(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ2Ｏを含む焼却炉の排ガスを集塵機とスクラバで処理した後、常温のままパルスの立ち上がり特製が５×１０１０Ａ／ｓ以上の急峻なものであるパルスプラズマ発生装置に導き、高エネルギー電子により活性化させたうえ、触媒反応塔に通してＮ2Ｏを除去することを特徴とする焼却炉からのＮ2Ｏ排出低減方法。
【請求項２】
触媒反応塔に充填される触媒が、Ｓｎ若しくはＳｎＣｌ４・５Ｈ２Ｏから得られる錫酸を原料としたＮ2Ｏ除去触媒である請求項１記載の焼却炉からのＮ2Ｏ排出低減方法。
【請求項３】
触媒反応塔に充填される触媒が、Ｐｔ又はＰｄをＴｉＯ2に担持させたＮ2Ｏ除去触媒である請求項１記載の焼却炉からのＮ2Ｏ排出低減方法。
【請求項４】
Ｐｔ又はＰｄをＴｉＯ2に担持させたＮ2Ｏ除去触媒が、Ｐｔ又はＰｄの塩とＴｉの有機化合物と有機結合体とを溶媒中で反応させることによりＰｔ又はＰｄとＴｉとを分子内に含む有機金属前駆体を合成し、これを加熱することにより得られたものである請求項３記載の焼却炉からのＮ2Ｏ排出低減方法。
【請求項５】
パルスプラズマ発生装置が、３ｅＶ〜１０ｅＶの電子エネルギーを発生するものである請求項１記載の焼却炉からのＮ2Ｏ排出低減方法。
【請求項６】
パルスプラズマ発生装置が、内部に排ガスを通過させるハニカム構造体を備えたものである請求項１記載の焼却炉からのＮ2Ｏ排出低減方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水汚泥等を焼却する焼却炉からのＮ2Ｏ排出低減方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地球温暖化物質としては、現在のところ主として炭酸ガスが問題とされているが、焼却炉から排出される亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）は炭酸ガスよりもはるかに大きい温室効果を示し、かつ半減期も１５０年と長いことから、地球温暖化物質として新たに問題となりつつある。亜酸化窒素の大部分は地中や水中の生物から発生するが、燃焼排ガス中にも亜酸化窒素が含まれており、例えば下水汚泥や石炭の燃焼排ガス中には数１００ｐｐｍの亜酸化窒素が含まれているとの報告がある。
【０００３】
このため、燃焼排ガス中に含まれる亜酸化窒素をＮｉＯ，Ｆｅ2Ｏ3，ＣｏＯ、ＣｕＯ，ゼオライト、アルミナ等の亜酸化窒素除去触媒により分解する技術が提案されている。ところが亜酸化窒素除去触媒の反応温度は通常５００℃以上の高温であり、しかも排ガス中のダストや塩化水素等の影響を受け易い。そこで実設備に亜酸化窒素除去触媒を組み込む場合には、図２に示すようなフローが採用されている。
【０００４】
すなわちこのフローでは、焼却炉１の排ガスを流動空気予熱器２や白煙防止空気予熱器３に通したのち集塵機4でダストを除去し、更にスクラバ５でＳＯXや塩化水素を除去する。スクラバ５を通過した排ガスは４０℃程度まで降温しているため、排ガスファン６により触媒用熱交換器７を通して４５０℃程度まで昇温させたうえ、加熱炉８に送り再に昇温させる。加熱炉８は排ガスを反応に必要な温度（例えば５５０℃）まで化石燃料を用いて昇温し、触媒反応塔９で亜酸化窒素除去触媒と接触させて分解する。その後、排ガスは触媒用熱交換器７で廃熱回収されたうえ、煙突１０から排出される。
【０００５】
ところがこのような従来フローにおいては、化石燃料を用いて排ガスを加熱する必要があるため、地球温暖化物質である亜酸化窒素の排出低減の工程で新たに炭酸ガスを発生させてしまうこととなり、システム全体としては地球温暖化物質の排出低減効果に疑問が残る。特に亜酸化窒素を十分に分解するためには上記のように５００℃程度の高温で反応させることが好ましいので、加熱炉８で多量に化石燃料を消費することとなり、地球温暖化物質である炭酸ガスを発生させてしまうという問題がある。
【０００６】
また、従来提案されているＮｉＯ，Ｆｅ2Ｏ3，ＣｏＯ、ＣｕＯ，ゼオライト、アルミナ等の亜酸化窒素除去触媒は、排ガス中の水分や硫黄酸化物、塩化水素等により被毒し、活性が低下する。このため排ガス中の亜酸化窒素除去用の触媒としては、未だ実用性に欠けるという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した従来の問題点を解決して、化石燃料を用いることなく排ガス中のＮ2Ｏを触媒を用いて除去することができ、システム全体の地球温暖化物質の排出低減を図ることができるようにした焼却炉からのＮ2Ｏ排出低減方法を提供することを主な目的としてなされたものである。また本発明の他の目的は、排ガス中のＮ2Ｏを確実に除去することができる実用性に優れた触媒を提供し、焼却炉からのＮ2Ｏ排出低減方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明に係る焼却炉からのＮ2Ｏ排出低減方法は、Ｎ2Ｏを含む焼却炉の排ガスを集塵機とスクラバで処理した後、常温のままパルスの立ち上がり特製が５×１０１０Ａ／ｓ以上の急峻なものであるパルスプラズマ発生装置に導き、高エネルギー電子により活性化させたうえ、触媒反応塔に通してＮ2Ｏを除去することを特徴とするものである。このパルスプラズマ発生装置は、３ｅＶ〜１０ｅＶの電子エネルギーを発生するものであることが好ましく、また内部に排ガスを通過させるハニカム構造体を備えたものであることが好ましい。
【０００９】
なお、触媒反応塔に充填される触媒は、Ｓｎ若しくはＳｎＣｌ4・５Ｈ2Ｏから得られる錫酸を原料とした亜酸化窒素除去触媒であることが好ましい。また触媒反応塔に充填される触媒が、Ｐｔ又はＰｄをＴｉＯ2に担持させた亜酸化窒素除去触媒であることが好ましい。このＰｔ又はＰｄをＴｉＯ2に担持させた亜酸化窒素除去触媒としては、Ｐｔ又はＰｄの塩とＴｉの有機化合物と有機結合体とを溶媒中で反応させることによりＰｔ又はＰｄとＴｉとを分子内に含む有機金属前駆体を合成し、これを加熱することにより得られたものが、活性が高く特に好ましい。
【００１０】
本発明の方法によれば、スクラバを通過した排ガスをパルスプラズマ発生装置において高エネルギー電子により活性化させたうえ、触媒反応塔に通して亜酸化窒素を除去する。このため常温付近での処理が可能であり、図２に示した従来法のように化石燃料を用いて排ガスを５００℃前後まで加熱する必要がない。従って余分な炭酸ガスを発生させることなく亜酸化窒素を分解することができ、システム全体の地球温暖化物質の排出低減を図ることができる。またこのフローにおいて上記の通りの触媒を用いれば、排ガス中の硫黄酸化物や塩化水素等による触媒の活性低下が少なく、実用性に優れた排ガス処理が可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１は本発明の好ましい実施形態を示すフローシートであり、下水汚泥や石炭を燃焼させる焼却炉１から排出された８００〜９００℃の高温の排ガスは、従来と同様に流動空気予熱器２や白煙防止空気予熱器３を通り、集塵機4でダストを除去され、更にスクラバ５でＳＯXや塩化水素を除去される。
【００１２】
そしてスクラバ５を通ることにより４０℃程度まで冷却された排ガスは、排ガスファン６により熱交換器１１に送られ、白煙防止空気予熱器３により予熱された空気との熱交換によって例えば６０℃まで加熱され、パルスプラズマ発生装置１２に導かれる。
【００１３】
パルスプラズマ発生装置１２は、パルス電源によりパルス状のプラズマ放電を発生させる装置であり、その際に発生する高エネルギーの電子を排ガスと反応させることにより排ガス成分を活性化させることができる。このためパルスプラズマ発生装置１２を通過した排ガス中の亜酸化窒素は、従来のように排ガスを高温に加熱しなくても触媒反応塔９において亜酸化窒素除去触媒により除去される。
【００１４】
上記の通り、本発明では化石燃料を燃焼させる従来の加熱炉８に代えてパルスプラズマ発生装置１２を用いて排ガス成分を活性化させるため、触媒反応塔９において亜酸化窒素除去触媒を十分に反応させるために化石燃料によって加熱する必要がなくなり、余分な炭酸ガスの発生をなくすることができる。しかも従来と同様に排ガス中の亜酸化窒素を分解することができるので、システム全体の地球温暖化物質の排出低減を図ることができる。
【００１５】
以下に、各構成要素の好ましい態様を詳細に説明する。
まずパルスプラズマ発生装置１２は、生成される電子エネルギーが３ｅＶ〜１０ｅＶの範囲内にあるものが好ましい。電子エネルギーが３ｅＶ未満であると排ガス中の亜酸化窒素を十分に活性化することができず、１０ｅＶを超えると電子回路が非常に高価となるにもかかわらず活性化の程度がさほど変わらないためである。
【００１６】
またパルスプラズマ発生装置１２におけるパルスの立ち上がり特性は、５×１０10Ａ／ｓ以上、より好ましくは１×１０11Ａ／ｓ以上の急峻なものが好ましい。このような急峻な立ち上がり特性を与えれば、３ｅＶ〜１０ｅＶの電子エネルギーを持つパルスプラズマを高密度で発生させることができる。なおパルスプラズマ発生装置１２の電源としては、サイラトロンを能動素子として用いたパルス電源や、半導体素子をスイッチング素子として用いたパルス電源などもあるが、上記した急峻な立ち上がり特性を持つパルスプラズマを経済的に発生させるためには、静電誘導サイリスタを能動素子として用いたパルス電源がもっとも適している。このパルス電源は小型で耐久性にも優れる利点がある。
【００１７】
パルスプラズマ発生装置１２において発生させたパルスプラズマを排ガスに効果的に作用させるために、パルスプラズマ発生装置１２はその内部に排ガスを通過させるハニカム構造体を備えたものとすることができる。例えばハニカム構造体の貫通孔の両端面にメッシュ電極を配置することにより、ハニカム構造体の内部に均一にパルスプラズマを発生させることができ、排ガスはハニカム構造体の貫通孔の内部を流れる間にパルスプラズマと反応して活性化される。なおこの場合、放電電界は貫通孔と平行方向となるが、ハニカム構造体の外周面を一方の電極とし、貫通孔の内部に多数のワイヤ電極を挿入することにより、放電電界を貫通孔に対して垂直方向とすることもできる。
【００１８】
次に触媒反応塔９につき説明する。この触媒反応塔９には亜酸化窒素除去触媒が充填されているが、単独で充填するほか、前段にＮＯｘ除去触媒を設置し、その後段に亜酸化窒素除去触媒を充填することもできる。これにより排ガス中のＮＯｘをも分解することができる。また、Ｐｔ又はＰｄをＴｉＯ2に担持させた亜酸化窒素除去触媒においては、同時にダイオキシン、臭気をも除去することができる。触媒反応塔９に充填された亜酸化窒素除去触媒のＳＶ値は５００〜２００００ｈ-1、より好ましくは２０００〜８０００ｈ-1とする。亜酸化窒素除去触媒の形状はペレット又はハニカムとすることが好ましい。ペレットとした場合、そのサイズは１〜２０ｍｍ程度、より好ましくは５〜１０ｍｍ程度である。またハニカムとした場合、その貫通孔の相当直径は１〜３０ｍｍ，より好ましくは２〜１０ｍｍであり、開口率は５０％以上とすることが好ましい。
【００１９】
請求項２の発明では、亜酸化窒素除去触媒としてＳｎ若しくはＳｎＣｌ4・５Ｈ2Ｏから得られる錫酸（ＳｎＯ2・ｎＨ2Ｏ）を原料とした触媒が用いられる。この触媒は，ＳｎＯ2（IV）を主成分とするものである。一般にＳｎＯ2は高表面積のものが得られにくいのであるが、Ｓｎ若しくはＳｎＣｌ4・５Ｈ2Ｏを出発物質としてこれを溶媒に溶かし、ＮＨ4ＯＨを沈殿剤として沈殿させた白色結晶である錫酸を前駆体とし、３００℃程度で焼成することによって得られた触媒は、３０〜１００ｍ2/ｇという大きい比表面積を持つ。このため高い触媒活性を発揮させることができる。
【００２０】
請求項３の発明では、Ｐｔ又はＰｄをＴｉＯ2に担持させた亜酸化窒素除去触媒が用いられる。この発明では主成分であるＰｔ又はＰｄをアナターゼ型のＴｉＯ2に０.２〜５重量％程度担持させることが好ましく、更にこのＴｉＯ2をコージエライトハニカムにコーティングさせて用いることができる。この場合、コージエライトハニカムに対するＴｉＯ2の量を３０〜２００ｇ/Ｌとすることが好ましい。
【００２１】
Ｐｔ又はＰｄをＴｉＯ2に担持させる方法としては、Ｐｔ又はＰｄの塩の溶液をＴｉＯ2にコーティングし、加熱分解してＰｔ又はＰｄを析出させる方法を取ることができる。しかしこの方法ではＰｔ又はＰｄの析出粒子径が大きくなって活性点が減少し、その触媒効果が十分に発揮されないおそれがある。そこで請求項４に示すように、Ｐｔ又はＰｄの塩とＴｉの有機化合物と有機結合体とを溶媒中で反応させることによりＰｔ又はＰｄとＴｉとを分子内に含む有機金属前駆体を合成し、これを加熱することにより得られた亜酸化窒素除去触媒を用いることが好ましい。
【００２２】
この場合、Ｔｉの有機化合物としてはＴｉのアルコキシド誘導体を使用することができ、有機結合体としてはリシン、グリシン、プロリン等のアミノ酸を用いることができる。具体的には、塩化白金酸、塩化パラジウムのようなＰｔ又はＰｄの可溶性塩をアミノ酸及びＴｉのアルコキシド誘導体とともに溶媒に溶解させる。この有機結合体によりＴｉイオンとＰｔ又はＰｄのイオンとが結合され分子内に固定されるので、これを加熱すると各成分が分子レベルで均等に分散した有機金属前駆体が得られる。
【００２３】
この状態では、ＴｉイオンとＰｔ又はＰｄのイオンとはアミノ酸を介して結合しているが、５００℃前後に加熱するとアミノ酸が焼失して有機金属前駆体は分解され、Ｐｔ又はＰｄが超微粒子化してＴｉ中に高分散された活性の高い亜酸化窒素除去触媒を得ることができる。この触媒も錫酸を原料とした触媒と同様、パルスプラズマ放電により活性化された排ガスに対して、優れた触媒効果を発揮することができる実用性に優れたものである。
【００２４】
上記したような亜酸化窒素除去触媒は、還元剤と組み合わせて使用することにより、更にその効果を高めることができる。還元剤としては例えばメタン、エタン、プロパン、エチレン、プロピレン等の炭化水素を用いることができ、その注入量は亜酸化窒素の分解に必要な理論モル当量の５倍以下とすることができる。なお、亜酸化窒素除去触媒の前段にダイオキシン除去触媒を設置する場合、ＮＯｘ除去触媒と亜酸化窒素除去触媒との間に還元剤を注入することが好ましい。
【００２５】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。
一般的な下水汚泥焼却において、図２に示した従来フローと図１に示した本発明のフローとによって、亜酸化窒素の分解実験を行った。また比較のために、図３に示す亜酸化窒素除去触媒のないフローを用いた場合も示した。実施例の焼却炉は排煙処理塔出口排ガス量が１３０００ｍ3Ｎ/ｈでその排ガス中のＣＯ2濃度１１％、Ｎ2Ｏ濃度３８０ｐｐｍのものであり、年間３３０日にわたり２４時間運転されるものである。なお、地球温暖化係数は、ＣＯ2＝１、Ｎ2Ｏ ＝３１０、ＣＨ4＝２１とする。また電力消費に伴うＣＯ2排出係数は０．３８４ｋｇ／ｋｗとした。
【００２６】
各フローにおいて、触媒の種類を変えて大気中に放出されるＣＯ2及びＮ2Ｏを測定し、年間排出量に換算した結果を表１に示す。このように亜酸化窒素除去触媒が全くない場合に比較して、従来フローによっても地球温暖化物質の年間排出量のＣＯ2換算値は大きく減少する。しかし、本発明のフローによれば化石燃料を燃焼させる必要がないため、更に地球温暖化物質の年間排出量を減少できることがわかる。
【００２７】
【表１】
0004169236.tif 000002
【００２８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によればパルスプラズマ発生装置により排ガスを活性化させたうえ亜酸化窒素除去触媒で除去ることができるので、従来のように化石燃料を用て排ガスを昇温する必要がなくなり、システム全体としての地球温暖化物質の排出量を、従来法よりも低減することができる。また請求項２以下に記載の亜酸化窒素除去触媒は、排ガスに適用しても高い活性を発揮させることができる実用性に優れたものであり、排ガス中の亜酸化窒素を確実に除去することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すフローシートである。
【図２】従来例を示すフローシートである。
【図３】亜酸化窒素除去を行わない従来例を示すフローシートである。
【符号の説明】
１  焼却炉、２ 流動空気予熱器、３ 白煙防止空気予熱器、４ 集塵機、５ スクラバ、６ 排ガスファン、７ 触媒用熱交換器、８ 加熱炉、９ 触媒反応塔、１０ 煙突、１１熱交換器、１２ パルスプラズマ発生装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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