(57)【要約】【課題】本発明は、ＮＯｘを含む１５０℃以上の排ガスをオゾンガス処理することができ処理設備を簡素化することができる排ガス処理方法を提供する。【解決手段】本発明の排ガス処理方法は、ＮＯｘを含む１５０℃以上の排ガス中に水または水溶液である第１液体とオゾンとを供給し、オゾンガスを含む排ガス中に第１液体の水滴が浮遊する第１ミストを発生させる工程を含むことを特徴とする。また、本発明の排ガス処理方法は、第１ミスト中を通過した後の排ガス中に、還元剤水溶液である第２液体を噴霧し第２ミストを発生させる工程をさらに含んでもよい。【選択図】図１
2015016434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＯｘを含む１５０℃以上の排ガス中に水または水溶液である第１液体とオゾンとを供給し、オゾンガスを含む排ガス中に第１液体の水滴が浮遊する第１ミストを発生させる工程を含む排ガス処理方法。
【請求項２】
第１液体は、アルカリ性水溶液または還元剤水溶液または還元剤を溶質として含むアルカリ性水溶液である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１ミスト中に排ガスを通過させ、通過した後の排ガス中に、第２液体を噴霧し第２ミストを発生させる工程をさらに含み、
第２液体は、アルカリ性水溶液または還元剤水溶液または還元剤を溶質として含むアルカリ性水溶液である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
排ガスは、ＳＯｘを含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
排ガスは、ガラスの溶解炉から発生する排ガスである請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
ＮＯｘを含む１５０℃以上の排ガスが流れる排ガス流路と、前記排ガス流路中に水または水溶液である第１液体を噴霧する第１噴霧部と、前記排ガス流路中にオゾンを供給するオゾン供給部とを備え、
第１噴霧部と前記オゾン供給部は、オゾンガスを含む排ガス中に第１液体の水滴が浮遊する第１ミストが形成されるように設けられた排ガス処理装置。
【請求項７】
前記オゾン供給部は、第１噴霧部が第１液体を前記排ガス流路中に噴霧することにより形成された第１ミスト中にオゾンガスを供給するように設けられた請求項６に記載の装置。
【請求項８】
第１噴霧部は、第１液体と前記オゾン供給部から供給されたオゾンガスとを混合して前記排ガス流路中に噴霧するように設けられた請求項６に記載の装置。
【請求項９】
第１液体は、アルカリ性水溶液または還元剤水溶液または還元剤を溶質として含むアルカリ性水溶液である請求項６〜８のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１０】
第１ミスト中を通過した後の排ガスが流れる前記排ガス流路中に、アルカリ性水溶液または還元剤水溶液または還元剤を溶質として含むアルカリ性水溶液である第２液体を噴霧する第２噴霧部をさらに備える請求項６〜８のいずれか１つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス処理方法および排ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスびんなどのガラス製品は、珪砂、ソーダ灰、石灰などの原料と空き瓶などを砕いて作られるカレットを溶解炉においてバーナーなどで溶かし（約１５００℃）、溶かしたガラスを成形することにより製造される。ガラスを溶かす溶解炉からは、バーナーからの燃焼排ガスと溶解したガラスから発生する成分とを含む燃焼排ガスが排出される。溶解炉から排出される燃焼排ガスには、大気汚染物質であるＮＯｘやＳＯｘが含まれており、燃焼排ガスを大気中に放出する前にこれらの汚染物質を燃焼排ガス中から除去する必要がある。また、この燃焼排ガスにはガラス原料由来のＳＯｘ、粘着成分などの触媒被毒成分が含まれているため、従来のＮＯｘ処理技術である「選択触媒還元法」を使用することが困難である。
【０００３】
また、燃焼排ガス中のＮＯｘを除去する方法としては、ＮＯガスをオゾンガスと反応させＮＯ2ガスに変換した後に、還元剤によりＮＯ2を窒素ガスに還元する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
なお、オゾンガスは、１５０℃を超えると熱分解量が増える（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２６６８６８号公報
【特許文献２】特開昭５５−１８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のオゾンガスを利用してＮＯｘを除去する方法では、高温で多量の燃焼排ガスを処理する場合、オゾンガス処理するために燃焼排ガスを多量の水により冷却し１５０℃以下の温度にする必要がある。燃焼排ガスを多量の水で処理すると、処理した燃焼排ガスに多量の水蒸気が含まれることとなり大気中に放出された燃焼排ガスが白煙となるという問題がある。また、燃焼排ガスを多量の水により冷却すると、水を循環させる設備や廃水を処理する設備が必要となり処理設備が複雑化し大型化するという問題がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ＮＯｘを含む１５０℃以上の排ガスをオゾンガス処理することができ処理設備を簡素化することができる排ガス処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ＮＯｘを含む１５０℃以上の排ガス中に水または水溶液である第１液体とオゾンとを供給し、オゾンガスを含む排ガス中に第１液体の水滴が浮遊する第１ミストを発生させる工程を含む排ガス処理方法を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、１５０℃以上の排ガス中に水または水溶液である第１液体の水滴が浮遊する第１ミストを発生させる工程を含むため、第１ミスト中において水滴に含まれる水が蒸発することによる気化熱により水滴の周りの気体の温度を低くすることができる。このため、第１ミスト中の排ガスの温度を低下させることができ、第１ミスト中においてオゾンガスが熱分解することを抑制することができる。
本発明によれば、第１ミスト中ではＮＯｘとオゾンガスを含む排ガス中を第１液体の水滴が浮遊するため、第１ミストの気相においてＮＯガスとオゾンガスからＮＯ2ガスが生成する化学反応を進行させることができる。このため、第１ミスト中を通過した後の排ガスをＮＯ濃度が低くＮＯ2濃度が高いガスとすることができる。なお、第１ミストは、水滴の水がすべて蒸発することにより消滅する。
ＮＯガスは水に溶解しにくいという特性を有するのに対し、ＮＯ2ガスは水に溶解しやすいという特性を有する。従って、ＮＯ2濃度が低くＮＯ濃度が高い排ガスを還元剤水溶液で処理してもＮＯガスは水に溶解しにくいため、排ガスに含まれるＮＯｘをＮ2に還元することは難しい。これに対し、ＮＯ濃度が低くＮＯ2濃度が高い排ガスを還元剤水溶液で処理するとＮＯ2ガスは水に溶解しやすいため、排ガスに含まれるＮＯｘをＮ2に還元することができる。つまり、本発明によれば、１５０℃以上の排ガスを、還元剤水溶液処理よりＮＯｘをＮ2に還元しやすいガスに変質させることができる。
また、本発明によれば、触媒を使用せずにＮＯをＮＯ2に変換できるため、ＳＯｘなどの触媒被毒成分を含む排ガスを処理することができる。
また、本発明によれば、１５０℃以上の排ガスをオゾンガス処理することができるため、排ガスの処理に用いる水の量を減らすことが可能になり、大気中に放出する排ガスに含まれる水蒸気量を減らすことが可能になる。その結果、大気中に放出された排ガスが白煙となることを抑制することができる。
また、本発明によれば、第１ミストに含まれる水をすべて蒸発させることができるため、排ガス処理装置が水循環装置や廃水処理設備を備える必要がなく、排ガス処理装置を簡素化することができる。
また、本発明によれば、排ガスを充填材中や触媒中を通過させる必要がなく、排ガス処理装置を容易にメンテナンスすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態の排ガス処理装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態の排ガス処理装置の概略構成図である。
【図３】第１ミスト中における化学反応の説明図である。
【図４】第２ミスト中における化学反応の説明図である。
【図５】第２ミスト中における化学反応の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態の排ガス処理装置の概略構成図である。
【図７】第１ミスト中における化学反応の説明図である。
【図８】第１ミスト中における化学反応の説明図である。
【図９】実施例において用いた排ガス処理装置の概略断面図である。
【図１０】実施例の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の排ガス処理方法は、ＮＯｘを含む１５０℃以上の排ガス中に水または水溶液である第１液体とオゾンとを供給し、オゾンガスを含む排ガス中に第１液体の水滴が浮遊する第１ミストを発生させる工程を含むことを特徴とする。
本発明において、ミストとは多数の水滴が気体中に浮遊しているものをいう。従って、ミストには、浮遊する多数の水滴（液相）と、水滴の周りの気体（気相）とが含まれる。
【００１０】
本発明の排ガス処理方法において、第１液体を排ガス中に噴霧することにより第１ミストを発生させ、発生させた第１ミスト中にオゾンガスを供給することが好ましい。
このような構成によれば、オゾンガスを含む排ガス中に第１液体の水滴が浮遊する第１ミストを発生させることができる。また、第１液体が還元剤を含む場合、還元剤がオゾンガスにより消費されることを抑制することができる。
本発明の排ガス処理方法において、第１液体とオゾンガスとを混合し排ガス中に噴霧し第１ミストを発生させることが好ましい。
このような構成によれば、オゾンガスを含む排ガス中に第１液体の水滴が浮遊する第１ミストを発生させることができる。また、オゾンガスが高温に曝される確率を低くすることができ、オゾンガスの熱分解を抑制することができる。
本発明の排ガス処理方法において、第１ミストに含まれる水は、第１ミストが排ガス流路を流れる過程においてすべて蒸発することが好ましい。
このような構成によれば、排ガス処理装置が水を循環させる装置を備える必要がなく、排ガス処理装置を簡素化することができる。
【００１１】
本発明の排ガス処理方法において、第１ミスト中に排ガスを通過させ、通過した後の排ガス中に、還元剤水溶液である第２液体を噴霧し第２ミストを発生させる工程をさらに含むことが好ましい。
このような構成によれば、第１ミストによる処理によりＮＯ濃度が低くＮＯ2濃度が高くなった排ガスを第２ミスト中において還元剤水溶液で処理することができる。ＮＯ2ガスは水に溶解しやすい特性を有するため、第２ミストに含まれる第２液体中においてＮＯ2ガスを還元剤により還元しＮ2ガスを発生させることができる。その結果、排ガス中のＮＯｘを除去することができる。
本発明の排ガス処理方法において、第２液体は、亜硫酸ナトリウムを溶質として含む水溶液であることが好ましい。
このような構成によれば、ＮＯ2と亜硫酸ナトリウムとを反応させることにより、窒素ガスと硫酸ナトリウムとを生成することができる。
本発明の排ガス処理方法において、第２ミストに含まれる水は、第２ミストが排ガス流路を流れる過程においてすべて蒸発することが好ましい。
このような構成によれば、排ガス処理装置が水を循環させる装置を備える必要がなく、排ガス処理装置を簡素化することができる。
【００１２】
本発明の排ガス処理方法において、排ガスは、ＳＯｘを含み、第２液体は、アルカリ性水溶液であることが好ましい。
このような構成によれば、燃焼排ガスに含まれるＳＯ2ガスが第２液体に溶け込み亜硫酸または亜硫酸ナトリウムなどの還元剤を生成することができる。この還元剤により排ガスに含まれるＮＯ2ガスを還元しＮ2ガスを発生させることができる。その結果、排ガス中のＮＯｘを除去することができる。
本発明の排ガス処理方法において、第２液体は、水酸化ナトリウムを溶質として含む水溶液であることが好ましい。
このような構成によれば、ＳＯ2と水酸化ナトリウムから亜硫酸ナトリウムを生成することができる。
本発明の排ガス処理方法において、第１液体は、還元剤水溶液であることが好ましい。
このような構成によれば、ＮＯガスとオゾンガスから生成したＮＯ2ガスを水滴中に溶解させ、このＮＯ2を還元剤により還元しＮ2ガスを発生させることができる。その結果、排ガス中のＮＯｘを除去することができる。
【００１３】
本発明の排ガス処理方法において、排ガスはＳＯｘを含み、第１液体はアルカリ性水溶液であることが好ましい。
このような構成によれば、燃焼排ガスに含まれるＳＯ2ガスが第１液体に溶け込み亜硫酸または亜硫酸ナトリウムなどの還元剤を生成することができる。また、ＮＯガスとオゾンガスから生成したＮＯ2ガスを水滴中に溶解させ、このＮＯ2を還元剤により還元しＮ2ガスを発生させることができる。その結果、排ガス中のＮＯｘを除去することができる。
本発明の排ガス処理方法において、前記還元剤水溶液に含まれる還元剤から生成されかつ排ガス中を浮遊する微粒子を排ガス中から除去する工程を含むことが好ましい。
このような構成によれば、大気中に排ガスと共に微粒子が放出されることを抑制することができる。
本発明の排ガス処理方法において、排ガスは、ガラスの溶解炉から発生する燃焼排ガスであることが好ましい。
このような構成によれば、バーナーなどからの燃焼排ガスと溶解したガラスから発生する成分とを含む燃焼排ガス中のＮＯｘを除去することができる。
【００１４】
また、本発明は、ＮＯｘを含む１５０℃以上の排ガスが流れる排ガス流路と、前記排ガス流路中に水または水溶液である第１液体を噴霧する第１噴霧部と、前記排ガス流路中にオゾンを供給するオゾン供給部とを備え、第１噴霧部と前記オゾン供給部は、オゾンガスを含む排ガス中に第１液体の水滴が浮遊する第１ミストが形成されるように設けられた排ガス処理装置も提供する。
本発明の排ガス処理装置によれば、ＮＯｘを含む１５０℃以上の排ガスが流れる排ガス流路と、前記排ガス流路中に水または水溶液である第１液体を噴霧する第１噴霧部とを備え、第１噴霧部は、排ガス中に第１液体の水滴が浮遊する第１ミストが形成されるように設けられるため、第１ミスト中において水滴に含まれる水が蒸発することによる気化熱により水滴の周りの気体の温度を低くすることができる。このため、第１ミスト中の排ガスの温度を低下させることができ、第１ミスト中においてオゾンガスが熱分解することを抑制することができる。
本発明の排ガス処理装置によれば、排ガス流路中にオゾンを供給するオゾン供給部を備え、第１噴霧部と前記オゾン供給部は、オゾンガスを含む排ガス中に第１液体の水滴が浮遊する第１ミストが形成されるように設けられるため、第１ミストの気相においてＮＯガスとオゾンガスからＮＯ2ガスが生成する化学反応を進行させることができる。このため、第１ミスト中に排ガスを通過させることにより、排ガスに含まれるＮＯガスをＮＯ2ガスに変換することができる。この結果、１５０℃以上の排ガスを、還元剤水溶液処理よりＮＯｘをＮ2に還元しやすいガスに変質させることができる。
【００１５】
本発明の排ガス処理装置において、前記オゾン供給部は、第１噴霧部が第１液体を前記排ガス流路中に噴霧することにより形成された第１ミスト中にオゾンガスを供給するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、オゾンガスを含む排ガス中に第１液体の水滴が浮遊する第１ミストを発生させることができる。また、第１液体が還元剤を含む場合、還元剤がオゾンガスにより消費されることを抑制することができる。
本発明の排ガス処理装置において、第１噴霧部は、第１液体と前記オゾン供給部から供給されたオゾンガスとを混合して前記排ガス流路中に噴霧するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、オゾンガスを含む排ガス中に第１液体の水滴が浮遊する第１ミストを発生させることができる。また、オゾンガスが高温に曝される確率を低くすることができ、オゾンガスの熱分解を抑制することができる。
【００１６】
本発明の排ガス処理装置において、第１液体は、アルカリ性水溶液又は還元剤水溶液であることが好ましい。
このような構成によれば、第１ミストの液相においてＮＯ2を還元させＮ2ガスを発生させることができる。この結果、排ガス中のＮＯｘを除去することができる。
本発明の排ガス処理装置において、第１噴霧部および排ガス流路は、第１ミストに含まれる水がすべて蒸発するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、排ガス処理装置が水を循環させる装置を備える必要がなく、排ガス処理装置を簡素化することができる。
本発明の排ガス処理装置において、第１ミスト中を通過した後の排ガスが流れる前記排ガス流路中に、アルカリ性水溶液又は還元剤水溶液である第２液体を噴霧する第２噴霧部をさらに備えることが好ましい。
このような構成によれば、第１ミストによる処理によりＮＯ濃度が低くＮＯ2濃度が高くなった排ガスを第２ミスト中において還元剤水溶液で処理することができる。ＮＯ2ガスは水に溶解しやすい特性を有するため、第２ミストに含まれる第２液体中においてＮＯ2ガスを還元剤により還元しＮ2ガスを発生させることができる。その結果、排ガス中のＮＯｘを除去することができる。
【００１７】
本発明の排ガス処理装置において、第２噴霧部および排ガス流路は、第２ミストに含まれる水がすべて蒸発するように設けられたことが好ましい。
このような構成によれば、排ガス処理装置が水を循環させる装置を備える必要がなく、排ガス処理装置を簡素化することができる。
本発明の排ガス処理装置において、前記還元剤水溶液に含まれる還元剤から生成された微粒子を排ガス中から除去する集塵機を含むことが好ましい。
このような構成によれば、大気中に排ガスと共に微粒子が放出されることを抑制することができる。
【００１８】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
【００１９】
排ガス処理方法および排ガス処理装置
図１、２または６は本実施形態の排ガス処理装置の概略構成図である。
本実施形態の排ガス処理方法は、ＮＯｘを含む１５０℃以上の排ガス中に水または水溶液である第１液体とオゾンとを供給し、オゾンガスを含む排ガス中に第１液体の水滴が浮遊する第１ミスト６を発生させる工程を含むことを特徴とする。
また、本実施形態の排ガス処理方法は、第１ミスト６中を通過した後の排ガス中に、還元剤水溶液である第２液体１６を噴霧し第２ミスト７を発生させる工程を含んでもよい。
本実施形態の排ガス処理方法において、排ガス流路１を流れる排ガスは、第１ミスト６による一段階処理により処理されてもよく、第１ミスト６による第１処理と第２ミスト７による第２処理とから構成される二段階処理により処理されてもよい。
さらに、本実施形態の排ガス処理方法は、排ガス中に生じた微粒子８を集塵機１７により除去する工程を含んでもよい。
【００２０】
本実施形態の排ガス処理装置３０は、ＮＯｘを含む１５０℃以上の排ガスが流れる排ガス流路１と、排ガス流路１中に水または水溶液である第１液体を噴霧する第１噴霧部４と、排ガス流路１中にオゾンを供給するオゾン供給部１０とを備え、第１噴霧部４とオゾン供給部１０は、オゾンガスを含む排ガス中に第１液体の水滴が浮遊する第１ミスト６が形成されるように設けられたことを特徴とする。
また、本実施形態の排ガス処理装置３０は、第１ミスト６中を通過した後の排ガス中に、アルカリ性水溶液又は還元剤水溶液である第２液体１６を噴霧する第２噴霧部５を備えてもよい。
以下、本実施形態の排ガス処理方法および排ガス処理装置３０について説明する。
【００２１】
１．排ガス、排ガス流路
排ガスは、本実施形態の排ガス処理方法および排ガス処理装置３０の被処理ガスであり、１５０℃以上の温度を有し、ＮＯｘを含むものであれば特に限定されないが、例えば、ガラス原料２３をバーナー２０により溶解する溶解炉１９から排出される燃焼排ガスであってもよく、ガラス原料２３を電気溶融させる溶解炉から排出される排ガスであってもよく、ボイラーの燃焼室から排出される燃焼排ガスであってもよく、エンジンから排出される燃焼排ガスであってもよく、ガスタービンから排出される燃焼排ガスであってもよく、焼却炉から排出される燃焼排ガスであってもよい。
なお、排ガスがガラス原料２３をバーナー２０により溶解する溶解炉１９から排出される燃焼排ガスである場合、溶解炉１９は、図１に示したようにバーナー２０の炎２１によりガラス原料２３を溶解させたガラス２２を溜める構造を有することができる。
排ガス流路１に流入する排ガスには、ＮＯなどのＮＯｘが含まれる。また、排ガス流路１に流入する排ガスにはＳＯ2などのＳＯｘが含まれてもよい。なお、排ガスに含まれるＮＯｘまたはＳＯｘは、排ガスが排ガス流路１を流れる際に施される処理により除去することができる。
排ガスは、少なくとも排ガス流路１において第１ミスト６を発生させる箇所（第１処理領域２）の直前において１５０℃以上の温度を有する。
排ガスの温度は、例えば、第１処理領域２の直前において１５０℃以上５００℃以下、好ましくは２００℃以上３５０℃以下、さらに好ましくは２００℃以上３００℃以下とすることができる。また、第１処理領域２を通過した後の排ガスは、１５０℃以上３００℃以下、好ましくは１５０℃以上２５０℃以下であることが好ましい。このことにより、排ガス中のＮＯ2が熱分解することを抑制することができる。また、排ガスの温度は、例えば、集塵機１７により排ガス中の微粒子８を除去する段階において、１３０℃以上２４０℃以下とすることができる。
【００２２】
排ガス流路１は、溶解炉１９などから排出された排ガスが大気放出されるまでに流通する流路である。排ガス流路１は、図１、２、６のように排ガスをミストにより処理する処理室（第１処理領域２または第２処理領域３を含む）を有してもよい。また、処理室の底部は水封されていてもよい。また、処理室内は、触媒部や充填材により満たされてない空洞とすることができる。また、排ガス流路１は、触媒部または充填材により満たされた部分を有さないように設けることができる。
排ガス流路１の大きさは特に限定されないが、例えば、直径５０ｃｍ以上直径４ｍ以下とすることができる。また、排ガス流路１を流れる排ガスの流速は特に限定されないが、例えば、１ｍ／秒以上１５ｍ／秒以下とすることができる。
【００２３】
２．噴霧部
噴霧部９は、排ガス中に水または水溶液を噴霧する部分である。噴霧部９は、第１噴霧部４または第２噴霧部５である。噴霧部９により排ガス流路１中に水または水溶液を噴霧すると、排ガス中に多数の水滴が浮遊するミストを発生させることができる。噴霧部９は、例えば、スプレーノズルである。また、噴霧部９は、一流体ノズルであってもよく、二流体ノズルであってもよい。噴霧部９が一流体ノズルである場合、噴霧部９は、加圧された水または水溶液を排ガス中に噴霧するように設けられる。噴霧部９が二流体ノズルである場合、噴霧部９は、水または水溶液と気体とを混合して排ガス中に噴霧することができる。なお、二流体ノズルにより混合される気体は、例えば、空気であってもよく、オゾンガスであってもよい。
【００２４】
噴霧部９は、例えば図１、２のように、排ガス流路１中に処理室を設けて、処理室中に水または水溶液を噴霧するように設けることができる。また、噴霧部９は処理室でない排ガス流路１中に水または水溶液を噴霧するように設けてもよい。
また、噴霧部９は、発生させたミストで排ガスを処理する処理領域が形成されるように設けることができる。また、排ガス流路１を流れる排ガスの実質的にすべてが処理領域を流れるように噴霧部９を設けることができる。例えば、排ガス流路１の直径を小さくしてもよく、噴霧部９により発生させるミストの量を多くしてもよい。また、排ガス流路１を囲むように複数の噴霧部９を排ガス流路１の側壁に設け、各噴霧部９が排ガス流路１の中心部に向かって水または水溶液を噴霧するように設けてもよい。また、噴霧部９は、排ガス流路１の排ガスが流れる方向と同じ方向に水または水溶液を噴霧するように設けられてもよい。さらに噴霧部９は、排ガス流路１の排ガスが流れる方向の逆方向に水または水溶液を噴霧するように設けられてもよい。
また、噴霧部９により発生させたミストは、排ガスの流れに乗って移動する。
【００２５】
第１噴霧部４は、水または水溶液である第１液体を排ガス流路１を流れる１５０℃以上の排ガス中に噴霧し、排ガス中に水滴２５が浮遊する第１ミスト６を発生させるように設けられる。このことにより、排ガスを第１ミスト６で処理する第１処理領域２を排ガス流路１中に形成することができる。なお、第１処理領域２は、触媒部や充填材で満たされていない空洞に形成することができる。
第１液体の種類は、排ガスを第１ミスト６による一段階処理により処理する場合と、排ガスを第１ミスト６による第１処理と第２ミスト７による第２処理とから構成される二段階処理により処理する場合により異なる。
第１噴霧部４により発生させた第１ミスト６中では、排ガス中に水滴２５が浮遊している。排ガスは少なくとも第１処理領域２の直前において１５０℃以上の温度である。このため、第１ミスト６中では、第１ミスト６を構成する水滴２５の表面において水が気化し、水滴２５は徐々に小さくなっていく。そして、最終的には水滴２５は消滅し第１ミスト６も消滅する。また、水滴２５の表面における水の気化に伴う気化熱により水滴２５の周りの排ガスの温度は低下する。このため、第１ミスト６中の排ガスの温度を低下させることができる。
従って、第１ミスト６を発生させることにより、排ガス流路１を流れる排ガス中に部分的にガス温度が低い領域を形成することができる。
【００２６】
第２噴霧部５は、アルカリ性水溶液又は還元剤水溶液である第２液体１６を排ガス流路１中に噴霧し、排ガス流路１を流れる排ガス中に第２ミスト７を発生させるように設けられる。このことにより、排ガス流路１を流れる排ガスを第２ミスト７で処理する第２処理領域３を形成することができる。第２処理領域３は、触媒部や充填材で満たされていない空洞に形成することができる。第２噴霧部５は、排ガスを第１ミスト６による一段階処理により処理する場合、省略することができる。
【００２７】
排ガスを二段階処理する場合、第１噴霧部４および第２噴霧部５は、排ガス流路１を流れる排ガスが第１処理領域２を流れた後、第２処理領域３を流れるように設けることができる。このことにより、排ガスを二段階処理することが可能になる。
第１噴霧部４および第２噴霧部５は、図１に示した排ガス処理装置３０のように第１処理領域２と第２処理領域３とが異なる処理室に形成されるように設けてもよく、図２に示した排ガス処理装置３０のように第１処理領域２と第２処理領域３とが同じ処理室に形成されるように設けてもよい。
また、排ガス流路１における第１処理領域２と第２処理領域３との間には、乾燥状態の領域が存在していてもよく、第１処理領域２の一部が第２処理領域３の一部と重なってもよい。
【００２８】
３．オゾン供給部
オゾン供給部１０は、排ガス流路１中にオゾンを供給する部分である。また、第１噴霧部４とオゾン供給部１０は、オゾンガスを含む排ガス中に第１液体の水滴２５が浮遊する第１ミスト６が形成されるように設けられる。このことにより、オゾン供給部１０により排ガス流路１中に供給されたオゾンガスが熱分解することを抑制することができる。なお、オゾンガスは、１５０℃以上になると熱分解量が増えるという特性を有する。
オゾン供給部１０は、第１噴霧部４が第１液体を排ガス流路１中に噴霧することにより形成された第１ミスト６中にオゾンガスを供給するように設けることができる。このことにより、第１処理領域２において、オゾンガスを含む排ガス中に第１液体の水滴２５が浮遊する第１ミスト６を形成することができる。また、第１ミスト６中では、水滴２５に含まれる水の気化熱により排ガスの温度が低下するため、第１ミスト６中に供給したオゾンガスが熱分解することを抑制することができる。
オゾン供給部１０は、例えば、図１に示した排ガス処理装置３０のように、第１ミスト６中にオゾンガスを供給するように設けることができる。
【００２９】
また、オゾン供給部１０は、第１噴霧部４にオゾンガスを供給するように設けられ、第１噴霧部４が、第１液体とオゾンガスとを混合して排ガス流路１中に噴霧するように設けられてもよい。このことにより、第１処理領域２において、オゾンガスを含む排ガス中に第１液体の水滴２５が浮遊する第１ミスト６を形成することができる。また、第１ミスト６中では、水滴２５に含まれる水の気化熱により排ガスの温度が低下するため、第１ミスト６中のオゾンガスが熱分解することを抑制することができる。
この場合、図２に示した排ガス処理装置３０のように、第１噴霧部４に二流体ノズルを用いることができる。
オゾン供給部１０は、オゾンガス発生器１２により発生させたオゾンガスを排ガス流路１中に供給してもよい。また、排ガス中に酸素ガスが含まれる場合、オゾンガス供給部１０は、排ガス中の酸素ガスからオゾンガスを発生させてもよい。
また、オゾン供給部１０と第１噴霧部４は、オゾン水（オゾンが溶け込んだ水）を排ガス流路１中に噴霧するように設けられてもよい。このことにより、第１処理領域２において、オゾンガスを含む排ガス中に第１液体の水滴２５が浮遊する第１ミスト６を形成することができる。この場合、オゾン供給部１０はオゾン水を第１噴霧部４に供給する部分である。
【００３０】
４．第１ミストと第２ミストによる二段階処理
ここでは、第１ミスト６による第１処理と第２ミスト７による第２処理とから構成される二段階処理により排ガスが処理される場合について説明する。図１、２に示した排ガス処理装置３０により排ガス流路１を流れる排ガスを二段階処理することができる。二段階処理では、排ガスはまず第１処理領域２において第１ミスト６により処理され、第１ミスト６により処理された排ガスが第２処理領域３において第２ミスト７により処理される。
【００３１】
二段階処理では、第１液体を水とすることができる。第１処理領域２では、排ガス流路１を流れる１５０℃以上の排ガス中に水（第１液体）とオゾンを供給し、オゾンガスおよびＮＯｘガスを含む排ガス中に水滴２５が浮遊する第１ミスト６を発生させる。なお、この場合、第１液体は、排ガスの温度を低下させる冷却水として機能する。
また、第１ミスト６に含まれる水は第１ミスト６が排ガス流路１を流れる過程ですべて蒸発する。
【００３２】
図３は、第１ミスト６中における化学反応の説明図である。第１ミスト６中では、図３のようにＮＯｘガスとオゾンガスを含む排ガス（気相）中に水滴２５（液相）が浮遊している。なお、第１ミスト６中の排ガスは水滴２５に含まれる水の気化熱により温度が低下しているため、第１ミスト６中のオゾンガスの熱分解は抑制されている。
第１ミスト６の気相においてＮＯｘガスとオゾンガスとを共存させることができるため、排ガスに含まれるＮＯガスをオゾンガスによりＮＯ2ガスに酸化される反応を進行させることができる。
このため、第１ミスト６を発生させた第１処理領域２を通過した後の排ガスは、第１処理領域２を通過する前の排ガスに比べ、ＮＯガス濃度が低くＮＯ2ガス濃度が高いガスとなる。また、第１処理領域２において第１液体の気化熱により排ガスは冷却されるため、第１処理領域２を通過した後の排ガスは、第１処理領域２を通過する前の排ガスに比べ温度が低下している。
なお、第１処理領域２を通過した後の排ガスでは、オゾンガスは熱分解すると考えられる。
【００３３】
二段階処理では、第２液体１６は、アルカリ性水溶液または還元剤水溶液とすることができる。例えば、第２液体１６は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの水溶液がアルカリ性を示す物質を溶質として含むことができる。また、第２液体１６は、亜硫酸ナトリウムなどの還元剤を溶質として含むことができる。また、第２液体１６は、水溶液がアルカリ性を示す物質と、還元剤との両方を含むことができる。
なお、第２液体１６は、排ガスの温度を低下させる冷却水としての機能と、排ガス中のＮＯｘを除去するための処理液としての機能の両方を有する。
第２処理領域３では、第１処理領域２を通過した後の排ガス中に第２液体１６を噴霧し、ＮＯ2ガスを含む排ガス中に第２液体１６の水滴２５が浮遊する第２ミスト７を発生させる。なお、第２ミスト７に含まれる水は、第２ミスト７が排ガス流路１を流れる過程ですべて蒸発する。また、第２ミスト７は、第２液体槽１４に溜めた第２液体１６をポンプ１５により第２噴霧部５に供給することにより発生させることができる。
図４は、第２液体１６が還元剤である亜硫酸ナトリウムを含む水溶液である場合における、第２ミスト７中における化学反応の説明図である。第２ミスト７中では、図４のようにＮＯ2ガスを含む排ガス（気相）中に亜硫酸ナトリウムを溶質として含む水滴２５（液相）が浮遊している。
気相のＮＯ2ガスは、水滴２５のＨ2Ｏと反応し、次の式（１）の化学反応が進行し、亜硝酸または硝酸として液相へと移動すると考えられる。
２ＮＯ2＋Ｈ2Ｏ  →  ＨＮＯ3＋ＨＮＯ2・・・（１）
液相の亜硝酸または硝酸は、還元剤である亜硫酸ナトリウムと反応し、次の式（２）（３）の化学反応が進行すると考えられる。
２ＨＮＯ3＋５Ｎａ2ＳＯ3  →  Ｎ2＋５Ｎａ2ＳＯ4＋Ｈ2Ｏ・・・（２）
２ＨＮＯ2＋３Ｎａ2ＳＯ3  →  Ｎ2＋３Ｎａ2ＳＯ4＋Ｈ2Ｏ・・・（３）
【００３４】
第２ミスト７中において、これらの化学反応が進行すると、排ガスに含まれるＮＯｘをＮ2に還元することができ、排ガスに含まれるＮＯｘを除去することができる。
なお、第２ミスト７に含まれる水滴２５は、水の気化により徐々に小さくなっていき、最終的には、Ｎａ2ＳＯ4の微粒子８を残して消滅する。
このため、第２ミスト７を発生させた第２処理領域３を通過した後の排ガスは、ＮＯガス濃度およびＮＯ2ガス濃度が共に低いガスとなる。
また、第２処理領域３において第２液体の気化熱により排ガスは冷却されるため、第２処理領域３を通過した後の排ガスは、第２処理領域３を通過する前の排ガスに比べ温度が低下している。
【００３５】
図５は、排ガスがＳＯ2を含み、第２液体１６が水酸化ナトリウムを含む場合における、第２ミスト７中における化学反応の説明図である。第２ミスト７中では、図５のようにＳＯ2ガスおよびＮＯ2ガスを含む排ガス（気相）中に水酸化ナトリウムを溶質として含む水滴２５（液相）が浮遊している。
第２ミスト７の気相のＳＯ2ガスは、水滴２５のＮａＯＨと反応し、次の式（４）の化学反応が進行し、亜硫酸ナトリウムとして液相へと移動すると考えられる。
ＳＯ2＋２ＮａＯＨ  →  Ｎａ2ＳＯ3＋Ｈ2Ｏ・・・（４）
第２ミスト７の気相のＮＯ2ガスは、水滴２５のＨ2Ｏと反応し、上記の式（１）の化学反応が進行し、亜硝酸または硝酸として液相へと移動すると考えられる。液相の亜硝酸または硝酸は、ＳＯ2から生成された亜硫酸ナトリウムと反応し、上記の式（２）（３）の化学反応が進行すると考えられる。
【００３６】
第２ミスト７中において、これらの化学反応が進行すると、排ガスに含まれるＮＯｘをＮ2に還元することができ、排ガスに含まれるＮＯｘを除去することができる。
なお、第２ミスト７に含まれる水滴２５は、水の気化により徐々に小さくなっていき、最終的には、Ｎａ2ＳＯ4の微粒子８を残して消滅する。
このため、第２ミスト７を発生させた第２処理領域３を通過した後の排ガスは、ＮＯガス濃度およびＮＯ2ガス濃度が共に低いガスとなる。
また、第２液体１６が水溶液がアルカリ性を示す物質と、還元剤との両方を含む場合、排ガス中のＮＯｘをより効果的に除去することができる。
【００３７】
５．第１ミストによる一段階処理
ここでは、第１ミスト６による第１処理から構成される一段階処理により排ガスが処理される場合について説明する。図６に示した排ガス処理装置３０により排ガス流路１を流れる排ガスを一段階処理することができる。
一段階処理では、第１液体２７は、アルカリ性水溶液または還元剤水溶液とすることができる。例えば、第１液体２７は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの水溶液がアルカリ性を示す物質を溶質として含むことができる。また、第１液体２７は、亜硫酸ナトリウムなどの還元剤を溶質として含むことができる。また、第１液体２７は、水溶液がアルカリ性を示す物質と、還元剤との両方を含むことができる。なお、この場合、第１液体２７は、排ガスの温度を低下させる冷却水としての機能と、排ガス中のＮＯｘを除去するための処理液としての機能の両方を有する。
第１処理領域２では、排ガス流路１を流れる１５０℃以上の排ガス中にアルカリ性水溶液または還元剤水溶液（第１液体２７）とオゾンを供給し、オゾンガスおよびＮＯｘガスを含む排ガス中に第１液体２７の水滴２５が浮遊する第１ミスト６を発生させる。なお、第１ミスト６に含まれる水は、第１ミスト６が排ガス流路１を流れる過程ですべて蒸発する。また、第１ミスト６は、第１液体槽２６に溜めた第１液体２７をポンプ１５により第１噴霧部４に供給することにより発生させることができる。
【００３８】
図７は、第１液体２７が還元剤である亜硫酸ナトリウムを溶質として含む水溶液である場合における、第１ミスト６中における化学反応の説明図である。第１ミスト６中では、図７のようにＮＯｘガスとオゾンガスを含む排ガス（気相）中に水滴２５（液相）が浮遊している。なお、第１ミスト６中の排ガスは水滴２５に含まれる水の気化熱により温度が低下しているため、第１ミスト６中のオゾンガスの熱分解は抑制されている。
第１ミスト６の気相においてＮＯｘガスとオゾンガスとを共存させることができるため、排ガスに含まれるＮＯガスがオゾンガスによりＮＯ2ガスに酸化される反応を進行させることができる。
【００３９】
第１ミスト６の気相において生成されたＮＯ2ガスは、水滴２５のＨ2Ｏと反応し、上記の式（１）の化学反応が進行し、亜硝酸または硝酸として液相へと移動すると考えられる。
液相の亜硝酸または硝酸は、還元剤である亜硫酸ナトリウムと反応し、上記の式（２）（３）の化学反応が進行すると考えられる。
第１ミスト６中において、これらの化学反応が進行すると、排ガスに含まれるＮＯｘをＮ2に還元することができ、排ガスに含まれるＮＯｘを除去することができる。
なお、第１ミスト６に含まれる水滴２５は、水の気化により徐々に小さくなっていき、最終的には、Ｎａ2ＳＯ4の微粒子８を残して消滅する。
このため、第１ミスト６を発生させた第１処理領域２を通過した後の排ガスは、ＮＯガス濃度およびＮＯ2ガス濃度が共に低いガスとなる。また、第１処理領域２において第１液体２７の気化熱により排ガスは冷却されるため、第１処理領域２を通過した後の排ガスは、第１処理領域２を通過する前の排ガスに比べ温度が低下している。
【００４０】
図８は、排ガスがＳＯ2を含み、第１液体２７が水酸化ナトリウムを溶質として含む水溶液である場合における、第１ミスト６中における化学反応の説明図である。第１ミスト６中では、図８のようにオゾンガス、ＳＯ2ガスおよびＮＯガスを含む排ガス（気相）中に水酸化ナトリウムを含む水滴２５（液相）が浮遊している。なお、第１ミスト６中の排ガスは水滴２５に含まれる水の気化熱により温度が低下しているため、第１ミスト６中のオゾンガスの熱分解は抑制されている。
第１ミスト６の気相においてＮＯガスとオゾンガスとを共存させることができるため、排ガスに含まれるＮＯガスをオゾンガスによりＮＯ2ガスに酸化される反応を進行させることができる。
【００４１】
第１ミスト６の気相のＳＯ2ガスは、水滴２５のＮａＯＨと反応し、上記の式（４）の化学反応が進行し、亜硫酸ナトリウムとして液相へと移動すると考えられる。
ＮＯが酸化して生成したＮＯ2ガスは、水滴２５のＨ2Ｏと反応し、上記の式（１）の化学反応が進行し、亜硝酸または硝酸として液相へと移動すると考えられる。液相の亜硝酸または硝酸は、ＳＯ2から生成された亜硫酸ナトリウムと反応し、上記の式（２）（３）の化学反応が進行すると考えられる。
【００４２】
第１ミスト６中において、これらの化学反応が進行すると、排ガスに含まれるＮＯｘをＮ2に還元することができ、排ガスに含まれるＮＯｘを除去することができる。
なお、第１ミスト６に含まれる水滴２５は、水の気化により徐々に小さくなっていき、最終的には、Ｎａ2ＳＯ4の微粒子８を残して消滅する。
このため、第１ミスト６を発生させた第１処理領域２を通過した後の排ガスは、ＮＯガス濃度およびＮＯ2ガス濃度が共に低いガスとなる。
また、第１液体２７が、水溶液がアルカリ性を示す物質と還元剤との両方を含む水溶液である場合、排ガス中のＮＯｘをより効果的に除去することができる。
【００４３】
６．集塵機
集塵機１７は、一段階処理または二段階処理により処理した排ガスが流入するように設けることができる。このことにより、一段階処理または二段階処理により排ガス中に生じた微粒子８を排ガスから除去することができる。
集塵機１７は、例えば、電気集塵機であってもよく、遠心力集塵機であってもよく、ろ過集塵機であってもよい。
【００４４】
実施例
図９は、実施例で用いた排ガス処理装置（反応塔）の概略断面図である。この反応塔は内径54.9 mm，高さ1000 mmのSUS304製の円筒形であり，処理対象ガスである模擬排ガスは反応塔下部から流入して反応塔内で処理された後，上部から排出される。ガス入口からガス出口までの長さは600 mmとした。高温排ガス（300℃）を再現するため，リアクタ壁面の上段と下段に２つのヒータを取り付けた。模擬排ガスはN2ベースのNO濃度100 ppmのボンベガスをマスフローコントローラで10 L/minに設定して用いた。模擬排ガスはあらかじめ電気管状炉で加熱した後, 反応塔内に導入した。反応塔内では上部からノズル（第１噴霧部４）から還元剤（Na2SO3）水溶液（噴霧液）が噴霧され、模擬排ガスはそのミスト（第１ミスト６）によって冷却される。オゾンガス発生器１２であるプラズマ発生装置（オゾナイザ）によって生成されたオゾン含有ガスを反応塔内の第１ミスト６内に注入し、模擬排ガス中のNOをNO2に酸化した。また、NO2は第１ミスト６中の還元剤（Na2SO3）と反応しN2に還元される。処理後のガスはリアクタ上部出口から排出した。蒸発しなかった還元剤水溶液は，リアクタ下部に設けられた排水口から排出した。ガス分析はリアクタ出口で行い、NOx計（PG240  堀場製作所製）を用いてNO, NOx , O2の濃度を測定した。
【００４５】
オゾナイザは株式会社増田研究所製のOZS-EPIII-05を用いた。このオゾナイザは放電電圧約5〜8.6 kVで, 電流値は最大で0.4 A, 周波数は9.6 kHz一定, 最大消費電力は32 Wである。オゾンガス発生量は0~1.26 g/h，オゾンガス濃度は0~95 g/m3，オゾンガス流量は0.1〜1 L/minである。
噴霧液については粉末状のNa2SO3を水に溶かし, 所定の濃度のケミカル水溶液を作成した。内容量3 Lのビーカーにケミカル水溶液を溜めておき、送液ポンプと流量計により調節された水溶液をノズル（第１噴霧部４）に送った。
【００４６】
ビーカー内にはpH/ORP計(堀場製作所社製D-53）を設置し，水溶液のpH，ORPを測定した。ORPについては値が低いほど還元力が強く、値が大きくなるにつれ還元雰囲気から酸化雰囲気に変わる。還元雰囲気ではNa2SO3とNO2が接触することでNO2がN2に還元される。
送液ポンプはダイアフラムポンプ（ヤマダコーポレーション製  NDP-5FST）を、流量計は接続部がSUS製の面積式（フロート式）流量計（KOFLOC社製)を用いた。ノズルにはスプレーイングシステムジャパン(株)製一流体ノズル(B1/4TT-SS+TX-SS1)を用いた。流量は圧力が0.3 MPaの条件で65 mL/minで，噴射角は54 度である。
【００４７】
実験結果の一例を図１０に示す。反応塔内に導入する模擬排ガスは、流量を10 L/minに設定し、NO濃度を100 ppmに設定した。まず，還元剤水溶液を噴霧せずに，模擬排ガスを反応塔に流し反応塔下部及び上部のガス温度が300℃になるように設定した。反応塔内に注入するオゾン含有ガスは、流量を0.2 L/minに設定し、図１０の0分から30分及び40分から50分ではオゾン濃度を9 g/m3に設定し、30分から40分ではオゾン濃度を15 g/m3に設定した。また、50分から60分ではオゾンガス含有ガスを反応塔内に注入しなかった。
還元剤水溶液は、10分から60分までノズル（第１噴霧部４）供給し第１ミスト６を発生させた。供給した還元剤水溶液は、流量を40 mL/minに設定し、SO3濃度を10000 ppmに設定した。なお、0分から10分までは第１ミスト６を発生させていない。
図１０より0〜10分ではオゾンガスが反応塔内に注入されているにかかわらず，模擬排ガスの温度が300℃であるためNO濃度がほとんど低下していないことがわかる。これは注入したオゾンガスが熱分解しNOの酸化に利用されなかったためと考えられる。
10分〜50分では還元剤水溶液の噴霧によって第１ミスト６中のガスが冷却されることで第１ミスト６中においてオゾンガスの熱分解が抑制されたと考えられる。このことにより、第１ミスト６中においてオゾンガスによるNOの酸化が効率よく行われたと考えられる。また、図１０より、10分〜50分では還元剤によるNO2還元によってNOx濃度も低下していることがわかった。
なお、10分〜50分における反応塔上部の排ガス温度は約190℃であった。
【符号の説明】
【００４８】
１： 排ガス流路    ２：第１処理領域    ３：第２処理領域    ４：第１噴霧部    ５：第２噴霧部    ６：第１ミスト    ７：第２ミスト    ８：微粒子    ９：噴霧部    １０：オゾン供給部    １２：オゾンガス発生器    １４：第２液体槽    １５：ポンプ    １６：第２液体    １７：集塵機    １９：溶解炉    ２０：バーナー    ２１：炎    ２２：溶けたガラス    ２３：ガラス原料    ２５：水滴    ２６：第１液体槽    ２７：第１液体    ３０：排ガス処理装置
【図１】
2015016434.tif 000003
【図２】
2015016434.tif 000004
【図３】
2015016434.tif 000005
【図４】
2015016434.tif 000006
【図５】
2015016434.tif 000007
【図６】
2015016434.tif 000008
【図７】
2015016434.tif 000009
【図８】
2015016434.tif 000010
【図９】
2015016434.tif 000011
【図１０】
2015016434.tif 000012