工業用窯炉の排ガス脱硫・脱硝技術の展望──尿素水溶液を用いた一工程式脱硫・脱硝技術について

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この投稿は、2019年3月10日09:47にnewsdomによって最終的に編集されました。従来からある確立されたアンモニア法による脱硫や、尿素水溶液を用いた湿式脱硝といった新技術、およびその他の関連する技術を基盤として、アンモニア水を用いた脱硫や尿素水溶液を用いた脱硝の反応メカニズムを徹底的に研究し、工程を科学的に最適化しました。また、タービン内の構成要素の配置も何度も最適化され、高い脱硫効率（99％以上）を維持しつつ、脱硝効率も大幅に向上させました（90％以上）。これにより、多機能型の統合タービンの性能が最大限に発揮され、洗浄脱硝、吸収脱硫、蒸発濃縮、酸化変換といった各工程の機能が十分に活用され、設備投資や運用コストを最大限に削減することができました。 尿素水溶液を用いた湿式脱硝技術は、排ガスの温度が200℃未満になるとNOの酸化速度が幾何級数的に加速し、水に溶けやすいHNO2が生成されること、また尿素水溶液がNOxが水に溶けてできたHNO2と迅速に反応して直接N2とH2Oを生成すること、さらにごく少量ではあるが*ao酸anも生成される可能性があることに基づいている。 アンモニア法による脱硫と尿素法による脱硝のユニット技術を統合することで、尿素法による脱硝で発生する廃液をアンモニア法による脱硫の補助原料として利用でき、資源を有効活用できる。従来のSNCR高温度脱硝、SCR中温度脱硝、SCR低温度脱硝などと比較して、用水量の要求、炉後の排ガス余熱回収率、システムの水・電気・ガスなどの消費において、非常に顕著なメリットが得られる。自然酸化であるため、外部から酸化剤を添加したり製造したりする必要がなく、オゾンやNaClO/NaClO2など、既に工業的に利用されている強制的な酸化による脱硝技術と比べて運用コストも大幅に低減される。また、NaClO/NaClO2による強制的な酸化法が引き起こす脱硫・脱硝循環液内のCl-濃度の急激な上昇もなく、高濃度のCl-が原因で生じる材料の腐食を加速させたり、システムの廃水排出量を増加させたりすることもない。 　 窯炉の排ガス中のSO2、NOx、煙塵の処理において、従来の方法では通常、個別に対処する。脱硫技術のアプローチとしては、石炭火力発電の大型機器で用いられる石灰石石膏法のほか、中小規模の機器で用いられる電石スラグ石膏法、強制酸化を必要としない二重アルカリ法、酸化マグネシウム法、副産物として農業用肥料である硫酸アンモニウムが得られるアンモニア法、その他の脱硫方法がある；　　成熟した伝統的な、または確立された脱硝方法には、1）炉床の後部でアンモニアを噴射する非触媒選択的還元法（SNCR）があり、これは循環流動層ボイラーの排ガス脱硝に適用される。他の構造タイプの石炭ボイラーでは、脱硝効率が低く、大型機は通常40％を超えず、小型ボイラーの効率は20％にも達しない場合がある。チェーンボイラーの脱硝効率はさらに低い。報道によると、この方法は投資額が少なく運用コストも低い（触媒の購入や消耗がない）反面、ボイラーの熱効率や関連機器の安全かつ安定した運転を低下させるため、現時点では使用寿命が限られている準廃止済みの発電機組の選定案としてしか利用できない；2）近年、実用化が進んでいる中温（限界温度は280℃以上で、通常は350℃前後）の触媒選択的脱硝技術（SCR）では、発電機の出力制限により、一部の発電機では脱硝反応器の温度が320℃や280℃以下になることがあり、その結果脱硝効率が著しく低下し、規制基準を満たす排出ができなくなっている；3）近年、複数の研究機関の不断の努力により、180°C以上（煙ガスの成分によっては、場合によっては130°Cという低い温度でも可能）の広範囲な温度帯（200～470°C）で機能する低温触媒式のSCR脱硝技術が国内で普及し始めており、使用初期段階では脱硝効率が90％を超えることもある。製鉄所の焼結ガスのような一部のプロジェスでは、排ガスの温度が低すぎるため、触媒脱硝反応器の前に排ガス加熱交換器を追加する必要があり、これが生産コストの増加要因となっている。 2016年以降、**環境保護省および各省の環境保護主管部門は、次々と排煙の超低排出基準を定めてきました。300MW以上の発電機では、脱硫塔の頂部に管束式の高効率な除霧・除塵一体型コンポーネントが設置されており、塔に流入する煙ガスの塵濃度には厳しい基準が設けられている（30～10mg/Nm3以下）；中小規模の窯炉でも、脱硫塔の上部に湿式静電集塵装置を設置すれば、超低排出基準を満たすことができるが、投資額や運用・保守コストは比較的高くなる。