(57)【要約】【課題】長期間にわたって安定に、易重合性物質を含有する排気ガスを処理でき、しかも燃焼反応温度を容易に制御できる排気ガス処理装置を提供する。【解決手段】本発明の排気ガス処理装置１は、燃焼触媒が充填された第１の固定床断熱型燃焼反応器１０および第２の固定床断熱型燃焼反応器２０と、第２の固定床断熱型燃焼反応器２０から排出されたガスを冷却する冷却器（第１の熱交換器３０，第２の熱交換器４０）と、該冷却器から排出されたガスの少なくとも一部を、第２の固定床断熱型燃焼反応器２０の上流側の配管に供給する送風機５０とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の燃焼触媒が充填され、易重合性物質を含有する排気ガスの一部および所定温度に加熱された支燃性ガスを含む第１の混合ガスが導入されて排気ガス中の易重合性物質を燃焼させる第１の固定床断熱型燃焼反応器と、
第２の燃焼触媒が充填され、前記排気ガスの残部の少なくとも一部および第１の固定床断熱型燃焼反応器から排出された第１の高温ガスを含む第２の混合ガスが導入されて排気ガス中の易重合性物質を燃焼させる第２の固定床断熱型燃焼反応器と、
該第２の固定床断熱型燃焼反応器から排出された第２の高温ガスを冷却する冷却器と、
該冷却器から排出されたガスの少なくとも一部を、前記第１の高温ガスを移送するための配管、前記排気ガスの残部の少なくとも一部を移送するための配管、前記第２の混合ガスを移送するための配管のうちの１つ以上に供給する送風機とを具備することを特徴とする排気ガス処理装置。
【請求項２】
易重合性物質を含有する排気ガスの一部および所定温度に加熱された支燃性ガスを含む第１の混合ガスを第１の燃焼触媒に接触させて、排気ガス中の易重合性物質を燃焼させる第１の燃焼工程と、
前記排気ガスの残部の少なくとも一部および第１の燃焼工程から排出された第１の高温ガスを含む第２の混合ガスを第２の燃焼触媒に接触させて、排気ガス中の易重合性物質を燃焼させる第２の燃焼工程と、
該第２の燃焼工程から排出された第２の高温ガスを冷却する冷却工程と、
該冷却工程で冷却したガスの少なくとも一部を、前記第１の高温ガス、前記排気ガスの残部の少なくとも一部、前記第２の混合ガスのうちの１つ以上に供給する送風工程とを有し、
第２の燃焼工程にて易重合性物質が燃焼可能になるように、第１の燃焼工程に供給する排気ガスの量を調整することを特徴とする排気ガス処理方法。
【請求項３】
前記第１の混合ガスの温度を１５０〜３００℃に調整することを特徴とする請求項２に記載の排気ガス処理方法。
【請求項４】
前記第２の高温ガスの温度を４００〜７００℃に調整することを特徴とする請求項２または３に記載の排気ガス処理方法。
【請求項５】
冷却工程では、前記第２の高温ガスを熱回収により冷却することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の排気ガス処理方法。
【請求項６】
熱回収の際に排熱ボイラを用い、該排熱ボイラから発生する蒸気の圧力を調節し、その飽和温度を制御することにより、前記第２の高温ガスの温度を調整することを特徴とする請求項５に記載の排気ガス処理方法。
【請求項７】
送風工程で送風しなかったガスの少なくとも一部と、排熱ボイラに供給する水とを熱交換することを特徴とする請求項６に記載の排気ガス処理方法。
【請求項８】
前記加熱された支燃性ガスを、前記所定温度未満の支燃性ガスと送風工程で送風しなかったガスの少なくとも一部とを熱交換して得ることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の排気ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、易重合性物質を含有する排気ガスを燃焼させて処理する排気ガス処理装置および排気ガス処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、有機物等の可燃性物質を含有する排気ガスは、浄化のために、可燃性物質を燃焼させる処理が施される。そのような排気ガス処理方法としては、例えば、特許文献１，２に、排気ガスを加熱し、加熱した排気ガスを燃焼触媒に接触させて排気ガスを燃焼させる方法が開示されている。これらの排気ガス処理方法では、エネルギー効率を高めるために、排気ガスを燃焼させる前に、燃焼工程から排出されたガスと熱交換して加熱している。
しかしながら、排気ガス中に、（メタ）アクリル酸等の易重合性物質が含まれると、熱交換器中で易重合性物質が重合して、熱交換器を閉塞させることがあった。熱交換器が閉塞した場合には、排気ガスの処理を停止して清掃しなければならないが、排気ガスの処理を停止させると、排気ガスが発生する上流の工程の操業に支障が生じる。したがって、排気ガス処理は、長期間にわたって安定であることが求められる。
また、触媒による排気ガスの燃焼においては、長期にわたって高い浄化率を保つこと、触媒寿命をできるだけ長くして経済性を向上させることが要求されており、その要求を満たすためには、燃焼反応温度の制御が重要である。しかしながら、特許文献１，２に記載の方法では、燃焼反応温度を容易に制御できるとはいえなかった。特に、特許文献２に記載の方法では、プレート式熱交換器を用いて処理の安定化を図っているが、閉塞までの時間を延長させる効果はあっても、閉塞を防止することはできなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１５６１４２号公報
【特許文献２】特開２００１−１３３１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであり、長期間にわたって安定に、易重合性物質を含有する排気ガスを処理でき、しかも燃焼反応温度を容易に制御できる排気ガス処理装置および排気ガス処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らが調べた結果、燃焼反応温度の制御においては、燃焼反応器に供給する排気ガスの温度と、燃焼反応器での温度上昇幅とを各々独立して制御することが重要であることを見出した。また、燃焼反応器を２つにすることで、排気ガスを予熱する熱交換器を省略できることを見出した。そして、その知見に基づき、燃焼による排気ガス処理方法について検討した結果、以下の排気ガス処理装置および排気ガス処理方法を発明した。
【０００６】
本発明は、以下の態様を包含する。
［１］  第１の燃焼触媒が充填され、易重合性物質を含有する排気ガスの一部および所定温度に加熱された支燃性ガスを含む第１の混合ガスが導入されて排気ガス中の易重合性物質を燃焼させる第１の固定床断熱型燃焼反応器と、
第２の燃焼触媒が充填され、前記排気ガスの残部の少なくとも一部および第１の固定床断熱型燃焼反応器から排出された第１の高温ガスを含む第２の混合ガスが導入されて排気ガス中の易重合性物質を燃焼させる第２の固定床断熱型燃焼反応器と、
該第２の固定床断熱型燃焼反応器から排出された第２の高温ガスを冷却する冷却器と、
該冷却器から排出されたガスの少なくとも一部を、前記第１の高温ガスを移送するための配管、前記排気ガスの残部の少なくとも一部を移送するための配管、前記第２の混合ガスを移送するための配管のうちの１つ以上に供給する送風機とを具備することを特徴とする排気ガス処理装置。
［２］  易重合性物質を含有する排気ガスの一部および所定温度に加熱された支燃性ガスを含む第１の混合ガスを第１の燃焼触媒に接触させて、排気ガス中の易重合性物質を燃焼させる第１の燃焼工程と、
前記排気ガスの残部の少なくとも一部および第１の燃焼工程から排出された第１の高温ガスを含む第２の混合ガスを第２の燃焼触媒に接触させて、排気ガス中の易重合性物質を燃焼させる第２の燃焼工程と、
該第２の燃焼工程から排出された第２の高温ガスを冷却する冷却工程と、
該冷却工程で冷却したガスの少なくとも一部を、前記第１の高温ガス、前記排気ガスの残部の少なくとも一部、前記第２の混合ガスのうちの１つ以上に供給する送風工程とを有し、
第２の燃焼工程にて易重合性物質が燃焼可能になるように、第１の燃焼工程に供給する排気ガスの量を調整することを特徴とする排気ガス処理方法。
［３］  前記第１の混合ガスの温度を１５０〜３００℃に調整することを特徴とする［２］に記載の排気ガス処理方法。
［４］  前記第２の高温ガスの温度を４００〜７００℃に調整することを特徴とする［２］または［３］に記載の排気ガス処理方法。
［５］  冷却工程では、前記第２の高温ガスを熱回収により冷却することを特徴とする［２］〜［４］のいずれかに記載の排気ガス処理方法。
［６］  熱回収の際に排熱ボイラを用い、該排熱ボイラから発生する蒸気の圧力を調節し、その飽和温度を制御することにより、前記第２の高温ガスの温度を調整することを特徴とする［５］に記載の排気ガス処理方法。
［７］  送風工程で送風しなかったガスの少なくとも一部と、排熱ボイラに供給する水とを熱交換することを特徴とする［６］に記載の排気ガス処理方法。
［８］  前記加熱された支燃性ガスを、前記所定温度未満の支燃性ガスと送風工程で送風しなかったガスの少なくとも一部とを熱交換して得ることを特徴とする［５］〜［７］のいずれかに記載の排気ガス処理方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の排気ガス処理装置および排気ガス処理方法は、長期間にわたって安定に、易重合性物質を含有する排気ガスを処理でき、しかも燃焼反応温度を容易に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の排気ガス処理装置の一実施形態例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（排気ガス処理装置）
本発明の排気ガス処理装置の一実施形態例について説明する。
図１に、本実施形態例の排気ガス処理装置を示す。本実施形態例の排気ガス処理装置１は、易重合性物質を含む排気ガスを燃焼させる装置であって、第１の固定床断熱型燃焼反応器１０（以下、第１の燃焼反応器１０と略す。）と、第２の固定床断熱型燃焼反応器１０（以下、第２の燃焼反応器２０と略す。）と、第１の熱交換器３０と、第２の熱交換器４０と、送風機５０とを具備している。
【００１０】
また、本実施形態例の排気ガス処理装置１は、排気ガスの一部を供給するための第１の配管６１と、第１の配管６１により供給された排気ガスの一部に支燃性ガスが混合された第１の混合ガスを第１の燃焼反応器１０に供給するための第２の配管６２と、排気ガスの残部を第２の燃焼反応器２０に供給するための第３の配管６３と、第１の燃焼反応器１０から排出された高温のガス（以下、第１の高温ガスという。）を移送するための第４の配管６４と、第３の配管６３により供給された排気ガスの残部に第１の高温ガスが混合された第２の混合ガスを第２の燃焼反応器２０に供給するための第５の配管６５と、第２の燃焼反応器２０から排出された高温のガス（以下、第２の高温ガスという。）を第１の熱交換器３０に供給するための第６の配管６６と、第１の熱交換器３０から排出されたガスを第２の熱交換器４０に供給するための第７の配管６７と、第２の熱交換器４０から排出されたガス（以下、冷却ガスという。）の一部を送風機５０に供給するための第８の配管６８と、送風機５０により送風された冷却ガスを第３の配管６３に供給するための第９の配管６９とを具備する。
また、第１の配管６１および第３の配管６３に排気ガスを供給するための排気ガス供給用配管１１を具備する。
【００１１】
さらに、本実施形態例の排気ガス処理装置１は、第２の熱交換器４０から排出された冷却ガスの残部を水との熱交換により加熱する第３の熱交換器７１と、第３の熱交換器７１にて冷却されたガスを支燃性ガスとの熱交換により更に冷却すると共に支燃性ガスを加熱する第４の熱交換器７２と、冷却ガスの残部を第３の熱交換器７１に供給するための第１０の配管７３と、第３の熱交換器７１から排出されたガスを第４の熱交換器７２に供給するための第１１の配管７４と、第４の熱交換器７２からガスを排出するための排出管７５と、第４の熱交換器７２に支燃性ガスを供給する第１２の配管７６と、第４の熱交換器７２にて加熱された支燃性ガスを第１の熱交換器３０に供給する第１３の配管７７と、第１の熱交換器３０にて加熱された支燃性ガスを第１の配管６１に供給する第１４の配管７８と、第１３の配管７７に第１４の配管７８を直接接続する第１５の配管７９とを具備する。
【００１２】
また、第３の熱交換器７１に水を供給するための水供給用配管８１と、第３の熱交換器７１にて水を加熱して得た加熱水を第２の熱交換器４０に供給するための加熱水供給用配管８２と、第２の熱交換器４０にて加熱水をさらに加熱して得たスチームを移送するためのスチーム用配管８３と、第６の配管６６に取り付けられた第１のガス温度測定器８４と、スチーム用配管８３に取り付けられた圧力測定器８５と、スチーム用配管８３の圧力測定器８５より下流側に取り付けられたスチーム圧力調整弁８６と、第１のガス温度測定器８４により測定されたガス温度に応じてスチーム圧力調整弁８６を制御する第１の制御部８７とを具備する。
【００１３】
また、本実施形態例の排気ガス処理装置１は、第２の配管６２に取り付けられた第２のガス温度測定器９１と、第１５の配管７９に設けられた第１の流量調整弁９２と、第２のガス温度測定器９１によって測定されたガス温度に応じて第１の流量調整弁９２の開閉度を制御する第２の制御部９３と、第２の配管６２に取り付けられた第３のガス温度測定器９４と、第１の配管６１に設けられた第２の流量調整弁９５と、第３のガス温度測定器９４によって測定されたガス温度に応じて第２の流量調整弁９５の開閉度を制御する第３の制御部９６と、第６の配管６６に取り付けられた第４のガス温度測定器９７と、第４のガス温度測定器９７によって測定されたガス温度に応じて送風機５０の送風量を制御する第４の制御部９８とを具備する。
【００１４】
上記排気ガス処理装置１における第１の燃焼反応器１０は、第１の燃焼触媒が充填され、易重合性物質を含有する排気ガスの一部および所定温度に加熱された支燃性ガスを含む第１の混合ガスが導入されて、排気ガス中の易重合性物質を燃焼させるものである。
第２の燃焼反応器２０は、第２の燃焼触媒が充填され、前記排気ガスの残部および第１の燃焼反応器１０から排出された第１の高温ガスを含む第２の混合ガスが導入されて、排気ガス中の易重合性物質を燃焼させるものである。
第１の燃焼反応器１０および第２の燃焼反応器２０は、外部から加熱または除熱できない断熱型の反応器であり、また、充填された燃焼触媒が触媒層を形成して固定されているものである。
【００１５】
第１の燃焼反応器１０および第２の燃焼反応器２０においてはガス空間速度が大きい場合（例えば、数千〜数万［１／時間］）には、圧力損失を小さくするために、第１の燃焼反応器１０および第２の燃焼反応器２０内の触媒層の形状を、ガス通過面積が大きく、厚さ（通過距離）が小さい扁平状にすることが好ましい。
第１の燃焼反応器１０内に充填される第１の燃焼触媒および第２の燃焼反応器２０内に充填される第２の燃焼触媒としては、例えば、シリカ・アルミナなどの不活性な金属酸化物に白金族金属等を担持させたものが挙げられる。不活性な金属酸化物は、ハニカム状や粒状に成型されていてもよい。
第１の燃焼触媒と第２の燃焼触媒とは同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００１６】
第１の熱交換器３０は、第２の燃焼反応器２０から排出された第２の高温ガスを支燃性ガスとの熱交換により冷却する冷却器であり、通常の熱交換器が適用される。
第２の熱交換器４０は、第１の熱交換器３０から排出されたガスを第３の熱交換器７１から供給された加熱水との熱交換により更に冷却する冷却器である。本実施形態例では、第２の熱交換器４０として貫流式ボイラを使用している。貫流式ボイラである第２の熱交換器４０では、第２の燃焼反応器２０から排出された高温ガスを熱媒体として、加熱水供給用配管８２によって供給された加熱水を加熱する。これにより、第１の熱交換器３０から排出されたガスを更に冷却するようになっている。
送風機５０としては、具体的には、ブロワが用いられる。
【００１７】
本実施形態例の排気ガス処理装置１では、排気ガスの一部が第１の配管６１および第２の配管６２を介して第１の燃焼反応器１０に供給され、排気ガスの残部が第３の配管６３および第５の配管６５を介して第２の燃焼反応器２０に供給されるようになっている。
また、第１の燃焼反応器１０から排出された第１の高温ガスが第４の配管６４および第５の配管６５を介して第２の燃焼反応器２０に供給されるようになっている。
また、第２の燃焼反応器２０から排出された第２の高温ガスが、第６の配管６６、第１の熱交換器３０、第７の配管６７、第２の熱交換器４０を通って冷却されるようになっている。
また、第２の熱交換器４０から排出された冷却ガスの一部が、第８の配管６８、送風機５０および第９の配管６９を介して、第３の配管６３内の排気ガスに供給されるようになっている。これにより、冷却ガスが、第２の燃焼反応器２０に供給されるようになっている。
また、第４の熱交換器７２および第１の熱交換器３０により加熱された支燃性ガスが、第１４の配管７８を通って第１の配管６１内の排気ガスに混合されるようになっている。
【００１８】
また、本実施形態例の排気ガス処理装置１では、第１の制御部８７によって、第２の熱交換器４０による第２の高温ガスの冷却量（または、スチーム発生量）を調整できるようになっている。
第２の制御部９３によって、第２の配管６２内の第１の混合ガスの温度に応じて、第１５の配管７９を流れる支燃性ガス（第１の熱交換器３０により加熱されない支燃性ガス）の流量を調整できるようになっている。具体的には、第２の配管６２内の排気ガスの温度が低いと、第１５の配管７９を流れる支燃性ガスの流量を減らし、第１の熱交換器３０により加熱される支燃性ガスの流量を増やして、第２の配管６２に供給する支燃性ガスの温度を高くできるようになっている。したがって、排気ガスに添加する支燃性ガスを所定温度に調整できるようになっている。
第３の制御部９６によって、第５の配管６５内の第２の混合ガスの温度に応じて、第１の配管６１における排気ガスの流量を調整できるようになっている。具体的には、第５の配管６５内の第２の混合ガスの温度が低いと、第１の配管６１を流れる排気ガスの流量を増やし、第１の燃焼反応器１０での燃焼量を増やして、第１の高温ガスの量を多くできるようになっている。
第４の制御部９８によって、第６の配管６６内の第２の高温ガスの温度に応じて、送風機５０における冷却ガスの送風量を調整できるようになっている。具体的には、第６の配管６６内の第２の高温ガスの温度が低いと、送風機５０により第３の配管６３に供給する冷却ガスの量を減らせるようになっている。
【００１９】
［作用効果］
上記排気ガス処理装置１では、第１の熱交換器３０および第４の熱交換器７２により所定温度に加熱された支燃性ガスによって第１の燃焼反応器１０に供給する排気ガスを加熱し、第１の燃焼反応器１０から排出された第１の高温ガスを第２の燃焼反応器２０に供給することによって、第２の燃焼反応器２０に供給する排気ガスを加熱するようになっている。このような排気ガス処理装置１では、排気ガスを第１の燃焼反応器１０および第２の燃焼反応器２０に導入する前に熱交換器により加熱しなくてもよい。したがって、長期間にわたって安定に、易重合性物質を含有する排気ガスを処理できる。
さらに、排気ガス処理装置１では、第１の燃焼反応器１０から排出された第１の高温ガスの量によって、第２の燃焼反応器２０に供給する第２の混合ガスの温度を制御するようになっている。また、第２の燃焼反応器２０から排出され、第１の熱交換器３０および第２の熱交換器４０により冷却された冷却ガスの第２の燃焼反応器２０への供給量によって、第２の燃焼反応器２０における温度上昇幅を制御するようになっている。この温度制御方法によると、第２の燃焼反応器２０に供給する第２の混合ガスの温度および第２の燃焼反応器２０での温度上昇幅を各々独立に制御できるから、第２の燃焼反応器２０内の燃焼反応温度を容易に制御できる。
また、一般に、冷却していない高温ガスを循環させる際には、高温ガスを循環させるための送風機５０として耐熱性が高く、しかも高能力のものを使用しなければならず、コストが高くなる傾向にある。しかし、本実施形態例の排気ガス処理装置１では、高温ガスを循環させないから、送風機５０として特殊なものを用いなくてもよく、低コストである。
【００２０】
（排気ガス処理方法）
上記排気ガス処理装置１を用いた排気ガス処理方法の実施形態例について説明する。
本実施形態例の排気ガス処理方法は、第１の燃焼工程と第２の燃焼工程と冷却工程と送風工程と混合工程とを有する。
以下、各工程について説明する。
【００２１】
［第１の燃焼工程］
第１の燃焼工程では、第１の配管６１を介して排気ガスの一部を排気ガス供給用配管１１から供給すると共に、第１４の配管７８を介して第１の熱交換器３０および第４の熱交換器７２により加熱した支燃性ガスを第１の配管６１に供給する。これにより、第１の燃焼反応器１０に供給される排気ガスを加熱して、第１の混合ガスを調製し、第１の混合ガスを第１の燃焼反応器１０内の第１の燃焼触媒に接触させて、排気ガス中の易重合性物質を燃焼させる。
【００２２】
排気ガスは、ガス状またはミスト状の易重合性物質を含有するガスである。易重合性物質としては、例えば、（メタ）アクロレイン、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸エステル等が挙げられる。排気ガスのうちでも、本発明の効果がとりわけ発揮される点では、易重合性物質を含む混合物から易重合性物質を分離して残ったガス、および／または、易重合性物質を含む混合物から易重合性物質を分離して残った液を蒸発させて得たガスであることが好ましい。易重合性物質は、易重合性物質用原料の気相接触酸化反応により得ることが好ましい。
易重合性物質用原料の気相接触酸化反応により得た易重合性物質を含む混合物から、易重合性物質を分離して残ったガス（または液を蒸発させたガス）としては、例えば、プロピレン、イソブチレン、ｔｅｒｔ−ブチルアルコールおよびメチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテルのうちの少なくとも一つを気相接触酸化させた後に（メタ）アクロレイン、イソブチレン、ｔｅｒｔ−ブチルアルコールおよびメチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテルを分離回収して残ったガス（または液を蒸発させたガス）、（メタ）アクロレインを気相接触酸化させた後に（メタ）アクリル酸、（メタ）アクロレインを分離回収して残ったガス（または液を蒸発させたガス）などが挙げられる。
（メタ）アクロレインを気相接触酸化させた後には、（メタ）アクリル酸が生成する他、副生成物として、一酸化炭素、二酸化炭素、低沸点副生成物、中沸点副生成物（例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸等のカルボン酸、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオナルアルデヒド、アセトン等のカルボニル化合物など）、高沸点副生成物（（メタ）アクロレインのオリゴマーまたはポリマー、（メタ）アクリル酸のオリゴマーまたはポリマー）が生成する。したがって、（メタ）アクロレインの気相接触酸化反応により生成したガスから（メタ）アクリル酸が取り除かれた排気ガスは、可燃性物質として、一酸化炭素、低沸点副生成物、中沸点副生成物、高沸点副生成物を含有する。また、回収されずに残った（メタ）アクリル酸も含有する。
なお、高沸点副生成物は常温では液体であるが、その一部は１００〜２５０℃に加熱することにより、排気ガスに含ませることができる。
具体的に、気相接触酸化反応により（メタ）アクリル酸を合成する際に発生する排気ガスには、メタクロレイン、アクリル酸、メタクリル酸、イソブチレン、酸素、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、酢酸および水などが含まれる。また、気相接触酸化反応により（メタ）アクリル酸を合成する際に発生する廃液には、メタクロレイン、アクリル酸、メタクリル酸、酢酸および水などが含まれる。
【００２３】
支燃性ガスは、酸素を含有するガスであり、例えば、分子状酸素、空気、酸素富化空気などが挙げられ、コストの点で、空気が好ましい。
第１の燃焼工程の前に供給される支燃性ガスの量は、第１の燃焼工程および第２の燃焼工程の両方の工程にて易重合性物質の燃焼に必要な量である。
【００２４】
第１の燃焼工程に供給される排気ガスの一部と支燃性ガスとが混合された第１の混合ガスは、第１の混合ガス中の易重合性物質の濃度、酸素濃度、他の物質の濃度などに応じて適切な温度に加熱されることが好ましい。例えば、易重合性物質の濃度が低い場合には、第１の燃焼工程における温度上昇が不充分であるため、高い浄化率を得るための燃焼温度を確保するために、燃焼触媒が劣化しない範囲で第１の混合ガスの温度を高くすることが好ましい。
具体的には、第１の混合ガスを１５０〜３００℃に調整することが好ましい。第１の混合ガスが１５０℃以上に調整されていれば、第１の燃焼反応器１０にて混合ガス中の易重合性物質を容易に燃焼させることができ、３００℃以下であれば、易重合性物質の燃焼による第１の燃焼反応器１０内の温度上昇を抑制でき、第１の燃焼触媒の熱劣化を防止できる。
第１の混合ガスを１５０〜３００℃に調整するためには、第１５の配管７９を通って第１の熱交換器３０により加熱されない支燃性ガスの第１の配管６１への供給量を調節すればよい。
【００２５】
本実施形態例では、第１の燃焼反応器１０に導入する第１の混合ガスの温度を適切な範囲に調整するために、第２のガス温度測定器９１により第２の配管６２内の第１の混合ガスの温度を測定し、第１の混合ガスの温度が目標値になるように、第２の制御部９３によって、第１の熱交換器３０により加熱されない支燃性ガスの量を制御する。
具体的には、第１の混合ガスの温度が目標値より高い際には、第１５の配管７９を流れて第１の熱交換器３０により加熱されない支燃性ガスの量を多くし、供給する支燃性ガスの温度を下げて、第１の混合ガスの温度を下げる。一方、第１の混合ガスの温度が目標値より低い際には、第１の熱交換器３０により加熱されない支燃性ガスの量を増やし、供給する支燃性ガスの温度を上げて、第１の混合ガスの温度を上げる。
【００２６】
［第２の燃焼工程］
第２の燃焼工程では、前記排気ガスの残部および第１の燃焼工程から排出された第１の高温ガスを、第２の燃焼反応器２０に充填された第２の燃焼触媒に接触させて、易重合性物質を燃焼させる。
第２の燃焼工程に供給される排気ガスの残部と第１の高温ガスと冷却ガスとが混合された第２の混合ガスについても、適切な温度になるように調整することが好ましい。具体的には、第１の燃焼工程に供給する排気ガスの量を、第２の燃焼工程にて易重合性物質が燃焼可能になるように調整する。第１の燃焼工程に供給する排気ガスの量を多くする程、第１の高温ガスの熱量が大きくなるため、第２の燃焼工程に供給される第２の混合ガスの温度を高くできる。そのため、第１の燃焼工程に供給する排気ガスの量によって、第２の燃焼工程の温度を制御できる。
本実施形態例では、第２の混合ガスの温度を適切な範囲に調整するために、第３のガス温度測定器９４により第５の配管６５内の第２の混合ガスの温度を測定し、第２の混合ガスの温度が目標値になるように、第３の制御部９６によって、第１の燃焼反応器１０に供給する排気ガスの量を制御して、第２の混合ガスに含まれる第１の高温ガスの量を制御する。
より具体的には、第２の混合ガスの温度が目標値より高い際には、第１の燃焼反応器１０に供給する排気ガス量を減らし、第１の燃焼反応器１０から排出される第１の高温ガスの量を少なくする。一方、第２の混合ガスの温度が目標値より低い際には、第１の燃焼反応器１０に供給する排気ガス量を増やし、第１の燃焼反応器１０から排出される第１の高温ガスの量を増加させる。
また、第２の混合ガスの温度は、後述する冷却工程後のガス温度の制御によっても調整することができる。
【００２７】
第２の燃焼反応器２０から排出された第２の高温ガスの温度は４００〜７００℃であることが好ましい。第２の燃焼反応器２０から排出された第２の高温ガスの温度が４００℃以上であれば、易重合性物質が充分に燃焼し、排気ガスの浄化率が高くなり、７００℃以下であれば、第２の燃焼触媒の熱劣化を防止できる。
【００２８】
本実施形態例では、第２の燃焼反応器２０から排出された第２の高温ガスの温度を適切な範囲に調整するために、第４のガス温度測定器９７により第６の配管６６内の第２の高温ガスの温度を測定し、第６の配管６６内の第２の高温ガスの温度が目標値になるように、第４の制御部９８によって送風機５０の送風量を制御する。
具体的には、第２の高温ガスの温度が目標値より高い際には、送風機５０の送風量を多くして、不活性かつ温度が低い冷却ガスの排気ガスへの混合量を増やして、第２の燃焼反応器２０内での燃焼を抑える。第２の高温ガスの温度が目標値より低い際には、送風機５０の送風量を少なくして、不活性かつ温度が低い冷却ガスの排気ガスへの混合量を減らし、第２の燃焼反応器２０内での燃焼を活発にする。
【００２９】
［冷却工程］
冷却工程は、第２の燃焼工程から排出された第２の高温ガスを、第６の配管６６を介して第１の熱交換器３０に供給して冷却し、第１の熱交換器３０にて冷却したガスを、第７の配管６７を介して第２の熱交換器４０に供給して更に冷却する工程である。
本実施形態例では、第２の熱交換器４０として、水を加熱してスチームを生成させる貫流式ボイラを利用している。貫流式ボイラでは、水を加熱するために、高温ガスの熱を奪って冷却することができる。
具体的には、第２の熱交換器４０にて、第３の熱交換器７１から供給された冷却媒体である加熱水によって、第２の高温ガスを冷却すると共に、加熱水をさらに加熱してスチームを得る。なお、得られたスチームは、スチーム用配管８３を介して、スチームを使用する他の設備に供給される。
【００３０】
本実施形態例では、排熱ボイラである第２の熱交換器４０から発生する蒸気の圧力を調節し、その飽和温度を制御することにより、第２の高温ガスの温度を調整する。すなわち、第１のガス温度測定器８４によって第６の配管６６内の温度を測定し、その温度が目標値になるように、スチーム圧力調整弁８６の開度を調節してスチーム圧力を調整し、加熱水が第２の熱交換器４０にてガスから奪う熱量を調整する。具体的には、第８の配管６８内の温度が目標値より高い際には、スチーム圧力調整弁８６の開度を大きくする。スチーム圧力調整弁８６の開度が大きくなると、スチーム圧力が下がる（すなわちスチームの発生量が多くなる）ようになるから、加熱水がガスから奪う熱量が多くなり、冷却工程後のガスの温度が低下する。第８の配管６８内の温度が目標値より低い際には、スチーム圧力調整弁８６の開度を小さくする。スチーム圧力調整弁８６の開度が小さくなると、スチーム圧力が上がる（すなわちスチームの発生量が少なくなる）ようになるから、加熱水がガスから奪う熱量が少なくなり、冷却工程後のガスの温度が上昇する。
【００３１】
［送風工程］
送風工程は、第２の熱交換器４０により冷却された冷却ガスの一部を送風機５０によって送風する工程である。送風機５０により送風された冷却ガスは第９の配管６９を介して第３の配管６３に供給される。
送風工程における送風量は、例えば、送風機５０としてブロワを用いた場合には、ブロワの回転数によって制御できる。
【００３２】
［混合工程］
混合工程は、送風工程により送風された冷却ガスを、第３の配管６３内の排気ガスに混合して、第２の燃焼工程に供給する工程である。
ここで、冷却ガスの温度は、第２の高温ガスの温度と略同等であることが好ましい。冷却ガスの温度が第２の高温ガスの温度と略同等であれば、第２の燃焼工程に供給する第２の混合ガスの温度と、第２の燃焼工程における温度上昇幅とを各々独立して制御することがより容易になる。
【００３３】
［他の工程］
また、排気ガス処理装置１を用いた排気ガス処理方法では、第２の熱交換器４０により冷却された冷却ガスの残部を、第１０の配管７３を介して第３の熱交換器７１に供給する。第３の熱交換器７１によって、第２の熱交換器４０からの冷却ガスの残部と、水供給用配管８１を介して第３の熱交換器７１に供給された水とを熱交換して、第２の熱交換器４０からの冷却ガスの残部を冷却すると共に、水を加熱して加熱水を得る。この加熱水は、加熱水供給用配管８２を介して第２の熱交換器４０に供給される。
【００３４】
さらに、本実施形態例では、第３の熱交換器７１から排出されたガスを、第１１の配管７４を介して第４の熱交換器７２に供給する。第４の熱交換器７２によって、第３の熱交換器７１から排出されたガスと支燃性ガスとを熱交換して、第３の熱交換器７１から排出されたガスを冷却すると共に、支燃性ガスを加熱する。第４の熱交換器７２にて冷却されたガスは排出管７５を介して排気ガス処理装置１から排出される。
また、第４の熱交換器７２により加熱した支燃性ガスの一部は、第１３の配管７７を介して第１の熱交換器３０に供給されて更に加熱される。また、第４の熱交換器７２により加熱した支燃性ガスの残部は、第１５の配管７９に供給され、第１の熱交換器３０により加熱されずに第１４の配管７８に直接供給されるようになっている。
【００３５】
［作用効果］
上記排気ガス処理方法では、第１の燃焼工程および第２の燃焼工程後の高温ガスの熱を利用しつつも熱交換器を用いずに排気ガスを加熱できるため、長期間にわたって安定に、易重合性物質を含有する排気ガスを処理できる。
さらに、上記排気ガス処理方法では、第２の燃焼工程に供給するガスの温度および第２の燃焼工程における温度上昇幅を各々独立に制御できるから、第２の燃焼工程における燃焼反応温度を容易に制御できる。
【００３６】
（他の実施形態例）
なお、本発明は上記実施形態例に限定されない。例えば、上記実施形態例では、排熱を有効利用するために第２の熱交換器４０として貫流式ボイラを用いたが、循環式ボイラを用いてもよい。
また、上記実施形態例では、第１の熱交換器３０から排出されたガスの熱を利用し、第２の熱交換器４０および第３の熱交換器７１により水を加熱し、第４の熱交換器７２により支燃性ガスを加熱したが、これらは本発明の必須要件ではない。例えば、第１の熱交換器３０にて水を加熱し、第２の熱交換器４０により支燃性ガスを加熱してもよい。また、第２の熱交換器４０および第３の熱交換器７１を省略してもよい。また、支燃性ガスの加熱に第１の熱交換器３０および第４の熱交換器７２を利用せず、独立した加熱機により加熱しても構わない。
また、冷却ガスを第１の配管６１、第３の配管６３、第５の配管６５に供給しても構わないし、加熱された支燃性ガスを第３の配管６３、第４の配管６４、第５の配管６５のいずれかに直接供給しても構わない。
第１の燃焼反応器１０には、排気ガスおよび支燃性ガス以外のガスが供給されても構わない。第２の燃焼反応器２０には、排気ガスの残部の全部が供給される必要はなく、排気ガスの一部のみが供給されてもよい。また、第２の燃焼反応器２０にも、排気ガスおよび支燃性ガス以外のガスが供給されても構わない。
また、本発明対象の排気ガス処理プロセス以外のプロセスの加熱必要流体を取り込んで、ピンチテクノロジー手法を活用するなどして、より効率に優れたシステムを組むことができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  排気ガス処理装置
１０  第１の燃焼反応器
１１  排気ガス供給用配管
２０  第２の燃焼反応器
３０  第１の熱交換器
４０  第２の熱交換器
５０  送風機
６１  第１の配管
６２  第２の配管
６３  第３の配管
６４  第４の配管
６５  第５の配管
６６  第６の配管
６７  第７の配管
６８  第８の配管
６９  第９の配管
７１  第３の熱交換器
７２  第４の熱交換器
７３  第１０の配管
７４  第１１の配管
７５  排出管
７６  第１２の配管
７７  第１３の配管
７８  第１４の配管
７９  第１５の配管
８１  水供給用配管
８２  加熱水供給用配管
８３  スチーム用配管
８４  第１のガス温度測定器
８５  圧力測定器
８６  スチーム圧力調整弁
８７  第１の制御部
９１  第２のガス温度測定器
９２  第１の流量調整弁
９３  第２の制御部
９４  第３のガス温度測定器
９５  第２の流量調整弁
９６  第３の制御部
９７  第４のガス温度測定器
９８  第４の制御部
【図１】
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