(57)【要約】【課題】下水汚泥焼却炉の排ガス中に含まれるＮ２Ｏを、水蒸気による触媒活性の低下を回避しつつ工業的に効率良く除去することができる方法を提供する。【解決手段】下水汚泥焼却炉１から出た８００〜８５０℃の高温の排ガスを、排煙処理塔６を備えた排ガス処理設備により処理し、６０℃以下に冷却する。これにより排ガス中の含有水蒸気濃度を２０体積％以下にまで低下させたうえ、加熱器９に通して３００〜５５０℃に再加熱する。この排ガスを還元剤の存在下でＮ２Ｏ除去触媒８と接触させ、排ガス中のＮ２Ｏを還元除去する。この方法により、Ｎ２Ｏを９０％程度除去することができる。【選択図】図２
2010227728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水汚泥焼却炉の排ガスを、排煙処理塔を備えた排ガス処理設備により６０℃以下に冷却することにより含有水蒸気濃度を低下させたうえ、前記排煙処理塔よりも前段に設置した加熱器に通して３００〜５５０℃に再加熱し、還元剤の存在下でＮ２Ｏ除去触媒と接触させ、排ガス中のＮ２Ｏを還元除去することを特徴とする下水汚泥焼却炉の排ガス中のＮ２Ｏ除去方法。
【請求項２】
排ガスを６０℃以下に冷却することにより、含有水蒸気濃度を２０体積％以下にまで低下させることを特徴とする請求項１記載の下水汚泥焼却炉の排ガス中のＮ２Ｏ除去方法。
【請求項３】
排煙処理塔を通過して６０℃以下に冷却された排ガスを、Ｎ２Ｏ除去触媒を通過した排ガスの保有熱を利用して予熱したうえ、加熱器に通すことを特徴とする請求項１記載の下水汚泥焼却炉の排ガス中のＮ２Ｏ除去方法。
【請求項４】
Ｎ２Ｏ除去触媒として、ゼオライトにＦｅ成分を担持させたＦｅ‐ゼオライト触媒を使用することを特徴とする請求項１記載の下水汚泥焼却炉の排ガス中のＮ２Ｏ除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥焼却炉から排出される高温の排ガス中に含まれるＮ２Ｏを除去する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下水汚泥焼却炉の排ガス中には、下水汚泥中の有機分に由来するＮ２Ｏ（亜酸化窒素）が数百ｐｐｍのオーダーで含まれている。このＮ２Ｏは、地球温暖化係数が３１０である温室効果ガスの一つである。すなわちＮ２ＯはＣＯ２の３１０倍の地球温暖化効果を持ち、京都議定書においても規制対象とされているガスである。従って地球温暖化を抑制するためには、下水汚泥焼却炉の排ガス中に含まれるＮ２Ｏを大幅に低減する必要がある。
【０００３】
そこで一部の下水汚泥焼却炉においてはＮ２Ｏ排出量の低減対策として、「高温焼却」が採用されている。これは焼却炉に重油や都市ガスなどの燃料を追加することにより、焼却温度を従来の８００℃より高い８５０℃以上の温度域にまで高める方法であり、これによってＮ２Ｏの排出量を従来よりも６〜７割削減することができる。しかしこの「高温焼却」を行っても３〜４割のＮ２Ｏは依然として排出されるうえ、従来よりも余分の補助燃料が必要となるからＣＯ２の排出量が増加し、かつ焼却コストもかかるという問題がある。
【０００４】
そこで特許文献１及び特許文献２に示されるように、ゼオライトにＦｅ成分を担持させたＦｅ‐ゼオライト触媒を用い、各種排ガス中のＮ２Ｏを還元除去する技術が提案されている。この技術は４００℃程度でＦｅ‐ゼオライト触媒の存在下において還元剤（炭化水素やアンモニア）とＮ２Ｏを反応させ、Ｎ２Ｏを還元除去するものであり、その反応式は次の通りである。
Ｎ２Ｏ＋1/4ＣＨ４→Ｎ２＋1/4ＣＯ２＋1/2Ｈ２Ｏ
Ｎ２Ｏ＋2/3ＮＨ３→＋3/4Ｎ２＋Ｈ２Ｏ
【０００５】
この触媒を用いれば、上記した「高温焼却」の問題点は解決することができる。しかし下水脱水汚泥は含有率が８０％と大量の水分を含むため、下水汚泥焼却炉の排ガス中にも３５〜５０体積％という高濃度の水蒸気が含まれている。そして上記したＦｅ‐ゼオライト触媒は水分によって触媒活性が大幅に低下するため、特許文献１及び特許文献２に示される触媒を利用したとしても、下水汚泥焼却炉の排ガス中に含まれるＮ２Ｏを工業的に効率良く除去することは困難であった。
【特許文献１】特許第３５５０６５３号公報
【特許文献２】特許第３６８１７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って本発明の目的は、上記した従来の問題点を解決し、下水汚泥焼却炉の排ガス中に含まれるＮ２Ｏを、水蒸気による触媒活性の低下を回避しつつ工業的に効率良く除去することができる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、下水汚泥焼却炉の排ガスを、排煙処理塔を備えた排ガス処理設備により６０℃以下に冷却することにより含有水蒸気濃度を低下させたうえ、前記排煙処理塔よりも前段に設置した加熱器に通して３００〜５５０℃に再加熱し、還元剤の存在下でＮ２Ｏ除去触媒と接触させ、排ガス中のＮ２Ｏを還元除去することを特徴とするものである。
【０００８】
なお、本発明においては請求項２のように、排ガスを６０℃以下に冷却することにより、含有水蒸気濃度を２０体積％以下にまで低下させることが好ましい。また請求項３のように、排煙処理塔を通過して６０℃以下に冷却された排ガスを、Ｎ２Ｏ除去触媒を通過した排ガスの保有熱を利用して予熱したうえ、加熱器に通すことができる。またＮ２Ｏ除去触媒として、ゼオライトにＦｅ成分を担持させたＦｅ‐ゼオライト触媒を使用することを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、下水汚泥焼却炉の排ガスを排ガス処理設備により６０℃以下に冷却することにより含有水蒸気濃度を低下させたうえで３００〜５５０℃に再加熱し、還元剤の存在下でＮ２Ｏ除去触媒と接触させる。このためＮ２Ｏ除去触媒の活性を低下させることなく排ガス中のＮ２Ｏを除去することができ、後記する実験データに示すように９０％を越えるＮ２Ｏ除去率を達成することができる。
【００１０】
また、排煙処理塔において浄化された排ガスをＮ２Ｏ除去触媒に通すので、ＳＯＸやＨＣｌなどによって触媒の寿命が低下することもなく、長期間にわたり安定した操業が可能である。また、「高温焼却」のように焼却温度を高める必要はなく、排ガスの再加熱のために余分の熱源も必要としないので、ＣＯ２の排出量が増加することもない。さらに、Ｎ２Ｏ除去触媒を通過した排ガスは十分に暖められているため、煙突で水蒸気の白煙が生じることもない等の多くの利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明の実施形態を説明する。
図１は下水汚泥焼却設備の一般的なフローを示すもので、下水脱水汚泥は下水汚泥焼却炉１において重油その他の補助燃料を用いて焼却される。前記した「高温焼却」を行わない場合、燃焼温度は通常８００〜８５０℃の範囲である。下水汚泥焼却炉１は例えば流動炉であるが、その種類は特に限定されるものではない。
【００１２】
この下水汚泥焼却炉１から排出された８００〜８５０℃程度の高温の排ガスは、空気予熱器２に導かれて下水汚泥焼却炉１に供給される空気を予熱し、４００〜５５０℃で白煙防止予熱器３に送られる。白煙防止予熱器３は煙突７から水蒸気の白煙が出ることを防止するために、煙突７から放出される排ガスに加えるための加熱空気を得る装置であり、この白煙防止予熱器３を通過した排ガスは３００℃程度まで降温する。
【００１３】
この排ガスは冷却塔４において更に２００℃程度まで冷却されたうえで、バグフィルタ５において含有するダストを除去される。バグフィルタ５を通過して浄化された排ガスは排煙処理塔６に送られ、上方からの降水と接触して排ガス中のＳＯＸやＨＣｌを除去される。排煙処理塔６で水と接触した排ガスは温度が６０℃以下にまで低下しているが、前記の白煙防止予熱器３によって加熱された３００℃前後の空気と混合され、煙突７から大気中に放出される。
【００１４】
このような従来のフロー中にＦｅ‐ゼオライト系のＮ２Ｏ除去触媒を組み込む場合、Ｎ２Ｏ除去触媒は３００〜４００℃の温度が必要であるので、その設置位置は空気予熱器２と白煙防止予熱器３との間、あるいは白煙防止予熱器３と冷却塔４との間の区間になる。この区間における一般的な排ガス組成を表１に示す。
【００１５】
【表１】
2010227728.tif 000003
【００１６】
このように、この区間における排ガスは４５体積％という大量の水蒸気を含有しているうえに、ＳＯＸとＨＣｌの濃度が高い。これらは焼却対象物である下水脱水汚泥の含水率が高いことと、下水汚泥に含まれるＳやＣｌに起因するものである。このため、この状態の排ガスをＦｅ‐ゼオライト系のＮ２Ｏ除去触媒に通すと、水蒸気が障害となってＮ２Ｏの除去率が低下し、またＳＯＸやＨＣｌにより触媒寿命が短縮化されることとなる。なお特許文献１にはこの触媒は水蒸気含有率が２０％までのガスに適用できると説明されているが、上記したような水蒸気含有率が４５％のガスには適用不能である。
【００１７】
そこで本発明では図２、図３の実施形態に示すように、排煙処理塔６を通過した排ガスを再加熱してＮ２Ｏ除去触媒８と接触させる新規なフローを用いる。これらの実施形態においても、下水汚泥焼却炉１、空気予熱器２、冷却塔４、バグフィルタ５、排煙処理塔６は図１に示した従来例と同様であるが、従来の白煙防止予熱器３に代えて、冷却塔４の前段に加熱器９が設置されている。この加熱器９は排煙処理塔６を出た排ガスを再加熱するためのものである。
【００１８】
図２のフローにおいても、排ガスはバグフィルタ５を備えた排ガス処理設備を通過する間にダストを除去されたうえ、排煙処理塔６で水と接触しＳＯＸやＨＣｌを除去されることは図１のフローと同様である。しかし排ガスはこの排煙処理塔６で６０℃以下にまで冷却されることによって水分を凝結させ、含有水蒸気濃度を２０体積％以下にまで低下させた乾燥状態で加熱器９に送られて、３００〜５００℃程度に加熱される。なお、排煙処理塔６の出口における排ガス組成の一例は、表２に示すとおりである。
【００１９】
【表２】
2010227728.tif 000004
【００２０】
Ｎ２Ｏ除去触媒８としては、特許文献１、２に示されるようなＦｅ‐ゼオライト系の触媒が用いられる。これはβ型ゼオライトに鉄や鉄イオンを担持させたものである。加熱器９で３００〜５００℃程度に加熱された排ガスは、還元剤を添加されＮ２Ｏ除去触媒８に送られる。排ガスとの接触効率を高めるために、Ｎ２Ｏ除去触媒８はハニカム状あるいは粉末状としておくことができる。
【００２１】
還元剤としては、メタン、プロパン等の炭化水素や、アンモニアが用いられる。これらの還元剤の添加量は理論量の１〜２倍とすることが好ましく、還元剤の添加量はＮ２Ｏ濃度に比例して調整することがより好ましい。還元剤の添加量が過剰となると、反応しなかった還元剤は煙突７から大気中に放出されることとなるが、入手容易な炭化水素であるＣＨ４は地球温暖化係数２１の温暖化ガスである。またアンモニアは悪臭防止法の対象物質である。このため、過剰量の還元剤の放出はできるだけ避けるべきである。
【００２２】
図２のフローによれば、加熱器９で３００〜５００℃程度に加熱された排ガスは還元剤の存在下でＮ２Ｏ除去触媒８と接触し、排ガス中のＮ２Ｏは窒素に還元して除去される。還元反応式は前記のとおりである。本発明においては排ガスの含有水蒸気濃度を２０体積％以下にまで低下させてあり、かつ排ガス温度も３００〜５００℃に昇温されているので、９０％を越えるＮ２Ｏ除去率を達成することができる。しかもこの昇温は排ガスの保有熱を利用して行われるので、余分の燃料を必要とせず、余分のＣＯ２を排出することもない。さらに、排煙処理塔６でＳＯＸやＨＣｌを除去されているので、触媒寿命が低下することもない。なお、排ガスの再加熱温度が３００℃未満ではＮ２Ｏの除去率が低く、５５０℃を越えると触媒寿命が低下するので好ましくない。
【００２３】
図２のフローではＮ２Ｏ除去触媒８を通過しＮ２Ｏが還元された排ガスは、３００〜５００℃のままで煙突７から放出される。このように排ガス温度は高くなるため、煙突７から水蒸気の白煙が発生することもない。
【００２４】
しかしこの高温の排ガスを図３のフローに示すように別の加熱器１０に通し、排煙処理塔６を通過して６０℃以下に冷却された排ガスを、加熱器１０で予熱したうえで加熱器９に通すこともできる。図３のフローは図２のフローに加熱器１０を付加したものであり、その他の構成は図２と同一であるから説明を省略する。
【００２５】
以下に本発明の効果を確認するために行った実験の結果を示す。
まず、特許文献１の実施例１に示された方法で、βゼオライトに２価の鉄イオンを担持させたＮ２Ｏ除去触媒を製造した。得られた触媒は粉末状であり、その０.５ｇを反応管に充填し、表３に示す条件１と条件２のサンプルガスを流し、生成物をガスクロマトグラフで測定して、Ｎ２Ｏの除去率を評価した。ガス流量は何れも１ｓｌｍ（スタンダードリッターパーミニッツ：Ｌ/分）であり、ガス温度はいずれも４５０℃である。なおＮ２がバランスとなっているのは、残部の意味である。
【００２６】
【表３】
2010227728.tif 000005
【００２７】
上記のように、含有水蒸気濃度が３５体積％の場合にはＮ２Ｏ除去率が３８％であったが、含有水蒸気濃度を１０体積％まで低下させると、Ｎ２Ｏ除去率は９８％にまで上昇した。この実験によって、本発明の効果を確認することができた。
【００２８】
次に排ガス中に含まれるＳＯＸとＨＣｌが触媒に与える影響を確認するため、上記と同様にβゼオライトに２価の鉄イオンを担持させたＮ２Ｏ除去触媒０.５ｇを反応管に充填し、表４に示す条件３と条件４のサンプルガスを流し、Ｎ２Ｏの除去率を評価した。ガス流量は何れも１ｓｌｍ（Ｌ/分）であり、ガス温度はいずれも４００℃である。ただしＮ２Ｏの除去率はガスを流し始めてから、２０時間後に評価した。含有水蒸気濃度は１０体積％である。
【００２９】
【表４】
2010227728.tif 000006
【００３０】
この実験により、ガス中にＳＯＸとＨＣｌが含まれる場合にはＮ２Ｏの除去率が２０時間で６８％にまで低下したが、ガス中にＳＯＸとＨＣｌが含まれていない場合にはＮ２Ｏの除去率は８７％であり、触媒寿命が長くなることが確認できた。本発明では排煙処理塔６によりＳＯＸやＨＣｌを除去した排ガスをＮ２Ｏ除去触媒と接触させることができるため、長期間にわたり触媒活性を維持できることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】下水汚泥焼却設備の一般的なフローを示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のフローを示すブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施形態のフローを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  下水汚泥焼却炉
２  空気予熱器
３  白煙防止予熱器
４  冷却塔
５  バグフィルタ
６  排煙処理塔
７  煙突
８  Ｎ２Ｏ除去触媒
９  加熱器
１０  他の加熱器
【図１】
2010227728.tif 000007
【図２】
2010227728.tif 000008
【図３】
2010227728.tif 000009