排ガス処理装置

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【発明の名称】	排ガス処理装置
【発明者】	【氏名】永井良憲【住所又は居所】広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉事業所内【氏名】加藤泰良【住所又は居所】広島県呉市宝町３番３６号バブコック日立株式会社呉研究所内【氏名】藤澤雅敏【住所又は居所】広島県呉市宝町３番３６号バブコック日立株式会社呉研究所内【氏名】森田勇人【住所又は居所】広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉事業所内【氏名】山田晃広【住所又は居所】広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉事業所内
【要約】	【課題】排ガス中のＮＯｘおよびＤＸＮを低温域で共に効率よく分解、除去することができる排ガス処理装置を提供すること。【解決手段】排ガス７に還元剤９を添加したのち触媒充填層に導入し、触媒の存在下、排ガス７に含まれる窒素酸化物とポリハロゲン化有機化合物を分解、除去する排ガス処理装置５において、触媒充填層に、ガス流れ方向に沿って順次脱硝および脱ダイオキシン触媒１０、一酸化窒素の酸化触媒１１ならびに脱硝および脱ダイオキシン触媒１０を配置したこと。

【特許請求の範囲】
【請求項１】排ガスに還元剤を添加したのち触媒充填層に導入し、触媒の存在下、前記排ガスに含まれる窒素酸化物とポリハロゲン化有機化合物を分解、除去する排ガス処理装置において、前記触媒充填層に、脱硝および脱ダイオキシン触媒と前記窒素酸化物中の一酸化窒素を酸化する酸化触媒を配置したことを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項２】前記触媒充填層に、ガス流れ方向に沿って順次脱硝および脱ダイオキシン触媒、一酸化窒素の酸化触媒ならびに脱硝および脱ダイオキシン触媒を配置したことを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項３】前記ガス流れ方向に沿った上流側の脱硝および脱ダイオキシン触媒（Ａ）と、中間位置の一酸化窒素の酸化触媒（Ｂ）と、下流側の脱硝および脱ダイオキシン触媒（Ｃ）との体積比は、（Ａ）、（Ｃ）、（Ｂ）の順に小さくなることを特徴とする請求項２に記載の排ガス処理装置。
【請求項４】前記一酸化窒素の酸化触媒が、Ｔｉ－Ｍｎ系、Ｔｉ－Ｐｔ系、Ｔｉ－Ｃｏ系またはＴｉ－Ｃｒ系触媒であることを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の排ガス処理装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、排ガス処理装置に係り、特に都市ごみ焼却炉をはじめとする廃棄物焼却設備等から排出される排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）とポリハロゲン化有機化合物（以下、ＤＸＮまたはダイオキシンという）を低温域で効率よく分解、除去することができる、排ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、埋め立て地不足や環境問題への関心から、都市ごみは焼却処理される傾向が高く、また広域的なエネルギ問題の観点から都市ごみ焼却処理設備に、廃熱回収ボイラや、ガスタービンによる排ガスの独立再加熱を行う発電設備を付設したプラントが増加している。このような設備は都市近郊に建設されることが多いので、その排ガス処理装置には、公害防止の点からも高効率性および高信頼性が要求されている。
【０００３】ところで、このような都市ごみ焼却処理設備にもＮＯｘ排出規制が適用され、多くの処理設備に触媒脱硝装置が採用されている。例えば、新設の都市ごみ焼却処理設備においては、ごみ焼却炉から排出された排ガスは廃熱回収ボイラで熱回収され、減温塔で急冷された後、有毒ガス除去装置、集じん装置等を経て触媒脱硝装置に導かれ、ここで排ガス中のＮＯｘが分解、除去された後、大気に排出される。触媒脱硝装置における排ガス温度は、通常２００℃程度と低いことから、適用する脱硝触媒は、低温高活性であることが好ましい。
【０００４】このような状況の下、本発明者は、低温域でＮＯｘを効率よく分解、除去することができる排ガス処理技術として、排ガス中に存在するＮＯｘ（多くはＮＯとして存在）を酸化触媒によって一部ＮＯ₂に酸化する、低温脱硝装置を提案した（特開平８－１０３６３６号公報）。なお、この装置は、排ガス中のＮＯとＮＯ₂の存在比が１：１の場合が最も高い脱硝活性が得られるという事実に基づいて開発されたものであり、それまでのＮＯｘの接触還元方法では、図３に示したように、反応温度の影響を受け易く、温度が低くなるにつれて脱硝性能が低下するために必要触媒使用量が多くなるという欠点を解決するとともに、排ガスの通風抵抗を低減しようとしたものである。
【０００５】一方近年、都市ごみ焼却設備等から排出されるダイオキンシの毒性が問題視されており、１９９７年１月にはその排出量を０．１ｎｇ－ＴＥＱ／ｍ³Ｎ以下にするという欧州並の最も厳しい排出規制が適用されることになった。また、２００２年までには都市ごみ焼却設備以外の鉄鋼業焼結機や電気炉などに対しても規制の網が掛けられることになり、優れたダイオキシン処理技術の開発が望まれている。このような状況下、本発明者は、ごみ焼却処理設備等から排出されるＤＸＮが排ガス中の二酸化窒素（ＮＯ₂）によって効果的に分解除去されること、すなわち、排ガス中のＤＸＮ類は、触媒の存在下でＮＯ₂によりＨＣｌ、Ｈ₂ＯおよびＣＯ₂に完全に酸化分解されるという知見を得ている。
【０００６】ここで、上述した最近の排ガス規制強化の動向を考慮すれば、ごみ焼却処理設備等から排出される排ガス中のＮＯｘとＤＸＮを同時に分解、除去することができる技術が確立されることが望ましく、上記ＮＯ₂によるＤＸＮの分解方法によってＮＯｘとＤＸＮを同時に分解、除去することも考えられるが、上記方法には還元剤の注入によりＤＸＮ分解活性に必要なＮＯ₂とＮＯの反応が優先して発生するために、ＮＯ₂が不足してＤＸＮが十分に分解されないという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、排ガス中のＮＯｘおよびＤＸＮを低温域で共に効率よく分解、除去することができる排ガス処理装置を提供することにある。
【０００８】
【解決を解決するための手段】上記課題を解決するため、本発明者は、（１）排ガスに含まれるＤＸＮ類の触媒分解反応はＮＯ₂によって生起されること、（２）排ガス中のＮＯｘの分解反応は反応温度の低下とともに低下するが、図４に示すように、ＮＯとＮＯ₂の共存系において、その存在比が約１：１の時、脱硝率が高くなること、（３）一般に焼却過程で発生するＮＯｘの９０～９５％はＮＯであり、ＮＯ₂は微量（数％）に過ぎないが、これでも排ガスに含まれるＤＸＮに比べて大過剰であり、ＤＸＮの分解に寄与できること、（４）脱硝反応と、脱ＤＸＮ反応はいずれも比較的反応速度が速いので、同時処理を行う場合、ＤＸＮ除去に必要なＮＯ₂が脱硝反応で消費されてしまうために、ＤＸＮ除去率が低下する場合があること等の知見を得、これらに基づいて鋭意研究した結果、触媒充填層に、脱硝および脱ＤＸＮ触媒とＮＯをＮＯ₂に酸化する酸化触媒を配置することにより、排ガス中のＮＯの一部をＮＯ₂に酸化してＮＯ₂の存在割合が増大し、これによって低温域であっても、ＮＯｘの除去性能を維持したままＤＸＮ類が効率よく分解除去されることを見出し、本発明に到達した。
【０００９】すなわち、本願で特許請求する発明は、以下のとおりである。
（１）排ガスに還元剤を添加したのち触媒充填層に導入し、触媒の存在下、前記排ガスに含まれる窒素酸化物とポリハロゲン化有機化合物を分解、除去する排ガス処理装置において、前記触媒充填層に、脱硝および脱ダイオキシン触媒と前記窒素酸化物中の一酸化窒素を酸化する酸化触媒を配置したことを特徴とする排ガス処理装置。
（２）前記触媒充填層に、ガス流れ方向に沿って順次脱硝および脱ダイオキシン触媒、一酸化窒素の酸化触媒ならびに脱硝および脱ダイオキシン触媒を配置したことを特徴とする上記（１）に記載の排ガス処理装置。
【００１０】（３）前記ガス流れ方向に沿った上流側の脱硝および脱ダイオキシン触媒（Ａ）と、中間位置の一酸化窒素の酸化触媒（Ｂ）と、下流側の脱硝および脱ダイオキシン触媒（Ｃ）との体積比は、（Ａ）、（Ｃ）、（Ｂ）の順に小さくなることを特徴とする上記（２）に記載の排ガス処理装置。
（４）前記一酸化窒素の酸化触媒が、Ｔｉ－Ｍｎ系、Ｔｉ－Ｐｔ系、Ｔｉ－Ｃｏ系またはＴｉ－Ｃｒ系触媒であることを特徴とする上記（１）～（３）の何れかに記載の排ガス処理装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に、本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明装置が適用される都市ごみ焼却処理施設の排ガス処理プラントを示す装置系統図である。図において、この排ガス処理プラントは、ごみ焼却炉１と、該ごみ焼却炉１の排ガス煙道に順次設けられたボイラ２、ガス冷却装置３、集塵装置としてのバグフィルタ４および触媒分解装置５と、該触媒分解装置５の後流に設けられた煙突６とから主として構成されている。触媒分解装置５の触媒充填層には、例えば図２に示したように、排ガスの流れ方向に沿って順次、脱硝および脱ＤＸＮ触媒１０、ＮＯの酸化触媒１１ならびに脱硝および脱ＤＸＮ触媒１０が配置されている。
【００１２】このような構成において、都市ごみ焼却炉１から排出された燃焼排ガス７は、ボイラ２で熱交換され、ガス冷却装置３で、例えば約２００℃まで急冷された後、煙道に添加された消石灰８と混合してバグフィルタ４に流入し、ここでダストと共に塩化水素や硫黄酸化物が取り除かれる。硫黄酸化物等が取り除かれた排ガスは、次いで排ガス煙道に添加された、ＮＯｘの還元剤としてのアンモニア９と混合した後、触媒分解装置（以下、排ガス処理装置ともいう）５に流入し、ここで、排ガス中のＮＯｘおよびＤＸＮが除去される。脱硝および脱ダイオキシン処理された排ガスは、浄化排ガスとして煙突６から大気に排出される。
【００１３】本実施例によれば、触媒充填層に脱硝および脱ＤＸＮ触媒と共にＮＯの酸化触媒を配置したことにより、排ガス中のＮＯの一部をＮＯ₂に酸化してＮＯｘの分解によって消費されたＮＯ₂を補充することができるので、ＤＸＮの分解に必要なＮＯ₂を確保してＤＸＮをＮＯｘとともに効率よく分解、除去することができる。
【００１４】本実施例において、ＮＯをＮＯ₂に酸化する酸化触媒は、脱硝および脱ＤＸＮ触媒が充填された触媒充填層内に部分的に設けること、すなわち、前記脱硝および脱ＤＸＮ触媒の中間位置に設けることが好ましい。またこのとき、ガス流れ方向に沿った上流側の脱硝および脱ＤＸＮ触媒（Ａ）と、中間位置のＮＯの酸化触媒（Ｂ）と、下流側の脱硝および脱ＤＸＮ触媒（Ｃ）との体積比は、（Ａ）、（Ｃ）、（Ｂ）の順に小さくなるように、例えば約７０：約１０：約２０（合計１００）とすることが好ましい。
【００１５】本実施例において、ガス流れ方向上流側の脱硝および脱ＤＸＮ触媒域では主として排ガス中のＮＯｘ（大部分がＮＯ）の分解が行われ、中間位置に配置された酸化触媒域によってＮＯの一部をＮＯ₂に酸化することによって、前記ＮＯｘの分解で消費されたＮＯ₂を補充したのち、後流側の脱硝および脱ＤＸＮ触媒域で主として前記ＮＯによるＤＸＮの分解が行われる。上記触媒の体積比を（Ａ）、（Ｃ）、（Ｂ）の順に小さくしたのは、上記ＮＯｘの分解、ＮＯのＮＯ₂への酸化およびＮＯ₂によるＤＸＮの分解を最適の触媒量で行うためである。
【００１６】本実施例において、脱硝および脱ＤＸＮ触媒としては、酸化チタン（ＴｉＯ₂）をベースに各種活性成分として、例えばタングステンやバナジウムを添加したもの、具体的にはＴｉ－Ｗ系、Ｔｉ－Ｖ系触媒が用いられ、チタン（Ｔｉ）に対してバナジウム（Ｖ）を、例えば１～１０ｗｔ％含むＴｉ－Ｖ系触媒が好適に用いられる。一方、ＮＯの酸化触媒としては、例えばＴｉ－Ｍｎ系、Ｔｉ－Ｐｔ系、Ｔｉ－Ｃｏ系、Ｔｉ－Ｃｒ系触媒が用いられ、マンガン（Ｍｎ）、白金（Ｐｔ）、コバルト（Ｃｏ）またはクロム（Ｃｒ）がチタン（Ｔｉ）に対して、例えば５ｐｐｍ～１０ｗｔ％含まれているものが好適に使用される。
【００１７】比較例触媒分解装置としての排ガス処理装置５に充填される触媒を、図５に示したように、全て脱硝および脱ＤＸＮ触媒１０とし、ＮＯの酸化触媒を充填しなかった以外は上記実施例と同様の装置を用い、同様の条件でごみ焼却炉１の排ガスを処理した。
【００１８】表１に、上記実施例および比較例における脱硝および脱ＤＸＮ活性をまとめて示した。なお、脱硝活性および脱ＤＸＮ活性は、比較例を基準とし、実施例の活性は比較例に対する比として示した。

＊触媒比率：排ガス流れ方向に沿った上流側の（脱硝および脱ＤＸＮ触媒）Ａと、中間部の（ＮＯ酸化触媒）Ｂと、下流側の（脱硝および脱ＤＸＮ触媒）Ｃの体積比率表１において、実施例における脱硝活性および脱ＤＸＮ活性は共に比較例よりも高くなっており、本実施例によれば、ＮＯｘとＤＸＮを同時に効率よく分解、除去できることが分かる。
【００１９】なお、本発明において、排ガス中のＮＯのＮＯ₂への転換は、低温ほどその反応速度が速くなるため、本発明が対象とする、低温域ではむしろ好都合であるが、実システムでは焼却過程で生成したＮＯの大部分はそままの状態で触媒分解装置に流入しているのが現状であり、一定割合のＮＯ₂を生成するためにはＮＯをＮＯ₂に酸化する酸化触媒を用いる必要がある。
【００２０】
【発明の効果】本願の請求項１に記載の発明によれば、排ガスに含まれる有害なＮＯｘとＤＸＮを同時に、かつ効率よく除去することができ、厳しい排出規制に対して比較的少ない触媒量で対応することができる。本願の請求項２に記載の発明によれば、ＮＯｘの分解反応で消費したＮＯ₂を補充してＮＯｘとＤＸＮを同時に効率よく分解、除去することができる。
【００２１】本願の請求項３に記載の発明によれば、上記発明の効果に加え、最適触媒量でＮＯｘとＤＸＮを効率よく分解、除去することができる。本願の請求項４に記載の発明によれば、上記発明の効果に加え、ＮＯｘ中のＮＯの一部を効率よくＮＯ₂に酸化してＮＯｘとＤＸＮを同時に効率よく分解、除去することができる。

【出願人】	【識別番号】０００００５４４１【氏名又は名称】バブコック日立株式会社【住所又は居所】東京都港区浜松町二丁目４番１号
【出願日】	平成１４年１月１１日（２００２．１．１１）
【代理人】	【識別番号】１０００７６５８７【弁理士】【氏名又は名称】川北武長
【公開番号】	特開２００３－２０５２２３（Ｐ２００３－２０５２２３Ａ）
【公開日】	平成１５年７月２２日（２００３．７．２２）
【出願番号】	特願２００２－４７３１（Ｐ２００２－４７３１）