(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素酸化物を含有する被処理ガス中に、常温常圧で固体である含窒素化合物からなる還元剤を注入し、次いで遷移金属を含む触媒と接触させて脱硝反応を行う固体還元剤を用いた脱硝装置において、
固体還元剤と水とを混合する混合容器と、
該混合容器から排出した混合溶液中の還元剤を加水分解する加水分解反応器と、
該加水分解反応器から排出した還元剤水溶液を加熱する手段を有する加熱型気液分離容器と、
該加熱型気液分離容器から排出された水又は水溶液を前記混合容器に戻す手段と、
得られたガス状の還元剤を前記被処理ガス中に注入するノズルを設けたことを特徴とする固体還元剤を用いた脱硝装置。
【請求項２】
加水分解された還元剤水溶液を加熱する手段が被処理ガスであることを特徴とする請求項１記載の固体還元剤を用いた脱硝装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、選択的接触還元法による脱硝技術に係わり、取り扱いが容易な固体還元剤を用いて好適に脱硝反応を行わせる脱硝装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭・石油またはガスなどの化石燃料を使用したボイラまたは内燃機関から排出される排ガス中には有害な窒素酸化物が含まれており、大気汚染の主因の一つとなっている。
これらの窒素酸化物の発生源の内、大容量の排ガスを大気中に放出する大型の事業用ボイラについては、国および地域の窒素酸化物の排出規制の強化により、その排出量の低減が強いられ、燃焼技術の適用および／または液化アンモニアを還元剤として用いる選択的接触還元法による脱硝装置が使用されている。
一方、これまでは脱硝装置の設置が稀であった小型発電設備においても、排出規制の強化などにより大型プラントと同様に脱硝装置の設置が必要となってきている。
従来の脱硝装置において還元剤として使用されるＮＨ3は、高圧ガス容器から供給されるため、高圧ガス取締法の適用を受け、輸送および貯蔵に際して十分な注意が必要であり、また、ＮＨ3のリークなどによる二次公害の危険性があった。
【０００３】
近年では、上記の液化ＮＨ3の使用に替えて取り扱いが容易な還元剤の水溶液（安水および尿素など含窒素化合物の水溶液）を電気ヒータまたは排ガスなどの熱を利用して蒸発させる方法、または触媒の加水分解反応を利用する方法などが提案されている。
ここで安水を使用した場合には工業用として市販されている安水が高々３０ｗｔ％程度の濃度であることから特に輸送コストに関して不経済であり、かつ貯蔵においても大型のタンクが必要となり十分な設置スペースが必要であった。
これに比べ尿素などの含窒素化合物の水溶液を使用する場合には、サイトにて必要に応じて水溶液を調製できるため、経済的に優れており、これらの還元剤を有効に利用する方法の開発が期待されている。
尿素水溶液は、８０℃以上の温度で加水分解反応が起こり、さらに適当な分解触媒の存在下では反応が促進されていることは公知である。特に触媒を使用した場合には比較的低温（８０〜３５０℃）で反応が進行するため、有利な方法とされている。
【０００４】
図３に従来の尿素を用いる脱硝プロセスを示す。尿素ｄの水溶液ａは、貯蔵タンク１からポンプ２により送液され、触媒３を充填した加水分解反応器４に導かれる。この加水分解反応器４には当該反応器４内部の尿素ｄを８０〜１００℃に加熱するためのヒータ５が設けられている。加水分解された気体ｂを含む水溶液ｃは、そのままライン８を通り注入ノズル９を経て排ガス発生源１０から排出される被処理ガスである排ガスの煙道１１に注入され、ＮＯxとＮＨ3を反応させＮＯxを無害化する脱硝触媒１２上で脱硝反応の還元剤として使用される。
しかしながら、図３に示す脱硝技術におけるこれらの固体還元剤（尿素ｄ）水溶液の加水分解法については、未分解化合物を含む水溶液ｃが加水分解反応器４から当該水溶液ｃ（または気体ｂ）の搬送手段を経て注入ノズル９から被処理ガス中に注入されるため、搬送手段もしくは被処理ガス煙道１１中に重合化合物を形成するおそれがあった。
さらに１００％分解反応が進行したとしても、多量の水分が含まれているため、多量の熱量を与えてもなお十分な気化が難しく、煙道１１中にドレンが形成されたり、後流に位置する脱硝触媒１２に悪影響を与えるなどの問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記固体還元剤水溶液の加水分解反応を利用する従来の脱硝技術は、未分解化合物による固形物の煙道への付着または、完全気化の点について十分な配慮がされておらず、液化ＮＨ3を使用した脱硝技術と比べた場合、長期安定運転という点で問題があった。
本発明の目的は、脱硝反応の還元剤として液化ＮＨ3に比べ取り扱いが容易な固体還元剤を用い、煙道へのスケールの付着をなくし、液化ＮＨ3法と同様な脱硝反応を行うことが可能な脱硝装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、次の構成によって達成される。すなわち、窒素酸化物を含有する被処理ガス中に、常温常圧で固体である含窒素化合物からなる還元剤を注入し、次いで遷移金属を含む触媒と接触させて脱硝反応を行う固体還元剤を用いた脱硝装置において、固体還元剤と水とを混合する混合容器と、該混合容器から排出した混合溶液中の還元剤を加水分解する加水分解反応器と、該加水分解反応器から排出した還元剤水溶液を加熱する手段を有する加熱型気液分離容器と、該加熱型気液分離容器から排出された水又は水溶液を前記混合容器に戻す手段と、得られたガス状の還元剤を前記被処理ガス中に注入するノズルを設けた固体還元剤を用いた脱硝装置である。加水分解された還元剤水溶液を加熱する手段として被処理ガスを用いても良い。
【０００７】
【作用】
上記本発明の固体還元剤を用いる脱硝装置の作用を尿素を例にとって説明する。貯蔵タンクから供給される尿素の水溶液を加水分解反応器中に導き、８０〜１００℃の低温度域で触媒層を通過させ、固−液接触加水分解反応を進行させることにより当該水溶液の一部を加水分解してＮＨ3水を得る。ここでＮＨ3水の水に対する溶解度は、図４に示すように液温の上昇と共に減少し、１００℃ではほぼゼロになる。そのため、上記尿素の加水分解反応で得られた水溶液（ＮＨ3水含む）を加熱ヒータまたは排ガスなどの熱を利用した加熱型気液分離容器内に導き、９０〜１００℃に加熱するだけで、当該水溶液中の溶存ＮＨ3をガス状として取り出すことができる。得られたＮＨ3ガスは搬送手段を経てノズルから煙道中に注入される。
【０００８】
この方法によれば、ノズルから注入される還元剤は、従来技術で使用されているＮＨ3ガスと同一であり、多量の水分を含まないので煙道内で気化・蒸発させる場合と比べて少量の熱量、即ち加水分解触媒を使用することにより、ＮＨ3水が形成されるため、ＮＨ3溶解度特性からわずか１００℃まで上昇させるのに必要な熱量で十分であり、水の蒸発潜熱が不要である。そのため、煙道内での完全気化・蒸発を考慮する必要がなく、未分解化合物の煙道内への付着および後流に設置される脱硝触媒に悪影響を及ぼすおそれもない。一方、還元剤水溶液加熱手段から排出される温水は、再び尿素水溶液の貯蔵タンクに戻され、尿素水溶液の調製に利用される。したがって、水溶液調製用の水は最小限に抑えることが可能となる。さらに、温水がタンクに戻されるため、タンク内の溶液の温度が上昇し、溶質である尿素の溶解度が高くなり（図５参照）、高濃度の尿素水溶液を調製できることになり、より経済性に優れた装置となる。
【０００９】
【実施例】
以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。
実施例１
図１は、本発明に基づく固体還元剤を用いた脱硝プロセスの一例を示す。
固体還元剤である尿素ｄの水溶液ａは、貯蔵タンク１からポンプ２により送液され、加水分解触媒３（アルカリ金属、アルカリ土類金属もしくは希土類元素の中の一種以上の炭酸塩および／または水酸化物もしくは鉱酸のアンモニウム塩）を充填した加水分解反応器４に導かれる。この加水分解反応器４には当該反応器４内部の尿素ｄを８０〜１００℃に加熱するためのヒータ５が設けられている。加水分解された水溶液はヒータ６を内蔵した加熱型気液分離容器７により気体ｂと液体ｃに分離され、得られた気体ｂは供給ライン８を経て注入ノズル９を経て排ガス発生源１０から排出される排ガスの煙道１１に注入され、ＮＯxとＮＨ3を反応させＮＯxを無害化する脱硝触媒１２上で脱硝反応の還元剤として使用される。
一方、気液分離容器７から排出された水（または水溶液）ｃは送液配管１３により、尿素ｄの水溶液の貯蔵タンク１に戻され、尿素水調製用に使用される。
【００１０】
【発明の効果】
本発明により、以下の効果が得られる。
１）固体還元剤の気化・分解の過程で生ずる重合化合物の煙道内への付着を防止できる。
２）従来の液化ＮＨ3法と同等に取り扱うことができ、ドレン対策を講ずる必要がなく、さらに、脱硝触媒への悪影響がない。
３）一定濃度の水溶液を使用するため、ボイラ、ガスタービンまたはディーゼル内燃機関などの排ガス発生源の負荷に応じてポンプの流量を変化させることにより制御できる。
４）完全気化・蒸発を考慮した水溶液の煙道への直接噴霧に比べ水の蒸発潜熱を必要としないため、経済的である。
５）還元剤水溶液加熱手段から排出される温水は、再び尿素水溶液の貯蔵タンクなどの混合容器に戻され、尿素水溶液の調製に利用され、水溶液調製用の水は最小限に抑えることが可能となる。また尿素水溶液の貯蔵タンクなどの混合容器内の溶液の温度が上昇し、溶質である尿素の溶解度が高くなり、高濃度の尿素水溶液を調製できることになり、より経済性に優れた装置となる。
【００１１】
【発明の効果】
本発明により、以下の効果が得られる。
１）固体還元剤の気化・分解の過程で生ずる重合化合物の煙道内への付着を防止できる。
２）従来の液化ＮＨ3法と同等に取り扱うことができ、ドレン対策を講ずる必要がなく、さらに、脱硝触媒への悪影響がない。
３）一定濃度の水溶液を使用するため、ボイラ、ガスタービンまたはディーゼル内燃機関などの排ガス発生源の負荷に応じてポンプの流量を変化させることにより制御できる。
４）完全気化・蒸発を考慮した水溶液の煙道への直接噴霧に比べ水の蒸発潜熱を必要としないため、経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１の固体還元剤を用いた脱硝プロセスを示す図である。
【図２】  本発明の実施例２の固体還元剤を用いた脱硝プロセスを示す図である。
【図３】  固体還元剤を用いた従来の脱硝装置の構造図を示す図である。
【図４】  ＮＨ3の水に対する溶解度を示す図である。
【図５】  尿素の水に対する溶解度を示す図である。
【符号の説明】
１…貯蔵タンク、２…ポンプ、３…触媒、４…加水分解反応器、
５、６…ヒータ、７…加熱型気液分離容器、９…注入ノズル、
１０…排ガス発生源、１１…排ガス煙道、１２…脱硝触媒
ａ…固体還元剤（尿素）水溶液、ｂ…気体、ｃ…液体、
ｄ…固体還元剤（尿素）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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