CN116255636A - 脱脂炉用废气燃烧装置以及脱脂系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种脱脂炉用废气燃烧装置以及脱脂系统，在消耗电力、空间、制造成本、运转成本等所有方面均优异。将催化剂(33)设为含有铂的多孔氧化铝陶瓷，所述催化剂(33)使脱脂炉(1)中产生的废气燃烧。

Description

脱脂炉用废气燃烧装置以及脱脂系统
技术领域
本发明涉及一种废气燃烧装置等，用于对陶瓷材料等处理对象物实施脱脂处理的脱脂炉。
背景技术
以往，在对金属或陶瓷等被处理物进行加热处理而将处理物内的粘合剂成分(有机物)除去的脱脂工序中，使用大气压气体脱脂炉或过热蒸汽脱脂炉。
所述脱脂工序中，通过将处理物加热而将粘合剂分解除去，但此时产生的废气中包含挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOC)，因而为了不将所述VOC直接释出至大气中，使脱脂炉附带废气燃烧装置，并利用所述废气燃烧装置使废气燃烧。
所述废气燃烧装置中，有将废气直接加热而进行燃烧的直接燃烧方式、或使用催化剂将废气分解(燃烧)的催化燃烧方式(参照专利文献1)等。
此外，直接燃烧方式的情况下，脱脂工序需要几十小时，而且必须加热至VOC燃烧的800℃左右，因而其间运行的废气燃烧装置的消耗电力变得非常多。因此，由于近年来致力于实现碳中和(carbon neutral)，因而直接燃烧方式的废气燃烧装置难以充分应对制造装置总体所需求的抑制消耗电量的要求。
而且，直接燃烧方式的情况下，在利用加热器将废气加热的原理方面，零件数变多，而且需要进行燃烧的充分空间，废气燃烧装置进而脱脂炉总体变为大型。
另一方面，催化燃烧方式的情况下，若将催化剂加热至400℃左右，则VOC因自燃(催化)作用而燃烧，因而与直接燃烧方式相比可实现消耗电力的减少。
但是，若废气的浓度过高，则催化剂温度因自燃而变为高温出现热劣化，因而需要降低(稀释)废气的浓度来使用。另外，为此需要大量的稀释气体，总体的气体流量增加，运转成本(running cost)增大。
近年来，也有使用过热蒸汽而可缩短脱脂时间的脱脂炉，但废气浓度以缩短脱脂工序时间的程度变高，因而废气燃烧装置中，结果不得不采用直接燃烧方式、或利用大量气体稀释的催化燃烧方式，所述不良状况变显著而成为过热蒸汽型脱脂炉的限制。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开平8-194093号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
本发明是为了一举解决所述问题而成，颠覆了催化燃烧方式的废气燃烧装置中需要稀释的本技术领域的常识，具有划时代的意义。
[解决问题的技术手段]
即，本发明的脱脂炉用废气燃烧装置使用催化剂使脱脂炉中产生的废气燃烧，所述催化剂为含有铂的多孔氧化铝陶瓷。
本发明的脱脂炉用废气燃烧装置使用催化剂使脱脂炉中产生的废气燃烧，所述催化剂呈粒状，在废气通过的燃烧器内以层状铺设有所述催化剂，在所述燃烧器内以层状铺设的催化剂层空开间隔地设有多段。
本发明的脱脂系统包括：脱脂炉；以及所述脱脂炉用废气燃烧装置。
所述催化剂在高温(例如1100℃)下也几乎未见催化剂的热劣化，因而可不将脱脂工序中产生的高浓度废气稀释而将废气燃烧。
而且，利用所述催化剂将包含有机化合物的废气分解时，气体浓度100ppm时产生100℃左右的分解热。即便在若非高温则不易被氧化的物质的处理中，也可通过使多孔氧化铝陶瓷体吸收所述反应热而将催化剂温度设为高温，进行气体分解。由此，无需将催化剂温度积极地设为高温，可保持控制于相对较低温度(200℃～400℃)的状态进行废气处理，减少消耗电力。
由此，可消除需要大量稀释气体的以往的催化燃烧方式的废气燃烧装置的缺点，减少装置总体所使用的气体，降低运转成本。
另外，可进一步促进相对于直接燃烧方式的催化燃烧方式的优点，即低消耗电力、省空间及低制造成本等。
而且，此种效果在与过热蒸汽脱脂处理组合时变明显。
[发明的效果]
根据以上的结构，可解决以往的催化燃烧方式的废气燃烧装置的缺点，发挥其优点，提供一种在消耗电力、空间、制造成本、运转成本等所有方面均优异的脱脂炉用废气燃烧装置。
附图说明
图1为本发明的一实施方式的脱脂系统总体的示意图。
图2为所述实施方式的废气燃烧装置的正面图。
图3为表示所述实施方式的废气燃烧装置的内部结构的立体图。
图4为表示所述实施方式的催化剂收容体的立体图。
图5为从所述实施方式的废气燃烧装置正面观看的内部结构图。
[符号的说明]
1：脱脂炉
2：过热蒸汽产生装置
3：废气燃烧装置
31：燃烧器
31a：导入端口
31b：排出端口
31c：催化剂设置区
32：加热器
33：催化剂
33A：催化剂层
34：催化剂收容体
100：脱脂系统
311：圆筒部
312：凸缘部
P：空间层
W：处理对象物
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一实施方式进行说明。
本实施方式的脱脂系统100如图1中示出其示意性总体图那样，包括：脱脂炉1，收容有处理对象物W；过热蒸汽产生装置2，向所述脱脂炉1内供给作为脱脂气体的过热蒸汽；以及废气燃烧装置3，导入因利用所述过热蒸汽进行脱脂处理而从处理对象物W产生的废气，并加以燃烧。
以下，以所述废气燃烧装置3为中心进行说明。
所述废气燃烧装置3如图2、图3所示，包括呈圆管状的燃烧器31、将所述燃烧器31内进行加热的加热器32、及收容于燃烧器31内的催化剂33。
对各部加以详述。
所述燃烧器31包括圆筒部311、及堵塞所述圆筒部311的两端的凸缘部312。在所述圆筒部311的一端部的侧周面，设有导入废气的导入端口31a，并且在其另一端部的侧周面，设有将在所述圆筒部311内通过而经燃烧的废气(处理完成后气体)排出的排出端口31b。此外，所述燃烧器31以导入端口31a成为下端部且排出端口31b成为上端部的方式竖立地配置。
而且，在所述圆筒部311的所述导入端口31a与排出端口31b之间，如图3所示，沿着轴向互相远离地设定有两个催化剂设置区31c。另外，在各催化剂设置区31c，安装有收容所述催化剂33的催化剂收容体34(此外，图3中省略催化剂33及催化剂收容体34)。
所述催化剂收容体34如图4所示，呈一端面(上端面)开口的圆筒状，由开有多数个使气体通过但保持催化剂的孔径的孔的材料(此处为金属网)所形成，嵌合于所述圆筒部311的内面而配置。
此处，所述加热器32为具有可挠性的线状，设为以空开间隙的方式卷绕的螺旋形状而设置于所述各催化剂设置区31c的上端和/或下端。
所述催化剂33为使多孔氧化铝陶瓷承载作为催化剂本体的铂而成的粒状(此处为球状)，其规格如下。
材质：氧化铝质地
主成分：Al2O3为90％以上
容积比重：1.52g/cm3
吸水率：35％±5％
表观气孔率：55％±5％
比表面积：8m3/g
最高使用温度：1100℃
球径：5mm
所述催化剂33如图5所示，以成为厚度为20mm～25mm的催化剂层33A的方式铺设于上文所述的各催化剂收容体34。
于是，根据这样构成的废气燃烧装置3，催化剂33的最高使用温度极高(此处为1100℃)，因而即便催化剂33因废气的自燃作用而超过加热器32的加热温度(此处为400℃)成为高温，也可不发生热劣化而维持其性能。因此，即便脱脂工序中排出的废气为例如超过10000ppm那样的高VOC浓度的废气，也可不将其稀释而进行燃烧。
由此，可合理地消除作为以往的催化燃烧方式的缺点的、需要大量稀释气体这一点以及因此而使运转成本增大这一点。
尤其本实施方式中，利用过热蒸汽进行脱脂来实现脱脂时间的缩短，其结果为，有废气浓度变高的倾向，以往不得不使用基于直接燃烧方式的大型的燃烧器、或使用大量稀释气体的催化燃烧方式的任一个，但若为本实施方式的废气燃烧装置，虽为催化燃烧方式，但无需稀释气体，可确保小型化或低运转成本等优点，因而通过与过热蒸汽脱脂组合，从而其效果变得特别显著。
而且，可如此合理地采用催化燃烧方式，因而与直接燃烧方式的废气燃烧装置相比，可飞跃地减少运行时的消耗电力，空间及制造成本也可大幅度地减少。
根据发明人进行的试算可确认，与直接燃烧方式的废气燃烧装置3相比较，可获得消耗电力成为10％～20％左右、空间成为80％左右、制造成本成为20％左右等极大的效果。
进而，在催化剂层为一层的情况下，有时在废气燃烧时废气仅集中于容易流动的部位，仅由与其气体路径接触的催化剂33产生催化燃烧，无法实现燃烧效率的进一步提高，但本实施方式中，使催化剂层33A与催化剂层33A远离并在其间设置空间层P(图3所示)，由此可发挥所述空间层P的气体扩散作用，在催化剂层33A内全域均匀地形成废气路径，因而可利用催化剂33总体高效率地进行催化燃烧。
所述效果也可通过将废气导入端口31a设于燃烧器31的侧周面而促进。即，从与燃烧器31内的气体流动不同的方向(垂直的方向)导入废气，因而在导入时容易产生乱流，由此废气在初段的催化剂层33A中彻底地流动，在此方面而言也促进高效率的催化燃烧。
若将以上所述的废气燃烧装置3的特征汇总，则如下。
(1)所述脱脂炉用废气燃烧装置3使用催化剂33使脱脂炉1中产生的废气燃烧，所述催化剂33为含有铂的多孔氧化铝陶瓷。
若如此，则如上文所述，可提供一种在消耗电力、空间、制造成本、运转成本等所有方面均优异的脱脂炉用废气燃烧装置3。
(2)所述催化剂33呈粒状，在废气通过的燃烧器31内将所述催化剂33以层状铺设于催化剂收容体34。催化剂收容体34成为金属网。
若如此，则废气可靠地接触催化剂33，因而可提高燃烧效率。
(3)具有催化剂收容体，此催化剂收容体是由开有使废气通过但保持所述催化剂的孔径的多个孔的原材料所形成，所述催化剂以层状铺设于所述催化剂收容体中。
(4)在所述燃烧器31内以层状铺设的催化剂层33A空开间隔地设有多段。
若如此，则废气在催化剂层33A间的空间中扩散，在催化剂层33A内全域均匀地形成废气路径，故而可利用催化剂33总体更高效率地进行催化燃烧。
(5)为了提高催化效率，所述催化剂33的容积比重优选为0.5g/cm3～3g/cm3，更优选为以1g/cm3～2g/cm3为宜。
(6)所述催化剂33的表观气孔率优选为30％～60％，更优选为以50％～60％为宜。
(7)所述催化剂33的孔隙径优选为0.1μm～5μm，更优选为以1μm～3μm为宜。
(8)所述催化剂33的直径优选为1mm～10mm，更优选为以3mm～7mm为宜。
(9)脱脂炉用废气燃烧装置使用催化剂使脱脂炉中产生的废气燃烧，所述催化剂呈粒状，在废气通过的燃烧器内以层状铺设有所述催化剂，在所述燃烧器内以层状铺设的催化剂层空开间隔地设有多段。
若如此，则废气在催化剂层33A间的空间中扩散，在催化剂层33A内全域均匀地形成废气路径，因而可利用催化剂33总体更高效率地进行催化燃烧。
(10)所述脱脂炉1若使用过热蒸汽将处理对象物W脱脂，则本实施方式的效果变得更显著。
此外，本发明不限于所述实施方式。
例如，催化剂不限于球状，只要在铺设时互相产生间隙，则也可为异形状。催化剂层不限定于两层，可为一层也可为三层以上。脱脂气体不限于过热蒸汽，也可采用N2气体。也可将本发明的废气燃烧装置3连结多组而使用。
废气燃烧装置的形状也不限于圆筒型，也可为块体(block)型等。
此外，本发明不限于所述实施方式，可在不偏离其主旨的范围内进行各种变形。

Claims (12)

1.一种脱脂炉用废气燃烧装置，其特征在于，使用催化剂使脱脂炉中产生的废气燃烧，所述催化剂为含有铂的多孔氧化铝陶瓷。
2.根据权利要求1所述的脱脂炉用废气燃烧装置，其中，所述催化剂呈粒状，在废气通过的燃烧器内以层状铺设有所述催化剂。
3.根据权利要求2所述的脱脂炉用废气燃烧装置，其中包括：催化剂收容体，由开有使废气通过但保持所述催化剂的孔径的多个孔的原材料所形成，所述催化剂以层状铺设于所述催化剂收容体中。
4.根据权利要求2所述的脱脂炉用废气燃烧装置，其中，在所述燃烧器内以层状铺设的催化剂层空开间隔地设有多段。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的脱脂炉用废气燃烧装置，其中，所述催化剂的容积比重为0.5g/cm3～3g/cm3。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的脱脂炉用废气燃烧装置，其中，所述催化剂的表观气孔率为30％～60％。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的脱脂炉用废气燃烧装置，其中，所述催化剂的孔隙径为0.1μm～5μm。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的脱脂炉用废气燃烧装置，其中，所述催化剂的直径为1mm～10mm。
9.一种脱脂炉用废气燃烧装置，使用催化剂使脱脂炉中产生的废气燃烧，
所述催化剂呈粒状，在废气通过的燃烧器内以层状铺设有所述催化剂，
在所述燃烧器内以层状铺设的催化剂层空开间隔地设有多段。
10.根据权利要求9所述的脱脂炉用废气燃烧装置，其中包括：催化剂收容体，由开有使废气通过但保持所述催化剂的孔径的多个孔的原材料所形成，所述催化剂以层状铺设于所述催化剂收容体中。
11.一种脱脂系统，其中包括：脱脂炉；以及如权利要求1或9所述的脱脂炉用废气燃烧装置。
12.根据权利要求11所述的脱脂系统，其中，所述脱脂炉使用过热蒸汽将处理对象物脱脂。
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