JPS61238325A - 電子照射による排気ガスの脱硫及び脱硝装置 - 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】 本発明は、本質的には排気ガス路と２５０ｋｅＶ近辺の
電子ビームポテンシャルを有する少なくとも一つの低エ
ネルギー電子ビーム源とから成る装置であって、照射に
先立ってアンモニアの添加された排気ガスに電子照射を
行なうことによって排気ガスの脱硫及び脱硝を行なう装
置に関する。

大規模な炉から出る排気ガスの脱硫及び脱硝は、今日我
々の環境の廃棄物管理の点で重要な役割を果している。

同時にあるいは選択的に用いられる触媒的乾式法及び多
くの湿式法に加えて、近年日本においては、アンモニア
の存在下で加速電子の照射によりＳＯ□及びＮＯｘの転
換を行なう物理的方法が開発されて来た。この方法では
硫酸アンモニウムと硝酸アンモニウムが生じ、それらは
空気−過装置で除去される。この方法は例えばラディア
ット、フィス。

ケム、　（Ｒｃｉｄｉａｔ、Ｐｈｙｓ、Ｃｈｅｍ、）第
１８巻、Ｎｏ、１−２、第３８９−３９８頁（１９８１
）に記載されており、この方法においては、排気ガスは
球状連続フロー反応器中の２個の向い合った比較的高電
圧の電子ビーム源（７５０ｋｅＶ）によって照射が行な
われ、同時に混合される。

しかし様々な理由でこれらの高電圧電子ビームの使用は
不利であることが明らかになった。

こうしたことから、本出願人は低エネルギー電子の照射
によって排気ガスの脱硫及び脱硝を行なうことを提案し
た（特開昭６０−１７９１２３号）、シかし。

この方法及びこの方法に用いる装置では比較的少量の排
気ガスしか処理することができない、その理由は、用い
られる電子線はワンポイント陰極と電子ビームそらせ板
（走査の原理となるもの）を備えているだけだからであ
り、スワンポイント陰極からの電子の放出は限られてい
るので必要とされている高い性能を得ることができない
。

この問題を克服するためには、必要とされる高性能を達
成する低エネルギー電子ビーム装置の使用が可能である
。この装置では、少なくとも２個の広面積陰極システム
が真空容器の中に平行に配置されており、各広面積陰極
システムは各々縦と横幅がその広面積陰極システムと同
じ長さの電子放出開口部を有しているという事実のため
高性能が達成される。この装置においては、電子ビーム
ポテンシャル、電子流、電子放出開口部負荷、電子の透
過度、更に排気ガス路の横断面は、二つの電子ビーム装
置が互いに向い合った状態で最適な照射条件が達成でき
るように調整されている。しかし照射を行なうためには
２個の完全に独立した電子ビーム装置が必要であり、電
子ビームは外部から排気ガス路に照射される。このこと
は幾分不利なことであると考えられる。更に、排気ガス
路と電子ビームは鉛板によって遮蔽する必要がある。

照射される電子ビーム及び排気ガス路の遮蔽には相当の
費用がかかる。それは、排気ガス路の保全作業を行なう
際電子ビーム装置を取り除かなければならないからであ
る。（特願昭６０−２３７７７６号参照） 従って本発明の目的は、ただ一つの低エネルギー電子ビ
ーム源を用いるだけでよい、電子線照射による排気ガス
の脱硫及び脱硝装置を提供することである。

従って本発明によれば、電子照射に先立ってアンモニア
の添加された排気ガスに電子照射を行なうことにより排
気ガスの脱硫及び脱硝を行なう装置において、該装置が
排気ガス路と電子ビームポテンシャルが１５０〜３００
ｋｅＶである最低限度一つの低エネルギー電子ビーム源
を包含し、該電子ビーム源が排気ガス路中に同心的かつ
同軸的に配設されており且つ少なくとも二つの電子放出
開口部を有していることを特徴とする電子照射による排
気ガスの脱硫及び脱硝装置が提供される。

次に、図面を参照しながら本発明の実施態様を説明する
。

本発明により電子ビーム装置及び遮蔽装置に要する費用
が大幅に節約される。その理由は、面電子ビーム装置の
代わりに、いわゆる放射面ビーム装置である単一方向に
向けられた電子ビーム源のみを使用し、それをチューブ
形の排気ガス路の中心軸に配置し電子ビームが排気ガス
路の外壁に向けて少なくとも２方向に放射状に向かうよ
うにしたからである。放射状面ビーム装置Ｅ（第１図及
び第２図）は円筒型の装置内の排気ガス路中に同軸的に
配置されており、最低限２つ、好ましくは４つ以上の電
子放出開口部６を有している。電子ビーム源Ｅのこのよ
うな配置によって排気ガス路中で線量分布が不均一にな
るけれども、このことは重要ではない。なぜならば二つ
の互いに向き合った電子ビームによる外部から内部への
照射の際にも排気ガスの乱流が用いられているからであ
る。

電子放出開口部６と排気ガス路の外壁１０の間の距離は
電子ビームの最大ポテンシャルに依存している。どんな
場合にも電子ビームの最大範囲が開口部と外壁の距離を
越えないようにしなければならない。そうしなければ管
壁が過熱して照射装置の効率が低下してしまう。

放射状面ビームのＸ線の遮断は本発明においては非常に
簡単な形式のものである。次のような方法が可能である
。

（ａ）放射状面ビーム装置を水平型排気ガス路中に配置
した状態で（第３図）、排気ガス路を鉛板で直接被覆す
る。排気ガス路中に拡散するＸ線を弱めるため、排気ガ
ス路は照射領域の前後で２度屈曲させである。これらの
屈曲部分もまた鉛で被覆されており、この鉛による被覆
は平坦な表面が含まれているので簡単である。

電子ビーム装置への電力や動力の供給は、屈曲排気ガス
路の一方の対向している端を介して行なわれる。この対
向端はまた放射状面ビーム装置の保全泪取出口の役目も
している。放射状面ビーム装置は排気ガス路から、保全
のためこの部分を介。

して取り出すことができる。

（ｂ）垂直型排気ガス路中に放射状面ビーム装置を配置
した場合（第４図）、地中への排気ガス路の設置の可能
性があり、大地はＸ線遮断物として作用することができ
る。保全目的のために放射状面ビーム装置は排気ガス路
からその上面端を介して取り出される。

放射状面ビーム装置は、電子線工学における公知の構成
部材から成っていて、その構成に特に制限はなく、長い
有効寿命を有する面ビーム装置及び陰極システムに対向
している電子放出開口部は、例えば、前述した本出願人
の先願である特開昭６０−１７９１２３号及び特願昭６
０−２３７７７６号に記載したのと同様に設計すること
も出来る。

放射状面ビーム装置と排気ガス路を最善の状態にするた
めの物理的基盤について次に記載する。

一段階電子加速器は、奇計ビームポテンシャル１５０ｋ
Ｖから３００ｋＶのものが製造されている。ビームポテ
ンシャルは、下限が電子線放出開口部におけるエネルギ
ー損失によって制限され、上限が加速の一段階距離の、
高いポテンシャル強度によって制限される。

次に示した計算は理論ビームポテンシャル６００ｋＶに
関するものである。今日の工業においては３００ｋＶの
ビームポテンシャルまでに達している。

もしビームポテンシャルが３００ｋＶという値未満のま
まであるなら照射装置の操作上の安全性は増大する。

排気ガスに照射する場合、排気ガス路内の流れは１５ｍ
／ｓから２０ｍ／ｓの間、特別な場合は３０ｍ／ｓであ
ることが必要である。

計算は５００　Ｍ　Ｗ、、の発電所に基づいており、こ
のような発電所の排気ガス発生量は１，５００，０ＯＯ
Ｎ♂／ｈ（標準圧力、標準温度における１時間当たりの
立方メートル）に相当する。排気ガス温度約８０〜１０
０℃においては、その場合排気ガス２，０００，０００
ｍ３／ｈつまり５５５＋ｎ’／ｓとなる。排気ガス１ｍ
’は重量１ｋｇである。

線量の式：　　ＩＭｒｄ＝１０ｋＧｙ＝１０ｋＪ／ｋｇ
：ｌ０ｋｌｌ・ｓ／ｋｇ従ってＩＭｒｃｊの線量で５０
０ＭＩＮ、１の発電所の汚染除去を行なう場合、５　、
５００ＫＷｅｆｆの有効照射が必要である。

工業的に製造される電子ビーム装置は次の主要な機械構
成成分を含んでいる： 陰極、予備加速距Ａ部分、後加速距離部分、電子放出開
口部。

電子放出開口部は長さが２００ｃｍ、操作幅が２２ｃｒ
ＩＩであることができる。

開口部負荷は０．１５ｍＡ／ｃ＋ｎ２である。

裏付された電子放出開口部の透過率ηは５０％である。

開口部の電子電流は従って６６０ｍＡであり、これは３
３０ｍＡづｆに相当する。

次に、各々が２つの電子放出開口部を備えており、直角
型の排気ガス路（第５図）で互いに向い合って照射する
二つの電子面ビーム装置を、チューブ型排気ガス路中に
配置した四つの電子放出開口部を備えた一つの放射状面
ビーム装置と比較する。

この比較は、電子ビーム装置の数、ビームポテンシャル
そして排気ガス路の数に関して両方の場合の最適条件に
つなげることを目的としている。

更に別のパラメーターは、線量０．５Ｍｒｄの場合の電
子ビーム装置の′数に加えて線量ＩＭｒｄの場合の電子
ビーム装置の数である。

実験的な作業から得られた新しい情報により、汚染除去
を行なうためには従来の脱硫段階に対して０，３Ｍｒｄ
という低い電子ビームの線量でも可能でありそうなこと
が示された。このように低い照射線量は当・然この方法
の効率という面で極めて重要である。

第６図［ベイリー（Ｂａｉｌｅｙ）によるものコ［ディ
ー。

アール、ベイリー（Ｄ、Ｒ，Ｂａ１ｌａｙ）、エイ、ラ
イト（Ａ、−Ｗｒｉｇｈｔ）、”プリントテクノロジー
（Ｐｒｉｎｔ　Ｔｅｃｈ−ｎｏｌｏｇｙ）　”　（１９
７１）第９巻〜第１２巻コは電子ビームの最大範囲をビ
ームポテンシャルの関数として計算するのに役立つ。

下側の曲線は、面重量６．７５ｍｇ／ｃｍ”に相当する
１５μｍのチタン板を電子が通過することを考慮に入れ
である。

（１）理想排気ガス路と理想電子ビーム装置についての
第１回目の比較。

直角型の排気ガス路において二つの電子面ビーム装置を
互いに対向するように配置した。

後に載せられている第１表において： ｋｖ：　　　電子のビームポテンシャル　［単位：　ｋ
Ｖ］、ｋＷえｆ５：４つの電子放出開口部の有効電子ビ
ーム総出力、 ｎｌ：　　　線量ＩＭｒｄの場合に必要な理想電子ビー
ム装置の数、 ｎ、、、：　　Ｏ，，５Ｍｒｄの場合に必要な理想電子
ビーム装置の数、 ｒｏ［単位：　ｍｇ／ｃｍ２］：密度１ｋｇ／ｍ３の排
気ガス中における電子ビームの最大範囲、 ｄ、０．Ｃ単位：　ｍｌ：　　　２方向から照射される
排気ガス路の深さ及び鐘形イオン化 曲線（第７図）の重なり部分； ｄｏ、、はｒ、・０．７の２倍（：Ｆ０４．４）であり
重なりの度合を考慮に 入れである。

ｄｏ、ｓ［単位：　ｍｌ：　　　ｄｏｊと同様であるが
重なり因子がｒｏ・１．６と小さい場合、 Ｆｚ、Ｊ単位：　ｍ２Ｅ：　　　ｄｇ、７の場合の排気
ガス路）横断面の面積、 ＦＸ、−［単位：　Ｉｎ”ｌ＋＋　　　ｄ６１ｇである
という以外はＦ２．４と同様、 ｌ１１３・Ｓ；［４：　　排気ガス路の深さが１．４（
ｒ、ｓｌ、４）の場合の排気ガス路の横断面積当たりの
処理 量［単位：ｍ３・ｓ゛１］、 Ｎ１．１．４：　　排気ガス速度１５ｍ／ｓ、排気ガス
路の深さ１．４（ｒａ・１−４）の場合の、５００Ｍリ
ペ発電所の汚染除去についての排気ガス路の数。

である。

これらの計算は、排気ガス速度１５ｍ／ｓ、２０ｍ／ｓ
及び３０ｍ／ｓ、そして排気ガス路の深さの因子０．７
と０．８（ｒ、・１．４とｒｏ・１゜６）について行な
われた。計算の結果は第８図に示されている。

電子ビーム装置と排気ガス路の理想的な数は、線量］、
Ｍ　ｒ　ｄの理想電子ビームについての曲線ｎ１又は線
量０．５Ｍｒｄの理想電子ビームについての曲線ｎｏ、
ｓと排気ガス路の理想数に関する曲線ｎ１．／１．４−
ｎ３゜７１．６とが交叉する点に見い出される。

理想電子ビームの数は常に互いに向い合った二つの電子
面ビームから成っていることに注意すべきである。

（２）理想電子ビーム装置の数と理想排気ガス路の第２
回目の比較。

放射状面ビーム装置は、円形の排気ガス路中に同心円的
に配置されている。

後に記載の第２表の各欄において： ｋｖ：　　　電子のビームポテンシャル［単位：　ｋＶ
］、ｋυｅｔｒ　：　　合計４つの電子放出開口部を有
する放射状面ビーム装置の有効電子ビーム総出力、ｎ□
：　　線量ＩＭｒｄでの汚染除去に必要な理想電子ビー
ム装置の数、 ｎｏ、Ｈ：　　　線量０　、５？４ｒｄでの汚染除去に
必要な理想電子ビーム装置の数、 ｒａ［単位：　ｍｇ／ａｍ”コニ　密度１ｋｇ／ｍ３の
排気ガス中の電子ビームの最大範囲。

ｄ□［単位二ｍ］：　　　　はぼ円形の放射状面ビーム
の直径、 ｄＺ［単位：ｍ］：　　　　電子ビームの最大範囲ｒ０
を考慮に入れた排気ガス路の 直径、 Ｆｉｒ単位二ｍ２コニ　　　　放射状面ビーム装置の横
断面の面積、 Ｆ２［単位：ｍ２］：　　　　放射状面ビーム装置を含
んだ排気ガス路の横断面の面 積、 ΔＦ［単位：　ｍ”］：　　　Ｆ、からＦ工を引いた差
であり、従ってその結果として生じ る排気ガス路の横断面の面 積、 Ｉ゛・Ｓ−′：いろいろな排気ガス速度の場合の、排気
ガス路光たりの処理量［単位二１３・Ｓ−′］、ｎ１５
：　　　排気ガス速度１５ｍ／ｓの時の５００８　ｌｉ
’、１の発電所の汚染除去についての排気ガス路 の数、 である。

これらの計算は、排気ガス速度１５ｍ／ｓ、　２０ｍ／
ｓ及び３０ｍ／ｓについて行なった。計算の結果は第９
図に示しである。

電子ビーム装置と排気ガス路の理想数は、線量ＩＭｒｄ
の理想電子ビームに関する曲線ｎｉ又は蕪射線量０．５
Ｍｒｄの理想電子ビームに関する曲線ｎ０．５と理想排
気ガス路の数についての曲線ｎ工、−ｎ３゜との交叉す
る点に見い出される。

比較実験（１）と（２）についての解説：（、）放射状
面ビームに必要なものは高電圧装置、真空機械要素及び
制御装置だけであるので設計が簡単である。

（ｂ）放射状面ビームは排気ガス速度及び線量要求条件
によっては、最大で３００ｋＶのビームポテンシャルを
必要とするが、排気ガス速度がより大きかったり照射線
量がより小さい場合にはビームポテンシャルはもっと小
さくて済み、それによって操作の安全性が増大する。

（ｃ）　電子面ビームが互いに向い合っている場合であ
っても排気ガス流はかく乱されるので、放射状面ビーム
の場合の排気ガスの１方向からの照射は不利なものとは
ならないはずである。

（ｄ）放射状面ビームについてのＸ線の遮蔽は最もうま
く解決される。

（ｅ）２基の互いに向い合った電子面ビーム装置を用い
る場合、つまり２方向からの照射を行なう場合、理想ビ
ームポテンシャルは排気ガス速度及び必要な線量に依存
するが３００ｋＶから６００ｋＶの間である。

このようなビームポテンシャルは簡単には達成できない
。

（ｆ）２方向からの照射の場合、１つの排気ガス路につ
き常に２つの電子面ビーム装置を使用しなければならな
い。

（ｇ）２方向からの照射の場合、Ｘ線遮蔽の可能性の問
題を複雑なものにしている。

【図面の簡単な説明】

第１図は電子放射状面ビーム装置を有する排気ガス路の
横断面図である。 第２図は放射状面ビーム装置と排気ガス路の縦断面図で
ある。 第３図は放射状面ビーム装置と鉛遮蔽板を備えた″水平
型″排気ガス路を示す。 第４図は放射状面ビーム装置を備え、大地が遮蔽物とな
っている″′垂直型″排気ガス路を示す。 第５図は互いに向けて照射する場合の電子面ビームと遮
蔽体の配置を例示している。 第６図はビームポテンシャルの関数として電子ビームの
最大度ｒ。を示すグラフである（ベイリーによるもの）
。 第７図はいろいろなビームポテンシャルについてのイオ
ン化曲線を示している。 第８図は互いに向き合うように配置された電子面ビーム
装置の数と排気ガス路の数の比較を図で行なったもので
ある。 第９図は放射状面ビーム装置の数と排気ガス路の数の比
較を図で行なったものである。 各図において参照番号は次のものを表わしている。 Ｅ・・・電子ビーム源としての放射状面ビーム装置、１
・・・電界陰極（Ｆｉｅｌｄ　ｃａｔｈｏｄｅ）、２・
・・陰極保持体、３・・・抽出グリッド、４・・・加速
グリッド、５・・・加速距離、６・・・電子放出開口部
、７・・・真空部、８・・・容器壁、９・・・排気ガス
路中の照射領域、１０・・・排気ガス路の外壁、１１・
・・遮蔽体、１２・・・ビーム装置の支持体、１３・・
・電力供給ライン、１４・・・真空伝達管、１５・・・
排気ガス路、１６・・・排気ガス流の向き、１７・・・
真空ポンプ、１８・・・工場、１９・・・コンクリート
、２ｏ・・・大地、２１・・・電子面ビーム装置。 特許出願人　　ボリマー−フィジークゲーエムベーハー
ウントツェーオー。 カーゲー ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、３ ＦＩＧ。４ ＦＩｏ、８ ５７．１ ＦＩＧ。９

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子照射に先立ってアンモニアの添加された排気
   ガスに電子照射を行なうことにより排気ガスの脱硫及び
   脱硝を行なう装置において、該装置が排気ガス路と電子
   ビームポテンシャルが１５０〜３００ｋｅＶである最低
   限度一つの低エネルギー電子ビーム源を包含し、該電子
   ビーム源が排気ガス路中に同心的かつ同軸的に配設され
   ており且つ少なくとも二つの電子放出開口部を有してい
   ることを特徴とする電子照射による排気ガスの脱硫及び
   脱硝装置。
2. （２）該電子ビーム源が４つ以上の電子放出開口部を有
   している特許請求の範囲第１項記載の装置。