JPS5924850B2 - 窒素酸化物の低減方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はサスペンションプレヒーターを備えたセメント
原料焼成装置燃焼排ガス中の窒素酸化物を低減する方法
に関するものである。

セメント原料焼成装置においては、クリンカー焼成に高
温を必要とするため比較的多量の窒素酸化物（以ＴＮＯ
ｘ という）が発生する。

サスペンションプレヒーターを備えたセメント原料焼成
装置は、備えない湿式ロングキルンに比べＮＯｘの発生
量は少ないが数百卿程度のＮＯｘが発生する。

また、−１にセメント原料焼成装置は規模が大きく排ガ
ス量も多い。

そこで、セメント原料焼成装置から排出されるガス中の
ＮＯｘを低減させることが望まれている。

ＮＯｘを低減させる方法として、アンモニア、メタノー
ル等の還元性物質を燃焼系に送入する方法、あるいは７
００〜１１００℃の温度領域で、アンモニアをＮＨ３／
Ｎ０Ｘ−０，４〜１０モル比の範囲で送入する方法が、
特開昭４８．４０８０５号、特開昭４８−７８３２２号
あるいは特開昭５０−７７７４号公報等で提案されてい
る。

この方法は触媒あるいは特別の反応器を必要としない点
で有利であるが、この方法を単にセメント原料焼成装置
に適用しても効率よ＜ＮＯｘを低減することは出来ない
。

すなわち、セメント原料焼成装置排ガスはその中にセメ
ント原料をダストとして同伴しているが、このダストに
は各種の金属酸化物が含まれている。

そして、金属酸化物は、一般にアンモニアあるいは他の
還元性物質を接触酸化する機能を有する。

したがって、ダストが多量に存在する状態で還元性物質
を単に送入しても排ガス中の残存酸素より酸化されてし
まうことになる。

特に、アンモニアを使用した場合は、アンモニアが分解
されるだけではなく一部のアンモニアはＮＯｘまで酸化
され、ＮＯｘが増大する恐れさえある。

一般に、これらのダストは粉塵防止のため電気集塵機そ
の他の集塵機を経て排出されているが、この集塵機を出
た排ガスは１００〜３００℃程度の低温であり、この温
度では無触媒でＮＯｘの選択的還元を行わせることはで
きない。

本発明者らはセメント原料焼成装置排ガスの、ＮＯｘを
低減すべく種々の研究を行ったところ次のような知見を
得た。

セメント原料焼成装置の内、ＳＰ法、ＳＰ法等と称され
るサスペンションプレヒーターを備えた装置においては
、高温度の焼成排ガスをセメント原料と熱交換させ熱原
単位の向上をはかつている。

そして、ＮＯｘの低減を効率よく行うことのできる温度
領域は７００〜１２００℃、好ましくは８００〜１００
０℃であるが、この温度はサスペンションプレヒータ一
部に存在する。

しかし、この部分では燃焼ガスと乾燥されたセメント原
料粉とが向流接触しており、換言すれは排ガス中に大量
のダストが懸濁していることになる。

セメント原料の代表的化学成分はＣａＯ２ＳｉＯ２，Ａ
１□０３゜Ｆｅ２Ｏ３であるが、このダストは酸素の共
存下、３００℃以上の温度でアンモニアを酸化しＮＯｘ
を生成する機能を有することが見出された。

したがって、こうしたダストの共存下においては、温度
、酸素濃度等をいかに厳密に調節しても、単に還元性物
質を送入するだけでは十分なＮＯｘの低減は期待できな
いことが予測される。

しかしながら、本発明者らは還元性物質の送入位置ある
いは送入方法を特定の位置、方法とすれば予想外のＮＯ
ｘ低減が達成されることを見出し本発明に致った。

本発明は、サスペンションプレヒーターを備えたセメン
ト原料焼成装置において、ガス温度が７００〜１２００
℃であり、かつガス中のダスト量が１０００ ？／Ｎｍ
”以下であるサスペンションプレヒータ一部内の燃焼排
ガスに、アンモニア、メタノール等の還元性物質を送入
１ヅＣ窒素酸化物を低減するものである。

サスペンションプレヒータ一部に還元性物質を送入する
に当っては、ガス温度が７００〜１２００℃好ましくは
８００〜１０００℃であり、かつガス中のダスト量が１
０００ ？／’Ｎｍ”以下、好ましくは４００グ／Ｎｍ
３以下、更に好ましくは２００ｆｊ！／Ｎｍ”以下であ
る燃焼排ガス中に送入する。

ガス温度が低いとＮＯｘの低減は殆んど起らず、還元性
物質の接触酸化が起り、また高すぎると還元性物質の酸
化あるいは分解が優先しＮＯｘの低減率が低くなる。

ガス中のダスト量が１００１’／Ｎ ＩＴＩ”より高い
ような高ダスト濃度下では還元性物質、特にアンモニア
のガス中の酸素による接触酸化が著しく増進し、還元性
物質の送入必要量が増大する他、多量に送入したとして
もＮＯｘの低減率は低いものとなる。

なお、還元性物質を送入する燃焼排ガス中の酸素濃度は
０．１〜５％程度がよい。

燃焼排ガスが上記のような条件を満たしているサスペン
ションプレヒータ一部としては、たとえばサスペンショ
ンプレヒータ一部が数段のサイクロンで構成されている
場合、サイクロンとサイクロンを連結する連結管等があ
り、このような箇所から還元性物質を送入することがよ
い。

特に、上から多量のセメント原料粉末が流下して来ず、
かつ送入口から先の多量のセメント原料粉末が上段のサ
イクロンから還流されて来る部分に至るまでの管の長さ
が、ガスの滞留時間を１秒程度以上とれる所が好ましい
。

送入する還元性物質としては、アンモニア、アミン、イ
ミン、アミド、イミドあるいはアンモニウム塩等の窒素
−水素結合を有する含窒素化合物、メタノール、メタン
、水素、オレフィン等の炭化水素などの窒素を含有しな
い物質がある。

また、これらの還元性物質は混合物であってもよいし、
他の不活性物質で稀釈されていても差支えない。

含窒素化合物はＮＯｘを選択的に還元する能力が浸れて
おり、中でもアンモニアは入手が容易である上、ＮＯｘ
を選択的に還元する能力が浸れているので、好適な還元
性物質といえる。

また、異種の還元性物質を併用することもよい。

還元性物質の送入量は、使用する還元性物質の選択的還
元力にもよるが、いずれにしてもＮ ＯｘをＮ２に還元
するに化学量論的に必要とされる量（１当量）以上であ
ることが必要である。

１当量までは還元性物質の送入量を増加するにつれてＮ
Ｏｘの低減が行わわるカーそれ以上は送入量を増加した
程にはＮＯｘの低減は行われず、究極的には平衡に達す
る。

それ故、還元性物質を余り過剰に送入することは有利で
なく、送入量はアンモニアを送入する場合は、排ガス中
のＮＯｘに対し、当モルないしは１０倍モル、好ましく
は１〜４倍モル程度がよく、アンモニアよりＮＯｘの選
択的還元力の劣る他の還元性物質の場合は、これより多
く送入することがよい。

還元性物質の送入に当っては、還元性物質が気体の場合
はそのまま送入しても、他の同伴ガス、例えば空気、窒
素、水蒸気、排ガスあるいは他の還元性物質と一緒に送
入してもよい。

還元性物質が常温で気体でない場合は、加温して送入し
たり、噴霧したり、他の同伴ガスと一緒にしたりして送
入することができる。

本発明は、また還元性物質を燃焼排ガスの流れに沿って
２ケ所以上から多段階に送入することを包含する。

本発明者らは、酸化触媒機能を有するダストの存在「で
還元性物質によるＮＯｘの還元効率を高める方法につい
て種々の検討を行った結果、還元性物質を多段階で送入
すると、還元性物質の合計送入量が少くても多段階で送
入した場合の方がＮＯｘの除去率はより向上することを
見出した。

還元性物質の送入箇所は多いほどＮＯｘの除去率向上の
点で有利であるが、工業的には２〜３段で十分である。

また、送入するに適当な温度、ダスト量を有する箇所が
多くとれない場合はこれによっても制限される。

還元性物質の送入箇所の間隔は前段で送入した還元性物
質が消失するに必要な滞留時間から決定され、温度、ダ
スト量によって異なる。

いずれにしても、第２段目以降の送入箇所は、所定のガ
ス温度、ダスト量範囲にあり、かつ前段より排ガスの流
れに沿って下流側にあり、しかも前段で送入した還元性
物質が殆んど消失したところがよい。

各段での還元性物質の送入量は、送入段数、還元性物質
の種類等によるが、３段階でアンモニアを送入する場合
送入する時点での排ガス中のＮＯｘに対し、それぞれ０
．５〜３当量好ましくは０．５〜１．５当量程度が好ま
しく、合計で排ガス中のＮＯｘに対し１〜４当量程度と
なるように送入することが好ましい。

還元性物質は各段階間じものであってもよいし、また別
のものであっても差し支えないが、１段階はアンモニア
とすることが好ましい。

このように、多段階で還元性物質を送入すると同一のＮ
Ｏｘ低減率とするための還元性物質の所要量は、１段で
送入する場合より１／２〜１１５に低下する。

また、到達ＮＯｘ低減率は更に高くすることができる。

更に、本発明は還元性物質の送入を多段階で行うに幽っ
て、前段階でアンモニア等の窒素−水素結合を有する含
窒素還元性物質を、後段階でメタノール等の窒素を含ま
ない還元性物質を送入することを包含する。

還元性物質を多段階で送入ずれは、ＮＯｘの低減率はよ
り向上するが、還元性物質の種類を変えて特定の組合せ
にした場合、低減率は更に向上する。

すなわち、前段階でアンモニア等を、そして後段階でメ
タノール等を送入するものである。

送入段数が３段以上ある場合は、最初の段を含む前段階
でアンモニア等を、最後の段を含む後段階でメタノール
等を送入する。

還元性物質の送入量は単に多段階で送入する場合と同じ
程度で差し支えなく、また還元性物質の送入割合は前段
階が全体の３０〜８０％、後段階が２０〜７０％程度が
よい。

この方法によれば、前段階ではＮＯｘを選択的に還元す
る能力の大きい含窒素還元性物質が効果的にＮＯｘを除
去し、そして後段階では自らが酸化されてもＮＯｘ等の
有害物を生じない還元性物質が残ったＮＯｘを還元する
ので、ＮＯｘの低減率が浸れる。

本発明方法では、従来ダストによる影響が大きいため触
媒を用いる方法であってもＮＯｘの低減が困難と考えら
れていたセメント原料焼成装置燃焼排ガスを触媒や特別
の反応装置を必要とすることなく、還元性物質を使用す
るだけで排ガス中のＮＯｘを低減することができ、送入
方法によっては５０〜９０％程度のＮＯｘの除去率の達
成が可能である。

以■本発明の実施例を示す。

参考例 ４段のサイクロンで構成されたサスペンションプレヒー
ター付セメント原料焼成装置において、排ガス温度９２
０℃、セメントダスト量９０〜１５０ ｆ／Ｎｍ”であ
るサスペンションプレヒータ一部内の排ガスに、アンモ
ニアを送入した。

その。さい、排ガス中のＮＯｘに対して送入したアンモ
ニアｔ（ＮＨａ／ＮＯｘモル比で表示した。

）とＮＯｘ除去率との関係は、第１表のとおりであった
。

実施例 】 ４段のサイクロンで構成されたサスペンションプレヒー
ター付セメント原料焼成装置において、２ケ所からアン
モニアを分割送入した。

第１段送入箇所の排ガスは、温度１０５０℃、ダスト量
８００〜１０００ ？−／Ｎｍ３であり、第２段温度９
２０℃、ダスト量９０〜１１０ Ｐ／Ｎｍ”であった。

各段での排ガス中のＮＯｘに対するアンモニア送入量と
ＮＯｘ除去率との関係は第２表のとおりであった。

（ト）第２段ＮＨ３ハＯｘモル比は、第１段送入前のＮ
Ｏｘに対するアンモニア送入量の比で示した。

実施例 ２ ４段のサイクロンで構成されたサスペンションプレヒー
ター付セメント焼成設備において、２個所から還元性物
質を送入した。

還元性物質は、前段階にアンモニアを、後段階にメタノ
ールを使用したが、それぞれ送入時の排ガス性状は次の
とおりであった。

第１段 温度９２０℃、ダスト量 ９０〜１２０グ／
Ｎ ｍ”、酸素濃度３．０％ 第２段 温度８６０℃、ダスト量 ９０〜１２０グア
Ｎ ｒｎ”、酸素濃度３．０係 各段階での排ガス中のＮＯｘに対する還元性物質の送入
量とＮＯｘ除去率との関係は第３表のとおりであった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ サスペンションプレヒーターを備えたセメント原料
   焼成装置において、ガス温度が７００〜１２００℃であ
   り、かつガス中のダスト量が１０００ ｇ／Ｎｍ”以下
   である燃焼排ガスに対し、アンモニア、メタノール等の
   還元性物質を排カスの流れに沿って２ケ所以上から多段
   階に送入することを特徴とする窒素酸化物の低減方法。 ２ サスペンションプレヒーターを備えたセメント原料
   焼成装置において、ガス温度が７００〜１２００℃であ
   り、かつガス中のダスト量が１０００ ｇ／Ｎｍ３以下
   である燃焼排ガスに対し、排ガスの流れに沼って前段階
   でアンモニア等の窒素−水素結合を有する含窒素還元性
   物質を、後段階でメタノール等の窒素を含まない還元性
   物質を送入することを特徴とする窒素酸化物の低減方法
   。