JP3335590B2 - 排ガス処理方法及び装置 - Google Patents

排ガス処理方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ダイオキシン類と
窒素酸化物、硫黄酸化物、塩化水素等を含む排ガスを炭
素質吸着剤を用いた吸着処理により好適に処理する排ガ
ス処理方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ごみ焼却炉等の排ガス中には、窒素酸化
物(NOx)、硫黄酸化物(SOx)、塩化水素(HCl)、フッ化水
素(HF)、ダイオキシン類(DXN)、水銀などの重金属、粉
塵等の有害物質が含まれるため、これらを除去する必要
がある。
【0003】これらの除去技術としては様々な技術が提
案されているが、特に、活性炭、活性チャー等の触媒性
能を有する炭素質吸着剤を利用して、吸着及び分解反応
促進により除去する技術が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これらの有害物質の中
でもDXNは特に猛毒であり、その有効な処理対策が求め
られているが、上述の炭素質吸着剤を用いた吸着処理は
DXN処理についても好適な処理技術であり、その効率向
上が研究されている。
【0005】本発明は、炭素質吸着剤を用いてDXN類を
始めとする有毒物質をさらに効率良く除去できる排ガス
処理方法及び装置を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明者は、炭素質吸着剤の吸着、触媒特性につい
て調査した。その結果、排ガス中のSOx、NOx、HCl、H
F、粉塵類は、一般に「活性チャー」あるいは「活性コ
ークス」と呼ばれている比較的比表面積の小さい低賦活
の炭素質吸着剤のほうが捕集性、触媒分解性が良く、一
方、DXN、重金属類は、狭義の「活性炭」と呼ばれる比
較的比表面積の大きい高賦活の炭素質吸着剤のほうが捕
集性が良い事を見出した。なお、活性チャー、活性コー
クスを含めて活性炭と呼ぶ場合(広義)もあるが、本明
細書で、単に活性炭と呼ぶときは、特に指定のない限り
高賦活の狭義の「活性炭」を指すものとする。
【0007】本発明は、上記の知見に基づいてなされた
ものであり、本発明に係る排ガス処理方法は、ダイオキ
シンを含む有害物質を炭素質吸着剤により吸着除去する
排ガス処理方法であって、(1)比表面積350m2
g以下の第一の炭素質吸着剤と比表面積500m2/g
以上の第二の炭素質吸着剤とを所定の割合で吸着反応塔
に混合・充填して、この混合炭素質吸着剤と排ガスとを
接触させて、排ガス中の有害物質を吸着除去処理する処
理工程と、(2)脱離塔に導いた混合炭素質吸着剤を加
熱して再生処理する再生工程と、(3)混合炭素質吸着
剤を吸着反応塔と脱離塔の間で循環させる循環工程と、
(4)循環に伴って滅失した炭素質吸着剤に応じて所定
の割合で第一の炭素質吸着剤と第二の炭素質吸着剤をそ
れぞれ補給する補給工程と、を備えていることを特徴と
する。
【0008】一方、本発明に係る排ガス処理装置は、
(1)比表面積350m2/g以下の第一の炭素質吸着
剤と比表面積500m2/g以上の第二の炭素質吸着剤
とが所定の割合で混合・充填されており、排ガスが導か
れる吸着反応塔と、(2)混合炭素質吸着剤を加熱して
再生処理する脱離塔と、(3)混合炭素質吸着剤を吸着
反応塔と脱離塔の間で循環させる循環手段と、(4)循
環に伴って滅失した炭素質吸着剤に応じて所定の割合で
>第一の炭素質吸着剤と第二の炭素質吸着剤をそれぞれ
補給する補給手段と、を備えていることを特徴とする。
【0009】SOx、NOx、HCl、HF、粉塵類の捕集性が良
好な比表面積350m2/gと低賦活の第一の炭素質吸
着剤と、DXN類、重金属類の捕集性が良好な比表面積5
00m2/g以上と高賦活の第二の炭素質吸着剤とを所
定の割合で混合して使用することで、各有害物質をそれ
ぞれ効率良く除去することが可能となる。この混合割合
は排ガスの種別、つまり処理対象排ガスがいずれの有害
物質を多く含むのかによって設定すればよい。そして、
補給手段をそれぞれに独立して設けることで、混合物を
補給する場合と異なり、各吸着剤の劣化の違いに応じて
補給量を変えることで吸着反応塔内の炭素質吸着剤の混
合割合を所定の割合に維持することができる。
【0010】この補給工程、補給手段における補給量を
制御することで、吸着反応塔内の第二の炭素質吸着剤の
混合割合をダイオキシン濃度に応じて15wt%〜30
wt%の範囲で調整することが好ましく、それには、こ
の調整を行なう制御手段をさらに備えていることが好ま
しい。
【0011】ダイオキシン除去率を高効率に維持するた
めには、所定量以上の第二の炭素質吸着剤が混合されて
いる必要がある。一方、この混合量が多すぎると、今度
は、SOx、NOx、HCl、HF、粉塵類の捕集性が劣化してし
まう。このため、ダイオキシン濃度に応じて上記の範囲
で調整することが好ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明
に係る排ガス処理装置の好適な実施形態を示す全体概略
図である。
【0013】この装置は、吸着反応塔1と、脱離塔2
と、分離器3とが連結され、炭素質吸着剤を循環させて
再使用する構成になっている。
【0014】ラインL1を排ガスが導入される吸着反応
塔1の内部には、活性チャーと活性炭が所定の割合で混
合されており、これが所定速度で鉛直方向に下降するこ
とで移動層10が形成されている。この混合割合は活性
炭が15〜30%となることが好ましい。反応塔1の上
部に設けられた投入バルブ15と下部に設けられた引き
抜きバルブ16〜18による反応塔1への活性チャー及
び活性炭の投入、引き抜き量を制御することで移動層1
0の流動速度を調整することができる。
【0015】そして、処理排ガスは、この炭素質触媒の
流動方向に直交するように導入される構造となってお
り、反応塔1の入口側には、ガス入口11とガスを導入
するとともに活性炭、活性チャーの移動層10からの流
出を防ぐ入口ルーバ12が設けられ、反対側の出口側に
は、多孔板13と、ガス出口14が設けられている。
【0016】反応器1下部の引き抜きバルブ18は、ラ
インL3を介して脱離塔2へと接続されており、脱離塔
2の処理済活性炭及び活性チャー出口は、ラインL4を
介して分離器3へと接続されている。一方、脱離塔2に
は、不活性ガスを供給するラインL8と、発生した脱離
ガスを排出するラインL9とが接続されている。そし
て、分離器3は、ラインL5を介して、反応塔1上部の
投入バルブ15に接続されており、活性炭及び活性チャ
ーを循環させるようになっている。そして、ラインL5
の途中に、活性チャー、活性炭をそれぞれ貯留する貯留
タンク4、5がそれぞれ流量調整バルブ6、7を有する
ラインL6、L7により接続されている。これらの流量
調整バルブ6、7は制御装置8へと接続されている。
【0017】ここで、吸着反応塔1に充填される活性チ
ャー、活性炭の特性を表1に比較して示す。
【0018】
【表1】
【0019】貯留タンク4から補給される活性チャー
は、比表面積が150〜350m2/gと比較的小さ
く、細孔径が10〜1000Åと比較的大きい。一方、
貯留タンク5から補給される活性炭は、比表面積が50
0〜1200m2/gと比較的大きく、細孔径は1〜1
00Åと比較的小さい。この特性の違いにより、吸着特
性にも差を生ずる。具体的には、SOx、NOx、HCl、HF、
粉塵類は、活性チャーのほうが捕集性、触媒分解性が良
く、一方、DXN、重金属類は、活性炭のほうが捕集性が
良いことを発明者は見出した。本実施形態では、平均比
表面積170m2/gの活性チャーと平均比表面積10
00m2/gの活性炭をそれぞれ用いる。
【0020】次に、本発明に係る排ガス処理装置の動
作、すなわち、本発明に係る排ガス処理方法について図
1、図2を参照して具体的に説明する。図2(a)〜図
2(d)は、この反応等1の移動層10の排ガス流動方
向における排ガス中の主要な有害物質の濃度変化を表す
グラフである。
【0021】処理対象の排ガスは、ラインL1を介して
吸着反応塔1へと排ガス入口11から導入される。導入
された排ガスは、入口ルーバ12の開口部を通過し、移
動層10内の活性炭及び活性チャーと接触する。これに
より、図2(a)〜図2(d)に示されるように、排ガ
ス中の有害物質は効率良く除去される。このように、DX
N類、重金属の捕集性の良い活性炭とHCl、NOx、SOx等の
捕集性が良い活性チャートを組み合わせて使用すること
で、いずれの有害物質も効率良く捕集できる。こうして
有害物質が除去された排ガスは、多孔板13、排ガス出
口14を介してラインL2へと送られ、大気中へと放出
される。
【0022】一方、吸着反応塔1内の移動層10内の活
性チャー、活性炭の塔内滞留時間を制御するため、投入
バルブ15と引き抜きバルブ16〜18による活性チャ
ー、活性炭のそれぞれの投入量、引き抜き量が制御され
ている。最終的に引き抜きバルブ18から引き抜かれた
活性チャー及び活性炭は、ラインL3を介して脱離塔2
に送られ、不活性ガス中で加熱されることで、吸着して
いた有害物質が脱離、分解されて、活性チャー及び活性
炭の再生が行われる。
【0023】この不活性ガスは、ラインL8から脱離塔
2へと導入される。そして、脱離再生時に発生するSOx
を含む酸性ガスが活性炭等に吸着されたDXN類の分解を
促進するので、DXNの処理を容易かつ確実に行なうこと
ができる。脱離塔2で発生した脱離ガスを含むガスはラ
インL9へと送られて別途処理される。
【0024】一方、脱離塔2で再生された活性チャー及
び活性炭は、分離器3へと送られ、混入している粉塵や
粉化により性能が低下した活性チャー及び活性炭が取り
除かれ、残りがラインL5、投入バルブ15を介して、
吸着反応塔1へと戻されることにより、循環される。
【0025】このとき、滅失した分に相当する活性チャ
ー及び活性炭が貯留タンク4、5からラインL6、L7
を介してそれぞれ補給される。このときのそれぞれの補
給量は、制御装置8が流量調整バルブ6、7をそれぞれ
制御することにより調整され、反応塔1の移動層10内
の活性炭と活性チャーの比率が所定の範囲に維持される
よう制御される。例えば、活性炭と活性チャーの劣化の
度合が異なり、それぞれの滅失分が移動層10内の活性
炭と活性チャーの比率と異なる場合は、それに対応して
それぞれの供給量を調整することが好ましい。なお、滅
失した分の補給は、引き抜きバルブ18から投入バルブ
15までの循環系のいずれの位置で行ってもよい。
【0026】ここで、本実施形態における活性炭と活性
チャーの好適な混合割合について説明する。ダイオキシ
ン濃度の異なる数種の排ガスについて活性炭と活性チャ
ーの混合割合の異なる吸着反応塔1で処理を行い、排ガ
ス出口14におけるダイオキシン濃度が0.1ng/Nm3とな
る最小の活性炭混合割合、つまり、(活性炭重量)/
(活性炭重量+活性チャー重量)を求めた。この結果、
入口ダイオキシン濃度が30ng/Nm3、50ng/Nm3、80ng/Nm3
の場合で、それぞれ15wt%、20wt%、30wt
%の活性炭混合割合を確保すれば、出口ダイオキシン濃
度を0.1ng/Nm3以下に維持できることが分かった。活性
炭混合割合をこれより高くしすぎると、今度は、NOxやS
Oxの除去効率が低下するので好ましくない。したがっ
て、活性炭混合割合は15wt〜30wt%に維持する
ことが好ましい。
【0027】ここで、処理対象の排ガスには、SOxが200
ppm以下、NOxが150ppm以下、HClが200ppm以下、HFが40p
pm以下、ダイオキシンが80ng/Nm3以下、ダストが350mg/
Nm3以下の排ガスに対して好適に適用できる。なお、有
害物質をこれ以上含むガスを処理する場合は、多段構成
とするか、別途その有害物質を処理する処理系を設ける
ことが好ましい。
【0028】本発明によれば、吸着反応塔1、脱離塔
2、分離器3が簡単な構成で済むため、装置構成が簡単
で済む。また、既存の吸着反応処理系の補給装置を二重
化するだけで対応可能であるので、既存設備の変更によ
る対応が容易である。
【0029】本発明に用いられる活性炭、活性チャー
は、石炭などを酸化処理、熱処理あるいは水蒸気などで
賦活して得られるものを使用できるが、これらにバナジ
ウム、鉄、マンガンなどの金属化合物を坦持させたもの
も使用可能である。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、NO
x、SOx等の捕集性が良い低賦活の活性チャーとDXN類の
捕集性の良い高賦活の活性炭とを混合して使用している
ので、いずれの有害物質も効率良く吸着除去することが
可能である。そして、それぞれの補給系を独立して有し
ているので、劣化の度合が異なる場合でも、吸着反応塔
内の活性炭の混合割合を所定の範囲に維持することが容
易であり、高い除去効率を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る排ガス処理装置の好適な実施形態
を示す概略図である。
【図2】図1の装置における移動層内の排ガス流動方向
における主要な有害物質の濃度変化を表すグラフであ
る。
【図3】入口DXN濃度に対して、所定の出口DXN濃度を達
成するために必要とされる活性炭混合割合を示すグラフ
である。
【符号の説明】
1…吸着反応塔、2…脱離塔、3…分離器、4、5…貯
留タンク、6、7…流量調整バルブ、8…制御装置、1
0…移動層。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ダイオキシンを含む有害物質を炭素質吸
    着剤により吸着除去する排ガス処理方法であって、 比表面積350m2/g以下の第一の炭素質吸着剤と比
    表面積500m2/g以上の第二の炭素質吸着剤とを所
    定の割合で吸着反応塔に混合・充填して、この混合炭素
    質吸着剤と前記排ガスとを接触させて、前記排ガス中の
    有害物質を吸着除去処理する処理工程と、 脱離塔に導いた前記混合炭素質吸着剤を加熱して再生処
    理する再生工程と、 前記混合炭素質吸着剤を前記吸着反応塔と前記脱離塔の
    間で循環させる循環工程と、 前記循環に伴って滅失した炭素質吸着剤に応じて所定の
    割合で前記第一の炭素質吸着剤と前記第二の炭素質吸着
    剤をそれぞれ補給する補給工程と、 を備えていることを特徴とする排ガス処理方法。
  2. 【請求項2】 前記補給工程における補給量を制御する
    ことで、前記吸着反応塔内の第二の炭素質吸着剤の混合
    割合をダイオキシン濃度に応じて15wt%〜30wt
    %の範囲で調整することを特徴とする請求項1記載の排
    ガス処理方法。
  3. 【請求項3】 ダイオキシンを含む有害物質を炭素質吸
    着剤により吸着除去する排ガス処理装置であって、 比表面積350m2/g以下の第一の炭素質吸着剤と比
    表面積500m2/g以上の第二の炭素質吸着剤とが所
    定の割合で混合・充填されており、前記排ガスが導かれ
    る吸着反応塔と、 前記混合炭素質吸着剤を加熱して再生処理する脱離塔
    と、 前記混合炭素質吸着剤を前記吸着反応塔と前記脱離塔の
    間で循環させる循環手段と、 前記循環に伴って滅失した炭素質吸着剤に応じて所定の
    割合で前記第一の炭素質吸着剤と前記第二の炭素質吸着
    剤をそれぞれ補給する補給手段と、 を備えていることを特徴とする排ガス処理装置。
  4. 【請求項4】 前記補給手段における補給量を制御する
    ことで、前記吸着反応塔内の第二の炭素質吸着剤の混合
    割合をダイオキシン濃度に応じて15wt%〜30wt
    %の範囲で調整する制御手段をさらに備えていることを
    特徴とする請求項3記載の排ガス処理装置。
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