(57)【要約】【課題】窒素発生装置や脱硝装置を必要としない吸着剤の再生処理装置と、この再生処理装置を備えた排ガス処理装置とを提供する。【解決手段】内部に窒素酸化物を吸収した吸着剤ｗが収容される装置本体１と、この装置本体内に上記吸着剤に近接して配置され、低酸素濃度雰囲気下にて、上記吸着剤から排出される上記窒素酸化物を酸素及び窒素に分解する窒素酸化物分解手段３１と、上記酸素を選択的に透過する酸素透過手段３２と、上記酸素を上記装置本体の外部に排出する酸素排出管３７とを備えた再生処理装置とした。また、この再生処理装置を並列的に複数設けるとともに、上記再生処理装置の上流側に供給管４ａ、４ｂを接続し、下流側に上記排気管５ａ、５ｂを接続し、かつ一部の上記再生処理装置に上記排ガスを供給する切替弁４０ａ、４０ｂ、５０ａ、５０ｂを少なくとも上記供給管又は排気管のいずれか一方に介装した排ガス処理装置とした。【選択図】図１
2007182780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に窒素酸化物を吸収した吸着剤が収容される装置本体と、この装置本体内であって上記吸着剤に近接して配置され、低酸素濃度雰囲気下において、上記吸着剤から排出される上記窒素酸化物を酸素及び窒素に分解する窒素酸化物分解手段と、この窒素酸化物分解手段によって分解された上記酸素を選択的に透過する酸素透過手段と、この酸素透過手段を透過した上記酸素を上記装置本体の外部に排出する酸素排出管とを備えてなることを特徴とする再生処理装置。
【請求項２】
上記酸素透過手段は、板状の固体電解質の上記吸着剤の対向面にカソード電極が形成されるとともに、上記固体電解質の上記吸着剤の反対側面にアノード電極が形成された電気化学素子と、上記カソード電極とアノード電極とに直流電流を供給する電源装置と、上記電気化学素子をその反応温度まで加熱する加熱装置とを備えてなることを特徴とする請求項１に記載の吸着剤の再生処理装置。
【請求項３】
上記カソード電極は、上記窒素酸化物を還元する材料を含有しており、上記窒素酸化物分解手段として作用することを特徴とする請求項２に記載の吸着剤の再生処理装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の複数の吸着剤の再生処理装置が並列的に設けられており、
上記再生処理装置の上流側に、それぞれ上記窒素酸化物混合ガスを含む排ガスの供給管が接続されるとともに、上記再生処理装置の下流側に、それぞれ上記吸着剤によって上記窒素酸化物が吸着除去された排ガスを排出する排気管が接続され、かつ
一部の上記再生処理装置に上記排ガスを供給する切替弁が少なくとも上記供給管又は排気管のいずれか一方に介装されていることを特徴とする排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素酸化物を吸着した吸着剤の再生処理装置と、この再生処理装置を用いた排ガス処理装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題が重要になってきており、自動車の排気ガス等に含まれるＮＯｘの除去処理についても検討されている。
このような中、上記ＮＯｘを除去処理する装置として、例えば、特許文献１に示すように、排ガス中のＮＯｘを吸着する活性炭を備えた窒素酸化物処理装置と、この活性炭からＮＯｘを放出させるとともに、当該ＮＯｘを無害化させる活性炭の再生処理装置とを有する排ガス処理装置が提案されている。
【０００３】
この排ガス処理装置によれば、窒素酸化物処理装置によって、排ガス中のＮＯｘを活性炭に吸着させることができるとともに、上記再生処理装置によって、上記活性炭に吸着したＮＯｘを除去・無害化することができる。
【０００４】
具体的には、窒素発生装置において発生した窒素を上記窒素酸化物処理装置に供給し、上記窒素酸化物処理装置内の酸素濃度を低下させることにより、活性炭からＮＯｘを放出させて、上記活性炭を再生するようになっている。一方、この活性炭から放出されたＮＯｘを上記脱硝装置に供給することにより、当該脱硝装置において、以下のようにＮＯｘを無害化するようになっている。
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2 ＋６Ｈ2Ｏ
２ＮＯ2＋４ＮＨ3＋Ｏ2→３Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ
【０００５】
しかしながら、上記再生処理装置は、上述のように窒素発生装置と脱硝装置とが必要になるため、装置を小型化するのが難しく、設置場所が限定されるという問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−３１８１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、窒素発生装置や脱硝装置を必要としない吸着剤の再生処理装置を提供するとともに、この再生処理装置を備えた排ガス処理装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、窒素酸化物分解手段によってＮＯｘ、すなわち窒素酸化物を酸素と窒素とに分解して、窒素酸化物を無害化することができるとともに、酸素透過膜等の酸素透過手段を用いて酸素を選択的に排出することによって、酸素濃度を低下させて、活性炭から窒素酸化物を放出させることができることを見出し、本発明を完成させたものである。
【０００９】
すなわち、請求項１に記載の発明に係る吸着剤の再生処理装置は、内部に窒素酸化物を吸収した吸着剤が収容される装置本体と、この装置本体内であって上記吸着剤に近接して配置され、低酸素濃度雰囲気下において、上記吸着剤から排出される上記窒素酸化物を酸素及び窒素に分解する窒素酸化物分解手段と、この窒素酸化物分解手段によって分解された上記酸素を選択的に透過する酸素透過手段と、この酸素透過手段を透過した上記酸素を上記装置本体の外部に排出する酸素排出管とを備えてなることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の吸着剤の再生処理装置において、上記酸素透過手段は、板状の固体電解質の上記吸着剤の対向面にカソード電極が形成されるとともに、上記固体電解質の上記吸着剤の反対側面にアノード電極が形成された電気化学素子と、上記カソード電極とアノード電極とに直流電流を供給する電源装置と、上記電気化学素子をその反応温度まで加熱する加熱装置とを備えてなることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の吸着剤の再生処理装置において、上記カソード電極は、上記窒素酸化物分解手段として作用することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に記載の発明に係る排ガス処理装置は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の複数の吸着剤の再生処理装置が並列的に設けられており、上記再生処理装置の上流側に、それぞれ上記窒素酸化物混合ガスを含む排ガスの供給管が接続されるとともに、上記再生処理装置の下流側に、それぞれ上記吸着剤によって上記窒素酸化物が吸着除去された排ガスを排出する排気管が接続され、かつ一部の上記再生処理装置に上記排ガスを供給する切替弁が少なくとも上記供給管又は排気管のいずれか一方に介装されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１ないし３に記載の発明によれば、装置本体内の酸素が酸素透過手段を透過し、当該酸素が酸素排出管から排出されることにより、低酸素濃度雰囲気化となる。
これにより、吸着剤から窒素酸化物が除々に放出されるとともに、窒素酸化物透過手段によって、窒素酸化物が酸素及び窒素に分解され、さらに、このうちの酸素が酸素透過膜によって選択的に透過して排出管から排出される。その結果、装置本体内の酸素濃度が低下すると、吸着剤から窒素酸化物が加速的に放出され、効率的に吸着剤を再生することができる。それ故に、窒素発生装置や脱硝装置が不要になり、吸着剤の再生処理装置を小型化することができ、当該再生処理装置をあらゆる場所に設置することができる。
【００１４】
特に、請求項２に記載の発明によれば、加熱手段によって電気化学素子を加熱するとともに、電源装置によってカソード電極とアノード電極とに直流電流を供給することによって、酸素が固体電解質を選択的に透過して、上記排出管から排出される。これにより、上述と同様に、さらに酸素濃度が低下すると、吸着剤から窒素酸化物が加速的に放出され、効率的に吸着剤を再生することができ、窒素発生装置や脱硝装置が不要になるため、吸着剤の再生処理装置を小型化することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、上記窒素酸化物を還元する材料を含有しているため、カソード電極を窒素酸化物分解手段として用いることができ、別途、窒素酸化物分解手段を設ける必要がなく、その結果、再生処理装置を一層小型化することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、窒素酸化物を含む排ガスを供給管から一部の再生処理装置に供給して、当該再生処理装置の装置本体内において吸着剤によって窒素酸化物を吸着除去することにより、上記排ガスを浄化することができる。
【００１７】
さらに、窒素酸化物が充分に吸着剤に吸着した際、排ガスを切替弁によって、その他の再生処理装置に供給することにより、連続して排ガスを浄化することができる。
【００１８】
それと並行して、上記一部の再生処理装置内においては、排ガスが充満し、酸素濃度が低下しているため、吸着剤から窒素酸化物が除々に放出される。そして、この窒素酸化物が窒素酸化物分解手段によって酸素及び窒素に分解されるとともに、このうちの酸素のみが酸素透過手段によって透過され、上記排出管から排出される。これにより、さらに装置本体内の酸素濃度が低下するため、吸着剤から加速的に窒素酸化物が放出され、上述のように、繰り返し窒素酸化物を無害化除去することができる。
【００１９】
その結果、一部の再生処理装置において、吸着剤から窒素酸化物を放出させ、無害化除去するのと同時に、他の再生処理装置において窒素酸化物を吸着剤に吸着させ、排ガスを浄化させることができる。以上のことから、切替弁によって排ガスを供給する再生処理装置を切り換えることにより、常時、排ガスを浄化処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る吸着剤の再生処理装置について説明するとともに、本発明に係る上記吸着剤の再生処理装置を用いた排ガス処理装置について、図１ないし図４を用いて説明する。
【００２１】
本実施形態の吸着剤の再生処理装置は、図１ないし図３に示すように、外周６面が囲まれた断面方形状の缶体（装置本体）１内に、ＮＯｘ（窒素酸化物）を吸着した吸着剤ｗを収容するようになっている。ここで、吸着剤ｗとしては、例えば、活性炭、ゼライト等のＮＯｘを吸着可能な部材が適用可能である。
【００２２】
この缶体１内には、対向する側面に１対のヒーター２が設けられており、上記吸着剤ｗと上記ヒーター２との間に、板状のＮＯｘ分解膜（窒素酸化物分解手段）３１と板状の酸素透過膜（酸素透過手段）３２とからなる電気化学素子３が、それぞれＮＯｘ分解膜３１面を上記吸着剤ｗ側に向けて、上記ヒーター２と並行に配設されている。
この電気化学素子３は、上記ＮＯｘ分解膜３１と上記酸素透過膜３２とが互いに板面同士を貼り合わせて概略構成されており、上記吸着剤ｗよりも大きい外法寸法を有している。
【００２３】
この酸素透過膜３２は、板状の固体電解質３３と、この固体電解質３３の上記吸着剤ｗの反対側面に形成されたアノード電極３４とを有しており、さらに、上記固体電解質３３の上記吸着剤ｗの対向面に形成された上記ＮＯｘ分解膜３１が当該酸素透過膜３２のカソード電極として作用するようになっている。これにより、上記ＮＯｘ分解膜３１側の酸素を選択的に上記電極３４側に供給するようになっている。
【００２４】
ここで、上記固体電解質３３としては、イットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）が用いられるとともに、上記アノード電極３４として白金とイットリアを添加した安定化ジルコニアの混合物（Ｐｔ−ＹＳＺ）が用いられている。或いは、上記固体電解質２１として、コバルト添加ランタンガレート（ＬＳＧＭＣ）が用いられるとともに、上記アノード電極３４としてＳＳＣ：Ｓｍ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ3が用いられている。
【００２５】
また、上記ＮＯｘ分解膜３１は、ＮＯｘに電子を供給して、酸素イオンに還元するとともに、当該酸素イオンを上記アノード電極３４側に供給するようになっており、白金、パラジウム等の貴金属や酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化銅、ランタンマンガナイト、ランタンコバルタイト、ランタンクロマイト、サマリウムストロンチウムコバルタイト、バリウムランタンコバルタイト等の金属酸化物あるいはこれらの中のいずれかを含む混合物のうちの少なくとも１種以上が用いられている。
【００２６】
そして、例えば、粉末状の上記材料に溶剤やバインダー等を加えて混練して、スラリー調整した後、酸素透過膜３２に塗布し、１３５０℃以下の比較的低い温度で焼結させることにより、空隙が混在する多孔質状に形成される。さらに、この空隙に、例えば、アルミナ微粒子等の絶縁性のセラミックス微粒子が充填されることにより、上記還元性が担保される。
他方、上記アノード電極３４としては、例えばＳＳＣ：Ｓｍ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ3が用いられている。
【００２７】
さらに、上記電気化学素子３は、上記電極３４のヒーター２側面を気密的に覆うとともに、上記アノード電極３４側に供給された酸素を一時的に貯留する容器３６が備えられている。この容器３６は、伝熱部材からなり、ヒーター２からの放熱によって、貯留されている酸素を介して、酸素透過膜３２を加熱するようになっている。また、容器３６の側部に酸素排出管３７が一体化されて設けられており、この排出管３７は、缶体１の外方へと延在している。
【００２８】
次に、上記再生処理装置を用いた排ガス処理装置について、図４を用いて説明する。
【００２９】
本実施形態の浄化装置は、上記再生処理装置１ａ、１ｂが並列的に複数基（図３中においては２基）設けられており、各再生処理装置１ａ、１ｂの上流側には、それぞれＮＯｘ混合ガス（窒素酸化物混合ガス）を含む排ガスを供給する排ガス供給管４ａ、４ｂが接続されるとともに、下流側には、それぞれ上記再生処理装置１ａ、１ｂにおいてＮＯｘを吸着除去した浄化ガス（排ガス）を排出する排気管５ａ、５ｂが接続されている。
【００３０】
これらの排ガス供給管４ａ、４ｂは、それぞれ開閉弁（切換弁）４０ａ、４０ｂが介装されるとともに、上流側が接合配管４１に接続されており、排気管５ａ、５ｂは、それぞれ開閉弁５０ａ、５０ｂが介装されるとともに、下流側が接合配管５１に接続されている。そして、この接合配管５１には、上記ＮＯｘ濃度を計測する濃度計６が介装されている。
【００３１】
さらに、上記濃度計６の数値によって上記開閉弁４０ａ、４０ｂ、５０ａ、５０ｂの開閉をコントロールする制御装置７が設置されている。この制御装置７は、濃度計６の数値が設定値以上になった際に、ＮＯｘを吸着除去している再生処理装置１ａ、１ｂの配管４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂに介装されている開閉弁４０ａ、４０ｂ、５０ａ、５０ｂを閉じるとともに、他の再生処理装置１ａ、１ｂの配管４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂに介装されている開閉弁４０ａ、４０ｂ、５０ａ、５０ｂを開くようになっている。
【００３２】
次に、排気ガスを上記排ガス処理装置を用いて処理する場合について、説明する。
まず、ヒーター２を起動させて、缶体１内を４００℃〜８００℃にするとともに、開閉弁４０ａ、４０ｂおよび開閉弁５０ａ、５０ｂが閉じている状態において、開閉弁４０ａおよび開閉弁５０ａを開き、排気ガスを接合配管４１に供給する。
【００３３】
すると、排気ガスは、再生処理装置１ａに供給され、缶体１内において、排気ガス中のＮＯｘが吸着剤ｗに吸着されつつ、ＮＯｘが除去された浄化ガスが排気管５ａから接合配管５１に供給されて、大気に放出される。その際、濃度計６によって接合配管５１に排出された浄化ガス中のＮＯｘ濃度が計測される。
【００３４】
そして、濃度計６によって計測された数値が設置値以上になった際に、制御装置７によって、開閉弁４０ａおよび開閉弁５０ａが閉じられるとともに、開閉弁４０ｂおよび開閉弁５０ｂが開かれる。
【００３５】
すると、排気ガスは、接合配管４１から再生処理装置１ｂに供給され、上記再生処理装置１ａと同様に、缶体１内において、排気ガス中のＮＯが吸着剤ｗに吸着されつつ、浄化ガスが配管５ｂから大気に放出される。
【００３６】
他方、上記再生処理装置１ａにおいては、缶体１内に排気ガスが充満して、缶体１１内の酸素濃度が低くなっている。このため、吸着剤ｗに吸着されているＮＯｘが除々に放出され、ＮＯｘ分解膜３１によって酸素及び窒素に分解される。
【００３７】
そして、酸素は、固体電解質３３を選択的に透過するため、アノード電極３４側に供給されて、容器３６内に放出され、ヒーター２に加熱されつつ、酸素排出管３７から排出される。他方、窒素は、固体電解質３３を透過しないため、缶体１内に残留する。これにより、さらに缶体１内の酸素濃度が低下して、吸着剤ｗからＮＯｘが放出され易くなり、ＮＯｘが無害化除去される。
【００３８】
次いで、濃度計６の数値が設置値以上になると、同様に、制御装置７によって、開閉弁４０ｂおよび開閉弁５０ｂが閉じられるとともに、開閉弁４０ａおよび開閉弁５０ａが開かれ、繰り返しＮＯｘが吸着除去される。
【００３９】
上述の排ガス処理装置によれば、排気ガスを接合配管４１に供給することにより、当該排気ガスが排ガス供給管４ａから再生処理装置１ａに供給され、缶体１内においてＮＯｘが吸着剤ｗに吸着除去させるため、上記排気ガスを浄化することができる。
【００４０】
さらに、制御装置７によって濃度計６の数値が設定値以上になると、開閉弁４０ａ及び開閉弁５０ａが閉じられるとともに、開閉弁４０ｂ及び開閉弁５０ｂが開かれるため、排気ガスが接合配管４１から再生処理装置１ｂに供給され、連続して排気ガスを浄化することができる。
【００４１】
それと並行して、再生処理装置１ａ内においては、開閉弁４０ａ及び５０ｂが閉じられているため排気ガスが充満し、酸素濃度が低下しているため、吸着剤ｗから窒素酸化物が除々に放出される。そして、この窒素酸化物が窒素酸化物分解膜３１によって酸素及び窒素に分解されるとともに、酸素透過膜３２によって酸素のみが選択的に透過され、上記排出管３７から排出される。これにより、さらに缶体１内の酸素濃度が低下するため吸着剤からの窒素酸化物の放出が加速的に進行し、上述のように、繰り返し窒素酸化物を無害化除去することができる。
【００４２】
このため、再生処理装置１ａにおいて、吸着剤ｗから窒素酸化物を放出させて無害化除去するのと同時に、再生処理装置１ｂにおいて排気ガスに含まれる窒素酸化物を吸着剤ｗに吸着させることができるため、常時、排気ガスを浄化処理することができる。
【００４３】
なお、本発明は、上述の実施形態に何ら限定されるものではなく、例えば、ＮＯｘ分解膜３１と酸素透過膜３２とが独立して設けられていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る吸着剤ｗの再生処理装置を説明する横断面模式図である。
【図２】図１に示す再生処理装置の縦断面模式図である。
【図３】図１の電気化学素子３を示す説明図である。
【図４】本発明に係る排ガス処理装置を示す構成説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１          缶体（装置本体）
３１        ＮＯｘ分解膜（窒素酸化物分解膜）
３２        酸素透過膜（酸素透過手段）
３７        酸素排出管
４ａ、４ｂ  供給管
５ａ、５ｂ  排気管
４０ａ、４０ｂ、５０ａ、５０ｂ  開閉弁（切替弁）
【図１】
2007182780.tif 000003
【図２】
2007182780.tif 000004
【図３】
2007182780.tif 000005
【図４】
2007182780.tif 000006