JP3411294B2 - 電子ビームの照射によるガス処理における副生物の付着防止方法及び装置 - Google Patents

電子ビームの照射によるガス処理における副生物の付着防止方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は電子ビームの照射による排ガス等のガス処理
方法及び装置に係り、特に硫黄酸化物及び／又は窒素酸
化物を含むガスに、アンモニアを添加するとともに電子
ビームを照射することによって、硫黄酸化物及び／又は
窒素酸化物を除去するガス処理における副生物の付着防
止方法及び装置に関する。
背景技術 経済の発展につれてエネルギー需要が高まる中、エネ
ルギー源として石炭、石油等の化石燃料に依然として依
存し続けている。しかしながら、化石燃料を燃焼する際
に生じる有害物質や汚染物質は、環境汚染の原因となっ
ている。大気中に汚染物質が拡散して環境汚染が進行す
るのを防ぐため、発電プラントのような燃料燃焼プラン
トのための排ガス処理システムの技術開発が進められて
いる。しかしながら、従来の排ガス処理システムにおい
ては、様々な制御を要する装置が必要であること、大規
模な汚水処理システムが不可欠であることなど、今なお
改善されるべき問題がいくつか残っている。
上述の問題を解決するために、ボイラ等の燃料燃焼プ
ラントからの排ガスを電子ビームを利用して処理する排
ガス処理システムが開発されている。このシステムにお
いては、硫黄酸化物及び／又は窒素酸化物を含むガスに
アンモニアを注入し、電子ビームを照射することによっ
て、硫黄酸化物及び／又は窒素酸化物を反応副生物（以
下、副生物という）として除去するようにしている。し
かしながら、硫安及び／又は硝安を主成分とする副生物
は処理されたガスが通過する通路に付着する傾向があ
る。このような電子ビームプロセスにおいて硫安及び／
又は硝安を主成分とする副生物の付着を防止する種々の
試みがなされていた。その試みの一つは、特公平３−65
211号に開示されているように、電子ビーム照射後のガ
ス流速を10m/s以下、好ましくは5m/s以下とすることで
ある。他の試みは、特開平７−31844号に開示されてい
るように、電子ビーム照射領域から副生物捕集領域まで
のガス接触部を80℃〜150℃、好ましくは100℃〜150℃
にすることである。前者においては、電子ビーム照射領
域の下流側の装置及び／又はダクトの断面積が大きくな
り、設備が大型化する傾向があるという欠点がある。後
者においては、ガス接触部を昇温するための熱源が必要
となるという問題がある。さらに、いずれの方法によっ
ても、副生物の付着は完全に防止されず、また、一旦副
生物の付着が始まると、付着量は加速度的に増大すると
いう傾向があった。
国際出願PCT/JP97/00772において、電子ビームによっ
て発生するＸ線を遮蔽するために、入口及び出口開口部
に通じる通路を遮蔽壁で囲み、遮蔽通路の内部に仕切板
及び／又は内部隔壁を設ける方法が提案されている。こ
の方法を電子ビームガス処理装置の反応器から副生物捕
集装置に至るダクトに適用する場合には、該ダクトの一
部を遮蔽通路とし、その内部に仕切板及び／又は内部隔
壁を設けることになる。一般に、副生物は、ガスの流れ
が乱れる箇所で付着しやすいことが知られており、した
がって、遮蔽通路の内部に仕切板及び／又は内部隔壁を
設けた場合には、ガスの流れが乱れることにより、副生
物の付着が仕切板及び／又は内部隔壁又はその周囲でよ
り著しくなると予想される。
発明の開示 そこで本発明は、硫黄酸化物及び／又は窒素酸化物を
含むガスに、アンモニアを添加するとともに電子ビーム
を照射することによって、硫黄酸化物及び／又は窒素酸
化物を除去するとともに、反応器から反応により生成す
る副生物を捕集するまでの装置及び／又はダクトが、反
応により生成する硫安及び／又は硝安を主成分とする副
生物によって閉塞されることがないガス処理方法におけ
る副生物の付着防止方法及びガス処理装置における副生
物の付着防止装置を提供することを目的とするものであ
る。
本発明の１態様は、硫黄酸化物及び／又は窒素酸化物
を含むガスに反応器内でアンモニアを添加し、前記反応
器内で前記ガスに電子ビームを照射することによって硫
黄酸化物及び／窒素酸化物を除去し、前記反応器内の反
応によって生成された副生物を捕集装置によって捕集
し、前記反応器から前記捕集装置に延びるガス接触部の
少なくとも一部をガスの水露点以下に冷却することを特
徴とするものである。
本発明においては、反応は大気圧下で行われるので、
ガスの水露点の温度はガスの組成によって若干影響され
るが、主としてガス中の水蒸気濃度に左右される。その
水蒸気濃度（％）と水露点（℃）の関係は下記表に示す
とおりである。
反応器から、反応により生成する副生物を捕集するま
での装置のガス接触部の全部または一部をガスの水露点
以下に冷却することによって、ガス中の水蒸気をガス接
触部で結露させ、その結露水によってガス接触部に衝突
又は付着した副生物を溶解・洗浄させる。それゆえ、副
生物がガス接触部に付着することを防止し又は付着量の
増大を防止する。ガス接触部は、ガスの流れが乱される
ことによって副生物の付着が起こり易い箇所だけ冷却す
るか、また、ガス接触部の上部だけを冷却し、下部は上
部から流れてくる結露水で洗浄したりすることも可能で
ある。
本発明の方法は、電子ビーム照射前又は照射後にガス
中にガス接触部で発生した結露水を噴霧する工程を備え
ることもできる。
本発明の他の態様は、硫黄酸化物及び／又は窒素酸化
物を含むガスを供給する反応器と、前記反応器中のガス
にアンモニアを供給する供給装置と、前記反応器内で前
記ガスに電子ビームを照射する電子加速器と、前記反応
によって生成された副生物を捕集する捕集装置と、前記
反応器から前記捕集装置まで延びかつ前記ガスが通過す
るダクトと、前記反応器から前記捕集装置に延びている
ガス接触部の少なくとも一部をガスの水露点以下に冷却
する冷却構造とを備えたことを特徴とするものである。
本発明の装置は、ダクトの内部に間隔を置いた複数の
仕切板又は内部隔壁を備え、ガス接触部はガス接触部の
少なくとも一部を冷却する冷却構造を有した仕切板又は
内部隔壁の外面を備えている。
冷却構造はダクトに設けられた冷却ジャケットからな
るか、またはガス接触部又はガス非接触部に設けられガ
ス接触部を冷却するための冷却水配管からなる。冷却構
造は仕切板又は内部隔壁に設けられた冷却水流路からな
る。
特に、仕切板及び／又は隔壁がダクト内に設けられる
場合には、分割ダクトを仕切板間に設けることが可能で
ある。分割ダクトはガス接触部又はガス非接触部に冷却
ジャケット又は冷却水配管を備えることが可能であり、
ガス接触部の全部又は一部をガスの水露点以下に冷却す
ることができる。ガス接触部に発生した結露水は硫安及
び／又は硝安を主成分とする副生物を溶解する水溶液と
なるため腐食性を有する。このため、結露水と接触する
部分はステンレス鋼等の耐食性材料で製作するか、ある
いはライニング等によって保護することが望ましい。特
に、ダクトの内部に仕切板及び／又は内部隔壁を設ける
場合には、仕切板で区切られた通路に分割ダクトを挿入
し、分割ダクトの結露水と接触する部分をステンレス鋼
等の耐食性材料で製作することが有効である。
結露水には、硫安及び／又は硝安を主成分とする副生
物が溶解又は懸濁しているが、結露水を必要であればろ
過し、また水又はアンモニア水等の水溶液と混合した上
で反応器内のガス中に噴霧すれば、結露水はガスがもと
もと保有している顕熱、電子ビーム照射による発熱及び
化学反応熱によって蒸発し、結露水中に溶解又は懸濁し
ていた副生物は乾燥する。乾燥した副生物は、その後、
結露水中に溶解又は懸濁しなかった副生物とともに捕集
装置で捕集される。
噴霧装置は、噴霧装置がガス接触部で凝縮した結露水
を反応器内に噴霧できるように反応器の上流領域、又は
中央領域、又は下流領域に設けることができる。
本発明の上述及び他の目的、特徴及び利点は、本発明
の好ましい実施例を図示する添付図面とともに次の説明
から明らかになる。
図面の簡単な説明 図１は本発明の電子ビームの照射によるガス処理装置
の概略図である。
図２は図１に示す装置の遮蔽壁によって囲まれた反応
器、および反応器の下流に延びるとともに遮蔽壁の開口
に接続されたダクト内に配設された内部仕切壁を示す断
面図である。
図３は図１に示す装置の反応器の下流側のダクトの部
分立面図であり、ダクトは冷却ジャケットを有した部分
と冷却水配管が螺旋状に巻回された部分を含んでいる。
図４は内部に冷却水通路を備えた内部仕切板の１つを
示す部分斜視図である。
図５は仕切板の変更例を示す部分斜視図である。
図６は比較例における電子ビームの照射によるガス処
理装置の概略図である。
発明を実施するための最良の形態 以下、本発明に係る電子ビームの照射によるガス処理
装置を図１乃至図５を参照して説明する。
図１に示すように、本発明の装置は、燃料燃焼設備の
一種であり排ガスを排出するボイラ１と、ボイラ１から
排出された排ガスを冷却する熱交換器２と、熱交換器２
からの排ガスを冷却水をスプレーすることによって更に
冷却するための水スプレー式冷却塔３と、水スプレー式
冷却塔３から冷却された排ガスを供給する反応器４とを
備えている。装置は、反応器４の下流にあるダクト５
と、反応器４からダクト５によって排出されたガスから
副生物粒子を収集する電気集塵機６と、電気集塵機６か
らのガスを装置の外部に排出するための誘引ファン７と
を備えている。電子加速器８はガスに電子ビームを照射
するために反応器４に設置されている。アンモニアはア
ンモニア供給設備９からラインミキサ10に供給され、供
給されたアンモニアはラインミキサ10内で空気と混合さ
れ、アンモニアと空気の混合ガスは反応器４内の二流体
ノズル11に供給される。二流体ノズル11において、ライ
ンミキサ10からの混合ガスと混合液槽12からの混合液は
気液混合室で混合される。混合液槽12の混合液は、水と
ダクト５に形成された水抜出口13からの結露水との混合
物である。二流体ノズル11によって生成されたガスと液
体の混合物は、電子ビームの照射前又は後に反応器４内
の排ガスに噴霧される。二流体ノズル11は反応器４の上
流領域、又は中央領域、又は下流領域に位置している。
水抜出口13から排出されて水と混合された結露水は、反
応器４内に噴霧され、反応器４内又はダクト５内で蒸発
するので、排水の発生が防止され、排水処理設備はガス
処理設備において必要でない。
図２に示すように、反応器４は遮蔽壁14により囲まれ
ており、折曲して形成されるとともに並列して間隔を置
いた仕切板15は、反応器４の下流に延び、かつ遮蔽壁14
の開口に接続されているダクト５内に配置されている。
図３に示すように、ダクト５は冷却ジャケット16を有
した上流部と冷却水配管17が螺旋状に巻回された下流部
とを含んでいる。冷却水が冷却ジャケット16および冷却
水配管17にそれぞれ供給され、ガス接触部として機能す
るダクト５の内面を冷却する。
図４に示すように、複数の折曲部を有した仕切板15の
各々は、内部に曲がりくねって延びている冷却水流路18
を備えている。冷却水は冷却水流路18にも供給され、仕
切板15の外面を冷却する。仕切板15の外面もガス接触部
として機能する。冷却水流路は反応器４の壁又はダクト
５の壁に設けることができる。
図５は仕切板15の変形例である。図５に示すように、
内部に冷却ジャケットを有した分割ダクト19は遮蔽壁14
と仕切板15との間、および隣接する仕切板15の間にそれ
ぞれ設けられている。分割ダクト19は矩形断面の折曲通
路を有している。冷却水は分割ダクトの冷却ジャケット
に供給され、ガス接触部として機能する分割ダクト19の
内面を冷却する。排ガスは各分割ダクト19の内部を流れ
る。排ガスは仕切板15に直接に接触しないが、冷却ジャ
ケットによってガスの水露点以下に冷却された分割ダク
ト19の内面に接触し、これゆえガス中の水蒸気は凝縮
し、分割ダクト19の内面に接触するか又は分割ダクト19
の表面に付着した副生物は結露水によって溶解され洗い
流される。
（本発明の実験例） 図１乃至図５に示す装置によって本発明の実験をし
た。図１において、ボイラ１から発生した硫黄酸化物を
700ppm、窒素酸化物を150ppm含む排ガス1,500m3N/hを熱
交換器２で150℃まで冷却し、水スプレー式冷却塔３で6
0℃まで冷却した後、反応器４に導く。一方、アンモニ
ア供給設備９から供給されたアンモニア2.1m3N/hを空気
8.0m3N/hとラインミキサ10で混合し、その混合ガスと、
混合液槽12から供給される混合液13.3kg/hを二流体ノズ
ル11の気液混合室で混合して反応器４入口で噴霧注入
し、電子加速器８から電子ビームを10kGy照射した。排
ガスは反応器４の出口で65℃となり、その際のガスの水
露点は50℃であった、その後、排ガスは、反応器下流の
ダクト５を通して電気集塵機６に導かれ、副生物が捕集
された後、誘引ファン７で昇圧されて大気に放出され
た。誘引ファン７の出口での硫黄酸化物濃度は35ppm、
窒素酸化物濃度は20ppm、ダスト濃度は5mg/m3Nであっ
た。
反応器４は図２に示すような遮蔽壁14内に納められ、
反応器４の下流のダクト５の内部でかつ遮蔽壁14の開口
通路となっている部分には複数の折曲部を有した仕切板
15が設置され、遮蔽壁14及び開口部の外部でのＸ線の強
度は0.1μSV/h以下となった。
反応器４内のガスの流速は0.1m/sであり、反応器下流
のダクト５でのガスの流速は、仕切板15が設置されてい
ない箇所では10m/s、仕切板15が設置されている箇所で
は15m/sであった。
この際、図３に示すように、反応器４の下流のダクト
５は水冷ジャケット16を有した上流部と冷却水配管17を
有した下流部を含み、ダクト５のガス接触部の温度が最
も高い箇所で45℃となるようにした。また、仕切板15の
内部には、冷却水流路18を設けることによって、仕切板
15のガス接触部の温度が最も高い箇所で45℃となるよう
にした。
反応器４の下流のダクト５の内面及び仕切板15の表面
では5.0kg/hの結露水溶液が発生し、結露水中の副生物
濃度は６％であった。結露水は図１に示す水抜出口13
（図１参照）から抜き出し、混合水槽12で工業用水8.3k
g/hと混合した。
120時間の運転では、圧力損失は全く見られず、運転
終了後、反応器４の下流のダクト５を観察したところ、
反応器４の下流のダクト５の内面及び仕切板15の表面へ
の副生物の付着は全く見られなかった。
（比較例の実験例） 比較例の実験を図６に示す電子ビームの照射によるガ
スの処理装置で行った。図６に示す装置は、図１に示す
装置と比べて、混合水槽12と水抜出口13がなく、かつダ
クト５は、冷却ジャケット16および冷却水配管17がな
く、かつ仕切板15は冷却水流路18がない点で異なってい
る。
図６において、ボイラ１から発生した硫黄酸化物を70
0rpm、窒素酸化物を150ppm含む排ガス1,500m3N/hを熱交
換器２で150℃まで冷却し、水スプレー式冷却塔３で60
℃まで冷却した後、反応器４に導く。一方、アンモニア
供給設備９から供給されたアンモニア2.1m3N/hを空気8.
0m3N/hとラインミキサ10で混合し、その混合ガスと工業
用水13kg/hを二流体ノズル11の気液混合室で混合して、
反応器４入口で噴霧注入し、電子加速器８から電子ビー
ムを10kGy照射した。排ガスは反応器４の出口で65℃と
なり、反応器４の下流のダクト５を通して電気集塵機６
に導かれ、副生物が捕集された後、誘引ファン７で昇圧
されて大気に放出された。誘引ファン７の出口での硫黄
酸化物濃度は35ppm、窒素酸化物濃度は20ppm、ダクト濃
度は5mg/m3Nであった。
反応器４は図６に示すような遮蔽壁14内に納められ、
反応器４の下流に延びているダクト５の内部で、遮蔽壁
14の開口通路となっている部分には、複数の折曲部を有
した仕切板15が設置され、遮蔽壁14及び開口部の外部で
のＸ線の強度は0.1μSV/h以下となった。
反応器４内の排ガスの流速は0.1m/sであり、ダクト５
での排ガスの流速は、仕切板15が設置されていない箇所
では10m/s、仕切板15が設置されている箇所では15m/sで
あった。
120時間の運転をしたところ、ダクト５の内面及び仕
切板15の表面への副生物の付着のため圧力損失が増大
し、その結果誘引ファン７が運転できなくなったので運
転を停止した。その後、ダクト５の内面及び仕切板15の
表面に付着・堆積した副生物量を測定したところ、100k
gであった。
上述の説明から明らかなように、本発明は次の利点を
有する。
硫黄酸化物及び／又は窒素酸化物を含むガスに、アン
モニアを添加するとともに電子ビームを照射することに
よって、硫黄酸化物及び／又は窒素酸化物を除去するガ
ス処理プロセスにおいて、反応器から副生物捕集装置ま
での装置及び／又はダクトを、反応により生成する硫安
及び／又は硝安を主成分とする副生物による閉塞から防
止することができ、その結果、ガス処理プロセスの安定
操業を可能にした。
本発明の好ましい実施態様を示し、詳細に説明した
が、種々の変更及び改変が本発明の範囲から逸脱するこ
となくなし得る。
産業上の利用の可能性 本発明は、石炭や石油等の種々の燃料の燃焼排ガス中
に含まれる硫黄酸化物及び／又は窒素酸化物をガス中か
ら高効率で除去することができる排ガス処理設備に好適
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−164324（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−164323（ＪＰ，Ａ) 特公 昭58−884（ＪＰ，Ｂ１) 特公 平７−41143（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01D 53/32 B01D 53/56 B01D 53/60 B01D 53/50 B01D 51/02

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】反応器で、硫黄酸化物及び／又は窒素酸化
    物を含むガスにアンモニアを添加するとともに電子ビー
    ムを照射して副生物を生成し、該反応器で生成された副
    生物を反応後のガスとともに捕集装置に送り込むととも
    に、該捕集装置で該反応後のガスから該副生物を捕集す
    るガス処理方法において、前記反応器で生成された副生
    物を該反応後のガスとともに前記捕集装置に送り込むに
    際し、該反応後のガスの水露点以下に冷却されたガス接
    触部に該反応後のガスを接触させるようにしたことを特
    徴とする副生物の付着防止方法。
  2. 【請求項２】前記電子ビームの照射前又は照射後に前記
    ガス接触部で発生した結露水をガス中に噴霧することを
    特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】硫黄酸化物及び／又は窒素酸化物を含むガ
    スにアンモニアを添加するとともに電子ビームを照射し
    て副生物を生成し、該生成された副生物を反応後のガス
    とともに排出する反応器と、該反応器から排出された反
    応後のガスから副生物を捕集する捕集装置とを備えたガ
    ス処理装置において、前記反応器で生成された副生物を
    反応後のガスとともに前記捕集装置に送り込むに際し、
    該反応後のガスの水露点以下に冷却され該反応後のガス
    を接触させるガス接触部を設けたことを特徴とする副生
    物の付着防止装置。
  4. 【請求項４】前記ガス接触部は前記ダクトの内面からな
    ることを特徴とする請求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】前記ダクト内に配設される複数の間隔を置
    いた仕切板又は隔壁を備え、前記ガス接触部は前記仕切
    板又は隔壁の外面からなることを特徴とする請求項３記
    載の装置。
  6. 【請求項６】前記ガス接触部における冷却構造は前記ダ
    クトに設けられた冷却ジャケットからなることを特徴と
    する請求項３乃至５のいずれか１項に記載の装置。
  7. 【請求項７】前記ガス接触部における冷却構造は前記ダ
    クトに設けられた冷却水配管からなることを特徴とする
    請求項３乃至５のいずれか１項に記載の装置。
  8. 【請求項８】前記ガス接触部における冷却構造は前記反
    応器、前記ダクト、及び前記仕切板は隔壁の少なくとも
    １つに設けられた冷却水流路からなることを特徴とする
    請求項３乃至５のいずれか１項に記載の装置。
  9. 【請求項９】前記ダクトは複数の分割ダクトを備え、前
    記ガス接触部における冷却構造は前記分割ダクトに設け
    られた冷却ジャケットからなることを特徴とする請求項
    ３乃至５のいずれか１項に記載の装置。
  10. 【請求項１０】前記供給装置は、前記ガス接触部で凝縮
    した結露水を前記反応器中に噴霧するように前記反応器
    の上流領域、中央領域及び下流領域のいずれかに配置さ
    れていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１
    項に記載の装置。
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