JPS63500920A - 燃焼装置の廃棄ガスの浄化方法および装置 - 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】 燃焼装置の廃棄ガスの浄化　法および装置本発明は、廃棄ガスを還元に必要な温 度に加熱して化学化合物を導入し、且つ反応の加速及び／又は導入のために触媒 作用面を挿入することによって酸化窒素を選択的に還元する、脱硫のための後方 回路における燃焼装置の廃棄ガスの浄化方法、及び本方法の実施のための装置に 関する。

ボイラー廃棄ガス中に含まれる酸化窒素の選択的還元のために、化学化合物、特 にはアンモニアを蒸気状態で、加圧下又は無加圧下で、水に溶解させ又は空気と 共に、燃焼装置から流出する廃棄ガス流中に配合することは公知であるが、その 際、導入されるアンモニアの一様の分布及び還元のための廃棄ガス流内の一様な 温度分布が必要であり、これに適した触媒作用面が挿入されることに、注意が払 われ且つこれに対応する処置が講じられねばならない。この種の装置は、選択さ れた触媒作用化合物に合わせて最適反応温度の範囲で酸化窒素の還元を実施すべ く、とりわけエコノマイザ−とボイラー空気予熱器との間に接続されていた。触 媒作用面は実施された装置においては、好ましくは垂直下向きの流れを備えた静 止した蜂の巣構造で用意された。その際、垂直下向きのガスの誘導によって、触 媒作用面への固体不純物の堆積が減少せしめられ、不純物の除去が軽減されるよ うにしている。

！ この根本思想の一層の展開において、触媒作用面に交互に廃棄ガス及び逆流の燃 焼空気を加え、その際、この面の廃棄ガス及び空気によって貫流される領域の位 置が、接続路に対して徐々に又は連続的に、対応する駆動によって変更されるこ とも、すでに提案された。こうしてまず廃棄ガスの浴出した表面に、次に新鮮な 空気が逆向きに加えられる（ドイツ特許出願第Ｐ　３４０６６．５７．８号）。

この方法の基礎にはとりわけ、酸化窒素の還元のために挿入される触媒を一方と し、廃棄ガス熱を用いた燃焼空気の予熱のための回転再生熱交換器を他方として 相互に結合し、又は、触媒作用面をボイラー空気予熱器に統合し、これによって 構造上の必要部品を減らすという思想がある。処理されるべき廃棄ガスとは逆向 きに導入され触媒作用面に純粋ガスとして加えられる空気流と、出来合いのボイ ラー空気予熱器の浄化装置とは、この場合同様に触媒作用面の浄化及び再生のた めに挿入される。

これに関して、不利な副反応及びこれと結びついた後続反応、とりわけ５、投入 される還元剤及び廃棄ガス中に存する硫黄化合物、特には三酸化硫黄及び硫酸に よる、硫酸水素アンモニアの形成を排除するために、アンモニアの供給、なかん ず（、前以って公開されていない技術の状態によれば新鮮な空気中への噴入によ るアンモニアの供給の仕方について極めて異なった提案も、すでに提出されてい る（ドイツ特許出願節Ｐ３４３１７３０号）。

これに対して静止触媒は、その著しい重量のゆえに、また構造上の必要を減らす ために、脱硫のための後方回路中に配設されている。この場合、酸化窒素の選択 的還元のために投入される触媒作用化合物の最適温度は、補助的な外部エネルギ ーの供給を介してのみ達成可能であるという不都合を負わねばならなかった。

最適反応温度の調節用の外部エネルギーの必要を凍らすために、外部エネルギー の供給のための前方回路において、酸化窒素の還元処理によってすでに解放され た純粋ガスから、この純粋ガスが廃棄ガス煙突に流入する前に、これから還元さ れるべきガスに対して熱の伝達を行うこと、及び、このために熱交換器、しかも 特には回転再生熱交換器を挿入して、一方で廃棄ガスを必要な煙突流入温度に冷 却し、他方で酸化窒素の還元に供給されるべきガスを、主に湿式洗浄により脱硫 が行われた後、外部エネルギーの供給が行われる前にまず予熱するようにするこ とは、有意義である。その際、還元剤の配合は触媒に流入するガス中に直接行わ れる。この消費に関連した導入は、投入されるアンモニアの量を、完全な還元に 必要な量に限定している。

アンモニアを還元剤として供給して酸化窒素を還元する際、窒素分子と水への本 来の変換の前の望ましくない副反応において、残留硫黄分、とりわけ二酸化硫黄 と酸素とが二酸化硫黄に変換されることが観察された。望ましからぬ後続反応と して次に、酸化窒素の還元のために選択された通常の最適温度でアンモニウム５ 三酸化硫黄及び存在している水とから硫酸水素アンモニウムが生じる。アンモニ アの導入又はその分配に使用可能な混合区間は、アンモニアと酸化窒素との関係 を悪くし、そのため、５　ｐｐｍ以上のアンモニアの余剰ですでに、形成された 硫酸水素アンモニウムによって触媒が汚染されたり毒されたりすることを避ける ことができなかった。

これに対して本発明の基礎には、酸化窒素の還元が本質的に改良され、還元剤が 節約され、触媒作用面の工具寿命が副反応及び後続反応の阻止によって向上せし められる、還元化合物を供給し触媒作用面を挿入して燃焼廃棄ガス中に含まれる 酸化窒素を選択的に還元するための方法及びその方法の実施のための装置を創出 するという課題が存する。

燃焼廃棄ガス内で約９５％は一酸化窒素から、約５％は二酸化窒素から構成され ている酸化窒素の、窒素分子及び水への還元は、廃棄ガス流内の酸化窒素骨に対 する供給される還元剤の量の割合並びにその温度水準のみならず、実質的な範囲 で、使用可能な触媒作用面の効力にも、ひいてはこの効力の維持にも依存すると いうｔＪＬ　ＴＪｉを顧慮して、この課題は、冒頭に述べた種類の方法から発し て、本発明によって、還元に投入される一つ（複数）の化学化合物、又はキャリ ヤガスと混合されたこの一つの（複数）の化合物の少なくとも一つの分流が、還 元によって酸化窒素から解放された廃棄ガスから、これから還元されるべき廃棄 ガスへの、熱伝達の前又は間に、廃棄ガス中に導入されることによって解決され る。即ちこの場合、還元剤の少なくとも一つの分流は、酸化窒素の選択的還元の ために触媒作用化合物に合わせて選択される最適温度範囲に到達する前の“冷た い”純粋ガス流に供給される。この処置は、還元剤を、酸化窒素との反応の直前 に、最適反応温度に加熱されたガスに供給するという従来の慣行からの転向を意 味する。これに対して意識的により低い温度水準で導入される、先に脱硫された ガス流中の硫黄化合物の残留分、特には二酸化硫黄及び硫酸とアンモニアとの反 応によって、硫酸アンモニウム（（ＮＨ４）ｚ　ｓｏ、）が形成される。この場 合、硫酸アンモニウムは約２００℃以下の温度範囲では固体の形で発生し、硫酸 水素アンモニウムとは反対に熱伝達面及び場合によっては触媒作用面からも、通 常の浄化装置を挿入して容易に洗浄可能である。

脱硫の後、且つ熱伝達の前に接続されて、又は、支持体内で熱伝達面が、支持体 に流出側及び流入側で相対せしめられているガス接続部に対して、相対運動する 下での熱伝達の間に、還元剤の分流の供給が行われ、次いでガスが外部熱の供給 によって反応温度に加熱され、その後還元剤の更に別の分流が導入され触媒作用 面が挿入されて静止触媒内で酸化窒素の選択的還元が実施されるならば、本方法 は既に利点をもたらす。

しかしながら、構造容積の節約のためには、熱伝達面及び触媒作用面の一つ又は 幾つかの支持体部分が、流出側及び流入側のガス接続部に対して相対運動する中 で、ガスに、還元剤の分流の供給のもとで、続いて熱が供給され、次いでガス中 に含まれる酸化窒素の一部が還元され、更に還元剤が供給される中で外部熱の供 与によってガスが加熱され、酸化窒素の残留分が還元されて、最後に、これから 還元されるべき廃棄ガスへの熱伝達によってガスが煙突流入温度に冷却されるな らば、を利である。

この場合、触媒作用面は相反する向きの流路に、即ち二重に用意されるが、その 際、ガスの加熱及び二つの流路の間の方向転換は、還元化合物が追加して導入さ れる中で実施される。これによって還元されるべきガスに対する触媒作用面の作 用時間が倍にされ、還元度が高められ、若しくは挿入される反応器の構造容積を 減らす可能性が存在する。

この際、脱硫のために供給される生ガスから脱硫が終って出て行く純粋ガスへの 熱伝達によってガスが予め乾燥されるならば特別な利点が生じる。

しかしながら代わりに、既に予熱されたガスの分流を、脱硫が終って供給される これから予熱されるべきガス中ヘ戻すことによって、予備乾燥は行われ得る。

更に、脱硫のための後方回路において予熱される廃棄ガスに、含まれている酸化 窒素の還元の前に、還元化合物のさらに別の分流を供給することは、有利である 。

本発明による方法の実施のための装置は、脱硫が終って出てくる純粋ガスの流れ の内に直列に、熱貯蔵面を備えた回転再生熱交換器の熱放出部、外部エネルギー によって加熱される加熱器、静止触媒及び回転再生熱交換器の熱受容部を相前後 して接続するよう、構成され得る。

しかしながら、ガス接続部に対して相対運動せしめられる一つ又は幾つかの支持 体内で触媒作用面を熱伝達面に連接することが、所要床面積を減らすことに関し て又は選択的還元のための作用時間を倍にすることに関して、特に目的に適って いる。この場合、脱硫が終って流出する純粋ガスの流れの内に直列に、熱伝達面 部分と触媒作用面部分とが、ガス接続部に対して相対運動せしめられる支持体の 一つの部分内に、間隔をあけて相前後して接続され、又、逆の流れの内に、触媒 作用部分と熱伝達部分とが、回転軸に関して相対している部分内に、間隔をあけ て相前後して接続され、加熱器は、ガス流の方向転換部に配設される。この種の 部分を相前後して接続することによって、脱硫されたガスがまず流入する部分に おいて、反応温度が上昇する方向で貫流が生じ、外部熱及び加熱の範囲で供給さ れる酸素の供給の後、ガスの方向転換乃至貫流、及び逆流にお４Ｊる加熱に結び 付いて、回転軸に関して第一の部分に相対している第二の部分の通過が、反応温 度の降下を伴って生じる。こうして、回転軸に関して相対している部分内の触媒 作用面の接触時間が延長される。熱伝達面部分及び触媒作用面部分の一つ又は複 数の支持体が回転するように構成されており、更に別の分流の導入のために、同 様に部分に分けられている区域が軸方向にこれらの部分の間に用意されており、 且っ／又はさらに別の部分が、回転軸に関して相対しており、対応する流路接続 部を備えているガスの通過流路の間に用意されているならば、還元化合物の節約 された目指す導入にとってさらに別の利点が生じる。

熱伝達面部分及び触媒作用面部分が、相互に分離されていて夫々一つの部分に連 設されているハウジング中に配設されるように装置が構成される場合でも、これ は本発明の基本思悲からの転向を意味するものではない、この場合、部分は相互 に独立に、異なる浄化手段によって、且つ／又は異なる浄化間隔で処理され得る 。

熱伝達面を備えた部分を、平行に接続された複数の面上に分配して、外部からこ れらを交互に浄化するようにしても、同じことがいえる。

酸化窒素の還元剤として投入されるアンモニアと三酸化硫黄及び水との、又は硫 酸との、酸化窒素の選択的還元の最適温度範囲における副反応及び後続反応によ る、流体の硫酸水素アンモニウム（ＮＨ，Ｈ３Ｏ４）の形成は、化学反応によっ て機械を詰まらせたり触媒作用面を害したりすることにもなるが、この解決によ って、この反応の前に接続されたより低い温度での硫酸アンモニウムへの反応に より、阻止される。硫酸アンモニウムは約２００℃以下の選択された温度では固 体状で発生し、従って、熱伝達面から、又、硫酸アンモニウムがガス流を介して 触媒作用面まで導かれる限りこの触媒作用面からも、例えば吹き飛ばしによって 容易に除去可能である。

本発明並びに本発明によって達成可能なさらに別の利点は、以下に、本発明によ る方法の実施のための装置の概略回路図を示す図面と結ぶつけてより詳細に説明 される。

本発明思想の説明のために図面には、脱硫装置の後に熱交換面と触媒作用面とが 、相前後して接続された部分に、且つ、これらの部分に共通の回転するように配 設された支持体の中に、用意される装置が、概略的に示されている。

生ガスは、図中に示されていない燃焼部及びこれに続くボイラーのガス煙道から 、エコノマイザ−１に達し、このエコノマイザ−においてさらに、廃棄ガス熱を 用いて燃焼空気を予熱するためのボイラー空気予熱器３用の流入温度に冷却され 、続いて燃焼部から共に運ばれる塵状の不純物のためのフィルター５に導かれ、 吸引通風送風機７を介してガス熱交換ＲＳ９に供給される。ボイラー空気予熱器 に比べより低い温度範囲で作動するこのガス熱交換器の貯蔵部は、熱を、脱硫装 置１１に供給されるべき生ガスから奪って、脱硫装置から出て来るいわゆる′純 粋ガス”に、送風機１３による圧力の上昇の後に伝えるために、ここに特に適し た熱伝達面を用意している。

続いて純粋ガスは、図示されていない包囲されたハウジング内で回転するように 配設されている支持体１５へ導かれる。その際ガスは、還元剤の第一の分流が分 岐路５０を介して供給される中で、この支持体１５の熱伝達面を備えた第一の部 分１５ａを通り抜け、ここで熱を受け取る。還元剤のさらに別の分流が分岐路５ ２を介して導入される中間区ｔｌ　１５　ｂを経て、廃棄ガスは、ガス中に含ま れる酸化窒素の還元のために触媒作用面が設けられている部分１５Ｃに達し、触 媒作用面においてガスはさらに一層暖められる。支持体１５からの流出後、ガス は補助燃焼部１７によって加熱されるが、その際、ガスの方向転換の後にガス中 に含まれる残りの酸化窒素が、部分１５Ｃの回転軸に関して相対している部分内 で、回転する支持体の触媒作用面によって還元されるよりも前に、通路５４を介 して更に還元剤が供給され得る。支持体１５のこの部分の中間区域１５ｂを経て 、ガスは熱伝達面の備えられている部分１５ａに流入し、貫流の際に熱をこの面 に伝える。ガスはこれによって煙突流入温度に冷却され、続いて煙突１９に導か れる。

−例一 まずエコノマイザ−１及びボイラー空気予熱器３で冷却され・続いてフィルター ５で除塵された約１３０℃の温度の廃棄ガスは、吸引通風送風機７から、湿式洗 浄方法によって作動する脱硫装置１１に対して生ガス側では前に、純粋ガス側で は後に接続された回転再生熱交換器９に流入し、ここにおいて脱硫装置１１への 流入の前に９０℃に冷却される。回転再生熱交換器９の熱伝達を行う貯蔵部によ って受容される熱は、脱硫装置１１から流出する純粋ガスに、純粋ガスの圧力の 上昇後に伝達されるが、その際、純粋ガスは、５０℃の脱硫装置からの流出温度 から８０℃に暖められる。こうして予備乾燥された純粋ガスに分岐路５０を介し て、還元化合物としてのアンモニアの分流が供給される。続いて支持体１５の熱 伝達面を備えた部分１５ａに流入するガスは、次に、酸化窒素の除去のための還 元処理をすでに受けたガスの熱の伝達によって、約２３０℃の温度に暖められる 。流れの方向に２３０℃にまで上昇する温度で、ガス中の残留硫黄分、とりわけ 二酸化硫黄とｇ酸は、供給されるアンモニアと反応して硫酸アンモニウムとなる 。続いて、さらに３２０℃にまで上昇する温度のもとで、ガス中に含まれる酸化 窒素は、部分１５Ｃに触媒作用面が提供され且つ分岐路５２を介してアンモニア のさらに別の分流が供給される中で、還元される。

続いてガスは・後に接続された補助燃焼部１７によって、流路５４を介してアン モニアがさらに供給される中で３５０ｔ［加熱されて・回転軸に関して相対して いる部分において新たに、触媒作用面を備えた部分１５Ｃに戻され、同時に２７ ０℃に温度が下がる中で通過せしめられる。ガス中になお含まれている酸化窒素 はその際還元される。続いてガスは熱を、部分１５ａの貯蔵部の熱伝達面に渡し 、その際約１３０℃の煙突流入温度に冷却される。

国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＨＥ　ＩＮＴ三ＲＮＡＴｌ０ＮＡＬ　５ＥＡＦＩＣＨＲＥ ＰＯＲＴ　ＯＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．廃棄ガスを還元に必要な温度に加熱して化学化合物を導入し、かつ反応の加 速及び／または導入のために触媒作用面を挿入することによって酸化窒素を選択 的に還元する、脱硫のための後方回路における燃焼装置の廃棄ガスの浄化方法に おいて、 還元のために投入される一つ（複数）の化学化合物、又はキャリヤガスと混合さ れたこの一つ（複数）の化合物の少なくとも一つの分流が、還元によって酸化窒 素から解放された廃棄ガスから、これから還元されるべき廃棄ガスヘの熱伝達の 前又は間に、廃棄ガス中に導入されることを特徴とする方法。 ２．熱伝達のために支持体内で熱伝達面が、支持体に流出側及び流入側で相対せ しめられているガス接続部に対して、相対運動せしめられ、続いて廃棄ガスが外 部熱の供給によって加熱されるが、その際、その供給の前又は後に接続されて還 元化合物のさらに別の分流が供給され、廃棄ガスは静止的に配設された触媒を通 過せしめられ、ここで含まれている酸化窒素が還元され、最後にこの廃棄ガスは 、これから還元されるべき廃棄ガスヘの熱伝達によって煙突流入温度に冷却され ることを特徴とする、請求の範囲１に記載の方法。 ３．熱伝達及び還元のために、熱伝達面部分及び触媒作用面部分が、一つ又はい くつかの支持体内で、この一つ又はいくつかの支持体に流出側及び流入側で相対 せしめられているガス接続部に対して、相対運動せしめられ、ガス中に含まれる 酸化窒素が還元され、ガスは外部熱の供給によって加熱されるが、その際、加熱 の前又は後に接続されてさらに酸化窒素還元化合物が供給され、次いで酸化窒素 がさらに還元され、最後にガスは、これから還元されるべき廃棄ガスヘの熱伝達 によって煙突流入温度に冷却されることを特徴とする、請求の範囲１に記載の方 法。 ４．脱硫のために供給される生ガスから脱硫されて出て行く純粋ガスヘの熱伝達 によって、ガスが予備乾燥されることを特徴とする、請求の範囲２又は３に記載 の方法。 ５．脱硫のための後方回路において予備加熱される廃棄ガスに、含まれている酸 化窒素の還元の前に、還元化合物のさらに別の分流が供給されることを特徴とす る、請求の範囲３に記載の方法。 ６．脱硫装置の後に直列に接続されている、回転再生熱交換器の流路中の熱伝達 を行う貯蔵部と。外部熱の供給のための装置と、静止触媒と、廃棄ガス煙突の前 方回路中の回転再生熱交換器の第二の流路中の熱伝達を行う貯蔵部と、脱硫され たガスを回転再生熱交換器の冷却側に供給するガス通路に及び／又は直接熱伝達 面に及び／又はこの熱伝達面に続く暖められ又は加熱されたガスを導くガス通路 に注ぐ接続路を伴った還元剤源と、を備えたことを特徴とする、請求の範囲１に 記載の方法の実施のための装置。 ７．ガス接続部に対して回転可能に構成されている一つまたはいくつかの支持体 （１５）の通過流路の部分（１５ａ；１５ｃ）内の脱硫装置（１１）の後に直列 に接続された熱放出面及び触媒作用面と、外部熱の供給のための装置（１７）と 、一つ又は複数の支持体（１５）の対称軸に関して相対しており相反する向きの 通過流路の触媒作用面部分及び熱受容面部分（１５ｃ；１５ａ）と、一つ又は複 数の支持体又はガス接続部の段階的又は連続的な回転のための駆動装置と、を備 えたことを特徴とする、請求の範囲１に記載の方法の実施のための装置。 ８．軸方向に相前後して接続された部分（１５ｃ；１５ａ）としての、加熱ガス 側の触媒作用面及び冷却ガス側の熱伝達面の一つ又は複数の支持体が、回転する ように配設されており、付属の加熱ガス側及び冷却ガス側のガス接続部は静止し て配設されていることを特徴とする、請求の範囲７に記載の装置。 ９．共通に包囲されたハウジング内で、加熱ガス側の触媒作用部分と冷却ガス側 の熱伝達部分（１５ｃ；１５ａ）とが、共通の支持体（１５）内の同様にセクタ ーに分けられている中間区域（１５ｂ）を介してガスの通過流路を形成しており 、この中間区域（１５ｂ）に分岐路（５２）が導かれていて、この分岐路を介し て還元化学化合物が触媒作用部分（１５ｃ）に導入可能であることを特徴とする 、請求の範囲８に記載の装置。 １０．加熱ガス側の触媒作用部分（１５ｃ）を取り囲んでいるハウジングに、還 元化学化合物の導入のために設けられているさらに別の部分の形成のための追加 の取付け器具が配設されていることを特徴とする、請求の範囲８に記載の装置。