KR20230088225A - 탈지로용 배기 가스 연소 장치 및 탈지 시스템 - Google Patents

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KR20230088225A
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요스케 모리모토
스구루 다나카
모토노부 니시무라
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가부시키가이샤 시마쓰세사쿠쇼
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Abstract

소비 전력, 스페이스, 제조 비용, 러닝 코스트 등의 어느 점에 있어서도 우수한 탈지로용 배기 가스 연소 장치 (3) 를 제공한다. 탈지로 (1) 에서 발생되는 배기 가스를 연소하는 촉매 (33) 를, 백금을 함유하는 포러스 알루미나세라믹스로 하였다.

Description

탈지로용 배기 가스 연소 장치 및 탈지 시스템{EXHAUST GAS COMBUSTION DEVICE FOR DEGREASING FURNACE AND DEGREASING SYSTEM}
본 발명은 세라믹 재료 등의 처리 대상물에 대해서 탈지 처리를 실시하는 탈지로에 사용되는 배기 가스 연소 장치 등에 관한 것이다.
종래, 금속이나 세라믹스 등의 피처리물을 가열 처리하고, 처리물 내의 바인더 성분 (유기물) 을 제거하는 탈지 공정에 대기압 가스 탈지로나 과열 증기 탈지로가 사용된다.
이 탈지 공정에서는 처리물을 가열함으로써 바인더를 분해 제거하는데, 그 때에 발생되는 배기 가스에는 VOC (휘발성 유기 화합물) 가 함유되어 있기 때문에, 이것이 직접 대기에 방출되지 않도록, 탈지로에 배기 가스 연소 장치를 추가 장착하고, 이것을 사용하여 배기 가스를 연소시키고 있다.
상기 서술한 배기 가스 연소 장치에는, 배기 가스를 직접적으로 가열하여 연소를 행하는 직접 연소 방식이나, 촉매를 사용하여 배기 가스를 분해 (연소) 하는 촉매 연소 방식 (특허문헌 1 참조) 등이 있다.
그런데, 직접 연소 방식의 경우, 탈지 공정은 수십 시간을 필요로 하고, VOC 가 연소되는 800 ℃ 정도까지 가열해야만 하기 때문에, 그 동안에 가동되는 배기 가스 연소 장치의 소비 전력이 매우 많아져 버린다. 그 때문에, 직접 연소 방식의 배기 가스 연소 장치로는, 최근의 카본 뉴트럴에 대한 대처면에서 제조 장치 전반에 요구되는 소비 전력량 억제라는 요청에 충분히 대응하기 어렵다.
또, 직접 연소 방식의 경우, 배기 가스를 히터로 가열한다는 원리상, 부품 점수가 많아지는 데다가, 연소를 행하는 충분한 공간이 필요하여, 배기 가스 연소 장치 나아가서는 탈지로 전체가 대형이 된다.
한편, 촉매 연소 방식의 경우에는, 촉매를 400 ℃ 정도까지 가열하면, 자연 (촉매) 작용으로 VOC 가 연소되기 때문에, 직접 연소 방식에 비해서 소비 전력의 저감화를 도모할 수는 있다.
그러나, 배기 가스의 농도가 지나치게 높으면 자연에 의해서 촉매 온도가 고온이 되어 열 열화하기 때문에, 배기 가스의 농도를 낮게 (희석) 하여 사용할 필요가 있다. 그리고, 이를 위해서 대량의 희석 가스가 필요하게 되어, 전체의 가스 유량이 증가하고, 러닝 코스트가 증대된다.
최근에는, 과열 증기를 사용하여 탈지 시간을 단축할 수 있도록 한 탈지로도 있지만, 탈지 공정 시간이 단축된 분만큼 배기 가스 농도가 높아지기 때문에, 배기 가스 연소 장치에 있어서는, 결국, 직접 연소 방식이나, 다량 가스 희석에 의한 촉매 연소 방식을 채용하지 않을 수 없어, 전술한 문제가 현저해져 과열 증기형 탈지로의 족쇄로 되어 있다.
일본 공개특허공보 평8-194093호
본 발명은 상기 서술한 과제를 한번에 해결할 수 있도록 도모한 것으로서, 촉매 연소 방식의 배기 가스 연소 장치에 있어서는 희석을 필요로 한다는 본 기술 분야에 있어서의 상식을 뒤엎고 이루어진 획기적인 것이다.
즉, 본 발명에 관련된 탈지로용 배기 가스 연소 장치는, 탈지로에서 발생되는 배기 가스를 촉매를 사용하여 연소시키는 것으로서, 상기 촉매가 백금을 함유하는 포러스 알루미나세라믹스인 것을 특징으로 한다.
이 촉매는, 고온 (예를 들어 1100 ℃) 에서도 촉매의 열 열화가 거의 보이지 않기 때문에, 탈지 공정에서 발생되는 고농도 배기 가스를 희석하지 않고, 배기 가스를 연소하는 것이 가능해진다.
또, 유기 화합물을 함유하는 배기 가스를 이 촉매로 분해할 때에, 가스 농도 100 ppm 에서 100 ℃ 정도의 분해열이 발생된다. 고온이 아니면 잘 산화되지 않는 물질의 처리에 있어서도, 이 반응열을 포러스 알루미나세라믹스체에 흡수시킴으로써 촉매 온도를 고온으로 하여, 가스 분해하는 것이 가능해진다. 그리고, 촉매 온도를 적극적으로 고온으로 할 필요는 없고, 비교적 저온 (200 ∼ 400 ℃) 으로 제어한 채로 배기 가스 처리하는 것이 가능해져, 소비 전력이 저감된다.
이로써, 대량의 희석 가스를 필요로 한다는 종래의 촉매 연소 방식의 배기 가스 연소 장치의 결점을 해소하여, 장치 전체에서 사용하는 가스를 저감하고, 러닝 코스트를 저감할 수 있다.
그리고, 직접 연소 방식에 대한 촉매 연소 방식의 이점, 즉, 저소비 전력, 공간 절약 및 저제조 비용 등을 더욱 촉진할 수 있다.
또, 이와 같은 효과는, 과열 증기 탈지 처리와 조합했을 때에 두드러지는 것이 된다.
이상의 구성에 의하면, 종래의 촉매 연소 방식의 배기 가스 연소 장치의 결점을 해소하고, 그 이점을 살려서, 소비 전력, 스페이스, 제조 비용, 러닝 코스트 등의 어느 점에 있어서도 우수한 탈지로용 배기 가스 연소 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 탈지 시스템 전체의 모식도이다.
도 2 는, 동 실시형태에 있어서의 배기 가스 연소 장치의 정면도이다.
도 3 은, 동 실시형태에 있어서의 배기 가스 연소 장치의 내부 구조를 나타내는 사시도이다.
도 4 는, 동 실시형태에 있어서의 촉매 수용체를 나타내는 사시도이다.
도 5 는, 동 실시형태에 있어서의 배기 가스 연소 장치 정면에서 보았을 때의 내부 구조 도면이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
본 실시형태에 관련된 탈지 시스템 (100) 은, 도 1 에 그 모식적 전체도를 나타내는 바와 같이, 처리 대상물이 수용되는 탈지로 (1) 와, 그 탈지로 (1) 내에 탈지 가스인 과열 증기를 공급하는 과열 증기 발생 장치 (2) 와, 그 과열 증기에 의한 탈지 처리에 의해서 처리 대상물 (W) 로부터 발생된 배기 가스를 도입하여 연소시키는 배기 가스 연소 장치 (3) 를 구비한 것이다.
이하에서는, 상기 배기 가스 연소 장치 (3) 를 중심으로 설명한다.
이 배기 가스 연소 장치 (3) 는, 도 2, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 원관상 (圓管狀) 을 이루는 연소기 (31) 와, 이 연소기 (31) 내를 가열하는 히터 (32) 와, 연소기 (31) 내에 수용된 촉매 (33) 를 구비한 것이다.
각 부를 상세하게 서술한다.
상기 연소기 (31) 는, 원통부 (311) 와, 이 원통부 (311) 의 양단을 막는 플랜지부 (312) 를 구비한 것이다. 상기 원통부 (311) 의 일단부에 있어서의 측둘레면에는, 배기 가스가 도입되는 도입 포트 (31a) 가 형성되어 있음과 함께, 그 타단부에 있어서의 측둘레면에는, 이 원통부 (311) 내를 통과하여 연소된 배기 가스 (처리 종료 가스) 가 배출되는 배출 포트 (31b) 가 형성되어 있다. 또한, 이 연소기 (31) 는, 도입 포트 (31a) 가 하단부, 배출 포트 (31b) 가 상단부가 되도록 기립하여 배치되어 있다.
또, 이 원통부 (311) 에 있어서의 상기 도입 포트 (31a) 와 배출 포트 (31b) 사이에는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 축 방향을 따라서 2 개의 촉매 설치 에어리어 (31c) 가, 서로 이격하여 설정되어 있다. 그리고, 각 촉매 설치 에어리어 (31c) 에는, 상기 촉매 (33) 를 수용하는 촉매 수용체 (34) 가 장착되어 있다 (아직, 도 3 에서는, 촉매 (33) 및 촉매 수용체 (34) 는 생략되어 있다.).
이 촉매 수용체 (34) 는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 일단면 (상단면) 이 개구된 원통상을 이루는 것으로서, 가스를 통과시키지만 촉매 (33) 는 유지하는 직경의 구멍이 다수 뚫린 소재 (여기에서는 금속망) 로 형성되어 있고, 상기 원통부 (311) 의 내면에 감합하여 배치되어 있다.
상기 히터 (32) 는, 여기에서는, 가요성이 있는 라인상의 것으로서, 상기 각 촉매 설치 에어리어 (31c) 의 상단 및/또는 하단에, 간극이 벌어지도록 권회된 소용돌이 형상으로 설치되어 있다.
상기 촉매 (33) 는, 촉매 본체인 백금을, 포러스 알루미나세라믹스에 담지시킨 입상 (여기에서에는 구상) 의 것으로서, 그 사양은 아래와 같다.
재질 : 알루미나질
주성분 : Al2O3 90 ％ 이상
부피 비중 : 1.52 g/㎤
흡수율 : 35 ± 5 ％
겉보기 기공률 : 55 ± 5 ％
비표면적 : 8 ㎥/g
최고 사용 온도 : 1100 ℃
구경 : 5 ㎜
이 촉매 (33) 는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 두께가 20 ㎜ ∼ 25 ㎜ 인 층 (33A) 이 되도록, 전술한 각 촉매 수용체 (34) 에 전체적으로 깔려 있다.
그러나 이와 같이 구성한 배기 가스 연소 장치 (3) 에 의하면, 촉매 (33) 의 최고 사용 온도가 매우 높기 (여기에서는 1100 ℃) 때문에, 배기 가스의 자연 작용에 의해서 촉매 (33) 가 히터 (32) 의 가열 온도 (여기에서는 400 ℃) 를 초과하여 고온이 되어도, 열 열화하지 않고 그 성능을 유지할 수 있다. 따라서, 탈지 공정에서 배출되는 배기 가스가, 예를 들어 10000 ppm 을 초과하는 고 VOC 농도의 배기 가스여도, 이것을 희석하지 않고 연소시키는 것이 가능해진다.
이것에 의해서, 종래의 촉매 연소 방식에서의 결점이었던, 대량의 희석 가스를 필요로 하는 점, 및 그에 따라서 러닝 코스트가 증대되는 점을 무리없이 해소할 수 있다.
특히, 이 실시형태에서는, 과열 증기에 의한 탈지를 행하여 탈지 시간의 단축을 도모하고, 그 결과, 배기 가스 농도가 높아지는 경향이 있고, 종래라면 직접 연소 방식에 의한 대형 연소기를 사용하거나, 혹은, 대량의 희석 가스를 사용하는 촉매 연소 방식 중 어느 것이 되지 않을 수 없었겠지만, 이 실시형태의 배기 가스 연소 장치이면, 촉매 연소 방식이면서, 희석 가스를 필요로 하지 않고, 소형화나 저러닝 코스트 등의 이점을 담보할 수 있기 때문에, 과열 증기 탈지와 조합함으로써 그 효과가 특히 현저해진다.
또, 이와 같이 촉매 연소 방식을 무리없이 채용할 수 있기 때문에, 직접 연소 방식의 배기 가스 연소 장치와 비교해서, 가동시의 소비 전력을 비약적으로 저감할 수 있는 데다가, 스페이스 및 제조 비용에 있어서도 대폭적인 저감이 가능해진다.
발명자가 행한 시산에 따르면, 직접 연소 방식의 배기 가스 연소 장치 (3) 와 비교하여, 소비 전력은 10 ∼ 20 ％ 정도, 스페이스는 80 ％ 정도, 제조 비용은 20 ％ 정도가 되는 등의 매우 큰 효과가 얻어지는 것이 확인되었다.
또한, 촉매층이 1 층인 경우에서는, 배기 가스 연소시에 배기 가스가 흐르기 쉬운 지점에만 집중하고, 그 가스 경로에 접하는 촉매 (33) 에서만 촉매 연소가 발생되어 연소 효율의 추가적인 향상을 도모할 수 없는 경우가 있지만, 이 실시형태에서는, 촉매층 (33A) 과 촉매층 (33A) 을 격리하고 그 사이에 공간층 (P) (도 3 에 나타낸다) 을 형성함으로써, 이 공간층 (P) 에서의 가스 확산 작용이 이루어지고, 촉매층 (33A) 내 전역에 걸쳐서 불균일 없이 배기 가스 경로가 형성되기 때문에, 촉매 (33) 전체에서 효율적으로 촉매 연소를 행할 수 있다.
이 효과는, 배기 가스 도입 포트 (31a) 가 연소기 (31) 의 측둘레면에 형성되어 있는 것에 의해서도 촉진된다. 즉, 연소기 (31) 내에서의 가스 흐름과 상이한 방향 (수직인 방향) 에서 배기 가스가 도입되기 때문에, 도입 시에, 난류 (亂流) 가 발생되기 쉽고, 그것에 의해서 첫 단의 촉매층 (33A) 에 배기 가스가 골고루 흐르고, 이 점에서도 효율적으로 촉매 연소가 촉진된다.
이상에서 서술한 배기 가스 연소 장치 (3) 의 특징을 정리하면 아래와 같이 된다.
(1) 이 탈지로용 배기 가스 연소 장치 (3) 는, 탈지로 (1) 에서 발생되는 배기 가스를, 촉매 (33) 를 사용하여 연소시키는 것으로서, 상기 촉매 (33) 가 백금을 함유하는 포러스 알루미나세라믹스인 것을 특징으로 한다.
이와 같은 것이면, 전술한 바와 같이, 소비 전력, 스페이스, 제조 비용, 러닝 코스트 등의 어느 점에 있어서도 우수한 탈지로용 배기 가스 연소 장치 (3) 를 제공할 수 있다.
(2) (1) 에 기재된 탈지로용 배기 가스 연소 장치 (3) 에 있어서, 상기 촉매 (33) 는, 입상을 이루는 것이고, 배기 가스가 통과하는 연소기 (31) 내에 그 촉매 (33) 가 층상으로 촉매 수용체 (34) 에 전체적으로 깔려 있는 것을 특징으로 한다. 촉매 수용체 (34) 는 금속망이다.
이와 같은 것이면, 배기 가스가 촉매 (33) 에 확실하게 접촉하기 때문에, 연소 효율을 향상시키는 것이 가능해진다.
(3) (2) 에 기재된 탈지로용 배기 가스 연소 장치 (3) 에 있어서, 배기 가스를 통과시키지만 상기 촉매 (33) 는 유지하는 직경의, 복수의 구멍이 뚫린 소재로 형성된 촉매 수용체 (34) 를 갖고, 상기 촉매 (33) 가 상기 촉매 수용체 (34) 중에 층상으로 전체적으로 깔려 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 것이면, 촉매 수용체 (34) 가 배기 가스의 흐름을 저해하지 않고, 촉매 (33) 를 확실하게 유지할 수 있다.
(4) (2) 또는 (3) 에 기재된 탈지로용 배기 가스 연소 장치 (3) 에 있어서, 상기 연소기 (31) 내에 있어서 층상으로 전체적으로 깔린 촉매층 (33A) 이, 간격을 두고 복수 단 형성되어 있다.
이와 같은 것이면, 촉매층 (33A) 간의 공간에 있어서 배기 가스가 확산되어, 촉매층 (33A) 내 전역에 걸쳐서 불균일 없이 배기 가스 경로가 형성되기 때문에, 촉매 (33) 전체에서 더욱 효율적으로 촉매 연소를 행할 수 있다.
(5) (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 탈지로용 배기 가스 연소 장치 (3) 에 있어서, 상기 촉매 (33) 의 부피 비중이, 0.5 g/㎤ ∼ 3 g/㎤ 이다.
이와 같은 것이면, 촉매 효율을 향상시킬 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 촉매 (33) 의 부피 비중이, 1 g/㎤ ∼ 2 g/㎤ 가 된다.
(6) (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 탈지로용 배기 가스 연소 장치 (3) 에 있어서, 상기 촉매 (33) 의 겉보기 기공률이, 30 ％ ∼ 60 ％ 이다.
이와 같은 것이면, 촉매 효율을 향상시킬 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 촉매 (33) 의 겉보기 기공률이 50 ％ ∼ 60 ％ 가 된다.
(7) (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 탈지로용 배기 가스 연소 장치 (3) 에 있어서, 상기 촉매 (33) 의 세공경이, 0.1 ㎛ ∼ 5 ㎛ 이다.
이와 같은 것이면, 촉매 효율을 향상시킬 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 촉매 (33) 의 세공경이, 1 ㎛ ∼ 3 ㎛ 가 된다.
(8) (1) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 탈지로용 배기 가스 연소 장치 (3) 에 있어서, 상기 촉매 (33) 의 직경이, 1 ㎜ ∼ 10 ㎜ 이다.
이와 같은 것이면, 촉매 효율을 향상시킬 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 촉매 (33) 의 직경이 3 ㎜ ∼ 7 ㎜ 가 된다.
(9) 탈지로용 배기 가스 연소 장치 (3) 가, 탈지로에서 발생되는 배기 가스를, 촉매 (33) 를 사용하여 연소시키는 것이고, 상기 촉매 (33) 는, 입상을 이루는 것이며, 배기 가스가 통과하는 연소기 (31) 내에 그 촉매 (33) 가 층상으로 전체적으로 깔려 있고, 상기 연소기 (31) 내에 있어서 층상으로 전체적으로 깔린 촉매층 (33A) 이, 간격을 두고 복수 단 형성되어 있다.
이와 같은 것이면, 촉매층 (33A) 간의 공간에 있어서 배기 가스가 확산되어, 촉매층 (33A) 내 전역에 걸쳐서 불균일 없이 배기 가스 경로가 형성되기 때문에, 촉매 (33) 전체에서 더욱 효율적으로 촉매 연소를 행할 수 있다.
(10) 상기 탈지로 (1) 가, 과열 증기를 사용하여 처리 대상물 (W) 을 탈지하는 것이다.
이와 같은 것이면, 본 실시형태의 효과가 보다 현저해진다.
또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않는다.
예를 들어, 촉매는 구상에 한하지 않고, 전체적으로 깔았을 때에 서로 간극이 발생되는 것이면, 이형상의 것이어도 된다. 촉매층은 2 층에 한정되지 않고, 1 층이어도 되고 3 층 이상이어도 된다. 탈지 가스는 과열 증기에는 한하지 않고 N2 가스가 채용되어도 된다. 본 발명의 배기 가스 연소 장치 (3) 를 복수 조 (組) 연결시켜 사용해도 된다.
배기 가스 연소 장치의 형상도 원통형에 한하지 않고, 블록형 등이어도 된다.
그 밖에, 본 발명은 상기 실시형태에 한하지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 변형이 가능하다.
100 : 탈지 시스템
3 : 배기 가스 연소 장치
31 : 연소기
33 : 촉매
33A : 촉매층

Claims (12)

  1. 탈지로에서 발생되는 배기 가스를, 촉매를 사용하여 연소시키는 것이고, 상기 촉매가 백금을 함유하는 포러스 알루미나세라믹스인 것을 특징으로 하는 탈지로용 배기 가스 연소 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매가 입상을 이루는 것이고, 배기 가스가 통과하는 연소기 내에 그 촉매가 층상으로 전체적으로 깔려 있는 탈지로용 배기 가스 연소 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    배기 가스는 통과시키지만 상기 촉매는 유지하는 직경의, 복수의 구멍이 뚫린 소재로 형성된 촉매 수용체를 갖고, 상기 촉매가 상기 촉매 수용체 중에 층상으로 전체적으로 깔려 있는 탈지로용 배기 가스 연소 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 연소기 내에 있어서 층상으로 전체적으로 깔린 촉매층이, 간격을 두고 복수 단 형성되어 있는 탈지로용 배기 가스 연소 장치.
  5. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 촉매의 부피 비중이 0.5 g/㎤ ∼ 3 g/㎤ 인 탈지로용 배기 가스 연소 장치.
  6. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 촉매의 겉보기 기공률이, 30 ％ ∼ 60 ％ 인 탈지로용 배기 가스 연소 장치.
  7. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 촉매의 세공경이, 0.1 ㎛ ∼ 5 ㎛ 인 탈지로용 배기 가스 연소 장치.
  8. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 촉매의 직경이, 1 ㎜ ∼ 10 ㎜ 인 탈지로용 배기 가스 연소 장치.
  9. 탈지로에서 발생되는 배기 가스를, 촉매를 사용하여 연소시키는 것이고,
    상기 촉매는, 입상을 이루는 것이고, 배기 가스가 통과하는 연소기 내에 그 촉매가 층상으로 전체적으로 깔려 있고,
    상기 연소기 내에 있어서 층상으로 전체적으로 깔린 촉매층이, 간격을 두고 복수 단 형성되어 있는, 탈지로용 배기 가스 연소 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    배기 가스를 통과시키지만 상기 촉매를 유지하는 직경의 복수의 구멍이 뚫린 소재로 형성된 촉매 수용체를 갖고, 상기 촉매가 상기 촉매 수용체 중에 층상으로 전체적으로 깔려 있는 탈지로용 배기 가스 연소 장치.
  11. 탈지로와, 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항, 제 9 항 또는 제 10 항에 기재된 탈지로용 배기 가스 연소 장치를 구비하는, 탈지 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 탈지로가, 과열 증기를 사용하여 처리 대상물을 탈지하는 것인 탈지 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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