JPH0365208A - ガスをろ過するためのろ過カートリッジ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ガス類、詳しく言えば高温及び／又は放射性
及び／又は腐食性ガス類を濾過するための濾過カートリ
ッジに関する。このようなカートリッジは、高温の放射
性ガスを生じる核廃棄物の焼却のための設備（燃焼温度
は１２００℃に達することができ、ガス類は一般に６０
０〜１０００℃である）において特に有用である。これ
らのガス類は、燃焼される廃棄物に応じて多かれ少なか
れ大量の、固形の放射性粒子（Ｍえばプルトニウム）、
カーボンブラック及び腐食性蒸気＜Ｃ１ｚ　、　ＨＣｌ
等〉を同伴する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕これら
のガス類を大気ｌ＼放出する前に浄化するためには、濾
過器の二つのバリヤーを直列に配置し、第一のものは１
μ哨のオーダーの直径の粒子の少なくとも９９％を止め
なくてはならない濾過キャンドルにより構成され、そし
て第二のものは０．３μｍより大きい直径の粒子の９９
％より多くを止める非常に高い効率の濾過器である。こ
のバリヤーを二重に配列したものは、大変に高価な装置
である濾過器（非常に効率の高いもの）の寿命を増加さ
せるのを可能にする０本発明のカートリッジは、これら
のバリヤーのうちの第一のものに申し分なく適している
。

濾過キャンドルを有するそのような濾過バリヤーは、フ
ランス国特許第１５０３８３１号明細書に記載され、そ
れを第２図及び第３図に模式的に示す。

濾過キャンドル１は、支持用の円筒２及び濾過カートリ
ッジ３により構成される。

支持用の円筒２は、ガス類にその壁を通り抜けさせるよ
うに多孔質であって、それは例えば、端部が溶接された
巻かれた金属布により構成される。

円筒の一方の端部４は閉鎖され、もう一方の開放の端部
５はキャンドルをプレート６にくっつけるための手段を
含む、これらの手段は例えば、円筒とプレートとに固定
されるスリーブ７であって、この場合には、これらのキ
ャンドルを交換するためにはプレートはその全てのキャ
ンドルと一緒に取出される。

濾過カートリッジ３は、前もってか焼されたアスベスト
と混ぜ合わされた、繊維質成分に分離されたアスベスト
繊維のフェルトにより構成される。

１＝れらの繊維は、濾過を確実にする。高温時のそれら
の収縮を制限するためには、それらにガラス質シリカ、
微小石英、ムライト、カオリン等の繊維を混ぜ合わせて
もよい、濾過カートリッジ３の繊維は、ガスのエントレ
インメントにより支持体上に堆積される。

フランス国特許第２５５６６０８号明細書では、キャン
ドルは個別に交換され、プレートにそれらをくっつける
ための手段は、端部５に取付けられそしてプレートと単
純に隣接しているフランジにより構成されている。

アスベスト繊維を有するキャンドルは、濾過及び経費の
観点からは全く申し分がない、しかしなから、現時点で
は、一定の国々の行政当局はアスベストの使用を制限し
ており、そして禁止さえしている。

従って、 ・合理的な厚さについてダストに対して効率的であり（
約１μ曽のダストについて９９％）、・目詰りする速度
が遅く、 ・熱的衝撃及び化学的攻撃に対して耐性があり、・手ご
ろな値段である、 代替材料の発見が必要であった。

更に、セラミックスのキャンドルは、値段が高過ぎ、ま
た目詰りする速度がなお速過ぎるので、自発的に考えか
らはずされた。

米国特許第４５００３２８号明細書は、湿式法で調製さ
れた耐火性セラミック繊維に基づく複合材料であって高
温ガス特に焼却炉のガスの濾過に用いられる材料を記載
する。

この米国特許明細書によれば、上記の材料は二つの異な
るやり方で得ることができる。

第一の調製方法では、耐火性繊維（直径＜１２μ慣、例
えばジルコン、アルミナ、シリカ等の繊維の如きもの）
及び有機の結合剤（上記繊維の２５〜１００重量％の割
合の、フェノール樹脂、デンプン等）の非常に希薄な水
溶液（固形分／水合計く１重量％）を、真空中に置かれ
た孔あきの型の上へ付着させる。全体を熱し、乾燥させ
、次いで型を取はずす。

得られた構造体を、有機結合剤を熱分解するため、不活
性雰囲気中において数時間１３５０℃の温度にさらす。

得られる複合材料は、結合剤の不活性雰囲気中での分解
から生じる炭素により一緒に結合された耐火性繊維から
構成される。酸素の存在下では、炭素はガス状のＣＯ２
へ転化されるであろうから、不活性の雰囲気が必要であ
る。

第二の調製方法では、耐火性繊維だけの非常に希薄な水
溶液を真空中に置かれた孔あきの型の上へ付着させる。

この操作後に、ジルコニウム又はイツトリウムの硝酸塩
の溶液に通り抜けさせる。

全体を乾燥させ、次いで通常の焼結にかける。

得られる複合材料は、繊維の軟化によって焼結中に一緒
に結合さ−れた耐天性繊維から構成される。

焼結温度は高く、シリカの場合には１７００℃であり、
その他の材料（ジルコン、アルミナ等）については１７
００℃よりも高い。

加えられるジルコニウム又はイツトリウムの硝酸塩は安
定剤であって、それらは、材料の融解温度を低下させ且
つその結果として正確な焼結にとって有害であろう共融
混合物の生成を回避する。

これは、安定剤の慣用的な利用法である。

米国特許第４５００３２８号明細書に従って得られた濾
過器は、小さな寸法の中実の円筒（直径１９開、高さ１
３間であって、この高さは濾過の厚さをも構成する）の
形をした濾過材料であって、実質上同じ寸法であり且つ
ガス類を通過させるための孔を備えた金属の支持体に配
置されたものにより構成される。

〔課題を解決するための手段及び作用効果〕本発明によ
れば、上記において説明された、比較的長い濾過バリヤ
ー、すなわち中空のキャンドルで使用するのに適合した
濾過キャンドルを調製することが提供される。例を挙げ
ると、これらのキャンドルは、特に核物質を焼却するた
めの装置で使用するためには、次に掲げる寸法をとるこ
とができると明記される。

・直径　　　２５問 ・高さ　　　８５０開 ・濾過厚さ　約５〜１０開 米国特許第４５００３２８号明細書に記載された方法が
このような形状寸法を示す効果的なキャンドルの調製を
可能にする、ということは少しも明らかでない。

更に、上述の米国特許第４５００３２８号明細書の第一
の方法では、炭素を含有する材料になり、そしてそれは
、十分に高温の且つ酸化するガス類を発生する焼却設備
に持ち込まれると°、必然的に劣化し、ＣＯ□を放出し
て結果としてその一体性を失うであろう、その上、上述
の米国特許第４５００３２８号明細書の第二の方法は、
焼結すなわち高温での長い熱処理を必要とする。

本発明の発明者らは、最も単純なやり方で調製される、
要求される性質（機械的強度、耐腐食性、要求される特
性に従って濾過する性質）を示す製品を捜し求めた。

本発明によれば、高温及び／又は放射性及び／又は腐食
性のガス類を濾過するのに特に有用な濾過カートリッジ
は、実質的に円筒形の中空な物体であって、その端部の
うちの一方が閉鎖されそして他方の端部が開放であり、
少なくとも５０重量％のアルミナ及び／又はジルコンを
含有し且つことによってはプレートでそれを支持するた
めの手段を備えているものから構成され、当該物体は、
直径２０μ論未満及び長さ２５問未満のアルミナ及び／
又はジルコンの繊維と、コロイドシリカと、少なくとも
１種の有機結合剤と、そして少なくとも１種の解膠剤と
を含んでなるスリップを真空中で成形し、次いで、有機
結合剤及び解膠剤を揮発させるのに十分なだけの温度で
乾燥及び熱処理することにより得られる。

このいわゆる湿式法では、水性媒体でもってスリップす
なわち成分の混合物が第一に作られる。

繊維は、ろ適用のフェルトを形成するためそれらの寸法
及び性質について選択される。このフェルトは、ガス類
の通過のためのランダムに分布し且つその断面が規則的
でない通り道を有する繊維のもつれたものである。

繊維の長さは２５問未満（好ましくは１０〜１５ｍ５）
であり、直径は２０μ情より小さい（好ましくは１〜１
０μ鵠、有利には平均値で３μｍ９ 繊維の大半は、ジルコン及び／又はアルミナにより必ず
構成され、他の成分と適合性であり且つ用途と適合性で
あることを条件として他の繊維（ガラス繊維、シリカ繊
維のようなシリカを含有する繊維〉が存在してもよい（
これらの繊維の融点よりも高い温度でガスを処理するた
めには溶融可能な繊維があってはならない〉。

いずれの場合にも、熱処理後に得られたカートリッジは
、少なくとも５０重量％のアルミナ及び／又はジルコン
で構成されなくてはならない。

それは好ましくは、少なくとも８５重量％のアルミナ及
び／又はジルコンを含有する。アルミナ繊維にあっては
、アルミナ質の製品（どちかと言えばアルミノケイ酸塩
というよりも）が得られ、これはより耐火性であり且つ
酸類（塩素化された生成物のようなもの〉に対してより
耐性がある。

一般には、繊維はスリップの約１重量％に相当するが、
それらの量は、所望の組成のカー■・リッジを得るため
に当業者によってより正確に決められる。

本発明によれば、スリップ中にはコロイドシリカ（例え
ばＬＵＤＯＸの商標で上布される）が存在する。

スリップは好ましくは、３〜１２％〈重量による）のコ
ロイドシリカを含有する。

コロイドシリカはいくつかの機能を果す。

第一に、それは、スリップの粘度を増加させるが、こと
のほか、乾燥させる前でも成形品の取出しを可能にする
成形品の十分なだけの機械的剛性を得るのを可能にする
低温結合剤である。

ナトリウムの存在下にある場合にスリップに有利に添加
されるコロイドシリカは、７３２℃で融解するＮａ、０
−２ＳｉＯｚ−＾１２０．共融混合物が生成するため、
材料のための高温結合剤を構成する、とも当然考えるこ
とができる。

加熱することによって、この場合には共融混合物により
耐火性繊維が結合される。

このような結合は濾過器の濾過能力に対して有害であっ
てはならず、そのためことによると存在しているナトリ
ウムの量は少量（スリップの１重量％未満〉でなければ
ならない。

ナトリウムで安定化されたコロイドシリカは好ましく用
いられる（Ｎａ＜０．１％）。

更に、温度が７３２℃を超える場合には、融解した共融
混合物はアルミナ及び／スはジルコン（繊維に由来する
）に富みそしてシリカが涸渇するものになる。結合の耐
火性は増加する。濾過能力は、その場合には高温（７５
０℃以上）で維持される。

スリップはまた、低温での一体性を保証するため成形プ
ロセスで慣用的に用いられる１種又は２種以上の有機結
合剤を含有する。それは例えば、デンプン、ポリビニル
アルコール又はそれらの混合物である。有機結合剤は、
一般にはスリップの５〜１ｏｒｉ量％に相当する。

解膠剤は、スリップ中の固形物質を懸濁状態にしておき
、かくして繊維の沈降を回避する性質を有する有機物質
である。寒天のようなアルギン酸塩が一般に用いられる
。

こうして得られたスリップは成形される。

成形は、好ましくは次に述べるようにして果される。す
なわち、スリップをその中に真空が作り出される孔あき
の型の周囲に付着させ、すなわち型をスリップのタンク
に浸漬させる。過剰の厚さを成形し、すなわち必要より
も厚いスリップの層を付着させる。この過剰の厚さは、
後に機械加工してカートリッジのために所望される寸法
にするのを可能にする。

そのほかの成形の様式も使用して差支えない。

使用される型は、実質的に円筒形のカートリッジを成形
するために明らかに実質上円筒形の物体である。カート
リッジの一方の端部は、追加の部品を集成して成形後に
閉鎖することができる。

成形後、カートリッジを乾燥させ、ことによってはそれ
は乾燥前又はその後に型から取出される。

本発明の顕著な特徴は、成形後に得られるカートリッジ
は型から取出すことが可能であるが、それが機械的に剛
性であるため殊に機械加工が可能であることである。こ
の場合には、機械加工を行って最終寸法にされるが、材
料は高温時にいかなる有意の収縮も示さない。

乾燥は、水分をなくすためオーブンでもって通常のやり
方で行われる。

この後に、有機結合剤及び解膠剤の分解及び揮発を確実
にするのに十分なだけの温度での熱処理が続く。従って
、この処理の後に得られた濾過カートリッジにはこれら
の物質の痕跡も残らない。

この処理は、濾過設備で都合よ〈実施され、すなわち乾
燥された成形カートリッジはプレートに配置される。十
分に高温のガスの通過が、上記の熱処理を確実にする。

その上、材料を焼成にかけてもよいが、この操作は必須
ではない。

こうして得られたカートリッジの濾過能力は、ガスによ
り運ばれる粒子、特に炭素を捉える繊維のフェルトのた
めである。

９００〜１０００℃の酸化雰囲気〈焼却ガスの濾過〉に
見られる、濾過器にブロックされた炭素は、その後それ
の燃焼開始温度よりも高い温度に昇温される０次いでそ
れはガス状のＣＯ□に転化される。

従ってフェルトは、捕捉された燃焼可能な粒子を燃焼さ
せる（応用の条件下で）。

フェルトはまた、カートリッジの機械的強度、すなわち
最適な一体性を保証する共融混合物による結合の点を、
大いに確保する。

本発明に従って成形されそして乾燥された、湿式法によ
って得られたカートリッジは、次に述べるどちらかのや
り方で配置される。

・一つのやり方では、カートリッジを一般に円筒形の支
持体に配置し、後者はその開放の端部にプレートにより
支持されるための手段を提供する。

その端部のレベルには、濾過されるべきガス類をカート
リッジの中空空間に入るように向けるために、円筒とカ
ートリッジとの間の自由空間を閉鎖するための手段も用
意される。

この支持用の円筒は、溶接された金属布（従来技術で記
載されるようなもの）により又は「ソックスＪすなわち
、好ましくはアルミノケイ酸塩の糸で且つ最も細かい可
能なメツシュで織られている、一方の端部の閉鎖された
織物の管によって、都合よく構成される。

・あるいは、カートリッジはそのまま使用され、その場
合には、その開放の端部にプレートにより支持するため
の手段が加えられ、この手段は明らかに、濾過されるべ
きガス類が単独でカートリッジの中空空間に向けられる
ように設計及び配置される。これは、カートリッジの中
空空間に取付けられそしてプレートに隣接するフランジ
を有するスリーブでよく、プレートの孔の直径は、カー
トリッジを容易に変更するようにカートリッジの外径よ
りもわずかに大きい。

成形時に、カートリッジの開放の端部のレベルに、プレ
ートに隣接する肩を都合よく用意してもよい。

第１図は、カートリッジを配置する一例を示す。

プレート８のテーパー付きの孔に、スリーブ９が配置さ
れ、そしてこれは、プレートの外側へ開く円筒部１０と
、表面が孔のそれとぴったりと協同するテーパ一部１１
とを含む。

このスリーブは、いつも所定の位置に残る。カートリッ
ジ１２は、このスリーブ内に導入され、スリーブの円筒
部１０の内径及びカートリッジの円筒体の外径は実質的
に等しくて、カートリッジの滑動をまさしく可能にする
。カートリッジは、その端部１３を閉鎖され、その他方
の開放の端部は、・外表面がスリーブのテーパ一部１１
の内表面とぴったりと協同するテーパ一部１４を含む。

孔あきの支持円筒１５をこの配列を必須とはせずに非常
にうまく加えることができる、ということが認められよ
う。

カートリッジの集成部品の選択は、主としてその用途と
その剛性とに依存する。調製されたカートリッジは、支
持用の円筒なしに取付けるのに十分なだけの機械的強度
を与えることができる。

カートリッジが使い古された場合には、次に掲げること
が可能である。

・キャンドル（カートリッジ干支持用円筒）を取はずし
てそれを設備の外部で交換すること。

・カートリッジだけを取出し、支持用の円筒を所定の位
置に残して、別の新しいカートリッジをその場で配置す
ること。

・支持用の円筒がない場合にはカートリッジをそれの支
持手段と共に取出して、それを支持手段を備えた新しい
カートリッジと取替えること。

・使い古しのカートリッジをこわしてそれを濾過バリヤ
ーの閉鎖容器の底部に落し、支持手段をプレートの所定
の位置に残し、新しいカートリッジを支持手段へその場
で再び導入すること（支持用の円筒１５がないことを除
いて第１図の態様〉。

使い古されたカートリッジは、それらが放射性元素を含
有する場合には核廃棄物として処理される。

下記の例は、そのようなカートリッジの濾過動率が乾式
法で調製されたアスベスト繊維を使用するカートリッジ
のそれと同等であることを示す。

湿式法により調製されるカートリッジは、次に掲げる理
由から好ましく製造及び使用される。

・型での成形による調製は実施するのがより容易である
。

・金属で作られる場合には急速に腐食し且つ高価である
支持用の円筒をなしで済ますことができる。

・使い古されたカートリッジの交換が単純になり、使い
古されたカートリッジを抜き出し又はこわしてそれを設
備外で製造された別のものと交換することで十分である
。

〔実施例〕

涯−よ 細かくして平均の直径を３μｍそして平均の長さを１０
〜１５開にしたシリカ含有アルミナ繊維、スリップの４
重量％のコロイドシリカ、デンプン（水性混合物の９％
〉及びいくらかのパーセントの解膠剤を、水性媒体中で
全部混ぜ合わせてスリップにしたものから、カートリッ
ジを得る。

上記のスリップを成形し、ｗ１ｔｉＡ加工し、そして乾
燥させる。

７００℃で焼成して４〜５時間後に、＾１ｚＯｘ　９３
．５％、ＳｉＯ□５．５％、その他≦１％が残る。

このカートリッジを、内径がこのカートリッジの外径と
実質的に等しい支持用の円筒内に入れ、フランジを提供
するスリーブをこの円時に取付け、そして得られたキャ
ンドルをプレートの孔に配置する。

例二二Ｌ アルミナ繊維（繊維のスリップの１重量％）、コロイド
シリカ（８％）、デンバン（８％）及び解膠剤（１％）
のスリップからカートリッジを調製する。

端部にテーパー付きの部分を有する過剰の厚み（８曲）
を成形する。乾燥を行う。

機械加工を行って５ｍｍにする。

得られたカートリッジを、プレートの孔に挿入されたス
リーブに配置する。

濾過及び目詰りの結果を以下に示す。

（１）　　ろ　　過 ６００℃から１０００℃まで変化する高温で１００〜１
２０８ｍ’／ｈのガスを吐出する天然ガスバーナーを備
え、且つ７本の濾過キャンドルを受は入れるのに適きし
た濾過バリヤーを備えた焼却設備によって試験を行った
。希釈を行う２本の管路が、バーナーの温度を監視しそ
してバリヤーのレベルでの流量及び温度を調整するのを
可能にする。エーロゾルを注入及び取出す別々のタップ
が設けられた。

ジオクチルフタレートの分散系であるエーロゾルの粒度
測定分布試験から、発生粒子の平均のメジアン直径がほ
ぼ０．６μ鏑であって標準偏差が１．７であることが示
される。

エーロゾルは、２　ｂａｒの圧力に圧縮された空気が供
給される６個のスプレーノズルを有する空気式発生機で
作られた。

閉鎖容器内は、水柱−３０〜−５０ｍｍの減圧になる。

濾過キャンドルの効率は、下式で決定される。

（３）結果 上式中、Ｃ０はキャンドルの上流側の濃度（濾過前〉で
あり、Ｃ８はキャンドルの下流側の濃度（ろ通接）であ
る。

（２）　目詰まり 同じ設備で、空気の流量を、カートリッジを通過するレ
ベルで２．４ｃ＋自／ｓの通過速度に相当する実際の５
８＋ｎ’／ｈに調整した。

アルミナのダストを規則的な間隔で導入し、合計して１
５００ｇを４０〜６０ｇ／ｈの割合で分散させた。

これは、実際よりも２５〜３５倍速い除粉速度に相当す
る。

本発明を焼却器のガスにより例示してきたけれども、そ
れが固形粒子を含有しているいずれの種類のガスにも応
用可能であることは明らかである。

それは、以下に掲げるものに特に応用可能である。

・高温ガス（Ｔ＞７００〜７５０℃〉。

・炭素を含有している高温の酸化性ガス。

・放射性粒子を含有するガス。

７００℃でアルシンへＳＨ３の燃焼により発生する酸化
し素＾ｓ２０．の捕捉。

・９００℃での塩化亜鉛（ＺｎＣ１２）の捕捉。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の濾過カートリッジの配置の一例を示す
断面図であり、第２図は従来技術の濾過キャンドルを有
する濾過バリヤーを示す断面図であり、第３図は第２図
の濾過キャンドルの支持手段を示す部分断面図である。 図中、１は濾過キャンドル、２．１５は支持用の円筒、
３．１２は濾過カートリッジ、６，８はプレート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガス類、特に高温及び／又は放射性及び／又は腐食
   性ガス類を濾過するための濾過カートリッジであって、
   一方の端部が閉鎖されそして他方の端部が開放の、実質
   的に円筒形の中空物体であって少なくとも５０重量％の
   アルミナ及び／又はジルコンを含有していて、ことによ
   ってはそれをプレートにより支持するための手段を備え
   ているものから構成されていて、該物体が、直径２０μ
   ｍ未満及び長さ２５ｍｍ未満のアルミナ及び／又はジル
   コンの繊維と、コロイドシリカと、少なくとも１種の有
   機結合剤と、そして少なくとも１種の解膠剤とを含んで
   なるスリップを真空中で成形し、次いで、上記の有機結
   合剤及び上記の解膠剤を揮発させるのに十分なだけの温
   度で乾燥及び熱処理することにより得られるものである
   ことを特徴とする、上記の濾過カートリッジ。 ２、前記アルミナ及び／又はジルコンの繊維の直径が１
   ０μｍ未満であり、長さが１０〜１５ｍｍであることを
   特徴とする、請求項１記載の濾過カートリッジ。 ３、少なくとも８５重量％のアルミナ及び／又はジルコ
   ンを含有することを特徴とする、請求項１又は２記載の
   濾過カートリッジ。 ４、前記繊維が当該スリップの約１重量％に相当するこ
   とを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一つに
   記載の濾過カートリッジ。 ５、前記コロイドシリカが当該スリップの３〜１２重量
   ％に相当することを特徴とする、請求項１から４までの
   いずれか一つに記載の濾過カートリッジ。 ６、ナトリウムを含有しているスリップから得られるこ
   とを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに
   記載の濾過カートリッジ。 ７、前記ナトリウムが最大で当該スリップの１重量％に
   相当することを特徴とする、請求項６記載の濾過カート
   リッジ。 ８、前記スリップが５〜１０重量％の有機結合剤を含有
   していることを特徴とする、請求項１から７までのいず
   れか一つに記載のろ過カートリッジ。 ９、前記スリップがシリカを含有している繊維をも含有
   していることを特徴とする、請求項１から８までのいず
   れか一つに記載のろ過カートリッジ。