JPH0226616A - 道路トンネル換気ガスの浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、シェルタ−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（Ｃ
Ｏ）　、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。

しかながら、換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っ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、シェルタ−
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、大別して固定法方式と
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
の濃度が限度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。したがって、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った吸着剤
を順次充填する。

したがって、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Ｎ
Ｏｘ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１００ｐｐ−以
上である燃焼排ガスを対象としたもので、ＮＯｘ濃度５
　ｐｐｍ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
気十Ｈ２０）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＋Ｈ２０）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＋Ｎ０ｘ）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って、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Ｎ。

Ｘを無害なＮ２とＮ２０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、Ｎ
Ｏｘ吸着剤から脱離したＮＯｘのうちＮＨ３と反応しな
かった未反応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ＮｏｘｌｌＡ着システ
ムに用いられている移動床式方式の脱湿・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、塔やリフトバイブ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、ＮＯ
ｘ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
よって脱湿剤および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Ｎ
Ｏｘ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
インによっ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ＮＨ，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（８）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ＮＨ，を含む再生
用ガスの循環によって、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みしたがっ
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Ｎ・Ｈ３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ＮＨ，の供給により、
ＮＯｘ吸着剤の完全な再生が可能となり、ＮＨ３注大の
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ＮＨ，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）によって無
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吸着剤ブロック（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Ｎ。

Ｘ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Ｎ０ｘ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、塔やリフトバイブ内面の摩耗
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、塔やソフトバイブ内面には高
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（水分吸着剤）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、ローターを回転させる。

これによって、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。これによっ
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Ｎ
Ｈ３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ＮＯｘＯｘ除去法
を示すフローシートである。 以上

Claims (1)

【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、ＮＨ＿３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
   。