JP2001520110A - 廃棄ガス精製法及びガスバーナー - Google Patents
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Abstract
Description
源から生ずる廃棄ガス(wast gases)、又は内燃機関からの排気ガス(exhaust
gases)を精製する方法に関する。本発明は、その方法を適用したガスバーナー にも関する。
ガスであるが、プロパン、ブタン及びボンベガスのようなガスも用いることがで
きる。
、その内管の回りに底が閉じた外側保護管が配置されている種類のバーナーであ
る。バーナー室から出るガス又は煙は、内管の中を通り、外側管の底の方へ下り
、そこから反対の方向に外側管と内管との間を流れ、然る後、周囲へ通ずる排棄
通路へ流れる。熱は保護管によって炉空間へ伝わり、この熱は30%の対流熱及
び70%の放射熱からなる。
る。しかし、この場合には、保護管の底は閉じていない。保護管は弓形、例えば
U字型をしており、保護管の一方の開口端部は排棄通路に接続されている。バー
ナーヘッドを有する内管は直線的なものであり、従って、保護管の直線的な部分
の中に配置されている。
x)を出す。
できることが望ましい。これは、外側管を炭化珪素(SiC)のような高温材料
、又は最新粉末冶金(APM)による材料から製造することにより達成すること
ができ、そのような材料は約73%のFe、22%のCr及び5%のAlを含有
する。粉末を管状に押し出す。
れている。それらガスは、セラミック一体化物を含む三機能触媒を通過させる。
これによりNOx濃度はラムダ値(L)をL=1より低くすることにより減少さ せる。しかし、このことは、その代わりにガスのCO含有量の著しい増大をもた
らす。
は触媒を冷却しない限り、セラミック一体化物を含む従来の触媒を破壊し易いこ
とである。
かに低い濃度のCO、NOx、及びHCを達成できるようにする。
で操作することができるようにする。環境に対する負担を増大するのとは反対に
、それらの物質の濃度を、従来のバーナーで典型的に低い温度で得られていた濃
度よりも、高い温度で著しく低下させる。
気ガス中のHC、CO及びNOxの濃度を低下させるのに対応したやり方で適用 することができることである。
es)又は排気ガス(exhaust gases)を、前記廃棄ガス又は排気ガスをそれらガ スの接触浄化のための触媒に通すことにより窒素酸化物(NOx)、炭化水素( HC)及び一酸化炭素(CO)含有物を除去して清浄化する方法において、ラム
ダ値(L)をL=1より低い値へ持っていき;前記ガスを第一触媒に通し、次に
第二触媒に通し;前記第一触媒中のガスのCO含有量を、前記NOx含有量を予 め定められたレベルへ持って行く程度までNOxをN2へ還元するのに充分な高さ
のレベルまで持っていき;そして前記第一触媒と第二触媒の間に、前記ガスのC
O含有量を予め定められたレベルへ減少させるような程度までCO及びHCの両
方を酸化してCO2及びH2Oにするのに充分な酸素(O2)を導入することを特 徴とする清浄化法に関する。
精製又は清浄化設備を有するガスバーナーにも関する。
述する。
スバーナーは、バーナーヘッド1が内管2の一方の端に位置し、その内管が外側
保護管3の中に囲まれている型のバーナーである。保護管3の底4は閉じられて
いる。このことは、バーナーヘッドからのガスは内管2中を外側管3の底4の方
へ下り、そこでそれらガスは逆方向へ曲がって外側管と内管との間を流れ、然る
後、周囲へ通ずる排棄ガス通路5へ入ることを意味する。
底が閉じられていない外側保護管中に囲まれた内管を有するが、前記保護管が弓
状に伸びてその自由端が排棄ガス通路へ接続されている前述の型のバーナーに関
しても同様に充分記述することができる。
、別の内管がその別管の延長部に与えられている。その別管及び別の内管は軸方
向に互いに一線に並んでいる。別の内管は別管の開口端の所から始まっている。
気ガス又は廃棄ガス中の一酸化炭素の濃度が充分高い時、第一触媒8は、ガスの
NOx含有量が予め定められたレベルまで低下する程度までNOxをN2へ還元す る機能を果たす。酸素入口10が第一触媒8と第二触媒9との間に与えられてい
る。酸素を入口10から導入すると、第二触媒は、ガスの一酸化炭素含有量を予
め定められたレベルまで減少させる程度まで、一酸化炭素CO及び炭化水素HC
を酸化して二酸化炭素CO2及び水H2Oにする働きをする。導入される酸素は空
気が好ましい。
廃棄ガスは、このように第一触媒8を通り、次に第二触媒を通る。化学量論的値
より低いラムダ値の結果として、第一触媒中のCO濃度は、NOx濃度を予め定 められた値へ減少させるような程度までNOxをN2へ還元するのに充分高くなる
。NOx還元反応は、NOx+CO→1/2 N2+CO2として書くことができる。排
棄ガスのCO含有量の増大は、この反応を更に右へ進行させる。
HC)を含有する。
を予め定められた値まで減少させる程度まで、一酸化炭素及び炭化水素を二酸化
炭素(CO2)及び水(H2O)へ酸化するのに充分な酸素を導入する。酸素は入
口10から空気を流入させることにより導入するのが好ましい。第二触媒9で行
われる反応は、CO+1/2 O2→CO2及びHn Cm +(m+n/2)O2→mC O2+n/2H2Oとして書くことができる。これらの反応は、入口10を通って
充分な酸素を供給することにより、非常に速く右へ進行させることができる。
媒より下流にあるCO含有量が5000ppmの程度になるのに充分な高さにな
っているのがよいことが示されている。第一触媒より下流の酸素含有量はそれと
共に約0ppmになる。
いく。0.970のラムダ値で作動させるのが好ましい。このラムダ値は、第一
触媒8中のNOx含有量を非常に低い値へ減少させるのに充分高い大きな一酸化 炭素含有量を与える。
全てが利用されることにはならないことである。
0ppmより低くなるような量で酸素を導入するのが好ましい。それと共にHC
含有量も5〜20ppmより低くなる。
白金及び(又は)パラジウムを触媒(一種又は多種)として含有する層を被覆し
た組編み高温フィラメント又はワイヤーを有する。そのような高温フィラメント
又はワイヤーは、本出願人により製造され、前記APM材料と本質的に同じ成分
を含んでいる。対応する材料のひだ付きリボンをネットの代わりに用いてもよい
。そのようなリボンはスゥェーデンのサンドビック(Sandvik)ABにより供給 されている。
、参照番号12は第二触媒9の円板状ネットを指している。そのような触媒の利
点は、それらが一体的セラミック触媒よりも高い温度に耐えることができること
である。流体抵抗も従来の触媒のものよりも低い。
器13の位置で内管2と外側管3との間に配置し、第二触媒9を排棄ガス通路中
に配置する。
流13、触媒9への排棄ガス流14、入口10からの空気供給15、及び最後に
清浄化された排棄ガス16を例示する図である。
現象過程を概略的に例示するグラフである。Y軸は排気ガス又は廃棄ガスの含有
量を示し、X軸は物理的位置を示す。垂直線16は、燃料燃焼後の位置に関し、
垂直線17は第一触媒8への排棄ガスの導入点に関し、垂直線18はその排棄ガ
スが第二触媒9に入る点に関し、垂直線19は第二触媒9から排棄ガスが出る点
に関する。
供給は第二触媒9でのCO及びHCの酸化を与える結果になり、その系を出る排
棄ガスが非常に低いHC、CO及びNOx含有量を有することになる。
謂WS80mmバーナーを用いて実物大の試験を行なった。内管2の対応する大
きさは64/56mmであった。第一触媒8は高温フィラメントからなる10枚
のネットを有し、第二触媒9は5枚のそのようなネットを持っていた。
当たり約30リットルの空気を入口10から導入した。これにより約10kWの
電力をバーナーに与えた。
量で空気を供給するのが好ましい。
Ox含有量対排棄ガス温度に関して得られた結果を概略的に例示している。それ ら曲線は、触媒を用いず、ラムダ値がL=1より低い場合に最も高いNOx含有 量が得られたことを示している:黒い四角形を含む曲線を参照。NOx含有量の 或る減少は、L=1.15のラムダ値で得られている:中心に点を持つ白い四角
を含む曲線参照。触媒が含まれていない場合、NOx値は排棄ガス温度と共に増 大する。
950〜0.995であり、触媒8、9が用いられた。図から分かるように、N
Ox値は、排棄ガス温度とは比較的無関係に約20ppmである。上記試験では 、CO含有量及びHC含有量は本質的に0ppmである。。
1を用いて測定した。
を用いない測定を夫々示している。それらによりNOx含有量は100〜250 ppmになる。この場合、HC含有量は350ppmの平均値を有する。
ら導入してもよい。バーナーへ供給する空気体積を変えることにより、第二触媒
についての温度差を用いてラムダ値を制御することができることを見出した。こ
れは、一層低いラムダ値では一層多くの一酸化炭素が形成され、この一酸化炭素
が第二触媒で燃焼し、温度差の上昇をもたらし、その逆も起こり得るからである
。
、内管は二つの内管25、26に分割されており、それらは軸方向に一列に並ん
でいる。内管25と26の間の長手方向の距離は、少なくとも5〜30mm、或
はそれより幾らか大きくてもよい。この態様では、矢印27及び28で示したよ
うに、廃棄ガス又は排気煙りは部分的に低い方の内管25の回りを再循環するよ
うにさせてある。
る結果になる。完全燃焼も達成され、排棄通路へ入る非燃焼CO及びHCの量も
少なくなる。これにより、一層低いNOx含有量及び一層低いCO含有量を同時 に達成することができる。
導入されることが言及されている。燃料が燃焼空気とよく混合されると、燃焼は
一層完全になることが見出されている。一つの好ましい態様によれば、或る量の
空気を燃料入口6に燃料と共に導入し、一方残りの燃焼空気を入口7を通って導
入する。これは図1のバーナー態様及び図7のバーナー態様の両方に適用される
。
ラムダ値を調節し、温度差が予め定められた温度範囲内に入るようにする。現在
の温度範囲は、一般に排棄ガス流と共に、また触媒及びバーナーの設計によって
変化する。しかし、当業者は、低いNOx含有量を得るために、第二触媒につい ての温度差が入る温度間隔をNOx含有量を測定することにより決定することに 何の困難も感じないであろう。
び21は、信号をマイクロプロセッサー22等へ送り、それをステッピングモー
ター23を駆動するのに用い、そのモーターが今度はバルブ24を駆動する働き
をし、それによってバーナーへの空気供給量が調節される。
するよりも遥かに簡単で安いことである。
して上で記述してきた。しかし、本発明の方法は同様に他の型のバーナーからの
排棄ガスに関しても適用され、ディーゼルエンジン及びガソリンエンジンのよう
な内燃機関からの排気ガスを精製することに関しても適用することができる。
く配置する。
導入はそれら触媒の間に与える。当業者は、前に言及した組編み高温ワイヤー又
は薄いひだ付きリボンを適当に含有させた触媒の大きさを定め、或はそれらの位
置、又は空気入口の大きさ及び設計を何の困難もなく行うことができるであろう
。
ような異なった条件に適合するように本発明を修正及び利用すること、即ち、化
学量論的値より低いラムダ値により、第一触媒中のNOxを減少させるのに充分 な一酸化炭素を発生させ、第二触媒中で、それに酸素を供給することによりHC
及びCOを酸化し、それによってその後の廃棄ガス又は排気ガスが本質的にH2 O、CO2及びO2を含むようにすることができることは分かるであろう。
発明は、上述の例示態様に限定されるものではないと考えられるべきである。
経過を例示する概略的グラフである。
Claims (11)
- 【請求項1】 バーナー及び内燃機関から生ずる廃棄ガス又は排気ガスのよ
うな排棄ガスを、前記廃棄ガス又は排気ガスをそれらガスの接触浄化のための触
媒に通すことにより窒素酸化物(NOx)、炭化水素(HC)及び一酸化炭素( CO)含有物を除去して清浄化する方法において、ラムダ値(L)をL=1より
低い値へ持っていき;前記ガスを第一触媒(8)に通し、次に第二触媒(9)に
通し;前記第一触媒(8)中のガスのCO含有量を、前記NOx含有量を予め定 められたレベルへ持って行く程度までNOxをN2へ還元するのに充分な高さのレ
ベルまで持っていき;そして前記第一触媒(8)と第二触媒(9)との間に、前
記ガスのCO含有量を予め定められたレベルへ減少させるような程度までCO及
びHCの両方を酸化してCO2及びH2Oにするのに充分な酸素(O2)を導入す ることを特徴とする清浄化法。 - 【請求項2】 ラムダ値をL=0.940〜0.995へ持って行く、請求
項1に記載の方法。 - 【請求項3】 ラムダ値を、第二触媒(9)より下流のNOx含有量が50 未満〜100ppmになるようなレベルへ持って行く、請求項1又は2に記載の
方法。 - 【請求項4】 第一触媒(8)と第二触媒(9)との間に、前記第二触媒(
9)より下流でCO含有量が5未満〜20ppmになるような量で酸素を導入す
る、請求項1、2又は3に記載の方法。 - 【請求項5】 第二触媒(9)についての温度差を測定し、その温度差が予
め定められた範囲内に入るようにラムダ値を調節する、請求項1、2、3又は4
に記載の方法。 - 【請求項6】 触媒(8、9)の一方又は両方に、触媒として、ロジウム、
白金及び(又は)パラジウムの被覆で被覆した組編み高温ワイヤーからなるネッ
ト(11、12)、又は対応する材料の薄いひだ付きリボンを含有させる、請求
項1〜5のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項7】 ガスバーナーが、外側保護管(3)の中に囲われた内管(2
)の一方の端にバーナーヘッドが位置している型のガスバーナーであり、前記バ
ーナーヘッド(1)からの燃焼ガスが前記内管の中及び前記外側管の中を流れ、
然る後、周囲へ通ずる排棄ガス通路(5)へ流れる炉加熱用ガスバーナーにおい
て、前記バーナーが流れの方向に順次配置された二つの触媒(8、9)を有し、
第一触媒(8)を、NOx含有量を予め定められた値まで減少させるような程度 まで、充分高いCO含有量の存在下で、前記排棄ガスのNOxをN2へ還元するの
に用い、前記バーナーが前記第一触媒(8)と前記第二触媒(9)との間に酸素
(O2)入口(10)を有し、前記第二触媒(9)を、前記入口(10)を通っ て酸素を導入することに呼応して、前記CO含有量を予め定められた値へ減少さ
せるような程度までCO及びHCを酸化してCO2及びH2Oにするのに用いるこ
とを特徴とするガスバーナー。 - 【請求項8】 バーナーを、L=0.940〜0.995の範囲内のラムダ
値で作動するように用いる、請求項7に記載のガスバーナー。 - 【請求項9】 一方又は両方の触媒(8、9)が、ロジウム、白金及び(又
は)パラジウムを含む被覆で被覆されている組編み高温ワイヤー又はフィラメン
トのネット(11、12)、又は対応する材料の薄いひだ付きリボンを触媒とし
て含有する、請求項7又は8に記載のガスバーナー。 - 【請求項10】 第一触媒(8)が、回収熱交換器の位置で内管(2)と他
方の管(3)との間に配置され、第二触媒(9)が排棄通路中に配置されている
、請求項7、8又は9に記載のガスバーナー。 - 【請求項11】 内管が二つの内管(25、26)に分割されており、それ
らが軸方向に互いに並んでおり、内管(25、26)の間の長手方向の距離が少
なくとも5〜30mmである、請求項7、8、9又は10に記載のガスバーナー
。
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