JPH06170165A - 同時脱硫脱硝方法 - Google Patents

同時脱硫脱硝方法

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JPH06170165A
JPH06170165A JP4351572A JP35157292A JPH06170165A JP H06170165 A JPH06170165 A JP H06170165A JP 4351572 A JP4351572 A JP 4351572A JP 35157292 A JP35157292 A JP 35157292A JP H06170165 A JPH06170165 A JP H06170165A
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JP
Japan
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fluidized bed
gas
fine particles
desulfurizing agent
particles
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JP4351572A
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English (en)
Inventor
Kunio Kato
邦夫 加藤
Yasuyuki Takarada
恭之 宝田
Hiroshi Sagara
紘 相良
Makoto Inomata
誠 猪俣
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JGC Corp
Original Assignee
JGC Corp
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Publication date
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  • Catalysts (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、流動層を使用してガス中の硫黄酸
化物及び窒素酸化物を同時に且つ効率的に除去できる方
法を提供することを目的とする。 【構成】 本発明に係る同時脱硫脱硝方法は、粗い粒子
の還元脱硝触媒と細かい粒子の脱硫剤とよりなる流動層
中に硫黄酸化物及び窒素酸化物を含有するガスを流動化
ガスとして還元剤と共に導入し、粗い粒子が実質的に流
動層中に滞留し細かい粒子が制御された平均滞留時間を
もって流動層外に排出される流動条件下でガスと粒子を
接触させ、窒素酸化物を窒素に還元し硫黄酸化物を脱硫
剤に捕捉させた後、硫黄酸化物及び窒素酸化物が除去さ
れたガスと硫黄酸化物を捕捉した細かい粒子の脱硫剤を
流動層より排出すると共に新たな細かい粒子の脱硫剤を
流動層に補給することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばボイラー等の含
硫黄燃料の燃焼装置の排ガスをはじめ、各種の燃焼排ガ
ス中に含有されている硫黄酸化物SOx 及び窒素酸化物
NOx を同時に除去する脱硫脱硝方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】排ガス中の硫黄酸化物及び窒素酸化物を
除去する方法としては、硫黄酸化物を活性炭により吸着
除去した後、活性炭を触媒として窒素酸化物をアンモニ
アガスによって窒素ガスに還元する方法が知られてい
る。またアルミナ、酸化チタン、シリカなどの担体に担
持した酸化銅を硫黄酸化物の吸着剤及び脱硝触媒として
使用して硫黄酸化物及び窒素酸化物を同時に処理する方
法、例えば酸化カルシウムにより熱安定化した酸化チタ
ンをアルミナ質に粘結してなる担体に酸化銅を担持させ
た触媒を用いる硫黄酸化物及び窒素酸化物を同時に除去
する方法が提案されている(特公昭63−33891
号)。
【0003】これらの方法においては移動床形式が採ら
れている。例えば実公昭63−44097号には活性炭
移動床をガス流れ方向に対して2段設置し、前段の活性
炭移動層で主に脱硫し、後段の活性炭移動層でアンモニ
アガス共存下で脱硝する装置が記載されており、特公昭
63−33893号には酸化タングステンにより熱安定
化させた酸化チタンをアルミナ質に粘結してなる担体に
酸化銅を担持させた移動床の触媒で硫黄酸化物及び窒素
酸化物を同時に除去する方法が示されている。移動床方
式においては脱硫剤以外に再生を必要としない脱硝触媒
までも再生工程に移動させることになり、必ずしも効率
的な方法とは言えない。
【0004】硫黄酸化物の除去に流動層を使用すること
に関して、特公平3−18923号には粒度の異なる2
種類の固形物、即ち粒度dp50(50%粒径)が15
0〜500μmの範囲である粗い固形物及び粒度dp5
0が10μm以下である細かい固形物から形成された流
動層に排ガスを流動化ガスとして導入することにより排
ガスから硫黄酸化物、塩化水素、フッ化水素などの有害
物質を分離する方法が示されている。このように粒度の
異なる2種類の固形物を使用することにより、細かい粒
度を有する固形物の流動層反応装置内での滞留時間を著
しく長くすることができ、また粗い固形物は既に吸着の
行われた細かい固形物の表面を摩耗して吸着機能を発揮
し得る表面を新たに形成させることが述べられている。
この方法においては、細かい固形物は排ガス中の有害物
質を吸着させる機能を有し、粗い固形物は前記のごとく
細かい固形物の表面を研磨する働きや支持床を形成する
ためのものである。また特公平4−21524号には、
主として酸化硫黄からなる汚染物質を、流動層装置で、
炭酸カルシウム、酸化カルシウム及び/又は水酸化カル
シウムを主成分とした吸着剤を用い、150℃以下の温
度で分離する方法について提案されている。しかしなが
ら、流動層を使用してガス中の硫黄酸化物及び窒素酸化
物を同時にしかも効率的に除去することのできる方法に
ついては知られていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、流動層を使
用して排ガス中の硫黄酸化物及び窒素酸化物を同時に且
つ効率的に除去できる方法を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る同時脱硫脱
硝方法は、粗い粒子の還元脱硝触媒と細かい粒子の脱硫
剤とよりなる流動層中に硫黄酸化物及び窒素酸化物を含
有するガスを流動化ガスとして還元剤と共に導入し、粗
い粒子が実質的に流動層中に滞留し細かい粒子が制御さ
れた平均滞留時間をもって流動層外に排出される流動条
件下でガスと粒子を接触させ、窒素酸化物を窒素に還元
し硫黄酸化物を脱硫剤に捕捉させた後、硫黄酸化物及び
窒素酸化物が除去されたガスと硫黄酸化物を捕捉した細
かい粒子の脱硫剤を流動層より排出すると共に新たな細
かい粒子の脱硫剤を流動層に補給することを特徴とす
る。
【0007】以下図1により本発明を具体的に説明す
る。加熱器1を設けた流動層反応器2には粗い粒子の還
元脱硝触媒と細かい粒子の脱硫剤とよりなる流動層3が
形成されており、硫黄酸化物及び窒素酸化物を含有する
ガスが流動化ガスとして還元剤と共にライン4から導入
される。流動化ガスと還元剤の導入ラインは別個に設け
ることもできる。この流動層は粗い粒子の還元脱硝触媒
が実質的に流動層中に滞留し細かい粒子の脱硫剤が制御
された平均滞留時間をもって流動層外に排出される流動
条件で操業する。流動層中で窒素酸化物は還元剤と反応
して窒素に還元され、硫黄酸化物は脱硫剤に捕捉される
ので、流動層上部からライン5により硫黄酸化物及び窒
素酸化物が除去されたガスと硫黄酸化物を捕捉した細か
い粒子の脱硫剤を排出すると共に、脱硫剤ホッパー6、
脱硫剤供給機7により流動層から排出された脱硫剤に見
合う量の新たな細かい粒子の脱硫剤を流動層に補給す
る。ライン5により排出されたガス及び脱硫剤はサイク
ロン8、バッグフィルター9において脱硫剤粒子が分離
され、浄化されたガスはライン10から排出される。バ
ッグフィルターに代えて電気集塵機、重力沈降式集塵機
等を使用しても良い。分離された脱硫剤は使用済脱硫剤
貯槽11に捕集される。使用済脱硫剤はそのまま廃棄し
ても良いし、再生装置12で再生して点線のライン13
で脱硫剤ホッパー6に循環し再使用しても良い。
【0008】粗い粒子の還元脱硝触媒が実質的に流動層
中に滞留し細かい粒子の脱硫剤が制御された平均滞留時
間をもって流動層外に排出されるような操業は、実質的
に流動層中に滞留するような操業が可能な粗い粒子の還
元脱硝触媒と粗い粒子の平均粒径に比べて十分に小さい
平均粒径の脱硫剤とを組み合わせ、好ましくは平均粒径
が100〜1500μmの還元脱硝触媒と平均粒径が
0.5〜30μmの脱硫剤とを組み合わせ、粗い粒子が
流動状態になる最小ガス速度(最小流動化速度)と粗い
粒子が流動層外に排出されない最高ガス速度(終末速
度)との範囲内で流動層内のガス速度を適宜選定するこ
とにより容易に行うことができる。通常、流動層内のガ
ス速度は0.2〜5m/secの範囲で選定することが
できる。
【0009】一般に粒子径が30μm以下の粒子は、粒
子と粒子の付着凝集性が強くなり、均一にガス−固系流
動層で流動化することができなくなる。しかしこのよう
な細かい粒子でも粗い粒子と一緒であれば流動化しう
る。流動層では連続的に供給された細かい粒子は粗い粒
子の表面に付着し、粗い粒子と共に流動化するので、細
かい粒子の流動層内での平均滞留時間はガスの平均滞留
時間の100倍以上になるものと考えられる。したがっ
て供給した脱硫剤にSOX が効率よく捕捉され、且つ脱
硝触媒によって脱硝も同時に行うことができる。流動層
における細かい粒子の脱硫剤の平均滞留時間は、通常3
0秒以上、好ましくは100秒以上となるように操業す
ることが望ましい。
【0010】流動層の操業は最初から粗い粒子の触媒と
細かい粒子の脱硫剤を流動層内に充填し、流動化ガスを
導入しての流動層を形成させても良いが、運転開始時に
は粗い粒子の触媒のみよりなる流動層を形成させ、次い
で細かい粒子の脱硫剤を供給しても良い。
【0011】流動層内では粗い粒子の存在割合が90重
量%以上、細かい粒子の存在割合が10重量%以下とな
るように制御することが好ましい。細かい粒子の存在割
合が10重量%を越えると細かい粒子どうしの凝集や吹
き抜けが生じ、流動層の操業が不安定になると共に脱硫
率が低下する。
【0012】還元脱硝触媒としては酸化バナジウム、酸
化鉄或は酸化銅を担体に担持したもの、銅、鉄、或はコ
バルトを含有するゼオライト又は活性炭のうちのいずれ
かを含むものが好ましい。担体としては酸化チタン、ア
ルミナ、シリカなどが挙げられ、これらは単品或は複合
物などの形で用いられる。脱硫剤としては流動層温度に
おいて硫黄酸化物を捕捉し得るものならば種類や捕捉機
構には限定されず、例えば活性炭のように吸着によるも
の、酸化銅を担体に担持したものとか水酸化カルシウム
のように化学反応によるもののいずれであっても良い。
ガス中のSO2は流動層雰囲気中でSO3 となり硫酸又
は硫酸塩の形で脱硫剤に捕捉されるものと考えられる。
【0013】還元剤としては、アンモニア、尿素やメラ
ミンのように熱分解してアンモニアを発生する物質、C
1 〜C6 炭化水素又はアルコールなどのC1 〜C6 含酸
素化合物が好ましく用いられる。処理すべき硫黄酸化物
及び窒素酸化物を含有するガス中にこれらが既に適量以
上含まれている場合はガスをそのまま処理すれば良い
が、不足の場合は添加する。還元剤の量はガス中の窒素
酸化物を窒素酸化物に還元する化学量論比の0.8〜
1.5倍、好ましくは1.0〜1.2倍とするのが適当
である。
【0014】流動層の操業温度は使用する還元剤の種
類、脱硝触媒の種類及び脱硫剤の種類によって異なる
が、脱硝のみを目的として操業する場合の適正な操業温
度の範囲内で且つ脱硫剤が有効に働く温度であれば良
い。好ましくは150〜650℃、更に好ましくは20
0〜600℃の範囲で操業するのが良い。
【0015】流動層からの脱硫剤の排出量、従ってその
量に見合う新たな脱硫剤の流動層への補給量は流動層へ
導入されたガス中の硫黄酸化物の0.8〜1.8倍、好
ましくは1.0〜1.5倍の硫黄酸化物を捕捉し得る量
とするのが適当である。0.8倍未満では脱硫率が低下
し1.8倍以上では脱硫剤の利用効率が低くなる。
【0016】以下実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明は下記の実施例に限定されるものではな
い。なお実施例で使用した流動層反応器は内径50m
m、高さ2500mmであった。
【0017】
【実施例1】前記流動層反応器に、脱硝触媒として平均
粒径350μmの酸化鉄(14重量%)担持シリカ・ア
ルミナ980gを充填し、SO2 :1000ppm、N
O:500ppm、NH3 :500ppm、O2 :3容
量%、H2 O:10容量%、N2 :バランスの組成のガ
スを、400℃、1気圧の条件で毎分170リッター供
給し触媒を流動化しているところへ、導入されたガス中
のSO2 の約1.2倍のSO2 を硫酸塩として捕捉し得
る量の平均粒径10μmの酸化銅(7.5重量%)担持
シリカ・アルミナ(脱硫剤)を連続的に供給し、ガスと
硫黄酸化物を捕捉した細かい粒子をそれぞれ流動層より
連続的に排出した。定常状態(流動層中の細かい粒子の
存在割合:4重量%;平均滞留時間:120秒)になっ
た時の脱硝率は85%、脱硫率は90%であった。なお
流動層中のガスの滞留時間は0.52秒であった。また
実施例1で流動層から排ガスと共に排出された細かい粒
子をサイクロン及びバッグフィルターで捕集し、硫酸塩
化された酸化銅を水素雰囲気で350℃で再生処理した
ところ再生率は98%であり、これを脱硫剤として再使
用できることが分かった。
【0018】
【実施例2】前記流動層反応器に脱硝触媒として平均粒
径250μmの酸化バナジウム(8.0重量%)担持シ
リカ・チタニア1200gを充填し、SO2 :1000
ppm、NO:500ppm、NH3 :500ppm、
2 :3容量%、H2 O:10容量%、N2 :バランス
の組成のガスを350℃、1気圧の条件で毎分157リ
ッター供給し触媒を流動化しているところへ、導入され
たガス中のSO2 の約1.2倍のSO2 を硫酸塩として
捕捉し得る量の平均粒径10μmの酸化銅(6.5重量
%)担持シリカ・アルミナ(脱硫剤)を連続的に供給
し、ガスと硫黄酸化物を捕捉した細かい粒子をそれぞれ
流動層より連続的に排出した。定常状態(流動層中の細
かい粒子の存在割合:5重量%;平均滞留時間:140
秒)になった時の脱硝率は87%、脱硫率は88%であ
った。なお流動層中のガスの滞留時間は0.76秒であ
った。
【0019】
【実施例3】前記流動層反応器に脱硝触媒として平均粒
径250μmの酸化銅(6.5重量%)担持アルミナ7
60gを充填し、SO2 :1000ppm、NO:50
0ppm、NH3 :500ppm、O2 :3容量%、H
2 O:10容量%、N2 :バランスの組成のガスを35
0℃、1気圧の条件で毎分157リッター供給し触媒を
流動化しているところへ、導入されたガス中のSO2
約1.2倍のSO2 を硫酸塩として捕捉し得る量の平均
粒径10μmの酸化銅(6.5重量%)担持アルミナ
(脱硫剤)を連続的に供給し、ガスと硫黄酸化物を捕捉
した細かい粒子をそれぞれ流動層より連続的に排出し
た。定常状態(流動層中の細かい粒子の存在割合:3重
量%;平均滞留時間:100秒)になった時の脱硝率は
84%、脱硫率は89%であった。なお流動層中のガス
の滞留時間は0.52秒であった。
【0020】
【実施例4】前記流動層反応器に脱硝触媒として平均粒
径200μmの酸化銅(6.5重量%)担持シリカ・ア
ルミナ800gを充填し、SO2 :1000ppm、N
O:500ppm、NH3 :550ppm、O2 :3容
量%、H2 O:10容量%、N2 :バランスの組成のガ
スを380℃、1気圧の条件で毎分165リッター供給
し触媒を流動化しているところへ、導入されたガス中の
SO2 の約1.2倍のSO2 を硫酸塩として捕捉し得る
量の平均粒径5μmの酸化銅(6.5重量%)担持シリ
カ・アルミナ(脱硫剤)を連続的に供給し、ガスと硫黄
酸化物を捕捉した細かい粒子をそれぞれ流動層より連続
的に排出した。定常状態(流動層中の細かい粒子の存在
割合:6重量%;平均滞留時間:280秒)になった時
の脱硝率は86%、脱硫率は92%であった。なお流動
層中のガスの滞留時間は0.47秒であった。
【0021】
【実施例5】前記流動層反応器に、脱硝触媒として平均
粒径350μmの酸化鉄(14重量%)担持シリカ・ア
ルミナ1070gを充填し、SO2 :1000ppm、
NO:500ppm、NH3 :550ppm、O2 :3
容量%、H2 O:10容量%、N2 :バランスの組成の
ガスを400℃、1気圧の条件で毎分170リッター供
給し触媒を流動化しているところへ、導入されたガス中
のSO2 の約1.2倍のSO2 を硫酸塩として捕捉し得
る量の平均粒径5μmの水酸化カルシウム(脱硫剤)を
連続的に供給し、ガスと硫黄酸化物を捕捉した細かい粒
子をそれぞれ流動層より連続的に排出した。定常状態
(流動層中の細かい粒子の存在割合:6重量%;平均滞
留時間:320秒)になった時の脱硝率は92%、脱硫
率は93%であった。なお流動層中のガスの滞留時間は
0.57秒であった。
【0022】
【実施例6】前記流動層反応器に脱硝触媒として平均粒
径350μmの酸化銅(6.5重量%)担持シリカ・ア
ルミナ850gを充填し、SO2 :1000ppm、N
O:500ppm、NH3 :550ppm、O2 :3容
量%、H2 O:10容量%、N2 :バランスの組成のガ
スを380℃、1気圧の条件で毎分165リッター供給
し触媒を流動化しているところへ、導入されたガス中の
SO2 の約1.2倍のSO2 を硫酸塩として捕捉し得る
量の平均粒径5μmの水酸化カルシウム(脱硫剤)を連
続的に供給し、ガスと硫黄酸化物を捕捉した細かい粒子
をそれぞれ流動層より連続的に排出した。定常状態(流
動層中の細かい粒子の存在割合:4重量%;平均滞留時
間:280秒)になった時の脱硝率は87%、脱硫率は
91%であった。なお流動層中のガスの滞留時間は0.
51秒であった。
【0023】
【実施例7】前記流動層反応器に、脱硝触媒として平均
粒径250μmの銅(3重量%)担持ZSM−5ゼオラ
イト(Si/Al比:60;シリカアルミナバインダ
ー:70重量%)780gを充填し、SO2 :1000
ppm、NO:500ppm、C36 :2000pp
m、O2 :3容量%、H2 O:10容量%、N2 :バラ
ンスの組成のガスを、450℃、1気圧の条件で毎分1
83リッター供給し触媒を流動化しているところへ、導
入されたガス中のSO2 の約1.2倍のSO2 を硫酸塩
として捕捉し得る量の平均粒径8μmの酸化銅(6.5
重量%)担持シリカ・アルミナ(脱硫剤)を連続的に供
給し、ガスと硫黄酸化物を捕捉した細かい粒子をそれぞ
れ流動層より連続的に排出した。定常状態(流動層中の
細かい粒子の存在割合:5重量%;平均滞留時間:17
0秒)になった時の脱硝率は50%、脱硫率は92%で
あった。なお流動層中のガスの滞留時間は0.42秒で
あった。
【0024】
【実施例8】前記流動層反応器に脱硝触媒として平均粒
径250μmの鉄(1.5重量%)担持β型ゼオライト
(シリカアルミナバインダー:70重量%)770gを
充填し、SO2 :1000ppm、NO:500pp
m、C36 :2000ppm、O2 :3容量%、H2
O:10容量%、N2 :バランスの組成のガスを550
℃、1気圧の条件で毎分208リッター供給し触媒を流
動化しているところへ、導入されたガス中のSO2 の約
1.2倍のSO2 を硫酸塩として捕捉し得る量の平均粒
径8μmの水酸化カルシウム(脱硫剤)を連続的に供給
し、ガスと硫黄酸化物を捕捉した細かい粒子をそれぞれ
流動層より連続的に排出した。定常状態(流動層中の細
かい粒子の存在割合:4重量%;平均滞留時間:220
秒)になった時の脱硝率は88%、脱硫率は93%であ
った。なお流動層中のガスの滞留時間は0.39秒であ
った。
【0025】
【実施例9】前記流動層反応器に脱硝触媒として平均粒
径350μmの鉄(14重量%)担持シリカ・アルミナ
920gを充填し、SOX :860ppm、NOX :2
75ppm、NH3 :280ppm、O2 :3.2容量
%、H2 O:10.5容量%、N2 :バランスの組成の
重油焚きボイラーの排ガスを400℃、1気圧の条件で
毎分183リッター供給し触媒を流動化しているところ
へ、導入されたガス中のSO2 の約1.2倍のSO2
硫酸塩として捕捉し得る量の平均粒径10μmの酸化銅
(7.5重量%)担持シリカ・アルミナ(脱硫剤)を連
続的に供給し、ガスと硫黄酸化物を捕捉した細かい粒子
をそれぞれ流動層より連続的に排出した。定常状態(流
動層中の細かい粒子の存在割合:4重量%;平均滞留時
間:120秒)になった時の脱硝率は84%、脱硫率は
89%であった。なお流動層中のガスの平均滞留時間は
0.49秒であった。
【0026】
【発明の効果】流動層を使用して排ガス中の硫黄酸化物
及び窒素酸化物を同時に且つ効率的に除去することがで
きる。本発明においては、粗い粒子は流動層中に滞留さ
せ、再生又は廃棄の必要な細かい粒子のみを流動層より
排出させるため、粒子の分離、捕集や循環ラインのコン
パクト化が可能となる。又脱硫剤として細かい粒子を用
いるので表面積が大きくなり、脱硫活性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法を説明するための図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01D 53/34 ZAB 132 Z B01J 23/22 ZAB A 8017−4G 23/72 ZAB A 8017−4G 23/74 ZAB 8017−4G 301 A 8017−4G

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粗い粒子の還元脱硝触媒と細かい粒子の
    脱硫剤とよりなる流動層中に硫黄酸化物及び窒素酸化物
    を含有するガスを流動化ガスとして還元剤と共に導入
    し、粗い粒子が実質的に流動層中に滞留し細かい粒子が
    制御された平均滞留時間をもって流動層外に排出される
    流動条件下でガスと粒子を接触させ、窒素酸化物を窒素
    に還元し硫黄酸化物を脱硫剤に捕捉させた後、硫黄酸化
    物及び窒素酸化物が除去されたガスと硫黄酸化物を捕捉
    した細かい粒子の脱硫剤を流動層より排出すると共に新
    たな細かい粒子の脱硫剤を流動層に補給することを特徴
    とする同時脱硫脱硝方法。
  2. 【請求項2】 流動層を構成する粗い粒子の平均粒径が
    100〜1500μmの範囲、細かい粒子の平均粒径が
    0.5〜30μmの範囲である請求項1に記載の同時脱
    硫脱硝方法。
  3. 【請求項3】 流動層内での粗い粒子の存在割合が90
    %重量以上、細かい粒子の存在割合が10重量%以下と
    なるように制御する請求項1又は請求項2に記載の同時
    脱硫脱硝方法。
  4. 【請求項4】 還元脱硝触媒が、酸化バナジウム、酸化
    鉄或は酸化銅を担体に担持したもの、銅、鉄、或はコバ
    ルトを含有するゼオライト又は活性炭のうちのいずれか
    を含むもので、脱硫剤が酸化銅を担体に担持したもの、
    活性炭又は水酸化カルシウムのうちのいずれかである請
    求項1、請求項2又は請求項3に記載の同時脱硫脱硝方
    法。
  5. 【請求項5】 還元剤が、アンモニア、熱分解してアン
    モニアを発生する物質、C1 〜C6 炭化水素又はC1
    6 含酸素化合物である請求項1、請求項2又は請求項
    3に記載の同時脱硫脱硝方法。
  6. 【請求項6】 流動層が150〜650℃の範囲の温度
    に制御されている請求項1、請求項2又は請求項3に記
    載の同時脱硫脱硝方法。
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