JP3564413B2

JP3564413B2 - 有害ガス分解装置

Info

Publication number: JP3564413B2
Application number: JP2001082585A
Authority: JP
Inventors: 啓介川村; 順泉
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2021-03-22
Also published as: JP2002273162A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴミ焼却炉、産業廃棄物焼却炉、食品貯蔵庫、車両等において発生する有害ガスをプラズマ分解処理する有害ガス分解装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＯｘ等の有害ガスをプラズマの照射によって分解処理する分解装置が提案されている。
この分解装置には、反応容器内を流通する有害ガスにプラズマを直接照射する第１のタイプの分解装置と、反応容器内に導入した有害ガスを吸着材に吸着させ、この吸着材に吸着させた有害ガスにプラズマを照射する第２のタイプの分解装置とがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記第１のタイプの分解装置によれば、反応容器から排出されるガス中にプラズマによって照射されないガスが多く含まれることになる。つまり、分解率の低下を招く。
上記反応容器中では、プラズマを形成するために、高電圧パルスによるストリーマ放電が行われるが、１ショットの放電では、その放電の生成領域が反応容器の体積に対して高々数％である。
上記反応容器内を流れるガス全体にプラズマを照射するためには、上記放電のショット回数を増大すれば良いが、その場合、高圧パルス電源として大型のものを使用することになるので、装置のコンパクト化および省エネ化が困難になる。
【０００４】
一方、上記第２のタイプの分解装置によれば、吸着材におけるガスの脱着速度が遅いため、吸着材表面に分解対象ガスが存在しない状態においても該表面にプラズマが生成されるという事態が生じ、このため、無駄なエネルギーが消費されることになる。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、プラズマの照射率を向上して、高い分解能力を得ることができる有害ガス分解装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る有害ガス分解装置は、それぞれ内部に吸着材が充填されるとともにプラズマ生成用の放電電極を有し、開状態で導入される有害ガスを前記吸着材に吸着させるとともに、閉状態で前記放電電極の放電に基づいて生成されるプラズマによって前記吸着材を照射するように構成された第１および第２の反応容器と、前記第１および第２の反応容器を所定時間間隔で交互に開閉する容器開閉手段と、前記第１の反応容器が閉じられているときに、この第 1 の反応容器から前記有害ガスの一部を導出して該反応容器にリターンさせ、かつ、前記第２の反応容器が閉じられているときに、この第２の反応容器から前記有害ガスの一部を導出して該反応容器にリターンさせるガス循環手段と、を備える。
前記第１および第２の反応容器に流入させる有害ガスの成分を前記吸着材に吸着させ易い成分のガスに改質する改質手段を付加してもよい。前記有害ガスがＮＯｘである場合、前記改質手段としてＮＯｘの成分であるＮＯをＮＯ _２に改質する酸化触媒を使用することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態]
図１は、本発明に係る有害ガス分解装置の第1の実施形態を示したものである。この分解装置は、反応容器１０、ガス循環手段である送風機２０および高圧パルス電源３０を備えている。
【０００７】
反応容器１０は、ガラス等の電気絶縁性の材料からなり、その上部および下部に相対向する第１電極１１および第２電極１２をそれぞれ配設するとともに、一側にガス入口１３，１３’を、他側にガス出口１４，１４をそれぞれ設けてある。ガス入口１３は、ガス供給管４０に、また、ガス出口１４をガス排出管４１にそれぞれ接続されている。
送風機２０は、上記ガス入口１３’とガス出口１４’間に介在され、また、高圧パルス電源３０は、上記第１電極１１と第２電極１２に接続されている。
【０００８】
この第１の実施形態に係る有害ガス分解装置においては、所定流量の有害ガスが上記ガス供給管４０を介して反応容器１０内に流入する。この反応容器１０内に流入した有害ガスは、電極１１，１２間の放電によって生成されるプラズマの照射によって分解処理された後、ガス排出管４１から排出されるが、その排出ガスの一部は、前記送風機２０およびガス循環管路２１を介して反応容器１０内にリターンされる。したがって、この第１の実施形態の有害ガス分解装置によれば、反応容器１０内にリターンガスの循環流が形成されることになる。
【０００９】
ここで、有害ガスの一種であるＮＯｘ（ＮＯ＋ＮＯ_２）を単に反応容器１０内に流通させた場合を考えると、酸素存在下では反応容器１０内にオゾンが生成されるので、このオゾンと反応するＮＯは減少するものの、その反応の結果、ＮＯ_２は増加することになる。したがって、この場合、高いＮＯｘ分解率を得ることができない。
【００１０】
これに対して、反応容器１０内でリターンガスを循環流通させるこの実施形態の分解装置においては、このリターンガスの循環流通によるガス流速の増大によって反応容器１０内におけるオゾン生成量が急激に低下することになる。また、リターンガスが反応容器１０内を循環するので、該ガスに対するプラズマの照射率も格段に向上する。
なお、図２は、酸素を含むガスを反応容器１０に流通させた場合の酸素の流量と生成されるオゾンの濃度との関係を例示したものである。この図２に示すように、オゾンの濃度は、酸素の流量増加に伴って急激に低下する傾向を示す。
【００１１】
上記第１の実施形態に係る分解装置によれば、上記オゾン生成抑制作用とプラズマ照射率向上作用が相乗されて、有害ガスの分解率を大幅に向上することができる。参考のために、ガスを循環流通しない場合とガスを循環流通した場合のＮＯｘの分解率実験結果を以下に示す。
【００１２】
＜実験条件＞
ガス組成：ＮＯ（２００ｐｐｍ）＋Ｎ_２＋Ｏ_２（１０％）
ガス流量：２．５ｌｉｔｔｅｒＮ／ｍｉｎ
循環ガス流量：５ｌｉｔｔｅｒＮ／ｍｉｎ
＜実験結果＞
ガス循環なしの場合のＮＯｘ分解率：５％
ガス循環ありの場合のＮＯｘ分解率：６０％
【００１３】
[第２の実施形態]
図３は、本発明に係る有害ガス分解装置の第２の実施形態を示している。この分解装置は、第１の反応容器５０−１および第２の反応容器５０−２を備えている。
反応容器５０−１，５０−２は、図４にその一構成例を示すように、図１に示す電極１１，１２に対応する電極５１，５２と、図１に示すガス入口１３，１３’およびガス出口１４，１４’に対応するガス入口５３，５３’およびガス出口５４，５４’とを備え、かつ、その内部に吸着材５５を充填してある。
【００１４】
この実施形態の分解装置は、更に、ガス循環手段である送風機６０、ガス供給管７０を反応容器５０−１，５０−２のガス入口５３に選択的に連通させる流路切換バルブ８０、ガス排出管７１を反応容器５０−１，５０−２のガス出口５４に選択的に連通させる流路切換バルブ８１、送風機６０のガス流出口を反応容器５０−１，５０−２のガス入口５３’に選択的に連通させる流路切換バルブ８２および送風機６０のガス流入口を反応容器５０−１，５０−２のガス出口５４’に選択的に連通させる流路切換バルブ８３を備えている。
なお、上記電極５１，５２には、高圧パルス電源９０の出力が加えられる。
【００１５】
この第２の実施形態に係る有害ガス分解装置においては、常時、送風機６０が運転されるとともに、図示していないコントローラからの指令に基づいて、上記バルブ８０〜８４が制御される。
すなわち、バルブ８０，８１は、所定時間間隔（例えば１０分）で同時に切換えられる。したがって、例えば、第１の反応容器のガス入口５３およびガス出口５４がガス供給管７０およびガス排出管７１にそれぞれ連通している状態では、第２の反応容器のガス入口５３およびガス出口５４が実質的に封止されることになる。
【００１６】
一方、バルブ８２，８３は、バルブ８１、８２と同一のタイミングで切換えられ、次のように作用する。
すなわち、第１の反応容器のガス入口５３およびガス出口５４がガス供給管７０およびガス排出管７１に連通している状態では、第２の反応容器５１−２のガス入口５３’およびガス出口５４’に送風機６０を接続する。また、第２の反応容器のガス入口５３およびガス出口５４がガス供給管７０およびガス排出管７１にそれぞれ連通している状態では、第１の反応容器のガス入口５３’およびガス出口５４’に送風機６０を接続する。
【００１７】
この実施形態に係る分解装置は、以下のように作用する。第１の反応容器のガス入口５３およびガス出口５４がガス供給管７０およびガス排出管７１に連通している状態では、実線矢印で示すように、有害ガスが第１の反応容器５０−１内に流入する。この有害ガスの流入は、上記所定時間継続され、その間に容器５０−１内に設けられた上記吸着材５５に該有害ガスが吸着されて濃縮される。
【００１８】
上記所定時間が経過すると、上記バルブ８０，８１が切換えられる。これにより、反応容器５０−１が閉じられるとともに、他方の反応容器５０−２への有害ガスの流入が開始される。また同時に、バルブ８２，８３が切換えられて、反応容器５０−１に上記送風機６０が接続される。
これに伴い、閉じられた反応容器５０−１内のガスの一部がその出口５４’から導出されるとともに、このガスが入口５３’を介して反応容器５０−１内にリターンされるので、該反応容器５０−１内ではリターンガスの循環流が形成されることになる。
【００１９】
上記リターンガスの循環は、上記所定時間継続され、その間に反応容器５１−１の電極５１，５２にパルス電源９０の出力が印加されて、電極５１，５２間での放電が行われる。そして、この放電によって生成されるプラズマは、反応容器５０−１内の吸着材を照射する。
上記リターンガスの循環流は、吸着材５５に対するガスの脱着速度を速めるのでガス全体に対するプラズマ照射率を向上させる。そして、このプラズマ照射率の向上は、分解反応効率の向上をもたらす。したがって、吸着材５５に吸着された分解対象ガスは、極めて高速で分解処理されることになる。
なお、上記放電時間は、分解処理に必要な時間（有害ガスの組成によって異なる）に設定すれば良い。すなわち、反応容器５０−１が封止されている間、継続して放電を実行する必要はない。
【００２０】
上記のような分解処理が第１の反応容器５０−１で実行されている間においては、図３に点線で示すように、第２の反応容器５０−２に有害ガスが導入されて、該容器５０−２内の吸着材５５に該ガスが吸着される。バルブ８０〜８４が現在の状態から切換えられると、反応容器５１−１における有害ガスの流入が再び開始されるとともに、反応容器５１−２が封止された状態に置かれる。そして、反応容器５０−２においては、送風機６０によって内部のガスが循環されるとともに、吸着材５５に吸着された分解対象ガスへのプラズマ照射が実行されるので、このガスが高速分解処理される。
【００２１】
以後、上記したような各反応容器５１−１，５１−２における分解処理が交互に繰り返され、その結果、ガス排出管７１には有害成分の含有率が極めて低いガスが流入することになる。
【００２２】
参考のために、ガスを循環流通しない場合とガスを循環流通した場合のＮＯXの分解率（吸着量に対する分解量）実験結果を以下に示す。
＜実験条件＞
ガス組成：ＮＯ（２００ｐｐｍ）＋Ｎ_２＋Ｏ_２（１０％）
ガス流量：２．５ｌｉｔｔｅｒＮ／ｍｉｎ
循環ガス流量：５ｌｉｔｔｅｒＮ／ｍｉｎ
吸着時間：１０分
分解時間：５分
（放電時間）
電源出力：１０Ｗ
＜実験結果＞
ガス循環なしの場合のＮＯｘ分解率：３０％
ガス循環ありの場合のＮＯｘ分解率：９０％
【００２３】
[第３の実施形態]
図５は、本発明に係る有害ガス分解装置の第３の実施形態を示している。この分解装置は、図３に示す分解装置の前段にガス前処理手段としての改質器１００を配設した構成を有する。
この改質器１００は、前記ガス供給管７０を流れ有害ガスの成分を反応容器５０−１，５０−２に充填した前記吸着材５５に吸着させ易い成分のガスに改質する触媒を内蔵している。
【００２４】
例えば、上記有害ガスがＮＯｘである場合、上記変換触媒としては、ＮＯｘの成分であるＮＯを酸化させてＮＯ_２に変換する酸化触媒が適用される。
吸着材（たとえば、シリカライト）５５におけるＮＯの吸着量は、ＮＯ_２のそれに比して１／１０以下である。したがって、上記改質器１００によってＮＯをＮＯ_２に変換すれば、反応容器５０−１，５０−２におけるガス吸着時間（前記バルブ８０〜８４の切換周期）を長く設定することが可能になる。なぜなら、吸着材を通過してガス排出管７１に流入するガスの有害成分含有量が少なくなるからである。
上記ガス吸着時間を長く設定すれば、吸着在５５における有害ガスの濃縮率が高くなってラジカル反応効率が向上するので、無駄なエネルギー消費が抑制される。つまり、省エネ運転が可能になる。
【００２５】
上記第２、第３の実施形態において使用する吸着材５５としては、シリカライト、ＵＳＹ、モルデナイト等を適用することができる。
また、上記第３の実施形態に係る分解装置を、ディーゼルエンジンの排ガスの分解処理に適用する場合には、上記改質器１００の前段に排ガス中のススを除去する手段を配設することが好ましい。
【００２６】
なお、図１および図４に示す反応容器１０および５０−１，５０−２に代えて、図６に示すような反応容器１１０を使用しても良い。この反応容器１１０は、導電材料で形成され、その軸線上に設けた線状の電極１１１とその周壁との間で放電が行われる。
【００２７】
上記各実施形態に係る分解装置は、ゴミ焼却炉、産業廃棄物焼却炉、食品貯蔵庫、車両（ディーゼルエンジン搭載車、リーンバーンエンジン搭載車）、トンネル、ドライクリーニング工場等から排出される有害ガスの分解処理に適用して有効である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明に係る有害ガス分解装置によれば、反応容器を通過したガスの一部を該反応容器内にリターンさせるガス循環手段を設け、このガスのリターンによって前記反応容器内にリターンガスの循環流を形成するようにしているので、オゾン生成抑制作用とプラズマ照射率向上作用が相乗されて、有害ガスの分解率が大幅に向上する。
また、閉じた反応容器内のガスの一部を導出して該反応容器内にリターンさせるガス循環手段を設け、このガスのリターンによって前記閉じた反応容器内にリターンガスの循環流を形成するようにしているので、吸着材に対するガス脱着速度の向上作用とプラズマ照射率向上作用が相乗されて、分解効率が一層高められる。さらに、反応容器として第１および第２の反応容器を備え、かつ、一方の反応容器が閉じている間に他方の反応容器を開く容器開閉手段を設けているので、バッチ式に分解処理を実行して、処理効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る有害ガス分解装置の第１の実施形態を示す概略構成図。
【図２】酸素の流量と生成されるオゾンの濃度との関係を例示するグラフ。
【図３】本発明に係る有害ガス分解装置の第２の実施形態を示す概略構成図。
【図４】図３の分解装置における反応容器の概略構成を示す断面図。
【図５】本発明に係る有害ガス分解装置の第３の実施形態を示す概略構成図。
【図６】反応容器の他の構成例を示す斜視図。
【符号の説明】
１０，５０−１，５０−２，１１０反応容器
１１，１２，５１，５２，１１１電極
２０，６０送風機
３０、９０パルス電源
４０ガス供給管
４１ガス排出管
５５吸着材
８０〜８４流路切換バルブ

Claims

それぞれ内部に吸着材が充填されるとともにプラズマ生成用の放電電極を有し、開状態で導入される有害ガスを前記吸着材に吸着させるとともに、閉状態で前記放電電極の放電に基づいて生成されるプラズマによって前記吸着材を照射するように構成された第１および第２の反応容器と、
前記第１および第２の反応容器を所定時間間隔で交互に開閉する容器開閉手段と、
前記第１の反応容器が閉じられているときに、この第1の反応容器から前記有害ガスの一部を導出して該反応容器にリターンさせ、かつ、前記第２の反応容器が閉じられているときに、この第２の反応容器から前記有害ガスの一部を導出して該反応容器にリターンさせるガス循環手段と、
を備えることを特徴とする有害ガス分解装置。
前記第１および第２の反応容器に流入させる有害ガスの成分を前記吸着材に吸着させ易い成分のガスに改質する改質手段を付加したことを特徴とする請求項１に記載の有害ガス分解装置。
前記有害ガスがＮＯｘであり、前記改質手段がＮＯｘの成分であるＮＯをＮＯ_２に改質する酸化触媒であることを特徴とする請求項２に記載の有害ガス分解装置。