JPH09103646A - 燃焼排ガスの処理方法及び装置 - Google Patents
燃焼排ガスの処理方法及び装置Info
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Abstract
シン及び窒素酸化物を効率よく除去することができる燃
焼排ガスの処理方法と装置を提供する。 【解決手段】 廃棄物燃焼施設からの燃焼排ガスの処理
方法において、該排ガスを180℃〜230℃に減温2
して乾式集塵装置3で除塵後、触媒として酸化バナジウ
ム系触媒を用いるダイオキシン及び窒素酸化物除去装置
4を通した後、180℃〜230℃の該排ガスを更に熱
交換器5を通して熱回収することとしたものであり、前
記酸化バナジウム系触媒は、バナジウム酸化物単独か、
又はバナジウム酸化物に、モリブデン、スズ、イットリ
ウム、ホウ素、鉛からなる群から選ばれた少なくとも一
種の元素の酸化物又は金を併用するか、又はさらにこれ
らとタングステン酸化物とを併用して3成分とし、チタ
ニアに担持して用いるのがよい。
Description
に係り、特に、廃棄物燃焼ボイラ及び燃焼炉の燃焼排ガ
ス中のダイオキシン及び窒素酸化物を触媒を用いて比較
的低温度で処理する燃焼排ガスの処理方法と装置に関す
る。
統を図3に、また、事業用及び自家用火力発電の燃焼排
ガスの処理系統を図4に示す。廃棄物発電の燃焼排ガス
の処理は、図3に示されるように、廃棄物の燃焼排ガス
中に含まれるダスト、重金属、SOx、HCl等を除去
する目的で、乾式集塵装置(電気集塵機・バグフィルタ
ー)3の後段に、湿式集塵装置(スクラバー)10を設
置し、燃焼排ガスの浄化と温度の低減後に、排ガス加熱
器(蒸気式加熱器)11で燃焼排ガス温度を上げた後
に、ダイオキシン及び窒素酸化物分解(触媒)装置12
を設置している。
る。 (1)機器が多く装置系統運用が複雑である。 (2)設備の建設コスト及びランニングコストが高い。 (3)保守及び管理の労力が大きい。 (4)燃焼排ガスを湿式集塵装置で冷却後に再加熱する
ので熱効率(発電の場合は発電効率)が低い。 (5)ダイオキシン及び窒素酸化物の除去効率が低い。
燃焼排ガスの処理は、図4に示されるように、燃料性状
が一定しているので、ボイラ出口の高温部に窒素酸化物
分解装置12を設置し、高い脱硝効率を得ているが、こ
の技術においても、次のような問題点がある。 (1)燃焼排ガス温度が300〜350℃と高いため、
ダイオキシンが冷却過程で(後段の空気予熱器2等の高
温から300℃以下に移る過程がある装置内で)再合成
される可能性がある。 (2)脱硝装置が集塵装置3の前段にあるため、廃棄物
に適用すると触媒が被毒及びダスト汚染を受けやすい。
減は、経済性、効率性、低温での活性のいずれも劣って
いて実用化されていなかった。しかし、脱硝触媒でごく
低い効率ではあるが、ダイオキシンが分解されることが
確認されていた。これを高効率で除去するためには、図
5に示すように、消石灰又は活性炭を添加後、バグフィ
ルター3を通し、次いでコークフィルター15を通す、
吸着又は活性炭使用による二段方式が用いられていた。
図6に上記図5の消石灰及び活性炭を用いたダイオキシ
ンの除去例を示す。図6によればダイオキシン濃度10
ng−TEQ/Nm3 の排ガスを0.1ng−TEQ/
Nm3 にまで低下することができる。しかし、この場合
の排ガスの温度はダイオキシンの物性及び活性炭の物性
から150℃以下にするのが望ましく、また、システム
の構築が複雑でエネルギー回収の立場からも合理性を欠
いている。
術の諸問題点を解消し、簡単な装置構成で、熱効率がよ
く、また、ダイオキシン及び窒素酸化物を効率よく除去
することができる燃焼排ガスの処理方法及び装置を提供
することを課題とする。
に、本発明では、廃棄物燃焼施設からの燃焼排ガスの処
理方法において、該排ガスを180℃〜230℃に減温
して乾式集塵装置で除塵後、触媒として酸化バナジウム
系触媒を用いるダイオキシン及び窒素酸化物除去装置を
通した後、180℃〜230℃の該排ガスを更に熱交換
器を通して熱回収することを特徴とする燃焼排ガスの処
理方法としたものである。また、本発明では、廃棄物燃
焼施設からの燃焼排ガスの処理装置において、該排ガス
を180℃〜230℃に減温する減温装置と、乾式集塵
装置と、触媒として酸化バナジウム系触媒を充填したダ
イオキシン及び窒素酸化物除去装置と、180℃〜23
0℃の排ガスから熱回収する熱交換器とを順次接続して
設けたことを特徴とする燃焼排ガスの処理装置としたも
のである。
前に、排ガスには火炉又は煙道で炭酸カルシウム又は消
石灰を噴霧して、燃焼排ガス中のダイオキシンの一部と
共に、SOx、HCl等を乾式集塵装置で除去するのが
よく、これらの除去によりその分圧が下がり、露点が低
下するので、熱交換器での熱回収率をより大きくするこ
とができる。また、前記乾式集塵装置としては、電気集
塵機又はバグフィルターを用いるのがよく、排ガスから
熱回収する熱交換器は燃焼空気又は給水を予熱するため
に用いるのがよい。
装置の構成は上記説明及び実施例から明らかであるの
で、ここでは特に、本発明のダイオキシン及び窒素酸化
物の除去装置に用いる酸化バナジウム系触媒について詳
述する。上記燃焼排ガスの処理(ダイオキシン及び窒素
酸化物の分解)触媒として、バナジウム酸化物もしくは
これを主成分とする複合触媒を使用する。特に、バナジ
ウム酸化物とモリブデン、スズ、イットリウム、ホウ素
及び鉛からなる群から選ばれた少なくとも一種の元素の
酸化物とを含む触媒、及び金を含む酸化バナジウム触
媒、もしくは次の(A)、(B)及び(C)の三成分、
即ち、(A)バナジウム酸化物、(B)タングステン酸
化物、及び(C)モリブデン、イットリウム、ホウ素、
スズ及び鉛からなる群から選ばれた少なくとも一種の元
素の酸化物又は金を含む酸化バナジウム触媒等が好適に
使用できる。
に対する耐被毒性に優れている。酸化物触媒は、通常担
体に担持して使用されるが、その担体として、シリカ、
アルミナ、珪藻土等が使用できるが、特に、本発明で用
いる触媒の担体としては、チタニア(TiO2 )を使用
するのが好ましい。殊に、燃焼排ガス中に硫黄酸化物が
含まれている場合には、チタニアを用いるのが好まし
い。上記担体へのバナジウム酸化物の担持量は、担体に
対し、通常0.5〜50wt%、好ましくは2〜40w
t%である。複合触媒として、バナジウム酸化物と、モ
リブデン、スズ、イットリウム、ホウ素及び鉛からなる
群から選ばれた少なくとも一種の元素の酸化物とを含む
触媒を用いる場合、それらの担体に対する担持量はそれ
ぞれ0.1〜50wt%、好ましくは0.3〜40wt
%がよい。またこのような第二成分はバナジウム酸化物
に対して、通常0.1〜1重量倍使用する。また、金を
含む酸化バナジウム触媒を担持して用いる場合は、担体
に対する金の担持量は0.001〜20wt%の範囲に
あるのが良い。このときの、金のバナジウム酸化物に対
する使用量比は、通常0.001〜0.2重量倍とする
のが良い。
及び(C)の三成分を含む酸化バナジウム触媒を用いる
場合は、上記担体へのバナジウム酸化物(A)及びタン
グステン酸化物(B)の担持量は、担体に対し、それぞ
れ0.5〜50wt%、好ましくは2〜40wt%とす
るのが良く、また(C)モリブデン、イットリウム、ホ
ウ素、スズ及び鉛からなる群から選ばれた少なくとも一
種の元素の酸化物の担持量は、担体に対し、通常0.1
〜50wt%、好ましくは0.3〜40wt%とし、金
の担持量は、担体に対し0.001〜20wt%とする
のが好適である。前記(A)、(B)及び(C)を含む
複合触媒においては、バナジウム酸化物の含有量に対す
るタングステン酸化物の含有量は、通常0.1〜30重
量倍、好ましくは1〜10重量倍が良い。また、バナジ
ウム酸化物の含有量に対するモリブデン、イットリウ
ム、ホウ素、スズ及び鉛からなる群から選ばれた少なく
とも一種の元素の酸化物の含有量は、通常0.01〜3
重量倍、好ましくは0.1〜1重量倍とし、金の含有量
は、通常0.001〜0.2重量倍とするのが良い。
状、ダストの有無、ガス量、反応器の大きさ等により決
定される。そして、触媒の形状としては、円柱状、球
状、ハニカム状、板状などが挙げられる。上記の担持触
媒は、例えば、五酸化バナジウムの蓚酸水溶液を担体に
含浸した後、焼成して製造することができる。複合触媒
の場合は、用いる元素を含む化合物の水溶液を用いて、
上記のバナジウム水溶液と混合して担持させたり、ある
いは先に酸化バナジウムを担持したものに上記の化合物
の水溶液を含浸、焼成して製造することができる。この
担持の順序は逆でも構わない。
製する場合は、所望形状の基材上にまず担体成分をコー
ティングし、その上で、この担体成分に上記と同様の方
法で触媒成分を担持する方法を用いてもよく、また、チ
タニア等の担体成分と、所定の触媒成分もしくはその原
料とを、成形助剤とともに混練した上、押出成形法等の
成形法により所望の形状に賦形してもよい。そして、ハ
ニカム触媒等の基材を用いた触媒において、担体成分及
び触媒成分の合計量は、製造後の触媒重量の5〜70w
t%、好ましくは10〜50wt%とするのがよい。
10℃)でダイオキシン及び窒素酸化物を分解・除去で
きる低温活性の触媒であり、従来公知の触媒では得られ
なかった低温での処理が可能となり、後工程でのダイオ
キシン再生成の恐れがなくなった。また、この触媒は燃
焼排ガス温度230℃以下であれば、排ガスを既存の乾
式集塵装置(バグフィルター)で処理するだけでよく、
塩化水素濃度が高くても使用上の問題はない。従来技術
においては、排ガスのバグフィルター入口温度は、ダス
ト、重金属、有害物質を除去(反応)するため低い温
度、望ましくは150℃以下で運転する必要があった。
しかし、本発明では排ガスのバグフィルター入口温度を
燃焼排ガス中の除去物質に拘らず、バグフィルターの許
容温度まで上昇させることができる。燃焼排ガス温度2
00〜230℃におけるバグフィルターでのダスト、重
金属(水銀)、有害物質(塩化水素)の除去例を表1に
示す。
ス中のダスト、重金属、有害物質の除去に問題はなく、
処理排ガスの温度を現状技術より約80℃高くすること
が可能で、エネルギー回収を有効にできる。燃焼排ガス
温度が230℃で、バグフィルターは勿論、その後段に
設置する触媒によるダイオキシン及び窒素酸化物除去は
可能で、触媒の被毒もさして問題なく、湿式集塵装置を
必要としない。
るが、本発明はこれによって限定されるものではない。 実施例1 図1に本発明の排ガス処理装置の一例の全体工程図を示
し、図2に図1の排ガス処理部分の要部工程図を示す。
図1において、燃焼排ガスは、ボイラ1又は空気予熱器
2で、180℃〜230℃に減温して、乾式集塵装置3
に導入し除塵される。除塵された180℃〜230℃の
排ガスは、ダイオキシンと窒素酸化物を同時に除去する
触媒装置4に導入する。この触媒装置4での温度降下は
装置表面からの放熱損失であり、排出ガスはなお180
℃〜230℃の温度を有するので、該ガスを空気予熱器
5又は給水加熱器に通し、廃熱を回収することができ
る。
て詳しく説明する。図2において、乾式集塵装置(バグ
フィルター)3の前には、硫黄酸化物、塩化水素及びダ
イオキシン等との反応又は吸着を目的として、消石灰又
は活性炭等の添加剤7を噴霧する。また、触媒装置4の
前には脱硝を行うためのアンモニア8を少量(後段で硫
酸水素アンモニウムが生成しない程度)噴霧し、脱硝効
率を向上させることができる。この触媒装置4には、触
媒として本発明の酸化バナジウム系触媒を充填する。そ
して、ダイオキシン及び窒素酸化物を除去する触媒装置
4の出口での燃焼排ガスは、消石灰及び添加剤の反応も
加わり、ダイオキシン、窒素酸化物、塩化水素、硫黄酸
化物等が除去され清浄であるが、温度は高く大きな熱エ
ネルギーを保有している。この熱エネルギーを空気予熱
器5によって回収することにより、燃焼排ガスを更に低
温とし、熱効率を上げることが可能で、触媒装置4の設
置により熱効率が低下することにはならない。
いた触媒は次のようにして製造した。 (1)担体の調製 チタニア粉20.7重量部、チタニアゾル32.7重量
部及び1wt%硝酸水溶液150重量部をボールミルに
入れ、回転数100rpmで24時間処理し、固体分濃
度16.2wt%のチタニアスラリーを調製した。この
チタニアスラリーに、基材として、有効表面積20.5
cm2 /cm2 、開孔率73%、セル数205セル/i
nch2 、容積30mlのセラミック繊維状ハニカム
(ニチアス社製)を浸漬した後、空気ブローを行った。
そして、この浸漬及び空気ブローを3回繰り返し、前記
のハニカム基材にチタニアをコーティングしてチタニア
担体を製造した。これを150℃で一夜乾燥後、700
℃で3時間焼成した。
ン酸アンモニウム4.9g及び蓚酸40gを溶解した水
溶液に上記のコーティングで得たチタニア担体を室温で
3時間浸漬し、液切り後、60℃で5時間、120℃で
一夜それぞれ乾燥し、更に500℃に3時間焼成した。
この様にして調製した触媒の組成は、V2 O5 6.9
wt%、MoO3 1.4wt%、TiO2 34.0
wt%、残部はハニカム基材であった。この触媒を用い
て、模擬ガスでのダイオキシンと窒素酸化物の除去性能
を試験した。その結果を表2に示す。表2で、実験例A
は燃焼排ガス温度200℃で、SV値3000Nm3 /
m3・hであり、実験例Bは燃焼排ガス温度210℃、
SV値3500Nm3 /m3・hである。
物を高効率で分解し除去することができた。
化バナジウムと、スズ、イットリウム、ホウ素、鉛の酸
化物又は金とをそれぞれ併用した触媒を製造した。これ
らの触媒を用いて、燃焼排ガス温度210℃、SV値3
500Nm3 /m3 ・hで、ダイオキシンと窒素酸化物
の除去性能を試験した。その結果を表3に示す。
テン酸アンモニウム54.6gとを80℃に加温した1
0wt%モノエタノールアミン水溶液300gに溶解し
原料液(イ)とした。次いで別の容器に硝酸イットリウ
ム六水和物5.1gを水30gに溶解し原料液(ロ)と
した。これらの原料液(イ)及び原料液(ロ)とチタニ
ア粉末435gとを双腕型ニーダーを用いて2時間混練
し、得られた混練物を押出機により直径3mm、長さ3
〜15mmの円柱状に成形した。この組成物を130℃
で一夜乾燥し、更に600℃で3時間焼成し、触媒(以
下「V−W−Y」と記す)を得た。触媒の組成は表4に
示す通りである。 (2)活性試験 内径43mmのガラス製反応器に上記の触媒30ccを
充填し、実施例2と同様にして、模擬ガスでのダイオキ
シンと窒素酸化物の除去性能を試験した。このときの燃
焼排ガス温度は200℃、SV値は5000Nm3 /m
3 ・hであった。結果を表4に示す。
に代えてそれぞれホウ酸5.3g(実施例5)又は硝酸
鉛4.5g(実施例6)を用いたこと以外は、実施例4
と同様にして触媒を調製した(それぞれ「V−W−
B」、及び「V−W−Pb」と記す)。この触媒を用い
て、実施例4と同様にして触媒の活性試験を行った。触
媒の組成及び評価結果を表4に示す。 実施例7 実施例4において、原料液(ロ)に代えて、塩化スズ
(II)二水和物4.5gを1wt%塩酸30gに溶解し
た原料液を用いたこと以外は、実施例4と同様にして触
媒を調製した(「V−W−Sn」と記す)。この触媒を
用いて、実施例4と同様にして触媒の活性試験を行っ
た。触媒の組成及び評価結果を表4に示す。
こと以外は実施例4と同様にして触媒(V−W−Y)を
調製した。この触媒30ccを使用し、実施例2と同様
にして模擬排ガスの処理試験を行った。試験装置として
は、実施例1と同様の活性試験装置を使用し、ダイオキ
シン類(2,3,7,8−テトラクロロジベンゾダイオ
キシン(TEQ)換算)48.5ng−TEQ/Nm3
及び窒素酸化物(いわゆるNOx)75ppmを含有す
るガスを、アンモニア75ppmを添加しつつ、温度2
00℃で触媒充填層にSV3000Nm3 /m3 ・hで
で通過させることにより、ガス中のダイオキシン類及び
NOxの分解を連続的に行った。処理後の排ガスの分析
は実施例4と同様にして行った。処理前後の排ガス中の
ダイオキシン類及びNOxの含有量及び分解率を表5に
示す。
とができる。 (1)ダイオキシン及び窒素酸化物分解触媒装置の出口
では、ダイオキシン再合成温度以下であり、ダイオキシ
ンの再生成はない。 (2)集塵装置以後に触媒装置を設置したので、触媒の
被毒及び汚染がなく、触媒の圧力損失が少なく、かつ寿
命が長い。 (3)装置系統運用が簡単である。 (4)設備の建設コスト及びランニングコストが安い。
ので、熱効率(発電の場合は発電効率)が高い。 (7)低温でも活性が高い触媒を使用することにより、
脱硝及びダイオキシンの除去率が高い。 これらの利点(特徴)により、窒素酸化物が多く、ダイ
オキシンが発生する恐れがある廃棄物発電における設備
の公害を少なくするばかりでなく、熱効率を高めること
による排ガス中の地球温暖化に影響する二酸化炭素(C
O2 )の発生低減が可能で、その効果は大きい。
図。
の全体工程図。
グラフ。
触媒装置、5:空気予熱器、6:煙突、7:消石灰又は
添加剤、8:アンモニア、9:減温器、10:湿式集塵
装置、11:排ガス加熱器、12:脱硝装置、13:脱
硫装置、14:脱硫ファン、15:コークフィルター
Claims (9)
- 【請求項1】 廃棄物燃焼施設からの燃焼排ガスの処理
方法において、該排ガスを180℃〜230℃に減温し
て乾式集塵装置で除塵後、触媒として酸化バナジウム系
触媒を用いるダイオキシン及び窒素酸化物除去装置を通
した後、180℃〜230℃の該排ガスを更に熱交換器
を通して熱回収することを特徴とする燃焼排ガスの処理
方法。 - 【請求項2】 前記酸化バナジウム系触媒は、バナジウ
ム酸化物単独か、又はバナジウム酸化物に、モリブデ
ン、スズ、イットリウム、ホウ素、鉛からなる群から選
ばれた少なくとも一種の元素の酸化物又は金を含むこと
を特徴とする請求項1記載の燃焼排ガスの処理方法。 - 【請求項3】 前記酸化バナジウム系触媒は、次の
(A)、(B)及び(C)の三成分を含むことを特徴と
する請求項1記載の燃焼排ガスの処理方法。 (A)バナジウム酸化物 (B)タングステン酸化物 (C)モリブデン、イットリウム、ホウ素、スズ及び鉛
からなる群から選ばれた少なくとも一種の元素の酸化物
又は金 - 【請求項4】 前記酸化バナジウム系触媒は、チタニア
に担持され、チタニアに対するバナジウム酸化物の担持
量が0.5〜50wt%であり、また、チタニアに対す
るモリブデン、スズ、イットリウム、ホウ素、鉛からな
る群から選ばれた少なくとも一種の元素の酸化物の担持
量が0.1〜50wt%であり、チタニアに対する金の
担持量が0.001〜20wt%であることを特徴とす
る請求項2記載の燃焼排ガスの処理方法。 - 【請求項5】 前記酸化バナジウム系触媒は、チタニア
に担持され、チタニアに対する(A)バナジウム酸化物
の担持量が0.5〜50wt%であり、(B)タングス
テン酸化物の担持量が0.5〜50wt%であり、また
(C)モリブデン、イットリウム、ホウ素、スズ及び鉛
からなる群から選ばれた少なくとも一種の元素の酸化物
の担持量が0.1〜50wt%及び金の担持量が0.0
01〜20wt%であることを特徴とする請求項3記載
の燃焼排ガスの処理方法。 - 【請求項6】 触媒中のバナジウム酸化物の含有量に対
しタングステン酸化物の含有量が0.1〜30重量倍で
あることを特徴とする請求項3又は5に記載の燃焼排ガ
スの処理方法。 - 【請求項7】 前記乾式集塵装置で除塵される排ガス
は、炭酸カルシウム及び/又は消石灰を噴霧された処理
排ガスであることを特徴とする請求項1記載の燃焼排ガ
スの処理方法。 - 【請求項8】 廃棄物燃焼施設からの燃焼排ガスの処理
装置において、該排ガスを180℃〜230℃に減温す
る減温装置と、乾式集塵装置と、触媒として酸化バナジ
ウム系触媒を充填したダイオキシン及び窒素酸化物除去
装置と、180℃〜230℃の排ガスから熱回収する熱
交換器とを順次接続して設けたことを特徴とする燃焼排
ガスの処理装置。 - 【請求項9】 前記乾式集塵装置が、電気集塵機又はバ
グフィルターであることを特徴とする請求項8記載の燃
焼排ガスの処理装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21046396A JP3589529B2 (ja) | 1995-08-08 | 1996-07-23 | 燃焼排ガスの処理方法及び装置 |
| CA002182331A CA2182331A1 (en) | 1995-08-08 | 1996-07-30 | Method and apparatus for treating combustion exhaust gases |
| US08/690,825 US6027697A (en) | 1995-08-08 | 1996-08-01 | Method and apparatus for treating combustion exhaust gases |
| AT96112681T ATE228030T1 (de) | 1995-08-08 | 1996-08-06 | Verfahren und vorrichtung zum behandeln von verbrennungsabgasen |
| EP96112681A EP0787521B1 (en) | 1995-08-08 | 1996-08-06 | Method and apparatus for treating combustion exhaust gases |
| DE69624904T DE69624904T2 (de) | 1995-08-08 | 1996-08-06 | Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln von Verbrennungsabgasen |
| TW085109582A TW296422B (en) | 1995-08-08 | 1996-08-07 | Method and apparatus for treating combustion exhaust gases |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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