(57)【要約】【課題】  装置全体をコンパクトなものとすることが可能となり、あるいは、被処理ガス中の目的成分の除去性能を確保しながら従来と同じ大きさの装置で、より大きい処理能力を付与することが可能となる活性炭吸着装置を提供する。【解決手段】  排ガス中に残存するダイオキシン類や重金属類、硫黄酸化物等有害成分を含む排ガスを活性炭層で吸着処理する装置であって、厚さが１００ｍｍ以下の活性炭層を被処理排ガスがクロスフローで通過するよう構成された活性炭吸着装置。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス中に残存するダイオキシン類や重金属類、硫黄酸化物等有害成分を含む排ガスを活性炭層で吸着処理する装置であって、厚さが１００ｍｍ以下の活性炭層を被処理排ガスがクロスフローで通過するよう構成されたことを特徴とする活性炭吸着装置。
【請求項２】
一組の平行な面を、一方をガス流入側面、他方をガス流出側面として有する活性炭層を互いに平行でかつ面対称な位置に複数有し、被処理排ガスが、隣り合う２つの活性炭層に挟まれた内側の空間に向けてこれら２つの活性炭層のそれぞれの外側の空間から活性炭層を通過するか、あるいは／及び、隣り合う２つの活性炭層に挟まれた内側の空間にからこれら２つの活性炭層のそれぞれの外側の空間へ活性炭層を通過するように活性炭層が配されていることを特徴とする請求項１に記載の活性炭吸着装置。
【請求項３】
上記活性炭層が上記活性炭吸着装置に対して着脱可能なカートリッジに設けられており、かつ、該カートリッジが上記活性炭吸着装置内の被処理排ガスの流れ方向に対して直列に２段以上配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の活性炭吸着装置。
【請求項４】
前記活性炭層はその層を構成する材料の、静止した空気雰囲気における自己点火温度が、処理対象とする被処理ガスの温度よりも高いことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の活性炭吸着装置。
【請求項５】
前記活性炭層は、粒状活性炭と粒状高熱伝導性物質とが混合充填されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の活性炭吸着装置。
【請求項６】
前記活性炭層中、被処理ガスの流れがない箇所、あるいは、被処理ガスの流れが実質的にない箇所に、粒状高熱伝導性物質が配されたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の活性炭吸着装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６に記載の活性炭吸着装置の運転方法であって、装置に供給される被処理排ガスがろ過式集じん器にて２００℃以下で除埃されたものであることを特徴とする活性炭吸着装置の運転方法。
【請求項８】
請求項７に記載の活性炭吸着装置の運転方法であって、その流速が装置内活性炭層における空間速度が１００００ｈ−１以上であることを特徴とする活性炭吸着装置の運転方法。
【請求項９】
請求項３に記載の活性炭吸着装置の運転方法であって、該カートリッジが活性炭吸着装置内の被処理排ガスの流れ方向に対して直列に２段以上配置されており、被処理排ガス流れ方向に対して、最上流にある該カートリッジを該装置外に取り出すと共に、その取り出した位置にはその下流に配されていて吸着余力がある活性炭が充填されている該カートリッジを移設し、最下流には未使用または再生済みの活性炭が充填されたカートリッジを配することを特徴とする活性炭吸着装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ごみ焼却炉、ガス化溶融炉、ガス化改質炉、電気炉、鉱石の製錬炉あるいは高炉その他の工鉱業生産設備から発生する排ガスに含まれているダイオキシン類、重金属、硫黄酸化物等の有害成分が含まれている。特にダイオキシン類は１０億〜１兆分の１の濃度という超微量ながら極めて毒性が高く、排ガスとして排出され大気に拡散したダイオキシン類は雨などで降下して土壌、河川、海を汚染し、食物連鎖により生物濃縮される。
【０００２】
このように非意図的に微量生成するダイオキシン類を、長年、日常的に人が摂取することにより、ダイオキシン類の慢性毒性、発癌性による健康被害の発症が懸念されており、ダイオキシン類排出の削減が強く求められている。ここで、このダイオキシン類や上述した有害成分の効果的な除去を目的に活性炭が用いられる。
【０００３】
活性炭を用いたこれら有害成分の除去方法として、粉末活性炭を排ガスが排出される煙道に噴霧して排ガス中のダイオキシン類等を吸着し、ろ過式集じん器等でダストと共に集じんする方法や、粒状活性炭を装置の内部に充填して活性炭層を形成し、排ガスをこの活性炭層に通過させてダイオキシン類等を吸着・除去する活性炭吸着装置が用いられている。
【０００４】
図８は、第１１回廃棄物学会研究発表会講演論文集第７７１〜７７３頁に記載された「移動床活性炭吸着塔を用いたダイオキシン除去システムのごみ焼却工場における実施設運転特性」（非特許文献２）中、その図２に示された従来の活性炭吸着装置の概略を示す図である。この装置は縦型充填層構造を有する。ガス吸着塔の側部（図中左側）に設けられたガス入口から導入された排ガスは吸着剤が充填された吸着部（活性炭層）に導かれる。吸着材部で有害成分の除去処理されたガス（清浄ガス）は、図中右側のガス出口から排出される。
【０００５】
なお、吸着剤は吸着剤の投入ロ（図中上部）より吸着塔に投入され、吸着効率が低下したときには切出し装置の操作により吸着部底部から排出され吸着塔下部に集められ、吸着塔底部の取出し口より取り出され、焼却炉内で焼却されるなどにより処分される。
【非特許文献１】「移動床活性炭吸着塔を用いたダイオキシン除去システムのごみ焼却工場における実施設運転特性」  第１１回廃棄物学会研究発表会講演論文集、第７７１〜７７３頁、２０００年１０月１０日、廃棄物学会発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記従来の活性炭吸着装置の場合は、吸着部である活性炭層を排ガスが下から上へ流れることにより排ガス中の有害物質が除去されるものであるが、吸着部での差圧を小さくするために排ガスの流速を遅くしているので、吸着部の断面積を大きくする必要がある。また、吸着部の層厚は、排ガスにより吸着材が吹き上がるのでその自重によりこの吹き上がりを防止するために、所定の厚さを確保する必要がある。
【０００７】
したがって、活性炭吸着装置が大型となるとともに、活性炭層の体積も大きなものとなっていた。このように活性炭層の体積が大きいと活性炭層中での発熱及びそれに起因する発火暴走などのおそれがあり、その対策が大掛かりなものとなっていた。
【０００８】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、装置全体をコンパクトなものとすることが可能となり、あるいは、被処理ガス中の目的成分の除去性能を確保しながら従来と同じ大きさの装置で、より大きい処理能力を付与することが可能となる活性炭吸着装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の活性炭吸着装置は上記課題を解決するため、請求項１に記載のように排ガス中に残存するダイオキシン類や重金属類、硫黄酸化物等有害成分を含む排ガスを活性炭層で吸着処理する装置であって、厚さが１００ｍｍ以下の活性炭層を被処理排ガスがクロスフローで通過するよう構成された活性炭吸着装置である。
【００１０】
請求項２に記載の活性炭吸着装置は請求項１に記載の活性炭吸着装置において、一組の平行な面を、一方をガス流入側面、他方をガス流出側面として有する活性炭層を互いに平行でかつ面対称な位置に複数有し、被処理排ガスが、隣り合う２つの活性炭層に挟まれた内側の空間に向けてこれら２つの活性炭層のそれぞれの外側の空間から活性炭層を通過するか、あるいは／及び、隣り合う２つの活性炭層に挟まれた内側の空間にからこれら２つの活性炭層のそれぞれの外側の空間へ活性炭層を通過するように活性炭層が配されている活性炭吸着装置である。
【００１１】
請求項３に記載の活性炭吸着装置は、請求項１または請求項２に記載の活性炭吸着装置において、上記活性炭層が上記活性炭吸着装置に対して着脱可能なカートリッジに設けられており、かつ、該カートリッジが上記活性炭吸着装置内の被処理排ガスの流れ方向に対して直列に２段以上配置されている活性炭吸着装置である。
【００１２】
請求項４に記載の活性炭吸着装置は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の活性炭吸着装置において、前記活性炭層はその層を構成する材料の、静止した空気雰囲気における自己点火温度が、処理対象とする被処理ガスの温度よりも高い活性炭吸着装置である。
【００１３】
請求項５に記載の活性炭吸着装置は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の活性炭吸着装置において、前記活性炭層は、粒状活性炭と粒状高熱伝導性物質とが混合充填されてなる活性炭吸着装置である。
【００１４】
請求項６に記載の活性炭吸着装置は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の活性炭吸着装置において、前記活性炭層中、被処理ガスの流れがない箇所、あるいは、被処理ガスの流れが実質的にない箇所に、粒状高熱伝導性物質が配された活性炭吸着装置である。
【００１５】
請求項７に記載の活性炭吸着装置の運転方法は、請求項１ないし請求項６に記載の活性炭吸着装置の運転方法であって、装置に供給される被処理排ガスがろ過式集じん器にて２００℃以下で除埃されたものである活性炭吸着装置の運転方法である。
【００１６】
また、請求項８に記載の活性炭吸着装置の運転方法は、請求項７に記載の活性炭吸着装置の運転方法であって、その流速が装置内活性炭層における空間速度が１００００ｈ−１以上である活性炭吸着装置の運転方法である。
【００１７】
請求項９に記載の活性炭吸着装置の運転方法は、請求項３に記載の活性炭吸着装置の運転方法であって、該カートリッジが活性炭吸着装置内の被処理排ガスの流れ方向に対して直列に２段以上配置されており、被処理排ガス流れ方向に対して、最上流にある該カートリッジを該装置外に取り出すと共に、その取り出した位置にはその下流に配されていて吸着余力がある活性炭が充填されている該カートリッジを移設し、最下流には未使用または再生済みの活性炭が充填されたカートリッジを配する活性炭吸着装置の運転方法である。
【発明の効果】
【００１８】
このような請求項１の発明によれば、説明図である図１に本発明に係る活性炭吸着装置の活性炭層付近の構成（実施の形態１）をモデル的に示したように、ミクロ的な視野では活性炭層を通過するガスの流れは活性炭層の厚さ方向と一致ないしほぼ一致するものの、より大きな視野（マクロ的）から見た場合、活性炭の厚さ方向に対して垂直な排ガス流れ（クロスフロー）が可能となる。このとき、活性炭層へ被処理排ガスを導入する案内部の容積を小さくすることができるので、活性炭層を厚さを変化させずにより広い通過面積を有するものとすることが可能となる（図２参照。図２（ａ）（断面図）及び図２（ｂ）（斜視図）に本発明に係るカートリッジ（クロスフロー型）を、図２（ｃ）にはカウンターフロー型カートリッジをそれぞれ示す。これらの活性炭層の厚さは等しく、活性炭の使用量は同じである）。
【００１９】
このように本発明によれば、被処理ガス中の目的成分の除去性能を確保しながら、空間利用効率（吸着装置の全容積に占める活性炭層の体積の比率）が従来よりも１０〜８０％程度向上して、結果として装置全体をコンパクトなものとすることが可能となり、あるいは、被処理ガス中の目的成分の除去性能を確保しながら従来と同じ大きさの装置で、より大きい処理能力を付与することが可能となる。
【００２０】
上記請求項２に係る発明は請求項１に係る発明の実施の１態様であり、このとき、装置の設計、製作が容易となる。
【００２１】
請求項３に記載の活性炭吸着装置はその構成により、活性炭の交換が容易になる。
【００２２】
ここで、活性炭の破過曲線の一例としてダイオキシンを活性炭吸着層の流通式実験装置で除去したときの活性炭層出側のダイオキシン濃度の時間変化をモデル的に図３に示した。
【００２３】
活性炭は、その有効な吸着点により、有害物質をガス中から取り除く機能を有している。有害物質を含むガスを処理していると、活性炭の有効な吸着点が減少し、やがては有効な吸着点がなくなり、排ガス中の除去目的物質を取り除くことができなくなる。図３に示すように、ある時間を経過すると急激に活性炭層出側の除去目的物質の濃度が上昇する（破過）ことが認められる。したがって、破過する前に活性炭を交換することが必要となるが、ダイオキシン濃度などは一定でないため、破過時期を正確に予測することは極めて困難である。
【００２４】
このため従来の活性炭吸着塔では、安全を見込んで、未だ吸着余力がある活性炭を新しい活性炭あるいは再生済みの活性炭と交換していた。
【００２５】
しかし、請求項３に係る発明によれば、被処理ガス流れの上流側１段目の活性炭層が破過して除去目的物質を吸着しなくなっても２段目以降の活性炭層で吸着されるため、装置全体として所定の能力を維持できる。このため１段目の活性炭層の活性炭が完全に性能を失ったことを確認してから、しかも容易に取り出すことが可能となり、活性炭費用の節減および交換頻度の低減できる。
【００２６】
請求項４の発明によれば、前記の本発明の活性炭吸着装置での活性炭層での発火の可能性をきわめて低くすることが可能となる。
【００２７】
請求項５の発明によれば、活性炭層の一部で何らかの発熱要因が生じたとしても、そこで発生した熱は混合された粒状高熱伝導性物質によって速やかにその周囲に放散され、活性炭層全体の温度分布が均一化されるので、活性炭層の温度が過剰に上昇して発火に至ることをより確実に防止できる。なお、装置の使用目的、重要度等により、吸着性能を重視する混合比率を選択したり、あるいは、発火防止性能を重視した混合比率を選択することができる。
【００２８】
請求項６に記載の活性炭吸着装置はその構成により、活性炭を充填した容器の壁部に接している箇所など、被処理ガスの流れがない箇所、あるいは、被処理ガスの流れが実質的にない箇所に、粒状高熱伝導性物質を配することにより、活性炭層の熱を効果的に外部に逃がすことが可能となり、その結果、活性炭層の温度が過剰に上昇して発火に至ることをより確実に防止できる。
【００２９】
表１には焼却炉から排出された排ガスをろ過式集じん器を用いて、除埃したときの集じん器入り口温度と集じん器出口のダイオキシン類濃度との関係を記載した。表１に記載したガス状及び粒子状ダイオキシン類の毒性換算濃度は、ＪＩＳ  Ｋ００３１１「排ガス中のダイオキシン類及びコプラナーＰＣＢの測定方法」に記載された資料採取を行い、円筒ろ紙部に補足されたダイオキシン類をガス状とし、残部を粒子状として記載したものである。ろ過式集じん器入口温度が２００℃以下で、被処理排ガスが除埃されると表＊に記載するように集じん器出口でのダイオキシン類の毒性換算濃度が低下する。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
一方、表２は「公害防止の技術と法規（ダイオキシン類編）」（非特許文献１）に記載された「ダイオキシン類（ＰＣＤＤｓ、ＰＣＤＦｓとコプラナーＰＣＢ）の物理的・化学的性質（融点、蒸気圧、ヘンリー定数およびオクタノール／水の分配係数」である。表２に示すように、ダイオキシン類の融点は、１００〜３５０℃であり、常温（２５℃）での液槽の担体の蒸気圧は、ジオキシン、ジベンゾフランでは、極めて低く１０−１０〜１０−６Ｐａで、比較的蒸気圧の高いコプラナーＰＣＢでも、高いもので、０．０６Ｐａと充分に低い値である。そのため、ダイオキシン類は、ガスよりも粒子として存在しやすい。表１に記載した集じん器入り口の粒子状の毒性換算濃度は、２００℃以下の場合、低い値となっており、ダイオキシン類が粒子として除去され、集じん器からでるダイオキシン類にガス状のものが多いことが判る。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
請求項７の発明によれば、活性炭吸着装置に供給される被処理排ガスがろ過式集じん器にて２００℃以下で除埃されているため、ダイオキシン類濃度が比較的低く、そのため活性炭の交換頻度を少なくすることができる。
【００３４】
請求項８に記載の活性炭吸着装置の運転方法により被処理排ガスを処理した結果を表３に示す。従来の活性炭吸着装置の空間密度は約２０００ｈ−１であるが、当該発明による活性探求着想の運転方法では空間密度を約１００００ｈ−１以上にしているため、同じ処理の能力を有する装置の場合、装置体積を従来の装置の５分の１以下にすることができるが、このときも処理済み排ガスのダイオキシン類濃度を充分に低くすることができる。
【００３５】
【表３】
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【００３６】
請求項９の発明によれば最上流側のユニットは除去すべき有害成分を高濃度に有するガスにさらされ、最も先に破過する。しかしながら最上流側のユニットの破過時であってもその下流側のユニットの吸着性能は充分残留している。この運転方法によれば排ガス中の有害成分の装置からのリークを効果的に防止しながら、活性炭の性能を十全に引き出すことができ、しかも、活性炭の交換がきわめて容易であって、運転停止時間の短縮や作業の効率化が可能となる。なお、上記ユニットの交換は所定時問ごとに行っても良く、また、装置に導入される排ガス性状を分析して交換時問を決定してもよく、あるいは、特定のユニット（最上流側のユニットが好ましい）の流出側ガスを分析し、特定成分が検出されたとき、ないし、特定成分の濃度が所定値になったときに交換をおこなっても良い。なお、当然のことながら、直列に配された活性炭ユニット群を複数、並列に有する装置での場合もこの活性炭吸着装置の運転方法に含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明における活性炭層はガスの流入側の面及び流出側の面を金網、パンチングメタルなどの通気性と耐熱性のある素材、あるいは、円形断面、矩形断面、楕円形断面、多角形断面等の耐熱性のある棒部材を格子状に組み合せたものを用いたりして形成した網状面によって、非透過面は鋼板などの非通気性で耐熱性の素材によって覆うことにより、活性炭が吹き飛ばされるおそれがないので、活性炭としては吸着に必要な容量を確保すればよく、コンパクト化が可能となる。さらに、活性炭層を複数設けてそれを並列に配置することにより、活性炭吸着装置の容積を有効に活用できるので、装置の小型化が可能となる。
【００３８】
本発明において、活性炭層が、処理対象とする被処理ガスの温度より、静止した空気雰囲気における自己点火温度が高いことが望ましい。
【００３９】
ここで、ある容量の活性炭層で発火が生じるときの雰囲気温度を自己点火温度と称するが、活性炭層の容量が大きくなる程、自己点火温度は下がり、活性炭層を立方体にした場合の容積の対数と自己点火温度の逆数とは比例関係にある。この自己点火温度は、活性炭層の形状によっても当然左右され、活性炭層が薄くなる程に自己点火温度は上がる（つまり、発火しにくくなる）。
【００４０】
また、自己点火温度は、同一形状であれば活性炭層の容量が大きい程に低くなる。ガスの吸着処理時には、ガスが活性炭層の熱を持ち去るので蓄熱して発火する危険は少ないが、埋火直後には活性炭屑の温度が下がっていないのに、排ガスの流れが止まってしまうという状況が発生する場合がある。このような場合には、蓄熱効果が進行して発火に至ることもある。また、排ガス中の酸素濃度は空気中のそれよりもかなり低いが、ガス中の酸素濃度が高いほど、発火の可能性が高くなる。つまり、排ガスの温度とした静止中の空気雰囲気という条件が、活性炭層にとっての最も過酷な条件であり、逆に、この条件においても活性炭層の自己点火が起こらなければ、その活性炭吸着装置は充分に安全といえる。そこで、静止した空気雰囲気における活性炭層の自己点火温度が、排ガスの温度よりも高くなる様に活性炭層の層厚を決定する。なお、活性炭は排ガス中のナトリウムを含む成分やカリウムを含む成分等を吸着することにより発火温度が下がるので、この温度降下分も考慮して、設計時に余裕をみて層厚を決めることが好ましい。
【００４１】
また、排ガス中の酸素濃度は空気中の酸素濃度よりもかなり低い（通常１０ｖｏｌ％程度）が、ガス中の酸素濃度が高いほど、発火の可能性が高くなる。従って、実際の使用温度であって、かつ、通気による熱の放散が生じない静止した空気雰囲気下と云う条件が最も厳しい条件であるが、この条件であっても活性炭層の自己点火が生じなければ、そのような活性炭層を有する活性炭吸着装置は充分に安全であると云える。
【００４２】
一般に活性炭は熱伝導率が０．１〜０．４Ｗ／ｍＫ程度と極めて熱伝導性が低い物質である。このような活性炭を充填した吸着装置を用いて、例えば燃焼排ガスの浄化処理を実施した場合、燃焼排ガス自体の温度は活性炭の発火温度以下であっても、飛灰の付着などの何らかの発熱要因が発生すると、例えば飛灰の酸化反応に伴う反応熱や触媒効果により部分的な温度上昇が起こる。
【００４３】
このような活性炭層の部分で発生した熱は、活性炭の極めて低い熱伝導性に起因して、放散されることなく蓄熱されてヒートスポットが生じる。ヒートスポットが原因となって、活性炭の発火暴走が起こるおそれがある。このように、活性炭の発火は例えば吸着塔内の温度分布に起因する。
【００４４】
本発明の活性炭吸着装置の活性炭層には、高熱伝導率の活性炭を用いることが望ましい。このような、高熱伝導率の活性炭によって活性炭層を構成したときに１Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有しているため、活性炭層の一部で上記のような発熱要因が生じたとしても、そこで発生した熱は速やかにその周囲に拡散され、活性炭層全体の温度分布が均一化され、活性炭の発火暴走などの発生を大幅に抑制することができる、すなわち、活性炭が充填された活性炭層全体の温度分布が均一化され、異常な温度上昇が抑制される。さらにこのような高熱伝導率の活性炭の利用により、活性炭の温度上昇に伴う吸着効率の低下などを抑制することが可能となる。
【００４５】
このような、活性炭の熱伝導率を高める方法としては、特開２０００−２７２９１４公報に記載されているような「熱伝導性向上材」を混ぜる方法や、活性炭の密度を高める方法がある。
また、本発明で好適に用い得る熱伝導性活性炭は、有害物質の吸着力としての観点から、活性炭物質全体としての比表面積が１００ｍ２／ｇ以上であり、かつ、ｎブタン吸着量が３％以上であることが好ましい。上記の表から明らかなように、このように生成された活性炭（造粒炭）は吸着材としての比表面積やｎブタン吸着量を維持した上で、良好な熱伝導率を有していることが判る。
【００４６】
図４に本発明の活性炭吸着装置に対して着脱可能なカートリッジ１を示す。図４（ａ）が斜視図、図４（ｂ）はモデル断面図であり、このカートリッジ１を活性炭吸着装置にセットしたときに本発明の活性炭吸着装置が構成される。
【００４７】
このカートリッジ１には、一組の平行な面を、一方をガス流入側面１ａ、他方をガス流出側面１ｂとして有する活性炭層ＡＣ１〜ＡＣ４を互いに平行でかつ面対称な位置に４個有し、被処理排ガスが、隣り合う２つの活性炭層ＡＣ１とＡＣ２と、及びＡＣ３とＡＣ４とに挟まれた内側の２つの空間に向けてこれら２組の２つの活性炭層ＡＣ１とＡＣ２と、及び、ＡＣ３とＡＣ４とのそれぞれの外側の空間から活性炭層を通過し、及び、隣り合う２つの活性炭層ＡＣ２及びＡＣ３に挟まれた内側の空間にからこれら２つ活性炭層ＡＣ２及びＡＣ３のそれぞれの外側の空間へ活性炭層を通過するように活性炭層が配されている。このため、このカートリッジ１での被処理ガスの流れはクロスフローとなる。なお、この例ではカートリッジ１を横に置いた状態を示したが、活性炭吸着装置にセットするときには縦にしても良く、その姿勢を問わない。
【００４８】
なお、上記では活性炭層は互いに平行でかつ面対称な位置に厳密に設けたが、設計上の都合で、クロスフローの効果が得られる限りにおいて多少の設計変更が行われても良く、その場合も本発明に含まれる。
【００４９】
活性炭層の層厚は、空気雰囲気の排ガス中に含まれる有害成分の吸着除去が行われる範囲から任意に選択されるが、好ましくはその範囲のなかでできるだけ薄い方がよい。具体的には例えば、活性炭層の層厚は、およそ３０〜１００ｍｍであることが好ましい。活性炭層の層厚がおよそ３０ｍｍ未満では排ガスのすり抜けが起こり有害成分の除去性能が悪くなることがあり好ましくなく、層厚が１００ｍｍを超えると活性炭層の一部で何らかの発熱要因が生じることがあり得る可能性があるので好ましくない。
【００５０】
また、活性炭層の高さや奥行き方向の幅は、処理するガス量などにより決定されるが、構造的な制限からおよそ５００〜３０００ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００５１】
ここで上記カートリッジで用いた活性炭の、静止した空気雰囲気における自己点火温度を下記のようにして調べた。
【００５２】
図５に示すように、空気雰囲気のマッフル炉３０内に活性炭約６０〜８０ｇをニッケルメッシュ製容器３１に充填して、一辺約５０ｍｍの立方体堆積層３２を形成した。このマッフル炉３０内を雰囲気中の酸素濃度を一定に保ちながら昇温速度約２℃／分で上昇させて加熱し、立方体堆積層３２内のほぼ中央部の温度と、マッフル炉３０内の雰囲気温度とを熱電対３３、３４を用いてそれぞれ測定し、立方体堆積層３２内の温度と雰囲気温度との差が急激に変わり始めるときの雰囲気温度を、発火開始温度として求めた。その結果、発火開始温度（発火にいたる雰囲気温度）は約２２０℃であった。この結果から、立方体堆積層３２の１辺の長さ（堆積層厚）が１０ｃｍ、２０ｃｍ、４０ｃｍ、１００ｃｍ、２００ｃｍ、４００ｃｍの場合についての発火開始温度をそれぞれ伝熱計算によって求め、その結果を図６に示した。図６から判るように、堆積層厚を１０ｃｍ以下にすることにより発火開始温度が２００℃以上と高温になるので、雰囲気温度が２００℃未満では発火することがない。
【００５３】
なお、実際の発火開始温度は活性炭の種類によって異なるので、実際の活性炭層の層厚は、通過する排ガスの温度において、その活性炭層で蓄熱発火が発生しない層厚とする必要があるが、その層厚はおよそ５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲である。
【００５４】
このように、蓄熱発火が生じないよう、ガス流入側面とガス流出側面との間に形成される活性炭からなる活性炭層の厚さは１００ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００５５】
活性炭層の層厚を薄くすることにより、活性炭屑の一部で何らかの発熱要因が生じたとしても、そこで発生した熱は放熱されやすいので、活性炭の発熱およびそれに伴う発火などの危険性を回避することができる。
【００５６】
また、活性炭層は、活性炭物質全体として１Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する高熱伝導率の活性炭（造粒炭等）を充填して形成されていることが好ましい。このように、高熱伝導率の活性炭を充填して活性炭層を形成することにより、高熱伝導率の活性炭は、活性炭物質全体として１Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有しているため、活性炭層の一部で何らかの発熱要因が生じたとしても、そこで発生した熱は速やかにその周囲に放散され、活性炭層全体の温度分布が均一化されるので、活性炭層の温度が過剰に上昇して発火に至ることをより確実に防止できる。
【００５７】
図７には活性炭層をガス流れ方向に対して直列に２層有する、本発明に係る活性炭吸着装置に着脱可能なカートリッジユニット２を示す。図７（ａ）はモデル斜視図、図７（ｂ）はモデル断面図である。
【００５８】
このカートリッジユニット２は上記カートリッジ１を接続部材によって２つ組み合わせてなるものであり、カートリッジ１部分はそれぞれ着脱可能となっていて、互いに交換可能となっている。
【００５９】
カートリッジユニット２は活性炭吸着装置に出し入れ可能となっていて、さらに活性炭層が設けられたカートリッジ１及び１’はこのカートリッジユニット２から着脱可能で互いに交換可能となっている。
【００６０】
使用の結果、ガス流れ方向上流に配置されたカートリッジ１の吸着能力が低下しても、下流側のカートリッジ１’がカートリッジ１からリークした除去目的成分を吸着するので、吸着装置としては問題が生じない。
【００６１】
このカートリッジ１の吸着性能低下を検出したとき、あるいは、予め定めた使用時間に達したときに、カートリッジユニット２を装置から取り出し、カートリッジ１をカートリッジユニット２から取り外し、その場所にカートリッジ１’を装着し、次いで、新しい活性炭あるいは再生済み活性炭が充填された新たなカートリッジをカートリッジ１’が装着されていた箇所に装着し、再度カートリッジユニット２を装置にセットする。なお、装置に複数のカートリッジユニットを直列に配していた場合には、上記新たなカートリッジの代わりにガス流れ方向下流側にセットされていたカートリッジユニットからカートリッジを外して、そのカートリッジをカートリッジ１’が装着されていた箇所に装着することができる。
【００６２】
このような運転方法により、カートリッジに充填された活性炭の性能および寿命を最大限引き出すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
ゴミ焼却炉、鉱石の製錬炉あるいは高炉その他の工鉱業生産設備から発生する排ガスに含まれているダイオキシン類、重金属、硫黄酸化物等の有害な成分を活性炭に吸着して除去する活性炭吸着装置に関し、コンパクト化が可能であり、あるいは、処理能力を大幅に増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る活性炭吸着装置の一例の活性炭層付近の構成をモデル的に示す図である。
【図２】クロスフローとしてガスを流す場合のモデル説明図とカウンターフローとしてガスを流す場合のモデル説明図である。（ａ）クロスフローでのモデル断面図（ｂ）クロスフローでのモデル斜視図（ｃ）カウンターフローモデル斜視図
【図３】活性炭の破過曲線の一例としてダイオキシンを活性炭吸着層の流通式実験装置で除去したときの活性炭層出側のダイオキシン濃度の時間変化をモデル的に示した図である。
【図４】本発明に係る活性炭吸着装置で用いるカートリッジの例１を示す図である。（ａ）モデル斜視図（ｂ）モデル断面図
【図５】活性炭の、静止した空気雰囲気における自己点火温度の測定方法を説明するためのモデル図である。
【図６】発火にいたる雰囲気温度と堆積層厚との関係を示す図である。
【図７】本発明に係る活性炭吸着装置で用いるカートリッジユニットの例２を示す図である。（ａ）モデル断面図（ｂ）モデル斜視図
【図８】従来技術に係る活性炭吸着装置を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  本発明に係る活性炭吸着装置で用いるカートリッジ
１ａ  ガス流入側面
１ｂ  ガス流出側面
ＡＣ１、ＡＣ２、ＡＣ３、ＡＣ４  活性炭層
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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