【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理ガス、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を（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処理することにより無害化するプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被処理ガス、特に各種処理工程などから排出される揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含有する気体（排ガス）を分解して無害化するガス処理装置として、大気圧状態で発生させたプラズマにより前記排ガスをプラズマ処理して分解するプラズマ処理装置が幾つか提案されている。これらのプラズマ処理装置においては、大気圧状態でプラズマを発生するための放電方式として、無声放電、パルス放電、沿面放電、或いは強誘電体ペレット充填放電などが採用されている。これらの放電方式は、いずれも、大気圧或いはそれに近い圧力状態の所定の空間に対し、その空間の近傍に位置する電極に電圧を加えることで所定の空間をプラズマ状態にするもので、その際、前記プラズマ状態にされた空間に前記揮発性有機化合物を含有する気体を導入することで、該気体中の前記有機化合物はプラズマ処理されて分解される。強誘電体ペレット充填放電方式を採用したプラズマ処理装置の具体的一例として、例えば、特開２００２−２９２２７３号公報には、温度調節手段を備えたリアクター内に高電位側電極と低電位側電極が配設され、前記高電位側電極と前記低電位側電極の間には、気体が流れることが可能な構造を有する無機誘電体が充填されており、前記高電位側電極と前記低電位側電極の間に放電を生起してプラズマを発生せしめて前記高電位側電極と前記低電位側電極の間に充填された前記無機誘電体内を流れる被処理気体をプラズマ処理する装置が開示されている。この他、このように大気圧状態でプラズマを生起させて被処理ガスをプラズマ処理する装置の下流側にオゾン分解触媒等の触媒槽を設け、放電処理と触媒処理の併用により排ガスの処理効率を向上させる提案がなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように常圧（大気圧）下で放電を生起してプラズマを発生させて被処理ガス、特に揮発性有害物質を含有する排ガスをプラズマ処理して無害化する場合、低濃度条件下では投入エネルギー当りの分解効率が低いため運転効率が非常に悪いという問題がある。一方、運転効率を向上するために被処理ガスの処理流量を大きく場合、装置を大規模化する必要があり、その場合、装置コスト及び運転コストの高騰を招く問題がある。また前記分解効率を向上させるについて、強誘電体と多孔質吸着剤または触媒を混合させ、濃縮分解または触媒分解を同一槽内で行う方法が考えられるが、被処理ガスの処理流量を大きくする場合、上記の場合と同様に、装置を大規模化する必要があり、装置コスト及び運転コストの高騰を招く問題がある。
【０００４】
また、常圧（大気圧）下で放電を生起してプラズマを発生させて、被処理ガス、特に揮発性有害物質を含有する排ガスをプラズマ処理する場合、前記放電により生成する副生成物の制御が重要な課題となる。副生成物の生成は、被処理ガスの成分種、濃度、放電条件等により異なるが、関係する条件を限定することで副生成物の生成を抑制することが可能である。しかしその場合、処理効率の低下、運転コストの増大等の問題を生ずる為、副生成物の生成を効率的に抑制することが可能な放電装置及び放電方法が求められている。そうした副生成物の代表的なものとして、ＮＯｘが挙げられる。ＮＯｘは、酸性雨、光化学スモッグ等の原因物質であるため、その生成を低減化することが課題となっている。放電により生成されるＮＯｘを除去する方法として、特開２０００−５１６５３号公報には、プラズマ処理の後段に生成したＮＯｘを還元剤溶液に接触させて除去する方法が開示されている。この他、プラズマ処理の後段に水またはアルカリ液にＮＯｘを接触処理させるスクラバーを設ける方法及び吸着材により吸着除去する方法が提案されている。しかしこれらの方法には、使用する装置の容積を大型化することが必要であったり、処理プロセスが複雑になる等の問題点がある。この他、排水処理が必要である等の問題点がある。
【０００５】
上述した、大気圧状態でプラズマを生起させて被処理ガスをプラズマ処理する装置の下流側にオゾン分解触媒等の触媒槽を設け、放電処理と触媒処理の併用により排ガスの処理効率を向上させる提案については、オゾン分解触媒の効果を最大限に活かすオゾン濃度を得る為には、放電処理部の放電条件を高電力とする必要があるため、運転コストが不可避的に増大してしまうという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来技術における上記課題を解決し、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の揮発性有害物質を含有する気体（排ガス）等の被処理ガスを、ＮＯｘ等の副生成物の生成を低減させて、効率的に分解処理して無害化できるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的とする。より詳細には、本発明は、放電を生起して生成するプラズマにより被処理ガスを分解する放電処理部が該放電の生起時にオゾンを積極的に生成してＮＯｘ等の副生成物の生成を低減せしめて前記被処理ガスの効率的分解を促進する構造を有し、且つ前記放電処理部の後段に該放電処理部から排出するガスに含まれる主としてオゾンを分解する触媒処理部を有し、これにより被処理ガスの分解効率の向上とＮＯｘ等の副生成物の生成の著しい低減が達成できるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明のプラズマ処理装置は、代表的には、気体の流通が可能な構造を有し且つプラズマ処理空間を備えたプラズマリアクターを有し、前記プラズマリアクターは被処理ガスを前記プラズマ処理空間に導入するためのガス導入部と前記プラズマ処理空間から排出するガスを排出するためのガス排出部を有し、前記プラズマ処理空間は接地側電極と高圧側電極とを備え、前記プラズマ処理空間内の前記接地側電極と前記高圧側電極との間には無機誘電体（イ）が充填されていて、前記接地側電極と前記高圧側電極との間に電圧を印加することにより常圧下で前記プラズマ処理空間に放電を発生させてプラズマを生起せしめ、前記ガス導入部を介して前記プラズマ処理空間内に導入した被処理ガスをプラズマ処理して無害化するプラズマ処理装置であって、前記無機誘電体（イ）と少なくともいずれかの一方の前記接地側電極又は前記高圧側電極との間に前記無機誘電体（イ）より低い比誘電率を有する無機誘電体（ロ）が配設され、前記プラズマリアクターの後段に、前記プラズマ処理空間から排出するガスを触媒処理する触媒槽が設けられていることを特徴とする。
前記無機誘電体（イ）及び（ロ）は、強誘電体であるのが好ましい。前記無機誘電体（イ）又は／及び（ロ）は、粒状の無機誘電体であることができる。また、前記無機誘電体（イ）は、粒状の無機誘電体であり、前記無機誘電体（ロ）は、粒状又は板状の無機誘電体であることができる。前記無機誘電体（ロ）は、比誘電率が１００以下のものであるのが好ましい。前記触媒槽には、オゾン分解機能を有する触媒が充填されているのが好ましい。前記オゾン分解機能を有する触媒は、マンガン系触媒、ニッケル系触媒、及び銅系触媒の中から選ばれる触媒であることができる。また、前記触媒槽に充填される前記オゾン分解機能を有する触媒は、粒状又はハニカム状のものであることができる。前記プラズマ処理空間で発生させる放電は、グロー放電であるのが好ましい。
上記構成の本発明のプラズマ処理装置によれば、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の揮発性有害物質を含有する気体（排ガス）等の被処理ガスを、ＮＯｘ等の副生成物の生成を著しく低減して、極めて効率的に分解して無害化することができる。
【０００８】
本発明は、前記プラズマ処理装置を使用して揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の揮発性有害物質を含有する気体（排ガス）等の被処理ガスを分解して無害化するプラズマ処理方法を提供する。即ち本発明のプラズマ処理方法は、前記プラズマ処理装置に被処理ガスを前記ガス導入部から導入し、該被処理ガスを前記プラズマ処理空間内に流入させ、前記被処理ガスを前記接地側電極及び前記高圧側電極のいずれとも直接接触することなく前記無機誘電体（イ）及び（ロ）と接触させながら前記プラズマ処理空間内を流し、その際前記接地側電極と前記高圧側電極との間に電圧を印加することにより常圧下で前記プラズマ処理空間に放電を生起させてプラズマ発生をせしめ、前記被処理ガスをプラズマ処理し、前記プラズマ処理空間から排出するプラズマ処理されたガスを前記ガス排出部を介して前記触媒槽に流入させて触媒処理することを特徴とする。
【０００９】
【実施態様例】
以下に、図を用いて、本発明の実施態様例を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１及び図２は、それぞれ、本発明のプラズマ処理装置における平行平板型プラズマリアクターの一例を示す略断面図である。図３及び図４は、それぞれ、本発明のプラズマ処理装置における円筒型プラズマリアクターの一例を示す略断面図である。尚、本発明のプラズマ処理装置におけるプラズマリアクターの形状は、図１乃至図４に示すものに限定されるものではない。図１乃至図４には示されていないが、図１乃至図４の夫々に示すプラズマリアクターのガス排出口は触媒槽（図５及び図６に示す触媒槽９に該当する）に連通している。尚、図５は、図３に示す円筒型プラズマリアクターを備えた本発明のプラズマ処理装置の一例を模式的に示すものであり、前記プラズマリアクターのガス排出部は触媒槽９に接続し、前記プラズマリアクターのガス導入部はガス給送ファン８を介して被処理ガスの供給源（不図示）に接続している。図６は、図３に示す円筒型プラズマリアクターを備えた本発明のプラズマ処理装置の他の一例を模式的に示すものであり、該プラズマリアクターのガス排出部は触媒槽９に接続している。図６についは、後に詳しく説明する。
【００１０】
図１に示す平行平板型プラズマリアクターは、被処理ガスを導入するためのガスを導入口１を備えたガス導入部Ｂ、ガス導入部Ｂから流入する被処理ガスをプラズマ処理するためのプラズマ処理室Ａ、及びプラズマ処理室Ａから排出するプラズマ処理されたガスを系外に排出するためのガス排出口６を有するガス排出部Ｃを有する。プラズマ処理室Ａ内には、接地側電極３と高圧側電極２との間に第１の誘電体（粒状）４が充填され且つ接地側電極３と第１の誘電体４との間及び高圧側電極２と第１の誘電体４との間の夫々に第１の誘電体４とは誘電率の異なる第２の誘電体（板状）５を挟み込んだ構成のプラズマ処理ユニットが複数個積層された形態で設けられている。尚、第１の誘電体（粒状）４は接地側電極３と高圧側電極２のいずれとも接触しないようにされている。
各プラズマ処理ユニットの第１の誘電体４は粒状であることから粒子間に間隙を有し、それらの間隙がガス流路となる。粒状の第１の誘電体４の形状は、球形或いは円柱形等、充填された状態でガスが粒子の間を流れることが可能であればいずれの形状であってもよい。 プラズマ処理室Ａのガス導入部Ｂ側の側壁には各プラズマ処理ユニットの第１の誘電体（粒状）４内にガスが流入するガス流入孔が設けられ、またプラズマ処理室Ａのガス排出部Ｃ側の側壁には各プラズマ処理ユニットでプラズマ処理されたガスが流出するガス流出孔が設けられている。
【００１１】
第１の誘電体４は、比誘電率が１０００以上である強誘電体であることが望ましい。そうした強誘電体の好ましい具体例として、チタン酸バリウム及びチタン酸ストロンチウムが挙げられる。しかしこれらに限定されるものではなく、この条件を満たすものであれば、他の強誘電体を使用することができる。
【００１２】
接地側電極３と第１の誘電体４との間及び高圧側電極２と第１の誘電体４との間の夫々に配置する第２の誘電体５の形状は、図１では、板状であるが、これに限定されず、粒状であってもよい。その場合、粒状の形状は、粒状であれば球形或いは円柱形等の適宜の形状であることができる。第２の誘電体５は、オゾン生成効率の高い比誘電率が１００以下の誘電体であることが望ましい。そうした誘電体の好ましい具体例として、酸化ジルコニウム及び酸化チタンが挙げられる。しかしこれに限定されるものではなく、この条件を満たすものであれば、他の誘電体を使用することができる。
上述したように、第２の誘電体５は、接地側電極３と第１の誘電体４との間及び高圧側電極２と第１の誘電体４との間の夫々に、第１の誘電体４が何れの電極とも接触しないように、配置される。第２の誘電体５は、高電圧による絶縁破壊の恐れのない層の厚さを有するものであり、板状の場合、板厚０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ程度が望ましい。また粒状の場合、第２の誘電体５の層が、層厚０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ程度に充填されることが望ましく、粒径は、前記層厚を確保できる粒径であれば特に限定されない。
【００１３】
上述した触媒槽に充填する触媒としては、オゾン分解機能を有する触媒を使用を使用する。そうした触媒の好ましい具体例として、マンガン系触媒、ニッケル系触媒、及び銅系触媒が挙げられる。しかしこれに限定されるものではなく、オゾン分解機能を有する他の触媒を使用することができる。前記触媒の形状は、粒状或いはハニカム状であることが好ましい。しかしこれに限定されるものではなく、他の形状であってもよい。
【００１４】
図２に示す平行平板型プラズマリアクターは、図１に示す平行平板型プラズマリアクターにおける第２の誘電体（板状）５を、粒状のものに変更した以外は、図１に示す平行平板型プラズマリアクターと同じ構成のものである。尚、粒状である第２の誘電体５の形状は、球形或いは円柱形等適宜の形状であることができる。図２に示す平行平板型プラズマリアクターに接続する触媒槽に充填する触媒としては、
【００１３】に述べたのと同様のものが使用できる。
【００１５】
図１及び図２のそれぞれに示す平行平板型プラズマリアクターによる被処理ガスのプラズマ処理は、次のように実施される。揮発性有害物質を含有するガス等の被処理ガスをガス導入部Ｂからプラズマ処理室Ａ内の各プラズマ処理ユニット内に流入させ、前記被処理ガスを接地側電極３及び高圧側電極２のいずれとも直接接触することなく第１の誘電体４及び第２の誘電体５と接触させながら各プラズマ処理ユニット内を流し、その際電源（図示せず）より接地側電極３と高圧側電極２との間に電圧を印加することにより常圧下で前記各プラズマ処理ユニット内に放電を生起させてプラズマを生成せしめる。その際、第２の誘電体５によりオゾンが生成する。これにより、放電副生成物（ＮＯｘ）の生成が著しく抑制されて、前記被処理ガスは効率的に分解される。このように各プラズマ処理ユニット内でプラズマ処理されてガス（未処理ガス及びオゾンを含む）はガス排出部Ｃに流出し、ガス排出口６を介して触媒槽に流入し、そこでの触媒処理により無害化されて系外に排出される。
このように、図１及び図２のそれぞれに示す平行平板型プラズマリアクターによれば、放電副生成物（ＮＯｘ）の生成を著しく抑制した、プラズマの発生を実現することができ、それにより揮発性有害物質を含有するガス等の被処理ガスを効率的に無害化処理することができる。
【００１６】
図３に示す円筒型プラズマリアクターは、被処理ガスを導入するためのガスを導入口１を備えたガス導入部Ｂ、ガス導入部Ｂから流入する被処理ガスをプラズマ処理するためのプラズマ処理室Ａ、及びプラズマ処理室Ａから排出するプラズマ処理されたガスを系外に排出するためのガス排出口６を有するガス排出部Ｃを有する。プラズマ処理室Ａ内には、一つの高圧側電極２を共有する二つのプラズマ処理ユニットが設けられている。それぞれのプラズマ処理ユニットは、高圧側電極２と接地側電極３との間に第１の誘電体（粒状）４が充填され且つ接地側電極３と第１の誘電体４との間及び高圧側電極２と第１の誘電体４との間の夫々に第１の誘電体４とは誘電率の異なる第２の誘電体（板状）５を挟み込んだ構成を有する。尚、第１の誘電体（粒状）４は接地側電極３と高圧側電極２のいずれとも接触しないようにされている。各プラズマ処理ユニットの第１の誘電体４は粒状であることから粒子間に間隙を有し、それらの間隙がガス流路となる。粒状の第１の誘電体４の形状は、球形或いは円柱形等、充填された状態でガスが粒子の間を流れることが可能であればいずれの形状であってもよい。 プラズマ処理室Ａのガス導入部Ｂ側の側壁には各プラズマ処理ユニットの第１の誘電体（粒状）４内にガスが流入するガス流入孔が設けられ、またプラズマ処理室Ａのガス排出部Ｃ側の側壁には各プラズマ処理ユニットでプラズマ処理されたガスが流出するガス流出孔が設けられている。
第１の誘電体４としては、
【００１１】に述べたのと同様の比誘電率が１０００以上である強誘電体が使用できる。また、第２の誘電体５としては、
【００１２】に述べたのと同様のオゾン生成効率の高い比誘電率が１００以下の誘電体が使用できる。更に、図３に示す円筒型プラズマリアクターに接続する触媒槽に充填する触媒としては、
【００１３】に述べたのと同様のものが使用できる。
【００１７】
図４に示す円筒型プラズマリアクターは、図３に示す円筒型プラズマリアクターにおける第２の誘電体（板状）５を、粒状のものに変更した以外は、図３に示す円筒型プラズマリアクターと同じ構成のものである。尚、粒状である第２の誘電体５の形状は、球形或いは円柱形等適宜の形状であることができる。図４に示す円筒型プラズマリアクターに接続する触媒槽に充填する触媒としては、
【００１３】に述べたのと同様のものが使用できる。
【００１８】
図３及び図４のそれぞれに示す円筒型プラズマリアクターによる被処理ガスのプラズマ処理は、次のように実施される。揮発性有害物質を含有するガス等の被処理ガスをガス導入部Ｂからプラズマ処理室Ａ内の各プラズマ処理ユニット内に流入させ、前記被処理ガスを接地側電極３及び高圧側電極２のいずれとも直接接触することなく第１の誘電体４及び第２の誘電体５と接触させながら各プラズマ処理ユニット内を流し、その際電源（図示せず）より接地側電極３と高圧側電極２との間に電圧を印加することにより常圧下で前記各プラズマ処理ユニット内に放電を生起させてプラズマを生成せしめる。その際、第２の誘電体５によりオゾンが生成する。これにより、放電副生成物（ＮＯｘ）の生成が著しく抑制されて、前記被処理ガスは効率的に分解される。このように各プラズマ処理ユニット内でプラズマ処理されてガス（未処理ガス及びオゾンを含む）はガス排出部Ｃに流出し、ガス排出口６を介して触媒槽に流入し、そこでの触媒処理により無害化されて系外に排出される。
このように、図３及び図４のそれぞれに示す円筒型プラズマリアクターによれば、放電副生成物（ＮＯｘ）の生成を著しく抑制した、プラズマの発生を実現することができ、それにより揮発性有害物質を含有するガス等の被処理ガスを効率的に無害化処理することができる。
【００１９】
【実施例】
本発明の特徴及び効果を以下に示す実施例、参考例及比較例により具体的に説明するが、本発明は該実施例によって何ら限定されるものではない。
【００２０】
実施例では図６に示す構成のプラズマ処理装置を使用した。図６に示すプラズマ処理装置においては、図３に示す円筒型プラズマリアクターを使用した。前記プラズマリアクターのガス導入口には、被処理ガスボンベ１２から延びるガス流量調節器９を有するガス導入パイプが接続され、前記プラズマリアクターのガス排出口はパイプを介して触媒槽９に接続され、触媒槽９のガス排出口はパイプを介して分析器１１に接続されている。また、前記プラズマリアクターには、高圧電源７が接続されている。
参考例では図７に示す構成のプラズマ処理装置を使用した。図７に示すプラズマ処理装置は、図６に示すプラズマ処理装置から触媒槽９を除いた構成のものである。
比較例では図８に示す構成のプラズマ処理装置を使用した。図８に示すプラズマ処理装置は、図６に示すプラズマ処理装置におけるプラズマリアクターを、図３に示す円筒型プラズマリアクターのから第２の誘電体５を全て除いた構成の円筒型プラズマリアクターに変更した構成のものである。
実施例、参考例及び比較例においては、前記プラズマ処理装置を使用して揮発性有害物質を含有するガスを無害化する処理を行った。
【００２１】
図６、図７及び図８の夫々に示すプラズマ処理装置のプラズマリアクターは、装置内容積が３２０ｍＬであり、高圧側電極２及び接地側電極３の大きさが４０ｍｍ（幅）×１６０ｍｍ（長さ）×０．５ｍｍ（厚さ）であり、電極間距離が２０ｍｍのものである。第１の誘電体４としては、平均粒径３ｍｍのチタン酸バリウム（比誘電率ε＝１６００）ペレットを充填した。触媒槽９としては、触媒処理容積が１２８ｍＬであり、酸化マンガンからなるハニカム状オゾン分解触媒を充填したものを使用した。分析機器１１としては、ガスクロマトグラフ（島津製作所製ＧＣ−１４Ｂ）、ガスクロマトグラフ質量分析計（Ａｇｉｌｅｎｔ社製、６８９０／５９７３）、常圧化学発光式ＮＯｘ計（島津製作所社製ＮＯＡ−７０００）、及びオゾンモニター（荏原実業社製、ＰＧ−６２０Ｍ）を使用した。触媒槽９としては、触媒処理容積が１２８ｍＬであり、酸化マンガンからなるハニカム状オゾン分解触媒を充填したものを使用した。
【００２２】
【実施例】
図６に示すプラズマ処理装置におけるプラズマリアクターは、高圧側電極２及び接地側電極３の両電極と充填された第１の誘電体４との間に、第２の誘電体５としての０．５ｍｍ厚のジルコニア板を配した構造のものである。該プラズマ処理装置を用い、１０００ｐｐｍトルエンガスを毎分６．４Ｌ流量で流通させ、実効電力５Ｗから２５Ｗで放電処理を行った。放電処理後のガスを分析したところ、トルエン濃度は、０ｐｐｍから３３０ｐｐｍ程度であり、処理率としては、６７％から１００％となった。生成したＮＯｘ濃度は、０ｐｐｍから７ｐｐｍであり、オゾン濃度は、触媒槽９の入口部で３４５ｐｐｍから９８０ｐｐｍであり、触媒槽９の出口部では検出されなかった。
【００２３】
【参考例】
本参考例では、プラズマリアクターの後段に触媒槽が設けられていない図７に示す構成のプラズマ処理装置を用い、１０００ｐｐｍトルエンガスを毎分６．４Ｌ流量で流通させ、実効電力５Ｗから２５Ｗで放電処理を行った。放電処理後のガスを分析したところトルエン濃度は、１０ｐｐｍから６３０ｐｐｍ程度であり、処理率としては、３７％から１００％となった。生成したＮＯｘ濃度は、４ｐｐｍから１６ｐｐｍであり、プラズマリアクターから排出したガスのオゾン濃度は、３４５ｐｐｍから９８０ｐｐｍとなった。
【００２４】
【比較例】
本比較例では、高圧側電極２及び接地側電極３の両電極と充填された第１の誘電体４との間に第２の誘電体５を配さない構造のプラズマリアクターを使用した図８に示す構成のプラズマ処理装置を用い、１０００ｐｐｍトルエンガスを毎分６．４Ｌ流量で流通させ、実効電力５Ｗから２５Ｗで放電処理を行った。放電処理後のガスを分析したところトルエン濃度は、６０ｐｐｍから６１０ｐｐｍ程度であり、処理率としては、３９％から９４％となった。生成したＮＯｘ濃度は、１６ｐｐｍから６２ｐｐｍであり、オゾン濃度は、触媒槽９の入口部で７０ｐｐｍから２７０ｐｐｍであり、触媒槽９の出口部では、検出されなかった。
【００２５】
図９は、実施例及び比較例における触媒槽入口における実効電力当りオゾン生成濃度を対比的に示す図である。図９に徴して明らかなように、実施例におけるオゾン濃度は、比較例の３．６倍から４．９倍の濃度となり、オゾン生成が向上したことが理解される。
図１０は、実施例及び比較例におけるの実効電力当りのトルエン分解率を対比的に示す図である。図１０に徴して明らかなように、被処理ガス（トルエンガス）の分解率は、実施例＞比較例であり、分解率９０％で比較した場合、実施例での実効電力は８Ｗであり、比較例では２２Ｗであり、実施例では、１４Ｗの消費電力を抑えられたことが理解される。図１１は、実施例及び比較例における、ＮＯｘ生成濃度とトルエン分解率との相関関係を対比的に示す図である。図１１に徴して、ＮＯｘ生成濃度をトルエン分解率に関して比較すると、実施例では、比較例に対して９０％程度抑制されたことが理解される。
図１２は、実施例及び参考例における実効電力当りのトルエン分解率を対比的に示す図である。図１２に徴して明らかなように、被処理ガス（トルエンガス）の分解率は、実施例＞参考例であり、分解率９０％で比較した場合、実施例での実効電力は８Ｗであり、参考例では１５Ｗであり、実施例では、７Ｗの消費電力を抑えられたことが理解される。図１３は、実施例及び参考例における、ＮＯｘ生成濃度とトルエン分解率との相関関係を対比的に示す図である。図１３に徴して、ＮＯｘ生成濃度をトルエン分解率に関して比較すると、実施例では、参考例に対して８０％程度抑制されたことが理解される。
【００２６】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、放電を生起して生成するプラズマにより被処理ガスを分解する放電処理部を該放電の生起時にオゾンを積極的に生成してＮＯｘ等の副生成物の生成を低減せしめて前記被処理ガスの効率的分解を促進する構造を有するものとし、且つ前記放電処理部の後段に該放電処理部から排出するガスに含まれる主としてオゾンを分解する触媒処理部を設けることにより、被処理ガスの分解効率の向上とＮＯｘ等の副生成物の生成の著しい低減が達成できるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ処理装置における平行平板型プラズマリアクターの一例を示す縦断面図である。
【図２】本発明のプラズマ処理装置における平行平板型プラズマリアクターの他の一例を示す縦断面図である。
【図３】本発明のプラズマ処理装置における円筒型プラズマリアクターの一例を示す縦断面図である。
【図４】本発明のプラズマ処理装置における円筒型プラズマリアクターの他の一例を示す縦断面図である。
【図５】本発明のプラズマ処理装置の一例の構成を模式的に示す図である。
【図６】本発明の実施例において使用したプラズマ処理装置の構成を模式的に示す図である。
【図７】参考例において使用したプラズマ処理装置の構成を模式的に示す図である。
【図８】比較例において使用したプラズマ処理装置の構成を模式的に示す図である。
【図９】本発明の実施例と比較例に係る実効電力当りのオゾン生成濃度を対比的に示す図である。
【図１０】本発明の実施例と比較例に係る実効電力当りトルエン分解率を対比的に示す図である。
【図１１】本発明の実施例と比較例に係るトルエン分解率当りのＮＯｘ生成濃度を対比的に示す図である。
【図１２】本発明の実施例と参考例に係る実効電力当りトルエン分解率を対比的に示す図である。
【図１３】本発明の実施例と参考例に係るトルエン分解率当りのＮＯｘ生成濃度を対比的に示す図である。
【符号の説明】
Ａ プラズマ処理室
Ｂ ガス導入部
Ｃ ガス排出部
１ ガス導入口
２ 高圧側電極
３ 接地側電極
４ 第１の誘電体
５ 第２の誘電体
６ ガス排出口
７ 高圧電源
８ ガス給送ファン
９ 触媒槽
１０ 流量調節器
１１ 分析機器
１２ 被処理ガスボンベ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is harmless by subjecting a gas to be treated, particularly a volatile organic compound discharged from various industrial treatment processes, to a decomposition treatment of a gas containing (VOC) [volatile organic compounds] by using a plasma reaction. The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method.
[0002]
[Prior art]
As a gas processing apparatus for decomposing and detoxifying a gas to be treated, particularly a gas (exhaust gas) containing a volatile organic compound (VOC) discharged from various treatment steps, the exhaust gas is generated by plasma generated at atmospheric pressure. Some plasma processing apparatuses have been proposed to decompose by subjecting them to plasma processing. In these plasma processing apparatuses, a silent discharge, a pulse discharge, a creeping discharge, a ferroelectric pellet filling discharge, or the like is employed as a discharge method for generating plasma at atmospheric pressure. In each of these discharge methods, a predetermined space at or near atmospheric pressure is applied with a voltage to an electrode located in the vicinity of the space to bring the predetermined space into a plasma state. By introducing a gas containing the volatile organic compound into the space in the plasma state, the organic compound in the gas is subjected to plasma treatment and decomposed. As a specific example of a plasma processing apparatus employing a ferroelectric pellet filling discharge method, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-292273 discloses that a high-potential-side electrode and a low-potential-side electrode are provided in a reactor equipped with temperature control means. Arranged between the high potential side electrode and the low potential side electrode, an inorganic dielectric having a structure through which gas can flow is filled, and the high potential side electrode and the low potential side electrode are filled. An apparatus is disclosed in which a plasma is generated by generating a discharge between the electrodes to generate a plasma, and the gas to be processed flowing in the inorganic dielectric filled between the high-potential-side electrode and the low-potential-side electrode is subjected to plasma processing. In addition, a catalyst tank such as an ozone decomposition catalyst is provided on the downstream side of the apparatus for generating plasma under the atmospheric pressure and processing the gas to be processed by plasma, thereby improving the exhaust gas processing efficiency by using both the discharge processing and the catalytic processing. Suggestions have been made to improve.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, when a discharge is generated under normal pressure (atmospheric pressure) to generate plasma to detoxify a gas to be treated, particularly an exhaust gas containing volatile harmful substances, under a low concentration condition. There is a problem that the operation efficiency is very poor because the decomposition efficiency per input energy is low. On the other hand, when the processing flow rate of the gas to be treated is increased in order to improve the operation efficiency, it is necessary to increase the size of the apparatus, and in that case, there is a problem that the apparatus cost and the operating cost increase. In order to improve the decomposition efficiency, a method of mixing a ferroelectric substance and a porous adsorbent or a catalyst and performing concentration decomposition or catalytic decomposition in the same tank is considered. As in the case described above, it is necessary to increase the scale of the apparatus, and there is a problem that the apparatus cost and the operating cost increase.
[0004]
Further, when a plasma is generated by generating a discharge under normal pressure (atmospheric pressure) to perform a plasma treatment on a gas to be treated, particularly an exhaust gas containing volatile harmful substances, control of by-products generated by the discharge is performed. Is an important issue. The generation of by-products varies depending on the component species, concentration, discharge conditions, and the like of the gas to be treated. However, by limiting related conditions, the generation of by-products can be suppressed. However, in such a case, problems such as a decrease in processing efficiency and an increase in operation cost are caused. Therefore, a discharge device and a discharge method capable of efficiently suppressing generation of by-products are required. A typical example of such a by-product is NOx. Since NOx is a causative substance such as acid rain and photochemical smog, it has been an issue to reduce its generation. As a method of removing NOx generated by electric discharge, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-51653 discloses a method of removing NOx generated in a later stage of plasma treatment by contacting the same with a reducing agent solution. In addition, there has been proposed a method of providing a scrubber for bringing NOx into contact with water or an alkaline solution at a later stage of the plasma treatment, and a method of adsorbing and removing the same using an adsorbent. However, these methods have problems such as the necessity of increasing the volume of an apparatus to be used and the complicated processing process. In addition, there is a problem that wastewater treatment is required.
[0005]
A proposal to improve the efficiency of exhaust gas treatment by using a combination of electric discharge treatment and catalytic treatment to provide a catalyst tank such as an ozone decomposition catalyst on the downstream side of the above-described apparatus that generates plasma at atmospheric pressure and performs plasma treatment on the gas to be treated. In order to obtain an ozone concentration that makes the most of the effect of the ozone decomposition catalyst, it is necessary to set the discharge conditions of the discharge processing unit to high power, so that there is a problem that the operating cost inevitably increases. is there.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above-mentioned problems in the prior art, and reduces the generation of by-products such as NOx from a gas to be treated such as a gas (exhaust gas) containing a volatile harmful substance such as a volatile organic compound (VOC). An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method that can efficiently decompose and detoxify. More specifically, according to the present invention, the discharge processing unit that decomposes the gas to be treated by the plasma generated by generating the discharge actively generates ozone when the discharge occurs, thereby generating by-products such as NOx. Having a structure that promotes the efficient decomposition of the gas to be treated by reducing it, and having a catalyst treatment section that mainly decomposes ozone contained in the gas discharged from the discharge treatment section at a stage subsequent to the discharge treatment section, Accordingly, it is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method capable of achieving an improvement in the decomposition efficiency of a gas to be processed and a remarkable reduction in the generation of by-products such as NOx.
[0007]
The plasma processing apparatus of the present invention typically has a plasma reactor having a structure capable of flowing gas and having a plasma processing space, and the plasma reactor introduces a gas to be processed into the plasma processing space. And a gas discharge unit for discharging gas exhausted from the plasma processing space, the plasma processing space includes a ground side electrode and a high pressure side electrode, and the An inorganic dielectric (a) is filled between the ground side electrode and the high voltage side electrode, and the plasma processing is performed under normal pressure by applying a voltage between the ground side electrode and the high voltage side electrode. A plasma processing apparatus for generating a plasma by generating a discharge in a space, and performing a plasma process on the gas to be processed introduced into the plasma processing space via the gas introduction unit to render the gas harmless. And an inorganic dielectric (b) having a lower dielectric constant than the inorganic dielectric (a) between the inorganic dielectric (a) and at least one of the ground side electrode or the high voltage side electrode. Is disposed, and a catalyst tank for catalytically treating a gas discharged from the plasma processing space is provided at a subsequent stage of the plasma reactor.
The inorganic dielectrics (a) and (b) are preferably ferroelectrics. The inorganic dielectric (a) and / or (b) may be a granular inorganic dielectric. Further, the inorganic dielectric (a) may be a granular inorganic dielectric, and the inorganic dielectric (b) may be a granular or plate-like inorganic dielectric. The inorganic dielectric (b) preferably has a relative dielectric constant of 100 or less. The catalyst tank is preferably filled with a catalyst having an ozone decomposition function. The catalyst having the ozone decomposition function may be a catalyst selected from a manganese catalyst, a nickel catalyst, and a copper catalyst. Further, the catalyst having the ozone decomposing function filled in the catalyst tank may be a granular or honeycomb-shaped catalyst. The discharge generated in the plasma processing space is preferably a glow discharge.
According to the plasma processing apparatus of the present invention having the above configuration, a gas to be processed such as a gas (exhaust gas) containing a volatile harmful substance such as a volatile organic compound (VOC) is remarkably reduced to the generation of by-products such as NOx. It can be decomposed and detoxified very efficiently.
[0008]
The present invention provides a plasma processing method that decomposes a gas to be processed such as a gas (exhaust gas) containing a volatile harmful substance such as a volatile organic compound (VOC) using the plasma processing apparatus to render the gas harmless. . That is, in the plasma processing method of the present invention, the gas to be processed is introduced into the plasma processing apparatus from the gas introduction unit, the gas to be processed flows into the plasma processing space, and the gas to be processed is supplied to the ground-side electrode and Without flowing directly into any of the high-voltage side electrodes, it flows through the plasma processing space while being in contact with the inorganic dielectrics (a) and (b), and at this time, between the ground-side electrode and the high-pressure side electrode. By applying a voltage, a discharge is generated in the plasma processing space under normal pressure to generate plasma, the gas to be processed is plasma-processed, and the plasma-processed gas discharged from the plasma processing space is discharged to the gas discharge unit. Through which the catalyst is treated by flowing into the catalyst tank.
[0009]
[Example of embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. 1 and 2 are schematic cross-sectional views each showing an example of a parallel plate type plasma reactor in the plasma processing apparatus of the present invention. 3 and 4 are schematic cross-sectional views each showing an example of a cylindrical plasma reactor in the plasma processing apparatus of the present invention. Incidentally, the shape of the plasma reactor in the plasma processing apparatus of the present invention is not limited to those shown in FIGS. Although not shown in FIGS. 1 to 4, the gas outlet of the plasma reactor shown in each of FIGS. 1 to 4 communicates with a catalyst tank (corresponding to the catalyst tank 9 shown in FIGS. 5 and 6). I have. FIG. 5 schematically shows an example of the plasma processing apparatus of the present invention provided with the cylindrical plasma reactor shown in FIG. 3, and a gas discharge part of the plasma reactor is connected to a catalyst tank 9; The gas introduction section of the plasma reactor is connected to a supply source (not shown) of the gas to be processed via a gas feed fan 8. FIG. 6 schematically shows another example of the plasma processing apparatus of the present invention including the cylindrical plasma reactor shown in FIG. 3, and a gas discharge part of the plasma reactor is connected to a catalyst tank 9. . FIG. 6 will be described later in detail.
[0010]
The parallel plate type plasma reactor shown in FIG. 1 has a gas introduction part B having an inlet 1 for introducing a gas to be treated, and a plasma treatment for plasma-treating the gas to be treated flowing from the gas introduction part B. It has a chamber A and a gas discharge section C having a gas discharge port 6 for discharging the plasma-processed gas discharged from the plasma processing chamber A to the outside of the system. In the plasma processing chamber A, a first dielectric (granular) 4 is filled between the ground electrode 3 and the high-voltage electrode 2 and between the ground electrode 3 and the first dielectric 4 and at a high pressure. A plurality of plasma processing units having a configuration in which a second dielectric (plate-like) 5 having a different dielectric constant from the first dielectric 4 is sandwiched between the side electrode 2 and the first dielectric 4 respectively It is provided in the form described. The first dielectric (granular) 4 is configured so as not to contact with either the ground electrode 3 or the high voltage electrode 2.
Since the first dielectric 4 of each plasma processing unit is granular, it has gaps between particles, and these gaps serve as gas flow paths. The shape of the granular first dielectric 4 may be any shape, such as a sphere or a column, as long as the gas can flow between particles in a filled state. A gas inflow hole through which gas flows into the first dielectric (granular) 4 of each plasma processing unit is provided on a side wall of the plasma processing chamber A on the side of the gas introduction section B, and a gas discharge section of the plasma processing chamber A is provided. A gas outlet hole through which the gas subjected to the plasma processing in each plasma processing unit flows out is provided on the side wall on the C side.
[0011]
The first dielectric 4 is desirably a ferroelectric having a relative permittivity of 1000 or more. Preferred specific examples of such a ferroelectric include barium titanate and strontium titanate. However, the present invention is not limited to these, and other ferroelectrics can be used as long as they satisfy this condition.
[0012]
In FIG. 1, the shape of the second dielectric 5 disposed between the ground electrode 3 and the first dielectric 4 and between the high-voltage electrode 2 and the first dielectric 4 is a plate-like shape. However, the present invention is not limited to this, and may be granular. In this case, the granular shape may be an appropriate shape such as a spherical shape or a cylindrical shape as long as the shape is granular. The second dielectric 5 is preferably a dielectric having a high relative dielectric constant of 100 or less, which has a high ozone generation efficiency. Preferred specific examples of such a dielectric include zirconium oxide and titanium oxide. However, the present invention is not limited to this, and other dielectrics can be used as long as they satisfy this condition.
As described above, the second dielectric 5 is provided between the ground electrode 3 and the first dielectric 4 and between the high voltage electrode 2 and the first dielectric 4, respectively. The body 4 is arranged so as not to contact any of the electrodes. The second dielectric 5 has a thickness of a layer that does not cause a dielectric breakdown due to a high voltage. When the second dielectric 5 has a plate shape, the plate thickness is preferably about 0.5 mm to 5.0 mm. In the case of granular, it is desirable that the layer of the second dielectric 5 is filled to a layer thickness of about 0.5 mm to 5.0 mm, and the particle size is not particularly limited as long as the layer thickness can be secured. Not done.
[0013]
As the catalyst to be filled in the above-mentioned catalyst tank, a catalyst having an ozonolysis function is used. Preferred specific examples of such a catalyst include a manganese-based catalyst, a nickel-based catalyst, and a copper-based catalyst. However, the present invention is not limited to this, and other catalysts having an ozonolysis function can be used. The shape of the catalyst is preferably granular or honeycomb. However, the shape is not limited to this, and another shape may be used.
[0014]
The parallel plate type plasma reactor shown in FIG. 2 is different from the parallel plate type plasma reactor shown in FIG. 1 in that the second dielectric (plate-like) 5 in the parallel plate type plasma reactor shown in FIG. It has the same configuration as the reactor. Note that the shape of the granular second dielectric member 5 can be an appropriate shape such as a spherical shape or a cylindrical shape. As the catalyst to be filled in the catalyst tank connected to the parallel plate type plasma reactor shown in FIG.
The same as described above can be used.
[0015]
The plasma processing of the gas to be processed by the parallel plate type plasma reactor shown in each of FIGS. 1 and 2 is performed as follows. A gas to be treated, such as a gas containing a volatile harmful substance, is caused to flow into each plasma processing unit in the plasma processing chamber A from the gas introduction section B, and the gas to be treated is transferred to any one of the ground side electrode 3 and the high voltage side electrode 2. Flow through each plasma processing unit while making contact with the first dielectric 4 and the second dielectric 5 without directly contacting the first electrode 4 and the second dielectric 5 with a ground electrode 3 and a high voltage electrode 2 from a power source (not shown). By applying a voltage during this period, a discharge is generated in each of the plasma processing units under normal pressure to generate plasma. At that time, ozone is generated by the second dielectric 5. As a result, generation of discharge by-products (NOx) is significantly suppressed, and the gas to be treated is efficiently decomposed. As described above, the gas (including untreated gas and ozone) which has been subjected to the plasma processing in each of the plasma processing units flows out to the gas discharge section C, flows into the catalyst tank through the gas discharge port 6, and is subjected to the catalyst processing there. Detoxified and discharged out of the system.
As described above, according to the parallel plate type plasma reactor shown in each of FIGS. 1 and 2, it is possible to realize the generation of plasma in which the generation of the discharge by-product (NOx) is remarkably suppressed, thereby achieving the volatile property. A gas to be treated such as a gas containing a harmful substance can be efficiently detoxified.
[0016]
The cylindrical plasma reactor shown in FIG. 3 has a gas introduction part B having an inlet 1 for introducing a gas to be treated, and a plasma processing chamber for plasma-treating the gas to be treated flowing from the gas introduction part B. A, and a gas discharge section C having a gas discharge port 6 for discharging the plasma-processed gas discharged from the plasma processing chamber A to the outside of the system. In the plasma processing chamber A, two plasma processing units sharing one high-pressure side electrode 2 are provided. Each of the plasma processing units is filled with a first dielectric (granular) 4 between the high-voltage side electrode 2 and the ground-side electrode 3 and between the high-voltage side and the ground-side electrode 3 and the first dielectric 4. A second dielectric (plate-like) 5 having a different dielectric constant from the first dielectric 4 is interposed between the electrode 2 and the first dielectric 4. The first dielectric (granular) 4 is configured so as not to contact with either the ground electrode 3 or the high voltage electrode 2. Since the first dielectric 4 of each plasma processing unit is granular, it has gaps between particles, and these gaps serve as gas flow paths. The shape of the granular first dielectric 4 may be any shape, such as a sphere or a column, as long as the gas can flow between particles in a filled state. A gas inflow hole through which gas flows into the first dielectric (granular) 4 of each plasma processing unit is provided on a side wall of the plasma processing chamber A on the side of the gas introduction section B, and a gas discharge section of the plasma processing chamber A is provided. A gas outlet hole through which the gas subjected to the plasma processing in each plasma processing unit flows out is provided on the side wall on the C side.
As the first dielectric 4,
[0011] Ferroelectrics having a relative dielectric constant of 1000 or more as described above can be used. Also, as the second dielectric 5,
As described above, a dielectric having a high ozone generation efficiency and a relative dielectric constant of 100 or less can be used. Further, as the catalyst to be filled in the catalyst tank connected to the cylindrical plasma reactor shown in FIG.
The same as described above can be used.
[0017]
The cylindrical plasma reactor shown in FIG. 4 is the same as the cylindrical plasma reactor shown in FIG. 3 except that the second dielectric (plate-like) 5 in the cylindrical plasma reactor shown in FIG. It is of a configuration. Note that the shape of the granular second dielectric member 5 can be an appropriate shape such as a spherical shape or a cylindrical shape. As the catalyst to be filled in the catalyst tank connected to the cylindrical plasma reactor shown in FIG.
The same as described above can be used.
[0018]
The plasma processing of the gas to be processed by the cylindrical plasma reactor shown in each of FIGS. 3 and 4 is performed as follows. A gas to be treated, such as a gas containing a volatile harmful substance, is caused to flow into each plasma processing unit in the plasma processing chamber A from the gas introduction section B, and the gas to be treated is transferred to any one of the ground side electrode 3 and the high voltage side electrode 2. Flow through each plasma processing unit while making contact with the first dielectric 4 and the second dielectric 5 without directly contacting the first electrode 4 and the second dielectric 5 with a ground electrode 3 and a high voltage electrode 2 from a power source (not shown). By applying a voltage during this period, a discharge is generated in each of the plasma processing units under normal pressure to generate plasma. At that time, ozone is generated by the second dielectric 5. As a result, generation of discharge by-products (NOx) is significantly suppressed, and the gas to be treated is efficiently decomposed. As described above, the gas (including untreated gas and ozone) which has been subjected to the plasma processing in each of the plasma processing units flows out to the gas discharge section C, flows into the catalyst tank through the gas discharge port 6, and is subjected to the catalyst processing there. Detoxified and discharged out of the system.
As described above, according to the cylindrical plasma reactor shown in each of FIGS. 3 and 4, it is possible to realize the generation of plasma in which the generation of discharge by-products (NOx) is remarkably suppressed, and thereby the generation of volatile harmful substances. A gas to be treated such as a gas containing a substance can be efficiently detoxified.
[0019]
【Example】
The features and effects of the present invention will be described specifically with reference to the following examples, reference examples, and comparative examples, but the present invention is not limited to the examples.
[0020]
In the embodiment, the plasma processing apparatus having the configuration shown in FIG. 6 was used. In the plasma processing apparatus shown in FIG. 6, the cylindrical plasma reactor shown in FIG. 3 was used. The gas inlet of the plasma reactor is connected to a gas inlet pipe having a gas flow controller 9 extending from the gas cylinder 12 to be processed, and the gas outlet of the plasma reactor is connected to the catalyst tank 9 via the pipe. The gas outlet of the tank 9 is connected to the analyzer 11 via a pipe. A high-voltage power supply 7 is connected to the plasma reactor.
In the reference example, a plasma processing apparatus having the configuration shown in FIG. 7 was used. The plasma processing apparatus shown in FIG. 7 has a configuration obtained by removing the catalyst tank 9 from the plasma processing apparatus shown in FIG.
In the comparative example, a plasma processing apparatus having the configuration shown in FIG. 8 was used. In the plasma processing apparatus shown in FIG. 8, the plasma reactor in the plasma processing apparatus shown in FIG. 6 is changed to a cylindrical plasma reactor having a configuration in which all of the second dielectric 5 is removed from the cylindrical plasma reactor shown in FIG. It is of a configuration.
In Examples, Reference Examples and Comparative Examples, a treatment for detoxifying a gas containing a volatile harmful substance was performed using the plasma processing apparatus.
[0021]
The plasma reactor of the plasma processing apparatus shown in each of FIGS. 6, 7 and 8 has a capacity of 320 mL, and the size of the high-voltage side electrode 2 and the ground side electrode 3 is 40 mm (width) × 160 mm (length). ) × 0.5 mm (thickness), and the distance between the electrodes is 20 mm. As the first dielectric 4, pellets of barium titanate (dielectric constant ε = 1600) having an average particle diameter of 3 mm were filled. The catalyst tank 9 used had a catalyst treatment volume of 128 mL and was filled with a honeycomb-like ozone decomposition catalyst made of manganese oxide. Examples of the analyzer 11 include a gas chromatograph (GC-14B manufactured by Shimadzu Corporation), a gas chromatograph mass spectrometer (6890/5973 manufactured by Agilent), a normal pressure chemiluminescence NOx meter (NOA-7000 manufactured by Shimadzu Corporation), and An ozone monitor (PG-620M, manufactured by Ebara Corporation) was used. The catalyst tank 9 used had a catalyst treatment volume of 128 mL and was filled with a honeycomb-like ozone decomposition catalyst made of manganese oxide.
[0022]
【Example】
The plasma reactor in the plasma processing apparatus shown in FIG. 6 has a second dielectric 5 of 0.5 mm between both the high-voltage electrode 2 and the ground electrode 3 and the filled first dielectric 4. It has a structure in which a thick zirconia plate is arranged. Using the plasma processing apparatus, 1000 ppm toluene gas was flowed at a flow rate of 6.4 L / min, and discharge treatment was performed at an effective power of 5 W to 25 W. When the gas after the discharge treatment was analyzed, the toluene concentration was about 0 ppm to 330 ppm, and the treatment rate was 67% to 100%. The generated NOx concentration was 0 ppm to 7 ppm, and the ozone concentration was 345 ppm to 980 ppm at the inlet of the catalyst tank 9, and was not detected at the outlet of the catalyst tank 9.
[0023]
[Reference example]
In this reference example, a 1000 ppm toluene gas was flowed at a flow rate of 6.4 L / min, and a discharge was performed at an effective power of 5 W to 25 W using a plasma processing apparatus having a configuration shown in FIG. Processing was performed. When the gas after the discharge treatment was analyzed, the toluene concentration was about 10 ppm to 630 ppm, and the treatment rate was 37% to 100%. The generated NOx concentration was from 4 ppm to 16 ppm, and the ozone concentration of the gas discharged from the plasma reactor was from 345 ppm to 980 ppm.
[0024]
[Comparative example]
In this comparative example, a plasma reactor having a structure in which the second dielectric 5 is not arranged between both the high-voltage electrode 2 and the ground electrode 3 and the filled first dielectric 4 was used. Using a plasma processing apparatus having the configuration shown in Fig. 7, 1000 ppm toluene gas was passed at a flow rate of 6.4 L / min, and discharge treatment was performed at an effective power of 5 W to 25 W. When the gas after the discharge treatment was analyzed, the toluene concentration was about 60 ppm to 610 ppm, and the treatment rate was 39% to 94%. The generated NOx concentration was from 16 ppm to 62 ppm, and the ozone concentration was from 70 ppm to 270 ppm at the inlet of the catalyst tank 9, and was not detected at the outlet of the catalyst tank 9.
[0025]
FIG. 9 is a diagram comparatively showing the ozone generation concentration per effective power at the catalyst tank inlet in the example and the comparative example. As is apparent from FIG. 9, the ozone concentration in the example was 3.6 to 4.9 times that of the comparative example, and it is understood that ozone generation was improved.
FIG. 10 is a diagram comparatively showing the toluene decomposition rate per effective power in the example and the comparative example. As is apparent from FIG. 10, the decomposition rate of the gas to be treated (toluene gas) is the example> comparative example, and when compared at a decomposition rate of 90%, the effective power in the example is 8 W; In the comparative example, the power consumption was 22 W. In the example, it was understood that the power consumption of 14 W was suppressed. FIG. 11 is a diagram comparatively showing the correlation between the NOx generation concentration and the toluene decomposition rate in Examples and Comparative Examples. Comparing the NOx generation concentration with respect to the toluene decomposition rate as shown in FIG. 11, it is understood that in the example, the concentration was reduced by about 90% with respect to the comparative example.
FIG. 12 is a diagram comparatively showing the toluene decomposition rate per effective power in the example and the reference example. As is apparent from FIG. 12, the decomposition rate of the gas to be treated (toluene gas) is the embodiment> reference example, and when compared at a decomposition rate of 90%, the effective power in the embodiment is 8 W, It is understood that the power consumption is 15 W in the reference example, and the power consumption of 7 W was suppressed in the example. FIG. 13 is a diagram comparatively showing the correlation between the NOx generation concentration and the toluene decomposition rate in Examples and Reference Examples. Comparing the NOx generation concentration with respect to the toluene decomposition rate in FIG. 13, it is understood that the NOx generation concentration was suppressed by about 80% in the example with respect to the reference example.
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the discharge processing unit that decomposes the gas to be treated by the plasma generated by generating the discharge actively generates ozone at the time of the generation of the discharge to generate by-products such as NOx. It has a structure that promotes efficient decomposition of the gas to be treated by reducing generation thereof, and a catalyst treatment unit that mainly decomposes ozone contained in gas discharged from the discharge treatment unit at a stage subsequent to the discharge treatment unit. By providing the plasma processing apparatus, it is possible to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method capable of improving the decomposition efficiency of a gas to be processed and significantly reducing the generation of by-products such as NOx.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example of a parallel plate type plasma reactor in a plasma processing apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing another example of the parallel plate type plasma reactor in the plasma processing apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing an example of a cylindrical plasma reactor in the plasma processing apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing another example of the cylindrical plasma reactor in the plasma processing apparatus of the present invention.
FIG. 5 is a view schematically showing a configuration of an example of a plasma processing apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a plasma processing apparatus used in an example of the present invention.
FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration of a plasma processing apparatus used in a reference example.
FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of a plasma processing apparatus used in a comparative example.
FIG. 9 is a diagram comparatively showing ozone generation concentration per effective electric power according to an example of the present invention and a comparative example.
FIG. 10 is a diagram comparatively showing a toluene decomposition rate per effective power according to an example of the present invention and a comparative example.
FIG. 11 is a diagram comparatively showing the NOx generation concentration per toluene decomposition rate according to an example of the present invention and a comparative example.
FIG. 12 is a diagram comparatively showing a toluene decomposition rate per effective power according to an example of the present invention and a reference example.
FIG. 13 is a diagram comparatively showing the NOx generation concentration per toluene decomposition rate according to an example of the present invention and a reference example.
[Explanation of symbols]
A Plasma processing chamber B Gas inlet C Gas outlet 1 Gas inlet 2 High voltage side electrode 3 Ground side electrode 4 First dielectric 5 Second dielectric 6 Gas outlet 7 High voltage power supply 8 Gas feed fan 9 Catalyst Vessel 10 Flow controller 11 Analyzer 12 Gas cylinder to be treated
