(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却炉から排出されたＮ2Ｏを含む排ガスを第一の熱交換器に導いて排ガスから熱放出を行う工程と、
前記熱放出により温度が低下した排ガスを集塵機に導いてダスト除去を行い、続いてスクラバに導いてＳＯＸ及びＨＣｌ除去を行う工程と、
ダスト除去とＳＯＸ及びＨＣｌ除去がなされた排ガスを第二の熱交換器に導いて熱吸収を行う工程と、
第二の熱交換器での熱吸収出により温度が上昇した排ガスを、前記第一の熱交換器に導いて更に熱吸収を行う工程と、
前記の連続する熱吸収により５５０℃〜６５０℃に昇温した排ガスを触媒反応塔に導いてＮ2Ｏの熱分解を行う工程と、
前記熱分解によりＮ2Ｏが除去された排ガスを前記第二の熱交換器に導いて排ガスから熱放出を行う工程と
からな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。
【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。Ｎ2Ｏ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Ｎ2Ｏ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Ｎ2Ｏ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Ｎ2ＯをＮｉＯ，Ｆｅ２Ｏ３，ＣｏＯ、ＣｕＯ，ゼオライト、アルミナ等のＮ2Ｏ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Ｎ2Ｏ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Ｎ2Ｏ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により第一の熱交換器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Ｎ2Ｏ除去触媒と接触させて分解する。その後、排ガスは第一の熱交換器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Ｎ2Ｏ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Ｎ2Ｏを十分に分解するためには５００℃以上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。
【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Ｎ2Ｏ除去触媒は、排ガス中の硫黄酸化物や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Ｎ2Ｏ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、化石燃料を用いることなく排ガスをＮ2Ｏ除去触媒の反応温度まで昇温することにより、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は、焼却炉から排出されたＮ2Ｏを含む排ガスを第一の熱交換器に導いて排ガスから熱放出を行う工程と、前記熱放出により温度が低下した排ガスを集塵機に導いてダスト除去を行い、続いてスクラバに導いてＳＯＸ及びＨＣｌ除去を行う工程と、ダスト除去とＳＯＸ及びＨＣｌ除去がなされた排ガスを第二の熱交換器に導いて熱吸収を行う工程と、第二の熱交換器での熱吸収出により温度が上昇した排ガスを、前記第一の熱交換器に導いて更に熱吸収を行う工程と、前記の連続する熱吸収により５５０℃〜６５０℃に昇温した排ガスを触媒反応塔に導いてＮ2Ｏの熱分解を行う工程と、前記熱分解によりＮ2Ｏが除去された排ガスを前記第二の熱交換器に導いて排ガスから熱放出を行う工程とからなる方法により焼却炉からのＮ2Ｏ排出量を低減させることを特徴とするものである。
【０００９】
なお、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Ｎ2Ｏ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Ｎ2Ｏ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第二の熱交換器で加熱したうえ、焼却炉出口に設置された第一の熱交換器に返送して焼却炉出口の排ガスとの熱交換により更に昇温したうえ、触媒反応塔に通してＮ2Ｏを除去するので、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Ｎ2Ｏ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ような錫酸を原料としたＮ2Ｏ除去触媒や、Ｐｔ又はＰｄをＴｉＯ2に担持させたＮ2Ｏ除去触媒の触媒を用いれば、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の出口部分に第一の熱交換器７を配置してある。焼却炉１から排出された８００〜９００℃の高温の排ガスはまずこの第一の熱交換器７を通過したうえ、従来と同様に流動空気予熱器２や白煙防止空気予熱器を通り、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により第二の熱交換器１１に送られ例えば３９０℃まで加熱され、更に前記した炉出口の第一の熱交換器７に返送されて高温の排ガスとの熱交換により触媒反応に適した温度（例えば５５０℃）となるまで更に昇温される。このようにして昇温された排ガスは、触媒反応塔９に通されてＮ2Ｏを除去され、第二の熱交換器１１を通る際に排ガスを予熱したうえ煙突１０から排出される。
【００１３】
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に代えて炉出口の第一の熱交換器７によって排ガスをＮ2Ｏ除去触媒の反応に適した温度となるまで昇温するようにしたので、余分な炭酸ガスの発生をなくすることができ、しかも従来と同様に排ガス中のＮ2Ｏを分解できるので、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。
【００１４】
以下に、各構成要素の好ましい実施形態を更に詳細に説明する。まず触媒反応塔９にはＮ2Ｏ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Ｎ2Ｏ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Ｎ2Ｏ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。いずれの場合にも、Ｎ2Ｏ除去触媒の温度は２５０〜６５０℃とすることが好ましく、より好ましくは５５０〜６５０℃とする。
【００１５】
触媒反応塔９に充填されたＮ2Ｏ除去触媒のＳＶ値は５００〜２００００ｈ-1、より好ましくは２０００〜８０００ｈ-1とする。Ｎ2Ｏ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。
【００１６】
請求項２の発明では、Ｎ2Ｏ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。
【００１７】
請求項３の発明では、Ｐｔ又はＰｄをＴｉＯ2に担持させたＮ2Ｏ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。
【００１８】
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Ｎ2Ｏ除去触媒を用いることが好ましい。
【００１９】
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。
【００２０】
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Ｎ2Ｏ除去触媒を得ることができる。この触媒もまた排ガスに対して高い触媒活性を発揮させることができ、実用性に優れたものである。
【００２１】
上記したようなＮ2Ｏ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Ｎ2Ｏ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、Ｎ2Ｏ除去触媒の前段にＮＯｘ除去触媒を設置する場合、ＮＯｘ除去触媒とＮ2Ｏ除去触媒との間に還元剤を注入することが好ましい。
【００２２】
【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、Ｎ2Ｏの分解実験を行った。また比較のために、図３に示すＮ2Ｏ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。
【００２３】
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Ｎ2Ｏ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使用しないので、地球温暖化物質の年間排出量を更に減少できることがわかる。
【００２４】
【表１】
0004169235.tif 000002
【００２５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば化石燃料を用いることなく排ガスをＮ2Ｏ除去触媒の反応温度まで昇温することができ、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Ｎ2Ｏ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Ｎ2Ｏ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】Ｎ2Ｏ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 第一の熱交換器、８ 加熱炉、９ 触媒反応塔、１０ 煙突、１１ 第二の熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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