(57)【要約】【課題】排ガス温度が２５０℃以下の場合であっても、分解対象となる有機化合物を有効に分解することができ、なおかつ処理すべき排ガス量が増加したり、分解対象となる有機化合物の濃度が増加した場合であっても、オゾン化ガスの供給量を増加させる必要がなく、設備コストおよびランニングコストを極力抑制することのできる排ガス処理装置を提供すること。【解決手段】排ガスをオゾンおよび過酸化水素水に接触させ、前記排ガスに含まれる分解対象の有機化合物を分解する排ガス処理装置において、前記排ガス処理装置が、前記排ガスをオゾンおよび過酸化水素に接触させて反応させる第一反応部１１１と、前記第一反応部１１１を通過した排ガスをさらに過酸化水素水と接触させて反応させる第二反応部１１２とを備えたことを特徴とする排ガス処理装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスをオゾンおよび過酸化水素水に接触させ、前記排ガスに含まれる分解対象の有機化合物を分解する排ガス処理装置において、前記排ガス処理装置が、前記排ガスをオゾンおよび過酸化水素に接触させて反応させる第一反応部と、前記第一反応部を通過した排ガスをさらに過酸化水素水と接触させて反応させる第二反応部とを備えたことを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項２】
前記第二反応部における排ガスと過酸化水素水との接触が、前記排ガスに対し過酸化水素水および空気を同時に噴霧ノズルから噴霧することにより行われることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項３】
前記噴霧ノズルが、前記排ガスの上流方向から下流方向に向かって複数箇所設けられていることを特徴とする請求項２に記載の排ガス処理装置。
【請求項４】
前記第一反応部における排ガス温度が１００〜２５０℃であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス処理装置に関するものであり、詳しくは、排ガス温度が２５０℃以下の場合であっても、分解対象となる有機化合物を有効に分解することができ、なおかつ処理すべき排ガス量が増加したり、分解対象となる有機化合物の濃度が増加した場合であっても、オゾン化ガスの供給量を増加させる必要がなく、設備コストおよびランニングコストを極力抑制することのできる排ガス処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば焼却炉から排出された排ガスは、次のような排ガス処理装置により処理されていた。
可燃性の廃棄物等が焼却炉で焼却されると約８５０℃程度の燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスはボイラー等を介して６５０℃以下に冷却された後、減温塔に誘引され、ここでオゾン化ガス、過酸化水素および水を含む活性水が噴霧され排ガス中の被処理成分が分解されるとともに、約２００℃まで急速に冷却される。冷却された後の燃焼ガスは電気集塵機で煤塵が除去された後、誘引送風機を経て煙突から大気に排気される（例えば、特許文献１参照）。
前記活性水は、減温塔内での冷却過程において、オゾン化ガスと過酸化水素との接触化学反応や、オゾン化ガスの熱分解反応等により強力な酸化力を有するＯＨラジカルを生成する。このＯＨラジカルは、排ガス中の塩素系有機化合物、例えばダイオキシン類またはダイオキシン類前駆体物質等を分解することができる。その結果、大気中へのダイオキシン類の排出が低減するとともに、電気集塵機で集塵された煤塵のダイオキシン類も低減する。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１８５２１７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示された排ガス処理装置では、排ガス温度が２５０℃以下の場合、塩素系有機化合物、例えばダイオキシン類またはダイオキシン類前駆体物質等の有効な分解効率が得られないという問題点がある（なお、排ガス温度が２５０〜６００℃範囲であれば有効な分解効率が得られる）。
また、処理すべき排ガス量が増加したり、分解対象となる有機化合物の濃度が増加した場合、有効な分解効率を得るためには、活性水の供給量を増加させる必要がある。しかし、これに伴いオゾン発生器の能力を高める必要があり、設備コストおよびランニングコストが増加するという問題点もあった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたもので、排ガス温度が２５０℃以下の場合であっても、分解対象となる有機化合物を有効に分解することができ、なおかつ処理すべき排ガス量が増加したり、分解対象となる有機化合物の濃度が増加した場合であっても、オゾン化ガスの供給量を増加させる必要がなく、設備コストおよびランニングコストを極力抑制することのできる排ガス処理装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排ガスをオゾンおよび過酸化水素水に接触させ、前記排ガスに含まれる分解対象の有機化合物を分解する排ガス処理装置において、前記排ガス処理装置が、前記排ガスをオゾンおよび過酸化水素に接触させて反応させる第一反応部と、前記第一反応部を通過した排ガスをさらに過酸化水素水と接触させて反応させる第二反応部とを備えたことを特徴とする排ガス処理装置を提供するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態を説明するための排ガス処理装置の概略図である。図１において、本発明の排ガス処理装置は、反応管１１において、排ガスをオゾンおよび過酸化水素に接触させて反応させる第一反応部１１１と、第一反応部１１１を通過した排ガスをさらに過酸化水素水と接触させて反応させる第二反応部１１２とを備えている。第一反応部１１１において、排ガスとオゾンおよび過酸化水素との接触は、噴霧ノズル１２からオゾン化ガスおよび過酸化水素水を排ガス中に噴霧することにより行われる。また第二反応部１１２において、排ガスと過酸化水素水との接触は、噴霧ノズル１５ａおよび１５ｂから過酸化水素水を、好ましくは空気とともに排ガス中に噴霧することにより行われる。噴霧ノズル１２に供給されるオゾン化ガスは、酸素ボンベ１４から流れる酸素を原料としてオゾン発生器１３により生成される。また噴霧ノズル１２に供給される過酸化水素水は、過酸化水素水タンク１７、液体ポンプ１６ａを経て噴霧ノズル１２に到達する。噴霧ノズル１２は、外管および内管を有する二重管構造とし、例えばオゾン化ガスが内管と外管との間を通過し、過酸化水素水が内管を通過するようにし、二流体噴霧を達成できるようにすれば、排ガスとの混合効率が高まり好ましい。また、噴霧ノズル１５ａおよび１５ｂに供給される過酸化水素水は、過酸化水素水タンク１７、液体ポンプ１６ａおよび１６ｂを経て噴霧ノズル１５ａおよび１５ｂにそれぞれ到達する。噴霧ノズル１５ａおよび１５ｂに供給される空気は、空気圧縮機１８からそれぞれ供給され、過酸化水素水および空気は、前記と同様に二流体噴霧されるのが好ましい。
【０００８】
排ガス中に供給されるオゾン化ガス量、過酸化水素水量は、分解対象となる有機化合物の種類、濃度、処理すべき排ガス量等を勘案して適宜決定すればよい。なお、過酸化水素水量は、分解対象の有機化合物の有効な分解を達成するために、換言すればオゾン量と過酸化水素水量の最適な比率を得るために、液体ポンプ１６ａ、１６ｂ、１６ｃによって独立して制御できることが好ましい。なお該比率は予備実験によって簡単に算出することができる。
【０００９】
本発明によれば、第一反応部１１１における排ガス温度が２５０℃以下である場合、第一反応部１１１を通過後の排ガス中にオゾン化ガスが残存し、これにより第二反応部１１２においてさらに過酸化水素水と接触することにより、この残存オゾン化ガスと過酸化水素水によって排ガス中の分解対象の有機化合物がさらに分解され、良好な分解効率が達成される。これにより、オゾン化ガスの供給量を増加させる必要がなくなり、設備コストおよびランニングコストの増大を抑制することができる。
この観点から、本発明によれば、第一反応部１１１における排ガス温度は、熱によるオゾンの自己分解反応がおこり過酸化水素水との混合によるＯＨラジカルが発生しやすい１００℃以上、かつオゾンが残存する２５０℃以下が好ましい。なおこの温度範囲内ではより高温であることが好ましい。
また前記では、第二反応部１１２において、噴霧ノズルを排ガスの上流方向から下流方向に向かって２箇所設置したが、本発明はこれに限定されず、２箇所あるいは３箇所以上に該噴霧ノズルを設けることができる。
【００１０】
【実施例】
以下、実施例および比較例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
（実施例）
図１に示すような排ガス処理装置を作製した。
反応管１１は、内径３．５ｃｍ、長さ１００ｃｍの石英ガラス管を用いた。反応管１１に供給する模擬排ガスは、熱風発生器により、５０〜４００℃の空気を送り込んだ。模擬排ガスの流速は２ｍ／秒とした。模擬排ガスに含まれる模擬有機化合物は液体のジクロロベンゼンを空気によりバブリングすることにより気化させたものを送り込んだ。このとき反応管１１内のジクロロベンゼン濃度は１３０ｐｐｍであった。
【００１１】
オゾン化ガスと過酸化水素水の噴霧ノズル１２と、空気および過酸化水素水の噴霧ノズル１５ａ、１５ｂは二重管構造となっており外管は内径１ｍｍ、内管は内径０．２ｍｍのものを用いた。過酸化水素水は内管を通過し、オゾン化ガスまたは空気は内管と外管の間を通過するように接続した。
【００１２】
オゾン発生器１３は荏原実業社製ＯＺＳＤ−３０００Ａ型を、酸素ボンベ４は大阪太陽酸素社製の純度９９．９９９％を用いた。これらはポリテトラフルオロエチレン製配管で接続した。
【００１３】
液体ポンプ１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、液体クロマトグラフ分析用の微量定量ポンプである日本分光社製ＰＵ９８０型を用いた。過酸化水素水タンク１７はポリプロピレン製の１Ｌ容器を用い、和光純薬工業製３０％過酸化水素水を用いた。これらはポリテトラフルオロエチレン製配管で接続した。
【００１４】
まず、酸素ガスボンベ１４から１Ｌ／分の酸素ガスを流し、オゾン発生器１３でオゾン化したオゾン化ガスを反応管１１内に導入した。このとき反応管１１内のオゾン濃度は５００ｐｐｍであった。また、過酸化水素水タンク１７に入れた過酸化水素水を液体ポンプ１６ａにて０．１ｍｌ／分の割合で流した。なお、これら２流体は、噴霧ノズル１２により反応管１１中に同時に二流体噴霧された。
【００１５】
また空気圧縮機１８から１Ｌ／分の空気を流した。同時に、過酸化水素水タンク１７に入れた過酸化水素水を液体ポンプ１６ｂにて０．０８ｍｌ／分、液体ポンプ１６ｃにて過酸化水素水を０．０６ｍｌ／分の割合で流した。なお、これら２流体は、噴霧ノズル１５ａおよび１５ｂにより反応管１１に同時に二流体噴霧された。
【００１６】
また反応管１１の内部のオゾン濃度を、噴霧ノズル１２付近の下流（第一反応部）、噴霧ノズル１５ａ、１５ｂ付近の下流（第二反応部）にそれぞれサンプリング管を設けてオゾン濃度測定器により測定した。オゾン濃度測定器は荏原実業社製ＥＧ２００１型を用いた。
【００１７】
また反応管１１でのジクロロベンゼンの分解反応は、噴霧ノズル１２の上流（まだ分解反応の起こっていない状態）、噴霧ノズル１２付近の下流（第一反応部）、噴霧ノズル１５ａ、１５ｂ付近の下流（第二反応部）に設けたサンプリング管から、活性炭チューブにより反応管１１内の空気を捕集し、ガスクロマトグラフ分析にてジクロロベンゼンを定量することにより調べた。
【００１８】
図２は、排ガス温度２００℃における反応管１１内のオゾン濃度測定結果を示す図である。噴霧ノズル１２の上流側のオゾン濃度を１００％とした場合、噴霧ノズル１２付近の下流の第一反応部のオゾン濃度は９０％（領域ａ）、噴霧ノズル１５ａ付近の下流の第二反応部は７０％（領域ｂ）、噴霧ノズル１５ｂ付近の下流の第二反応部は５０％（領域ｃ）の濃度になった。これはオゾンと過酸化水素水との混合によるラジカル発生によるものでありオゾンの消費が段階的に進んでいるものである。
【００１９】
図３は、排ガス温度２００℃における反応管１１内のジクロロベンゼン濃度測定結果を示す図である。噴霧ノズル１２の上流側のオゾン濃度を１００％とした場合、噴霧ノズル１２付近の下流の第一反応部のオゾン濃度は６０％（領域ａ）、噴霧ノズル１５ａ付近の下流の第二反応部は４５％（領域ｂ）、噴霧ノズル１５ｂ付近の下流の第二反応部は３５％（領域ｃ）の濃度になった。このように本発明によれば、第二反応部に残存するオゾンが、過酸化水素水との混合によりさらにラジカルを発生させることにより、ジクロロベンゼンの分解反応が段階的に進み、分解効率が向上したものである。
【００２０】
（比較例）
図４に示すような排ガス処理装置を作製した。図４の装置は、噴霧ノズル１５ａおよび１５ｂ、空気圧縮機１８、液体ポンプ１６ｂおよび１６ｃを設けないこと以外は、図１の装置と同様である。図４のような装置構成で実施例と同様な試験を行い、反応管１１内のオゾン濃度およびジクロロベンゼン濃度を測定した。
【００２１】
図２に、反応管１１でのオゾン濃度測定結果を実施例の場合と併記した。噴霧ノズル１２の上流側のオゾン濃度を１００％とした場合、噴霧ノズル１２付近の下流の第一反応部のオゾン濃度は９０％（領域ａ）、噴霧ノズル１５ａ付近の下流と同じ位置では８７％（領域ｂ）、噴霧ノズル１５ｂ付近の下流と同じ位置では８５％（領域ｃ）の濃度になった。
【００２２】
図３に、反応管１１でのジクロロベンゼン濃度測定結果を実施例の場合と併記した。噴霧ノズル１２の上流側のオゾン濃度を１００％とした場合、噴霧ノズル１２付近の下流の第一反応部のオゾン濃度は６０％（領域ａ）、噴霧ノズル１５ａ付近の下流と同じ位置では５５％（領域ｂ）、噴霧ノズル１５ｂ付近の下流と同じ位置では５０％（領域ｃ）の濃度になった。この比較例の分解効率は、実施例よりも悪化していることが明らかである。
【００２３】
図５は、排ガス温度と反応管１１内のオゾン濃度との関係を示す図である。オゾン濃度は噴霧ノズル１５ｂ付近の下流と同じ位置で測定した。排ガス温度５０℃では、オゾンの自己分解が起こっていない。排ガス温度が１００℃を超えるとオゾン濃度の減少が始まり、２００℃では８５％、２５０℃では５０％となる。３００℃以上ではオゾン濃度はほぼ０％となり、残存オゾンは存在しなかった。
【００２４】
なお、前記の実施例では排ガスの処理を実験室レベルで実施したが、従来公知の工業的な装置においても本発明は実施可能である。例えば、前記特許文献１に記載した排ガス処理装置における減温塔や煙道に、噴霧ノズル１２、１５ａ、１５ｂを設置することができる。あるいはこれ以上の複数箇所に噴霧ノズル設置してもよい。また従来公知の排ガス処理装置において、水噴霧を利用した急速減温塔が設けられている場合は、既設の冷却水噴霧ノズルを噴霧ノズル１２、１５ａあるいは１５ｂとして使用することもできる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の排ガス処理装置は、排ガス温度が２５０℃以下の場合であっても、分解対象となる有機化合物を有効に分解することができ、なおかつ処理すべき排ガス量が増加したり、分解対象となる有機化合物の濃度が増加した場合であっても、オゾン化ガスの供給量を増加させる必要がなく、オゾンよりも安価な過酸化水素水を供給する装置を設けるだけでよいので、設備コストおよびランニングコストを極力抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を説明するための排ガス処理装置の概略図である。
【図２】本発明の実施例および比較例において、排ガス温度２００℃における反応管内のオゾン濃度測定結果を示す図である。
【図３】本発明の実施例および比較例において、排ガス温度２００℃における反応管内のジクロロベンゼン濃度測定結果を示す図である。
【図４】本発明の比較例で用いた排ガス処理装置を説明するための図である。
【図５】排ガス温度と反応管内のオゾン濃度との関係を示す図である。
【符号の説明】
１１  反応管、１２  噴霧ノズル、１３  オゾン発生器、１４  酸素ボンベ、１５ａ，１５ｂ  噴霧ノズル、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ  液体ポンプ、１７  過酸化水素水タンク、１８  空気圧縮機、１１１  第一反応部、１１２  第二反応部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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