JPH11221445A - 排ガス浄化用反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置を停止することなく運転した状態で、触
媒への油分及び酸性硫安等の低温析出物の蓄積を防止す
る。 【解決手段】 酸化チタンと遷移金属酸化物とを含有し
た触媒７を有し、排ガス煙道３３を流通する排ガスを触
媒７と接触させて浄化する反応装置８であって、触媒７
に、高低の複数の反応温度で排ガスと接触させるように
加熱する手段を付設し、加熱する手段は、触媒活性温度
に制御された排ガスを部分ごとに触媒７のガス流入側で
触媒再生温度に加熱し不均一温度分布にするものであ
り、触媒７のガス流入側に設けられた移動自在な加熱ガ
ス噴射ノズル１２である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ごみ焼却炉の燃焼
排ガスを浄化する触媒の性能維持に係り、特に低温で使
用する触媒特有の問題である排ガス中に含まれる油分、
ダイオキシンと共存する芳香族炭化水素、硫黄酸化物及
び硫酸化合物等の、触媒への吸着や蓄積による脱硝性能
及びダイオキシン分解性能の低下を防止する排ガス浄化
用反応装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料性状が不安定な廃棄物を焼却する火
炉では、程度の差こそあれ時折、不完全燃焼を生じて油
分を含む未燃分を突発的に発生する。また燃焼が良好な
時であっても、ダイオキシン、ダイオキシン濃度の数百
倍のクロロベンゼン類、クロロフェノール類及びその他
の芳香族炭化水素からなる油分等が、燃焼排ガス（排ガ
ス）中に存在し皆無になることはない。ダイオキシンが
存在するということは同時にダイオキシンに比べて大量
の油分が存在することを意味する。ダイオキシンは、排
ガス中に含まれる構造や物性の類似した油分のうちの極
く一部の物質にすぎない。これら油分は触媒と接触する
と吸着されることが多く、特に触媒の温度が低下すると
吸着が多くなる。

【０００３】ごみ焼却炉の排ガス処理では、脱硝やダイ
オキシン分解のために温度２００〜３００℃の比較的低
温で酸化チタンと遷移金属酸化物とを含有した触媒が使
用される。これら触媒の特性として、触媒を高活性にす
るために微細孔を発達させ内部表面積を大きくしてい
る。酸化チタン系の触媒は、数Åの微細孔が発達してお
り、表面に脱硝用のアンモニア及び分解させるダイオキ
シンを吸着して捕捉し反応している。従って高活性な触
媒は、ダイオキシンに類似した芳香族炭化水素及び油分
をよく吸着する。排ガス中に硫酸が存在する場合は、排
ガスを脱硝するために添加したアンモニアと反応して生
成された酸性硫安を吸着する。

【０００４】触媒に吸着された油分は、少量であれば触
媒上で分解されて排ガス中に放出されるので触媒に蓄積
されることはない。あるいは一定の吸着量で触媒からの
放出量と平衡状態になる。ところが触媒の一時的な温度
低下やごみの一時的な油分濃度の上昇により、吸着され
る油分量が分解処理される油分量より多くなると、ある
いは分解されないタール分の吸着量が増すと触媒の微細
孔が閉塞され、表面が被膜されて触媒活性が低下する。
しかも長時間蓄積されかつ加熱され続けると油分は重質
のタール分に変質し放出し難くなる。タール分が増すと
さらに触媒の閉塞が大きくなり、油分が放出し難くなっ
て悪循環に陥る。

【０００５】ごみ焼却炉の排ガス処理の場合、酸性硫安
は、火力発電用ボイラの排ガス処理に比べて量が少ない
ので温度２００〜３００℃の比較的低温で使用しても触
媒への吸着と蓄積は少ない。しかしその量はゼロではな
いので、触媒が低温で長時間使用され続けると酸性硫安
が蓄積され触媒が劣化する危険が残る。劣化するまで酸
性硫安が蓄積されてしまうと、５００℃近傍の高温まで
加熱しないと、あるいは使用温度よりも数十度高い温度
で長時間、例えば数十日間も加熱し続けないと再生でき
ない。蓄積が進行してからではなく、蓄積が進行する前
に再生し、復旧することが重要である。

【０００６】蓄積で触媒活性が低下する前に触媒を加熱
して再生する方法は、触媒を人為的に断続して加熱する
方法が考えられる。具体的には反応装置を一時停止して
加熱再生処理し、再生ガスに濃縮された油分は別途処理
する。一般には反応装置を一時停止することは未処理の
排ガスを大気に放出することになり、許容できないもの
である。しかし主な対象としたごみ等の廃棄物焼却炉の
排ガス処理では反応装置の一時停止は問題なかった。つ
まりごみ焼却炉では不特定の量を有する不特定の組成の
物質を燃やすという目的のため、従来からごみ焼却炉の
頻繁な停止と再起動は当然であった。排ガスの発生源の
一時停止が頻繁のため、排ガス処理用反応装置の一時停
止は許容されるものであった。ところが、最近、ダイオ
キシン排出低減の必要性がより大きくなるにつれて、ご
み焼却炉及びごみ焼却システムが改善されてごみ焼却炉
の停止が少なくなる傾向にあり、環境汚染を防止するた
め一時停止のない連続した排ガス処理用反応装置の運転
が要求される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の排ガス浄化用反
応装置にあっては、触媒が低温で長時間使用され続ける
と、触媒へ油分及び酸性硫安が蓄積して活性低下する。
そこで、例えば、触媒を加熱して再生すると装置の一時
停止を伴い、連続運転が不可能な問題点があった。

【０００８】本発明の課題は、装置を停止することなく
運転した状態で、触媒への油分及び酸性硫安等の低温析
出物の蓄積を防止する排ガス浄化用反応装置を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の課題を達成するた
め、本発明に係る排ガス浄化用反応装置は、酸化チタン
と遷移金属酸化物とを含有した触媒を有し、排ガスを触
媒と接触させて浄化する排ガス浄化用反応装置におい
て、触媒に、複数の反応温度で排ガスと接触させるよう
に排ガスを加熱する手段を付設した構成とする。

【００１０】そして加熱する手段は、触媒活性温度の排
ガスを部分ごとに触媒のガス流入側で触媒再生温度に加
熱し排ガス温度を不均一にするものであり、触媒のガス
流入側に設けられた移動自在な加熱ガス噴射ノズルであ
る構成でもよい。

【００１１】また触媒を分割して小さい触媒の後流に大
きい触媒を位置させ、排ガスを小さい触媒を通過する接
触排ガスとバイパス排ガスとに分割し、接触排ガスを加
熱して小さい触媒を通過させた後にバイパス排ガスと併
せて二つの排ガスの中間温度の中間排ガスとし、中間排
ガスを大きい触媒内に通過させる構成でもよい。

【００１２】さらにごみ焼却システムにあっては、前記
いずれか一つの排ガス浄化用反応装置を備え、収集した
ごみを焼却するごみ焼却炉と、ごみ焼却炉の排ガスを冷
却する水噴射冷却塔と、少なくとも排ガス中のダストを
処理するバグフィルタとを含んでなる構成とする。

【００１３】本発明によれば、触媒に複数の反応温度で
排ガスと接触させるように排ガスを部分ごとに加熱する
ため、触媒に油分や酸性硫安が蓄積されても高温の排ガ
スにより触媒が再生されて活性が維持され、装置の連続
運転が可能になるとともに汚染物質の放出が低減され
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を図１を参
照しながら説明する。図１に示すように、酸化チタンと
遷移金属酸化物とを含有した触媒７を有し、排ガス煙道
３３を流通する排ガスを触媒７と接触させて浄化する排
ガス浄化用反応装置（反応装置）８であって、触媒７
に、高低の複数の反応温度で排ガスと接触させるように
加熱する手段を付設した構成とする。そして加熱する手
段は、触媒活性温度に制御された排ガスを部分ごとに触
媒７のガス流入側で触媒再生温度に加熱し不均一温度分
布にするものであり、触媒７のガス流入側に設けられた
移動自在な加熱ガス噴射ノズル１２である。

【００１５】ここで、一実施の形態を適用した他の実施
の形態としてごみ焼却システムを説明する。ごみ焼却炉
１、廃熱回収ボイラ２、空気予熱器３、排ガス温度を調
節する水噴射冷却塔４、排ガス中の塩化水素とダストを
処理するバクフィルタ５、排ガス加熱器６、窒素酸化物
とダイオキシンを処理する触媒７を充填し本実施の形態
である加熱ガス導入管１１及び加熱ガス噴射ノズル１２
を付設した反応装置（反応装置）８及び煙突９とを備え
てなる構成である。大部分の装置は従来の装置と同じで
あり、まず、従来の装置と共通する部分を説明する。

【００１６】ごみ焼却炉１は、一般家庭より収集したご
みの焼却を目的としており、ごみ供給管３１から投入さ
れたごみを燃焼空気供給管３２から供給された燃焼空気
により焼却させる。発生した燃焼排ガス（排ガス）中に
はごみ中の塩化ナトリウム等に起因して塩化水素が含ま
れる。さらに微量であっても油分を含むことが多い。ご
みは一般的に水分が多いので燃焼し難く、しかも組成や
形状が不特定で完全燃焼が難しく、不完全燃焼の場合
は、さらに排ガス中の油分が増す。油分のうち、ごく一
部はダイオキシン及びダイオキシンに至るまでの中間化
合物（ダイオキシンの前駆物質）である。

【００１７】ごみ焼却炉１から発生した排ガスの温度は
８００℃以上の高温なのでボイラ２と空気予熱器３とを
通過して廃熱回収され、温度３００℃以下まで冷却され
る。途中、温度が５００〜３００℃の空間における滞留
時間が長くなると、ダイオキシンの前駆物質と塩化水素
からダイオキシンとが発生し、増加するので速やかに排
ガスを冷却している。次いで排ガスは、排ガス煙道を経
て水噴射冷却塔４に入り、水供給管により供給され塔空
間で噴射された水滴と接触して気化させ、後流に位置す
るバクフィルタ５に適した温度まで冷却される。バクフ
ィルタ５に入る排ガス温度は、バクフィルタ５の損傷や
固着を避け、かつ塩化水素除去に適した温度域（一般に
１８０℃前後）に維持するように厳密に制御される。不
特定なごみ組成の変化で急激に変化することのある排ガ
ス温度を迅速に制御するには、ボイラ２と空気予熱器３
の制御のみでは無理であり、応答の速い水噴射冷却塔４
が不可欠である。

【００１８】新設のごみ焼却炉の集塵器ではバグフィル
タ５が用いられる。バグフィルタ５ではかって使用され
ていた電気集塵器と異なり、温度が低いので集塵器空間
内でのダイオキシンの生成がない。温度低下で塵表面に
凝縮したダイオキシンダストとともに濾過されて除去さ
れるという長所もある。しかも排ガスに消石灰供給管３
４で消石灰を添加することにより、バグフィルタ５内の
濾布表面に消石灰層を形成し、消石灰層により排ガス中
の塩化水素及び硫黄酸化物と反応させて大部分を除去す
る。バグフィルタ５の温度が低いほどダイオキシン、塩
化水素及び硫黄酸化物の除去性能が向上する。しかし低
過ぎるとごみ焼却特有の塩化物の多いダストが吸湿し、
濾布から剥離しなくなりバグフィルタ５が運転できなく
なる。通常、バグフィルタ５は１８０℃前後の温度で使
用される。

【００１９】このごみ焼却システムでは、排ガスをさら
に触媒７を充填した反応装置８で処理し、排ガス中の窒
素酸化物とダイオキシンとを低減する。反応温度は少な
くとも２００℃以上必要であり、温度が上昇するほど触
媒反応が活発になる。しかし３００℃を超えると油分の
塩素化の反応も促進され、条件によっては逆にダイオキ
シンが増加する危険が増す。反応装置８に適している２
００〜３００℃の温度域は空気予熱器３とバグフィルタ
５との間にあるが、この領域では触媒に有害な塩化水
素、硫黄酸化物及び塩化物の多いダストが多く、反応装
置８が使用できない。バグフィルタ５の後に反応装置８
を位置させ、排ガス加熱器６で排ガスを再加熱して反応
装置８に流通する必要がある。排ガスを再加熱するのに
必要な熱量が限られていることもあり、反応装置８の触
媒活性温度として２１０〜２５０℃が選択されることが
多い。

【００２０】排ガス加熱器６は、ガス／ガスヒータ形式
の熱交換器であり、温度３５０℃の加熱空気で排ガスを
温度２１０℃まで加熱する。加熱空気は空気予熱器３で
加熱された空気を用いるが、ボイラ２で得られる蒸気を
用いることもある。ボイラ２近傍の高温排ガスを直接、
排ガス加熱器６に導いて低温排ガスを加熱すれば熱量が
より有効に利用可能であるが、排ガス加熱器６を腐食し
易いので実施されない。

【００２１】再加熱された排ガスはアンモニア供給管３
５でアンモニアが添加されたのちに反応装置８内の触媒
７と接触して脱硝処理される。排ガス中の窒素酸化物は
アンモニアで還元され無害な窒素に転じ、排ガス中のダ
イオキシンは触媒７で分解されて比較的無害な塩化水
素、二酸化炭素又は炭化水素に転じる。排ガスは反応装
置８で処理された後、煙突９から大気に放出される。

【００２２】次に本発明の反応装置８は、触媒７のガス
流入側で排ガス温度を不均一に、つまり排ガスを部分ご
とに触媒再生温度まで加熱し、同一反応装置内において
触媒７に流入する排ガスの温度を不均一に加熱する手段
として、加熱ガス導入管１１と加熱ガス噴射ノズル１２
とを反応装置８に付属させている。反応装置８内の触媒
７のガス流入側に位置させた加熱ガス噴射ノズル１２か
ら３５０℃の加熱空気を直接、排ガス３３に混合するこ
とにより、混合した部分の排ガスは周囲の排ガスよりは
高温のまま触媒７と接触する。加熱ガス噴射ノズル１２
を可動にしておき、ガス流入側の触媒面上を周期的に自
在に移動することにより、加熱部分を周期的に移動す
る。例えば、１週間ごとに手動で加熱ガス噴射ノズル１
２を逐次移動すればよい。排ガスの組成の変化によって
は触媒への吸着速度と触媒からの放出速度とが均等にな
らず、蓄積されて触媒性能が低下する兆しを示す可能性
があるが、その場合には加熱ガス導入管から供給する加
熱空気量を増す。その分、燃焼空気供給管からごみ焼却
炉に供給される燃焼空気の予熱温度が低下するが、蒸気
として回収される熱回収量が若干低下するだけでごみ焼
却と排ガス処理には影響ない。

【００２３】反応装置８の構造の一例を図２及び図３に
示す。反応装置８内には触媒７が２段づつ、計４段充填
されている。排ガスは触媒７の上側より流入し、下側よ
り流出する。排ガスの加熱ガスは、加熱ガス導入管１１
より反応装置８側面の加熱ボックス５１に流入し、ダン
パ５２を経て反応装置８内に流入する。反応装置８の大
きさは、１日当たりごみを１００トン処理するもので幅
２ｍ前後を設定している。加熱ガスと反応装置８内との
差圧は図１に示すごみ焼却システムでは数百ｍｍＡｑあ
る。従って幅の短い反応装置８の側面からダンパ５２で
絞って差圧の大きい加熱ガスを反応装置８内に吹き込む
ことにより、反応装置８の部分に向けた排ガスだけが加
熱される。

【００２４】本発明の他の実施の形態として反応装置の
他の構造の一例を図４〜図６に示す。ごみ処理量２０ト
ンのごみ焼却システムを設定したもので反応装置１８が
小さく細長くなるので、Ｕ字型に折れ曲がっている。反
応装置１８が小さく、加熱ガス導入量が少ないため、加
熱ガスはフレキシブルチューブ６２で供給し、導入位置
は図４及び図６に示すように、加熱ガス導入座６１の付
けかえで行う。

【００２５】次に本発明の動作を説明する。触媒を同時
に高低の複数の反応温度で排ガスと接触させることによ
り、低温の触媒活性温度で油分及び酸性硫安が吸着され
ても高温の触媒再生温度で放出あるいは変質し、酸化さ
れて消失するので、触媒中に油分及び酸性硫安が蓄積す
ることがない。個所を変えて同時に吸着と消失とが進行
するので系内の油分及び酸性硫安を消するのに装置を停
止する必要がなくなる。具体的には触媒層のガス流入側
で排ガスを不均一に加熱し、同一反応装置内で触媒層に
流入する排ガス温度を不均一にして高低の複数の排ガス
温度にすることにより、触媒が同時に高低の複数の反応
温度で排ガスと接触するので、系内の油分及び酸性硫安
を消失されるのに装置を停止する必要がない。なお、高
温側で使用する触媒層と低温側で使用する触媒層を意図
して規則的に逐次、交代させることにより任意の個所に
おける触媒温度が周期的に高低を繰返し、低温で吸着さ
れる油分が高温で消失されるので触媒中に油分及び酸性
硫安が蓄積することがない。

【００２６】より具体的には反応装置内で触媒層のガス
流入側の任意の個所に高温ガスを供給する可動の加熱ガ
ス供給管開口部を設けることにより、触媒層のガス流入
側で排ガスの一部だけに高温の加熱ガスを添加して加熱
し、不均一な温度で触媒層に流入させることが容易にな
る。加熱ガス供給管開口部を移動できるので周期的に移
動することにより、任意の個所における触媒温度を周期
的に変更できる。

【００２７】他の具体的手段として、触媒層を大小に分
割して小さい触媒層の後に大きい触媒層を直列に位置さ
せ、排ガスを分割して小さい触媒層内を通過する接触排
ガスと、小さい触媒層内を通過しないバイパス排ガスと
に分け、接触排ガスを加熱して小さい触媒層内を通過さ
せた後にバイパス排ガスと併せ混合し、二つの排ガス温
度の中間温度になった中間排ガスを大きい触媒層内に通
過させることにより、小さい触媒層の温度が大きい触媒
層の温度よりも高くなるので、一つの排ガス処理系のな
かで触媒を高低の複数の反応温度で排ガスと接触させる
ことが容易になる。任意の個所における触媒温度を周期
的に変更するには複数に分割された触媒層を配管弁の開
閉によって組み直し、加熱する触媒部分を前段の小さい
触媒層に位置させればよい。

【００２８】本発明によれば、ごみ焼却に特有の油分が
突発することがある排ガスの脱硝と同時にダイオキシン
を処理するため、２００〜３００℃の温度域で使用する
酸化チタン系の触媒において、触媒の油分の蓄積及び酸
性硫安等の低温生成物の蓄積による活性低下を防止でき
る。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、触媒に複数の反応温度
で排ガスと接触させるように排ガスを部分ごとに加熱す
るため、触媒に油分や酸性硫安が蓄積されても高温の排
ガスにより触媒が再生されて活性が維持され、装置の連
続運転が可能になるとともに汚染物質の放出が低減さ
れ、環境汚染が抑制される効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を適用したごみ焼却シス
テムを示す図である。

【図２】図１の反応装置を示す平面図である。

【図３】図２の側面図である。

【図４】本発明の他の実施の形態を示す平面図である。

【図５】図４のＡ矢視を示す側面図である。

【図６】図５のＢ矢視を示す平面図である。

【符号の説明】

１ ごみ焼却炉 ２ ボイラ ３ 空気予熱器 ４ 水噴射冷却塔 ５ バグフィルタ ６ 排ガス加熱器 ７ 触媒 ８ 反応装置 ９ 煙突 １１ 加熱ガス導入管 １２ 加熱ガス噴射ノズル ３１ ごみ供給管 ３２ 燃焼空気供給管 ３３ 排ガス煙道 ３４ 消石灰供給管 ３５ アンモニア供給管

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化チタンと遷移金属酸化物とを含有し
   た触媒を有し、排ガスを該触媒と接触させて浄化する排
   ガス浄化用反応装置において、前記触媒に、複数の反応
   温度で前記排ガスと接触させるように該排ガスを加熱す
   る手段を付設したことを特徴とする排ガス浄化用反応装
   置。
2. 【請求項２】 加熱する手段は、触媒活性温度の排ガス
   を部分ごとに触媒のガス流入側で触媒再生温度に加熱し
   排ガス温度を不均一にするものであることを特徴とする
   排ガス浄化用反応装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の排ガス浄化用反応
   装置において、加熱する手段は、触媒のガス流入側に設
   けられた移動自在な加熱ガス噴射ノズルであることを特
   徴とする排ガス浄化用反応装置。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３記載の排ガス浄化用
   反応装置を備え、収集したごみを焼却するごみ焼却炉
   と、該ごみ焼却炉の排ガスを冷却する水噴射冷却塔と、
   少なくとも前記排ガス中のダストを処理するバグフィル
   タとを含んでなることを特徴とするごみ焼却システム。