JPH04247218A - 排気ガス処理方法および装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は放電プラズマを用いて
、内燃機関や焼却炉等からの排気ガス中の窒素酸化物（
ＮＯｘ）を除去する排気ガス処理方法および装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジン，ガスエンジン及び
ガスタービンエンジン等の内燃機関においては燃焼によ
りＮＯｘが発生する。このＮＯｘ低減対策としては大き
く分けると、燃料転換，燃焼改善及び排気ガス脱硝があ
る。このうち燃料転換及び燃焼改善ではＮＯｘの低減効
果に限界があり（２０％〜５０％）、大気汚染防止法等
の規制強化に対応しにくい。

【０００３】脱硝技術としては乾式法と湿式法があり、
現在良く使用されているのは湿式法の選択接触還元法（
以下アンモニア脱硝法と称す）である。アンモニア脱硝
法は排ガス中にアンモニアを注入して下流に設置された
脱硝触媒に接触させ、次に示す還元反応によりＮＯｘを
無害な窒素と水に分解するものである。触媒としてはＶ
２Ｏ５−ＷＯ３−ＴｉＯ３系が主流である。

【０００４】 　　４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ　　　
　　　　　　　　　…（１）　　ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ
３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ　　　　　　　　　　　　…（２
）また、乾式法としては放電プラズマを利用した排気ガ
ス処理装置がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したアンモニア脱
硝法による排気ガス処理装置としては次に述べるような
問題がある。

【０００６】（１）ＮＯｘを分解するためにアンモニア
が必要となる。このアンモニアは、有害で危険なガスで
あるため、その取り扱いに細心の注意を要し、法規上も
毒・劇物取締法、高圧ガス取締法、悪臭防止法、大気汚
染防止法、労働安全衛生法、危険物船舶運送及び貯蔵規
則、港則法、航空法などで規制されている。

【０００７】（２）使用温度に３２０〜４００℃と制限
がある。３２０℃以下では脱硝率の低下や触媒の劣化を
招き、４５０℃以上では触媒機能の低下を招く。

【０００８】（３）小型化が困難である。前述した反応
式から判るようにＮＯｘの置元反応は等モルであるため
、脱硝するＮＯｘ量にほぼ等しいアンモニアを排ガス中
に注入しなければならず、アンモニア貯蔵設備、触媒等
が大型となる。

【０００９】（４）脱硝率に５０〜８０％と限界がある
。

【００１０】（５）触媒が劣化する。寿命約２年（８０
００時間）排気ガス成分（煤塵ＳＯｘ等）により劣化が
進む。触媒は貴金属系で高価なため、経済的に不利であ
る。

【００１１】このように湿式法によるアンモニア脱硝法
では種々の問題がある。

【００１２】また、乾式法である放電プラズマを利用し
た排気ガス処理装置では、大気圧での放電となるために
花火放電になりやすい等の理由により効率が悪く、高い
脱硝率を得るには大電力が必要となる。コロナ放電を用
いて放電電流を小さくし、放電領域を広げるためには、
電極の複雑化を招く。これらの問題により、放電プラズ
マを利用した排気ガス処理装置は、ＮＯｘ排気量の多い
ディーゼルエンジン等には適用することが困難である。

【００１３】この発明は、このような問題点を解決し、
簡便で脱硝率の高い排気ガス処理技術を提供することを
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明は、ＮＯｘを含有する排気ガスからＮＯｘを除去する
方法において、次の工程を順次行うものである。

【００１５】（１）アジ化水素溶液の噴霧雰囲気中にて
排気ガスを流通させることによりＮＯｘを還元・除去す
る工程。

【００１６】（２）放電プラズマ雰囲気中にて排気ガス
を流通させることにより残存するＮＯｘを分解・除去す
る工程。

【００１７】また、請求項２に記載された発明は、ＮＯ
ｘを含有する排気ガスからＮＯｘを除去する装置におい
て、次の手段（１）（２）を設けるものである。

【００１８】（１）排気ガスに対して第１の脱硝処理を
行う湿式脱硝処理部。この湿式脱硝処理部は次の手段（
ａ）〜（ｄ）を備えている。

【００１９】（ａ）アジ化水素溶液を蓄えるタンク。

【００２０】（ｂ）（ａ）のタンクから溶液を搬送する
搬送装置。

【００２１】（ｃ）排気ガスが内部を流通する湿式処理
容器。

【００２２】（ｄ）（ａ）のタンクから搬送される溶液
を湿式処理容器の内部に噴霧する噴霧装置。

【００２３】（２）第１の脱硝処理後のガスに対して放
電プラズマによる第２の脱硝処理を行うプラズマ脱硝処
理部。このプラズマ脱硝処理部は、次の手段（ｅ）〜（
ｇ）を備えている。

【００２４】（ｅ）湿式処理容器から流出した排気ガス
が内部を流通するプラズマ処理容器。

【００２５】（ｆ）プラズマ処理容器の内部に設置され
たプラズマ発生用電極。

【００２６】（ｇ）プラズマ発生用電極に電圧を印加す
るプラズマ発生用電源。

【００２７】

【作用】この発明によれば、排気ガスはまず湿式処理部
に流入し、第１の脱硝処理が施される。すなわち、搬送
装置によりアジ化水素溶液が噴霧装置に搬送され、噴霧
装置によりその溶液が噴霧される。これにより湿式処理
容器の内部にアジ化水素溶液の噴霧雰囲気が生成される
。この雰囲気中を排気ガスが流通することにより、排気
ガス中のＮＯｘがアジ化水素と反応して還元・除去され
る。この湿式脱硝処理では、ＮＯＸ濃度の高い排気ガス
であっても、ある程度のＮＯＸ濃度の低減は容易に行え
る。

【００２８】この後、排気ガスはプラズマ脱硝処理部に
流入し、第２の脱硝処理（プラズマ脱硝処理）が行われ
る。すなわち、プラズマ発生用電源を駆動して電圧をプ
ラズマ発生用電極に印加することにより、プラズマ処理
容器の内部には放電プラズマが生成される。この放電プ
ラズマ雰囲気中を排気が流通することにより、排気ガス
中に残存しているＮＯｘを分解・除去する。湿式脱硝処
理によりあらかじめ排気ガスのＮＯＸ濃度が低減されて
いるので、このプラズマ脱硝処理により効果的な脱硝処
理が行われ、高脱硝率が実現できる。

【００２９】

【実施例】以下、図面に基づいてこの発明の実施例を説
明する。

【００３０】図１は、この発明の実施例に係る排気ガス
処理装置の概要を示す。図において、矢印は排気ガスの
流れを示す。この装置は、湿式脱硝処理部１およびプラ
ズマ脱硝処理部２からなる。

【００３１】湿式脱硝処理部１において、３は湿式脱硝
処理容器である。この処理容器３には排気ガス流通管４
，５が連結されており、排気ガスが管４から処理容器３
の内部に流入し、管５を通って流出する構成となってい
る。

【００３２】タンク６は、アジ化ナトリウムと塩酸の混
合溶液を蓄えるものである。ポンプ７は、この混合溶液
を噴霧ノズル８に搬送するものである。噴霧ノズル８は
、処理容器３の内部に取り付けられ、混合溶液を管４の
開口部に向かって噴霧するものである。

【００３３】また、プラズマ脱硝処理部２において、９
はプラズマ脱硝処理容器である。このプラズマ脱硝処理
容器９には排気ガス流通管５，１０が連結されており、
湿式脱硝処理部１で処理された排気ガスが管５を通って
処理容器９に流入し、管１０を通って外部に流出する構
成となっている。

【００３４】処理容器９の内部には、円筒電極１１およ
び針状電極１２が設けられている。円筒電極１１は、管
５の開口部に設けられており、管５から流入する排気ガ
スが円筒電極１１を流通するようになっている。針状電
極６は、円筒電極１１の軸心上の位置に固定されている
。プラズマ発生用電極１３は、プラズマを発生させるた
めの高電圧（直流・交流・高周波・パルスのいずれでも
可）を電極１１，１２に印加するものである。電極１１
，１２のいずれを正極・負極として用いるかは任意に選
択できる。

【００３５】以上の構成において、ディーゼルエンジン
などから排出される排気ガスは管４を通ってまず湿式脱
硝部１に至る。このとき、ポンプ７が駆動することによ
り、タンク６内の混合溶液が噴霧ノズル８から噴霧され
、管４の開口部近傍に混合溶液の噴霧雰囲気１４が形成
されている。管４から処理容器３に流入した排気ガスが
この噴霧雰囲気１４を流通する過程で、排気ガス中のＮ
Ｏｘが還元・除去される。この主反応は、次の（３）〜
（５）式で表される。

【００３６】 　　ＮＯ＋ＮＯ２＋Ｈ２Ｏ→２ＨＮＯ２　　　　　　　
　　　　　　　　　　　…（３）　　６ＮａＮ３＋６Ｈ
Ｃｌ→６Ｎ３Ｈ＋６ＮａＣｌ　　　　　　　…（４）　
　２ＨＮＯ２＋６Ｎ３Ｈ→１０Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ　　　　
　　　　　　　…（５）混合溶液を管４の開口部に向か
って噴霧しているので、管４から流れ出た排気ガスは噴
霧雰囲気中を流通することとなり、（３）式の反応が効
果的に生ずる。また、（４）式に示すように混合溶液中
に酸（ＨＣｌ）を加えることによりＮ３＋を遊離させて
いるので、（５）式の反応が進む。混合溶液に加える酸
としては、塩酸の他に硫酸・硝酸・酢酸などを使用でき
ることが確認された。この湿式脱硝処理では、ＮＯｘ濃
度が１００〜１５０ｐｐｍに低減する程度に処理を行え
ばよい。したがって試薬（ＮａＮ３等）の消費量は少な
くて済む。

【００３７】この後、排気ガスは管５を通り、円筒電極
１１を通過して管１０に導かれる。ここで、プラズマ発
生用電源１３を駆動することにより、電極１１，１２間
にコロナ放電が発生している。円筒電極１１から流れ出
た排気ガスが放電プラズマ雰囲気１５を通過するときに
、次の（６）式に示すように湿式脱硝処理で除去できず
に排気ガス中に残存しているＮＯｘが分解・除去される
。

【００３８】 　　２ＮＯ→Ｎ２＋Ｏ２　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（６）コロナ
放電の放電路は、円筒電極１１の開口部に帽子状に形成
されており、流入する排気ガスは必ずプラズマ雰囲気中
を通過するので分解処理効率が高められる。また、プラ
ズマ脱硝処理は、ＮＯｘ濃度が高い場合は脱硝率が低い
が、ＮＯｘ濃度が低い場合は脱硝率が高い。ＮＯｘ濃度
が１００〜１５０ｐｐｍ以下の場合、８０％以上の脱硝
率が得られる。上記のように湿式脱硝処理によってＮＯ
ｘ濃度１００〜１５０ｐｐｍ程度まで処理しているので
、プラズマ脱硝処理によってＮＯｘ濃度２０ｐｐｍ以下
まで処理することが可能となった。

【００３９】この排気ガス処理装置は、ＮＯｘを含む排
気ガスすべての処理に適用可能であり、特にＮＯｘ濃度
の高いディーゼルエンジン等の排気ガスの処理に好適で
ある。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
アジ化水素溶液の噴霧雰囲気中にて排気ガスを流通させ
ることにより第１の脱硝処理を行い、この後、放電プラ
ズマ雰囲気中にて排気ガスを流通させることにより第２
の脱硝処理を行うので、次のような効果がある。

【００４１】（１）第１の脱硝処理で還元・除去しきれ
ずに残存しているＮＯｘを第２の脱硝処理により分解・
除去するので、特にＮＯＸ濃度が高い排気ガスであって
も高脱硝率が可能となる。

【００４２】（２）取り扱いの面倒なアンモニアが不要
であり、液剤（たとえばアジ化化合物水溶液および酸溶
液）を使用して処理を行えるので、取り扱いが容易にな
り、しかも装置の小型化も可能となる。さらに、第１の
脱硝処理では、必ずしも高脱硝率が要求されないので、
液剤の使用量が少なくて済む。

【００４３】（３）アンモニア脱硝法に比べて使用温度
範囲が広がる。

【００４４】（４）触媒を使用しないので、触媒の交換
作業等が不要となり、経済的にも有利となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る排気ガス処理装置の
概要図。

【符号の説明】

１…湿式脱硝処理部 ２…プラズマ脱硝処理部 ３，９…処理容器 ６…タンク ７…ポンプ ８…噴霧ノズル １１，１２…電極 １３…プラズマ発生用電源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ＮＯｘ含有の排気ガスからＮＯｘを除
   去する方法において、アジ化水素溶液の噴霧雰囲気中に
   て排気ガスを流通させることによりＮＯｘを還元・除去
   し、この後、放電プラズマ雰囲気中にて排気ガスを流通
   させることにより残存するＮＯｘを分解・除去すること
   を特徴とする排気ガス処理方法。
2. 【請求項２】　　ＮＯｘ含有の排気ガスからＮＯｘを除
   去する装置において、前記排気ガスに対して第１の脱硝
   処理を行う湿式脱硝処理部と、第１の脱硝処理後のガス
   に対して放電プラズマによる第２の脱硝処理を行うプラ
   ズマ脱硝処理部とを備え、前記湿式脱硝処理部は、アジ
   化水素溶液を蓄えるタンクと、このタンクから溶液を搬
   送する搬送装置と、前記排気ガスが内部を流通する湿式
   処理容器と、前記タンクから搬送される溶液を湿式処理
   容器の内部に噴霧する噴霧装置とを備え、前記プラズマ
   脱硝処理部は、湿式処理容器から流出した排気ガスが内
   部を流通するプラズマ処理容器と、このプラズマ処理容
   器の内部に設置されたプラズマ発生用電極と、このプラ
   ズマ発生用電極に電圧を印加するプラズマ発生用電源と
   を備えたことを特徴とする排気ガス処理装置。