JP4429404B2

JP4429404B2 - 乾式排ガス処理方法及び処理装置

Info

Publication number: JP4429404B2
Application number: JP23724598A
Authority: JP
Inventors: 邦則古山
Original assignee: Electric Power Development Co Ltd; J Power EnTech Inc
Current assignee: Electric Power Development Co Ltd; J Power EnTech Inc
Priority date: 1998-08-24
Filing date: 1998-08-24
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2018-08-24
Also published as: JP2000061253A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は乾式排ガス処理方法に関し、特に、炭素質材を使用して排ガス中の窒素酸化物及びその他の有害物質を除去する乾式排ガス処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術およびその問題点】
炭素質材を使用する乾式排ガス処理装置は、比較的低温で排ガスを処理することができるとともに、硫黄酸化物、窒素酸化物、ダスト等の有害物質を同時に除去することができることから、ボイラ排ガス等の処理に多く使用されている。また、最近では、焼却炉排ガス等に含まれるダイオキシンを除去することもできることから、その利用分野が拡大している。
【０００３】
このような乾式排ガス処理装置は、充填した炭素質材と排ガスとを固気接触させることにより、排ガス中に含まれる窒素酸化物及びその他の有害物質を除去する移動層式吸着塔と、有害物質により活性の低下した炭素質材を加熱再生する再生塔とを同一の場所に設置して使用することが多い。
【０００４】
粒状の炭素質材を充填した吸着塔に排ガスを供給すると、炭素質材は次のように作用して有害物質を除去することができる。
【０００５】
すなわち、排ガス中のダストは、炭素質材の表面に付着するので、このろ過作用によって除去することができる。
【０００６】
排ガス中の硫黄酸化物、塩化水素及びダイオキシン等は炭素質材に吸着されるので除去することができる。このとき、二酸化硫黄は、排ガス中の酸素及び水と反応して硫酸の状態で吸着される。
２ＳＯ₂＋Ｏ₂→２ＳＯ₃ （１）
ＳＯ₃＋Ｈ₂Ｏ→Ｈ₂ＳＯ₄ （２）
【０００７】
また、排ガス中にアンモニアを注入すると、炭素質材の触媒作用により、排ガス中の窒素酸化物は、アンモニアと反応して窒素と水とに分解するので、除去することができる。
４ＮＯ＋４ＮＨ₃＋Ｏ₂→４Ｎ₂＋６Ｈ₂Ｏ（３）
【０００８】
排ガスに注入されたアンモニアは、（３）式の反応に使用されるだけでなく、その一部が硫黄酸化物の吸着によって生成した硫酸とも反応する。
ＮＨ₃＋Ｈ₂ＳＯ₄→ＮＨ₄ＨＳＯ₄ （４）
ＮＨ₃＋ＮＨ₄ＨＳＯ₄→（ＮＨ₄）₂ＳＯ₄ （５）
【０００９】
吸着塔内の炭素質材は、ダストの付着により吸着性能が低下するとともに、吸着した硫酸によって窒素酸化物を分解する触媒性能が低下するので、再生する必要がある。炭素質材の再生は、通常次のようにして行われる。
【００１０】
先ず、活性の低下した炭素質材を再生塔に供給し、４００℃程度の高温に加熱することにより、吸着した有害物質を脱着する。ダイオキシン類は完全に分解される。このとき、硫酸は後述の反応式により二酸化硫黄として放出される。
【００１１】
次に、大気中で発火しない温度まで冷却した後、再生塔から排出する。そして、分級機によって付着したダスト及び粉化した炭素質材が除去された後、再び、吸着塔に供給される。
【００１２】
再生塔に供給された炭素質材には、（１）及び（２）式の反応で生成した硫酸と、（４）及び（５）式によって生成したＮＨ₄ＨＳＯ₄及び（ＮＨ₄）₂ＳＯ₄が吸着されており、これらは次の反応によって脱着される。
Ｈ₂ＳＯ₄→ＳＯ₃＋Ｈ₂Ｏ（６）
２ＳＯ₃＋Ｃ→２ＳＯ₂＋ＣＯ₂ （７）
（ＮＨ₄）₂ＳＯ₄→ＮＨ₃＋ＮＨ₄ＨＳＯ₄ （８）
ＮＨ₄ＨＳＯ₄→ＮＨ₃＋Ｈ₂ＳＯ₄ （９）
２ＮＨ₃＋３ＳＯ₃→Ｎ₂＋３Ｈ₂Ｏ＋３ＳＯ₂ （１０）
【００１３】
上記の反応により発生するガスは、窒素等の不活性ガスをキャリアガスとして再生塔から排出される。通常、この脱離ガスは、高濃度の二酸化硫黄を含むので、硫酸や硫黄等を製造して副産物として回収することができる。
【００１４】
しかし、上記の各反応は、全て完全に行われるものではなく、脱離ガス中には、少量の三酸化硫黄及びアンモニアが混入することになる。脱離ガス中のアンモニアは、再びＮＨ₄ＨＳＯ₄又は（ＮＨ₄）₂ＳＯ₄を生成し、温度の低下に伴って装置内で固体として析出することになるので、配管の閉塞等のトラブルを起こす原因となる。
【００１５】
このようなトラブルを防ぐ方法として、脱離ガスを水洗することにより、アンモニアを除去する方法が考えられる。しかし、脱離ガス中のアンモニアを完全に除去することは難しく、また、除去したアンモニアを処理するための装置も必要となる。
【００１６】
また、このようなトラブルを防ぐ他の方法が、特公昭６０−３４４１３号公報に記載されている。この方法は、再生塔の上部に上段の移動床を設け、この移動床において、疲弊吸着剤と脱離ガスとを接触させて（２）、（４）及び（５）式の反応を行わせることにより、脱離ガス中の三酸化硫黄及びアンモニアを吸着剤で捕捉するようにしたものである。そして、この後、吸着剤は再生塔に送られて前述の反応によって再生されるものである。
【００１７】
しかし、このような方法にあっても、本発明者らが確認テストを行った結果、必ずしも常に良好な結果が得られるとは限らず、多くの場合アンモニアの除去が不充分となることが分かった。
【００１８】
この発明は前記のような従来のもののもつ問題点を解決したものであって、活性の低下した炭素質材を再生塔において加熱再生する際に発生する脱離ガス中に含まれるアンモニアを完全に除去することができる乾式排ガス処理方法及び処理装置を提供することを目的とするものである。
【００１９】
【問題点を解決するための手段】
かかる問題点を解決するため、
本発明は、粒子状の炭素質材を内部に充填して移動層を形成し、この移動層に排ガスを通して炭素質材と排ガスとの固気接触を行うことにより、排ガス中に含まれる窒素酸化物及びその他の有害物質を除去する移動層式吸着塔と、
有害物質により活性の低下した炭素質材を加熱再生させる再生塔と、
移動層式吸着塔から抜き出した活性の低下した炭素質材を再生塔に供給する前に一時保留する脱安塔を備えた乾式排ガス処理装置を運転して排ガス処理を行う際に、
予め脱安塔内に実質上飽和量の硫酸を担持させた炭素質材を充填しておき、ついで移動層式吸着塔に排ガスを通して排ガス中に含まれる窒素酸化物及びその他の有害物質を除去し、移動層式吸着塔から活性の低下した炭素質材を脱安塔に供給するとともに脱安塔から実質上飽和量の硫酸を担持させた炭素質材を抜き出して再生塔に供給して加熱再生を行い、再生塔で発生する脱離ガス及び酸素含有ガスを脱安塔に供給することを特徴とする乾式排ガス処理方法である。
【００２０】
【作用】
この発明は前記のような手段を採用したことにより、吸着塔に排ガスを流通させて、炭素質材と排ガスとの固気接触を行うことにより、排ガス中に含まれる窒素酸化物及びその他の有害物質が除去される。そして、有害物質によって活性の低下した炭素質材を吸着塔から抜出して脱安塔に一時保留するとともに、再生塔で発生した離脱ガス及び酸素含有ガスを脱安塔に供給し、炭素質材との固気接触を行うことにより、離脱ガス中に含まれるアンモニアが除去されることになる。そして、この後、炭素質材を脱安塔から抜き出して再生塔に供給し、加熱再生を行うことにより、炭素質材に吸着した有害物質を脱着することができることになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
前述したように、特公昭６０−３４４１３号公報に記載されている方法は、必ずしも常に良好な結果が得られるとは限らず、多くの場合アンモニアの除去が不充分となる。そこで、本願発明者らはその原因の究明を行った。その結果、次のことが明らかとなった。
【００２２】
前述の公報には、脱離ガス中のアンモニアと脱離ガス中の三酸化硫黄によって（２）、（４）及び（５）式の反応が行われることが記載されている。しかし、確認テストの結果ではアンモニアの除去が不充分であり、これは脱離ガス中のアンモニアの量に対して、脱離ガス中の三酸化硫黄の量が不足するためと考えられ、アンモニアの除去を完全に行うためには、脱離ガス中の三酸化硫黄の量を増加する必要がある。
【００２３】
再生塔内は不活性ガス雰囲気であり、しかも高温の炭素質材が存在するので、極めて強い還元雰囲気となっている。即ち、三酸化硫黄が還元されて二酸化硫黄になり易い雰囲気である。従って、吸着した有害物質の脱着を完全に行おうとすればする程、（７）式の反応が完全に進行して、脱離ガス中に含まれる三酸化硫黄の量は少なくなり、アンモニアとの反応に必要な量が不足することが確認された。
【００２４】
また、再生塔の本来の目的である有害物質の脱着と、上記反応に必要な三酸化硫黄を脱離ガス中に確保することを同時に満足する、再生塔の運転条件を求めることを試みたが、困難であることが確認された。
【００２５】
そして、本願発明者らは、このような場合にアンモニアの除去率を向上させる手段を模索した。その結果、上記の脱離ガス中に酸素を添加して疲弊吸着剤と接触させることにより、脱離ガス中の二酸化硫黄を硫酸として吸着剤に担持させることが可能であること、吸着剤の硫酸担持量を実質的に飽和量とすることが可能であること、これによって、脱離ガスに含まれるアンモニアを完全に除去することができることを発見し、本発明を完成するに至った。
【００２６】
本発明は、吸着塔から抜き出された炭素質材を、再生塔に供給する前に一時保留する脱安塔を設け、この脱安塔に再生塔で発生する脱離ガスを供給すると同時に、酸素含有ガスを導入して炭素質材と固気接触を行うものである。そして、前記脱安塔内の炭素質材が、実質上飽和量の硫酸を担持した状態で運転することにより、脱離ガスに含まれるアンモニアを完全に除去することができるものである。
【００２７】
以下、本発明の原理について、図１を参照しつつ説明する。図１は、本発明をＲＤＦ（廃棄物燃料）の燃焼排ガスに適用した例であって、内部に粒状の炭素質材を充填して移動層を形成した移動層式吸着塔１と、吸着塔１から抜き出した活性の低下した炭素質材を加熱再生する再生塔３と、活性の低下した炭素質材を再生塔３に供給する前に一時保留する脱安塔２と、再生塔３で加熱再生した炭素質材に付着しているダスト及び粉化した炭素質材を除去する分級機４と、吸着塔１から炭素質材を抜き出して脱安塔２に供給するロックホッパ５と、脱安塔２から炭素質材を抜き出して再生塔３に供給するロックホッパ６と、再生塔３から炭素質材を抜き出して分級機４に供給するロックホッパ７とを備えている。
【００２８】
再生塔３は、炭素質材を高温に加熱するために不活性雰囲気で運転する必要があり、一般に、脱離ガスは窒素等の不活性ガスをキャリアガスとして、高濃度の二酸化硫黄と少量の三酸化硫黄及びアンモニア等を含むものである。
【００２９】
不活性雰囲気では（１）式の反応が起こらないので、二酸化硫黄を硫酸として炭素質材に担持することができない。
【００３０】
しかし、脱安塔２に脱離ガスと共に酸素含有ガスを供給すると、（１）及び（２）式の反応が起こり、脱安塔２内の炭素質材に硫酸が担持されることになる。酸素含有ガスとしては、大気、又は排ガスの一部を利用することができる。なお、この反応は発熱反応であるために、脱安塔内に冷却手段を設けている。
【００３１】
硫酸を担持した炭素質材は再生塔３に送られて、（６）及び（７）式により二酸化硫黄を放出し、脱離ガスとして脱安塔２に送られる。
【００３２】
つまり、硫黄酸化物は、硫酸又は二酸化硫黄の形で脱安塔２と再生塔３との間を循環することになるので、脱安塔２内の炭素質材には次第に硫酸が蓄積する。
【００３３】
したがって、吸着塔１から再生塔３に送られる炭素質材に少量の硫酸しか吸着されていない場合であっても、脱安塔２内の炭素質材には硫酸が蓄積することになり、最終的に脱安塔２内の炭素質材は、実質的に飽和量の硫酸が担持されることになる。
【００３４】
この結果、再生塔３からの脱離ガス中に含まれるアンモニアは、多量の硫酸を担持した炭素質材と接触することになり、アンモニアは完全に除去されることになる。
【００３５】
脱離ガス中の硫黄酸化物は、脱安塔２内の炭素質材が飽和量の硫酸を担持するまで吸着されるので、この間、脱安塔２から排出されるガスには、硫黄酸化物が殆ど含まれない。
【００３６】
脱安塔２内の炭素質材が飽和量の硫酸を担持した後は、脱安塔２から排出されるガスに吸着塔１で吸着した硫黄酸化物の量に等しい量の硫黄酸化物が含まれることになる。この定常状態は、従来の方法における場合と全く同様である。
【００３７】
運転開始後、短時間でこの定常状態を達成するために、予め脱安塔２内に飽和量の硫酸を担持した炭素質材を充填しておくことが好ましい。
【００３８】
以上の通り、本発明は、脱離ガス中のアンモニアを除去するために有効であるが、更に、炭素質材の性能を向上する賦活効果を伴うものである。
【００３９】
すなわち、一般に炭素質材は、前記の（７）式の反応を行うことにより、比表面積が増大すると共に活性化され、その触媒性能を向上することができる。本発明は、脱安塔２で飽和量の硫酸を担持した後、再生塔３で（７）式の反応を積極的に受けるので、大きな賦活効果を得ることができる。
【００４０】
吸着塔１に供給される排ガスの成分は、概ね次の通りである。
ダスト：２０ｍｇ／Ｎｍ³ＤＢ
ＳＯｘ：〜５０ｐｐｍＤＢ
ＮＯｘ：５０〜１５０ｐｐｍＤＢ
ＨＣｌ：５０〜２００ｐｐｍＤＢ
ＤＸＮ：５〜３０ｎｇ−ＴＥＱ／Ｎｍ³ＤＢ
脱安塔２には再生塔３からの脱離ガスと排ガスの一部を供給している。また、脱安塔２から排出されるガスは焼却炉８に供給し、焼却炉８の炉内又はバグフィルタ９の上流に供給される消石灰によって硫黄酸化物及び塩化水素等が除去される。なお、１０は脱塩装置、１１は重金属除去装置である。
【００４１】
【発明の効果】
この発明は前記のように構成して、吸着塔から抜き出した炭素質材を再生塔に供給する前に一時保留する脱安塔を設け、この脱安塔に再生塔で発生する脱離ガスを供給すると同時に、酸素含有ガスを導入して炭素質材との固気接触を行うようにしたことにより、脱離ガスに含まれるアンモニアを完全に除去することができることになる。したがって、脱離ガス中にアンモニアが残っていることにより、ＮＨ₄ＨＳＯ₄又は（ＮＨ₄）₂ＳＯ₄が生成され、それらが温度の低下に伴って固体として析出して配管の閉塞等のトラブルを起こすようなことがなくなり、効率的に排ガスの処理を行うことができることになる等の優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による乾式排ガス処理装置の一実施の形態を示した概略説明図である。
【符号の説明】
１……吸着塔
２……脱安塔
３……再生塔
４……分級機
５、６、７……ロックホッパ
８……焼却炉
９……バグフィルタ
１０……脱塩装置
１１……重金属除去装置

Claims

粒子状の炭素質材を内部に充填して移動層を形成し、この移動層に排ガスを通して炭素質材と排ガスとの固気接触を行うことにより、排ガス中に含まれる窒素酸化物及びその他の有害物質を除去する移動層式吸着塔と、
有害物質により活性の低下した炭素質材を加熱再生させる再生塔と、
移動層式吸着塔から抜き出した活性の低下した炭素質材を再生塔に供給する前に一時保留する脱安塔を備えた乾式排ガス処理装置を運転して排ガス処理を行う際に、
運転開始に先立ち、予め脱安塔内に実質上飽和量の硫酸を担持させた炭素質材を充填しておき、ついで移動層式吸着塔に排ガスを通して排ガス中に含まれる窒素酸化物及びその他の有害物質を除去し、移動層式吸着塔から活性の低下した炭素質材を脱安塔に供給するとともに脱安塔から実質上飽和量の硫酸を担持させた炭素質材を抜き出して再生塔に供給して加熱再生を行い、再生塔で発生する脱離ガス及び酸素含有ガスを脱安塔に供給することを特徴とする乾式排ガス処理方法。