JPS5858132B2 - 排ガス中の窒素酸化物の低減法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は排ガス中のＮ０ｘ（ＮＯがその殆どであり少量
のＮ０２を含む）の処理に関するものである。

いうｌでもなくＮＯｘは大気汚染（光化学スモッグ）の
元凶物質であり各方面で早急な除去対策が望１れている
有害物質である。

この除去方法として現在開発研究中のものは、ボイラ内
に薬剤（アンモニアなど）を添加注入し高温気相反応に
よりＮＯｘをＮ２に１で還元するもの（炉内還元脱硝法
、７００℃以上）、ボイラ外で触媒を用いＮＨ３などを
添加することによりＮ２に還元するもの（乾式触媒脱硝
法２００〜４５０℃）、およびオゾン等でＮＯを反応性
の高いＮｏ２ （或いはＮ２０５−！で）に酸化したの
ち吸収除去するもの（ＮＯ酸化吸収法、５０℃）に大別
できる。

しかしこれらのいずれも脱硝率（特に炉内還元脱硝法）
、経済性（特にＮｏ酸化吸侶法）、長期の運転安定性（
特に乾式触媒脱硝法）等に問題を残しており、これから
の開発に待たねばならぬ要素も少く彦い。

本発明者等は先に、上記の炉内還元脱硝法において高温
煙道部に石油系燃料を添加し、その後流に空気を添加投
入することにより排ガス中のＮＯｘを窒素に還元無公害
化する方法を提案している。

この方法を実際にボイラに適用するに当って高脱硝率を
得るために鋭意検討を重ねた結果、本発明を為すに到っ
たものである。

火炉で生じた窒素酸化物（ＮＯｘ、）は石油系燃料の添
加により、一部は窒素に残部はＮＨ３。

ＨＣＮ等に変換される。

ＮＯがＮＨ３、ＨＣＮ等に転換した状態ではＣＯ等の未
燃分が相当量存在し、これを消去するため空気を投入す
る必要があるが、この空気投入により条件によってはＨ
ＣＮ。

ＮＨ３が再びＮＯｘに転換して全体の脱硝率が低下する
可能性がある。

本発明者等はＨＣＮ 釦よびＮＨ３の酸素共存時の反応
につき実験を行い、第１図、第２図に示すような結果を
得た。

第１図はＨＣＮ、ＮＨ３の減少率、第２図は減少したＨ
ＣＮ、ＮＨ３のＮＯｘへの転換率を示すものであり、下
式で定義したものである。

第１図、第２図の反応条件は、 反応時間＝０．４秒 入口Ｎ Ｈｓ −１４０ｐ ｐ ｒｎ 入口ＨＣＮ＝１２９ ｐ ｐｍ である。

第１図、第２図より１）ＨＯＮの方が分解温度が低く、
またＮＯｘへの転換率が高い、２）酸素濃度が高いほど
、寸た反応温度が高いほどＨＣＮ。

ＮＨ３の分解率が高いが、ＮＯｘへの転換率も高いこと
が判る。

即ち高温、高酸素濃度では下記■、■式が、低温、低酸
素濃度では■、■式が優先するのである。

そこで空気の投入に当っては次の方法が有効であると考
え、本発明に到達した。

燃焼酸ガス希釈した空気を数段階に分割して投入する。

すなわち酸素が希薄な状態で１ず相当量をＮ２に優先的
に変換したのち、燃焼排ガスで希釈した空気を更に投入
し、酸素が多い状態で未燃分（ＣＯ，ＮＨ３、ＨＣＮ）
等を消去する。

総合すれば分割しない場合に比してＮＯｘへの転換率を
低く抑えることができる。

この時、空気をその１ｔ−投入するよりも、燃焼排ガス
等で希釈して投入することが重要である。

例数なら実機に於ては、空気のみの投入の場合は、排ガ
スとの混合１でに酸素濃度の高い（１０〜２０％）状態
が生じ、この段階で相当量がＮＯｘ化してし１うからで
ある。

本発明の一具体的実施例を第３図のフローシートに基い
て設問する。

第３図で１は通常の発電用ボイラであり、火炉１ａ１煙
道１ｂ、熱交換器１０などを有している。

ライン２は燃料及び燃焼用空気の投入口であり、火炉１
ａで公害物質である窒素酸化物（ＮＯｘ）が生成する。

ライン３は灯油、プロパン、メタン等の石油系燃料の供
給ラインであり、これらの添加により、火炉１ａに督い
て生成したＮＯは一部は窒素（Ｎ２）に、残部はＮＨ３
、ＨＣＮ等に変換されることは、既述の通りである。

この石油系燃料の添加に適当な排ガス温度は１２００〜
１５００’Ｃ，添加を要する石油系燃料は、発熱量換算
で、ライン２よりの主燃料のｈｏ程変であり、かつ反応
には排ガス中に１％程度の残存酸素が不可欠である。

上記石油系燃料の添加によりＮＯがＮ２．ＮＨ３゜ＨＣ
Ｎ等に転換させた後、残存する未燃分を消去するために
ライン４から空気を供給するが、このときライン４′、
４“、４“′より空気を多段に分割投入し、かつ排ガス
再循環ファン５、排ガス循環ライン６よりの燃焼排ガス
（通常酸素２％、温度４００〜３００°Ｃ）によって上
記空気を希釈する。

こうして含有ＮＯを処理され、ＣＯをはじめとする未燃
分も除去されて清浄となった排ガスは空気予熱器７、煙
突８を経て大気中へ放出される。

ＨＣＮとＮＨ３の存在量は燃料種類および操作条件によ
り異なるが、通常の運転条件では前述の第３図の場合Ｈ
ＣＮが主であり、バルブ廃液回収ボイラではＮＨ３が大
部分、石炭、都市ゴミの部分燃焼ではＨＣＮ、ＮＨ３が
同量程度である。

いずれが主であるかにより燃焼排ガス希釈空気投入最適
温度は異る（ＨＣＮならば７００〜８５０℃、ＮＨ３な
らば８５０〜１０００’Ｃ）が、実用に際して本発明方
法が適用可能なことは共通である。

本発明が有効に適用できるのは、以上にのべた第３図の
方法に限らるべきでなく、ＮＨ３，ＨＣＮを有し、かつ
ＣＯ等の未燃分を含有する排ガス、すなわち良く知られ
ているような、メタン、プロパン等のガス燃料、重油等
の液体燃料、都市ゴミ、パルプ回収液、石炭等のいわゆ
る２段燃焼における２次空気投入法にも適用できる。

これらの燃焼では諸種の理論あるも、空気より燃料が過
剰な状態での１次燃焼では、窒素化合物としてはＮＨ３
゜ＨＣＮが主成分であり、ＮＯｘは少量というのが普通
だからである。

従って以下に述べる本発明の方法はその１１これらの排
ガスにも適用できるものである。

本発明方法により、排ガス中に生成したＮＨ３、ＨＣＮ
などをＮＯｘに再転換することなく効率よく窒素に還元
して無公害化し、高い脱硝率を得ることができるもので
ある。

実施例 プロパン３ＯＮｍ３／Ｈを燃料とする小型燃焼炉（排ガ
ス量約１０００ Ｎｒｒｔ／Ｈ）を用い、第３図の方法
によってＮＯｘ除去試験を行なった。

ただし燃焼炉は熱交換器１ｃ、空気予熱器７は有してい
ない。

ライン３よりは３ Ｎ −／ Ｈのプロパンを投入し、
ライン４′、４“、４″からは煙道１ｂでの残留酸素が
２％となるよう調整して等量をそれぞれライン６よりの
燃焼排ガス３ＯＮｍ／Ｈで希釈しく投入ガス中の酸素濃
度は８％である）炉内へ投入した。

それぞれの投入点の排ガス温度は、。ゅライン３よりの
プロパン投入点は１３２００Ｃ。

ライン４′、４“、４“′よりの燃焼排ガスで希釈した
空気の投入点はそれぞれ９７０℃、９２０℃、９００℃
である。

また比較例として、ライン６よりの燃焼排ガスでフィン
４′、４“、４“′の空気を希釈しない場合（比較例■
）、また燃焼排ガスでの希釈は行うが、空気は分割しな
いで全量をライン４′のみより投入した場合 （比較例
■）、空気を分割せずかつ燃焼排ガスでの希釈も行わな
い場合（比較例■）の試験もあわせ実施した。

分析はＮＯは化学発光式分析計、ＣＯは非分散型赤外、
ＮＨ３はネスラー法、ＨＣＮはピリジン−ピラゾロン法
を用いた。

なｐ火炉１ａでの発生ＮＯは１７６ｐｐｍであった。

試験結果を下表に示す。計算値は煙突前での計測結果で
ある。

いずれにしろ１）空気の分割投入と２）燃焼排ガスによ
る希釈との組合せが有効なことが確認された。

このように本発明の方法は１）脱硝効率が高く、２）操
作が現状プラント操作の延長で容易であり、３）装置の
改造も小規模でよく、４）他の脱硝法のように特別な薬
品を持ち込昔ない、などの特徴を有し現在産業界の課題
である燃焼機器よりのＮＯｘ除去法として工業的に有用
である。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は本発明に関する実験結果例であり、第３図
は本発明方法の一具体例を示すフローシートである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 残存酸素を有する燃焼排ガスに石油系燃料を添加し
   、含有する窒素酸化物（ＮＯｘ’）をＮ２及びＨＣＮ、
   ＮＨ３などの窒素酸化物に転換した後、その後流に燃焼
   排ガスで希釈゛した空気を多段に分割して投入し処理す
   ることを特徴とする燃焼排ガス中の窒素酸化物の低減法
   。