JP2005066562A - Ceramic filter having organic chlorine compound decomposition function and method for purifying exhaust gas using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主として放射性廃棄物の焼却炉排ガスや溶融排ガスの処理の分野で用いられる、有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタ及びこれを用いた排ガス浄化方法に関するものである。 The present invention relates to a ceramic filter having a function of decomposing organochlorine compounds and a method for purifying exhaust gas using the same, which are mainly used in the field of incinerator exhaust gas and molten exhaust gas for radioactive waste.
従来から、原子力発電所や研究所などの放射性物質取り扱い施設において発生する放射性廃棄物のうち、可燃性放射性廃棄物は焼却炉で焼却され、また不燃性放射性廃棄物は溶融炉において溶融処理されている。その際に発生する焼却排ガスや溶融排ガスは、特許文献、特許文献2に示されるように、セラミックフィルタ装置に導かれて粒子状放射性物質が除去されている。
Conventionally, combustible radioactive waste is incinerated in an incinerator among radioactive waste generated in radioactive material handling facilities such as nuclear power plants and laboratories, and incombustible radioactive waste is melted in a melting furnace. Yes. Incinerated exhaust gas and molten exhaust gas generated at that time are guided to a ceramic filter device to remove particulate radioactive substances, as shown in Patent Documents and
このためのセラミックフィルタには、耐熱性と強度に優れた炭化ケイ素質、アルミナ質、もしくはコージライト質からなる多孔質セラミックフィルタが用いられており、過去長年にわたり安定に使用されてきた運転実績がある。ところが近年、排ガス中のダイオキシンなどの有機塩素化合物に対する規制が強くなっており、放射性廃棄物中に塩化ビニルシートなどの塩素含有物質が混入している場合には、排ガス中に含まれる有機塩素化合物をも確実に除去することが求められている。 For this purpose, porous ceramic filters made of silicon carbide, alumina, or cordierite with excellent heat resistance and strength are used, and have been used stably over the past many years. is there. However, in recent years, regulations on organochlorine compounds such as dioxin in exhaust gas have become stronger, and when chlorine-containing substances such as vinyl chloride sheets are mixed in radioactive waste, organochlorine compounds contained in exhaust gas. Is also required to be reliably removed.
そこで、セラミックフィルタ装置の後段に有機塩素化合物分解触媒を充填した触媒反応塔などを設置することも検討されているが、既設の設備の場合にはその設置スペースを確保することが容易ではなく、また新設設備の場合にも設置コスト及びランニングコストがかかるという問題があった。
本発明は上記した従来の問題点を解決し、有機塩素化合物分解装置を新たに設置することなく、粒子状放射性物質と同時に有機塩素化合物をも除去することができる有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタ及びこれを用いた排ガス浄化方法を提供するためになされたものである。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and has a function of decomposing organochlorine compounds, which can remove organochlorine compounds at the same time as particulate radioactive substances, without newly installing an apparatus for decomposing organochlorine compounds. The present invention has been made to provide a filter and an exhaust gas purification method using the filter.
上記の課題を解決するためになされた請求項1に記載の本発明の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタは、炭化ケイ素質、アルミナ質、もしくはコージライト質の粒子からなる多孔質で有底円筒状のセラミックフィルタであり、その内部に有機塩素化合物分解触媒粒子を分散担持させたことを特徴とするものである。このセラミックフィルタは、全長1〜2m、外径55〜65mm、肉厚5〜15mmのサイズを有することが好ましく、その平均気孔径が20〜50μm、気孔率が20〜40%であることが好ましい。また曲げ強度が10MPa以上であることが好ましい。 The ceramic filter having an organochlorine compound decomposition function of the present invention according to claim 1, which has been made to solve the above-mentioned problems, is porous and bottomed composed of silicon carbide, alumina, or cordierite particles. A cylindrical ceramic filter is characterized in that organochlorine compound decomposition catalyst particles are dispersed and supported therein. This ceramic filter preferably has a length of 1 to 2 m, an outer diameter of 55 to 65 mm, and a wall thickness of 5 to 15 mm, and preferably has an average pore diameter of 20 to 50 μm and a porosity of 20 to 40%. . The bending strength is preferably 10 MPa or more.
またこのセラミックフィルタは、フィルタ重量の1〜20重量%の有機塩素化合物分解触媒粒子を担持させたものであることが好ましく、有機塩素化合物分解触媒粒子は、Pt,Pd,Ru,Mn,Cr,V,W、Moよりなる群から選択された触媒成分と、TiO2またはAl2O3からなる触媒担体粒子とからなるものとすることが好ましい。またこの触媒担体粒子の50%平均粒子径が、0.1〜10μmであることが好ましい。 The ceramic filter preferably supports 1 to 20% by weight of the organic chlorine compound decomposition catalyst particles based on the weight of the filter, and the organic chlorine compound decomposition catalyst particles include Pt, Pd, Ru, Mn, Cr, It is preferable that the catalyst component is selected from the group consisting of V, W, and Mo and catalyst carrier particles made of TiO 2 or Al 2 O 3 . The 50% average particle diameter of the catalyst carrier particles is preferably 0.1 to 10 μm.
請求項8に記載の本発明の排ガス浄化方法は、可燃性放射性廃棄物を焼却炉で焼却し、その焼却排ガスを一次セラミックフィルタ装置で高温除塵したうえ、上記の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタがセットされた二次セラミックフィルタ装置で浄化することを特徴とするものである。この場合、一次セラミックフィルタ装置の運転温度を700〜900℃、二次セラミックフィルタ装置の運転温度を200〜500℃とすることが好ましく、二次セラミックフィルタ装置のろ過速度を1〜3cm/秒とすることが好ましい。 The exhaust gas purification method of the present invention according to claim 8 is a ceramic having the above-mentioned organic chlorine compound decomposition function after incineration of combustible radioactive waste in an incinerator, dusting the incinerated exhaust gas at a high temperature with a primary ceramic filter device. Purification is performed by a secondary ceramic filter device in which a filter is set. In this case, the operating temperature of the primary ceramic filter device is preferably 700 to 900 ° C., the operating temperature of the secondary ceramic filter device is preferably 200 to 500 ° C., and the filtration rate of the secondary ceramic filter device is 1 to 3 cm / sec. It is preferable to do.
請求項11に記載の本発明の排ガス浄化方法は、可燃性放射性廃棄物を焼却炉で焼却し、その焼却排ガス中の未燃分を二次燃焼室で燃焼したうえ、排ガスを空気混合、水噴霧、熱交換等により冷却し、上記の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタがセットされたセラミックフィルタ装置で浄化することを特徴とするものである。この場合、二次燃焼室の運転温度を800℃以上、セラミックフィルタ装置の運転温度を200〜500℃とすることが好ましく、セラミックフィルタ装置のろ過速度を1〜3cm/秒とすることが好ましい。
In the exhaust gas purification method of the present invention according to
請求項14に記載の本発明の排ガス浄化方法は、不燃性放射性廃棄物を溶融炉で溶融し、その溶融排ガスを上記の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタがセットされたセラミックフィルタ装置で浄化することを特徴とするものである。この場合、セラミックフィルタ装置の運転温度を200〜500℃とすることが好ましく、セラミックフィルタ装置のろ過速度を1〜3cm/秒とすることが好ましい。セラミックフィルタ装置の運転温度は排ガスダストに亜鉛、鉛等の低融点物質が多量含まれている場合には、なかでも200〜300℃とすることが好ましい。
According to the exhaust gas purification method of the present invention as set forth in
本発明の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタは、耐熱性と強度に優れた炭化ケイ素質、アルミナ質、もしくはコージライト質の粒子からなる多孔質で有底円筒状のセラミックフィルタの内部に有機塩素化合物分解触媒粒子を分散担持させたものである。このため従来と同様に粒子状放射性物質を確実に除去することができるうえ、セラミックフィルタの内部でダイオキシンなどの有機塩素化合物を分解除去することができる。このため有機塩素化合物分解装置を新たに設置することなく、粒子状放射性物質と同時に有機塩素化合物をも除去することができる。 The ceramic filter having a function of decomposing an organic chlorine compound of the present invention is organic in a porous bottomed cylindrical ceramic filter made of silicon carbide, alumina, or cordierite particles having excellent heat resistance and strength. In this case, chlorine compound decomposition catalyst particles are dispersed and supported. For this reason, the particulate radioactive substance can be reliably removed as in the prior art, and an organic chlorine compound such as dioxin can be decomposed and removed inside the ceramic filter. Therefore, the organic chlorine compound can be removed simultaneously with the particulate radioactive material without installing a new organic chlorine compound decomposition apparatus.
また請求項8記載の本発明の排ガス浄化方法によれば、可燃性放射性廃棄物の焼却排ガスを一次セラミックフィルタ装置で高温除塵したうえ、上記のセラミックフィルタがセットされた二次セラミックフィルタ装置で更に除塵するので、従来と同様に粒子状放射性物質を確実に除去することができるうえ、セラミックフィルタの内部でダイオキシンなどの有機塩素化合物を分解除去することができる。焼却排ガス中には多量のダストが含まれるが、一次セラミックフィルタ装置で高温除塵されるので、二次セラミックフィルタ装置の有機塩素化合物分解機能が損なわれることはない。 According to the exhaust gas purification method of the present invention as set forth in claim 8, the incineration exhaust gas of the combustible radioactive waste is subjected to high temperature dust removal with the primary ceramic filter device, and further, with the secondary ceramic filter device in which the ceramic filter is set. Since dust is removed, the particulate radioactive material can be reliably removed as in the prior art, and organic chlorine compounds such as dioxin can be decomposed and removed inside the ceramic filter. Although a large amount of dust is contained in the incineration exhaust gas, since the high temperature dust is removed by the primary ceramic filter device, the organic chlorine compound decomposition function of the secondary ceramic filter device is not impaired.
また請求項11記載の本発明の排ガス浄化方法によれば、可燃性放射性廃棄物を焼却炉で焼却し、その焼却排ガス中の未燃分を二次燃焼室で二次燃焼したうえ、上記のセラミックフィルタがセットされたセラミックフィルタ装置で浄化するので、二次燃焼ガス中に含まれる粒子状放射性物質を確実に除去することができるうえ、セラミックフィルタの内部でダイオキシンなどの有機塩素化合物を分解除去することができる。
According to the exhaust gas purification method of the present invention as set forth in
更に請求項14記載の本発明の排ガス浄化方法によれば、不燃性放射性廃棄物の溶融排ガスを上記のセラミックフィルタがセットされたセラミックフィルタ装置で浄化することにより、溶融排ガス中に含まれる粒子状放射性物質を確実に除去することができるうえ、セラミックフィルタの内部でダイオキシンなどの有機塩素化合物を分解除去することができる。溶融排ガス中に含まれるダストは焼却排ガスに比較して微量であるから、このように直接セラミックフィルタに通しても、有機塩素化合物分解機能が損なわれることはない。
Furthermore, according to the exhaust gas purification method of the present invention as set forth in
図1は、本発明の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタの構成を概念的に示した図である。このセラミックフィルタは、前記した特許文献1、2にも示されるように、首部を支持板に支持させて用いられるキャンドル型と呼ばれる有底円筒状のものである。現在、各原子力発電所で使用されている排ガス浄化用のセラミックスフィルタと同じく、全長1〜2m、外径55〜65mm、肉厚5〜15mmのサイズを有するものとする。特に肉厚を5〜15mmとすることは排ガス中に含まれる粒子状放射性物質を確実に除去するうえでも強度の点でも必要であり、肉厚が5mmよりも薄いサイズは、粒子状放射性物質の捕捉性能の点でも、強度の点でも不適当である。しかし15mmを越えると圧損が過大となるので好ましくない。肉厚が5mmよりもはるかに薄いハニカム構造体は、粒子状放射性物質の捕捉性能の点で不適当である。
FIG. 1 is a diagram conceptually showing the structure of a ceramic filter having an organochlorine compound decomposition function of the present invention. As shown in
このセラミックフィルタは、炭化ケイ素質、アルミナ質、もしくはコージライト質の粒子1を焼結させた多孔質体である。これらの材質に限定したのは、強度、耐熱性、コストのバランスを考慮すると、これらの材質が実用的であるためである。 This ceramic filter is a porous body obtained by sintering particles 1 of silicon carbide, alumina, or cordierite. The reason for limiting to these materials is that these materials are practical considering the balance of strength, heat resistance, and cost.
本発明では図1に示されるように、これらの粒子1により形成される多孔質体内部に、有機塩素化合物分解触媒粒子2が分散担持されている。有機塩素化合物分解触媒粒子2は、TiO2またはAl2O3からなる触媒担体粒子3の表面に、Pt,Pd,Ru,Mn,Cr,V,W、Moよりなる群から選択された触媒成分4を担持させたものである。これらの触媒担体粒子3は大きな表面積を持つので、触媒成分4が排ガスと接触する有効表面積を増加させるうえで効果的である。触媒担体粒子3をなくし、多孔質体内部に触媒成分4を直接分散させただけでは十分な触媒活性が得られない。
In the present invention, as shown in FIG. 1, organochlorine compound
触媒担体粒子3の50%平均粒子径は、0.1〜10μmとすることが好ましい。この範囲よりも大径となると触媒担体粒子3をセラミックフィルタ内部に分散担時させにくく、この範囲よりも小径となると担時後のセラミックフィルタの圧損が大きくなるからである。
The 50% average particle size of the
なお、触媒担体粒子3をTiO2またはAl2O3からなるものとしたのは、これらが排ガス中に含まれるSOXに対する耐性に優れるためである。なかでも触媒担体粒子3としてTiO2を用いることが特に好ましい。触媒成分4をPt,Pd,Ru,Mn,Cr,V,W、Moよりなる群から選択したのは、実用的な有機塩素化合物分解機能を有するためである。なかでも触媒成分4として、Pt,Pd,V,Wを用いることが特に好ましい。有機塩素化合物分解触媒粒子2は、フィルタ重量の1〜20重量%を担持させるものとする。1重量%未満では有機塩素化合物分解機能が不十分であり、20重量%を越えて担持させるとフィルタ圧損が増加するので好ましくない。
The reason why the
このように有機塩素化合物分解触媒粒子2を分散担持させた本発明のセラミックフィルタは、平均気孔径が20〜50μm、気孔率が20〜40%とすることが好ましい。平均気孔径がこれより小さいと圧損が高くなり、逆にこれより大きいと粒子状放射性物質を確実に除去することができない。また気孔率が20%未満であると圧損が高くなり、40%を越えると強度が不十分となる。放射性排ガス除去の用途に用いるためには曲げ強度が10MPa以上であることが要求されており、上記の数値範囲を満たすことにより10MPa以上の強度を達成できる。
Thus, it is preferable that the ceramic filter of the present invention in which the organic chlorine compound
セラミックフィルタの内部に有機塩素化合物分解触媒粒子2を分散担持させるには、有機塩素化合物分解触媒粒子2をスラリーとしてその中に多孔質のセラミックフィルタを浸漬して含浸させ、乾燥させる方法を取ることができる。この工程を繰り返すことにより、担持量を変えることができる。後記する実施例に示すように、触媒の担持量を増加させると圧損も増加するので、触媒の担持による初期圧損の増加を担持前の1〜3倍の範囲にとどめることが好ましい。なお、スラリーを含浸させた後に焼成してもよいが、焼成せずにそのまま設置しても運転温度により焼成されるため、焼成は省くことができる。以下にこの有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタの具体的な使用方法を示す。
In order to disperse and support the organochlorine compound
図2は請求項8〜10の発明の実施形態を示す図であり、10は可燃性放射性廃棄物を焼却する焼却炉、11はその焼却排ガスを高温除塵する一次セラミックフィルタ装置、12はその後段に配置された二次セラミックフィルタ装置である。ここでは二次セラミックフィルタ装置12には、上記した有機塩素化合物分解機能を有するキャンドル型のセラミックフィルタをセットして用いている。
FIG. 2 is a view showing an embodiment of the invention of claims 8 to 10, wherein 10 is an incinerator for incinerating combustible radioactive waste, 11 is a primary ceramic filter device for removing dust from the incineration exhaust gas at high temperature, and 12 is a subsequent stage. Is a secondary ceramic filter device. Here, in the secondary
紙、布、樹脂などの可燃性放射性廃棄物は焼却炉10で焼却され、焼却灰は焼却炉10の下部から灰ドラムボックス13に排出される。数百℃の焼却排ガスは一次セラミックフィルタ装置11に導かれて除塵されたうえ、有機塩素化合物分解機能を有する二次セラミックフィルタ装置12に導かれる。焼却排ガスに含まれる粒子状放射性物質はこれらの一次、二次のセラミックフィルタにより確実に除去されるとともに、焼却排ガスに含まれるダイオキシン等の有機塩素化合物は二次セラミックフィルタ装置12にセットされた本発明のセラミックフィルタを通過する際に有機塩素化合物分解触媒粒子2により分解除去される。その後、焼却排ガスは空気混合器14により冷却されたうえで、HEPAフィルタ15を経て大気中に排出される。予め除塵された焼却排ガスが二次セラミックフィルタ装置12に導かれるので、目詰まりによる触媒活性の低下が生じにくい。
Combustible radioactive waste such as paper, cloth, and resin is incinerated in the
なお、一次セラミックフィルタ装置11の運転温度を700〜900℃、二次セラミックフィルタ装置12の運転温度を200〜500℃とすることが好ましい。二次セラミックフィルタ装置12の運転温度が200℃未満であると有機塩素化合物分解触媒の活性が低下し、逆に500℃を超えるとセラミックフィルタにシンタリングが生じてやはり触媒活性が低下するためである。
In addition, it is preferable that the operating temperature of the primary
また、二次セラミックフィルタ装置12のろ過速度を、1〜3cm/秒とすることが好ましい。ろ過速度がこれより遅いと設備の大型化を招き、これより速いと焼却排ガスと有機塩素化合物分解触媒粒子2との接触反応時間が不足し、十分に有機塩素化合物を分解できなくなるためである。このように本発明によれば、従来から設置されている二次セラミックフィルタ装置12として、有機塩素化合物分解機能を有するキャンドル型のセラミックフィルタを用いることによって、設備を新設することなく焼却排ガスに含まれるダイオキシン等の有機塩素化合物を分解除去することができる。なお、二次セラミックフィルタ装置12の直前で燃焼排ガス中にアンモニアガスを注入することにより、有機塩素化合物とともの窒素酸化物を同時に分解除去することもできる。
Moreover, it is preferable that the filtration rate of the secondary
図3は請求項11〜13の発明の実施形態を示す図である。10は可燃性放射性廃棄物を焼却する焼却炉、16はその焼却排ガス中の未燃分を二次燃焼する二次燃焼室である。二次燃焼室16から排出された二次燃焼ガスは本発明のセラミックフィルタがセットされたセラミックフィルタ装置17で浄化される。図2の場合と同様に、この二次燃焼室16の運転温度を800℃以上、セラミックフィルタ装置17の運転温度を200〜500℃とすることが好ましい。またセラミックフィルタ装置17のろ過速度を、1〜3cm/秒とすることが好ましい。
FIG. 3 is a view showing an embodiment of the invention of claims 11-13. 10 is an incinerator for incinerating combustible radioactive waste, and 16 is a secondary combustion chamber for secondary combustion of unburned components in the incineration exhaust gas. The secondary combustion gas discharged from the
図4は請求項14〜16の発明の実施形態を示す図である。20は不燃性放射性廃棄物を溶融する溶融炉であり、ここではキャニスタ内で誘導加熱を行う高周波溶融炉が用いられている。その溶融排ガスは本発明の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタがセットされたセラミックフィルタ装置17で浄化される。
FIG. 4 is a view showing an embodiment of the inventions of claims 14-16.
この場合にも、溶融排ガス中に含まれる粒子状放射性物質は確実に除去されるとともに、溶融排ガス中に含まれるダイオキシン等の有機塩素化合物は本発明のセラミックフィルタを通過する際に分解除去される。溶融排ガスのダスト濃度は焼却排ガスよりも低いので、このように直接除塵しても目詰まりによる触媒活性の低下は生じにくい。 Also in this case, the particulate radioactive material contained in the molten exhaust gas is surely removed, and the organic chlorine compound such as dioxin contained in the molten exhaust gas is decomposed and removed when passing through the ceramic filter of the present invention. . Since the dust concentration of the molten exhaust gas is lower than that of the incineration exhaust gas, even if the dust is directly removed in this way, the catalyst activity is hardly lowered due to clogging.
セラミックフィルタ装置17の運転温度は、150〜300℃とすることが好ましい。150℃未満では触媒活性が低下し、300℃を超えると後段のHEPAフィルタ15に悪影響を与えるためである。また前記したと同じ理由により、セラミックフィルタ装置17のろ過速度を1〜3cm/秒とすることが好ましい。
The operating temperature of the
このように本発明によれば、従来から設置されているセラミックフィルタ装置17に有機塩素化合物分解機能を有する本発明のセラミックフィルタを用いることによって、設備を新設することなく溶融排ガスに含まれるダイオキシン等の有機塩素化合物を分解除去することができる。
As described above, according to the present invention, by using the ceramic filter of the present invention having the function of decomposing organochlorine compounds in the
TiO2粒子の表面にV2O5粒子を付着させたV2O5−TiO2触媒を平均粒径が5μmになるまで粉砕し、水に分散させて約2wt%のスラリーとした。このスラリー中に炭化ケイ素質の粒子からなる有底円筒状の多孔質セラミックフィルタ(全長1.5m、外径60mm、肉厚10mm、平均気孔径40μm、気孔率30%)を浸漬し、担持量の異なる3種類のセラミックフィルタを得た。
A V 2 O 5 —TiO 2 catalyst having V 2 O 5 particles attached to the surface of TiO 2 particles was pulverized until the average particle size became 5 μm, and dispersed in water to give a slurry of about 2 wt%. A bottomed cylindrical porous ceramic filter (total length 1.5 m, outer diameter 60 mm,
1 炭化ケイ素質、アルミナ質、もしくはコージライト質の粒子
2 有機塩素化合物分解触媒粒子
3 触媒担体粒子
4 触媒成分
10 焼却炉
11 一次セラミックフィルタ装置
12 二次セラミックフィルタ装置
13 灰ドラムボックス
14 空気混合器
15 HEPAフィルタ
16 二次燃焼室
17 セラミックフィルタ装置
20 溶融炉
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Particles of silicon carbide, alumina or
Claims (16)
The exhaust gas purification method according to claim 14, wherein the filtration rate of the ceramic filter device is 1 to 3 cm / sec.
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JP2010217090A (en) * | 2009-03-18 | 2010-09-30 | Ngk Insulators Ltd | Method for incinerating silicone oil discharged from nuclear facility |
JP2018513777A (en) * | 2015-03-20 | 2018-05-31 | ハルドール・トプサー・アクチエゼルスカベット | Catalytic ceramic candle filter and process off-gas or exhaust gas cleaning method |
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