JPH06501202A - 燃焼煙道ガムからＳＯ２及びＮＯｘを除去する方法及びそのための装置 - 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】 燃焼煙道ガスからＳＯ２及びＮＯｘを除去する方法及びそのための装置技術分野 本発明は、煙道ガス特に熱及び電力の発生ステーションの煙道ガスから放射線法 によりＳ０２及びＮｏ１等の酸性汚染物質を除去する方法並びに煙道ガスからＳ Ｏ□及びＮＯｘを除去するための装置に関する。

背景技術 火力発電所における石炭及び化石燃料製品の燃焼に由来するガス生成物による大 気汚染は、地球規模で深刻な問題となっている。電力５００ＭＷの代表的発電所 は約３乃至５トン／時の汚染物質を放出しており、環境に及ぼすその有害な影響 は時と共に深刻になっている。煙道ガスを効果的に精製せんとする研究が行われ 、幾つかの技術が開発された。

化学的方法による煙道ガスからの酸性汚染物質の除去は、酸性不純物をアルカリ 性溶液たとえば石灰懸濁液に吸収させることによる。これらの湿式法は大量の副 生物を堆積させることになり、しかもＳ０２しか除去できない。大部分のＮｏア は煙道ガス中に留まったままであり、特にＮｏはフレオン化合物と共にオゾンホ ール形成の原因をなすと考えられる。従って、煙道ガスからＮＯｘを除去するに は別のプラントを建設する必要がある。このプラントは、別の原理、主として触 媒還元に基ずくものである。

放射線技術は加速電子流を用いてフリーラジカルを発生させる。この技術は煙道 ガスからのＳＯ２とＮ　Ｏｘの同時除去を可能にする。

この放射線法は−プラントでＳ０２の９５％とＮＯｘの８０％を除去することが できる。放射線技術では生起する反応の効率を向上させることが重要であり、こ れはガス混合物の量、温度及び組成に関係する。ボーランド特許第１５３２５９ 号明細書及びボーランド特許出願筒２８４．９９６号（１９９０年４月２７日出 願）明細書に記載されているように、照射前に水分と一定量のアンモニアを導入 すると効率を高めることができる。これらの方法は放射線により開始される同時 反応に基ずくものであり、固体の生成物を形成する。この生成物は肥料として有 用である。

水エーロゾルの存在下に煙道ガスを照射すると、原子ラジカル、分子ラジカル及 び自由電子が生成する。ＯＨ＊、Ｏ＊及びＨ２０＊ラジカルはＳ０２及びＮＯｘ を酸化してＳＯ３及びＮＯ２にし、水の存在下ではさらにＨ２ＳＯ４及びＨＮＯ ３を生成する。これらの化合物は最終的にはアンモニアと反応して固体生成物の ＮＨ４Ｎ０３及び（ＮＨ４）２　ＳＯ４を形成し、これらは肥料として使用する ことができる。この方法の温度は６５乃至１００°Ｃの範囲内に維持される。

ガス組成及びその流速に応じて温度、水添加炭及びアンモニア含Ｉを最適化する と、煙道ガスからの酸性汚染物質の除去効率が若干変化する。

この放射線法の効率改善を目的とする研究がなされた。この方法は静電場及び電 磁場を付加的に使用するもので、これらの場が自由電子及びフリーラジカルの量 を増大させ、化学反応の進行を変えるのである。

ＤＤ−２４３−２１６Ａ号（８７−１７０５９０）特許明細書に記載された既知 の方法は、エネルギー５Ｏ−５００ｋｅＶの電子ビームの他に、１００Ｖ／ｃｍ までの強度の静電場を用いてプロセス内ｐ電気エネルギー消費を減らすことを提 案している。この方法だと精製効率が増加する。この方法の欠点は、反応器内に グリッド電極を追加配置せねばならないことである。この電極は、反応が進行す る空間内に電場を形成するため互いに１６ｃｍ離れた距離で配置される。照射時 及び照射後に形成される固体の反応生成物及びフライアッシュは、電極上に沈着 して反応器を閉塞させ勝ちとなる。

前記の方法の欠点はＪ○−１０９９−６３３−Ａ号（８９−１５６５４８／２１ ）特許明細書に開示された解決法により克服することができる。この方法は、照 射室内にレーザビーム（波長１９３ｎｍのＡｒＦレーザ）を注入してＣＨ３０Ｈ を添加する。ＣＨ３０Ｈは光で励起されてＯＨ＊ラジカルを発生し、これがＮＯ とＳＯ２を固体生成物に結合して除去可能にする。レーザビームの使用はプラス 効果を有するが、その工業的適用は複雑かつ高額の費用を要する。水の存在によ って反応器内へのＵＶ光の浸透が制限されるので効率は低い。光ビームの空間分 布均一度を良好にすることも困難であり、ＣＨ３０Ｈ化合物も使用しなくてはな らない。

電気エネルギーの消費を低下させる問題は、工業規模の設備では特に重要である 。発電所で発生する総電気エネルギーの２乃至４パーセントが、煙道ガスの酸性 汚染物質の精製に消費されるからである。

課題を解決するための手段 本発明は、電子ビームと共にマイクロ波エネルギーを用いて精製過程の効率を高 め、この目的のためのエネルギー消費を減らすものである。

本発明の方法の本質的な特徴は、照射時に誘起されて、酸化性ラジカル発生のた めに加速電子ビーム形態で系内に導入される自由電子を二次的に利用すること及 びマイクロ波エネルギーを用いて自由電子の数を増大させると共にそのエネルギ ーを最適水準に維持することである。その結果、照射率（ｄｏｓｅ　ｒａｔｅ） 電子ビームの平均出力は減少し、同一除去効率の加速器の資本費は低下する。

すなわち、本発明は、煙道ガスからＳＯ２及びＮｏｆを除去する方法であって、 前記煙道ガス流に電子ビームを照射しかつ定常流、連続流及び／又はパルス流の 形態で加えたマイクロ波を作用させる方法に関する。放射線域で電子ビームを照 射された煙道ガス流は、その全断面にマイクロ波エネルギーの作用を受ける。こ のマイクロ波は、電界強度Ｅｉ＞３００Ｖ＞ｃｍ及び周波数２００乃至１０．０ ００ＭＨｚ　Ｉ、−テインハルス長τ＝１０−’乃至１０−３秒で導入される。

このマイクロ波パルスの繰り返し周波数（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｆ　ｒｅｐｅ ｔｉｔｉｏｎ）は、ｆ＞ｖｌａ、でなければならない（Ｖはガス流速度であり、 α１ま照射域の長さである）。

別法として、定常的、連続的なマイクロ波エネルギーＥｃの流れを同時に使用す ることができ、その強度は周波数２００乃至１０．ＯＯＯＭＨｚで１００乃至３ ００Ｖ／ｃｍの範囲内である。

本発明において適用される最高の電子ビーム線量は１−２０ｋＧｙである。線量 は勿論必要とされる結果に応じてセットされる。たとえば、約５０％の汚染の減 少が望まれる場合には、線量は５　１０ｋＧｙの範囲であることができる。

プロセス内で使用される電子ビームもパルス型のものであり、そのパルス持続は τ、＝ｉｏ−”乃至１０−５秒である。

反応器において煙道ガスに加えられるアンモニアの量はＳ０２及びＮＯ８含量に 依存し、はぼ化学量論量とすべきである。水含有量は８−１２容量％が望ましく 系に適合した状況に応じて最適化される。

本発明の更なる特徴は、加速電子の流れとマイクロ波エネルギーを同時に使用す る放射線法において燃焼煙道ガスからＳＯ２及びＮＯ８を除去する装置である。

これを実現するには、反応器に一以上の電子ビーム源及び−以上のマイクロ波源 を設置しなければならない。マイクロ波エネルギー源と電子ビーム源の配置は限 界的ではない。しかし、電子ビームとマイクロ波が反応器内の同−域に導入され ることが必須なのである。マイクロ波エネルギーの入口は、反応器の軸上に、そ の軸とは垂直な任意の角度で設置されてよい。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の集中電子ビームを有する反応器を例示する概略図である。第２ 図は第１図の平面図である。第３図は本発明により電子加速器に線形走査システ ムを搭載した反応器を例示する側面図である。第４図は本発明によるパイロット プラントのフローダイヤグラムである。

発明の詳細な説明 煙道ガスは、反応器入口の前で、放射線法の標準法に従って処理される（フライ アッシュ粒の濾過、湿潤、アンモニア注入）。周波数２００乃至１０、ＯＯＯＭ Ｈｚのマイクロ波エネルギーを反応域に追加導入すると、この域内の自由電子及 びフリーラジカルの数が増加し、そのため煙道ガスからの酸性汚染物質の除去が 良好になる。このプロセスの固体生成物は濾過により捕集される。マイクロ波エ ネルギー流の電気成分が、燃焼ガスを照射する反応域内の過程に参加する。マイ クロ波エネルギーは、入口及び出口の導波管により反応器に導入される。この導 波管は反応器の側壁上で加速電子流中に固定されている。矩形の導波管の狭い側 で接続する。この装置に２個の追加導波管を備えてもよい。この装置が精製過程 を更に効果的にするのである。　具体的にはマイクロ波エネルギーは反応器の軸 に垂直に反応器に導入されることが望ましいが、個々の構成の構造に依存してい ずれか他の角度の方向に向けられてもよい。第１−３図に示すように、導波管の 狭い壁に接続部を設けた導波管５を用いて、マイクロ波エネルギー流が電子ビー ムに対して上述と同一の方法で側壁を横切って反応器４内に取り込まれる。マイ クロ波エネルギーパルスの存在はこの容積内の自由電子及びフリーランカルの数 を増加させ、それが精製過程を更に効果的にする。

自由電子のエネルギーを支持するため、反応器４と加速器１又は１゛　との間の 電子出力室２上に２個の追加導波管３を設置する。接続は導波管の狭い壁内でな され、導波管は３−ｄＢ装置の２個の出口アームに固定される（マイクロ波分割 器）。この３−ｄＢ装置では、２個のその他のアームの内の一方はマイクロ波適 合負荷（該装置におけるマイクロ波は反射されることなく吸収される）に接続せ られ、他の一方はマイクロ波発生器に固定される。マイクロ波エネルギーの定常 流は、この過程に参加して自由電子のエネルギーを支持する。フリーラジカルの 発生と精製の方法は、反応器に追加電極を搭載していない事実にもかかわらず先 行技術の方法（ドイツ特許出願公開第２４３２１６号）よりも効率的である。

本発明では、反応器内で電子ビームの他に周波数２００−１０、ＯＯＯＭＨｚの マイクロ波エネルギーの流を使用する。反応器の入口にきた煙道ガスは、その他 の放射線法と同様に、フライアッシュを含まずに湿潤されている。マイクロ波エ ネルギーを使用すると、次式に従って自由電子の数が多くなるのでＯＨ＊ラジカ ルの数を増大させる。

ｎ、。はマイクロ波エネルギー使用前の自由電子数である。

ｖｌはマイクロ波エネルギーパルス内の電界の強度に関係するイオン化衝突の数 である。

ｔは時間である。

マイクロ波パルスの使用は自由電子の増加効果をもたらすが、マイクロ波エネル ギーの定常流はそれら自由電子のエネルギー水準を好適水準に維持する。

実施例 第４図に示す装置で本発明の試験を行った。煙道ガスからＳ０２及びＮ伝を除去 する装置はＩＬＵ６加速器１°のベース上に設置した。この装置に２個の独立な マイクロ波発生器を備えて完成させた。この装置は、電子ビームとマイクロ波エ ネルギー流を同時に用いて反応器内にフリーラジカルを発生させることを基礎と した組み合わせ除去法の概念を試験できる装置である。

各々水管ボイラーである２個の加熱炉６を用いて燃焼ガスを発生させた。この燃 焼ガス流中にＳ０２、Ｎｏ及びＮＨ３等の成分を導入して試験組成にした。

この装置は、入口系（２個のボイラー室加熱炉、ボイラー圧調節計、ＳＯ２、Ｎ Ｏ及びＮＨ３の投与系、分析装置）、ＩＬＵ６加速器１′からの電子ビーム並び にパルス発生器７及びＣ９児発生器８からのマイクロ波流を同時に又は別々に導 入可能な反応器、及び出口系（保持室９、濾過ユニット〔たとえばバッグフィル ター〕、ファン１１、ガス流通管１２及び分析装置）から構成される。温度セン サをダクト及び反応器上の幾つかの点に設置する。装置内を流れる流速は４０Ｏ Ｎｍ”７時である。反応器内のガス温度は、ボイラー冷却水系により７０乃至１ ００’Ｃの範囲に調整することができる。

加速電源及びマイクロ波エネルギー流源の基本パラメータを第１表に示す。

電子エネルギー　０．７−２　ＭｅＶ−一周波数　１．８８６　ＧＨｚ　２．４ ５ＧＨｚ繰り返し率　５０１１ｚまで　２００Ｈｚまで最大出力　ＩＭＩＩ　Ｉ ＯＭＷ　− パルス持続　４００　５　− 平均出力　２０ｋｆ　２５ｋｗ　５ｋ１反応器に導入する煙道ガス組成を以下第 ２表に示す。

ＣＯ２６，１−７，４％　Ｓ　Ｏｚ　２０００　ｐｐｒａまでＮ　２７２．２− ７４．２％　Ｎｏ　２５００　ｐｐｍまで０２　７、２−８゜０％　Ｎ　Ｈ３４ ５００ｐｐｍまでＨ２Ｏｉ、２．２％ Ｃｏ　４８ｐｐｍ ＮＯｘ　３９　ｐｐｍ 直径２００ｍｍの円筒状にした反応器に煙道ガスを供給した。マイクロ波流を軸 方向に伝播させた。電子ビームは、反応器の軸に対して垂直に反応容積に導入し た。これは厚み５０μｍのチタン窓を通過した。マイクロ波エネルギーの７５％ 以上は排出容積内に集中された。煙道ガス流の入口及び出口は反応器の側壁上に 配置した。ガス流は直接流れるか、或いは環状に形成される。反応器出口での煙 道ガスの温度は１００°Ｃ以下であった。

煙道ガスからのＳ０２及びＮＯｘ排除の効率を評価するための試験が実施せられ 又電子ビームのみによって並びに、等しい出力レベルのマイロ波流及びガス相に 沈着した電子ビームを使用することにより、連続波として及び／又はパルス源の 形態のマイクロ波エネルギーと組み合わされた電子ビームによって、同一の精製 効果を得るためにはエネルギー消費がどれほど減ったかを評価するだめの試験が 行われた。

同一電力消費における煙道ガス精製の効率を以下第３表に示す。

第３表 同−電力投入要求時の８０２及びＮ　Ｏｘの除去効率における改善Ａ、Ｓ０２除 去効率：ユＳ０２〔％〕 電子ビーム　４０　５０　６０　７０　８０　９１　９５電子ビーム 十マイクロ波　５７　６６　７２　８１　８９　９２　９７吸収された全 エネルギー（ｋＧｙ）１．０　１．３　２．　１　２．７　３．４　４．６　５ ．５電子ビーム　４０　５０　６０　７０　８０電子ビーム 十マイクロ波　５３　６２　６８　７７　８６吸収された全 エネルギー（ｋＧｙ）２．　１　３．　ｉ　４．　０　５．　２５　７．　０電 子ビームとマイクロ波との組み合わせに対する投入電力要求は以下の通りである 。

ＳＯ２９５％−投入電力　５．　５　ｋｃｙＮｏ、　８０％−投入電力　７　ｉ ＋ｃｙ照射量ｋＧｙで表した同一条件での電力要求の減少を以下第４表に示す。

同一条件とは実験期間を通じて使用されたガスの量と組成並びに温度及び圧力に 関するすべてのパラメータが同一であったということを意味する。

単独　３５　３０　２５　２０　１５　１０　５電子ビーム 十マイクロ波　２５　２３　１９　１６　１２　８　４以上の結果は、精製効果 及び電力消費の減少は共にこの方法が有用なことを示している。

本発明を特許請求の範囲で規定する。本発明の精神から逸脱することなく、請求 の基礎として幾つかの修正を加えることは可能である。

工業上の応用範囲 酸性汚染物質たとえばＳ０２及びＮＯ８を燃焼煙道ガスより、特に熱及び電力発 生ステーションから除去する方法において、精製性効率の増大と該目的に対する エネルギー消費の削減ために、本発明では電子ビームと共にマイクロ波エネルギ ーを使用する。

フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、ＣＡ、ＪＰ 、ＫＲ，ＰＬ、ＲＵ、ＵＳ（７２）発明者　フミエレフスキ、アンドシェイポー ランド国０３−１９５　ワルシャワ、ドロドナ　１６　インスティチュート・オ ブ・ニュークリアー・ケミストリー・アンド・テクノロジー内 （７２）発明者　アルティウチ、イゴールロシア共和国モスクワ、プロフッシュ シナジャ・ストリート　４５／　ｌ　１５７（７２）発明者　リソフ、ゲオルギ ー ロシア共和国モスクワ、タルスカジャ・ストリート２２／１／２０５ （７２）発明者　フランク、ノーマン アメリカ合衆国ペンシルバニア州１５６０１゜グリーンスバーグ、カーティス・ ロード

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．燃焼煙道ガス流に電子ビームを照射し、かつ、連続流及び／又はパルス流の 形態で適用されるマイクロ波の作用を加えることを特徴とする燃焼煙道ガスから ＳＯ２およびＮＯｘを除去する方法。
2. ２．反応器に入る前の脱塵ガス流に水分及びアンモニアを添加する請求の範囲第 １項に記載の方法。
3. ３．反応生成物を肥料として利用するために固体又は液体の形態で得る請求の範 囲第１項及び第２項に記載の方法。
4. ４．電子ビームの照射域に電界の強さＥ１＞３００Ｖ／ｃｍ、パルス長τ＝１０ −７乃至１０−３秒、繰り返し周波数ｆ＞ｖ／αｋのパルス型マイクロ波エネル ギーの流を導入し、但し、ｖはガスの流速であり、αｋは照射域の長さであり、 反応器の内圧は大気圧に近く、マイクロ波エネルギーの周波数は２００乃至１０ 、０００ＭＨｚの範囲内である請求の範囲第１項に記載の方法。
5. ５．電界の強さ＜３００Ｖ／ｃｍ及び周波数２００乃至１０、０００ＭＨｚの連 続的マイクロ波エネルギーの流れをパルス型の流れに追加する請求の範囲第４項 に記載の方法。
6. ６．電子ビームをパルス持続τ＝１０−８乃至１０−５秒の電子ビームパルスの 形態で使用し、該パルスがマイクロ波パルスと同期化され、好ましくはマイクロ 波パルスに先行し、かくして反応域を通過する燃焼ガスが最初は電子ビームと接 触し続いてマイクロ波又は同時に電子ビームとマイクロ波エネルギーに接触する 請求の範囲第１項乃至第５項に記載の方法。
7. ７．１個以上の電子ビーム源及び１個以上のマイクロ波源を備えた反応器を有す る工業的煙道ガス流からＳＯ２及びＮＯｘ、を除去する装置。
8. ８．電子ビーム源を有し、かつ、入口と出口の２個の導波管、該導波管の狭いち の壁が反応器に接続することにより電子ビームとは垂直に反応器の壁を通して導 入されたマイクロ波エネルギー流が追加的に反応器に供給される工業的煙道ガス 流からＳＯ２及びＮＯｘを除去する装置。
9. ９．反応器と加速器の間にある出力室の壁に２個の追加導波管を備えた装置であ って、マイクロ波窓は該導管の狭いちの内に設置されかつ導管は３−ｄＢ装置の 二個の出口アームに接続せられ、他の２個のアームの一方はマイクロ波適合負荷 に接続されかつ他方のアームはマイクロ波発生器に接続されることを特徴とする 請求の範囲第７項及び８項に記載の装置。