WO2017179107A1 - 排ガスの処理システム - Google Patents

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WO2017179107A1
WO2017179107A1 PCT/JP2016/061736 JP2016061736W WO2017179107A1 WO 2017179107 A1 WO2017179107 A1 WO 2017179107A1 JP 2016061736 W JP2016061736 W JP 2016061736W WO 2017179107 A1 WO2017179107 A1 WO 2017179107A1
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exhaust gas
desulfurization
duct
moving bed
denitration
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PCT/JP2016/061736
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猪俣　誠
瀬戸　弘
晃理 中村
足立　健太郎
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日揮株式会社
株式会社セテック
日揮触媒化成株式会社
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    • B01J8/12—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with moving particles moved by gravity in a downward flow

Definitions

  • the present invention relates to a technical field for removing air pollutants such as sulfur compounds, nitrogen compounds and soot contained in exhaust gas.
  • Sulfur oxides (SOx) and nitrogen oxides (NOx) are contained in exhaust gas discharged from thermal power plants, industrial boilers, cement kilns, and coke ovens using coal and heavy oil containing sulfur compounds and nitrogen compounds as fuel. It contains a lot of air pollutants such as firewood and is a source of environmental pollution such as acid rain, photochemical smog, and PM2.5.
  • an exhaust gas treatment system for removing air pollutants in the exhaust gas the exhaust gas is passed through a desulfurization device to remove SOx, and then the NOx removal device is passed through a NOx removal device.
  • Systems are known in which SOx is removed and then passed through a desulfurizer to remove SOx. The soot is removed by an electric dust collector installed in front of the desulfurization apparatus or denitration apparatus.
  • the temperature of the exhaust gas from a coke oven or the like is, for example, 250 ° C.
  • the temperature of the exhaust gas needs to be lowered to 100 ° C. or lower and then raised to a temperature suitable for the denitration reaction. For this reason, a plurality of heat exchangers are required, and a heat source is required for raising the temperature, so both the equipment cost and the operating cost are increased.
  • a material having high corrosion resistance must be used in order to prevent sulfuric acid corrosion from occurring in the heat exchanger, which also increases the cost.
  • semi-dry desulfurization requires the temperature of exhaust gas to be lower than 160 ° C.
  • Patent Document 1 describes a method for removing SOx from exhaust gas by allowing the exhaust gas to pass orthogonally to a moving bed composed of particles of a desulfurization agent that moves from top to bottom without using a bag filter. However, it does not describe the technique of the present invention.
  • the present invention has been made under such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a technique capable of reducing facility costs and operation costs when removing sulfur oxides, nitrogen oxides, and soot in exhaust gas. .
  • the exhaust gas treatment system of the present invention is a system that performs desulfurization and dedusting on exhaust gas containing sulfur oxides, nitrogen oxides, and soot and having a temperature of 160 ° C. to 400 ° C., and then denitration, A dry desulfurization device for desulfurizing and dedusting the exhaust gas; A denitration device for performing denitration on the exhaust gas desulfurized by the desulfurization device,
  • the desulfurization apparatus includes a desulfurization tower and a supply unit for supplying a desulfurizing agent and particles constituting the moving bed into the desulfurization tower to form a downward flow of the desulfurization tower.
  • the gas velocity of the exhaust gas in the desulfurization tower is set to 0.2 to 1.2 m / s (seconds), and the space velocity is set to 300 to 1200 hr ⁇ 1 ((hour) ⁇ 1 ).
  • a temperature raising device is not provided in the exhaust gas flow path from the outlet of the desulfurization device to the inlet of the denitration device.
  • the desulfurizing agent for example, forms a moving layer as particles or exists as a powder in the particle gap forming the moving layer.
  • the present invention relates to a downflow of a desulfurizing agent and particles constituting a moving layer in a vertical duct in a dry desulfurization apparatus (the desulfurizing agent forms a moving layer as a particle or a moving layer).
  • the desulfurizing agent forms a moving layer as a particle or a moving layer.
  • Exhaust gas is brought into contact with the downflow in a crossflow manner.
  • the moving bed which consists of particle groups has a dust collection function between moving bed particles by optimizing a gas velocity, it can collect dust. Therefore, the moving bed can also serve as a dust removing device such as an electric dust collector required in the exhaust gas treatment device, and an electric dust collector and a bag filter are not necessary.
  • the desulfurization device in front of the denitration device, it is possible to remove dust from the exhaust gas. Therefore, it is possible to reduce clogging and wear due to soot in the honeycomb catalyst filled in the downstream denitration reactor. Further, since the diameter of the holes constituting the honeycomb catalyst can be reduced (the honeycomb holes are called cells and the number of cells is increased), it is possible to contribute to the reduction in the amount of catalyst filling and the extension of the life. .
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of an exhaust gas treatment system according to an embodiment of the present invention. It is explanatory drawing which shows the outline
  • Reference numeral 1 denotes a dry desulfurization apparatus.
  • Exhaust gas containing sulfur oxide (SOx), nitrogen oxide (NOx), and soot is supplied to the desulfurization apparatus 1, where SOx and soot are removed from the exhaust gas.
  • the exhaust gas include exhaust gas discharged from a thermal power plant, an industrial boiler, and a coke oven.
  • the speed of the gas passing through the moving bed of the desulfurization tower is 0.2 to 1.2 m / s (gas throughput (m 3 / s) / moving bed gas passage cross-sectional area ( m 2 )), more preferably 0.4 to 1.0 m / s, and the space velocity (SV) is 300 to 1,200 hr ⁇ 1 (gas throughput (m 3 / hr) / moving bed desulfurization tower). Volume (m 3 )).
  • the gas velocity can be set by dividing the gas flow rate by the size of the moving bed cross-sectional area through which the exhaust gas passes in a cross flow.
  • the space velocity can be set by changing the gas flow rate to the moving bed cross-sectional area x This can be done by dividing by the volume required by the depth.
  • a denitration device 2 is provided downstream of the desulfurization device 1.
  • the denitration device 2 includes a catalyst layer, and when ammonia gas and NOx in the exhaust gas pass through the catalyst layer, nitrogen and hydrogen are generated by a selective reduction reaction of NOx with NH 3 to remove NOx.
  • the exhaust gas flow path 11 located between the outlet of the desulfurization apparatus 1 and the inlet of the denitration apparatus 2 is not provided with a temperature increasing device such as a heat exchanger for increasing the temperature of the exhaust gas. Since the temperature of the exhaust gas supplied to the desulfurization apparatus 1 is normally 160 ° C. to 400 ° C., the exhaust gas leaves the desulfurization apparatus 1 while being maintained at this temperature and is supplied to the denitration apparatus 2.
  • the temperature of the exhaust gas supplied to the desulfurization apparatus 1 is more preferably 200 ° C. to 380 ° C.
  • a suitable temperature in the denitration apparatus 2 is 160 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher. If the temperature is lower than this temperature, it becomes difficult to obtain high reaction efficiency, and the remaining S0x and NH 3 react to react with ammonium sulfate. Since it precipitates on the catalyst, the amount of the catalyst must be increased, which increases the catalyst cost.
  • the temperature of the exhaust gas is lowered at the front stage of the bag filter, and the exhaust gas emitted from the bag filter is further suitable for the denitration apparatus. The temperature must be raised to meet the temperature.
  • the desulfurization apparatus 1 since the desulfurization apparatus 1 has a dust collecting function as will be described later, it is not necessary to use a bag filter, the temperature of the exhaust gas is not lowered, the temperature is not raised, and the gas pressure loss is lost. Therefore, the exhaust gas from the exhaust gas source can be desulfurized and denitrated at the same temperature.
  • a heat exchanger 21 is provided at the subsequent stage of the denitration device 2, and the exhaust gas desulfurized and denitrated is cooled to, for example, 150 ° C. or less by the heat exchanger 21, and the chimney 23 is passed through the induction fan 22. To be discharged.
  • the desulfurization apparatus 1 includes a desulfurization tower for causing gas-solid reaction between the exhaust gas and the desulfurization agent particles.
  • the desulfurization tower has a lower side as shown in FIG.
  • the first chamber 3 corresponding to this area and the second chamber 4 corresponding to the upper area are provided.
  • the first chamber 3 is formed by the first duct 31, and the second chamber 4 is formed by the second duct 41.
  • the upper end portion of the first duct 31 and the lower end portion of the second duct 41 are connected by the connecting portion 5.
  • the first duct 31 and the second duct 41 correspond to the upper part and the lower part of the desulfurization tower, respectively.
  • the upper end portion of the first duct 31 and the lower end portion of the second duct 41 are connected by the connecting portion 5.
  • the granular material 100 When the granular material 100 is continuously supplied from the upper end of the second duct 41, a downward flow of the granular material 100 is formed from the second duct 41 to the first duct 31 due to the natural falling of the granular material 100.
  • the This downward flow can be called a moving bed because the group of the granular material 100 moves downward.
  • reference numeral 101 is assigned to the moving bed.
  • the granular material also serves as a desulfurizing agent (the desulfurizing agent forms a moving layer as particles), the granular material is inactive and the desulfurizing agent is supplied in powder form (the desulfurizing agent forms the moving layer)
  • the desulfurizing agent forms the moving layer
  • SOx in the exhaust gas reacts with calcium hydroxide in the desulfurizing agent and is fixed as calcium sulfate.
  • the exhaust gas rises and flows into the second duct 41 from the other side surface of the second duct 41, crosses the moving layer 101, and flows out from the one side surface. That is, if the exhaust gas flows in the second duct 41 so as to be orthogonal to the moving bed 101, a cross flow is formed.
  • the flue gas flowing out from the first duct 31 may be accompanied by a part of the powder as the desulfurization agent.
  • the powder is captured by the moving bed 101 and removed. Even when a part of the dust in the flue gas flows out without being captured by the moving layer 101 in the first duct 31, the dust is captured in the second duct 41. Therefore, the first duct 31 and the second duct 41 have a dust collecting function.
  • Each of the first duct 31 and the second duct 41 is configured as a structure in which flat rectangular tubes are arranged vertically as shown in FIG.
  • the heights H ⁇ b> 1 and H ⁇ b> 2 of the first duct 31 and the second duct 41 are set to the same dimension, for example, and the same is true for the widths W of the first duct 31 and the second duct 41.
  • the heights H1 and H2 and the widths W are not limited to being set to the same size, and may be set to different sizes.
  • the relationship between the thickness D1 of the first duct 31 and the thickness D2 of the second duct 41 is not particularly limited, but D2 is preferably the same as D1 or larger than D1.
  • connection part 5 is formed in a horizontally long inverted truncated pyramid shape.
  • the side surface group having the larger area is referred to as one side surface and the other side surface, as shown in FIG.
  • a plurality of inclined plates 61 constituting a louver are arranged in the vertical direction so as to extend across the entire width, that is, from end to end. Each of these inclined plates 61 is installed upward, and an exhaust gas passage is provided between the inclined plates 61 adjacent to each other vertically.
  • the other side surface (the side surface on the right side in FIG. 5) that is the outflow surface of the exhaust gas in the first duct 31 and the one side surface (the side surface on the left side in FIG. 5) that is the outflow surface of the exhaust gas in the second duct 41 are
  • a net 62 is provided along the outside of the inclined plate 61.
  • the net 62 is for preventing the moving layer 101 from flowing out of the ducts 31 and 41 on the flow of the exhaust gas
  • the void portion of the net 62 is a granular material constituting the moving layer 101 (hereinafter referred to as “moving for convenience”). It is set to be smaller than 100).
  • a grid screen may be used instead of the net.
  • the structure of the side surfaces of the first duct 31 and the second duct 41 is not limited to the structure in which the passage opening on the horizontally long slit is formed as shown in FIG.
  • the structure may be formed in a dispersed manner.
  • the hole formed in the side surface without using the net 62 may be set to a size that prevents the moving bed particles 100 from flowing out.
  • the exhaust gas flows from one side surface of the first duct 31 and flows out from the other side surface, then rises and flows in from the other side surface of the second duct 41 and flows out from the one side surface.
  • a flow path member 300 that forms a through flow path is provided around the first duct 31 and the second duct 41.
  • Reference numeral 301 denotes an exhaust gas inflow port, which is connected to an exhaust gas flow path from an exhaust gas source such as a thermal power plant.
  • An outflow port 302 corresponds to an outlet of the desulfurization apparatus 1 and is connected to a flow path for sending exhaust gas to the denitration apparatus 2.
  • 71 is a hopper that forms part of a desulfurizing agent supply unit for supplying a powdered desulfurizing agent into the connecting part 5
  • 71a is a valve for supplying and stopping the desulfurizing agent
  • 71b is a desulfurizing agent.
  • It is a supply pipe for the agent.
  • Reference numeral 72 denotes a hopper that forms part of a desulfurizing agent supply unit for supplying a powdery desulfurizing agent to the upper portion of the second duct 41
  • 72a denotes a valve for supplying and stopping the desulfurizing agent
  • 72b This is a desulfurization agent supply pipe.
  • a supply port 401 for supplying the moving bed particles 100 is provided at the upper end portion of the second duct 41, and a valve 402 for supplying and stopping the moving bed particles 100 is provided in the supply port.
  • a discharge port 403 that discharges the moving bed particles 100 is provided at the lower end of the first duct 31, and a valve 404 that opens and closes the discharge port 403 is provided at the discharge port 403.
  • the discharge port 403 and the valve 404 extend in the width direction of the first duct 31. Thereby, the uniformity of the density
  • a seal valve 405 having a sealing function is provided below the valve 404 in order to ensure the gas sealing performance inside the desulfurization apparatus 1.
  • the moving bed particle 100 As a form which supplies a desulfurization agent to the desulfurization tower 1, there exist both the case where a desulfurization agent serves as the moving bed particle 100, and the case where a desulfurization agent is supplied separately from the moving bed particle 100.
  • the moving bed particle 100 granular body
  • a mixture of calcium hydroxide, quick lime, coal ash, gypsum, or a used desulfurizing agent (calcium sulfate) is used.
  • a used desulfurizing agent calcium sulfate
  • coal ash clay minerals such as zeolite containing silica and alumina may be used.
  • the particle size of the moving bed particle 100 is set to, for example, the size of the particle size on the order of “mm”.
  • the shape of the moving bed particle 100 is not limited to a spherical shape, and may be a columnar shape.
  • exhaust gas from a thermal power plant or the like flows into the first duct 31 from the gap between the inflow port 301 and the inclined plate 61 on one side surface of the first duct 31.
  • the exhaust gas crosses the moving bed 101 of the powdered desulfurizing agent in the first duct 31, flows out from the gap between the inclined plates 61 on the other side, and rises along the flow path constituted by the flow path member 300. Then, it flows into the second duct 41 from the gap between the inclined plates 61 on the other side surface of the second duct 41.
  • the exhaust gas flowing into the second duct 41 crosses the moving bed 101 and flows out through the gap between the inclined plate 61 on one side and the outflow port 302. Is done.
  • the speed of the exhaust gas passing through the first duct 31 and the second duct 41 is set to, for example, 0.2 m / s to 1.2 m / s, and in this example, 1 m / s.
  • the SOx in the exhaust gas is absorbed by the calcium hydroxide desulfurization powder in the first duct 31 to become a calcium sulfate salt.
  • the operation of the desulfurization apparatus has been described for the case where the desulfurizing agent also serves as the moving bed particles 100.
  • the second duct 41 is provided in accordance with the particle size of the desulfurizing agent.
  • a method of selectively using the upper hopper 72 and the lower hopper 71 can be given.
  • the desulfurizing agent When the desulfurizing agent is separate from the moving bed particles 100, for example, calcium hydroxide powder having a particle size of 1 to 40 ⁇ m is used, but the particle size may be out of this range. The smaller the particle size of the desulfurizing agent, the shorter the reaction time can be. However, when the flue gas crosses the desulfurization tower 1, the desulfurizing agent may flow out to the outside through the net 62 along with the flue gas. There is. In this case, it is preferable to supply the desulfurizing agent from the lower hopper 71.
  • the reason for this is that even if the desulfurization agent flows out from the lower first duct 31 (first chamber 3), when the flue gas flows into the upper second duct 41, the desulfurization agent This is because it is captured by the moving layer 101. Therefore, it can be said that the first duct 31 (first chamber 3) functions as a reaction chamber, and the second duct 41 (second chamber 4) functions as a dust collection chamber. Whether or not it is preferable to supply the desulfurizing agent from the lower hopper 71 is determined by the balance between the particle size of the desulfurizing agent and the size of the hole of the net 62.
  • the particle size of the desulfurizing agent is For example, in the case of 40 ⁇ m or less, a mode in which the lower hopper 71 is used can be cited. Moreover, when the particle size of a desulfurization agent exceeds 40 micrometers, the aspect by which a powdery desulfurization agent is supplied to the upper end part of the 2nd duct 41 from the upper hopper 72 can be mentioned, for example.
  • the desulfurizing agent and the moving bed particle 100 are separate, a part of the powdery desulfurizing agent is interposed between the moving bed particles 101, but the powdery desulfurizing agent that is not interposed in the moving bed 101 is also used. Exists.
  • this desulfurizing agent is captured by the moving bed particles 101 when the exhaust gas moves sideways by the crossing flow, the powdery desulfurizing agent does not flow out of the second duct 41 at all or the outflow is suppressed as much as possible. It is done.
  • the direction of the exhaust gas flow across the first duct 31 and the direction of the exhaust gas flow across the second duct 41 are opposite, but they are configured to be in the same direction. Also good.
  • a desulfurizing agent is conveyed to the upper part of the other duct on the rear stage side, and It is necessary to convey the desulfurizing agent discharged from the lower side of the other duct to the upper part of one duct on the front stage side by, for example, a belt conveyor.
  • the exhaust gas is allowed to pass through the first duct 31 that is the lower side of the desulfurization tower, and then the second duct 41 that is the upper side of the desulfurization tower.
  • the degree of reduction in the desulfurization performance of the desulfurizing agent is smaller as it is closer to the outflow port 302.
  • the desulfurization performance is higher than a method in which the two ducts 31 and 41 are arranged side by side and the exhaust gas is crossed in the order of the one duct 31 and the other duct 41.
  • the denitration apparatus 2 will be described.
  • the denitration device 2 is configured such that exhaust gas flows in from, for example, an upper part of a vertical duct (tower) and flows out from the lower part, and a plurality of catalyst layers are provided at intervals in the middle of the duct.
  • a catalyst used for the catalyst layer for example, at least one component of oxides of V (vanadium), Si (silicon), Mn (manganese), W (tungsten), and Mo (molybdenum) and Ti (titanium) are used.
  • a composite oxide formed into a honeycomb shape, a plate shape, or a particle shape can be used.
  • a denitration catalyst it is not restricted to the catalyst described here, You may use another catalyst.
  • the amount of catalyst is suppressed. More specifically, it is preferable that the hole diameter is 3.2 mm or less, so that the amount of catalyst can be reduced and the life can be extended.
  • Ammonia necessary for NOx removal is supplied to the exhaust gas flow path upstream of the inflow port 301 shown in FIG. 5 in order to make the mixing of the exhaust gas and ammonia uniform. Alternatively, it may be supplied to the flow path 11 (see FIG. 1) between the desulfurization apparatus 1 and the denitration apparatus 2.
  • ammonia may be supplied from both the exhaust gas flow path and the flow path 11 in the preceding stage of the desulfurization apparatus 1.
  • the supply amount of ammonia is preferably set so that the molar ratio of ammonia to nitrogen oxide (ammonia / nitrogen oxide) in the exhaust gas at the inlet of the denitration apparatus 2 is 0.7 to 1.2. More preferably, it is set to be 9 to 1.0.
  • an ammonia supply unit for supplying ammonia is not shown, a flow rate adjusting unit is provided in an ammonia supply pipe having one end connected to an ammonia supply source, and the other end of the ammonia supply pipe is connected to, for example, the flow path 11. it can.
  • the exhaust gas flowing out from the desulfurization apparatus 1 is sent to the denitration apparatus 2 as it is, the exhaust gas flowing into the denitration apparatus 2 is maintained at a temperature of, for example, 160 to 400 ° C. Therefore, when passing through the catalyst layer, NOx in the exhaust gas Is converted to N 2 (nitrogen) and H 2 O (water) by selective catalytic reduction with NH 3 .
  • ammonia is supplied at the front stage of the desulfurization apparatus 1, the following advantages are obtained. That is, since the opportunity for ammonia to be dispersed in the piping and the packed bed in the desulfurization apparatus 1 before reaching the denitration apparatus increases, the dispersion of ammonia in the gas is larger than when ammonia is supplied before the denitration apparatus. Increases nature. For this reason, the shape of the piping and the structure of the ammonia disperser before being introduced into the denitration apparatus are simplified, and the distance from the disperser to the catalyst layer can be shortened.
  • the desulfurization apparatus is installed in the front stage, the denitration apparatus is installed in the rear stage, and the desulfurization apparatus 1 is provided with a dust collecting function. Therefore, it is not necessary to use a bag filter before the denitration apparatus, and the exhaust gas
  • the exhaust gas from the exhaust gas source such as a thermal power plant can be desulfurized and denitrated at the same temperature without performing the temperature lowering and temperature raising operations. Therefore, the equipment cost and operation cost can be kept low.
  • the denitration catalyst can reduce the hole diameter of the honeycomb, for example, to 3.2 mm or less, the apparatus becomes compact, and the equipment cost and operation cost can be suppressed.
  • the shape of the first duct 31 and the second duct 41 is not limited to a rectangular tube shape, and may be a cylindrical shape.
  • the powdery desulfurizing agent may be supplied from the upper part of the second duct 41 with the moving bed particles 100 interposed in advance.
  • the desulfurization tower constituting the desulfurization apparatus is not limited to the two-stage configuration with the first duct 31 and the second duct 41 as described above.
  • the desulfurization tower is configured by a single-stage duct.
  • the moving bed particles 100 preliminarily containing the agent or the moving bed particles 100 (moving bed particles also serving as the desulfurizing agent) composed of the desulfurizing agent may be supplied to form a downward flow.
  • the exhaust gas may be passed from one side surface of the duct to the other side surface, and the passed exhaust gas may be sent to the denitration device 2.
  • a bag filter is not necessary, and the same effect as the above-described embodiment is obtained.
  • two ducts (desulfurization towers) are arranged side by side, and in each duct, a powdery desulfurizing agent is previously interposed in the moving bed particles, and these are supplied from the top, or a moving bed that also serves as a desulfurizing agent.
  • a powdery desulfurizing agent is previously interposed in the moving bed particles, and these are supplied from the top, or a moving bed that also serves as a desulfurizing agent.
  • the moving bed particles 100 also used as the desulfurizing agent, a mixture of slaked lime or quick lime, coal ash, and a used desulfurizing agent, for example, these are kneaded with water, molded, cured, and dried. Can be used. Or what mixed slaked lime, coal ash, and clay minerals, such as a zeolite, can be used. In this case, the moving bed particles 100 may be columnar or spherical.
  • the desulfurizing agent can be a fine particle of the above desulfurizing agent or a fine particle of slaked lime having a size of several ⁇ m to several hundred ⁇ m.
  • Example 1 As the desulfurization apparatus, a structure was used in which moving bed particles also serving as a desulfurization agent were supplied from the upper part of a single-stage duct (desulfurization tower) to form a downward flow.
  • a columnar (6 mm ⁇ ⁇ 10 mm) extruded molded product having a composition of 40% by weight of slaked lime, 30% by weight of coal ash, and 30% by weight of a used desulfurizing agent (CaSO 4 ) was used.
  • the SOx in the exhaust gas at the outlet of the desulfurization tower is 42 ppm and the dust is 4 mg / Nm 3.
  • a honeycomb structure (45 cells ⁇ 45 cells, hole diameter: 2.78 mm) formed by composite oxide of V 2 O 5 and TiO 2 is arranged in the denitration tower to form a catalyst layer, and SV is 8300 hr ⁇
  • Two catalyst layers are provided on the upper and lower sides so as to be 1 (amount of catalyst: 13.25 m 3 ).
  • the NOx concentration in the exhaust gas at the exit of the denitration tower was 82 ppm.
  • the inlet gas temperature to the desulfurization tower is 220 ° C.
  • SOx in the exhaust gas at the outlet of the desulfurization tower is 15 ppm, NOx is 560 ppm, and dust is 2 mg / Nm3.
  • This exhaust gas is introduced into the denitration tower at 220 ° C.
  • a honeycomb structure (45 cells ⁇ 45 cells, hole diameter: 2.78 mm) is arranged in the denitration tower to form a catalyst layer, and the catalyst layer is set so that SV becomes 4970 hr ⁇ 1 (catalyst amount: 11.07 m 3 ). Are provided in two layers.
  • the NOx concentration in the exhaust gas at the exit of the denitration tower was 35 ppm.
  • Example 3 An annular portion of a double cylindrical container having an inner cylinder of 11 cm, an outer cylinder of 23.5 cm, and a height of 20 cm is filled with a desulfurization agent having a particle diameter of 2 mm, and dust having a particle diameter of 5 ⁇ m is contained from the inside of the double cylinder (concentration of 0.1 ⁇ m). 4 to 1.2 g / Nm 3 ) was allowed to flow and the dust collection efficiency was measured.
  • the gas velocity (the gas velocity at the inner cylinder inlet / the gas velocity at the outer cylinder outlet) was set in the following seven ways.
  • the unit of gas velocity is m / s.
  • Test Example 1 0.2 / 0.094 Test Example 2: 0.4 / 0.19 Test Example 3: 0.6 / 0.28 Test Example 4: 0.8 / 0.37 Test Example 5: 1.0 / 0.52 Test Example 6: 1.2 / 0.56 Test Example 7: 1.6 / 0.74
  • Test Example 1 Test 2 Test 3 Test 4 Test 5 Test 6 Test 7 Dust collection efficiency (%) 97.5 96.6 94.3 91.5 90.3 87.5 81.0 When the gas velocity increases, re-scattering due to the fluid drag force of the gas is likely to occur, and the dust collection efficiency is less than 90% from around 1.2 m / s.
  • the gas velocity is set to 0.2 to 1.2 m / s, and more preferably 0.4 to 1.0 m / s.

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Abstract

【課題】排ガス中の硫黄酸化物及び窒素酸化物、煤を除去するにあたって、設備費及び運転費を抑えることができる技術を提供すること。 【解決手段】乾式の脱硫装置１の後段に脱硝装置２を設ける。脱硫装置１は、反応塔と、前記反応塔内に脱硫剤と移動層を構成する粒子とを供給してこれらの下降流を形成するための供給部と、を備えている。排ガスは、反応塔内におけるガス速度が０．２～１．２ｍ／ｓに設定され、前記下降流に対して十字状流に接触することにより排ガス中の硫黄酸化物、煤が除去される。そしてバグフィルタを用いていないので、脱硫装置１の出口から前記脱硝装置２の入口までの排ガスの流路１１には、昇温装置が設けられていない。

Description

排ガスの処理システム
　本発明は、排ガスに含まれる硫黄化合物及び窒素化合物、煤などの大気汚染物質を除去するための技術分野に関する。
　硫黄化合物及び窒素化合物を含有する石炭や重油を燃料としている火力発電所、産業用ボイラー、セメントキルン、コークス炉から排出される排ガス中には、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、煤などの大気汚染物質が多く含まれており、酸性雨、光化学スモッグ、ＰＭ２．５などの環境汚染源になっている。　
　このような排ガス中の大気汚染物質を除去する排ガス処理システムとしては、排ガスを脱硫装置に通してＳＯｘを除去し、次いで脱硝装置に通してＮＯｘを除去するシステムや排ガスを脱硝装置に通してＮＯｘを除去し、次いで脱硫装置に通してＳＯｘを除去するシステムが知られている。なお、煤は脱硫装置あるいは脱硝装置の前に設置される電気集塵機によって除去される。
　脱硫装置における脱硫方式としては、炭酸カルシウムを水に懸濁させたスラリーを吸収塔で排ガスと接触させる湿式脱硫、水酸化カルシウムなどの脱硫剤のスラリーを煙道の排ガスに噴霧する半乾式脱硫、水酸化カルシウムや活性炭などの脱硫剤の粒子が充填された移動層と排ガスを接触させる乾式脱硫が知られている。
　コークス炉等の排ガスの温度は、例えば２５０℃の場合で、湿式脱硫は排ガスの温度を１００℃以下に下げた後に、脱硝反応に適した温度まで昇温する必要がある。このため複数の熱交換器が必要となると共に、昇温のために熱源が必要となるため、設備費及び運転費がともに高くなる。またＳＯｘ及び水分を含む排ガスを１００℃以下に冷却する際に、熱交換器に硫酸腐食が発生しないようにするために耐食性の大きい材質を用いなければならず、この点からもコストが高くなる。　
　また半乾式脱硫は排ガスの温度を１６０℃よりも低い温度に下げた後に、脱硝反応に適した温度まで昇温する必要があることから、湿式と同様の問題があると共に、噴霧された脱硫剤を排ガスから取り除くために特殊な材質からなるシート状のフィルタ材を用いたバグフィルタ装置を脱硫装置の後段に設ける必要がある。バグフィルタ装置による脱硫剤や煤の捕集は、フィルタへの紛体の堆積による圧力損失の増大、間欠的な脱硫剤の払落しによる脱硫剤の利用効率の低下が課題となる。
　特許文献１には、バグフィルタを用いずに、上から下に向かう脱硫剤の粒子群からなる移動層に対して、排ガスを直交するように通過させて排ガス中からＳＯｘを除去する手法が記載されているが、本発明の技術については記載されていない。
特許第３９９９９９５号
　本発明はこのような事情の下になされたものであり、排ガス中の硫黄酸化物及び窒素酸化物、煤を除去するにあたって、設備費及び運転費を抑えることができる技術を提供することにある。
　本発明の排ガス処理システムは、硫黄酸化物及び窒素酸化物、煤塵を含み、温度が１６０℃～４００℃である排ガスに対して脱硫、脱塵を行い、次いで脱硝を行うシステムであって、
　前記排ガスに対して脱硫、脱塵を行うための乾式の脱硫装置と、
　前記脱硫装置にて脱硫された排ガスに対して脱硝を行うための脱硝装置と、を備え、
　前記脱硫装置は、脱硫塔と、前記脱硫塔内に脱硫剤と移動層を構成する粒子とを供給してこれらの下降流を形成するための供給部と、を備え、排ガスを前記下降流に対して十字流状に接触させることにより当該排ガス中に含まれる硫黄酸化物、煤を除去するように構成され、
　前記脱硫塔内における排ガスのガス速度は、０．２～１．２ｍ／ｓ（秒）に設定され、空間速度は３００～１２００　ｈｒ－１（（時）－１）とし、
　前記脱硫装置の出口から前記脱硝装置の入口までの排ガスの流路には、昇温装置が設けられていないことを特徴とする。　
　脱硫剤は例えば粒子として移動層を形成しているかあるいは移動層を形成している粒子空隙に粉体として存在する。
　本発明は、乾式の脱硫装置において縦型のダクト内に、脱硫剤と移動層を構成する粒子との下降流（脱硫剤は粒子として移動層を形成しているかあるいは移動層を形成している粒子空隙に粉体として存在する）を形成して排ガスを前記下降流と十字流状に接触させている。また粒子群からなる移動層は、ガス速度を最適化することによって移動層粒子間に集塵機能を有することから煤塵を捕集することができる。従って移動層は、排ガス処理装置で必要とされる電気集塵機などの煤塵除去装置を兼ねることができ、電気集塵機やバグフィルタが不要になる。このため脱硫装置を脱硝装置の前に設置することによって、排ガスの除塵が可能となることから、下流の脱硝反応器に充填されているハニカム触媒の煤塵による閉塞や摩耗を緩和することができる。またハニカム触媒を構成する穴の径を小さく（ハニカムの穴をセルと呼び、セルの数を多くする）することができるので、触媒の充填量の低減化、長寿命化に寄与することができる。
　この結果、脱硫と除塵を行った排ガスを昇温させずに脱硝することができるので、昇温のための熱源が不要となり、設備費及び運転費を抑えることができるとともに、脱硝触媒の閉塞や摩耗を防ぐことができるために触媒コストを抑えることができる。
本発明の実施形態に係る排ガス処理システムの全体構成を示す概略図である。 前記排ガス処理システムに用いられる乾式の脱硫装置の概要を示す説明図である。 前記乾式の脱硫装置の概要を示す斜視図である。 前記乾式の脱硫装置の寸法を示すための説明図である。 前記乾式の脱硫装置を示す略解側面図である。
　本発明の実施形態である排ガス処理システムの全体の概要について図１の概略図を参照しながら説明する。１は乾式の脱硫装置である。硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、煤塵を含む排ガスが脱硫装置１に供給され、ここで排ガスからＳＯｘ、煤塵が除去される。排ガスとしては、例えば火力発電所、産業用ボイラー、コークス炉から排出される排ガスが挙げられる。効率よく脱硫、脱塵を行うには、脱硫塔の移動層を通過するガスの速度は０．２～１．２ｍ／ｓ（ガス処理量（ｍ３／ｓ）／移動層ガス通過断面積（ｍ２））、より好ましくは０．４～１．０ｍ／ｓに設定され、また空間速度（ＳＶ）は３００～１，２００ｈｒ－１（ガス処理量（ｍ３／ｈｒ）/移動層脱硫塔容積（ｍ３））に設定する。　
　なお、ガス速度の設定は、ガス流量を、排ガスが十字流状に通過する移動層断面積のサイズで割ることによって行うことができ、また空間速度の設定はガス流量を、移動層断面積ｘ奥行で求められる体積で割ることにより行うことができる。
　また、水酸化カルシウム、石炭灰などから調製された脱硫剤を用いた乾式脱硫方式では、排ガス中に共存するＮＯｘがＳＯｘの吸着を促進し、以下の式１の反応によってＳＯ２をＳＯ３に酸化して、ＣａＳＯ４として固定される（Hiroaki Tsuchiai,etal.,Ind.Eng.Chem.Res,1995,34,1404-1411、Ind.Eng.Chem.Res,1996,35,851-855）
式１
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　既述の排ガス中には、脱硝装置の前に脱硫塔を設置する方式ではほとんどの場合には高い濃度のＮＯｘが共存するために、脱硝装置の下流で脱硫する方式に比べると高い脱硫性能が実現できる。
　脱硫装置１の後段には脱硝装置２が設けられている。脱硝装置２は触媒層を備えており、アンモニアガスと排ガス中のＮＯｘとが触媒層を通過するときにＮＯｘのＮＨ３による選択還元反応によって窒素と水素とが生成され、ＮＯｘが除去される。　
　脱硫装置１の出口と脱硝装置２の入口との間に位置する排ガスの流路１１には、排ガスの温度を昇温させるための昇温装置例えば熱交換器が設けられていない。脱硫装置１に供給される排ガスの温度は通常１６０℃～４００℃であることから、排ガスはこの温度を保ったまま脱硫装置１を出て、脱硝装置２に供給されることになる。脱硫装置１に供給される排ガスの温度は２００℃～３８０℃であればより好ましい。
　脱硝装置２における好適な温度は、１６０℃以上、好ましくは２００℃以上であり、この温度よりも低いと高い反応効率が得られにくくなること、残留するＳ０ｘとＮＨ３が反応して、硫安を触媒上に析出することから触媒の量を多くしなければならず、触媒コストがアップする。背景技術の項目にて記載したように、脱硫装置の後段にバグフィルタを設ける場合には、バグフィルタの前段にて排ガスの温度を低くし、更にバグフィルタから出た排ガスを脱硝装置の好適な温度に見合うように昇温しなければならない。これに対して本実施形態では、後述のように脱硫装置１に集塵機能を持たせているので、バグフィルタを用いる必要がなく、排ガスの降温、昇温操作をすることなく、またガス圧力損失を最小限に抑えて排ガス源からの排ガスをそのままの温度で脱硫、脱硝を行うことができる。
　図１において脱硝装置２の後段には、熱交換器２１が設けられており、脱硫、脱硝された排ガスは熱交換器２１により例えば１５０℃以下まで冷却され、誘引通風機２２を介して煙突２３に排出される。
　次に脱硫装置１について説明する。まず脱硫装置１について概略的な説明をすると、脱硫装置１は、排ガスと脱硫剤粒子とを気固反応させるための脱硫塔を備えており、この脱硫塔は、図２に示すように下段側の領域に相当する第１室３と上段側の領域に相当する第２室４とを備えている。第１室３は第１のダクト３１により形成されており、第２室４は第２のダクト４１により形成されている。第１のダクト３１の上端部と第２のダクト４１の下端部とは接続部５により接続されている。第１のダクト３１及び第２のダクト４１は、夫々脱硫塔の上部分及び下部分に相当する。第１のダクト３１の上端部と第２のダクト４１の下端部とは接続部５により接続されている。
　そして第２のダクト４１の上端部から粒状体１００を連続的に供給すると、第２のダクト４１から第１のダクト３１に至るまで粒状体１００の自然落下による粒状体１００の下降流が形成される。この下降流は粒状体１００の群の層が下方に移動するものであることから移動層と呼ぶことができ、以下の説明では移動層に符号１０１を割り当てることとする。粒状体が脱硫剤を兼ねる（脱硫剤が粒子として移動層を形成している）場合と、粒状体が不活性であり、脱硫剤を粉体で供給する（脱硫剤が移動層を形成している粒子空隙に粉体として存在する）場合と、の２ケースがある。
　排ガスは、第１のダクト３１の一方の側面から第１のダクト３１内に流入し、移動層１０１を横切って他方の側面から流出する。即ち排ガスは移動層１０１に対して直交するように流れていわば十字流を形成する。このとき排ガス中のＳＯｘは脱硫剤中の水酸化カルシウムと反応して硫酸カルシウムとして固定される。次いで排ガスは上昇して第２のダクト４１の他方の側面から第２のダクト４１内に流入し、移動層１０１を横切って一方の側面から流出する。即ち排ガスは第２のダクト４１内においても移動層１０１に対して直交するように流れていわば十字流を形成する。
　脱硫剤を粉体で供給する場合には、第１のダクト３１から流出した排煙ガス中には脱硫剤である粉体が一部随伴している場合があり、その場合には、排煙ガスが第２のダクト４１内を流れたときに当該粉体が移動層１０１に捕獲されて除去される。また排煙ガス中の煤塵の一部が第１のダクト３１内にて移動層１０１に捕獲されずに流出した場合においても、当該煤塵は第２のダクト４１内で捕獲される。従って、第１のダクト３１及び第２のダクト４１内は集塵機能を備えていることになる。
　脱硫装置１について更に詳しく説明する。第１のダクト３１及び第２のダクト４１は各々図３に示すように扁平な角筒体を縦置きに配置した構造として構成されている。図４に示すように第１のダクト３１及び第２のダクト４１の各高さＨ１、Ｈ２は例えば同じ寸法に設定され、第１のダクト３１及び第２のダクト４１の各幅Ｗについても同じ寸法に設定されている。なお、各高さＨ１、Ｈ２について、また各幅Ｗについて、同じ寸法に設定されることに限定されるものではなく、互いに異なる寸法に設定してもよい。　
　第１のダクト３１の厚さＤ１と第２のダクト４１の厚さＤ２との関係については特に限定されないが、Ｄ２はＤ１と同じかあるいはＤ１よりも大きい方が好ましい。
　第１のダクト３１及び第２のダクト４１の各厚さＤ１、Ｄ２については、図の例ではＤ１よりもＤ２が大きく設定されており、このため接続部５は横長の逆角錐台形状に形成されている。　
　第１のダクト３１及び第２のダクト４１における互いに対向する側面の組のうち、面積の大きい方の側面の組について一方の側面、他方の側面という呼び方をすると、図５に示すように一方の側面及び他方の側面には、横幅一杯に即ち端から端に亘って各々伸びるようにルーバを構成する複数の傾斜板６１が上下方向に配列されている。これら傾斜板６１は各々上向きに設置され、互いに上下に隣接する傾斜板６１同士の間は、排ガスの通過口になっている。
　第１のダクト３１における排ガスの流出面である他方の側面（図５中右側の側面）及び第２のダクト４１における排ガスの流出面である一方の側面（図５中左側の側面）には、例えば傾斜板６１の外側に沿ってネット６２が設けられている。ネット６２は、移動層１０１が排ガスの流れに乗って各ダクト３１、４１から流出するのを防止するためであり、ネット６２の空隙部分は、移動層１０１を構成する粒状体（以下便宜上「移動層粒子」と呼ぶ）１００よりも小さく設定されている。ネットの代わりに格子状スクリーンを用いてもよい。これらは、多数の孔が形成された柔軟な面状体の例として挙げたものである。
　第１のダクト３１及び第２のダクト４１の側面の構造は、図５に示すように横長のスリット上の通過口が形成されている構造に限られるものではなく、側面に多数の孔部が分散して形成されている構造であってもよい。そしてネット６２を用いずに側面に形成された孔部を、移動層粒子１００が流出しない大きさに設定するようにしてもよい。　
　また排ガスが第１のダクト３１の一方の側面から流入して他方の側面から流出し、次いで上昇して第２のダクト４１の他方の側面から流入して一方の側面から流出するように、排ガスの通流路を形成する流路部材３００が第１のダクト３１及び第２のダクト４１の周囲に設けられている。３０１は排ガスの流入ポートであり、排ガス源例えば火力発電所から送られる排ガスの通流路に接続される。３０２は流出ポートであって、脱硫装置１の出口に相当し、排ガスを脱硝装置２に送るための通流路に接続される。
　図５において、７１は接続部５内に粉状の脱硫剤を供給するための脱硫剤供給部の一部をなすホッパ、７１ａは脱硫剤の供給、停止を行うためのバルブ、７１ｂは、脱硫剤の供給管である。また７２は、第２のダクト４１の上部に粉状の脱硫剤を供給するための脱硫剤供給部の一部をなすホッパ、７２ａは脱硫剤の供給、停止を行うためのバルブ、７２ｂは、脱硫剤の供給管である。
　図５に示すように、第２のダクト４１の上端部には移動層粒子１００を供給する供給口４０１が設けられ、この供給口に移動層粒子１００の供給、停止を行うためのバルブ４０２が設けられている。また第１のダクト３１の下端部には移動層粒子１００を排出する排出口４０３が設けられ、排出口４０３には排出口４０３を開閉するバルブ４０４が設けられている。排出口４０３及びバルブ４０４は、第１のダクト３１の幅方向に伸びている。これにより第２のダクト４１及び第１のダクト３１内にて移動層１０１の水平断面における移動層粒子１００の濃度の均一性が高くなる。また脱硫装置１の内部のガスのシール性を確保するためにバルブ４０４の下方側にはシール機能を備えたシールバルブ４０５が設けられている。
　脱硫剤を脱硫塔１に供給する形態としては、脱硫剤が移動層粒子１００を兼用する場合と、脱硫剤が移動層粒子１００とは別個に供給される場合と、の両方がある。　
　移動層粒子１００（粒状体）としては、脱硫剤を兼ねる場合には水酸化カルシウムあるいは生石灰、石炭灰、石膏あるいは使用済み脱硫剤（硫酸カルシウム）を混合して成形したものを用いる。石炭灰の代わりにシリカ、アルミナを含むゼオライトのような粘土鉱物でも良い。移動層粒子１００の粒径は、例えば粒径のサイズが「ｍｍ」オーダの大きさに設定される。移動層粒子１００の形状は球状に限らず柱状などであってもよい。
　このように構成された脱硫装置１においては、火力発電所等の排ガスが流入ポート３０１及び第１のダクト３１における一方の側面の傾斜板６１の隙間から第１のダクト３１内に流入する。そして排ガスは第１のダクト３１内の粉状の脱硫剤の移動層１０１を横切り、他方の側面の傾斜板６１の隙間から流出し、流路部材３００により構成される通流路に沿って上昇し、第２のダクト４１の他方の側面の傾斜板６１の隙間から第２のダクト４１内に流入する。例えば脱硫剤がホッパ７１から供給されているとした場合、第２のダクト４１内に流入した排ガスは、移動層１０１を横切り、一方の側面の傾斜板６１の隙間及び流出ポート３０２を介して流出される。第１のダクト３１及び第２のダクト４１を通過する排ガスの速度は例えば０．２ｍ／ｓ～１．２ｍ／ｓに設定され、この例では１ｍ／ｓに設定されている。
　この例の場合には、排ガス中のＳＯｘは第１のダクト３１内にて水酸化カルシウムの脱硫剤粉体に吸収されて硫酸カルシウム塩となる。
　そして粉状の脱硫剤の一部は排ガスに随伴されて第１のダクト３１から流出し、第２のダクト４１内に取り込まれるが、第２のダクト４１内の移動層１０１により捕捉される。このため粉状の脱硫剤が脱硫装置１から流出することが防止される。また排ガスが第１のダクト３１を横切るときに排ガス中に含まれている煤が移動層１０１により除去され、第１のダクト３１から煤が流出したとしても第２のダクト４１を横切るときに確実に除去される。
脱硫剤が移動層粒子１００を兼用する場合について脱硫装置の作用について述べたが、脱硫剤と移動層粒子１００とが別個の場合には、脱硫剤の粒径に応じて第２のダクト４１の上方側のホッパ７２と下方側のホッパ７１とを使い分ける手法を一例として挙げることができる。
　脱硫剤は、移動層粒子１００とは別体である場合には例えば粒径が１μｍから４０μｍの水酸化カルシウムの粉体が用いられるが、この範囲から外れている粒径であってもよい。　
　脱硫剤の粒径が小さいほど、反応時間を短縮し得るが、排煙ガスが脱硫塔１内を横切ったときに脱硫剤が排煙ガスに随伴してネット６２を介して外側に流出するおそれがある。この場合には、下方側のホッパ７１から脱硫剤を供給することが好ましい。
　その理由は、下段側の第１のダクト３１（第１室３）内から脱硫剤が流出したとしても、排煙ガスが上段側の第２のダクト４１内に流入したときに、脱硫剤が移動層１０１に捕獲されるからである。従って、第１のダクト３１（第１室３）は反応室、第２のダクト４１(第２室４)は集塵室として夫々機能していると言うことができる。　
　脱硫剤を下方側のホッパ７１から供給することが好ましいか否かは、脱硫剤の粒径とネット６２の孔部の大きさとの兼ね合いで決まってくるが、一例として、脱硫剤の粒径が例えば４０μｍ以下の場合に下方側のホッパ７１を使用する態様を挙げることができる。また脱硫剤の粒径が例えば４０μｍを越える場合には、粉状脱硫剤が上方側のホッパ７２から第２のダクト４１の上端部に供給される態様を挙げることができる。
　また脱硫剤と移動層粒子１００とが別個の場合、粉状の脱硫剤の一部は移動層粒子１０１の間に介在しているが、移動層１０１に介在されていない粉状の脱硫剤も存在する。この脱硫剤は、排ガスが横切る流れにより横に移動したときに移動層粒子１０１に捕獲されるので、粉状の脱硫剤は第２のダクト４１の外に全く流出しないかあるいはその流出が極力抑えられる。　
　上述の例では、第１のダクト３１内を横切る排ガスの流れの向きと、第２のダクト４１内を横切る排ガスの流れの向きとは、反対であるが、同じ向きになるように構成してもよい。ここで仮に２つのダクト３１、４１を横に並べて、排ガスを一方のダクト３１、他方のダクト４１の順に横切る手法を想定すると、後段側の他方のダクトの上部に脱硫剤を搬送し、そして当該他方のダクトの下方から排出される脱硫剤を前段側の一方のダクトの上部まで例えばベルトコンベアで搬送する必要がある。これに対して上述実施形態のように、排ガスを脱硫塔の下部側である第１のダクト３１内を通過させ、次いで当該脱硫塔の上部側である第２のダクト４１を通過させるようにすれば、脱硫剤の搬送系を簡素化できる利点がある。
　また、上述実施形態のように、第１のダクト３１内を横切る排煙ガスの流れの向きと、第２のダクト４１内を横切る排ガスの流れの向きとを反対にすると、上段側（第２のダクト４１側）において水平方向で見たときに、流出ポート３０２に近づくほど排ガス中のＳＯｘ濃度は小さい。このため流出ポート３０２に近いほど、脱硫剤の脱硫性能の低下の程度は小さい。
　従って下段側(第１のダクト３１側)においては、水平方向で見たとき、流入ポート３０１に近いほど、脱硫性能が高い脱硫剤が降りてくることになる。ここで下段側の排ガス中のＳＯｘ濃度は流入ポート３０１に近いほど高いことから、模式的な言い方をすれば、排ガス中のＳＯｘ濃度が高い領域ほど、脱硫性能が高い脱硫剤と接触することになる。従って、２つのダクト３１、４１を横に並べて、排ガスを一方のダクト３１、他方のダクト４１の順に横切る手法と比べると、脱硫性能が高くなる。
　脱硝装置２について述べる。脱硝装置２は縦型のダクト（塔）の例えば上部から排ガスが流入し、下部から流出されるように構成され、ダクトの途中には互いに間隔を開けて触媒層が複数段設けられている。触媒層に用いられる触媒としては、例えばＶ（バナジウム）、Ｓｉ(シリコン)、Ｍｎ（マンガン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）の酸化物のうちの少なくとも一成分とＴｉ（チタン）との複合酸化物をハニカム型、板状あるいは粒子状に成形したものを用いることができる。なお脱硝触媒としては、ここに記載した触媒に限られず、他の触媒を用いてもよい。触媒層の構築にあたっては、例えばハニカム触媒を構成する穴の径を小さく(セル数を大きく)し、これにより単位体積当たりの活性表面積を高めた触媒を複数層設けることで、触媒量を抑えるように設計することが好ましく、具体的には、穴の径が３．２ｍｍ以下にすることで、触媒量の低減と、長寿命化が可能となる。
　ＮＯｘの除去に必要なアンモニアについては、排ガスとアンモニアの混合の均一化をはかるため、脱硫装置１の前段における排ガスの流路（図５に示す流入ポート３０１よりも上流側の流路）に供給するようにしてもよいし、あるいは脱硫装置１と脱硝装置２との間の流路１１（図１参照）に供給するようにしてもよい。また脱硫装置１の前段における排ガスの流路及び流路１１の両方からアンモニアを供給してもよい。アンモニアの供給量については、脱硝装置２の入口における排ガス中の窒素酸化物に対するアンモニアのモル比（アンモニア／窒素酸化物）が０．７～１．２となるように設定することが好ましく、０．９～１．０になるように設定することがより好ましい。　
　アンモニアを供給するアンモニア供給部は図示していないが、アンモニア供給源に一端を接続したアンモニア供給管に流量調整部を設けると共に、アンモニア供給管の他端を例えば流路１１に接続する構成を採用できる。
　脱硫装置１から流出した排ガスがそのまま脱硝装置２に送られるので、脱硝装置２に流入する排ガスは例えば１６０～４００℃の温度に維持されており、従って触媒層を通過するときに排ガス中のＮＯｘはＮＨ３による選択接触還元反応によりＮ２（窒素）とＨ２Ｏ（水）とに転換する。アンモニアを脱硫装置１の前段で供給する手法とすれば次の利点がある。即ち、アンモニアが脱硝装置に到達するまでに配管や脱硫装置１内の充填層で分散される機会が増えるために、脱硝装置の前にアンモニアを供給する場合に比べて、ガス中におけるアンモニアの分散性が高まる。
そのために、脱硝装置に導入されるまでの配管形状やアンモニアの分散器の構造が簡素化され、分散器から触媒層までの距離も短くできる。
　加えて、脱硫装置１内にて脱硫剤により脱硝反応が一部進行するため、後段の脱硝装置２における脱硝のための触媒量を低減できる利点もある。
　上述の実施形態によれば前段に脱硫装置、後段に脱硝装置を設置すると共に、脱硫装置１に集塵機能を持たせているので、脱硝装置の前にバグフィルタを用いる必要がなく、また、排ガスの降温、昇温操作をすることなく、火力発電所等の排ガス源からの排ガスをそのままの温度で脱硫、脱硝を行うことができる。従って設備費、運転費を低く抑えることができる。
　更に、集塵機能を有する脱硫塔を脱硝装置の前に設置することによって、後段の脱硝塔に充填するハニカム触媒の煤塵による閉塞や摩耗を緩和することができる。その結果、脱硝触媒は例えばハニカムの穴径を３．２ｍｍ以下にすることが可能となり、装置がコンパクトとなり、設備費及び運転費を抑えることができる。
　次に脱硫装置１における変形例について以下に述べる。　
　第１のダクト３１及び第２のダクト４１の形状は角筒型に限らず円筒型であってもよい。　
　移動層粒子１００と粉状の脱硫剤との供給については、粉状の脱硫剤を予め移動層粒子１００に介在させて第２のダクト４１の上部から供給してもよい。
　脱硫装置を構成する脱硫塔としては、上述のように第１のダクト３１、第２のダクト４１と２段構成にすることに限らず、一段のダクトにより構成し、そのダクトの上部から例えば脱硫剤を予め介在した移動層粒子１００あるいは脱硫剤により構成された移動層粒子１００（脱硫剤を兼用する移動層粒子）を供給して下降流を形成してもよい。この場合、ダクトの一方の側面から他方の側面に排ガスを通過させ、通過した排ガスを脱硝装置２に送るようにしてもよい。このような構成によっても、脱硫装置から脱硫剤である粉体の流出が抑えられるのでバグフィルタが不要になり、既述の実施形態と同様の効果がある。　
　更にまた、例えば互いに２つのダクト（脱硫塔）を横に並べ、各ダクトにおいて、粉状の脱硫剤を予め移動層粒子に介在させてこれらを上部から供給し、あるいは脱硫剤を兼用する移動層粒子を上部から供給し、そして排ガスを一方のダクトの一方の側面から他方の側面に通過させ、次いで他方のダクトの一方の側面から他方の側面に通過させる手法であってもよい。
　脱硫剤を兼用する移動層粒子１００としては、消石灰または生石灰と、石炭灰と、使用済み脱硫剤と、を混合したもの、例えばこれらを水を用いて練って、成形、養生、乾燥、したものを用いることができる。あるいは消石灰と、石炭灰と、ゼオライトなどの粘土鉱物とを混合したものを用いることができる。またこの場合の移動層粒子１００は、柱状、あるいは球状とすることができる。移動層粒子１００が不活性の場合には、脱硫剤は数μｍ～数百μｍの上記脱硫剤の微粒子、あるいは消石灰の微粒子とすることができる。
（実施例１）　
　脱硫装置として、一段のダクト(脱硫塔)の上部から脱硫剤を兼用する移動層粒子を供給して下降流を形成した構造を用いた。移動層粒子は、消石灰を４０重量％、石炭灰を３０重量％、使用済み脱硫剤（ＣａＳＯ４）を３０重量％の組成からなり柱状（６ｍｍφ×１０ｍｍ）の押し出し成型品を用いた。
　ＮＯｘを５５０ｐｐｍ、ＳＯｘを４３０ｐｐｍ、Ｈ２Ｏを１０．５重量％、Ｏ２を３．６体積％、ダストを８３ｍｇ／Ｎｍ３含む排ガス１１０，０００Ｎｍ３／ｈｒをダクト（脱硫塔）に、ＳＶ（空間速度）＝５５０ｈｒ－１、ガス流速＝０．４０ｍ／ｓ、Ｃａ／Ｓ比＝１．２になるように一方の側面から供給し、他方の側面から流出させた。従って排ガスはダクト内には移動層粒子の下降流を横切り、排ガスと下降流とは十字流を形成する。ダクト内への入口ガス温度は２６５℃である。
　脱硫塔の出口における排ガス中のＳＯｘは４２ｐｐｍ、ダストは４ｍｇ／Ｎｍ３であり、この排ガスにアンモニアをアンモニア／ＮＯｘ比＝１になるように添加した後、２６５℃で脱硝塔に導入する。脱硝塔にはＶ２Ｏ５とＴｉＯ２との複合酸化物を成形したハニカム構造体（４５セルｘ４５セル、穴径：２.７８ｍｍ）を配置して触媒層を形成し、ＳＶが８３００　ｈｒ-1（触媒量：１３．２５ｍ３）になるようにこの触媒層を上下に２層設ける。脱硝塔出口の排ガス中のＮＯｘ濃度は８２ｐｐｍであった。
　脱硫塔で除塵効果がなく、脱硝塔の入口でダスト：８３ｍｇ／Ｎｍ３の場合には、同じ脱硝率（出口ＮＯｘ：８２ｐｐｍ）を得るためにはＶ２Ｏ５とＴｉＯ２との複合酸化物を成形したハニカム構造体（３５セルｘ３５セル、穴径：３．６５ｍｍ）を配置して触媒層を形成し、ＳＶが６２００　ｈｒ-1（触媒量：１７．７４ｍ３）になるように触媒層を２段に配置する必要がある。このように除塵効果がある乾式脱硫塔を前段に設置して、その下流に脱硝塔を組み合わせることによって、充填する脱硝触媒（ハニカム）の量を１７．７４ｍ３（ＳＶ＝６２００ｈｒ-1）から１３．２５ｍ３（ＳＶ＝８３００ｈｒ-1）に減らすことができる。
（実施例２）
　ＮＯｘを７００ｐｐｍ、ＳＯｘを１５０ｐｐｍ、Ｈ２Ｏを１０．７重量％、Ｏ２を３．５体積％、ダストを３５ｍｇ／Ｎｍ３含む排ガス５５，０００Ｎｍ３／ｈｒを、ＳＶ＝５００１／ｈｒ－１、ガス流速：０．４５ｍ／ｓ、Ｃａ／Ｓ比＝１になるようにダクト（脱硫塔）に実施例１と同様にして供給した。脱硫塔に入る前に排ガスにアンモニアをアンモニア／ＮＯｘ比＝１になるように添加する。脱硫塔への入口ガス温度は２２０℃である。
　脱硫塔の出口の排ガス中のＳＯｘは１５ｐｐｍ、ＮＯｘは５６０ｐｐｍ、ダストは２ｍｇ／Ｎｍ３であり、この排ガスを２２０℃で脱硝塔に導入する。脱硝塔にはハニカム構造体（４５セルｘ４５セル、穴径：２.７８ｍｍ）を配置して触媒層を形成し、ＳＶが４９７０ｈｒ－１（触媒量：１１．０７ｍ３）になるように触媒層を上下に２層に設ける。脱硝塔出口の排ガス中のＮＯｘ濃度は３５ｐｐｍであった。
（実施例３）
　内筒１１ｃｍ、外筒２３．５ｃｍ、高さ２０ｃｍの二重円筒容器の環状部に粒子径２ｍｍの脱硫剤を充填し、その二重円筒の内側から粒子径５μｍのダストを含む（濃度０．４～１．２ｇ／Ｎｍ３）ガスを流し、ダストの集塵効率を測定した。　
　ガス速度（内筒入口のガス速度／外筒出口のガス速度）を次の７通りに設定した。なおガス速度の単位はｍ／ｓである。
試験例１：０．２／０．０９４
試験例２：０．４／０．１９
試験例３：０．６／０．２８
試験例４：０．８／０．３７
試験例５：１．０／０．５２
試験例６：１．２／０．５６
試験例７：１．６／０．７４
　各試験例１～７の集塵効率は以下のとおりである。
試験例　　　　　試験1　試験2　試験3　　試験4　試験5　試験6　試験7
集塵効率(%)　　　97.5   9６.6   94.3   91.5   90.3   87.5   81.0
ガス速度が大きくなると、ガスの流体抗力による再飛散が起こりやすくなり、１．２ｍ/ｓを超えるあたりから集塵効率は９０％を下回る。この値は固定層、移動層のタイプ、充てん粒子の径などによって影響を受けるが、ガス速度が大きくなると低下する傾向は同じである。ガス速度が０．２ｍ／ｓよりも小さくなると脱硫塔のダクト径が大きくなりコストがアップし、１．２ｍ／ｓ以上になるとダストの集塵率が低くなる。従ってガス速度は、０．２～１．２ｍ／ｓに設定し、更には０．４～１．０ｍ／ｓにすることがより好ましい。
１　　　脱硫装置
１１　　流路
２　　　脱硝装置
３　　　反応部
３１　　第１のダクト
４　　　集塵部　
４１　　第２のダクト
１００　移動層粒子
１０１　移動層
３００　流路部材
３０１　流入ポート
３０２　流出ポート
６１　　傾斜版
６２　　ネット

 

Claims (5)

  1. 　硫黄酸化物及び窒素酸化物、煤塵を含み、温度が１６０℃～４００℃である排ガスに対して脱硫、脱塵を行い、次いで脱硝を行うシステムであって、
    　前記排ガスに対して脱硫、脱塵を行うための乾式の脱硫装置と、
    　前記脱硫装置にて脱硫された排ガスに対して脱硝を行うための脱硝装置と、を備え、
    　前記脱硫装置は、脱硫塔と、前記脱硫塔内に脱硫剤と移動層を構成する粒子とを供給してこれらの下降流を形成するための供給部と、を備え、排ガスを前記下降流に対して十字流状に接触させることにより当該排ガス中に含まれる硫黄酸化物、煤を除去するように構成され、
    　前記脱硫塔内における排ガスのガス速度は、０．２～１．２ｍ／ｓに設定され、空間速度は３００～１２００　ｈｒ－１とし、
    　前記脱硫装置の出口から前記脱硝装置の入口までの排ガスの流路には、昇温装置が設けられていないことを特徴とする排ガスの処理システム。
  2. 　排ガスを、前記脱硫塔の下部側において前記下降流に対して十字流状に接触させて当該脱硫塔の外に流出させ、その後当該脱硫塔の上部側において前記下降流と十字流状に接触させて当該脱硫塔の外に流出するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の排ガスの処理システム。
  3. 　脱硫剤は移動層を兼用していることを特徴とする請求項１記載の排ガスの処理システム。
  4. 　脱硫剤は、移動層を形成している粒子間の空隙に粉体として存在することを特徴とする請求項１記載の排ガスの処理システム。
  5. 　ガス中におけるアンモニアの分散性を高めるために、前記脱硫装置の前段にアンモニアを供給するためのアンモニア供給部を備えたことを特徴とする請求項１記載の排ガスの処理システム。
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