JPH0686913A - ガス流より微粒子、硫黄酸化物及び窒素酸化物を同時に除去するための再生プロセス及び再生システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガス流から微粒子、硫黄酸化物、窒素酸化物
を同時に除去する。 【構成】 移動床を利用して、多孔性キャリアの上に微
細な固体受容体を形成し、これにより硫黄酸化物を、ア
ンモニアガスまたはその前駆体で窒素酸化物を、濾過に
よって微粒物質を同時に除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス状混合物内に含ま
れる濃縮された汚染物質を除去するプロセスおよびその
システムに関し、特に、ガス状混合物より微粒物質、窒
素酸化物および硫黄酸化物を除去し、さらに上記ガス状
混合物より硫黄酸化物を除去するために使用される使用
済み吸収剤を再生し、再利用するプロセスおよびそのシ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】微粒物質、硫黄酸化物および窒素酸化物
は、石炭、燃料油等の炭素含有物質の燃焼あるいは空気
酸化より発生し、われわれの環境における大量汚染の元
凶となっている。現在のところ、発電所における石炭、
燃料油の燃焼あるいは空気酸化より生じる硫黄酸化物、
窒素酸化物および微粒物質を除去するためのプロセスお
よびそのシステムは、商業的に可能なものでも、通常、
建設と操作に巨額の費用がかかる。それぞれの汚染物質
を除去するには、巨大なシステムが必要であり、また大
量の廃棄物を生じる。

【０００３】多数のプロセスやシステムがこれまで文献
中において提案されており、その中には次の米国特許公
報にて開示されたプロセスおよびシステムも含まれる。
すなわち、米国特許公報３５０１８９７号、同３７７６
８５４号、同３８１６５９７号、同３８４０６４３号、
同３９６６８７９号、同４１０１６３４号、同４１６４
５４６号、同４１７０６２７号、同４１９２８５５号、
同４１９３９７２号、同４２５８０２０号、同４６０９
５３７号、同４６９２３１８号、同４７４４９６７号、
同４８５１２０２号である。引用したこれら特許の開示
内容はすべて、本明細書の一部として開示される。

【０００４】上記の引例では、通常、固体硫黄酸化物受
容体およびまたはアンモニアガスを使用することによ
り、ＳＯ₂ のみが除去されるか、ＮＯ_x のみが除去され
るか、あるいはＳＯ₂ およびＮＯ_x が除去され、さらに
微粒物質が燃焼ガスより除去される。

【０００５】ある例では、次の米国特許に開示されるよ
うな多様な手段により使用済みのあるいは充填された硫
黄酸化物受容体を再生することも公知である。すなわ
ち、米国特許公報３５０１８９７号、同３７７６８５４
号、同３７７８５０１号、同３８４６５３６号、同４０
０１３７６号、同４１０１６３４号、同４１６４５４６
号、同４１９２８５５号、同４６０９５３７号、同４６
９２３１８号である。引用したこれら特許の開示内容は
すべて、本明細書の一部として開示される。多くの引例
において、移動床や流動床や固定床の形や、あるいは
「平行パス」反応器において固体硫黄酸化物受容体が使
用されているが、固体硫黄酸化物受容体で硫黄酸化物を
除去することも、使用済みのあるいは充填された硫黄酸
化物受容体を再生することも不十分であり、不適当であ
り、およびまたは、費用がかかりすぎる。

【０００６】先行技術のほとんどの例では、ガスから硫
黄酸化物を除去するための固体吸収剤をつくるために、
銅、酸化銅もしくはその混合物はアルミナあるいはアル
ミナに含浸された物質で被覆される。米国特許公報３９
６６８７９号では、横流方式で廃ガス流へ接触する移動
層において硫黄酸化物を受容するために必要な反応条件
下で、同じ処理ゾーンにおいて、硫黄酸化物および微粒
物質が、廃ガスより除去される。

【０００７】酸化銅を含有する触媒で窒素をアンモニア
の存在下で遊離させるため、窒素酸化物（ＮＯ_x ）、つ
まりＮＯおよびＮＯ₂ の両方を還元させる方法が、米国
特許公報４１０１６３４号で開示されている。それによ
れば、銅含有受容体によって硫黄酸化物を除去するのと
同時に窒素酸化物を転換した場合、７０パーセントに満
たないことも示される。

【０００８】米国特許公報４１０１６３４号では、金属
含有受容体を使用し、連続的にアンモニアもしくはその
前駆体を加えることで、硫黄酸化物および窒素酸化物
が、いくらか効率よく同時に除去できる。このとき、こ
の金属含有受容体は、この層で逆流して通過する還元ガ
スによって一定の間隔で再生される。再生は、少なくと
も受容体のいくらかが硫酸形にまだ存在する時点で終了
する。そして、精製される酸素含有ガス流は、同時にア
ンモニアもしくは前駆体を加えることで、この受容体に
再び接触する。

【０００９】米国特許公報４１６４５４６号では、窒素
酸化物および酸素を含有するガス状混合物より窒素酸化
物を除去するために、アンモニアを加え、窒素−アンモ
ニア反応に適当な触媒を接触させる。この場合、最良の
結果は二酸化硫黄もガス状混合物内に存在するときに達
成され、また、同時になされるか、もしくはそのあとに
続く窒素酸化物の転換に優先して過剰な二酸化硫黄が分
離される。米国特許公報４１６４５４６号によれば、ア
ルミナ上の酸化銅のような接触塊の固定層が、水素、メ
タン、エタン、プロパン等のような還元ガスによる再生
を伴って、二酸化硫黄および窒素酸化物の両方を効果的
に除去するのに好ましい。さらに、米国特許公報４１６
４５４６号では、フライアッシュのような微細に分割さ
れた浮遊微粒物質が、少量ではあるが、煙道ガスに含ま
れる可能性のあることが示される。

【００１０】米国特許公報４１９３９７２号では、金属
含有再生可能受容体を使用することで、ガス流より二酸
化硫黄が除去される。また、通常、フライアッシュのよ
うな微粒物質を含有するガス流を処理する従来の平行パ
ス気−固接触器において、このガス流に含まれる窒素酸
化物は窒素ガスへ還元される。また、ここで窒素酸化物
から窒素への還元はアルミナ上の銅によって触媒され
る。米国特許公報４１９３９７２号によれば、窒素酸化
物から窒素への還元が、銅含有受容体上に硫黄酸化物を
受け入れると同時に実現される可能性があり、またこの
反応より優先して、アンモニアが処理されるガス流へ添
加される可能性がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ガス流より二酸化硫黄
を吸収するために使用される使用済みのあるいは充填さ
れた固体受容体が、ガス流より二酸化硫黄、ＮＯ_x 、微
粒物質を同時に除去するためのプロセスおよびシステム
において再生されるという再生プロセスは公知である
が、このプロセスおよびシステムは依然として不便であ
る。というのも、それらの方法では効率が悪く、巨大な
システムで利用しようとすれば莫大な投資が必要であ
り、可燃性石炭あるいは燃料油を利用する発電所のよう
な大がかりな施設において操業するには費用がかかりす
ぎるからである。たとえ、ある程度の廃棄物が、上記先
行技術の再生プロセスによって解消できたとしても、上
述で現れたプロセスおよびシステムはコスト高で複雑で
あるために、広く産業上で受け入れられるとは考えられ
ない。

【００１２】われわれの環境が微粒物質および硫黄酸化
物および窒素酸化物を含有するガス状混合物によって汚
染され、これがいまだに問題であるという事実から、ガ
ス流より微粒物質および硫黄酸化物および窒素酸化物を
除去する効率を改善し、清浄な空気を提供できる巨大な
システムを操業するための費用を抑えることが望まれ
る。したがって、微粒物質および硫黄酸化物および窒素
酸化物を含有するガスから、これらの汚染物質を効率よ
く、同時に除去できる再生プロセスおよび再生システム
を提供することが望まれる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属含有受容
体を使用し連続的にアンモニアもしくはその前駆体を加
えることで、微粒物質、硫黄酸化物、窒素酸化物を、同
時に除去することが可能であり、さらに還元ガスあるい
は熱分解によって、連続的あるいは一定の間隔で（断続
的に）、先行技術の不利益を受けずに、硫黄酸化物受容
体が再生できるシステムおよびプロセスにより規定され
る。ある面では、このプロセスは、充填硫黄酸化物受容
体の再生が、再生された受容体を形成するため、流動充
填硫黄酸化物受容体床に還元ガスを通過させることによ
って達成されることで特徴づけられる。この浄化された
ガス流は、アンモニアもしくはアンモニア前駆体を加え
ることで、搬送移動床において再生受容体と接触する。

【００１４】本発明によれば、適当な多孔性キャリア上
に硫黄酸化物のための微細に分割された固体受容体を使
用すると同時に、後に濾過される窒素酸化物のためにア
ンモニアガスあるいはその前駆体を使用することで、微
粒物質および硫黄酸化物および窒素酸化物を同時に除去
できる効率の良いプロセスおよびシステムが達成され
る。適当なキャリア上の硫黄酸化物用固体受容体は、硫
黄酸化物用固体受容体の搬送移動床が形成される反応器
において、つまり燃焼排気ガス流のようなガス流内の硫
黄酸化物用の微細に分割された固体吸収剤の搬送移動床
を形成できる反応器において使用しなければならない。
適当な多孔性キャリア上で微細に分割された固体吸収剤
が利用される場合、ガス流において微細に分割された吸
収剤の搬送移動床を形成できる反応器で使用されると、
反応性が高く、硫黄酸化物を吸収し、アンモニアガスの
存在下に窒素酸化物を還元するには非常に短い接触時間
があれば足りる。本発明のプロセスおよびシステムの効
率が非常に良いのは、硫黄酸化物用の微細に分割された
固体受容体が、約２００ミクロンまでの微粒子サイズで
ある多孔性キャリア物質へ混合される場合、およびまた
は、その多孔性キャリア上へ分散される場合である。あ
る実施例では、この微粒子サイズが約２０ミクロン乃至
約２００ミクロンである。これは、搬送移動床を形成す
るガス流に吸収剤が単に取り込まれる場合に、ガス流よ
り硫黄酸化物を除去する吸収剤の容量を高効率にさせる
高多孔性キャリア物質と、微細に分割された吸収剤とを
使用する重要な組合せである。

【００１５】本発明のある面において、ガス状混合物よ
り同時に、硫黄酸化物を多孔性キャリア上の固体硫黄酸
化物受容体によって除去し、窒素酸化物をアンモニアガ
スによって除去し、微粒物質を濾過によって除去するす
るためのプロセスが提供されており、これは、（ａ）ガ
ス状混合物の微粒物質が、多孔性キャリア上の固体硫黄
酸化物受容体と同じサイズかもしくはそれより粗いサイ
ズである場合、微粒物質を除去するために、選択的に前
記ガス状混合物を濾過し、これによって事前に濾過され
たガス状混合物を形成し、（ｂ）ガス状混合物の硫黄酸
化物を除去し、これにより固体硫黄酸化物受容体を多孔
性キャリア物質上に分散される充填されたあるいは使用
済み固体硫黄酸化物受容体へ転換するために、ガス状混
合物に固体硫黄酸化物受容体の搬送移動床を形成し、こ
こで、ガス状混合物が事前濾過された場合、多孔性キャ
リア物質は約２００ミクロンまでの粒子サイズであり、
あるいはガス状混合物の事前濾過がなされなければ、約
２０ミクロン乃至約２００ミクロンの粒子サイズであっ
て、（ｃ）窒素酸化物を激減させたガスを形成するた
め、ガス状混合物に固体硫黄酸化物受容体の搬送移動床
が形成される前か、形成される最中か、あるいは形成さ
れた後に、アンモニアガスあるいはアンモニアガスを形
成できる前駆体をガス状混合物へ噴射し、（ｄ）充填硫
黄酸化物受容体と、事前濾過が除かれた場合のみ、通常
（ｄ）に存在する微粒物質を有する濾過固体物との濾過
固体物とから清浄ガスを分離するために、硫黄酸化物お
よび窒素酸化物が激減され、伴出された充填固体硫黄酸
化物受容体および微粒物質を含有するガスを濾過し、
（ｅ）選択的に排気ガス流に空気予熱器を使用して、排
気ガス流に排気するために清浄ガスを通過させる。

【００１６】事前濾過ステップがのぞかれ、微粒物質が
濾過固体物に存在する場合、充填されたあるいは使用済
み固体硫黄酸化物受容体が再生されるため、（ｆ）充填
固体硫黄酸化物受容体および微粒物質を有する濾過固体
物を、多孔性キャリア物質上の比較的粗い粒子である充
填固体硫黄酸化物受容体と、フライアッシュのような比
較的微細な粒子である微粒物質とに、サイズによって分
類し、（ｇ）二酸化硫黄の多いガスおよび再生された固
体硫黄酸化物受容体を形成するために、固体硫黄酸化物
受容体を再生し、（ｈ）ガス状混合物内で多孔性キャリ
ア上の固体硫黄酸化物受容体の前記搬送移動床を形成す
るために、再生された前記固体硫黄酸化物受容体をリサ
イクルする。

【００１７】本発明のプロセスのある面では、微粒物質
の比較的微細な粒子が、分粒器よりガス流で運ばれ、二
次清浄ガスと微粒物質の比較的微細な粒子とを分離する
ために濾過される。この清浄ガスは排気するために排気
ガス流へ通過される。主にフライアッシュより成る微粒
物質の比較的微細な粒子は、廃棄され、処理へ送られ
る。

【００１８】選択的に、この濾過固体物を分粒器の空気
により過熱することができる。この分粒器では、充填固
体硫黄酸化物受容体を再生器へ、およびまたは微粒物質
の微細な粒子をフィルタへ送るために、加熱された空気
をガス流として使用している。その後、加熱空気が排気
ガス流として、選択的に用いられる空気予熱器を通過し
たあとに、排気ガス流へ送られる。

【００１９】本発明の他の面では、微粒物質および硫黄
酸化物および窒素酸化物を燃焼排気ガスのようなガスよ
り同時に除去するシステムが提供されており、これは
（ａ）ガス流に固体吸収剤の搬送移動床を形成できる反
応器であって、吸収剤が多孔性キャリア物質上に分散さ
れた固体硫黄酸化物受容体であり、反応器が粒子除去装
置より優先される場合、キャリア物質の平均粒子サイズ
が約２００ミクロンまでであり、反応器が粒子除去装置
に優先されない場合は、平均粒子サイズが約２０ミクロ
ン乃至約２００ミクロンである反応器と、（ｂ）選択的
に用いられる、ガス流から微粒物質を除去するために反
応器の上流に配置された粒子除去装置と、（ｃ）反応器
において搬送移動床を形成するため、反応器へ固体吸収
剤を提供する手段と、（ｄ）前記排気ガス流にアンモニ
アガスあるいはアンモニアガスを形成できる前駆体を噴
射する手段と、（ｅ）清浄ガス流を提供するために、ガ
ス流より固体吸収剤、または固体吸収剤と微粒物質の混
合物を分離するフィルタと、（ｆ）清浄ガス流におい
て、選択的に用いられる空気予熱器と、（ｈ）ガス流源
からのガス流を、順番に、選択的に用いられる前記微粒
物質除去装置へ、前記反応器へ、前記フィルタへ、前記
清浄ガス流において選択的に用いられる前記空気予熱器
へ送り、その後に前記清浄ガス流出口へ通過させる手段
とを使用する。

【００２０】本発明によれば、燃焼排気ガスのようなガ
ス流より同時に、微粒物質を濾過によって除去し、窒素
酸化物をアンモニアガスによって除去し、硫黄酸化物を
多孔性キャリア上の使用済みのあるいは充填固体硫黄酸
化物受容体によって除去するための再生システムが提供
されており、これは、（ａ）ガス流に吸収剤の搬送移動
床を形成できる反応器であって、吸収剤が多孔性キャリ
ア物質上に分散された固体硫黄酸化物受容体であり、反
応器が粒子除去装置より優先される場合、キャリア物質
の平均粒子サイズが約２００ミクロンまでであり、反応
器が粒子除去装置に優先されない場合は、平均粒子サイ
ズが約２０ミクロン乃至約２００ミクロンである反応器
と、（ｂ）選択的に用いられる、ガス流から微粒物質を
除去するために反応器の上流に配置された粒子除去装置
と、（ｃ）反応器において搬送移動床を形成するため、
反応器へ固体吸収剤を提供する手段と、（ｄ）前記排気
ガス流にアンモニアガスあるいはアンモニアガスを形成
できる前駆体を噴射する手段と、（ｅ）清浄ガス流を提
供するために、ガス流より固体吸収剤、または固体吸収
剤と微粒物質の混合物を分離するフィルタと、（ｆ）清
浄ガス流において、選択的に用いられる空気予熱器と、
（ｇ）本システムからの清浄ガス流出口と、（ｈ）ガス
流源からのガス流を、順番に、選択的に用いられる微粒
物質除去装置へ、反応器へ、フィルタへ、清浄ガス流に
おいて選択的に用いられる空気予熱器へ送り、その後に
清浄ガス流出口へ通過させる手段と、（ｉ）固体吸収剤
と微粒物質の混合物が、固体吸収剤の混合物と微粒物質
とを、フィルタ（ｅ）より集められた比較的粗い固体吸
収剤と比較的微細な微粒物質とに分離する手段を有する
フィルタ（ｅ）上に集まる場合のみ、選択的に必要とさ
れる分粒器と、（ｊ）分粒器からガス流で運ばれた比較
的微細な微粒物質を除去する手段および、分粒器からの
ガス流を、清浄ガス流で選択的に用いられる空気予熱器
へ通過させるか、あるいは比較的微細な微粒物質をガス
流より除去したあとで清浄ガス流出口へ通過させる手段
と、（ｋ）それによって硫黄酸化物の多いガスおよび再
生された固体吸収剤が形成される、フィルタ（ｅ）ある
いは分粒器（ｉ）からの固体吸収剤のための再生器と、
（ｌ）多孔性キャリア上の比較的粗い固体吸収剤を、分
粒器から再生器へ通過させる手段と、（ｍ）再生された
固体吸収剤を再生器から反応器へ通過させる手段とを使
用する。

【００２１】ここに使用される「吸収剤」、「受容
体」、「固体硫黄酸化物受容体」、「固体硫黄酸化物受
容体」という用語は、交換することができるもので、物
理的あるいは化学的な方法で、ガスあるいはガス状混合
物を結合させることが可能な固体物質をさす。そしてこ
のような吸収剤は、たとえば多孔性アルミナ上に支持さ
れる銅およびまたは酸化銅のような、その上で一つ以上
の金属およびまたは金属化合物が析出された多孔性キャ
リアから成るものでも良い。充填吸収剤あるいは使用済
み吸収剤は、硫黄酸化物を吸収したおよびまたは硫黄酸
化物に反応したものであり、吸収能力およびまたは反応
能力が全体的あるいは部分的に消費された吸収剤を含
む。充填硫黄酸化物受容体あるいは使用済み硫黄酸化物
受容体は、反応しない受容体あるいは吸収能力をまだ持
っている受容体、そして充填および使用済みの受容体と
の混合物を含む。そして、ここに使用される「充填」硫
黄酸化物あるいは「使用済み」硫黄酸化物という用語
は、このような受容体物質を含む。本発明によれば、二
酸化硫黄のような硫黄酸化物を含有するガス流に吸収剤
が搬送される場合、この吸収剤はガス内の二酸化硫黄を
激減させる。

【００２２】ここに使用される「硫黄酸化物」、「二酸
化硫黄」という用語は、二酸化硫黄およびまたは三酸化
硫黄をさし、これらの用語は交換して使用することがで
きる。ここに使用される「窒素酸化物」、「ＮＯ_x 」と
いう用語は、一酸化窒素およびまたは二酸化窒素をさ
し、交換して使用できる。

【００２３】ここに使用される「微粒物質」あるいは
「粒子」という用語は、本技術分野で公知である石炭、
燃料油、その他の化石燃料、炭化水素を燃焼して放射さ
れた従来の微粒物質をさし、発電所、製鋼所、排気物処
理場等からの放出物を含む。微粒物質は、通常、たとえ
ばフライアッシュのようなアッシュおよびまたは他の物
質から成る。

【００２４】ここに使用される清浄ガスとは、本発明の
プロセスあるいはシステムにおいて処理されたガスであ
り、微粒物質および硫黄酸化物および窒素酸化物が部分
的にあるいは全体的に激減されている。

【００２５】ここに使用される搬送移動床とは、ガス流
で搬送される吸収剤の混合物を運ぶ容器、ダクトあるい
はパイプである。

【００２６】本発明によって、微粒物質および硫黄酸化
物および窒素酸化物を燃焼排気ガス流より同時に除去す
るための、効率が良くコストを抑えた再生プロセスおよ
び再生システムを提供できる。

【００２７】本発明のプロセスおよびシステムの他の利
点は、添付図面および本発明に関する以下の詳細な説明
より明らかとなる。

【００２８】

【実施例】本発明のプロセスおよびシステムは、ガス流
あるいはガス混合物に含有された微粒物質および硫黄酸
化物および窒素酸化物を同時に除去するために使用でき
る。微粒物質および硫黄酸化物および窒素酸化物を含有
する典型的なガス流は、本技術分野において公知であ
り、多くの例をこれまでの引例にて説明した。

【００２９】本発明のプロセスおよびシステムで使用さ
れる固体吸収剤は重要なものであって、本技術分野では
公知の例であるアンモニアガスあるいはアンモニアガス
前駆体より直接誘導されたアンモニアガスの存在下で二
酸化硫黄を吸収したり、窒素酸化物を還元させるための
接触時間が非常に短くて済むような反応性の高い吸収剤
でなくてはならない。

【００３０】この固体吸収剤は、たとえば多孔性アルミ
ナおよびまたは多孔性シリカのような多孔性担体あるい
はキャリア物質と結合して使用しなければならない。本
発明によれば、この固体吸収剤は多孔性担体あるいはキ
ャリア物質の上に塗られるか、さもなければ表面に結合
されるか、あるいはその本体あるいはコアへ、あるいは
その両方へ含浸されなければならない。多孔性担体ある
いはキャリア物質として、たとえば、この多孔性担体あ
るいはキャリアが約２００ミクロンまでの粒子サイズで
あり、ある実施例では約２０ミクロン乃至約２００ミク
ロンの粒子サイズである触媒等級担体がある。

【００３１】多孔性キャリアとその上の吸収剤のそれぞ
れ独特なものは、本技術分野で公知であり、次のような
米国特許において開示されている。すなわち、米国特許
公報３５０１８９７号、同３７７６８５４号、同３８１
６５９７号、同３８４０６４３号、同４００１３７６
号、同４１７０６２７号、同４１９２８５５号、同４２
５８０２０号、同４６０９５３７号、同４６９２３１８
号、米国再発行特許２９７７１号である。引用したこれ
ら特許の開示内容はすべて、本明細書の一部として開示
される。多孔性キャリア物質上の吸収剤をつくる独特な
方法、独特な吸収剤、この吸収剤と化合して作用する独
特な添加剤あるいは促進剤、独特な多孔性キャリア物
質、独特な表面積等が、上記の引例に述べられている。

【００３２】本発明の好ましい実施例において、固体吸
収剤受容体あるいは固体吸収剤は、多孔性アルミナ粉
末、好ましくは多孔性活性アルミナもしくはガンマアル
ミナの上に塗られるかおよびまたは、その中へ含浸され
た銅、酸化銅あるいはその混合物である。この吸収剤の
多孔度は通常、それぞれに反応性における要因である担
体あるいはキャリア物質の多孔度の関数である。そこ
で、固体吸収剤は、硫黄酸化物を吸収し、窒素酸化物を
アンモニアガスの存在下に還元するためにわずかな接触
時間しか必要としない。アンモニアガスはガス流で運ば
れ、このガス流の中で多孔性キャリア上の固体吸収剤は
搬送される。このように、本発明によれば、吸収剤は反
応性が高く、たとえば、発電所からの煙道ガス流のよう
な燃焼排気ガス流内に、吸収剤の搬送移動床を形成する
ことができるほどに反応器の利用を促進できる。

【００３３】本発明による硫黄酸化物吸収剤用キャリア
あるいは担体物質の多孔度は重要であり、キャリアによ
って支持され運ばれた吸収剤が，搬送移動床反応器にお
いてガス流より硫黄酸化物を激減するのに十分な反応性
を有するほど多孔度が十分でなくてはならない。たとえ
ば、活性アルミナのような多孔性キャリアあるいは支持
物質は、概して、約５０ｍ² ／ｇｍ乃至約５００ｍ² ／
ｇｍより高い表面積を有する。本発明によれば、多孔性
アルミナは、担体あるいはキャリア物質として好まし
く、活性アルミナあるいはガンマアルミナは最も好まし
いものの、他の耐火性無機酸化物の例として、シリカ
（二酸化ケイ素）、酸化ジルコニウム、酸化ホウ素、酸
化トリウム、酸化マグネシウム、二酸化チタン、クロム
酸等、あるいはその複合体がある。たとえば、多孔性粘
土、フラー土のようなケイ酸塩、アタパルガス粘土、長
石、ハロイサイト、モンモリロナイト、カオリン、ケイ
藻土等の自然発生物質は、しばしばシリセウス土、ケイ
藻土ケイ酸塩、多孔性ケイ藻土等をさしている。またこ
の自然発生物質は、乾燥し、か焼し、蒸しおよびまたは
酸処理を含む一つあるいはそれ以上の処理によって使用
する前に活性化することもあり、活性化しないこともあ
る。上記に示すように、キャリアあるいは担体物質は多
孔性質でなければならず、つまり、吸収剤の反応性を高
くするだけの広い表面積を持っていなければならず、そ
の結果、搬送移動床反応器で使用できる。またキャリア
あるいは担体物質は、硫黄酸化物受容体あるいは固体吸
収物質を支持するか運ぶことが可能でなくてはならな
い。

【００３４】キャリア体の多孔性は公知であり、たとえ
ば、米国特許公報３７７６８５４号において開示されて
おり、引用したこれら特許の開示内容はすべて、本明細
書の一部として開示される。多くのキャリア体はすでに
多孔性であるが、しかし、物質を所望の形状に形成する
前に、また、たとえば摂氏７８０度を上回る温度で形状
を形成された物質をか焼する前に、孔形成剤を出発物質
へ加えることで多孔性を増加することができる。

【００３５】多孔性キャリアあるいは担体物質の形状は
重要ではないが、しかしながら、多孔性キャリアあるい
は担体物質が微小なサイズであることは必要であり、つ
まり、約２００ミクロンまでか、あるいはある実施例に
おいては約２０ミクロン乃至２００ミクロンのサイズで
あることが重要であるため、微細な粒子あるいは非常に
微細な形状の粒子（微細に分割された粒子）だけが、本
発明による多孔性キャリアあるいは担体物質として使用
できる。

【００３６】典型的な硫黄酸化物受容体あるいは固体吸
収剤が上記の引例に開示されており、たとえば、銅、酸
化銅あるいはその混合物、酸化カリウムあるいは酸化ナ
トリウムのようなアルカリ金属化合物の他に、酸化バナ
ジウムあるいは五酸化バナジウムのようなバナジウム化
合物を用いてもよく、これらは硫酸塩のように硫黄酸化
物を結合でき、還元ガスによって再生され得る他の金属
や金属酸化物を用いて促進できる。

【００３７】必然的に、吸収剤物質およびまたは多孔性
キャリアあるいは担体物質、アンモニアガス、アンモニ
アガス前駆体、あるいは本発明のプロセスおよびシステ
ムにおいて使用される他の成分の間でこれに逆らう反応
は起こってはならない。

【００３８】多孔性キャリア上のすべての金属あるいは
金属酸化物を含む、多孔性キャリア上のすべての吸収剤
は、硫黄酸化物用受容体であり、硫黄酸化物と結合する
かあるいは反応することが可能である。また、使用済み
となり、充填され不活性となったあとで再生され得るも
ので、たとえば、還元ガスあるいは熱エネルギーによっ
て再生され、本発明のプロセスおよびシステムで利用で
きる。このプロセスおよびシステムは、ここで特に、多
孔性活性アルミナ上の酸化銅受容体のような銅含有硫黄
酸化物受容体を参照しながら説明する。

【００３９】多孔性キャリア物質上の吸収剤およびまた
は多孔性キャリア物質へ含浸された吸収剤の量は、多孔
性キャリア上の吸収剤が伴出され、また多孔性基体上の
吸収剤が反応器の下流にあるフィルタに集められると
き、たとえば、金属や金属酸化物のような吸収剤がガス
流より硫黄酸化物を除去するのに十分であれば問題では
ない。吸収剤が多孔性アルミナ担体上の銅およびまたは
酸化銅である場合、吸収剤の銅の含有量は、使用される
物質の特定の表面積によって、広い範囲内で変化する。
概して、使用済み吸収剤の重量の約０．１％乃至約１５
％である。銅の重量の約４％乃至約１０％から成る吸収
剤であれば最適結果が得られる。上述の通り、多孔性キ
ャリア物質は、ガンマアルミナのような活性アルミナ、
アルファアルミナのようなアルミナ、あるいはガンマア
ルミナとアルファアルミナの混合物であれば好ましい。
ただし、原則として、すべての固体物は耐温性があり、
普通の条件下で硫黄酸化物および窒素酸化物で腐食しな
いことが望ましい。

【００４０】酸化銅が吸収剤である場合、本発明のプロ
セスおよびシステムにおいて起こる、アンモニアガス存
在下でのＳＯ₂ とＮＯ_x の反応は公知であり、先行技術
の中で明確に開示されている。たとえば、燃焼源からの
煙道ガスは、通常、酸素だけでなく二酸化硫黄、三酸化
硫黄、窒素酸化物、主には一酸化窒素（ＮＯ）、そして
微粒物質を含有する。この反応では、下記の式１に示す
ようにＳＯ₂ を吸収するため酸化銅と反応する。

【００４１】

【式１】２ＣｕＯ＋２ＳＯ₂ ＋Ｏ₂ → ２ＣｕＳＯ₄ 式１において形成される硫酸銅は、たとえば、式２に示
すようにメタンのような還元ガスによって再生される。
還元的再生の間に形成される銅は、煙道ガスからおよび
または式３に示すようにプロセスおよびシステムに加え
られた空気から発生した酸素により酸化されて酸化銅と
なる。

【００４２】

【式２】 ２ＣｕＳＯ₄ ＋ＣＨ₄ → ２Ｃｕ＋２ＳＯ₂ ＋ＣＯ₂ ＋２Ｈ₂ Ｏ

【００４３】

【式３】２ＣＵ＋Ｏ₂ → ２ＣＵＯ 式４に示すように、硫酸銅も約摂氏６００度を上回る温
度で熱分解される。

【００４４】

【式４】 ＣｕＳＯ₄ ―（＞６００Ｃ）→ ＣｕＯ＋ＳＯ₂ ＋１／２Ｏ₂

【００４５】本技術分野で公知であるように、式２およ
び４で示すような再生段階で生じた二酸化硫黄は、二酸
化硫黄の多いガスとなり、これにはたとえば、空気中の
二酸化硫黄が体積で約１０％乃至約４０％含有され、こ
れを公知の方法によって順番に回収し、元素の硫黄およ
びまたは硫酸へ転換することができる。

【００４６】一酸化窒素のような窒素酸化物は、式５に
示すようにアンモニアガスにより還元される。ここで酸
化銅およびまたは硫酸銅は触媒として酸化窒素還元に作
用し、この還元作用から窒素ガスおよび窒素水が形成さ
れる。

【００４７】

【式５】 ６ＮＯ＋４ＮＨ₃ ―（ＣｕＯ／ＣｕＳＯ₄ ）→ ５Ｎ₂ ＋６Ｈ₂ Ｏ

【００４８】窒素ガスおよび窒素水は、本システムから
出るために、清浄ガス流によって運ばれる。

【００４９】銅およびまたは酸化銅を含有する吸収剤
は、多孔性アルミナ上で支持されるのが好ましい。キャ
リアが、通常排気ガスにおいて見られる華氏５００度を
上回る温度の酸化条件下でガスより硫黄酸化物を除去す
るのに、非常に適しているからである。吸収剤によって
二酸化硫黄が化学結合される条件下で、三酸化硫黄もガ
スから除去される。

【００５０】ガス流へ噴射されるアンモニアガスあるい
はアンモニアガス前駆体の量は、ガス流のＮＯ_x 含量を
還元し、好ましくは完全に激減できるだけの十分なアン
モニアガスがガス流にある限り、問題ではない。ガス流
の窒素酸化物を還元するために、必要な化学量論的量の
約０．１倍乃至２．０倍のアンモニアが、処理されるガ
スに供給される。好ましい実施例における、ガス流で使
用されるアンモニアガスは、ガス状混合物の窒素酸化物
含量と対比すると約０．１対１モル乃至約１．１対１モ
ル比である。

【００５１】本発明のプロセスおよびシステムによれ
ば、ＮＯ_x を相当に定量還元することができる。アンモ
ニアは通常、処理される煙道ガスでは検出されない。ガ
ス状アンモニアのかわりに、アンモニア水溶液あるいは
アンモニウム炭酸溶液、尿素、ヒドラジン、エチレンジ
アミン、ヘキサメチレンジアミンのようなアンモニアの
前駆体を加えることも可能である。

【００５２】本発明のプロセスおよびシステムを経済的
にするため、多孔性キャリア上の吸収剤が活性や安定性
を損なわずにかなりの回数の再生をすることができ、た
とえば、損失およびまたは減少した活性をとりもどすた
めにわずか（重量で）１％以下の新しい吸収剤を多孔性
キャリア上に加えただけで、吸収剤が何倍も再生できる
ことが必要である。

【００５３】この再生器は、固定床、移動床、流動床等
を含む従来の型の反応器であっても良い。本発明によれ
ば、高温再生ガスあるいは高温空気等が流動床へ噴射さ
れる流動床型再生器が好ましい。還元条件下での再生
は、通常、華氏約６００度乃至約１２００度ほどの低い
温度で起こるが、ある好ましい実施例においては、華氏
約１２００度を上回るか、さらに好ましくは華氏約１２
００度乃至約１８００度を上回る温度に加熱された空気
で再生が起こる可能性がある。

【００５４】本発明の吸収剤の再生は、本技術分野で公
知であるなんらかのシステムおよびプロセスを用いて達
成できる可能性がある。メタン、エタン、プロパン等の
ような従来の還元ガスを使用することができ、あるいは
水素、一酸化炭素、蒸気で希薄になった水素含有ガスの
ような還元ガスを使用することもできる。触媒改質器か
らのオフガスのような炭化水素含有ガスも、硫黄酸化物
充填金属含有触媒の再生には適している。適当な水素含
有ガスあるいはＣＯ含有ガスは、炭化水素の部分酸化あ
るいは水蒸気改質と石炭液化によって得られる。

【００５５】本発明のプロセスおよびシステムで処理さ
れるガスのガス蒸気あるいは混合物は、排気ガスのよう
な適当な源より生じるもので、より具体的にいえば、微
粒物質、窒素酸化物および硫黄酸化物を含有する燃焼排
気ガス流より生じる。

【００５６】ガス流およびガスの混合物の組成は、ガス
流の特殊な源によって大きく変動する。このような排気
ガスは通常、５００乃至１００００ｐｐｍｖの間のＳＯ
₂ および、約１００乃至２０００ｐｐｍｖの間の、ＮＯ
として算出される窒素酸化物を含有する。ＳＯ₂ および
窒素酸化物の他に、排気ガスは残留酸素だけでなく窒
素、水蒸気、ＣＯ₂ を含有する。

【００５７】図１に示すように、排気ガス源は、たとえ
ば、石炭流１２および気流１４によって供給されるボイ
ラ２から出てくる。フライアッシュや硫黄酸化物、窒素
酸化物のような微粒物質を含有する燃焼排気ガス流は、
華氏約６００度乃至約９００度の温度でダクト１６を流
れ、粒子除去装置４へ抜ける。これはたとえば、サイク
ロンであり、粗いフライアッシュをダクト１６の排気ガ
ス流より除去する。機械的な粒子除去装置４でガス流よ
り集められたフライアッシュは、そこから適当な出口６
２で除去され、粒子除去装置４に集められたフライアッ
シュおよび他の粒子は、適当に放出され、たとえば、排
気物となる。

【００５８】通常、石炭の燃焼、炭化水素燃料等より生
じたフライアッシュのような微粒物質の平均粒子サイズ
は、ここで微粒物質の比較的微細な粒子として定義した
２０ミクロンにも満たない。ダクト１６の燃焼排気ガス
流の微粒物質において、その粒子サイズが２０ミクロン
にも満たない場合、粒子除去装置（サイクロン）４の使
用は任意であり、設置してまったく使用しないか、ある
いは択一的に、本システムから取り除いても良い。この
ように、燃焼排気ガス流の微粒物質が約２０ミクロン以
上の粒子サイズである場合のみ、つまり、燃焼排気ガス
流の微粒物質が、多孔性キャリア上の固体硫黄酸化物受
容体である吸収剤より粗いか、この吸収剤とほぼ同じサ
イズである場合のみ、粒子除去装置４あるいはここに示
すような事前濾過装置４の排気ガス流より、微粒物質が
除去されなくてはならない。

【００５９】上記のように、事前濾過装置４は、本シス
テムへ送られる燃焼排気ガス流におけるフライアッシュ
のような微粒物質において、燃焼排気ガス流より硫黄酸
化物を除去するために使用される吸収剤とその粒子サイ
ズが、ほぼ同じかそれより粗い場合のみ必要となる。仮
に燃焼排気ガス流の微粒物質が約２０ミクロンに満たな
い場合、この微粒物質は、搬送移動床反応器および微粒
物質フィルタの下流に配置された分粒器において、約２
０ミクロン乃至約２００ミクロンの粒子サイズを有する
吸収剤から分離することができる。この分粒器は、約２
０ミクロン乃至約２００ミクロンの粒子サイズを有する
固体吸収剤の混合物および２０ミクロンに満たない粒子
サイズを有する微粒物質を、もし存在するなら、比較的
粗いフライアッシュのような微粒物質を含む比較的粗い
固体吸収剤へ分離するか、主に２０ミクロンに満たない
粒子サイズを有するフライアッシュのような微粒物質で
ある比較的微細な微粒物質へ分離することができる。

【００６０】以上より、仮に燃焼排気ガス流の微粒物質
が任意の粒子除去装置あるいは事前濾過装置４によって
除去される場合、微細に分割された吸収剤が２０ミクロ
ンに満たない粒子サイズを含むこともでき、またこのよ
うにして、微粒物質がダクト１６を流れる燃焼排気ガス
流より除去される場合、約２００ミクロンまでのサイズ
を有する粒子をも含むことができるということも明らか
である。事前濾過装置４において事前に濾過された燃焼
排気ガス流は、なんらかの適当な手段によって、事前濾
過装置４から反応器６へ通過するか、択一的に、事前濾
過装置４が設置されないか設置されてもまったく使用さ
れない場合、ダクト１６から反応器６へ直接通過する。

【００６１】反応器６は、この装置を流れるガス流で固
体物質が搬送されうる適当な装置であれば良い。本発明
によるその最も単純な形態では、反応器６は、ダクト１
６およびまたはダクト１８と同等かもしくは類似した単
なるダクトである。また、固体物が、通過するガス流へ
噴射されるかもしくは流れ込むことが可能であり、この
固体物がガス流で搬送される他のあらゆる装置あるいは
機器を含めて配線管、容器等であっても良い。搬送移動
床が形成されるかどうかは、たとえば、反応器６を流れ
る燃焼排気ガスのような、ガス流の速度による。単純な
噴射ポート、パイプあるいは抜け口７０は、固体物が搬
送されるよう、反応器６内の燃焼排気ガスへ固体物を噴
射するために使用できる。

【００６２】反応器６において、吸収剤の搬送移動床が
上述のように形成されるが、ここで、吸収剤は微細に分
割された多孔性キャリア物質上に分散された固体硫黄酸
化物受容体である。そして、反応器より先に粒子除去装
置４が使用される場合、この微細に分割された多孔性キ
ャリア物質の平均粒子サイズが約２００ミクロンまでで
あり、また粒子除去装置４が先に使用されない場合には
平均粒子サイズが約２０ミクロン乃至２００ミクロンと
なる。新しいあるいは補給吸収剤が入り口７２および７
０から反応器６へ加えられる。すると、この固体吸収剤
が、ダクト１８を介して反応器６へ入るガス流で搬送さ
れ、上述のとおりとなる。

【００６３】反応器６へ入るガス流は、その中に噴射さ
れる固体吸収剤を搬送する速度でなくてはならならず、
したがって、ガスの速度は中で固体吸収剤の搬送移動床
を形成し、適当な濾過装置へ固体吸収剤を促進するのに
十分な速度であれば良い。発電所、ディーゼルエンジン
および同じ他の発生源からの燃焼排気ガス流の速度は、
通常、特に手を加えなくとも、燃焼排気ガス流で吸収剤
の搬送移動床を形成するのに十分である。

【００６４】再生システムが処理中である場合、反応器
６へ噴射される固体吸収剤は、まず、適当な配線管５０
を介して再生器から送られる再生された固体吸収剤より
発生する。これを以下でさらに詳しく述べる。

【００６５】アンモニアガスあるいはアンモニアガスを
形成できる前駆体も、排気ガス流へ噴射される。図１に
おいて、アンモニアガス噴射器２０は、反応器６の燃焼
排気ガス流へアンモニアガスを供給する。反応器６で、
アンモニアガスも燃焼排気ガス流で搬送される。代替実
施例（図示せず）において、アンモニアガスあるいはア
ンモニアガスを形成できる前駆体を、反応器６よりも先
に燃焼排気ガス流へ噴射することができる。たとえば、
ダクト１８に噴射したり、または反応器６の後、たとえ
ばダクト２２に噴射する。本発明によれば、アンモニア
ガスあるいは前駆体を中に噴射する場合のシステム特定
部分は問題ではなく、本技術分野の当業者であれば容易
に選択できる。

【００６６】吸収剤およびアンモニアガスが、燃焼排気
ガス流において搬送され、それと共に反応器６を出て後
にダクト２２を通過するとき、アンモニアはＮＯｘと反
応し、元素窒素および水を発生させる。さらに硫黄酸化
物は吸収剤と反応するかおよびまたは吸収剤上で吸収さ
れる。この吸収剤は銅酸化物であり、これまでに示した
ような反応が起こり、銅酸化物がガス流で形成される。

【００６７】搬送移動床は、ダクト２２からフィルタ８
へ通過する。フィルタ８では、固体吸収剤が反応し吸収
された硫黄酸化物をその上に有する固体吸収剤、または
同様の硫黄酸化物を有する固定吸収剤と、存在する場合
には微粒物質との混合物をその上に有する。この搬送移
動床は、適当なダクト２４によりフィルタ８から出る清
浄ガスをつくるため燃焼排気ガス流より分離される。好
ましい実施例において、フィルタ８は、たとえば、セラ
ミックフィルタやファイバメタルフィルタのような、高
温ガスを濾過するのに適した高温フィルタである。フィ
ルタ８において、ガス流より濾過されたあらゆる固体物
も吸収剤のフィルタケーキを形成する。これは通常、部
分的に消耗した吸収剤あるいはある種の場合には、濾過
された反応性吸収剤を含有する。フィルタ８のフィルタ
ケーキは、硫黄酸化物および窒素酸化物を除去し続け、
これにより、ガス流からの硫黄酸化物および窒素酸化物
の除去に役立つ。ある実施例においては、搬送移動床反
応器滞留時間が非常に短く、ＳＯ₂ およびＮＯ_x が、ほ
とんどフィルタ８のフィルタケーキ内で除去される。

【００６８】フィルタ８を出た清浄ガスはダクト２４内
を通り、たとえば、排気ガス用煙突のような、本システ
ムから出るための清浄ガス流出口２６へ進む。ある実施
例では、ダクト２４から送られた清浄ガスが、清浄ガス
流出口２６へ流れる前に空気予熱器１０を通過するよう
に、選択的に用いられる空気予熱器１０が清浄ガス流に
配置される。空気予熱器１０は、そこを通過する清浄ガ
スより熱を抽出する従来の熱交換器で良い。空気予熱器
１０は燃焼排気ガス流より熱を抽出し、ボイラへ向かう
空気に熱を与え、たとえば、空気予熱器１０は気流１４
の空気を熱する。

【００６９】事前濾過装置４が、燃焼排気ガス流よりす
べての微粒物質を除去するために使用される場合、フィ
ルタ８は使用済み吸収剤のみを除去する。もし事前濾過
装置４が、たとえばサイクロンであって、燃焼排気ガス
流より微粒物質の比較的粗い粒子だけを除去する場合、
反応器６へ入りフィルタ８によって濾過されたダクト１
８の燃焼排気ガス流に比較的微細な微粒物質が搬送され
る。さらに、もし事前濾過装置４がシステムより除かれ
るか、バイパスされる場合、フィルタ８は燃焼排気ガス
流より使用済み吸収剤および微粒物質を除去し、それは
濾過固体物として集められ、配線管２８および配線管３
２のホッパにより除去される。

【００７０】使用済み吸収剤と微粒物質の混合物がフィ
ルタ８によって集められると、この混合物は配線管２８
および配線管３２から分粒器３０へ通過する。この分粒
器で、混合物が比較的粗いが微細に分割された固体吸収
剤と比較的微細な微粒物質とに分離される。ここで用い
られるように、固体吸収剤は、たとえ分粒器３０より分
離された比較的粗いフラクションであったとしても、微
細に分割されたものと見なす。

【００７１】分粒器は本技術分野で公知であると同時に
明確に定義されており、比較的粗い粒子量および比較的
微細な粒子量を発生させるために、煙道ガス流よりサイ
ズで粒子を分類する。分粒器の実例は、米国特許公報４
１９３９７２号に見られ、この特許の開示内容をすべて
本明細書の一部として開示する。通常、本発明による分
粒器では、比較的粗い粒子であれば平均粒子サイズが約
２０ミクロン以上であり、比較的微細なものであれば平
均粒子サイズは約２０ミクロンに満たない。比較的微細
な粒子より比較的粗い粒子を分離できる、本技術分野で
公知の装置であれば、本発明による微粒物質の比較的微
細な粒子から微細に分割された使用済み吸収剤の比較的
粗い粒子を分類および分離するために使用できる。

【００７２】この分粒器は、分類された固体物、すなわ
ち比較的粗い微細に分割された使用済み吸収剤およびま
たは比較的微細な微粒物質を導くために熱気の流れ４２
を、分粒器３０よりキャリアガスとして利用すること
で、吸収剤加熱器として作動させることもできる。比較
的微細な微粒物質は、主にフライアッシュの粒子であ
り、微粒物質をキャリアガス流から分離できるフィルタ
３６へ通じた気流３４（適当なダクト）によって分粒器
３０から除去される。このキャリアガス流は、配管３８
で放出され、清浄ガス流２４に合流し、空気予熱器１０
へ送られ、その後清浄ガス流２６へ流れる。たとえば、
バッグハウスのような、フィルタ３６により濾過された
微粒物質は、配管４８で除去でき、廃棄するため放出で
きる。

【００７３】微粒物質が、すでに粒子除去装置あるいは
事前濾過装置４によって事前に濾過されている場合、フ
ィルタ８より送られてきた、微細に分割された使用済み
あるいは充填された吸収剤、または分粒器３０から送ら
れてきた微細に分割された使用済みあるいは充填された
吸収剤は、適当な配管４６を通過し再生器４０へ至る。
このように、使用済み吸収剤がフィルタ８に存在する場
合にのみ、適当な配管２８および配管３２によって除去
された使用済み吸収剤は、直接再生器４０内へ流れ、分
粒器３０を通る必要がない。あるいは分粒器３０を本シ
ステムより取り除いても良い。

【００７４】再生器４０内の使用済み吸収剤あるいは充
填吸収剤は、硫黄酸化物含有量の多いガスを形成するた
めに再生される。硫黄酸化物を多く含むガスとしては、
たとえば、適当な配管５２を通過して硫黄酸化物再生装
置６０へ至る硫黄酸化物の多いガスがあり、この硫黄酸
化物再生装置では、硫黄酸化物、たとえば、二酸化硫黄
を元素硫黄およびまたは硫酸へ転換することができ、こ
れらは再生のために、適当な配管５８を介して硫黄酸化
物回収装置６０を通過する。本発明によれば、再生器４
０から配管５２を通過して硫黄酸化物回収装置６０へ至
る硫黄酸化物の多いガスは、通常、体積で約１０％乃至
約４０％の量の二酸化硫黄を含有する。

【００７５】使用済みあるいは充填された酸化銅／硫酸
銅被覆の多孔性アルミナ粉末のような、微細に分割され
た使用済み吸収剤あるいは充填吸収剤は、通常、吸収剤
の反応性のために硫酸銅に対する酸化銅の割合は少な
い。使用済み吸収剤は、本技術分野で公知の天然ガス、
メタン、エタン、プロパン等の還元ガスを使用するとい
った、従来のなんらかの方法で再生器４０で再生され
る。そして、この方法は、再生器４０へ入る気流５４は
華氏約１２００度を上回る温度か、好ましくは華氏約１
２００度乃至約１８００度の温度の加熱空気を使用して
熱分解される。再生された吸収剤は、気流５０を介して
反応器６０へ再噴射され、吸収剤はダクト１８から送ら
れた燃焼排気ガス流に搬送される。

【００７６】上記システムは、発電所やディーゼルエン
ジン、工業用ボイラ等の燃焼ガスに見られる硫黄酸化
物、窒素酸化物、微粒物質の同時処理に、容易に適合さ
せることができる。

【００７７】以下の具体例にて本発明のプロセスおよび
システムを述べる。これらは単に具体的な説明を目的と
するものであり、本発明を限定するものではない。

【００７８】典型的な吸収剤を作るために、直径の平均
粒子サイズが約２０ミクロン乃至約１００ミクロンであ
る活性アルミナ粉末を、硝酸銅や硫酸銅のような水溶性
の銅塩に浸した。そのあとで、粉末を乾燥させ、か焼す
る。含浸粉末は高い反応性を有する。

【００７９】実験室での固定床テストでは、１ｍｍ乃至
５ｍｍの厚い粉末ケーキを使用して、９９％以上の除去
効果が首尾一貫して達成された。重量で約５．２％の銅
を含む、高温繊維金属フィルタ元素にこのケーキを沈殿
させることができた。硫黄酸化物の入口濃度は華氏約５
００度乃至約８００度の範囲の温度で３１０ｐｐｍｖで
あり、ガス速度は４．３フィート／分乃至約１５フィー
ト／分の範囲である。上記のフィルタケーキ上のテスト
用の独特なテストは、図２に示した。ここで、ガス速度
は４．３フィート／分、７．５フィート／分、１０フィ
ート／分であり、ケーキの厚さは１ｍｍだった。

【００８０】図２に示した固定床テストから、微細に分
割された（直径の小さい）多孔性アルミナ粉末上に酸化
銅が存在すると、酸化銅の反応性や利用性を増進させる
ということがわかり、さらに、酸化銅で被覆された粉末
と、ガス流の硫黄酸化物と窒素酸化物の混合物へ噴射さ
れたアンモニアガスとが反応するためには、わずかな接
触時間しか要しないことがわかる。

【００８１】本発明のプロセスでは、発電所、ディーゼ
ルモータ等から放出されるガスに独特な、硫黄酸化物、
窒素酸化物、微粒物質を含有する比較的早い速度のガス
流において、微細に分割された酸化銅被覆の多孔性アル
ミナ粉末を使用することで、接触時間を短縮できるとい
う利点がある。２００ミクロンまで（ある実施例におい
ては約２０ミクロン乃至約２００ミクロンである）の平
均粒子サイズで酸化銅で被覆され微細に分割された多孔
性アルミナ粉末が搬送移動床において、すなわち煙道ガ
スダクトのような搬送移動床反応器において使用するこ
とで、硫黄酸化物、窒素酸化物そして微粒物質を同時に
除去するのに、従来から使用されている大型反応容器を
使用する必要がなくなる。

【００８２】ディーゼルエンジンの排気ガスより硫黄酸
化物、窒素酸化物、微粒物質を除去するための、もう一
つの実験的なシステムでは、ディーゼルエンジンの排気
パイプにアンモニアガスを噴射するための噴射器の他
に、直径の平均粒子サイズが約２０ミクロン乃至約１０
０ミクロンまでの、微細に分割され酸化銅で被覆された
多孔性アルミナ粒子を、ディーゼルエンジンの排気パイ
プ内へ噴射する噴射手段が含まれていた。フィルタは、
噴射流から微細に分割された酸化銅被覆のアルミナ粒子
だけでなく、燃焼ガスの微粒物質を捕獲するため、この
排気パイプの下流に位置させた。排気パイプの下流にあ
るフィルタに集められた粒子は、本技術分野において公
知の逆パルスジェットによりフィルタエレメントから除
去した。この逆パルスジェットは、排気パイプの下流の
フィルタ媒体の約３分の１がそれぞれのパルスで清掃さ
れるよう互い違い配列となっていた。このフィルタ媒体
は繊維金属製であり、華氏約１０００度までの温度での
操作に耐えるよう構築された。このフィルタのフィルタ
機素は、フィルタ媒体の全体が７．５平方フィートのキ
ャンドルフィルタであった。フィルタ媒体を通過する燃
焼ガス速度は８．０フィート／分であった。

【００８３】硫黄酸化物および窒素酸化物の入口濃度、
そして硫黄酸化物および窒素酸化物の出口濃度を測定す
るために、従来の検出器を用いた。

【００８４】上記システムは、華氏約７００度乃至約８
００度のディーゼルエンジン排気ガス温度で運転され、
さらにフィルタを通るガス流速度は６０ａｃｆｍであっ
た（８フィート／分のａｉｒ−ｔｏ−ｃｌｏｃｋ比）。

【００８５】図３は、エンジン走行時間の関数として二
酸化硫黄の除去効率を示す。ディーゼルエンジンからの
排気ガスは、処理前に約２１０ｐｐｍｖの二酸化硫黄を
含有し、約４０分間走らせたあとで、排気ガス流への吸
収剤の噴射を開始した。二酸化硫黄の除去効率が時間と
ともに増加することが図３に示されており、これは吸収
剤噴射の割合が増加したためであり、またフィルタエレ
メント上に吸収剤が蓄積されたためである。約９０分間
の走行で９５％の除去効率が達成された。約９０分間の
走行で、フィルタケーキは、逆エアパルスジェットによ
ってこのエレメントの３分の１から除去された。これ
が、二酸化硫黄除去効率を短い間７０％へ降下させた。
清掃のあと、効率は間もなく約９０％乃至９５％へ増加
した。クリーニングサイクル、つまり、逆エアパルスジ
ェットによってフィルタエレメントの３分の１のフィル
タケーキ清掃が１２０分と１４５分でおこなわれる時、
図３に示すように、短い時間、効率が７５％と８５％と
にそれぞれ降下する。

【００８６】微細に分割された酸化銅被覆の多孔性アル
ミナ粒子をディーゼルエンジンの排気ガスへ噴射すると
同時に、アンモニアガスが排気ガスダクトへ噴射され
る。窒素酸化物の入口濃度は、つまりアンモニアガスで
処理する以前の窒素酸化物の濃度は約６００ｐｐｍｖで
あった。アンモニアガス／窒素酸化物比０．９１である
とき、窒素酸化物（ＮＯ_x ）が８７％まで減少すること
が観察される。ＮＯ_x の１０％がＮＯより高い酸化状態
にあるという事実から、アンモニアスリップは無視でき
るものと思われる。

【００８７】上記テストから、微細に分割され酸化銅で
被覆された、約２０乃至約１００ミクロンの粒子サイズ
である多孔性アルミナ粒子搬送移動床を、フィルタと共
に使用することで、二酸化硫黄を９５％を上回る効率で
除去できるということがわかる。吸収剤噴射割合を増加
させるか、およびまたは、搬送移動床反応器における吸
収剤抵抗時間を増加させることにより、ＣｕＯ対ＳＯ₂
の比率を高めることで、高い除去効率を達成できる。

【００８８】本発明の範囲内で採用できる他の修正や変
更は述べなかったものの、本発明は、請求項範囲内の修
正あるいは変更点を含むものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシステムを図式的に表現する。

【図２】硫黄酸化物放出と時間の関係を示すグラフであ
り、二酸化硫黄含有ガスが三つの異なる速度で華氏７０
０度を通過した間の酸化銅／アルミナ吸収剤を示す。

【図３】二酸化硫黄除去効率と時間の関係を示すグラフ
であり、ディーゼルエンジンから燃焼ガスを処理するた
めに使用される酸化銅／アルミナ吸収剤を示し、このガ
スには２１０ｐｐｍの二酸化硫黄が含有されている。

【符号の説明】

２ ボイラ ４ 粒子除去装置 ４ 事前濾過装置 ６ 反応器 ８ フィルタ １０ 空気予熱器 １２ 石炭流 １４ 気流 １６ ダクト １８ ダクト ２０ アンモニアガス噴射器 ２２ ダクト ２４ ダクト ２４ 清浄ガス流 ２６ 清浄ガス流出口 ２６ 清浄ガス流 ３０ 分粒器 ３２ 配線管 ３４ 気流 ３６ ダクト ４０ 再生器 ４２ 熱気の流れ ４８ 配線管 ５０ 配線管 ５２ 配線管 ６０ 硫黄酸化物再生装置 ６２ 出口 ７０ 抜け口 ７２ 入り口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミッチェル アール． コーエン アメリカ合衆国 12180 ニューヨーク州 トロイ、 13ティーエイチ ストリート 63番地 (72)発明者 エリ ガル アメリカ合衆国 17543 ペンシルバニア 州 リティッツ、 ランドルフ ドライブ 512番地

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス状混合物から、硫黄酸化物を多孔性
   キャリア上の固体硫黄酸化物受容体によって、窒素酸化
   物をアンモニアガスによって、微粒物質を濾過によって
   同時に除去し、さらに充填固体硫黄酸化物受容体を同時
   に再生するためのプロセスにおいて； （ａ）前記ガス状混合物の微粒物質が、多孔性キャリア
   上の固体硫黄酸化物受容体と同じサイズかもしくはそれ
   より粗いサイズである場合、微粒物質を除去するため
   に、選択的に前記ガス状混合物を濾過し、 （ｂ）前記ガス状混合物の硫黄酸化物を激減させて、微
   細に分割された多孔性キャリア物質上に分散される固体
   硫黄酸化物受容体を充填固体硫黄酸化物受容体へ転換す
   るために、前記ガス状混合物内に固体硫黄酸化物受容体
   の搬送移動床を形成し、ここで、前記ガス状混合物がス
   テップ（ａ）において濾過された場合、前記多孔性キャ
   リア物質は約２００ミクロンまでの粒子サイズであり、
   あるいはステップ（ａ）において前記ガス状混合物の濾
   過が省略された場合、前記多孔性キャリア物質は約２０
   ミクロン乃至約２００ミクロンの粒子サイズであって、 （ｃ）窒素酸化物を激減させたガスを形成するため、前
   記ガス状混合物に固体硫黄酸化物受容体の前記搬送移動
   床が形成される前か、形成される最中か、あるいは形成
   された後に、アンモニアガスあるいはアンモニアガスを
   形成できる前駆体を前記ガス状混合物へ噴射し、 （ｄ）多孔性キャリア物質上の充填硫黄酸化物受容体
   と、濾過ステップ（ａ）が省略されていれば存在する微
   粒物質を有する濾過固体物と、清浄ガスとを分離するた
   めに、硫黄酸化物および窒素酸化物が激減され、搬送さ
   れる充填固体硫黄酸化物受容体および前記微粒物質を含
   有する前記ガスを濾過し、 （ｅ）選択的に前記排気ガス流に空気予熱器を使用し
   て、排気ガス流に排気するために前記清浄ガスを通過さ
   せ、 （ｆ）選択的に、充填固体硫黄酸化物受容体および微粒
   物質を有する前記濾過固体物を、多孔性キャリア物質上
   の比較的粗い粒子である充填固体硫黄酸化物受容体と、
   微粒物質が前記濾過固体物に存在する場合、比較的微細
   な粒子である微粒物質とに、サイズによって分類し、 （ｇ）二酸化硫黄の多いガスおよび再生された固体硫黄
   酸化物受容体を形成するために、ステップ（ｄ）または
   （ｆ）からの多孔性キャリア上の前記充填固体硫黄酸化
   物受容体を再生し、 （ｈ）ガス状混合物内で微細に分割された多孔性キャリ
   ア上に固体硫黄酸化物受容体の前記搬送移動床を形成す
   るために、微細に分割された多孔性キャリア上の再生さ
   れた前記固体硫黄酸化物受容体をリサイクルすることを
   特徴とする、ガス状混合物より同時に硫黄酸化物、窒素
   酸化物、微粒物質を除去し、さらに充填固体硫黄酸化物
   受容体を同時に再生するためのプロセス。
2. 【請求項２】 前記二酸化硫黄の多いガスを元素硫黄、
   硫酸あるいは濃縮二酸化ガスへさらに転換することを特
   徴とする請求項１に記載のプロセス。
3. 【請求項３】 固体硫黄酸化物受容体の搬送移動床を形
   成する前記ガス状混合物が、その固体硫黄酸化物受容体
   の前記搬送移動床を形成するために、約０．５フィート
   ／秒乃至約２０フィート／秒の速度を有することを特徴
   とする請求項１に記載のプロセス。
4. 【請求項４】 キャリア上の前記固体硫黄酸化物受容体
   が、銅、酸化銅あるいはその混合物で被覆された多孔性
   アルミナ粉末であることを特徴とする請求項１に記載の
   プロセス。
5. 【請求項５】 前記銅、酸化銅あるいはその混合物が、
   前記固体硫黄酸化物受容体の約０．１乃至約１５％の重
   量を有することを特徴とする請求項４に記載のプロセ
   ス。
6. 【請求項６】 使用される前記アンモニアと前記ガス状
   混合物の前記窒素酸化物量とが、約０．１：１乃至約
   ２．５：１のモル比であることを特徴とする請求項１に
   記載のプロセス。
7. 【請求項７】 前記排気ガス流が前記空気予熱器におい
   て華氏約５００度乃至約１２００度であることを特徴と
   する請求項１に記載のプロセス。
8. 【請求項８】 前記充填硫黄酸化物受容体が、華氏約１
   ２００度乃至約１８００度で加熱された空気で再生され
   ることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
9. 【請求項９】 前記充填硫黄酸化物受容体が加熱された
   還元ガスで再生されることを特徴とする請求項１に記載
   のプロセス。
10. 【請求項１０】 二次清浄ガスと微粒物質の前記比較的
    微細な粒子とを分離するために、ガス流で運ばれるステ
    ップ（ｆ）における微粒物質の前記比較的微細な粒子を
    濾過し、前記清浄ガスをステップ（ｅ）のように排気す
    るために通過させることをさらに特徴とする請求項１に
    記載のプロセス。
11. 【請求項１１】 微粒物質および硫黄酸化物および窒素
    酸化物を燃焼排気ガス流より同時に除去するシステムに
    おいて； （ａ）燃焼排気ガス流の固体吸収剤の搬送移動床を形成
    できる反応器であって、前記吸収剤が微細に分割される
    多孔性キャリア物質上に分散された固体硫黄酸化物受容
    体であり、前記反応器が粒子除去装置より優先される場
    合、前記キャリア物質の平均粒子サイズが約２００ミク
    ロンまでであり、前記反応器が粒子除去装置に優先され
    ない場合は、平均粒子サイズが約２０ミクロン乃至約２
    ００ミクロンである反応器と、 （ｂ）選択的に用いられる、前記燃焼排気ガス流から微
    粒物質を除去するために前記反応器の上流に配置された
    粒子除去装置と、 （ｃ）前記反応器において前記搬送移動床を形成するた
    め、前記反応器へ固体吸収剤を提供する手段と、 （ｄ）前記排気ガス流にアンモニアガスあるいはアンモ
    ニアガスを形成できる前駆体を噴射する手段と、 （ｅ）清浄ガス流を提供するために、前記排気ガス流よ
    り固体吸収剤、微粒物質あるいはそれらの混合物を分離
    するフィルタと、 （ｆ）前記清浄ガス流において、選択的に用いられる空
    気予熱器と、 （ｇ）本システムからの清浄ガス流出口と、 （ｈ）燃焼排気ガス流源からの燃焼排気ガス流を、順番
    に、選択的に用いられる前記微粒物質除去装置へ、前記
    反応器へ、前記フィルタへ、前記清浄ガス流において選
    択的に用いられる前記空気予熱器へ送り、その後に前記
    清浄ガス流出口へ通過させる手段とを有することを特徴
    とする、微粒物質および硫黄酸化物および窒素酸化物を
    燃焼排気ガス流より同時に除去するシステム。
12. 【請求項１２】 燃焼排気ガス流より同時に、微粒物質
    をフィルタによって除去し、窒素酸化物をアンモニアガ
    スによって除去し、硫黄酸化物を多孔性キャリア上の固
    体吸収剤によって除去し、さらに多孔性キャリア上の固
    体吸収剤を同時に再生するための請求項１１記載による
    システムにおいて、 （ｉ）固体吸収剤と微粒物質の混合物が、固体吸収剤の
    前記混合物と微粒物質とを比較的粗い固体吸収剤と比較
    的微細な微粒物質とに分離する手段を有するフィルタ
    （ｅ）上に集まる場合のみ、選択的に必要とされる分粒
    器と、 （ｊ）前記分粒器からガス流で運ばれた比較的微細な微
    粒物質を除去する手段および、前記分粒器からの前記ガ
    ス流を、清浄ガス流で選択的に用いられる前記空気予熱
    器へ通過させるか、あるいは比較的微細な微粒物質を前
    記ガス流より除去したあとで前記清浄ガス流出口へ通過
    させる手段と、 （ｋ）それによって硫黄酸化物の多いガスおよび再生さ
    れた固体吸収剤が形成される、フィルタ（ｅ）あるいは
    分粒器（ｉ）からの前記固体吸収剤のための再生器と、 （ｌ）比較的粗く、微細に分割された前記固体吸収剤
    を、前記分粒器から前記再生器へ通過させる手段と、 （ｍ）再生され、微細に分割された前記固体吸収剤を前
    記再生器から前記反応器へ通過させる手段とをさらに有
    することを特徴とする請求項１１記載による、燃焼排気
    ガス流より同時に微粒物質、窒素酸化物、硫黄酸化物を
    除去し、さらに多孔性キャリア上の固体吸収剤を同時に
    再生するためのシステム。
13. 【請求項１３】 前記反応器がダクトであり、吸収剤の
    搬送移動床が、前記ダクトを通過する燃焼排気ガス流内
    へ吸収剤を導入するとき、吸収剤の搬送移動床がその中
    で形成されることを特徴とする請求項１１あるいは１２
    に記載のシステム。
14. 【請求項１４】 固体吸収剤、微粒物質、あるいは固体
    吸収剤と微粒物質との混合物を前記排気ガス流より分離
    するための前記フィルタが、高温フィルタであることを
    特徴とする請求項１１あるいは１２に記載のシステム。
15. 【請求項１５】 前記反応器の上流に位置する前記粒子
    除去装置が、サイクロン分離器であることを特徴とする
    請求項１１あるいは１２に記載のシステム。
16. 【請求項１６】 前記燃焼排気ガス源からの前記燃焼排
    気ガス流を通過させる前記手段が、前記燃焼排気ガス源
    から選択的に用いられる前記粒子除去装置へ接続され、
    選択的に用いられる前記粒子除去装置から前記反応器
    へ、前記反応器から前記フィルタへ、前記フィルタから
    前記清浄ガス流において選択的に用いられる前記空気予
    熱器へ、前記清浄ガス流において選択的に用いられる前
    記空気予熱器から前記清浄ガス流出口へ順番に接続され
    た煙道ガスダクトであることを特徴とする請求項１１あ
    るいは１２に記載のシステム。
17. 【請求項１７】 前記固体吸収剤が、多孔性アルミナキ
    ャリア上の、銅、酸化銅、再生された銅、再生された酸
    化銅あるいはその混合物であり、前記固体吸収剤が固体
    物噴射器によって前記反応器において提供され、さらに
    これにより、前記燃焼排気ガス流において伴出されるこ
    とを特徴とする請求項１１あるいは１２に記載のシステ
    ム。
18. 【請求項１８】 フィルタ（ｅ）における前記固体吸収
    剤および、分粒器（ｉ）において分離された前記比較的
    粗い固体吸収剤が、主に充填硫黄酸化物受容体であり、
    また前記比較的微細な微粒物質が主にアッシュであるこ
    とを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
19. 【請求項１９】 前記分粒器よりガス流で運ばれる前記
    比較的微細な微粒物質を除去するための前記手段（ｊ）
    が、フィルタであることを特徴とする請求項１２に記載
    のシステム。
20. 【請求項２０】 前記再生器が高温還元ガスを加えられ
    た再生器であることを特徴とする請求項１２に記載のシ
    ステム。
21. 【請求項２１】 前記再生器が、華氏約１２００度乃至
    約１８００度の加熱に耐えうる熱気熱再生器であること
    を特徴とする請求項１２に記載のシステム。