JP2006312134A - 排気ガス処理装置及びそれを用いた処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理操作を簡素化したり処理経費を低減できる液中曝気式の排ガス処理装置及び処理方法を実現する。
【解決手段】排気ガス中の汚染物質を吸収槽内の処理液に吸収させる排気ガス処理装置において、吸収槽２Ａ〜２Ｃを上下多段に配設して吸収塔１とし、吸収塔１が各吸収槽内に配置された散気管５と、下段の吸収槽内のガスをその上の段の吸収槽に配された前記散気管に送る気体移送管７と、上段の吸収槽内の処理液をその下の段の吸収槽に送る液移送管８とを備え、吸収塔を構成している最下段の吸収槽内の処理液に排気ガスを散気管５を介して曝気し、曝気後の排気ガスを該吸収槽内からその上の段の吸収槽内の処理液に気体移送管および散気管を介して順に曝気可能であり、かつ、上段の吸収槽内の処理液を順にその下の段の吸収槽内へ液移送管８を通して移送可能になっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に、有機ハロゲン化合物をアルカリ金属により脱ハロゲン化処理させた場合、有機ハロゲン化合物、もしくは、副生物として生成される汚染物質を含む排気ガスを処理するに好適な排ガス処理装置及びそれを用いた処理方法に関する。

ポリ塩化ビフェニル（以下、ＰＣＢという）等の有機ハロゲン化合物と、金属ナトリウム分散体（以下、ＳＤという）等のアルカリ金属分散体とを反応させて脱ハロゲン化処理、つまり有機ハロゲン化合物を分解処理する方法が知られている。この処理方法では、例えば、ＰＣＢの分解処理工程において、排出される排気ガス中にはＰＣＢもしくはＰＣＢに含まれるダイオキシン類や反応副生成物としてビフェニルやベンゼンなどの汚染物質が含まれており、それらを外部へ漏出しないよう排気ガスの浄化処理を完全に行う必要がある。そして、前記した排ガス中の汚染物質を無害化する方法としては、活性炭を充填した活性炭充填塔を反応槽の排気ガスラインに設置して、排気ガスが活性炭内を通過することにより、汚染物質を吸着除去する方法が知られている（ＰＣＢ処理技術ガイドブック）。この活性炭吸着法では、活性炭の吸着量が飽和した場合に活性炭を新しいものに交換する作業、更に後処理として使用済み活性炭から汚染物質を取り出して再処理を行う必要もあるため、活性炭の交換及び使用済み活性炭の処理作業が煩雑となっており、しかも大量の使用済み活性炭の処理を行う操作では作業者が汚染物質を体内に取り込むという危険も伴う。

以上のような背景から、本出願人らは、特許文献１に記載されているように、活性炭による排気ガス処理の負荷を抑えるために、排気ガスを活性炭に吸着処理する前工程として、吸収剤と接触させる吸収工程と、排気ガスをコンデンサーにより冷却させる冷却工程とを備えた排気ガス処理施設を開発して、活性炭の交換期間の延長化を可能にし、吸着効率を改善した。
特開２００３−１７００２１

本発明は、上記文献１でも取り上げられている脱ハロゲン化処理工程における活性炭に取って変わる排気ガスの処理、又は、活性炭吸着処理の前工程に用いられる排ガス処理の吸収・浄化効率を更に向上させたり、処理操作を簡素化したり処理経費を低減できる液中曝気式の排ガス処理装置とそれを用いた排ガス処理方法を実現することを目的としている。

上記目的を達成するため請求項１の発明は、吸収槽に貯留した処理液に排気ガスを曝気して、該排気ガス中の汚染物質を吸収槽内の処理液に吸収させる排気ガス処理装置において、前記吸収槽を上下多段に配設して吸収塔とし、前記吸収塔が各吸収槽内に配置された曝気用散気管と、下段の吸収槽内のガスをその上の段の吸収槽に配された前記散気管に送る気体移送管と、上段の吸収槽内の処理液をその下の段の吸収槽に送る液移送管とを備え、
前記吸収塔を構成している最下段の吸収槽内の処理液に排気ガスを前記散気管を介して曝気し、曝気後の排気ガスを該吸収槽内からその上の段の吸収槽内の処理液に前記気体移送管および前記散気管を介して順に曝気可能であり、かつ、上段の吸収槽内の処理液を順にその下の段の吸収槽内へ前記液移送管を通して移送可能であることを特徴としている。
以上の発明装置において、前記気体移送管は下端が前記吸収槽内の気相部上側に接続され、上端が前記吸収槽の上の段の吸収槽内の液相部液面よりも上側位置から折り曲げられて該吸収槽に配された散気管に接続されていること（請求項２）、前記液移送管は上端が前記吸収槽内の液相部下側に接続され、下端が前記吸収槽の下の段の吸収槽内の気相部に接続されていること（請求項３）、前記吸収槽のうち、下段の吸収槽とその上の段の吸収槽とを仕切る底板ないしは仕切板が、前記気体移送管の下端接続側を高く、反対側を低くした傾斜状に設けられていること（請求項４）がより好ましい。

これに対し、請求項５の発明は、電気絶縁油中に含まれる有機ハロゲン化合物を、アルカリ金属分散体を用いて分解処理する過程で、副生物などとして生成されて排気ガス中に含まれる汚染物質（これには有機ハロゲン化合物自体も含む）を処理液に吸収させることで、前記汚染物質を除去処理する排気ガス処理方法において、請求項１から４の何れかに記載の排ガス処理装置を用いて、最下段の吸収槽内の処理液に排気ガスを最初に曝気し、曝気後の排気ガスを該吸収槽内からその上の段の吸収槽内の処理液に順に曝気するとともに、最下段の吸収槽内の処理液を槽外へ抜き出した後、その上段の吸収槽内の処理液を最下段の吸収槽内へ移送し、空になった吸収槽へ上段の吸収槽内の処理液を順次移送し、最上段の吸収槽内へ新たな処理液を補充することを特徴としている。
以上の発明方法において、前記処理液は飽和炭化水素、鉱油類、及びこれらの混合物の何れかであること（請求項６）、前記処理液の温度は−１５〜１０℃の温度範囲であること（請求項７）がより好ましい。

・請求項１の発明では、吸収槽が上下多段に配置されていることから、排気ガスと処理液との接触面積をスペースを抑えて確保することができ、また、処理液を重力により順に下段へ移送したり、排気ガスを順に上段へ自動移送できるので、付帯設備を極力少なくして装置を簡素化できる。なお、制御によっては、例えば、処理液が上段の吸収槽から下段の吸収槽へ移動することによって、下段の吸収槽内の気相部空間を狭めて、当該吸収槽内の排気ガスを上段の吸収槽へ効率よく圧送することも可能である。
・請求項２の発明では、排気ガスの逆流を防止することができる。これは、排気ガスを次の上の吸収槽へ移送させるポンプ及びバルブを省く場合にも、排ガス及び処理液が前記上の吸収槽の散気管から気体移送管を通って下段の吸収槽へ逆流する虞を解消する。
・請求項３の発明では、処理液を上部から供給し、下部から抜き出すことにより汚染物質が吸収された処理液を効率よく下段へ移送することができる。換言すると、この点は、例えば、最上段の吸収槽に供給された新たな処理液を、下段の吸収槽にオーバーフロー方式で抜き出すと、補充された処理液が十分拡散されて汚染物質を吸収しないまま排出されることを防ぐためである。
・請求項４の発明では、吸収槽を上下多段にした吸収塔において、吸収槽同士を仕切る底板ないしは仕切板が排気ガスを捕集する作用を兼ねることで更なる簡素化が実現される。

・請求項５の発明では、脱ハロゲン化処理における排気ガス処理方法として、請求項１と同様に装置の簡素化に起因して処理操作が容易になることに加え、例えば、上下の各吸収槽の処理液のうち、汚染物質を最も多く含む最下段の吸収槽の処理液だけを槽外へ移送するため、例えば、次工程での処理量を抑えて効率的な分解処理が可能となる。
・請求項６の発明では、処理液として最も好ましいものを特定したことに意義がある。
・請求項７の発明では、処理液に排気ガスを吸収させる操作において、通常は処理液の温度をできるだけ低くして曝気させることが好ましいが、余りにも低温度だと処理液粘度が高く流動性に欠けて、曝気しても排気ガスの気泡が広がらず接触面積が狭くなるため、温度範囲を規定して、ある程度の流動性及び吸収効率を満たすようにしたことに意義がある。

（装置構造）本発明の好適な形態例を図１の模式図を参照しながら説明する。図１の排ガス処理装置は、吸収槽２Ａ〜２Ｃを上下多段に設けた縦型吸収塔１と、制御装置３とを備えている。吸収塔１は、吸収槽が３段構成であるが、２段あるいは４段以上で構成してもよい。槽構造としては、各吸収槽２Ａ〜２Ｃが外周に設けられて冷媒等を流して槽内の処理液の温度を調整したり一定に保つためのジャケット４と、各槽内に配置された散気管５とを有している。また、下段の吸収槽とその上の段の吸収槽、つまりこの例では最下段の吸収槽２Ａと中段の吸収槽２Ｂ、中段の吸収槽２Ｂと最上段の吸収槽２Ｃとが上側槽の底板ないしは仕切板６でそれぞれ仕切られている。このうち、各散気管５は、多数の孔（下孔）から排ガスを噴射する管であり、槽内の下側にあって略水平に保持されている。各仕切板６は、片側を低くした傾斜状に設けられ、槽内の排ガスが傾斜に沿って高い側に流れ易くしている。

吸収槽２Ａ〜２Ｃには、排ガスを流す排ガス系経路と、処理液を流す処理液系経路とが設けられる。詳述すると、排ガス系経路は、処理対象の排ガス発生源１０と最下段の吸収槽２Ａに配された散気管４とを接続している排ガス入口用としての気体移送管７ａと、最上段の吸収槽２Ｃとガス回収部１１などとを接続している処理済みの排ガス出口用としての気体移送管７ｂと、最下段の吸収槽２Ａとその上の吸収槽２Ｂに配された散気管４とを接続している気体移送管７ｃ、及び中段の吸収槽２Ｂと最上段の吸収槽２Ｃに配された散気管４とを接続している気体移送管７ｄとで構成されている。気体移送管７ｃと７ｄは、下端が吸収槽２Ａや２Ｂ内の気相部上側に接続され、上端が前記吸収槽の上の段の吸収槽２Ｂや２Ｃ内の液相部液面よりも上側位置から折り曲げられて該吸収槽に配された対応する散気管５に接続されている。

処理液系経路は、新たな処理液を貯蔵している貯留部１３と最上段の吸収槽２Ｃの上部とを接続している処理液入口用としての液移送管８ａと、最下段の吸収槽２Ａと使用済み処理液を回収して処理する処理部１４とを接続している使用済みの処理液（これは排ガス中の汚染物質を最も多く吸収している処理液である）出口用としての液移送管８ｂと、最上段の吸収槽２Ｃの液相部下側とその下の吸収槽２Ｂの気相部とを接続している液移送管８ｃ、及び中段の吸収槽２Ｂの液相部下側と最下段の吸収槽２Ａの気相部とを接続している液移送管８ｄとで構成されている。液移送管８ｃと８ｄは、上端が吸収槽２Ｃや２Ｂ内の液相部下側に接続され、下端が前記吸収槽の下の段の吸収槽２Ｂや２Ａ内の気相部に接続されている。また、液移送管８ａ〜８ｄには、制御装置３の指令により自動的に開閉制御されるバルブ（電磁弁等）９ａ〜９ｄが介在されている。なお、好ましくは、液移送管８ａ〜８ｄのうち、液を排出する排出口にシャワーを付設して、該シャワーを介して処理液を気相部で噴霧して気液接触効率を向上することである。

なお、以上の吸収槽２Ａ〜２Ｃには不図示の温度計及び液面計が付設されている。吸収塔１及びそれに付随する管などの材質としては、処理液温度や設備費などに応じて、鉄鋼（ＳＳ）やステンレス鋼（ＳＵＳ）などが適宜選択される。

（排ガス処理方法）次に、図２を参考にして脱ハロゲン化処理の過程で、副生物などとして生成されて排気ガス中に含まれる汚染物質を処理液に吸収させて除去処理する要領を説明する。まず、本発明の脱ハロゲン化処理に供される有機ハロゲン化合物としては、ＰＣＢ以外にもダイオキシン類、ポリ塩素化ジベンゾフラン類、ポリ塩素化ベンゼン、フロン、ＤＤＴ、ＢＨＣ等の難分解性有機ハロゲン化合物を例示することができる。これら有機ハロゲン化合物は、そのまま用いてもよいものもあるが、溶媒に溶解して処理するのに適した濃度に調整した有機ハロゲン化合物溶液として用いることができる。

有機ハロゲン化合物を溶解する溶媒としては、アルカリ金属に不活性もしくは活性の低い、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素または環式炭化水素が好ましく、例えば、ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、ケロシン、デカリン、トランス油（ＪＩＳ Ｃ ２３２０−１９９３に記載のトランス油）、重油（ＪＩＳ Ｋ２２０５に記載の重油）、流動パラフィン又は洗浄油（フロン、トリクロロエタン、灯油などの代替品として、自動車、電子部品、精密機器の洗浄用に用いられる炭化水素系を主成分とした溶剤）などを挙げることができ、これらは単独もしくは混合物として用いることができる。これらの溶媒の中でもトランス油は、ＳＤを安定化する点などで特に好適に用いることができる。

アルカリ金属としては、ナトリウムの他に、カリウム、リチウム、セシウム、ルビジウム又はこれらの合金等を例示することができる。但し、取り扱いの容易さ、及び反応性を考慮した場合、ナトリウムがもっとも好ましく、更に反応性を考慮するとＳＤが最も好ましい。特に電気絶縁油中で製造されたＳＤは安定性、分散性、反応性に優れている。なお、電気絶縁油とは、ＪＩＳ ２３８０に記載された１〜７種までのコンデンサーなどに用いられる電気絶縁のための油であり、その中でも第１種電気絶縁油が好ましい。また、アルカリ金属分散体中のアルカリ金属濃度は、任意に選択することが可能であるが、特に１〜５０％程度のものが好ましい。アルカリ金属分散体の平均粒径は、２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下のものが良い。ＳＤの添加量は有機ハロゲン化合物中のハロゲン原子１モルに対して１〜２００倍モルが用いられる。

有機ハロゲン化合物を分解する脱ハロゲン化処理工程は、電気絶縁油中に含まれるＰＣＢを高濃度（含有率１％以上、特に１０％以上のもの）処理分解する場合を例に挙げると、ＳＤ及び溶媒であるトランス油が貯留されている反応槽に、ＰＣＢが含有された被処理油を供給し、脱ハロゲン化処理させる。ここでの反応温度は１５０〜２００℃である。ＰＣＢと金属ナトリウムが化学反応することによって、ビフェニルが結合し、ＰＣＢは高分子重合物に無害化される。ここで、トランス油中にはＰＣＢの他にトリクロロベンゼンが含まれており、脱ハロゲン化処理によってベンゼンなど含有された排気ガスが大量に発生するため、その排気ガスを排気ガス処理工程へ送り浄化処理することになる。

排気ガス処理工程は、脱ハロゲン化処理で発生する反応排気ガス中に含まれる汚染物質を吸着などの手段により除去・浄化する箇所であり、それらの汚染物質を排気ガスに同伴させることなく浄化し、大気放出する。具体的には、ビフェニルやベンゼンの溶解性に優れる処理液が貯留された吸収槽を上下多段に配置した吸収塔を使用し、吸収塔に送り込まれた排気ガスを下段から上段へ移送させるとともに、処理液を上段から下段へ移送させ、各吸収槽の処理液に曝気させることにより、排気ガスに含まれる汚染物質を各槽の処理液に順に吸収させる、いわゆる液中曝気式の排気ガス処理方法である。なお、この処理方法は、排気ガスを処理液に曝気させることから、従来の充填塔式や棚段式などといった塔内で上昇する排気ガスと下降する処理液とが互いに接触する、いわゆる向流接触とは全く異なる方式である。

処理液としては、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプアン、ｎ−オクタン、ｎ−デカン、ケロシン、デカリン、流動パラフィン、電気絶縁油（例えば、ＪＩＳ Ｃ２３２０−１９９３に記載の電気絶縁油）、重油（例えば、ＪＩＳ Ｋ２２０５に記載の重油）、流動パラフィンなどの炭化水素類；トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素；１，３−ジメチルイミダゾリン、スルホラン、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル等の非プロトン性極性溶剤；及びこれらの混合物；等が挙げられる。これらの中でも比較的蒸気圧が低く、引火点が高くかつ、有機ハロゲン化合物の吸収能に優れることから、ｎ−デカン、デカリン、流動パラフィンなどの飽和炭化水素；ケロシン、電気絶縁油、重油などの鉱油類；及びこれらの混合物の使用が好ましい。以下の実施例では処理液としてトランス油を使用している。

処理液の使用温度としては、汚染物質の吸収効率や、処理液の熱効率を考慮し、−１５〜１０℃の温度範囲に設定する。脱ハロゲン化処理は前途したように、９０〜２００℃の温度範囲にて行うため、反応槽から排出される排気ガスも高温になっており、直接排気ガス処理工程に導くと処理液の温度が上昇してしまい、吸収効率が低下するので、排気ガス処理を行う最初に、排気ガスを冷却する冷却工程を設ける。また、排気ガスを冷却工程により凝縮させることにより、同伴して排出される汚染物質を冷却凝縮、つまり吸収し除去する目的も兼ねている。具体的には、コンデンサーなどを用いて排気ガスの温度を下げ、吸収塔内の処理液温度を最適な範囲に維持する。

処理液に汚染物質を吸収させるので浄化処理を進めるにつれ、処理液中に汚染物質が溜まっていく。したがって、この処理液を無害化処理する必要がある。そこで、使用済の処理液は、直接反応槽へ移送して脱ハロゲン化反応に供するか、一旦受入槽に移送して貯蔵し、一定量ずつをまとめて脱ハロゲン化反応に供する。この場合、処理液として、有機ハロゲン化合物の脱ハロゲン化反応に使用可能な溶剤を使用すれば、使用済の処理液をそのまま脱ハロゲン化反応に供することができる。したがって処理液と汚染物質との分離工程が不要となり、作業効率及び分離工程における汚染物質による再汚染の危険を回避できる。

排気ガス処理工程でほとんど汚染物質を処理液に吸収させることができるが、排気ガス中の汚染物質があまりにも高濃度であったり、より安全面・浄化効率をあげるために、液中曝気式排ガス処理工程の後には充填物式処理工程や活性炭吸着処理工程などを設けることができる。充填物式処理とは、ラシヒリングやスルーザーパッキングなどの充填物が充填された塔の上部から処理液を供給し、下部より排気ガスを通過させ、気液接触を行う処理法である。液中曝気式の処理油に取り込まれなかった排気ガス中の微量の汚染物質は活性炭などに吸着され、排気ガスの清浄度は大幅に向上できる。これらの排気ガスの流れを図２のフローシートで表した。

この実施例では、反応槽に１５ｗｔ％濃度に調整したＳＤと、ＰＣＢ濃度を５０ｗｔ％に調整した電気絶縁油を混合し、脱ハロゲン化処理を実施した。反応処理中、反応槽には不活性ガスである窒素を供給し、排気ガスの排出量を１０Ｌ／ｍｉｎになるよう調整した。反応槽から排出された排気ガスは、熱交換器により５℃まで冷却させた後、上記した排気ガス処理装置と同様な吸収塔に排気ガスを導入させた。吸収塔は吸収槽が３段式であり、最上段へ処理液であるトランス油を供給し、液移送管を伝って各吸収槽内へ所定量（各槽２００ｍｌ）の処理液を貯留した。貯留後、液移送管のバルブをすべて閉じ、処理液を０℃に維持しながら排気ガスを通過させた。吸収塔に導入した排気ガスは、各吸収槽内の処理液を通過し、吸収塔から排出した。表１、２は、反応槽から排出された排気ガス中のＰＣＢ濃度を、吸収塔の出入口で計測した値である。

なお、以上の実施例では、３段式の吸収塔を用いたが、排気ガスの処理能力に応じ適宜段数及び処理液量を決定する。実施例では、処理液の移送を行わなかったが、曝気中にバルブを開き、最上段に処理液を補充したり、各吸収槽の処理液を下段の吸収槽へ移送することは任意に設計される。各吸収槽内の処理液の汚染物質濃度を計測し、所定濃度になった場合に移送したり、処理液を反応槽へ移送することも可能である。このように、本発明は、請求項で特定した要件を充足すればよく、細部は以上の実施形態及び実施例を参照して種々変形したり展開可能なものである。

発明形態の排ガス処理装置を模式的に示す概略構成図である。 排ガス処理方法の全体の流れを示す参考説明図である。

符号の説明

１…吸収塔
２Ａ〜２Ｃ…吸収槽
３…制御部
４…ジャケット
５…散気管
６…底板ないしは仕切板
７ａ〜７ｄ…気体移送管
８ａ〜８ｅ…液移送管

Claims (7)

1. 吸収槽に貯留した処理液に排気ガスを曝気して、該排気ガス中の汚染物質を吸収槽内の処理液に吸収させる排気ガス処理装置において、
   前記吸収槽を上下多段に配設して吸収塔とし、前記吸収塔が各吸収槽内に配置された曝気用散気管と、下段の吸収槽内のガスをその上の段の吸収槽に配された前記散気管に送る気体移送管と、上段の吸収槽内の処理液をその下の段の吸収槽に送る液移送管とを備え、
   前記吸収塔を構成している最下段の吸収槽内の処理液に排気ガスを前記散気管を介して曝気し、曝気後の排気ガスを該吸収槽内からその上の段の吸収槽内の処理液に前記気体移送管および前記散気管を介して順に曝気可能であり、かつ、上段の吸収槽内の処理液を順にその下の段の吸収槽内へ前記液移送管を通して移送可能であることを特徴とする排気ガス処理装置。
2. 前記気体移送管は、下端が前記吸収槽内の気相部上側に接続され、上端が前記吸収槽の上の段の吸収槽内の液相部液面よりも上側位置から折り曲げられて該吸収槽に配された散気管に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス処理装置。
3. 前記液移送管は、上端が前記吸収槽内の液相部下側に接続され、下端が前記吸収槽の下の段の吸収槽内の気相部に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス処理装置。
4. 前記吸収槽のうち、下段の吸収槽とその上の段の吸収槽とを仕切る底板ないしは仕切板が、前記気体移送管の下端接続側を高く、反対側を低くした傾斜状に設けられていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の排気ガス処理装置。
5. 電気絶縁油中に含まれる有機ハロゲン化合物を、アルカリ金属分散体を用いて分解処理する過程で、副生物などとして生成されて排気ガス中に含まれる汚染物質を処理液に吸収させることで、前記汚染物質を除去処理する排気ガス処理方法において、
   請求項１から４の何れかに記載の排ガス処理装置を用いて、最下段の吸収槽内の処理液に排気ガスを最初に曝気し、曝気後の排気ガスを該吸収槽内からその上の段の吸収槽内の処理液に順に曝気するとともに、最下段の吸収槽内の処理液を槽外へ抜き出した後、その上段の吸収槽内の処理液を最下段の吸収槽内へ移送し、空になった吸収槽へ上段の吸収槽内の処理液を順次移送し、最上段の吸収槽内へ新たな処理液を補充することを特徴とする排気ガス処理方法。
6. 前記処理液が飽和炭化水素、鉱油類、及びこれらの混合物の何れかであることを特徴とする請求項５に記載の排ガス処理方法。
7. 前記処理液の温度が、−１５〜１０℃の温度範囲であることを特徴とする請求項５又は６に記載の排気ガス処理方法。
   
   

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