(57)【要約】      （修正有）【課題】不完全燃焼反応により発生する微細な固形物を含有する煤煙を、効果的に除去することができる煤煙の処理方法を提供する。【解決手段】懸濁液中に懸濁した数平均粒径が５〜４０μｍの固体粒子と煤煙を接触させて煤煙を処理することを特徴とする煤煙の処理方法で、懸濁液中の固体粒子との接触を、懸濁液中へ被処理煤煙含有気体を供給、または被処理含有気体に懸濁液を噴射することによって行うことを特徴とする煤煙の処理方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
懸濁液中に懸濁した数平均粒径が５〜４０μｍの固体粒子と煤煙を接触させて煤煙を処理することを特徴とする煤煙の処理方法。
【請求項２】
懸濁液中の固体粒子との接触を、懸濁液中へ被処理煤煙含有気体を供給、または被処理煤煙含有気体に懸濁液を噴射することによって行うことを特徴とする請求項１または２記載の煤煙の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は煤煙の処理方法に関し、不完全燃焼反応によって発生する微細な固形物を含有する煤煙を除煙する煤煙の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
不完全な燃焼反応によって発生する固形物を含有する煤煙を除去する煤煙の処理方法には、各種の方法が行われている。煤煙の処理方法としては、バグフィルター、電気集塵機等による乾式による煤煙の処理方法とともに、湿式により処理が行われており、湿式による処理方法では、薬液との接触による化学反応や活性炭等による吸着による処理方法が一般的である。
【０００３】
例えば、湿式による処理方法では、炭素含有水を径が０．００１ｍｍ程度のノズルから煙道内に霧状に噴霧して煤煙を吸着除去する方法が提案されている(例えば、特許文献１参照)。
この方法は、微細な炭素粒子の有する吸着性能を利用したものであるものの、煤煙の除去は性能は充分なものではなかった。
【特許文献１】特開２００６−１９８４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、煤煙の処理方法において、液体中に懸濁した固体粒子として活性炭等の吸着特性を有する微細な粒子を利用した場合に比べても煤煙の処理性能が大きな煤煙の処理方法を提供することを課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、煤煙を懸濁液中に懸濁した数平均粒径が５〜４０μｍの固体粒子と接触させて煤煙を処理する煤煙の処理方法である。
懸濁液中の固体粒子との接触を、懸濁液中へ被処理煤煙含有気体を供給、または被処理煤煙含有気体に懸濁液を噴射することによって行う前記の煤煙の処理方法である。
また、固体粒子が、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、酸化アルミニウム、炭素から選ばれる少なくともいずれか一種の粒子である前記の煤煙の処理方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の方法を採用することにより、気液接触型ガス処理装置等の湿式法では処理が困難とされてきた煤煙の除煙処理を効果的に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明者らは、煤煙を密閉された容器の中に静置しておくと、時間の経過とともに煤煙の透明度が上がってくる現象に着目したものである。これは、煤塵が容器の壁面との衝突で運動エネルギーを失って浮遊できなくなることによるものと考えられる。
したがって、煤煙の粒子が衝突する器壁に代えて、固体粒子を液体中に懸濁した懸濁液を利用することにより、懸濁液中の微細な固体粒子によって煤煙の粒子の効率的な衝突を実現できる煤煙の粒子の速やかな除去が可能であることを見いだしたものである。
【０００９】
本発明は、煤煙の粒子が懸濁液中の固体粒子との衝突による煤煙の除去を行うものであるので、煤煙に接触させる懸濁液中に懸濁した固体粒子の濃度が高いほど高い消煙効果を得ることができる。
【００１０】
また、固体粒子が懸濁した懸濁液中に煤煙を導入して、煤煙の気泡と固体粒子を接触させる場合には、気泡が小さく、懸濁液の液柱が高いほど、気体と液体との界面面積と接触時間は増し、接触効率を高くすることができる。
【００１１】
本発明においては、懸濁液としては、取り扱いが容易な水を用いることができる。また、水中に懸濁する固体粒子としては、各種の固体粒子を用いることが可能である。具体的には、水に対する溶解度が小さく、入手が容易であって取り扱いが容易である、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、砂などの粒子を用いることができる。
これらの粒子のうち、炭酸カルシウムは、優れた効果を示すが、煙に含まれる二酸化炭素の吸収によってｐＨが低下して懸濁液が酸性化すると炭酸カルシウムが溶解して、粒子を懸濁した効果を得ることができなくなる。したがって、長時間の運転を行う場合にはｐＨの管理を行うとともに、懸濁液を置換することが必要となる。
【００１２】
また、固体粒子の粒径は個数平均粒径で５μｍから４０μｍとすることが好ましく、５μｍよりも小さい場合、あるいは４０μｍより大きい場合には、煤煙の除去効果が小さくなる。
懸濁液の濃度は２質量％から２０質量％とすることが好ましく、２質量％より小さい場合は消煙の効果が小さく、２０質量％より大きい場合には懸濁液の循環等が困難となる。
【００１３】
本発明の煤煙の除煙処理方法は、燃料、可燃性物質の燃焼あるいは不完全燃焼で発生する煤煙を湿式で除煙処理する際に効果的に利用することができる。また、燃料の燃焼以外にも、合成樹脂等の可燃性部材の切断加工等によって発生する煤煙の除去にも有用である。
【００１４】
本発明の煤煙除去方法は、懸濁液と煤煙含有気体を接触させることができれば各種の方法によって実施することできる。
例えば、煤煙を固体粒子を懸濁した懸濁液へ導入する方法、煤煙中に固体粒子を懸濁した懸濁液をシャワー状に降らせて接触する装置を用いる方法等によって実現することができる。
また、懸濁液をシャワー状に降らせて煤煙と接触させる場合には、シャワーする液滴が小さく、その量が多いほど、煤煙と固体粒子との接触する界面面積と接触時間が増し、接触効率が高くなる。
【実施例】
【００１５】
以下に、実験例、比較例を示して本発明を説明する。
実施例1
図1に、煤煙の除煙処理に用いる煤煙の捕集方法を説明する。
煤煙発生装置1の発生室2内に、なら材からなる薫製用スモークチップ3の5gを配置して、下部に備えた電気ヒータ4によって加熱して無炎燃焼させるとともに、循環ポンプ5によって煤煙6を容量500mlの捕集容器7含む煤煙発生装置の経路内で均一化するまで煤煙を循環させ煤煙の捕集をした。 
【００１６】
図2に、煤煙の除煙処理の試験方法を説明する示す。
捕集容器7から煤煙6を循環ポンプ8、および流量計9を通じて気液接触容器10の懸濁液11中に供給した。また、循環ポンプ8の出口側にはバイパス管路12を設けて分光光度計13に通気し、分光光度計の出口側は、循環ポンプ8の入口側に接続して、煤煙の濃度の時間変化を測定した。
【００１７】
容量２５０ｍｌの気液接触容器に懸濁液として、個数平均粒径１６．５μｍの濃度５質量％の水酸化カルシウム懸濁液１００ｍｌを入れて、上記した煤煙の捕集容器から通気流量２５０ｍＬ／ｍｉｎの流量で通気し、分光光度計（東ソー製  ＵＶ−８０００）によって５５０ｎｍの波長における光学濃度を測定した。また、粒径はレーザー式粒度分布測定装置（島津製作所製ＳＡＬＤ−２０００）によって測定した。
気液接触時間開始時の光学濃度を10として正規化し、接触開始からの経過時間についての光学濃度を図３に示す。
また、水酸化カルシウムに代えて個数平均平均粒径７．９μｍ炭酸カルシウムを用いた点を除き実施例１と同様にして測定し、その結果を図３に示す。
【００１８】
比較例１
実施例１の気液接触容器の懸濁液に代えて、水による除煙効果と比較するために気液接触容器に水のみを入れて、実施例１と同様に測定してその結果を図３に示す。
また、親油性物質による除煙効果と比較するために、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ−１２）の５質量％の水溶液のみを入れて、実施例１と同様に測定してその結果を図３に示す。
【００１９】
また、煤煙中の油状成分に高い親和性を有する液による除煙効果と比較するために、水溶性切削油（佐鳴製 Ｓ−３９８５）の５質量％水溶液のみを入れて、実施例１と同様に測定してその結果を図３に示す。
また、アルカリ性水溶液による除煙効果と比較するために、５質量％炭酸ナトリウム水溶液のみを入れて、実施例１と同様に測定してその結果を図３に示す。
【００２０】
実施例２
実施例1および比較例1の測定結果を示す図3から、煤煙の消煙は、一次反応式型の様相を呈していることが判る。
すなわち、煤煙の初期濃度をＡとし（ｔ＝０）、消煙濃度をｘとしたとき、任意の時間ｔにおける煤煙濃度はＡ−ｘとなる。これを速度式で表すと、
ｄｘ／ｄｔ  ＝  −ｄ［Ａ−ｘ］／ｄｔ                …（１）
となり、ｋを消煙度常数として
ｋ  ＝  １／ｔ・  ｌｎ［ｄ／［Ａ−ｘ］］      …（２）
（１）式をｔで積分すると（３）式が得られる。
ｄｘ  ＝  ｋ・ｌｎ［Ａ−ｘ］ｔ                …（３）
【００２１】
図３の縦軸を自然対数変換し、各点の時間軸に対する傾きをもって煤煙の消煙速度定数（k）を求めた、実施例1および比較例1の気液接触液体別の消煙速度常数(k)を表1に示す。
【００２２】
表1
気液接触液状物                    消煙速度定数（ｋ）
水酸化カルシウム懸濁水                  −０．０５１    
炭酸カルシウム懸濁水                    −０．０２７    
炭酸ナトリウム水溶液                    −０．００６    
水溶性切削油                            −０．０１２    
ポリエチレングリコール水溶液            −０．００５    
水                                      −０．００２    
以上の結果から、煤煙を微粒子を懸濁した懸濁液と接触することによって優れた除煙効果が得られることが確認できた。
【００２３】
実施例3
懸濁液の炭酸カルシウム粒子の粒径を、個数平均粒径が６．３μｍ、１３．９μｍ、３２．８μｍ、７９μｍのものに変えて実施例１と同様に測定し、その結果を図４に示す。
また、実施例２と同様に求めた消煙速度定数を表２に示す。
【００２４】
表2
炭酸カルシウムの平均粒径（μｍ）      消煙速度定数（ｋ）      
６．３                  −０．０２４          
１３．９                  −０．０１９          
３２．８                  −０．０２６          
７９                      −０．０１２          
【００２５】
実施例4
懸濁粒子として個数平均粒径8.7μmの炭酸カルシウムを用いるとともに懸濁液中の濃度を変えた点を除き、実施例1と同様にして光学濃度を測定してその結果を図5に示す。
また、実施例１と同様にして求めた、濃度変化に対する消煙速度定数の変化を図６に示す。
【００２６】
実施例5
以上の実施例で用いた懸濁液中に分散した、炭酸カルシウム、水酸化カルシウムは、いずれも煙の成分とは化学反応を起こす可能性がある粒子であるが、以下のように化学反応を起こさない粒子を懸濁した場合にも同様に消煙が可能であることを確認した。
すなわち、水、個数平均粒径7.9μmの炭酸カルシウム粒子の5質量%含有懸濁水、個数平均粒径6.5μmの竹炭粒子の5質量%含有懸濁水、個数平均粒径6.5μmの酸化アルミニウム粒子の5質量%含有懸濁水のそれぞれについて、実施例１と同様にして消煙効果を試験した。その結果を図７に示す。
【００２７】
実施例6
これまでの実施例では、なら材からなる薫製用スモークチップ、すなわちセルロース系物質で煤煙を調製したが、セルロース系物質の熱分解物質の他、合成樹脂類や天然油脂類の熱分解物質が煤塵を構成した場合についての除煙効果を確認した。
合成樹脂として、ポリスチレン樹脂を用いて実施例5と同様にして煤煙を調製し、実施例5と同様にして消煙試験を実施し、その結果を図8に示す。
【００２８】
実施例7
次いで、羊毛を材料として実施例1と同様にしてタンパク質由来の煤煙を調製し、実施例5と同様にして消煙試験を実施し、その結果を図9に示す。
【００２９】
実施例8
次いで、鉱物系機械油をガラス繊維に含浸させたものを材料として、実施例5と同様にして油由来の煤煙を調製し、実施例5と同様にして消煙試験を実施し、その結果を図10に示す。
以上の結果から、本発明の煤煙の除去方法が煤煙の原料の種類に依存せずに消煙効果を有することが示された。
【００３０】
実施例9
構造用合板を電気ヒータによって無炎燃焼により発生させた煤煙を、図１１に示す気液接触装置２０の下部の煤煙入口２１から１３ｍ3／分の流量で供給し、充填層２２の上部の噴射装置２３によって、貯槽２４から循環ポンプ２５によって供給された個数平均粒径１３．８９μｍの炭酸カルシウム粒子の濃度５質量％の懸濁液を、１１５Ｌ／分の流量でシャワー状に降らせて、気液接触装置２０の上部の排気口２６から処理された煙を排出するとともに、気液接触装置２０の下部から排出される懸濁液を循環ポンプ２７によって貯槽２４に回収した。
また、排気口２６に、レーヨン製不織布（クラレクラフレックス製  ＺＲ−１０００−３０）をフィルターとして装着し、１分間排気を通気させた後のフィルターを未通気フィルターを参照として、分光測色器（ミノルタ製ＣＭ−２００２）によって分光反射率を測定してその結果を図１２に示す。
また、比較のために、水のみをシャワー状に降らせた場合についても同様に測定して図１２に示した。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
微粒子を分散した懸濁液と煤煙を含む煙とを接触させることによって、微粒子に煤煙を衝突させることによって煤煙を懸濁液中に除去することができ、気液接触型処理装置など湿式法では困難とされてきた煤煙の除煙処理を効果的に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図1は、煤煙の除煙処理試験に用いた煤煙の捕集方法を説明する図である。
【図２】図2は、煤煙の除煙処理の試験方法を説明する図である。
【図３】図３は、懸濁粒子、溶質を変えた場合の煤煙の除去効果を説明する図である。
【図４】図４は、懸濁粒子とした炭酸カルシウム粒子の粒径を変えた場合の煤煙の除去効果を説明する図である。
【図５】図５は、懸濁粒子とした炭酸カルシウム粒子の濃度を変えた場合の煤煙の除去効果を説明する図である。
【図６】図６は、懸濁粒子とした炭酸カルシウム粒子の濃度変化に対する消煙速度定数の変化を説明する図である。
【図７】図７は、懸濁粒子と化学反応を起こさない粒子を用いた場合の消煙効果を説明する図である。
【図８】図８は、プラスチックスから生じる煤煙の消煙効果を説明する図である。
【図９】図９は、タンパク質から生じる煤煙の消煙効果を説明する図である。
【図１０】図１０は、 油から生じる煤煙の消煙効果を説明する図である。
【図１１】図１１は、充填層を有する気液接触装置を用いた場合の消煙効果を説明する図である。
【図１２】図１２は、図１１の装置による消煙速度を説明する図である。
【符号の説明】
【００３３】
1…煤煙発生装置、2…発生室、3…薫製用スモークチップ、4…電気ヒータ、5…循環ポンプ、6…煤煙、7…捕集容器、8…循環ポンプ、9…流量計、10…気液接触容器、11…懸濁液、12…バイパス管路、13…分光光度計、20…気液接触装置、２１…煤煙入口、２２…充填層、２３…噴射装置、２４…貯槽、２５…循環ポンプ、２６…排気口、２７…循環ポンプ
【図１】
2009112957.tif 000002
【図２】
2009112957.tif 000003
【図３】
2009112957.tif 000004
【図４】
2009112957.tif 000005
【図５】
2009112957.tif 000006
【図６】
2009112957.tif 000007
【図７】
2009112957.tif 000008
【図８】
2009112957.tif 000009
【図９】
2009112957.tif 000010
【図１０】
2009112957.tif 000011
【図１１】
2009112957.tif 000012
【図１２】
2009112957.tif 000013