CN101098835A - 水泥窑燃烧废气处理装置及处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是降低、抑制设备成本及运转成本并有效地除去水泥窑燃烧废气中的粉尘、NOx、残留性有机污染物质、挥发性有机化合物、CO、臭气物质等有害物质。本发明是一种燃烧废气处理装置，其具有：收集水泥窑燃烧废气G1中的粉尘的集尘装置；作为自通过集尘器的燃烧废气G2中除去催化剂中毒物质的催化剂中毒物质除去装置的湿式集尘器；预热已通过湿式集尘器的燃烧废气G3的预热装置；除去预热的燃烧废气中的NOx、残留性有机污染物质等的催化剂装置。催化剂装置的上游侧使用作为氧化物系催化剂的钛·钒催化剂等，下游侧使用作为贵金属系催化剂的铂系催化剂等，用预热装置将除去催化剂中毒物质后的燃烧废气升温至140℃以上，防止脱硝及挥发性有机化合物的分解效率降低。

Description

水泥窑燃烧废气处理装置及处理方法
【技术领域】
本发明涉及一种用以除去水泥窑的燃烧废气中的粉尘、NOx、二英等残留性有机污染物质、挥发性有机化合物及CO等有害物质的水泥窑燃烧废气处理装置及处理方法。
【背景技术】
如第2图所示，水泥烧成设备21是由预热器22、煅烧炉23、水泥窑24及熟料冷却机25等所构成，自原料供给系统投入至预热器22的水泥原料R是在预热器22中预热、在煅烧炉23中煅烧、在水泥窑24中烧成，且所制造的熟料C1是在熟料冷却机25中冷却。在此，来自水泥窑24的燃烧废气的处理由于主原料的石灰石具有吸附SOx的性质，因此进行在预热器22中的脱硫与利用电集尘器26的粉尘回收，处理后的燃烧废气经由风扇27及烟囱28向大气中放出。
以往虽然水泥窑24的燃烧废气中所含有的碱、氯、硫、重金属等有害物质不多，然而，随着近年来用水泥制造设备处理的循环原燃料量的增加及今后的增加计划，可预料前述有害物质的排出量会增加，因此担心今后会构成问题。
因此，在除去前述有害物质时，例如，在专利文献1中记载了一种技术，该技术是自水泥窑的入口罩抽取燃烧废气的一部分，同时供给冷却用空气将抽取废气冷却至600℃至800℃后，将冷却废气导入旋风集尘器并分离收集粗粒粉尘，且将所收集的粗粒粉尘循环导入窑入口罩，同时将旋风集尘器废气的一部分循环导入窑入口罩，且在热回收旋风集尘器废气的剩余部分后导入集尘器并除去微粒粉尘。
再者，由于与前述相同的目的，在专利文献2中记载了一种技术，该技术是对导入窑入口罩的预热原料取样，分析有害物质的含有量，且控制自旋风集尘器循环至窑入口罩的废气流量以使分析结果达到目标值，同时检测旋风集尘器入口气体温度并控制冷却用空气流量，使旋风集尘器入口气体温度的范围为600℃至800℃，同时，检测冷却用空气流量及该废气流量并控制废气流量，使自前述集尘器排出系统外的废气流量与冷却用空气流量大致相等。
再有，在专利文献3中记载了一种技术，该技术包含有：自燃料供给口供给燃料，且自燃料供给口及/或其附近供给含氨态氮废弃物并使其燃烧的工序；及由于前述燃烧将在使含氨态氮废弃物燃烧前的阶段自含氨态氮废弃物产生的含氨气体导入气体温度为700℃以上的部位的工序，藉此，可以低成本降低水泥窑中NOx的产生量，且在抑制NOx时不会散发恶臭。
再者，为了有效地自水泥烧成装置的废气中回收低熔点化合物，在专利文献4中记载了一种废气处理方法及装置，其是抽取来自水泥烧成装置的废气的一部分以回收低熔点化合物，且在使抽取废气的温度状态成为1100℃至1500℃后，将抽取废气急冷为120℃至600℃，回收低熔点化合物。
〔专利文献1〕
日本特开平11-130489号公报
〔专利文献2〕
日本特开平11-130490号公报
〔专利文献3〕
日本特开2000-130742号公报
〔专利文献4〕
日本特开2003-277106号公报
【发明内容】
如前所述，虽然目前与来自水泥窑的燃烧废气同时排出的重金属等有害物质在数量上不成问题，然而，近年来因应循环资源活用的要求，在水泥烧成设备中投入各种循环原燃料，如果今后持续地增加循环资源的投入量，则前述有害物质的排出量会增加且担心构成问题。再有，由于在水泥烧成设备中所产生的燃烧废气的数量多，因此有害物质的除去设备也成为大规模化，且担心设备成本及运转成本增加。
因此，本发明的目的是提供一种可降低、抑制设备成本及运转成本，同时有效地除去水泥窑燃烧废气中的有害物质的燃烧废气处理装置及处理方法。
为了达成前述目的，本发明是一种水泥窑燃烧废气处理装置，其特征在于，具备有：收集水泥窑燃烧废气中的粉尘的集尘装置；自通过该集尘装置的水泥窑燃烧废气中除去催化剂中毒物质的催化剂中毒物质除去装置；预热已经通过该催化剂中毒物质除去装置的水泥窑燃烧废气的预热装置；及除去已经由该预热装置预热的水泥窑燃烧废气中选自氮氧化物、挥发性有机化合物、一氧化碳、残留性有机污染物质、碳氢化合物及臭气物质的一种以上的催化剂装置。再有，所谓残留性有机污染物质(Persistent organic pollutants(POPs))是指如PCB(多氯联苯)或二英等因难分解性而残留在环境中且使人的健康或生态系受到影响的化合物。再有，碳氢化合物及臭气物质是指脂肪族饱和碳氢化合物、脂肪族不饱和碳氢化合物及醛类、醇类、酮类、脂肪酸族、酯类、硫化物、胺类及其它氮化物，具体而言，是指氨、甲硫醇、硫化氢、甲硫醚、甲基二硫醚、三甲胺、乙醛、丙醛、正丁醛、异丁醛、正戊醛、异戊醛、异丁醇、乙酸乙酯、甲基异丁基酮、甲苯、苯乙烯、二甲苯、丙酸、正丁酸、正戊酸、异戊酸等。
再有，根据本发明，由于通过集尘装置收集水泥窑燃烧废气中的粉尘后，由催化剂中毒物质除去装置自该燃烧废气中除去催化剂中毒物质，由预热装置预热该燃烧废气后，由催化剂装置自该燃烧废气中除去选自氮氧化物、挥发性有机化合物、一氧化碳、残留性有机污染物质、碳氢化合物及臭气物质的一种以上，因此，即使不使用大规模的设备，也可自水泥窑燃烧废气中除去有害物质，且也可降低、抑制用以除去有害物质的运转成本。
在前述水泥窑燃烧废气处理装置中，可将前述催化剂中毒物质除去装置作成自该燃烧废气中除去催化剂中毒物质的湿式集尘器，优选的是作成在前述水泥窑燃烧废气中添加次氯酸钠的洗涤器或一边在前述水泥窑燃烧废气中吹入活性炭一边集尘的袋滤器。通过使用在水泥窑燃烧废气中添加次氯酸钠的洗涤器来作为催化剂中毒物质除去装置，可使作为催化剂中毒物质的氯化氢溶解在水中而除去，用洗涤器收集粉尘，且也可有效地除去重金属的水银。再有，通过使用一边在水泥窑燃烧废气中吹入活性炭一边集尘的袋滤器或填充有活性炭的活性炭吸附塔来作为催化剂中毒物质除去装置，可有效地除去作为催化剂中毒物质的粉尘及水银，且也可除去SOx。
在前述水泥窑燃烧废气处理装置中，催化剂中毒物质除去装置中的次氯酸钠添加液浓度的范围优选在1mg/L以上、1,000mg/L以下。次氯酸钠的添加液浓度小于1mg/L时，则催化剂中毒物质的Hg及Ca、K、粉尘等催化剂中毒成分的除去率降低，且催化剂中毒物质的附着量增加而使催化剂的耐久性降低。另一方面，即使次氯酸钠的添加液浓度大于1,000mg/L，催化剂中毒物质的除去率也达饱和，且可预料不会有更大的效果。
在前述水泥窑燃烧废气处理装置中，前述催化剂装置可构成为在上游侧具备钛·钒催化剂等氧化物系催化剂、在下游侧具备具有选自铂、钯、铑及钌的一种的贵金属的贵金属系催化剂。再有，优选自催化剂装置的入口侧上部喷雾作为还原剂的NH3等。
虽然水泥窑燃烧废气中NOx、一氧化碳、残留性有机污染物质及挥发性有机化合物这样的有害物质为低浓度，然而却无法否定可能会多成分地含有这些有害物质。在使用催化剂来处理该水泥窑废气的方法中，针对催化剂装置内的催化剂配置，在上游侧配置氧化物系催化剂、在下游侧配置贵金属系催化剂比在上游侧配置贵金属系催化剂、在下游侧配置氧化物系催化剂更理想。通过自催化剂反应装置的入口上游部喷雾NH3且在催化剂反应装置内采取在上游侧配置氧化物系催化剂、在下游侧配置贵金属系催化剂的形态，可使NOx、挥发性有机化合物的处理变得特别有效。如果将催化剂装置内的配置作成在上游侧配置贵金属系催化剂、在下游侧配置氧化物系催化剂的相反结构，则NOx的除去性能会降低，同时除臭性能也会明显地恶化。
再有，作为前述氧化物系催化剂的钛·钒催化剂及前述铂、钯、铑及钌等的贵金属系催化剂的孔尺寸(孔径)是1.75mm以上、3.75mm以下，1.75mm以上、2.90mm以下为更优选的尺寸范围。用催化剂中毒物质除去装置除去中毒烟雾及中毒粉尘，避免催化剂因烟雾及粉尘所造成的孔阻塞，由于中毒物附着量减少，也可提高耐久性。催化剂的孔尺寸(孔径)大于3.75mm的尺寸的催化剂，虽然不容易产生因烟雾及粉尘所造成的孔阻塞，然而，由于废气的接触面积减少，因此必须的催化剂量增加，在经济上是不利的。另一方面，如果催化剂的孔尺寸(孔径)小于1.75mm，则虽然具有废气的接触面积增加，必须的催化剂量减少的效果，然而却具有废气的压力损失增加的缺点，再者，用中毒物质除去装置未能完全除去的中毒烟雾及中毒粉尘会飞过来而成为催化剂的孔阻塞的原因，且耐久性也会降低。
在前述水泥窑燃烧废气处理装置中，可将前述预热装置作成永司登(Ljungstrom)型热交换器、热泵或热管，藉此，可提高热回收效率，大幅地降低该处理装置的设备成本。
再有，本发明是一种水泥窑燃烧废气处理方法，其特征在于，其收集水泥窑燃烧废气中的粉尘，并自集尘后的燃烧废气中除去催化剂中毒物质，将除去催化剂中毒物质后的燃烧废气升温至140℃以上，并利用催化剂除去选自升温后的燃烧废气中的氮氧化物、挥发性有机化合物、一氧化碳、残留性有机污染物质、碳氢化合物及臭气物质的一种以上。为了防止脱硝及挥发性有机化合物的分解效率的降低，将除去催化剂中毒物质后的燃烧废气升温至140℃以上，并且如前所述，即使不使用大规模的设备，也可自水泥窑燃烧废气中除去有害物质，而且也可降低、抑制用以除去有害物质的运转成本。
在前述水泥窑燃烧废气处理方法中，可依照水泥窑燃烧废气的氮氧化物浓度，在前述除去催化剂中毒物质后的燃烧废气中添加氨气，或者在140℃以上的燃烧废气中添加氨水或尿素水后使其通过催化剂，藉此，可使氨的使用量适当化，同时可将排出至系统外的氨量抑制在最小限度。
再有，在前述水泥窑燃烧废气处理方法中，在将前述除去催化剂中毒物质后的燃烧废气升温至140℃以上时，可利用自通过前述催化剂的燃烧废气所回收的热或/及设置有该水泥窑的工厂内的废热蒸气，藉此，可有效地利用工厂内的能源并处理来自水泥窑的燃烧废气。
如前所述，如果根据本发明涉及的燃烧废气处理装置及处理方法，则可降低、抑制设备成本及运转成本，并有效地除去在水泥烧成设备中所产生的有害物质。
【附图简单说明】
第1图是显示有关本发明的燃烧废气处理装置的一个实施方式的流程图。
第2图是显示现有水泥烧成设备的一例的流程图。
第3图是用以说明蜂窝状催化剂的催化剂的孔尺寸(催化剂的孔径)的概观图，(b)是(a)的放大图。
【符号说明】
1...水泥烧成设备
2...预热器
3...煅烧炉
4...水泥窑
5...熟料冷却机
6...电集尘器
7...湿式集尘器
7a...循环液槽
8...泵
9...次氯酸钠生成装置
10...热交换器
11...加热器
12...催化剂装置
12a...废气通过孔
14...风扇
15...烟囱
16...固液分离机
17...水银吸附塔
【具体实施方式】
其次，一面参照第1图，一面说明本发明的一个实施方式。再有，如背景技术栏中也已说明，水泥烧成设备1具有预热器2、煅烧炉3、水泥窑4及熟料冷却机5等，水泥原料R是自未图示的原料供给系统投入至预热器2，并经由在预热器2中的预热、在煅烧炉3中的煅烧及在水泥窑4中的烧成而制造出水泥熟料C1。该水泥熟料C1是在熟料冷却机5中冷却后在精加工序中粉碎。
有关本发明的燃烧废气处理装置是配置在水泥烧成设备1的后段，且由后述构件等所构成，即：收集来自预热器2的燃烧废气G1中的粉尘的电集尘器6；收集自电集尘器6排出的燃烧废气G2中的水溶性成分及粉尘等，且具有作为催化剂中毒物质除去装置起作用的湿式集尘器7；将次氯酸钠供给至湿式集尘器7的次氯酸钠生成装置9；用以预热已经通过湿式集尘器7的燃烧废气G3的热交换器10及加热器11；除去已经预热的燃烧废气G4中的NOx及二英等残留性有机污染物质等的催化剂装置12；将自湿式集尘器7排出的浆体S进行固液分离的固液分离机16；及吸附由固液分离机16分离的液体中的水银的水银吸附塔17。
电集尘器6设置用来收集来自预热器2的燃烧废气G1中的粉尘，也可使用袋滤器来取代电集尘器6，也可同时设置两者。
湿式集尘器7设置用来收集通过电集尘器6的燃烧废气G2中的水溶性成分及粉尘，除去对后段的催化剂装置12的寿命造成很大影响的作为催化剂中毒物质的粉尘、硫酸雾、氯化氢(HCl)、水银(Hg)等。
例如，该湿式集尘器7可使用混合洗涤器(睦股份有限公司(MuCompany Limited)制造的睦洗涤器(MU SCRUBBER)等)。再有，所谓混合洗涤器是以在筒体内配置有复数个在气体与液体以对流或并流在该筒体内移动的过程中赋予该流动旋转的导向浆叶为特征，使气体与液体接触并进行反应及粉尘的收集等的装置，优选是将气体与液体作成并流且交互地配置赋予该流动右旋的导向浆叶及赋予左旋的导向浆叶。再有，为了避免装置过于大型化，将湿式集尘器7的燃烧废气的滞留时间设定为1秒至10秒。
在湿式集尘器7的下方配置有循环液槽7a，在湿式集尘器7与循环液槽7a间可设置泵8，通过循环液槽7a与泵8可使湿式集尘器7中所产生的浆体循环。
次氯酸钠生成装置9设置用来将次氯酸钠供给至湿式集尘器7，由于次氯酸钠，可氧化燃烧废气G2中所含有的水银等。该次氯酸钠生成装置9优选使用在处理水中进行直接电解且无需盐水的串联式极性变换式。
热交换器10进行自循环液槽7a排出的燃烧废气G3与自催化剂装置12排出的燃烧废气G5间的热交换。该热交换器10优选使用永司登(注册商标)式热交换器(阿尔斯通(Alstom)股份有限公司制造)。永司登式热交换器是在加热侧气体中直接加热蓄热体，且也直接加温被加热气体，例如，在本体的壳体的内部，可旋转地设置旋转轴所支持的圆盘状热交换组件，热交换组件在半径方向层叠多数波形钢板且在相互间具有间隙，通过使自循环液槽7a排出的燃烧废气G3与自催化剂装置12排出的燃烧废气G5在该间隙流动而进行热交换。
加热器11设置用来利用设置有水泥烧成设备1的工厂内的废热蒸气ST等来加热自热交换器10排出的燃烧废气G4。加热燃烧废气G4是为了在催化剂装置12中更有效地脱硝及分解二英等残留性有机污染物质等。再有，在加热器11的入口侧添加在后段的催化剂装置12中作为还原剂使用的氨(NH3)。在催化剂装置12的前段添加氨是为了利用由于风扇14或加热器11的混合效果，并且可在除了加热器11的入口侧以外的湿式集尘器7出口至催化剂装置12入口之间可利用前述混合效果的处所添加。
催化剂装置12设置用来分解、除去已经通过热交换器10的燃烧废气G4中的NOx及残留性有机污染物质等。通过将该催化剂装置12形成为蜂窝状，即使是在处理大量燃烧废气G4时也可构成为较小型化。
下面，详细说明催化剂装置12中所使用的催化剂。在催化剂装置12中可使用通常用在废气处理中的催化剂，例如，也可使用废气脱硝催化剂。在催化剂装置12中，上游侧是使用作为氧化物系催化剂的钛·钒催化剂，下游侧则使用作为贵金属系催化剂的铂或钯催化剂等。
所谓钛·钒系催化剂是指必须具有钛(Ti)及钒(V)的催化剂。该催化剂具有作为有害物质的NOx的高分解活性(脱硝活性)，同时在作为有害物质的挥发性有机化合物的分解除去方面发挥高度的功能。
再者，可并用选自钨(W)、钼(Mo)、硅(Si)及锆(Zr)的一种以上的金属氧化物等。优选使用Ti的单独氧化物，更优选的是使用钛(Ti-)与选自硅(Si)及锆(Zr)的一种以上的金属氧化物，特别优选以Ti与Si的二元系复合氧化物或Ti与Zr的二元系复合氧化物。
在钛·钒系催化剂中所占的钛(Ti)的含有量并无特殊的限制，例如，相对钛·钒系催化剂的全质量，以氧化物换算质量比优选为15质量％至99.9质量％，更优选30质量％至99质量％。如果小于15质量％，则由于比表面积的降低等而有无法得到充分的效果的情形，另一方面，如果大于99.9质量％，则担心无法得到充分的催化剂活性。
选自由钒(V)、钨(W)、钼(Mo)所构成的群中的至少一种的金属氧化物的比例并无特殊的限制，然而，相对钛·钒系催化剂的合计量，以氧化物换算质量比为0.5质量％至30质量％，优选1质量％至20质量％。如果小于0.5质量％，则担心无法得到充分的催化剂活性，另一方面，如果大于30质量％，则会产生催化剂成分的凝聚，且担心无法得到充分的性能，同时催化剂本身的成本会提高，并关系到废气处理成本的高涨。
作为层叠在钛·钒系催化剂的下游侧的贵金属系催化剂使用担载有选自铂、钯、铑及钌的至少一种贵金属及/或其化合物的氧化催化剂。该催化剂可使用适当载体，并将铂等担载在载体来使用，例如，可使用氧化铝、二氧化硅、氧化锆、二氧化钛、氧化钒、氧化铁、氧化锰、这些氧化物的混合物·复合氧化物来作为载体。再有，也可使用前述钛·钒系催化剂来作为载体。
以下显示贵金属系催化剂的制备例。例如，可以这些贵金属的盐类或其溶液添加在前述钛·钒系催化剂粉体或浆体中。再有，选自铂、钯、铑及钌的至少一种贵金属及/或其化合物成分的担载可由浸渍来进行，且以该浸渍担载较为理想。
在贵金属系催化剂中，贵金属及/或其化合物成分相对于载体含有0.001质量％至5质量％，更优选0.05质量％至2.5质量％的金属。如果小于0.001质量％，则挥发性有机化合物的分解活性会降低，如果大于5质量％，则无法得到与添加相称的活性，因此不优选。
再有，催化剂装置12中所使用的前述氧化物系催化剂及贵金属系催化剂也可担载在由氧化铝、二氧化硅、硅铝、堇青石、二氧化钛、不锈钢、金属等所构成的板状、波形板状、网状、蜂窝状、圆柱状、圆筒状等形状的载体上来使用。
前述催化剂的制备方法并无特殊的限制，例如，可采用沈淀法(共沈淀法)、沉积法、混练法等以往公知的方法。例如，可列举如下述的方法等，即：将含有钛与选自硅(Si)、锆(Zr)的一种以上的前述二元系复合氧化物、钛氧化物、钛氧化物与选自硅(Si)、锆(Zr)的一种以上的氧化物的混合物中的任一种作成含钛成分，且将含有钒源的水溶液与一般在进行此种成形时所使用的有机或无机成形助剂同时地加入该含钛成分的粉末中，并进行混合、混练且加热而使水分蒸发，作成可押出的糊状，用押出成形机将其成形为蜂窝状等后进行干燥，并在空气中以高温(优选200℃至600℃)进行烧成。
再有，作为其它方法也可采用将前述含钛成分预先成形为球状、圆柱状的颗粒、格子状的蜂窝等形状并进行烧成后，浸渍担载含有钒源的水溶液的方法。再有，也可用将前述含钛成分的粉末与氧化钒粉体直接混练的方法来制备。
催化剂装置12中所使用的催化剂在BET表面积上并无特殊的限制，然而，优选20m2/g至300m2/g，更优选的30m2/g至250m2/g的具有高活性，且耐久性优异。再有，如果利用水银压入法的细孔体积过小，则为了本发明目的的有害物质(NOx、残留性有机污染物质、挥发性有机化合物及CO)的除去的催化剂活性及耐久性降低，如果过大，则催化剂的强度降低，因此，优选细孔体积的范围为0.3cc/g至0.55cc/g的催化剂。
前述氧化物系催化剂及贵金属系催化剂的形状并无特殊的限制，可成形为蜂窝状、板状、网状、圆柱状、圆筒状等所期望的形状使用。
进行除去目的有害物质的催化剂装置的催化剂温度优选为140℃以上，更优选180℃以上。因为如果催化剂温度低于140℃，则脱硝及挥发性有机化合物的分解效率会降低。
前述氧化物系催化剂及贵金属系催化剂的废气的空间速度并无特殊的限制，然而，优选为100Hr-1至100000Hr-1，更优选200Hr-1至50000Hr-1。如果小于100Hr-1，则由在装置会变得过大，因此会没有效率，另一方面，如果大于100000Hr-1，则会有脱硝及挥发性有机化合物的分解效率降低的倾向。
再有，前述记载是以钛·钒系催化剂及使用复数催化剂为中心来说明的，然而，只要是在有关本发明的废气处理中可发挥效果的，则不限于钛·钒系的催化剂，也可使用单一或复数催化剂，使用条件当然不受限制。
下面，回到第1图的流程的说明，固液分离机16是用以将自湿式集尘器7排出的浆体进行固液分离的，可使用压滤机等。
水银吸附塔17设置用来吸附由固液分离机16分离的液体中的水银。水银吸附塔17的排水W的一部分供给至次氯酸钠生成装置9，用以生成次氯酸钠。
下面，一面参照第1图，一面说明具有前述构造的燃烧废气处理装置的动作。
在预热器2中脱硫的来自水泥窑4的燃烧废气G1被导入电集尘器6，燃烧废气G1中的粉尘被回收。通过电集尘器6的燃烧废气G2被导入湿式集尘器7，在此收集燃烧废气G2中的水溶性成分及粉尘，并除去对后段的催化剂装置12的寿命造成很大影响的粉尘、硫酸雾、氯化氢(HCl)、水银(Hg)等催化剂中毒物质。再有，燃烧废气G2的温度控制在100℃左右。
在湿式集尘器7中所产生的浆体是通过循环液槽7a及泵8循环，并充分地进行燃烧废气G2与液体的接触，可有效地进行利用自次氯酸钠生成装置9供给的次氯酸钠的水银等的氧化及水溶性成分与粉尘的回收。再有，在湿式集尘器7中使水循环，同时抽取其一部分供给至固液分离机16，该循环水以水溶性成分的再挥发不会构成问题的程度进行排水。
已经除去水溶性成分、粉尘等催化剂中毒物质的80℃左右的燃烧废气G3自循环液槽7a导入热交换器10及加热器11并被加热。如前所述，加热燃烧废气G3是由于优选在140℃至500℃进行催化剂装置12中的燃烧废气G4的脱硝及残留性有机污染物质的分解，如果考虑催化剂的分解性能与耐久性，则优选在230℃至270℃左右进行分解。
热交换器10的热源使用自催化剂装置12排出的燃烧废气G5。在热交换器10中，将自催化剂装置12排出的燃烧废气G5与自湿式集尘器7导入的燃烧废气G3进行热交换。如果仅为在热交换器10中的热交换，则无法充分地进行燃烧废气G4的升温，因此，向加热器11导入辅助蒸气ST，进一步地加热燃烧废气G4。该辅助蒸气ST可使用设置有水泥烧成设备1的工厂内的废热蒸气。
再有，在加热器11的入口侧注入作为催化剂装置12中所使用的脱硝剂的氨(NH3)。氨的注入量是依照自预热器2排出的燃烧废气G1的NOx浓度来控制。再有，如前所述，氨可在除了加热器11的入口侧以外的湿式集尘器7出口至催化剂装置12入口之间可利用混合效果的处所添加。再有，也可在已经由加热器11预热后的燃烧废气中添加氨水后使其通过催化剂装置12。
其次，燃烧废气G4供给至催化剂装置12，分解、除去NOx、残留性有机污染物质、挥发性有机化合物及CO等。如前所述，催化剂装置12内的温度控制在适合燃烧废气G的脱硝及残留性有机污染物质的分解的140℃至500℃，优选230℃至270℃左右。在此，由于配置有热交换器10，因此可提高、控制催化剂装置12内的温度，通过尽可能地使催化剂装置12的运转温度上升，可提高催化剂装置12的效率，减少催化剂的使用量。
来自催化剂装置12的燃烧废气G5经由热交换器10、风扇14及烟囱15向大气中放出。风扇14出口的燃烧废气G6的温度回收废热后成为110℃左右。
另一方面，自循环液槽7a排出的浆体S由固液分离机16固液分离，所分离的滤饼C是作为水泥原料来利用。另一方面，由固液分离机16分离的液体中的水银以氯络离子(HgCl4 2-)溶解在水中，由水银吸附塔-17吸附。再有，水银可先作为(HgCl2)O固体分离，然后吸附、分离离子。已经除去水银的排水W的一部分供给至次氯酸钠生成装置9，其它则在系统外进行处理，或者也可利用在水泥窑4的燃烧废气G1的冷却、水泥原料磨机或水泥原料的干燥机等的喷水。
〔实施例1〕
其次，作为有关本发明的水泥窑燃烧废气处理装置及处理方法的第1实施例，使用具有第1图所示构造的燃烧废气处理装置，且催化剂装置12中使用钛·钒催化剂时的各有害物质除去率示于表1。在本试验中，将催化剂装置12入口的燃烧废气温度设为180℃，将空间速度(SV值)设为5060h-1，再有，有害物质除去率是使用电集尘器6的出口的各有害物质的浓度与催化剂装置12的出口的各有害物质的浓度算出。即，显示在电集尘器6的出口的各有害物质由催化剂装置12等所除去的比例。
〔表1〕
有害物质   除去率(％)
NOx     97
残留性有机污染物质     86
水银(Hg)     97
烟尘     90
氨(NH3)     84
臭气     90
PCB     92
如表1所示，根据本发明，可以高效率除去NOx、残留性有机污染物质、挥发性有机化合物、粉尘、PCB等有害物质。
〔实施例2〕
其次，作为有关本发明的水泥窑燃烧废气处理装置及处理方法的第2实施例，使用具有第1图所示构造的燃烧废气处理装置，且催化剂装置12中在上游侧设置钛·钒催化剂(氧化物系催化剂)、在下游侧设置铂催化剂(贵金属系催化剂)的形态时的各有害物质除去率示于表2。
在本试验中，确认将催化剂装置12入口的燃烧废气温度设为180℃、210℃、250℃。再有，空间速度(SV值)是钛·钒催化剂为5,060h-1，铂催化剂为24,200h-1。还原剂(NH3气体)是在催化剂装置上游侧喷雾，且将NOx与NH3的摩尔比设为1。再有，有害物质除去率是使用电集尘器6的出口的各有害物质的浓度与催化剂装置12的出口的各有害物质的浓度算出，即，显示在电集尘器6的出口的各有害物质由催化剂装置12等所除去的比例。
再有，作为比较例1，作成在催化剂装置12的上游侧配置铂催化剂、在下游侧配置钛·钒催化剂的形态，其它条件则作成与实施例2相同。
〔表2〕
  实施例2   比较例1
气体温度   180℃   210℃   250℃   180℃    210℃   250℃
有害物质   除去率(％)   除去率(％)
NOx 97 98 99 97 75 20
残留性有机污染物质   89   92   93   89    92   93
水银(Hg)   97   97   97   97    97   97
烟尘   90   90   90   90    90   90
氨(NH3)   97   98   99   97    98   99
臭气   95   98   99   95    85   70
PCB   95   98   99   95    98   99
CO   98   99   99   98    99   99
实施例2→上游侧：氧化系催化剂，下游侧：贵金属系催化剂
比较例1→上游侧：贵金属系催化剂，下游侧：氧化系催化剂
如表2所示，通过并用铂催化剂，可进一步地提高氨的除去率，同时也可大致除去CO。然而，在催化剂装置12入口的燃烧废气温度为250℃时，在比较例1中NOx的除去率大幅度降低，同时臭气的除去率也会降低，因此，优选如本发明的实施例2那样，在上游侧设置氧化物系催化剂、在下游侧设置贵金属系催化剂。
如前所述，作为催化剂装置12的催化剂装置的催化剂的配置形态，即使是单独为上游侧的催化剂的氧化物系催化剂时也可得到效果并且是理想的。再有，通过作成在上游侧具有氧化物系催化剂、在下游侧具有贵金属系催化剂的形态的催化剂二段系统，可得到更优异的效果且更为理想。
在氧化物单独系统中，可分解除去为废气中的有害物质的NOx、挥发性有机化合物及残留性有机污染物质。再有，如果在上游侧具有氧化物系催化剂、在下游侧具有贵金属系催化剂且作成催化剂二段系统，则可分解除去为废气中的有害物质的NOx、挥发性有机化合物及残留性有机污染物质，同时还可分解除去CO，且也可提高挥发性有机化合物的分解性能并得到更优异的效果。
再有，在用上游催化剂除去NOx的过程中，通过喷雾氨气，可分解除去NOx，然而，依照情形的不同，有时会有在上游侧催化剂残存未反应的氨，且如果直接向大气中放出，则会有成为二次公害的元凶的情形。为了加以预防，必须在氨注入控制中进行精密控制以避免这一问题。另一方面，通过作成在上游侧具有氧化物系催化剂、在下游侧具有贵金属系催化剂的催化剂二段系统，而可由下游侧催化剂分解除去未反应的氨，同时无需精密的控制，且也可抑制因氨所造成的二次公害。
〔实施例3〕
其次，作为有关本发明的水泥窑燃烧废气处理装置及处理方法的第3实施例，使用具有第1图所示构造的燃烧废气处理装置，且催化剂装置12中在上游侧设置钛·钒催化剂(氧化物系催化剂)、在下游侧设置铂催化剂(贵金属系催化剂)的形态时的各有害物质除去率示于表3。
在本试验中，将催化剂装置12入口的燃烧废气温度设为180℃。空间速度(SV值)，钛·钒催化剂为5,060h-1，铂催化剂为24,200h-1。催化剂的孔尺寸(孔径)，钛·钒催化剂使用2.9mm的蜂窝状催化剂，铂催化剂使用1.77mm的蜂窝状催化剂。还原剂(NH3气体)是在催化剂装置上游侧喷雾，且将NOx与NH3的摩尔比设为1。再有，如第3图所示，所谓催化剂的孔尺寸(孔径)是指蜂窝状的催化剂12的废气通过孔(正方形状)12a的左端至右端的尺寸L。再有，在第1图的湿式集尘器7中是将次氯酸钠浓度制成2mg/kg-H2O来添加的。表3显示各有害物质的除去率及耐久性。
另一方面，作为比较例2是作成除去第1图的湿式集尘器的工艺，催化剂的配置形态、催化剂孔尺寸及其它条件则作成与实施例3相同。
〔表3〕
  实施例3
有害物质   初期除去率(％)   1000小时后除去率(％)
NOx   97   96
残留性有机污染物质   89   89
水银(Hg)   97   97
烟尘   90   90
氨(NH3)   97   96
臭气   95   95
PCB   95   95
CO   98   96
  比较例2
有害物质   初期除去率(％)   1000小时后除去率(％)
N0x   97   90
残留性有机污染物质   89   82
水银(Hg)   0   0
烟尘   0   0
氨(NH3)   97   90
臭气   95   70
PCB   95   88
CO   98   70
由该表中可知，比较例2无法除去水银及烟尘，其它有害物质则虽然初期除去率与实施例3相同，然而，1000小时后除去率比实施例3低且耐久性差。
再有，在前述实施方式中，作为催化剂中毒物质除去装置，是使用在燃烧废气G2中添加次氯酸钠的湿式集尘器7，然而，也可使用一边在燃烧废气G2中吹入活性炭一边集尘的袋滤器，通过使用活性炭，可有效地除去粉尘、水银及SOx。

Claims (13)

1.一种水泥窑燃烧废气处理装置，其特征在于，具有：
收集水泥窑燃烧废气中的粉尘的集尘装置；和
从已通过该集尘装置的水泥窑燃烧废气中除去催化剂中毒物质的催化剂中毒物质除去装置；和
预热已经通过该催化剂中毒物质除去装置的水泥窑燃烧废气的预热装置；和
除去已经由该预热装置预热的水泥窑燃烧废气中选自氮氧化物、挥发性有机化合物、一氧化碳、残留性有机污染物质、碳氢化合物及臭气物质的一种以上的催化剂装置。
2.权利要求1记载的水泥窑燃烧废气处理装置，其特征在于，前述催化剂中毒物质除去装置是从前述水泥窑燃烧废气中除去催化剂中毒物质的湿式集尘器。
3.权利要求1记载的水泥窑燃烧废气处理装置，其特征在于，前述催化剂中毒物质除去装置是在前述水泥窑燃烧废气中添加次氯酸钠的洗涤器、一面在前述水泥窑燃烧废气中吹入活性炭一面集尘的袋滤器、或填充有活性炭的活性炭吸附塔。
4.权利要求3记载的水泥窑燃烧废气处理装置，其特征在于，前述次氯酸钠的浓度范围是在1mg/L以上、1,000mg/L以下。
5.权利要求1-4的任一项记载的水泥窑燃烧废气处理装置，其特征在于，前述催化剂装置在上游侧具有氧化物系催化剂、在下游侧具有贵金属系催化剂。
6.权利要求5记载的水泥窑燃烧废气处理装置，其特征在于，从前述催化剂装置的入口侧上部喷雾还原剂。
7.权利要求5或6记载的水泥窑燃烧废气处理装置，其特征在于，前述氧化物系催化剂是钛·钒催化剂。
8.权利要求5或6记载的水泥窑燃烧废气处理装置，其特征在于，前述贵金属系催化剂是具有选自铂、钯、铑及钌的一种贵金属的催化剂。
9.权利要求7或8记载的水泥窑燃烧废气处理装置，其特征在于，前述催化剂的孔尺寸(孔径)范围是在1.75mm以上、3.75mm以下。
10.权利要求1-9的任一项记载的水泥窑燃烧废气处理装置，其特征在于，前述预热装置是永司登型热交换器、热泵或热管。
11.一种水泥窑燃烧废气处理方法，其特征在于，收集水泥窑燃烧废气中的粉尘，
从集尘后的燃烧废气中除去催化剂中毒物质，
将除去催化剂中毒物质后的燃烧废气升温至140℃以上，
利用催化剂除去升温后的燃烧废气中选自氮氧化物、挥发性有机化合物、一氧化碳、残留性有机污染物质、碳氢化合物及臭气物质的一种以上。
12.权利要求11记载的水泥窑燃烧废气处理方法，其特征在于，依照水泥窑燃烧废气的氮氧化物浓度，在前述除去催化剂中毒物质后的燃烧废气中添加氨气，或者在140℃以上的燃烧废气中添加氨水或尿素水后使其通过催化剂。
13.权利要求11或12记载的水泥窑燃烧废气处理方法，其特征在于，利用从已通过前述催化剂的燃烧废气所回收的热或/及设置有该水泥窑的工厂内的废热蒸气，使前述除去催化剂中毒物质后的燃烧废气温度达到140℃以上。
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