JP2008110281A

JP2008110281A - 排ガス処理方法及び処理装置

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Publication number: JP2008110281A
Application number: JP2006293499A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Ogasaka; 義史小賀坂; Takashi Kondo; 尚近藤
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2008-05-15

Abstract

【課題】セメントキルン燃焼排ガス等に含まれる有害物質としての水銀等を低コストで効率よく除去する。
【解決手段】排ガスに含まれる所定の有害物質を所定の物質を用いて除去するにあたって、所定の物質に反応する、所定の有害物質以外の物質を、所定の物質以外の物質を用いて除去するステップと、所定の有害物質以外の物質を除去した後、所定の有害物質を所定の物質を用いて除去するステップとを備える排ガス処理方法及び装置。前記排ガスをセメントキルン燃焼排ガス、前記所定の有害物質を水銀として酸化剤を用いて除去することができ、この際、水銀以外のアンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物、有機系ガスから選択される１種類又は２種類以上を予め水又はアルカリ水溶液に溶解させて除去することができる。水銀の除去にあたって、酸化剤に加え、塩化剤を用いることが酸化剤の消費量を抑えることができてより好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、排ガス処理方法及び処理装置に関し、特に、セメントキルン燃焼排ガス等に含まれる有害物質としての水銀等を低コストで効率よく除去する方法及び装置に関する。

セメントキルンの排ガスには、微量の金属水銀が含まれている。その起源は、セメントの主原料である石灰石等の天然原料が含有する水銀の他、フライアッシュ等の他品種にわたるリサイクル資源に含まれる水銀である。

近年、廃棄物のセメント原料化及び燃料化によるリサイクルが推進され、廃棄物の処理量が増加するに従い、セメントキルン排ガス中の水銀濃度も増加する傾向にある。

しかし、セメントキルンの排ガスに低濃度で含まれる水銀を、多量の排ガスから除去することは容易ではなく、セメントキルンの排ガス中の水銀濃度が増加すると、大気汚染の原因となるおそれがあるとともに、フライアッシュ等のリサイクル資源利用拡大の阻害要因となるおそれもある。

ところで、排ガスから有害物質を除去するにあたって、種々の方法及び装置が提案されているが、例えば、特許文献１には、排ガス中に含まれる飛灰等を除去する少なくとも２台の除塵機からなる多段除塵装置と、この多段除塵装置の前後及び／又はこの２台の除塵機の間に配置され、排ガス中に含まれる有害物質を除去する少なくとも１台のガス清浄装置を含む有害物質除去装置とを備える排ガスの無害化処理装置等が提案されている。この装置は、前段で、多段除塵機を用いて飛灰を除去し、後段で、複数の有害物質除去装置を用いて、ダイオキシン、ＮＯｘガス、ＳＯｘガス、軽金属及び／又は重金属を除去するものである。

また、特許文献２には、高温装置の煙道ガスから水銀を除去するにあたって、臭素及び／又は臭素化合物等を、場合により多段の加熱炉及び／又は加熱炉の下流の装置部分の煙道ガスへ供給し、その際、臭素化合物、特に二酸化硫黄の存在下に、場合によって、硫黄及び／又は硫黄化合物等を添加して燃焼を行い、かつ煙道ガスから水銀を除去するため、煙道ガスに場合によって湿式スクラバー及び／又は乾式クリーンアップの多段のクリーンアップを行う方法が提案されている。すなわち、この方法は、臭素化合物及び硫黄化合物を添加することによって水銀を酸化した後、湿式スクラバーを用いて水銀を除去するものである。

さらに、特許文献３には、金属水銀蒸気及び亜硫酸ガスを含む排ガスを２塔式脱硫装置の冷却塔に導入して冷却水と接触させて脱塵・冷却し、次に、２塔式脱硫装置の吸収塔に導入して吸収液の循環液と接触させて脱硫処理した後、脱硫排ガスを湿式電気集塵機に導入して水と接触させて脱塵処理し、さらに、冷却塔の循環水、冷却塔の冷却水、吸収塔の循環液、吸収塔の吸収液、湿式電気集塵機の本体内の水、及び湿式電気集塵機の入口の排ガスの少なくともいずれかに水銀除去剤を添加する排ガス処理方法等が提案されている。この装置は、前段で、脱硫装置を用いてＳＯｘを除去し、後段で、湿式電気集塵機及び水銀除去剤を用いて水銀を除去するものである。

一方、燃焼排ガス中に含まれる水銀を除去する方法として湿式洗煙法が一般的に知られている。例えば、ゴミ焼却場の燃焼排ガス中には、ＨＣｌやＣｌガスが高濃度で含まれているため、排ガス中の水銀の形態はそのほとんどが塩化水銀（II）となっている。この塩化水銀（II）は高水溶性であるため、湿式洗煙法によって比較的容易に除去することができる。

特開２００４−１６７３８８号公報特開２００４−６６２２９号公報特開平１０−２１６４７６号公報

しかし、セメントキルン燃焼排ガスに含まれる水銀は、そのほとんどが元素状の水銀であるため、湿式洗煙法を適用する場合には、一度塩化水銀（II）まで転化させる必要がある。また、セメントキルン燃焼排ガス中には、アンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物、有機系ガスといった酸化剤消費物質が含まれているため、これらの物質により、元素状水銀と酸化剤との反応が阻害されるという問題がある。さらに、セメントキルンの排ガスは、多量であるため、水銀の酸化のためには膨大な量の酸化剤を必要とし、処理コストが高騰するという問題がある。

そこで、本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであって、セメントキルン燃焼排ガス等に含まれる有害物質としての水銀等を低コストで効率よく除去することが可能な排ガス処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、排ガス処理方法であって、排ガスに含まれる所定の有害物質を所定の物質を用いて除去するにあたって、前記所定の物質に反応する、前記所定の有害物質以外の物質を、該所定の物質以外の物質を用いて除去するステップと、前記所定の有害物質以外の物質を除去した後、前記所定の有害物質を前記所定の物質を用いて除去するステップとを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、まず、除去すべき所定の有害物質以外の物質であって、除去すべき所定の有害物質の除去に用いる所定の物質と反応する物質を、該所定の物質以外の物質を用いて除去し、その後、除去すべき所定の有害物質を所定の物質を用いて除去するため、前記所定の有害物質を除去するにあたって、前記所定の物質の使用量を削減することができ、排ガスに含まれる有害物質を低コストで効率よく除去することができる。

前記排ガス処理方法において、前記排ガスをセメントキルン燃焼排ガスとすることができ、多量の排ガス中に存在する有害物質を低コストで効率よく除去することができる。

前記所定の有害物質を水銀とすることができ、前記所定の有害物質以外の物質を、アンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物、有機系ガスから選択される１種類又は２種類以上とすることができる。

また、前記水銀を除去するにあたって、前記酸化剤に加え、塩化剤も併用することができる。これによって、酸化剤の消費量を抑えることができる。

さらに、前記所定の有害物質以外の物質としてのアンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物、有機系ガス等を水又はアルカリ水溶液に溶解させて除去することができる。

また、本発明は、排ガスに含まれる所定の有害物質を所定の物質を用いて除去する排ガス処理装置であって、前段で、前記所定の物質に反応する、前記所定の有害物質以外の物質を、該所定の物質以外の物質を用いて除去する第１の除去手段と、後段で、前記所定の有害物質を前記所定の物質を用いて除去する第２の除去手段とを備えることを特徴とする。この発明により、上述のように、所定の有害物質を除去するにあたって所定の物質の使用量を削減することができ、排ガスに含まれる有害物質を低コストで効率よく除去することができる。

前記排ガスをセメントキルン燃焼排ガスとすることができ、前記所定の有害物質を水銀とし、前記所定の有害物質以外の物質を、アンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物、有機系ガスから選択される１種類又は２種類以上とすることができる。

さらに、前記第１の除去手段を、前記セメントキルン燃焼排ガスと、循環洗浄水とを互いに接触させるガス吸収装置を備えるように構成し、前記第２の除去手段を、前記第１の除去手段から排出された排ガスと、酸化剤を含む循環洗浄水、又は、酸化剤及び塩化剤を含む循環洗浄水とを互いに接触させるガス吸収装置を備えるように構成することができる。

以上のように、本発明にかかる排ガス処理方法及び処理装置によれば、セメントキルン燃焼排ガス等の排ガスに含まれる水銀等の有害物質を低コストで、かつ効率よく除去することが可能となる。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明においては、本発明にかかる排ガス処理方法及び処理装置を、セメントキルン燃焼排ガスに含まれる水銀の除去に適用した場合を例にとって説明する。

図１に示すように、本発明にかかる排ガス処理装置１は、大別して、ガス吸収装置１１と、循環液槽１２と、気液分離機１３と、ポンプ１４とを備える前段装置２と、ガス吸収装置２１と、循環液槽２２と、気液分離機２３と、ポンプ２４とを備える後段装置３と、後段装置３の下流側に配置されたファン３１とで構成される。

前段装置２のガス吸収装置１１は、導入されたセメントキルンの燃焼排ガス（以下、「排ガス」と略称する）Ｇ１と循環洗浄水Ｗ１とを互いに接触させ、排ガスＧ１に含まれる水銀以外の酸化剤消費成分であるアンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物及び有機系ガス等を水に溶解させるために備えられ、湿式スクラバー等が用いられる。

循環液槽１２は、ガス吸収装置１１で用いられる循環洗浄水Ｗ１を貯めるために備えられ、循環液槽１２内の循環洗浄水Ｗ１は、ポンプ１４を介してガス吸収装置１１の上部に供給される。尚、循環液槽１２内の循環洗浄水Ｗ１の一部は定期的に排水し、排水した分だけ新水を補充する。

気液分離機１３は、循環液槽１２から排出された排ガスＧ１からミストを除去するために備えられ、気液分離された液体は循環液槽１２に戻される。

後段装置３のガス吸収装置２１は、前段装置２によってアンモニア等の酸化剤消費成分が除去された排ガスＧ２と、酸化剤及び塩化剤を含む循環洗浄水Ｗ２とを互いに接触させ、塩化水銀(II)として水に溶解させるために備えられ、湿式スクラバー等が用いられる。

上記酸化剤には、オゾン、次亜塩素酸、亜塩素酸、塩素酸、二酸化塩素、過酸化水素、過マンガン酸、硝酸を用いることができ、これらを２種類以上組み合わせて用いてもよい。また、塩化剤には、塩化ナトリウムや塩化カリウムに代表される無機塩素化合物、塩酸又は塩素ガスを各々単体で、又は２種類以上組み合わせて用いてもよい。

循環液槽２２は、ガス吸収装置２１で用いられる循環洗浄水Ｗ２を貯めるために備えられ、この循環液槽２２には、酸化剤及び塩化剤が供給される。循環液槽２２内の循環洗浄水Ｗ２は、ポンプ２４を介してガス吸収装置２１の上部に供給され、循環液槽２２内の循環洗浄水Ｗ２の一部は定期的に排水し、排水した分だけ新水並びに酸化剤及び塩化剤を補充する。

気液分離機２３は、循環液槽１２から排出された排ガスからミストを除去するために備えられ、気液分離された液体は循環液槽２２に戻される。

ファン３１は、排ガスＧ１を前段装置２及び後段装置３へ導入するために備えられ、最終的に、気液分離機２３から排出された排ガスＧ３を図示しない煙突を介して大気に放出する。

次に、上記構成を有する排ガス処理装置１の動作について、図１を参照しながら説明する。

セメントキルンの排ガスＧ１を前段装置２のガス吸収装置１１に導入し、ガス吸収装置１１内において、循環液槽１２からポンプ１４を介して供給した循環洗浄水Ｗ１で洗浄する。これによって、排ガスＧ１に含まれる水銀以外の酸化剤消費成分であるアンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物、有機系ガス等が水に溶解する。ガス吸収装置１１を経て循環液槽１２に戻された循環洗浄水Ｗ１は、ポンプ１４によって循環し、これにより、排ガスＧ１と循環洗浄水Ｗ１との接触が充分に行われ、水溶性成分の回収が効率よく行われる。

次に、循環液槽１２から排出されたガスから気液分離機１３によってミストを除去する。除去したミストは、循環液槽１２に戻される。ミストが除去された排ガスＧ２を、後段装置３のガス吸収装置２１に導入し、ガス吸収装置２１内において、循環液槽２２からポンプ２４を介して供給した、水銀酸化剤及び水銀塩化剤を含む循環洗浄水Ｗ２によって、水銀を塩化水銀（II）に変化させるとともに、塩化水銀（II）の高水溶性を利用して、水に溶解させながら吸収する。これによって、排ガスＧ２に含まれる水銀が回収される。ガス吸収装置２１を経て循環液槽２２に戻された循環洗浄水Ｗ２は、ポンプ２４によって循環し、これにより、排ガスＧ２と循環洗浄水Ｗ２との接触が充分に行われ、水銀を効率よく回収することができる。

次に、循環液槽２２から排出されたガスから気液分離機２３によってミストを除去する。除去したミストは、循環液槽２２に戻される。ミストが除去された排ガスＧ３を、ファン３１を介して大気に放出する。

以上のように、本実施の形態においては、排ガスＧ１に含まれる元素状の水銀を湿式洗煙法を用いて除去するにあたって、まず、前段装置２において、排ガスＧ１に含まれる酸化剤消費成分であるアンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物、有機系ガス等を水に溶解させて除去し、その後、後段装置３において、酸化剤及び塩化剤を用いて元素状の水銀を塩化水銀（II）に変化させ、水に溶解させながら除去するため、元素状水銀と酸化剤との反応がアンモニア等によって阻害されることがなく、低コストで効率よく水銀を除去することができる。

尚、上記実施の形態においては、元素状の水銀を塩化水銀（II）に変化させるにあたって、酸化剤と塩化剤を用いたが、酸化剤のみを用いることもできる。

また、上記実施の形態においては、前段装置２において、アンモニア等の酸化剤消費成分を水に溶解させて除去し、後段装置３において、酸化剤及び塩化剤を用いて元素状の水銀を塩化水銀（II）に変化させたが、排ガス処理装置を多段に構成し、各段において酸化剤及び塩化剤を投入してもよく、酸化剤消費成分を除去した次の段で酸化剤を、その次に段で塩化剤を投入するようにしてもよい。さらに、前段装置２及び後段装置３を設けたり、多段に排ガス処理装置を設ける場合に限らず、単一の装置内に複数の室を設け、上述のような前段処理及び後段処理、並びに多段処理を行うようにしてもよい。

さらに、上記実施の形態においては、セメントキルン燃焼排ガスに含まれる水銀を除去する場合について説明したが、排ガスは、セメントキルンからのものに限定されることなく、他の焼成炉等からの排ガスであってもよく、有害物質についても水銀に限らず、他の重金属等であってもよい。

以下、本発明の実施例及び比較例を挙げ、本発明にかかる排ガス処理方法及び処理装置をより具体的に説明する。尚、本実施例においても、セメントキルン燃焼排ガス（以下、「排ガス」という）に含まれる水銀を湿式洗煙法を用いて除去する場合について説明する。

まず、比較例として、図２に示す排ガス処理装置４１を使用して水銀を除去した。この排ガス処理装置４１は、ガス吸収装置４２によって、排ガスＧ１と、酸化剤としての次亜塩素酸ソーダを含む循環洗浄水Ｗとを気液並流接触させるとともに、循環洗浄水ライン４７に次亜塩素酸ソーダ水溶液を添加する。ガス吸収装置４２における気液並流接触によって、元素状の水銀は塩化水銀（II）に変化して循環洗浄水に溶解し、ガス吸収装置４２から排出される。一方、ガス吸収装置４２を通過した排ガスＧ１は、循環液槽４３を経て気液分離機４４において気液分離され、排ガスＧ２として排出される。ガス吸収装置４２から循環洗浄水を排出した分だけ新水を追加する。

この比較例における実験条件は、以下のとおりである。
処理ガス量：１２０ｍ³Ｎ／ｈ、洗浄水／排ガス比：２５Ｌ／ｍ³Ｎ、循環液槽内水量：７５０Ｌ、循環液槽排水量：１０Ｌ／ｈ

ここで、排ガスＧ１の組成は以下の通りである。
窒素：５０〜６０％、酸素：８〜１０％、二酸化炭素：２０〜２５％、水蒸気：１０〜１５％、水銀：２０〜１５０μｇ／ｍ³Ｎ、アンモニア：２０〜７０ｐｐｍ、ＳＯｘ：〜１０ｐｐｍ、ＮＯｘ：３００〜４００ｐｐｍ

次に、実施例１として、図１に示す排ガス処理装置１を使用して水銀を除去した。尚、図１の後段装置３の循環洗浄水Ｗ２に酸化剤として次亜塩素酸ソーダを投入し、塩化剤は使用しなかった。実験条件及び排ガスＧ１の組成は、比較例と同じである。

さらに、実施例２として、図１に示す排ガス処理装置１を使用し、後段装置３の循環洗浄水Ｗ２に酸化剤として次亜塩素酸ソーダを用いると同時に、塩化剤として工業塩（塩化ナトリウム）を使用した。実験条件及び排ガスＧ１の組成は、比較例及び実施例１と同じである。実施例２の追加条件は、以下の通りである。
工業塩投入量：２５ｍｏｌ−ＮａＣｌ／ｈ、工業塩の純度：９５％以上

上記装置を用い、排ガスＧ１に含まれる水銀を目標水銀除去率７５％まで除去するにあたって、消費した次亜塩素酸ソーダの量を比較した。その結果を図３に示す。

同図に示されるように、比較例に対し、実施例１では５５％、実施例２では７０％も酸化剤としての次亜塩素酸ソーダの使用量を削減することができた。

比較例で多量の次亜塩素酸ソーダを必要としたのは、上述のように、酸化剤としての次亜塩素酸ソーダが、水銀よりも優先的に、排ガスＧ１中の水銀以外の還元性物質（アンモニア、ＳＯｘ、有機系ガス）と反応してしまうためである。

一方、実施例１では、前段装置２において、排ガスＧ１に含まれ、水銀よりも優先的に次亜塩素酸ソーダと反応するアンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物、有機系ガスを水に溶解させて除去し、その後、後段装置３において、次亜塩素酸ソーダを用いて元素状の水銀を塩化水銀（II）に変化させ、水に溶解させながら除去するため、次亜塩素酸ソーダの使用量を大幅に削減することができた。

さらに、金属水銀と次亜塩素酸ソーダは、次の２つの式に示されるように化学反応が進行すると言われているため、式（２）より、反応をより右辺側に進めるためには、多量の塩素（ここではＮａＣｌ）が必要であることがわかる。

Ｈｇ＋ＮａＣｌＯ＋Ｈ₂Ｏ→Ｈｇ²⁺＋Ｎａ⁺＋Ｃｌ^-＋２ＯＨ^- ・・・（１）
Ｈｇ²⁺＋４ＮａＣｌ＋Ｈ₂Ｏ→Ｎａ₂(ＨｇＣｌ₄)＋２Ｎａ⁺＋Ｈ₂Ｏ・・・（２）

そこで、実施例２では、塩化剤として工業塩（塩化ナトリウム）を使用したため、実施例１よりもさらに次亜塩素酸ソーダの使用量を削減することができた。

本発明にかかる排ガス処理装置の一実施の形態及び実施例の全体構成を示すフローチャートである。本発明にかかる排ガス処理装置の比較例の全体構成を示すフローチャートである。本発明にかかる排ガス処理装置の実施例及び比較例において、次亜塩素酸ソーダの使用量を比較したグラフである。

符号の説明

１排ガス処理装置
２前段装置
３後段装置
１１ガス吸収装置
１２循環液槽
１３気液分離機
１４ポンプ
２１ガス吸収装置
２２循環液槽
２３気液分離機
２４ポンプ
３１ファン
４１排ガス処理装置
４２ガス吸収装置
４３循環液槽
４４気液分離機
４５ポンプ
４６ポンプ
４７循環洗浄水ライン

Claims

排ガスに含まれる所定の有害物質を所定の物質を用いて除去するにあたって、
前記所定の物質に反応する、前記所定の有害物質以外の物質を、該所定の物質以外の物質を用いて除去するステップと、
前記所定の有害物質以外の物質を除去した後、前記所定の有害物質を前記所定の物質を用いて除去するステップとを備えることを特徴とする排ガス処理方法。
前記排ガスは、セメントキルン燃焼排ガスであることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理方法。
前記所定の有害物質は、水銀であることを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス処理方法。
前記所定の有害物質以外の物質は、アンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物、有機系ガスから選択される１種類又は２種類以上であることを特徴とする請求項３に記載の排ガス処理方法。
前記所定の物質は、酸化剤であることを特徴とする請求項３又は４に記載の排ガス処理方法。
前記水銀を除去するにあたって、前記酸化剤に加え、塩化剤も併用することを特徴とする請求項５に記載の排ガス処理方法。
前記所定の有害物質以外の物質を、水又はアルカリ水溶液に溶解させて除去することを特徴とする請求項４に記載の排ガス処理方法。
排ガスに含まれる所定の有害物質を所定の物質を用いて除去する排ガス処理装置であって、
前段で、前記所定の物質に反応する、前記所定の有害物質以外の物質を、該所定の物質以外の物質を用いて除去する第１の除去手段と、
後段で、前記所定の有害物質を前記所定の物質を用いて除去する第２の除去手段とを備えることを特徴とする排ガス処理装置。
前記排ガスは、セメントキルン燃焼排ガスであることを特徴とする請求項８に記載の排ガス処理装置。
前記所定の有害物質は、水銀であることを特徴とする請求項９に記載の排ガス処理装置。
前記所定の有害物質以外の物質は、アンモニア、硫黄酸化物、窒素酸化物、有機系ガスから選択される１種類又は２種類以上であることを特徴とする請求項１０に記載の排ガス処理装置。
前記第１の除去手段は、前記セメントキルン燃焼排ガスと、循環洗浄水とを互いに接触させるガス吸収装置を備えることを特徴とする請求項１１に記載の排ガス処理装置。
前記第２の除去手段は、前記第１の除去手段から排出された排ガスと、酸化剤を含む循環洗浄水、又は、酸化剤及び塩化剤を含む循環洗浄水とを互いに接触させるガス吸収装置を備えることを特徴とする請求項１２に記載の排ガス処理装置。