JP2006263676A - 燃焼廃ガス浄化システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 燃焼廃ガスを、(A)気液接触性能に優れた漏れ棚塔を用いて、燃焼廃ガス中のSOx、NOx及び煤煙ダストなど大気汚染物質を、高濃度の炭酸アルカリ金属塩水溶液と気液接触させて除去する第1工程と、(B)燃焼廃ガス中の炭酸ガスを、高濃度の水酸化アルカリ金属水溶液と気液接触させて除去する第2工程とを連結し、さらに、(C)脱炭酸ガスを行う第2工程から副生する炭酸アルカリ金属塩水溶液を、水酸化アルカリ土類金属スラリーと混合してカセイ化反応させ、(D)水酸化アルカリ金属水溶液として回収する水酸化アルカリ金属水溶液の処理液再生工程を連結する。
【選択図】図2
Description
また、特許文献3には、石炭火力発電所やゴミ焼却場などから排出される燃焼廃ガス中に含まれる二酸化炭素を石炭火力発電所から発生するカルシウムを含む石炭石灰の石灰水スラリー又は石灰水溶出液と気液接触させることにより二酸化炭素を炭酸塩として固定化する燃焼廃ガス中の二酸化炭素の吸収固定化方法が開示されている。しかしながら、上記何れの特許文献も、燃焼廃ガスを消石灰の水溶液や石炭石灰の水スラリーと直接接触させて廃ガス中の炭酸ガス成分を炭酸カルシウムにする方法に関するものである。
1規定の炭酸アルカリ金属塩を含有する炭酸アルカリ金属塩水溶液と気液向流接触させる
ことにより、燃焼廃ガス中の硫黄酸化物及び窒素酸化物を減少せしめる第1工程と、上記
第1工程から排出される炭酸ガスと窒素を含有する燃焼廃ガスを、漏れ棚塔を用いて、水
酸化アルカリ金属水溶液と気液向流接触させることにより、該排出ガス中の炭酸ガスの少
なくとも一部を炭酸アルカリ金属塩に転換することにより、炭酸ガスを浄化する第2工程
と、上記第2工程で副生する炭酸アルカリ金属塩を、水酸化アルカリ土類金属と反応させ
ることにより、生成した炭酸アルカリ土類金属塩を分離して水酸化アルカリ金属水溶液を
回収する水酸化アルカリ金属水溶液の再生工程とから成ることを特徴とする燃焼廃ガス浄
化システムである。
また、脱炭酸ガスを行う第2工程では、最上段が14.0〜12.0、最下段が13.0〜11.5とするのは、処理液を吹き込む最上段では、循環初期には水酸化アルカリのpH値14.0〜12.0を示し、一方、廃ガスを吹き込む最下段では、炭酸ガスが溶解して生成する炭酸塩のpH値11.5〜12.5を示す。このpH値の上段と下段の差が大きいことにより、気液接触反応が促進される。処理時間の経過と共に、循環液のpH値は上段下段の差が小さくなり、終点は炭酸アルカリ水溶液のpH値である11.5〜12.5となることを基準として、処理液の管理と継続運転を行うためである。
空孔板の空孔率を25〜60%とするのは、25%以下では通気圧損が過大で、60%以上では液漏れが大きくなるので好ましくない。好ましい範囲は25〜50%、特に30〜40%が好ましい。空孔板の段数は少なくとも2段で、多段であるのが好ましいが、通気圧損を考慮すれば3〜20段、好ましい範囲は3〜10段、特に3〜6段が好ましい。また、空孔率が異なる空孔板を組み合わせると気液混合液層の流動性の制御幅を大きくすることができる。空塔速度Ugは1.0〜5.5m/secである。1.0以下では廃ガスの通気が不十分で、5.5以上では溢汪してしまう。好ましい範囲は1.5〜5.5、特に2.5〜5.5m/secが好ましい。圧力損失ΔPは10〜50mmH2Oである。圧力損は気液混合液層の流動状態を保持するために必要であるが、10以下では気液混合液層が生じないが、50以上では溢汪するので、好ましい範囲は10〜45、特に15〜45mmH2Oが好ましい。気液流量比(液/気)を0.5〜15とするのは、0.5以下では気液混合液層が生じ難く、15以上では圧損が大きくなり気液混合が不十分となるので、好ましくは0.5〜12、特に1.5〜8が好ましい。気液混合液層の高さを5〜300mmとするのは、気液混合液層が気液接触反応の場であるから、5mm以下では気液接触効果が小さく、300mm以上となると溢汪現象が生起し易くなるので、好ましい高さの範囲は10〜200mm、特に20〜100mmが好ましい。
表1 重油ボイラーの廃ガス組成の1例
組成 含有量
SOx(SO3,SO2) 300 〜 3000 ppm
NOx(NO) 200 〜 500 ppm
N2 70 〜 80 vol. %
CO2 10 〜 20 vol. %
O2 2 〜 5 vol. %
H2O 8 〜 12 vol. %
媒塵 100 〜 500 mg/Nm3
表1に示した通り、SOxガスにはSO2とSO3があり、それぞれ、水溶液への溶解性が異なる。
SO2ガス+H2O ――> HSO3 −+H+ (1)
HSO3 −+1/2O2 ――> SO4 −2+H+ (2)
式(1)及び(2)は燃焼廃ガス中に残存する酸素が、SO2ガスの水溶液中への溶解性に関係していることを示している。即ち、SO2ガスはSO4 −2となって水に溶解するのである。しかし、燃焼廃ガス中に残存する酸素量は通常は数容量%以下であるから、酸素を有効活用するために気液接触効率を高めることが重要である。
SO4 −2+Na2CO3 ――> Na2SO4+CO2+H2O (3)
この(3)式の左辺の水溶液は強アルカリ性であり、右辺の水溶液は弱アルカリ性乃至中性である。即ち、漏れ棚塔を用いて、気液接触させると、最上段の空孔板上の気液混合液層は強アルカリ性で、最下段に移行するに従い弱アルカリ性乃至中性液となるので、この間に気液接触反応が効果的に進行する。この時、下記(4)式のように、NOxガスも硝酸ナトリウムとして溶解することを見出した。
NOx+O2+1/2Na2CO3 ――> NaNO3 (4)
一方、CO2ガスは排気ガスとなって排出する。
N2+CO2+2NaOH ――> Na2CO3+N2+H2O (5)
このように(3)及び(4)式の脱流脱硝を行う第1工程と、(5)式の脱炭酸ガスを行う第2工程とを連結することにより、燃焼廃ガスを総合的に浄化し、最終的には窒素ガスとして排出する。
Na2CO3+Ca(OH)2 ――> CaCO3+2NaOH (6)
この時、生成する炭酸アルカリ土類金属塩は精製回収して、副生物を再資源化することにより、トータルコストを低減し、経済性を確保する。
SOxガス(SO2+SO3) : 2200 ppm.
NOxガス(NO) : 200 ppm.
O2 : 4 Vol.%
煤塵 : 50 mg/Nm3
CO2 : 10 Vol.%
N2 : 80 Vol.%
脱流脱硝の第1工程 脱炭酸ガスの第2工程
SOx ppm : 10.0 5.0
NOx ppm : 10.0 5.0
煤塵 ppm : 1.0 1.0
N2 % : 90 99
CO2 % : 10 0.1
脱流脱硝の第1工程 脱炭酸ガスの第2工程
取り出し液のpH値 6.5 11.5
Na2SO4 濃度(規定) 0.95 ―
Na2CO3 濃度(規定) ― 1.0
(イ) 従来の気液接触塔の特性
(ロ) 漏れ棚塔の特性
A 気液混合液層発生開始点
B (イ)の場合;溢汪開始点
(ロ)の場合;気液混合液層成長期
C 漏れ棚塔の溢汪開始点
図2
1 煙道
(A) 脱流脱硝を行う第1工程の工程フロー
2 燃焼廃ガスの吹き込みブロア
3 廃ガス吹き込み口
4 脱硫脱硝処理液の水封式タンク
4−1 副生炭酸アルカリ金属塩水溶液の受け入れライン
5 脱硫脱硝処理液の循環ポンプ
6 液送ライン
7 脱硫脱硝処理液の吹き出し口
8−1 処理済み液の排出ポンプ
8−2 液送ポンプ
9 処理済み液ストックタンク
10 漏れ棚塔(図中破線部は空孔板)
11 浄化ガス排出ライン
(B) 脱炭酸ガスを行う第2工程の工程フロー
20 漏れ棚塔(図中破線部は空孔板)
21 廃ガス吹き込み口
22 脱炭酸ガス処理液の水封式タンク
23 脱炭酸ガス処理液の循環ポンプ
24 液送ライン
25 脱炭酸ガス処理液の吹き出し口
26 副生炭酸アルカリ金属塩水溶液の排出ポンプ
27 副生炭酸アルカリ金属塩水溶液のストックタンク
28−1 液送ポンプ
28−2 ライン切り換えバルブ
29 浄化ガス排出ライン
(C) 水酸化アルカリ金属水溶液の再生工程の工程フロー
30 カセイ化槽
31 水酸化アルカリ土類金属水スラリーの供給タンク
32 副生炭酸アルカリ金属塩水溶液の受け入れライン
33 攪拌装置
34 液送ポンプ
(D) 固液分離工程の工程フロー
40 固液分離装置
41 炭酸アルカリ土類金属塩の回収タンク
42 液送ポンプ
43 水酸化アルカリ金属水溶液のストックタンク
44 液送ポンプ
45 水酸化アルカリ金属水溶液の移送ライン
50 窒素ガスの回収用タンク
図3
(1) 漏れ棚塔最上段の空孔板上気液混合液層
(2) 同、次段の空孔板上気液混合液層
(3) 同、次々段の空孔板上気液混合液層
(4) 同、最下段の空孔板上気液混合液層
上向き矢印 ガスの流れ
下向き矢印 処理液の流れ
図4及び図5
(1)、(2)、(3)及び(4)図3と同じ。
A 処理液循環開始時の漏れ棚塔空孔板上の気液混合各液層のpH値
B 処理液循環終了時の漏れ棚塔空孔板上の気液混合各液層のpH値
Claims (21)
- (1) 燃焼廃ガスを、漏れ棚塔を用いて、少なくとも0.1規定の炭酸アルカリ金属塩
を含有する炭酸アルカリ金属塩水溶液と気液向流接触させることにより、燃焼廃
ガス中の硫黄酸化物及び窒素酸化物を減少せしめる第1工程と、
(2) 上記第1工程から排出される炭酸ガスと窒素を含有する燃焼廃ガスを、漏れ棚塔
を用いて、水酸化アルカリ金属水溶液と気液向流接触させることにより、該排出
ガス中の炭酸ガスの少なくとも一部を炭酸アルカリ金属塩に転換することにより
、
炭酸ガスを浄化する第2工程と、
(3) 上記第2工程で副生する炭酸アルカリ金属塩を、水酸化アルカリ土類金属と反応
させることにより、生成した炭酸アルカリ土類金属塩を分離して水酸化アルカリ
金属水溶液を回収する水酸化アルカリ金属水溶液の再生工程とから成る
ことを特徴とする燃焼廃ガス浄化システム。 - 前記第1工程において、漏れ棚塔を用いて、燃焼廃ガスを、0.1規定以上の炭酸アル
カリ金属塩水溶液と気液向流接触させることにより、燃焼廃ガス中の硫黄酸化物を100ppm以下、窒素酸化物を150ppm以下、煤煙ダストを50mg/Nm3以下に減少せしめることを特徴とする請求項1に記載の燃焼廃ガス浄化システム。 - 前記第1工程から排出される炭酸ガスを含有する燃焼廃ガスを、漏れ棚塔を用いて、水
酸化アルカリ金属水溶液と気液向流接触させることにより、該排出ガス中の炭酸ガスの少なくとも一部を炭酸アルカリ金属塩に転換することにより、炭酸ガス濃度を100ppm以下に浄化する第2工程を実施することを特徴とする請求項1に記載の燃焼廃ガス浄化システム。 - 第1工程で用いる炭酸アルカリ金属塩水溶液の濃度が、0.1規定ないし飽和濃度であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の燃焼廃ガス浄化システム。
- 第2工程で用いる水酸化アルカリ金属水溶液の濃度が0.5規定ないし飽和濃度であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の燃焼廃ガス浄化システム。
- 漏れ棚塔が、開孔率25〜60%の空孔板を少なくとも2段設置し、空塔速度Ug1.0〜5.5m/secにおける圧力損失ΔPが10〜50mmH2Oで、気液流量比(液/気)を0.5〜15とすることにより、上記各段の空孔板上に、高さ5〜300mmの気液混合液層を形成することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の燃焼廃ガス浄化システム。
- 開孔率25〜60%の空孔板を、3〜16段設置している漏れ棚塔であることを特徴とする請求項6に記載の燃焼廃ガス浄化システム。
- 開孔率25〜60%の空孔板を、3〜6段設置している漏れ棚塔であることを特徴とする請求項6に記載の燃焼廃ガス浄化システム。
- 開孔率25〜60%の空孔板で、開孔率が異なる2種以上の空孔板を組み合わせて成る
漏れ棚塔であることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の燃焼廃ガス浄化システム。 - 空孔板上に、高さ10〜200mmの気液混合液層を形成する漏れ棚塔であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の燃焼廃ガス浄化システム。
- 第1工程における気液混合液層のpH値が、該液層最上段のpH値が12.5〜7.0に、最下段が9〜6.5に変化した時、循環している処理液の一部を処理液タンクから排出し、同時に0.1規定ないし飽和濃度の炭酸アルカリ金属塩水溶液を同量補充することにより、廃ガス浄化処理を継続して行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の燃焼廃ガス浄化システム。
- 第2工程における気液混合液層のpH値が、該液層最上段のpH値が14.0〜12.0に、最下段が13.0〜11.5に変化した時、循環している処理液の一部を処理液タンクから排出し、同時に0.5規定ないし飽和濃度の水酸化アルカリ金属水溶液を同量補充することにより、炭酸ガスの浄化処理を継続して行うことを特徴とする請求項1又は3に記載の燃焼廃ガス浄化システム。
- 第1工程で、硫黄酸化物を50ppm以下、窒素酸化物を75ppm以下、煤煙ダストを25mg/Nm3以下に減少せしめ、第2工程で、炭酸ガスを50ppm以下に浄化することを特徴とする請求項1又は2に記載の燃焼廃ガス浄化システム。
- 第1工程で、硫黄酸化物を20ppm以下、窒素酸化物を50ppm以下、煤煙ダストを10mg/Nm3以下に減少せしめ、第2工程で、炭酸ガスを20ppm以下に浄化することを特徴とする請求項1又は2に記載の燃焼廃ガス浄化システム。
- 第1工程で、硫黄酸化物を5ppm以下、窒素酸化物を5ppm以下、煤煙ダストを5mg/Nm3以下に減少せしめ、第2工程で、炭酸ガスを5ppm以下に浄化することを特徴とする請求項1又は2に記載の燃焼廃ガス浄化システム。
- 炭酸アルカリ金属塩がナトリウムまたはカリウムの炭酸塩であり、水酸化アルカリ金属水溶液がナトリウムまたはカリウムの水酸化物であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の燃焼廃ガス浄化システム。
- アルカリ土類金属が、カルシウム、マグネシウム、バリウム、ストロンチュウムの一種または二種以上であることを特徴とする請求項1に記載の燃焼廃ガス浄化システム。
- 第2工程で副生する炭酸アルカリ金属塩水溶液を、第1工程の廃ガス処理液にリサイクルすることを特徴とする請求項1に記載の燃焼廃ガス浄化システム。
- 水酸化アルカリ金属水溶液の再生工程で回収する水酸化アルカリ金属水溶液を、第2工程の炭酸ガス処理液にリサイクルすることを特徴とする請求項1に記載の燃焼廃ガス浄化システム。
- 第2工程から排出する窒素ガスを資源回収することを特徴とする請求項1に記載の燃焼廃ガス浄化システム。
- 水酸化アルカリ金属水溶液の再生工程で生成する炭酸アルカリ土類金属塩を、資源回収することを特徴とする請求項1に記載の燃焼廃ガス浄化システム。
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