(57)【要約】【課題】還元剤にアンモニアを用いて、異なる動作温度で脱硝活性の高い複数種類の脱硝触媒により、燃焼排ガス中の窒素酸化物を広い温度範囲で脱硝処理を効率的に行なうことができる窒素酸化物の処理技術を提供する。【解決手段】火力発電所向け脱硝装置は、還元剤にアンモニアを用いた脱硝装置１０において、脱硝装置１０の燃焼排ガス入口に対して上流側に、２５０℃以上の高温でアンモニアと窒素酸化物との反応を促進し、窒素と水に分解する機能を有する高温脱硝触媒Ａを配置し、この高温脱硝触媒Ａの下流側に２５０℃未満の低温からアンモニアと窒素酸化物の反応を促進し、窒素と水に分解する機能を有する低温脱硝触媒Ｂを配置したことを特徴とするものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
還元剤にアンモニアを用いた脱硝装置において、
前記脱硝装置の燃焼排ガス入口に対して上流側に、２５０℃以上の高温でアンモニアと窒素酸化物との反応を促進し、窒素と水に分解する機能を有する高温脱硝触媒を配置し、
この高温脱硝触媒の下流側に２５０℃未満の低温からアンモニアと窒素酸化物の反応を促進し、窒素と水に分解する機能を有する低温脱硝触媒を配置したことを特徴とする脱硝装置。
【請求項２】
還元剤にアンモニアを用いた脱硝装置において、
前記脱硝装置の内部に、２５０℃以上の高温でアンモニアと窒素酸化物との反応を促進し、窒素と水に分解する機能を有する高温脱硝触媒と、
２５０℃未満からアンモニアと二酸化窒素との反応を促進し、二酸化窒素を一酸化窒素に部分還元する機能を有する二酸化窒素部分還元触媒と、
２５０℃未満からアンモニアと窒素酸化物の反応を促進し、窒素と水に分解する機能を有する低温脱硝触媒と、を配置したことを特徴とする脱硝装置。
【請求項３】
前記高温脱硝触媒は、前記脱硝装置の燃焼排ガス入口に対して上流側の第１層目に配置し、
前記高温脱硝触媒の下流側の第２層目に前記二酸化窒素部分還元触媒を配置し、
前記二酸化窒素部分還元触媒の下流側の最終層に前記低温脱硝触媒を配置した請求項２に記載の脱硝装置。
【請求項４】
還元剤にアンモニアを用いた脱硝装置において、
前記脱硝装置の燃焼排ガス入口に対して上流側に２５０℃以上でアンモニアと窒素酸化物との反応を促進し、窒素と水に分解する機能を有する高温脱硝触媒を設置し、
前記高温脱硝触媒の下流側に、２５０℃未満でアンモニアと二酸化窒素との反応を促進し、二酸化窒素を一酸化窒素に部分還元する機能を有する二酸化窒素部分還元触媒と、２５０℃未満でアンモニアと窒素酸化物の反応を促進し、窒素と水に分解する機能を有する低温脱硝触媒との触媒混合層を設置したことを特徴とする脱硝装置。
【請求項５】
還元剤にアンモニアを用いた脱硝装置において、
前記脱硝装置の内部に、燃焼排ガス入口に対して最下流に配置される触媒層は、上流側の触媒層で未反応のアンモニア分解反応を促進させる脱硝触媒層であることを特徴とする脱硝装置。
【請求項６】
脱硝装置内で還元剤にアンモニアを用いて燃焼排ガス中の窒素酸化物を選択的還元処理する方法において、
２５０℃以上の高温で脱硝活性の高い高温脱硝触媒を用いてアンモニアと窒素酸化物との反応を促進させて窒素と水に分解し、
前記高温脱硝触媒層の下流側で、２５０℃未満で脱硝活性の高い低温脱硝触媒を用いてアンモニアと窒素酸化物の反応を促進させて窒素と水に分解することを特徴とする窒素酸化物の処理方法。
【請求項７】
前記高温脱硝触媒の下流側設置の二酸化窒素部分還元触媒で、２５０℃未満からアンモニアと二酸化窒素との反応を促進させて二酸化窒素を一酸化窒素に部分還元させ、続いて、前記二酸化窒素部分還元触媒の下流側設置の前記低温脱硝触媒で窒素酸化物を脱硝処理して窒素と水に分解する請求項６に記載の窒素酸化物の処理方法。
【請求項８】
脱硝装置内で還元剤にアンモニアを用いて燃焼排ガス中の窒素酸化物を選択的還元処理する方法において、
２５０℃以上の高温で脱硝活性の高い高温脱硝触媒を用いてアンモニアと窒素酸化物の反応を促進させて窒素と水に分解し、
前記高温脱硝触媒の下流側で、２５０℃未満で活性が高く、二酸化窒素を一酸化窒素に部分還元させる二酸化窒素部分還元触媒と２５０℃未満で脱硝活性の高い低温脱硝触媒との触媒混合層により、前記二酸化窒素部分還元触媒で生成される一酸化窒素を前記低温脱硝触媒で迅速に脱硝反応処理し、窒素と水に分解することを特徴とする窒素酸化物の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、火力発電所等から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）の処理方法および脱硝装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所は、燃料の燃焼に伴い発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）の処理技術として、窒素酸化物を窒素および水に分解する脱硝技術がある。一般的な脱硝技術には、アンモニアや尿素を還元剤として用いて、窒素酸化物を窒素と水に分解するアンモニア接触還元法（ＮＨ３−ＳＣＲ）、炭化水素を還元剤として用いる炭化水素接触還元法（ＨＣ−ＳＣＲ）、窒素酸化物の分解に必要なエネルギをコロナ放電等により供給する放電法、および窒素酸化物用吸着剤を用いた吸着法などがある。このうち、火力発電所向け脱硝技術にはアンモニア接触還元法が多く用いられている。
【０００３】
再生可能エネルギの普及に伴い電力系統の不安定化が懸念され、電力系統の負荷調整のために、火力発電所の運転方法の多様化が想定される。火力発電所の運転方法が多様化した場合、窒素酸化物（ＮＯｘ）の組成変化や燃焼器から排出される燃焼排ガスの排出ガス温度が変化することが予想される。排出ガス温度が変化すると、窒素酸化物の反応性が大きく変化することが懸念される。
【０００４】
ところで、アンモニア接触還元法では、反応温度および窒素酸化物の組成が、その反応性に大きく影響を与えることが知られている。一般的に、窒素酸化物は低温での反応性が乏しく、ある最適な温度域で最も反応性が高くなり、さらに、より高温になった場合は再び反応性が低下する挙動が示されている。
【０００５】
また、窒素酸化物（ＮＯｘ）中の一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化窒素（ＮＯ２）の割合が変化した場合、アンモニアを用いた接触還元法の反応性も大きく変化する。一酸化窒素および二酸化窒素は１：１の割合のときに、還元効率が高く、窒素酸化物は最も優れた処理性能を示す。
【０００６】
現状では火力発電所の負荷変動運転に対応するためには、最適な触媒温度で運転できるように低温動作用触媒と高温使用触媒とを組み合せた脱硝触媒を脱硝装置が備えたものや、触媒層の温度変化に対応して排ガス流路を切り替える脱硝装置が提案されている。
【０００７】
また、脱硝触媒の前段に酸化触媒などを配置することで、一酸化窒素やアンモニア、硝酸を酸化し、窒素酸化物の組成を調整する脱硝装置、窒素酸化物（ＮＯｘ）の組成に応じて異なる還元剤を供給する脱硝装置および低温で窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸着する層とアンモニアＳＣＲ触媒を組み合せた脱硝装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００９−５３８７３５号公報
【特許文献２】特開平１０−１５３５５号公報
【特許文献３】特開２０１３−２２１４６６号公報
【特許文献４】特開平６−３１９９５１号公報
【特許文献５】特開平８−１０３６３６号公報
【特許文献６】特開平８−２６６８６８号公報
【特許文献７】特開平９−９４４３７号公報
【特許文献８】特開平５−２４５３３８号公報
【特許文献９】特表２００６−５１９３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
火力発電所では、負荷変動運転に伴い、燃焼排ガス温度や排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）組成が変化する。特に燃焼排ガス温度や排ガス中の窒素酸化物組成が一酸化窒素（ＮＯ）に較べ二酸化窒素（ＮＯ２）が多くなるように変化した場合、脱硝装置内の脱硝触媒におけるＮＯとＮＯ２の還元効率が低いため、燃焼排ガス中の窒素酸化物を充分有効的に脱硝処理を行なうことが困難となる。
【００１０】
また、従来の特許文献記載の脱硝技術の中には、脱硝装置内の活性温度域が異なる２種類の脱硝触媒の触媒層を設けたものがある。しかし、この脱硝装置は還元剤として炭化水素やアルコール等を使用し、燃焼排ガスの流れに対して上流側に低温用の脱硝触媒を配置し、その下流側の後段に高温用の脱硝触媒を配置した脱硝技術である。
【００１１】
特許文献記載の脱硝技術は、燃焼排ガス中の窒素酸化物濃度や還元剤濃度が高い場合には有効であるが、火力発電所向け脱硝装置のように、燃焼器からの燃焼ガスでガスタービンを駆動したり、ボイラで仕事をしたり、積極的な熱交換により燃焼排ガス温度が低下する排ガス系では、燃焼排ガス中の窒素酸化物の脱硝処理を効率よく行なうことが困難で、充分な脱硝機能が得られない。
【００１２】
本発明の実施形態は、上述した事情を考慮してなされたもので、還元剤にアンモニアを用いて、異なる動作温度で脱硝活性の高い複数種類の脱硝触媒により、燃焼排ガス中の窒素酸化物の脱硝処理を広い温度範囲で効率的に行なうことができる脱硝装置および窒素酸化物の処理方法を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明の実施形態の他の目的は、還元剤に用いるアンモニアのロスが少なく、窒素酸化物の脱硝処理を広い温度範囲で還元効率よく実施でき、窒素酸化物の組成如何に関わらず、窒素酸化物の脱硝処理を効率的に行なうことができる火力発電所向け脱硝装置および窒素酸化物の処理方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の実施形態は、上述した課題を解決するために、還元剤にアンモニアを用いた脱硝装置において、前記脱硝装置の燃焼排ガス入口に対して上流側に、２５０℃以上の高温でアンモニアと窒素酸化物との反応を促進し、窒素と水に分解する機能を有する高温脱硝触媒を配置し、この高温脱硝触媒の下流側に２５０℃未満の低温からアンモニアと窒素酸化物の反応を促進し、窒素と水に分解する機能を有する低温脱硝触媒を配置したことを特徴とする脱硝装置である。
【００１５】
また、本発明の実施形態は、上述した課題を解決するために、還元剤にアンモニアを用いた脱硝装置において、前記脱硝装置の内部に、２５０℃以上の高温でアンモニアと窒素酸化物との反応を促進し、窒素と水に分解する機能を有する高温脱硝触媒と、２５０℃未満からアンモニアと二酸化窒素との反応を促進し、二酸化窒素を一酸化窒素に部分還元する機能を有する二酸化窒素部分還元触媒と、２５０℃未満からアンモニアと窒素酸化物の反応を促進し、窒素と水に分解する機能を有する低温脱硝触媒と、を配置したことを特徴とする脱硝装置である。
【００１６】
さらに、本発明の実施形態は、上述した課題を解決するために、還元剤にアンモニアを用いた脱硝装置において、前記脱硝装置の燃焼排ガス入口に対して上流側に２５０℃以上でアンモニアと窒素酸化物との反応を促進し、窒素と水に分解する機能を有する高温脱硝触媒を設置し、前記高温脱硝触媒の下流側に、２５０℃未満でアンモニアと二酸化窒素との反応を促進し、二酸化窒素を一酸化窒素に部分還元する機能を有する二酸化窒素部分還元触媒と、２５０℃未満でアンモニアと窒素酸化物の反応を促進し、窒素と水に分解する機能を有する低温脱硝触媒との触媒混合層を設置したことを特徴とする脱硝装置である。
【００１７】
さらにまた、本発明の実施形態は、上述した課題を解決するために、還元剤にアンモニアを用いた脱硝装置において、前記脱硝装置の内部に、燃焼排ガス入口に対して最下流に配置される触媒層は、上流側の触媒層で未反応のアンモニア分解反応を促進させる脱硝触媒層であることを特徴とする脱硝装置である。
【００１８】
一方、本発明の実施形態は、上述した課題を解決するために、脱硝装置内で還元剤にアンモニアを用いて燃焼排ガス中の窒素酸化物を選択的還元処理する方法において、２５０℃以上の高温で脱硝活性の高い高温脱硝触媒を用いてアンモニアと窒素酸化物との反応を促進させて窒素と水に分解し、前記高温脱硝触媒層の下流側で、２５０℃未満で脱硝活性の高い低温脱硝触媒を用いてアンモニアと窒素酸化物の反応を促進させて窒素と水に分解することを特徴とする窒素酸化物の処理方法である。
【００１９】
さらに、本発明の実施形態は、上述した課題を解決するために、脱硝装置内で還元剤にアンモニアを用いて燃焼排ガス中の窒素酸化物を選択的還元処理する方法において、２５０℃以上の高温で脱硝活性の高い高温脱硝触媒を用いてアンモニアと窒素酸化物の反応を促進させて窒素と水に分解し、前記高温脱硝触媒の下流側で、２５０℃未満で活性が高く、二酸化窒素を一酸化窒素に部分還元させる二酸化窒素部分還元触媒と２５０℃未満で脱硝活性の高い低温脱硝触媒との触媒混合層により、前記二酸化窒素部分還元触媒で生成される一酸化窒素を前記低温脱硝触媒で迅速に脱硝反応処理し、窒素と水に分解することを特徴とする窒素酸化物の処理方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の実施形態に係る脱硝装置は、還元剤にアンモニアを用いて異なる動作温度で脱硝活性の高い複数種類の脱硝触媒（少なくとも上流側の高温脱硝触媒と下流側の低温脱硝触媒）により、燃焼排ガス中の窒素酸化物を広い温度範囲に亘って脱硝処理を効率的に行ない、窒素と水に分解処理することができる。
【００２１】
また、脱硝装置の内部に高温脱硝触媒と二酸化窒素部分還元触媒と低温脱硝触媒を設置することで、還元剤に用いるアンモニアのロスが少なく、窒素酸化物の組成如何に関わらず、窒素酸化物の脱硝処理を効率的に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る第１実施形態を示す脱硝装置の構成図。
【図２】本発明に係る第２実施形態を示す脱硝装置の構成図。
【図３】本発明に係る第３実施形態を示す脱硝装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２４】
火力発電所では、液化天然ガス、シェールガス、石炭ガス等を燃料とするガスタービン燃焼器から排出される燃焼排ガスをガスタービンに案内して仕事をしており、仕事をした燃焼排ガスは燃焼排ガス系の煙道を通って脱硝装置に導かれる。火力発電所向け脱硝装置には、還元剤としてアンモニア（ＮＨ３）を用いるアンモニア接触還元法が多く用いられる。
【００２５】
脱硝触媒として、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，ＺｒＯ２，ＴｉＯ２およびゼオライトからなる群より選ばれる１種以上の担体、例えばハニカム担体に、Ｐｔ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｇ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｎｉ，ＺｉおよびＩｎからなる群から選ばれた１種以上の金属を含有させたものが知られている。
【００２６】
脱硝触媒は、燃焼排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）および還元剤としてのアンモニア（ＮＨ３）との反応を加速し、以下に代表される脱硝反応を促進させ、窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）に分解される。
［化１］
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２  →  ４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ        ……反応式（１）
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３  →  ２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ        ……反応式（２）
６ＮＯ２＋８ＮＨ３      →  ７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ      ……反応式（３）
【００２７】
また、脱硝反応は若干の温度上昇を伴い、副反応としてアンモニア分解反応を促進する可能性がある。アンモニア分解反応は一般的に脱硝反応に適した温度域より高温で進行する。
［化２］
４ＮＨ３＋３Ｏ２  →  ２Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ        ……反応式（４）
４ＮＨ３＋５Ｏ２  →  ４ＮＯ＋６Ｈ２Ｏ       ……反応式（５）
２ＮＨ３＋２Ｏ２  →  Ｎ２Ｏ＋３Ｈ２Ｏ        ……反応式（６）
【００２８】
火力発電所では、燃料の燃焼に伴い発生するＮＯｘの処理技術として、窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素と水に分解する脱硝技術が、脱硝装置により行なわれる。
【００２９】
［第１の実施形態］
図１は、脱硝装置の第１の実施形態を示す構成図である。この火力発電所向け脱硝装置は、脱硝装置１０内部に高温脱硝触媒Ａと低温脱硝触媒Ｂとを組み合せた構成例を示す。火力発電所では、ガスタービン燃焼器等の燃焼器１１からの燃焼排ガスは、図示しないガスタービンで仕事をした後、煙道１２を通って脱硝装置１０に案内される。脱硝装置１０に至る煙道１２もしくは脱硝装置１０、すなわち、脱硝装置１０の燃焼排ガス入口側には、ＮＯｘの還元剤を供給する還元剤供給手段１３が設けられる。還元剤供給手段１３はＮＯｘの還元剤として、例えばアンモニア（ＮＨ３）を供給するようになっている。還元剤供給手段１３は還元剤であるアンモニアの発生源として尿素、水酸化アンモニウム、蟻酸アンモニウムおよび他の窒素含有物質を用いることができる。
【００３０】
脱硝装置１０で燃焼排ガス中のＮＯｘを脱硝処理した排ガスは煙道１５を通り排ガス設備または煙突１６に案内される。排ガス設備で脱硫作用や集塵等の排ガス処理を行ない、煙突から大気中に放出される。２０万ｋＷクラスの火力発電所では燃焼器１１から排出される燃焼排ガス量は、例えば約２６，０００ｍ３／ｍｉｎ程度の多量である。
【００３１】
ところで、脱硝装置１０には、ＮＯｘとの脱硝反応の活性温度域が異なる少なくとも２種類の脱硝触媒層、例えば高温脱硝触媒層１７と低温脱硝触媒層１８とが配置される。高温脱硝触媒層１７は燃焼排ガス流れに対して上流側に配置され、その下流側に低温脱硝触媒層１８が配置される。高温脱硝触媒Ａは、２５０℃以上の高温で燃焼排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）と還元剤のＮＨ３の反応を促進させて窒素と水に分解する機能を有する。低温脱硝触媒Ｂは２５０℃未満の低温で窒素酸化物とアンモニアの反応を促進し、窒素と水に分解する機能を有する。
【００３２】
高温脱硝触媒層１７は２５０℃以上の高温で脱硝活性の高いアンモニア接触還元触媒の高温脱硝触媒Ａが用いられ、低温脱硝触媒層１８には、２５０℃未満の低温で脱硝活性が高いアンモニア接触還元触媒の低温脱硝触媒Ｂが用いられる。
【００３３】
高温脱硝触媒層１７に用いられる２５０℃以上の高温域で脱硝活性が高い高温脱硝触媒Ａには、例えばＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，Ｖ２Ｏ５，ＺｒＯ２，ＴｉＯ２およびゼオライトからなる群より選ばれた複数種の担体、例えばハニカム担体に、Ｃｕ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｆｅ，ＴｉおよびＶからなる群より選ばれた金属を含有させたものが用いられる。
【００３４】
また、２５０℃未満の低温域で脱硝活性が高い低温脱硝触媒Ｂには、例えばＡｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，Ｖ２Ｏ５，ＺｒＯ２，ＴｉＯ２およびゼオライトからなる群より選ばれた複数種の担体（例えばハニカム担体）に、Ａｇ，Ｔｉ，Ｖから選ばれた１つ以上の金属を含有させたものが用いられる。例えば、Ａｇを担持したゼオライト、Ｖ２Ｏ５が用いられる。
【００３５】
一方、火力発電所の負荷変動運転に伴い、煙道１２出口側または脱硝装置１０の燃焼排ガス入口側での燃焼排ガス温度は１３０℃〜４００℃の温度範囲で変動し、通常運転時では排ガス温度は例えば４００℃程度となって、脱硝装置１０に送られ、脱硝装置１０で排ガス中のＮＯｘは脱硝処理される。脱硝装置１０では、高温脱硝触媒層１７および低温脱硝触媒層１８を通る間に排ガス中のＮＯｘは、還元剤のＮＨ３との選択的接触還元（ＳＣＲ）が行なわれて、反応式（１），（２）および（３）に代表される脱硝反応が促進される。脱硝装置１０内の高温脱硝触媒層１７および低温脱硝触媒層１８には、燃焼排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）からＮＯとＮＯ２を除去する高温および低温脱硝触媒Ａ，Ｂの触媒層が用いられる。
【００３６】
このうち、２５０℃以上の燃焼排ガス中のＮＯｘは、高温脱硝触媒層１７を通る間に２５０℃以上の高温域で脱硝活性の高い高温脱硝触媒Ａにより、９０％以上のＮＯｘは反応式（１）〜（３）で示す脱硝反応が行なわれ、アンモニアと窒素酸化物との反応が促進されて窒素と水に分解される。また、副反応としての反応式（４）で示されるアンモニア分解反応が生じて、窒素と水等に分解される。高温脱硝触媒層１７を通った残りの排ガス中のＮＯｘは、低温脱硝触媒層１８に導かれ、ここで２５０℃未満の低温域で脱硝活性の高い低温脱硝触媒Ｂにより、再び脱硝反応が実施され、アンモニアと窒素酸化物との反応が促進されて窒素と水に分解される。
【００３７】
脱硝装置１０でＮＯｘが処理された排ガスは、１００℃程度の温度となって煙道１５に導かれ、煙道１５を通って排ガス設備または煙突１６に排出される。排ガス設備では脱硫や集塵、白煙発生防止等の排ガス処理が行なわれ、煙突から大気中に放出される。
【００３８】
脱硝装置１０の内部には、高温脱硝触媒層１７と低温脱硝触媒層１８とが燃焼排ガス流れに対して上流側および下流側にそれぞれ配置される。高温脱硝触媒層１７と低温脱硝触媒層１８とをこの順序で配置することで、燃焼排ガス温度および触媒層温度が２５０℃未満、例えば２００℃の低い状態では、燃焼排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）およびアンモニアが大部分高温脱硝触媒層１７を未反応のまま通過し、下流側にある低温脱硝触媒層１８に送られ、ここで脱硝反応が進められる。燃焼排ガス温度および触媒層温度が例えば２５０℃以上の高温状態では、高温脱硝触媒層１７で燃焼排ガス中のＮＯｘおよびアンモニアが反応し、窒素と水に分解する脱硝反応が進行し、副反応でアンモニア分解反応が生じている。
【００３９】
脱硝装置１０は、上流側に高温脱硝触媒層１７を、下流側に低温脱硝触媒層１８をそれぞれ配置することで、燃焼排ガス中の窒素酸化物の脱硝反応を促進して窒素と水に分解処理することができる。このため、反応式（５），（６）の反応進行による窒素酸化物（ＮＯ，Ｎ２Ｏ）の増加を抑制することができる。
【００４０】
脱硝装置１０の内部を高温脱硝触媒層単独で用いた場合には、燃焼排ガス等が２００℃以下の低温では脱硝反応が生じない未反応状態が生じたり、低温脱硝触媒層単独で用いた場合には、３００℃以上の高温ではアンモニア分解反応が加速し、供給した還元剤であるアンモニアが脱硝反応に充分寄与できなくなることに加え、反応式（５），（６）の反応進行により窒素酸化物（一酸化窒素（ＮＯ）や亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ））の増加が生じる虞がある。
【００４１】
ところで、燃焼排ガス温度が２００℃以下の低温では高温脱硝触媒層１７は脱硝反応は殆ど生じず、２００℃〜２５０℃未満の排ガス温度ではＮＯｘの脱硝反応は１０％弱程度しか生じない。この場合、窒素酸化物の脱硝処理は、下流側の低温脱硝触媒層１８で行なわれる。
【００４２】
また、脱硝装置１０内で高温脱硝触媒層１７と低温脱硝触媒層１８の配置順序と逆転させた場合には、低温脱硝触媒Ｂ層単独で用いた場合とほぼ同様となり、後流側に配置した高温脱硝触媒Ａで脱硝反応を機能させるためには、高温脱硝触媒Ａの直前にアンモニア供給機構を追加するなどの処理が必要となる。
【００４３】
また、火力発電所は、燃料にＬＮＧを使用した場合には、燃焼器１１からの燃焼排ガスは、比較的清浄な排ガスであるために、脱硝装置１０の下流側に設けられる排ガス設備に電気集塵機や脱硫装置を必ずしも備える必要はなく、脱硝装置１０から排出される燃焼排ガス温度は煙道１５を通る間に１００℃以下に温度降下し、凝縮して生じた水（水蒸気）が白煙化するため、排ガス温度を例えば１２０℃程度に加熱する加熱装置が設けられる。この加熱装置により燃焼排ガスの白煙化を防止することができる。
【００４４】
燃料に石炭ガスや石炭、あるいはシェールガスを用いる場合には、燃焼排ガス中に硫黄（Ｓ）分やスス等が含まれるために、排ガス設備には、電気集塵機等の集塵装置や硫黄分を除去する脱硫装置、加熱装置による白煙防止装置が備えられる。
【００４５】
さらに、例えば２０万ｋＷクラスの火力発電所向け脱硝装置１０では、運転時に、例えば約２６，０００ｍ３／ｍｉｎの燃焼排ガス量を処理するため、脱硝装置１０の高温脱硝触媒層１７や低温脱硝触媒層１８には、多量の排ガス流量を通過させる偏平なハニカム構造の脱硝触媒層１７，１８が用いられる。脱硝触媒層１７，１８は、例えば、排ガス流の流れ方向に１ｍ以下、例えば数１０ｃｍの厚さで、表面積（縦、横方向長さ）が数ｍ×１０数ｍ程度の偏平立体構造に構成される。
【００４６】
［第１の実施形態の効果］
第１の実施形態では、脱硝装置１０内の上流側に２５０℃以上の高温で燃焼排ガス中の窒素酸化物とアンモニアとの反応を促進し、無害の窒素と水とに分解する機能を有する高温脱硝触媒Ａと、下流側に２５０℃未満の低温で排ガス中の窒素酸化物と還元剤のアンモニアとの反応を促進し、無害の窒素と水とに分解する機能を有する低温脱硝触媒Ｂとを設置したので、広い温度範囲に亘り排ガス中の窒素酸化物を脱硝装置１０内で脱硝反応を効果的に行ない、無害の窒素と水とを分解する環境浄化機能を果すことができる。
【００４７】
また、脱硝装置１０内の上流側で２５０℃以上の脱硝活性の高い高温脱硝触媒Ａと、下流側で２５０℃未満で脱硝活性の高い低温脱硝触媒Ｂとを配置したので、低温から高温に至る燃焼排ガスの幅広い温度範囲で、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）と還元剤のアンモニアとの反応を促進し、無害の窒素と水とに分解して環境を浄化させる一方、排ガス温度が２００℃以上の温度でアンモニア分解反応を加速し、無害の窒素と水とに分解させることができる。
【００４８】
さらに、脱硝装置１０の下流側の煙道に接続される排ガス設備に集塵装置や燃焼排ガス温度を１００℃以上、例えば１２０℃程度に加熱する加熱装置を設けたので、燃焼排ガス処理で発生した水が凝縮して白煙が発生するのを防止することができる。
【００４９】
［第２の実施形態］
図２は、脱硝装置の第２の実施形態を示すものである。
第２の実施形態に係る火力発電所向け脱硝装置は、第１の実施形態と比較して脱硝装置１０Ａ内部に配置される触媒層が増加した構成が異なり、他の構成は第１の実施形態に示された火力発電所向け脱硝装置１０と異ならないので、同じ構成には同一符号を付して重複する説明は省略ないし簡素化する。
【００５０】
第２の実施形態の火力発電所向け脱硝装置は、脱硝装置１０Ａの内部に高温脱硝触媒層１７と二酸化窒素部分還元触媒層２０と低温脱硝触媒層１８との３つの触媒層を組み合せた構成例としたものである。脱硝装置１０Ａの内部には上流側から高温脱硝触媒層１７、二酸化窒素部分還元触媒層２０、低温脱硝触媒層１８の順で順次配置される。各触媒層１７，２０および１８は、偏平な立体構造に構成されている。
【００５１】
高温脱硝触媒層１７と低温脱硝触媒層１８には、第１の実施形態に示された脱硝装置１０の高温および低温脱硝触媒層１７，１８と同じ高温および低温の脱硝触媒Ａ，Ｂが用いられる。二酸化窒素部分還元触媒層２０には、例えばＣｕ，Ｍｎ，Ｆｅから選択された金属を担持したゼオライトからなる二酸化窒素部分還元触媒Ｃが用いられる。
【００５２】
図２に示された脱硝装置１０Ａは、脱硝装置１０Ａへの燃焼排ガス入口に対して上流側の第１層目に２５０℃以上の高温で燃焼排ガス中のＮＯｘとアンモニア（ＮＨ３）の反応を促進し、窒素と水に分解する機能を有する高温脱硝触媒Ａと、第２層目に配置された二酸化窒素部分還元触媒Ｃと最終層に配置され、２５０℃未満の低温で排ガス中のＮＯｘとアンモニアの脱硝反応を促進し、窒素と水に分解する機能を有する低温脱硝触媒Ｂとを有する。
【００５３】
第２層目に配置された二酸化窒素部分還元触媒層２２は、２５０℃未満の温度でアンモニアと水酸化窒素の部分還元反応を促進し、二酸化窒素（ＮＯ２）を一酸化窒素（ＮＯ）に部分還元する機能を有する。
【００５４】
二酸化窒素部分還元触媒Ｃは、燃焼排ガス中の二酸化窒素および還元剤として供給されるアンモニアとの反応を加速し、反応式（７）で示される部分還元反応の促進により一酸化窒素を生成する。
［化３］
３ＮＯ２＋２ＮＨ３  →  ３ＮＯ＋Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ        ……反応式（７）
【００５５】
第２の実施形態で示されたように、脱硝装置１０Ａに各触媒層１７，２０，１８をこの順に配置することにより、第１の実施形態に記載された脱硝効果に加え、一酸化窒素（ＮＯ）に対して二酸化窒素（ＮＯ２）の割合が高い状態において、窒素酸化物（ＮＯｘ）組成であるＮＯとＮＯ２の割合を１：１に近い環境に整えることが可能となる。ＮＯとＮＯ２の割合を１：１に整合させることにより、ＮＯとＮＯ２の還元効率を向上させ、脱硝反応を効率よく行なうことができる。
【００５６】
ところで、二酸化窒素部分還元触媒Ｃは、２００℃を超えて高温になった場合に、ＮＨ３の分解反応を加速する可能性がある。このため、二酸化窒素部分還元触媒Ｃを高温脱硝触媒Ａ前段に設置すると脱硝反応に寄与するアンモニア量の低下および反応式（５），（６）の反応進行により窒素酸化物であるＮＯとＮＯ２とが増加することが生じる。しかし、二酸化窒素部分還元触媒Ｃを高温脱硝触媒層１７の後段（下流）側に設置することにより、脱硝反応が促進されるので、反応式（５），（６）によるアンモニア分解反応しても、窒素酸化物（ＮＯ，ＮＯ２）の増加を抑制することができる。
【００５７】
また、低温脱硝触媒Ｂより後段に二酸化窒素部分還元触媒Ｃを配置した場合には、二酸化窒素部分還元触媒Ｃで二酸化窒素酸化物のＮＯとＮＯ２の割合を整えた後に、脱硝反応を促進させる触媒層（低温脱硝触媒層）が存在せず、脱硝反応が充分に進行しなくなる虞がある。
【００５８】
したがって、脱硝装置１０Ａ内部で上流側の高温脱硝触媒層１７と下流側の低温脱硝触媒層１８との間に、中間層として二酸化窒素部分還元触媒層２０を設置する配置とすることで、ＮＯに対してＮＯ２の割合が高い状態においても、ＮＯとＮＯ２との割合を１：１の環境に整えることができる。このＮＯとＮＯ２の割合整合化により、低温脱硝触媒層１８での脱硝反応を充分に効率よく進行させ、脱硝反応を良好にすることができる。
【００５９】
［第２の実施形態の効果］
第２の実施形態の脱硝装置１０Ａは、第１の実施形態で示された脱硝装置１０の効果に加えて、脱硝装置１０Ａの内部に二酸化窒素部分還元触媒層２０を中間層として配置したので、二酸化窒素の割合が一酸化窒素に較べて多い場合にも、ＮＯ２部分還元反応によりＮＯとＮＯ２との割合を１：１の環境に整合化させて、ＮＯとＮＯ２の還元効率を向上させることができ、後流側での低温脱硝触媒層１８での脱硝反応が良好となる。
【００６０】
また、脱硝装置１０Ａ内に燃焼排ガスの上流側から下流側に高温脱硝触媒層１７、二酸化窒素部分還元触媒層２０、低温脱硝触媒層１８を順次配設し、３つの触媒層１７，２０，１８を組み合せて構成したので、各触媒層１７，２０，１８は独立して設置されており、個々の触媒層１７，２０，１８のメンテナンスが容易となる。
【００６１】
［第３の実施形態］
脱硝装置の第３の実施形態を、図３を参照して説明する。
第３の実施形態に示される火力発電所向け脱硝装置は、脱硝装置１０Ｂの内部に、高温脱硝触媒Ａと二酸化窒素部分還元触媒Ｃと低温脱硝触媒Ｂとを組み合せた混合触媒Ｄとを備える。第１の実施形態に示された脱硝装置１０と比較して、脱硝装置１０Ｂの内部に配置される触媒層が変化している。第１の実施形態の火力発電所向け脱硝装置１０と同じ構成には、同一符号を付して重複説明を省略ないしは簡素化する。
【００６２】
第３の実施形態に示される火力発電所向け脱硝装置は、脱硝装置１０Ｂの内部に、燃焼排ガス流れに対して、上流側から高温脱硝触媒Ａおよび二酸化窒素部分還元触媒と低温脱硝触媒とを組み合せた混合脱硝触媒Ｄの順に配置される。混合触媒Ｄの二酸化窒素部分還元触媒と低温脱硝触媒の触媒混合層２１は、二酸化窒素部分還元触媒と低温脱硝触媒とを交互に配置しても、ミックスさせて混合配置してもよく、配置の組合せは自由である。二酸化窒素部分還元触媒は、第２の実施形態に配置された二酸化窒素部分還元触媒層２０に備えられるＮ２Ｏ部分還元触媒と同じであり、低温脱硝触媒Ｂは第２の実施形態に配置された低温脱硝触媒層１８の脱硝触媒と異ならない。
【００６３】
第３の実施形態に示された火力発電所向け脱硝装置１０Ｂは、第１および第２の実施形態で示された脱硝装置１０，１０Ａで得られる脱硝作用とほぼ同じ脱硝効果が得られる他、混合触媒Ｄの二酸化窒素部分還元触媒上で生成される（反応式（７）の）一酸化窒素を隣接する低温脱硝触媒で迅速に消費し、脱硝反応処理される。
【００６４】
また、混合触媒Ｄの二酸化窒素部分還元触媒Ｃ上で燃焼排ガス中の一酸化窒素増加時に一酸化窒素および脱硝触媒上に吸着している窒素種（窒素の吸着種Ｎ−ａｂ）との反応が進行し、反応式（８）に代表される部分還元反応が促進し、一酸化二窒素（亜酸化窒素）Ｎ２Ｏが発生する虞がある。
［化４］
ＮＯ＋（Ｎ−ａｂ）  →  Ｎ２Ｏ      ……反応式（８）
【００６５】
しかし、第３の実施形態では、二酸化窒素部分還元触媒と低温脱硝触媒の触媒混合層２３は、二酸化窒素部分還元触媒の直近に低温脱硝触媒がミックスあるいは混合された混合触媒Ｄが配置されているので、部分還元反応の促進により反応式（７）で生成された一酸化窒素は、直近の低温脱硝触媒で迅速に消費され、脱硝反応が促進されるので、二酸化窒素部分還元触媒上で一酸化窒素増加時に起こり得る可能性のある一酸化二窒素（亜酸化窒素）Ｎ２Ｏの発生を抑制することができる。
【００６６】
一酸化二窒素の抑制により、ＣＯ２の３００倍の程度もの温室効果を有するガスの発生を抑制することができる。水溶性がなく、化学的に安定な物質であるＮ２Ｏの抑制は、温暖化を防止する環境対策上優れた技術となる。
【００６７】
［第３の実施形態の効果］
第３の実施形態は、第１および第２の実施形態で示された脱硝装置１０，１０Ａと同等の脱硝効果が得られ、燃焼排ガス中の窒素酸化物が有害な一酸化窒素や二酸化窒素を取り除く脱硝処理を効果的に行なうことができる。
【００６８】
また、脱硝装置１０Ｂの内部に、高温脱硝触媒層１７の下流側で二酸化窒素部分還元触媒Ｃと低温脱硝触媒とを組み合せたり、混合した触媒混合層２３を配置し、この触媒混合層２３により二酸化窒素部分還元触媒上で一酸化窒素増加時に起こり得る一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）の生成を抑制することができ、温暖化ガスの発生抑制を図ることができ、環境対策上優れたものとなる。
【００６９】
［第４の実施形態］
脱硝装置の第４の実施形態を説明する。
第４の実施形態に示された火力発電所向け脱硝装置は、図１ないし図３に示した脱硝装置１０Ｃの配置構成例を備える。この脱硝装置１０Ｃは、その内部が燃焼排ガス流れに対して、最下流に、低温脱硝触媒層１８（図１，２参照）または二酸化窒素部分還元触媒と低温脱硝触媒の触媒混合層２１（図３参照）が配置される。脱硝装置１０Ｃの内部には、燃焼排ガス流れに対して最下流に低温脱硝触媒Ｂまたは、低温脱硝触媒と二酸化窒素部分還元触媒の混合触媒Ｄが配置される。その他の火力発電所向け脱硝装置の構成は、第１ないし第３の実施形態と構成を同じくするので、同じ構成に同一符号を付して重複説明を省略する。
【００７０】
第４の実施形態では、火力発電所が起動して運転状態が安定し、脱硝装置１０（１０Ａ，１０Ｂ）が充分に暖まり、高温脱硝触媒層１７が脱硝機能を発揮する２５０℃以上の温度範囲になると、燃焼排ガス中の窒素酸化物および還元剤として供給されるアンモニアの大部分、例えば窒素酸化物の９０％程度あるいはそれ以上が（高温脱硝触媒層１７において反応式（１）〜（３）で示される）脱硝処理され、窒素酸化物（ＮＯｘ）は無害の窒素（Ｎ２）および水（Ｈ２Ｏ）に分解処理される。
【００７１】
その際、低温脱硝触媒層１８または二酸化窒素部分還元触媒と低温脱硝触媒の触媒混合層２１は、還元剤のアンモニア分解に対して触媒活性を有し、高温脱硝触媒層１７で反応しなかったアンモニアが、アンモニア分解反応で分解される。
【００７２】
燃焼排ガスは窒素酸化物組成において、一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化窒素（ＮＯ２）の割合が１：１の際に脱硝率が高まることが知られている。実際の火力発電所では温度が低い燃焼排ガスが発生する際は二酸化窒素（ＮＯ２）の濃度が高まる。ただ、１３０℃〜１４０℃の間で燃焼排ガス組成、例えばＮＯとＮＯ２との割合に有意な差があることは確認されていない。しかし、通常運転時（燃焼器１１の出口が１０００℃程度で触媒層温度３００℃程度の場合）に較べ、排ガスの温度が低いと二酸化窒素（ＮＯ２）が高くなる。
【００７３】
一般的に、燃焼排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を充分に処理する為にアンモニアはＮＯｘ処理に最低限必要な量より多く供給する事が多い。そのため、未反応のアンモニアが残留する可能性がある。アンモニアは規制対象となるので、ＮＯｘが残っている間にアンモニアが無くなることは避けたいが、ＮＯｘが無くなればアンモニアを処理することが望まれる。第４の実施形態の脱硝装置は、高温脱硝触媒層１７で未反応のアンモニアをアンモニア分解反応によって処理を実現するための構成としている。
【００７４】
［第４の実施形態の効果］
第４の実施形態では、脱硝装置１０Ｃ内において、燃焼排ガス流れに対して最下流に低温脱硝触媒Ｂまたは二酸化窒素部分還元触媒と低温脱硝触媒の混合触媒Ｄを配置したので、高温脱硝触媒層１７が脱硝活性を有する温度範囲では、燃焼排ガス中の窒素酸化物および供給したアンモニアの大部分は高温脱硝触媒層１７で脱硝処理される。その際、低温脱硝触媒Ｂまたは二酸化窒素部分還元触媒と低温脱硝触媒の混合触媒Ｄは、アンモニア分解に対して触媒活性を有し、高温脱硝触媒層１７で反応しなかったアンモニアを積極的に分解し、アンモニア分解反応で窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）を生成することができる。
【００７５】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７６】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…脱硝装置、１１…燃焼器、１２，１５…煙道、１３…還元剤供給手段、１６…排ガス設備または煙突、１７…高温脱硝触媒層、１８…低温脱硝触媒層、２０…二酸化窒素部分還元触媒層、２１…二酸化窒素部分還元触媒と低温脱硝触媒の触媒混合層、Ａ…高温脱硝触媒、Ｂ…低温脱硝触媒、Ｃ…二酸化窒素部分還元触媒、Ｄ…二酸化窒素部分還元触媒と低温脱硝触媒の混合触媒。
【図１】
2017006813.tif 000003
【図２】
2017006813.tif 000004
【図３】
2017006813.tif 000005