過去 20 年間で、高温セラミック フィルター チューブ技術は排ガス浄化の分野で急速に発展しました。その粉塵除去メカニズムは従来のバグフィルターのメカニズムと似ており、どちらも主にスクリーニングメカニズムに依存していますが、慣性衝突、遮断、拡散、および特定の条件下では静電気や重力の影響も受けます。しかし、従来のバグフィルターバッグと比較して、セラミックフィルターチューブは強い耐食性と高温耐性を備えています。したがって、セラミックフィルターチューブの製造技術の成熟と、近年の火力発電や廃棄物焼却などの産業における排ガス粉塵の排出基準の厳格化に伴い、セラミックフィルターチューブの濾過技術は急速に発展しています。

近年、粉塵に加えて窒素酸化物などの汚染物質の排出基準が厳しくなり、従来のSNCR脱窒技術では厳しさを増す窒素酸化物の排出基準に対応できなくなっています。このため、触媒コートフィルターバッグや触媒コートセラミックフィルターチューブへの注目が国内外で高まっており、これをベースとした高温セラミックフィルターチューブ除塵・脱窒統合技術が急速に発展している。

フィルターバッグおよび触媒コートフィルターバッグの研究

フィルターバッグの濾過形式は、深層濾過、コーティング濾過、表面濾過の3種類に分けられます。深層ろ過は、最も伝統的なろ過形式であり、排ガスがフィルター材料層によって直接ろ過されます。コーティングされたフィルターとは、従来のフィルター素材の上流側の表面に取り付けられた微多孔質構造の薄膜を指します。薄膜の孔径は通常 2μm より小さいため、粒子状物質の大部分が繊維フィルター材料に侵入するのを効果的に防ぐことができます。表面濾過は、従来の濾材の上流側表面に極細繊維の層を付着させたもので、粒子状物質が濾材に侵入するのを防ぐ役割も果たします。

バグフィルターの核となるのはフィルターバッグ素材です。現在、フィルターバッグの主な材質としては、ポリフェニレンサルファイド（PPS）、ポリイミド（P84）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、グラスファイバー（GL）などが挙げられます。適用可能な温度範囲と各材料の長所と短所を表 1 に示します。さまざまなフィルターバッグ材料の利点をよりよく統合し、それぞれの欠点を克服するために、2 つ以上の材料で構成される複合フィルターバッグも一般的に使用されます。 。

表1：適用温度さまざまなフィルターバッグ素材の利点と欠点。

表 1 は、全体として、バグフィルターによる除塵は中温および低温の排ガスにのみ適していることを示しています。したがって、排ガス温度が高い場合には、フィルターバッグを損傷から保護するためにバグフィルター集塵機に入る前に水または空気で冷却する必要があります。

近年、窒素酸化物排出基準の強化に伴い、脱窒・除塵一体型バグフィルターが注目されており、そのキーテクノロジーは触媒コートフィルターバッグの開発にあります。フィルターバッグの表面にマンガン・バナジウムなどの触媒を付着させ、バグフィルター集塵機またはその入口排ガスにアンモニアガスを噴霧します。触媒の作用により、アンモニアガスは排ガス中の窒素酸化物と反応して窒素ガスを生成します。これは、触媒の作用下、180～400℃で還元剤NH3を使用してNOとNO2を選択的にN2に還元するSCR（選択的触媒還元）反応器における窒素酸化物の除去メカニズムと似ていますが、酸化はほとんどありません。 NH3とO2の反応が起こります。

近年、多くの専門家や学者が触媒コーティングされたフィルター材料の開発に熱心に取り組んでいます。Wang Xie は、界面活性剤分散、Xu コーティング、および吸引濾過法を使用して、MnO2/ポリピロール触媒を PPS フィルター材料に担持しました。触媒担持量は約44g/m2です。実験室条件下では、触媒コーティングされた PPS フィルターバッグは 180°C で 80% の脱窒効率を達成できます。

Zheng Weijie 氏は、関連する酸化還元反応のメカニズムを利用して、3 つの異なる触媒成分 Mn-CeOx、Mn-SnOx、および Mn-Ce-SnOx を PPS 繊維の表面上にその場で成長させました。結果は、実験室条件下で、調製条件がKMnO4/PPS質量比0.6、脱窒反応温度が180°Cの場合、3つの異なる触媒被覆フィルター材料の脱窒率が100%に達し、フィルターさえも達成できることを示した。 Mn-Ce-SnOx触媒をコーティングした材料は、脱窒反応温度120℃で100％の脱窒率を達成できます。

Zou Haiqiang 氏は、超音波分散を使用して芳香族ポリエステルフィルター素材の表面に 6% MnO2/CNFs 触媒を付着させ、ポリドーパミンでコーティングした後、180°C の実験室条件下で脱窒効率が 80% に達することができました。

Wang Min 氏はバグフィルター集塵機のフィルターバッグに MnOx を取り付け、温度、酸素含有量、入口ガス流量が脱窒効果に及ぼす影響を研究しました。研究の結果、反応温度が150℃、反応ガス中の排ガス含有量が5％の場合、窒素酸化物の除去率は75％に達することがわかった。

触媒付きフィルターバッグと触媒付きセラミックフィルターチューブの比較研究

触媒付きフィルターバッグと触媒付きセラミックフィルターチューブの除塵と脱窒の原理は基本的に類似しています。脱窒では、接触脱窒の還元剤としてアンモニアが使用され、どちらもマンガン鉄/バナジウムチタン触媒が使用されます。ただし、フィルターバッグの適用温度範囲は120～280℃程度であるため、触媒付きフィルターバッグには主に低温触媒や中温触媒が使用されます。

セラミックフィルターチューブの適用温度範囲は1000℃までと広いため、排ガスや産業の特性に応じて低温、中温、高温の触媒を選択できます。これにより、排ガスが高温により集塵機に入る前に冷却される現象を回避でき、エネルギー消費量の削減に役立ちます。

現在、中温・高温脱硝触媒は低温触媒に比べて脱硝効率が高く、価格も比較的安価となっています。さらに、排ガス中の三酸化硫黄はアンモニアと反応して、硫酸アンモニウム、硫酸水素アンモニウム、その他の硫黄アンモニウム化合物を生成します。硫酸水素アンモニウムは粘度が高く、温度が下がると粘度が増加します。反応温度が150℃未満であっても、触媒表面に液状で付着し、飛灰を吸着して触媒の細孔を閉塞し、触媒の失活を引き起こす。したがって、セラミックフィルターチューブを中高温域で安定して作動させることは、脱硝効率の向上と触媒の長寿命化につながります。

バグフィルターおよびフィルターチューブ集塵機のオンラインバックフラッシュ技術により、触媒の寿命を効果的に延長できます。粒子状物質はフィルターバッグの表面に堆積しますが、一部の微粒子はフィルター媒体の内部に侵入する可能性があります。フィルターバッグに付着した触媒と接触すると、触媒表面の細孔が詰まりやすくなり、触媒被毒を引き起こすため、さらに、排ガス中のアルカリ金属も触媒の活性を低下させる可能性があります。したがって、フィルターバッグまたはセラミックフィルターチューブの使用時間が増加するにつれて、触媒の活性は徐々に低下します。バグフィルターまたはセラミックフィルターチューブ集塵機の時限バックフラッシュにより、触媒への微粒子の影響を効果的に遅らせることができます。

触媒付きフィルターバッグ技術の使用は、バッグフィルターの設置面積をほとんど変えずに統合された脱窒と除塵を実現することができ、排ガス浄化装置の設置面積を効果的に削減できます。特に、新規または改修プロジェクトに適しています。限られたスペース。バグフィルターのフィルターバッグの高さは一般的に6メートル程度、集塵機本体の高さは20〜25メートル程度です。しかし、フィルターチューブ集塵機のセラミックフィルターチューブのサイズは一般に3メートル以下であり、フィルターチューブ集塵機の高さは約18〜20メートルです。したがって、セラミックフィルターチューブ集塵機の設置面積はバッグフィルター集塵機よりも小さく、設置の自由度が高くなります。

フィルターバッグに脱硝触媒を取り付けたバッグフィルターは、現在まだ実験室での研究開発段階にあり、実用的な工学的応用例は現時点ではありません。しかし、高温セラミックフィルターチューブ脱硝・除塵統合装置は、国内外の建設廃棄物焼却、廃汚泥焼却、ガラス窯、非鉄金属、バイオマス発電所、有害廃棄物焼却、そしてセメント窯。

2011 年、日本の宮城県にある石巻建設廃棄物焼却工場は、触媒付きセラミックフィルターチューブ技術の使用を開始しました。元の排ガス中のダイオキシンの濃度は 40 ng DE/Nm3 (乾燥排ガスの酸素含有量は 10%) でしたが、出口排ガス中のダイオキシンの濃度は <0.06 ng ±0.02 ng DE/Nm3 (乾燥排ガスの酸素含有量は 10%) でした。酸素含有量は10%)、除去率は99.85%でした。

済南渭泉バイオマス発電所は、2020年1月11日に排ガス浄化システムの改修を完了し、高温複合濾過管脱硝・除塵統合システムとその補助設備が稼働を開始した。オンラインモニタリングによると、その排ガス排出量は、このプロジェクトの環境影響評価で要求される排出制限値、つまり窒素酸化物 <50 mg/Nm3 および粒子状物質 <15 mg/Nm3 を満たしています。上記産業に加え、一般廃棄物焼却などの分野でも一定の普及・応用が見込まれる。

結論

近年、鉄鋼、火力発電、バイオマス焼却、発電用廃棄物焼却、有害廃棄物焼却を含む中国の多くの産業部門は、ますます厳格化する排出基準に直面している。新しいプロジェクトでは、より厳格な排出基準を満たすために従来の技術と他の技術を組み合わせて使用​​することが多く、その結果、排出制御技術ルートの数が増加し、排出制御施設に必要な面積と投資も大幅に増加します。同時に、既存のプロジェクトの多くはサイトのスペースによって制限されているため、テクノロジーを組み合わせてアップグレードすることがより困難になっています。したがって、排出制御の分野では、複数の機能を 1 つの排出制御システムに統合するデバイスが緊急に必要とされています。

この記事で紹介した触媒コーティングされたフィルターバッグと触媒コーティングされたフィルターチューブのプロセスは、統合された脱窒と除塵を実現するだけでなく、排ガス中のダイオキシンなどの他の有毒成分や有害な成分も効果的に除去し、複数の汚染物質の協調的な処理を実現します。 。このアプローチは、機器の操作とメンテナンスの困難を効果的に軽減でき、多くの業界、特に排ガス処理能力が小さいプロジェクトに広く適用できます。したがって、脱窒および除塵を統合したフィルターバッグおよびセラミックフィルターチューブの適用は、排出ガス制御分野における将来の開発トレンドの 1 つです。