JP4155542B2

JP4155542B2 - ハニカム型成形体を有する排ガス処理装置及びその目詰防止方法

Info

Publication number: JP4155542B2
Application number: JP2000008488A
Authority: JP
Inventors: 智関原; 恭幸相浦; 暁別府
Original assignee: Nippon Soda Co Ltd
Current assignee: Nippon Soda Co Ltd
Priority date: 2000-01-18
Filing date: 2000-01-18
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2020-01-18
Also published as: JP2001201033A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハニカム型成形体を有する粉塵を含む排ガス処理装置に関し、更に詳しくは排ガス中に含まれる可燃性有害成分や可燃性悪臭成分を触媒燃焼又は直接燃焼させて無害無臭な物質に変化させると共にその際に生ずる熱を回収して排ガス処理に再利用するハニカム型成形体を有する蓄熱型排ガス処理装置に関し、更には、前記のハニカム型成形体の目詰防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排ガス中に含まれる可燃性有害成分や可燃性悪臭成分を触媒燃焼又は直接燃焼させて無害無臭な物質に変化させる装置として、熱交換器付き直接燃焼式、触媒式の装置等が知られているが、中でもその熱効率の点から蓄熱式の装置が最近注目されている。
【０００３】
蓄熱式装置に用いられる蓄熱体の構造としては、種々の形が提案されているが、熱効率が優れているという点でハニカム構造を有する蓄熱体が多く用いられている。また、触媒式装置においても、触媒効率が優れていることから、同様にハニカム型の成形触媒が多く用いられている。
【０００４】
しかし、発電ボイラー、内燃機関、コークス炉、焼却炉等の種々の工場プロセス排ガス中には、可燃性有害成分や可燃性悪臭成分以外にもダスト等の微細粒が置く含まれており、ダストによるハニカム成形体開口部の閉塞に伴う圧損の増大、それに伴うエネルギー消費量の増大等の問題を引き起こしていた。
【０００５】
上記閉塞を防止するために、（イ）ハニカム成形体の開口部を大きくする、（ロ）ハニカム成形体の壁厚を薄くする、（ハ）スートブローを頻繁に行う等の方法が考えられるが、上記（イ）の方法では、熱効率、触媒効率を下げる結果、全容量を大きくする必要があり、（ロ）の方法ではハニカム成形体の機械的強度が低下し、更に（ハ）の方法では、経済的理由と共に、ハニカム成形体の強度をやはり弱めることなる。
【０００６】
特開昭５７−５０５３２号公報には、ハニカム型成形触媒のガス流入口の前面に、このハニカム型成形触媒の横断面と同一又は相似のハニカム断面形状を有し、その壁厚がハニカム型成形触媒の壁厚よりも厚くなく、かつハニカム型成形触媒と接する側の壁の厚さがハニカム型成形触媒の壁厚より薄くない耐熱性基材からなるハニカム形状の保護具を、上記ハニカム型成形触媒の流入口又は流出口に、緊密に接触した状態、１０ｍｍ以内に離れた状態又ははかまのように被せた状態で、かつ上記ハニカム型触媒と上記保護具とのハニカム形状が実質的に重なるように取り付けることによりダストが堆積するのを防止できることが記載されている。
【０００７】
しかし、上記保護具を実質的にハニカム型成形触媒に密着させることは技術に難しく、又同一又は相似のハニカム断面形状を有する保護具はその形状によっては困難な場合がある。
また、ハニカム型の成形体は、その機械的強度の関係及び焼結生成時の熱による歪みの問題から構造上縦方向の長さに制限があり、熱効率、触媒効率を考えた場合、ハニカム型成形体を複数段に積層して用いる場合がある。この場合、各層の中間を完全に密着させることが困難であり、その結果、各層にダストが堆積する問題が生じる。このような場合には、上記の方法ではこの問題を解決することは困難であった。
【０００８】
本発明は、ダスト等の微細粒の含む排ガスを処理するハニカム型成形触媒又は同様の排ガスの処理に用いられる加熱脱臭炉のハニカム型成形蓄熱体において、触媒効率又は熱効率を損なうことなく効率的にダストによる目詰を防止する方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、ハニカム型成形体の片面又は両面に球体を配し、ガスの流入及び／又は流出する力と球体の自重とのバランスによりハニカム成形体上で球体が上下左右に適度に移動し、その際の衝撃又は摩擦で堆積物を拭き取る若しくは飛散させることができることを見出し本発明を完成するに至った。
【００１０】
即ち、本発明は、ハニカム型成形体を有する排ガス処理装置であって、ハニカム型成形体の片面及又は両面に球体を配し、ガスの流入及び／又は流出に伴って前記球体が上下及び／又は左右に移動することができるようにしたことを特徴とする排ガス処理装置（請求項１）に関し、更に詳しくはハニカム型成形体を有する排ガス処理装置であって、ハニカム型成形体が複数段に積層されて用いられ、その複数段全体の片面又は両面、並びに各段の中間に球体を配し、ガスの流入及び／又は流出に伴って前記球体が上下及び／又は左右に移動することができるようにしたことを特徴とする排ガス処理装置（請求項２）に関する。
【００１１】
また、球体の周囲を囲む壁を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス処理装置（請求項３）に関し、単一又は複数段に積層されたハニカム型成形体が上下方向に配置されたおり、かつハニカム型成形体の最下面に球体を支持する網目状構造体を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排ガス処理装置（請求項４）に関する。
【００１２】
更に、燃焼室に連通した複数の部屋に単一又は複数段に積層されたハニカム型成形体が蓄熱体として配置されており、各部屋に対して被処理ガスの供給、パージガスの供給、及び燃焼室内で酸化分解した処理ガスの排気を順次切り換えながら排ガスを処理することを特徴とする請求項１〜４に記載の排ガス処理装置（請求項５）に関する。
【００１３】
また、球体の最大幅がハニカム型成形体の各開口部の最大幅よりも大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の排ガス処理装置（請求項６）、球体がセラミックス製であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の排ガス処理装置（請求項７）、また球体をハニカム型成形体単体開口部に対して０．２〜０．７個用いることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の排ガス装置（請求項８）に関する。
【００１４】
また、排ガスが粉塵を含む排ガスであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の排ガス処理装置（請求項９）に関する。更に、ハニカム型成形体を有する排ガス処理装置において、ハニカム型成形体の片面又は両面に球体を配し、ガスの流入及び／又は流出に伴って前記球体が上下及び／又は左右に移動することによりハニカム成形体の各開口部の堆積物を除去することを特徴とするハニカム型成形体の目詰防止方法（請求項１０）に関する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられるハニカム型成形体は、排ガス処理装置においては、蓄熱体として用いられ、更に成形体各セルの内壁に触媒をコーティングすることにより又は材質中に触媒を混合して成形することにより触媒として機能する。
ハニカム型成形体は、例えば、コージライト磁器などで形成される単体を平面状に並列させて形成される。ハニカム単体は、通常、高さが５〜３０ｃｍで、成形体全体の開口密度は、熱効率又は触媒効率を考慮して、５０〜４００セル／ｉｎｃｈ²の比較的細かいものが用いられる。また、セルの開口部の形状は、三角形、四角形、六角形、八角形等の多角形、その他円形、サインウエーブ等どのような形状であってもよいが、四角形が製作上好ましい。
【００１６】
ハニカム型成形体は、単一で用いることもできるが、熱効率、触媒活性等を考慮して複数段に積層して使用することもできる。積層する場合、各段の間を密着して用いることもできるが、完全に密着させることが技術的に困難であることから適度な空間を設けることもできる。その際、図３に示すように各段の中間に空間を確保するためにスペーサー３１を配置することができる。スペーサーの形状、大きさ、高さ、材質、数量は、各段を一定の位置に支持することができれば特に制限されない。具体的には、ハニカム成形体が１５０ｍｍ四方の場合、直径１０ｍｍの丸棒で外枠１３０ｍｍ、内枠１１０ｍｍの正方形の枠を例示することができる。ハニカム成形体を確実に積層させるため、成形体の外周よりも若干小さ目の大きさに設定するのが好ましい。また、スペーサーは球体の飛散を防止する壁の役割をすることになる。
【００１７】
ハニカム型成形体を縦型に配置し下部に球体を設けた場合、例えば図２に示すように球体を保持する網目状構造体２３を設置することができる。網目状構造体２３は、球体を保持できるだけの目の粗さがあれば特に制限されず、材質はセラミック、金属等の耐熱性のある材質であればどんなものでも用いることができる。
【００１８】
網目構造体は、開口面に対して、球体の最大幅よりも長い距離で、しかも球体が排ガスの流入出に伴って上下左右運動し開口部に接触できるような位置に配するのが好ましい。また、前記網目構造体とハニカム成形体の間に、先に述べたと同様の働きをするスペーサーを設けることができる。
【００１９】
ハニカム型成形体を有する排ガス処理装置は、例えば、図１に示すように、燃焼室に連通した複数の部屋に単一又は複数段に積層したハニカム型成形体を有し、各部屋に対して被処理ガスの供給、パージガスの供給、及び燃焼室内で酸化分解した処理ガスの排気を順次切り換えながら排ガスを処理する装置を例示することができる。
【００２０】
上記３つの動作は、ある一定間隔をおいて切り替えることにより行うこともできるが、後述するように特殊なロータリー分配弁等を用いて連続的に行うこともできる。連続的に切り替えた場合の方が、球体の運動を促進し除去効果を向上させることができる。
【００２１】
図１を用いて、更に詳しく説明する。図１において便宜上蓄熱型排ガス処理装置として説明を行うが、ハニカム型成形体を蓄熱体としてではなく触媒として用いることもできる。図１においては、内部にハニカム型蓄熱体（３ａ、３ｂ）を上下２段に配した蓄熱室（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）とこれら蓄熱室の頂部と連通した燃焼室５とを備え、各蓄熱室２Ａ、２Ｂ、２Ｃの底部には、被処理ガス供給管７、処理ガス排出管８及びパージガス供給管９の各分枝管をそれぞれ接続してあり、前記燃焼室５にはバーナ６を設けてある。上部蓄熱体３ｂの表面、上部蓄熱体３ｂと下部蓄熱体３ａの中間４、下部蓄熱体の下面にはセラミック製の小球が設けられており、下部蓄熱体の下部に設けられた小球を支持するために、網目状セラミック板１６が設けられている。また、４及び３ａと１６の間にスペーサーが設置されている。
【００２２】
被処理ガスは、まず蓄熱室２Ａに入れられ熱を加えられた蓄熱体部を上昇通過することで予熱されその後、高温雰囲気下の燃焼室で酸化分解されクリーンなガスとなり、蓄熱室２Ｂの蓄熱体部を下降通過しながら蓄熱体に熱を与えて排気される。
【００２３】
その間蓄熱２Ｃではクリーンなガスを導入し、１サイクル前の処理で配管や蓄熱室に滞留している未処理ガスを上方へパージし燃焼室で酸化分解され、蓄熱室２Ｂを経由して排気される。
第１サイクルで一定時間経過後、処理ガスとパージガスのバルブを切り換えることにより、第１サイクルでは処理ガス入側であった蓄熱室２Ａがパージとなり、蓄熱体は降温→除冷状態に、クリーンガス出側であった蓄熱室２Ｂが処理ガス入側になり蓄熱体は昇温→降温状態に、パージであった蓄熱室２Ｃがクリーンガス出側になり蓄熱体は除冷→昇温状態になる。尚、第１図における各切換弁１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ及び１４ａ、１４ｂ、１４ｃにおいて□は開状態、■は閉状態を示し、第１図は上記した第１サイクルの状態を示す図である。
【００２４】
第２サイクルで一定時間経過後、再び処理ガスとパージガスバルブを切り換え、第２サークルではパージであった蓄熱室２Ａがクリーンガス出側となり、蓄熱体は除冷→昇温状態に、処理ガス入側であった蓄熱室２Ｂがパージとなり、蓄熱体は降温→除冷状態に、クリーンガス出側であった蓄熱室２Ｃが処理ガス入側となり蓄熱体は昇温→降温状態になる。この状態が一定時間経過後、再びバルブを切り換えることにより、元の第１サイクルに戻り、順次このシーケンスを繰り返すことで、被処理ガスを効率よく加熱酸化分解できる。
【００２５】
本発明の方法は、例えば図２に示すように各蓄熱室への被処理ガスの供給、パージガスの供給、処理ガスの排出を回転式の切り換え弁（分配弁）により順次切り換える構成とした処理装置にも容易に採用することができる。また、ハニカム型成形体が蓄熱体のみならず、ハニカム型触媒においても適用することができる。
【００２６】
図２において、各蓄熱室１７に連通する開口２８ａを有する固定弁２８と、該固定弁２８と対向配置され、それぞれ図示しない被処理ガス供給用開口、パージガス供給用開口、及び処理ガス排出用開口を、周方向に所定間隔をあけて設けた回転弁３２からなる切換弁３３を取り付けている。また、被処理ガス供給管１８を接続する一方、回転弁３２を回転可能に支持する支持体１９には処理ガス排出管３４、及びパージガス管２０を接続している。このようにすれば、各蓄熱室１７に対して回転弁３２の回転により、被処理ガスの供給、パージガスの供給、及び処理ガスの排出を順次切り換えることができる。
【００２７】
なお、固定弁２８の各開口２８ａと各蓄熱室１７とは、図２（Ｂ）に示すように、各蓄熱室１７の下部にダクト２５を設け、固定弁２８の各開口２８ａを塞ぐように設けたフランジ２７とダクト２５を配管２６で連通し、開口２８ａと蓄熱室１７が１対１で対応するように接続すればよい。
【００２８】
用いる球体の大きさは、その最大幅がハニカム型成形体の各単位開口部の最大幅よりも大きければ特に制限されないが、排ガスの流入又は流出速度と球体の自重を考慮してして球体が、適度の運動を行える大きさに調節する。例えば、ハニカム型成形体の各単位開口部最大幅の１．１倍〜４倍くらいの最大幅を有する球体が好ましい。
【００２９】
球体の形状は真球である必要はなく、多少楕円状に変形しているものでも使用することができる。また、球体の重量を考慮して中空状の球体を使用することもできる。また、排ガスの流れを拡散させて球体の運動を促進するために表面に凹凸を設けたり、中空状の球体の表面に貫通する小孔を１つ以上設けることもできる。
【００３０】
材質は、耐熱性があれば特に制限されず、セラミック、金属等いずれも使用することができるが、耐摩耗性等を考慮した場合、セラミックが好ましい。
用いる球体の数は、特に制限されないが、ハニカム型成形体単体開口部に対して０．２〜０．７個用いるのが好ましい。
【００３１】
本発明の方法は、あらゆる排ガスを処理する装置に適用が可能であるが、特に微粒子の粉塵を多く含む排ガスの処理において顕著な効果を有する。粉塵としては、煤煙、塩、等が挙げられる。
【００３２】
粉塵を多く含む排ガスがハニカム型成形体を通過し排出される際、急激に拡散することから気流の乱れが生じ、粉塵の多くはガスの排出口付近に堆積する。各セルの流路は通常１〜２ｍｍ前後であり、多量の粉塵が連続的に排出された場合、すぐに各流路は堆積した粉塵で塞がれ、大きな圧損を生じることとなる。この場合、本発明の球体を開口面に配することで、例えば、排ガスの流出に伴って球体が緩やかに吹き上げられ、自重もしくは球体の回転による気流の乱れにより、球体は開口面上を上下左右に移動し、その際の衝撃、摩擦等により、堆積した粉塵を巻き上げることで、目詰りを防ぐことができる。
【００３３】
ハニカム型成形体を数段積層し中間にスペーサーを設けた場合、そのスペーサー内に球体を配置することにより、球体の偏りや飛散を防ぐことができ目詰防止効果を上げることができる。
【００３４】
【実施例】
以下実施例により詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はかかる実施例により限定されるものではない。
【００３５】
実施例
１００セル／ｉｎｃｈ²のハニカム状で大きさが１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×１５０ｍｍ蓄熱体と１００セル／ｉｎｃｈ²のハニカム状で大きさが１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×３００ｍｍ蓄熱体を上下２段に重ね、下段の蓄熱体の下には高さ１０ｍｍの間隔でセラミック製の網を配置した。上下蓄熱体の中間及び下部蓄熱体とその下に設けられた網との中間に太さ１０ｍｍの丸棒を角の部分のみが互いに接触するように敷き並べ、真四角状のスペーサーとして、そのような蓄熱室を８室有する処理装置を用いた。各部屋を順番に１〜８とした場合、ガス供給→ガス排出→ガスパージの工程を１、２、３→４、５、６→７、８の組み合わせで順次サイクルして行う。各ハニカム蓄熱体の上部、中間、及び下部に直径４〜６ミリのセラミックボールを３．１ｋｇづつ配した。炭酸カルシウムを凡そ１５ｍｇ／ｍ³含む排ガスを蓄熱体に入る手前で１３０℃まで加熱し、更に蓄熱体上段上面部での断面風速が４ｍ／秒になるように調節してガス導入し、燃焼室の温度が８００℃に維持されているハニカム型蓄熱体中を通し、上部燃焼室で酸化分解した場合に、連続運転２ヶ月でも圧損は上昇せずに運転可能であった。また、セラミックの小球を設けたことによる熱効率の低下は見られなかった。排ガスと一緒に排出された粉塵は別の集塵装置により捕集した。
【００３６】
比較例
セラミックの小球を設けない以外は実施例と同様にして排ガスを処理したところ、連続運転２週間で圧損が増大し、目詰を起こし、掃除する必要があった。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、ハニカム型成形体の性能（触媒能、熱効率）を損なうことなく、しかも、粉塵の多いガスの処理において効果的にハニカム成形体の目詰を防止できることから、従来のような頻繁に運転を休止して清掃する必要がなく長期安定して操業することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハニカム型成形体を有する排ガス処理装置による被処理ガスの処理工程を示す概略図である。
【図２】本発明の具体的構成を示した蓄熱式排ガス処理装置であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の要部斜視図である。
【図３】本発明の要部の具体的構成を示した斜視図である。
【符号の説明】
１…ハニカム型蓄熱体（触媒）を有する排ガス処理装置、２A、２B、２C…蓄熱室（触媒室）、３…蓄熱体（触媒）、３ａ…上流側蓄熱体（触媒）、３ｂ…下流側蓄熱体（触媒）、４…酸化分解室（空間）、５…燃焼室、６…バーナー、７…被処理ガス供給管、８…処理ガス排出管、９…パージガス供給管、１０…排気ファン、１１…煙突、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ…切換弁、１５…球体、１６…球体支持構造体、１７…ハニカム型蓄熱体、１８…被処理ガス供給管、１９…支持体、２０…パージガス供給管、２１…排突、２２…球体、２３…球体支持体、２４…蓄熱体、２５…ダクト、２６…配管、２７…フランジ、２８…固定弁、２９…ハニカム型成形体、３０…球体、３１…スペーサー、３２…回転弁、３３…切換弁、３４…処理ガス排出管

Claims

ハニカム型成形体を有する排ガス処理装置であって、ハニカム型成形体の片面及又は両面に球体を配し、ガスの流入及び／又は流出に伴って前記球体が上下及び／又は左右に移動することができるようにしたことを特徴とする排ガス処理装置。
ハニカム型成形体を有する排ガス処理装置であって、ハニカム型成形体が複数段に積層されて用いられ、その複数段全体の片面又は両面、並びに各段の中間に球体を配し、ガスの流入及び／又は流出に伴って前記球体が上下及び／又は左右に移動することができるようにしたことを特徴とする排ガス処理装置。
球体の周囲を囲む壁を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス処理装置。
単一又は複数段に積層されたハニカム型成形体が上下方向に配置されており、かつハニカム型成形体の最下面に球体を支持する網目状構造体を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排ガス処理装置。
燃焼室に連通した複数の部屋に単一又は複数段に積層されたハニカム型成形体が蓄熱体として配置されており、各部屋に対して被処理ガスの供給、パージガスの供給、及び燃焼室内で酸化分解した処理ガスの排気を順次切り換えながら排ガスを処理することを特徴とする請求項１〜４に記載の排ガス処理装置。
球体の最大幅がハニカム型成形体の各開口部の最大幅よりも大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の排ガス処理装置。
球体がセラミックス製であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の排ガス処理装置。
球体をハニカム型成形体単体開口部に対して０．２〜０．７個用いることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の排ガス処理装置。
排ガスが粉塵を含む排ガスであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の排ガス処理装置。
ハニカム型成形体を有する排ガス処理装置において、ハニカム型成形体の片面又は両面に球体を配し、ガスの流入及び／又は流出に伴って前記球体が上下及び／又は左右に移動することによりハニカム成形体の各開口部の堆積物を除去することを特徴とするハニカム型成形体の目詰防止方法。