(57)【要約】ＶＯＣｓおよび臭気物質の分解のために冷水素炎を使用するシステムは、工業プロセスまたは工場の既存の排気システムを含む。既存の排気システムは、少なくとも排気ガス用の排気ダクトまたは煙突を有するものである。排気ガスは、ＤＭＳ，ＤＭＳＯおよび他のＶＯＣｓのような臭気物質を含むものである。さらに、本システムは、輪郭をとることができる水素表面混合拡散炎を発生させるための少なくとも一つのバーナーノズルを含んでなるものである。この水素炎からの主な副生物は、水およびフリーラジカルである。水素燃焼中に生成されるこれらのフリーラジカル、特にヒドロキシルラジカルは、反応性が高く、高い酸化力を有する。このように、ＶＯＣｓ，ＤＭＳおよびＤＭＳＯのような臭気物質は、水素燃焼中に生成されるこれらのフリーラジカルにより容易に分解される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．水素表面混合拡散炎を発生させる工程と、
ｂ．前記水素表面混合拡散炎を排気流へ接触させる工程と、
を含んでなる排気流中の揮発性の有機化合物（ＶＯＣｓ）および臭気物質の分解のために冷水素炎を使用する方法であって、
前記水素表面拡散混合炎は、前記揮発性の有機化合物（ＶＯＣｓ）および臭気物質の分解のためにフリーラジカルを発生することを特徴とする冷水素炎を使用する方法。
【請求項２】
前記水素表面混合拡散炎は、輪郭形成が可能であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記水素表面混合拡散炎は、予め混合せずに純酸素中で純水素を燃焼させることにより発生させることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記純酸素は、前記純水素より過剰であることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
さらに、ｃ．前記水素表面混合拡散炎および前記排気流へ向かって過酸化水素の微細なミストを噴霧する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
さらに、ｄ．前記排気流へ蒸気を導入する工程、を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
さらに、ｅ．前記排気流へオゾンガスを導入する工程、を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
さらに、ｆ．前記水素表面混合拡散炎を、拡散させ、分散させるためにフレームスプレッダを利用する工程、を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記フレームスプレッダは、水素燃焼中にフリーラジカル生成物を増加させるための触媒金属で作られていることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
輪郭形成が可能である水素表面混合拡散炎を発生させることができる少なくとも一つのバーナーノズルを含んでなる、排気システムの排気ガス中における揮発性の有機化合物（ＶＯＣｓ）および臭気物質の分解のためのシステムであって、
前記少なくとも一つのバーナーノズルは前記排気システムの排気ダクトの中に配置されていることを特徴とするシステム。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのバーナーノズルは、実質的に排気ガスの流路にあることを特徴とする請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記排気ダクトは煙突を含むことを特徴とする請求項１０記載のシステム。
【請求項１３】
さらに、前記システムは、前記排気ダクトのスロートを制限するためのベンチュリを含むことを特徴とする請求項１０記載のシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのバーナーノズルが、実質的に前記ベンチュリの収縮部にあることを特徴とする請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
さらに、前記システムは、化学試薬の１種または２種以上を組み合わせたものを導入するための少なくとも１つのスプレーノズルを含んでなることを特徴とする請求項１０記載のシステム。
【請求項１６】
前記化学試薬が、過酸化水素、オゾンガスおよび蒸気を含んでなることを特徴とする請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
さらに、前記輪郭形成が可能な水素表面混合拡散炎を拡散させ、分散させるためのフレームスプレッダを含むことを特徴とする請求項１０記載のシステム。
【請求項１８】
前記フレームスプレッダは、水素燃焼中にフリーラジカル生成物を増加させるための触媒金属からなることを特徴とする請求項１７記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、産業排気からの臭気物質の分解に関する。特に、本発明は、臭気物質の分解のために冷水素炎（cool hydrogen flame）を使用するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場や工業プロセスは、大気へ放出される前に処理される必要のある様々な排気ガスを発生させている。規則や協定は、存在する有毒な化合物を除去するか低減するために、これらの排気ガスが前処理を受けることを求めている。さらに、環境保護の意識が高まっているのに伴い、「温室効果ガス」のような化学物質の排出はさらに規制され始めている。
【０００３】
ある排気流中のいくつかの化合物は、多くの場合、環境空気と同様に作業環境中で低濃度でさえ迷惑となる揮発性の有機化合物（ＶＯＣｓ）およびさらに他の臭気物質を含んでいる。そのような臭気物質は、多くの場合、硫黄および窒素を含んでおり、そのいくつかの例として硫化ジメチル（ＤＭＳ）およびジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）が挙げられる。ＤＭＳおよびＤＭＳＯは、半導体産業の中で有機溶媒として使用される。不運にも、それらは従来方式で扱うのが困難で、また高価なものとなり得る。
【０００４】
ＤＭＳおよびＤＭＳＯを含む排気において、ＤＭＳおよびＤＭＳＯを制御するために使用される既存の方法のうちの１つは、活性炭吸着によるものである。この活性炭吸着も、また高価であり、単に気相から固相へ汚染物質を移すものである。
【０００５】
他の従来方式は、不快な化合物を単に灰にするものである。この従来の処理システムは、既存の排気システムに接続された新しい設備を設置するための補足的な空間を必要とする。そのような付加的な設備のためのコストは極めて高くなる可能性がある。さらに、既存の排気システムへの広範囲な改変は、そのような処理のために、通常、適切に統合されることが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、現在、費用、空間の使用および存在する排気システムの改変を最小とする、臭気物質の処理または分解のためのシステムおよび方法が存在せず、そして求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ＶＯＣｓおよび臭気物質の分解のために冷水素炎を使用するシステムおよび方法を提供しようとするものである。
【０００８】
従って、１つの態様において、本発明は、水素表面混合拡散炎を発生させる工程と、水素表面混合拡散炎を排気流へ接触させる工程と、を含んでなる排気流中のＶＯＣｓおよび臭気物質の分解のために冷水素炎を使用する方法であって、水素表面拡散混合炎は、ＶＯＣｓおよび臭気物質の分解のためにフリーラジカルを発生することを特徴とする冷水素炎を使用する方法、を提供する。
【０００９】
別の態様において、本発明は、輪郭形成が可能な水素表面混合拡散炎を発生させることができる少なくとも一つのバーナーノズルを含んでなる、排気システムの排気ガス中におけるＶＯＣｓおよび臭気物質の分解のためのシステムであって、少なくとも一つのバーナーノズルは排気システムの排気ダクトの中に配置されていることを特徴とするシステム、を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の好ましい実施形態を、図面を参照しながら、より詳細に説明する。
【００１１】
この明細書において、臭気物質およびＶＯＣｓの分解のために冷水素炎を使用するシステムおよび方法を開示する。次の記載では、好ましい実施例を説明することで詳細が提供される。それは当業者に明らかとなり、発明がそのような詳細なしでも実施することができる。詳細のうちのいくつかは十分に記載されないかもしれないが、発明を不明瞭にするものではない。
【００１２】
図１によれば、ＶＯＣｓおよび臭気物質の分解のために冷水素炎を使用するシステム１０は、工業プロセスまたは工場５の既存の排気システム６を有する。既存の排気システム６は、排気ガス１２用の少なくとも１本の排気ダクトまたは煙突８を有する。排気ガス１２は、ＤＭＳ、ＤＭＳＯおよび他のＶＯＣｓのような臭気物質を含んでいる。さらに、システム１０は、輪郭形成が可能（configurable）な水素表面混合拡散炎（ＣＨＳＭＤＦ）２２を発生させるための少なくとも１つのバーナーノズル２０を有する。
【００１３】
少なくとも１つのバーナーノズル２０は、既存の排気システム６の排気ダクトまたは煙突８の内部に配置される。また、バーナーノズル２０は、バーナーノズル２０が実質的に排気ガス１２の流路中に存在するように配置される。
【００１４】
バーナーノズル２０から生じる炎は、穏やかで、「冷たく」（”cool”）、清潔な燃焼と説明することができる。ＣＨＳＭＤＦ２２は、純酸素中または酸素を豊富に含むか否かにかかわらず清浄な空気中のいずれかで純水素を燃焼させることによって発生させる。しかしながら、水素と酸素は、点火される前にあらかじめ混合されない。その代わりに、バーナーノズル２０は、酸素ガスを放出するメインノズルと、メインノズルの内側に配置された水素ガスを放出する中央のノズルとの、すなわちオリフィス設計のチューブとなっている。
【００１５】
バーナーノズル２０が稼動すると、水素ガスは、それを取り囲んでいる酸素ガスの包被とともに放出される。この水素ガスが点火されると、それは、水素ガスおよび酸素ガスの境界面の周囲でのみ燃焼する。これは、輪郭形成が可能な表面混合拡散炎（ＣＨＳＭＤＦ）２２と呼ばれる炎を発生させる。それは、その温度が従来の事前に混合する炎よりはるかに低いため、「冷」燃焼炎（a “cool” burning flame）と記載される。バーナーノズル２０は、必ずしもオリフィス設計のチューブに制限されるものではなく、さらにスロットタイプのバーナーノズルであってもよい。水素ガスの完全燃焼を確実にするためには、酸素の過剰量がバーナーノズル２０から放出される。
【００１６】
ＣＨＳＭＤＦ２２の火炎長および火炎面（flame front）は、圧力と水素および酸素のガスの流量比とを調節することにより輪郭形成が可能なものである。
【００１７】
排気流の中で、臭気物質およびＶＯＣｓの分解のために、火と熱酸化を使用することは、決して新しいものではない。しかしながら、炭化水素および硫黄が豊富な燃料を使用する従来の炎は、さらに排気ガスを汚染するすすおよび他の汚染物質を生じる可能性がある。さらに、従来の炎によって生じる高温により、既存の排気システムおよび排気ガスの過熱を防ぐための追加の冷却装置が導入されることが求められる。
【００１８】
水素表面混合拡散炎は、追加の冷却装置を要求しないのに十分な程、有利に「冷たい」ものであり、また実質的に排気ガスの温度を上昇させるものではない。実験と試験は、ＣＨＳＭＤＦ２２に接触の後に、排気ガスの温度の増加が１５０℃未満であったことを示している。燃焼中のすすの欠如は、さらに水素炎による放出される放射熱を著しく減少し、それをさらに「冷」炎とする。この水素炎からの主な副産物は水とフリーラジカルである。
【００１９】
水素燃焼中に生成したこれらのフリーラジカル、特に、ヒドロキシルラジカルは、本来非常に反応性が高く、高い酸化力を有し、このような有機化合物の酸化に非常に有効である。そのため、ＶＯＣｓ、ＤＭＳおよびＤＭＳＯのような臭気物質は、水素燃焼中に生成されたフリーラジカルによって容易に分解される。
【００２０】
図２Ａによれば、図１の発明における代替配置が示されている。ここでは、単一のバーナーノズル２０の代わりに、複数のＣＨＳＭＤＦ２２を生じさせるように複数のバーナーノズル２０とする。
【００２１】
図２Ｂによれば、煙突８のスロート部が、煙突８のスロート部へのベンチュリ４０の導入によって、実質的に縮小された代替配置が示されている。これは、比較的小さな火炎面を備えたＣＨＳＭＤＦ２２が、依然として、排気ガス１２中の臭気物質を分解するために十分なフリーラジカルを生じさせることができるように、煙突８のスロート部の領域を縮小している。ベンチュリ４０によって引き起こされた断面減少により圧力が変化するが、排気ガス１２の流れによっては無視できる。
【００２２】
図３によれば、また別の代替配置が示されており、煙突８へ導くダクトまたはパイプに反応チャンバ４５を導入してもよい。反応チャンバ４５は複数のバーナーノズル２０を収容するためのチャンバ４２から構成されている。複数のバーナーノズル２０は、排気ガス１２がダクトを通過するとき、発生した複数のＣＨＳＭＤＦ２２が、その流路に存在するように、配置される。
【００２３】
開示したバーナーノズル２０の配置は、より多くのＣＨＳＭＤＦ２２を作り出すための、または排気ガス１２にもっとＣＨＳＭＤＦ２２を接触させることを試みるためのものである。また、その配置は、臭気物質の分解のために、より多くのフリーラジカルを生成する役目を果たす。図４によれば、別の実施では、煙突８のスロートを横切って最大の接触のためにＣＨＳＭＤＦ２２を広げるためにフレームスプレッダ５０を使用することを示している。フレームスプレッダ５０は、実質的にバーナーノズル２０からのＣＨＳＭＤＦ２２を拡散させ分散させるためのワイヤーメッシュである。さらに、フレームスプレッダは、水素の燃焼中にフリーラジカルの発生を増強する触媒特性を示す金属から作られていてもよい。これらの金属の例としては、たとえば、マンガン、パラジウム等が挙げられるが、これらに制限されるものではない。また、スワールバーナーの使用のような様々なバーナー／ノズル設計により、または他の空気力学の増強により、炎が形作られてもよい。
【００２４】
図５によれば、本発明による方法５００は、輪郭形成が可能な水素表面混合拡散炎２２を発生させる工程５１０で始まり、次に、臭気物質を含んでなる排気流へ前記輪郭形成が可能な水素表面混合拡散炎２２を接触するステップ５１５を経て、その後、ＣＨＳＭＤＦ２２によって生成されたフリーラジカルは、これらの臭気物質を分解する。
【００２５】
本発明にとって重要な水素燃焼によるフリーラジカルの生成は、さらに、前もって定めた化学試薬または調節剤の追加によって増強することができる。そのような化学試薬の例としては、オゾンガス、過酸化水素等が挙げられる。本発明の装置１０は、さらに、フリーラジカルの生成を増強するために、オゾンガスまたは過酸化水素を煙突８中へ導入するための複数のガスノズルおよび複数のスプレーノズルを含んでもよい。方法５００も、さらに、煙突８へオゾンガスまたは過酸化水素を導入するかまたはスプレーする追加の工程を含んでもよい。
【００２６】
過酸化水素は、少なくとも１つのスプレーノズルによって、微細なミストの形態で排気ダクトまたは煙突８へ導入することができる。スプレーノズルは、好ましくは、バーナーノズル２０の近くに配置される。また、スプレーノズルは、スプレーノズルがバーナーノズル２０と同軸になるように配置され得る。排気ダクトまたは煙突８に対する過酸化水素の微細なミストは、ＣＨＳＭＤＦ２２によって生じた熱により、過酸化水素が分解して形成されるフリーラジカルを、結果的により多く生じさせる。過酸化水素の解離の結果形成されたすべての水は、ＣＨＳＭＤＦ２２によって蒸気に変換され、排気ガス１２と一緒に排気ダクトまたは煙突を出ていく。それに応じて、本発明による方法５００は、さらに、排気ダクトまたは煙突の中へ過酸化水素の微細なミストを噴霧する追加の工程を含む。この過酸化水素の微細なミストの噴霧が同時にＣＨＳＭＤＦ２２を提供することとなる。
【００２７】
煙突８の中への蒸気の導入は、さらにまた臭気物質の分解を助ける。蒸気もまた、スプレーノズル経由で煙突８へ導入されてもよいが、バーナーノズル２０から離れて配置される。
【００２８】
さらに、触媒特性を有するフレームスプレッダ５０の使用は、また、フリーラジカルの生成を増強するのを助け、方法５００の有効性を高めるものである。
【００２９】
当業者は、本発明の範囲を外れることなく、様々な改変および改良をなすことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明における一つのシステムを示した図である。
【図２Ａ】図１の代替配置を示した図である。
【図２Ｂ】図１の別の代替配置を示した図である。
【図３】図１のさらに別の代替配置を示した図である。
【図４】図１のフレームスプレッダを使用する、別の実施形態を示した図である。
【図５】本発明における方法のフローチャートを示した図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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