JP4536898B2 - MULTILAYER STRUCTURE HONEYCOMB FILTER, DIOXIN REMOVAL / DUST COLLECTION DEVICE USING THE SAME, AND DIOXIN REMOVAL / DUST COLLECTION METHOD - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複層構造ハニカムフィルタと、これを用いたダイオキシン除去・集塵装置、並びにダイオキシン除去・集塵方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、廃棄物等の焼却に際して、公害防止等の環境対策の観点から、焼却排ガスからの集塵及びダイオキシンの除去方法と、それを用いた処理システムの重要性が高まっている。
【0003】
このような状況下、従来の排ガス処理システムは紙や繊維、高分子樹脂を使用したバグフィルタが主流であり、図5に示すような、バグフィルタを集塵用フィルタとして組み込んでなる排ガス処理システム、すなわち、焼却炉16において発生した高温排ガスを冷却塔20において、バグフィルタが使用可能となる温度域まで冷却した後、バグフィルタ18を組み込んでなる集塵装置19を通じてダストを除去し、次いで、ダイオキシン分解触媒塔21においてダイオキシンを分解処理して大気中に放出する方法が一般的である。
【0004】
一方、バグフィルタと同様の目的に使用される集塵用フィルタとして、セラミックスハニカムフィルタがある。その原材料であるセラミックスは、耐熱性、耐食性に優れ、高温、腐食性ガス雰囲気でのフィルタ材料として好ましい特性を有している。このセラミックスからなる集塵用フィルタとしては、例えば管状のもの、或いは、一方が閉じた管状であるキャンドルタイプと呼ばれる形状のもの等を挙げることができる。現在、集塵用ハニカムフィルタは、高温ガスからの製品の回収、環境対策を狙いとした排ガスからのダストの除去等を目的として、化学、電力、鉄鋼、産業廃棄物処理産業等多岐に渡る分野において用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のバグフィルタを集塵装置として組み込んでなる排ガス処理システムにおいては、バグフィルタを構成する高分子材料が250℃以上の温度域においては使用不可能であるために、高温排ガスをそのままの温度で処理することができない。したがって、集塵装置以前に冷却システムを組み込むことが必要であった。また、ダイオキシンを分解処理するためのダイオキシン処理塔を集塵装置とは別に設けていたために、排ガス処理システム全体が大型化・複雑化してしまうといった問題点を有している。
【0006】
また、ダストホッパー6内部に集められたダストには、依然としてダイオキシンが含有されている場合が多い。したがって、これを処理するためには、ダストホッパーから一度ダストを取り出し、別の処理装置において分解処理しなければならず、多大な労力と時間を必要としていた。
【0007】
一方、バグフィルタに代えてセラミックスハニカムフィルタを集塵装置として組み込んでなる排ガス処理システムにおいては、高温排ガスを冷却せずにそのまま処理することが可能であるが、それ以外の上記問題点は依然として解決されずにいるのが現状である。
【0008】
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複雑なシステムを用いることなく、効率的に廃棄物焼却炉から発生する排ガスの集塵処理とダイオキシン除去を行うことができる複層構造ハニカムフィルタ、及び、当該複層構造ハニカムフィルタが構成要素として組み込まれたダイオキシン除去・集塵装置、並びに、ダイオキシン除去・集塵方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明によれば、ハニカム構造を有する多孔質基材の隔壁部のダストサイドの表面に、1層又は2層以上の前記多孔質基材と同材質の材料からなるフィルタ層と、クリーンサイドの表面に1層又は2層以上の、平均気孔径が1〜100μmのダイオキシン分解触媒層を設けてなることを特徴とする複層構造ハニカムフィルタが提供される。
【0010】
本発明においては、多孔質基材の平均気孔径が10〜100μmであるとともに、フィルタ層の平均気孔径が0.1〜10μmであることが好ましく、また、ダイオキシン分解触媒層の平均気孔径が1〜100μmであり、さらには、複層構造ハニカムフィルタを構成する多孔質基材とフィルタ層が同材質である。
【0011】
一方、本発明によれば、上述した複層構造ハニカムフィルタの下方に、加熱装置が組み込まれてなるダストホッパーが設置されていることを特徴とするダイオキシン除去・集塵装置が提供される。
【0012】
また、本発明によれば、排ガスをハニカム構造を有する多孔質基材の隔壁部の一方の表面に1層または2層以上のフィルタ層と、他方の表面に1層または2層以上のダイオキシン分解触媒層を設けてなる複層構造ハニカムフィルタの下方に、加熱装置が組み込まれてなるダストホッパーが設置されているダイオキシン除去・集塵装置内へと導入する第一工程と、該排ガスを、前記複層構造ハニカムフィルタの該フィルタ層側から該ダイオキシン分解触媒層側へと透過する第二工程と、加圧空気を該ダイオキシン触媒層側から該フィルタ層側へと透過して、前記複層構造ハニカムフィルタを逆洗する第三工程と、該ダストホッパー内を加熱して、該ダストホッパー内のダストに含有するダイオキシンを分解及び/又は気化する第四工程と、前記工程により気化されたダイオキシンを含有する排ガスを、前記複層構造ハニカムフィルタの該フィルタ層側から該ダイオキシン分解触媒層側へと透過する第五工程とを備えることを特徴とするダイオキシン除去・集塵方法が提供される。
【0013】
さらに、本発明においては、ダストホッパー内を600〜800℃に加熱することが好ましく、また、複層構造ハニカムフィルタのフィルタ層側からダイオキシン分解触媒層側へと透過する排ガスの温度が200〜500℃であることが好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜、設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【0015】
本発明の複層構造ハニカムフィルタは、ハニカム構造を有する多孔質基材の隔壁部のダストサイドの表面に、1層又は2層以上の前記多孔質基材と同材質の材料からなるフィルタ層と、クリーンサイドの表面に1層又は2層以上の、平均気孔径が1〜100μmのダイオキシン分解触媒層を設けてなるものである。図1は本発明に係る複層構造ハニカムフィルタの一実施態様を説明する図であり、(a)は部分断面図、(b)は(a)のD部拡大模式図である。排ガスの集塵等に用いられる一般的な複層構造ハニカムフィルタは、図1(a)に示すように、ハニカムの多数の貫通孔25の端部を上流側Bと下流側Cとを逆に1マスごとに封じた目封じ部2を有する構造であり、上流側Bから入った高温ガスは、多孔質の隔壁部26を通って下流側Cの穴より抜けていくが、その際に、高温ガス中のダストは隔壁部26中の気孔内に捕捉されるといった仕組みを備えている。
また、図1(b)に示すように、多孔質である基材3の表面であって上流側B、すなわちダストサイドにフィルタ層4を、同じく基材3の表面であって下流側C、すなわちクリーンサイドにはダイオキシン分解触媒層5を設けている。
【0016】
このように、本発明の複層構造ハニカムフィルタは、複数の層を巨視的に一体化したモノリスタイプフィルタであるために、処理対象である排ガスを一回だけ一方向へ透過することにより、集塵とダイオキシンの分解・除去を同時に実施することが可能である。また、当該フィルタを排ガス処理用の装置等に組み込んだ場合においては、このフィルタ透過後のガスについて、さらにダイオキシン除去等の操作を要することはなく、排ガス処理の簡便化とともに、処理装置の単純化・省スペース化等の優れた効果を奏する。
【0017】
なお、ここでいうダイオキシン分解触媒としては、特定の物質や組成に限定されるものではないが、例えば酸化チタンを主成分とし、これにバナジウム、モリブデン、タングステン等の酸化物を一種以上添加したものが好適に採用される。また、本発明の複層構造ハニカムフィルタの多孔質基材とフィルタ層を構成する材質に関しても特定のものに限定されないが、高温排ガスを処理することが可能な耐熱性を有する材質であって、適当な強度と成形し易さを備えた材質であればよい。例えばコーディライト、ムライト、アルミナ等をはじめとするセラミックスが好適に採用される。
【0018】
本発明の複層構造ハニカムフィルタを構成する基材は多孔質であり、その平均気孔径は10〜100μmであることが好ましく、20〜80μmであることがさらに好ましく、30〜60μmであることが特に好ましい。また、多孔質基材の平均気孔径が当該数値範囲内であるとともに、フィルタ層に関しては、その平均気孔径は0.1〜10μmであることが好ましく、0.5〜8μmであることがさらに好ましく、1〜6μmであることが特に好ましい。
【0019】
多孔質基材の平均気孔径を10μm未満とすると、圧力損失が増大してしまい、100μm超とすると、十分な捕集効率を達成することができなくなるために、当該数値範囲内に規定することが好ましいとともに、その表面上に平均気孔径0.1〜10μmのフィルタ層を形成するために適した平均気孔径である。
【0020】
さらに、フィルタ層に関しても同様に多孔質であって、その平均気孔径を0.1μm未満とすると、圧力損失が増大してしまい、10μm超とすると、十分な捕集効率を達成することができなくなるために、当該数値範囲内に規定することが好ましく、前述した平均気孔径を有する多孔質基材と組み合わせて複層構造ハニカムフィルタにするために適した数値範囲である。
【0021】
さらに、ダイオキシン分解触媒層も多孔質であって、その平均気孔径は1〜100μmであり、2〜80μmであることが好ましく、3〜60μmであることが更に好ましい。ダイオキシン分解触媒層の平均気孔径を1μm未満とすると圧力損失が増大してしまうために好ましくない。また、排ガス中に含有するダイオキシンを効果的に分解するための触媒効果を発揮するには、触媒自体が十分な表面積を保持していることが必要であり、このため、ダイオキシン分解触媒層の平均気孔径を100μm超とすると、十分な触媒効果が発揮されなくなる。したがって、当該数値範囲は複層構造ハニカムフィルタとしての圧力損失とダイオキシン分解触媒能を両立するために好適な平均気孔径である。
なお、多孔質体の平均気孔径を測定する方法は多数存在するが、本発明でいう平均気孔径は水銀圧入法により測定・算出したものをいう。
【0022】
また、本発明の複層構造ハニカムフィルタにおいては、それを構成する多孔質基材とフィルタ層が同材質である。同材質とすることによって、高温条件下においても熱膨張差が発生することがない。したがって、本発明に係る複層構造ハニカムフィルタは、例えば、200〜500℃、或いはそれ以上の高温条件下においても、層間の熱膨張差に起因するフィルタ層の剥離や脱落等が発生することがないといった優れた特性を有している。
【0023】
これまでに述べてきた本発明に係る複層構造ハニカムフィルタは、ハニカム構造を有する多孔質基材の各セルに、多孔質基材と同材質であるセラミックス粒子のスラリーを供給し、スラリー中の成分を、多孔質基材の気孔を透過させることにより除去して、セラミックス粒子を多孔質基材の表面に付着させ、次いで焼成することによりフィルタ層を形成して製造される。
【0024】
なお、フィルタ層を形成するに際して使用するスラリー中のセラミックス粒子の濃度(w/w)は、0.5%以上、2.0%未満であることがスラリーの沈殿性と多孔質基材への粒子の付着性とのバランスという観点より好ましいが、0.8%以上、1.5%未満であることがより好ましい。
【0025】
また、スラリーの体積は、被コートセル層容積の3倍以上、6倍以下であることが好ましい。3倍未満の場合はセルの上方と下方で膜厚差が生じ、6倍を超える場合は、フィルタ層の厚さと濃度との兼ね合い、及びフィルタ層の形成に必要なスラリーが多量になるため、作業がし難くなるという不都合があるからである。
なお、第2層目以降のフィルタ層の形成は、1層目のフィルタ層を焼成した後、上記と同様の方法にて行う。
【0026】
次に、本発明に係る複層構造ハニカムフィルタの製造方法を例に挙げ、さらなる詳細を説明する。
多孔質基材に関しては、原材料として、例えばコーディライトを使用し、一般的な押出し成形法により所定のセルピッチを有するハニカム構造体を製造することができる。次いで、図1に示すように、ハニカムの多数の貫通孔25の端部を上流側Bと下流側Cとを逆に1マスごとに同材質の原料を用いて封じる。乾燥後、1400℃にて焼成を行い、多孔質の基材を製造することができる。
【0027】
フィルタ層に関しては、図6に示す処理装置30により製造することができる。処理装置30は、マグネットスターラー31上にスラリータンク32を備え、スラリータンク32内のスラリーをエアAの圧力により多孔質基材3に供給するものである。
スラリータンク32は、所定濃度のセラミックス粒子のスラリーを調製するためのもので、マグネットスターラー31の攪拌作用により、均一濃度のスラリーが調製され、調製されたスラリーは、スラリー注入具33に取付金具34を介して接続された多孔質基材3の一端側に供給され、一方のセルの開口部からその内部へ導入される。スラリーの供給量は、スラリータンク32に設けた液面計35により監視され、供給量が所定の値に達した時点でスラリーの供給は停止される。その後、多孔質基材3を反転させて、多孔質基材内の濾過水を排出する。
【0028】
導入されたスラリー中の水分は、各セルの隔壁部を漸次透過して、外部へ流出し、この間にスラリー中の粒子が隔壁部の一側面に漸次付着して、粒子からなる層を形成する。なお、スラリーの調製は、予め有機バインダーを添加し、ポリ容器内でホモミキサーにて攪拌・混合して行う。
【0029】
このようにしてセラミックス粒子よりなる層を形成した後、これを乾燥し、1350℃にて2時間焼成を行えば、フィルタ層を製造することができる。
【0030】
ダイオキシン分解触媒層に関しては、多孔質基材の一表面上に、焼成することによりフィルタ層を設けた後で、多孔質基材の他表面上に製造する。すなわち、既に述べた適当な種類のダイオキシン分解触媒を、その触媒濃度(w/w)が0.5%以上、2.0%未満となるように、所定の粒度を有する触媒粒子を用いてスラリーを調製し、前述のフィルタ層と同様の直濾過方式によって多孔質基材の他表面上に担持する。乾燥後、400℃にて2時間焼成を行えば、ダイオキシン分解触媒層を製造することができる。
【0031】
一方、本発明に係るダイオキシン除去・集塵装置は、上述してきた複層構造ハニカムフィルタの下方に、加熱装置が組み込まれてなるダストホッパーが設置され、構成されているものである。図2は本発明のダイオキシン除去・集塵装置を示す模式図であり、図3は加熱装置が組み込まれてなるダストホッパーの模式図である。このように、本発明のダイオキシン除去・集塵装置8には既述の複層構造ハニカムフィルタ1の下方に、加熱装置7が組み込まれてなるダストホッパー6が配置され、ダストホッパー6内にはダスト収納容器11が配置され、その側面にはダスト取り出し口14が設置されている。また、ダストホッパー6は高温に加熱・保持されるため、断熱材12によって周囲から断熱されている。
ダストホッパー6内、特にダスト収納容器11内には、逆洗により複層構造ハニカムフィルタ1のフィルタ層から落下してきたダストや、逆洗によらずとも重力により自然落下してきたダストが集塵されるように構成されている。なお、ダイオキシン除去集塵装置8には排ガスの導入と排出を行う配管10が配置されているが、これらの配管10以外には外部に排ガスが出入する箇所はなく、全体として気密に構成されていることはいうまでもない。
【0032】
一方、複層構造ハニカムフィルタ1の下流側、すなわちクリーンサイド側には、逆洗用加圧空気導入口9が設けられていることが好ましいが、本発明のダイオキシン除去・集塵装置はこのような導入口9を設けてなることに限定されるものではなく、複層構造ハニカムフィルタ1の逆洗が可能であるシステムが備わっていればよい。
【0033】
図4に示すように、排ガス源となる焼却炉16から送られてきた排ガスは、複層構造ハニカムフィルタ1を透過する際に、フィルタ層において微細なダストが捕捉されるとともに、ダイオキシン分解触媒層においてダイオキシンが分解・除去される。ただし、捕捉されたダストにはまだダイオキシンが含有しており、逆洗時に下方に配置されたダストホッパー6内に集塵される。
従来の排ガス処理装置においては、集塵されたダストを装置外部へ取り出した後、焼却処分等に付されていたが、本発明のダイオキシン除去・集塵装置においては、ダストホッパー6に加熱装置7が組み込まれているために、有害なダストを外部に出す必要がなく、ダストに含有するダイオキシンを加熱分解することができるといった利点を有している。また、分解されずに気化した一部のダイオキシンを含有するガスは、再び上方に設置された複層構造ハニカムフィルタ1を透過する際に、ダイオキシン分解触媒層において分解・除去される。
【0034】
加熱装置7は、ダストホッパー6内のダスト中に含有するダイオキシンを分解及び/又は気化するために十分な温度域まで加熱することができるものであればよく、例えば電熱線を有するヒーター、ガス燃焼装置、誘電加熱等を挙げることができる。
【0035】
なお、ダストホッパー6の加熱により生じたダイオキシンを含有するガスは高温であるが、既述の通り本発明に係る複層構造ハニカムフィルタ1は耐熱性を有する材質により構成されているために、そのまま透過させることが可能である。
【0036】
さらに、本発明のダイオキシン除去・集塵方法は、既述の本発明に係るダイオキシン除去・集塵装置内へ排ガスを導入する第一工程と、その排ガスを、複層構造ハニカムフィルタのフィルタ層側からダイオキシン分解触媒層側へと透過する第二工程と、加圧空気をダイオキシン触媒層側からフィルタ層側へと透過して、複層構造ハニカムフィルタを逆洗する第三工程と、ダストホッパー内を加熱して、ダストホッパー内のダストに含有するダイオキシンを分解及び/又は気化する第四工程と、その工程により気化されたダイオキシンを含有する排ガスを、再び複層構造ハニカムフィルタのフィルタ層側からダイオキシン分解触媒層側へと透過する第五工程を備えている。図4は、本発明に係るダイオキシン除去・集塵方法を採用した排ガス処理システムを示す模式図であり、焼却炉16において発生した排ガスを配管10を通じてダイオキシン除去・集塵装置8へ導入・処理して無害化・除塵した後、別の配管10を通じて煙突17から排出する工程を示している。以降、各工程に分け、さらにその詳細について説明する。
【0037】
第一工程においては、図4に示すように、廃棄物等を焼却炉16において焼却する際に発生した排ガスをダイオキシン除去・集塵装置8へ導入するが、後述するように、複層構造ハニカムフィルタ1は適当な耐熱性を有しているために冷却装置等を設けて排ガスを冷却する必要はない。なお、ここでいう排ガスは図4に示すような焼却炉から発生するものに限定されるものではなく、処理されるべき微細なダストや有害なダイオキシンが含有しているものをいう。
【0038】
第二工程においては、ダイオキシン除去・集塵装置8へ導入された排ガスを、同装置内に設置された複層構造ハニカムフィルタ1のフィルタ層側からダイオキシン分解触媒層側へと透過する。このことにより、まずフィルタ層において微細なダストが捕捉され、次いでダイオキシン分解触媒層においてダイオキシンが分解・除去される。なお、透過するに際しては、排ガスにフィルタ層側からダイオキシン分解触媒層側方向へと適当な圧力をかけてもよい。
【0039】
さらに、本発明においては、複層構造ハニカムフィルタのフィルタ層側からダイオキシン分解触媒層側へと排ガスを透過するに際して、当該排ガスの温度を200〜500℃とすることが好ましく、250〜480℃とすることがさらに好ましく、300〜450℃とすることが特に好ましい。200℃未満では、ダイオキシン分解触媒の効果が十分ではなく、500℃超でも、ダイオキシン分解触媒の効果が十分に発揮されない場合があるとともに、集塵装置自体の耐熱性も強化する必要性が発生するために、コストの面からも好ましくない。したがって、当該数値の温度は効果的にダイオキシン分解触媒が機能するための最適な設定温度である。
【0040】
また、バグフィルタが集塵用フィルタとして組み込まれていた従来の排ガス処理システムの場合においては、バグフィルタを構成する高分子材料の耐熱温度が250℃未満に制限されていたため、それ以上の温度の排ガスをそのままの温度で処理することは不可能であった。しかし、本発明においては集塵用フィルタである複層構造ハニカムフィルタが、主としてコーディライト、ムライト、アルミナ等をはじめとするセラミックスによって構成されており、前記温度範囲の排ガスを透過するのに十分な耐熱性を有している。
なお、図5に示すようなバグフィルタ等の集塵用フィルタを組み込んでなる従来の排ガス処理システムにおいて必要であった、集塵用フィルタの前に冷却塔20等の排ガス冷却システム、及び、集塵用フィルタの後にダイオキシン分解触媒塔21等のダイオキシン分解処理システムを、本発明においては設ける必要性がない。したがって、システムの簡便化とともに、処理装置の単純化・省スペース化等の優れた効果を奏する。
【0041】
第三工程においては、加圧空気をダイオキシン触媒層側からフィルタ層側へと透過して複層構造ハニカムフィルタ1を逆洗する。このとき、複層構造ハニカムフィルタ1の下方に設置されたダストホッパー6内、特にダスト収納容器11内に、逆洗によりフィルタ層から落下してきたダストや、また、逆洗によらずとも重力により自然落下してきたダストが集塵されるように構成されている。また、複層構造ハニカムフィルタ1の下流側、すなわちクリーンサイド側には、逆洗用加圧空気導入口9が設けられていることが好ましいが、本発明のダイオキシン除去・集塵装置はこのような導入口9を設けてなることに限定されるものではなく、複層構造ハニカムフィルタ1の逆洗が可能であるシステムが備わっていればよい。
【0042】
第四工程においては、ダストホッパー内を加熱することにより、その内部に集塵されたダストに含有されているダイオキシンを分解及び/又は気化する。加熱により分解されて無毒化されたダイオキシンは、図3中に示すダスト取り出し口14からダストとともに取り出して廃棄すればよい。また、加熱により気化したダイオキシンについては、前述の通り、再びダストホッパーの上方に設置された複層構造ハニカムフィルタを透過させて、ダイオキシン分解触媒によって分解・除去後に排出すればよい。
【0043】
さらに、本発明においては、ダストホッパー内を600〜800℃に加熱することが好ましく、650〜800℃に加熱することがさらに好ましく、700〜800℃に加熱することが特に好ましい。600℃未満では、ダイオキシンの再合成によるダイオキシン量の増加が起こり、800℃超ではダストホッパーを特殊な耐熱材によって構成する必要性が生ずるとともに、エネルギーコストの面から勘案しても好ましくない。したがって、当該数値の温度は効果的にダイオキシンの分解及び/又は気化するために最適な設定温度である。
【0044】
第五工程においては、分解されずに気化した一部のダイオキシンを含有する排ガスを、再び上方に設置された複層構造ハニカムフィルタ1を透過させ、ダイオキシン分解触媒層において分解・除去する。なお、ダストホッパー6の加熱により生じたダイオキシンを含有するガスは高温であるが、既述の通り本発明に係る複層構造ハニカムフィルタ1は耐熱性を有する材質により構成されているために、そのまま透過させることが可能である。透過された排ガスには、もはや微細なダストやダイオキシン等は含有されてはおらず、例えば煙突17等の除外設備から外部へと放出すればよい。
以上の各工程により、排ガス中に含有する微細なダストの集塵とダイオキシンの分解除去を効果的に行うことができるとともに、集塵されたダストに関しても安全に無害化・廃棄処分することができる。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の複層構造ハニカムフィルタは所定の複層構造を有しているために、排ガスに含有するダストの集塵とダイオキシンの分解・除去を効果的、且つ、簡便に行うことができる。
また、本発明のダイオキシン除去・集塵装置は、前記複層構造ハニカムフィルタとともに、その下方には加熱装置が組み込まれてなるダストホッパーが設置されているために、ダストの集塵と当該ダストに含有するダイオキシンの処理を効果的に実施することが可能である。
さらに、本発明のダイオキシン除去・集塵方法によれば、前記複層構造ハニカムフィルタと、それを組み込んでなるダイオキシン除去・集塵装置を構成要素としているために、ダストの集塵とダイオキシンの処理を効率的に実施することが可能であるとともに、排ガス処理システムの簡便化とともに、処理装置の単純化・省スペース化等の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る複層構造ハニカムフィルタの一実施態様を説明する図であり、(a)は部分断面図、(b)は(a)のD部拡大模式図である。
【図2】 本発明のダイオキシン除去・集塵装置を示す模式図である。
【図3】 加熱装置が組み込まれてなるダストホッパーの模式図である。
【図4】 本発明に係るダイオキシン除去・集塵方法を採用した排ガス処理システムを示す模式図である。
【図5】 従来の排ガス処理システムを示す模式図である。
【図6】 本発明の複層構造ハニカムフィルタの製造方法の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
1…複層構造ハニカムフィルタ、2…目封じ部、3…多孔質基材、4…フィルタ層、5…ダイオキシン分解触媒層、6…ダストホッパー、7…加熱装置、8…ダイオキシン除去・集塵装置、9…逆洗用加圧空気導入口、10…配管、11…ダスト収納容器、12…断熱材、13…ダスト、14…ダスト取り出し口、15…ボイラー、16…焼却炉、17…煙突、18…バグフィルタ、19…集塵装置、20…冷却塔、21…ダイオキシン分解触媒塔、25…貫通孔、26…隔壁部、30…処理装置、31…マグネットスターラー、32…スラリータンク、33…スラリー注入具、34…取付金具、35…液面計。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-layered honeycomb filter, a dioxin removal / dust collection apparatus using the same, and a dioxin removal / dust collection method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, when incineration of waste and the like, from the viewpoint of environmental measures such as pollution prevention, the importance of dust collection and dioxin removal methods from incineration exhaust gas and treatment systems using the same are increasing.
[0003]
Under such circumstances, the conventional exhaust gas treatment system is mainly a bag filter using paper, fiber and polymer resin, and the exhaust gas treatment system in which the bag filter is incorporated as a dust collecting filter as shown in FIG. That is, after the high temperature exhaust gas generated in the
[0004]
On the other hand, there is a ceramic honeycomb filter as a dust collecting filter used for the same purpose as the bag filter. The raw material ceramic is excellent in heat resistance and corrosion resistance, and has preferable characteristics as a filter material in a high temperature, corrosive gas atmosphere. Examples of the filter for collecting dust made of ceramics include a tubular shape, or a shape called a candle type having a closed tubular shape. Currently, honeycomb filters for dust collection are used in various fields such as chemical, electric power, steel, and industrial waste treatment industries for the purpose of collecting products from high-temperature gas and removing dust from exhaust gas for environmental measures. Is used.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the exhaust gas treatment system in which the bag filter is incorporated as a dust collector, the high-temperature exhaust gas is left as it is because the polymer material constituting the bag filter cannot be used in a temperature range of 250 ° C. or higher. Unable to process at temperature. Therefore, it was necessary to incorporate a cooling system before the dust collector. In addition, since the dioxin treatment tower for decomposing dioxin is provided separately from the dust collector, there is a problem that the whole exhaust gas treatment system becomes large and complicated.
[0006]
In addition, the dust collected in the
[0007]
On the other hand, in an exhaust gas treatment system in which a ceramic honeycomb filter is incorporated as a dust collector instead of a bag filter, it is possible to treat high temperature exhaust gas as it is without cooling, but the other problems are still solved. The current situation is that they are not.
[0008]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and its object is to collect exhaust gas efficiently generated from a waste incinerator without using a complicated system. To provide a multi-layer structure honeycomb filter capable of performing dust treatment and dioxin removal, a dioxin removal / dust collection apparatus incorporating the multi-layer structure honeycomb filter as a constituent element, and a dioxin removal / dust collection method. It is in.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
That is, according to the present invention, the partition wall portion of the porous substrate having a honeycomb structure is provided.Dust sideOn the surface,One or more layersMade of the same material as the porous substrateA filter layer;Clean sideOne or more layers on the surface ofThe average pore diameter is 1-100 μmA multi-layered honeycomb filter provided with a dioxin decomposition catalyst layer is provided.
[0010]
In the present invention, the average pore diameter of the porous substrate is 10 to 100 μm, the average pore diameter of the filter layer is preferably 0.1 to 10 μm, and the average pore diameter of the dioxin decomposition catalyst layer is 1-100μmYesFurthermore, the porous base material and the filter layer constituting the multilayered honeycomb filter are made of the same material..
[0011]
On the other hand, according to the present invention, there is provided a dioxin removing / dust collecting device characterized in that a dust hopper in which a heating device is incorporated is installed below the above-mentioned multi-layered honeycomb filter.
[0012]
According to the present invention, the exhaust gas is decomposed into one or more filter layers on one surface of the partition wall of the porous substrate having a honeycomb structure, and one or two or more layers of dioxins are decomposed on the other surface. A first step of introducing the exhaust gas into the dioxin removal / dust collection device in which a dust hopper in which a heating device is incorporated is installed below a multilayered honeycomb filter provided with a catalyst layer, and the exhaust gas, A second step of permeating the multi-layered honeycomb filter from the filter layer side to the dioxin decomposing catalyst layer side; and transmitting the pressurized air from the dioxin catalyst layer side to the filter layer side, A third step of backwashing the honeycomb filter, a fourth step of heating the inside of the dust hopper to decompose and / or vaporize dioxins contained in the dust in the dust hopper, A dioxin removal / dust collection comprising: a fifth step of transmitting the exhaust gas containing dioxin vaporized by the process from the filter layer side of the multilayered honeycomb filter to the dioxin decomposition catalyst layer side. A method is provided.
[0013]
Furthermore, in the present invention, the inside of the dust hopper is preferably heated to 600 to 800 ° C., and the temperature of the exhaust gas that permeates from the filter layer side of the multilayer structure honeycomb filter to the dioxin decomposition catalyst layer side is 200 to 500. It is preferable that it is ° C.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and may be appropriately selected based on ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. It should be understood that design changes, improvements, etc. may be made.
[0015]
The multilayered honeycomb filter of the present invention has a partition wall portion of a porous substrate having a honeycomb structure.Dust sideOn the surface,One or more layersMade of the same material as the porous substrateA filter layer;Clean sideOne or more layers on the surface ofThe average pore diameter is 1-100 μmA dioxin decomposition catalyst layer is provided. FIG. 1 is a view for explaining one embodiment of a multi-layer honeycomb filter according to the present invention, wherein (a) is a partial cross-sectional view and (b) is an enlarged schematic view of a D part of (a). As shown in FIG. 1 (a), a general multi-layer structure honeycomb filter used for exhaust gas dust collection or the like has the upstream side B and the downstream side C opposite to the end portions of a large number of through holes 25 of the honeycomb. It is a structure having a sealing
Further, as shown in FIG. 1B, the
[0016]
As described above, since the multi-layered honeycomb filter of the present invention is a monolith type filter in which a plurality of layers are macroscopically integrated, the exhaust gas to be treated is passed through in one direction only once. It is possible to simultaneously decompose and remove dust and dioxins. In addition, when the filter is incorporated in an apparatus for exhaust gas treatment or the like, there is no need for further operations such as dioxin removal with respect to the gas after permeation of the filter. -Excellent effects such as space saving.
[0017]
The dioxin decomposition catalyst here is not limited to a specific substance or composition. For example, the main component is titanium oxide, and one or more oxides such as vanadium, molybdenum, and tungsten are added thereto. Is preferably employed. Further, the material constituting the porous substrate and the filter layer of the multilayer honeycomb filter of the present invention is not limited to a specific material, but is a material having heat resistance capable of treating high temperature exhaust gas, Any material having suitable strength and ease of molding may be used. For example, ceramics including cordierite, mullite, alumina and the like are preferably used.
[0018]
The substrate constituting the multilayered honeycomb filter of the present invention is porous, and the average pore diameter is preferably 10 to 100 μm, more preferably 20 to 80 μm, and more preferably 30 to 60 μm. Particularly preferred. Moreover, while the average pore diameter of a porous base material is in the said numerical range, regarding a filter layer, it is preferable that the average pore diameter is 0.1-10 micrometers, and it is further 0.5-8 micrometers. It is preferably 1 to 6 μm.
[0019]
If the average pore diameter of the porous substrate is less than 10 μm, the pressure loss will increase, and if it exceeds 100 μm, sufficient collection efficiency cannot be achieved. Is preferable, and the average pore diameter is suitable for forming a filter layer having an average pore diameter of 0.1 to 10 μm on the surface thereof.
[0020]
Furthermore, the filter layer is also porous, and if its average pore size is less than 0.1 μm, the pressure loss increases, and if it exceeds 10 μm, sufficient collection efficiency can be achieved. In order to eliminate this, it is preferable that the value be defined within the numerical range, which is a numerical range suitable for combining with the porous substrate having the average pore diameter described above to form a multilayered honeycomb filter.
[0021]
Furthermore, the dioxin decomposition catalyst layer is also porous and has an average pore diameter of 1 to 100 μm.Yes2-80 μmPreferably3-60 μmMorepreferable. If the average pore size of the dioxin decomposition catalyst layer is less than 1 μm, the pressure loss increases, which is not preferable. Moreover, in order to exhibit the catalytic effect for effectively decomposing dioxins contained in the exhaust gas, it is necessary that the catalyst itself has a sufficient surface area. For this reason, the average of the dioxin decomposition catalyst layer When the pore diameter is more than 100 μm, a sufficient catalytic effect cannot be exhibited. Therefore, the numerical range is an average pore diameter suitable for achieving both a pressure loss and a dioxin decomposition catalytic ability as a multilayered honeycomb filter.
There are many methods for measuring the average pore diameter of the porous body, but the average pore diameter referred to in the present invention is one measured and calculated by the mercury intrusion method.
[0022]
Further, in the multilayer structure honeycomb filter of the present invention, the porous base material and the filter layer constituting the same are made of the same material..By using the same material, a difference in thermal expansion does not occur even under high temperature conditions. Therefore, the multi-layer structure honeycomb filter according to the present invention may cause separation or dropping of the filter layer due to a difference in thermal expansion between layers even under a high temperature condition of 200 to 500 ° C. or higher, for example. Excellent characteristics such as
[0023]
The multilayered honeycomb filter according to the present invention described so far supplies a slurry of ceramic particles made of the same material as the porous substrate to each cell of the porous substrate having a honeycomb structure. The component is removed by permeating the pores of the porous substrate, the ceramic particles are attached to the surface of the porous substrate, and then fired to form a filter layer.
[0024]
The concentration (w / w) of the ceramic particles in the slurry used for forming the filter layer is 0.5% or more and less than 2.0%. Although it is preferable from the viewpoint of balance with particle adhesion, it is more preferably 0.8% or more and less than 1.5%.
[0025]
The volume of the slurry is preferably 3 to 6 times the volume of the coated cell layer. If it is less than 3 times, there will be a difference in film thickness above and below the cell, and if it exceeds 6 times, the balance between the thickness and concentration of the filter layer and the amount of slurry required for forming the filter layer will be large. This is because the work becomes difficult.
The second and subsequent filter layers are formed by the same method as described above after firing the first filter layer.
[0026]
Next, further details will be described with reference to an example of a method for manufacturing a multilayered honeycomb filter according to the present invention.
Regarding the porous substrate, for example, cordierite is used as a raw material, and a honeycomb structure having a predetermined cell pitch can be manufactured by a general extrusion molding method. Next, as shown in FIG. 1, the ends of the numerous through holes 25 of the honeycomb are sealed using the same material for each cell on the upstream B and downstream C sides. After drying, firing at 1400 ° C. can produce a porous substrate.
[0027]
The filter layer can be manufactured by the
The
[0028]
Moisture in the introduced slurry gradually permeates through the partition walls of each cell and flows to the outside. During this time, particles in the slurry gradually adhere to one side of the partition walls to form a layer made of particles. . The slurry is prepared by adding an organic binder in advance and stirring and mixing with a homomixer in a plastic container.
[0029]
Thus, after forming the layer which consists of ceramic particles, if this is dried and baked at 1350 degreeC for 2 hours, a filter layer can be manufactured.
[0030]
The dioxin decomposition catalyst layer is produced on the other surface of the porous substrate after providing the filter layer by firing on one surface of the porous substrate. That is, a suitable kind of dioxin decomposition catalyst already described is slurried using catalyst particles having a predetermined particle size such that the catalyst concentration (w / w) is 0.5% or more and less than 2.0%. And is supported on the other surface of the porous substrate by the same direct filtration method as that of the filter layer described above. A dioxin decomposition catalyst layer can be manufactured by baking at 400 ° C. for 2 hours after drying.
[0031]
On the other hand, the dioxin removing / dust collecting device according to the present invention is configured by installing a dust hopper in which a heating device is installed below the above-mentioned multi-layered honeycomb filter. FIG. 2 is a schematic view showing a dioxin removing / dust collecting device of the present invention, and FIG. 3 is a schematic view of a dust hopper in which a heating device is incorporated. As described above, the dioxin removal /
In the
[0032]
On the other hand, a backwashing pressurized
[0033]
As shown in FIG. 4, when the exhaust gas sent from the
In the conventional exhaust gas treatment apparatus, the collected dust is taken out of the apparatus and then subjected to incineration. However, in the dioxin removal / dust collection apparatus of the present invention, the
[0034]
The
[0035]
Although the gas containing dioxin generated by heating the
[0036]
Furthermore, the dioxin removal / dust collection method of the present invention includes the first step of introducing exhaust gas into the dioxin removal / dust collection device of the present invention described above, and the exhaust gas from the filter layer side of the multilayer honeycomb filter. A second step of permeating from the dioxin decomposition catalyst layer side to the dioxin decomposition catalyst layer side, a third step of permeating pressurized air from the dioxin catalyst layer side to the filter layer side to backwash the multi-layered honeycomb filter, and inside the dust hopper And the fourth step of decomposing and / or vaporizing dioxins contained in the dust in the dust hopper, and the exhaust gas containing the dioxins vaporized by that step from the filter layer side of the multilayer honeycomb filter again. A fifth step of permeating to the dioxin decomposition catalyst layer side is provided. FIG. 4 is a schematic diagram showing an exhaust gas treatment system that employs the dioxin removal / dust collection method according to the present invention. The exhaust gas generated in the
[0037]
In the first step, as shown in FIG. 4, exhaust gas generated when incinerating waste or the like in the
[0038]
In the second step, the exhaust gas introduced into the dioxin removing /
[0039]
Furthermore, in the present invention, when the exhaust gas permeates from the filter layer side of the multilayered honeycomb filter to the dioxin decomposition catalyst layer side, the temperature of the exhaust gas is preferably 200 to 500 ° C, and is preferably 250 to 480 ° C. More preferably, it is particularly preferably 300 to 450 ° C. If it is less than 200 ° C., the effect of the dioxin decomposition catalyst is not sufficient, and even if it exceeds 500 ° C., the effect of the dioxin decomposition catalyst may not be sufficiently exhibited, and the heat resistance of the dust collector itself needs to be enhanced. Therefore, it is not preferable from the viewpoint of cost. Therefore, the temperature of the numerical value is an optimum set temperature for the dioxin decomposition catalyst to function effectively.
[0040]
In the case of the conventional exhaust gas treatment system in which the bag filter is incorporated as a dust collecting filter, the heat resistance temperature of the polymer material constituting the bag filter is limited to less than 250 ° C. It was impossible to treat the exhaust gas at the same temperature. However, in the present invention, the multi-layered honeycomb filter, which is a filter for collecting dust, is mainly composed of ceramics such as cordierite, mullite, alumina and the like, and is sufficient to transmit the exhaust gas in the temperature range. Has heat resistance.
It should be noted that the exhaust gas cooling system such as the
[0041]
In the third step, the
[0042]
In the fourth step, the inside of the dust hopper is heated to decompose and / or vaporize dioxins contained in the dust collected therein. Dioxins that have been decomposed and detoxified by heating may be taken out together with dust from the
[0043]
Furthermore, in the present invention, the inside of the dust hopper is preferably heated to 600 to 800 ° C, more preferably 650 to 800 ° C, and particularly preferably 700 to 800 ° C. If the temperature is less than 600 ° C., the amount of dioxins increases due to re-synthesis of dioxins, and if it exceeds 800 ° C., it is necessary to construct the dust hopper with a special heat-resistant material, and it is not preferable from the viewpoint of energy cost. Therefore, the temperature of the numerical value is an optimum set temperature for effectively decomposing and / or vaporizing dioxins.
[0044]
In the fifth step, the exhaust gas containing a part of the dioxin evaporated without being decomposed is again permeated through the
Through the above steps, fine dust contained in the exhaust gas can be effectively collected and dioxin can be decomposed and removed, and the collected dust can also be safely detoxified and disposed of. .
[0045]
【The invention's effect】
As described above, since the multilayered honeycomb filter of the present invention has a predetermined multilayered structure, it is effective and simple to collect dust contained in the exhaust gas and to decompose and remove dioxins. It can be carried out.
Further, the dioxin removal / dust collection apparatus of the present invention is provided with a dust hopper in which a heating device is incorporated below the multi-layered honeycomb filter, so that dust collection and dust collection are performed. It is possible to effectively carry out the treatment of the contained dioxin.
Furthermore, according to the dioxin removal / dust collection method of the present invention, since the multi-layered honeycomb filter and the dioxin removal / dust collection apparatus incorporating the multi-layered honeycomb filter are constituent elements, dust collection and dioxin treatment are performed. As well as simplifying the exhaust gas treatment system, it has excellent effects such as simplification of the treatment apparatus and space saving.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining one embodiment of a multi-layer honeycomb filter according to the present invention, in which (a) is a partial cross-sectional view and (b) is an enlarged schematic view of a D part in (a).
FIG. 2 is a schematic view showing a dioxin removing / dust collecting apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of a dust hopper in which a heating device is incorporated.
FIG. 4 is a schematic diagram showing an exhaust gas treatment system adopting the dioxin removal / dust collection method according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a conventional exhaust gas treatment system.
FIG. 6 is a schematic view showing an example of a method for manufacturing a multilayer honeycomb filter of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
該排ガスを、前記複層構造ハニカムフィルタの該フィルタ層側から該ダイオキシン分解触媒層側へと透過する第二工程と、
加圧空気を該ダイオキシン分解触媒層側から該フィルタ層側へと透過して、前記複層構造ハニカムフィルタを逆洗する第三工程と、
該ダストホッパー内を加熱して、該ダストホッパー内のダストに含有するダイオキシンを分解及び/又は気化する第四工程と、
前記工程により気化されたダイオキシンを含有する排ガスを、前記複層構造ハニカムフィルタの該フィルタ層側から該ダイオキシン分解触媒層側へと透過する第五工程
とを備えることを特徴とするダイオキシン除去・集塵方法。One or two or more filter layers are provided on one surface of the partition wall of the porous substrate having a honeycomb structure, and one or two or more dioxin decomposition catalyst layers are provided on the other surface. A first step of introducing into a dioxin removal / dust collection device in which a dust hopper in which a heating device is incorporated is installed below the layered honeycomb filter,
A second step of transmitting the exhaust gas from the filter layer side of the multilayered honeycomb filter to the dioxin decomposition catalyst layer side;
A third step of backwashing the multilayered honeycomb filter by transmitting pressurized air from the dioxin decomposition catalyst layer side to the filter layer side;
A fourth step of heating the inside of the dust hopper to decompose and / or vaporize dioxins contained in the dust in the dust hopper;
And a fifth step of passing the exhaust gas containing dioxin vaporized in the step from the filter layer side of the multilayered honeycomb filter to the dioxin decomposition catalyst layer side. Dust method.
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