JP2004041864A - プラズマ反応を利用したガス処理装置及び該処理装置を使用するガス処理方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の装置構成に対し特にコストの点で特別な負担をかけることなく、装置の大型化を行うことが可能なガス処理装置を提供する。
【解決手段】ガスの通過が可能な構造を有する強誘電体（１３）が充填されたリアクタを備え、前記リアクタは被処理ガスを該リアクタの内部に導入するためガス導入部を有し、前記ガス導入部から前記リアクタの内部に導入した前記被処理ガスをプラズマ処理するガス処理装置であって、前記強誘電体を前記リアクタの内部に充填するための強誘電体充填口（１８）が、前記リアクタの上部に設けられたことを特徴とする。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス分解処理装置に関し、特に各種の工業的処理工程などから排出される揮発性有機化合物（ＶＯＣ）（ｖｏｌａｔｉｌｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）を含有する気体をプラズマ反応を利用して分解するガス処理装置及びガス処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種の工業的処理工程などから排出される揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の大気への放散による大気汚染等の環境破壊が深刻な問題となっている。そうした揮発性有機化合物を含有するガスを分解処理して無害化する技術が数多く提案されている。それらの技術は、吸着回収法によるガス分解処理技術、燃焼処理法（熱分解法、触媒分解法等）によるガス分解処理技術、スクラバー処理法によるガス分解処理技術、生物学的処理法によるガス分解処理技術などを包含する。これらのガス分解処理技術は、其れなりの利点はあるものの、解決すべき問題点があり、十分なものであるとは言い難い。即ち、（１）装置コストが割高である、（２）吸・脱着と２段階の処理が必要である、（３）設置容積が大きく、処理条件によってはダイオキシン類発生の懸念がある、（４）給水―排水量が大きく、排水処理が困難である、（５）反応処理に長時間かかる、といった問題点がある。こうした問題点を有するガス分解処理技術に代わる技術として、近年、プラズマ放電、特に非平衡プラズマ放電によりＶＯＣ等の排ガスを分解する技術が注目され研究が進められており、当該技術に基いた方法及び装置が提案されている。それらの中で、円柱状の装置内に外部電極と内部電極を有し、電極間に円柱型ペレット状或いは球状の強誘電体を充填し、プラズマを発生させるようにしたパックトべッド式反応装置は、大気圧下で操作でき、装置内を真空にするポンプなどは必要なく、また室温でプラズマを発生させることができ、更に装置構成が簡単で低コストで設置できる、といった利点を有することから、特に注目されている。
【０００３】
図４は、前記パックトべッド式反応装置のリアクタの構成の一例を模式的に示す断面図である。図４に示すパックトべッド式反応装置のリアクタは、ガス導入口１２より処理するガスが入り、充填された誘電体粒子１３の隙間を通過してガス排出口１４よりガスが排出される構造となっており、誘電体粒子１３の充填されたリアクタ内をガスが通過する際に、高圧電極１５に交流電圧を印加することで接地電極１６（リアクタ外壁と共通）との間で非平衡プラズマを発生させ、ガスを分解処理するものである。符号１１は、絶縁性物質で構成されたリアクタ外カバーを示す。符号１７は、絶縁性物質で構成されたリアクタ内蓋をしめす。リアクタ内蓋１７には、ガス導入口１２より導入されたガスがリアクタ内に流れ込むように、無数の穴が開けられている。リアクタ内に充填する誘電体粒子１３は、チタン酸バリウムなどの強誘電体物質を主成分とする誘電体材料で形成され、高誘電率を有するものである。このような強誘電体物質を主成分とする誘電体材料で形成された誘電体粒子１３は、分極率も高く、プラズマを発生させるのに有利であり、ガスの分解率を向上せしめる。
【０００４】
パックトべッド式反応装置のリアクタ内への誘電体粒子１３の充填は、次のようにして行う。リアクタを、リアクタ内蓋１７の一方が上側になるようにセットし、該内蓋を開け、該リアクタ内に誘電体粒子１３を一杯になるまで充填し、該内蓋１７を閉めた後、リアクタを横向きの定常位置に戻す。但しこの方法は、リアクタが比較的小さい容量のものである場合には有効であるが、大容量リアクタの場合は、特に誘電体粒子を充填した後の該リアクタの重量は非常に大きくなる為、前記作業を効率的に行うことは極めて困難である。したがって、前記方法は採用できない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記パックトべッド式反応装置は、上述したようにガス処理技術分野において大きな期待を持たれているが、今後実用化に向けては、大量のガスを処理できるようにする必要がある。そのためには、装置の大型化を実現しなければならないが、その場合、次のような解決を要する問題点がある。
【０００６】
大型化したパックトべッド式反応装置のリアクタ内へは、大量の誘電体粒子を充填しなければならない。図５は、リアクタを横置きにする構成の大型のパックトべッド式反応装置を示す。尚、図５に示すリアクタは、図４に示すリアクタと同一構成のものである。図５に示すようなリアクタ横置きの構成では、リアクタ内を誘電体粒子で満たすようにすることは困難である。即ち、横置きのリアクタには、誘電体粒子の存在しない領域ができてしまい、該領域はガス分解に関与せず、抵抗が少ないため、大量のガスが該領域を未反応のまま通過してしまい、装置のガス分解率が著しく低下してしまう、といった問題点がある。
【０００７】
図６は、リアクタを縦置きにする構成の大型のパックトべッド式反応装置を示す。尚、図６に示すリアクタは、図４に示すリアクタと同一構成のものである。図６に示すようなリアクタ縦置きの構成では、リアクタ内を誘電体粒子で満たすようにすることは比較的容易であるが、充填した誘電体粒子の荷重がリアクタの下側のリアクタ内蓋１７にかかってしまい、大量の誘電体粒子を充填した場合にはリアクタ内蓋はその荷重に耐えられない場合がある。例えば、容量１ｍ^３　のリアクタの場合でも、誘電体粒子のかさ比重が約３であるので、リアクタの下側のリアクタ内蓋１７にかかる荷重は約３ｔとなる。これに対し該リアクタ内蓋は、ガスをリアクタ内に流す為の無数の孔を有しており、該リアクタ内蓋はリアクタ筐体に後付けをしているので、前記荷重に対しては強度的に不十分である。
【０００８】
上述したような問題点のない大型のパックトべッド式反応装置を実現するためには、該装置のリアクタについて、少なくとも、誘電体粒子を隈なく充填でき、且つ充填した誘電体粒子の荷重に十分耐えうる強度を持つ構成を実現することが必要である。
本発明は、こうした要求を満足するリアクタを有し、大量のガスを効率的に処理することができ、適度なコストで実現できる大型のガス処理装置を提供する
ことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するものであって、以下に述べる構成を有するガス処理装置及び該装置を使用するガス処理方法を提供する。
本発明のガス処理装置は、ガスの通過が可能な構造を有するリアクタ筐体部を備えたリアクタを有し、前記リアクタ筐体部の内部には強誘電体が充填され、前記リアクタはその内部に被処理ガスを導入するためのガス導入部を有し、該ガス導入部から導入した被処理ガスをプラズマ処理するガス処理装置であって、前記リアクタは前記強誘電体を前記リアクタ筐体部の内部に充填するための強誘電体充填口が、該リアクタの上部に設けられていることを特徴とする。
本発明のガス処理方法は、強誘電体を充填した前記ガス処理装置に被処理ガスを前記ガス導入部から導入し、該被処理ガスを強誘電体が充填された前記リアクタ内に流入させて、該被処理ガスを前記強誘電体と接触させながら該リアクタ内を流し、その過程で該被処理ガスをプラズマ処理することを特徴とする。
前記被処理ガスは、揮発性有機化合物を含有する気体を包含する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
上述したように、本発明は、ガスの通過が可能な構造を有するリアクタ筐体部を備えたリアクタを有し、前記リアクタ筐体部の内部には強誘電体が充填され、前記リアクタはその内部に被処理ガスを導入するためのガス導入部を有し、該ガス導入部から導入した被処理ガスをプラズマ処理するガス処理装置であって、前記リアクタは前記強誘電体を前記リアクタ筐体部の内部に充填するための強誘電体充填口が、該リアクタの上部に設けられていることを特徴とするガス処理装置を提供する。
本発明のガス処理装置は、好ましくは、前記リアクタの前記強誘電体充填口に対向する面を、前記リアクタ筐体部と一体となる面になるように構成する。
更に、本発明のガス処理装置は、好ましくは、被処理ガスをプラズマ処理するためのプラズマを発生するためのプラズマ手段を前記リアクタの内部に有する。該被処理ガスとしての揮発性有機化合物を含有する気体は、充填された強誘電体に接触しながら流れる過程で前記プラズマにより分解されて無害化された後排出される。
前記強誘電体は、好ましくは、チタン酸バリウムで構成された強誘電体である。
【００１１】
本発明においては、上述したように、前記リアクタの上部に強誘電体充填口を設けたことにより、円柱型ペレット状、球状等の形状の強誘電体を該リアクタの隅々まで確実に充填することが可能であり、プラズマによるガス処理装置、即ち、パックトべッド式反応装置の大型化を容易に達成できる。
また、前記リアクタの前記強誘電体充填口に対向する面を、前記リアクタ筐体部と一体となる面になるように構成することにより、充填した強誘電体の荷重に対しての装置強度を高めることができる。これにより、更なる大型化に適したパックトべッド式反応装置の構成を達成できる。
【００１２】
【実施例】
以下の実施例により、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００１３】
【実施例１】
図１は、本発明のパックトべッド式反応装置の一例の構成示す模式的断面図である。図１に示すパックトべッド式反応装置は、リアクタ上部に設けた誘電体充填口１８及び該充填口に配置される上蓋２０以外は、図４に示す構成と同じである。よって、図４に示す構成と相違する、リアクタ上部に設けた誘電体充填口及び該充填口に配置される上蓋２０、及び誘電体（誘電体粒子）の充填方法を中心に本実施例の有効性を説明することとする。
本実施例における、パックトべッド式反応装置のリアクタへの誘電体粒子１３の充填は、図１に示すように、リアクタ上部に設けた誘電体充填口１８の上蓋２０を開け、該リアクタの内部が誘電体粒子１３で満たされるように充填した後、上蓋２０を閉めるという極めて簡単な方法で行うことができる。このようにリアクタへの誘電体粒子１３の充填を簡単な方法で出来るようにした点は、従来技術では達成できない本発明の特出効果である。このことは、先に図５及び図６を用いて説明した従来のパックトべッド式反応装置のリアクタへの誘電体粒子の充填方法と比較する容易に理解できる。
【００１４】
即ち、図５に徴して先に述べたように、横置きリアクタに対し、右側のリアクタ内蓋１７を開け、誘電体粒子１３を充填しようとしても、該リアクタの内部を該誘電体粒子で満たすことは非常に困難である。また、図６に徴して先に述べたように、縦置きリアクタの内部を満たすように誘電体粒子１３を充填した場合、充填した誘電体粒子の荷重がリアクタの下側の無数のガス流路孔を有するリアクタ内蓋１７にかかってしまい、該リアクタ内蓋はその荷重に耐えられない場合がある。例えば、容量１ｍ^３　のリアクタの場合でも、誘電体粒子のかさ比重が約３であるので、リアクタの下側のリアクタ内蓋１７にかかる荷重は約３ｔとなる。前記リアクタ内蓋１７が、短時間ならば、充填した誘電体粒子の荷重に耐えうる程度の強度を有する場合、一時的に該リアクタを立てて誘電体を充填し、その後横置きにするという方法も考えられるが、誘電体粒子を充填した数ｔから数十ｔにもなる重さの大型リアクタの場合、該リアクタを動かすことは、非常に困難で危険を伴うため、この方法は現実的なものではない。
このように、従来技術における誘電体粒子のリアクタへの充填方法に比べ、本発明における誘電体粒子のリアクタへの充填方法は遥かに簡単であり、且つ確実なものであることが理解できる。
以上に説明したように、本発明は、従来技術について、リアクタ上部に誘電体充填口設けるという簡単な装置構成の変更にもかかわらず、リアクタへの誘電体粒子の充填が簡単な方法で確実に行うことを可能にする。これにより、パックトべッド式反応装置のリアクタの大型化を容易に実現することができる。
【００１５】
【実施例２】
本実施例では、リアクタの大型化が可能となるリアクタ形状の他の一例を図２を用いて説明する。
図２は、本発明に係るパックトべッド式反応装置のリアクタの一例の構成を示す概略図である。図２に示すリアクタは、リアクタとしての筐体を接地電極１６として使用するようにした点とガスが流れるための穴があいたリアクタ内蓋１７以外は、実施例１と同様の構成である。したがって、実施例１の装置構成と異なる前記構成についてのみ説明することとする。
本実施例の装置構成の特徴は、リアクタをＬ形状にした点と、リアクタ
内蓋１７の一方を前記Ｌ形状リアクタの上側に面して設けた点にある。このような形状のリアクターにおいては、上側のリアクタ内蓋１７をはずして誘電体粒子をリアクター内に充填すれば、リアクタ全体に誘電体粒子を充填することができ、実施例１におけるように誘電体充填口を特別に設けなくても実施例１におけると効果と同等の効果を達成できる。このことは、リーク等の余計な懸念事項を発生させないという点で非常にメリットがある。何故なら、リークは装置としての分解率の低下に直結するため、リアクターのリークが許されない部分に蓋等を設けた場合、リークの発生を防止するための特別の配慮が必要であり、そのようにするためのコストがかかる場合もある。
以上に説明したように、本実施例の装置構成は、実施例１の装置構成と同等若しくはそれ以上の効果を達成できる。
【００１６】
尚、本発明におけるリアクタの電極構成及び作用は、リアクタ内の中心部にある高圧電極とリアクタの外側の接地電極との間に交流電圧を印加することで非平衡プラズマを発生させ、被処理ガス、即ち、揮発性有機化合物を含有する気体を分解処理するものであるが、第３図に示すように、誘電体粒子を平板電極２１で挟み込む構成にしても良い。その他の電極構成を有するパックトべッド式反応装置であっても、本発明を適用することにより所望の効果を達成することができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の装置構成に対し特にコストの点で特別な負担をかけることなく、装置の大型化を行うことが可能なガス処理装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるパックトべッド式反応装置のリアクタの一例の構成を示す模式的断面図である。
【図２】本発明におけるパックトべッド式反応装置のリアクタの他の一例の構成を示す概略図である。
【図３】本発明におけるパックトべッド式反応装置のリアクタの電極構成の一例を示す概略図である。
【図４】従来のパックトべッド式反応装置のリアクタの一例の構成を示す模式的断面図である。
【図５】従来のパックトべッド式反応装置のリアクタを大型化した場合の一例における問題点を説明するための模式的断面図である。
【図６】従来のパックトべッド式反応装置のリアクタを大型化した場合の他の一例における問題点を説明するための模式的断面図である。
【符号の説明】
１１　リアクタ外カバー
１２　リアクタの被処理ガスの導入部
１３　誘電体粒子
１４　リアクタの処理されたガスの排出部
１５　高圧電極
１６　接地電極
１７　リアクタ内蓋
１８　誘電体充填口
２０　誘電体充填口上蓋
２１　平板電極

Claims (12)

1. ガスの通過が可能な構造を有するリアクタ筐体部を備えたリアクタを有し、前記リアクタ筐体部の内部には強誘電体が充填され、前記リアクタはその内部に被処理ガスを導入するためのガス導入部を有し、該ガス導入部から導入される前記被処理ガスをプラズマ処理するガス処理装置であって、前記リアクタは前記強誘電体を前記リアクタ筐体部の内部に充填するための強誘電体充填口を有し、前記強誘電体充填口は前記リアクタの上部に設けられていることを特徴とするガス処理装置。
2. 前記リアクタの前記強誘電体充填口に対向する面は、前記リアクタ筐体部と一体となる面になるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のガス処理装置。
3. 前記リアクタは、前記被処理ガスをプラズマ処理するためのプラズマを発生するためのプラズマ発生手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス処理装置。
4. 前記リアクタは、高圧電極と接地電極を有し且つ前記高圧電極と前記接地電極との間に交流電圧を印加するための電源を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス処理装置。
5. 前記高圧電極は、前記強誘電体が充填されたリアクタ筐体部の内部に位置されていることを特徴とする請求項４に記載のガス処理装置。
6. 前記高圧電極は、平板電極からなるものであることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のガス処理装置。
7. 前記被処理ガスをプラズマ処理するためのプラズマを発生するためのプラズマは、前記高圧電極と前記接地電極との間に交流電圧を前記電源により印加することにより発生する非平衡プラズマであることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載のガス処理装置。
8. 前記強誘電体は、チタン酸バリウムで構成された強誘電体粒子からなるものであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のガス処理装置。
9. 前記被処理ガスは、揮発性有機化合物を含有する気体である請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のガス処理装置。
10. 前記揮発性有機化合物を含有する気体は、前記プラズマ処理により分解されることを特徴とする請求項９に記載のガス処理装置。
11. 請求項１に記載のガス処理装置を使用する被処理ガスのプラズマ処理方法であって、前記被処理ガスを前記ガス処理装置に該処理装置の前記ガス導入部から導入し、前記被処理ガスを強誘電体が充填された前記リアクタ内に流入させて、前記被処理ガスを前記強誘電体と接触させながら前記リアクタ内を流し、その過程で前記被処理ガスを前記リアクタ内で発生されるプラズマによりプラズマ処理することを特徴とするガス処理方法。
12. 前記被処理ガスは揮発性有機化合物を含有する気体であり、該気体を前記プラズマ処理により分解することを特徴とする請求項１１に記載のガス処理方法。

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