(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有害成分を含有する排ガスを燃焼触媒層に導入して前記有害成分を触媒燃焼により加熱除去する排ガス処理装置において、前記燃焼触媒層および該触媒層を支持する手段を内装する触媒反応器と、該反応器の前記触媒層の下方から触媒燃焼開始温度以上の排ガスを導入する手段と、前記燃焼触媒層通過後の排ガスを前記反応器の上部から排出する手段と、前記燃焼触媒層の上部に該触媒層の荷重を調整する錘手段を設けたことを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項２】
前記触媒反応器の前流に設けられて排ガスを触媒燃焼開始温度以上に加熱する排ガス加熱装置と、触媒反応器より排出された排ガス中の燃焼熱を回収する熱交換器とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項３】
触媒反応器内の前記触媒層を支持する手段が該触媒層の下方に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の排ガス処理装置。
【請求項４】
有害成分を含有する排ガスを燃焼触媒層に導入して前記有害成分を触媒燃焼により加熱除去する排ガス処理方法であって、前記排ガスを排ガス加熱装置により触媒燃焼開始温度まで加熱し、該加熱された排ガスを、触媒受けによって下方から支持され、かつ上部に荷重を調整する錘手段を設けた燃焼触媒層を有する触媒反応器に前記触媒層の下方から導入し、該触媒層を通過させて排ガス中の有害成分を加熱除去したのち燃焼触媒層上方から排出するとともに、燃焼触媒層通過前後の排ガス圧力差ΔＰと該触媒層の通過断面積Ａとの積ΔＰ・Ａが前記燃焼触媒の重量Ｗ１と前記錘手段の重量Ｗ２より大きくなった際に、前記触媒層に排ガスの吹抜けを発生させ、該触媒層入口の排ガス圧力の過度の上昇を抑制することを特徴とする排ガス処理方法。
【請求項５】
前記燃焼触媒層上方から排出される排ガスを熱交換器に導入して該排ガス中の燃焼熱を回収することを特徴とする請求項４に記載の排ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス処理装置および排ガス処理方法に係り、特に排ガス中の悪臭成分や有害成分を除去するに好適な排ガス処理装置および排ガス処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学工業等の反応工程から排出される排ガスや、樹脂、合板、半導体等の製造工程（焼成、乾燥、洗浄）から排出される排ガス、または塗装工程の焼付け、乾燥工程から排出される排ガス中には微量の悪臭成分や有害成分が含まれている。化学工業における排ガス中の悪臭または有害成分としては、原料の分解ガスや未収率分としての一酸化炭素、炭化水素、酢酸などの有機酸類、またはアルデヒド類等がその代表的なものであり、また樹脂等の製造工程や塗装工程から排出される排ガスには、溶剤として使われるトルエンやアセトン等のアルコール系芳香族炭化水素等が含まれている。
【０００３】
これら成分を含む排ガスは、そのまま排気されると悪臭を発し、また人体に有害であることから、公害防止の観点から排気前に脱臭するとともに無害化しなければならない。
これらの悪臭、有害成分を含む排ガスを処理する従来技術は、吸着法、吸収法、燃焼酸化法の３つに大別される。このうち吸着法は、シリカゲル、アルミナゲル、ゼオライト、粘土鉱物、活性炭等の吸着力を利用する方法である。また、吸収法は処理対象物質の化学反応性（酸塩基反応等）を利用する方法であり、アンモニア、アミン類等の塩基性化合物に対しては酸による洗浄が、また酸性のメルカプタン類にはアルカリ洗浄が有効に用いられる。さらに、次亜塩素酸、塩素、過マンガン酸カリウム等の水溶液は強い酸化剤であり、これらの水溶液を用いて有害成分等を吸収、酸化分解する方法もある。
【０００４】
また、燃焼酸化法は直接燃焼法と触媒燃焼法に大別される。直接燃焼法は、一般に補助燃料を用いて排ガスを加熱し、８００℃以上の温度で排ガス中の悪臭、有害成分を燃焼し、二酸化炭素と水にする方法である。一方、触媒燃焼法は、触媒の酸化作用により５００℃またはそれ以下の比較的低温で排ガス中の悪臭、有害成分を燃焼するものである。
【０００５】
これらの処理方式は、排ガスの条件や経済性を考慮して選定されるが、吸着法は排ガス中の除去成分が微量（ppm 以下）の場合に適している。除去成分の量が増えるに比例して寿命が低下し、短時間で吸着剤の再生や交換が必要となるからである。また、吸着剤の再生時には吸着した除去成分が脱着されて排出されるため、後流での除去処理が必要となる。一方、吸収法は、使用する吸収液に選択性があるため種類の違った除去成分を含む排ガスの処理には向いておらず、また吸収液や排水の後処理も必要となる。
【０００６】
これらのことから、悪臭、有害成分の除去方法としては、燃焼酸化法による処理方法が広く採用されており、最近では触媒燃焼法が、直接燃焼法に較べ補助燃料の節減や２次公害の原因となるＮＯｘの生成がない等の利点があるので注目され、採用されるようになってきた。
図３は、従来技術における触媒燃焼方式による排ガス処理装置の一例を示すフローである。図３において、排ガスファン２により吸引された排ガス１（排ガス１が加圧状態で導入される場合は、排ガスファン２は不要の場合もある）は、熱交換器３に入り、該熱交換器３で燃焼処理排ガス１０との熱交換により加熱され、予熱排ガス４となって触媒反応器６へ導かれる。この触媒反応器６の前流には、装置起動時の予熱排ガス４の加熱および熱交換器３で必要温度まで加熱されない場合のバックアップ加熱のために、補助燃料１２としてＬＰＧ、天然ガス、都市ガスまたは軽油、灯油などの良質油を使用する助燃バーナ１１を有する排ガス加熱装置５が設けられており、熱交換器３と排ガス加熱装置５により排ガス１は、安定して触媒燃焼を継続できる温度、例えば１５０〜４００℃まで、予熱される。
【０００７】
触媒反応器６の内部には燃焼触媒層７が設けられており、予熱排ガス４は触媒反応器６の上部より導入され、燃焼触媒層７に供給される。予熱排ガス４は燃焼触媒層７を通過する時、触媒の酸化作用により悪臭成分、有害成分が低温で燃焼し、無公害な燃焼処理排ガス１０として触媒反応器６下部より排出される。この燃焼触媒層７における排ガスの燃焼は、発熱反応のためほとんどの場合に燃焼触媒層７出口の燃焼処理排ガス１０の温度は、燃焼触媒層７入口の予熱排ガス４の温度より高くなる。従って触媒反応器６を出た燃焼処理排ガス１０は熱交換器３へ導入され、排ガス１に廃熱を与え、場合によってさらにその後流の廃熱回収装置１５で廃熱を回収されたのち、煙突１６から排気１７として排出される。
【０００８】
燃焼触媒層７の燃焼触媒としては、白金、パラジウム等の貴金属系および／またはマンガン、銅、コバルト等の卑金属系のものが使用され、また触媒の形状はペレット状（粒状）やハニカム状が一般的であり、これらペレット状触媒を充填またはハニカム状触媒を積層して燃焼触媒層７が形成される。
この燃焼触媒層７は、触媒反応器６の内部に多孔板状や格子状の触媒受け８によって支持されているが、一般に燃焼触媒層７の荷重方向とガス流を同一方向にするため、触媒反応器６の上部より予熱排ガス４を下降流として燃焼触媒層７に供給し、燃焼処理排ガス１０の出口側で燃焼触媒層７を支持する方法が採用されている。
【０００９】
２０は、燃焼触媒層７の異常を管理するための触媒差圧計である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、排ガス中にダスト、タール等の汚れ成分が含まれ、燃焼触媒層７に排ガス中の汚れ成分が付着し、燃焼触媒層７の通過流動抵抗（触媒層差圧）が上昇した場合においても運転が継続されるため、燃焼触媒層７の出口側の触媒受け８にかかる荷重が増加して触媒受け８が破壊するか、触媒層入口側の内部圧力が上昇して、触媒反応器６の強度上の限界圧力を超えてしまい、触媒反応器６の容器が破壊してしまう危険性があった。すなわち、燃焼触媒層の重量をＷ１、燃焼触媒層入口圧力をＰ１、燃焼触媒層出口圧力をＰ２、燃焼触媒層の受圧面積をＡとすると、燃焼触媒層を排ガスが通過することにより発生する流動抵抗△ＰｃはＰ２−Ｐ１となる。燃焼触媒層が汚れにより詰まりや閉塞を生じてくると、この通過流動抵抗△Ｐｃが上昇してくる。この場合、燃焼触媒層の重量による荷重の方向と排ガスの流れ方向が同じであるために、触媒受けにかかる荷重は（Ｗ１＋△Ｐｃ・Ａ）となり、△Ｐｃの上昇に伴って触媒受けにかかる荷重は大きくなる。この触媒受け８にかかる荷重が触媒受け８の強度上の限界荷重を超えると触媒受け８が破壊するという危険性がある。また、燃焼触媒層出口の圧力Ｐ２は一定であるから、流動抵抗△Ｐｃの上昇によって燃焼触媒層入口側の圧力Ｐ１が高くなる。この燃焼触媒層入口圧力Ｐ１が触媒反応器の容器限界圧力を超えると容器が破壊するという危険性がある。このような危険を回避するため、燃焼触媒層７の差圧を検出して燃焼触媒層７に詰まり等の異常を生じた場合、事前に検知して装置を停止する方法が取られているものもあるが、燃焼触媒層７の詰まりは瞬時に発生する場合が多々あり、燃焼触媒層７の差圧検出では時間的な遅れを生じるため対処できない場合が多い。
【００１１】
また、上記従来技術は、燃焼触媒層７の支持を排ガスの温度が高くなる出口側で行うため、触媒受け８の材料も耐熱性の高い高級材料を使用する必要があり、経済的にも負担が大きくなるという問題があった。
本発明の目的は、上記従来技術における問題点を解消するものであって、排ガス中の汚れ成分による燃焼触媒層の詰まりによる圧力上昇を生じても、触媒反応容器が破壊することのない、安全で、そのうえ触媒受けに安価な材料が使用できる排ガス処理装置および処理方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本願で特許請求される発明は以下のとおりである。
（１） 有害成分を含有する排ガスを燃焼触媒層に導入して前記有害成分を触媒燃焼により加熱除去する排ガス処理装置において、前記燃焼触媒層および該触媒層を支持する手段を内装する触媒反応器と、該反応器の前記触媒層の下方から触媒燃焼開始温度以上の排ガスを導入する手段と、前記燃焼触媒層通過後の排ガスを前記反応器の上部から排出する手段と、前記燃焼触媒層の上部に該触媒層の荷重を調整する錘手段を設けたことを特徴とする排ガス処理装置。
【００１３】
（２） 前記触媒反応器の前流に設けられて排ガスを触媒燃焼開始温度以上に加熱する排ガス加熱装置と、触媒反応器より排出された排ガス中の燃焼熱を回収する熱交換器とを備えたことを特徴とする（１）に記載の排ガス処理装置。
（３） 触媒反応器内の前記触媒層を支持する手段が該触媒層の下方に設けられていることを特徴とする（１）または（２）に記載の排ガス処理装置。
【００１４】
（４） 有害成分を含有する排ガスを燃焼触媒層に導入して前記有害成分を触媒燃焼により加熱除去する排ガス処理方法であって、前記排ガスを排ガス加熱装置により触媒燃焼開始温度まで加熱し、該加熱された排ガスを、触媒受けによって下方から支持され、かつ上部に荷重を調整する錘手段を設けた燃焼触媒層を有する触媒反応器に前記触媒層の下方から導入し、該触媒層を通過させて排ガス中の有害成分を加熱除去したのち燃焼触媒層上方から排出するとともに、燃焼触媒層通過前後の排ガス圧力差ΔＰと該触媒層の通過断面積Ａとの積ΔＰ・Ａが前記燃焼触媒の重量Ｗ１と前記錘手段の重量Ｗ２より大きくなった際に、前記触媒層に排ガスの吹抜けを発生させ、該触媒層入口の排ガス圧力の過度の上昇を抑制することを特徴とする排ガス処理方法。
【００１５】
（５） 前記燃焼触媒層上方から排出される排ガスを熱交換器に導入して該排ガス中の燃焼熱を回収することを特徴とする（４）に記載の排ガス処理方法。
本発明においては、燃焼触媒層の重量による荷重の方向と排ガスの流れ方向が対向しているため、触媒受けにかかる荷重はＷ１−ΔＰｃ・Ａとなり、ΔＰｃが上昇してＷ１＜ΔＰｃ・Ａとなった時点で燃焼触媒層は排ガスによって押し上げられてペレットの充填層またはハニカムの積層に崩れが生じ、この崩れが排ガスの吹抜け部となるので、それ以上のΔＰｃの上昇が抑制される。したがって、燃焼触媒層が安全装置の役割を果たして触媒受けに過大な荷重がかかることもなく、また燃焼触媒層入口圧力Ｐ１の上昇も抑制される。
【００１６】
さらに、燃焼触媒層の上部に重量Ｗ２の錘を乗せることにより、燃焼触媒層の重量がＷ１＋Ｗ２となるので、燃焼触媒層が押し上げられる△Ｐｃの値を自在に調整することができる。また、燃焼触媒層の重量による荷重の方向と排ガスの流れ方向を対向させたことにより、温度の低い排ガス入口側で燃焼触媒層を支持でき、耐熱性の高い高級材料を使用する必要がなくなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の一例である排ガス処理装置のフロー図である。図１において、排ガスファン２により吸引された排ガス１（排ガス１が必要加圧状態で導入される場合は排ガスファン２は不要となる場合もある）は、熱交換器３に入る。熱交換器３で、排ガス１は自己の燃焼処理排ガス１０との熱交換により加熱され、予熱排ガス４となって触媒反応器６へ導かれる。この触媒反応器６の前流には、装置起動時の予熱排ガス４の加熱および熱交換器３で必要温度まで加熱されない場合のバックアップ加熱のために、補助燃料１２としてＬＰＧ、天然ガス、都市ガスまたは軽油、灯油などの良質油を使用する助燃バーナ１１を有する排ガス加熱装置５が設けられており、この排ガス加熱装置５と熱交換器３とにより常に安定して触媒燃焼が継続できる温度（一般的には１５０〜４００℃）まで、排ガス１が予熱される。触媒反応器６の内部には燃焼触媒層７が設けられており、予熱排ガス４は触媒反応器６の下部に導入されて燃焼触媒層７に供給される。予熱排ガス４は燃焼触媒層７を通過する時、触媒の酸化作用により悪臭成分、有害成分が低温で燃焼され、無公害な燃焼処理排ガス１０として触媒反応器６の上部から排出される。燃焼触媒層７の上部、すなわち燃焼処理排ガス出口側には錘（触媒押さえ）９が乗せてあり、燃焼触媒層７の重量に荷重が付加されている。触媒反応器６を出た燃焼処理排ガス１０は熱交換器３へ導入され、ここで排ガス１に廃熱を与え、場合によってさらにその後流の廃熱回収装置１５で廃熱が回収されたのち、煙突１６から排気１７として排出される。
【００１８】
本実施例において、燃焼触媒層７は、触媒反応器６の内部に多孔板状や格子状の触媒受け８を設置し、この触媒受け８の上に白金、パラジウム等の貴金属系および／またはマンガン、銅、コバルト等の卑金属系の触媒であって、ペレット状（粒状）の触媒やハニカム状の触媒を充填または積層することによって形成されている。また、燃焼触媒層７の上側に乗せてある錘９は、図２に模式図として示したように排ガスの流動抵抗を増加させない格子状等の構造のものが好適に使用される。
【００１９】
本実施例によれば、燃焼触媒層７は予熱排ガス４の入口側で触媒受け８によって支持されているので、燃焼触媒層７の荷重は触媒受け８に下向きに作用するが、予熱排ガス４が触媒反応器６の下部より上昇流として供給されるので、排ガスの流れによる燃焼触媒層７の押し上げ力は燃焼触媒層７に上向きに作用する。したがって、触媒受８への作用力が小さくなりその破損を防止することができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、触媒支持手段によって下方から支持されている燃焼触媒層を有する触媒反応器に、前記触媒層の下方から加熱排ガスを導入して、前記燃焼触媒層内を上向流として流通させることにより、排ガス中にダストやタール等の汚れ成分が含まれ、燃焼触媒層に排ガス中の汚れ成分が付着し、燃焼触媒層の通過流動抵抗（触媒層差圧）が上昇した場合に、充填された触媒層が崩れて排ガスの吹抜け部が形成されるので、燃焼触媒層を支持する触媒受けや触媒反応容器が破壊される危険性をなくし、かつ瞬時の触媒閉塞等においても安全に設備の運用が可能となる。また、燃焼触媒層を排ガスの温度が低い燃焼触媒層入口側で支持するため、触媒受けに安価な材料が使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例である排ガス処理装置のフロー図。
【図２】本発明の一実施例に使用される、燃焼触媒層の上に乗せた錘の構造を示す模式図。
【図３】従来技術における排ガス処理装置の一例を示すフロー図。
【符号の説明】
１…排ガス、２：排ガスファン、３…熱交換器、４…予熱排ガス、５…排ガス加熱装置、６…触媒反応器、７…燃焼触媒層、８…触媒受け、９…錘（触媒押さえ）、１０…燃焼処理排ガス、１１…助燃バーナ、１２…補助燃料、１３…燃焼空気、１４…燃焼空気ファン、１５…廃熱回収装置、１６…煙突、１７…排気、１８…コントロール弁、１９…温度調節計、２０…触媒差圧計。
【図１】
0003819587.tif 000002
【図２】
0003819587.tif 000003
【図３】
0003819587.tif 000004