JP2014176808A - Nitrous oxide treatment catalyst and purification method of exhaust gas using the nitrous oxide treatment catalyst - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば流動層処理設備から排出される排ガス中の亜酸化窒素(N2O)を分解処理する亜酸化窒素処理触媒及び亜酸化窒素処理触媒を用いた排ガスの浄化方法に関するものである。 The present invention relates to a nitrous oxide treatment catalyst for decomposing nitrous oxide (N 2 O) in exhaust gas discharged from, for example, a fluidized bed treatment facility, and an exhaust gas purification method using the nitrous oxide treatment catalyst. .
気候変動に関する政府間パネル(IPCC:Intergovernmental Panel on Climate Change)の第二次評価報告書(1995)において、温室効果ガス(Greenhouse Gas:GHG)として、二酸化炭素(CO2)、メタン(CH4)、亜酸化窒素(N2O)、ハイドロフルオロカーボン、パーフルオロカーボン、六フッ化硫黄が指定され、近年の法規制強化から温室効果ガスの削減が急務となっている。 In the second evaluation report (1995) of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), as greenhouse gases (Greenhouse Gas: GHG), carbon dioxide (CO 2 ), methane (CH 4 ) Nitrous oxide (N 2 O), hydrofluorocarbon, perfluorocarbon, and sulfur hexafluoride have been designated, and the reduction of greenhouse gases has become an urgent task due to recent stricter regulations.
この温室効果ガス(GHG)において、特に亜酸化窒素(N2O)の温暖化係数は、二酸化炭素(CO2)の310倍とされており、その発生量の低減が切望されている。 In this greenhouse gas (GHG), the global warming coefficient of nitrous oxide (N 2 O) is 310 times that of carbon dioxide (CO 2 ), and there is an urgent need to reduce its generation amount.
そこで、従来において、循環流動層ボイラでのフリーボード部での温度を850〜950℃と高温に維持して温室効果ガスであるN2Oの低減を図ることが提案されている(特許文献1)。
また、以前から高濃度の亜酸化窒素(N2O)を分解する方法も提案されている(特許文献2、3)。
Therefore, conventionally, it has been proposed to reduce the N 2 O, which is a greenhouse gas, by maintaining the temperature in the free board section of the circulating fluidized bed boiler at a high temperature of 850 to 950 ° C. (Patent Document 1). ).
In addition, a method for decomposing a high concentration of nitrous oxide (N 2 O) has been proposed (Patent Documents 2 and 3).
ところで、特許文献1の流動層設備において、高温(850℃以上)で運転する場合には、亜酸化窒素(N2O)の発生量は低減されるものの、高温燃焼により排ガス中の飛灰の溶融や、灰付着の問題が後流側の対流伝熱部で発生する。よって、循環流動層ボイラにおいては、900℃を超えての高温燃焼を行うことは装置面および運転面で制約が多い、という問題がある。
Meanwhile, in a fluidized bed
そこで、流動層処理設備における安定運転温度の800〜900℃での運転を行いつつ、排ガス中の亜酸化窒素(N2O)の低減を図る亜酸化窒素処理触媒の出現が切望されている。 Therefore, the appearance of a nitrous oxide treatment catalyst that reduces nitrous oxide (N 2 O) in exhaust gas while operating at a stable operation temperature of 800 to 900 ° C. in a fluidized bed treatment facility is eagerly desired.
また、前述した特許文献2及び3の触媒は、ゼオライト等を担体とし、例えばロジウム等の触媒金属を担持するものであるが、触媒金属のロジウムは排ガス中に含まれる硫黄(S)分には極めて弱く、被毒しやすいので、例えばバイオマス燃料や、石炭燃料等の硫黄(S)分が多い排ガス中の亜酸化窒素の分解処理用の触媒として適さない、という問題がある。
In addition, the catalysts of
本発明は、前記問題に鑑み、例えばバイオマス燃料や、石炭燃料等の硫黄(S)分が多い排ガス中の亜酸化窒素を分解処理することができる亜酸化窒素処理触媒及び亜酸化窒素処理触媒を用いた排ガスの浄化方法を提供することを課題とする。 In view of the above problems, the present invention provides, for example, a nitrous oxide treatment catalyst and a nitrous oxide treatment catalyst capable of decomposing nitrous oxide in exhaust gas rich in sulfur (S) such as biomass fuel and coal fuel. It is an object to provide a method for purifying exhaust gas used.
上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、硫黄(S)分が多い排ガス中の亜酸化窒素を分解する亜酸化窒素処理触媒であって、シリカ及びアルミナ担体に、鉄を活性金属として担持してなると共に、強酸の割合が、強酸と弱酸との合計量に対して多いことを特徴とする亜酸化窒素処理触媒にある。 A first invention of the present invention for solving the above-described problem is a nitrous oxide treatment catalyst for decomposing nitrous oxide in exhaust gas having a high sulfur (S) content, and iron is applied to silica and an alumina carrier. The nitrous oxide treatment catalyst is characterized in that it is supported as an active metal and the ratio of strong acid is larger than the total amount of strong acid and weak acid.
第2の発明は、第1の発明において、前記強酸は、ピリジン吸着法により求め、450℃以上で脱離するピリジン量の割合を強酸量とすることを特徴とする亜酸化窒素処理触媒にある。 A second invention is the nitrous oxide treatment catalyst according to the first invention, wherein the strong acid is obtained by a pyridine adsorption method, and a ratio of the amount of pyridine desorbed at 450 ° C. or higher is a strong acid amount. .
第3の発明は、第1又は2の発明において、前記鉄が3価状態であることを特徴とする亜酸化窒素処理触媒にある。 A third invention is the nitrous oxide treatment catalyst according to the first or second invention, wherein the iron is in a trivalent state.
第4の発明は、第1乃至3のいずれか一つの発明において、還元剤として、アンモニア、メタノール、イソプロピルアルコールを用いることを特徴とする亜酸化窒素処理触媒にある。 A fourth invention is the nitrous oxide treatment catalyst according to any one of the first to third inventions, wherein ammonia, methanol, and isopropyl alcohol are used as the reducing agent.
第5の発明は、第1乃至4のいずれか一つの亜酸化窒素処理触媒を用い、亜酸化窒素を含む排ガスと接触させて、亜酸化窒素を分解処理することを特徴とする亜酸化窒素処理触媒を用いた排ガスの浄化方法にある。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a nitrous oxide treatment characterized in that the nitrous oxide treatment catalyst according to any one of the first to fourth aspects is used and brought into contact with exhaust gas containing nitrous oxide to decompose the nitrous oxide. An exhaust gas purification method using a catalyst.
第6の発明は、第5の発明において、前記排ガスが、循環流動層ボイラから排出された後の熱交換器の間又はその後流側であることを特徴とする亜酸化窒素処理触媒を用いた排ガスの浄化方法にある。 A sixth invention uses the nitrous oxide treatment catalyst according to the fifth invention, wherein the exhaust gas is between or after the heat exchanger after being discharged from the circulating fluidized bed boiler. Exhaust gas purification method.
第7の発明は、第5の発明において、前記排ガスが、循環流動層ボイラから排出された後の除塵手段の後流側であることを特徴とする亜酸化窒素処理触媒を用いた排ガスの浄化方法にある。 A seventh aspect of the invention relates to the purification of exhaust gas using the nitrous oxide treatment catalyst according to the fifth aspect of the invention, wherein the exhaust gas is on the downstream side of the dust removing means after being discharged from the circulating fluidized bed boiler. Is in the way.
第8の発明は、第5の発明において、前記排ガスが、循環流動層ボイラから排出された後の除塵手段の後流側であると共に、除塵された排ガスを熱交換器により再度加熱したものであることを特徴とする亜酸化窒素処理触媒を用いた排ガスの浄化方法にある。 According to an eighth invention, in the fifth invention, the exhaust gas is on the downstream side of the dust removing means after being discharged from the circulating fluidized bed boiler, and the exhaust gas after the dust removal is heated again by a heat exchanger. There exists in the purification method of the waste gas using the nitrous oxide processing catalyst characterized by being.
本発明によれば、例えばバイオマス燃料や、石炭燃料等の硫黄(S)分が多い排ガス中の亜酸化窒素の分解処理に用いて好適である。 According to the present invention, for example, it is suitable for use in the decomposition treatment of nitrous oxide in exhaust gas containing a large amount of sulfur (S) such as biomass fuel and coal fuel.
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by this Example, Moreover, when there exists multiple Example, what comprises combining each Example is also included.
本発明に係る亜酸化窒素処理触媒及び亜酸化窒素処理触媒を用いた排ガスの浄化方法について、以下説明する。
本亜酸化窒素処理触媒は、硫黄(S)分が多い排ガス中の亜酸化窒素を分解する亜酸化窒素処理触媒であって、シリカ及びアルミナ担体に、鉄を活性金属として担持してなると共に、触媒の酸性質である強酸の割合が、強酸と弱酸との合計量に対して多いものである。
特に強酸の割合が50%以上、より好ましくは80%以上とするのが好ましい。
The nitrous oxide treatment catalyst and the exhaust gas purification method using the nitrous oxide treatment catalyst according to the present invention will be described below.
The present nitrous oxide treatment catalyst is a nitrous oxide treatment catalyst for decomposing nitrous oxide in exhaust gas containing a large amount of sulfur (S). The nitrous oxide treatment catalyst carries iron as an active metal on a silica and alumina carrier, The ratio of the strong acid that is the acid property of the catalyst is larger than the total amount of the strong acid and the weak acid.
In particular, the ratio of strong acid is preferably 50% or more, more preferably 80% or more.
また、担持される金属触媒は鉄であると共に、3価状態であることが、亜酸化窒素の分解処理に良好であるので、特に好ましい。金属触媒として鉄を用いるのは、排ガス成分中に含まれる硫黄(S)分による被毒による影響が、例えばロジウム等に較べて小さいからである。 Further, it is particularly preferable that the supported metal catalyst is iron and is in a trivalent state because it is good for the decomposition treatment of nitrous oxide. The reason why iron is used as the metal catalyst is that the influence of poisoning due to sulfur (S) contained in the exhaust gas component is smaller than that of, for example, rhodium.
また、亜酸化窒素の分解処理に際して、還元剤として、アンモニア、尿素などの窒素系還元剤、メタン、エタン、プロパン、プロピレン、メタノール、ジメチルエーテル等の炭化水素系還元剤、水素、CO等を挙げることができる。特に、アンモニア、メタノール、イソプロピルアルコールを用いることが好ましい。 In the decomposition treatment of nitrous oxide, examples of the reducing agent include nitrogen-based reducing agents such as ammonia and urea, hydrocarbon-based reducing agents such as methane, ethane, propane, propylene, methanol, and dimethyl ether, hydrogen, CO, and the like. Can do. In particular, it is preferable to use ammonia, methanol, or isopropyl alcohol.
ここで、触媒の酸性質の「強酸」及び「弱酸」の割合は、ピリジン吸着法により求め、450℃以上で脱離するピリジン量の割合を強酸量としている。 Here, the ratio of “strong acid” and “weak acid” in the acid nature of the catalyst is determined by a pyridine adsorption method, and the ratio of the amount of pyridine desorbed at 450 ° C. or higher is defined as the amount of strong acid.
ピリジン吸着法による強酸及び弱酸は、ピリジンの昇温脱離法(TPD)の結果より求めている。 The strong acid and the weak acid obtained by the pyridine adsorption method are obtained from the result of the temperature programmed desorption method (TPD) of pyridine.
ピリジンの昇温脱離法(TPD)について、以下説明する。
先ず、反応管に所定量の触媒を充填し、最初にヘリウム(He)流通下でピリジンをパルス状態で導入し、その反応管の出口側から漏れ出るピリジン量が一定となるまでこの操作を行う。
そして、反応管の出口側から漏れ出るピリジン量が一定になったことを確認した後、触媒の昇温を開始する。そして、触媒より脱離するピリジンをガスクロマトグラフィーの水素炎イオン検出器(FID)で計り、温度と脱離量とをプロットして、ピリジンの昇温脱離法(TPD)によるプロファイルを求める。
The temperature programmed desorption method (TPD) of pyridine will be described below.
First, a predetermined amount of catalyst is filled in a reaction tube, pyridine is first introduced in a pulsed state under a flow of helium (He), and this operation is performed until the amount of pyridine leaking from the outlet side of the reaction tube becomes constant. .
Then, after confirming that the amount of pyridine leaking from the outlet side of the reaction tube has become constant, the temperature rise of the catalyst is started. Then, pyridine desorbed from the catalyst is measured with a flame ion detector (FID) of gas chromatography, and the temperature and desorption amount are plotted to obtain a profile of pyridine by the temperature programmed desorption method (TPD).
図1は、本発明に係る試験品と比較品とのピリジンの昇温脱離法(TPD)によるプロファイルを示す図である。 FIG. 1 is a view showing profiles of a test product according to the present invention and a comparative product by temperature programmed desorption (TPD) of pyridine.
測定条件の一例を以下に示す。
反応管:石英管(5×3×200mm)
計測器:ガスクロマトグラフィー、水素炎イオン検出器(FID)
キャリアガス:He(10cc/分) カラム温度:150℃
触媒量:触媒(6.3mg)、石英粉末(25.0mg)
ピリジン:0.3μl注入/1回パルス
試験温度:吸着温度(150℃)
脱離温度(150〜800℃(昇温速度:26℃/分))
An example of measurement conditions is shown below.
Reaction tube: Quartz tube (5 × 3 × 200 mm)
Measuring instrument: Gas chromatography, Hydrogen flame ion detector (FID)
Carrier gas: He (10 cc / min) Column temperature: 150 ° C
Catalyst amount: catalyst (6.3 mg), quartz powder (25.0 mg)
Pyridine: 0.3 μl injection / single pulse Test temperature: Adsorption temperature (150 ° C.)
Desorption temperature (150 to 800 ° C. (heating rate: 26 ° C./min))
試験品の触媒は、SiO2/Al2O3比が28.9、比表面積が300m2/g以上、鉄(Fe2O3)担持量が2.8wt%とした。
比較品の触媒は、SiO2/Al2O3比が23.5、比表面積が500m2/g以上、鉄(Fe2O3)担持量が3.5wt%とした。
The catalyst of the test product had an SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of 28.9, a specific surface area of 300 m 2 / g or more, and an iron (Fe 2 O 3 ) loading of 2.8 wt%.
The comparative catalyst had a SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of 23.5, a specific surface area of 500 m 2 / g or more, and an iron (Fe 2 O 3 ) loading of 3.5 wt%.
この結果を図1及び表1に示す。
図1及び表1において、ピークαは温度280℃、ピークβは温度365℃で弱酸点を示し、ピークγは温度490℃、ピークδは温度650℃で強酸点を示しており、このピークにおいて、弱酸及び強酸の割合を求めた。
The results are shown in FIG.
In FIG. 1 and Table 1, peak α shows a weak acid point at a temperature of 280 ° C., peak β shows a weak acid point at a temperature of 365 ° C., peak γ shows a temperature of 490 ° C., and peak δ shows a strong acid point at a temperature of 650 ° C. The proportions of weak acid and strong acid were determined.
図1に示すように、試験品の触媒のプロファイル(実線)は、強酸の割合が多い(1023/1255=0.815)ものである。
これに対し、比較品の触媒のプロファイル(破線)は、強酸の割合が小さい(450/890=0.506)ものである。
As shown in FIG. 1, the catalyst profile (solid line) of the test product has a high ratio of strong acid (1023/1255 = 0.815).
On the other hand, the catalyst profile (broken line) of the comparative product has a small ratio of strong acid (450/890 = 0.506).
また、担持している鉄が2価の状態であるか、3価の状態であるかを、FeゼオライトのXPS(X線光電子分光法)スペクトルから求めた。
この結果を図2に示す。
In addition, it was determined from the XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) spectrum of Fe zeolite whether the supported iron was in a divalent state or a trivalent state.
The result is shown in FIG.
図2は、FeゼオライトのXPS(X線光電子分光法)スペクトルを示す図である。図2に示すように、試験品のほうが、比較品に較べて、3価の状態を示すピークが大きいものであった。これにより、3価の鉄の状態が、触媒機能が発揮される。 FIG. 2 is a diagram showing an XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) spectrum of Fe zeolite. As shown in FIG. 2, the test product had a larger peak indicating the trivalent state than the comparative product. Thereby, the catalytic function is exhibited in the state of trivalent iron.
この触媒を用いて、亜酸化窒素を含む模擬ガスを用いて、亜酸化窒素の除去率の性能を比較した。試験条件及びガス組成を表2に示す。この際、還元剤としてはアンモニアを用いた。
試験品と比較品のSiO2/Al2O3比、Fe2O3量、N2O分解性能、弱酸、強酸、弱酸と強酸の総量を各々表3に示す。
Using this catalyst, the performance of the removal rate of nitrous oxide was compared using a simulated gas containing nitrous oxide. Table 2 shows the test conditions and gas composition. At this time, ammonia was used as the reducing agent.
Table 3 shows the SiO 2 / Al 2 O 3 ratio, Fe 2 O 3 content, N 2 O decomposition performance, weak acid, strong acid, and total amount of weak acid and strong acid for the test product and comparative product, respectively.
図3は、試験品及び比較品の触媒温度とN2O除去率との結果を示す図である。図3の結果より、試験品の500℃での除去率を1とすると、比較品は、約半分の0.5程度と、亜酸化窒素の分解力が小さいものであった。 FIG. 3 is a graph showing the results of the catalyst temperature and N 2 O removal rate of the test product and the comparative product. From the results of FIG. 3, assuming that the removal rate at 500 ° C. of the test product is 1, the comparative product is about half, about 0.5, and the decomposition power of nitrous oxide is small.
以上より、硫黄(S)分が多い排ガス中に含まれる亜酸化窒素を分解する場合、シリカ及びアルミナ担体に、鉄を活性金属として担持してなると共に、強酸の割合が、強酸と弱酸との合計量に対して多い触媒を用いることが良いことが判明した。また、強酸の割合が50%以上、より好ましくは80%以上とするのが好ましいものである。 From the above, when decomposing nitrous oxide contained in exhaust gas containing a large amount of sulfur (S), iron and iron are supported on silica and alumina carriers, and the ratio of strong acid is between strong acid and weak acid. It has been found that it is better to use a larger amount of catalyst relative to the total amount. Further, it is preferable that the ratio of the strong acid is 50% or more, more preferably 80% or more.
さらに、金属触媒としては、鉄を用いると共に、3価状態であることが、亜酸化窒素の分解処理に好ましいものとなる。
また、鉄の担持量は、2〜5重量%好適には、2〜3重量%とするのが好ましい。
Further, as the metal catalyst, it is preferable to use iron and to be in a trivalent state for the decomposition treatment of nitrous oxide.
Also, the iron loading is 2 to 5% by weight, preferably 2 to 3% by weight.
次に、本発明の亜酸化窒素処理触媒を用い、亜酸化窒素を含む排ガスの浄化方法について説明する。 Next, a method for purifying exhaust gas containing nitrous oxide using the nitrous oxide treatment catalyst of the present invention will be described.
本発明に係る亜酸化窒素を含む排ガスの浄化方法は、亜酸化窒素を含む排ガスを亜酸化窒素分解触媒と接触させて、排ガスに含まれる亜酸化窒素を分解するものである。 In the method for purifying exhaust gas containing nitrous oxide according to the present invention, exhaust gas containing nitrous oxide is brought into contact with a nitrous oxide decomposition catalyst to decompose nitrous oxide contained in the exhaust gas.
前記亜酸化窒素を含む排ガスとしては、例えば流動層ボイラ、循環流動層ボイラからのガス中に硫黄(S)分の濃度が多い排出ガスを挙げることができる。 Examples of the exhaust gas containing nitrous oxide include exhaust gas having a high concentration of sulfur (S) in gas from a fluidized bed boiler and a circulating fluidized bed boiler.
また、循環流動層ボイラから排出された後の熱交換器群の間又はその後流側に、亜酸化窒素処理触媒を有する触媒部を設置し、ボイラ排ガス中の亜酸化窒素を分解処理するようにしている。 In addition, a catalyst part having a nitrous oxide treatment catalyst is installed between or after the heat exchangers after being discharged from the circulating fluidized bed boiler so as to decompose nitrous oxide in the boiler exhaust gas. ing.
また、循環流動層ボイラから排出された後の除塵手段の後流側に、亜酸化窒素処理触媒を有する触媒部を設置し、ボイラ排ガス中の亜酸化窒素を分解処理するようにしている。 In addition, a catalyst part having a nitrous oxide treatment catalyst is installed on the downstream side of the dust removing means after being discharged from the circulating fluidized bed boiler so as to decompose nitrous oxide in the boiler exhaust gas.
また、循環流動層ボイラから排出された後の除塵手段の後流側であると共に、除塵された排ガスを熱交換器により再度加熱した後流側に、亜酸化窒素処理触媒を有する触媒部を設置し、ボイラ排ガス中の亜酸化窒素を分解処理するようにしている。 In addition, a catalyst unit having a nitrous oxide treatment catalyst is installed on the downstream side of the dust removal means after being discharged from the circulating fluidized bed boiler and on the downstream side of the dust-removed exhaust gas heated again by the heat exchanger. In addition, nitrous oxide in boiler exhaust gas is decomposed.
次に、本発明の亜酸化窒素処理触媒を用いた触媒部として、ボイラ煙道に介装される伝熱部に設置される「第1〜2の静置型触媒部」、バグフィルタ等の除塵手段の後流側に設置される「第3の静置型触媒部」を備えた流動層処理システムについて説明する。 Next, as a catalyst part using the nitrous oxide treatment catalyst of the present invention, "first and second stationary catalyst parts" installed in a heat transfer part interposed in a boiler flue, dust removal such as a bag filter A fluidized bed processing system including a “third stationary catalyst unit” installed on the downstream side of the means will be described.
図4は、実施例2に係る第1の形態の流動層処理システムの概略図である。図7は、アンモニアとプロピレンを用いたN2O及びNOx除去率の関係図である。図8は、炉内供給触媒の供給量とN2O及びNOxの濃度との関係図である。
図4に示すように、本実施例に係る流動層処理システム10Aは、供給される燃料(バイオマス燃料F1、石炭燃料F2、石油コークス燃料F3)Fを流動層燃焼処理する循環流動層ボイラ11と、循環流動層ボイラ11から排出される燃焼排ガス12の熱を回収する伝熱部13と、前記伝熱部13の後流側に設けられ、前記循環流動層ボイラ11に供給する空気14を予熱する空気予熱器15と、前記空気予熱器15の後流側に設けられ、燃焼排ガス12中の煤塵を除塵する除塵装置であるバグフィルタ16とを具備すると共に、前記伝熱部13が少なくとも一以上の過熱器(本実施例では2つの過熱器13a1、13a2)と、少なくとも一以上の節炭器(本実施例では2つの節炭器13b1、13b2)とを有し、前記伝熱部13内に、少なくとも一以上の第1の静置型触媒部17を設け、燃焼排ガス12中のN2Oを除去するものである。
図4中、符号18は煙突、L1〜L4は、燃焼排ガスライン、L11〜L13は燃料供給ライン、L14は循環流動層ボイラ11に空気14を供給する空気供給ライン、L15は循環流動層ボイラ11に起動用燃料22を供給する起動用燃料供給ラインを図示する。
FIG. 4 is a schematic diagram of a fluidized bed processing system according to a first embodiment according to the second embodiment. FIG. 7 is a relationship diagram of N 2 O and NOx removal rates using ammonia and propylene. FIG. 8 is a relationship diagram between the supply amount of the in-furnace supply catalyst and the concentrations of N 2 O and NOx.
As shown in FIG. 4, the fluidized
In FIG. 4,
本実施例では、伝熱部13の2次過熱器13a2と1次節炭器13b1との間、1次節炭器13b1と2次節炭器13b2との間の2箇所に、各々第1の静置型触媒部17を設けているが、本発明はこれに限定されるものではない。
In the present embodiment, the
循環流動層ボイラ11からの灰23は、ベットアッシュクーラ35で冷却されて、別途回収・処理される。
また、バグフィルタ16で回収された灰26は、灰回収ラインL5を介して灰26中の金属を回収する金属回収手段24に送られ、ここで回収金属25を分離した後、別途回収・処理される。
金属回収手段24で回収された回収金属25は、煙道内触媒供給部27により、燃焼排ガスラインL3内に供給しており、煙道内での金属触媒作用を発揮させている。
The
Further, the
Metal recovery means recovering
また、バグフィルタ16の前流側の燃焼排ガスラインL3に、図示しない触媒供給手段から触媒(Fe粉、活性炭等)を噴霧・添加し、排ガス中のN2Oを更に分解するようにしてもよい。
Further, a catalyst (Fe powder, activated carbon, etc.) is sprayed and added to a combustion exhaust gas line L 3 on the upstream side of the
また、本実施例では、伝熱部13の後流側の燃焼排ガスラインL2に第2の静置型触媒部28を更に介装しており、通常は、バイパス排ガスラインL6に燃焼排ガス12を流すようにしている。
そして、必要に応じて、切替弁29を切替て、第2の静置型触媒部28を通過させて、燃焼排ガス12中のN2Oを除去するようにしている。
In the present embodiment, the second
Then, if necessary, the switching
さらに、本実施例では、循環流動層ボイラ11内に、触媒ラインL7を介して炉内供給触媒31を供給する炉内触媒供給部32を設けており、循環流動層ボイラ11から排出される燃焼排ガス12中のN2Oの除去を行うようにしている。
Furthermore, in the present embodiment, an in-furnace
本実施例における伝熱部13内に設ける第1の静置型触媒部17及び第2の静置型触媒部28で各々用いられるN2Oを還元・除去する触媒としては、前述した実施例1のシリカ及びアルミナ担体に、鉄を活性金属として担持してなると共に、触媒の酸性質である強酸の割合が、強酸と弱酸との合計量に対して多い亜酸化窒素処理触媒を用いている。
この静置型触媒の形状としては、ハニカム型触媒とすることが好ましい。
As a catalyst for reducing and removing N 2 O used in each of the first
The stationary catalyst is preferably a honeycomb catalyst.
伝熱部13でも2次過熱器13a2の後流側では、燃焼排ガス12の温度は、500℃以下、1次節炭器13b1の後流側では、350℃程度であるので、鉄系、銅系触媒等が触媒機能を発揮する。
また、ハニカム型触媒の触媒機能を発揮させるために、必要に応じて図示しない加熱手段(間接加熱又は直接加熱)により、触媒活性を高めるようにしている。
Even in the
Further, in order to exhibit the catalytic function of the honeycomb type catalyst, the catalytic activity is enhanced by heating means (indirect heating or direct heating) (not shown) as necessary.
また、第1の静置型触媒部17及び第2の静置型触媒部28の触媒形状としては、ハニカム型触媒が好適である。
Moreover, as the catalyst shapes of the first
本実施例では、循環流動層ボイラ11から排出される燃焼排ガス12中の煤塵を除去するための、セラミックフィルタ19を伝熱部13の前流側に設けており、第1の静置型触媒部17及び第2の静置型触媒部28で用いられる触媒被毒の防止を図っている。
このセラミックフィルタ19には、その設置場所が900℃程度の高温環境であるので、高温耐久性を有するアルミナを主成分とする触媒を担持することができる。
これにより、N2Oを効率よく除去することができる。
In the present embodiment, a
Since this
Thereby, N 2 O can be efficiently removed.
また、本実施例においては、セラミックフィルタ19の前流側において、燃焼排ガス12中に還元剤20を供給する還元剤供給部21が設けられている。
ここで、還元剤20を供給して伝熱部13に設けた第1の静置型触媒部17での還元処理を促進している。
In the present embodiment, a reducing
Here, the reducing
この還元剤20としては、例えばアンモニア、尿素などの窒素系還元剤、メタン、エタン、プロパン、プロピレン、メタノール、ジメチルエーテル等の炭化水素系還元剤、水素、CO等を挙げることができる。
Examples of the reducing
特に、還元剤20として、プロピレンは、図7に示すように、N2Oの除去率が、アンモニアよりも高いので、N2O除去を図る点で好ましい。
この試験は、触媒が鉄系触媒を用い、燃焼温度は500℃とし、模擬燃焼排ガス中にN2Oを含ませ、還元剤(アンモニア:114ppm、プロピレン:140ppm)の相違によるN2O除去率を求めた。
In particular, as the reducing
This test uses an iron catalyst as the catalyst, the combustion temperature is 500 ° C., N 2 O is included in the simulated combustion exhaust gas, and the N 2 O removal rate due to the difference in the reducing agent (ammonia: 114 ppm, propylene: 140 ppm). Asked.
図7の結果に示すように、アンモニアは脱硝の還元剤としては、有効であるが、N2Oの除去率はやや低い(70%)ものであった。
これに対し、プロピレンは、脱硝機能としては無効であるが、N2Oの除去率は97%と高いものであった。
As shown in the results of FIG. 7, ammonia is effective as a reducing agent for denitration, but the removal rate of N 2 O was slightly low (70%).
In contrast, propylene was ineffective as a denitration function, but the N 2 O removal rate was as high as 97%.
燃焼排ガス12中のN2O濃度が所定閾値を超えた際、還元剤20の供給量を徐々に増加するようにして、N2Oの除去を効率よく行うようにしている。
When the N 2 O concentration in the
なお、還元剤20を供給しない場合においても、静置型触媒部の触媒活性で、N2Oを除去することができる場合には、必要に応じて還元剤20を適宜供給するようにすればよく、必ずしも供給するものではない。
Even when the reducing
ここで、燃焼排ガス12中に含まれるN2Oの含有量は、N2O計測計(N2Oセンサ)30により求めるようにしており、例えば循環流動層ボイラ11の後流側の燃焼排ガスラインL1、伝熱部13の後流側の燃焼排ガスラインL2、第2の静置型触媒部28の後流側の燃焼排ガスラインL2等の必要箇所に各々設け、N2O濃度を計測するようにしている。
Here, the content of N 2 O contained in the
N2Oセンサ30としては、例えば非分散形赤外線吸収法(NDIR法)による検出器、ガスクロマトグラフ・電子捕獲型検出器(Electron Capture Detector:ECD)を例示することができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Examples of the N 2 O sensor 30 include a detector using a non-dispersive infrared absorption method (NDIR method) and a gas chromatograph / electron capture detector (ECD). It is not limited to.
そして、燃焼排ガス12中のN2O濃度が高い場合には、循環流動層ボイラ11の燃焼の制御、燃料種の変更、還元剤20の種類の変更等を適宜行い、N2Oの排出量が所定の排出基準を保持するようにしている。
When the N 2 O concentration in the
ここで、燃料の制御によるN2Oの排出量の低減を図る手段について説明する。
燃料Fとして、石炭燃料F2等に較べてN2Oの発生量が少ない例えばバイオマス燃料F1のほかに、例えば廃棄タイヤ、産業廃棄物固化物(例えばごみ固形燃料(Refuse Derived Fuel:RDF、Refuse Paper & Plastic Fuel:RPF)等)、汚泥灰燃料等を用いることができる。
Here, means for reducing the N 2 O emission amount by controlling the fuel will be described.
As the fuel F, for example, in addition to the biomass fuel F 1 , which generates less N 2 O than the coal fuel F 2 or the like, for example, waste tires, industrial waste solidified materials (for example, Refuse Derived Fuel: RDF, Refuse Paper & Plastic Fuel (RPF)), sludge ash fuel, etc. can be used.
先ず、燃料Fとして、例えばバイオマス燃料F1を用いて、循環流動層ボイラ11で燃焼を開始する。燃焼開始温度は、通常循環流動層ボイラ11での好適燃焼温度である800℃から850℃の上限温度である850℃からとする。
First, as the fuel F, for example, biomass fuel F 1 is used, and combustion is started in the circulating
一般にバイオマス燃料F1の燃焼ではN2Oの発生は少ないとされているが、バイオマス燃料F1の組成や種類の相違等から、この850℃で燃焼を所定時間を継続すると、N2O濃度が所定基準値(例えば10ppm)に達する場合がある。
この所定基準に達した際には、燃焼温度を少し高く(例えば860℃)設定し、高温燃焼によりN2Oの発生量の低減を図る。
In general, the combustion of biomass fuel F 1 is considered to generate little N 2 O, but due to differences in the composition and type of biomass fuel F 1 , if combustion is continued for a predetermined time at 850 ° C., the concentration of N 2 O May reach a predetermined reference value (for example, 10 ppm).
When this predetermined standard is reached, the combustion temperature is set slightly higher (for example, 860 ° C.), and the amount of N 2 O generated is reduced by high-temperature combustion.
これにより、バイオマス燃料F1を用いて、低N2Oの燃焼を維持することができる。
この伝熱部13のN2Oの除去が適正である場合には、後流側の第2の静置型触媒部28及び煙道内触媒供給部27での触媒が不要となる。
Thus, by using the biomass fuel F 1, it is possible to maintain the combustion of the low N 2 O.
When the removal of N 2 O in the
よって、この場合には、第2の静置型触媒部28をバイパスするバイパス排ガスラインL6に燃焼排ガス12を通過させていると共に、回収金属25の供給は停止している。
これに対し、伝熱部13の後流側の燃焼排ガスラインL2及び第2の静置型触媒部28の後流側の燃焼排ガスラインL2に設置したN2Oセンサ30で、N2O濃度が所定値(10ppm)を超える場合には、第2の静置型触媒部28を通過するように再加熱部34と第2の静置型触媒部28との間に介装された切替弁29を切替、又は回収金属25の供給を開始して、N2Oの除去をするようにしている。
Therefore, in this case, the
In contrast, in N 2 O sensor 30 installed in the combustion exhaust gas line L 2 of the downstream side of the downstream side of the combustion exhaust gas line L 2 and the second electrostatic standing
なお、通常の所定値(N2O:10ppm)以下であっても、これらの触媒を通過及び供給することで、N2Oが除去されるので、煙突18から外部に排出するN2Oの排出濃度を下げることに寄与できる。
In addition, even if it is below a normal predetermined value (N 2 O: 10 ppm), N 2 O is removed by passing and supplying these catalysts. Therefore, N 2 O discharged from the
そして、燃焼温度上昇によるN2Oの低減措置を図って、例えば900℃に達した場合には、燃料Fを例えばバイオマス燃料F1から石炭燃料F2、石油コークス燃料F3に切替て、流動層燃焼を継続する。 Then, when measures are taken to reduce N 2 O by increasing the combustion temperature, for example, when the temperature reaches 900 ° C., the fuel F is switched from, for example, biomass fuel F 1 to coal fuel F 2 and petroleum coke fuel F 3 to flow Continue layer combustion.
固定炭素が多い石炭燃料F2や石油コークス燃料F3を用いて燃焼する場合には、静置型の触媒によるN2Oの除去に加えて、さらに炉内触媒供給部32から炉内供給触媒31を循環流動層ボイラ11内に徐々に投入して、循環流動状態でN2Oを分解・除去し、循環流動層ボイラ11から排出する燃焼排ガス12のN2O濃度をバイオマス燃料F1の排出量と同等程度までN2Oセンサ30で監視しつつ低下させるようにしている。
When combustion is performed using coal fuel F 2 or petroleum coke fuel F 3 having a large amount of fixed carbon, in addition to removal of N 2 O by a stationary catalyst, an in-
これにより、静置型の触媒では、バイオマス燃料F1を用いた場合の燃焼排ガス12中のN2O濃度と同様の第1の静置型触媒部17、第2の静置型触媒部28での処理でN2Oの低減を図ることができる。
Thus, in the catalyst of the static standing, treatment with biomass fuels N of the
ここで、炉内供給触媒31としては、例えば酸化アルミニウム(アルミナ:Al2O3)、酸化カルシウム(CaO)等を用いることができる。
Here, as the
ここで、循環流動層ボイラ11に供給する炉内供給触媒31の供給量は、流動材と完全に置換する100%としてもよい。なお、この場合は炉内供給触媒31の供給量が多くなるので、ランニングコストが高くなる。
Here, the supply amount of the in-
また、図7を用いて前述したように、アンモニアは脱硝の還元剤としては、有効であるが、N2Oの除去率はやや低い(70%)ものである。
これに対し、プロピレンは、脱硝機能としては無効であるが、N2Oの除去率は97%と高いものとなる。
よって、炉内供給触媒31を供給すると共に、還元剤20を用いる場合においては、最初還元剤として、プロピレンを用い、その後、炉内供給触媒31であるアルミナの供給が30wt%を超える場合に、還元剤としてアンモニアに切替ることで、効率的なN2Oの除去を行うことができる。
As described above with reference to FIG. 7, ammonia is effective as a reducing agent for denitration, but the removal rate of N 2 O is slightly low (70%).
On the other hand, propylene is ineffective as a denitration function, but the N 2 O removal rate is as high as 97%.
Therefore, in the case where the in-
これは、炉内供給触媒31としてアルミナを供給する場合、その供給当初は、NOxの発生はないので、プロピレンを用いて、N2O除去を行うようにしている。そして、アルミナの供給量が増加して酸化触媒としての作用によりNOxの発生が多くなるアルミナ供給が30wt%を超える際に、プロピレンからアンモニアに還元剤20を切替え、脱硝を効率よく行うようにしている。
この還元剤20をアンモニアに切り替えても、図8に示すように、N2Oの濃度は低下しているので、プロピレンに較べてN2O除去効率がやや低いものであっても、N2O除去は確実に行われることとなる。
In this case, when alumina is supplied as the in-
Be switched reducing
このようにして、バイオマス燃料F1から石炭燃料F2、石油コークス燃料F3に順次切り替えて、循環流動層ボイラ11で燃焼させた結果、N2Oセンサ30で、所定基準値を超えるような場合には、もはやこれ以上運転を継続すると、基準値以上のN2Oが燃焼排ガス12と共に外部に放出されるので、現状の燃料状態(例えば石油コークス燃料F3)から、N2Oの排出が少ないバイオマス燃料F1に切替、850℃での燃焼から再スタートする。
これにより、N2Oの排出の少ないバイオマス燃料F1を用いて、運転を継続することができる。
In this manner, the biomass fuel F 1 is sequentially switched from the coal fuel F 2 to the petroleum coke fuel F 3 and burned in the circulating
Thus, by using the biomass fuel F 1 low emissions of N 2 O, it is possible to continue the operation.
以上、実施例と共に説明したように、本発明によれば、種類の異なる燃料を用いて流動層ボイラで燃焼する場合において、燃焼排ガス中のN2Oの除去を効率的に行うことができる。これにより温暖化係数が二酸化炭素(CO2)の310倍と高いN2Oの排出の少ない流動層ボイラ燃焼を行うことができる。 As described above with reference to the embodiments, according to the present invention, N 2 O in combustion exhaust gas can be efficiently removed when combustion is performed in a fluidized bed boiler using different types of fuel. As a result, the fluidized bed boiler combustion can be performed with a low warming coefficient of 310 times that of carbon dioxide (CO 2 ) and low N 2 O emission.
なお、炉内供給触媒を用いて、循環流動層ボイラ11内での炉内混合型触媒方法による、N2Oの分解処理には、投入触媒の消費量がそのままランニングコストになるため、定常的に運用するのは困難な場合もある。
しかしながら、燃料種が多種多様でしかも工場操業等の負荷変動に追従しなければならない場合に、ランニングコストが低い静置型触媒部17、28によるN2Oの分解処理との併用型とすることにより、N2Oの排出の少ない流動層ボイラ燃焼を行うことができる。
Note that, in the decomposition treatment of N 2 O by the in-furnace mixed catalyst method in the circulating
However, when the fuel type is various and it is necessary to follow load fluctuations such as factory operation, the combined use with the decomposition treatment of N 2 O by the
また、本実施例では、流動層ボイラとして循環型の循環流動層ボイラを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば気泡型の流動層ボイラにも適用することができる。 Further, in this embodiment, the circulating type circulating fluidized bed boiler is used as the fluidized bed boiler. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to, for example, a bubble type fluidized bed boiler. it can.
図5は、実施例2に係る第2の形態の流動層処理システムの概略図である。実施例2の第1の形態の流動層処理システム10Aの構成と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図5に示すように、本実施例に係る流動層処理システム10Bは、バグフィルタ16の後流側の燃焼排ガスラインL4から排ガスを分岐した後、循環流動層ボイラ11側へ戻る分岐・循環ラインL8を設け、この分岐・循環ラインL8に熱交換器36及び第3の静置型触媒部37を介装している。
FIG. 5 is a schematic diagram of a fluidized bed processing system according to a second embodiment of the second embodiment. The same members as those of the fluidized
As shown in FIG. 5, the fluidized
循環流動層ボイラ11での燃料Fによっては、燃料排ガス12中の煤塵量が多いものが存在する。このような燃焼排ガス12を処理する場合には、バグフィルタ16で煤塵を除塵した後、熱交換器36で排ガスを再加熱し、その後第3の静置型触媒部37を通して、N2Oを分解・除去するようにすることができる。
Some fuel F in the circulating
第3の静置型触媒部37で用いられるN2Oを還元・除去する触媒としては、前述した実施例1のシリカ及びアルミナ担体に、鉄を活性金属として担持してなると共に、触媒の酸性質である強酸の割合が、強酸と弱酸との合計量に対して多い亜酸化窒素処理触媒を用いている。この静置型触媒の形状としては、ハニカム型触媒とすることが好ましい。
As a catalyst for reducing and removing N 2 O used in the third
なお、燃焼排ガス12の再加熱は間接加熱又は直接加熱のどちらでもよく、例えば間接加熱の場合は、図5に示すように、循環流動層ボイラ11の流動層内管の熱交換器36にて熱交換して、例えば300〜400℃程度まで上昇させ、その後第3の静置型触媒部37に加熱した排ガスを通気して、排ガス中のN2Oを分解・除去する。
The reheating of the
なお、セラミックフィルタ19、伝熱部13内の第1の静置型触媒部17、17をバイパスするバイパスラインL20、L21、L22を設け、燃焼排ガス12中の煤塵濃度が高い場合には、切替弁29を切替て、第1の静置型触媒部17、及び第2の静置型触媒部28を通過させて、バグフィルタ16で除塵した後、切替弁33を切替て、燃焼排ガス12を分岐・循環ラインL8へ導入し、熱交換器36で加熱した後、第3の静置型触媒部37に通気して排ガスを加温し、排ガス中のN2Oを分解・除去するようにしている。
In the case where bypass lines L 20 , L 21 , and L 22 that bypass the
この結果、煤塵量が多い燃焼排ガス12の場合には、セラミックフィルタ19、第1の静置型触媒部17、17及び第2の静置型触媒部28をバイパスさせて、これらの触媒の被毒を回避すると共に、バグフィルタ16で除塵した後、切替弁33を切替て、燃焼排ガス12を分岐・循環ラインL8へ導入し、熱交換器36で加熱した後、第3の静置型触媒部37に通気して、燃焼排ガス12中のN2Oを分解・除去することができる。
As a result, in the case of the
図6は、実施例2に係る第3の形態の流動層処理システムの概略図である。実施例1及び2の流動層処理システムの構成と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図6に示すように、本実施例に係る流動層処理システム10Cは、バグフィルタ16の後流側の燃焼排ガスラインL4から分岐する分岐・循環ラインL8を設け、この分岐・循環ラインL8に熱交換器36及び第3の静置型触媒部37を介装している。
本実施例では、循環流動層ボイラ11から排出される灰23を冷却するベットアッシュクーラ35に熱交換器36を設置して、排ガスを熱交換して例えば300〜400℃程度まで上昇させ、その後第3の静置型触媒部37に通気して、排ガス中のN2Oを分解・除去する。
FIG. 6 is a schematic diagram of a fluidized bed processing system according to a third mode according to the second embodiment. The same members as those in the fluidized bed processing systems of Examples 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
As shown in FIG. 6, the fluidized
In this embodiment, a
ここで、本実施例では、セラミックフィルタ19、第1の静置型触媒部17、17及び第2の静置型触媒部28を設置した流動層処理システムに第3の静置型触媒部37を追加したものを例示し、併用型としているが、本発明は、これに限定されず、セラミックフィルタ19、第1の静置型触媒部17、17及び第2の静置型触媒部28を設置していない処理システムにおいて、分岐・循環ラインL8に、熱交換器36及び第3の静置型触媒部37を設け、バグフィルタ16で煤塵を除塵した後、熱交換器36で排ガスを再加熱し、その後第3の静置型触媒部37を通して、煤塵濃度が高い燃焼排ガス12中のN2Oを分解・除去するようにしてもよい。
Here, in this embodiment, a third
10A〜10C 流動層処理システム
11 循環流動層ボイラ
12 燃焼排ガス
13 伝熱部
14 空気
15 空気予熱器
16 バグフィルタ
17 第1の静置型触媒部
20 還元剤
21 還元剤供給部
28 第2の静置型触媒部
31 炉内供給触媒
36 熱交換器
37 第3の静置型触媒部
F1 バイオマス燃料
F2 石炭燃料
F3 石油コークス燃料
10A to 10C Fluidized
Claims (8)
シリカ及びアルミナ担体に、鉄を活性金属として担持してなると共に、
強酸の割合が、強酸と弱酸との合計量に対して多いことを特徴とする亜酸化窒素処理触媒。 A nitrous oxide treatment catalyst for decomposing nitrous oxide in exhaust gas rich in sulfur (S),
In addition to supporting iron as an active metal on a silica and alumina support,
A nitrous oxide treatment catalyst characterized in that the ratio of strong acid is large relative to the total amount of strong acid and weak acid.
前記強酸は、ピリジン吸着法により求め、450℃以上で脱離するピリジン量の割合を強酸量とすることを特徴とする亜酸化窒素処理触媒。 In claim 1,
The strong acid is obtained by a pyridine adsorption method, and the ratio of the amount of pyridine desorbed at 450 ° C. or higher is defined as the strong acid amount.
前記鉄が3価状態であることを特徴とする亜酸化窒素処理触媒。 In claim 1 or 2,
A nitrous oxide treatment catalyst, wherein the iron is in a trivalent state.
還元剤として、アンモニア、メタノール、イソプロピルアルコールを用いることを特徴とする亜酸化窒素処理触媒。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
A nitrous oxide treatment catalyst using ammonia, methanol, or isopropyl alcohol as a reducing agent.
前記排ガスが、循環流動層ボイラから排出された後の熱交換器の間又はその後流側であることを特徴とする亜酸化窒素処理触媒を用いた排ガスの浄化方法。 In claim 5,
A method for purifying exhaust gas using a nitrous oxide treatment catalyst, characterized in that the exhaust gas is between or after the heat exchanger after being discharged from a circulating fluidized bed boiler.
前記排ガスが、循環流動層ボイラから排出された後の除塵手段の後流側であることを特徴とする亜酸化窒素処理触媒を用いた排ガスの浄化方法。 In claim 5,
An exhaust gas purification method using a nitrous oxide treatment catalyst, characterized in that the exhaust gas is on the downstream side of the dust removing means after being discharged from the circulating fluidized bed boiler.
前記排ガスが、循環流動層ボイラから排出された後の除塵手段の後流側であると共に、
除塵された排ガスを熱交換器により再度加熱したものであることを特徴とする亜酸化窒素処理触媒を用いた排ガスの浄化方法。 In claim 5,
The exhaust gas is on the downstream side of the dust removing means after being discharged from the circulating fluidized bed boiler,
A method for purifying exhaust gas using a nitrous oxide treatment catalyst, wherein the dust-exhausted exhaust gas is heated again by a heat exchanger.
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