(57)【要約】【課題】ＶＯＣを含有するガスを非平衡プラズマにより分解処理するガス分解処理システムにおいて生成される分解生成物を触媒により低減を図る。【解決手段】ガス分解処理システムにおいて、反応装置後段に熱交換器、その後段触媒層を並列に配置し、分解処理したガスを一方の触媒層で分解生成物を除去し、放電熱を熱交換器で回収し、触媒活性の低下した一方の触媒層を加温して触媒性能の復活を図るガス分解処理システムを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
揮発性有機化合物を含有する排ガスを分解処理する非平衡プラズマ反応装置を用いたガス分解処理システムにおいて、
反応装置後段に熱交換器、更にその後段には２つの触媒層を並列に配置し、分解処理したガスを一方の触媒層に流通し分解生成物を除去するとともに、放電により発生する熱を熱交換器により回収し、触媒活性の低下したもう一方の触媒層を加温することにより触媒性能の復活を図ることを特徴とするガス分解処理システム。
【請求項２】
前記熱交換器を用いて、放電により温度が上昇した排ガスと大気とで熱交換を行い、大気の温度を上昇させ、触媒活性の低下した触媒層に流通させることにより触媒性能の再生に要する時間を短縮することを特徴とする請求項１記載のガス分解処理システム。
【請求項３】
前記触媒層に充填する触媒はＭｎ酸化物が主成分であることを特徴とする請求項１記載のガス分解処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業工程等から排出されるＶＯＣ（揮発性有機化合物）を含有する気体を分解する装置において、分解反応により生成する分解生成物を触媒により除去するものであり、連続処理により活性が低下した触媒の再生を図るガス処理システムを提供することを目的とする。
【背景技術】
【０００２】
揮発性有機化合物（Volatile  Organic  Compounds（ＶＯＣ））を含有するガスを分解処理する方法として非平衡プラズマ法がある（特許文献１）。非平衡プラズマ法は常温常圧で広い濃度範囲のＶＯＣが短時間で分解処理でき、装置構成も簡単である等の利点がある。
【０００３】
しかし、大気中には約２０％の酸素が含まれているため、分解反応により種々の分解生成物が生成し、その中には窒素酸化物も含まれる。この窒素酸化物を抑制、除去することは実用化において重要な課題である。実効電力を低くすることで窒素酸化物量を抑制することは可能であるが、この場合、分解率が低下する。放電により生成する窒素酸化物は９０％以上がＯ２
であり、従って窒素酸化物を抑制する有効な方法としては、
１）アンモニアと反応させることでアンモニア塩を生成し、集塵装置で捕集する方法
２）水に溶解させる方法
３）触媒により除去する方法
等が挙げられる。
【０００４】
しかし、１），２）を用いた場合、アンモニア塩の集塵装置や水の回収装置等の２次処理装置が必要となる。
【０００５】
一方、触媒を用いる方法は、二次処理の必要が無いことから有効な手段であると言える。しかし、触媒を用いて分解生成物の処理を行う場合、長時間の連続処理においては触媒表面の細孔に酸素分子等が吸着することにより、触媒性  能の低下を引起こすといった問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−２６６８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は上記課題を解決し、効率的に触媒活性を復活させる方法を提供するものである。
【０００８】
放電により生成される窒素酸化物を抑制する方法としては、上述の通り触媒が有効である。又、使用する触媒としてはＭｎ酸化物を主成分としたものが望ましい。しかし、この触媒を利用する方法によれば、長時間連続して分解ガスを流通した場合、触媒表面の細孔に酸素分子等が吸着し、触媒活性の低下が起こる。
【０００９】
分解ガスの流通を停止することで活性は回復するが、数時間程度の休止時間が必要であり、この間、処理は中断されるため連続運転には対応できないといった欠点があった。温度の高い空気を流通することで、性能を復活するために要する時間は大幅に短縮でき、触媒への負荷を軽減できる。
【００１０】
しかし、空気温度を上げるには、一般的には加熱器等を用いる必要があり、従って、装置の大型化、エネルギーの投入といった問題が生じる。そこで、本発明では加熱器等によるエネルギーを用いることなく、放電により発生する熱を熱交換器により回収し、触媒再生を行うことで効率的にＶＯＣ分解処理を行うものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、揮発性有機化合物を含有する排ガスを分解処理する非平衡プラズマ反応装置を用いたガス分解処理システムにおいて、反応装置後段に熱交換器、更にその後段には２つの触媒層を並列に配置し、分解処理したガスを一方の触媒層に流通し分解生成物を除去するとともに、放電により発生する熱を熱交換器により回収し、触媒活性の低下したもう一方の触媒層を加温することにより触媒性能の復活を図ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＶＯＣを含有するガスを非平衡プラズマにより分解処理するガス部員会処理システムにおいて生成される分解生成物を触媒により低減を図るとともに、触媒性能が低下した際には、放電により発生する熱を利用することで効果的なガス分解処理が行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
前記目的を達成するため、非平衡プラズマ反応装置の後段に熱交換器、更にその後段に触媒層を２層、並列に配置する構成を採用する。非平衡プラズマ反応装置で処理したＶＯＣを含有する分解ガスを一方の触媒層に流通する。窒素酸化物に対する除去効果が低下した時点で、もう一方の触媒層に分解ガスの流通を切り替える。このとき、活性の低下した触媒を復活するため、熱交換器を用い、放電により発生する熱で温度が上昇した分解ガスと大気とで熱交換を行う。
【００１４】
反応装置の温度は分解条件によっても異なるが、８０℃以上にまで達する。熱交換により温度が上昇した大気を活性の低下した触媒層に流通し、触媒活性の復活を図る。予め、ガス温度と触媒性能の復活に要する時間との関係を検討しておくことで、状況に応じ最適に再生を行うことが可能である。
【００１５】
又、触媒層を２層配置することで、一方の除去効果が低下した場合においても、もう一方の触媒層を使用することが可能であることから連続して安定した窒素酸化物の除去を行うことができる。又、この方法はＶＯＣの濃度が変動し、それにより触媒効果の持続時間に違いが生じた際にも、触媒層出口での窒素酸化物濃度に応じて随時、切り替えを行うことが可能であるといった利点を有する。
【００１６】
尚、本発明の特徴は、分解ガスに含まれる窒素酸化物を触媒により処理し、その触媒活性の低下を効率的に復活させることにあるため、放電方式はパックトベッド放電、パルスコロナ放電、無声放電等、何れの放電方式を採用しても構わない。
【００１７】
又、本発明で使用する触媒はＭｎ酸化物を主成分とするものであり、常温付近（２０〜４０℃程度）においても十分な効果を発揮するものである。従って、触媒層に流通する分解ガスを常温付近に、又、触媒活性の低下した触媒層に温度の高い空気を流通することにより、効果的な処理を可能にするものである。又、触媒の形状は、ハニカム状が望ましいが、これに限定されるものではない。更に、熱交換器は気体と気体の熱交換が可能なものであれば、方式、構造等に特に制限はない。
【００１８】
本発明により、非平衡プラズマによるＶＯＣガスの分解処理において、放電により発生する熱を熱交換器により回収し、触媒性能の再生に利用することにより、連続運転における分解生成物（窒素酸化物）の除去を可能にするものである。
【００１９】
以下に本発明の効果を図１〜３を用いて実施例に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２０】
図１は本発明の実施例に係るガス分解装置の構成図である。
【００２１】
本実施例では、反応装置に強誘電体を充填するパックトベッド方式を用いた。パックトベッド式プラズマ装置は反応装置内に無機誘電体として比誘電率（ε）１０００〜１００００のＢａＴｉＯ３
（チタン酸バリウム）やチタン酸ストロンチウムを充填して、グロー放電を発生させる放電方式である。
【００２２】
図２は本発明で使用する反応装置１を気体の流れに平行な面で切断した断面図、図３は本発明で使用する反応装置１を気体の流れに垂直な断面で切断した断面図である。
【００２３】
図２及び図３に示すように、反応装置１は、５枚の電極を有し、それらが高電位側と低電位側に接続されている。ここでは、高電位側の電極１３及び電極１５に対して、低電位側の電極１２及び電極１４及び電極１６が配された電極構成が採られており、電極１３及び電極１５は、交流電源６に接続されており、電源により電極に交流電圧を掛けることができるようになっている。
【００２４】
電極１２及び電極１４及び電極１６は電気的に接地状態である。これらの電極数は任意に決定することができる。また、それぞれの電極の間には上述の無機誘電体１７が充填されている。無機誘電体の形状は、図２及び図３に示すように、無機誘電体の空間を通ってガスが透過でき、且つ、誘電体間の隙間で放電が発生する構造を有する粒状、望ましくは球状のものが良い。
【００２５】
反応装置１の後段には、熱交換器２更に後段には触媒層３，４を並列に配置した構成を採る。ＶＯＣを含有したガスを反応装置１に導入、分解処理を行い、分解ガスは、そのまま後段に配置した触媒層３に流通する。触媒層からの出口にはＮＯｘ計５が設置されており、分解反応を行っている触媒層側の窒素酸化物の濃度をモニタリングするよう構成されている。窒素酸化物の除去効果が低下した時点でガス流通の切替えを行い、触媒層４に分解ガスを流通する。このとき、熱交換器２により、排ガスと大気とで熱交換を行い、温度を上げた大気を触媒層３に流通する。又、触媒性能の低下した触媒に空気を３Ｌ／ｍｉｎで流通した時の空気温度と再生時間との関係を図４に示す。例えば、熱交換により大気（空気）温度が６０℃になった場合には、触媒性能の再生に必要な時間は３０分となる。
【００２６】
実験内容を以下に示す。
【００２７】
（実験装置）
反応装置：粒径３ｍｍのチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３ ；ε＝１６００）のペレットを充填した同軸円筒状パックトベッド式放電装置
リアクター寸法：外φ＝４０ｍｍ、内φ＝１５ｍｍ、長さ＝３００ｍｍ
触媒層：ハニカム状Ｆｅ−Ｍｎ系酸化物  
外寸；開口部φ＝１５ｍｍ×長さ２０ｍｍ
セル数；５００セル／inch２ 
（処理条件）
サンプルガス：１００ｐｐｍ  ＭｅＯＨ
ガス流量：３Ｌ／ｍｉｎ
【実施例１】
【００２８】
実効電力１０Ｗで分解処理したガスをサンプリングしＮＯｘ濃度を測定したところ、８５ｐｐｍであった。触媒層３を流通させた後のＮＯｘ濃度は９ｐｐｍであり、８８．６％の低減が見られた。２３時間経過後、触媒層３を通過後のＮＯｘの濃度が＞９ｐｐｍとなったため、コックで切り替えを行い、分解ガスの流通を触媒層４に切り替えた。それと同時に大気と反応装置からの分解ガスを熱交換器に導入し、熱交換を行った。大気温度が５０℃まで上昇したため、図４の結果より４０分間、大気を流通した。触媒活性が復活していることを確認するため、再び分解ガスを触媒層１に流通したところ、ＮＯｘ濃度は９ｐｐｍであった。
【実施例２】
【００２９】
実効電力１５Ｗで分解処理したガスをサンプリングしＮＯｘ濃度を測定したところ、１２０ｐｐｍであった。触媒層３を流通させた後のＮＯｘ濃度は１７ｐｐｍであり、８５．８％の低減が見られた。２１時間経過後、触媒層３を通過後のＮＯｘの濃度が＞１７ｐｐｍとなったため、コックで切り替えを行い、分解ガスの流通を触媒層４に切り替えた。
【００３０】
それと同時に大気と分解ガスを熱交換器に導入し、熱交換を行った。大気温度が６５℃まで上昇したため、図４の結果より２５分間、大気を流通した。触媒活性が復活していることを確認するため、再び分解ガスを触媒層３に流通したところ、ＮＯｘ濃度は１７ｐｐｍであった。
【００３１】
＜比較例１＞
実施例１と同様の条件下で処理を行い、２３時間経過後、ＮＯｘ濃度が＞９ｐｐｍとなり、触媒性能の低下が見られたが、引き続き触媒層３に分解ガスを流通し続けた。その結果、触媒層通過後のＮＯｘ濃度は次第に増加していき、２８時間後には８５ｐｐｍに達した。
【００３２】
＜比較例２＞
実施例１と同様の条件下で処理を行い、２３時間経過後、ＮＯｘ濃度が＞９ｐｐｍとなり、触媒性能が低下したため、触媒層４に分解ガスの流通を切り替えた。性能の低下した触媒層３を復活させるため大気（２６℃）をそのまま流通した。図２より９０分後、再び分解ガスを触媒層３に流通したところ、ＮＯｘ濃度は９ｐｐｍになった。実施例１と比較すると５０分間、性能を復帰するまでに時間を要した。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例における装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例における気体の流れと平行な反応装置の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例における気体の流れと垂直な反応装置の構成を示す断面図である。
【図４】触媒再生のための空気温度と再生時間の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  反応装置
２  熱交換器
３  触媒層１
４  触媒層２
５  ＮＯｘ計
６  交流電源
７  変圧器
８  コック
９  反応装置入口
１０  拡散空間
１１  絶縁体仕切り
１２  電極板１
１３  電極板２
１４  電極板３
１５  電極板４
１６  電極板５
１７  無機誘電体
１８  気体出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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