(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
缶体と、両端が開放した円筒形状のセラミックス繊維からなる成形体の内部に、五酸化バナジウム又は三酸化タングステンもしくは両者の混合物からなる粉末状触媒を略均一に分散担持して成る、空隙率が８０％以上９５％以下の複数の濾筒と、缶体内に設けた両端部が開放した該濾筒の上下端部を支持する１組の管板からなるフィルタユニットと、該フィルタユニットに連通する前記缶体に接続された含塵ガス入口管と、前記フィルタユニットで除塵された粉塵を集合して排出する為に前記缶体の下部空間に設けられた粉塵ホッパーと、前記フィルタユニットの濾筒を通過して得られた清浄ガスを缶体外部に取出す清浄ガス出口管と、前記濾筒表面に付着した粉塵を払い落とす逆洗装置とから成ることを特徴とする、触媒を担持したセラミックス繊維成形体から成る濾筒を有する除塵兼有害ガス分解装置。
【請求項２】
缶体と、一端が閉止し他端が開放した円筒形状のセラミックス繊維からなる成形体の内部に、五酸化バナジウム又は三酸化タングステンもしくは両者の混合物からなる粉末状触媒を略均一に分散担持して成る、空隙率が８０％以上９５％以下の複数の濾筒と、缶体内に設けた一端が閉止し他端が開放した該濾筒の上端を支持して濾筒を垂下する１枚の管板からなるフィルタユニットと、該フィルタユニットに連通する前記缶体に接続された含塵ガス入口管と、前記フィルタユニットで除塵された粉塵を集合して排出する為に前記缶体の下部空間に設けられた粉塵ホッパーと、前記フィルタユニットの濾筒を通過して得られた清浄ガスを缶体外部に取出す清浄ガス出口管と、前記濾筒表面に付着した粉塵を払い落とす逆洗装置とから成ることを特徴とする、触媒を担持したセラミックス繊維成形体から成る濾筒を有する除塵兼有害ガス分解装置。
【請求項３】
前記濾筒中には、平均粒径２０ミクロン以上８０ミクロン以下の前記触媒が、濾筒重量に対し５重量％以上２５重量％以下の範囲で含まれていることを特徴とする、請求項１又は２記載の除塵兼有害ガス分解装置。
【請求項４】
前記粉末状触媒が、酸化チタンを担体に、五酸化バナジウム又は三酸化タングステンもしくは両者の混合物からなる平均粒径２０ミクロン以上８０ミクロン以下の粉末状触媒であることを特徴とする、請求項１又は２記載の除塵兼有害ガス分解装置。
【請求項５】
前記セラミックス繊維が、アルミナ、シリカ、チタニア、マグネシア、ガラス、炭化珪素、窒化珪素の何れかの単一成分から成る繊維、もしくはこれらの化合物から成る繊維、又はこれら繊維の複合組成からなるセラミックス繊維であり、平均繊維径が１〜１０ミクロンの範囲でかつ繊維長さが少なくとも１０ｍｍ以上あるセラミックス繊維が全体の５０％以上を占めるセラミックス繊維から成ることを特徴とする、請求項１又は２記載の除塵兼有害ガス分解装置。
【請求項６】
前記濾筒が、アルミナゾル、シリカゾル、チタンゾル等の金属ゾルの何れか単一成分もしくは複数の成分を用いて、セラミックス繊維同士及びセラミックス繊維と触媒とを粘着せしめ、その後乾燥及び焼成処理を行い、該セラミックス繊維同士及びセラミックス繊維と触媒とを強固に結合させたセラミックス繊維成形体であることを特徴とする、請求項１又は２記載の除塵兼有害ガス分解装置。
【請求項７】
前記除塵兼有害ガス分解装置に、２００℃以上４００℃以下の粉塵を含む燃焼排ガスを通ガスさせることを特徴とする、請求項１又は２記載の除塵兼有害ガス分解装置。
【請求項８】
前記除塵兼有害ガス分解装置の燃焼排ガス入口部に接続する上流側ガス配管部に、アンモニア注入装置と、注入されたアンモニアと燃焼排ガスとを均一に混合する混合ゾーンを設けたことを特徴とする、請求項１又は２記載の除塵兼有害ガス分解装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は特に廃棄物焼却炉、石炭等の化石燃料を使用する燃焼設備、製鉄及び冶金用各種工業炉、セメント焼成炉、耐火物焼成炉、石油精製設備、化学プラント等から排出される含塵ガス中の粉塵を除去し、同時に、窒素酸化物及び有機塩素化合物を、触媒を用いて分解し無害化する除塵兼有害ガス分解装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼炉からの排ガスを除塵し、窒素酸化物及びＰＣＤＤ（ポリ塩化ジベンゾダイオキシン、ＰＣＤＦ（ポリ塩化ジベンゾフラン）等の有機塩素化合物を分解し無害化する従来の方式の典型例を図３に示す。なお、バッグフィルタは、ごく一般的に普及しているポリカーボネート製織布を使用した外面集塵型バグフィルタ（キャンドルフィルタ）を使用した場合について以下に説明する。
【０００３】
燃焼炉からでた排ガスは、ダクト１０１を通り、水噴霧もしくは熱交換器を用いた減温器１０２で２００℃以下まで減温され、バグフィルタ入口１０３に入る。缶体１０４のホッパー部に流入した燃焼排ガスは、濾筒１０５の外面で集塵され、粉塵を含まないガスとなって、ガス集合部１０６を経てガス出口１０７から流出する。
【０００４】
濾筒１０５の外面に堆積した粉塵は、逆洗装置１０８にて圧縮空気を定期的に濾筒１０５の内部に噴射して濾筒１０５の内圧を高め、粉塵を剥離脱落させる。剥離脱落した粉塵はホッパー部１０９から矢印１１０の方向に落下し、図示しない切出し弁もしくはスクリューコンベアーにて系外へ排出される。
【０００５】
ガス出口１０７から出た粉塵を含まない燃焼排ガスは、加熱装置１１１にて、窒素酸化物及び有機塩素化合物の分解が最も効率良く行える温度である３００℃から３５０℃の範囲に昇温され、アンモニア注入装置１１３で注入されたアンモニアと燃焼排ガスとの混合ガスが分解装置の缶体１１４の入口部１１５に入る。以後、アンモニアと燃焼排ガスとの混合ガスは触媒を担持したハニカム群１１６、１１７、１１８を、矢印１１９、１２０、１２１の方向に順次通過し、分解装置１１４の出口１２２から矢印１２３の方向に排出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来の技術では、各々単一の機能を持つ除塵装置と、窒素酸化物及び有機塩素化合物分解装置の２種類の設備をシリーズに接続し、除塵と、窒素酸化物及び有機塩素化合物の分解を各々単独に行っていた。加えて、除塵装置の手前ではガス冷却器で２００℃以下まで冷却し、除塵装置を出た後は、加熱装置で３００℃から３５０℃の範囲に昇温する複雑なシステム構成となって、設備費用の増大と運転及び制御の煩雑さを招いていた。
【０００７】
バッグフィルタの濾筒材質としては、上記のポリカーボネート樹脂製織布のほか、例えばアルミナ・シリカ化合物によるセラミックス繊維の不織布が使用されている例もあるが、窒素酸化物及び有機塩素化合物分解触媒は担持されていないため、前記のポリカーボネート織布を用いたバッグフィルタの場合と同様、後流に触媒を担持したハニカム等から成る窒素酸化物及び有機塩素化合物分解設備が必要であった。
【０００８】
そこで本発明は、除塵と、燃焼排ガス中の窒素酸化物及び有機塩素化合物の分解を、１つの装置で同時に達成できる除塵兼有害ガス分解装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を解決するため、本発明による除塵兼有害ガス分解装置は、触媒を略均一に分散担持したセラミックス繊維の成形体から成る、空隙率が８０％以上９５％以下の濾筒を用いて、含塵ガス中の粉塵を除去すると同時に、含塵ガス中に含まれる窒素酸化物及び有機塩素化合物例えばＰＣＤＤ（ポリ塩化ジベンゾダイオキシン、ＰＣＤＦ（ポリ塩化ジベンゾフラン）等を分解し無害化することを特徴とする。
【００１０】
前記濾筒の形状は、両端が開放した円筒形、もしくは一端が開放し他端が閉止した円筒形（キャンドル型）の何れを使用しても良い。ただし、両端が開放した円筒形の濾筒を用いる場合は図１に示す如く、円筒の上下端部を管板で支持する構造とし、円筒の内側に含塵ガスを通し、円筒の内壁面で除塵し、粉塵を含まない燃焼排ガスが濾筒内表面から濾筒壁内部を貫通して濾筒外表面に流出する、いわゆる内面集塵方式の構成とする。
【００１１】
前記濾筒の形状が、一端が開放し他端が閉止した所謂キャンドル型の濾筒を用いる場合は、図２に示す如く、開放した円筒の上端部を管板で支持し濾筒を垂下する構造とし、円筒の外側に含塵ガスを導き、円筒の外壁面で除塵し、粉塵を含まない燃焼排ガスが濾筒外表面から濾筒壁内部を貫通して濾筒内表面に流出する、いわゆる外面集塵方式の構成とする。
【００１２】
上記何れの方式を採用する場合も、燃焼ガスが濾筒壁内部を貫通する際に、燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物及び有機塩素化合物は、濾筒壁内部に分散担持された触媒によって分解され、無害化される。
【００１３】
なお、窒素酸化物を分解する目的の場合は、本発明による除塵兼有害ガス分解装置の含塵ガス入口配管の上流側配管に、窒素酸化物の還元剤であるアンモニアを注入する設備と、注入されたアンモニアを燃焼排ガス中に均一に分散させるための混合ゾーンが必要である。ただし、有機塩素化合物のみを分解する目的であれば、アンモニアの注入は不要である。
【００１４】
濾筒を構成するセラミックス繊維は、少なくとも５００℃以上の耐熱性があり、燃焼排ガスに対する耐食性があって、成形体を形成できるものであれば如何なるセラミックス繊維も使用することができる。アルミナ、シリカ、チタニア、マグネシア、ガラス、炭化珪素、窒化珪素の何れかの単一成分から成る繊維、もしくはこれらの化合物から成る繊維、もしくはこれら繊維の複合組成からなるセラミックス繊維は耐熱性、耐食性及び市場性の点で特に好ましい。
【００１５】
触媒を担持したセラミックス繊維成形体から成る濾筒は、その繊維径が１〜１０ミクロンの範囲でかつ繊維長さが少なくとも１０ｍｍ以上あるセラミックス繊維が少なくとも全体の５０％以上を占めるセラミックス繊維から成り、少なくとも１０ｍｍ以上の厚さを有する成形体の中に、五酸化バナジウム又は三酸化タングステン、もしくは両者の混合物からなる平均粒径２０ミクロン以上８０ミクロン以下の粉末状触媒を略均一に分散担持させて濾筒を形成する。
【００１６】
前記濾筒を構成するセラミックス繊維径が１ミクロン以下の場合は繊維の製造技術上の困難さを伴い、又、繊維径が１０ミクロンを越える場合は繊維の靭性が低下して折れ易くなり、濾筒を構成することが困難となって好ましくない。
【００１７】
前記濾筒を構成する触媒を担持したセラミックスス繊維成形体の厚みは、濾筒内部に分散担持した触媒と、濾筒を通過するガスとが十分に接触し、窒素酸化物及び有機塩素化合物を環境排出基準値以下に低減する上で、１０ｍｍ以上の厚みを確保し、ガスの濾筒中の滞留時間を少なくとも０．５秒以上確保することが必要である。なお、濾筒に構造体としての強度を持たせる上でも１０ｍｍ以上の厚みが必要である。
【００１８】
前記セラミックス繊維成形体から成る濾筒中に担持される粉末状触媒は、平均粒径２０ミクロン以上８０ミクロン以下で、かつ、濾筒の全重量の内、５重量％以上２５重量％以下の範囲であることが望ましい。
【００１９】
その理由は、触媒の平均粒径が２０ミクロン以下では、触媒としての活性が低下することに加え、特に触媒粉末とセラミックス繊維との混合液を濾過して濾筒を製造する場合に、触媒が濾過体に捕捉されずに通過し、結果として廃棄される触媒が増加して触媒の歩留まりが低下することによる。又、触媒の平均粒径が８０ミクロン以上では、触媒の単位重量当りの比表面積が減少し、触媒の重量当りの効率が低下することに加え、特に触媒粉末とセラミックス繊維との混合液を濾過して濾筒を製造する場合に、混合液中に触媒が充分に分散浮遊せずに沈降して容器底に溜まり、結果として廃棄される触媒が増加して触媒の歩留まりが低下することによる。
【００２０】
前記セラミックス繊維成形体から成る濾筒中に担持される粉末状触媒は、濾筒の重量に占める粉末状触媒の割合が５重量％以下になると、濾筒壁を貫通して流れる燃焼排ガス中の窒素酸化物及び有機塩素化合物が、触媒と十分に接触せずに通過してしまうため、分解されずに排出される割合が多くなり好ましくない。又、濾筒に占める粉末状触媒の割合が２５重量％以上では、セラミックス繊維から成る成形体中に占める粉末状物質の割合が多くなって、濾筒２の機械的強度が低下するため好ましくない。
【００２１】
又、前記濾筒に分散担持される触媒は、予め、五酸化バナジウム及び三酸化タングステンとの親和性に優れた酸化チタンを担体とした粉末状触媒に成形したものを使用することもできる。
【００２２】
更に、触媒を担持したセラミックス繊維成形体から成る濾筒の空隙率は８０％以上９５％以下であることが望ましい。その理由は、８０％未満の空隙率では、単位容積当りのセラミックス繊維の充填密度が過大となって、濾筒壁を通過するガスの圧力損失が増大し、燃焼排ガス系統の吸引送風機もしくは燃焼器への押込送風機動力の増大を招き、一方、９５％を超える空隙率では、単位容積当りのセラミックス繊維の充填密度が過少となって、濾筒の機械的強度が不足し、除塵装置として構成することが不可能になるためである。
【００２３】
なお、触媒を分散担持させたセラミックス繊維製濾筒を製造する方法としては、例えば、アルミナゾル、シリカゾル、チタンゾル等の金属ゾルの何れか単一成分もしくは複合成分と、澱粉等の界面活性剤から成る水溶液中に触媒の粉末を加えて攪拌しつつ、セラミックス繊維を順次投入して触媒とセラミック繊維とのスラリー状混合液を作り、その後、固形分のみを捕捉し液体成分を透過することのできる鋳型に流し込んで成形し、乾燥処理の後、鋳型から取外し、焼成処理をして成形体を得ることができる。
【００２４】
又は、前記金属ゾル、界面活性剤、触媒から成る混合溶液中により多くのセラミックス繊維を投入し、触媒とセラミック繊維から成る可塑性のゲル状素材とし、その後、押出し成形もしくはプレス成形し、乾燥処理及び焼成処理をして成形体を得ても良い。
【００２５】
以上説明した窒素酸化物及び有機塩素化合物の分解が、同時に実現可能であることを検証すべく、実際のダイオキシンとの分解特性の相関が得られている擬似ダイオキシンであるモノクロロベンゼン（ＭＣＢ）を用いて、窒素酸化物及び有機塩素化合物の分解特性確認試験を実施した。
【００２６】
試験に供したセラミックス繊維成形体及び触媒要目と、これらの材料を用いて実施した試験条件及び試験結果を表１及び表２に示す。
【表１】
0004252166.tif 000002
【表２】
0004252166.tif 000003
上記の試験結果から、本発明による除塵と、窒素酸化物及び有機塩素化合物の分解が、触媒を担持したセラミックス繊維成形体から成る濾筒により実現できることが明らかとなった。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。図1は、本発明による除塵装置兼有害ガス分解装置の１実施例で、両端が開放した円筒形の濾筒を用いた所謂内面集塵型の除塵装置兼有害ガス分解装置で、その構成は、缶体１と、両端が開放した円筒形状のセラミックス繊維からなる成形体の濾筒中に、五酸化バナジウム又は三酸化タングステンもしくは両者の混合物からなる粉末状の触媒を濾筒の板厚方向に略均一に分散担持して成る複数の濾筒２と、該濾筒の両端部を支持する１対の管板３及び４からなるフィルタユニット５と、該フィルタユニットに連通する前記缶体に接続された含塵ガス入口管６と、前記フィルタユニットで除塵された粉塵を集合して排出する為に前記缶体の下部空間に設けられた粉塵ホッパー７と、前記フィルタユニットの濾筒壁を通過して得られた清浄ガスを、缶体外部に取出す清浄ガス出口管８と、前記濾筒表面に付着した粉塵を払い落とす逆洗装置９と、含塵ガス入口管６に接続する配管１０の途中に設けたアンモニア注入装置１１から成ることを特徴とする。
【００２８】
図２は、本発明による除塵装置兼有害ガス分解装置の他の実施例で、一端が開放し、他端が閉止した円筒形の濾筒を用いた所謂外面集塵型の除塵装置兼有害ガス分解装置で、缶体１と、上端が開放し下端が閉止した円筒形状のセラミックス繊維からなる成形体の濾筒中に、五酸化バナジウム又は三酸化タングステンもしくは両者の混合物からなる粉末状の触媒を濾筒の板厚方向に略均一に分散担持して成る複数の濾筒２と、該濾筒の上端部を支持し、濾筒を垂下するための管板３からなるフィルタユニット５と、該フィルタユニットに連通する前記缶体に接続された含塵ガス入口管６と、前記フィルタユニットで除塵された粉塵を集合して排出する為に前記缶体の下部空間に設けられた粉塵ホッパー７と、前記フィルタユニットの濾筒壁を通過して得られた清浄ガスを、缶体外部に取出す清浄ガス出口管８と、前記濾筒表面に付着した粉塵を払い落とす逆洗装置９と、含塵ガス入口管６に接続する配管１０の途中に設けたアンモニア注入装置１１から成ることを特徴とする。なお、図中の記号の内、図１と同一機能のものは図1と同じ符号を付してある。
【００２９】
図１及び図２に示す何れの方式の除塵装置兼有害ガス分解装置においても、窒素酸化物及び有機塩素化合物を含む燃焼排ガスは、ガスダクト１０を通り、アンモニア注入装置１１から注入されたアンモニアと混合し、有害ガス分解装置入口６から装置内に導かれ、触媒を担持したセラミックス繊維成形体から成る濾筒２のガス流入側壁面１２で除塵され、濾筒壁内部に流入する。濾筒壁内部に流入したガスは、濾筒壁内部に分散担持された触媒の働きにより、窒素酸化物及び有機塩素化合物が分解され、無害化されて、濾筒のガス流出側壁面１３から流出する。濾筒２から流出した無害化されたガスは、集合部１４を経て、装置出口８から矢印１５の方向に排出される。
【００３０】
図１に示す内面集塵型の除塵装置兼有害ガス分解装置においては、逆洗装置９により定期的に圧縮空気を噴射して清浄ガス集合部１３の内圧を高め、濾筒内面１２に堆積した粉塵を剥離・脱落させ、下部ホッパーに落下せしめる。下部ホッパーに落下した粉塵１４は図示しない粉塵切出し弁もしくはスクリューコンベアーにより矢印１５の方向に排出される。
【００３１】
又、図２に示す外面集塵型の除塵装置兼有害ガス分解装置においては、逆洗装置９により定期的に圧縮空気を噴射して清浄ガス集合部１３の内圧を高め、濾筒外面１６に堆積した粉塵を剥離・脱落させ、下部ホッパーに落下せしめる。下部ホッパーに落下した粉塵１４は図示しない粉塵切出し弁もしくはスクリューコンベアーにより矢印１５の方向に排出される。
【００３２】
なお、有機塩素化合物を分解する目的のみに本装置を使用する場合は、アンモニアを注入する必要はない。
【００３３】
又、図１及び図２に示す何れの方式の除塵装置兼有害ガス分解装置においても、装置に流入する燃焼排ガス温度は２００℃以上４００℃以下の範囲で制御することが望ましい。その理由は、２００℃以下の温度では、燃焼排ガス中に含まれる硫黄酸化物と、排ガス中に注入されたアンモニアとが反応し、硫酸アンモニウム塩となって触媒が被毒する可能性が高まるからである。
【００３４】
更に、ガス温度が２００℃以下の場合、主として廃棄物焼却炉等からの排ガス中に含まれる塩素ガス及び炭化水素が、飛灰中に含まれる銅などの金属酸化物の触媒作用によって、有機塩素化合物が再合成（デノボ合成）され、除塵された灰中の有機塩素化合物濃度が高まる。従って、有機塩素化合物が再合成しても、それらが気体の状態に留まっている２００℃以上の温度、望ましくは３５０℃前後の温度域で、除塵された灰に吸着されることなく濾筒表面の灰堆積層を透過し、濾筒材内部に分散担持された触媒により効果的に分解せしめる上で、燃焼排ガス温度は２００℃以上４００℃以下の範囲に制御することが望ましい。
【００３５】
一方、装置に流入する燃焼排ガス温度が４００℃を越える場合は、触媒による排ガス中の窒素酸化物及び有機塩素化合物の分解能が低下することに加え、排ガスの容積流量が増大することによる濾筒の必要濾過面積の増大を招き、装置が大型化するため好ましくない。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による除塵兼有害ガス分解装置を使用すれば、特に廃棄物焼却炉、石炭等の化石燃料を使用する燃焼設備、製鉄及び冶金用各種工業炉、セメント焼成炉、耐火物焼成炉、石油精製設備、化学プラント等から排出される含塵ガス中の粉塵を濾筒表面で除去し、同時に、窒素酸化物及び有機塩素化合物を、濾筒内部に分散担持した触媒を用いて分解し無害化することができるので、従来、それぞれ異なる機能を有する装置をシリーズに接続し、それぞれ異なる入口ガス温度に制御していた方式に比べ、装置の系統が単純化され、設備費用及びメンテナンス費用を大幅に低減できるのみならず、運転及び制御も簡素化されて信頼性及び運用性の何れも大幅に向上することが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る第１の実施例を示す組立断面図兼系統図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る第２の実施例を示す組立断面図兼系統図である。
【図３】従来技術の燃焼排ガスを浄化するプロセスの１例を示す系統図である。
【符号の説明】
１    缶体
２    触媒を担持した濾筒
３    上部管板
４    下部管板
５    フィルターユニット
６    含塵ガス入口管
７    粉塵ホッパー
８    清浄ガス出口管
９    逆洗装置
１０  含塵ガス入口ダクト配管
１１  アンモニア注入装置
１２  触媒を担持した濾筒の内壁面
１３  清浄ガス集合部
１４  粉塵
１５  粉塵排出方向
１６  触媒を担持した濾筒の外壁面
【図１】
0004252166.tif 000004
【図２】
0004252166.tif 000005
【図３】
0004252166.tif 000006