JP2014083487A

JP2014083487A - 排ガス処理装置及び処理方法

Info

Publication number: JP2014083487A
Application number: JP2012233431A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Chiba; 裕己千葉; Yoshinori Tatsumi; 慶展辰巳
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2014-05-12

Abstract

【課題】低コストでセメントキルン排ガス等の排ガスから水銀を効率よく除去する。
【解決手段】排ガスに含まれるダストを集塵する高温処理型電気集塵機２と、集塵後の排ガスに含まれる難溶性の金属水銀（Ｈｇ⁰）をプラズマ化して２価水銀（Ｈｇ²⁺）に変換するプラズマ処理装置５と、プラズマ処理後の排ガス中に含まれる２価水銀（Ｈｇ²⁺）を水溶性の塩化水銀（ＨｇＣｌ₂）として捕集するスクラバー７と、排ガス中の熱エネルギーを回収する熱回収器４と、スクラバー７から排出された排ガスを加熱する再加熱器８と、スクラバー７の循環液槽７ａから排出された液体中に溶解する水銀を吸着回収する水銀吸着塔１４と、水銀吸着塔１４から排出された液体から塩化水素（ＨＣｌ）を回収するＨＣｌ回収装置１５と、排ガスにＨＣｌを添加するＨＣｌ添加装置６等を備える排ガス処理装置１等。
【選択図】図１

Description

本発明は、排ガス処理装置及び処理方法に関し、特に、セメント焼成装置のセメントキルン等から排出される排ガスから水銀を除去する装置及び方法に関する。

セメント焼成装置の排ガスには、難溶性の金属水銀（Ｈｇ⁰）や、水溶性の２価水銀（Ｈｇ²⁺）等の微量の水銀が含まれている。金属水銀は気体として存在し、２価水銀は塩化水銀（ＨｇＣｌ₂）等のイオン化合物を形成している。これらの起源は、セメントの主原料である石灰石等の天然原料が含有する水銀の他、フライアッシュ等の多品種にわたるリサイクル資源に含まれる水銀であるが、近年、廃棄物のセメント原料化及び燃料化によるリサイクルが推進され、廃棄物の処理量が増加するに従い、セメント焼成装置の排ガス中の水銀濃度が増加する可能性が考えられる。

しかし、排ガスに低濃度で含まれる水銀を多量の排ガスから除去することは極めて困難であり、排ガス中の水銀が増加すると、大気汚染の原因となる虞があると共に、フライアッシュ等のリサイクル資源利用拡大の阻害要因となる虞もある。

そこで、例えば、特許文献１には、セメント製造工程の排ガスから捕集した集塵ダストを加熱炉に導き、集塵ダストに含まれる水銀等の揮発性金属成分を揮発温度以上に加熱し、ガス化して除去する排ガスの処理方法が提案されている。

特開２００２−３５５５３１号公報

しかし、上記特許文献１に記載の処理方法においては、セメントキルン排ガスを集塵機によって除塵した後、捕集した集塵ダストを加熱炉に導き、集塵ダスト中の水銀を揮発させて除去するため、新たな熱源が必要になると共に、排ガス量が多いセメントキルン排ガスから低濃度の水銀を除去するのは容易ではないという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、新たな熱源等が不要で、低コストで排ガスから水銀を効率よく除去することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、排ガス処理装置であって、排ガスに含まれるダストを集塵する集塵装置と、該集塵装置による集塵後の排ガスに含まれる金属水銀をプラズマ化して２価水銀に変換するプラズマ処理装置と、該生成された２価水銀と前記排ガス中の塩化水素とで生成された塩化水銀を、液体に溶解させて回収するスクラバーとを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、集塵後の排ガスをプラズマ処理することにより、排ガスに含まれる難溶性の金属水銀（Ｈｇ⁰）を２価水銀（Ｈｇ²⁺）に変換し、排ガス中に含まれる塩化水素と反応させて水溶性の塩化水銀に転化させて回収することにより、低コストで排ガスから水銀を効率よく除去することができる。

上記排ガス処理装置において、前記集塵装置と前記プラズマ処理装置とは、前記集塵とプラズマ化とを同時に行う一つの装置とすることができる。これにより、集塵とプラズマ処理を一つの装置で行うことができ、設備コストを低く抑えることができる。また、既存の集塵装置を利用してプラズマ処理を行うことなども可能となる。

上記排ガス処理装置において、前記集塵装置による集塵前又は集塵後の排ガスに酸化剤を添加する酸化剤添加装置を備えることができる。プラズマ処理に加え、酸化剤を添加することでＨｇ⁰からＨｇ²⁺への変換を促進させることができる。尚、酸化剤には、金属水銀（Ｈｇ⁰）を酸化することができるハロゲン化水素やハロゲンガスを用いることができる。

上記排ガス処理装置において、前記スクラバーから排出されたスラリーを固液分離して得られた液体に溶解した２価水銀を回収する水銀回収塔と、該水銀回収後の液体から前記酸化剤を回収する酸化剤回収装置とを備えることができる。これにより、得られた酸化剤を酸化剤添加装置において再利用し、酸化剤回収後の液体をスクラバーにおいて再利用することができる。

上記排ガス処理装置において処理する排ガスをセメントキルン排ガスとしてもよい。これにより、セメント焼成装置で発生する大量のガスから微量の水銀を効率よく除去することができる。

また、本発明は、排ガス処理方法であって、排ガスに含まれるダストを集塵し、該集塵後の排ガスに含まれる金属水銀をプラズマ化して２価水銀に変換し、該生成された２価水銀と前記排ガス中の塩化水素とで生成された塩化水銀を、液体に溶解させて回収することを特徴とする。本発明によれば、上記発明と同様、低コストで排ガスから水銀を効率よく除去することができる。

さらに、本発明は、排ガス処理方法であって、排ガスに含まれるダストを集塵すると同時に、該排ガスに含まれる金属水銀をプラズマ化して２価水銀に変換し、該生成された２価水銀と前記排ガス中の塩化水素とで生成された塩化水銀を、液体に溶解させて回収することを特徴とする。これにより、ダストの集塵と金属水銀のプラズマ化を別々に行う場合に比べて処理コストを低減することができる。

上記排ガス処理方法において、前記集塵前又は集塵後の排ガスに酸化剤を添加することができる。これにより、排ガス中に残存する金属水銀（Ｈｇ⁰）を酸化することができる。

上記排ガス処理方法において、前記酸化剤を添加する前の排ガス、及び前記塩化水銀を回収した後の排ガスの各々に含まれる金属水銀の濃度と塩化水銀の濃度を測定して塩化水銀への転化率を算出し、該転化率が目標値に近づくように前記酸化剤の添加量を制御することができる。

上記排ガス処理方法において、前記排ガスをセメントキルン排ガスとしてもよい。これにより、セメント焼成装置で発生する大量のガスから微量の水銀を効率よく除去することができる。

以上のように、本発明によれば、低コストで排ガスから水銀を効率よく除去することが可能になる。

本発明に係る排ガス処理装置及び処理方法の一実施の形態を説明するためのフローチャートである。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明においては、本発明をセメント焼成装置のセメントキルンから排出される排ガスの処理に適用した場合を例にとって説明する。

本発明に係る排ガス処理装置１が設置されるセメント焼成装置２１は、プレヒータ２２、仮焼炉２３、セメントキルン２４、クリンカクーラー２５等を備え、原料供給系からセメント原料Ｒがプレヒータ２２に投入され、プレヒータ２２における予熱、仮焼炉２３における仮焼、及びセメントキルン２４における焼成、及びクリンカクーラー２５による冷却を経てセメントクリンカＣｌが製造される。このセメントクリンカＣｌは、セメント粉砕工程において石膏等と共に粉砕され、セメントが製造される。

排ガス処理装置１は、セメント焼成装置２１の後段に配設され、燃焼排ガスＧに含まれるダストを集塵する高温処理型電気集塵機（以下、「電気集塵機」という）２と、集塵後の排ガスＧ１に含まれる難溶性の金属水銀（Ｈｇ⁰）をプラズマ化して２価水銀（Ｈｇ²⁺）に変換するプラズマ処理装置５と、プラズマ処理後の排ガスＧ２中に含まれる２価水銀（Ｈｇ²⁺）を水溶性の塩化水銀（ＨｇＣｌ₂）として捕集するスクラバー７と、排ガスＧ１中の熱エネルギーを回収する熱回収器４と、スクラバー７から排出された排ガスＧ３を加熱する再加熱器８と、スクラバー７の循環液槽７ａから排出されたスラリーＳを固液分離する固液分離機１３と、固液分離機１３で分離された液体Ｗ中の水銀を吸着して回収する水銀吸着塔１４と、水銀吸着塔１４から排出された液体Ｗ１から塩化水素（ＨＣｌ）を回収するＨＣｌ回収装置１５等で構成される。

また、この排ガス処理装置１は、排ガスＧ１中の金属水銀及び塩化水銀の濃度を測定する水銀濃度計３と、排ガスＧ３中のＨＣｌ濃度を測定するＨＣｌ濃度計９と、排ガスＧ３中の金属水銀及び塩化水銀の濃度を測定する水銀濃度計１０と、各々の濃度計３、９、１０の測定値に基づいて算出した所要のＨＣｌを添加するＨＣｌ添加装置６を備える。

電気集塵機２は、プレヒータ２２からの燃焼排ガスＧ中のダストを集塵するために備えられる。燃焼排ガスＧを高温のまま処理することにより、燃焼排ガスＧ中の金属水銀が気化した状態でダストを集塵することができる。

プラズマ処理装置５は、集塵後の排ガスＧ１に含まれる難溶性の金属水銀をプラズマ化して２価水銀に変換するために備えられる。本実施の形態では、電気集塵機２とプラズマ処理装置５を別の装置としているが、両者を一つの装置とし、集塵とプラズマ処理を同時に行うこともできる。

ＨＣｌ添加装置６は、プラズマ処理後の排ガスＧ２に残存する金属水銀（Ｈｇ⁰）を酸化して２価水銀（Ｈｇ²⁺）としたり、２価水銀（Ｈｇ²⁺）と塩化物イオン（Ｃｌ^-）とを反応させて水溶性の塩化水銀（ＨｇＣｌ₂）を生成するために備えられる。

スクラバー７は、排ガスＧ２に含まれる２価水銀を塩化水銀（ＨｇＣｌ₂）として捕集し、排ガスＧ２から除去するために備えられる。このスクラバー７には、ミキシングスクラバー（株式会社ミューカンパニーリミテッド製ミュースクラバー）等を用いることができる。

スクラバー７の下方には、循環液槽７ａが配置され、スクラバー７と循環液槽７ａの間にポンプ７ｂが設けられ、スクラバー７で発生したスラリーＳを循環液槽７ａ及びポンプ７ｂを介して循環させることができる。

熱回収器４と再加熱器８は、電気集塵機２から排出された排ガスＧ１と、スクラバー７から排出された排ガスＧ３との熱交換を行うために備えられる。熱回収器４によって排ガスＧ１から回収された熱は、再加熱器８で排ガスＧ３を加熱するのに利用することができる。尚、熱回収器４と再加熱器８の代わりにヒートパイプや、ユングストローム（登録商標）式熱交換器（アルストム株式会社製）を用いることもできる。

固液分離機１３は、循環液槽７ａから排出されたスラリーＳを液体ＷとケークＣとに分離するために備えられ、マイクロフィルター等を使用することができる。

水銀吸着塔１４は、固液分離機１３から排出された液体Ｗ中に溶解した２価水銀を吸着回収するために備えられ、水銀吸着塔１４の吸着材には、活性炭又は活性炭を担持した吸着媒体や、水銀と反応する金属を担持した吸着媒体等を用いることが好ましい。

ＨＣｌ回収装置１５は、水銀吸着塔１４で水銀を除去した液体Ｗ１からＨＣｌを回収するために備えられる。

次に、上記構成を有する排ガス処理装置の動作について、図１を参照しながら説明する。

プレヒータ２２において脱硫されたセメントキルン２４からの燃焼排ガスＧは、電気集塵機２に導入され、燃焼排ガスＧ中のダストが回収される。電気集塵機２を通過した排ガスＧ１は、プラズマ処理装置５に導入され、ここで、排ガスＧ１に含まれる難溶性の金属水銀（Ｈｇ⁰）がプラズマ化され、２価水銀（Ｈｇ²⁺）に変換される。

プラズマ処理装置５の前段で、ＨＣｌ添加装置６から排ガスＧ１中にＨＣｌを添加し、プラズマ処理装置５でプラズマ化により生成された２価水銀（Ｈｇ²⁺）と、塩化物イオン（Ｃｌ^-）から水溶性の塩化水銀（ＨｇＣｌ₂）を生成すると共に、排ガスＧ２中に残存する金属水銀（Ｈｇ⁰）を酸化して２価水銀（Ｈｇ²⁺）とする。

このＨＣｌ添加装置６を制御する最適化演算機には、金属水銀の塩化水銀への転化率、排ガスＧ３中の塩化水素の濃度の目標値を設定する。水銀濃度計３、１０による排ガスＧ１、Ｇ３中の金属水銀の濃度及び塩化水銀の濃度、及びＨＣｌ濃度計９による塩化水素の濃度の測定値は、最適化演算機に随時入力される。ここで、ＨＣｌの添加量が不足する場合は、水銀濃度計１０において金属水銀（Ｈｇ⁰）が高濃度に検出され、ＨＣｌの添加量が過剰の場合は、ＨＣｌ濃度計９においてＨＣｌが高濃度に検出されるため、それらの測定結果に応じて、ＨＣｌ添加装置６からのＨＣｌ添加量を適正に制御することができる。

スクラバー７で発生したスラリーＳは、循環液槽７ａ及びポンプ７ｂを介して循環するため、排ガスＧ２とスラリーＳとの接触が充分に行われ、水溶性である塩化水銀（ＨｇＣｌ₂）の回収を効率よく行うことができる。

水溶性成分として２価水銀（Ｈｇ²⁺）が除去された排ガスＧ３は、再加熱器８に導入されて加熱される。再加熱器８での加熱は、熱回収器４で再加熱器８から導入されたガスと熱交換を行い、回収した熱を再加熱器８で利用する。熱回収器４で回収した熱だけでは再加熱器８で消費する熱量を賄うことができない場合は、再加熱器８に補助蒸気を導入してもよい。再加熱器８で１１０℃ 程度に加熱された排ガスＧ３は、ファン１１及び煙突１２を経て大気に放出される。

循環液槽７ａから排出された液体Ｗ中にクロロ錯イオン（ＨｇＣｌ₄ ^2-）又は２価水銀（Ｈｇ²⁺）として溶解した水銀は、水銀吸着塔１４において吸着回収される。

水銀吸着塔１４で２価水銀（Ｈｇ²⁺）が除去された液体Ｗ１に残存するＨＣｌは、ＨＣｌ回収装置１５において回収される。水銀及びＨＣｌを回収した後の液体Ｗ２は、スクラバー７で再利用することができ、循環液槽７ａ内の循環水として、回収されたＨＣｌは、ＨＣｌ添加装置６で再利用することができる。

尚、上記実施の形態においては、セメント焼成装置２１の直後に電気集塵機２と、プラズマ処理装置５とを配置し、これらの装置を一つの装置で賄うことも可能であることを説明したが、既存のセメント製造設備においては、ファン１１に隣接して上流側に電気集塵機が存在する場合がある。そこで、この電気集塵機を流用し、集塵とプラズマ処理とを同時に行い、上述のスクラバー７等を用いて排ガスから水銀を除去することもできる。

１排ガス処理装置
２高温処理型電気集塵機
３水銀濃度計
４熱回収器
５プラズマ処理装置
６ＨＣｌ添加装置
７スクラバー
７ａ循環液槽
７ｂポンプ
８再加熱器
９ＨＣｌ濃度計
１０水銀濃度計
１１ファン
１２煙突
１３固液分離機
１４水銀吸着塔
１５ＨＣｌ回収装置
２１セメント焼成装置
２２プレヒータ
２３仮焼炉
２４セメントキルン
２５クリンカクーラー
Ｃケーク
Ｇ燃焼排ガス
Ｇ１〜Ｇ３排ガス
Ｓスラリー
Ｗ、Ｗ１、Ｗ２液体

Claims

排ガスに含まれるダストを集塵する集塵装置と、
該集塵装置による集塵後の排ガスに含まれる金属水銀をプラズマ化して２価水銀に変換するプラズマ処理装置と、
該生成された２価水銀と前記排ガス中の塩化水素とで生成された塩化水銀を、液体に溶解させて回収するスクラバーとを備えることを特徴とする排ガス処理装置。
前記集塵装置と前記プラズマ処理装置とは、前記集塵とプラズマ化とを同時に行う一つの装置であることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
前記集塵装置による集塵前又は集塵後の排ガスに酸化剤を添加する酸化剤添加装置を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス処理装置。
前記スクラバーから排出されたスラリーを固液分離して得られた液体に溶解した２価水銀を回収する水銀回収塔と、
該水銀回収後の液体から前記酸化剤を回収する酸化剤回収装置とを備えることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の排ガス処理装置。
前記排ガスは、セメントキルン排ガスであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の排ガス処理装置。
排ガスに含まれるダストを集塵し、
該集塵後の排ガスに含まれる金属水銀をプラズマ化して２価水銀に変換し、
該生成された２価水銀と前記排ガス中の塩化水素とで生成された塩化水銀を、液体に溶解させて回収することを特徴とする排ガス処理方法。
排ガスに含まれるダストを集塵すると同時に、該排ガスに含まれる金属水銀をプラズマ化して２価水銀に変換し、
該生成された２価水銀と前記排ガス中の塩化水素とで生成された塩化水銀を、液体に溶解させて回収することを特徴とする排ガス処理方法。
前記集塵前又は集塵後の排ガスに酸化剤を添加することを特徴とする請求項６又は７に記載の排ガス処理方法。
前記酸化剤を添加する前の排ガス、及び前記塩化水銀を回収した後の排ガスの各々に含まれる金属水銀の濃度と塩化水銀の濃度を測定して塩化水銀への転化率を算出し、
該転化率が目標値に近づくように前記酸化剤の添加量を制御することを特徴とする請求項６、７又は８に記載の排ガス処理方法。
前記排ガスは、セメントキルン排ガスであることを特徴とする請求項６乃至９のいずれかに記載の排ガス処理方法。