JP2005034797A - Exhaust gas cleaning filter and production method of filter element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディーゼル車から排出される排ガスを浄化するフィルタに関し、特に、下水汚泥焼却灰からなる排ガス浄化用フィルタおよびそのフィルタエレメントの製造方法に関する。 The present invention relates to a filter for purifying exhaust gas discharged from a diesel vehicle, and more particularly to an exhaust gas purification filter made of sewage sludge incineration ash and a method for manufacturing the filter element.
ディーゼルエンジン排ガスなどに含まれる粒子状物質は、1ミクロン以下の微粒子物質が多く、これらが大気中に放出されると、人体に影響を与えるおそれがある。そのため、排ガス発生源においては、排ガス中の微粒子物質を十分に除去し、清浄化された排ガスを排出する必要がある。 Particulate matter contained in diesel engine exhaust gas and the like is mostly particulate matter of 1 micron or less, and if these are released into the atmosphere, there is a risk of affecting the human body. Therefore, in the exhaust gas generation source, it is necessary to sufficiently remove the particulate matter in the exhaust gas and discharge the cleaned exhaust gas.
一般に、これらの粒子状物質を除去する方法として、耐熱性のセラミックフィルタに排ガスを通過させ、フィルタ上に捕捉された粒子状物質を加熱し、燃焼除去する方法が知られている。例えば、炭化珪素粒子を構成材料とする多孔質のハニカム構造体において、その気孔率を所定範囲に収めることにより、自動車排ガスの濾過速度に対応したフィルタが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 Generally, as a method for removing these particulate substances, a method is known in which exhaust gas is passed through a heat-resistant ceramic filter, and the particulate substances trapped on the filter are heated and removed by combustion. For example, in a porous honeycomb structure using silicon carbide particles as a constituent material, a filter corresponding to the filtration rate of automobile exhaust gas has been proposed by keeping the porosity within a predetermined range (see, for example, Patent Document 1). .)
しかしながら、多孔質セラミックスを構成材料とするフィルタは、その形状構造が複雑になるほど、組成が安定した高価な原材料が必要となり、厳密な焼成管理が要求されることから、焼成品が高価になるという問題がある。 However, the more complex the shape structure of the filter made of porous ceramics is, the more expensive raw materials with a stable composition are required, and strict firing control is required. There's a problem.
本発明は、安価に製造され、かつ、排ガス中の粒子状物質を効率的に捕集できる排ガス浄化用フィルタを提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying filter that is manufactured at low cost and can efficiently collect particulate matter in exhaust gas.
一般に、都市などの下水処理において大量に発生する下水汚泥は、焼却炉などで高温に加熱され、下水汚泥焼却灰の状態に減容された後、廃棄物として埋め立てられている。しかし、新たな埋立地の確保が困難であることから、これらの下水汚泥焼却灰を資源として再利用する方法が望まれている。そこで、本発明者は、この下水汚泥焼却灰(以下、単に焼却灰という。)を、ディーゼルエンジン排ガスの浄化用フィルタとして利用する方法を発案し、鋭意検討した結果、焼却灰を造粒し、得られた造粒体を焼成してなる粒子状の焼成体を排ガス流路内に充填し、これに排ガスを通過させることにより、排ガス中の粒子状物質が効率的に濾過されることを見出したのである。 In general, sewage sludge generated in large quantities in sewage treatment in cities and the like is heated to a high temperature in an incinerator or the like and reduced to a state of sewage sludge incineration ash, and then landfilled as waste. However, since it is difficult to secure a new landfill, a method for reusing these sewage sludge incineration ash as resources is desired. Therefore, the present inventor devised a method of using this sewage sludge incineration ash (hereinafter simply referred to as incineration ash) as a filter for purifying diesel engine exhaust gas, and as a result of earnest examination, granulated incineration ash, It has been found that the particulate matter in the exhaust gas is efficiently filtered by filling the exhaust gas passage with a particulate fired body obtained by firing the obtained granulated body and passing the exhaust gas through the exhaust gas passage. It was.
すなわち、粒子状の焼成体が充填されると、焼成体が複雑に入り組む構造となり、排ガス中の粒子状物質が焼成体と接触する面積が大きくなる。そのため、粒子状物質を焼成体表面に効率的に捕集することができる。さらに、焼成体は、焼却灰の組成に起因して、蓄熱特性に加え、燃焼触媒作用を有するため、焼成体表面に捕集された粒子状物質を効率的に燃焼分解することができる。また、本発明の焼成体は、焼却灰を高温加熱(例えば、1050℃)しているから、使用環境に十分耐えうる耐熱性を備えるとともに、その構造上、互いの拘束力が小さいため、熱膨張などによる変形を考慮する必要がない。 That is, when the particulate fired body is filled, the fired body has a complicated structure, and the area where the particulate matter in the exhaust gas comes into contact with the fired body increases. Therefore, the particulate matter can be efficiently collected on the surface of the fired body. Furthermore, since the fired body has a combustion catalytic action in addition to the heat storage characteristics due to the composition of the incinerated ash, the particulate matter collected on the surface of the fired body can be efficiently decomposed by combustion. In addition, since the fired body of the present invention heats the incineration ash at a high temperature (for example, 1050 ° C.), the fired body has heat resistance sufficient to withstand the use environment, and because of its small mutual binding force, There is no need to consider deformation due to expansion or the like.
また、焼却灰を造粒した造粒体を焼成してなる焼成体に代えて、造粒体を所定形状に成型し、その成型体を焼成してなる多孔質体を用いるようにしてもよい。これによれば、排ガス中の粒子状物質は、多孔質体を通過することにより濾過され、効率的に燃焼分解される。 Further, instead of a fired body obtained by firing a granulated body obtained by granulating the incinerated ash, a porous body obtained by molding the granulated body into a predetermined shape and firing the formed body may be used. . According to this, the particulate matter in the exhaust gas is filtered by passing through the porous body and efficiently burned and decomposed.
本発明によれば、下水汚泥焼却灰を用いることにより、排ガス中の粒子状物質を効率的に捕集する排ガス浄化用フィルタを安価に製造することができる。 According to the present invention, by using sewage sludge incineration ash, an exhaust gas purifying filter that efficiently collects particulate matter in exhaust gas can be manufactured at low cost.
以下、本発明が適用されてなる一実施の形態について説明する。図1は、本発明が適用されてなるディーゼルエンジン排ガス浄化用フィルタの構成を説明する部分断面図ある。図に示すように、排ガス浄化用フィルタ(以下、単にフィルタという。)1は、縦型の容器2と、仕切板3,4と、粒子状の焼成体5とを備えて構成される。容器2は、断面円形の筒状に形成される胴部と、テーパ状に窄められてなる頂部および底部とからなり、頂部および底部の中央には、それぞれ排ガス導入口6、浄化ガス排出口7が形成されている。浄化ガス排出口7には、エルボ型の継手8が接続されている。仕切板3は、例えば胴部の略中央の高さに、胴部内壁を周状に渡して形成される一方、仕切板4は、浄化ガス排出口7の手前の底部内壁を周状に渡して形成されている。容器2内の仕切板3,4に挟まれて形成される空間には、粒子状の焼成体5が充填されている。ここで、焼成体5は、排ガスが導入される際、空間内を流動しないように、満遍なく充填されることが好ましい。仕切板3,4は、排ガス通流時の抵抗が小さく、焼成体5が通り抜けない程度の大きさの孔を複数備える網状部材または多孔質体などを用いることができる。
Hereinafter, an embodiment to which the present invention is applied will be described. FIG. 1 is a partial cross-sectional view illustrating the configuration of a diesel engine exhaust gas purification filter to which the present invention is applied. As shown in the figure, an exhaust gas purifying filter (hereinafter simply referred to as a filter) 1 includes a
本実施の形態における焼成体5は、一般に、都市などから排出される下水汚泥を焼却炉などで焼却する際に、焼却炉から排出される粉末状の焼却灰を用いて製造されるものである。すなわち、焼却灰に周知のバインダや界面活性材などの結合材および水などを加えて混練し、造粒してなる造粒体を、周知の焼成方法、例えば1050℃の高温で焼成することにより製造することができる。得られた焼成体7は、例えば直径が0.6〜3.4mmの小さな球状の粒子となる。
The fired
また、上記の造粒体を所定形状に成型し、得られた成型体を焼成してなる多孔質体を、本実施形態の仕切板として用いるようにしてもよい。この場合において、多孔質体の空隙率は、後述する方法により、排ガスの処理速度、つまり空間速度などを考慮して決める必要がある。 Moreover, you may make it use the porous body formed by shape | molding said granulated body in a predetermined shape and baking the obtained molded object as a partition plate of this embodiment. In this case, the porosity of the porous body must be determined by a method described later in consideration of the exhaust gas treatment speed, that is, the space velocity.
次に、上記のように構成されてなる排ガス浄化装置1について、その動作を説明する。ディーゼルエンジンなどから排出される排ガスは、排ガス流路に連結された排ガス浄化装置1の容器2内に導入され、仕切板3の孔を通過して焼成体5が充填される空間(以下、充填層という。)に導かれる。本実施形態の充填層は、従来の多孔質セラミックスの開孔面積と比べ、排ガス通流方向の開口面積が大きいが、その流路は複雑に入り組む構造となるため、排ガスが焼成体5に接触する面積が大きくなる。そのため、排ガスが充填層を通ると、例えば排ガス中の黒鉛粒子状物質が焼成体5の表面に付着して捕集される。
Next, the operation | movement is demonstrated about the exhaust gas purification apparatus 1 comprised as mentioned above. Exhaust gas discharged from a diesel engine or the like is introduced into the
このようにして粒子状物質が次第に除去され、清浄化された排ガスは、仕切板4の孔を通り、浄化ガス排出口7から排出される。一方、焼成体5は、焼却灰の組成に起因して、蓄熱特性および燃焼触媒作用を有するため、焼成体5の表面に捕集された粒子状物質は効率的に燃焼分解される。なお、焼成体5の表面に、予め特定の触媒(例えば、3元触媒)や、捕集物質の濡れ性を考慮した反応促進物質などを付着させるようにしてもよい。
In this way, the particulate matter is gradually removed, and the purified exhaust gas passes through the holes of the
本実施形態の焼成体5は、例えば篩などにより粗粒と細粒に分別(例えば、0.6〜1.7mmを細粒、1.8〜3.4mmを粗粒とする)し、所定の配合比で混合させることが好ましい。これによれば、充填層における焼成体5の充填状態が密になるため、排ガス流路がより複雑化され、粒子状物質の捕集効率が向上する。また、焼成体5の粒径を排ガスの進行方向に対し変化させ、粒子状物質を大きさ毎に段階的に捕集するようにしてもよい。
The fired
次に、本実施形態の排ガス浄化用フィルタに用いるフィルタエレメントについて、図に基づいて説明する。図2は、粒子状の焼成体5を充填させてなるフィルタエレメント11の模式図である。図に示すように、例えば円柱状の空間に充填されたフィルタエレメント11は、黒矢印の側面側から導入される排ガス中の粒子状物質を捕集し、清浄化された排ガスを対向する側面から排出する。フィルタエレメント11は、上述したように、焼却灰からなる粒子状の焼成体5を所定空間に充填し、集積させた構造であるから、原料が安価となり、しかも簡単に製造することができる。また、焼成体5は、造粒した焼却灰を高温焼成しているため、耐熱性を有し、高温による熱膨張、変質または溶損などを起こすことがない。また、焼却灰は重金属などを含む場合があるが、本実施形態は気体接触によるため、これらが溶出することがない。
Next, the filter element used for the exhaust gas purification filter of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic view of a filter element 11 filled with a particulate fired
図3は、図2のフィルタエレメント11の一側面に、焼却灰からなる多孔質体12を仕切板として設けてなるフィルタエレメント13の模式図である。この多孔質体は、焼却灰を造粒してなる造粒体を、例えば仕切板と相似形状に成型し、焼成することにより製造できる。ここにおいて、多孔質体の空隙率は、造粒体の成型時に、造粒体にかける圧力の大きさにより変化する。すなわち、成型圧力が大きければ、造粒体同士の隙間が小さくなり、空隙率が低下する一方、成型圧力を小さく、または無圧にすると、隙間が大きくなり、空隙率が増加する。多孔質体の空隙率は、排ガスの濾過速度(空間速度)などにより適宜決められる。
FIG. 3 is a schematic view of a
なお、本実施形態のフィルタエレメントは、上述の実施形態に限られるものではなく、例えば、フィルタエレメント11の両側面部に多孔質体12を形成させてもよいし、多孔質体12を単独で用いてもよい。
In addition, the filter element of this embodiment is not restricted to the above-mentioned embodiment, For example, the
以上述べたように、本実施形態によれば、安価で大量に発生する下水汚泥焼却灰を再利用してなる粒状の焼成体、多孔質体またはこれらの組み合わせを、排ガス浄化フィルタのフィルタエレメントとして使用することにより、排ガス、特にディーゼルエンジン排ガス中の粒子状物質を効率的に捕集することができる。また、フィルタエレメントを上記構成とすることにより、排ガス浄化フィルタを簡単かつ安価に製造することができる。 As described above, according to the present embodiment, a granular fired body, a porous body, or a combination thereof obtained by reusing sewage sludge incineration ash that is produced in large quantities at low cost is used as a filter element of an exhaust gas purification filter. By using it, particulate matter in exhaust gas, particularly diesel engine exhaust gas, can be efficiently collected. Moreover, the exhaust gas purification filter can be easily and inexpensively manufactured by configuring the filter element as described above.
以下、実施例により本発明の効果について具体的に説明する。図4に本実施例における排ガス浄化用フィルタ試験機の構成図を示す。図に示すように、この試験機は、筒状の容器22内に、排ガスが通流する2枚の仕切板20を設け、それらの仕切板20に挟まれた空間に、汚泥焼却灰を焼成処理してなる市販の軽量細粒材(商品名:スラジライト)を充満させることにより、フィルタエレメント23を形成している。このフィルタエレメント23は、断面がφ200、厚みが20mmの空間からなる。また、容器22の一端は、ディーゼルエンジン21の排気系に接続されている。
Hereinafter, the effect of the present invention will be specifically described by way of examples. FIG. 4 shows a configuration diagram of an exhaust gas purifying filter testing machine in the present embodiment. As shown in the figure, this testing machine is provided with two
本実施例に用いるディーゼルエンジン21の諸元は以下の通りであり、灯油が燃料として供給される。
1)エンジン
型式 :6D16−T
定格出力:166PS1800RPM
総排気量:7545cc
2)発電機
型式 :デンヨーパワーSP、DCA−125SPMT
このように構成される排ガス浄化用フィルタ試験機において、ディーゼルエンジン21の運転時に排ガスを容器22内に導入し、フィルタエレメント23前後(IN,OUT)の排ガス中のすす濃度を測定することにより、フィルタエレメント23に捕集されるすすの捕集率を求めた。この場合において、ディーゼルエンジン21の負荷(エンジン出力)を0,1,2,3の順に増加させ、各負荷状態における排ガスの流量およびフィルタエレメント23前後の温度を測定した。なお、排ガス温度は、IN側を3箇所、OUT側を1箇所測定した。使用するスラジライトとしては、粗粒(粒径:0.6〜1.7mm)、細粒(粒径:1.8〜3.4mm)の2種類を使用した。
The specifications of the
1) Engine model: 6D16-T
Rated output: 166PS1800RPM
Total displacement: 7545cc
2) Generator type: Denyo power SP, DCA-125 SPMT
In the exhaust gas purification filter testing machine configured as described above, exhaust gas is introduced into the
排ガス中におけるすす(以下、適宜、Sootという。)の濃度は、フィルタエレメント23前後の容器22内に、それぞれスモークメータ(SMOKE METER、AVL社製)を取り付けて測定した。スモークメータの測定原理は、ろ紙に排ガスを通過させた後、ろ紙上の黒色部に光を照射してFSN(Filtrated Smoke Number)を測定し、その測定値に基づいてFSN−Soot換算グラフにより、すす量を求めるものである。
The concentration of soot (hereinafter referred to as “Soot” as appropriate) in the exhaust gas was measured by attaching smoke meters (SMOKE METER, manufactured by AVL) in the
以上の測定方法により、排ガス浄化用フィルタの捕集率を測定した結果を表1および表2に示す。なお、フィルタエレメント23を構成するスラジライトとして、粗粒を使用した場合を表1に示し、細粒を使用した場合を表2に示す。
Tables 1 and 2 show the results of measuring the collection rate of the exhaust gas purification filter by the above measurement method. In addition, as a sludgelite which comprises the
表1の結果によれば、エンジン負荷の上昇とともに、排ガス流量が増加し、これにより捕集率が低下する傾向が見られたが、最大で25%以上の高い捕集率が実現できた。これに対し、表2によれば、フィルタエレメント21の粒子を細かくすることにより、負荷変化による捕集率の振れが小さくなり、安定的に高い捕集率が得られることが判った。これは、スラジライトの細粒化にともない、排ガス流路がより複雑化したためと推測される。
According to the results in Table 1, although the exhaust gas flow rate increased with the increase in engine load, and the collection rate tended to decrease, a high collection rate of 25% or more could be realized at the maximum. On the other hand, according to Table 2, it was found that by making the particles of the
1 排ガス浄化用フィルタ
2,22 容器
3,4,20 仕切板
5 焼成体
11,13,23 フィルタエレメント
21 ディーゼルエンジン
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