JP2017094266A - 酸性ガス処理剤および酸性ガス処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸性ガスの中和剤として炭酸水素ナトリウムを用いた酸性ガス処理剤であって、固結し難く、かつ剥離性にも優れた酸性ガス処理剤を提供する。【解決手段】炭酸水素ナトリウムと炭酸水素ナトリウムの固結防止剤とを含む酸性ガス処理剤であって、該固結防止剤がカーボンブラック及び／又は疎水性シリカである酸性ガス処理剤。固結防止剤の含有量は０．１〜２．０重量％であることが好ましい。疎水性シリカの平均粒径は１〜２０μｍで、カーボンブラックの平均粒径は０．１〜１０μｍであることが好ましい。【選択図】図２

Description

本発明は、廃棄物処理装置や発電ボイラなどから排出される燃焼排ガス中の塩化水素や硫黄酸化物等の酸性ガスを中和処理する酸性ガス処理剤および酸性ガス処理方法に関する。

従来、廃棄物処理装置や発電ボイラなどから排出される燃焼排ガス中の塩化水素や硫黄酸化物等の酸性ガスの処理剤としては、水酸化カルシウムなどのカルシウム系排ガス処理剤や炭酸水素ナトリウムなどのナトリウム系排ガス処理剤が用いられている。

排ガス処理剤として、水酸化カルシウムを使用した場合、酸性ガスに対して３〜４倍当量と過剰に使用する必要があるため、発生する煤塵量が増加してしまう欠点がある。一方、炭酸水素ナトリウムは、水酸化カルシウムと比較して使用量は少なくて済むが、微粒状の炭酸水素ナトリウムは、粒子同士が凝集して固結しやすいことが知られている。

この固結を防止する方法として、従来、微粉重曹にヒュームドシリカ（親水性固結防止剤）の微細粒子を添加する方法（特許文献１，２）や、固結防止剤として湿式シリカを用い、バグフィルター濾布面に形成された炭酸水素ナトリウムの剥離性向上剤として金属石鹸を適当な比率で添加・混合する方法（特許文献３）が提案されている。
特許文献４には、ゼオライトと炭酸水素ナトリウムを含み、更に合成シリカを配合した酸性ガス処理剤が提案されているが、この特許文献４でも、合成シリカとして親水性合成シリカが使用されている。
また、特許文献５には、固結防止剤として活性炭を用いた排ガス処理剤が提案されている。

特開２０００−２１８１２８号公報 特開２００１−３１４７５７号公報 特開２００５−１８６０３７号公報 特開２０１３−１９３００５号公報 特開２００４−１４１７１８号公報

ヒュームドシリカのような平均粒径が小さい乾式シリカは、一般に高価であり固結防止剤に掛る費用が高くなってしまうため、実用上好ましくない。また、湿式シリカや親水性合成シリカは、安価で固結防止効果が大きい反面、その親水性に起因して流動性が悪いため、バグフィルター濾布面の剥離性が悪く、濾布の通気性を低下させ、圧力損失を上昇させる問題がある。活性炭は、配合割合を多くしないと十分な固結防止効果が得られない問題がある。
炭酸水素ナトリウムの固結防止剤として湿式シリカを用い、バグフィルター濾布面に形成された炭酸水素ナトリウムの剥離性向上剤として金属石鹸を適当な比率で添加・混合する方法は、固結防止剤と剥離性向上剤という２種の薬剤に掛る費用が高くなってしまうため、実用上好ましくない。

このようなことから、固結防止機能と剥離性向上機能を併せ持った効率の良い薬剤が求められている。

本発明は、酸性ガスの中和剤として炭酸水素ナトリウムを用いた酸性ガス処理剤であって、固結し難く、かつ剥離性にも優れた酸性ガス処理剤と、この酸性ガス処理剤を用いた酸性ガス処理方法を提供することを課題とする。

本発明者は、検討の結果、カーボンブラック及び疎水性シリカが、固結防止機能と剥離性向上機能を兼ね備え、上記課題を解決することができることを見出した。

本発明はこのような知見に基づいて達成されたものであり、以下を要旨とする。

［１］ 炭酸水素ナトリウムと炭酸水素ナトリウムの固結防止剤とを含む酸性ガス処理剤であって、該固結防止剤がカーボンブラック及び／又は疎水性シリカであることを特徴とする酸性ガス処理剤。

［２］ ［１］において、前記固結防止剤の含有量が０．１〜２．０重量％であることを特徴とする酸性ガス処理剤。

［３］ ［１］又は［２］において、前記疎水性シリカの平均粒径が１〜２０μｍであることを特徴とする酸性ガス処理剤。

［４］ ［１］ないし［３］のいずれかにおいて、前記カーボンブラックの平均粒径が０．１〜１０μｍであることを特徴とする酸性ガス処理剤。

［５］ ［１］ないし［４］のいずれかにおいて、前記炭酸水素ナトリウムの平均粒径が５〜３０μｍであることを特徴とする酸性ガス処理剤。

［６］ ［１］ないし［５］のいずれかに記載の酸性ガス処理剤を酸性ガスを含む排ガスに添加することを特徴とする酸性ガス処理方法。

［７］ カーボンブラック及び／又は疎水性シリカよりなる炭酸水素ナトリウムの固結防止剤。

本発明の酸性ガス処理剤によれば、固結防止剤として配合したカーボンブラック及び／又は疎水性シリカが、炭酸水素ナトリウムの固結を防止するだけではなく、バグフィルター濾布面等に付着した場合の剥離性を向上させる機能を発揮するため、以下のような効果で効率的な酸性ガス処理が可能となる。

（１） 固結し難く、流動性に優れるため、貯留及び輸送時や酸性ガス処理時の取り扱い性に優れる。
（２） 固結が防止され、微粉状態で酸性ガスに添加することができるため、酸性ガスとの反応性、処理効率が高い。
（３） バグフィルター濾布面等に付着し難く、かつ剥離し易いため、バグフィルターの圧力損失の上昇を抑制して安定に処理を継続することができる。
（４） カーボンブラック及び／又は疎水性シリカを少量配合するのみで十分な固結防止効果と剥離性向上効果を得ることができるため、酸性ガス処理剤に占める酸性ガス中和のための炭酸水素ナトリウムの配合比を高めることができ、酸性ガスの処理効率に優れた酸性ガス処理剤とすることができる。
（５） カーボンブラック及び疎水性シリカは、添加濃度が少なくて良いため、カーボンブラック及び／又は疎水性シリカの配合で安価な酸性ガス処理剤を提供することができる。

実施例における荷重試験装置を示す断面図である。 実施例におけるバグフィルター試験装置を示す系統図である。

以下に本発明を詳細に説明する。

なお、本発明において、薬剤の平均粒径は、レーザ回折・散乱法（島津製作所（株）製「ＳＡＬＤ−７５００ｎａｎｏ」）により測定された重量メジアン径Ｄ_５０をさす。

＜炭酸水素ナトリウム＞
本発明の酸性ガス処理剤は、酸性ガスの中和剤として炭酸水素ナトリウムを用いたものである。炭酸水素ナトリウムとしては、粗重曹を平均粒径５〜３０μｍに粉砕したものが好ましく用いられる。
炭酸水素ナトリウムの平均粒径が３０μｍを超えると、排ガス中の塩化水素や硫黄酸化物等の酸性ガスとの反応性、除去率が極めて低くなるため、炭酸水素ナトリウムとしては一般的に平均粒径３０μｍ以下の微粉重曹を用いることが好ましい。
本発明による固結防止効果を有効に得る上で、炭酸水素ナトリウムは、特に固結し易い平均粒径２０μｍ以下の微粉であることが好ましい。

本発明の酸性ガス処理剤では、固結防止剤として配合するカーボンブラック及び／又は疎水性シリカが少量の添加量で高い固結防止、剥離性向上効果を奏することから、カーボンブラック及び／又は疎水性シリカの配合比を低く、相対的に酸性ガス処理成分である炭酸水素ナトリウムの配合比を高くすることができ、酸性ガス処理効率に優れた酸性ガス処理剤とすることができる。
本発明の酸性ガス処理剤は、後述の好適な含有量で固結防止剤を含み、炭酸水素ナトリウムの含有量は９５重量％以上、特に９８重量％以上であることが好ましい。

＜固結防止剤＞
本発明においては、固結防止機能と剥離性向上機能を併せ持つ固結防止剤として、カーボンブラック及び／又は疎水性シリカを用いる。

カーボンブラックとしては、平均粒径０．１〜１０μｍ、特に０．１〜１μｍのものを用いることが好ましい。カーボンブラックの平均粒径が大き過ぎると固結防止効果が低くなる。平均粒径が過度に小さいカーボンブラックは、取り扱い性、コストの面で実用的でない上に、剥離性向上効果が低く、バグフィルターの圧力損失上昇を引き起こし易い。

疎水性シリカとしては、粒子表面をシリコーンオイルやシラザン化合物等の疎水化処理剤で表面処理したシリカを用いることができ、その平均粒径は１〜２０μｍ、特に１〜５μｍであることが好ましい。疎水性シリカの平均粒径が大き過ぎると固結防止効果が低くなる。疎水性シリカの平均粒径が１μｍ未満であると、十分な剥離性向上効果が得られず、バグフィルターの圧力損失上昇を引き起こし易い。

固結防止剤として用いるカーボンブラック又は疎水性シリカは、酸性ガス処理剤中の含有量が０．１〜２．０重量％、特に０．１〜１．０重量％となるように用いることが好ましい。固結防止剤の含有量が少な過ぎると十分な固結防止効果を得ることができず、逆に多過ぎると剥離性向上効果が得られず、バグフィルターにおける圧力損失の上昇を引き起し易くなる。

固結防止剤としては、カーボンブラックと疎水性シリカとを併用してもよく、その場合であっても、酸性ガス処理剤中のカーボンブラックと疎水性シリカとの合計の含有量が０．１〜２．０重量％、特に０．１〜１．０重量％となるように用いることが好ましく、特に、カーボンブラックが０．１〜１．０重量％、疎水性シリカが０．１〜１．０重量％の範囲内で上記合計の含有量となるように用いることが好ましい。

＜酸性ガス処理剤の調製＞
本発明の酸性ガス処理剤は、例えば、粗重曹を平均粒径５〜３０μｍに粉砕したものとカーボンブラック及び／又は疎水性シリカとを所定の割合でリボンブレンダーやナウターミキサー等を用いて均一に混合することにより調製される。

本発明の酸性ガス処理剤の調製に当たり、炭酸水素ナトリウムとカーボンブラック及び／又は疎水性シリカ以外の他の薬剤を混合してもよい。即ち、本発明の酸性ガス処理剤は、炭酸水素ナトリウムとカーボンブラック及び／又は疎水性シリカ以外の薬剤を含有していてもよいが、カーボンブラック及び／又は疎水性シリカによる炭酸水素ナトリウムの固結防止及び剥離性向上の効果と、炭酸水素ナトリウムによる酸性ガスの処理効果を有効に得る上で、本発明の酸性ガス処理剤は、炭酸水素ナトリウムとカーボンブラック及び／又は疎水性シリカよりなることが好ましい。

＜酸性ガス処理方法＞
本発明の酸性ガス処理方法は、本発明の酸性ガス処理剤を酸性ガスを含む排ガスに添加して排ガス処理を行うものである。
本発明の酸性ガス処理剤及び酸性ガス処理方法で処理する排ガスとしては、例えば、廃棄物処理施設や石炭ボイラ、バイオマスボイラなどの発電ボイラからの塩化水素や硫黄酸化物等の酸性ガスを含む排出ガスが挙げられる。

排ガスへの本発明の酸性ガス処理剤の添加量には特に制限はなく、排ガス量に対して０．１〜１０ｇ／ｍ^３の範囲で、酸性ガス濃度等に応じて適宜決定されるが、前述の通り、本発明の酸性ガス処理剤では、酸性ガス処理の有効成分である炭酸水素ナトリウムの配合比を高くすることができるため、必要な添加量を抑えて効率的な処理を行える。

酸性ガスを含む排ガスは、本発明の酸性ガス処理剤が添加された後、通常、バグフィルターで除塵処理されるが、本発明の酸性ガス処理剤は、カーボンブラック及び／又は疎水性シリカにより、剥離性が改善されているため、バグフィルターの圧力損失の上昇を抑えて安定な処理を継続することができる。

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

［薬剤］
以下の実施例、比較例及び参考例では、処理薬剤として以下のものを用いた。
炭酸水素ナトリウム：粗重曹を平均粒径１０μｍに粉砕したもの
（以下「粉砕重曹」と記載する。）
カーボンブラック：平均粒径０．２５μｍのカーボンブラック
疎水性シリカ：粒子表面をシリコーンオイルで疎水処理した、平均粒径１．５５μｍの疎水性シリカ
湿式シリカ：平均粒径１３．８５μｍの湿式シリカ
ステアリン酸カルシウム：平均粒径４．２２μｍのステアリン酸カルシウム
天然ゼオライト：平均粒径８．１０μｍの天然ゼオライト

［実施例１〜５、比較例１，２．参考例１〜４］
表１に示す薬剤配合で酸性ガス処理剤を調製し、各酸性ガス処理剤について、以下の荷重試験とバグフィルター試験を行い、結果を表１に示した。

＜荷重試験＞
図１に示す荷重試験装置を用いて、以下の通り固着性を評価した。
１００ｍｍ×１００ｍｍの枠状升１内に酸性ガス処理剤２を１００ｇ充填し、１０ｋｇの荷重３を３時間掛けた。その後、酸性ガス処理剤を目開き３５５μｍのステンレス製篩上に置き、微粉分を落下させ、篩上に残った粗粒の重量を計量し、試験に供した重量に対する割合（重量％）を算出した。この篩上割合が少ない程、固結が防止され、微粉分が落下したことを示す。
また、試料１０ｇを高さ６００ｍｍのガラス円筒上部から落下させ、下部のウォッチグラスへ落下させることにより、ウォッチグラスの上に残った重量Ｍｇを秤量し、下記式で分散度（試料１０ｇのうちの飛散した重量の割合）を算出した。この分散度が大きい程分散性が高く、固結が防止されていることを示す。
分散度（％）＝｛（１０−Ｍ）／１０｝×１００

＜バグフィルター試験＞
図２に示すバグフィルター試験装置を用いて、バグフィルター入口／出口圧力を計測することにより、酸性ガス処理剤によるバグフィルターの圧力損失の上昇から、剥離性を評価した。
図２において、１１はヒーターであり、ヒーター１１からの高温の酸性ガスは配管１２を経てバグフィルター１５に送給される。この酸性ガス配管１２には薬剤定量供給機１３から配管１３より酸性ガス処理剤が供給される。また、配管１２のバグフィルター入口部分には圧力計Ｐ１が設けられており、入口圧力が測定される。バグフィルター１５で集塵処理されたガスは、配管１６を経て、冷却塔１７、中和塔１８で順次処理され、誘引送風機１９により配管２０，２１を経て排出される。配管１６のバグフィルター１５出口部には圧力計Ｐ２が設けられており、出口圧力が測定される。

試験条件は、以下の通りとした。
ガス風量：０．４３ｍ^３／ｍｉｎ
バグフィルター濾過面積：０．４３ｍ^２
バグフィルター濾過速度：１ｍ／ｍｉｎ
バグフィルター集塵室温度：１８０℃
薬剤添加量：１１６ｇ／ｍ^３
圧力設定：０．５ｋＰａ
（バグフィルターの圧力損失が０．５ｋＰａに到達すると自動逆洗）
試験時間：７０分間

試験期間中の逆洗回数が少ない程、剥離性が良好で、バグフィルターの圧力損失の上昇が防止されていることを示す。

表１より次のことが分かる。
実施例１は、荷重試験において、比較例よりも優れた固結防止効果が認められたが、バグフィルターの圧力損失が比較例よりも高い結果となった。
実施例２は、固結防止剤配合比を実施例１よりも下げることにより、比較例と同等な固結防止効果・圧力損失となった。比較例よりも固結防止剤配合比が少なく、酸性ガス処理成分である粉砕重曹の配合比を高められ優位である。
実施例３および実施例４は、荷重試験において比較例よりも優れた固結防止効果が認められ、バグフィルターの圧力損失は比較例と同等となった。比較例よりも固結防止剤配合比が少なく、酸性ガス処理成分である粉砕重曹の配合比を高められ優位である。
実施例５は、２種類の固結防止剤を用いた結果であるが、比較例と同等な固結防止効果・圧力損失となった。比較例よりも固結防止剤配合比が少なく、酸性ガス処理成分である粉砕重曹の配合比を高められ優位である。
参考例１，３は、カーボンブラック又は疎水性シリカの配合量が少なく、固結防止効果が劣るが圧力損失は小さい。
参考例２，４は、カーボンブラック又は疎水性シリカの配合量が多く、固結防止効果は非常に高いが圧力損失が大きい。

１ 升
２ 酸性ガス処理剤
３ 荷重
１１ ヒーター
１３ 薬剤定量供給機
１５ バグフィルター
１７ 冷却塔
１８ 中和塔
１９ 誘引送風機

［１］ 炭酸水素ナトリウムと炭酸水素ナトリウムの固結防止剤との粉体混合物よりなる酸性ガス処理剤であって、該固結防止剤がカーボンブラック、或いはカーボンブラック及び疎水性シリカであることを特徴とする酸性ガス処理剤。
［２］ ［１］において、前記カーボンブラックの平均粒径が０．１〜１０μｍであることを特徴とする酸性ガス処理剤。
［３］ ［１］又は［２］において、前記炭酸水素ナトリウムの平均粒径が５〜３０μｍであることを特徴とする酸性ガス処理剤。
［４］ 炭酸水素ナトリウムと炭酸水素ナトリウムの固結防止剤との粉体混合物よりなる酸性ガス処理剤であって、該固結防止剤が疎水性シリカであり、該炭酸水素ナトリウムの平均粒径が１０〜３０μｍであることを特徴とする酸性ガス処理剤。
［５］ ［４］において、前記疎水性シリカの平均粒径が１〜２０μｍであることを特徴とする酸性ガス処理剤。

［６］ ［１］ないし［５］のいずれかにおいて、前記固結防止剤の含有量が０．１〜２．０重量％であることを特徴とする酸性ガス処理剤。

［７］ ［１］ないし［６］のいずれかに記載の酸性ガス処理剤を酸性ガスを含む排ガスに添加することを特徴とする酸性ガス処理方法。

［８］ カーボンブラック、或いはカーボンブラック及び疎水性シリカよりなる炭酸水素ナトリウムの固結防止剤。

＜バグフィルター試験＞
図２に示すバグフィルター試験装置を用いて、バグフィルター入口／出口圧力を計測することにより、酸性ガス処理剤によるバグフィルターの圧力損失の上昇から、剥離性を評価した。
図２において、１１はヒーターであり、ヒーター１１からの高温の酸性ガスは配管１２を経てバグフィルター１５に送給される。この酸性ガス配管１２には薬剤定量供給機１３から配管１４より酸性ガス処理剤が供給される。また、配管１２のバグフィルター入口部分には圧力計Ｐ１が設けられており、入口圧力が測定される。バグフィルター１５で集塵処理されたガスは、配管１６を経て、冷却塔１７、中和塔１８で順次処理され、誘引送風機１９により配管２０，２１を経て排出される。配管１６のバグフィルター１５出口部には圧力計Ｐ２が設けられており、出口圧力が測定される。

Claims (7)

1. 炭酸水素ナトリウムと炭酸水素ナトリウムの固結防止剤とを含む酸性ガス処理剤であって、該固結防止剤がカーボンブラック及び／又は疎水性シリカであることを特徴とする酸性ガス処理剤。
2. 請求項１において、前記固結防止剤の含有量が０．１〜２．０重量％であることを特徴とする酸性ガス処理剤。
3. 請求項１又は２において、前記疎水性シリカの平均粒径が１〜２０μｍであることを特徴とする酸性ガス処理剤。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記カーボンブラックの平均粒径が０．１〜１０μｍであることを特徴とする酸性ガス処理剤。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、前記炭酸水素ナトリウムの平均粒径が５〜３０μｍであることを特徴とする酸性ガス処理剤。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の酸性ガス処理剤を酸性ガスを含む排ガスに添加することを特徴とする酸性ガス処理方法。
7. カーボンブラック及び／又は疎水性シリカよりなる炭酸水素ナトリウムの固結防止剤。

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