(57)【要約】【課題】排ガス中の硫黄酸化物及び窒素酸化物、煤を除去するにあたって、設備費及び運転費を抑えることができる技術を提供すること。【解決手段】乾式の脱硫装置１の後段に脱硝装置２を設ける。脱硫装置１は、反応塔と、前記反応塔内に脱硫剤と移動層を構成する粒子とを供給してこれらの下降流を形成するための供給部と、を備えている。排ガスは、反応塔内におけるガス速度が０．２〜１．２ｍ／ｓに設定され、前記下降流に対して十字状流に接触することにより排ガス中の硫黄酸化物、煤が除去される。そしてバグフィルタを用いていないので、脱硫装置１の出口から前記脱硝装置２の入口までの排ガスの流路１１には、昇温装置が設けられていない。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫黄酸化物及び窒素酸化物、煤塵を含み、温度が１６０℃〜４００℃である排ガスに対して脱硫、脱塵を行い、次いで脱硝を行うシステムであって、
前記排ガスに対して脱硫、脱塵を行うための乾式の脱硫装置と、
前記脱硫装置にて脱硫された排ガスに対して脱硝を行うための脱硝装置と、を備え、
前記脱硫装置は、脱硫塔と、前記脱硫塔内に脱硫剤と移動層を構成する粒子とを供給してこれらの下降流を形成するための供給部と、を備え、排ガスを前記下降流に対して十字流状に接触させることにより当該排ガス中に含まれる硫黄酸化物、煤を除去するように構成され、
前記脱硫塔内における排ガスのガス速度は、０．２〜１．２ｍ／ｓに設定され、空間速度は３００〜１２００  ｈｒ−１とし、
前記脱硫装置の出口から前記脱硝装置の入口までの排ガスの流路には、昇温装置が設けられていないことを特徴とする排ガスの処理システム。
【請求項２】
排ガスを、前記脱硫塔の下部側において前記下降流に対して十字流状に接触させて当該脱硫塔の外に流出させ、その後当該脱硫塔の上部側において前記下降流と十字流状に接触させて当該脱硫塔の外に流出するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の排ガスの処理システム。
【請求項３】
脱硫剤は移動層を兼用していることを特徴とする請求項１記載の排ガスの処理システム。
【請求項４】
脱硫剤は、移動層を形成している粒子間の空隙に粉体として存在することを特徴とする請求項１記載の排ガスの処理システム。
【請求項５】
ガス中におけるアンモニアの分散性を高めるために、前記脱硫装置の前段にアンモニアを供給するためのアンモニア供給部を備えたことを特徴とする請求項１記載の排ガスの処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスに含まれる硫黄化合物及び窒素化合物、煤などの大気汚染物質を除去するための技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
硫黄化合物及び窒素化合物を含有する石炭や重油を燃料としている火力発電所、産業用ボイラー、セメントキルン、コークス炉から排出される排ガス中には、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、煤などの大気汚染物質が多く含まれており、酸性雨、光化学スモッグ、ＰＭ２．５などの環境汚染源になっている。  
このような排ガス中の大気汚染物質を除去する排ガス処理システムとしては、排ガスを脱硫装置に通してＳＯｘを除去し、次いで脱硝装置に通してＮＯｘを除去するシステムや排ガスを脱硝装置に通してＮＯｘを除去し、次いで脱硫装置に通してＳＯｘを除去するシステムが知られている。なお、煤は脱硫装置あるいは脱硝装置の前に設置される電気集塵機によって除去される。【０００３】
脱硫装置における脱硫方式としては、炭酸カルシウムを水に懸濁させたスラリーを吸収塔で排ガスと接触させる湿式脱硫、水酸化カルシウムなどの脱硫剤のスラリーを煙道の排ガスに噴霧する半乾式脱硫、水酸化カルシウムや活性炭などの脱硫剤の粒子が充填された移動層と排ガスを接触させる乾式脱硫が知られている。【０００４】
コークス炉等の排ガスの温度は、例えば２５０℃の場合で、湿式脱硫は排ガスの温度を１００℃以下に下げた後に、脱硝反応に適した温度まで昇温する必要がある。このため複数の熱交換器が必要となると共に、昇温のために熱源が必要となるため、設備費及び運転費がともに高くなる。またＳＯｘ及び水分を含む排ガスを１００℃以下に冷却する際に、熱交換器に硫酸腐食が発生しないようにするために耐食性の大きい材質を用いなければならず、この点からもコストが高くなる。  
また半乾式脱硫は排ガスの温度を１６０℃よりも低い温度に下げた後に、脱硝反応に適した温度まで昇温する必要があることから、湿式と同様の問題があると共に、噴霧された脱硫剤を排ガスから取り除くために特殊な材質からなるシート状のフィルタ材を用いたバグフィルタ装置を脱硫装置の後段に設ける必要がある。バグフィルタ装置による脱硫剤や煤の捕集は、フィルタへの紛体の堆積による圧力損失の増大、間欠的な脱硫剤の払落しによる脱硫剤の利用効率の低下が課題となる。【０００５】
特許文献１には、バグフィルタを用いずに、上から下に向かう脱硫剤の粒子群からなる移動層に対して、排ガスを直交するように通過させて排ガス中からＳＯｘを除去する手法が記載されているが、本発明の技術については記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９９９９９５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、排ガス中の硫黄酸化物及び窒素酸化物、煤を除去するにあたって、設備費及び運転費を抑えることができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の排ガス処理システムは、硫黄酸化物及び窒素酸化物、煤塵を含み、温度が１６０℃〜４００℃である排ガスに対して脱硫、脱塵を行い、次いで脱硝を行うシステムであって、
前記排ガスに対して脱硫、脱塵を行うための乾式の脱硫装置と、
前記脱硫装置にて脱硫された排ガスに対して脱硝を行うための脱硝装置と、を備え、
前記脱硫装置は、脱硫塔と、前記脱硫塔内に脱硫剤と移動層を構成する粒子とを供給してこれらの下降流を形成するための供給部と、を備え、排ガスを前記下降流に対して十字流状に接触させることにより当該排ガス中に含まれる硫黄酸化物、煤を除去するように構成され、
前記脱硫塔内における排ガスのガス速度は、０．２〜１．２ｍ／ｓ（秒）に設定され、空間速度は３００〜１２００  ｈｒ−１（（時）−１）とし、
前記脱硫装置の出口から前記脱硝装置の入口までの排ガスの流路には、昇温装置が設けられていないことを特徴とする。  
脱硫剤は例えば粒子として移動層を形成しているかあるいは移動層を形成している粒子空隙に粉体として存在する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、乾式の脱硫装置において縦型のダクト内に、脱硫剤と移動層を構成する粒子との下降流（脱硫剤は粒子として移動層を形成しているかあるいは移動層を形成している粒子空隙に粉体として存在する）を形成して排ガスを前記下降流と十字流状に接触させている。また粒子群からなる移動層は、ガス速度を最適化することによって移動層粒子間に集塵機能を有することから煤塵を捕集することができる。従って移動層は、排ガス処理装置で必要とされる電気集塵機などの煤塵除去装置を兼ねることができ、電気集塵機やバグフィルタが不要になる。このため脱硫装置を脱硝装置の前に設置することによって、排ガスの除塵が可能となることから、下流の脱硝反応器に充填されているハニカム触媒の煤塵による閉塞や摩耗を緩和することができる。またハニカム触媒を構成する穴の径を小さく（ハニカムの穴をセルと呼び、セルの数を多くする）することができるので、触媒の充填量の低減化、長寿命化に寄与することができる。【００１０】
この結果、脱硫と除塵を行った排ガスを昇温させずに脱硝することができるので、昇温のための熱源が不要となり、設備費及び運転費を抑えることができるとともに、脱硝触媒の閉塞や摩耗を防ぐことができるために触媒コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る排ガス処理システムの全体構成を示す概略図である。
【図２】前記排ガス処理システムに用いられる乾式の脱硫装置の概要を示す説明図である。
【図３】前記乾式の脱硫装置の概要を示す斜視図である。
【図４】前記乾式の脱硫装置の寸法を示すための説明図である。
【図５】前記乾式の脱硫装置を示す略解側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態である排ガス処理システムの全体の概要について図１の概略図を参照しながら説明する。１は乾式の脱硫装置である。硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、煤塵を含む排ガスが脱硫装置１に供給され、ここで排ガスからＳＯｘ、煤塵が除去される。排ガスとしては、例えば火力発電所、産業用ボイラー、コークス炉から排出される排ガスが挙げられる。効率よく脱硫、脱塵を行うには、脱硫塔の移動層を通過するガスの速度は０．２〜１．２ｍ／ｓ（ガス処理量（ｍ３／ｓ）／移動層ガス通過断面積（ｍ２））、より好ましくは０．４〜１．０ｍ／ｓに設定され、また空間速度（ＳＶ）は３００〜１，２００ｈｒ−１（ガス処理量（ｍ３／ｈｒ）/移動層脱硫塔容積（ｍ３））に設定する。  
なお、ガス速度の設定は、ガス流量を、排ガスが十字流状に通過する移動層断面積のサイズで割ることによって行うことができ、また空間速度の設定はガス流量を、移動層断面積ｘ奥行で求められる体積で割ることにより行うことができる。
【００１３】
また、水酸化カルシウム、石炭灰などから調製された脱硫剤を用いた乾式脱硫方式では、排ガス中に共存するＮＯｘがＳＯｘの吸着を促進し、以下の式１の反応によってＳＯ２をＳＯ３に酸化して、ＣａＳＯ４として固定される（Hiroaki Tsuchiai,etal.,Ind.Eng.Chem.Res,1995,34,1404-1411、Ind.Eng.Chem.Res,1996,35,851-855）
【式１】
【００１４】
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【００１５】
既述の排ガス中には、脱硝装置の前に脱硫塔を設置する方式ではほとんどの場合には高い濃度のＮＯｘが共存するために、脱硝装置の下流で脱硫する方式に比べると高い脱硫性能が実現できる。
【００１６】
脱硫装置１の後段には脱硝装置２が設けられている。脱硝装置２は触媒層を備えており、アンモニアガスと排ガス中のＮＯｘとが触媒層を通過するときにＮＯｘのＮＨ３による選択還元反応によって窒素と水素とが生成され、ＮＯｘが除去される。  
脱硫装置１の出口と脱硝装置２の入口との間に位置する排ガスの流路１１には、排ガスの温度を昇温させるための昇温装置例えば熱交換器が設けられていない。脱硫装置１に供給される排ガスの温度は通常１６０℃〜４００℃であることから、排ガスはこの温度を保ったまま脱硫装置１を出て、脱硝装置２に供給されることになる。脱硫装置１に供給される排ガスの温度は２００℃〜３８０℃であればより好ましい。
【００１７】
脱硝装置２における好適な温度は、１６０℃以上、好ましくは２００℃以上であり、この温度よりも低いと高い反応効率が得られにくくなること、残留するＳ０ｘとＮＨ３が反応して、硫安を触媒上に析出することから触媒の量を多くしなければならず、触媒コストがアップする。背景技術の項目にて記載したように、脱硫装置の後段にバグフィルタを設ける場合には、バグフィルタの前段にて排ガスの温度を低くし、更にバグフィルタから出た排ガスを脱硝装置の好適な温度に見合うように昇温しなければならない。これに対して本実施形態では、後述のように脱硫装置１に集塵機能を持たせているので、バグフィルタを用いる必要がなく、排ガスの降温、昇温操作をすることなく、またガス圧力損失を最小限に抑えて排ガス源からの排ガスをそのままの温度で脱硫、脱硝を行うことができる。
【００１８】
図１において脱硝装置２の後段には、熱交換器２１が設けられており、脱硫、脱硝された排ガスは熱交換器２１により例えば１５０℃以下まで冷却され、誘引通風機２２を介して煙突２３に排出される。
【００１９】
次に脱硫装置１について説明する。まず脱硫装置１について概略的な説明をすると、脱硫装置１は、排ガスと脱硫剤粒子とを気固反応させるための脱硫塔を備えており、この脱硫塔は、図２に示すように下段側の領域に相当する第１室３と上段側の領域に相当する第２室４とを備えている。第１室３は第１のダクト３１により形成されており、第２室４は第２のダクト４１により形成されている。第１のダクト３１の上端部と第２のダクト４１の下端部とは接続部５により接続されている。第１のダクト３１及び第２のダクト４１は、夫々脱硫塔の上部分及び下部分に相当する。第１のダクト３１の上端部と第２のダクト４１の下端部とは接続部５により接続されている。
【００２０】
そして第２のダクト４１の上端部から粒状体１００を連続的に供給すると、第２のダクト４１から第１のダクト３１に至るまで粒状体１００の自然落下による粒状体１００の下降流が形成される。この下降流は粒状体１００の群の層が下方に移動するものであることから移動層と呼ぶことができ、以下の説明では移動層に符号１０１を割り当てることとする。粒状体が脱硫剤を兼ねる（脱硫剤が粒子として移動層を形成している）場合と、粒状体が不活性であり、脱硫剤を粉体で供給する（脱硫剤が移動層を形成している粒子空隙に粉体として存在する）場合と、の２ケースがある。
【００２１】
排ガスは、第１のダクト３１の一方の側面から第１のダクト３１内に流入し、移動層１０１を横切って他方の側面から流出する。即ち排ガスは移動層１０１に対して直交するように流れていわば十字流を形成する。このとき排ガス中のＳＯｘは脱硫剤中の水酸化カルシウムと反応して硫酸カルシウムとして固定される。次いで排ガスは上昇して第２のダクト４１の他方の側面から第２のダクト４１内に流入し、移動層１０１を横切って一方の側面から流出する。即ち排ガスは第２のダクト４１内においても移動層１０１に対して直交するように流れていわば十字流を形成する。
【００２２】
脱硫剤を粉体で供給する場合には、第１のダクト３１から流出した排煙ガス中には脱硫剤である粉体が一部随伴している場合があり、その場合には、排煙ガスが第２のダクト４１内を流れたときに当該粉体が移動層１０１に捕獲されて除去される。また排煙ガス中の煤塵の一部が第１のダクト３１内にて移動層１０１に捕獲されずに流出した場合においても、当該煤塵は第２のダクト４１内で捕獲される。従って、第１のダクト３１及び第２のダクト４１内は集塵機能を備えていることになる。
【００２３】
脱硫装置１について更に詳しく説明する。第１のダクト３１及び第２のダクト４１は各々図３に示すように扁平な角筒体を縦置きに配置した構造として構成されている。図４に示すように第１のダクト３１及び第２のダクト４１の各高さＨ１、Ｈ２は例えば同じ寸法に設定され、第１のダクト３１及び第２のダクト４１の各幅Ｗについても同じ寸法に設定されている。なお、各高さＨ１、Ｈ２について、また各幅Ｗについて、同じ寸法に設定されることに限定されるものではなく、互いに異なる寸法に設定してもよい。  
第１のダクト３１の厚さＤ１と第２のダクト４１の厚さＤ２との関係については特に限定されないが、Ｄ２はＤ１と同じかあるいはＤ１よりも大きい方が好ましい。
【００２４】
第１のダクト３１及び第２のダクト４１の各厚さＤ１、Ｄ２については、図の例ではＤ１よりもＤ２が大きく設定されており、このため接続部５は横長の逆角錐台形状に形成されている。  
第１のダクト３１及び第２のダクト４１における互いに対向する側面の組のうち、面積の大きい方の側面の組について一方の側面、他方の側面という呼び方をすると、図５に示すように一方の側面及び他方の側面には、横幅一杯に即ち端から端に亘って各々伸びるようにルーバを構成する複数の傾斜板６１が上下方向に配列されている。これら傾斜板６１は各々上向きに設置され、互いに上下に隣接する傾斜板６１同士の間は、排ガスの通過口になっている。
【００２５】
第１のダクト３１における排ガスの流出面である他方の側面（図５中右側の側面）及び第２のダクト４１における排ガスの流出面である一方の側面（図５中左側の側面）には、例えば傾斜板６１の外側に沿ってネット６２が設けられている。ネット６２は、移動層１０１が排ガスの流れに乗って各ダクト３１、４１から流出するのを防止するためであり、ネット６２の空隙部分は、移動層１０１を構成する粒状体（以下便宜上「移動層粒子」と呼ぶ）１００よりも小さく設定されている。ネットの代わりに格子状スクリーンを用いてもよい。これらは、多数の孔が形成された柔軟な面状体の例として挙げたものである。
【００２６】
第１のダクト３１及び第２のダクト４１の側面の構造は、図５に示すように横長のスリット上の通過口が形成されている構造に限られるものではなく、側面に多数の孔部が分散して形成されている構造であってもよい。そしてネット６２を用いずに側面に形成された孔部を、移動層粒子１００が流出しない大きさに設定するようにしてもよい。  
また排ガスが第１のダクト３１の一方の側面から流入して他方の側面から流出し、次いで上昇して第２のダクト４１の他方の側面から流入して一方の側面から流出するように、排ガスの通流路を形成する流路部材３００が第１のダクト３１及び第２のダクト４１の周囲に設けられている。３０１は排ガスの流入ポートであり、排ガス源例えば火力発電所から送られる排ガスの通流路に接続される。３０２は流出ポートであって、脱硫装置１の出口に相当し、排ガスを脱硝装置２に送るための通流路に接続される。
【００２７】
図５において、７１は接続部５内に粉状の脱硫剤を供給するための脱硫剤供給部の一部をなすホッパ、７１ａは脱硫剤の供給、停止を行うためのバルブ、７１ｂは、脱硫剤の供給管である。また７２は、第２のダクト４１の上部に粉状の脱硫剤を供給するための脱硫剤供給部の一部をなすホッパ、７２ａは脱硫剤の供給、停止を行うためのバルブ、７２ｂは、脱硫剤の供給管である。
【００２８】
図５に示すように、第２のダクト４１の上端部には移動層粒子１００を供給する供給口４０１が設けられ、この供給口に移動層粒子１００の供給、停止を行うためのバルブ４０２が設けられている。また第１のダクト３１の下端部には移動層粒子１００を排出する排出口４０３が設けられ、排出口４０３には排出口４０３を開閉するバルブ４０４が設けられている。排出口４０３及びバルブ４０４は、第１のダクト３１の幅方向に伸びている。これにより第２のダクト４１及び第１のダクト３１内にて移動層１０１の水平断面における移動層粒子１００の濃度の均一性が高くなる。また脱硫装置１の内部のガスのシール性を確保するためにバルブ４０４の下方側にはシール機能を備えたシールバルブ４０５が設けられている。
【００２９】
脱硫剤を脱硫塔１に供給する形態としては、脱硫剤が移動層粒子１００を兼用する場合と、脱硫剤が移動層粒子１００とは別個に供給される場合と、の両方がある。  
移動層粒子１００（粒状体）としては、脱硫剤を兼ねる場合には水酸化カルシウムあるいは生石灰、石炭灰、石膏あるいは使用済み脱硫剤（硫酸カルシウム）を混合して成形したものを用いる。石炭灰の代わりにシリカ、アルミナを含むゼオライトのような粘土鉱物でも良い。移動層粒子１００の粒径は、例えば粒径のサイズが「ｍｍ」オーダの大きさに設定される。移動層粒子１００の形状は球状に限らず柱状などであってもよい。
【００３０】
このように構成された脱硫装置１においては、火力発電所等の排ガスが流入ポート３０１及び第１のダクト３１における一方の側面の傾斜板６１の隙間から第１のダクト３１内に流入する。そして排ガスは第１のダクト３１内の粉状の脱硫剤の移動層１０１を横切り、他方の側面の傾斜板６１の隙間から流出し、流路部材３００により構成される通流路に沿って上昇し、第２のダクト４１の他方の側面の傾斜板６１の隙間から第２のダクト４１内に流入する。例えば脱硫剤がホッパ７１から供給されているとした場合、第２のダクト４１内に流入した排ガスは、移動層１０１を横切り、一方の側面の傾斜板６１の隙間及び流出ポート３０２を介して流出される。第１のダクト３１及び第２のダクト４１を通過する排ガスの速度は例えば０．２ｍ／ｓ〜１．２ｍ／ｓに設定され、この例では１ｍ／ｓに設定されている。
【００３１】
この例の場合には、排ガス中のＳＯｘは第１のダクト３１内にて水酸化カルシウムの脱硫剤粉体に吸収されて硫酸カルシウム塩となる。
【００３２】
そして粉状の脱硫剤の一部は排ガスに随伴されて第１のダクト３１から流出し、第２のダクト４１内に取り込まれるが、第２のダクト４１内の移動層１０１により捕捉される。このため粉状の脱硫剤が脱硫装置１から流出することが防止される。また排ガスが第１のダクト３１を横切るときに排ガス中に含まれている煤が移動層１０１により除去され、第１のダクト３１から煤が流出したとしても第２のダクト４１を横切るときに確実に除去される。
脱硫剤が移動層粒子１００を兼用する場合について脱硫装置の作用について述べたが、脱硫剤と移動層粒子１００とが別個の場合には、脱硫剤の粒径に応じて第２のダクト４１の上方側のホッパ７２と下方側のホッパ７１とを使い分ける手法を一例として挙げることができる。
【００３３】
脱硫剤は、移動層粒子１００とは別体である場合には例えば粒径が１μｍから４０μｍの水酸化カルシウムの粉体が用いられるが、この範囲から外れている粒径であってもよい。  
脱硫剤の粒径が小さいほど、反応時間を短縮し得るが、排煙ガスが脱硫塔１内を横切ったときに脱硫剤が排煙ガスに随伴してネット６２を介して外側に流出するおそれがある。この場合には、下方側のホッパ７１から脱硫剤を供給することが好ましい。
【００３４】
その理由は、下段側の第１のダクト３１（第１室３）内から脱硫剤が流出したとしても、排煙ガスが上段側の第２のダクト４１内に流入したときに、脱硫剤が移動層１０１に捕獲されるからである。従って、第１のダクト３１（第１室３）は反応室、第２のダクト４１(第２室４)は集塵室として夫々機能していると言うことができる。  
脱硫剤を下方側のホッパ７１から供給することが好ましいか否かは、脱硫剤の粒径とネット６２の孔部の大きさとの兼ね合いで決まってくるが、一例として、脱硫剤の粒径が例えば４０μｍ以下の場合に下方側のホッパ７１を使用する態様を挙げることができる。また脱硫剤の粒径が例えば４０μｍを越える場合には、粉状脱硫剤が上方側のホッパ７２から第２のダクト４１の上端部に供給される態様を挙げることができる。
また脱硫剤と移動層粒子１００とが別個の場合、粉状の脱硫剤の一部は移動層粒子１０１の間に介在しているが、移動層１０１に介在されていない粉状の脱硫剤も存在する。この脱硫剤は、排ガスが横切る流れにより横に移動したときに移動層粒子１０１に捕獲されるので、粉状の脱硫剤は第２のダクト４１の外に全く流出しないかあるいはその流出が極力抑えられる。  
上述の例では、第１のダクト３１内を横切る排ガスの流れの向きと、第２のダクト４１内を横切る排ガスの流れの向きとは、反対であるが、同じ向きになるように構成してもよい。ここで仮に２つのダクト３１、４１を横に並べて、排ガスを一方のダクト３１、他方のダクト４１の順に横切る手法を想定すると、後段側の他方のダクトの上部に脱硫剤を搬送し、そして当該他方のダクトの下方から排出される脱硫剤を前段側の一方のダクトの上部まで例えばベルトコンベアで搬送する必要がある。これに対して上述実施形態のように、排ガスを脱硫塔の下部側である第１のダクト３１内を通過させ、次いで当該脱硫塔の上部側である第２のダクト４１を通過させるようにすれば、脱硫剤の搬送系を簡素化できる利点がある。
【００３５】
また、上述実施形態のように、第１のダクト３１内を横切る排煙ガスの流れの向きと、第２のダクト４１内を横切る排ガスの流れの向きとを反対にすると、上段側（第２のダクト４１側）において水平方向で見たときに、流出ポート３０２に近づくほど排ガス中のＳＯｘ濃度は小さい。このため流出ポート３０２に近いほど、脱硫剤の脱硫性能の低下の程度は小さい。
【００３６】
従って下段側(第１のダクト３１側)においては、水平方向で見たとき、流入ポート３０１に近いほど、脱硫性能が高い脱硫剤が降りてくることになる。ここで下段側の排ガス中のＳＯｘ濃度は流入ポート３０１に近いほど高いことから、模式的な言い方をすれば、排ガス中のＳＯｘ濃度が高い領域ほど、脱硫性能が高い脱硫剤と接触することになる。従って、２つのダクト３１、４１を横に並べて、排ガスを一方のダクト３１、他方のダクト４１の順に横切る手法と比べると、脱硫性能が高くなる。
【００３７】
脱硝装置２について述べる。脱硝装置２は縦型のダクト（塔）の例えば上部から排ガスが流入し、下部から流出されるように構成され、ダクトの途中には互いに間隔を開けて触媒層が複数段設けられている。触媒層に用いられる触媒としては、例えばＶ（バナジウム）、Ｓｉ(シリコン)、Ｍｎ（マンガン）、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）の酸化物のうちの少なくとも一成分とＴｉ（チタン）との複合酸化物をハニカム型、板状あるいは粒子状に成形したものを用いることができる。なお脱硝触媒としては、ここに記載した触媒に限られず、他の触媒を用いてもよい。触媒層の構築にあたっては、例えばハニカム触媒を構成する穴の径を小さく(セル数を大きく)し、これにより単位体積当たりの活性表面積を高めた触媒を複数層設けることで、触媒量を抑えるように設計することが好ましく、具体的には、穴の径が３．２ｍｍ以下にすることで、触媒量の低減と、長寿命化が可能となる。
ＮＯｘの除去に必要なアンモニアについては、排ガスとアンモニアの混合の均一化をはかるため、脱硫装置１の前段における排ガスの流路（図５に示す流入ポート３０１よりも上流側の流路）に供給するようにしてもよいし、あるいは脱硫装置１と脱硝装置２との間の流路１１（図１参照）に供給するようにしてもよい。また脱硫装置１の前段における排ガスの流路及び流路１１の両方からアンモニアを供給してもよい。アンモニアの供給量については、脱硝装置２の入口における排ガス中の窒素酸化物に対するアンモニアのモル比（アンモニア／窒素酸化物）が０．７〜１．２となるように設定することが好ましく、０．９〜１．０になるように設定することがより好ましい。  
アンモニアを供給するアンモニア供給部は図示していないが、アンモニア供給源に一端を接続したアンモニア供給管に流量調整部を設けると共に、アンモニア供給管の他端を例えば流路１１に接続する構成を採用できる。
【００３８】
脱硫装置１から流出した排ガスがそのまま脱硝装置２に送られるので、脱硝装置２に流入する排ガスは例えば１６０〜４００℃の温度に維持されており、従って触媒層を通過するときに排ガス中のＮＯｘはＮＨ３による選択接触還元反応によりＮ２（窒素）とＨ２Ｏ（水）とに転換する。アンモニアを脱硫装置１の前段で供給する手法とすれば次の利点がある。即ち、アンモニアが脱硝装置に到達するまでに配管や脱硫装置１内の充填層で分散される機会が増えるために、脱硝装置の前にアンモニアを供給する場合に比べて、ガス中におけるアンモニアの分散性が高まる。
そのために、脱硝装置に導入されるまでの配管形状やアンモニアの分散器の構造が簡素化され、分散器から触媒層までの距離も短くできる。
【００３９】
加えて、脱硫装置１内にて脱硫剤により脱硝反応が一部進行するため、後段の脱硝装置２における脱硝のための触媒量を低減できる利点もある。
【００４０】
上述の実施形態によれば前段に脱硫装置、後段に脱硝装置を設置すると共に、脱硫装置１に集塵機能を持たせているので、脱硝装置の前にバグフィルタを用いる必要がなく、また、排ガスの降温、昇温操作をすることなく、火力発電所等の排ガス源からの排ガスをそのままの温度で脱硫、脱硝を行うことができる。従って設備費、運転費を低く抑えることができる。
【００４１】
更に、集塵機能を有する脱硫塔を脱硝装置の前に設置することによって、後段の脱硝塔に充填するハニカム触媒の煤塵による閉塞や摩耗を緩和することができる。その結果、脱硝触媒は例えばハニカムの穴径を３．２ｍｍ以下にすることが可能となり、装置がコンパクトとなり、設備費及び運転費を抑えることができる。
【００４２】
次に脱硫装置１における変形例について以下に述べる。  
第１のダクト３１及び第２のダクト４１の形状は角筒型に限らず円筒型であってもよい。  
移動層粒子１００と粉状の脱硫剤との供給については、粉状の脱硫剤を予め移動層粒子１００に介在させて第２のダクト４１の上部から供給してもよい。
【００４３】
脱硫装置を構成する脱硫塔としては、上述のように第１のダクト３１、第２のダクト４１と２段構成にすることに限らず、一段のダクトにより構成し、そのダクトの上部から例えば脱硫剤を予め介在した移動層粒子１００あるいは脱硫剤により構成された移動層粒子１００（脱硫剤を兼用する移動層粒子）を供給して下降流を形成してもよい。この場合、ダクトの一方の側面から他方の側面に排ガスを通過させ、通過した排ガスを脱硝装置２に送るようにしてもよい。このような構成によっても、脱硫装置から脱硫剤である粉体の流出が抑えられるのでバグフィルタが不要になり、既述の実施形態と同様の効果がある。  
更にまた、例えば互いに２つのダクト（脱硫塔）を横に並べ、各ダクトにおいて、粉状の脱硫剤を予め移動層粒子に介在させてこれらを上部から供給し、あるいは脱硫剤を兼用する移動層粒子を上部から供給し、そして排ガスを一方のダクトの一方の側面から他方の側面に通過させ、次いで他方のダクトの一方の側面から他方の側面に通過させる手法であってもよい。
【００４４】
脱硫剤を兼用する移動層粒子１００としては、消石灰または生石灰と、石炭灰と、使用済み脱硫剤と、を混合したもの、例えばこれらを水を用いて練って、成形、養生、乾燥、したものを用いることができる。あるいは消石灰と、石炭灰と、ゼオライトなどの粘土鉱物とを混合したものを用いることができる。またこの場合の移動層粒子１００は、柱状、あるいは球状とすることができる。移動層粒子１００が不活性の場合には、脱硫剤は数μｍ〜数百μｍの上記脱硫剤の微粒子、あるいは消石灰の微粒子とすることができる。
【実施例】
【００４５】
（実施例１）  
脱硫装置として、一段のダクト(脱硫塔)の上部から脱硫剤を兼用する移動層粒子を供給して下降流を形成した構造を用いた。移動層粒子は、消石灰を４０重量％、石炭灰を３０重量％、使用済み脱硫剤（ＣａＳＯ４）を３０重量％の組成からなり柱状（６ｍｍφ×１０ｍｍ）の押し出し成型品を用いた。【００４６】
ＮＯｘを５５０ｐｐｍ、ＳＯｘを４３０ｐｐｍ、Ｈ２Ｏを１０．５重量％、Ｏ２を３．６体積％、ダストを８３ｍｇ／Ｎｍ３含む排ガス１１０，０００Ｎｍ３／ｈｒをダクト（脱硫塔）に、ＳＶ（空間速度）＝５５０ｈｒ−１、ガス流速＝０．４０ｍ／ｓ、Ｃａ／Ｓ比＝１．２になるように一方の側面から供給し、他方の側面から流出させた。従って排ガスはダクト内には移動層粒子の下降流を横切り、排ガスと下降流とは十字流を形成する。ダクト内への入口ガス温度は２６５℃である。【００４７】
脱硫塔の出口における排ガス中のＳＯｘは４２ｐｐｍ、ダストは４ｍｇ／Ｎｍ３であり、この排ガスにアンモニアをアンモニア／ＮＯｘ比＝１になるように添加した後、２６５℃で脱硝塔に導入する。脱硝塔にはＶ２Ｏ５とＴｉＯ２との複合酸化物を成形したハニカム構造体（４５セルｘ４５セル、穴径：２.７８ｍｍ）を配置して触媒層を形成し、ＳＶが８３００  ｈｒ-1（触媒量：１３．２５ｍ３）になるようにこの触媒層を上下に２層設ける。脱硝塔出口の排ガス中のＮＯｘ濃度は８２ｐｐｍであった。【００４８】
脱硫塔で除塵効果がなく、脱硝塔の入口でダスト：８３ｍｇ／Ｎｍ３の場合には、同じ脱硝率（出口ＮＯｘ：８２ｐｐｍ）を得るためにはＶ２Ｏ５とＴｉＯ２との複合酸化物を成形したハニカム構造体（３５セルｘ３５セル、穴径：３．６５ｍｍ）を配置して触媒層を形成し、ＳＶが６２００  ｈｒ-1（触媒量：１７．７４ｍ３）になるように触媒層を２段に配置する必要がある。このように除塵効果がある乾式脱硫塔を前段に設置して、その下流に脱硝塔を組み合わせることによって、充填する脱硝触媒（ハニカム）の量を１７．７４ｍ３（ＳＶ＝６２００ｈｒ-1）から１３．２５ｍ３（ＳＶ＝８３００ｈｒ-1）に減らすことができる。
（実施例２）
ＮＯｘを７００ｐｐｍ、ＳＯｘを１５０ｐｐｍ、Ｈ２Ｏを１０．７重量％、Ｏ２を３．５体積％、ダストを３５ｍｇ／Ｎｍ３含む排ガス５５，０００Ｎｍ３／ｈｒを、ＳＶ＝５００１／ｈｒ−１、ガス流速：０．４５ｍ／ｓ、Ｃａ／Ｓ比＝１になるようにダクト（脱硫塔）に実施例１と同様にして供給した。脱硫塔に入る前に排ガスにアンモニアをアンモニア／ＮＯｘ比＝１になるように添加する。脱硫塔への入口ガス温度は２２０℃である。【００４９】
脱硫塔の出口の排ガス中のＳＯｘは１５ｐｐｍ、ＮＯｘは５６０ｐｐｍ、ダストは２ｍｇ／Ｎｍ３であり、この排ガスを２２０℃で脱硝塔に導入する。脱硝塔にはハニカム構造体（４５セルｘ４５セル、穴径：２.７８ｍｍ）を配置して触媒層を形成し、ＳＶが４９７０ｈｒ−１（触媒量：１１．０７ｍ３）になるように触媒層を上下に２層に設ける。脱硝塔出口の排ガス中のＮＯｘ濃度は３５ｐｐｍであった。
（実施例３）
内筒１１ｃｍ、外筒２３．５ｃｍ、高さ２０ｃｍの二重円筒容器の環状部に粒子径２ｍｍの脱硫剤を充填し、その二重円筒の内側から粒子径５μｍのダストを含む（濃度０．４〜１．２ｇ／Ｎｍ３）ガスを流し、ダストの集塵効率を測定した。  
ガス速度（内筒入口のガス速度／外筒出口のガス速度）を次の７通りに設定した。なおガス速度の単位はｍ／ｓである。
試験例１：０．２／０．０９４
試験例２：０．４／０．１９
試験例３：０．６／０．２８
試験例４：０．８／０．３７
試験例５：１．０／０．５２
試験例６：１．２／０．５６
試験例７：１．６／０．７４
各試験例１〜７の集塵効率は以下のとおりである。
試験例          試験1  試験2  試験3    試験4  試験5  試験6  試験7
集塵効率(%)      97.5   9６.6   94.3   91.5   90.3   87.5   81.0
ガス速度が大きくなると、ガスの流体抗力による再飛散が起こりやすくなり、１．２ｍ/ｓを超えるあたりから集塵効率は９０％を下回る。この値は固定層、移動層のタイプ、充てん粒子の径などによって影響を受けるが、ガス速度が大きくなると低下する傾向は同じである。ガス速度が０．２ｍ／ｓよりも小さくなると脱硫塔のダクト径が大きくなりコストがアップし、１．２ｍ／ｓ以上になるとダストの集塵率が低くなる。従ってガス速度は、０．２〜１．２ｍ／ｓに設定し、更には０．４〜１．０ｍ／ｓにすることがより好ましい。
【符号の説明】
【００５０】
１      脱硫装置
１１    流路
２      脱硝装置
３      反応部
３１    第１のダクト
４      集塵部  
４１    第２のダクト
１００  移動層粒子
１０１  移動層
３００  流路部材
３０１  流入ポート
３０２  流出ポート
６１    傾斜版
６２    ネット
【図１】
2017179107.tif 000004
【図２】
2017179107.tif 000005
【図３】
2017179107.tif 000006
【図４】
2017179107.tif 000007
【図５】
2017179107.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月28日(2018.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫黄酸化物及び窒素酸化物、煤塵を含み、温度が１６０℃〜４００℃である排ガスに対して脱硫、脱塵を行い、次いで脱硝を行うシステムであって、
前記排ガスに対して脱硫、脱塵を行うための乾式の脱硫装置と、
前記脱硫装置にて脱硫された排ガスに対して脱硝を行うための脱硝装置と、を備え、
前記脱硫装置は、脱硫塔と、前記脱硫塔内に脱硫剤と移動層を構成する粒子とを供給して前記脱硫剤及び粒子の下降流を形成するための供給部と、を備え、排ガスを、前記脱硫塔の下部側において前記下降流に対して十字流状に接触させて当該脱硫塔の外に流出させ、その後当該脱硫塔の上部側において前記下降流と十字流状に接触させて当該脱硫塔の外に流出させ、これにより当該排ガス中に含まれる硫黄酸化物、煤を除去するように構成され、
前記脱硫塔内における排ガスのガス速度は、０．２〜１．２ｍ／ｓに設定され、空間速度は３００〜１２００  ｈｒ−１とし、
前記脱硝装置は、塔と、前記塔内に互いに間隔を開けて設けられた複数段の触媒層と、を備え、
前記触媒層に用いられる触媒は、複合酸化物をハニカム型に成形して構成され、穴の径が３．２ｍｍ以下であるハニカム触媒であり、
前記脱硫装置の出口から前記脱硝装置の入口までの排ガスの流路には、昇温装置が設けられていないことを特徴とする排ガスの処理システム。
【請求項２】
脱硫剤は移動層を兼用していることを特徴とする請求項１記載の排ガスの処理システム。
【請求項３】
脱硫剤は、移動層を形成している粒子間の空隙に粉体として存在することを特徴とする請求項１記載の排ガスの処理システム。
【請求項４】
ガス中におけるアンモニアの分散性を高めるために、前記脱硫装置の前段にアンモニアを供給するためのアンモニア供給部を備えたことを特徴とする請求項１記載の排ガスの処理システム。
【国際調査報告】
2017179107.tif 000009
2017179107.tif 000010
2017179107.tif 000011
2017179107.tif 000012