスには粘着性物質が多く含まれており、蓄熱器の詰まりを極めて容易に引き起こします。この困難な問題に対処するため、本プロジェクトでは、フロントエンドにドライフィルターを1台稼働用+1台待機用として設置し、同時オンライン交換を可能にしました。」オンライン交換機能を備えたデュアルシリーズ構成により、通常であれば頻繁に発生する生産中断を伴うメンテナンス作業(フィルター交換)を、通常運転中のシームレスな交換作業へと変換します。生産停止による商業的損失が大きい生産施設にとって、オンラインフィルター交換は贅沢なアップグレードではなく、運用上の必須事項です。

  • ファン吸気口に設置された外気希釈弁は、変動の大きいアスファルト中のVOC濃度を管理するための主要なツールです。 アスファルト処理でVOC濃度がピークに達した場合、直接的な対応策は、新鮮空気供給バルブを開き、ファン入口に希釈空気を導入して混合ガス濃度をLEL閾値以下にすることです。この方法は、プロセス換気量を増やす(大きなダクトを通過するのに時間がかかる)よりも迅速かつ確実で、完全な緊急バイパスを作動させる(調査と再起動手順が必要となる)よりも簡単です。新鮮空気バルブはLEL警報に対する第一の対応策であり、新鮮空気による希釈だけでは不十分な場合の第二の対応策は緊急バイパスです。ファンのVFDは、新鮮空気が導入された際に増加する総風量に同時に対応します。

  • 3,000 mg/Nm³のNMHC濃度により、完全自動熱源式RTO運転が可能となり、年間天然ガスコストはゼロになります。 3,000 mg/Nm³のNMHC(主に燃焼熱の高いベンゼン系化合物)の場合、RTO燃焼室でのVOC酸化による発熱は、補助燃料なしで760℃以上を維持するのに十分すぎるほどです。通常運転時の天然ガス使用量が0 m³/hであるため、年間運転予算における燃料費は0となります。年間総運転コストはわずか149,000人民元(電気+圧縮空気のみ)で、このアスファルト産業向けRTO設備は、レビューした26の事例研究の中で群を抜いて運転コストが低くなっています。アスファルト産業の高VOC濃度は、最も困難な安全上の特性であると同時に、RTOベースの処理にとって最大の経済的メリットをもたらします。

  • RTO後のスクラビングは不要:アスファルトのVOC化学反応では、燃焼時にCO₂とH₂Oのみが生成されます。 医薬品の排ガス(塩素系溶剤からHClが発生し、苛性ソーダ洗浄が必要となる)や石油化学の排ガス(H₂SからSO₂が発生し、排煙脱硫が必要となる)とは異なり、ビチューメンの排ガスはベンゼン系炭化水素のみで構成されています。760℃を超える高温での完全熱酸化により、CO₂とH₂Oのみが生成され、酸性ガス、ハロゲン化燃焼生成物、二次汚染物質は一切発生しません。このクリーンな燃焼化学反応により、後段のスクラビング工程は不要となり、同規模の医薬品や石油化学のRTO設備に比べて、処理システムが簡素化され、コストも削減されます。

  • 高温RTO出口に設置された廃熱回収ポートにより、将来的に蒸気または温水の生成が可能になる。 RTOの設計には、廃熱回収接続用の高温排出ポートが含まれています。3,000 mg/Nm³のNMHC濃度では、RTOは自己熱運転を維持するために必要な熱量よりも多くの発熱量を発生させます。この余剰熱は、蒸気発生、温風供給、または温水生成によって抽出できます。初期試運転では利用されませんが、廃熱回収機能を備えているため、企業はコアRTOシステムを変更することなく、第2段階の投資として熱回収システムを追加し、施設内の他の場所(アスファルトの加熱、乾燥、施設暖房など)のエネルギーコストを相殺することができます。

05 — 業務実績

実証済み性能:VOC除去量99.2%、年間削減量583.2トン、年間総コスト149,000人民元

25 / 60
mg/Nm³ 実測値/制限値
NMHC — 制限値以下58%
0.5 / 2
mg/Nm³ ベンゼン活性/限界
75% 制限値以下
583.2トン/年
VOC年間削減量
TP3T除去率99.21%
149,000
年間合計人民元
燃料費0円

アスファルト産業向け3床式RTO VOC除去システムの機器配置図。設置面積は25×8.7メートルのコンパクトな設計で、デュアルシリーズ乾式フィルター前処理容器、オンライン交換構成のRTOユニット、3つのセラミック蓄熱床チャンバー、誘引送風機、および新鮮空気希釈弁アセンブリを備えている。

年間の運転コストの内訳:実際の電力 55.7 kW (1 元/kWh) = 133,700 元、圧縮空気 31.35 m³/h (0.2 元/m³) = 15,000 元、天然ガス 0 m³/h 通常運転 = 0 元、合計 149,000 元/年。これは、このコレクションのすべてのケーススタディの中で絶対値で最も低い年間運転コストです。燃料費ゼロ (自己熱) と中程度のガス量 (30,000 m³/h) での小規模な設置電力 (85.5 kW) の組み合わせにより、卓越した運転コスト性能が実現されています。


06 — 実施上の注意

アスファルト産業におけるRTOアプリケーションのための重要なエンジニアリングと安全に関する教訓

  • ⚠️
    濃度変動が主な運用上の課題であり、LEL監視システムは危険な蓄積を防ぐために数秒以内に対応する必要がある。 経験概要では、アスファルト産業の排ガス処理における決定的な運転上の課題として、VOC濃度の変動性が挙げられています。「アスファルト産業の排ガスは、高濃度かつ変動が大きいという特徴があります。マニホールドにLEL監視装置を設置し、ガス濃度が報告値を超えたら、直ちに新鮮空気弁を開いて希釈します。濃度が二次警報値を超えたら、緊急バイパス手順を開始します。」LEL監視装置の応答時間は、試運転中に検証する必要があります。センサーのトリガーから新鮮空気弁が完全に開くまでの時間は5秒未満でなければなりません。LELセンサーは、複数のラインからの混合によって濃度がすでに平均化されているマニホールドヘッダーだけでなく、濃度ピークが可能な限り早期に検出されるマニホールド内のポイント(可能な限り変動の大きい発生源に近い場所)に設置してください。
  • ⚠️
    粘着性のあるアスファルト微粒子用の乾式フィルターの交換頻度は、標準的な粉塵用途の場合よりも高くなります。そのため、一般的なフィルター仕様ではなく、実際の運転データに基づいてメンテナンス間隔を計画してください。 標準的な乾式フィルターの仕様(G4、F5、F9)は、非粘着性の乾燥微粒子用に校正された、圧力損失と浮遊粉塵負荷の関係に基づいています。アスファルトエアロゾルや石炭粉塵の堆積物は粘性があり粘着性があるため、フィルター媒体の細孔を埋め、表面にケーキ状の層を形成します。この層は、乾燥粉塵と比較して、堆積した単位質量あたりの圧力損失をはるかに速く増加させます。その結果、アスファルト用途におけるフィルター交換頻度は、標準的な工業用粉塵の場合よりも3~5倍高くなる可能性があります。試運転日からフィルターの圧力損失を継続的に監視し、最初の3回の交換サイクルにおける実際の交換時間を記録してください。このデータを使用して、メーカーの一般的な仕様ではなく、実際のメンテナンススケジュールを策定してください。
  • ⚠️
    RTOセラミック蓄熱床は、運転開始後最初の1年間は6ヶ月ごとに、粘着性アスファルトの堆積がないか点検する必要があります。 RTOの前に設置されたデュアルシリーズ乾式フィルター前処理により、粘着性微粒子93%が捕捉されますが、残りの7%はフィルターを通過してRTOのセラミックベッドチャネルに入ります。乾式粉塵(パルス式空気洗浄で吹き飛ばすことができます)とは異なり、粘着性アスファルト堆積物はセラミックチャネルの表面に付着し、チャネルの断面積を徐々に狭めていきます。最初の6か月間のセラミックベッド検査では、目視検査とセラミックベッド全体の圧力損失測定を行い、堆積物の蓄積速度の基準値を確立する必要があります。堆積物の蓄積が予想よりも速い場合は、フィルターの仕様をアップグレード(より高効率の段階へ)するか、フィルターの交換頻度を増やしてセラミックベッドへの負荷を軽減する必要があります。
  • ⚠️
    外気供給バルブのサイズ選定は、通常の運転条件だけでなく、最大必要希釈率にも対応できるようにする必要がある。 ファン入口の新鮮空気供給バルブは、LELが閾値を超えた場合に緊急希釈を行います。バルブの流量容量は、応答時間内にマニホールド濃度を最大ピーク濃度(平均値ではなく)からLEL閾値以下に下げるのに十分な新鮮空気を供給できるように設計する必要があります。バルブが最大ピーク濃度イベントに対して小さすぎると、必要な希釈率が得られず、バルブを全開にしても濃度は安全閾値を超えたままになります。最悪の場合の希釈要件(最大ピーク濃度イベントをLEL閾値で割った値を最大マニホールドガス量に適用)を計算し、ファンからの圧力降下の範囲内でこの流量を供給できるようにバルブを設計してください。
  • ⚠️
    高温廃熱回収ポートは、熱交換器がすぐに設置されない場合でも、試運転段階から適切な材料を用いて設計する必要がある。 RTOの高温排出口からは、セラミック出口層の直後に、アスファルト燃焼生成物(主にCO₂とH₂Oですが、セラミック層のろ過が不完全な場合、微量のアスファルトエアロゾルが混入する可能性があります)を含む、約150~200℃のガスが排出されます。RTO出口と将来の熱交換器接続部との間のダクトは、設置当初からこの温度とガス組成に適した材料で指定する必要があります。後から熱交換器を追加する際に異なるダクト材料に交換するよりも、最初から適切な材料を指定する方がコストがかかりません。

07 — エンジニアリングの要点

このアスファルト産業RTOプロジェクトから得られた4つの教訓

  • 1
    粘着性微粒子の管理は、アスファルト用途における特有の技術的課題であり、オンライン交換機能を備えたデュアルシリーズ乾式フィルターがその解決策となる。ただし、これは後付けではなく、最初から設計する必要がある。 アスファルト系RTO(再生型熱源装置)プロジェクトでは、システムの稼働開始前に、粘着性微粒子問題に対処する必要があります。標準的な乾燥粉塵用に設計されたRTO(上流側に単一のフィルターを使用)では、アスファルトエアロゾルの負荷が適切に除去されない場合、稼働開始後数週間以内にセラミックベッドの目詰まりが発生します。オンライン交換機能を備えたデュアルシリーズフィルターは、アスファルト用途における最低限必要な前処理仕様です。アスファルト系VOC除去には、単段式フィルター設計は採用しないでください。
  • 2
    アスファルトRTOは、年間149,000人民元、処理量30,000 m³/h、効率99.2%で、本コレクションに掲載されている事例研究の中で、1立方メートルあたりのコストが最も低い削減方法です。 燃料費ゼロ(3,000 mg/Nm³で自己熱反応)、低消費電力(85.5 kW)、およびRTO後の排出が簡単(スクラビング不要)であることの組み合わせにより、1,000 m³/h処理あたり1時間あたり約0.49人民元の単位コストが実現されています。これは、VOCの化学反応が単純(炭化水素のみ)、濃度が高い(自己熱反応閾値以上)、および前処理が適切に設計されている(オンライン交換可能なフィルター)場合、3床式RTOが非常に低い単位運転コストを実現することを示しています。これが、粘着性粒子状物質の問題に対する適切な技術サポートを備えたビチューメン産業施設が、詳細な財務モデルを作成することなくRTOへの投資を正当化できる理由です。年間149,000人民元の投資回収期間と許可違反による罰金を比較すると、通常2年未満です。
  • 3
    濃度が変動するアスファルト系VOC(揮発性有機化合物)用途においては、2段階の対応(レベル1では外気希釈、レベル2では緊急バイパス)を備えたLEL(爆発下限界値)モニタリングが適切な安全対策である。 単一レベルのLELインターロック(バイパスのみ)は、保守的すぎる(希釈で対処可能な軽微な濃度上昇に対して完全なバイパスをトリガーしてしまう)と同時に、不十分である(バイパスだけでは濃度を十分に速やかに希釈できない場合)。2段階の対応では、(1) 中程度の濃度上昇に対して比例的な対応(希釈、生産継続)、(2) 重大な事象に対して明確な対応(バイパス、生産評価が必要)が実現される。2つの閾値レベルは、一般的なガイドラインではなく、特定の生産プロセスの実際の測定濃度変動プロファイルに基づいて設計する。
  • 4
    ビチューメンのVOC化学組成(炭化水素のみで、フッ素、塩素、硫黄は含まない)は、RTO後のスクラビングが不要であることを意味します。これは、同規模の医薬品や石油化学用途と比較して、システムを根本的に簡素化します。 ケース22(医薬品、120,000 Nm³/h、水洗浄 + RTO + 苛性洗浄 + 酸洗浄が必要)とケース23(石油化学、16,000 m³/h、アルカリ洗浄 + バッファー + RTOが必要)との比較により、30,000 m³/hのアスファルトVOC除去が年間わずか149,000人民元で達成できる理由が明らかになります。一方、より複雑な用途では、それぞれ年間338万5千人民元と38万4千人民元かかります。VOCの化学反応は、量と同様にシステムの複雑さとコストを左右します。燃焼生成物がCO₂とH₂O(純粋な炭化水素流)のみであるVOC用途では、RTOは煙突分散以外の後処理なしで稼働できます。

08 — よくある質問

アスファルト産業におけるRTO(地域交通機関)によるVOC(揮発性有機化合物)削減:10の質問への回答

EU IED / オランダ活動規則の要件に基づき、RTO VOC削減システムを計画している、ビチューメン加工、防水膜製造、アスファルト製品施設の環境許可管理者、生産技術者、HSEチームからの質問。

Q1. 他のVOC用途では単一のフィルターで十分なのに、なぜアスファルト用途では直列接続された二重の乾式フィルターが特に必要なのですか?
ビチューメン製造時に発生するビチューメンエアロゾルと石炭粉塵は、排ガス温度(50℃)において粘着性と粘性が高いという特徴があります。乾燥粉塵粒子(個々の粒子として残り、フィルター媒体から機械的に除去可能)とは異なり、ビチューメンエアロゾルの液滴はフィルター繊維に付着し、連続したビチューメン膜を形成してフィルター媒体の細孔を永久的に塞ぎます。この粘着性による閉塞メカニズムにより、単位質量あたりの圧力損失は乾燥粉塵の場合よりもはるかに速く増加するため、フィルターの交換頻度が高くなります。デュアルシリーズ構成には、次の2つの利点があります。(1)第1フィルターステージが粘着性負荷の大部分を捕捉し、第2ステージの飽和を防ぎます。(2)1運転+1スタンバイ構成により、飽和した第1ステージをシステム内のガス流を中断することなくオンラインで交換できます。乾燥粉塵用途(標準的なパルスジェット洗浄によりフィルターの寿命が大幅に延びる)ではどちらの利点も必要ありませんが、ビチューメン用途ではどちらも不可欠です。
Q2. アスファルトおよび防水膜の製造施設には、EU IEDおよびオランダの規制要件のうち、どのようなものが適用されますか?
オランダの瀝青処理および防水膜製造施設は、EU IED 2010/75/EU 第 V 章 (溶剤排出、VOC 排出産業活動に適用) および有機化学品製造の BAT 結論に基づいて規制されています。オランダの Activiteitenbesluit milieubeheer は、瀝青処理活動の VOC 排出制限を規定しています。オランダの一般的な許可条件では、煙突からの NMHC ≤60 mg/Nm³、ベンゼン ≤2 mg/Nm³ が求められます。この施設で達成された NMHC ≤25 mg/Nm³、ベンゼン ≤0.5 mg/Nm³ は、大きなコンプライアンス マージンを提供します。ベンゼンは、EU REACH 規則で分類された発がん性物質であり、厳しい職業曝露制限 (EU OEL: 職場空気 0.05 ppm) の対象となっています。煙突からの排出は、EU 大気質指令 2008/50/EC に基づく大気質義務にも寄与するため、ベンゼンの排出最小化は、許可の遵守を超えて重要です。オランダの許可条件では、総VOC(FID)およびベンゼン(定期測定)に関するCEMS(連続排出ガス監視システム)が義務付けられています。
Q3. LEL警報発生時、外気希釈弁は実際にはどのように機能しますか?
新鮮空気希釈弁は、排気ファン入口の新鮮空気入口ダクトに設置された電動ダンパーです。通常運転中は、スタックO₂を6~10%に維持するために必要なベースライン酸素補給を提供するために部分的に開いています。マニホールドのLELセンサーが最初の警報閾値を超える濃度を検出すると、次のようになります。(1) DCSは新鮮空気弁の電動アクチュエータに開信号を送信します。(2) 弁は3~5秒以内に完全に開きます。(3) 新鮮空気がファンの吸込口に入り、マニホールドガスと混合して混合濃度を低下させます。(4) ファンのVFDは、追加の空気流量に対応するために速度をわずかに増加させます。(5) LELセンサーは濃度を継続的に監視します。濃度が警報閾値を下回ると、DCSは弁に通常の運転位置に戻るように信号を送ります。外気導入弁が全開になっているにもかかわらず、濃度が二次警報閾値を超えて上昇し続ける場合、緊急バイパス手順が作動します。バイパスダンパーが開き、ガスが緊急煙突に迂回され、濃度上昇事象に関与した生産ラインが調査されます。
Q4. 通常生産において、天然ガスを一切使用しない操業は、起動および停止手順にどのような影響を与えますか?
通常生産時に天然ガスを一切使用しないということは、起動時や停止時にもガスを一切使用しないという意味ではありません。コールドスタートでは、アスファルト排ガスを導入する前に、セラミックベッドを周囲温度から760℃以上に加熱するために天然ガスが必要です。コールドスタート時の消費量は1回あたりわずか10m³(この規模ではセラミックベッドの熱容量が小さいため非常に少ない)で、起動時間も短くなっています。アイドル運転(アスファルト排ガスが利用できない場合、例えば生産ラインの洗浄期間中に燃焼室を760℃以上に維持する場合)には、40m³/hの天然ガスが必要です。重要な運用上の規律は、VOCを処理せずに天然ガスを消費する長時間のアイドル期間を避けることです。生産ラインの洗浄が約30分以上続く予定の場合は、アイドル時のガス消費を避けるためにRTOを停止し、生産再開時にコールドスタートのコストを受け入れる必要があります。これは、医薬品RTOアプリケーション(RTOを動作温度に継続的に維持する)とは異なる運用哲学であり、このコンパクトな設備のコールドスタート時間が短いことによって可能になっています。
Q5. RTOは4つの生産ラインすべてからのVOC負荷を同時に処理できますか?
はい。このシステムは合計30,000 m³/hの処理能力を持つように設計されており、これは4つの生産ラインからのガス(4×4,000 = 16,000 m³/hのアスファルト排ガス)に加え、未整理の排出ガス収集(5,000 m³/h)、補助空気(1,500 m³/h)、静電集塵機処理ガス(2,000 m³/h)、および外気補給(560+1,440 = 2,000 m³/h)を網羅しています。設計上の合計22,500 m³/hに予備分と安全マージンを加えると、設置容量は30,000 m³/hになります。同時生産が最大になると、すべてのラインが同時に寄与するため、マニホールドのVOC濃度が単一ラインの濃度を超える可能性があり、RTOの燃焼温度が上昇する可能性があります。VFDファン制御は、総風量を調整してRTO入口での濃度を設計運転範囲内に維持することで、これに対応します。
Q6. 初年度以降の継続的な事業運営のために、年間運営費としてどのくらいの予算を計上すべきでしょうか?
年間継続運転コスト:電気 133,700 人民元、圧縮空気 15,000 人民元、生産中の天然ガス 0 人民元、ユーティリティコスト合計約 149,000 人民元。ユーティリティコストに含まれないメンテナンス費用:(1) ドライフィルターの交換 - 運転初年度に実際に確認された交換頻度に基づく。アスファルト用途では、生産強度とアスファルトエアロゾル負荷に応じて、通常、月次から四半期ごとのフィルター交換が必要。(2) RTO セラミックベッドの点検とスポット交換 - 2 年ごとの点検。圧力降下測定に基づいて必要に応じてスポット交換。(3) ポペットバルブシールとアクチュエータのメンテナンス - 年1回の点検。(4) LEL センサーの校正 - 認定校正ガス混合物を使用して毎月実施。フィルター交換費用は主要な変動メンテナンス費用であり、ユーティリティコストとは別に予算化する必要があります。予算は、運転初年度に実際に確認された交換頻度に基づいて設定します。
Q7. EUのIED(即席爆発装置)に関する労働衛生および大気質要件を満たすために、ベンゼンの排出はどのように管理されていますか?
ベンゼンは、EU CLP 規則に基づくカテゴリー 1A 発がん性物質であり、以下の厳格な要件の対象となります。(1) EU IED 煙突排出制限 (有機化学品製造の場合 ≤2 mg/Nm³)、(2) EU 大気質指令 2008/50/EC に基づく大気中ベンゼン年間平均制限 5 μg/m³ (煙突からの寄与は地域の大気質評価に含める必要があります)、(3) EU 職業曝露制限: 職場空気中ベンゼン 0.05 ppm (指令 2017/164/EU に基づく年間制限値)。この設備の 0.5 mg/Nm³ のベンゼン排出口 (IED 煙突排出制限より 75% 低い) は、優れた制御を示しています。オランダの許可条件では、ベンゼンの煙突排出は、年間の環境コンプライアンス報告書に報告され、サイトの大気質拡散モデル計算に含める必要があります。アスファルト製造施設が住宅地の近くにある場合、環境サービス局は煙突CEMSに加えて、追加の大気中ベンゼン濃度モニタリングを要求する可能性があります。
Q8. このアスファルトRTOアプリケーションは、コークス産業におけるRTOアプリケーションと何が違うのですか?
アスファルトとコークス製造のオフガスはどちらもベンゼン系炭化水素を含み、高濃度、高変動性、粘着性粒子特性を共有しています。ただし、次の 3 つの違いが RTO の設計に影響を与えます。(1) コークス製造のオフガスには、ナフタレン、アントラセン、フェナントレンなどのより重い多環芳香族炭化水素 (PAH) が含まれており、これらは燃焼活性化エネルギーが高く、完全に分解するには 800 °C を超える RTO 温度が必要になる場合があります。アスファルト製造のオフガスは主に低分子量のベンゼン、トルエン、キシレンであり、760 °C を超える温度で完全に分解されます。(2) コークス製造のオフガスの PAH 成分は、アスファルトエアロゾルよりもフィルター媒体やセラミックベッドチャネルへの沈着傾向が高くなります。(3) コークス製造のオフガスには、コークス炉での不完全燃焼による CO が相​​当量含まれている可能性があり、VOC LEL モニタリングに加えて CO のモニタリングと管理が必要です。これらの違いから、ビチューメンRTOシステムは、温度仕様、セラミックベッドのメンテナンス要件、および安全監視範囲に関する技術的な検討なしに、そのままコークス製造用途に適用することはできない。
Q9. RTO出口にある将来の廃熱回収ポートは、接続しやすいようにどのように設計されていますか?
高温廃熱回収ポートは、RTO出口ダクト上のフランジ付きスタブ接続部で、出口温度(≥150°C)とガス組成に適した材料で指定されています。スタブは、熱交換器が接続されていない初期設置期間中はブラインドフランジが取り付けられています。熱交換器を追加するには、(1)ブラインドフランジを取り外し、熱交換器の入口をスタブに接続します。(2)熱交換器の出口をRTO出口ダクトの下流側の延長部に接続します。(3)既存のRTOシステムへの変更は最小限で済みます。将来の熱交換器の寸法を決定するには、30,000 m³/hの流量と自己熱温度プロファイル(セラミック出口ベッドで約150~200°C)の場合、利用可能な熱出力は約400~600 kWです。これにより、約0.5~0.8 t/hの低圧蒸気を生成できます(生産プロセス自体での瀝青加熱に役立ち、循環エネルギー回収ループを形成します)。
Q10. ビチューメンまたはアスファルト製造時の排ガス処理用ドライフィルター+RTOシステムの参考設備を見学することは可能ですか?
はい。本事例研究で紹介した、直列接続されたデュアルドライフィルター+3ベッドRTOシステムは、防水アスファルト膜製造、改質アスファルト製品、およびアスファルト処理施設に導入されています。適格な見込み顧客向けに、検証済みのCEMS準拠データ、LEL警報発生記録(安全システムが正しく機能したことを示す)、実際のアスファルト処理におけるフィルター交換頻度記録、およびRTOセラミックベッド検査記録へのアクセスを含む、参考サイト訪問を手配できます。年間総運転コスト149,000人民元、年間VOC削減量583.2トンという実績は、RTO投資を計画している他のアスファルト施設にとって、特に参考となるベンチマークです。参考資料をご希望の場合は、下記の連絡先リンクをご利用ください。

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本事例研究は、防水アスファルト膜製造施設における、直列接続された2系統の乾式フィルター前処理と3床式再生熱酸化技術の実運用事例に基づいています。技術パラメータは、検証済みのエンジニアリング記録から引用しています。規制に関する参照事項は、EU産業排出指令2010/75/EUおよびオランダの活動規制(Activiteitenbesluit milieubeheer)の枠組みを反映しています。