(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理後に個体無機化合物を生成する成分を含む未処理排ガスを所定温度まで加熱して浄化処理する排ガス処理ゾーンからの高温の処理済み排ガスが流通するときに熱を蓄え低温の未処理排ガスが流通するときに蓄えた熱を放出し未処理排ガスを予熱する蓄熱層を収納した複数の蓄熱室を前記排ガス処理ゾーンを介し互いに連通させて設置し、一方の蓄熱室から導入した未処理排ガスを前記排ガス処理ゾーンで浄化処理して他方の蓄熱室から排出させ、次に、今まで処理済み排ガスを排出していた前記他方の蓄熱室から導入した未処理排ガスを前記排ガス処理ゾーンで浄化処理して前記一方の蓄熱室または別の蓄熱室から処理済み排ガスを排出させるように、排気ガスの給排気方向を順次切替え、未処理排ガスを処理する蓄熱型排ガス処理装置において、
前記蓄熱層が、排ガスの流通方向と並行な細い流路を形成したハニカム状蓄熱材を複数段積層して形成され、
前記積層したハニカム状蓄熱材の温度が前記個体無機化合物のシンタリングが生じる温度以上となるハニカム状蓄熱材のセル径が、他段のハニカム状蓄熱材のセル径よりも大きいことを特徴とする蓄熱型排ガス処理装置。
【請求項２】
処理後に個体無機化合物を生成する成分を含む未処理排ガスを所定温度まで加熱して浄化処理する排ガス処理ゾーンからの高温の処理済み排ガスが流通するときに熱を蓄え低温の未処理排ガスが流通するときに蓄えた熱を放出し未処理排ガスを予熱する蓄熱層を収納した複数の蓄熱室を前記排ガス処理ゾーンを介し互いに連通させて設置し、一方の蓄熱室から導入した未処理排ガスを前記排ガス処理ゾーンで浄化処理して他方の蓄熱室から排出させ、次に、今まで処理済み排ガスを排出していた前記他方の蓄熱室から導入した未処理排ガスを前記排ガス処理ゾーンで浄化処理して前記一方の蓄熱室または別の蓄熱室から処理済み排ガスを排出させるように、排気ガスの給排気方向を順次切替え、未処理排ガスを処理する蓄熱型排ガス処理装置において、
前記蓄熱層が、排ガスの流通方向と並行な細い流路を形成したハニカム状蓄熱材を複数段積層して形成され、
前記積層したハニカム状蓄熱材の温度が前記個体無機化合物のシンタリングが生じる温度以上となるハニカム状蓄熱材のセル径および前記排ガス処理装置に流入する低温の未処理ガスと接する最初のハニカム状蓄熱材のセル径が、他段のハニカム状蓄熱材のセル径よりも大きいことを特徴とする蓄熱型排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱型排ガス処理装置に係り、特に、排ガス中に含まれる可燃性有害成分や可燃性悪臭成分を触媒燃焼／直接燃焼させて無害無臭物質に変換させるとともに、その際に生ずる熱を回収し排ガス処理に再利用する蓄熱型排ガス処理装置において、堆積物による蓄熱材の圧力損失の増加を防止する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などの塗装工場，金属洗浄工場，印刷工場などからは、トルエン，キシレン，スチレンなどの揮発性有機化合物(ＶＯＣ volatile organic compound）を含んだ排ガスが発生する。このようなＶＯＣ含有ガスの揮発性有機化合物は、高々十数ｐｐｍから数％程度の濃度であるが、環境への影響がかなり大きいことが明らかになってきた。
【０００３】
例えば、揮発性有機化合物は、ＮＯｘと反応して光化学スモッグを発生させ、森林を枯れさせ、人体に悪影響を及ぼす。また、発ガンの誘引となり、人体に健康障害を起こさせる。さらに、光化学オキシダントの主成分であるオゾンを対流圏内で増加させ、地球を温暖化する。
【０００４】
そこで、上記工場などにおいては、ＶＯＣ含有ガスを無害化処理した後、大気中に排出している。ＶＯＣ含有ガスの無害化処理方法としては、直接燃焼方式，触媒燃焼方式，蓄熱燃焼方式，触媒燃焼／蓄熱方式，濃縮方式，生物処理方式などがある。この中で、ランニングコストやメンテナンスの容易さなどを考慮すると、有害成分の燃焼熱を回収し未処理排ガスの熱源として再利用する蓄熱型排ガス処理装置が有望である。蓄熱型排ガス処理装置には、蓄熱室の数により、二塔式，三塔式，多塔式などがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術において、燃焼処理後にシリカ粒子などの固体の無機化合物を生成する成分を含むシリコーンオイルのようなＶＯＣガスを蓄熱型排ガス処理装置で処理した場合、７００℃以上の高温部にシリコーン燃焼物(シリカ粒子)の堆積および高温による堆積物のシンタリングが生じ、蓄熱材の開口面積が縮小し、圧力損失が増加し、排ガス処理量を一定に維持しようとすれば、送風機の負荷を増大させなければならず、エネルギー消費量が増大する。さらには、蓄熱材が閉塞し、排ガス処理装置が運転不能に陥るおそれがある。
【０００６】
また、排ガス処理装置の入口側に相当する低温部においても、排ガス中にシリコーンオイルのような粘性物質が含まれる場合、シリコーンオイルの付着により蓄熱材の開口面積が縮小し、圧力損失が増加することがある。
【０００７】
本発明の目的は、燃焼時に固体の無機化合物を生成するシリコーンオイルのような排ガスを処理し、高温部でシンタリングが生じても、蓄熱材の閉塞や圧力損失の増加を防止し、ファンの動力エネルギーの増加を抑制し、安定に運転するための手段を備えた蓄熱型排ガス処理装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、処理後に個体無機化合物を生成する成分を含む未処理排ガスを所定温度まで加熱して浄化処理する排ガス処理ゾーンからの高温の処理済み排ガスが流通するときに熱を蓄え低温の未処理排ガスが流通するときに蓄えた熱を放出し未処理排ガスを予熱する蓄熱層を収納した複数の蓄熱室を排ガス処理ゾーンを介し互いに連通させて設置し、一方の蓄熱室から導入した未処理排ガスを排ガス処理ゾーンで浄化処理して他方の蓄熱室から排出させ、次に、今まで処理済み排ガスを排出していた他方の蓄熱室から導入した未処理排ガスを排ガス処理ゾーンで浄化処理して一方の蓄熱室または別の蓄熱室から処理済み排ガスを排出させるように、排気ガスの給排気方向を順次切替え、未処理排ガスを処理する蓄熱型排ガス処理装置において、蓄熱層が、排ガスの流通方向と並行な細い流路を形成したハニカム状蓄熱材を複数段積層して形成され、前記積層したハニカム状蓄熱材の温度が前記個体無機化合物のシンタリングが生じる温度以上となるハニカム状蓄熱材のセル径が、他段のハニカム状蓄熱材のセル径よりも大きい蓄熱型排ガス処理装置を提案する。
【０００９】
このように、シンタリングが生じる高温部における蓄熱材の開口率をその他の部分の開口率よりも高くすると、高温部でシンタリングが生じても、蓄熱材の閉塞や圧力損失の増加を防止し、安定に運転できる。
【００１０】
本発明は、また、上記目的を達成するために、処理後に個体無機化合物を生成する成分を含む未処理排ガスを所定温度まで加熱して浄化処理する排ガス処理ゾーンからの高温の処理済み排ガスが流通するときに熱を蓄え低温の未処理排ガスが流通するときに蓄えた熱を放出し未処理排ガスを予熱する蓄熱層を収納した複数の蓄熱室を排ガス処理ゾーンを介し互いに連通させて設置し、一方の蓄熱室から導入した未処理排ガスを排ガス処理ゾーンで浄化処理して他方の蓄熱室から排出させ、次に、今まで処理済み排ガスを排出していた他方の蓄熱室から導入した未処理排ガスを排ガス処理ゾーンで浄化処理して一方の蓄熱室または別の蓄熱室から処理済み排ガスを排出させるように、排気ガスの給排気方向を順次切替え、未処理排ガスを処理する蓄熱型排ガス処理装置において、蓄熱層が、排ガスの流通方向と並行な細い流路を形成したハニカム状蓄熱材を複数段積層して形成され、前記積層したハニカム状蓄熱材の温度が前記個体無機化合物のシンタリングが生じる温度以上となるハニカム状蓄熱材のセル径および前記排ガス処理装置に流入する低温の未処理ガスと接する最初のハニカム状蓄熱材のセル径が、他段のハニカム状蓄熱材のセル径よりも大きい蓄熱型排ガス処理装置を提案する。
【００１１】
低温部および高温部における蓄熱材の開口率をその他の部分の開口率よりも高くすると、高温側に加えて、低温側においても、シリコーンオイルなどの付着による圧力損失の増加を更に長期間防止し、安定な運転が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、図１〜図５を参照して、本発明による蓄熱型排ガス処理装置の実施形態を説明する。
【００１３】
【実施形態１】
まず、蓄熱材の閉塞や圧力損失の増加を防止し、ファンの動力エネルギーの増加を抑制し、安定に運転するための本発明の手段に至るまでの経緯を説明する。
【００１４】
図２は、従来技術による蓄熱型排ガス処理装置における蓄熱材の位置と堆積物の付着量との関係を示す図である。図２は、セル径が同じサイズすなわちセル径目開きが１.４ｍｍの蓄熱材７を６段積層した蓄熱層を含む蓄熱型排ガス処理装置を用いて、１％シリコーンを含む７００ｐｐｍのトルエン含有排ガスを処理したときの蓄熱材の位置と蓄熱材の１個当たりの堆積物の付着量との関係を時間をパラメータとして示している。
【００１５】
堆積物の付着量は、高温側で多いことが分かる。高温側の蓄熱材の表面と低温側の蓄熱材の表面とを電子顕微鏡で観察したら、堆積物の付着量の多い高温側の蓄熱材は、表面に粒径数μの堆積物があった。この堆積物は、エアブロウなどでは除去できない。そこで、堆積物の定性を分析した結果、Ｓｉの化合物であることが分かった。この堆積物は、シリコーンオイルを含む排ガスを燃焼処理し弁切替えで排ガスの流れが止まったときに生成したシリカの粒子が蓄熱材に付着し、高温部でシンタリングを起こしたものであると考えられる。
【００１６】
図３は、従来技術による蓄熱型排ガス処理装置における蓄熱材の位置と圧力損失との関係を示す図である。各位置の蓄熱材の圧力損失を測定すると、高温側で堆積物の付着量が多い蓄熱材は、他の蓄熱材の１.５倍の圧力損失であった。
【００１７】
高温部の重量増加は、シリカ粒子のシンタリングによるので、一度付着したものは簡単には剥離できず、流路径の縮小や圧力損失の増加を招く。
【００１８】
そこで、本発明においては、７００℃以上の高温部の蓄熱材の孔径を他段の蓄熱材の孔径よりも大きくし、開口率を上げた。この対策により、高温部でシンタリングが生じても、差圧の上昇を防止できる。
【００１９】
また、低温側の蓄熱材は、堆積物の付着量はほとんどないものの僅かに圧力損失が増大した。低温部においては、重量の増加は顕著ではないが、時間経過とともに粘着性のシリコーンオイルの単純な付着が生じ、圧量損失の増加を招いた。
本発明においては、低温側のセル径を大きくすることで、圧量損失が増加を開始するまでの時間延長できた。
【００２０】
図１は、本発明による蓄熱型排ガス処理装置の実施形態１の構造を示す図である。蓄熱型排ガス処理装置は、大きく分けて、ＶＯＣガスを高温で処理する排ガス処理ゾーンとしての炉４と、蓄熱層３と、切替弁２とからなる。排ガス処理ゾーンとしての炉４は、熱源となるバーナ５を備えている。蓄熱層３は、複数個の蓄熱材７，８を積層して形成されている。複数の蓄熱層３は、ガスの流れ方向には排ガス処理ゾーンとしての炉４を介して連結され、ガスの流れを横断する方向には互いに隔離された複数の流路を形成する。
【００２１】
本実施形態１においては、少なくとも出口側のハニカム状蓄熱材７のセル径を他段のハニカム状蓄熱材８のセル径よりも大きくしてある。
【００２２】
実施形態１の蓄熱型排ガス処理装置において、切替弁２が図示に位置にあるとき、シリコーンオイルを数％含むトルエン含有排ガス(処理ガス１)が、左側のパイプを通して、二塔式ＶＯＣ処理装置の左室下部から導入される。排ガスは蓄熱層３の中で昇温されるので、排ガス中のトルエンが排ガス処理ゾーンとしての炉４に導入されると、すぐ着火し燃焼する。排ガスは、８００℃以上の高温になり、トルエンもシリコーンも完全に分解する。シリコーンはＳｉを含むので、燃焼によりシリカ粒子を生成する。ＶＯＣを高温で分解された処理ガスは、右側の蓄熱層で熱交換し、２００℃以下になり、浄化ガス６として排出される。
【００２３】
次に、切替弁２を図で右側に移動させると、処理ガスは、右室下部から導入され、右室蓄熱層３で昇温され、排ガス処理ゾーンとしての炉４でＶＯＣを燃焼されて分解し、左側の蓄熱層で熱交換し、２００℃以下になり、浄化ガス６として排出される。
【００２４】
排ガス処理ゾーンとしての炉４では、シリコーンの燃焼により生じたシリカ粒子が、切替弁２の切替え時に排ガスの流速が低下するため、蓄熱材に付着し、シンタリングを起こす。
【００２５】
図４は、実施形態１における圧力損失の経時変化を従来技術と比較して示す図である。従来例は、ハニカムのセル径の目開きが２.１ｍｍ，６段の全積層高さ９０ｃｍの蓄熱層の場合である。これに対して、本実施形態１は、ハニカムのセル径の目開きが２.１ｍｍ，６段の全積層高さ９０ｃｍの蓄熱層の高温側の１段を、目開き２.４ｍｍ，高さ１０ｃｍの蓄熱材に置き換えた場合である。15,000時間の運転で、圧損の増加を従来例の５０％以下に抑制できた。
【００２６】
本実施形態１においては、少なくとも出口側のハニカム状蓄熱材７のセル径を他段のハニカム状蓄熱材８のセル径よりも大きくしたので、燃焼時に固体の無機化合物を生成するシリコーンオイルのような排ガスを処理し、高温部でシンタリングが生じても、蓄熱材の閉塞や圧力損失の増加を防止し、ファンの動力エネルギーの増加を抑制し、安定に運転できる。
【００２７】
【実施形態２】
図５は、本発明による蓄熱型排ガス処理装置の実施形態２の構造を示す図である。本実施形態２においては、高温側の蓄熱材と同様に、低温側の蓄熱材１つをセル径が大きな蓄熱材７に変えてある。すなわち、本実施形態２においては、高温側と同様に、低温側のハニカム状蓄熱材７のセル径を他段のハニカム状蓄熱材８のセル径よりも大きくしてある。
【００２８】
実施形態２の蓄熱型排ガス処理装置においても、切替弁２が図示に位置にあるとき、シリコーンオイルを数％含むトルエン含有排ガス(処理ガス１)が、左側のパイプを通して、二塔式ＶＯＣ処理装置の左室下部から導入される。排ガスは蓄熱層３の中で昇温されるので、排ガス中のトルエンが排ガス処理ゾーンとしての炉４に導入されると、すぐ着火し燃焼する。排ガスは、８００℃以上の高温になり、トルエンもシリコーンも完全に分解する。
【００２９】
シリコーンはＳｉを含むので、燃焼によりシリカ粒子を生成する。ＶＯＣを高温で分解された処理ガスは、右側の蓄熱層で熱交換し、２００℃以下になり、浄化ガス６として排出される。
【００３０】
次に、切替弁２を図で右側に移動させると、処理ガスは、右室下部から導入され、右室蓄熱層３で昇温され、排ガス処理ゾーンとしての炉４でＶＯＣを燃焼されて分解し、左側の蓄熱層で熱交換し、２００℃以下になり、浄化ガス６として排出される。
【００３１】
ただし、長期運転においては、低温側の蓄熱材のセルに粘着性のシリコーンオイルが付着する。低温側の粘着性のシリコーンオイルは、高温側のシリカ粒子のシンタリングとは異なり、単純な付着により、圧力損失の増加を招いたと考えられる。
【００３２】
そこで、本実施形態２においては、高温側と同様に、低温側のハニカム状蓄熱材のセル径を他段のハニカム状蓄熱材のセル径よりも大きくしてあり、高温側のシンタリングによる圧力抑制効果に加えて、低温側においても、粘着性のシリコーンオイルなどの付着による圧力損失の増加を防止できる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくとも出口側のハニカム状蓄熱材のセル径を他段のハニカム状蓄熱材のセル径よりも大きくしたので、燃焼時に固体の無機化合物を生成するシリコーンオイルのような排ガスを処理し、高温部でシンタリングが生じても、蓄熱材の閉塞や圧力損失の増加を防止し、ファンの動力エネルギーの増加を抑制し、安定に運転できる。
【００３４】
また、本発明により入口側および出口側のハニカム状蓄熱材のセル径を他段のハニカム状蓄熱材のセル径よりも大きくした場合は、高温側に加えて、低温側においても、シリコーンオイルなどの付着による圧力損失の増加を更に長期間防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による蓄熱型排ガス処理装置の実施形態１の構造を示す図である。
【図２】従来技術による蓄熱型排ガス処理装置における蓄熱材の位置と堆積物の付着量との関係を示す図である。
【図３】従来技術による蓄熱型排ガス処理装置における蓄熱材の位置と圧力損失との関係を示す図である。
【図４】実施形態１における圧力損失の経時変化を従来技術と比較して示す図である。
【図５】本発明による蓄熱型排ガス処理装置の実施形態２の構造を示す図である。
【符号の説明】
１  処理ガス
２  切替弁
３  蓄熱層
４  炉(排ガス処理ゾーン)
５  バーナ
６  浄化ガス
７  セル径が大きな蓄熱材
８  セル径が標準の蓄熱材
【図１】
0003940832.tif 000002
【図２】
0003940832.tif 000003
【図３】
0003940832.tif 000004
【図４】
0003940832.tif 000005
【図５】
0003940832.tif 000006