特許 6586199 排ガス処理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6586199

(24)【登録日】2019年9月13日

(45)【発行日】2019年10月2日

(54)【発明の名称】排ガス処理システム

(51)【国際特許分類】

   F23J 15/00 20060101AFI20190919BHJP

【ＦＩ】

   F23J15/00 H

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2018-119470(P2018-119470)

(22)【出願日】2018年6月25日

【審査請求日】2019年3月7日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000133032

【氏名又は名称】株式会社タクマ

(74)【代理人】

【識別番号】100141586

【弁理士】

【氏名又は名称】沖中 仁

(74)【代理人】

【識別番号】100097755

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 勉

(72)【発明者】

【氏名】藤川 宗治

【審査官】 柳本 幸雄

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１３−５０６１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３３０１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０３９０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０３６３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０８６２１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２３Ｊ １５／００

Ｂ０１Ｄ ５３／８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼設備から排出された排ガスを処理する排ガス処理システムであって、
前記排ガスに含まれる有機ケイ素化合物を低減又は除去する前処理部と、
前記排ガスに含まれる一酸化炭素を酸化する酸化触媒及び前記排ガスに含まれる窒素酸化物を還元する脱硝触媒を有する本処理部とを備え、
前記前処理部は、使用済みの酸化触媒及び／又は脱硝触媒を有し、
前記本処理部は、前記酸化触媒を形成する触媒エレメント及び前記脱硝触媒を形成する触媒エレメントが交互に前記排ガスの通流方向に複数直列配置された触媒ユニットとして構成され、
前記触媒ユニットのうち、最上流側の触媒エレメントの触媒機能が低下した場合、当該最上流側の触媒エレメントを前記触媒ユニットから切り離して前記前処理部に移動させるとともに、最下流側の触媒エレメントの直後に未使用の触媒エレメントを接続し、新たな本処理部の触媒ユニットとして機能するように構成してある排ガス処理システム。

【請求項2】

前記前処理部は、前記使用済みの酸化触媒を形成する触媒エレメント及び前記使用済みの脱硝触媒を形成する触媒エレメントが交互に前記排ガスの通流方向に複数直列配置された触媒ユニットとして構成され、
前記本処理部の触媒ユニットから切り離された触媒機能が低下した触媒エレメントが前記前処理部の触媒ユニットの最下流側の触媒エレメントの直後に接続されるとともに、前記前処理部の最上流側の触媒エレメントを前記前処理部の触媒ユニットから切り離し、新たな前処理部の触媒ユニットとして機能するように構成してある請求項１に記載の排ガス処理システム。

【請求項3】

前記前処理部の前段に、前記燃焼設備から排出された排ガスを加熱する再加熱部を設けてある請求項１又は２の何れか一項に記載の排ガス処理システム。

【請求項4】

前記再加熱部は、前記排ガスの加熱温度が１６０℃以上に設定されている請求項３に記載の排ガス処理システム。

【請求項5】

処理後の排ガスを植物栽培施設に供給する供給部を備える請求項１〜４の何れか一項に記載の排ガス処理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃焼設備から排出された排ガスを処理する排ガス処理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ビニールハウスや植物工場等の植物栽培施設においては、栽培植物の生育状態を消費需要や出荷時期に応じて調整するため、二酸化炭素の濃度を調整した二酸化炭素含有ガスが植物生育ガスとして使用される。二酸化炭素含有ガスの供給源としては、これまでは液化炭酸ガスや化石燃料の燃焼ガス等が主に使用されていたが、環境保護やコスト削減の観点から、バイオマス発電施設やゴミ焼却施設等の燃焼設備から排出される燃焼ガス（排ガス）の利用が検討されている。

【0003】

ところが、上記の燃焼設備から排出される排ガスには、二酸化炭素の他に様々な不純物が含まれている場合がある。例えば、バイオマス発電施設では、木屑や大鋸屑等の植物由来の廃棄物（バイオマス等）を燃焼させているが、植物には窒素が含まれているため、バイオマスを燃焼させると窒素酸化物が生成する。また、バイオマスの燃焼が不完全である場合には、一酸化炭素が生成する。窒素酸化物及び一酸化炭素は人体に有害なガスであり、これらの有害ガスが植物生育ガスに含まれていると、植物栽培施設で作業を行う農業従事者の安全や健康に悪影響を及ぼす虞がある。また、窒素酸化物は、植物の生育を阻害する虞がある。従って、植物栽培設備に植物生育ガスとして供給する排ガスは、窒素酸化物及び一酸化炭素をできる限り取り除いて安全性を高めることが望ましい。そこで、燃焼設備から排出される排ガス中の窒素酸化物及び一酸化炭素を低減するため、従来の排ガス処理システムにおいては、窒素酸化物を窒素に還元する脱硝触媒、及び一酸化炭素を二酸化炭素に酸化する酸化触媒が設置されていた（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載の排ガス供給システムでは、バイオマス等を燃焼して発生した排ガスを園芸ハウスへ供給するにあたり、園芸ハウスに接続する排ガス流路の途中に脱硝触媒及び酸化触媒を設けることで、排ガス中の窒素酸化物及び一酸化炭素の低減を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７−９３３９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、バイオマス等の植物由来の廃棄物には微量のケイ素が含まれていることから、バイオマスを原料としたバイオマス燃料を燃焼させると、ガス状の有機ケイ素化合物が生成し、これが脱硝触媒や酸化触媒の表面に付着して触媒表面を覆い、触媒機能が喪失（被毒）することがある。特許文献１の排ガス供給システムにおいても、バイオマス燃料を使用すると、触媒表面への有機ケイ素化合物の付着に伴う被毒により脱硝触媒及び酸化触媒の触媒機能が低下し、植物栽培設備に供給する排ガス中の窒素酸化物及び一酸化炭素を十分に低減できない虞がある。このように、特許文献１に代表される従来の排ガス処理システムにおいては、排ガス中の窒素酸化物及び一酸化炭素を低減しながら、植物栽培施設に植物育成ガスを安全且つ低コストで、安定的に供給するという点において改善の余地があった。

【0006】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、燃焼設備から排出された排ガスを処理するにあたって、酸化触媒及び脱硝触媒の触媒機能の低下を抑制しながら、安全且つ低コストで、しかも安定運用可能な排ガス処理システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するための本発明にかかる排ガス処理システムの特徴構成は、
燃焼設備から排出された排ガスを処理する排ガス処理システムであって、
前記排ガスに含まれる有機ケイ素化合物を低減又は除去する前処理部と、
前記排ガスに含まれる一酸化炭素を酸化する酸化触媒及び／又は前記排ガスに含まれる窒素酸化物を還元する脱硝触媒を有する本処理部とを備え、
前記前処理部は、使用済みの酸化触媒及び／又は脱硝触媒を有することにある。

【0008】

本構成の排ガス処理システムによれば、前処理部によって排ガスに含まれる有機ケイ素化合物を予め低減又は除去した状態で、本処理部によって排ガスに含まれる一酸化炭素及び／又は窒素酸化物を低減又は除去することができる。従って、本処理部における酸化触媒及び／又は脱硝触媒の表面に有機ケイ素化合物が実質的に付着せず、酸化触媒及び／又は脱硝触媒の触媒機能を長期に亘って維持することができる。また、有機ケイ素化合物を低減又は除去する前処理部の触媒として、使用済みの酸化触媒及び／又は脱硝触媒を使用することで、本処理部としては使用できない酸化触媒及び／又は脱硝触媒を有効利用することができる。本処理部としては使用できない酸化触媒及び／又は脱硝触媒であっても、触媒機能はある程度残留していることから、このような使用済みの触媒を使用することにより、安全且つ低コストでありながら、前処理部としては必要十分な効果を達成することができる。

【0009】

本発明にかかる排ガス処理システムにおいて、
前記本処理部は、前記酸化触媒及び／又は前記脱硝触媒を形成する触媒エレメントが前記排ガスの通流方向に複数直列配置された触媒ユニットとして構成され、
前記触媒ユニットのうち、最上流側の触媒エレメントの触媒機能が低下した場合、当該最上流側の触媒エレメントを前記触媒ユニットから切り離して前記前処理部に移動させるとともに、最下流側の触媒エレメントの直後に未使用の触媒エレメントを接続し、新たな本処理部の触媒ユニットとして機能するように構成してあることが好ましい。

【0010】

本構成の排ガス処理システムによれば、本処理部を複数の触媒エレメントが直列配置された触媒ユニットとして構成しているため、複数の触媒エレメントのうち触媒機能が低下した触媒エレメントのみを交換するだけで、触媒ユニット全体としての触媒機能を一定以上に維持することができる。例えば、本処理部の触媒ユニットのうち、最上流側の触媒エレメントの触媒機能が規定値未満となった場合、当該最上流側の触媒エレメントを触媒ユニットから切り離して前処理部に移動させるとともに、最下流側の触媒エレメントの直後に未使用の触媒エレメントを接続することで、本処理部の触媒ユニットを構成する触媒エレメントの連続的な交換サイクルが成立する。これにより、本処理部の触媒ユニットの触媒機能の変動が少なくなり、安定して連続運用可能な排ガス処理システムを実現することができる。

【0011】

本発明にかかる排ガス処理システムにおいて、
前記前処理部は、前記使用済みの酸化触媒及び／又は前記使用済みの脱硝触媒を形成する触媒エレメントが前記排ガスの通流方向に複数直列配置された触媒ユニットとして構成され、
前記本処理部の触媒ユニットから切り離された触媒機能が低下した触媒エレメントが前記前処理部の触媒ユニットの最下流側の触媒エレメントの直後に接続されるとともに、前記前処理部の最上流側の触媒エレメントを前記前処理部の触媒ユニットから切り離し、新たな前処理部の触媒ユニットとして機能するように構成してあることが好ましい。

【0012】

本構成の排ガス処理システムによれば、前処理部を複数の触媒エレメントが直列配置された触媒ユニットとして構成しているため、複数の触媒エレメントのうち触媒機能を果たさなくなった触媒エレメントのみを交換するだけで、触媒ユニット全体としての触媒機能を一定以上に維持することができる。例えば、前処理部の触媒ユニットのうち、最上流側の触媒エレメントの触媒機能がほとんど喪失した場合、当該最上流側の触媒エレメントを触媒ユニットから切り離すとともに、最下流側の触媒エレメントの直後に本処理部の触媒ユニットから切り離した本処理部としては機能が低下した触媒エレメントを接続することで、前処理部の触媒ユニットを構成する触媒エレメントの連続的な交換サイクルが成立する。これにより、前処理部の触媒ユニットの触媒機能の変動が少なくなり、安定して連続運用可能な排ガス処理システムを実現することができる。

【0013】

本発明にかかる排ガス処理システムにおいて、
前記前処理部の前段に、前記燃焼設備から排出された排ガスを加熱する再加熱部を設けてあることが好ましい。

【0014】

本構成の排ガス処理システムによれば、燃焼設備から排出された排ガスは徐々に温度が低下するが、再加熱部で加熱することで排ガスが高温状態を維持したまま前処理部及び本処理部に流入し、排ガスと各触媒との触媒反応を進行させることができる。

【0015】

本発明にかかる排ガス処理システムにおいて、
前記再加熱部は、前記排ガスの加熱温度が１６０℃以上に設定されていることが好ましい。

【0016】

本構成の排ガス処理システムによれば、再加熱部における排ガスの加熱温度を１６０℃以上に設定すれば、排ガスと各触媒との触媒反応が活発なものとなり、排ガスに含まれる一酸化炭素及び／又は窒素酸化物、並びに有機ケイ素化合物を十分に低減又は除去することができる。

【0017】

上記課題を解決するための本発明にかかる排ガス処理システムの特徴構成は、
燃焼設備から排出された排ガスを処理する排ガス処理システムであって、
機能が低下した酸化触媒及び／又は脱硝触媒を有する第一処理部と、
機能が低下していない酸化触媒及び／又は脱硝触媒を有する第二処理部と、
前記第一処理部と前記第二処理部との間で前記排ガスの通流方向を切替可能な切替流路とを備え、
前記第二処理部の触媒機能が規定値以上である場合は、前記第一処理部から前記第二処理部に前記排ガスが通流するように前記切替流路を切り替え、
前記第二処理部の触媒機能が規定値未満となった場合は、前記第一処理部の機能が低下した酸化触媒及び／又は脱硝触媒を機能が低下していない酸化触媒及び／又は脱硝触媒に交換し、前記第二処理部から前記第一処理部に前記排ガスが通流するように前記切替流路を切り替えることにある。

【0018】

本構成の排ガス処理システムによれば、第一処理部と第二処理部との間で排ガスの通流方向を切替可能な切替流路を備えることで、第一処理部及び第二処理部の一方の酸化触媒及び／又は脱硝触媒の触媒機能が大きく低下した場合に、当該酸化触媒及び／又は脱硝触媒を触媒機能が低下していない新たな酸化触媒及び／又は脱硝触媒に交換し、その後、切替流路によって排ガスの通流方向を切り替えるのみで、排ガス処理を再開することができる。このように、本構成の排ガス処理システムによれば、排ガス処理システムの運用を中断する期間を短縮することができ、効率的な排ガス処理が可能となる。

【0019】

本発明にかかる排ガス処理システムにおいて、
処理後の排ガスを植物栽培施設に供給する供給部を備えることが好ましい。

【0020】

本構成の排ガス処理システムによれば、植物栽培施設に植物生育ガスを供給する用途として好適に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、第一実施形態にかかる排ガス処理システムの全体構成を示すブロック図である。

【図2】図２は、前処理部及び本処理部の概略図である。

【図3】図３は、前処理部及び本処理部における各触媒の交換手順を示す説明図である。

【図4】図４は、第二実施形態にかかる排ガス処理システムの全体構成を示すブロック図である。

【図5】図５は、第一処理部と第二処理部との間の切替流路の切替手順を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明にかかる排ガス処理システムに関する実施形態について説明する。ただし、本発明は、以下に説明する構成に限定されることを意図しない。

【0023】

＜第一実施形態＞
〔全体構成〕
図１は、第一実施形態にかかる排ガス処理システム１００の全体構成を示すブロック図である。排ガス処理システム１００は、バイオマスや一般ゴミ等を燃焼させる燃焼設備５０から排出された二酸化炭素を含む燃焼ガス（以下、「排ガス」と称する。）を、植物生育ガスとして植物栽培施設６０に供給するシステムである。燃焼設備５０で発生した排ガスは、ブロアー５１により誘引され、排気管５２から外部に強制排気される。排気管５２の途中には分岐管５３が設けられ、植物栽培施設６０に供給するための一部の排ガスがバグフィルタ５４に通される。バグフィルタ５４では、排ガス中に含まれるダスト、タール、酸性ガス等が低減又は除去される。ダスト、タール、酸性ガス等が低減又は除去された排ガスには、主成分として二酸化炭素、窒素、酸素が含まれているが、この他に、窒素酸化物、一酸化炭素、有機ケイ素化合物等の不純物も含まれている。窒素酸化物及び一酸化炭素は、人体に有害なガスであるため、安全のためにはできるだけ低減することが望ましい。また、有機ケイ素化合物は、触媒の表面に付着して有機ケイ素ポリマー又は酸化ケイ素を形成し、触媒の機能を喪失させてしまう虞がある。そこで、これらの不純物を低減又は除去するため、バグフィルタ５４に通された後の排ガスは排ガス処理システム１００に導入され、さらなる浄化が行われる。以下、排ガス処理システム１００の詳細な構成について説明する。

【0024】

図１において、破線で囲んである部分が排ガス処理システム１００に相当する。排ガス処理システム１００は、前処理部１１と本処理部１２とを備え、さらに前処理部１１の前段（上流側）に再加熱部１３を備える。

【0025】

前処理部１１は、本処理部１２の前段に配置され、排ガスに含まれる有機ケイ素化合物を低減又は除去する機能を有する。これにより、本処理部１２に有機ケイ素化合物が実質的に流入することが防止される。前処理部１１には、有機ケイ素化合物を低減又は除去するための触媒が収容される。本処理部１２は、一酸化炭素を酸化する酸化触媒及び／又は窒素酸化物を還元する脱硝触媒が収容され、これにより、排ガスに含まれる一酸化炭素を酸化する機能、排ガスに含まれる窒素酸化物を還元する機能、あるいはその両方の機能を有する。なお、脱硝触媒による窒素酸化物の還元には還元剤としてアンモニアが併用される。排ガスが前処理部１１及び本処理部１２を通過することより、後述の植物栽培施設６０に供給される排ガスには、有機ケイ素化合物、並びに一酸化炭素及び／又は窒素酸化物が殆ど含まれなくなるため、農業従事者にとって安全であり、植物の生育も阻害されることなく、植物生育ガスとして適したものとなる。

【0026】

再加熱部１３は、燃焼設備５０から排出された排ガスを加熱する機能を有する。燃焼設備５０から排出された排ガスは徐々に温度が低下するが、再加熱部１３で加熱することで排ガスは高温状態を維持したまま前処理部１１及び本処理部１２に流入するため、排ガスと各触媒との触媒反応を促進させることができる。再加熱部１３による排ガスの加熱温度は、１６０℃以上であることが好ましく、１９０℃以上がより好ましい。排ガスの加熱温度が１６０℃以上であれば、排ガスと各触媒との触媒反応が活発なものとなり、排ガスに含まれる一酸化炭素及び／又は窒素酸化物（初期濃度：６〜１０００ｐｐｍ程度）については最終的には５ｐｐｍ以下まで、排ガスに含まれる有機ケイ素化合物（初期濃度：２〜１０ｐｐｂ程度）については最終的には１ｐｐｂ以下まで低減することができる。また、排ガスの加熱温度が高いほど、触媒の劣化も少なくなる。なお、燃焼設備５０から排出された排ガスの温度が１６０℃以上である場合は、再加熱することなくそのまま前処理部１１及び本処理部１２に導入してもよい。つまり、再加熱部１３は、排ガスの温度が低い場合に必要に応じて設ければよい。

【0027】

〔前処理部及び本処理部〕
図２は、前処理部１１及び本処理部１２の概略図であり、三つの構成例を示したものである。図２（ａ）では、本処理部１２に酸化触媒１２ａ及び脱硝触媒１２ｂが収容され、前処理部１１に酸化触媒１１ａが収容されている。前処理部１１の酸化触媒１１ａは、本処理部１２で使用された酸化触媒１２ａであって、交換のために取り外されたものである。すなわち、酸化触媒１１ａは、酸化触媒１２ａと同類の触媒であるが、触媒機能が低下したものである。なお、本処理部１２においては、脱硝触媒１２ｂに排ガスが導入される直前の位置で排ガスに還元剤としてアンモニアが添加される。排ガスへのアンモニアの添加方法は、排ガス流路に添加孔を設けてシリンジ等の手段により手動で行ってもよいし、スプレー装置等の添加手段（図示せず）を設けてもよい。図２（ｂ）では、本処理部１２に酸化触媒１２ａ及び脱硝触媒１２ｂが収容され、前処理部１１に脱硝触媒１１ｂが収容されている。前処理部１１の脱硝触媒１１ｂは、本処理部１２で使用された脱硝触媒１２ｂであって、交換のために取り外されたものである。すなわち、脱硝触媒１１ｂは、脱硝触媒１２ｂと同類の触媒であるが、触媒機能が低下したものである。なお、本処理部１２において、脱硝触媒１２ｂの直前の位置でアンモニアが添加されることは、図２（ａ）と同様である。図２（ｃ）では、本処理部１２に酸化触媒１２ａ及び脱硝触媒１２ｂが収容され、前処理部１１に酸化触媒１１ａ及び脱硝触媒１１ｂが収容されている。酸化触媒１１ａ及び脱硝触媒１１ｂは、上記と同様に夫々使用済みのものであって、触媒機能が低下したものである。なお、本処理部１２において、脱硝触媒１２ｂの直前の位置でアンモニアが添加されることは、図２（ａ）及び（ｂ）と同様である。このように、前処理部１１には、本処理部１２で使用した後の使用済みの酸化触媒１１ａ及び／又は脱硝触媒１１ｂが収容される。これらの使用済みの触媒は、酸化促進作用及び／又は還元促進作用が低下又は喪失して本処理部１２としては使用できないものであっても、その他の触媒機能（例えば、吸着作用）はある程度残留していることから、排ガス中の有機ケイ素化合物を低減又は除去する用途において実用上問題はない。使用済みの触媒としては、未使用の触媒との比較として１〜９９％の触媒機能（酸化促進作用、還元促進作用、又は吸着作用）を有していれば、前処理部１１として十分に使用可能である。前処理部１１の触媒として、このような使用済みの酸化触媒１１ａ及び／又は脱硝触媒１１ｂを使用することにより、低コストで排ガス中の有機ケイ素化合物を低減又は除去することが可能となる。また、交換した使用済みの酸化触媒１１ａ及び／又は脱硝触媒１１ｂの再利用となるため、触媒に使用する貴金属やレアメタル等の資源保護の点でも有効である。

【0028】

図２に示した構成例では、前処理部１１の触媒として、触媒機能が低下した使用済みの酸化触媒１１ａ及び／又は脱硝触媒１１ｂを使用しているが、使用済みであるが触媒機能が十分に残っている酸化触媒１２ａ及び／又は脱硝触媒１２ｂを使用することも可能である。この場合、前処理部１１の触媒機能は長期に亘って維持可能であるため、前処理部１１の触媒機能が初期の状態から若干低下しても直ちに触媒を交換する必要はなく、そのまま継続使用することができる。

【0029】

〔触媒の交換手順〕
排ガス処理システム１００の連続運用を可能にするためには、前処理部１１及び本処理部１２の全体としての触媒機能の変動を抑えて排ガス中の不純物濃度を一定以下に維持することが求められる。そこで、第一実施形態の排ガス処理システム１００においては、前処理部１１及び本処理部１２を、複数の触媒エレメントを直列配置した触媒ユニットとして夫々構成し、触媒エレメント単位で触媒の交換を行うことが好ましい。なお、触媒エレメントは、排ガスとの接触性を高めるために比表面積が大きい多孔質材料で構成することが好ましい。また、触媒エレメントは、使用後の交換の容易性を考慮して一定のサイズ及び形状を有するバルク体として形成することが好ましい。以下、前処理部１１及び本処理部１２における触媒エレメントの交換手順について説明する。

【0030】

図３は、前処理部１１及び本処理部１２における各触媒（酸化触媒１１ａ、１２ａ、及び脱硝触媒１１ｂ、１２ｂ）の交換手順を示す説明図である。図３において、各触媒を描画する線の太さは各触媒の触媒機能の程度を表しており、線が細くなるに連れて触媒機能が低下していることを意味する。なお、図示は省略するが、本処理部１２において、脱硝触媒１２ｂに排ガスが導入される直前の位置で排ガスに還元剤としてアンモニアが添加されることは、図２と同様である。図３（ａ）に示すように、前処理部１１は、使用済みの酸化触媒１１ａ及び使用済みの脱硝触媒１１ｂである触媒エレメントが交互に排ガスの通流方向に複数直列配置された触媒ユニットとして構成され、本処理部１２は、酸化触媒１２ａ及び脱硝触媒１２ｂである触媒エレメントが交互に排ガスの通流方向に複数直列配置された触媒ユニットとして構成される。なお、図３（ａ）に示した本処理部１２における触媒エレメントの交互配置はあくまでも一例である。例えば、本処理部１２において、酸化触媒１２ａを複数隣接するように配置し、続いて脱硝触媒１２ｂを複数隣接するように配置する構成や、脱硝触媒１２ｂを複数隣接するように配置し、続いて酸化触媒１２ａを複数隣接するように配置する構成でも構わない。これらの構成においても、脱硝触媒１２ｂは、排ガスが導入される直前の位置でアンモニアが添加される。脱硝触媒１２ｂを複数隣接するように配置した場合は、最上流側の脱硝触媒１２ｂの直前の位置でアンモニアを添加すればよい。処理対象の排ガスは、紙面の左側から右側に向かって前処理部１１及び本処理部１２を順に通流する。排ガスの通流量（積算量）が一定以上に達すると、前処理部１１においては最上流側の触媒エレメントである酸化触媒１１ａの触媒機能が低下し、本処理部１２においては最上流側の触媒エレメントである酸化触媒１２ａの触媒機能が低下する。ここで、本処理部１２における酸化触媒１２ａについては、例えば、未使用の酸化触媒１２ａの触媒機能を１００％としたとき、９０〜９９％の適切な数値（例えば、９５％）に達した場合に触媒機能が低下したものと推定する。触媒機能が低下すると、図３（ｂ）に示すように、前処理部１１における最上流側の酸化触媒１１ａは触媒機能がほとんど喪失して酸化触媒１１ａ´となり、本処理部１２における最上流側の酸化触媒１２ａは触媒機能が低下して酸化触媒１２ａ´となる。そこで、図３（ｃ）に示すように、前処理部１１においては触媒機能がほとんど喪失した酸化触媒１１ａ´を触媒ユニットから切り離し、本処理部１２においては触媒機能が低下した酸化触媒１２ａ´を触媒ユニットから切り離す。前処理部１１において切り離された酸化触媒１１ａ´は、別工程にて再生されるか、あるはそのまま廃棄される。本処理部１２において切り離された酸化触媒１２ａ´は、図３（ｄ）に示すように、前処理部１１の最下流側の触媒エレメントである脱硝触媒１１ｂの直後に接続され、その結果、図３（ｅ）に示すように、脱硝触媒１１ｂ、酸化触媒１１ａ、脱硝触媒１１ｂ、及び酸化触媒１１ａ（酸化触媒１２ａ´）からなる新たな触媒ユニットが構成される。本処理部１２においては、図３（ｄ）に示すように、本処理部１２の最下流側の触媒エレメントである脱硝触媒１２ｂの直後に未使用の酸化触媒１２ａが接続され、その結果、図３（ｅ）に示すように、脱硝触媒１２ｂ、酸化触媒１２ａ、脱硝触媒１２ｂ、及び酸化触媒１２ａからなる新たな触媒ユニットが構成される。そして、図３（ａ）〜図３（ｅ）と同様の交換手順が、排ガス処理システム１００が運用される期間に亘って繰り返される。このように、第一実施形態の排ガス処理システム１００によれば、複数の触媒エレメントのうち触媒機能が低下した触媒エレメントのみを交換するだけで、前処理部１１及び本処理部１２の全体としての触媒機能の変動が抑えられ、その結果、排ガス中の不純物濃度を一定以下に維持することが可能となる。また、触媒ユニットを構成する触媒エレメント１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂの連続的な交換サイクルが成立することで、排ガス処理システム１００の連続運用が可能となる。

【0031】

〔植物育成ガスの供給〕
前処理部１１及び本処理部１２で処理され、有機ケイ素化合物、一酸化炭素及び／又は窒素酸化物が有意な濃度にまで低減された排ガスは、図１に示すように、ブロアー６１により誘引され、冷却装置６２で適温に冷却された後、供給部である供給管６３から植物栽培施設６０に植物育成ガスとして供給される。植物栽培施設６０としては、ビニールハウス、ガラスハウス、植物工場等が挙げられる。このように、第一実施形態の排ガス処理システム１００は、植物栽培施設６０に植物生育ガスを供給する用途として好適に利用することができる。

【0032】

＜第二実施形態＞
〔全体構成〕
図４は、第二実施形態にかかる排ガス処理システム２００の全体構成を示すブロック図である。第二実施形態の排ガス処理システム２００は、第一実施形態の排ガス処理システム１００において、前処理部１１と本処理部１２との間で排ガスの通流方向を切替可能な切替流路を設けたものである。なお、排ガスの通流方向を切り替えた場合、本処理部１２及び前処理部１１の順に排ガスが通過するため、前処理部１１の機能と本処理部１２の機能とが入れ替わることになる。そこで、第二実施形態では、前処理部１１を第一処理部１５と称し、本処理部１２を第二処理部２５と称して、処理の種別を特定しないものとする。また、第二実施形態の排ガス処理システム２００において、第一処理部１５、第二処理部２５、及び切替流路３０以外の構成は、第一実施形態の排ガス処理システム１００で説明した各構成と実質的に同様であるため、詳細な説明は省略する。

【0033】

〔切替流路〕
切替流路３０は、第一処理部１５と第二処理部２５との間を接続するメイン流路３１と、第一処理部１５及び第二処理部２５を迂回する第一迂回流路３２及び第二迂回流路３３とを備える。図５は、第一処理部１５と第二処理部２５との間の切替流路３０の切替手順を示す説明図である。図５では、第二処理部２５に酸化触媒２５ａ及び脱硝触媒２５ｂが収容され、第一処理部１５に機能が低下した使用済みの酸化触媒１５ａ及び脱硝触媒１５ｂが収容された構成を例示する。図５において、太線で示した流路は排ガスが通流中であることを意味し、流路に沿って示した矢印は排ガスの通流方向を示す。切替流路３０においては、メイン流路３１に第一処理部１５及び第二処理部２５を挟んで第一バルブ３４及び第二バルブ３５が設けられ、第一迂回流路３２に第三バルブ３６が設けられ、第二迂回流路３３に第四バルブ３７が設けられる。第一処理部１５と第二処理部２５との間の排ガスの通流方向の切り替えは、上記の各バルブの開閉操作により実施される。以下、切替流路３０のバルブ操作について説明する。

【0034】

〔切替流路のバルブ操作〕
排ガス処理システム２００の運用開始時は、図５（ａ）に示すように、第一バルブ３４及び第二バルブ３５を開にするとともに、第三バルブ３６及び第四バルブ３７を閉にする。この状態で排ガスを通流させると、排ガスはメイン流路３１を第一処理部１５及び第二処理部２５の順に進行する。この場合、第一処理部１５で有機ケイ素化合物が低減され、第二処理部２５で一酸化炭素、及び窒素酸化物が低減される。そして、このまま排ガスの通流を継続すると、図５（ｂ）に示すように、第一処理部１５及び第二処理部２５に収容されている各触媒の機能は徐々に低下するが、第二処理部２５の触媒機能が規定値以上である期間は排ガスの通流を継続する。規定値としては、例えば、未使用の触媒の触媒機能を１００％とした場合、９０〜９９％の適切な数値（例えば、９５％）を採用することができる。第二処理部２５の触媒機能が規定値未満となった場合、図５（ｃ）に示すように、第一バルブ３４及び第二バルブ３５を閉にして排ガスの通流を一時停止させる。そして、図５（ｄ）に示すように、第一処理部１５から使用済みの酸化触媒１５ａ及び脱硝触媒１５ｂを取り出し、それに代えて図５（ｅ）に示すように、第一処理部１５に機能が低下していない新たな酸化触媒１５ａ及び脱硝触媒１５ｂを収容する。そして、図５（ｆ）に示すように、第一バルブ３４及び第二バルブ３５は閉のまま、第三バルブ３６及び第四バルブ３７を開にする。この状態で排ガスの通流を再開させると、排ガスは第一迂回流路３２を通って第二処理部２５及び第一処理部１５の順に進行し、その後第二迂回路３３を通って下流側の植物栽培施設６０に供給される。この場合、第二処理部２５で有機ケイ素化合物が低減され、第一処理部１５で一酸化炭素、及び窒素酸化物が低減される。なお、第二実施形態の排ガス処理システム２００においても、脱硝触媒１５ｂに排ガスが導入される直前の位置で排ガスに還元剤としてアンモニアが添加されることは、第一実施形態の排ガス処理システム１００と同様である。このように、第二実施形態の排ガス処理システム２００によれば、第一処理部１５及び第二処理部２５の一方の触媒機能が大きく低下した場合に、触媒機能が低下した方の触媒を触媒機能が低下していない新たな触媒に交換し、その後、切替流路によって排ガスの通流方向を切り替えるのみで、排ガス処理を再開することができる。その結果、排ガス処理システム２００の運用を中断する期間を短縮することができ、効率的な排ガス処理が可能となる。

【0035】

＜別実施形態＞
本発明の排ガス処理システムは、触媒機能の低下を抑制しながら、安全且つ低コストで、排ガス中の不純物を低減するという本発明の効果を奏するものであれば、上記実施形態で説明した構成を変更することも可能である。そのような幾つかの変更例を別実施形態として説明する。

【0036】

〔別実施形態１〕
上記実施形態で説明した排ガス処理システムは、一つの前処理部に対して一つの本処理部を接続する構成としているが、一つの前処理部に対して複数の本処理部を接続する構成とすることも可能である。一つの前処理部に対して複数の本処理部を接続すれば、複数の触媒による排ガス処理を行うことができるため、触媒の種類を適切に選択することにより、一酸化炭素や窒素酸化物以外の有害ガス（例えば、硫黄酸化物、ハロゲン化水素、有機リン化合物、エチレンガス等）についても処理することが可能となる。

【0037】

〔別実施形態２〕
上記実施形態で説明した排ガス処理システムは、触媒の形態を一定の形状を有するバルク体として構成しているが、粒状体や粉体等の形態とすることも可能である。この場合、排ガスと触媒との接触面積を大きく確保できるため、排ガスの反応性が高まり、比較的少量の触媒であっても排ガス処理を行うことができる。そして、使用後の触媒の交換量も低減することができる。また、粒状体や粉体等の触媒を、通気性を有する容器に封入した構成とすることも可能である。この場合、排ガスと触媒との反応性が高いものでありながら、交換や取り扱いが容易なものとなる。

【0038】

〔別実施形態３〕
上記実施形態で説明した排ガス処理システムは、燃焼設備から排出された排ガスを前処理部及び本処理部を順に通して連続的に処理する連続式の排ガス処理システムとして構成しているが、バッチ式又はセミバッチ式の排ガス処理システムとして構成することも可能である。例えば、初めに燃焼設備から排出された排ガスを前処理容器に導入して当該前処理容器の内部で触媒と排ガスとを混合攪拌することにより有機ケイ素化合物を除去し、次いで排ガスを前処理容器から本処理容器に移して当該本処理容器の内部で触媒と排ガスとを混合攪拌することにより一酸化炭素及び／又は窒素酸化物を除去する構成とすることも可能である。この場合、各処理容器内での排ガスの滞留時間が長くなるため、排ガスと各触媒との接触時間も長くなり、その結果、排ガス中の不純物を確実に除去することができる。また、前処理容器及び本処理容器が排ガスのバッファとして機能するため、燃焼設備から発生する排ガス量が一時的に増減しても、確実に排ガス処理に対応することができる。

【産業上の利用可能性】

【0039】

本発明の排ガス処理システムは、植物栽培施設に植物生育ガスを供給する目的で利用可能であるが、化学工場、食品工場、電子部品工場等の施設に二酸化炭素含有ガスを供給する目的においても利用可能である。

【符号の説明】

【0040】

１１ 前処理部
１１ａ 使用済みの酸化触媒
１１ｂ 使用済みの脱硝触媒
１２ 本処理部
１２ａ 酸化触媒
１２ｂ 脱硝触媒
１３ 再加熱部
１５ 第一処理部
２５ 第二処理部
３１ メイン流路（切替流路）
３２ 第一迂回流路（切替流路）
３３ 第二迂回流路（切替流路）
５０ 燃焼設備
６０ 植物栽培施設
１００ 排ガス処理システム（第一実施形態）
２００ 排ガス処理システム（第二実施形態）

【要約】

【課題】燃焼設備から排出された排ガスを処理するにあたって、酸化触媒及び脱硝触媒の触媒機能の低下を抑制しながら、安全且つ低コストで、しかも安定運用可能な排ガス処理システムを提供する。
【解決手段】燃焼設備５０から排出された排ガスを処理する排ガス処理システム１００であって、排ガスに含まれる有機ケイ素化合物を低減又は除去する前処理部１１と、排ガスに含まれる一酸化炭素を酸化する酸化触媒１２ａ及び／又は排ガスに含まれる窒素酸化物を還元する脱硝触媒１２ｂを有する本処理部１２とを備え、前処理部１１は、交換された使用済みの酸化触媒１２ａ及び／又は脱硝触媒１２ｂを有する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】