現在、中国におけるPM2.5の最大の発生源は産業公害であり、セメント製造、石炭火力発電所、鉄鋼冶金が産業公害源の3大原因となっている。したがって、PM2.5の管理においては工業用フィルタリングを無視することはできません。

PM2.5の発生源

(出典: IPE )

しかし、工業用の濾過は簡単な仕事ではありません。工業用の煙は高温であり、多くの場合、酸性ガスやアルカリ性のガスが含まれているため、工業用濾過に使用される技術と材料には高度な要件が必要となります。現在、工業用除塵技術には電気集塵機と袋式集塵機の2つの技術が主流です。これら 2 つに基づいて、電気バッグ複合集塵機が導出されます。

3つの集塵機技術の経済性比較

バグフィルター - 産業用粉塵制御の主流技術：現在、中国の電気集塵機技術は成熟した応用段階に達しており、 バグフィルター技術は急速な発展期にあります。しかし、産業排ガス汚染を制御するための国家要件が向上し続ける中、電気集塵機技術だけでは要件を完全に満たすことはできません。電気集塵機技術の代替として、バグフィルター技術と静電バッグ複合集塵機の使用が主流になっています。

バグフィルターの仕組み：特殊な繊維で作られたフィルターバッグの中に粉塵ガスを注入し 、粉塵を濾過捕捉します。濾過効果はフィルターバッグの品質に依存します。

バグフィルターの構造

（出典：日立プラントコンストラクション株式会社 56）

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高温フィルター材 - バグフィルターのコア材

バグフィルターの濾過効果は濾材によって得られます。耐常温(<130℃)、耐高温(>130℃)、耐食性、撥水・撥油性、防火・爆発性などの特性の異なる各種フィルターバッグを装備することで、異なる濾過効果を得ることができます。予防効果があり、耐用年数が長い (2 ～ 4 年)。バグフィルター技術の変化と革新は、フィルター素材の変化と密接に関係しています。

現在、国内外の排ガス処理に使用されている主な高温フィルター繊維には、PPS（ポリフェニレンサルファイド）、ノーメックス（芳香族ポリアミド）、P84（ポリイミド）、PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）、ガラス繊維、PSA（ポリフェニレンサルホン）繊維などがあります。 。実際のアプリケーションでは、複数のファイバーが組み合わせて使用​​されることがよくあります。製造プロセスにはニードルパンチング、表面コーティング、エマルジョン含浸などが含まれており、表面濾過と勾配濾過の効果を実現できます。これにより、集塵効率が向上するだけでなく、圧力損失が低減され、塵埃の清掃が容易になり、省エネ効果が得られます。

主な高温用ろ材の紹介

1.ポリフェニレンサルファイド ( PPS ) -最も広く使用されている高温フィルター材料

化学的性質が安定しており、融点が高く（285℃）、耐熱性に優れたポリフェニレンサルファイド繊維です。難燃性、耐薬品性、安定性にも優れています。主に都市ごみ焼却炉、事業用ボイラー、石炭焚きボイラー、病院焼却炉、コージェネレーションボイラーなどのパルスバッグフィルターに使用されています。PPS は最も広く使用されている高温フィルター材料です。

PPSファイバー＆PPSフィルターバッグ

世界的に見ると、2012 年時点で PPS は主に自動車分野で使用されており、日本で 33%、欧州で 50% が消費されています。中国の消費構造は環境保護産業（フィルターバッグ）が約30％を占め、次いで自動車部品、電子・電気産業が続いています。

2.ポリイミドファイバー（P84 ） -最高温度に耐える除塵素材

芳香族ポリイミド繊維とも呼ばれるポリイミド繊維は、ピロメリット酸二無水物と芳香族ジアミンを重合させてポリアミド酸プレポリマーを形成し、溶液紡糸して得られる高性能繊維です。

ポリイミド繊維は、元々オーストリアのレンチング AG によって開発され、商業的には「P84」として知られています。この独占製品は現在ドイツのエボニック インダストリーズが所有しており、主に除塵袋に使用されており、「ゴールデン シルク」というニックネームが付けられています。

P84ファイバーP84フィルターバッグ

ポリイミド繊維は、耐高温性、良好な濾過性能、耐酸性、耐アルカリ性など総合的に優れた特性を持っています。セメントキルンテール、廃棄物焼却、発電所などの高温環境で使用できます。

さらに、ポリイミド繊維製品は独特の繊維構造、つまり不規則な葉の形の断面を持ち、通常の円形断面と比較して表面積が 80% 増加します。これにより、次の 2 つの大きな利点がもたらされます。

- 強化された粉塵捕捉能力。

・内部応力の違いと不均一な分布により不規則な繊維断面が自然にカールし、強力な交絡力を発揮します。したがって、ガラス繊維複合ニードルパンチフェルトにポリイミド繊維を添加すると、風速が高くてもフェルト層が簡単に脱落するのを防ぎます。

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3.ポリテトラフルオロエチレン（PTFE ）繊維-最高の耐食性除塵材

ポリテトラフルオロエチレン繊維。中国では「PTFE」または「フッ素繊維」とも呼ばれます。 1953年にデュポン社によって初めて開発され、1957年に工業生産に成功しました。ポリテトラフルオロエチレン繊維は、ポリテトラフルオロエチレンを原料として紡糸またはフィルム製造し、切断または短繊維加工して作られる合成繊維です。現在、ポリテトラフルオロエチレン繊維の主な製造方法は、乳化紡糸法とペースト押出紡糸法の4つがあります。

PTFE繊維PTFEフィルターバッグ

ポリテトラフルオロエチレン繊維は、優れた化学的安定性、幅広い動作温度、耐大気老化性、耐放射線性、低透過性など、ポリテトラフルオロエチレンの多くの利点を継承しています。主に高温用防塵フィルターバッグ、強い腐食性ガスや液体に耐える濾材、ポンプやバルブの充填材、シールテープ、自己潤滑軸受、アルカリ性全フッ化物イオン交換膜の補強材、ロケットなどに使用されています。発射タワーカバー。

ポリテトラフルオロエチレン製ダストフィルターバッグには、ポリテトラフルオロエチレン繊維を他のフィルター素材（PPS繊維、P84ポリイミド繊維、ガラス繊維など）にコーティングして基布を形成したものと、ポリテトラフルオロエチレン繊維を基布として使用したものの2種類があります 。コーティング材と基布にポリテトラフルオロエチレン繊維をニードルパンチングフェルトに加工したものです。100%ポリテトラフルオロエチレン繊維フィルターバッグの性能は優れています。ポリテトラフルオロエチレン繊維の優れた性能にもかかわらず、比較的高価な価格がその広範な普及の障壁となっています。

4. N omexファイバー–最も広く使用されている除塵素材

ノームX (アラミド)繊維は、デュポン社が最初に開発した高性能合成繊維です。高強度、高弾性率、耐高温性、耐酸・耐アルカリ性、軽量、耐熱性などの優れた特性を持っています。さまざまな分野で幅広い用途が見つかります。現在、アラミドの種類としては、メタアラミド、パラアラミドのほか、アラミドII、アラミドIIIなどの少量の修飾品も市販されています。

NOMEX ファイバーNO MEXフィルターバッグ

メタアラミドは耐高温性、難燃性、絶縁性を発揮します。主に高温用防護服、電気絶縁、高温濾過などに使用されます。一方、パラアラミドは、主にその高い強度と弾性率の特性により、個人用保護具、防弾防具、機械ゴム製品、高強度ロープ、アスベスト代替品に利用されています。

高温除塵分野はメタアラミドの主な消費市場です。しかし、ガラス繊維や PPS に比べてコスト効率が優れているため、高温濾過業界におけるアラミド繊維の市場シェアはわずか 5% 程度です。高温用途におけるアラミド繊維フィルターバッグの優れた特徴の 1 つは、収縮率が非常に低いことであり、250℃で 1000 時間使用した後でも収縮率は 1% を維持します。

5.ポリアリールスルホン繊維 (PES) の紹介

ポリアリールスルホン繊維はパラアラミド シリーズに属し、科学的にはポリフェニルスルホン ジフェニルアミン繊維として知られています。これは、ポリマー主鎖にスルホン基 (-SO2-) を持ち、ターポリマーとなっている芳香族ポリアミド繊維です。

PESフィルターバッグ

ポリアリールスルホン繊維は、バグハウス集塵機用フィルターバッグの製造に最適な材料です。良好な耐熱性と熱酸化老化に対する優れた安定性を示します。熱収縮率が低く、良好な寸法安定性を維持し、耐酸性にも優れています。高温での長期間の使用が可能であり、特に高温の濾材に適しています。

さらに、P84、PPS、Nomex と比較して比較的安価です。ポリアリールスルホン繊維の摩擦係数は低いため、得られるフィルターバッグの掃除が簡単です。高温耐性があるため、PTFE と熱結合 (硬化温度 260°C) して、効果的で安定した積層フィルター媒体を製造できます。

6.グラスファイバー- 最も経済的な高温フィルター素材

グラスファイバーは伝統的なフィルター素材であり、中温から高温の​​排ガスろ過に最も広く使用されているフィルター素材です。ガラス繊維は、そのガラス組成に基づいて、C ガラス (アルカリ含有) フィルター材料と E ガラス (無アルカリ) フィルター材料の 2 つの主なカテゴリに分類できます。

グラスファイバーおよびグラスファイバーフィルターバッグ

ファイバーグラスは優れた耐高温性を示し、 260℃ (C ガラス) / 280℃ (E ガラス) の温度条件下で長期間使用できます。最大 350°C の瞬間温度に耐えることができます。高強度かつ低伸びのガラス繊維は、他の天然繊維や合成繊維よりも高い引張強度を持っています。フッ酸による腐食を除き、耐食性にも優れています。ガラス繊維の滑らかな表面により濾過抵抗が低くなり、塵の除去が容易になります。

不燃性で変形しません。 さまざまな表面剤で処理されたガラス繊維には、柔らかさ、滑らかさ、疎水性、結露防止、低収縮などの利点があります。ガラス繊維は、優れた寸法安定性、高い引張強度、強力な耐食性、滑らかな表面、通気性、ほこりの掃除の容易さ、および優れた化学的安定性を備えています。コストが低いため、 ユーザーにとってコストが優先される場合、集塵装置メーカーもパルスバッグフィルターにガラス繊維を使用しています。

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