JP2010110731A

JP2010110731A - 排ガスの処理装置

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Publication number: JP2010110731A
Application number: JP2008287621A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Masuda; 雅史桝田; Toshihiko Inoue; 利彦井上; Masayuki Moriwaki; 正之森脇
Original assignee: Tokuyama Corp
Current assignee: Tokuyama Corp
Priority date: 2008-11-10
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2010-05-20
Anticipated expiration: 2028-11-10
Also published as: JP5334535B2

Abstract

【課題】定常運転時よりも処理排ガス量が大幅に増加した時等に対応することを目的として設置された予備の触媒反応器は、被処理排ガス流通前にしかるべき予熱を行わなければ、流通初期時には十分な触媒性能が得られない。従って、出口ガス中に被処理物質が規定値以上残存する可能性があるため、別途予熱のための機構を設ける必要がある。
【解決手段】
触媒反応器を並列的に複数台設置し、定常運転時に稼動する触媒反応器のガス流出口から、予備器とする触媒反応器のガス流入口側へガス流通用の配管を設ける。予備器とする触媒反応器の起動時には、稼動している触媒反応器のガス流出口側から排出される高温のガスをこの配管を通して導入することによって予熱が行えるため、別途調製した高温の空気やヒーターを用いる必要がなくなる。このため、装置コストやエネルギーコストを削減できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、有害成分を含む排ガスの処理装置及びその運転方法に係る。より詳しくは、石油化学工場や印刷、塗料、クリーニング工場、又、産業廃棄物や都市ごみ等を処理する焼却施設等から排出される各種ガス中に含まれる可燃性、有害成分を触媒の作用により分解、無害化する処理装置及びその運転方法に関するものである。

トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等の有機塩素化合物は、通常の環境下で化学的に極めて安定な為、電子部品や金属製品の脱脂工程、ドライクリーニングの溶剤として広く利用されている。しかし、有機塩素化合物は発癌性を有するとされ、大気中への排出、又、地下水や土壌等への溶出による汚染が問題となっている。

有機塩素化合物製造設備からの排ガスや各種産業プロセスから排出される有機塩素化合物には、ジクロロエチレンや塩化ビニルモノマー（ＶＣＭ）、塩化メチレン、クロロホルム、クロロトルエン、クロロベンゼン、クロロフェノール等の有機塩素化合物が多く含まれている。

また都市ごみや産業廃棄物を処理する焼却炉等から排出される燃焼排ガス中には、各種の有害物質が含有されており、これらの有害物質を除去することが求められている。特に、廃棄物の処理工程や排ガス処理工程で生じるダイオキシンは毒性が強いため、排ガス中に含まれるダイオキシンやその前駆体である芳香族塩素化合物等の除去技術は重要である。

これらの有害物質を除去する方法としては、８００℃以上の高温で燃焼させる直接燃焼法や、活性炭或いはゼオライト等に吸着させる方法が広く知られている。しかし、直接燃焼法は、除去すべき有機化合物がガス中に含まれていて且つ濃度が小さい場合（発熱量が小さい場合）には、ガス流を所定温度まで昇温させるのに大量の燃料を必要とし、設備費と比例費共に高価な処理方法となってしまう。一方、吸着法に関しては、常に吸着・回収した物質をどうするかという問題が付きまとう。吸着する物によっては後処理が煩雑になり、結局何らかの焼却設備を必要とする場合がある。

これに対して、触媒作用を利用する触媒酸化法は、直接燃焼法より低温でターゲットとする有機化合物を分解し無害化する技術として広く用いられている。例えば、特許文献１には、有機塩素化合物を含有する排ガスを、チタン―タングステン系触媒を用いて分解処理することが記載されている。又、特許文献２には、有機塩素化合物含有ガスをＳｉＯ_２−ＷＯ_３−ＴｉＯ_２３元系複合酸化物担体に活性成分が担持された触媒と接触させる有機塩素化合物の分解方法が開示されている。排ガス中のダイオキシン類を無害化するのに用いられる触媒として、例えば、特許文献３や特許文献４、特許文献５に記載されたチタン―バナジウム系触媒等がある。

触媒酸化法においては、温度によりその反応効率が大きく影響を受ける。例えば、有機化合物浄化用の触媒酸化反応では、その触媒組成と処理対象となる物質（被処理物質）の種類にもよるが、多くの場合には約２００℃〜４５０℃の範囲である。

そのため、触媒反応器を稼動させる際には、予め高温の空気を触媒反応器中へ導入したり、あるいは触媒反応器加熱用のヒーターを設けるなどし、これら手段により所定の温度まで昇温した後に被処理排ガスをその触媒反応器へ導入する必要がある。

他方、各種設備から排出されれる排ガス量や排ガス中に含まれる被処理物質の濃度は常に一定であるとは限らず、しばしば変動する。

触媒の処理容量を超える量の被処理物質が触媒反応器に導入されると、処理後の排ガス中にも被処理物質（通常は、規制の対象となる有害物質である）が残存してしまうため、一般的には想定される最大の被処理物質量に合わせて触媒の処理容量などが決定される。

しかしながら、最大量を想定して設計された装置では、定常運転時における被処理物質量より大幅に容量の大きな装置となるのが通常であるため、定常運転時に対しては過剰な装置となってしまう。

この問題を解決するため、複数の触媒反応器を並列的に配置し、排ガスを触媒反応器に導入する経路途中に切替器を設ける発明が提案されている（例えば、特許文献６）。

特許第３７６００９０号公報特開２００１−２８６７３４号公報特開平１０−２３５１９１号公報特願２０００−９９５９３号公報特開２００３−１０３１６７号公報特開２００３−１７２１３４号公報の請求項４、図１３、１６、１７等

上記文献６に記載の発明は、排ガスの増減へ対応でき、また触媒反応器のメンテナンス等に際しても、一方をメンテナンスしながら他方は運転を続けられるという点で優れた技術である。

しかしながら、このように並列的に触媒反応器を設けた場合でも、使用していなかった側の触媒反応器の使用開始時には予熱を行う必要がある。本発明は、この触媒反応器の予熱のための装置コストやエネルギーコストの削減を目的とするものである。

本発明者等は上記の目的を達成するために鋭意検討を行った。そして、触媒反応器から排出される被処理排ガスは十分な温度を持っている点、及び一旦触媒反応器で処理されているため、被処理物質濃度が十分に低下している点に着目し本発明を完成した。

即ち本発明は、並列的にガス流通可能に配置されており、各々ガス流入口とガス流出口とを有する複数の触媒反応器（１）と、排出源から各々の触媒反応器のガス流入口へと排ガスを導く分岐配管（２）と、排ガスが導入される触媒反応器を切替可能な導入側ガス流路切替手段（３）と、各々の触媒反応器のガス流出口から大気放出口へと被処理排ガスを導く大気放出配管（４）と、少なくとも一つの触媒反応器のガス流出口側から他の触媒反応器のガス流入口側へ被処理排ガスを導入可能に設けられた被処理排ガス導出入配管（５）と、ガス流出口側に被処理排ガス導出入配管が連結している触媒反応器のガス流出口側から流出する被処理排ガスの流路を、大気放出配管側と被処理排ガス導出入配管側とに切替可能な排出側ガス流路切替手段（６）とを有する触媒法排ガス処理装置である。

上記本発明の装置によれば、複数台設置された触媒反応器の内の定常運転時には予備器としている触媒反応器の起動時の予熱を、別途調製した高温の空気やヒーターに頼ることなく、稼動している触媒反応器のガス流出口側から排出される高温のガスを上記予備の触媒反応器と連結された配管を通じて該予備の触媒反応器に送り込むことによって可能となるため、装置コストやエネルギーコストを削減することが可能となる。

本発明の排ガス処理装置で処理される排ガス及び該排ガスに含まれる処理対象となる物質（被処理物質）は、触媒法により処理できるものであれば特に限定されない。例えば、各種ＶＯＣ（揮発性有機化合物）があり、ジクロロエチレンや塩化ビニルモノマー（ＶＣＭ）、塩化メチレン、クロロホルム、塩化メチル、クロロトルエン、クロロベンゼン、クロロフェノール等の有機塩素化合物、ベンゼンやトルエン、キシレン等の芳香族、メチルエチルケトンやメチルイソブチルケトン等のケトン類、メチルアルコールやブチルアルコール等のアルコール、ブチルアルデヒドやホルムアルデヒド等のアルデヒド、酢酸や酪酸等の有機酸、酢酸ブチルや酢酸エチル等のエステル、一酸化炭素、各種内燃機関からの排気ガスの脱硝処理、脱硫処理等に本発明の排ガス処理装置を用いることができる。

また触媒反応器に充填する触媒も、対象となる排ガスや被処理物質に合わせて公知の触媒を適宜選択して用いればよい。例えば、有機塩素化合物の除去に際しては、酸化チタン、酸化タングステン、酸化バナジウム、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化鉄、シリカ等を構成成分とする酸化物物系（これら酸化物を構成成分とする２元系、３元系であってもよい）の触媒や、さらにこれらの酸化物を担体とし、その上に白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、レニウム（Ｒｅ）、鉄（Ｆｅ）等を担持させた触媒でもよい。

触媒形状も公知の形状を適宜選択すればよく、ハニカム状、粒状、繊維状、網状、円柱状、円筒状、波板状、球状、ペレット状等の形状が挙げられる。

また触媒反応器に充填される触媒は単一である必要もなく、形状及び／又は組成の異なる触媒を組合せた多段触媒としてもよい。

本発明の排ガス処理装置は上記の如き触媒反応器を少なくとも２つ有するものであり、以下に詳述するような配置で配管やガス流路切替手段を有することにより、本発明の効果を得るものである。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいてより詳細に説明する。

図１は、本発明の排ガス処理装置の最も簡単な一実施態様を示す模式図である。図１の装置では、２つの触媒反応器（１ａ及び１ｂ）が設けられている。これら触媒反応器には、ガス流入口側（図の左側）へ排ガスの排出源（図示していない）からのガスを導く配管（２）が設けられており、該配管は双方の触媒反応器へガス導入可能なように途中で分枝している。この分枝配管（２）は、その分枝部に、双方の触媒反応器（１ａ及び１ｂ）、又は一方の触媒反応器（１ａ又は１ｂ）に排ガスが導入されるようにガス流路を切替可能とする導入側ガス流路切替手段（３）を有している。

またいずれの触媒反応器のガス排出口側からも、大気放出口へと被処理排ガスを導く大気放出管（５）が設けられている。

そしてこの図１の排ガス処理装置には、本発明の最大の特徴である被処理排ガス導出入配管（５）が、一方の触媒反応器（１ａ）のガス排出口側から、他方の触媒反応器（１ｂ）のガス流入口側へとガス流路を形成可能に設けられており、さらに触媒反応器（１ａ）のガス排出口から排出される被処理排ガスの流路を、前記大気放出配管（４）側と、上記被処理排ガス導出入配管（５）側とで切替可能な排出側ガス流路切替手段（６）が設けられている。

このような基本構造を有する本発明の排ガス処理装置の代表的な使用方法は以下のようである。即ち、定常運転時には排ガス排出源からの排ガスが直接に（１ａ）側の触媒反応器（以下、「第一の触媒反応器」ともいう）に導入される状態となるように導入側ガス流路切替手段（３）を設定しておき、また排出側ガス流路切替手段（６）は、大気放出配管（４）側へと流路設定をしておく。これにより、上記第一の触媒反応器（１ａ）は定常運転用の触媒反応器に、他方の触媒反応器（１ｂ）（以下、「第二の触媒反応器」または「予備の触媒反応器」ともいう）にはガスが導入されず予備の触媒反応器となる。

そして、第一の触媒反応器（１ａ）の処理容量を超える排ガス（分解対象となる被処理物質）を処理する必要が生じた場合には、まず、排出側ガス流路切替手段（６）により該第一の触媒反応器（１ａ）から排出された被処理排ガスを、被処理排ガス導出入配管（５）を経由して予備の触媒反応器（１ｂ）へと導入する。この被処理排ガスは、触媒反応器の定常稼動時の温度（即ち、触媒反応効率の良好な温度）に近い高温であるため、これを予備の触媒反応器（２ｂ）に導入することにより、該予備の触媒反応器が適当な温度に予熱される。

被処理物質量が第一の触媒反応器（１ａ）の処理容量を超える可能性があるか否かは、公知の方法で確認すればよい。例えば、分枝配管（２）の分枝部よりも排ガス排出源側にＶＯＣ（揮発性有機化合物）ガス濃度計等のセンサーを設け、該濃度計で排ガス中の被処理物質濃度等をモニターしておき、被処理物質濃度の増大等の挙動変化を検出した場合に上記操作を行えばよい。ＶＯＣガス濃度計は、ＦＩＤ（水素炎イオン検出器）やＮＤＩＲ（非分散形赤外線分析計）等の検出器を有するもので、自動で連続測定できる計器であれば、特に限定されるものではない。

また予め被処理物質量が増大することがわかっている場合、例えば、特定の運転操作を行うと排ガス中の被処理物質濃度が第一の触媒反応器（１ａ）の処理容量を超えることがわかっている場合などには、該特定の操作を行う直前に上記ガス流路の切替を行うこともできる。

ついで、導入側ガス流路切替手段（３）を再度切替え、ガス排出源からの排ガスが第一の触媒反応器（１ａ）と第二の触媒反応器（１ｂ）との双方に導入されるようにする。また排出側ガス流路切替手段（６）は、第一の触媒反応器（１ａ）から大気放出配管（４）側へガス流路が形成されるように設定を変更する。むろんこのときには、触媒反応器（１ａ又は１ｂ）を経由しない排ガスが大気放出配管（４）へ流れてしまうことのないようガス流路を形成する。

排ガス中に第一の触媒反応器（１ａ）の処理容量を超える量の被処理物質量が存在する間は、上記の如くして第一の触媒反応器（１ａ）と第二の触媒反応器（１ｂ）との双方で排ガスの処理を継続し、その後、被処理物質量が低下して第一の触媒反応器（１ａ）の処理容量以下となったならば、前記、定常運転時のガス流路となるよう、各ガス流路切替え手段の設定を戻せばよい（図３として、これら一連の操作の概略を示す）。

また他の使用態様としては以下の方法が例示される。即ち、前記した通りのガス流路で定常運転時を行い、第一の触媒反応器に触媒性能が低下して、所期の分解能が得られなくなるなどの何らのトラブルが生じた場合に、やはり前記のようにして予備の触媒反応器を予熱する。

ついで、導入側ガス流路切替手段（３）により、排ガスが予備の触媒反応器（１ｂ）を経由して大気放出配管（４）へ流れ、一方で第一の触媒反応器（１ａ）には流れないようにガス流路を切替える。これにより、排ガスの処理を中断せずに第一の触媒反応器（１ａ）を停止させ、必要な修理等を行うことができる。

修理等が完了した後には、ガス流路を再度、前記定常運転時の状態に戻して、第二の触媒反応器（１ｂ）を予備の状態に戻してもよいし、あるいはそのまま第二の触媒反応器（１ｂ）を定常運転用の触媒反応器とし、修理等を行った第一の触媒反応器（１ａ）側を予備としてもよい。

なお上記使用例の如く、第一の触媒反応器（１ａ）を一旦停止する場合があることを考慮すると、再起動時の該触媒反応器（１ａ）の予熱のための装置コストやエネルギーコストを削減する目的で、図２に示す如く、第一の触媒反応器（１ａ）のガス流出口側から第二の触媒反応器（１ｂ）への被処理排ガス導入配管（５ａ）及び排出側ガス流路切替手段（６ａ）のみならず、第二の触媒反応器（１ｂ）のガス流出口側から第一の触媒反応器（１ａ）への被処理排ガス導入配管（５ｂ）及び排出側ガス流路切替手段（６ｂ）も設けた排ガス処理装置であることがより望ましい。

また前述の図１に示した装置では、導入側ガス流路切替手段（３）、排出側ガス流路切替手段（６）は共に、一つの三方切替え弁で構成されているが、図２に示す如く、異なる箇所に設置された複数の弁により構成してもなんら構わない。

本発明の排ガス処理装置は、必要に応じてその他の付帯設備（機器）を備えていてもよい。一例を図４として示す。図４に示した排ガス処理装置では、排ガス排出源（７）からの排ガスを触媒反応器（１ａ及び／又は１ｂ）に導入する前に、加熱器（８）で予熱できるようにしている。これは低温の排ガスが触媒反応器内に導入されて触媒反応器の入り口付近の触媒温度を低下させ、分解効率が低下するのを防ぐためである。この加熱器（８）は、分枝配管（２）の分枝部よりも上流に設けることにより、いずれの触媒反応器で排ガスの処理を行う場合であっても一台で対応可能となる。図４の装置では、ＬＰＧ、プロパン等の燃料を燃焼させる形式の加熱器を用いているが、むろん、必要な加熱ができるのであれば、電熱型等の他の形式の加熱器でもかまわない。

また図４の装置では、熱交換器（９ａ、９ｂ）を設け、被処理排ガスの熱によって排ガス排出源（７）からの排ガスを、前記加熱器（８）で加熱する前にさらに予熱できるようにしている。これにより該加熱器（８）に要する燃料コスト等を削減可能となる。

なお図４においては、排ガス排出源（７）からの配管を一旦分枝させ、被処理排ガスが二つの触媒反応器のいずれから排出されている場合でも熱交換可能なように２つの熱交換器（９ａ、９ｂ）を設けているが、２つの大気放出配管が合流した部分よりも下流に設ければ、熱交換器を一つとすることも可能である。用いる熱交換器の性能等に応じて適宜設計すればよい。

さらにまた、本発明の排ガス処理装置には、必要に応じてガス流量計や温度計、その他、触媒法による排ガス処理装置の付帯設備（機器）として公知の種々の設備を設けることができる。

以上の説明では、本発明の排ガス処理装置が備える触媒反応器は２つである場合で説明したが、必要に応じて３つ以上の触媒反応器を設けてもよい。その場合、導入側ガス流路切替手段、被処理排ガス導出入配管、排出側ガス流路切替手段等は、触媒反応器により処理された被処理排ガスの持つ熱を利用し、該被処理排ガスを、起動しようとする予備の触媒反応器の予熱用熱源として用いるため該予備の触媒反応器に直接導入するという思想に基づき適宜設計すればよい。

本発明の排ガス処理装置が有する複数の触媒反応器は、前述の使用例の如く使用することを考慮すると、各触媒反応器内に充填されている触媒が同一の構成であることが好ましい。但し、例えば特定の運転操作を行うと定常運転時とは異なる有害物質が発生し得ることが判っている場合などには、当該有害物質の分解用に構成した触媒を充填した触媒反応器を設けることも好ましい態様である。このような場合には、触媒反応器を３つ以上とし、そのうちの少なくとも２つは定常運転時用の触媒構成とし、他を特定の運転操作時用の触媒構成とすることがより好ましい。

本発明の排ガス処理装置で処理された被処理排ガスは、必要に応じてさらに他の除害設備により処理し、最終的には大気放出すればよい。

本発明の排ガス処理装置の一態様を示す模式図である。本発明の排ガス処理装置の別の一態様を示す模式図である。図２に示した排ガス処理装置の使用方法の一例である。本発明の排ガス処理装置の別の一態様を示す模式図である。

符号の説明

１（１ａ、１ｂ）：触媒反応器
２：排ガスを導入用の分岐配管
３（３ａ、３ｂ）：導入側ガス流路切替手段
４：大気放出配管
５（５ａ、５ｂ）：被処理排ガス導出入配管
６（６ａ、６ｂ）：排出側ガス流路切替手段
７：排ガス発生源
８：加熱器
９（９ａ、９ｂ）：熱交換器
１０：加熱器用燃料源
１１：加熱器用（燃焼用）空気源

Claims

並列的にガス流通可能に配置されており、各々ガス流入口とガス流出口とを有する複数の触媒反応器（１）と、排出源から各々の触媒反応器のガス流入口へと排ガスを導く分岐配管（２）と、排ガスが導入される触媒反応器を切替可能な導入側ガス流路切替手段（３）と、各々の触媒反応器のガス流出口から大気放出口へと被処理排ガスを導く大気放出配管（４）と、少なくとも一つの触媒反応器のガス流出口側から他の触媒反応器のガス流入口側へ被処理排ガスを導入可能に設けられた被処理排ガス導出入配管（５）と、ガス流出口側に被処理排ガス導出入配管が連結している触媒反応器のガス流出口側から流出する被処理排ガスの流路を、大気放出配管側と被処理排ガス導出入配管側とに切替可能な排出側ガス流路切替手段（６）とを有する触媒法排ガス処理装置。
請求項１記載の排ガス処理装置の運転方法であって、定常運転時には、並列配置された複数の触媒反応器のうち、ガス流出口側に被処理排ガス導出入配管が設けられた触媒反応器に排ガスを導入して有害成分を分解させるとともに、該被処理排ガス導出入配管がガス流入口側に連結している触媒反応器の少なくとも一つには、排ガス及び被処理排ガスのいずれも導入せずに予備の触媒反応器としておき、定常運転時に稼動している触媒反応器の処理容量を超える有害成分を処理する必要が生じたときには、排出側ガス流路切替手段により被処理排ガスの流路を切り替えて被処理排ガスを前記予備の触媒反応器に導くことにより該予備の触媒反応器を予熱し、次いで、導入側ガス流路切替手段により排ガスの一部を予備の触媒反応器側に導入することにより、定常運転時に稼動している触媒反応器に加えて予備の触媒反応器によっても排ガスの処理を行うことを特徴とする排ガス処理装置の運転方法。
請求項１記載の排ガス処理装置の運転方法であって、定常運転時には、並列配置された複数の触媒反応器のうち、ガス流出口側に被処理排ガス導出入配管が設けられた触媒反応器に排ガスを導入して有害成分を分解させるとともに、該被処理排ガス導出入配管がガス流入口側に連結している触媒反応器の少なくとも一つには、排ガス及び被処理排ガスのいずれも導入せずに予備の触媒反応器としておき、定常運転時に稼動している触媒反応器の処理能力が低下した場合には、排出側ガス流路切替手段により被処理排ガスの流路を切り替えて被処理排ガスを前記予備の触媒反応器に導くことにより該予備の触媒反応器を予熱し、次いで、導入側ガス流路切替手段により排ガスを予備の触媒反応器側に導入し、能力が低下した側の触媒反応器への排ガスの導入は中止することを特徴とする排ガス処理装置の運転方法。