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紹介
揮発性有機化合物（VOC）は、世界的な産業がよりクリーンで持続可能な生産を目指す中で、主要な環境課題となっています。化学処理、冶金、塗装、印刷、その他の多くの工業分野で広く見られるこれらの化合物は、大気質、人間の健康、生態系の安定性に重大なリスクをもたらします。世界中で環境規制が厳格化されるにつれ、企業は効率的なVOC管理システムを導入し、排出量を削減して規制への適合を確実にする必要があります。
この記事では、主要な産業分野におけるVOCの発生メカニズムについて詳細に概説し、それらを処理するための最も効果的な技術を紹介しています。石炭化学プロセスから印刷・包装業界まで、これらのメカニズムを理解することは、環境的にも経済的にも実現可能なソリューションを設計するために不可欠です。
VOCとは何か？
揮発性有機化合物（VOC）とは、常温で高い蒸気圧を持つ炭素を含む広範な化学物質のクラスであり、空気中に容易に蒸発する性質を持っています。VOCには通常、常圧下での沸点が 50°Cから260°C の間にある物質、または周囲条件下で飽和蒸気圧が 133.32 Pa を超える物質が含まれます。
一般的なVOCの分類
化学構造に基づき、VOCは主に以下の8つのグループに分けられます：
アルカン
芳香族炭化水素
アルケン
ハロゲン化炭化水素
エステル
アルデヒド
塩基素
その他の有機化合物
典型的なVOCの例
芳香族炭化水素： ベンゼン、トルエン、キシレン、スチレン
鎖式炭化水素： ブタン、ガソリン成分
ハロゲン化炭化水素： 四塩化炭素、クロロホルム
アルコール類およびアルデヒド類： メタノール、アセトアルデヒド、アセトン
エステル類： 酢酸エチル、酢酸ブチル
その他： アセトニトリル、アクリロニトリル、クロロフルオロカーボン
これらの化合物は、燃料の燃焼、化学反応、溶剤の蒸発、およびさまざまな工業プロセスに由来する。VOCは高反応性かつ毒性が高いため、体系的な管理を必要とする。
VOC排出の主な工業的発生源
1. 石炭化学産業におけるVOC
石炭化学分野は、VOC排出において最も重要な工業部門の一つである。VOCは主に以下の二つの工程から発生する：
石炭のコークス化
石炭ガス化による合成ガス生成
1.1 石炭コークス化工程中のVOC排出
コークス化は、石炭を高温で加熱し、複雑な有機化合物を揮発させるプロセスである。排出は主に以下の2段階で発生する：
A. 石炭投入工程
原料石炭が高温のコークス炉に投入されると、熱せられた表面と接触して以下のような混合物が放出される：
多環芳香族炭化水素
タール蒸気
有機性ガス
これらの汚染物質は、作業環境上の危険および環境汚染の原因となる。
B. コークス副産物回収エリア
主な区域には、凝縮ユニット、脱硫ユニット、硫酸アンモニウムユニット、および粗苯ユニットが含まれます。それぞれ異なるVOCプロファイルを発生させます：
凝縮セクション
排出物：アンモニア、硫化水素、ナフタレン、混合VOC
発生源：タールタンク、アンモニア水タンク、パイプライン、水封装置
特徴：高濃度、大きな変動、湿潤ガス
脱硫・硫酸アンモニウムセクション
排出物：硫黄含有ガス、アンモニア、少量のVOC
高濃度のアンモニアを含む連続的な排出
粗苯セクション
排出物：ベンゼン、トルエン、キシレン
ガス量は少ないが濃度が非常に高い
廃水処理エリア
排出物：ベンゼン、フェノール類、硫化物、窒素有機化合物
均等化タンク、事故用タンク、嫌気性タンク、スラッジ処理設備から発生
この組み合わせにより、成分が複雑であるため処理が困難になる。
1.2 石炭ガス化および天然ガス生産におけるVOC
石炭ガス化工場では、以下の工程でVOCを含む尾ガスが発生する：
低温メタノール洗浄
ガス／液体貯蔵タンク（呼吸損失）
廃水処理
オイル貯蔵装置
A. 低温メタノール洗浄尾気
このストリームには以下の成分が含まれます：
メタン
エチレン、エタン
プロパン、プロピレン
メタノール蒸気
再利用が困難であり、通常は RTO（蓄熱式熱酸化装置） による完全燃焼処理が行われます。
なぜRCOではなくRTOなのか？
RCO触媒は硫黄中毒に対して脆弱であり、再生能力が限られているため、石炭化学用途ではRTOの方がより堅牢です。
B. 貯蔵タンクの呼吸損失
ガス／液体貯蔵タンクは、温度や圧力の変化に伴い、硫黄化合物、アンモニア、VOCを含む蒸気を放出します。これらのガスも熱酸化を必要とします。
C. 廃水処理におけるVOC
これらの排出は主に以下の工程から発生します。
前処理（油分離、均等化、酸性化）
曝気槽
汚泥脱水室
濃度は大きく変動し、水分含量も高いです。