JP2010000453A

JP2010000453A - 排ガス浄化方法及び設備

Info

Publication number: JP2010000453A
Application number: JP2008161748A
Authority: JP
Inventors: Naoki Sato; 直樹佐藤; Toshiichiro Ueno; 俊一朗上野; Hiroyuki Kamata; 博之鎌田; Toshiyuki Naito; 俊之内藤
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2010-01-07

Abstract

【課題】使用した酸化剤を再生、再利用することにより酸化剤の消費量を抑制し、従来よりもコストの削減を図り得るようにする。
【解決手段】燃焼排ガス１に処理液２を噴霧して前記燃焼排ガス１中に含まれる有害成分と共に水溶性の２価水銀を前記処理液２に回収するようにした排ガス浄化方法に関し、難溶性の金属水銀から２価水銀への酸化反応の促進や２価水銀の還元反応の抑制を図り得るよう酸化剤１０を前記処理液２に添加し且つ該処理液２の少なくとも一部を循環して再利用し、その循環の途中で前記処理液２を電気分解して酸化剤１０を再生する。
【選択図】図１

Description

本発明は排ガス浄化方法及び設備に関するものである。

石炭の燃焼排ガスには、石炭に起因する微量の水銀が含まれており、米国環境保護局（ＥＰＡ）では、石炭焚き火力発電所からの水銀排出量の規制を決定している（２０１０年までに現行の３０％削減、２０１８年までに現行の７０％削減）。また、カナダでも同様に、石炭焚き火力発電所からの水銀排出量の規制を実施することが決定している。そこで、近年においては、石炭を熱エネルギー源とするプラントの排ガスから水銀を取り除き、排ガスの更なる浄化を図ることが検討されている。

排出される水銀は、燃焼灰に付着した粒子状水銀（Ｈｇ^P）、難溶性の金属水銀（Ｈｇ⁰）、水溶性の２価水銀（Ｈｇ²⁺）の三つの形態で存在し、排ガス処理系内において、粒子状水銀の大部分は電気集塵機やバグフィルタ等の集塵装置にて除去され、２価水銀は湿式脱硫装置にて高効率に除去されるが、金属水銀は電気集塵機や湿式脱硫装置で除去することが困難であるため、その大部分が大気に排出されているのが実情である。

ただし、燃焼排ガス中の金属水銀は、同じく石炭中に含まれる塩素に起因する塩化水素（ＨＣｌ）により脱硝触媒や石炭灰や未燃分である炭素の表面上で酸化されるため（式１）、湿式脱硫装置で２価水銀として除去することが可能である。
［式１］
Ｈｇ⁰＋２ＨＣｌ＋１／２Ｏ₂→ＨｇＣｌ₂＋Ｈ₂Ｏ（ここでＨｇ²⁺はＨｇＣｌ₂である）

また、湿式脱硫装置で酸化剤（ＮａＣｌＯ，Ｉ₂等）を添加して金属水銀を２価水銀へ酸化して除去することも可能である（式２）。
［式２］
Ｈｇ⁰＋Ｏ_x→Ｈｇ²⁺＋Ｒｅｄ_x（Ｏ_x；酸化剤、Ｒｅｄ_x；還元物）

尚、本発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１等が既に提案されている。
特開２００７−５０３３４号公報

しかしながら、添加した酸化剤は、金属水銀を２価水銀へ酸化する以外に、湿式脱硫装置内の硫黄酸化物（ＳＯ₃）をＳＯ₄ ^2-へ酸化させるため、酸化剤の消費量が多くなるという問題があり、例えば、上記の特許文献１等のように、先に脱硫用処理液を噴霧して排ガス中の硫黄酸化物を浄化した後に酸化剤を噴霧するようにスプレーを多段化することによって、金属水銀の酸化効率を上げ、湿式脱硫装置の水銀捕集効率を高くする方法も提案されているが、使用する酸化剤は再生、再利用しないため、常に酸化剤を添加することになってコストが高騰してしまうという問題があった。

本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、使用した酸化剤を再生、再利用することにより酸化剤の消費量を抑制し、従来よりもコストの削減を図り得るようにすることを目的としている。

本発明は、燃焼排ガスに処理液を噴霧して前記燃焼排ガス中に含まれる有害成分と共に水溶性の２価水銀を前記処理液に回収するようにした排ガス浄化方法において、酸化剤を前記処理液に添加し且つ該処理液の少なくとも一部を循環して再利用し、その循環の途中で前記処理液を電気分解して酸化剤を再生することを特徴とするものである。

更に、斯かる排ガス浄化方法をより具体的に実施するにあたっては、処理液が燃焼排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫用処理液であって、酸化剤が難溶性の金属水銀から２価水銀への酸化反応を促進するために添加されており、前記硫黄酸化物の反応生成物を系外に除去するべく循環される脱硫用処理液を、前記硫黄酸化物の反応生成物を除去した後に電気分解して前記酸化剤を再生するようにしても良い。

また、本発明は、燃焼排ガスに処理液を噴霧して前記燃焼排ガス中に含まれる有害成分と共に水溶性の２価水銀を前記処理液に回収するようにした排ガス浄化設備において、燃焼排ガスを下方から導入し且つ上方から排出する吸収塔と、該吸収塔内の上側に設けられて処理液を噴霧するスプレー手段と、前記吸収塔内底部に滴下して溜まる処理液を吸収塔外に導き出して前記スプレー手段へ循環する処理液循環ラインと、該処理液循環ラインで循環される処理液の少なくとも一部を電気分解して再生する酸化剤再生手段とを備えたことを特徴とするものでもある。

更に、斯かる排ガス浄化設備をより具体的に実施するにあたっては、処理液が燃焼排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫用処理液であって、酸化剤が難溶性の金属水銀から２価水銀への酸化反応を促進するために添加されており、酸化剤再生手段の上流側に前記硫黄酸化物の反応生成物を系外に除去する反応生成物除去手段が設けられていても良い。

本発明の排ガス浄化方法及び設備によれば、処理液の少なくとも一部を循環して再利用するにあたり、その循環の途中で前記処理液を電気分解して酸化剤を再生することができるので、難溶性の金属水銀から２価水銀への酸化反応の促進や２価水銀の還元反応の抑制を図るために使用した酸化剤を繰り返し再利用することができ、これにより酸化剤の消費量を大幅に抑制して従来よりもコストを著しく削減することができるという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は本発明の排ガス浄化設備の一例を示すもので、ここに図示している例では、石炭の燃焼排ガス１に処理液２を噴霧して前記燃焼排ガス１中に含まれる硫黄酸化物（有害成分）と共に水溶性の２価水銀を前記処理液２に回収するようにした湿式脱硫装置に適用した場合を例示している。

即ち、図１の排ガス浄化設備では、燃焼排ガス１を下方から導入し且つ上方から排出する吸収塔３と、該吸収塔３内の上側に設けられて処理液２を噴霧するスプレー手段４と、前記吸収塔３内底部に滴下して溜まる処理液２を吸収塔３外に導き出してポンプ５により前記スプレー手段４へ循環する処理液循環ライン６と、該処理液循環ライン６で循環される処理液２の少なくとも一部を電気分解して再生する酸化剤再生手段７とが備えられている。

本形態例において、処理液２は燃焼排ガス１中の硫黄酸化物を除去する脱硫用処理液であり、より具体的には、石灰石を原料とする炭酸カルシウムスラリーである。この処理液２は、予め所定量が吸収塔３内に投入されていて、スプレー手段４により燃焼排ガス１に噴霧されることで該燃焼排ガス１中の硫黄酸化物（亜硫酸ガス等）と反応し、安定な物質である硫酸カルシウム８（石膏）を反応生成物として生成するようになっている。

また、この際に、燃焼排ガス１に含まれている水溶性の２価水銀も処理液２に回収されることになるが、燃焼排ガス１中の難溶性の金属水銀を水溶性の２価水銀に酸化させる反応を促進するために、前記処理液循環ライン６のポンプ５の下流側に供給槽９からＮａＣｌＯ，Ｉ₂等の酸化剤１０を導いて添加するようにしてある。尚、処理液２に溶解した２価水銀は、前記硫酸カルシウム８（石膏）に取り込まれて一緒に系外へ除去されることになる。

そして、前記ポンプ５により吸収塔３の底部から処理液循環ライン６を通してスプレー手段４へと循環される処理液２の一部が、該処理液２を固液分離する石膏分離器１１へと送られて濾過されるようになっており、該石膏分離器１１で分離された固形成分である硫酸カルシウム８（石膏）が系外に除去される一方、前記石膏分離器１１で濾過された処理液２が前記酸化剤再生手段７を経てからポンプ１２により前記スプレー手段４の入側に戻されるようになっている。

ここで、前記酸化剤再生手段７は、前記石膏分離器１１で濾過された処理液２を溜める貯留槽１３と、該貯留槽１３に浸漬するように配置され且つ直流電源１４と接続された一対の電極１５，１６とにより構成され、処理液２を電気分解することにより酸化剤１０の再生が図られるようにしてある。

例えば、酸化剤１０にＮａＣｌＯを採用して処理液２に添加した場合、その添加されたＮａＣｌＯは式３のように電離し、燃焼排ガス１中の難溶性の金属水銀（Ｈｇ⁰）を式４のように水溶性の２価水銀（Ｈｇ²⁺）に酸化させる。
［式３］
ＮａＣｌＯ→Ｎａ⁺＋ＣｌＯ^-
［式４］
ＣｌＯ^-＋２Ｈ⁺＋Ｈｇ⁰→Ｃｌ^-＋Ｈｇ²⁺＋Ｈ₂Ｏ

次いで、このように使用済みとなった処理液２を貯留槽１３内で電極１５，１６に通電して電気分解すると、陽極側の電極１５で式５のように反応が起こる一方、陰極側の電極１６で式６のように反応が起こり、処理液２中において式７のように酸化剤１０であるＮａＣｌＯが再生される。
［式５］
２Ｃｌ^-→Ｃｌ₂＋２ｅ^-
［式６］
２Ｎａ⁺＋２Ｈ₂Ｏ→２ＮａＯＨ＋Ｈ₂
［式７］
Ｃｌ₂＋２ＮａＯＨ→ＮａＣｌＯ＋Ｈ₂Ｏ

また、酸化剤１０にＩ₂を採用して処理液２に添加した場合、その添加されたＩ₂は式８のように水と反応して式９のように電離し、燃焼排ガス１中の難溶性の金属水銀（Ｈｇ⁰）を式１０のように水溶性の２価水銀（Ｈｇ²⁺）に酸化させる。
［式８］
Ｉ₂＋Ｈ₂Ｏ→ＨＩ＋ＨＩＯ
［式９］
ＨＩＯ→Ｈ⁺＋ＩＯ^-
［式１０］
ＩＯ^-＋２Ｈ⁺＋Ｈｇ⁰→Ｉ^-＋Ｈｇ²⁺＋Ｈ₂Ｏ

次いで、このように使用済みとなった処理液２を貯留槽１３内で電極１５，１６に通電して電気分解すると、陽極側の電極１５で式１１のように酸化剤１０であるＩ₂が再生され、陰極側の電極１６では式１２のような反応が起こる。
［式１１］
２Ｉ^-→Ｉ₂＋２ｅ^-
［式１２］
２Ｈ₂Ｏ＋２ｅ^-→Ｈ₂＋２ＯＨ^-

従って、上記形態例によれば、処理液２を循環して再利用するにあたり、その循環の途中で前記処理液２を電気分解して酸化剤１０を再生することができるので、難溶性の金属水銀から２価水銀への酸化反応の促進を図るために使用した酸化剤１０を繰り返し再利用することができ、これにより酸化剤１０の消費量を大幅に抑制して従来よりもコストを著しく削減することができる。

図２は本発明の別の形態例を示すもので、図１の形態例において、酸化剤再生手段７で酸化剤１０を再生した処理液２をポンプ１２によりスプレー手段４の入側に戻すようにしていたのに対し、本形態例においては、酸化剤再生手段７で酸化剤１０を再生した処理液２をポンプ１２により吸収塔３の底部に戻すようにしている点で相違しているが、このように処理液２の戻し位置を変更しても、図１の形態例と同様の作用効果を奏し得ることは勿論である。

図３は本発明の更に別の形態例を示すもので、ここに図示している例では、廃棄物の燃焼排ガス１に苛性ソーダ（ＮａＯＨ）等のアルカリ洗浄液を処理液２として噴霧して前記燃焼排ガス１中に含まれるＨＣｌやＳＯ₂を除去すると共に、これらと一緒に水溶性の２価水銀を前記処理液２に回収する場合を例示している。

このような廃棄物の燃焼排ガス１を対象とした排ガス浄化設備では、前述の図１や図２の形態例の場合と同様に、燃焼排ガス１を下方から導入し且つ上方から排出する吸収塔３と、該吸収塔３内の上側に設けられて処理液２を噴霧するスプレー手段４と、前記吸収塔３内底部に滴下して溜まる処理液２を吸収塔３外に導き出してポンプ５により前記スプレー手段４へ循環する処理液循環ライン６と、該処理液循環ライン６で循環される処理液２を電気分解して再生する酸化剤再生手段７とが備えられている。

ただし、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）等によるアルカリ洗浄では、特に図１や図２の硫酸カルシウム８（石膏）の如き反応生成物は生じないので、この種の反応生成物の除去手段は特に備えられていないが、アルカリ雰囲気となることで燃焼排ガス１中の水溶性の２価水銀が還元され易くなって水銀捕集効率が下がる虞れがあるため、やはりＮａＣｌＯ等の酸化剤１０を供給槽９からポンプ１７で処理液循環ライン６の途中に添加して２価水銀の還元反応の抑制を図り得るようにしてある。

また、アルカリ洗浄のための処理液２は、常に供給槽１８からポンプ１９で処理液循環ライン６の途中に足されていくようになっているので、吸収塔３の底部から使用済み処理液２の一部がポンプ２０により抜き出されて排水処理されるようになっている。

尚、図中２１は燃焼排ガス１と処理液２との接触面積を増やすためにスプレー手段４の直下に配設された充填材（例えば、ピンポン玉のような球状体を層状に充填したもの）を示している。

而して、このような廃棄物の燃焼排ガス１を対象とした排ガス浄化設備の場合でも、処理液２の大半を循環して再利用するにあたり、その循環の途中で前記処理液２を電気分解して酸化剤１０を再生することができるので、２価水銀の還元反応の抑制を図るために使用した酸化剤１０を繰り返し再利用することができ、これにより酸化剤１０の消費量を大幅に抑制して従来よりもコストを著しく削減することができる。

尚、本発明の排ガス浄化方法及び設備は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。本発明の別の形態例を示す概略図である。本発明の更に別の形態例を示す概略図である。

符号の説明

１燃焼排ガス
２処理液
３吸収塔
４スプレー手段
６処理液循環ライン
７酸化剤再生手段
８硫酸カルシウム（反応生成物）
１０酸化剤
１１石膏分離器（反応生成物除去手段）

Claims

燃焼排ガスに処理液を噴霧して前記燃焼排ガス中に含まれる有害成分と共に水溶性の２価水銀を前記処理液に回収するようにした排ガス浄化方法において、酸化剤を前記処理液に添加し且つ該処理液の少なくとも一部を循環して再利用し、その循環の途中で前記処理液を電気分解して酸化剤を再生することを特徴とする排ガス浄化方法。
処理液が燃焼排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫用処理液であって、酸化剤が難溶性の金属水銀から２価水銀への酸化反応を促進するために添加されており、前記硫黄酸化物の反応生成物を系外に除去するべく循環される脱硫用処理液を、前記硫黄酸化物の反応生成物を除去した後に電気分解して前記酸化剤を再生することを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化方法。
燃焼排ガスに処理液を噴霧して前記燃焼排ガス中に含まれる有害成分と共に水溶性の２価水銀を前記処理液に回収するようにした排ガス浄化設備において、燃焼排ガスを下方から導入し且つ上方から排出する吸収塔と、該吸収塔内の上側に設けられて処理液を噴霧するスプレー手段と、前記吸収塔内底部に滴下して溜まる処理液を吸収塔外に導き出して前記スプレー手段へ循環する処理液循環ラインと、該処理液循環ラインで循環される処理液の少なくとも一部を電気分解して再生する酸化剤再生手段とを備えたことを特徴とする排ガス浄化設備。
処理液が燃焼排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫用処理液であって、酸化剤が難溶性の金属水銀から２価水銀への酸化反応を促進するために添加されており、酸化剤再生手段の上流側に前記硫黄酸化物の反応生成物を系外に除去する反応生成物除去手段が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の排ガス浄化設備。