JPH0810571A - 排ガス浄化装置およびその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】運転費を低く抑えながら、高い浄化性能を持つ
排ガス浄化装置及びその運転方法を提供する。 【構成】排ガス流れ方向に対して吸着作用をも有する２
層の触媒を直列に配置して、前流側の触媒を触媒作用の
活性温度に、後流側の触媒を吸着作用の高い温度に制御
し、後流側の触媒層の吸着作用が飽和したとき、排ガス
流通方向と触媒温度を逆転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業施設から発生する
可燃性有害物質または悪臭物質を含む排ガスの浄化装置
およびその運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業施設から発生する排ガスには種々の
有害または悪臭物質が含まれている。たとえば、印刷ま
たは塗装工場の排ガス中にはトルエン、キシレン等の溶
剤、合成繊維工場の排ガス中にはホルムアルデヒド等の
刺激性有機化合物、合成化学工場の排ガス中にはフタル
酸、マレイン酸、酸化エチレン等、パルプ工場の排ガス
中には硫化水素、メチルメルカプタン等の悪臭物質等が
含まれている。各産業施設では、環境保全のため、これ
らの排ガスに水や薬液による洗浄、バーナによる直接燃
焼、オゾンによる酸化、触媒による接触酸化などを実施
し、環境基準以下の濃度まで浄化して放出している。特
に、触媒による接触酸化を利用した装置は操作が容易で
二次廃棄物がなく、また運転費が低コストであるため多
く用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが近年、住宅問
題の深刻化から産業施設と住宅地が接近する傾向にあ
り、上記従来技術によっても産業施設から発生する排ガ
スの臭気が社会問題となるケースが増加している。これ
は、人間の臭覚が鋭いため、臭気成分の濃度が基準値以
下であっても生活上問題がある臭気として感じられるた
めであり、このような悪臭問題を解決するには排ガス浄
化装置の浄化率は実質的には１００％必要である。

【０００４】触媒を利用した装置でこのようなより高度
な浄化性能を得る場合には、高価な触媒の使用量を増や
すか、浄化装置の下流側にさらに活性炭の吸着槽を設け
ることが多い。前者の例では、一定期間使用した後に劣
化した触媒を交換する必要があるため交換費用の増加を
招き、また後者の例では、使用により活性炭の吸着性能
が飽和するので定期的な活性炭の交換が必要となり活性
炭の交換費用が新たに必要となる。したがって、いずれ
の場合も維持費が増大して、触媒装置のもつ二次廃棄物
がなく運転費が低いという利点が生かせなくなる。

【０００５】本発明の目的は、維持費や運転費を低く抑
えながら、排ガスから有害または悪臭物質を高性能に除
去する排ガス浄化装置及びその運転方法を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願の発明は以下のとおりである。 （１）排ガスを触媒に接触させて可燃性の有害物質また
は悪臭物質を除去するものにおいて、吸着作用を有する
触媒を該触媒の温度が独立して制御できる２個の反応器
内に格納し、前記２個の反応器を排ガス流れ方向に対し
て直列に配置して排ガス流路に接続するとともに、前記
反応器への排ガスの流通方向を逆転できる構造としたこ
とを特徴とする排ガス浄化装置。

【０００７】（２）上記（１）記載の排ガス流路を分岐
して２個の反応器に各々接続させ、前記反応器のガス出
入口部分に排ガス流路切替手段を各々設けたことを特徴
とする排ガス浄化装置。

【０００８】（３）上記（１）記載の触媒の担体は、比
表面積が５０ｍ^２／ｇ以上１０００ｍ^２／ｇ以下であ
り、アルミニウム（Ａｌ）またはチタン（Ｔｉ）の酸化
物または水酸化物、ケイ素（Ｓｉ）の酸化物、Ａｌ、Ｔ
ｉおよびＳｉの複合酸化物、ゼオライトおよび活性炭の
中から選ばれた一種以上からなることを特徴とする排ガ
ス浄化装置。

【０００９】（４）上記（１）記載の触媒の活性成分
は、白金（Ｐｔ）、鉛（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）およびロジ
ウム（Ｒｈ）の貴金属または銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎ
ｉ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）
およびバナジウム（Ｖ）の遷移金属酸化物の中から選ば
れた一種以上からなることを特徴とする排ガス浄化装
置。

【００１０】（５）吸着作用を有する２層の触媒を直列
に配置して、第１の触媒を触媒作用が活発な温度に、第
２の触媒を吸着作用が高い温度に制御した後、排ガスを
前記第１、第２の触媒の順に流通させ、前記第２の触媒
の吸着作用が飽和したときに、前記排ガスの流通方向と
前記２層の触媒温度を逆転させることを特徴とする排ガ
ス浄化装置の運転方法。

【００１１】

【作用】図５は、比表面積が２００ｍ^２／ｇのアルミナ
担体に活性成分としてＰｔを担持した触媒に、濃度と流
量を一定にしてトルエンを含む空気を流したときの、触
媒層の温度とトルエン除去率の関係を示したものであ
る。２００℃前後でＰｔが活性化するので除去率は高く
なるが、室温においてもその除去率は零％ではなく３０
％はある。これは担体の比表面積が高いため、これにト
ルエンが吸着されるためである

【００１２】図５と同じ触媒に同じ条件でトルエン含有
空気を室温で流し続けた場合のトルエン除去率は、図６
に示すように、その吸着性能が飽和してくるので経時的
に低下する。しかし、図６に示すように、吸着性能が飽
和した触媒を２００℃以上に加熱しＰｔを活性化させる
と、吸着したトルエンは脱離して燃焼するため、室温で
の吸着性能は回復し、触媒の温度を室温に戻すと除去率
は３０％に戻る。

【００１３】そこで、高比表面積の担体を用いた触媒を
２層用意し直列に配置して、上流側の触媒層は担持した
活性成分が活性化する温度に、下流側の触媒層は吸着性
が高い低温に保持した装置に、浄化する成分を含むガス
を流す。ガス中の大部分の浄化成分は上流側の触媒層で
除去され、上流側の触媒層で除去されないで残留した浄
化成分は下流側の触媒層で吸着される。これは、上流側
の触媒層では触媒の活性成分を活性化させて浄化成分の
大部分を酸化除去させ、一方下流側の触媒層では、残留
成分を担体の吸着作用を利用して除去していることによ
る。

【００１４】この装置を長時間運転し、下流側の触媒層
の吸着性能が飽和して浄化成分が出口で検出されるよう
になった場合には、触媒層に流すガスの流れ方向を逆転
し、いままで低温（室温）だった触媒層の方からガスを
流すと同時に、この触媒層の温度を触媒が活性化する温
度まで昇温する。触媒の昇温中に吸着していた浄化成分
の一部が脱離する場合もあるが、下流側に活性化された
触媒層があるため浄化成分は燃焼し、装置出口で浄化成
分は検出されない。低温だった触媒層が活性化温度に達
したら、今まで活性化温度にあった触媒層の温度を低温
に下げると、大部分の浄化成分は上流側の高温の触媒層
で除去され、残留浄化成分は下流側の低温の触媒層で吸
着される。下流側の触媒層の吸着性能が飽和したら、上
記と同じ要領で触媒層の温度とガスの流れる方向を逆転
し、最初の状態に戻す。このとき最初下流側で浄化成分
の吸着性能が飽和した触媒は、昇温したことで吸着した
浄化成分が脱離し燃焼するため、吸着性能が回復し上流
の触媒層から流れてくるガスに含まれる残留浄化成分を
吸着除去する。このように２つの触媒層の温度とガスの
流れる方向を順次切替えることにより、実質１００％の
高い除去率が得られる。

【００１５】本発明に用いる触媒の担体はＡｌまたはＴ
ｉの酸化物または水酸化物、Ａｌ、ＴｉおよびＳｉの複
合酸化物、ゼオライトおよび活性炭の中から選ばれた１
種以上からなるものが好ましい。担体の比表面積は５０
ｍ^２／ｇから１０００ｍ^２／ｇの間、望ましくは１００
ｍ^２／ｇから７００ｍ^２／ｇの間が適している。

【００１６】活性成分は有害物質や悪臭物質を除去する
ものであれば何でもよいが、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｈの
重金属、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｖの遷移金属
から選ばれた１種以上からなるものが適している。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 （実施例１）ガス流路に対する断面形状が１５０ｍｍ
角、流路長さが５０ｍｍであり、ガス流路の断面積１ｉ
ｎｃｈ^２あたり約３００の小流路を含むコーディエライ
トハニカム基材にγ−アルミナとアルミナゾルの混合物
を１１０ｇ／Ｌウォッシュコートし、５５０℃で焼成し
た。このアルミナコートハニカム基材にジニトロジアミ
ン白金水溶液を含浸し、５００℃で焼成して、Ｐｔ換算
で１．０ｇ／ＬのＰｔを担持した排ガス処理用触媒１を
調整した。同条件で焼成したアルミナ混合物の比表面積
の測定結果から、この担体の比表面積は約２００ｍ^２／
ｇである。

【００１８】こうして得られた触媒を本発明の実施例で
ある排ガス浄化装置の触媒層に適用する。図１、２は本
発明の実施例である排ガス浄化装置の概要を示したもの
であり、図２はガス流路切替の動作により排ガス流通方
向が図１とは逆転している場合を示している。

【００１９】上記の排ガス処理用触媒１をそれぞれ格納
した２個の反応器２、３は加熱ヒータ４、５により独立
して格納した触媒１の温度を制御できるようになってい
る。反応器２と反応器３は配管６で結ばれており、浄化
処理する排ガスは２つの反応器２、３を直列に流れる。
排ガスが反応器２、３を流れる方向を逆転できるよう
に、それぞれの反応器２、３のガス出入口部分には、ガ
スの流路切替えダンパ７を接続してあるため、流路切替
えダンパ７を切替えることで図１のように反応器２から
先に排ガスを流通させることも、図２のように反応器３
から先に流通することもできる。配管６にはフィン１１
と送風機８が付設されており、必要に応じて反応器２と
反応器３の間を移動する排ガスを冷却することができ
る。反応器２、３を通過して浄化された排ガスはブロア
９で加圧され、煙突１０から外気に放出される。

【００２０】本実施例では、排ガスの流通方向を逆転さ
せる機構として流路切替えダンパ７を用いたが、本発明
はこれに限るものではなく、たとえば４つの遮断弁を用
いてもよい。また、反応器２と反応器３の間を移動する
排ガスを冷却する機構、浄化された排ガスを外気に放出
する機構についても同様である。これらの条件は浄化処
理する排ガスの組成、流量および温度、装置の連続運転
時間、寸法形状の制限、操作性、装置価格、維持運用費
などを考慮し、最適の条件を決定するものである。

【００２１】（比較例１）実施例１と同じ装置を用い
て、反応器３に格納した触媒１の代わりに、ハニカム形
状の活性炭を入れる。装置の圧力損失が実施例１と同じ
になるようにハニカム活性炭の形状は触媒１と同じであ
る。活性炭の重量は２６０ｇであり、トルエンを約３０
ｇ吸着すると吸着性能が飽和する。

【００２２】（比較例２）図３に比較例２の装置の概要
を示す。実施例１に用いた反応器２、３より大型の反応
器１１に実施例１と同じ触媒１を２層、直列に格納して
反応器１１内の触媒を２倍にし、また加熱ヒータ４で２
個の触媒１を同じ温度に制御する装置である。実施例１
の装置と異なり、排ガス流路の切替え機構や２層の触媒
間を流れる排ガスの冷却機構などは付設していない。

【００２３】実施例１と比較例１の装置は、排ガスが反
応器２から反応器３へ流れるように切替えダンパ７を設
置し、加熱ヒータ４に通電して反応器２の触媒層の温度
を２５０℃に保持し、送風機８を作動させ反応器２から
反応器３へ移動する排ガスを冷却し、反応器３の触媒層
（実施例１）および活性炭層（比較例１）の温度を３５
℃に保持した。比較例２の装置は、加熱ヒータ４に通電
し触媒層２層を共に２５０℃に保持した。この状態で加
速試験として高濃度のトルエンを含む空気をそれぞれの
装置に６８ｍ^３／ｈの流量で供給し連続運転を行った。

【００２４】（実施例１、比較例１、２の運転結果）図
４に実施例１、比較例１、比較例２の装置出口における
排ガス中のトルエン濃度と運転時間の関係を示した。ど
の装置も運転開始直後、トルエンの臭気は感じられな
い。

【００２５】しかし、実施例１の装置では、運転開始か
ら十数時間経過すると出口のトルエン濃度は徐々に増加
し、トルエン臭気が感じられなるようになった。そこで
まず送風機８を停止すると同時に流路切替えダンパ７を
操作し、排ガスが反応器３から反応器２へ流れるように
排ガスの流れを逆転した。次に加熱ヒータ５に通電して
反応器３の触媒層温度を２５０℃に昇温した。反応器３
の触媒層温度が２５０℃に達したら加熱ヒータ４を切
り、送風機８を作動させて反応器２の触媒層温度を３５
℃まで下げた。この一連の操作により、実施例１の装置
はトルエンの除去性能を回復し、出口のトルエン濃度が
低下したので臭気は感じられなくなった。装置の浄化性
能が低下したのは下流側の反応器３に格納された触媒層
の吸着性能が飽和したためで、活性化してトルエンが吸
着していない反応器２の触媒層と吸着性能が飽和した反
応器３の触媒層とを切替えることにより装置の除去性能
が回復した。そこで以後一定時間ごとにこの切替え操作
を自動で行うように装置を設定し、運転を継続した。図
４で実施例１のラインがノコギリ刃状になっているのは
この切替え操作を行っているためである。

【００２６】比較例１の装置は運転開始から数日を経過
した時点から、臭気が感じられるようになった。これは
下流側の反応器３の活性炭層の吸着性能が飽和したため
で、性能の回復にはハニカム活性炭の交換か、再生処理
が別途必要であるため比較例１の運転は中止した。

【００２７】比較例２の装置は運転時間が長くなるにつ
れ触媒が劣化してくるので、徐々に装置出口のトルエン
濃度が増加してきた。運転時間が数カ月に達した頃にト
ルエン臭気を感じられるようになり触媒の交換が必要と
なった。これに対し実施例１の装置は、出口のトルエン
濃度の増加が比較例２に比べ小さく、運転時間が比較例
２の２倍に達した時点で触媒の交換が必要となった。比
較例２の装置は２層の触媒が同じ温度であるため、劣化
は２個の触媒で同時に進行するが、実施例１の装置は２
個の触媒のうち１個は低温で吸着を行っているため、運
転中に劣化を生じるのは活性化されている触媒の方だけ
である。実施例１の２層の触媒は交互に使用されるた
め、劣化の進行は比較例２に比べ半分となる。

【００２８】以上の結果に示されるように、実施例１の
装置は、後流側の反応器に活性炭吸着層を付けた比較例
１および２倍の触媒量を用いた比較例２に比べ、触媒や
活性炭の交換までの運転時間が長くとれる。装置の触媒
や活性炭の交換費用を比較すると、この試験例の場合
で、実施例１の装置は比較例１の約１／５、比較例２の
約１／２となる。比較例１の場合、ハニカム活性炭の代
わりに粒状活性炭を用いたり、その使用量を増加させれ
ばさらに除去性能は向上するが、装置内を通過する排ガ
ス流の圧力損失は増加するので、所定の処理能力を得る
ためには装置入り口側に加圧用の送風機が必要となる。
装置価格に占める送風機の価格は比較的大きいので装置
価格が上昇するうえ、浄化成分を含む排ガスに送風機が
直接接触するためその耐久性にも問題がある。また活性
炭の交換が必要であり、１回あたりに交換する活性炭量
は増加する。

【００２９】比較例２の場合も触媒使用量を増加させる
ことでより長い寿命を得られるが、活性炭に比べ高価な
触媒の使用量が増えるうえ、１回当たりに交換する触媒
量は増加する。言い換えれば本発明を用いればより少な
い触媒量で同等の性能が得られることであり、同じ性能
の装置ならば触媒使用量の低減や装置の小型化により価
格は触媒量を単に増やした場合に比べ低くなる。

【００３０】（実施例２〜１２）代表的な臭気成分を１
１種類選定し、これらの臭気成分に対しそれぞれ酸化活
性が高くなる担体および活性成分の組合わせの触媒を調
整した。担体は臭気成分に対する吸着性と担持した活性
成分の活性が高くなるように、１５０ｍ^２／ｇ以上の比
表面積を有するものを用いた。これらの触媒を、実施例
１と同型の装置と、従来型の触媒燃焼式脱臭装置である
比較例２と同型の装置とに、それぞれ組み込み、試験運
転を行った。このときの触媒寿命を比較し両者の比を表
１に示す（「比較例２と同じ装置の触媒寿命を１とした
寿命」の欄）。臭気成分は濃度が１００ｐｐｍになるよ
うに空気で希釈して試験を行った。実施例と比較例で触
媒の使用量及び仕様は同等である。運転条件によって触
媒の劣化の仕方が異なるため寿命に差があるが、全体的
に実施例の装置に使用した触媒寿命は、従来型の触媒燃
焼式脱臭装置である比較例２と同型の装置のそれに対
し、２倍程度長い。特に実施例３の触媒では寿命が長
く、本発明の装置は特に有効である。ただし、本発明は
使用する触媒のハニカム基材の材質、形状および寸法、
担体の種類およびコート量、活性成分の種類および担持
量を本実施例に限定するものではなく、また触媒形状も
ハニカム形状に限るものではなく、粒状、破砕粒、粉末
などでもよい。

【００３１】

【表１】

【００３２】（実施例１３〜１５、比較例３）ハニカム
基材に１５０ｇ／Ｌの量をコートしたアルミナ担体にＰ
ｔを担持した触媒に、濃度と流量を一定にしてトルエン
を含む空気を室温で流したときの担体の比表面積と初期
吸着率の関係を表２に示した。触媒の吸着性は担体の比
表面積が大きいほど高い。このため上記のように触媒を
吸着剤として使用するには最低でも５０ｍ^２／ｇ以上、
実用上望ましくは１００ｍ^２／ｇ以上の比表面積をもつ
担体が必要である。５０ｍ^２／ｇより小さい比表面積の
担体を使用した触媒は、吸着剤として使用したときに多
量に用いないと排ガス中の浄化成分を吸着しきれず流出
する恐れがある。しかし、１０００ｍ^２／ｇより高い高
比表面積担体を用いた触媒は、アルコキシド法のような
特殊な調整法が必要で調整が難しいばかりでなく、温度
を上げて活性化した場合の劣化や排ガス中の成分による
被毒が生じた場合に過敏に反応して性能の低下が大きく
なりやすい。上記装置に用いる触媒は、比表面積が５０
ｍ^２／ｇから１０００ｍ^２／ｇの間、望ましくは１００
ｍ^２／ｇから７００ｍ^２／ｇの担体を使用したものが適
している。

【００３３】

【表２】

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、触媒が持つ二次廃棄物
がなく、運転費が低いという利点を生かしながら、維持
費を増大させず高い排ガス浄化能力が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である排ガス浄化装置の概要を
示した図である。

【図２】本発明の実施例である排ガス浄化装置の概要図
で、図１のガス流路切替え動作により排ガス流通方向が
逆転している場合を示している。

【図３】比較例２の排ガス浄化装置の概要を示した図で
ある。

【図４】連続運転試験を行った実施例１、比較例１及び
比較例２の装置の出口におけるトルエン濃度の経時変化
を示した図である。

【図５】アルミナ担持Ｐｔ触媒の触媒温度とトルエン除
去率の関係を示した図である。

【図６】アルミナ担持Ｐｔ触媒のトルエン吸着性能と経
時変化を示した図である。

【符号の説明】

１：触媒 ２：反応器 ３：反応器 ４：加熱ヒ
ータ ５：加熱ヒータ ６：配管 ７：流路切換ダンパ ８：送風機
９：ブロア １０：煙突 １１：フィン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排ガスを触媒に接触させて可燃性の有害
   物質または悪臭物質を除去するものにおいて、吸着作用
   を有する触媒を該触媒の温度が独立して制御できる２個
   の反応器内に格納し、前記２個の反応器を排ガス流れ方
   向に対して直列に配置して排ガス流路に接続するととも
   に、前記反応器への排ガスの流通方向を逆転できる構造
   としたことを特徴とする排ガス浄化装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の排ガス流路を分岐して２
   個の反応器に各々接続させ、前記反応器のガス出入口部
   分に排ガス流路切替手段を各々設けたことを特徴とする
   排ガス浄化装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の触媒の担体は、比表面積
   が５０ｍ^２／ｇ以上１０００ｍ^２／ｇ以下であり、アル
   ミニウム（Ａｌ）またはチタン（Ｔｉ）の酸化物または
   水酸化物、ケイ素（Ｓｉ）の酸化物、Ａｌ、Ｔｉおよび
   Ｓｉの複合酸化物、ゼオライトおよび活性炭の中から選
   ばれた一種以上からなることを特徴とする排ガス浄化装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の触媒の活性成分は、白金
   （Ｐｔ）、鉛（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）およびロジウム（Ｒ
   ｈ）の貴金属または銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、マ
   ンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）およびバ
   ナジウム（Ｖ）の遷移金属酸化物の中から選ばれた一種
   以上からなることを特徴とする排ガス浄化装置。
5. 【請求項５】 吸着作用を有する２層の触媒を直列に配
   置して、第１の触媒を触媒作用が活発な温度に、第２の
   触媒を吸着作用が高い温度に制御した後、排ガスを前記
   第１、第２の触媒の順に流通させ、前記第２の触媒の吸
   着作用が飽和したときに、前記排ガスの流通方向と前記
   ２層の触媒温度を逆転させることを特徴とする排ガス浄
   化装置の運転方法。