JP2012505734A - 海水法による排ガスの同時脱硫脱硝方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
A)海水による排ガスの触媒洗浄
SO2およびNOxを含有する排ガスを海水によって触媒洗浄して、排ガスにおけるSO2およびNOxを除去し、その後、脱硫脱硝後の浄化された排ガスおよび洗浄過程において形成された酸性海水を排出し、前記触媒洗浄は、一定量の鉄イオンを含有または添加した海水によって行われる鉄触媒洗浄、または/および付加磁場に海水または/および排ガスを通過させる磁性触媒洗浄である。
B)酸性海水の水質回復
前記Aステップで排出された酸性海水に海水を混入して酸塩基中和させ、同時に空気を導入して、酸性海水の水質を環境保護の要求に適するまで回復した後排出する。
1、海水で排ガスを洗浄することによって、SO2を溶解して酸性海水を形成する。その反応式は、下記の通りである。
SO2(g)+H2O=SO2(l)+H2O
SO2(l)+H2O=SO3 2-+2H+
a)第一段階で二酸化硫黄を溶解して形成した酸性海水の中に、生成された大量のSO3 2-は、NOの溶解を促進することができる。
b)第一段階で二酸化硫黄を溶解して形成した酸性条件下において、海水中および本発明のプロセスで増加した鉄イオン(Fe2+、Fe3+)は、触媒作用を有する。
c)第一段階で二酸化硫黄を溶解して形成した酸性条件下において、鉄イオン(Fe2+、Fe3+)は、海水の中で複雑な鉄錯体を形成して、溶解したSO2と排ガスに付いてきたO2の反応を促進して、N2、N2O、ハイポサルフェート、硫酸塩などの化合物を生成し、たとえば、下記の反応式などに示すようになり、発電所のボイラからの排ガスにおける残りの酸素は、通常5〜8%である。
2(NO)+SO3 2-→N2O+SO4 2-
d)第一段階で二酸化硫黄を溶解して形成した酸性環境において、磁性部材の付加磁場は、NOの溶解(加水分解)を触媒化する。窒素酸化物が海水中での反応は、比較的複雑であるが、主には自己触媒酸化還元反応に協同することである。同時脱硫脱硝後の浄化された排ガスは、大気に排出される。
海水は、排ガスを洗浄することによって酸性となる。このため、酸性海水の水質を環境水質と相容する程度に回復させなければ、自然環境、たとえば、大海に排出してはいけない。水質の回復方式としては、酸性海水に海水、すなわち、アルカリ性の海水を添加し、且つ十分に混合して酸塩基中和反応をさせ、その後、空気を導入して酸化脱酸と酸素付加を行うことによって、海水における亜硫酸を亜硫酸塩に生成させ、さらに海洋環境に優しい安定な硫酸塩に酸化させると共に、海水中に生成された二酸化炭素を除去し、且つ海水における溶存酸素を増加させる。下記の化学平衡反応式に示す通りである。
CO3 2-+H+=HCO3 -
HCO3 -+H+=CO2(g+l)+H2O
SO3 2-+1/2O2=SO4 2-
その一、排出削減の効率が高く、排ガスにおける汚染物質の除去率は、最高でSO2が99%、NOxが70%まで達することができる。
その二、資源とエネルギーを節約し、如何なる化学工業原料を必要せず、特に、火力発電所に応用される際、その冷却用海水を再利用するため、エネルギー消耗はより低くなる。
その三、環境に優しく、他の排ガスの脱硫脱硝プロセスで大量の化学工業原料を消耗し且つ大量の廃棄物残渣が生じることとは異なり、本発明のプロセスでは廃棄物残渣が生じず、排出する海水と本発明のプロセスに関する部分は、いずれも環境保護の要求に適するものである。
図1:A、海水による排ガスの触媒洗浄 B、酸性海水の水質回復 C、酸性海水が環境保護の要求に適した後の排出 D、海水 E、SO2およびNOxを含有する排ガス F、脱硫脱硝後の浄化された排ガス G、酸塩基中和 H、空気の導入。
図2〜図5:1、洗浄器 1.1、フィラー 1.2、支持体 1.3、海水分配器 1.4、ミストセパレーター 1.5、鉄製部材 1.5´、磁性部材 1.6、鉄含有溶液注入口 1.7、流量調節器 1.8、鉄含有溶液ポンプ 1.9、鉄製部材の取替孔 2、洗浄器の排ガス入口 3、洗浄器の排ガス出口 4、洗浄器の海水入口 5、洗浄器の酸性海水排出口 6、水質回復器7、酸性海水注入口 8、海水注入口 8-1、先混入海水注入口 8-2、後混入海水注入口 9、酸性海水通路 10、海水通路 11、送風機 12、送風通路 13、水質回復器内の曝気口 13x、曝気口配列 14、海水排出口 15、ボイラ 16、除塵 17、吸込扇風機 18、煙突 19、海水ポンプ 20、発電所の復水器 21、排ガス再加熱器。
図4:22、流量計 23、pH計。
図7:24、アンモニア水の添加通路 25、貴金属脱窒素還元触媒 26、貴金属酸化脱硫触媒 27、硫酸吸収器
図1は、本発明に係る海水法による排ガスの同時脱硫脱硝方法のステップを示す図であり、図2は、本発明を火力発電所で応用するプロセスフローである。本実施例の海水法による排ガスの同時脱硫脱硝方法のステップは、以下のA)とB)を含む。
A)海水による排ガスの触媒洗浄
SO2およびNOxを含有する排ガスを海水によって触媒洗浄して、排ガスにおけるSO2およびNOxを除去し、その後、同時脱硫脱硝後の浄化された排ガスと洗浄過程で形成された酸性海水を排出する。
本発明に記載された「触媒洗浄」は、一定量の鉄イオンを含有または添加した海水によって行われる鉄触媒洗浄、または/および付加磁場に海水または/および排ガスを通過させる磁性触媒洗浄である。本実施例で言えば、前記触媒洗浄は、一定量の鉄イオンを添加した海水によって行われる鉄触媒洗浄であり、具体的には、酸性海水の中に鉄製部材を設置することによって行われる。
B)酸性海水の水質回復
前記Aステップで排出された酸性海水に海水を混入して酸塩基中和させ、同時に空気を導入して、酸性海水の水質を環境保護の要求に適するまで回復させた後排出する。
排ガス量 3,100,000Nm3/h(1000MW規模の火力発電ユニットのボイラからの排ガス量に相当する)
原排ガス SO2 1600mg/Nm3、NOx 610mg/Nm3
洗浄用海水と排ガスのアルカリ対酸の比 6.5
洗浄用海水における鉄イオンの濃度 32μg/kg
浄化された排ガス SO2 16mg/Nm3、NOx 320mg/Nm3
海水水質回復装置からの排水pH >6.8
排水のCOD増量 <1.5mg/L
前記実施例1と異なるのは、海水によって行われる鉄触媒洗浄では、洗浄において一種の鉄含有溶液を添加可能な装置によって鉄イオンを添加することである。
本実施例における主なパラメーターは、以下の通りである。
排ガス量 1,100,000Nm3/h
原排ガス SO2 1900mg/Nm3、NOx 650mg/Nm3
洗浄用海水と排ガスのアルカリ対酸の比 1
添加された後の洗浄用海水の鉄イオンの濃度 106μg/kg
浄化された排ガス SO2 76mg/Nm3、NOx 380mg/Nm3
海水水質回復装置からの排水pH >6.8
排水のCOD増量 <0.5mg/L
上記の実施例と異なるのは、前記鉄触媒洗浄では、鉄よりも電気化学活性が低い金属を陰極とし、洗浄環境中の一部の鉄製材料を犠牲陽極にして鉄イオンを析出する方法を採用することである。
本実施例における主なパラメーターは、以下の通りである。
排ガス量 2,100,000Nm3/h
原排ガス SO2 1680mg/Nm3、NOx 580mg/Nm3
洗浄用海水と排ガスのアルカリ対酸の比 200
洗浄用海水における鉄イオンの濃度 300μg/kg
浄化された排ガス SO2 80mg/Nm3、NOx 180mg/Nm3
海水水質回復装置からの排水pH >6.8
排水のCOD増量 <4.3mg/L
上記の実施例1と異なるのは、一定量の鉄イオンを添加した海水によって行われる鉄触媒洗浄では、洗浄用の酸性環境中に鉄製部材を配置する方法を採用すると共に、鉄よりも電気化学活性が低い金属を陰極とし、洗浄環境中の一部の鉄製材料を犠牲陽極にして鉄イオンを析出する方法を採用することである。この実施例において、海水によって行われる鉄触媒洗浄では、その洗浄ステップにおける鉄イオン濃度の選択範囲は、1キログラム当たりの海水における鉄イオンが10マイクログラム〜300マイクログラム(10〜300μg/kg)である。実施例1と異なるパラメーターは、洗浄用海水と排ガスのアルカリ対酸の比が15であり、洗浄用海水における鉄イオンの濃度が10μg/kgである。
上記の実施例と異なるのは、本実施例では、磁性材料による付加磁場の中で排ガスを触媒洗浄させる方法を採用し、海水または/および排ガスを磁束密度が1〜6000ガウスの磁場に通過させることである。主なパラメーターは、以下の通りである。
排ガス量 2,900,000Nm3/h
原排ガス SO2 2100mg/Nm3、NOx 670mg/Nm3
洗浄用海水と排ガスのアルカリ対酸の比 7.1
付加磁場の磁束密度 6000ガウスの磁場
浄化された排ガス SO2 85mg/Nm3、NOx 303mg/Nm3
海水水質回復装置からの排水pH >6.8
排水のCOD増量 <1.6mg/L
上記の実施例5と異なるのは、本実施例は、一定量の鉄イオンを添加した海水によって行われる鉄触媒洗浄であると共に、排ガスを磁性材料による付加磁場の中で触媒洗浄させる方法を採用することである。主なパラメーターは、以下の通りである。
排ガス量 1,900,000Nm3/h
原排ガス SO2 1800mg/Nm3、NOx 720mg/Nm3
洗浄用海水と排ガスのアルカリ対酸の比 16
洗浄用海水における鉄イオンの濃度 3μg/kg
付加磁場の磁束密度 3000ガウス
浄化された排ガス SO2 85mg/Nm3、NOx 203mg/Nm3
海水水質回復装置からの排水pH >6.8
排水のCOD増量 <2.8mg/L
上記の実施例6と異なるのは、本実施例では以下のようになっていることである。
洗浄用排水と排ガスのアルカリ対酸の比 86
洗浄用海水における鉄イオンの濃度 210μg/kg
付加磁場の磁束密度 1ガウスの磁場
図2〜図5に示すように、本発明の方法を実現するための排ガスの同時脱硫脱硝装置の技術方案において、当該装置は、海水による触媒洗浄システムと酸性海水水質回復システムを有し、さらに制御システムを有している。海水による触媒洗浄システムは、洗浄器1と、洗浄器の排ガス入口2と、洗浄器の排ガス出口3と、排ガス洗浄用海水入口4と、洗浄器の酸性海水排出口5とを備えている。本発明の海水による触媒洗浄システムは、さらに海水における鉄イオンの含有量を増加させるための鉄製部材または鉄イオン添加装置、または/および排ガス洗浄用海水または/および排ガスを付加磁場に位置させる磁性装置を備えている。本実施例では、海水における鉄イオンの含有量を増加する鉄製部材の方案を選択して採用する。前記の酸性海水水質回復システムは、水質回復器6を備えており、水質回復器6には酸性海水通路9、海水通路10、送風機11および海水排出口14が連通されている。酸性海水注入口7と海水注入口8は、水質回復器6内で隣接する。送風機11は、送風通路12を介して水質回復器6内に設けられた曝気口13と連通する。
図4に示すように、本実施例に記載された鉄製部材は、洗浄器1に設けられた酸性海水に直接に接触可能に鉄フィラーであるが、固定されまたは取替可能な鉄製部品であっても良く、鉄フィラーと鉄製部品を同時に設置しても良い。前記海水による触媒洗浄システムにおける洗浄器1は、「化学工業設計ハンドブック」によって設計製造または選択して採用することができる。洗浄器1には調節可能なバルブと調速ポンプから構成される洗浄用海水の流量調節器1.7が設けられる。また、その鉄層を酸性海水に直接に接触させることで酸性海水における鉄イオンの濃度を増加させる鉄フィラーを設置する。鉄製部材取替孔1.9を介して鉄フィラーを交換することができる。
上記の実施例8と異なるのは、図4に示すように、洗浄器1には鉄イオン発生ユニットが設けられ、当該鉄イオン発生ユニットは、洗浄器1の底部の海水槽における酸性海水およびその中に浸漬した鉄製部材1.5と、酸性海水を送り出す鉄製パイプとから構成され、浸漬した鉄製部材1.5と鉄製パイプは、取替または添加することができ、さらに、鉄含有溶液ポンプ1.8と鉄含有溶液注入口1.6を備えている。
上記の実施例8と異なるのは、図4に示すように、本実施例では、洗浄器1に鉄イオン添加装置が設けられ、すなわち、洗浄器1に鉄含有溶液注入口1.6と連通する注入器、または/および鉄イオン発生装置が設けられている。
上記の実施例8と異なるのは、図3に示すように、前記海水による触媒洗浄システムは、排ガス洗浄用海水または/および排ガスを付加磁場に位置させる一つの磁性装置を備えており、前記磁性装置は、洗浄器1に設置された磁性部材1.5’としての磁性フィラーであり、その磁性部材の材質は、恒透磁率性を有するフェライトであるが、合金鋼、またはネオジム鉄硼素粉末冶金材料などの希土類磁性体であっても良い。
上記の実施例11と異なるのは、本実施例の海水による触媒洗浄システムは、海水における鉄イオンの含有量を増加させる鉄製部材と、洗浄を付加磁場で行わせる磁性部材とを備えている。一種の方案としては、海水による触媒洗浄器1の底部に、図4に示すような海水における鉄イオンの含有量を増加させるための鉄製部材を設け、その上部に図3に示すような排ガス洗浄用海水または/および排ガスを付加磁場に位置させる磁性部材を設けている。もう一種の方案としては、その上部に図3に示すような鉄製の磁性部材を設け、その材料は、恒透磁率性を有する鉄製材料を選択して採用し、且つ酸性海水に接触させる。
Claims (10)
- 以下のステップA)とB)を含むことを特徴とする海水法による排ガスの同時脱硫脱硝方法。
A)海水による排ガスの触媒洗浄
SO2およびNOxを含有する排ガスを海水によって触媒洗浄して、排ガスにおけるSO2およびNOxを除去し、その後、脱硫脱硝後の浄化された排ガスおよび洗浄過程において形成された酸性海水を排出し、
前記触媒洗浄は、一定量の鉄イオンを含有または添加した海水によって行われる鉄触媒洗浄、または/および付加磁場に海水または/および排ガスを通過させる磁性触媒洗浄である。
B)酸性海水の水質回復
前記Aステップで排出された酸性海水に海水を混入して酸塩基中和させ、同時に空気を導入して、酸性海水の水質を環境保護の要求に適するまで回復した後排出する。 - 前記一定量の鉄イオンを含有する海水によって行われる鉄触媒洗浄は、洗浄ステップにおいて、1キログラム当たりの海水における鉄イオンが3マイクログラム〜300マイクログラム(3〜300μg/kg)である鉄イオンの濃度を有する海水によって行われる鉄触媒洗浄であることを特徴とする請求項1に記載の海水法による排ガスの同時脱硫脱硝方法。
- 前記一定量の鉄イオンを含有する海水によって行われる鉄触媒洗浄は、洗浄ステップにおいて、1キログラム当たりの海水における鉄イオンが10マイクログラム〜300マイクログラム(10〜300μg/kg)である鉄イオンの濃度を有する海水によって行われる鉄触媒洗浄であることを特徴とする請求項1に記載の海水法による排ガスの同時脱硫脱硝方法。
- 前記排ガス洗浄用海水の流量は、洗浄用海水と排ガスのアルカリ対酸の比によって選択され、
排ガス洗浄用海水のアルカリ量の値/洗浄される排ガスの酸量の値は、1〜200であり、
そのうち、排ガス洗浄用海水のアルカリ量の値は、海水のアルカリ度の値と海水の流量値の乗積値であり、当該海水のアルカリ度の値は、1リットル当たりのミリモル(mmol/L)で当該海水の総アルカリ度(ALK)を計量した時の値に等しく、海水の流量値は、当該海水を1時間当たりのミリリットル(ml/h)で計量した値に等しく、
前記洗浄される排ガスの酸量の値は、排ガスの硫黄含有濃度値と排ガスの流量値の乗積値であり、当該硫黄含有濃度値は、1標準立方メートル当たりのミリグラム(mg/Nm3)で当該排ガスのSO2濃度を計量した時の値に等しく、排ガスの流量値は、排ガスを1時間当たりの標準立方メートル(Nm3/h)で計量した値に等しくことを特徴とする請求項1に記載の海水法による排ガスの同時脱硫脱硝方法。 - 前記一定量の鉄イオンを添加した海水によって行われる鉄触媒洗浄は、酸性海水の中に鉄製部材を設置し、または/および海水に接触する鉄製材料を犠牲陽極とし、または/および一種の鉄含有溶液を添加可能な装置によって鉄イオンを添加する添加方法を採用した鉄触媒洗浄であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の海水法による排ガスの同時脱硫脱硝方法。
- 前記磁性触媒洗浄は、磁束密度が1〜6000ガウスの磁場に海水または/および排ガスを通過させる磁性触媒洗浄であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の海水法による排ガスの同時脱硫脱硝方法。
- 海水法による排ガスの同時脱硫脱硝方法に使用される同時脱硫脱硝装置であって、
海水による触媒洗浄システムと酸性海水水質回復システムを含み、
前記海水による触媒洗浄システムは、洗浄器(1)と、洗浄器の排ガス入口(2)と、洗浄器の排ガス出口(3)と、排ガス洗浄用海水入口(4)と、洗浄器の酸性海水排出口(5)と、海水における鉄イオンの含有量を増加させるための鉄製部材または鉄イオン添加装置、または/および排ガス洗浄用海水または/および排ガスを付加磁場に位置させる磁性装置と、を含み、
前記酸性海水水質回復システムは、水質回復器(6)を含み、水質回復器(6)には酸性海水通路(9)、海水通路(10)、送風機(11)および海水排出口(14)が連通され、
酸性海水注入口(7)と海水注入口(8)は、水質回復器(6)内で隣接し、
送風機(11)は、送風通路(12)を介して水質回復器(6)内に設けられた曝気口(13)と連通することを特徴とする同時脱硫脱硝装置。 - 前記鉄製部材は、洗浄器(1)に酸性海水と直接接触可能に設けられたアイアンフィラー、または/および固定されあるいは取替可能な鉄製部品であることを特徴とする請求項7に記載の同時脱硫脱硝装置。
- 前記鉄イオン添加装置は、洗浄器(1)に設けられ、鉄含有溶液注入口(1.6)と連通される注入器、または/および鉄イオン発生装置であることを特徴とする請求項7に記載の同時脱硫脱硝装置。
- 前記磁性装置は、洗浄器(1)中に設けられた磁性フィラーまたは/および磁性部材、または/および洗浄用海水または/および排ガスの通路に設けられた磁性部材であることを特徴とする請求項7に記載の同時脱硫脱硝装置。
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