JPH09239243A - 排煙脱硝装置と方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 脱硝性能の低下を招くことなくＳＯ₂酸化率
を低減する排煙脱硝技術を確立すること。 【解決手段】 排ガス流れ方向に設置される複数の脱硝
触媒層のうち少なくとも１層の脱硝触媒層に、帯状の突
起からなる突条部２と平板部とを交互に所定の間隔で有
する触媒エレメント１を、互いに隣接する触媒エレメン
トの突条部２を直交するように複数枚積層して得られる
触媒構造体３を用いて燃焼によリＳＯｘ含有排ガス路に
配置する。排ガス中にはＳＯ₂酸化能を有する微量成分
（例えばＶ化合物等）が含有されている場合があリ、脱
硝装置の運転開始後徐々にこうした微量成分が触媒（構
造体）に付着堆積し、経時的に脱硝装置のＳＯ₂酸化率
の増加をもたらすという回避の困難な問題があるが、触
媒構造体３を複数段の脱硝装置の少なくとも入口側の脱
硝層に配置することで、ＳＯ₂酸化反応を抑制すること
かできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、本発明は排ガス浄
化用の排煙脱硝装置と方法に係わリ、特に排ガス中の窒
素酸化物（ＮＯｘ）を効率よくアンモニア（ＮＨ₃）等
で還元するための排煙脱硝装置において、油焚あるいは
石炭焚ボイラ設備等、燃料の燃焼によって生成する排ガ
ス中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれる場合に適用する
排煙脱硝装置と方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】発電所、各種工場、自動車などから排出
される排煙中のＮＯｘは、光化学スモッグや酸性雨の原
因物質であり、その効果的な除去方法として、アンモニ
ア（ＮＨ₃）等を還元剤とした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。
触媒には、バナイウム（Ｖ）、モリブデン（Ｍｏ）また
はタングステン（Ｗ）を活性成分にした酸化チタン（Ｔ
ｉＯ₂）系触媒が使用されておリ、特に活性成分の１つ
としてバナジウムを含むものは活性が高いだけでなく、
排ガス中に含まれている不純物による劣化が小さいこ
と、よリ低温から使用できることなどから、現在の脱硝
触媒の主流になっている（特開昭５０−１２８６８１号
公報等）。触媒は通常ハニ力ム状、板状に成形されて用
いられ、各種製造法が発明、考案されてきた。

【０００３】中でも、金属薄板をメタルラスに加工後、
アルミニウム溶射を施した網状物やセラミック繊維製織
布または不織布を基板に用い、これに前記触媒成分を塗
布・圧着して得た板状触媒を図２（ａ）、（ｂ）のよう
な波形を有するエレメント状に加工後、図８のように組
み込んだ触媒構造体４（特開昭５４−７９１８８号公
報、特開昭５９一７３０５３号公報等）は、通風損失が
小さく、煤塵や石炭の燃焼灰で閉塞されにくいなどの優
れた特徴があリ、現在火カ発電用ボイラ排ガスの脱硝装
置に多数用いられている（従来技術）。

【０００４】一方、近年夏期における電力需要のピーク
に対応させるためガスタービンを用いる発電設備やそれ
と排熱回収ボイラを組合わせた発電設備の建設が増加し
ている。これらの設備は都市近郊に建設されることが多
く、それに用いられる排ガス処理装置は、立地面積や公
害防止の観点から高効率かつコンパクトであることが必
要である。こうした事情に鑑み、図３に示す断面波形の
帯状の突条部２を有する触媒エレメント１をガス流れに
対いして交互に直角と平行となるように積層した触媒ユ
ニット（触媒構造体）３（特開昭５５一1５２５５２号
公報）とすることにより効率よくＮＯｘを低減する方法
（従来技術）が知られている。

【０００５】または、図９に示すように金網または金属
板５を波形の突状６を有する状態に湾曲させ、この突状
６をガス流れに対して傾斜させて配設した板を複数枚交
互に表裏を逆にして積層した触媒ユニット（触媒構造
体）７を用いる方法（実開昭５０−１２２６５８号公
報：実公昭５２一６６７３号公報）（従来技術）等が
提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一方、燃焼により多量
の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を含有する油焚あるいは石炭焚
のボイラ設備等に対して上記従来技術が適用される場合
には、触媒（構造体）によリ通常の運用条件において排
ガス中のＳＯｘ（ほとんどが二酸化硫黄（ＳＯ₂））の
酸化反応が生じ、排煙脱硝装置の後流に設置される機器
において下式により酸性硫安が析出するという問題が起
こるため、適用する触媒（構造体）のＳＯ₂酸化率を低
減する必要があった。

【０００７】ＮＨ₃＋ＳＯ₃＋Ｈ₂Ｏ→ＮＨ₄ＨＳＯ₄ ここで、ＳＯ₂の酸化反応速度と脱硝反応速度との間に
は相関があるため、従来技術ではＳＯ₂酸化率を低減す
ることは脱硝性能の低下を招〈ことになるという問題点
を有していた。

【０００８】そこで、本発明の課題は、上記した従来技
術の優れた点を残しつつ、従来技術の有する問題点をな
くした煙脱硝装置と方法を提供することである。また、
本発明の課題は脱硝性能の低下を招くことなくＳＯ₂酸
化率を低減する排煙脱硝技術を確立することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は次の
構成によって達成される。すなわち、燃焼によリ硫黄酸
化物を含有する排ガスを生成する設備に使用される排煙
脱硝装置において、ガス流れ方向に設置される複数の触
媒層のうち少なくとも１層の触媒層に、帯状の突起から
なる突条部と平板部とを交互に所定の間隔で有する触媒
エレメントを、互いに隣接する触媒エレメントの突条部
を直交するように複数枚積層して得られる触媒構造体を
用いた排煙脱硝装置、または、燃焼によリ硫黄酸化物を
含有する排ガスを生成する排ガスの流れ方向に設置され
る複数の脱硝触媒層のうち少なくとも１層の脱硝触媒層
として、帯状の突起からなる突条部と平板部とを交互に
所定の間隔で有する触媒エレメントを、互いに隣接する
触媒エレメントの突条部を直交するように複数枚積層し
て得られる触媒構造体を用いる排煙脱硝方法である。

【００１０】本発明の上記排煙脱硝装置と方法におい
て、ガス流れ方向に設置される複数の触媒層の最上流側
に互いに隣接する触媒エレメントの突条部を直交するよ
うに複数枚積層して得られる触媒構造体を設置すること
が望ましい。本発明の触媒エレメントの突条部は、例え
ば図７に示すようなＳ−カーブ状、ジグザク状、凸状レ
リーフ形状などの種々の断面形状とすることができる。
また、本発明の上記排煙脱硝装置と方法において、帯状
の突起からなる突条部の高さが低い触媒エレメントと高
い触媒エレメントを交互に、かつ互いに隣接する触媒エ
レメントの帯状の突起からなる突条部の稜線が互いに直
交するように複数枚積層して得られる触媒構造体を用い
ることにより、帯状の突起からなる突条部の高さが均一
の触媒エレメントから構成される触媒構造体を用いる場
合に比較して、より乱流効果を高めることができる。

【００１１】本発明は、図３に例示する触媒構造体を使
用することによって、図４に示すように構造体内におけ
るガスの流れ状態を変化せしめ、乱流による物質移動係
数（速度）の増加によリ脱硝活性を増大させる（特開昭
５５一１５２５５２号公報）という事実に基づいてい
る。すなわち、図３に示す触媒構造体を使用した場合に
は、図８に示す従来のパラレルフロー型触媒に比べ、少
ない触媒表面積（少ない枚数）で同様の脱硝活性を示す
ことになる。

【００１２】一方、本発明の触媒構造体はＳＯ₂酸化率
に対してはかなリの低減効果があることが発明者らの検
討により明らかとなった。同一触媒量ベースでのＳＯ₂
酸化率の比較をした結果を図５に示す。すなわち、上記
のように脱硝反応は乱流による拡散（撹伴）効果によ
リ、その速度は上昇するが、ＳＯ₂酸化反応はその反応
自体が律速で前者に比べ反応速度がワンオーダー低いた
め乱流の効果が顕著に現れないということである。

【００１３】このことは、被処理ガス中にＳＯ₂を含有
するプラントに対して脱硝装置を設置する必要がある場
合には好ましくない副反応を抑制するという点で非常に
有効となる。他方、被処理ガス中にはＳＯ₂酸化能を有
する微量成分（例えばバナジウム化合物等）が含有され
ている場合があリ、脱硝装置の運転開始後徐々にこうし
た微量成分が触媒（構造体）に付着堆積し、経時的に脱
硝装置のＳＯ₂酸化率の増加をもたらすという回避の困
難な問題がある。

【００１４】図１０には従来技術であるパラレルフロー
型の板状触媒を用いた場合のＳＯ₂酸化率の経時変化を
示す。この結果は図６に示すように排ガスの流れ方向に
対して３層の触媒を充填した脱硝装置の例であリ、図１
０の経時変化は図６のように各層おきに設置されたサン
プル触媒のものである。この図から、プラントの運転時
間が増すにつれ各位置の触媒のＳＯ₂酸化率が増加する
が、その増加傾向は特に入口側において顕著である。

【００１５】このことはＳＯ₂酸化能を有する微量成分
の付着は脱硝装置の入口側が最も多く、順次ガス流れの
後流側（出口側）となるにしたがって少なくなる、換言
すると微量成分は触媒層の入口側に優先的に付着（堆
積）することを示唆するものである。

【００１６】これに対して、本発明者らが行った種々の
検討によると図３に示す触媒構造体は、該構造体内でガ
スの乱れが生じるために、従来のパラレルフロー型板状
触媒に比べ微量成分の捕捉効果が高いことが明らかとな
った。

【００１７】したがって、こうした触媒構造体を触媒層
の最前段に設置することは、微量成分の捕捉に効果があ
リ、かつパラレルフロー型の板状触媒に比べて、触媒表
面積が少ないため、多量の微量成分が付着してもＳＯ₂
酸化率の増加割合は軽微であることが分かった。

【００１８】加えて、当該触媒構造体を幾層にも積層し
ないことで被処理ガス中に場合によっては含まれるダス
トの影響をなくし経時的な圧カ損失の増大を防止でき
る。したがって、以上の事実よリ本発明の上記触媒構造
体を、必要により設置される複数の触媒層の入口側に、
必要に応じて少なくとも一層設置することで、効率良
く、経時的なＳＯ₂酸化率の増加を低減できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を次に説明す
る。 実施例１ メタチタン酸スラリ（ＴｉＯ₂含有量：３０Ｗｔ％、Ｓ
Ｏ₄含有量：８ｗｔ％）６７ｋｇにパラモリブデン酸ア
ンモン（（ＮＨ₄）₆・Ｍｏ₇Ｏ₂₄・４Ｈ₂Ｏ）を２．４ｋ
ｇ、メタバナジン酸アンモニウム（ＮＨ₄ＶＯ₃）を１．
２８ｋｇ加え、加熱ニーダを用いて水を蒸発させながら
混練し、水分約３６％のペーストを得る。これを３¢の
柱状に押し出し、造粒後流動層乾燥機で乾燥し、次に大
気中２５０℃で２時間焼成した。得られた顆粒をハンマ
ーミルで平均粒径５μｍの粒径に粉砕して第一成分とし
た。このとき組成はＶ／Ｍｏ／Ｔｉ＝４／５／９１（原
子比）である。

【００２０】以上の方法で得られた粉末２０ｋｇ、Ａｌ
₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂系無機繊維３ｋｇ、水１０ｋｇをニーダ
を用いて１時間混練して粘土状にした。この触媒ぺ一ス
トを幅５００ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのＳＵＳ３０４製メ
タルラス基板のラス目間及び表面にローラプレスを用い
て塗布して厚さ約０．９ｍｍ板状触媒を得た。この触媒
平板に山高さ６ｍｍの帯状の断面波状の突条部２をプレ
ス成形機により形成した後、長さ５００ｍｍに切断す
る。得られた触媒エレメント１は、交互に反転させて７
０枚重ねて金属枠に入れ、図３と等価の触媒ユニット３
（触媒構造体）を得た。この触媒ユニット３を加熱ガス
を通気しながら５００℃で２時間焼成して用いた。

【００２１】図１に示すように、本触媒ユニット３を、
ガス流れ方向に３段直列に設置される脱硝装置の最上段
（最前段）に１層設置した。残りの２層は従来のパラレ
ルフロー型板状触媒４である。

【００２２】実施例２ 実施例１において３層直列に設置される脱硝装置の触媒
層の全てを図３と等価の触媒ユニット３で構成した。

【００２３】比較例１ 実施例１において３層直列に設置される脱硝装置の触媒
層の全てを図８と等価のパラレルフロー型板状触媒ユニ
ット４で構成した。実施例１及び実施例２と比較例１で
構成される脱硝装置を重油を燃料とするボイラ排ガスに
適用した場合の初期性能と２０００時間経過後の性能を
表１に示す。

【００２４】

【表１】 表１から、実施例１及び実施例２とは比較例１と比較し
て脱硝性能は、いずれの場合も経時的な低下度合いはほ
ぼ同等であるが、ＳＯ₂酸化率は比較例１に比べ実施例
１及び実施例２は軽微であることが分り、本発明の効果
が優れていることは明白である。

【００２５】実施例３ 実施例１に記載したものと同一の触媒粉末を得て、該触
媒粉末２０ｋｇ、Ａ１₂Ｏ₃・ＳｉＯ₂系無機繊維３ｋ
ｇ、水１０ｋｇとをニーダを用いて１時間混練し粘土状
にした。この触媒ペーストを幅５００ｍｍ、厚さ０．２
ｍｍのＳＵＳ３０４製メタルラス基板にアルミニウム溶
射を施して粗面化した基板にローラを用いてラス目間お
よび表面に塗布して厚さ約０．９ｍｍ、長さ５００ｍｍ
の板状触媒を得た。この触媒にプレス成形により図２
（ａ）（突条部２の高さｈ_１＝６ｍｍ）および図２
（ｂ）（突条部２の高さｈ_１＝４ｍｍ）のような２種類
の触媒エレメント１を形成し、風乾後大気中、５５０℃
で２時間焼成した。

【００２６】得られた触媒エレメント１を、それぞれの
突条部２の稜線が互いに直交するように交互に１枚ずつ
順次積層して縦１５０ｍｍ×横１５０ｍｍ×奥行き５０
０ｍｍの図３に示すような構成の触媒構造体３を得た。

【００２７】比較例２ 図２に示す突条部２の高さｈが５ｍｍで一定とした触媒
エレメント１を、その突条部２の稜線が互いに直交する
ように交互に１枚ずつ積層して、縦１５０ｍｍ×横１５
０ｍｍ×奥行き５００ｍｍの図３に示す構成の触媒構造
体３を得た。

【００２８】実施例３および比較例２の触媒構造体３を
反応器に充填し、ＬＰＧ燃焼排ガスを用いて表１の条件
で脱硝性能を測定するとともに触媒構造体３での通風抵
抗を調べた。

【００２９】得られた結果を表２にまとめた。

【表２】 表２から明らかなように実施例３の触媒構造体３は比較
例２の触媒構造体３に比べて、より通風抵抗が小さく、
かつほぼ同様な脱硝性能が得られることがわかる。

【００３０】このように、本発明により、排ガス中に硫
黄酸化物（ＳＯｘ）を含むプラントに排煙脱硝装置を配
置する際に、特に排ガス中にＳＯ₂酸化能を有する微量
成分を含有する場合に、回避が困難な経時的なＳＯ₂酸
化率の増加を低減でき、後流機器への悪影響を防止する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す排煙脱硝装置の構造
図である。

【図２】 本発明の一実施例を示す排煙脱硝装置の触媒
エレメントの構造図である。

【図３】 本発明の一実施例を示す排煙脱硝装置の触媒
構造体の構造図である。

【図４】 本発明の一実施例を示す排煙脱硝装置の触媒
構造体内のガスの流れ状態を示す図である。

【図５】 本発明の一実施例を示す排煙脱硝装置の触媒
構造体と従来技術のＳＯ₂酸化率の比較を示した図であ
る。

【図６】 本発明の一実施例を示す排煙脱硝装置の脱硝
装置の配置例を示す図である。

【図７】 本発明の一実施例を示す排煙脱硝装置の触媒
エレメントの断面形状を示す図である。

【図８】 従来技術の排煙脱硝装置の触媒構造体の構造
図である。

【図９】 従来技術の排煙脱硝装置の触媒構造体の構造
図である。

【図１０】 従来技術のパラレルフロー型板状触媒のＳ
Ｏ₂酸化率の経時変化を示す図である。

【符号の説明】

１ 板状触媒エレメント ２ 突条部 ３ 本発明の触媒ユニット（触媒構造体） ４，７ 従来技術の触媒ユニット（触媒構造体） ５ 金網または金属板 ６ 波形の突状

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼によリ硫黄酸化物を含有する排ガス
   を生成する設備に使用される排煙脱硝装置において、ガ
   ス流れ方向に設置される複数の触媒層のうち少なくとも
   １層の触媒層に、帯状の突起からなる突条部と平板部と
   を交互に所定の間隔で有する触媒エレメントを、互いに
   隣接する触媒エレメントの突条部を直交するように複数
   枚積層して得られる触媒構造体を用いたことを特徴とす
   る排煙脱硝装置。
2. 【請求項２】 ガス流れ方向に設置される複数の触媒層
   の最上流側に互いに隣接する触媒エレメントの突条部を
   直交するように複数枚積層して得られる触媒構造体を設
   置することを特徴とする請求項１記載の排煙脱硝装置。
3. 【請求項３】 帯状の突起からなる突条部の高さが低い
   触媒エレメントと高い触媒エレメントを交互に、かつ互
   いに隣接する触媒エレメントの帯状の突起からなる突条
   部の稜線が互いに直交するように複数枚積層して得られ
   る触媒構造体を用いたことを特徴とする請求項１記載の
   排煙脱硝装置。
4. 【請求項４】 燃焼によリ硫黄酸化物を含有する排ガス
   を生成する排ガスの流れ方向に設置される複数の脱硝触
   媒層のうち少なくとも１層の脱硝触媒層として、帯状の
   突起からなる突条部と平板部とを交互に所定の間隔で有
   する触媒エレメントを、互いに隣接する触媒エレメント
   の突条部を直交するように複数枚積層して得られる触媒
   構造体を用いる排煙脱硝方法。