JP2002143646A

JP2002143646A - 脱硝装置および脱硝装置におけるメンテナンス方法

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Publication number: JP2002143646A
Application number: JP2000343703A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Nakamura; 仁士中村
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-11-10
Filing date: 2000-11-10
Publication date: 2002-05-21
Anticipated expiration: 2020-11-10
Also published as: JP4435964B2

Abstract

(57)【要約】【課題】脱硝性能が長期に維持でき、効率が良く経済
的である脱硝装置およびその脱硝装置におけるメンテナ
ンス方法を提供することを目的とする。【解決手段】再生触媒６０を、劣化摩耗の条件が比較
的緩やかであり、かつ、脱硝処理の寄与度が比較的小さ
い下流側、たとえば、３段目の反応器５３中に配置す
る。この結果、再生触媒６０の劣化摩耗を抑制でき、ま
た、再生触媒６０の脱硝性能を長期に維持することがで
きる。これにより、再生触媒６０を使用しても脱硝性能
が長期に維持でき、また、再生触媒６０を再使用するこ
とによって、効率が良く経済的である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば、火力
プラントなどに設置されている脱硝装置およびその脱硝
装置におけるメンテナンス方法にかかる。特に、この発
明は、再生触媒を使用しても脱硝性能が長期に維持で
き、また、再生触媒を再使用することによって効率が良
く経済的である脱硝装置およびその脱硝装置におけるメ
ンテナンス方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の脱硝装置について、図８および
図９を参照して説明する。この図示の例は、石炭焚きボ
イラーからの排ガスを脱硝する脱硝装置であって、縦置
き棚段タイプの脱硝装置について説明する。

【０００３】図８において、１は脱硝装置のハウジング
である。このハウジング１は、垂直方向（上下方向）に
設置されている。前記ハウジング１の上部には、ダーテ
ィな排ガス２（図８中の格子矢印参照）が流入する流入
口３が設けられている。一方、前記ハウジング１の下部
には、クリーンな排ガス２（図８中の白抜き矢印参照）
が流出する流出口４が設けられている。

【０００４】排ガス２が垂直（上下）に流れる前記ハウ
ジング１の中間部には、４段（４層）の反応器（反応
塔）５１、５２、５３、５４が上下に縦置き棚段タイプ
に設置されている。なお、最下段の反応器５４（二点鎖
線にて示す）は、予備の反応器である。最上段から三段
までの前記反応器５１、５２、５３中には、複数個の触
媒ユニット（もしくは、触媒モジュール、触媒パック）
６がそれぞれ並設されている。

【０００５】前記触媒ユニット６は、図９に示すよう
に、複数本の触媒単体９がフレーム１０中に整列充填さ
れてなるものである。すなわち、触媒単体９（エレメン
ト）がユニット化（もしくは、モジュール化、パック
化）して、ハンドリングし易いように構成されている。
前記触媒ユニット６は、約３ｔ以下の重量を有する。な
お、この明細書において、前記触媒単体９は、触媒と同
義語である。

【０００６】前記触媒単体９は、酸化チタンが主成分で
あり、活性金属成分（バナジウム、タングステンなど）
が含有されてなるものである。主に、二元系のＴｉＯ₂
−ＷＯ₃触媒および三元系のＴｉＯ₂−Ｖ₂Ｏ₅−ＷＯ
₃触媒が用いられている。また、前記触媒単体９は、図
９に示すように、多数本の四角形の貫通孔１１が格子状
に設けられた角柱形状をなす。すなわち、ソリッド型
（触媒成分自体で成形体となっているもの）のハニカム
形状をなす。前記貫通孔１１中を前記排ガス２が通過す
るものである。前記触媒単体９がハニカム形状をなすの
は、排ガス２中の煤塵による閉塞を防止するためと、ガ
ス接触面積を広くするためとによる。なお、この図示の
例の触媒単体９は、ハニカム形状をなすものであるが、
触媒としては、プレートタイプ、ペーパーハニカムタイ
プ、その他の形状のものがある。特に、触媒の形状は、
限定しない。

【０００７】前記ハニカムタイプの触媒単体９の各寸法
は、下記のとおりとなる。正方形の１辺Ａが約１５０ｍ
ｍ、高さＨが約５００〜１２００ｍｍ、貫通孔１１の開
きピッチが約５〜１０ｍｍ（ボイラーの燃料によりまち
まちである）、壁の肉厚が約０．５〜１．５ｍｍであ
る。なお、前記触媒単体９の上下両端部の外周に緩衝材
１３（図９中の二点鎖線にて示す）を設けても良い。

【０００８】以下、前記構成からなる脱硝装置の作用に
ついて説明する。まず、石炭焚きボイラー（図示せず）
から、窒素酸化物（ＮＯ_x）を含有するダーティな排ガ
ス２が流入口３からハウジング１中に流入する。このダ
ーティな排ガス２中にアンモニアなどの還元剤（図示せ
ず）を注入添加する。なお、このアンモニアなどの還元
剤の注入添加は、前記触媒ユニット６の上流側において
行う。

【０００９】還元剤が注入添加されたダーティな排ガス
２が各段の反応器５１、５２、５３の触媒単体９の貫通
孔１１中を貫通する。その際に、その触媒単体９の触媒
作用により、ダーティな排ガス２中の窒素酸化物は、窒
素と水蒸気とに分解される。

【００１０】窒素酸化物が分解されたクリーンな排ガス
２は、流出口４から後段側装置（図示せず）および煙突
（図示せず）を経て大気中に排出される。この種の装置
としては、たとえば、特開平７−２６５６６６号公報に
記載のもの、特開平９−２６７０２８号公報に記載のも
のなどがある。なお、前記公報に記載の脱硝装置は、触
媒が横置きのタイプであるが、その作用は、触媒が縦置
きのタイプの前記脱硝装置と変わらない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】そして、脱硝装置にお
いて、前記触媒単体９は、非常に高価なものである。こ
のために、脱硝装置において、触媒を全部新規な触媒に
交換するには、コストが非常にかかり、また、使用済み
触媒を破棄するのにも、費用を要する。

【００１２】そこで、ある程度の期間使用された触媒を
再生処理し、その再生処理された再生触媒が脱硝装置に
再使用されている。なお、この再生触媒としては、たと
えば、特開平７−２２２９２４号公報に記載のもの、特
開平１０−５５４７号公報に記載のもの、特許公開２０
００−３７６３４号公報に記載のもの、特許公開２００
０−３７６３５号公報に記載のもの、特許公開２０００
−１６７４０５号公報に記載のものなどがある。

【００１３】この発明は、再生触媒を使用しても脱硝性
能が長期に維持でき、また、再生触媒を再使用すること
によって効率が良く経済的である脱硝装置およびその脱
硝装置におけるメンテナンス方法を提供することを目的
とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１にかかる発明は、２段目以後の反応器中
に再生触媒が配置されていることを特徴とする。すなわ
ち、請求項１にかかる発明は、再生触媒を、劣化摩耗の
条件が比較的緩やかであり、かつ、脱硝処理の寄与度が
比較的小さい下流側、たとえば、２段目以後に配置す
る。

【００１５】この結果、請求項１にかかる発明は、再生
触媒の劣化摩耗を抑制でき、また、再生触媒の脱硝性能
を長期に維持することができる。これにより、請求項１
にかかる発明は、再生触媒を使用しても脱硝性能が長期
に維持でき、また、再生触媒を再使用することによって
効率が良く経済的である。

【００１６】また、請求項２にかかる発明は、２段目以
後の反応器中の触媒が再生触媒と交換配置されることを
特徴とする。すなわち、請求項２にかかる発明は、前記
請求項１にかかる発明と同様に、再生触媒を、劣化摩耗
の条件が比較的緩やかであり、かつ、脱硝処理の寄与度
が比較的小さい下流側、たとえば、２段目以後の触媒と
交換配置する。

【００１７】この結果、請求項２にかかる発明は、再生
触媒の劣化摩耗を抑制でき、また、再生触媒の脱硝性能
を長期に維持することができる。これにより、請求項２
にかかる発明は、再生触媒を使用しても脱硝性能が長期
に維持でき、また、再生触媒を再使用することによって
効率が良く経済的である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる脱硝装置
および脱硝装置におけるメンテナンス方法の実施の形態
の１例を図１〜図７を参照して説明する。なお、この実
施の形態によりこの脱硝装置および脱硝装置におけるメ
ンテナンス方法が限定されるものではない。

【００１９】（実施の形態の説明）図１は、この発明に
かかる脱硝装置および脱硝装置におけるメンテナンス方
法の実施の形態を示す説明図である。図中、図８および
図９と同符号は同一のものを示す。

【００２０】図１に示すように、この実施の形態におけ
る脱硝装置は、３段目の反応器５３中に再生触媒６０の
ユニット（図中、斜線が施されている触媒）が全部配置
されているものである。なお、１段目の反応器５１およ
び２段目の反応器５２中には、既設の触媒ユニットもし
くは新規の触媒ユニット６（図中、白抜きの触媒）が全
部配置されている。

【００２１】また、図１に示すように、この実施の形態
における脱硝装置のメンテナンス方法は、３段目の反応
器５３中に配置されていた触媒（図示せず）を、再生触
媒６０（図中、斜線が施されている触媒）に全部交換配
置するものである。この再生触媒６０の交換配置の作業
は、プラントの定期点検時に同時に行っても良いし、ま
たは、それと別個に独自に行っても良い。なお、１段目
の反応器５１および２段目の反応器５２中の触媒は、既
設の触媒ユニット６（図中、白抜きの触媒）を全部その
まま配置さたままの状態でも良いし、または、新規の触
媒ユニット６に全部交換配置しても良い。もしくは、部
分的に新規の触媒ユニット６に交換配置しても良い。

【００２２】このように、この実施の形態における脱硝
装置およびそのメンテナンス方法は、再生触媒６０を、
図６に示すように、劣化摩耗の条件が比較的緩やかであ
り、かつ、図７に示すように、脱硝処理の寄与度が比較
的小さい下流側、この例では、３段目の反応器５３中に
配置する。

【００２３】すなわち、図６の流動パターン（排ガス２
の流速分布）解析結果の説明図に示すように、上流側
（１段目の反応器５１）では、排ガス２の流れが偏流し
ているので、触媒の摩耗劣化を起こし易く、性能低下の
原因となる煤塵などが付着し易い。前記再生触媒６０に
ついては、再生処理工程の状況によって、前記排ガス２
の偏流の影響を受け易いと考えられる。逆に、下流側
（３段目の反応器５３）では、排ガス２が触媒単体９の
貫通孔１１により整流しているので、触媒の摩耗劣化を
起こし難く、性能低下の原因となる煤塵などが付着し難
い。なお、図６は、排ガス２の流速分布を実線矢印にて
模式的に示した説明図である。したがって、図６中の実
線矢印にて示す排ガス２の流速分布は、実際の排ガス２
の流速分布の解析結果と若干異なる。

【００２４】また、図７の脱硝性能のグラフに示すよう
に、上流側（１段目の反応器５１）では、脱硝処理の寄
与度が大であり、逆に、下流側（３段目の反応器５３）
では、脱硝処理の寄与度が小である。

【００２５】このように、上記図６および図７から明ら
かなように、再生触媒６０を下流側から優先的に配置
（充填）することにより、再生触媒６０の延命化、強い
ては、脱硝装置の長期安定運用を計ることが可能とな
る。

【００２６】この結果、この実施の形態における脱硝装
置およびそのメンテナンス方法は、再生触媒６０の劣化
摩耗を抑制でき、また、再生触媒６０の脱硝性能を長期
に維持することができる。これにより、この実施の形態
における脱硝装置およびそのメンテナンス方法は、再生
触媒６０を使用しても脱硝性能が長期に維持でき、ま
た、再生触媒６０を再使用することによって効率が良く
経済的である。

【００２７】（実験結果の説明）以下、上記作用効果を
実験結果に基づいて検証する。再生触媒６０としては、
特開平１０−５５４７号公報に記載された再生触媒のう
ち、下記の再生触媒を使用する。

【００２８】たとえば、石炭焚きボイラーのプラント
（以下、Ａプラントと称する）の排ガスで約４５０００
時間使用した後、窒素酸化物の除去性能が低下し不用と
なった触媒を用いる。この不用触媒は、下記表１に示す
触媒形状をなすものであって、７．４ｍｍピッチのソリ
ッド型ハニカム形状触媒（ＴｉＯ₂−：９０．９ｗｔ
％、ＷＯ₃：８．５ｗｔ％、Ｖ₂Ｏ₅：０．６ｗｔ％）
である。この不用触媒に下記のコート剤をコート層厚さ
が１００μｍになるようにコートして、不用触媒を再生
する。この再生触媒を使用する。

【００２９】なお、上記のコート剤は、石原産業製チタ
ニア粉(ＭＣ−５０)に、Ｖ₂Ｏ₅としてのメタバナジン
酸アンモニウムのメチルアミン溶液を、また、ＷＯ₃と
してのパラタングステン酸アンモニウムのメチルアミン
溶液をそれぞれ用いて、Ｖ₂Ｏ₅：０．６ｗｔ％、ＷＯ
₃：８．５ｗｔ％になるよう含浸、乾燥、焼成した粉末
（粒子径：０．２〜２３μｍ、メジアン径：１．１μ
ｍ）とし、水およびシリカゲル、アルミナゾルを加えて
スラリ状としたものである。

【００３０】そして、上記の再生触媒を使用して、下記
表１に示す実験条件下において、実験を行った。その実
験結果を下記表２に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】上記表２の比較例において。Ａプラント未
使用品は、新規の触媒をＡプラントに使用した例であっ
て、この場合の窒素酸化物の除去率は、６５．３％であ
る。また、Ａプラント使用済品は、たとえば、約４５０
００時間使用した触媒をＡプラントに使用した例であっ
て、この場合の窒素酸化物の除去率は、４９．８％であ
る。さらに、Ａプラント再生品は、上記の再生触媒をＡ
プラントに使用した例であって、この場合の窒素酸化物
の除去率は、６５．４％である。これから、再生触媒の
窒素酸化物の除去能率は、新規の触媒と大差ないことが
判明する。

【００３４】また、上記表の実施例において。１（一層
目）は、上記の再生触媒をＡプラントの脱硝装置の一層
目に配置充填した例であって、この場合の窒素酸化物の
除去率は、５２．４％である。また、２（二層目）は、
上記の再生触媒をＡプラントの脱硝装置の二層目に配置
充填した例であって、この場合の窒素酸化物の除去率
は、５６．２％である。さらに、３（三層目）は、上記
の再生触媒をＡプラントの脱硝装置の三層目に配置充填
した例であって、この場合の窒素酸化物の除去率は、５
７．２％である。これから、窒素酸化物の除去率は、触
媒３、触媒２、触媒１の順で低下しており、一層目に配
置充填した触媒１の低下が著しい。なお、この明細書に
おいて、段と層とは、同義語である。

【００３５】以上より、再生触媒６０を、下流側から配
置充填した方が、長期安定運用の観点から有利となるこ
とが明らかである。

【００３６】（実施の形態の進展例の説明）なお、この
実施の形態における脱硝装置およびそのメンテナンス方
法においては、図２に示すように、再生触媒６０のユニ
ットを２段目の反応器５２および３段目の反応器５３中
に全部配置しても良い。なお、１段目の反応器５１中に
は、既設の触媒ユニットもしくは新規の触媒ユニット６
を使用する。

【００３７】また、この実施の形態における脱硝装置お
よびそのメンテナンス方法においては、第１段階で図１
に示すように、再生触媒６０のユニットを３段目の反応
器５３中に全部配置し、その後、第２段階で図２に示す
ように、再生触媒６０のユニットを２段目の反応器５２
中に全部配置しても良い。

【００３８】さらに、この実施の形態における脱硝装置
およびそのメンテナンス方法においては、図３および図
４に示すように、再生触媒６０のユニットを３段目の反
応器５３中に一部配置しても良い。もしくは、この実施
の形態における脱硝装置およびそのメンテナンス方法に
おいては、第１段階で図３に示すように、再生触媒６０
のユニットを３段目の反応器５３中に一部配置し、その
後、第２段階で図４に示すように、再生触媒６０のユニ
ットを３段目の反応器５３中に一部配置しても良い。な
お、１段目の反応器５１および２段目の反応器５２およ
び３段目の反応器５３の残り中には、既設の触媒ユニッ
トもしくは新規の触媒ユニット６を使用する。

【００３９】さらにまた、この実施の形態における脱硝
装置およびそのメンテナンス方法においては、図５に示
すように、再生触媒６０のユニットを３段目の反応器５
３中に全部、および２段目の反応器５２中に一部配置し
ても良い。もしくは、この実施の形態における脱硝装置
およびそのメンテナンス方法においては、第１段階で図
１に示すように、再生触媒６０のユニットを３段目の反
応器５３中に全部配置し、その後、第２段階で図５に示
すように、再生触媒６０のユニットを２段目の反応器５
２中に一部配置しても良い。なお、１段目の反応器５１
および２段目の反応器５２の残り中には、既設の触媒ユ
ニットもしくは新規の触媒ユニット６を使用する。

【００４０】前記図２〜図５に示すものは、前記図１に
示すものとほぼ同様の作用効果を達成することができ
る。特に、再生触媒６０は、最下段から配置することが
好ましい。

【００４１】（実施の形態の変形例の説明）なお、この
例は、触媒ユニットが３段の縦置きタイプの石炭焚き用
における脱硝装置であるが、この発明は、触媒ユニット
が２段、４段以上、もしくは、横置きタイプの石油焚き
用における脱硝装置にも適用できる。

【００４２】

【発明の効果】以上から明らかなように、この発明にか
かる脱硝装置（請求項１）によれば、再生触媒を、劣化
摩耗の条件が比較的緩やかであり、かつ、脱硝処理の寄
与度が比較的小さい下流側、たとえば、２段目以後に配
置する。この結果、この発明にかかる脱硝装置（請求項
１）は、再生触媒の劣化摩耗を抑制でき、また、再生触
媒の脱硝性能を長期に維持することができる。これによ
り、この発明にかかる脱硝装置（請求項１）は、再生触
媒を使用しても脱硝性能が長期に維持でき、また、再生
触媒を再使用することによって効率が良く経済的であ
る。

【００４３】また、この発明にかかる脱硝装置における
メンテナンス方法（請求項２）によれば、前記この発明
にかかる脱硝装置（請求項１）と同様に、再生触媒を、
劣化摩耗の条件が比較的緩やかであり、かつ、脱硝処理
の寄与度が比較的小さい下流側、たとえば、２段目以後
の触媒と交換配置する。この結果、この発明にかかる脱
硝装置におけるメンテナンス方法（請求項２）は、再生
触媒の劣化摩耗を抑制でき、また、再生触媒の脱硝性能
を長期に維持することができる。これにより、この発明
にかかる脱硝装置におけるメンテナンス方法（請求項
２）は、再生触媒を使用しても脱硝性能が長期に維持で
き、また、再生触媒を再使用することによって、効率が
良く経済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の脱硝装置および脱硝装置におけるメ
ンテナンス方法の実施の形態を示し、再生触媒が３段目
の反応器中に全部位置された状態の説明図である。

【図２】同じく、再生触媒が２段目の反応器中および３
段目の反応器中に全部位置された状態の説明図である。

【図３】同じく、再生触媒が３段目の反応器中に一部位
置された状態の説明図である。

【図４】同じく、再生触媒が３段目の反応器中に半分位
置された状態の説明図である。

【図５】同じく、再生触媒が２段目の反応期中に一部お
よび３段目の反応器中に全部位置された状態の説明図で
ある。

【図６】一般の脱硝装置の流動パターン（排ガスの流速
分布）解析結果を示す説明図である。

【図７】一般の脱硝装置の脱硝性能を示すグラフであ
る。

【図８】一般の脱硝装置を示す斜視図である。

【図９】一般の脱硝装置に使用される触媒ユニットおよ
び触媒単体を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ハウジング２排ガス３流入口４流出口５１１段目の反応器５２２段目の反応器５３３段目の反応器６既設の触媒ユニットもしくは新規の触媒ユニット６０再生触媒９触媒単体１０フレーム１１貫通孔１３緩衝材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排ガス中の窒素酸化物を触媒の作用によ
り分解し、かつ、前記触媒が複数段の反応器中に設置さ
れている脱硝装置において、２段目以後の前記反応器中には、再生触媒が配置されて
いることを特徴とする脱硝装置。
【請求項２】排ガス中の窒素酸化物を触媒の作用によ
り分解し、かつ、前記触媒が複数段の反応器中に設置さ
れている脱硝装置において、２段目以後の前記反応器中の触媒が再生触媒と交換配置
されることを特徴とする脱硝装置におけるメンテナンス
方法。