JP3732795B2

JP3732795B2 - 排ガス脱硝装置

Info

Publication number: JP3732795B2
Application number: JP2002081097A
Authority: JP
Inventors: 忠玄田中; 教雄牧; 仁杉村; 武川島
Original assignee: Kurashiki Spinning Co Ltd
Current assignee: Kurashiki Spinning Co Ltd
Priority date: 2002-03-22
Filing date: 2002-03-22
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2022-03-22
Also published as: JP2003275579A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には気体反応を促進するための気体反応装置に関し、さらに詳しくは、トンネル排気、地下駐車場排気、焼成炉などにおいて、一酸化窒素を含有する気体の反応に用いられる反応装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、有機物質を分解する方法として、反応性の高いオゾンや紫外線を用いる方法が知られている。この１つの例として、最近、大気汚染の原因として問題となっている酸化窒素（ＮＯｘ）の排ガスからの除去に関する技術が特開昭５０−８０２６１号公報に開示されている。
【０００３】
この公報には、排ガスに含まれる一酸化窒素をオゾンと反応させて二酸化窒素にし、窒素酸化物の吸着あるいは吸収効率を高めるようにした排ガス脱硝装置が開示されている。
【０００４】
しかし、上記技術には、一酸化窒素から二酸化窒素へ酸化させるための具体的な反応装置の構成については、開示されていない。一般に、一酸化窒素を含む気体とオゾンを混ぜ合わせるだけでは、二酸化窒素ヘの反応は促進されず、触媒の使用や反応条件の調整が必要とある。
【０００５】
また、一酸化窒素を含む排ガスの処理は、トンネル排気、地下駐車場排気、焼成炉の排ガス処理など大掛かりな反応装置を整備することが困難であることが多い。よって、反応条件を厳しく設定することは困難であり、常温常圧の条件において、この反応をより進行させることができる装置が望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の技術的課題は、一酸化窒素を含む排ガスの処理など所定の気体反応を効率良く進行させることができる気体反応装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の構成の排ガス脱硝装置を提供する。排ガス脱硝装置は、一酸化窒素を含有する排ガスをオゾンによって連続的に酸化させる排ガス脱硝装置であって、円筒形の透明の内筒と該内筒の外周面に沿って前記排ガスを螺旋状に流動させる案内手段と、前記内筒と前記案内手段を包囲するケーシングと、前記内筒内に設けられた紫外線光源とを備え、前記排ガスを前記ケーシングの一端近傍から導入し、前記内筒に沿って螺旋状に流動させて、前記ケーシングの他端近傍から排出する。
【００１４】
上記構成において、前記ケーシングの内周面と前記内筒の外周面との離間距離は１００ｍｍ以下であることが好ましい。より好ましくは１０ｍｍ以下である。
【００１５】
好ましくは、前記ケーシングの内周面と前記案内手段の表面の少なくともいずれか一方は、鏡面ないし鏡面仕上げにされている。
【００１６】
上記構成によれば、紫外線光源から照射される紫外線により、酸素からオゾンを装置内で生成することができるため、より多くのオゾンを供給することによって、一酸化窒素の反応をより高収率で行うことができる。また、一酸化窒素が低濃度の場合は、装置内部で生成されたオゾンによって一酸化窒素を完全に酸化させることができ、オゾン発生装置を装置の外部に設ける必要がない。さらにケーシングの内周面と案内手段の表面の少なくともいずれか一方が鏡面ないし鏡面仕上げにされていることにより、紫外線が広い領域に行きわたり、オゾンの生成量を促進させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
排ガス中の一酸化窒素を二酸化窒素に酸化し、これを吸着又は吸収させることによる排ガス脱硝システムとして、排ガスを装置に供給するための装置（例えば、ガスポンプ）、オゾンを供給するための装置（例えばオゾナイザー）、二酸化窒素を水に吸収させて窒素固定するための装置、残存しているオゾンを活性炭等に吸着させて処理水として排出するための構成など、全体の基本的構成は、従来技術のものと同等でよい。
【００１８】
図１は、本発明に係る排ガス脱硝システム中における排ガス脱硝装置の概略構成を模式的に示して説明する図である。排ガス脱硝装置１０の構成は、中央に透明な内筒１１が配置されており、その外周面を覆うように筒状に形成されたケーシング１２が配置されてなる。内筒１１の内腔には紫外線ランプ１４が格納されている。紫外線ランプ１４は、４００nm以下の波長の光も発光する低圧水銀ランプ、エキシマランプやキセノンランプ、あるいは殺菌ランプ等を用いることができる。
【００１９】
内筒１１は、外径Ｌが約２０〜３０mm程度の直管状である。内筒１１の外周面とケーシング１２の内周面との間の距離Ｍ（以下、離間距離という。）は１０mm以下にされている。後述するように、紫外線ランプ１４から照射される紫外線のエネルギは、この距離が大きくなるほど減衰するので、離間距離を短くするほど紫外線ランプ１４のエネルギを有効利用することができる。
【００２０】
図１に矢印で示すように、一酸化窒素を含む排ガスは、装置の下側に設けられている供給口１５から装置内へ導入される。装置内を流動して上端に設けられている排出口１６から排出される。
【００２１】
内筒１１の外周面とケーシング１２の内周面との間には、導入された気体を内筒１１の周囲に螺旋状に流動させるべく、螺旋状に形成された案内部材１３が設けられている。案内部材１３は、内筒１１の外周面とケーシング１２の内周面との間にわたって設けられ、ピッチＮを有する内筒１１の周囲を螺旋状に旋回して下から上へ昇っていく流路を形成している。このように構成されていることにより気体を内筒の周囲に直線状に流す流路よりも長い流路を形成することができる。このように長い流路にすることによって、気体分子同士が衝突し、反応が進みやすくなる。また、急激な流路の断面積の増減もないため、圧力損失をほとんど生じない。ピッチＮは、装置の高さ寸法や気体濃度などに応じて適宜調整することができる。例えば、高濃度の気体を処理するためには、ピッチを小さくして流路長を長くすればよい。
【００２２】
また、螺旋状の流路では、そこを流れる気体は旋回流となり、また流れに乱れ（乱流）も生じるので、気体の分子は、分子が旋回することで紫外線ランプ１４からの光を均一に受けることができる。
【００２３】
このように乱流を生じさせる手段としては、螺旋状案内部材でなくてもよい。他例としては、流れの中に流動方向の変化や流速の部変化を与える形状の構成を配置することで同様の効果を得ることも可能である。例えば、紫外線ランプ１４の長手方向に沿って気体を上下方向に流動させるような案内部材であってもよいし、あるいは紫外線ランプ１４の周方向に沿って気体を水平方向に流動させるような案内部材であってもよい。また、流動におけるそのような変化は、流路内で流動している気体中の一部分に対するものであってもよい。さらに、離間距離を小さくすることは流路断面を小さくすることになり、一定のポンプ吐出圧で気体が流動するとき、その流路断面が小さくなるほど流速が速くなって乱流を生じやすくなる。
【００２４】
流路中の気体に対して紫外線を多方向からできるたけ均等且つ効率的に照射するためには、流れに乱流を生じさせることも有効であるが、ケーシング１２の内周面や案内部材１３の表面を、紫外線を反射させる鏡面ないし鏡面仕上げとすることも同様に有効である。特に、ケーシング１２の内周面を鏡面ないし鏡面仕上げとすることは、紫外線が流路内に封じ込められて光エネルギの減衰を最小限に止められ、さらに有効である。勿論、併用による相乗効果も期待できる。
【００２５】
また、気体に対して紫外線を照射しているので、気体中に含まれている酸素をオゾンに変えることもできる。すなわち、オゾナイザーのようなオゾン供給手段で廃液中にオゾンを吹き込むのに加えて、気体中から新たにオゾンを生成することもできるので、この生成が見込まれる量だけ、オゾン供給手段からの供給量（吹き込み量）を低減することができる。あるいは、新たに生成されるオゾンによってさらなる反応促進が期待される。さらには、この廃液中で新たに生成されるオゾンの量が十分に期待できるような状況では、オゾナイザーのようなオゾン供給手段を設けずともよい場合もあり得る。
【００２６】
また、装置内に二酸化チタンや五酸化バナジウムのような光触媒が存在していれば、一酸化窒素自体を分解することもできる。光触媒は、ケーシング１２の内周面に塗布または焼付けすることができ、あるいは案内部材１３の表面に塗布または焼付けすることができる。また、そのいずれか一方の面を鏡面ないし鏡面仕上げとして、もう一方の面に光触媒を塗布または焼付けすることも可能である。勿論、鏡面部分と光触媒塗布部分が不規則に混在してもよい。
【００２７】
図２は、紫外線ランプ１４から照射される紫外線のエネルギが離間距離の増大と共に減衰していく状況を示すグラフ図である。なお、照射強度を測定した紫外線の波長は２５３．７nmである。曲線Ａは１１０Ｗランプ、曲線Ｂは４０Ｗランプのそれぞれ測定結果を示している。グラフに示すように、紫外線エネルギは離間距離が増大するにつれて指数関数的に減少している。縦軸は紫外線の照射強度をμW/cm²で示しており、横軸はランプ表面からの距離をcmで示している。なお、1cm未満の距離については測定されていないが、それぞれ各曲線の延長上にあるものと推測される。
【００２８】
気体は、紫外線ランプ１４とケーシング１２との間に形成される空間を流路として流動する。この離間距離は、１０mm程度であっても、処理時間（循環する滞留時間）を長くしたり、オゾン注入量を多くしたり、あるいは、上述のような種々の工夫をすることで、一酸化窒素の除去率は向上させることができる。しかし、さらに飛躍的な除去率を達成するためには、離間距離は少なくとも１００mm、さらには１０mm程度に短くされるのが好ましい。
【００２９】
本実施形態にかかる排ガス脱硝装置は、ディーゼル機関、ガスタービン、ボイラ、触媒製造、トンネル排気、地下駐車場排気、焼成路などの排気ガス中に含まれる酸化窒素ＮＯｘの除去に有効に用いることができる。
【００３０】
【実施例】
図３に示すシステム中に、図１の排ガス脱硝装置を用いて排ガス中に含まれる一酸化窒素の酸化能力及び分解能力を実験した。すなわち、一酸化窒素/窒素ガス及び空気を排ガス脱硝装置に送り、一酸化窒素が二酸化窒素に酸化される割合(一酸化窒素除去率)を測定した。空気側の流路の途中にオゾン発生器を設け、空気ポンプによって送られた空気をオゾンにして送ることができるようにした。排ガス脱硝装置は、紫外線ランプとケーシング内周面との間の離間距離Ｍを１０mmとし、内筒の直径Ｌを３０mmとした。また、案内部材のピッチＮを３０mmとした。紫外線ランプとしては、セン特殊光源株式会社製（型名：ＵＴ−６）（全長：２３０mm、発光長：１３０mm、ワット数：６W、ＵＶ照度：１５マイクロW/cm²、ＵＶ強度1.3W）なお、後述のように、比較例においては、案内部材を設けずに同様の実験を行なった。
【００３１】
（実施例１）
両ガスの流量を、一酸化窒素／窒素(186.4ppm)ガスを０．５l/min、空気を２l/minに設定し、図１の排ガス脱硝装置に送った。したがって、装置内での一酸化窒素濃度は約３７ppm程度となる。本実施例では、排ガス脱硝装置の紫外線ランプ１４は点灯させなかった。空気側ガスは、オゾン発生器を動作させ、装置内でのオゾン濃度を０ppm(基準値)、２２ppm、５４ppmとなるように調整した。計測方法は、排ガス脱硝装置から排出されたガスをテドラーバックに捕集し、ガス中の一酸化窒素及び二酸化窒素の濃度を北川式検知管（窒素酸化物用Ｎｏ．１７４Ａ)を用いて測定した。結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】

【００３３】
(比較例)
排ガス脱硝装置として螺旋状の案内部材を有しない装置を用いることを除いて、実施例１と同様の条件で実験を行なった。結果を表２に示す。
【００３４】
【表２】

【００３５】
（実施例２）
両ガスの流量を、一酸化窒素／窒素(186.4ppm)ガスを０．５l/min、空気を２l/minに設定し、図１の排ガス脱硝装置に送った。本実施例では、排ガス脱硝装置の紫外線ランプ１４を点灯させた。触媒は使用しなかった。空気側ガス側は、オゾン発生器を動作させず、空気が直接装置内に送られるようにした。計測方法は、排ガス脱硝装置から排出されたガスをテドラーバックに捕集し、ガス中の一酸化窒素及び二酸化窒素の濃度を北川式検知管（窒素酸化物用Ｎｏ．１７４Ａ)を用いて測定した。結果を表３に示す。
【００３６】
【表３】

【００３７】
（実施例３）
装置内に光触媒（堺化学工業製ＣＳ−２００Ｓ−２４）を２２０ｇ充填した点以外は、実施例２と同様の条件で実験を行なった。結果を表４に示す。
【００３８】
【表４】

【００３９】
上記実施例１及び比較例より、螺旋状の案内部材を設けることによって、一酸化窒素の二酸化窒素ヘのに酸化効率が高くなることが認められた。特に、オゾン濃度が高い場合には、ＮＯ除去率が９１％となり、案内部材が設けられていない場合（６０％）と比較して約１５０％の効率を図ることができる。
【００４０】
また、実施例２によって、排ガス脱硝装置内の紫外線ランプを点灯させることにより、ガス中の酸素からオゾンが生成される結果、低濃度の一酸化窒素であるならばオゾン発生器を設けなくても一酸化窒素の除去がはかられることが判明した。
【００４１】
さらに、実施例３によって、紫外線ランプの点灯と光触媒を併用することにより、排ガス中の一酸化窒素を完全に除去することができることが認められた。具体的には、光触媒の存在によって、ＮＯが酸化されてＮＯ_２となり、さらにＮＯ_２の酸化が進みＮＯ_３ ⁻の状態になり、空気中の水分と反応してＨＮＯ_３になっていると考えられる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明では、例えば、一酸化窒素を含む排ガスとオゾンは、螺旋状に設けられた案内部材に沿って、螺旋状に流路中を流動する。このときこれらの気体は乱流となって流路中を流れるため、気体同士の接触が頻繁となり、気体反応を促すことができる。また、装置内における排ガスの滞留や圧力損失もほとんどない。さらに、紫外線ランプを点灯させることによってオゾンを生成することができるため、オゾン発生器を備えずに一酸化窒素の酸化効率を高めることができる。また、光触媒を併用することで、排ガス中の一酸化窒素を完全に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシステム中における排ガス脱硝装置の概略構成を模式的に示して説明する図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）はＩｂ−Ｉｂ断面図である。
【図２】紫外線ランプから照射される紫外線のエネルギが離間距離の増大と共に減衰していく状況を示すグラフ図である。
【図３】本発明に係る排ガス脱硝システムとして、実験に用いた構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０排ガス脱臭装置（気体反応装置）
１１内筒
１２ケーシング
１３案内部材
１４紫外線ランプ
１５供給口
１６排出口

Claims

一酸化窒素を含有する排ガスをオゾンによって連続的に酸化させる排ガス脱硝装置であって、円筒形の透明の内筒と該内筒の外周面に沿って前記排ガスを螺旋状に流動させる案内手段と、前記内筒と前記案内手段を包囲するケーシングと、前記内筒内に設けられた紫外線光源とを備え、前記排ガスを前記ケーシングの一端近傍から導入し、前記内筒に沿って螺旋状に流動させて、前記ケーシングの他端近傍から排出することを特徴とする排ガス脱硝装置。
前記ケーシングの内周面と前記内筒の外周面との離間距離は１００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の排ガス脱硝装置。
前記ケーシングの内周面と前記内筒の外周面との離間距離は１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の排ガス脱硝装置。
前記ケーシングの内周面と前記案内手段の表面の少なくともいずれか一方は、鏡面ないし鏡面仕上げにされている請求項２に記載の排ガス脱硝装置。
オゾン供給は、オゾンが前記ケーシング内へ直接導入される請求項１乃至３のいずれか１つに記載の排ガス脱硝装置。
オゾン供給は、前記排ガスに紫外線を照射することによって、該排ガスに含まれている酸素からオゾンが生成されることを特徴とする請求項４又は５に記載の排ガス脱硝装置。