JPH0889760A - 排ガス浄化装置 - Google Patents

排ガス浄化装置

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JPH0889760A
JPH0889760A JP6206279A JP20627994A JPH0889760A JP H0889760 A JPH0889760 A JP H0889760A JP 6206279 A JP6206279 A JP 6206279A JP 20627994 A JP20627994 A JP 20627994A JP H0889760 A JPH0889760 A JP H0889760A
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正人 向井
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Sakuji Yukita
作二 雪田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 少ない触媒量で未反応NH3の排出を抑えな
がらNOx値を大気レベル以下まで低減させる超高効率
脱硝を実現可能とする。 【構成】 排ガス10中のNOxを、NH3の存在下で
除去する一つ以上の触媒1〜4を内装した触媒層1を備
えてなる排ガス浄化装置であって、アンモニア分解性能
と脱硝性能とを有する触媒を含む2種類以上の触媒1〜
4を配列し、その配列の最後流部に、それぞれの種類の
触媒1〜4のうちNOx生成率が最低の触媒4を配置し
た。 【効果】 高モル比で運転しNOx値を大気レベル以下
に、かつ未反応NH3の排出濃度を低減でき、超高効率
脱硝を少ない触媒量で実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、排煙脱硝装置に係り、
特に排ガス中の窒素酸化物を低減するのに好適な排ガス
浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】発電所、各種工場及び自動車等より排出
される排煙中の窒素酸化物(NOx)は光化学スモッグ
の原因となる物質であり、その効果的な除去方法とし
て、選択的接触還元による排煙脱硝法が火力発電所を中
心に幅広く用いられている。近年、産業の発展によりN
Oxを含む排ガス量が増大する傾向にあり、環境基準を
遵守するため今後さらに低NOx化が要求される趨勢に
ある。排煙脱硝法に用いられる触媒には酸化チタン系の
ものが多く使用され、還元剤としてはNH3が使用され
る。またNOxの他、燃焼排ガス中に含まれるCOも極
めて低レベルにまで抑えることが望まれており、それら
を除去するための触媒やプロセスの実現が重要な課題と
なっている。
【0003】特に大気並のNOx値(0.04ppm)
以下までNOxを低減させる高効率脱硝(以下、超高効
率脱硝と称す)を実現させることは、排煙脱硝法に従来
から使用されている酸化チタン系の脱硝触媒を用いた場
合、(イ)未反応NH3の高濃度排出、(ロ)触媒層直
前の排ガス流路域での局所的なNH3/NOxのモル比
(以下、モル比と略す)の相違、(ハ)脱硝装置(排ガ
ス浄化装置)の巨大化、等の問題があり困難であった。
【0004】特に未反応NH3の高濃度排出に関して
は、排ガス中にSO3が含有される場合、反応して(N
4)2SO4や(NH4)HSO4を生成する。これらの
生成物は後流のエアヒーター等の熱交換器に付着し、排
ガス流路の閉塞に伴う圧力損失の増大を引き起すため脱
硝装置やボイラの運転に支障をきたす。またLNG焚の
ボイラ等のSO3を含まない排ガスに対してもNH3自体
が臭気を伴うため高濃度排出に問題がある。これらの問
題を解決するため未反応NH3の排出を抑えなければな
らない。例えば未反応NH3の排出濃度を5ppm以下
に抑えることにより、これらの問題を解決することがで
きる。
【0005】この未反応NH3の高濃度排出を抑制する
ため、脱硝触媒の後流側に、NH3分解性能を有する触
媒を配置した脱硝装置が提案されているが、これらのN
3分解性能を有する触媒はNOxを副生するものが多
いため、NOxとNH3の両方を同時に低減することが
困難であった。この種のNH3分解性能を有する触媒を
使用した脱硝装置として関連するものに、例えば実公昭
55−130733号公報や特開平2−191527号
公報等が挙げられる。
【0006】またこの技術に鑑み、超高効率脱硝(NO
x<0.04ppm、NH3<5ppm)に関して、NH
3分解性能と脱硝性能とを有する触媒を配置することを
特徴とする排ガス浄化装置が先に提案されたが、しかし
この装置において、例えば図10に示すように、脱硝装
置の触媒層1の中の最後流部の脱硝触媒(触媒)4Aと
して、最前流部の脱硝触媒(触媒)2と同じ仕様のもの
を用いた場合、条件によっては、最後流部の脱硝触媒4
Aの脱硝性能が低くなる。最前流部の脱硝触媒2には、
モル比1〜2で高い脱硝性能を示す触媒が用いられ、こ
の仕様の触媒をそのまま最後流部の脱硝触媒4Aとして
適用すると、最後流部の脱硝触媒4Aの入口のモル比が
非常に高くなる場合(例えばNH3=約5ppm、NO
x=約0.1ppm)は、大過剰のNH3のためNH3
酸化により副生するNOxが無視できなくなり、脱硝性
能が低下する。この傾向は反応温度が高いほど顕著であ
り、超高効率脱硝を達成するためにより多くの触媒が必
要になる。
【0007】触媒の性能としてNH3よりNOxを副生
する尺度は、(1)式に示すNOx生成率により表すこ
とができる。 NOx生成率=(出口NOx濃度/入口NH3濃度)×100(%)…(1) (ただし入口NOx濃度=0ppmとする) さらに従来の選択的接触還元による排煙脱硝装置は、図
11に示すように触媒層1の中に脱硝触媒2だけを配置
したものが多く、その時の脱硝反応式は(2),(3)
式で示される。 4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O ………(2) 2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O ………(3) 脱硝触媒2のみを配置した脱硝装置を高効率脱硝(例え
ば90%以上の脱硝率をもった脱硝を高効率脱硝と定義
する)に適用する際、モル比が1以下では当量反応線に
従って急激に脱硝率が低下してしまうため、高効率脱硝
は望めない。したがって高効率脱硝を得るためにはモル
比を1より大きくする必要があったが、高モル比運転
(モル比>1)を行うとNH3過剰条件であるためモル
比の増加にほぼ比例した濃度の未反応NH3が脱硝装置
より排出されるという問題点があった。排ガス中にSO
3が含有される場合、この未反応のNH3は前記のよう
に、SO3と反応して(NH4)2SO4や(NH4)HS
4を生成するため、例えば未反応NH3の排出濃度を5
ppm以下に抑えることにより、これらの問題を解決す
ることができる。
【0008】また高効率脱硝を得る他の方法として脱硝
触媒の触媒量を増やす方法が挙げられる。しかしながら
この方法では、図12の点線Bに示すように、触媒層直
前の排ガス流路域での局所的なモル比が互いに相違した
流体に対し、未反応NH3の排出濃度を抑えなければな
らないという条件下で、触媒量の増加によって達成でき
る平均脱硝率に限界が生じる。すなわち、触媒層直前の
排ガス流路域での局所的なモル比の相違の大きさ(モル
比の変動係数)であるCV値が20%、脱硝装置入口N
Ox濃度=100ppm及び未反応NH3の排出濃度5
ppmという条件下で脱硝触媒を単独で配置した場合、
点線Bのように脱硝触媒の量を増加していっても90%
以上の脱硝率は得られないことが予想される。
【0009】なお図12の中の触媒量比とは、触媒の単
位ガス接触表面積当りの処理ガス流量であるAV値の逆
数に比例する値であり、触媒量比100%とは、既設の
ボイラに設置されている選択的接触還元による排煙脱硝
装置で使用される脱硝触媒の触媒量を100%として表
している。(例えば、処理ガス流量Q=1300000
Nm3/h、触媒のガス接触表面積A=130000
2、AV値=10m/hの時の触媒量) AV値=Q/A(m/h) ……(4) Q:処理ガス量(Nm3/h) A:触媒のガス接触表面積(m2) 触媒量比=10/AV値×100(%) ……(5) またCV値は触媒層直前の排ガス流路域での局所的なモ
ル比の相違の大きさを表し、(5)式で示される。 CV=σ/μ×100(%) ……(6) σ:モル比の標準偏差 μ:モル比の平均値 一方、図13に示す触媒層1の中の脱硝触媒2の後流側
に、NH3分解性能を有する触媒(NH3より窒素酸化物
を生成させる活性を有する触媒)3aを配置した脱硝装
置による排ガス浄化装置が提案されている。
【0010】このような脱硝触媒2の後流側にNH3
解性能を有する触媒3aを配置した触媒層1を用いる
と、未反応NH3を分解することができるためモル比>
1のような高モル比運転を行うことができる。しかし脱
硝触媒2の後流側に配置したNH3分解性能3aを有す
る触媒は、(7)式のようなNOx副生反応によってN
Oxを生成する。 4NH3+502→4NO+6H2O ……(7) そのため脱硝触媒2の後段に未反応NH3の流出を抑制
するNH3分解性能を有する触媒3aを設置する装置で
は、NH3分解性能を有する触媒3aにNOxを副生す
るものが多いため、かえって脱硝率の低下を招き易い。
そのため、注入するNH3量やガス条件によってNOx
とNH3の両方を低レベルに抑えるのは極めて難しい。
【0011】またNH3分解性能と脱硝性能とを有する
触媒(窒素酸化物のNH3による還元活性を有する第1
成分とNH3より窒素酸化物を生成させる活性及びCO
からCO2を生成させる活性のうち少なくともいずれか
一方の活性を有する第2成分とよりなる触媒)を単独で
配置した脱硝装置、又は脱硝触媒(窒素酸化物のNH3
による還元活性を有する触媒)の後流側にNH3分解性
能と脱硝性能とを有する触媒を配置した脱硝装置による
排ガス浄化方法が提案されている(特願平4−1385
14号参照)。
【0012】これらの脱硝装置を用いた場合は、モル比
>1のような高モル比運転を行っても、NH3分解性能
と脱硝性能とを有する触媒が配置されているため、
(8)式のようなNH3分解反応によって未反応NH3
分解することができ、NOxの副生も抑えることができ
るのでNOxとNH3の両方を低レベルに抑えることが
可能となる。
【0013】
【化8】
【0014】またこれらの脱硝装置のうち、NH3分解
性能と脱硝性能とを有する触媒を単独で配置した脱硝装
置を、触媒層直前の排ガス流路域での局所的なモル比が
互いに相違した流体に対して、未反応NH3の排出濃度
を5ppm以下に抑制しなければならないという条件下
で用いた場合の脱硝率と触媒量比の関係を図12に示
す。
【0015】図12において、CV=20%、脱硝装置
入口NOx濃度=100ppm及び未反応NH3の排出
濃度5ppmという条件で、NH3分解性能と脱硝性能
とを有する触媒(窒素酸化物のNH3による還元活性を
有する第1成分とNH3より窒素酸化物を生成させる活
性及びCOからCO2を生成させる活性のうち少なくと
もいずれか一方の活性を有する第2成分とよりなる触
媒)を用いた場合は、実線Aに示すように、触媒量増加
によって達成できる平均脱硝率の限界を、脱硝触媒だけ
の脱硝装置を用いた場合(点線B)よりも、高くでき
る。
【0016】NH3分解性能と脱硝性能とを有する触媒
を含む脱硝装置を大気並のNOx値(0.04ppm)
以下までNOxを低減させる超高効率脱硝に適用した場
合は、NH3分解性能と脱硝性能とを有する触媒上で、
NH3酸化反応(7)式と脱硝反応(2)式とが同時に
起るため、脱硝触媒に比べてNH3の消費速度が速くな
る。そのため条件によっては、NOx値を大気レベル以
下まで低減させる超高効率脱硝を実現するために必要な
NH3量が、不足してしまうことがある。
【0017】このNH3量の不足を解消するため、さら
にモル比を高くしなければならないが、モル比の増加に
伴い、NH3酸化反応(7)式によって副生するNOx
の量が増加する。NOx値を大気レベル以下まで低減さ
せる超高効率脱硝では、この副生NOx量が無視できな
くなる場合があるため、超高効率脱硝を実現できない
か、実現できても単位触媒量当たりのNOxの減少速度
が低下するため、莫大な量の触媒が必要となる。
【0018】つまりNOx値を大気レベル以下まで低減
させる超高効率脱硝を実現する際に、(1)脱硝触媒だ
けを配置した脱硝装置を適用した場合は、未反応NH3
量を抑制するという点、及び触媒層直前の排ガス流路域
での局所的なモル比が互いに相違した流体に対して、未
反応NH3の排出濃度を抑えなければならないという条
件下で、触媒量の増加によって達成できる平均脱硝率に
限界が生じるという点について、(2)脱硝触媒の後流
側にNH3分解性能を有する触媒(NH3より窒素酸化物
を生成させる活性を有する触媒)を配置した脱硝装置を
適用した場合は、副生NOx量を抑制するという点につ
いて、(3)NH3分解性能と脱硝性能とを有する触媒
のみを配置した脱硝装置あるいは脱硝触媒の後流側にN
3分解性能と脱硝性能とを有する触媒を配置した脱硝
装置を適用した場合は触媒量を低減するという点につい
て、配慮がなされていなかった。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】従来の排ガス浄化装置
にあっては、装置出口のNOxの濃度を大気レベル以下
まで低減させる超高効率脱硝に適用する際に、未反応N
3量や副生NOx量の抑制の点について、または触媒
量の低減等の点について配慮がなされておらず、エアヒ
ーターの閉塞やNH3の臭気、装置の巨大化等の問題が
あった。
【0020】本発明の目的は、最も少ない触媒量で未反
応NH3の排出を抑えながら、NOx値を大気レベル以
下まで低減させる超高効率脱硝を実現することのできる
排ガス浄化装置を提供することにある。
【0021】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る排ガス浄化装置は、排ガス中の窒素酸
化物を、アンモニアの存在下で除去する少なくとも一つ
の触媒を備えてなる排ガス浄化装置において、アンモニ
ア分解性能と脱硝性能とを有する触媒を含む少なくとも
2種類の触媒を配列し、その配列の最後流部に、それぞ
れの種類の触媒のうち窒素酸化物生成率が最低の触媒を
配置した構成とする。
【0022】そして排ガス中の窒素酸化物を、アンモニ
アの存在下で除去する少なくとも一つの触媒を備えてな
る排ガス浄化装置において、アンモニア分解性能と脱硝
性能とを有する触媒を含む少なくとも2種類の触媒を配
列し、その配列の最後流部に、それぞれの種類の触媒の
うち窒素酸化物のアンモニアによる還元活性を有する触
媒を配置した構成でもよい。
【0023】またアンモニア分解性能と脱硝性能とを有
する触媒は、窒素酸化物のアンモニアによる還元活性を
有する第1成分と、アンモニアより窒素酸化物を生成さ
せる活性及び一酸化炭素より二酸化炭素を生成させる活
性のうち少なくともいずれか一方の活性を有する第2成
分とよりなる構成でもよい。
【0024】
【作用】本発明によれば、NH3分解性能と脱硝性能と
を有する触媒を含む2種類以上の触媒を用いて除去する
装置内の最後流部の触媒として、装置内でNOx生成率
が最も低い触媒を配置した場合は、上流部又は中間部に
NH3分解性能と脱硝性能とを有する触媒が配置されて
いるため、モル比>1の高モル比運転が可能となり、未
反応NH3の排出濃度を抑えながら、高効率脱硝が実現
される。
【0025】また最後流部に装置内でNOx生成率が最
も低い触媒が配置されているため、より少ない触媒量で
NOx値を大気レベル以下まで低減させる超高効率脱硝
が実現される。
【0026】以上の構成によって、未反応NH3は分解
され、触媒量が低減されるため、未反応NH3の多量の
流出が抑制され、莫大な量の触媒を積む必要がなくな
る。
【0027】触媒の配置は、図1に示すように、ガス流
れ上流から順に、脱硝装置入口のモル比1〜2で脱硝性
能が高い触媒2と、NH3分解性能と脱硝性能を有する
触媒3と、装置内でNOx生成率が最も低い触媒4とを
配置した装置を超高効率脱硝に適用した場合が好結果を
得やすい。
【0028】触媒2としては、装置入口のモル比が1〜
2で高い脱硝性能を示す触媒、例えばバナジウム
(V)、タングステン(W)又はモリブデン(Mo)を
活性成分にした酸化チタン(Ti)系触媒を用いた場合
に好結果をもたらす。特にV/Ti、V/W/Tiある
いはV/Mo/Tiの原子比におけるVの含有量が2以
上のものを使用した場合によい結果が得られる。
【0029】触媒3としては、NOxのNH3による還
元活性を有する第1成分と、NH3よりNOxを生成さ
せる活性及びCOよりCO2を生成させる活性のうち少
なくともいずれか一方の活性を有する第2成分とよりな
る触媒が用いられ、例えば、第1成分としてチタン、バ
ナジウム、タングステン、モリブデンより選ばれる1種
以上の元素の酸化物よりなる組成物と、そして第2成分
として白金(Pt)、パラジウム(Pd)又はロジウム
(Rh)より選ばれる貴金属の塩類もしくはゼオライ
ト、アルミナ、シリカ等の多孔体担体に予め担持された
前記貴金属を含有する組成物とよりなる触媒を使用した
場合によい結果が得られる。
【0030】触媒4としては、装置内でNOx生成率が
最も低い触媒、例えばバナジウム、タングステンあるい
はモリブデンを活性成分にした酸化チタン系触媒が使用
され、特にV/Ti、V/W/Ti又はV/Mo/Ti
の原子比においてVの含有量が2以下のものを使用した
場合によい結果が得られる。
【0031】また図2に示すように、ガス流れ上流から
順に、NH3分解性能と脱硝性能とを有する触媒3と、
装置内でNOx生成率が最も低い触媒4とを配置し超高
効率脱硝に適用した場合も好結果が得やすい。
【0032】さらにNH3分解性能と脱硝性能とを有す
る触媒(窒素酸化物のNH3による還元活性を有する第
1成分とNH3より窒素酸化物を生成させる活性及びC
OよりCO2を生成させる活性のうち少なくともいずれ
か一方の活性を有する第2成分とからなる触媒)を含む
触媒層の最後流部に脱硝触媒を配置した場合は、上流部
あるいは中間部にNH3分解性能と脱硝性能とを有する
触媒が配置されているため、モル比>1の高モル比運転
が可能となり、未反応NH3の排出濃度を抑えながら、
高効率脱硝が実現される。また最後流部に脱硝性能を有
する触媒が配置されているため、単位触媒当たりの脱硝
速度がNH3分解性能と脱硝性能とを有する触媒より速
くなるため、より少ない触媒量でNOx値を大気レベル
以下まで低減させる超高効率脱硝が実現される。以上の
構成によって、未反応NH3は分解され、触媒量は低減
できるようになるため、未反応NH3が多量に流出する
ことがなく、莫大な量の触媒を積む必要がなくなる。
【0033】
【実施例】本発明の一実施例を図1を参照しながら説明
する。図1に示すように、排ガス10中の窒素酸化物
(NOx)を、アンモニア(NH3)の存在下で除去す
る一つ以上の触媒1〜4を内装した触媒層1を備えてな
る排ガス浄化装置であって、アンモニア分解性能と脱硝
性能とを有する触媒を含む2種類以上の触媒1〜4を排
ガスの流れ方向に配列し、その配列の最後流部に、それ
ぞれの種類の触媒1〜4のうち窒素酸化物生成率が最低
の触媒4を配置した構成とする。すなわちそれぞれの触
媒1〜4は、排ガス10のガス流れ上流より順に、装置
入口のモル比1〜2で脱硝性能が高い触媒2と、NH3
分解性能と脱硝性能とを有する触媒3と、各種類の触媒
のうちNOx生成率が最も低い触媒4とよりなるものと
する。
【0034】触媒2は、触媒層入口のモル比が1〜2で
高い脱硝性能を示す触媒が用いられる。例えばバナジウ
ム(V)、タングステン(W)又はモリブデン(Mo)
を活性成分にした酸化チタン(Ti)系触媒を用い、特
にV/Ti、V/W/Ti又はV/Mo/Tiの原子比
におけるVの含有量が2以上のものを使用する。
【0035】触媒3は、NOxのNH3による還元活性
を有する第1成分と、NH3よりNOxを生成させる活
性及び一酸化炭素(CO)より二酸化炭素(CO2)を
生成させる活性のうち少なくともいずれか一方の活性を
有する第2成分とよりなるものとする。例えば、チタ
ン、バナジウム、タングステン、モリブデンより選ばれ
る1種以上の元素の酸化物よりなる組成物を第1成分と
し、白金(Pt)、パラジウム(Pd)又はロジウム
(Rh)より選ばれる貴金属の塩類もしくはゼオライ
ト、アルミナ、シリカ等の多孔体担体に予め担持された
貴金属を含有する組成物を第2成分とする。
【0036】最後流部の触媒4は、触媒層内でNOx生
成率が最も低い触媒が用いられる。例えばバナジウム、
タングステン又はモリブデンを活性成分にした酸化チタ
ン系触媒が使用され、特にV/Ti、V/W/Ti又は
V/Mo/Tiの原子比におけるVの含有量が2以下の
ものが使用される。
【0037】本発明の他の実施例を図2に示す。燃焼排
ガス10のガス流れ上流より順に、NH3分解性能と脱
硝性能とを有する触媒3と、触媒層内でNOx生成率が
最も低い触媒4を配置し超高効率脱硝に適用した構成で
ある。
【0038】以上の構成によって、未反応NH3が分解
され、触媒量が低減されるため、未反応NH3の多量の
流出が抑制され、莫大な量の触媒を積む必要がなくな
る。
【0039】本発明は、NH3分解性能と脱硝性能とを
有する触媒を含む2種類以上の触媒の配置及び使用する
触媒に特徴があり、超高効率脱硝が実現できるものであ
ればどのような配置、どのような触媒であっても採用で
きることは言うまでもない。本発明の効果を確認するた
め、以下の試験を行った。 (実施例1)図3に示す触媒装置断面積が0.0225
2の小型の水平流型試験装置1Aに、1単位(ユニッ
ト)の触媒表面積が5.5m2でかつ触媒の長さが0.5
mである触媒を、触媒2として3単位、触媒3として2
単位及び触媒4として4単位配置し、ボイラ燃焼排ガス
を通し、装置入口NOx=100ppm、モル比=1.
5、ガス温度380℃という条件で試験を行った。
【0040】触媒2としては、V/W/Ti=4/5/
91(原子比)である酸化物触媒を使用した。触媒3と
しては、第1成分がV/W/Ti=4/5/91(原子
比)である酸化物、第2成分が0.05wt%の白金を
担持したシリカで、第2成分/第1成分比が2/98で
ある触媒を使用した。触媒4としては、V/W/Ti=
2/5/93(原子比)である酸化物触媒を使用した。
【0041】(比較例1)実施例1と同じ試験装置に、
触媒4として、触媒2と同じ仕様であるV/W/Ti=
4/5/91(原子比)である酸化物触媒を使用し、前
記条件で同様の試験を行った。
【0042】図4に実施例1と比較例1の出口NOx濃
度、未反応NH3濃度と触媒量比の関係を示す。触媒量
比とは、出口NOx<0.04ppm及び未反応NH3
5ppm出口を同時に達成することができる触媒量を、
既設のボイラに設置されている選択的接触還元による排
煙脱硝装置で使用される脱硝触媒の触媒量で除した値で
ある。
【0043】最後流部の触媒として、実施例1の触媒を
用いた方が、比較例1の触媒を用いた場合よりも少ない
触媒量で、出口NOx<0.04ppm及び未反応NH3
<5ppmを同時に達成することができることがわか
る。また装置入口のモル比は図4に示すB/A=1.5
であるのに対し、最後流部の触媒入口のモル比は図4に
示すD/C=5/0.3=16.7=約20と非常に高い
ことがわかる。つまり本発明の実施例の触媒の組合わせ
は比較例に比べて、少ない触媒量で超高効率脱硝を達成
できることがわかる。
【0044】図5にバナジウム、モリブデンを活性成分
にした酸化チタン系触媒のV/Mo/Tiの原子比にお
けるVの含有量とNOx生成率の関係を示す。Vの含有
量が低い方がNOxの副生を抑えることができ、特に反
応温度が高い場合は、V含有量が2以下の触媒の方が超
高効率脱硝に適していることがわかる。なお温度T1
2は装置の入口温度であり、装置の出口温度とほぼ同
一温度である。
【0045】表1に実施例1〜3及び比較例1〜3の場
合の、出口NOx<0.04ppm及び未反応NH3<5
ppmを同時に達成することができる触媒量比を示す。
【0046】
【表1】
【0047】本発明によれば、高モル比で運転しても未
反応NH3を抑えることができる。例えば未反応NH3
排出濃度を5ppm以下に抑えることができ、しかもN
Ox値を大気レベル以下まで低減できるという効果があ
る。またNOx値を大気レベル以下まで低減させる超高
効率脱硝を、より少ない触媒量で実現できるという効果
がある。
【0048】本発明の他の実施例を図6に示す。本実施
例は水平流型脱硝装置に係るものである。脱硝装置(触
媒層)11の中に複数段の触媒が設けられ、排ガス流れ
の上流側より順に脱硝触媒(触媒)12と、NH3分解
性能と脱硝性能とを有する触媒(窒素酸化物のNH3
よる還元活性を有する第1成分とNH3より窒素酸化物
を生成させる活性及びCOよりCO2を生成させる活性
のうち少なくともいずれか一方の活性を有する第2成分
とよりなる触媒)13と、最後流部に脱硝触媒(窒素酸
化物のNH3による還元活性を有する触媒)14とを配
置している。排ガス10が流入する上流側の排ガスダク
ト18には、NH3注入装置15が内設してあり、その
後流にNOxやNH3等の排ガス成分の濃度を均一にす
るガス混合装置16と排ガス流速を均一にする整流装置
17とが設けてある。
【0049】本実施例の脱硝装置を用いることにより、
モル比>1の高モル比運転が可能なため、脱硝触媒12
により高効率脱硝ができ、NH3分解性能と脱硝性能と
を有する触媒13により未反応のNH3が分解でき、さ
らに脱硝触媒(触媒)14により残ったNOxとともに
副生したNOxを少ない触媒量で超高効率脱硝ができ
る。
【0050】本実施例で使用される脱硝触媒12,14
としては、例えばバナジウム、タングステンあるいはモ
リブデンを活性成分にした酸化チタン系触媒が使用され
る。
【0051】またNH3分解性能と脱硝性能とを有する
触媒13としては、NOxのNH3による還元活性を有
する第1成分とNH3よりNOxを生成させる活性を有
する第2成分とよりなる触媒が用いられ、例えば、チタ
ン、バナジウム、タングステン及びモリブデンより選ば
れる1種以上の元素の酸化物よりなる組成物を第1成分
とし、貴金属の塩類もしくはゼオライト、アルミナ及び
シリカ等の多孔体担体に予め担持された前記貴金属を含
有する組成物を第2成分とする組成物よりなる触媒が使
用される。
【0052】本実施例は前記のような触媒の配置に特徴
があり、水平流型脱硝装置に限らず、どのような脱硝装
置においても採用できることは言うまでもない。
【0053】図7に垂直流型脱硝装置に適用された本発
明の他の実施例を示す。本実施例では、触媒層21の内
部に排ガス10の流れの上流側より順にNH3分解性能
と脱硝性能とを有する触媒(窒素酸化物のNH3による
還元活性を有する第1成分とNH3より窒素酸化物を生
成させる活性及びCOからCO2を生成させる活性のう
ち少なくともいずれか一方の活性を有する第2成分とよ
りなる触媒)23と脱硝触媒(触媒)24とが配置され
ている。排ガスダクト28にはNH3注入装置25が内
設してあり、その後流にNOxやNH3等の排ガス成分
の濃度を均一にするガス混合装置26と排ガス流速を均
一にする整流装置27とが設けてある。
【0054】本実施例の脱硝装置を用いることにより、
モル比>1の高モル比運転が可能であるため、NH3
解性能と脱硝性能とを有する触媒23により高効率脱硝
とNH3分解反応とができ、脱硝触媒24により残った
NOxとともに1層目で副生したNOxを少ない触媒量
で超高効率脱硝ができる。
【0055】本実施例で使用される脱硝性能を有する触
媒23及び脱硝触媒24は、図6に示す実施例と同様の
触媒が用いられ、形状等が異なるのみである。
【0056】本実施例は前記のような触媒の配置に特徴
があり、垂直流型脱硝装置に限らず、どのような脱硝装
置においても採用できることは言うまでもない。
【0057】本実施例の効果を確認するため、触媒層断
面積が0.2m2の小型の水平流型試験装置に脱硝触媒
と、NH3分解性能と脱硝性能とを有する触媒(窒素酸
化物のNH3による還元活性を有する第1成分とNH3
り窒素酸化物を生成させる活性及びCOからCO2を生
成させる活性のうち少なくともいずれか一方の活性を有
する第2成分とよりなる触媒)を単層又は多層に配置
し、ボイラ燃焼排ガスを通し、脱硝装置入口NOx=1
00ppm、NH3/NOxのモル比=1.5、脱硝装置
入口のモル比の変動係数(CV値)=20%及びガス温
度=350℃という条件で試験を行った。試験装置内の
触媒は、表2に示す配置で試験を行った。表2中の触媒
量比とは、出口NOxを0.04ppm以下及び残留N
3を5ppm以下を同時に達成することができる触媒
量を、前記した既設のボイラに設置されている選択的接
触還元による排煙脱硝装置で使用される脱硝触媒の触媒
量(触媒量比100%)で除した値である。
【0058】
【表2】
【0059】図8に実施例14と比較例11,14との
脱硝装置出口のNOx濃度及び未反応NH3濃度と触媒
量比との関係を示す。実施例14は、排ガス流れの前流
より順に、脱硝触媒12と、NH3分解性能と脱硝性能
とを有する触媒(窒素酸化物のNH3による還元活性を
有する第1成分とNH3より窒素酸化物を生成させる活
性及びCOよりCO2を生成させる活性のうち少なくと
もいずれか一方の活性を有する第2成分とよりなる触
媒)13と、脱硝触媒14とを配置した。比較例14
は、脱硝触媒12の後流にNH3分解性能と脱硝性能と
を有する触媒13を配置した。そして比較例11は、脱
硝触媒12を単独に配置した。
【0060】比較例11の装置を用いた場合は、NOx
を0.04ppm以下という目標値を最も少ない触媒量
(触媒量比182%)で達成できるものの、脱硝触媒1
2がNH3分解性能をほとんど持たないため、この条件
では未反応NH3濃度が30ppmでほぼ一定となり、
未反応NH3濃度5ppm以下という目標値を同時に達
成することができないことがわかる。
【0061】また比較例14には、NH3分解性能と脱
硝性能とを有する触媒13を脱硝触媒12の後流に配置
しているため、NOxを0.04ppm以下及びNH3
5ppm以下を同時に達成することができるものの、図
8に示す3つの試験例の中では、NOxを0.04pp
m以下を達成するのに最も触媒量が多くなってしまう
(触媒量比 250%)ことがわかる。
【0062】それに対し、実施例14には脱硝触媒12
の後流にNH3分解性能と脱硝性能とを有する触媒13
を配置しているため、NOxを0.04ppm以下及び
NH3を5ppm以下という目標値を同時に達成するこ
とができ、さらに最後流部に脱硝触媒14を配置してい
るため、比較例14に比べて、少ない触媒量(触媒量比
220%)で目標を達成できることがわかる。
【0063】なお、実施例14及び比較例14のNH3
分解性能と脱硝性能とを有する触媒13は、必ず脱硝触
媒12の後流に配置していることから、残留NH3を積
極的に除去するため、第2成分のNH3より窒素酸化物
を生成させる活性及びCOよりCO2を生成させる活性
のうち少なくともいずれか一方の活性の比較的高い触媒
を用いた。
【0064】図9に、実施例16と比較例15との脱硝
装置出口のNOx濃度及び未反応NH3濃度と触媒量比
との関係を示す。実施例16は、NH3分解性能と脱硝
性能とを有する触媒13の後流に脱硝触媒14を配置し
た。比較例15は、NH3分解性能と脱硝性能とを有す
る触媒13を単独で配置した。比較例15は、この条件
では残留NH3濃度を5ppm以下にできるものの、N
Ox 0.04ppm以下という目標値を達成するのに触
媒量比で250%以上の触媒量が必要になることが予想
される。しかし実施例16の脱硝装置を使用した場合
は、比較例15の場合よりも少ない触媒量(触媒量比
215%)でNH3を5ppm以下、NOxを0.04p
pm以下という目標を達成できることがわかる。
【0065】実施例16及び比較例15のNH3分解性
能と脱硝性能とを有する触媒13は、必ず排ガス流れの
最前流側に配置していることから、副生NOxを抑え、
脱硝反応を有利にするため、第1成分の窒素酸化物のN
3による還元活性の比較的高い触媒を用いた。
【0066】本実施例によれば、高モル比で運転しても
未反応NH3を抑えることができる。例えば未反応NH3
の排出濃度を5ppm以下に抑えることができ、しかも
NOx値を大気レベル以下まで低減できるという効果が
ある。
【0067】またNOx値を大気レベル以下まで低減さ
せる超高効率脱硝を行う際に、副生NOxの影響を極力
排除できるので最後流部にNH3分解性能と脱硝性能と
を有する触媒を配置した脱硝装置に比べ触媒量を低減で
きるという効果がある。
【0068】
【発明の効果】本発明によれば、アンモニア分解性能と
脱硝性能とを有する触媒と最後流部の脱硝触媒とを配列
したため、高モル比で運転しNOx値を大気レベル以下
に低減できるとともに、未反応アンモニアの排出濃度を
低減でき、超高効率脱硝を少ない触媒量で実現できると
いう効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図2】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図3】本発明の実施例1を示す小型脱硝試験装置の図
である。
【図4】実施例1及び比較例1の装置出口のNOx及び
未反応NH3濃度と触媒量比との関係を示すグラフであ
る。
【図5】触媒中のVの含有量とNOx生成率の関係を示
すグラフである。
【図6】本発明の他の実施例を示す水平流型脱硝装置の
構成図である。
【図7】本発明の他の実施例を示す垂直流型脱硝装置の
構成図である。
【図8】実施例14と比較例11,14との装置出口の
NOx濃度及び未反応NH3濃度と触媒量比との関係を
示すグラフである。
【図9】実施例16と比較例15との装置出口のNOx
濃度及び未反応NH3濃度と触媒量比との関係を示すグ
ラフである。
【図10】従来の技術を示す図である。
【図11】従来の技術を示す図である。
【図12】脱硝触媒の単独配置と、脱硝触媒、NH3
解性能と脱硝性能とを有する触媒を配置した場合の脱硝
率と触媒量比との関係を示すグラフである。
【図13】従来の技術を示す図である。
【符号の説明】
1 触媒層 2 触媒 3 NH3分解性能と脱硝性能とを有する触媒 4 触媒 10 排ガス 11 触媒層 12 触媒 13 NH3分解性能と脱硝性能とを有する触媒 14 触媒
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01J 23/652 29/076 A 29/26 B01D 53/36 ZAB 102 G B01J 23/64 103 A (72)発明者 雪田 作二 広島県呉市宝町5番3号 バブ日立工業株 式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排ガス中の窒素酸化物を、アンモニアの
    存在下で除去する少なくとも一つの触媒を備えてなる排
    ガス浄化装置において、アンモニア分解性能と脱硝性能
    とを有する触媒を含む少なくとも2種類の触媒を配列
    し、その配列の最後流部に、それぞれの種類の触媒のう
    ち窒素酸化物生成率が最低の触媒を配置したことを特徴
    とする排ガス浄化装置。
  2. 【請求項2】 排ガス中の窒素酸化物を、アンモニアの
    存在下で除去する少なくとも一つの触媒を備えてなる排
    ガス浄化装置において、アンモニア分解性能と脱硝性能
    とを有する触媒を含む少なくとも2種類の触媒を配列
    し、その配列の最後流部に、それぞれの種類の触媒のう
    ち窒素酸化物のアンモニアによる還元活性を有する触媒
    を配置したことを特徴とする排ガス浄化装置。
  3. 【請求項3】 アンモニア分解性能と脱硝性能とを有す
    る触媒は、窒素酸化物のアンモニアによる還元活性を有
    する第1成分と、アンモニアより窒素酸化物を生成させ
    る活性及び一酸化炭素より二酸化炭素を生成させる活性
    のうち少なくともいずれか一方の活性を有する第2成分
    とよりなることを特徴とする請求項1又は2記載の排ガ
    ス浄化装置。
  4. 【請求項4】 最後流部の触媒は、V、W又はMoを活
    性成分にしたTi系触媒のうち、V/Ti、V/W/T
    i又はV/Mo/Tiの原子比におけるVの含有量が2
    以下の触媒であることを特徴とする請求項1又は3記載
    の排ガス浄化装置。
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JP2012183490A (ja) * 2011-03-04 2012-09-27 Babcock Hitachi Kk 脱硝装置及び脱硝触媒

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