JP2005211878A - 排ガス中の炭酸ガス除去方法及び排ガス中の炭酸ガス除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガス中の炭酸ガスを効果的かつ簡便に除去することができる炭酸ガス除去方法及び炭酸ガス除去装置を提供する。
【解決手段】吸収塔にて排ガスを吸収液と接触させて排ガス中の炭酸ガスを除去する炭酸ガス除去方法であって、吸収液は水酸化カルシウム含有水であり、吸収液が炭酸ガスを吸収して形成された炭酸カルシウムスラリーを分離し、分離した炭酸カルシウムスラリーを酸で中和し、中和した炭酸カルシウムスラリーを炭酸カルシウムと排水とに分離する炭酸ガス除去方法とする。該除去方法に使用する炭酸ガス吸収装置は、排ガス冷却装置１０、吸収塔１２、炭酸カルシウムスラリーを分離するスラリー分離装置１６、炭酸カルシウムスラリーを酸で中和する中和装置１８、及びスラリーを炭酸カルシウムと排水とに分離する固液分離装置を有する
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼装置の排ガス中の炭酸ガスを除去して濃度を低減させる炭酸ガス除去方法及び炭酸ガス除去装置に関するものである。

燃焼装置、特にゴミ焼却炉においては、ポリ塩化ビニル等の燃焼による塩化水素ガス等の酸性ガスが発生するため、これ等酸性ガスの除去を目的として酸性ガス除去装置が設置されている。特に湿式の酸性ガス除去装置としては、急冷塔と吸収塔とを有し、中和水を吸収液として使用し、吸収塔において排ガスと該吸収液とを接触させて酸性ガスを吸収除去する装置が一般的に使用されており、酸性ガスを吸収した吸収液は、水酸化ナトリウム水溶液と混合、中和した後に一部が循環利用される他はそのままＮａＣｌやＮａ₂ ＳＯ₄ 等を含有する工場排水として排出されている。

しかるに近年、大気中の炭酸ガス濃度の上昇による地球温暖化現象が重要な環境問題とされており、炭酸ガスを多量に含有する燃焼装置排ガス中の炭酸ガスをも除去することが求められている。

ところが吸収液として中和水を使用する従来の酸性ガス除去装置では、炭酸ガスを除去することはできない。また吸収液として水酸化ナトリウム水溶液を使用してもｐＨの高いときには炭酸ガスをある程度吸収除去できるが、排水をその排出規準であるｐＨ６〜８に中和すると炭酸ガスが遊離し、大気中に放出され、結局炭酸ガスを除去することができない。

炭酸ガスを除去する技術としては、アルカノールアミン又は熱炭酸カリウム溶液を吸収剤として使用する吸収法、ゼオライトや活性炭を吸着剤として使用する吸着法などが公知である。

しかし、上記の吸収液や吸着剤はいずれも高価であり、装置も高価なものであり、より簡便な炭酸ガス除去技術が求められている。また従来の酸性ガス除去装置に加えて別途設置する必要があり、高額な設備投資と大きな設置スペースが必要となる。

本発明の目的は、排ガス中の炭酸ガスを効果的かつ簡便に除去することができる炭酸ガス除去方法及び炭酸ガス除去装置を提供することにある。

本発明は、吸収塔にて排ガスを吸収液と接触させて排ガス中の炭酸ガスを除去する炭酸ガス除去方法であって、
前記吸収液は水酸化カルシウム含有水であり、排ガスと接触した前記吸収液から炭酸ガスを吸収して形成された炭酸カルシウムスラリーを分離し、分離した前記炭酸カルシウムスラリーを酸で中和し、中和した前記炭酸カルシウムスラリーを炭酸カルシウムと排水とに分離することを特徴とする。

係る方法により、排ガス中の炭酸ガスを効果的かつ簡便に除去することができる。即ち、従来の酸性ガス除去装置をスラリー状である水酸化カルシウム含有水を使用できるようにわずかに改変するだけで実施することができ、炭酸ガスを吸収して形成された炭酸カルシウムスラリーは、排水規準を満たすように酸で中和しても炭酸ガスを発生することがない。炭酸カルシウムを分離した後の排水は、従来通り工場排水として排出可能である。

また上述の炭酸ガス除去方法は、従来の酸性ガス除去装置等を、スラリー状の水酸化カルシウム含有水を使用できるようにする等の改良を行うだけで実施可能であり、新たな高額の設備投資を必要とせず、新たに大きな設置スペースを必要とすることもない。

水酸化カルシウムは、水に対する溶解度はそれ程大きくないが、水に溶解した水酸化カルシウムが吸収塔で炭酸ガスを吸収して水にほとんど溶解しない炭酸カルシウムとなって微粒子状となると、粒子状で存在する水酸化カルシウムが水に溶解し、炭酸ガスを吸収する。

上述の炭酸ガス除去方法においては、前記吸収塔は少なくとも第１吸収塔と第２吸収塔とからなり、前記吸収液は、第２吸収塔で炭酸ガスを吸収した後に第１吸収塔に送られて第１吸収塔にて排ガス中の酸性ガスを吸収することが好ましい。

係る構成により、第１吸収塔で酸性ガスを吸収除去し、第２吸収塔で炭酸ガスを吸収する方が１基の場合よりもより効果的に吸収除去することができる。

炭酸ガスは第１吸収塔でもある程度は除去可能であるが、第２吸収塔には、常に第１吸収塔よりも水酸化カルシウム濃度が高く、よりアルカリ性の強い吸収液が供給され、酸性が弱く、吸収されにくい炭酸ガスをより有効に吸収除去し得る。また、吸収液の媒体として水を使用するために吸収塔の通過により排ガスは冷却され、第２吸収塔の排ガス温度は第１吸収塔の排ガス温度よりも低い。炭酸ガスは温度が低いほど吸収液に対する溶解度が高くなるため、第２吸収塔でより効率的に除去される。

上述の炭酸ガス除去方法においては、前記排ガス温度を８０℃以下にして前記吸収液と接触させることが好ましい。

排ガスの温度が８０℃を超えると吸収液による炭酸ガスの除去効率が低下する。排ガスの温度は７０℃以下であることがより好ましい。

別の本発明は排ガスを吸収液と接触させて排ガス中の炭酸ガスを除去する炭酸ガス除去装置であって、
排ガスを吸収液と接触させる吸収塔、炭酸ガスを吸収して形成された炭酸カルシウムスラリーを吸収液から分離する分離装置、分離した前記炭酸カルシウムスラリーを酸で中和する中和装置、及び中和した前記炭酸カルシウムスラリーを炭酸カルシウムと排水とに分離する固液分離装置を有することを特徴とする。

係る装置を使用することにより、排ガス中の炭酸ガスを効果的かつ簡便に除去することができる。

係る炭酸ガス除去装置は、従来の酸性ガス除去装置をスラリー状である水酸化カルシウム含有水を使用できるようにわずかに改変するだけで実施することができ、炭酸ガスを吸収して形成された炭酸カルシウムスラリーは、排水規準を満たすように酸で中和しても炭酸ガスを遊離することがない。炭酸カルシウムを分離した後の排水は、従来通り工場排水として排出可能である。

上述の排ガス中の炭酸ガス除去装置においては、前記吸収塔は少なくとも第１吸収塔と第２吸収塔とからなり、前記吸収液は、第２吸収塔で炭酸ガスを吸収した後に第１吸収塔に送られて第１吸収塔にて排ガス中の酸性ガスを吸収するように構成されていることが好ましい。

係る構成の装置によれば、第１吸収塔で酸性ガスを吸収除去し、第２吸収塔で炭酸ガスを効果的に吸収除去することができる。上述の炭酸ガス除去装置においては、吸収塔は必要に応じて３以上設置してもよい。

また上記排ガス中の炭酸ガス除去装置においては、さらに排ガスを８０℃以下に冷却する冷却装置を設けることが好ましい。

吸収液である水酸化カルシウム含有水の水酸化カルシウムの含有率は、１％以上であることが好ましく、液のｐＨは１２以上のアルカリ性であることが好ましい。水酸化カルシウムの水に対する溶解度は０．１８５ｇ／１００ｇ（０℃）であるから、１％以上含有する水酸化カルシウム含有水は、少なくとも水酸化カルシウムが溶解した水と水酸化カルシウム粒子とを含むスラリー状である。

図１には、排ガス冷却装置、吸収塔、水酸化カルシウム含有水を輸送するポンプ、炭酸カルシウムスラリーを分離するスラリー分離装置、分離した炭酸カルシウムスラリーを酸で中和する中和装置、及び中和した炭酸カルシウムスラリーを炭酸カルシウムと排水とに分離する固液分離装置を有する排ガス中の炭酸ガス除去装置の好適な例を示した。

燃焼装置（図示せず）から排出される排ガスＡは、排ガス冷却装置１０に送り込まれ、８０℃以下、より好ましくは７０℃以下に冷却される。冷却された排ガスは、吸収塔１２にその下部から送り込まれる。吸収塔には吸収液であるスラリー状の水酸化カルシウム含有水が貯留槽１６からポンプ２０により配管２２を通じて供給され、シャワーノズル１３にて撒布され、充填材１４の層によって排ガスと吸収液とが効率よく接触するように構成されている。吸収液と接触して炭酸ガス濃度が低減された排ガスＢは、吸収塔１２の上部に設けられたダクトから大気中に排出される。

使用する排ガス冷却装置としては、公知の冷却装置が限定なく使用可能であり、具体的には廃熱ボイラー式ガス冷却装置、水噴射式ガス冷却装置、及びこれらを組合せた組合せ式ガス冷却装置が例示される。

吸収塔１２には、排ガスと吸収液の接触面積を大きくするための充填材１４が層状に充填されている。図１では、充填材１４の層は吸収塔上部の一部に設けられているがこれに限定されるものではなく、下部近傍まで充填されていてもよく、複数の層状に充填されていてもよい。

炭酸ガスを吸収して炭酸カルシウム微粒子を含むものとなった吸収液は、吸収塔１２の下部から配管２４を通じて貯留槽１６に送られ、循環するように構成されている。

貯留槽１６では、例えばｐＨメーターにより吸収液のｐＨをモニターし、吸収液の炭酸ガス吸収能力が所定値より低下した場合に貯留槽１６の下部より炭酸カルシウムスラリーを分離して取り出すと共に水酸化カルシウム含有水を追加する。即ち、貯留槽１６は、スラリー分離装置を兼ねている。炭酸カルシウムスラリーの分離は間欠的に行ってもよく、連続的に行ってもよい。

取り出した炭酸カルシウムスラリーは中和槽１８に収容し、酸Ｃを添加してｐＨ６〜８に中和し、次いでｐＨ６〜８の排水と炭酸カルシウムに分離して排水はそのまま下水として排出する。使用する酸としては、硫酸又は塩酸が好ましく、塩化水素ガスを吹き込んでもよい。

中和槽の構成は、炭酸カルシウム粒子を含有するスラリーを効果的に中和できれば特に限定されず、公知の中和槽を使用することができる。具体的には、撹拌翼と酸供給装置及びｐＨ検出装置を備えたものでよく、連続的に処理する装置であってもよく、バッチ式であってもよい。

中和した炭酸カルシウムスラリーを炭酸カルシウムと排水とに分離する固液分離装置としては、公知の固液分離装置を使用することができ、例えばフィルタープレス等が例示される。

図２には、排ガス冷却装置、２基の吸収塔、水酸化カルシウム含有水を供給するポンプ、炭酸カルシウムスラリーを分離するスラリー分離装置、分離した炭酸カルシウムスラリーを酸で中和する中和装置、及び中和した炭酸カルシウムスラリーを炭酸カルシウムと排水とに分離する固液分離装置を有する排ガス中の炭酸ガス除去装置の好適な例を示した。

排ガスＡは、図１の場合と同様に排ガス冷却装置３８に送り込まれて冷却された後に第１吸収塔３０に送られ、処理された後に第２吸収塔３２に送られる。第１吸収塔にはシャワーノズル３３と充填材３４の層が、また第２吸収塔３２にはシャワーノズル３５と充填材３６の層が、それぞれ設けられている。また水噴霧効果によって排ガス温度が低減されるため、排ガス冷却装置３８を省略して装置を簡素化することも可能である。

吸収液は、貯留槽４０からポンプ５０によりまず第２吸収塔３２に送られ、第１吸収塔３０で処理され、ダクト３１を通じて第２吸収塔に送られた排ガスと接触して炭酸ガスを吸収する。第２吸収塔３２から排出された吸収液はポンプ４６を備えた配管４４を通じて第１吸収塔３０へ送られる。

吸収液と接触して酸性ガスが除去され、炭酸ガス濃度が低減された排ガスＢは、吸収塔３２の上部に設けられたダクトから大気中に排出される。

係る構成により、酸性ガスを吸収する前の吸収液と酸性ガス除去後の排ガスが接触するため、より効果的に炭酸ガスを除去することができる。

第１吸収塔３０から排出された吸収液はポンプを備えた配管５２を通じて貯留槽４０に戻される。炭酸カルシウムスラリーを含有する吸収液の処理は実施例１の場合と同様である。

例えば焼却炉などに設置された酸性ガス除去装置が第１吸収塔、第２吸収塔の２基の吸収塔を有する場合、第２吸収塔のみを水酸化カルシウム含有水を使用して炭酸ガスを除去するように改造することも好ましい態様である。

（実験例１）
水酸化カルシウム２．２２ｇをイオン交換水１８０ｍｌに分散したスラリー状液（ｐＨ＝１２．７２）に炭酸ガスを０．１ＭＰａ，３００ｍｌ／ｍｉｎの条件で４．８時間バブリングにより接触させた。次いでＨＣｌの２９００ｐｐｍ／Ｎ₂ バランスガスを０．１ＭＰａ，２Ｌ／ｍｉｎの条件でバブリングし、ｐＨ７に中和した。実験を２回行い、中和後のスラリー液の炭素含有量測定したところ、炭素量として２４００ｍｇ／Ｌであった。
（比較実験例２）
水酸化カルシウムに代えて水酸化ナトリウム１．０ｇを使用した以外は実験例１と同様にして吸収実験を行った。中和前の液の炭素含有量は２４１０ｍｇ／Ｌであったが、中和後は２６０ｍｇ／Ｌであった。

以上の実験結果より、水酸化ナトリウム水溶液を吸収液とした場合には、中和すると炭酸ガスが放出されて炭酸ガスの除去効果が得られないが、本発明のように水酸化カルシウムを使用すると、中和後の吸収液では炭酸ガスが放出されておらず、効果的に排ガス中の炭酸ガスを除去できることが分かる。

燃焼装置、例えばボイラー、焼却炉に設置して炭酸ガス排出量を低減することができる。火力発電所やゴミ焼却炉の排ガス処理装置として使用可能である。

排ガス冷却装置、吸収塔１基、スラリー分離装置、中和装置を有する炭酸ガス除去装置を例示した図（実施例１） 吸収塔を２基備え、吸収液を第２吸収塔から第１吸収塔へ供給する構成を有する炭酸ガス除去装置を例示した図（実施例２）

符号の説明

１０ 排ガス冷却装置
１２ 吸収塔
１６ スラリー分離装置
１８ 中和装置

Claims (6)

1. 吸収塔にて排ガスを吸収液と接触させて排ガス中の炭酸ガスを除去する炭酸ガス除去方法であって、
   前記吸収液は水酸化カルシウム含有水であり、排ガスと接触した前記吸収液から炭酸ガスを吸収して形成された炭酸カルシウムスラリーを分離し、分離した前記炭酸カルシウムスラリーを酸で中和し、中和した前記炭酸カルシウムスラリーを炭酸カルシウムと排水とに分離することを特徴とする排ガス中の炭酸ガス除去方法。
2. 前記吸収塔は少なくとも第１吸収塔と第２吸収塔とからなり、前記吸収液は、第２吸収塔で炭酸ガスを吸収した後に第１吸収塔に送られて第１吸収塔にて酸性ガスを吸収することを特徴とする請求項１に記載の排ガス中の炭酸ガス除去方法。
3. 前記排ガス温度を８０℃以下にして前記吸収液と接触させることを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス中の炭酸ガス除去方法。
4. 排ガスを吸収液と接触させて排ガス中の炭酸ガスを除去する炭酸ガス除去装置であって、
   排ガスを吸収液と接触させる吸収塔、炭酸ガスを吸収して形成された炭酸カルシウムスラリーを吸収液から分離する分離装置、分離した前記炭酸カルシウムスラリーを酸で中和する中和装置、及び中和した前記炭酸カルシウムスラリーを炭酸カルシウムと排水とに分離する固液分離装置を有することを特徴とする排ガス中の炭酸ガス除去装置。
5. 前記吸収塔は少なくとも第１吸収塔と第２吸収塔とからなり、前記吸収液は、第２吸収塔で炭酸ガスを吸収した後に第１吸収塔に送られて第１吸収塔にて酸性ガスを吸収するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の排ガス中の炭酸ガス除去装置。
6. さらに排ガスを８０℃以下に冷却する冷却装置を有することを特徴とする請求項４又は５に記載の排ガス中の炭酸ガス除去装置。

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