JP4182453B2 - 有害ガス無害化装置と有害ガス無害化方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、有害ガス無害化装置と有害ガス無害化方法に関し、特に、微粉状固体の汚染物質、気体の大気汚染物質、人体に有害な気体、液体、固体物質を含む排気ガスおよびこれらが混存する有害ガスを除去処理する有害ガス無害化装置と有害ガス無害化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、焼却炉や火力発電所、ボイラー、ヂーゼルエンジンなどから排出される排気ガス中には塩化水素（Ｈｃｌ）窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）などの大気汚染物質が混在している。
排気ガス中の微粉状汚染物質を除去するものとしては遠心力方式を採用したサイクロンや、濾過方式を採用したバグフィルタが使われている。また、気体状の大気汚染物質を除去するものとしては、水処理方式を採用したスクラバー、薬剤を利用した触媒処理装置、電気を利用した電気集塵機などが普及している。
スクラバーや触媒処理装置は、大気汚染物質を吸収する水溶液を利用した化学処理装置が必要で、気体の大気汚染物質と水溶液とが反応する反応槽や、水溶液を設備内で循環させたり、水溶液を処理する装置を備え、複雑な構造になっている。
これらの装置はいずれも、排気ガス中の一部の汚染物質を除去する能力しかなく、固体状態で存在する有害物質と気体状態で存在する大気汚染物質が混在する排気ガスを処理するためには、サイクロンや濾過方式を採用したバグフィルタなどの集塵機とスクラバーや、薬剤を利用した触媒処理装置などの化学処理設備を組み合わせて使用しなければならない。
しかしながら、このような従来の排気ガス処理装置では、年々厳しくなっている排出基準値を達成することは難しく、排出基準値を完全に達成するためには化学処理装置が大型化し、化学処理装置の製造コストが高くなったり、ランニングコストが嵩むため、採算性が悪くなり、民間企業には普及しにくい面が多い。
また、近年、ダイオキシン類の毒性が問題視されている。ダイオキシン類は人類が作り出した毒物の一つとされ、発癌性があり、早産の原因となったり、人間の染色体に悪影響を及ぼすなど、その猛毒性が指摘されている。
ダイオキシン類の毒性については、一日の摂取量が成人で１_ＰＧ／Ｎｍ^３以下に抑えることが健康を維持することの最低条件とされている。極微量で毒性を発生するために従来の除去装置で完全に無害化することは不可能とされている。
しかし、ダイオキシン類は、石油製品や合成樹脂製品などを燃焼すると発生するため、焼却場、ボイラー、化学工場などから毎日多量に発生しており、大気汚染が刻々と進行している。
そこで、排気ガス中の煤塵、塩化水素（Ｈｃｌ）窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）などの大気汚染物質をはじめ、無害化が困難とされているダイオキシン類をも完全に除去できる装置が求められている。
さらに、前記の有害ガス以外にも、排気ガス中には重金属などの有毒物質が含まれていることが分かっており、そこで、これらの有毒物質の無害化も問題視されることになる。
従来の排気ガス除去装置では、排気ガスの排出基準値が新たに追加強化されると、その度に、排気ガス除去装置の増設、補強が必要になり、そこで、ユーザーは多額の設備投資が強いられることになる。
それでは、設備投資が経営の負担になるので、排気ガス除去装置の増設、補強をすることを無視する業者も多く、規制を強化しても、それに従う事業者は少なく、その結果として大気汚染防止の根本的な解決にはならない。
現実的には、大気汚染の悪化と改善が繰り返されることになり、これまで根本的な解決が得られなかった。
こうした現状から、焼却場、産業廃棄物処理場、ボイラー、船舶用エンジンなどで使われる排気ガス除去装置は、ひとつの装置で排気ガス中に含まれるいかなる有毒物質もまとめて処理できる有毒ガス完全無害化装置の出現が急務となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
こうした現状から、焼却場、ボイラー、産業廃棄物処理場、船舶用エンジンなどの排気ガス中に含まれるダイオキシン類を含むいかなる有毒物質も、一つの装置でまとめて除去できる有毒ガスの無害化装置と有害ガス無害化方法を開発することを第１の課題とする。
排気ガス中に含まれる微粉体状の固体と気体状の有害ガスを吸着結合させて除去する吸着結合法を採用することを第２の課題とする。
また、焼却炉の規模の大小により、それに適応するように縦多段階にも、横多段階にもサイクロンを組み合わせ得るガス無害化装置を提供することを第３の課題とする。
また、既存の焼却炉で有害ガス無害化処理策がなされてないところに本発明の有害ガス無害化装置と有害ガス無害化方法を適用することを第４の課題とする。薬剤を利用した触媒処理装置などの化学処理設備、水処理設備を必要とせず、構造が簡単で故障がなく、低コストで製造できる有害ガス無害化装置を得ることを第５の課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下部に排出口１ｂを備え、その排出口１ｂへ向かって縮径する円錐形サイクロン１と、そのサイクロン１の上方に内蔵された高速回転をなしうる円盤状回転器２と、その回転器２内に位置づけられた少なくとも１個の円錐状筒体２’と、その円錐状筒体２’は一方に口径の大きい吸入口２’ａと反対側に口径の小さい排出口２’ｂを備えており、前記排出口１ｂに接続する集塵器３とでなり、前記円錐状筒体２’へ流入する煙道４からの排気ガスは、回転器２の回転により生じる遠心力の作用で内側から外側へ向って高速で流動し、高速圧縮渦流の状態で排出口２’ｂから排出され、さらに、縮径するサイクロン１内で渦流を生じさせて排出口１ｂから集塵器３へ排出させ得るようにしたことを特徴とする有害ガス無害化装置であり、
本発明は、焼却炉８からの排気ガスは、冷却器９を通ってブロアー１０により煙道４から一次ガス処理装置１１としての、下方へ向かって縮径する円錐形サイクロン１の上部へ流入し、円盤状回転器２を高速で回転させると、回転器内に設置された複数の円錐状筒体２’の口径大の吸入口２’ａから内部へ、遠心力作用で内側から外側へ向かって高速で流れこみ、口径小の排出口２’ｂから放出され，その排気ガスの流れは高速加圧渦流となり、高速加圧渦流が発生すると、渦流の内側と外側に温度差が生じ、排気ガス中に霧状の水分が発生し、排気ガスの中に含まれる微粉体状の物質と気体状の有害ガスはその霧状の水分を媒体にして吸着し合い、排気ガスの中の微粉体状物質に含まれる未燃焼物質の炭素成分は、他の物質を吸着する性質が強く、高圧雰囲気の下では気体状の有害ガスと接触すると霧状の水分を媒体として吸着力を高め、ダイオキシンなどの有害物質を吸着し固化し、固化した有害物質は複数の物質と互いに吸着し合いながら、その重量を増していき、回転器２の排出口から放出され、その固形物となった有害物質は、サイクロン内の上部または中部から噴出する圧縮空気により、再度、渦流を形成して排出口１ｂから集塵器３へ排出され、それから、コンプレッサー１７の作用により横多段階に構成された二次ガス処理装置を通り、三次ガス処理装置を通って粉径の小さい微粉体まで捕集し除去することができることを特徴としてなる有害ガス無害化方法である。
【０００５】
【作用】
モータ５により円盤状回転器２を高速で回転すると、回転器内に設置された円錐状筒体の内部に流入した排気ガスは、遠心力作用で内側から外側へ向かって高速で流れこみ、排出口から放出される。
回転器２内の円錐状筒体は、吸入口の口径が大きく、排出口の口径が小さくできているため、排気ガスの流れは高速の渦流となる。
高速渦流が発生すると、渦流の内側と外側に温度差が生じ、排気ガス中に霧状の水分が発生する。
また、排気ガスが大きな吸入口から入り、縮径されたところを流れる間に排出口に近ずくにつれて、流れが早くなると同時に容積が小さくなり加圧されて排気ガスが圧縮される。
排気ガスが高速渦流の状態となり、圧縮されると、排気ガスの中に含まれる微粉体状の物質と気体状の有害ガスは激突し、接触度を増していく。
この時、微粉体状の物質と気体状の有害ガスは霧状の水分を媒体にして吸着し合う。つまり、排気ガスの中の微粉体状物質に含まれる未燃焼物質の炭素成分は、他の物質を吸着する性質が強く、高圧雰囲気の下では、気体状の有害ガスと接触すると霧状の水分を媒体として吸着力を高め、ダイオキシンなどの有害物質を吸着し固化する。
固形化した有害物質は、複数の物質が吸着し合い、一定の重量を得ながら円盤状の回転器２の排出口から放出される。
さらに、微粉体状の物質と気体状の有害ガスが吸着し、固形物となった有害物質は、サイクロン内の上部または中部から噴出する圧縮空気により、再度、渦流を形成する。
その際、圧縮空気を噴出することでできる霧状の水分を媒体として、固形化した有害物質同士が吸着し合い、さらに、重量を増す。
この時、前記回転器の処理で吸着できなかった微粉体状の物質も吸着されることになるになるので、排気ガス中に含まれていた有害物質は固形化し、集塵機内に落下する。そして、排気ガスは無害化されることになる。
この除去方法は、水分を媒体として微粉体状固体を吸着し除去するため、粉径の小さい微粉体まで捕集でき、驚異的な除去効果を期待できる。
同様の除去工程を複数回、繰り返すことによって除去能力を高め、排出基準値を完全にクリアできるようにした有害ガス無害化装置である。
【０００６】
【実施例１】
図１に本発明の有害ガス無害化装置を示し、図２、３、４、６はそれぞれ変形例を示す。
図１に示すように、サイクロン１は、下部に排出口１ｂを備え、その排出口１ｂへ向かって縮径する円錐形をなす。そのサイクロン１の上方には高速回転をなしうる円盤状回転器２が内蔵され、その回転器２内には４個の円錐状筒体２’を位置づける。ただし、この数に制限されるものではない。
前述したように、円錐状筒体２’は一方に口径の大きい吸入口２’ａと反対側に口径の小さい排出口２’ｂを備えているので、モータ５の運転時、円錐状筒体の内部に流入した排気ガスは、遠心力作用で吸入口から排出口へ向かって流れこみ、高速の渦流となる。高速渦流が発生すると、渦流の内側と外側に温度差が生じ、排気ガス中に霧状の水分が発生する。また、排気ガスが大きな吸入口から入り、縮径されたところを流れる間に排出口に近ずくにつれて、流れが早くなると同時に容積が小さくなり加圧されて排気ガスが圧縮される。その圧縮により、排気ガスの中に含まれる微粉体状の物質と気体状の有害ガスは激突し、接触度を増していく。この時、微粉体状の物質と気体状の有害ガスは霧状の水分を媒体にして吸着し合う。つまり、排気ガスの中の微粉体状物質に含まれる未燃焼物質の炭素成分は、他の物質を吸着する性質が強く、高圧雰囲気の下では、気体状の有害ガスと接触すると霧状の水分を媒体として吸着力を高め、ダイオキシンなどの有害物質を吸着し固化する。固形化した有害物質は、複数の物質が吸着し合い、一定の重量を得ながら円盤状の回転器２の排出口から放出される。
さらに、微粉体状の物質と気体状の有害ガスが吸着し、固形物となった有害物質は、サイクロン内の上部または中部から噴出する圧縮空気により、再度、渦流を形成する。その際、圧縮空気を噴出することでできる霧状の水分を媒体として、固形化した有害物質同士が吸着し合い、さらに、重量を増す。この時、前記回転器の処理で吸着できなかった微粉体状の物質も吸着されることになるになるので、排気ガス中に含まれていた有害物質は固形化し、集塵機内に落下する。そして、排気ガスは無害化されることになる。
この除去方法は、水分を媒体として微粉体状固体を吸着し除去するため、粉径の小さい微粉体まで捕集でき、驚異的な除去効果を期待できる。
同様の除去工程を複数回、繰り返すことによって除去能力を高め、排出基準値を完全にクリアできるようにした有害ガス無害化装置である。
そこに落下した固形有害物質は集塵移送スクリュー６により他の場所へ運ばれる。これは基本ユニットであってこれを縦にも横にも所望の数だけ増やすことができる。
ただし、円錐状筒体の形状、吸入口、排出口の大きさ、回転器の回転数と配置状況、圧縮空気の噴射ノズルの数量と角度、排気ガスの流量等を的確な数値、適切な配置にしなければ高い成果が得られない。
【０００７】
【実施例２】
図２に示すように、この実施例は、サイクロン１内の回転器２の下方に漏斗２１を設け、 円錐状筒体２’の排出口２’ｂから排出される高速圧縮渦流ガスをその漏斗２１内に集めてその漏斗２１の排出口２１ａから排出させるようにし、その排出口に対向する位置に圧縮気体の噴出ノズル２２を位置させた点が異なるだけで、他の点は実施例１と同じに構成した有害ガス無害化装置である。
この場合、円錐状筒体２’の排出口２’ｂから排出される高速圧縮渦流ガスを漏斗２１内に集めてその漏斗２１の排出口２１ａから排出させ、その排出口に対向する位置にある圧縮気体の噴出ノズル２２から圧縮空気を噴出させて圧縮渦流ガスの水分を媒体とした微粉体状固体の吸着除去効果をさらに向上させる。
【０００８】
【実施例３】
図３に示すように、この実施例は、サイクロンを縦多段階に構成させ、互いに隣接するサイクロンを排出口により接続させてなる有害ガス無害化装置であってサイクロンは実施例１のものでも実施例２のものでもよい。焼却炉などの設置空間の都合にあわせて採用できる。このように多段階にすることにより排気ガスの微粉体状固体の吸着除去効果の向上をねらったものである。
【０００９】
【実施例４】
図４、５に示すように、この実施例は、サイクロンを横多段階に構成させたものであり、有害ガス無害化装置とその大型焼却炉との連結関係を示す。ここで使用するサイクロンは実施例１のものでも実施例２のものでもよい。
焼却炉８の手前位置にごみ投入口７を設け、焼却炉８の背後位置に排気ガス冷却器９を管により連結し、その排気ガス冷却器９の下端部分から管を出し、その管にブロアー１０を接続し、ブロアー１０により排気ガスをサイクロン、つまり一次ガス処理装置１１へ流入させ、そして二次ガス処理装置１２へ流入させ、そして三次ガス処理装置１３につなぎ、そこで、幾段かのガス処理により生じた塵を集塵器１４により、集めて取り出し得るのであり、バグフィルター１５により集塵をして濾過し、除塵した排気口１６から排気し得るようにし、その時、コンプレツサー１７を使用してなる有害ガス無害化装置である。
この実施例も、実施例３と同様に、焼却炉の設置空間の都合にあわせて採用でき、このように多段階にすることにより排気ガスの微粉体状固体の吸着除去効果の向上をねらったものである。
【００１０】
【実施例５】
図６に示すように、この実施例は、サイクロンに円盤状回転器２が内蔵されておらず、圧縮空気のノズル２３を複数個備えたものである。サイクロン１０１、１０１’を多段階に構成し、実施例３、４と同じ効果をねらったものである。
【００１１】
【効果】
上記のように構成したので、本発明の有害ガス無害化装置は、一つの装置で排気ガス中に含まれる全ての有害物質を吸着できるので、どのような種類の有害物質が規制されても、装置を増設したり、補強したりする必要がなく、ユーザーにとって設備投資の負担が軽くて済む効果がある。
また、排気ガス中に含まれる全ての有害物質の含有量に関係なく、どのような有害物質をも除去できるので、焼却炉に使用する場合、焼却物を限定したり、焼却物の分別をする必要がなく、作業上の利便性が大きい効果がある。
排気ガス中の煤塵、塩化水素（Ｈｃｌ）窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）などの大気汚染物質をはじめ、無害化が困難とされているダイオキシン類をも一括して完全に除去できるので、排出を制限されている有害ガス以外の有害物、例えば重金属類も除去でき、大気汚染防止に貢献できる効果がある。
また、排気ガス中に含まれる微粉状固体と気体化した有害ガスを吸着結合させて除去する吸着結合法を採用しているので、焼却炉内での有害ガスの発生を抑制する必要がないために、自燃式燃焼でよく高温燃焼とならないために焼却炉の寿命を延ばすことができる効果がある。
この装置は構造が簡単で故障がなく、低コストで製造できる効果がある。
さらに、本発明の有害ガス無害化装置と有害ガス無害化方法は、焼却場、ボイラー、産業廃棄物処理場、船舶用エンジンなどの排気ガス中に含まれる有毒物質を除去し、無害化することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有害ガス無害化装置の縦断面図である。
【図２】本発明の有害ガス無害化装置の変形実施例の縦断面図である。
【図３】本発明の有害ガス無害化装置の縦多段階サイクロンを使用した変形実施例の縦断面図である。
【図４】本発明の有害ガス無害化装置とその大型焼却炉との連結関係を示した側面図であり、横多段階サイクロンを使用した変形実施例を示す。
【図５】図４の平面図である。
【図６】本発明の有害ガス無害化装置の他の変形実施例の縦断面図であって、回転器を有せず、縦多段階サイクロンを使用したものである。
【符号の説明】
１ サイクロン ２ 円盤状回転器
１ｂ 排出口 ２’ 円錐状筒体
２’ａ 吸込口 ２’ｂ 排出口
３ 集塵器 ４ 煙道
５ モーター ６ 集塵移送スクリュー
７ ごみ投入口 ８ 焼却炉
９ 排気ガス冷却器 １０ ブロアー
１１ 一次ガス処理装置 １２ 二次ガス処理装置
１３ 三次ガス処理装置 １４ 集塵器
１５ バグフィルター １６ 排気口
１７ コンプレツサ １８ 多段階サイクロン
１９ 多段階サイクロンの排出口 ２０ 排気ガス冷却器
２０ａ 冷却水供給口 ２０ｂ 冷却水排出口
２１ 漏斗 ２１ａ 漏斗の排出口
２２ 圧縮空気噴出口 ２３ 圧縮空気ノズル
１０１ サイクロン １０１’サイクロン

Claims (6)

1. 下部に排出口１ｂを備え、その排出口１ｂへ向かって縮径する円錐形サイクロン１と、そのサイクロン１の上方に内蔵された高速回転をなしうる円盤状回転器２と、その回転器２内に位置づけられた少なくとも１個の円錐状筒体２’と、その円錐状筒体２’は一方に口径の大きい吸入口２’ａと反対側に口径の小さい排出口２’ｂを備えており、前記排出口１ｂに接続する集塵器３とでなり、前記円錐状筒体２’へ流入する煙道４からの排気ガスは、回転器２の回転により生じる遠心力の作用で内側から外側へ向って高速で流動し、高速圧縮渦流の状態で排出口２’ｂから排出され、さらに、縮径するサイクロン１内で渦流を生じさせて排出口１ｂから集塵器３へ排出させ得るようにしたことを特徴とする有害ガス無害化装置。
2. サイクロン１の上部または中部位置に、その内周面に沿って圧縮気体を噴出するノズルを少なくとも１個設けてなる請求項１記載の有害ガス無害化装置。
3. サイクロン１内の回転器２の下方に漏斗２１を設け、 円錐状筒体２’の排出口２’ｂから排出される高速圧縮渦流ガスをその漏斗２１内に集めてその漏斗２１の排出口２１ａから排出させるようにし、その排出口に対向する位置に圧縮気体の噴出ノズル２２を位置させてなる請求項１または２記載の有害ガス無害化装置。
4. サイクロン１を縦多段階に構成させ、互いに隣接するサイクロンを排出口により接続させてなる請求項１、２、３のいずれか１項に記載の有害ガス無害化装置。
5. サイクロン１を横多段階に構成させ、一次ガス処理装置の集塵器を二次ガス処理装置に接続させ、その集塵器を三次ガス処理装置に接続させてなる請求項１、２、３のいずれか１項に記載の有害ガス無害化装置。
6. 焼却炉８からの排気ガスは、冷却器９を通ってブロアー１０により煙道４から一次ガス処理装置１１としての、下方へ向かって縮径する円錐形サイクロン１の上部へ流入し、円盤状回転器２を高速で回転させると、回転器内に設置された複数の円錐状筒体２’の口径大の吸入口２’ａから内部へ、遠心力作用で内側から外側へ向かって高速で流れこみ、口径小の排出口２’ｂから放出され，その排気ガスの流れは高速加圧渦流となり、高速加圧渦流が発生すると、渦流の内側と外側に温度差が生じ、排気ガス中に霧状の水分が発生し、排気ガスの中に含まれる微粉体状の物質と気体状の有害ガスはその霧状の水分を媒体にして吸着し合い、排気ガスの中の微粉体状物質に含まれる未燃焼物質の炭素成分は、他の物質を吸着する性質が強く、高圧雰囲気の下では気体状の有害ガスと接触すると霧状の水分を媒体として吸着力を高め、ダイオキシンなどの有害物質を吸着し固化し、固化した有害物質は複数の物質と互いに吸着し合いながら、その重量を増していき、回転器２の排出口から放出され、その固形物となった有害物質は、サイクロン内の上部または中部から噴出する圧縮空気により、再度、渦流を形成して排出口１ｂから集塵器３へ排出され、それから、コンプレッサー１７の作用により横多段階に構成された二次ガス処理装置を通り、三次ガス処理装置を通って粉径の小さい微粉体まで捕集し除去することができることを特徴としてなる有害ガス無害化方法。

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