JP2006068667A - 燃焼廃ガスの処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 焼却炉からの燃焼廃ガスは、ダイオキシン等の有害物質が含まれていることがあり、最近ではそのまま大気放出できない場合も多い。このようなことを防止するため、焼却するものを選ぶ、相当高温にする、燃焼廃ガスを再処理する等が行われている。しかし、どれも問題がある。そこで、焼却炉の燃焼廃ガスを簡単に、安全に、かつ安価に、無害化できる装置を提供する。
【解決手段】 焼却炉からの燃焼廃ガスの通路に、酸化チタンの微粒子を充填した反応器を設けたもの。
【選択図】 図１
【解決手段】 焼却炉からの燃焼廃ガスの通路に、酸化チタンの微粒子を充填した反応器を設けたもの。
【選択図】 図１
Description
本発明は、燃焼廃ガスの処理装置に関するものである。
焼却炉からの燃焼廃ガスは、ダイオキシン等の有害物質が含まれていることがあり、最近ではそのまま大気放出できない場合も多い。
このようなことを防止するため、焼却するものを選ぶ、相当高温にする、燃焼廃ガスを再処理する等が行われている。
このようなことを防止するため、焼却するものを選ぶ、相当高温にする、燃焼廃ガスを再処理する等が行われている。
燃焼するものを選ぶ方法では、ダイオキシンが発生する可能性のある塩素を含まないものだけにする等であるが、現実的にこのようなことが可能な焼却炉はわずかである。また、高温にする方法は簡単であるが、補助燃料が必要であり、その経費が非常に大きくなる。また、焼却炉自体の設計も高いグレードになり設備費も大きくなる。
そこで、燃焼廃ガスを再処理する方法であるが、これも再燃焼方式、酸化方式、吸着方式等が考えられる。再燃焼方式では、再度温度を上げて可燃物を再度燃焼させるもので、燃焼炉が２つになり実用的ではない。酸化方式は白金触媒等の酸化触媒を用いるのであるが、ダイオキシン等には完全ではない。
そこで、最近では酸化チタンを用いた酸化分解法も提案されている。これは、酸化チタンと廃ガスを接触させて酸化分解するものであるが、どれも紫外線の照射を必須としている。
この紫外線等の電磁波照射装置が必須であるということは、設備費が高くなるばかりでなく、紫外線ランプが高温に耐えないため、酸化触媒層の前で廃ガスを常温にまで温度を下げている。この冷却装置もコストアップの１因であり、そのためのランニングコストも大きなものであった。また、紫外線ランプの寿命もあり、トータル的に考えるとても実施できるようなものではない。
そこで、焼却炉の燃焼廃ガスを簡単に、安全に、かつ安価に、無害化できる装置を提供する。
以上のような現状に鑑み、本発明者は鋭意研究の結果本発明燃焼廃ガス処理装置を完成したものであり、その特徴とするところは、焼却炉からの燃焼廃ガスの通路に、酸化チタンの微粒子を充填した反応器を設けた点にある。
本発明者等は、光触媒を種々実験することによって、光触媒という名称から光触媒は光（電磁波）の照射によってのみ活性化するものという常識を覆した。即ち、光触媒は電磁波の照射がなくても、加熱することによって活性化し酸化源があれば、有機物を酸化又は分解することが分かったのである。
これは前記したように紫外線ランプが熱に弱く頻繁に交換するか、高価な断熱手段が必要であったり、また光触媒が深く充填されて下層部に電磁波が届きにくい等の問題点を解消するものであり、画期的なものである。
これは前記したように紫外線ランプが熱に弱く頻繁に交換するか、高価な断熱手段が必要であったり、また光触媒が深く充填されて下層部に電磁波が届きにくい等の問題点を解消するものであり、画期的なものである。
よって、本発明の廃ガス処理装置の第１の特徴は酸化チタンを使用すること、かつ紫外線等の電磁波を使用しない点である。
ここでいう反応器は単なる容器でよく、特別な構造は不要である。ただ、内部に酸化チタンの微粒子が充填されている。充填の方法は、フィルターに固着させるか、そのまま容器内に充填させるか等である。フィルター固着方式では、布製、不織布製、金属製等のフィルターに酸化チタンの粉粒体を固着させたものがよい。固着の方法は単に物理的に挟持するタイプでも、接着剤で固着してもよい。
そのまま充填方式では、単に容器内に入れるだけでよい。この充填層に気体を通過させるか、上方を通過させるかすればよい。上方を通過する場合には、接触効率が悪いため、粉粒体を攪拌しておくのがよい。
この反応器には、温度を調整するための装置を設けてもよい。例えば、酸化反応によって温度が上がり過ぎた場合に温度を下げる冷却装置や、逆に入口温度が低くなった場合に加熱する装置等である。実際には、被酸化物の量が少ないためほとんど温度は変わらないと考えられる。
酸化チタンは、アナターゼ型結晶が好ましいが、ルチル型その他の結晶でも、非結晶でもよい。
また、結晶のサイズは小さいほど接触効率がよいため、触媒効果は高くなると考えられるが、小さすぎると気体と同伴されて系外に出てしまう。よって、ナノメーター単位の微粉末を再度造粒したものが好適である。造粒後のサイズは、０．１〜１０ｍｍ程度である。
また、結晶のサイズは小さいほど接触効率がよいため、触媒効果は高くなると考えられるが、小さすぎると気体と同伴されて系外に出てしまう。よって、ナノメーター単位の微粉末を再度造粒したものが好適である。造粒後のサイズは、０．１〜１０ｍｍ程度である。
この酸化チタン粉粒体は、他の担体に担持させたものでもよい。無機の微粒子が担体としては優れている。
担体としては、ケイ砂等どのような粒子でもよい。また、粒子でなく繊維状のものでもよい。サイズは、特に限定はしないが、１０ｍｍ以下、好ましくは数μｍ〜６ｍｍ、更に好ましくは１０μｍ〜１ｍｍ程度が好適である。
担体への固着の方法は、分解されにくいフッ素系樹脂やシリコン系の樹脂で接着してもよい。また、接着剤としてチタンアルコキシドを使用すると全体として触媒効率が向上すると考えられる。また破砕したときにも同様である。
この接着造粒タイプのサイズも、自由であるが１０μｍ〜１０ｍｍ程度が好適である。
担体としては、ケイ砂等どのような粒子でもよい。また、粒子でなく繊維状のものでもよい。サイズは、特に限定はしないが、１０ｍｍ以下、好ましくは数μｍ〜６ｍｍ、更に好ましくは１０μｍ〜１ｍｍ程度が好適である。
担体への固着の方法は、分解されにくいフッ素系樹脂やシリコン系の樹脂で接着してもよい。また、接着剤としてチタンアルコキシドを使用すると全体として触媒効率が向上すると考えられる。また破砕したときにも同様である。
この接着造粒タイプのサイズも、自由であるが１０μｍ〜１０ｍｍ程度が好適である。
更に、水系樹脂（水溶性樹脂やエマルジョンタイプ樹脂）とセメント（水硬反応で硬化するものすべて）の両方で、担体に酸化チタンを固着したものでもよい。固着の方法は、まず担体に水系樹脂を塗布し、次いでセメント、及び酸化チタンを固着するものである。最初に水系樹脂の初期接着力によりセメントや酸化チタンを固着する。そして、セメントが硬化すれば、酸化チタンによる酸化力で水系樹脂が分解されてもセメントによって保持されているのである。
付着させる量は、自由であり、付着の方法にはよらないが担体との大きさの差により、通常は担体の重量の１％から１０％程度がよい。
付着させる量は、自由であり、付着の方法にはよらないが担体との大きさの差により、通常は担体の重量の１％から１０％程度がよい。
本発明では、酸化チタンを活性化させるためにある程度の温度が必要であるが燃焼廃ガスの場合には、通常煙突から１５０〜３００℃程度で放出されるため、活性化の温度は十分である。逆に、紫外線ランプ等温度に弱いものを用いていないため、廃ガスを冷却する必要はない。
しかし、より適正な温度で反応させるため、上流側に温度調整装置を設けてもよい。例えば、冷却装置や加熱装置である。冷却装置としては、廃熱を有効利用するための熱交換器やエアーフィンクーラー等でよい。加熱装置が必要なときは少ないが、電気ヒーターやガスヒーター等どのようなものでもよい。
適正温度は、廃ガスの性状と、酸化チタンの形体やサイズによって決まる。通常は、１００〜４５０℃、なかでも１５０〜３５０℃が好適である。
本発明でいう廃ガスの処理とは、廃ガス中の有害成分や悪臭成分、未酸化物等を酸化分解することをいう。
酸化とは、アンモニアが酸化窒素になるような反応であり、分解とは高分子が低分子になることをいう。このうち一方又は両方が起って物質が変化する。変化した生成物は二酸化炭素と水がほとんどであるが、原料に窒素やイオウが含まれていれば、窒素やイオウの酸化物も当然発生する。これらは後の工程で処理すればよい。
酸化とは、アンモニアが酸化窒素になるような反応であり、分解とは高分子が低分子になることをいう。このうち一方又は両方が起って物質が変化する。変化した生成物は二酸化炭素と水がほとんどであるが、原料に窒素やイオウが含まれていれば、窒素やイオウの酸化物も当然発生する。これらは後の工程で処理すればよい。
酸化分解するには、通常酸素源が必要である。廃ガス中の酸素濃度は低いため空気を反応器の上流側で導入するのがよい。燃焼廃ガスの場合には、酸化すべき物質自体が非常に少ないため、空気の必要量はわずかである。また、燃焼廃ガスの内部に含まれている水蒸気が酸素源になり等、空気の導入が不要な場合もある。勿論、酸素源となるならば、空気以外のガスを導入してもよい。
更に、触媒等の影響で圧力損失が大きいときは、気体移送装置（ブロアや吸引機のような）を設けてもよい。
さらに、本発明の反応器の内部又は下流に通常の酸化触媒を設けてもよい。例えば、白金触媒やパラジウム触媒である。これらは、一酸化炭素や一酸化窒素の酸化に有効である。
本発明処理装置には、次のような大きな利点がある。
（１） 酸化チタンによって効率よく酸化又は分解ができる。
（２） 酸化チタンを用いているにもかかわらず、電磁波照射装置（紫外線ランプ等）が不要である。
（３） 非常に簡単な装置で実施できる。
（４） 本発明装置を設けると、ダイオキシン類の放出の可能性がほとんどない。
（１） 酸化チタンによって効率よく酸化又は分解ができる。
（２） 酸化チタンを用いているにもかかわらず、電磁波照射装置（紫外線ランプ等）が不要である。
（３） 非常に簡単な装置で実施できる。
（４） 本発明装置を設けると、ダイオキシン類の放出の可能性がほとんどない。
以下好適な実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。
図１は、本発明装置１を設けた焼却炉２の全体図である。焼却炉２からの廃ガスは、冷却装置３を通過することによって、２５０℃に温度が下がる。この３００℃の廃ガスが反応器１に導入される。この時、わずかであるが空気４も一緒に導入される。反応器１内でダイオキシンやその他の有害、悪臭物質が酸化、分解される。そして、通常の煙突５から排出される。
図２は、反応器１の詳細を示す。内部に比較的大きな酸化チタン粒子６（造粒して５〜１０ｍｍサイズにしたもの）を充填している。大きな粒子にして、気体の通過抵抗を軽減している。
１ 反応器
２ 焼却炉
３ 冷却装置
４ 空気
５ 煙突
６ 酸化チタン粒子
２ 焼却炉
３ 冷却装置
４ 空気
５ 煙突
６ 酸化チタン粒子
Claims (4)
- 焼却炉からの燃焼廃ガスの通路に、酸化チタンの微粒子を充填した反応器を設けたことを特徴とする燃焼廃ガス処理装置。
- 該反応容器の上流側に廃ガスの温度調整装置を設けたものである請求項１記載の燃焼廃ガス処理装置。
- 該反応容器に温度調整装置を設けたものである請求項１記載の燃焼廃ガス処理装置。
- 該反応容器の下流側に酸化触媒を設けたものである請求項１記載の燃焼廃ガス処理装置。
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