JPS6211891B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、窒素酸化物を含む排ガスをアンモニ
ア接触還元方式の乾式排煙脱硝装置に導入して脱
硝処理するにあたり、触媒の長期有効利用化およ
び長期安定化を可能にするために、脱硝プロセス
に触媒再生処理技術を組み込んで排ガス発生設備
の運転に支障をきたすことなく、触媒を再生する
ことができる窒素酸化物の処理方法に関するもの
である。 アンモニア接触還元方式の乾式排煙脱硝装置の
建設にあたつての触媒としては、チタニア、アル
ミナ、シリカなどの担体に活性金属を担持せし
め、ペレツト状、ハニカム状、パイプ状、プレー
ト状などに成型した高価な触媒を用いるため、触
媒コストの建設費に占める割合は非常に大きい。
また触媒の活性低下に起因する触媒交換の頻度如
何によつては、運転費の大幅な増大ならびに運転
の不安定化をきたし、また劣化触媒の廃却処理な
どの問題がある。 これらの諸問題に対処するためには、触媒の長
期安定利用化を図ることが必要不可欠であり、そ
のためには脱硝プロセスに触媒再生技術を組み込
んだ脱硝システムの確立が望まれる。 従来、脱硝触媒の活性回復を目的とした加熱に
よる触媒再生方法として、空気による加熱再生処
理、燃焼排ガスによる加熱再生処理、水蒸気によ
る加熱再生処理などが一般に知られている。これ
らの触媒再生処理方法について、本発明者らはあ
らゆる角度から検討を行い、いずれの再生方法も
触媒活性回復面においては有効であるが、反面、
実用上種々の問題点を有しており、実際の脱硝プ
ロセスへの採用は困難であることも確認した。た
とえば、空気による加熱再生処理を行う場合、満
足のいく活性回復率を得るためには、触媒反応器
温度を約450℃以上にまで昇温させる必要があ
り、そのためには、多量のエネルギと特殊な熱源
を必要とし、また高温度に昇温するために、触媒
反応器の構造、材質の選定に考慮を要するなどの
問題点があり、実用上困難であると考えられる。
また燃焼排ガスによる加熱再生処理を行う場合も
同様である。さらに水蒸気による加熱再生処理の
場合、満足のいく活性回復率を得るためには、触
媒反応器内の温度を約350℃に維持する必要があ
り、そのためには、多量の過熱水蒸気を必要と
し、一時的に処理排ガスの通ガスを停止しなけれ
ばならず、触媒反応器バイパスを必要とし、また
熱源として過熱水蒸気のみで触媒層内温度を高温
に維持することは困難であり、とくにハニカム
状、パイプ状、プレート状の触媒を用いた固定床
反応器においては、充填状態のままでの再生処理
は殆ど不可能に近いなどの問題点があり、実用上
採用は困難である。 上記の諸点に鑑み、本発明者らはこの触媒再生
技術について長期間鋭意研究を重ねた結果、窒素
酸化物（以下、NOXと記す）を含む排ガスをア
ンモニア接触還元方式の脱硝装置に導入して脱硝
処理するにあたり、脱硝装置の触媒反応器上流側
の排ガス中に、５〜60vol％、好ましくは10〜
50vol％の増湿に必要な水蒸気または水を吹き込
んで、一時的に高湿潤雰囲気を作り出すととも
に、排ガス発生設備の運転に支障をきたすことな
く触媒反応器温度を300〜450℃の通常の運転温度
範囲、好ましくは350〜400℃に維持することによ
り、触媒の再生を行うことにより、触媒活性回復
率および実用性の両面において優れ、経済的に排
煙脱硝処理を行うことができる方法を提供せんと
するものである。 すなわち本発明の方法は、図面を参照して説明
すれば、窒素酸化物を含む排ガスをアンモニア接
触還元方式の脱硝装置３に導入して脱硝処理する
にあたり、脱硝装置３の触媒反応器２上流側の排
ガス中に水蒸気または水を吹き込んで、一時的に
５〜60vol％増湿し高湿潤雰囲気を作り出すとと
もに、排ガス発生設備の運転に支障をきたすこと
なく触媒反応器温度を300〜450℃の温度範囲に維
持することにより、触媒の再生を行うことを特徴
としている。 以下、本発明の構成を図面に基づいて説明す
る。１はボイラなどの排ガス発生源（排ガス発生
設備）で、この排ガス発生源１の排ガスダクトに
アンモニア接触還元方式の脱硝触媒を移動床式ま
たは固定床式に充填してなる触媒反応器２を有す
る脱硝装置３、空気予熱器４、電気集じん機など
の集じん装置５、脱硫装置６、煙突７が直列に接
続されている。８は排ガス発生源に設けられた節
炭器、１０は脱硝装置３の上流側に接続された
NH₃供給管、１１は節炭器の上流側と、節炭器の
下流側の排ガスダクトとを接続するバイパス、１
２はバイパスに設けられたダンパである。このよ
うに構成された装置において、脱硝装置３の触媒
反応器２の上流側に、水蒸気供給管１３を設け
る。なおこの水蒸気供給管１３に、ボイラからの
水蒸気管１４を接続してボイラで発生した水蒸気
を直接使用できるように構成することもある。 上記のように構成された装置において、触媒の
長期使用、とくに200〜300℃での比較的低温域で
の長期使用に伴い、H₂SO₄、NH₄HSO₄、
（NH₄）₂SO₄、ばいじん成分とのＮ・Ｓ化合物など
による触媒細孔の閉塞、触媒表面のマスキングな
どにより触媒が劣化する。この劣化した触媒を再
生するにあたつて、反応温度300〜450℃の通常の
運転状態において、処理対象排ガス中に、５〜
60vo1％、好ましくは10〜50vol％の増湿に必要な
水蒸気を水蒸気供給管１３を介して加えることに
より、一時的に高湿潤雰囲気を作り出し、さらに
触媒反応器２の温度を300〜450℃の通常の運転温
度範囲、好ましくは350〜400℃に維持することに
より、触媒中に含まれる毒成分の分解、脱離を促
進し、触媒を再生する。触媒反応器２の温度は、
バイパス１１のダンパ１２を調節することにより
行う。なお水蒸気の供給量が増湿5vol％未満の場
合は、高湿潤雰囲気とならないので触媒の再生は
十分行われず、また水蒸気の供給量が増湿60vol
％を越える場合は、触媒反応器の温度を適正に維
持することが困難であり、あるいは水蒸気の凝縮
により運転に支障をきたすため、採用は困難であ
る。 以上は高湿潤雰囲気を作り出すのに、水蒸気を
用いる場合について説明したが、水蒸気供給管１
３の代りに水噴出管１５を設けて、水蒸気の代り
に水を添加することにより高湿潤雰囲気を作り出
し、触媒反応器２の温度を300〜450℃の通常の運
転温度範囲、好ましくは350〜400℃に維持して、
触媒を再生するように構成しても差し支えない。
この場合も、水の添加量は、増湿分５〜60vol
％、好ましくは10〜50vol％に相当する値になる
ようにする。 本発明の方法における再生メカニズムは必ずし
も明確ではないが、以下のように考えられる。低
温運転時（200〜300℃：ボイラ低負荷時などに相
当）、触媒中にH₂SO₄、NH₄HSO₄、（NH₄）₂SO₄、
煤塵成分とのＮ・Ｓ化合物（たとえばAl（NH₄）
（SO₄）₂、Fe（NH₄）（SO₄）₂などが生成し、触媒
の細孔を閉塞するか、あるいは触媒表面のマスキ
ングが起こり、触媒性能の低下、すなわち劣化を
もたらす。ここで生成した毒成分を分解除去する
ためには、加熱分解が得策であるが、ただ単に加
熱だけでは前述のように、450℃以上の高温度を
必要とすることが、実験で確認されている。とこ
ろが、本発明の加熱と同時にスチームを投入、増
湿することにより、350℃程度の比較的低温度
（ボイラ通常運転時の脱硝反応器温度に相当）で
も分解除去が可能となる。ここで、スチームの役
割としては零囲気が増湿されることにより、昇温
操作で毒成分が熱的に分解され、吸着状態にある
NH₃、SO₃の脱離、とくにSO₃の脱離を促進する
ためと考えられる。 ここで上記物質の分解によりSO₃と同時に生成
するNH₃については、再生処理排ガス中のNOxの
還元剤として有効に働き、次式のように消費され
る。 また逆に再生処理中と言えども、還元剤として
のNH₃不足の場合は、必要に応じて排ガス中に
NH₃を添加することにより、通常の脱硝運転を並
行して行い、より高い脱硝性能を得ることができ
る。 つぎに本発明の実施例について説明する。 実施例 １ V₂O₅―TiO₂ペレツト触媒を、SO₂：
5000ppm、NH₃：500ppm、H₂O：10％、CO₂：
10％、O₂：５％、N₂：バランスからなる合成ガ
スにより、反応温度約200℃の低温下で約30時間
強制的に劣化させたサンプルを、H₂O：10、20、
40、60vol％、N₂：バランスからなる合成ガスに
より、350℃で３時間加熱再生処理を行つた後、
触媒活性の回復率を測定した。劣化サンプル、再
生処理後サンプルについて、反応温度：250℃、
300℃、350℃、400℃各温度での脱硝率測定値を
第１表に示す。

【表】 実施例 ２ 実施例１と同様の劣化サンプルを用いて、処理
排ガスとしてSO₂：500ppm、NOx：150ppm、
H₂O：10％、CO₂：10％、O₂：５％、N₂：バラン
スからなる模擬燃焼排ガス気流中に、処理ガス量
に対して、10、20、40、60vol％に相当する水蒸
気を吹き込み、かつ触媒層温度を350℃に維持す
ることにより、３時間再生処理を行つた後、触媒
活性の回復率を測定した。劣化サンプル、再生処
理後サンプルについて、反応温度：250℃、300
℃、350℃、400℃各温度での脱硝率測定値を第２
表に示す。

【表】 以上のことから明らかなように、水蒸気吹込み
による触媒再生効果として、350℃と比較的低温
下においても効果が認められ、また水蒸気吹込み
量を増やすにしたがつて、すなわち雰囲気ガスが
高湿潤になるにしたがい触媒再生効率も増大す
る。したがつて触媒再生効果を高めるためには、
できるだけ多量の水蒸気を処理排ガス中に吹き込
むことが得策であるが、水蒸気の供給、触媒反応
器温度の維持などにより制約を受けることから、
触媒の劣化の程度に応じて水蒸気吹込み量を設定
することが望ましい。また処理排ガス中への水蒸
気または水の吹込みにより、触媒反応器温度を
300〜450℃の再生温度に維持することが困難な場
合、処理排ガス中に水蒸気または水以外に高温ガ
スを吹き込むことも得策である。たとえばボイラ
排ガスを処理する場合、前述のようにボイラ節炭
器入口部から高温排ガスの一部を取り出して触媒
反応器に導くことにより、水蒸気または水の吹込
みによる触媒反応器温度の降下を防ぐことも可能
であるし、さらに水蒸気または水の吹込みによる
触媒再生効果を高めるために、触媒反応器温度を
上昇させることも可能である。 本発明は上記のように、触媒層の温度維持のた
めの熱源として、処理排ガスそのものを用いるた
め、系外の特別の熱源を必要とせず、約350℃程
度の比較的低温度で触媒再生が可能であり、また
再生処理に際して処理排ガスの停止、反応器のバ
イパスなどの操作を必要とせず、連続した触媒反
応器への通ガスが可能であり、さらに触媒劣化の
程度により、再生温度、再生処理時間が容易に選
定でき、なおかつ操作が簡単であるなどの効果を
有している。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の方法を実施する装置の一例を示
す系統的説明図である。 １…排ガス発生源、２…触媒反応器、３…脱硝
装置、４…空気予熱器、５…集じん装置、６…脱
硫装置、７…煙突、８…節炭器、１０…NH₃供給
管、１１…バイパス、１２…ダンパ、１３…水蒸
気供給管、１４…水蒸気管、１５…水噴出管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 窒素酸化物を含む排ガスをアンモニア接触還
   元方式の脱硝装置に導入して脱硝処理するにあた
   り、脱硝装置の触媒反応器上流側の排ガス中に水
   蒸気または水を吹き込んで、一時的に５〜60vol
   ％増湿し高湿潤雰囲気を作り出すとともに、排ガ
   ス発生設備の運転に支障をきたすことなく触媒反
   応器温度を300〜450℃の温度範囲に維持すること
   により、触媒の再生を行うことを特徴とする排ガ
   ス中の窒素酸化物処理方法。