JP2015178083A - 排ガスの処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで排ガスに含まれる水銀の含有量を低減できる排ガスの処理システムを提供する。【解決手段】本発明の排ガスの処理システム１００は、排ガスに含まれるダストを排ガスから分離する集塵装置１１０と、集塵装置１１０により分離されたダストの少なくとも一部が供給され、集塵装置１１０によりダストが分離される前の排ガス中に、供給されたダストを散布する。【選択図】図１

Description

本発明は、ダストを含む排ガスから水銀を除去する、排ガスの処理システムに関する。

２０１３年１０月に「水銀に関する水俣条約外交会議及び準備会合」が開催され、同条約の採択・署名が行われた。今後、環境中への水銀の排出量の削減とその適正管理に向けた取組が強化されていくと思われる。セメント製造では、水銀を微量に含有する天然および廃棄物系の原料を使用しているため、セメントの焼成工程で使用されるセメントキルンから排出されるセメントキルン排ガスには水銀が含まれている。水銀による環境負荷を低減するには、セメントキルン排ガスから水銀を除去して回収する必要がある。しかし、セメントキルン排ガスに低濃度で含まれている水銀を、大量に発生するセメントキルン排ガスから除去することは難しい。このため、従来から、セメントキルン排ガスから水銀を除去する様々な方法が提案されてきた（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のキルン排ガスの処理方法では、１００〜５００μｍの平均粒径の活性炭および粉炭などの吸着材を排ガス中に散布するように投入して排ガス中の水銀を吸着材に吸着させ、フィルタ装置を使用して水銀を吸着した吸着材を捕捉することにより、排ガス中の水銀を除去している。

特開２００９−２０２１０６号公報

特許文献１に記載のキルン排ガスの処理では、活性炭および粉炭などを吸着材として使用する目的で、吸着材を用意するためには、外部から吸着材を調達しなければならない。このため、排ガスから水銀を除去するためのコストが高くなる場合がある。そこで、本発明は、低コストで排ガスに含まれる水銀の含有量を低減できる排ガスの処理システムを提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意研究を行った結果、排ガスから捕集したダストを排ガスに供給して、排ガス中のダストの含有量を増やし、その後、排ガス中のダストを集塵することによって排ガス中の水銀の含有量を低減させることができることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は以下のとおりである。
［１］排ガスに含まれるダストを排ガスから分離する集塵装置と、集塵装置により分離されたダストの少なくとも一部が供給され、集塵装置によりダストが分離される前の排ガス中に、供給されたダストを散布するダスト供給装置とを含む、排ガスの処理システム。
［２］集塵装置によりダストが分離された後の排ガス中の水銀の濃度を測定する水銀濃度測定装置をさらに含み、ダスト供給装置は、水銀濃度測定装置により測定された水銀の濃度に基づいて排ガス中に散布するダストの量を制御する、上記［１］に記載の排ガスの処理システム。
［３］集塵装置により分離されたダストから水銀を除去回収する水銀除去回収装置をさらに含む、上記［１］に記載の排ガスの処理システム。
［４］ダスト供給装置は、水銀除去回収装置により水銀が除去されたダストを散布する、上記［３］に記載の排ガスの処理システム。

本発明によれば、低コストで排ガスに含まれる水銀の含有量を低減できる排ガスの処理システムを提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態における、排ガスの処理システムを含むセメント製造設備を示す模式図である。 図２は、実施例の試験の構成を示す模式図である。

本発明の一実施形態における排ガスの処理システムは、集塵装置によって排ガスから分離されたダストを、集塵装置によってダストが分離される前の排ガスに散布して、排ガス中に元々存在しているダストに吸着できなかった水銀を散布したダストに吸着させることにより、排ガス中の水銀の除去率を向上させている。

［セメント製造設備］
本発明の一実施形態における排ガスの処理システムを説明する前に、図１を参照して、セメント製造設備を説明する。図１は、本発明の一実施形態における、排ガスの処理システムを含むセメント製造設備１を示す模式図である。原料混合・供給システム２からセメント焼成工程（予熱器、セメントキルンおよびエア・クエンチング・クーラー）３へ送られる送窯原料に含まれる水銀は、セメント焼成工程３で排ガス中に揮発する。しかし水銀およびその化合物は沸点が低いので、セメント焼成工程３から煙突に至る排ガス経路の途中で、排ガス温度の低下とともに、ドライヤー４中の原料および排ガス中のダストにその多くが吸着される。排ガス中のダストは、集塵装置１１０で排ガスから分離され、分離した集塵ダストは原料混合・供給システム２でセメント原料と混合されてセメント焼成工程３へ供給される。なお、図１の符号５はミルを示し、符号６はスタビライザーを示し、符号１２０はダスト供給装置を示し、符号１３０は水銀濃度測定装置を示す。ダスト供給装置１２０および水銀濃度測定装置１３０の詳細は後述する。また、点線の領域１００は、本発明の排ガスの処理システムが設けられる領域である。

［排ガスの処理システム］
次に、図１を参照して本発明の一実施形態における排ガスの処理システムを説明する。なお、本発明の一実施形態の排ガスの処理システムは、本発明の排ガスの処理システムの一例であり、本発明の排ガスの処理システムは、本発明の一実施形態の排ガスの処理システムに限定されない。本発明の一実施形態における排ガスの処理システム１００は、集塵装置１１０とダスト供給装置１２０とを含む。所望により、本発明の一実施形態における排ガスの処理システム１００は水銀濃度測定装置１３０をさらに含んでもよい。

（集塵装置）
集塵装置１１０は、排ガスに含まれるダストを排ガスから分離する。集塵装置１１０は、セメント製造設備で集塵装置として通常用いられるものであればとくに限定されない。たとえば、集塵装置１１０には、電気集塵装置、バグフィルタおよびマルチクロンなどが挙げられる。

集塵装置１１０により排ガスから分離されたダストの少なくとも一部はダスト供給装置１２０に移送され、残りは原料混合・供給システム２に移送される。また、ダストが除去された排ガスは煙突７を通して大気中へ排出される。

（ダスト供給装置）
ダスト供給装置１２０は、集塵装置１１０により排ガスから分離されたダストの少なくとも一部が供給され、集塵装置１１０によりダストが分離される前の排ガス中に、供給されたダストを散布する。これにより、排ガス中のダストに吸着されなかった水銀は、散布されたダストに吸着するので、集塵装置１１０によってダストが分離された後の排ガスに含まれる水銀の含有量をさらに低減できる。しかも、ダストは、セメント製造設備で生成するものであり、排ガス中の水銀を除去するための吸着材を新たに購入することなく排ガスに含まれる水銀の含有量を低減できる。排ガス中へのダストの散布量は、たとえば、乾燥基準の排ガス１ｍ³Ｎ当たり０．１〜６０ｇである。

たとえば、ダスト供給装置１２０はダストを貯蔵する貯蔵タンクを備え、供給されたダストを貯蔵タンクに貯蔵してもよい。そして、貯蔵しているダストを、排ガスを集塵装置１１０に供給するためのダクトの中に散布することにより、排ガス中にダストを散布するようにしてもよい。

排ガス中の水銀を効果的に除去するために、ダスト供給装置１２０によって供給されるダスト中の未燃焼炭素（乾燥基準）の割合は、１〜１０質量％であることが好ましく、４〜１０質量％であることがより好ましい。また、供給されるダストの粒度分布は、好ましくは０．１〜２００μｍである。さらに、供給されるダストは、ハロゲン（乾燥基準）を好ましくは０．１〜２．０質量％含む。

（水銀濃度測定装置）
水銀濃度測定装置１３０は、集塵装置１１０によりダストが分離された後の排ガス中の水銀の濃度を測定する。水銀濃度測定装置１３０が水銀の濃度を測定する方法には、たとえば、冷原子吸光法が挙げられる。

ダスト供給装置１２０は、水銀濃度測定装置１３０により測定された水銀の濃度に基づいて排ガス中に散布するダストの量を制御してもよい。たとえば、ダスト供給装置１２０は、水銀の濃度が所定範囲よりも高い場合は、排ガス中に散布するダストの量を増加させ、水銀の濃度が所定範囲よりも低い場合は、排ガスに散布するダストの量を減少させ、水銀の濃度が所定範囲内にある場合は、排ガスに散布するダストの量を一定に保つようにしてもよい。

本発明の一実施形態における排ガスの処理システムを次のように変形することができる。
［変形例１］
本発明の一実施形態における排ガスの処理システムは、集塵装置により排ガスから分離されたダストから水銀を除去回収する水銀除去回収装置をさらに含んでもよい。水銀除去回収装置は、たとえば、ダストを加熱することによりダスト中の水銀を揮発させ、揮発した水銀を吸着材に吸着させることによって、集塵装置により集塵されたダストから水銀を除去回収してもよい。ダストを加熱する温度は、たとえば２５０〜６００℃である。揮発した水銀を吸着させる吸着材は、たとえば活性炭である。

また、水銀を除去したダストの少なくとも一部をダスト供給装置に供給し、ダスト供給装置は、集塵装置によりダストが分離される前の排ガス中に、水銀除去回収装置により水銀を除去したダストを散布するようにしてもよい。

［変形例２］
集塵装置１１０の後半部分で集塵したダストをダスト供給装置１２０に供給し、集塵装置１１０の前半部分で集塵したダストを原料混合・供給システム２に供給するようにしてもよい。ここで、集塵装置１１０の前とは、排ガスの供給口側であり、後ろとは排ガスの排出口側である。集塵装置１１０によりダストが集塵される前の排ガスに、集塵装置１１０の後半部分で集塵した、粒子径が小さく、未燃炭素を多く含んだダストを供給することにより、より多くの水銀をダストに吸着させることができる。たとえば、集塵装置の集塵するダストを後ろから前へ累積した場合、集塵装置１１０で集塵するダストの全量に対して、好ましくは０．２〜３５質量％、より好ましくは５〜１５質量％のダストをダスト供給装置１２０に供給するようにしてもよい。

［変形例３］
集塵装置１１０の煙突７側にバグフィルタを設置し、バグフィルタで捕集したダストをダスト供給装置１２０に供給し、バグフィルタで捕集したダストを、集塵装置１１０によりダストが集塵される前の排ガスに散布してもよい。これにより、粒子径がさらに小さく、未燃炭素を多く含んだダストを供給することができ、より多くの水銀をダストに吸着させることができる。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、実施例は、本発明を限定するものではない。

［ダストの水銀吸着試験］
以下の実施例の試験により、排ガスから集塵したダストにより水銀を吸着できるかを調べた。実施例の試験における構成を図２に示す。

セメント製造設備のセメントキルンから排出された排ガスから集塵したダスト２１０を実施例の試験に使用した。内径φ２３ｍｍの石英カラム２２０の中に３０ｇのダスト２１０を充填した。石英カラム２２０の中でダスト２１０が充填されている部分の長さは１２０ｍｍであった。このダストを充填した石英カラム２２０を管状電気炉２３０にセットし、１２０℃に加熱した。

水銀ガス発生器２４０と石英カラム２２０の入口とは配管Ｌ１により接続している。水銀ガス発生器２４０は水銀の蒸気を発生させる装置である。水銀ガス発生器２４０には、日本インスツルメンツ社製水銀標準ガス発生器ＭＧＳ−１を使用した。水銀ガス発生装置２４０は、エアポンプ２５０および窒素ボンベ２６０と接続している。エアポンプ２５０は１０Ｌ／分の流量の空気を水銀ガス発生装置２４０へ供給していた。また、窒素ボンベ２６０は４ｍｌ／分の流量の窒素ガスを水銀ガス発生装置２４０へ供給していた。水銀ガス発生器２４０は、５０℃の水銀飽和濃度の窒素ガスを発生させる。これをエアポンプからの空気で希釈し、水銀濃度が６０μｇ／ｍ^３Ｎの水銀含有ガスとする。水銀ガス発生器２４０から供給されている水銀含有ガスのうち０．５Ｌ／分の流量の水銀含有ガスを分取し、分取した水銀含有ガスを石英カラム２２０に供給した。石英カラム２２０の出口には、石英カラム２２０に供給された水銀含有ガスを排出するための配管Ｌ２が設けられている。配管Ｌ２には流量計２７０が設けられている。

水銀ガス発生器２４０と石英カラム２２０の入口との配管Ｌ１に流れる、水銀含有ガスの一部を採取して水銀分析計２８０（日本インスツルメンツ社製、型番：ＥＭＰ−２）を使用して、石英カラム２２０に供給される水銀含有ガス中の水銀濃度を測定した。また、石英カラム２２０から排出される水銀含有ガスの一部を採取して水銀分析計２９０（日本インスツルメンツ社製、型番：ＥＭＰ−２）を使用して、石英カラムから排出される水銀含有ガス中の水銀濃度を測定した。

実施例の試験の試験条件を以下の表１に示す。

石英カラム２２０に供給される水銀含有ガス中の水銀濃度および石英カラム２２０から排出される水銀含有ガス中の水銀濃度を以下の表２に示す。

石英カラム２２０から排出された水銀含有ガス中の水銀濃度は、石英カラム２２０に供給した水銀含有ガス中の水銀濃度に比べて低いことから、排ガスから分離したダストは、排ガスの温度が集塵装置で排ガスからダストを分離するときの温度である場合も、排ガス中の水銀を吸着できることがわかった。

本発明の排ガスの処理システムは、廃棄物を原料として利用するセメント製造設備に有効に適用することができる。

１ セメント製造設備
２ 原料混合・供給システム
３ セメント焼成工程
４ ドライヤー
５ ミル
６ スタビライザー
７ 煙突
１００ 排ガスの処理システム
１１０ 集塵装置
１２０ ダスト供給装置
１３０ 水銀濃度測定装置
２１０ ダスト
２２０ 石英カラム
２３０ 管状電気炉
２４０ 水銀発生器
２５０ エアポンプ
２６０ 窒素ボンベ
２７０ 流量計
２８０，２９０ 水銀分析計

Claims (4)

1. 排ガスに含まれるダストを排ガスから分離する集塵装置と、
   前記集塵装置により分離されたダストの少なくとも一部が供給され、前記集塵装置によりダストが分離される前の排ガス中に、前記供給されたダストを散布するダスト供給装置とを含む、排ガスの処理システム。
2. 前記集塵装置によりダストが分離された後の排ガス中の水銀の濃度を測定する水銀濃度測定装置をさらに含み、
   前記ダスト供給装置は、前記水銀濃度測定装置により測定された水銀の濃度に基づいて前記排ガス中に散布するダストの量を制御する、請求項１に記載の排ガスの処理システム。
3. 前記集塵装置により分離された前記ダストから水銀を除去回収する水銀除去回収装置をさらに含む、請求項１に記載の排ガスの処理システム。
4. 前記ダスト供給装置は、前記水銀除去回収装置により水銀が除去されたダストを散布する、請求項３に記載の排ガスの処理システム。