JP4997527B2

JP4997527B2 - 排気ガス処理方法及び処理装置

Info

Publication number: JP4997527B2
Application number: JP2006153731A
Authority: JP
Inventors: 恵一郎吉田; 雅章大久保; 俊昭山本
Original assignee: Osaka Prefecture University
Current assignee: Osaka Prefecture University
Priority date: 2006-06-01
Filing date: 2006-06-01
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2026-06-01
Also published as: JP2007321678A

Description

本発明は、エンジンなどの排気ガスの処理方法及び処理装置に関するもので、特に排気ガス中にＮＯｘを含むガスの処理方法及び処理装置に関する。

内燃機関、ボイラ、ガスタービン等の燃焼装置で発生した燃焼ガスを排気系を経由して排出する際における排気ガスの規制強化が進められている。一つの方法としては、排気ガス中の有害成分あるいは被処理成分を乾式触媒処理装置を用いて除去処理することが行われている。

他方、排気ガス浄化、窒素酸化物（ＮＯｘ）処理方法の一つとしては、非熱プラズマを用いたＰＰＣＰ（ＰｕｌｓｅＣｏｒｏｎａＩｎｄｕｃｅｄＰｌａｓｍａｃｈｅｍｉｃａｌＰｒｏｃｅｓｓ）方式、あるいは、湿式化学プロセス装置による窒素（Ｎ２）へ還元するハイブリッド方式がある（従来技術１：例えば、特許文献１参照）。

従来、火力発電所などの大型固定発生源からの排気ガスに対して、集塵装置（粒子捕集）や脱硫装置（ＤｅＳＯx）は比較的経済的な高性能除去技術を確立してきたが、従来式の選択触媒還元方式では、脱硝装置（ＤｅＮＯx）には運転温度条件、除去効率、コスト面で大きな問題があった。
そのため、本発明者らにより、更に、大気圧非平衡低温プラズマ処理と化学反応プロセスを結合させ、プラズマによりまずＮＯを低電力で完全に酸化させ、生じたＮＯ ₂ をＮa ₂ ＳＯ ₃ により還元するハイブリッド法により、Ｎ ₂ Ｏなどの副生成物の発生を抑制させつつ、選択的触媒還元法の1/4以下のコストとなる従来技術１としての高効率ＮＯx除去法が開発された。

また、主としてディーゼルエンジンの排気ガス処理を目的として、エンジンの排気ガス流路においてガス中の被処理成分を吸着剤に吸着後、窒素ガス又は低酸素ガスを吸着剤の存在する流路に流し、放電を発生させ前記窒素ガスの非熱プラズマを吸着剤に印加し、被処理成分の脱離処理及び吸着剤の再生及び下流での窒素プラズマによる被処理成分を行う高効率ＮＯｘ除去の方式がある（従来技術２：例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−１１７０４９号公報ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１４７３７

自動車の排出ガス中に含まれる生理的な影響を及ぼす有害物質には、一酸化炭素（ＣＯ），窒素酸化物（ＮＯx），炭化水素（ＨＣ）など多種類の成分があるが、一酸化炭素に対して必要とする換気量で換気を行えば、その他の有害成分は安全な濃度になるとしている。

自動車の排出ガス中には、燃料である炭化水素の燃焼生成物として二酸化炭素（ＣＯ₂）および水分（Ｈ₂Ｏ）が主成分として含まれるほか、複雑な燃焼過程における中間生成物、未燃焼成分、燃料に含まれる不純物の燃焼生成物、燃料および空気が高温・高圧下におかれるための反応生成物など極めて多種多様の成分が含まれる。

これらのうち有害成分として問題となるものの内で、空気が高温・高圧下におかれるために窒素と酸素が反応して生じる窒素酸化物（ＮＯx：ＮＯ，ＮＯ₂など）および不純物からの生成物質としての硫黄酸化物（ＳＯx）などである。

その中で、窒素酸化物の従来からの処理方式は、ＮＯxを含む被処理成分を吸着剤に吸着させた後に化学処理を施して除去していたが、本発明は、非熱プラズマを吸着剤に印加して処理し、吸着剤に湿式処理などの複雑な化学処理をすることなく処理することを課題とする。

かくして、本発明によれば、吸着剤を収容する吸着筐体及び吸着剤に接するように埋設された排気ガス管を有する吸着塔が備えられた排気ガス処理装置を用い、
吸着塔の吸着筐体内に排気ガスを第１の方向に流れるように流入させ、排気ガス中のNOxを含む被処理成分を吸着剤に吸着させる吸着工程と、
吸着塔の排気ガス管に排気ガスを前記第１の方向に流れるように流入させて熱交換により吸着剤に熱を付加すると共に、酸素濃度10vol％以下で純度90vol%以上の窒素ガスを前記第１の方向とは逆向きの第２の方向に流れるように吸着筐体内に流入させて、吸着剤に吸着した被処理成分を脱離させる脱離工程と、
吸着剤から脱離させた被処理成分を含む窒素ガスをプラズマ処理部に導いてプラズマ処理するプラズマ処理工程とを含み、
吸着塔において吸着工程と脱離工程とを切り換えて行なう排気ガス処理方法が提供される。

前記排気ガス処理方法は、次のようにしてもよい。
（１）前記プラズマ処理工程において、交流電圧による沿面放電方式を用いる。
（２）前記吸着塔は、排気ガス中の水分を除去する除湿剤およびこの除湿剤に前記排気ガス管が埋設されるように除湿剤を収容する除湿剤筐体をさらに備えており、
前記吸着工程において、前記除湿剤筐体内に排気ガスを前記第１の方向に流れるように流入させた後、除湿剤筐体内から排出された排気ガスを前記吸着筐体内に流入させ、
前記脱離工程において、吸着塔の排気ガス管に排気ガスを前記第１の方向に流れるように流入させて熱交換により除湿剤に熱を付加すると共に、除湿剤筐体内に水分脱離用エアを前記第２の方向に流れるように流入させて前記除湿剤から水分を脱離させる。
（３）前記吸着塔が複数備えられ、複数の吸着塔を切り換えて排気ガス処理を行う。

また、本発明の別の観点によれば、吸着剤を収容する吸着筐体および吸着剤に接するように埋設された排気ガス管を有する吸着塔と、
NOx含有被処理成分を含む排気ガスを前記吸着筐体内に第１の方向に流れるように流入させて被処理成分を吸着剤に吸着させるための第１排気ガス流入部と、
被処理成分が吸着剤にて除去された処理済みの排気ガスを吸着筐体内から外部に排出するための第１排気ガス排出部と、
排気ガスを前記排気ガス管内に前記第１の方向に流れるように流入させて吸着筐体内の被処理成分を吸着した吸着剤に排気ガスの熱を付加するための第２排気ガス流入部と、
排気ガス管内を通った排気ガスを外部に排出させるための第２ガス排出部と、
吸着剤から被処理成分を脱離させる酸素濃度10vol％以下で純度90vol%以上の窒素ガスを前記第１の方向とは逆向きの第２の方向に流れるように吸着筐体内に流入させるための窒素ガス流入部と、
吸着剤から脱離した被処理成分を含む窒素ガスを吸着筐体内から外部に排出するための窒素ガス排出部と、
前記窒素ガス排出部から流入した被処理成分を含む窒素ガスをプラズマ処理して外部に排出するためのプラズマ処理部とを備え、
吸着剤に被処理成分を吸着させるための吸着筐体に対する排気ガスの流入・処理済みの排気ガスの排出と、吸着剤から被処理成分を脱離させるための吸着筐体に対する窒素ガスの流入・排出および排気ガス管に対する排気ガスの流入・排出とが、吸着塔において切り換わるように構成された排気ガス処理装置が提供される。

前記排気ガス処理装置は、次のように構成されてもよい。
（Ａ）前記プラズマ処理部が、交流電圧による沿面放電素子を備える。
（Ｂ）前記吸着塔は、排気ガス中の水分を除去する除湿剤およびこの除湿剤に前記排気ガス管が埋設されるように除湿剤を収容する除湿剤筐体をさらに備えると共に、
水分脱離用エアを前記除湿剤筐体内に前記第２の方向に流れるように流入させる水分脱離用エア流入部と、水分を含む前記水分脱離用エアを除湿剤筐体内から外部に排出するための水分脱離用エア排出部とがさらに備えられる。
（Ｃ）前記吸着塔を複数備え、複数の吸着塔を切り換えて排気ガス処理を行なうように構成される。

本発明のガス処理方法及び処理装置は、要するに、排気ガス（以下、排気ガスという場合がある）の吸着工程の下流にプラズマ処理部を設け、排気ガス中のＮＯｘなどを吸着剤に吸着させた後、吸着剤に排気ガスの熱を伝熱し、同時に窒素ガスを流しながら、ＮＯｘを吸着剤から脱離（脱着ともいう）させて下流のプラズマ処理部にて印加してＮＯｘをＮ２に還元することを特徴とする。
さらに本発明では、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）などの被処理成分を吸着剤に吸着（吸収とも言う）させる吸着工程と、被処理成分の脱離を排気ガスの熱を伝熱させて行う脱離工程と、窒素ガスを主成分とするガスにより吸着剤を再生する工程と、吸着工程の下流にあるプラズマ処理部（プラズマリアクタ）にて窒素酸化物を処理する工程とを組み合わせることにより、急速かつ高効率に行うシステムを順次に備えるようにしたことを特徴とする。
これにより被処理成分を高濃度化すると同時に、吸着剤の再生を行うガス処理方法、ならびにその下流でさらに、窒素ガスを主成分とするプラズマにより、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯx）などの被処理成分を高効率に除去して大気中に排出する排気ガス処理方法、ならびに以上の技術を利用し、吸着剤の切り替え、排気ガスの循環処理を行い、高効率、省エネルギーなガス処理方法と装置を提供し、地球環境の保全に資するものである。

前述したように、本発明のガス処理方法及び装置は、吸着剤に吸着したＮＯ₂等を化学的に処理して化学物質を処分するのではなく、電気的に処理して気体にして分解処理して大気に放出することにより、残留物質が残らない方式を提供できる。

図1は本発明に係る排気ガス処理装置の一実施形態を示す概略図である。
吸着塔AとBは同じものである。吸着塔AとBは、NOx吸着剤１を充填した部分と、エンジン排ガスの水分を除去する除湿剤２を充填した部分と、からなる筐体３を備える。なお、筐体３におけるNOx吸着剤１を充填した部分が前記吸着筐体である。
以下、単に「吸着塔」という場合は、吸着塔ＡとＢの両方について説明していることとする。
吸着塔内部には排気ガス管４が埋め込まれており、ここに排気ガスを流通させることで、除湿剤２、NO吸着剤１を加熱し、吸着した水分やNOxを脱離させ、吸着力を再生する。この吸着塔内に埋め込まれた排気ガス管４の内外では、ガス交換はされず、熱交換のみが生じる。
吸着塔AとBは、NOx吸着工程と吸着剤の再生工程を交互に繰り返す。図１では吸着塔Aが再生工程にあり、吸着塔BがNOx吸着工程にある。この状態では開閉バルブ５a：開、５b：閉となっている。
ディーゼルエンジンからの排気ガスは、まず、3方弁aを通って、流入口６（第２排気ガス流入部）から吸着塔Aの内部に埋め込まれた排気ガス管４を通り、吸着塔AのNOx吸着剤１と除湿剤２を加熱するとともに、自身は冷却される。なお、この排気ガスが吸着塔Aの排気ガス管４内を流れる方向は前記第１の方向である。
吸着塔Aを出た排気ガスは空冷熱交換器７で露点以下に冷却され、凝縮した水分はドレインポット８で捕集される。この工程である程度除湿された排気ガスはさらに、吸着塔Bの除湿剤２に流入して、さらに乾燥され、次に3方弁g，fと通って、第１排気ガス流入部からNOx吸着剤１に流入し、吸着剤１によってNOxを除去された後、第１排気ガス排出部から3方弁eを通って、排気口９から大気中に排出される。なお、この排気ガスが吸着塔Bの除湿剤２およびNOx吸着剤１を流れる方向も前記第１の方向である。
一方、再生工程にある吸着塔Aでは、まず、水分脱離用のエア１０が、大気中からエアポンプ(図示なし)等によって供給ライン１１から水分脱離用エア流入部の3方弁dを通って、除湿剤２に送り込まれている。加熱されて除湿剤２から脱離した水蒸気はこのエアによって運ばれ、水分脱離用エア排出部および開閉バルブ５aを通って、大気中に排出される。なお、この水分脱離用のエア１０の除湿剤２を流れる方向は前記第２の方向である。
次に、NOx脱離用の窒素１２はパイプライン１３から3方弁bを通って、第１排気ガス流入部からNOx吸着剤１に流入し、加熱によって脱離されたNOxを含んで、第１排気ガス排出部から3方弁cを通ってプラズマ処理部としてのプラズマリアクタ１４に流入する。プラズマリアクタ１４ではNOxは窒素非熱プラズマによってN2に還元され、大気中に排出される。なお、このNOx脱離用の窒素１２がNOx吸着剤１を流れる方向も前記第２の方向である。

図２は本発明の一実施形態における吸着塔Ａ，Ｂの部分断面詳細図を示す。ここの例では、200ccのディーゼルエンジン排気ガスを処理するための吸着塔として示す。図２（１）上面図（平面図）では、NOｘ吸着剤１を充填した四角形筐体２１を表しており、吸着剤１が充填される部分は、約L48×W12.7×H3.5 cmで構成された四角形枠体２２であり、この上面中央部に、フランジ２３−１を付けた四角形の開口部２３を設け、球形またはシリンダー形の吸着剤ペレット１が枠体内に層状に充填され、蓋体２４にて開口部フランジ２３−１とでネジ止めされて、密封される。さらに、蓋体２４の内面には吸着剤押材２４−１が付設され、吸着剤ペレット１が本体から出ないように施されている。この枠体２２の中では図の左側から右側にかけて、排気ガスを導入するための別管、例えば複数の扁平管２５が枠体２２内部の吸着剤充填部分と独立して配置されている。この扁平管２５は図２（３）左側面図及び（４）扁平管の長手方向から見た正面拡大図に示すように、導入した排気ガスによる吸着剤１の加熱が充分に活用できるように扁平状にされている。筒体の両側には補助枠体２６、２７が設けられている。補助枠体２６、２７は、扁平管と導入側との配管ジョイントや他の配管との接続用に用いられると共に、同じ筐体とのつなぎをなす。

この実施形態において、排気ガスの加熱用伝熱流として排気ガス管内に流れる方向と窒素ガスの吸着剤中を流れる方向は対抗流とすることがよく、また、除湿剤の水分脱離用エアーの流れも排気ガスの加熱用伝熱流に対抗する流れがよい。即ち、NOxも水分も吸着剤や除湿剤の上流部分ほど多く蓄積されるので、加熱用排ガスも上流ほど高温になるため、再生時は上流部分ほど高温にした方が、熱エネルギーを有効に使えるようにしている。
また、脱離用窒素ガスやエアの流れの向きは、被処理ガスの流れの向きと対抗方向にすることが好ましい。もし、脱着用窒素ガスやエアの流れの向きを、被処理ガスと同一にすると、高温によって脱離したNOxまたは水分が、脱離ガスの下流部分で、再吸着しやすくなる。これは、窒素ガスやエアに運ばれたNOxや水分が、これら成分の蓄積量が少ない吸着剤の領域を通過するためである（蓄積量が少ないと吸着力は強くなる）。
しかし、装置の大きさや装備、配置場所によっては、必ずしも実施形態通りの流れとしなくても実施できる。

さらに、枠体の上面には開口部以外の側部に配管用の開口部２８、２９が付設されており、窒素ガス用配管、プラズマリアクタ用配管とジョイントされる。この開口部２８，２９の下側には金属メッシュ３０，３１が施設されて、吸着剤ペレットが塔外にあふれ出ることを防いでいる。

除湿剤２についても、上記の吸着剤充填用枠体と同様の構成の筐体３を用いて、この中には除湿剤としてはシリカゲル、モレキュラシーブ5A，3Aを充填している。これらは、排気ガスNOxの主成分であるNOをほとんど吸着せず、水蒸気のみを吸着するので好適である。
図１で示すように、吸着剤筐体と除湿剤筐体は直列につながり、吸着塔Ａを構成し、図２の筐体および配管の上下左右は便宜的なものであり、実際には筐体のどの面を上にするかは塔の配置によって設計できることである。

扁平管２５は適当な径の金属管を圧縮して製作するか、凹面をなす金属短冊を2枚向き合わせ、接合して製作することができる。また、扁平管２５は、筐体内部には数箇の層状を構成し、ペレットの配置に適している。仕切り板３２は、扁平管２５にガスが入りやすいように設定されている。

本発明の流れを図１、図２について説明すると、
加熱用の排気ガスは、図１、図２の左側の第２排気ガス流入部としての流入口６，３３から入り、仕切り板３２で一旦せき止められてから、扁平な複数の扁平管２５に流入する。扁平管２５を通る排気ガスは扁平管２５の外側に充填された吸着剤ペレット１を加熱した後、扁平管２５を出て、図の右側の第２排気ガス排出部としての流出口から、吸着塔外に出る。この時、加熱用の排気ガスは吸着剤ペレット１と触れることはない。扁平管２５の管断面形状を扁平としたのは伝熱面積を大きくするためである。
ＮＯ脱離用窒素ガス１２は図１の上方から、窒素ガス供給管１３を経て窒素ガス流入部から吸着塔内の吸着筐体内に流入し、図２に示すように、開口部２９から入り、メッシュ３１を通って、吸着剤ペレット１の充填された領域に入る。ＮＯ脱離用窒素ガス１２はペレット間の隙間を通って、ペレットに吸着されたNOx成分を脱離しながら、図の左方に進み、メッシュ３０を通って、窒素ガス排出部から上方に出てプラズマリアクタ１４に行く。

効率よく、本発明の排気ガス処理方法を実施するためには、吸着塔Aと同じ構成の吸着塔Bを直列に連結する。吸着塔Ａを伝熱工程を経て出てきた排気ガスは、空冷熱交換器７によって、冷却されドレインポット８を通過して除水されて吸着塔Ｂの除湿剤２内に送られ、ここで除湿された後、３方弁ｇ及び３方弁ｆを介して第１排気ガス流入部から吸着塔Ｂの吸着筐体内に流入してＮＯｘ吸着剤１にて排気ガス中のＮＯｘ成分が吸着され、第１排気ガス排出部から３方弁ｅを介して、排気口９から大気中に排出される。

吸着塔Ａと吸着塔Ｂの構成を１つ塔内に備えることもできるし、吸着塔を２つ並列にして且つ直列につなげることで操作することもできる。いずれも、ＮＯｘ吸着工程のラインとＮＯｘの再生工程のラインを直列に接続する。

図１においては、吸着塔Ａから排気ガスが伝熱工程に流入する排気ガスラインと窒素ガスライン及び水分脱離用エアラインが作動し、かつ吸着塔Ｂでの排気ガス中のＮＯｘ吸着工程が作動しており（実線で示す）、吸着塔Ｂからの排気ガスラインなどは休止している（点線で示す）。
さらに詳しく説明すると、実線で示す工程では、吸着剤から被処理成分を脱離させるための吸着筐体に対する窒素ガスの流入・排出および排気ガス管に対する排気ガスの流入・排出を行う脱離工程が吸着塔Ａで行われ、吸着剤に被処理成分を吸着させるための吸着筐体に対する排気ガスの流入・処理済みの排気ガスの排出を行う吸着工程が吸着塔Ｂで行われており、吸着塔Ａと吸着塔Ｂは、脱離工程と吸着工程が切り替え可能に配置されている。

図３は除湿剤２としてシリカゲルとモレキュラシーブ5A，3Aを用いた結果を示すグラフである。図3（a-1）はシリカゲルペレットにSV（空間速度＝処理流量／吸着剤の嵩）＝7643 h^-1で水蒸気1.2 vol%，NOx 300 ppmを含むエンジン排気ガスを流通させた場合の下流でのガス濃度を示している。図３(a-1)に示すように、300 ppmのNOxはほとんど吸着されていないことがわかる。また、図３(a-2)に示すように、水蒸気は50分間以上にわたり、吸着され、排気ガスは除湿されていることがわかる。これらは、排気ガスNOxの主成分であるNOをほとんど吸着せず、水蒸気のみを吸着するので好適であることを示している。

NO吸着剤１にはモレキュラシーブ13Xを用いる。図３（ｂ）はモレキュラシーブ13XペレットにNOx 350 ppmを含むエンジン排気ガスをSV＝7643 h^-1で流通させた結果である。図３（ｂ）に示すように排気ガスの下流でのNOx濃度は660分間以上に渡り、低濃度に保たれていることがわかる。

図4は、200ccのディーゼルエンジンのNOx処理用のプラズマリアクタを一実施形態として例示した説明図である。図４（１）は、プラズマリアクタの側面図であり、図４（２）は、同上面図であり、図４（３）は、同正面図であり、図４（４）は沿面放電素子の正面図である。図4（１）〜（４）で示すように、沿面放電素子４１が、素子取付け板４２、４３に、6本づつ計１２本取り付けられ、この取付け板４２,４３が組み合されて、本体容器４４には一体として取付けられる。本体容器４４および取り付け板４２，４３はステンレスを用いるが、適度の強度と密閉性を持てばどのような素材でも良い。図４（２）の上面図、図４(３)正面図からわかるように、沿面放電素子４１は、上下から互い違いに本体内に配置されている。また、電極パターン４５が印刷された面が、本体の中心を向くように素子が電極パターンの位置４９のように配置されている。本体左側から流入した被処理ガスは、電極パターンが存在する表面と接触し、本体右側から流出するように構成されている。
交流電圧による沿面放電素子４１は、図４（４）に示すように、電極パターン４５がセラミック管４６の外面に形成され、セラミック管の上部には取り付け用フランジ４７が付設されている。例えば、直径13 mmのアルミナセラミック製の筒４６の表面に電極パターン４５が印刷され、同時に筒内に電極４８が埋設されている。表面の電極パターン４５と埋設された電極４８間に交流高電圧（たとえば、12.5kHz，3.8 kV，（図5（１）の波形1参照）を印加すると、セラミック表面にプラズマが発生し、周囲のNOxをN₂に還元する。素子1本あたりの放電電力は約12 Wである。

プラズマリアクタに印加する電圧は、図５（１）に示す交流高電圧による波形１（ＡＣ）でもよく、図５（２）に示す波形2（パルス）のようなパルス状とすることもある。沿面放電素子４１は取り付けフランジ４７を備えるので、素子取り付け板４２にネジ止めすることができる。また、電極パターン４５はセラミック管４６の半周分しか印刷されていない。図４（２）上面図からわかるように、電極パターン４５を印刷された面が、本体の中心を向くように沿面放電素子４１が配置されている。被処理ガスは、電極パターン４５が存在する表面と接触し、本体右側から流出する。このような配置とすることで、すべての流通ガスが、電極パターン４５に接触し、効率的にNOx還元ができる。

図４では沿面放電素子４１が２列配列の場合を示したが、その他の可能な素子の配置パターンを図6に示す。沿面放電素子４１の電極パターン４５が、周囲のガスと触れる限り、特に限定はされない。配置例としては図６（１）に示す格子状、図６（２）に示す千鳥状が考えられ、これらの場合は、電極パターンの存在する面の向きや列数は限定されない。なお、波線はガスの流れ方向を示す。

図7は、本発明の他の実施形態のヒーター付吸着塔の部分断面図を示し、実際に加熱によるNO吸着剤の再生と沿面放電素子による脱離NOxの還元を行う工程を端的に示している。このヒーター付吸着塔は、図７（Ａ）に示すように、ガラス筒状容器７６の内部にヒーター７１を持ち、図4のエンジン排気ガスが通る扁平管の役割を模している。このヒーター７１は、図７（Ｂ）に示すように、棒状ガラス管７２の外周面の長手方向半分に巻かれたニクロム線７３による発熱部を備えている。全体の構造としては、ガス入口７４とガス出口７５を有する耐熱性ガラス筒状容器７６を用意し、ガラス筒状容器７６のヒーター部分に対応する内部にはMS13Xペレット７７が充填されている。
ヒーター部分には、ガラス容器の外周に断熱材７８を囲繞させておく。なお、金属メッシュ７９はMS13Xペレット７７を落ちないように支持している。

図８は、本発明の他の実施形態におけるプラズマリアクタを示す部分断面図であり、図４の沿面放電素子４１の1本をアルミ製容器８１に収めて構成されている。このアルミ製容器８１はガス入口８２とガス出口８３を有する。

実施例として、350 ppmのNOx（内300 ppmがNO）2 L/minを60〜120分間吸着させ、再生工程では0.5 L/minのN₂を吸着時とは逆方向に流して6〜9.5分間NOxを脱離させた。脱離したガスのうち、0.1または0.2 L/minをプラズマリアクタ内に流入させて、下流ガスのNOxを測定した。その結果を、ＮＯｘ処理の濃度と時間のプロットとして図9に示す。なお、図９において、実験的に示すために、○印は吸着時、●は再生時、△は再生なし、の場合を表示する。

図９より、プラズマリアクタを通さなかった場合の脱離したNOxの濃度は最高で17000 ppmとなる。脱離ガスのうち0.1または0.2 L/minをプラズマリアクタに流入させると、NOxの大部分が還元処理されることがわかる（瞬間的には0.1 L/minの場合、100 ppm前後、0.2 L/minでは5000 ppm前後が、未処理で、流出したが、量的にはほとんどが還元処理されている）。また、再生工程を行わない場合は、流通開始660分の時点で75 ppmのNOxが、吸着されずに流出したが、120分に1回再生を行うことで、18 ppm以下に保つことができた。以上より、加熱による再生とプラズマにより還元処理を組合わせて、NOx処理システムが、成立することが示された。

供給する窒素ガスの酸素濃度については、いままでの経験から、0％の時には、ほぼ0%のNOｘ残存率、言い換えると100％のNOx除去が達成できているが、酸素濃度が増加するにつれてNOx又はNO残存量は増加し、NO₂あるいは少量のHNO₃、N₂O₅、N₂O等に変換される割合が大きくなる。酸素濃度が6％以上で10％に近づくとNOの減少量の大部分はNO₂等に変換され、実質的な公害の処理はほとんど行われなくなる。
以上から、酸素濃度10vol％以下で純度90vol%以上の窒素ガスを用いた。

本発明に係る排気ガス処理装置の一実施形態を示す概略図である。本発明の一実施形態における吸着塔の部分断面詳細図を示す。本発明に使用する、除湿剤の特性図（ａ）と吸着剤の特性図（ｂ）を示す。本発明の一実施形態におけるプラズマリアクタの説明図である。本発明におけるプラズマリアクタに印加する電圧の電圧波形を示す図である。本発明におけるその他の可能な沿面放電素子の配置パターンを示す上面図である。本発明の他の実施形態のヒーター付吸着塔の部分断面図である。本発明の他の実施形態におけるプラズマリアクタの部分断面図である。本発明の実施例における、ＮＯｘ処理での濃度変化と経過時間を示すグラフである。

Ａ，Ｂ吸着塔
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，３方弁
１ＮＯｘ吸着剤（吸着剤ペレット）
２除湿剤
３筐体
４管
５ａ，ｂ開閉弁
６排気ガス流入口
７空冷熱交換器
８ドレインポット
９排気口
１０水分脱離用エアー
１１エアー供給ライン
１２ＮＯ脱離用窒素ガス
１３窒素ガス供給ライン
１４プラズマリアクタ
２１四角形筐体
２２四角形枠体
２３開口部
２４蓋体
２５扁平管
２６，２７補助枠体
２８、２９配管用開口部
３０、３１メッシュ
３２仕切り板
３３流入口
４１沿面放電素子
４２，４３素子取付け板
４４本体容器
４５電極パターン
４６セラミック管
４７取付けフランジ
４８電極
４９電極パターン位置
７１ヒーター
７２ガラス管
７３ニクロム線
７４ガス入口
７５ガス出口
７６耐熱性ガラス管
７７ペレット
７８断熱材
７９金属メッシュ
８１アルミニウム容器
８２ガス入口
８３ガス出口

Claims

吸着剤を収容する吸着筐体及び吸着剤に接するように埋設された排気ガス管を有する吸着塔が備えられた排気ガス処理装置を用い、
吸着塔の吸着筐体内に排気ガスを第１の方向に流れるように流入させ、排気ガス中のNOxを含む被処理成分を吸着剤に吸着させる吸着工程と、
吸着塔の排気ガス管に排気ガスを前記第１の方向に流れるように流入させて熱交換により吸着剤に熱を付加すると共に、酸素濃度10vol％以下で純度90vol%以上の窒素ガスを前記第１の方向とは逆向きの第２の方向に流れるように吸着筐体内に流入させて、吸着剤に吸着した被処理成分を脱離させる脱離工程と、
吸着剤から脱離させた被処理成分を含む窒素ガスをプラズマ処理部に導いてプラズマ処理するプラズマ処理工程とを含み、
吸着塔において吸着工程と脱離工程とを切り換えて行なうことを特徴とする排気ガス処理方法。
前記プラズマ処理工程において、交流電圧による沿面放電方式を用いる請求項1に記載の排気ガス処理方法。
前記吸着塔は、排気ガス中の水分を除去する除湿剤およびこの除湿剤に前記排気ガス管が埋設されるように除湿剤を収容する除湿剤筐体をさらに備えており、
前記吸着工程において、前記除湿剤筐体内に排気ガスを前記第１の方向に流れるように流入させた後、除湿剤筐体内から排出された排気ガスを前記吸着筐体内に流入させ、
前記脱離工程において、吸着塔の排気ガス管に排気ガスを前記第１の方向に流れるように流入させて熱交換により除湿剤に熱を付加すると共に、除湿剤筐体内に水分脱離用エアを前記第２の方向に流れるように流入させて前記除湿剤から水分を脱離させる請求項１又は２に記載の排気ガス処理方法。
前記吸着塔が複数備えられ、複数の吸着塔を切り換えて排気ガス処理を行う請求項１〜３のいずれか１つに記載の排気ガス処理方法。
吸着剤を収容する吸着筐体および吸着剤に接するように埋設された排気ガス管を有する吸着塔と、
NOx含有被処理成分を含む排気ガスを前記吸着筐体内に第１の方向に流れるように流入させて被処理成分を吸着剤に吸着させるための第１排気ガス流入部と、
被処理成分が吸着剤にて除去された処理済みの排気ガスを吸着筐体内から外部に排出するための第１排気ガス排出部と、
排気ガスを前記排気ガス管内に前記第１の方向に流れるように流入させて吸着筐体内の被処理成分を吸着した吸着剤に排気ガスの熱を付加するための第２排気ガス流入部と、
排気ガス管内を通った排気ガスを外部に排出させるための第２ガス排出部と、
吸着剤から被処理成分を脱離させる酸素濃度10vol％以下で純度90vol%以上の窒素ガスを前記第１の方向とは逆向きの第２の方向に流れるように吸着筐体内に流入させるための窒素ガス流入部と、
吸着剤から脱離した被処理成分を含む窒素ガスを吸着筐体内から外部に排出するための窒素ガス排出部と、
前記窒素ガス排出部から流入した被処理成分を含む窒素ガスをプラズマ処理して外部に排出するためのプラズマ処理部とを備え、
吸着剤に被処理成分を吸着させるための吸着筐体に対する排気ガスの流入・処理済みの排気ガスの排出と、吸着剤から被処理成分を脱離させるための吸着筐体に対する窒素ガスの流入・排出および排気ガス管に対する排気ガスの流入・排出とが、吸着塔において切り換わるように構成されたことを特徴とする排気ガス処理装置。
前記プラズマ処理部が、交流電圧による沿面放電素子を備えた請求項５に記載の排気ガス処理装置。
前記吸着塔は、排気ガス中の水分を除去する除湿剤およびこの除湿剤に前記排気ガス管が埋設されるように除湿剤を収容する除湿剤筐体をさらに備えると共に、
水分脱離用エアを前記除湿剤筐体内に前記第２の方向に流れるように流入させる水分脱離用エア流入部と、水分を含む前記水分脱離用エアを除湿剤筐体内から外部に排出するための水分脱離用エア排出部とがさらに備えられた請求項５又は６に記載の排気ガス処理装置。
前記吸着塔を複数備え、複数の吸着塔を切り換えて排気ガス処理を行なうように構成された請求項５〜７のいずれか１つに記載の排気ガス処理装置。