(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性炭素繊維に対し、真空又は不活性ガス雰囲気中で紫外線を照射する
ことを特徴とする活性炭素繊維の活性化方法。
【請求項２】
請求項１において、
上記活性炭素繊維が使用済活性炭素繊維である
ことを特徴とする活性炭素繊維の再生活性化方法。
【請求項３】
請求項１または２の方法から製造してなる
ことを特徴とする活性炭素繊維。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば石炭や重油等の燃料を燃焼させるボイラ、ガスタービン、エンジンや焼却炉等から排出される排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去するための排煙処理装置に用いて好適な活性炭素繊維の活性化方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、排ガス中の硫黄酸化物の除去方法として、石灰石または消石灰スラリーを吸収剤として用いて、排ガス中の硫黄分を石膏として回収する石灰−石膏法が採用されている。他の方法としては、乾式法の活性炭による吸着法が知られている。
【０００３】
上記従来の石灰−石膏法では、石灰石または消石灰スラリーを排ガス中にスプレーすることにより、排ガスの増湿冷却及びＳＯx の吸収を同時に行っている。このため、多量のスラリーを循環する必要があり、スラリーを循環するための動力及び多量の水が必要となる。
【０００４】
一方、乾式法の場合、活性炭に吸着した硫黄分を加熱によって脱離させるため、大量の熱を必要とする。しかも、この方法の場合、生成した希硫酸の廃棄や、吸着材の損耗等が問題になる。したがって、硫黄酸化物の吸収剤や大型設備を必要とせず、しかも脱硫の際に高い濃度の硫酸を得ることのでき、また石灰石膏法と同じ設備を使用して少動力で石膏を生成する脱硫装置の出現が望まれている。
【０００５】
このため、排ガス中のＳＯｘを除去する装置として活性炭素繊維等の多孔質炭素材料に排ガス中のＳＯｘを吸着させ、多孔質炭素材料の触媒作用を利用して排ガス中に含まれる酸素により硫黄成分を酸化させ、これを水分に吸収させて硫酸として多孔質炭素材料から除去することが提案されている（特開平１１−３４７３５０号公報参照）。
【０００６】
この活性炭素繊維は、不活性ガス中で高温（１０００〜１２００℃又は１２００℃以上）で焼成してなるもので、そのために高温の炉が必要となり、装置や製造コストが嵩張るという問題がある。
また、焼成時に炭素骨格が同時に揮発するため、収率が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑み、活性炭素繊維の製造が容易でしかも活性化効率が高い活性炭素繊維の製造方法を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、活性炭素繊維に対し、真空又は不活性ガス雰囲気中で紫外線を照射することを特徴とする活性炭素繊維の活性化方法にある。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、上記活性炭素繊維が使用済活性炭素繊維であることを特徴とする活性炭素繊維の再生活性化方法にある。
【００１４】
第３の発明は、第１または２の発明の方法から製造してなることを特徴とする活性炭素繊維にある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明による実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１６】
本発明の炭素繊維の活性化方法は、炭素繊維を還元雰囲気中で１，１００℃以下の温度範囲内で焼成するものである。なお、焼成温度は低いほど装置及びランニングコストの低減を図ることができるが、２００℃以下では活性点の増加が認められなかたった。
また、望ましい処理温度は５００〜１０００℃、より望ましい処理温度は６００〜８００℃である。
【００１７】
このように、還元雰囲気下において熱処理をすることで、活性炭素繊維の触媒性能が向上する。  また、１２００℃以上という高温で熱処理することが不要となり、装置構成が簡略化することができる。
【００１８】
また、上記還元雰囲気としては、水素と不活性ガスとの混合ガスより形成されることが望ましい。
【００１９】
また、上記水素濃度は爆発限界以下（４％以下）であるが好ましい。
【００２０】
また、上記還元雰囲気としては、一酸化炭素より形成されることが望ましい。
【００２１】
また、熱処理以外の他の活性化方法としては、炭素繊維に対し、真空又は不活性ガス雰囲気中で紫外線を照射するものである。
この紫外線照射方法としては、例えばダイアフラムポンプで０．１気圧程度に減圧し、ハロゲンランプや重水素ランプなどで紫外光を照射する方法を挙げることができる。またロータリーポンプやターボ分子ポンプを用いて、高真空で処理することも可能である。
【００２２】
ここで、本発明で用いる活性炭素繊維の一例及びその製造例の一例を下記に示す。
本発明で用いられる活性炭素繊維としては、例えばピッチ系活性炭素繊維、ポリアクリロニトリル系活性炭素繊維、フェノール系活性炭素繊維、セルロース系活性炭素繊維を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではなく、上記触媒作用を奏する活性炭素繊維であれば何等限定されるものではない。
【００２３】
具体的の製造例を下記に示す。
＜具体例１＞
フェノール系活性炭素繊維（「クラクティブ−２０」、クラレケミカル（株）製）を用い、これを水素雰囲気中で１，１００℃の温度範囲内で３時間焼成する。
調整した触媒をガラス反応管で脱硫活性を評価した。条件は、反応温度50℃、触媒量0.２ｇ、処理ガス量２００ｍＬＮ/分、入口ＳＯ2 濃度１０００ｐｐｍ、酸素濃度４％、水分濃度１３％相当、窒素バランスである。
本発明の方法で調整した触媒は脱硫率３２％だったのに対し、同じ原料を用いて窒素雰囲気中で１２００℃の温度範囲内で３時間焼成した触媒の、同じ条件での脱硫率は２８%だった。
＜具体例２＞
ポリアクリロニトリル系活性炭素繊維（「ＦＸ−６００」、東邦レーヨン（株）製）を用い、これを水素雰囲気中で９００〜１０００℃の温度範囲内で２時間焼成する。
調整した触媒をガラス反応管で脱硫活性を評価した。条件は、反応温度50℃、触媒量0.2g、処理ガス量２００ｍＬＮ/分、入口ＳＯ2 濃度１０００ｐｐｍ、酸素濃度４％、水分濃度１３％相当、窒素バランスである。
本発明の方法で調整した触媒は脱硫率２５％だったのに対し、同じ原料を用いて窒素雰囲気中で１２００℃の温度範囲内で３時間焼成した触媒の、同じ条件での脱硫率は２０%だった。
【００２４】
また、脱硫装置において使用して活性が劣化した触媒を上記還元雰囲気において再生するようにしてもよい。
【００２５】
図１に基づいて上記活性化された活性炭素繊維を用いた排煙脱硫装置を備えた排ガス処理システムを説明する。
【００２６】
図１の排ガス処理システムは、排ガス中の硫黄酸化物を脱硫装置での脱硫により硫酸とするものである。図１に示すように、蒸気タービンを駆動する蒸気を発生させるボイラ１と、該ボイラ１からの排ガス１００中の煤塵を除去する除塵機２と、除塵された排ガスを脱硫塔４内に供給する押込みファン３と、脱硫塔４に供給する前段で（又は塔内で）排ガス１００を冷却すると共に増湿を行う増湿冷却装置１６と、触媒層６を内部に配設し、塔下部側壁の導入口５から排ガス１００を供給すると共に、触媒層６の上方から散水ノズル７で水を供給して、排ガス中のＳＯｘを希硫酸（Ｈ2 ＳＯ4 ）まで脱硫反応させる脱硫塔４と、塔頂部の排出口１２から脱硫された浄化排ガスを外部へ排出する煙突１３と、上記脱硫塔４から排出ポンプ１０を介して希硫酸を貯蔵する硫酸タンク１１とを備えてなる。なお、脱硫塔４から排出される浄化された排ガスを排出するラインには必要に応じてミストエリミネータ１９を介装し、排ガス中の水分を分離するようにしてもよい。
【００２７】
ここで、上記ボイラ１では、例えば、火力発電設備の図示しない蒸気タービンを駆動するための蒸気を発生させるために、石炭や重油等の燃料ｆが炉で燃焼されるようになっている。ボイラ１の排ガスには硫黄酸化物（ＳＯｘ )が含有され、排ガスは図示しない脱硝装置で脱硝されてガスガスヒータで冷却された後に集塵機２で除塵される。
【００２８】
上記除塵された排ガス１００は押込みファン３により下部側壁の導入口５から脱硫塔４内に導入される。脱硫塔４の内部には活性炭素繊維層で形成される触媒層６が備えられ、該触媒層６には硫酸生成用の水が散水ノズル７から供給される。水が上部から供給され、触媒層６の内部に排ガスを下部から通過させることにより、排ガス１００からＳＯｘを反応除去する。触媒層６を通過した排ガスは排出口１２から排出され、煙突１３を通して大気に放出される。
【００２９】
次に、他の排ガス処理システムの一例を図２に示す。図２の排ガス処理システムは、排ガス中の硫黄酸化物を脱硫装置での脱硫により硫酸とし、該硫酸に石灰スラリーを供給して石膏を製造するものである。
図２に示すように、蒸気タービンを駆動する蒸気を発生させるボイラ１と、該ボイラ１からの排ガス１００中の煤塵を除去する除塵機２と、除塵された排ガスを脱硫塔４内に供給する押込みファン３と、脱硫塔内又は塔に供給する前に排ガス１００を冷却すると共に増湿を行う増湿冷却装置１６と、触媒層６を内部に配設し、塔下部側壁の導入口５から排ガス１００を供給すると共に、触媒層６の上方から散水ノズルで水を供給して、排ガス中のＳＯｘを希硫酸（Ｈ2 ＳＯ4 ）まで脱硫反応させる脱硫塔４と、塔頂部の排出口１２から脱硫された浄化排ガスを外部へ排出する煙突１３と、脱硫塔４から排出ポンプ１０を介して希硫酸（Ｈ2 ＳＯ4 ）を貯蔵すると共に石灰スラリー５１を供給して石膏を析出させる石膏反応槽５２と、石膏を沈降させる沈降槽（シックナー）５３と、石膏スラリー５４から水分を排水（濾液）５７として除去して石膏５５を得る脱水器５６とを備えてなる。
【００３０】
図１のシステムでは、脱硫して得られた硫酸を硫酸のままで使用するものであるが、図２のシステムでは、硫酸に石灰スラリーを供給して石膏スラリーを得た後、脱水して石膏として利用するものである。
【００３１】
［排煙脱硫装置の構成］
図３に示すように、排煙脱硫装置は、硫黄酸化物を含有する排ガス１００の導入口５を上記装置塔の側壁（又は下部）に有し、該脱硫塔４内に設けられた活性炭素繊維層からなる触媒層６の上方に硫酸生成用の水の供給器である散水ノズル７を備えてなると共に、触媒の上流側には供給された排ガス１００を整流化する分散穴４１を有する整流板４２が配設されている。
【００３２】
図４は触媒層の斜視図である。図４に示すように、触媒層６の一単位を形成する活性炭素繊維層２０は、平板状の平板活性炭素繊維シート２１と仕切り用活性炭素繊維シート２２とが配置され、間に形成される直線状の空間が上下に延びた状態で断面矩形状の通路１５を複数形成している。
なお、図３においては、活性炭素繊維層６が１層であるが、これは模式的に示したものであり、図４に示すように複数層から形成されている。
図４中、ｈは通路２３の高さ（平板活性炭素繊維シート２１，２１間の距離）、ｐは通路２３のピッチ（仕切り用活性炭素繊維シート２２，２２間の距離）である。
【００３３】
また、エンボス形状等、排ガスが活性炭素繊維シートに対して平行に通過する形状に成形するようにしてもよい。
【００３４】
そして、散水ノズル７から水が噴霧されて供給されると共に排ガス１００が下から送られ、活性炭素繊維層２０を流通した水は粒径が数mm程度となって下部に落下する。排ガス１００は、平板活性炭素繊維シート２１及び仕切り用活性炭素繊維シート２２で形成される比較的小さな通路１５を流通するようになっているので、圧力損失の増大が抑制されている。
【００３５】
また、上記脱硫塔４内に還元雰囲気下となる炉を設け、炭素繊維を還元雰囲気中で１，１００℃以下の温度範囲内で焼成し、再生処理するようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明したように、本発明によれば、炭素繊維を還元雰囲気下において焼成してなるので、触媒活性が良好となる。
また、本発明によれば、炭素繊維を不活性ガス雰囲気下において紫外線を照射することにより、触媒活性が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる排煙処理装置を備えた排ガス処理システム（硫酸製造）の概略図である。
【図２】本実施の形態にかかる排煙処理装置を備えた排ガス処理システム（石膏製造）の概略図である。
【図３】本実施の形態にかかる排煙脱硫装置の構成図である。
【図４】触媒層の斜視図である。
【符号の説明】
１  ボイラ
１００  排ガス
２  除塵機
３  押込みファン
４  脱硫塔
５  導入口
６  触媒層
７  散水ノズル
１０  排出ポンプ
１１  硫酸タンク
１２  排出口
１３  煙突
１６  増湿冷却装置
１９  ミストエリミネータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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