JP2678212B2 - 湿式脱硫方法及び装置 - Google Patents

湿式脱硫方法及び装置

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、石灰を含む吸収液に燃料排ガスを接触さ
せ、排ガス中の亜硫酸ガスを吸収する工程を含んでなる
湿式脱硫方法及び装置に関する。
〔従来の技術〕
現在実用化されている湿式排煙脱硫装置は、炭酸カル
シウム、水酸化カルシウムなどを含む吸収液によって亜
硫酸(SO2)ガスを吸収し、副生品として石膏を回収す
る方式、即ち、吸収剤として石灰石、生石灰、消石灰な
どを使用する石灰石石膏法が主流となっている。
これらの石灰石・石膏法は、特に吸収剤として添加し
た石灰石の利用率を高めることが用役費低減の面から重
要である。その利用率を高めるには、石灰石粒径を細か
くして供給することが、石灰石溶解速度を高める点で有
効な方法であるが粉砕コストが嵩む欠点がある。また、
一般に石灰石の溶解速度は、吸収液のpH、共存塩などに
大きく影響されることが知られている。しかし、最近で
は湿式脱硫装置からの排水量を低減するために、吸収液
中の共存塩をできるだけ濃縮しようとする方式がとられ
てきている。そして、吸収液中に塩素、フッ素などが所
定濃度以上にならないように、吸収液の一部を抜き出し
ブローダウンしメイクアップする排水処理装置が設置し
てある。
一般に吸収液中に塩素などの共存塩が濃縮し、その塩
素濃度が高くなるに従がい石灰石溶解速度は低下する。
特に、吸収液のpHが高くなる程、その影響は大きくあら
われてくる。その理由は吸収液に塩素が溶解すると、塩
素イオンと対イオンと成るカルシウムイオンが増え、石
灰石の溶解速度が低下するとされている。
石灰石の溶解速度が低下すると吸収塔への石灰石の供
給が過剰状態となり、副生石膏の純度低下、あるいは未
反応石灰石を中和するための硫酸などが増えるなど悪影
響を与える。
このような石灰石溶解速度低下を緩和するためアルカ
リ金属の硫酸塩(Na2SO4)を添加することが特公昭58−
20888に提案されている。この方式は吸収液に苛性ソー
ダおよびその中和のために硫酸を添加するものであり、
実質的には系内に硫酸ナトリウムを添加することにな
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記公報に記載された技術によれば、
一定の石灰石溶解速度を維持するために、硫酸ナトリウ
ムの濃度を高くする必要があり、用役費が嵩むなどの問
題がある。
本発明の目的は、吸収液中の塩素などの共存塩の濃度
を高くした場合にも石灰石の溶解速度の低下を防ぐこと
ができる湿式脱硫方法及びその装置を提供することにあ
る。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明者らは種々検討し
た結果、有機系アルカリ金属塩が有効であることを見い
出した。有機系アルカリ金属塩でも特に酢酸ナトリウ
ム、ギ酸ナトリウムに効果があり、添加量も少なくてす
むことが明らかになった。
すなわち、本発明の湿式脱硫方法は、石灰を溶解する
吸収液に有機系アルカリ金属塩を添加することにより、
共存塩による石灰の溶解速度の低下を緩和しようとする
ものである。
また、本発明の湿式脱硫装置は、石灰を含む吸収液に
燃料排ガスを気液接触させて亜硫酸ガスを吸収させる吸
収塔と、該吸収塔から前記吸収液の一部を抜出して当該
吸収塔に再循環供給する吸収液循環手段と、前記吸収液
に石灰を補給する石灰供給手段と、前記吸収液の一部を
抜出して石膏を回収する石膏回収手段と、前記吸収液に
有機系アルカリ金属塩を添加する添加剤補給手段とを具
備してなるものである。
〔作用〕
ここで、本発明に係る有機系アルカリ金属塩が共存塩
存在下における石灰石の溶解速度低下を緩和する作用に
ついて、実測データに基づいて説明する。まず、第2図
と第3図を参照して、石灰石を含む模擬吸収液に緩和剤
を添加した場合と添加しない場合の吸収液のpH回復特性
について説明する。このpH回復特性は石灰石の溶解速度
に相関する1つの指標となる。
第2図は模擬吸収液に塩素源としてCaCl2・2H2Oを加
え、塩素イオン濃度に対する吸収液のpH回復特性を調べ
た結果である。模擬吸収液は石膏3%、1N−硫酸H2SO45
0mlを良く撹拌し、さらに所定塩素イオン濃度になるよ
うにCaCl2・2H2Oを添加して撹拌し、その後、石灰石(2
00メッシュパス)をCaCO3で21.3m−mol/相当添加した
ときのpH回復特性を調べたものである。図から明らかな
ようにpH回復速度は、吸収液中の塩素イオン濃度が高く
なると遅くなる傾向を示している。
第3図は、塩素イオン濃度10,000ppmを含む模擬吸収
液に、従来技術に係る硫酸ナトリウムNa2SO4、硫酸マグ
ネシウムMgSO4を添加したときと、本発明に係る酢酸ナ
トリウムCH3COONaを添加したときのpH回復特性を比較し
た結果である。図からNa+塩、Mg2+塩を添加するとpH回
復速度は高まる傾向にあるが、特にCH3COONaを添加した
ときにその効果が顕著にあらわれており、石灰石の溶解
速度の低下が著しく緩和されていることが解る。しか
も、CH3COONaは他の添加量(Na+又はMg2+1000ppm)に比
して十分に少ない添加量(Na+50ppm)でも上記緩和効果
が顕著である。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
ここで、第4図に示した実験室規模の実験装置を用い
て亜硫酸ガス(SO2)吸収実験を行ない、これにより得
られた実験例データを従来技術によるデータと対比して
説明する。
同図に示すように、吸収塔1は塔径70mmφの傾斜板気
液接触部2と容量約7の吸収液循環タンク3からな
る。このタンク3内の吸収液は循環ポンプ4により吸収
塔1に循環される。循環量は流量計5に基づいて調整す
る。また、吸収塔1には空気とSO2ガスの混合ガスが通
流される。空気の量は流量計6により計量され、SO2
スは流量調整器7によって調節される。石灰石はスラリ
ー状にし、石灰石スラリー供給系8により供給する。ま
た、SO2吸収により吸収液中の亜硫酸塩が増えてくるの
で、これを酸化して硫酸塩(石膏)とするため、ポンプ
9によりタンク10より酸化剤としての過酸化水素H2O2
循環タンク3内に注入するようにした。
吸収液の組成は 石膏:3〜4% 亜硫酸カルシウム<2m−mol/ として循環し、混合ガスと吸収液を気液接触部2で接触
させSO2ガスを吸収した。SO2ガスを吸収するとpHが下が
るので吸収液pHが一定になるように石灰石スラリーを供
給した。SO2を吸収し吸収液を循環していると、吸収液
中の亜硫酸塩が増えてくるので、酸化剤を添加し硫酸塩
(石膏)にして実験した。また、混合ガス中のSO2濃度
は1360〜1390ppmとし、気液比L/Gを16/Nm3一定で実験
を行った。脱硫率は気液接触部の上下部からガスを連続
的に抜き、赤外吸収スペクトル法でSO2濃度を求め評価
した。
このような条件で行なったSO2吸収実験により得られ
たデータを第1表〜第3表に示す。
第1表は吸収液中の塩素濃度を9850〜11200ppmにCaCl
2・2H2Oで調整し、吸収液pHを5.4〜5.5になるように石
灰石(200メッシュパス)を供給したときのそれぞれ添
加剤に対する脱硫率、吸収液中のCaCO3濃度及び添加量
を求めた結果である。無添加の場合、吸収液中のCaCO3
濃度は21.2m−mol/に対して、CH3COONa100ppm、MgSO4
1000ppm、Na2SO41000ppm添加したときは吸収液中のCaCO
3濃度はそれぞれ17.3、18.2、17.5m−mol/と無添加に
比べ少なくできる。これは、CH3COONa、Na2SO4、MgSO4
などを添加することで無添加の場合に比べ石灰石溶解速
度が高まったと考えることができる。また、それら添加
剤の中でも有機系アルカル金属塩である酢酸ナトリウム
CH3COONaは添加量が極めて少なくても、十分に石灰石の
溶解速度の向上の効果があり、同等の脱硫率を呈するこ
とができる。
第2表は循環タンクpHを第1表の結果と同じくし、吸
収液中の塩素濃度を19,800〜22,100ppmに高くして行っ
た結果を示す。吸収液中のCaCO3濃度は、無添加の場合2
4.3m−mol/であるのに対してCH3COONa、MgSO4、Na2SO
4添加した場合、それぞれ19.3、21.2、19.8m−mol/と
第1表の塩素濃度10,000ppmの場合より高くなった。第
1表と第2表の脱硫率を対比すると、吸収液中の塩素濃
度が高くなると高くなっているが、これは吸収液中のCa
CO3濃度が高くなったことによると考えられる。この場
合にあっても、第1表と同様、酢酸ナトリウムCH3COONa
は少ない添加量で効果が最も優れている。
第3表は吸収液pHを4.93〜5.03に設定するように石灰
石を供給し、吸収液中の塩素濃度は17,500〜18,300ppm
であった。無添加の場合に比べ、CH3COONa、Na2SO4、Mg
SO4添加した場合、脱硫性能及び吸収液中のCaCO3濃度を
低くでき、石灰石の溶解速度が早くなっていると判断で
きる。
以上の実験によると、各添加剤CH3COONa、MgSO4、Na2
SO4の添加量には最適量があり、CH3COONaの場合には添
加量を増やしてもあまり顕著な効果は認められず50〜50
0ppmの範囲が効果的と言える。
また、酢酸ナトリウムCH3COONaは消費されることなく
循環されるので、補給はいわゆるメイクアップ分相当で
よい。
上述したように、酢酸ナトリウムCH3COONaが石灰石の
溶解速度低下の緩和に寄与することが明らかになった
が、その作用については次のように考えられる。
CH3COONaの添加効果は直接的には石灰石の溶解速度を
高める作用であり、(1)式のCaCO3の溶解 CaCO3+2CH3COONa→Ca(CH3COO) +Na2CO3 ……(1) 促進と、(2)式のようなカルシウムイオンを下げる。
効果といえる。また、SO2を吸収すれば、(2)式のNa+
は(3)式のようにSO2吸収反応が促進されるように Ca(CH3COO)+2SO2+(Na+)+2H2O →Ca(HSO3+CH3COONa ……(3) 作用する。
また、上記実施例では酢酸ナトリウムCH3COONaについ
て示したが、他の有機系アルカリ金属塩、例えばギ酸ナ
トリウムHCOONa、酢酸マグネシウム(CH3COO)2Mgであ
ってもよい。
次に、本発明を石炭燃焼排ガスの湿式脱硫装置に適用
した一実施例を第1図に示す。本実施例は排ガス処理量
600Nm3/hのもので、吸収塔11は気液接触部12と下部の吸
収液循環タンク13を含んでなり、吸収液は循環ポンプ14
により循環タンク13から抜出されスプレーノズル15を介
して気液接触部12に循環供給される。石炭燃焼排ガス16
はボンベ17からSO2ガスを混入して所定のSO2濃度に調整
され、送風機18により気液接触部12の下部から吸収塔11
に導入される。排ガスは吸収塔11を上昇してスプレーノ
ズル15から噴射される吸収液と接触し、排ガス中のSO2
は吸収液に吸収される。SO2が除去された処理排ガスは
塔頂から抜出され、次工程のガス−ガス熱交換器に導び
かれ、加熱後に系外に排出される。循環タンク13には、
送風機19により所定量の空気を吹き込み、吸収液中の亜
硫酸塩濃度を常に所定濃度以下になるように硫酸塩に酸
化するようにしている。
一方、石灰石スラリーは石灰石スラリータンク20から
ポンプ21により吸収塔11に供給される。その供給量は吸
収液に吸収されたSO2と略等量となるように調整する。
また、タンク22は塩化カルシウムCaCl2が、タンク23に
はフッ化水素HFがそれぞれ貯留されており、吸収液中の
塩素濃度を調整するのに用いる。また、添加剤タンク24
には酢酸ナトリウムCH3COONaが貯留されており、ポンプ
25により吸収塔11に補給し、吸収液中の添加剤濃度を調
整するようにしている。
循環タンク13内の吸収液の一部はバイパス26から石膏
回収系に供給する。バイパス26の吸収液は、まず中和タ
ンク27に送られ、次にシツクナ28にて固液分離され、固
形分は石膏タンク29に、上澄液は濾過水タンク30に分離
される。濾過水はポンプ31により吸収塔11に戻すように
している。石膏タンク29内の固形分はポンプ32により遠
心分離機32に送られ、石膏34が回収される。
このように構成される実施例装置により、燃焼排ガス
のSO2吸収処理した結果について次に説明する。
まずSO2濃度約1000ppmに調整した排ガスを吸収塔11に
送り、吸収液中の塩素濃度を8,000ppmに調整した。また
吸収液中の亜硫酸塩濃度が2m−mol/以下になるよう
に、循環タンク13内に空気を吹き込んだ。また、吸収液
中の酢酸ナトリウムCH3COONaが200ppmになるように調整
した。
このような運用条件で吸収液pHを5.3に維持するに
は、吸収液中のCaCO3濃度を13.2m−mol/にする必要が
あった。またこのときの脱硫率は98.2%を示し、酢酸ナ
トリウムを添加しない場合に比べると、脱硫率は約2.5
%高くできた。
また、吸収液中の塩素濃度を13,000〜14,000ppmに高
め、酢酸ナトリウム濃度を200ppmになるように調整した
とき、吸収液中のCaCO3濃度は16.3m−mol/にする必要
があり、脱硫率は吸収液中の塩素濃度8,000ppmに調整し
た運用条件よりも悪く、97.1%であった。
上述したように、吸収液に酢酸ナトリウムCH3COONaを
添加することにより、石灰石過剰率を一定としたときに
は吸収液pHを高くでき、脱硫率を高く維持できることが
実証された。
また、石膏中の亜硫酸カルシウム(CaSO3・1/2H2O)
濃度は0.005%以下であり、亜硫酸塩の酸化も円滑に行
われており、94〜98%の純度の石膏回収ができた。石膏
の粒径は酢酸ナトリウムを添加しない時より若干大きく
なる傾向にあり、純度及び石膏粒径から判断すればセメ
ント用あるいはボード用として使用できる。
また、添加剤の量を著しく低減できるので、用役費を
大幅に軽減できる。
また、吸収液中の共存塩の濃度を高くすることができ
るので、排水処理量を低減でき、排水処理装置の負担を
軽減できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、石灰石を含む
吸収液に有機系アルカリ金属塩を添加していることか
ら、吸収液中に共存塩などが存在することに起因する石
灰石の溶解速度低下を緩和することができるという効果
がある。これにより、吸収液のpHを高く維持して高い脱
硫率が得られるという効果がある。また同一の石灰石供
給量においては系内の塩素濃度などを高めて運転可能で
あることから、排水量を低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例装置の全体構成図、第2図は
塩素濃度に対する吸収液のpH回復特性を示す線図、第3
図は添加剤による吸収液のpH回復特性を示す線図、第4
図は実証用のSO2吸収実験装置の構成図である。 11……吸収塔、14……循環ポンプ、 20……石灰石スラリータンク、 24……添加剤タンク、27……中和タンク、 28……シックナ、29……石膏タンク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野沢 滋 広島県呉市宝町6番9号 バブコツク日 立株式会社呉工場内 (56)参考文献 特開 昭51−71897(JP,A) 特開 昭47−42570(JP,A) 特開 昭54−155173(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】石灰を含む吸収液に燃焼排ガスを接触させ
    て亜硫酸ガスを吸収する工程を含んでなる湿式脱硫方法
    において、前記吸収液に酢酸ナトリウム、酢酸マグネシ
    ウム、ギ酸ナトリウムのいずれか1つを、ナトリウムイ
    オン又はマグネシウムイオンとして50乃至500ppmの範囲
    で添加することを特徴とする湿式脱硫方法。
  2. 【請求項2】石灰を含む吸収液に燃焼排ガスを気液接触
    させて亜硫酸ガスを吸収させる吸収塔と、該吸収塔から
    前記吸収液の一部を抜き出して当該吸収塔に再循環供給
    する吸収液循環手段と、前記吸収液に石灰を補給する石
    灰供給手段と、前記吸収液の一部を抜き出して石膏を回
    収する石膏回収手段と、前記吸収液に酢酸ナトリウム、
    酢酸マグネシウム、ギ酸ナトリウムのいずれか1つを、
    ナトリウムイオン又はマグネシウムイオンとして50乃至
    500ppmの範囲で添加する添加剤補給手段とを具備してな
    る湿式脱硫装置。
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