JP2013531552A - セメントプラントからの水銀排出の削減 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも粒子捕集装置および１つまたは複数の予熱器サイクロンから構成される予熱器塔を含むセメントプラントからの水銀排出を削減する方法を提供する。この方法は、前記セメントプラントの少なくとも１つの予熱器サイクロン中に微粉炭を注入することを含む。
【選択図】なし。

Description

本発明は、セメントプラントからの水銀排出の削減に関する。

背景
米国における水銀排出源の研究により、水銀の主要な排出源として、セメント製造設備の特定が結論付けられてきた。近年、セメントプラントは、米国の４番目に大きな水銀排出源となっている。米国環境保護局（ＥＰＡ）は、セメントプラントからの水銀排出を制限する規制法を提出した。提案された規制は、既存セメントプラントからの第１の水銀排出許容限度を規定し、新規プラントに対する許容限度を強化する。提案された規制は、既存排出源に対する水銀排出許容限度を百万トンの材料供給量当たり２６ポンドの水銀（約１３ｋｇ／百万トン）、または百万トンのクリンカー製品当たり４３ポンドの水銀（約２１．５ｋｇ／百万トン）に設定している。新規セメントプラントに対しては、水銀排出許容限度は、クリンカー製品百万トン当たり１４ポンドの水銀（約７．０ｋｇ／百万トン）である。提案された規制は、２０１３年に施行される様に設定される。ＥＰＡは、規制が完全に実施されると、セメントプラントからの年間の水銀排出が少なくとも８１％削減されると推定している。

活性化炭素を、水銀蒸気含有ガス流中に注入できることが知られている。水銀蒸気が活性化炭素粒子に接触すると、水銀が捕捉され、活性化炭素粒子によって保持される。この粒子は、次に、粒子捕集装置、例えば、電気集塵装置またはバグハウスフィルターにより捕集される。

比較的安価で、それにもかかわらず効果的なセメントプラントからの水銀排出削減方法が強く望まれる。

本発明は、低コストで水銀の排出を削減する方法を提供する。本明細書で提供される方法は、大規模な再構築の必要無しに、容易に既存のセメントプラントに組込むことができる。

本発明の実施形態は、少なくとも粒子捕集装置および１つまたは複数の予熱器サイクロンからなる予熱器塔を含むセメントプラントからの水銀排出を削減する方法である。この方法は、少なくとも１つの前記セメントプラントの予熱器サイクロン中に微粉炭を注入することを含む。

これらおよび他の実施形態ならびに本発明の特徴は、次の説明、図面、および添付の特許請求の範囲からさらに明らかとなろう。

は、一般化したセメントプラント構造の模式図である。 は、典型的なセメントプラントの予熱器塔の模式図である。 は、典型的なセメントプラントの予熱器サイクロンの模式図である。

発明のさらに詳細な説明
セメントプラントの構造は、一様ではないが、いくつかの共通の特徴を有する。一般化さ
れた関連部分を示すセメントプラント構成を図１に示す。原材料ミルおよび予熱器塔を有するセメントプラントでは、原材料ミル２（原料ミル）からの材料は、予熱器塔４（予備か焼塔と呼ばれることもある）の最上部に供給され、そして、予熱器塔４からキルン６に供給される。クリンカーは、キルン中で製造され、キルンから排出される。ガス流８ａは、キルン６から出る。ガス流８ａは、予熱器塔４の底部に入り、予熱器塔４の最上部から出る。次に、ガス流８ｂは、通常、水で、しばしば調整塔中で、冷却される。原料ミル２が作動中の場合は、冷却されたガス流８ｂは、原料ミル２へ再循環され、原料ミルが作動中でない場合は、冷却されたガス流８ｂは、代わりに、粒子捕集装置１０に送られる。粒子捕集装置１０を通過後、ガス流８ｃは、煙突１２を通ってセメントプラントから出る。粒子捕集装置１０で捕集された粒子の再循環のための粒子排出用の３つのライン３０が示され、また、予熱器塔４への粒子の帰還用の再循環ライン３２も示される。

図は、本発明を制限するものと解釈されことを意図していない。例えば、本発明は、原材料ミルを有さないセメントプラント、ならびに原材料ミルを有しているセメントプラントに適用する。

本発明の実施形態では、微粉炭は、セメントプラントの外部の供給源からであってもよい。あるいは、セメントプラントの現場で石炭が粉砕される場合は、微粉炭は、石炭バグハウスからであってもよい。

本発明の方法では、微粉炭は、１つまたは複数の予熱器塔を構成する予熱器サイクロン中に注入される。推奨される注入点は、石炭の種類、石炭粒子径、揮発性および石炭の水分含量、酸素レベル等により変化する。例えば、予熱器塔の高温度ゾーン（約４００℃〜約８００℃の範囲）では、石炭の微粒子の水分と揮発分が放出され、石炭の微粒子において、より多くの気孔およびより大きな表面積が形成される。

セメントプラントの典型的な予熱器塔を図２に示す。予熱器塔４は、粒子サイクロンとも呼ばれる１つまたは複数の予熱器サイクロン２６から構成される。通常、予熱器塔中には、一連のいくつかの予熱器サイクロン、通常、３つ〜約７つの予熱器サイクロンがある。図２は、予熱器塔４を構成する一連の予熱器サイクロン２６を示す。上述のように、微粉炭は、１つまたは複数の予熱器サイクロン中に注入することができ、微粉炭の注入用に好ましいサイクロンは、注入される石炭の特性に依存する。

図３は、セメントプラントの典型的な予熱器サイクロン２６を示す。矢印２８は、微粉炭の予熱器サイクロン２６への可能な注入点を示している。

好ましい操作方法は、セメントプラントの少なくとも１つの予熱器サイクロンに水を注入し、それにより、少なくとも部分的には、微粉炭に蒸気活性化処理を行うことである。好ましくは、水を微粉炭と共に注入し、より好ましくは、微粉炭を水と混合し、その水と微粉炭の混合物を注入する。

本発明の実施では、水銀排出の削減は、微粉炭を採用する。理論に拘泥する意図はないが、微粉炭が、水銀および／または水銀含有化合物と接触し、次に、これが微粉炭に吸収されると考えられている。微粉炭の微粒子は、予熱器塔中の注入点から予熱器サイクロンのガス流通気口を介して移動し、セメントプラントの粒子捕集装置中に他の粒子と共に捕集される。微粉炭（および捕集された他の粒子）は、粒子捕集装置から、プラントの中を通して再循環することができる。このような再循環では、通常、粒子は最初に予熱器塔に送られる。

微粉炭は、種々のサイズの粒子から構成されていることに留意されたい。予熱器塔では
、微粒子は予熱器塔から出るガス流と共に流動し、最後には粒子捕集装置に到着する。石炭の大きなサイズの粒子は、予熱器塔から出てキルン中へ移動し、キルン中の条件は、石炭の吸収特性を破壊し、それにより、石炭はもはや水銀を吸収できない。ガス流と共に移動する微粒子と、それよりむしろキルンに入る大きなサイズの粒子との間の境界線は、いくつかの変数に依存する。これらの変数には、ガス流速、予熱器サイクロンの条件、等が含まれる。

一部の例では、微粉炭を含む粒子は、セメント製造プロセスへと再循環される。再循環の一部として、微粉炭は予熱器塔に戻る。微粉炭により吸収された水銀は、石炭が予熱器塔へ入る際に、石炭から放出されることになる。放出された水銀は、後で、粒子捕集装置で再捕捉することができる。

低レベルの臭素化が活性炭素吸着剤の水銀除去性能を増加させることが観察されており、これに関しては、米国特許第６、９５３、４９４号を参照されたい。臭素含有物質の有効量が、水銀および水銀含有化合物を吸収する微粉炭の能力を高めるのに充分な時間、微粉炭と接触させられることが好ましい。微粉炭に約１重量％の臭素を供給する量の臭素含有物質の注入が推奨されるが、微粉炭に約５重量％臭素を供給するのに充分な臭素含有物質を注入することにより、より大きい水銀吸収を得ることが期待され、好ましいかもしれない。微粉炭に約１５重量％の臭素を供給するのに充分な臭素含有物質の注入で、通常、さらに高い能力の水銀吸着剤の生成が期待されるが、一部の環境下で、一部の量の臭素が微粉炭から放出される可能性がより大きくなるかもしれない。通常、より大きな程度の臭素化は、特定の吸着剤に対するより大きな最大水銀容量と相関する。しかし、微粉炭と結合する臭素含有物質の最適レベルは、特定の状況により変動する。

適切な臭素含有物質としては、溶解性金属臭化物、特に、Ｋ^＋、Ｎａ^＋、またはＮＨ_４ ^＋の臭化物、ハロゲン化水素塩、臭素元素、および臭化水素が挙げられる。好ましい臭素含有物質は、臭素元素（Ｂｒ_２）および／または臭化水素（ＨＢｒ）であり、好ましくは臭素元素および／または臭化水素は、微粉炭と接触する際にガス状である。微粉炭と臭素含有物質のこのような接触は、水銀および水銀含有化合物を吸収する微粉炭の能力を著しく高める。

臭素含有物質と微粉炭の接触は、微粉炭の導入の間またはその後のいずれの時点でも起こる可能性がある。

本明細書または本明細書の特許請求の範囲で化学名または化学式により呼ばれる成分は、単数形で呼ばれても、または複数形で呼ばれても、化学名または化学タイプ（例えば、別の成分、溶媒、等）によって呼ばれる別の物質と接触する前に存在する様に識別される。化学変化、変換および／または反応のいずれかがあるとしても、それが得られた混合物または溶液中で起こることは（起こったとしても）重要でない。このような変化、変換、および／または反応は、本開示に従って要求される条件の下、特定の成分と共にもたらされた自然の結果であるからである。従って、成分は、所望の操作の実行に関連して、または所望の組成物の形成中に一緒にもたらされるべき成分として特定される。

本発明は、本明細書で挙げられた材料および／または工程を備えてもよく、これらを含んでもよく、または基本的にこれらを含んでもよい。

本明細書で使われる場合、本発明の組成物の、または本発明の方法中で採用される成分量を修飾する「約」という用語は、例えば、典型的な測定および濃縮物の作成に使われる液体の取扱手順または溶液の実際の使用を通して、これらの手順での不注意な間違いを通して、組成物を作るか、またはその方法を実行する際に採用される成分の製造、資源もし
くは純度の差異を通して、等により起こる可能性がある数値的な量の変動を指す。約という用語は、また、特定の初期混合物から得られる組成物に対する異なる平衡条件に起因して異なる量も包含する。「約」という用語により修飾されてもされなくても、特許請求の範囲はその量に対する均等物を含む。

明確にそうでないと指示されていないる場合を除いて、本明細書で使われる場合および本明細書で使われるとき、使われている冠詞の「ａ（１つの）」または「ａｎ（１つの）」は、制限する意図はなく、説明または請求項を、その冠詞が参照するものを単一の要素に制限すると解釈されるべきではない。むしろ、本明細書で使われる場合、および使われているとき、冠詞「ａ（１つの）」または「ａｎ（１つの）」は、本文が明示的にそうでないと示されない限り、１つまたは複数のこのような要素を包含することを意図している。

本発明は、その実施に際し、かなりの変形が可能である。従って、前述の説明は、制限する意図はなく、本発明を、上で示した特定の具体例に限定すると解釈されるべきではない。

Claims (8)

1. 少なくとも粒子捕集装置および１つまたは複数の予熱器サイクロンからなる予熱器塔を含むセメントプラントからの水銀排出を削減する方法であって、
   前記セメントプラントの少なくとも１つの予熱器サイクロンに微粉炭を注入することを含む方法。
2. 前記セメントプラントが、石炭バグハウスをさらに含み、前記微粉炭が、前記セメントプラントの前記石炭バグハウス由来である請求項１に記載の方法。
3. 前記微粉炭が、前記セメントプラントの外部にあるソース由来である請求項１に記載の方法。
4. 臭素含有物質が臭素元素のときに、前記微粉炭が前記接触後、キルンまたは前記予熱器塔のいずれにも戻されないという前提で、有効量の臭素含有物質が、水銀および水銀含有化合物を吸収する前記微粉炭の能力を高めるのに充分な時間、前記微粉炭と接触させられる請求項１に記載の方法。
5. 前記臭素含有物質が、前記微粉炭がキルンを出た後、および粒子捕集装置の前で注入される請求項４に記載の方法。
6. 前記臭素含有物質が、臭素元素および／または臭化水素を含む請求項４に記載の方法。
7. 前記微粉炭とともに水を注入することをさらに含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記微粉炭を水と混合し、混合物を形成し、これを注入する請求項７に記載の方法。

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