JP2007001843A

JP2007001843A - 脱脂方法

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Publication number: JP2007001843A
Application number: JP2005186990A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Hanzawa; 茂半澤; Takashi Yasue; 孝安江; Yoshitaka Tabuchi; 善隆田渕; Yasushi Noguchi; 康野口
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2025-06-27
Also published as: JP4523499B2

Abstract

【課題】脱脂炉若しくは焼成炉又は排気系の内部における、有機物を含有する被脱脂物から発生する可燃性ガスの爆発を防止するとともに、排気系に排出される排気ガスによる熱損失を低減する、効率的で安全性に優れかつ低コストの脱脂方法を提供する。
【解決手段】有機物を熱分解して可燃性ガスＧ２を発生させる温度領域における、脱脂炉１０の内部の酸素濃度（炉内酸素濃度）を所定の濃度以下に制御して、脱脂炉１０又は排気系（排気ダンパ１２ｂ、排気ダクト１１ｂ）の内部における可燃性ガスＧ２の爆発を防止するとともに、脱脂炉１０の内部における可燃性ガスＧ２の濃度（炉内可燃性ガス濃度）を所定の濃度範囲内に制御して、排気系（排気ダンパ１２ｂ、排気ダクト１１ｂ）に排出される排気ガスＧ３による熱損失を低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、脱脂方法に関する。さらに詳しくは、脱脂炉若しくは焼成炉又は排気系の内部における、有機物を含有する被脱脂物から発生する可燃性ガスの爆発を防止するとともに、排気系に排出される排気ガスによる熱損失を低減する、効率的で安全性に優れかつ低コストの脱脂方法に関する。

有機物を含有する被脱脂物、特に、嵩密度が小さいか又は有機物の含有量が多い被脱脂物、例えば、セラミックス成形体を脱脂炉又は脱脂処理を行う部分を有する焼成炉で脱脂する際に、非常に長い処理時間を要し、エネルギー使用量が多くなってしまうという問題があった。有機物のうち、特に、高分子有機物（例えば、澱粉、メチルセルローズ（ＭＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等）は、２００〜３００℃で酸化熱分解が始まり、分解ガスが発生する。分解ガスとして気化するもののうち、一部は分解時又はガス化した後に完全燃焼し、ＣＯ₂とＨ₂Ｏとになるが、残りは未燃の可燃性ガスとして残存するため、炉内及び排気系において爆発危険性を伴うことになる。

従来、上述のような可燃性ガスの爆発危険性を回避するために、炉内に過剰空気を供給することで、可燃ガス濃度を爆発下限界濃度（ＬＥＬ）未満まで低減する方法が採られている。しかし、実際においては、熱分解で種々の可燃ガス成分が発生し、正確な爆発下限界濃度（ＬＥＬ）が把握しにくいこと、並びにその発生のしかたが被脱脂物の寸法形状、詰量、及び雰囲気温度等の操炉条件の微妙な差異によって異なってくることから、過剰空気供給量とその供給温度範囲とに大きな安全率を掛ける必要があった。従来の実績では実験により見積もった混合可燃性ガスの爆発下限界濃度（ＬＥＬ）に対して、ＬＥＬの２５％以下となるように設定していた。危険を確実に回避するため、炉内に過剰な空気を多く入れれば入れる程、この空気を炉内で加熱するためのエネルギーの必要量が増大することになる。さらに、可燃性ガスにはアルデヒド等の臭気成分が含まれるため、通常、炉からの排ガスは燃焼分解式の脱臭炉で処理されて排気される。通常、脱臭炉では、排気ガスを８００℃前後まで加熱する必要があり、炉内で過剰空気を多く入れれば入れる程、脱臭炉で処置すべき排ガス流量が増え、エネルギーの必要量が増大することになる。特に、嵩密度が小さいか又は有機物の含有量が多い被脱脂物、例えば、セラミックス成形体では大きな問題となる。すなわち、嵩密度が小さい（空隙率の大きい）セラミックス成形体では、酸素が内部に拡散しやすいため酸化熱分解速度が速くなるとともに、熱伝導率が小さく、酸化熱分解で発生した熱が内部にこもりやすいため、成形体内外で温度差が付き、クラック等の不良が発生しやすいという問題があった。また、有機物の含有量が多いセラミックス成形体では、熱分解時の発熱量が多くなるため、上述の問題がさらに顕著になっていた。従って、不良の発生を回避するためには、熱分解処理温度領域で、非常に長い時間をかける必要があり、その結果、脱脂炉で要するエネルギー使用量が多くなるという問題があった。さらに、有機物の含有量が多い場合には、発生する可燃性ガスの量も増大するため、爆発下限界濃度（ＬＥＬ）未満にするために、より多くの過剰空気を供給する必要があり、その結果、脱臭炉におけるエネルギー必要量も増大するという問題があった。嵩密度が小さいか又は有機物の含有量が多い成形体の脱脂方法として、脱脂後の酸素濃度の低い排気ガスを系内に循環供給し、低酸素雰囲気で脱脂することで、酸化熱分解速度を抑え、クラックの発生を防止し、短時間に安易に脱脂する方法が提案されている（特許文献１参照）。
国際公開第２００５／０４７２０７号パンフレット

しかしながら、特許文献１に記載された発明は、分解ガスによる爆発を防止するために、循環ガスを供給して分解ガスの濃度を低減する方法を採用するものであることから、脱脂炉及び脱臭炉におけるエネルギー必要量は少なくなく、必ずしも十分に満足し得るものではなかった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、脱脂炉若しくは焼成炉又は排気系の内部における、有機物を含有する被脱脂物から発生する可燃性ガスの爆発を防止するとともに、排気系に排出される排気ガスによる熱損失を低減する、効率的で安全性に優れかつ低コストの脱脂方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明によれば、以下の脱脂方法が提供される。

［１］有機物を含有する被脱脂物を、所定の給気ガスが導入された脱脂炉又は焼成炉の内部で加熱して、前記有機物を熱分解して可燃性ガスを発生させ、次いで、前記可燃性ガスを含む排気ガスとして排気系に排出することによって前記有機物を前記被脱脂物から除去する脱脂方法であって、前記有機物を熱分解して前記可燃性ガスを発生させる温度領域における、前記脱脂炉又は焼成炉の内部の酸素濃度（炉内酸素濃度）を所定の濃度以下に制御して、前記脱脂炉若しくは焼成炉又は前記排気系の内部における前記可燃性ガスの爆発を防止するとともに、前記脱脂炉又は焼成炉の内部における前記可燃性ガスの濃度（炉内可燃性ガス濃度）を所定の濃度範囲内に制御して、前記排気系に排出される前記排気ガスによる熱損失を低減することを特徴とする脱脂方法。

［２］前記排気系から排出される前記排気ガスを、さらに脱臭炉に導入、加熱して、前記排気ガスに含まれる前記可燃性ガスを分解させて脱臭処理をする場合、前記排気ガスに含まれる前記可燃性ガスの濃度（排気可燃性ガス濃度）を所定の濃度範囲に制御して、前記排気ガスを加熱して所定の温度まで上昇させるための熱量の少なくとも一部として、前記可燃性ガスが燃焼した際に発生する燃焼熱を利用する前記［１］に記載の脱脂方法。

［３］前記炉内酸素濃度を８容量％以下に制御する前記［１］又は［２］に記載の脱脂方法。

［４］前記有機物を熱分解して発生させた前記可燃性ガスが、一酸化炭素ガス及び／又は水素ガスを多く含む場合、前記炉内酸素濃度を４容量％以下に制御する前記［１］又は［２］に記載の脱脂方法。

［５］前記脱脂炉又は焼成炉の内部に不活性ガス又は前記脱臭処理後の低酸素排気ガスを供給することによって、前記炉内酸素濃度を所定の濃度以下に制御する前記［１］〜［４］のいずれかに記載の脱脂方法。

［６］前記脱脂炉又は焼成炉の内部の加熱にバーナを用いて、前記バーナにおける燃料と燃焼空気との流量比（空気比）を調整することによって、前記炉内酸素濃度を所定の濃度以下に制御する前記［１］〜［５］のいずれかに記載の脱脂方法。

［７］前記炉内可燃性ガス濃度及び前記排気可燃性ガス濃度を、前記可燃性ガスの爆発下限界濃度（ＬＥＬ）の２５％以上に制御する前記［１］〜［６］のいずれかに記載の脱脂方法。

［８］前記炉内可燃性ガス濃度及び前記排気可燃性ガス濃度を、前記可燃性ガスの爆発下限界濃度（ＬＥＬ）の５０〜１００％に制御する前記［１］〜［６］のいずれかに記載の脱脂方法。

［９］前記給気ガスの量及び／又は前記排気ガスの量を調整することによって、前記炉内可燃性ガス濃度及び前記排気可燃性ガス濃度を、所定の濃度範囲内に制御する前記［１］〜［８］のいずれかに記載の脱脂方法。

［１０］前記脱脂炉又は焼成炉として、連続型のものを用いるとともに、その領域を、予熱領域、熱分解領域及び前記有機物の熱分解終了後、被脱脂物に残った炭素分が燃焼する脱炭領域に分割し、主に前記予熱領域及び前記脱炭領域から前記給気ガスの供給を行うとともに、前記熱分解領域から前記排気ガスの排出を行う前記［１］〜［９］のいずれかに記載の脱脂方法。

［１１］前記被脱脂物として、無機化合物を含む多孔質体であり、前記被脱脂物の見かけの体積に対する、脱脂後においても除去されずに前記被脱脂物中に残存することになる不燃性及び／又は不揮発性の前記無機化合物の体積の割合［（脱脂後においても除去されずに被脱脂物中に残存することになる不燃性及び／又は不揮発性の無機化合物の体積の総和／被脱脂物の見かけの体積）×１００］が５〜６０％であるものを用いる前記［１］〜［１０］のいずれかに記載の脱脂方法。

［１２］前記被脱脂物に含まれる前記無機化合物が、セラミックス、金属、炭素質材料及びその混合物からなる群から選ばれる少なくとも一種からなる前記［１１］に記載の脱脂方法。

［１３］前記被脱脂物として、ハニカム形状を有するハニカム構造体を用いる前記［１１］又は［１２］に記載の脱脂方法。

本発明によって、脱脂炉若しくは焼成炉又は排気系の内部における、有機物を含有する被脱脂物から発生する可燃性ガスの爆発を防止するとともに、排気系に排出される排気ガスによる熱損失を低減する、効率的で安全性に優れかつ低コストの脱脂方法が提供される。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しつつ具体的に説明する。

図１は、本発明の脱脂方法の一の実施の形態を模式的に示す説明図であり、図２は、図１に示された脱脂炉の各領域及びヒートカーブを模式的に示す説明図である。

図１、２に示すように、本発明の脱脂方法は、有機物を含有する被脱脂物Ｍを、所定の給気ガスＧ１が給気ダクト１１ａを経由して導入された脱脂炉１０（脱脂処理を行う部分を有する焼成炉であってもよい）の内部で加熱して、有機物を熱分解して可燃性ガスＧ２を発生させ、次いで、可燃性ガスＧ２を含む排気ガスＧ３として排気系（排気ダンパ１２ｂ、排気ダクト１１ｂ）に排出することによって有機物を被脱脂物Ｍから除去する脱脂方法であって、有機物を熱分解して可燃性ガスＧ２を発生させる温度領域における、脱脂炉１０の内部の酸素濃度（炉内酸素濃度）を所定の濃度以下に制御して、脱脂炉１０又は排気系（排気ダンパ１２ｂ、排気ダクト１１ｂ）の内部における可燃性ガスＧ２の爆発を防止するとともに、脱脂炉１０の内部における可燃性ガスＧ２の濃度（炉内可燃性ガス濃度）を所定の濃度範囲内に制御して、排気系（排気ダンパ１２ｂ、排気ダクト１１ｂ）に排出される排気ガスＧ３による熱損失を低減することを特徴とするものである。

本実施の形態においては、炉内酸素濃度を８容量％以下に制御することが好ましい。表１に示すように、種々の可燃性ガスの限界酸素濃度は、温度２００℃の条件では、一炭化水素ガス（ＣＯ）及び水素ガス（Ｈ₂）の２種を除いて、すべて８容量％よりも大きく、炉内酸素濃度を８容量％以下に制御することによって爆発を有効に防止することができる。ＣＯ及びＨ₂の２種の限界酸素濃度は、温度２００℃の条件ではそれぞれ５．０及び４．４容量％であるが、Ｈ₂は、経験的に、通常被脱脂物に含有される有機物（例えば、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、澱粉、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ポリエチレンオキシド、ポリアクリル酸ソーダ、ポリアクリルアミド、ポリビニルブチラール、エチルセルロース、酢酸セルロース、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル系樹脂、ポリアミド樹脂、グリセリン、ポリエチレングリコール、ジブチルフタレート等）の熱分解では、発生しないか、問題にならないレベルである。また、ＣＯについては、経験的に有機物の熱分解で発生することがわかっている。通常、全有機物炭素量のうち、６割が完全燃焼して二酸化炭素ガス（ＣＯ₂）となり、残り４割の約半分（約２割）がＣＯとなる。しかし、ＣＯの大気下での爆発下限界濃度（ＬＥＬ）は１２．５容量％であり、炭化水素類の爆発下限界濃度（ＬＥＬ）と比較するとかなり高い値であるとともに、経験的に、ＣＯは比較的広い温度範囲にわたって緩やかに発生することから、ＣＯが可燃性ガスとして爆発危険性に寄与する可能性は極めて低い。従って、通常の場合、ＣＯ、Ｈ₂の発生は考慮する必要がないため炉内酸素濃度を８容量％以下に制御することによって爆発の危険性を回避することができる。

さらなる安全性を確保するためには、有機物を熱分解して発生させた可燃性ガスがＣＯ、Ｈ₂を多く含む場合は、炉内酸素濃度を、ＣＯ及びＨ₂の２種の限界酸素濃度である５．０及び４．４容量％を下回る、４容量％以下に制御することが好ましい。

具体的な低酸素濃度化の方法としては、例えば、脱脂炉１０の内部に、不活性ガスＧ５又は脱臭処理後の脱脂炉排気ファン２３によって排気される低酸素排気ガスＧ７を供給することによって、炉内酸素濃度を所定の濃度以下に制御する方法、脱脂炉１０の内部の加熱にバーナ１５を用いて、バーナ１５における燃料と燃焼空気との流量比（空気比）を調整することによって、炉内酸素濃度を所定の濃度以下に制御する方法等を好適例として挙げることができる。なお、符号１２ａは給気ダンパである。バーナ１５は給気ポートとして用いてもよい。

炉内酸素濃度を測定する方法としては、例えば、脱脂炉１０からガス分析用配管３１を通って導かれた分析用炉内ガスＧ８を、酸素濃度計３０を用いて測定する方法を挙げることができる。

このように、酸素濃度（炉内酸素濃度）を所定の濃度以下に制御することによって、爆発を有効に防止することができるため、可燃ガス濃度を低減させるための特別のガス供給は不要となり、熱分解処理時に必要な、給気ファン１３から供給される空気Ｇ４又は不活性ガス供給源１４から供給される不活性ガスＧ５等のガスの供給量は、単純に分解ガスを効率よく掃気し、排気系にある脱臭炉（後述する）に送り込むために設定すればよいことから、ガスの供給量を、従来の１／２〜１／１０に低減することができる。その結果、脱脂炉におけるエネルギー必要量を削減することができる。

本実施の形態においては、排気系（排気ダンパ１２ｂ、排気ダクト１１ｂ）から排出される排気ガスＧ３を、さらに脱臭炉２０（例えば、燃焼分解式のもの）に導入、加熱して、排気ガスＧ３に含まれる可燃性ガスＧ２を分解させて脱臭処理をする場合、排気ガスＧ３に含まれる可燃性ガスＧ２の濃度（排気可燃性ガス濃度）を所定の濃度範囲に制御して、排気ガスＧ３を加熱して所定の温度まで上昇させるための熱量の少なくとも一部として、可燃性ガスＧ２が燃焼した際に発生する燃焼熱を利用することが好ましい。脱臭炉２０は、脱臭炉燃焼用空気Ｇ６及び脱臭炉燃料Ｆを混合して燃焼させる脱臭炉バーナ２１、脱臭炉排気ダクト２２を経由して脱臭炉排気ガスＧ７を排気させる排気ファン２３（符号２４は希釈空気取入口である）を備えている。

このように構成することによって、燃焼分解式の脱臭炉で処理される排気ガス中の排気可燃性ガス濃度を爆発下限界濃度（ＬＥＬ）近傍に調整することも可能であり、この状態では、可燃性ガスの発熱だけで脱臭炉の温度を８００℃以上に維持することができるため、脱臭炉の燃料を不要にすることができる。特に、脱脂炉として連続炉（例えば、炉連続移載手段１８を備える）を用いた場合は、分解ガスの発生が時間的に変動することがなく、排気可燃性ガス濃度を一定に維持することができるため、立ち上げ時以外は脱臭炉の燃料を不要にすることができる。脱臭炉で可燃性ガスの臭気及び一酸化炭素を完全燃焼させるには、脱脂炉の構造にもよるが、１秒以上の滞留時間がある前提で、脱臭炉温度は８００℃以上にすることが好ましい。また、可燃性ガスの燃焼熱で安定的に燃焼を持続させる場合には、８００℃以上にすることが好ましく、１０００℃以上にすることがさらに好ましい。

可燃性ガスが爆発下限界濃度（ＬＥＬ）にある混合気が燃焼した時に発する燃焼熱は、多くの種類において、１標準体積（０℃、１気圧）当たりおよそ４００〜５００ｋｃａｌ／Ｎｍ³である。混合気の平均比熱は０．３５ｋｃａｌ／Ｎｍ³℃程度なので、ＬＥＬの１００％の混合気が理想的断熱条件で完全燃焼した場合、１２００〜１４００℃程度温度上昇することになる。実際には、混合気中に可燃性ガスが完全燃焼するための酸素量が十分でないとき等に脱臭炉で空気を供給する場合があり、また脱臭炉において炉壁からの熱損失もあるので、ＬＥＬの１００％の可燃性ガスを含む排気ガスでも、実際の排ガス温度は１０００℃程度になる。可燃性ガスの燃焼熱を利用する場合の炉内可燃性ガス濃度及び排気可燃性ガス濃度としては、可燃性ガスの爆発下限界濃度（ＬＥＬ）の２５％以上に制御することが好ましく、ＬＥＬの５０〜１００％に制御することがさらに好ましい。ＬＥＬの２５％の場合は、可燃性ガスの燃焼熱で３００℃分程度の昇温を期待することができるので、残りの２００℃分のみ、燃料を供給すればよい。あるいは、処理前の排気ガスと処理後の排気ガスとが熱交換することのできる熱交換器を脱臭炉に付帯させ、そこで２００℃分の熱を賄うことができれば、この燃料を不要とすることができる。ＬＥＬの１００％以上は脱臭処理において燃焼熱としては過剰であり、また、炉内可燃性ガス濃度及び排気可燃性ガス濃度が高くなる程、完全燃焼のために脱臭炉でより多くの空気を供給する必要が生じるため、好ましいことではない。

上述のような、炉内可燃性ガス濃度及び排気可燃性ガス濃度を所定の濃度範囲内に制御する方法としては、例えば、給気ガスＧ１の量及び／又は排気ガスＧ３の量を調整することによる方法を好適例として挙げることができる。

炉内可燃性ガス濃度及び排気可燃性ガス濃度を測定する方法としては、例えば、脱脂炉１０から排気ダクト１１ｂを通って導かれた分析用排ガスＧ９を、可燃性ガス濃度計４０を用いて測定する方法を挙げることができる。

図１に示すように、脱脂炉１０として、連続型のもの（例えば、炉連続移載手段１８を備える）を用いるとともに、図２に示すように、その領域を、予熱領域、熱分解領域及び有機物の熱分解終了後、被脱脂物に残った炭素分が燃焼する脱炭領域に分割し（図２においては、上述の領域に加えて、さらに冷却領域に分割している）、主に予熱領域及び脱炭領域から給気ガスＧ１の供給を行うとともに、熱分解領域から排気ガスＧ３の排出を行うことが、可燃性ガスＧ２が炉入口１６、炉出口１７に拡散することを防止することができる上で、好ましい。

本実施の形態においては、被脱脂物が、無機化合物を含む多孔質体であり、被脱脂物の見かけの体積に対する、脱脂後においても除去されずに被脱脂物中に残存することになる不燃性及び／又は不揮発性の無機化合物の体積の割合［（脱脂後においても除去されずに被脱脂物中に残存することになる不燃性及び／又は不揮発性の無機化合物の体積の総和／被脱脂物の見かけの体積）×１００］が５〜６０％である場合に有効に、５〜４０％である場合にさらに有効に、５〜２０％である場合に特に有効に、その効果を発揮することになる。すなわち、被脱脂物が多孔質体である場合、被脱脂物中に有機バインダに加えて有機造孔材を含有し、通常の場合よりも有機物の含有量が増加することがあり、また、通常の場合よりも、熱拡散が小さく、かつガス拡散が大きくなり、脱脂中に被脱脂物の内部に異常燃焼が起こり易いという事情があるとともに、被脱脂物が多孔質体である場合、材料強度が低く、脱脂中に発生する応力に弱いという事情もあり、被脱脂物が多孔質体である場合に最も有効にその効果を発揮することになる。なお、上述の、「不燃性及び／又は不揮発性の無機化合物」の中に、脱脂後の酸化焼成中に焼失し、増孔材として機能する場合のコークス、グラファイト等の炭素質材料は含まれず、また、「被脱脂物の見かけの体積」の中に、被脱脂物中に存在する小さな独立孔、連続孔、溝等の小空隙部の体積（容積）は含まれるが、最大内接球径が１０ｍｍ以上の大きな独立孔、連続孔、溝等の大空隙部の体積（容積）は含まれない。

本実施の形態に用いられる被脱脂物に含まれる無機化合物としては、セラミックス、金属、炭素質材料及びその混合物からなる群から選ばれる少なくとも一種からなるものを挙げることができる。セラミックスとしては、例えば、アルミナ、ムライト、ジルコニア、コージェライト等の酸化物系セラミックス（あるいは炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ等の非酸化物系セラミックス）を挙げることができる。金属としては、セラミックス原料となる珪素やアルミニウム、あるいは合金鋼、ステンレス鋼等の粉末冶金製品材料を挙げることができ、炭素質材料としてはコークス、グラファイトを挙げることができる。また、その混合物としては、例えば、炭化珪素／金属珪素複合材や炭化珪素／グラファイト複合材を挙げることができる。さらに、その形状としては、例えば、ハニカム形状を有するハニカム構造体を挙げることができる。

本実施の形態においては、バーナ燃焼式の連続型脱脂炉及び脱臭炉を用いた場合について説明したが、このように、連続型脱脂炉の場合、分解ガスの発生が時間的に変動しないため、本発明における効果を最大限に発揮させることができる。また、上述のように脱脂処理をする部分を含む焼成炉を用いてもよく、バッチ式（単独式）脱脂炉を用いてもよい。加熱源としては、バーナを用いた場合について説明したが、電気ヒータを用いてもよい。低酸素濃度化の方法としては、バーナの空気比制御による方法等について説明したが、空気比制御だけで困難な場合は、低酸素ガスを用いてもよい。電気ヒータの場合、不活性ガス又は脱臭炉処理後の低酸素排ガス等の低酸素ガスを用いればよい。脱臭炉に、脱臭処理前排ガスと処理後排ガスとの間で熱交換する熱交換器を設けてもよい。被脱脂物は炉連続移載装置によって炉入口から炉内に搬入され、バーナや電気ヒータ等の熱源により加熱制御された炉内を通過することで所定のヒートカーブ（温度履歴）となるように温度制御され、炉出口から搬出される。

炉内は、予熱領域、熱分解領域、脱炭領域及び冷却領域に分割され、被脱脂物は予熱領域では１５０〜２００℃までの温度まで予熱され、熱分解領域（２００〜３００℃）で含有有機物の酸化熱分解により、可燃性ガスが発生する。さらに脱炭領域（３００〜５００℃）で、ガス化せずに炭化した残留物が燃焼する。炉内への給気は、給気ファンから供給され、各温度域それぞれに分岐配置されたダクトを通り、各温度域の供給量を調整するための給気ダンパを介して給気ポートから導入される。熱源がバーナの場合、供給ポートの替わりにバーナが配置され、燃焼空気として導入される。その際にバーナの種類によっては、１次空気と２次空気に分けて、１次を燃焼用空気、２次を希釈用空気として導入してもよい。不活性ガスまたは脱臭炉処理後の低酸素排ガス等の低酸素ガスを供給する場合には、低酸素ガス源を給気ダクトに導入する。または別系統で炉に導入してもよい。炉内からの排気は、各温度域の排気ポートから、排気ダンパを介して排気され、集合排気ダクトを通って、脱臭処理を行うための脱臭炉に送り込まれる。排気ダクトでは可燃ガス成分が凝縮しないよう２００〜２５０℃に保温される。脱臭炉で臭気成分である可燃性ガスが燃焼分解処理され、排気ファンで排気される。各温度域をさらに細分化して、細分化された各温度域にそれぞれ給気ポート、排気ポートが配置されていてもよく、図１では省略したが、実際には各温度域で３〜５箇所、給気ポート及び排気ポートが設けられる。炉内の熱分解領域及び排気ダクト内の可燃性ガス濃度及び酸素濃度は、各濃度計でモニターされる。可燃性ガス濃度計は、一般的な触媒燃焼式の可燃ガス検知器（ＬＥＬ計）でもよいが、高分子ガスの検知が困難なため、高温採取型全炭化水素計とＣＯ濃度計とを組み合わせたものが好ましい。

具体的には、例えば、全炭化水素（ＴＨＣ）濃度、ＣＯ濃度が、それぞれ、２７２００ｐｐｍ、１８０００ｐｐｍの場合の混合可燃性ガスの濃度は次のように計算することができる。ＴＨＣの可燃限界はメタンで代用するとして、ＴＨＣ、ＣＯのそれぞれ下限界は、５容量％、１２．５容量％、熱分解領域の温度は約２３０℃、温度補正係数は、（１３００−２５）／（１３００−２３０）＝１．２なので、爆発下限界濃度を１００としたときのそれぞれの濃度の比率（ＬＥＬ）は、ＴＨＣが、２．７２／５×１００×１．２＝６５．３（ＬＥＬ）、ＣＯが、１．８／１２．５×１００×１．２＝１７．３（ＬＥＬ）となる。従って、混合可燃性ガスの濃度は、６５．３＋１７．３＝８３（％ＬＥＬ）となる。

以下、本発明を実施例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。

（実施例１）
被脱脂物としては、多孔質のハニカム構造体で、成形バインダー及び増孔用樹脂を合わせて１４質量％含有しているものを用いた。また、脱脂炉としては、バーナ加熱式連続脱脂炉を用いた。この連続式脱脂炉としては、全長約３０ｍで炉内有効断面積は約１ｍ²のものを用いた。ヒートカーブは最高温度が５００℃前後で、全時間は約２０ｈｒとした。脱脂炉の処理速度は、被脱脂体の重量速度で、１１０ｋｇ／ｈｒとした。なお、実施例１における主な操炉条件（脱脂炉の使用条件）を表２に示す。

（比較例１）
表２に示す実施例１の操炉条件を、比較例１として表２に示す操炉条件に変えたこと以外は実施例１と同様にした。

表２に示すように、比較例１の場合、脱脂炉及び脱臭炉の燃料エネルギー使用量は、それぞれ２００、３５０ｋＷ、合計で５５０ｋＷであった。バーナ燃焼空気として給気流量は全１２００Ｎｍ³／ｈｒであり、排気流量は全１４００Ｎｍ³／ｈｒであった。ただし、冷却体での給排気分は除く。酸素濃度は、炉内熱分解域及び排気ダクトで、それぞれ１６．５、１７．７％であった。可燃性ガス濃度は、炉内熱分解域及び排気ダクトで、それぞれＬＥＬの２４、１１％であった。熱分解領域で可燃ガス濃度がＬＥＬの２５％以下となるように給気流量（燃焼空気流量）を設定したが、予熱領域、脱炭領域でもそれぞれ少なくない量の給排気がなされており、各温度域の排気が集合した排気ダクトでは可燃ガス濃度は１１％程度であった。脱臭炉は８００℃に温度制御されており、２００℃，１４００Ｎｍ³／ｈｒの排ガスを処理するのに３０Ｎｍ³／ｈｒ程度のＬＮＧを使用していた。

これに対して、実施例１の場合、脱脂炉及び脱臭炉の燃料エネルギー使用量は、それぞれ１２０、１０ｋＷ、合計で１３０ｋＷであった。改善後の燃料エネルギー削減率は改善前基準で７６％であり、大幅なエネルギー削減を実現することができた。バーナ燃焼空気として給気流量は全１９０Ｎｍ３／ｈｒであり、排気流量は全２００Ｎｍ³／ｈｒであった。排気流量は従来の１／７であり、排ガス熱損失が減った結果、脱脂炉だけでも、３５％（（２００−１３０）／２００）のエネルギー削減をすることができた。酸素濃度は、炉内熱分解域及び排気ダクトで、それぞれ５．６、７．６％であった。可燃性ガス濃度は、炉内熱分解域及び排気ダクトで、それぞれＬＥＬの８３、７９％であった。爆発危険性に対して、可燃ガス濃度、酸素濃度とも限界濃度以下に設定し、２重の安全策により、安全率を確保している。予熱領域、熱分解領域、脱炭領域の空気比はそれぞれ１．４、１．２、１．８に設定した。脱炭領域では残炭が出ないよう、空気比を高めに設定した。比較例１の場合のように各温度域それぞれで給排気バランスをとる調整方法であると、集合排気ダクトで可燃ガスが希釈されてしまうので、給気は主に予熱領域及び脱炭領域から行い、排気を熱分解域からのみ行うことにより、可燃性ガスが炉入口、炉出口に拡散することを防止するとともに、炉内の熱分解領域雰囲気と排気ガス中の酸素濃度及び可燃ガス濃度がなるべく等しくなるように各給排気ダンパで調整した。脱臭炉では、臭気排出に安全を期すために、バーナを点火し、１０００℃で温度制御させた。排気ガス中の可燃ガス濃度は７９％であり、可燃ガスの燃焼熱のみで十分昇温させることができ、バーナはほとんど種火状態で、ＬＮＧ使用量は１Ｎｍ³／ｈｒ以下であった。

本発明の脱脂方法は、有機物を含有する被脱脂物（例えば、セラミックス成形体、特に、嵩密度が小さいか又は有機物の含有量が多いセラミックス成形体等の各種セラミック製品）の製造に好適に利用される。

本発明の脱脂方法の一の実施の形態を模式的に示す説明図である。図１に示された脱脂炉の各領域及びヒートカーブを模式的に示す説明図である。

符号の説明

１０：脱脂炉
１１ａ：給気ダクト
１１ｂ：排気ダクト
１２ａ：給気ダンパ
１２ｂ：排気ダンパ
１３：給気ファン
１４：不活性ガス供給源
１５：加熱バーナ
１６：炉入口
１７：炉出口
１８：炉連続移載手段
２０：脱臭炉
２１：脱臭炉バーナ
２２：脱臭炉排気ダクト
２３：脱脂炉排気ファン
２４：希釈空気取入口
３０：酸素濃度計
４０：可燃性ガス濃度計
Ｇ１：給気ガス
Ｇ２：可燃性ガス
Ｇ３：排気ガス
Ｇ４：空気
Ｇ５：不活性ガス
Ｇ６：脱臭炉燃焼用空気
Ｇ７：低酸素排気ガス
Ｇ８：分析用炉内ガス
Ｇ９：分析用排ガス
Ｍ：被脱脂物
Ｆ：燃料。

Claims

有機物を含有する被脱脂物を、所定の給気ガスが導入された脱脂炉又は焼成炉の内部で加熱して、前記有機物を熱分解して可燃性ガスを発生させ、次いで、前記可燃性ガスを含む排気ガスとして排気系に排出することによって前記有機物を前記被脱脂物から除去する脱脂方法であって、
前記有機物を熱分解して前記可燃性ガスを発生させる温度領域における、前記脱脂炉又は焼成炉の内部の酸素濃度（炉内酸素濃度）を所定の濃度以下に制御して、前記脱脂炉若しくは焼成炉又は前記排気系の内部における前記可燃性ガスの爆発を防止するとともに、
前記脱脂炉又は焼成炉の内部における前記可燃性ガスの濃度（炉内可燃性ガス濃度）を所定の濃度範囲内に制御して、前記排気系に排出される前記排気ガスによる熱損失を低減することを特徴とする脱脂方法。
前記排気系から排出される前記排気ガスを、さらに脱臭炉に導入、加熱して、前記排気ガスに含まれる前記可燃性ガスを分解させて脱臭処理をする場合、前記排気ガスに含まれる前記可燃性ガスの濃度（排気可燃性ガス濃度）を所定の濃度範囲に制御して、前記排気ガスを加熱して所定の温度まで上昇させるための熱量の少なくとも一部として、前記可燃性ガスが燃焼した際に発生する燃焼熱を利用する請求項１に記載の脱脂方法。
前記炉内酸素濃度を８容量％以下に制御する請求項１又は２に記載の脱脂方法。
前記有機物を熱分解して発生させた前記可燃性ガスが、一酸化炭素ガス及び／又は水素ガスを多く含む場合、前記炉内酸素濃度を４容量％以下に制御する請求項１又は２に記載の脱脂方法。
前記脱脂炉又は焼成炉の内部に不活性ガス又は前記脱臭処理後の低酸素排気ガスを供給することによって、前記炉内酸素濃度を所定の濃度以下に制御する請求項１〜４のいずれかに記載の脱脂方法。
前記脱脂炉又は焼成炉の内部の加熱にバーナを用いて、前記バーナにおける燃料と燃焼空気との流量比（空気比）を調整することによって、前記炉内酸素濃度を所定の濃度以下に制御する請求項１〜５のいずれかに記載の脱脂方法。
前記炉内可燃性ガス濃度及び前記排気可燃性ガス濃度を、前記可燃性ガスの爆発下限界濃度（ＬＥＬ）の２５％以上に制御する請求項１〜６のいずれかに記載の脱脂方法。
前記炉内可燃性ガス濃度及び前記排気可燃性ガス濃度を、前記可燃性ガスの爆発下限界濃度（ＬＥＬ）の５０〜１００％に制御する請求項１〜６のいずれかに記載の脱脂方法。
前記給気ガスの量及び／又は前記排気ガスの量を調整することによって、前記炉内可燃性ガス濃度及び前記排気可燃性ガス濃度を、所定の濃度範囲内に制御する請求項１〜８のいずれかに記載の脱脂方法。
前記脱脂炉又は焼成炉として、連続型のものを用いるとともに、その領域を、予熱領域、熱分解領域及び前記有機物の熱分解終了後、被脱脂物に残った炭素分が燃焼する脱炭領域に分割し、主に前記予熱領域及び前記脱炭領域から前記給気ガスの供給を行うとともに、前記熱分解領域から前記排気ガスの排出を行う請求項１〜９のいずれかに記載の脱脂方法。
前記被脱脂物として、無機化合物を含む多孔質体であり、前記被脱脂物の見かけの体積に対する、脱脂後においても除去されずに前記被脱脂物中に残存することになる不燃性及び／又は不揮発性の前記無機化合物の体積の割合［（脱脂後においても除去されずに被脱脂物中に残存することになる不燃性及び／又は不揮発性の無機化合物の体積の総和／被脱脂物の見かけの体積）×１００］が５〜６０％であるものを用いる請求項１〜１０のいずれかに記載の脱脂方法。
前記被脱脂物に含まれる前記無機化合物が、セラミックス、金属、炭素質材料及びその混合物からなる群から選ばれる少なくとも一種からなる請求項１１に記載の脱脂方法。
前記被脱脂物として、ハニカム形状を有するハニカム構造体を用いる請求項１１又は１２に記載の脱脂方法。