專利名稱：除去廢氣中的N₂O的裝置以及N₂O除去方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及除去污水污泥焚燒爐等排出的廢氣中的N2O的裝置以及N2O除去方法。
背景技術(shù)：
污水污泥焚燒爐的廢氣、火力發(fā)電廠的鍋爐廢氣、汽車的廢氣等中含有少量的N2O(一氧化二氮)。N2O是溫室效應(yīng)氣體之一，地球溫室化系數(shù)為310，帶來碳酸氣體的310倍的地球溫室效應(yīng)。因此，基于防止地球溫室化的觀點(diǎn)，強(qiáng)烈要求削減N2O向大氣中的排出量。以往公開有使用N2O分解催化劑而還原除去廢氣中的N2O的技術(shù)。作為工業(yè)上可使用的N2O分解催化劑，主流是使沸石搭載了鐵或鐵離子的鐵-沸石系催化劑，例如，專利文獻(xiàn)I中記載作為鐵-沸石系催化劑的成型方法，將市售的銨 沸石和FeSO4在室溫下用球磨機(jī)攪拌混合，將得到的粉末在馬弗爐中以40(T60(TC煅燒，再加入粘合劑，擠出成型為直徑2mm、長5mm的圓柱狀。此外，作為鐵-沸石系催化劑的其他成型方法，也提出有使用氧化鋁溶膠等成型為顆粒形狀的技術(shù)(例如，專利文獻(xiàn)2)?；跍p少在除去廢氣中的N2O的工序中的壓力損失的觀點(diǎn)，優(yōu)選使用表面積大的蜂窩形狀的催化劑。但是，將鐵-沸石系催化劑成型為蜂窩形狀需要高度的技術(shù)，存在缺乏工業(yè)實(shí)用性的問題?；诠I(yè)實(shí)用性的觀點(diǎn)，優(yōu)選使用成型容易的顆粒形狀的催化劑。已知將顆粒形狀的催化劑填充到通常的反應(yīng)器使用時，伴隨催化劑填充層厚度的增加壓力損失會變大，但例如通過使用專利文獻(xiàn)3提出的徑向反應(yīng)器，可以避免使用顆粒形狀的催化劑所造成的壓力損失增大的問題。圖2顯示的是徑向反應(yīng)器的說明圖。在圖4所示的徑向反應(yīng)器的催化劑床6中填充顆粒形狀的催化劑、除去廢氣中的N2O時，使用新催化劑時可以得到非常高的N2O分解率，但催化劑會隨著使用而劣化、N2O分解率會下降。例如，東京都對削減溫室效應(yīng)氣體排放量制定了《關(guān)于確保居民健康與安全的環(huán)境條例(東京都環(huán)境確保條例)》，從2010年4月起大型企事業(yè)單位負(fù)有削減溫室效應(yīng)氣體的義務(wù)(2008年6月修訂)。該削減義務(wù)對每年的削減量(比例)實(shí)行義務(wù)化，若N2O分解率變動，則難以穩(wěn)定削減N2O排出量，并不理想。鐵-沸石系催化劑的劣化源于催化劑結(jié)構(gòu)的變化，因此，要恢復(fù)N2O分解率必須與新的催化劑進(jìn)行交換。以往，為了將N2O排出量維持在規(guī)定的削減目標(biāo)范圍，在N2O分解率達(dá)到規(guī)定值以下的時機(jī)頻繁地進(jìn)行催化劑的全量交換。但是，即使是使N2O分解率在規(guī)定值以下而交換的催化劑，也是仍具有N2O分解率在規(guī)定值以下水平的程度的N2O分解能的催化劑，在上述的頻繁進(jìn)行催化劑全量交換的以往技術(shù)中，在未充分利用催化劑所具有的N2O分解能的階段徒勞地廢棄了催化劑，其結(jié)果，存在催化劑的總使用量增加的問題。已知技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)I :日本專利特開2009-183827號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本專利特開2001-286736號公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :日本專利特表2004-537403號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供廢氣中的N2O除去裝置以及N2O除去方法，所述廢氣中的N2O除去裝置以及N2O除去方法可以解決上述問題，提高N2O分解催化劑原本具有的N2O分解能的利用率，可以削減將N2O排出量·維持在規(guī)定的削減目標(biāo)范圍所使用的催化劑的總使用量的廢氣。為解決上述課題而作的本發(fā)明的N2O除去裝置，是多個氣體流路與填充有N2O分解催化劑的催化劑填充層各自交替排列的N2O除去裝置，其特征在于，介由催化劑填充層相鄰的氣體流路由氣體導(dǎo)入路與氣體排出路構(gòu)成，在各氣體流路設(shè)置有根據(jù)N2O催化劑的經(jīng)時變化所引起的劣化而依次打開、令催化劑填充層的使用數(shù)累積增加的閥。權(quán)利要求2記載的發(fā)明是，在權(quán)利要求I所述的N2O除去裝置中，其特征在于，催化劑填充層由在上端部與下端部具有開閉部的垂直層構(gòu)成，該垂直層與氣體流路交替地并列配置。權(quán)利要求3記載的發(fā)明是，在權(quán)利要求I或2所述的N2O除去裝置中，其特征在于，N2O分解催化劑為顆粒形狀的鐵-沸石系催化劑。權(quán)利要求4記載的發(fā)明是，一種廢氣中的N2O的除去方法，使用權(quán)利要求f 3的任意一項(xiàng)所述的N2O除去裝置，通過閥的開閉控制催化劑填充層的使用數(shù)廢氣，其特征在于，根據(jù)N2O除去處理開始后的經(jīng)時變化，令催化劑填充層的使用數(shù)累積增加。權(quán)利要求5記載的發(fā)明是，在權(quán)利要求4所述的N2O除去方法中，其特征在于，N2O除去處理中，在該N2O除去裝置的N2O分解率低于目標(biāo)值的階段重新開放閥，追加所使用的催化劑填充層，令N2O除去處理所使用的催化劑總量依次增加。權(quán)利要求6記載的發(fā)明是，在權(quán)利要求5所述的N2O除去方法中，其特征在于，在使用全部催化劑填充層后，在該N2O除去裝置的N2O分解率低于目標(biāo)值的階段，選擇性停止向使用最久的催化劑填充層導(dǎo)入氣體的氣體導(dǎo)入路的閥，將該催化劑填充層的催化劑與新催化劑交換后，作為新的催化劑填充層使用。本發(fā)明所涉及的N2O除去方法中，使用這樣的N2O除去裝置，所述N2O除去裝置是多個氣體流路與填充有N2O分解催化劑的催化劑填充層各自交替排列的N2O除去裝置，介由催化劑填充層相鄰的氣體流路由氣體導(dǎo)入路與氣體排出路構(gòu)成，在各氣體流路設(shè)置有根據(jù)N2O催化劑經(jīng)時變化所引起的劣化而依次打開、令催化劑填充層的使用數(shù)累積增加的閥，具有根據(jù)N2O除去處理開始后的經(jīng)時變化而開放閥、令催化劑填充層的使用數(shù)累積增加的構(gòu)成。根據(jù)該構(gòu)成，即使N2O分解催化劑的N2O分解能下降到規(guī)定值以下時，也可不通過該N2O分解催化劑的交換這種方法，而是通過追加新的N2O分解催化劑將N2O排出量維持在規(guī)定的削減目標(biāo)范圍，因此可以提高隊(duì)0分解催化劑原本具有的N2O分解能的利用率。根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)成，此外，由于還可以持續(xù)利用已劣化的催化劑，因此可以削減用于將N2O排出量維持在規(guī)定削減目標(biāo)范圍的催化劑的總使用量。根據(jù)權(quán)利要求5記載的發(fā)明，在N2O除去處理中，通過在該N2O除去裝置的N2O分解率低于目標(biāo)值的階段重新開放閥，追加所使用的催化劑填充層，令N2O除去處理所使用的催化劑總量依次增加這樣的構(gòu)成，可以得到作為該N2O除去裝置整體的穩(wěn)定的N2O分解能，可以將N2O分解率穩(wěn)定控制在規(guī)定范圍。根據(jù)權(quán)利要求6記載的發(fā)明，通過在使用全部催化劑填充層后，在該N2O除去裝置的N2O分解率低于目標(biāo)值的階段，選擇性停止向使用最久的催化劑填充層導(dǎo)入氣體的氣體導(dǎo)入路的閥，將該催化劑填充層的催化劑與新催化劑交換后，作為新的催化劑填充層使用這樣構(gòu)成，可以削減用于將N2O排出量維持在規(guī)定削減目標(biāo)范圍的催化劑的總使用量。


[圖I]本發(fā)明的N2O除去裝置的上面截面圖。[圖2]圖I的A-A截面圖。
[圖3]圖I的B-B截面圖。[圖4]徑向反應(yīng)器的正面截面圖。[圖5]顯示通過本發(fā)明的N2O除去方法的N2O分解率、催化劑使用量的圖。[圖6]顯示通過以往的N2O除去方法的N2O分解率、催化劑使用量的圖。符號說明I氣體流路11氣體導(dǎo)入路12氣體排出路2 (2a 2j)催化劑填充層3 閥31 (31a 31e)入側(cè)閥32 (32a 31f)出側(cè)閥4廢氣供給管5廢氣排出管6催化劑床
具體實(shí)施例方式以下顯示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。發(fā)明的N2O除去裝置，如圖I、圖2所示，具有各自交替排列的多個氣體流路I和填充有N2O分解催化劑的催化劑填充層2 (2a^2j )。催化劑填充層2 (2a 2j)，通過做成在上端部和下端部具有開閉部的垂直層，根據(jù)重力使催化劑的流入和排出變得容易。因此，基于提高催化劑的填充作業(yè)和交換作業(yè)性的觀點(diǎn)，優(yōu)選為做成垂直層。氣體流路I由向N2O除去裝置內(nèi)導(dǎo)入廢氣的氣體導(dǎo)入路11與從N2O除去裝置內(nèi)排出催化劑處理后的廢氣的氣體排出路12構(gòu)成，這些氣體導(dǎo)入路11與氣體排出路12介由催化劑填充層2被交替配置。在氣體導(dǎo)入路11的入口部具備有控制氣體導(dǎo)入的入側(cè)閥31，在氣體排出路12的出口部具備有控制氣體排出的出側(cè)閥32。例如，圖I中，通過開放閥31a、閥32a、閥32b、關(guān)閉剩余的閥31lT31e、閥32c 32，可向催化劑填充層2a、2b選擇性通入廢氣。各催化劑填充層2 (2a^2i)中填充有顆粒形狀的鐵_沸石系催化劑。從污水污泥焚燒爐等排出的廢氣，如圖I、圖3所示，從配置在N2O除去裝置的側(cè)面的廢氣供給管4供給至入側(cè)閥31開放的氣體導(dǎo)入路11。廢氣從氣體導(dǎo)入路11進(jìn)入鄰接的催化劑填充層2，在催化劑填充層2通過N2O分解催化劑的作用而分解廢氣中的N20。經(jīng)過了催化劑填充層2的N2O除去處理的廢氣進(jìn)入鄰接的氣體排出路12，從配置在N2O除去裝置的側(cè)面的廢氣排出管5排出。已知本發(fā)明的催化劑填充層2中所填充的鐵-沸石系催化劑，催化劑結(jié)構(gòu)會隨著使用而變化，因而N2O分解能下降。但是，本發(fā)明中，做成具有多個催化劑填充層2的構(gòu)成，隨著N2O除去處理剛開始后的經(jīng)時變化，令催化劑填充層2的使用數(shù)累積增加，根據(jù)此種構(gòu)成，作為N2O除去裝置整體，可將N2O分解能維持在規(guī)定水平，可將N2O分解率穩(wěn)定控制在規(guī)定范圍。 根據(jù)令催化劑填充層2的使用數(shù)累積地增加、通過多個催化劑填充層2中填充的催化劑整體將N2O分解能維持在規(guī)定水平的構(gòu)成，使用最久的催化劑填充層2的催化劑在劣化至喪失單獨(dú)的必要的N2O分解能的水平后仍繼續(xù)使用，同時開始使用填充了具有高N2O分解能的新催化劑的催化劑填充層2，作為N2O除去裝置整體，可以將N2O分解能維持在規(guī)定水平。如此，根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)成，已劣化的催化劑也可繼續(xù)用作催化劑，因此可以提高N2O分解能的利用率，其結(jié)果是可以削減催化劑的總使用量。此外，在使用全部催化劑填充層后、N2O分解率低于目標(biāo)值時，將使用最久的催化劑填充層2的催化劑與新催化劑交換后，用作新的催化劑填充層，通過此種構(gòu)成，可以削減用于將N2O排出量維持在規(guī)定的削減目標(biāo)范圍的催化劑的總使用量。實(shí)施例使用圖I所示的N2O除去裝置，將實(shí)施污水污泥焚燒爐廢氣中的N2O除去處理所必需的催化劑量的試算結(jié)果如下所示。該N2O除去裝置具有填充有各4m3催化劑的催化劑填充層10層，合計(jì)填充有40m3的催化劑。催化劑為以下的鐵-沸石催化劑。(催化劑型式)使用以專利文獻(xiàn)I記載的制法制造的鐵-沸石催化劑。另外，試驗(yàn)所使用的鐵-沸石催化劑是根據(jù)專利文獻(xiàn)I記載的制法所制造的，是直徑2_X長5mm的顆粒狀，沸石為β型以及MFI型。(催化劑性能評價)下式為使用開始t日后的、空速A/Hr、廢氣溫度450°C、作為還原劑添加氨至NH3/N2O摩爾比為I. O I. 3的條件下的N2O分解率y (t, A)。y (t, A) =100-100 X (1-0. 99961)2000/A例如，空速2000/Hr下，使用開始時的N2O分解率大致為100%，使用4年(=1160天)后N2O分解率變?yōu)?0%。另外，年運(yùn)轉(zhuǎn)率以80% (290天/年)計(jì)算，催化劑量不考慮余量。(試算條件)使用具有上述性能的催化劑，以10年、N2O分解率的年平均值達(dá)80%以上的目標(biāo)試算隊(duì)0除去處理所必需的催化劑量。對象廢氣為從污水污泥焚燒爐排出的廢氣(催化劑入口溫度450°c)，其流速為 52，OOONmVh。圖6顯示的是，作為本發(fā)明的方法的比較例，使用上述同樣的催化劑，第I年以催化劑量26m3進(jìn)行處理，在該催化劑使用4年后、在N2O分解率下降至80%的階段，將該催化劑全量與新催化劑26m3交換，再于4年后將催化劑全量與新催化劑26m3交換，將10年的平均N2O分解率維持在80%的條件下的試算結(jié)果。圖4所示的比較例的情況下，10年的合計(jì)催化劑使用量需要78m3。圖5顯示的是，根據(jù)本發(fā)明的方法，第I年以開放閥31a、31b、32a、32b、關(guān)閉其他閥的狀態(tài)使用，用3個催化劑填充層(催化劑量12m3)進(jìn)行處理，在N2O分解率的年平 均值在80%以下的階段增加催化劑填充層的使用數(shù)的條件下的試算結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的方法，剛開始使用后的催化劑的性能高，以少量催化劑(高SV條件)就可確保高性能，但隨著使用，催化劑的分解性能下降，I年后以12m3的催化劑不能維持年平均80%以上的N2O分解率，因此在第2年，向第I年開始使用的催化劑12m3中追加新的催化劑4m3并進(jìn)行廢氣處理。具體地，第2年以開啟閥3la、3lb、32a、32b、32c、關(guān)閉其他閥的狀態(tài)使用，以4槽的催化劑填充層(催化劑量16m3)進(jìn)行處理。如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的方法，可將10年中的合計(jì)的催化劑使用量抑制為36m3。
權(quán)利要求
1.一種N2O除去裝置，是多個氣體流路與填充有N2O分解催化劑的催化劑填充層各自交替排列的N2O除去裝置，其特征在于，介由催化劑填充層相鄰的氣體流路由氣體導(dǎo)入路與氣體排出路構(gòu)成，在各氣體流路設(shè)置有根據(jù)N2O催化劑經(jīng)時變化引起的劣化而依次打開、令催化劑填充層的使用數(shù)累積增加的閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的N2O除去裝置，其特征在于，催化劑填充層由在上端部與下端部具有開閉部的垂直層構(gòu)成，該垂直層與氣體流路交替并列配置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的N2O除去裝置，其特征在于，N2O分解催化劑為顆粒形狀的鐵-沸石系催化劑。
4.一種N2O除去方法，是使用權(quán)利要求I 3的任意一項(xiàng)所述的N2O除去裝置，通過閥的開閉控制催化劑填充層的使用數(shù)的除去廢氣中的N2O的方法，其特征在于，根據(jù)N2O除去處理開始后的經(jīng)時變化，令催化劑填充層的使用數(shù)累積增加。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的N2O除去方法，其特征在于,N2O除去處理中，在該N2O除去裝置的N2O分解率低于目標(biāo)值的階段重新打開閥，追加所使用的催化劑填充層，令N2O除去處理所使用的催化劑的總量依次增加。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的N2O除去方法，其特征在于，在使用了全部催化劑填充層后、該隊(duì)0除去裝置的N2O分解率低于目標(biāo)值的階段，選擇性停止向使用最久的催化劑填充層導(dǎo)入氣體的氣體導(dǎo)入路的閥，將該催化劑填充層的催化劑與新催化劑交換后，作為新的催化劑填充層使用。
全文摘要
一種N2O除去裝置，是多個氣體流路(1)與填充有N2O分解催化劑的催化劑填充層(2)各自交替排列的N2O除去裝置，介由催化劑填充層(2)相鄰的氣體流路(1)由氣體導(dǎo)入路(11)和氣體排出路(12)構(gòu)成，在各氣體流路設(shè)置有根據(jù)N2O催化劑經(jīng)時變化引起的劣化而依次打開、令催化劑填充層的使用數(shù)累積增加的閥(3)，使用所述N2O除去裝置，根據(jù)N2O除去處理開始后的經(jīng)時變化而開放閥(31)、(32)，令催化劑填充層(2)的使用數(shù)累積增加。
文檔編號B01J29/072GK102869428SQ20118001455
公開日2013年1月9日 申請日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者山田正樹, 佐佐木統(tǒng)一郎, 野入菜摘 申請人:美得華水務(wù)株式會社