JP2989363B2 - 排ガス処理方法 - Google Patents

排ガス処理方法

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    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/48Sulfur compounds
    • B01D53/50Sulfur oxides
    • B01D53/501Sulfur oxides by treating the gases with a solution or a suspension of an alkali or earth-alkali or ammonium compound

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は排ガス中から硫黄酸化物
をアルカリ剤スラリで半乾式法によって除去する方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半乾式法による排ガスから硫黄酸
化物(以下、SO2 と略称する)を除去する技術は図2
に示すとおり、SO2 を含む燃焼排ガス1を排ガス導入
管2を通して反応塔3に導き、反応塔3から排出管4を
通って反応生成物捕集器(バグフィルタまたは電気集塵
器)5に導き、浄化されたガスをガス排出管6から大気
に放出させている。
【0003】一方、SO2 吸収剤としての生石灰(Ca
O)粉末を水と共に攪拌機7を設置したアルカリタンク
8でスラリ化しスラリポンプ9によってアトマイザ10
から反応塔3内に噴霧し排ガスと接触させるようにして
いる。排ガス中のSO2 ガスはCa(OH)2 と化学反
応してCaSO4 となる。排ガスは約170〜180℃
の高温であるが水噴霧によって冷却され約50〜60℃
で排出される。SO2は水に溶解してSO3 イオンとな
り、水に溶解するCaイオンと反応してCaSO3 とな
る。これが酸化されてさらに安定したCaSO4 とな
り、水分蒸発に伴って粉末の反応生成物となる。これを
生成物排出口11から取出すシステム構成である。
【0004】従来技術では排ガスのSO2 除去効率が7
0〜80%程度であり、それ以上の高い効率は望めな
い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】排ガス中のSO2 ガス
の除去に関する機構は次のとおりである。SO2 が酸性
ガスであるため、アルカリ剤{Ca(OH)2 }と接触
させると中和反応が進行する。CaOを水に混合させる
とCa(OH)2 が生成し、一部溶解してCa++,OH
- となりアルカリ性を呈するが、Ca(OH)2 は水に
難溶性であり固体として存在するものが多い。一方、S
2 は水に溶解してSO4 2-,H+ となり、水中ではC
++,SO4 2-が反応してCaSO4 の中性塩となる。
したがってCa(OH)2 の水スラリを噴霧すると、初
期段階(2〜3秒間)に上記の反応が進み約60%のS
2 がこの段階で除去される。次の機構として水分が蒸
発した時点では未反応のCa(OH)2 粉末があり、こ
れとSO2 ガスが固体・気体反応でCaSO4 となる
が、この反応は極めておそく反応塔内ではこの反応時間
を7〜8秒とることとしており、従来技術ではここでの
反応率は20〜30%程度でありトータルのSO2 除去
率は70〜80%にしかならない。前段の水中での反応
はSO2 ガスが水(水滴)中に拡散溶解する速度が支配
するため、仮にCa(OH)2 の量を増加させても反応
率は向上しない。
【0006】上記技術水準に鑑み、本発明は後段での
応の効率を高めうる排ガスの硫黄酸化物の除去方法を提
供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は排ガス中の硫黄
酸化物を反応塔内でアルカリ性化合物を含む吸収剤スラ
リと接触させて半乾式法によって除去する方法におい
て、反応塔出口ガスの温度を検出し、この検出値に基づ
いて水の蒸気圧の沸点上昇計算によって相対湿度が10
0%に満たぬように、反応塔に供給する吸収剤スラリに
添加する吸湿性物質又は吸湿性物質の水溶液の量を調節
することを特徴とする排ガス処理方法である。
【0008】なお、本発明方法で吸湿性物質の水溶液と
して海水を用いることを好ましい態様とする。
【0009】以下、本発明を詳細に説明する。Ca(O
H)2 (固体粉末)とSO2 ガスの固気反応はCa(O
H)2 が含有する水分によって大きく左右される。すな
わち、Ca(OH)2 の水分含有量が多いと反応が進行
してCaSO4 となるが、水分量が少ないと反応率が低
く、水分が殆んどなければ反応は全く進まない。したが
って、本発明はCa(OH)2が水分が含有するように
吸湿性の物質{CaCl2 ,MgCl2 ,LiCl,L
iBr.LiI,CaI2 ,CaBr2 ,NaCl,N
2 CO3 ,Mg(NO3 2 ,Ca(NO3 2 ,K
2 CO3 など}をCa(OH)2 混合共存させ、排ガ
ス中の水分をこの吸湿性物質によって取り込ませCa
(OH)2 の含有水分を多くしてCa(OH)2 との
応を進めさせようとするものである。
【0010】具体的にはCa(OH)2 の水スラリと吸
湿性物質の水溶液を混合したものをアトマイザから反応
塔塔頂より噴霧し、水分蒸発後に存在する未反応のCa
(OH)2 粉末に吸湿性物質の粉末が混在したものを生
成させる。これによってCa(OH)2 が水分を含有す
るので上記のCa(OH) 2 との反応が速やかに進むよ
うになる。
【0011】本発明にいう半乾式法とは、水を噴霧する
が反応塔内で完全蒸発するように操作する方法をいう。
【0012】
【作用】吸湿性物質はガス中の水蒸気を吸着して自らそ
の溶液をつくるものであるが、固体の飽和水溶液の水蒸
気圧がこれと接触するガスの水蒸気分圧より低ければ水
分をとる。図3(出典:“化学工学便覧”丸善、昭和4
3年、35頁)には塩類の飽和水溶液の蒸気圧を示す
が、この図におけるNaCl,MgCl2 ,CaCl2
などは飽和水蒸気が水の蒸気圧に比べて極めて低く、上
記現象が起こることが予測される。実際の排ガスでは反
応生成物CaSO4 が反応塔壁面あるいは管路に付着す
るのを防ぐため、反応塔出口の水分は飽和にせず相対湿
度70%程度にするのが望ましいが、その相対湿度が大
きい時は吸湿性物質の注入量を少くし、相対湿度が低い
時は注入量を多くしての吸湿量、ひいてはCa(OH)
2 の水分含有量を調節することとする。
【0013】さらに、吸湿性物質は水の沸点上昇をもた
らすから、反応塔出口ガス温度を検知し、そのガス温度
における水の飽和蒸気圧を計算で求め、相対湿度が10
0%に達しないように吸湿性物質の水溶液の注入量を調
節する。すなわち、吸湿性物質が多く含まれる吸収剤ス
ラリは水の沸点上昇をもたらすため、吸湿性物質が含ま
れない吸収剤スラリに比べて同量の水を注入した場合、
出口ガス温度が高い所で水露点に達してしまうので、反
応塔壁面に吸収剤や反応生成物の湿潤スケールが付着す
るのを防止するためには出口ガスの水の相対湿度が10
0%に達しないようにすることが必要である。このた
め、前述の通り、出口ガス温度を検出し、水バランスを
計算しながら吸湿性物質の水溶液の注入量を調節するこ
とがポイントである。
【0014】
【実施例】本発明による一実施例を図1によって説明す
る。基本プロセスは従来法と同じであり、構成機器、流
れについては前述のとおりであるが、Ca(OH) 2
反応率向上のために次の設備を付加する。
【0015】吸湿剤タンク101に吸湿性物質水溶液1
02を入れ、ポンプ103でCa(OH)2 スラリ輸送
ラインに結合させる。その注入量は排ガスの排出管4に
設置する温度検出器105で排ガス温度を知り演算器1
06で沸点上昇蒸気圧を計算して相対湿度が100%未
満を保つための流量を計算し、これをバルブ108に伝
えて注入量を調節する。
【0016】ここで、吸湿剤タンク101から注入され
る液量の増減に対応して水タンク104から清水をポン
プ107を介してCa(OH)2 スラリ輸送ラインに注
入し、アトマイザ10から噴射する水量が所望値に保た
れるように、演算器106で流量を計算し、これをバル
ブ109に伝えて注入量を調節するようにすることが好
ましい。バルブ109での注入量「増減」はバルブ10
8での注入量「減増」で対応し、沸点上昇後の出口ガス
の相対湿度が100%未満になるよう、吸湿剤と清水の
注入量を制御して出口ガス温度を所定値に調節する。
【0017】図1に示すフローに従って下記の条件で排
ガスのSO2 の除去を行った。被処理ガスの性状はガス
流量:20m3 N/H、ガス温度:140℃、SO2
度:500ppm、H2 O濃度:10%、CO2 濃度:
13%、O2 濃度:5%、N2 濃度:残部であった。
【0018】バルブ108を全閉として吸湿剤の注入を
停止した状態において排出管4での排ガス温度は60℃
であり、排出管6での排ガス中のSO2 濃度は270p
pmであった。この時のCa(OH)2 スラリの供給量
は反応塔3へ導入されるSO 2 量と等しいモル量になる
ようにした。すなわち、Ca(OH)2 供給モル量=反
応塔へ導入されるSO2 モル量が成立つように調節し
た。
【0019】次に排出管4での排ガス温度の検出値60
℃に基づいて相対湿度が100%未満を保つ条件で吸湿
剤を注入するよう、バルブ108を開いた。吸湿剤とし
て海水を利用したが、その注入量は0.3リットル/H
あった。海水の注入量に同量の清水を減量するべくバル
ブ109を絞ぼった。
【0020】温度検出器105の検出値は60℃であ
り、相対湿度は100%未満が保たれていることは反応
器出口ガスに凝縮水が全く認められず、また、生成物の
付着にによるスケールトラブルも認められなかったこと
から裏付けられた。この時、排出管6での排ガス中のS
2 濃度は170ppmであり、明らかな脱硫性能改善
効果が得られた。
【0021】アトマイザ10から噴射されたCa(O
H)2 スラリ滴が蒸発するに際し、海水中のNaClに
よる沸点上昇で液滴の蒸発速度が遅延し、Ca(OH)
2 の水分含有量を維持するために、270ppm→17
0ppmと著しい出口SO2 濃度の低減効果が得られる
ことが実証できた。
【0022】また、生成物は、Clを約10重量%含有
していたが、粉体としての取扱いが可能であった。
【0023】次に吸湿剤タンク101へ、CaCl2
和水溶液を入れ、海水の場合と同様に実施した。この時
排出管6での排ガス中のSO2 濃度は150ppmが得
られ、吸湿剤水溶液の注入を停止した状態におけるSO
2 濃度より低い値であった。
【0024】同様に吸湿剤タンク101へMgCl2
和水溶液を入れてテストし、順次K 2 CO3 飽和水溶
液、Ca(NO3 2 飽和水溶液、Mg(NO3 2
和水溶液のテストを実施し、いずれも排出管6での排ガ
ス中のSO2 濃度は吸湿剤水溶液の注入を停止した状態
における値より低い値であった。
【0025】いずれの吸湿剤においても、反応塔出口ガ
スの温度検出値から水バランス計算によって相対湿度は
100%未満であり、吸収剤や反応生成物の湿潤スケー
ルが付着することなく安定に脱硫性能の改善効果を維持
できることを実証した。
【0026】
【発明の効果】本発明によって、アルカリ剤スラリに吸
湿性物質を添加したものを反応塔内に噴霧して排ガス中
のSO2 ガスと接触させれば、吸湿性物質の吸水(保
水)効果と沸点上昇による蒸発遅延効果によって、Ca
(OH)2 とSO2 の反応が水分を介在して促進される
ため、Ca(OH) 2 との反応が促進され、その結果、
SO2 除去効果が改善される。
【0027】また、反応器出口ガス温度を検出して、吸
湿性物質による沸点上昇を加味した相対湿度が100%
未満に保たれるよう、吸湿性物質添加量を調節すること
によって吸収剤も反応生成物の湿潤スケールの付着が防
止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の排ガス処理方法の説明図
【図2】従来の排ガスの処理方法の一態様の説明図
【図3】塩類の飽和水溶液の蒸気圧線図。
フロントページの続き (72)発明者 小竹 進一郎 東京都千代田区丸の内二丁目5番1号 三菱重工業株式会社本社内 (56)参考文献 特開 昭63−197520(JP,A) 特開 昭61−287420(JP,A) 特開 昭60−5220(JP,A) 特開 昭57−180423(JP,A) 特開 平4−145924(JP,A) 特開 平2−126920(JP,A) 特開 昭59−109225(JP,A) 特表 平7−500525(JP,A) 特表 昭62−501619(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B01D 53/34 - 53/83

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 排ガス中の硫黄酸化物を反応塔内でアル
    カリ性化合物を含む吸収剤スラリと接触させて半乾式法
    によって除去する方法において、反応塔出口ガスの温度
    を検出し、この検出値に基づいて水の蒸気圧の沸点上昇
    計算によって相対湿度が100%に満たぬように、反応
    塔に供給する吸収剤スラリに添加する吸湿性物質又は吸
    湿性物質の水溶液の量を調節することを特徴とする排ガ
    ス処理方法。
  2. 【請求項2】 吸湿性物質の水溶液が海水であることを
    特徴とする請求項1記載の排ガス処理方法。
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