JP2010269975A - Sodium extraction apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ナトリウムを含む原料からナトリウムを抽出するためのナトリウム抽出装置に関する。 The present invention relates to a sodium extraction apparatus for extracting sodium from a raw material containing sodium.
家庭から排出されたごみや、産業廃棄物などは、焼却炉において焼却処理されるのが通例となっている。焼却処理の結果、焼却灰が発生するが、この焼却灰は、埋め立てなどの処理に供されている。しかし、たとえば家庭から排出されるごみには塩分の形でナトリウムが含まれていることが多く、このナトリウムは焼却灰中にも一定量以上が含まれている。したがって焼却灰を埋設処理してしまったのでは、ナトリウム資源が回収されず、その再利用ができなくなる。 It is customary to incinerate garbage and industrial waste discharged from households in an incinerator. As a result of the incineration process, incineration ash is generated. This incineration ash is used for landfilling and the like. However, for example, waste discharged from households often contains sodium in the form of salt, and this sodium is contained in a certain amount or more in the incineration ash. Therefore, if the incineration ash is buried, sodium resources are not recovered and cannot be reused.
一方、特許文献１には、生活排水などの排水からナトリウムを回収するための方法として、排水を１価イオン選択性イオン交換膜を具備した電気透析装置によって１価イオンを含む濃縮水として分離回収する電気透析工程と、その回収水から晶析操作によって塩化ナトリウムを分離回収する工程とを含む手法が開示されている。 On the other hand, in Patent Document 1, as a method for recovering sodium from wastewater such as domestic wastewater, the wastewater is separated and recovered as concentrated water containing monovalent ions by an electrodialyzer equipped with a monovalent ion-selective ion exchange membrane. A method is disclosed that includes an electrodialysis step to perform and a step of separating and recovering sodium chloride from the recovered water by a crystallization operation.
本発明は、家庭から排出されたごみや産業廃棄物などの、ナトリウムを含む原料から、そのナトリウムを、塩の形で効果的に回収することができる新たな装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a new device capable of effectively recovering sodium in the form of salt from raw materials containing sodium such as waste discharged from households and industrial waste. .
この目的を達成するため本発明のナトリウム抽出装置は、
ナトリウムを含有する原料を用いて、ナトリウムを含有する水溶液を作り出す水溶液作成手段と、
前記水溶液を吸収塔に供給する手段とを有し、
前記吸収塔は、この吸収塔に供給される二酸化炭素含有ガスと前記水溶液とを反応させて炭酸水素ナトリウムを生成分離可能であり、
さらに前記吸収塔からの炭酸水素ナトリウムを生成した後の残りの液を前記水溶液作成手段に戻すための戻し手段を有することを特徴とする。
In order to achieve this object, the sodium extraction apparatus of the present invention comprises:
An aqueous solution creating means for producing an aqueous solution containing sodium using a raw material containing sodium,
Means for supplying the aqueous solution to an absorption tower,
The absorption tower is capable of producing and separating sodium hydrogen carbonate by reacting the carbon dioxide-containing gas supplied to the absorption tower with the aqueous solution.
Furthermore, it has a return means for returning the remaining liquid after producing | generating sodium hydrogencarbonate from the said absorption tower to the said aqueous solution preparation means.
本発明によると、ナトリウムを含有する原料から、ナトリウムをイオンの形で含有する水溶液を作成し、この水溶液に二酸化炭素含有ガスを供給することで、ナトリウムを炭酸水素ナトリウムの形で効果的に分離抽出することができる。 According to the present invention, an aqueous solution containing sodium in the form of ions is prepared from a sodium-containing raw material, and sodium dioxide is effectively separated in the form of sodium hydrogen carbonate by supplying a carbon dioxide-containing gas to the aqueous solution. Can be extracted.
ナトリウムを抽出した後の残りの液は、戻し手段によって水溶液作成手段に戻されるため、系内にこれを循環させて再利用することが可能である。
炭酸水素ナトリウムを生成する際に二酸化炭素含有ガスを用いるものであり、このガスはたとえば燃焼装置の排ガスを利用することができるため、本発明のナトリウム抽出装置によれば、ナトリウムの抽出と同時に二酸化炭素の固定化を図ることもできる。
Since the remaining liquid after extracting sodium is returned to the aqueous solution preparation means by the return means, it can be circulated in the system and reused.
Since carbon dioxide-containing gas is used when producing sodium hydrogen carbonate, and this gas can use, for example, the exhaust gas of the combustion apparatus, according to the sodium extraction apparatus of the present invention, the dioxide is extracted simultaneously with the extraction of sodium. Carbon can also be fixed.
図１において、１１はＣＯ２吸収塔、１２は灰反応装置である。灰反応装置１２は、沈殿槽の形態をとることができる。ＣＯ２吸収塔１１と灰反応装置１２との間には水溶液を循環させるための循環経路１３が設けられている。この循環経路１３において、１４は灰反応装置１２からＣＯ２吸収塔１１への水溶液供給経路、１５はＣＯ２吸収塔１１から灰反応装置１２への戻り経路である。
In FIG. 1, 11 is a CO 2 absorption tower, and 12 is an ash reactor. The
１６は粉砕機で、図外の焼却炉からの焼却灰を粉砕したうえで灰反応装置１２へ供給可能である。焼却炉としては、たとえば家庭から排出されるごみや産業廃棄物などを焼却させるものを挙げることができる。このような焼却炉にて生成される焼却灰は、ナトリウムを含むとともに、カルシウムやマグネシウムを含むことが通例である。
A
ＣＯ２吸収塔１１は、その内部において、図外の焼却炉の煙道からのＣＯ２を含む排ガスを通過させて処理し、処理後のガスを煙道に戻すことができるように構成されている。１７は煙道からの排ガスの供給口、１８は煙道へ戻す排ガスの排出口である。１９はシャワーノズルで、ＣＯ２吸収塔１１の内部を通過する排ガスに対して循環経路１３からの水溶液を噴射させることが可能である。
The CO 2 absorption tower 11 is configured so that the exhaust gas containing CO 2 from the flue of the incinerator (not shown) can be passed through the CO 2 absorption tower 11 for treatment, and the treated gas can be returned to the flue. Yes.
このような構成において、循環経路１３には最初は水が循環されている。図外の焼却炉で発生した焼却灰は、上述のようにナトリウムとカルシウムとマグネシウムとをたとえば塩化物の形で含むものであるが、粉砕機１６に供給されて微細に粉砕され、そのうえで灰反応装置１２に送り込まれる。
In such a configuration, water is initially circulated through the
灰反応装置１２では、塩化物の形のナトリウムやカルシウムやマグネシウムは水に溶け、そのうちのカルシウムおよびマグネシウムは、後述のように水中の炭酸イオンと反応して炭酸塩を形成し、装置１２の内部で沈殿され除去される。
In the
このようにカルシウムやマグネシウムが除去された水は、たとえば塩化ナトリウム水溶液の形態となったうえで、循環経路１３の水溶液供給路１４を経てＣＯ２吸収塔１１に供給され、シャワーノズル１９から塔内に散水される。
The water from which calcium and magnesium have been removed in this way is, for example, in the form of a sodium chloride aqueous solution, and is supplied to the CO 2 absorption tower 11 via the aqueous
ＣＯ２吸収塔１１には、図外の焼却炉の煙道からのＣＯ２を含む排ガスが供給されている。この排ガスは、塔内に散水された水溶液に接触される。すると、ＣＯ２は炭酸イオンの形で水溶液中に溶け込み、この炭酸イオンと水溶液中のナトリウムとが反応して、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）が形成される。この炭酸水素ナトリウムは、ＣＯ２吸収塔１１の内部の水溶液中で沈殿することで、系外に排出除去される。これによって、焼却灰に含まれていたナトリウムが選択的に抽出されて分離除去される。詳細には、水溶液が循環経路１３に沿って循環することでナトリウムイオンが次第に濃縮して行き、飽和状態に達した後に炭酸水素ナトリウムの塩の形で析出し沈殿していく。
The CO 2 absorption tower 11 is supplied with exhaust gas containing CO 2 from an incinerator flue (not shown). This exhaust gas is brought into contact with the aqueous solution sprinkled in the tower. Then, CO 2 dissolves in the aqueous solution in the form of carbonate ions, and the carbonate ions react with sodium in the aqueous solution to form sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ). This sodium hydrogen carbonate is discharged out of the system by being precipitated in the aqueous solution inside the CO 2 absorption tower 11. Thereby, sodium contained in the incineration ash is selectively extracted and separated and removed. Specifically, the aqueous solution circulates along the
ナトリウムを除去した後の水溶液は、余剰の炭酸イオンを含んだものとなっているが、その状態で灰反応装置１２に送られる。灰反応装置１２では、上述のようにカルシウムやマグネシウムが水中の炭酸イオンと即座に反応し、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）や炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）となって、残灰とともに沈殿する。沈殿した炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムや残灰は、系外に排出され、埋め立てに供されたり、セメント原料などとして再利用されたりすることができる。
The aqueous solution after removing sodium contains excess carbonate ions, but is sent to the
上述のように焼却灰にはナトリウムやカルシウムやマグネシウムなどがたとえば塩化物の形で含まれているため、これが水に溶けると、それに対応して水中に塩素イオンが存在することになる。よって、系内を循環する水からナトリウムなどを除去した場合には、同時に塩素イオンをも除去することが必要になる。そのための手法としては、任意のものを採用することができる。たとえば水溶液を電気分解することにより、塩素イオンを塩素ガスの形態で気液分離することができる。また、たとえばＡｇ型の陽イオン交換樹脂に水溶液を通すことによって除去することもできる。ナトリウムなどが塩化物以外の態様で焼却灰中に含まれている場合も、類似の手法によって除去を行うことができる。 As described above, incinerated ash contains sodium, calcium, magnesium, and the like, for example, in the form of chlorides. When this is dissolved in water, chlorine ions correspondingly exist in the water. Therefore, when sodium or the like is removed from the water circulating in the system, it is necessary to remove chlorine ions at the same time. Any method can be adopted as the technique. For example, by electrolyzing an aqueous solution, chlorine ions can be gas-liquid separated in the form of chlorine gas. For example, it can be removed by passing an aqueous solution through an Ag-type cation exchange resin. Even when sodium or the like is contained in the incineration ash in a form other than chloride, it can be removed by a similar method.
たとえばごみ焼却炉の排ガスはＣＯ２濃度が１０％程度であるが、全排出ガスのうちの適当量が、ＣＯ２吸収塔１１に供給されて水溶液に溶解することにより、ナトリウムの抽出に用いられるとともに、灰反応装置１２における炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムの沈殿分離のために用いられる。これによって排ガス中のＣＯ２の固定化が行われる。
For example, the exhaust gas from a waste incinerator has a CO 2 concentration of about 10%, but an appropriate amount of the total exhaust gas is supplied to the CO 2 absorption tower 11 and dissolved in an aqueous solution, so that it is used for extraction of sodium. At the same time, it is used for precipitation separation of calcium carbonate and magnesium carbonate in the
ＣＯ２が固定化されて除去された後のガスは、ＣＯ２吸収塔１１の排出口１８から煙道に戻される。
The gas after the CO 2 is fixed and removed is returned from the
ＣＯ２吸収塔１１の運転温度について説明する。ＣＯ２をナトリウムと反応させるためには、ＣＯ２吸収塔１１の設定温度が低い方が有利である。しかし、ＣＯ２吸収塔１１で炭酸水素ナトリウムが析出し過ぎると、灰反応装置１２に供給される炭酸イオンの量が減少してしまう。また灰反応装置１２は、設定温度が高温である方が、反応時間が短く有利である。このためＣＯ２吸収塔１１ではあまり温度を下げ過ぎないようにすることが好ましい。しかし、ＣＯ２吸収塔１１に供給されるＣＯ２含有ガスが焼却炉からの排ガスである場合は、この排ガスはたとえば１６０℃以上の高温であり、またＣＯ２の吸収反応は発熱反応であるため、温度を下げるための工夫をすることが望ましい。またＣＯ２吸収塔１１の設定温度が６０℃を超えると、炭酸水素ナトリウムに分解が起こりやすくなるため、炭酸水素ナトリウムの析出に障害が出てくる可能性がある。循環経路１３を循環する水溶液がＣＯ２吸収塔１１において排ガスで加熱されることによって、スケールの発生が効果的に防止される。
The operating temperature of the CO 2 absorption tower 11 will be described. In order to react CO 2 with sodium, it is advantageous that the set temperature of the CO 2 absorption tower 11 is lower. However, if sodium hydrogen carbonate precipitates too much in the CO 2 absorption tower 11, the amount of carbonate ions supplied to the
循環経路１３を循環する水溶液のｐＨについて説明する。このｐＨは、吸収ＣＯ２量や焼却灰量によって、他の薬品を使用せずに、制御することができる。吸収ＣＯ２量によってｐＨを制御する場合は、ＣＯ２吸収塔１１に導入するガス量を調節したり、循環経路１３を循環する水溶液をバイパスさせたりすることで、そのｐＨ制御を達成することができる。ただし、上述のＣＯ２吸収塔１１の温度制御に及ぼす影響を考慮することが必要になる。
The pH of the aqueous solution circulating through the
循環経路１３を循環する水溶液の水量について説明する。ＣＯ２含有ガスが焼却炉からの排ガスである場合は、この排ガスは水分を含むため、これによって水量が増加する。一方、灰反応装置１２に供給される灰は水分を吸収して排出されるので、これによって水量が減少する。水溶液、特に濃縮によって飽和状態となった水溶液は、排出残灰のリンスに使用することが可能である。
The amount of water in the aqueous solution circulating through the
ＣＯ２吸収塔１１は、その内部で炭酸水素ナトリウムの析出が起こるため、充填材を使用することは困難である。ＣＯ２吸収塔１１の壁面は、相対的に温度が低くなるため、析出が発生しやすい。これに対し、壁面を加温してスケールの発生を防止することは難しいので、低濃度の塩水などを用いて壁面にシャワー散布することが効果的である。 The CO 2 absorption tower 11 is difficult to use a filler because sodium hydrogen carbonate precipitates therein. Since the temperature of the wall surface of the CO 2 absorption tower 11 is relatively low, precipitation is likely to occur. On the other hand, since it is difficult to heat the wall surface and prevent the scale from being generated, it is effective to spray the wall surface with shower using low-concentration salt water or the like.
炭酸水素ナトリウムは、析出粒径が小さくならないようにうまく結晶成長させることが好ましい。析出粒径が小さくなると、沈降性やろ過性が低下するばかりか、ＣＯ２吸収塔１１へのガス吹き込みの際に煙道への付着が発生するおそれがある。また炭酸水素ナトリウムは、純度が高すぎると、劣化しやすく再利用に適さなくなるため、保存性の良い成分となるようにプロセスを操作することが必要である。 It is preferable that the sodium hydrogen carbonate is successfully grown so that the precipitated particle size does not become small. When the precipitated particle size is small, not only the sedimentation property and filterability are deteriorated, but also there is a possibility that adhesion to the flue occurs when the gas is blown into the CO 2 absorption tower 11. Moreover, since sodium hydrogencarbonate will be easily deteriorated when it is too high in purity, it will not be suitable for reuse. Therefore, it is necessary to operate the process so that it becomes a component with good storage stability.
灰反応装置１２の運転温度について説明する。灰反応装置１２は、その運転温度が高いほど、炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムの抽出率が高い。すなわち抽出速度が高い。そして、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムともに生成反応は発熱反応であるため、灰反応装置１２を加熱するための外部からのエネルギは、ほとんど必要ない。
The operating temperature of the
粉砕機１６にて生成される粉砕灰は、細かく粉砕した方が抽出率が高い。その細かさの程度は、粉砕のために必要なエネルギとの兼ね合いによって決定することができる。 The pulverized ash produced by the pulverizer 16 has a higher extraction rate when finely pulverized. The degree of fineness can be determined by the balance with the energy required for grinding.
灰反応装置１２は、図示のような撹拌装置２０を備えていることが好ましい。すなわち、焼却灰からカルシウムなどが溶け出すときには、瞬時に炭酸塩となり、この炭酸塩が他の個体粒子の表面をコーティングしてしまう。すると、他の固体粒子の反応性が阻害されてしまうため、そうならないように、撹拌装置２０による強めの撹拌を行うことが好ましい。あるいは、緩めのメカノケミカル研磨を施すことも好ましい。
The
上記においては、ナトリウムを含む原料として、焼却炉にて生成される焼却灰を例示したが、他の原料を用いることもできる。また二酸化炭素含有ガスとして焼却炉の煙道からのＣＯ２を含む排ガスを例示したが、他のガスを用いることもできる。 In the above, the incineration ash produced | generated in the incinerator was illustrated as a raw material containing sodium, However, Another raw material can also be used. Moreover, although the exhaust gas containing CO 2 from the flue of the incinerator is exemplified as the carbon dioxide-containing gas, other gases can also be used.
このように本発明によれば、ナトリウムを含む原料から、ナトリウムを、炭酸水素ナトリウムの形で分離回収することができる。 Thus, according to the present invention, sodium can be separated and recovered in the form of sodium bicarbonate from a raw material containing sodium.
１１ ＣＯ２吸収塔
１２ 灰反応装置
１３ 循環経路
１６ 粉砕機
11 CO 2 absorption tower 12
Claims (1)
前記水溶液を吸収塔に供給する手段とを有し、
前記吸収塔は、この吸収塔に供給される二酸化炭素含有ガスと前記水溶液とを反応させて炭酸水素ナトリウムを生成分離可能であり、
さらに前記吸収塔からの炭酸水素ナトリウムを生成した後の残りの液を前記水溶液作成手段に戻すための戻し手段を有することを特徴とするナトリウム抽出装置。 An aqueous solution creating means for producing an aqueous solution containing sodium using a raw material containing sodium,
Means for supplying the aqueous solution to an absorption tower,
The absorption tower is capable of producing and separating sodium hydrogen carbonate by reacting the carbon dioxide-containing gas supplied to the absorption tower with the aqueous solution.
Furthermore, the sodium extraction apparatus characterized by having a return means for returning the remaining liquid after producing | generating sodium hydrogencarbonate from the said absorption tower to the said aqueous solution preparation means.
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