JPH11285616A - 重質油の軽質化・排煙処理装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 重質油の軽質化，ｄｅＮＯｘ及びｄｅＣＯ
ｘ，ＶＯＣの分解除去などの排煙処理を、プラズマと無
機イオン交換体の組み合わせで構成し、しかも無機イオ
ン交換体に担持する触媒を変化させるだけで全て同一の
構成により処理できる装置及びその方法を得る。 【解決手段】 処理対象ガスが流通する配管内に反応槽
１０を配置し、前記反応槽内に無機イオン交換体から成
るゼオライト・ハニカム１を設置し、処理対象ガスと前
記ゼオライト・ハニカム１とを接触させるように構成し
た重質油の軽質化・排煙処理装置において、前記ゼオラ
イト・ハニカム１の各空孔部１ａに誘電体被覆管４によ
り被覆された線電極３ａ，３ｂを正極・負極一対になる
位置関係でそれぞれ挿入配置し、前記線電極３ａ，３ｂ
間には高圧交番電圧を印加することによってプラズマを
発生させ、前記ゼオライト・ハニカム１には触媒２を担
持した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、重質油（重油，廃
プラスチックの熱分解ワックスなどのＣ１２＋からなる
高級炭化水素）の軽質化（Ｃ１〜４：ガス成分，Ｃ５〜
１１：ガソリン成分などの低級炭化水素化）、及びdeＮ
Ｏｘ，deＣＯｘ，ＶＯＣの分解除去などの排煙処理に関
する。

【０００２】

【従来の技術】（重質油の軽質化）炭素数１〜５程度の
ガス状炭化水素（ＣＨ₄，Ｃ₂Ｈ₆，Ｃ₃Ｈ₈，Ｃ₄Ｈ₁₀，Ｃ
₅Ｈ₁₂など）は良好な還元剤であり、これらは脱硝反応
などにおけるアンモニア，尿素などの還元剤の代替とな
り得ることが知られている。具体的には、重油を燃料と
するディーゼル原動機設備の排煙脱硝などにおいて、燃
料重油の一部をガス化し、炭素数１〜５程度のガス状炭
化水素に効率よく軽質化できれば、それを還元剤として
活用することにより、アンモニア，尿素などの還元剤が
不要で、しかも安価な脱硝システムの構築が可能とな
る。

【０００３】従来、ナフサ（重質ガソリン）などの炭素
数６〜１０の炭化水素からＣＨ₄，Ｃ₂Ｈ₆などのガス状
低級炭化水素へ軽質化する方法としては、図１０〜１２
に示す「スチーム・リフォーミング法」がある。これ
は、ニッケル触媒などの存在下で高温（５００〜９００
℃），高圧（３０〜５０ａｔｍ）中での水蒸気による重
質油の直接軽質化分解法であり、大量生産に適した手法
として確立されている。

【０００４】また、触媒担持ゼオライトによる重質油の
軽質化は、現在、３００〜４００℃，１０〜２０ａｔｍ
という条件下で広く行われている。

【０００５】（ｄｅＮＯｘ及びｄｅＣＯｘ）石油，石
炭，ＬＮＧなどの化石燃料の燃焼時には、ＮＯｘ，ＳＯ
ｘ，ＣＯｘなどといった有害ガスが発生するので、これ
らを無害化する必要がある。また、最近では地球環境保
護の観点から、無害であっても多量の排出に対する規制
が検討されているＣＯ₂をはじめとする温室効果ガスの
分解処理も必要とされてきている。

【０００６】従来、ｄｅＮＯｘに関しては、化石燃料燃
焼を伴う製鉄・鉄鋼，非鉄金属，紙・パルプ，窯業・セ
メント，電力，石油・化学，廃棄物焼却場，原動機な
ど、産業のあらゆる分野において、おもにアンモニア接
触還元法（ＳＣＲ法〜３５０℃）が確立した手法として
適用されている。

【０００７】ＳＣＲ法は、高温（〜３５０℃）でアンモ
ニア，尿素などを還元剤として利用する直接接触還元法
である。

【０００８】また、同じく高温領域において、金属Ｃｕ
を担持したＺＳＭ−５ゼオライト（Ｓｉ／Ａｌ＝３１）
を用いた手法も自動車やディーゼル内燃機関などの排煙
処理技術として確立されている。

【０００９】更に、プラズマによる脱硝技術についても
今日、種々研究されている。例えば、特開平６−２６９
６３５号公報には、プラズマを利用した排ガス処理装置
について記載されている。

【００１０】ｄｅＣＯｘに関しては、とくにＣＯ₂のメ
タノール化による燃料化が提唱され、各種の手法が検討
されている。メタノールへの再燃料化技術に関して言及
すれば、ＣＯ₂のＣＯ化、及び、ＣＯ＋２Ｈ₂→ＣＨ₃Ｏ
Ｈ反応の達成が重要であり、とくに、ＣＯ＋２Ｈ₂→Ｃ
Ｈ₃ＯＨ反応に関しては、工業生産レベルでは（ＣＯ＋
２Ｈ₂）なる水性ガスを、ＺｎＯ触媒中で高温（３００
〜４００℃），高圧（１５０〜２００ａｔｍ）で合成す
る。

【００１１】その他、遷移金属触媒担持ゼオライトなど
による水素化反応としてのメタノール生成が行われてい
る。

【００１２】 ＣＯ ＋ ２Ｈ₂ → ＣＨ₃ＯＨ （発熱反応） 熱力学的及び化学量論的平衡条件からは、冷却，加圧に
よって反応は促進平衡する。

【００１３】また、ＣＯ₂のＣＯ化に関しては、プラズ
マ処理による還元が有望であり、種々研究されている。

【００１４】（ＶＯＣ（揮発性有機化合物）の分解）ベ
ンゼン，トリクロロエチレン，テトラクロロエチレン，
ダイオキシン類の４物質は、１９９７年４月からの大気
汚染防止法・改正で「排出または飛散を早急に抑制しな
ければならない」指定物質であり、対策がとくに必要で
ある。

【００１５】ＶＯＣの発生は、化石燃料の燃焼時に排煙
中に含まれるＮＯｘ，ＳＯｘ，ＣＯｘ，炭化水素，ハロ
ゲンガスなどが成分となって、３５０℃近傍の温度領域
において、おもにボイラ，電気集塵機電極などの金属を
触媒に合成される。

【００１６】したがって、とくに廃棄物焼却場排煙にお
いての対策が急務であり、その他、ガソリンの燃焼排煙
中にもベンゼンなどは含まれており、エンジン（原動
機）対策も重要視されている。

【００１７】従来のＶＯＣ分解除去方法には、おもに燃
焼触媒法（＞４５０℃）や活性炭吸着法などがある。

【００１８】また、プラズマによるＶＯＣ分解技術につ
いては、種々の物質（ベンゼン，トリクロロエチレン，
テトラクロロエチレン，アセトン，フロン類，トルエ
ン，他）に関する研究が試みられ、それぞれの成果が得
られている。図１３に ベッド・リアクター方式による
希薄ベンゼン（２００ｐｐｍ）の分解装置を、図１４，
１５にその結果を示す。本方式は、同軸円筒で電極を構
成し、電極間に誘電体粒（セラミック・ペレット）を充
填して高圧交番電圧を印加する。両電極に接触する誘電
体粒は帯電し、更に、誘電体粒同士の接触により隣接す
る誘電体粒が次々に帯電することによって、誘電体粒全
体が帯電して分極する。排煙ガスはこの誘電体粒中を通
過するように流され、その際各分極誘電体粒の保有する
分極電界によって電離，プラズマ化され、励起電子の運
動エネルギーはＶＯＣ分子と衝突し、分子中の２重結合
の乖離や水素ラジカルによるハロゲン結合の乖離，非環
化，低級炭化水素化などの分解を受ける。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
技術では、次のような問題点がある。

【００２０】（重質油の軽質化）従来の技術は、重質油
を燃料とする原動機などの機関における排煙処理に、還
元剤としてのガス状低級炭化水素を重質油燃料の軽質化
により直接得ようとするものであり、例えば、脱硝にお
けるＮＯｘ１０００ｐｐｍに対応して１０００ｐｐｍの
ＣＨ₄＋Ｃ₂Ｈ₆＋Ｃ₃Ｈ₈＋Ｃ₄Ｈ₁₀＋Ｃ₅Ｈ₁₂の混合物炭
化水素を得るものである。その意味で軽質油を大量生産
する必要はなく、むしろ、大掛かりな装置（高温，高
圧，それに耐え得る触媒など）を必要とせず、比較的コ
ンパクトで安価な手法が必要とされる。

【００２１】また、触媒担持ゼオライトによる重質油の
軽質化は、上記のような利用目的から、更なる低温，低
圧化が望まれている。

【００２２】（ｄｅＮＯｘ及びｄｅＣＯｘ）ＳＣＲ法や
Ｃｕ−ＺＳＭ−５法などに代表される手法は、高温領域
で有効な手法である。しかし、高温領域技術に関して
は、高温排煙中（＞３００℃）で合成されるベンゼン，
ダイオキシン類など有害ＶＯＣ（揮発性有機化合物）の
抑制対策上、今後、より低温化が検討される必要があ
る。

【００２３】一方プラズマ法は、低温領域で有効な手法
であるが単独ではＮＯ₂などの有害物質を発生し、その
２次処理が必要となる。その意味でプラズマ法は、低温
化に対して有意であるが単独では有効でない。

【００２４】つまり、従来技術である特開平６−２６９
６３５号公報のようなプラズマを利用した排ガス処理装
置でのプロセスをＮＯｘについて記述すれば、以下の通
りとなる。

【００２５】 ２ＮＯ ＋ ｅ → Ｎ₂ ＋ Ｏ₂ ＋ ｅ ２ｅ ＋ ２ＮＯ₂ → Ｎ₂ ＋ ２Ｏ₂ ＋ ２ｅ 上記のプラズマ励起反応により、ＮＯｘはＮ２に還元さ
れるが、同時に発生するＯ２あるいはＯ₃がＮ₂を再酸化
し、一般的条件ではＮＯがＮＯ₂に酸化されて反応が終
了する。

【００２６】この反応により生成されるＮＯ₂はＮＯよ
り毒性の高い有害物質である。したがって、このままで
の処理の終了は不可能であることから、一般に、従来技
術では吸着剤装置のようなＮＯ₂の後処理が必要とな
る。よって、ＮＯｘのプラズマ単独処理によるｄｅＮＯ
ｘの課題は、同時に発生するＯ₂，Ｏ₃の除去にある。

【００２７】また、ｄｅＣＯｘにおけるＣＯ₂のＣＯ化
に関しては、プラズマ処理による還元が有望であるが、 ２ｅ ＋ ２ＣＯ₂ → ２ＣＯ ＋ Ｏ₂ ＋ ２ｅ においてＣＯ₂はＣＯに還元されるが、同時に発生する
Ｏ₂あるいはＯ₃がＣＯを再酸化し、ＣＯ₂が発生するこ
とからｄｅＮＯｘと同様にｄｅＣＯｘの課題は、同時に
発生するＯ₂，Ｏ₃の除去にある。

【００２８】（ＶＯＣ（揮発性有機化合物）の分解）Ｖ
ＯＣの発生メカニズム，発生源などについては従来の技
術で述べたが、その除去方法はおもに、燃焼触媒法（＞
４５０℃），活性炭吸着法などによる。しかし、いずれ
の手法においても、３５０℃領域でのＶＯＣの再合成，
吸着物の脱着，再処理などの問題があり、必要十分では
ない。

【００２９】また、ベッド・リアクター方式によるベン
ゼンの分解では、図１７，１８に示すようにＣ₂Ｈ₂（ア
セチレン）の他、ＮＯｘ，Ｏ₃などの副生成物を発生し
ている。ＮＯｘ，Ｏ₃はいずれも有害物質であり、無害
化処理が必要とされる。本方式の副生成物の発生は、ベ
ンゼン２００ｐｐｍを除く多量の空気がプラズマにより
同時に分解を受け、Ｎ₂がＯ₂あるいはＯ₃によって酸化
されＮＯｘを生じている。したがって、ｄｅＮＯｘ，ｄ
ｅＣＯｘと同様にＯ₂，Ｏ₃の除去対策が必要となる。

【００３０】また、ハロゲン化ＶＯＣの場合は更に、分
離したハロゲンの金属触媒などによる選択的除去、具体
的には、例えば、ゼオライト活性点への吸着などによる
固定がＯ₂，Ｏ₃の除去と同様に必要となる。

【００３１】この発明は、上記の３つの処理、すなわち
重質油の軽質化ｄｅＮＯｘ及びｄｅＣＯｘＶＯＣ
の分解除去などの排煙処理を、プラズマと無機イオン交
換体の組み合わせで構成し、しかも無機イオン交換体に
担持する触媒を変化させるだけで全て同一の構成により
処理できる装置及びその方法の提供を目的とする。

【００３２】

【課題を解決するための手段】（重質油の軽質化）この
発明は、少量のガス状低級炭化水素を大掛かりな装置に
よらず、比較的コンパクトで安価に得る装置及び方法で
ある。触媒担持ゼオライトによる重質油の軽質化は通
常、３００〜４００℃，１０〜２０ａｔｍにおいて広く
行われている手法である。本発明は、この手法をベース
に、反応をより低温（〜１５０℃），低圧（常圧）で実
行する手段として、プラズマ分解との組み合わせを採用
した。

【００３３】本発明によれば、まずガス化された重質油
が処理装置（反応槽）中に導入される。反応槽内は、触
媒担持ゼオライト・ハニカムとそのハニカム中にほぼ上
下・左右、交互対称に配設された誘電体被覆管，正／負
線電極対とから構成され、電極間には高圧交番電圧が印
加される。

【００３４】誘電体被覆管は、高圧交番電圧によって帯
電・分極し、正／負極に対応してそれぞれ逆位相へ分極
し、両誘電体被覆管には常に交番高電界が発生する。

【００３５】交番高電界は、試料ガス（重質油ガス）を
課電（電荷を課すこと）し、試料ガス分子中の電子は電
界により加速，励起され、その運動エネルギーは周囲の
軽量分子（Ｈ₂Ｏ，Ｈ₂，Ｏ₂，Ｎ₂など）を加速，励起
し、やがて試料ガス分子の一部がイオン化，ラジカル化
（Ｈ⁺，０Ｈ^-，Ｎ³⁺，０^2-など）して、他分子との酸
化，還元反応を行う。

【００３６】以上のメカニズムからなるプラズマ発生に
伴うラジカル種の化学作用により、試料ガス（重質油ガ
ス）は、低分子炭化水素への軽質化が実行されるが、同
時にＯ₂ラジカルによる酸化反応（ケトン化，アルコー
ル化など）等のその他の副次反応も実行される。

【００３７】したがって、より効率の良い軽質化反応を
実行，制御するには、同時進行する副次反応の内、おも
にＯ₂ラジカルによる酸化反応の抑制が重要課題であ
り、その方法としては触媒によるゼオライトなどの活性
点へのＯ₂吸着が有望である。

【００３８】なおかつ、ゼオライト活性点の異性化機
能，担持触媒の水素化機能は軽質化を促進し、併せて活
用することにより、より選択的に低分子軽質化が実行さ
れる。

【００３９】また、その他の軽質化過程で生成される一
部の高級炭化水素，ケトン類，アルコール類，炭素など
はゼオライト中の内部、あるいは表面近傍に分子篩効
果，選択的吸着効果などによって捕捉され、排出が抑制
される。

【００４０】但し、これら捕獲された０₂，一部の高級
炭化水素，ケトン類，アルコール類，炭素などの増大
は、次第に内部、及び表面の活性点，選択的吸着点など
を占有し、新たな選択吸着，分子篩機能を低下させ、ま
た、本来の異性化，水素化機能をも低下させ軽質化を阻
害する。

【００４１】したがって、これら内部、及び表面に捕獲
された副次生成物を定期的に分解，還元，炭化水素化な
どする目的で、反応槽内に水素を導入し、水素雰囲気中
での水素プラズマによる捕獲副次生成物の水素化分解を
行い、ゼオライト・ハニカム及び担持触媒のクリーニン
グ，再活性化を行う。

【００４２】（ｄｅＮＯｘ及びｄｅＣＯｘ）ｄｅＮＯｘ
について本発明では、重質油の軽質化と同様にガス化さ
れた排煙が処理装置（反応槽）中に導入される。

【００４３】反応槽などの構成は、前記した重質油の軽
質化の場合と同じである。

【００４４】すなわち、反応槽は触媒担持ゼオライト・
ハニカムと、そのハニカム中にほぼ上下・左右、交互対
称に配設された誘電体被覆管，正／負線電極対とから構
成され、電極間には高圧交番電圧が印加される。

【００４５】誘電体被覆管は、高圧交番電圧によって帯
電・分極し、正／負極に対応してそれぞれ逆位相へ分極
し、両誘電体被覆管には常に交番高電界が発生する。

【００４６】交番高電界は、試料ガス（排煙ガス）を課
電し、試料ガス分子中の電子は電界により加速，励起さ
れ、その運動エネルギーは周囲の軽量分子（Ｈ₂Ｏ，
Ｈ₂，Ｏ₂，Ｎ₂など）を加速，励起し、やがて試料ガス
分子の一部がイオン化，ラジカル化（Ｈ⁺，０Ｈ^-，
Ｎ³⁺，０^2-など）して、他分子との酸化，還元反応を行
う。

【００４７】このプロセスをＮＯｘについて記述すれば
以下の通りとなる。

【００４８】 ２ＮＯ ＋ ｅ → Ｎ₂ ＋ Ｏ₂ ＋ ｅ ２ｅ ＋ ２ＮＯ₂ → Ｎ₂ ＋ ２Ｏ₂ ＋ ２ｅ 上記のプラズマ励起反応により、ＮＯｘはＮ₂に還元さ
れるが、同時に発生するＯ₂あるいはＯ₃がＮ₂を再酸化
し、一般的条件ではＮＯがＮＯ₂に酸化されて反応が終
了する。

【００４９】前述したように、この反応により生成され
るＮＯ₂はＮＯより毒性の高い有害物質であり、したが
ってこのままで処理を終了することは不可能であること
から、一般に、従来技術のようなＮＯ₂の後処理が必要
である。

【００５０】本発明では、ゼオライト・ハニカムに担持
した触媒の機能により、発生したＯ₂，Ｏ₃などを選択適
にゼオライト・ハニカム活性点に吸着・除去し、Ｎ₂の
再酸化を防止する。

【００５１】ＮＯｘはＮ₂に還元され、無害化されて放
出される一方、Ｏ₂，Ｏ₃などは担持触媒の還元性，ゼオ
ライト等無機イオン交換体の選択的イオン吸着性によ
り、ゼオライト内部、あるいは表面近傍の活性点に固着
される。

【００５２】しかし、Ｏ₂の吸着量の増大と共に、活性
点はＯ₂に占有され、新たなＯ₂の吸着能は低下し、した
がってＮ₂のＮＯ₂への酸化反応が発生する。これらを防
止し内部及び表面に捕獲されたＯ₂，Ｏ₃などを定期的に
分解，還元（Ｈ₂Ｏ化）する目的で反応槽内に水素を導
入し、水素雰囲気中での水素プラズマによる水素化分解
を行い、ゼオライト・ハニカム及び担持触媒のクリーニ
ング，再活性化を行う。

【００５３】ｄｅＣＯｘのメカニズムについても同様で
あり、まずＣＯｘ中のＣＯ₂のＣＯへの還元を行い、次
にＣＯの水素化反応によるメタノール化を行う。

【００５４】ＣＯ₂のＣＯ化に関しては、プラズマ処理
による還元を行い、 ２ｅ ＋ ２ＣＯ₂ → ２ＣＯ ＋ Ｏ₂ ＋ ２ｅ 上記反応においてＣＯ₂はＣＯに還元されるが、同時に
発生するＯ₂あるいはＯ₃がＣＯを再酸化し、ＣＯ₂が発
生する。

【００５５】したがって、この際もｄｅＮＯｘ同様、触
媒担持ゼオライト・ハニカムに担持した触媒の機能によ
り、発生したＯ₂，Ｏ₃などを選択適にゼオライト・ハニ
カム活性点に吸着・除去し、ＣＯの再酸化を防止する。

【００５６】ＣＯ₂はＣＯに還元され、水素化反応によ
るメタノール化を行う一方、Ｏ₂，Ｏ₃などは担持触媒の
還元性，ゼオライト等無機イオン交換体の選択的イオン
吸着性により、ゼオライト内部、あるいは表面近傍の活
性点に固着される。

【００５７】次に、ＣＯのＨ₂による水素化反応として
のメタノール生成が行われる。

【００５８】 ＣＯ ＋ ２Ｈ₂ → ＣＨ₃ＯＨ （発熱反応） 熱力学的及び化学量論的平衡条件からは、冷却，加圧に
よって反応は促進平衡する。

【００５９】プラズマ過程における、上記混合ガス中で
の高圧課電により、水素は容易に電離し、水素イオンラ
ジカルの生成による水素化反応を促進する。一方、
Ｏ₂，Ｏ₃選択吸着触媒，ゼオライト活性点機能などはこ
れらＣＯ，Ｈ₂などをもよく選択吸着し、水素化反応を
促進するのに有効となる。

【００６０】そして適時、反応槽内に水素を導入し、水
素雰囲気中での水素プラズマによる水素化分解を行い、
ゼオライト・ハニカム及び担持触媒のクリーニング，再
活性化を行う。

【００６１】（ＶＯＣ（揮発性有機化合物）の分解）Ｖ
ＯＣの分解過程におけるプラズマの機能は、ガス分子中
の電子が電界により加速，励起され、その運動エネルギ
ーは周囲の軽量分子（Ｈ₂Ｏ，Ｈ₂，Ｏ₂，Ｎ_２など）を
加速，励起し、やがてガス分子の一部がイオン化、ラジ
カル化（Ｈ^＋，０Ｈ^-，Ｎ³⁺，０^2-など）して、他分子
との酸化，還元反応を行うことによる分解作用、とくに
脱ハロゲン化，非環化がその目的となる。

【００６２】但し、プラズマ単独処理においては、分解
生成物中に含まれるのハロゲンガス，ＮＯｘ，Ｏ₃その
他中間有害化合物などの発生と、その無害化処理を検討
する必要があり、本発明で使用する触媒担持ゼオライト
・ハニカムはその目的のためのものとなる。

【００６３】遷移金属触媒によるゼオライト活性点への
ハロゲン吸着，Ｏ₂，Ｏ₃の選択吸着によるＮＯｘ発生の
防止、ゼオライト活性点の異性化，水素化，分子篩など
の機能による中間有害化合物の更なる低分子化，炭化水
素化，内部保留の促進などが想定され、分解ＶＯＣの分
子構造にあわせた担持触媒種，ゼオライト種などの選
択、組み合わせが有効となる。

【００６４】また、補集したハロゲンガス，Ｏ₂，Ｏ₃中
間有害化合物などの活性点への吸着量の増大は、新たな
吸着を阻害し、無害化処理を不完全なものとする。した
がって、定期的に、これら内部、及び表面に捕獲された
副次生成物を分解，還元、更なる炭化水素化などをする
目的で、反応槽内に水素を導入し、水素雰囲気中での水
素プラズマによる捕集副次生成物の水素化分解を行い、
ゼオライト・ハニカム及び担持触媒のクリーニング，再
活性化を行う。

【００６５】（重質油のプラズマによる軽質化実験）図
７に示す通り、誘電体球ペレット（ＢａＴｉＯ₃：チタ
ン酸バリウム、誘電率＝４５００）中にＡ重油を含浸さ
せて円筒ガラス管（直径３０φ）中に充填し、上端及び
下端を円盤状の金属（ＳＵＳ）で封印する。誘電体球ペ
レットはの円盤によって加圧・圧縮されて相互接触し、
かつ上端及び下端のペレットは円盤に接している。

【００６６】円盤は電極を兼ねており、両端に商用周波
（５０Ｈｚ），１５ｋＶの高圧交番電圧が印加される。
また反応槽内にはアルゴンガスをキャリアガスとして流
し、Ｏ₂，Ｎ₂パージを行い、かつプラズマ発生に伴う発
熱冷却も併せて行う。

【００６７】誘電体球ペレットは高圧交番電圧によって
課電されて、分極し、交番電界を発生する。さらに電界
はセル内部のガスを課電し、セル中にはアルゴンガス及
び誘電体ペレットから気化したＡ重油ガスが充満してお
り、これらのガスは電界によって課電され、加速励起さ
れた電子などの運動エネルギーを受けた周囲の軽量分子
（Ｈ₂Ｏ，Ｈ₂，Ｏ₂，Ｎ₂など）は加速，励起し、やがて
ガス分子の一部がイオン化，ラジカル化（Ｈ⁺，０Ｈ^-，
Ｎ³⁺，０^2-など）して、他分子との酸化，還元反応を行
う。

【００６８】図８に交番高電圧を印加した場合の発生ガ
ス成分を捕集し、成分分析した結果を示す。

【００６９】この結果によれば、分解ガス成分は、Ｃ₂
Ｈ₄（エチレン），ＣＨ₄（メタン）、Ｃ₃Ｈ₈（プロパ
ン），Ｃ₂Ｈ₆（エタン），その他などであり、その内エ
チレンが発生ガス量の６０ｖｏｌ％程度を占める。

【００７０】また、発生ガス量の増加時間は本装置では
２ｍｉｎ程度であり、それ以降の電圧印加に対しての分
解ガスの発生は認められず、この事より、誘電体球ペレ
ット中に含浸したＡ重油は２ｍｉｎ程度で、ある部分が
分解され、それ以降の分解はそれ以上進行しない状況に
あるものと思われる。

【００７１】反応の律速要因については、 全ての誘電体球ペレットが誘電分極した状態ではな
く、円盤電極に接する近傍のペレ ットのみから分解
ガスが発生し、その他のペレットは反応に寄与していな
い。

【００７２】分解反応に関与したペレットについて
は、その表面に炭素数６〜１２程度の液状炭化 水素
（ガソリン質）が付着し誘電体活性が低下した。

【００７３】などの可能性があり、反応槽としてのこれ
らへの改善が必要となる。

【００７４】図９は、発生ガス成分のＧＣ−ＭＳによる
詳細分析結果を示す。この結果によれば、炭素数１〜５
程度の炭化水素，アルコール，ケトン類の生成が見ら
れ、とくにＣ₃Ｈ₈（プロパン）の生成が顕著である。

【００７５】これら個々の発生物質に関する生成条件と
制御方法に関する情報は別途把握するとして、プラズマ
による重質油の軽質化により、脱硝などでのアンモニ
ア，尿素に代替する還元剤としての炭素数１〜５程度の
炭化水素（混合物）がの入手が可能であることが改めて
確認された。

【００７６】（触媒を担持していない無機イオン交換体
とプラズマを併用した脱硝実験）本実験は、無機イオン
交換体としてＺＳＭ−５，ＮａＹのゼオライトを用い
た。但し、ゼオライト中への酸化，還元などの触媒は担
持されていない物を用いた。また、線電極は裸線の状態
（誘電体被覆をしていない）でハニカム（５ｍｍメッシ
ュ）中にアース極（●），高圧極（○）を左右・上下ほ
ぼ対称（千鳥格子状）に配列し、ハニカム中に試料ガス
（ディーゼルエンジンの排気ガス：ＮＯｘ濃度＝１５０
〜２００ｐｐｍ）を流し、両電極管に高電圧パルスを印
加する。

【００７７】高電圧パルスによって、試料ガス中の電子
は励起され、運動エネルギーを近傍分子に与え、その内
の軽量分子（Ｈ₂Ｏ，Ｈ₂，Ｏ₂，Ｎ₂など）は加速，励起
し、やがてガス分子の一部がイオン化，ラジカル化（Ｈ
⁺，０Ｈ^-，Ｎ³⁺，０^2-など）して、他分子との酸化，還
元反応を行う。

【００７８】ゼオライトは無機イオン交換体であり、Ｓ
ｉ／Ａｌ比においてＮａＹ＝１．０，ＺＳＭ−５＝３１
で、その活性点数は ＮａＹ＞＞ＺＳＭ−５ であることより、耐絶縁性に関してはＮａＹ＜＜ＺＳＭ
−５となり、誘電体被覆なしでの高電圧印加において
は、ＮａＹでは電圧上昇時（１５ｋＶまで）にしばしば
絶縁破壊が発生し、十分な昇圧が行われず、したがって
プラズマ発生が不十分となり、データの取得が不可能と
なった。よって、活性点数の少ないＺＳＭ−５について
のみ特性評価を行った。

【００７９】このことから、活性点数の多いＮａＹ，モ
ルデナイト，ＺＫ−５などによる特性評価を実施するに
は、線電極を誘電体被覆管で被覆し、高圧交番電圧印加
によるプラズマ発生方式の採用が好ましいことが判明し
た。

【００８０】触媒無担持ＺＳＭ−５中、裸線電極挿入／
高圧パルス電圧印加プラズマ発生方式におけるＮＯｘの
分解結果を図６に示す。実験結果によれば、投入電力
（ｗａｔｔ）に対するＮＯｘの除去率は単調増加の関係
にあるが、１／ｍ（ｍ＝正数）乗の関係で除去率は低減
することが分かる。この際の分解反応は通常、 ＮＯ→ＮＯ₂ への酸化反応が中心となるが、本実験においてはＮＯの
約３０％が ＮＯ→Ｎ₂Ｏ なる形で、還元反応が実行された。

【００８１】この還元反応の実行要因は、ゼオライト活
性点へのＯ₂の吸着によるものと思われ、ゼオライトに
よる還元効果が想定される。

【００８２】したがって、還元効果をより顕著に増大さ
せる方策として、より活性点の多いＮａＹ，モルデナイ
ト，ＺＫ−５系ゼオライトにＯ₂吸着促進触媒を担持す
ることが好ましく、かつ、プラズマ発生の観点から、誘
電体への高圧交番電圧課電方式による発生方法の採用が
好ましいことが判明した。

【００８３】また、図６によれば、酸化，還元反応は１
２０〜１５０℃温度レベルにおいて達成され、上記還元
効果増大化策の実行により低温領域（１２０〜１５０
℃）での脱硝が実現される。

【００８４】（重質油の軽質化・排煙処理装置）処理対
象ガスが流通する配管内に反応槽を配置し、前記反応槽
内に無機イオン交換体から成るハニカムを設置し、処理
対象ガスと前記ハニカムとを接触させるように構成した
重質油の軽質化・排煙処理装置において、前記ハニカム
の各空孔部に誘電体被覆管により被覆された線電極を正
極・負極一対になる位置関係でそれぞれ挿入配置し、前
記線電極間には高圧交番電圧を印加することによってプ
ラズマを発生させ、前記ハニカムには触媒を担持したこ
とを特徴とするものである。

【００８５】（重質油の軽質化方法）プラズマによる重
質油の直接軽質化分解と、無機イオン交換体の活性点に
おける異性化機能および担持触媒の水素化機能による軽
質化反応を相補的に組み合わせることを特徴とする。

【００８６】（ｄｅＮＯｘ方法）プラズマによるＮＯｘ
の直接Ｎ₂還元と、前記Ｎ₂還元の際に発生するＯ₂を担
持触媒による無機イオン交換体の活性点に吸着，除去
し、Ｎ₂の再酸化を防止してｄｅＮＯｘを行うことを特
徴とする。

【００８７】（ｄｅＣＯｘ方法）プラズマによるＣＯｘ
＋Ｈ₂ガスでの直接メタノール生成と、前記メタノール
生成の再に発生するＯ₂を担持触媒による無機イオン交
換体の活性点に吸着，除去し、ＣＯの再酸化を防止して
ｄｅＣＯｘを行うことを特徴とする。

【００８８】（ＶＯＣの分解方法）プラズマによるＶＯ
Ｃの直接反応を無機イオン交換体の活性点における異性
化機能と担持触媒による脱水素化機能，ハロゲン吸着機
能を組み合わせて分解することを特徴とする。

【００８９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態を示
す重質油の軽質化・排煙処理装置の無機イオン交換体と
プラズマ発生部の概略構成図で、図２はその側面図であ
る。１は無機イオン交換体であるゼオライト・ハニカム
で、反応を促進するための触媒２が選択的に担持されて
いる。ゼオライト・ハニカム１のメッシュ状の空孔部１
ａには、誘電体被覆管４により被覆された線電極３ａ，
３ｂが正極・負極一対で左右・上下対称に（千鳥格子
状）挿入配置され、誘電体支持部材５によって固定され
ている。６は交流電源であり、配電線３から線電極３
ａ，３ｂへとつながっている。この線電極３ａ，３ｂ間
に電源６からの高圧交番電圧を印加することによって、
プラズマを発生させるように構成されている。

【００９０】なお、線電極３ａ，３ｂは正極・負極一対
で左右・上下対称に（千鳥格子状）配置するのが望まし
いが、発生する電界の不均一などの諸条件から、ほぼ左
右・上下対称に（千鳥格子状）配置すればよい。また、
誘電体支持部材４は、ゼオライト・ハニカム１の空孔部
１ａに導入される処理対象ガスの導入の妨げにならない
程度に、その形状を考慮して小片化される必要がある。

【００９１】ゼオライト・ハニカム１のゼオライト種別
については、活性点の密度（Ｓｉ／Ａｌ比）から、Ｎａ
Ａ，ＬｉＡ，ソーダライト（１．０），ＺＫ−５（２．
２），Ｙ（２．６），モルデナイト（５．０），ＺＳＭ
−５（３１），ＺＳＭ−１１（４０）などがあり、更
に、それらをベースとしてＡｌイオンと置換する種々の
触媒２としては、触媒活性金属イオン，金属酸化物，金
属硫化物などがあり、それらの組み合わせによって目的
とする反応を達成する。

【００９２】ゼオライト・ハニカム１のゼオライト種別
と担持する触媒２の具体例を以下に示す。

【００９３】重質油の軽質化、芳香族の脂肪族炭化水
素化 （水素化反応） ａ．Ｆｅ（８〜１０族遷移金属）イオン含有Ｙゼオライ
ト ｂ．（Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｏ，Ｗ）硫化物Ｙゼオライ
ト ｃ．希土類金属イオン含有Ｙゼオライト（ＲＥＹゼオラ
イト） ｄ．Ｃｕ／ＺｎＯ，ＣｒＯ Ｙゼオライト 脱硝（ｄｅＮＯｘ），ｄｅＣＯｘ，メタノール化 ａ．Ｃｕイオン交換ＺＳＭ−５（ｄｅＮＯｘ） ｂ．Ｃｅイオン交換ＺＳＭ−５（ｄｅＮＯｘ） ｃ．（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｕ）シリケートＺＳＭ−５
（ｄｅＣＯｘ） ｄ．（Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ）イオン交換ＺＳＭ−５（メタ
ノール） 脱ハロゲン化 ａ．Ｃｕイオン交換ＺＳＭ−５ ｂ．Ｎｉイオン交換ＺＳＭ−５ 処理対象ガスは、ハニカム・ゼオライト１の空孔部１ａ
に導入され、プラズマラジカルによって軽質化分解，還
元，脱ハロゲン化，非環化（脂肪族炭化水素化），メタ
ノール化などの処理を施される。

【００９４】一般に直流またはパルス高電圧によるプラ
ズマ発生方式は、電極間での相対距離やミクロな表面形
状などの物理的条件の微妙な差異によって、往々にして
電極表面全面による均一なプラズマ発生は達成されな
い。したがって、本実施の形態のように誘電体被覆管４
に高圧交番電圧を印加することによって誘電体被覆管４
を分極させ、交番高電界を発生させる方式を採用する方
が、電極表面全面による均一なプラズマ発生上望まし
い。

【００９５】また、ゼオライト・ハニカム１との反応の
相補的促進効果の組み合わせを主眼とした本発明におい
て、ゼオライトは無機イオン交換体でイオン導電性を有
することから、高電圧を直接印加出来ない性状からも、
本実施の形態のように誘電体課電方式を採用する方が望
ましい。

【００９６】更に、誘電体被覆管４の物性については比
誘電率によって規定され、商用周波においてはε＝４０
００〜５０００程度が望ましく、それより小さな比誘電
率においては電力効率が低下する。また、交番周波数依
存性は高周波電力の場合、無効電力分が増加するのでこ
の場合も電力効率が低下する。材料としては、ＢａＴｉ
Ｏ₃，ＣａＴｉＯ₃，ＳｒＴｉＯ₃，石英ガラスなどが望
ましい。

【００９７】線電極３ａ，３ｂの配置に関しては、図１
に示すように交番電極の双方を（●，○）で表示したよ
うに配置している。したがって線電極３ａ，３ｂは、そ
の位相が１８０゜ずれることにより、両電極間には常に
１００％の電圧が印加され、それに伴う電界が発生し、
かつ左右・上下において対局に位置することにより、プ
ラズマの発生はハニカム・ゼオライト１の全域に及び良
好な反応場が形成される。

【００９８】以上の構成を基本として、ガスの流量（Ｎ
ｍ３／ｈｒ），要求処理速度，圧力損失，電力効率，処
置装置形状などの諸条件を勘案して、ハニカムメッシュ
形状・寸法，ハニカム縦・横・長さ寸法，印加電圧，電
流，周波数，電源容量などを設計する。

【００９９】図３に反応槽１０の中に設置された触媒２
を担持したゼオライト・ハニカム１の構成例を示す。触
媒２を担持したゼオライト・ハニカム１は、反応槽１０
の中に固定・設置される。処理対象ガスは、反応槽１０
に取り付けられた誘導ダクト１１に誘導されて反応槽１
０内へ送り込まれる。この誘導ダクト１１は、処理対象
ガスを誘導すると同時に、反応槽１０内のクリーニン
グ，ゼオライト・ハニカムの再活性化を行うにための、
水素プラズマ発生用水素ガスの導入用ダクトとしても機
能する。

【０１００】誘導ダクト１１の入口部１１ａ，出口部１
１ｂは、電磁バルブ１３，１４などで流入，流出ガス量
の流量調整を行うと同時に、流入，流出ガス種の切り替
え調節も併せて行う。

【０１０１】図４にプラズマ発生用の線電極３ａ，３ｂ
及び誘電体被覆管４，電磁バルブ１３，１４，高圧交番
電圧・電流発生電源６，ガス流量調節部７，制御部８な
どから構成される「触媒担持 ゼオライト・ハニカム構
造体中 誘電体課電プラズマ発生 重畳方式−重質油軽
質化／排煙種理装置システム」を示す。本システムは、
ガス流量，圧力，温度，電圧，電流，流入ガス性状，流
出ガス性状，添加ガス性状などをモニターして最適制御
が実行される。

【０１０２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、
重質油の軽質化ｄｅＮＯｘ及びｄｅＣＯｘＶＯＣの
分解除去などの排煙処理を、プラズマ＋無機イオン交換
体で行い、無機イオン交換体に担持する触媒を適当なも
のに変えるだけで全て同一の装置により処理できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す触媒担持ゼオライト
・ハニカムとプラズマ発生部の概略構成の正面図。

【図２】本発明の実施の形態を示す触媒担持ゼオライト
・ハニカムとプラズマ発生部の概略構成の側面図。

【図３】本発明の実施の形態を示す反応槽構成図。

【図４】本発明の実施の形態を示すシステム構成図。

【図５】触媒を担持していない無機イオン交換体とプラ
ズマを併用した脱硝実験の概略構成図。

【図６】触媒を担持していない無機イオン交換体とプラ
ズマを併用した脱硝実験の実験結果を表す図。

【図７】重質油のプラズマによる軽質化実験の概略構成
図。

【図８】重質油のプラズマによる軽質化実験の生成ガス
特性図。

【図９】重質油のプラズマによる軽質化実験によって生
成されたガスの分析図。

【図１０】スチーム・リフォーミング法を述べるための
図。

【図１１】スチーム・リフォーミング法を述べるための
特性図。

【図１２】スチーム・リフォーミング法を述べるための
特性図。

【図１３】ベッド・リアクター方式による分解装置の概
略構成図。

【図１４】ベッド・リアクター方式による希薄ベンゼン
の分解特性。

【図１５】ベッド・リアクター方式による希薄ベンゼン
の分解特性。

【符号の説明】

１…ゼオライト・ハニカム １ａ…空孔部 ２…触媒 ３…配電線 ３ａ，３ｂ…線電極 ４…誘電体被覆管 ５…誘電体支持部材 ６…交流電源 ７…流量調節部 ８…制御部 １０…反応槽 １１…誘導ダクト １１ａ…入口部 １１ｂ…出口部 １２，１３…電磁バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ１０Ｇ 49/04 Ｂ０１Ｄ 53/36 １０１Ｚ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理対象ガスが流通する配管内に反応槽
   を配置し、前記反応槽内に無機イオン交換体から成るハ
   ニカムを設置し、処理対象ガスと前記ハニカムとを接触
   させるように構成した重質油の軽質化・排煙処理装置に
   おいて、 前記ハニカムの各空孔部に誘電体被覆管により被覆され
   た線電極を正極・負極一対になる位置関係でそれぞれ挿
   入配置し、前記線電極間には高圧交番電圧を印加するこ
   とによってプラズマを発生させ、前記ハニカムには触媒
   を担持したことを特徴とする重質油の軽質化・排煙処理
   装置。
2. 【請求項２】 プラズマによる重質油の直接軽質化分解
   と、無機イオン交換体の活性点における異性化機能およ
   び担持触媒の水素化機能による軽質化反応を相補的に組
   み合わせることを特徴とする重質油の軽質化方法。
3. 【請求項３】 プラズマによるＮＯｘの直接Ｎ₂還元
   と、前記Ｎ₂還元の際に発生するＯ₂を担持触媒による無
   機イオン交換体の活性点に吸着，除去し、Ｎ２の再酸化
   を防止してｄｅＮＯｘを行うことを特徴とする排煙処理
   方法。
4. 【請求項４】 プラズマによるＣＯｘ＋Ｈ₂ガスでの直
   接メタノール生成と、前記メタノール生成の再に発生す
   るＯ₂を担持触媒による無機イオン交換体の活性点に吸
   着，除去し、ＣＯの再酸化を防止してｄｅＣＯｘを行う
   ことを特徴とする排煙処理方法。
5. 【請求項５】 プラズマによるＶＯＣの直接反応を無機
   イオン交換体の活性点における異性化機能と担持触媒に
   よる脱水素化機能，ハロゲン吸着機能を組み合わせて分
   解することを特徴とする排煙処理方法。