JPS62193632A - ガスを浄化する方法および装置 - 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】 本発明はガスが直交流で貫流する炭素含有粒状材料から
なる重力で動く移動床内の多段吸着および接触反応によ
りガスを浄化、とくに燃焼装置からの排ガスを脱硫およ
び脱チッ素する方法および装置に関し、その際少なくと
も２つの移動床がガスの通路に対し、脱チッ素を第２ま
たは後続の１つの移動床内で実施するように互いに直列
に接続されている。

技術水準によれば西ドイツ特許公開第２９１１７１２号
公報によりガス流からガス状または固体有害物質を炭素
含有粒状材料とくに活性コークスまたは活性炭からなる
重力で動く移動床による吸着および（または）付着によ
って分離することは公知であり、その際浄化すべきガス
流はこの移動床を直交流で貫流する。さらにたとえば西
ドイツ特許公開第３２３２５４６号公報により多数の移
動床を浄化すべきガスの流れ方向に見て互いに直列に接
続し、付加的にガスおよび固体通路を有する種々の移動
床をほぼ向流が生ずるように互いに結合することも公知
である。技術水準によればさらに浄化作業を物質に応じ
て種々の直列接続した移動床へ分割することも公知であ
る。脱チッ素は公知法で還元剤としてのアンモニアを使
用して実施される。

第１移動床の流入通路もしくは第１移動床の流出通路へ
、または第２移動床の流入通路へもしくは移動床自体へ
アンモニアを稀釈せずに、またはアンモニア水溶液が吹
込まれる（たとえば西ドイツ特許公開第３２３２５４４
号、第３０３９４７７号、第２９１１７１２号公報参照
）。

脱チッ素工程の場合、化学的性質のため浄化すべき排ガ
ス流へ吹込んだアンモニアは選択的にＮＯｘと反応しな
いで、所望の反応と競合しながらその他の排ガス含有物
質たとえばＳＯ３、塩化水素酸、フッ化水素酸および酸
素と副反応を起こす。

この理由により技術水準西ドイツ特許公開第２９１１７
１２号公報による新規方法および装置の場合、第１移動
床内でたとえば２酸化イオウの大部分をガス流から除去
し、次に第２移動床内でアンモニアの吹込により脱チッ
素が実施される。この手段により技術水準でＮＯｘに対
する比較可能の分離能力をもってアンモニア消費量の節
約が達成される。

その他同時にこれによって移動床の炭素含有粒状材料上
のアンモニウム塩の形成景が低下される。

しかし技術水準の方法および装置はこの改善にも拘らず
いまだに重要な欠点を有する。工業的燃焼装置からの排
ガスの場合のようにガスが大量の場合、きわめて大きい
装置を形成し、設置し、作業しなければならない。同時
に吸着剤の大きい運動質量によるエネルギーおよび原料
を節約する手段の要求はとくに重要である。作業の場合
できるだけ高負荷で作業するので、第１移動床の下部に
広範囲にわたって２酸化イオウ溢出が発生しうる。

実地にはそれによって第１移動床の出口側に垂直に上か
ら下へ次第に高くなる２酸化イオウ濃度が測定される。

第１移動床の流出通路にその結果比較的高い２酸化イオ
ウ濃度を有する流束が形成される。そこで脱チッ素反応
のため第１移動床の流出通路の下流にアンモニアを吹込
むと、高いＳＯ７濃度を有するガス流束内で多量の添加
したアンモニアが副反応によって除去され、それによっ
て脱チッ素反応のためには失われる。第２移動床の上部
で脱チッ素接触反応はこの場合計画どおり進行するけれ
ど、下部ではこれに反し副反応によって完全といえるま
で低下する。それにも拘らず一定の平均膜チッ素率を達
成するため、アンモニアを過剰に添加しなければならな
い。しかしこの過剰は第２移動床の上部で過剰のアンモ
ニアが溢出し、浄化した排ガス自体が汚染されるので、
任意に高く選択することができない。

しかし西ドイツ特許公開第３２３２５４３号公報の提案
によれば、ガス側で第２移動床の後方に接続する第３移
動床内でアンモニアを中和によって硫酸アンモニウムま
たは硫酸水素アンモニウムとして排ガスから除去すれば
、高いアンモニア過剰率および相当するアンモニア濡出
によって作業することができる。これは前記刊行物の提
案によれば２酸化イオウまたはそれから形成された硫酸
が負荷した炭素含有粒状材料を少なくとも一部第３移動
床の固体材料として使用することにより実施される。

しかしこの手段によれば装置の全圧力損失、したがって
エネルギー消費量が極端に高くなるとともに、本来脱チ
ッ素に使用するアンモニアの大部分が副反応によって失
われる。

西ドイツ特許公開第３０１４９３４号公報によれば第１
移動床後方で下部に上部より多量のアンモニアを前脱硫
した排ガスに添加することも提案されている。局部的ア
ンモニア過剰供給はこの手段によって十分に防止される
けれど、第２移動床下部ゾーンにおける多量の硫酸アン
モニウムの局部的発生は目立って残る。さらに実際には
合理的費用によってアンモニアの局部的に変化する供給
は達成されない。それは２酸化イオウ溢出の発生および
その局部的拡がりはその中に現れるＳＯ７濃度と同様定
常的でなく、作業の際２酸化イオウ入口濃度の変動およ
び前置燃焼装置の作業負荷とともに連続的に変化するか
らである。

流体工学的理由から、とくに流出側で移動床からの粒子
排出を避けるため、出口面を通るガス速度は一定値を超
えてはならない。この限界速度はとくに移動床の炭素含
有粒状材料の種類、流入側または流出側に移動床のガス
透過性壁を形成する技術水準により提案されたよろい月
形に配置した板の角位置等に依存する。流入面の大きさ
はしたがって初めから一定である。ＳＯ３溢出溢出抗作
用するため層深さのみが可変に留まる。しかしこれは装
置の高い圧力損失を意味する。

作業の際第１移動床内の移動速度を高くする場合、第１
移動床の層深さの拡大なし、すなわち装置の付加的圧力
損失なしに、第１移動床下部における２酸化イオウ溢出
も避けることが望ましい。

しかしこの手段によって、エネルギーおよび原料面から
高価なプロセスで製造しなければならない炭素含有粒状
吸着剤の機械的損失が著しく高くなる。

第２移動床すなわち脱チッ素工程の炭素含有粒状材料」
二にアンモニウム塩を不可避的に形成する２酸化イオウ
流束は、さらに技術水準の方法によれば第２移動床の当
該部分に貫流の支障をひき起こす。これは吸着剤粒子が
形成された硫酸アンモニウムによってそれ自体同志およ
び（または）ケーシングと焼付くことによって発生する
。これはとくに作業信頼性のため重要である。というの
はこのような貫流の困難な領域には吸着熱、稀釈熱およ
び反応熱によって移動床内に形成される熱と、流出する
ガスの温度−１−昇による顕然（ガス量に正比例）とし
て導出される熱の間の動的熱平衡が持続的に妨害される
からである。その結果として場合により全装置の停止１
−を余儀なくするいわゆるポットスポットが形成される
。

酸素の低い排ガスからヂッ素酸化物を除去するため西ド
イツ特許公開第２６３５６５２号公報により金属酸化物
を混合した特殊な炭素含有粒状材料を吸着剤および触媒
として４００〜６００℃の温度で使用する方法が公知で
ある。５０〜２００℃の温度における酸素分の低い排ガ
スの脱硫および脱チッ素はこの方法によっては不可能で
ある。

実際には前記刊行物に記載された技術水準の方法は少な
くとも１つ、しかし多くの場合多数の前記欠点を有する
。したがって本発明の目的はエネルギーおよび原料を節
約し、脱硫率および脱ヂヅ素率を最高にするように方法
を改善することである。

この目的は特許請求の範囲第１項の特徴部に記載の特徴
によって解決される。

作用： 下記の利点が得られる： １゜第２移動床の炭素含有粒状材料は接触膜チッ素に対
し付加的に排ガスの吸着による残部脱硫にも役立つ。第
１移動床の層深さ、したがって圧力損失は非常に小さく
なる。全装置の圧力損失、したがってエネルギー消費量
が低下する。

２、第１移動床を通って第２移動床の全流入面へ濡出す
る２酸化イオウの均一な分配によって、炭素含有粒状材
料上の局部的に過大なアンモニウム塩形成による移動床
内の焼付発生が有効に避けられる。移動床の全通過の間
の固有運動によって、形成されたアンモニウム塩は層の
全容積へ分配される。

３、第２移動床の層の全容積が接触膜チッ素に利用され
る。

４、第２移動床の局部的アンモニア濡出はアンモニアの
化学量論潰に適合する均一な供給によって避けられる。

特許請求の範囲第２項の特徴によりこの方法は有利に発
展される。この方法はこれによって排ガスの組成たとえ
ば低い酸素含量のため技術水準の方法では現在まで有効
に脱チッ素し得なかった排ガスの脱チッ素にも適する。

ガス状、蒸気状および（または）液体の反応成分の混合
によってチッ素酸化物還元反応の平衡調節および平衡調
節の動力学的経過を制御することができる。第２移動床
のヂッ素酸化物分離能力はそれによって付加的層のため
付加的圧力損失、したがって付加的エネル（Ｉ３） ギー消費を発生することなく最高になる。

特許請求の範囲第３および４項には本発明の方法の他の
実施態様が示される。特許請求の範囲第３項によればと
くに酸素分の低い排ガスからヂッ素酸化物が除去され、
その際著しく高いチッ素酸化物分離能力が達成される。

本発明の方法を実施する目的は装置に関する特許請求の
範囲第５〜８項に記載の特徴によってとくに良好に解決
される。とくにこの解決はスペースを節約したコンパク
トな処理室内で特許請求の範囲第１〜４項による本発明
の方法過程を最適に実施することにある。

本発明の方法を実施する装置の装置的形成はこの方法の
発明思想を逸脱することなく特許請求の範囲第５〜８項
の提案による形成から種々に変化しうろことは明らかで
ある。

実施例： 次に本発明の実施例を図面により説明する。

第１図によればガス流１、とくに排ガス流は燃焼装置か
ら導管２を介して炭素含有粒状吸着剤とくに活性コーク
スを充てんした移動床ケーシング４の流入通路３へ流入
する。活性コークス５は新しいまたは再生した未負荷ま
たは部分負荷した粒状の乾燥材料として導管６を介して
第１ケーシング４へ入り、第１ケーシング４内に形成さ
れる垂直に下へ流れる移動床７を通って動き、最後に導
管８を介して第１ケーシング４の下部から移動床７を再
び去り、浄化すべき排ガスｌは水平に直交流でこの移動
床を通って流れる。第１ケーシング４の出口側で部分浄
化された排ガス流９または９ａ、９ｂ、９ｃは流出通路
ＩＯへ入る。この流出通路ＩＯから前浄化された排ガス
流は導管１１を介して本発明による処理室１２へ導入さ
れる。排ガス流ｌが第１移動床７を通って流れる間に不
所望の排ガス含有物質は一部炭素含有粒状材料とくに活
性コークス上に保留される。たとえばハロゲン化水素お
よびＮＯ３はその濃度が低いため、移動床７の実際作業
の移動速度ではその限界負荷まで富化しないけれど、２
酸化イオウに対しては移動床７の下部でこの限界負荷に
達するので、かなりのＳＯ７溢出濡出ずる。未浄化の排
ガス流１に含まれる全チッ素酸化物含量の主要部をなす
Ｎｏは第１移動床にはほとんど保留されない。チッ素酸
化物は部分浄化された排ガス流９とともに移動床７を去
る。部分浄化された排ガス流９または９ａ。

９ｂ、９ｃの上側流束９ａにはＳＯ３はほとんど検出さ
れない。中央の流束９ｂには作業法および未浄化排ガス
中の出発濃度に応じて３０２　１００ｍｇ／Ｎｍ３まで
、下側流束９ｃ内には８０２　１５００ｍｇ／Ｎｍ３ま
で、下側流束９ｃ内にはＳｏｗ　　１５００ｍｇ／Ｎｍ
”までが検出される。異なる濃度のこれらの流束は導管
１１を介して処理室１２へ入る。

本発明の方法および相当する本発明の装置によれば部分
浄化された排ガス９の流束９ａ、９ｂ。

９ｃは前混合通路１３内で混合して平均したＳＯ３濃度
を有する前浄化した排ガスの１つの流れ１４になる。こ
の流れ１４は調整通路１５へ入り、ここで場合により他
のガス、蒸気または液体、とくに酸素、空気、酸素含有
ガス混合物および（または）水もしくは水蒸気が導管１
７を介する流れＩ６として吹込装置１８により吹込まれ
る。それによって発生するＳＯ２濃度が平均化された前
浄化および調整した排ガス流１９は調整通路１５を通過
した後、後混合通路２０へ入る。この後混合通路２０は
空の沈静空間と称することができる。しかしとくに流れ
の補助案内により静的後混合が行われる。含有物質の濃
度を均一にした前浄化および調整した排ガスは最適の脱
チッ素出発ガス２１を形成する。脱チッ素出発ガス２１
は後混合室２０の出口から導管２２を介して処理室１２
を去り、炭素含有粒状材料とくに活性コークスからなる
第２移動床２４の流入通路２３内で分配ノズルまたは簡
単な孔を備える導管３３を介して公知法でアンモニアが
添加される。　その後にこのガスは第２移動床へ入る。

この移動床もケーシング２５内で垂直に上から下へ動く
。この移動床２４に導管２６を介する流れ２７によって
新しいおよび（または）再生した吸着剤が流入する。導
管２８を介して負荷された吸着剤の流れ２９が連続的に
取出され、これは公知の方法で場合により第１移動床７
の活性コークス５の流れへ還送される。アンモニアを添
加した脱チッ素出発ガスは垂直に上から下へ動く移動床
２４を直交流で水平に通って流れる。移動床２４の出口
側でアンモニアを添加した脱チッ素出発ガス２１から発
生した清浄ガス３０は流出通路３１へ流れ、ここから導
管３２を介して流出する。

第２図に示すようにこの方法の実施例によれば本発明の
特徴から離れることなく容易に導管１１および２１の使
用を省略することができる。この場合界なるＳＯ９濃度
の流束９ａ、９ｂ、９ｃを有する前浄化した排ガス９は
第１移動床７の流出通路１０から直接処理室１２へ流れ
る。同様処理室１２の後混合室２０内に発生した、導管
１７および装置１８を介してアンモニアを添加した脱チ
ッ素出発ガスは後混合室２０から直接第２移動床２４の
流入室２３へ流入する。アンモニア含有膜ヂッ素ガスの
ガス分流２１　ａ、　２　ｌ　ｂ、　２１　ｃにはこの
場合排ガスのすべての含有物質が同じ濃度で存在する。

本発明の方法は本発明の思想から離れることなく種々の
形式の装置で実施することができる。次に本発明の方法
を例により説明する： 例」づ− 燃焼装置から装置境界で約１２０℃の温度、約４００Ｏ
ｎ＋ｇ／Ｊｉｍ３のＳＯ２含量および約５０Ｏｎ＋ｇ／
Ｎｍ３のＮＯｘ含量をもって受取る排ガス約１７０００
ＯＮｍ３／ｈを脱硫および脱チッ素するための方法およ
び装置は、第１移動床が排ガスで導入した２酸化イオウ
の約９０％を保留し、この前浄化した排ガスへアンモニ
アを吹込んだ後第２移動床で排ガスに含まれるＮＯｘの
約５０％を除去し、付加的に９８％を超える全脱硫率が
達成されるように残りのＳｏｔを分離するように形成さ
れる。常用の活性コークスからなる２つの移動床の流入
面積はそれぞれ約２６０１１１２である。

この寸法は幅約１８．６ｍ、高さ約１４ｍで得られる。

装置作業の際移動床内に定常状態が生ずる。移動床は目
的に適する作業状態では排ガスが均一に横方向に貫流す
る。移動床の流出面積はそれぞれ相当する流入面積と同
じ大きさを有する。第１移動床の出口側の高さの上部的
１／４にはもはや測定可能の２酸化イオウ分は認められ
ない。これに反したとえば高さ０〜約１．５ｍの下部範
囲では平均の局部的分離度は約６７％である。前記境界
条件から出発して本発明の方法を実施する際見いだされ
る処理パラメータが技術水準による２系列の処理パラメ
ータと対応して次表に示される。系列１は西ドイツ特許
公開第２９１１７１２号公報の第１図に提案の方法に相
当する。系列２は西ドイツ特許公開第３２３２５４３号
公報第３図に開示の方法に相当する。本発明の方法の圧
力損失、機械的吸着剤損失および発生するアンモニア濡
出景に関する利点がただちに読取られる。吸着剤循環の
促進により２酸化イオウ溢出を第２移動床内の焼付が避
けられる程度まで低下した系列１によれば、本発明の方
法で発生する吸着剤損失量のほぼ２倍の損失が生ずる。

さらに本発明の方法と同じ圧力損失、したがって移動床
の同じ層深さでアンモニア所要量の約１／３（Ｌ、かし
絶対値は小さい。）が節約されるけれど、本発明の方法
によるより５０％高い平均アンモニア溢出量が発生する
。この高いアンモニア溢出量は第２移動床の層深さを約
０．５ｍ拡大することによって本発明の方法の値へ低下
しうるけれど、それによって装置の圧力損失は本発明の
方法の圧力損失の約１１５％に上昇する。

系列２の方法の場合、第２移動床による平均アンモニア
溢出量は第２移動床のガス側に後続する、第１移動床か
らの負荷された炭素含有粒状材料が供給される厚さ約０
．７ｍの第３移動床により捕集しなければならない大き
さである。同じアンモニア消費量の場合この系列では圧
力損失が本発明による圧力損失の約１２０％に−１−昇
する。第３移動床への付加的輸送回路はさらに付加的吸
着剤損失を生ずる。この損失は本発明の方法の場合より
約１０％高い。

さらに系列２の方法は第２移動床下部の入口表面近くの
範囲および第３移動床の下部にも形成される本発明の方
法によるより約５倍多い多量の硫酸アンモニウムまたは
硫酸水素アンモニウムによって炭素含有粒状材料の焼付
が発生ずる危険を伴う。

特許請求の範囲第２項〜第４項による主として脱硫に役
立つ第１移動床を去った後の処理室１２の調整通路内の
反応成分の所望濃度の調節は次の例により説明する。

例−し一 本発明による脱硫および脱チッ素装置の装置境界に燃焼
装置からくる酸素分の低い約１２０°Ｃの排ガスが入る
。この排ガスの特徴は水蒸気約２３容量％、酸素約１容
量％およびＮｏ約１００容量ｐｐｍを含むことである。

第１移動床を貫流し、処理室１２の前混合通路１３を通
過した後、前脱硫および均質化した排ガスに導管１７お
よびノズルブロック１８を介して前浄化および均質化し
た排ガス１４の酸素含量を調整後に流れＩ９で酸素約５
容量％を含むように空気（流れ１６）を混合する。この
前脱硫、均質化および調整した排ガス流１９にさらにア
ンモニア約２５　ｍｇ／Ｎｍ３を混合する。発生した反
応混合物を後混合通路２０でもう１度均一に混合する。

発生したガス混合物、脱チッ素出発ガスの流れ２Ｉは第
２移動床を貫流し、ここで約１２０℃の温度で接触的膜
チッ素反応が進行する。

浄化した排ガス３０の分析によりＮＯ変換率約５３％が
得られる。空気による調整および相当する装置なしでこ
の排ガス浄化を実施する場合Ｎｏの最大的３５％しか変
換することができない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による処理室を介して２つの移動床を結
合した２段排ガス浄化装置の縦断面図、第２図は本発明
による処理室を介して結合した２つの移動床のコンパク
ト配置による２段排ガス浄化装置の縦断面図である。 １・・・排ガス流 ２．６．２１，２６・・・供給導管 ３．２３・・・流入通路 ４．２５・・・ケーシング ７．２４・・・移動床 ８．２８・・・取出導管 ９・・・前浄化した排ガス流 １０．３１・・・流出通路 １１．３２・・・流出導管 １２・・・処理室 １３・・・前混合通路 １４・・・均質化した排ガス流 １５・・・調整通路 Ｉ６・・・空気流れ Ｉ７・・・供給導管 １８・・・吹込装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）少なくとも２つの移動床がガスの通路に対し、脱
   チッ素を第２のまたは後続の１つまたはいくつかの移動
   床内で実施するように互いに直列に接続されている、ガ
   スが直交流で貫流する炭素含有粒状材料からなる重力で
   動く移動床内の多段吸着およびＮＨ＿３によるチッ素酸
   化物の接触還元によってガスを浄化する方法、とくに燃
   焼装置からの排ガスを脱硫および脱チッ素する方法にお
   いて、第１移動床（７）から出る局部的に変化する２酸
   化イオウ濃度勾配を有する前浄化した排ガス（９）を、
   脱チッ素用反応成分としてアンモニアを添加する前に繰
   返し徹底混合することを特徴とするガスを浄化する方法
   。 ２）脱チッ素反応の変換率および反応速度を制御するた
   め前浄化した排ガス（１４）に ＮＨ＿３のほかに他のガス、蒸気および（または）液体
   を添加し、それによって発生する前浄化および調整した
   排ガス（１８）を後混合ゾーンですべての排ガス含有物
   質の濃度分布が最高にまたは完全に均質になるように混
   合して脱チッ素出発ガス（２１）を得、次にこのガスを
   公知法により第２移動床（２４）の流入通路（２３）へ
   導入し、移動床（２４）を直交流で貫流させる特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 ３）調整剤として導管（１７）および公知機能の吹込装
   置（１８）を介して前浄化および均質化した排ガス流（
   １４）の組成とくに酸素含量に応じてとくに酸素、空気
   および（または）酸素含量５〜２０容量％のその他のガ
   ス混合物をガス状調整剤（１６）として吹込む特許請求
   の範囲第２項記載の方法。 ４）脱チッ素反応に必要なアンモニアを導管（３３）を
   介して別個にではなく、供給導管（１７）および吹込装
   置（１８）を介する流れ（１６）として前浄化および均
   質化した排ガス流（１４）に吹込む特許請求の範囲第２
   項または第３項記載の方法。 ５）炭素含有粒状材料からなる重力で動く移動床（７、
   ２４）の収容に適する公知構造の少なくとも２つのケー
   シング（４、２５）からなり、このケーシングが吸着剤
   の供給導管（６、２６）および取出導管（８、２８）を
   備え、さらに流入側に供給導管（２、２１）を有する流
   入通路（３、２３）および流出側に相当する流出導管（
   １１、３２）を有する流出通路（１０、３１）を備えて
   いるガスを浄化する装置において、第１ケーシング（４
   ）の流出通路（１０）が導管（１１）を介して固定的か
   つ気密にとくにフランジ、溶接、接着、リベットまたは
   他の方法で処理室（１２）と結合され、この処理室自体
   が前混合通路 （１３）、調整通路（１５）および後混合通路（２０）
   に分割され、調整通路（１５）がガス状、蒸気状および
   （または）液体媒体の供給導管（１７）および公知構造
   の吹込装置（１８）を含み、さらに処理室（１２）の出
   口孔が導管（２１）を介して第２ケーシング（２５）の
   流入通路（２３）と同様フランジ、溶接、リベット、接
   着または他の任意の固定の仕方で気密に結合しているこ
   とにより少なくとも２つのケーシング（４、２５）が固
   定結合したユニットが形成されていることを特徴とする
   ガスを浄化する装置。 ６）少なくとも２つの移動床（７）がその流出通路（１
   ０）によって処理室（１２）の供給導管（１１）へ開口
   している特許請求の範囲第５項記載の装置。 ７）処理室（１２）の出口導管（２２）が少なくとも２
   つの移動床（２４）の流入通路（２３）と結合している
   特許請求の範囲第５項または第６項記載の装置。 ８）処理室（１２）が供給導管（１１）なしに直接第１
   ケーシング（４）の流出通路（１０）と連通するように
   結合され、処理室（１２）の出口孔が流出導管（２１）
   なしに同様直接第２ケーシング（２５）の流入通路（２
   ３）と連通するように結合している特許請求の範囲第５
   項から第７項までのいずれか１項に記載の装置。