JP2001259363A

JP2001259363A - 排ガス処理方法及びその装置

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Publication number: JP2001259363A
Application number: JP2000077373A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ogawa; 祐治小川
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2001-09-25
Anticipated expiration: 2020-03-21
Also published as: JP4774569B2

Abstract

(57)【要約】【課題】煤煙処理と脱硝とを同時、かつ効率的に行う
こと。【解決手段】反応カラム11内において、排ガスを、金
属担持させたゼオライト触媒10に接触させて前記ガス中
に含まれた煤塵と窒素酸化物とを前記10に吸着させ、さ
らに、この排ガス温度の下で燃焼させることにより、前
記排ガス中に含まれる煤塵と窒素酸化物とを同時かつ効
率的に除去することが可能になる。ゼオライト触媒10に
おいては、Ｙ型ゼオライトにＣｕ若しくはＮｉを担持さ
せたものが有効である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、煤塵、窒素酸化物
（ＮＯｘ）等を含んだ排ガスの処理方法及びその装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジン等のエンジンから排
出される排気ガスには、大気汚染の原因となる煤煙等含
まれるばかりでなく、有害物質の窒素酸化物（ＮＯｘ）
が含まれている。大気汚染を防止するためにも、この煤
煙を除去することは急務な課題である。

【０００３】現在、煤煙を処理する方法として、煤煙の
主成分である煤塵を処理する幾つかの集塵方法がある。
集塵方法には、下記の重力集塵、遠心力集塵、洗浄集
塵、濾過集塵及び電気集塵等がある（大気関係の基礎知
識（環境庁大気保全局担当官編著）。

【０００４】重力集塵とは、沈降室内に含塵ガスを導入
し、粒子速度を低下させ粒子の慣性力を失わせて、粒子
自身の重力で自然沈降させる方法である。粒子は沈降室
によって粒子速度を小さくすればするほど小粒子まで分
離することが可能になる。しかし、粒子速度を小さくす
るためには沈降室を大きくする必要があり、敷地面積は
大きくなり設備の大型化を強いられる。

【０００５】遠心集塵とは、重力の代わりに強力な遠心
力の場をつくり、ガス中のダスト粒子を気流から分離補
集する方法である。重力の数十倍、ないし数百倍の沈降
速度を粒子に与えることができるため、優れた集塵性能
を備えている。重力式に比べ高性能であり、また、他の
集塵手段比べても比較的低コストであるが、摩耗性のダ
ストに対しては良質の材料を用いる必要がある。

【０００６】洗浄集塵とは、含塵液滴または液膜と衝突
または接触させ、粒子を洗浄水中に補足する方法で、一
般にスクラバーと呼ばれる。かかる手段は、多量の使用
するため、汚水処理設備が必要である。サイクロンスク
ラバー、洗浄塔及び噴霧塔は親水性ダストや各種ミスト
に対してはかなり高性能を示すが、乾燥したダストに対
しては、能力は低くなる。

【０００７】濾過集塵とは、含塵ガスを濾材に通すこと
により煤塵を濾過集塵する方法である。濾布には、各種
の化学繊維や天然繊維が用いられ、高温の場合はガラス
繊維等の対熱濾布を用いる。１ミクロン以下のダストに
対しても高性能を発揮するなど集塵率が高く、広く利用
されている。しかし、水分の多い場合、粘着性の粒子に
は不向きである。

【０００８】電気集塵とは、コロナ放電を利用して含塵
ガス中に電荷を与え帯電粒子に電気的に補集する方法で
ある。高性能であるが、設備費が高い。

【０００９】以上の集塵方法のうち、我が国において
は、設置数が最も多いのが遠心集塵、総処理能力が最も
大きいのは電気集塵である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、先に列挙した
集塵方法は、物理的に煤煙に含まれる煤塵（すす）を集
塵するため、集塵した煤塵は回収除去して別途処理必要
があり、窒素酸化物も同様に別途除去しなければならな
い。そのため、装置は集塵部と集塵・窒素酸化物除去部
の設備が強いられ大型化し、結局、設備費、管理費が高
価なものとなる。

【００１１】本発明は、かかる事情に鑑み創作されたも
ので、煤煙除去と脱硝とを同時かつ効率的に行うことが
可能であり、また将来的にも小型化が可能で、生産面、
維持管理面からも経済的な排ガス処理方法及びその装置
を新たに提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そこで、前記の課題を解
決するための手段として、第１発明は、被処理ガスを、
金属担持させたＹ型ゼオライト（ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃＝
5.6）と接触させて前記ガス中から煤塵と窒素酸化物と
を前記ゼオライトに吸着除去し、さらにこの吸着させた
煤塵を燃焼除去させることを特徴としている。ここで、
前記ゼオライトへの金属の担持は、イオン交換法により
行なう。

【００１３】かかる手段により、単一反応系の下で、排
ガス中に含まれる煤塵と窒素酸化物とを同時除去するこ
とが可能になる。しかも、吸着させた煤塵の燃焼は、前
記被処理ガスの温度の下で行なうことができることか
ら、エネルギー効率の観点から有効な手段となる。

【００１４】また、Ｙ型ゼオライトの他に脱硝作用のあ
るゼオライトとして、β型（ＳｉＯ ₂／Ａｌ₂Ｏ₃＝22）
及びＺＳＭ−５型（ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃＝40）などがあ
る。これらのゼオライトに金属（例えば、Ｐｔ、Ｃｏ、
Ｐｄ、Ｍｎ、Ｇａ等）を担持させて、これに被処理ガス
を接触させ、それぞれの適性温度の下で燃焼させても、
煤塵と窒素酸化物とを同時処理することが可能である。

【００１５】第２発明は、前記金属は、Ｃｕ若しくはＮ
ｉであることを特徴としている。前記２者の金属の他に
Ｃｏ及びＭｎを担持させてもよい。

【００１６】第３発明は、被処理ガスが供給される反応
カラムと、前記反応カラム内に充填され、かつ前記ガス
中から煤塵と窒素酸化物とを吸着除去し、さらにこの吸
着させた煤塵を前記ガス温度の下で燃焼除去させるゼオ
ライト触媒とからなることを特徴としている。

【００１７】第４発明は、前記ゼオライト触媒は、Ｃｕ
若しくはＮｉを担持させたＹ型ゼオライト、またはこの
ゼオライトの担持体であることを特徴としている。

【００１８】前記ゼオライト触媒は、煤煙との接触表面
をできるだけ広くした構造、例えば、ゼオライト粉をハ
ニカム状、ペレット状等に成形させること、または金属
製若しくはセラミック製のフィルター、ビーズ状、ボー
ル状またはハニカム状を成したボール状担体の全面にゼ
オライトを担持させることにより構成される。ゼオライ
ト触媒の充填量は、単位触媒表面当りの被処理ガス（窒
素酸化物含有煤煙）負荷量によって定められる。

【００１９】また、前記ゼオライト触媒はハニカム状に
形成された場合、二つ以上に等分割させると煤塵除去効
率及び維持管理の面から有効となる（図６（ａ））。特
に、分割されたハニカム部材の被処理ガス通気路の長さ
が短い程有効である（図５）。

【００２０】これは、ハニカム部材における煤塵吸着効
率が被処理ガス入口近傍において最も高いからである。
また、分割された一つのハニカム部材の煤塵除去・脱硝
効率が著しく低下した場合、容易に新しい部材と交換が
可能であること、さらに、煤塵・窒素酸化物負荷量に合
せて適量に触媒の量を調整することが可能であることに
よる。

【００２１】

【発明の実施の形態】発明者らは、本発明の創作に先立
ち、脱硝用触媒に用いているゼオライトにおいて、煤煙
の主成分である煤塵の燃焼除去用触媒としての有効性を
確認し、さらにこの脱硝触媒用いた除塵、脱硝機能を備
えた排ガス処理方法の検討を行なった。

【００２２】ゼオライトは、結晶性アルミノケイ酸の一
種であり、粘土鉱物であるが、合成可能なものも多々あ
る。また、天然には存在しない結晶構造をもつものも合
成されている。Ａ型、Ｂ型、β型、ＺＳＭ−５型及び後
述のＹ型などがよく知られている。その特性としては、
細孔を有し、分子ふるい作用、陽イオン交換機能をも
ち、吸着剤、触媒として利用されている。

【００２３】前記ゼオライトの煤塵燃焼触媒試験の概要
は、以下の通りである。

【００２４】各種金属を坦持させたゼオライト触媒をハ
ニカム状に形成させたものに対し、28ｋＷ級ディーゼル
発電機の排気ガスを通気させて、発電機の初期始動時の
煤塵（すす）を吸着させ、排気ガス温度の下で、この吸
着した煤塵の燃焼除去効果を観測した。

【００２５】本試験の詳細を以下に述べる。１．ハニカム状ゼオライト触媒の構造図１は本試験に係る測定システム概要図であり、図２は
本試験に係るハニカム状ゼオライト触媒の外観図（ａ）
と前記ゼオライト触媒単体の外観図（ｂ）である。ハニ
カム状ゼオライト触媒は、二つ以上のハニカム状ゼオラ
イト触媒単体から成り、図１に示されたように、反応カ
ラム11に充填される。反応カラム11は発電機（28ｋＷ）
の排気経路に備え付けられ、さらにこの11の一及び二次
側には差圧計とＮＯｘ計が設置される。

【００２６】ゼオライト触媒単体は、図２（ｂ）に示し
たように、65ｍｍ×65ｍｍ×130ｍｍの直方体を成し、
このＢ−Ｂ断面における単位通気口一辺の長さは1.9ｍ
ｍであり、その壁厚は0.5ｍｍとなっている（1インチ平
方当り100セル、以下100cpiと略す）。また、ハニカム
状ゼオライト触媒単体の重さは、約250ｇである。図２
（ａ）に示されたように、ゼオライト触媒は4段から成
り、その１段は前記ゼオライト触媒単体４個で構成され
る。

【００２７】本試験においては、Ｎａ-Ｙ型のゼオライ
トをハニカム状ゼオライト触媒の主原料とし、これに金
属イオンを担持させたものを用いた。尚、前記ゼオライ
トへの金属の担持は、イオン交換法により行なった。

【００２８】このゼオライトの組成及び種々の金属イオ
ンを担持させたゼオライトを表１及び２に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】２．試験要領１）切替弁15を触媒層側にして発電機（28ｋＷ）12を始
動し、そのまま無負荷で10分間運転して煤塵をハニカム
状ゼオライト触媒10に吸着させる。

【００３２】２）発電負荷を80％に上げ、そのまま定常
で２時間発電機12を動作させ、煤塵を排気ガス温度で燃
焼させる。

【００３３】３）２時間後、負荷を０に戻し、切替弁15
をバイパス側して発電機12を停止させる。

【００３４】上記の手順において、発電中の反応カラム
11入口と出口で排ガス温度、動圧、静圧、ＮＯｘ濃度を
測定する。試験終了後、使用したゼオライト触媒10を縦
割りにし、煤塵と燃焼状態について観察する。３．測定機器Ｌ型ピトー管ＮＯｘ-Ｏ２分析計（島津ＤＴＧ−５０）４．試験結果１）ゼオライト１（Ｍｎ-Ｙ）図３は、始動20分後のゼオライト触媒（Ｍｎ-Ｙ）単体
への煤塵吸着状況を示している。図３に示されたよう
に、ハニカム部材（一段目、二段目、三段目）におい
て、よく煤塵が吸着されている部分は、被処理ガス入口
側から約１／３〜１／２の長さの部分であった。

【００３５】図４は、試験後のゼオライト触媒表面（図
１中のＣ−Ｃ断面）に吸着された煤塵の焼失状況を示し
ている。これは、負荷80％、排気ガス温度400℃で２時
間運転後のハニカム触媒表面上（Ｃ−Ｃ断面）の煤塵焼
失状況である。図４において、Ｍｎ-Ｙは左から２番目
である。尚、運転中の排ガス流量は約110ｍ³／ｈであ
り、このときのハニカム状ゼオライト触媒（100cpi、13
0ｍｍ×130ｍｍ×390ｍｍ）の圧力損失は190ｍｍＨ₂Ｏ
（1.862ｋＰａ）であった。また、反応カラム入口のＮ
Ｏｘ濃度は987ppm、出口の944ppmであり脱硝率4.3％の
脱硝が観測された。

【００３６】２）ゼオライト２（Ｃｕ-Ｙ）、ゼオライ
ト３（Ｃｏ-Ｙ）及びゼオライト４（Ｎｉ-Ｙ）ゼオライト２〜４についても、前記Ｍｎ-Ｙと同様の要
領で測定した。ゼオライト２〜４において、始動20分後
における煤塵の吸着状況及び運転中の圧力損失、硝化脱
硝率はゼオライト１と比べ差異はなかった。

【００３７】しかし、図４に示されたように、２時間運
転後におけるハニカム触媒表面（Ｃ−Ｃ断面）上の煤塵
の燃失状況は、ゼオライト２〜４における差異が顕著に
表れた。特に、ゼオライト２（Ｃｕ-Ｙ）における燃焼
活性が高く、その他にゼオライト４（Ｎｉ-Ｙ）が比較
的良好であった。

【００３８】以上のゼオライト１〜４による煤塵燃焼試
験結果から、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｏ及びＮｉどの金属をイオ
ン担持させた触媒には、吸着した煤塵を排気ガス温度
（400℃）のもとで燃焼させる効果があることが確認で
きた。煤塵の燃失効率を考慮すると、Ｃｕ-Ｙが最も有
効で、その次にＮｉ-Ｙが有効である。Ｍｎ-ＹとＣｏ-
Ｙにおいても、始動20分後と比べると吸着された煤塵は
燃失傾向にあることから（図４）、滞留時間（燃焼時
間）の調整や外部からの燃焼熱の供給により前記煤塵の
除去は可能となる。

【００３９】また、図４において明らかのように、ゼオ
ライト触媒の各段でよく煤塵が吸着されている部分は、
被処理ガス供給側近傍（被処理ガス供給側から約１／３
〜１／２の長さの部分）であったことから、被処理ガス
の通気路の長さを短くすること、例えば図５のように、
ハニカム状ゼオライト触媒の長さを短く（45〜60ｍｍ）
して段数を増やすことによりさらに効率良くに煤塵を除
去することができるものと考えられる。

【００４０】以上のことから、脱硝機能を有するゼオラ
イト（Ｙ型）を煤塵の燃焼触媒とし、これに金属を担持
させたものを被処理ガスと接触すれば、被処理ガス温度
の下で煤塵除去と脱硝とを同時に行うことができる。特
に、Ｃｕ及びＮｉを担持させたゼオライトは有効であ
る。

【００４１】次に、本発明に係る排ガス処理方法の実施
形態を図面に基づいて説明する。

【００４２】当該排ガス処理方法は、前記Ｙ型ゼオライ
トを用い、これと被処理ガスとを、被処理ガス温度のも
とで接触させて燃焼させることにより前記排ガス中に含
まれる煤塵と窒素酸化物とを同時に行なう。

【００４３】本発明に係る排ガス処理装置は、図６
（ｂ）に示されたように、被処理ガスが供給される反応
カラム11にゼオライト触媒10が充填されることで構成さ
れ、発電機の排気経路に設置される。反応カラム11への
ゼオライト触媒10の充填量は、単位触媒表面当りの被処
理ガス（窒素酸化物含有煤煙）負荷量によって定められ
る。

【００４４】ゼオライト触媒10は、少なくとも二つ以上
のゼオライト触媒単体10ａからなる。そして、ゼオライ
ト触媒単体10ａは、前記試験と同様に、煤煙との接触表
面をできるだけ広くした構造、すなわちゼオライト粉を
ハニカム状に成形させることにより構成される。

【００４５】前記試験結果によると、ゼオライト触媒単
体10ａの通気路の長さが短いほど煤塵の吸着効率が良い
ことから、前記単体10ａは立方体に近い構造を成してい
ることが望ましい（例えば、図５のように通気面一辺の
長さ65ｍｍである場合、単体の長さＬは45〜65ｍｍ）。

【００４６】かかる構造は、いずれかの単体10ａの煤塵
除去・脱硝効率が著しく低下した場合に新しい単体10ａ
と容易に交換が可能であること、また煤塵・窒素酸化物
負荷量に合せて任意適量に触媒の量を調整することが可
能であることから、維持管理の面からも有効となる。

【００４７】尚、ゼオライト触媒単体10aは、前記ハニ
カム構造の他に、ペレット状に成形させること、また
は、金属製若しくはセラミック製のフィルター、ビーズ
状、ボール状若しくはハニカム構造のボール状担体にゼ
オライトを担持させることにより構成してもよい。

【００４８】触媒10に係るゼオライトは、脱硝機能を有
したＹ型ゼオライトに金属（Ｍｎ、Ｃｕ、Ｃｏ若しくは
Ｎｉ）を担持させたものが用いられる。前記ゼオライト
触媒は、供給される被処理ガス自体の温度で煤塵を焼失
させることができるので外部から熱を加える必要がな
い。

【００４９】かかる構成により、被処理ガスと金属担持
させたゼオライトとの接触効率が高まり、被処理ガス温
度の下で、同ガス中に含まれる煤塵を効率的に燃焼除去
させることができる。さらに、本発明に係るゼオライト
は、脱硝機能を有していることから、単一反応系の下
で、脱硝と煤塵除去とを同時に行うことができる。これ
により、反応系における被処理ガス（煤煙）の処理時間
は短縮化され、装置の単純小型化が可能となる。このこ
とから、本発明に係る排ガス処理装置は、既存の煤煙処
理装置の付帯設備として容易に設置可能となり、既存排
ガス処理設備の機能維持や機能低下対策の一助ともな
る。

【００５０】図１に基づいて本発明に係る煤煙処理装置
の作用について説明する。

【００５１】発電機12から排出された被処理ガスは、反
応カラム11内に移行し、ゼオライト触媒10と接触する。
カラム11内に供給された被処理ガスは、排出口17に向か
ってゼオライト触媒10の通気口（ボール状またはハニカ
ム構造ボール状のゼオライト触媒10が充填されている場
合は、その空隙）を通過する。このとき、ゼオライト触
媒10はフィルターの役目し、前記ガス中の煤塵及びＮＯ
ｘを触媒10表面に吸着させる。吸着された煤塵は、供給
された被処理ガスの温度の下で焼失される。煤塵除去及
び脱硝処理されたガスは、排出口17から系外に排気さ
れ、必要とあらばさらに高度処理に供される。

【００５２】

【発明の効果】以上詳細に述べたように、本発明に係る
排ガス処理方法及びその装置によれば、被処理ガスを、
金属担持させたＹ型ゼオライトに接触させ、さらにこの
被処理ガス温度の下で燃焼させれば、当該ガス中に含ま
れる煤塵を効率的に除去することができる。

【００５３】また、本発明に係るＹ型ゼオライトは、脱
硝機能を有していることから、単一反応系のもとで、脱
硝と煤塵除去とを同時に行うことができる。特に、Ｃｕ
またはＮｉを担持させたＹ型ゼオライトは、煤塵の除去
効率をさらに向上させることができる。

【００５４】したがって、反応系における煤煙の処理時
間は短縮化され、装置の単純化及び小型化が可能とな
り、これにより、装置としての取扱も容易となることか
ら、生産面及び維持管理面からも経済的に有効な手段と
なる。

【００５５】以上のことから、本発明に係る排ガス処理
方法及びその装置は、既存の煤煙処理装置の付帯設備と
して容易に設置することも可能となり、既存排ガス処理
設備の機能維持や機能低下対策の一助にもなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本試験に係る測定システム概要図。

【図２】（ａ）は本試験に係るハニカム状ゼオライト触
媒の外観図、（ｂ）は前記ゼオライト触媒単体の外観
図。

【図３】始動20分後のゼオライト触媒単体（図１
（ｂ）、Ｃ−Ｃ断面）への煤塵吸着状況。

【図４】ゼオライト触媒表面（図１中のＣ−Ｃ断面）に
吸着された煤塵の燃失状況。

【図５】本発明に係るゼオライト触媒単体の外観図。

【図６】（ａ）は本発明に係るゼオライト触媒の外観
図、（ｂ）は本発明に係る排ガス処理装置。

【符号の説明】

10…ゼオライト触媒 10ａ…ゼオライト触媒単体 11…反応カラム

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｂ０１Ｊ 20/18 Ｂ０１Ｄ 53/36 １０４ＢＦターム(参考） 4D002 AA12 AA40 AC10 BA04 BA05 BA12 BA14 CA07 DA02 DA21 DA23 DA24 DA45 HA01 4D048 AA06 AA14 AB01 AB02 BA11X BA28X BA35X BA37X BA38X BB01 BB02 CA07 CC32 CC36 CC38 EA04 4G066 AA02B AA61B AA61C AA62B AA62C BA07 CA01 CA28 DA02 EA09 4G069 AA03 BA07A BA07B BC31A BC31B BC62A BC62B BC67A BC67B BC68A BC68B CA02 CA03 CA07 CA08 CA13 CA18 EA02Y EA18 EB12Y EB14Y EE07 EE09 ZA04A ZA04B ZC04 ZF05A ZF05B

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理ガスを、金属担持させたＹ型ゼオ
ライト（ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃＝5.6）と接触させて前記ガ
ス中から煤塵と窒素酸化物とを前記ゼオライトに吸着除
去し、さらにこの吸着させた煤塵を燃焼除去させること
を特徴とする排ガス処理方法。
【請求項２】前記担持させた金属は、Ｃｕ若しくはＮ
ｉであることを特徴とする請求項１記載の窒素酸化物含
有排ガス処理方法。
【請求項３】被処理ガスが供給される反応カラムと、
前記反応カラム内に充填され、かつ前記ガス中から煤塵
と窒素酸化物とを吸着除去し、さらにこの吸着させた煤
塵を前記ガス温度の下で燃焼除去させるゼオライト触媒
とからなることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項４】前記ゼオライト触媒は、Ｃｕ若しくはＮ
ｉを担持させたＹ型ゼオライト、またはこのゼオライト
の担持体であることを特徴とする請求項３記載の排ガス
処理装置。