(57)【要約】【課題】スクラバーや防爆設備の設置など、多大な設備コストを必要とすることなく、それでいて確実かつ安定してアンモニアを発生させて脱硝反応に寄与せしめ、効率的な脱硝を可能にする脱硝設備および脱硝方法を提供する。【解決手段】ＮＯx 含有排ガスをアンモニア注入器１０に導入した後、この排ガスを脱硝反応塔１１で反応させて排ガス中のＮＯx を分解する。尿素水を反応気化器１０に送給し、この反応気化器１０にて尿素水を加水分解させると共に気化させて得られたアンモニア水を加熱してアンモニア蒸気とし、このアンモニア蒸気をアンモニア注入器１０に導入する脱硝方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＯx 含有排ガスをアンモニア注入器に導入した後、この排ガスを脱硝反応塔で反応させて排ガス中のＮＯx を分解する脱硝方法において、尿素水を反応気化器に送給し、この反応気化器にて前記尿素水を加水分解させると共に気化させて得られたアンモニア水を加熱してアンモニア蒸気とし、このアンモニア蒸気を前記アンモニア注入器に導入することを特徴とする脱硝方法。
【請求項２】
前記反応気化器で尿素水を加水分解する加水分解触媒として、ゼオライト、活性アルミナのいずれか又はこれらの混合物を用いると共に、前記反応気化器に供給する尿素水を、入口温度１１０〜２００℃、出口温度２００〜４００℃に加熱してアンモニア蒸気を生成する請求項１の脱硝方法。
【請求項３】
前記反応気化器にて得られたアンモニア蒸気を空気で希釈する請求項１又は２の脱硝方法。
【請求項４】
ＮＯx 含有排ガスを導入してアンモニア蒸気と混合させるアンモニア注入器と、このアンモニア注入器中にてアンモニア蒸気と混合された排ガスを反応させて排ガス中のＮＯx を分解する脱硝反応塔とを有する脱硝設備において、
尿素水を反応気化器に送給する尿素水供給手段と、
供給された前記尿素水を加水分解してアンモニア水を生成すると共に、加熱手段を備えて生成されたアンモニア水を気化しアンモニア蒸気を生成する反応気化器とを備え、この反応気化器にて生成したアンモニア蒸気を前記アンモニア注入器に導入することを特徴とする脱硝設備。
【請求項５】
前記反応気化器が、ゼオライト、活性アルミナのいずれか又はこれらの混合物である加水分解触媒を有していると共に、前記反応気化器に備えられている加熱手段が、尿素水を、入口温度１１０〜２００℃、出口温度２００〜４００℃に加熱可能になっている請求項４の脱硝設備。
【請求項６】
前記反応気化器にて得られたアンモニア蒸気を希釈する空気導入手段を有する請求項４又は５の脱硝設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は脱硝方法および脱硝設備に関し、詳しくは、ＮＯx 含有排ガスをアンモニア注入器に導入した後、この排ガスを脱硝反応塔で反応させて排ガス中のＮＯx を分解する脱硝方法およびこの方法を用いる脱硝設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラ、焼却炉、火力発電所などのような固定発生源から発生する排ガス中には、有害なＮＯｘが含まれているため、これを除去する必要がある。排ガス中のＮＯｘ除去法としては、経済性に優れたＴｉＯ2 −Ｖ2Ｏ5系触媒を用いた選択的触媒還元法（ＳＣＲ法）が実用化されている。
【０００３】
ＳＣＲ法は、排ガス中のＮＯx を除去するため、アンモニア還元剤を煙道中に直接吹き込み、脱硝触媒上で排ガスと接触させることにより、ＮＯx を無害なＮ2  にする。すなわち、図３に示すように、固定発生源から排出されるＮＯx 含有排ガスをアンモニア注入器１０に導入した後、脱硝触媒をハニカム状などに積層配置した脱硝反応塔１１で反応させ、無害なＮ2  にしてから送給ファンなどの送給装置Ｆによって煙突から放出する。アンモニア注入器１０へは、液化アンモニアボンベ１２から液化アンモニアをアンモニア気化器１３に送給し、アンモニア気化器１３でアンモニアガスを発生させた後、アンモニア注入器１０に送り込む。
【０００４】
脱硝反応塔１１での反応式は次の通りである。
【０００５】
４ＮＯ＋４ＮＨ3 +Ｏ2 ＝４Ｎ2 ＋６Ｈ2 Ｏ
ＮＯ2 ＋ＮＯ＋２ＮＨ3 ＝２Ｎ2 ＋３Ｈ2 Ｏ
しかし、アンモニアは人体に対して有害であるため、取り扱いに細心の配慮が必要である。そのため、漏洩した場合に備えて、スクラバーを設置したり電気機器を防爆仕様（アンモニアは空気と混合して爆発性混合ガスとなる）したりするなどの各種対策を講じる必要があり、多大な設備コストと設備スペースを要する。
【０００６】
かかる問題を解消するため、アンモニア還元剤を煙道中に直接吹き込む代わりに、尿素水を用意しておき、排ガスから供給される熱を利用して、尿素を分解して還元剤としてのアンモニアを生成し、このアンモニアを気化器より煙道に吹き込む方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２４４１３１号公報（図１、［００２９］等の記載）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、この方法は、尿素の分解を排ガスから供給される熱に依存しているため、温度および熱量の変動が大きい排ガスから供給される熱では、確実かつ安定して尿素が分解されず、従ってアンモニアガスの発生量にバラツキが生じて、効率の悪い脱硝方法とならざるを得ないものであり、かかる不安定な方法では実用的とは言えない。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑みて、スクラバーや防爆設備の設置など、多大な設備コストを必要とすることなく、それでいて確実かつ安定してアンモニアを発生させて脱硝反応に寄与せしめ、効率的な脱硝を可能にする脱硝方法および脱硝設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は、各請求項記載の発明により達成される。すなわち、本発明に係る脱硝方法の特徴構成は、ＮＯx 含有排ガスをアンモニア注入器に導入した後、この排ガスを脱硝反応塔で反応させて排ガス中のＮＯx を分解する方法において、尿素水を反応気化器に送給し、この反応気化器にて前記尿素水を加水分解させると共に気化させて得られたアンモニア水を加熱してアンモニア蒸気とし、このアンモニア蒸気を前記アンモニア注入器に導入することにある。
【００１１】
この構成によれば、アンモニアと異なり尿素は無害であり、爆発性もないことから、尿素漏洩時の対応策として、アンモニア漏洩時に設けられるスクラバーや防爆設備の設置など、大掛かりで高価な設備は不要となる。しかも、尿素水の分解を排ガスの有する熱に依存せず、反応気化器にてアンモニア水を加熱するため、常時、迅速かつ確実な尿素分解を可能にし、安定してアンモニア蒸気を吹き込む直前に生成でき、排ガス中のＮＯx を無害化できる。
【００１２】
その結果、スクラバーの設置など、多大な設備コストを必要とすることなく、それでいて確実かつ安定してアンモニアを発生させて脱硝反応に寄与せしめ、効率的な脱硝を可能にする脱硝設備および脱硝方法を提供することができた。
【００１３】
前記反応気化器で尿素水を加水分解する加水分解触媒として、ゼオライト、活性アルミナのいずれか又はこれらの混合物を用いると共に、前記反応気化器に供給する尿素水を、入口温度１１０〜２００℃、出口温度２００〜４００℃に加熱してアンモニア蒸気を生成することが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、尿素水からアンモニア水への加水分解が効率良く促進される。反応気化器に供給する尿素水を加熱するのに、入口温度１１０℃未満では、反応速度が緩やかでアンモニア蒸気の生成が遅く、出口温度４００℃を超えると、エネルギー消費が大きいわりに反応速度の上昇が少なくなると共に、加水分解触媒の反応気化器内における温度勾配が大きくなって、副生成物が発生する可能性があり好ましくない。
【００１５】
前記気化器にて得られたアンモニア蒸気を空気で希釈することが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、煙道中を送られてくる排ガスと反応させるアンモニア蒸気を適正に維持して、脱硝反応塔にて効率のよい脱硝反応を生じさせることができる。この場合、空気による希釈は、アンモニア濃度が３％以下程度であることが好ましい。仮に、人体が吸引するような異常事態が生じたとしても、人体に悪影響が生じないからである。
【００１７】
また、本発明に係る脱硝設備の特徴構成は、ＮＯx 含有排ガスを導入してアンモニア蒸気と混合させるアンモニア注入器と、このアンモニア注入器中にてアンモニア蒸気と混合された排ガスを反応させて排ガス中のＮＯx を分解する脱硝反応塔とを有する設備において、尿素水を反応気化器に送給する尿素水供給手段と、供給された前記尿素水を加水分解してアンモニア水を生成すると共に、加熱手段を備えて生成されたアンモニア水を気化しアンモニア蒸気を生成する反応気化器とを備え、この反応気化器にて生成したアンモニア蒸気を前記アンモニア注入器に導入することにある。
【００１８】
この構成によれば、スクラバーや防爆設備の設置など、多大な設備コストを必要とすることなく、それでいて確実かつ安定してアンモニアを発生させて脱硝反応に寄与せしめ、効率的な脱硝を可能にする脱硝設備を提供することができる。
【００１９】
前記反応気化器が、ゼオライト、活性アルミナのいずれか又はこれらの混合物である加水分解触媒を有していると共に、前記反応気化器に備えられている加熱手段が、尿素水を、入口温度１１０〜２００℃、出口温度２００〜４００℃に加熱可能になっていることが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、尿素水からアンモニア水への加水分解が効率良く促進される。
【００２１】
前記気化器にて得られたアンモニア蒸気を希釈する空気導入手段を有することが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、排ガスとアンモニア蒸気とを適正に反応できるように維持でき、脱硝反応塔にて効率のよい脱硝反応を生じさせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る脱硝設備の概略フロー図を示す。
【００２４】
この脱硝設備は、ボイラ、各種焼却炉、加熱炉、火力発電所などのような固定発生源から排出されるＮＯx 含有排ガスをアンモニア注入器１０に導入した後、脱硝触媒をハニカム状などに積層配置した脱硝反応塔１１で反応させ、無害なＮ2  にしてから煙突より放出する点については、従来技術と同様であるが、還元剤の供給源として尿素（水）を用いると共に、脱硝時に尿素を反応気化器２で加水分解してアンモニア水を生成し、このアンモニア水からアンモニア蒸気を生成した後、生成されたアンモニア蒸気をアンモニア注入器１０に吹き込むようにしており、その際、アンモニア蒸気の発生を効率良くするため、反応気化器２に加熱手段３を備えている点を特徴としている。
【００２５】
すなわち、尿素水供給手段を構成する尿素水貯槽１から所定量の尿素水を、供給用空気４と共に、加水分解触媒を有する反応気化器２に導入し、反応気化器２中に配置されている加水分解触媒と接触させることにより加水分解させて、アンモニア水を得る。この場合、反応気化器２中に導入された尿素水の加水分解を促進すると同時に、アンモニア蒸気を効率良く発生させるため、反応気化器２にヒーター等の加熱手段３を設けている。そして、尿素水を入口温度１１０〜２００℃、出口温度２００〜４００℃程度に加熱して反応させることが好ましい。１１０℃未満であると反応が緩いため効率的でなく、出口温度４００℃を超えると、エネルギー消費が大きい割に反応速度の上昇が少なくなると共に、加水分解触媒の反応気化器内における温度勾配が大きくなって、メラミンやシアヌル酸などの高融点化合物が副生成物として生じて好ましくない。
【００２６】
加水分解触媒としては、脱硝触媒を担持したゼオライト、活性アルミナなどが好ましく、これらは水に対して難溶性であり、固体塩基性を示すため、高い転化率を発揮する。加水分解触媒は、ボール状やハニカム状など種々の形状のものを使用でき、担持させる脱硝触媒は、従来公知の各種脱硝触媒を使用できる。なかでも、ハニカム状ＣａＯ−Ａｌ2Ｏ3 を用いると、強度が高く耐久性に優れて好ましい。
【００２７】
加水分解により得られたアンモニア水は、加熱手段により昇温されて気化されアンモニア蒸気となる。反応気化器２の構成は、加熱手段を備えている他は、一般のアンモニア気化器と同様な構造のものを使用できる。
【００２８】
その後、アンモニア蒸気は、新鮮空気を送給する送給ファン（図示略）などの空気導入手段により混合用空気と混合されて希釈され、排ガス中のＮＯx 分解用還元剤として、アンモニア注入器１０に吹き込まれ、アンモニア蒸気が排ガスと混合され、そのまま脱硝反応塔１１に送られる。供給用空気の供給量が十分に多い場合は、混合用空気の供給機構を省略してもよい。空気と混合する場合の希釈濃度は、３％程度が好ましい。アンモニア蒸気と混合される新鮮空気の流量は、予め発生するアンモニア蒸気の量を検知しておき、その結果に基づいて調節する調節機構を設けておくことが好ましい。
【００２９】
そして、排ガス中のＮＯx は、反応気化器２からタイミングよく安定して必要量が供給されるアンモニア蒸気により確実に分解され、脱硝反応塔１１において無害なＮ2  にされてから、送給ファンなどの送給装置Ｆによって煙突から放出される。
【００３０】
このように本実施形態では、尿素は無害であり、爆発性もないことから、尿素漏洩時の対応策して、アンモニア漏洩時に設けられるスクラバーや防爆設備の設置など、大掛かりで高価な設備は不要となる。しかも、尿素の分解を排ガスの有する熱に依存していないため、常時確実な尿素分解を可能にし、安定してアンモニア蒸気を吹き込む直前に生成でき、排ガス中のＮＯx を無害化できる。
【実施例】
【００３１】
ＮＯx を含有する焼却炉排ガスが通流する煙道に対して、図１に示す脱硝設備を用いて脱硝処理を行った。すなわち、チューブポンプを用いて反応気化器２内に、５％尿素水を０．９ｍＬ／分の流量で送液すると共に、供給用空気を１．０Ｌ／分の流量で送給した。反応気化器２内には、４〜８メッシュ（約４〜６ｍｍ径）程度に造粒され加水分解用触媒を担持した各種球状充填物（表１のＮｏ．１〜６）が、排ガスの時間当たり空間速度（ＳＶ）を約６００／時となるように搭載されている。ここに、球状充填物Ｎｏ．１は、ゼオライトにリチウムを担持させたもの（東ソー社製。商品名：ゼオライト３Ａ）であり、Ｎｏ．２は、ゼオライトにナトリウムを担持させたもの（東ソー社製。商品名：ゼオライト４Ａ）であり、Ｎｏ．３は、ゼオライトにカルシウムを担持させたもの（東ソー社製商品名：ゼオライト５Ａ）であり、Ｎｏ．４は、Ａ型ゼオライトよりも大きい細孔を有するもの（東ソー社製。商品名：ゼオライト９Ｆ）であり、Ｎｏ．５は、活性アルミナを造粒したもの（キシダ化学社製）であり、Ｎｏ．６は、アルミナを造粒し、高温で焼結させたもの（アルミックス社製。商品名：焼結アルミナボール）である。
【００３２】
反応気化器２では、入口温度約１５０℃、出口温度約３５０℃にして上記尿素水を加熱手段３であるヒーターにより加熱し、出口側のアンモニア濃度を測定した。アンモニア濃度の測定は、ガス検知器（ガステック社製）を用いて行った。その結果を表１に示す。
【表１】
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【００３３】
表１より、Ｎｏ．１〜５は３〜４％濃度のアンモニア蒸気が得られ、安定的にアンモニア注入器１０に供給でき、脱硝反応塔１で効果的に排ガス中のＮＯx を除去できたのに対して、Ｎｏ．６（焼結後アルミナ）の場合、反応気化器内において副生成物が生じ、固結してしまい約１時間後空気の流通が停止し、アンモニア濃度の測測定ができなかった。従って、反応気化器に内蔵する加水分解触媒としては、ゼオライト、活性アルミナに加水分解用触媒を担持したものを、使用することが好ましい。
【００３４】
〔別実施の形態〕
（１）上記実施形態において、ボイラ、各種焼却炉、加熱炉、火力発電所などから排出されるＮＯx 含有排ガスを対象として説明したが、本発明は、自動車その他、各種ＮＯx 含有排ガス発生設備などに対しても適用できる。特に、ディーゼル車の場合、排ガス中の酸素濃度が高いため、現状では十分なＮＯx 除去対策が採られていないところ、本発明を適用することにより、ＮＯx の無害化を実現できる。更に、ガソリン車の場合も、現状では、高価な貴金属触媒（三元触媒）を用いているが、本発明によれば、かかる三元触媒を用いる必要がなく、しかも有害かつ爆発性のあるアンモニアガスを搭載することにならないので、衝突事故などの場合、二次災害は起こらない。また、防爆対策などを必要とせず、実用的となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る脱硝工程の概要を示すフロー図
【図２】従来技術の脱硝工程の概要を示すフロー図
【符号の説明】
【００３６】
１          尿素水供給手段
２          反応気化器
３          加熱手段
１０        アンモニア注入器
１１        脱硝反応塔
【図１】
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【図２】
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