JP2002522196A

JP2002522196A - 排ガスから窒素酸化物を除去する方法及び設備

Info

Publication number: JP2002522196A
Application number: JP2000563372A
Authority: JP
Inventors: ノイフェルト、ロナルト
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-08-03
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2002-07-23
Also published as: WO2000007699A2; KR20010072167A; TW467760B; WO2000007699A3; NO20010585L; ATE240773T1; DE59905666D1; DE19834993A1; US20010014297A1; EP1100612B1; NO20010585D0; EP1100612A2; DE19834993C2

Abstract

(57)【要約】窒素酸化物（ＮＯ_X）を含む排ガス（Ａ）を酸化触媒（２）内で接触酸化させる。その後混合装置（４）内で水（Ｈ₂Ｏ）と、酸素（Ｏ₂）又は空気（Ｌ）とを接触させる。その際窒素酸化物（ＮＯ_X）を除去された排ガス（Ａ′）及びＨＮＯ₃水溶液が生成する。反応タンク（１５）内において、この水溶液（ＨＮＯ₃）を酸性の水溶液（Ｍ）中で還元条件下に窒素含有還元剤（Ｒ）、特に尿素（（ＮＨ₂）₂ＣＯ）と反応させる。その際生じる気体（Ｎ₂）を排出導管（２４）を介して排出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、排ガスから窒素酸化物を除去する方法に関する。更に本発明は、排
ガスから窒素酸化物を除去する設備に関する。

【０００２】燃焼設備、例えば発電所又は内燃機関からの排ガスでは、排ガスに含まれる窒
素酸化物（ＮＯ_X）を低減することが重要である。窒素酸化物を低減するこの目
的のために、今日主に窒素含有還元剤を使用するＳＣＲ法による窒素酸化物還元
触媒が使用されている。この場合還元剤としてはアンモニア（ＮＨ₃）又は尿素
が考えられる。窒素酸化物を低減するこの装置の場合、還元剤が排ガス中に噴射
される。特に臭気が強く、環境に有害なアンモニアが還元剤である場合、還元剤
の漏出を回避するため、分量配分の制御又は調整を必要とし、これは割高の出費
を要する。

【０００３】本発明の課題は、還元剤の漏出を生じることのない、冒頭に記載した形式の方
法及び設備を提供することにある。

【０００４】方法に関してこの課題は、本発明により以下に記載する一連の工程、即ちａ）排ガスを接触酸化させ、ｂ）その後この排ガスを水及び酸素と接触させ、それにより窒素酸化物を除去された排ガスと硝酸水溶液を生成し、ｃ）この硝酸水溶液を、酸性の水溶液（Ｍ）中で窒素含有還元剤（Ｒ）とｃ１）還元条件（Ｍｅ、Ｚｎ）下又はｃ２）電解還元条件（ＥＬＹＳ）下に反応させて反応溶液（Ｐ）及び気体（Ｎ₂）を生成し、ｄ）この気体を排除する工程を実施することで解決される。

【０００５】本方法の場合、還元剤の漏出は明らかに排除される。本方法は自動調整で行わ
れ、従って還元剤の添加量の制御又は調整は不要である。

【０００６】好ましい１実施形態によれば、水に排ガスと共に空気を吹込むことにより、排
ガスを水及び酸素と接触させる。そのため、特に水及び空気を入れるガス洗浄器
のような混合装置を使用する。

【０００７】この場合、酸性の水溶液として、反応溶液のｐＨ値に応じて補充される酸を使
用する。その際この酸は貯蔵タンク、例えば車両の場合、元々存在する車両のバ
ッテリーから採取される。

【０００８】この場合、窒素含有還元剤として尿素を使用すると有利である。

【０００９】還元条件は卑金属、例えば亜鉛の添加により作られる。電解還元条件は電解装
置を使った電気化学的陰極還元により作ることもできる。

【００１０】本方法の他の好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。

【００１１】設備に関する課題は、本発明により、ａ）排ガスを通すことのできる酸化触媒、ｂ）排ガスを水及び酸素と接触させる、後方に接続された混合装置、特にガス洗浄器、ｃ）反応タンク、及びｄ）混合装置内に生ずる硝酸水溶液を、酸性の水溶液及び窒素酸化物を含有する還元剤を供給し、かつｄ１）還元条件又はｄ２）電解還元条件にもたらす反応タンクに供給する接続導管を備える設備により解決される。

【００１２】この設備の他の好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。

【００１３】本発明の実施例を概略図により以下に詳述する。

【００１４】図は、排ガスＡから窒素酸化物ＮＯ_Xを除去するための設備を示す。窒素酸化
物ＮＯ_Xを含む排ガスＡを酸化触媒２に通す。この場合、貴金属触媒であっても
よい。この触媒は、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）又は酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ₂）の基板上に白金又はパラジウムから成る層を有する。この酸化触媒２内で
ＮＯ_Xは定量的にＮＯ₂に酸化される。この段階で排ガスＡを混合装置４に通す。
この場合、この装置は、例えばガス洗浄器又はそれに類する装置であっても差し
支えない。ＮＯ_Xを含む排ガスＡを、空気Ｌ又は酸素Ｏ₂を、吹込んでいる水Ｈ₂
Ｏを通して導く。この混合装置４は、水を補充するため貯水器６に接続されて
いる。送風機８により混合装置４に酸素供給源１０から酸素Ｏ₂が、特に空気の
形で供給される。この混合装置４内でＮＯ₂は、場合によっては触媒を補助的に
使用して（図示せず）、次式４ＮＯ₂＋２Ｈ₂Ｏ＋Ｏ₂ → ４ＨＮＯ₃ の反応により硝酸に変換される。空気Ｌを吹込まなければ亜硝酸と硝酸から成る
混合物が生じる。この硝酸（水溶液中のＨＮＯ₃）は接続導管１２を介して排出
される。窒素酸化物ＮＯ₂を除去された排ガスＡ′は排出導管１４を介して導出
される。

【００１５】この水溶液中のＨＮＯ₃は、接続導管１２を介して反応タンク１５に導入され
る。ここで、酸性媒質Ｍ中で窒素含有還元剤Ｒ、好ましくは尿素（ＮＨ₂）₂ＣＯ
との反応が、還元条件下に例えば亜鉛Ｚｎのような卑金属Ｍｅにより、又は還元
電気分解条件（陰極還元）下に（これをＥＬＹＳと記載する）行われる。その際
硝酸塩ＮＯ₃から定量的に単体の窒素Ｎ₂が次の短い式ＮＯ₃ ^-＋（ＮＨ₂）₂ＣＯ → Ｎ₂ ＋Ｈ₂Ｏにより生成される。亜硝酸塩ＮＯ₂ ^-から尿素との反応で、還元条件がなくても酸
性媒質Ｍ中で窒素Ｎ₂が形成される。

【００１６】車両の場合にそのバッテリーから得られる、酸性媒質Ｍ、特に硫酸のような酸
は、必要に応じ貯蔵タンク１６から採取される。この酸の制御された供給は、ｐ
Ｈ値センサ２０により制御される制御弁１８を介して行われる。このｐＨ値セン
サ２０は、反応溶液ＰのｐＨ値の測定を、例えばガラス電極により行う。反応溶
液Ｐが酸性でなくなると、弁１８を介して酸が貯蔵タンク１６から補充される。

【００１７】窒素含有還元剤Ｒ、即ち例えば尿素（ＮＨ₂）₂ＣＯのため、反応タンク１５と
接続した補充装置２２が設けられている。

【００１８】還元剤Ｒは固体又は溶解した形で反応タンク１５内に過剰に入れてもよい。こ
れは反応タンク１５中に硝酸塩／亜硝酸イオンが存在するようその都度少量ずつ
消費されることが重要だからである。理想的には、場合により補充容器２２又は
貯蔵気送管から自動的に補充することで、貯蔵物の補充を調整サービスの範囲内
で行えるように分量を測定してもよい。このような調整サービスは定期的点検、
特定の工場の停止期間中、煙突掃除夫の来訪等により行われる。

【００１９】反応溶液Ｐの水及び他の物質は、排出導管２４を用いて反応タンク１５から採
取される。また排出導管２６により窒素Ｎ₂を採取できる。

【００２０】図の実施例の場合、自動調整処理は、還元剤Ｒの添加量を制御する必要がない
ことを念のため記載しておく。従って窒素酸化物を除去する際に還元剤Ｒの漏出
も起こらない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による排ガスから窒素酸化物を除去する設備の回路図。

【符号の説明】

２酸化触媒４ガス洗浄器６貯水器８送風機１０酸素供給源１２接続導管１４排出導管１５反応タンク１６貯蔵タンク１８制御弁２０ｐＨ値センサ２２補充タンク２４、２６排出導管Ａ排ガスＡ′ 浄化された排ガスＭ酸性の水溶液Ｒ窒素含有還元剤Ｐ反応溶液Ｌ空気

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０１Ｎ 3/04 Ｂ０１Ｄ 53/34 ＺＡＢ 3/08 53/36 １０２Ｇ 3/28 Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA06 AB02 AB04 AB14 AB15 AB16 BA01 BA14 CB08 EA00 GA03 GB06W GB07W GB10X HA01 4D002 AA12 AC10 BA02 DA35 DA70 EA02 EA07 GA01 4D048 AA06 AB01 AC03 AC06 BA03X BA07X BA41X CC61 CD02 DA10 4D050 AA12 AB37 BA08 CA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排ガスから窒素酸化物を除去する方法において、排ガス（Ａ）から、以下に記載する一連の工程、即ちａ）排ガス（Ａ）を接触酸化させ、ｂ）この排ガス（Ａ）を水（Ｈ₂Ｏ）及び酸素（Ｏ₂）と接触させ、窒素酸化物
（ＮＯ_X）を除去された排ガス（Ａ′）と硝酸（ＨＮＯ₃）水溶液とを生成し、
ｃ）この硝酸水溶液を、酸性の水溶液（Ｍ）中で窒素含有還元剤（Ｒ）とｃ１）還元条件（Ｍｅ、Ｚｎ）下又はｃ２）電解還元条件（ＥＬＹＳ）下に反応させて反応溶液（Ｐ）及び気体（Ｎ₂）を生成し、ｄ）この気体（Ｎ₂）を排除する工程により行うことを特徴とする排ガスから窒素酸化物を除去する方法。
【請求項２】接触酸化する際に、排ガス（Ａ）を酸化触媒（２）に通すこ
とを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）又は酸化チタン（ＴｉＯ₂）
から成る基板上に、白金又はパラジウムを備える酸化触媒（２）を使用すること
を特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】水（Ｈ₂Ｏ）に、排ガス（Ａ）と共に空気（Ｌ）を吹込むこ
とにより、排ガスを水（Ｈ₂Ｏ）及び酸素（Ｏ₂）と接触させることを特徴とする
請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項５】水（Ｈ₂Ｏ）及び空気（Ｌ）を供給するガス洗浄器（４）に
排ガス（Ａ）を通すことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】排ガス（Ａ）を、水（Ｈ₂Ｏ）及び酸素（Ｏ₂）と接触させた
後で放出することを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
【請求項７】酸性の水溶液（Ｍ）が、反応溶液（Ｐ）のｐＨ値に応じて補
充される酸であることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の方法。
【請求項８】酸を貯蔵タンク（１６）、例えば元々車両に存在するバッテ
リーのタンクから採取することを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】窒素含有還元剤（Ｒ）として尿素を用いることを特徴とする
請求項１乃至８の１つに記載の方法。
【請求項１０】還元条件を卑金属（Ｍｅ）、特に亜鉛（Ｚｎ）の添加によ
り作ることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の方法。
【請求項１１】還元電気分解条件（ＥＬＹＳ）を、電解装置を用い電気化
学的陰極還元により作ることを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の方法。
【請求項１２】硝酸水溶液に、補充装置（２２）から固体又は溶解した形
の窒素含有還元剤（Ｒ）を供給することを特徴とする請求項１乃至１１の１つに
記載の方法。
【請求項１３】窒素含有還元剤（Ｒ）を過剰に硝酸水溶液に添加すること
を特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の方法。
【請求項１４】補充装置（２２）に定期的に又は所定の時間間隔で還元剤
（Ｒ）を補充することを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１５】排ガス（Ａ）から窒素酸化物（ＮＯ_X）を除去する設備に
おいて、ａ）排ガス（Ａ）を通す酸化触媒（２）、ｂ）排ガス（Ａ）を、水（Ｈ₂Ｏ）及び酸素（Ｏ₂）と接触させる、後方に接続
された混合装置（４）、特にガス洗浄器、ｃ）反応タンク（１５）、及びｄ）混合装置内に生じる硝酸水溶液を、酸性の水溶液（Ｍ）及び窒素酸化物を含有する還元剤（Ｒ）を供給し、ｄ１）還元条件（Ｍｅ、Ｚｎ）又はｄ２）電解還元条件（ＥＬＹＳ）にもたらす反応タンクに供給する接続導管を備えることを特徴とする排ガスから窒素酸化物（ＮＯ_X）を除去する設備。
【請求項１６】酸化触媒（２）が、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）又は酸
化チタン（ＴｉＯ₂）から成る基板上に白金又はパラジウムを含むことを特徴と
する請求項１５記載の設備。
【請求項１７】混合装置（４）が、貯水器（６）及び酸素供給源（１０）
と接続していることを特徴とする請求項１５又は１６記載の設備。
【請求項１８】混合装置（４）が、浄化された排ガス（Ａ′）用の排出導
管（１４）を有することを特徴とする請求項１５乃至１７の１つに記載の設備。
【請求項１９】反応タンク（１５）が、酸の貯蔵タンク（１６）、例えば
元々車両に存在するバッテリーに接続していることを特徴とする請求項１５乃至
１８の１つに記載の設備。
【請求項２０】反応溶液（１５）が、固体又は溶解した形の窒素含有還元
剤（Ｒ）、特に尿素（（ＮＨ₂）₂ＣＯ）用の補充装置（２２）に接続しているこ
とを特徴とする請求項１５乃至１９の１つに記載の設備。
【請求項２１】酸の貯蔵タンク（１６）からの流出量が、反応タンク（１
５）内の反応溶液（Ｐ）のｐＨ値を測定するために設けられたｐＨ値センサ（２
０）により制御されることを特徴とする請求項１９又は２０記載の設備。