(57)【要約】      （修正有）【課題】本発明は、排ガス中の窒素酸化物を常温で処理できるとともに、窒素酸化物の含有量が比較的低濃度でも処理可能であり、トンネル排ガスの処理対象である煤と一酸化炭素を二酸化炭素まで酸化できる排ガス処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の排ガス処理装置は、処理すべき排ガスが導入される導入経路に酸化剤供給器を設け、該導入経路の出口を吸着剤を流動媒体とする流動層に接続したことを特徴とする。また、酸化剤としてオゾンを用いることを特徴とする。また、流動層の作動媒体として光触媒を担持した複合化粒子を用いることを特徴とする。また、流動層を循環流動層とすることを特徴とすることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理すべき排ガスが導入される導入経路に酸化剤供給器を設け、該導入経路の出口を吸着剤を流動媒体とする流動層に接続したことを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項２】
酸化剤としてオゾンを用いることを特徴とする請求項１記載の排ガス処理装置。
【請求項３】
流動層の流動媒体として光触媒を担持した複合化粒子を用いることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の排ガス処理装置。
【請求項４】
流動層を循環流動層とすることを特徴とする請求項１乃至請求項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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動層システムで窒素酸化物を除去する排ガス処理装置に関し、特に、排ガス中に含まれる一酸化窒素をオゾン等の酸化剤を用いてを酸化させ、吸着しやすい二酸化窒素や硝酸に変換した後、流動層反応器内の吸着剤を用いて排ガス中から窒素酸化物を除去する排ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のトンネル排ガスは、換気が主な目的である。煤に関しては、電気集塵機で捕集する方式が実用化され、敷設されている箇所もあるが、窒素酸化物を処理することはあまり考えられておらず、窒素酸化物処理装置を敷設している箇所はほとんどない。
窒素酸化物を処理する方式としては、吸着・吸収剤を用いて窒素酸化物を回収し、濃縮した後、アンモニア等を用いて窒素に還元する方式、土壌中の微生物が硝酸を分解する作用を利用した土壌脱硝方式及びプラズマによりラジカル種を発生させ酸化させる方式があるが、これらはいずれも、固定層方式によるものである。また、光触媒による酸化処理方式に関しては流動層システムで窒素酸化物を処理できることが知られている。
【非特許文献１】堤  敦司、吉田邦夫、遠心流動層によるディーゼル排ガスのＮＯｘとススの同時除去、化学工学、５８（２）、１３２−１３３（１９９４）
【非特許文献２】Ｐｆｅｆｆｅｒ，Ｒ．，Ｇ．Ｉ．Ｔａｒｄｏｓ  ａｎｄ  Ｅ．Ｇａｌ：Ｐｒｏｃ．ｏｆ  Ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ  Ｖ，ｐ．６６７（１９８６）
【特許文献１】特開平９−２９０１３６号公報
【特許文献２】特開２００３−９３８７７号公報
【非特許文献３】″Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ＮＯｘ  ｉｎ  Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ  Ｂｅｄｓ  ｏｆ  ＴｉＯ２″，Ｍａｔｓｕｄａ，Ｓ．，Ｈ．Ｈａｔａｎｏ，ａｎｄ  Ｋ．Ｔｓｕｃｈｉｙａ，Ｆｌｕｉｄｉｚａｔｉｏｎ  ＩＸ，ｐｐ．７０１−７０８，（１９９８）
【非特許文献４】「光触媒流動層によるＮＯｘ処理」、松田聡、幡野博之、ケミカルエンジニアリング、Ｖｏｌ．４５，ｐｐ．７４８−７５３，（２０００）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に長大な道路トンネルは換気しなければならない。その換気量は、煤や一酸化炭素濃度が人体に影響を及ぼさない程度、あるいは車運転時の視認性が確保できるように設計する。その結果、窒素酸化物に関してはかなり低濃度に薄められる。しかし、昨今の窒素酸化物の環境基準達成率が芳しくないことから、まとまった量の窒素酸化物が排出されている箇所で処理をした方が望ましい。トンネル排気は排出源に近いため、窒素酸化物はほとんどが吸着されにくい一酸化窒素である。現在、このようなトンネル排ガス等の大量排ガス中に含まれる比較的低濃度の窒素酸化物の処理について、有効な手段が確立されていない。
光触媒流動層は、大量排ガス中の低濃度窒素酸化物を常温で高効率で処理できるが、ランニングコストに占める光源用電源のコストが比較的大きい。また、光触媒はオゾンに比べて酸化力が弱いため共存する煤や一酸化炭素は処理が困難であり、光触媒のみでは換気量の低減につながらない。
【０００４】
本発明は、トンネル換気ガス等の大量排ガスを対象に、排ガス中の窒素酸化物を比較的低濃度の場合でも濃縮することなく、かつ、常温常圧下で処理する排ガス処理装置に関するものである。さらに、換気対象である煤と一酸化炭素を二酸化炭素に酸化し無害化することで必要換気風量の低減を図れる装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の排ガス処理装置は、処理すべき排ガスが導入される導入経路に酸化剤供給器を設け、該導入経路の出口を吸着剤を流動媒体とする流動層に接続したことを特徴とする。
排ガス中の窒素酸化物は一酸化窒素が多く、通常はほとんど吸着できないが、請求項１記載の発明によれば、酸化雰囲気の中で、一酸化窒素を二酸化窒素や硝酸に酸化すると、吸着処理をしやすくできる。
請求項２の排ガス処理装置は、酸化剤としてオゾンを用いることを特徴とする。
酸化剤にオゾンを使うことにより、一酸化窒素を酸化し、吸着処理しやすくできる。さらに、二次的効果としてトンネル排ガスの処理対象である煤と一酸化炭素を二酸化炭素まで酸化できる。したがって、トンネル内の換気風量を低減することができる。
請求項３の排ガス処理装置は、流動層の流動媒体として光触媒を吸着剤に担持した複合化粒子を用いることを特徴とする。
請求項３記載の発明によれば、オゾンによる酸化作用に加えて光触媒による酸化作用を及ぼすことができるだけでなく、複合化粒子の吸着効果により酸化物質を吸着回収できる。
請求項４の排ガス処理装置は、流動層を循環流動層とすることを特徴とする。
請求項４記載の発明によれば、流動媒体である吸着剤を連続的に供給・回収できることから、処理ガス量が多い場合にも媒体の循環量を調節して適用できる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）排ガス中の窒素酸化物を常温で処理できるとともに、窒素酸化物の含有量が比較的低濃度でも処理可能である。
（２）流動層を循環流動層とすることにより、流動媒体である吸着剤を連続的に供給・回収できることから、連続運転が可能となり、処理ガス量が多い場合にも適用できる。
（３）流動媒体粒子の吸着効果により酸化物質を回収できる。
（４）酸化剤にオゾンを使うことにより、トンネル排ガスの処理対象である煤と一酸化炭素を二酸化炭素まで酸化できる。したがって、トンネル内の換気風量を低減することができる。
（５）流動層の流動媒体として光触媒を吸着剤に担持した複合化粒子を用いることにより、オゾンによる酸化作用に加えて光触媒による酸化作用を及ぼすことができる。
（６）光触媒を併用しない場合は、光触媒循環流動層に比べてランニングコストを低減
できる。
（７）トンネル排気ガスの処理に限らず、オゾン濃度を高めることにより燃焼排ガス等の比較的高濃度の処理にも応用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明に係る立体形状物の創成方法を実施するための最良の形態を図面を参照して以下に説明する。  
【実施例１】
【０００８】
図１は、オゾンを酸化剤に用いた本発明に係る排ガス処理装置の例を示したものである。
トンネル等から排出された排ガス１は、送風機２に吸引され、排ガス導入ダクト３に送り込まれる。排ガス導入ダクト３の入口部にはオゾン発生器４が設けられ、またその出口部は、排気管５に接続されている。排気管５は鉛直状に設置されており、その上部にはサイクロン６、オゾン分解装置７及び屋根８が設けられている。この図では、サイクロンは軸流式を用いている。サイクロン６には、循環ダクト９の一端が接続され、循環ダクト９の他端は排気管５の下方に接続される。循環ダクト９の途中には吸着剤の粒子１０が充填される粒子充填層１１が設けられ、また、排気管５の循環ダクト９が接続された箇所には、網状のガス分散器１４が設けられる。粒子充填層１１には、その上方に粒子ホッパー１２が、下方に粒子回収器１３が接続されている。
【０００９】
トンネル等から排出された直後の排ガス１中の窒素酸化物は、ほとんどが一酸化窒素であるが、オゾン発生器４で発生されたオゾンと混合されることにより、酸化され吸着されやすい二酸化窒素及び硝酸に変換される。二酸化窒素及び硝酸は、排気管５内を上昇する過程で粒子充填層１１から供給される吸着剤の粒子１０と接触して粒子１０に吸着される。二酸化窒素及び硝酸を吸着した粒子１０は、サイクロン６で固気分離され、循環ダクト９を経て粒子充填層１１に戻る。ある程度の窒素酸化物を吸収した粒子１０は粒子回収器１３で回収する。新しい粒子は粒子ホッパー１２から、必要に応じて粒子充填層１１に充填される。粒子充填層１１の粒子は、循環ダクト９を経て排気管５に充填される。また、サイクロン６で粒子１０が分離された排ガス１は、オゾン分解装置７で残存オゾンを分解した後、大気中に放出される。
【００１０】
吸着剤としては、シリカゲルが好ましいが、これに限定されることはない。
吸着反応器としては、吸着剤を流動媒体に用いた流動層システムがあれば良く、処理ガス量が多い場合は図１のような循環流動層が適している。
酸化剤としてオゾンを用いた場合、窒素酸化物と共存する煤、ハイドロカーボン類、一酸化炭素などを酸化して二酸化炭素にすることができるので、トンネル内の人体の安全性及び視認性の確保といった観点から計算されるトンネル換気量を低減できる。吸着剤によっては、未燃分の煤を表面で付着する効果があり、粒子が集じん効果を保持しているので、集じん機への負荷低減効果も見込まれる。
また、排ガス処理装置内のオゾン濃度は的確に選ぶ必要があり、オゾン濃度が高くなる場合は適宜オゾン分解処理装置を付ける。逆に、酸化度が不足する場合は光触媒等を併用する。
【００１１】
図２は、オゾンによる窒素酸化物反応の一例を示したものである。
まず、実験開始時に反応器内に何も充填しない状態で、一酸化窒素（ＮＯ）１００％のガスを導入する。３８０秒の時点でオゾンを導入すると、一酸化窒素は二酸化窒素（ＮＯ２）に酸化される。したがって、ＮＯ濃度は低減するが、ＮＯ２濃度が上昇し始める。窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度はＮＯとＮＯ２の総和である。ＮＯ２の濃度がＮＯの濃度を上回っていき、さらに時間がたつにつれ、ＮＯも検出されるようになる。これは、発生させているオゾンの濃度が過剰気味であり、化学発光式で測定を行っている測定器の感度が高くなってしまったものと思われる。いずれにしろ、オゾンを導入しただけではＮＯはＮＯ２に変換されるだけである。
【００１２】
図３は、反応器内にシリカゲルを充填させ、流動層を形成させた場合の結果を示したものである。シリカゲルは平均粒径２００μｍの粒子であり、反応器に焼結板を設置してガスを底部から流すこととする。まず、記録開始時点で窒素酸化物を含んだ空気を導入し流動化させる。図３からわかるように、シリカゲルは一酸化窒素ＮＯを含んだガスは吸着できないので、ＮＯはそのまま通過してしまう。次に、流動化開始から４２０秒の時点でオゾンを導入する。その結果、シリカゲルには吸着されなかった一酸化窒素がオゾンにより二酸化窒素あるいは硝酸等に酸化され、シリカゲルの吸着作用によりガス中から除去される。この図より、脱硝効率は９割を超えることがわかる。したがって、処理対象によって、的確なオゾン濃度とシリカゲルの供給排出を設計すれば、トンネル排ガスや燃焼排ガスのような一酸化窒素が大部分を占める窒素酸化物の処理に適用可能である。
【実施例２】
【００１３】
図４は、オゾン及び光触媒を酸化剤として併用した場合の本発明に係る排ガス処理装置の例を示したものである。
図１の符号と同一の符号は、図１の部材と同じものを示している。ここで用いる光触媒としては、光触媒能および吸着能を有している粒子で、例えば、シリカゲル粒子に光触媒チタニアを担持したもの、光触媒担持珪藻土粒子及びセメント固化粒子などが考えられる。
図４において、図１と相違する点は、図１の粒子１０に代えて、光触媒を吸着剤に担持した複合化粒子２０を用いていること及び排気管５を二重管構造とし、該二重管の内側に光源１５を備えたことである。
この例では、オゾン発生器４から供給されるオゾンによる窒素酸化物の酸化度に対応して、光触媒を担持した複合化粒子２０の供給量あるいは光源１５の光強度を制御することにより最適な反応状態を得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】オゾンを酸化剤に用いた本発明に係る排ガス処理装置の例を示したものである。
【図２】オゾンによる窒素酸化物反応の一例を示したものである。
【図３】反応器内にシリカゲルを充填させ、流動層を形成させた場合の結果を示したものである。
【図４】オゾン及び光触媒を酸化剤として併用した場合の本発明に係る排ガス処理装置の例を示したものである。
【符号の説明】
【００１５】
１    排ガス
２    送風機
３    排ガス導入ダクト
４    オゾン発生器
５    排気管
６    サイクロン
７    オゾン分解装置
８    屋根
９    循環ダクト
１０  吸着剤の粒子
１１  粒子充填層
１２  粒子ホッパー
１３  粒子回収器
１４  ガス分散器
１５  光源
１６  ダンパー
２０  光触媒を担持した複合化粒子
【図１】
2005125268.tif 000003
【図２】
2005125268.tif 000004
【図３】
2005125268.tif 000005
【図４】
2005125268.tif 000006