JP2009539605A - 一体型乾式及び湿式煙道ガス浄化法及びシステム - Google Patents
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Abstract
本発明は、煙道ガス（28）から、イオウ酸化物、他のガス、及び微粒子を除去するプロセス及びシステムに関する。該方法は、スプレー乾燥機（22）において、水（31）、アルカリ性試薬（32）及び湿式スクラバー（26）からのパージストリーム（33）から形成されたスラリー（30）にて煙道ガスを処理し、これによって、乾燥副生物（34）を生成することを含んでなる。プロセスは、さらに、乾燥副生物（34）の少なくとも一部を除去するため、煙道ガスを濾過すること；湿式スクラバー（26）において、フィルター（44）を出る煙道ガス（28）を湿式スクラビングすること；湿式スクラバー（26）に、石灰又は石灰石（37）を添加すること；及び石膏（39）を生成することを含む。濾過段階の上流で、煙道ガス（28）に活性炭（36）を注入し、スプレー乾燥機（22）の上流で、煙道ガス（28）から微粒子を除去できる。
Description
本発明は、一般に、化石燃料燃焼式燃焼器の煙道ガスから、イオウ酸化物、他の酸性ガス、微粒子、及び水銀を除去するシステムに関する。特に、本発明は、一体型の乾式／湿式ガス浄化システムに関する。
化石燃料燃焼式燃焼器等は、多量のイオウ酸化物及び他の酸性ガスを発生する。イオウ酸化物は、煙道ガスを介して、燃焼器から大気中に放出される。燃焼プロセスは、石炭中の天然のイオウを、基準汚染物質及び酸性雨の前駆体であるガス状の二酸化イオウ（SO2）及び三酸化イオウ（SO3）によって形成された硫酸ミスト（PM 2.5の前駆体であり、可視放出の原因である）に転化する。PM 2.5は、サイズ２.５μm以下の粒子状物質である。微粒子は、ヒトの健康及び環境の両方についての危険性のため、注目を集めいている。他の望ましくない酸性ガス汚染物質、例えば、塩化水素（HCl）及びフッ化水素（HF）も生成される。
きれいで、環境に優しい発電及び廃棄物焼却には、経済的な空気汚染制御システムが必要である。空気汚染制御システムは、往々にして複雑であり、代表的には、これらプロセスからの副生物の処分工程と共に、微粒子、酸化合物、有機物質、重金属の除去工程からなる。
煙道ガスからイオウ酸化物を除去するため、湿式煙道ガス脱硫（WFGD）及び乾式煙道ガス脱硫（DFGD）の２つのタイプのプロセスが現在使用されている。WFGDでは、煙道ガスを大きい容器、例えば、スプレー塔又は吸収装置（一般的に、湿式スクラバーと称される）に導入し、ここで、煙道ガスを、水性スラリー、例えば、水及び少なくとも部分的に不溶性の物質、例えば、アルカリ剤（石灰、石灰石、等）の混合物と共に噴霧する。スラリー中のカルシウムはSO2と反応して、亜硫酸カルシウム又は硫酸カルシウムを生成する。亜硫酸カルシウム及び／又は硫酸カルシウムを各種の手段で脱水して、固状副生物を生成する。副生物が主として亜硫酸カルシウムである場合、通常、これをフライアッシュ及び固着性石灰と混合して、埋立地において処分する。一方、WFGD廃棄物からは、湿式スクラバーに圧縮空気を注入することによって、売却可能な石膏を生成できる。
DFGDでは、水スラリー、例えば、水酸化カルシウム類を形成するように生石灰と混合した水を、スプレー乾燥塔に導入する。スラリーはアトマイズされて煙道ガスに注入され、液体粒子が容器内で蒸発しながら、SO2と反応する。得られた乾燥廃棄生成物を、スプレー乾燥塔の底部及び微粒子除去装置、例えば、静電集塵機（ESP）又はバッグフィルターにおいて集める。代表的には、微粒子除去装置から乾燥廃棄生成物を集め、埋立地において処分する。
WFGDは、一般に、高価な耐食性材料及び高価な試薬及び副生物処理システムを使用するため、資本コストが高い。WFGDは、一般に、液状パージストリームを生成するため、廃棄前に、これを処理しなければならず、また、三酸化イオウ（SO3）酸性ミストの放出（好ましくない可視放出を生じ、PM 2.5の前駆体である）を生ずることがある。従来のWFGD技術によれば、SO3ミストは、高価な手段、例えば、湿式静電集塵機（WESP）又はアルカリ剤の注入によって排除されなければならない。他の脱硫プロセス、例えば、アンモニアスクラビングも使用可能であるが、一般に、経済的に既存の湿式及び乾式プロセスに匹敵するものではない。
DFGDは、高価な石灰の比較的非効率的な使用のため、操作が高価であり、また、固状廃棄物の処分の問題も生ずる。現在の乾式イオウ除去法は、一般に、低いイオウ酸化物除去率及び乏しい試薬の利用率のように、課題の軽減を達成できていない。スプレー乾燥は、しばしば、操作条件に対して敏感であり、最大の結果を得ることを困難なものとしている。所望の反応を達成するためには、存在する酸化物の量に応じて、温度を正確に調節する必要がある。温度を狭い範囲に維持しなければならないため、プロセスの性能は一般に低減される。しかし、DFGDシステムは、高SO3除去効率の利点を有し、従って、酸性ミスト放出に関連する上記の課題を回避できる。
本発明の１態様は、煙道ガスから、イオウ酸化物、他の酸性ガス、及び微粒子を除去する方法にある。この方法は、次の工程：すなわち、水、アルカリ剤及び湿式スクラバーからのパージストリームから形成されたスラリーを利用して、スプレー乾燥機において、煙道ガスを処理し、ここで、酸性ガスの一部を煙道ガスから除去し、副生物を生成し、パージストリームを蒸発させる工程；フライアッシュ及び乾燥副生物の少なくとも一部を除去するため、煙道ガスを濾過し、及び酸性ガスをさらに低減させる工程；酸性ガス及び微粒子の除去のためのポリッシング工程として、湿式スクラバーにおいて、スプレー乾燥機から出る煙道ガスを湿式スクラビングする工程；湿式スクラバーに石灰又は石灰石試薬を添加し、ここで、石灰又は石灰石試薬を、湿式スクラバーに存在する残留酸性ガスの少なくとも一部と反応させて、湿式スクラバー副生物を生成する工程；湿式スクラバーから、パージストリームをスプレー乾燥機に排出する工程；及び湿式スクラバー副生物から石膏を生成する工程を含む。
本発明の他の態様は、煙道ガスから、イオウ酸化物、他の酸性ガス、及び微粒子を除去する方法にある。この方法は、次の工程：すなわち、スプレー乾燥機において、煙道ガスと、水、アルカリ剤及び湿式スクラバーからの副生物の一部から形成されたスラリーとをスプレー乾燥吸収に供し、このスプレー乾燥吸収において、乾燥副生物を生成する工程；乾燥副生物の少なくとも一部を除去するため、煙道ガスを濾過する工程；及びスプレー乾燥機から出る煙道ガスを湿式スクラビングする工程を含む。
本発明のさらに他の態様は、煙道ガスから、イオウ酸化物、他の酸性ガス、及び微粒子を除去するシステムにある。このシステムは、スプレー乾燥機、フィルター及び湿式すくラバーを含む。スプレー乾燥機は、煙道ガス及び水及びアルカリ剤から形成されるスラリーを処理するためのものである。スプレー乾燥機では、乾燥副生物が生成される。フィルターは、煙道ガスから、乾燥副生物の少なくとも一部を除去するためのものであり、湿式スクラバーは、試薬として、当該湿式スクラバーにおいて、煙道ガスから除去された乾燥副生物を利用することによって、スプレー乾燥機から出る煙道ガスを湿式スクラビングするためのものである。
本発明のさらに他の態様は、煙道ガスから、イオウ酸化物、他の酸性ガス、及び微粒子を除去する方法にある。この方法は、次の工程：すなわち、スプレー乾燥機において、水及びアルカリ剤から形成されたスラリーを利用して、煙道ガスを処理し、ここで、酸性ガスの一部を煙道ガスから除去し、及び乾燥副生物を生成する工程；フライアッシュ及び乾燥副生物の少なくとも一部を除去するため、煙道ガスを濾過し、及び酸性ガスをさらに低減させる工程；乾燥副生物を湿式スクラバーに添加する工程；酸性ガス及び微粒子の除去のためのポリッシング工程として、湿式スクラバーにおいて、スプレー乾燥機から出る煙道ガスを湿式スクラビングする工程；及び湿式スクラバーに石灰又は石灰石を添加し、ここで、石灰又は石灰石を、湿式スクラバーに存在する残留酸性ガスの少なくとも一部と反応させて、湿式スクラバー副生物を生成する工程を含む。
本発明を説明することを目的として、添付図面は、本発明の好適な１形態を示すものである。しかし、本発明は、図面に示す正確な配置及び装置に限定されない。
図面（同じ参照符号は同じ部材を示す）、特に、図１を参照する。本発明の１態様は、一体型湿式及び乾式煙道ガス浄化プロセス20にある。本発明のプロセスは、煙道ガス28からイオウ酸化物、他の酸性ガス、微粒子及び水銀を除去するために、スプレー乾燥機22、微粒子コレクター24（繊維性フィルター、静電集塵機、等でもよい）及び湿式スクラバー26を使用することを含むものである。
プロセス20（図１に示す）において、燃焼器、例えば、ボイラー（図示していない）からの煙道ガス28は、初めに、スプレー乾燥機22に入る。ここで使用するように、煙道ガス28は、一般に、化石燃料の燃焼から発生した各種の煙道ガスであり、煙道ガスを構成する特殊な成分は、煙道ガスの処理につれて変動することが予想される。スプレー乾燥機22においてスプレー乾燥吸収される際、煙道ガス28は、水31、アルカリ剤32（例えば、石灰、石灰石、炭酸ナトリウム、等）及び湿式スクラバー26からのパージストリーム33と反応する。スラリー30は、当分野で公知のプロセス及び装置を使用して製造される。一般的な乾式煙道ガス脱硫システムと同様に、スプレー乾燥機22における温度及び湿度を、乾燥副生物34を生成し、酸性ガス（例えば、SO2、SO3、HCl及びHF）を除去するように制御する。
次に、煙道ガス28はスプレー乾燥機22を出て、微粒子コレクター24に入り、ここで、乾燥副生物34及びフライアッシュの少なくとも一部が除去される。１具体例では、煙道ガスから水銀を除去するため、微粒子コレクター24の上流で、煙道ガス28に活性炭36を注入してもよい。フィルターケーキ、すなわち、濾過された乾燥生成物34におけるアルカリ剤の存在により、イオウ酸化物及び酸性ガスがさらに分解される。乾燥副生物34（微粒子コレクター24によって煙道ガスから実質的に除去される）は廃棄される。代表的には、微粒子コレクター24は繊維性フィルターである。しかし、当業者であれば理解できるように、他のタイプの濾過システム又は他のタイプのフィルター又は静電集塵機を使用することもできる。
ついで、煙道ガス28は微粒子コレクター24を出て、次に、湿式スクラバー26において処理され、ここで、イオウ酸化物、酸性ガス、微粒子及び水銀の追加の除去が行われる。湿式スクラバーに存在する酸性ガスとの反応を生ずるように、湿式スクラバー26に石灰又は石灰石37を添加することができる。さらに、スクラバー26に空気38を注入して、石膏29を生成することができる。湿式スクラバー26は副生物40を生成し、この副生物は、その中に含有された液体42の一部を除去するため、固体／液体分離器41（例えば、ハイドロサイクロン等）において処理される。スラリー30において好ましくない微粒子及び／又は溶解された固体（例えば、塩素化合物蓄積物）を制御するため、液体42の一部を湿式スクラバー26から排出できる（パージストリーム33となる）。図1は、パージストリーム33を生成するための1つのシステムを示している。しかし、本発明では、パージストリーム33を生成する他のシステムも使用できる。乾燥した石膏39（販売又は埋立地において処分される）を生成するため、分離器41からのアンダーフロー43を、さらに、フィルター（例えば、真空フィルター等）44において処理することができる。フィルター44からの濾液を湿式スクラバー26に戻すことができる。残った処理済み煙道ガス28は湿式スクラバー26を出て、一般的には、一般的な煙突48を介して大気中に排出される。
次に、図２を参照すれば、本発明の他の具体例はプロセス120を含む。下記に示す相違点を除き、プロセス120は、同一の参照符号によって理解されるように、プロセス20と実質的に同様である。プロセス20の記載におけると同様に、プロセス120に関しても、煙道ガス28は、一般に、各種の煙道ガスであり、煙道ガスを構成する特別な成分は、煙道ガスの処理につれて変動することが予測される。プロセス120がプロセス20と相違する１つの点は、副生物40が分離器41において部分的に脱水されることである。副生物40の一部である分離器41からのアンダーフロー43を、一般にアルカリ剤32と混合し、スプレー乾燥機22に供給する。分離器41からのオーバーフロー、すなわち、液体42を湿式スクラバー26に戻す。プロセス120では、分離器41からのアンダーフロー43を、石膏39を生成するように処理するよりもむしろ再循環している。乾燥副生物34は、一般に、埋立地において処分される。湿式スクラバー26では、石灰又は石灰石37を利用できる。代表的には、石灰石が経済的に好適である。プロセス20におけるように、それぞれ、温度及びレベルのコントロールのため、水31を、スプレー乾燥機22及び湿式スクラバー26に添加する。任意に、石膏39を生成するため、空気38を湿式スクラバー26に注入できる。
図３を参照すれば、本発明の他の具体例はプロセス220を含む。下記に示す相違点を除き、プロセス220は、同一の参照符号によって理解されるように、プロセス20と実質的に同様である。プロセス20の記載におけると同様に、プロセス220に関しても、煙道ガス28は、一般に、各種の煙道ガスであり、煙道ガスを構成する特別な成分は、煙道ガスの処理につれて変動することが予測される。プロセス220がプロセス20と相違する１つの点は、DFGD副生物34が湿式スクラバー26に送給され、ここで、未反応のアルカリ剤32がSO2除去に寄与し、石灰又は石灰石37の添加の必要性を部分的の埋め合わせすることである。DFGD副生物34及びWFGD副生物40を湿式スクラバー26において合わせ、最終的に、廃棄副生物ストリーム222として同時廃棄する。廃棄副生物ストリーム222は、一般に、埋立地において処分される。
本発明による乾式／湿式煙道ガス浄化システムは、従来のものと比べて、乾式煙道ガス浄化技術（例えば、スプレー乾燥機）と湿式煙道ガス浄化技術（例えば、湿式スクラバー）との組合せが、非常に少ない酸ミスト放出と共に、イオウ酸化物の高除去効率を達成できるとの優れた利点を提供する。スプレー乾燥吸収処理工程において、煙道ガスから、存在する各種のイオウ酸化物の一部と共に、三酸化イオウ及び他の酸性ガスの約５０‐99.9%を除去し、湿式スクラバーにおいて、煙道ガスから、残りのイオウ酸化物及び他の酸性ガスの約５０‐99.9％を除去する。石灰の使用に伴う操作コストを低減するため、スプレー乾燥機を、SO3及び他の酸性ガスの５０‐99.9％を除去しつつ、SO2の吸収を最少にするように操作することができる。スプレー乾燥吸収によるイオウ酸化物、特に、三酸化イオウ（SO3）の除去によって、湿式スクラバーの下流での白濁及び可視放出の発生を回避でき、これにより、コスト軽減対策（例えば、湿式静電集塵機又はアルカリの注入）の必要性を排除できる。
さらに、湿式スクラバーパージストリームのスプレー乾燥により、高価な排水処理装置（使用しない場合、プロセス20のパージストリーム33を処理することが必要となる）の必要性が排除される。
本発明の他の利点は、スプレー乾燥吸収工程の間に塩素化合物が除去されるため、湿式スクラバーを低コストの材料で形成できることである。一般に、スクラビングスラリー中には塩素化合物が存在するため、高価な材料（例えば、合金鋼または他の耐食性材料）が要求される。さらに、湿式スクラバーの到達しうる煙道ガスからの各種の塩素化合物、水等も、湿式スクラバー26からパージストリーム33を除去することによって低減することもできる。
加えて、本発明は、繊維性フィルターにおける活性炭の注入によって、高水銀除去率を達成できる利点を有する。
最後に、プロセス220における生成物の並流の使用例では、ほぼ完全な石灰の利用率及び高価な真空濾過装置の排除を達成できる。
例示した具体例を参照して本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、各種の他の変更、省略及び追加をなすことができることが理解されるべきである。
Claims (22)
- 煙道ガスから、イオウ酸化物、他の酸性ガス、及び微粒子を除去する方法であって、
スプレー乾燥機において、水、湿式スクラバーからのパージストリーム、及び前記パージストリームから分離されたアルカリ剤から形成されたスラリーにて煙道ガスを処理し、ここで、煙道ガスから酸性ガスの一部を除去し、乾燥副生物を生成し、パージストリームを蒸発させる工程；
フライアッシュ及び前記乾燥副生物の少なくとも一部を除去するため、煙道ガスを濾過し、及び酸性ガスをさらに低減させる工程；
酸性ガス及び微粒子の除去のためのポリッシング工程として、湿式スクラバーにおいて、前記スプレー乾燥機から出る煙道ガスを湿式スクラビングする工程；
前記湿式スクラバーに石灰又は石灰石を添加し、ここで、前記石灰又は石灰石を、前記湿式スクラバーに存在する残留酸性ガスの少なくとも一部と反応させて、湿式スクラバー副生物を生成する工程；
前記湿式スクラバーから、前記パージストリームを前記スプレー乾燥機に排出する工程；及び
前記湿式スクラバー副生物から石膏を生成する工程
を含むことを特徴とする、イオウ酸化物、他の酸性ガス、及び微粒子の除去法。 - 濾過工程の上流で、煙道ガスに活性炭を注入して、煙道ガスから水銀を除去する、請求項１記載の方法。
- スプレー乾燥吸収処理工程において、煙道ガスから、存在する二酸化イオウの一部と共に、三酸化イオウ及び他の酸性ガスの約５０‐99.9％を除去する、請求項１記載の方法。
- 三酸化イオウ及び他の酸性ガスの約５０‐99.9％を除去すると共に、二酸化イオウの吸収を最少とするために、処理工程を適合させる、請求項１記載の方法。
- 湿式スクラビング工程において、残留するイオウ酸化物及び他の酸性ガスの約５０‐９９％を除去する、請求項１記載の方法。
- 濾過工程において、繊維性フィルター、静電集塵機、又は他の微粒子収集装置を使用する、請求項１記載の方法。
- アルカリ剤が、石灰、石灰石、炭酸水素ナトリウム、等の１つである、請求項１記載の方法。
- 煙道ガスから、イオウ酸化物、他の酸性ガス、及び微粒子を除去する方法であって、
スプレー乾燥機において、煙道ガスと、水、湿式スクラバーからのパージストリーム、及び前記パージストリームから分離されたアルカリ剤から形成されたスラリーとをスプレー乾燥吸収処理し、ここで、このスプレー乾燥吸収の間に乾燥副生物を生成する工程；
前記乾燥副生物の少なくとも一部を除去するため、煙道ガスを濾過する工程；及び
前記スプレー乾燥機から出る煙道ガスを湿式スクラビングする工程
を含むことを特徴とする、イオウ酸化物、他の酸性ガス、及び微粒子の除去法。 - さらに、スプレー乾燥吸収処理工程の上流で、煙道ガスから微粒子を除去する工程を含む、請求項８記載の方法。
- さらに、湿式スクラバーに石灰又は石灰石を添加して、湿式スクラバーに存在する酸性ガスと反応させる工程を含む、請求項８記載の方法。
- 濾過工程の上流で、活性炭を煙道ガスに注入して、煙道ガスから水銀を除去する、請求項８記載の方法。
- スプレー乾燥吸収処理工程において、煙道ガスから、存在する二酸化イオウの一部と共に、三酸化イオウ及び他の酸性ガスの約５０‐99.9％を除去する、請求項８記載の方法。
- 湿式スクラビング工程において、煙道ガスから、残留するイオウ酸化物及び他の酸性ガスの約５０‐９９％を除去する、請求項８記載の方法。
- 濾過工程において、繊維性フィルター又は静電集塵機を使用する、請求項８記載の方法。
- さらに、
湿式スクラバーからの副生物を濾過する工程；及び
濾過した前記副生物を処分する工程
を含む、請求項８記載の方法。 - 煙道ガスから、イオウ酸化物、他の酸性ガス、及び微粒子を除去するシステムであって、
煙道ガス及び水及びアルカリ剤から形成されたスラリーを処理するためのスプレー乾燥機であって、乾燥副生物を生成するスプレー乾燥機；
煙道ガスから、前記乾燥副生物の少なくとも一部を除去するためのフィルター；及び
前記スプレー乾燥機から出る煙道ガスを湿式スクラビングするための湿式スクラバーであって、前記スプレー乾燥機において煙道ガスから除去された前記乾燥副生物を受け入れるように構成されたものである湿式スクラバー、
を含むことを特徴とする、イオウ酸化物、他の酸性ガス、及び微粒子の除去システム。 - さらに、スプレー乾燥機の上流で、煙道ガスから微粒子を除去する手段を含む、請求項１６記載のシステム。
- さらに、フィルターの上流で煙道ガスに活性炭を注入して、煙道ガスから水銀を除去する手段を含む、請求項１６記載のシステム。
- フィルターが、繊維性フィルター及び静電集塵機の１つである、請求項８記載のシステム。
- スプレー乾燥吸収処理工程において、煙道ガスから、二酸化イオウの一部と共に、三酸化イオウ及び他の酸性ガスの約５０‐99.9％を除去する、請求項１６記載のシステム。
- 湿式スクラビング工程において、残留するイオウ酸化物及び他の酸性ガスの約５０‐９９％を除去する、請求項１６記載のシステム。
- 煙道ガスから、イオウ酸化物、他の酸性ガス、及び微粒子を除去する方法であって、
スプレー乾燥機において、水及びアルカリ剤から形成されたスラリーを利用して、煙道ガスを処理し、ここで、煙道ガスから酸性ガスの一部を除去し、及び乾燥副生物を生成する工程；
フライアッシュ及び前記乾燥副生物の少なくとも一部を除去するため、煙道ガスを濾過し、及び酸性ガスをさらに低減させる工程；
前記乾燥副生物を湿式スクラバーに添加する工程；
酸性ガス及び微粒子の除去のためのポリッシング工程として、湿式スクラバーにおいて、スプレー乾燥機から出る煙道ガスを湿式スクラビングする工程；及び
前記湿式スクラバーに石灰又は石灰石を添加し、ここで、前記石灰又は石灰石を、前記湿式スクラバーに存在する残留酸性ガスの少なくとも一部と反応させて、湿式スクラバー副生物を生成する工程
を含むことを特徴とする、イオウ酸化物、他の酸性ガス、及び微粒子の除去法。
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