JP2004337776A - Exhaust gas treating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭や重油等の燃料を燃焼させるボイラ、ガスタービン、エンジンや焼却炉等から排出される排ガス中の硫黄酸化物(SOx)を除去するための排ガス処理置に関する。
【0002】
【背景技術】
従来、排ガス中の硫黄酸化物の除去方法として、石灰石または消石灰スラリーを吸収剤として用いて、排ガス中の硫黄分を石膏として回収する石灰−石膏法が採用されている。他の方法としては、乾式法の活性炭による吸着法が知られている。
【0003】
上記従来の石灰−石膏法では、石灰石または消石灰スラリーを排ガス中にスプレーすることにより、排ガスの増湿冷却及びSOx の吸収を同時に行っている。
【0004】
従来の、石灰−石膏法の一例を図7に示す。
図7に示すように、ボイラ等からの排ガス11を導入してなり、カルシウム化合物を含む吸収剤(例えば石灰スラリー)12を用い、硫黄成分を含む排ガス11に充填材13aにより接触させる吸収塔13と、排ガス11と接触後のスラリー14を溜める液溜室15と、上記液溜室15内のスラリー14をポンプ16により抜き出し、酸素含有ガス(空気等)を供給する酸化塔17と、上記液溜室15からスラリー14を抜き出して、前記吸収塔13内ヘスラリー14を供給する循環ポンプ18と、上記酸化塔17からの石膏スラリー19を沈降させる沈降槽(シックナー)20と、石膏スラリー19から水分を排水(濾液)21として除去して石膏22を得る脱水器23とから構成されている。
【0005】
上記脱硫装置によれば、硫黄成分を含有する排ガス中から硫黄成分を除くことで、排ガスの浄化を図っており、これと共に石膏を副製品として製造している(特許文献1、特許文献2)。
【0006】
ここで、液溜室15内では下記「反応I」が生じ、酸化塔17においては下記「反応II」が生じているが、従来の方法においては、生産性の向上のために、酸化塔17内のpHの制御は市販の硫酸を添加して行われていた。
[反応I]
SO2+CaCO3+(1/2)H2O→CaSO3・(1/2)H2O+CO2
[反応II]
CaSO3・(1/2)H2O+(1/2)O2+(3/2)H2O→CaSO4・2H2O
【0007】
【特許文献1】
特開平9−10547号公報
【特許文献2】
特開平9−253443号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した石灰−石膏法による酸化塔17での石膏に副生成物である亜硫酸カルシウムが存在するという、問題がある。石膏の品位向上のために、従来では酸素の供給をしていたが、さらなる品位の向上が望まれている。
【0009】
本発明は、上記問題に鑑み、排ガス中の硫黄成分を効率よく除去すると共に、脱硫した硫黄の利用効率を向上させる排ガス処理装置を提供することを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する第1の発明は、排ガス中の硫黄酸化物を除去する排煙脱硫装置と、上記排煙脱硫装置の後流側に設けられ、上記排煙脱硫装置から排出する浄化ガスを流通する浄化塔と、上記浄化塔内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層と、上記触媒層に硫酸生成用の水を供給する水供給手段と、上記生成した希硫酸を上記排煙脱硫装置へ供給する硫酸供給手段とを具備することを特徴とする排ガス処理装置にある。
【0011】
第2の発明は、カルシウム化合物を含むスラリーを用い、硫黄成分を含む排ガスに接触させる吸収塔と、排ガスと接触後のスラリーを溜める液溜室と、スラリーへ酸素含有ガスを供給する酸化手段と、上記液溜室からスラリーを抜き出して前記吸収塔内ヘスラリーを供給する循環ポンプと、上記吸収塔から排出する浄化ガスを流通する浄化塔と、上記浄化塔内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層と、上記触媒層に硫酸生成用の水を供給する水供給手段と、上記生成した希硫酸を上記酸化手段へ供給する硫酸供給手段とを具備することを特徴とする排ガス処理装置にある。
【0012】
第3の発明は、第1の発明において、上記吸収塔と浄化塔とを一体化してなることを特徴とする排煙脱硫装置にある。
【0013】
第4の発明は、カルシウム化合物を含むスラリーを用い、硫黄成分を含む排ガスに充填槽を介して接触させる吸収塔と、排ガスと接触後のスラリーを溜める液溜室と、スラリーへ酸素含有ガスを供給する酸化手段と、上記液溜室からスラリーを抜き出して前記吸収塔内ヘスラリーを供給する循環ポンプと、上記吸収塔内の充填槽の後流側に設けられ、浄化ガスを流通する活性炭素繊維層で形成される触媒層と、上記触媒層に硫酸生成用の水を供給する水供給手段とを具備することを特徴とする排ガス処理装置にある。
【0014】
第5の発明は、第1乃至4のいずれか一の発明において、上記増湿冷却された排ガス中のミスト粒径が50〜150μmであることを特徴とする排ガス処理装置にある。
【0015】
第6の発明は、第1乃至5のいずれか一の発明において、硫黄酸化物を含有する排ガスの導入口を上記浄化塔の下部に有し、該排ガスの排出口を上部に有すると共に、上記浄化塔内に供給する排ガスを増湿すると共に冷却する増湿冷却装置を設けたことを特徴とする排ガス処理装置にある。
【0016】
第7の発明は、第6の発明において、上記増湿冷却装置が浄化塔の前段側に設けたことを特徴とする排ガス処理装置にある。
【0017】
第8の発明は、第6の発明において、上記増湿冷却装置が浄化塔内の触媒層の前段側に設けたことを特徴とする排ガス処理装置にある。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明による排ガス処理装置の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【0019】
[第1の実施の形態]
本実施の形態の排ガス処理装置は、ボイラ100等から排出される排ガス101中の硫黄酸化物を除去する排煙脱硫装置102と、該排煙脱硫装置102の後流側に設けられ、該排煙脱硫装置102から排出された浄化排ガス103を流通する浄化塔104と、上記浄化塔104内に設けられ、供給される水105により残留した硫黄酸化物を酸化し、希硫酸106を製造する活性炭素繊維層で形成される触媒層107と、上記生成した希硫酸106を上記排煙脱硫装置102へ供給する硫酸供給手段108と、浄化塔104で浄化された浄化ガス109を排出する煙突110とを具備するものである。
【0020】
上記排煙脱硫装置102においては、一般的には排ガス101中の硫黄酸化物濃度をその10分の1程度まで低下することができるが、いまだ硫黄酸化物濃度が残留する場合がある。本発明においては、この硫黄酸化物を排煙脱硫装置102の後流側に設けた触媒層107を備えた浄化塔104でさらに浄化するようにしている。
【0021】
これにより、硫黄酸化物がほとんどない浄化ガスとなる。この脱硫の際、上記触媒層107ではその強力な酸化力により(詳細には後述する)、排ガス中の硫黄酸化物から希硫酸106を製造している。本発明では、この得られた希硫酸106を排煙脱硫装置102に還流することで、有効利用を図るようにしている。
【0022】
例えば石灰―石膏法の脱硫設備の場合では、この希硫酸106を石膏化の酸化条件の調整のための酸化助剤として用いている。
【0023】
ここで、排煙脱硫装置としては、上記石灰−石膏法による脱硫設備以外に、希硫酸石灰石−石膏法による脱硫設備、ソーダ−石灰石法による脱硫設備、ウェルマンロード法による脱硫設備等を例示することができ、それぞれの設備において、硫酸を効率的に利用するようにしている。
【0024】
例えば希硫酸石灰石−石膏法による脱硫設備においては、硫酸を用いて下記に示すように、主機の硫酸へ増量することができる。
H2SO4+CaCO3→CaSO4+H2O+CO2
【0025】
また、ソーダ−石灰石法による脱硫設備においては、硫酸を用いて下記に示すように、CaSO3の転換を図ることができる。
CaSO3+H2SO4→CaSO4+SO2+H2O
【0026】
また、ウェルマンロード法による脱硫設備においては、硫酸を用いて下記に示すように、Na2SO3の溶解に寄与することができる。
Na2SO3+H2SO4→Na2SO4+SO2+H2O
【0027】
以下、石灰−石膏法の脱硫設備を用いた排煙脱硫装置により、本発明の内容を詳細に説明する。
【0028】
図2に本実施の形態にかかる排ガス処理装置の概略を示す。
図2に示すように、本実施の形態にかかる排ガス処理装置は、ボイラ100等からの排ガス101を導入してなり、カルシウム化合物を含む吸収剤(例えば石膏スラリー)12を用い、硫黄成分を含む排ガス101に充填材13aにより接触させる吸収塔13と、排ガス101と接触後のスラリー14を溜める液溜室15と、上記液溜室15内のスラリー14をポンプ16により抜き出し、酸素含有ガスを供給する酸化塔17と、上記液溜室15からスラリー14を抜き出して、前記吸収塔13内の充填材13aの上部から散水ノズル25を介してスラリー14を供給する循環ポンプ18と、上記酸化塔17からの石膏スラリー19を沈降させる沈降槽(シックナー)20と、石膏スラリー19から水分を排水(濾液)21として除去して石膏22を得る脱水器23と、上記吸収塔13から排出する浄化排ガス103を流通する浄化塔104と、上記浄化塔104内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層107と、上記触媒層107に硫酸生成用の水105を供給する水供給手段111と、上記生成した希硫酸106を上記酸化手段17へ供給する硫酸供給手段である送液ポンプ108とを具備するものである。
【0029】
そして、上記構成の排ガス処理装置においては、図2に示すように、排煙脱硫装置である吸着塔13により排ガス101中の硫黄酸化物を石灰スラリー14により吸着し(反応I)、酸化塔17において石膏スラリー19を得たのち(反応II)、該石膏スラリー19を脱水処理して石膏22として利用するものである。この際、吸着塔13で浄化した浄化排ガス103中にわずかに残留する硫黄酸化物を更に、浄化塔104により浄化して硫黄酸化物がほとんどない浄化ガス109となるようにしている。この浄化塔104において、製造される希硫酸は、排煙脱硫装置からのスラリー14の酸化塔14での、反応IIにおける酸化条件のpHの調整に利用するようにしている。これによりCaSO3・(1/2)H2Oの含まない高い品位の石膏を得ることができる。
【0030】
[反応I]
SO2+CaCO3+(1/2)H2O→CaSO3・(1/2)H2O+CO2
[反応II]
CaSO3・(1/2)H2O+(1/2)O2+(3/2)H2O→CaSO4・2H2O
【0031】
ここで、図3を参照して浄化排ガス103中の微量の硫黄酸化物を脱硫する方法について説明する。
本実施の形態では、上記吸収塔13で一度脱硫処理された浄化排ガス103は押込みファン121により下部側壁の導入部から浄化塔104内に導入される。浄化塔104の内部には活性炭素繊維層で形成される触媒層107が備えられ、該触媒層107には硫酸生成用の水105が水タンク111aと供給ポンプ111bとからなる水供給手段111から供給される。供給手段111からの水105が上部から供給すると共に、上記触媒層107の内部に浄化排ガス103を下部から通過させることにより、浄化排ガス103からSOxを反応除去する。触媒層107を通過した浄化ガス109は浄化塔104上部の排出部から排出され、煙突を通して大気に放出される。
【0032】
上記触媒層107は複数の活性炭素繊維層からなる触媒を備え、各々の活性炭素繊維層の表面では、例えば、以下の反応により脱硫反応が生じる。
即ち、
(1)触媒の活性炭素繊維層への排ガス中の二酸化硫黄SO2の吸着。
(2)吸着した二酸化硫黄SO2と排ガス中の酸素O2(別途供給することも可である)との反応による三酸化硫黄SO3への酸化。
(3)酸化した三酸化硫黄SO3の水H2Oへの溶解による硫酸H2SO4の生成。(4)生成された硫酸H2SO4の活性炭素繊維層からの離脱。
【0033】
この時の反応式は以下の通りである。
SO2+1/2O2+H2 O→H2SO4
【0034】
上記反応除去された硫酸H2SO4は希硫酸となって送液ポンプ108を介して石膏反応槽である酸化塔17に送給される(図1参照)。
このようにして、触媒層107の活性炭素繊維層の中で浄化排ガス103中の二酸化硫黄(SO2)を吸着して酸化し、水(H2O)と反応させて硫酸(H2SO4)を生成して離脱除去することにより、排ガス中の脱硫が行われる。
【0035】
ここで、本発明の触媒層107で用いる活性炭素繊維の一例及びその製造例の一例を下記に示す。
本発明で用いられる活性炭素繊維としては、例えばピッチ系活性炭素繊維、ポリアクリロニトリル系活性炭素繊維、フェノール系活性炭素繊維、セルロース系活性炭素繊維を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではなく、上記触媒作用を奏する活性炭素繊維であれば何等限定されるものではない。
【0036】
具体的の製造例を下記に示す。
(製造例1)
フェノール系活性炭素繊維(「クラクティブ−20」,クラレケミカル(株)製)を用い,これを窒素雰囲気中で900〜1200度の温度範囲で1時間焼成する。
【0037】
(製造例2)
ポリアクリロニトリル系活性炭素繊維(「FX−600」,東邦レーヨン(株)製)を用い,これを窒素雰囲気中で900〜1200度の温度範囲で1時間焼成する。
【0038】
図3は、本実施の形態にかかる浄化塔104の模式概略図であり、図4は活性炭素繊維層の斜視図である。
図3に示すように、浄化塔104は、硫黄酸化物を含有する排ガス103の導入口を上記浄化塔の側壁に有し、該排ガス100の排出口12を上部に有すると共に、該浄化塔104内に設けられた活性炭素繊維層からなる触媒層107の上方に硫酸生成用の水の供給器である散水ノズル122を備えてなると共に、浄化塔の下方側には供給された浄化排ガス103を整流化する分散穴123を有する整流板124が配設されている。
【0039】
図4に示すように、触媒層107の一単位を形成する活性炭素繊維層125は、平板状の平板活性炭素繊維シート126と波板状の波板活性炭素繊維シート127とが交互に積層され、間に形成される直線状の空間が通路128となり、該通路128が上下に延びた状態になっている。
平板活性炭素繊維シート126及び波板活性炭素繊維シート127は板状であると共に、上記波板活性炭素繊維シート127は、さらに例えばコルゲータ等を用いて波型に成型されている。
また、波板状とする以外に、例えばハニカム形状等、排ガスが活性炭素繊維シートに対して平行に通過する形状に成形するようにしてもよい。
【0040】
そして、図3に示すように、散水ノズル122から水が噴霧状に供給されると共に浄化排ガス103が下から送られ、活性炭素繊維層125を流通した水105は粒径が数mm程度となって下部に落下する。
そして、浄化排ガス103は、平板活性炭素繊維シート126及び波板活性炭素繊維シート127を交互に積層して形成される通路128を流通するようになっているので、圧力損失の増大が抑制されている。
【0041】
上記脱硫塔内に触媒層を配設するには、先ず枠体(図示せず)内に積層した活性炭素繊維層125を充填させて触媒層(例えば、高さが0.5m乃至4m)とし、この触媒層を浄化塔104内に例えば吊上げ手段等により設置するようにしている。
【0042】
ここで、本実施の形態にかかる浄化塔104内での上記浄化排ガス103が触媒層と接触する際の水分量(水分/増湿排ガス)は、飽和水蒸気量+0.5〜10、好ましくは飽和水蒸気量+1.0〜1.5容量%とするのが好ましい。上記飽和水蒸気量としては、例えば50℃で12.2容量%(50℃)としている。なお、40℃の飽和水蒸気量は7.3容量%である、60℃の飽和水蒸気量は19.7容量%である。これは、飽和量以下では上述したような脱硫作用における硫酸の脱離が良好に行われないからである。このため、図3に示すように、浄化塔104に供給する前の浄化排ガス103に増湿冷却水115を供給する増湿冷却装置116を用いることで一定以上の飽和水蒸気量となるようにしている。
【0043】
また、増湿冷却の冷却温度は排ガスの温度と水分量との関係により適宜決定すればよいが、例えば40〜60℃とするのが好ましい。これは、60℃を超えた場合では、水分の蒸発量が増大し、水供給量が大きくなり処理費用が嵩むからである。一方、40℃未満は一般の排ガスに対する増湿冷却ではこれ以下に温度を低くすることが実質的にできないからである。
【0044】
すなわち、増湿冷却装置116の増湿冷却により水分が飽和状態となった状態で浄化排ガス103が浄化塔104内に供給され、触媒層107と接触する際には、排ガス水分量を飽和水蒸気量+0.5〜10(好ましくは飽和水蒸気量+1.0〜1.5容量%)とすることで、触媒表面でのSO2の酸化により生成されたSO3の脱離が速やかに進行することになる。この結果、活性炭素繊維の表面に硫酸が残存することがないので、活性点が有効に使われて脱硫効率が向上することになる。
【0045】
ここで、図3では浄化排ガス103を塔の下方側から供給しているが、この場合には水分であるミストが塔の下部に留まる場合があるので、排ガス水分量が飽和水蒸気量+0.5〜10(好ましくは飽和水蒸気量+1.0〜1.5容量%)となるように、散水ノズル122からの水分量を多少多くする必要がある。
【0046】
一方、図3の装置構成とは異なり、浄化排ガス103を塔の上方から下降させる場合には、ミストも触媒層107に供給されることになるので、図3に示す場合より散水量を少なくすることができる場合もある。
いずれの場合でも、排ガスが飽和蒸気以上となっていることが肝要であり、特に、飽和蒸気量+1.0〜1.5容量%とすることで、きわめて効率のよい水分補給を触媒である活性炭素繊維の表面に付与することができる。
すなわち、上記飽和水蒸気量だけでは、SO2 が酸化されたSO3 が水分により硫酸として脱離することが不十分であり、また飽和蒸気量+1.5容量%を超えると、水分量が過剰となって、希硫酸がさらに薄まることになると共に、水分使用量が増大し、好ましくなくなる。さらに、水分量が多いと、活性炭素繊維の表面の活性点を覆う結果、触媒としての作用が機能しえなくなり、結果として、脱硫効率が低下することになる。
【0047】
飽和蒸気と蒸気ミストとの関係は定かではないが、活性炭素繊維表面においてSO2 が酸化されたSO3が水分により硫酸として排出される際、水分が不足であると硫酸としての排出ができず、次のSO2の酸化が不十分となる。一方水分が過剰であると硫酸が薄まることになる。さらに、水分が過剰となって、例えば活性炭素繊維の表面に水膜や水壁を形成すると活性炭素繊維の活性点を覆うようになると、SO2の酸化の触媒作用ができず、脱硫できなくなり、脱硫効率が低下することになる。
よって、本発明のように排ガスが触媒層と接触する際の水分量(水分/増湿排ガス)が飽和水蒸気量+1.0〜1.5容量%とすることで、断続的に水滴が玉状となって転がり落ち、活性炭素繊維表面に水分が過不足なく供給されると共に硫酸の脱離が効率よく行われ、その結果、排ガスの脱硫が効果的に行われることになる。
【0048】
上記水供給手段である散水ノズル122から供給する冷却水の粒径は300〜1000μmとするのが好ましい。これは、上記範囲を超える場合には、活性炭素繊維表面での効果的な水分の供給ができず、硫酸の脱離作用が良好に進行せず、好ましくないからである。特に、排ガスを下方側から供給する場合には、散水ノズル122からのミスト状の水が舞い上がり、良好な水分供給ができなくなるからである。一方、水分粒径があまりにも大きくなると、水壁状態となり、硫酸の脱離が可能なものの、活性点が表面化せずに、脱硫反応が進行しなくなり、好ましくないからである。
【0049】
このための、上記水供給手段111から供給する水105の供給量は、浄化排ガス103の浄化塔内への流通速度を0.5〜5m/sとした場合、好ましくは5〜50ml/m3 排ガスとするのがよい。
【0050】
また、増湿冷却装置116で増湿冷却された排ガス中のミスト粒径は50〜150μmとするのが好ましい。これは、50μm未満の場合には、脱硫塔への導入前に排ガス中の水分蒸発がすぐに進行し好ましくなく、一方150μmを超える場合には、水分が配管内に付着することになり、好ましくないからである。
【0051】
ここで、上記ミストを補給するミストキャッチャー(図示せず)を設けるようにしてもよい。このキャッチャーを設けることにより、脱硫塔への水分の持ち込みを抑制でき、触媒層107で脱硫により生成される硫酸が薄まることがない。
【0052】
上記増湿冷却された浄化排ガス103の浄化塔内への流通速度は0.5〜5m/s、好ましくは1〜3m/sとするのがよい。これは5m/sを超えるような流速が早いと圧力損失が増大し、一方0.5m/s未満であると、設置面積が大きくなり、共に好ましくないからである。
【0053】
なお、例えば排ガス中のSOxが100ppmの場合においては、触媒層107の活性炭素繊維1m3で処理ガス量4000m3N/h程度を処理することができる。この場合における触媒層107の高さは0.5m程度とし、2〜4m3程度の触媒層107を構成すればよい。
【0054】
なお、上記増湿冷却装置116に供給する増湿冷却水を石膏スラリー19が生成された際の沈降槽20で得られた上澄水を利用することで、水の効率的な運用を図ることもできる。
これにより、石膏スラリー19から石膏22を分離した上澄水中に残存する残存物を沈降させた後に、濾過した濾液を送液ポンプにより増湿冷却水115として増湿冷却装置116で利用するので、触媒層107を構成する活性炭素繊維に石膏等が付着するのが防止され、この結果、脱硫効率の低下がなく、長期間に亙って安定して脱硫性能を保持することができるものとなる。
【0055】
また、本発明のように低濃度のSOxの処理を分離して行うことにより、条件の選択の自由度が向上することになる。また、既設の脱硫装置における水分添加において、生成希硫酸106を冷却用の添加水として使用することができる。これは硫酸濃度が低濃度であるので、通常の冷却水と同様に使用することができるからである。
【0056】
本実施の形態にかかる排ガス処理装置を用いることにより、従来の脱硫装置のみの脱硫設備の場合に較べて、15〜50%の費用の削減を図ることができる。
【0057】
[第2の実施の形態]
次に、図5を参照して本発明の第2の実施の形態の排ガス処理装置について説明する。
図5に示すように、本実施の形態にかかる排ガス処理装置は、ボイラ100等からの排ガス101を導入してなり、カルシウム化合物を含む吸収剤(例えば石膏スラリー)12を用い、硫黄成分を含む排ガス101に充填材13aにより接触させる吸収塔13と、排ガス101と接触後のスラリー14を溜める液溜室15と、上記液溜室15内のスラリー14に対して酸素含有ガス(O2)を供給する酸化手段(図示せず)と、上記吸収塔13の充填材13aの後流側に設けられ、吸収剤により硫黄酸化物を柔化した浄化排ガス103をさらに浄化する活性炭素繊維層で形成される触媒層107と、上記触媒層107に硫酸生成用の水105を供給する水供給手段111と、上記液溜室15からスラリー14を抜き出して、前記吸収塔13の充填材13aの上部から散水ノズル25によりスラリー14を供給する循環ポンプ18と、上記液溜室15からポンプ16を介して供給された石膏スラリー19を沈降させる沈降槽(シックナー)20と、石膏スラリー19から水分を排水(濾液)21として除去して石膏22を得る脱水器23とを具備するものである。
【0058】
次に、図5に基づいて排煙脱硫装置と浄化装置とを一体化させた排ガス処理装置を説明する。図5に示すように、吸収塔13により排ガス中の硫黄酸化物を脱硫して希硫酸を得たのち、該希硫酸に石灰スラリーを供給して石膏スラリーを得た後、脱水して石膏として利用するものである。
この際、吸収塔13の充填材13aと吸収剤12と接触することで、浄化され浄化排ガス103のわずかに残留する硫黄酸化物を、浄化手段である触媒層107により浄化して硫黄酸化物がほとんどない浄化ガス109となるようにしている。この触媒層107において製造される希硫酸は、吸収塔13の下部に設けられた液溜室15内における酸化条件のpHの調整に利用するようにしている。
この一体型の排ガス浄化装置では、上述した反応Iと反応IIとが塔内で同時に起こっている。この際、触媒層107によって浄化ガス103中の硫黄酸化物を酸化させて希硫酸としているので、該希硫酸によってpHを5以下の条件に維持することとなり、上述した「反応II」の進行が進むこととなる。
【0059】
[第3の実施の形態]
次に、図6に基づいて第3の実施の形態にかかる排ガス処理装置を備えた排ガス処理システムについて説明する。
図6に示すように、本実施の形態にかかる排ガス処理システムは、蒸気タービンを駆動する蒸気を発生させるボイラ100と、該ボイラ100からの排ガス101中の窒素酸化物を除去する脱硝手段201と、脱硝された後の排ガス101中の煤塵を除去する集塵機202と、除塵された排ガス101を塔13内部に供給する押込みファン203と、吸着塔4に供給する前段で(又は塔内で)排ガス101を冷却すると共に増湿を行う増湿冷却装置116と、石灰タンク204から送液ポンプ205により供給されるカルシウム化合物を含む吸収剤(例えば石膏スラリー)12を用い、硫黄成分を含む排ガス101に充填材13aにより接触させる吸収塔13と、該吸収塔13の下部側に一体に設けられ排ガス101と接触後のスラリー14を溜める液溜室15と、上記液溜室15内のスラリー14に対して酸素含有ガスを供給する酸化手段と、上記吸収塔13の充填材13aの後流側に設けられ、吸収剤により硫黄酸化物を柔化した浄化排ガス103をさらに浄化する活性炭素繊維層で形成される触媒層107と、上記触媒層107に硫酸生成用の水105を供給する水供給手段111と、上記液溜室15からスラリー14を抜き出して、前記吸収塔13の充填材13aの上部から散水ノズル25によりスラリー14を供給する循環ポンプ18と、上記液溜室15からの石膏スラリー19をポンプ16で供給すると共に、該石膏スラリー19を沈降させる沈降槽(シックナー)20と、石膏スラリー19から水分を排水(濾液)21として除去して石膏22を得る脱水器23と、とを具備するものである。
なお、排出される浄化された浄化ガス109を排出するラインには必要に応じてミストエリミネータ206を介装し、排ガス中の水分を分離するようにしてもよい。
【0060】
ここで、上記ボイラ100では、例えば、火力発電設備の図示しない蒸気タービンを駆動するための蒸気を発生させるために、石炭や重油等の燃料fが炉で燃焼されるようになっている。ボイラ100の排ガスには硫黄酸化物(SOx )が含有され、排ガスは脱硝手段201で予め脱硝されてガスガスヒータで冷却された後に例えばバグフィルタや電気集塵機等の集塵機202で除塵されるようにしている。なお、脱硝手段201は必要に応じて設置するようにすればよい。
【0061】
上記システムによれば、ボイラ100から排出される排ガス101を従来のような吸着塔13による脱硫装置に一体に組込まれた触媒層107を有する浄化手段により脱硫効率が向上すると共に、得られた希硫酸106の作用により、pHを5以下に維持することができるので、石灰−石膏法による石膏生成の品位が向上することとなる。
【0062】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、排ガス中の硫黄酸化物を除去する排煙脱硫装置と、上記排煙脱硫装置の後流側に設けられ、上記排煙脱硫装置から排出する浄化ガスを流通する浄化塔と、上記浄化塔内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層と、上記触媒層に硫酸生成用の水を供給する水供給手段と、
上記生成した希硫酸を上記排煙脱硫装置へ供給する硫酸供給手段とを具備するので、得られた希硫酸を用いて排煙脱硫装置に供給することで、反応効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態にかかる排ガス処理装置の概略図である。
【図2】本実施の形態にかかる石灰−石膏処理設備に浄化塔を配設した排ガス処理装置の概略図である。
【図3】本実施の形態にかかる浄化塔の模式図である。
【図4】本実施の形態にかかる活性炭素繊維層の斜視図である。
【図5】第2の実施の形態にかかる排ガス処理装置の概略図である。
【図6】第3の実施の形態にかかる排ガス処理装置の概略図である。
【図7】石灰−石膏処理法の排煙脱硫装置の概略図である。
【符号の説明】
100 ボイラ
101 排ガス
102 排煙脱硫装置
103 浄化排ガス
104 浄化塔
105 水
106 希硫酸
107 触媒層
108 硫酸供給手段
109 浄化ガス
110 煙突[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas treatment device for removing sulfur oxides (SOx) in exhaust gas discharged from boilers, gas turbines, engines, incinerators, and the like that burn fuel such as coal and heavy oil.
[0002]
[Background Art]
BACKGROUND ART Conventionally, as a method for removing sulfur oxides in exhaust gas, a lime-gypsum method in which limestone or slaked lime slurry is used as an absorbent and the sulfur content in the exhaust gas is collected as gypsum has been adopted. As another method, a dry method of adsorption with activated carbon is known.
[0003]
In the above-mentioned conventional lime-gypsum method, limestone or slaked lime slurry is sprayed into exhaust gas to simultaneously perform humidifying cooling of the exhaust gas and absorption of SOx.
[0004]
FIG. 7 shows an example of the conventional lime-gypsum method.
As shown in FIG. 7, an
[0005]
According to the desulfurization apparatus, the exhaust gas is purified by removing the sulfur component from the exhaust gas containing the sulfur component, and at the same time, gypsum is manufactured as a by-product (Patent Documents 1 and 2). .
[0006]
Here, the following “reaction I” occurs in the
[Reaction I]
SO2+ CaCO3+ (1/2) H2O → CaSO3・ (1/2) H2O + CO2
[Reaction II]
CaSO3・ (1/2) H2O + (1/2) O2+ (3/2) H2O → CaSO4・ 2H2O
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-9-10547
[Patent Document 2]
JP-A-9-253443
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, there is a problem that gypsum in the
[0009]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an exhaust gas treatment device that efficiently removes a sulfur component in exhaust gas and improves the utilization efficiency of desulfurized sulfur.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A first invention for solving the above-mentioned problem is a flue gas desulfurization device for removing sulfur oxides in exhaust gas, and a purified gas provided on the downstream side of the flue gas desulfurization device and discharged from the flue gas desulfurization device. A purification tower provided in the purification tower, a catalyst layer formed of an activated carbon fiber layer, a water supply means for supplying water for sulfuric acid generation to the catalyst layer, and the generated diluted sulfuric acid. An exhaust gas treatment apparatus comprising: a sulfuric acid supply unit that supplies the sulfur dioxide to the flue gas desulfurization apparatus.
[0011]
The second invention uses an slurry containing a calcium compound, an absorption tower that is brought into contact with an exhaust gas containing a sulfur component, a liquid storage chamber that stores the slurry after contact with the exhaust gas, and an oxidizing unit that supplies an oxygen-containing gas to the slurry. A circulation pump for extracting slurry from the liquid storage chamber and supplying the slurry to the inside of the absorption tower, a purification tower for flowing a purification gas discharged from the absorption tower, and a purification tower provided in the purification tower; An exhaust gas treatment comprising: a catalyst layer to be formed; a water supply means for supplying water for producing sulfuric acid to the catalyst layer; and a sulfuric acid supply means for supplying the produced diluted sulfuric acid to the oxidizing means. In the device.
[0012]
A third invention is the flue gas desulfurization device according to the first invention, wherein the absorption tower and the purification tower are integrated.
[0013]
The fourth invention uses an slurry containing a calcium compound, and an absorption tower for contacting an exhaust gas containing a sulfur component through a filling tank, a liquid storage chamber for storing the slurry after contact with the exhaust gas, and an oxygen-containing gas to the slurry. Oxidizing means for supplying, a circulation pump for extracting the slurry from the liquid storage chamber and supplying the slurry to the inside of the absorption tower, and activated carbon fibers provided on the downstream side of the filling tank in the absorption tower for flowing the purified gas An exhaust gas treatment apparatus comprising: a catalyst layer formed of a layer; and a water supply unit that supplies water for producing sulfuric acid to the catalyst layer.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the exhaust gas treatment apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein a mist particle diameter in the exhaust gas cooled and humidified is 50 to 150 μm.
[0015]
According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, an inlet for exhaust gas containing sulfur oxide is provided at a lower portion of the purification tower, and an outlet for the exhaust gas is provided at an upper portion. An exhaust gas treatment device is provided with a humidification cooling device that humidifies and cools exhaust gas supplied into the purification tower.
[0016]
A seventh invention is the exhaust gas treatment device according to the sixth invention, wherein the humidification cooling device is provided in a stage preceding the purification tower.
[0017]
An eighth invention is the exhaust gas treatment device according to the sixth invention, wherein the humidification cooling device is provided at a stage preceding the catalyst layer in the purification tower.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the exhaust gas treatment apparatus according to the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these embodiments.
[0019]
[First Embodiment]
The exhaust gas treatment apparatus according to the present embodiment is provided with a flue
[0020]
In the flue
[0021]
As a result, the purified gas has almost no sulfur oxides. During this desulfurization, the
[0022]
For example, in the case of a desulfurization facility using the lime-gypsum method, the diluted
[0023]
Here, examples of the flue gas desulfurization apparatus include, in addition to the desulfurization equipment using the lime-gypsum method, desulfurization equipment using the dilute limestone-gypsum method, desulfurization equipment using the soda-limestone method, desulfurization equipment using the Wellman road method, and the like. In each facility, sulfuric acid is used efficiently.
[0024]
For example, in a desulfurization facility using a dilute sulfate limestone-gypsum method, sulfuric acid can be used to increase the amount of sulfuric acid in the main engine as shown below.
H2SO4+ CaCO3→ CaSO4+ H2O + CO2
[0025]
Further, in a desulfurization facility using the soda-limestone method, as shown below, CaSO3Can be changed.
CaSO3+ H2SO4→ CaSO4+ SO2+ H2O
[0026]
Further, in a desulfurization facility based on the Wellman Road method, as shown below,2SO3Can be dissolved.
Na2SO3+ H2SO4→ Na2SO4+ SO2+ H2O
[0027]
Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail using a flue gas desulfurization apparatus using a desulfurization facility of the lime-gypsum method.
[0028]
FIG. 2 schematically shows an exhaust gas treatment apparatus according to the present embodiment.
As shown in FIG. 2, the exhaust gas treatment apparatus according to the present embodiment is obtained by introducing
[0029]
In the exhaust gas treatment apparatus having the above configuration, as shown in FIG. 2, sulfur oxides in the
[0030]
[Reaction I]
SO2+ CaCO3+ (1/2) H2O → CaSO3・ (1/2) H2O + CO2
[Reaction II]
CaSO3・ (1/2) H2O + (1/2) O2+ (3/2) H2O → CaSO4・ 2H2O
[0031]
Here, a method for desulfurizing a trace amount of sulfur oxides in the purified
In the present embodiment, the purified
[0032]
The
That is,
(1) Sulfur dioxide SO in exhaust gas to the activated carbon fiber layer of the catalyst2Adsorption.
(2) SO2 adsorbed2And oxygen O in exhaust gas2(Can be supplied separately) with sulfur trioxide SO3Oxidation to.
(3) oxidized sulfur trioxide SO3Water H2Sulfuric acid H by dissolution in O2SO4Generation. (4) Sulfuric acid H generated2SO4From the activated carbon fiber layer.
[0033]
The reaction formula at this time is as follows.
SO2+ 1 / 2O2+ H2O → H2SO4
[0034]
Sulfuric acid H removed by the above reaction2SO4Is turned into diluted sulfuric acid and supplied to the
Thus, in the activated carbon fiber layer of the
[0035]
Here, an example of an activated carbon fiber used in the
Examples of the activated carbon fibers used in the present invention include pitch-based activated carbon fibers, polyacrylonitrile-based activated carbon fibers, phenol-based activated carbon fibers, and cellulose-based activated carbon fibers, but the present invention is not limited thereto. The activated carbon fibers exhibiting the above-mentioned catalytic action are not limited at all.
[0036]
Specific production examples are shown below.
(Production Example 1)
Phenol-based activated carbon fiber ("Cractive-20", manufactured by Kuraray Chemical Co., Ltd.) is used and calcined in a nitrogen atmosphere at a temperature in the range of 900 to 1200C for 1 hour.
[0037]
(Production Example 2)
A polyacrylonitrile-based activated carbon fiber (“FX-600”, manufactured by Toho Rayon Co., Ltd.) is used and fired in a nitrogen atmosphere at a temperature range of 900 to 1200 ° C. for 1 hour.
[0038]
FIG. 3 is a schematic diagram of the
As shown in FIG. 3, the
[0039]
As shown in FIG. 4, the activated
The flat plate activated
Further, in addition to the corrugated sheet shape, for example, the exhaust gas may be formed into a shape such as a honeycomb shape that allows exhaust gas to pass in parallel with the activated carbon fiber sheet.
[0040]
Then, as shown in FIG. 3, water is supplied in a spray form from the watering
Since the purified
[0041]
In order to dispose the catalyst layer in the desulfurization tower, first, an activated
[0042]
Here, the amount of water (water / humidified exhaust gas) when the purified
[0043]
Further, the cooling temperature of the humidification cooling may be appropriately determined according to the relationship between the temperature of the exhaust gas and the amount of moisture, and is preferably, for example, 40 to 60 ° C. This is because, when the temperature exceeds 60 ° C., the evaporation amount of water increases, the water supply amount increases, and the processing cost increases. On the other hand, when the temperature is lower than 40 ° C., the temperature cannot be substantially lowered by the humidifying cooling of general exhaust gas.
[0044]
That is, when the purified
[0045]
Here, in FIG. 3, the purified
[0046]
On the other hand, unlike the apparatus configuration shown in FIG. 3, when the purified
In any case, it is important that the exhaust gas is higher than the saturated vapor. In particular, by setting the saturated vapor amount +1.0 to 1.5% by volume, the activity of the catalyst as an extremely efficient water supply can be increased. It can be applied to the surface of carbon fiber.
That is, only the amount of the saturated water vapor can be used to determine SO 22 Oxidized SO3 Is insufficient to be desorbed as sulfuric acid due to moisture, and if it exceeds the saturated vapor amount + 1.5% by volume, the amount of water becomes excessive, and the diluted sulfuric acid is further diluted. Increase and become less desirable. Furthermore, when the water content is large, the active points on the surface of the activated carbon fiber are covered, so that the function as a catalyst cannot function, and as a result, the desulfurization efficiency is reduced.
[0047]
The relationship between saturated steam and steam mist is not clear, but SO2Oxidized SO3Is discharged as sulfuric acid due to moisture, if the water is insufficient, it cannot be discharged as sulfuric acid, and the next SO2Is insufficiently oxidized. On the other hand, if the water content is excessive, the sulfuric acid will be diluted. Further, when the water content becomes excessive, for example, when a water film or a water wall is formed on the surface of the activated carbon fiber, the active point of the activated carbon fiber is covered,2Cannot catalyze the oxidation of sulfur, and cannot be desulfurized, resulting in reduced desulfurization efficiency.
Therefore, as in the present invention, when the amount of water (moisture / humidified exhaust gas) when the exhaust gas contacts the catalyst layer is set to the saturated water vapor amount +1.0 to 1.5% by volume, the water droplets are intermittently ball-shaped. As a result, water is supplied to the surface of the activated carbon fiber without excess and deficiency, and sulfuric acid is efficiently desorbed. As a result, desulfurization of exhaust gas is effectively performed.
[0048]
It is preferable that the particle size of the cooling water supplied from the
[0049]
For this purpose, the supply amount of the
[0050]
Further, it is preferable that the mist particle diameter in the exhaust gas subjected to the humidification cooling by the
[0051]
Here, a mist catcher (not shown) for supplying the mist may be provided. By providing this catcher, the introduction of moisture into the desulfurization tower can be suppressed, and sulfuric acid generated by desulfurization in the
[0052]
The flow rate of the humidified and cooled purified
[0053]
For example, when SOx in the exhaust gas is 100 ppm, 1 m of activated carbon fiber of the
[0054]
In addition, efficient operation of water can be achieved by using the supernatant water obtained in the
As a result, after the sediment remaining in the supernatant water from which the
[0055]
Further, by separately performing the treatment of the low-concentration SOx as in the present invention, the degree of freedom in selecting the conditions is improved. In addition, in the addition of water in an existing desulfurization device, the generated diluted
[0056]
By using the exhaust gas treatment apparatus according to the present embodiment, the cost can be reduced by 15 to 50% as compared with the case of a conventional desulfurization apparatus including only a desulfurization apparatus.
[0057]
[Second embodiment]
Next, an exhaust gas treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 5, the exhaust gas treatment apparatus according to the present embodiment is obtained by introducing
[0058]
Next, an exhaust gas treatment device in which a flue gas desulfurization device and a purification device are integrated will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, after sulfur oxides in the exhaust gas are desulfurized by the
At this time, by contacting the filler 13 a of the
In this integrated exhaust gas purification device, the above-described reaction I and reaction II occur simultaneously in the tower. At this time, since the sulfur oxides in the purified
[0059]
[Third Embodiment]
Next, an exhaust gas treatment system including an exhaust gas treatment device according to a third embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 6, an exhaust gas treatment system according to the present embodiment includes a
Note that a
[0060]
Here, in the
[0061]
According to the above system, the desulfurization efficiency of the
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a flue gas desulfurization device that removes sulfur oxides in exhaust gas, and a purified gas that is provided downstream of the flue gas desulfurization device and that is discharged from the flue gas desulfurization device A purification tower that circulates, a catalyst layer provided in the purification tower, and formed of an activated carbon fiber layer, and a water supply unit that supplies water for sulfuric acid generation to the catalyst layer,
Since sulfuric acid supply means for supplying the generated diluted sulfuric acid to the flue gas desulfurization device is provided, the reaction efficiency can be improved by supplying the diluted sulfuric acid to the flue gas desulfurization device using the obtained diluted sulfuric acid. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an exhaust gas treatment apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic diagram of an exhaust gas treatment apparatus provided with a purification tower in the lime-gypsum treatment facility according to the present embodiment.
FIG. 3 is a schematic diagram of a purification tower according to the present embodiment.
FIG. 4 is a perspective view of an activated carbon fiber layer according to the present embodiment.
FIG. 5 is a schematic diagram of an exhaust gas treatment apparatus according to a second embodiment.
FIG. 6 is a schematic diagram of an exhaust gas treatment apparatus according to a third embodiment.
FIG. 7 is a schematic diagram of a flue gas desulfurization apparatus of a lime-gypsum treatment method.
[Explanation of symbols]
100 boiler
101 Exhaust gas
102 Flue gas desulfurization equipment
103 Purified exhaust gas
104 Purification Tower
105 water
106 Dilute sulfuric acid
107 catalyst layer
108 sulfuric acid supply means
109 Purified gas
110 chimney
Claims (8)
上記排煙脱硫装置の後流側に設けられ、上記排煙脱硫装置から排出する浄化ガスを流通する浄化塔と、
上記浄化塔内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層と、
上記触媒層に硫酸生成用の水を供給する水供給手段と、
上記生成した希硫酸を上記排煙脱硫装置へ供給する硫酸供給手段とを具備することを特徴とする排ガス処理装置。Flue gas desulfurization equipment for removing sulfur oxides in exhaust gas,
A purification tower that is provided on the downstream side of the flue gas desulfurization device and circulates a purification gas discharged from the flue gas desulfurization device;
A catalyst layer provided in the purification tower and formed of an activated carbon fiber layer,
Water supply means for supplying water for sulfuric acid generation to the catalyst layer,
An exhaust gas treatment apparatus comprising: sulfuric acid supply means for supplying the generated diluted sulfuric acid to the flue gas desulfurization apparatus.
排ガスと接触後のスラリーを溜める液溜室と、
スラリーへ酸素含有ガスを供給する酸化手段と、
上記液溜室からスラリーを抜き出して前記吸収塔内ヘスラリーを供給する循環ポンプと、
上記吸収塔から排出する浄化ガスを流通する浄化塔と、
上記浄化塔内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層と、
上記触媒層に硫酸生成用の水を供給する水供給手段と、
上記生成した希硫酸を上記酸化手段へ供給する硫酸供給手段とを具備することを特徴とする排ガス処理装置。Using a slurry containing a calcium compound, an absorption tower that is brought into contact with exhaust gas containing a sulfur component,
A liquid storage chamber for storing the slurry after contact with the exhaust gas,
Oxidizing means for supplying an oxygen-containing gas to the slurry,
A circulation pump for extracting the slurry from the liquid storage chamber and supplying the slurry to the absorption tower;
A purification tower that circulates the purification gas discharged from the absorption tower,
A catalyst layer provided in the purification tower and formed of an activated carbon fiber layer,
Water supply means for supplying water for sulfuric acid generation to the catalyst layer,
An exhaust gas treatment apparatus comprising: sulfuric acid supply means for supplying the generated diluted sulfuric acid to the oxidation means.
上記吸収塔と浄化塔とを一体化してなることを特徴とする排ガス処理装置。In claim 1,
An exhaust gas treatment device comprising the absorption tower and the purification tower integrated.
排ガスと接触後のスラリーを溜める液溜室と、
スラリーへ酸素含有ガスを供給する酸化手段と、
上記液溜室からスラリーを抜き出して前記吸収塔内ヘスラリーを供給する循環ポンプと、
上記吸収塔内の充填槽の後流側に設けられ、浄化ガスを流通する活性炭素繊維層で形成される触媒層と、
上記触媒層に硫酸生成用の水を供給する水供給手段とを具備することを特徴とする排ガス処理装置。An absorption tower that uses a slurry containing a calcium compound to contact an exhaust gas containing a sulfur component through a filling tank,
A liquid storage chamber for storing the slurry after contact with the exhaust gas,
Oxidizing means for supplying an oxygen-containing gas to the slurry,
A circulation pump for extracting the slurry from the liquid storage chamber and supplying the slurry to the absorption tower;
A catalyst layer formed of an activated carbon fiber layer that is provided on the downstream side of the packed tank in the absorption tower and flows the purified gas,
An exhaust gas treatment apparatus comprising: a water supply unit that supplies water for producing sulfuric acid to the catalyst layer.
上記増湿冷却された排ガス中のミスト粒径が50〜150μmであることを特徴とする排ガス処理装置。In any one of claims 1 to 4,
An exhaust gas treatment apparatus characterized in that the mist particle diameter in the exhaust gas subjected to the humidification cooling is 50 to 150 μm.
硫黄酸化物を含有する排ガスの導入口を上記浄化塔の下部に有し、該排ガスの排出口を上部に有すると共に、上記浄化塔内に供給する排ガスを増湿すると共に冷却する増湿冷却装置を設けたことを特徴とする排ガス処理装置。In any one of claims 1 to 5,
A humidification cooling device having an inlet for exhaust gas containing sulfur oxide at a lower portion of the purification tower, an outlet for the exhaust gas at an upper portion, and humidifying and cooling the exhaust gas supplied into the purification tower. An exhaust gas treatment device comprising:
上記増湿冷却装置が浄化塔の前段側に設けたことを特徴とする排ガス処理装置。In claim 6,
An exhaust gas treatment device, wherein the humidification cooling device is provided on the upstream side of a purification tower.
上記増湿冷却装置が浄化塔内の触媒層の前段側に設けたことを特徴とする排ガス処理装置。In claim 6,
An exhaust gas treatment apparatus characterized in that the humidification cooling device is provided on the upstream side of a catalyst layer in a purification tower.
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