JP2008292091A - ガス処理方法及び処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機ガス等の有害物質を破壊又は分解するにあたって、処理コストが低く、二次的な弊害が発生することがなく、ダイオキシン類等の再合成の虞もないガス処理方法等を提供する。
【解決手段】酸素と水素の混合気を燃焼させて高温火炎Ｆを発生させるトーチ２と、トーチ２によって発生した高温火炎Ｆの近傍に、有害物質を含むガスを案内するガスダクト３とを備えるガス処理装置１を用い、高温火炎Ｆに有害物質を接触させ、２０００℃程度の高温で有害物質を瞬時に破壊する。この際、酸素と水素の混合気自体の燃焼によって発生するのは、水蒸気だけであり、ＣＯ₂や、ＮＯ_Xによる二次的な弊害が発生することはない。局所的な高温によって有害物質が破壊されるため、処理ガスは瞬時に冷却され、ダイオキシン類が分解した後、再合成される虞もない。酸素と水素の混合気を発生させるために要する電気エネルギーも僅少であり、処理コストも低い。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス処理方法及び処理装置に関し、特に、下水汚泥等の含水汚泥をセメント製造工場で乾燥させる際や、自動車に用いられる不凍液を燃料代替としてセメント製造工場で利用する際等に発生する水蒸気に含まれる有機ガスなどを処理する方法及び装置に関する。

下水道の普及や高度排水処理の実施等に伴い、下水処理施設から発生する汚泥量は、年々増加し、その処理方法が問題となっている。汚泥の大部分は埋め立て処分によって処理されるが、埋立処分場は逼迫しており、新たな処分地の確保も極めて困難な状況にある。また、下水汚泥を焼却・溶融する方法もあるが、設備投資、運転費用が過大となる。

こうした問題の解決を図るべく、近年、下水汚泥等の含水汚泥をセメント製造工場に持ち込み、乾燥させた後、セメント原料の一部として用いる方法が採用されている。この方法では、埋め立て場所の確保が不要となるだけでなく、多量の汚泥を処理することもできるため、大いに注目を集めている。しかし、含水汚泥等を乾燥させると、乾燥の際に発生した水蒸気に有機ガスが含まれるため、悪臭や健康被害を発生させる虞がある。

一方、従来、セメント製造工程において、各種廃棄物を燃料の代替として用い、廃棄物の処理に資するとともに、セメント製造における高価な化石燃料の原単位を低減する試みがなされている。その一環として、自動車に用いられる不凍液を燃料代替として利用することも考えられているが、その際には、有機液体を沸点の差を利用して蒸留し、水分を蒸気として排除する必要がある。しかし、有機液体に含まれる水分を蒸気として排除すると、排除した蒸気に高沸点物質の蒸気圧分が混入するため、水蒸気をそのまま大気に放出することができないという問題がある。

上述のような水蒸気に含まれる有機ガス等の有害物質は、一般には８００℃以上の高温に曝すことで分解又は破壊することができる。また、ダイオキシン類については、１２００℃以上の高温に曝すことで分解することができる。

しかし、有機ガスやダイオキシン類を分解するための高温雰囲気を作り出すためには、例えば、化石燃料等を燃焼させる必要があり、比較的規模の大きい燃焼炉等を必要とするため、処理コストが高騰するとともに、燃焼に伴って二酸化炭素（ＣＯ₂）、窒素酸化物（ＮＯ_X）が発生するなど、二次的な弊害が発生することとなる。また、ダイオキシン類については、分解した後の再合成の問題もある。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、有機ガス等の有害物質を破壊又は分解するにあたって、処理コストが低く、二次的な弊害が発生することがなく、ダイオキシン類等の再合成の虞もないガス処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、ガス処理方法であって、酸素と水素の混合気を燃焼させて生じた高温火炎に、有害物質を含むガスを接触させて該有害物質を破壊することを特徴とする。ここで、酸素と水素の混合気とは、酸素と水素を別々に発生させた後、混合したものでもよく、水を電気分解して得られる、いわゆる酸水素ガスでもよい。尚、酸素と水素を別々に発生させる場合には、その混合比は概ね１：２であることが望ましい。

酸素と水素の混合気は、局所的に２０００℃の高温を発生させることができるため、この高温火炎に、有害物質を含むガスを接触させることで、瞬時に有害物質を破壊することができる。この際、酸素と水素の混合気自体の燃焼によって発生するのは、水蒸気だけであり、ＣＯ₂や、ＮＯ_Xによる二次的な弊害が発生することはない。また、局所的な高温によって有害物質が破壊されるため、処理ガスは瞬時に冷却され、ダイオキシン類が分解した後、再合成される虞もない。加えて、酸素と水素の混合気を発生させるために要する電気エネルギーも僅少であるため、処理コストも低く抑えることができる。

また、本発明は、ガス処理方法であって、酸素と水素の混合気を燃焼させて生じた高温火炎に、有機ガスを含む水蒸気を接触させて該有機ガスを分解することを特徴とする。

本発明によれば、上記発明と同様に、瞬時に有機ガスを破壊することができ、ＣＯ₂や、ＮＯ_Xによる二次的な弊害が発生することがなく、ダイオキシン類の再合成も回避することができ、低コストで有機ガスを処理することができる。

前記ガス処理方法において、前記水蒸気及び前記有機ガスを、有機廃棄物を乾燥させる際に発生したものとすることができ、この有機廃棄物の乾燥は、セメント焼成工程で発生した熱を利用して行われたものとすることができる。これによって、セメント製造工場で有機廃棄物を乾燥させる際に発生した有機ガスを効率よく処理することができる。

前記ガス処理方法において、前記水蒸気及び前記有機ガスを、有機液体を濃縮する際に発生したものとすることができ、この有機液体の濃縮は、該濃縮によって得られた物質をセメント焼成工程で燃料として利用するために行われたものとすることができる。これによって、セメント製造工場で有機液体の濃縮によって得られた物質を燃料として利用することができるとともに、有機液体の燃料化の際に発生した有機ガスを効率よく処理することができる。

また、本発明は、ガス処理装置であって、酸素と水素の混合気を燃焼させて高温火炎を発生させるトーチと、該トーチによって発生した高温火炎の近傍に、有害物質を含むガスを案内するガスダクトとを備えることを特徴とする。

トーチによって酸素と水素の混合気を燃焼させて得られる火炎は、局所的に２０００℃の高温となり、この高温火炎の近傍に、ガスダクトを介して有害物質を含むガスを案内することにより、有害物質を含むガスが高温に曝され、瞬時に有害物質が破壊される。また、上述のように、ＣＯ₂や、ＮＯ_Xによる二次的な弊害、ダイオキシン類再合成を防止し、低コストで有害物質を含むガスを処理することができる。

さらに、本発明は、ガス処理装置であって、酸素と水素の混合気を燃焼させて高温火炎を発生させるトーチと、該トーチによって発生した高温火炎の近傍に、有機ガスを含む水蒸気を案内するガスダクトとを備えることを特徴とし、ＣＯ₂や、ＮＯ_Xによる二次的な弊害、ダイオキシン類の再合成を回避しながら、低コストで有機ガスを処理することができる。

前記ガス処理装置であって、前記ガスダクトは、所定形状の内側断面を該ダクトの長手方向に移動させながら回転させることにより形成した内部空間を有することを特徴とする。このガスダクトを用いることにより、有害物質を含むガス又は有機ガスを含む水蒸気を旋回流とすることができ、ガスと高温火炎とが接触する確率を高めることができ、より効率的にガスを処理することが可能となる。

以上のように、本発明にかかるガス処理方法及び処理装置によれば、低コストで、水蒸気等に含まれる有機ガス等の有害物質を破壊又は分解することができ、二次的な弊害、及びダイオキシン類等の再合成を防止することもできる。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明にかかるガス処理装置の第１の実施の形態を示し、このガス処理装置１は、酸素と水素の混合気を燃焼させて高温火炎を発生させるトーチ２と、このトーチ２によって発生した高温火炎の近傍に、有害物質を含むガスを案内するガスダクト３とを備える。トーチ２を介して燃焼させる酸素と水素の混合気は、酸素と水素を別々に発生させた後、混合したものでもよく、水を電気分解して得られる、いわゆる酸水素ガスでもよい。以下の説明においては、この酸素と水素の混合気を、単に「酸水素」と略称する。

トーチ２は、酸水素ガス発生装置等から供給された酸水素Ｏを燃焼させるために備えられ、燃焼した酸水素Ｏは、局所的に２０００℃程度の高温火炎Ｆを生じさせる。

ガスダクト３は、燃焼した酸水素Ｏの高温火炎Ｆを囲繞するように、円筒状に形成され、トーチ２が存在する端部に位置する供給口３ａより被処理ガスＧが供給され、他端に位置する排出口３ｂより処理後のガスＧ’が排出される。

次に、上記構成を有するガス処理装置１の動作について説明する。尚、以下の説明においては、ガス処理装置１を用いて、セメント製造工場に持ち込まれた下水汚泥等の含水汚泥を乾燥させる際に発生する有機ガスを処理する場合を例にとって説明する。

セメント製造工場へは、下水汚泥等の含水汚泥が持ち込まれ、この含水汚泥を乾燥させた後、乾燥汚泥をセメントキルンの窯尻等に投入し、セメント原料として利用しながら処理している。ここで、含水汚泥を乾燥させるには、例えば、乾燥炉を用い、含水汚泥と、セメントキルンに付設されたプレーヒータから抽気したキルン燃焼排ガスや、クーラからの排ガスとを該乾燥炉に導入して熱交換させる。乾燥炉内で含水汚泥が乾燥する際に発生した水蒸気は、有機ガスを含み、悪臭や健康被害を発生させる虞があるため、そのまま大気に放出することができない。

そこで、ガス処理装置１のトーチ２によって酸水素Ｏを燃焼させて高温火炎Ｆを生じさせるとともに、前記乾燥炉からの被処理ガスＧをガス処理装置１のガスダクト３に供給口３ａより導入する。導入された被処理ガスＧは、水蒸気と有機ガスを含むが、有機ガスは、ガスダクト３内において高温火炎Ｆに接触し、２０００℃程度の高温に曝されて瞬間的に分解し、無害化されて水蒸気とともに排出口３ｂより排出される。

以上のように、ガス処理装置１を用いて乾燥炉からの排ガスを無害化することができるため、従来必要であった、脱臭設備を備えた大規模なガス処理装置を不要とすることができる。また、従来、乾燥炉排ガスをセメント焼成装置に導入して処理していたような場合には、乾燥炉排ガスの分だけ焼成装置で処理すべきガス量が増加していたが、ガス処理装置１を用いて処理することで、セメント焼成装置における処理ガス量を低下させることも可能となる。

次に、本発明にかかるガス処理装置の第２の実施の形態について、図２を参照しながら説明する。

このガス処理装置１１は、酸素と水素の混合気を燃焼させて高温火炎Ｆを発生させるトーチ２と、このトーチ２によって発生した高温火炎Ｆの近傍に、有害物質を含むガスを案内するガスダクト１３とを備える。尚、トーチ２は、図１に示したものと同様の構成を有するため詳細説明を省略する。

ガスダクト１３は、トーチ２によって燃焼した酸水素Ｏの高温火炎Ｆを囲繞するように、所定形状の内側断面を該ガスダクト１３の長手方向に移動させながら回転させることにより形成した内部空間、すなわち螺旋状の内部空間を有し、トーチ２が存在する端部に位置する供給口１３ａより被処理ガスＧが供給され、他端に位置する排出口１３ｂより処理後のガスＧ’が排出される。

次に、上記構成を有するガス処理装置１１の動作について、セメント製造工場に持ち込まれた含水汚泥を乾燥させる際に発生する有機ガスを処理する場合を例にとって説明する。

上述のように、セメント製造工場へ持ち込まれた含水汚泥を乾燥炉等を用いて乾燥させた際に、乾燥炉から排出される水蒸気は、有機ガスを含むため、そのまま大気に放出することができない。

そこで、ガス処理装置１１のトーチ２によって酸水素Ｏを燃焼させて高温火炎Ｆを生じさせるとともに、前記乾燥炉からの被処理ガスＧをガス処理装置１１のガスダクト１３に供給口１３ａより導入する。導入された乾燥炉排ガスＧは、螺旋状の輸送用内部空間を、ねじれながら移動するため、被処理ガスＧに含まれる有機ガスは、ガスダクト１３の長手方向のいずれかの位置で高温火炎Ｆに接触し、２０００℃程度の高温に曝されて瞬間的に分解し、無害化されて水蒸気とともに排出口３ｂより排出される。

以上のように、ガス処理装置１１は、図１のガスダクト３のような円筒状ではなく、螺旋状の内部空間を有するガスダクト１３を備えるため、被処理ガスＧが含有する有機ガスと高温火炎Ｆとが接触する確率を高めることができ、より効率的にガスを処理することが可能となる。

尚、上記実施の形態においては、本発明にかかるガス処理装置をセメント製造工場に持ち込まれた下水汚泥等の含水汚泥を乾燥させる際に発生する有機ガスを処理する場合を例にとって説明したが、本発明にかかるガス処理装置をセメント製造工場において以下に示す他の用途にも適用することができる。

背景技術の欄でも述べたように、セメント製造工場において、各種廃棄物を燃料の代替として用い、廃棄物の処理と、化石燃料の原単位の低減とを同時に達成する試みがなされ、自動車に用いられる不凍液の燃料代替としての利用も検討されている。しかし、不凍液については、その重量の半分を水分が占めることから、そのまま燃料代替とすることはできず、蒸留して水分を蒸気として排除し、その際、水蒸気に分圧分だけ混入する高沸点物質を除去する必要がある。

そこで、この水蒸気中の低沸点物質の除去に上記ガス処理装置１又はガス処理装置１１を用い、トーチ２によって酸水素Ｏを燃焼させて高温火炎Ｆを生じさせ、低沸点物質を含む水蒸気をガス処理装置１のガスダクト３、又はガス処理装置１１のガスダクト１３に導入し、低沸点物質を高温火炎Ｆに接触させる。これにより、低沸点物質は、２０００℃程度の高温に曝されて瞬間的に分解し、無害化される。

以上のようにして水分を蒸気として排除した後の不凍液を、燃料代替として、セメント製造工場においてセメントキルンのメインバーナから炉内に吹き込んだり、仮焼炉にバーナを用いて吹き込むことにより、セメントを製造する上で必要な高価な化石燃料の原単位を低減することが可能となる。

また、本発明は、上記のようにセメント製造工場において発生した有機ガスの分解に限定されることなく、種々の装置、技術分野にも適用することができ、水蒸気に含まれる有機ガスのみならず、その他ガスに含まれる種々の有害物質を酸水素の燃焼によって生じた高温火炎に接触させて破壊し、無害化することができる。ダイオキシンについても、本発明にかかるガス処理装置で分解すると、分解後、処理ガスは瞬時に冷却されるため、ダイオキシンが再合成されることがない。

本発明にかかるガス処理装置の第１の実施の形態を示す概略斜視図である。 本発明にかかるガス処理装置の第２の実施の形態を示す概略斜視図である。

符号の説明

１ ガス処理装置
２ トーチ
３ ガスダクト
３ａ 供給口
３ｂ 排出口
１１ ガス処理装置
１３ ガスダクト
１３ａ 供給口
１３ｂ 排出口
Ｆ 高温火炎
Ｇ 被処理ガス
Ｇ’処理後のガス

Claims (9)

1. 酸素と水素の混合気を燃焼させて生じた高温火炎に、有害物質を含むガスを接触させて該有害物質を破壊することを特徴とするガス処理方法。
2. 酸素と水素の混合気を燃焼させて生じた高温火炎に、有機ガスを含む水蒸気を接触させて該有機ガスを分解することを特徴とするガス処理方法。
3. 前記水蒸気及び前記有機ガスは、有機廃棄物を乾燥させる際に発生したものであることを特徴とする請求項２に記載のガス処理方法。
4. 前記有機廃棄物の乾燥は、セメント焼成工程で発生した熱を利用して行われたものであることを特徴とする請求項３に記載のガス処理方法。
5. 前記水蒸気及び前記有機ガスは、有機液体を濃縮する際に発生したものであることを特徴とする請求項２に記載のガス処理方法。
6. 前記有機液体の濃縮は、該濃縮によって得られた物質をセメント焼成工程で燃料として利用するために行われたものであることを特徴とする請求項５に記載のガス処理方法。
7. 酸素と水素の混合気を燃焼させて高温火炎を発生させるトーチと、
   該トーチによって発生した高温火炎の近傍に、有害物質を含むガスを案内するガスダクトとを備えることを特徴とするガス処理装置。
8. 酸素と水素の混合気を燃焼させて高温火炎を発生させるトーチと、
   該トーチによって発生した高温火炎の近傍に、有機ガスを含む水蒸気を案内するガスダクトとを備えることを特徴とするガス処理装置。
9. 前記ガスダクトは、所定形状の内側断面を該ダクトの長手方向に移動させながら回転させることにより形成した内部空間を有することを特徴とする請求項７又は８に記載のガス処理装置。

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