(57)【要約】  煙道ガス流に含まれる窒素酸化物の選択的触媒還元に使用される不活性化窒素酸化物分解触媒の再生プロセスが提示されている。
2021534960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流に含まれる窒素酸化物の選択的触媒還元および不活性化触媒の再生のためのプロセスであって、
窒素酸化物および硫黄化合物を含む、処理された煙道ガス流を提供することと、
ＳＣＲ触媒を含む、上流入口および下流出口を有するＳＣＲシステムに前記処理された煙道ガス流を進め、硫黄化合物によって不活性化される、不活性化ＳＣＲ触媒を提供するのに十分な時間で、前記ＳＣＲ触媒と前記処理された煙道ガス流を接触させ、スタックへの排出のために前記ＳＣＲシステムから脱窒素煙道ガス流を生成することと、
前記ＳＣＲシステムを隔離することによって、前記ＳＣＲシステムに前記処理された煙道ガス流を進ませる前記ステップを止めてクローズドシステムを提供することと、
前記クローズドシステムを前記処理された煙道ガスで満たした後、前記不活性化ＳＣＲ触媒を再生するために使用される再生ガスとして、前記処理された煙道ガス流の一部を前記クローズドシステムにある導入速度で導入し、これによって前記ＳＣＲ触媒を再生し、かつ再生排出ガスのすべてまたは一部を前記下流出口から前記上流入口まである循環速度で循環させながらＳＯｘおよびアンモニアを含む再生排出ガスを生成することと、
前記クローズドシステムから前記再生排出ガスの一部をある除去速度で除去すると同時に、前記処理された煙道ガス流の一部を前記クローズドシステムに導入することと、を含む、プロセス。
【請求項２】
可燃性物質を炉内で燃やし、そこから、窒素酸化物、酸性ガス成分、および粒子を含む煙道ガス流を生成することと、
酸性ガス除去ユニットによって前記煙道ガス流を処理して、前記煙道ガス流から酸性ガス成分を除去し、脱硫煙道ガス流を生成することと、
前記煙道ガス流または前記脱硫煙道ガス流から粒子除去ユニットによって粒子を除去して、前記処理された煙道ガス流を生成することと、をさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
アンモニアもしくは尿素のいずれかまたは両方を前記炉に導入することによって、前記煙道ガス流中の前記窒素酸化物の一部を除去し、前記窒素酸化物の選択的非触媒還元を誘発することをさらに含む、請求項２または３に記載のプロセス。
【請求項４】
前記再生排出ガスの前記一部を、前記酸性ガス除去ユニットまたは前記粒子除去ユニットのいずれか、あるいはその両方に導入することをさらに含む、請求項２に記載のプロセス。
【請求項５】
前記クローズドシステム内を循環する前記再生排出ガスに熱エネルギーを導入して、それによって、前記再生ガスの再生温度を制御することをさらに含む、請求項４に記載のプロセス。
【請求項６】
前記処理された煙道ガスの前記一部の前記導入速度を測定して、測定された導入速度を提供し、前記測定された導入速度を所望の導入速度と比較して、差分導入速度を提供することと、
前記差分導入速度に応答して、前記処理された煙道ガス流の前記一部の前記導入速度を調整して、前記導入速度を前記所望の導入速度に維持することと、をさらに含む、請求項５に記載のプロセス。
【請求項７】
前記再生排出ガスの前記一部の前記除去速度を測定して、測定された除去速度を提供し、前記測定された除去速度を所望の除去速度と比較して、差分除去速度を提供することと、前記差分除去速度に応答して、前記再生排出ガスの前記一部の前記除去速度を調整して、前記除去速度を前記所望の除去速度に維持することと、をさらに含む、請求項６に記載のプロセス。
【請求項８】
前記クローズドシステムの周りに、前記処理された煙道ガス流をバイパス流として通し、前記バイパス流を前記スタックに通すことをさらに含む、請求項７に記載のプロセス。
【請求項９】
前記再生ガスの前記循環速度を測定して、測定された循環速度を提供し、前記測定された循環速度を所望の循環速度と比較して、差分循環速度を提供することと、
前記差分循環速度に応答して前記循環速度を調整して、前記循環を前記所望の循環速度で維持することと、をさらに含む、請求項８に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記再生排出ガスが、その低下した活性の少なくとも一部を回復することによって前記不活性化ＳＣＲ触媒を再生するのに十分な循環時間循環した後、前記止めるステップ、供給するステップ、および除去するステップを停止することと、
前記進めるステップを継続することと、をさらに含む、請求項９に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本非仮出願は、２０１８年８月２２日に出願された係属中の米国仮特許出願第６２／７２１，２４７号の利益を主張し、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、窒素酸化物および硫黄酸化物を有する高温プロセスガス流から窒素酸化物および硫黄酸化物を除去するための、およびプロセスの不活性化された触媒を再生するための触媒プロセスに関する。
【背景技術】
【０００３】
炉またはボイラーでの、石炭、石油、ガス、木材、都市廃棄物、産業廃棄物、病院廃棄物、有害廃棄物、および農業廃棄物などの燃料源の燃焼は、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物、硫黄化合物、および他の汚染物質などの燃焼生成物を含む高温煙道ガスを生成する。これらの他の汚染物質の中には粒子が含まれる。粒子は、フライアッシュ、ほこり、煙、ならびにリン、重金属、アルカリ金属、およびアルカリ土類金属を含み得る他の微粒子物質を含み得る。高温煙道ガス流に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）は、一酸化窒素（ＮＯ）および二酸化窒素（ＮＯ２）を含む。硫黄化合物は、二酸化硫黄（ＳＯ２）および三酸化硫黄（ＳＯ３）などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）を含む。硫黄化合物は、燃焼燃料内の硫黄の存在から生じる。
【０００４】
燃焼プロセスの煙道ガス流からＮＯｘを除去するための一般的な方法は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）プロセスである。このプロセスは、触媒床内のアンモニア（ＮＨ３）でのＮＯｘの反応による、窒素（Ｎ２）および水（Ｈ２Ｏ）へのＮＯｘの触媒還元を含む。ＳＣＲプロセスの主反応は、以下のように与えられる。
【数１】
2021534960.tif 000003
【０００５】
触媒床は通常、金属酸化物、およびチタン、タングステン、モリブデン、バナジウム、または窒素および水への窒素酸化物の変換を触媒することが知られている他の好適な化合物などの触媒活性金属成分を含み得る、本明細書でｄｅＮＯｘ触媒とも称される、窒素酸化物分解触媒などの触媒活性材料を含む。触媒活性材料の例は、五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）および三酸化タングステン（ＷＯ３）である。
【０００６】
燃焼煙道ガス流の処理でのＳＣＲプロセスのｄｅＮＯｘ触媒の使用での１つの問題は、時間の経過とともに、それらが、粒子、および高温煙道ガス流の硫黄化合物とのアンモニアの反応生成物の堆積によって汚染され、不活性化状態になることである。これらの生成物は、例えば、硫酸アンモニウムおよび重硫酸アンモニウムを含む。煙道ガス流の成分との注入されたアンモニアの反応によって形成される、塩化アンモニウムおよび硝酸アンモニウムなどの他のアンモニウム塩も、ｄｅＮＯｘ触媒上に堆積し得る。ｄｅＮＯｘ触媒が、アンモニウム塩の堆積により不活性化状態になるとき、失われたその活性の少なくとも一部を回復するために触媒を再生する必要がある。
【０００７】
米国特許第８，８８３，１０６号は、ｄｅＮＯｘ触媒の再生の１つの方法を記載している。この特許は、高温プロセスガスから窒素酸化物および硫黄酸化物を除去するための選択的触媒還元反応器システムを提示している。反応器システムは、その触媒要素を再生するためのオンラインプロセスを提供する構造的特徴を有する。このシステムは、システムの使用によって処理される高温プロセスガスの流れと並行して配置された複数の触媒床セグメントを含む。特許はさらに、触媒床セグメントを再生する方法を開示している。再生方法は、高温プロセスガスの流れから、触媒床セグメントのうちの１つを隔離することと、他の触媒床セグメントを同時に使用して、高温プロセスから窒素酸化物および硫黄酸化物を除去しながら、隔離された触媒床セグメントを通じて再生ガスを通過させることと、を含む。
【０００８】
ＥＰ２  ６８７２８３は、ｄｅＮＯｘ触媒の再生の別の方法を記載している。この刊行物は、ガス流に含まれる窒素酸化物の触媒還元によるガス流からの窒素酸化物除去のために使用されるガス処理システムまたは設備を示す。ガス処理システムは、ガス流の処理で触媒を有する他の反応器またはコンパートメントを使用しながら、個々の反応器またはコンパートメントの触媒の再生を可能にするように構造化された、触媒を有する複数の別個の反応器またはコンパートメントを有する、反応器システムを含む。システムは、反応器システムの上流に配置されており、かつガス流の処理を提供する、脱塩素／脱硫ユニットをさらに含む。システムはまた、ガス処理回路および再生回路を含む。ガス処理回路は、再生回路が、他の触媒モジュールを通じて再生ガスを循環させることによって反応器システムの触媒の一部の再生を提供しながら、反応器システムの触媒モジュールに、およびそれを通じてガス流を供給することによって、ガス流の脱窒素化を提供する。再生オフガスは、二塩素化／脱硫処理に供給されるガス流と組み合わされる。
【０００９】
触媒再生のオンライン方法を提供するこれらの従来技術の煙道ガス触媒脱窒素化システムでの問題のうちのいくつかは、別個の反応器またはコンパートメントで構造化された機器を有するシステムから生じる。これらの別個の反応器またはコンパートメントは、煙道ガス流の処理で残りの反応器またはコンパートメントの使用と同時に、単一の反応器またはコンパートメントの再生を可能にするように、互いに隔離されている。これらの再生方法は、別個の反応器またはコンパートメント、ならびに高価で使用および制御が困難なバルブ調節およびスイッチングシステムを含む、複雑な構造的特徴を必要とする。
【００１０】
多くの従来技術のシステムよりも、使用が容易で、必要なコストが少ない、改善された触媒ガス処理システムを提供することが継続して望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第８８８３１０６号明細書
【特許文献２】欧州特許第２６８７２８３号明細書
【発明の概要】
【００１２】
したがって、ガス流に含まれる窒素酸化物の選択的触媒還元および不活性化されたＳＣＲ触媒の再生のためのプロセスが提供される。このプロセスは、窒素酸化物および硫黄化合物を含む処理された煙道ガス流を提供することを含み、この煙道ガス流を上流入口および下流出口を有し、ＳＣＲ触媒を含むＳＣＲシステムまで進ませる。処理された煙道ガス流は、硫黄化合物によって不活性化された不活性化ＳＣＲ触媒を提供するのに十分な時間、ＳＣＲ触媒と接触させる。脱窒煙道ガス流は、スタックに排出するためにＳＣＲシステムから生成される。次に、処理された煙道ガス流をＳＣＲシステムまで進ませることは、ＳＣＲシステムを隔離して、クローズドシステムを提供することによって止める。クローズドシステムに処理された煙道ガスを充填した後、処理された煙道ガス流の一部は、不活性化ＳＣＲ触媒を再生し、ＳＯｘおよびアンモニアを含む再生排出ガスを生成するために使用される再生ガスとしてクローズドシステムに、ある導入速度で導入される。再生排出ガスの全部または一部は、ＳＣＲシステムの下流出口から上流入口まである循環速度で循環される。再生排出ガスの一部は、クローズドシステムからある除去速度で除去されると同時に、処理された煙道ガス流の一部がクローズドシステムに導入される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のプロセスの一実施形態を示す概略フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、外気に排出するために燃焼煙道ガスを煙道ガススタックまで進ませる前に、炉またはボイラーでの燃料源の燃焼によって生成された燃焼煙道ガスを処理するためのプロセスを提供する。炉またはボイラーによって生成される典型的な煙道ガス流は、煙道ガス流を大気へ放出する前に還元される必要がある、窒素酸化物、硫黄酸化物、および粒子を含む。
【００１５】
煙道ガス処理システムは、煙道ガス流に含まれる異なる汚染物質を除去するために使用されるいくつかの異なるタイプの処理ユニットの統合システムを含むことができる。これらの中には、煙道ガス流から硫黄酸化物（ＳＯ２およびＳＯ３）およびＨＣｌなどの酸性ガスを除去して脱硫煙道ガス流を提供するための酸性ガス除去ユニット、ならびに煙道ガス流から粒子を除去して処理された煙道ガス流を提供するための粒子除去ユニットが含まれ得る。
【００１６】
処理された煙道ガス流は、炉またはボイラー内での燃料源の燃焼によって形成された窒素酸化物を含み、燃焼煙道ガス流とともに放出される。したがって、処理された煙道ガス流は、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２、およびそれらの任意の組み合わせなどの窒素酸化物、ならびに除去されていない硫黄酸化物および粒子を含む。処理された煙道ガス流は、選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムに通し得る。このシステムでは、ｄｅＮＯｘ触媒床内で、注入されたアンモニアまたは尿素とＮＯｘを反応させることによって、ＮＯｘをＮ２および水に触媒還元することにより、窒素酸化物を除去するための手段が提供されている。
【００１７】
煙道ガス処理システムはまた、窒素酸化物の選択的非触媒還元により燃焼煙道ガスを処理することを含み得る。これは、ＳＣＲシステムの上流で行われ、高温煙道ガスの温度が７６０℃（１４００ｏＦ）から１０９０℃（１９９４ｏＦ）の範囲にある場所で、アンモニアまたは尿素のいずれかをボイラーに導入することを含む。これらの温度で、尿素は、アンモニアに分解し、窒素酸化物は、アンモニアおよび酸素と反応して分子状窒素および水を形成する。選択的非触媒還元の効率は典型的には低く、高温煙道ガスに含まれる窒素酸化物の５％〜５０％の範囲の変換であり得る。
【００１８】
ボイラーから排出される高温煙道ガス流が選択的非触媒還元によって処理されるか、選択的非触媒還元によって処理されないかにかかわらず、高温煙道ガス流は、窒素酸化物、硫黄化合物、および他の汚染物質を含む、ある濃度の燃焼生成物を含む。高温煙道ガス流での窒素酸化物の濃度は、５０ｐｐｍｗ〜５，０００ｐｐｍｗの範囲であり得る。しかしながら、より典型的には、高温煙道ガス流中の窒素酸化物濃度は、７５ｐｐｍｗ〜２，０００ｐｐｍｗの範囲にある。高温煙道ガス流は、３５ｐｐｍｗ〜３５０ｐｐｍｗの範囲、またはより典型的には２００ｐｐｍｗ〜４，０００ｐｐｍｗの範囲の硫黄化合物の濃度を有し得る。高温煙道ガス流に含まれる粒子の量は一般に、煙道ガス流の０ｍｇ／ｍ３〜３０，０００ｍｇ／ｍ３の範囲にあるが、より典型的には、標準的な圧力および温度条件で、５，０００ｍｇ／ｍ３〜２０，０００ｍｇ／ｍ３の範囲にある。
【００１９】
二酸化硫黄および三酸化硫黄（ＳＯ２およびＳＯ３）などの少なくとも１つの酸性ガス成分を含む高温煙道ガス流は、炉またはボイラーから、煙道ガス流を処理するための酸性ガス除去ユニットまたはシステムに進んで、その酸性ガス成分の少なくとも一部を除去する。したがって、プロセスの酸性ガス除去ユニットは、煙道ガス流から、煙道ガス流に含まれる酸性ガス成分の少なくとも一部を除去するための手段または方法を提供する。
【００２０】
当業者に知られている任意の好適な酸性ガス除去ユニットは、煙道ガス流からの酸性ガス成分の除去を達成するために使用され得る。酸性ガス、特に、二酸化硫黄および三酸化硫黄、ならびに塩化水素のような他の酸性ガス成分を煙道ガス流から除去するための一般的な方法は、湿式スクラビングおよび乾式または半乾式プロセスによるものである。これらのプロセスは、乾式アルカリ性吸着剤、またはアルカリ性吸着剤の溶液もしくは固体アルカリ性吸着剤のスラリーを使用して、煙道ガス流から二酸化硫黄、三酸化物、および他の酸性ガス成分を除去する。処理スラリーまたは溶液の好適なアルカリ性吸着剤は、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３、石灰石）、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２、消石灰）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）、および苛性ソーダ（ＮａＯＨ）からなるアルカリ性吸着剤の群から選択され得る。
【００２１】
酸性ガスを除去するための湿式スクラビングおよび半乾式処理方法では、煙道ガス流は、煙道ガス流から硫黄を除去するための好適な条件下で、アルカリ性吸着剤のスラリーまたは溶液と接触する。典型的には、本方法は、吸着剤スラリーまたは溶液は、接触ゾーンを規定する容器を使用し、その中で、容器の接触ゾーンに導入される煙道ガス流の流れと同時に、逆流で、または横切る流れで噴霧される。煙道ガス流内の硫黄は、煙道ガス流内の硫黄含有量の少なくとも一部を除去して、脱硫煙道ガス流を生成する、アルカリ性吸着剤と反応する。
【００２２】
煙道ガス流から酸性ガスを除去するための別の好適な方法は、いわゆる乾式法を含む。本発明の好適な乾式処理方法では、粉末形態での重炭酸ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）などのアルカリ性物質は、容器または任意の他の好適な接触手段によって規定される接触ゾーン内で煙道ガス流と接触させられる。煙道ガス流の酸性ガスは、容器の接触ゾーン内でアルカリ性物質と反応して、接触ゾーンから除去される固体塩を形成する。
【００２３】
酸性ガス除去ユニットによって除去される煙道ガス流に含まれるＳＯ２の量は、煙道ガス流に含まれるＳＯ２の８５％以上、もしくは９５％まで、またはさらには９５％もしくは９９％を超えるまでの範囲にあり得る。典型的には、煙道ガス流から除去されるＳＯ２の量は、１０％〜８０％の範囲にあり得、より典型的には、ＳＯ２除去は、３０〜７５％の範囲にある。
【００２４】
湿式酸性ガス除去システムは、上流に粒子除去システムを必要とし、一方、半乾式および乾式システムでは、粒子除去システムは、上流には必要としないが、酸性ガス除去ユニットの下流に設置される。いずれの場合も、煙道ガス流は、煙道ガス流に含まれる粒子状物質の少なくとも一部を除去するために、粒子除去ユニットまたはシステムに進む。粒子除去ユニットは、煙道ガス流から粒子を除去して、ＳＣＲシステムに進む処理された煙道ガス流を生成するための手段および方法を提供する、濾過デバイスである。ＳＣＲは、粒子除去ユニットおよび酸性ガス除去ユニットの両方の下流に設置される。
【００２５】
当業者に知られている任意の好適な粒子除去システムは、煙道ガス流からの粒子状物質の除去を達成するために使用される。したがって、粒子状物質は、任意の好適な粒子除去手段または方法によって除去される。しかしながら、典型的なシステムは、電気集塵器およびバグハウスフィルタシステムを含む。電気集塵器は、静電気力を加えて煙道ガス流に含まれる粒子を分離することによって、煙道ガス流から粒子を除去する。バグハウスフィルタシステムは、フィルタ媒体として織布またはフェルト生地材料を使用して粒子を除去する。
【００２６】
煙道ガス流に含まれる粒子は、主に、７０重量％を超える粒子で、０．５ミクロン（μｍ）〜３００ミクロン（μｍ）のサイズ範囲にあり、より詳細には、７０〜９８重量％で、０．５μｍ〜３００μｍの範囲内の粒子サイズを有する。バグハウスフィルタシステムは、煙道ガス流に含まれる粒子の９９％を超えるもしくは以上を除去して、煙道ガス処理プロセスの処理された煙道ガス流を提供し得る。典型的には、煙道ガス流から除去される粒子のパーセンテージは、粒子の８０％〜９９．９％の範囲にあって、選択的触媒還元（ＳＣＲ）システムによる処理の準備ができた、処理された煙道ガス流を提供する。
【００２７】
本発明のプロセスは、ＳＣＲシステムの使用による処理された煙道ガス流に含まれる窒素酸化物の選択的触媒還元を含むのみでなく、煙道ガス処理プロセスのＳＣＲシステムの不活性化ｄｅＮＯｘ触媒、すなわちＳＣＲ触媒を再生する新規方法をさらに含む。ＳＣＲシステムは、大気中に放出される前に煙道ガス流を処理するための、酸性ガス除去ユニットおよび粒子状物質除去ユニットなどの処理ユニットの統合システムの構成要素である。
【００２８】
ＳＣＲシステムのＳＣＲ触媒は、アンモニアとの窒素酸化物化合物の反応による、煙道ガス流に含まれる窒素酸化物化合物の、分子状窒素および水への還元を触媒する、当業者に知られている任意のｄｅＮＯｘ触媒または触媒システムであり得る。ＳＣＲシステムは、任意の好適な構造形態または形状を有する様々なｄｅＮＯｘ触媒組成物から選択されるＳＣＲ触媒を含む。
【００２９】
ＳＣＲ触媒またはｄｅＮＯｘ触媒は、典型的には、担体として酸化チタンまたは酸化バナジウムを含む、卑金属触媒を含み得る。担体は、別の金属酸化物をさらに含み得る。担体はまた、ハニカム構造、もしくはセラミック金属もしくは発泡体構造などの任意の好適な形状または構造を有し得るか、または、それは、押出物、球、およびボールなどの凝集物である。ｄｅＮＯｘ触媒は、バナジウム、タングステン、およびモリブデンで構成された金属のグループから選択される、１つ以上の活性金属成分をさらに含み得る。他のｄｅＮＯｘ触媒組成物は、典型的には、高温用途で使用されるゼオライトベースであり得、ｄｅＮＯｘ触媒組成物は、低温用途で使用するために貴金属触媒であり得る。
【００３０】
米国特許第６，４１９，８８９号は、本発明のプロセスのＳＣＲ触媒として有用である好適なｄｅＮＯｘ触媒組成物を開示している。この特許は、参照により本明細書に組み込まれる。それは、本発明のＳＣＲ触媒として好適に使用され得る、バナジウム、モリブデン、およびタングステンなどの１つ以上の活性ｄｅＮＯｘ金属で含浸されたチタニア押出物粒子を記載している。
【００３１】
本発明のプロセスのＳＣＲ触媒として有用である好適なセラミックまたは金属発泡体ｄｅＮＯｘ触媒の例は、ＷＯ２０１７／１１２６１５に記載されたものを含む。この刊行物は、参照により本明細書に組み込まれる。セラミック発泡体は、発泡ポリマーの細孔をセラミック材料の水性スラリーで満たし、ポリマーが気化するかまたは燃やされるように、湿式発泡体を乾燥および焼成することによって作製される。金属発泡体は、ニッケルまたは鉄の発泡体を高温合金に変える粉末冶金プロセスによって作製される。セラミックまたは金属発泡体に組み込まれるのは、本明細書に記載されるような好適な活性ｄｅＮＯｘ金属である。
【００３２】
米国特許第８，７５８，７１１号は、好適なハニカム構造およびｄｅＮＯｘ触媒組成物の例を与えている。この特許は、参照により本明細書に組み込まれる。これらの触媒は、反応流路を提供する複数の貫通孔を有するハニカム構造を有する担体を含む。担体は、Ｓｉ、Ｂ、Ｐ、Ｚｒ、およびＷで構成されたグループから選択される１つ以上の元素の酸化物化合物をさらに含み得る。ハニカム構造の担体に組み込まれるのは、Ｖ２Ｏ５、ＷＯ３、およびＭｏＯ３で構成されたグループから選択される活性ｄｅＮＯｘ金属である。
【００３３】
ＳＣＲシステムは、煙道ガス処理システムに統合され得、本明細書に記載されるように機能することができる、任意のシステムである。ＳＣＲシステムは、粒子除去ユニットから進む、窒素酸化物および硫黄化合物を含む、処理された煙道ガス流を受け入れる。ＳＣＲシステムは、処理された煙道ガス流から窒素酸化物を除去して、好ましくはスタックに排出される脱窒煙道ガス流を生成するための手段および方法を提供する。
【００３４】
ＳＣＲシステムは、処理された煙道ガス流を受け入れるための上流入口と、脱窒素煙道ガス流を排出するための下流出口と、を有する。ＳＣＲシステムは、上述のようにｄｅＮＯｘ触媒を含む接触ゾーンを規定する。アンモニアまたは尿素は、ＳＣＲシステムの接触ゾーンに進み、そこに導入される処理された煙道ガス流に導入および混合され、それは、窒素酸化物還元、すなわちｄｅＮＯｘ、窒素および水への、処理された煙道ガス流の窒素酸化物の触媒還元を提供する反応条件下で、ＳＣＲ触媒と接触する。
【００３５】
好適なｄｅＮＯｘ反応条件は、−１０ｋＰａ（ゲージ）〜２０００ｋＰａ（ゲージ）の範囲での反応圧力と、１３０℃〜４５０℃の範囲の反応温度または接触温度と、を含む。処理された煙道ガス流に含まれるＮＯｘを除去するかまたは還元するためのＳＣＲシステムの通常の操作では、空間速度は３，０００時間−１〜１００，０００時間−１の範囲、より典型的には、３，０００時間−１〜５０，０００時間−１、最も典型的には、５，０００時間−１〜２０，０００時間−１の範囲内である。
【００３６】
ＳＣＲシステムは、処理された煙道ガス流をＳＣＲシステムに通し、上流入口を通じてＳＣＲシステムの接触ゾーンにそのガス流を導入することを含む、本発明のプロセスの一部として操作される。処理された煙道ガス流と比較して低減された窒素酸化物濃度を有する脱窒煙道ガス流は、ＳＣＲシステムからＳＣＲシステムの下流出口を通じて生成され、スタックおよび大気に排出される。処理された煙道ガス流は、不活性化ＳＣＲ触媒を提供するのに十分な時間にわたってＳＣＲ触媒と接触する。ＳＣＲ触媒は、上述のメカニズムを通じて硫黄化合物によって不活性化状態になる。
【００３７】
ＳＣＲ触媒の不活性化に対する典型的な接触時間は、１〜１６，０００時間の範囲にあり、より典型的には、接触時間は、２００〜８，０００時間の範囲にある。これらの不活性化時間は、処理された煙道ガス流の処理に必要とされる典型的な空間速度に対するものである。
【００３８】
一旦、ＳＣＲ触媒が、処理された煙道ガス流から許容可能または望ましいレベルまで窒素酸化物をもはや除去しないレベルまで不活性化状態になると、ＳＣＲシステムを隔離して、クローズドシステムを提供することによって、処理された煙道ガス流をＳＣＲシステムへ進ませることを停止するかまたは止められる。次いで、隔離されたＳＣＲシステムの不活性化ＳＣＲ触媒は再生を受ける。
【００３９】
ＳＣＲシステムは、当業者に知られている任意の好適な手段または方法によって隔離されている。好ましくは、これは、ＳＣＲシステムの上流入口と煙道ガス処理システムの他の処理ユニットとの間のガス連絡を提供する導管内のガス流を遮断することによって、およびＳＣＲシステムの下流出口と煙道ガス処理システムのスタックとの間のガス連絡を提供する導管内のガス流を遮断することによって行われる。上流ダンパーまたはバルブ手段は、ＳＣＲシステムへの処理された煙道ガス流の流れを遮断または停止させることを提供し、下流ダンパーまたはバルブ手段は、ＳＣＲシステムからスタックまたは大気への脱窒ガス流の流れを遮断または停止させることを提供する。
【００４０】
本発明のプロセスの一実施形態は、処理された煙道ガス流をバイパス流としてクローズドシステムの周りを煙道ガス処理システムのスタックまでバイパスすることによってＳＣＲシステムの隔離を行うことを含む。これは、炉またはボイラーの操作および煙道ガス処理システムの他の要素を遮断する必要なく、ＳＣＲ触媒の再生を提供する、本発明のプロセスの１つの利点である。次いで、不活性化ＳＣＲ触媒は、処理された煙道ガス流が同時にスタックまで進む間に再生を受け得る。
【００４１】
不活性化ＳＣＲ触媒を再生するために、クローズドシステムは、最初に、処理された煙道ガス流から取られる再生ガスで満たされる。再生ガスは、クローズドシステムを通じてある循環速度で循環し、不活性化ＳＣＲ触媒を通じて、不活性化ＳＣＲ触媒の再生を提供し、ＳＯｘおよびアンモニアを含む再生排出ガスを生成する。これらは、不活性化ＳＣＲ触媒から誘導された再生生成物である。
【００４２】
クローズドシステムの循環再生排出ガスから再生生成物を除去するために、循環再生排出ガスの一部は、ブリードまたはスリップ流としてクローズドシステムから除去され、同時に、クローズドシステムをバイパスしている処理された煙道ガス流の一部が新鮮な再生ガスとしてクローズドシステムに導入される。
【００４３】
不活性化ＳＣＲ触媒を再生するための本発明の方法の１つの利点は、それが他の多くの再生方法よりも少ないエネルギー使用量を必要とするエネルギー効率の良い再生方法を提供することである。不活性化ＳＣＲ触媒の再生に必要な再生ガスの温度は、ＳＣＲシステムの処理された煙道ガス流よりも高いが、再生ガスはクローズドシステム内を循環するため、最小量の増分熱入力が循環ガスの再生温度を維持するために必要である。必要とされる増分熱入力は、クローズドシステムに導入される処理された煙道ガス流の一部の温度をクローズドシステム内の循環再生ガスの温度まで増加させ、熱損失を補償するのに必要なものに近づく。
【００４４】
本発明の再生方法の好ましい実施形態では、処理された煙道ガス流の一部は、再生ガスとしてクローズドシステムに連続的に導入または供給される。この再生ガスは、上流入口を通じてＳＣＲシステムに導入され、不活性化されたＳＣＲ触媒上を通されてその再生を提供する。ＳＯｘおよびアンモニアの再生生成物を含む再生排出ガスは、ＳＣＲシステムからその下流出口を経由して進み、下流出口から上流入口までクローズドシステムを通じてある循環速度で循環される。
【００４５】
循環再生排出ガスから再生生成物を除去するために、再生排出ガスの一部は、クローズドシステムの循環再生排出ガスから再生生成物を連続的に除去するのに十分な除去速度でクローズドシステムから除去される。回収された再生排出ガスを再生利用流および供給成分として酸性ガス除去ユニットまで通すことが好ましい。この場合、回収された再生排出ガスは、クローズドシステムから酸性ガス除去ユニットまで進み、酸性ガス除去ユニットに充填される煙道ガス流とともに供給物として導入される。
【００４６】
流れ制御によってクローズドシステムに連続的に導入または供給される処理された煙道ガス流の量を制御し、除去速度が、再生生成物を連続的に除去するのに十分であるが、それが供給される酸性ガス除去ユニットの能力を超えるほど高くはないという条件で、流れ制御によっても循環再生排出ガスの除去速度を制御することが好ましい。しかし、任意の好適な手段または方法は、クローズドシステムへの処理された煙道ガス流の供給または導入速度を制御し、クローズドシステムからの再生排出ガスの除去速度を制御するために使用され得る。
【００４７】
先に述べたように、循環再生排出ガスの再生温度は、クローズドシステムに導入される処理された煙道ガス流の温度よりも高い温度で維持される。再生温度は、２２０℃より高い、典型的には２２０℃〜５００℃の範囲、好ましくは２７５℃〜４００℃の範囲内である必要がある。熱エネルギーは、熱源との直接的または間接的な熱交換によって、循環再生ガスに導入されて、再生温度を維持または制御する。
【００４８】
本発明のプロセスは、例えば、貫流再生方法と比較して、触媒活性を回復するために不活性化ＳＣＲ触媒上を通されて、少ない量での処理された煙道ガスを提供する。本発明の再生プロセスの空間速度を増加させ、再生効率を改善するために、再生ガスの一部またはすべては、貫流または単一通過再生ガスとして新しい再生ガスの使用する従来の方法を適用する代わりに、不活性化ＳＣＲ触媒を通じて再循環される。不活性化ＳＣＲ触媒上を進ませることが必要とされる新鮮な処理された煙道ガスの体積流量を減少させることと、再生ガスを再循環させることとを組み合わせることにより、貫流再生または単一通過再生と比較して、必要とされるエネルギーが減少する。
【００４９】
したがって、循環再生排出ガスのＳＣＲシステムを通る空間速度は、ｄｅＮＯｘ処理のためのＳＣＲシステムの使用中の処理された煙道ガス流の典型的な空間速度よりも遅くなければならない。したがって、循環再生排出ガスの再生空間速度は、３，０００ｈｒ−１未満であるべきであり、好ましくは、それは、２，５００ｈｒ−１未満、さらには２，０００ｈｒ−１未満である。したがって、再生空間速度は、典型的には、１０ｈｒ１〜３，０００ｈｒ−１、または１０ｈｒ−１〜２，５００ｈｒ−１もしくは２，０００ｈｒ−１の範囲にある。クローズドシステム内の再生圧力は、−１０ｋＰａ〜２，０００ｋＰａの範囲にあり得る。
【００５０】
再生ガスは、不活性化されたＳＣＲ触媒をその低減された活性の少なくとも一部を回復することによって再生するのに十分な循環時間で、クローズドシステムを通じて循環される。循環時間は、１０時間〜２４０時間の範囲にあり得る。より典型的には、循環時間は、２０時間〜１００時間の範囲にある。
【００５１】
一旦、不活性化ＳＣＲ触媒に対して十分な活性が回復されると、クローズドシステムへの処理された煙道ガスの導入を止め、クローズドシステムから再生排出ガスを除去することによって、再生は停止される。次いで、クローズドシステムは再び開かれ、処理された煙道ガス流は、再びＳＣＲシステムに通されて、窒素酸化物の除去のために処理されて、脱窒素煙道ガス流を生成する。
【００５２】
図は、炉またはボイラー１２によって生成された燃焼煙道ガスの処理を提供する本発明のプロセスシステム１０の実施形態を示すプロセスフロー図を提示する。炉１２は、燃焼ゾーン１４および熱伝達ゾーン１６を規定し、燃料源を燃やすかまたは燃焼するための手段を提供する。燃料源は、ライン１８を通じて燃焼ゾーン１４に導入され、燃焼空気は、ライン２０を通じて導入される。燃焼は、炉１２からライン２４を通じて排出されて進む、高温の煙道ガス流を生成する。煙道ガス流は、窒素酸化物と、硫黄酸化物と、粒子と、を含む。
【００５３】
燃焼煙道ガスは、炉１２内で選択的非触媒還元反応を適用することによって、窒素酸化物の除去のために炉１２で処理され得る。これを達成するために、アンモニアまたは尿素は、高温煙道ガスの温度が７６０〜１，０００℃の範囲にある場所で、ライン２６を通じて燃焼ゾーン１４または熱伝達ゾーン１６のいずれかに導入される。
【００５４】
ライン２４を通じて進む煙道ガス流は、酸性ガス除去ユニット３０に導入される。本発明のプロセスの本実施形態では、酸性ガス除去ユニット３０は、最初に高温煙道ガスを処理して脱硫煙道ガス流を生成し、その後さらに処理して脱硫煙道ガス流から粒子を除去する。本発明のプロセスの代替的な実施形態では、煙道ガス処理の順序は逆にされ、高温煙道ガスは、最初に粒子除去ユニットによって処理されて粒子を除去し、酸性ガス除去ユニットによって処理される、浄化されたガス流を提供して、脱硫煙道ガス流または処理された煙道ガス流を提供する。本実施形態では、酸性ガス除去ユニット３０は、乾式または半乾式酸性ガス除去システムとして本技術分野で知られているタイプのものであり、それは、乾式またはスラリー形態での吸着剤注入を使用し得る。このタイプの処理システムの適用は、アルカリ性吸着剤スラリーからの蒸発によって導入され得るものを除いて、煙道ガスに水分が追加されていないか、または最少量の脱硫ガス流を生成する。代替的な実施形態では、酸性ガス除去ユニットのタイプは、酸性ガス除去ユニットから進む飽和脱硫煙道ガス流をその露点で生成する湿式スクラバーである。
【００５５】
酸性ガス除去ユニット３０は、煙道ガス流がアルカリ性吸着剤のスラリーまたは乾式粉末と接触する酸性ガス除去ゾーン３２を規定する。酸性ガス除去ユニット３０は、ライン３６を経由して酸性ガス除去ゾーン３２に導入されるアルカリ性吸着剤のスラリーまたは乾燥粉末を、酸性ガスを含むライン２４の煙道ガス流と接触させるための手段を提供する。酸性ガスとのアルカリ性吸着剤の反応生成物は、さらなる処理または廃棄のために、酸性ガス除去ユニット３０からライン３８を通じて進む。酸性ガス除去ユニット３０によって回収されない反応生成物の一部は、脱硫ガス流とともに粒子除去ユニット４４に進み得る。
【００５６】
酸性ガス除去ユニット３０による煙道ガス流の処理は、ライン４０を経由して酸性ガス除去ユニット３０から進み、粒子除去ユニット４４によって規定される粒子除去ゾーン４２に導入される、脱硫煙道ガス流を生成する。粒子除去ユニット４４は、酸性ガス除去ユニット３０からの反応生成物を含む粒子を脱硫煙道ガス流から除去して、低減された粒子濃度を有する処理された煙道ガス流を生成するための手段を提供する。酸性ガス除去ユニット３０からの除去された粒子反応生成物は、ライン４８を経由して粒子除去ユニット４４から進む。
【００５７】
処理された煙道ガス流は、粒子除去ユニット４４から導管５０を通じて進む。そこには、アンモニアがライン５２を経由して導入されて、混合物をＳＣＲシステム５４に通す前に、処理された煙道ガス流と混合される。ＳＣＲシステム５４は、分子状窒素および水への、処理された煙道ガス流に含まれる窒素酸化物の触媒還元のための手段を提供する。
【００５８】
ＳＣＲシステム５４は、ｄｅＮＯｘ触媒５８を含む接触ゾーン５６を規定する構造を含む。ｄｅＮＯｘ触媒５８は、ＳＣＲシステム５４の他の構造的要素と組み合わせて、ｄｅＮＯｘ触媒５８を横切る処理された煙道ガス流の流れを指示または提供するモジュール内に含まれ得、ｄｅＮＯｘ触媒５８との処理された煙道ガス流の接触を提供する。
【００５９】
ＳＣＲシステム５４は、窒素酸化物化合物を含む処理された煙道ガス流などの供給ガスを受け入れるための上流入口６０と、ＳＣＲシステム５４から、取り扱われて処理された煙道ガス流または脱窒煙道ガス流などの処理されたプロセス流を排出および生成するための下流出口６２と、を有する。
【００６０】
このプロセスでは、処理された煙道ガス流は、接触ゾーン５６に導入され、ここで、好適なｄｅＮＯｘ反応条件下でｄｅＮＯｘ触媒５８と接触して、脱窒煙道ガス流を生成する。脱窒煙道ガス流は、接触ゾーン５６から導管６６を通じてスタック６８に進む。
【００６１】
処理された煙道ガスは、硫黄化合物によって不活性化される不活性化ＳＣＲ触媒５８を提供するのに十分な接触時間の間、ｄｅＮＯｘ触媒５８と接触する。一旦、ｄｅＮＯｘ触媒５８が十分に不活性化されると、ＳＣＲシステム５４への処理された煙道ガス流の充填は停止され、ＳＣＲシステム５４は、隔離されたシステム６９またはクローズドシステム６９を提供するために隔離されている。
【００６２】
ＳＣＲシステム５４を隔離するために、上流ダンパーまたはバルブ手段７０は、粒子除去ユニット４４の出口とＳＣＲシステム５４の上流入口６０との間の場所で導管５０に挿入され、下流ダンパーまたはバルブ手段７４は、ＳＣＲシステム５４の下流出口６２とスタック６８との間の場所で導管６６に挿入される。上流ダンパー７０および下流ダンパー７４の両方は、ＳＣＲシステム５４との間のガス流連絡を遮断し、クローズドシステム６９を提供するために閉じられる。循環ライン７６は、下流出口６２から上流入口６０への流体連絡を提供して、クローズドシステム６９内の流れを循環させることを可能にする。
【００６３】
バイパスライン８０は、粒子除去ユニット４４からＳＣＲシステム５４およびクローズドシステム６９をバイパスして進む、処理された煙道ガス流の流れを提供する。バイパスライン８０は、粒子除去ユニット４４の出口と上流ダンパー７０の入口との間の場所での導管５０から、下流ダンパー７４の出口とスタック６８との間の場所での導管６６へのガス流連絡を提供する。ＳＣＲシステム５４が、上流ダンパー７０および下流ダンパー７４の両方を閉じることによって隔離されるとき、処理された煙道ガス流は、粒子除去ユニット４４からライン８０を経由してＳＣＲシステム５４およびクローズドシステム６９をバイパスして導管６６およびスタック６８まで進む。
【００６４】
不活性化ＳＣＲ触媒５８の再生は、クローズドシステム６９に処理された煙道ガスを充填することを含み、これは、不活性化ｄｅＮＯｘ触媒５８を再生するために使用される再生ガスとして機能する。ライン８２は、導管６６からクローズドシステム６９の循環ライン７６への流体流連絡を提供する。処理された煙道ガスは、再生ガスとして使用するために、ライン８２を通じてクローズドシステム６９に導入される。
【００６５】
ライン８２内に挿入されているのは、処理された煙道ガスがクローズドシステム６９に導入される速度を制御するための手段を提供する、制御バルブ８３である。クローズドシステム６９の循環ライン７６に導入される処理された煙道ガスの流速は、フローセンサーおよび送信機手段８４によって測定される。フロー送信機手段８４は、ライン８２を通じて進む処理された煙道ガスの流速を表す信号８５をフローコントローラ８６に提供する。フローコントローラ８６は、この測定された流速を所望の流速と比較して、それによって差分流速を提供する。フローコントローラ８６は、差分流速に応答して制御バルブ８３を調整して、ライン８２を通じて進み、所望の流速でクローズドシステム６９の循環ライン７６に導入される処理された煙道ガスの流速を維持する。
【００６６】
再生ガスは、クローズドシステム６９の循環ライン７６を通じて循環速度で循環され、不活性化ＳＣＲ触媒５８上を進んで、その再生を提供し、ＳＯｘおよびアンモニアを含む再生排出ガスを生成する。再生排出ガスは、ＳＣＲシステム５４から下流出口６２を通じて進み、循環ライン７６を通ってクローズドシステムを通じて循環される。
【００６７】
循環再生排出ガスに含まれる再生生成物を連続的に除去するために、ブリードまたはスリップ流は、ライン８４を経由して循環再生排出物から除去され、ライン２４に通されて導入され、ここで、それは、酸性ガス除去ユニット３０に進む煙道ガス流と組み合わされる。処理された煙道ガスは、ライン８２を通じてクローズドシステムに再生ガスとして連続的に導入され、一方、循環再生排出ガスのブリード流は、クローズドシステムからライン８４を通じて同時に除去される。
【００６８】
一旦、不活性化ＳＣＲ触媒５８に対して十分な活性が回復されると、ライン８２を通じてクローズドシステムへの処理された煙道ガスの導入を止め、クローズドシステムからライン８４を通じて再生排出ガスを除去することによって、再生は停止される。次に、上流ダンパー７０と下流ダンパー７４の両方を開くことによってクローズドシステムが再度開かれ、バイパスライン８０を通してＳＣＲシステム５４の周りを処理された煙道ガス流がバイパスすることが停止され、処理された煙道ガス流が、窒素酸化物を除去して、ＳＣＲシステム５４からライン６６を通ってスタック６８まで進む脱窒煙道ガス流を生成するために処理されるＳＣＲシステム５４まで再び進む。
【図１】
2021534960.tif 000004
【国際調査報告】
2021534960.tif 000005
2021534960.tif 000006
2021534960.tif 000007