TWI675170B - 排氣處理方法及排氣處理裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種排氣處理方法及排氣處理裝置，可以抑制NOX的發生，並且能以少量的燃料處理第1排氣及第2排氣。本發明的排氣處理方法包含：第1燃燒步驟，係處理從用以將纖維狀物質在惰性氣體環境中進行碳化的碳化爐及進行石墨化之石墨化爐所排出的第1排氣；以及第2燃燒步驟，係處理從用以在空氣環境中進行耐火化之耐火化爐所排出的第2排氣。第1燃燒步驟中，係以氧氣比設在0.8以下的低氧氣比燃燒第1排氣。第2燃燒步驟中，係利用由第1燃燒步驟所排出之第3排氣的顯熱與潛熱，而燃燒第2排氣。

Description

排氣處理方法及排氣處理裝置
本發明是有關排氣處理方法及排氣處理裝置。
碳纖維，由於在比強度、比彈性率、耐熱性、耐藥品性等方面都優良，故被當作各種素材之強化材來使用。一般，在製造碳纖維之際，為了可得到所期望的特性，而實施由複數步驟而成的處理。例如，使用丙烯酸纖維作為碳纖維前驅體的情形，最初，在空氣中以200至300℃的溫度藉由預備氧化而可得到耐火化纖維(耐火化步驟)。其次，藉由在惰性環境中以300至2000℃的溫度進行碳化而可得到碳纖維(碳化步驟)。再者，要得到高彈性率纖維時，係在惰性環境中以2000至3000℃的溫度來石墨化(石墨化步驟)。
然而，在進行耐火化步驟、碳化步驟、及石墨化步驟的各步驟之際，會發生排氣。具體而言，由於碳化步驟及石墨化步驟是在惰性環境中進行，故會產生以氮氣等的惰性氣體當作基本氣體之含有耐火化纖維的分解成 分之氰化氫、氨氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油成分等的氣體。(以下，將由碳化步驟及石墨化步驟發生之排氣定義為「第1排氣」。)(專利文獻3)。
同樣的，由於耐火化步驟是在空氣中進行，故會產生以氧氣、氮氣、氬氣當作基本氣體之含有丙烯酸纖維的分解生成物之氰化氫、氨氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、焦油成分等的氣體。(以下，將由耐火化步驟而發生的排氣定義為「第2排氣」。)(專利文獻2、4)。
如此，由耐火化步驟、碳化步驟、及石墨化步驟而發生的排氣，係含有氰化氫及氨氣等毒性高之氣體。因此，必需要有用以將由上述步驟發生的排氣進行無害化之排氣處理方法。
以往作為排氣處理方法者，已知有將第1排氣與第2排氣吹入到一個處理爐(燃燒室)中，藉由空氣燃燒而分解處理之方法(例如，專利文獻1)。又，已知作為其他的處理方法者，係分別將第1排氣與第2排氣以各別的處理爐藉由空氣燃燒而分解處理之方法(例如，專利文獻2)。
[先前技術文獻]
(專利文獻)
[專利文獻1]日本特開2011-021779號公報
[專利文獻2]日本特開2001-324119號公報
[專利文獻3]日本特開2012-067419號公報
[專利文獻4]日本特開2003-113538號公報
然而，在第1排氣與第2排氣之間，氰化氫等的濃度不同，並且基本氣體之組成(氧氣的有無)亦不同。因此，將第1排氣及第2排氣以一個的處理爐來進行分解處理時，不可能充分分解氰化氫及氨氣等，又有NOX會伴隨著分解而大量發生之問題。
又，將第1排氣及第2排氣在各別的處理爐中分解處理時，雖可以將氰化氫及氨氣等充分分解，但在燃燒之際使用的燃料量會有變多之問題。進一步，由於必需要二個處理設備，故設備成本及維護成本會有變高之問題。
在此，本發明是有鑑於上述事情而完成之發明，以下述者為課題：提供可以抑制NOX的發生，並且，能以少量的燃料處理第1排氣及第2排氣之排氣處理方法，並且，能以少量燃料處理第1排氣及第2排氣的排氣處理裝置。
為了解決前述課題，本發明是提供下述的手段。
(1)一種排氣處理方法，係包含：第1燃燒步驟，係對第1排氣進行處理，該第1排氣係從將纖維狀物質在惰性氣體環境中進行碳化的碳化爐及進行石墨化的石墨化爐所 排出者；以及第2燃燒步驟，係對第2排氣進行處理，該第2排氣係從在空氣環境中進行耐火化之耐火化爐所排出者，其中，在前述第1燃燒步驟中，係以氧氣比為0.8以下之低氧氣比燃燒前述第1排氣，在前述第2燃燒步驟中，利用藉由前述第1燃燒步驟所排出之第3排氣的顯熱與潛熱，燃燒前述第2排氣。
(2)在前述(1)中記載的排氣處理方法，其中，在前述第1燃燒步驟中，係於1000至1600℃中燃燒前述第1排氣，在前述第2燃燒步驟中，係於700至1200℃中燃燒前述第2排氣。
(3)一種排氣處理裝置，係具備處理第1排氣之第1燃燒爐、處理第2排氣之第2燃燒爐、供給前述第1排氣到前述第1燃燒爐內之第1排氣供給手段、供給前述第2排氣到前述第2燃燒爐內之第2排氣供給手段、以及設置在前述第1燃燒爐的第1燃燒器，其中，前述第1燃燒爐之二次側設置有前述第2燃燒爐，並且前述第1燃燒爐之內部空間與前述第2燃燒爐之內部空間係相連通。
(4)如在前述(3)中記載的排氣處理裝置，其中，前述第1燃燒爐及前述第2燃燒爐係分別具有開口部，前述開口部彼此係以互相相對之狀態而接合。
(5)如在前述(4)中記載的排氣處理裝置，其中，前述第1燃燒爐及前述第2燃燒爐的至少任何一方，係具有限制前述開口部之開口面積的節流部。
(6)如在前述(3)中記載的排氣處理裝置，其更具備：設置在前述第1燃燒爐與前述第2燃燒爐之間，且使該第1燃燒爐的內部空間與該第2燃燒爐的內部空間連通之連通管。
(7)如在前述(3)至(6)中任何一項記載的排氣處理裝置，其更具備：設置在前述第2燃燒爐中的第2燃燒器(Burner)。
(8)如在前述(3)至(6)中任何一項記載的排氣處理裝置，更具備：測定前述第1燃燒爐內溫度之第1溫度計、測定前述第2燃燒爐內溫度之第2溫度計、及控制前述第1燃燒器的燃燒量之控制部，其中，根據由前述第1溫度計及前述第2溫度計所得到之溫度，而控制前述第1燃燒器的燃燒量。
(9)如在前述(7)中記載排氣處理裝置，更具備：測定前述第1燃燒爐內溫度之第1溫度計、測定前述第2燃燒爐內溫度之第2溫度計、及控制前述第1燃燒器及前述第2燃燒器之燃燒量的控制部，其中，根據由前述第1溫度計及前述第2溫度計所得到的溫度，而控制前述第1燃燒器及前述第2燃燒器之燃燒量。
(10)如在前述(3)至(6)中任何一項記載的排氣處理裝置，其中，作為前述第1燃燒爐中所設置的前述第1燃燒器之助燃氣者，係使用氧氣濃度為25至100體積%的富氧空氣。
(11)如在前述(3)至(6)中任何一項記載的排 氣處理裝置，其中，前述第1排氣供給手段係前述第1燃燒器，而由前述第1燃燒器供給前述第1排氣。
(12)如在前述(3)至(6)中任何一項記載的排氣處理裝置，其中，前述第1排氣供給手段係設置在前述第1燃燒爐的爐壁的第1吹入口，而由前述第1吹入口供給前述第1排氣。
(13)如在前述(3)至(6)任何一項中記載的排氣處理裝置，其中，前述第2排氣供給手段係設置在前述第2燃燒爐的爐壁的第2吹入口，而前述第2的吹入口，係以可將前述第2排氣由前述第2燃燒爐的內周壁之切線方向吹入的方式而設置。
(14)如在前述(3)至(6)中任何一項記載的排氣處理裝置，其中，在前述排氣處理裝置的後段更具備熱交換器，利用由前述第2燃燒爐所排出之排氣的顯熱，來預熱前述第2排氣。
本發明的排氣處理方法，由於係構成以氧氣比為0.8以下的低氧氣比以燃燒第1排氣的結構，故可一面抑制NOx的生成，一面處理第1排氣。又，由於含有處理第1排氣之第1燃燒步驟、及處理第2排氣之第2燃燒步驟，且係在第2燃燒步驟中，利用藉由第1燃燒步驟所排出的排氣顯熱與潛熱，來燃燒第2排氣之結構，故可以降低燃料的使用量。進一步，由於可以連續處理第1排氣與第2排氣，故可以降低設備成本及維護成本。
其次，本發明的排氣處理裝置，由於具備處理第1排氣的第1燃燒爐、處理第2排氣的第2燃燒爐、及設置在第1燃燒爐中所設置的第1燃燒器，且在第1燃燒爐的二次側設置有第2燃燒爐，並且第1燃燒爐的內部空間與第2燃燒爐的內部空間係成為連通之結構，所以可將在第1燃燒爐燃燒後的第1排氣供給到第2燃燒爐中。藉此，在第2燃燒爐，可利用燃燒後第1排氣的顯熱及潛熱來處理第2排氣。結果，可以減低燃料的使用量。進一步，由於可以藉由一個裝置處理第1排氣及第2排氣，故可以降低設備成本及維護成本。
1、101、201‧‧‧排氣處理裝置
10、210‧‧‧第1燃燒爐
11‧‧‧爐壁
12‧‧‧閉塞部
13、213‧‧‧開口部
14、214‧‧‧內周壁
20‧‧‧第1燃燒器
30‧‧‧節流部
40、240‧‧‧第2燃燒爐
41‧‧‧爐壁
42‧‧‧閉塞部
43、243‧‧‧開口部
44、244‧‧‧內周壁
50、250‧‧‧吹入口(第2吹入口)
60‧‧‧排氣口
151‧‧‧吹入口(第1吹入口)
215‧‧‧第1溫度計
221‧‧‧第2燃燒器
231‧‧‧連結管
245‧‧‧第2溫度計
A‧‧‧第1排氣
B‧‧‧第2排氣
S1‧‧‧第1內部空間
S2‧‧‧第2內部空間
第1圖係表示適用本發明的第1實施形態之排氣處理裝置的截面圖。
第2圖係表示適用本發明之第2實施形態的排氣處理裝置之截面圖。
第3圖係表示適用本發明之第3實施形態的排氣處理裝置之結構的圖。
第4圖係表示由排氣處理裝置所排出的排氣中之NH3、NOX濃度與氧氣比之關係的圖。
第5圖係表示藉由反應解析而顯示HCN的分解舉動，與NO的生成/分解舉動圖。
第6圖係表示藉由反應解析添加NO之情形的NO分解舉動的圖。
以下，使用圖面而詳細說明有關本發明的一個實施形態之排氣處理方法，以及使用在該排氣處理方法的排氣處理裝置。又，在以下說明中使用的圖面，為了容易暸解其特徴，為方便起見，有擴大特徴部分而表示的情形，各結構要素的尺寸比率等並不限定為會與實際相同。
<第1實施形態>
(排氣處理裝置)
首先，說明有關適用本發明的第1實施形態之排氣處理裝置1。第1圖是適用本發明的第1實施形態之排氣處理裝置的截面圖。
如第1圖所示，本實施形態的排氣處理裝置1，係備有第1燃燒爐10、第1燃燒器20、節流部30、第2燃燒爐40、吹入口(第2吹入口)50、及排氣口60之概略結構。
藉由使用本實施形態的排氣處理裝置1，可以實施後述之本實施形態的排氣處理方法。具體而言，藉由第1燃燒爐10，可以處理由碳化爐及石墨化爐所排出的第1排氣A，藉由第2燃燒爐40，可以處理由耐火化爐所排出的第2排氣B。
第1燃燒爐10，係用以將第1排氣A藉由燃燒，而燃燒分解在第1排氣A中含有的氰化氫、氨氣等之有害氣體之筒狀(例如，圓筒狀)的爐。此第1燃燒爐10具有閉塞部12與內周壁14，且在其內部具有一端為閉塞， 另一端有開口的第1內部空間S1。作為第1燃燒爐10的材質者，並無特別限定，但具體上，例如，可以使用氧化鋁質耐火物、氧化鋁-二氧化矽質耐火物等。
在第1燃燒爐10中，設置有：第1燃燒器20、第1溫度計(圖中省略顯示)、及節流部30。
第1燃燒器20，係以貫通閉塞部12中央的方式而設置。於是，第1燃燒器20，係以與第1燃燒爐10成為同軸上之方式而設置。藉此，第1燃燒器20可在第1內部空間S1內形成火焰，並且藉由此火焰，可以燃燒該第1內部空間S1內的第1氣體。在第1燃燒器20中，係供給燃料與助燃性氣體，藉由調整燃料及助燃性氣體的流量，可以控制後述的燃燒量及氧氣比。藉由控制氧氣比，可以形成還原氣體環境的火焰。
作為燃料者，雖無特別限定，但是以使用都市瓦斯、LPG等氣體燃料、燈油、燃料油等液體燃料等為佳。
作為助燃性氣體者，只要含有氧氣的話就無特別限定，係以使用氧氣濃度為20.8(空氣)至100體積%(純氧氣)的氣體為佳。又，從提高分解速度的觀點而言，以使用氧氣濃度是25至100體積%的氣體為特佳。使用氧氣濃度高的氣體時，可以提昇燃燒爐內的溫度，可以使分解速度加速。結果，由於第1內部空間S1內的排氣滞留時間會變短，故可以將第1燃燒爐10做小點。
在本實施形態排氣處理裝置1(或是第1燃燒 器20)中設置有為了根據第1燃燒爐10內的溫度及第2燃燒爐40內的溫度而控制第1燃燒器20之燃燒量(後述)的控制部(圖示中省略)。
在第1燃燒器20中，設置有第1排氣A的供給路(圖示中省略)。此外，設置有朝第1燃燒爐10內的第1內部空間S1中形成開口，且係設在第1燃燒器20的先端部的第1排氣A的供給口(圖示中省略)。藉此，第1燃燒器20可在第1內部空間S1形成還原環境的火焰之同時，將第1排氣A供給到第1內部空間S1內。
節流部30係設置在內周壁14的開口部13側。藉由節流部30，可以限制開口部13的開口面積。本實施形態的排氣處理裝置中，藉由設置節流部30以限制開口面積，而防止後述的第2內部空間S2內之氣體(含有氧氣)侵入到第1內部空間S1。結果，可以維持第1內部空間S1內在還原化環境中。
第2燃燒爐40是設置在第1燃燒爐10的二次側。第2燃燒爐40係藉由燃燒第2排氣B，以燃燒分解在第2排氣B中所含有的氰化氫、氨氣等的有害氣體所用之筒狀(例如，圓筒狀)之爐。此第2燃燒爐40具有閉塞部42與內周壁44，在其內部具有一端為閉塞，另一端是有開口的第2內部空間S2。作為第2燃燒爐40的材質者，雖無特別限定者，但具體上，可以使用例如：氧化鋁質耐火物、氧化鋁-二氧化矽質耐火物等。
本實施形態排氣處理裝置1中，第1燃燒爐10的開口部13與第2燃燒爐40的開口部43為以互相成 對向之狀態接合，第1內部空間S1與第2內部空間S2為相連通。藉此，可將燃燒第1排氣A之後的第3排氣，由第1內部空間S1供應到第2內部空間S2。(以下，將第1排氣在第1燃燒爐10被燃燒後之排氣，定義為「第3排氣」。)
在第2燃燒爐40，可以使用上述第3排氣的顯熱及潛熱，燃燒第2排氣B。藉由燃燒第2排氣B，可以燃燒分解在第2排氣B中含有的氰化氫等之有害氣體。
在第2燃燒爐40中，設置有吹入口(第2吹入口)50及排氣口60。
吹入口(第2吹入口)50，係設置在第2燃燒爐40的內周壁44之開口部43側。由吹入口50，可以將第2排氣B供給到第2內部空間S2中。吹入口50是以可將第2排氣B朝內周壁44的切線方向吹入之方式而設置。藉此，由於在第2內部空間S2內，可藉由第3排氣與第2排氣B形成渦流，所以可有效地燃燒分解在第2排氣B中所含有之有害氣體。
排氣口60是以貫通第2燃燒爐40之閉塞部42之方式而設置。可以由排氣口60將在第2內部空間S2內已燃燒之氣體排放到外部。
(排氣處理方法)
其次，說明使用上述之排氣處理裝置1的本實施形態 之排氣處理方法。
本實施形態排氣處理方法，係藉由第1燃燒步驟處理第1排氣A，藉由第2燃燒步驟處理第2排氣B之排氣處理方法。
第1燃燒步驟，係以氧氣比為0.8以下之低氧氣比燃燒第1排氣A的步驟。具體的，在第1燃燒步驟，首先，將藉由碳化步驟及石墨化步驟所排出之氣體(第1排氣A)，由第1燃燒器20往第1內部空間S1供給。其次，將所供給的第1排氣A，藉由第1燃燒器20在1000至1600℃的溫度範圍中燃燒。第1燃燒爐10內的溫度是藉由第1溫度計(圖示中省略)來測定，又，第2燃燒爐40內的溫度是藉由第2溫度計(圖示中省略)來測定。根據所測定之溫度，藉由控制部(圖示中省略)而控制第1燃燒器20之燃燒量，進而控制燃燒溫度。又，在第1燃燒器20中，係供給燃料氣體及助燃性氣體，並以控制燃料氣體及助燃性氣體的供給量的方式而控制燃燒量。
再者，「燃燒量」是指藉由燃燒燃料而產生的每單位時間的熱量。由於燃燒量愈多，每單位時間發生之熱量會變多，故第1內部空間S1的溫度會變高。
然而，因在第1燃燒爐10處理之第1排氣A，由於含有高濃度氰化氫、氨氣等以氮為基本的排氣，故在比量理論比附近還高的氧氣比之條件(氧氣比高於0.8)下燃燒處理時會產生大量的NOx。為此，在第1燃燒爐10，係以氧氣比在0.8以下的燃燒條件下，一面形成還原環境 一面進行處理。
藉此可一面抑制NOx的生成，一面進行燃燒分解。為此，於本實施形態的排氣處理方法中，係控制相對於燃料氣體在助燃性氣體中含有的氧氣比率，藉此控制氧氣比。
又，「氧氣比」是指，將供給至燃燒器的氧量，除以為了使供給至燃燒器之燃料燃燒所必需之理論氧量而得到之值。因此，理論上，氧氣比1.0的狀態，係指使用的氧氣不多不少剛好能完全燃燒之狀態。
藉由燃燒第1排氣A，而將第1排氣A中含有的氰化氫、氨氣等的有害氣予以燃燒分解。將藉由燃燒所產生的第3排氣，經過開口部13而供給到第2燃燒爐40。
第2燃燒步驟是在第2燃燒爐40中，利用藉由上述第1燃燒步驟所排出之排氣的顯熱與潛熱，燃燒第2排氣B之步驟。
然而，第2排氣B是含有氰化氫、氨氣之以空氣為基本之排氣，與第1排氣A相比較，排出量是非常多。為此，若是要與第1排氣A相同方式將氧氣比下降到0.8以下而進行燃燒分解時，則有必要使用大量的燃料，並不實在。又，氰化氫、氨氣即使在氧氣存在的環境中，也可以在低溫度下進行燃燒處理，從而一面抑制NOx的生成一面進行分解。
在此，於本實施形態的排氣處理方法中，將第2排氣B在700至1200℃的溫度範圍進行燃燒，藉此一面抑制NO x的生成，一面分解氰化氫、氨氣。
具體而言，首先，將由第1燃燒爐10所供給的第3排氣，與由在第2燃燒爐40設置的吹入口50所供給之第2排氣B混合。於第2內部空間S2內，藉由混合第2排氣B與第3排氣，在第3排氣所含有的CO及H2等的氣體，與在第2排氣B中所含有的氧氣會燃燒，藉由燃燒產生的熱，可以將第2燃燒爐40內的溫度提昇到700℃以上。藉由將第2燃燒爐40內的溫度變成700℃以上，燃燒分解在第2排氣B中所含有的氰化氫等之有害氣體。如此，於第2燃燒步驟，係可以有效利用藉由第1燃燒步驟排出之第3排氣的顯熱及潛熱(排氣燃燒熱量)者。
又，第2燃燒爐40內的溫度是藉由第2溫度計(圖示中省略)而測定。根據測定之溫度，藉由控制部(圖示中省略)控制第1燃燒器20的氧氣比，而控制流入到第2燃燒爐40中之未燃氣體量。藉此，可以控制第2燃燒爐40內的溫度。
其次，將於第2內部空間S2內的藉由燃燒產生的排氣，由排氣口60排出到外部，而完成本實施形態的排氣處理方法。
如以上說明，根據本實施形態的排氣處理裝置1的話，係具備處理第1排氣A之第1燃燒爐10、在第1燃燒爐中設置的第1燃燒器20、及處理第2排氣B之第2燃燒爐40，且在第1燃燒爐10的二次側設置第2燃燒爐40，並且第1燃燒爐10的第1內部空間S1與第2燃燒爐 40的第2內部空間S2係成為互相連通之結構，而可以將在第1燃燒爐10燃燒後的第3排氣供給到第2燃燒爐40中。藉此，在第2燃燒爐40中，可以利用第3排氣的顯熱及潛熱處理第2排氣B。結果，可以減少用以處理第1及第2排氣A、B之必要的燃料使用量。進一步，由於可以藉由一個裝置處理第1排氣A及第2排氣B，故可以降低設備成本及維護成本。
又，根據本實施形態的排氣處理裝置1，由於設置節流部30以限制第1內部空間S1與第2內部空間S2之間的開口面積，故防止第2內部空間S2內的氣(含有氧氣)侵入到第1內部空間S1，藉此，可以將第1內部空間S1內維持在還原化環境中。
其次，根據本實施形態的排氣處理方法，由於係設成以氧氣比為0.8以下的低氧氣比燃燒第1排氣A之結構，故可以一面抑制NOx的生成，一面處理第1排氣A。
又，根據本實施形態的排氣處理方法，由於係設成含有處理第1排氣A之第1燃燒步驟、及處理第2排氣B之第2燃燒步驟，且在第2燃燒步驟中，利用由第1燃燒步驟所排出之排氣的顯熱與潛熱來燃燒第2排氣B之結構，故可以減少燃燒器的燃料使用量。進一步，由於可以藉由連續之步驟來處理由碳化爐及石墨化爐所排出之排氣與由耐火化爐所排出之排氣，故可以降低設備成本及維護成本。
<第2實施形態>
其次，說明有關適用本發明之第2實施形態的排氣處理裝置。第2圖是適用本發明之第2實施形態的排氣處理裝置之截面圖。
如第2圖所示，本實施形態排氣處理裝置101，係具備有第1燃燒爐10、第1燃燒器20、節流部30、第2燃燒爐40、吹入口(第2吹入口)50、排氣口60、及吹入口(第1吹入口)151之概略結構。即，本實施形態的排氣處理裝置101，係在具備吹入口151之點與上述之排氣處理裝置1為不同的結構。因此，對與排氣處理裝置1相同的結構是標示相同的符號，並且省略說明。
吹入口(第1吹入口)151，係設置在第1燃燒爐10內周壁14的閉塞部12側。藉由吹入口151，可以將第1排氣A供給到第1內部空間S1中。吹入口151是以可將第1排氣A朝內周壁14的切線方向吹入的方式而設置。藉此，由於在第1內部空間S1內可以藉由第1排氣A形成渦流，故可以將包含在第1排氣A中之有害氣體有效率地燃燒分解。
根據本實施形態的排氣處理裝置101的話，係具備有吹入口151之結構，可以將第1排氣A由第1燃燒爐10的內周壁14供給。藉此，由於第1排氣A不會直接進入氧氣存在之火焰附近，故可以進一步抑制NOx的生成。
<第3實施形態>
其次，第3圖是表示適用本發明之第3實施形態的排氣處理裝置之結構圖。
如第3圖所示，本實施形態排氣處理裝置201，係具備第1燃燒爐210、第1燃燒器20、第2燃燒爐240、吹入口(第2吹入口)250、排氣口60、第2燃燒器221、及連結管231之概略結構。本實施形態的排氣處理裝置201與上述之排氣處理裝置1不同之處在於，具備第2燃燒器221，進一步，在第1燃燒爐210與第2燃燒爐240之間設有連結管231，並且在第1燃燒爐210與第2燃燒爐240是以分別的爐體所構成。因此，對與排氣處理裝置1相同結構者是標示同一符號，並且省略說明。
第1燃燒爐210，係藉由燃燒第1排氣A，而燃燒分解在第1排氣A中所含有的氰化氫、氨氣等有害氣體的爐。第1燃燒爐210的形狀，係兩端閉塞的筒狀(例如，圓筒狀)。第1燃燒爐210是在內部具有第1內部空間S1。又，在第1燃燒爐210內周壁的下底側具有開口部213。作為第1燃燒爐210的材質者，雖無特別限定，但具體上，例如，可以使用氧化鋁質耐火物、氧化鋁-二氧化矽質耐火物等。
第1溫度計215是設置在內周壁214。藉由第1溫度計215，可以測定第1燃燒爐210內的溫度。藉由控制部(圖示中省略)，可以根據第1燃燒爐210內的溫 度控制第1燃燒器20之燃燒量。
連結管231是用以使第1燃燒爐210內的第1內部空間S1與後述的第2燃燒爐240內的第2內部空間S2連通而設置之配管。具體上，連結管231是以將第1燃燒爐210的開口部213與後述之第2燃燒爐240的開口部243接續之方式而設置。作為連結管231的材質者，雖無特殊限定，但具體上，例如，可以使用氧化鋁質耐火物、氧化鋁-二氧化矽質耐火物等。
本實施形態的排氣處理裝置201中，藉由限制連結管231的內徑與開口部213及開口部243的開口面積，而防止第2內部空間S2內的氣體(含有氧氣)入侵到第1內部空間S1。結果，可以維持第1內部空間S1內在還原化環境中。
第2燃燒爐240是藉由燃燒第2排氣B，來燃燒分解在第2排氣B中所含有的氰化氫、氨氣等的有害氣體之爐。第2燃燒爐240是隔著連結管231而設置在第1燃燒爐210的二次側。第2燃燒爐240的形狀是兩端閉塞的筒狀(例如，圓筒狀)。第2燃燒爐240是在內部具有第2內部空間S2。又，在第2燃燒爐240內周壁的下底側具有開口部243。作為第2燃燒爐240的材質者，雖無特別限定，但具體上，例如可以使用氧化鋁質耐火物、氧化鋁-二氧化矽質耐火物等。
第2燃燒器221是設置在第2燃燒爐240內周壁244的吹入口250側。藉由第2燃燒器221，可以穩定地燃燒第2排氣B與第3排氣。對第2燃燒器221供給 燃料與助燃性氣體，並藉由調整燃料及助燃性氣體的流量，可以控制燃燒量及後述的氧氣比。作為燃料及助燃性氣體者，可以使用與第1燃燒器20同樣者。第2燃燒器221不用恆常地進行燃燒亦可，在第2燃燒爐240內的溫度成為在預定的溫度以下時才點火亦可。
吹入口(第2吹入口)250是設置在第2燃燒爐240開口部243的對面。由吹入口250，可以將第2排氣B供給到第2內部空間S2中。吹入口250，係可以朝內周壁244的切線方向吹入第2排氣B之方式而設置。藉此，由於在第2內部空間S2內可以形成第2排氣B所形成之渦流，因此可促進與第3排氣的混合，而可以將在第2排氣B中所含的有害氣體有效率地燃燒分解。
第2溫度計245是在內周壁244中設置。藉由第2溫度計245，可以測定第2燃燒爐240內的溫度。藉由控制部(圖示中省略)，可以根據第2燃燒爐240內的溫度控制第2燃燒器221的燃燒量及氧氣比。
根據本實施形態的排氣處理裝置201，由於具備第2燃燒器221，故可以穩定地進行燃燒第2排氣B與第3排氣。
又，根據本實施形態的排氣處理裝置201，在第1燃燒爐210與第2燃燒爐240之間設置有連結管231，並且由於第1燃燒爐210與第2燃燒爐240是以各別的爐體來構成，故可以調整爐的長度，在以縱向設置的情形，可以降低高度，並且可以擴大設置的自由度。
又，本發明的技術範圍是不限制在上述實施形態者，在不脫離本發明的主旨範圍下可以加入各種的變更。例如，已說明在上述實施形態的排氣處理裝置1、101、201中，將在第2燃燒爐40燃燒後的排氣，通過排氣口60排出到外部之例，然而，也可在排氣口60連接熱交換器，利用由排氣口60所排出之排氣的顯熱來預熱第2氣體。藉由此，可以減少燃料的使用量。
又，已說明在上述之實施形態的排氣處理裝置1、101、201中，接合2個燃燒爐之例，惟也可將一個燃燒爐內的空間分割成2個內部空間的態樣。此時，在燃燒爐的內側有節流部30的情形，係將節流部30的一次側之空間當作第1燃燒爐，將二次側的空間當作第2燃燒爐。又，在燃燒爐的內側無節流部30的情形，係將吹入口(第2吹入口)50的一次側的空間當作第1燃燒爐，將二次側的空間當作第2燃燒爐。
又，在上述的實施形態的排氣處理裝置1、101中，係說明了節流部30是設置在第1燃燒爐10的開口部13側之例，惟節流部30也可以設置在第2燃燒爐40之內周壁44的開口部43側。
又，在上述的實施形態的排氣處理裝置1、101中，係說明了在第2燃燒爐40没有設置燃燒器之例，惟也可以將第2燃燒爐40的內周壁44貫通的方式，設置第2燃燒器。藉由第2燃燒器，可以穩定地進行燃燒第2排氣B與第3排氣。
<實施例1>
(與直燃方式的比較)
使用在第1圖所示之本實施形態的排氣處理裝置1，及利用以往技術之直燃方式的排氣處理裝置，並且使用由碳化爐及石墨化爐所排出之第1排氣、及由耐火化爐所排出之第2排氣的模擬氣體而進行處理試驗。
表1中表示第1排氣與第2排氣的模擬氣體之組成與流量。模擬氣體中作為HCN之代替品者是使用NO(有關將NO當作模擬氣體使用的妥當性將於後述)。本處理試驗，係針對模擬氣體藉由3個條件來進行(條件1-1、1-2、1-3)。
在表2中表示本實施形態的排氣處理裝置1與直燃方式的排氣處理裝置之燃燒器的燃燒條件。
又，本實施例中，於第1燃燒器20，使用氧氣濃度是100%的純氧作為助燃性氣體，以氧氣比0.7燃燒。由於燃燒爐的溫度，第1燃燒爐10是1600℃、第2燃燒爐40是1000℃。
又，直燃方式的處理裝置是在1000℃進行處理。
表3是表示試驗結果。由本結果確認到，本實施形態的排氣處理裝置1，即使將NO與NH3以最高濃度添加的條件1-1中，也可以將氨氣(NH3)分解到極低濃度為止，可以抑制NOx的生成到90ppm左右。另一方面，確認到，在直燃方式排氣處理裝置，如分解NO與NH3時，NOx濃度會變高。
又，確認到，本實施形態的排氣處理裝置1，與直燃方式相比是在少燃料下，可以處理第1排氣及第2排氣。
<實施例2>
(氧氣比的影響)
使用與實施例1相同之排氣處理裝置1，如表4所示地改變第1燃燒器20的氧氣比，並確認對表3的條件1-2所顯示之第1排氣及第2排氣的模擬氣體進行處理之後的排氣中所含有的NH3、NOx的濃度。
在第4圖中，表示由排氣處理裝置1的排氣口60排出之處理後的排氣中之NH3、NOx濃度與氧氣比的關係。
由本結果確認到，NH3在全部的條件中是0.1ppm以 下，幾乎全部可以分解。
又，確認到，當第1燃燒器20的氧氣比設成比0.8大時，NOx就會有急激增加之傾向，藉由將氧氣比設成0.8以下，可以一面抑制NOx的生成，一面處理第1排氣。
<實施例3>
(試驗工廠設備的試驗)
使用在第3圖所示之本實施形態的排氣處理裝置201，以試驗工場設備進行排氣處理。
表5中表示第1排氣與第2排氣的模擬氣之組成與流量。第2排氣的流量是在300、600、900Nm3/h的3個條件下實施(條件3-1、3-2、3-3)。又，表6中表示在上述各排氣條件中燃燒器燃燒的條件。
在表7中，表示由排氣處理裝置201之排氣口60所排出之處理後排氣中的NH3、NOx之濃度。由本結果確認到，於本實施形態的排氣處理裝置201，可以分解NH3到極低濃度為止，再者，可以抑制伴隨燃燒之NOx的生成。
<實施例4>
(有關模擬氣體的妥當性驗証)
使用NO做為取代HCN的模擬氣體。使用NO作為模擬氣體的妥當性是藉由以模擬所為之反應解析來檢討。
反應解析是使用CHEMKIN-PRO(Reaction Design公司製，詳細化學反應解析支援軟體)來進行。在表8中表 示解析條件。條件4-1，係在還原燃燒環境下的第1燃燒爐10中添加HCN之情形，條件4-2是表示添加NO的情形。
在第5圖是表示藉由條件4-1的反應解析所致之HCN的分解舉動，與NO的生成/分解舉動。又，在第6圖中，表示藉由條件4-2的反應解析所致之添加NO之情形的NO分解舉動。
由第5圖可知，在還原燃燒環境下，HCN是急速被分解，伴隨此，NOX是急速地生成之後緩慢地被分解。將第5圖與第6圖的NO濃度變化相比較時，顯示分解舉動是有同樣的傾向，藉由將NO當作模擬氣使用，可以評估隨著HCN的分解而生成之NO之分解舉動。
[產業上的利用可能性]
本發明的排氣處理方法及排氣處理裝置，係可利用為用以處理含有氰化氫、氨氣等的排氣之裝置及方法。

Claims (14)

  1. 一種排氣處理方法，係包含：第1燃燒步驟，係對第1排氣進行處理，該第1排氣係從將纖維狀物質在惰性氣體環境中進行碳化之碳化爐及進行石墨化之石墨化爐所排出者；及第2燃燒步驟，係對第2排氣進行處理，該第2排氣係從在空氣環境中進行耐火化之耐火化爐所排出者；其中，前述第1燃燒步驟中，以氧氣比為0.8以下的低氧氣比燃燒前述第1排氣，前述第2燃燒步驟中，利用由前述第1燃燒步驟所排出的第3排氣之顯熱與潛熱，燃燒前述第2排氣。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之排氣處理方法，其中，在前述第1燃燒步驟中，係於1000至1600℃燃燒前述第1排氣，在前述第2燃燒步驟中，係於700至1200℃燃燒前述第2排氣。
  3. 一種排氣處理裝置，係具備：處理第1排氣之第1燃燒爐；處理第2排氣之第2燃燒爐；對前述第1燃燒爐內供給前述第1排氣之第1排氣供給手段；對前述第2燃燒爐內供給前述第2排氣之第2排氣供給手段；及 設置在前述第1燃燒爐的第1燃燒器；其中，在前述第1燃燒爐的二次側設置有前述第2燃燒爐，並且，前述第1燃燒爐的內部空間與前述第2燃燒爐的內部空間係相互連通。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之排氣處理裝置，其中，前述第1燃燒爐及前述第2燃燒爐係分別具有開口部，前述開口部彼此係以互相對向的狀態接合。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之排氣處理裝置，其中，前述第1燃燒爐及前述第2燃燒爐的至少一方，係具有限制前述開口部的開口面積之節流部。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之排氣處理裝置，更具備：設置在前述第1燃燒爐與前述第2燃燒爐之間，且使該第1燃燒爐的內部空間與該第2燃燒爐的內部空間連通之連通管。
  7. 如申請專利範圍第3至6項中任一項所述之排氣處理裝置，更具備設置在前述第2燃燒爐的第2燃燒器。
  8. 如申請專利範圍第3至6項中任一項所述之排氣處理裝置，更具備：測定前述第1燃燒爐內的溫度之第1溫度計；測定前述第2燃燒爐內的溫度之第2溫度計；及控制前述第1燃燒器的燃燒量之控制部，根據由前述第1溫度計及前述第2溫度計所得到的 溫度而控制前述第1燃燒器之燃燒量。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之排氣處理裝置，更具備：測定前述第1燃燒爐內的溫度之第1溫度計；測定前述第2燃燒爐內的溫度之第2溫度計；及控制前述第1燃燒器及前述第2的燃燒器之燃燒量的控制部；根據由前述第1溫度計及前述第2溫度計所得到的溫度而控制前述第1燃燒器及前述第2燃燒器的燃燒量。
  10. 如申請專利範圍第3至6項中任一項所述之排氣處理裝置，其中，作為在前述第1燃燒爐所設置的前述第1燃燒器的助燃性氣體者，係使用氧氣濃度為25至100體積%的富氧空氣。
  11. 如申請專利範圍第3至6項中任一項所述之排氣處理裝置，其中，前述第1排氣供給手段係前述第1燃燒器，而由前述第1燃燒器供給前述第1排氣。
  12. 如申請專利範圍第3至6項中任一項所述之排氣處理裝置，其中，前述第1排氣供給手段係設置在前述第1燃燒爐的爐壁之第1吹入口，而由前述第1吹入口供給前述第1排氣。
  13. 如申請專利範圍第3至6項中任一項所述之排氣處理裝置，其中，前述第2排氣供給手段係設置在前述第2燃燒爐的爐壁之第2吹入口，前述第2吹入口係以可將前述第2排氣由前述第2燃燒爐的內周壁之切線方 向吹入之方式而設置。
  14. 如申請專利範圍第3至6項中任一項所述之排氣處理裝置，其中，在前述排氣處理裝置的後段更具備熱交換器，利用由前述第2燃燒爐所排出之排氣的顯熱來預熱前述第2排氣。
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