JPH05231628A - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 可燃分量の変動が激しいオフガスであっても
安定して燃焼を継続することができ、しかも助燃料使用
量を低減することができる触媒燃焼装置を提供するこ
と。 【構成】 オフガスを廃棄するシステム１のオフガスラ
インに助燃料１０を燃焼する起動バーナを設け、その後
流に熱交換器３を設け、その後流に触媒燃焼器５を設
け、触媒燃焼器５内にガスの流れ方向に沿って蓄熱式熱
交換器６ａ、燃焼触媒層４および蓄熱式熱交換器６ｂを
配置するとともに、蓄熱式熱交換器６ａと６ｂを熱伝達
装置７ａおよび７ｂで連結し、触媒燃焼器５の出口排ガ
ス１１を熱交換器３を経て煙突８へ流通させる配管１２
を設ける。 【効果】 可燃分の少ないオフガスが導入されても失火
することなく、安定した焼却処理を継続することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、触媒燃焼装置に係り、
特にオフガス等の可燃分含有量の変動が激しい廃ガスを
焼却処理するのに好適な触媒燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】化学工場、半導体工場等で副産物として
発生するオフガス中には、一般に溶剤や可燃物が含まれ
ており、また特有の臭気を有するものもあり、その処理
装置が種々検討されている。可燃分を含むオフガスの処
理装置としては、例えば燃焼法、吸着法、薬液吸収法、
酸化法等を利用する装置が知られており、なかでも、燃
焼法による装置は、脱臭効果が高く、メンテナンスが簡
単で、負荷変動にも強く、多くの業種で用いられてい
る。一方、吸着法による装置は、他の処理装置と併用さ
れることが多く、また薬液吸収法および酸化法を採用す
る装置は、例えば屎尿処理の際に発生するオフガスの処
理に用いられる。

【０００３】燃焼法を採用する装置の中には、例えばガ
ス、油等を助燃料として用いる直接燃焼装置があり、廃
ガス中の可燃ガスが微量で、可燃ガスの燃焼による発熱
量だけでは自燃しない場合に採用される。すなわち直接
燃焼装置は、補助燃料を燃焼してその燃焼熱でガス温度
を高めて微量の可燃ガスを燃焼し、また非燃焼ガスを熱
分解して臭気のないガスに変換するものである。

【０００４】図６は、従来の直接燃焼装置の系統図であ
る。この装置は、オフガスを廃棄するシステム１のオフ
ガスラインに設けられた燃焼器１４と、該燃焼器１４内
で助燃料１０を燃焼する助燃バーナ１５と、燃焼器１４
の後流の煙突８とから主として構成されている。システ
ム１から排出されたオフガス９は、燃焼器１４に流入
し、ここで助燃料１０として油、ガス等を燃焼する助燃
バーナ１５によって加熱されて燃焼する。燃焼排ガス１
１は後流の煙突８から大気中に放出される。この装置
は、構成が比較的単純で低コストである反面、起動中
は、常に助燃料１０を供給する必要があり、運転コスト
が高くなるという問題がある。従って、助燃料の使用量
を極力低減するために、燃焼触媒を用いて燃焼温度を低
下させる触媒燃焼装置が開発されている。このような触
媒燃焼装置では一般に熱交換器が用いられる。

【０００５】図７は、燃焼触媒を用いた従来の触媒燃焼
装置の系統を示す説明図である。この装置は、オフガス
９を廃棄するシステム１のオフガスラインに設けられた
起動バーナ２と、該起動バーナ２の後流の熱交換器３
と、その後流の燃焼触媒層４を有する触媒燃焼器５と、
該触媒燃焼器５の出口排ガス１１を前記熱交換器３を経
て煙突８に流入させる配管１２とから主として構成され
る。起動時には、システム１で発生したオフガス９は起
動バーナ２で燃焼される助燃料１０の燃焼熱によって２
００〜４００℃に加熱された後、熱交換器３を経て触媒
燃焼器５に流入し、燃焼触媒層４の作用を受けて燃焼す
る。一方、通常運転時には起動バーナ２は停止され、熱
交換器３による排ガス１１の交換熱だけでオフガス９が
予熱されるので運転コストが軽減される。このように燃
焼触媒を用いた場合、可燃物の着火に必要なガス温度
は、ガスの種類によっても異なるが、難燃性といわれる
プロパン、メタン等であっても２００〜４００℃であ
る。

【０００６】触媒燃焼装置において、燃焼を安定させる
ためには、触媒層温度を適正に制御する必要がある。す
なわち触媒燃焼を安定化させる温度条件の下限は燃焼触
媒層における可燃物の着火温度であり、また上限は触媒
の耐熱温度である。図８は、パラジウム系触媒を用いて
プロパンを燃焼させる場合の触媒層温度とプロパンの燃
焼率との関係を示すものであり、触媒層の温度が４００
℃を越えるとプロパンが完全燃焼することが分かる。ま
た燃焼触媒の耐熱温度は約１０００℃であるから、前記
パラジウム触媒を用いてプロパンを燃焼する場合の燃焼
触媒の下限温度は４００℃、上限温度は１０００℃とな
り、この温度範囲を維持することによって安定燃焼を達
成することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図９は、例えば塗装乾
燥炉のゴミ処理装置に設置される代表的なオフガス燃焼
装置の系統図である。この装置は、プラントのオフガス
ラインに順次設けられた起動バーナ、熱交換器および触
媒燃焼器と、該触媒燃焼器の出口ガスを前記熱交換器に
導入する配管とから主として構成されている。通常、プ
ラントから排出されるオフガス温度は、ほとんどが４０
０℃以下であり、このまま触媒燃焼器に導入しても着火
することはない。したがってオフガスを着火温度以上に
昇温するために、起動バーナと熱交換器が併用される。
すなわち、起動時は、起動バーナによってオフガスを、
例えば４００℃以上に昇温し、通常運転時は、可燃物の
燃焼による発熱を利用して未処理のオフガスを着火温度
まで昇温する。

【０００８】しかしながら、オフガスを廃棄するプラン
トの種類によってはオフガス中の可燃分濃度の変動また
は可燃分の発熱量の変動が激しいものがあり、このよう
な場合に、例えばオフガス加熱用としてコンパクト型熱
交換器だけを備えた装置では、熱交換容量が小さ過ぎる
ために、発熱量の低下に伴って熱交換器内の温度が低下
してオフガスを着火温度以上に加熱することができなく
なるので、最終的に失火してしまうことがある。

【０００９】図１０は、従来の触媒燃焼装置における触
媒層温度と、オフガス中の可燃分濃度との関係を示した
図である。図において、可燃分濃度の変動が小さい場合
（図中左側）は、触媒層温度の変化幅も小さく４００℃
よりも極端に低くなることはない。一方、可燃分の濃度
変化が大きい場合（図中右側）は、触媒層の温度変化幅
も大きくなり、可燃分の着火温度である４００℃を大き
く下回ることがある。このような場合には、その後、オ
フガス中の可燃分濃度が上昇したとしても、触媒層温度
が可燃分の着火温度以下になっているので、再着火する
ことはない。

【００１０】このように従来の触媒燃焼装置は、オフガ
ス中の可燃分の変動が激しい場合には適用できないとい
う問題があった。すなわち、オフガス中の可燃分濃度が
変動して低くなった時、燃焼触媒層内で燃焼を継続する
ために必要な温度を維持することができず、その後、可
燃分を含んだガスが供給されても着火しないで、未燃ガ
スとして燃焼装置外に排出されてしまうことがあった。
このような場合、再度、燃焼を開始させるためには、起
動バーナを再起動してオフガスを昇温しなければなら
ず、操作が煩雑であり、また助燃料使用量が多くなると
いう問題があった。

【００１１】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解決し、可燃分の変動が激しいオフガスであっても安定
して燃焼処理することができ、しかも助燃料の使用量を
低減することができる触媒燃焼装置を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、可燃分を含むガスを燃焼触媒層に導入して前
記可燃分を燃焼する触媒燃焼装置において、前記可燃分
の燃焼による燃焼熱を蓄える蓄熱体と、該蓄熱体で蓄え
た熱量によって前記燃焼触媒層を可燃分が着火する温度
以上に保温する手段とを設けたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】可燃分の燃焼による燃焼熱を蓄える蓄熱体と、
該蓄熱体で蓄えた熱量によって燃焼触媒層を保温する手
段とを設けたことにより、被処理ガス中の可燃分濃度が
低下したり、可燃分の発熱量が低下した場合であって
も、燃焼触媒層を常に可燃分の着火温度以上に保温して
おくことができるので、その後、可燃分濃度が上昇した
場合、起動バーナを再起動することなく、ただちに可燃
分の燃焼が開始される。

【００１４】本発明において、可燃分の燃焼熱を蓄える
蓄熱体としては、例えば蓄熱式熱交換器が用いられる。
また蓄熱体で蓄えられた熱量を利用して燃焼触媒層を可
燃分の着火温度以上に保温する手段としては、例えば燃
焼触媒層の後流および前流に配置した蓄熱体と、これら
両蓄熱体間で熱を伝達する装置と、燃焼触媒層の前流の
蓄熱体を経て燃焼触媒層にガスを流入させる装置とで構
成される。

【００１５】本発明において、蓄熱剤としては、例えば
溶融塩が使用され、その成分としては、例えばＮａＮＯ
₃ 、ＫＮＯ₃ の混合物またはＢａＣｌ₂ 、ＮａＣｌ、Ｍ
ｇＦ ₂ 、Ｂ₂ Ｏ₂ およびＣａ−Ｓｉの混合物等があげら
れる。蓄熱剤は、使用温度、腐食性の有無、伝熱性、コ
スト、耐熱性等の条件に適合するものが使用され、条件
によっては他の物質が使用されることもある。また燃焼
触媒の触媒成分としては、例えば白金、パラジウム等の
貴金属が用いられる。

【００１６】本発明が適用されるオフガスを発生するシ
ステムは、特に限定されず、可燃ガスを含有する排ガス
を廃棄するシステム全般であり、例えば、化学工場、半
導体工場等の生産システムがあげられる。

【００１７】

【実施例】次に本発明を実施例によってさらに詳細に説
明する。図１は、本発明である触媒燃焼装置の一実施例
を示す系統図、図２は、図１の触媒燃焼器５の要部を示
す詳細図である。図１においてこの装置は、オフガス９
を廃棄するシステム１と、該システム１のオフガスライ
ンに設けられた起動バーナ２と、該起動バーナ２の後流
の熱交換器３と、該熱交換器３の後流の触媒燃焼器５
と、該触媒燃焼器５内にガスの流れ方向に沿って順次配
置された、蓄熱式熱交換器６ａ、燃焼触媒層４および蓄
熱式熱交換器６ｂと、該蓄熱式熱交換器６ａと６ｂを連
結する熱伝達装置７ａおよび７ｂと、この触媒燃焼器５
の出口排ガス１１を前記熱交換器３を経て煙突８に流入
させる配管１２とから主として構成されている。図２に
おいて、触媒燃焼器５の燃焼触媒層４の入口側および出
口側に配置された蓄熱式熱交換器６ａ、６ｂはパイプ状
を呈しており、該蓄熱式熱交換器６ａおよび６ｂは前記
燃焼触媒層４の上下で熱伝達装置７ａおよび７ｂによっ
て連結されている。このように燃焼触媒層４を囲むよう
に配置された蓄熱式熱交換器６ａ、６ｂおよび熱伝達装
置７ａおよび７ｂには、例えばＮａＮＯ₃ 、ＫＮＯ ₃ の
混合物からなる蓄熱剤が充填されている。

【００１８】このような構成において、まず、起動時に
おいては、システム１から廃棄されるオフガス９は、起
動バーナ２で燃焼される助燃料１０の発熱量によって触
媒燃焼における着火温度、例えば４００℃まで昇温され
た後、熱交換器３を経て触媒燃焼器５に流入し、ここで
燃焼触媒層４の作用を受けて燃焼する。燃焼排ガス１１
は、配管１２を流通して前記熱交換器３で触媒燃焼器５
に流入する未処理のオフガスに熱を与えた後、煙突８か
ら大気中に放出される。一方、通常運転状態に入ると、
前記排ガス１１はかなり高温となり、熱交換器３の交換
熱量だけでオフガス９を着火温度まで昇温することがで
きるようになるので、起動バーナ２は停止される。可燃
分を含むオフガス９が供給される通常運転状態におい
て、燃焼触媒層４の後流に配置された蓄熱式熱交換器６
ｂは燃焼触媒層４で燃焼する可燃分の燃焼熱を蓄熱す
る。このとき蓄熱式熱交換器６ｂ内の蓄熱剤は熱を吸収
して上向流となり、他方蓄熱式熱交換器６ａ内の蓄熱剤
は下降流となる。したがって、蓄熱剤は蓄熱式熱交換器
６ｂから熱伝達装置７ａを経て蓄熱式熱交換器６ａに流
入し、ここで蓄熱式熱交換器６ａの蓄熱部に熱を供給し
て自らは温度を低下させた後、熱伝達装置７ｂを経て再
び蓄熱式熱交換器６ｂに流入する。このようにして燃焼
触媒層４の出口側の蓄熱式熱交換器６ｂで回収された燃
焼熱は熱伝達装置７ａを経て燃焼触媒層４の入口側の蓄
熱式熱交換器６ａに伝達される。

【００１９】燃焼熱が燃焼触媒層４の前流の蓄熱式熱交
換器６ａに伝達された状態において、オフガスの性状が
変化して可燃分を含まないか、または発熱量が小さくな
った場合、排ガス１１の温度は低下するので、オフガス
は熱交換器３で触媒燃焼可能な温度まで昇温されないま
ま触媒燃焼器５に流入することになるが、燃焼触媒層４
の入口側の蓄熱式熱交換器６ａを通過する際に、該蓄熱
式熱交換器６ａに蓄えられた熱量を受けて着火温度以上
に昇温された後、燃焼触媒層４に流入する。したがって
オフガス中の可燃分濃度が低下した場合でもそのままオ
フガスの導入を継続することにより、燃焼触媒層４を常
に可燃分の着火温度以上に保温しておくことができる。
このようにしてオフガスの着火温度以上に維持された触
媒燃焼装置に可燃分濃度が高いオフガスが再び流入して
くると、可燃分はただちに着火燃焼する。

【００２０】図１１は、本実施例における触媒層温度
と、供給されるオフガス中の可燃分濃度との関係を示す
図である。図において、可燃分濃度が大きく低下した場
合でも蓄熱式熱交換器で蓄えられた熱容量が大きいの
で、触媒層が常に可燃分の着火温度付近、すなわち４０
０℃付近に維持されている。本実施例によれば、燃焼触
媒層４で発生する可燃分の燃焼熱を後流の蓄熱式熱交換
器６ｂで回収し、これを前流の蓄熱式熱交換器６ａに伝
達して蓄熱することにより、可燃分を含まない、または
発熱量の少ないオフガスが導入されても燃焼触媒層を可
燃分の着火温度以上に保温しておくことができるので、
再度可燃分濃度が高くなった場合に、ただちに燃焼を再
開することができる。

【００２１】次に本発明の他の実施例を説明する。図３
は、本発明の他の実施例を示す系統図である。この装置
が図１の実施例と異なる点は、燃焼触媒層４の前後に蓄
熱式熱交換器６ａ、６ｂを設ける代りに、熱交換器とし
て蓄熱式熱交換器６を用いたことろである。

【００２２】本実施例によれば、前記実施例の効果に加
え設備コストを低減することができる。図４は、本発明
の別の実施例を示す系統図である。この装置が図１の実
施例と異なる点は、燃焼触媒層４の前後に蓄熱式熱交換
器６ａ、６ｂを設ける代りに、燃焼触媒層４と蓄熱体１
３とを一体化、すなわち燃焼触媒層４と蓄熱体１３とを
交互に積層して触媒燃焼器５を形成した点である。図５
はこのような触媒燃焼器５の斜視図である。図におい
て、燃焼触媒４と蓄熱体１３とが交互に積層されて触媒
燃焼器５が形成されている。

【００２３】本実施例によれば、前記実施例と同様、変
動によりオフガス中の可燃分濃度が低くなったときにも
蓄熱体１３の保温力により燃焼触媒層４を可燃分の着火
温度以上に温めておくことができるので、可燃分濃度が
高くなれば、再び着火燃焼させることができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、触媒燃焼装置に可燃分
の発熱量を蓄える蓄熱体と、該蓄熱体で蓄えた熱量によ
って燃焼触媒層を可燃分の着火温度以上に保温する手段
を設けたことにより、燃焼触媒層を常に可燃分の着火温
度以上に保温しておくことができるので、可燃分量の変
動が激しいオフガスであっても安定して焼却処理するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例を示す触媒燃焼装置
の系統図である。

【図２】図２は、図１の触媒燃焼器の詳細説明図であ
る。

【図３】図３は、本発明の他の実施例を示す系統図であ
る。

【図４】図４は、本発明の別の実施例を示す系統図であ
る。

【図５】図５は、図４の触媒燃焼器の拡大斜視図であ
る。

【図６】図６は、従来の燃焼装置の系統図である。

【図７】図７は、従来の触媒燃焼装置の系統図である。

【図８】図８は、触媒燃焼層温度とプロパンの燃焼率と
の関係を示す図である。

【図９】図９は、従来の触媒燃焼装置の系統図である。

【図１０】図１０は、従来の触媒燃焼装置におけるオフ
ガス中の可燃分（プロパン）濃度と触媒層温度との関係
を示す図である。

【図１１】図１１は、本発明における触媒燃焼装置にお
けるオフガス中の可燃分（プロパン）濃度と触媒層温度
との関係を示す図である。

【符号の説明】

１…オフガスを廃棄するシステム、２…起動バーナ、３
…熱交換器、４…燃焼触媒層、５…触媒燃焼器、６
（ａ、ｂ）…蓄熱式熱交換器、７（ａ、ｂ）…熱伝達装
置、８…煙突、９…オフガス、１０…助燃料、１１…排
ガス、１２…配管、１３…蓄熱体、１４…燃焼器、１５
…助燃バーナ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 勝田 康常 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可燃分を含むガスを燃焼触媒層に導入し
   て前記可燃分を燃焼する触媒燃焼装置において、前記可
   燃分の燃焼による燃焼熱を蓄熱する蓄熱体と、該蓄熱体
   で蓄えた熱によって前記燃焼触媒層を可燃分が着火する
   温度以上に保温する手段とを設けたことを特徴とする触
   媒燃焼装置。