JPH11171522A - 脱硝性能の高い脱硫脱硝用活性炭の製造方法 - Google Patents

脱硝性能の高い脱硫脱硝用活性炭の製造方法

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JPH11171522A
JPH11171522A JP9340057A JP34005797A JPH11171522A JP H11171522 A JPH11171522 A JP H11171522A JP 9340057 A JP9340057 A JP 9340057A JP 34005797 A JP34005797 A JP 34005797A JP H11171522 A JPH11171522 A JP H11171522A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、乾式脱硫脱硝プロセスにおける吸
着剤として用いる、高強度で優れた脱硝性能を有する脱
硫脱硝用活性炭の製造方法を提供する。 【解決手段】 石炭を予備乾留して半成コークスとした
ものを主原料とし、これに副原料として粘結性の石炭お
よび結合剤、さらに必要に応じて成形助剤を加えて粘結
性を調整した成形原料により成形した成形物に炭化・賦
活処理を施して強度と吸着能、触媒活性を付与した成形
活性炭とし、これに前記処理において発生する乾留ガス
を吸着させて表面の酸性官能基・窒素官能基等を含む揮
発分を増加させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は乾式脱硫脱硝プロセ
スにおける吸着剤として用いる高強度、高吸着能で且つ
脱硝性能に優れた活性炭製造法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】硫黄酸化物、窒素酸化物等の大気汚染物
質排出に伴う環境破壊が進行しており、地球環境上から
排出制限の強化が必須である。従来、工場の固定排出源
からの脱硫・脱硝は湿式法で行われていたが、石膏や硫
安の副産物の再処理が必要なことや、高効率かつ設置箇
所の制約回避から、炭素系や金属触媒系等を用いた移動
層・流動層型の乾式法に移行しつつある。
【0003】触媒反応を利用した乾式法による燃焼排ガ
スの脱硝技術としては、アンモニア存在下に金属系触媒
と高温で接触させて分解する方法、アンモニアの存在も
しくは不存在下に粒状活性炭などの炭素系吸着剤と接触
させて分解あるいは吸着させる方法などが知られてい
る。
【0004】このような粒状活性炭を始めとする炭素系
吸着剤は、300 ℃以下の低温雰囲気下でも脱硝反応が進
行するため、対象とする燃焼排ガスを再加熱することな
く使用できるという利点があるが、金属系触媒に比較し
て脱硝能力がやや低いので、その脱硝能力を向上させる
ための種々の試みがなされている。
【0005】例えば、活性炭などの脱硝能をさらに向上
させる方法として、炭素材にTi、Cr、V、Fe、Cuなどの
金属を坦持させる方法(特公昭56-18246号公報)、活性
炭を硫酸で処理して表面のフェノール性水酸基、カルボ
シキル基などの酸性官能基を増加させる方法(特公平2
−48294 号公報)、活性炭表面を過酸化水素、硝酸など
の酸化性溶液で処理するか、水蒸気の存在下に、O2
O3、SO3 、NOなどの酸化性ガスで処理し酸化、賦活する
ことによって脱硝性能を向上させる方法(特公昭52-301
44号公報)、活性炭を乾燥雰囲気下で無水硫酸と接触反
応させたのち熱処理する方法(特開平4-219308号公報)
などが挙げられる。
【0006】また、脱硫脱硝の対象となるボイラーや焼
結などの排ガス中には、ダストが含まれることや、活性
炭の再生が必要であることから、大容量の排ガスを処理
する場合には移動床反応器が使用される。このため、移
動床形式でのプロセスにおいて生じる衝撃、粉化摩耗に
耐えうる高強度の成形活性炭も開発されている(特公昭
62-51885号公報、特願平9-106265など)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】これらの活性炭につい
てもさらなる脱硝能の向上が求められるようになってき
ているが、前記の活性炭の脱硝性能向上に試みられてい
る方法に従って脱硫脱硝用活性炭を処理すると、金属を
坦持させた活性炭では排ガス中に共存するSO2 ガスによ
り金属が硫酸塩化し、脱硝性能が低下してくるとういう
欠点があり、酸化性溶液により酸化、賦活する方法では
細孔内部まで賦活するということが難しく、脱硝性能を
大きく向上させるためには繰り返し酸化処理をすること
が必要であった。さらに、石炭と異なり、粘結性の全く
無い金属元素を添加させるため、炭化処理において粒子
同士が溶融固化せず、強度劣化による粉化、摩耗大きく
なる欠点があった。これに加え、無水硫酸など硫黄分を
吸着させて活性炭細孔径、面積を向上させる方法がある
が、吸着能や脱硝活性は向上するものの、強度劣化は大
きくなって粉化しやすくなる。また、硫黄分のハンドリ
ングはプロセスの複雑化をもたらし、脱硫脱硝用原料製
造で硫黄分の排出が行われることになり、現状の地球環
境調和の流れに反する方法であった。
【0008】本発明は前記したような従来技術の欠点を
解決し、高強度、高吸着能であり、しかも、優れた脱硝
性能を有する脱硫脱硝用活性炭を地球環境調和の流れに
反することなく提供できる脱硝性能を有する脱硫脱硝用
活性炭の製造方法をを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは脱硫脱硝用
成形活性炭の脱硝活性向上について検討してきた結果、
活性炭に石炭の乾留ガスに含まれる揮発分を吸着させれ
ば、脱硝活性基として知られているフェノール性水酸
基、カルボシキル基などの酸性官能基を多量に付与させ
ることができ、脱硝活性が著しく向上することを見いだ
し、本発明に到達したものである。すなわち、本発明
は、石炭を予備乾留した半成コークス、または、石炭を
ガス発生がない状態まで乾留したコークスを主原料と
し、これに副原料として粘結性の石炭および結合剤、さ
らに必要に応じて成形助剤を加えて粘結性を調整した成
形原料により成形した成形物に炭化・賦活処理を施して
強度と吸着能、触媒活性が付与された成形活性炭とし、
この成形活性炭に前工程で発生する乾留ガスを吸着させ
て表面の酸性官能基・窒素官能基等を含む揮発分を増加
させるようにした脱硝性能の高い脱硫脱硝用活性炭の製
造方法であって、前記した特定の製造方法により製造し
た成形活性炭を、先ず、それまでの熱処理工程において
発生する乾留ガスに暴露し、乾留ガス中に存在する酸性
官能基を多量に含有するタールなどの揮発分を吸着させ
た後、不活性ガス雰囲気下で300 〜600 ℃に加熱し、成
形活性炭表面に酸性官能基を残存させ、脱硝活性を増加
させることに特徴がある。
【0010】本発明により得られた脱硫脱硝用活性炭
は、従来の活性炭に酸化や賦活などの処理を施すことな
く脱硝活性に大きく寄与する酸性官能基を増加させるこ
とができるため、強度劣化が全く発生しない。さらに、
特定の製造方法により製造した成形活性炭に乾留ガス中
の揮発分を吸着させるため、脱硫に寄与するミクロ孔を
閉塞させることが懸念されるが、吸着分子のほとんどは
成形活性炭のミクロ孔より大きくてそのほとんどがマク
ロ孔へ吸着されるため、吸着性能の劣化もほとんど無
い。すなわち、本発明方法により得られる製品は、従来
技術のような脱硝活性を増加させるために他の性能を低
下させてしまうという欠点がなく、他性能とは独立に脱
硝能が向上することとなる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態をプロ
セスに従って詳細に説明する。本発明では、先ず、石炭
を予備乾留して得た半成コークスを主原料とし、これに
副原料として粘結性の石炭および結合剤と必要に応じて
成形助剤を加えて粘結性を調整した成形原料、もしく
は、石炭をガス発生がない状態まで乾留したコークスを
主原料としてこれに副原料として粘結性の石炭および結
合剤と必要に応じて成形助剤を加えて粘結性を調整した
成形原料を用意し、この成形原料により所要の形状の成
形物を成形する。次に、この成形物を炭化・賦活処理し
て強度と吸着能、触媒活性を付与された成形活性炭とす
る。このようにして得られる活性化された成形活性炭
は、比表面積が50〜500m2/g の範囲に入るものが好まし
い。
【0012】そして、前記の方法により製造した活性化
した成形活性炭を、これまでの製造工程の一つである炭
化・賦活処理のため300 〜1000℃の温度で乾留した際に
発生し100 〜300 ℃とされた乾留ガスの乾燥雰囲気下で
暴露し、タールなどの揮発分を吸着させる。なお、乾留
ガスの空間移動速度、成形活性炭への乾留ガスの吸着
量、成形活性炭と乾留ガスの接触時間は、いずれも目的
とする性能および操作の容易性などの条件により適宜定
めればよいが、通常は揮発分吸着量が成形活性炭1重量
部に対し0.01〜0.1 重量部となるのが好ましい。このよ
うにして乾留ガス中の揮発分を吸着させた時点で脱硝性
能は実施例に示すように改善されている。
【0013】次いで、乾留ガス中の揮発分を吸着させた
成形活性炭を、窒素などの不活性ガス雰囲気下で加熱処
理し、活性炭表面から脱硝活性に寄与しない酸性官能基
以外の揮発成分を除去すれば、さらに大幅に脱硝性能の
向上が見られるのでより好ましい。この不活性ガス雰囲
気下での加熱処理温度は、300 ℃未満とすると効果が充
分でなく、また、600 ℃を越えると脱硝活性に寄与する
揮発分まで消失してしまうため、300 〜600 ℃の雰囲気
下にて処理するのが最適である。
【0014】このような処理を経て得られる脱硫脱硝用
活性炭は、もとの成形活性炭の有する強度、吸着能を保
持したまま、特にその脱硝能力が実施例に示すように大
幅に改善されている。なお、揮発分吸着の効果の作用機
構は完全には明らかではないが、成形活性炭中のフェノ
ール性水酸基、カルボシキル基などの酸性官能基が揮発
分吸着処理前に比較して著しく増加しており、それが脱
硝能力の向上に寄与しているものと推察される。
【0015】本発明の方法により得られる活性炭は、後
述の方法により測定した摩耗強度95%以上、Sox 吸着能
30mg/g以上、硫安存在下での脱硝率40%以上、粉化率0.
1%以下であって、大型脱硫脱硝設備で充分耐えうる高強
度、高吸着能、高脱硝活性を有するものである。
【0016】以下、実施例により本発明を具体的に示
す。 〔実施例1〕半成コークス58%、エルクビュー炭25%、
軟ピッチ17%を配合した成形原料により成形した成形物
(直径10mm、長さ10mmのタブレット型)を、窒素と水蒸
気が2:8の組成比になるよう調整した雰囲気下で、昇
温速度10℃/minで850 ℃まで加熱し、得られた成形活性
炭200gを、前記した加熱過程で発生する乾留ガス中にSV
=1000h-1、150 ℃の条件で50分間暴露して製品210gを得
た。この製品の揮発分吸着前、揮発分吸着直後、揮発分
吸着脱離後のそれぞれの100g当たりの性能評価を実施し
た結果は表1のとおりである。
【0017】〔実施例2〕コークス58%、エルクビュー
炭25%、軟ピッチ17%を配合した成形原料により成形し
た成形物(直径10mm、長さ10mmのタブレット型)を、窒
素と水蒸気が2:8の組成比になるよう調整した雰囲気
下で、昇温速度10℃/minで850 ℃まで加熱し、得られた
成形活性炭200gを、加熱過程で発生する乾留ガス中にSV
=1000h-1、150 ℃の条件で50分間暴露して製品210gを得
た。この製品の揮発分吸着前、揮発分吸着直後、揮発分
吸着脱離後のそれぞれの100g当たりの性能評価を実施し
た結果は表1のとおりである。
【0018】〔実施例3〕半成コークス58%、エルクビ
ュー炭25%、軟ピッチ17%を配合した成形原料により成
形した成形物(直径10mm、長さ10mmのタブレット型)
を、窒素と水蒸気が2:8の組成比になるよう調整した
雰囲気下で、昇温速度10℃/minで850 ℃まで加熱し、得
られた成形活性炭200gを、前記した加熱過程で発生する
乾留ガス中にSV=1000h-1、150 ℃の条件で50分間暴露し
て製品210gを得た。次いで、その半量を350 ℃の窒素雰
囲気下で30分保持し、余分な揮発分の除去をして製品10
3gを得た。この製品の揮発分吸着前、揮発分吸着直後お
よび揮発分吸着脱離後のそれぞれの100g当たりの性能評
価を実施した結果は表1のとおりである。
【0019】〔実施例4〕コークス58%、エルクビュー
炭25%、軟ピッチ17%を配合した成形原料により成形し
た成形物(直径10mm、長さ10mmのタブレット型)を、窒
素と水蒸気が2:8の組成比になるよう調整した雰囲気
下で、昇温速度10℃/minで850 ℃まで加熱し、得られた
成形活性炭200gを、前記した加熱過程で発生する乾留ガ
ス中にSV=1000h-1、150 ℃の条件で50分間暴露して製品
210gを得た。次いで、その半量を350 ℃の窒素雰囲気下
で30分保持し、余分な揮発分の除去をして製品104gを得
た。この製品の揮発分吸着前、揮発分吸着直後および揮
発分吸着脱離後のそれぞれの100g当たりの性能評価を実
施した結果は表1のとおりである。
【0020】
【表1】 活性炭性能 (脱硝率は、排ガス20hr暴露後)
【0021】表1の結果から明らかなように、炭化・賦
活処理によって揮発分が吸着されて酸性官能基含有率が
増加し、比表面積の減少が極めて少なく、且つ、処理前
の強度および吸着能を保持したまま脱硝率の大幅な向上
が認められる。さらに、上記に示した炭化、賦活の際に
発生する乾留ガスを活性炭に吸着させる方法を継続した
結果、熱処理炉への粘着性物質付着が著しく低減され、
設備補修のためのコストを大幅に低減させることも可能
となった。
【0022】
【発明の効果】本発明方法によれば、所定の製造方法に
より製造した脱硫脱硝用活性炭を強度、吸着性能を低下
させることなしに脱硝活性を増加させることが可能とな
り、活性炭使用の初期状態から高脱硝能を得ることが可
能となった。従って、本発明は高強度と優れた脱硝性能
を有する脱硫脱硝用活性炭の製造方法として業界に寄与
するところ極めて大きいものがある。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 石炭を予備乾留して半成コークスとした
    ものを主原料とし、これに副原料として粘結性の石炭お
    よび結合剤、さらに必要に応じて成形助剤を加えて粘結
    性を調整した成形原料により成形した成形物を炭化・賦
    活して強度と吸着能、触媒活性が付与された成形活性炭
    とし、この成形活性炭に前工程で発生する乾留ガスを吸
    着させて表面の酸性官能基・窒素官能基等を含む揮発分
    を増加させたことを特徴とする脱硝性能の高い脱硫脱硝
    用活性炭の製造方法。
  2. 【請求項2】 石炭をガス発生がない状態まで乾留した
    コークスを主原料とし、これに副原料として粘結性の石
    炭および結合剤、さらに必要に応じて成形助剤を加えて
    粘結性を調整した成形原料により成形した成形物を炭化
    ・賦活して強度と吸着能、触媒活性が付与された成形活
    性炭とし、この成形活性炭に前工程において発生する乾
    留ガスを吸着させて表面の酸性官能基・窒素官能基等を
    含む揮発分を増加させたことを特徴とする脱硝性能の高
    い脱硫脱硝用活性炭の製造方法。
  3. 【請求項3】 成形活性炭を100 〜300 ℃の乾燥雰囲気
    下において、石炭を300 〜1000℃の温度で乾留する際に
    発生した乾留ガスと接触、吸着させて反応させたのち、
    不活性ガス雰囲気下で300 〜600 ℃の温度で熱処理を行
    う請求項1または2に記載の脱硝性能の高い脱硫脱硝用
    活性炭の製造方法。
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