JP2002336626A - 排気ガス処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気ガスＧに含まれる固形炭素のような微粒
子ｇとともに窒素酸化物や硫黄酸化物およびダイオキシ
ンも効率的かつ容易に処理できる排気ガス処理方法と装
置を提供する。 【解決手段】 排気ガスＧに含まれる微粒子ｇを捕捉す
る炭化鉄からなる捕捉粒子５が堆積した捕集体６と、前
記捕集体６に前記排気ガスＧを導入する排気導入路７
と、この導入された排気ガスＧを多数の貫通したノズル
孔３１から捕集体６内に噴射する分散板３と、前記捕集
体６を通過した排気ガスＧを排出する排気導出路８とを
備え、捕捉粒子５が堆積した捕集体６に前記排気ガスＧ
を導入して捕集体６内で前記微粒子ｇを燃焼させたのち
排出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車や船舶用の
ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、ガスタービ
ン、ボイラ、焼却炉などから排出される排気ガスに多く
含まれている固体炭素（すす）のような微粒子ととも
に、窒素酸化物や硫黄酸化物およびダイオキシンを効率
的に処理できる処理方法と装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】ディ
ーゼルエンジンでは、負荷の変動時などに固体炭素から
なる１μｍ以下の微粒子が多量に発生して、排気ガスと
ともに大気に排出される。そこで、従来では、フィルタ
を用いて微粒子を捕集し、これを燃焼させて処理してい
る（実公平５ー１３９３４号公報）。

【０００３】しかし、フィルタを用いる捕集手段では、
次のような不都合があった。微粒子はフィルタとの衝突
によって捕集されるため、微粒子はフィルタの排気ガス
の入口側のみで捕集される。このため、フィルタとして
膜状の大きな面積のものが必要となり、しかもフィルタ
は目詰りを起し易い。また、捕集された微粒子は高温で
燃焼されるが、このときフィルタは断熱層を形成してい
るので、フィルタは１０００℃程度の高温となる。した
がって、フィルタにはセラミック繊維などの温度に強い
材料が使用されているが、この種のフィルタは耐久性が
低く、しかも高価格のため、ランニングコストが高くな
る。

【０００４】さらに、フィルタで捕集した微粒子を燃焼
させる場合、その燃焼方法は通常のバーナー燃焼の場合
と同じく、高温状態で高速燃焼させる必要がある。した
がって、フィルタには加熱した空気を供給しながら捕集
微粒子の燃焼を行う必要があるので、この間は集塵操作
を一旦停止させて、微粒子の集塵は別のフィルタで行う
必要がある。このため、２つ以上のフィルタを用意し
て、これらを切換えながら運転するバッチ式の操作が必
要となる。

【０００５】また、フィルタに捕集した微粒子を高温で
燃焼させる場合、微粒子は炭化して結晶化していく。こ
のため、微粒子を完全に燃焼させようとして温度を上げ
ると、８００℃程度からＳＰ２結合（黒鉛化）が進行
し、炭素同士が緻密に結合してグラファイト化する。グ
ラファイト化すると、燃焼速度が遅くなり、完全燃焼に
必要な時間が長くなってしまう。

【０００６】そこで、本発明者等は、以上のような各種
の不都合を解決できる遠心流動層方式による排気ガス処
理装置を以前に提案した（ＷＯ９３−２４２０７号公
報）。この処理装置は、排気ガスの導入管を有する外ケ
ーシングと、これの内部に設けられた円筒形の流動触媒
層反応器とからなり、この反応器は、その内部に排気ガ
スを導入するための多孔状円筒からなる分散板を有する
とともに、この分散板の中心軸線回りで回転可能とさ
れ、内部には粉粒状触媒が装填されており、前記反応器
には、その中心軸線と同軸的に排気ガスの排気管が接続
され、これが前記外ケーシングの外部に突出している。

【０００７】上記処理装置は、エンジンの回転駆動と同
時に流動触媒層反応器が回転され、反応器内の粉粒状触
媒が遠心力によって分散板の内面に張り付くように流動
する。一方、エンジンからの排気ガスは、導入管から外
ケーシング内に導入され、ガス圧力によって分散板を通
って反応器の内部に入り、流動状態の触媒と接触して燃
焼処理される。処理により清浄化された排気ガスは、外
ケーシングから排気管を介して外部に排出される。この
処理装置によれば、燃焼時にグラファイト化が起りにく
いので、燃焼速度が速くなって燃焼時間が短くなり、し
かもランニングコストも低くなり、またバッチ式とする
ことなく、連続した処理運転が可能となる。

【０００８】しかし、以上の排気ガス処理装置は、流動
触媒層反応器を回転駆動させる必要があるので、構造が
複雑化して高価となる。また、エンジンの高出力時だけ
ではなく、アイドリング時などの低出力時にも常に反応
器を回転させる必要があるため、エネルギーの無駄が多
くなって効率が悪い。

【０００９】さらに、各種のエンジン、ガスタービン、
ボイラ、焼却炉などから排出される排気ガスには、微粒
子状の固体炭素だけではなく窒素酸化物や硫黄酸化物な
ども含まれている。そして、前記排気ガスに窒素酸化物
が含まれている場合には、排気ガス中の固体炭素の還元
能を利用して無害化処理し、また硫黄酸化物が含まれて
いる場合は、石灰やマグネシウムなどを用い、その酸化
能により無害化処理する。

【００１０】ところが、以上のように還元能と酸化能の
相反する機能を有するもの同士を共存させることは困難
である。このため、固体炭素の脱塵と脱硝，脱硫作用を
同一の反応器で行うことはできない。

【００１１】そこで、本発明の目的は、排気ガスに含ま
れる微粒子状の固体炭素とともに、窒素酸化物や硫黄酸
化物およびボイラなどから排出される排気ガス中のダイ
オキシンも効率的に処理できる排気ガスの処理方法と装
置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る排気ガス処理方法は、排気ガスに含ま
れる微粒子を捕捉する炭化鉄からなる捕捉粒子が堆積し
た捕集体に前記排気ガスを導入して捕集体内で前記微粒
子を燃焼させる。

【００１３】上記処理方法において、自動車や船舶用の
ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、ガスタービ
ン、ボイラ、焼却炉などから排出される排気ガスは、捕
集体に導入されて排気ガスに含まれる固体炭素（すす）
のような微粒子が炭化鉄からなる捕捉粒子により捕捉さ
れる。このとき、前記排気ガスの速度が低くて捕捉粒子
が滞積した固定層となっている状態の場合、排気ガスの
速度が高くなって捕捉粒子が浮遊分散された流動層とな
っている状態の場合、また排気ガスの速度がさらに高速
となって捕捉粒子が吹き飛ぶ輸送層となっている状態の
何れの場合でも、前記捕捉粒子は排気ガス中の微粒子を
捕捉する。そして、捕捉粒子に捕捉された微粒子は、排
気ガス中の残存酸素との接触により燃焼して効率的に処
理される。すなわち、炭素を含む微粒子（固体炭素）
が、燃焼により二酸化炭素および水となって無害化され
る。また、同時に排気ガス中に含まれる窒素酸化物や硫
黄酸化物なども下記するように無害化処理されて、清浄
化された排気ガスが大気に排出される。

【００１４】このとき、前記捕捉粒子として用いられる
炭化鉄は、例えば Ｆｅ2 Ｏ3 （鉄鉱石）＋３Ｈ2 →Ｆｅ＋３Ｈ2 Ｏ……（１） ３Ｆｅ＋ＣＨ4 （天然ガス）→Ｆｅ3 Ｃ＋２Ｈ2 ……（２） のように鉄鉱石を固体の状態で還元して金属鉄とし、こ
の金属鉄を天然ガスで炭化して作られる。この炭化鉄Ｆ
ｅ3 Ｃを粉砕して細かい粒子状にする。炭化鉄が作られ
る際、上記（１）（２）式の反応温度は６００〜６５０
℃の高温であるので、得られる炭化鉄は、その組織中に
ガスの抜けた多数の孔が形成された高孔隙率の多孔質状
態となる。このため、前記微粒子の捕捉効率が高めら
れ、しかも炭化鉄は硬いので、摩耗が少なくなって長期
使用が可能となる。

【００１５】また、前記排気ガスに窒素酸化物が含まれ
ている場合には、次のように脱硝処理される。つまり、
排気ガスの温度が１１０℃程度になると、前記炭化鉄
は、強力な還元能を有しているので、排気ガスに含まれ
る水分の存在下で、 Ｆｅ3 Ｃ＋Ｈ2 Ｏ→３Ｆｅ＋ＣＯ＋Ｈ2 ……（３） Ｆｅ3 Ｃ＋２Ｈ2 Ｏ→Ｆｅ3 Ｃ（ＯＨ）2 ＋Ｈ2 ……（４） のように反応し、これら（３），（４）式で得られる水
素Ｈ2 や一酸化炭素ＣＯ2 が窒素酸化物（例えば二酸化
窒素）を次の（５），（６）式のように還元して無害化
する。 ＮＯ2 ＋２Ｈ2 →１／２Ｎ2 ＋２Ｈ2 Ｏ……（５） ＮＯ2 ＋２ＣＯ→１／２Ｎ2 ＋２ＣＯ2 ……（６）

【００１６】さらに、前記排気ガスに硫黄酸化物（例え
ば二酸化硫黄）が含まれている場合には、次のように脱
硫処理される。つまり、排気ガスの温度が１１０℃程度
になると、前記（３）式で得られる鉄と二酸化硫黄が、
次の（７）式のように還元反応し、硫化鉄となって無害
化される。 Ｆｅ＋ＳＯ2 →ＦｅＳ＋Ｏ2 ……（７）

【００１７】また、ボイラなどから排出される排気ガス
中にダイオキシンが含まれている場合には、以上のよう
な燃焼高温下における前記Ｆｅ3 Ｃの還元能によりダイ
オキシン中の塩素が除去されて、無害化処理される。

【００１８】以上のように、前記捕捉粒子として炭化鉄
を用いることにより、固体炭素の脱塵と脱硝，脱硫処理
およびダイオキシンの無害化処理を同時に同一の反応器
内で行える。このため、省スペースとなり、また炭化鉄
を用いることにより還元性のある鉄や還元性のあるガス
も発生させるので、十分な還元剤量が確保されて、固体
炭素や窒素酸化物および硫黄酸化物ならびにダイオキシ
ンの効率的な処理が行える。しかも、炭化鉄は安価なの
で、排気ガスの処理が低コストで行える。

【００１９】本発明の好ましい実施形態における処理方
法では、前記排気ガスを前記捕集体に、その下方から導
入して捕集体内で前記微粒子を燃焼させたのち、上方か
ら排出する。この構成によれば、ケーシング内に捕集体
を堆積させた固定式の処理装置を使用して、捕集体にそ
の下方から排気ガスを導入すれば済み、国際公開ＷＯ９
３−２４２０７号に記載のような回転式の処理装置が不
要であるから、構造が簡略化される。

【００２０】本発明の好ましい実施形態における処理方
法では、前記排気ガスの圧力と捕集体にかかる重力との
バランスによって捕集体を流動化し、その流動層内で前
記微粒子を燃焼させる。これによれば、前記圧力が前記
重力よりも大きくなったときに捕捉粒子が流動化して、
その流動層の全域で、捕捉粒子に捕捉された微粒子が排
気ガス中の残存酸素との接触により燃焼して効率的に処
理される。前記流動層での燃焼は、微粒子が燃え尽きる
まで流動しながら継続されるので、微粒子による高い除
去効率が得られる。

【００２１】さらに詳述すると、エンジンの起動時やア
イドリング時などには、排気ガスの圧力が小さいため、
捕捉粒子は流動化することなく固定層となって微粒子を
捕捉する。一方、エンジンの回転数が上がって排気ガス
の圧力が高くなると、捕捉粒子が流動化し、つまり捕捉
粒子が浮遊分散された流動層の状態となり、排気ガスに
対し新たな捕捉粒子が循環しながら順次接触し、排気ガ
ス中の微粒子を効率的に捕捉する。また、エンジンの回
転数が上がることにより排気ガスの温度も上昇するの
で、前記捕捉粒子に捕捉された微粒子が流動層の全域に
おいて速やかに燃焼される。また流動層は、熱容量が大
きくて熱伝達速度も速いため、流動層が高温に発熱した
り急激な温度上昇を伴うことはない。このため、温度が
上がれば燃焼速度が速くなり、また燃焼速度が速くなれ
ば温度が上昇するような暴走は発生しない。しかも、従
来のフィルタで微粒子を捕捉して燃焼させる場合のよう
に、ホットスポットの発生は起らず、また微粒子が溶融
して固まり流動化不良を起すということもない。また、
以前に提案した回転流動層方式による排気ガス処理装置
のように、反応器を回転駆動させる必要がないので、構
造が簡略化されて低価格となる。

【００２２】本発明の好ましい実施形態における処理方
法では、前記排気ガスの流動層内空塔速度（流動対象物
（この場合は捕集体）が存在しない場合の速度で、以
下、単に「排気ガスの速度」という。）が、排気ガスに
よる捕集体の流動化に必要な所定値よりも低い場合には
前記微粒子を捕捉粒子に捕捉させ、前記所定値以上の場
合は排気ガスにより捕集体を流動化して、その流動層内
で微粒子を燃焼させる。前記所定値は、例えば０．１ｍ
／ｓ〜０．５ｍ／ｓの範囲に設定される。これによれ
ば、前記排気ガスの速度が前記所定値よりも低い場合、
捕捉粒子は流動化することなく、捕捉粒子が固定層とな
って排気ガス中の微粒子を捕捉する。排気ガスの速度が
前記所定値よりも大きくなったとき、捕捉粒子は流動化
して、排気ガス中の微粒子を捕捉する。このように流動
層や固定層の捕捉粒子で捕捉された微粒子は流動層にお
いて燃焼処理される。

【００２３】ここで、捕捉粒子を流動化させると、これ
を収納するケーシングが摩耗し、また捕捉粒子自身も摩
耗し易い。しかし、以上のように、前記所定値に基づき
捕捉粒子を固定層としたり流動層とすることにより、例
えばエンジンの起動時やアイドリング時など排気ガス中
の微粒子の発生量が比較的少ないときには固定層とし、
エンジンの高出力運転時など微粒子の発生量が多いとき
のみ流動層として、捕捉粒子が流動化している時間をで
きるだけ少なくすることにより、ケーシングおよび捕捉
粒子の早期摩耗が防止される。なお、前記所定値は、上
記した範囲を越えると流動層による燃焼の利点が少なく
なり、上記した範囲未満であると固定層による磨耗抑制
効果が少なくなる。

【００２４】前記捕集体には、炭化鉄からなる捕捉粒子
に他の粉体、例えばシリカやアルミナの粉体を混合させ
てもよい。このようにすれば、炭化鉄は発熱し易いのに
対し、これにシリカやアルミナなどの粉体を混合させる
ことによって炭化鉄の発熱が抑制される。このため、排
気ガス処理設備の高温化が防げる。シリカやアルミナは
多孔質であるから、排気ガスに含まれる微粒子を捕捉す
る第２の捕捉粒子としても作用する。捕集体における炭
化鉄の配合率は、５０重量％以上、好ましくは６０重量
％以上、さらに好ましくは７０％以上である。

【００２５】本発明に係る排気ガス処理装置は、排気ガ
スに含まれる微粒子を捕捉する炭化鉄からなる捕捉粒子
が堆積した捕集体と、前記捕集体に前記排気ガスを導入
する排気導入路と、この導入された排気ガスを多数の貫
通したノズル孔から捕集体内に噴射する分散板と、前記
捕集体を通過した排気ガスを排出する排気導出路とを備
えている。

【００２６】上記構成によれば、上記した本発明の処理
方法を実行する簡略な処理装置が容易に得られる。

【００２７】本発明の好ましい実施形態においては、前
記排気導入路が前記捕集体の下方に前記排気ガスを導入
し、前記排気導出路が、前記捕集体を通過した排気ガス
を捕集体の上方から排出する。この構成によれば、ケー
シング内に捕集体を堆積させた固定式の処理装置を使用
して、捕集体にの下方に前記排気導入路を接続すれば済
み、国際公開ＷＯ９３−２４２０７号に記載のような回
転式の処理装置が不要であるから、構造が簡略化され
る。

【００２８】本発明の好ましい実施形態における排気ガ
ス処理装置は、前記排気ガスの圧力と捕集体にかかる重
力とのバランスによって捕集体を流動化し、その流動層
内で前記微粒子を燃焼させる。

【００２９】また、本発明の好ましい実施形態における
排気ガス処理装置は、前記排気ガスの速度が、排気ガス
による捕集体の流動化に必要な所定値よりも低い場合に
は前記微粒子を捕捉粒子に捕捉させ、前記所定値以上の
場合は排気ガスにより捕集体を流動化して、その流動層
内で微粒子を燃焼させる。

【００３０】さらに、本発明の好ましい実施形態におけ
る排気ガス処理装置は、前記捕集体として、炭化鉄から
なる捕捉粒子に他の粉体を混合したものを用いる。

【００３１】また、本発明の好ましい実施形態における
排気ガス処理装置は、前記捕捉粒子が２００μｍ以上で
１ｍｍ以下の粒径を有している。この粒径範囲では、捕
捉粒子が流動化したとき、この捕捉粒子が流動層から飛
び出したりすることなく、流動層内において捕捉粒子で
捕捉された微粒子が確実に燃焼される。つまり、微粒子
を捕捉した捕捉粒子が流動化された場合、排気ガスが捕
捉粒子から微粒子を剥奪しようとするが、一般的に粉粒
体に付与される気体の抗力は、粒子径が小さくなるほど
小さくなるのに対し、粒子径が小さくなっても捕捉粒子
と微粒子の付着力は、ファンデルワールス力によりそれ
ほど小さくはならない。したがって、以上のように、前
記捕捉粒子を２００μｍ以上で１ｍｍ以下の粒径とすれ
ば、この捕捉粒子は流動層から飛び出すことなく滞留し
て、流動層内で捕捉粒子で捕捉された微粒子が確実に燃
焼される。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明
の第１実施形態に係る排気ガス処理装置１をディーゼル
エンジンＥに取り付けた例を示す側面図である。排気ガ
ス処理装置１はディーゼルエンジンＥに排気管１０を介
して接続されている。

【００３３】図２は、排気ガス処理装置１の全体構造を
示す縦断面図である。この処理装置１は、円筒形の本体
２１と、これの長さ方向両端に設けられた端板２２から
なるケーシング２を備え、これの内部の下部側には、本
体２１の内面２１ａとの間に所定間隔をおいて多数の貫
通したノズル孔３１を有する分散板３が、上部側には前
記内面２１ａとの間に所定間隔をおいて平坦な多孔板か
らなるフィルタ４が、分散板３と平行に配置されてい
る。前記ケーシング２の内部で分散板３とフィルタ４で
囲まれる空間には、前記エンジンＥからの排気ガスＧに
含まれる炭素を含んだ微粒子（固体炭素）を捕捉する多
数の捕捉粒子５からなる捕集体６が収納されている。

【００３４】前記捕捉粒子５としては、炭化鉄（Ｆｅ3
Ｃ）からなる多孔質粒子が用いられる。この炭化鉄は、
前述した反応式（１）〜（７）に示したように、固体炭
素の脱塵だけではなく、これとともに脱硝，脱硫処理お
よびダイオキシンの無害化処理を同時に同一のケーシン
グ２内で行える。このため、省スペースとなり、また炭
化鉄を用いることにより還元性のある金属鉄やガスも発
生させるので、十分な還元剤量が確保されて、前記固体
炭素などの効率的な処理が行える。さらに炭化鉄は硬い
ため、摩耗が少なくなって長期使用が可能となり、しか
も炭化鉄は安価なので、排気ガスの処理を低コストで行
える。

【００３５】前記捕捉粒子５は、２００μｍ以上で１ｍ
ｍ以下の粒径とする。このような粒径とすれば、捕捉粒
子５が流動化したとき、この捕捉粒子５が流動層から飛
び出すのが抑制され、流動層内において捕捉粒子５で捕
捉された微粒子が確実に燃焼される。大きな粒子に微粒
子が付着して流動化している流動層は粉粒流動層と呼ば
れ、特性が報告されており、１μｍ以下の微粒子は殆ど
飛び出さずに流動層内に滞留することが知られている。

【００３６】また、前記捕集体５には、炭化鉄からなる
捕捉粒子５に、他の粉体例えばシリカやアルミナなどを
混合させてもよい。このようにすれば、炭化鉄は発熱し
易いのに対し、シリカやアルミナなどの粉体を混合させ
ることにより、炭化鉄の発熱が抑制されるので、前記ケ
ーシング２などの高温化が防げる。

【００３７】また、前記ケーシング２の内方下部側で本
体２１の内面２１ａと分散板３の間には、ケーシング２
の前方（図２の左側）から前記捕集体６の下方に排気ガ
スＧを導入する排気導入路７が形成され、ケーシング２
の内方上部側で本体内面２１ａとフィルタ４の間には、
前記捕集体６を通過した排気ガスＧを上方から後方（図
２の右側）へ排出する排気導出路８が形成されている。

【００３８】図３に示すように、この処理装置１は、デ
ィーゼルエンジンの一般的な消音器と同様に、そのケー
シング２の全体が円筒形状に形成されていて、消音器と
取り替えて装着できるようになっている。このケーシン
グ２を円筒形に形成する理由は、排気ガスＧの振動音は
円周方向には共鳴しにくく、音を増幅することがないか
らである。前記ケーシング２は、円筒形以外に偏平な楕
円形などに形成することもできる。

【００３９】図２に示すケーシング１の一方の端板２２
には、その下部側に前記排気導入路７に連通する排気ガ
スＧの導入口２３が形成され、この導入口２３の外部側
には前記排気管１０を連結するための連結フランジ２４
が取り付けられ、図３に示す端板２２の中央部には前記
捕捉粒子５の充填および保守・点検を行うための充填孔
２５が形成されて、この充填孔２５には、これを閉鎖す
る蓋体２６を装着するためのフランジ２７が取り付けら
れている。また、図２に示す他方側の端板２２には、そ
の上部に前記排気導出路８に連通する排気ガスＧの導出
口２８が形成され、この導出口２８の外部側には排出パ
イプ２９（図１）を連結する連結具３０が取り付けられ
ている。

【００４０】前記捕集体６は、その重力と排気ガスＧの
圧力とのバランスによって流動化させる。つまり排気ガ
スＧの速度が、排気ガスＧによる捕集体６の流動化に必
要な所定値よりも低い場合、図２のように捕集体６は、
前記分散板３上に捕捉粒子５が堆積した状態の固定層と
なる。また、排気ガスＧの速度が前記所定値以上になっ
た場合には、排気ガスＧの速度により捕集体６を流動化
させて、図４のように捕捉粒子５がケーシング２の内部
に浮遊分散された状態の流動層とする。このとき前記所
定値は、０．１〜０．５ｍ／ｓの範囲に設定される。ま
た、図２に示す分散板３からフィルタ４までの高さをＨ
とした場合、前記固定層の高さは１／２Ｈ程度とし、前
記流動層は、図４に示すように３／４Ｈ程度に設定され
る。

【００４１】次に、以上の処理装置１を用いた排気ガス
の処理方法について説明する。図５は、排気ガスＧに含
まれる固体炭素の微粒子ｇを除去処理する場合の模式図
を示している。この微粒子ｇは、１μｍ以下の粒径のも
のが多い。図１のディーゼルエンジンＥから排出された
排気ガスＧは、排気管１０から、図２の先ずケーシング
２の排気導入路７に送られ、これより分散板３のノズル
孔３１から内部の捕捉粒子５に向かって噴射される。こ
のとき、排気ガスＧが保有している速度エネルギーの一
部がノズル孔３１によって運動エネルギーに変換され、
ノズル孔３１から排気ガスＧは捕捉粒子５に向かって２
０〜２５０ｍ・ ｓ-1程度の速度で噴射される。また分散
板３は、排気ガスＧを内部に均一に供給するために約１
０〜２０％の圧力損失を取るようにしており、この圧力
損失により排気ガスＧは加速されて捕捉粒子５に向かっ
て均一な速度で噴射される。

【００４２】エンジンＥの起動時やアイドリング時など
排気ガスＧ中の微粒子ｇの発生量が少ないとき、前記捕
捉粒子５は、その重力の方が排気ガスＧの圧力に基づく
捕捉粒子５の押上げ力よりも大きくなって、図２のよう
に分散板３上に堆積した固定層となり、図５のノズル孔
３１から噴射された排気ガスＧ中の微粒子ｇは、分散板
３上の各捕捉粒子５に衝突して捕捉される。このとき、
捕捉粒子５として、高孔隙率の多孔質である炭化鉄（Ｆ
ｅ3 Ｃ）が用いられているので、微粒子ｇをより確実に
捕捉できる。

【００４３】エンジンＥの回転数が上がって排気ガスＧ
の圧力が高くなると、この圧力により捕集体６の捕捉粒
子５は図４のように流動化し、つまり捕捉粒子５が浮遊
分散された状態となって、ノズル孔３１の近くに新たな
捕捉粒子５が循環されながら順次供給され、排気ガスＧ
中の微粒子ｇが効率的に捕捉される。また、エンジンＥ
の回転数が上がり、かつ高負荷になると、排気ガスＧの
温度も上昇するので、前記固定層や流動層の状態で捕捉
粒子５に捕捉された固体炭素の微粒子ｇが、流動層の全
域において排気ガスＧ中の残存酸素により速やかに燃焼
され、二酸化炭素および水となって無害化される。ま
た、燃焼により微粒子ｇが除去された捕捉粒子５は、流
動化により再びノズル孔３１に至って新たな微粒子ｇの
捕捉に寄与する。このとき、流動層の温度が２４０℃〜
４５０℃付近の範囲では、排気ガスＧに含まれたＮＯ2
による微粒子ｇの燃焼が支配的であり、４５０℃付近以
上では、排気ガスＧに含まれた酸素Ｏ2 による微粒子ｇ
の燃焼が支配的となる。

【００４４】また、以上のような固体炭素の燃焼処理時
には、同時に排気ガス中の窒素酸化物や硫黄酸化物およ
びダイオキシンも無害化処理される。つまり、前記捕捉
粒子５として用いられる炭化鉄（Ｆｅ3 Ｃ）は、排気ガ
スの温度が上昇することによって、金属鉄や一酸化炭素
および水素に分解され、この一酸化炭素や水素が二酸化
窒素などの窒素酸化物を還元して無害化する（化学式
５，６参照）。さらに、排気ガスに二酸化硫黄などの硫
黄酸化物が含まれている場合は、この硫黄酸化物が、分
解された前記鉄により還元され、硫化鉄となって無害化
される（化学式７参照）。また、ボイラなどから排出さ
れる排気ガス中にダイオキシンが含まれている場合に
は、以上のような燃焼高温下における前記Ｆｅ3 Ｃの還
元能により、ダイオキシン中の塩素が除去されて無害化
処理される。このように、前記捕捉粒子５として炭化鉄
を用いることにより、固体炭素の燃焼処理だけではな
く、これとともに脱硝，脱硫処理およびダイオキシンの
無害化処理を同時に前記ケーシング２内で行える。

【００４５】以上のように、捕捉粒子５を固定層とした
り流動層として、捕捉粒子５が流動化している時間をで
きるだけ少なくすることにより、捕捉粒子５とケーシン
グ２との接触によるケーシング２の磨耗、および捕捉粒
子５同士の接触による捕捉粒子５の摩耗が抑制される。

【００４６】また、排気ガスＧは振動音を有している
が、この振動音は排気ガスＧの圧力振動により流動層内
の捕捉粒子５に運動量を与えることで消音される。つま
り、運動エネルギーを受け取った捕捉粒子５は、流動層
内を移動するとき振動が減衰されて熱に変換される。こ
れにより排気ガスＧの騒音は、流動層内で熱となって消
音される。

【００４７】こうして固体炭素や窒素酸化物および硫黄
酸化物ならびにダイオキシンが除去された洗浄な排気ガ
スＧは、捕集体６の流動層から離れて、フィルタ４と排
気導出路８を通って排出パイプ２９から外部に排出され
る。

【００４８】図６は、本発明の第２実施形態にかかる排
気ガス処理装置１を示している。同図では、図２と同様
のケーシング２を用い、このケーシング２内の炭化鉄か
らなる捕捉粒子５が使用に伴い劣化したときに、この劣
化した捕捉粒子５を外部に取り出して収容する回収タン
ク１１と、新しい捕捉粒子５を供給するための供給ホッ
パ１２を設けている。この供給ホッパ１２には、ロータ
リバルブやスクリューフィーダなどの定量切出し装置１
３を中間部に介在させた供給管１４が連結され、この供
給管１４の先端が、前記ケーシング２内の分散板３とフ
ィルタ４の間の空間で排気ガス導入口２３側に挿入位置
されている。また、前記ケーシング２内の分散板３とフ
ィルタ４の間の空間で排気ガス導出口２８の形成側に
は、下方に向かって延びる取出管１５が設けられ、この
取出管１５の先端が前記回収タンク１１に接続されてい
る。取出管１５の中間部にも定量切出し装置１３Ａが設
けられている。

【００４９】前記導入口２３から排気導入路７へと導入
された排気ガスＧを前記分散板３とフィルタ４の間の空
間に導いて、この空間内で排気ガスＧに含まれる固体炭
素のような微粒子ｇを燃焼処理し、同時に排気ガス中の
窒素酸化物や硫黄酸化物およびダイオキシンも無害化処
理する。そして、前記捕捉粒子５が使用に伴い劣化した
とき、定量切出し装置１３Ａを開いて、劣化した捕捉粒
子５を前記取出管１５から取り出して回収タンク１１に
収容する。また、前記定量切出し装置１３を開いて供給
管１４から供給ホッパ１２内の新しい捕捉粒子５を、前
記分散板３とフィルタ４の間の空間に供給する。

【００５０】図７は、前記排気ガス処理装置１をボイラ
１６に取り付けて、このボイラ１６から発生する排気ガ
スＧを処理する第３実施形態を示している。同図では、
ボイラ１６の下流側に前記処理装置１を接続し、そのケ
ーシング２内の分散板３とフィルタ４の間の空間に、図
６の第２実施形態と同様に供給ホッパ１２から延びる供
給管１４の先端を挿入位置させ、また、前記分散板３と
フィルタ４の間の空間には取出管１５を設け、この取出
管１５の先端を回収タンク１１に接続させている。さら
に、前記ケーシング２の排気ガス導出口２８の下流側に
はサイクロン型の集塵機１７を取り付けて、この集塵機
１７により前記フィルタ４を通過して処理装置１の外部
に飛散した捕捉粒子５を分離して下部側の回収ボックス
１８に回収し、前記集塵機１７の排気口１９から清浄な
空気を外部に排出する。

【００５１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、排気ガ
スに含まれる固形炭素のような微粒子とともに窒素酸化
物や硫黄酸化物およびダイオキシンも効率的かつ容易に
処理できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る排気ガス処理装置
をディーゼルエンジンに取り付けた状態を示す側面図で
ある。

【図２】排気ガス処理装置の全体構造を示す縦断面図で
ある。

【図３】排気ガス処理装置の正面図である。

【図４】捕捉粒子が流動層となったときの状態を示す処
理装置一部の縦断面図である。

【図５】排気ガス中の微粒子が捕捉される状態を示す模
式図である。

【図６】第２実施形態に係る排気ガス処理装置を示す概
略側面図である。

【図７】第２実施形態に係る排気ガス処理装置をボイラ
に取り付けた状態を示す概略側面図である。

【符号の説明】

１…処理装置、２…ケーシング、３…分散板、３１…ノ
ズル孔、４…フィルタ、５…捕捉粒子、６…捕集体、７
…排気導入路、８…排気導出路、１１…回収タンク、１
２…供給ホッパ、Ｅ…エンジン、Ｇ…排気ガス、ｇ…微
粒子

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） Ｂ０１Ｄ 53/70 Ｆ０１Ｎ 3/02 ３１１Ｚ ４Ｄ０５８ 53/74 3/10 Ａ ４Ｇ０６９ 53/86 3/24 Ｅ 53/94 Ｐ Ｂ０１Ｊ 27/22 3/28 Ｇ Ｆ０１Ｎ 3/02 ３０１ ３０１Ｃ ３１１ Ｂ０１Ｄ 53/34 １３２Ｚ 3/10 ＺＡＢ 3/24 １３４Ｅ 53/36 １０３Ｃ 3/28 Ｇ ３０１ Ｄ (72)発明者 西村 和也 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 Ｆターム(参考） 3G090 AA01 BA01 CA04 EA01 EA03 3G091 AA02 AA04 AA17 AA18 AB04 AB13 BA00 BA13 BA14 CA27 FA01 FA08 FA09 FA12 GA01 GA21 GB01W GB13W HA14 HA46 4D002 AA02 AA12 AA21 AC04 AC10 BA05 BA06 CA07 CA09 DA22 DA35 DA46 DA70 EA03 EA05 EA13 GA01 GB08 GB12 HA01 4D019 AA01 BA01 BA05 BA06 BB12 BC09 BC20 BD01 CA03 CB04 CB09 4D048 AA02 AA06 AA11 AA14 AB01 AB02 AB03 BA03X BA06X BA36X BA41X BA45X BB01 BB17 CB03 CC21 DA01 DA02 DA03 DA05 DA20 4D058 JA12 JA58 JB02 JB06 KB11 MA41 QA01 QA03 QA11 QA17 SA08 UA18 4G069 AA02 BA01A BA01B BA02A BA02B BB15A BB15B BC66A BC66B CA02 CA03 CA07 CA08 CA10 CA12 CA13 CA18 CA19 DA06 DA08 EA01X EA01Y EB18X EB18Y

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気ガスに含まれる微粒子を捕捉する炭
   化鉄からなる捕捉粒子が堆積した捕集体に前記排気ガス
   を導入して捕集体内で前記微粒子を燃焼させることによ
   り排気ガスを処理する排気ガス処理方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記排気ガスを前記
   捕集体に、その下方から導入して捕集体内で前記微粒子
   を燃焼させたのち、上方から排出する排気ガス処理方
   法。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記排気ガスの圧力
   と捕集体にかかる重力とのバランスによって捕集体を流
   動化し、その流動層内で前記微粒子を燃焼させる排気ガ
   ス処理方法。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれかにおいて、前
   記排気ガスの速度が、排気ガスによる捕集体の流動化に
   必要な所定値よりも低い場合には前記微粒子を捕捉粒子
   に捕捉させ、前記所定値以上の場合は排気ガスにより捕
   集体を流動化して、その流動層内で微粒子を燃焼させる
   排気ガス処理方法。
5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれかにおいて、前
   記捕集体は、炭化鉄からなる捕捉粒子に他の粉体を混合
   したものである排気ガス処理方法。
6. 【請求項６】 排気ガスに含まれる微粒子を捕捉する炭
   化鉄からなる捕捉粒子が堆積した捕集体と、 前記捕集体に前記排気ガスを導入する排気導入路と、 この導入された排気ガスを多数の貫通したノズル孔から
   捕集体内に噴射する分散板と、 前記捕集体を通過した排気ガスを排出する排気導出路
   と、を備えたエンジンの排気ガス処理装置。
7. 【請求項７】 請求項６において、前記排気導入路は、
   前記捕集体の下方に前記排気ガスを導入するものであ
   り、 前記排気導出路は、前記捕集体を通過した排気ガスを捕
   集体の上方から排出するものである、 排気ガス処理装置。
8. 【請求項８】 請求項７において、前記排気ガスの圧力
   と捕集体にかかる重力とのバランスによって捕集体を流
   動化し、その流動層内で前記微粒子を燃焼させる排気ガ
   ス処理装置。
9. 【請求項９】 請求項６から８のいずれかにおいて、前
   記排気ガスの速度が、排気ガスによる捕集体の流動化に
   必要な所定値よりも低い場合には前記微粒子を捕捉粒子
   に捕捉させ、前記所定値以上の場合は排気ガスにより捕
   集体を流動化して、その流動層内で微粒子を燃焼させる
   エンジンの排気ガス処理装置。
10. 【請求項１０】 請求項６から９のいずれかにおいて、
    前記捕集体は、炭化鉄からなる捕捉粒子に他の粉体を混
    合したものである排気ガス処理装置。
11. 【請求項１１】 請求項６から１０のいずれかにおい
    て、前記捕捉粒子は２００μｍ以上で１ｍｍ以下の粒径
    を有するエンジンの排気ガス処理装置。