(57)【要約】【課題】  粒子状放射性物質と同時に有機塩素化合物をも除去することができる有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタ及びこれを用いた排ガス浄化方法を提供する。【解決手段】炭化ケイ素質、アルミナ質、もしくはコージライト質の粒子１からなる多孔質で有底円筒状のセラミックフィルタの内部に、有機塩素化合物分解触媒粒子２を分散担持させる。有機塩素化合物分解触媒粒子２は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖ，Ｗ、Ｍｏよりなる群から選択された触媒成分４と、ＴｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３からなる触媒担体粒子３とからなる。可燃性放射性廃棄物を焼却炉で焼却した焼却排ガス、あるいは不燃性放射性廃棄物を溶融炉で溶融したその溶融排ガスを上記の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタがセットされたセラミックフィルタ装置で浄化することができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化ケイ素質、アルミナ質、もしくはコージライト質の粒子からなる多孔質で有底円筒状のセラミックフィルタであり、その内部に有機塩素化合物分解触媒粒子を分散担持させたことを特徴とする有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタ。
【請求項２】
全長１〜２ｍ、外径５５〜６５ｍｍ、肉厚５〜１５ｍｍのサイズを有することを特徴とする請求項１記載の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタ。
【請求項３】
平均気孔径が２０〜５０μｍ、気孔率が２０〜４０％であることを特徴とする請求項１記載の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタ。
【請求項４】
曲げ強度が１０ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１記載の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタ。
【請求項５】
フィルタ重量の１〜２０重量％の有機塩素化合物分解触媒粒子を担持させたことを特徴とする請求項１記載の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタ。
【請求項６】
有機塩素化合物分解触媒粒子が、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖ，Ｗ、Ｍｏよりなる群から選択された触媒成分と、ＴｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３からなる触媒担体粒子とからなることを特徴とする請求項１記載の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタ。
【請求項７】
触媒担体粒子の５０％平均粒子径が０.１〜１０μｍであることを特徴とする請求項６記載の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタ。
【請求項８】
可燃性放射性廃棄物を焼却炉で焼却し、その焼却排ガスを一次セラミックフィルタ装置で高温除塵したうえ、請求項１〜７のいずれか記載の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタがセットされた二次セラミックフィルタ装置で浄化することを特徴とする排ガス浄化方法。
【請求項９】
一次セラミックフィルタ装置の運転温度を７００〜９００℃、二次セラミックフィルタ装置の運転温度を２００〜５００℃とすることを特徴とする請求項８記載の排ガス浄化方法。
【請求項１０】
二次セラミックフィルタ装置のろ過速度を１〜３ｃｍ／秒とすることを特徴とする請求項８記載の排ガス浄化方法。
【請求項１１】
可燃性放射性廃棄物を焼却炉で焼却し、その焼却排ガス中の未燃分を二次燃焼室で二次燃焼したうえ、請求項１〜７のいずれか記載の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタがセットされたセラミックフィルタ装置で浄化することを特徴とする排ガス浄化方法。
【請求項１２】
二次燃焼室の運転温度を８００℃以上、セラミックフィルタ装置の運転温度を２００〜５００℃とすることを特徴とする請求項１１記載の排ガス浄化方法。
【請求項１３】
セラミックフィルタ装置のろ過速度を１〜３ｃｍ／秒とすることを特徴とする請求項１１記載の排ガス浄化方法。
【請求項１４】
不燃性放射性廃棄物を溶融炉で溶融し、その溶融排ガスを請求項１〜７のいずれか記載の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタがセットされたセラミックフィルタ装置で浄化することを特徴とする排ガス浄化方法。
【請求項１５】
セラミックフィルタ装置の運転温度を２００〜５００℃とすることを特徴とする請求項１４記載の排ガス浄化方法。
【請求項１６】
セラミックフィルタ装置のろ過速度を１〜３ｃｍ／秒とすることを特徴とする請求項１４記載の排ガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として放射性廃棄物の焼却炉排ガスや溶融排ガスの処理の分野で用いられる、有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタ及びこれを用いた排ガス浄化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、原子力発電所や研究所などの放射性物質取り扱い施設において発生する放射性廃棄物のうち、可燃性放射性廃棄物は焼却炉で焼却され、また不燃性放射性廃棄物は溶融炉において溶融処理されている。その際に発生する焼却排ガスや溶融排ガスは、特許文献、特許文献２に示されるように、セラミックフィルタ装置に導かれて粒子状放射性物質が除去されている。
【０００３】
このためのセラミックフィルタには、耐熱性と強度に優れた炭化ケイ素質、アルミナ質、もしくはコージライト質からなる多孔質セラミックフィルタが用いられており、過去長年にわたり安定に使用されてきた運転実績がある。ところが近年、排ガス中のダイオキシンなどの有機塩素化合物に対する規制が強くなっており、放射性廃棄物中に塩化ビニルシートなどの塩素含有物質が混入している場合には、排ガス中に含まれる有機塩素化合物をも確実に除去することが求められている。
【０００４】
そこで、セラミックフィルタ装置の後段に有機塩素化合物分解触媒を充填した触媒反応塔などを設置することも検討されているが、既設の設備の場合にはその設置スペースを確保することが容易ではなく、また新設設備の場合にも設置コスト及びランニングコストがかかるという問題があった。
【特許文献１】特公平５−５８１５８号公報
【特許文献２】特開２０００−３５４７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、有機塩素化合物分解装置を新たに設置することなく、粒子状放射性物質と同時に有機塩素化合物をも除去することができる有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタ及びこれを用いた排ガス浄化方法を提供するためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するためになされた請求項１に記載の本発明の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタは、炭化ケイ素質、アルミナ質、もしくはコージライト質の粒子からなる多孔質で有底円筒状のセラミックフィルタであり、その内部に有機塩素化合物分解触媒粒子を分散担持させたことを特徴とするものである。このセラミックフィルタは、全長１〜２ｍ、外径５５〜６５ｍｍ、肉厚５〜１５ｍｍのサイズを有することが好ましく、その平均気孔径が２０〜５０μｍ、気孔率が２０〜４０％であることが好ましい。また曲げ強度が１０ＭＰａ以上であることが好ましい。
【０００７】
またこのセラミックフィルタは、フィルタ重量の１〜２０重量％の有機塩素化合物分解触媒粒子を担持させたものであることが好ましく、有機塩素化合物分解触媒粒子は、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖ，Ｗ、Ｍｏよりなる群から選択された触媒成分と、ＴｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３からなる触媒担体粒子とからなるものとすることが好ましい。またこの触媒担体粒子の５０％平均粒子径が、０.１〜１０μｍであることが好ましい。
【０００８】
請求項８に記載の本発明の排ガス浄化方法は、可燃性放射性廃棄物を焼却炉で焼却し、その焼却排ガスを一次セラミックフィルタ装置で高温除塵したうえ、上記の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタがセットされた二次セラミックフィルタ装置で浄化することを特徴とするものである。この場合、一次セラミックフィルタ装置の運転温度を７００〜９００℃、二次セラミックフィルタ装置の運転温度を２００〜５００℃とすることが好ましく、二次セラミックフィルタ装置のろ過速度を１〜３ｃｍ／秒とすることが好ましい。
【０００９】
請求項１１に記載の本発明の排ガス浄化方法は、可燃性放射性廃棄物を焼却炉で焼却し、その焼却排ガス中の未燃分を二次燃焼室で燃焼したうえ、排ガスを空気混合、水噴霧、熱交換等により冷却し、上記の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタがセットされたセラミックフィルタ装置で浄化することを特徴とするものである。この場合、二次燃焼室の運転温度を８００℃以上、セラミックフィルタ装置の運転温度を２００〜５００℃とすることが好ましく、セラミックフィルタ装置のろ過速度を１〜３ｃｍ／秒とすることが好ましい。
【００１０】
請求項１４に記載の本発明の排ガス浄化方法は、不燃性放射性廃棄物を溶融炉で溶融し、その溶融排ガスを上記の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタがセットされたセラミックフィルタ装置で浄化することを特徴とするものである。この場合、セラミックフィルタ装置の運転温度を２００〜５００℃とすることが好ましく、セラミックフィルタ装置のろ過速度を１〜３ｃｍ／秒とすることが好ましい。セラミックフィルタ装置の運転温度は排ガスダストに亜鉛、鉛等の低融点物質が多量含まれている場合には、なかでも２００〜３００℃とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタは、耐熱性と強度に優れた炭化ケイ素質、アルミナ質、もしくはコージライト質の粒子からなる多孔質で有底円筒状のセラミックフィルタの内部に有機塩素化合物分解触媒粒子を分散担持させたものである。このため従来と同様に粒子状放射性物質を確実に除去することができるうえ、セラミックフィルタの内部でダイオキシンなどの有機塩素化合物を分解除去することができる。このため有機塩素化合物分解装置を新たに設置することなく、粒子状放射性物質と同時に有機塩素化合物をも除去することができる。
【００１２】
また請求項８記載の本発明の排ガス浄化方法によれば、可燃性放射性廃棄物の焼却排ガスを一次セラミックフィルタ装置で高温除塵したうえ、上記のセラミックフィルタがセットされた二次セラミックフィルタ装置で更に除塵するので、従来と同様に粒子状放射性物質を確実に除去することができるうえ、セラミックフィルタの内部でダイオキシンなどの有機塩素化合物を分解除去することができる。焼却排ガス中には多量のダストが含まれるが、一次セラミックフィルタ装置で高温除塵されるので、二次セラミックフィルタ装置の有機塩素化合物分解機能が損なわれることはない。
【００１３】
また請求項１１記載の本発明の排ガス浄化方法によれば、可燃性放射性廃棄物を焼却炉で焼却し、その焼却排ガス中の未燃分を二次燃焼室で二次燃焼したうえ、上記のセラミックフィルタがセットされたセラミックフィルタ装置で浄化するので、二次燃焼ガス中に含まれる粒子状放射性物質を確実に除去することができるうえ、セラミックフィルタの内部でダイオキシンなどの有機塩素化合物を分解除去することができる。
【００１４】
更に請求項１４記載の本発明の排ガス浄化方法によれば、不燃性放射性廃棄物の溶融排ガスを上記のセラミックフィルタがセットされたセラミックフィルタ装置で浄化することにより、溶融排ガス中に含まれる粒子状放射性物質を確実に除去することができるうえ、セラミックフィルタの内部でダイオキシンなどの有機塩素化合物を分解除去することができる。溶融排ガス中に含まれるダストは焼却排ガスに比較して微量であるから、このように直接セラミックフィルタに通しても、有機塩素化合物分解機能が損なわれることはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタの構成を概念的に示した図である。このセラミックフィルタは、前記した特許文献１、２にも示されるように、首部を支持板に支持させて用いられるキャンドル型と呼ばれる有底円筒状のものである。現在、各原子力発電所で使用されている排ガス浄化用のセラミックスフィルタと同じく、全長１〜２ｍ、外径５５〜６５ｍｍ、肉厚５〜１５ｍｍのサイズを有するものとする。特に肉厚を５〜１５ｍｍとすることは排ガス中に含まれる粒子状放射性物質を確実に除去するうえでも強度の点でも必要であり、肉厚が５ｍｍよりも薄いサイズは、粒子状放射性物質の捕捉性能の点でも、強度の点でも不適当である。しかし１５ｍｍを越えると圧損が過大となるので好ましくない。肉厚が５ｍｍよりもはるかに薄いハニカム構造体は、粒子状放射性物質の捕捉性能の点で不適当である。
【００１６】
このセラミックフィルタは、炭化ケイ素質、アルミナ質、もしくはコージライト質の粒子１を焼結させた多孔質体である。これらの材質に限定したのは、強度、耐熱性、コストのバランスを考慮すると、これらの材質が実用的であるためである。
【００１７】
本発明では図１に示されるように、これらの粒子１により形成される多孔質体内部に、有機塩素化合物分解触媒粒子２が分散担持されている。有機塩素化合物分解触媒粒子２は、ＴｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３からなる触媒担体粒子３の表面に、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖ，Ｗ、Ｍｏよりなる群から選択された触媒成分４を担持させたものである。これらの触媒担体粒子３は大きな表面積を持つので、触媒成分４が排ガスと接触する有効表面積を増加させるうえで効果的である。触媒担体粒子３をなくし、多孔質体内部に触媒成分４を直接分散させただけでは十分な触媒活性が得られない。
【００１８】
触媒担体粒子３の５０％平均粒子径は、０.１〜１０μｍとすることが好ましい。この範囲よりも大径となると触媒担体粒子３をセラミックフィルタ内部に分散担時させにくく、この範囲よりも小径となると担時後のセラミックフィルタの圧損が大きくなるからである。
【００１９】
なお、触媒担体粒子３をＴｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３からなるものとしたのは、これらが排ガス中に含まれるＳＯXに対する耐性に優れるためである。なかでも触媒担体粒子３としてＴｉＯ２を用いることが特に好ましい。触媒成分４をＰｔ，Ｐｄ，Ｒｕ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖ，Ｗ、Ｍｏよりなる群から選択したのは、実用的な有機塩素化合物分解機能を有するためである。なかでも触媒成分４として、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｖ，Ｗを用いることが特に好ましい。有機塩素化合物分解触媒粒子２は、フィルタ重量の１〜２０重量％を担持させるものとする。１重量％未満では有機塩素化合物分解機能が不十分であり、２０重量％を越えて担持させるとフィルタ圧損が増加するので好ましくない。
【００２０】
このように有機塩素化合物分解触媒粒子２を分散担持させた本発明のセラミックフィルタは、平均気孔径が２０〜５０μｍ、気孔率が２０〜４０％とすることが好ましい。平均気孔径がこれより小さいと圧損が高くなり、逆にこれより大きいと粒子状放射性物質を確実に除去することができない。また気孔率が２０％未満であると圧損が高くなり、４０％を越えると強度が不十分となる。放射性排ガス除去の用途に用いるためには曲げ強度が１０ＭＰａ以上であることが要求されており、上記の数値範囲を満たすことにより１０ＭＰａ以上の強度を達成できる。
【００２１】
セラミックフィルタの内部に有機塩素化合物分解触媒粒子２を分散担持させるには、有機塩素化合物分解触媒粒子２をスラリーとしてその中に多孔質のセラミックフィルタを浸漬して含浸させ、乾燥させる方法を取ることができる。この工程を繰り返すことにより、担持量を変えることができる。後記する実施例に示すように、触媒の担持量を増加させると圧損も増加するので、触媒の担持による初期圧損の増加を担持前の１〜３倍の範囲にとどめることが好ましい。なお、スラリーを含浸させた後に焼成してもよいが、焼成せずにそのまま設置しても運転温度により焼成されるため、焼成は省くことができる。以下にこの有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタの具体的な使用方法を示す。
【００２２】
図２は請求項８〜１０の発明の実施形態を示す図であり、１０は可燃性放射性廃棄物を焼却する焼却炉、１１はその焼却排ガスを高温除塵する一次セラミックフィルタ装置、１２はその後段に配置された二次セラミックフィルタ装置である。ここでは二次セラミックフィルタ装置１２には、上記した有機塩素化合物分解機能を有するキャンドル型のセラミックフィルタをセットして用いている。
【００２３】
紙、布、樹脂などの可燃性放射性廃棄物は焼却炉１０で焼却され、焼却灰は焼却炉１０の下部から灰ドラムボックス１３に排出される。数百℃の焼却排ガスは一次セラミックフィルタ装置１１に導かれて除塵されたうえ、有機塩素化合物分解機能を有する二次セラミックフィルタ装置１２に導かれる。焼却排ガスに含まれる粒子状放射性物質はこれらの一次、二次のセラミックフィルタにより確実に除去されるとともに、焼却排ガスに含まれるダイオキシン等の有機塩素化合物は二次セラミックフィルタ装置１２にセットされた本発明のセラミックフィルタを通過する際に有機塩素化合物分解触媒粒子２により分解除去される。その後、焼却排ガスは空気混合器１４により冷却されたうえで、ＨＥＰＡフィルタ１５を経て大気中に排出される。予め除塵された焼却排ガスが二次セラミックフィルタ装置１２に導かれるので、目詰まりによる触媒活性の低下が生じにくい。
【００２４】
なお、一次セラミックフィルタ装置１１の運転温度を７００〜９００℃、二次セラミックフィルタ装置１２の運転温度を２００〜５００℃とすることが好ましい。二次セラミックフィルタ装置１２の運転温度が２００℃未満であると有機塩素化合物分解触媒の活性が低下し、逆に５００℃を超えるとセラミックフィルタにシンタリングが生じてやはり触媒活性が低下するためである。
【００２５】
また、二次セラミックフィルタ装置１２のろ過速度を、１〜３ｃｍ／秒とすることが好ましい。ろ過速度がこれより遅いと設備の大型化を招き、これより速いと焼却排ガスと有機塩素化合物分解触媒粒子２との接触反応時間が不足し、十分に有機塩素化合物を分解できなくなるためである。このように本発明によれば、従来から設置されている二次セラミックフィルタ装置１２として、有機塩素化合物分解機能を有するキャンドル型のセラミックフィルタを用いることによって、設備を新設することなく焼却排ガスに含まれるダイオキシン等の有機塩素化合物を分解除去することができる。なお、二次セラミックフィルタ装置１２の直前で燃焼排ガス中にアンモニアガスを注入することにより、有機塩素化合物とともの窒素酸化物を同時に分解除去することもできる。
【００２６】
図３は請求項１１〜１３の発明の実施形態を示す図である。１０は可燃性放射性廃棄物を焼却する焼却炉、１６はその焼却排ガス中の未燃分を二次燃焼する二次燃焼室である。二次燃焼室１６から排出された二次燃焼ガスは本発明のセラミックフィルタがセットされたセラミックフィルタ装置１７で浄化される。図２の場合と同様に、この二次燃焼室１６の運転温度を８００℃以上、セラミックフィルタ装置１７の運転温度を２００〜５００℃とすることが好ましい。またセラミックフィルタ装置１７のろ過速度を、１〜３ｃｍ／秒とすることが好ましい。
【００２７】
図４は請求項１４〜１６の発明の実施形態を示す図である。２０は不燃性放射性廃棄物を溶融する溶融炉であり、ここではキャニスタ内で誘導加熱を行う高周波溶融炉が用いられている。その溶融排ガスは本発明の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタがセットされたセラミックフィルタ装置１７で浄化される。
【００２８】
この場合にも、溶融排ガス中に含まれる粒子状放射性物質は確実に除去されるとともに、溶融排ガス中に含まれるダイオキシン等の有機塩素化合物は本発明のセラミックフィルタを通過する際に分解除去される。溶融排ガスのダスト濃度は焼却排ガスよりも低いので、このように直接除塵しても目詰まりによる触媒活性の低下は生じにくい。
【００２９】
セラミックフィルタ装置１７の運転温度は、１５０〜３００℃とすることが好ましい。１５０℃未満では触媒活性が低下し、３００℃を超えると後段のＨＥＰＡフィルタ１５に悪影響を与えるためである。また前記したと同じ理由により、セラミックフィルタ装置１７のろ過速度を１〜３ｃｍ／秒とすることが好ましい。
【００３０】
このように本発明によれば、従来から設置されているセラミックフィルタ装置１７に有機塩素化合物分解機能を有する本発明のセラミックフィルタを用いることによって、設備を新設することなく溶融排ガスに含まれるダイオキシン等の有機塩素化合物を分解除去することができる。
【実施例１】
【００３１】
ＴｉＯ２粒子の表面にＶ２Ｏ５粒子を付着させたＶ２Ｏ５−ＴｉＯ２触媒を平均粒径が５μｍになるまで粉砕し、水に分散させて約２ｗｔ％のスラリーとした。このスラリー中に炭化ケイ素質の粒子からなる有底円筒状の多孔質セラミックフィルタ（全長１.５ｍ、外径６０ｍｍ、肉厚１０ｍｍ、平均気孔径４０μｍ、気孔率３０％）を浸漬し、担持量の異なる３種類のセラミックフィルタを得た。
【００３２】
【表１】
2005066562.tif 000003
触媒担持量と初期圧損との関係は表１に示すとおりであり、触媒担持量が２ｗｔ％のときの圧損が従来品の約１.５倍であった。
【実施例２】
【００３３】
【表２】
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実施例１のサンプル２の触媒担持セラミックフィルタを用い、ダイオキシン類の除去性能を測定したところ、表２の結果が得られた。このように、十分なダイオキシン類低減効果が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の有機塩素化合物分解機能を有するセラミックフィルタの概念図である。
【図２】請求項８の発明の排ガス浄化方法の工程説明図である。
【図３】請求項１１の発明の排ガス浄化方法の工程説明図である。
【図４】請求項１４の発明の排ガス浄化方法の工程説明図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  炭化ケイ素質、アルミナ質、もしくはコージライト質の粒子
２  有機塩素化合物分解触媒粒子
３  触媒担体粒子
４  触媒成分
１０  焼却炉
１１  一次セラミックフィルタ装置
１２  二次セラミックフィルタ装置
１３  灰ドラムボックス
１４  空気混合器
１５  ＨＥＰＡフィルタ
１６  二次燃焼室
１７  セラミックフィルタ装置
２０  溶融炉
【図１】
2005066562.tif 000005
【図２】
2005066562.tif 000006
【図３】
2005066562.tif 000007
【図４】
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