JP2007229544A

JP2007229544A - 脱硝方法および脱硝設備

Info

Publication number: JP2007229544A
Application number: JP2006050736A
Authority: JP
Inventors: Jiro Hirokado; 次朗廣角
Original assignee: Takuma Co Ltd
Current assignee: Takuma Co Ltd
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2007-09-13

Abstract

【課題】スクラバーや防爆設備の設置など、多大な設備コストを必要とすることなく、それでいて確実かつ安定してアンモニアを発生させて脱硝反応に寄与せしめ、効率的な脱硝を可能にする脱硝設備および脱硝方法を提供する。
【解決手段】ＮＯx 含有排ガスをアンモニア注入器１０に導入した後、この排ガスを脱硝反応塔１１で反応させて排ガス中のＮＯx を分解する方法。尿素を加水分解反応器２にて加水分解して得られたアンモニア水を気化器１３に送給し、この気化器１３にてアンモニア水をアンモニア蒸気とし、このアンモニア蒸気をアンモニア注入器１０に導入する脱硝方法。
【選択図】図１

Description

本発明は脱硝方法および脱硝設備に関し、詳しくは、ＮＯx 含有排ガスをアンモニア注入器に導入した後、この排ガスを脱硝反応塔で反応させて排ガス中のＮＯx を分解する脱硝方法およびこの方法を用いる脱硝設備に関する。

ボイラ、焼却炉、火力発電所などのような固定発生源から発生する排ガス中には、有害なＮＯｘが含まれているため、これを除去する必要がある。排ガス中のＮＯｘ除去法としては、経済性に優れたＴｉＯ₂−Ｖ₂Ｏ₅系触媒を用いた選択的触媒還元法（ＳＣＲ法）が実用化されている。

ＳＣＲ法は、排ガス中のＮＯx を除去するため、アンモニア還元剤を煙道中に直接吹き込み、脱硝触媒上で排ガスと接触させることにより、ＮＯx を無害なＮ₂にする。すなわち、図３に示すように、固定発生源から排出されるＮＯx 含有排ガスをアンモニア注入器１０に導入した後、脱硝触媒をハニカム状などに積層配置した脱硝反応塔１１で反応させ、無害なＮ₂にしてから送給ファンなどの送給装置Ｆによって煙突から放出する。アンモニア注入器１０へは、液化アンモニアボンベ１２から液化アンモニアをアンモニア気化器１３に送給し、アンモニア気化器１３でアンモニアガスを発生させた後、アンモニア注入器１０に送り込む。

脱硝反応塔１１での反応式は次の通りである。

４ＮＯ＋４ＮＨ₃ +Ｏ₂＝４Ｎ₂＋６Ｈ₂Ｏ
ＮＯ₂＋ＮＯ＋２ＮＨ₃＝２Ｎ₂＋３Ｈ₂Ｏ
しかし、アンモニアは人体に対して有害であるため、取り扱いに細心の配慮が必要である。そのため、漏洩した場合に備えて、スクラバーを設置したり電気機器を防爆仕様（アンモニアは空気と混合して爆発性混合ガスとなる）したりするなどの各種対策を講じる必要があり、多大な設備コストと設備スペースを要する。

かかる問題を解消するため、アンモニア還元剤を煙道中に直接吹き込む代わりに、尿素水を用意しておき、排ガスから供給される熱を利用して、尿素を分解して還元剤としてのアンモニアを生成し、このアンモニアを気化器より煙道に吹き込む方法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開平１０−２４４１３１号公報（図１、［００２９］等の記載）

しかしながら、この方法は、尿素の分解を排ガスから供給される熱に依存しているため、温度および熱量の変動が大きい排ガスから供給される熱では、確実かつ安定して尿素が分解されず、従ってアンモニアガスの発生量にバラツキが生じて、効率の悪い脱硝方法とならざるを得ないものであり、かかる不安定な方法では実用的とは言えない。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑みて、スクラバーや防爆設備の設置など、多大な設備コストを必要とすることなく、それでいて確実かつ安定してアンモニアを発生させて脱硝反応に寄与せしめ、効率的な脱硝を可能にする脱硝方法および脱硝設備を提供することにある。

上記課題は、各請求項記載の発明により達成される。すなわち、本発明に係る脱硝方法の特徴構成は、ＮＯx 含有排ガスをアンモニア注入器に導入した後、この排ガスを脱硝反応塔で反応させて排ガス中のＮＯx を分解する脱硝方法において、尿素を加水分解反応器にて加水分解して得られたアンモニア水を気化器に送給し、この気化器にてアンモニア水をアンモニア蒸気とし、このアンモニア蒸気を前記アンモニア注入器に導入することにある。

この構成によれば、アンモニアと異なり尿素は無害であり、爆発性もないことから、尿素漏洩時の対応策して、アンモニア漏洩時に設けられるスクラバーや防爆設備の設置など、大掛かりで高価な設備は不要となる。しかも、尿素の分解を排ガスの有する熱に依存していないため、常時確実な尿素分解を可能にし、安定してアンモニア蒸気を吹き込む直前に生成でき、排ガス中のＮＯx を無害化できる。

その結果、スクラバーの設置など、多大な設備コストを必要とすることなく、それでいて確実かつ安定してアンモニアを発生させて脱硝反応に寄与せしめ、効率的な脱硝を可能にする脱硝設備および脱硝方法を提供することができた。

前記加水分解反応器の加水分解触媒として、水酸化カルシウム、ゼオライト、アルカリ金属イオン交換ゼオライトのいずれか又はこれらの混合物を用いると共に、前記加水分解反応器にて、尿素を６０〜１６０℃に加熱して反応させることが好ましい。

この構成よれば、尿素のアンモニア水への加水分解が効率良く促進される。

前記気化器にて得られたアンモニア蒸気を空気で希釈することが好ましい。

この構成によれば、煙道中を送られてくる排ガスと反応させるアンモニア蒸気を適正に維持して、脱硝反応塔にて効率のよい脱硝反応を生じさせることができる。

また、本発明に係る脱硝設備の特徴構成は、ＮＯx 含有排ガスを導入してアンモニア蒸気と混合させるアンモニア注入器と、このアンモニア注入器中にてアンモニア蒸気と混合された排ガスを反応させて排ガス中のＮＯx を分解する脱硝反応塔とを有する設備において、尿素を加水分解してアンモニア水を生成する加水分解反応器と、この加水分解反応器にて生成されたアンモニア水を気化してアンモニア蒸気を生成する気化器とを備え、この気化器にて生成したアンモニア蒸気を前記アンモニア注入器に導入することにある。

この構成によれば、スクラバーや防爆設備の設置など、多大な設備コストを必要とすることなく、それでいて確実かつ安定してアンモニアを発生させて脱硝反応に寄与せしめ、効率的な脱硝を可能にする脱硝設備を提供することができる。

前記加水分解反応器が、水酸化カルシウム、ゼオライト、アルカリ金属イオン交換ゼオライトのいずれか又はこれらの混合物である加水分解触媒を有していると共に、前記加水分解反応器が、尿素を６０〜１６０℃に加熱する加熱手段を有することが好ましい。

この構成によれば、尿素のアンモニア水への加水分解を効率良く促進させることができる。

前記気化器にて得られたアンモニア蒸気を希釈する空気導入手段を有することが好ましい。

この構成によれば、排ガスとアンモニア蒸気とを適正に反応できるように維持でき、脱硝反応塔にて効率のよい脱硝反応を生じさせることができる。

本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る脱硝設備の概略フロー図を示す。

この脱硝設備は、ボイラ、各種焼却炉、加熱炉、火力発電所などのような固定発生源から排出されるＮＯx 含有排ガスをアンモニア注入器１０に導入した後、脱硝触媒をハニカム状などに積層配置した脱硝反応塔１１で反応させ、無害なＮ₂にしてから煙突より放出する点については、従来技術と同様であるが、還元剤の供給源として尿素を用いると共に、脱硝時に尿素を加水分解してアンモニア水を生成し、このアンモニア水からアンモニア蒸気を生成した後、生成されたアンモニア蒸気をアンモニア注入器１０に吹き込む点を特徴としている。

すなわち、尿素水貯槽１から所定量の尿素水を、加水分解触媒を有する加水分解反応器２に導入し、加水分解触媒と接触させることにより加水分解を促進させ、アンモニア水を得る。この場合、加水分解を促進させるため、加水分解反応器２にヒータ等の加熱手段を設けて、尿素を６０〜１６０℃程度に加熱して反応させることが好ましい。６０℃未満であると反応が緩いため効率的でなく、１６０℃を超えると、メラミンやシアヌル酸などの高融点化合物が生成して好ましくない。

加水分解触媒としては、特に水酸化カルシウム、ゼオライト、アルカリ金属イオン交換ゼオライト（例えば、Ｎａ⁺イオン担持Ａ型ゼオライト）などが好ましく、これらは水に対して難溶性であり、塩基性を示すため、高い転化率を発揮する。

加水分解により得られたアンモニア水は、次に気化器１３に送られ、ここで昇温され気化されてアンモニア蒸気となる。気化器１３の構成は、特に限定されず、一般のアンモニア気化器を使用できる。

その後、アンモニア蒸気は、新鮮空気を送給する送給ファン（図示略）などの空気導入手段により空気と混合されて希釈され、排ガス中のＮＯx 分解用還元剤として、アンモニア注入器１０に吹き込まれ、アンモニア蒸気が排ガスと混合され、そのまま脱硝反応塔１１に送られる。空気と混合する場合の希釈濃度は、３％程度が好ましい。アンモニア蒸気と混合される新鮮空気の流量は、予め発生するアンモニア蒸気の量を検知しておき、その結果に基づいて調節する調節機構を設けておくことが好ましい。

そして、排ガス中のＮＯx は、アンモニア気化器１３からタイミングよく安定して必要量が供給されるアンモニア蒸気により確実に分解され、脱硝反応塔１１において無害化される。

このように本実施形態では、尿素は無害であり、爆発性もないことから、尿素漏洩時の対応策して、アンモニア漏洩時に設けられるスクラバーや防爆設備の設置など、大掛かりで高価な設備は不要となる。しかも、尿素の分解を排ガスの有する熱に依存していないため、常時確実な尿素分解を可能にし、安定してアンモニア蒸気を吹き込む直前に生成でき、排ガス中のＮＯx を無害化できる。

ＮＯx を含有する焼却炉排ガスが通流する煙道に対して、(A) 図１に示す設備を用いて、加水分解により得られたアンモニア水を気化器に送給して、ここで昇温し気化したアンモニア蒸気を吹き込んだ場合、比較例として、(B) 図３に示す設備によりアンモニア蒸気を直接吹き込んだ場合、(C) 尿素水を吹き込んだ場合のそれぞれについて、尿素／ＮＯ比に対するＮＯx 除去率の関係を調べた。

この場合、排ガスの時間当たり空間速度（ＳＶ）は約５０００、線速度（ＬＶ値）２．２ｍＮ／秒であり、脱硝温度は２１０℃、脱硝反応塔への入口ＮＯx 濃度は１３０ｐｐｍであった。その結果を図２に示す。図２に示されているように、各尿素／ＮＯ比に対して、(A) の本実施例のものは、(B) のアンモニア蒸気を直接吹き付けた場合と同等なＮＯx 除去率が得られることが判る。従って、尿素／ＮＯ比を適宜調節することにより、高いＮＯx 除去率を確保できることになる。

〔別実施の形態〕
（１）上記実施形態において、ボイラ、各種焼却炉、加熱炉、火力発電所などから排出されるＮＯx 含有排ガスを対象として説明したが、本発明は、自動車その他、各種ＮＯx 含有排ガス発生設備などに対しても適用できる。特に、ディーゼル車の場合、排ガス中の酸素濃度が高いため、現状では十分なＮＯx 除去対策が採られていないところ、本発明を適用することにより、ＮＯx の無害化を実現できる。更に、ガソリン車の場合も、現状では、高価な貴金属触媒（三元触媒）を用いているが、本発明によれば、かかる三元触媒を用いることがなく、しかも有害なアンモニアガスを搭載することにならないので、防爆対策などを必要とせず、実用的となる。

本発明の一実施形態に係る脱硝工程の概要を示すフロー図実施例と比較例について、尿素／ＮＯ比に対するＮＯx 除去率の関係を示すグラフ従来技術の脱硝工程の概要を示すフロー図

符号の説明

２加水分解反応器
１０アンモニア注入器
１１脱硝反応塔
１３気化器

Claims

ＮＯx 含有排ガスをアンモニア注入器に導入した後、この排ガスを脱硝反応塔で反応させて排ガス中のＮＯx を分解する脱硝方法において、尿素を加水分解反応器にて加水分解して得られたアンモニア水を気化器に送給し、この気化器にてアンモニア水をアンモニア蒸気とし、このアンモニア蒸気を前記アンモニア注入器に導入することを特徴とする脱硝方法。
前記加水分解反応器にて加水分解触媒として、水酸化カルシウム、ゼオライト、アルカリ金属イオン交換ゼオライトのいずれか又はこれらの混合物を用いると共に、前記加水分解反応器にて、尿素を６０〜１６０℃に加熱して反応させる請求項１の脱硝方法。
前記気化器にて得られたアンモニア蒸気を空気で希釈する請求項１又は２の脱硝方法。
ＮＯx 含有排ガスを導入してアンモニア蒸気と混合させるアンモニア注入器と、このアンモニア注入器中にてアンモニア蒸気と混合された排ガスを反応させて排ガス中のＮＯx を分解する脱硝反応塔とを有する脱硝設備において、
尿素を加水分解してアンモニア水を生成する加水分解反応器と、この加水分解反応器にて生成されたアンモニア水を気化してアンモニア蒸気を生成する気化器とを備え、この気化器にて生成したアンモニア蒸気を前記アンモニア注入器に導入することを特徴とする脱硝設備。
前記加水分解反応器が、水酸化カルシウム、ゼオライト、アルカリ金属イオン交換ゼオライトのいずれか又はこれらの混合物である加水分解触媒を有していると共に、前記加水分解反応器が、尿素を６０〜１６０℃に加熱する加熱手段を有する請求項４の脱硝設備。
前記気化器にて得られたアンモニア蒸気を希釈する空気導入手段を有する請求項４又は５の脱硝設備。