WO2016117167A1 - 排ガス処理方法及び排ガス処理装置 - Google Patents

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combustion
combustion furnace
furnace
burner
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康之 山本
公夫 飯野
義之 萩原
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大陽日酸株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas treatment method and an exhaust gas treatment apparatus.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2015-009572 filed in Japan on January 21, 2015, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Carbon fiber is used as a reinforcing material for various materials because it is excellent in specific strength, specific elastic modulus, heat resistance, chemical resistance, and the like.
  • the process which consists of a several process is given.
  • an acrylic fiber is used as a carbon fiber precursor
  • a flame resistant fiber is obtained by pre-oxidation in air at a temperature of 200 to 300 ° C. (flame resistance step).
  • carbon fiber is obtained by carbonization at a temperature of 300 to 2000 ° C. in an inert atmosphere (carbonization step).
  • carbonization step carbonization step
  • graphitization step graphitized at a temperature of 2000 to 3000 ° C. in an inert atmosphere
  • the exhaust gas generated in the flameproofing process, the carbonization process, and the graphitization process contains highly toxic gases such as hydrogen cyanide and ammonia. Therefore, an exhaust gas treatment method for detoxifying the exhaust gas generated by the above process is required.
  • Patent Document 1 As a conventional exhaust gas treatment method, there is known a method in which the first exhaust gas and the second exhaust gas are blown into one processing furnace (combustion chamber) and decomposed by air combustion (for example, Patent Document 1). . Further, as another treatment method, a method is known in which the first exhaust gas and the second exhaust gas are decomposed by air combustion in separate processing furnaces (for example, Patent Document 2).
  • the first exhaust gas and the second exhaust gas have different concentrations of hydrogen cyanide and the like, and the base gas composition (the presence or absence of oxygen) is different. Therefore, when the first exhaust gas and the second exhaust gas are decomposed in one processing furnace, hydrogen cyanide, ammonia and the like cannot be decomposed sufficiently, and a large amount of NO X is generated along with the decomposition. was there.
  • an exhaust gas treatment method capable of suppressing the generation of NO x and treating the first exhaust gas and the second exhaust gas with a small amount of fuel
  • An object of the present invention is to provide an exhaust gas treatment apparatus capable of treating the first exhaust gas and the second exhaust gas with a small amount of fuel.
  • An exhaust gas treatment method comprising:
  • the first exhaust gas is combusted at 1000 to 1600 ° C. in the first combustion step, and the second exhaust gas is combusted at 700 to 1200 ° C. in the second combustion step.
  • the first combustion furnace and the second combustion furnace each have an opening, and the openings are joined in a state of facing each other.
  • a communication pipe that is provided between the first combustion furnace and the second combustion furnace and communicates the internal space of the first combustion furnace and the internal space of the second combustion furnace.
  • the exhaust gas treatment apparatus as set forth in (3), characterized by comprising:
  • thermometer for measuring the temperature in the first combustion furnace
  • second thermometer for measuring the temperature in the second combustion furnace
  • combustion amount of the first burner is controlled based on temperatures obtained from the first thermometer and the second thermometer.
  • thermometer for measuring the temperature in the first combustion furnace
  • second thermometer for measuring the temperature in the second combustion furnace
  • a control unit for controlling the combustion amount of the first burner, and the combustion amounts of the first burner and the second burner based on the temperatures obtained from the first thermometer and the second thermometer.
  • the oxygen-enriched air having an oxygen concentration of 25 to 100% by volume is used as the combustion-supporting gas of the first burner provided in the first combustion furnace (3)
  • the exhaust gas treatment apparatus according to any one of (9) to (9).
  • the first exhaust gas supply means is a first inlet provided in a furnace wall of the first combustion furnace, and the first exhaust gas is supplied from the first inlet.
  • the exhaust gas treatment apparatus according to any one of (3) to (10), wherein the exhaust gas treatment apparatus is characterized.
  • the second exhaust gas supply means is a second blowing port provided in a furnace wall of the second combustion furnace, and the second blowing port sends the second exhaust gas to the second blowing port.
  • the exhaust gas treatment apparatus according to any one of (3) to (12), wherein the exhaust gas treatment apparatus is provided so as to be blown from a tangential direction of an inner peripheral wall of the combustion furnace.
  • the apparatus further comprises a heat exchanger at a rear stage of the exhaust gas treatment device, and preheats the second exhaust gas using sensible heat of the exhaust gas discharged from the second combustion furnace. 3) The exhaust gas treatment apparatus according to any one of (13) to (13).
  • Exhaust gas treatment method of the present invention a first exhaust gas, the oxygen ratio is in the configuration of the combustion at a low oxygen ratio of 0.8 or less, while suppressing the generation of NO x, processing the first exhaust gas can do. Further, the first combustion process for treating the first exhaust gas and the second combustion process for treating the second exhaust gas, and the exhaust gas discharged by the first combustion process in the second combustion process Since the second exhaust gas is burned using the sensible heat and the latent heat, the amount of fuel used can be reduced. Furthermore, since the first exhaust gas and the second exhaust gas can be processed continuously, the equipment cost and the maintenance cost can be reduced.
  • the exhaust gas treatment apparatus of the present invention includes a first combustion furnace for treating the first exhaust gas, a second combustion furnace for treating the second exhaust gas, and a first combustion furnace provided in the first combustion furnace. And a second combustion furnace provided on the secondary side of the first combustion furnace, and an internal space of the first combustion furnace and an internal space of the second combustion furnace, Since it is the structure connected, the 1st exhaust gas after burning with a 1st combustion furnace can be supplied to a 2nd combustion furnace. Thereby, in the 2nd combustion furnace, the 2nd exhaust gas can be processed using the sensible heat and latent heat of the 1st exhaust gas after combustion. As a result, the amount of fuel used can be reduced. Furthermore, since the first exhaust gas and the second exhaust gas can be processed by one apparatus, the equipment cost and the maintenance cost can be reduced.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an exhaust gas treatment apparatus according to a first embodiment to which the present invention is applied.
  • the exhaust gas treatment apparatus 1 of the present embodiment includes a first combustion furnace 10, a first burner 20, a throttle unit 30, a second combustion furnace 40, and an inlet (second ) And an exhaust port 60 are schematically configured.
  • the exhaust gas treatment method of the present embodiment to be described later can be implemented.
  • the first combustion furnace 10 treats the first exhaust gas A discharged from the carbonization furnace and the graphitization furnace, and the second combustion furnace 40 discharges the second exhaust gas from the flameproofing furnace.
  • the exhaust gas B can be treated.
  • the first combustion furnace 10 has a cylindrical shape (for example, a cylindrical shape) for burning and decomposing harmful gases such as hydrogen cyanide and ammonia contained in the first exhaust gas A by burning the first exhaust gas A. It is a furnace.
  • the first combustion furnace 10 has a closed portion 12 and an inner peripheral wall 14, and has a first internal space S1 in which one end is closed and the other end is opened.
  • the material of the first combustion furnace 10 is not particularly limited. Specifically, for example, an alumina refractory, an alumina-silica refractory, or the like can be used.
  • the first combustion furnace 10 is provided with a first burner 20, a first thermometer (not shown), and a throttle unit 30.
  • the first burner 20 is provided so as to penetrate the center of the blocking portion 12.
  • the first burner 20 is provided so as to be coaxial with the first combustion furnace 10. Accordingly, the first burner 20 can form a flame in the first internal space S1, and the first gas in the first internal space S1 can be burned by the flame.
  • the first burner 20 is supplied with fuel and a combustion-supporting gas. By adjusting the flow rates of the fuel and the combustion-supporting gas, a combustion amount and an oxygen ratio described later can be controlled. By controlling the oxygen ratio, a reducing atmosphere flame can be formed.
  • gas fuels such as city gas and LPG
  • liquid fuels such as kerosene and A heavy oil.
  • the combustion-supporting gas is not particularly limited as long as it contains oxygen, but a gas having an oxygen concentration of 20.8 (air) to 100% by volume (pure oxygen) is preferably used. From the viewpoint of improving the decomposition rate, it is particularly preferable to use a gas having an oxygen concentration of 25 to 100% by volume.
  • a gas having a high oxygen concentration By using a gas having a high oxygen concentration, the temperature in the combustion furnace can be increased, and the decomposition rate can be increased. As a result, the exhaust gas residence time in the first internal space S1 is shortened, so that the first combustion furnace 10 can be made smaller.
  • the combustion amount of the first burner 20 (based on the temperature in the first combustion furnace 10 and the temperature in the second combustion furnace 40 ( A control unit (not shown) for controlling (described later) is provided.
  • the first burner 20 is provided with a first exhaust gas A supply path (not shown).
  • a supply port (not shown) for the first exhaust gas A is provided at the tip of the first burner 20 that opens into the first internal space S1 in the first combustion furnace 10. Accordingly, the first burner 20 can form a reducing atmosphere flame in the first internal space S1 and supply the first exhaust gas A into the first internal space S1.
  • the throttle portion 30 is provided on the opening 13 side of the inner peripheral wall 14.
  • the aperture area of the opening 13 can be regulated by the diaphragm 30. By restricting the opening area, it is possible to prevent gas (including oxygen) in the second internal space S2 described later from entering the first internal space S1. As a result, the inside of the first internal space S1 can be maintained in a reducing atmosphere.
  • the second combustion furnace 40 is provided on the secondary side of the first combustion furnace 10.
  • the second combustion furnace 40 has a cylindrical shape (for example, a cylindrical shape) for burning and decomposing harmful gases such as hydrogen cyanide and ammonia contained in the second exhaust gas B by burning the second exhaust gas B. It is a furnace.
  • the second combustion furnace 40 has a closed portion 42 and an inner peripheral wall 44, and has a second internal space S2 in which one end is closed and the other end is opened.
  • the material of the second combustion furnace 40 is not particularly limited. Specifically, for example, an alumina refractory, an alumina-silica refractory, or the like can be used.
  • the opening 13 of the first combustion furnace 10 and the opening 43 of the second combustion furnace 40 are joined in a state of facing each other, and the first internal space S1. And the second internal space S2.
  • the third exhaust gas after burning the first exhaust gas A can be supplied from the first internal space S1 to the second internal space S2.
  • the exhaust gas after the first exhaust gas is burned in the first combustion furnace 10 is defined as “third exhaust gas”.
  • the second exhaust gas B can be burned using the sensible heat and latent heat of the third exhaust gas.
  • harmful gases such as hydrogen cyanide contained in the second exhaust gas B can be combusted and decomposed.
  • the second combustion furnace 40 is provided with a blowing port (second blowing port) 50 and an exhaust port 60.
  • the blowing port (second blowing port) 50 is provided on the opening 43 side of the inner peripheral wall 44 of the second combustion furnace 40.
  • the second exhaust gas B can be supplied from the inlet 50 to the second internal space S2.
  • the blowing port 50 is provided so that the second exhaust gas B can be blown in the tangential direction of the inner peripheral wall 44.
  • a swirl flow can be formed by the third exhaust gas and the second exhaust gas B in the second internal space S2, so that the harmful gas contained in the second exhaust gas B can be efficiently decomposed by combustion. can do.
  • the exhaust port 60 is provided so as to penetrate the closed portion 42 of the second combustion furnace 40.
  • the gas burned in the second internal space S2 can be discharged from the exhaust port 60 to the outside.
  • the exhaust gas treatment method of the present embodiment is an exhaust gas treatment method in which the first exhaust gas A is processed by the first combustion process, and the second exhaust gas B is processed by the second combustion process.
  • the first combustion step is a step of burning the first exhaust gas A at a low oxygen ratio with an oxygen ratio of 0.8 or less.
  • first exhaust gas A the gas discharged from the carbonization process and the graphitization process
  • the supplied first exhaust gas A is burned by the first burner 20 in a temperature range of 1000 to 1600 ° C.
  • the temperature in the first combustion furnace 10 is measured by a first thermometer (not shown), and the temperature in the second combustion furnace 40 is measured by a second thermometer (not shown). Yes.
  • the combustion temperature of the first burner 20 is controlled by a control unit (not shown) to control the combustion temperature.
  • the first burner 20 is supplied with fuel gas and combustion-supporting gas, and the amount of combustion is controlled by controlling the supply amount of the fuel gas and combustion-supporting gas.
  • the “burning amount” is the amount of heat per unit time generated by burning the fuel. As the amount of combustion increases, the amount of heat generated per unit time increases, so the temperature of the first internal space S1 increases.
  • the first exhaust gas A to be processed in the first combustion furnace 10 is a nitrogen-based exhaust gas containing hydrogen cyanide, ammonia and the like at a high concentration, so that the oxygen ratio is higher than the stoichiometric ratio (oxygen ratio 0).
  • a large amount of NO x is produced when the combustion treatment is performed at a temperature higher than .8).
  • processing is performed while forming a reducing atmosphere under combustion conditions with an oxygen ratio of 0.8 or less. While thereby suppressing the formation of NO x, it is possible to burn decomposition. Therefore, in the exhaust gas treatment method of the present embodiment, the oxygen ratio is controlled by controlling the proportion of oxygen contained in the combustion-supporting gas with respect to the fuel gas.
  • oxygen ratio means a value obtained by dividing the amount of oxygen supplied to the burner by the theoretical amount of oxygen required to burn the fuel supplied to the burner. Therefore, theoretically, a state where the oxygen ratio is 1.0 can be said to be a state where oxygen can be completely burned using excess or deficiency.
  • the third exhaust gas generated by the combustion is supplied to the second combustion furnace 40 through the opening 13.
  • the second combustion step is a step of burning the second exhaust gas B using the sensible heat and latent heat of the exhaust gas discharged in the first combustion step in the second combustion furnace 40.
  • the second exhaust gas B is an air-based exhaust gas containing hydrogen cyanide and ammonia, and the amount of emission is much larger than that of the first exhaust gas A.
  • the first exhaust gas A when it is attempted to perform combustion decomposition by reducing the oxygen ratio to 0.8 or less, it is necessary to use a large amount of fuel, which is not practical.
  • hydrogen cyanide and ammonia can be decomposed while suppressing the production of NO x by performing combustion treatment at a low temperature even in an atmosphere in which oxygen is present. Therefore, in the exhaust gas treatment method of the present embodiment, the second exhaust gas B is burned in the temperature range of 700 to 1200 ° C., thereby decomposing hydrogen cyanide and ammonia while suppressing the generation of NO x .
  • the third exhaust gas supplied from the first combustion furnace 10 is mixed with the second exhaust gas B supplied from the inlet 50 provided in the second combustion furnace 40.
  • gases such as CO and H 2 contained in the third exhaust gas and contained in the second exhaust gas B Oxygen is combusted, and the temperature in the second combustion furnace 40 can be raised to 700 ° C. or higher by heat generated by the combustion.
  • harmful gas such as hydrogen cyanide contained in the second exhaust gas B is combusted and decomposed.
  • the sensible heat and latent heat (combustion heat amount of the exhaust gas) of the third exhaust gas discharged in the first combustion process are effectively used.
  • the temperature in the second combustion furnace 40 is measured by a second thermometer (not shown). Based on the measured temperature, the control unit (not shown) controls the oxygen ratio of the first burner 20 to control the amount of unburned gas flowing into the second combustion furnace 40. Thereby, the temperature in the second combustion furnace 40 can be controlled.
  • exhaust gas generated by combustion in the second internal space S2 is discharged to the outside from the exhaust port 60, whereby the exhaust gas treatment method of the present embodiment is completed.
  • the first combustion furnace 10 for treating the first exhaust gas A the first burner 20 provided in the first combustion furnace, A second combustion furnace 40 for treating the second exhaust gas B, the second combustion furnace 40 being provided on the secondary side of the first combustion furnace 10, and the first combustion furnace 10
  • the first internal space S1 and the second internal space S2 of the second combustion furnace 40 are in communication with each other, and the third exhaust gas after burning in the first combustion furnace 10 is used.
  • the second combustion furnace 40 can be supplied.
  • the 2nd combustion furnace 40 the 2nd exhaust gas B can be processed using the sensible heat and latent heat of a 3rd exhaust gas.
  • the amount of fuel used to process the first and second exhaust gases A and B can be reduced.
  • the equipment cost and the maintenance cost can be reduced.
  • the exhaust gas treatment apparatus 1 of the present embodiment since it is configured to include the throttle portion 30 for regulating the opening area between the first internal space S1 and the second internal space S2, The gas (including oxygen) in the second internal space S2 can be prevented from entering the first internal space S1, and the inside of the first internal space S1 can be maintained in a reducing atmosphere.
  • the first exhaust gas A is configured to burn at a low oxygen ratio with an oxygen ratio of 0.8 or less, the generation of NO x is suppressed.
  • the first exhaust gas A can be treated.
  • the second combustion includes a first combustion process for treating the first exhaust gas A and a second combustion process for treating the second exhaust gas B.
  • the second exhaust gas B is burned using the sensible heat and latent heat of the exhaust gas discharged in the first combustion process, so that the amount of burner fuel used can be reduced. it can.
  • the equipment cost and the maintenance cost can be reduced.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an exhaust gas treatment apparatus according to a second embodiment to which the present invention is applied.
  • the exhaust gas treatment apparatus 101 of the present embodiment includes a first combustion furnace 10, a first burner 20, a throttle unit 30, a second combustion furnace 40, and an inlet (second ) 50, an exhaust port 60, and a blow port (first blow port) 151. That is, the exhaust gas treatment apparatus 101 of the present embodiment is configured differently from the above-described exhaust gas treatment apparatus 1 in that it includes the inlet 151. For this reason, the same components as those in the exhaust gas treatment device 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the blowing port (first blowing port) 151 is provided on the closed part 12 side of the inner peripheral wall 14 of the first combustion furnace 10. Through the inlet 151, the first exhaust gas A can be supplied to the first internal space S1.
  • the inlet 151 can be provided so that the first exhaust gas A can be blown in the tangential direction of the inner peripheral wall 14. Thereby, since the swirl
  • the configuration includes the inlet 151, and the first exhaust gas A can be supplied from the inner peripheral wall 14 of the first combustion furnace 10. Thereby, the first exhaust gas A directly near the flame that is present in the oxygen does not enter, it is possible to further suppress the formation of NO x.
  • FIG. 3 is a figure which shows the structure of the waste gas processing apparatus which is 3rd Embodiment to which this invention is applied.
  • the exhaust gas treatment apparatus 201 of the present embodiment includes a first combustion furnace 210, a first burner 20, a second combustion furnace 240, and an inlet (second inlet) 250. And an exhaust port 60, a second burner 221, and a connecting pipe 231.
  • the exhaust gas treatment apparatus 201 of the present embodiment includes a second burner 221, further includes a connecting pipe 231 between the first combustion furnace 210 and the second combustion furnace 240, and the first
  • the configuration differs from the above-described exhaust gas treatment apparatus 1 in that the combustion furnace 210 and the second combustion furnace 240 are configured as separate furnace bodies. For this reason, the same components as those in the exhaust gas treatment device 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the first combustion furnace 210 is a furnace for burning and decomposing harmful gases such as hydrogen cyanide and ammonia contained in the first exhaust gas A by burning the first exhaust gas A.
  • the shape of the first combustion furnace 210 is a cylindrical shape (for example, a cylindrical shape) closed at both ends.
  • the first combustion furnace 210 has a first internal space S1 inside.
  • an opening 213 is provided on the lower bottom side of the inner peripheral wall of the first combustion furnace 210.
  • the material of the first combustion furnace 210 is not particularly limited. Specifically, for example, an alumina refractory, an alumina-silica refractory, or the like can be used.
  • the first thermometer 215 is provided on the inner peripheral wall 214.
  • the temperature in the first combustion furnace 210 can be measured by the first thermometer 215.
  • the amount of combustion of the first burner 20 can be controlled by a control unit (not shown).
  • the connecting pipe 231 is a pipe provided for communicating the first internal space S1 in the first combustion furnace 210 and the second internal space S2 in the second combustion furnace 240 described later. . Specifically, the connecting pipe 231 is provided so as to connect the opening 213 of the first combustion furnace 210 and the opening 243 of the second combustion furnace 240 described later.
  • the material of the connecting pipe 231 is not particularly limited, and specifically, for example, an alumina refractory, an alumina-silica refractory, or the like can be used.
  • the gas (including oxygen) in the second internal space S2 enters the first internal space S1. Can be prevented. As a result, the inside of the first internal space S1 can be maintained in a reducing atmosphere.
  • the second combustion furnace 240 is a furnace for burning and decomposing harmful gases such as hydrogen cyanide and ammonia contained in the second exhaust gas B by burning the second exhaust gas B.
  • the second combustion furnace 240 is provided on the secondary side of the first combustion furnace 210 via the connecting pipe 231.
  • the shape of the second combustion furnace 240 is a cylindrical shape (for example, a cylindrical shape) closed at both ends.
  • the second combustion furnace 240 has a second internal space S2 inside.
  • an opening 243 is provided on the lower bottom side of the inner peripheral wall of the second combustion furnace 240.
  • the material of the second combustion furnace 240 is not particularly limited. Specifically, for example, an alumina refractory, an alumina-silica refractory, or the like can be used.
  • the second burner 221 is provided on the inlet 250 side of the inner peripheral wall 244 of the second combustion furnace 240.
  • combustion of the second exhaust gas B and the third exhaust gas can be performed stably.
  • the second burner 221 is supplied with fuel and a combustion-supporting gas. By adjusting the flow rates of the fuel and the combustion-supporting gas, the combustion amount and the oxygen ratio described later can be controlled.
  • the fuel and the combustion-supporting gas those similar to the first burner 20 can be used.
  • the second burner 221 may not always be burned, and may be ignited when the temperature in the second combustion furnace 240 becomes a predetermined temperature or lower.
  • the blowing port (second blowing port) 250 is provided on the opposite side of the opening 243 of the second combustion furnace 240. From the inlet 250, the 2nd waste gas B can be supplied to 2nd internal space S2. The blowing port 250 can be provided so that the second exhaust gas B can be blown in the tangential direction of the inner peripheral wall 244. Thereby, since the swirl flow by the second exhaust gas B can be formed in the second internal space S2, the mixing with the third exhaust gas is promoted, and the harmful gas contained in the second exhaust gas B Can be efficiently decomposed by combustion.
  • the second thermometer 245 is provided on the inner peripheral wall 244.
  • the temperature in the second combustion furnace 240 can be measured by the second thermometer 245.
  • the combustion amount and oxygen ratio of the second burner 221 can be controlled by a control unit (not shown).
  • the exhaust gas treatment apparatus 201 of the present embodiment since the second burner 221 is provided, the combustion of the second exhaust gas B and the third exhaust gas can be performed stably.
  • the connecting pipe 231 is provided between the first combustion furnace 210 and the second combustion furnace 240, and the first combustion furnace 210 and the second combustion furnace 240 are provided. Since the combustion furnace 240 and the combustion furnace 240 are configured as separate furnace bodies, the length of the furnace can be adjusted, and when installed vertically, the height can be lowered and the degree of freedom of installation can be increased. it can.
  • the example which joined two combustion furnaces was demonstrated in the exhaust gas processing apparatus 1,101,201 of embodiment mentioned above, even if it is an aspect which divides
  • the throttle unit 30 is provided inside the combustion furnace, the primary side space of the throttle unit 30 is a first combustion furnace, and the secondary side space is a second combustion furnace.
  • the primary side space of the inlet (second inlet) 50 is used as the first combustion furnace, and the secondary side space is used as the second combustion. Use a furnace.
  • the throttle part 30 was provided in the opening part 13 side of the 1st combustion furnace 10 in the exhaust gas processing apparatus 1 and 101 of embodiment mentioned above, the throttle part 30 was 2nd combustion furnace. It may be provided on the opening 43 side of the inner peripheral wall 44 of 40.
  • a second burner may be provided.
  • combustion of the second exhaust gas B and the third exhaust gas can be performed stably.
  • Example 1 Comparative with direct combustion method
  • Table 1 shows the composition and flow rate of the simulated gas of the first exhaust gas and the second exhaust gas. NO was used for the simulated gas as an alternative to HCN (the validity of using NO as the simulated gas will be described later).
  • the simulation gas was subjected to three conditions (conditions 1-1, 1-2, and 1-3).
  • Table 2 shows the combustion conditions of the burner of the exhaust gas treatment apparatus 1 of this embodiment and the direct combustion type exhaust gas treatment apparatus.
  • the first burner 20 was burned at an oxygen ratio of 0.7 using pure oxygen having an oxygen concentration of 100% as the combustion-supporting gas.
  • the temperature of the combustion furnace was 1600 ° C. for the first combustion furnace 10 and 1000 ° C. for the second combustion furnace 40. Further, in a direct combustion processing apparatus, the processing was performed at 1000 ° C.
  • Table 3 shows the test results. From this result, in the exhaust gas treatment apparatus 1 of this embodiment, ammonia (NH 3 ) can be decomposed to an extremely low concentration even under the condition 1-1 in which NO and NH 3 are added at the highest concentration, and NO x It was confirmed that the production of can be suppressed to about 90 ppm. On the other hand, in the exhaust gas treatment apparatus of the direct combustion system, it was confirmed that the NO x concentration increases when NO and NH 3 are decomposed. Moreover, in the exhaust gas processing apparatus 1 of this embodiment, it confirmed that the 1st exhaust gas and the 2nd exhaust gas could be processed with less fuel compared with a direct combustion system.
  • Example 2 (Effect of oxygen ratio) Using the same exhaust gas treatment apparatus 1 as in Example 1, the oxygen ratio of the first burner 20 was changed as shown in Table 4, and the first exhaust gas and the second exhaust gas shown in Condition 1-2 in Table 3 were changed. The concentration of NH 3 and NO x contained in the exhaust gas after treating the simulated gas was confirmed.
  • FIG. 4 shows the relationship between the concentration of NH 3 and NO x in the exhaust gas after treatment discharged from the exhaust port 60 of the exhaust gas treatment apparatus 1 and the oxygen ratio. From this result, it was confirmed that NH 3 is 0.1 ppm or less under all conditions, and that almost all can be decomposed. Further, when the oxygen ratio of the first burner 20 is larger than 0.8, NO x tends to increase rapidly, and by making the oxygen ratio 0.8 or less, while suppressing generation of NO x , It was confirmed that the first exhaust gas can be treated.
  • Example 3> (Pilot equipment test) The exhaust gas treatment apparatus 201 of this embodiment shown in FIG. 3 was used to perform exhaust gas treatment with pilot equipment.
  • Table 5 shows the composition and flow rate of the simulated gas of the first exhaust gas and the second exhaust gas.
  • the second exhaust gas was flowed under three conditions of 300, 600, and 900 Nm 3 / h (conditions 3-1, 3-2, and 3-3).
  • Table 6 shows the burner combustion conditions under the above exhaust gas conditions.
  • Table 7 shows the concentration of NH 3 and NO x in the exhaust gas after treatment discharged from the exhaust port 60 of the exhaust gas treatment device 201. From this result, it was confirmed that in the exhaust gas treatment apparatus 201 of the present embodiment, NH 3 can be decomposed to an extremely low concentration, and further, generation of NO x accompanying combustion can be suppressed.
  • Example 4> (Validity verification of simulated gas) NO was used as an alternative simulation gas for HCN. The validity of using NO for the simulated gas was examined by reaction analysis by simulation. Reaction analysis was performed using CHEMKIN-PRO (manufactured by Reaction Design, detailed chemical reaction analysis support software). Table 8 shows the analysis conditions. Condition 4-1 shows the case where HCN is added to the first combustion furnace 10 in a reducing combustion atmosphere, and condition 4-2 shows the case where NO is added.
  • FIG. 5 shows the decomposition behavior of HCN and the generation / decomposition behavior of NO by reaction analysis under condition 4-1.
  • FIG. 6 shows the NO decomposition behavior when NO is added according to the reaction analysis under Condition 4-2. From FIG. 5, it can be seen that HCN is rapidly decomposed in a reducing combustion atmosphere, and NO X is rapidly generated and then gradually decomposed. Comparing the NO concentration changes in FIG. 5 and FIG. 6, the decomposition behavior shows the same tendency, and by using NO as a simulation gas, the decomposition behavior of NO generated along with the decomposition of HCN can be evaluated. .
  • the exhaust gas treatment method and exhaust gas treatment apparatus of the present invention can be applied to an apparatus and method for treating exhaust gas containing hydrogen cyanide, ammonia and the like.

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Abstract

本発明により、ＮＯＸの発生を抑制し、かつ少ない燃料で第１の排ガス及び第２の排ガスを処理することが可能な排ガス処理方法及び排ガス処理装置が提供される。本発明の排ガス処理方法は、繊維状物質を不活性ガス雰囲気中で炭素化する炭素化炉及び黒鉛化する黒鉛化炉から排出される第１の排ガスを処理する第１の燃焼工程と、空気雰囲気中で耐炎化する耐炎化炉から排出される第２の排ガスを処理する第２の燃焼工程と、を含む。第１の燃焼工程において、第１の排ガスを酸素比が０．８以下の低酸素比で燃焼する。第２の燃焼工程において、第１の燃焼工程により排出された第３の排ガスの顕熱と潜熱とを利用して、第２の排ガスを燃焼する。

Description

排ガス処理方法及び排ガス処理装置
　本発明は、排ガス処理方法及び排ガス処理装置に関する。
　本願は、２０１５年１月２１日に、日本に出願された特願２０１５－００９５７２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　炭素繊維は、比強度、比弾性率、耐熱性、耐薬品性等に優れているため、各種素材の強化材として使用されている。一般的に、炭素繊維を製造する際には、所望の特性を得るために、複数の工程からなる処理が施される。例えば、炭素繊維のプリカーサとしてアクリル繊維を用いた場合、最初に、空気中で２００～３００℃の温度で予備酸化することにより耐炎化繊維を得る（耐炎化工程）。次に、不活性雰囲気中で３００～２０００℃の温度で炭素化することにより炭素繊維を得る（炭素化工程）。さらに、高弾性率繊維を得る場合は、不活性雰囲気中で２０００～３０００℃の温度で黒鉛化する（黒鉛化工程）。
　ところで、耐炎化工程、炭素化工程、及び黒鉛化工程の各工程を行った際に、排ガスが発生する。具体的には、炭素化工程及び黒鉛化工程は不活性雰囲気中で行われるため、窒素などの不活性ガスをベースガスとした、耐炎化繊維の分解成分であるシアン化水素、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、タール成分等を含むガスが発生する。（以下、炭素化工程及び黒鉛化工程により発生する排ガスを「第１の排ガス」と定義する。）（特許文献３）
　同様に、耐炎化工程は空気中で行われるため、酸素、窒素、アルゴンをベースガスとした、アクリル繊維の分解生成物であるシアン化水素、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、タール成分等を含むガスが発生する。（以下、耐炎化工程により発生する排ガスを「第２の排ガス」と定義する。）（特許文献２、４）
　このように、耐炎化工程、炭素化工程、及び黒鉛化工程により発生する排ガスは、シアン化水素やアンモニア等の毒性の高いガスを含む。そのため、上記工程により発生した排ガスを無害化するための排ガス処理方法が必要となる。
　従来の排ガス処理方法としては、一つの処理炉（燃焼室）に第１の排ガスと第２の排ガスとを吹き込んで、空気燃焼により分解処理する方法が知られている（例えば、特許文献１）。また、別の処理方法としては、第１の排ガスと第２の排ガスをそれぞれ別々の処理炉で空気燃焼により分解処理する方法が知られている（例えば、特許文献２）。
特開２０１１－０２１７７９号公報 特開２００１－３２４１１９号公報 特開２０１２－０６７４１９号公報 特開２００３－１１３５３８号公報
　ところで、第１の排ガスと第２の排ガスとでは、シアン化水素等の濃度が異なるとともに、ベースガスの組成（酸素の有無）が異なる。そのため、第１の排ガス及び第２の排ガスを一つの処理炉で分解処理する場合、シアン化水素やアンモニア等を十分に分解することができず、また、分解に伴いＮＯＸが大量に発生するといった問題があった。
　また、第１の排ガス及び第２の排ガスを別々の処理炉で分解処理する場合、シアン化水素やアンモニア等を十分に分解することはできるが、燃焼の際に使用する燃料の量が多くなるといった問題があった。さらに、二つの処理設備が必要になるため、設備コスト及び保守コストが高くなるといった問題があった。
　そこで、本発明は上記事情を鑑みてなされたものであって、ＮＯＸの発生を抑制し、かつ少ない燃料で第１の排ガス及び第２の排ガスを処理することが可能な排ガス処理方法、並びに、少ない燃料で第１の排ガス及び第２の排ガスを処理することが可能な排ガス処理装置を提供することを課題とする。
　上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を提供する。
（１）繊維状物質を不活性ガス雰囲気中で炭素化する炭素化炉及び黒鉛化する黒鉛化炉から排出される第１の排ガスを処理する第１の燃焼工程と、空気雰囲気中で耐炎化する耐炎化炉から排出される第２の排ガスを処理する第２の燃焼工程と、を含む排ガス処理方法であって、前記第１の燃焼工程において、前記第１の排ガスを酸素比が０．８以下の低酸素比で燃焼し、前記第２の燃焼工程において、前記第１の燃焼工程により排出された第３の排ガスの顕熱と潜熱とを利用して、前記第２の排ガスを燃焼することを特徴とする排ガス処理方法。
（２）前記第１の燃焼工程において、１０００～１６００℃で前記第１の排ガスを燃焼し、前記第２の燃焼工程において、７００～１２００℃で前記第２の排ガスを燃焼することを特徴とする前記（１）に記載の排ガス処理方法。
（３）第１の排ガスを処理する第１の燃焼炉と、第２の排ガスを処理する第２の燃焼炉と、前記第１の燃焼炉内に前記第１の排ガスを供給する第１の排ガス供給手段と、前記第２の燃焼炉内に前記第２の排ガスを供給する第２の排ガス供給手段と、前記第１の燃焼炉に設けられた第１のバーナと、を備え、前記第１の燃焼炉の二次側に前記第２の燃焼炉が設けられているとともに、前記第１の燃焼炉の内部空間と、前記第２の燃焼炉の内部空間とが、連通されていることを特徴とする排ガス処理装置。
（４）前記第１の燃焼炉及び前記第２の燃焼炉は、それぞれ開口部を有しており、前記開口部同士が互いに対向した状態で接合されていることを特徴とする前記（３）に記載の排ガス処理装置。
（５）前記第１の燃焼炉及び前記第２の燃焼炉の少なくともいずれか一方が、前記開口部の開口面積を規制する絞り部を有することを特徴とする前記（４）に記載の排ガス処理装置。
（６）前記第１の燃焼炉と前記第２の燃焼炉との間に設けられ、当該第１の燃焼炉の内部空間と当該第２の燃焼炉の内部空間とを連通させる連通管をさらに備えることを特徴とする前記（３）に記載の排ガス処理装置。
（７）前記第２の燃焼炉に設けられた第２のバーナをさらに備えることを特徴とする前記（３）～（６）のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
（８）前記第１の燃焼炉内の温度を測定する第１の温度計と、前記第２の燃焼炉内の温度を測定する第２の温度計と、前記第１のバーナの燃焼量を制御する制御部と、をさらに備え、前記第１の温度計及び前記第２の温度計から得た温度に基づいて前記第１のバーナの燃焼量を制御することを特徴とする前記（３）～（６）のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
（９）前記第１の燃焼炉内の温度を測定する第１の温度計と、前記第２の燃焼炉内の温度を測定する第２の温度計と、前記第１のバーナ及び前記第２のバーナの燃焼量を制御する制御部と、をさらに備え、前記第１の温度計及び前記第２の温度計から得た温度に基づいて前記第１のバーナ及び前記第２のバーナの燃焼量を制御することを特徴とする前記（７）に記載の排ガス処理装置。
（１０）前記第１の燃焼炉に設けられている前記第１のバーナの支燃性ガスとして、酸素濃度が２５～１００体積％の酸素富化空気を用いることを特徴とする前記（３）～（９）のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
（１１）前記第１の排ガス供給手段が前記第１のバーナであり、前記第１の排ガスを前記第１のバーナから供給することを特徴とする前記（３）～（１０）のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
（１２）前記第１の排ガス供給手段が、前記第１の燃焼炉の炉壁に設けられた第１の吹込口であり、前記第１の排ガスを前記第１の吹込口から供給することを特徴とする前記（３）～（１０）のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
（１３）前記第２の排ガス供給手段が、前記第２の燃焼炉の炉壁に設けられた第２の吹込口であり、前記第２の吹込口は、前記第２の排ガスを前記第２の燃焼炉の内周壁の接線方向から吹き込むことができるように設けられていることを特徴とする前記（３）～（１２）のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
（１４）前記排ガス処理装置の後段に熱交換器をさらに備え、前記第２の燃焼炉から排出される排ガスの顕熱を利用して前記第２の排ガスを予熱することを特徴とする前記（３）～（１３）のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
　本発明の排ガス処理方法は、第１の排ガスを、酸素比が０．８以下の低酸素比で燃焼する構成となっているため、ＮＯｘの生成を抑制しながら、第１の排ガスを処理することができる。また、第１の排ガスを処理する第１の燃焼工程と、第２の排ガスを処理する第２の燃焼工程と、を含み、第２の燃焼工程において、第１の燃焼工程により排出された排ガスの顕熱と潜熱とを利用して、第２の排ガスを燃焼する構成となっているため、燃料の使用量を低減することができる。さらに、第１の排ガスと第２の排ガスとを連続して処理することができるため、設備コスト及び保守コストを低減することができる。
　次に、本発明の排ガス処理装置は、第１の排ガスを処理する第１の燃焼炉と、第２の排ガスを処理する第２の燃焼炉と、第１の燃焼炉に設けられた第１のバーナと、を備え、第１の燃焼炉の二次側に第２の燃焼炉が設けられているとともに、第１の燃焼炉の内部空間と、第２の燃焼炉の内部空間とが、連通されている構成となっているため、第１の燃焼炉で燃焼した後の第１の排ガスを、第２の燃焼炉に供給することができる。これにより、第２の燃焼炉では、燃焼後の第１の排ガスの顕熱及び潜熱を利用して、第２の排ガスを処理することができる。その結果、燃料の使用量を低減することができる。さらに、第１の排ガス及び第２の排ガスを一つの装置により処理することができるため、設備コスト及び保守コストを低減することができる。
本発明を適用した第１の実施形態である排ガス処理装置の断面図である。 本発明を適用した第２の実施形態である排ガス処理装置の断面図である。 本発明を適用した第３の実施形態である排ガス処理装置の構成を示す図である。 排ガス処理装置から排出される排ガス中のＮＨ３、ＮＯＸ濃度と酸素比との関係を示すグラフである。 反応解析によるＨＣＮの分解挙動と、ＮＯの生成・分解挙動を示すグラフである。 反応解析によるＮＯを添加した場合のＮＯ分解挙動を示すグラフである。
　以下、本発明の一実施形態である排ガス処理方法について、それに用いる排ガス処理装置とともに、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
＜第１の実施形態＞
（排ガス処理装置）
　先ず、本発明を適用した第１の実施形態である排ガス処理装置１について説明する。図１は、本発明を適用した第１の実施形態である排ガス処理装置の断面図である。
　図１に示すように、本実施形態の排ガス処理装置１は、第１の燃焼炉１０と、第１のバーナ２０と、絞り部３０と、第２の燃焼炉４０と、吹込口（第２の吹込口）５０と、排気口６０と、を備えて概略構成されている。
　本実施形態の排ガス処理装置１を用いることにより、後述する本実施形態の排ガス処理方法を実施することができる。具体的には、第１の燃焼炉１０により、炭素化炉及び黒鉛化炉から排出される第１の排ガスＡを処理し、第２の燃焼炉４０により、耐炎化炉から排出される第２の排ガスＢを処理することができる。
　第１の燃焼炉１０は、第１の排ガスＡを燃焼することにより、第１の排ガスＡに含まれるシアン化水素、アンモニア等の有害ガスを燃焼分解するための、筒状（例えば、円筒状）の炉である。この第１の燃焼炉１０は、閉塞部１２と内周壁１４とを有しており、その内部に、一端が閉塞し、他端が開口した第１の内部空間Ｓ１を有している。第１の燃焼炉１０の材質としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、アルミナ質耐火物、アルミナ－シリカ質耐火物等を用いることができる。
　第１の燃焼炉１０には、第１のバーナ２０と、第１の温度計（図示略）と、絞り部３０と、が設けられている。
　第１のバーナ２０は、閉塞部１２の中央を貫通するように設けられている。そして、第１のバーナ２０は、第１の燃焼炉１０と同軸上となるように設けられている。これにより、第１のバーナ２０は第１の内部空間Ｓ１内に火炎を形成することができるともに、この火炎により、当該第１の内部空間Ｓ１内の第１ガスを燃焼することができる。第１のバーナ２０には、燃料と支燃性ガスとが供給されており、燃料及び支燃性ガスの流量を調整することにより、後述の燃焼量及び酸素比を制御することができる。酸素比を制御することにより、還元雰囲気の火炎を形成することができる。
　燃料としては、特に限定されないが、都市ガス、ＬＰＧなどの気体燃料や、灯油、Ａ重油などの液体燃料等を用いるのが好ましい。
　支燃性ガスとしては、酸素を含むガスであれば特に限定されないが、酸素濃度が２０．８（空気）～１００体積％（純酸素）のガスを用いるのが好ましい。また、分解速度向上の観点から、酸素濃度が２５～１００体積％のガスを用いるのが特に好ましい。酸素濃度が高いガスを用いることで、燃焼炉内の温度を上げることができ、分解速度を速くすることができる。その結果、第１の内部空間Ｓ１内の排ガス滞留時間が短くなるため、第１の燃焼炉１０を小さくすることができる。
　本実施形態の排ガス処理装置１（あるいは第１のバーナ２０）には、第１の燃焼炉１０内の温度及び第２の燃焼炉４０内の温度を基に第１のバーナ２０の燃焼量（後述する）を制御するための制御部（図示略）が設けられている。
　第１のバーナ２０には、第１の排ガスＡの供給路（図示略）が設けられている。そして、第１の燃焼炉１０内の第１の内部空間Ｓ１に開口した、第１のバーナ２０の先端部には、第１の排ガスＡの供給口（図示略）が設けられている。これにより、第１のバーナ２０は、第１の内部空間Ｓ１に還元雰囲気の火炎を形成するとともに、第１の排ガスＡを第１の内部空間Ｓ１内に供給することができる。
　絞り部３０は、内周壁１４の開口部１３側に設けられている。絞り部３０により、開口部１３の開口面積を規制することができる。開口面積を規制することにより、後述する第２の内部空間Ｓ２内のガス（酸素を含む）が第１の内部空間Ｓ１へ侵入することを防ぐことができる。その結果、第１の内部空間Ｓ１内を還元化雰囲気に維持することができる。
　第２の燃焼炉４０は、第１の燃焼炉１０の二次側に設けられている。第２の燃焼炉４０は、第２の排ガスＢを燃焼することにより、第２の排ガスＢに含まれるシアン化水素、アンモニア等の有害ガスを燃焼分解するための、筒状（例えば、円筒状）の炉である。この第２の燃焼炉４０は、閉塞部４２と内周壁４４とを有しており、その内部に、一端が閉塞し、他端が開口した第２の内部空間Ｓ２を有している。第２の燃焼炉４０の材質としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、アルミナ質耐火物、アルミナ－シリカ室耐火物等を用いることができる。
　本実施形態の排ガス処理装置１は、第１の燃焼炉１０の開口部１３と、第２の燃焼炉４０の開口部４３とが互いに対向した状態で接合されており、第１の内部空間Ｓ１と第２の内部空間Ｓ２とが連通されている。これにより、第１の排ガスＡを燃焼させた後の第３の排ガスを、第１の内部空間Ｓ１から第２の内部空間Ｓ２へ供給することができる。（以下、第１の排ガスが第１の燃焼炉１０で燃焼された後の排ガスを、「第３の排ガス」と定義する。）
　第２の燃焼炉４０では、上記第３の排ガスの顕熱及び潜熱を用いて、第２の排ガスＢを燃焼することができる。第２の排ガスＢを燃焼することにより、第２の排ガスＢに含まれるシアン化水素等の有害ガスを燃焼分解することができる。
　第２の燃焼炉４０には、吹込口（第２の吹込口）５０と、排気口６０と、が設けられている。
　吹込口（第２の吹込口）５０は、第２の燃焼炉４０の内周壁４４の開口部４３側に設けられている。吹込口５０から、第２の排ガスＢを、第２の内部空間Ｓ２に供給することができる。吹込口５０は、内周壁４４の接線方向に第２の排ガスＢを吹き込むことができるように設けられている。これにより、第２の内部空間Ｓ２内に、第３の排ガスと第２の排ガスＢとによる旋回流を形成することができるため、第２の排ガスＢ中に含まれる有害ガスを効率よく燃焼分解することができる。
　排気口６０は、第２の燃焼炉４０の閉塞部４２を貫通するように設けられている。排気口６０から、第２の内部空間Ｓ２内で燃焼したガスを、外部に排出することができる。
（排ガス処理方法）
　次に、上述した排ガス処理装置１を用いた本実施形態の排ガス処理方法を説明する。
　本実施形態の排ガス処理方法は、第１の排ガスＡを第１の燃焼工程により処理し、第２の排ガスＢを第２の燃焼工程により処理する排ガス処理方法である。
　第１の燃焼工程は、第１の排ガスＡを酸素比が０．８以下の低酸素比で燃焼する工程である。具体的には、第１の燃焼工程では、先ず、炭素化工程及び黒鉛化工程により排出されるガス（第１の排ガスＡ）を、第１のバーナ２０から第１の内部空間Ｓ１へ供給する。次に、供給された第１の排ガスＡを、第１のバーナ２０により１０００～１６００℃の温度範囲で燃焼する。第１の燃焼炉１０内の温度は第１の温度計（図示略）により測定されており、また、第２の燃焼炉４０内の温度は第２の温度計（図示略）により測定されている。測定した温度に基づいて、制御部（図示略）により第１のバーナ２０の燃焼量を制御することで、燃焼温度を制御する。また、第１のバーナ２０には、燃料ガス及び支燃性ガスが供給されており、燃料ガス及び支燃性ガスの供給量を制御することで、燃焼量を制御する。
　なお、「燃焼量」とは、燃料を燃焼することにより生じた、単位時間あたりの熱量のことである。燃焼量が多いほど、単位時間当たりに発生する熱量が多くなるため、第１の内部空間Ｓ１の温度が高くなる。
　ところで、第１の燃焼炉１０で処理する第１の排ガスＡは、シアン化水素、アンモニア等を高濃度で含有する窒素ベースの排ガスであるため、量論比付近より酸素比が高い条件（酸素比０．８より高い）で燃焼処理すると大量のＮＯｘが生成する。そのため、第１の燃焼炉１０では、酸素比０．８以下の燃焼条件で、還元雰囲気を形成しながら処理を行う。
　これによりＮＯｘの生成を抑制しながら、燃焼分解することが可能となる。そのため、本実施形態の排ガス処理方法では、燃料ガスに対して支燃性ガスに含まれる酸素の割合を制御することで、酸素比を制御している。
　なお、「酸素比」とは、バーナに供給される酸素量を、バーナに供給される燃料を燃焼させるのに必要とされる理論必要酸素量で除した値をいう。したがって、理論的には、酸素比１．０の状態が、酸素を過不足なく用いて完全燃焼することが可能な状態といえる。
　第１の排ガスＡを燃焼することで、第１の排ガスＡに含まれるシアン化水素、アンモニア等の有害ガスを燃焼分解する。燃焼により生じた第３の排ガスを、開口部１３を介して第２の燃焼炉４０に供給する。
　第２の燃焼工程は、第２の燃焼炉４０において、上記第１の燃焼工程により排出された排ガスの顕熱と潜熱とを利用して、第２の排ガスＢを燃焼する工程である。
　ところで、第２の排ガスＢは、シアン化水素、アンモニアを含有する空気ベースの排ガスであり、第１の排ガスＡに比較して排出量が非常に多い。そのため、第１の排ガスＡと同じように酸素比を０．８以下に下げて燃焼分解しようとした場合、大量の燃料を使用する必要があり、現実的でない。また、シアン化水素、アンモニアは、酸素が存在する雰囲気においても、低い温度で燃焼処理することにより、ＮＯｘの生成を抑えながら分解することができる。
　そこで、本実施形態の排ガス処理方法では、第２の排ガスＢを７００～１２００℃の温度範囲で燃焼することにより、ＮＯｘの生成を抑えながら、シアン化水素、アンモニアを分解する。
　具体的には、先ず、第１の燃焼炉１０から供給された第３の排ガスを、第２の燃焼炉４０に設けられた吹込口５０から供給される第２の排ガスＢと混合する。第２の内部空間Ｓ２内で、第２の排ガスＢと第３の排ガスとを混合することにより、第３の排ガスに含まれるＣＯやＨ２等のガスと、第２の排ガスＢに含まれる酸素とが燃焼し、燃焼により生じた熱により、第２の燃焼炉４０内の温度を７００℃以上に上げることができる。第２の燃焼炉４０内の温度が７００℃以上になることにより、第２の排ガスＢに含まれるシアン化水素等の有害ガスを燃焼分解する。このように、第２の燃焼工程では、第１の燃焼工程により排出した第３の排ガスの顕熱および潜熱（排ガスの燃焼熱量）を有効に利用するものである。
　なお、第２の燃焼炉４０内の温度は第２の温度計（図示略）により測定されている。測定した温度に基づいて、制御部（図示略）により第１のバーナ２０の酸素比を制御することで、第２の燃焼炉４０に流入する未燃ガス量を制御する。これにより、第２の燃焼炉４０内の温度を制御することができる。
　次に、第２の内部空間Ｓ２内での燃焼により生じた排ガスを、排気口６０から外部に排出することで、本実施形態の排ガス処理方法が完了する。
　以上説明したように、本実施形態の排ガス処理装置１によれば、第１の排ガスＡを処理する第１の燃焼炉１０と、第１の燃焼炉に設けられた第１のバーナ２０と、第２の排ガスＢを処理する第２の燃焼炉４０と、を備え、第１の燃焼炉１０の二次側に第２の燃焼炉４０が設けられているとともに、第１の燃焼炉１０の第１の内部空間Ｓ１と、第２の燃焼炉４０の第２の内部空間Ｓ２とが、連通されている構成となっており、第１の燃焼炉１０で燃焼した後の第３の排ガスを、第２の燃焼炉４０に供給することができる。これにより、第２の燃焼炉４０では、第３の排ガスの顕熱及び潜熱を利用して、第２の排ガスＢを処理することができる。その結果、第１及び第２の排ガスＡ，Ｂを処理するために要する燃料の使用量を低減することができる。さらに、第１の排ガスＡ及び第２の排ガスＢを一つの装置により処理することができるため、設備コスト及び保守コストの低減をすることができる。
　また、本実施形態の排ガス処理装置１によれば、第１の内部空間Ｓ１と第２の内部空間Ｓ２との間の開口面積を規制するための絞り部３０を備える構成となっているため、第２の内部空間Ｓ２内のガス（酸素を含む）が第１の内部空間Ｓ１へ侵入するのを防ぐことができ、第１の内部空間Ｓ１内を還元化雰囲気に維持することができる。
　次に、本実施形態の排ガス処理方法によれば、第１の排ガスＡを、酸素比が０．８以下の低酸素比で燃焼する構成となっているため、ＮＯｘの生成を抑制しながら、第１の排ガスＡを処理することができる。
　また、本実施形態の排ガス処理方法によれば、第１の排ガスＡを処理する第１の燃焼工程と、第２の排ガスＢを処理する第２の燃焼工程と、を含み、第２の燃焼工程において、第１の燃焼工程により排出された排ガスの顕熱と潜熱とを利用して、第２の排ガスＢを燃焼する構成となっているため、バーナの燃料の使用量を低減することができる。さらに、炭素化炉及び黒鉛化炉から排出される排ガスと、耐炎化炉から排出される排ガスと、を連続する工程により処理することができるため、設備コストや保守コストを低減することができる。
＜第２の実施形態＞
　次に、本発明を適用した第２の実施形態である排ガス処理装置について説明する。図２は、本発明を適用した第２の実施形態である排ガス処理装置の断面図である。
　図２に示すように、本実施形態の排ガス処理装置１０１は、第１の燃焼炉１０と、第１のバーナ２０と、絞り部３０と、第２の燃焼炉４０と、吹込口（第２の吹込口）５０と、排気口６０と、吹込口（第１の吹込口）１５１と、を備えて概略構成されている。すなわち、本実施形態の排ガス処理装置１０１は、吹込口１５１を備える点において、上述した排ガス処理装置１と異なる構成となっている。そのため、排ガス処理装置１と同一の構成については同一の符号を付すとともに、説明を省略する。
　吹込口（第１の吹込口）１５１は、第１の燃焼炉１０の内周壁１４の閉塞部１２側に設けられている。吹込口１５１により、第１の排ガスＡを、第１の内部空間Ｓ１に供給することができる。吹込口１５１は、内周壁１４の接線方向に第１の排ガスＡを吹き込むことができるように設けることができる。これにより、第１の内部空間Ｓ１内に、第１の排ガスＡによる旋回流を形成することができるため、第１の排ガスＡ中に含まれる有害ガスを効率よく燃焼分解することができる。
　本実施形態の排ガス処理装置１０１によれば、吹込口１５１を備える構成となっており、第１の排ガスＡを第１の燃焼炉１０の内周壁１４から供給することができる。これにより、酸素の存在する火炎付近に直接第１の排ガスＡが入らないため、ＮＯｘの生成をさらに抑制することができる。
＜第３の実施形態＞
　次に、図３は、本発明を適用した第３の実施形態である排ガス処理装置の構成を示す図である。
　図３に示すように、本実施形態の排ガス処理装置２０１は、第１の燃焼炉２１０と、第１のバーナ２０と、第２の燃焼炉２４０と、吹込口（第２の吹込口）２５０と、排気口６０と、第２のバーナ２２１と、連結管２３１と、を備えて概略構成されている。本実施形態の排ガス処理装置２０１は、第２のバーナ２２１を備えており、さらに第１の燃焼炉２１０と第２の燃焼炉２４０との間に連結管２３１を設けており、かつ第１の燃焼炉２１０と第２の燃焼炉２４０とが別々の炉体で構成されている点において、上述した排ガス処理装置１と異なる構成となっている。そのため、排ガス処理装置１と同一の構成については同一の符号を付すとともに、説明を省略する。
　第１の燃焼炉２１０は、第１の排ガスＡを燃焼することにより、第１の排ガスＡに含まれるシアン化水素、アンモニア等の有害ガスを燃焼分解するための炉である。第１の燃焼炉２１０の形状は、両端が閉塞した筒状（例えば、円筒状）である。第１の燃焼炉２１０は、内部に第１の内部空間Ｓ１を有する。また、第１の燃焼炉２１０の内周壁の下底側に開口部２１３を有する。第１の燃焼炉２１０の材質としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、アルミナ質耐火物、アルミナ－シリカ質耐火物等を用いることができる。
　第１の温度計２１５は、内周壁２１４に設けられている。第１の温度計２１５により、第１の燃焼炉２１０内の温度を測定することができる。第１の燃焼炉２１０内の温度を基に、制御部（図示略）により、第１のバーナ２０の燃焼量を制御することができる。
　連結管２３１は、第１の燃焼炉２１０内の第１の内部空間Ｓ１と、後述する第２の燃焼炉２４０内の第２の内部空間Ｓ２と、を連通させるために設けられた配管である。具体的には、連結管２３１は、第１の燃焼炉２１０の開口部２１３と、後述する第２の燃焼炉２４０の開口部２４３と、を接続するように設けられている。連結管２３１の材質としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、アルミナ質耐火物、アルミナ－シリカ質耐火物等を用いることができる。
　連結管２３１の内径と、開口部２１３及び開口部２４３の開口面積と、を規制することにより、第２の内部空間Ｓ２内のガス（酸素を含む）が第１の内部空間Ｓ１へ侵入することを防ぐことができる。その結果、第１の内部空間Ｓ１内を還元化雰囲気に維持することができる。
　第２の燃焼炉２４０は、第２の排ガスＢを燃焼することにより、第２の排ガスＢに含まれるシアン化水素、アンモニア等の有害ガスを燃焼分解するための炉である。第２の燃焼炉２４０は、連結管２３１を介して、第１の燃焼炉２１０の二次側に設けられている。第２の燃焼炉２４０の形状は、両端が閉塞した筒状（例えば、円筒状）である。第２の燃焼炉２４０は、内部に第２の内部空間Ｓ２を有する。また、第２の燃焼炉２４０の内周壁の下底側に開口部２４３を有する。第２の燃焼炉２４０の材質としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、アルミナ質耐火物、アルミナ－シリカ質耐火物等を用いることができる。
　第２のバーナ２２１は、第２の燃焼炉２４０の内周壁２４４の吹込口２５０側に設けられている。第２のバーナ２２１により、第２の排ガスＢと第３の排ガスとの燃焼を安定して行うことができる。第２のバーナ２２１には、燃料と支燃性ガスとが供給されており、燃料及び支燃性ガスの流量を調整することにより、燃焼量及び後述の酸素比を制御することができる。燃料及び支燃性ガスとしては、第１のバーナ２０と同様のものを用いることができる。第２のバーナ２２１は常時燃焼させなくてもよく、第２の燃焼炉２４０内の温度が所定の温度以下になった場合に点火するようにしてもよい。
　吹込口（第２の吹込口）２５０は、第２の燃焼炉２４０の開口部２４３の対面に設けられている。吹込口２５０から、第２の排ガスＢを、第２の内部空間Ｓ２に供給することができる。吹込口２５０は、内周壁２４４の接線方向に第２の排ガスＢを吹き込むことができるように設けることができる。これにより、第２の内部空間Ｓ２内に、第２の排ガスＢによる旋回流を形成することができるため、第３の排ガスとの混合が促進され、第２の排ガスＢ中に含まれる有害ガスを効率よく燃焼分解することができる。
　第２の温度計２４５は、内周壁２４４に設けられている。第２の温度計２４５により、第２の燃焼炉２４０内の温度を測定することができる。第２の燃焼炉２４０内の温度を基に、制御部（図示略）により、第２のバーナ２２１の燃焼量や酸素比を制御することができる。
　本実施形態の排ガス処理装置２０１によれば、第２のバーナ２２１を備えているため、第２の排ガスＢと第３の排ガスとの燃焼を安定に行うことができる。
　また、本実施形態の排ガス処理装置２０１によれば、第１の燃焼炉２１０と第２の燃焼炉２４０との間に連結管２３１を設けており、かつ第１の燃焼炉２１０と第２の燃焼炉２４０とが別々の炉体で構成されているため、炉の長さを調整することができ、縦置きで設置する場合、高さを低くできるとともに、設置の自由度を広くすることができる。
　なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した実施形態の排ガス処理装置１、１０１、２０１では、第２の燃焼炉４０で燃焼した排ガスを、排気口６０を介して外部に排出する例を説明したが、排気口６０に熱交換器を接続し、排気口６０から排出される排ガスの顕熱を利用して第２のガスを予熱してもよい。これにより、燃料の使用量を低減することができる。
　また、上述した実施形態の排ガス処理装置１、１０１、２０１では、２つの燃焼炉を接合した例を説明したが、一つの燃焼炉内の空間を２つの内部空間に分割する態様であってもよい。その際、燃焼炉の内側に絞り部３０を有する場合は、絞り部３０の一次側の空間を第１の燃焼炉とし、二次側の空間を第２の燃焼炉とする。また、燃焼炉の内側に絞り部３０を有さない場合は、吹込口（第２の吹込口）５０の一次側の空間を第１の燃焼炉とし、二次側の空間を第２の燃焼炉とする。
　また、上述した実施形態の排ガス処理装置１、１０１では、絞り部３０が第１の燃焼炉１０の開口部１３側に設けられている例を説明したが、絞り部３０が第２の燃焼炉４０の内周壁４４の開口部４３側に設けられていてもよい。
　また、上述した実施形態の排ガス処理装置１、１０１では、第２の燃焼炉４０にバーナが設けられていない例を説明したが、第２の燃焼炉４０の内周壁４４を貫通するように、第２のバーナを設けてもよい。第２のバーナにより、第２の排ガスＢと第３の排ガスとの燃焼を安定に行うことができる。
＜実施例１＞
（直燃方式との比較）
　図１に示す本実施形態の排ガス処理装置１、及び従来技術である直燃方式の排ガス処理装置を用いて、炭素化炉および黒鉛化炉から排出される第１の排ガス、及び耐炎化炉から排出される第２の排ガスの模擬ガスを用いて処理試験を行った。
　表１に第１の排ガスと第２の排ガスの模擬ガスの組成と流量を示す。模擬ガスにはＨＣＮの代替としてＮＯを用いた（ＮＯを模擬ガスとして使用することの妥当性については後述する）。本処理試験では、模擬ガスについて３つの条件により行った（条件１－１、１－２、１－３）。
　表２に本実施形態の排ガス処理装置１と直燃方式の排ガス処理装置のバーナの燃焼条件を示す。
　なお、本実施例では、第１のバーナ２０では、支燃性ガスとして酸素濃度１００％の純酸素を用い、酸素比０．７で燃焼させた。燃焼炉の温度は、第１の燃焼炉１０が１６００℃、第２の燃焼炉４０が１０００℃であった。
　また、直燃方式の処理装置では、１０００℃で処理を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表３に試験結果を示す。本結果から、本実施形態の排ガス処理装置１では、ＮＯとＮＨ３を最も高濃度で添加した条件１－１においても、アンモニア（ＮＨ３）を極低濃度まで分解することができ、ＮＯｘの生成を９０ｐｐｍ程度に抑えることができることを確認した。一方、直燃方式の排ガス処理装置では、ＮＯとＮＨ３を分解しようとすると、ＮＯｘ濃度が高くなることを確認した。
　また、本実施形態の排ガス処理装置１では、直燃方式に比べて少ない燃料で、第１の排ガス及び第２の排ガスを処理することができることを確認した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
＜実施例２＞
（酸素比の影響）
　実施例１と同じ排ガス処理装置１を用いて、表４に示すように第１のバーナ２０の酸素比を変えて、表３の条件１－２に示す第１の排ガス及び第２の排ガスの模擬ガスを処理した後の排ガスに含まれる、ＮＨ３、ＮＯｘの濃度を確認した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　図４に、排ガス処理装置１の排気口６０から排出された、処理後の排ガス中のＮＨ３、ＮＯｘの濃度と酸素比との関係を示す。
　本結果から、ＮＨ３は、全ての条件で０．１ｐｐｍ以下であり、ほぼ全て分解することができることを確認した。
　また、第１のバーナ２０の酸素比を０．８より大きくすると、ＮＯｘが急激に増加する傾向にあり、酸素比を０．８以下にすることにより、ＮＯｘの生成を抑制しながら、第１の排ガスを処理することができることを確認した。
＜実施例３＞
（パイロット設備での試験）
　図３に示す本実施形態の排ガス処理装置２０１を用いて、パイロット設備で排ガス処理を行った。
　表５に第１の排ガスと第２の排ガスの模擬ガスの組成と流量を示す。第２の排ガスの流量は、３００、６００、９００Ｎｍ３／ｈの３条件で実施した（条件３－１、３－２、３－３）。また、表６に上記各排ガス条件におけるバーナ燃焼条件を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　表７に、排ガス処理装置２０１の排気口６０から排出された、処理後の排ガス中のＮＨ３、ＮＯｘの濃度を示す。本結果から、本実施形態の排ガス処理装置２０１では、ＮＨ３を極低濃度まで分解することができ、さらに、燃焼に伴うＮＯｘの生成を抑制することができることを確認した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
＜実施例４＞
（模擬ガスの妥当性検証について）
　ＨＣＮの代替の模擬ガスとしてＮＯを用いた。模擬ガスにＮＯを用いることの妥当性をシミュレーションによる反応解析により検討した。
　反応解析は、ＣＨＥＭＫＩＮ－ＰＲＯ（Ｒｅａｃｔｉｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ社製、詳細化学反応解析支援ソフトウェア）を用いて行った。解析条件を表８に示す。条件４－１は、還元燃焼雰囲気下の第１の燃焼炉１０にＨＣＮを添加した場合を示し、条件４－２は、ＮＯを添加した場合を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　図５に、条件４－１の反応解析によるＨＣＮの分解挙動と、ＮＯの生成・分解挙動を示す。また、図６に、条件４－２の反応解析によるＮＯを添加した場合のＮＯ分解挙動を示す。
　図５から、還元燃焼雰囲気下においてＨＣＮは急激に分解され、それに伴いＮＯＸが急激に生成された後、徐々に分解されることを示していることがわかる。図５と図６のＮＯの濃度変化を比較すると、分解挙動は同様の傾向を示しており、ＮＯを模擬ガスとして用いることにより、ＨＣＮの分解に伴って生成されるＮＯの分解挙動を評価できる。
　本発明の排ガス処理方法及び排ガス処理装置は、シアン化水素、アンモニア等を含む排ガスを処理するための装置及び方法への利用可能性がある。
　１、１０１、２０１　排ガス処理装置
　１０、２１０　第１の燃焼炉
　１１　炉壁
　１２　閉塞部
　１３、２１３　開口部
　１４、２１４　内周壁
　２０　第１のバーナ
　３０　絞り部
　４０、２４０　第２の燃焼炉
　４１　炉壁
　４２　閉塞部
　４３、２４３　開口部
　４４、２４４　内周壁
　５０、２５０　吹込口（第２の吹込口）
　６０　排気口
　１５１　吹込口（第１の吹込口）
　２１５　第１の温度計
　２２１　第２のバーナ
　２２２　パイロットバーナ
　２３１　連結管
　２４５　第２の温度計
　Ｓ１　第１の内部空間
　Ｓ２　第２の内部空間
　Ａ　第１の排ガス
　Ｂ　第２の排ガス

Claims (14)

  1. 　繊維状物質を不活性ガス雰囲気中で炭素化する炭素化炉及び黒鉛化する黒鉛化炉から排出される第１の排ガスを処理する第１の燃焼工程と、空気雰囲気中で耐炎化する耐炎化炉から排出される第２の排ガスを処理する第２の燃焼工程と、を含む排ガス処理方法であって、
    　前記第１の燃焼工程において、前記第１の排ガスを酸素比が０．８以下の低酸素比で燃焼し、
    　前記第２の燃焼工程において、前記第１の燃焼工程により排出された第３の排ガスの顕熱と潜熱とを利用して、前記第２の排ガスを燃焼することを特徴とする排ガス処理方法。
  2. 　前記第１の燃焼工程において、１０００～１６００℃で前記第１の排ガスを燃焼し、
    　前記第２の燃焼工程において、７００～１２００℃で前記第２の排ガスを燃焼することを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理方法。
  3. 　第１の排ガスを処理する第１の燃焼炉と、
    　第２の排ガスを処理する第２の燃焼炉と、
    　前記第１の燃焼炉内に前記第１の排ガスを供給する第１の排ガス供給手段と、
    　前記第２の燃焼炉内に前記第２の排ガスを供給する第２の排ガス供給手段と、
    　前記第１の燃焼炉に設けられた第１のバーナと、を備え、
    　前記第１の燃焼炉の二次側に前記第２の燃焼炉が設けられているとともに、
    　前記第１の燃焼炉の内部空間と、前記第２の燃焼炉の内部空間とが、連通されていることを特徴とする排ガス処理装置。
  4. 　前記第１の燃焼炉及び前記第２の燃焼炉は、それぞれ開口部を有しており、前記開口部同士が互いに対向した状態で接合されていることを特徴とする請求項３に記載の排ガス処理装置。
  5. 　前記第１の燃焼炉及び前記第２の燃焼炉の少なくともいずれか一方が、前記開口部の開口面積を規制する絞り部を有することを特徴とする請求項４に記載の排ガス処理装置。
  6. 　前記第１の燃焼炉と前記第２の燃焼炉との間に設けられ、当該第１の燃焼炉の内部空間と当該第２の燃焼炉の内部空間とを連通させる連通管をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の排ガス処理装置。
  7. 　前記第２の燃焼炉に設けられた第２のバーナをさらに備えることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
  8. 　前記第１の燃焼炉内の温度を測定する第１の温度計と、
    　前記第２の燃焼炉内の温度を測定する第２の温度計と、
    　前記第１のバーナの燃焼量を制御する制御部と、をさらに備え、
    　前記第１の温度計及び前記第２の温度計から得た温度に基づいて前記第１のバーナの燃焼量を制御することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
  9. 　前記第１の燃焼炉内の温度を測定する第１の温度計と、
    　前記第２の燃焼炉内の温度を測定する第２の温度計と、
    　前記第１のバーナ及び前記第２のバーナの燃焼量を制御する制御部と、をさらに備え、
    　前記第１の温度計及び前記第２の温度計から得た温度に基づいて前記第１のバーナ及び前記第２のバーナの燃焼量を制御することを特徴とする請求項７に記載の排ガス処理装置。
  10. 　前記第１の燃焼炉に設けられている前記第１のバーナの支燃性ガスとして、酸素濃度が２５～１００体積％の酸素富化空気を用いることを特徴とする請求項３乃至９のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
  11. 　前記第１の排ガス供給手段が前記第１のバーナであり、前記第１の排ガスを前記第１のバーナから供給することを特徴とする請求項３乃至１０のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
  12. 　前記第１の排ガス供給手段が、前記第１の燃焼炉の炉壁に設けられた第１の吹込口であり、前記第１の排ガスを前記第１の吹込口から供給することを特徴とする請求項３乃至１０のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
  13. 　前記第２の排ガス供給手段が、前記第２の燃焼炉の炉壁に設けられた第２の吹込口であり、前記第２の吹込口は、前記第２の排ガスを前記第２の燃焼炉の内周壁の接線方向から吹き込むことができるように設けられていることを特徴とする請求項３乃至１２のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
  14. 　前記排ガス処理装置の後段に熱交換器をさらに備え、前記第２の燃焼炉から排出される排ガスの顕熱を利用して前記第２の排ガスを予熱することを特徴とする請求項３乃至１３のいずれか一項に記載の排ガス処理装置。
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