JPH10513117A - 窒素酸化物を含有する煙道ガスを浄化する方法 - Google Patents

窒素酸化物を含有する煙道ガスを浄化する方法

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JPH10513117A JP8524162A JP52416296A JPH10513117A JP H10513117 A JPH10513117 A JP H10513117A JP 8524162 A JP8524162 A JP 8524162A JP 52416296 A JP52416296 A JP 52416296A JP H10513117 A JPH10513117 A JP H10513117A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は窒素酸化物を含有する煙道ガスを浄化する方法と装置を提供するものであり、Fe(II)EDTAのような遷移金属キレートを含有する循環洗浄液体を用い煙道ガスを洗浄し、そして窒素酸化物と遷移金属キレートから形成された錯体及び/又は失効した遷移金属キレートを電子供与体の存在下で生物学的に再生する。窒素酸化物は還元され窒素分子になる。生物学的反応器はガス洗浄器と組み合わせできる。電子供与体は、例えば水素またはメタノールであり、しかも煙道ガス中の二酸化硫黄から発生する亜硫酸塩でもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 窒素酸化物を含有する煙道ガスを浄化する方法 本発明は、窒素酸化物を含有する煙道ガスを浄化する方法に関するものであっ て、遷移金属キレートを含む循環する洗浄液体を用いて煙道ガスを洗浄し、前記 キレートが窒素酸化物と錯体を形成し、窒素酸化物を還元して窒素分子となし、 そして次に前記キレートを再生する方法である。 このような方法は、例えば、ドイツ特許出願第7500672号、第7500 673号、第7515009号、第7607212号と第8602001号、と ヨーロッパ特許出願第531762号に開示されている。遷移金属キレート、通 常は鉄(II)−EDTA、を用いて錯体を形成しそして窒素酸化物を効果的に吸 収することを狙ったものであるが、遷移金属キレートを含有しない洗浄水は、窒 素酸化物中のNOを極めて僅かに溶解するに過ぎない。 既知の方法は、窒素酸化物(主にNOとNO2)、以後NOxと呼ぶ、二酸化硫 黄の同時除去をそれぞれが含んでおり、窒素分子(N2)と硫酸塩、またはアミ ドー硫酸塩と多くの他のN−S化合物が、N2Oと同様に、究極的に得られる。 しかしながら、硫酸塩、N2Oと窒素−硫黄化合物の処理は複雑であって、関連 設備による種々の続く処理を必要としている。N2Oは煙道ガスと共に放出され る。N2Oはオゾン層に対するその強力な有害な影響およびその強力な温室効果 をもって知られる化合物である。 他の重要な問題は、煙道ガスからの酸素により、または洗浄液体中の亜硫酸塩 により間接的に、活性Fe(II)がより活性の弱いFe(III)に部分的に変換 されることである。これは、多くのキレートの損失を生む結果となっている。加 えて、通常は、煙道ガスが窒素酸化物に対応する二酸化硫黄(亜硫酸塩)の含有 量が少ないため、NO−結合のFe(II)−EDTA錯体をその活性型に完全再 生できていない。従って、このような方法は未だ大規模な応用に至っていない。 煙道ガスから窒素酸化物を除去するための既に実用化された方法では、煙道ガ スを300℃でアンモニア(NH3)と触媒に接触させ、窒素を生成させている 。 しかしながら、選択的接触還元法(SCR)と呼ばれる、本方法は、高温度設備 に関する高投資額の為、およびアンモニアと触媒に関連する高操業費用(およそ 触媒の1/3の交換を毎年必要とする)の為に費用がかさむ。加えて、同じ煙道 ガスから二酸化硫黄の除去を所望するときには、全く別の方法が必要になる。 本発明は、可なり低投資額で且つ低操業費用で、煙道ガスから窒素酸化物を効 果的に除去する方法に関するもので、本方法は所望によりNOx除去と二酸化硫 黄除去を組み合わせることができる。驚くべきことに、遷移金属キレートと窒素 酸化物の錯体は、生物学的に効果的に再生されて窒素分子と再生遷移金属キレー トになることが判明した。この方法において、遷移金属は一層活性の低酸化状態 に保たれるか、またはより低酸化状態に戻される。 従って、序論で述べた本発明にかかる方法は、電子供与体の存在下で遷移金属 キレートを生物学的に再生することを特徴としている。ここでキレートに言及す れば、キレートはキレート化剤と遷移金属の錯体を意味するものである。 本発明に係る生物学的再生は、窒素酸化物と遷移金属キレートの錯体か、また は窒素酸化物を伴わない遷移金属キレートに関連する。前者の場合、窒素酸化物 が還元されて活性キレートを放出し、後者の場合、遷移金属が高酸化状態の不活 性キレートが再生されて、金属が再び低酸化状態である活性キレートに変換する 。本発明の主要な利点は、他の方法では消費され且つNOxの結合に利用されな い全てのキレートがその活性型に戻されることである。大体において、化学的還 元剤の添加により又は電気化学的還元により、不活性型のキレートは再生可能で あるが、実際には高額費用と洗浄サイクルの複雑さの理由から、これは望ましく ない。 キレート結合により窒素酸化物と錯体を形成する遷移金属として、鉄、マグネ シウム、亜鉛、コバルト、ニッケルとアルミニウムのような金属が使用可能であ る。経済上および環境上の理由から、本発明の方法では、2価状態の鉄(II)が 好適である。遷移金属キレートは、アミノ基、カルボキシル基またはヒドロキシ ル基の形で、金属とキレート形成のために利用できる少なくとも2つの自由電子 対を有するキレート化剤を用いて形成される。一例を挙げれば、エチレンジアミ ン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、ヘキサメチレンテトラミ ン、と1,4,7−トリアゾナンのようなポリアミン、1〜4のヒドロキシエチ ル基及び/又はカルボキシメチル基含有エチレンジアミンの如きN−アルキル化 ポリアミン類似化合物、例えば、N−(2−ヒドロキシエチル)エチレンジアミ ン−三酢酸、そして、特にエチレンジアミン−四酢酸(EDTA)、イミノ二酢 酸およびニトリロ三酢酸(NTA)とそれらの塩がある。遷移金属キレートの濃 度は特有の洗浄工程の因子に応じて変更できる。好適濃度は、例えば1−200 mM、特に25−150mMである。 本発明の方法では次式の反応が起きる。式中、NOを窒素酸化物として選び、 鉄(II)エチレンジアミン−四酢酸塩を遷移金属キレートの例として選ぶ。 NO + EDTA-Fe → NO-EDTA-Fe NO-Fe-EDTA +[H2]→ 1/2N2+ Fe-EDTA + H2O この反応で、水素は水素分子である。また、水素は(有機)電子供与体として 存在してもよく、例えばメタノールであれば環境下で酸化されて二酸化炭素にな り、或はエタノールでもよい。また、それは、液体(廃棄)流に含まれる他の有 機物質(COD)の形でもよい。 煙道ガスの洗浄は在来のガス洗浄器中で実施できる。遷移金属キレートと窒素 酸化物の錯体の生物学的再生は洗浄器または独立のバイオリアクター内で実施で きる。生物学的再生に必要な生物量には、既知の硝酸塩−還元細菌を含む。 廃棄ガスからNOxを除去する装置を図1に図解して示すが、この装置の洗浄 器で生物学的再生が起きる。この装置において、例えばノズルや所望により充填 材料を用いて、遷移金属キレートと生物量を含有する洗浄液体とガスを緊密に接 触させる。メタノールの如き電子供与体を洗浄液体に加える。浄化されたガスを 用いて、生成した窒素と全ての二酸化炭素を除去する。 独立のバイオリアクター内で生物学的再生を実施する変形例を図2に図解して 示す。この装置において、洗浄液体は遷移金属キレートを含み、使用洗浄液体は 生物量を含むバイオリアクターに運ばれ、電子供与体が添加される。 本発明の方法は煙道ガスの脱硫と容易に組み合わせ可能であり、この場合煙道 ガスから吸収された二酸化硫黄は還元剤(電子供与体)の機能を果たす。以下の 反応に従って、再生が進行する。 NO-Fe-EDTA + SO3 2-→ 1/2N2+ Fe-EDTA + SO4 2 この工程で生成する硫酸塩は在来の方法(カルシウムで沈殿)で除去可能であ るが、好ましくは生物学的に除去する。硫酸塩は、大概は残留亜硫酸塩と共に、 嫌気的に還元されて主に硫化物になり、そしてこの工程で生成した硫化物は制約 された好気的条件下で酸化され硫黄元素となり、除去される。 在来法にとっての問題は、窒素分子を生成する反応が、発生する数種の反応の 1つであり、しばしばその反応が主反応でないことである。アミド−硫酸塩や同 様な化合物、およびN2Oのような生成物が発生する。このような生成物は、煙 道ガスの汚染(N2O)および流出水の汚染(アミド−硫酸塩)の結果となる。 本発明の方法では、これらの成分は無害生成物に変換され、望ましくない放出を 阻止する。 硫化物、水硫化物、硫黄、チオ硫酸塩またはポリチオン酸塩のような他の還元 硫黄化合物の存在により、NOxを還元することも可能である。このような硫黄 化合物は、直接または間接的に煙道ガスから発生するか、または別個に、例えば 廃棄液体流から加えられる。 還元剤として、二酸化硫黄と他の硫黄化合物を用いる場合、遷移金属キレート と窒素酸化物錯体の生物学的再生は、洗浄器それ自体または独立のバイオリアク ター中で実施できる。洗浄器で窒素還元を実施する方法の装置を図3に示した。 この場合、望まないH2Sを放出する可能性もあるので、好適には、生物量を含 有する洗浄液体の酸化還元電位を高く保ち、硫酸塩還元が起きるのを防ぐ。好ま しくは、酸化還元電位を、約−280mV、特に約−200mVに保つ(Ag/ AgCl参照電極を用い)。電子供与体を添加する手段により酸化還元電位を調 節可能である。 図1に従うシステムとは異なり、二酸化硫黄による還元の場合、洗浄液体を洗 浄器の外で後処理し、生成硫酸塩と残留亜硫酸塩を除去する。これは、石膏生成 用の沈殿タンク(図示せず)で実施できる。好ましい実施態様によれば、図3に 示すように、嫌気性反応器中で硫酸塩を微生物学的に連続還元して硫化物を作り 、そして好気性反応器中で硫化物を酸化して硫黄元素を作りだす。 図4のシステムに従って、独立のバイオリアクター内で窒素還元を行う以外は 、 同一の方法を実施する。この場合、窒素酸化物還元のための無酸素バイオリアク ター、硫酸塩還元のための嫌気性反応器、と硫化物酸化のための好気性反応器を 洗浄器の下流に連続して結合する。 また、窒素還元を硫黄反応器の中の1つで実施できる。この変形は図5のシス テムに従って実施可能である。混合嫌気性生物量を用い、NOxと共に硫酸塩/ 亜硫酸塩を還元して、それぞれ窒素と硫化物にすることができる。最終の好気性 反応器中で、残留NOxを硫化物、硫黄元素および出来ればチオ硫酸塩と反応さ せ、窒素分子に変換する。この場合、電子供与体を殆ど添加しない故、最終の好 気性反応器でNOxからN2への還元が、通常は好まれる。このため、嫌気性反応 器中の滞留時間を短縮することが必要となり、そこで全NOxが完全に還元され ることを避ける。 浄化すべきガスが、窒素酸化物のほかに、極めて低濃度の二酸化硫黄しか含有 しない場合、窒素酸化物を完全に還元するためにはバイオリアクター中に存在す る亜硫酸塩量は十分でない。そこで、別の電子供与体(例えばアルコール)を添 加する。 今日まで、Feキレートの使用を妨げてきた重要な原因は、煙道ガスからの酸 素により又は亜硫酸塩により活性なFe(II)形から不活性Fe(III)形への 酸化であった。本発明によれば、生成した全てのFe(III)は、細菌によりま たは細菌の存在下で還元される。生物学的反応器は、不活性Fe(III)を活性 なFe(II)形に還元する為だけに用いることができ、システムコストの効率化 を達成している。 窒素酸化物の生物学的還元(即ち、遷移金属錯体の再生)は、ほぼ中性のPH 、例えば5−9.5のPH、および高められた温度、例えば25−95℃、特に 35−70℃で行われる。 図面の説明 図1は、単一の洗浄器/反応器で窒素酸化物を除去するための、本発明の装置 である。本図において、1はガス入口2とガス出口3を有し且つ効果的な液体/ ガス接触をもたらす手段(例えば、ノズル、充填材料)を有するガス洗浄器であ る。この場合、ガス洗浄器の液体は脱窒素生物量を含有している。電子供与体は ライン4を経て添加される。 図2は、独立のバイオリアクターで窒素酸化物を除去する装置を示す。ガス入 口2とガス出口3を有し且つ接触手段を有するガス洗浄器1は、この場合、無酸 素反応器5、出口ライン6と帰還ライン7に連結される。ライン8を経て電子供 与体を添加し、9を経て主に窒素であるガスを逃す。 図3は、洗浄器で脱窒素により窒素酸化物と硫黄酸化物を除去する装置を示す 。ガス入口2、ガス出口3と接触手段を有し、且つ電子供与体のための入口4を 有するガス洗浄器1は、この場合脱窒素生物量を含有し、そしてライン6を経て 硫酸塩−および亜硫酸塩−還元性生物量を含む嫌気性反応器10に接続している 。ライン11により電子供与体を添加し、12を経てガスを逃し、そして必要に 応じて後処理する。嫌気性反応器10はライン14を経て好気性反応器13に接 続し、反応器13は硫化物−酸化性生物量を含み且つ空気入口15とガス出口1 6を備えている。反応器13の下流には、硫黄を取り出す出口18をもつ分離器 17が接続される。洗浄水をもどすために、分離器17はライン7を経てガス洗 浄器1に接続されている。 図4は、独立した脱窒素により窒素酸化物と硫黄酸化物を除去する装置である 。ガス入口2、ガス出口3と接触手段を有するガス洗浄器1は、出口ライン6を 経て無酸素反応器5に接続されている。無酸素反応器5は、電子供与体の入口8 とガス出口9を有する。図3と同様に、脱窒素反応器5の下流に、嫌気性反応器 10、好気性反応器13、と分離器17が接続される。 図5は、嫌気性硫黄反応器で脱窒素により窒素酸化物と硫黄酸化物を除去する 装置である。ガス入口2、ガス出口3と接触手段を有するガス洗浄器1は、この 場合嫌気性反応器10に接続され、嫌気性反応器10は電子供与体の入口11と ガス出口9(中でも、窒素用)を備える。図3と同様に、脱窒素/硫酸塩−およ び亜硫酸塩−還元性嫌気性反応器10の下流に好気性反応器13が接続される。 実施例1 実験室規模の装置を用いて、硝酸塩−還元性細菌の研究を行う。この装置は洗 浄器と独立したバイオリアクターから構成される。Fe−EDTA溶液の外に、 精製NOを洗浄器を通して導き、Fe−EDTAを全てNO−Fe−EDTAに 変換する。引き続き、バイオリアクター中で、電子供与体としてエタノールを用 いNO−Fe−EDTA錯体をFe−EDTAとN2に変換する。バイオリアク ターの容積は5dm3である。処理後、液体を洗浄器に戻し、洗浄器ではFe− EDTAが再びNOと錯形成可能となる。実験中、温度とPHを50℃と7.0 の一定に保つ。Fe−EDTA濃度は最高40mMの値である。下記の式により 、細菌が、NO−Fe−EDTA錯体をFe−EDTAとN2に変換する。 6NO-Fe-EDTA + C2H5OH → 6Fe-EDTA + 3N2+ 2CO2+ 3H2O 試験したNO−Fe−EDTAの最高仕事量は5.0kg窒素/m3日であり、 これは細菌により完全変換される。細菌により処理可能なNO−Fe−EDTA の最高仕事量は未だ判明していない。毒性試験の結果は、Fe−EDTA40m M濃度まで細菌が使用できることを示す。これらの実験から、より高い水準のF e−EDTAの使用が可能と期待される。この濃度以上のFe−EDTAの毒性 は試験しなかった。実験中にキレートの分解は観察されなかった。NO−Fe− EDTA錯体の再生の外に、細菌が不活性Fe(III)−EDTAを活性Fe(I I)−EDTAに還元する能力を示した。Fe(II)−EDTAと煙道ガス中に 存在する酸素との反応およびNO−Fe−EDTAと亜硫酸塩との反応に基づい てFe(III)−EDTAが形成された。同様な実験で、NOに代わり空気を洗 浄器に導き、Fe(II)−EDTAを完全酸化してFe(III)−EDTAを生 成している。次に、バイオリアクター中でFe(II)−EDTAを回収した。バ イオリアクターで、5mMのFe(III)−EDTA注入濃度と1.5時間の水 圧保持時間で、細菌はFe(II)−EDTAに完全還元を立証した。より高いF e(III)−EDTA濃度は適用しなかった。 実施例2 45,000m3/hで流れ且つ670mg/m3SO2(250ppmv/v) と1670mg/m3NOx(NOで表し、5−20%NO2を含有)(1340 ppmv/v)を含有する煙道ガスを、図5に示す煙道ガス浄化装置中で処理す る。洗浄器は70m3の容量をもち、洗浄水の流速は600m3/hである。 嫌気性反応器は275m3の容量をもち、好気性反応器45m3の容量である。バ イオリアクターの循環流は110m3/hである。洗浄水は1リットル当たり 3gのFe−EDTAを含有する。SOx除去効率は99%であり、NOx除去効 率は75−80%である。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】1997年2月24日 【補正内容】 10.窒素酸化物と遷移金属キレートの錯体の再生を、亜硫酸塩及び/又は硫 酸塩を還元する装置と同じ装置で行う、請求の範囲第9項に記載する方法。 11.煙道ガスを浄化する装置であって、ノズルと所望によりガスと液体を効 果的に接触させるための充填材料、ガス入口(2)とガス出口(3)、と入口ラ イン(4)を備えたガス洗浄器(1)、並びに少なくとも第1液体タンク(10 )と第2液体タンク(13)、および該第2液体タンクに接続した固体分離器( 17)から構成され、該洗浄器(1)と該第1液体タンク(10)間に接続ライ ン(6)、該第1液体タンク(10)と第2液体タンク(13)間に接続ライン (14)、と該分離器と該洗浄器間に接続ライン(7)を備えることを特徴とす る前記の装置。 12.煙道ガスを浄化する装置であって、ノズルと所望によりガスと液体を効 果的に接触させるための充填材料、ガス入口(2)とガス出口(3)を備えたガ ス洗浄器(1)、入口ライン(8)を備えた少なくとも1つの液体タンク(5) 、2つの液体タンク(10)と(13)、と該液体タンク(13)に接続した固 体分離器(17)、および該洗浄器(1)と該液体タンク(5)間の接続ライン (6)、該液体タンク(5)と(10)間の接続ライン(19)、該液体タンク (10)と(13)間の接続ライン(14)、と該分離器(17)と該洗浄器( 1)間の接続ライン(7)から構成されることを特徴とする前記の装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C02F 3/02 C02F 3/28 Z 3/28 3/30 3/30 (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,SZ,U G),UA(AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM ),AL,AM,AT,AU,AZ,BB,BG,BR ,BY,CA,CH,CN,CZ,DE,DK,EE, ES,FI,GB,GE,HU,IS,JP,KE,K G,KP,KR,KZ,LK,LR,LS,LT,LU ,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO, NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,S I,SK,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,US ,UZ,VN (72)発明者 ベルブラーク,ペトルス レオナルドウス オランダ国 エヌエル−1383 ジージェイ ウェースプ,キエビトショフ 6 (72)発明者 デン ハルトグ,アドリアヌス ヨハネス オランダ国 エヌエル−2341 エィチティ オエグストゲースト,アエルト バン ネスラーン 542

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.窒素酸化物を含有する煙道ガスを浄化する方法において、遷移金属キレー トを含む循環する洗浄液体を用いて煙道ガスを洗浄し、前記キレートが窒素酸化 物と錯体を形成し、続いて前記キレートを再生すると共に窒素酸化物を還元して 窒素分子となすものであって、特に、電子供与体の存在下で遷移金属キレートを 生物学的に再生することを特徴とする前記の方法。 2.遷移金属キレートがFe(II)EDTAである、請求の範囲第1項に記載 する方法。 3.電子供与体がメタノール、エタノール、またはCODを含有する流れであ る、請求の範囲第1項または第2項に記載する方法。 4.電子供与体が水素である、請求の範囲第1項または第2項に記載する方法 。 5.煙道ガスを洗浄する装置と同じ装置で再生を行う、請求の範囲第1項〜第 4項のいずれか1項に記載する方法。 6.電子供与体が亜硫酸塩である、請求の範囲第1項〜第5項のいずれか1項 に記載する方法。 7.亜硫酸塩が煙道ガス中に存在する二酸化硫黄から生ずる、請求の範囲第6 項に記載する方法。 8.電子供与体が亜硫酸塩以外の、硫化物、水硫化物、硫黄、チオ硫酸塩、ま たはポリチオン酸塩のような還元硫黄化合物である、請求の範囲第1項〜第5項 のいずれか1項に記載する方法。 9.亜硫酸塩または還元硫黄化合物と生成した硫酸塩を生物学的に還元して亜 硫酸塩となし、その後に亜硫酸塩を酸化して硫黄元素となし、そして生成した硫 黄を分離する、請求の範囲第1項〜第8項のいずれか1項に記載する方法。 10.窒素酸化物と遷移金属キレートの錯体の再生を、亜硫酸塩及び/又は硫 酸塩を還元する装置と同じ装置で行う、請求の範囲第9項に記載する方法。 11.煙道ガスを浄化する装置であって、ノズルと所望によりガスと液体を効 果的に接触させるための充填材料、ガス入口(2)とガス出口(3)、と入口ラ イン(4)を備えたガス洗浄器(1)、並びに接続ライン(6)、(14)と (7)を備えた少なくとも2つの液体タンク(10)と(13)、および固体分 離器(17)から構成されることを特徴とする前記の装置。 12.煙道ガスを浄化する装置であって、ノズルと所望によりガスと液体を効 果的に接触させるための充填材料、ガス入口(2)とガス出口(3)を備えたガ ス洗浄器(1)、並びに入口ライン(8)と接続ライン(6)と(7)を備えた 少なくとも1つの液体タンク(5)と所望により接続ライン(19、14)を備 えた2つの液体タンク(10)と(13)、および固体分離器(17)から構成 されることを特徴とする前記の装置。
JP8524162A 1995-02-06 1996-02-06 窒素酸化物を含有する煙道ガスを浄化する方法 Ceased JPH10513117A (ja)

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EP95202154 1995-08-07
AT9500215 1995-08-07
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