JP3976939B2

JP3976939B2 - 小型脱硝・脱硫装置

Info

Publication number: JP3976939B2
Application number: JP10254899A
Authority: JP
Inventors: 康幸林; 仁志柴田; 学里川; 修三田中
Original assignee: 共栄工業株式会社
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2019-04-09
Also published as: JP2000288340A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃焼機やエンジンなどからの排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_X）や硫黄酸化物（ＳＯ_X）を除去する脱硝・脱硫技術に関する。さらに詳細には、生コンクリートスラッジや建設廃材を酸固定材として利用した脱硝・脱硫技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大気汚染の原因の一つとなる硫黄酸化物（ＳＯ₂，ＳＯ₃）は、そのほとんどが工場から排出されるものであり、環境対策や産業政策や企業努力等によってその対策が進んだことから、二酸化硫黄の環境濃度は、昭和６３年度では昭和４２年度の１／６程度にまで減少し、一般環境大気測定局の環境基準の９９．７％となり、この環境基準を達成している。
【０００３】
一方、窒素酸化物（ＮＯ，ＮＯ₂を総称してＮＯ_Xという）は、東京都特別区等，横浜市，大阪市等の総量規制３地域で目標とされた昭和６０年度でのＮＯ₂の環境基準を達成することができず、かえって近年の濃度増加傾向によって対策の必要性に注目が集まるようになった。ここで、発電所や大規模工場等の固定発生源におけるＮＯ_Xの発生量は、脱硝技術の開発および対策の進展によってかなり改善されている。
【０００４】
しかし、自動車等の移動発生源や一般家庭，小型ボイラー等の民生発生源や中小規模の燃焼施設を有する固定発生源に対する脱硝技術は、経済性や設置スペース等の観点からみて、適切なものは提供されていない。つまり、これらの発生源からの窒素酸化物はたれ流しの状態にあるといえる。このことが、窒素酸化物の環境基準を達成することが困難な原因の一つといえる。
【０００５】
これまでに実用化された脱硝法には、乾式の選択接触還元法（ＳＣＲ法）と無触媒還元法（ＳＮＣＲ法）がある。これらの方法は、いずれもアンモニア（ＮＨ₃）によるＮＯの選択還元反応を利用したものである。そして湿式脱硝法では、ＮＯを気相において酸化させたＮＯ₂あるいはＮ₂Ｏ₃をアルカリ水溶液に吸収させる方式と、液相において酸化剤の作用で酸化固定させる方式等が有る。しかしながら、液相で反応を行なうと、水と固形分との分離を行なわなければならず、このような分離装置を備えるだけ複雑となりコストおよび装置設置面積の面からも不利である。
【０００６】
また、最近では土壌を用いて大気中のＮＯ_Xを除去する土壌脱硝技術が研究されている。この技術は、一般大気中に排出された排気ガスを土壌中を通過させ、大気中の窒素酸化物を土壌の物理的吸着力で吸着することによって脱硝を行なう技術である。土壌に吸着された窒素酸化物は、土壌中の微生物（硝化脱窒菌等）の作用で窒素と水に分解される。分解された窒素は、一部植物に取り込まれ、後は大気中に放出される。しかし、この方法は、広大な土地を必要とし、微生物という自然にまかせた処理であることから、温度の変化によって効率が変動するという問題を有している。
【０００７】
また、酸固定材として、石灰（炭酸カルシウム）や消石灰（水酸化カルシウム）をペレット状に造粒して酸固定材とすることは知られているが、石灰もしくは消石灰だけで造粒したペレットは、水分が存在する環境では水に溶けて、ペレットとしての形状を残さないので、用途が限定される。
さらに、このようなペレットを振動を受けやすい自動車等の移動体に取り付けた場合、ペレットの形状を保ちにくく、粉塵の発生が多くなるという問題を有している。
【０００８】
これらの問題を解決するために、本出願人は、排気ガス中のＮＯ_XやＳＯ_Xを一旦酸化した後、水蒸気の存在下で水和させてコンクリートとの反応性を高め、生コンクリートや建設廃材等を破砕したコンクリート粒子をセメントをバインダとして成形したペレットを用いた酸固定手段に固定させるようにした脱硝・脱硫装置を提案している（特開平９−５７０５２号公報参照）。
これは、管理所などに設置された、トンネルなどの排気ガス中のＮＯ_XやＳＯ_Xを吸着固定する脱硝・脱硫装置に関する発明で、自動車等の移動体に搭載したり小型化することについては示唆していなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、自動車等の移動発生源や小型ボイラー等の燃焼機等の小型発生源から排出される排気ガス中のＮＯ_X及びＳＯ_Xを、ランニングコストが安価でかつアルカリ水溶液などを使用せずに直接的に取り除く手段を提供することを目的とする。
【００１０】
さらに、この発明は、上記脱硝・脱硫装置の酸固定能力を向上させるとともに小型化し、かつ、移動体に搭載可能とすること、および、強度の高い崩れにくいペレットを用いることによって粉塵を取り除くフィルタなどを不用とした酸固定手段を有する脱硝・脱硫装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、排ガス中の窒素酸化物もしくは硫黄酸化物をオゾンと接触させて気相で酸化するガス酸化手段と、ガス酸化手段で酸化された酸化物を排気ガス中の水蒸気と接触させて気相の水和物を生成する水和手段と、この水和したガスに含まれる酸を固定する酸固定手段とを有する脱硝・脱硫装置において、酸固定手段を、石灰，消石灰，セメント系スラッジ，建設廃材を粉砕したコンクリート粒子のいずれかもしくはこれらを混合したものをセメントを主成分とする結合材を用いて粒子状体に形成した酸固定粒子を収納した酸固定剤保持部材から構成した。
【００１２】
さらに、本発明は、上記脱硝・脱硫装置において、上記酸固定手段を、石灰，消石灰，セメント系スラッジ，建設廃材を破砕したコンクリート粒子のいずれかもしくはこれらを混合したものをセメントおよびベントナイトを主成分とする結合材を用いて多孔状の構造物とした酸固定多孔構造物から構成した。
【００１３】
また、本発明は、上記脱硝・脱硫装置において、ガス酸化手段と水和手段を排気系に設けた。
【００１４】
本発明は、上記脱硝・脱硫装置において、ガス酸化手段を、排気系の排気管にオゾンを供給することによって、気相で排ガス中の窒素酸化物もしくは硫黄酸化物を酸化させる手段とした。
【００１５】
本発明は、上記脱硝・脱硫装置において、ガス酸化手段を、排気系の消音器にオゾンを供給することによって、気相で排ガス中の窒素酸化物もしくは硫黄酸化物を酸化させる手段とした。
【００１６】
本発明は、上記脱硝・脱硫装置において、ガス酸化手段を、排気系の排気管に設けたガス酸化槽にオゾンを供給することによって、気相で排ガス中の窒素酸化物もしくは硫黄酸化物を酸化させる手段とした。
【００１７】
本発明は、上記脱硝・脱硫装置において、ガス酸化手段と水和手段を一体化し、排気系の排気管に設けた。
【００１８】
本発明は、上記脱硝・脱硫装置において、ガス酸化手段と水和手段を、排気系に設けた消音器とした。
【００１９】
本発明は、上記脱硝・脱硫装置において、ガス酸化手段に供給される排気ガスに空気を導入するようにした。
【００２０】
本発明は、上記脱硝・脱硫装置において、ガス酸化手段に温度検出手段を設け、ガス酸化手段の動作温度が１００℃〜１５０℃となるように空気の導入量を制御するようにした。
【００２１】
本発明は、上記脱硝・脱硫装置において、排気系に設けた消音器を、酸固定手段とした。
【００２２】
本発明は、上記脱硝・脱硫装置において、水和手段を、熱焼によって発生する水蒸気を利用して気相で酸化物を水和する手段とした。
【００２３】
本発明は、上記脱硝・脱硫装置において、酸固定手段を、下段に配置されたガス供給部と、ガス供給部の上に積み重ねられた複数段の酸固定剤保持部と、酸固定剤保持部の上方に積み重ねたガス排出部とから構成し、酸固定剤保持部を、耐熱・耐酸性の材質からなる円筒状の外殻と、外殻の内部に設けた耐熱・耐酸性の材質からなる１ｍｍ程度の開口部をもつ底部と、底部から上部へ延びる筒状体とを有するものとし、ガス供給部を、ガス供給口と不純物取出口を備えた漏斗状の底部を有するとともに、底部に振動発生手段を取り付けた。
【００２４】
本発明は、上記脱硝・脱硫装置において、酸固定手段の断面積を、排気系に設けた排気管の断面積の３０倍程度以上の断面積とすることによって、酸固定手段内の排気ガスの流速を小さくして、排気ガス中の不純物を落下させるようにした。
【００２５】
本発明は、排気ガス中に含まれる酸化の程度の低いＮＯ，ＳＯ₂を、オゾンが存在する雰囲気で気相のままで酸化させて酸化の程度の高いＮＯ₂とＳＯ₃を作り、さらにＮＯ₂，ＳＯ₃を水蒸気と気相において水和反応させて気相の硝酸または硫酸を作り、最後にコンクリートが酸と激しく反応することを利用して気相−固相の反応によって硝酸または硫酸を固定して排気ガスの脱硝・脱硫を行なうものである。
【００２６】
本発明は、大気中に放出される前に、自動車においては排気より、直接ＮＯ_ＸおよびＳＯ_Ｘを、石灰、消石灰、およびセメント系スラッジならびにコンクリート廃材の微粉とを、セメントを主成分としベントナイト等をバインダーとして粒状に形成したペレットを利用して取り除く。特に大型トラック等にこの技術を適用することによって、道路の周辺の大気中の窒素酸化物や硫黄酸化物を減少させる効果を上げることができる。
【００２７】
本発明は、気相−固相で酸を固定するので、液相で反応を行なう場合に比較して、水と固形分との分離を行なう必要がなくなり、気相と固相の反応物が得られ、反応物の扱いが楽になる。さらに、本発明によれば、酸固定剤を、石灰、消石灰、セメント系スラッジ、建設廃材を破砕したコンクリート粒子をセメントおよびベントナイトを結合材として粒状体としたので、粒子の１粒がしっかりした強度を持つとともに水に対する高い抵抗力を有しているので、水分量が多いエンジンからの排気ガスに対しても強固なものとなり、振動などによって破砕されて粉塵などを発生することが無くなり、バグフィルターを無用として、振動の多い自動車等の移動体に搭載することができる。
【００２８】
さらに、本発明は、酸固定剤を充填した酸固定手段の酸固定剤保持部を、耐熱・耐酸性のプラスチックもしくはステンレススチール等で構成して外部（外気）とは遮断された構造とするとともに、内部に耐熱・耐酸性のプラスチックもしくはステンレススチール等によりつくられた１ｍｍ程度の開口部を多数もつメッシュ構造の底部を有しこの中に酸固定剤を収納したので、排気ガス中に形成された酸を酸固定材に接触させて確実に固定することができる。
【００２９】
また、排気系の排気管の断面積に相当する面積を有する開口部を底部に形成することによって、熱焼により発生する不純物による目づまりが発生しても、排気系内での圧力低下を低く押さえることができる。さらに、前記開口部を、各層間で距離を離して設けることによって、排気ガスが直接外部に排出されることを防止することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる脱硝・脱硫装置の構成を図面を用いて説明する。図１は、本発明にかかる生コンクリートスラッジ等を利用した脱硝・脱硫装置を自動車のエンジンの排気口に直接装着した場合の概略構成を示す図である。
【００３１】
この脱硝・脱硫装置は、ガス酸化手段１と、水和手段２と、酸固定手段３と、オゾン（Ｏ₃）発生手段４とを、エンジン９の排気系を構成する排気管７に設けて構成される。この実施の形態では、排気管７がガス酸化手段１として機能し、消音器８が水和手段２として機能している。
さらに、排気管７に空気を導入する冷却用ポンプ６３と、ガス酸化手段１として働く排気管７内の温度を検出する温度検出手段２１が設けられる。
【００３２】
オゾン発生手段４で発生したオゾンが排気管７に供給され、排気管７中で排気ガス中に含まれる酸化の程度の低い窒素酸化物ＮＯ_Xや硫黄酸化物ＳＯ_Xと接触してこれらを酸化して、酸化の程度の高いＮＯ₂やＳＯ₃とする。すなわち、オゾン発生手段４からのオゾンが供給される排気管７は、排気ガスを酸化するガス酸化手段１として働く。
【００３３】
ガス酸化手段１で酸化された排気ガス中の酸化物は、水和手段２内で排気ガス中の水蒸気と接触して水和され気相の酸を生成する。この水和手段２は、排気系に設けた消音器８を用いて構成される。
【００３４】
水和手段２で生成された気相の酸は、排気系の排気口に設けた酸固定手段３に供給され、酸固定手段３に収容された石灰や消石灰などを用いた酸固定剤と接触して排気ガスから取り除かれる。
【００３５】
この実施の形態では、エンジン９の排気系に設けた消音器８の排気口に酸固定手段３を設けて、消音器８を水和手段２として利用している。
この場合は、消音器８の手前に、オゾン発生器５で発生させたオゾンを投入しているが、オゾン発生器５で発生させたオゾンを消音器８に直接投入してもよく、また、オゾンを消音器８の手前または消音器８内で発生させるようにしてもよい。
【００３６】
ところで、ＮＯ₂は、温度が１５０℃以上となると、ＮＯとＯ₂に熱解離をし始め、６５０℃では完全に分解することが知られている。したがって、ガス酸化手段１によってより高度に酸化されたＮＯ₂が、排ガス温度が高いと一部分解してＮＯ_Xに戻ってしまうおそれがある。よって、この実施の形態では、ガス酸化手段１に供給される排ガスに冷却用ポンプ６３を介して空気を混合して排気ガスの温度を下げている。この場合、空気を大量に混合しすぎると水分を含んだ排ガス中の水分量が減少して乾燥した排ガスとなり、次段での水和反応が十分に行われなくなるおそれがある。そこで、ガス酸化手段１を構成する排気管７に温度検出手段２１を設け、排ガスの温度が１００℃〜１５０℃の範囲となるように、冷却用ポンプ６３の回転数を制御して、空気の量を調整するようにした。
【００３７】
酸固定手段３の詳細な構造を、図２を用いて説明する。
酸固定手段３は、ガス供給部３１と、複数の酸固定剤保持部３２と、ガス排出部３３とからなり、ガス供給部３１の上に酸固定剤保持部３２を複数段積み重ね、その上をガス排出部３３で蓋って構成される。
【００３８】
ガス供給部３１は、耐熱・耐酸性を有する合成樹脂又はステンレススチールなどを用いて構成され、上方に立ち上がる周壁３１２を有するとともに上方が開口した漏斗状に形成され、円錐状の底部３１１と、底部３１１の中央に設けた粉塵取出口３１３と、排気管７に接続される周壁３１２に設けたガス供給口３１４とを有している。
【００３９】
ガス供給部３１の底部３１１には、振動発生装置３９が取り付けられている。
また、粉塵取出口３１３には、排出弁３８が設けられている。
【００４０】
酸固定剤保持部３２は、耐熱・耐酸性を有する合成樹脂またはステンレススチールを用いて構成され、上下に大きな開口を有する筒状の外枠３２３を有しており、１ｍｍ程度の開口部を多数有する底板３２１と、底板３２１から上方に延びる立上部３２２によって形成されたガス通過開口３６とを有している。
【００４１】
ガス通過用開口３６の断面積は、排気管７の断面積にほぼ等しいかそれよりも大きい面積とされて、酸固定手段３での排気ガスの圧力が低下することを防ぐとともに、底板に設けた開口が、排気ガス中の不純物によって目詰まりしたときの排気ガスの通路を確保している。立上部３２２の上端が上段の保持部３２の底板３２１に接するときには、その立上部３２２には、その面積の総和が排気管７の断面積以上の面積となる多数の開口を設けている。
【００４２】
外枠３２３の下端部には内側に突出部３２３１が設けられ、上端部には内側に前記突出部３２３１を受ける切欠き３２３２が設けられている。
それぞれの酸固定剤保持部３２は、パッキング３２４を介して２段ないし５段程度積み重ねられる。
【００４３】
酸固定剤保持部３２の内部には、酸固定剤３０が６割程度充填され、酸固定剤保持部３２を積み重ねることによって、酸固定剤３０の層が多段に形成される。酸固定剤保持部３２の断面積は、排気管の断面積の３０倍程度以上の断面積として、酸固定手段３内の排気ガスの流速を小さくし、排気ガス中の不純物を降下させるようにしている。
【００４４】
各酸固定剤保持部３２に設けるガス通過用開口３６は、断面形状が円形や環状に形成されるとともに、上下の酸固定剤保持部３２間で排気ガスが底板３２１に触れる機会を増やし排気ガス中に生成した酸が排出されないように、互いにずれて配置されている。
【００４５】
ガス排出部３３は、上蓋３３２の周囲にたれ下がった周壁３３１を有するとともに下方が開口した蓋の形状を有しており、周壁３３１の一部に排気口３３３が設けられている。
【００４６】
ガス供給部３１とガス排出部３３の外壁には、それぞれ固定部材３４１，３４３が設けられ、締め付け棒３５の上下を締め具３５１で固定することによって、ガス供給部３１と酸固定部剤保持部３２とガス排出部３３の積み重ね体を締め付けて一体化している。
【００４７】
使用によって酸を固定する能力が低下した酸固定剤３０を詰め替えるときには、積み重ね体を解体して酸固定剤保持部３２を分離して内部に投入した酸固定剤３０を容易に詰め変えることができる。
【００４８】
消音器８から供給された気相の酸を含む圧縮された排気ガスがガス供給口３１４から酸固定手段３に供給される。酸を含む排気ガスは、酸固定手段３内に充填された酸固定剤３０と接触して酸が固定され、脱硝・脱硫された排気ガスが排出口３３３から排出される。
【００４９】
酸固定手段３の底部３１１に設けた振動発生装置３９を、排出ガス量の少ないアイドリング時などに作動させて、酸固定剤同志をこすり合わせ底板３２１の開口や酸固定剤３０の層に付着した排気ガス中の不純物を脱落させ、開口や酸固定剤層の目詰まりを防止している。脱落した不純物などは、粉塵取り出し口３１３に設けた排出口３８を開いて外部に取り出される。
【００５０】
本発明では、脱硝・脱硫装置での排気ガスの圧力低下を避けなければならず、酸固定手段３からの粉塵の放出を防止するバグフィルター等をガス排出部３３に設けることができないことから、酸固定手段３内に充填される酸固定剤３０を、十分な強度を有するものとして、粉塵などが生じることを防いで飛散を防いでいる。
【００５１】
以下、本発明にかかる脱硝・脱硫装置の働きを説明する。
エンジン９から排出された排気ガスは排気系の排気管７を介して消音器８に供給される。排気管７にオゾン発生手段４で発生した酸化剤（オゾン：Ｏ₃）が供給され、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ）および硫黄酸化物（ＳＯ₂）の酸化の程度が下記（１）式および（２）式によって高められる。
【００５２】
【数１】

【００５３】
酸化の程度を高めた窒素酸化物（ＮＯ₂）および硫黄酸化物（ＳＯ₃）は、消音器８に供給され、水蒸気と接触して下記（３）式および（４）式の反応によって水和され気相の酸を生成する。
【００５４】
【数２】

【００５５】
消音器８の構造上、排気ガスが０．３秒程度消音器８内に留まることが生じない場合は、別に水和槽を設けて水和反応が十分行なわれるようにする。
【００５６】
ここで、ガス酸化手段および水和手段を必要に応じて電気ヒーターなどを用いて加熱することによって、排気ガス中の水蒸気や生成された硝酸や硫黄等が液化しないようにすることができる。
【００５７】
この後、前段までにできた硝酸や硫酸等の酸を含む排気ガスを、酸固定手段３へ送り込む。
【００５８】
酸固定剤３０は、コンクリートが硝酸または塩酸もしくは硫酸等の酸と非常に激しく反応する性格を利用して酸を固定する材料で、石灰，消石灰，生コンクリート系スラッジ，建設廃材を破砕したときに生じるコンクリート廃材微粒子などを、セメントを主成分とし必要に応じてベントナイト等を添加した結合剤で粒子状に形成して、強度の高い粒子としている。
【００５９】
酸固定手段３においては、下記（５）式および（６）式の反応によって、硝酸および硫酸が酸固定剤３０に固定される。
【００６０】
【数３】

【００６１】
以上の反応によって、ＮＯ_X，ＳＯ_Xが脱硝・脱硫された排気ガスが、排気口３３３から排出される。
さらに、排気ガス中に含まれる不純物による脱硝・脱硫効果の低下を防止するための手段として、振動発生装置３９等による不純物除去手段を具備し、酸固定剤３０についてはセメントを多く利用することによって、酸固定剤の粒子１粒１粒にしっかりとした強度を持たせ、バグフィルター等の集塵器を必要としないようにした。
また、排気ガス中の不純物が少ない場合は、酸固定剤３０を骨材として考えた多孔構造を有する構造物として取扱うことによって、集塵器を必要としないようにした。
【００６２】
酸固定剤３０と、酸固定剤３０を骨材として考えた多孔構造の構造物の強度を測定する実験を行なった。
生コンクリートスラッジケーキと、セメントと、ベントナイトを、重量比で１．０：１．５：０．５（Ｋｇ）の割合で配合し、混練して、直径０．５〜５ｍｍの独立した球状の酸固定剤を造粒した。
【００６３】
このようにして作った粒状の酸固定剤３０を試料１とし、土壌改善剤（酸性中和剤）として用いる石灰を粒状に形成した市販の酸固定剤を試料２として、それぞれの強度を測定した。
【００６４】
試料１、試料２の強度を測定するために、セメント２５０ｇと水１００ｇを混練して作ったセメントペーストに、試料１を２２０ｇ、試料２を２１０ｇ入れて強度測定用の型枠に入れて成形した成形体の強度を、成形後１週間経ってからＪＩＳＡ１１０８のコンクリート圧縮強度試験方法によって測定した。
【００６５】
実験の結果、試料１では３３Ｎ／ｃｍ²以上の強度があるのに対して、石灰を主成分として作られた試料２では０．１Ｎ／ｃｍ²の強度となった。さらに、試料１を骨材としてセメントを結合材として多孔構造を構成した構造物では３．７Ｎ／ｃｍ²の強度を有していた。
【００６６】
このように、エンジンの排気ガス中には、水蒸気が含まれていることから、セメントを主成分とした酸固定剤を作る必要があることがわかった。また、多孔構造の構造物もそこそこの強度があることがわかった。
【００６７】
試料２は、セメントペーストに入れて混練を初めると同時に、セメントペースト中の水に溶け出して、酸固定剤としての形状を失うという欠点を有している。しかしながら、試料１は、十分な強度を有しているので、試料１を用いた脱硝・脱硫装置を自動車の排気系のように絶えず振動が与えられる個所に設ける場合でも、酸固定剤は粒状を保持しており機能を十分に発揮することができるばかりでなく、粉塵などの発生を押さえることができる。したがって、試料１によれば、酸固定手段の排気口にバグフィルターを設ける必要が無くなるので、排気系での圧力低下を少なくすることができ、エンジンの効率を大きく低下させずに排気ガス中のＮＯ_XやＳＯ_Xを低減させることができる。
【００６８】
図３を用いて、本発明の第２の実施例を説明する。
この実施例は、排気系に排気ガスを酸化するガス酸化手段１を独立して設けた点に特徴を有している。
冷却用ポンプ６３によって空気がガス酸化手段１に供給され、ＮＯ₂の分解を防いでいる。
オゾン発生手段４で生成されたオゾンは、ガス酸化手段１へ供給されて排気ガス中に含まれる酸化の程度の低いＮＯ_XおよびＳＯ_Xを酸化する。
酸化された排気ガスは、水和手段２（消音器８）へ供給され、ここで排気ガス中の水蒸気と接触して水和され、気相の酸に変換される。
気相の酸を含む排気ガスは、酸固定手段３に供給され、気相の酸が酸固定剤３０に接触して反応し酸固定剤３０に固定され、ＳＯ_XおよびＮＯ_Xが低減された排気ガスが排出される。
【００６９】
図４および図５を用いて、本発明にかかる脱硝・脱硫装置の第３の実施の形態を説明する。この実施の形態は、排気ガス中の不純物が少ない場合の脱硝・脱硫装置を示しており、第１の実施の形態で使用した粒状の酸固定剤３０を、セメントやベントナイトなどの結着剤を用いて多孔構造を持つ多孔構造体３７に形成したものを用いて消音器８を構成した点に特徴を有している。この実施の形態にかかる脱硝・脱硫装置は、ガス酸化手段１および水和手段２と、酸固定手段３と、オゾン（Ｏ_３）発生手段４とを、エンジン９の排気系を構成する排気管７に設けて構成され、消音器８を酸固定手段３として構成しており、不純物などを取り出すための機能や手段を有していない。冷却用ポンプ６３によって空気がガス酸化・水和手段１，２に導入され、ＮＯ_２の分解を防いでいる。ガス酸化手段１と水和手段２は、一体に構成されている。
【００７０】
酸固定手段３は、図５に示すように、消音器８として構成されている。
酸固定手段３（消音器８）は、筒状の外殻８１と、吸気管８２と、排気管８３と、開口８５を有する仕切壁８４とから構成されている。仕切壁８４は、多孔構造体３７とした酸固定剤を用いて構成される。
消音器８は、仕切壁８４によって複数の小室が内部に形成され、消音機能を達成することができる。
【００７１】
このような構成の脱硝・脱硫装置は、酸固定手段３と消音器８とを一体化したので、第１の実施の形態に比較して酸固定手段３を新たに追加する必要がなくなり、排気系の大型化を防げるばかりでなく、排気系の圧力損失を低減させることできる。
【００７２】
また、消音器８の外側に放熱用フィンなどを取り付けることによって、消音器８の表面積を大きくして、熱発散性を高めれば、空気の導入量を減少させることができる。
この消音器８の表面積を大きくする手法と空気を導入する手法を合わせて使用することも可能である。
また、空気を導入した後にある消音器８は、断面積を従来の１．５倍程度とすることが望ましい。
【００７３】
図６を用いて、この発明の第４の実施の形態にかかる脱硝・脱硫装置の構造を説明する。この実施の形態の脱硝・脱硫装置は、消音器８に排気ガスの酸化機能および酸化したＳＯ_ＸおよびＮＯ_Ｘを水蒸気の存在下で水和させて酸とする水和機能を持たせるとともに、酸固定手段３を図５に示したような多孔構造体３７を用いて構成している。この実施の形態によれば、消音器８をガス酸化手段１および水和手段２として用いるとともに、酸固定手段３を第４図に示した酸固定手段と同様な多孔構造体からなる酸固定剤を用いて構成したので、小型化することができる。
【００７４】
図７に示す実験装置を用いて本発明にかかる脱硝・脱硫装置の脱硝効果を測定した。実験装置は、ジーゼルトラックのエンジンの排気口近くから排気ガスを吸入すると同時に、サブポンプ６２を用いて、オゾン発生手段４を介して吸引した大気と、水蒸気発生手段５で発生させた水蒸気とを、ガス酸化手段１および水和手段２に強制的に注入するようにした。
本来ならば、ジーゼルトラックのエンジンの排気口から排気ガスを直接吸入すればよいのであるが、一般的にジーゼルトラックの排気ガス中のＮＯ_X濃度は３００ｐｐｍ程度といわれているのに対し、使用したＮＯ_X濃度測定装置の測定範囲の上限が１００ｐｐｍとなっていたため、直接吸入することをやめ、大気を混合して稀釈した排気ガスを用いて、脱硝・脱硫装置の働きを間接的に測定した。
【００７５】
実験装置は、ガス酸化・水和槽１，２と、酸固定手段３と、オゾン発生器４と、水蒸気発生手段５と、メインポンプ６１と、サブポンプ６２を用いて、図７に示すように構成した。
【００７６】
ガス酸化手段と水和手段を一体化してガス酸化・水和層１，２とし、吸気管７１からの排気ガスと、オゾン発生器４を介して吸引されたオゾンを含む大気と、水蒸気発生手段５からの水蒸気が供給される。ここで排気ガス中の酸化の程度の低いＮＯ_XとＳＯ_Xの酸化と水和反応が行われる。
酸固定手段３は、第１の実施例で用いた酸固定剤３０を２００ｇ充填した１段構造のものとした。
【００７７】
水蒸気発生器５は、間接吸引方法により排気ガスが乾いた大気との混合状態となり水蒸気が不足することを補うために設けている。このことによって、排気系内にあるときは湿りを有するガスである排気ガスが、大気中に放出されることにより乾きガスとなり、水蒸気が不足することを補っている。
本実験では、メインポンプ６１の流量を１０リットル／分とし、サブポンプ６２の流量を４リットル／分とした。
また、ガス酸化・水和槽１，２の入口（Ａ点）でのＮＯ_X濃度は、測定範囲内である７５ｐｐｍであった。実験の結果は、以下のとおりである。
【００７８】
【表１】

【００７９】
以上のように、この時の吸引した排気ガスのＮＯ_X濃度は７５ｐｐｍであり、ガス酸化・水和槽１，２で酸化反応と水和反応とを行わせて、窒素酸化物（ＮＯ_X）を硝酸（ＨＮＯ₃）とし、酸固定手段３へ送った。
２０分後に測定したところ、この酸固定手段３通過後の換気ガス中のＮＯ_X濃度は１４ｐｐｍとなっていた。
さらに、この実験を１時間継続した後も、酸固定手段３通過後の排気ガス中のＮＯ_X濃度は１４ｐｐｍで変化はなかった。
この結果、この実験の排気ガスのみかけ脱硝効率（（Ａ点の排気ガスのＮＯ_X濃度−Ｂ点の排気ガスのＮＯ_X濃度）／Ｂ点の排気ガスのＮＯ_X濃度）は、８１％となった。ただし、実質の脱硝効率は経験により７０％程度と思われる。
【００８０】
温度検出手段２１は、ガス酸化手段１に設けるが、ガス酸化手段１に温度検出手段２１を設けることが困難なときには、排ガス発生量と同程度の空気を導入して、ガス酸化手段１での温度の上昇を防ぐことが望ましい。
【００８１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、セメントを主成分にすることによって、産業廃棄物である生コンクリートスラッジやコンクリート廃材を用いて、排気ガス中の窒素酸化物や硫黄酸化物を排気ガスから直接固定して除去し大気の酸化物濃度の増大を防ぐことができる。
【００８２】
さらに、本発明によれば、生コンクリートスラッジやコンクリート廃材の再利用が可能になるので、生コンクリートスラッジやコンクリート廃材等によるアルカリ汚染を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる脱硝・脱硫装置の構成の概念を示す図。
【図２】本発明にかかる脱硝・脱硫装置を構成する酸固定手段の構成を示す断面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態にかかる脱硝・脱硫装置の構成の概念を示す図。
【図４】本発明の第３の実施の形態にかかる脱硝・脱硫装置の構成の概念を示す図。
【図５】本発明の第３の実施の形態にかかる脱硝・脱硫装置のを構成する酸固定手段の構成を示す図。
【図６】本発明の第４の実施の形態にかかる脱硝・脱硫装置の構成の概念を示す図。
【図７】脱硫・脱硝装置の試験装置構成を示す図。
【符号の説明】
１ガス酸化手段
２水和手段
２１温度検出手段
３酸固定手段
３０酸固定剤
３１ガス供給部
３２酸固定剤保持部剤
３３ガス排出部
３４固定部材
３５締付棒
３６ガス通過開口
３７多孔構造体
３８排出弁
３９振動発生装置
４オゾン発生器
５水蒸気発生手段
６１メインポンプ
６２サブポンプ
６３冷却用ポンプ
７排気管
８消音器
９エンジン

Claims

自動車のエンジンからの排ガス中の窒素酸化物もしくは硫黄酸化物をオゾンと接触させて気相で酸化するガス酸化手段と、ガス酸化手段で酸化された酸化物を排気ガス中の水蒸気と接触させて気相の水和物を生成する水和手段を自動車のエンジンの排気系に設けるとともにガス酸化手段と水和手段との後段に水和したガスに含まれる酸を固定する酸固定手段とを有する脱硝・脱硫装置において、
ガス酸化手段の動作温度を検出する温度検出手段と、
排気ガスに空気を導入する手段であって温度検出手段の検出温度に基づいて導入する空気の導入量を制御して酸化手段の動作温度を制御する空気導入手段と、
オゾン発生手段とを備え、
酸固定手段は、酸固定剤保持部に石灰，消石灰，セメント系スラッジ，建設廃材を粉砕したコンクリート粒子のいずれかもしくはこれらを混合したものをセメントおよびベントナイトを主成分とする結合材を用いて多孔状の粒子状の構造物に形成した酸固定剤を収納して構成され、
空気導入手段はガス酸化手段の動作温度が１００℃〜１５０℃となるように空気の導入量を制御することを特徴とする脱硝・脱硫装置。
ガス酸化手段は、排気系の排気管にオゾンを供給することによって、気相で排ガス中の窒素酸化物もしくは硫黄酸化物を酸化させる手段である請求項１に記載の脱硝・脱硫装置。
ガス酸化手段は、排気系の消音器にオゾンを供給することによって、気相で排ガス中の窒素酸化物もしくは硫黄酸化物を酸化させる手段である請求項１に記載の脱硝・脱硫装置。
ガス酸化手段は、排気系の排気管に設けたガス酸化槽にオゾンを供給することによって、気相で排ガス中の窒素酸化物もしくは硫黄酸化物を酸化させる手段である請求項１に記載の脱硝・脱硫装置。
ガス酸化手段と水和手段を一体化し、排気系の排気管に設けた請求項１に記載の脱硝・脱硫装置。
ガス酸化手段と水和手段を、排気系に設けた消音器とした請求項１に記載の脱硝・脱硫装置。
排気系に設けた消音器を、酸固定手段とした請求項１に記載の脱硝・脱硫装置。
水和手段は、排ガス中に含まれる燃焼によって発生した水蒸気を利用した、気相で酸化物を水和する手段である請求項１に記載の脱硝・脱硫装置。
酸固定手段は、下段に配置されたガス供給部と、ガス供給部の上に積み重ねられた複数段の酸固定剤保持部と、酸固定剤保持部の上方に設けたガス排出部とから構成され、酸固定剤保持部は、耐熱・耐酸性の材質からなる円筒状の外殻と、外殻の内部に設けた耐熱・耐酸性の材質からなる１ｍｍ程度の開口部を多数もつ底部と、底部から上部へ延びる筒状体とを有し、ガス供給部は、ガス供給口と、不純物取出口を備えた漏斗状の底部を有するとともに、底部に振動発生手段を取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の脱硝・脱硫装置。
酸固定手段の断面積を、排気系に設けた排気管の断面積の３０倍程度以上の断面積とすることによって、酸固定手段内の排気ガスの流速を小さくして、排気ガス中の不純物を落下させるようにしたことを特徴とする請求項９に記載の脱硝・脱硫装置。