JP3204694B2 - 脱硫剤の製造方法および脱硫方法 - Google Patents

脱硫剤の製造方法および脱硫方法

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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、脱硫剤の製造方法およ
び脱硫方法に係り、特にカルシウム化合物と石炭灰と水
とを混合して調製する脱硫剤の製造方法および上記脱硫
剤を使った脱硫方法に関する。
【0002】
【従来の技術】火力発電所における重油焚、石炭焚ボイ
ラから排出される排ガス中には、硫黄酸化物(SOx)
やHClなどの酸性有害物質が通常、100〜3000
ppmの割合で含まれており、酸性雨や光化学スモッグ
の原因物質とされるため、その効果的な処理手段が望ま
れている。従来から湿式法(例えば石灰石ー石膏法)ま
たは乾式法(活性炭法)が実施されているが、湿式法は
有害物質の除去率が高い反面、廃水処理が困難で排ガス
を再加熱する必要があり、設備費や運転費が高く、乾式
法では高い除去率が得られないという問題があった。こ
のため、無排水の低コストプロセスで高い除去率が得ら
れる脱硫方法の開発が望まれている。
【0003】ボイラなどの排ガスの脱硫法としては、上
記方法のほかに、消石灰やそのスラリを排ガス中に噴霧
する半乾式法や火炉内や煙道内の高温ガス中に石灰石を
直接分散させて酸性有害物質を除去する乾式法が提案さ
れており、設備費や運転費が安いという特徴を有してい
るが、いずれの方法も除去率が低いという問題がある。
【0004】このような問題を解決する手段の1つとし
て、未公知の、消石灰や生石灰などのCa系脱硫剤に石
炭灰等のSi化合物を添加した後養生処理することによ
り、高比表面積でかつSO2 吸収性能の高い脱硫剤を使
用する方法が提案された(特開平2−152520号
他)。図7にその一例を示す。石炭灰A、消石灰Bおよ
び水Cは供給管2、4および5より養生装置3に送ら
れ、混合されながら加熱される。所定の温度および所定
時間加熱された脱硫剤Dはライン6より排出される。
【0005】このように調製された脱硫剤を用いて脱硫
する装置のフローシートを図2に示す。ボイラ7からの
排ガスはエアヒータ8で温度を下げられ、脱硫塔9に導
かれる。脱硫剤Dはライン10より煙道11または脱硫
塔9内に噴霧して供給され、排ガス中のSO2 等の酸性
有害物質と反応する。この時、水Cはライン12より煙
道11または脱硫塔9中に供給されることにより排ガス
の温度を下げ、湿度を上げることも可能である。その一
部が反応した脱硫剤は排ガス中の灰とともに集塵装置1
3で捕集され、その一部はライン14を経て煙道11ま
たは脱硫塔9内に供給されて再度排ガス中のSO2 等の
酸性有害物質と反応する。残りの脱硫剤および灰はライ
ン15より廃棄される。
【0006】しかし、このような方法で脱硫剤を調製す
る場合、脱硫剤の原料を100℃以上の高温で長時間
(十数〜数十時間)加熱する必要があるため、脱硫剤を
調製する装置が大型になり、加熱するためのエネルギー
も多くなる。加熱温度を低くしたり加熱時間を短くする
と、今度は脱硫性能が低下するという問題がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記先行技術はCa化
合物と石炭灰の反応性について配慮がされておらず、酸
性有害物質の除去率(脱硫率)が低くなり、脱硫剤調製
装置および脱硫剤自身のコストが高価になるという問題
があった。本発明の目的は、簡易なシステムで経済的
に、しかも高い脱硫率を得ることができる脱硫剤の製造
方法および脱硫方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願の第1の発明は、カルシウム化合物と石炭灰と水と
を混合したのち養生して脱硫剤を製造する方法におい
て、石炭灰をあらかじめ加熱処理したのち、これをカル
シウム化合物と水とともに混合しつつ加熱して脱硫剤を
得ることを特徴とする脱硫剤の製造方法に関する。
【0009】第2の発明は、上記第1の発明において、
カルシウム化合物が消石灰、生石灰、ベントナイト、亜
硫酸カルシウム、硫酸カルシウムのうちの一種以上であ
ることを特徴とする脱硫剤の製造方法に関する。第3の
発明は、カルシウム含有物と石炭灰と水とを混合したの
ち養生して脱硫剤を製造する方法において、石炭灰を6
00〜1100℃で加熱処理し、これにカルシウム化合
物、水、珪酸ナトリウムを加え、加熱しつつ混合するこ
とを特徴とする脱硫剤の製造方法に関する。
【0010】第4の発明は、上記第3の発明において、
カルシウム化合物に対する珪酸ナトリウムの割合が1〜
10重量%であることを特徴とする脱硫剤の製造方法に
関する。第5の発明は、カルシウム化合物と石炭灰と水
とを混合して脱硫剤を製造する方法において、加熱処理
した石炭灰にカルシウム化合物と水を加えてミルで湿式
粉砕しながら加熱するか、または加熱しないでミルで湿
式粉砕したのち、攪拌しながら加熱することを特徴とす
る脱硫剤の製造方法に関する。
【0011】第6の発明は、排ガスに脱硫剤を噴霧して
排ガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫方法において、上
記脱硫剤として、あらかじめ600〜1100℃で加熱
処理した石炭灰にカルシウム化合物と水を加えて加熱し
ながら混合して調製したものを使用することを特徴とす
る脱硫方法に関する。第7の発明は、上記第6の発明に
おいて、排ガスに脱硫剤を噴霧する際に、水を噴霧して
排ガスの温度を下げ、湿分を上げることを特徴とする脱
硫方法に関する。
【0012】
【作用】従来の技術では、消石灰や生石灰などのCa系
化合物に石炭灰等のSi化合物を添加した後、水の存在
下で養生処理する際、Ca化合物とSi化合物との反応
性が悪く、100℃以上の高温で長時間(十数〜数十時
間)加熱する必要があった。しかしながら、あらかじめ
石炭灰を加熱処理することにより、Ca化合物とSi化
合物との反応性が向上し、より低い温度で短時間の養生
処理によりSO2 吸収性能の良い脱硫剤が調製できる。
【0013】
【実施例】本発明は、下記の具体的実施例によって、さ
らに詳細に説明されるが、下記の実施例に限定されるも
のではない。 実施例1 消石灰と石炭灰の混合スラリを加熱することにより脱硫
剤を調製し、その調製した脱硫剤スラリを煙道の排ガス
中に噴霧供給し、石炭焚ボイラの排ガスを脱硫処理する
場合について、本発明を適用した例を用いて説明する。
【0014】脱硫剤の調製装置を図1に示す。石炭灰A
は流動層1で加熱処理された後、供給管2より養生装置
3に送られ、供給管4および5から供給された消石灰B
および水Cと共に混合されながら加熱される。所定の温
度および時間加熱された脱硫剤Dはライン6より排出さ
れる。石炭灰Aは流動層1で加熱処理されるが、他の方
式の加熱装置でも構わない。また、養生装置3中では石
炭灰A、消石灰Bおよび水Cは攪拌機により混合・攪拌
されながら加熱されるが、攪拌機および加熱装置はスラ
リを攪拌および加熱できるものであればどのような型式
のものでもかまわない。
【0015】上述の方法で調製した脱硫剤を用いて石炭
焚ボイラの排ガスを脱硫処理する方法について次に説明
する。図2において、ボイラ7からの排ガスはエアヒー
タ8で温度を下げられ、脱硫塔9に導かれる。脱硫剤D
はライン10より煙道11または脱硫塔9内に噴霧して
供給され、排ガス中のSO2 等の酸性有害物質と反応す
る。この時、水Cはライン12より煙道11または脱硫
塔9中に供給されることにより排ガスの温度を下げ、湿
度を上げることが好ましい。その一部が反応した脱硫剤
は排ガス中の灰とともに集塵装置13で捕集され、その
一部はライン14より煙道11または脱硫塔9内に供給
されて再度排ガス中のSO2 等の酸性有害物質と反応す
る。残りの脱硫剤および灰はライン15より廃棄され
る。
【0016】この装置を用いて、A炭(石炭中の硫黄分
1.9%、灰含有率12.4%)を燃焼した時の脱硫性
能を測定した。ただし、ボイラ出口における排ガス中に
含まれるSO2 に対する脱硫剤中のCa量はモル比で
2.0倍(以下、Ca/S=2.0と呼ぶ)となるよう
に消石灰が供給され、水は脱硫塔9中に重量比で排ガス
の3%噴霧供給された。調製された脱硫剤は、ライン1
4より脱硫塔9内に噴霧して供給された。なお、脱硫剤
の調製に用いられた石炭灰はA炭を燃焼した際に電気集
塵装置で捕集された灰で、未燃分を4%含んでいた。こ
の灰を流動層を用いて温度800℃、粒子の平均滞留時
間20分で加熱処理してから、脱硫剤調製に用いた。ま
た、養生装置3中での石炭灰Aと消石灰Bとの比率は重
量比4:6、スラリの濃度は30重量%、加熱温度およ
び粒子の平均滞留時間はそれぞれ100℃および3時間
に調整された。集塵装置13で捕集された粒子はすべて
廃棄され、煙道11または脱硫塔9内にリサイクルされ
なかった。
【0017】ボイラ出口および集塵装置出口において、
ガス中の水分を除去した後、SO2 濃度を測定したとこ
ろ、それぞれ1540ppmおよび240ppmであっ
た。すなわち、排ガス中のSO2 の内84%が除去(以
下、脱硫率84%と呼ぶ)されたことになる。また、脱
硫反応前の脱硫剤の比表面積は40m2/gであり、消石
灰や石炭灰の比表面積が数〜十数m2/gであることを考
えると、本発明法に基づく養生処理によって比表面積が
増加したことがわかる。 実施例2 実施例1と同一の装置を用いて、同一条件で脱硫率を測
定した。ただし、消石灰の供給量をCa/Sを変化させ
て、その時の脱硫率を測定した。結果を図3中の(a)
に示す。Ca/Sが高いほど脱硫率も高くなっている
が、Ca/S=1.0でも65%以上の脱硫率が得られ
ている。なお、(b)は後述する比較例1の結果を示す
ものである。 実施例3 実施例1と同一の装置を用いて、同一条件で脱硫率を測
定した。ただし、流動層1での加熱処理温度を変化させ
た。この時の加熱温度と脱硫率の関係を図4に示す。脱
硫性能の点から加熱処理温度は600〜1100℃が好
ましい(より好ましくは700〜900℃)。
【0018】あらかじめ石炭灰を加熱処理することによ
り脱硫性能が向上する理由は完全には明らかでないが、
次の理由が考えられる。すなわち、加熱処理により石炭
灰中の未燃分(燃焼しないで残った炭素分など)が減少
するが、石炭灰の微粒子の一部はこの未燃炭素によって
凝集しているため、加熱処理により灰の微粒子が分散さ
れる。このため、Ca化合物と灰粒子との反応性が向上
し、SO2 吸収性能の良い脱硫剤が調整できる。処理温
度が高すぎると再び脱硫性能が低下するのは石炭灰が焼
結するためと考えられる。 実施例4 実施例1と同一の装置を用いて、同一条件で脱硫率を測
定した。ただし、脱硫剤を調製する際、養生装置3内に
て加熱処理された石炭灰A、消石灰Bおよび水Cの混合
物に珪酸ナトリウム(水ガラスJIS1号)を添加し
た。その時の珪酸ナトリウムの添加量(消石灰に対する
重量割合)を変化させ、脱硫率を測定した。その結果を
図5に示す。A炭の場合、10重量%以上添加しても脱
硫率はそれほど大きくは増加しないので、経済性の点か
ら添加量としては1〜10重量%が好ましい。
【0019】他の石炭についても同様の検討を行なった
が、添加量としては消石灰に対し1〜30重量%が好ま
しいことがわかった。 実施例5 実施例1と同一の装置において、硫黄の含有率の異なる
5種類の石炭を用いて実施例1と同一条件で脱硫試験を
行なった。その結果を表1に示す。
【0020】
【表1】 実施例6 A炭について、図6に示す装置を用いて脱硫剤を調製し
た後、実施例1と同様にして脱硫性能を測定した。本実
施例では、養生装置3の前にミル16を設置し、加熱処
理した石炭灰Aおよび消石灰Bを水Cの存在下で湿式粉
砕した後、粉砕したスラリを養生装置3に供給し、攪拌
しながら加熱することで高比表面積の脱硫剤を調製する
方法である。石炭灰Aおよび消石灰Bを粉砕することに
より、両者の反応性が向上し、SO2 吸収性能の高い脱
硫剤が調製できる。また、珪酸ナトリウムを粉砕時に添
加することにより、粉砕効率を向上させ、よりSO2
収性能の高い脱硫剤を調製することができる。表2に実
施例1と同じ条件でA炭を用いた場合の粉砕操作および
珪酸ナトリウム添加の有無による脱硫性能の変化を示す
が、粉砕および珪酸ナトリウムの添加により脱硫性能が
向上している。
【0021】また、ミル16の胴体周囲に加熱用ジャケ
ットを設置することによりミル16内部で粉砕と同時に
養生処理を行ない、脱硫剤調製装置を省略することも可
能である。
【0022】
【表2】 比較例1 図7に示した従来技術による脱硫剤調製装置を用いて脱
硫剤を調製し、実施例1および実施例2と同じ条件でA
炭について脱硫率を測定した。Ca/Sを変化させた時
の脱硫率を図3中の(b)に示すが、本発明法に比較し
て脱硫率が低い。 比較例2 比較例1と同じ従来技術による方法で、実施例5に示し
た5種類の石炭について脱硫率を測定した。その結果を
表3に示す。本発明法に比較していずれの石炭でも脱硫
率が低くなっている。
【0023】
【表3】 上記した実施例ではCa化合物として消石灰を用いた
が、Ca化合物としては、消石灰、生石灰、ベントナイ
ト、亜硫酸カルシウムおよび硫酸カルシウム等が使用可
能である。当然のことながら、上記物質を2種類以上併
用することも可能である。また、珪酸ナトリウムとして
JIS1号の水ガラスを使用しているが、他の珪酸ナト
リウムでも使用可能である。
【0024】さらに、上記実施例では脱硫剤スラリを煙
道または脱硫塔内に噴霧しているが、脱硫剤調製装置か
らでてきたスラリを乾燥させて粉体とした後、これを煙
道または脱硫塔内に噴霧することも可能である。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、Ca化合物とSi化合
物の反応性が向上し、より経済的すなわち、低い温度で
しかも短時間の加熱処理によって高い脱硫性能を有する
脱硫剤が調製できる。また、本発明の脱硫剤を用いた脱
硫方法によれば高い脱硫率が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】、
【図2】図1および図2は、それぞれ本発明の実施例に
おける脱硫剤製造方法および脱硫方法の系統図である。
【図3】図3は、Ca/Sと脱硫率の関係を示す図であ
る。
【図4】図4は、加熱処理温度と脱硫率の関係を示す図
である。
【図5】図5は、珪酸ナトリウム添加量と脱硫率の関係
を示す図である。
【図6】図6は、他の実施例の系統図である。
【図7】図7は、従来技術の系統図である。
【符号の説明】
1…流動層、2…供給管、3…養生装置、4、5…供給
管、7…ボイラ、8…エアヒータ、9…脱硫塔、10…
脱硫剤供給ライン、11…煙道、12…水供給ライン、
13…集塵装置、14…脱硫剤リサイクルライン、16
…ミル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−197419(JP,A) 特開 平4−59022(JP,A) 特開 平3−213122(JP,A) 特開 平3−101812(JP,A) 特開 平4−18913(JP,A) 特開 平4−59044(JP,A) 特開 昭62−183839(JP,A) 特表 平3−504100(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01D 53/50 B01D 53/81

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カルシウム化合物と石炭灰と水とを混合
    したのち養生して脱硫剤を製造する方法において、石炭
    灰をあらかじめ加熱処理したのち、これをカルシウム化
    合物と水とともに混合しつつ加熱して脱硫剤を得ること
    を特徴とする脱硫剤の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、カルシウム化合物が
    消石灰、生石灰、ベントナイト、亜硫酸カルシウム、硫
    酸カルシウムのうちの一種以上であることを特徴とする
    脱硫剤の製造方法。
  3. 【請求項3】 カルシウム含有物と石炭灰と水とを混合
    したのち養生して脱硫剤を製造する方法において、石炭
    灰を600〜1100℃で加熱処理し、これにカルシウ
    ム化合物、水、珪酸ナトリウムを加え、加熱しつつ混合
    することを特徴とする脱硫剤の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項3において、カルシウム化合物に
    対する珪酸ナトリウムの割合が1〜30重量%であるこ
    とを特徴とする脱硫剤の製造方法。
  5. 【請求項5】 カルシウム化合物と石炭灰と水とを混合
    して脱硫剤を製造する方法において、加熱処理した石炭
    灰にカルシウム化合物と水を加えてミルで湿式粉砕しな
    がら加熱するか、または加熱しないでミルで湿式粉砕し
    たのち、攪拌しながら加熱することを特徴とする脱硫剤
    の製造方法。
  6. 【請求項6】 排ガスに脱硫剤を噴霧して排ガス中の硫
    黄酸化物を除去する脱硫方法において、上記脱硫剤とし
    て、あらかじめ600〜1100℃で加熱処理した石炭
    灰にカルシウム化合物と水を加えて加熱しながら混合し
    て調製したものを使用することを特徴とする脱硫方法。
  7. 【請求項7】 請求項6において、排ガスに脱硫剤を噴
    霧する際に、水を噴霧して排ガスの温度を下げ、湿分を
    上げることを特徴とする脱硫方法。
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