JPS61501254A - 加熱炉系から排出ガスを触媒使用により除去する方法及びそのための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、窒素酸化物との反応のために加熱炉系から発生する排出ガス中に化学 化合物を導入することにより、そして、その反応を促進かつ／また開始するため に該排出ガスを触媒による転化器に通すことにより、該加熱炉系の排出ガス中の 窒素酸化物を選択的に除去゛する方法及びその方法を実施するための装置に関す るものである。

窒素酸化物を選択的に減するには、加熱炉系から発生する排出がスの流れに、ア ンモニア（ＮＨ３）をガス状や空気との混合物や圧のある状態またはな（・状態 で水に溶解させて計器で量を測りながら投入することがすでに知られている。適 切な据え付は設備を有する混合域は、それに接続している排煙導管内部における アンモニアの均一な分散と均一な温度分布をはかるためのものである。その混合 物は触媒による転化器を通るが、転化器は排出ガスの熱を加熱炉へ供給する燃焼 空気に移すことを意図した回転式再生型熱交換器の入口′側に接続している。そ の触媒は固定床反応器の形で用いられ、そこでの流れは垂直、下降流であるのが 好ましい。触媒として活性な物質としてバナジウム化合物のハニカムＣ）・チの 巣状）構造のものを反応器にいれる。排煙用ブロアーのサイズを決める際には、 固定床反応器における圧力損失を考慮する。反応器内を垂直下降流とすることは 、反応器内の固体不純物の沈着を妨げ、もしくは、そのような沈着物を限界内に 維持することを意図している。生じた沈着物は圧縮空気やスチームを用い吹き飛 ばして間歇的に除去する。ざイラや運転方式や燃料として使われる石炭の組成に よっては、反応器内の触媒による転化器は２年以上の使用寿命を有する。

約９５−の−酸化窒素と約５チの二酸化窒素の比で生じる窒素酸化物の分子状窒 素と水への転化は、排煙中の窒素酸化物含有量に対する導入するアンモニア量の 比や排煙の温度レベルのみによって決まるものではなく、触媒による転化器の効 率に大きく影響されるという認識に基づいて、使用する触媒要素の触媒としての 性状が比較的長期の運転の間維持できるような触媒による転化器を用いて、加熱 炉排煙中の窒素酸化物を選択的に除去する方法と装置を案出することが、本発明 の目的である。

議論の出発点として、先に述べた一般的形式の方法をもって、この目的は次の発 明により達成される。その発明とは、触媒による転化器が、触媒で処理されるこ とになる排出ガスの流れと、少なくとも一つの清浄ガスの流れを異った帯域にて 扱うもので、向流であることが好ましく、さらに、排出がスと清浄がスの各々が 流れて通過する触媒層の位置が、連続的または間歇的に変化するものである。清 浄ガス流れは連続して得られるので、特に排出ガス入口近傍において、触媒要素 の表面に排出がスの流れから沈積したり、排出ガスの流れによって同性される不 純物が、再び連続的にこれらの表面から除去される。その結果、かなり長期の使 用期間に亘って、触媒による転化器の効率はそこなわれることがない。清浄がス 流れが触媒による転化器にはいる排出ガスに対し向流で運転されるという方法が 特に有効なのである。触媒の被毒は、不純物が触媒要素と接する時間の長さに直 接的に依存しており、そして、連続的に積櫃的清浄ガスによる触媒要素の提案接 触時間を短かぐしているとの事実により、触媒化合物の効率が明らかに維持され る。

本方法を実施する装置は、触媒による転化器が担体中に置かれた触媒要素を含み 、そして、担体とがスの結合部が互いに回転し得るようになっており、そして、 担体あるいはガスの結合部を間歇的あるい゛は連続的に回転するための駆動装置 を設けることで実施されるものである。

その触媒による転化器は、加熱炉系に供給すべき燃焼空気に排出がスの熱を移す ことを意図した回転再生式熱交換器の貯蔵要素の入口かつ／または出口側Ｋ、排 出ガスの流れ中で結ばれることもある。すなわち、ある場合には、触媒による転 化器は、熱交換器としての機能を持って動くので、燃焼空気予熱炉と一体化され ることもある。駆動機構は触媒の要素の担体と再生式熱交換器の貯蔵要素の担体 双方に使われ、うまく関連している・たとえば、触媒要素の担体と貯蔵要素の担 体は、共通の軸によって結ばれていることもある。

一方、触媒要素と再生式熱交換器の貯蔵要素は、双方に使われる担体中に置かれ ていることもあり、双方に使われる担体は共通のハウジングの中に設げである。

その場合には、触媒による転化器と再生式熱交換器は単一の構造体にまとめられ る。

貯蔵要素自身、少なくともその一部が触媒の要素として実施されるようなもので あるという実施態様もある。実際的には、触媒による転化器を再生式熱交換器に 統合し、その熱交換器内の貯蔵要素の表面は、排出ガスと燃焼空気を流しての熱 交換器の運転によって、一つもしくはそれ以上の触媒として活性な化合物で被覆 されてしまう。

触媒要素はこのように板状もしくは格子状で、好ましくは金属でできており、触 媒として活性な化合物で被覆されている。粘着性助触媒として作用する中間担体 は、触媒として活性な被覆の表面下に存在する。

他方、細孔のある基材、特にセラミック材料により作られた触媒要素あるいは中 間担体を一つあるいはそれ以上の触媒として活性な化合物でもって具体化するこ ともできる。

比較的平らな触媒要素の代わりに、これら要素は適切に形態化された触媒による 転化器の担体内で、清浄されるべき排出ガスと清浄がスの流れが通る流動化され た層を形成するところの流動可能な要素として具体化されることもある。

また被覆の代わりとして、触媒要素は触媒として活性な化合物もしくは合金の一 成分あるいは多成分の形での化合物を含んでもよい。

清浄されるべき排出がスが、窒素醒化物だけではなく、他の触媒により分解可能 な有害成分を含むならば、軸方向に触媒要素の多くの連続層を有し、それら層は 触媒として異った活性な化合物を含み、各々は特別の不純物に対し特別の触媒効 果を有するか、あるいは、特別に示す温度レベルで最適な触媒効果を有する。

清浄ガス流れが、加熱炉系へ供給するところの燃焼空気自身によって実施される のではなく、以前に清浄された排出がスのようなものによって実施されることの ある分離したガス流れによるならば、熱交換の担体や触媒要素が、おおい内の円 周方向に、排出ガス層や空気層や触媒化合物の再生あるいは分割された触媒毒の 空気放出を行う再生層を設げることが推薦される。

本発明は図を参照し、３つの代表的な実施態様の説明中により詳細に述べられる 。すなわち、第１図は触媒による転化器と出口側に結合した再生式熱交換器を有 する加熱炉糸の結合模式図であり、第２図し〉触媒による転化器とそれに続く再 生式熱交換器が共通の構造単位内に結び付ゆられた改良型加熱炉系の結合模式図 であり。

第３図は清浄された排出がス自身が、交替で再生式熱交換器から分離して置かれ る触媒による転化器の清浄ガス流れとして用いられる、より代表的な実施態様の 結合模式図である。

第１図に模式的に示される系では、排出ガスは加熱炉系１からライン３を経て触 媒による転化器５に進む。

この排出ガスライン３から、排出がスの一部の流れがわき道へそれライン７を経 て調整域９へと導かれ、そこで、化学化合物（例えばＮ′Ｈ３）が供給容器１１ からライン１３を経て送りこまれ、排出ガスの部分的流れに計器で量を測りなが ら投入する。それから排出がスの部分流れはライン１０を経て排出ブスの主流へ と戻り、間歇的もしくは連続的に運転する触媒による転化器へ送られる。触媒に よる転化器から発生する排出が転再生式熱交換器１７へ送られ、そこでは排出が スの熱を加熱炉系１へ供給することとなる燃焼空気へ移すことが意図されている 。回転再生式熱交換器に続いて、排出がスは排出ガスライン１９を径で、硫黄化 合物を沈降除去しそのがスを排出がス煙突へ入れるために再加熱する系（示され ていない。）へと流れる。

加熱炉系１へ供給する燃焼空気は先づライン２１を任て回転再生式熱交換器１７ へ入り、そこで排出ガスに対し向流に予熱され、そして、ライン２３を経て触媒 による転化器５へ送られ、再び排出ガスに対して向流でもって触媒による転化器 を通り、そこでは、前に触媒要素の表面に沈積していた不純物を排出がスから吹 き飛ばして、そこでの触媒表面の被毒を防いでいる。

触媒による転化器の入口と反対位置の出口側から、燃焼空気はライン２５を経て 、直接加熱炉系へ送られる。

原則では、分離した駆動機構が触媒による転化器５と再生式熱交換器１７に設け られる。しかし、建設費用を減するためには、両ユニットを共通に駆動する、例 えば再生式熱交換器を従来法でモータにより駆動し、軸で触媒による転化器と熱 交換器を結び付けることも推薦される。

第２図による実施態様では、加熱炉系１から発生し排出ガスライン１０３にはい る排出がスは、その全量が調整域１０９へ送られる。調整域１０９０手前の流れ で、化学化合物を供給容器１１１からライン１１３を経て導入し、調整域内で排 出がス中により均一に分配する。第１図に示した実施態様と異り、連続式回転再 生式熱交換器の貯蔵要素の担体は触媒床の担体としても同時に具体化され、その 結果、触媒床と貯蔵要素は共通して収納するおおいの中へ収められ、そこで排出 がスと燃焼空気が向流状態で作用する。貯蔵要素を離れた後、ガスはライン１１ ９を経て従来法で排出がス清浄システムへと送られ、そこで侃黄化合物を除去し 、多分、前もってフィルターを通し、その後再加熱し煙突を経て放出される。

燃焼空気はライン１２１を経て、排出ガスに対し向流で、貯蔵要素を通り、そし て触媒床１０６を通る。

′Ｐ、暁空気ライン１２１から、貯蔵単位へはいるのに先立ち、一部の流れはわ き道にそれ、ライン１２２を経てライン１２５に持ち込まれ、結合している触媒 てよる転化器と熱交換器を迂回することになる。ライン１２５における触媒によ る転化器と熱交換器から加熱炉系１への燃焼空気の流れが主流である。

第３図に示す代表的な実施態様は、第１図疋示したものをある程度拡張したもの であって、本システムの一致する部分には同じ参照番号を付けであるので、ここ では、異っている選んだ関連のみを説明すれば十分であろう。触媒による転化器 ５と再生式熱交換器１７は再び、別の要素として具体化されている。しかし、第 １番目の代表的実施態様とは異り、触媒に−る転化器５から発生しライン１５に はいる排出ガス流れ１ま、触媒による転化器５を清浄ガス流れとして向流で戻り 、それから燃焼空気の加熱のために再年式熱交換器１７へ送られる。ライン２１ を経て熱交換器へ送られた燃焼空気は、以前と異り、加熱後、ライン２５を経て 加熱炉系１に直接送られる。すなわち、この場合は燃焼空気を触媒による転化器 ５の清浄もしくは再生のために用いない。

前述の代表的実施態様の改良やさらなる発展が、この発明概念の範囲内で実現さ れつると判断されよう。″例えば、第１図の代表的実施態様である触媒による転 化器で第３図のような場合、熱交換器１７の駆動と４′ｉ別で、独立している、 間隔を置いた駆動が用いられよう。ここで間隔を置いた駆動と（家、排出ガスと 清浄がス流れがある時間間隔でもっていくつかの単位を通るようにするものであ る。

第２図による代表的実施態様では、熱交換器の貯蔵要素自身を触媒として活性な 化合物でおおうことで、触媒による転化器と熱交換器をより統合することが可能 である。すなわち、貯蔵単位自身が同時に触媒要素として作用する。さらに、前 述の代表的実施態様からずらしてみると、触媒による転化器内で高い反応温度、 を回避することが望ましいならば、触媒による転化器が熱交換器の出口側に結び 付けることも可能である。

「触媒として活性な化合物」とは化学的感覚での化合物に限定して考えているの ではなく、要求される触媒効果を発揮する限り、純元素やそのような元素の混合 物をも含んでいることにも注意すべきである。

国際調売報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　Ｔｈｉ　ｔＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥ？ ＯＲＴ　ＯＮ

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．窒素酸化物との反応のために加熱炉系から発生する排出ガス中に化学化合物 を導入することにより、そして、その反応を促進かつ／また開始するために排出 ガスを触媒による転化器に通すことにより加熱炉系の排出ガス中の窒素酸化物を 選択的に除去する方法において、触媒による転化器が触媒で処理されることにな る排出ガスの流れと、少なくとも一つの清浄ガスの流れを異つた帯域にて扱うも ので、向流であることが好ましく、排出ガスあるいは清浄ガスの流れが通り抜け る触媒による転化器部分の位置が連続的または間歇的に変化すること、を特徴と する方法。
2. ２．触媒による転化器（５；１０６）が担体中に置かれた触媒要素により具体化 されており、そして、担体とガスの結合部が互いに回転し得るよう具体化されて おり、そして、担体あるいはガスの結合部を間歇的あるいは連続的に回転するた めの駆動装置を設けることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法を実施す るための装置。
3. ３．加熱炉系に供給すべき燃焼空気に排出ガスの熱を移すために回転再生式熱交 換器（１７；１０８）の貯蔵要素の入口かつ／または出口側に、排出ガスの流れ 中で触媒による転化器（５；１０６）が結ばれることを特徴とする請求の範囲第 ２項に記載の装置。
4. ４．触媒要素の担体と再生式熱交換器（１７；１０８）の貯蔵要素の担体の双方 に共通駆動装置が関連することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の装置。
5. ５．触媒要素の担体と再生式熱交換器（１７）の貯蔵要素の担体が共通の軸の手 段で連結することを特徴とする請求の範囲第４項に記載の装置。
6. ６．触媒要素と再生式熱交換器（１０８）の貯蔵要素が共通の担体中に置かれる ことを特徴とする請求の範囲第２項から第４項のうちの一つに記載の装置。
7. ７．再生式熱交換器の貯蔵要素が少なくともその一部が触媒要素としても具体化 されることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の装置。
8. ８．触媒要素が触媒として活性な化合物でおおわれた板あるいは格子であること を特徴とする請求の範囲第２項から第７項のうちの一つに記載の装置。
9. ９．中間担体が金属板あるいは格子と触媒として活性な化合物の間に設けられる ことを特徴とする請求の範囲第８項に記載の装置。
10. １０．触媒要素あるいは中間担体が、一つあるいはそれ以上の触媒として活性な 化合物を有する細孔が開いている基材、特にセラミツクであることを特徴とする 請求の範囲第２項から第４項のうちの一つに記載の装置。
11. １１．触媒要素が流動可能な要素であることを特徴とする請求の範囲第２項から 第７項及び第１０項のうちの一つに記載の装置。
12. １２．流動可能な要素が金属から製造され、かつその表面に中間担体の方法が応 用されて触媒として活性なおおいをすることを特徴とする請求の範囲第１１項に 記載の装置。
13. １３．触媒要素が触媒として活性な化合物あるいは合金の一成分あるいは複数成 分の形での化合物を含むことを特徴とする請求の範囲第８項、第９項あるいは第 １１項の一つに記載の装置。
14. １４．触媒による転化器（１７；１０８）が軸方向に触媒要素の多くの連続層を 有し、それらの層が触媒として異なる活性な化合物であることを特徴とする請求 の範囲第２項から第１３項のうちの一つに記載の装置。
15. １５．熱交換用要素と触媒要素の担体がおおい内の円周方向に排出ガス層、空気 層や再生層を有することを特徴とする請求の範囲第６項から第１４項のうちの一 つに記載の装置。