JPWO2017010402A1 - 脱硝触媒の再生方法及び脱硝触媒の再生システム、並びに脱硝触媒の洗浄剤 - Google Patents
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-
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Abstract
Description
1−1.洗浄剤
第1実施形態の洗浄剤について説明する。本実施形態の洗浄剤は、フッ素化合物と無機酸とを少なくとも含有する水溶液の洗浄剤である。
図1に、第1実施形態の脱硝触媒の再生システムの概略的な構成を示す。図1に示す脱硝触媒の再生システム100は、脱硝触媒の触媒性能を回復させる処理を実行する。対象となる脱硝触媒は、例えば、石炭焚きボイラから生じたシリカ、カルシウム、リン、砒素、ナトリウム、カリウム等の被毒物質を含む排ガスの脱硝に使用して被毒し、その触媒性能が低下した使用済みの脱硝触媒である。対象となる脱硝触媒は、格子状(ハニカム状)触媒、板状触媒、コルゲート状触媒を含む。また、脱硝触媒は、例えば、二酸化チタン(TiO2)を担体とし、活性成分としてバナジウム(V)、タングステン(W)、モリブデン(Mо)の少なくとも1つを含有する。
図2に、第1実施形態の脱硝触媒の再生方法の一例をフローチャートで示す。図2に示す脱硝触媒の再生方法は、脱硝触媒の再生システム100の各部で処理を実行することで、実現することができる。本実施形態の脱硝触媒の再生方法は、予洗いステップと、薬液洗浄ステップと、脱硝触媒を取り出すステップと、仕上げ洗いステップとを含む。
2−1.再生システム
図3に、第2実施形態の脱硝触媒の再生システムの概略的な構成を示す。図3に示す第2実施形態の脱硝触媒の再生システム100aは、脱硝触媒の再生システム100や他の実施形態と組み合わせることができる。この点は他の実施形態も同様であり、各実施形態は一例であり、その一部に他の実施形態を組み合わせることができる。
図4に、第2実施形態の脱硝触媒の再生方法の一例をフローチャートで示す。図4に示す脱硝触媒の再生方法は、脱硝触媒の再生システム100aの各部で処理を実行することで、実現することができる。本実施形態の脱硝触媒の再生方法は、予洗いステップと、薬液洗浄ステップと、仕上げ洗いステップと、乾燥ステップとを含む。
先ず、混合する無機酸とフッ素化合物を変化させた複数の薬液で脱硝触媒の再生方法を実施し、それぞれの薬液を用いた場合の脱硝触媒の触媒性能回復率(再生処理後の触媒性能/新品時の触媒性能:K/K0)、脱硝触媒の表面のシリカ濃度(質量%)、脱硝触媒の表面のカルシウム濃度(質量%)を計測した。触媒性能の指標として、触媒の反応速度定数を用いた。また、比較のために、有機酸とフッ素化合物を混合させた薬液で再生処理を行った例(比較例1)、有機酸とフッ素化合物と界面活性剤を混合させた薬液で再生処理を行った例(比較例2)についても、同様の計測を行った。また、比較のために、新品、再生前の脱硝触媒についても各値を計測した。
実施例1では、無機酸として塩酸(HCl)を0.8質量%、フッ素化合物としてフッ化水素アンモニウム(NH4HF2)をフッ化水素分が0.9質量%となる割合で混合した薬液を用いた。実施例2では、無機酸として塩酸を0.8質量%、無機酸としてホウ酸(H3BO3)を0.15質量%、フッ素化合物としてフッ化水素アンモニウムをフッ化水素分が0.9質量%となる割合で混合した薬液を用いた。実施例3では、無機酸としてスルファミン酸を3.5質量%、フッ素化合物としてフッ化水素アンモニウムをフッ化水素分が1質量%となる割合で混合した薬液を用いた。
図5から図7に、実施例1から実施例3、比較例1及び比較例2で再生した脱硝触媒、新品の脱硝触媒、再生前の脱硝触媒について計測した結果を示す。図5には、再生方法の実施例の触媒の触媒性能回復率(K/K0)の計測結果を示す。図6には、再生方法の実施例の触媒表面シリカ濃度(質量%)の計測結果を示す。図7には、再生方法の実施例の触媒表面カルシウム濃度(質量%)の計測結果を示す。
次に、界面活性剤を混合した複数の薬液を用いた脱硝触媒の再生方法を実施し、それぞれの薬液を用いた場合の脱硝触媒の触媒性能回復率(再生処理後の触媒性能/新品時の触媒性能:K/K0)、脱硝触媒の表面のシリカ濃度([質量%])、脱硝触媒の表面のカルシウム濃度(質量%)を計測した。
実施例4では、塩酸を0.8質量%、ホウ酸を0.15質量%、界面活性剤としてリン酸エステルを0.05質量%、フッ化水素アンモニウムをフッ化水素分が0.9質量%となる割合で混合した薬液を用いた。実施例5では、塩酸を0.8質量%、界面活性剤としてリン酸エステルを0.05質量%、フッ化水素アンモニウムをフッ化水素分が0.9質量%となる割合で混合した薬液を用いた。 実施例6では、塩酸を0.8質量%、ホウ酸を0.15質量%、界面活性剤としてポリオキシエチレン誘導体を0.05質量%、フッ化水素アンモニウムをフッ化水素分が0.9質量%となる割合で混合した薬液を用いた。実施例7では、スルファミン酸を3.5質量%、界面活性剤としてリン酸エステルを0.05質量%、フッ化水素アンモニウムをフッ化水素分が1質量%となる割合で混合した薬液を用いた。実施例8では、スルファミン酸を3.5質量%、界面活性剤として実施例7とは別の種類のリン酸エステルを0.05質量%、フッ化水素アンモニウムをフッ化水素分が1質量%となる割合で混合した薬液を用いた。実施例9では、スルファミン酸を3.5質量%、界面活性剤としてポリオキシエチレン誘導体を0.05質量%、フッ化水素アンモニウムをフッ化水素分が1質量%となる割合で混合した薬液を用いた。
図8から図10に、実施例4から実施例9、比較例1及び比較例2で再生した脱硝触媒、新品の脱硝触媒、再生前の脱硝触媒について計測した結果を示す。図8には、再生方法の実施例の触媒の触媒性能回復率の計測結果を示す。図9には、再生方法の実施例の触媒表面シリカ濃度の計測結果を示す。図10には、再生方法の実施例の触媒表面カルシウム濃度の計測結果を示す。
次に、1回の再生処理において、脱硝触媒を薬液に浸漬させる時間(処理時間:分)と脱硝触媒の触媒性能回復率(再生処理後の触媒性能/新品時の触媒性能:K/K0)、脱硝触媒の表面のシリカ濃度(質量%)、脱硝触媒の表面のカルシウム濃度(質量%)との関係を計測した。
計測結果を図11及び図12に示す。図11には、処理時間と触媒表面の付着物の濃度との関係の計測結果を示す。図12には、処理時間と脱硝触媒の性能回復率との関係の計測結果を示す。図11及び図12に示すように、処理時間を15分以上とすることで、カルシウムの濃度を低く維持しつつ、脱硝触媒の性能回復率を0.8、つまり新品の80%以上に回復するできることがわかった。また、処理時間を60分以下とすることで、処理時間が長くなることを抑制することができる。また、触媒に含まれるガラス繊維の溶出を抑制でき、触媒の強度低下を抑制できることがわかった。以上より、処理時間を15分以上60分以下とすることで、処理時間が長くなりすぎることを抑制し、触媒表面シリカ濃度を6質量%以下となることにより、脱硝触媒の性能回復率を高くできることがわかった。
次に、薬液を繰り返し使用し、使用回数と脱硝触媒の触媒性能回復率(再生処理後の触媒性能/新品時の触媒性能:K/K0)との関係を計測した。繰り返し薬液を利用する場合も、使用するごとに前回の再生処理によって反応した分に相当する量の無機酸及びフッ素化物を追加した。実施例10では、無機酸としてスルファミン酸を3.5質量%、界面活性剤として実施例8と同じリン酸エステルを0.05質量%、フッ素化合物としてフッ化水素アンモニウムをフッ化水素分が1質量%となる割合で混合した薬液を用いた。実施例11では、実施例10と同じ薬液を用い、使用するごとに追加する無機酸及びフッ素化合物の量を2倍とした。実施例12では、無機酸として塩酸を0.8質量%、無機酸としてホウ酸を0.15質量%、フッ素化合物としてフッ化水素アンモニウムをフッ化水素分が0.9質量%となる割合で混合した薬液を用いた。
計測結果を図13に示す。図13には、実施例10から実施例12について、薬液の使用回数と脱硝触媒の触媒性能回復率との関係の計測結果を示す。図13に示すように、薬液を繰り返し使用しても、触媒性能を同じ程度まで回復できることがわかった。従って、薬液の使用量及び廃棄量の低減が可能であることがわかった。
次に、実機スケールにて、界面活性剤を含有した薬液を用い、成分を変化させた複数の仕上げ洗浄液で脱硝触媒の再生方法を繰り返し実施し、洗浄液の繰返し使用回数と脱硝触媒の触媒性能回復率(再生処理後の触媒性能/新品時の触媒性能)との関係を計測した。実施例13では、仕上げ洗浄液としてスルファミン酸0.5mоl/lとなるように調製した洗浄液を用いた。また、実施例13では、薬液として実施例10と同様の薬液を用いた。実施例14では、仕上げ洗浄液としてスルファミン酸1mоl/lとなるように調製した洗浄液を用いた。また、実施例14では、無機酸としてスルファミン酸を5.3質量%、界面活性剤としてリン酸エステルを0.075質量%、フッ素化合物としてフッ化水素アンモニウムをフッ化水素分が1.5質量%となる割合で混合した薬液を用いた。
計測結果を図14A及び図14Bに示す。図14Aには、実施例13について、洗浄液を2回と8回繰り返し使用した場合の触媒性能回復率を、仕上げ洗浄液を水とした場合を1として示す。図14Bには、実施例13及び実施例14について、洗浄液を1回と5回繰り返し使用した場合の脱硝触媒の触媒性能回復率を示す。図14Aに示すように、スルファミン酸を含有する実施例13の方が、仕上げ洗浄液を水のみとした場合よりも、洗浄液を2回繰り返し使用しても脱硝触媒の性能回復を15%以上高くでき、洗浄液を8回繰り返し使用しても脱硝触媒の性能回復率を10%以上高く維持できることがわかった。また、図14Bに示すように、スルファミン酸1mоl/lを含有する実施例14で、洗浄液を5回繰り返し使用しても、実施例13と同程度の触媒性能回復率を維持できることがわかった。結果より、仕上げ洗浄液中のスルファミン酸の濃度が少なくとも0.5mоlであれば、洗浄液を繰り返し使用したとしても、脱硝触媒の触媒性能回復率を高く維持できることがわかった。
次に、ラボスケールにて、界面活性剤を変化させた複数の薬液(洗浄剤)を用いて脱硝触媒の再生方法を実施し、それぞれの薬液を用いた場合の脱硝触媒の圧壊強度と性能回復率を計測した。脱硝触媒として、実機発電プラントで50,000時間脱硝処理した後の脱硝触媒を供試試料とした。また、脱硝触媒は、二酸化チタン(TiO2)を主成分として、これに五酸化バナジウム(V2O5)と酸化タングステン(WO3)とを担持させたハニカム触媒とした。
実施例15では、スルファミン酸を3.2質量%、ノニオン系界面活性剤としてポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコールを主成分とする市販の界面活性剤Aを0.05質量%、フッ化水素アンモニウムをフッ化水素分が1.75質量%となる割合で混合した薬液を用いた。実施例16では、塩酸を2.4質量%、ホウ酸を0.15質量%、ノニオン系界面活性剤として界面活性剤Aを0.05質量%、フッ化水素アンモニウムをフッ化水素分が1.26質量%となる割合で混合した薬液を用いた。実施例17では、塩酸を2.4質量%、ホウ酸を0.15質量%、ノニオン系界面活性剤としてポリアルキレングリコール誘導体を主成分とする市販の界面活性剤Bを0.05質量%、フッ化水素アンモニウムをフッ化水素分が1.26質量%となる割合で混合した薬液を用いた。実施例18では、塩酸を2.4質量%、ホウ酸を0.15質量%、アニオン系界面活性剤としてポリオキシエチレンアルキル(C8)エーテルリン酸エステル・モノエタノールアミン塩を主成分とする市販の界面活性剤Cを0.05質量%、フッ化水素アンモニウムをフッ化水素分が1.26質量%となる割合で混合した薬液を用いた。
各触媒の触媒性能について、管式流通反応試験装置を用いて下記表1に示す性状のガスで計測した。
洗浄処理後の各触媒について、木屋式硬度計により圧壊強度を下記表2の要領で計測した。表2に示すように、触媒の壁方向の圧壊強度の値については、それぞれ5個の同様の触媒を準備して圧壊強度を計測し、それらの平均値(N/cm2)とした。触媒の壁方向の圧壊強度は、ハニカム形状の触媒のうちの流通孔のない壁面側から圧縮した強度とした。
計測結果を下記表3に示す。また、表中には、参照例として、上記洗浄処理を実施する前の使用済触媒(未洗浄触媒)の壁方向圧壊強度および触媒性能回復率を表中に示す。
次に、同一の薬液と同一の仕上げ洗浄液を用いて脱硝触媒の再生方法を繰り返し実施し、洗浄液の使用回数と脱硝触媒の触媒性能回復率(K/K0)との関係を計測した。実施例19では、仕上げ洗浄液として実施例14と同様の仕上げ洗浄液を用い、実施例15と同様の薬液を用いた。
計測結果を図15A及び図15Bに示す。図15Aには、実施例19について、洗浄液を1回と5回繰り返し使用した脱硝触媒の触媒性能回復率を、仕上げ洗浄液を水とした場合を1として示す。図15Bには、実施例19について、洗浄液の使用回数と脱硝触媒の触媒性能回復率との関係を示す。図15Aに示すように、スルファミン酸を含有する実施例19の方が、仕上げ洗浄液を水のみとした場合と比較して、洗浄液を5回繰り返し使用しても、脱硝触媒の触媒性能回復率を5%以上高くできることがわかった。また、図15Bに示すように、測定数値に誤差があるものの、洗浄液を3回繰り返し使用しても、脱硝触媒の触媒性能回復率を90%以上まで高く維持でき、洗浄液を6回繰り返し使用しても、脱硝触媒の触媒性能回復率を90%程度まで高く維持できることがわかった。
50:脱硝設備
82a、84a、86a:脱硝触媒
100、100a:脱硝触媒の再生システム
102、102a:予洗い部
104、104a:薬液洗浄部
106、106a:仕上げ洗い部
108、108a:乾燥部
112:触媒搬送装置
114:予備水洗槽
116:水供給装置
118:真空引き槽
120:真空ポンプ
122:薬洗槽
130:仕上げ水洗槽
Claims (16)
- 脱硝触媒を水洗いする予洗いステップと、
水洗いをした前記脱硝触媒を無機酸とフッ素化合物とを含む薬液に浸漬させる薬液洗浄ステップと、
前記薬液から前記脱硝触媒を取り出すステップと、
前記薬液から取り出した前記脱硝触媒を、水又はスルファミン酸含有水を仕上げ洗浄液として洗う仕上げ洗いステップと
を含む脱硝触媒の再生方法。 - 前記薬液は、界面活性剤をさらに含み、
前記界面活性剤は、ノニオン系界面活性剤またはアニオン系界面活性剤である請求項1に記載の脱硝触媒の再生方法。 - 前記ノニオン系界面活性剤は、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシエチレン誘導体またはポリアルキレングリコール誘導体を主成分とする界面活性剤である請求項2に記載の脱硝触媒の再生方法。
- 前記アニオン系界面活性剤は、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステルを主成分とする界面活性剤である請求項2に記載の脱硝触媒の再生方法。
- 前記無機酸は、塩酸を含む、または塩酸及びホウ酸を含む請求項1〜4のいずれか一項に記載の脱硝触媒の再生方法。
- 前記無機酸は、スルファミン酸を含む請求項1〜4のいずれか一項に記載の脱硝触媒の再生方法。
- 前記脱硝触媒再生後の表面シリカ濃度を6質量%以下にする請求項1〜6のいずれか一項に記載の脱硝触媒の再生方法。
- 前記予洗いステップでは、前記脱硝触媒を水槽内の水に浸漬させ、前記水槽を密閉して前記水槽内の空気を吸引する請求項1〜7のいずれか一項に記載の脱硝触媒の再生方法。
- 前記薬液洗浄ステップでは、前記薬液を繰り返し使用する請求項1〜8のいずれか一項に記載の脱硝触媒の再生方法。
- 脱硝触媒を水洗いする予洗い部と、
水洗いをした前記脱硝触媒を無機酸とフッ素化合物とを含む薬液に浸漬させる薬液洗浄部と、
前記薬液から取り出した前記脱硝触媒を、水又はスルファミン酸含有水を仕上げ洗浄液として仕上げ洗いする仕上げ洗い部と
を備える脱硝触媒の再生システム。 - 石炭焚きボイラ用の劣化した脱硝触媒を洗浄する洗浄剤であって、無機酸とフッ素化合物とを含有する水溶液を含む洗浄剤。
- 界面活性剤をさらに含み、
前記界面活性剤は、ノニオン系界面活性剤またはアニオン系界面活性剤である請求項11に記載の洗浄剤。 - 前記ノニオン系界面活性剤は、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシエチレン誘導体またはポリアルキレングリコール誘導体を主成分とする界面活性剤である請求項12に記載の洗浄剤。
- 前記アニオン系界面活性剤は、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステルを主成分とする界面活性剤である請求項12に記載の洗浄剤。
- 前記無機酸は、塩酸を含む、または塩酸及びホウ酸を含む請求項11〜14のいずれか一項に記載の洗浄剤。
- 前記無機酸は、スルファミン酸を含む請求項11〜14のいずれか一項に記載の洗浄剤。
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