JP2005205291A

JP2005205291A - 活性炭素繊維シート、排煙中の有害物質の除去方法又は装置

Info

Publication number: JP2005205291A
Application number: JP2004013485A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Tatsuhara; 潔龍原; Akinori Yasutake; 昭典安武; Hiroshi Kako; 博加古; Takafuru Kobayashi; 敬古小林; Takashi Kurisaki; 隆栗崎
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-01-21
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【課題】活性点の阻害がなく、長期間に亙って良好な有害物質の分解処理をすることができる活性炭素繊維シート、それを用いた排煙中の有害物質の除去方法又は装置を提供する。
【解決手段】表面が疎水性のバインダーと活性炭素繊維とを混合し、シート成形してなる活性炭素繊維シートであり、この活性炭素繊維シートを用いて触媒層１０７を形成し、該触媒層１０７を浄化塔１０４内に内装し、例えばボイラ１００からの排ガス１０７中の硫黄酸化物等を分解する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラ等の排煙中の窒素酸化物、硫黄酸化物等の有害物質の除去用として好適な活性炭素繊維シート、それを用いた排煙中の有害物質の除去方法又は装置に関する。

従来、活性炭法による排煙処理として、例えば粒状活性炭及びペレット状活性炭に処理ガスを透過接触させ、窒素酸化物、硫黄酸化物等の有害成分を吸着除去する方法が提案されている（特許文献１）。しかしながら、このような方法では、活性炭層を処理ガスが透過流通する際に、過大な圧力損失を生じ、それを補う大量の通風機動力を必要とし、その結果として設備の大型化・複雑化も避けられない、という問題があった。

そのため、圧力損失を低減する目的で活性炭素繊維を用いハニカム状の成型体を作り、これを用いて排煙中の窒素酸化物、硫黄酸化物等を処理する方法が提案されている（特許文献２）。

特開昭５５−８８８０号公報特開昭６４−１１６２６号公報

しかしながら、従来の装置では、活性炭素繊維が繊維状であるので、ハニカム状に成型するために、まず、シート状に成形する場合において、バインダーを必要とするが、該バインダーの静電防止、潤滑性、撥水性、親水性付与の目的で種々の油剤や、酸化防止、重合剤等の添加剤や、バインダー製造における重合途中のバインダー分解物が含まれているので、該油剤、添加剤、分解粒等が排ガス処理中に溶出し、活性炭素繊維の活性点に付着して劣化の原因となるという、問題がある。

この結果、活性炭素繊維の寿命が縮まり、排ガス処理能力が低下するという問題がある。

近年、環境規制がますます厳しくなり、工場排出ガスなどの有害成分を含むガスの分解処理が急務であり、寿命が長くしかも浄化効率のよい排ガス浄化装置の出現が望まれている。

本発明は、上記問題に鑑み、活性炭素繊維の寿命が長く、排ガス処理能力が長期に亙って持続する活性炭素繊維シート、それを用いた排煙中の有害物質の除去方法又は装置を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、表面が疎水性のバインダーと活性炭素繊維とを混合し、シート成形してなることを特徴とする活性炭素繊維シートにある。

第２の発明は、第１の発明において、バインダーが、希硫酸処理した際に、活性炭素繊維の活性点を阻害する物質の溶出がないものであることを特徴とする活性炭素繊維シートにある。

第３の発明は、第１の発明において、バインダーが、温水処理した際に、活性炭素繊維の活性点を阻害する物質の溶出がないものであることを特徴とする活性炭素繊維シートにある。

第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、活性炭素繊維が、繊維直径８〜２０μｍ、繊維長０．１〜５０ｍｍ、窒素吸着によるＢＥＴ比表面積７００〜２，５００ｍ²／ｇの範囲のものであることを特徴とする活性炭素繊維シートにある。

第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、活性炭素繊維シートが、活性炭素繊維５０〜９５重量部と、バインダー５〜５０重量部とからなり、その密度が０．０５〜０．３ｇ／ｍｌで、厚みが０．１〜２ｍｍであることを特徴とする活性炭素繊維シートにある。

第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、バインダーが、ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維及びポリプロピレン繊維の少なくとも一種からなることを特徴とする活性炭素繊維シートにある。

第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つの発明において、芯材を有することを特徴とする活性炭素繊維シートにある。

第８の発明は、第１〜７のいずれか一つに記載の活性炭素繊維シートを用いることを特徴とする排煙中の有害物質の除去方法にある。

第９の発明は、第１〜７のいずれか一つに記載の活性炭素繊維シートを浄化塔内に設置してなり、排煙中の有害物質を除去してなることを特徴とする排煙中の有害物質の除去装置にある。

本発明によれば、活性炭素繊維の活性点の阻害がなく、長期間に亙って、有害物質を分解することができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による活性炭素繊維シートについて、詳細に説明する。
本実施例にかかる活性炭素繊維シートは、表面が疎水性のバインダーと活性炭素繊維とを混合し、シート成形してなるものである。
この表面を疎水性とすることで、排ガス処理した際に、活性炭素繊維の活性点を阻害する物質の溶出が少なく、長期間に亙って活性を維持することができ、例えば脱硝又は脱硫処理を長期間に亙って良好に行うことができる。

また、前記バインダーが、希硫酸処理した際に、活性炭素繊維の活性点を阻害する物質の溶出がないものであることが好ましい。これは、希硫酸処理により、阻害物質の溶出がない場合には、活性点が阻害されことがなく、脱硝又は脱硫処理を持続することができるからである。
前記希硫酸処理の温度は、６０℃以上、好ましくは８０℃程度で処理をすることがよい。

また、前記バインダーが、温水処理した際に、活性炭素繊維の活性点を阻害する物質の溶出がないものであることが好ましい。これは、温水処理により、阻害物質の溶出がない場合には、活性点が阻害されることがなく、脱硝又は脱硫処理を持続することができるからである。

前記温水処理の温度は、６０℃以上、好ましくは８０℃程度で処理をすることがよい。

よって、バインダーを選定する場合には、希硫酸処理又は温水処理において、溶出物がないもの、又は溶出物があっても極めて少ないものを選定することが肝要となる。

ここで、活性炭素繊維シートは、通常、活性炭素繊維にバインダーを混合して抄紙することにより、得られる。

原料として用いる活性炭素繊維の種類としては、特に制限はなく、ピッチ系、ポリアクリロニトリル系、フェノール系、セルロース系等の公知の活性炭素繊維をいずれも用いることができる。また、市販品を用いることができる。更に、活性炭素繊維には、必要に応じて、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗ等の金属元素を担持させても良い。

抄紙する原料としての活性炭素繊維は、繊推直径が８〜２０μｍ、繊維長が０．１〜５０ｍｍ、窒素吸着によるＢＥＴ比表面積が７００〜２，５００ｍ²／ｇの範囲のものが適している。

活性炭素繊推とバインダーとの抄紙配合比は、通常、該繊維が５０〜９５重量部、バインダーが５〜５０重量部の範囲内であるのが好ましい。バインダーとしては、熱可塑性を有する高分子繊維のポリエチレン繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維等から選ばれる一種の繊維又は二種以上を含有する複合繊維等が好適である。無機質繊維を少量配合することも強度増加の観点から有効である。

活性炭素繊維シートは、常法に従って、抄紙することによって、得ることができる。抄紙後の密度が０．０５〜０．３ｇ／ｍｌ程度、厚みが０．１〜２ｍｍ程度であれば、市販の抄紙機で製作可能である。

また、活性炭素繊維シートの裏面に芯材シートを有するようにしてもよい。さらに、活性炭素繊維で芯材シートを挟むようにした三層積層構造とするようにしてもよい。
この三層構造とすることで、活性炭素繊維の有効ガス接触面積の増大や、機械的強度の向上等の効果が得られる。

抄紙後に加熱下で加圧プレスして、活性炭素繊維とバインダーとを熱融着するようにしている。
また、芯材シート構造とする場合には、上記芯材シートを上記活性炭素繊維シートとを合わせ又は挟み、加熱下で加圧プレスして、バインダー成分を熱融着させ、密着させることにより、容易に製造でき、二層積層構造、三層積層構造とすることができる。

前記加熱温度は、バインダー成分の種類により変動するが、通常、１２０〜２００℃程度であるのが適当である。

活性炭素繊維シートの厚みは、通常、０．２５〜５ｍｍ程度、好ましくは１ｍｍ前後とするのが適当である。また、二層又は三層構造とする場合には、芯材シートの厚みは、０．０５〜３ｍｍ程度であり、芯材と積層する場合の活性炭素繊維抄紙シートの厚みは０．１〜２ｍｍ程度とするのが適当である。

本発明の上活性炭素繊維シートは、例えば段ボール紙等を製造するコルゲート加工機により、波板状にコルゲート加工することができ、その加工後に波板形状を強固に保持することができる。また、このコルゲート加工した波板状成型体と加工していない平板状成型体を、交互に積層させることにより、多層構造の活性炭素繊維触媒層とすることができる。かかる多層構造活性炭素繊維触媒層は、排煙等の各種ガス処理用として極めて好適に使用できる。

ここで、本発明の効果を示す試験例について説明する。
図４は試験例に用いた反応装置の概略図である。図４に示すように、この反応装置は、Ｕ字型の反応管１と、反応管１の中間部分に設けた希硫酸を溜める硫酸溜２と、Ｕ字管の右側部分中央に配置した活性炭素繊維３と、模擬ガス４及び水５を投入する投入部６と浄化ガス７を排出する排出部８とから構成されている。

試験品の活性炭素繊維Ａ〜Ｅは、以下のとおりである。
活性炭素繊維Ａ：活性炭素繊維のみ
活性炭素繊維Ｂ：疎水性のバインダーを用い、８０℃３０％希硫酸に２０時間浸漬処理し、その後バインダーを除いた希硫酸を得た後、該希硫酸に活性炭素繊維を浸漬したもの。なお、前記希硫酸には阻害物の溶出は無かった。
活性炭素繊維Ｃ：疎水性のバインダーを用い、６０℃温水に２０時間浸漬処理し、その後バインダーを除いた温水を得た後、該温水に活性炭素繊維を浸漬したもの。なお、前記温水には阻害物の溶出は無かった。
活性炭素繊維Ｄ：疎水性のバインダーを用い、８０℃３０％希硫酸に２０時間浸漬処理し、その後バインダーを除いた希硫酸を得た後、該希硫酸に活性炭素繊維を浸漬したもの。なお、前記希硫酸には阻害物の溶出が認められた。
活性炭素繊維Ｅ：親水性のバインダーを用い、８０℃３０％希硫酸に２０時間浸漬処理し、その後バインダーを除いた希硫酸を得た後、該希硫酸に活性炭素繊維を浸漬したもの。なお、前記希硫酸には阻害物の溶出が認められた。
ここで、阻害物は、現時点では特定できないが、例えばエステル基を有する低分子量の物質であると推察される。

前記各々の活性炭素繊維０.０８ｇを用いて、模擬ガス（ガス量：２００ｃｃ／ｍｉｎ）を流し、脱硫率を測定した。
その結果を下記「表１」に示す。なお、模擬ガスの組成は表下部に記載した。

「表１」から明らかなように、希硫酸処理によって溶出物のないもの（活性炭素繊維Ｂ）及び温水処理によって溶出物のないもの（活性炭素繊維Ｃ）は、活性炭素繊維のみ（活性炭素繊維Ａ）とほぼ同様の脱硫率を示した。
疎水性バインダーで溶出物があるものを用いた活性炭素繊維Ｄは、親水性バインダーで溶出物があるものを用いた活性炭素繊維Ｅよりも脱硫率が良好であった。
これにより、希硫酸処理、温水処理により、溶出物がないバインダーを用いると、脱硫率が良好であることが判明した。

また、下記「表２」に、前記表１の結果を踏まえ、ガス量が１０，０００ｍ³／ｈ、ＳＯ₂が８００ｐｐｍ含む排ガスを処理する場合の活性炭素繊維Ａ乃至Ｅの必要使用量を示す。
「表２」に示すように、活性炭素繊維Ａ乃至Ｄのものは活性炭素繊維Ｅのものよりも触媒使用量が少なくてよく、特に、活性炭素繊維Ｂ，活性炭素繊維Ｃの場合には、活性炭素繊維のみの場合とほぼ同等の使用量で済むことになり、経済的である。

次に、本発明の活性炭素繊維シートを用いた排ガス処理装置の概略を説明する。

本実施の形態の排ガス処理装置は、ボイラ１００等から排出された排ガス１０３を流通する浄化塔１０４と、上記浄化塔１０４内に設けられ、供給される水１０５により残留した硫黄酸化物を酸化し、希硫酸１０６を製造する活性炭素繊維シートで形成される触媒層１０７と、浄化塔１０４で浄化された浄化ガス１０９を排出する煙突１１０とを具備するものである。

この脱硫の際、上記触媒層１０７ではその強力な酸化力により、排ガス中の硫黄酸化物から希硫酸１０６を製造している。この得られた希硫酸は、例えば石灰―石膏法では、この希硫酸１０６を石膏化の酸化条件の調整のための酸化助剤として用いている。

ここで、図２を参照して浄化排ガス１０３中の微量の硫黄酸化物を脱硫する方法について説明する。
本実施例では、排ガス１０３は押込みファン１２１により下部側壁の導入部から浄化塔１０４内に導入される。浄化塔１０４の内部には活性炭素繊維シートで形成される触媒層１０７が備えられ、該触媒層１０７には硫酸生成用の水１０５が水タンク１１１ａと供給ポンプ１１１ｂとからなる水供給手段１１１から供給される。供給手段１１１からの水１０５が上部から供給すると共に、上記触媒層１０７の内部に浄化排ガス１０３を下部から通過させることにより、浄化排ガス１０３からＳＯｘを反応除去する。触媒層１０７を通過した浄化ガス１０９は浄化塔１０４上部の排出部から排出され、煙突を通して大気に放出される。

上記触媒層１０７は複数の活性炭素繊維シートの層状体からなる触媒を備え、各々の活性炭素繊維層の表面では、例えば、以下の反応により脱硫反応が生じる。
即ち、
（１）触媒の活性炭素繊維層への排ガス中の二酸化硫黄ＳＯ₂の吸着。
（２）吸着した二酸化硫黄ＳＯ₂と排ガス中の酸素Ｏ₂（別途供給することも可である）との反応による三酸化硫黄ＳＯ₃への酸化。
（３）酸化した三酸化硫黄ＳＯ₃の水Ｈ₂Ｏへの溶解による硫酸Ｈ₂ＳＯ₄の生成。
（４）生成された硫酸Ｈ₂ＳＯ₄の活性炭素繊維層からの離脱。

この時の反応式は以下の通りである。
ＳＯ₂＋１／２Ｏ₂＋Ｈ₂ Ｏ→Ｈ₂ＳＯ₄

このようにして、触媒層１０７の活性炭素繊維層の中で浄化排ガス１０３中の二酸化硫黄（ＳＯ₂）を吸着して酸化し、水（Ｈ₂Ｏ）と反応させて硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）を生成して離脱除去することにより、排ガス中の脱硫が行われる。

図２は、本実施の形態にかかる浄化塔１０４の模式概略図であり、図３は活性炭素繊維層の斜視図である。
図２に示すように、浄化塔１０４は、硫黄酸化物を含有する排ガス１０３の導入口を上記浄化塔の側壁に有し、該排ガス１００の排出口１２を上部に有すると共に、該浄化塔１０４内に設けられた活性炭素繊維層からなる触媒層１０７の上方に硫酸生成用の水の供給器である散水ノズル１２２を備えてなると共に、浄化塔の下方側には供給された浄化排ガス１０３を整流化する分散穴１２３を有する整流板１２４が配設されている。

図３に示すように、触媒層１０７の一単位を形成する活性炭素繊維層１２５は、平板状の平板活性炭素繊維シート１２６と波板状の波板活性炭素繊維シート１２７とが交互に積層され、間に形成される直線状の空間が通路１２８となり、該通路１２８が上下に延びた状態になっている。
平板活性炭素繊維シート１２６及び波板活性炭素繊維シート１２７は板状であると共に、上記波板活性炭素繊維シート１２７は、さらに例えばコルゲータ等を用いて波型に成型されている。
また、波板状とする以外に、例えばハニカム形状等、排ガスが活性炭素繊維シートに対して平行に通過する形状に成形するようにしてもよい。

そして、図２に示すように、散水ノズル１２２から水が噴霧状に供給されると共に浄化排ガス１０３が下から送られ、活性炭素繊維層１２５を流通した水１０５は粒径が数ｍｍ程度となって下部に落下する。
そして、浄化排ガス１０３は、平板活性炭素繊維シート１２６及び波板活性炭素繊維シート１２７を交互に積層して形成される通路１２８を流通するようになっているので、圧力損失の増大が抑制されている。

本発明にかかる活性炭素繊維シートを用いて触媒層１０７を形成するので、長期間に亙って良好な脱硫処理を行うことができる。

また、本実施例で説明した脱硫のみならず、排煙中の有害物質である窒素酸化物の脱硝においても本発明の活性炭素繊維シートを用いることで、寿命が長くしかも浄化効率が良好な排煙処理を行うことができる。

以上のように、本発明にかかる活性炭素繊維シートは、活性点の阻害がなく、長期間に亙って良好な有害物質の分解処理をすることができ、脱硫装置又は脱硝装置に適用することができる。

排ガス処理装置の概略図である。浄化塔の模式図である。活性炭素繊維層の斜視図である。試験装置の概略図である。

符号の説明

１００ボイラ
１０３排ガス
１０４浄化塔
１０５水
１０７触媒層
１０９浄化ガス
１１０煙突

Claims

表面が疎水性のバインダーと活性炭素繊維とを混合し、シート成形してなることを特徴とする活性炭素繊維シート。
請求項１において、
バインダーが、希硫酸処理した際に、活性炭素繊維の活性点を阻害する物質の溶出がないものであることを特徴とする活性炭素繊維シート。
請求項１において、
バインダーが、温水処理した際に、活性炭素繊維の活性点を阻害する物質の溶出がないものであることを特徴とする活性炭素繊維シート。
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて
活性炭素繊維が、繊維直径８〜２０μｍ、繊維長０．１〜５０ｍｍ、窒素吸着によるＢＥＴ比表面積７００〜２，５００ｍ²／ｇの範囲のものであることを特徴とする活性炭素繊維シート。
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて
活性炭素繊維シートが、活性炭素繊維５０〜９５重量部と、バインダー５〜５０重量部とからなり、その密度が０．０５〜０．３ｇ／ｍｌで、厚みが０．１〜２ｍｍであることを特徴とする活性炭素繊維シート。
請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
バインダーが、ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維及びポリプロピレン繊維の少なくとも一種からなることを特徴とする活性炭素繊維シート。
請求項１乃至６のいずれか一つにおいて、
芯材を有することを特徴とする活性炭素繊維シート。
請求項１〜７のいずれか一つに記載の活性炭素繊維シートを用いることを特徴とする排煙中の有害物質の除去方法。
請求項１〜７のいずれか一つに記載の活性炭素繊維シートを浄化塔内に設置してなり、排煙中の有害物質を除去してなることを特徴とする排煙中の有害物質の除去装置。