JP2007083221A

JP2007083221A - 排ガス処理方法

Info

Publication number: JP2007083221A
Application number: JP2006074086A
Authority: JP
Inventors: Masaya Kato; 真哉加藤; Kenichi Danjo; 賢一檀上; Akinobu Kuwabara; 明信桑原
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-04-05

Abstract

【課題】吸着材を循環利用して、吸着材で形成する充填層により焼結鉱を製造する際に発生する排ガス処理を行う際に、通気抵抗が増加する程度を小さくして、長期間連続して排ガス処理の安定操業を可能とする排ガス処理方法を提供すること。
【解決手段】循環して移動する吸着材で形成された充填層に、焼結鉱を製造する際に発生する排ガスを通過させることで前記排ガス中の有害物質を前記吸着材に吸着させて除去する排ガス処理方法であって、前記吸着材として粒径２ｍｍ以上の粗粒の吸着材を用いることを特徴とする排ガス処理方法を用いる。または有害物質を吸着後の前記吸着材を再生処理した後に細粒を除去して、粒径２ｍｍ以上の粗粒の吸着材を循環使用して前記充填層の形成に用いることを特徴とする排ガス処理方法を用いる。篩い分け処理により吸着材から細粒を除去し、篩い上を粗粒の吸着材とすること、吸着材が活性コークスであることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、焼結鉱を製造する際に発生するＳＯ_X等を含有する排ガスを処理するのための排ガス処理方法に関する。

各種のボイラー排ガス、ゴミ等の焼却炉排ガス、製鉄所の焼結機から発生する排ガス等、多くの排ガスには、ダスト、硫黄酸化物（ＳＯ_X）、窒素酸化物（ＮＯ_X）、重金属、ダイオキシン類等の有害物質が含まれている。これらの排ガスの処理方法として、粒状の炭素質吸着材を充填した充填層に排ガスを導入して、排ガスを吸着材と接触させることにより有害物質を除去し、使用した炭素質吸着材を加熱再生して循環使用する、充填層による吸着技術が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）。

充填層による吸着技術では、活性炭または活性コークス等の炭素質吸着材を上方から下方へ移動させるように充填した移動床反応器等で充填層を形成し、排ガスが充填層を通過する際に充填層に有害物質を吸着させる。この方法では、例えば排ガス中のＳＯ_Xは炭素質吸着材上に硫酸として吸着され、除去される。ダイオキシンについては、炭素質吸着剤に吸着される以外に、粒子状のものはダストとしても除去される。

排ガスとの接触によって炭素質吸着材には硫酸等が次第に蓄積され、炭素質吸着材の脱硫活性、脱硝活性が時間と共に低下するので、炭素質吸着材を再生する必要がある。このような活性が一時的に低下した炭素質吸着材は、例えば移動床型の再生器の頂部に搬送され、供給バルブを通して再生器の内部に供給される。再生器の中で下部に移動する過程で加熱され再生される。

この再生処理において、炭素質吸着材に吸着されていた硫酸等の分解によって多量のＳＯ₂、Ｎ₂、ＣＯ₂及びＨ₂Ｏが発生する。このようにして加熱再生された炭素質吸着材は冷却され、再生器の底部より排出され、再び移動床反応器等の頂部へ供給されて、再利用される。

上記のように炭素質吸着材の循環利用を行うと、吸着剤の一部が次第に粉化する。粉化した吸着剤は充填層での再利用が困難であり、粉化した吸着剤は再生後に、篩い分け等により分離除去する。同時に吸着されたダストも除去される。

以上のようにして充填層による吸着技術を用いて排ガス処理を行えば、炭素質吸着材を繰り返し利用して効率的に排ガス処理を行うことができる。
特開２００３−５３１３５号公報特開２０００−２３３１１２号公報特開平８−１３１７７７号公報

しかし、製鉄原料である焼結鉱を製造する焼結機から発生する排ガスを、炭素質吸着材を循環利用して排ガス処理を行う際には、充填層の通気抵抗が次第に上昇するという問題がある。

炭素質吸着材を繰り返し利用するうちに、篩い分け時に分離しきれずに、炭素質吸着材に付着したままとなるダストの量が増加し、また、炭素質吸着材が次第に摩耗して粒径が小さくなるために、充填層の通気抵抗は増大していく。充填層の一部の通気抵抗が増大すると、通気抵抗の低い部分に排ガスが流れ、その部分の流速が上がり、有害物質の除去率が低下し、処理効率が低下する。全体として充填層の通気抵抗が上昇すると、充填層への排ガス導入が困難となり、排ガス処理操業を行うことが困難となる。通気抵抗の上昇には、例えば、炭素質吸着材の充填層における滞在時間を短くして循環量を上げることで、すなわち炭素質吸着材の充填層通過時間を再生時間に対して相対的に短くしてダストの回収率を上げることで、一時的に通気抵抗の上昇の程度を抑えることが可能である。しかし、最終的には排ガス処理を停止して、炭素質吸着材の再生処理のみを行うことになる。

具体的には、排ガス処理設備を２週間程度稼動すると充填層の通気抵抗が増加して、排ガス処理を停止して再生処理のみを行なうクリーニング作業を５日間程度行なう必要が生じ、この間、当然のことながら排ガス処理が停止するため、他の設備を用いて処理する等の必要が生じ、非効率的である。このような充填層の通気抵抗が増加して設備の連続操業が困難となる問題は、特許文献１〜３等に記載の従来技術では対応できない。

したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、吸着材を循環利用して、吸着材で形成する充填層により焼結鉱を製造する際に発生する排ガス処理を行う際に、通気抵抗が増加する程度を小さくして、長期間連続して排ガス処理の安定操業を可能とする排ガス処理方法を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）循環して移動する吸着材で形成された充填層に、焼結鉱を製造する際に発生する排ガスを通過させることで前記排ガス中の有害物質を前記吸着材に吸着させて除去する排ガス処理方法であって、前記吸着材として粒径２ｍｍ以上の粗粒の吸着材を用いることを特徴とする排ガス処理方法。
（２）循環して移動する吸着材で形成された充填層に、焼結鉱を製造する際に発生する排ガスを通過させることで前記排ガス中の有害物質を前記吸着材に吸着させて除去する排ガス処理方法であって、前記有害物質を吸着後の前記吸着材を再生処理した後に細粒を除去して、粒径２ｍｍ以上の粗粒の吸着材を循環使用して前記充填層の形成に用いることを特徴とする排ガス処理方法。
（３）篩い分け処理により吸着材から細粒を除去し、篩い上を粗粒の吸着材とすることを特徴とする（２）に記載の排ガス処理方法。
（４）吸着材が活性コークスであることを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載の排ガス処理方法。

本発明によれば、吸着材で形成する充填層の通気抵抗の上昇を抑制し、排ガス処理の操業を長期間安定して行うことができる。このため排ガス処理の効率が向上し、コストも低下する。

本発明者らは排ガス処理設備の長期連続稼動を行なうために、内部に吸着材が充填された充填層を形成している吸着塔内の通気抵抗（圧損）上昇を回避する方法について検討を重ねた。その結果、吸着塔の通気抵抗が上昇する要因は、吸着材の粉化、ダストの蓄積等に加えて、吸着塔内の吸着材の粒径が細粒化することにあり、粗粒の吸着材を用いることで吸着塔内の通気抵抗上昇を回避できることを見出した。そしてそのためには、再生後の吸着材から細粒を除去して、粒径２ｍｍ以上の粗粒の吸着材のみを吸着塔で再利用することで吸着塔の通気抵抗の上昇を抑えることが効果的であることを見出して本発明を完成した。吸着材から細粒を除去するためには、振動篩い等の、篩いを用いることが好ましい。篩い分け処理により吸着材から細粒を除去し、篩い上を粗粒の吸着材とすることができる。ダストを除去するだけであれば、吸着材の再生を行なう再生塔の出口部分に風選機を設置することでも対応できるが、再生した吸着材の粒度分布を所定の粒度分布を有するものとして再利用するためには、再生塔の出口部分に篩いを設置することが好ましい。したがって、粒径２ｍｍ以上の吸着材とは、篩い目２ｍｍの篩いを用いて篩い分け処理を行なった際に篩い上に分類される吸着材に相当する。

焼結鉱を製造する焼結機から発生する排ガスの処理に用いる吸着材としては、炭素質吸着材を用いることが一般的である。そこで以下は、炭素質吸着材を用いた場合について本発明の排ガス処理方法を説明する。炭素質吸着材としては、活性炭または活性コークス等があるが、活性コークスを用いることが特に好ましい。

尚、微粉のＫＣｌにはダイオキシンの合成に関して強い触媒作用がある。また、活性コークスの粒径が２．８ｍｍ未満の場合には、２．８ｍｍ以上の粒径を有する場合よりも、触媒物質としてのＫの担持量が多い。従って、粒径３ｍｍ未満の活性コークスを篩い分けにより除去することで、ＫＣｌが除去されるため、再生塔内でダイオキシンの合成が抑制されて、ダイオキシンの分解が促進されるため、排ガス処理におけるダイオキシンの除去率が上昇するという効果もある。従って、粒径３ｍｍ以上の粗粒の活性コークスを使用することが好ましい。

以下、本発明の排ガス処理方法を具体的に説明する。

図１に本発明の排ガス処理方法を用いる排ガス処理装置の一実施形態の概略図を示す。図１において、１は有害物質除去用の炭素質吸着材を充填した移動層式の吸着塔、２は有害物質の除去性能が低下した吸着材を再生処理する再生装置である再生塔、３は吸着塔から再生装置へ有害物質の除去能力が低下した吸着材を送る輸送手段、４は再生した吸着材を再生塔から吸着塔へ送る輸送手段である。また、５は炭素質吸着材のホッパ、６は炭素質吸着材の貯蔵槽、７はブースタ、８は煙突、９は振動篩い、１０は細粒炭素質吸着材用ホッパである。

焼結機から発生した排ガスＡは、ブースタ７により吸引されて電気集塵機により主なダストを除去した後に、吸着塔１に導入される。吸着塔１内には炭素質吸着材が充填されて充填層を形成しており、吸着塔上部１ａから炭素質吸着材を装入して、下部１ｂから切り出すことで、吸着塔１内に吸着塔上部１ａから下部１ｂへの吸着材の移動床を形成する。炭素質吸着材としては、活性コークスを用いている。図１に示すように、この充填層に対して水平方向に排ガスを通過させることで、排ガスと炭素質吸着材とを接触させて、排ガス中のダストや有害物質（ＳＯ_x、ＮＯ_x、ダイオキシン、ダスト等）を炭素質吸着材に吸着させる。

吸着塔１から切り出された炭素質吸着材は、吸着塔から輸送手段３により再生装置である再生塔２に送られて熱風等を用いて加熱され、冷却後に振動篩い９を用いて所定の粒度以下の細粒を除去して、十分に活性を有する状態に再生された粗粒のみが、輸送手段４により再生塔２から吸着塔１へ送られて、再び吸収塔１に装入される。振動篩い９で所定の粒径以下の炭素質吸着材を細粒として除去するのと同時に、ダストも除去される。炭素質吸着材の不足分は、炭素質吸着材ホッパ５および炭素質吸着材貯蔵槽６より補充される。補充する炭素質吸着材は細粒を含まないものが好ましく、細粒が含まれている場合は、あらかじめ篩い分けして、所定の粒度とした後に補充することが望ましい。また、最初に吸着塔に充填する炭素質吸着材も、あらかじめ篩い分けして、所定の粒径以下の細粒を除去したものを用いることが好ましい。

図２に、炭素質吸着材として活性コークスを用いた場合の、再生塔２から切り出された、振動篩い９による篩い分け処理前の粒度分布と、篩い分け処理後の粒度分布との比較を示す。篩い分け処理により粒径３ｍｍ未満の細粒が除去され、点線で示す吸着塔内の通気抵抗上昇を回避可能な粒度分布である目標粒度分布を十分に満足する粒度分布が得られている。図２は振動篩いの篩い目を３ｍｍとした場合であるが、篩い目を２ｍｍとして、粒径２ｍｍ未満の細粒を除去する場合でも目標粒度分布に近い結果が得られる。一方で篩い目を１ｍｍ以下とした場合は、篩い分け処理を行なう前の粒度分布と大差ない分布となり、吸着塔内の通気抵抗上昇を防止する効果は低い。従って、吸着塔で再利用する粗粒の吸着材は、粒径３ｍｍ以上のものとすることが好ましい。

図３は、図１の装置において、振動篩い９の換わりに風選機を用いた場合の、再生塔２から切り出された活性コークスの粒度分布と、風選処理後の粒度分布との比較を示すグラフである。図３は通常の装置よりも細粒の除去力を強化するために風選機を２台設置した場合であるが、風選後も粒度分布に変化はなく、点線で示す吸着塔内の通気抵抗上昇を回避可能な粒度分布である目標粒度分布を十分に満足する粒度分布は得られていないことが分かる。

以上のように、振動篩い等を用いて粒径２ｍｍ未満の細粒を除去して、図２、図３に示す目標とする粒度分布に近い、細粒の除去された粒度分布を有する吸着材を吸着塔で再利用することで、吸着塔内での吸着材の細粒化が防止されて、通気抵抗上昇を防止することができる。

製鉄所の焼結機から発生する排ガス処理を、図１と同様の設備を用いて行った。吸着材としては、炭素質吸着剤である活性コークスを用いて、１００００００Ｎｍ³／ｈの排ガスから、脱ダイオキシン、脱硫処理を行った。吸着塔内の通気抵抗は、充填層に対して排ガスの入り側と出側の圧力差△Pを測定し、充填層におけるガス流量ｖを測定して、通気抵抗指数ｋとして、エルガン（Ｅｒｇｕｎ）式から求められるｋ＝△Ｐ／ｖ^1.6の式を用いて計算した。ガス流量は、吸着塔の出口付近の排ガス流量を測定した。

全体としては図１と同様の設備であるが、振動篩いの換わりに風選機を用いて粒径１ｍｍ以下の細粒を除去した場合の吸着塔の通気抵抗の変化を図４に示す。図４に示すように、２週間程度排ガス処理を行なうと、通気抵抗が４．０ｋＰａ以上に増加するため、矢印で示す時期に排ガス処理を停止して５日間クリーニングを行なう必要があった。

次に、風選機の換わりに振動篩いを設置して、粒径３ｍｍ以上の粗粒のみを吸着塔で再利用する、図１に示す装置を用いた本発明方法による排ガス処理を行なった。吸着塔の通気抵抗の変化を図５に示す（風選機を用いた場合も、比較のために図５中に併せて示す。）。本発明方法を用いることで、吸着塔の通気抵抗は１ヶ月程度の連続操業を行なっても３．０ｋＰａに達せず、ほぼ２．５ｋＰａ以下とすることができた。尚、図５中の２０日付近の空白部は大規模な修理を行なった時期であり、この期間には排ガス処理を停止していた。５０日目以降も操業を継続することができ、２年以上の連続操業を継続することができた。

活性コークスの粒径と吸着塔内の通気抵抗の関係を調べる試験を行なった。図１と同様の設備を用い、振動篩いの篩い目を１ｍｍ〜６ｍｍに変化させて、それぞれの篩い目の振動篩いを用いて排ガス処理を１４日間行なった後の吸着塔内の通気抵抗を測定した。図６に、循環使用した活性コークスの最小粒径（篩い目）と、通気抵抗の関係を示す。図６に示す通気抵抗は相対的通気抵抗であり、篩い目を５ｍｍとして、粒径５ｍｍ未満の活性コークスを除去して排ガス処理を行なった際の通気抵抗を基準としている。

図６によれば、粒径２ｍｍ未満の活性コークスを用いた際に通気抵抗が急激に上昇する。したがって、再生後の吸着材から細粒を除去して、粒径２ｍｍ以上の粗粒の吸着材のみを吸着塔で再利用することが効果的であることが分かる。

排ガス処理装置の一例の概略図。篩い分け処理前の粒度分布と、篩い分け処理後の粒度分布との比較を示すグラフ。風選機を用いた場合の、活性コークスの粒度分布と、風選処理後の粒度分布との比較を示すグラフ。風選機を用いて細粒を除去した場合の吸着塔の通気抵抗の変化を示すグラフ。本発明方法を用いた場合の吸着塔の通気抵抗の変化を示すグラフ。活性コークスの最小粒径と、通気抵抗の関係を示すグラフ。

符号の説明

１吸着塔
１ａ吸着塔上部
１ｂ吸着塔下部
２再生塔
３吸着塔から再生装置への輸送手段
４再生塔から吸着塔への輸送手段
５炭素質吸着材のホッパ
６炭素質吸着材の貯蔵槽
７ブースタ
８煙突
９振動篩い
１０細粒炭素質吸着材用ホッパ
Ａ排ガス

Claims

循環して移動する吸着材で形成された充填層に、焼結鉱を製造する際に発生する排ガスを通過させることで前記排ガス中の有害物質を前記吸着材に吸着させて除去する排ガス処理方法であって、前記吸着材として粒径２ｍｍ以上の粗粒の吸着材を用いることを特徴とする排ガス処理方法。
循環して移動する吸着材で形成された充填層に、焼結鉱を製造する際に発生する排ガスを通過させることで前記排ガス中の有害物質を前記吸着材に吸着させて除去する排ガス処理方法であって、前記有害物質を吸着後の前記吸着材を再生処理した後に細粒を除去して、粒径２ｍｍ以上の粗粒の吸着材を循環使用して前記充填層の形成に用いることを特徴とする排ガス処理方法。
篩い分け処理により吸着材から細粒を除去し、篩い上を粗粒の吸着材とすることを特徴とする請求項２に記載の排ガス処理方法。
吸着材が活性コークスであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の排ガス処理方法。