JP5691372B2 - 触媒燃焼装置および触媒再生方法 - Google Patents

Description

本発明は、有機シリコンや有機リンなどの触媒毒を含む有機溶剤含有ガスを酸化分解により処理する触媒燃焼装置に関するもので、該触媒毒による劣化した触媒を再生することが可能な触媒燃焼装置および再生方法に関するものである。

従来、工場で使用される有機溶剤は、排気ガスとして大気中へ放出される。この有機溶剤含有排ガスは、大気汚染防止法、悪臭防止法、ＰＲＴＲ法により規制されており、該ガスを処理する提案が各種なされている。

有機溶剤含有排ガスを処理する装置の一つとして、酸化分解触媒を使用した触媒燃焼装置があるが、該ガスに有機シリコンや有機リンなどの触媒を劣化させる触媒毒成分が含まれている場合、ケイ素やリンが触媒の表面に付着し、触媒活性点の表面積を減少させることで、触媒の活性能を減少させる、つまり触媒の劣化が発生し該排ガスの除去能力が低下してしまう問題点があった。

通常、有機シリコンや有機リンなどの触媒毒を含む有機溶剤排ガスを触媒燃焼装置で処理する場合では、該触媒毒により劣化した触媒は使用済み廃触媒とし廃棄され、新たな触媒に交換している。

この際、廃棄される触媒量は非常に膨大であることから、触媒を再生して再利用することが古くから求められている。有機シリコンや有機リンなどの触媒毒により劣化した触媒を再生させる方法としては、劣化した触媒を触媒燃焼装置から取り外して、アルカリ等の薬液に浸漬して表面に付着したケイ素やリンを洗浄し、その際に失われた触媒活性成分を再含浸法により補充する方法が行われている（例えば、特許文献１、２参照）。この再生方法は、触媒の取り外し作業が必要であり、さらに薬液洗浄装置が必要、かつ再生処理に使用した薬液廃棄処理が必要であり、触媒再生に掛かるコストが高くなることと薬液洗浄処理等を実施する間は、有機溶剤含有ガス処理ができない問題点があった。

特開昭５９−１０２９４号公報 特開２００４−１９５４０１号公報

本発明の課題は、利便性及びコスト面において優れた有機シリコン及び有機リンにより劣化した触媒の再生が可能な触媒燃焼装置、および触媒再生方法を提供することを課題とする。

本発明者らは鋭意検討した結果、上記課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。すなわち本発明は以下の構成からなる。
１．有機溶剤を含有したガスを酸化分解して浄化する触媒燃焼装置であって、有機シリコンまたは有機リンの触媒毒で性能が低下した触媒に、該触媒毒を含有しない有機シリコンおよび有機リンを溶解できる有機溶剤を含有するガスを供給する手段を有する触媒燃焼装置。
２．前記触媒毒を含有しない有機シリコンおよび有機リンを溶解できる有機溶剤を含有するガスの供給温度が、１００〜６００℃である上記１記載の触媒燃焼装置。
３．前記触媒が貴金属触媒である上記１または２記載の触媒燃焼装置。
４．前記貴金属触媒がＰｔまたはＰｄである上記３記載の触媒燃焼装置。
５．前記有機シリコンおよび有機リンを溶解できる有機溶剤がトルエン、ヘキサン、アセトンのいずれかを少なくとも含む有機溶剤である上記１〜４のいずれかに記載の触媒燃焼装置。
６．有機溶剤を含有したガスを酸化分解して浄化する触媒の再生方法であって、有機シリコンまたは有機リンの触媒毒で性能が低下した触媒に、該触媒毒を含有しない有機シリコンおよび有機リンを溶解できる有機溶剤を含有するガスを供給する触媒の再生方法。
７．前記触媒毒を含有しない有機シリコンおよび有機リンを溶解できる有機溶剤含有ガスの供給温度が、１００〜６００℃である上記６記載の触媒再生方法。
８．前記触媒が貴金属触媒である上記６または７記載の触媒再生方法。
９．前記貴金属触媒がＰｔまたはＰｄである上記８記載の触媒再生方法。
１０．前記有機シリコンおよび有機リンを溶解できる有機溶剤がトルエン、ヘキサン、アセトンのいずれかを少なくとも含む有機溶剤である上記６〜９のいずれかに記載の触媒再生方法。

本発明の触媒燃焼装置および触媒再生方法を用いることで、有機シリコンや有機リンなどの触媒毒により触媒が劣化した場合、劣化した触媒を触媒燃焼装置より取り外し、薬液等に浸漬させることで洗浄し触媒を再生させる必要がなくなり、コスト及び利便性において優位性のある触媒燃焼装置および触媒再生方法を提供することが可能である。

本発明の触媒燃焼装置の一例を示したものである。 触媒活性点を被膜する有機シリコンの様子を示したものである。

工場等より排出される有機溶剤を含有する排ガスを燃焼させることで処理を行う場合、燃焼温度を下げることにより燃料の消費を抑えるために、触媒を使用して触媒入口温度を２５０℃〜６００℃の範囲にて燃焼し処理する、触媒燃焼装置を使用することが多い。使用される触媒として例えば貴金属であるＰｔやＰｄをＮｉ発泡金属表面に担持させた触媒等が上げられるが、担体は活性アルミナ担体でも構わず、その形状もハニカム体、粒子体など特に限定されるものではない。

上記有機溶剤含有排ガス中に有機シリコンや有機リンなどの触媒毒となる物質が含まれていると、図２に示すようにＰｔやＰｄなどの貴金属触媒の活性点を被膜してしまい、触媒活性を低下させてしまう現象が発生し、それにより有機溶剤含有排ガスの処理性能が低下してしまう。

さらに有機シリコンや有機リンなどの触媒毒を含む排ガスを触媒を使用して処理を継続すると、触媒の持つ活性点の全てが被膜されてしまい、完全に処理能力が失われてしまう。そうした場合は、一度触媒燃焼装置を停止させ、触媒毒により劣化した触媒を取り出し新品に交換する、あるいいは薬液中に浸漬させることで処理性能を回復させる再生手段が取られる。

そこで発明者らは、有機溶剤を含有する排ガスを触媒を使用して処理する工程において、排ガス中に有機シリコンまたは有機リンなどの触媒毒が含まれていると、触媒を被膜させ触媒活性を低下させるという場合において、一度劣化した触媒へ該触媒毒を含まない有機溶剤ガスを導入することで、触媒活性点上に被膜した触媒毒を剥離させ、触媒活性を再生させることができることを見出した。特に、該有機溶剤としてはトルエン、ヘキサン、アセトンなどの有機シリコンや有機リンなどの触媒毒の溶解性が高い溶剤ほど、触媒活性点上に皮膜した触媒毒の剥離性が高いことを見出した。

本発明の好ましい実施形態を図1にて説明する。有機シリコンや有機リンなどの触媒毒を含有する有機溶剤排ガス１を触媒毒含有有機溶剤排ガス供給口２より触媒燃焼炉９内へ導入する。触媒燃焼炉９では補助燃料５を補助燃料供給口６より導入し、ヒーター７を使用して触媒燃焼炉内温度を１００〜６００℃に保つようにする。ただし、触媒毒含有有機溶剤排ガス１の燃焼により該触媒燃焼炉内温度が６００℃に到達する場合はこの限りではない。触媒燃焼炉９へ導入された触媒毒含有有機溶剤排ガス１は触媒１０にて燃焼され、清浄空気１２となり清浄空気排出口１１より大気中へ放出される。

さらに触媒毒含有有機溶剤排ガス１の処理を継続することで、触媒毒による触媒１０の劣化が発生し、処理性能が低下する。ここで、処理性能の低下が確認された後に、トルエン、ヘキサン、アセトンなどの有機溶剤含有排ガス３を１００〜６００℃に保たれた触媒燃焼炉内へ導入することで、触媒１０の劣化を再生させることができ、継続して触媒毒含有有機溶剤排ガス１の処理が可能となる。

触媒毒により劣化した触媒の再生に用いる有機溶剤含有ガスを供給手段としては、再生に用いる有機溶剤含有ガスを供給する経路を独立して設けても良い。その場合、該経路より再生に用いる有機溶剤含有ガスを新規に用意して供給しても良いし、別の工程で再生に用いる有機溶剤を含有したガスを排出する工程が存在する場合はそれを供給しても良い。
また、断続的に有機シリコンや有機リンなどの触媒毒含有有機溶剤排ガスが排出される工程であれば、該排ガスが排出されていない時に触媒の再生に用いる有機溶剤含有ガスを、有機溶剤排ガス供給口４を廃し、触媒毒含有有機溶剤排ガス供給口１より供給しても良い。この場合の再生に用いる有機溶剤含有ガスは前記と同様である。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

[実施例１]
図１に示される本発明の触媒燃焼装置において、以下に示す条件で有機シリコン含有有機溶剤ガスの清浄化処理及び触媒再生を行った。
図1に示す触媒燃焼炉内に有機溶剤の一つであるトルエン１，０００ｐｐｍと環状有機シリコンの一つであるオクタメチルシクロテトラヘキサン１０ｐｐｍを混合したガスを導入し、触媒燃焼炉内温度を３００℃とし、空間速度５０，０００Ｈｒ^−１にてＰｔ触媒を使用して処理を行った。その結果、約７０分にて触媒によるトルエン除去率が７％まで低下し、Ｐｔ触媒の劣化が確認された。
Ｐｔ触媒の劣化が確認された後に、触媒燃焼炉内温度を３００℃に保持したまま、トルエン１，０００ｐｐｍガスのみを触媒燃焼炉内に導入したところ、当初のトルエン除去率は７％程度であったが、２０分の再生処理を行うことでトルエン除去率が９７％まで回復した。

[実施例２]
実施例１の環状有機シリコンを直鎖状有機シリコンの一つであるヘキサメチルジシラザン１０ｐｐｍに変更し同様の処理を行ったところ、７４分にて触媒によるトルエン除去率が５０％まで低下し、Ｐｔ触媒の劣化が確認された。
Ｐｔ触媒の劣化が確認された後に、トルエン１，０００ｐｐｍのみを触媒燃焼炉内に導入したところ、６４分の再生処理を行うことでトルエン除去率が９７％まで回復した。

[実施例３]
実施例１の処理する有機溶剤をイソプロピルアルコール１，０００ｐｐｍに変更し同様の処理を行ったところ、７４分にて触媒によるイソプロピルアルコール除去率が１４％まで低下し、Ｐｔ触媒の劣化が確認された。
Ｐｔ触媒の劣化が確認された後に、イソプロピルアルコール１，０００ｐｐｍのみを触媒燃焼炉内に導入したところ１６７分の再生処理を行うことでイソプロピルアルコール除去率が８７％まで回復した。

[比較例１]
実施例１と同様の処理を行い、Ｐｔ触媒の劣化が確認された後に、触媒燃焼炉内温度を３００℃に保持したまま、外気のみを触媒燃焼炉内に導入した。その結果、２００分の処理を実施してもＰｔ触媒の性能回復は確認されなかった。

実施例１〜３および比較例１の結果を表１に示す。

上記より、トルエンに代表される有機シリコンの溶解性の高い有機溶剤の方が、イソプロピルアルコールなどの有機溶剤より、有機シリコンにより被膜され劣化したＰｔ触媒の再生能力が高いことが判明した。また、環状有機シリコンと直鎖状有機シリコンとでは環状有機シリコンがやや剥離されやすいことも判明した。

さらに、比較例１が示すように、有機シリコンにより被膜され劣化したＰｔ触媒は、有機溶剤を使用せず加熱するだけでは全く再生しないことが確認できた。

本発明の触媒燃焼装置によれば、工場から排出される有機溶剤ガス中に有機シリコンや有機リンが含まれており触媒が劣化してしまう場合において、触媒燃焼装置内に触媒を充填したまま再生が可能となり、従来の触媒を取り出して再生する触媒燃焼装置より、利便性に富み、コストを大幅に削減することできる。

１ 触媒毒含有有機溶剤排ガス
２ 触媒毒含有有機溶剤排ガス供給口
３ 有機溶剤排ガス
４ 有機溶剤排ガス供給口
５ 補助燃料
６ 補助燃料供給口
７ ヒーター
８ 触媒燃焼炉内排ガス経路
９ 触媒燃焼炉
１０ 触媒
１１ 清浄空気排出口
１２ 清浄空気
１３ 触媒
１４ 触媒活性点
１５ 有機シリコン

Claims (10)

1. 有機溶剤を含有したガスを酸化分解して浄化する触媒燃焼装置であって、有機シリコンまたは有機リンの触媒毒で性能が低下した触媒に、該触媒毒を含有しない有機シリコンおよび有機リンを溶解できる有機溶剤を含有するガスを供給する手段を有することで、触媒燃焼装置内に該触媒を充填したままで該触媒の再生が可能な触媒燃焼装置。
2. 前記触媒毒を含有しない有機シリコンおよび有機リンを溶解できる有機溶剤を含有するガスの供給温度が、１００〜６００℃である請求項１記載の触媒燃焼装置。
3. 前記触媒が貴金属触媒である請求項１または２記載の触媒燃焼装置。
4. 前記貴金属触媒がＰｔまたはＰｄである請求項３記載の触媒燃焼装置。
5. 前記有機シリコンおよび有機リンを溶解できる有機溶剤がトルエン、ヘキサン、アセトンのいずれかを少なくとも含む有機溶剤である請求項１〜４のいずれかに記載の触媒燃焼装置。
6. 有機溶剤を含有したガスを酸化分解して浄化する触媒の再生方法であって、有機シリコンまたは有機リンの触媒毒で性能が低下した触媒に、該触媒毒を含有しない有機シリコンおよび有機リンを溶解できる有機溶剤を含有するガスを供給することで、触媒燃焼装置内に該触媒を充填したまま該触媒を再生する方法。
7. 前記触媒毒を含有しない有機シリコンおよび有機リンを溶解できる有機溶剤含有ガスの供給温度が、１００〜６００℃である請求項６記載の触媒を再生する方法。
8. 前記触媒が貴金属触媒である請求項６または７記載の触媒を再生する方法。
9. 前記貴金属触媒がＰｔまたはＰｄである請求項８記載の触媒を再生する方法。
10. 前記有機シリコンおよび有機リンを溶解できる有機溶剤がトルエン、ヘキサン、アセトンのいずれかを少なくとも含む有機溶剤である請求項６〜９のいずれかに記載の触媒を再生する方法。