JP3971578B2

JP3971578B2 - 排ガス処理装置

Info

Publication number: JP3971578B2
Application number: JP2001025985A
Authority: JP
Inventors: 信之正木; 勝則三好; 潤一郎久貝; 昇杉島
Original assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Current assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: JP2002224534A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物等の焼却炉から発生する排ガス中に含まれるダストを除去するとともに、例えばダイオキシン類等の有害物質をも除去することができる排ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
焼却炉などから発生する排ガス中には、ダストともに、ダイオキシン類や窒素酸化物等の有害物質が含まれており、近年社会的に重大な問題となっている。そこで、ダストとともにこれら有害物質を無害化する手段について種々開発がなされているが、中でも、有害物質の除去に有効な手段として、バグフィルタと触媒とを組合せた装置が、特開平１１−３００１６３号公報に提案されている。該装置は、前段のバグフィルタによってダストを除去し、後段の触媒の作用により有害物質を分解・除去して無害化するものである。
【０００３】
しかしながら、上記装置に用いられるバグフィルタは、除塵効率には優れるものの、一般に運転可能な温度域が低く、続く後段の触媒層に導入される排ガスは、触媒が有効に働く温度域よりも低い温度となってしまうため、充分な触媒活性が得られず、満足しうるだけの分解・除去効率が発揮されないという問題があった。また、バクフィルタの運転温度が低いと、排ガス中に硫黄酸化物が含まれることになり、これが触媒の劣化を促進するという問題を招くことにもなる。なお、バグフィルタを通過した排ガスを加熱した後に触媒と接触させることも考えられるが、さらに加熱手段を設けることは、コストアップに繋がると同時に、実際の設備においてはスペースの問題等から設置が困難な場合もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、除塵後、触媒が有効に働く最適温度で排ガスを触媒層に導入することができ、これによって、排ガス中に含まれる有害物質を高効率で分解・除去して無害化することができる排ガス処理装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、空気浄化室に、耐熱性があり使用温度域の広いセラミックフィルタを設け、さらに該セラミックフィルタの下流側に触媒層を設けることにより、用いる触媒に応じた最適温度の排ガスを触媒層に導入することできることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明の排ガス処理装置は、ダイオキシン類を含む排ガス中のダストを除去するためのセラミックフィルタを備えた空気浄化室を含む排ガス処理装置において、前記空気浄化室に、セラミックフィルタと、その下流側に位置してダイオキシン類分解触媒で構成される触媒層とを設けてなり、前記排ガスが前記セラミックフィルタを通過してから前記触媒と接触するまでの排ガス滞留時間が２秒以内となる設置間隔で前記セラミックフィルタと触媒層とが配置されている、ことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の排ガス処理装置を構成する空気浄化室は、前段にダストを除去するためのセラミックフィルタを備えたものである。セラミックフィルタは耐熱性があるので使用温度域が広く、高温で使用することができるので、後段で用いる触媒に応じて設定した温度でセラミックフィルタを用いて除塵を行うことにより、触媒が有効に働く最適温度の排ガスを触媒層に導入することでき、分解・除去効率を向上させることができる。また、例えば、ダイオキシン類分解触媒を用いてダイオキシン類を分解・除去する際には、触媒が有効に働く温度域（２５０〜６００℃）にある高温の排ガスを触媒層に導き、高効率で分解・除去を行えると同時に、このような高温度域であれば、クロロフェノール、クロロベンゼン、多環芳香族類等のダイオキシン類の前駆体となる有機物や有機ハロゲン化合物なども分解除去できるため、触媒層出口以降におけるダイオキシン類の再生成を抑制し、さらに高効率でダイオキシン類の排出を防止できる。さらに、２５０℃以下の比較的低い温度の排ガスが触媒層に導入されると、排ガス中に含まれる硫黄酸化物の付着により触媒が劣化することがあるが、その場合には、セラミックフィルタを取り外すことなく、セラミックフィルタと触媒層とを含む空気浄化室をそのまま加熱することによって、触媒の再生を行うことができるという利点もある。
【０００７】
本発明に用いられるセラミックフィルタとしては、一般にダスト除去に用いられるものを使用することができ、例えば、０．１μｍの微粒子を９０％以上、好ましくは９５％以上除去できる集塵効率のものが好適である。セラミックフィルタの材質は、特に限定されないが、耐熱衝撃性、耐食性を考慮すると、コージェライト、ムライト、リチウムアルミニウム、シリケート、チタン酸アルミニウム、炭化ケイ素等の低熱膨張セラミックスが好ましい。セラミックフィルタの形状は、特に限定されないが、単位体積あたりのろ過面積が大きいハニカム形状のものが好ましく、さらに高い集塵効率を得るためにはウォールフロー型のものがより好ましい。なお、前記セラミックフィルタのろ過面積は、具体的には、２０ｍ²／ｍ³以上であるのが好ましく、より好ましくは１００ｍ²／ｍ³以上であるのがよい。ろ過面積が２０ｍ²／ｍ³未満であると、必要となるセラミックフィルタの容量が増大し、装置が大きくなるので好ましくない。
【０００８】
また、本発明においては、後述する触媒を担持させたセラミックフィルタを用いることもできる。これにより、後段の触媒層における触媒量を少なくすることができ、装置をよりコンパクトにすることができる。この場合、触媒の担持量には特に制限はないが、通常、セラミックフィルタの質量に対して1〜２０質量％とするのが好ましく、より好ましくは２〜１５質量％とするのがよい。
本発明の排ガス処理装置を構成する空気浄化室は、前記セラミックフィルタの下流側に、排ガス中に含まれる有害物質を無害化するための触媒層をも設けたものである。
【０００９】
前記触媒層は、前記セラミックフィルタの下流側に該セラミックフィルタを出し入れするための作業スペースを設け、該スペースに設置することが好ましい。セラミックフィルタを用いて排ガスを処理する場合、通常、セラミックフィルタの下流側に、セラミックフィルタを出し入れするための作業空間として一定のスペースが設けられる。このスペースを利用して、ここに触媒層を充填することにより、新たな反応器を設置し、配管で接続したりすることなく、省スペース化が図れるのである。なお、実際にセラミックフィルタを出し入れする際には、触媒層を取り外した後に、空気浄化室の下流側から作業を行えばよく、前記作業スペースの大きさは、触媒層を充填しうる範囲であれば特に限定されない。
【００１０】
ダイオキシン類を含む排ガスを処理する場合、空気浄化室にセラミックフィルタと触媒層の両方を設けることは、ダイオキシン類の除去効率を高めることにも貢献する。すなわち、ダイオキシン類を除去する場合、焼却炉で完全に燃焼せず排ガス中に含まれることになる、有機物、有機ハロゲン化合物、塩素や塩化水素等の塩素源等の物質とダストとが装置内で接触すると、ダイオキシン類がさらに生成し、除去効率を低下させる原因となる。セラミックフィルタと触媒層とが一つの空気浄化室に収納されていない場合（例えば図2に示すように、セラミックフィルタ４を収納した反応器（空気浄化室）３と別に反応器３’を設け、該反応器３’に触媒層５を充填し、反応器（空気浄化室）３と反応器３’とを配管９などで接続した場合）であると、フランジ部、絞り込み部、接続部もしくは配管の曲り部などでダストの堆積が生じ易くなるため、ダイオキシン類のさらなる生成を起こし、除去効率を低下させることになるのであるが、本発明の装置であれば、ダストの堆積は起こらないので、このダイオキシン類のさらなる生成を抑制することができる。
【００１１】
本発明において触媒層に用いられる触媒は、特に制限されるものではなく、処理の目的等に応じて、従来公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、ダイオキシン類分解触媒、脱硝触媒、ＣＯ酸化触媒、有機ハロゲン化合物分解触媒、脱臭触媒等を使用することができる。具体的には、ダイオキシン類分解触媒としては、チタン、シリカ、アルミナ、ジルコニア等の酸化物や、チタニア−シリカ、シリカ−アルミナ、チタニア−アルミナ、チタニア−ジルコニア等の複合酸化物に、活性成分として、バナジウム、モリブデン、タングステン、マンガン、コバルト、銅、鉄、白金、パラジウム等の金属または酸化物を添加した触媒が好適に用いられる。また、脱硝を行う場合、触媒の上流側からアンモニアや尿素等の薬剤を添加することもできる。なお、触媒層に用いられる触媒は、排ガスに含まれる有害物質の種類に応じて複数種を組合わせてもよい。
【００１２】
前記触媒層の形状は、特に限定されるものではなく、円筒状、円柱状、板状、波板状、球状、ハニカム状等から適宜選択することができるが、中でも、ハニカム状のものが、接触面積が大きく、圧力損失が少なく、ダストによる目詰まりも少ないため好適である。さらに、前記セラミックフィルタと触媒層の両方が、ハミカム形状でかつ外形が矩形のものであると、充填や抜き取り等の作業性が向上し、装置自体の設計も簡素化できるので好ましい。
本発明においては、前記触媒の使用温度範囲は、排ガスに含まれる有害物質の種類に応じて最適な温度を適宜選択することができる。例えば、ダイオキシン類分解触媒の場合の使用温度範囲は、１５０〜６００℃とするのが好ましく、より好ましくは２５０〜６００℃である。１５０℃より低い場合は、触媒の活性が低くなり、充分な触媒量を確保しようとすると装置が大きくなるため好ましくない。一方、６００℃より高い場合は、熱的な影響により、活性成分のシンタリングや比表面積の低下が生じ、触媒が劣化し易くなるため好ましくない。
【００１３】
以下、本発明の排ガス処理装置の一例を図１を用いて具体的に説明する。図１において、上流に排ガス導入口１を、下流に排ガス排出口２を備えた反応器（空気浄化室）３の上流側にはセラミックフィルタ４が、下流側には触媒層５がそれぞれ設置されている。セラミックフィルタ４と触媒層５との間には、セラミックフィルタ４を出し入れするためのスペースが設けられており、該スペース内には、セラミックフィルタ４の目詰まりを空気圧で解消するための逆洗用圧力空気噴出管６が、これに取り付けられた噴出ノズル７がセラミックフィルタ４に対向するように配されている。また、反応器３の下部は漏斗状になっており、その底部には、噴出ノズル７から噴出された空気によりセラミックフィルタ４から押し出されたダストを集塵するためのダストホッパー８が設けられている。
【００１４】
図１の排ガス処理装置において、焼却炉（図示せず）から排出された排ガスは、冷却塔（図示せず）で所望の温度に冷却された後、排ガス導入口１から反応器（空気浄化室）３に導入され、セラミックフィルタ４により除塵される。そして、ダストが除去された排ガスは、続いて触媒層５で触媒と接触することにより高効率で有害物質を除去して、排ガス排出口２から大気中に放出される。一定時間運転した後、セラミックフィルタ４がダストにより目詰まりを起こした場合には、噴出ノズル７から空気を噴出し、セラミックフィルタ４を洗浄すればよい。
なお、本発明の装置を運転する際には、セラミックフィルタ４におけるろ過速度は、０．０５〜５ｍ／秒とするのが好ましく、より好ましくは０．１〜２ｍ／秒とするのがよい。セラミックフィルタ４におけるろ過速度が０．０５ｍ／秒未満であると、充分な除塵効果が得られず、一方、５ｍ／秒を超えると、圧力損失が大きくなりすぎて好ましくない。また、触媒層５における排ガスの流速は、０．１〜２０ｍ／秒とするのが好ましく、より好ましくは０．５〜１５ｍ／秒とするのがよい。触媒層５における排ガスの流速が０．１ｍ／秒未満であると、セラミックフィルタ４で除去しきれなかったダストが触媒に堆積しやすくなり、一方、２０ｍ／秒を超えると、圧力損失が大きくなりすぎて好ましくない。
【００１５】
また、本発明の排ガス処理装置を用いてダイオキシン類を含む排ガスを処理する場合には、ダイオキシン類分解触媒で構成された触媒層５を用い、かつ、排ガスが前記セラミックフィルタ４を通過してから触媒と接触するまでの排ガス滞留時間が２秒以内となるような設置間隔でセラミックフィルタ４と触媒層５とを配置することが好ましい。前記排ガス滞留時間が２秒以内であれば、排ガス中に含まれる、有機物、有機ハロゲン化合物、塩素や塩化水素等の塩素源等の物質と、通常、除塵後にわずかに残存するダストとの接触によるダイオキシン類の生成を抑制することができるからである。前記排ガス滞留時間を２秒以内にするには、さらに、排ガスの流速（セラミックフィルタ４のろ過速度）を上げることも有効である。
【００１６】
本発明においては、前述のセラミックフィルタと触媒層とを備えた空気浄化室のさらに前段に、電気集塵器、サイクロン、バグフィルタ、セラミックフィルタのうちの少なくとも1つからなる除塵手段をも備えていることが好ましい。これにより、除塵効率をさらに向上させることができるので、高効率の処理性能を得ることができると同時に、触媒の耐久性を向上させることができる。
本発明の排ガス処理装置は、都市廃棄物、産業廃棄物等の焼却炉から排出される排ガスに含まれるダストとガス状の有害物質を高効率で処理するのに有用である。具体的には、脱硝、ダイオキシン類除去、ＣＯ酸化等に用いることができ、とりわけダイオキシン類の除去に好適である。なお、ダイオキシン類とは、ポリハロゲン化ジベンゾダイオキシン、ポリハロゲン化ジベンゾフランおよびポリハロゲン化ビフェニルのうちの少なくとも1種と定義されるものである。
【００１７】
【実施例】
以下、具体的に実施例と比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例1）
セラミックフィルタとしては、コージェライト製ハニカム状セラミックフィルタ（ウォールフロー型）で、形状：１５０ｍｍ角×５００ｍｍ長さ、目開き：５ｍｍ、肉厚：１ｍｍ、平均細孔径：１３μｍ、ろ過面積：２．９ｍ²のものを用いた。
【００１８】
触媒層としては、組成：TiO₂−V₂O₅−MoO₃＝９０−５−５（重量％比）のダイオキシンオ類分解触媒で、形状：１５０ｍｍ角×５００ｍｍ長さ、目開き：５ｍｍ、肉厚：１ｍｍのハニカム状のものを用いた。
図1に示すような反応器３内の上流側にセラミックフィルタ４を、下流側に触媒層５を各々１本ずつ充填した。
この装置に、実際の焼却炉から排出された排ガスの一部を、排ガス流量：７０Ｎｍ³／ｈ、排ガス温度：２６０℃で、排ガス導入口１より導入して排ガス処理を行った。このとき、セラミックフィルタ４を通過してからダイオキシン類分解触媒と接触するまでの排ガス滞留時間は０．６秒であった。そして、排ガス導入口１および排ガス排出口２のダイオキシン類濃度を測定したところ、ダイオキシン類濃度は、導入口では３．５ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ³、排出口では０．００８ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ³であり、処理後の排ガスに含まれるダイオキシン類は極微量であった。また、下記式より算出したダイオキシン類除去効率は９９．８％であった。
【００１９】
ダイオキシンン類除去効率（％）
＝［（導入口のダイオキシン類濃度−排出口のダイオキシン類濃度）／導入口のダイオキシン類濃度］×１００
（比較例１）
実施例1と同様のセラミックフィルタ４および触媒層５を用い、図２に示すように、配管で接続された２つの反応器の上流側の反応器（空気浄化室）3にセラミックフィルタ４を、下流側の反応器3’に触媒層５を各々１本ずつ充填した。この装置に、実施例１と同様の条件で、排ガス導入口１より排ガスを導入して排ガス処理を行った。このとき、セラミックフィルタ４を通過してからダイオキシン類分解触媒と接触するまでの排ガス滞留時間は５．５秒であった。そして、排ガス導入口1および排ガス排出口２のダイオキシン類濃度を測定したところ、ダイオキシン類濃度は、導入口では３．５ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ³、排出口では０．１２ｎｇ−ＴＥＱ／ｍ³であり、ダイオキシン類は満足しうる量にまで低減されていなかった。また、実施例1と同様にして算出したダイオキシン類除去効率は９６．６％であった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、除塵後、触媒が有効に働く最適温度で排ガスを触媒層に導入することができ、これによって、排ガス中に含まれる有害物質を高効率で分解・除去して無害化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で用いた装置を示す模式図である。
【図２】比較例１で用いた装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１排ガス導入口
２排ガス排出口
３反応器（空気浄化室）
３’ 反応器
４セラミックフィルタ
５触媒層
６逆洗用圧力空気噴出管
７噴出ノズル
８ダストホッパー
９配管

Claims

ダイオキシン類を含む排ガス中のダストを除去するためのセラミックフィルタを備えた空気浄化室を含む排ガス処理装置において、前記空気浄化室に、セラミックフィルタと、その下流側に位置してダイオキシン類分解触媒で構成される触媒層とを設けてなり、前記排ガスが前記セラミックフィルタを通過してから前記触媒と接触するまでの排ガス滞留時間が２秒以内となる設置間隔で前記セラミックフィルタと触媒層とが配置されている、ことを特徴とする、排ガス処理装置。
前記セラミックフィルタは、ろ過面積が２０ｍ^２／ｍ^３以上であり、０．１μｍの微粒子を９０％以上除去できるものである、請求項１に記載の排ガス処理装置。
前記セラミックフィルタにおけるろ過速度が０．０５〜５ｍ／秒である、請求項１または２に記載の排ガス処理装置。