JPH10238740A - 触媒燃焼式排ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 未処理排ガスに触媒毒となる物質が含まれて
いる場合であっても、触媒の被毒を低減して、触媒寿命
を長くする。 【解決手段】 未処理排ガスに含まれた触媒毒を吸着す
る触媒毒吸着フィルタ（６）を触媒層（５）の上流側に
形成した。触媒毒吸着フィルタ（６）は、担体に活性ア
ルミナをコーティングして形成したので、その表面積が
極めて大きく、触媒毒となる物質の吸着効率が非常に高
い。また、活性アルミナは、酸性及びアルカリ性の両性
を示すので、排ガス中に触媒毒として酸性及びアルカリ
性のどちらの物質が含まれていても、これを吸着して中
和する。さらに、その上にアルカリ金属又はアルカリ土
類金属を担持させれば、その表面は強いアルカリ性を示
すため、強い酸性を示す触媒毒が大量に含まれている場
合にこれを吸着して中和させ、触媒被毒をより効果的に
低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排ガス中に含まれ
る可燃性有害成分や可燃性悪臭成分を触媒の存在下にお
いて酸化燃焼又は熱分解させて無害無臭な物質に変化さ
せて浄化処理した後、その排ガスを外部に排出する触媒
燃焼式排ガス処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】塗装ブース，塗装乾燥炉，印刷用乾燥
炉，プラスチックや合板の製造設備，食品加工設備，産
業廃棄物処理設備あるいは香料製造設備などの各種施設
内においては、塗料，インキ，溶剤，接着剤，合成樹脂
あるいは化学薬品等から、アルコール類，エステル類
や，有毒で特有の臭気を持つフェノール類，アルデヒド
類等の可燃性有害悪臭成分が発生する。

【０００３】 そして、このような有害悪臭成分を含ん
だ排ガスは、公害防止の観点から直接大気中に放出する
ことはできないので、通常は、浄化処理を施して、無害
無臭化した状態で放出している。代表的な処理方法とし
ては、排ガス中の有害悪臭成分を７００〜９００℃の高
温下で酸化燃焼又は熱分解して炭酸ガスと水に変化させ
て無害無臭化する直接燃焼法が知られている。これは、
浄化処理効果が他の処理法と比較しても劣らず、また、
可燃性の有害悪臭成分に対しては全般的に適用できると
いう長所があるが、その反面、燃料消費量が大であり、
燃費が嵩むことによりランニングコストが嵩むという短
所がある。

【０００４】そこで、排ガス中の有害悪臭成分を触媒存
在下で酸化燃焼又は熱分解させる触媒燃焼法が提案され
た。これによれば、処理温度を３００〜４５０℃程度に
低下させることができるので、燃料を大幅に節約すると
同時に、耐熱性の高い特殊で高価な材料を使用する必要
がなく耐久性も良く、安全の面でも望ましい。また、低
い温度で処理することにより、高温下で起こる窒素と酸
素の反応により生ずる窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生も抑
えられるという利点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近で
は、塗装乾燥炉の排ガス処理装置として使用した場合
に、従来２〜３年の寿命があった触媒が、排ガス条件に
よっては数カ月と著しく短くなるという問題を生じた。
特に、この種の触媒は、活性アルミナをコーティングし
たハニカム状の触媒担体に、触媒性能の優れた白金を担
持させた高価なものを用いることが多いため、触媒寿命
が短くなると、触媒の交換に要する費用が嵩む。そし
て、本発明者らがその原因を調べたところ、塗膜の硬質
化や酸性雨対策として塗料に混入されているシロキサン
等に含まれるシリカ成分が蒸発して大量に排出され、そ
のシリカ成分が触媒毒として作用し、触媒の表面に無機
質の皮膜を形成するために、触媒の活性が失われている
ことが判明した。また、このようなシリカに限らず、排
ガス中に、塩素などのハロゲン元素，鉛，亜鉛，ヒ素，
水銀，リン，イオウなどの触媒毒が含まれている場合に
は、同様に触媒が被毒されてその寿命が縮まるという問
題がある。

【０００６】 そこで、本発明は未処理排ガスにそのよ
うな触媒毒となる物質が含まれている場合であっても、
触媒の被毒を低減して、触媒寿命を長くすることを技術
的課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明は、所定温度に加熱された未処理排ガスが触
媒層を通過するときに、当該排ガス中に含まれる可燃性
の有害成分や悪臭成分が酸化燃焼又は熱分解されて浄化
される触媒燃焼式排ガス処理装置において、排ガス中に
含まれる触媒毒を吸着する触媒毒吸着フィルタが前記触
媒層の上流側に交換可能に装着されると共に、当該触媒
毒吸着フィルタは、担体に活性アルミナをコーティング
して形成され、又は、活性アルミナをコーティングした
担体にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を担持させて
形成されたことを特徴とする。

【０００８】 本発明によれば、触媒層の上流側に触媒
毒吸着フィルタが形成されているので、所定の処理温度
に加熱された未処理排ガスが触媒を通過する前に必ず触
媒毒吸着フィルタを通過する。このとき、触媒毒吸着フ
ィルタとして、担体に例えばγ−アルミナなどの活性ア
ルミナをコーティングして形成されているので、活性ア
ルミナによりその表面積が極めて大きくなり、触媒毒と
なる物質の吸着効率が非常に高い。また、活性アルミナ
は、酸性物質に対してはアルカリ性を示し、塩基性（ア
ルカリ性）物質に対しては酸性を示す両性を有するの
で、いずれの性質を示す触媒毒に対してもこれを中和さ
せて吸着する。したがって、排ガス中に触媒毒として酸
性を示すもの及びアルカリ性を示すもののどちらが含ま
れていても、これらを有効に吸着して、触媒被毒を防止
し、触媒寿命を延ばすことができる。

【０００９】 また、触媒毒吸着フィルタとして、活性
アルミナをコーティングした担体にアルカリ金属又はア
ルカリ土類金属を担持させれば、当該アルカリ金属又は
アルカリ土類金属が活性アルミナにより多少中和される
ことを考慮しても触媒毒吸着フィルタの表面は強いアル
カリ性を示す。したがって、排ガス中に強い酸性を示す
シリカが大量に含まれている場合であっても、シリカは
アルカリ性の触媒毒吸着フィルタに吸着されて中和され
ることとなり、シリカによる触媒被毒をより効果的に低
減することができる。

【００１０】 このように、排ガス中に含まれている触
媒毒は、排ガスが触媒層を通過する前に、その上流側に
配設された触媒毒吸着フィルタに吸着されるため、その
分触媒層の被毒が低減され、また、触媒毒吸着フィルタ
には白金などの高価な触媒が使用されていないので触媒
層より安価であり、したがって、これを頻繁に交換して
も、触媒層を交換する場合に比してコストが低減され
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。図１は本発明に係る触媒
燃焼式排ガス処理装置を示す断面図である。

【００１２】本例の触媒燃焼式排ガス処理装置１は、反
応室２の一端側に未処理排ガス導入口３inが形成される
と共に、他端側に処理済排ガス排出口３out が形成され
て成る。反応室２内には、前記未処理排ガス導入口３in
側に、未処理排ガスを所定温度まで加熱する予熱ゾーン
４が形成されると共に、前記処理済排ガス排出口３out
側に触媒層５が形成され、前記予熱ゾーン４と前記触媒
層５との間に触媒毒吸着フィルタ６が交換可能に形成さ
れている。

【００１３】予熱ゾーン４には、例えばガスバーナ７等
の加熱装置が配設されて、未処理排ガス導入口３inから
導入した未処理排ガスを例えば３００〜４５０℃の予熱
温度に加熱するように成されている。この予熱温度は、
触媒層５における排ガス温度が所定の触媒着火温度（触
媒存在下で排ガス中の可燃性有害悪臭成分が酸化燃焼さ
れ又は熱分解される温度）に達するように決定される。
そして、触媒層５の温度を検出する温度センサ８の出力
信号に応じて、制御装置９でガスバーナ７への燃料ガス
供給量を増減することにより予熱温度を最適な温度に設
定するように成されている。

【００１４】 例えば、運転開始時は、触媒毒吸着フィ
ルタ６及び触媒層５が共に低温であるので、排ガスがこ
れらを通過する際に熱を奪われ、触媒層５において所定
の触媒着火温度に達しないおそれがある。このため、排
ガス温度を高めに設定しなければ、有害悪臭成分を処理
することができない。一方、触媒毒吸着フィルタ６及び
触媒層５が所定の温度に達した後は、排ガスがこれらを
通過する際に多くの熱を奪われることもないので、排ガ
ス温度を低めに設定しても有害悪臭成分を処理すること
ができる。そこで、温度センサ８により触媒層５の温度
を検出し、これに基づいてガスバーナ７への燃料ガス供
給量を増減して、燃料ガスを節約することによりランニ
ングコストを低減すると同時に、触媒層５が高熱に曝さ
れて劣化するのを防止している。

【００１５】 また、触媒層５は、例えば活性アルミナ
やシリカ等から成るペレット型又はサドル型の触媒担体
に触媒となる白金，パラジウム合金，コバルト，ニッケ
ル等の貴金属を担持させたものや、コージエライト磁器
で形成されたハニカム状の触媒担体に、γ−アルミナ等
の活性アルミナをコーティングして、その上に、触媒と
なる白金，パラジウム合金，コバルト，ニッケル等の貴
金属を担持させたものを用いている。

【００１６】 前記触媒毒吸着フィルタ６は、例えばコ
ージエライト磁器やステンレスで形成されたハニカム状
の担体にγ−アルミナ等の活性アルミナをコーティング
し、さらにその上に、リチウムＬｉ，ナトリウムＮａ，
カリウムＫ，セシウムＣｓ，などのアルカリ金属や、マ
グネシウムＭｇ，カルシウムＣａ，ストロンチウムＳ
ｒ，バリウムＢａなどのアルカリ土類金属を担持させた
ものを用いている。前記担体にアルカリ金属又はアルカ
リ土類金属を担持させる場合は、炭酸塩又は酢酸塩の形
で、活性アルミナ１００ｇに対して好ましくは約0.01〜
0.5 モル程度の量，より好ましくは0.2 〜0.3 モル程度
の量を付着させて担持させる。この場合に、炭酸及び酢
酸はいずれも無害な物質であるので、製造過程において
有害物質が排出されることはない。また、これらを担体
から完全に除去できないまま触媒毒吸着フィルタ６とし
て用いて排ガス処理しても、排ガス中に含まれている触
媒毒は炭酸又は酢酸と置換されて当該吸着フィルタ６に
吸着され、置換された炭酸又は酢酸が当該吸着フィルタ
６から排出されるので、環境に悪影響を及ぼすことがな
い。また、触媒毒吸着フィルタ６を形成するハニカム状
の担体は、圧力損失が少ないので、触媒毒吸着フィルタ
６を設けることによって排ガス流量が著しく低下するこ
とがなく、また、整流性に優れているので、触媒層５に
均一に排ガスを流すことができる。

【００１７】 以上が本発明の一例構成であって、次に
その作用を説明する。本例の触媒燃焼式排ガス処理装置
１を例えば塗装乾燥炉の排ガス処理装置として使用する
場合、塗装乾燥炉の排ガスを導く排ガスダクト（図示せ
ず）を未処理排ガス導入口３inに接続して塗装乾燥炉の
運転開始と同時にガスバーナ７などの加熱装置を点火す
る。排ガス導入口３inから反応室２内に導入した排ガス
は、まず、予熱ゾーン４で所定の予熱温度まで加熱さ
れ、その温度は、排ガスが所定の触媒着火温度で触媒層
５を通過する温度に設定される。具体的には、触媒層５
に配設された温度センサ８の出力信号によって決定さ
れ、例えば触媒層５における触媒着火温度が４００℃で
ある場合に、運転開始時における触媒層５の温度が室温
（２０℃）だとすると、触媒層５を通過するときの温度
が４００℃になるように、予熱温度を５００〜６００℃
に設定する。一方、定常運転時に触媒層５の温度が４０
０℃に達したときは、予熱温度を４００℃に設定する。
また、排ガス中に含まれる可燃性成分の濃度が高く、触
媒層５において反応熱が発生する場合は、例えばその反
応熱分だけ下げて予熱温度を３５０℃に設定する。

【００１８】 そして、反応室２内には、触媒層５の上
流側に触媒毒吸着フィルタ６が形成されているので、予
熱ゾーン４で所定温度に加熱された排ガスは、触媒層５
を通過する前に必ず触媒毒吸着フィルタ６を通過する。
このとき、触媒毒吸着フィルタ６として、コージエライ
ト磁器で形成されたハニカム状の担体に例えばγ−アル
ミナなどの活性アルミナをコーティングしているので、
排ガスと触媒毒吸着フィルタ６との接触面積が極めて大
きくなる。また、本例では、活性アルミナの上からアル
カリ金属又はアルカリ土類金属を担持させているので、
アルカリ金属又はアルカリ土類金属が活性アルミナによ
り多少中和されることを考慮しても触媒毒吸着フィルタ
６の表面は強いアルカリ性を示す。したがって、排ガス
中に強い酸性を示すシリカが大量に含まれている場合で
あっても、シリカはアルカリ性の触媒毒吸着フィルタに
吸着されて中和されることとなり、シリカによる触媒被
毒をより効果的に低減することができる。

【００１９】 このようにして、排ガス中に含まれてい
る触媒毒は、排ガスが触媒層５を通過する前に、その上
流側に配設された触媒毒吸着フィルタ６に吸着されるた
め、その分触媒層５の被毒が低減されるので、触媒層５
の寿命が延びる。また、触媒毒吸着フィルタ６には白金
などの高価な触媒が使用されていないので触媒層５より
安価であり、したがって、これを頻繁に交換しても、触
媒層５を交換する場合に比してコストが低減される。

【００２０】 なお、上述の説明では、排ガス中に触媒
毒として強い酸性を示すシリカが含まれている場合に、
これを有効に除去するため、触媒毒吸着フィルタ６とし
て、活性アルミナをコーティングした担体にアルカリ金
属又はアルカリ土類金属を担持させたものを用いて説明
したが、本発明は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属
を担持させずに、担体に活性アルミナをコーティングし
ただけのものを触媒毒吸着フィルタ６として使用しても
よい。活性アルミナは、その表面積が極めて大きく触媒
毒となる物質の吸着効率が非常に高いだけでなく、酸性
物質に対してはアルカリ性を示し、塩基性（アルカリ
性）物質に対しては酸性を示す両性を有するので、いず
れの性質を示す触媒毒に対してもこれを中和させて吸着
する効果を有する。したがって、排ガス中に触媒毒とし
て酸性を示すもの及びアルカリ性を示すもののどちらが
含まれていても、これらを有効に吸着して、触媒被毒を
防止し、触媒寿命を延ばすことができる。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、排
ガス中に含まれている触媒毒は、排ガスが触媒層を通過
する前に、その上流側に配設された触媒毒吸着フィルタ
に吸着されるので、その分触媒層の被毒が低減され、触
媒寿命を延ばすことができるという優れた効果がある。
また、触媒毒吸着フィルタには白金などの高価な触媒が
使用されていないので触媒層より安価であり、したがっ
て、触媒毒吸着フィルタを頻繁に交換しても、触媒層を
交換する場合に比してコストが低減されるという効果が
ある。さらに、触媒毒吸着フィルタとして、担体にγ−
アルミナなどの活性アルミナをコーティングしており、
活性アルミナによりそのの表面積が極めて大きくなるの
で、触媒毒となる物質の吸着効率が非常に高いという効
果があると同時に、活性アルミナは、酸性物質に対して
はアルカリ性を示し、塩基性（アルカリ性）物質に対し
ては酸性を示す両性を有するので、いずれの性質を示す
触媒毒に対してもこれを中和させて効率良く吸着すると
いう大変優れた効果を有する。さらにまた、活性アルミ
ナをコーティングした担体の上からアルカリ金属又はア
ルカリ土類金属を担持させれば、触媒毒吸着フィルタの
表面は強いアルカリ性を示すため、排ガス中に、触媒毒
として毒性の高いシリカが含まれている場合であって
も、当該シリカを高効率で吸着させ、シリカによる触媒
被毒を著しく低減することができるという大変優れた効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る触媒燃焼式排ガス処理装置を示
す断面図。

【符号の説明】

１・・・・触媒燃焼式排ガス処理装置 ２・・・・反応
室 ３in・・・未処理排ガス導入口 ３out ・・処理
済排ガス排出口 ４・・・・予熱ゾーン ５・・・・触媒
層 ６・・・・触媒毒吸着フィルタ ７・・・・ガス
バーナ（加熱装置）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ０１Ｊ 23/02 ＺＡＢ Ｂ０１Ｄ 53/36 Ｇ Ｆ２３Ｊ 15/00 Ｈ Ｆ２３Ｊ 15/00 Ｊ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定温度に加熱された未処理排ガスが触
   媒層（５）を通過するときに、当該排ガス中に含まれる
   可燃性の有害成分や悪臭成分が酸化燃焼又は熱分解され
   て浄化される触媒燃焼式排ガス処理装置において、排ガ
   ス中に含まれる触媒毒を吸着する触媒毒吸着フィルタ
   （６）が前記触媒層（５）の上流側に交換可能に装着さ
   れると共に、当該触媒毒吸着フィルタ（６）は、担体に
   活性アルミナをコーティングして形成され、又は、活性
   アルミナをコーティングした担体にアルカリ金属又はア
   ルカリ土類金属を担持させて形成されたことを特徴とす
   る触媒燃焼式排ガス処理装置。
2. 【請求項２】 前記触媒層（５）及び前記触媒毒吸着フ
   ィルタ（６）が、両端に未処理排ガス導入口（３in）及
   び処理済排ガス排出口（３out)を形成した反応室（２）
   内に配設されると共に、当該反応室（２）内には、前記
   触媒毒吸着フィルタ（６）の上流側に、未処理排ガス導
   入口（３in）から導入された未処理排ガスを所定温度に
   加熱する予熱ゾーン（４）が形成されて成る請求項１記
   載の触媒燃焼式排ガス処理装置。