JPH04501307A - 可燃性來雑物を除去する酸素含有ガスの連続精製法とその装置 - 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】 可燃性夾雑物を除去する酸素含有ガスの連続精製法とその装置 皮孟立！ 本発明は可燃性混入物を含む酸素含有ガスを熱的および／または接触的燃焼過程 によって事実上連続的に精製する方法に関しており、その過程では、燃焼室の両 側に置かれた熱交換用固体物質を含む２つの事実上同一の定置帯で再生的熱交換 を行なって燃焼熱の少なくとも一部は回収されるが、本方法では精製されるべき 空気は熱交換帯の両方を流れ、その帯中の流れの方向は周期的に反対になって、 ２つの帯は０．１ないし６０分の周期、望ましくは０．５ないし６０分、特にｌ ないし３０分の周期で加熱と冷却を交互に行なうようになっている。

本発明はまた本発明の方法を実行する装置において、熱源と精製済みのガスを受 器、すなわち煙突、に排出するためのバルブ案内付きのバイブラインの付いた中 央燃焼室；燃焼室に隣接して、または近くに、両側に一つづつ、間に触媒層を置 いてもよいが、設置された２つの同じ熱交換層；各熱交換層の燃焼室からもっと も遠い側に接して置かれた末端室が設けられており、該末端室はそれぞれ未処理 ガスを共通供給ラインから入れるためのバルブ付きのバイブラインに連結されて いる。

すなわち、本発明による方法と装置は排ガスの接触酸化あるいは熱酸化を意図す るものであり、排ガスとしては、例えば、オフセット印刷、ラッカー塗装、およ び再生的熱交換を利用する表面仕上げなどから発する有機溶媒を含む排ガスが注 目すべきものである。同様に、有機化学合成あるいは重合物質の硬化で発生する 悪臭有害物質を含む排ガス、および食品や飼料処理工業あるいは、たとえば、水 精製工場から出る悪臭排ガスは本方法で精製するのが有利である。

１１幻！見立１ｊ 本発明の方法と装置とその技術的背景は図を参照することによってもっともよく 説明される。図のうち、図１ａとｌｂは上に明記した方法を実行するのに適した ２つの既知の装置であり、 図２と３は本発明の方法を実行する２つの異なる装置である。

図２に示す装置は接触燃焼に２図３のものは熱燃焼に、それぞれ適合させたもの である。

異なる図のなかで同じ参照番号が使われているときは、原理的に同一の部分を表 している。

１１伎蓋 例えば上述の排ガスであれば、接触または燃焼酸化によって精製ができることが 知られているが、それには接触燃焼では必要な２００−４５０℃の温度に、熱燃 焼では７００−１０００℃の温度に加熱され、その加熱は燃焼から出てくる高温 の精製ガスとの再生的熱交換によって起こるのである。

そのガスは反応室の前後に配置された石やセラミックスや金属の多孔質の層や塊 を通過し、その流れの方向は１層２分ないし１時間の間隔で反対に変えられ、そ の時間は熱交換層の熱容量と単位時間あたりのガス流の熱容量の間の関係によっ て違ってくる。図１ａはこの原理に従って機能する装置の既知の一例である。円 柱状の容器である反応器のなかに、セラミックのボールなどでできた２個の同一 の多孔性熱交換層（１０，１１）があり、そのあとに燃焼触媒の同等の２層（１ ２，１３）があり、これら２対の層は反応器中央の燃焼室として機能する空間部 の隣りに位置している。

ガス中の可燃成分からの燃焼熱が触媒に必要な最低温度を維持するのに不十分な ときは、バーナーまたは電熱器１６で反応器を起動し１反応の熱を供給する。は じめに暫らくの間バルブ１と４を開きバルブ２と３を閉じ、そののちバルブ１と ４を閉じバルブ２と３を開き、それによって流の方向を逆にする。参照番号５は 空間１５（燃焼室）から直接にガスを煙突２２または他の受器に排出するための バルブを表している。

また図１ａに示されているように、触媒層の燃焼帯または燃焼室１５の温度を調 節するために、ガスの部分流をこの帯から直接装置外へ排出することが知られて いる。それにより、この部分流の熱含量が流入ガスの加熱に利用されないので、 燃焼帯の温度が低下する。かりに、熱効率が９０％で、ガス中の可燃性成分が完 全燃焼して断熱状態で温度を４０℃だけ高め、またガスは１００℃の入口温度か ら加熱さもれるとすれば、周囲への熱損失を無視し、高温ガスが燃焼帯から流出 しないときに、燃焼帯中の温度は５００℃になるだろう。また一方、燃焼帯から 高温のガスの１０％がバルブ５を通って外へ出されるとすると、触媒層の温度は 約３５０℃に低下するだろう。

このように実現した装置を用いる・と、流れの方向を反転する毎に、すなわち流 れを下降方向から上昇方向に変える毎に、上方の熱交換層や上部の空間にあって 未精製状態で排出ガスとして導かれるはずの未精製ガスが混入するという欠点を もつ。このことは平均精製度を低下させることになり、その度合は、次のバルブ 反転までの間に装置を通過して流れるガスの全量に対する上記のガスの量によっ て決まるのである。

原理的にはこの欠点は同様に知られている方法によって除（ことができる。すな わぢ精製を行なう装置に数個の熱交換層を並列に設け、熱燃焼層にはガス中の可 燃性成分がそこで燃焼する共通の燃焼室を設けてもよい。熱交換層を通過する流 れの方向を反対にするときに、未燃焼のガスが精製済みの排出ガスに返るのを避 けるため、該層を空気または精製済みガスで掃気する中間期を設ける。後者のガ スは、高温の未精製ガスが燃焼帯から装置からの精製済み排出ガスに流れる時期 にバルブ反転層が期変るまえに、未精製ガス供給流へ再循環される。このやり方 を使うときには、装置を通過するガスの流れを中断することなく精製を行なうた めに、図ｉｂに示すように、熱交換層を少な（とも３個設ける必要がある。これ らのうち１つは掃気中であって、したがって流入ガスと流出ガスの間の熱交換に 関与しない。そのために熱交換層に余分の費用を極力掛けないよう、熱交換層を ５個設けることがしばしばある。そのときは、１個は掃気期にあり、４個は熱交 −に関与しており、うち２個は高温の精製ガスで加熱され、他の２個は流入する 未精製ガスで冷却されている。他方、熱交換層の数をあまり増やすことは、多数 のバルブが必要になり、装置はますます複雑、大型になり、費用が掛かるという 欠点をはらんでいる。

及１立舅ｊ これらの欠陥は本方法で除かれる。すなわち、本発明に従って各処理期の始めの １％ないし５０％の間の精製済みガス流を２つの部分流に分け、その１つは燃焼 室から直接に受器に通し、他の１つは熱せられている熱交換帯を通過して、そこ から再循環され未処理のガス流と合併し、冷却される熱交換帯へ導かれる。

このことは特許請求された装置によって可能になる、すなわちバルブ付きの再循 環ラインが各末端室から受器へ通じているときにである。

及」９１１ト【駁団 既知の方法において、熱交換層とその低温側の空間の掃気に関する不利点は図２ に示すような装置の具体例によって避けることができる。それによって、図１８ に示す装置とほぼ同程度の熱交換層の簡潔さ、小型、および全容量の完全利用が なされており、同時に精製程度は高くなり、精製すべきガス流の精製は連続的に 行なわれ、まったく中断なしに行なわれる。

図３に示す本発明の装置の配置においては、燃焼は熱的であり、ガス排出のバル ブ５と対面する空間１５中で起こり、上述の２つの燃焼触媒層で起こるのとは違 っている。熱交換層とその冷鋼の空間は同じ方法で掃気されてもよいので、同様 の利点がある。

図１８の説明に関連してすでに明記した参照番号以外に、図２と３の参照番号は 次の意味をもっている：汚れた空気やガスはポンプによって共通の供給ライン２ ３を通って装置に送られ、そののちライン２３はバルブｌと２のある２つのライ ン１７と１８に分かれていて、汚れた供給ガスを上部と下部の末端室１４に交互 に向けることができる。上部と下部の末端室はバルブ３と４が付いている排出ラ イン２０と２１にそれぞれ連絡している。バルブ１，２゜３．４がどんなふうに 作動されるかを以下に記述する。

本発明による装置の本質的特徴はそれぞれバルブ６と７が付いた再循環ライン２ ４と２５であり、これは図１８に示す装置とは矛盾している。これらの再循環ラ インを通ってまだ精製されていないガスは２つの熱交換層の上下にある末端室１ ４から共通の供給ライン（ガス供給ライン）２３に再循環される。同時に本発明 による装置は、バルブ５から排出される高温の精製済みガスの量が（２つの触媒 層の間における必要最低温度、例えば３５０℃、を維持するために）装置を通過 するガス流の一定割合（たとえば１０％）の放出量を下回らないように作動され る。あるいは、精製するべきガス流の全部を各期の長さの一部、たとえば５％、 の間放出ライン２０と２１に通し；それと同時に熱交換層１０または１１を未精 製供給ガス流入期から流出精製済みガスが精製すべきガス流を、たとえば１０％ 含む空気流でさらに掃気する期に移す。このときさらに掃気するのに使った空気 流は装置に再循環され、熱交換層１０（または１１）上（または下）の末端室１ ４からそれに続く再循環ライン２４（または２５）を経て排出される。実際上は バルブの切替はつぎの時間経過に従って行なわれる（０は“開”を、Ｃは“閉” を表す）：パルプ番号　１　２３４５６７ 相ｌ、ガス下降　ｏｃｃｏｃｃｃ 相２、上層掃気　ｃｏｃｃｏｏｃ 相３、ガス上昇　ｃｏｏｃｃｃｃ 相４、下層掃気　ｏｃｃｃｏｃ。

相５、ガス下降　ｏｃｃｏｃｃｃ つぎに、本発明による方法を実施例を使ってさらに十分に説明する。

を−するための　の汗ξ 本方法をテストするために、試験装置を便って、ＩＮ■８あたりアセトン０．５ ないし５ｇを含み、装置に入る前の温度が５０℃の排気ガス１１００Ｎ″／ｇの 精製を行なう。装置は図２に示すように作製する。反応器は内径３１０＋ｗｍで 、２０Ｃ１＋ｍの鉱物質のウールで断熱されている０反応器には直径３ないし５ 層ｗのセラミック製ボール状の熱交換物質５６ｋｇと直径２ないし５層−のポー ル状の燃焼触媒２２ｋｇが入っている。熱交換層も触媒も同じ大きさの２層に分 けられて、図２に示すように空間１５とバルブ５への排出ラインに隣って対称的 に配置されている。

装置を掃気なしに作動するとき、すなわち既知の方法どうりに、バルブ６と７を 使わずに、上記の図において相ｌと３を利用するだけのときには、触媒層の温度 を３５０−４００℃に一定に維持するのに十分な量のガス（下記の表１にはＧ５ Ｎ■”／ｈとして示されている）がバルブ５を通って連続的に排出される。この 温度はバルブ５を経て排出されるガス中の濃度を１−５層ｇ　Ｃ／Ｎｙａ”に保 つのに十分な高温である。ここにＣというのはガス中の有機物質として結合して いる炭素を表し、フレームイオン化分析で測定できる。ｔｌと書いた列は装置中 の流れの方向を逆転するためのパルプ再調節の間の時間を示している。ｘｌは供 給ガス中のアセトン含有量でｇ／Ｎｍ”の単位で表され、ｘ２は装置を出ていく 精製済みガスの全流れ中、有機物質として結合している炭素の平均含有量である 。結果は表１に示されている。

表−ｍ−上 １１　０．５　３　０　４０ １２　０．５　６　０　２５ １３　２　３　ｉ５　１５０ 本発明の方法に従って装置を作動させて、図２に示す結果を得た。ここではｔｌ は相ｌと相３のそれぞれにおいてバルブ再調整の間の時間（分）であり、ｔ２は 相２と相４のそれ＋：ｒ′Ｌにおけるバルブ再調整の間の時間（分）である。

１−−ユ テスト　ＸＩ　ｔｌ　ｔ２　Ｘ２ 番号　アセトン ｇ／Ｎｍ”　（分）　（分）　Ｂ　Ｃ／Ｎｗ＋”２１　０．５　３　０．１　２ ０ ２２　０．５　６　０．２　１０ ２３　２　３　０．５　１５ ２４　２　６　０．８８ ２６　５　６　１．８　６ 本発明の掃気操作は精製排出ガス中の未燃焼残留成分の含有量を大幅に減少させ 、特に供給ガス中の濃度が高いときに顕著であることが表２から直接に実感でき る。しかしテスト番号２２では、触媒の温度を３５０℃に維持するため空間１５ にバーナーでさらに熱を供給する必要があった。

上述の装置で流れの方向を反転するために４つのバルブを再調整する時間は１秒 以下であって、そのために不燃焼アセトンの処理に特に費用を要することにはな らない。もっと多量のガスを扱う装置では、もっと直径の大きいバルブが必要で あり、その再調整にはもっと時間がかかるが、本発明の方法はその際にもさらに 有用である。

の１　口 本発明の方法と装置が有機化合物、特に例えば表面仕上の排気を出す工場におい て：また、例えば有機合成、プラスチック工業、水精製、食品や飼料工業などの 悪臭および／または有害なガス物質の精製において、有効に使われることが期待 される。

工ｌ−と 王■−と 国際調査報告 国際調査報告

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．可燃性夾雑物を含む酸素含有ガスを熱および／または触媒燃焼法によって処 理し、その処理においては燃焼熱の少なくとも一部は、固体熱交換物質が入れて あり燃焼室から分離して設けられた２つの定置したほぼ同一の帯において再生的 熱交換により回収されて事実上連続的に精製が行なわれ、精製されるべき空気が 両熱交換帯を通過して流れ、帯を通過して流れる方向は０．１ないし６０秒の時 間間隔を置いて周期的に反転し、２つの帯は交互に加熱と冷却を受ける事実上の 連続精製法において、各周期の最初の１％ないし５０％では精製ガス流は２つの 部分流に分割され、その一方は燃焼室から直接受器へゆき、もう一つの流れは加 熱されている熱交換帯を通り、そこから再循環されて未精製ガス流と合併し、冷 却中の熱交換帯へ導かれることを特徴とする方法。
2. ２．該ガスを燃焼触媒を入れた２つの事実上同一の層を通過して熱交換帯に導き 、その層の１つは熱交換帯のいずれとも連結して配置されていることを特徴とす る請求項１に記載の方法。
3. ３．夾雑物を含むガスが１Ｎｍ３あたり１５ｇを越える可燃性物質を含むときは 空気で希釈することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. ４．燃焼室を通過する部分流が再循環される部分流よりも大きいことを特徴とす る請求項１，２または３に記載の方法。
5. ５．該周期の長さが０．１ないし６０分であることを特徴とする請求項１に記載 の方法。
6. ６．該周期の長さが１ないし３０分であることを特徴とする請求項１に記載の方 法。
7. ７．熱源（１６）と精製済みのガスを受器（２２）に送るためのバルブ（５）付 きの輸送パイプライン（１９）のある中央燃焼室（１５）をもつほぼ対称的の反 応器、燃焼室（１５）に接近レてその両側に一つずつ配置された２つの同じ熱交 換層（１０，１１）、熱交換層（１０，１１）のそれぞれの隣りに熱焼室（１５ ）からもっとも離れた側に配置された末端室（１４）、該末端室のそれぞれには 、未処理ガスを共通の供給ライン（２３）から導入するためのバルブ（１，２） 付きのパイプライン（１７，１８）と精製済みのガスを受器（２２）へ送るため のバルブ（３，４）付きのパイプライン（２０，２１）が連結されている装置に おいて、バルブ（６，７）付きの再循環ライン（２４，２５）が各末端室（１４ ）から共通の供給ラインに通じていることを特徴とする請求項１に記載の方法を 実施するための装置。
8. ８．触媒層（１２，１３）が各熱交換層（１０，１１）の先、燃焼室（１５）に 隣りあう側に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。