(57)【要約】【課題】煙道ガスに直接取りつけることができる効率的な脱ＮＯｘ装置系と方法を提供する。【解決手段】第１熱回収部（１３’）中の炉排ガスを４００〜５００°Ｆ（２０４〜２６０℃）に冷却し、還元剤を導入し、炉の煙突内に配した反応器（１０）中のＳＣＲ触媒（１９）の存在下に窒素酸化物と還元剤を反応させ、反応器から出た処理済ガスを第２熱回収部（１５）でさらに冷却する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）炉から出る炉ガス流の温度を約４００°Ｆ（２０４℃）以下に下げるための炉上の煙突内に位置する第１熱回収部、（ｂ）第１熱回収部の煙突内下流に位置し、ガス流中に還元剤を導入するためのインゼクタをもつと共に、ガス流と接触次第窒素酸化物濃度の低下した処理済ガス流をもたらす窒素酸化物の選択的接触還元用触媒を含有するガス流中の窒素酸化物の選択的接触還元用反応器、（ｃ）処理済ガス流を排出するための処理済ガス流出口、及び（ｄ）処理済ガス流の温度を下げるために反応器の下流に位置する第２熱回収部からなることを特徴とする炉ガス流中窒素酸化物の選択的接触還元用装置系。
【請求項２】
煙突内であって第１熱回収部と反応器の間に位置するファンを有する請求項１の装置系。
【請求項３】
第２熱回収部がパイプにあって第１熱回収部に接続している請求項１の装置系。
【請求項４】
触媒が粒子状である請求項１の装置系。
【請求項５】
触媒がモノリスである請求項１の装置系。
【請求項６】
触媒が少なくとも約８５％のボイド空隙をもつメッシュ状構造体上に支持されている請求項１の装置系。
【請求項７】
窒素酸化物の濃度を初期濃度の少なくとも８５％減少させる請求項１の装置系。
【請求項８】
窒素酸化物の濃度を初期濃度の少なくとも９０％減少させる請求項１の装置系。
【請求項９】
反応器が放射流反応器である請求項１の装置系。
【請求項１０】
反応器が平行流反応器である請求項１の装置系。
【請求項１１】
さらに、（ｄ）窒素酸化物を含有する煙道ガス流を生ずる炉を有する請求項１の装置系。
【請求項１２】
炉が炉中に導入された飽和炭化水素供給原料からオレフィンを生成するための炭化水素分解炉である請求項１１の装置系。
【請求項１３】
（ａ）初期濃度の窒素酸化物を含有する炉煙道ガス流を４００°Ｆ（２０４℃）以下に冷却し、（ｂ）還元剤を該ガス流に導入し、（ｃ）窒素酸化物の選択的接触還元用の少なくとも１の窒素酸化物変換触媒の存在下に約４００°Ｆ（２０４℃）以上の温度で該還元剤と該ガス流中の窒素酸化物を反応させて窒素酸化物濃度の減少した処理済ガスを生成せしめ、次いで（ｄ）該処理済ガスを冷却することを特徴とする炉煙道ガス中の窒素酸化物の選択的変換方法。
【請求項１４】
窒素酸化物の濃度を初期濃度の少なくとも８５％減少させる請求項１３の方法。
【請求項１５】
窒素酸化物の濃度を初期濃度の少なくとも９０％減少させる請求項１３の方法。
【請求項１６】
炉内に導入した炭化水素供給原料を熱分解して該炭化水素供給原料から少なくとも１のオレフィンを生成する工程をさらに含むと共に、処理済ガスを冷却する工程（ｄ）が処理済ガスの温度を約３５０°Ｆ（１７７℃）以上に冷却し且つ該供給原料の炉への導入前に該供給ガスに処理済ガスからの熱を該供給原料に移す請求項１３の方法。
【請求項１７】
炉煙道ガス流を冷却する工程（ａ）が炉に供給原料を導入する前に炉煙道ガスからの熱を供給原料に移すことを含む請求項１６の方法。
【請求項１８】
還元剤がアンモニアである請求項１３の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は炉での燃料の燃焼で生ずる煙道ガス中の窒素酸化物を接触的に還元するための装置系と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の工業プロセスでの燃料の燃焼ではしばしば望ましくない窒素の酸化物（ＮＯｘ）を生じ、それは通常一酸化窒素（ＮＯ）及び二酸化窒素（ＮＯ２）の形態にある。高い燃焼温度はより多くのＮＯｘを生ずる傾向にある。ＮＯｘは環境にとって危険なので、燃料の燃焼を含む工業プロセスで生ずるガス、特に電力プラント、熱分解炉、焼却炉、内燃機関、冶金プラント、肥料プラント及び化学プラントから生ずるガス中のＮＯｘの放出を減少させる努力がなされている。
【０００３】
煙道ガスのＮＯｘ含量を選択的に減らす方法は公知である。一般に、これらの方法には、所望により触媒の存在下に、ＮＯｘを還元剤と反応させる方法が含まれる。アンモニアや尿素等の還元剤を用いるＮＯｘの選択的非接触還元（ＳＮＣＲ）では、たとえば約１６００〜２１００°Ｆ（８７１〜１１４９℃）といった比較的高温を必要とする。
また、ＮＯｘのアンモニアでの還元は、選択的接触還元（ＳＣＲ）として知られるプロセスで、たとえば約５００〜９５０°Ｆ（２６０〜５１０℃）といったより低い温度で接触的に行うことができる。
【０００４】
従来知られたＳＣＲ法と装置を用いる煙道ガスの処理での１つの問題はＮＯｘの十分な除去を達成するに要する設備の重量と容積が地上レベルに配する必要があるということである。多くの工業プラントでは公的規制が厳しくなるにつれてその規制に適合するためにＮＯｘ除去（脱ＮＯｘ）設備を改造することが求められる。しかしｄｅＮＯｘ系の物理的なかさ高さが原因して、煙道ガスを処理のために一旦地上レベルに迂回させ次いで大気への排気用に煙突にもどされねばならない。このようなシステムの高コストを避けるために、煙突に直接取りつけることが可能な比較的軽量の脱ＮＯｘユニットを提供することが望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は煙突に直接取りつけることが可能なＮＯｘユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、（ａ）炉から出る炉ガス流の温度を約４００°Ｆ（２０４℃）以下に下げるための炉上の煙突内に位置する第１熱回収部、（ｂ）第１熱回収部の煙突内下流に位置し、ガス流中に還元剤を導入するためのインゼクタをもつと共に、ガス流と接触次第窒素酸化物濃度の低下した処理済ガス流をもたらす窒素酸化物の選択的接触還元用触媒を含有するガス流中の窒素酸化物の選択的接触還元用反応器、（ｃ）処理済ガス流を排出するための処理済ガス流出口、及び（ｄ）処理済ガス流の温度を下げるために反応器の下流に位置する第２熱回収部からなることを特徴とする炉ガス流中窒素酸化物の選択的接触還元用装置系が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を図面を参照して説明する。尚すべての量は「約」なる用語で変更しうるものである。また％は特に断りのない限り重量基準で示す。
「窒素酸化物」なる用語はＮＯ、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ４、Ｎ２Ｏ及びそれらの適宜の混合物等の窒素の適宜の酸化物をいい、しばしば「ＮＯｘ」と表示する。
【０００８】
本発明のＮＯｘの選択的接触還元の装置系と方法では、好ましくは還元剤としてアンモニアを用いる。ＮＯｘは触媒の存在下にアンモニアと反応して次式（化学量論的バランスで示してはいない）に示すように窒素と水を生ずる：
ＮＯｘ＋ＮＨ３→Ｎ２＋Ｈ２Ｏ
【０００９】
本発明の脱ＮＯｘの方法と装置系はＮＯｘ含有ガスを処理してそのＮＯｘレベルを低下させることを要する適宜の用途に用いうる。高レベルのＮＯｘを生ずる代表的な燃焼設備の例としては電力プラント、流体接触分解（ＦＣＣ）レゼネレータ、ガラス炉、熱分解炉等がある。本発明の脱ＮＯｘ法はエタン、プロパン、ナフサ等の飽和炭化水素供給原料からオレフィン（たとえばエチレン、プロピレン、ブチレン等）を生成する熱分解ユニットに特に好ましく用いられる。しかし、これに限らず望ましくないレベルのＮＯｘを含有するガスを発生する適宜の燃焼設備や方法に用いうるものである。
【００１０】
図１（Ａ及びＢ）において、気相脱ＮＯｘ反応器系１０が供給原料のクラッキング用に約２２００°Ｆ（１２０４℃）で操作される放射燃焼室をもつ２つの炉１１と１２を用いる熱分解系を対象に示されている。各炉はそれぞれの煙突を通って排出される煙道ガスを生ずる。典型的には、各煙突中の煙道ガスの流速は約１００，０００〜３００，０００ｌｂｓ／時である。この煙道ガスは典型的には次の成分を含有する：
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【００１１】
炉を出る煙道ガスの温度は典型的には約１８００°Ｆ（９８２℃）である。各煙突は対流部１３をもち、これは熱を煙道ガスから炉供給原料に移す熱交換器をもっている。煙道ガスは典型的には約２５０〜３５０°Ｆ（１２１〜１７７℃）の温度で通常の煙突系の対流部を出る。しかし、本発明の熱回収プロセスは、後記するように、約４００°Ｆ（２０４℃）以下、好ましくは約４００〜５００°Ｆ（２０４〜２６０℃）以下の煙道ガス温度をもたらす。別々の煙道ガスを次いで一体化してファン１４によって脱ＮＯｘ系１０に移動させる。ファン１４は煙道ガスを脱ＮＯｘ系１０を通って移動させるために煙道ガスの圧力を増加させる。
【００１２】
図２において、ＮＯｘのＳＣＲ変換用の系１００は図１（Ａ及びＢ）に示す熱分解系等の炉系での使用を意図したものである。しかし、本発明の方法によれば、対流部１３が第１の熱回収部１３を示し、これが放射区分からの排出ガスを約４００°Ｆ（２０４℃）以下、好ましくは約４００〜５００°Ｆ（２０４〜２６０℃）以下に冷却するような構造とされる。この範囲は対流部中の冷却コイルを適切に配置したり、当業者に認められているように熱移動を調節する適宜の他の方法で達成しうる。約４００〜５００°Ｆ（２０４〜２６０℃）の煙道ガスは１以上のファン１４で反応器１０中に移動される。反応器にはアンモニア、尿素、アルキルアミン等の還元剤を煙道ガス中に導入するためのインゼクション装置１８と煙道ガス中に存在するＮＯｘの選択的還元用の触媒を含有する触媒床１９をもつ。触媒床はたとえば放射流又は平行流構造をとりうると共に、粒状触媒、モノリス触媒又は少なくとも８５％のボイド空隙をもつメッシュ状支持体上に支持した微細加工した触媒（ＭＥＣ）を含有しうる。
【００１３】
ＭＥＣ触媒のメッシュ状支持体の例には繊維又はワイヤ、金属フェルト、金属ゲージ、金属繊維フィルター等が含まれ、また１層又は多層構造が含まれる。触媒は浸漬、スプレー等の種々のコーティング技術によってＮＯｘの所望の変換を達成するに必要な量がメッシュ上に被覆される。本発明に用いるに適するＭＥＣ触媒は２０００年７月３１日出願の同一出願人の米国特許出願に記載されている。本発明に用いるに適する反応器系は本願と同一の優先日をもつ米国特許出願第０９／７９３，４７１号（ＷＯ０２／０６８，０９６）、第０９／７９３，４８８号（ＷＯ０２／０６８，０９７）及び第０９／７９３，４４７号（ＷＯ０２／０６８，０９８）に記載されている。
【００１４】
反応器１０から出る処理済ガスの温度は入口ガスの温度とほぼ同じであり、通常約４００〜５００°Ｆ（２０４〜２６０℃）の範囲にある。ＳＣＲ変換反応の温度が高いほど触媒量は少なくてよい。それ故、ＮＯｘの所望の変換率を達成するために反応器系の寸法と重量のかなりの低下を低温よりも約４００〜５００°Ｆ（２０４〜２６０℃）の温度で反応器を操作することで達成できる。事実、反応器の寸法の減少は反応器が排出煙突内に位置し、対流部１３及びファン１４の上に位置することを可能にする。煙道ガス中のＮＯｘ含量の少なくとも約８５％、好ましくは少なくとも約９０％、より好ましくは少なくとも約９５％を還元することが好ましい。
【００１５】
本発明の装置系及び方法によれば、好ましくは接触反応器系１８の下流に第２熱回収部１５が処理済ガスの温度を、好ましくは約２５０〜３５０°Ｆ（１２１〜１７７℃）に低下させるのに用いられる。
反応器１０を出た処理済ガスから回収した熱は図１（Ａ及びＢ）に示した熱分解系に用いることが好ましく、特に図２に示すように供給原料の予熱に用いることが好ましい。熱分解供給原料Ｆを予熱のために第２熱回収部１５に導入する。熱回収部１５は１以上の熱交換チューブ１５ａをもつ。供給原料Ｆはチューブ１５ａを流れて反応器１０を出た処理済ガスからの熱を回収する。その後、供給原料Ｆは熱回収部１５から連結したパイプ１５ｂを経て、さらなる予熱用に、第１熱回収部、即ち対流部に運ばれる。供給原料は対流部１３’を出てラインＣを経て熱分解炉に運ばれる。温度を所望の温度に下げるための熱回収部１５の構造は当業者の技術常識内のものでよい。処理済ガスは系１００の出口１６を典型的には約２５０〜３５０°Ｆ（１２１〜１７７℃）の範囲の温度で出る。
【００１６】
本発明の装置系は煙突反応器をもつ既設の炉系の改装に有利である。煙突中に挿入されている反応器の下流の既存の対流系の小部分を動かすことによって、反応器の寸法を小さくしてこのような系の実用性を高めることができる。
【００１７】
以下に本発明の脱ＮＯｘ系と方法を実施例で例証する。
【実施例】
【００１８】
図２に示す本発明の装置系を、初期ＮＯｘ濃度１００ｐｐｍをもつ流速３６０，０００ｌｂｓ／時の煙道ガスを、対流部１３’を出るガスが約４２０°Ｆ（２１６℃）をもつように、対流部１３’を通過させた。この煙道ガスをファン１４で煙突内にある脱ＮＯｘ反応器１０に吹き込んだ。アンモニアを煙道ガスに導入し、たとえば少なくとも８５％のボイド空隙をもつメッシュ状支持体上に支持したＶ２Ｏ５／ＴｉＯ２触媒等のＳＣＲ触媒を含有する触媒床を上記アンモニア含有ガスが通過したときＮＯｘの選択的接触還元を行うようにした。４２０°Ｆ（２１６℃）の操作温度で約１２ｍ３の触媒を要した。反応器を出た処理済煙道ガスは反応器に入ったときとほぼ同じ温度をもち、ＮＯｘ含量は１０ｐｐｍであった。次いで処理済ガスは熱回収部１５に入り直ちにガス流の温度が熱交換により２５０〜３５０°Ｆ（１２１〜１７７℃）に低下し、その後出口１６を経て煙突から排出された。煙突からの排出時の処理ガスは処理前の煙道ガス中のＮＯｘ濃度に対しＮＯｘ含量が約９０％以上減少していた。
【００１９】
上記実施例とは異なり、対流部で煙道ガスの温度を約４００°Ｆ（２０４℃）、たとえば３５０°Ｆ（１７７℃）に下げる典型的な従来の装置系では、反応器は相対的に大きな触媒床容積、即ち約５４ｍ３を必要とした。
上記の実施例に示した本発明によって達成される反応器の寸法低下は一般的に用いられている煙突系への煙突反応器の改装を他の高価なモディフィケーションの実用性の高い代替手段とすることを可能とする。
上記に本発明の好ましい態様を示したがこれらは例示であり本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】煙突部に反応器を組み込んだ公知のタイプの炉系を示す概略説明図で、Ａは正面図、Ｂは側面図。
【図２】ＮＯｘのＳＣＲ変換用煙突系を示す概略説明図。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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