JP2004121902A - 窒素酸化物の除去方法および窒素酸化物の除去装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】窒素酸化物を吸着して除去する固体吸着剤を含む窒素酸化物吸着手段に、前記気体を供給することにより前記気体中に含まれる窒素酸化物を除去する除去工程と、前記除去工程によって低下した前記窒素酸化物吸着手段の前記窒素酸化物の除去機能を、前記固体吸着剤が吸着した窒素酸化物を塩基性物質あるいは還元性物質を含む再生剤によって除去することにより再生する再生工程とを含む窒素酸化物の除去方法とする。また、窒素酸化物吸着手段と、再生剤を窒素酸化物吸着手段に供給する再生剤供給手段とを備えた窒素酸化物の除去装置とする。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体中に含まれる窒素酸化物を除去する方法および窒素酸化物の除去装置に関し、特に、大気中に含まれる窒素酸化物を効率よく除去することができる窒素酸化物の除去方法および前記除去方法を行う場合に好適に使用することができる窒素酸化物の除去装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、気体中の窒素酸化物を除去する方法として、ボイラーあるいはガスタービン、ガスエンジン等の発電設備の燃焼ガス中に含まれる窒素酸化物を除去するアンモニア脱硝方法や尿素脱硝方法がある。また、自動車排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去する方法として、排ガス中に含まれる炭化水素を還元剤とし、窒素酸化触媒を除去する三元触媒系方法がある。上記の方法により排ガス中に含まれる窒素酸化物を除去する場合には、排ガスの有する数100℃のエネルギーを利用して窒素酸化物を窒素ガスに還元して除去している。また、燃焼ガス中や排ガス中に含まれる窒素酸化物濃度は、一般に数100ppmである。
【0003】
燃焼ガスや排ガスに使用されている上記の窒素酸化物の除去方法を大気中に含まれる窒素酸化物の除去方法として応用する場合、大気中に含まれる窒素酸化物の濃度が低いために窒素酸化物を窒素ガスに還元する際の反応速度が遅いという問題が生じる。また、燃焼ガスや排ガスと比較して低温である大気を数100℃に加熱しなければならないため、膨大なエネルギーを消費するという問題もある。
【0004】
また、大気中に含まれる窒素酸化物を除去する方法としては、アルカリ吸収液を用いるアルカリ吸収法(特開平10−211427)や、還元剤を用いる還元法、固体吸着剤を用いる吸着法(特開平11−9957)などがある。
【0005】
しかしながら、アルカリ吸収法では、低濃度の窒素酸化物を吸収することは可能であるが、大気中に共存する二酸化炭素も窒素酸化物と同時に吸収してしまうため効率的に窒素酸化物を吸収できないという問題がある。また、還元法では、還元剤が大気中に共存する酸素によって酸化されてしまうため効率的に窒素酸化物を還元できないという問題がある。また、固体吸着法では、大気中に含まれる窒素酸化物の濃度が低い場合、固体吸着剤への窒素酸化物の吸着量が少なくても、固体吸着剤がすぐに吸着破過してしまうため、大気中に含まれる窒素酸化物を十分に吸着できないという問題がある。
【0006】
さらに、大気中に含まれる低濃度の窒素酸化物を除去する方法として、土壌が有する浄化機能を利用する方法もある。しかしながら、土壌の浄化機能を利用する場合、必要とされる窒素酸化物の除去能力に見合うだけの土壌を確保しなければならず、膨大な土地を必要とすることがあるという問題がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題を解決し、気体中に含まれる窒素酸化物を効率よく除去することができる窒素酸化物の除去方法を提供することを課題としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するために、本発明の窒素酸化物の除去方法は、気体中に含まれる窒素酸化物を除去する方法であって、窒素酸化物を吸着して除去する固体吸着剤を含む窒素酸化物吸着手段に、前記気体を供給することにより前記気体中に含まれる窒素酸化物を除去する除去工程と、前記除去工程によって低下した前記窒素酸化物吸着手段の前記窒素酸化物の除去機能を、塩基性物質あるいは還元性物質を含む再生剤によって前記固体吸着剤が吸着した窒素酸化物を除去することにより再生する再生工程とを含むことを特徴とする。
この窒素酸化物の除去方法は、窒素酸化物の除去機能を再生する再生工程を含む方法であるので、以下に示すように、従来の窒素酸化物の除去方法における問題を解決することができ、気体中に含まれる窒素酸化物を効率よく除去することができる。
【0009】
すなわち、この窒素酸化物の除去方法によれば、除去工程によって、固体吸着剤が窒素酸化物で吸着破過し、窒素酸化物の除去機能が低下しても、再生工程において窒素酸化物の除去機能が再生するので、固体吸着剤が窒素酸化物で吸着破過することによる問題は生じない。
また、固体吸着剤を含む窒素酸化物吸着手段に気体を供給することにより気体中に含まれる窒素酸化物を除去するので、窒素酸化物を含む気体中に二酸化炭素や酸素などのガスが共存していても共存するガスに起因する問題が生じることはない。
さらに、この窒素酸化物の除去方法では、気体から窒素酸化物を除去する際に加熱する必要がないので、加熱することに伴うエネルギー消費の問題が生じることもない。
また、上記の窒素酸化物の除去方法によれば、窒素酸化物の濃度にかかわらず、窒素酸化物を効率よく除去することができる。したがって、上記の窒素酸化物の除去方法は、従来の窒素酸化物の除去方法では窒素酸化物を効率よく除去することが困難であった気体、例えば、道路トンネル内、地下駐車場内、都市内幹線道路近傍などの大気が採取された気体である場合にも好ましく適用できる。
【0010】
また、上記の窒素酸化物の除去方法においては、窒素酸化物センサーにより前記除去機能を検知する検知工程を含み、前記検知工程において除去機能の低下が検知された場合に、前記再生工程を行う除去方法としてもよい。
このような窒素酸化物の除去方法とすることで、所定の水準以上の窒素酸化物の除去機能を確保することができ、窒素酸化物を除去した後に得られる気体の品質を向上させることができる。
【0011】
また、上記の窒素酸化物の除去方法においては、前記窒素酸化物吸着装置と前記再生剤を貯留する再生剤タンクとの間で、前記再生剤を循環させてもよい。
このような窒素酸化物の除去方法とすることで、窒素酸化物吸着装置と再生剤タンクとの間で再生剤を循環させるだけで、容易に再生工程を行うことができるものとなり、より一層効率よく気体中に含まれる窒素酸化物を除去することができる。
【0012】
さらに、上記の窒素酸化物の除去方法においては、前記除去工程の前に、前記気体中に含まれる窒素酸化物を、二酸化窒素、三酸化二窒素、四酸化二窒素、五酸化二窒素のいずれかにする前処理工程を含む除去方法としてもよい。
二酸化窒素、三酸化二窒素、四酸化二窒素、五酸化二窒素は、いずれも一酸化窒素と比較して固体吸着剤に吸着されやすい。したがって、上記の前処理工程を含む窒素酸化物の除去方法とすることで、たとえ、気体中に含まれる窒素酸化物に一酸化窒素が含まれていたとしても、一酸化窒素が含まれていない場合と同様に、効率よく気体中に含まれる窒素酸化物を除去することが可能となる。
【0013】
また、上記の窒素酸化物の除去方法においては、前記窒素酸化物吸着手段に供給される前記気体が、湿度を含むことが望ましい。
気体中に水が含まれていると、固体吸着剤の表面で窒素酸化物の水和反応が生じ、窒素酸化物が亜硝酸あるいは硝酸となる。このため、固体吸着剤による窒素酸化物の吸着量が増大し、窒素酸化物が固体吸着剤により一層吸着されやすくなり、より一層効率よく気体中に含まれる窒素酸化物を除去することができる。
【0014】
さらに、上記の窒素酸化物の除去方法においては、前記固体吸着剤が、炭素系材料であることが望ましい。
このような窒素酸化物の除去方法とすることで、固体吸着剤が、大きな比表面積を有するものとなるので、窒素酸化物が固体吸着剤により一層吸着されやすくなり、より一層効率よく気体中に含まれる窒素酸化物を除去することができる。
特に、固体吸着剤として好ましく適用される大きな比表面積を有する炭素系材料の一例として、活性炭を挙げることができる。
【0015】
さらに、上記の窒素酸化物の除去方法においては、前記塩基性物質が、アルカリ金属の水酸化物あるいはアルカリ土類金属の水酸化物であることが望ましい。
強塩基性物質であるアルカリ金属の水酸化物あるいはアルカリ土類金属の水酸化物は、固体吸着剤の吸着した窒素酸化物を効率良く除去することができる。このため、塩基性物質をアルカリ金属の水酸化物あるいはアルカリ土類金属の水酸化物とすることで、より一層効率よく再生工程を行うことができ、より一層効率よく気体中に含まれる窒素酸化物を除去することができる。
【0016】
また、上記の窒素酸化物の除去方法においては、前記還元性物質が、亜硫酸塩であることが望ましい。
亜硫酸塩は、常温でも効率よく窒素酸化物を窒素ガスまで還元することができる。このため、還元性物質を亜硫酸塩とすることで、より一層効率よく再生工程を行うことができ、より一層効率よく気体中に含まれる窒素酸化物を除去することができる。
【0017】
また、上記の窒素酸化物の除去方法においては、再生剤が還元性物質を含む場合には、除去機能を窒素雰囲気で再生することが望ましい。
このような窒素酸化物の除去方法とすることで、還元性物質が酸素などによって劣化することを防ぐことができ、再生剤の寿命を長くすることができる。
【0018】
さらに、上記の問題を解決するために、本発明の窒素酸化物の除去装置は、気体中に含まれる窒素酸化物を除去する装置であって、窒素酸化物を吸着して除去する固体吸着剤を含む窒素酸化物吸着手段と、前記窒素酸化物吸着手段の窒素酸化物の除去機能が低下した場合に、塩基性物質あるいは還元性物質を含む再生剤を前記窒素酸化物吸着手段に供給する再生剤供給手段とを備え、前記固体吸着剤に吸着された窒素酸化物が前記再生剤によって除去されることにより、低下した前記除去機能が再生されることを特徴とする。
このような窒素酸化物の除去装置は、上述した窒素酸化物の除去方法を行う場合に好適に使用することができ、気体中に含まれる窒素酸化物を効率よく除去することができる。
【0019】
また、上記の窒素酸化物の除去装置においては、前記除去機能を検知する窒素酸化物センサーを含み、前記窒素酸化物センサーが所定濃度以上の窒素酸化物の濃度を検知した場合に、前記除去機能が再生されるものとすることができる。
このような窒素酸化物の除去装置とすることで、所定の水準以上の窒素酸化物の除去機能を確保することができ、窒素酸化物を除去した後に得られる気体の品質を向上させることができる。
【0020】
さらに、上記の窒素酸化物の除去装置においては、前記再生剤を貯留する再生剤タンクが備えられ、前記再生剤が、前記再生剤タンクと前記窒素酸化物吸着装置との間で循環可能とされているものとすることができる。
このような窒素酸化物の除去装置とすることで、窒素酸化物吸着装置と再生剤タンクとの間で再生剤を循環させるだけで、容易に低下した除去機能が再生されるものとなり、より一層効率よく気体中に含まれる窒素酸化物を除去することができる。
【0021】
さらに、上記の窒素酸化物の除去装置においては、前記気体中に含まれる窒素酸化物を、二酸化窒素、三酸化二窒素、四酸化二窒素、五酸化二窒素のいずれかにする前処理手段を備え、前記前処理手段を通過した前記気体が前記窒素酸化物吸着装置に供給されるものとしてもよい。
このような窒素酸化物の除去装置とすることで、たとえ、気体中に含まれる窒素酸化物に一酸化窒素が含まれていたとしても、一酸化窒素が含まれていない場合と同様に、効率よく気体中に含まれる窒素酸化物を除去することが可能となる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図1および図2は、本発明の窒素酸化物の除去方法の一例を説明するためのフローチャートである。また、図3は、本発明の窒素酸化物の除去装置の一例を示した写真であり、図4は、本発明の窒素酸化物の除去装置の一例を説明するための概略図である。
【0023】
まず、本発明の窒素酸化物の除去装置について詳細に説明する。
図4に示す窒素酸化物の除去装置は、窒素酸化物を除去するために採取された大気を窒素酸化物酸化装置(特許請求の範囲における「前処理手段」に相当する。)2に供給する供給ライン1と、窒素酸化物酸化装置2と、窒素酸化物吸着装置(特許請求の範囲における「窒素酸化物吸着手段」に相当する。)4に窒素酸化物酸化装置2通過した大気を供給する大気供給ライン3と、窒素酸化物を吸着する窒素酸化物吸着装置4と、窒素酸化物吸着装置4を通過した大気を浄化大気として放出する大気排気ライン5とを備えている。
【0024】
また、図4に示す大気放出ライン5中には、窒素酸化物センサーが設置されている。窒素酸化物センサーは、窒素酸化物吸着装置4の窒素酸化物の除去機能を検知するものであって、大気放出ライン5から放出される浄化大気の窒素酸化物の濃度を管理するものである。さらに、図4に示す窒素酸化物の除去装置には、再生剤を貯留する再生剤タンク6と、再生剤タンク6から窒素酸化物吸着装置4に再生剤を供給する再生剤供給ライン7と、窒素酸化物吸着装置4から再生剤タンク6に窒素酸化物吸着装置4を通過した再生剤を戻す再生剤戻りライン8とからなる再生剤供給手段が備えられ、再生剤が、再生剤タンク6と窒素酸化物吸着装置4との間で、再生剤供給ライン7および再生剤戻りライン8を介して循環できるようになっている。
【0025】
そして、図4に示す窒素酸化物の除去装置は、窒素酸化物センサーが所定濃度以上の濃度を検知した場合に、窒素酸化物吸着装置4の窒素酸化物の除去機能が再生されるようになっている。
【0026】
供給ライン1は、窒素酸化物酸化装置2に大気を供給し得る構造のものであればいかなるものであってもよく、特に限定されない。また、供給ライン1には、必要に応じて、窒素酸化物吸着装置4の目づまりなどを防止する集塵装置や窒素酸化物酸化装置2に供給する大気の流速や流量を制御する装置などが取り付けられる。
【0027】
窒素酸化物酸化装置2は、大気に含まれる窒素酸化物を酸化することにより、大気に含まれる窒素酸化物を二酸化窒素、三酸化二窒素、四酸化二窒素、五酸化二窒素のいずれかにするものである。窒素酸化物吸着装置2の形態は特に限定されないが、低濃度の窒素酸化物を効果的に酸化することができるオゾン発生による酸化装置であることが好ましい。窒素酸化物酸化装置2の温度制御は特に必要なく、大気供給ライン1を介して供給された温度のままでかまわない。
【0028】
窒素酸化物吸着装置4は、窒素酸化物を吸着させるものであり、窒素酸化物を吸着する固体吸着剤4aを容器内に充填してなる充填層が用いられる。固体吸着剤4aを充填した充填層としては、特に限定されないが、少ない圧力損失で大気を流通させることができる構造のものが好ましく使用される。
【0029】
固体吸着剤4aは、圧力損失を低くおさえる観点から、数mm〜数cmの破砕粒子や成型粒子、またはハニカム構造の粒子であることが好ましい。さらに、固体吸着剤4aは、低濃度の窒素酸化物を効率良く吸着する観点から、比表面積が大きいことが好ましい。また、窒素酸化物吸着装置4に使用される固体吸着剤4aの種類は、1種類でもよいが2種類以上併用してもよい。固体吸着剤4aを構成する材料としては、炭素系材料や無機系材料などを例示できる。炭素系材料としては、やしがら活性炭、ピッチ系活性炭、炭素繊維、木炭、フラーレン、カーボンナノチューブなどを例示できる。無機系材料としては、活性白土、アルミナ、ゼオライト、シリカ、マグネシア、チタニアなどを例示できる。中でも特に好ましい固体吸着剤4aとして、活性炭など大きな比表面積を有する炭素系材料が挙げられる。
【0030】
また、固体吸着剤4aを充填する容器は、大気の漏洩がなく、固体吸着剤4aからの体圧や、固体吸着剤4aを洗浄・再生する際に使用される再生剤の液圧に耐え得る構造のものであればいかなるものであってもよく、特に限定されない。さらに、固体吸着剤4aを充填する容器の材質も特に限定されず、軟鋼、ステンレス鋼、FRP、PCVなどが例示できる。
【0031】
また、窒素酸化物吸着装置4についても窒素酸化物酸化装置2と同様に温度制御は特に必要なく、大気供給ライン3を介して供給された温度のままでかまわない。また、図4に示す窒素酸化物の除去装置では、窒素酸化物を効果的に吸着するために、大気供給ライン3を介して供給された大気の湿度が、好ましくは40%以上、より好ましくは60%以上、さらに好ましくは80%以上となるようにされている。窒素酸化物吸着装置4に供給される大気の湿度は、いかなる方法および装置を用いて制御されていてもよく、例えば、大気に水を噴霧するなどして湿度を上昇させる方法などが好適に使用できる。
【0032】
さらに、図4に示す窒素酸化物の除去装置では、窒素酸化物を効率よく吸着するために、制御装置9を用いて制御することにより、窒素酸化物吸着装置4に供給される大気の空間速度が、1000〜200000h−1、より好ましくは3000〜100000h−1となるようにされている。窒素酸化物吸着装置4に供給される大気の空間速度は、除去すべき大気の窒素酸化物の濃度や、固体吸着剤4aの種類、窒素酸化物吸着装置4の大きさなどに応じて決定される。なお、制御装置9は、窒素酸化物吸着装置4に供給される大気の空間速度を制御できるものであればいかなるものであってもよく、特に限定されない。
【0033】
窒素酸化物吸着装置4は、固体吸着剤4aが窒素酸化物で吸着破過することによって徐々に窒素酸化物の除去機能が低下する。しかし、図4に示す窒素酸化物の除去装置では、吸着破過した固体吸着剤4aから再生剤を用いて窒素酸化物を除去することにより、窒素酸化物吸着装置4が再生される。再生剤としては、塩基性物質あるいは還元性物質を含む水溶液が使用される。
【0034】
塩基性物質としては、特に限定されないが、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩などを挙げることができ、固体吸着剤の吸着した窒素酸化物を効率良く除去する観点から、強塩基性物質であるアルカリ金属水酸化物やアルカリ土類水酸化物が特に好ましく使用される。
【0035】
アルカリ金属水酸化物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどを例示できる。アルカリ土類水酸化物としては、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなどを例示できる。アルカリ金属炭酸塩としては、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムを例示できる。アルカリ土類金属炭酸塩としては、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムを例示できる。
【0036】
また、還元性物質としては、特に限定されないが、亜硫酸塩、チオ硫酸塩、水素化物、硫化水素、アルデヒド類などを挙げることができ、常温で窒素酸化物を窒素ガスまで還元する観点から、亜硫酸塩を用いることが好ましい。
【0037】
亜硫酸塩としては、亜硫酸リチウム、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸カルシウム、亜硫酸マグネシウム、亜硫酸鉄、亜硫酸銅などを例示できる。チオ硫酸塩としては、チオ硫酸リチウム、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウム、チオ硫酸カルシウム、チオ硫酸マグネシウムなどを例示できる。水素化物としては、水素化ホウ素ナトリウム、水素化アルミリチウムなどを例示できる。アルデヒド類としては、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドなどを例示できる。
【0038】
なお、再生剤として還元性物質を用いる場合は、還元性物質が酸素などによって劣化することを防ぐために、再生剤タンク6を窒素置換しておくことが望ましい。さらに、窒素酸化物吸着装置4を再生する際には、再生剤タンク6だけでなく窒素酸化物吸着装置4も窒素置換しておくことが好ましい。
【0039】
再生剤は、窒素酸化物吸着装置4に供給される大気中の窒素酸化物の種類や量、再生剤の濃度などを考慮して調製することによって、1回または複数回使用することが可能なものとされる。
【0040】
次に、このような窒素酸化物の除去装置を用いて、大気中に含まれる窒素酸化物を除去する方法について詳細に説明する。
以下に説明する方法によって窒素酸化物が除去される窒素酸化物を含む大気としては、特に限定されないが、例えば、数ppm以下の窒素酸化物濃度が問題となっている道路トンネル内や地下駐車場内から採取される大気、あるいは都市幹線道路近傍などから採取される大気などが挙げられる。また、窒素酸化物を含む大気としては、湿度が60%以上、より好ましくは80%以上であることが望ましい。
【0041】
このような窒素酸化物を含む大気中に含まれる窒素酸化物を除去するには、まず、図1に示すように、窒素酸化物を含む大気が、大気供給ライン1を介して窒素酸化物酸化装置2に供給(S1)され、大気中の窒素酸化物が、二酸化窒素、三酸化二窒素、四酸化二窒素、五酸化二窒素のいずれかとされ(特許請求の範囲における「前処理工程」に相当する(S2)。)る。ついで、窒素酸化物酸化装置2通過した大気が、大気供給ライン3を介して窒素酸化物吸着装置4に供給(S3)され、大気中の窒素酸化物が固体吸着剤4aに吸着されて除去(特許請求の範囲における「除去工程」に相当する(S4)。)される。そして、窒素酸化物吸着装置4を通過した大気が、大気排気ライン5を介して浄化大気として放出(S6)される。
【0042】
このとき、大気放出ライン5中に設置されている窒素酸化物センサーにより所定濃度以上の窒素酸化物が検知(特許請求の範囲における「検知工程」に相当する(S5)。)されると、大気供給ライン1からの窒素酸化物を含む大気の供給が遮断(S7)され、大気の供給を遮断したままの状態で、以下に示す窒素酸化物吸着装置4の再生(特許請求の範囲における「再生工程」に相当する(S8)。)が行われる。
【0043】
窒素酸化物吸着装置4を再生するには、まず、図2に示すように、再生剤タンク6から再生剤供給ライン7を介して窒素酸化物吸着装置4に再生剤を供給(S81)し、固体吸着剤4aから窒素酸化物を除去(S82)する。再生剤による窒素酸化物の除去は、窒素酸化物吸着装置4内などで再生剤中に固体吸着剤4aを浸漬する方法や、再生剤を固体吸着剤4aに散布する方法などによって行われる。続いて、使用済みの再生剤を、再生剤戻りライン8を介して固体吸着剤4aの再生剤タンク6に戻す(S83)ことにより、窒素酸化物吸着装置4の再生が終了する。
【0044】
このようにして、窒素酸化物吸着装置4の再生が終了すると、図1に示すように、大気供給ライン1からの窒素酸化物を含む大気の供給が再開(S9)される。そして、窒素酸化物を含む全ての大気が浄化大気として放出されるまで、上記の工程が繰り返され、窒素酸化物を含む全ての大気についての窒素酸化物の除去が終了する。
【0045】
このような窒素酸化物の除去方法および除去装置によれば、固体吸着剤4aを含む窒素酸化物吸着装置4に大気を供給することにより大気中に含まれる窒素酸化物を除去し、固体吸着剤4aが吸着した窒素酸化物を除去することにより窒素酸化物の除去機能が再生されるので、大気中に含まれる窒素酸化物を効率よく除去することができる。
【0046】
なお、本発明の窒素酸化物の除去方法および除去装置においては、上述した例に示したように、窒素酸化物センサーにより所定濃度以上の窒素酸化物が検知された場合に窒素酸化物吸着装置4の再生を行うものとしてもよいが、所定の期間毎に行うものとしてもよい。例えば、本発明の窒素酸化物の除去方法および除去装置を長期にわたって連続して適用する場合など、メンテナンスのしやすさなどを考慮して、1日1回あるいは、1週間に1回などの周期で再生するようにしてもよい。
【0047】
また、本発明の窒素酸化物の除去方法および除去装置においては、窒素酸化物吸着装置が複数設けられていてもよい。図5は、2つの窒素酸化物吸着装置が設けられている窒素酸化物の除去装置の一例を示した概略図である。なお、図5に示す窒素酸化物の除去装置は、図4に示す窒素酸化物の除去装置と、窒素酸化物吸着装置41、43とその周辺部分のみ異なるものであるので、図5においては、窒素酸化物吸着装置41、43とその周辺部分以外の部分を省略して示している。
【0048】
図5に示す窒素酸化物の除去装置は、窒素酸化物を除去する領域Aと、窒素酸化物吸着装置を再生する領域B、Cとを備えている。窒素酸化物を除去する領域Aに配置され、支持部材45に支持された窒素酸化物吸着装置43には、大気供給ライン31から大気が供給される。そして、窒素酸化物吸着装置43を通過した大気が大気排気ライン51から放出されるようになっている。また、窒素酸化物吸着装置を再生する領域Bに配置され、窒素酸化物吸着装置43と連結部材44によって連結され一体化された窒素酸化物吸着装置41には、再生剤タンク61から再生剤供給ライン71を介して再生剤が供給され、窒素酸化物吸着装置41を通過した再生剤が再生剤戻りライン81を介して再生剤タンク61に戻されるようになっている。
また、窒素酸化物吸着装置43を再生する場合には、窒素酸化物吸着装置43が矢印Dの方向に移動して窒素酸化物吸着装置を再生する領域Cに配置されると同時に、窒素酸化物吸着装置41が窒素酸化物を除去する領域Aに配置される。なお、図5においては、領域Cに配置された窒素酸化物吸着装置43を点線で示すとともに、符号42で示している。また、窒素酸化物吸着装置42には、再生剤タンク62から再生剤供給ライン72を介して再生剤が供給され、窒素酸化物吸着装置42を通過した再生剤が再生剤戻りライン82を介して再生剤タンク62に戻されるようになっている。
【0049】
図5に示す窒素酸化物の除去装置を用いて窒素酸化物を除去する場合、窒素酸化物吸着装置43が窒素酸化物を除去している間に、窒素酸化物吸着装置41が再生される。また、窒素酸化物吸着装置41が窒素酸化物を除去している間に、窒素酸化物吸着装置43が再生される。
このように、窒素酸化物吸着装置が複数設けられている場合、複数の窒素酸化物吸着装置のうちの少なくとも1つが窒素酸化物を除去している間に、他の窒素酸化物吸着装置を再生することができ、窒素酸化物の除去と再生とを同時に行うことができるので、連続的に効率よく窒素酸化物の除去を行うことができる。なお、窒素酸化物吸着装置が複数設けられている場合の再生剤供給手段の設置数は、図5に示す例のように、複数であってもよいし、1つであってもよい。また、複数の窒素酸化物吸着装置は、図5に示す例のように、連結されていてもよいが、連結されていなくてもよく、窒素酸化物を除去する領域と、窒素酸化物吸着装置を再生する領域との間を、それぞれが個別に移動可能とされていてもよい。
【0050】
さらに、窒素酸化物吸着装置4が小型の場合には、固体吸着剤をカセット化して取り外し可能なものとすることで、カセット化された固体吸着剤を取り外して再生剤中に浸漬させる方法により、固体吸着剤の窒素酸化物を除去できるものとしてもよい。また、固体吸着剤をカセット化して取り外し可能なものとすることで、固体吸着剤を交換する必要が生じた場合に、容易に固体吸着剤を交換できるものとなる。
【0051】
さらに、上述した例に示したように、窒素酸化物を含む大気は、窒素酸化物酸化装置2を通過した後、窒素酸化物吸着装置4に供給されることが望ましいが、窒素酸化物を含む大気における窒素酸化物の除去率が低くても問題ない場合や、気体中に含まれる窒素酸化物が、二酸化窒素、三酸化二窒素、四酸化二窒素、五酸化二窒素から選ばれる一種以上からなる場合には、大気供給ライン1が大気供給ライン3に直接接続され、窒素酸化物酸化装置2を介することなく窒素酸化物を含む大気が窒素酸化物吸着装置4に供給されるようになっていてもよい。
【0052】
また、上述した例に示したように、本発明は、大気中に含まれる窒素酸化物を除去する際に好ましく適用することができるが、本発明において、窒素酸化物が除去される気体は大気でなくてもよく、特に限定されない。
【0053】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び比較例を示し、本発明をより詳細に説明する。
「実施例1」
図6に示した窒素酸化物の除去装置を使用して、以下に示す試験を行った。
すなわち、内径16mmのガラス容器に、やしがら活性炭(ナカライテスク製、粒子径0.5〜3mm)からなる固体吸着剤を1ml(0.43g)充填して得られた窒素酸化物吸着装置14に、制御装置10を用いて制御することにより、二酸化窒素を1ppm含む温度25℃、湿度100%の空気を、空間速度48000h−1にて流通させ、窒素酸化物センサー15によって検知された窒素酸化物の濃度から窒素酸化物の除去率を求めた。
【0054】
そして、窒素酸化物除去率が70%となった32h後、窒素酸化物吸着装置14内の固体吸着剤を再生剤(1%亜硫酸ナトリウムを含む水溶液)10mlに30分間浸漬し、固体吸着剤を再生した。その後、空気を流通を再開し、32h毎に合計4回、上記と同様にして固体吸着剤を再生し、上記と同様にして窒素酸化物の除去率を求めた。
その結果を表1に示す。
【0055】
【表1】
表1において「湿度」は、相対湿度であり、単位は「%」である。「空間速度」は、ガス体積流量計にて測定したものであり、単位は「h−1」である。「粒子径」の単位は「mm」である。また、「時間」とは、再生が終了してから窒素酸化物の除去率が70%以上であった時間のことをいう。
表1に示すように、再生が終了してから32h後までの窒素酸化物除去率は、いずれも70%以上であった。
【0056】
「実施例2」
再生剤として、5%水酸化ナトリウム水溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして、窒素酸化物の除去と活性炭の再生とを繰り返し行った。
その結果、表1に示すように、再生が終了してから24h後までの窒素酸化物除去率は、いずれも70%以上であった。
【0057】
「実施例3」
空気の湿度を40%とした以外は、実施例1と同様にして、窒素酸化物の除去と活性炭の再生とを繰り返し行った。
その結果、表1に示すように、再生が終了してから4h後までの窒素酸化物除去率は、いずれも70%以上であった。
【0058】
「実施例4」
空間速度を96000h−1とした以外は、実施例1と同様にして、窒素酸化物の除去と活性炭の再生とを繰り返し行った。
その結果、表1に示すように、再生が終了してから22h後までの窒素酸化物除去率は、いずれも70%以上であった。
【0059】
「実施例5」
空間速度を4800h−1とした以外は、実施例1と同様にして、窒素酸化物の除去と活性炭の再生とを繰り返し行った。
その結果、表1に示すように、再生が終了してから72h後までの窒素酸化物除去率は、いずれも70%以上であった。
【0060】
「実施例6」
空間速度を9600h−1とした以外は、実施例1と同様にして、窒素酸化物の除去と活性炭の再生とを繰り返し行った。
その結果、表1に示すように、再生が終了してから38h後までの窒素酸化物除去率は、いずれも70%以上であった。
【0061】
「実施例7」
活性炭の粒子径を2〜6mmにした以外は、実施例1と同様にして、窒素酸化物の除去と活性炭の再生とを繰り返し行った。
その結果、表1に示すように、再生が終了してから102h後までの窒素酸化物除去率は、いずれも70%以上であった。
【0062】
「実施例8」
空気の湿度を80%とした以外は、実施例1と同様にして、窒素酸化物の除去と活性炭の再生とを繰り返し行った。
その結果、表1に示すように、再生が終了してから24h後までの窒素酸化物除去率は、いずれも70%以上であった。
【0063】
「比較例1」
再生剤として、100mlのイオン交換水を用いた以外は、実施例1と同様にして、窒素酸化物の除去と活性炭の再生とを繰り返し行った。
その結果、表1に示すように、再生が終了してから5分後で窒素酸化物除去率が、70%を下回り、固体吸着剤を再生することはできなかった。
【0064】
【発明の効果】
上述したように、本発明の窒素酸化物の除去方法および除去装置によれば、固体吸着剤を含む窒素酸化物吸着手段に気体を供給することにより気体中に含まれる窒素酸化物を除去し、固体吸着剤が吸着した窒素酸化物を除去することにより窒素酸化物の除去機能が再生されるので、気体中に含まれる窒素酸化物を効率よく除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の窒素酸化物の除去方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図2】本発明の窒素酸化物の除去方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図3】本発明の窒素酸化物の除去装置の一例を示した写真である。
【図4】本発明の窒素酸化物の除去装置の一例を説明するための概略図である。
【図5】本発明の窒素酸化物の除去装置の他の例を説明するための概略図である。
【図6】実施例および比較例に用いた窒素酸化物の除去装置を示した図である。
【符号の説明】
1 大気供給ライン
2 窒素酸化物酸化装置
3 大気供給ライン
4 窒素酸化物吸着装置
5 大気排出ライン
6 再生剤タンク
7 再生剤供給ライン
8 再生剤戻りライン
Claims (14)
- 気体中に含まれる窒素酸化物を除去する方法であって、
窒素酸化物を吸着して除去する固体吸着剤を含む窒素酸化物吸着手段に、前記気体を供給することにより前記気体中に含まれる窒素酸化物を除去する除去工程と、
前記除去工程によって低下した前記窒素酸化物吸着手段の前記窒素酸化物の除去機能を、塩基性物質あるいは還元性物質を含む再生剤によって前記固体吸着剤が吸着した窒素酸化物を除去することにより再生する再生工程とを含むことを特徴とする窒素酸化物の除去方法。 - 窒素酸化物センサーにより前記除去機能を検知する検知工程を含み、前記検知工程において除去機能の低下が検知された場合に、前記再生工程を行うことを特徴とする請求項1に記載の窒素酸化物の除去方法。
- 前記窒素酸化物吸着装置と前記再生剤を貯留する再生剤タンクとの間で、前記再生剤を循環させることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の窒素酸化物の除去方法。
- 前記除去工程の前に、前記気体中に含まれる窒素酸化物を、二酸化窒素、三酸化二窒素、四酸化二窒素、五酸化二窒素のいずれかにする前処理工程を含むことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに窒素酸化物の除去方法。
- 前記気体が、道路トンネル内、地下駐車場内、都市内幹線道路近傍のいずれかの大気が採取されたものであることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の窒素酸化物の除去方法。
- 前記窒素酸化物吸着手段に供給される前記気体が、湿度を含むことを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の窒素酸化物の除去方法。
- 前記固体吸着剤が、炭素系材料であることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の窒素酸化物の除去方法。
- 前記塩基性物質が、アルカリ金属の水酸化物あるいはアルカリ土類金属の水酸化物であることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の窒素酸化物の除去方法。
- 前記還元性物質が、亜硫酸塩であることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の窒素酸化物の除去方法。
- 前記再生剤が、還元性物質を含む場合に、
前記除去機能を、窒素雰囲気で再生することを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の窒素酸化物の除去方法。 - 気体中に含まれる窒素酸化物を除去する装置であって、
窒素酸化物を吸着して除去する固体吸着剤を含む窒素酸化物吸着手段と、
前記窒素酸化物吸着手段の窒素酸化物の除去機能が低下した場合に、塩基性物質あるいは還元性物質を含む再生剤を前記窒素酸化物吸着手段に供給する再生剤供給手段とを備え、
前記固体吸着剤に吸着された窒素酸化物が前記再生剤によって除去されることにより、低下した前記除去機能が再生されることを特徴とする窒素酸化物の除去装置。 - 前記除去機能を検知する窒素酸化物センサーを含み、前記窒素酸化物センサーが所定濃度以上の窒素酸化物の濃度を検知した場合に、前記除去機能が再生されることを特徴とする請求項11に記載の窒素酸化物の除去装置。
- 前記再生剤を貯留する再生剤タンクが備えられ、
前記再生剤が、前記再生剤タンクと前記窒素酸化物吸着装置との間で循環可能とされていることを特徴とする請求項11または請求項12に記載の窒素酸化物の除去装置。 - 前記気体中に含まれる窒素酸化物を、二酸化窒素、三酸化二窒素、四酸化二窒素、五酸化二窒素のいずれかにする前処理手段を備え、
前記前処理手段を通過した前記気体が前記窒素酸化物吸着装置に供給されることを特徴とする請求項11ないし請求項13のいずれかに窒素酸化物の除去装置。
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