(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
悪臭ガス及び／又は揮発性有機化合物を含有する被浄化空気中に含まれる有害ガスを触媒反応器を用いて燃焼・浄化して高温の浄化空気とする触媒浄化装置であって、少なくとも、被浄化空気を前記高温の浄化空気で予熱するための熱交換器、スタートアップ時に使用する予熱器、可燃物供給手段、燃焼して水及び炭酸ガス以外の生成物を生ずる有害化合物を処理するための前処理触媒反応器及び前記有害ガスを燃焼・浄化して高温の浄化空気とする触媒反応器を、前記被浄化空気がこの順序で流れることを特徴とする触媒浄化装置。
【請求項２】
前記熱交換器がヒートパイプ熱交換器である請求項１に記載された触媒浄化装置。
【請求項３】
前記可燃物供給手段に気化器が配されている請求項１又は２に記載された触媒浄化装置。
【請求項４】
前記前処理触媒反応器が、コバルト、モリブデン、マンガンの中から選択された少なくとも一種の元素からなる触媒を用いた前処理触媒反応器である請求項１〜３の何れかに記載された触媒浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は汚染された空気の浄化装置に関し、特に、空気中の悪臭ガス及び／又は揮発性有機化合物を、触媒を用いて、ＮＯＸ  の排出量を低く抑制しながら効率良く除去するための触媒浄化装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
化学工場や自動車の排気ガスのみならず、食品加工、樹脂加工、印刷、塗装、土壌修復等に伴い、悪臭ガスや揮発性有機化合物が発生することによる大気の汚染に対しては、従来、吸着、燃焼、吸収、触媒酸化、生物脱臭等の諸技術を、単独で用い或いは組み合わせて用いることにより浄化することが行われている。
【０００３】
これらのうち、触媒酸化法は、汚染された空気全体をバーナーやヒーターで１５０〜５００℃に加熱した後、触媒を有する反応室で酸化するものであり、省エネルギータイプとするために、熱交換器や蓄熱器を用いて予熱することが行われているものの、尚ランニングコスト及び設置面積や初期コストが大きくなるという欠点があった。
また燃料として灯油や都市ガスを用いるバーナの場合には、ＮＯＸ  が発生する上、大量にＣＯ２  が発生するので地球温暖化の原因となるという欠点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者等は上記の欠点を解決すべく鋭意検討した結果、触媒を用いた発熱酸化反応を利用してバーナレスで通常の運転を行わせることにより、良好な結果を得ることができることを見い出し本発明に到達した。
従って、本発明の目的は、悪臭ガス及び／又は揮発性有機化合物によって汚染された空気を浄化するための、ＮＯＸ  やＣＯ２  の発生量が少ない、触媒浄化装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、悪臭ガス及び／又は揮発性有機化合物を含有する被浄化空気中に含まれる有害ガスを触媒反応器を用いて燃焼・浄化して高温の浄化空気とする触媒浄化装置であって、少なくとも、被浄化空気を前記高温の浄化空気で予熱するための熱交換器、スタートアップ時に使用する予熱器、可燃物供給手段、燃焼して水及び炭酸ガス以外の生成物を生ずる有害化合物を処理するための前処理触媒反応器、及び前記有害ガスを燃焼・浄化して高温の浄化空気とする触媒反応器を、前記被浄化空気がこの順序で流れることを特徴とする触媒浄化装置によって達成された。
【０００６】
以下、本発明を図を参照しながら詳述する。
図１は、本発明の触媒浄化装置の構成を表す概念図である。
図中、符号１は、被浄化空気中の塵等の固型物を除去するためのフィルター、２はファン、３は熱交換器、４はスタートアップ時に使用する予熱器、５は気化器を有することのある可燃物供給手段、６は触媒反応器、７は触媒浄化装置を効率的に稼動させるための制御装置である。
【０００７】
本発明において、悪臭ガスとは、車、工場、河川その他のガス発生源から発生して空気中に混入し、空気を汚染する、臭気を有する気体を意味し、特に限定されるものではない。
また、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）とは、ベンゼン、トルエン、ガソリン、その他、上記同様の発生源から発生する、自然の空気中には含まれない揮発性の有機化合物である。尚、環境庁が規制等を検討している有害大気汚染物質は２８４物質あり、その内ＶＯＣは約１３０種ある。
【０００８】
本発明の浄化装置は、触媒反応器によってこれらの汚染物質を酸化燃焼させることによって浄化するが、触媒燃焼が発熱反応であることを前提にする。従って、本発明で浄化の対象とする汚染空気は可燃性の汚染ガスを有する空気であるが、ベンゼン、トルエン等、燃焼時に大量の反応熱を放出する炭化水素系の有害ガスで汚染された空気を浄化する場合に、本発明の装置は特に有効である。
【０００９】
本発明における触媒反応器は、公知のものの中から適宜選択することができるが、特に、小型でエネルギー効率に優れるという観点から、実公平８−４１０４号に記載されたような、熱交換器を兼ねた発熱反応器を使用することが好ましい。
また、このような触媒反応器に担持された触媒は、対象とする被浄化空気中に含まれる、除去しようとする可燃性有害物質の燃焼反応に対して有効な、公知の触媒の中から適宜選択することができる。
【００１０】
本発明の装置においては、上記有害物質を効率良く除去するために、触媒反応器の前段にバルブを有する枝管等の可燃物供給手段を配し、必要に応じて被浄化空気中に、高い燃焼熱を発生し得る、ブタン、プロパン等の炭化水素類等の可燃物を供給する。
この場合、可燃物としては、石油系溶剤やトルエン、灯油等の液状物を供給する方が全体として熱効率が良くなるので、本発明においては、特に、可燃物供給手段に気化器を配し、液状の可燃物を供給することが好ましい。
【００１１】
被浄化空気中に、ハロゲン原子、硫黄等の元素を含む化合物が含有される場合には、触媒反応器を損傷させるのみならず、燃焼後も有害物質を排出するので、これらの不都合を避けるために、可燃物供給手段５と触媒反応器６の間に、例えば、コバルト、モリブデン、マンガン等の元素を含む化合物を用いた前処理触媒反応器（図示せず）を配することが好ましい。
【００１２】
本発明の触媒浄化装置を用いて汚染された空気を浄化する場合には、まず、バーナーや電熱ヒーター、好ましくはバーナーを用いた予熱器及びファン２を、同時に又は相前後して稼動させる。予熱器及びファンは、どちらを先に稼動させても良い。予熱された汚染空気中に、可燃物供給手段５を介して、必要に応じて灯油やベンゼン、トルエン等の可燃物を供給すると、触媒反応器中での燃焼反応が活発になり、この反応によって発生する燃焼熱によって触媒反応器が加熱され、燃焼反応が益々促進される。
【００１３】
触媒反応器が加熱され、触媒反応が十分に行われるようになると認められた時点で予熱器４による加熱を停止する。触媒反応器から排出される高温浄化空気は、熱交換器３で被浄化空気を加熱した後（これで被浄化空気が予熱される）、本発明の浄化装置の外に排出される。
制御装置７は、予熱器４の温度、可燃物供給装置５からの可燃物の供給量と、そのときの気体の全流量、触媒反応器６の温度、及び触媒反応器前後における空気中の汚染物質の含有量等を検知して、浄化装置全体の処理能力及び効率が最良となるように、可燃物の供給量を制御する。
【００１４】
可燃物としては、前記した如く、燃焼時の発熱量の大きいベンゼンやトルエン等を使用することが好ましいが、これらの可燃物として、工場等から出される溶剤回収液を使用することが、本発明の浄化装置のランニングコストを下げるという観点から特に好ましい。
このように、本発明の装置では、スタートアップ時を除き予熱器を稼動させる必要がないので、有害ガスをバーナーで燃焼させ排気されたガスを触媒反応器を用いて後処理する従来の触媒浄化装置（図２）に比してエネルギー損失が少なくなり、これによって稼動コストを低下させることができる。
更に、バーナーによる燃焼のように高温にする必要がないので、サーマルＮＯX の発生も極めて少ない。
次に、本発明を実施例によって更に詳述するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
【００１５】
【実施例】
図１の本発明の浄化装置において、メチルアルコールを５０ｐｐｍ含有する空気を空間速度１０ｎｍ3 ／分で浄化する時、熱交換器として２５３×６１０×１８４（ｍｍ3 ）の大きさのヒートパイプ型熱交換器（昭和アルミ製サーモコイルを使用すると共に、予熱器としてバーナーを用い、触媒反応装置として、壁に白金を触媒として担持させた１５０×１５０×５０（ｍｍ3 ）の大きさのハニカム型触媒反応器１５個を用いた。上記の被浄化空気に、可燃物として１，５００ｐｐｍのトルエンを含有するように可燃物供給手段からトルエンを供給した場合の熱収支の計算は次のようになる。
【００１６】
▲１▼トルエンの燃焼反応：Ｃ６  Ｈ５  ＣＨ３  ＋９Ｏ２  →４Ｈ２  Ｏ＋７ＣＯ２  ＋９０１．５（ｋｃａｌ／ｇ・ｍｏｌ）
▲２▼汚染空気中のトルエンの量：（１５００×１０−６／２２．４）＝０．０６６９（ｇ・ｍｏｌ／ｎｍ３）
▲３▼汚染空気を浄化する際の発熱量：９０１．５×０．０６６９＝６０．３（ｋｃａｌ／ｎｍ３）
▲４▼触媒反応器前後の汚染空気の温度差（Δｔ  ）  ：６０．３／０．３１＝１９４．０（℃）。但し、空気の比熱を０．３１（ｋｃａｌ／ｎｍ３）  とした。
【００１７】
従って、触媒反応器入口における汚染空気の温度を３００℃とすると浄化空気の温度は４９４℃となるが、ヒートパイプ熱交換器の平均的な熱交換率は０．６５であるので、浄化空気との熱交換によって汚染空気を３００℃迄加熱すること、即ち触媒反応器入口における汚染空気の温度を３００℃に維持することが十分に可能となる。
このように、被浄化汚染空気中の有害炭化水素等のみでは自燃が実現し得ない場合でも、可燃物供給手段から、例えば汚染空気中のトルエンが１５００ｐｐｍ程度となるようにトルエンを供給すれば良い。
尚、トルエンの代わりにベンゼンを使用すると、ベンゼンが１７００ｐｐｍ程度であれば、同様のサイクルを、バーナレスで維持することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の触媒浄化装置は、少なくとも熱交換器、予熱器、可燃物供給手段、前処理触媒反応器及び触媒反応器を、被浄化空気が、触媒反応器から排出される高温浄化空気によって、前記熱交換器を介して予熱されるように順次接続することによって得られる。被浄化空気の導入は、熱交換器の前段に、フィルターを有するファンを配することによって行っても、コンプレッサー等を用いて行っても良い。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の触媒浄化装置においては、スタートアップ時以外にはバーナーを使用しないので稼動コストが安価である上、燃焼時の反応器内の温度も低いのでＮＯＸ  の発生が極めて少ないという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の触媒浄化装置の一実施例を示す概念図である。
【図２】従来の、バーナーを使用した触媒浄化装置の概念図である。
【符号の説明】
１  フィルター
２  ファン
３  熱交換器
４  予熱器
５  可燃物供給手段
６  触媒反応器
７  制御装置
８  バーナー
【図１】
0003544442.tif 000002
【図２】
0003544442.tif 000003