JP2004223469A

JP2004223469A - 有機有害物質含有活性炭の再生方法および再生装置

Info

Publication number: JP2004223469A
Application number: JP2003016896A
Authority: JP
Inventors: Akio Shimizu; 明夫清水
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】活性炭に吸着した有機有害物質が効果的に分離され、かつ分離された有機有害物質が効果的に処理される活性炭の再生方法を得る。
【解決手段】有機有害物質含有活性炭１０を加熱容器１に収納し、水蒸気供給口１１より５００℃の水蒸気を供給して減圧下で加熱することによって有機有害物質を分解処理し、生じた排ガスに酸素供給手段６より酸素を供給し、プラズマ化手段２によって減圧下でプラズマ化して酸化させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機有害物質を吸着した活性炭から有機有害物質を分離して無害化し、活性炭を再生する有機有害物質含有活性炭の再生方法およびその再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
希薄な有機有害物質を含む被処理物を活性炭に吸着して浄化するシステムは、最も簡易な浄化システムとして広く一般に用いられている。しかしながら、この活性炭を用いるシステムは、非常に小規模のシステムの場合には経済的に有効であるが、活性炭が１トン当たり数十〜百万円と高価な材料であるため、例えば活性炭の量が１トン程度の中規模のシステムの場合には、活性炭のコストが処理プラントのランニングコストを左右することとなる。これに対して、より処理量の大きい大規模プラントにおいては、活性炭の再生システムを備えて活性炭を再生利用する方法を採用し、ランニングコストを抑えている。
【０００３】
有機有害物質を吸着した活性炭を再生する際には、活性炭を再生すると同時に、活性炭より分離された有害物質を分解処理する必要があるので、活性炭の再生システムは高価となる。したがって、中規模のシステムに活性炭の再生システムを備えるためには、安価な再生システムの開発が必要となる。
活性炭より分離された有害物質を含む排ガスをプラズマ化して処理すれば、効率よく処理できるので、このプラズマ化手段を組込んだ再生システムが中規模のシステムにも適用できるシステムとして注目されている。この種のプラズマ化手段を組込んだ再生システムの例としては、下記の特許文献１に開示されている処理装置が挙げられる。この処理装置は、揮発性有機物質を吸着させた活性炭に再生ガスを通過させて揮発性有機物質を気相に移行させ、気体中の揮発性有機物質を常圧低温プラズマ装置によって分解処理するもので、常圧低温プラズマ装置には、常圧低温マイクロ波プラズマ装置や常圧低温放電プラズマ装置が用いられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１―１４９７５４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のごとく、有機有害物質を含む被処理物を活性炭に吸着して浄化するシステムでは、活性炭に吸着した有機有害物質を効果的に分離するとともに、分離した有機有害物質を効果的に分解処理することが必要である。特許文献１に開示されている処理装置に見られるごとく活性炭に再生ガスを通過させて吸着した有機物質を気相に移行させる方式では、揮発性有機物質を気化させることはできるが、すべての有機有害物質を気化させることは困難である。また、気化した有機物質をプラズマ化して処理すれば、効率よく分解処理できるが、常圧低温プラズマ装置においては気化した有機物質の全量を完全にプラズマ化するのは容易でないという難点がある。
【０００６】
本発明はこのような技術の現状を考慮してなされたもので、その目的は、活性炭に吸着した有機有害物質が効果的に分離され、かつ分離された有機有害物質が効果的に分解、酸化処理される有機有害物質含有活性炭の再生方法、ならびに本再生方法が適用可能な、構成が単純で安価に製作できる再生装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明においては、
（１）有機有害物質を吸着した活性炭に水蒸気若しくは酸素を加えて減圧下で加熱し、生じた排ガスを減圧下でプラズマ化して分解させ、有機有害物質を完全に酸化させて無害化する処理を行って、有機有害物質含有活性炭を再生することとする。
（２）また、上記の（１）において、加熱により生じた排ガスを減圧下でプラズマ化して酸化させたのち、冷却する処理を行うこととする。
【０００８】
また、有機有害物質含有活性炭の再生装置を、
（３）有機有害物質を吸着した活性炭を収納して加熱する加熱容器と、加熱容器に水蒸気若しくは酸素を供給する再生ガス供給手段と、加熱容器ならびに加熱容器から排出された排ガスを減圧状態に保持する減圧手段と、減圧状態に保持された排ガスをプラズマ化するプラズマ化手段とを備えて構成することとし、
（４）さらに、プラズマ化手段によるプラズマ化に先立って排ガス中に酸素を導入する酸素導入手段を付設することとする。
（５）さらに、プラズマ化手段によりプラズマ化され、無害化された排ガスを冷却する冷却手段を付設することとする。
【０００９】
（６）また、上記のプラズマ化手段を、内部に排ガスを導入する絶縁管と、絶縁管の周囲に巻回された誘導コイルと、誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源とを備えて構成することとする。
活性炭に吸着された有機有害物質は、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）およびその他の元素群（Ａ）からなり、一般に分子式Ｃ_ｎ１Ｈ_ｎ２Ａ_ｎ３で表示される。上記の（１）のごとく、酸素や水蒸気等の再生ガスを通流させて活性炭を加熱処理すれば吸着された有機有害物質が分離し、さらに酸化処理すれば、ＣＯ_２やＨ_２Ｏ、さらには他の酸化物となって無害化される。特に、再生ガスとして水蒸気を用いれば、以下のごとき反応が生じて有機有害物質の大部分が分解される。
【００１０】
【化１】
Ｃ_ｎ１Ｈ_ｎ２Ａ_ｎ３＋ｎ_４Ｈ_２Ｏ → ｎ_５ＣＯ＋ｎ_６Ｈ_２＋ｎ_７ＣＯ_２＋ｎ_８ＣＨ_４＋… （１）
このように有機有害物質の大部分を予め分解し、これを酸素と混合し、プラズマ化して酸化反応させることとすれば、有機有害物質が効率的に酸化されるので、未反応のまま放出される有機有害物質の残存率を低く抑えることができる。また、このように再生ガスとして水蒸気を用いれば、活性炭の酸化が抑制されることとなる。
【００１１】
また、減圧下で加熱処理すれば、含有された有機有害物質が気化しやすくなるので加熱処理温度を低く抑えることが可能となる。したがって、使用機材の長寿命化が図れることとなる。
また、減圧下では放電開始電圧が低く、放電しやすい。したがって、上記のごとく減圧下でプラズマ化して酸化させることとすれば、排ガスのほぼ全体をプラズマ化して酸化反応を行わせることができる。
また、上記の（２）のごとく、排ガスをプラズマ化して無害化したのち、さらに冷却すれば、ダイオキシンの再合成が防止される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を例を挙げて説明する。なお、以下に示した再生装置の構成や、それを用いた再生方法は、本発明の１実施例を挙げたものであり、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
図１は、本発明による有機有害物質含有活性炭の再生装置の１実施例の基本構成を模式的に示した構成図である。
図に見られるように、本実施例の有害物質含有活性炭の再生装置は、有害物質含有活性炭を加熱処理する加熱容器１、活性炭から分離された排ガスに酸素を添加する酸素供給手段６、酸素が添加された排ガスをプラズマ化するためのプラズマ化手段２、プラズマ化した排ガスを冷却するための冷却手段３、ならびに、加熱容器１とプラズマ化手段２のプラズマ分解室２１を減圧状態に保持するための減圧手段としての真空排気装置４およびコンダクタンスバルブ５からなる。このうちプラズマ化手段２は、両端が開口した石英管からなるプラズマ分解室２１と、このプラズマ分解室２１の外周に巻回された誘導コイル２２と、この誘導コイル２２に１３．５６ＭＨｚの高周波電流を通電させる高周波電源２３とにより構成されている。また冷却手段３は、水冷式二重円筒型で、二つの同心二重円筒の空隙に冷却水を通流して中心部に流れるガスを冷却するよう構成されている。
【００１３】
本構成の再生装置における有機有害物質含有活性炭の再生処理は以下のごとき方法により行われる。
まず、有機有害物質含有活性炭１０を加熱容器１に封入する。次いで、水蒸気供給口１１より５００℃の水蒸気を供給し、酸素供給手段６より酸素を供給するとともに、真空排気装置４を作動させ、コンダクタンスバルブ５を調整して加熱容器１の圧力を１３ｋＰａ以下、プラズマ分解室２１の圧力を６．５ｋＰａ以下に調整する。５００℃の水蒸気の導入によって加熱容器１に封入された活性炭が加熱され、吸着されていた有機有害物質は、前述の式（１）のごとき反応によってＣＯ、Ｈ_２等に分解される。なお、本再生装置では加熱容器１での分解処理を１３ｋＰａ以下の減圧下で行うこととしているが、常圧での分解処理において上記の減圧下と同等の処理性能を得るためには、水蒸気の温度を約６００ ℃に上げて気化量を確保する必要がある。
【００１４】
加熱容器１で活性炭から分離された有機有害物質を含む排ガスは、酸素供給手段６より供給された酸素を混合したのち、プラズマ分解室２１に送られる。このとき高周波電源２３によって誘導コイル２２に１３．５６ＭＨｚの高周波電流を通電させ、２ｋＷの高周波電力を供給すると、プラズマ分解室２１内に約２０００℃のプラズマが形成され、排ガス中の可燃性ガスや有害物質が完全に酸化されて無害化される。なお、本再生装置ではプラズマ分解室２１を６．５ｋＰａ以下の減圧下で使用しているので、放電がしやすく、したがって、プラズマ分解室２１に到達した排ガスのほぼ全体をプラズマ化して酸化反応を行わせることができる。また、減圧下で使用すれば、放電開始電圧および維持電圧が低くなるので、常圧で使用するものに比べてプラズマ分解室を単純な構成とすることができる。
【００１５】
プラズマ分解室２１で完全に酸化され、無害化された排ガスは、次いで、冷却手段３へと送られる。真空排気装置４による減圧排気によって冷却手段３における排ガスの流速は約３０［ｍ／ｓ］と速くなり、本実施例のごとく３ｍの配管長からなる冷却手段３の場合、通過時間は０．１ｓと極めて短くなる。すなわち、プラズマ分解室２１で約２０００℃に加熱された排ガスはこのように極めて短時間にほぼ常温まで冷却される。この処理によって分解された排ガスの活性が抑えられ、再合成によるダイオキシンの生成が防止される。
活性炭の再生処理の初期段階においては、上記のごとく高温の水蒸気を供給することによって吸着した有機有害物質の分解処理が行われるが、有機有害物質の分解が進み、分解量が減少したとき、供給する水蒸気の温度を徐々に上昇させ、最高７００℃の温度に上げて加熱することによって、吸着した有機有害物質の全量が蒸発して、活性炭の再生処理が完了する。以上の再生処理によって、活性炭の一部は水蒸気と反応して失われるが、大部分は再生されるので、高価な活性炭の再利用が可能となる。
【００１６】
なお、本再生装置では、被処理用の活性炭を収納した加熱容器１に高温の水蒸気を供給して活性炭に吸着された有機有害物質を分解することとしているが、水蒸気に代って酸素を用いることとしてもよい。酸素を用いる場合には、酸素を直接導入しながら加熱容器１の内部温度を徐々に上昇させ、７００℃に加熱すればよい。この処理によって、活性炭に吸着された有機有害物質は気化し、活性炭は再生される。排ガスは、プラズマ分解室２１でプラズマ化されて酸化され、無害化されて大気中に放出される。なお、被処理用の活性炭を収納した加熱容器１に酸素を導入すると、活性炭の一部は酸素と反応して失われるが、大部分は再生され、再利用可能となる。
【００１７】
【発明の効果】
上記のように、本発明においては、
（１）有機有害物質を含有する活性炭の再生方法として、請求項１、さらには請求項２のごとき方法を用いることとしたので、減圧加熱工程の処理によって、活性炭に吸着した有機有害物質が効果的に分離されて、活性炭が再生され、かつ減圧プラズマ化工程の処理によって、分離された有機有害物質が効果的に分解、酸化処理されることとなり、効率がよく、有害物質の放出のない有機有害物質含有活性炭の再生方法が得られることとなった。
【００１８】
（２）また、有機有害物質を含有する活性炭の再生装置を、請求項３、さらには請求項４〜６のごとく構成することとしたので、請求項１あるいは請求項２のごとき活性炭の再生方法の適用が可能で、かつ、構成が単純で安価に製作できる有機有害物質含有活性炭の再生装置が得られることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による有機有害物質含有活性炭の再生装置の１実施例の基本構成を模式的に示した構成図
【符号の説明】
１加熱容器
２プラズマ化手段
３冷却手段
４真空排気装置
５コンダクタンスバルブ
６酸素供給手段
１０有機有害物質含有活性炭
２１プラズマ分解室
２２誘導コイル
２３高周波電源

Claims

有機有害物質を吸着した活性炭に水蒸気若しくは酸素を加えて減圧下で加熱する減圧加熱工程と、減圧加熱工程で生じた排ガスを減圧下でプラズマ化して分解させ、有機有害物質を酸化させる減圧プラズマ化工程とを有する有機有害物質含有活性炭の再生方法。
前記の減圧プラズマ化工程で分解された排ガスを冷却させる冷却工程を有する請求項１に記載の有機有害物質含有活性炭の再生方法。
有機有害物質を吸着した活性炭を収納して加熱する加熱容器と、加熱容器に水蒸気若しくは酸素を供給する再生ガス供給手段と、加熱容器ならびに加熱容器から排出された排ガスを減圧状態に保持する減圧手段と、減圧状態に保持された排ガスをプラズマ化するプラズマ化手段とを備えて構成された有機有害物質含有活性炭の再生装置。
プラズマ化手段によるプラズマ化に先立って前記の排ガス中に酸素を導入する酸素導入手段が付設されていることを特徴とする請求項３に記載の有機有害物質含有活性炭の再生装置。
前記のプラズマ化手段によりプラズマ化され、無害化された排ガスを冷却する冷却手段が付設されていることを特徴とする請求項３または４に記載の有機有害物質含有活性炭の再生装置。
前記のプラズマ化手段が、内部に排ガスを導入する絶縁管と、該絶縁管の周囲に巻回された誘導コイルと、該誘導コイルに高周波電力を供給する高周波電源とを備えて構成されていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の有機有害物質含有活性炭の再生装置。