JPH0578369B2

JPH0578369B2 -

Info

Publication number: JPH0578369B2
Application number: JP63175870A
Authority: JP
Inventors: Takanobu Watanabe; Masayoshi Ichiki; Shigenori Onizuka
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 1988-07-14
Filing date: 1988-07-14
Publication date: 1993-10-28
Also published as: JPH0226616A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野各種道路トンネルすなわち山岳トンネル、海底
トンネル、地下道路、シエルター付道路等におい
て、長大で自動車交通量の多いところには、通行
者の健康保護や視程の改善を目的として相当量の
換気を行なう必要がある。また、比較的単距離の
トンネルでも都市部あるいはその近郊では、トン
ネルの出入口部に集中する一酸化炭素（CO）、窒
素酸化物（NOx）等による大気汚染を防止する
方法として、トンネル内の空気を吸引排気（拡
散）する方法がとられている。

しかしながら、排気ガスをそのまま周囲に放散
するのでは地域的な環境改善には役立たず、特に
自動車排ガスによる汚染が平面的に拡がつている
都市部あるいはその近郊では、高度の汚染地域を
拡大させることになりかねない。既設道路の公害
対策として、トンネル化、シエルター設置等を図
る場合も、前述の事情は全く同じである。

本発明は、このような各種道路トンネルの換気
ガス中に含有される低能度の窒素酸化物を効率よ
く除去し、無害化する浄化装置に関するものであ
る。

従来の技術一般に吸着装置の型式としては、大別して固定
床方式と移動床方式がある。

固定床方式では、吸着装置を複数基並列に設置
し、吸着剤が対象物質を所定量吸着し、吸着装置
出口の対象物質の濃度が限定に達した時点で装置
を切り換え、吸着剤の脱離再生を行なう。大量の
ガスを取扱う場合、ガス流通抵抗の関係で吸着剤
充填量が低く抑えられるので、装置の切り換え頻
度が高くなる。したがつて、脱離再生に必要な時
間にもよるが、吸着装置の並列設置基数が多くな
り、設備全体の規模が非常に大きくなる。

他方、移動床方式では、一般に吸着剤をガスと
向流接触させ、対象物質を多量に吸着した吸着剤
を順次抜き出し脱離再生する一方、新品又は脱離
再生を行なつた吸着剤を順次充填する。したがつ
て、吸着装置の連続運転が可能で、装置の切り換
えが不要なため、固定床方式と比べ設備規模が小
さくてすむ。

従来法として、（財）工業開発研究所が燃焼排
ガス中のNOx除去システムとして提案している
移動床方式のNOx吸着装置の一例（特殊な吸着
酸化触媒を使用する新脱硝システムの開発に関す
る研究、（財）工業開発研究所、昭和53年５月）
を第４図に示す。

なお、この提案の装置は、NOx濃度が100ppm
以上である燃焼排ガスを対象としたもので、
NOx濃度5ppm程度の道路トンネル換気ガスの処
理とは、対象を全く異にするため、これをこのま
ま適用するわけにはいかないが、基本的にはこの
システムが参考となる。

以下、第４図を基に上記NOx除去システムの
説明をする。

脱湿塔上部の脱湿部に脱湿剤としてシリカゲル
を充填し、ライン４１から導入される排ガス
（NOx＋空気＋H₂O）中の水分をこれに吸着させ
る。吸湿した脱湿剤は自重で下方へ移動し、再生
部に入る。

再生部では、ライン４３により導入される再生
用乾燥ガス（吸着部の出口ガスを利用する）と上
記脱湿剤を接触させ、吸着した水分を脱湿剤から
脱離する。こうして脱湿剤は再生され、乾燥ガス
と共に吹き上げられ、脱湿塔上部へ再び循環す
る。

このように脱湿剤シリカゲルは吸着、脱離、再
生を繰り返し、系内を循環している。ライン４１
から導入される排ガスは脱湿され、吸着塔上部の
吸着部へ行く。ライン４３からの再生用乾燥ガス
は脱湿塔の再生部で水分を得、浄化ガス（空気＋
H₂O）として大気中へ放出される。

一方、吸着塔上部の吸着部にはNOx吸着剤を
充填し、脱湿塔からの乾燥排ガス（空気＋NOx）
中のNOxをこれに吸着させる。NOxを吸着した
吸着剤は自重で下方へ移動し、脱離・再生部へ入
る。脱離・再生部では、吸着剤はヒーター４６に
より400℃に加熱され、後述する乾燥追出しガス
と接触し、吸着しているNOxを脱離することに
より再生され、乾燥空気と共に吹き上げられ、吸
着塔上部へ再び循環される。

ライン４４から導入される乾燥追出しガスは、
吸着部の出口ガスの一部を利用したものであつ
て、脱離・再生部で吸着剤よりNOxを脱離させ、
ライン４５から脱離ガスとして系外に取り出され
る。ライン４２から導入される乾燥排ガス
（NOx＋空気）は吸着部で脱硝され、浄化脱湿空
気となり、大部分はライン４３により脱湿剤再生
用乾燥ガスとして脱湿塔の再生部に導入され、残
部は乾燥追出しガスとして吸着塔の脱離・再生部
へ導入される。

ライン４５から系外に取り出される脱離ガスに
は、吸着剤より脱離したNOxが含まれるため、
この脱離ガス中のNOxをアルカリ水溶液等に吸
収させる方法（湿式吸収法）により、NOxを除
去することが提案されている。しかしながら、こ
の湿式吸収法ではNOxが硝酸塩や亜硝酸塩とし
て吸収液に蓄積されるので、吸収液の管理、後処
理（廃液処理）等が必要であり、プロセスが複雑
となり、処理コストが高くなる。

本出願人らは、この脱離ガスを無害化して大気
放出する方法として、NOxを吸着した吸着剤を
NH₃を含む空気で処理し再生する方法をすでに
提案している（」特願昭62−313777号参照）。こ
の方法は、NOxの脱離にNH₃によるNOxの選択
還元反応（脱硝反応）を利用することにより、吸
着剤に吸着したNOxを無害なN₂とH₂Oにして脱
離させて吸着剤を再生するものである。また、
NOxを吸着した吸着剤を昇温のみにより脱離・
再生させるには、前述のように400℃まで吸着剤
を加熱しなければならないが、NOx吸着剤とし
て脱硝触媒機能を有する銅塩を担持したゼオライ
トを用いると、吸着剤をNH₃を含む空気（再生
ガス）と100〜300℃の低温で接触させることによ
り、これを再生することができる（特願昭63−
133446号参照）。

発明が解決しようとする問題点ところで、上記の如く、NOx吸着剤の再生に
用いる再生用ガスにNH₃を注入する方法では、
脱離ガスに、NOx吸着剤から脱離したNOxのう
ちNH₃と反応しなかつた未反応NOxや過剰NH₃
が含まれる可能性がある。脱離ガスにNH₃の過
剰分が含まれないようにするには、再生用ガスに
注入するNH₃の量を正確に制御する必要がある。
逆に、注入するNH₃量が不足すると、NOx吸着
剤の再生が不十分なものになるので、NOx吸着
剤の脱離・再生部の運転が極めて難しいものとな
る。

また、NOx吸着剤の再生を完全にするために、
再生用ガスへの注入NH₃量を過剰ぎみにする場
合には、脱離ガスにNH₃の過剰分が含まれるの
で、このガスをさらに別の脱硝反応器に導き、
NOxとNH₃の脱硝反応あるいはNH₃の酸化分解
反応により無害化する必要がある。

しかし、再生用ガスを循環使用しない場合は、
再生用ガスを循環使用して一部を抜き出す場合と
比べ、処理するガス量が多く、上記脱硝反応器の
規模が大きくなるうらみがある。

上述した（財）工業開発研究所のNOx吸着シ
ステムに用いられている移動床方式の脱湿・
NOx吸着装置では、大量のガスを扱う場合、ガ
スの流通抵抗を低くするために流路断面積を大き
くする必要がある。一方、吸着効率を高めるため
には流路断面方向に均一に吸着剤粒子を抜き出
し、充填する必要があるが、このことは非常に困
難である。また、吸着剤の移動に重力を利用し、
吸着塔の下部から上部へ乾燥空気と共に吹き上げ
る方法では、吸着剤自身の摩耗、割れ、粉化が問
題となる。さらに、塔やリフトパイプ内面の摩耗
も問題となる上に、塔の構造が複雑となり、装置
の運転も容易でない。

問題点を解決するための手段本発明による道路トンネル換気ガスの浄化装置
は、NOx含有換気ガスを脱湿しかつ浄化後の換
気ガスにより脱湿剤を再生する吸着式脱湿装置
と、脱湿後の換気ガスを脱硝するNOx吸着装置
とを備えた道路トンネル換気ガスの浄化装置にお
いて、NOx吸着剤の再生ゾーンを通して、NH₃
を含む再生用ガスの大部分を循環させるガス循環
ラインと、同循環ラインから再生用ガスの一部を
抜き出し、脱硝反応器を通した後、大気へ放出す
るガス抜き出しラインとを設けたことを特徴とす
る。

吸着式脱湿装置およびNOx吸着装置としては、
脱湿剤およびNOx吸着剤をガス流れに対し直角
方向に移動させる回転式吸着装置を用いるのが好
ましい。この装置によつて脱湿剤およびNOx吸
着剤の抜き出し、再生、充填を連続的に行なうこ
とができる。

脱湿剤としては、好ましくはハニカム構造のシ
リカゲルを使用する。

NOx吸着剤としては、好ましくは、ハニカム
構造のゼオライトに銅塩を担持したものを使用す
る。

実施例本発明を適用した浄化装置の一例を第１図の全
体フローにより説明する。

NOxを含有する換気ガスを脱湿装置１に導き、
脱湿剤により換気ガス中の水分を吸着除去して、
乾燥した換気ガスを得る。ついでこのガスを
NOx吸着装置２へ導き、NOxを吸着除去し無害
化する。

この無害化かつ乾燥した換気ガスにより脱湿装
置１の脱湿剤を再生する。一方、NOx吸着装置
２でNOxを吸着した吸着剤を、NH₃を含む再生
用ガスにより再生する。

本発明の最大の特徴は、NOx吸着剤の再生に、
NH₃供給装置３からNH₃を注入した再生用ガス
の大部分を、ガス循環ラインに設けられたブロア
ー４で循環使用すると共に、再生用ガスの一部を
ガス抜き出しラインによつてパージガスとして抜
き出し、このパージガスを脱硝反応器５を通した
後、大気放出するところにある。

NOx吸着剤をNH₃を含むガスで再生する場合、
吸着剤中の吸着NOxとNH₃を効率よく反応させ
るため、再生前に吸着剤と再生用循環ガスを加熱
器６で適当な温度（100〜300℃）に加熱すること
が好ましい。また、再生用ガスを循環使用するこ
とは省エネルギーの観点から好ましい。さらに、
過剰のNH₃を含む再生用ガスの循環によつて、
吸着剤中の吸着NOxをより完全に還元除去でき、
吸着剤のより完全な再生が達成される。

従来法によるNOx吸着剤の再生では、低能度
のNH₃を正確に再生用ガス中に混入分散させ、
しかもその量は吸着剤中の吸着NOxに対応した
量、すなわち還元除去に必要かつ十分な量でなけ
ればならない。この量は吸着剤中の吸着NOx量
を正確に計測した上でないと制御不可能である
が、固体である吸着剤中のNOxを連続的に計測
することは実際問題として不可能である。したが
つて従来法によるNOx吸着剤の再生は、現実的
には過剰NH₃のリーク、または注入NH₃量不足
による不完全な吸着剤の再生のいずれかの結果に
なる可能性が大きい。

それに対し、本発明による装置は、NOx吸着
剤の再生ゾーン過剰なNH₃を存在せしめること
ができ、その結果同再生ゾーンへの十分な量の
NH₃の供給により、NOx吸着剤の完全な再生が
可能となり、NH₃注入の精密な制御も必要でな
いことを特徴とする真に実用的で経済的な装置で
ある。

再生用循環ガスの一部はパージガスとして抜き
出されるが、このパージガス中に含まれる過剰な
NH₃ないしは吸着剤から未反応のまま脱離して
くるNOxは、加熱器７の後流に設置される脱硝
反応器５によつて無害化される。脱硝反応器５で
処理されるパージガス量は非常に少ないため、脱
硝反応器５は小型なものでよく、パージガスは効
果的かつ安価に無害化される。

なお、再生用ガスを循環し、その一部をパージ
ガスとして抜き出すことは、後に述べるように、
回転式吸着装置を採用するためにも必要なことで
ある。

ところで、第１図のフローシートにおいて、
NOx吸着除去後の換気ガスに再生用循環ガスが
リークすると、設備の浄化率が低下する。60％以
上の浄化率を目標とする場合、上記再生用循環ガ
スの浄化換気ガスへのリークは大きな問題とな
る。

NOx吸着装置２は回転式吸着装置である。こ
の装置では、NOx吸着剤ブロツク（吸着剤ロー
ター）と、換気ガスや再生用ガスノズルの間に摺
動部が存在し、ここを完全にシールすることは困
難である。そこで、前記ガスリークによる浄化率
の低下防止のため、再生部（冷却、再生、予熱）
の操作圧力をNOx吸着部より低くする必要があ
る。この場合NOx吸着部から再生部へガスがリ
ークする。このリーク分に相当するガスは、再生
用ガスの循環ラインから抜き出す必要がある。ま
た、NOx吸着剤はNOxと同時に、少量の湿分を
吸着し、これが再生部で脱離し、再生用循環ガス
中に蓄積される。再生用循環ガス中の湿分を所定
濃度に抑えるには、ガス循環ラインに所定量の乾
燥空気を供給し、かつ湿分を含む循環ガスを同ラ
インから抜き出す必要がある。

すなわち、本発明になる装置では、回転式
NOx吸着装置２の上記摺動部からのリークガス
を、再生用循環ガスへの乾燥空気の主な供給源と
する配慮がなされている。

次に、脱湿および脱硝の吸着装置として、回転
式吸着装置を用いた浄化装置について説明する。

（財）工業開発研究所により提案された方法で
採用された吸着装置は、第４図を基に上述した如
く、移動床方式のうち、脱湿剤およびNOx吸着
剤を塔内の上部から下部へ自重で移動させながら
ガスと向流接触させて、吸着、脱離・再生を行な
わせ、再生後の脱湿剤およびNOx吸着剤を乾燥
空気と共に吹き上げて、塔上部へ循環させるもの
である。この装置では、脱湿剤およびNOx吸着
剤の摩耗、粉化に加えて、塔やリフトパイプ内面
の摩耗が問題となる。脱湿剤およびNOx吸着剤
の摩耗、粉化はこれらの寿命（使用可能な期間）
を短かくし、その更新量が増えるだけでなく、移
動床内のガス流通抵抗（圧損）を増加させる。ま
た、塔やリフトパイプ内面には高価な耐摩耗材料
を使用しなければならない。さらに、塔の構造が
複雑であり、装置の運転も容易でない点を考慮す
ると、この装置は実用的な装置にはなり得ないも
のである。

これに対し、この実施例では、脱湿剤および
NOx吸着剤をガス流れに対して直角方向に移動
させることにより、これらの抜き出し、再生、充
填を連続的に行なえる回転式吸着装置が使用され
ている。この装置は、従来法の上記装置と同等の
性能をより簡単な方式により達成しようとするも
ので、ガス流通抵抗が少なく、装置の構造が簡単
であるため、真に実用的な装置である。

まず、第２図を参照して、回転式脱湿装置の一
例について説明する。本発明の浄化装置で用いる
脱湿装置１は、浄化すべき換気ガスを脱湿処理
し、脱硝後の無害化された乾燥ガスにより脱湿剤
を再生する。すなわち、浄化すべき換気ガスとほ
ぼ同じガス量の再生用乾燥ガスを用いて脱湿剤を
再生する。そのために、シリカゲルを脱湿剤（水
吸着剤）とする板状吸着剤を適当なスペーサーを
介して重ねたり、平板と波板吸着剤を交互に重ね
たり、一体型のハニカム構造体とした脱湿ロータ
ーを用い、ローター内を２分割するようなガス流
路を作る。そしてこの一方に浄化すべき換気ガス
を流し、他方に再生用乾燥ガスを流し、ローラー
を回転させる。これによつて、連続的な脱湿処理
ができる。

次に、第３図を参照して、回転式NOx吸着装
置の一例について説明する。本発明の浄化装置で
用いるNOx吸着装置２は、脱湿した換気ガス中
のNOxを吸着除去し、無害化した乾燥換気ガス
を得ると同時に、NH₃を含む再生用循環ガスに
よりNOx吸着剤を再生するものである。そのた
めに、ゼオライトに銅塩を担持した吸着剤から成
る板状吸着剤を適当なスペーサーを介して重ねた
り、平板と波板吸着剤を交互に重ねたり、一体型
のハニカム構造体とした脱NOxローターを用い、
ローター内を４つに分割するようなガス流路を作
る。そして脱湿後の浄化すべき換気ガスを吸着ゾ
ーンに流し、NH₃を含む再生用循環ガスを冷却
ゾーン、再生ゾーン、予熱ゾーンの順に流し、ロ
ーターを回転させる。これによつて、連続的な
NOxの吸着除去ができる。

発明の効果本発明の換気ガス浄化装置によれば、NOx吸
着剤の再生ゾーンを通して、NH₃を含む再生用
ガスの大部分を循環させるガス循環ラインと、同
循環ラインから再生用ガスの一部を抜き出し、脱
硝反応器を通した後、大気へ放出するガス抜き出
しラインとが設けられているので、NOx吸着剤
の再生ゾーンに過剰なNH₃を存在せしめること
ができ、その結果同再生ゾーンへの十分な量の
NH₃の供給により、NOx吸着剤の完全な再生が
可能となり、NH₃注入の精密な制御も必要でな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すフローシート、
第２図は回転式脱湿装置を示す斜視図、第３図は
回転式NOx吸着装置を示す斜視図、第４図は従
来のNOx除去方法を示すフローシートである。

Claims

【特許請求の範囲】

１ NOx含有換気ガスを脱湿しかつ浄化後の換
気ガスにより脱湿剤を再生する吸着式脱湿装置
と、脱湿後の換気ガスを脱硝するNOx吸着装置
とを備えた道路トンネル換気ガスの浄化装置にお
いて、NOx吸着剤の再生ゾーンを通して、NH₃
を含む再生用ガスの大部分を循環させるガス循環
ラインと、同循環ラインから再生用ガスの一部を
抜き出し、脱硝反応器を通した後、大気へ放出す
るガス抜き出しラインとを設けたことを特徴とす
る装置。