(57)【要約】      （修正有）【課題】炭素、水素分を含むものを燃焼して、燃焼の排ガスとして大気中へ放散するにあたって過酸化物である窒素酸化物量（ＮＯX）と、未燃分であるＣＯ，炭化水素分などを併せて低減して、環境への悪影響を抑制する。【解決手段】（１）アルファー線を照射する装置処理を通過させた空気を、可燃物の燃焼後の排ガス中に吹き込む。（２）アルファー線照射処理を行った空気を吹き込む場所は、燃焼排ガスの温度が６５０〜１３０℃の範囲とする。（３）（１）と合わせて可燃物の燃焼のために供給する空気にアルファー線照射を施す。【選択図】図１
2017207225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルファー線を照射する装置処理を通過させた空気を、可燃物の燃焼後の排ガス中に吹き込むことを特徴とする炭素、水素分を含有するものの燃焼に伴い大気中に放散される窒素酸化物などの有害物量を抑制する方法。
【請求項２】
請求項１において、アルファー線照射処理を行った空気を吹き込む場所は、燃焼排ガスの温度が６５０〜１３０℃の範囲であることを特徴とする炭素、水素分を含有するものの燃焼に伴い大気中に放散される窒素酸化物などの有害物量を抑制する方法。
【請求項３】
請求項１、２において、合わせて可燃物の燃焼のために供給する空気にアルファー線照射を施すことを特徴とする炭素、水素分を含有するものの燃焼に伴い大気中に放散される窒素酸化物などの有害物量を抑制する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素、水素分を含有するものの燃焼に伴い大気中に放散される有害物（窒素酸化物、炭化水素、ＣＯなど）の量を総合的に抑制するとともに、必要な仕事をするための燃料として使用する炭素、水素分を含有するものを減らすという効果を持つ方法に関する。炭素、水素分を含有するものの燃焼の場としては、炭化水素分をエネルギー源として用いる各種の固定式の加熱炉やエネルギー発生炉、自動車のように可動式で炭化水素分をエネルギー源として動力化するもの、炭化水素を含む廃棄物の焼却炉などがある。これらの装置から大気中に放散される排ガスには、酸化性の有害ガスとしては窒素酸化物量（ＮＯX）、還元性のガスとしては炭化水素分、ＣＯ分などが含まれていることが多く、酸化性、還元性の有害ガスを合わせて、安定して低減する方法が必要とされている。
【背景技術】
【０００２】
現代社会において燃焼は、炭素分、水素分を含む燃料からエネルギーを発生するための手段として、あるいは炭素分、水素分を含む廃棄物の焼却方法として不可欠である。この過程において、燃焼対象物に含まれる炭素分はＣＯ2まで、水素分はＨ2Ｏまで酸化させることが基本であるが、燃焼時の酸化剤として空気を用いる場合に、燃焼条件によっては、窒素酸化物、すなわちＮＯX分（約８割はＮＯで、約２割はＮＯ2）を副生することがある。これは酸性雨やＰＭ２．５などの発生の原因になることから環境保全面で好ましくない。その対応策として、例えば廃棄物処理のための燃焼時の排ガスからのＮＯX分の除去方法として触媒脱硝塔を設けて、触媒の存在下で排ガスの中に還元剤でもあるアンモニアガスを吹き込み、ＮＯXを還元反応させ、無害なＮ2とＨ2Ｏにする方法や、炉内に尿素などを吹き込んで除去する無触媒式などがあるが、処理の費用、処理効果などに課題を残している。一方、ＮＯXの生成量を抑えようとして燃焼の酸化度を抑制しようとすれば、ＣＯや炭化水素などの還元性の有害物の生成量が増えるおそれがある。
【０００３】
燃料の燃焼改良法として放射性物質を使用する方式がいくつか知られている。とくにアルファー粒子線の電離作用による燃焼改善効果は広く認められているが、その使用に際しては人体に対する有害性および公害の発生を防ぐことが課題である。特許文献１には、液体燃料を移送しつつ放射線を賦与し、液体燃料の物理化学的変換を行う方法が示されている。液体燃料を構成する原子が励起現象あるいはイオン化現象を起こして燃焼効率の向上という効果を有するが、共存するベータ線やガンマ線も含めて、放射線の漏洩による人体などの被害防止のために装置の外周を完全な遮蔽構造としなければならないことが明記されている。また、放射線を付与するものとしてモナズ石やモナズ粉末などラジウム、酸化トリウムなど複数の放射性物質を含むものを、非吸収合成樹脂で加工したものを気化器本体の内壁に接着剤その他で張設したもの（特許文献２）などにより、照射されるアルファー粒子線、ベータ線、ガンマ線によるエネルギーによって空気などの流体を活性化したり、石油を分解、改質したりして燃焼効率を上げる方法（特許文献３）が示されている。しかし、ベータ線、ガンマ線などの漏洩により人体などに被害を及ぼすおそれがあることは特許文献１と同じである。
【０００４】
それに対して古谷は、必要量のアルファー粒子線は照射するがベータ線、ガンマ線はほとんど出さず、アルファー線についても外部には漏洩しないようにするという観点から、タングステンが主成分で残り２％が酸化トリウムの混合物を焼結して棒状にしたもの（特許文献４）、無水珪酸を主成分とし、セシウム、カリウムを含有する多孔質セラミックに酸化トリウムを２％以下混合したものをエポキシ樹脂でアルミ箔シート表面に層状に接着させた板状物（特許文献５）、純アルミニウムに対して１〜５％の酸化トリウムを型枠に撒いてから溶融アルミを注入し、脱型後、圧延したもの（特許文献６）などを開発し、装置の燃焼前の部分に機械結合により装着することによって、燃料または空気に対してアルファー線照射の効果として燃焼改善による低燃費、有害廃棄ガス物低減が可能になることを示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭４８−８８１０２号公報
【特許文献２】特開昭５２−１３２２１９号公報
【特許文献３】特開昭５３−１６１１８号公報
【特許文献４】特開平７−１１９５６５号公報
【特許文献５】特開平８−２１９４１０号公報
【特許文献６】特開平１１−１４１４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、炭素、水素分を含むものを燃焼して排ガスとして大気中へ放散する装置において、排出される窒素酸化物量（ＮＯX）、ＣＯ分、炭化水素分などの還元性有害性物質の量を抑制、低減して、環境への悪影響を抑制するための方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の課題を解決するための具体的手段の第１は、アルファー線を照射する装置を通過させた空気を、可燃物の燃焼後の排ガス中に吹き込むことである。
【０００８】
具体的手段の第２は、０００７において、アルファー線照射処理を行った空気を吹き込む位置を、燃焼排ガスの温度が６５０〜１３０℃の範囲となる場所とすることである。
【０００９】
具体的手段の第３は、０００７，０００８において、可燃物の燃焼のために供給する空気にもアルファー線照射を施すことである。
【発明の効果】
【００１０】
０００７の方法によって、燃焼後の排ガス温度の低下と、その温度での反応性を高めることによってＮＯｘ含有量を減らすことと、未燃ＣＯ、炭化水素分の酸化を進めることができる。０００８の方法によって、それをとくに効率的に進めることができる。０００９の方法によって、燃焼用の空気の活性化を行うことによる燃焼促進によりＣＯ、炭化水素分の低減を図ることができ、また燃焼炎の局部的温度差を低減することによりＮＯｘの生成を抑制できることから、排出ガスのＮＯｘ含有量、未燃ＣＯ、炭化水素分の含有量を併せて安定して減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のプロセスフローの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ガスが関連する化学反応がどこまで進むかは、平衡（その状態で十分な時間をかけた時の究極的な状態）と速度（実際の場の温度の時間的な変化で決まる反応の進行程度）の２つの組み合わせによって決まる。たとえば、窒素酸化物（ＮＯｘ；その８割以上はＮＯ）の生成反応
Ｎ2＋Ｏ2＝  ２ＮＯ                                      （１）
Ｎ2＋２Ｏ2＝２ＮＯ2                                      （２）
の場合、温度が高いほど、ＮＯｘの生成量の平衡値は高くなる。
上記の反応の場の温度が下がってゆく時には、平衡的にはＮＯｘの値は減少する方向に向かうが、温度が下がるにつれて反応速度が小さくなるので、温度低下によるＮＯｘの低減反応は途中で留まってしまう。また、高温で生成するＮＯｘの量を低減するためには、燃焼を酸素不足気味で行い、燃焼雰囲気の酸素ポテンシャルを下げればよいが、このような排ガスを放散することは、エネルギーの有効利用度および環境問題（未燃ＣＯ、炭化水素分の排出など）の２つの面から好ましいことではない。
【００１３】
炭素、水素からなる燃料は、今日、各種加熱や動力発生などのエネルギー源として欠くべからざるものであり、固定式の燃焼装置や、自動車のように移動式の燃焼装置などで広く用いられている。これらの装置においては、炭素、水素分を、空気などの酸素源を用いて燃焼して反応熱を発生し、ＣＯ2，Ｈ2Ｏ、Ｎ2などを主体とするガスを排出する。しかし、そのガスの中に不純物として、過酸化物であるＮＯｘや未燃物であるＣＯ，炭化水素などが含まれていると大気汚染の原因になる。ガスの温度が低下した状態でも反応が十分平衡に近い状態まで進めば、これらの問題は軽減するが、温度が下がると反応速度が低下するためにこれらの問題を解決できない。その対応策としてそれぞれの場で各種触媒などを用いて低い温度での有害不純物分離を進める方法などが用いられているが、費用、効果などの点で課題を残している。本発明は温度が高くない状態でも反応速度を上げることによって過酸化物であるＮＯｘ分を環境規制値に対応できるように低減するとともに、還元性ガスであるＣＯ，炭化水素も十分に低減できるようにする。そのためには、本発明ではアルファー線発生物による分子、原子の活性化作用を利用する。アルファー線照射によってガス分子が励起された状態、すなわちイオン化、原子化などの活性化された状態では、励起されたものの運動が加速されて衝突頻度が増加してガス全体の活性度が高まり、反応性が高まり、平衡に近づく可能性が増すからである。
【００１４】
本発明において、燃焼後の廃ガスに加える空気や、燃焼に用いる空気などに対するアルファー線の照射は、例えばトリウムを含む成形体と接触させることによって行われる。このトリウムを含む成形体は例えば次のように作られる。放射性物質は酸化トリウムを主とし、ラジウム、トリウム、アクチニウムなど酸化トリウム以外の放射性物資の含有量の合計がトリウムに対して１％以下にする。これはアルファー線以外の放射線である透過性の大きいベータ線やガンマ線の発生を抑制するためである。これを用いた成形物を作る第１の方法は、ステンレス鋼製などの金網の表面に、酸化トリウムの粉末にシリカ、酸化カルシウムなどを含む無機媒溶材粉末を加えたもの混合して被覆し、４００  ℃以上、１０００℃以下に加熱保持して、酸化トリウムと無機溶剤の混合物を焼結させ、ステンレス網製の網の表面に固定することである。この場合に、成形物全体の平均組成としてトリウム分が０．２〜５％の範囲、とくに好ましくは、３〜５％の範囲にする。これによってアルファー線照射量が一定量以上（例えば、アルファー線用シンチレーション計数装置（Ａｌｏｋａ  ＴＤＳ−４５１型）により網より５ｍｍの距離での正味計数率が、９０〜１２０ｃｐｍ）であるが、一方、ベータ線、ガンマ線はバックグランドより、１５％以上多くならないようにすることができる（例えばβ、ガンマ線用シンチレーション式サーベイメータ（Ａｌｏｋａ  ＴＣＳ−１６１型）による測定値が０．０７±０．０１μ  Ｓｖ／ｈ以下；比較；自然計数率は０．０６±０．０１μＳｖ／ｈ）。トリウムを含む成形物を作る第２の方法は、シリカ、酸化カルシウム、酸化アルミニウムなどを含む無機質粉末を直径２〜５ｍｍの粒状体に成形して、その表面に酸化トリウムの粉末に、シリカ、酸化カルシウムなどを含む無機媒溶材粉末を加えたもの混合して被覆し、４００℃以上、１０００℃以下に加熱保持して焼結させた粒状物をステンレス鋼製金網で挟んで粒状体の中心間の距離が２０〜５０ｍｍになるように固定したものとすることである。第１の方法で述べたのと同じくこの場合も成形物全体の平均組成としてトリウムを０．２〜５重量％、とくに好ましくは、３〜５％の範囲にすることもよって、アルファー線照射量確保と、ベータ線、ガンマ線の発生の抑制を両立させることができる。トリウムを含む成物をこのように作ることによって、流体との接触をスムースに行わせ、かつ、トリウム含有物の飛散を防止することができる。この金網を処理しようとするガス流れる場に置くことによって、ガス体にアルファー線照射を行って、イオン化などの活性化処理を行うことができる。また、この金網の枚数を増やすことによって、ガス体に与えるアルファー線照射量を増やすことができる。上記のトリウムを含む成型物を、空気流と接触させるには（１）成型物をフラットな金属板の上に固定する、（２）成型物をフラットな金属板の上に固定する、（３）成型物を波状の板金属板の上に固定する、（４）成型物を波状のメッシュ状の金属の表面に固定するなどの方法を取ることができる。アルファー線照射による効果は、空気中の「原子の活性化」により、燃焼後の廃ガスに加える空気に対しては、燃焼後の温度低下で平衡的には有利になる過酸化物であるＮＯｘ分の低減反応を速度的にも進めること、また、燃焼に用いる空気に対しては、燃焼の活性化により、未燃ＣＯ、炭化水素分の低減などを図ることができる。
【００１５】
燃焼後の排ガスのＮＯｘ含有量の低減を種目とする場合には、燃焼後の排ガスにアルファー線照射処理を行った空気の吹込みを行う。吹き込む空気の量は排ガス量の５〜３０％を適量とする。また、このアルファー線照射処理を行った空気の吹き込む場所については、吹込み前の排ガス温度が６５０〜１３０℃の範囲であることが適正である。アルファー線照射処理を行った空気の吹込みによるＮＯｘの低減は、平衡的には温度が低いほど効果が大きいが、速度的には、アルファー線照射処理を行った空気によって活性化されているにしても混合後のガス温度が低すぎると反応進行度が抑制されるからである。なお、アルファー線照射処理を行った空気を排ガスに吹き込むことにより副次的に、排ガス中の未燃ガス成分、すなわちＣＯ，炭化水素分などの燃焼による低減の効果を持つ。なお、排ガスのＮＯｘ濃度を低減するためには、燃焼排ガス自体を、温度低下の状態でアルファー線発生物と接触させる方法も可能である。ただし、その場合には、燃料の条件によってはダストや、油脂が、アルファー線発生物の表面に付着するおそれがあり、長期間、安定して使用することが妨げられるおそれがある。
【００１６】
一方、用いる燃料の種類などにより燃焼後の排ガスにＣＯや炭化水素分などの未燃ガス成分が発生しやすい場合は、燃料の燃焼にアルファー線照射処理を行った空気を用いる。その量は燃焼に用いる空気の５０〜１００％の範囲であることが望ましい。これによって、燃料の燃焼に用いられる酸素ガス分が活性化されることによって、ＣＯや炭化水素分の酸化・燃焼が促進される。この処理による燃焼改善効果って、未燃分の低減を図るとともに、必要な仕事を行うための燃料の低減（自動車の場合の燃費など）を図ることができ、結果的に排出炭酸ガスの低減にむすびつけることができる。
【００１７】
００１５，００１６の方法は、設備の条件によっては単独で実施することも可能であるが、環境問題、エネルギー問題が厳しい状況にある今日では、図１に示すように併せて実施することが効果を高める上で望ましい。００１５，００１６，００１７の方法は、固定式の燃焼装置および移動式（自動車など）の燃焼装置に対して適用することができる。
【００１８】
なお、このように処理を行った場合の燃焼排ガスについては、用いた燃料や排出ガスの規制条件に応じて、通常法と同じく必要な除塵を行って大気中に排出する。
【実施例１】
【００１９】
石油を燃料としてスチーム（５０００ｍ3／ｈ）を製造するボイラーで、通常の燃焼法をベースとして、比較として、次の３つの条件の処理を行った。なお、吹込みガスにアルファー線処理を行う場合には、空気を、酸化トリウム含有成形物（ステンレス鋼製の網の表面に焼結、網の目；間隔４ｍｍ）３枚を３０ｍｍ間隔で固定した状態のものを通過させた。
・比較の処理条件；燃焼に用いた空気は特別の処理を施していない、また、燃焼後の排ガスには、特別な処理を施していない。
・本発明の処理条件１：排ガスの温度が７５０〜６７０℃のところに、アルファー線照射を行った常温の空気を、排ガス量の５〜７ｖｏｌ％加えた。
・本発明の処理条件２：排ガスの温度が５５０〜３７０℃のところに、アルファー線照射を行った常温の空気を、排ガス量の５〜７ｖｏｌ％加えた。
本発明の処理条件３：上記２に加えて、燃焼に用いる空気に対して、アルファー線照射を行った。
そして、排出ガスのＮＯX、ＣＯ，ＣmＨn（ｍは１以上、ｎは３以上の整数）の含有量を調べた。
・排ガスの分析結果
比較の条件の場合；ＮＯX：８０〜２００ｐｐｍ、ＣＯ；３５０〜６００ｐｐｍ、ＣｐＨｑ：１５０〜４２０ｐｍ
本発明の処理条件１の場合：ＮＯX：２０〜４５ｐｐｍ、ＣＯ；１３０〜２５０ｐｐｍ、ＣｍＨｎ：５５〜２１０ｐｍ
本発明の処理条件２の場合：ＮＯX：８〜２２ｐｐｍ、ＣＯ；８０〜１３５ｐｐｍ、ＣmＨn：１５〜１４４ｐｍ
本発明の処理条件３の場合：ＮＯX：３〜１２ｐｐｍ、ＣＯ；５５〜８５ｐｐｍ、ＣmＨn：８〜６８ｐｍ
本発明の方法で、処理条件３、処理条件２、処理条件１の順に、排出ガスのＮＯX、ＣＯ、ＣmＨnの低減の効果が大きいこと認められた。
【実施例２】
【００２０】
ガソリンを燃料とする自動車で、通常の燃焼法をベースとして、比較として、次の３つの条件の処理を行った。・操業条件
比較の条件；燃焼に用いた空気は特別の処理を施していない、また、燃焼後の排ガスには、特別な処理を施していない。
本発明の処理条件１：排ガスの温度が７５０〜６７０℃のところに、アルファー線照射を行った常温の空気を、排ガス量の５〜７ｖｏｌ％加えた。（なお、吹込み用の空気をアルファー線処理は、燃焼用空気の５０％を酸化トリウム含有成形物（ステンレス鋼製の網の表面に焼結、網の目；間隔４ｍｍ）３枚を３０ｍｍ間隔で固定した状態のものを通過させる方法で行った。下記の２つについても同じ）
本発明の処理条件２：排ガスの温度が５５０〜３７０℃のところに、アルファー線照射を行った常温の空気を、排ガス量の５〜７ｖｏｌ％加えた。
本発明の処理条件３：上記２に加えて、燃焼に用いる空気に対して、アルファー線照射を行った。
そして、排出ガスのＮＯX、ＣＯ，  ＣmＨnの含有量を調べた。
・排ガスの分析結果
比較の条件の場合；ＮＯX：８０〜２００ｐｐｍ、ＣＯ；３５０〜６００ｐｐｍ、ＣmＨn：１５０〜４２０ｐｍ
本発明の処理条件１の場合：ＮＯX：２０〜４５ｐｐｍ、ＣＯ；１３０〜２５０ｐｐｍ、（ｍは１以上、ｎは３以上の整数）ＣmＨn：５５〜２１０ｐｍ
本発明の処理条件２の場合：ＮＯX：８〜２２ｐｐｍ、ＣＯ；８０〜１３５ｐｐｍ、ＣmＨn：１５〜１４４ｐｍ
本発明の処理条件３の場合：ＮＯX：３〜１２ｐｐｍ、ＣＯ；５５〜８５ｐｐｍ、ＣmＨn：８〜６８ｐｍ
本発明の方法で、処理条件３、処理条件２、処理条件１の順に、排出ガスのＮＯX、ＣＯ、ＣmＨnの低減の効果が大きいことが認められた。
【実施例３】
【００２１】
生活で発生したごみを焼却し、その排熱で温水を得る施設において、次のような条件で操業を行い、排出ガスのＮＯX、ＣＯ，  ＣmＨn（ｐは１以上、ｑは３以上）の含有量を調べた。
・操業条件
比較の条件；燃焼に用いた空気は特別の処理を施していない、また、燃焼後の排ガスには、特別な処理を施していない。
本発明の処理条件１：排ガスの温度が７５０〜６７０℃のところに、アルファー線照射を行った常温の空気を、排ガス量の５〜７ｖｏｌ％加えた。
本発明の処理条件２：排ガスの温度が５５０〜３７０℃のところに、アルファー線照射を行った常温の空気を、排ガス量の５〜７ｖｏｌ％加えた。
本発明の処理条件３：上記２に加えて、燃焼に用いる空気にアルファー線照射を行ったものを用いた。
・排ガスの分析結果
比較の条件の場合；ＮＯｘ：８０〜２００ｐｐｍ、ＣＯ；３５０〜６００ｐｐｍ、ＣmＨn：１５０〜４２０ｐｍ
本発明の処理条件１の場合：ＮＯX：２０〜４５ｐｐｍ、ＣＯ；１３０〜２５０ｐｐｍ、ＣmＨn：５５〜２１０ｐｍ
本発明の処理条件２の場合：ＮＯX：８〜２２ｐｐｍ、ＣＯ；８０〜１３５ｐｐｍ、ＣmＨn：１５〜１４４ｐｍ
本発明の処理条件３の場合：ＮＯX：３〜１２ｐｐｍ、ＣＯ；５５〜８５ｐｐｍ、ＣmＨn：８〜６８ｐｍ
本発明の方法で、処理条件３、処理条件２、処理条件１の順に、排出ガスのＮＯX、ＣＯ、ＣmＨnの低減の効果が大きいこと認められた。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、炭素分、水素分を含有する燃料類を燃焼する固定式あるいは移動式の装置で、燃焼後の排ガスを大気中へ放散するにあたってＮＯX分、ＣＯ分、炭化水素分などを安定的に低減して、環境への悪影響を抑制するための方法であり、各種の固定式の加熱炉やエネルギー発生炉、自動車のように炭化水素分をエネルギー源として動力化するもの、炭化水素を含む廃棄物の焼却炉などにも適用することができる。
【図１】
2017207225.tif 000003