JPS5824687B2 - 排出ガス中の残存一酸化炭素低減方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明、げ、排出ガス中の残存ＣＯ（一酸化炭素）の低
減、特に、炭素含有物質を流動層を用いて燃焼させた排
出ガス中に自燃不能な低濃度の一酸化炭素と未燃炭素を
含有する同伴粒子とを有する場合における排出ガス中の
残存ＣＯの低減に関するものである。

炭素を含有する物質を燃焼させることを目的とする装置
の排出ガス中には、必然的に残存するＣＯを含んでいる
。

従って、排出ガス中の残存ＣＯ除去のために種々の方法
が開発されている。

これらの方法のうち、例えば、ボイラー等の排出ユガス
中の残存ＣＯの減少法としては、燃焼温度を高くする方
法、過剰の酸素０２を供給する方法がある。

しかしながら、燃焼温度を高くするとＮｏＸ（窒素酸化
物）の発生が増加する傾向にあるため重油等の液体燃料
を使用する装置においては、バ３−ナの噴霧ノズルの改
良等により局部的な高温度領域の発生をおさえ、同時に
平均的な火炎温度を高く保持する方法などが採用されて
いる。

また、固体燃料を使用する場合は、流動層を用いること
によつ′て燃焼領域の温度をより均一とすることが３可
能となり、ＮＯｘに関し非常に有利であると言われてい
る。

一方、０□を過剰に供給することにより残存ＣＯを減少
させることも可能であるが、０□供給量の増加は所要電
力の増大をもたらし、燃焼温度の上昇を伴いＮＯｘを増
加させることが４は多い。

特に、流動層を用いた装置では、ガス側の通過経路の不
均一性は不可避であり、この結果、一部的に不完全燃焼
状態が生じるため、単位燃料当りの酸素供給量を増加さ
せることによシ、平均的な燃焼効率を上げることは可能
であるが、排出ガス中の残存ＣＯ濃度を効果的に下げる
ことは困難である。

また、一般に可燃性ガスを単独で連続かつ安定に燃焼さ
せるには、ガスの発生量は最低限３００〜５００ ｋｃ
ａｌ／Ｎｍ３が必要である。

可燃性のガス成分がＣＯのみの場合、ＣＯ濃度１０％（
７０１％以下ガスに関しては同様）で約３００ ｋｃａ
ｌ／Ｎｒｒ？どなる。

従って、これ以下の濃度のガスを燃焼させるには他の補
助燃料、例えば、プロパンガス等を添加した上で燃焼さ
せるか、あるいは、あらかじめ他の燃料を燃焼させてお
きその中に微量の可燃性成分を含むガスを導入する。

いわゆるアフターバーナ等の対策を必要とし、経済性の
点で問題がある。

本発明は、排出ガス中に残存する自燃不可能な低濃度の
ＣＯの低減を経済性段（可能とすることを目的とするも
ので、炭素含有物質を流動層を用いて０□の存在下で、
燃焼させた排出ガス中に自燃不能な低濃度のＣＯと未燃
炭素を含有する同伴粒子とを有する場合、同伴粒子をあ
らかじめ低減せしめる操作を行なった後、その時点にお
ける０２濃度のもとで、排出ガスを所定の温度に所定時
間保持して、この排出ガス中のＣＯを酸化せしめること
を特徴とするものである。

すなわち、本発明は、排出ガスに同伴する未燃炭素を有
する粒子、主に未燃の固体燃料が排出ガス中の残存ＣＯ
濃度に大きな影響を与れることを実験から見い出し、こ
のような粒子を含まないガス中では比較的低濃度の０□
下でも残存ＣＯ濃度を十分に低下させ得ることを確認し
、その結果、排出ガスの温度が低下する前に同伴粒子を
除去し、その後、この排出ガス中の残存ＣＯをその時点
における０２濃度のもとで酸化するのに必要な温度に排
出ガスを保持する滞留時間を与えることにより、新たな
補助燃料等を使用することなく排出ガス中の残存ＣＯ濃
度を低下させることを可能としたものである。

以下、本発明の実施例について説明する。

第１図は炭化水素を接触分解し表面に固体状炭素類が付
着し活性の劣化した触媒の再生装置に本発明を適用した
例である。

触媒再生塔１は流動層を用いた再生装置で、炭化水素の
接触分解に使用して平均３．５ ｗｔ％の炭素類が表面
に付着した触媒（平均粒径２１０μ、比重３８０）が供
給管２から触媒層３に供給される。

この触媒再生塔１には燃焼用の空気が供給管４から供給
され、分散板５により均一化され触媒層３に供給される
。

この空気は燃焼用に用いられるのみならず、触媒層３を
流動化させる気体としての役割もする。

供給された空気による燃焼により炭素類の除去された再
生触媒（炭素類付着率０．３ ｗｔ％以下）は溢流管６
に流入し、取出管７により糸外に導かれ、再び接触分解
に使用される。

ここで、燃焼により発生する熱量は、その一部は触媒層
３の温度を上昇させるのに使用され、残りは触媒層３中
に設けられている伝熱管８によって回収される。

一方、燃焼用空気は触媒層３中を通過する間にその大部
分の０２は燃焼に消費され、触媒層３を出ていわゆる、
排出ガスとしてフリーボード９内１を上昇する。

この間、同伴する触媒粒子の一部は沈降除去され、その
他は、フリーボード９中に設けられているサイクロン１
０および１１に流入する。

ここで、同伴する触媒粒子をできる限り除去する。

除去された粒子は配管１２を通って触媒層３に戻される
。

サイクロン１０および１１で同伴粒子の除去された排出
ガスは、配管１３により触媒層３内に設置された伝熱管
１４に導かれ、ここで残存ＣＯを減少させた後、排気管
１５より糸外に排出される。

以下に、本実施例の効果について説明する。

第１表は、配管１３０入口と、排気管１５とから排出ガ
スを採取して残存ＣＯ濃度を測定した結果を示すもので
、この時の排出ガスの滞留時間は伝熱管１４のみで約２
秒、配管１３を含めると約２．２秒であった。

この結果は、排出ガス中の残存０□濃度が低くても配管
１３および伝熱管１４を通すことによって残存ＣＯ濃度
を低減できることを示しており、伝熱管１４内を流れる
排出ガスの温度を触媒層３とほとんど等しく保つことが
でき、触媒層３の温度が比較的低温であっても残存ＣＯ
濃度を効率よく低減させうろことを示している。

しかし、触媒層３の温度が７５０℃以下になるとその低
減効果は殆んど認められ、な（なるので、触媒層の温度
は７５０℃以上である必要がある。

また、従来の場合（配管１３０入口におけるガス組成に
相当）には、残存０□濃度を３％程度から１．５％程度
迄低下させると残存ＣＯ濃度は１．５〜２゜２倍となる
が、本実施例の場合には残存ＣＯ濃度の増加は認められ
ない。

さらに、残存０□濃度を１％程度まで低下させた場合に
は、本実施例によっても残存ＣＯ濃度は増加するが、残
存ＣＯの減少効果はなお認められる。

また、排出ガス中の最終的な残存ＣＯ濃度の要求がゆる
やかな場合には、伝熱管１５は熱回収用伝熱管８と同種
のものを流用可能である。

このような場合、配管１３は触媒再生塔１の外部に設置
してもよい。

一方、厳密な残存ＣＯ濃度低減を要求される場合は、伝
熱管１４の容積が無視できなくなるので、伝熱管１４の
寸法、形状、総面積、配管等について十分考慮する必要
がある。

次に、本実施例の同伴粒子の除去に伴う残存ＣＯ濃度低
減効果を第２表に示す。

これは、サイクロン１０および１１の両方を使用した場
合と、サイクロン１０のみ使用し同１１を使用しなかっ
た場合と、サイクロン１０および１１の何れも使用しな
かった場合を比較したものであり、この時の触媒層の温
度は８４７〜８５２℃、残存０□濃度は１．５〜１．６
％であった。

サイクロン１０および１１の両方を使用しない場合、す
なわち、従来の方法による場合は、伝熱管１５内におけ
る残存ＣＯ低減はほとんど認められない。

これは同伴される触媒粒子面上に残存する少量の炭素類
が低０２濃度下で不完全燃焼し新たにＣＯを発生させて
いるものと考えられる。

これに対しサイクロンを使用して同伴粒子を除去した場
合の残存ＣＯ濃度の低減は極めて著るしいことがわかる
。

なお、サイクロン１０および１１の能力に余裕があれば
、フリーボード９の高さを低くできるので、触媒再生装
置を小型化することも可能である。

第２図は他の実施例を示すもので、第１図の構。

成と異なる点は、排出ガスの保温のための伝熱管をフリ
ーボード９内に設置した点である。

この装置においては、サイクロン１１を出た排出ガスは
配管１３により伝熱管１６に導かれ、さらに配管１７、
伝熱管１８を経て排気管１５により糸外に排出される。

他の部分は第１図と同様である。第３表は、伝熱管の入
口、中間、出口における残存ＣＯ濃度の測定結果を示す
もので、排出ガスの滞留時間は伝熱管１６．１８ともに
約１．６秒、サイクロン１１以降全体では、配管１３．
１７を含め約３．３秒（いずれも８５０℃付近において
）である。

この実験結果は、前述の実施例の場合に較べ、同一触媒
層温度では排出ガス温度が低（なるきらいがあるが、ガ
ス滞留時間が約１．５倍になったことにより最終的な残
存ＣＯ濃度は前述の実施例とほとんど変らなかった。

この実施例の方法は、触媒層内にガス保温用の伝熱管を
設置する空間的余裕のない場合でも、ガス滞留時間るあ
る程度増加することにより、同等の残存ＣＯ濃度低減効
果を実現できる。

第３図は、さらに他の実施例を示すもので、石炭の小型
流動層燃焼炉に適用したものである。

この装置では、燃料となる石炭は石灰石と一定割合で混
合された後、供給管３２から燃焼炉３１に共給される。

燃焼炉３１の下部からは、空気供給管３３および分散板
３５を経て常温の空気が導入され、燃焼炉３１内に供給
された粒子の流動層を形成する。

この空気は流動化ガスであると同時に石炭の燃焼に必要
な酸素供給源である。

大部分がチャーよりなる石炭中の未燃分、および表面の
一部が硫酸カルシウムに変化した石灰石は溢流管３６か
ら系外に抜き出される。

燃焼ガスはフリーボード３７を経てサイクロン３１０で
微細粒子を除去した後、配管３１３で燃焼炉外に導かれ
る。

さらに燃焼層３４の外部に設けられた伝熱管３１４内で
高温に保ち残存ＣＯ濃度を減少させた後、排気１管３１
５により排出される。

燃焼炉の温度は供給管３２から供給される石炭の流量で
制御される。

空気流量は石炭供給量から概略を設定し、最終的には排
ガス中の残存０２濃度が２〜３％となるようにした。

配管３１３、排気管３１５から採取しまたガスの残存Ｃ
Ｏ濃度を分析したところ、それぞれ、５４０ｐｐｍ、
２５０１）ｐＩｎであった。

この時、燃焼層３４の温度は８６３℃、伝熱管３１４内
でのガス滞留時間は約１．４秒であった。

このように保温用伝熱管を装置内に設置することが困難
な小型装置においても、残存ＣＯ濃度の低減が可能であ
る。

このように実施例記載の装置は自然不能な程度の低濃度
のＣＯを含む排出ガス中の残存ＣＯを新たな燃料等を使
用することなく、効果的に低減可能であり、しかもその
効果は従来の残存０２濃度よシ低い１．５％程度まで変
化しないので、０２又は０２を含むガスの供給に必要な
所要電力を低減することが可能である。

また、流動層を用い、０□の過剰供給、燃焼温度の高温
化の必要がないため、ＮＯｘの増加抑制も可能である。

以上の如く、本発明排出ガス中の残存ＣＯの低減方法お
よび装置は、排出ガス中に残存する自燃不可能な残存Ｃ
Ｏの低減を経済性よ（可能とするものであって、工業的
効果の大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の排出ガス中の残存−酸化炭素の低減装
置の一実施例の概略構成を示す説明図、第２および第３
図は同じくそれぞれ異なる実施例の概略構成を示す説明
図である。 符号の説明 １・・・・・・触媒再生塔、３・・・・・
・触媒管、４・・・・・・空気供給管、１０．１１・・
・・・・サイクロン、１３・・・・・・配管、１４，１
６，１８・・・・・・伝熱管、１５・・・・・・排気管
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１炭素含有物質を流動層を用いて酸素の存在下で燃焼
   させた排出ガス中に自然不能な低濃度の一酸化炭素と未
   燃炭素を含有する同伴粒子とを有する場合、前記同伴粒
   子をあらかじめ低減せしめる操作を行なった後、その時
   点における酸素濃度のもとで、前記排出ガスを所定の温
   度に所定時間保持して、該排出ガス中の残存−酸化炭素
   を酸化せしめることを特徴とする排出ガス中の残存−酸
   化炭素低減方法。 ２ 前記排出ガスの保持温度が７５０℃以上である特許
   請求の範囲第１項記載の排出ガス中の残存−酸化炭素低
   減方法。 ３ 前記排出ガスの保持時間が該排出ガスが所定温度域
   を通過する滞留時間である特許請求の範囲第１項記載の
   残存−酸化炭素低減方法。 ４ 炭素含有物質を酸素の存在下で燃焼せしめる手段と
   、該手段により発生した排出ガス中に含まれる燃焼によ
   って一酸化炭素を発生する同伴粒子を低減せしめる手段
   と、該手段により前記同伴粒子の低減した排出ガスをそ
   の時点における酸素濃度のもとで、所定温度に所定時間
   保持して該排出ガス中の一酸化炭素を酸化せしめるため
   、前記燃焼手段からの熱の伝熱可能な位置に設けられた
   伝熱手段とを有することを特徴とする排出ガス中の残存
   −酸化炭素低減装置。 ５ 前記同伴粒子を低減せしめる手段がサイクロンであ
   る特許請求の範囲第４項記載の排出ガス中の残存−酸化
   炭素低減装置。 ６ 前記の燃焼手段が流動層を用いた触媒再生塔であり
   、前記伝熱手段が前記流動層中に設けられている伝熱管
   である特許請求の範囲第４項又は第５項記載の排出ガス
   中の残存−酸化炭素低減装置。 ７ 前記の燃焼手段が流動層を用いた触媒再生塔であり
   、前記伝熱手段が該触媒再生塔のフリーボードに設けら
   れている伝熱管である特許請求の範囲第４項又は第５項
   記載の排出ガス中の残存−酸化炭素低減装置。 ８ 前記伝熱手段が前記燃焼手段の外周部に設けられて
   いる伝熱管である特許請求の範囲第４項又は第５項記載
   の排出ガス中の残存−酸化炭素低減装置。