JPS6214921A - イオウおよびチツ素含有排ガスを浄化する装置 - 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： 本発明は特許請求の範囲第１項の上位概念によるガス状
反応媒体とくにアンモニアガスの供給によってイオウお
よびチッ素含有排ガスを浄化する装置に関する。

従来の技術： この種の方法は環境保護規定に準じてイオウおよびチッ
素の危険な酸素化合物（ＳＯｘおよびＮＯｘ　）の放出
を最小に低下するため主としていわゆる大ボイラ装置に
使用される。

エフ２フ日本のノぞンフレット’　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　
Ｂ−ｅａｍ　Ｆｌｕｅ　Ｇａｓ　Ｃ１ｅａｎｕｐ　、Ｐ
ｒｏｃｅｓｓ“によってすでに前記概念の方法が公知で
あり、これによれば排ガスにほぼ化学量論量のアンモニ
ア（ＮＨ３）ガスを添加した後、反応混合物は電子ビー
ムの作用にさらされる。それによって排ガスの有害成分
は硫酸アンモニウムまたは硝酸アンモニウムに変換され
、これは両方とも農業の肥料として使用するために適す
る。

この場合問題は一般に高温に加熱した電子放出陰極であ
る電子ビーム源からの電子ビームを内容物が大気圧また
は過圧下にある反応室へ導入することにある。電子ビー
ムはガス含有雰囲気内ではガス分子との衝突によって拡
がる性質を有するので、その真空から出た後の到達距離
は大気圧ですでに著しく制限される。これが電子ビーム
処理法の大部分が高真空または少なくとも部分真空下に
実施される理由である。もう１つの問題は反応混合物と
電子ビームの間にできるだけ均一な相互作用を生じさせ
ることにある。

公知法の場合電子ビームは３００ＫＶの加速電圧で発生
させ、薄い金属箔（Ｔｉ−Ｐｄ）からなる窓を通して反
応室内へ照射される。窓の箔は高真空下にある電子ビー
ム源と反応室内の雰囲気の間の隔壁を形成するけれど、
十分薄い形成の場合電子ビームに対し少なくとも部分的
に透明である。この場合窓の箔が高エネルギー密度の電
子ビームによって破壊されないように、電子ビームは電
子ビーム源に属する特殊な偏向系によって周期的に窓の
表面上で偏向される。

この種の方法および方法のために必要な装置は多数の欠
点を有する：窓の箔を通過するため必要な高い３００Ｋ
Ｖの加速電圧は所要の絶縁距離のため高価な構造の電子
ビーム銃を必要とする。同時にこのよ５に高い加速電圧
は衝突位置に発生する強いＸ線を伴うので、広範囲の放
射シールドが必要である。窓の箔は約２５％の高い出力
損失を伴うので、高い電気的出力を必要とする場合、エ
ネルギー損失が高くなるだけでなく、窓の熱負荷が非常
に高くなる。それによって、かつ窓の箔と反応室内容物
との相互作用によって窓の交換が頻繁に必要となるので
、浄化装置全体の停止時間の割合を比較的高く考えなげ
ればならない。そのため大ボイラ装置を連続作業する場
合、つねに多数の並列の浄化装置の存在が必要となる。

それゆえ西独公開特許公報筒３５０１１５８号には窓を
備える電子ビーム銃（加速電圧３００〜８００ＫＶ）の
代りに電子ビームがビームを発生させる高真空室から圧
力段区間を通って常圧下にある反応室へ達する装置（加
速電圧的２００ＫＶ）の使用が提案されている。このよ
うな装置は窓が不用となるほか、電子ビームと材料の相
互作用で発生して装置から出るＸ線に対するシールＰが
簡単になり、出力上昇のためにも簡単で安価な技術的可
能性を開く利点をもたらす。この提案はすでに電子ビー
ムを適当に反応室へ導入し、電磁的案内装置によって反
応部へ導き、かつ動的に分配する装置も含む。

発明が解決しようとする問題点： 本発明の目的はガス供給系と電子ビームの間のさらに密
接な融合および適合によって前記提案の装置の照射効果
を最適にすることである。

問題点を解決するための手段： この目的は本発明により特許請求の範囲第１項の特徴部
に記載の特徴によって解決される。

作用： 圧力段区間と反応室の軸平行配置（とくに圧力段区間お
よび反応室は正確に同軸配置される。

）および偏向する電子ビームの同軸回転によって十分に
高い線量出力の範囲における反応混合物と電子ビームの
最適の相互作用が達成されるので、全反応混合物は化学
量論的に反応することができる。このために適する電子
ビームは偏向していない状態ですでに少し扇形に開いて
いるので（発散角的１〜１０°）、反応混合物の各体積
要素は、与えられた通過量または与えられた流速で電子
ビームの十分高い偏向または回転周波数を選択すること
を前提として、電子ビームの電子と相互作用を生ずる。

経験により約１．５メガラドまたは約１５ジユール／２
の最低照射強度で有効な化学反応が行われることが明ら
かになった。

この最低照射強度を達成するため、電子ビームの偏向は
所定の最低照射強度を有する電子ビームの到達距離が十
分であるように調節される。

とくに有利な配置によれば円形断面を有する反応室で電
子ビームは円錐空間内を偏向可能であり、その際円錐の
頂点は圧力段区間の近くにあり、その底面は各位置で少
なくとも１．５メガラドのビーム線量の範囲の流路断面
を充てんする。

電子ビームの軸はこの場合円錐の壁面内を回転する。し
かし電子ビームの軸の仮想脚点な底面で周期的にら線運
動させることもでき、すなわち前記脚点は所定のら線軌
道上を迅速に反復運動するので、前記円錐空間は十分均
一に電子ビームが通過する。すべての場合に反応混合物
を必然的に円錐空間を貫通するように導くことが保証さ
れる。

多角形たとえば正方形または矩形断面を有する反応室の
場合、電子ビームを相当する角錐空間内で偏向させるこ
とももちろん同様可能であり、その際角錐の軸は再び有
利に反応室の流れ方向に走る軸と一致する。

電子ビームの最大偏向角（初めの方向に対し、または圧
力段区間の軸に対する）は次の考慮に基いて容易に決定
することができる：偏向角が小さ過ぎると、電子ビーム
はその線量が前記約１、５　Ｍｒａｄ　の限界値より低
下した際に初めて反応室の壁に達する。この場合周辺流
れはもはや十分な強度で照射されない。それは電子ビー
ムがその途中で中心流れによってすでにそのエネルギー
の大部分を失うからである。逆に偏向角を過大に選択す
ると、電子ビームの偏向範囲内の反応混合物の滞留時間
が短か過ぎるだけでなく、ビームエネルギーの大部分は
室壁との相互作用で失われ、室壁の不所望の加熱が伴わ
れる。

この２つの限界の間に最適値があり、その際もちろん反
応室の横断面も考慮しなければならないことは明らかで
ある。

構造上の理由から反応室を曲管へ接続し、その反応室の
投影面内にある壁部に電子ビーム源を支持するのがとく
に有利である。

反応混合物の大きい質量流れを浄化する場合、本発明の
もう１つの形成によい反応室を案内装置へ接続すればと
くに有利であり、この装置を介して反応室に反応混合物
の多数の分流を供給することができ、分流は案内装置内
でまず半径方向の流れから反応室内に続く軸方向流れへ
変換される。

案内装置内の案内羽根の配置によってこの方法で付加的
に反応室に渦流を発生させることができ、それによって
反応混合物および（または）その電子ビームとの相互作
用が均一化される。

さらに電子ビーム源をビーム方向と流れ方向が一致する
ように反応室に対し整列させるのがとくに有利である。

このような場合反応混合物および反応生成物（固体）は
圧力段区間から離れるように動くので、とくに反応生成
物は圧力段区間の範囲内およびとくに圧力段区間自体内
に沈積することがない。

本発明の装置はとくに有利に、６ツテリ構造に形成する
ことができる。これはまずそれぞれ１つの電子ビーム源
を有する多数の反応室を分配導管と捕集導管の間に並列
接続で配置することによって可能である（第４図参照）
。

この、２ツテリ方式の１変化である本発明の他の実施例
によれば、分配導管とこれと平行の捕集導管の間に分配
および捕集導管の軸に垂直の、互いに平行する軸を有す
る多数の反応室が配置され、反応室の投影面内にある分
配導管の壁部にそれぞれ１つの電子ビーム源が支持され
る（第３図参照）。

実施例： 次に本発明の実施例を第１〜４図により説明する。

第１図には円筒形反応室１の上部が示され、この室の上
へ曲管２が移行部なく接続する。この曲管は反応室１０
投影面内にある壁部３を有し、この部分へ支持板Φを介
してここには略示したビーム発生器６および加速陽極７
からなる細く集速した電子ビーム８を発生する公知の電
子ビーム源５が支持される。反応室１および電子ビーム
源５の共通軸はＡ−Ａで表わされる。

電子ビーム源５はビーム発生器６の範囲に所要の作業真
空を得るため吸引管９によって排気可能である。ビーム
通過孔を有する加速陽極７はこの場合同時に下へ接続す
る圧力段区間に対する隔壁を形成する。圧力段区間は同
様公知の２つの直列接続した室１ｏおよび１１からなり
、その詳細には示されていない隔壁に同様ビーム通過の
ための狭い孔が配置される。室１１の下側仕切壁にも電
子ビーム８のための狭い通過孔が備えられ、これを通っ
て電子ビームは反応室１または曲管２へ入る。室１０お
よび１１は侵入するガスを吸出するため適当な吸引導管
を介して１組の真空デンゾと結合するけれど、ここには
簡単に矢印だけで示しである。

圧力段区間に属する室１１の下に多数の極を有する電磁
偏向装置１２が配置され、電子ビーム８はＸおよびＹ座
標内で偏向可能である。これを達成するため偏向装置１
２は適当な偏向電圧を発生する図示されていない（公知
の）偏向発電機と結合しているので、偏向装置１２の１
つの側にある電子ビーム８ａの軸は任竜の勅、道たとえ
ば円またほら線軌道を案内することができる。

電子ビーム８ａは円錐空間内を偏向可能なことが示され
、円錐の頂点は圧力段区間１０．１１の近くにあり、そ
の（仮想）底面８ｂは反応室１の内側断面したがって流
路な完全に充てんする。この底面の高さ位置したがって
電子ビームの最大偏向角は前記考察に基いて述められる
。

反応混合物すなわち排ガスおよびガス状反応媒体は反応
室１に下から、すなわち矢印１３の方向に供給され、固
体反応生成物を含む反応した反応混合物は曲管２から矢
印１４の方向に導出される。

前記特徴によって軸Ａ−Ａと垂直に走る反応室の流路断
面の各表面要素が流路の少なくとも１つの位置で、流速
が与えられた際に電子ビーム８ａの偏向周波数が十分大
きいことを前提にして、電子ビームによって負荷される
ことは明らかである。

第２図の装置の場合反応室１へ、図示のもっとも簡単な
場合半径方向に横から開口する２つの導入管１６．１７
からなる案内装置１５が支持される。この導入管を介し
て反応室１に反応混合物の２つの分流を供給することが
でき、この分流は案内装置内で黒い矢印で示すようにま
ず半径方向の流れから反応室１へ続く軸方向流れに変換
される。この場合流れ方向は第１図と反対であり、すな
わち反応成分および反応生成物は圧力段区間１０／１１
から離れるように動く。

電子ビーム源５は第１図のものと同じ構造を有し、電子
ビーム８ａの案内および偏向に関する前提も同じである
。

第２図の案内装置１５はさらに反応室１より直径の大き
い円筒室からなり、この室へ任意に多数の方向から反応
混合物の分流を導入するように形成することもできる。

このような場合案内装置に（図示されていない）案内羽
根を備えるのが適当であり、この羽根は反応室１内に反
応混合物を攪乱するため渦流が発生するように形成され
る。

第３図による・ぐツテリ配置の場合、分配導管１８とこ
れに平行の捕集導管１９の間に４つの反応室１が配置さ
れ、その軸は互いに平行であるけれど、分配導管１８お
よび捕集導管１９の軸に対しては垂直である。分配導管
１８はその上部に反応室１の４つの投影面内にある壁部
な有し、すなわちこの壁部は反応室から見ることができ
る。この壁部へ反応室１と同軸に電子ビーム源５が配置
され、その電子ビーム８ａは反応室１まで達するその幾
何学的関係は左外側にある反応室１に対してのみ示され
る。

導管１８および１９は各反応室の内側断面よりはるかに
大きい断面を有し、それによって均一な流れの分配が達
成される。全体の流れを全部で養つ（または以上）の反
応室１に分配することによって、電子ビームと反応成分
の間の強力で信頼しうる相互作用が行われる。

さらにすべての導管は断熱材２０を備えることができる
けれど、第３図には分配導管１８に関してのみ示される
。第３図はさらに各電子ビーム源５がその電力供給およ
び制御のため高圧ケーブル２１を備えることを示す。

第４図はそれぞれ１つの反応室１および電子ビーム源５
を有する４つの曲管２を分配導管１８とこれに平行の捕
集導管１９の間に並列配置した装置を示す。各部分装置
の構造および機能は反応成分または反応生成物の流れ方
向は別として第１図のそれと一致する。第３図の装置の
場合とほぼ同様の作業法が可能である。

ガス状反応媒体を電子ビームと反応成分の相互作用の前
にできるだけ完全な混合が可能になるように排ガスに供
給することは明らかである。

それゆえ第１〜４図でガス状反応媒体の供給導管２２は
記号的性格を有するに過ぎない。

第３および壬図の装置の場合適当な遮断要素を備えれば
もちろん個々の反応室１を接続または遮断することもで
きるので、このようなノ々ツテリ配置は個々に排ガス発
生器（ボイラ燃焼装置の負荷程度に適合させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電子ビーム源および曲管へ接続した反応室を有
する装置の縦断面図、第２図は電子ビーム源および案内
装置を有する反応室上部の縦断面図、第３図は４つの反
応室の）々ツテリ配置の斜視図、第４図はノ々ツテリ配
置のもう１つの実施例を示す斜視図である。 １・・・反応室、３・・・壁部、５・・・電子ビーム源
、８ａ・・・電子ビーム、８ｂ・・・底面、１０・・・
圧力段区間、１５・・・案内装置、１８−・・分配導管
、１９・・・捕集導管

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも１つの反応室およびそれぞれ１つの偏向
   装置を備える少なくとも１つの排気可能の電子ビーム源
   を有し、ここから電子ビームがビーム通路を包囲する少
   なくとも１つの圧力段区間を介して反応室へ導入される
   、ガス状反応媒体の供給および反応成分が軸方向に貫流
   する１〜５バールの圧力の反応室内で電子ビーム作用下
   の排ガスと反応媒体との反応によつてイオウおよびチッ
   素含有排ガスを浄化する装置において、電子ビーム源（
   ５）が反応室（１）と構造的に１体化され、圧力段区間
   （１０／１１）の軸が反応室（１）の軸（Ａ−Ａ）と平
   行に走り、電子ビーム（８ａ）がこの軸を中心に回転す
   るように偏向可能であり、それによつて軸（Ａ−Ａ）に
   対し垂直に走る反応室の流路断面の各表面要素が流路の
   少なくとも１つの位置で電子ビームによつて負荷される
   ことを特徴とするイオウおよびチッ素含有排ガスを浄化
   する装置。 ２、圧力段区間および反応室の軸（Ａ−Ａ）が一致する
   ように配置されている特許請求の範囲第１項記載の装置
   。 ３、電子ビーム（８ａ）が円形断面の反応室（１）の場
   合、円錐空間内で偏向可能であり、円錐の頂点が圧力段
   区間（１０／１１）の近くにあり、その底面（８ｂ）が
   各位置で少なくとも１．５メガラドになる線量の範囲内
   の流路断面を充てんしている特許請求の範囲第２項記載
   の装置。 ４、反応室（１）が曲管（２）へ接続され、その反応室
   （１）の投影面内にある壁部（３）に電子ビーム源が支
   持されている特許請求の範囲第１項記載の装置。 ５、反応室（１）が案内装置（１５）へ接続し、この装
   置を介して反応室に反応混合物の多数の分流を供給する
   ことができ、この分流が案内装置内で初め半径方向の流
   れから反応室に続く軸方向の流れに変換される特許請求
   の範囲第１項記載の装置。 ６、案内装置（１５）が反応室（１）内に渦流を発生さ
   せるため案内羽根を有する特許請求の範囲第５項記載の
   装置。 ７、ビーム方向と流れ方向が一致するように、電子ビー
   ム源（５）が反応室（１）に対し整列している特許請求
   の範囲第１項記載の装置。 ８、それぞれ１つの反応室（１）および電子ビーム源（
   ５）を有する多数の曲管（２）が分配導管（１８）と捕
   集導管（１９）の間に並列接続で配置されている特許請
   求の範囲第４項記載の装置。 ９、分配導管（１８）とこれに平行の捕集導管（１９）
   の間に分配および捕集導管の軸と垂直の互いに平行する
   軸（Ａ−Ａ）を有する多数の反応室（１）が配置され、
   反応室（１）の投影面内にある分配導管の壁部にそれぞ
   れ１つの電子ビーム源（５）が支持されている特許請求
   の範囲第１項記載の装置。