JPH03504349A - ボイラー煙道ガス汚染物の経済的回収及び利用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、化石燃料、例えば硫黄含有石炭が電気公益事業工業におけるように ボイラーでスチーム製造のために燃焼されるときに大気中へ通常放出される有害 要素の回収及び経済的利用に関する。

発明の背景 煙道ガス中に見出される硫黄の酸化物を、購入アルカリまたはアルカリ土類物質 と化学的に結合させるために多くの方法が使用されており、かかる方法は電力発 生の資本及び運転コストを非常に増加させ、そして米国製造業者が世界市場で競 合するのを妨げる。かかる増加コストは、高動力消費工業が立地している、例え ばオハイオ用及びミシシッピ用付近の地域において著しく見られるように、東部 合衆国に見られる高硫黄石炭が燃焼されるときに、ニスカレートする。西部合衆 国で採掘される石炭は、硫黄含量が低いが、東部合衆国へのその輸送は経済的に 可能性がない。ニューイングランド及びカナダの森林に対する大気汚染損害は、 硫黄起因「酸性雨」排除に関するカナダとの国際会議を開催させる原因となった 。

大気汚染によって引き起される健康問題は工業の発展の歴史を通して知られてき ている。かくして、煙道ガスからの硫黄の経済的除去における改善が必要とされ る。

発明の要約 この発明は、４チまたはそれ以上の硫黄を含む石炭をボイラープラントにおいて 非常に経済的に燃焼させることができしかも煙道ガス中の硫黄の９９チもの多く を除去する１手段及び方法を開示する。窒素激化物も除かれ、そして有価副生物 が生成され、これらは、地方市場需要に最も良く適合しうるコンクリート添加剤 、液状肥料あるいは液体硫酸もしくは元素状硫黄を、包含する。

本発明は、絶えず変動する分析値の石炭に対して柔軟に応用され、可変ボイラー スチーム発生量を伴危う系統との接続に有用でおり、そしてガス燃焼式ボイラー に容易に応用できる。本発明は、汚染物質回収のだめの実質上乾式のプロセスを 含み、そして巨大な現存発熱プラントに後付設されつる相対的に小さくコンノモ クトな装置を与えるので資本及び運転の両費用に関し財務上合理的である。

本発明は、ボイラー煙道の主要汚染物質がフライアッシュ、硫酸煙霧、及び前者 の汚染物質が除去されたときに見られるはるかに少量の二酸化硫黄ガス、である と考える。また存在する窒素酸化つも消費される。

本発明は、順次に、フライアッシュを連行し、硫酸煙霧を凝縮させ、そして残る 二酸化硫黄ガスを触媒上に吸着させる粒子の複数の薄い垂直床内を全煙道ガスを 連続的に強制通過させることによりこれら不純物の実質上すべてを除去し、該触 媒から亜硫酸を、真空抽出法によシ回収しうる。

例えば、本発明の煙道ガス清浄器を、既存の発電プラントに後付設するには、長 さが１０′または１５フイート程の短いダクト部分を、煙突までボイラー煙道ガ スを運ぶ慣用円筒ダクトに差しはさむ。本発明によるその新規部分に、すべての 煙道ガスが三つの床のそれぞれを順次に通過しなければならないように配列され た一粒状物の、二つまたはそれ以上、典型的には三つの垂直な床からなる。

水管が、三つの床、支持体及び粒子を支持するス、３−ス・スクリーンの温度を 制御する。第１の垂直床において煙道ガスはその床の材料との化学結合によって フライアッシュを除去される。第２の垂直粒子床において、煙道ガス中の硫酸煙 ＃ｉは凝縮される。これは煙霧凝縮温度に床温度を制御することによシなされる 。第３の垂直床において１粒子はＳＯ，を吸着する能力に関して選定された触媒 からなる。例えば、アルカリ溶液で被覆され、乾燥されたものであってよい活性 化アルミナ系触媒が使用されうる。好ましくは、アルカリはこの床の上流側で煙 道ガス中に気体の形で導入されるアンモニアであり、この床でそれは煙道ガス中 になお残留している二酸化硫黄と即座に結合する。この反応は床のアルミナ系粒 子によって触媒作用を受け、その床からはサルフェート類及びサルファイド類が 容易に真空抽出されうる。

本発明の重要な態様によれば、煙道ガスはそれらの床特表千３−５０４３４９　 （４） 内を高速度で移行する。これは床の粒子からガスの境界層を取り除き、かくして 非常に高い反応速度が達成される。これと比較して、従来の煙道ガス清浄化にお いては、収着のために用いられる粒子は、ガス中において通常広い間隙を置かれ ているので大きな寸法の反応器が必要とされる。

間隙床は、上流側に設けられ粒子を乗せた形の傾いたチタンまたはステンレス鋼 「ルーバー」と、下流側の微細ステンレス鋼スクリーンとからなり、わずかに流 動化されているが詰められた状態で粒子を収容するような新規の構成であるのが 好ましい。粒子は、各床の頂部へ連続的に供給され、そして煙道ガス汚染物質を 負荷されて各床の底のところで取シ出される。

第１の上流床において、好ましい粒子は粗粒砂またはボイラーからの粉砕され、 分級された底部アッシュスラグであり、これらはフライアッシュを連行する。フ ライアッシュ中の石灰は、５５４下で１モルの水と共に凝縮し始めそして３３２ 下で２モルの水と共に凝縮し始める硫藪煙霧と反応する。これにより、コンクリ ートを製造するのに使用されうる石こうが生成される。

第１の床よシ下流の第２の床において、好ましい粒子は第１の床におけるものと 同じであるが、第１床か・られずかに限定された量の石灰が繰り越されるだけで あり、また第２の床における温度は、より低いので、硫酸を凝縮させることが可 能である。この第２の床の基底において、粒子は連続的に取り出され、そして濃 硫酸を得るために最少量の水で浸出される。耐酸真空ドラムフィルターは、最少 量の浸出水の使用を可能とさせる。

第３の床において、粒子は、使用前にアルカリで湿潤されそして乾燥された活性 化アルミナ系触媒であるのが好ましい。二酸化硫黄がアルカリと反応して重亜硫 酸塩及び重硫酸塩を生成することは周知である。本発明によれば、アルミナ質粒 子は、床の基部において連続的に取り出され、そして真空ドラムフィルターで水 により浸出される。二醗化硫酸ガスは、次いで取り出され、これは、第１または 第２の床よりも前のところで煙道ガス流中へ放出されて、それぞれ石こうまたは 硫酸を生成させうる。

この方法工程において好ましいアルカリは、第３の床の煙道ガス流中に供給され るアンモニアガスである。アンモニアは二酸化硫黄と即座に反応して活性化アル ミナ系触媒上で重亜硫酸アンモニウムまたは重硫酸アンモニウムを生成し、この ものは次いで二酸化硫黄を回収するために真空フィルターで浸出される。二酸化 硫黄はアンモニアよりもはるかに揮発性であるので、後者は再び使用されるべき 粒子中に残る。補充のため、すなわち損失をうめるのに充分なだけのアンモニア が必要とされる。

先行技術において、煙道ガスを噴霧洗浄するのに使用されたアンモニアの水溶液 の採用は、必ず煙突の上に汚染物質の目に見える羽毛状煙をもたらした。これは 、煙道ガスをほぼ乾燥した粒子で処理する本発明の実施においては今日まで観察 されておらず、それは水分が粒子上に吸着されるからである。

回収された亜硫酸は、慣用の蒸留、冷却及び圧縮の諸工程により液体二酸化硫黄 とすることができ、そして次いでクラウス法によって元素状硫黄に転化されうる が、そのような副生物はコスト効率的ではないようであり、従って現在のところ 本発明の好ましい実施の一部ではない。

煙道ガスを大巾に冷却するためにまず煙道ガスに水の噴霧を用い１次いで充分な 煙突ドラフトを確保するためにそれを再加熱する公知の煙道ガス処理のための方 法と対照的に１本発明の実施において処理された状態の煙道ガスは、煙突へ出る 前に再加熱を必要としない。

同時に、ボイラー給水は、バッフル及びスクリーンを冷却し、かくして床を冷却 して硫酸の生成及び凝縮を確保するために使用されうる。そのような装置を防食 するコストが典型的には節減熱エネルギーのコストを越えるので、現在は回収さ れていない煙道ガス中の熱を、これは回収するであろう。

図面の簡単な説明 添付図面を参照すれば本発明は理解されよう、ここに：第１図は、本発明による 好ましい方法のフローシートである。

第２図は、慣用円筒ダクト中に接続され、そして三つのフィルター床を内包して いる矩形煙道ガスダクトの水子種断面図である。

第３図は、垂直、煙道ガスフィルター床の横断面を示す第２図の拡大部分図であ る。

第４図は、垂直煙道ガスフィルターアセンブリイの水平横断面図である。

第５図は１粒子取り出しの方法を示す第３図のフィルター床の基底部の斜視図で ある。

第６図は垂直ｌ（イブと粒子床の一つの端部の垂直断面図で１、粒子は基底部か ら床の頂部までパイプを介して真空リフトされる。

第７図は、床の一つの斜視図であり、粒子から酸を一過するのに用いられる回転 ドラムを示している。

第８図は、第２図のフィルター床の二つの平面図であシ、それらの配管接続の詳 細を示している。

好ましい態様の説明 第１図は本発明による好ましい方法のフローシートを示す。方法は１００から始 まり、ここでは煙道ガスは円形断面の慣用水平ダクトを通過しているように示さ れている。本発明の煙道ガス処理装置を四角形断面であるように組み立てるのが 都合よく、後から付設構築しようとする場合には、ろう耳型ガス流分配器を、１ ０２のところに示したように、設けて典型的には円形断面である水平煙道ガスダ クトを本発明による四角形処理ダクトと結び付ける。

１０４のところに示したように、この矩形ダクトに入る煙道ガスは主としてＮｚ ＋Ｃ（ｈ＋Ｈｚｏ十ｏｚ＋８０２＋ＮＯｘからなっている。本発明によれば、こ れらの煙道ガスは最初に第１の垂直な粒子床１０６に出会う。好ましくは、これ らの粒子は、石炭の燃焼後にボイラーから取り出され、適宜に粉砕及び寸法区分 、例えば約１０〜８０メツシユとされたボトムアッシュである。砂も使用できる 。

煙道ガス中のフライアッシュ中の石灰は、煙道ガス中のＳＯ２及び水と反応して 石こうを生成する。石こうは、以下に述べられるようにして粒子床１０６から回 収され、そして例えばコンクリートの成分としてまたは肥料中で使用されうる。

従って、石こうは本発明の方法の価値ある副生物である。

垂直床の構造は第２乃至４図に関連して以下に詳述されるが、簡潔に言えば、各 床は、煙道ガス流を横切って配置された垂直に延在する層の形状にある量の粒子 を支持して、煙道ガスの全量が各床を貫通しそしてそこで反応されるようにする ための手段からなる。各床は冷却水パイプによって少なくとも一部において支持 されており、冷却水パイプはその温度も制御する。

本発明の重要な態様によれば、これらの床の少なくとも一つにおいて、硫酸をそ こで生成せしめる条件が維持される。これは、硫酸が凝縮しないような充分に高 い煙道ガス温度を維持するようになっていた煙道ガス処理の先行技術の典型的な 実施と正反対である。この実施は煙道ガス煙突アセンブリーの腐食を限定し、か くして事業操業者の利益をもたらしたが、それは硫酸が大気中で後に凝縮し酸性 雨の主要な原因となることを意味し、これは北米及び西ヨーロッパの多くにわた って非常に重大な汚染物である。

煙道ガスから硫酸を除去するための硫酸の意図的凝縮を示唆する特許は公知であ る；米国特許第４５９７４３３号、第４６７６２９９号及び第４７０３７９４号 参照、すべてはこの出願の出願人のうちの一人に対して発行された。

第１の床１０６を介しての煙道ガスの通過及びフライアッシュの除去後、煙道ガ スは次いで１０８のところに示されているような第２の粒子床を通り抜ける。第 ２の床中の粒子は、第１の床中の粒子に実質的に類似している。しかし、この場 合に、石灰は主として除去されてしまっており、そして温度が比較的低いのでこ の床において硫酸を凝縮させることが可能である。この場合も、図示したように 、冷却水／（イブが設けられておりそして硫酸が事実上凝縮しそして除去される ように、床の温度を制御するのに使用される。好ましくは、硫ｒＲは真空フィル ターによって粒子から除去され、その構造は第５〜７図に関連して詳しく示され ている。

１１０のところに示された第３の床における粒子は、好ましくは、活性化アルミ ナ系触媒、すなわち使用前にアルカリで湿潤されそして乾燥されたアルミナ含有 物質である。煙道ガス流中の何らかの残留二醒化硫黄は、アルカリと反応して重 亜硫酸塩及び重硫酸塩を生成しよう。

窒素酸化物（ＮＯｘ）もまたこの工程で除去される。重硫酸塩は、それから二酸 化硫黄を除く真空フィルター装置′　（これも第５〜７図に関連して以下検討さ れる）において触媒から除去される。これは、すべて前述されたように石こう及 び硫酸を生成させる反応のために第１の床より以前の煙道ガス流へ返還されうる 。アルミナ系触媒粒子は、次いで、１１２のところに示されたように再循環され うる；典型的には、アルカリはその上に残留し、そして同様に再使用される。好 ましいアルカリは第２及び第３の床の間で煙道ガス中へ導入されるアンモニアで ある。

その他の触媒は、アルカリ添加をして、またはアルカリ添加せずに、Ｓｏ、を凝 縮させるために採用されうる。

これらには、活性炭またはその他の炭素質物質、けい藻土、粘土、フーラー土、 あるいはシリカゲルのよう々活性シリカ物質、の如き高表面積物質が包含されう る。極性または非極性物質が有用でありうる。

このようにしてＳ０２及び窒素酸化物を除された煙道ガスは、次いで１１６のと ころに示された中間のろう耳型流れ分配器によって１１４のところで慣用ダクト へ返還される。

第２図は、本発明による後付設可能な煙道ガス処理室。

すなわちスクラビングアセンブリー、の縦断面を示す。

矩形断面形でありうる煙道ガスダクト２０は、慣用円筒状煙道ガス排出ダクトの 両端部の間に挿入される。矩形ダクト２０は、水平断面に示された三つの垂直床 ＩＡ、ＩＢ及びＩＣを収容している。

ろう耳型遷移ダクト部材２３は矩形ダクト部分２０を慣用煙道ダクト２１の円形 端部へ結合する。煙道ガス分配具２４Ｈ，煙道ガスが床ＩＡ、ＩＢ及びＩＣを均 一に流通するようにする。

アルカリ薬剤、典型的にはアンモニアは、４０のところに概略示された分配器に よって第３の触媒床の上流側で流動流中に導入される。ファン４２が本発明のス クラバーと煙突４４との間に設けられて、床を介してのガスの高速乱流を確保す る。かくして、煙道ガス流中のガス、同伴粒子、反応剤等の床粒子への完全露出 が確保される。

第３図は、類似構造である床ＩＡ、ＩＢ及びＩＣのうちの一つの拡大縦断面であ る。煙道ガス流動はこの図で左から右へ向う。第４図は、第４図の３−３に示さ れている第３図に直角の断面である。第３及び４図に示されるように、粒子の床 ２は、上流側はパンフル３によりそして下流側は比較的細かい１例えば１０〜８ ０メツシユのスクリーンによって直立位置に保持されている。床２は、バッフル ３の頂部とスクリーン４との間に粒子を２置することによシ簡単に形成される。

床２、バッフル３及びスクリーン４は、垂直な冷却水管５及び６との接触により 温度制御される。これらの管は、チタンから成形されている。バッフル３は管５ に溶接されている。スクリーン４は管５及び６０間に限定されている。このステ ンレス鋼スクリーン４は取り外し可能であり、各列において約１フイート間隔を 空けられている水冷管５及び６の二つの垂直列の間にきちんと保持されている。

かくして管は６インチ毎にスクリーン４と交互に接している。

これは第４図の床の水平断面に示されている。

このようにして、粒子床は、容易に温度制御される。

例えば、第２の床ＩＢは、大まかに２２０〜３７０下の温度範囲に制御されて、 その上に硫酸を凝縮させる。１分子のＳＯ２が１または２分子の水と反応する。

このプロセスは、冷却水流動弁を制御する床中の慣用サーモスタットによって慎 重に調整される。この床ＩＢにおいて、煙道ガス中のＮＯｘは粒子の元素類と一 緒に、硫酸製造技術において周知のように、硫酸生成に触媒作用を及ぼす。

煙道ガスのどの１立方インチも、本発明によシ、粒子床を高速で強制的に流通さ せられ、これにより沈滞ガスの境界層が粒子から除去され、煙道ガス中のＨ，Ｏ ，Ｎｏ工及び０２による醸化が即座に生じる。この発明によれば、適切に作られ た金属線スクリーン自体が触媒機能の助力をなす。典型的には、各床のルーパー ３は、垂直に対し約１００と約６０°との間で傾斜しており、そしてそれぞれ約 １及び約４インチの間の幅である。各床の全厚は１〜２インチである。

第５図は、第３及び４図に示した床の一つの基底の縦断面の等角透視図である。

第６図は床の端部の断面であり、そして第７図は、第５図と同様であるがより小 さい尺度での等角透視図であシ、この床の構造全体を図示している。全長に沿っ て延在する溝７をもつ回転チタン口、ラド８が床の基底内に装置されている。粒 子は床の水平幅全体に沿って溝７中へ落下し、第６図に示されたリフトパイプ１ ０によって基底に対して加えられた強い真空によって引き込まれる。

第７図は、真空ドラムフィルター１３を示し、これに対してリフトパイプ１０が 洗浄のための粒子を分配する。

ドラムフィルター１３は、幅１０フィートのオーダーでありうる床の幅全体にわ たって延在している。従ってリフトチューブ１０は、図示されたように、床の頂 部で彎曲されておシ、そしてドリル穴またはスロットが付けられて、真空ドラム フィルター１３に対する水平真空コン（ヤーとなっている。慣用真空ポンプまた はスチームエジェクター（図示されず）が、フィルタードラム１３の内部へ加え られる真空源として設けられる。水噴流１２がフィルターの表面及びその上に蓄 積される粒子を湿潤する。

本発明の重要な態様によれば、真空力は三つの方式で使用される。第１に、それ がドラム１５のために多孔質金属または多孔質融合セラミックを好ましく使用す ることを除いて設計が従来通りである真空ドラムフィルター１３を、真空力は作 動させる。すなわち真空は管の内部に加えられて１粒子をその多孔質表面上に引 き付けてフィルターケーキを形成させる。第２に、真空力は真空コンベヤ系統を 作動させて、フィルター床の全長から粒子を引き出し、それらの粒子をフィルタ ー床の頂部へ揚げそしてそれらをフィルター床の頂部の全長に沿って分配する。

第３に真空によって粒子を介して引き出された煙道ガスはフィルターケーキを加 熱し、そのようにして湿潤ケーキを乾燥させ、粒子が洗浄されると同じ位い早く 粒子から吸収物質を抽出する。酸性Ｐ液は慣用真空ドラムｒ過法でドラムの内側 から引き出される。揚げ及びコンベヤー管１０はチタンまたは厚壁鋳鉄管から作 られて摩耗ならびに酸に耐えるようにすることができ、その理由はフライアッシ ュの粒子が５〜５０フイ一ト／秒の速度で移動するからである。

回転式の溝付きロッド８からなるコンベヤー構造は、第７図に８′のところに示 されたように、床の頂部でも採用されうる。粒子は溝付きロッド８の回転によシ 床の全体にわたシ平均に分配される。真空ドラムフィルターはケーシング１４に 収納されている。示されるように、フィルターは中空軸１７上で回転する多孔質 金属またはセラミックドラム１５からなる。軸１７は、スポーク１６によってド ラム１５へ取り付けられる。真空は管１７の中心にある穴１９を介してフィルタ ーに、従って粒子のフィルターケーキ１８に加えられうる。使用されうる慣用の ドラムフィルターベアリング、モーター及び真空ポンプは図示されていない。

要約するために、床の底から頂部への粒子の再循環、及び粒子からの汚染物の抽 出は、第５．６及び７図に示されている。床の基底部の溝付きロッド８は回転さ れる。

粒子はロッド８の溝７中へ落下し、そして床の幅に沿って真空によって揚げチュ ーブ１０へ引き出される。粒子は、ドラムフィルター１３の全長にわたって分配 され、そして一連のスプレー１２によって湿潤され、それによシこれらの粒子の 層が、ドラムの面に付着している高密度フィルターケーキを形成する。ドラムが 時計方向に回転するにつれて、別のスプレーが水分を加え、この水分は粒子を介 して内向きに移動して、粒子による煙道ガスからの汚染物質の吸着からもたらさ れた酸及び塩を抽出する。液体フィルトレー）Ｈ慣用方式でドラムの内側から回 収される。

好ましくは、本発明により第３の床において使用されるアルミナ系活性化触媒の みが、第５〜７図に示された装置において再循環される必要がある。そのアルミ ナ系物質を含む床より前の床は、前記のように、フライアッシュまたは粉砕、分 級ボトムアッシュを含む。これらは石こう製品と共にコンクリートクリンカー製 造またはコンクリート副生品へ向かう一回流通床でろってよい。この場合に、フ ライアッシュを移送するために発電プラント工業によって使用されてきた慣用真 空コンベヤー装置が、床の基底の一端部から粒子を引き出すのに採用されうる。

第８図は、床ＩＢ及びＩＣの平面図であり、冷却水管５及び６がスクリーン４よ り下のそれらの基底において接合されて床と構造的に一体化し同時にそれを冷却 する一例方式を示しており、図示された構造は、保全または交換のためにダクト ２０から床が容易に取り外せるようにしている。そのようなときに、細目スクリ ーン４は、冷却／パイプ５及び６との間のきちっとした嵌合から容易に引き揚け ることができる。パイプ５及び６を通過される冷却水は論理的にはボイラープラ ント凝縮器からのものであってよい。冷却水は、垂直パイプ２６を介して床の頂 部近くで入り、水平分配パイプ２４、及びパイプ２４を垂直パイプ５の頂部へ接 続しているパイプ２７へ供給される。水は／パイプ５内を下向きにそれらのパイ プの底まで、次いでスクリーンより下の水平接続パイプ２９を介して、Ｃイブ６ へ流れる。水は次いでバイブロの頂部まで上向きに流れる。バイブロは短いパイ プ３０を介して集合水平・互イブ２６へ接続されている。予熱された給水は１次 いで垂直パイプ２８を介して、Ｃイブ２５からボイラーへ支給されうる。このシ ステムからの一つの取出口は水を、典型的には２００下で、第７図に示した真空 ドラムフィルターのスプレーパイプ１２へ支給する。

かくして第８図は四つの新規特徴を示している。第１に、図示構造は、煙道ガス 酸を凝縮させるためにフィルター床の積極的冷却を与える。前記のように、従来 技術の教示は、煙道におけるＨ、　Ｓ　ｏ４の凝縮を回避するために煙道ガスの 冷却を避けることである。これは装置の配管の腐食を防ぐが、それは必然的に大 気中へのＨ！ＳＯ４煙霧の放出を生じさせ、これが酸性雨の主要源となる。

本発明によフこれは回避される。第２に、第８図は、床に構造的支持を冷却水管 が与えると共にそれを容易に修繕または交換しうるようにする方式を示している 。第３に、第８図は、酸を凝縮するために煙道ガスを冷却する際に夫々われる熱 エネルギーを、ボイラー給水を予熱することにより回収するための手段を示して いる。第４に、第８図は、粒子を抽出処理するのに必要とされる非常に高温の水 を与える手段を示している。前記のように、抽出後に粒子は再循環され、再使用 されうる。

煙道ガス汚染物質を吸収するのに使用される好ましい活性化アルミナ触媒は、ア ルミニウムの溶融または保持炉の表面浮浮から誘導される。この活性化アルミナ を製造するための方法は米国特許第３９５５９６９号及び第４０５０９９９号に 記載されている。

実施例１ 本発明を理解するのに助けとなるであろう特定な実施例を以下に示す。この実施 例は、下記の典型的組成を有するケンタラキー炭を燃焼する１　００．　ＯＯＯ ｋＷ発電プラントにおけるガス流動を見積もる。

炭素　Ｃ７９，０６＆６　　　０．６３６水素　Ｈ５，６４，５０，０４５ ・　　窒素　Ｎ　　　　　１．７　　　　１．４　　　０．０１４酸素　０　　 　１０．１　　　　　＆１　　　　０．０８１硫黄　Ｓ　　　　　３．６　　　 　２９　　　０．０２９灰　　　　　　　　　　　　　　　　　１１．２　　　 　’０．１１２１００．０　　　１００．０　　　　１．０００合　　　計　　 　　　　　１０９ 石炭中の酸素差引　　　　　　０．０８反応に必要とされる酸素　　　λ０１ 完全燃焼のため２４チ過剰空気追加　　　　　　　　ｏ、４８石炭１ポンド当り ボイラーへの合計酸素ポンド数　　１４９燃焼石炭１：Ｆ′ンド当り合計煙道ガ スの計算上記スタックガス中の窒素Ｚ４９ｘ（四をｌ）（空気中ル勺）　　９． ３７二醒化炭素０．６３６Ｘ４４／１２（Ｃｏｔ／Ｃ）＝１３３　０２１．７差 引　０．６３理論値２４チ過剰を含めて燃焼に必要とされる空気中の水Ｚ４９　 Ｘ　（ＩＯＱ／２１）（空気／Ｎ）Ｘｏ、０１６５７５０％湿度７７？＝０．１ ９６ 燃焼石炭１ポンド当り石炭中の水　　　　　０．０８３水素燃焼からの水　０． ０４５Ｘ（３６／４）　　　　　０．４０５０．６８４　　０．６８ 硫黄　０．２９Ｘ６４／３２（Ｓｏｗ／Ｓ）　　Ｃｈ差引　＝０．０３　　　０ ．０３４Ｐ＃石炭１．＋？ンド当り煙道ガス合計ポンド数　　　　　１３．２０ 燃焼石炭１ポンド当り二酸化硫黄合計ボンド数　　　　　０．０５８煙道ガス中 の二酸化硫黄のパーセント ０．０５８／１３．２０Ｘ１００　＝　０．４５チジュロング式による石炭の熱 量の計算 石炭１ポンド当り　Ｂｔｕ＝１４．５４４Ｘ炭素６４０２８Ｘ（水紫−酵素／８ ） ・４，０５０Ｘ硫黄　　　　　　 ＝ｉ４，５４４Ｘ０．６３６　　９，２５０１０２８ｘｏ、０３５　　２１７１ ４．０５０ｘ　Ｏ，０２９１１？ 燃焼石炭１ポンド当１）　　Ｂｔｕ　　　　　　　　　　１１，５３８ガスの容 積の計算 １００．０００ｋＷプラントについて３５％の一部エネルギー効率を仮定すると 、ｋＷに転化されるＢｔｕ　Ｆｉ、３５％Ｘ１１，５３８Ｘ２０００＝８，０７ ６．６００／石炭トンである。

１ｋＷ電力１ｄ８１，９５９　Ｂｔｕ／日に等価であるから、毎日必要とされる 石炭は、１００，０ＯＯＸ８１．９５９Ｘ＆０７６．６００＝１０１５）ンであ り、あるいは１４１０ポンド／分及び２３．５．＋？ンド／秒である。

燃焼石炭１ポンド当りの煙道ガス合計ポンド数は、（上記から）１３．２０であ るから、１分画シ煙道ガスポンド数は１．４ｉ０Ｘ１３，２＝１８６１２であり 、秒当り３１０．２である。

昇温におけるガスのモル数及び容積の計算（３２下において３５９立方フイート を占めるいずれかのガスの１モルに基づく）。

Ｎｚ　　９．３７　２８　０．３５５　１２０　１７５　２２５　２７’７Ｃｏ ｔ　　１３３　４４　０．０５３　　１９　　２８　　３６　　４４０ｘ　　Ｏ ，４８３２０，０１５５７’　　９　　１２パイロツトプラント試験は、活性ア ルミナのカスケードを介してガスが４０フイ一ト／秒で移動し、従って所要面積 が容積／４０であることが示された。

４００下の反応温度では＝１７４平方フィートでおる。

従って１３Ｘ１３フイート平方のダクトは適切な反応面積を与えよう。

ボイラー給水の予熱による節約の計算 この明細書の実施例Ｉのデータから、節約は下記のように計算される； ボイラー給水は、煙道ガスを１００下に冷却するときに３５０〜２５０°に加熱 される。

平均３００？における煙道ガスの平均比熱は、０．２５４Ｂｔｕ／煙道ガス・ポ ンドである。

上記から燃焼石炭１ポンド当り煙道ガス１λ８６ポンド。

昇温においてのガスのモル数及び容積の計算１００×０．２５４Ｘ１！８６＝３ ２６Ｂｔｕ節約／石炭１ポンドであり、１１．５３８　Ｂｔｕ可利用／燃焼石炭 １ポンドでは、節約率＝３２６／１１．５３５＝４８２チ。

石炭コストが購入トン当り３０ドルであるとすれば、節約は燃焼石炭トン当り０ ．８５ドル、あるいは１日当り０．８５ドルＸ１０１５）ン／日；８６２ドル／ 日である。

上記の明細書は石炭燃焼発電プ→ントからの煙道ガスの処理を概ね言及している が、本発明の装置及び方法は油、天然ガスまたは廃棄物を燃焼させることによシ 発生されたものでも、あるいは鉱石精練または裏紙作業からのいずれのタイプの 煙道ガスを実用的に処理するのに適していることは了解されるべきでるる。

本発明の好ましい具体例は開示されたが、当業界の熟練者は、その他の改変及び 改良が本発明の精神及び範囲から逸脱することなく本発明に彦されうることを認 めよう。本発明は従って上記開示によって限定されるべきでなく、以下の請求の 範囲によってのみ限定されるべきでおる。

ＦＩ６．８ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成　２年　９月１０日 特許庁長官　　　植　松　　　敏　　殿１、特許出願の表示 ＰＣＴ／ＵＳ８９１００９２６ ２、発明の名称 ボイラー煙道ガス汚染物の経済的回収及び利用３、特許出願人 住　所　　アメリカ合衆国コロラド用８０３０３．ボウルダー。

フォックス・ドライブ　２４０ 氏　名　　ジョンソン、アーサー・エフ　　　　（外１名）４、代理人 住　所　　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区 浄書（内容に変更なし） 請求の範囲 １、　５０．、ＮＯｘ及びその他の汚染物質を含む煙道ガス流からそれらの汚染 物質を除去するための製造品であって、内部を煙道ガスを流動させるためのダク トを規定する水平ハウジング； そのダクト内に横切って順次に配置され、それにより各々の床を上記煙道ガスが 順次に流通するような少な（とも三つの垂直床（ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ）；同伴フラ イアッシュを上記煙道ガス流から除去するための粒状物質を上記床の第１のもの に供給する手段；硫酸を上記煙道ガス流から除去するための粒状物質を上記床の 第２のものに供給する手段； 上記床の第３のものであって、上記煙道流中の二酸化硫黄と反応させるためにア ルカリ反応剤を担持させるための再生可能粒状触媒からなるもの； 上記第３の床の上流側で上記煙道ガス流中へアルカリ物質を注入する手段（４０ ）； 及び 上記少なくとも三つの床に上記煙道ガスの高速乱流を導入する手段； からなる上記製造品。

２゜第１及び第２の床の一方の粒子は、フライアッシュをなさない石炭燃焼由来 のアッシュ及びスラグ物質から形成される請求項１の装置。

３、上記スラグ及びアッシュ物質は上記床中への配置前に寸法揃えされる請求項 ２の製造品。

４、上記粒子が一方の側のスクリーン（４）と他方の側の一連の傾斜パネル（３ ）との間の層として規定されており、上記傾斜パネルが粒子の上流側に配置され ておりそしてスクリーンが粒子の下流側に配置されている請求項１の製造品。

５、床の底から粒子を取り出す手段（８）を組合せた請求項１の製造品。

６、床の底から取り出した後に床の頂部へ上記粒子を再循環させる手段（１０， １３）を組合せた請求項５の製造品。

７、第１及び第２の床中の粒子は、フライアッシュ中の石炭、及び硫酸と化合し て石こうを生成する物質から形成され、そして第３の床の材料は触媒性物質であ る請求項６の製造品。

８、上記触媒が活性化アルミナ系物質である請求項７の製造品。

９、活性化アルミナ系物質はアルミニウム溶融炉中の溶融アルミニウムからすく ℃・取られたものである請求項８の製造品。

１０、上記アルカリ物質が気状アンモニアである請求項９の製造品。

１１、煙道ガスからの二酸化硫黄の除去後に処理流からアルミナ系触媒を回収す るためのフィルタ一手段を組合せた請求項１０の製造品。

１２、上記触媒は、アルミナ系物質、炭素質物質粘土、け（・藻土、フーラー土 及び活性化シリカからなる群より選択される請求項１１の製造品。

１３、上記床は、上記床の上記粒子による上記煙道ガス流からの上記汚染物質の 除去を透起するために温度制御のための手段（５，６）を含む請求項４の製造品 。

１４、上記スクリーンと熱的接触している配管を通過させることにより上記床に 冷却水を供給し、それにより上記配管が床の構造一体性を維持する助力をなすよ うに更に機能する請求項１３の製造品。

１５、発電プラントからの二酸化硫黄含有煙道ガス流と関連して使用するための 製造品の形のスクラバーアセンブリーであって： 水平ダクト手段（２０）中に配置され上記煙道ガスが実質上全部通り抜けるよう な粒子の第１垂直床（ＩＡ）であって、上記第１床が上記煙道ガス流中のフライ アッシュと反応してそれから上記フライアッシュを除去する粒状物質からなり； 上記煙道ガスのすべてが通り抜けなければならないように、上記ダクト手段内に 上記第１床の下流側に配置され、そして、上記煙道ガス流から二酸化硫黄を硫酸 の形で除去するように選択された粒状物質の床からなる第２垂直床（ＩＢ）；及 び 上記煙道ガス流が実質上すべて通り抜けるように上記ダクト手段内に上記第１及 び第２床の下流側に配置され、上記煙道ガス流から未反応二酸化硫黄を除去する ための触媒物質の粒子からなる第３垂直床ＣＩＣ）：からなる上記製造品。

１６、上記第３床より前で上記煙道ガス流中へ気状アンモニアを導入し、それに より上記粒子が上記アンモニアと上記二酸化硫黄との間の反応に触媒作用を与え 、それにより上記二酸化硫黄が上記煙道ガス流から実質上除去されるようにする ための手段（４０）をさらに含む請求項１５の製造品。

１７、上記触媒が活性化アルミナ系物質、炭素質物質、粘土、けい藻土物質、フ ーラー土、及び活性化シリカよりなる群から選択される請求項１６の製造品。

１８、少なくとも第３床が、上記煙道ガス流から不所望の汚染物質を除去するた めの使用後の粒子を再循環させるための手段（８，１０，１３）を含む請求項１ ５の製造品。

１９、上記粒子再循環用手段は、上記底の底から再生手段へ次いで上記床の頂部 へ上記粒子を物理的に移動させるための手段からなる請求項１５の製造品。

２０、上記粒子再生用手段は、上記粒子のフィルターケーキを形成しそして粒子 のフィルターケーキを介して浸出溶媒を通過させ、それにより汚染物質を粒子か ら除去するためのフィルタ一手段からなる請求項１９の製造品。

２１、上記粒子は、上記床の下流側のスクリーン（４）と上記床の上流側の水平 ルーパー（３）との間の床中に閉じ込められ、それにより上記煙道ガスがスクリ ーンを介して上記ルーバーと床の出口との間の上記床に入る請求項２０の製造品 。

ｎ、上記床は、その中での汚染物質除去反応を進行させ′るように、温度制御の ための手段（５，６）を含む請求項２１の製造品。

詔、上記温度は少なくとも第１及び第２床において硫酸の凝縮温度以下であるよ うに制御され、それにより硫酸が上記床において凝縮され、そしてそれから除去 されうる請求項２２の製造品。

２４゜上記床は、上記スクリーンに熱的接触しそして固定された水冷パイプによ り水冷され、それにより上記パイプが上記スクリーンを支持しそして上記床の構 造一体性を維持する請求項２３の製造品。

２５、上記パイプがチタン材製である請求項２４の製造品。

２６、上記冷却水は上記床中で加熱された後にボイラー給水として使用される請 求項２５の製造品。

２７、上記床はほぼ矩形であり、そして上記床の位置付近で矩形の断面であり、 そして上記スクラバーをそれに容易に後付設するために、発電プラントの既存煙 道ガスダクトの端部と上記矩形部分を組合せるためのテーパー付きダクト手段を 含む別のダクト内に配置されている請求項１５の製造品。

公１発電プラントからの煙道ガス流より不所望の汚染物質を除去する方法であっ て： 煙道ガスを粒子の少なくとも三つの垂直に延在する床（１，４，ｌＢ、ＩＣ）を 順次に通過させ、上記粒子を、煙道ガスが粒子の実質上すべてを介して通過させ られるように、ダクト（２０）内に配置し； 粒子の第１床（ＩＡ）は煙道ガス流中の石灰及び二酸化硫酸及び水と反応して石 こうを生成する物質からなり；粒子の第２床（ＩＢ）は、煙道ガス流中の未反応 二酸化硫黄及び水と反応して硫酸を生成する物質からなり；粒子の第３床（ＩＣ ）は、煙道ガス流中の二酸化硫黄と反応するための乾燥アルカリ物質を付着した 触媒物質か床の粒子から汚染物質を除去する； 工程からなる上記方法。

四上記床の少な（とも一つの温度を硫酸の凝縮温度より低い温度に制御する別の 工程を含む請求項２８の方法。

父、床の温度を制御するのに使用した水を発電プラント中の給水として供給し、 かくして発電プラントの総合的エネルギー効率を改善する工程をさらに含む請求 項２９の方法。

３１、第３床の前に煙道ガス流へ気状アンモニアを添加する別の工程を含み、第 ３床においてアンモニアが煙道ガス流中に存在する二酸化硫黄と反応し、この反 応が第３床の粒状物質によって触媒作用を受けそれにより、二酸化硫黄がそれか ら除去される請求項２８の方法。

３２、少なくとも第３床の粒状物質を再循環させる追加工程を含む請求項３１の 方法。

３３、上記再循環工程は、床から粒状触媒を取り出す工程、それから二酸化硫黄 を除去する工程、そしてこのように再生された触媒物質を床の頂部へ返還する工 程からなる請求項３２の方法。

あ、ボイラー煙道ガスを、アルカリ物質を吸収して有する活性化アルミナ粒状触 媒物質の垂直延在床（ＩＣ）を介して通過させ、これにより、上記二酸化値、黄 を粒子床に吸収させ； 上記粒子を上記床の底から取り出し； 上記取出粒子の層を透過性部材（１３）上に形成し；上記粒子の層の外面を湿潤 し、そして上記粒子の層の反対側に真空をかけて、粒子から硫黄含有化合物を浸 出させ；そして かくして再生された触媒粒子を再使用のために上記床の頂部へ返還する； 工程からなる、ボイラー煙道ガスから二酸化硫黄を除去する方法。

５、上記床の少なくとも一つの温度を硫酸の凝縮温度より低い温度に制御する手 段をさらに含む請求項１の製造国際調査報告 ｍＩ１Ｍａ＋＋６ＭＭ−ム＠−叶ａＩＨ１１内ＴｈａｐＣ〒／υＳ８９１００９ ２６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ＳＯ２、ＮＯｘ及びその他の汚染物質を含む煙道ガス流からそれらの汚染物 質を除去するための装置であって、 内部を煙道ガスを流動させるためのダクトを規定する水平ハウジング； そのダクト内に横切って順次に配置され、それにより各々の床を上記煙道ガスが 順次に流通よるような少なくとも三つの垂直床（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）；同伴フラ イアツシユを上記煙道ガス流から除去するための粒状物質を上記床の第１のもの に供給する手段；硫酸を上記煙道ガス流から除去するための粒状物質を上記床の 第２のものに供給する手段；上記床の第３のものであつて、上記煙道流中の二酸 化硫黄と反応させるためにアルカリ反応剤を担持させるための再生可能粒状触媒 から左るもの；上記第３の床の上流側で上記煙道ガス流中へアルカリ物質を注入 する手段（４０）； 及び 上記少なくとも三つの床に上記煙道ガスの高速乱流を導入する手段； からなる上記装置。 ２．第１及び第２の床の一方の粒子は、フライアッシュをなさない石炭燃焼由来 のアツシユ及びスラウ物質から形成される請求項１の装置。 ３．上記スラウ及びアツシユ物質は上記床中への配置前に寸法揃えされる請求項 ２の装置。 ４．上記粒子が一方の側のスクリーン（４）と他方の側の一連の傾斜パネル（３ ）どの間の層として規定されており、上記傾斜パネルが粒子の上流側に配置され ておりそしてスクリーンが粒子の下流側に配置されている請求項１の装置。 ５．床の底から粒子を取り出す手段（８）を組合せた請求項１の装置。 ６．床の底から取り出した後に床の頂部へ上記粒子を再循環させる手段（１０， １３）を組合せた請求項５の装置。 ７．第１及び第２の床中の粒子は、フライアツシユ中の石灰、及び硫酸と化合し て石こうを生成する物質から形成され、そして第３の床の材料は触媒性物質であ る請求項６の装置。 ８．上記触媒が活性化アルミナ系物質である請求項７の装置。 ９．活性化アルミナ系物質はアルミニウム溶融炉中の溶融アルミニウムからすく い取られたものである訴求項８の装置。 １０．上記アルカリ物質が気状アンモニアである請求項９の装置。 １１．煙道ガスからの二酸化硫黄の除去後に処理流からアルミナ系触媒を回収す るためのフィルター手段を組合せた請求項１０の装置。 １２．上記触媒は、アルミナ系物質、炭素質物質、粘土、けい藻土、フーラー土 及び活性化シリカからなる群より選択される請求項１１の装置。 １３．上記床は、上記床の上記粒子による上記煙道ガス流からの上記汚染物質の 除去を透起するために温度制御のための手段（５，６）を含む請求項４の装置。 １４．上記スクリーンと熱的接触している配管を通過させることにより上記床に 冷却水を供給し、それにより上記配管が床の構造一体性を維持する助力をなすよ うに更に機能する請求項１３の装置。 １５．発電プラントからの二酸化硫黄含有煙道ガス流と関連して使用するための スクラバーアセンブリーてあつて： 水平ダクト手段（２０）中に配置され上記煙道ガスが実質上全部通り抜けるよう な粒子の第１垂直床（１Ａ）であつて、上記第１床が上記煙道ガス流中のフライ アッシュと反応してそれから上記フライアツシユを除去する粒状物質からなり； 上記煙道ガスのすべてが通り抜けなければならないように、上記ダクト手段内に 上記第１床の下流側に配置され、そして、上記煙道ガス流から二酸化硫黄を硫酸 の形で除去するように選択された粒状物質の床からなる第２垂直床（１Ｂ）；及 び 上記煙道ガス流が実質上すべて通り抜けるように上記ダクト手段内に上記第１及 び第２床の下流側に配置され、上記煙道ガス流から未反応二酸化硫黄を除去する ための触媒物質の粒子からなる第３垂直床（１Ｃ）；からなる上記スクラバーア センブリー。 １６．上記第３床より前で上記煙道ガス流中へ気状アンモニアを導入し、それに より上記粒子が上記アンモニアと上記二酸化硫黄との間の反応に触媒作用を与え 、それにより上記二酸化硫黄が上記煙道ガス流から実質上除去される上うによる ための手段（４０）をさらに含む請求項１５のスクラバー。 １７．上記触媒が活性化アルミナ系物質、炭素質物質、粘土、けい藻土物質、フ ーラー土、及び活性化シリカよりなる群から選択される請求項１６のスクラバー 。 １８．少なくとも第３床が、上記煙道ガス流から不所望の汚染物質を除去するた めの使用後の粒子を再循環させるための手段（８，１０，１３）を含む請求項１ ５のスクラバー。 １９．上記粒子再循環用手段は、上記底の底から再生手段へ次いで上記床の頂部 へ上記粒子を物理的に移動させるための手段からなる請求項１５のスクラバー。 ２０．上記粒子再生用手段は、上記粒子のフィルターケーキを形成しそして粒子 のフィルターケーキを介して浸出溶媒を通過させ、それにより汚染物質を粒子か ら除去するためのフィルター手段からなる請求項１９のスクラバー。 ２１．上記粒子は、上記床の下流側のスクリーン（４）と上記床の上流側の水平 ルーバー（３）との間の床中に閉じ込められ、それにより上記煙道ガスがスクリ ーンを介して上記ルーバーと床の出口との間の上記床に入る請求項２０のスクラ バー。 ２２．上記床は、その中での汚染物質除去反応を進行させるように、温度制御の ための手段（５，６）を含む請求項２１のスクラバー。 ２３．上記温度は少なくとも第１及び第２床において硫酸の凝縮温度以下である ように制御され、それにより硫酸が上記床において凝縮され、そしてそれから除 去されうる請求項２２のスクラバー。 ２．上記床は、上記スクリーンに熱的接触しそして固定された水冷パイプにより 水冷され、それにより上記パイプが上記スクリーンを支持しそして上記床の構造 一体性を維持する請求項２３のスクラバー。 ２５．上記パイプがチタン材製である請求項２４のスクラバー。 ２６．上記冷却水は上記床中で加熱された後にボイラー給水として使用される請 求項２５のスクラバー。 ２７．上記床はほぼ矩形であり、そして上記床の位置付近で矩形の断面であり、 そして上記スクラバーをそれに容易に後付設するために、発電プラントの既存煙 道ガスダクトの端部と上記矩形部分を組合せるためのテーパー付きダクト手段を 含む別のダクト内に配置されている請求項１５のスクラバー。 ２８．発電プラントからの煙道ガス流より不所望の汚染物質を除去する方法であ つて： 煙道ガスを粒子の少なくとも三つの垂直に延在する床（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）を順 次に通過させ、上記粒子を、煙道ガスが粒子の実質上すべてを介して通過させら れるように、ダクト（２０）内に配置し；粒子の第１床（１Ａ）は煙道ガス流中 の石灰及び二酸化硫酸及び水と反応して石こうを生成する物質からなり； 粒子の第２床（１Ｂ）は、煙道ガス流中の未反応二酸化硫黄及び水と反応して硫 酸を生成する物質からなり； 粒子の第３床（１Ｃ）は、煙道ガス流中の二酸化硫黄と反応するための乾燥アル カリ物物質を付着した触媒物質からなり； そして 床の粒子から汚染物質を除去よる； 工程からなる上記方法。 ２９．上記床の少なくとも一つの温度を硫酸の凝縮温度より低い温度に制御する 別の工程を含む請求項２８の方法。 ３０．床の温度を制御するのに使用した水を発電プラント中の給水として供給し 、かくして発電プラントの総合的エネルギー効率を改善する工程をさらに含む請 求項２９の方法。 ３１．第３床の前に煙道ガス流へ気状アンモニアを添加する別の工程を含み、第 ３床にないてアンモニアが煙道ガス流中に存在する二酸化硫黄と反応し、この反 応が第３床の粒状物質によつて触媒作用を受けそれにより、二酸化硫黄がそれか ら除去される請求項２８の方法。 ３２．少なくとも第３床の粒状物質を再循環させる追加工程を含む請求項３１の 方法。 ３３．上記再循環工程は、床から粒状触媒を取り出す工程、それから二酸化硫黄 を除去する工程、そしてこのように再生された触媒物質を床の頂部へ返還する工 程からなる請求項３２の方法。 ３４．ボイラー煙道ガスを、アルカリ物質を吸収して有する活性化アルミナ粒状 触媒物質の垂直延在床（１Ｃ）を介して通過させ、これにより、上記二酸化硫黄 を粒子床に吸収させ； 上記粒子を上記床の底から取り出し； 上記取出粒子の層を透過性部材（１３）上に形成し；上記粒子の層の外面を湿潤 し、そして上記粒子の層の反対側に真空をかけて、粒子から硫黄含有化合物を浸 出させ； そして かくして再生された触媒粒子を再使用のために上記床の頂部へ返還する； 工程からなる、ボイラー煙道ガスから二酸化硫黄を除去する方法。 ３５．上記床の少なくとも一つの温度を硫酸の凝縮温度より低い温度に制御する 手段をさらに含む請求項１の装置。