JP4435964B2 - 脱硝装置および脱硝装置におけるメンテナンス方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば、火力プラントなどに設置されている脱硝装置およびその脱硝装置におけるメンテナンス方法にかかる。特に、この発明は、再生触媒を使用しても脱硝性能が長期に維持でき、また、再生触媒を再使用することによって効率が良く経済的である脱硝装置およびその脱硝装置におけるメンテナンス方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
この種の脱硝装置について、図8および図9を参照して説明する。この図示の例は、石炭焚きボイラーからの排ガスを脱硝する脱硝装置であって、縦置き棚段タイプの脱硝装置について説明する。
【0003】
図8において、1は脱硝装置のハウジングである。このハウジング1は、垂直方向(上下方向)に設置されている。前記ハウジング1の上部には、ダーティな排ガス2(図8中の格子矢印参照)が流入する流入口3が設けられている。一方、前記ハウジング1の下部には、クリーンな排ガス2(図8中の白抜き矢印参照)が流出する流出口4が設けられている。
【0004】
排ガス2が垂直(上下)に流れる前記ハウジング1の中間部には、4段(4層)の反応器(反応塔)51、52、53、54が上下に縦置き棚段タイプに設置されている。なお、最下段の反応器54(二点鎖線にて示す)は、予備の反応器である。最上段から三段までの前記反応器51、52、53中には、複数個の触媒ユニット(もしくは、触媒モジュール、触媒パック)6がそれぞれ並設されている。
【0005】
前記触媒ユニット6は、図9に示すように、複数本の触媒単体9がフレーム10中に整列充填されてなるものである。すなわち、触媒単体9(エレメント)がユニット化(もしくは、モジュール化、パック化)して、ハンドリングし易いように構成されている。前記触媒ユニット6は、約3t以下の重量を有する。なお、この明細書において、前記触媒単体9は、触媒と同義語である。
【0006】
前記触媒単体9は、酸化チタンが主成分であり、活性金属成分(バナジウム、タングステンなど)が含有されてなるものである。主に、二元系のTiO2 −WO3 触媒および三元系のTiO2 −V2 O5 −WO3 触媒が用いられている。また、前記触媒単体9は、図9に示すように、多数本の四角形の貫通孔11が格子状に設けられた角柱形状をなす。すなわち、ソリッド型(触媒成分自体で成形体となっているもの)のハニカム形状をなす。前記貫通孔11中を前記排ガス2が通過するものである。前記触媒単体9がハニカム形状をなすのは、排ガス2中の煤塵による閉塞を防止するためと、ガス接触面積を広くするためとによる。なお、この図示の例の触媒単体9は、ハニカム形状をなすものであるが、触媒としては、プレートタイプ、ペーパーハニカムタイプ、その他の形状のものがある。特に、触媒の形状は、限定しない。
【0007】
前記ハニカムタイプの触媒単体9の各寸法は、下記のとおりとなる。正方形の1辺Aが約150mm、高さHが約500〜1200mm、貫通孔11の開きピッチが約5〜10mm(ボイラーの燃料によりまちまちである)、壁の肉厚が約0.5〜1.5mmである。なお、前記触媒単体9の上下両端部の外周に緩衝材13(図9中の二点鎖線にて示す)を設けても良い。
【0008】
以下、前記構成からなる脱硝装置の作用について説明する。まず、石炭焚きボイラー(図示せず)から、窒素酸化物(NOx )を含有するダーティな排ガス2が流入口3からハウジング1中に流入する。このダーティな排ガス2中にアンモニアなどの還元剤(図示せず)を注入添加する。なお、このアンモニアなどの還元剤の注入添加は、前記触媒ユニット6の上流側において行う。
【0009】
還元剤が注入添加されたダーティな排ガス2が各段の反応器51、52、53の触媒単体9の貫通孔11中を貫通する。その際に、その触媒単体9の触媒作用により、ダーティな排ガス2中の窒素酸化物は、窒素と水蒸気とに分解される。
【0010】
窒素酸化物が分解されたクリーンな排ガス2は、流出口4から後段側装置(図示せず)および煙突(図示せず)を経て大気中に排出される。この種の装置としては、たとえば、特開平7−265666号公報に記載のもの、特開平9−267028号公報に記載のものなどがある。なお、前記公報に記載の脱硝装置は、触媒が横置きのタイプであるが、その作用は、触媒が縦置きのタイプの前記脱硝装置と変わらない。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
そして、脱硝装置において、前記触媒単体9は、非常に高価なものである。このために、脱硝装置において、触媒を全部新規な触媒に交換するには、コストが非常にかかり、また、使用済み触媒を破棄するのにも、費用を要する。
【0012】
そこで、ある程度の期間使用された触媒を再生処理し、その再生処理された再生触媒が脱硝装置に再使用されている。なお、この再生触媒としては、たとえば、特開平7−222924号公報に記載のもの、特開平10−5547号公報に記載のもの、特許公開2000−37634号公報に記載のもの、特許公開2000−37635号公報に記載のもの、特許公開2000−167405号公報に記載のものなどがある。
【0013】
この発明は、再生触媒を使用しても脱硝性能が長期に維持でき、また、再生触媒を再使用することによって効率が良く経済的である脱硝装置およびその脱硝装置におけるメンテナンス方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1にかかる発明は、2段目以後の反応器中に再生触媒が配置されていることを特徴とする。すなわち、請求項1にかかる発明は、再生触媒を、劣化摩耗の条件が比較的緩やかであり、かつ、脱硝処理の寄与度が比較的小さい下流側、たとえば、2段目以後に配置する。
【0015】
この結果、請求項1にかかる発明は、再生触媒の劣化摩耗を抑制でき、また、再生触媒の脱硝性能を長期に維持することができる。これにより、請求項1にかかる発明は、再生触媒を使用しても脱硝性能が長期に維持でき、また、再生触媒を再使用することによって効率が良く経済的である。
【0016】
また、請求項2にかかる発明は、2段目以後の反応器中の触媒が再生触媒と交換配置されることを特徴とする。すなわち、請求項2にかかる発明は、前記請求項1にかかる発明と同様に、再生触媒を、劣化摩耗の条件が比較的緩やかであり、かつ、脱硝処理の寄与度が比較的小さい下流側、たとえば、2段目以後の触媒と交換配置する。
【0017】
この結果、請求項2にかかる発明は、再生触媒の劣化摩耗を抑制でき、また、再生触媒の脱硝性能を長期に維持することができる。これにより、請求項2にかかる発明は、再生触媒を使用しても脱硝性能が長期に維持でき、また、再生触媒を再使用することによって効率が良く経済的である。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる脱硝装置および脱硝装置におけるメンテナンス方法の実施の形態の1例を図1〜図7を参照して説明する。なお、この実施の形態によりこの脱硝装置および脱硝装置におけるメンテナンス方法が限定されるものではない。
【0019】
(実施の形態の説明)
図1は、この発明にかかる脱硝装置および脱硝装置におけるメンテナンス方法の実施の形態を示す説明図である。図中、図8および図9と同符号は同一のものを示す。
【0020】
図1に示すように、この実施の形態における脱硝装置は、3段目の反応器53中に再生触媒60のユニット(図中、斜線が施されている触媒)が全部配置されているものである。なお、1段目の反応器51および2段目の反応器52中には、既設の触媒ユニットもしくは新規の触媒ユニット6(図中、白抜きの触媒)が全部配置されている。
【0021】
また、図1に示すように、この実施の形態における脱硝装置のメンテナンス方法は、3段目の反応器53中に配置されていた触媒(図示せず)を、再生触媒60(図中、斜線が施されている触媒)に全部交換配置するものである。この再生触媒60の交換配置の作業は、プラントの定期点検時に同時に行っても良いし、または、それと別個に独自に行っても良い。なお、1段目の反応器51および2段目の反応器52中の触媒は、既設の触媒ユニット6(図中、白抜きの触媒)を全部そのまま配置したままの状態でも良いし、または、新規の触媒ユニット6に全部交換配置しても良い。もしくは、部分的に新規の触媒ユニット6に交換配置しても良い。
【0022】
このように、この実施の形態における脱硝装置およびそのメンテナンス方法は、再生触媒60を、図6に示すように、劣化摩耗の条件が比較的緩やかであり、かつ、図7に示すように、脱硝処理の寄与度が比較的小さい下流側、この例では、3段目の反応器53中に配置する。
【0023】
すなわち、図6の流動パターン(排ガス2の流速分布)解析結果の説明図に示すように、上流側(1段目の反応器51)では、排ガス2の流れが偏流しているので、触媒の摩耗劣化を起こし易く、性能低下の原因となる煤塵などが付着し易い。前記再生触媒60については、再生処理工程の状況によって、前記排ガス2の偏流の影響を受け易いと考えられる。逆に、下流側(3段目の反応器53)では、排ガス2が触媒単体9の貫通孔11により整流しているので、触媒の摩耗劣化を起こし難く、性能低下の原因となる煤塵などが付着し難い。なお、図6は、排ガス2の流速分布を実線矢印にて模式的に示した説明図である。したがって、図6中の実線矢印にて示す排ガス2の流速分布は、実際の排ガス2の流速分布の解析結果と若干異なる。
【0024】
また、図7の脱硝性能のグラフに示すように、上流側(1段目の反応器51)では、脱硝処理の寄与度が大であり、逆に、下流側(3段目の反応器53)では、脱硝処理の寄与度が小である。
【0025】
このように、上記図6および図7から明らかなように、再生触媒60を下流側から優先的に配置(充填)することにより、再生触媒60の延命化、強いては、脱硝装置の長期安定運用を計ることが可能となる。
【0026】
この結果、この実施の形態における脱硝装置およびそのメンテナンス方法は、再生触媒60の劣化摩耗を抑制でき、また、再生触媒60の脱硝性能を長期に維持することができる。これにより、この実施の形態における脱硝装置およびそのメンテナンス方法は、再生触媒60を使用しても脱硝性能が長期に維持でき、また、再生触媒60を再使用することによって効率が良く経済的である。
【0027】
(実験結果の説明)
以下、上記作用効果を実験結果に基づいて検証する。再生触媒60としては、特開平10−5547号公報に記載された再生触媒のうち、下記の再生触媒を使用する。
【0028】
たとえば、石炭焚きボイラーのプラント(以下、Aプラントと称する)の排ガスで約45000時間使用した後、窒素酸化物の除去性能が低下し不用となった触媒を用いる。この不用触媒は、下記表1に示す触媒形状をなすものであって、7.4mmピッチのソリッド型ハニカム形状触媒(TiO2 −:90.9wt%、WO3 :8.5wt%、V2 O5 :0.6wt%)である。この不用触媒に下記のコート剤をコート層厚さが100μmになるようにコートして、不用触媒を再生する。この再生触媒を使用する。
【0029】
なお、上記のコート剤は、石原産業製チタニア粉(MC−50)に、V2 O5 としてのメタバナジン酸アンモニウムのメチルアミン溶液を、また、WO3 としてのパラタングステン酸アンモニウムのメチルアミン溶液をそれぞれ用いて、V2 O5 :0.6wt%、WO3 :8.5wt%になるよう含浸、乾燥、焼成した粉末(粒子径:0.2〜23μm、メジアン径:1.1μm)とし、水およびシリカゲル、アルミナゾルを加えてスラリ状としたものである。
【0030】
そして、上記の再生触媒を使用して、下記表1に示す実験条件下において、実験を行った。その実験結果を下記表2に示す。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
【0033】
上記表2の比較例において。Aプラント未使用品は、新規の触媒をAプラントに使用した例であって、この場合の窒素酸化物の除去率は、65.3%である。また、Aプラント使用済品は、たとえば、約45000時間使用した触媒をAプラントに使用した例であって、この場合の窒素酸化物の除去率は、49.8%である。さらに、Aプラント再生品は、上記の再生触媒をAプラントに使用した例であって、この場合の窒素酸化物の除去率は、65.4%である。これから、再生触媒の窒素酸化物の除去能率は、新規の触媒と大差ないことが判明する。
【0034】
また、上記表2の実施例において。1(一層目)は、上記の再生触媒をAプラントの脱硝装置の一層目に配置充填した例であって、この場合の窒素酸化物の除去率は、52.4%である。また、2(二層目)は、上記の再生触媒をAプラントの脱硝装置の二層目に配置充填した例であって、この場合の窒素酸化物の除去率は、56.2%である。さらに、3(三層目)は、上記の再生触媒をAプラントの脱硝装置の三層目に配置充填した例であって、この場合の窒素酸化物の除去率は、57.2%である。これから、窒素酸化物の除去率は、触媒3、触媒2、触媒1の順で低下しており、一層目に配置充填した触媒1の低下が著しい。なお、この明細書において、段と層とは、同義語である。
【0035】
以上より、再生触媒60を、下流側から配置充填した方が、長期安定運用の観点から有利となることが明らかである。
【0036】
(実施の形態の進展例の説明)
なお、この実施の形態における脱硝装置およびそのメンテナンス方法においては、図2に示すように、再生触媒60のユニットを2段目の反応器52および3段目の反応器53中に全部配置しても良い。なお、1段目の反応器51中には、既設の触媒ユニットもしくは新規の触媒ユニット6を使用する。
【0037】
また、この実施の形態における脱硝装置およびそのメンテナンス方法においては、第1段階で図1に示すように、再生触媒60のユニットを3段目の反応器53中に全部配置し、その後、第2段階で図2に示すように、再生触媒60のユニットを2段目の反応器52中に全部配置しても良い。
【0038】
さらに、この実施の形態における脱硝装置およびそのメンテナンス方法においては、図3および図4に示すように、再生触媒60のユニットを3段目の反応器53中に一部配置しても良い。もしくは、この実施の形態における脱硝装置およびそのメンテナンス方法においては、第1段階で図3に示すように、再生触媒60のユニットを3段目の反応器53中に一部配置し、その後、第2段階で図4に示すように、再生触媒60のユニットを3段目の反応器53中に一部配置しても良い。なお、1段目の反応器51および2段目の反応器52および3段目の反応器53の残り中には、既設の触媒ユニットもしくは新規の触媒ユニット6を使用する。
【0039】
さらにまた、この実施の形態における脱硝装置およびそのメンテナンス方法においては、図5に示すように、再生触媒60のユニットを3段目の反応器53中に全部、および2段目の反応器52中に一部配置しても良い。もしくは、この実施の形態における脱硝装置およびそのメンテナンス方法においては、第1段階で図1に示すように、再生触媒60のユニットを3段目の反応器53中に全部配置し、その後、第2段階で図5に示すように、再生触媒60のユニットを2段目の反応器52中に一部配置しても良い。なお、1段目の反応器51および2段目の反応器52の残り中には、既設の触媒ユニットもしくは新規の触媒ユニット6を使用する。
【0040】
前記図2〜図5に示すものは、前記図1に示すものとほぼ同様の作用効果を達成することができる。特に、再生触媒60は、最下段から配置することが好ましい。
【0041】
(実施の形態の変形例の説明)
なお、この例は、触媒ユニットが3段の縦置きタイプの石炭焚き用における脱硝装置であるが、この発明は、触媒ユニットが2段、4段以上、もしくは、横置きタイプの石油焚き用における脱硝装置にも適用できる。
【0042】
【発明の効果】
以上から明らかなように、この発明にかかる脱硝装置(請求項1)によれば、再生触媒を、劣化摩耗の条件が比較的緩やかであり、かつ、脱硝処理の寄与度が比較的小さい下流側、たとえば、2段目以後に配置する。この結果、この発明にかかる脱硝装置(請求項1)は、再生触媒の劣化摩耗を抑制でき、また、再生触媒の脱硝性能を長期に維持することができる。これにより、この発明にかかる脱硝装置(請求項1)は、再生触媒を使用しても脱硝性能が長期に維持でき、また、再生触媒を再使用することによって効率が良く経済的である。
【0043】
また、この発明にかかる脱硝装置におけるメンテナンス方法(請求項2)によれば、前記この発明にかかる脱硝装置(請求項1)と同様に、再生触媒を、劣化摩耗の条件が比較的緩やかであり、かつ、脱硝処理の寄与度が比較的小さい下流側、たとえば、2段目以後の触媒と交換配置する。この結果、この発明にかかる脱硝装置におけるメンテナンス方法(請求項2)は、再生触媒の劣化摩耗を抑制でき、また、再生触媒の脱硝性能を長期に維持することができる。これにより、この発明にかかる脱硝装置におけるメンテナンス方法(請求項2)は、再生触媒を使用しても脱硝性能が長期に維持でき、また、再生触媒を再使用することによって、効率が良く経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の脱硝装置および脱硝装置におけるメンテナンス方法の実施の形態を示し、再生触媒が3段目の反応器中に全部位置された状態の説明図である。
【図2】同じく、再生触媒が2段目の反応器中および3段目の反応器中に全部位置された状態の説明図である。
【図3】同じく、再生触媒が3段目の反応器中に一部位置された状態の説明図である。
【図4】同じく、再生触媒が3段目の反応器中に半分位置された状態の説明図である。
【図5】 同じく、再生触媒が2段目の反応器中に一部および3段目の反応器中に全部位置された状態の説明図である。
【図6】一般の脱硝装置の流動パターン(排ガスの流速分布)解析結果を示す説明図である。
【図7】一般の脱硝装置の脱硝性能を示すグラフである。
【図8】一般の脱硝装置を示す斜視図である。
【図9】一般の脱硝装置に使用される触媒ユニットおよび触媒単体を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 ハウジング
2 排ガス
3 流入口
4 流出口
51 1段目の反応器
52 2段目の反応器
53 3段目の反応器
6 既設の触媒ユニットもしくは新規の触媒ユニット
60 再生触媒
9 触媒単体
10 フレーム
11 貫通孔
13 緩衝材
Claims (7)
- 排ガス中の窒素酸化物を触媒の作用により分解し、かつ、前記触媒が複数段の反応器中に設置されている脱硝装置において、
2段目以後の前記反応器の少なくとも一部には、再生触媒が配置され、
1段目の反応器には、既設の触媒もしくは新規の触媒のみが配置され、
前記再生触媒は、ハニカム形状であることを特徴とする脱硝装置。 - 前記複数段の反応器のうち、前記再生触媒が配置されている反応器以外の反応器には、既設の触媒もしくは新規の触媒が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の脱硝装置。
- 排ガス中の窒素酸化物を触媒の作用により分解し、かつ、前記触媒が複数段の反応器中に設置されている脱硝装置において、
2段目以後の前記反応器の少なくとも一部の触媒がハニカム形状の再生触媒と交換配置されることを特徴とする脱硝装置におけるメンテナンス方法。 - 前記複数段の反応器に配置されている触媒のうち、交換配置された前記再生触媒以外の触媒は、既設の触媒がそのまま配置されたままの状態であり、または、新規の触媒と交換配置されていることを特徴とする請求項3に記載の脱硝装置におけるメンテナンス方法。
- 1段目の前記反応器の触媒は、全部、既設の触媒がそのまま配置されたままの状態でありもしくは新規の触媒と交換配置されていることを特徴とする請求項3または4に記載の脱硝装置におけるメンテナンス方法。
- 1段目の前記反応器中の触媒は、全部、既設の触媒がそのまま配置されたままの状態であることを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の脱硝装置におけるメンテナンス方法。
- 前記既設の触媒は、新規の触媒がそのまま配置されたままの状態である触媒であることを特徴とする請求項4〜6のいずれか1項に記載の脱硝装置におけるメンテナンス方法。
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