JP6961417B2 - Ｃｏ酸化システムの制御方法及びｃｏ酸化システム - Google Patents

Ｃｏ酸化システムの制御方法及びｃｏ酸化システム Download PDF

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Description

本発明は、ＣＯ酸化システムの制御方法及びＣＯ酸化システムに関し、特に、焼結炉にて生じた排ガス中の一酸化炭素(ＣＯ)を酸化処理するためのＣＯ酸化システムの制御方法及びＣＯ酸化システムに関する。
従来より、製鉄プラント等の焼結炉から生じた排ガスの処理方法として、排ガス中のＣＯを酸化するための触媒(以降、ＣＯ酸化触媒ともいう。)を用いて、排ガス中のＣＯを除去する方法が知られている。
このような方法としては、排ガス中のＣＯを酸化するために、二酸化チタン(ＴｉＯ2)と二酸化ジルコニウム(ＺｒＯ2)からなる群より選ばれる１種以上の単独酸化物又はこれらの複合酸化物である担体に白金(Ｐｔ)を担持させた触媒を備えた燃焼触媒部の前流にて、燃焼触媒が有効に働く温度まで排ガスを昇温する方法が知られている（特許文献１）。
特開２００５−２７０８２１号公報
前記した例では、供給する排ガスの温度により、ＣＯ酸化触媒の性能が大きく変化するため、排ガスを加熱するための熱量を調整して、ＣＯ酸化触媒入口における排ガスの温度を調整する必要がある。また、ＣＯ酸化触媒は経時的に劣化していくため、これを考慮してＣＯ酸化触媒入口における排ガスの温度を調整する必要がある。また、排ガス中のＣＯ濃度により、ＣＯ酸化触媒の発熱量が大きく変化すると共に、ＣＯ酸化後の排ガスの温度が大きく変化する。また、このような性能劣化や温度変化に対応するために、ＣＯ酸化触媒を備える機器には、高価な材質を採用する必要がある。更に、ＣＯ酸化触媒部を備える機器の後流の機器にも熱負荷がかかるという問題がある。
本発明は、前記事情に照らして、ＣＯ酸化触媒が劣化してもＣＯ酸化触媒入口の排ガスの温度を一定の範囲内に維持しながら、排ガスを加熱するための熱量を最小限に抑制し、かつＣＯ酸化触媒を備える機器及びその後流の機器への熱負荷を最小限にすることができるＣＯ酸化システムの制御方法及びＣＯ酸化システムを提供することを目的とする。
本発明の一態様に係るＣＯ酸化システムの制御方法は、排ガスを加熱する加熱部と、前記加熱部の後流に配置され、排ガス中のＣＯを酸化するＣＯ酸化触媒部と、前記加熱部の前流かつ前記ＣＯ酸化触媒部の後流に配置され、流通する排ガス同士を熱交換する熱交換器とを備えるＣＯ酸化システムの制御方法であって、前記加熱部と前記ＣＯ酸化触媒部との間に設けた第１温度計を用いて、前記ＣＯ酸化触媒部入口の排ガスの温度を計測する第１温度計測工程と、前記熱交換器と加熱部入口との間に設けた第２温度計を用いて、前記熱交換器と加熱部入口との間の排ガスの温度を計測する第２温度計測工程と、前記加熱部にて、排ガスを加熱する加熱工程と、前記ＣＯ酸化触媒部にて、前記加熱工程後に、ＣＯ酸化触媒を用いて排ガス中のＣＯを酸化させるＣＯ酸化工程と、前記熱交換器にて、前記加熱工程前の排ガスと前記ＣＯ酸化工程後の排ガスとを熱交換する熱交換工程とを少なくとも含み、前記加熱工程では、前記第１温度計により計測した温度が第１基準値に対して所定の範囲内となるように加熱量を制御しながら、前記第２温度計により計測した排ガスの温度と前記第１基準値の差に基づいて前記第１基準値を変更する。
本発明の一態様に係るＣＯ酸化システムの制御方法では、前記加熱工程にて、前記ＣＯ酸化触媒部入口の排ガスの温度を３００以上３５０℃以下とするように制御する。
本発明の一態様に係るＣＯ酸化システムの制御方法は、ＣＯ酸化触媒部出口と前記熱交換器との間に設けた第３温度計を用いて、前記ＣＯ酸化触媒部出口の排ガスの温度を計測する第３温度計測工程を更に含み、前記加熱工程では、前記第３温度計により計測した排ガスの温度が第２基準値を超えた場合に、前記ＣＯ酸化システムの運転を停止する。
本発明の一態様に係るＣＯ酸化システムの制御方法は、前記ＣＯ酸化触媒部の後流かつ前記熱交換器の前流に配置して、排ガスの熱を回収する熱回収器を更に備えるＣＯ酸化システムのＣＯ酸化制御方法であって、前記加熱工程では、前記第３温度計により計測した排ガスの温度が第２基準値を超えた場合に、前記熱回収器にて、前記第３温度により計測した排ガスの温度が前記第２基準値以下となるように排ガスの熱を回収する。
本発明の一態様に係るＣＯ酸化システムの制御方法では、前記第２基準値が３６０〜４００℃の範囲内の値である。
本発明の一態様に係るＣＯ酸化システムの制御方法では、前記ＣＯ酸化触媒が、活性金属として少なくともイリジウムを担体に担持した触媒である。
本発明の一態様に係るＣＯ酸化システムの制御方法は、前記加熱部の後流かつ前記ＣＯ酸化触媒部の前流に配置して、排ガスを脱硝する脱硝装置を更に備えるＣＯ酸化システムのＣＯ酸化制御方法であって、前記加熱工程と第１温度計測工程との間に、脱硝触媒を用いて排ガスを脱硝する脱硝工程を更に備える。
本発明の一態様に係るＣＯ酸化システムの制御方法では、前記脱硝触媒が、活性金属として少なくともバナジウムを担体に担持した触媒である。
また、本発明の一態様に係るＣＯ酸化システムは、排ガスを加熱するように構成された加熱部と、前記加熱部の後流に配置され、ＣＯ酸化触媒を用いて排ガス中のＣＯを酸化させるように構成されたＣＯ酸化触媒部と、前記加熱部の前流かつ前記ＣＯ酸化触媒部の後流に配置され、前記加熱部の前流の排ガスとＣＯ酸化触媒部の後流の排ガスとを熱交換するように構成された熱交換器と前記加熱部と前記ＣＯ酸化触媒部との間に設けられ、前記ＣＯ酸化触媒部入口の排ガスの温度を計測するように構成された第１温度計と、前記熱交換器と加熱部入口との間に設けられ、前記熱交換器と加熱部入口との間の排ガスの温度を計測するように構成された第２温度計とを少なくとも備え、前記加熱部は、前記第１温度計により計測した温度が第１基準値に対して所定の範囲内となるように加熱量を制御しながら、前記第２温度計により計測した排ガスの温度と前記第１基準値の差に基づいて前記第１基準値を変更するように構成されている。
本発明の一態様に係るＣＯ酸化システムは、ＣＯ酸化触媒部出口と前記熱交換器との間に設けられ、前記ＣＯ酸化触媒部出口の排ガスの温度を計測するように構成された第３温度計を更に備え、前記第３温度計により計測した排ガスの温度が第２基準値を超えた場合に、前記ＣＯ酸化システムの運転を停止するように構成されている。
本発明の一態様に係るＣＯ酸化システムは、前記ＣＯ酸化触媒部の後流かつ前記熱交換器の前流に配置して、排ガスの熱を回収するように構成された熱回収器を更に備え、前記熱回収器が、前記第３温度計により計測した排ガスの温度が第２基準値を超えた場合に、前記第３温度により計測した排ガスの温度が前記第２基準値以下となるように排ガスの熱を回収するように構成されている。
本発明によれば、ＣＯ酸化触媒が劣化してもＣＯ酸化触媒入口の排ガスの温度を一定の範囲内に維持しながら、排ガスを加熱するための熱量を最小限に抑制し、かつＣＯ酸化触媒を備える機器及びその後流の機器への熱負荷を最小限にすることができるＣＯ酸化システムの制御方法及びＣＯ酸化システムが提供される。
図１は、第一実施の形態に係るＣＯ酸化システムの制御方法を採用できるＣＯ酸化システムについて、その構成を示す概略図である。 図２は、第一実施の形態に係るＣＯ酸化システムの制御方法について、その概略的なフローを示すフロー図である。 図３は、第二実施の形態に係るＣＯ酸化システムの制御方法を採用できるＣＯ酸化システムについて、その構成を示す概略図である。 図４は、第三実施の形態に係るＣＯ酸化システムの制御方法を採用できるＣＯ酸化システムについて、その構成を示す概略図である。
以下、添付図面を参照して、本発明に係るＣＯ酸化システムの制御方法及びＣＯ酸化システムについて、その実施の形態を説明する。本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されない。添付図面は、本実施の形態の概要を説明するための図であり、付属する機器を一部省略している。また、本明細書では、処理対象となる排ガスの流れ方向を基準として、「前流」、「後流」のように表現している。
［１．第一実施の形態］
１．１．ＣＯ酸化システム
図１に、第一実施の形態に係るＣＯ酸化システムの制御方法に好適に採用できるＣＯ酸化システムを示す。図１に示すように、第一実施の形態に係るＣＯ酸化システムは、熱交換器１０と、加熱部２０と、ＣＯ酸化触媒部３０とを少なくとも備える。また、加熱部２０とＣＯ酸化触媒部３０との間の流路Ｌ2には、ＣＯ酸化触媒部３０の入口を計測するための温度計１１を設けている。熱交換器１０と加熱部２０との間の流路Ｌ1には、熱交換器１０の出口を計測するための温度計１２を設けている。
熱交換器１０は、加熱部２０の前流かつＣＯ酸化触媒部３０の後流に設けられた、例えばＧＧＨ(ガスガスヒータ)である。熱交換器１０は、焼結炉からの排ガスが供給される流路Ｌ0を介して、後述する図示しない集塵装置又は脱硫装置に連結し、温度計１２を設けた流路Ｌ1を介して、加熱部２０に連結し、流路Ｌ3を介して、ＣＯ酸化触媒部３０に連結している。熱交換器１０は、その内部を循環する熱媒体を少なくとも備え、焼結炉からの排ガスを水等の熱媒体と熱交換することにより昇温すると共に、ＣＯ酸化触媒部３０を通過した排ガスを前記熱媒体と熱交換させることにより降温する。また、熱交換器１０は、流路Ｌ4を介して図示しない煙突等の機器と連結している。
加熱部２０は、熱交換器１０の後流かつＣＯ酸化触媒部３０の前流に設けられた、例えばダクトバーナである。加熱部２０は、温度計１１を設けた流路Ｌ2を介して、ＣＯ酸化触媒部３０に連結している。加熱部２０は、同じ製鉄所から排出されたＣＯＧ(Cokes Oven Gas)を燃料として用いることにより排ガスを加熱する。加熱部２０がダクトバーナである場合、ダクトバーナから燃料を噴出して、噴出した燃料が排ガス中で燃焼することにより、排ガスが加熱される。加熱部２０は、燃料の流量を開閉度により調整できる流量調整弁を備え、温度計１１で計測したＣＯ酸化触媒部３０の入口温度(Ｔ１)及び温度計１２で計測した熱交換器１０の出口温度(Ｔ２)に基づき、流量調整弁の開閉度を調整し、排ガスに供給する燃料の量を調整することにより、排ガスの温度を制御する。流量調整弁の開閉度の制御については、温度計１１〜１２にそれぞれ独立して電気的に接続された図示しない制御装置による自動制御により又は手動制御により行うことができる。制御装置は、温度計１１〜１２が計測した値を記憶する記憶部と、温度計１１〜１２が計測した値に基づき制御を判定する演算部と、流量調整弁の開閉度等の動作を制御する制御部とを少なくとも備える。
ＣＯ酸化触媒部３０は、排ガス中のＣＯを酸化させるためのＣＯ酸化触媒を少なくとも備え、加熱部２０の後流かつ熱交換器１０の前流に設けられた、炭素鋼等の材質からなる反応器である。ＣＯ酸化触媒部３０は、流路Ｌ3を介して、熱交換器１０に連結している。ＣＯ酸化触媒部３０内では、排ガスがＣＯ酸化触媒と接触することにより、酸素(Ｏ2)等が存在するような酸化条件下で、ＣＯがＣＯ2に酸化される。
また、図１に示すように、ＣＯ酸化システムでは、ＣＯ酸化触媒部３０と熱交換器１０とを連結する流路Ｌ3に、ＣＯ酸化触媒部３０の出口の排ガスの温度(以降、ＣＯ酸化触媒部３０の出口温度ともいう。)を計測するための温度計１３を設けることができる。このような場合、加熱部２０は、温度計１３を設けた流路Ｌ3を介してＣＯ酸化触媒部３０に連結し、ＣＯ酸化触媒部３０は、温度計１３を設けた流路Ｌ3を介して熱交換器１０に連結している。また、加熱部２０は、温度計１１で計測したＣＯ酸化触媒部３０の入口温度(Ｔ１)、温度計１２で計測した熱交換器１０の出口温度(Ｔ２)及び温度計１３にて計測したＣＯ酸化触媒部３０の出口温度(Ｔ３)に基づいて、流量調整弁の開閉度を調整する。これにより、排ガスに供給する燃料の量を調整する。流量調整弁の制御については、温度計１３に独立して電気的に接続された図示しない制御装置による自動制御により又は手動制御により行うことができる。制御装置は、温度計１１〜１３が計測した値を記憶する記憶部と、温度計１１〜１３が計測した値に基づき制御を判定する演算部と、流量調整弁の開閉度等の動作を制御する制御部とを少なくとも備える。
また、本実施の形態に係るＣＯ酸化システムは、熱交換器１０の前流に、図示しない集塵装置及び／又は脱硫装置を設けることができる。集塵装置は、既設のプラントに設置した電気集塵装置(ＥＰ：Electrostatic Precipitator)又はバグフィルタであり、電気集塵装置又はバグフィルタにより排ガス中の煤塵を捕集する。また、脱硫装置は、好適には集塵装置の後流に設けられた、既設のプラントに設置した排煙脱硫装置(ＦＧＤ：Flue−Gas Desulfurization)である。排煙脱硫装置は、乾式又は湿式の脱硫装置である。乾式の脱硫装置であれば、脱硫装置は、バグフィルタにて捕集する前に、脱硫剤として消石灰(Ｃａ(ＯＨ)2)や重曹(ＮａＨＣＯ3)を排ガスに対して噴霧して、バグフィルタの表面堆積層にて二酸化硫黄(ＳＯ2)を吸収して脱硫する。湿式の脱硫装置であれば、脱硫装置は、排ガス中に残存又は還元したＳＯ2を、石灰石(ＣａＣＯ3)を水に懸濁させて形成した石灰スラリと接触させることにより吸収除去する。また、ＳＯ2を吸収した石灰スラリを、図示しない空気供給ラインより供給した空気により酸化処理して石膏スラリ(ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ)とし、石膏の形で捕獲除去する。集塵装置及び／又は脱硫装置を経た排ガスの温度は、熱交換器１０の前流の流路Ｌ0上にて、例えば１４０℃程度である。
１．２．ＣＯ酸化システムの制御方法
図１及び図２を参照して、以上の構成を備えたＣＯ酸化システムの作動形態を説明することにより、第一実施の形態に係るＣＯ酸化システムの制御方法について説明する。第一実施の形態に係るＣＯ酸化システムの制御方法は、第１温度計測工程と、第２温度計測工程と、加熱工程と、ＣＯ酸化工程と、熱交換工程とを少なくとも含む。
図１に示すように、第１温度計測工程では、第１温度計１１により、ＣＯ酸化触媒部３０の入口温度(Ｔ１：第１温度)を計測する。第２温度計測工程では、第２温度計１２により、熱交換器１０の出口温度(Ｔ２：第２温度)を計測する。また、本実施の形態に係るＣＯ酸化システムの制御方法は、ＣＯ酸化触媒部３０と熱交換器１０との間に設けた温度計１３により、ＣＯ酸化触媒部３０の出口温度(Ｔ３：第３温度)を計測する第３温度計測工程を更に含むことができる。各温度計測工程は、互いに独立して実施されてよく、少なくとも１つの計測工程を実施しながら他の計測工程を実施してもよく、全ての計測工程を常時実施してもよい。
加熱工程では、後述の熱交換工程により昇温された排ガスに対し、少なくとも第１温度(Ｔ１)と第２温度(Ｔ２)に基づき、加熱部２０から所定量の燃料を供給する。燃料が燃焼することにより、排ガスの温度が加熱される。加熱工程では、流量調整弁の弁開度を調整し、排ガスに投入する燃料の量を調整することにより、排ガスの温度を目標温度範囲内とするように制御する。目標温度範囲は、３００℃以上３５０℃以下である。
図２に示すように、加熱工程では、第１制御工程として、第１温度計１１で計測したＣＯ酸化触媒部３０の入口温度(Ｔ１)と予め定めた第１基準値(Ｔｓ１)との差の絶対値が、所定の誤差値（例えば、５℃）未満であるかどうか判定する（Ｓ２０）。前記絶対値が所定の誤差値以上である場合、前記所定の誤差値未満となるように、加熱部２０を制御する（Ｓ２２）。すなわち、第１温度(Ｔ１)が低く、第１温度(Ｔ１)から第１基準値(Ｔｓ１)を引いた値が、所定の誤差値以下となる場合は、流量調整弁の弁開度を高め、燃料の投入量を多くする。これにより、ＣＯ酸化触媒部３０の入口温度を上昇させる。一方、第１温度(Ｔ１)が高く、第１温度(Ｔ１)から第１基準値(Ｔｓ１)を引いた値が、所定の誤差値以上となる場合は、流量調整弁の弁開度を低くし又は流量調整弁を閉じ、燃料の投入量を少なく又は投入を止める。これにより、ＣＯ酸化触媒部３０の入口温度を低下又は維持させる。第１基準値(Ｔｓ１)は、例えば３００〜３５０℃の範囲内の値とすることができ、例えば３００℃である。所定の誤差値は、例えば１〜１０℃の範囲内の値とすることができる。
また、加熱部２０を制御する際は、ＣＯ酸化システムの運転状態が安定化するまで所定の時間、第１制御工程を維持する(Ｓ２２)。所定の時間は、ＣＯ酸化システムの起動時であれば、例えば１時間であり、ＣＯ酸化システムの運転中であれば、例えば１０分である。
次いで、第２制御工程として、熱交換器１０の出口温度(Ｔ２)と第１基準値との差が所定の値未満であるかどうか判定する(Ｓ２４)。予め定めた所定の低下値（例えば、−５℃）未満である場合は、前記第１基準値に所定の値（例えば、２℃）を加えた値を新しい第１基準値とする(Ｓ２４ａ)。すなわち、第２温度(Ｔ２)が低く、第２温度(Ｔ２)から第１基準値(Ｔｓ１)を引いた値が、所定の低下値未満となる場合は、第１制御工程にて用いる第１基準値に所定の値を加えることにより、第１制御工程での流量調整弁の弁開度を高め、燃料の投入量を多くする。これにより、第１制御工程でのＣＯ酸化触媒部３０の入口温度を上昇させる。所定の低下値は、例えば−１０〜０℃の範囲内の値とすることができる。
次いで、第３制御工程として、酸化触媒部３０の出口温度(Ｔ３)が予め定めた第２基準値(Ｔａ３)を超えるかどうかを判定する(Ｓ２６)。酸化触媒部３０の出口温度(Ｔ３)が第２基準値(Ｔａ３)を超える場合、制御装置は異常昇温と判定し、ＣＯ酸化システムを停止する(Ｓ２６ａ)。すなわち、第３温度(Ｔ３)が高く、第３温度(Ｔ３)が第２基準値(Ｔａ３)を超える場合、制御装置は、ＣＯ酸化触媒部３０部の出口温度が望ましくない高温状態であると判定し、ＣＯ酸化システムを停止する。また、ＣＯ酸化システムを停止する代わりに、図示しない熱交換器１０のバイパス運転や図示しないＣＯ酸化触媒出口と熱交換器１０の間にある熱回収器を作動させることができる。すなわち、制御装置がＣＯ酸化触媒部３０部の出口温度が望ましくない高温状態であると判定した場合、ＣＯ酸化システムを運転しながらパイパス運転や熱回収器を作動させることもできる。一方、第３温度(Ｔ３)が低く、第３温度(Ｔ３)が第２基準値(Ｔａ３)以下である場合、制御装置により、加熱工程を継続する。第２基準値(Ｔａ３)は、例えば３６０〜４００℃の範囲内の値とすることができ、例えば３８０℃である。
また、第２制御工程では、熱交換器１０の出口温度(Ｔ２)と第１基準値(Ｔｓ１)との差が所定の上昇値（例えば、５℃）を超えるかどうかを判定する(Ｓ２８)。所定の上昇値を超える場合は、前記第１基準値に所定の値（例えば、２℃）を引いた値を新しい第１基準値とする(Ｓ２８ａ)。すなわち、第２温度(Ｔ２)が高く、第２温度(Ｔ２)から第１基準値(Ｔｓ１)を引いた値が、所定の上昇値を超える場合は、第１制御工程にて用いる第１基準値から所定の値を減らすことにより、流量調整弁の弁開度を低くし若しくは流量調整弁を閉じ、燃料の投入量を少なく又は投入を止める。これにより、第１制御工程でのＣＯ酸化触媒部３０部の入口温度を低下させる。所定の上昇値は、例えば０〜１０℃の範囲内の値とすることができ、所定の値は、例えば１〜１０℃の範囲内の値とすることができる。
ＣＯ酸化工程では、排ガスをＣＯ酸化触媒に接触させることにより、酸素等が存在する酸素環境下にて、排ガス中のＣＯを酸化させる。ＣＯ酸化工程では、下記式(１)に示すように、ＣＯ酸化触媒により、ＣＯがＣＯ2に酸化される。
Figure 0006961417
ＣＯ酸化触媒は、例えば、活性金属として少なくともイリジウム(Ｉｒ)を担体に担持したイリジウム系触媒である。担体としては、金属酸化物又は金属硫酸化物が挙げられる。金属酸化物としては、チタン(Ｔｉ)、珪素(Ｓｉ)、アルミニウム(Ａｌ)、ジルコニウム(Ｚｒ)及びセリウム(Ｃｅ)からなる群より選択される１種以上の金属の酸化物又は前記群より選択される２種以上の複合酸化物が好ましく、二酸化チタン(ＴｉＯ2)又は二酸化珪素(ＳｉＯ2)がより好ましい。金属酸化物としては、硫酸バリウム(ＢａＳＯ4）、硫酸カルシウム(ＣａＳＯ4)又は硫酸ストロンチウム(ＳｒＳＯ4)が好ましい。このような触媒であれば、高いＣＯ酸化率を得ることができる。このような触媒は、例えば、粉末状の触媒に水を加え、ボールミル等で粉砕混合することによりスラリを調製した後、コージュライト等のセラミックス製、酸化チタン製等のモノリス基材をスラリに含浸し、ウォッシュコートした後、これを乾燥することにより、得られる。イリジウムの量は、例えば、触媒に対して５〜３０質量％の範囲とすることができ、０．５〜２．０ｇ／ｍ2の範囲とすることができる。
熱交換工程では、システムの系外から供給した加熱工程前の排ガスと、ＣＯ酸化工程後の排ガスとを熱交換させることにより、加熱工程前の排ガスを昇温すると共に、ＣＯ酸化工程後の排ガスを冷却する。熱交換により昇温した排ガスの温度は、熱交換器１０の出口温度であり、例えば、２５０〜３５０℃の範囲内である。また、熱交換により冷却した排ガスの温度は、例えば、１７０〜１９０℃の範囲内である。熱交換工程では、加熱工程前の排ガスとＣＯ酸化工程後の排ガスとを直接的に熱交換させてもよく、中間媒体を介在させることにより間接的に熱交換させてもよい。
本実施の形態によれば、ＣＯ酸化触媒が劣化したとしても、ＣＯ酸化触媒のＣＯ酸化性能を一定の範囲内に維持しながら、排ガスを加熱するための熱量を最小限に抑制することができる。したがって、ＣＯを酸化するために要する燃料費を最小限に抑制することができる。また、排ガス中のＣＯ濃度によりＣＯ酸化触媒の発熱量とＣＯ酸化触媒部３０での温度上昇値は変化するものの、必要以上に温度が高い場合にＣＯ酸化システムを停止し、ＣＯ酸化触媒部３０の入口温度を所定の温度に維持するように制御する。したがって、４００℃以下の温度で使用できる炭素鋼等の安価な材質をＣＯ酸化触媒部３０に適用することができる。これにより、ＣＯを酸化するための設備費を低減できる。
具体的には、ＣＯ酸化触媒部３０の入口温度を一定の範囲内に維持することにより、ＣＯ酸化触媒の劣化速度を抑制できる。ＣＯ酸化触媒の経時的な劣化により、従前と同条件であってもＣＯ酸化触媒部３０でのＣＯ酸化率が低下し、それによってＣＯ酸化触媒部３０の出口温度も低下する。これにより熱交換器１０で熱交換(排ガスを加熱)できる熱量も減り、熱交換器１０の出口温度Ｔ２も低くなる。一方、本実施の形態によれば、ＣＯ酸化触媒が経時劣化しても、ＣＯ酸化触媒部３０で所定の範囲の発熱が生じ、所望のＣＯ酸化率が得られる。なお、ＣＯ酸化触媒部３０の出口温度Ｔ３は第２基準値Ｔａ３を超えない範囲に維持される。すなわち、触媒が劣化しても適切に第１基準値Ｔｓ１を制御することで、システムを有効に運転できる。また、ＣＯ酸化触媒部３０の後流の温度を一定の範囲内に維持できるため、ＣＯ酸化触媒部３０の後流の機器への負荷を最小限に抑制できる。
更に、ＣＯ酸化触媒による排ガス中のＳＯ2の三酸化硫黄(ＳＯ3)への酸化速度を抑制できる。その結果、ＣＯ酸化触媒部３０の後流に設けた機器及び配管の腐食を防止できると共に、処理後の排ガスを大気へ排出する際に紫煙が発生すること等の虞を確実に防止できる。
［２．第二実施の形態］
２．１．ＣＯ酸化システム
図３を参照して、第二実施の形態に係るＣＯ酸化システムの制御方法に好適に採用できるＣＯ酸化システムを示す。図３に示すように、第二実施の形態に係るＣＯ酸化システムは、加熱部２０とＣＯ酸化触媒部３０との間に脱硝装置４０を備える点において、第一実施の形態と主に相違する。第一実施の形態と同じ構成については、説明を省略する。
脱硝装置４０は、アンモニア供給装置と脱硝触媒とを備え、加熱部２０の後流かつＣＯ酸化触媒部３０の前流に設けられている。脱硝装置４０は、流路Ｌ21を介して加熱部２０に連結し、温度計１１を設けた流路Ｌ22を介して、ＣＯ酸化触媒部３０に連結している。すなわち、脱硝装置４０は温度計１１の前流に設けられている。脱硝触媒４０内では、脱硝触媒により、添加したＮＨ３を還元剤として窒素酸化物(ＮＯｘ)を還元することにより脱硝する反応が進行する。
２．２．ＣＯ酸化システムの制御方法
以上の構成を備えたＣＯ酸化システムの作動形態を説明することにより、第二実施の形態に係るＣＯ酸化システムの制御方法について説明する。第二実施の形態に係るＣＯ酸化システムの制御方法は、脱硝工程を更に備える点において第一実施の形態と主に相違する。
脱硝工程では、主にアンモニア(ＮＨ3)を還元剤とするアンモニア触媒還元法を用いて、加熱工程後の排ガスを脱硝する。脱硝工程では、加熱工程後の排ガスにアンモニア供給装置からアンモニアを供給する。アンモニアを供給した後の排ガスを脱硝触媒に接触させる。これにより、下記式(２)及び式(３)に示すように、アンモニアを還元剤として、排ガス中のＮＯｘから窒素(Ｈ2)及び水(Ｈ2Ｏ)が生成する反応が進行し、排ガス中のＮＯｘが除去される。
Figure 0006961417
脱硝工程にて、アンモニア触媒還元法を用いる場合、脱硝触媒は、担体に活性成分を担持した触媒である。担体としては、チタン(Ｔｉ）、珪素(Ｓｉ)、ジルコニウム(Ｚｒ)及びセリウム(Ｃｅ）からなる群より選ばれる１種以上の元素からなる酸化物又は前記群より選ばれる２種以上の元素からなる複合酸化物が挙げられる。酸化物は、チタニア(ＴｉＯ２)が好ましく、複合酸化物は、二酸化チタンと二酸化珪素(ＴｉＯ２−ＳｉＯ２)、二酸化チタンと二酸化ジルコニウム(ＴｉＯ２−ＺｒＯ２)及び二酸化チタンと二酸化セリウム(ＴｉＯ２−ＣｅＯ２)からなる群より選択された１種以上の複合酸化物からなる担体が好ましい。また、活性金属は、五酸化二バナジウム(Ｖ２Ｏ５)、三酸化タングステン(ＷＯ３)、三酸化モリブデン(ＭｏＯ３)、三酸化二マンガン(Ｍｎ２Ｏ３)、二酸化マンガン(ＭｎＯ２)、酸化ニッケル(ＮｉＯ)及び四酸化三コバルト(Ｃｏ３Ｏ４)からなる群より選択される１種以上の金属酸化物が好ましい。脱硝触媒としては、五酸化二バナジウムを含有するバナジウム系触媒がより好ましい。
本実施の形態によれば、第一実施の形態と同様の効果を奏すると共に、脱硝装置４０にて排ガスを脱硝するための熱量を最小限に抑制できる。よって、ＣＯを酸化するための燃料費と脱硝するための燃料費を大きく低減することができる。
例えば、本実施の形態に係るＣＯ酸化システムの制御方法を実施した場合のＣＯ酸化システムの熱量バランスとＣＯ酸化率との関係をシミレーションした。熱交換器１０に供給する排ガス量を７００,０００(Ｎｍ3／ｈｒ)とし、熱交換器１０に供給する供給する排ガス中のＣＯ濃度を１．１体積％とし、熱交換器１０に供給する供給する排ガスの温度を１４０℃とし、ＣＯ酸化触媒部３０内のＣＯ酸化触媒をイリジウム系触媒とし、脱硝装置４０内の脱硝触媒をバナジウム系触媒としてシミレーションした。結果を下記表１に示す。表１に示すように、本実施の形態に係るＣＯ酸化システムの制御方法により、第１温度(Ｔ１)を目標温度範囲内である３００〜３２０℃に制御した場合、ＣＯ酸化率を４５．８〜５１．８％とすることができると共に、第２温度(Ｔ２)を３００〜３２０℃であり、第３温度(Ｔ３)を３４５〜３７０℃の範囲内であり、かつ熱交換器１０による熱回収後の排ガスの温度を１８４〜１９０℃の範囲内とすることができる。
Figure 0006961417
［３．第三実施の形態］
３．１．ＣＯ酸化システム
図４を参照して、第三実施の形態に係るＣＯ酸化システムの制御方法に好適に採用できるＣＯ酸化システムを示す。図４に示すように、第三実施の形態に係るＣＯ酸化システムは、ＣＯ酸化触媒部３０の後流かつ熱交換器１０の前流にて熱回収器５０を更に備える点において、第一実施の形態と主に相違する。第一実施の形態と同じ構成については、説明を省略する。
熱回収器５０には、排ガスから熱を回収できる熱回収器であればよく、例えばプレート式熱交換器(ＰＨＥ)を好適に採用することができる。
３．２．ＣＯ酸化システムの制御方法
以上の構成を備えたＣＯ酸化システムの作動形態を説明することにより、第三実施の形態に係るＣＯ酸化システムの制御方法について説明する。第三実施の形態に係るＣＯ酸化システムの制御方法は、加熱工程の第３制御工程において熱回収工程を更に備える点において第一実施の形態と主に相違する。
熱回収工程では、第３温度計１３により計測した排ガスの温度(Ｔ３)が第２基準値(Ｔａ３)を超えた場合に、熱回収器５０にて、排ガスの温度が第２基準値以下となるように排ガスの熱を熱媒体で回収する。また、ＣＯ酸化システムを停止する代わりに、熱回収器５０にて熱回収工程を行うことにより、ＣＯ酸化システムを停止せずに稼働することができる。また、排ガスの温度が第２基準値以下となるように熱回収器５０への熱媒体の供給量を制御することができる。
本実施の形態によれば、ＣＯ酸化システムの運開初期等でＣＯ酸化触媒が高活性を有する際に、ＣＯ酸化触媒部３０の出口温度が高温状態となっても、熱回収器５０により余剰な熱量を回収することができる。また、ＣＯ酸化触媒部３０を停止することなく、ＣＯ酸化システムを稼働することができるため、ＣＯ酸化触媒部３０の後流に位置するダクト、熱交換器１０等の機器に、耐熱性を有する高級な材質を採用する必要がなくなる。これにより、ＣＯ酸化システムの設備費を低減できる。また、ＣＯ酸化触媒部３０でのＣＯ酸化率を高めることができ、ＣＯ酸化システムを備えたプラント全体の熱効率を高めると共に、排出する排ガス中のＣＯ濃度を低減することができる。その結果、環境への負荷を低減することができる。
なお、前述した第二実施の形態では、加熱部２０の後流かつ温度計１１の前流に脱硝装置４０を更に備える構成を例示した。本発明はこれに限定されない。他の実施の形態においても、加熱部２０の後流かつ温度計１１の前流に脱硝装置４０を更に備える構成とすることができる。これにより、排ガス中のＣＯを酸化することに加えて、排ガス中のＮＯｘを除去することができる。また、脱硝装置４０においてＣＯ酸化触媒を用いる場合、脱硝装置４０でも排ガス中のＣＯを酸化することができる。
また、前述した第三実施の形態では、温度計１３の後流かつ熱交換器１０の前流に熱回収器５０を更に備える構成を例示した。本発明はこれに限定されない。他の実施の形態においても、ＣＯ酸化システムは、温度計１３の後流かつ熱交換器１０の前流に、第三実施の形態と同様の構成を有する熱回収器５０を更に備える構成とすることができる。これにより、温度計１３で測定した値が所定の値を超えた場合でも、ＣＯ酸化システムを停止することなく、熱回収器５０により余剰な熱量を回収することができる。
また、前述した実施の形態では、流路Ｌ4から煙突等の系外へ排ガスを排出する構成を例示した。本発明は、これに限定されない。例えば、前述した実施の形態に係るＣＯ酸化システムは、流路Ｌ4上に、第三実施の形態と同様の構成を有する熱回収器５０を更に備える構成とすることができる。これにより、流路Ｌ4上の排ガスからも熱を回収できる。
また、前述した実施の形態では、温度計１３で計測した値が所定の値を超えた場合にＣＯ酸化システムを停止する構成又は熱回収器５０により熱回収する構成を例示した。本発明は、これに限定されない。例えば、第一及び第二実施の形態に係るＣＯ酸化システムは、温度計１３の後流に、流路Ｌ3と流路Ｌ4とを連通して、流路調整弁を有するバイパス流路を更に設ける構成とすることができる。このような場合、温度計１３で計測した値が所定の値を超えた場合に、流路調整弁の開閉度を制御して、排ガスを流路Ｌ4から系外に排出することにより、余剰な熱を熱交換器１０にて熱回収させないようにすることができる。また、ＣＯ酸化システムを停止する代わりに、バイパス流路によりバイパス運転を行うことができる。更に、前記バイパス流路上の流路調整弁の後流に、第三実施の形態の熱回収器５０を備える構成とすることができる。これにより、余剰な熱を熱交換器１０にて熱回収させないようにしながら、余剰な熱を熱回収器５０で回収することができる。
また、前述した実施の形態では、排ガスを加熱するために、加熱部２０がダクトバーナを備え、これに燃料としてＣＯＧを噴射する構成及び方法を例示した。本発明は、これに限定されない。加熱部２０は、排ガスを加熱するための熱量を最小限にできる構成又は方法を備えればよく、例えば、加熱部２０では、燃料以外の加熱性の燃料を噴射することにより排ガスを加熱してもよく、電熱器等の発熱により排ガスを加熱してもよい。
本発明に係るＣＯ酸化システムの制御方法及びＣＯ酸化システムによれば、ＣＯ酸化触媒が劣化してもＣＯ酸化触媒入口の排ガスの温度を一定の範囲内に維持しながら、排ガスを加熱するための熱量を最小限に抑制することができる。また、ＣＯ酸化触媒を備える機器及びその後流の機器への熱負荷を最小限にすることができる。
１０：熱交換器
２０：加熱部
３０：ＣＯ酸化触媒部
４０：脱硝装置
５０：熱回収器

Claims (10)

  1. 排ガスを加熱する加熱部と、前記加熱部の後流に配置され、排ガス中のＣＯを酸化するＣＯ酸化触媒部と、前記加熱部の前流かつ前記ＣＯ酸化触媒部の後流に配置され、流通する排ガス同士を熱交換する熱交換器とを備えるＣＯ酸化システムの制御方法であって、
    前記加熱部と前記ＣＯ酸化触媒部との間に設けた第１温度計を用いて、前記ＣＯ酸化触媒部入口の排ガスの温度を計測する第１温度計測工程と、
    前記熱交換器と加熱部入口との間に設けた第２温度計を用いて、前記熱交換器と加熱部入口との間の排ガスの温度を計測する第２温度計測工程と、
    前記加熱部にて、排ガスを加熱する加熱工程と、
    前記ＣＯ酸化触媒部にて、前記加熱工程後に、ＣＯ酸化触媒を用いて排ガス中のＣＯを酸化させるＣＯ酸化工程と、
    前記熱交換器にて、前記加熱工程前の排ガスと前記ＣＯ酸化工程後の排ガスとを熱交換する熱交換工程と
    を少なくとも含み、
    前記加熱工程では、前記第１温度計により計測した温度が第１基準値に対して所定の範囲内となるように加熱量を制御しながら、前記第２温度計により計測した排ガスの温度と前記第１基準値の差に基づいて前記第１基準値を変更するＣＯ酸化システムの制御方法。
  2. 前記加熱工程では、前記加熱工程では、前記ＣＯ酸化触媒部入口の排ガスの温度を３００以上３５０℃以下とするように制御する請求項１に記載のＣＯ酸化システムの制御方法。
  3. ＣＯ酸化触媒部出口と前記熱交換器との間に設けた第３温度計を用いて、前記ＣＯ酸化触媒部出口の排ガスの温度を計測する第３温度計測工程を更に含み、
    前記加熱工程では、前記第３温度計により計測した排ガスの温度が第２基準値を超えた場合に、前記ＣＯ酸化システムの運転を停止する請求項１又は２に記載のＣＯ酸化システムの制御方法。
  4. 前記ＣＯ酸化触媒部の後流かつ前記熱交換器の前流に配置して、排ガスの熱を回収する熱回収器を更に備えるＣＯ酸化システムのＣＯ酸化制御方法であって、
    前記加熱工程では、前記第３温度計により計測した排ガスの温度が第２基準値を超えた場合に、前記熱回収器にて、前記第３温度により計測した排ガスの温度が前記第２基準値以下となるように排ガスの熱を回収する請求項３に記載のＣＯ酸化システムの制御方法。
  5. 前記第２基準値が３６０〜４００℃の範囲内の値である請求項３又は４に記載のＣＯ酸化システムの制御方法。
  6. 前記ＣＯ酸化触媒が、活性金属として少なくともイリジウムを担体に担持した触媒である請求項１〜５のいずれか一項に記載のＣＯ酸化システムの制御方法。
  7. 前記加熱部の後流かつ前記ＣＯ酸化触媒部の前流に配置して、排ガスを脱硝する脱硝装置を更に備えるＣＯ酸化システムのＣＯ酸化制御方法であって、
    前記加熱工程と第１温度計測工程との間に、脱硝触媒を用いて排ガスを脱硝する脱硝工程を更に備える請求項１〜６のいずれか一項に記載のＣＯ酸化システムの制御方法。
  8. 排ガスを加熱する加熱部と、
    前記加熱部の後流に配置され、ＣＯ酸化触媒を用いて排ガス中のＣＯを酸化させるように構成されたＣＯ酸化触媒部と、
    前記加熱部の前流かつ前記ＣＯ酸化触媒部の後流に配置され、前記加熱部の前流の排ガスとＣＯ酸化触媒部の後流の排ガスとを熱交換するように構成された熱交換器と
    前記加熱部と前記ＣＯ酸化触媒部との間に設けられ、前記ＣＯ酸化触媒部入口の排ガスの温度を計測するように構成された第１温度計と、
    前記熱交換器と加熱部入口との間に設けられ、前記熱交換器と加熱部入口との間の排ガスの温度を計測するように構成された第２温度計と
    を少なくとも備え、
    前記加熱部が、前記第１温度計により計測した温度が第１基準値に対して所定の範囲内となるように加熱量を制御しながら、前記第２温度計により計測した排ガスの温度と前記第１基準値の差に基づいて前記第１基準値を変更するように構成されたＣＯ酸化システム。
  9. ＣＯ酸化触媒部出口と前記熱交換器との間に設けられ、前記ＣＯ酸化触媒部出口の排ガスの温度を計測するように構成された第３温度計を更に備え、
    前記第３温度計により計測した排ガスの温度が第２基準値を超えた場合に、前記ＣＯ酸化システムの運転を停止するように構成された請求項８に記載のＣＯ酸化システム。
  10. 前記ＣＯ酸化触媒部の後流かつ前記熱交換器の前流に配置して、排ガスの熱を回収するように構成された熱回収器を更に備え、
    前記熱回収器が、前記第３温度計により計測した排ガスの温度が第２基準値を超えた場合に、前記第３温度により計測した排ガスの温度が前記第２基準値以下となるように排ガスの熱を回収するように構成された請求項９に記載のＣＯ酸化システム。
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