JP2010227728A - Method for removing n2o contained in exhaust gas from sewage sludge incinerator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、下水汚泥焼却炉から排出される高温の排ガス中に含まれるN2Oを除去する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for removing N 2 O contained in high-temperature exhaust gas discharged from a sewage sludge incinerator.
下水汚泥焼却炉の排ガス中には、下水汚泥中の有機分に由来するN2O(亜酸化窒素)が数百ppmのオーダーで含まれている。このN2Oは、地球温暖化係数が310である温室効果ガスの一つである。すなわちN2OはCO2の310倍の地球温暖化効果を持ち、京都議定書においても規制対象とされているガスである。従って地球温暖化を抑制するためには、下水汚泥焼却炉の排ガス中に含まれるN2Oを大幅に低減する必要がある。 The exhaust gas from the sewage sludge incinerator contains N 2 O (nitrous oxide) derived from organic components in the sewage sludge in the order of several hundred ppm. This N 2 O is one of the greenhouse gases having a global warming potential of 310. That is, N 2 O is a gas that has a global warming effect 310 times that of CO 2 and is also regulated in the Kyoto Protocol. Therefore, in order to suppress global warming, it is necessary to significantly reduce N 2 O contained in the exhaust gas of the sewage sludge incinerator.
そこで一部の下水汚泥焼却炉においてはN2O排出量の低減対策として、「高温焼却」が採用されている。これは焼却炉に重油や都市ガスなどの燃料を追加することにより、焼却温度を従来の800℃より高い850℃以上の温度域にまで高める方法であり、これによってN2Oの排出量を従来よりも6〜7割削減することができる。しかしこの「高温焼却」を行っても3〜4割のN2Oは依然として排出されるうえ、従来よりも余分の補助燃料が必要となるからCO2の排出量が増加し、かつ焼却コストもかかるという問題がある。 Therefore, “high temperature incineration” is adopted as a measure for reducing N 2 O emission in some sewage sludge incinerators. This by adding fuel, such as heavy oil or natural gas in the incinerator, incineration temperature is a method of increasing up to 850 ° C. over a temperature range higher than the conventional 800 ° C., whereby N 2 O emissions conventional 60 to 70% can be reduced. However, even if this “high temperature incineration” is performed, 30% to 40% of N 2 O is still discharged, and additional auxiliary fuel is required compared to the conventional method, so that the amount of CO 2 emission increases and the incineration cost also increases. There is a problem that it takes.
そこで特許文献1及び特許文献2に示されるように、ゼオライトにFe成分を担持させたFe‐ゼオライト触媒を用い、各種排ガス中のN2Oを還元除去する技術が提案されている。この技術は400℃程度でFe‐ゼオライト触媒の存在下において還元剤(炭化水素やアンモニア)とN2Oを反応させ、N2Oを還元除去するものであり、その反応式は次の通りである。
N2O+1/4CH4→N2+1/4CO2+1/2H2O
N2O+2/3NH3→+3/4N2+H2O
Therefore, as shown in Patent Document 1 and
N 2 O + 1 / 4CH 4 → N 2 +1/4 CO 2 + 1 / 2H 2 O
N 2 O + 2 / 3NH 3 → + 3 / 4N 2 + H 2 O
この触媒を用いれば、上記した「高温焼却」の問題点は解決することができる。しかし下水脱水汚泥は含有率が80%と大量の水分を含むため、下水汚泥焼却炉の排ガス中にも35〜50体積%という高濃度の水蒸気が含まれている。そして上記したFe‐ゼオライト触媒は水分によって触媒活性が大幅に低下するため、特許文献1及び特許文献2に示される触媒を利用したとしても、下水汚泥焼却炉の排ガス中に含まれるN2Oを工業的に効率良く除去することは困難であった。
従って本発明の目的は、上記した従来の問題点を解決し、下水汚泥焼却炉の排ガス中に含まれるN2Oを、水蒸気による触媒活性の低下を回避しつつ工業的に効率良く除去することができる方法を提供することである。 Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and efficiently remove N 2 O contained in the exhaust gas of a sewage sludge incinerator while industrially efficiently avoiding a decrease in catalytic activity due to water vapor. Is to provide a way to do this.
上記の課題を解決するためになされた本発明は、下水汚泥焼却炉の排ガスを、排煙処理塔を備えた排ガス処理設備により60℃以下に冷却することにより含有水蒸気濃度を低下させたうえ、前記排煙処理塔よりも前段に設置した加熱器に通して300〜550℃に再加熱し、還元剤の存在下でN2O除去触媒と接触させ、排ガス中のN2Oを還元除去することを特徴とするものである。 The present invention made in order to solve the above problems, the exhaust gas of the sewage sludge incinerator is cooled to 60 ° C. or less by an exhaust gas treatment facility equipped with a flue gas treatment tower, and the contained water vapor concentration is reduced. It is reheated to 300 to 550 ° C. through a heater installed upstream of the flue gas treatment tower, and brought into contact with an N 2 O removal catalyst in the presence of a reducing agent to reduce and remove N 2 O in the exhaust gas. It is characterized by this.
なお、本発明においては請求項2のように、排ガスを60℃以下に冷却することにより、含有水蒸気濃度を20体積%以下にまで低下させることが好ましい。また請求項3のように、排煙処理塔を通過して60℃以下に冷却された排ガスを、N2O除去触媒を通過した排ガスの保有熱を利用して予熱したうえ、加熱器に通すことができる。またN2O除去触媒として、ゼオライトにFe成分を担持させたFe‐ゼオライト触媒を使用することを特徴とすることができる。
In the present invention, as in
本発明によれば、下水汚泥焼却炉の排ガスを排ガス処理設備により60℃以下に冷却することにより含有水蒸気濃度を低下させたうえで300〜550℃に再加熱し、還元剤の存在下でN2O除去触媒と接触させる。このためN2O除去触媒の活性を低下させることなく排ガス中のN2Oを除去することができ、後記する実験データに示すように90%を越えるN2O除去率を達成することができる。 According to the present invention, the exhaust gas from the sewage sludge incinerator is cooled to 60 ° C. or lower by using an exhaust gas treatment facility, and the water vapor concentration is reduced, and then reheated to 300 to 550 ° C. Contact with 2 O removal catalyst. Therefore it is possible to remove the N 2 O in the exhaust gas without reducing the activity of the N 2 O removal catalyst, it is possible to achieve a N 2 O removal ratio exceeding 90%, as shown in the following experimental data .
また、排煙処理塔において浄化された排ガスをN2O除去触媒に通すので、SOXやHClなどによって触媒の寿命が低下することもなく、長期間にわたり安定した操業が可能である。また、「高温焼却」のように焼却温度を高める必要はなく、排ガスの再加熱のために余分の熱源も必要としないので、CO2の排出量が増加することもない。さらに、N2O除去触媒を通過した排ガスは十分に暖められているため、煙突で水蒸気の白煙が生じることもない等の多くの利点がある。 Further, since the exhaust gas purified in the flue gas treatment tower is passed through the N 2 O removal catalyst, the life of the catalyst is not reduced by SO X , HCl, etc., and stable operation is possible for a long period of time. Further, it is not necessary to increase the incineration temperature as in “high temperature incineration”, and an extra heat source is not required for reheating the exhaust gas, so that the amount of CO 2 emission does not increase. Furthermore, since the exhaust gas that has passed through the N 2 O removal catalyst is sufficiently warmed, there are many advantages such as that no white smoke of water vapor is generated in the chimney.
以下に本発明の実施形態を説明する。
図1は下水汚泥焼却設備の一般的なフローを示すもので、下水脱水汚泥は下水汚泥焼却炉1において重油その他の補助燃料を用いて焼却される。前記した「高温焼却」を行わない場合、燃焼温度は通常800〜850℃の範囲である。下水汚泥焼却炉1は例えば流動炉であるが、その種類は特に限定されるものではない。
Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 shows a general flow of sewage sludge incineration equipment, and sewage dewatered sludge is incinerated using heavy oil or other auxiliary fuel in a sewage sludge incinerator 1. When the above-described “high temperature incineration” is not performed, the combustion temperature is usually in the range of 800 to 850 ° C. Although the sewage sludge incinerator 1 is a fluidized furnace, for example, the kind is not specifically limited.
この下水汚泥焼却炉1から排出された800〜850℃程度の高温の排ガスは、空気予熱器2に導かれて下水汚泥焼却炉1に供給される空気を予熱し、400〜550℃で白煙防止予熱器3に送られる。白煙防止予熱器3は煙突7から水蒸気の白煙が出ることを防止するために、煙突7から放出される排ガスに加えるための加熱空気を得る装置であり、この白煙防止予熱器3を通過した排ガスは300℃程度まで降温する。
The high-temperature exhaust gas of about 800 to 850 ° C. discharged from the sewage sludge incinerator 1 preheats the air supplied to the
この排ガスは冷却塔4において更に200℃程度まで冷却されたうえで、バグフィルタ5において含有するダストを除去される。バグフィルタ5を通過して浄化された排ガスは排煙処理塔6に送られ、上方からの降水と接触して排ガス中のSOXやHClを除去される。排煙処理塔6で水と接触した排ガスは温度が60℃以下にまで低下しているが、前記の白煙防止予熱器3によって加熱された300℃前後の空気と混合され、煙突7から大気中に放出される。
The exhaust gas is further cooled to about 200 ° C. in the
このような従来のフロー中にFe‐ゼオライト系のN2O除去触媒を組み込む場合、N2O除去触媒は300〜400℃の温度が必要であるので、その設置位置は空気予熱器2と白煙防止予熱器3との間、あるいは白煙防止予熱器3と冷却塔4との間の区間になる。この区間における一般的な排ガス組成を表1に示す。
When a Fe-zeolite-based N 2 O removal catalyst is incorporated in such a conventional flow, the N 2 O removal catalyst needs to be at a temperature of 300 to 400 ° C. It becomes a section between the
このように、この区間における排ガスは45体積%という大量の水蒸気を含有しているうえに、SOXとHClの濃度が高い。これらは焼却対象物である下水脱水汚泥の含水率が高いことと、下水汚泥に含まれるSやClに起因するものである。このため、この状態の排ガスをFe‐ゼオライト系のN2O除去触媒に通すと、水蒸気が障害となってN2Oの除去率が低下し、またSOXやHClにより触媒寿命が短縮化されることとなる。なお特許文献1にはこの触媒は水蒸気含有率が20%までのガスに適用できると説明されているが、上記したような水蒸気含有率が45%のガスには適用不能である。 As described above, the exhaust gas in this section contains a large amount of water vapor of 45% by volume, and the concentration of SO X and HCl is high. These are due to the high moisture content of the sewage dewatered sludge, which is an incinerator, and the S and Cl contained in the sewage sludge. For this reason, if the exhaust gas in this state is passed through a Fe-zeolite-based N 2 O removal catalyst, the N 2 O removal rate is reduced due to water vapor, and the catalyst life is shortened by SO X and HCl. The Rukoto. Patent Document 1 describes that this catalyst can be applied to a gas having a water vapor content of up to 20%, but cannot be applied to a gas having a water vapor content of 45% as described above.
そこで本発明では図2、図3の実施形態に示すように、排煙処理塔6を通過した排ガスを再加熱してN2O除去触媒8と接触させる新規なフローを用いる。これらの実施形態においても、下水汚泥焼却炉1、空気予熱器2、冷却塔4、バグフィルタ5、排煙処理塔6は図1に示した従来例と同様であるが、従来の白煙防止予熱器3に代えて、冷却塔4の前段に加熱器9が設置されている。この加熱器9は排煙処理塔6を出た排ガスを再加熱するためのものである。
Therefore, in the present invention, as shown in the embodiment of FIGS. 2 and 3, a novel flow is used in which the exhaust gas that has passed through the flue
図2のフローにおいても、排ガスはバグフィルタ5を備えた排ガス処理設備を通過する間にダストを除去されたうえ、排煙処理塔6で水と接触しSOXやHClを除去されることは図1のフローと同様である。しかし排ガスはこの排煙処理塔6で60℃以下にまで冷却されることによって水分を凝結させ、含有水蒸気濃度を20体積%以下にまで低下させた乾燥状態で加熱器9に送られて、300〜500℃程度に加熱される。なお、排煙処理塔6の出口における排ガス組成の一例は、表2に示すとおりである。
Also in the flow of FIG. 2, the exhaust gas is removed of dust while passing through the exhaust gas treatment facility provided with the
N2O除去触媒8としては、特許文献1、2に示されるようなFe‐ゼオライト系の触媒が用いられる。これはβ型ゼオライトに鉄や鉄イオンを担持させたものである。加熱器9で300〜500℃程度に加熱された排ガスは、還元剤を添加されN2O除去触媒8に送られる。排ガスとの接触効率を高めるために、N2O除去触媒8はハニカム状あるいは粉末状としておくことができる。
As the N 2
還元剤としては、メタン、プロパン等の炭化水素や、アンモニアが用いられる。これらの還元剤の添加量は理論量の1〜2倍とすることが好ましく、還元剤の添加量はN2O濃度に比例して調整することがより好ましい。還元剤の添加量が過剰となると、反応しなかった還元剤は煙突7から大気中に放出されることとなるが、入手容易な炭化水素であるCH4は地球温暖化係数21の温暖化ガスである。またアンモニアは悪臭防止法の対象物質である。このため、過剰量の還元剤の放出はできるだけ避けるべきである。
As the reducing agent, hydrocarbons such as methane and propane, and ammonia are used. The addition amount of these reducing agents is preferably 1 to 2 times the theoretical amount, and the addition amount of the reducing agent is more preferably adjusted in proportion to the N 2 O concentration. When the amount of the reducing agent added is excessive, the reducing agent that has not reacted is released from the
図2のフローによれば、加熱器9で300〜500℃程度に加熱された排ガスは還元剤の存在下でN2O除去触媒8と接触し、排ガス中のN2Oは窒素に還元して除去される。還元反応式は前記のとおりである。本発明においては排ガスの含有水蒸気濃度を20体積%以下にまで低下させてあり、かつ排ガス温度も300〜500℃に昇温されているので、90%を越えるN2O除去率を達成することができる。しかもこの昇温は排ガスの保有熱を利用して行われるので、余分の燃料を必要とせず、余分のCO2を排出することもない。さらに、排煙処理塔6でSOXやHClを除去されているので、触媒寿命が低下することもない。なお、排ガスの再加熱温度が300℃未満ではN2Oの除去率が低く、550℃を越えると触媒寿命が低下するので好ましくない。
According to the flow of FIG. 2, the exhaust gas which has been heated to about 300 to 500 ° C. in the
図2のフローではN2O除去触媒8を通過しN2Oが還元された排ガスは、300〜500℃のままで煙突7から放出される。このように排ガス温度は高くなるため、煙突7から水蒸気の白煙が発生することもない。
In the flow of FIG. 2, the exhaust gas that has passed through the N 2
しかしこの高温の排ガスを図3のフローに示すように別の加熱器10に通し、排煙処理塔6を通過して60℃以下に冷却された排ガスを、加熱器10で予熱したうえで加熱器9に通すこともできる。図3のフローは図2のフローに加熱器10を付加したものであり、その他の構成は図2と同一であるから説明を省略する。
However, this high-temperature exhaust gas is passed through another
以下に本発明の効果を確認するために行った実験の結果を示す。
まず、特許文献1の実施例1に示された方法で、βゼオライトに2価の鉄イオンを担持させたN2O除去触媒を製造した。得られた触媒は粉末状であり、その0.5gを反応管に充填し、表3に示す条件1と条件2のサンプルガスを流し、生成物をガスクロマトグラフで測定して、N2Oの除去率を評価した。ガス流量は何れも1slm(スタンダードリッターパーミニッツ:L/分)であり、ガス温度はいずれも450℃である。なおN2がバランスとなっているのは、残部の意味である。
The result of the experiment conducted in order to confirm the effect of this invention is shown below.
First, an N 2 O removal catalyst in which a divalent iron ion was supported on β zeolite was produced by the method shown in Example 1 of Patent Document 1. The resulting catalyst is in powder form, and filling the 0.5g of the reaction tube, flushed with
上記のように、含有水蒸気濃度が35体積%の場合にはN2O除去率が38%であったが、含有水蒸気濃度を10体積%まで低下させると、N2O除去率は98%にまで上昇した。この実験によって、本発明の効果を確認することができた。 As described above, when the water vapor concentration was 35% by volume, the N 2 O removal rate was 38%. However, when the water vapor concentration was reduced to 10% by volume, the N 2 O removal rate was 98%. Rose to. Through this experiment, the effect of the present invention could be confirmed.
次に排ガス中に含まれるSOXとHClが触媒に与える影響を確認するため、上記と同様にβゼオライトに2価の鉄イオンを担持させたN2O除去触媒0.5gを反応管に充填し、表4に示す条件3と条件4のサンプルガスを流し、N2Oの除去率を評価した。ガス流量は何れも1slm(L/分)であり、ガス温度はいずれも400℃である。ただしN2Oの除去率はガスを流し始めてから、20時間後に評価した。含有水蒸気濃度は10体積%である。
Next, in order to confirm the influence of SO X and HCl contained in the exhaust gas on the catalyst, 0.5 g of N 2 O removal catalyst in which divalent iron ions are supported on β zeolite is filled in the reaction tube in the same manner as described above. Then, the sample gases of
この実験により、ガス中にSOXとHClが含まれる場合にはN2Oの除去率が20時間で68%にまで低下したが、ガス中にSOXとHClが含まれていない場合にはN2Oの除去率は87%であり、触媒寿命が長くなることが確認できた。本発明では排煙処理塔6によりSOXやHClを除去した排ガスをN2O除去触媒と接触させることができるため、長期間にわたり触媒活性を維持できることとなる。
As a result of this experiment, when SO X and HCl were contained in the gas, the N 2 O removal rate decreased to 68% in 20 hours. However, when SO X and HCl were not contained in the gas, The removal rate of N 2 O was 87%, and it was confirmed that the catalyst life was prolonged. In the present invention, since the exhaust gas from which SO X and HCl have been removed by the flue
1 下水汚泥焼却炉
2 空気予熱器
3 白煙防止予熱器
4 冷却塔
5 バグフィルタ
6 排煙処理塔
7 煙突
8 N2O除去触媒
9 加熱器
10 他の加熱器
1 sewage sludge incinerator
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