TW202322900A

TW202322900A - 脫脂爐用廢氣燃燒裝置以及脫脂系統

Info

Publication number: TW202322900A
Application number: TW111128190A
Authority: TW
Inventors: 森元陽介; 田中優; 西村元延
Original assignee: 日商島津製作所股份有限公司
Priority date: 2021-12-10
Filing date: 2022-07-27
Publication date: 2023-06-16
Also published as: JP2023086262A; CN116255636A; KR20230088225A

Abstract

本發明提供一種脫脂爐用廢氣燃燒裝置（3），在消耗電力、空間、製造成本、運轉成本等所有方面均優異。將催化劑（33）設為含有鉑的多孔氧化鋁陶瓷，所述催化劑（33）使脫脂爐（1）中產生的廢氣燃燒。

Description

脫脂爐用廢氣燃燒裝置以及脫脂系統

本發明是有關於一種廢氣燃燒裝置等，用於對陶瓷材料等處理對象物實施脫脂處理的脫脂爐。

以往，在對金屬或陶瓷等被處理物進行加熱處理而將處理物內的黏合劑成分（有機物）除去的脫脂工序中，使用大氣壓氣體脫脂爐或過熱蒸汽脫脂爐。

所述脫脂工序中，通過將處理物加熱而將黏合劑分解除去，但此時產生的廢氣中包含揮發性有機化合物（Volatile Organic Compounds，VOC），因而為了不將所述VOC直接釋出至大氣中，使脫脂爐附帶廢氣燃燒裝置，並利用所述廢氣燃燒裝置使廢氣燃燒。

所述廢氣燃燒裝置中，有將廢氣直接加熱而進行燃燒的直接燃燒方式、或使用催化劑將廢氣分解（燃燒）的催化燃燒方式（參照專利文獻1）等。

此外，直接燃燒方式的情況下，脫脂工序需要幾十小時，而且必須加熱至VOC燃燒的800℃左右，因而其間運行的廢氣燃燒裝置的消耗電力變得非常多。因此，由於近年來致力於實現碳中和（carbon neutral），因而直接燃燒方式的廢氣燃燒裝置難以充分應對製造裝置總體所需求的抑制消耗電量的要求。

而且，直接燃燒方式的情況下，在利用加熱器將廢氣加熱的原理方面，零件數變多，而且需要進行燃燒的充分空間，廢氣燃燒裝置進而脫脂爐總體變為大型。

另一方面，催化燃燒方式的情況下，若將催化劑加熱至400℃左右，則VOC因自燃(催化)作用而燃燒，因而與直接燃燒方式相比可實現消耗電力的減少。

但是，若廢氣的濃度過高，則催化劑溫度因自燃而變為高溫出現熱劣化，因而需要降低（稀釋）廢氣的濃度來使用。另外，為此需要大量的稀釋氣體，總體的氣體流量增加，運轉成本（running cost）增大。

近年來，也有使用過熱蒸汽而可縮短脫脂時間的脫脂爐，但廢氣濃度以縮短脫脂工序時間的程度變高，因而廢氣燃燒裝置中，結果不得不採用直接燃燒方式、或利用大量氣體稀釋的催化燃燒方式，所述不良狀況變顯著而成為過熱蒸汽型脫脂爐的限制。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平8-194093號公報

[發明所要解決的問題] 本發明是為了一舉解決所述問題而成，顛覆了催化燃燒方式的廢氣燃燒裝置中需要稀釋的本技術領域的常識，具有劃時代的意義。 [解決問題的技術手段]

即，本發明的脫脂爐用廢氣燃燒裝置的特徵在於，使用催化劑使脫脂爐中產生的廢氣燃燒，所述催化劑為含有鉑的多孔氧化鋁陶瓷。本發明的脫脂爐用廢氣燃燒裝置使用催化劑使脫脂爐中產生的廢氣燃燒，所述催化劑呈粒狀，在廢氣通過的燃燒器內以層狀鋪設有所述催化劑，在所述燃燒器內以層狀鋪設的催化劑層空開間隔地設有多段。本發明的脫脂系統包括：脫脂爐；以及所述脫脂爐用廢氣燃燒裝置。

所述催化劑在高溫（例如1100℃）下也幾乎未見催化劑的熱劣化，因而可不將脫脂工序中產生的高濃度廢氣稀釋而將廢氣燃燒。而且，利用所述催化劑將包含有機化合物的廢氣分解時，氣體濃度100 ppm時產生100℃左右的分解熱。即便在若非高溫則不易被氧化的物質的處理中，也可通過使多孔氧化鋁陶瓷體吸收所述反應熱而將催化劑溫度設為高溫，進行氣體分解。由此，無需將催化劑溫度積極地設為高溫，可保持控制於相對較低溫度（200℃～400℃）的狀態進行廢氣處理，減少消耗電力。

由此，可消除需要大量稀釋氣體的以往的催化燃燒方式的廢氣燃燒裝置的缺點，減少裝置總體所使用的氣體，降低運轉成本。另外，可進一步促進相對於直接燃燒方式的催化燃燒方式的優點，即低消耗電力、省空間及低製造成本等。而且，此種效果在與過熱蒸汽脫脂處理組合時變明顯。 [發明的效果]

根據以上的結構，可解決以往的催化燃燒方式的廢氣燃燒裝置的缺點，發揮其優點，提供一種在消耗電力、空間、製造成本、運轉成本等所有方面均優異的脫脂爐用廢氣燃燒裝置。

以下，參照圖式對本發明的一實施方式進行說明。

本實施方式的脫脂系統100如圖1中示出其示意性總體圖那樣，包括：脫脂爐1，收容有處理對象物；過熱蒸汽產生裝置2，向所述脫脂爐1內供給作為脫脂氣體的過熱蒸汽；以及廢氣燃燒裝置3，導入因利用所述過熱蒸汽進行脫脂處理而從處理對象物W產生的廢氣，並加以燃燒。以下，以所述廢氣燃燒裝置3為中心進行說明。

所述廢氣燃燒裝置3如圖2、圖3所示，包括呈圓管狀的燃燒器31、將所述燃燒器31內進行加熱的加熱器32、及收容於燃燒器31內的催化劑33。

對各部加以詳述。所述燃燒器31包括圓筒部311、及堵塞所述圓筒部311的兩端的凸緣部312。在所述圓筒部311的一端部的側周面，設有導入廢氣的導入埠31a，並且在其另一端部的側周面，設有將在所述圓筒部311內通過而經燃燒的廢氣（處理完成後氣體）排出的排出埠31b。此外，所述燃燒器31以導入埠31a成為下端部且排出埠31b成為上端部的方式豎立地配置。

而且，在所述圓筒部311的所述導入埠31a與排出埠31b之間，如圖3所示，沿著軸向互相遠離地設定有兩個催化劑設置區31c。另外，在各催化劑設置區31c，安裝有收容所述催化劑33的催化劑收容體34（此外，圖3中省略催化劑33及催化劑收容體34）。所述催化劑收容體34如圖4所示，呈一端面（上端面）開口的圓筒狀，由開有多數個使氣體通過但保持催化劑的孔徑的孔的材料（此處為金屬網）所形成，嵌合於所述圓筒部311的內面而配置。

此處，所述加熱器32為具有可撓性的線狀，設為以空開間隙的方式捲繞的螺旋形狀而設置於所述各催化劑設置區31c的上端及/或下端。

所述催化劑33為使多孔氧化鋁陶瓷承載作為催化劑本體的鉑而成的粒狀（此處為球狀），其規格如下。材質：氧化鋁質地主成分：Al ₂O ₃為90%以上容積比重：1.52 g/cm ³吸水率：35%±5% 表觀氣孔率：55%±5% 比表面積：8 m ³/g 最高使用溫度：1100℃ 球徑：5 mm 所述催化劑33如圖5所示，以成為厚度為20 mm～25 mm的催化劑層33A的方式鋪設於上文所述的各催化劑收容體34。

於是，根據這樣構成的廢氣燃燒裝置3，催化劑33的最高使用溫度極高（此處為1100℃），因而即便催化劑33因廢氣的自燃作用而超過加熱器32的加熱溫度（此處為400℃）成為高溫，也可不發生熱劣化而維持其性能。因此，即便脫脂工序中排出的廢氣為例如超過10000 ppm那樣的高VOC濃度的廢氣，也可不將其稀釋而進行燃燒。由此，可合理地消除作為以往的催化燃燒方式的缺點的、需要大量稀釋氣體這一點以及因此而使運轉成本增大這一點。

尤其本實施方式中，利用過熱蒸汽進行脫脂來實現脫脂時間的縮短，其結果為，有廢氣濃度變高的傾向，以往不得不使用基於直接燃燒方式的大型的燃燒器、或使用大量稀釋氣體的催化燃燒方式的任一個，但若為本實施方式的廢氣燃燒裝置，雖為催化燃燒方式，但無需稀釋氣體，可確保小型化或低運轉成本等優點，因而通過與過熱蒸汽脫脂組合，從而其效果變得特別顯著。

而且，可如此合理地採用催化燃燒方式，因而與直接燃燒方式的廢氣燃燒裝置相比，可飛躍地減少運行時的消耗電力，空間及製造成本也可大幅度地減少。

根據發明人進行的試算可確認，與直接燃燒方式的廢氣燃燒裝置3相比較，可獲得消耗電力成為10%～20%左右、空間成為80%左右、製造成本成為20%左右等極大的效果。

進而，在催化劑層為一層的情況下，有時在廢氣燃燒時廢氣僅集中於容易流動的部位，僅由與其氣體路徑接觸的催化劑33產生催化燃燒，無法實現燃燒效率的進一步提高，但本實施方式中，使催化劑層33A與催化劑層33A遠離並在其間設置空間層P（圖3所示），由此可發揮所述空間層P的氣體擴散作用，在催化劑層33A內全域均勻地形成廢氣路徑，因而可利用催化劑33總體高效率地進行催化燃燒。

所述效果也可通過將廢氣導入埠31a設於燃燒器31的側周面而促進。即，從與燃燒器31內的氣體流動不同的方向（垂直的方向）導入廢氣，因而在導入時容易產生亂流，由此廢氣在初段的催化劑層33A中徹底地流動，在此方面而言也促進高效率的催化燃燒。

若將以上所述的廢氣燃燒裝置3的特徵匯總，則如下。（1）所述脫脂爐用廢氣燃燒裝置3的特徵在於，使用催化劑33使脫脂爐1中產生的廢氣燃燒，所述催化劑33為含有鉑的多孔氧化鋁陶瓷。若如此，則如上文所述，可提供一種在消耗電力、空間、製造成本、運轉成本等所有方面均優異的脫脂爐用廢氣燃燒裝置3。（2）所述催化劑33呈粒狀，在廢氣通過的燃燒器31內將所述催化劑33以層狀鋪設於催化劑收容體34。催化劑收容體34成為金屬網。若如此，則廢氣可靠地接觸催化劑33，因而可提高燃燒效率。（3）具有催化劑收容體，此催化劑收容體是由開有使廢氣通過但保持所述催化劑的孔徑的多個孔的原材料所形成，所述催化劑以層狀鋪設於所述催化劑收容體中。（4）在所述燃燒器31內以層狀鋪設的催化劑層33A空開間隔地設有多段。若如此，則廢氣在催化劑層33A間的空間中擴散，在催化劑層33A內全域均勻地形成廢氣路徑，故而可利用催化劑33總體更高效率地進行催化燃燒。（5）為了提高催化效率，所述催化劑33的容積比重優選為0.5 g/cm ³～3 g/cm ³，更優選為以1 g/cm ³～2 g/cm ³為宜。（6）所述催化劑33的表觀氣孔率優選為30%～60%，更優選為以50%～60%為宜。（7）所述催化劑33的孔隙徑優選為0.1 μm～5 μm，更優選為以1 μm～3 μm為宜。（8）所述催化劑33的直徑優選為1 mm～10 mm，更優選為以3 mm～7 mm為宜。（9）脫脂爐用廢氣燃燒裝置使用催化劑使脫脂爐中產生的廢氣燃燒，所述催化劑呈粒狀，在廢氣通過的燃燒器內以層狀鋪設有所述催化劑，在所述燃燒器內以層狀鋪設的催化劑層空開間隔地設有多段。若如此，則廢氣在催化劑層33A間的空間中擴散，在催化劑層33A內全域均勻地形成廢氣路徑，因而可利用催化劑33總體更高效率地進行催化燃燒。（10）所述脫脂爐1若使用過熱蒸汽將處理對象物W脫脂，則本實施方式的效果變得更顯著。

此外，本發明不限於所述實施方式。例如，催化劑不限於球狀，只要在鋪設時互相產生間隙，則也可為異形狀。催化劑層不限定於兩層，可為一層也可為三層以上。脫脂氣體不限於過熱蒸汽，也可採用N ₂氣體。也可將本發明的廢氣燃燒裝置3連結多組而使用。廢氣燃燒裝置的形狀也不限於圓筒型，也可為塊體（block）型等。此外，本發明不限於所述實施方式，可在不偏離其主旨的範圍內進行各種變形。

1:脫脂爐 2:過熱蒸汽產生裝置 3:廢氣燃燒裝置 31:燃燒器 31a:導入埠 31b:排出埠 31c:催化劑設置區 32:加熱器 33:催化劑 33A:催化劑層 34:催化劑收容體 100:脫脂系統 311:圓筒部 312:凸緣部 P:空間層 W:處理對象物

圖1為本發明的一實施方式的脫脂系統總體的示意圖。圖2為所述實施方式的廢氣燃燒裝置的正面圖。圖3為表示所述實施方式的廢氣燃燒裝置的內部結構的立體圖。圖4為表示所述實施方式的催化劑收容體的立體圖。圖5為從所述實施方式的廢氣燃燒裝置正面觀看的內部結構圖。

3:廢氣燃燒裝置

31:燃燒器

31a:導入埠

31b:排出埠

31c:催化劑設置區

32:加熱器

311:圓筒部

312:凸緣部

P:空間層

Claims

一種脫脂爐用廢氣燃燒裝置，其特徵在於，使用催化劑使脫脂爐中產生的廢氣燃燒，所述催化劑為含有鉑的多孔氧化鋁陶瓷。
如請求項1所述的脫脂爐用廢氣燃燒裝置，其中，所述催化劑呈粒狀，在廢氣通過的燃燒器內以層狀鋪設有所述催化劑。
如請求項2所述的脫脂爐用廢氣燃燒裝置，包括：催化劑收容體，由開有使廢氣通過但保持所述催化劑的孔徑的多個孔的原材料所形成，所述催化劑以層狀鋪設於所述催化劑收容體中。
如請求項2所述的脫脂爐用廢氣燃燒裝置，其中，在所述燃燒器內以層狀鋪設的催化劑層空開間隔地設有多段。
如請求項1至請求項4中任一項所述的脫脂爐用廢氣燃燒裝置，其中，所述催化劑的容積比重為0.5 g/cm ³～3 g/cm ³。
如請求項1至請求項4中任一項所述的脫脂爐用廢氣燃燒裝置，其中，所述催化劑的表觀氣孔率為30%～60%。
如請求項1至請求項4中任一項所述的脫脂爐用廢氣燃燒裝置，其中，所述催化劑的孔隙徑為0.1 μm～5 μm。
如請求項1至請求項4中任一項所述的脫脂爐用廢氣燃燒裝置，其中，所述催化劑的直徑為1 mm～10 mm。
一種脫脂爐用廢氣燃燒裝置，使用催化劑使脫脂爐中產生的廢氣燃燒，所述催化劑呈粒狀，在廢氣通過的燃燒器內以層狀鋪設有所述催化劑，在所述燃燒器內以層狀鋪設的催化劑層空開間隔地設有多段。
如請求項9所述的脫脂爐用廢氣燃燒裝置，包括：催化劑收容體，由開有使廢氣通過但保持所述催化劑的孔徑的多個孔的原材料所形成，所述催化劑以層狀鋪設於所述催化劑收容體中。
一種脫脂系統，包括：脫脂爐；以及如請求項1或請求項9所述的脫脂爐用廢氣燃燒裝置。
如請求項11所述的脫脂系統，其中，所述脫脂爐使用過熱蒸汽將處理對象物脫脂。