JPH11304132A - 排ガス処理装置および排ガス処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排ガスを、触媒層を内装した反応器に導入し
て排ガスに含まれる悪臭、有害成分を燃焼させる装置に
おいて、触媒層の流動抵抗が上昇しても触媒受および反
応容器の破壊を回避することができる排ガス処理装置を
提供する。 【解決手段】 有害成分を含有する排ガスを燃焼触媒層
に導入して有害成分を触媒燃焼させる排ガス処理装置に
おいて、下方から支持された燃焼触媒層を内装する触媒
反応器と、この触媒反応器の触媒層の下方から加熱排ガ
スを導入する手段と、燃焼触媒層の上部から処理排ガス
を排出する手段を設けるとともに、燃焼触媒層の上部に
触媒の荷重を調整するための錘手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排ガス処理装置お
よび排ガス処理方法に係り、特に排ガス中の悪臭成分や
有害成分を除去するに好適な排ガス処理装置および排ガ
ス処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】化学工業等の反応工程から排出される排
ガスや、樹脂、合板、半導体等の製造工程（焼成、乾
燥、洗浄）から排出される排ガス、または塗装工程の焼
付け、乾燥工程から排出される排ガス中には微量の悪臭
成分や有害成分が含まれている。化学工業における排ガ
ス中の悪臭または有害成分としては、原料の分解ガスや
未収率分としての一酸化炭素、炭化水素、酢酸などの有
機酸類、またはアルデヒド類等がその代表的なものであ
り、また樹脂等の製造工程や塗装工程から排出される排
ガスには、溶剤として使われるトルエンやアセトン等の
アルコール系芳香族炭化水素等が含まれている。

【０００３】これら成分を含む排ガスは、そのまま排気
されると悪臭を発し、また人体に有害であることから、
公害防止の観点から排気前に脱臭するとともに無害化し
なければならない。これらの悪臭、有害成分を含む排ガ
スを処理する従来技術は、吸着法、吸収法、燃焼酸化法
の３つに大別される。このうち吸着法は、シリカゲル、
アルミナゲル、ゼオライト、粘土鉱物、活性炭等の吸着
力を利用する方法である。また、吸収法は処理対象物質
の化学反応性（酸塩基反応等）を利用する方法であり、
アンモニア、アミン類等の塩基性化合物に対しては酸に
よる洗浄が、また酸性のメルカプタン類にはアルカリ洗
浄が有効に用いられる。さらに、次亜塩素酸、塩素、過
マンガン酸カリウム等の水溶液は強い酸化剤であり、こ
れらの水溶液を用いて有害成分等を吸収、酸化分解する
方法もある。

【０００４】また、燃焼酸化法は直接燃焼法と触媒燃焼
法に大別される。直接燃焼法は、一般に補助燃料を用い
て排ガスを加熱し、８００℃以上の温度で排ガス中の悪
臭、有害成分を燃焼し、二酸化炭素と水にする方法であ
る。一方、触媒燃焼法は、触媒の酸化作用により５００
℃またはそれ以下の比較的低温で排ガス中の悪臭、有害
成分を燃焼するものである。

【０００５】これらの処理方式は、排ガスの条件や経済
性を考慮して選定されるが、吸着法は排ガス中の除去成
分が微量（ppm 以下）の場合に適している。除去成分の
量が増えるに比例して寿命が低下し、短時間で吸着剤の
再生や交換が必要となるからである。また、吸着剤の再
生時には吸着した除去成分が脱着されて排出されるた
め、後流での除去処理が必要となる。一方、吸収法は、
使用する吸収液に選択性があるため種類の違った除去成
分を含む排ガスの処理には向いておらず、また吸収液や
排水の後処理も必要となる。

【０００６】これらのことから、悪臭、有害成分の除去
方法としては、燃焼酸化法による処理方法が広く採用さ
れており、最近では触媒燃焼法が、直接燃焼法に較べ補
助燃料の節減や２次公害の原因となるＮＯｘの生成がな
い等の利点があるので注目され、採用されるようになっ
てきた。図３は、従来技術における触媒燃焼方式による
排ガス処理装置の一例を示すフローである。図３におい
て、排ガスファン２により吸引された排ガス１（排ガス
１が加圧状態で導入される場合は、排ガスファン２は不
要の場合もある）は、熱交換器３に入り、該熱交換器３
で燃焼処理排ガス１０との熱交換により加熱され、予熱
排ガス４となって触媒反応器６へ導かれる。この触媒反
応器６の前流には、装置起動時の予熱排ガス４の加熱お
よび熱交換器３で必要温度まで加熱されない場合のバッ
クアップ加熱のために、補助燃料１２としてＬＰＧ、天
然ガス、都市ガスまたは軽油、灯油などの良質油を使用
する助燃バーナ１１を有する排ガス加熱装置５が設けら
れており、熱交換器３と排ガス加熱装置５により排ガス
１は、安定して触媒燃焼を継続できる温度、例えば１５
０〜４００℃まで、予熱される。

【０００７】触媒反応器６の内部には燃焼触媒層７が設
けられており、予熱排ガス４は触媒反応器６の上部より
導入され、燃焼触媒層７に供給される。予熱排ガス４は
燃焼触媒層７を通過する時、触媒の酸化作用により悪臭
成分、有害成分が低温で燃焼し、無公害な燃焼処理排ガ
ス１０として触媒反応器６下部より排出される。この燃
焼触媒層７における排ガスの燃焼は、発熱反応のためほ
とんどの場合に燃焼触媒層７出口の燃焼処理排ガス１０
の温度は、燃焼触媒層７入口の予熱排ガス４の温度より
高くなる。従って触媒反応器６を出た燃焼処理排ガス１
０は熱交換器３へ導入され、排ガス１に廃熱を与え、場
合によってさらにその後流の廃熱回収装置１５で廃熱を
回収されたのち、煙突１６から排気１７として排出され
る。

【０００８】燃焼触媒層７の燃焼触媒としては、白金、
パラジウム等の貴金属系および／またはマンガン、銅、
コバルト等の卑金属系のものが使用され、また触媒の形
状はペレット状（粒状）やハニカム状が一般的であり、
これらペレット状触媒を充填またはハニカム状触媒を積
層して燃焼触媒層７が形成される。この燃焼触媒層７
は、触媒反応器６の内部に多孔板状や格子状の触媒受け
８によって支持されているが、一般に燃焼触媒層７の荷
重方向とガス流を同一方向にするため、触媒反応器６の
上部より予熱排ガス４を下降流として燃焼触媒層７に供
給し、燃焼処理排ガス１０の出口側で燃焼触媒層７を支
持する方法が採用されている。

【０００９】２０は、燃焼触媒層７の異常を管理するた
めの触媒差圧計である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、排ガ
ス中にダスト、タール等の汚れ成分が含まれ、燃焼触媒
層７に排ガス中の汚れ成分が付着し、燃焼触媒層７の通
過流動抵抗（触媒層差圧）が上昇した場合においても運
転が継続されるため、燃焼触媒層７の出口側の触媒受け
８にかかる荷重が増加して触媒受け８が破壊するか、触
媒層入口側の内部圧力が上昇して、触媒反応器６の強度
上の限界圧力を超えてしまい、触媒反応器６の容器が破
壊してしまう危険性があった。すなわち、燃焼触媒層の
重量をＷ１、燃焼触媒層入口圧力をＰ１、燃焼触媒層出
口圧力をＰ２、燃焼触媒層の受圧面積をＡとすると、燃
焼触媒層を排ガスが通過することにより発生する流動抵
抗△ＰｃはＰ２−Ｐ１となる。燃焼触媒層が汚れにより
詰まりや閉塞を生じてくると、この通過流動抵抗△Ｐｃ
が上昇してくる。この場合、燃焼触媒層の重量による荷
重の方向と排ガスの流れ方向が同じであるために、触媒
受けにかかる荷重は（Ｗ１＋△Ｐｃ・Ａ）となり、△Ｐ
ｃの上昇に伴って触媒受けにかかる荷重は大きくなる。
この触媒受け８にかかる荷重が触媒受け８の強度上の限
界荷重を超えると触媒受け８が破壊するという危険性が
ある。また、燃焼触媒層出口の圧力Ｐ２は一定であるか
ら、流動抵抗△Ｐｃの上昇によって燃焼触媒層入口側の
圧力Ｐ１が高くなる。この燃焼触媒層入口圧力Ｐ１が触
媒反応器の容器限界圧力を超えると容器が破壊するとい
う危険性がある。このような危険を回避するため、燃焼
触媒層７の差圧を検出して燃焼触媒層７に詰まり等の異
常を生じた場合、事前に検知して装置を停止する方法が
取られているものもあるが、燃焼触媒層７の詰まりは瞬
時に発生する場合が多々あり、燃焼触媒層７の差圧検出
では時間的な遅れを生じるため対処できない場合が多
い。

【００１１】また、上記従来技術は、燃焼触媒層７の支
持を排ガスの温度が高くなる出口側で行うため、触媒受
け８の材料も耐熱性の高い高級材料を使用する必要があ
り、経済的にも負担が大きくなるという問題があった。
本発明の目的は、上記従来技術における問題点を解消す
るものであって、排ガス中の汚れ成分による燃焼触媒層
の詰まりによる圧力上昇を生じても、触媒反応容器が破
壊することのない、安全で、そのうえ触媒受けに安価な
材料が使用できる排ガス処理装置および処理方法を提供
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
本願で特許請求される発明は以下のとおりである。 （１）有害成分を含有する排ガスを燃焼触媒層に導入し
て前記有害成分を触媒燃焼により加熱除去する排ガス処
理装置において、前記燃焼触媒層および該触媒層を支持
する手段を内装する触媒反応器と、該反応器の前記触媒
層の下方から触媒燃焼開始温度以上の排ガスを導入する
手段と、前記燃焼触媒層通過後の排ガスを前記反応器の
上部から排出する手段とを設けたことを特徴とする排ガ
ス処理装置。

【００１３】（２）上記（１）において、前記触媒反応
器の前流に設けられて排ガスを触媒燃焼開始温度以上に
加熱する排ガス加熱装置と、触媒反応器より排出された
排ガス中の燃焼熱を回収する熱交換器とを備えたことを
特徴とする排ガス処理装置。 （３）上記（１）または（２）において、触媒反応器内
の前記触媒層を支持する手段が該触媒層の下方に設けら
れていることを特徴とする排ガス処理装置。

【００１４】（４）上記（１）〜（３）のいずれかにお
いて、前記燃焼触媒層の上部に該触媒層の荷重を調整す
る錘手段を設けたことを特徴とする排ガス処理装置。 （５）有害成分を含有する排ガスを燃焼触媒層に導入し
て前記有害成分を触媒燃焼により加熱除去する排ガス処
理方法において、前記排ガスを排ガス加熱装置により触
媒燃焼開始温度まで加熱し、該加熱された排ガスを、触
媒受けによって下方から支持された燃焼触媒層を有する
触媒反応器に前記触媒層の下方から導入し、該触媒層を
通過させて排ガス中の有害成分を加熱除去したのち燃焼
触媒層上方から排出することにより、燃焼触媒層通過前
後の排ガス圧力差△Ｐと該触媒層の通過断面積Ａとの積
△Ｐ・Ａが前記燃焼触媒の重量Ｗより大きくなった際
に、前記触媒層に排ガスの吹抜けが発生して該触媒層入
口の排ガス圧力の過度の上昇が抑制されるようにしたこ
とを特徴とする排ガス処理方法。

【００１５】（６）前記燃焼触媒層上方から排出される
排ガスを熱交換器に導入して該排ガス中の燃焼熱を回収
することを特徴とする上記（５）に記載の排ガス処理方
法。本発明においては、燃焼触媒層の重量による荷重の
方向と排ガスの流れ方向が対向しているため、触媒受け
にかかる荷重はＷ１−△Ｐｃ・Ａとなり、△Ｐｃが上昇
してＷ１＜△Ｐｃ・Ａとなった時点で燃焼触媒層は排ガ
スによって押し上げられてペレットの充填層またはハニ
カムの積層に崩れが生じ、この崩れが排ガスの吹抜け部
となるので、それ以上の△Ｐｃの上昇が抑制される。し
たがって、燃焼触媒層が安全装置の役割を果たして触媒
受けに過大な荷重がかかることもなく、また燃焼触媒層
入口圧力Ｐ１の上昇も抑制される。

【００１６】さらに、燃焼触媒層の上部に重量Ｗ２の錘
を乗せることにより、燃焼触媒層の重量がＷ１＋Ｗ２と
なるので、燃焼触媒層が押し上げられる△Ｐｃの値を自
在に調整することができる。また、燃焼触媒層の重量に
よる荷重の方向と排ガスの流れ方向を対向させたことに
より、温度の低い排ガス入口側で燃焼触媒層を支持で
き、耐熱性の高い高級材料を使用する必要がなくなる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態の一
例である排ガス処理装置のフロー図である。図１におい
て、排ガスファン２により吸引された排ガス１（排ガス
１が必要加圧状態で導入される場合は排ガスファン２は
不要となる場合もある）は、熱交換器３に入る。熱交換
器３で、排ガス１は自己の燃焼処理排ガス１０との熱交
換により加熱され、予熱排ガス４となって触媒反応器６
へ導かれる。この触媒反応器６の前流には、装置起動時
の予熱排ガス４の加熱および熱交換器３で必要温度まで
加熱されない場合のバックアップ加熱のために、補助燃
料１２としてＬＰＧ、天然ガス、都市ガスまたは軽油、
灯油などの良質油を使用する助燃バーナ１１を有する排
ガス加熱装置５が設けられており、この排ガス加熱装置
５と熱交換器３とにより常に安定して触媒燃焼が継続で
きる温度（一般的には１５０〜４００℃）まで、排ガス
１が予熱される。触媒反応器６の内部には燃焼触媒層７
が設けられており、予熱排ガス４は触媒反応器６の下部
に導入されて燃焼触媒層７に供給される。予熱排ガス４
は燃焼触媒層７を通過する時、触媒の酸化作用により悪
臭成分、有害成分が低温で燃焼され、無公害な燃焼処理
排ガス１０として触媒反応器６の上部から排出される。
燃焼触媒層７の上部、すなわち燃焼処理排ガス出口側に
は錘（触媒押さえ）９が乗せてあり、燃焼触媒層７の重
量に荷重が付加されている。触媒反応器６を出た燃焼処
理排ガス１０は熱交換器３へ導入され、ここで排ガス１
に廃熱を与え、場合によってさらにその後流の廃熱回収
装置１５で廃熱が回収されたのち、煙突１６から排気１
７として排出される。

【００１８】本実施例において、燃焼触媒層７は、触媒
反応器６の内部に多孔板状や格子状の触媒受け８を設置
し、この触媒受け８の上に白金、パラジウム等の貴金属
系および／またはマンガン、銅、コバルト等の卑金属系
の触媒であって、ペレット状（粒状）の触媒やハニカム
状の触媒を充填または積層することによって形成されて
いる。また、燃焼触媒層７の上側に乗せてある錘９は、
図２に模式図として示したように排ガスの流動抵抗を増
加させない格子状等の構造のものが好適に使用される。

【００１９】本実施例によれば、燃焼触媒層７は予熱排
ガス４の入口側で触媒受け８によって支持されているの
で、燃焼触媒層７の荷重は触媒受け８に下向きに作用す
るが、予熱排ガス４が触媒反応器６の下部より上昇流と
して供給されるので、排ガスの流れによる燃焼触媒層７
の押し上げ力は燃焼触媒層７に上向きに作用する。した
がって、触媒受８への作用力が小さくなりその破損を防
止することができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、触媒指示手段によって
下方から支持されている燃焼触媒層を有する触媒反応器
に、前期触媒層の下方から加熱排ガスを導入して、前期
燃焼触媒層内を上向流として流通させることにより排ガ
ス中にダストやタール等の汚れ成分が含まれ、燃焼触媒
層に排ガス中の汚れ成分が付着し、燃焼触媒層の通過流
動抵抗（触媒層差圧）が上昇した場合には充填された触
媒層が崩れて排ガスの吹抜け部が形成されるので、燃焼
触媒層を支持する触媒受けや触媒反応容器が破壊される
危険性をなくし、かつ瞬時の触媒閉塞等においても安全
に設備の運用が可能となる。また、燃焼触媒層を排ガス
の温度が低い燃焼触媒層入口側で支持するため、触媒受
けに安価な材料が使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例である排ガス処理装
置のフロー図。

【図２】本発明の一実施例に使用される、燃焼触媒層の
上に乗せた錘の構造を示す模式図。

【図３】従来技術における排ガス処理装置の一例を示す
フロー図。

【符号の説明】

１…排ガス、２：排ガスファン、３…熱交換器、４…予
熱排ガス、５…排ガス加熱装置、６…触媒反応器、７…
燃焼触媒層、８…触媒受け、９…錘（触媒押さえ）、１
０…燃焼処理排ガス、１１…助燃バーナ、１２…補助燃
料、１３…燃焼空気、１４…燃焼空気ファン、１５…廃
熱回収装置、１６…煙突、１７…排気、１８…コントロ
ール弁、１９…温度調節計、２０…触媒差圧計。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有害成分を含有する排ガスを燃焼触媒層
   に導入して前記有害成分を触媒燃焼により加熱除去する
   排ガス処理装置において、前記燃焼触媒層および該触媒
   層を支持する手段を内装する触媒反応器と、該反応器の
   前記触媒層の下方から触媒燃焼開始温度以上の排ガスを
   導入する手段と、前記燃焼触媒層通過後の排ガスを前記
   反応器の上部から排出する手段とを設けたことを特徴と
   する排ガス処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記触媒反応器の前
   流に設けられて排ガスを触媒燃焼開始温度以上に加熱す
   る排ガス加熱装置と、触媒反応器より排出された排ガス
   中の燃焼熱を回収する熱交換器とを備えたことを特徴と
   する排ガス処理装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、触媒反応器
   内の前記触媒層を支持する手段が該触媒層の下方に設け
   られていることを特徴とする排ガス処理装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかにおいて、前記
   燃焼触媒層の上部に該触媒層の荷重を調整する錘手段を
   設けたことを特徴とする排ガス処理装置。
5. 【請求項５】 有害成分を含有する排ガスを燃焼触媒層
   に導入して前記有害成分を触媒燃焼により加熱除去する
   排ガス処理方法において、前記排ガスを排ガス加熱装置
   により触媒燃焼開始温度まで加熱し、該加熱された排ガ
   スを、触媒受けによって下方から支持された燃焼触媒層
   を有する触媒反応器に前記触媒層の下方から導入し、該
   触媒層を通過させて排ガス中の有害成分を加熱除去した
   のち燃焼触媒層上方から排出することにより、燃焼触媒
   層通過前後の排ガス圧力差△Ｐと該触媒層の通過断面積
   Ａとの積△Ｐ・Ａが前記燃焼触媒の重量Ｗより大きくな
   った際に、前記触媒層に排ガスの吹抜けが発生して該触
   媒層入口の排ガス圧力の過度の上昇が抑制されるように
   したことを特徴とする排ガス処理方法。
6. 【請求項６】 前記燃焼触媒層上方から排出される排ガ
   スを熱交換器に導入して該排ガス中の燃焼熱を回収する
   ことを特徴とする請求項５に記載の排ガス処理方法。