JP2009115362A - ヒュームを含む排ガスの処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アルカリ金属またはアルカリ土類金属のヒュームを含む排ガスの処理方法を提供する。
【解決手段】アルカリ金属またはアルカリ土類金属のヒュームを含む排ガスに、燃料を噴射し、ヒュームを含む排ガスを燃焼させ、該燃焼排ガスをベンチュリースクラバーなどによって洗浄集塵し、さらにエクスパンドメタルなどの網目状フィルターが積層された慣性分離型フィルムによって衝突・慣性集塵することによって、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のヒュームなどの粉塵を高い効率で捕集することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒュームを含む排ガスの処理方法に関する。より詳細には、本発明は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のヒュームを含む排ガスの処理方法に関する。

排ガス中に含まれる微粒子の粉塵を除去する方法として、慣性集塵、遠心集塵、フィルター集塵、洗浄集塵、電気集塵等の方法が知られている。なかでも、最も集塵（除去）効率の高い方法として電気集塵が知られているが、電気集塵は設備が高価であり、高圧の電気を供給する工作物としての特別な規制も受ける。

比較的安価でしかも分離限界粒径が小さい粒子に適用できる集塵方法としては、洗浄集塵装置であるベンチュリースクラバーと気液分離に用いる遠心集塵装置であるサイクロンとを組み合わせる方法が知られている。しかし電気集塵と同等の集塵能力を得ることは困難である。また、この方法で、より微小の粉塵を集塵するには、ベンチュリースクラバーおよびサイクロンに、より大きな圧力損失を必要とし、吸引ブロワーなどの電力消費量が大きくなる。また、処理風量が増えた場合でもサイクロンの気液分離性能を保つには、さらに大きな圧力損失を必要としたり、複数のサイクロンを並列配置した複雑なマルチクロンを必要としたりする。

衝突・慣性集塵を原理とする低圧損失型の多層フィルターが知られている。特許文献１には、上記多層フィルターの欠点である１μｍ以下の軽量粉塵の捕集率を改善するために、衝突・慣性フィルターの前方で粉塵に液体を吸着させ、この液体が吸着された粉塵を衝突・慣性フィルターで捕集する方法が記載されている。
特開平６−３３５６１０号公報

また、本出願人は先に特許文献２において、ベンチュリースクラバーと衝突・慣性フィルターを組み合わせることを特徴とする排ガス処理方法を提案している。この方法によって、経済性と集塵効率とを両立させた、アルカリ金属と廃油または木材とを混ぜて燃焼させたときに発生する水溶性微粒子などを含む排ガスの工業的な集塵システムが提供できる。
特開２００１−１０４７３６号公報

ところで、アルカリ賦活処理による活性炭の製造現場や、アーク溶接などを行っている溶接現場では、アルカリ金属やアルカリ土類金属などの蒸気が凝集し金属ヒュームを発生しやすい。この金属ヒュームは、人体に有害で、接触すると皮膚を浸蝕したり、吸引すると呼吸器系のびらんや、金属ヒューム熱などを発症することがある。カリウム金属のヒュームは空気中の酸素と反応して過酸化カリウムや超酸化カリウムなどを含む酸化カリウムを生成する（以下、これらを酸化物等とする。）。これら酸化物も吸引や接触すると人体に有害である。また空気中の水と反応して水酸化カリウムを生成する。さらに二酸化炭素と反応して炭酸塩を生成することもある。これらを放置すると人体に有害であるばがりではなく、周囲の設備を著しく腐食することがある。

このようなアルカリ金属またはアルカリ土類金属のヒュームを含む排ガスの処理に、上記のようなベンチュリースクラバーなどの水を用いた洗浄集塵装置をそのまま適用すると、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のヒュームと水とが反応して、激しい発熱と伴に水素を発生する。反応が甚だしい場合は、水素が空気中の酸素と反応して爆発を起こすことがある。このように、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のヒュームを含む排ガスを安全且つ効率的に集塵することは困難であった。

本発明の目的は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のヒュームを含む排ガスの処理方法を提供することにある。

本発明者は、前記目的を達成するために鋭意検討した結果、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のヒュームを含む排ガスを、バーナーの火炎によって、燃焼させることによって、ヒュームなどの反応性の高い粉塵を洗浄集塵等によって高効率で集塵できるようになることを見出した。本発明はこの知見に基づいてさらに検討した結果完成したものである。

すなわち、本発明は、以下の態様を含む。
（１） アルカリ金属またはアルカリ土類金属のヒュームを含む排ガスに、燃料を噴射し、ヒュームを含む排ガスを燃焼させる工程を含む、ヒュームを含む排ガスの処理方法。
（２） 前記燃焼工程で得られた燃焼排ガスを洗浄集塵する工程をさらに含む、（１）に記載のヒュームを含む排ガスの処理方法。
（３） 前記燃焼工程で得られた燃焼排ガスまたは前記洗浄集塵を経た排ガスを、衝突慣性集塵することをさらに含む、（１）または（２）に記載のヒュームを含む排ガスの処理方法。

本発明の排ガス処理方法によって、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のヒュームなどの反応性の高い粉塵を高効率で集塵できるようになる。そして、ベンチュリースクラバーなどによる洗浄集塵と、低圧損失型多層フィルターによる衝突・慣性集塵とをさらに組み合わせることによって、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のヒュームを、低コストかつ高効率で集塵することができる。

本発明の排ガス処理方法を実施するための集塵システムの一例を示す概念図

符号の説明

１：ベンチュリースクラバー
２：慣性分離型多層フィルター
３：バーナー
４：排ガス導入管
５：煙突

本発明の排ガス処理方法は、ナトリウムやカリウム等のアルカリ金属またはアルカリ土類金属のヒュームを含む排ガスに、燃料を噴射し、ヒュームを含む排ガスを燃焼させる工程を含むものである。

アルカリ金属またはアルカリ土類金属のヒュームを含む排ガスは、アルカリ賦活処理による活性炭の製造などのような、アルカリ金属やアルカリ土類金属を高熱処理したときに排出される。ヒュームの大きさは、金属蒸気の凝集状況によって変わるが、通常、粒径１μｍ以下である。溶融金属から発生するヒュームは生成の途中で液体の状態を通るため表面張力により球状のものが多いが、化学反応によって発生するヒュームは化合物固有の結晶形となるものが多い。前記ヒュームを含む排ガスには、気体として、空気、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物などが含まれていてもよい。また排ガスにはヒューム以外の粉塵、例えば、煤、油ミストなどが含まれていてもよい。

本発明の排ガス処理方法における燃焼工程は、前記ヒュームを含む排ガスに燃料を噴射し燃焼させるものである。燃料を噴射し燃焼させるものは一般にバーナーと呼ばれている。この燃焼工程によってアルカリ金属またはアルカリ土類金属のヒュームを完全燃焼させ、ヒュームの反応性を低下させ、洗浄集塵などの集塵効率を高めることができる。

噴射される燃料は特に限定されず、気体燃料、液体燃料、固体燃料のいずれを用いてもよい。
気体燃料としては、都市ガス、液化石油ガス（ＬＰＧ）、製鉄所副生ガス、天然ガス、アセチレン、水素、ジメチルエーテルなどが挙げられる。
液体燃料としては重油・軽油・灯油・ガソリン・軽質油、アスファルト、植物油、菜種油、廃食用油、メタノール（サトウキビ等を起源とするもの）、松根油、エマルジョン燃料などが挙げられる。
固体燃料としては、石炭、廃棄物固形燃料（ＲＤＦ）、オガライト（オガクズを固形にしたもの）、木炭、蝋などを細かく粉砕したものが挙げられる。
噴射される燃料には酸化剤が通常混合されている。酸化剤としては、通常、空気または酸素が用いられる。

燃料を噴射させる機構は、燃料の発熱量・燃焼速度、目的とする燃焼温度・温度分布などによって適宜選択できる。
気体燃料バーナーでは、例えば、燃料と酸化剤を別々に供給して火口で混合して燃焼させるもの（先混合式）；混合装置で燃料と酸化剤を最適な比率で予め混ぜ合わせておいて、火口で燃焼させるもの（予混合式）；火口の手前に燃料ノズルと空気の取入孔があり、ノズルからの燃料の吹き出しにより一次空気を吸引し混合管で混合し火口で二次空気を追加され完全燃焼させるもの（ブンゼンバーナー）；燃焼に必要な酸素を全て一次空気として送風機で供給し予め混合して燃焼させるもの（全一次空気バーナー）が挙げられる。

液体燃料バーナーでは、例えば、燃料を加圧しノズルからスプレー状に噴霧するもの（油圧式）；油量の調整を圧力によって行うもの（非戻り油式）；油量の調整を戻り油の量で行うもの（戻り油式）；燃料を１９６〜９８０ｋＰａの圧力の空気または蒸気とともに噴霧するもの（高圧気流式）；燃料と噴霧媒体の混合室があり、そこで混合が行われ火口に供給されるもの（内部混合形）；火口付近で燃料と噴霧媒体とが混合されるもの（外部混合形）；燃料を３．９〜１９．６ｋＰａの圧力の空気とともに噴霧するもの（低圧気流式）；燃料を回転体に沿って流しその遠心力で拡散させるもの（回転式）などが挙げられる。

固体燃料バーナーでは、例えば、粉砕した燃料を直ちにバーナーに送り燃焼させるもの（直接式）；粉砕した燃料を一旦貯蔵した後に必要量をバーナーに送り燃焼させるもの（貯蔵式）などが挙げられる。

本発明の排ガス処理方法における燃焼工程では、燃焼温度をヒュームの融点以上にするのが好ましく、１００℃以上にするのが特に好ましい。本発明の排ガス処理方法における燃焼工程では、前記排ガスをバーナーの火炎中に連続的に通す方法が処理効率の点から好ましい。燃焼工程（バーナーの火炎）を通過する排ガスの流速は特に限定されないが、好ましくは０．１〜５ｍ／ｓｅｃ、より好ましくは０．３〜１．５ｍ／ｓｅｃである。燃焼温度または排ガスの流速がこの範囲内にあると、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のヒュームを完全燃焼でき、ヒュームの反応性を低下させ、集塵効率を高めることができるようになる。
燃焼工程に排ガスを導入する管の軸と、火炎を放射するバーナーの軸とが同軸とならないようにずらすことが好ましい。また、燃焼工程の下流は、上流に比べ負圧になるようにし、またシールポット等を設けて、排ガスの逆流を防ぐことが好ましい。

上記のようにして、燃料噴射による燃焼を経た排ガスを、慣性集塵、遠心集塵、フィルター集塵、洗浄集塵、電気集塵等の従来公知の集塵方法で処理することによって、ヒューム由来の粉塵を高効率で除去できる。集塵方法は２種以上を組み合わせて用いるのが好ましい。これら集塵方法のうち、経済性と集塵効率の点で洗浄集塵方法及び／又は衝突慣性集塵方法が好ましい。

洗浄集塵は液体を用いる集塵方法で、その方法に用いる装置をスクラバーという。液体としては、通常、水が用いられるが、それに限定されない。スクラバーとしては、サイクロンスクラバー、ベンチュリースクラバー、ドイルスクラバー、水ジェットスクラバー、噴霧洗浄塔、などが挙げられる。これらのうち、ベンチュリースクラバーが好ましい。

ベンチュリースクラバーは、ベンチュリー管に粉塵を含む排ガスを通し、咽喉部（スロート部）の高速気流中に水を注入し水を微粒化し、該微小液滴に塵埃を沈着させて捕集する装置である。

ベンチュリースクラバーのスロート部に供給する液とガスとの比、及びスロート部での流速を選択することにより、装置の能力を最大限に発揮させ集塵効率を上げることができる。スロート部の流速は、好ましくは４０〜６０ｍ／秒、より好ましくは５０〜５５ｍ／秒である。スロート部に供給する液と排ガスとの比（ｌ／ｍ³）は、好ましくは２．３〜４．０であり、より好ましくは３．０〜４．０である。上記のような範囲のスロート部流速または液／ガス比にすると、経済性と集塵効率とのバランスが良好となる。

ベンチュリースクラバーのスロート部の流速は、処理量に応じてスロート部の径を適切なものに設計することで調節できる。また、ベンチュリースクラバーの上流に設けられたファン若しくは下流に設けられた排気ブロワーのダンパー開度を調整することによっても調節できる。なお、スロート部流速は、ベンチュリースクラバーの入口と出口間の差圧（頭損失）を測定することによって求めることができる。

衝突慣性集塵方法は、粉塵の衝突と慣性とを利用した乾式集塵方法である。衝突慣性集塵方法の好適例として低圧損失型（以下、慣性分離型という。）の多層フィルターが挙げられる。この慣性分離型多層フィルターは、薄い金属板をプレスしてハニカム形状の穴を多数形成した網目状フィルター（エキスパンドメタルとも呼ぶ。）が複数枚積層された多層構造で構成されており、この網目状フィルターの目の方向を１枚ごとに角度を変えて配置することにより、ダスト含塵流体を順次流れ方向を変えながらハニカム形状の穴を通過させ、この通過時の旋回流によって慣性力の大きなダストを繰り返し衝突させて集塵するように構成されている。フィルター材質は、耐熱性、耐蝕性にすぐれたステンレス又はアルミ合金等が好ましい。

慣性分離型多層フィルターを構成する網目状フィルター（エキスパンドメタル）に対する衝突速度、及び使用する枚数を調整することで、経済性及び集塵効率を上げることができる。特に、ベンチュリースクラバーで多くの水を含んだ排ガスを処理する場合に有効である。該フィルターの枚数を１０〜３０枚、及びガス衝突流速を０．５〜２．０ｍ／秒の範囲に設定するのが好ましく、特に該フィルターの枚数を１５〜２０枚、及びガス衝突流速を１．５〜２．０ｍ／秒の範囲に設定するのが好ましい。上記のような範囲のガス衝突流速またはフィルター枚数にすると、経済性と集塵効率とのバランスが良好となる。

網目状フィルターに対する衝突流速は、あらかじめ処理する風量に応じて網目状フィルターの面積を設計することで調節することもできるが、下流に設置された排気ブロワー手前のダンパー、もしくは上流に設けられたファンのダンパー、もしくは両ダンパーの開度を調整することにより調節することができる。衝突流速は、慣性分離型多層フィルター入口と出口との差圧（頭損失）を測定することによって求められる。

慣性分離型多層フィルターの下部には、上記網目状フィルターに滴着し流下する含塵液を、排水するための含塵液ドレンが取り付けられている。該排水は例えば地下ピット等に貯水される。そして、この排水から沈降法やフィルターなどの公知方法によって粉塵を除去した後、ポンプでベンチュリースクラバーへ再供給することで、節水と環境汚染防止をすることができる。

次に、図面を参照し、本発明の実施例を説明する。なお本発明はこの実施例に限定されるものではない。

実施例１
図１は、本発明の排ガス処理方法を実施するための集塵システムの一例を示す概念図である。
アルカリ金属またはアルカリ土類金属のヒュームを含んだ排ガスが、導入管４によって燃焼炉に吹き込まれる。導入管４は、図１のように、垂直な管と斜めの管とがクロスになっていることが好ましい。導入管４によって吹き込まれた排ガスに、バーナー３から燃料を噴射して燃焼させる。バーナー３は導入管４と同軸にならないように配置されている。
燃焼炉を出た排ガスは、ベンチュリースクラバー１に導かれる。ベンチュリースクラバー１のスロート部には水を供給する管が接続されている。このベンチュリースクラバー１で洗浄集塵が行われる。
ベンチュリースクラバー１を通過した排ガスは、次に慣性分離型多層フィルター２に導入される。慣性分離型多層フィルター２において衝突慣性集塵が行われる。フィルターに滴着した液は、フィルター下部から排出し、ピットに貯水し、塵埃を除去し、ベンチュリースクラバーに供給する水として再利用できる。慣性分離型多層フィルター２を通過した排ガスは、塵埃がほとんど含まれていないので、煙突５を経て大気に放散できる。

Claims (3)

1. アルカリ金属またはアルカリ土類金属のヒュームを含む排ガスに、燃料を噴射し、ヒュームを含む排ガスを燃焼させる工程を含む、ヒュームを含む排ガスの処理方法。
2. 前記燃焼工程で得られた燃焼排ガスを洗浄集塵することをさらに含む、請求項１に記載のヒュームを含む排ガスの処理方法。
3. 前記燃焼工程で得られた燃焼排ガスまたは前記洗浄集塵を経た排ガスを、衝突慣性集塵することをさらに含む、請求項１または２に記載のヒュームを含む排ガスの処理方法。

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