JP2004105843A

JP2004105843A - 排ガス中の有害物質処理方法

Info

Publication number: JP2004105843A
Application number: JP2002271084A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Setoguchi; 瀬戸口　稔彦; Yuichi Fujioka; 藤岡　祐一; Tomoaki Sugiyama; 杉山　友章; Takeshi Arai; 新井　武; ▲高▼橋　良長; Yoshinaga Takahashi
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】排ガス中に含まれる浮遊微粒子（ＳＰＭ）を除去する排ガス中の有害物質処理方法を提供する。
【解決手段】排気管１０内を流れる排ガス１１中の有害物質を交互に捕集又は捕獲する第１，２のフィルタ１２Ａ，１２Ｂと、第１，２のフィルタ１２Ａ，１２Ｂの前流側に設けられ、排ガス１１の熱を回収する熱交換器１３と、熱交換器１３の前流側からの高温排ガスを第１，２のフィルタ１２Ａ，１２Ｂに導入するバイパス管１４と、排ガスの流路を切替える第１の切替弁１５，第２の切替弁１６とを具備し、排ガス１１が有する熱を熱交換器１３で交換すると共に、熱交換により排ガス１１の温度を低下させ、凝縮・凝固した排ガス１１中の有害物質を第１のフィルタ１２Ａで捕集すると共に、それ以前に有害物質を捕集した第２のフィルタ１２Ｂを触媒噴霧手段からの触媒２０を噴霧し、高温排ガスにより触媒燃焼させる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば船舶用、陸上走行用，陸上定置用の例えばディーゼルエンジン等の内燃機関等からの排ガス中に含まれる浮遊微粒子（ＳＰＭ）を除去する排ガス中の有害物質処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、船舶用、陸上走行用、陸上定置用ディーゼルエンジン等からの排ガス中に含まれる煤やサルフェートやタール等からなる浮遊微粒子（ＳＰＭ、以下単に「微粒子」ともいう。）を除去するには、セラミックス製のハニカムフィルタ等によるＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）が提案されており、該ＤＰＦに微粒子を捕集し、堆積量が増えると排気抵抗が増大するので、これを燃焼除去し再生している。
【０００３】
この再生方法としては、スロットリングにより排気温度を向上させる方法やヒータ加熱方法、或いは追い焚き方法等によって排気ガス温度を上昇させて、捕集微粒子中の未燃焼分を燃焼させていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１１０３７２号公報
【特許文献２】
特開平８−３０３２２７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の微粒子分解処理方法では、以下のような問題がある。
（１）　再生時における熱衝撃の繰返によりハニカム状のセラミックスフィルタの破損が生じるという問題がある。
（２）　異常燃焼の発生により、フィルタ材の耐熱性、耐熱衝撃性が不足し、損傷が生じるという問題がある。
（３）　ヒータ加熱や追い焚き用の装置及び燃料等のユーティリティー費用が必要となので、処理コストの低減を図るという要望がある。
（４）　燃焼が十分でない場合には、圧損が増大し、使用不能となり、その結果当該フィルタ自身を交換する必要がある。
【０００６】
また、従来のセラミックスフィルタ等の場合には、触媒被毒等があった場合には、再利用ができないという問題がある。
【０００７】
また、近年の排ガスのクリーン化の動きから、沸点が３００℃以下のタール成分も効率よく捕集したいということが強く望まれている。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑み、排ガス中の有害物質の除去を効率的に行うと共にタール成分の効率的な除去ができる排ガス中の有害物質処理方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する第１の発明は、排ガス中の有害物質を処理する処理方法であって、上記排ガスの熱を回収して排ガスの温度を低下させ、凝縮・凝固した排ガス中の有害物質をフィルタで捕集又は捕獲し、その後、上記フィルタで捕集された有害物質を、熱回収前の排ガスで触媒燃焼させることを特徴とする排ガス中の有害物質処理方法にある。
【００１０】
第２の発明は、排ガス中の有害物質を処理する処理方法であって、上記排ガスの熱を回収して排ガスの温度を低下させ、凝縮・凝固した排ガス中の有害物質をフィルタで捕集又は捕獲し、その後、上記フィルタで捕集された有害物質を、燃焼ガスで燃焼させることを特徴とする排ガス中の有害物質処理方法にある。
【００１１】
第３の発明は、第１又は２の発明において、上記フィルタが移動体用ディーゼル排ガス又は設置型設備用ディーゼル排ガスを処理することを特徴とする排ガス中の有害物質処理方法にある。
【００１２】
第４の発明は、第１乃至３の発明のいずれか一において、上記排ガス中の有害物質が粒状又はミスト状であることを特徴とする排ガス中の有害物質処理方法にある。
【００１３】
第５の発明は、第１の発明において、上記フィルタが、金属線を織った金網状フィルタ、金属繊維からなるフェルト状フィルタ、焼結金属などの金属製フィルタ、セラミック製フィルタ、又は粗大粒子を充填したフィルタのいずれかであることを特徴とする排ガス中の有害物質処理方法にある。
【００１４】
第６の発明は、第１の発明において、熱回収前の排ガスの温度が３００℃以上の高温であることを特徴とする排ガス中の有害物質処理方法にある。
【００１５】
第７の発明は、第１の発明において、フィルタで捕集又は捕獲した有害物質を触媒燃焼させる触媒がアルカリ金属或いはアルカリ土類金属の少なくとも１種を含む触媒水であり、該触媒水をフィルタに担持させた後、高温で触媒燃焼させ、微粒子を燃焼除去することを特徴とする排ガス中の有害物質処理方法にある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態にかかる装置を用いて本発明の内容を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１７】
［第１の実施の形態］
図１は本実施の形態の排ガス中の有害物質の処理装置の概略図である。
図１に示すように、本実施の形態の排ガス中の有害物質を処理する処理装置は、排気管１０内を流れる排ガス１１を通気させて排ガス中の有害物質を交互に捕集又は捕獲する第１のフィルタ１２Ａ及び第２のフィルタ１２Ｂと、該第１のフィルタ１２Ａ及び第２のフィルタ１２Ｂの前流側に設けられ、排ガスの熱を熱回収する熱交換器１３と、該熱交換器１３の前流側からの高温排ガスを第１及び第２のフィルタ１２Ａ，１２Ｂに導入するバイパス管１４と、排ガスの流路を切替える第１の切替弁１５，第２の切替弁１６とを具備し、排ガス１１が有する熱を熱交換器１３で交換すると共に、熱交換により排ガス１１の温度を低下させて凝縮・凝固した排ガス１１中の有害物質を第１のフィルタ１２Ａで捕集すると共に、それ以前に有害物質を捕集した第２のフィルタ１２Ｂを触媒噴霧手段からの触媒２０を噴霧し、高温排ガスにより触媒燃焼させるものである。
【００１８】
ここで、上記触媒とは、炭酸カリウム，炭酸ナトリウム等のＮａ，Ｋ等のアルカリ金属，アルカリ土類金属のうち少なくとも一種を含む、水溶液をいう。
【００１９】
ここで、第１及び第２のフィルタ１２Ａ，１２Ｂ内にはフィルタ１７が内装されており、該フィルタ１７は、排ガス（含有、浮遊微粒子）１１を通気させた際、排ガス中の浮遊微粒子を効率よく捕獲するものであり、該フィルタ１２で微粒子を捕獲することで排ガスを清浄化する。
【００２０】
上記触媒を用いて、微粒子を触媒燃焼する作用の概略を図２を用いて説明する。
図２に示すように、フィルタ層１７に捕集された浮遊微粒子２１は、触媒２０によりその表面が覆われることになる。
その後、排ガス１１が通気され、触媒溶液が乾燥すると共に、浮遊微粒子２１の細孔中にも触媒２０が浸透する。
次いで内部に侵入した触媒２０も乾燥し、触媒活性を示す成分が微粒子内部に均一に残留する。
このような状態で排ガス１１を流入させることにより、供給された排ガス１１の温度（例えば３００℃程度）でゆっくり触媒燃焼が進行することになる。
この触媒燃焼により浮遊微粒子の表面のみならず内部においても触媒作用が働き、浮遊微粒子の完全燃焼が可能となる。
なお、上記乾燥は排ガスを供給する代わりに、空気等を供給して触媒成分を乾燥させるようにしてもよい。
【００２１】
この結果、高温の排ガス領域（例えば３００℃程度）において、当該微粒子中の未燃焼分（スート，タール等）を分解することができることになる。よって、排ガス中の浮遊微粒子が捕集され触媒燃焼がなされるので連続的に処理することができ、微粒子の除去されたクリーン排ガスを排出することができる。
【００２２】
本発明ではアルカリ触媒で浮遊微粒子の表面を覆うことにより、当該触媒を微粒子の表面に均一に配置させることができ、この結果、触媒燃焼場を均一化させることができると共に、３００℃以下において触媒燃焼を可能とすることができる。
【００２３】
この際、熱交換器１３を設けているので、排ガス温度が２００〜２５０℃と低温となるので、排ガス中のタール分が気体状態から液体又は固体状態となり、フィルタでの捕集効率が向上する。
【００２４】
図３にタール沸点とタール量との関係を、アイドル時、負荷４０％時及び負荷８０％時について示す。
図３に示すように、一般に排ガス中のタール分は沸点が３００℃以上のものが大部分であるが、３００℃以下のものも存在する。この３００℃以下のものは、通常の排ガス中では、気体状態でフィルタをそのまま通過してしまう。
そこで、本発明のように熱交換器１３により熱交換することで、熱回収すると同時に排ガス１１の温度を３００℃以下に下げるようにして顕在化させ、３００℃以下のタール成分をフィルタにおいて積極的に捕集するように凝縮・凝固している。
【００２５】
また、排ガス中の有害物質が窒素酸化物（ＮＯｘ）の場合や酸化イオウ（ＳＯｘ）の場合には、フィルタに脱硝触媒等を担持させ、その再生を行うには、硝酸塩や硫酸塩を脱塩処理して再生するようにしてもよい。
【００２６】
なお、触媒を付着する触媒燃焼の代わりに４００℃以上の高温（好ましくは６００℃以上）又は高周波加熱手段により微粒子を直接燃焼させるようにしてもよい。
【００２７】
上記第１及び第２のフィルタに内装されるフィルタ層１７は、例えばその目開きが０．２〜１５ｍｍのフィルタを用いており、排ガス中の有害物質である微粒子２１のケーキ層を形成させずにフィルタ内に捕獲するようにしており、圧力損失の上昇の抑制を図っている。
【００２８】
また、フィルタ層２７は、金属線を織った金網状フィルタ、金属繊維からなるフェルト状フィルタ、焼結金属などの金属製フィルタ、セラミック製フィルタ、又は粗大粒子を充填したフィルタのいずれかとすればよい。
【００２９】
ここで、本発明で排ガス１１とは例えばディーゼルエンジン等の内燃機関、又はガス化炉等から排出される排ガスをいい、内燃機関から排出される排ガス中に浮遊する燃焼性の煤やサルフェートやタール等からなる浮遊微粒子（ＳＰＭ）等のような粒状やミスト状の有害物質を含むガスをいう。
【００３０】
よって、本発明では、排ガス中の浮遊微粒子を分解処理することができ、内燃機関の種類を何ら特定するものではない。
例えば船舶用、陸上走行用、陸上定置用ディーゼルや発電機等の内燃機関からの排ガス中に含まれる浮遊微粒子（ＳＰＭ）の未燃焼分を低温で分解処理することができる。また、内燃機関から排出される排ガス中の浮遊微粒子を分解除去するのみならず、例えば都市ゴミ焼却炉，産業廃棄物焼却炉，汚泥焼却炉等の各種焼却炉、熱分解炉、溶融炉等から排ガス中の浮遊微粒子も除去することができる。
【００３１】
排ガスの処理量が多い場合には、多数のフィルタ１２Ａ，Ｂ，Ｃ・・・からなるユニットを設け、該ユニットを複数個設置するようにしてもよい。
【００３２】
［第２の実施の形態］
図４は本実施の形態の排ガス中の浮遊微粒子除去装置の概略図である。
図４に示すように、本実施の形態の排ガス中の有害物質を処理する処理装置は、排気管１０内を流れる排ガス１１を通気させて排ガス中の有害物質を交互に捕集又は捕獲する第１のフィルタ１２Ａ及び第２のフィルタ１２Ｂと、該第１のフィルタ及び第２のフィルタ１２Ｂの前流側に設けられ、排ガスの熱を熱回収する熱交換器１３と、高温ガスを発生させ、第１又は第２のフィルタに供給する熱風発生器（例えばバーナー又は電気ヒータ等）３１と、ガスの流路を切替える切替弁１５，１６とを具備し、排ガス１１が有する熱を熱交換器１３で交換すると共に、熱交換により排ガス１１の温度を低下させて凝縮・凝固した排ガス１１中の有害物質を第１のフィルタ１２Ａで捕集すると共に、それ以前に有害物質を捕集した第２のフィルタ１２Ｂに対して熱風発生器３１からの高温ガスを吹き込み、高温ガスにより燃焼させるものである。
【００３３】
第１の実施の形態と同様に熱交換器１３により低温となった排ガス中のタール分の捕集が微粒子の捕集と同時に可能となると共に、該微粒子等を燃焼する手段として熱風発生器３１からの熱風（３００℃以上）の通気により燃焼させるものである。
【００３４】
［第３の実施の形態］
図５は本実施の形態の排ガス中の浮遊微粒子除去装置の概略図である。
図５に示すように、本実施の形態の排ガス中の有害物質を処理する処理装置は、排ガス処理装置本体内に回転式のフィルタを一体に設けたものである。
図５に示すように、本実施の形態にかかる排ガス処理装置４０は、排ガス１１を通気させる上部通路４１，下部通路４２を一端が閉塞した円筒管４３内の仕切り板４４により上下に形成し、閉塞部側で折り返すようになっている。
上記上部通路４１と下部通路４２には、第１の捕集フィルタ４５，第２の捕集フィルタ４６を有する回転型フィルタ本体４７が回転自在に設けられている。
また、上部通路４１のフィルタ４４の後流側には、熱交換器４８が配設されている。
また、触媒２０は触媒供給手段４９により、上部フィルタに噴霧等するようにしている。
【００３５】
上記装置において、先ず、排ガス１１を通気させて排ガス中の有害物質をフィルタ４５で捕集したとする。
フィルタ４５に触媒２０を触媒供給手段４９により噴霧し、高温排ガス１１Ｈにより触媒燃焼させる。触媒燃焼した後の排ガスは熱交換器４８で熱交換されて低温排ガス１１Ｌとなり、第２のフィルタ４６で微粒子を捕集する。この際下部通路４２を通過する排ガスは低温排ガス１１Ｌとなっているので、タール分の捕集がなされる。
そして、第２のフィルタ４６で所定時間微粒子を捕集したら、フィルタ本体４７を回転させ、上述したのと同様にして触媒燃焼を行う。
これを繰り返すことにより、フィルタにおいて微粒子の捕集と共に低温タール成分を効率よく連続して捕集することができる。
また、一体化により排ガス処理装置のコンパクト化を図ることができる。
【００３６】
［第４の実施の形態］
図６は本実施の形態の排ガス中の浮遊微粒子除去装置の概略図である。
図６に示すように、本実施の形態の排ガス中の有害物質を処理する処理装置は、排ガス流路を切替手段により切替たものである。
図６に示すように、本実施の形態にかかる排ガス処理装置５０は、排ガス１１の通路５１内に熱交換器５２を有するフィルタ本体５３を介装したものである。上記フィルタ本体５３には排ガス通気方向と直交する方向の２ヵ所に第１フィルタ層５４，第２フィルタ層５５が配設されている。
通路は通路切替手段５６により、通気方向を交互に切替えるようにしている。また、触媒２０は触媒供給手段５７により、上部フィルタに噴霧等するようにしている。
【００３７】
上記装置において、既に排ガス中の有害物質を第１フィルタ層５４で捕集したとする。
【００３８】
上記状態において、先ず、図６（Ａ）に示すように、第１フィルタ層５４に触媒２０を触媒供給手段５７により噴霧し、排ガス１１を時計方向と逆回りに通気する高温排ガス１１Ｈにより触媒燃焼させる。触媒燃焼した後の排ガスは熱交換器５２で熱交換されて低温排ガス１１Ｌとなり、第２フィルタ層５５で微粒子を捕集する。この際低温排ガス１１Ｌとなっているので、第２フィルタ５５でタール分の捕集がなされる。
そして、第２のフィルタ層５５で所定時間微粒子を捕集したら、通路切替手段５６により排ガス１１の通気方向を逆転させ、上述したのと同様にして触媒燃焼を行う。
これを繰り返すことにより、フィルタにおいて微粒子の捕集と共に低温タール成分を効率よく連続して捕集することができる。
【００３９】
［第５の実施の形態］
図７は本実施の形態の排ガス中の浮遊微粒子除去装置の概略図である。
図７に示すように、本実施の形態の排ガス中の有害物質を処理する処理システムは、排ガス処理装置本体内に回転式の無端ベルト型フィルタを設けたものである。
図７に示すように、本実施の形態にかかる排ガス処理装置６０は、排ガス１１を通気させる通路６１を有すると共に、触媒含浸室６３，６４を上下に設けたフィルタ本体６５の内部に、無端ベルト型フィルタ６６を回転自在に設けたものである。フィルタの間には熱交換器７０が介装されている。
また、無端ベルト型フィルタはシール部材７１によりシールされている。
そして、上部側の触媒含浸室６３は噴霧手段６７により、触媒２０をフィルタ６６に含浸させている。一方、下部側の触媒含浸室６４は触媒溶液を貯蔵し、浸漬により触媒２０をフィルタ６６に含浸させている。
通路部分に開放されているフィルタ６６で排ガス中の微粒子を捕集するようにしている。
【００４０】
上記装置において、先ず、排ガス１１を通気させて排ガス中の有害物質をフィルタ６６Ａ部分で捕集したとする。なお、本実施の形態ではフィルタは時計方向に回転する。
フィルタ６６Ａ部分には既に触媒２０が含浸されており、通気された高温排ガス１１Ｈにより触媒燃焼させる。触媒燃焼した後の排ガスは熱交換器７０で熱交換されて低温排ガス１１Ｌとなり、対向するフィルタ６６Ｂ部分で微粒子を捕集する。この際下部通路４２を通過する排ガスは低温排ガス１１Ｌとなっているので、タール分の捕集がなされる。
そして、フィルタ６６Ｂ部分で所定時間微粒子を捕集したら、無端ベルト型フィルタ本体６６を回転させ、上述したのと同様にして触媒燃焼を行う。
これを繰り返すことにより、フィルタにおいて微粒子の捕集と共に低温タール成分を効率よく連続して捕集することができる。
フィルタは回転する際に、触媒２０が付着されるので、フィルタのいずれの場所においても、微粒子の捕集が可能となる。
【００４１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の排ガス中の浮遊微粒子除去装置によれば、上記排ガスの熱を回収して排ガスの温度を低下させ、凝縮・凝固した排ガス中の有害物質をフィルタで捕集又は捕獲し、その後、上記有害物質を捕集したフィルタを熱回収前の排ガスで触媒燃焼させるので、排ガス中のタール分を捕集することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる浮遊微粒子除去装置の概略図である。
【図２】浮遊微粒子の触媒燃焼の概念図である。
【図３】タール沸点とタール量との関係を示す図である。
【図４】第２の実施の形態にかかる浮遊微粒子除去装置の概略図である。
【図５】第３の実施の形態にかかる浮遊微粒子除去装置の概略図である。
【図６】第４の実施の形態にかかる浮遊微粒子除去装置の概略図である。
【図７】第５の実施の形態にかかる浮遊微粒子除去装置の概略図である。
【符号の説明】
１０　排気管
１１　排ガス
１２Ａ　第１のフィルタ
１２Ｂ　第２のフィルタ
１３　熱交換器
１４　バイパス管
１５　第１の切替弁
１６　第１の切替弁
１７　フィルタ層
２０　触媒
２１　微粒子
３１　熱風発生器
４１　上部通路
４２　下部通路
４３　円筒管
４４　仕切り板
４５　第１の捕集フィルタ
４６　第２の捕集フィルタ
４７　回転型フィルタ本体
４８　熱交換器
５０　排ガス処理装置
５２　通路
５２　熱交換器
５３　フィルタ本体
５４　第１フィルタ層
５２　第２フィルタ層
５６　通路切替手段
５７　触媒供給手段
６０　排ガス処理装置
６１　通路
６３，６４　触媒含浸室
６５　フィルタ本体
６６　無端ベルト型フィルタ
７０　熱交換器
７１　シール

Claims

排ガス中の有害物質を処理する処理方法であって、
上記排ガスの熱を回収して排ガスの温度を低下させ、凝縮・凝固した排ガス中の有害物質をフィルタで捕集又は捕獲し、
その後、上記フィルタで捕集された有害物質を、熱回収前の排ガスで触媒燃焼させる
ことを特徴とする排ガス中の有害物質処理方法。
排ガス中の有害物質を処理する処理方法であって、
上記排ガスの熱を回収して排ガスの温度を低下させ、凝縮・凝固した排ガス中の有害物質をフィルタで捕集又は捕獲し、
その後、上記フィルタで捕集された有害物質を、燃焼ガスで燃焼させる
ことを特徴とする排ガス中の有害物質処理方法。
請求項１又は２において、
上記フィルタが移動体用ディーゼル排ガス又は設置型設備用ディーゼル排ガスを処理する
ことを特徴とする排ガス中の有害物質処理方法。
請求項１乃至３のいずれか一において、
上記排ガス中の有害物質が粒状又はミスト状である
ことを特徴とする排ガス中の有害物質処理方法。
請求項１において、
上記フィルタが、金属線を織った金網状フィルタ、金属繊維からなるフェルト状フィルタ、焼結金属などの金属製フィルタ、セラミック製フィルタ、又は粗大粒子を充填したフィルタのいずれかである
ことを特徴とする排ガス中の有害物質処理方法。
請求項１において、
熱回収前の排ガスの温度が３００℃以上の高温であることを特徴とする排ガス中の有害物質処理方法。
請求項１において、
フィルタで捕集又は捕獲した有害物質を触媒燃焼させる触媒がアルカリ金属或いはアルカリ土類金属の少なくとも１種を含む触媒水であり、該触媒水をフィルタに担持させた後、高温で触媒燃焼させ、微粒子を燃焼除去することを特徴とする排ガス中の有害物質処理方法。