JP3556728B2 - Exhaust gas denitration method and apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、排ガス脱硝方法および装置に係り、特に発電プラント用ボイラ、ガスタービン、ゴミ焼却炉などの各種燃焼炉から排出される排ガス中の窒素酸化物(NOx)のうち一酸化窒素(NO)の一部を二酸化窒素(NO2 )にあらかじめ酸化することにより、低温から効率よくアンモニア(NH3 )で接触還元することが可能な排ガス脱硝方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
排ガス中にアンモニア(NH3 )を注入した後、触媒と接触させることにより排ガス中の窒素酸化物を窒素に還元除去する接触アンモニア還元脱硝法において、排ガスにあらかじめ酸化剤を注入して含有される一酸化窒素(NO)の一部を二酸化窒素(NO2 )にすることによりNH3 との反応性を向上させ、より低温から脱硝できるようにする試みは数多く知られている(例えば特開昭52−94863号公報、特公昭56−50613号公報、特開昭54−23068号公報など)。
【0003】
上記方法は、(1)式で示される一酸化窒素1モルおよび二酸化窒素1モルとNH3 2モルの反応が(2)式で示される通常の脱硝反応に較べてきわめて速いため、予めNO2 源を注入するか、オゾン(O3 )、過酸化水素(H2 O2 )、硝酸(HNO3 )などの酸化剤を注入してNOの一部をNO2 に酸化((3)式〜(5)式)して運転温度の低温化を図ろうというものである。
脱硝反応
【0004】
【化1】
NO+NO2 +2NH3 → 2N2 +3H2 O (1)式
【0005】
【化2】
NO+NH3 +1/4O2 → N2 +3/2H2 O (2)式
NOの酸化反応
【0006】
【化3】
NO+O3 → NO2 +O2 (3)式
【0007】
【化4】
NO+H2 O2 → NO2 +H2 O (4)式
【0008】
【化5】
NO+2HNO3 → 3NO2 +H2 O (5)式
上記のNOとNO2 を共存させる効果は100〜300℃で顕著であるため、古くから各種焼却炉排ガス、廃熱回収ボイラ、ガスタービンなどの燃焼器を初めとする低温脱硝への応用が試みられてきたが、広く実用されるには到っていない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術を実用化することの妨げになっている理由としては、脱硝率の制御が難しいことが第一にあげられる。図5はNO単独、NO2 単独、NOとNO2 とを当モルで含む各排ガスをチタン(Ti)−タングステン(W)−バナジウム(V)系触媒を用いて脱硝する場合の温度特性を示したものであるが、NOとNO2 が当モルの場合には効率よくNOxが除去されるが、NOまたはNO2 単独では除去性能が著しく低下する。このため、NOxの変動に対し酸化剤の注入量とNH3 の注入量を個別に制御する従来技術では、次のような多くの問題を生じる。
(A)酸化剤が不足し、排ガス中のNO2 の含有割合が小さいと脱硝反応速度が低下するだけでなく多量の未反応アンモニアの流出が生じる。
(B)排ガス中のNO2 濃度がNO濃度を超えると脱硝反応はアンモニア4モルが二酸化窒素3モルに対し反応((6)式)するようになり、NH3 の注入量制御が困難である。そればかりか、NO2 がNOを超えるとNO2 とNH3 から硝安が生成して触媒が徐々に劣化するとともに、N2 Oを副生するようになる。
【0010】
【化6】
3NO2 +4NH3 → 7/2N2 +6H2 O (6)式
(C)NH3 がNO2 含有比率に見合わないと、NOより公害を引き起こし易い
NO2 が煙突から排出されるのみならず、煙色が黄変する。
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑み、現在広く実用化されているNOを主体とする排ガスのアンモニア接触還元法脱硝装置と同様に、容易でかつ精度の高い脱硝率のコントロールが可能な脱硝装置を提供するとともに、上記した問題を生じない脱硝方法を提供しようとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本願で特許請求される発明は以下のとおりである。
(1)窒素酸化物の大部分を一酸化窒素(NO)として含有する排ガスにアンモニアと酸化剤としてオゾンまたは過酸化水素を注入して一酸化窒素の一部を二酸化窒素(NO2 )に転化させ、この排ガスを脱硝触媒と接触させて排ガス中の窒素酸化物を還元除去する排ガス脱硝方法において、排ガス流量情報と排ガス中のNOx濃度情報から必要アンモニア注入量を算出するとともに、アンモニアと酸化剤の注入量を連動させ、これらのモル比(アンモニア注入量/オゾンまたは過酸化水素注入量)が2.0±0.2モル/モルの範囲になるように制御することを特徴とする排ガス脱硝方法。
(2)窒素酸化物の大部分を一酸化窒素(NO)として含有する排ガスにアンモニアと酸化剤として硝酸を注入して一酸化窒素の一部を二酸化窒素(NO 2 )に転化させ、この排ガスを脱硝触媒と接触させて排ガス中の窒素酸化物を還元除去する排ガス脱硝方法において、排ガス流量情報と排ガス中のNOx濃度情報から必要アンモニア注入量を算出するとともに、アンモニアと酸化剤の注入量を連動させ、これらのモル比(アンモニア注入量/硝酸注入量)が3.0±0.3モル/モルの範囲になるように制御することを特徴とする排ガス脱硝方法。
(3)一酸化窒素含有排ガスにアンモニアと酸化剤としてオゾンまたは過酸化水素を注入して一酸化窒素の一部を二酸化窒素に転化させる手段と、転化処理した排ガスを脱硝触媒と接触させて窒素酸化物を還元除去する手段とを備えた排ガス脱硝装置において、前記アンモニアと前記酸化剤の注入量の制御手段を連動させ、アンモニア注入量/酸化剤注入量のモル比を2.0±0.2モル/モルの範囲に制御する手段を設けたことを特徴とする排ガス脱硝装置。
(4) 一酸化窒素含有排ガスにアンモニアと酸化剤として硝酸を注入して一酸化窒素の一部を二酸化窒素に転化させる手段と、転化処理した排ガスを脱硝触媒と接触させて窒素酸化物を還元除去する手段とを備えた排ガス脱硝装置において、前記アンモニアと前記酸化剤の注入量の制御手段を連動させ、アンモニア注入量/酸化剤注入量のモル比を3.0±0.3モル/モルの範囲に制御する手段を設けたことを特徴とする排ガス脱硝装置。
【0012】
【作用】
本発明のようにNH3 と酸化剤注入量を上記したような範囲に制御すると前述の(1)式の反応がきわめて速いため、総反応として以下に示す(7)式〜(9)式の反応により酸化剤とNH3 が過不足なく、かつ速やかに消費される。
【0013】
【化7】
2NH3 +O3 +2NO → 2N2 +3H2 O+O2 (7)式
【0014】
【化8】
2NH3 +H2 O2 +2NO → 2N2 +4H2 O (8)式
【0015】
【化9】
3NH3 +HNO3 +2NO → 3/2N2 +5H2 O (9)式
このため、従来技術で問題となった排ガス中のNOまたはNO2 濃度がどちらかに偏った場合に生じる脱硝率の低下、NO2 のリーク、N2 Oの副生、または触媒劣化を起こすことがない。もし排ガス中のNOを除去するに必要な量以上にNH3 と酸化剤が注入されたとしても、O3 とH2 O2 の場合にはNH3 のリークと無害な酸素がリークするのみであり、これは通常の排煙脱硝装置と同様である。HNO3 を酸化剤とする場合にはNO2 がリークするもののNH3 注入量の1/3以下の注入量であるためきわめてわずかであり、その弊害は大幅に軽減されることになる。
【0016】
したがって、運転に当たっては酸化反応を意識することなくアンモニアの注入量を変化させることにより脱硝活性を設定できる。さらに、常に(7)式〜(9)式の速い反応のみを進行させることができるため、触媒使用量の低減または反応温度の低下を図ることが可能になる。
以上に示したように、本発明では常にアンモニア注入量と酸化剤注入量を一定比率で制御することにより、現在一般に用いられている脱硝装置と同様の簡便さで装置を運転することが可能になる。
【0017】
本発明で採用した手段は、排ガス中のNOx濃度に関する情報を得て、その信号によりNO酸化剤とNH3 とを一定比率で添加できるようにした点に特徴がある。
【0018】
【実施例】
図1に本発明の一実施例である排ガス脱硝装置の基本系統図を示す。この脱硝装置はNOx濃度測定装置9、酸化剤注入装置10、NH3 注入装置11、触媒反応器2とからなり、酸化剤注入装置10とNH3 注入装置11はNOx測定装置9からの濃度信号12と流量信号13とにより、両者の注入量のモル比が常時所定の一定割合になるように制御される。
【0019】
ここで、酸化剤とNH3 の注入モル比の一定量とは酸化剤の種類により、次のような範囲のものを意味する。
(A)酸化剤がO3 およびH2 O2 の場合
NH3 注入量/酸化剤注入量=2.0±0.2モル/モル
(B)酸化剤がHNO3 の場合
NH3 注入量/酸化剤注入量=3.0±0.3モル/モル
また、酸化剤注入装置10とはオゾン発生器、過酸化水素または硝酸吹込み装置など酸化剤を排ガスに注入するための手段のほか、それら酸化剤の発生装置からの流量を制御するための制御弁、放電によるオゾン発生器の加電電圧の制御による発生量の制御などの、いわゆる制御手段をも含むものである。
【0020】
本発明の実施に必要な基本的装置構成は図1に示したとおりである。
脱硝装置はNOx測定装置9、酸化剤注入装置10、NH3 注入装置11、触媒反応器2とからなり、酸化剤注入装置10とNH3 注入装置11はNOx測定装置9からの濃度信号12と流量信号13とにより、酸化剤およびアンモニアの注入量のモル比が常時所定の一定割合になるように注入制御するように構成されている。
【0021】
ここでNOx測定装置9は、赤外線式または化学発光式などの通常のNOx濃度測定装置が用いられ、排ガス中のNOx濃度に比例した信号を発生する。一方、流量信号13は排ガス源からもらってもよいし、ピートー管、オリフィスなどで独自に計測して発生したものであってもよい。
両信号は酸化剤注入装置10およびアンモニア注入量装置11とに送られ、注入量制御信号に変換されて両者の注入量がガス量、NOx濃度の変化に追従し、かつアンモニア注入量/酸化剤注入量モル比が常に一定割合になるように制御するために用いられる。本発明のポイントは、前述したようにアンモニア注入量/酸化剤注入量のモル比が常に一定割合になるように制御することにあり、したがって図2のように流量信号13とNOx濃度信号12をあらかじめ演算器14で演算処理し、アンモニア注入量/酸化剤注入量のモル比が常に一定割合になるような制御信号15を発生して制御するようにしてもよいことはいうまでもない。
【0022】
アンモニア注入装置11は、アンモニアガス、液化アンモニアなどのアンモニアの供給装置と流量制御弁などの制御手段とからなり、前記制御信号に比例したアンモニアを供給する。これは酸化剤注入装置においても同様であり、異なるのはアンモニア注入量/酸化剤注入量のモル比が常に一定割合になるようアンモニア注入量と連動されて制御されていることである。
【0023】
酸化剤にはオゾン、硝酸、過酸化水素など排ガス中のNOをNO2 に酸化できる能力を有するものが用いられ、その注入量は酸化剤の種類により請求範囲に記載したアンモニア注入量/酸化剤注入量のモル比になるように制御される。
また、触媒3には公知の酸化チタン系触媒、ゼオライト系触媒など通常の脱硝用触媒が用いられる。
【0024】
排ガス中に注入された酸化剤によりNOの一部は前記(3)式〜(5)式のようにNO2 に酸化された後、アンモニアが加えられ触媒反応器に導かれる。このときアンモニアと酸化剤とはアンモニア注入量/酸化剤注入量のモル比が常に一定割合になるように制御されているため、反応速度の非常に大きい(7)式〜(9)式の反応が選択的に進行し、アンモニアと酸化剤が過不足なく消費される。
【0025】
2NH3 +O3 +2NO → 2N2 +3H2 O+O2 (7)式
2NH3 +H2 O2 +2NO → 2N2 +4H2 O (8)式
3NH3 +HNO3 +2NO → 3/2N2 +5H2 O (9)式
このように、非常に速い反応のみを選択的に生じさせるため、運転温度を著しく低下させることが可能になり、100〜300℃、通常150〜250℃で触媒量の大幅な低減が図れる。また、未反応のアンモニアの流出や酸化剤により生成したNO2 の発生がほとんどなく、従来技術で問題となった種々の問題を生じないことは前述したとおりである。
【0026】
アンモニア注入量/酸化剤注入量のモル比は、O3 とH2 O2 を用いる場合には2、HNO3 を用いる場合には3にした場合に最も効率よく脱硝できるが、特許請求範囲に記載した範囲内であれば実用上充分高い効率が得られ、問題も生じない。上記モル比が大きすぎても、低すぎても脱硝率の低下や触媒劣化、N2 Oの副生を生じるので好ましくない。
【0027】
また、排ガス中のNOに対するNH3 注入モル比はO3 、H2 O2 では1以下、HNO3 では1.5以下に制御することが好ましいが、排ガス中に当初からNO2 を含有する場合にはそれに応じて増減してもよい。
本発明は特に低温度において顕著な効果を発揮するが、装置の腐食等の理由で排ガスを余熱する設備を有してもよい。また、ガスタービンの起動時における低温排ガスの浄化方法として、本発明の思想に基づくアンモニア注入量/酸化剤注入量を一定値に制御する方法を不定期に採用する場合にも触媒量を低減できる効果が得られる。
【0028】
本発明の思想によれば、図1および図2に示した範囲にとどまらず、図3〜4のように必要に応じて他の排ガス浄化用機器、もしくは余熱装置を配したもの、または酸化剤、アンモニアの注入を燃焼器出口の高温度ゾーンに配するなどの変更があっても同様の効果が得られ、本発明の範囲内である。
図3は燃焼器1と触媒反応器2の間に集塵装置16を設けた場合の例であり、ゴミ焼却炉排ガスなどの煤塵の多い排ガス処理に適する。さらに、図4は排ガスラインに熱交換器または熱回収器17を配する場合の一例であり、酸化剤を熱回収器17の前流または熱回収伝熱管群の間に注入して、酸化剤によるNOの酸化を促進するよう工夫したものである。なお、図1〜4の実施例では酸化剤を注入した後の下流域にてアンモニアを注入する例を示しているが、酸化剤による一酸化窒素の二酸化窒素への酸化反応は急速に行われるので、アンモニアと酸化剤を同一個所で同時に注入しても差し支えない。
【0029】
以下、本発明の実施例による具体的データを従来の脱硝装置のデータと対比してさらに詳細に説明する。
実施例1
図1の系統を有する小型反応装置に表1の組成のガスを流し、脱硝反応を行わせた。酸化剤にはオゾン生成器から発生させたO3 濃度として1000ppmのガスを、また脱硝用還元剤として2%のアンモニアガスを用い、各々流量コントロール弁に接続し、両者の信号がNH3 /O3 モル比が常に2になるように連動した。また、脱硝反応器にはTi−W−V系触媒(Ti/W/V原子比=95/4/5、厚さ1mm)の板状触媒を4mmピッチで配した触媒構造体を用い、表2のような条件に維持した。
【0030】
【表1】
【0031】
【表2】
本条件下で、NH3 /NO比を0.4〜1.4mol/molの間で変化させ、そのときのNOxの減少率、触媒層出口のN2 O濃度を測定するとともに煙色の変化を調べた。
比較例1および比較例2
実施例1と同様の装置を用い、O3 /NOモル比が各々0.4と0.6になるようにオゾンを一定値で注入した以外は実施例1と同様にして、NH3 /NOモル比を0.4〜1.4の間で変化させてNOxの減少率、触媒層出口のN2 O濃度を測定するとともに煙色の変化を調べた。
【0032】
実施例1と比較例1および比較例2から得られた結果を対比して表3にまとめて示す。
【0033】
【表3】
実施例1では、NH3 /NOモル比に対応した脱硝率が得られ、NH3 /NO比が0.8以上では高い高率が得られた。また、いずれのNH3 /NO比でもN2 Oの副生はなく、煙色の変化もなかった。
【0034】
一方、比較例1では脱硝率が一定以上高くならないだけでなく、NH3 /NO比の小さい条件ではN2 Oの副生と煙色が黄色に変化した。
また、比較例2の場合にも同様に高い脱硝率が得られず、すべてのNH3 /NO比でN2 Oの副生と排ガスの着色が見られた。さらに、高NH3 /NO比領域に長く保持すると脱硝性能が徐々に低下する現象も観察された。
実施例2
実施例1のオゾン生成器および流量コントロール弁に代えて15%硝酸を流量制御可能な定量ポンプとその出口に設けた外熱式蒸発器を用いて酸化剤として注入し、NH3 /HNO3 注入モル比が常に3になるように制御した。本装置を用いたほかは実施例1と同様にして、NH3 /NOモル比を0.4〜1.4の間で変化させた場合のNOxの減少率、触媒層出口のN2 O濃度を測定するとともに煙色の変化を調べた。
比較例3および比較例4
実施例2と同様の装置を用い、HNO3 /NOモル比が各々0.2と1.0になるように硝酸水溶液を一定値で注入した以外は実施例2と同様にして、NH3 /NOモル比を0.4〜1.4の間で変化させてNOxの減少率、触媒層出口のN2 O濃度を測定するとともに煙色の変化を調べた。
【0035】
実施例2と比較例3および比較例4の結果を表4にまとめて示す。
【0036】
【表4】
実施例2の場合にも実施例1同様高い脱硝率が得られただげでなく、N2 Oの副生や排ガスの着色現象は全く見られなかった。
【0037】
これに対し、比較例3および比較例4では高い脱硝率が得られないだけでなく、N2 O副生および排ガスが黄色に強く着色する現象が見られた。さらにNH3 /NO比の高い条件では反応管壁に硝安が析出し、実用上大きな問題になることが明らかになった。
実施例3
実施例1のオゾン生成器および流量コントロール弁に代えて10%過酸化水素水を流量制御可能な定量ポンプとその出口に設けた外熱式蒸発器を用いて酸化剤として注入し、NH3 /H2 O2 注入モル比が常に2になるように制御した。本装置を用いたほかは実施例1と同様にして、NH3 /NOモル比を0.4〜1.4の間で変化させた場合のNOxの減少率、触媒層出口のN2 O濃度を測定するとともに煙色の変化を調べた。本例の場合にも実施例1および2と同様、高い脱硝率が得られただけでなく、脱硝装置の運用上問題になるN2 O副生や排ガスの着色現象は見られない優れた特性を示した。
【0038】
【発明の効果】
本発明によればN2 O副生やNO2 の残存による排ガスの着色といった実用の妨げとなる問題を生じることなく低温排ガスを効率よく脱硝することが可能になる。さらにNH3 /NOモル比の大きな変化に対しても問題なく対応できるため、負荷変動やNOx濃度の変化にも容易に追従できる。
【0039】
これにより近年需要の増大しているゴミ焼却炉排ガスを初めとする各種低温排ガスを余熱することなく効率よく脱硝することができるようになるので、産業的、社会的価値も著しく高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す脱硝装置の構成図。
【図2】実施例の他の実施例を示す脱硝装置の構成図。
【図3】本発明の他の実施態様を説明する図。
【図4】本発明の他の実施態様を説明する図。
【図5】従来技術の問題点を説明するための図。
【符号の説明】
1…排ガス源、2…触媒反応器、3…触媒、4、5…排気管、6…NOxサンプリング管、7…酸化剤注入ライン、8…アンモニア注入ライン、9…NOx濃度計、10…酸化剤注入装置、11…アンモニア注入装置、12…NOx濃度信号、13…流量信号、14…演算器、15…注入量制御信号。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an exhaust gas denitration method and apparatus, and particularly to nitric oxide (NO) among nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas discharged from various combustion furnaces such as boilers for power plants, gas turbines, and waste incinerators. The present invention relates to an exhaust gas denitration method and apparatus capable of efficiently performing catalytic reduction with ammonia (NH 3 ) from a low temperature by previously oxidizing a part of the exhaust gas to nitrogen dioxide (NO 2 ).
[0002]
[Prior art]
In a contact ammonia reduction denitration method in which ammonia (NH 3 ) is injected into the exhaust gas and then the catalyst is brought into contact with the catalyst to reduce and remove nitrogen oxides in the exhaust gas into nitrogen, an oxidizing agent is previously injected into the exhaust gas and contained. Many attempts have been made to improve the reactivity with NH 3 by converting part of nitric oxide (NO) into nitrogen dioxide (NO 2 ) so that denitration can be carried out at a lower temperature (for example, see Japanese Unexamined Patent Publication No. 52-94863, JP-B-56-50613, JP-A-54-23068, and the like.
[0003]
In the above method, since the reaction between 1 mol of nitric oxide and 1 mol of nitrogen dioxide represented by the formula (1) and 2 mol of NH 3 is much faster than the ordinary denitration reaction represented by the formula (2), NO 2 is used in advance. A source is injected or an oxidizing agent such as ozone (O 3 ), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), nitric acid (HNO 3 ) is injected, and a part of NO is oxidized to NO 2 (formula (3)). (Equation (5)) to reduce the operating temperature.
Denitration reaction [0004]
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NO + NO 2 + 2NH 3 → 2N 2 + 3H 2 O Formula (1)
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NO + NH 3 + / O 2 → N 2 + 3 / 2H 2 O (2) Oxidation reaction of formula NO
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NO + O 3 → NO 2 + O 2 Formula (3)
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NO + H 2 O 2 → NO 2 + H 2 O Formula (4)
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NO + 2HNO 3 → 3NO 2 + H 2 O (5) Since the effect of coexistence of NO and NO 2 is remarkable at 100 to 300 ° C., combustion of various incinerator exhaust gas, waste heat recovery boiler, gas turbine, etc. has been used since ancient times. Attempts have been made to apply it to low-temperature denitration such as a vessel, but it has not been widely used.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The first reason that hinders the practical use of the above-mentioned conventional technology is that it is difficult to control the denitration rate. FIG. 5 shows the temperature characteristics when each exhaust gas containing NO alone, NO 2 alone, and NO and NO 2 in equimolar amounts is denitrated using a titanium (Ti) -tungsten (W) -vanadium (V) -based catalyst. However, when NO and NO 2 are equimolar, NOx is efficiently removed, but when NO or NO 2 alone is used, the removal performance is significantly reduced. For this reason, the prior art in which the injection amount of the oxidizing agent and the injection amount of NH 3 are individually controlled with respect to the fluctuation of NOx has many problems as follows.
(A) If the oxidizing agent is insufficient and the content of NO 2 in the exhaust gas is small, not only does the denitration reaction rate decrease, but also a large amount of unreacted ammonia flows out.
(B) If the NO 2 concentration in the exhaust gas exceeds the NO concentration, in the denitration reaction, 4 moles of ammonia react with 3 moles of nitrogen dioxide (formula (6)), and it is difficult to control the injection amount of NH 3. . In addition, when NO 2 exceeds NO, nitrate is generated from NO 2 and NH 3, and the catalyst gradually deteriorates, and N 2 O is produced as a by-product.
[0010]
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3NO 2 + 4NH 3 → 7 / 2N 2 + 6H 2 O (6) If NH 3 does not satisfy the NO 2 content ratio, not only NO 2 that is more likely to cause pollution than NO is discharged from the chimney, The smoke turns yellow.
In view of the problems of the prior art, the present invention enables easy and highly accurate control of the denitration rate, similarly to the NOx denitration apparatus for exhaust gas mainly composed of NO, which is currently widely used in practice. It is an object of the present invention to provide a simple denitration apparatus and a denitration method which does not cause the above-mentioned problems.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The invention claimed in the present application to achieve the above object is as follows.
(1) Most of the nitric oxide (NO) nitrogen dioxide a part of the exhaust gas as the ammonia oxidizer by injecting ozone or hydrogen peroxide in nitric oxide contained as nitrogen oxides (NO 2) In the exhaust gas denitration method of reducing and removing nitrogen oxides in the exhaust gas by contacting the exhaust gas with a denitration catalyst, the required ammonia injection amount is calculated from the exhaust gas flow rate information and the NOx concentration information in the exhaust gas, The injection amount of the oxidizing agent is linked to control the molar ratio (amount of ammonia injected / amount of ozone or hydrogen peroxide) to be in a range of 2.0 ± 0.2 mol / mol. Exhaust gas denitration method.
(2) Ammonia and nitric acid as an oxidizing agent are injected into an exhaust gas containing most of nitrogen oxides as nitric oxide (NO ) to convert a part of nitric oxide to nitrogen dioxide (NO 2 ). In an exhaust gas denitration method for reducing and removing nitrogen oxides in exhaust gas by contacting with a denitration catalyst, the required amount of ammonia to be injected is calculated from exhaust gas flow rate information and NOx concentration information in the exhaust gas, and the injection amount of ammonia and oxidizing agent is determined. An exhaust gas denitration method characterized by controlling the molar ratio (amount of ammonia injected / amount of nitric acid) to be in a range of 3.0 ± 0.3 mol / mol .
(3) A means for injecting ozone or hydrogen peroxide as an oxidizing agent into an exhaust gas containing nitrogen monoxide to convert a part of the nitrogen monoxide to nitrogen dioxide, and contacting the converted exhaust gas with a denitration catalyst to produce nitrogen. in the exhaust gas denitration apparatus and means for reducing and removing the oxide, in conjunction with the control means of the injection amount of the ammonia and the oxidizing agent, 2.0 ± a molar ratio of ammonia injection amount /
(4) A means for injecting ammonia and nitric acid as an oxidizing agent into a nitric oxide-containing exhaust gas to convert a part of the nitric oxide to nitrogen dioxide, and reducing the nitrogen oxide by bringing the converted exhaust gas into contact with a denitration catalyst. In the exhaust gas denitration apparatus provided with means for removing, the control means for controlling the injection amount of the ammonia and the oxidizing agent is linked, and the molar ratio of ammonia injection amount / oxidizing agent injection amount is 3.0 ± 0.3 mol / mol. Exhaust gas denitration apparatus, characterized in that a means for controlling the exhaust gas is provided in the range of.
[0012]
[Action]
When the injection amounts of NH 3 and the oxidizing agent are controlled within the above-mentioned ranges as in the present invention, the reaction of the above-mentioned formula (1) is extremely fast, so that the total reaction is expressed by the following formulas (7) to (9). Due to the reaction, the oxidizing agent and NH 3 are consumed without excess or shortage and quickly.
[0013]
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2NH 3 + O 3 + 2NO → 2N 2 + 3H 2 O + O 2 (7)
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2NH 3 + H 2 O 2 + 2NO → 2N 2 + 4H 2 O (8)
Embedded image
3NH 3 + HNO 3 + 2NO → 3 / 2N 2 + 5H 2 O (9) For this reason, the problem of the prior art is that the NO or NO 2 concentration in the exhaust gas is deviated to one of the two , and the NOx reduction and NO reduction occur. 2 does not occur, by-product of N 2 O, or catalyst deterioration. Even if NH 3 and the oxidizing agent are injected in an amount larger than that required for removing NO in the exhaust gas, in the case of O 3 and H 2 O 2 , only the leakage of NH 3 and the harmless oxygen leak. Yes, this is similar to a normal flue gas denitration system. When HNO 3 is used as the oxidizing agent, although NO 2 leaks, the injection amount is 1/3 or less of the NH 3 injection amount, so that the injection amount is extremely small, and the adverse effect is greatly reduced.
[0016]
Therefore, in operation, the denitration activity can be set by changing the injection amount of ammonia without being conscious of the oxidation reaction. Furthermore, since only the fast reactions of the equations (7) to (9) can always proceed, it is possible to reduce the amount of catalyst used or the reaction temperature.
As described above, in the present invention, by always controlling the injection amount of ammonia and the injection amount of the oxidizing agent at a fixed ratio, it is possible to operate the device with the same simplicity as that of the currently generally used denitration device. Become.
[0017]
The means adopted in the present invention is characterized in that information on the NOx concentration in the exhaust gas is obtained, and the NO oxidant and NH 3 can be added at a constant ratio based on the signal.
[0018]
【Example】
FIG. 1 shows a basic system diagram of an exhaust gas denitration apparatus according to one embodiment of the present invention. This denitration apparatus comprises a NOx
[0019]
Here, the fixed amount of the injection molar ratio of the oxidizing agent and NH 3 means the following range depending on the type of the oxidizing agent.
(A) Injection amount of NH 3 / Oxidant injection amount = 2.0 ± 0.2 mol / mol when the oxidizing agent is O 3 and H 2 O 2 (B) Injection amount of NH 3 / Oxidizing agent is HNO 3 / Oxidant injection amount = 3.0 ± 0.3 mol / mol The
[0020]
The basic device configuration necessary for implementing the present invention is as shown in FIG.
Denitration apparatus
[0021]
Here, the
Both signals are sent to the oxidizing
[0022]
The
[0023]
As the oxidizing agent, one having an ability to oxidize NO in exhaust gas to NO 2 , such as ozone, nitric acid, and hydrogen peroxide, is used. The injection amount depends on the type of the oxidizing agent. It is controlled so as to be a molar ratio of the injection amount.
As the
[0024]
After a part of NO is oxidized to NO 2 as described above (3) to (5) by the injected oxidant in the exhaust gas is led to the ammonia is added catalytic reactor. At this time, since the ammonia and the oxidizing agent are controlled so that the molar ratio of the amount of the injected ammonia / the amount of the oxidizing agent always becomes a constant ratio, the reaction rates of the equations (7) to (9) are extremely high. Proceeds selectively, and ammonia and oxidizing agent are consumed without excess and deficiency.
[0025]
2NH 3 + O 3 + 2NO →
[0026]
The most efficient denitration can be achieved when the molar ratio of the injection amount of ammonia / the injection amount of the oxidizing agent is 2 when O 3 and H 2 O 2 are used, and 3 when HNO 3 is used. Within the stated range, a practically high efficiency can be obtained without any problem. If the molar ratio is too high or too low, the denitration rate decreases, the catalyst deteriorates, and N 2 O is by-produced.
[0027]
Further, NH 3 injection molar ratio NO in the exhaust gas O 3, H 2 O in 2 1 or less, it is preferable to control the HNO At 3 1.5 or less, when containing NO 2 originally in the exhaust gas May be increased or decreased accordingly.
The present invention exerts a remarkable effect particularly at low temperatures, but may have equipment for preheating the exhaust gas due to corrosion of the apparatus or the like. Further, as a method of purifying low-temperature exhaust gas at the time of starting the gas turbine, the amount of catalyst can be reduced even when a method of controlling the injection amount of ammonia / the injection amount of the oxidizing agent to a constant value based on the idea of the present invention is employed irregularly. The effect is obtained.
[0028]
According to the idea of the present invention, the apparatus is not limited to the range shown in FIGS. 1 and 2, and another apparatus for purifying exhaust gas or a preheating apparatus is arranged as necessary as shown in FIGS. Even if there is a change such as distributing the injection of ammonia in the high temperature zone at the outlet of the combustor, the same effect can be obtained and is within the scope of the present invention.
FIG. 3 shows an example in which a
[0029]
Hereinafter, specific data according to the embodiment of the present invention will be described in more detail in comparison with data of a conventional denitration apparatus.
Example 1
A gas having the composition shown in Table 1 was passed through a small reactor having the system shown in FIG. 1 to cause a denitration reaction. As an oxidizing agent, a gas having an O 3 concentration of 1000 ppm generated from an ozone generator and a 2% ammonia gas as a denitrifying reducing agent are used, each of which is connected to a flow control valve, and the signals of both are NH 3 / O The three molar ratios were linked so that they were always 2. The denitration reactor uses a catalyst structure in which plate catalysts of Ti-WV-based catalyst (Ti / W / V atomic ratio = 95/4/5, thickness 1 mm) are arranged at a pitch of 4 mm. Conditions such as 2 were maintained.
[0030]
[Table 1]
[0031]
[Table 2]
Under these conditions, the NH 3 / NO ratio was changed between 0.4 and 1.4 mol / mol, and the NO x reduction rate and the N 2 O concentration at the outlet of the catalyst layer at that time were measured and the smoke color changed. Was examined.
Comparative Example 1 and Comparative Example 2
NH 3 / NO was used in the same manner as in Example 1 except that ozone was injected at a constant value so that the O 3 / NO molar ratio was 0.4 and 0.6, respectively, using the same apparatus as in Example 1. The reduction ratio of NOx and the concentration of N 2 O at the outlet of the catalyst layer were measured while changing the molar ratio between 0.4 and 1.4, and the change in smoke color was examined.
[0032]
Table 3 collectively shows the results obtained from Example 1 and Comparative Examples 1 and 2.
[0033]
[Table 3]
In Example 1, the denitration rate corresponding to the NH 3 / NO molar ratio was obtained, and a high rate was obtained when the NH 3 / NO ratio was 0.8 or more. In addition, there was no N 2 O by-product and no change in smoke color at any NH 3 / NO ratio.
[0034]
On the other hand, in Comparative Example 1, not only did the denitration rate not increase beyond a certain level, but also the by-product of N 2 O and the smoke color changed to yellow under the condition of a small NH 3 / NO ratio.
Similarly, in the case of Comparative Example 2, a high denitration rate was not obtained, and by-products of N 2 O and coloring of exhaust gas were observed at all NH 3 / NO ratios. Further, a phenomenon was observed in which the denitration performance gradually decreased when the temperature was maintained in the high NH 3 / NO ratio region for a long time.
Example 2
Instead of the ozone generator and the flow rate control valve of Example 1, 15% nitric acid was injected as an oxidant using a quantitative pump capable of controlling the flow rate and an externally heated evaporator provided at the outlet thereof, and NH 3 / HNO 3 was injected. The molar ratio was controlled to always be 3. Except that this apparatus was used, the reduction rate of NOx and the N 2 O concentration at the catalyst layer outlet when the NH 3 / NO molar ratio was changed between 0.4 and 1.4 in the same manner as in Example 1 Was measured and the change in smoke color was examined.
Comparative Example 3 and Comparative Example 4
The same apparatus as in Example 2 was used, except that a nitric acid aqueous solution was injected at a constant value so that the HNO 3 / NO molar ratio was 0.2 and 1.0, respectively, in the same manner as in Example 2 and NH 3 / NO was used. By changing the NO molar ratio between 0.4 and 1.4, the reduction rate of NOx and the concentration of N 2 O at the outlet of the catalyst layer were measured, and the change in smoke color was examined.
[0035]
Table 4 summarizes the results of Example 2, Comparative Example 3 and Comparative Example 4.
[0036]
[Table 4]
In the case of Example 2, as in Example 1, not only a high denitration rate was obtained, but also no by-product of N 2 O or coloring of exhaust gas was observed at all.
[0037]
On the other hand, in Comparative Examples 3 and 4, not only a high denitration ratio was not obtained, but also a phenomenon was observed in which N 2 O by-products and exhaust gas were strongly colored yellow. Further, it was found that under conditions with a high NH 3 / NO ratio, ammonium nitrate was deposited on the reaction tube wall, which became a serious problem in practical use.
Example 3
In place of the ozone generator and the flow control valve of Example 1, 10% hydrogen peroxide water was injected as an oxidant using a metering pump capable of controlling the flow rate and an external heat evaporator provided at the outlet thereof, and NH 3 / The H 2 O 2 injection molar ratio was controlled to always be 2. Except that this apparatus was used, the reduction rate of NOx and the N 2 O concentration at the catalyst layer outlet when the NH 3 / NO molar ratio was changed between 0.4 and 1.4 in the same manner as in Example 1 Was measured and the change in smoke color was examined. In the case of this example, as in Examples 1 and 2, not only a high denitrification rate was obtained, but also excellent characteristics in which N 2 O by-products and exhaust gas coloring phenomena which are problematic in the operation of the denitration apparatus were not observed. showed that.
[0038]
【The invention's effect】
According to the present invention makes it possible to efficiently denitration low temperature exhaust gas without causing the problem that hinders practical such coloration of the exhaust gas due to residual N 2 O by-product or NO 2. Furthermore, since it is possible to cope with a large change in the NH 3 / NO molar ratio without any problem, it is possible to easily follow a load change and a change in the NOx concentration.
[0039]
This makes it possible to efficiently denitrate various low-temperature exhaust gases such as exhaust gas from garbage incinerators, which have been increasing in demand in recent years, without any residual heat, so that the industrial and social value is remarkably high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a denitration apparatus showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a denitration apparatus showing another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining a problem of the related art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Exhaust gas source, 2 ... Catalyst reactor, 3 ... Catalyst, 4/5 ... Exhaust pipe, 6 ... NOx sampling pipe, 7 ... Oxidant injection line, 8 ... Ammonia injection line, 9 ... NOx concentration meter, 10 ... Oxidation Agent injection device, 11: ammonia injection device, 12: NOx concentration signal, 13: flow rate signal, 14: arithmetic unit, 15: injection amount control signal.
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