JP3647027B2 - スーツの処理方法および処理設備 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、スーツ（煤）の処理方法および処理設備に関する。詳しくは、本発明は、石油系燃料の燃焼もしくはガス化で生じたスーツを乾燥し、乾燥スーツを特定条件で燃焼する、スーツの処理方法および処理設備に関する。
【０００２】
【発明の技術的背景】
石油系燃料を燃焼あるいはガス化する際には、通常、未燃カーボン分、灰分などが含有されているスーツ（煤）が発生する。スーツは産業廃棄物となるため、減容して処理コストを削減することが望まれる。特に、スーツが水分を多く含む場合には、輸送コスト・処理コストがかさむため、減容処理を行うことが強く望まれている。また、石油系燃料を燃焼あるいはガス化する際に生じるスーツには、有価金属であるバナジウムが含まれているので、スーツ中のバナジウムを回収するために、バナジウム濃度を高くすることが望まれている。
【０００３】
スーツの減容は、主にスーツ中のカーボン分（炭素および炭化水素分）を焼却することにより行われている。しかしながら、スーツを高温で焼却すると、スーツ中の灰分が溶融して燃焼装置内部に付着し、設備の腐食・損傷の原因になるなどの問題があった。また、スーツ中に硫酸アンモニウムが多く含まれる場合などには、燃焼により窒素酸化物が発生するという問題もあった。
【０００４】
スーツ類を焼却する方法として、特公昭62−40609号公報には、重原油灰中に含まれるバナジウムとカーボンとの重量比に応じて燃焼温度を選択し、重原油灰の性状に合わせた焼却を行うことが提案されている。この方法では、燃焼時の流動層の温度を８００℃以下とすることにより、窒素酸化物の発生量を抑制してはいるが、硫安を含有する重原油灰をそのまま燃焼するため、硫安の分解によりアンモニアが発生し、さらに窒素酸化物（ＮＯX）に転換されるので、窒素酸化物の発生を避けられないという問題があった。
【０００５】
また、特開平7−4633号公報では、石油および石炭のガス化処理で発生したバナジウムを含有する煤を、五酸化バナジウムの量が煤中に存在する部分酸化バナジウムに対して最高３０重量％となる条件で酸化処理することが提案されている。この方法では、酸化処理の温度を、１２００℃未満、好ましくは７００〜９００℃の五酸化バナジウムの融点よりも高い温度とすることにより、処理物中の五酸化バナジウムを減少させることができることが開示されている。しかしながら、このような方法では、酸化処理を灰分が溶融する温度で行うため、依然として装置内に溶融した灰分が付着し、ハンドリングに支障をきたし、設備の腐食・損傷の原因となる場合があるという問題があった。
【０００６】
このような状況において種々検討の結果、示差熱分析によるスーツの燃焼特性では、スーツの成分などにもよるが、１００℃程度で水分が蒸発した後、３５０〜４００℃程度で未燃カーボンが着火し、６００℃程度でカーボンの燃焼が行われ、さらに温度を上げていくと７００〜９００℃程度では五酸化バナジウムなどのスーツ中の灰分が溶融することがわかった。
【０００７】
このため、本発明者は、未燃カーボンを効率よく燃焼させるとともに、窒素酸化物の発生などの問題を生じず、溶融した灰分による設備の腐食、損傷が生じない条件で、スーツ中の未燃カーボン分を燃焼するスーツの処理方法について鋭意研究し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
【発明の目的】
本発明は、スーツ中の灰分が溶融して装置内に付着するのを防ぎ、スーツを減容し、かつ燃焼灰（処理後のスーツ）中のバナジウム濃度を高めることのできる、スーツの処理方法及び処理設備を提供することを目的とする。
【０００９】
【発明の概要】
本発明のスーツの処理方法は、
i）水分量が５０重量％以上で、実質的に硫酸アンモニウムを含まない石油系燃料の燃焼もしくはガス化で生じたスーツを、乾燥手段に導入して、水分量が３０重量％以下の乾燥スーツを得る乾燥工程と、
ii）乾燥スーツ導入口、気体導入口、気体排出口および燃焼灰排出口を有する燃焼手段に乾燥スーツを導入し、乾燥スーツ中の炭素および炭化水素分を燃焼し、燃焼灰排出口からＶ 2 Ｏ 5 濃度が３０重量％以上である部分酸化バナジウムを含む燃焼灰を粉体状で回収する燃焼工程と、
iii）燃焼手段から排出される気体より熱回収する熱回収工程とを有し、乾燥スーツの燃焼手段内滞留時間が３０〜１８０分であり、燃焼手段から排出される気体温度が４５０〜６５０℃であることを特徴としている。
【００１０】
このような本発明のスーツの処理方法では、石油系燃料が、重質油、石油コークスおよびエマルジョン燃料よりなる群から選ばれる１種以上であることも好ましく、また、乾燥工程 i）において、温度が１２０〜４６０℃、酸素濃度が１容量％以下の気体を乾燥手段に導入することも好ましく、燃焼工程 ii）において、燃焼手段から排出された気体の一部を、燃焼手段に再導入することも好ましい。また、本発明のスーツの処理方法では、燃焼灰が粉体状であって、燃焼灰中の部分酸化バナジウム総量中の Ｖ2Ｏ5 濃度が３０重量％以上であることも好ましく、乾燥手段が、直接加熱式多段乾燥機、間接パドル型ドライヤーおよび流動床式乾燥機よりなる群から選ばれる乾燥機であることも好ましく、燃焼手段がロータリーキルンであることも好ましく、燃焼手段が外部冷却手段を有することも好ましい。
【００１１】
本発明のスーツの処理設備は、水分量が５０重量％以上で、実質的に硫酸アンモニウムを含まない石油系燃料の燃焼もしくはガス化で生じたスーツを乾燥する乾燥手段（ａ）と、乾燥スーツ導入口、気体導入口、気体排出口および燃焼灰排出口を有し、Ｖ 2 Ｏ 5 濃度が３０重量％以上である部分酸化バナジウムを含む燃焼灰を粉体状で排出する燃焼手段（ｂ）とを有することを特徴としている。
【００１２】
このような本発明のスーツの処理設備は、燃焼手段（ｂ）から排出された気体より熱回収する、熱回収手段を有することも好ましく、乾燥手段（ａ）が、直接加熱式多段乾燥機、間接パドル型ドライヤーおよび流動床式乾燥機よりなる群から選ばれる乾燥機であることも好ましく、燃焼手段（ｂ）がロータリーキルンであることも好ましく、燃焼手段（ｂ）が、外部冷却手段を有することも好ましく、
燃焼手段（ｂ）から排出された気体の少なくとも一部を、燃焼手段（ｂ）の気体導入口より再導入する手段を有することも好ましい。
【００１３】
【発明の具体的説明】
以下、本発明について、本発明の好ましい態様の例である図１および図２を必要に応じて参照し、具体的に説明する。
＜スーツの処理方法＞
本発明のスーツの処理方法は、乾燥工程 i）、燃焼工程 ii）および熱回収工程 iii）を有する。
【００１４】
本発明では、石油系燃料を燃焼した際あるいはガス化した際に生じるスーツ（煤）類をいずれも処理原料として用いることができ、具体的には、石油系燃料をガス化した際に生じ、水分を多く含有しフィルターケーキ状で回収されるガス化スーツ、あるいは、発電設備などにおいて石油系燃料を燃焼させた際に生じ、電気集塵機により回収されたスーツ（ＥＰ灰）などが挙げられる。本発明のスーツの処理方法は、これらのスーツをいずれも好適に処理することができるが、とくにガス化スーツ、水分を５０〜８０重量％程度含有するスーツの処理に好適に適用することができる。
【００１５】
本発明で処理原料として用いるスーツとしては、特に限定されるものではないが、カーボン分（炭素および炭化水素分）を乾燥重量の７０〜９７重量％程度含有するものが好ましく用いられる。
石油系燃料としては、重質油、石油コークスあるいはエマルジョン燃料のいずれかを含有する燃料が好ましく、これらの１種以上を用いることができる。具体的には、重質油としては石油精製で得られる減圧蒸留残渣油を主成分とする燃料油、Ｃ重油などの重油類；石油コークスあるいは石油コークスを原料として製造された燃料；オリマルジョン、乳化アスファルト、エマルジョンコークスなどのエマルジョン燃料などが挙げられ、これらを単独であるいは適宜組み合わせて用いることができる。
i ）乾燥工程
本発明のスーツの処理方法において、乾燥工程 i）は、処理原料である上述のスーツを、乾燥手段に導入して、水分量が３０重量％以下の乾燥スーツを得る工程である。
【００１６】
乾燥工程 i）は、原料スーツを配管（11）を通じて乾燥手段（1）に導入し、乾燥手段（1）内でスーツ中の水分の少なくとも一部を除去し、水分量が３０重量％以下、好ましくは１５重量％以下、より好ましくは５重量％以下に乾燥し、乾燥スーツを得る条件を適宜選択して行うことができる。好ましくは、乾燥工程は、乾燥手段（1）内でスーツが燃焼しない条件でスーツを高温にさらすことにより行うのが好ましく、スーツを導入する乾燥手段（1）に、配管（17）より、温度が１２０〜４６０℃、好ましくは４００〜４６０℃の気体を導入することにより行うのが望ましい。また、配管（17）より乾燥手段（1）に導入する気体は、特に限定されるわけではないが、酸素含有量が２容量％以下、好ましくは１容量％以下であるのが望ましく、特に乾燥温度が３００℃以上である場合には、酸素濃度が高いと着火することがあるため、酸素濃度が１容量％以下であるのが望ましい。また、乾燥手段（1）に導入する気体は、特に限定されるものではないが、窒素などの不活性ガス、あるいは窒素などの不活性ガスとスチームとの混合ガスなどが好ましく用いられる。
【００１７】
乾燥手段（1）から配管（14）を通じて排出される気体は、スーツ中の水分の少なくとも一部を含有している。
本発明において、乾燥工程 i）では、乾燥手段（1）から排出される排ガスから、熱交換手段（3）などにより熱回収することも好ましい。熱交換手段（3）としては、熱交換器、ボイラーなど、乾燥手段から排出された気体の熱エネルギーを回収利用できる装置がいずれも好ましく挙げられる。
【００１８】
また、乾燥手段（1）から配管（14）を通じて排出される気体は、気液分離器（4）などの手段により水分を除去した後、配管（16）を通じて少なくとも一部を上述した配管（17）からの導入気体に合流させ、乾燥手段（1）に再導入してもよい。
乾燥手段（1）内のスーツ滞留時間は、処理原料スーツの水分含有量、乾燥温度などにもよるものであって、特に限定されるものではないが、８〜２４時間程度であるのが望ましい。
【００１９】
乾燥工程 i）で用いられる熱エネルギーとしては、後述する熱回収工程iii）で回収された熱エネルギーを用いることも好ましい。
乾燥手段（1）としては、スーツ中の水分の少なくとも一部を除去することのできる乾燥機をいずれも用いることができるが、スーツの移動あるいは攪拌を伴い、連続的に乾燥処理することのできる乾燥機を用いるのが好ましく、直接加熱式多段乾燥機、間接パドル型ドライヤーおよび流動床式乾燥機から選ばれる乾燥機を用いるのが特に好ましい。
【００２０】
乾燥工程 i）では、スーツ中の水分が除去されるとともに、スーツが硫酸アンモニウムや揮発成分を含有する場合には、それらを併せて除去することができる。乾燥工程において、スーツ中の硫酸アンモニウムが水分とともに除去された場合には、図２の概略工程図に示すように、乾燥装置（1）から排出される排ガスを適宜スクラバー（6）などで処理することが好ましい。本発明のスーツの処理方法により、硫酸アンモニウムを多く含む原料スーツを処理する場合には、乾燥工程 i）において硫酸アンモニウムあるいはアンモニアが除去されるため、後述する燃焼工程 ii）において窒素酸化物の発生源となるアンモニアが生ぜず、窒素酸化物の発生量および排出量を低減することができる。
【００２１】
このような乾燥工程では、処理原料であるスーツ中の水分が好適に除去され、また、硫酸アンモニウムや揮発成分がある場合には該成分も合わせて除去され、水分量が３０重量％以下、好ましくは１５重量％以下、より好ましくは５重量％以下である乾燥スーツが得られる。
ii ）燃焼工程
燃焼工程 ii）は、上述の乾燥工程 i）で得られた乾燥スーツを、配管（12）を通じて燃焼手段（2）に導入し、燃焼手段（2）内において乾燥スーツ中の炭素および炭化水素分を燃焼し、処理後のスーツである燃焼灰（燃焼残渣）を固体状で回収する工程である。
【００２２】
燃焼工程 ii）で用いられる燃焼手段（2）は、乾燥スーツ導入口、気体導入口、気体排出口および燃焼灰排出口を有する。燃焼手段（2）としては、このような条件を満たし、スーツ中の炭素および炭化水素分を燃焼させるものをいずれも用いることができるが、スーツの移動あるいは攪拌を伴う燃焼手段が好ましく、具体的には流動床炉、パドル型炉、ロータリーキルンなどが挙げられるが、このうちロータリーキルンを用いるのが特に好ましい。
【００２３】
本発明の燃焼工程 ii）は、このような燃焼手段（2）に上述の乾燥工程 i）で得られた乾燥スーツを、配管（12）を通じて乾燥スーツ導入口より導入して行う。乾燥スーツは、原料スーツ中の水分の少なくとも一部を除去したものであり、また、原料スーツが硫酸アンモニアや揮発成分を含有する場合にはそれらの成分も併せて除去されたものであるため、原料スーツと比較して減容されている。このため、原料スーツを直接燃焼工程に供する場合と比較して、燃焼工程 ii）におけるスーツ処理量を少なくすることができ、燃焼工程 ii）に係るエネルギーを節約できるほか、燃焼手段を小規模化することもできるため経済的である。
【００２４】
本発明では、燃焼工程 ii）において、乾燥スーツが燃焼手段（2）中に比較的長く滞留し、比較的低温で燃焼されるのが好ましい。乾燥スーツの燃焼手段内滞留時間は、特に限定されるものではないが、３０〜１８０分程度であるのが望ましく、燃焼手段から排出される気体温度は、通常４５０〜６５０℃、好ましくは５００〜６００℃程度であるのが望ましい。なお、乾燥スーツの燃焼手段内滞留時間とは、乾燥スーツを燃焼手段（2）に導入してから、燃焼灰として燃焼灰排出口より排出されるまでの時間を表す。
【００２５】
燃焼工程 ii）における燃焼は、燃焼手段（2）内に乾燥スーツを導入し、ここに配管（22）を通じて酸素を含有する気体を導入して、燃焼手段（2）内において乾燥スーツを燃焼させることにより行う。燃焼工程 ii）における燃焼条件は、上述のように、燃焼手段（2）から配管（19）へ排出される際の気体の温度が通常４５０〜６５０℃、好ましくは５００〜６００℃程度となる条件であるのが望ましい。燃焼工程 ii）をこのような温度条件で行うと、燃焼手段内において、乾燥スーツ内の灰分が溶融せず、かつ、乾燥スーツ中の炭素および炭化水素分が燃焼する条件となるため望ましい。
【００２６】
燃焼条件は、どのような方法で制御してもよく、特に限定されるものではないが、たとえば、配管（22）を通じて燃焼手段（2）に導入する気体の成分および流量、スーツの移動あるいは攪拌速度などの制御、燃焼手段の外部冷却などにより行うことができる。
燃焼手段に導入する気体は、その他の条件にもよるが、酸素濃度が１５〜２０容量％程度であるのが望ましい。このような酸素濃度の気体を燃焼手段に導入すると、燃焼反応が比較的穏やかに起こるため好ましい。酸素濃度の調整は、どのような方法で行ってもよいが、たとえば、燃焼手段（2）から排出された気体を、配管（21）を通じて、燃焼手段（2）に導入する配管（22）中の気体と合流し、燃焼手段に導入する気体の一部として用い、その量を調整することにより行うことができる。燃焼工程 ii）において、燃焼手段（2）から排出された気体の一部を、燃焼手段に再導入すると、燃焼手段に導入する気体の酸素濃度を制御できるほか、燃焼手段に導入する気体の温度も制御できるため好ましい。燃焼手段から排出された気体は、必要に応じて除塵して燃焼手段に再導入することができる。燃焼手段に再導入する、燃焼手段から排出された気体は、後述する熱回収工程iii）に供したものであってもよく、熱回収を行っていないものであってもよい。
【００２７】
また、本発明の燃焼工程 ii）では、乾燥スーツの燃焼手段内滞留時間が、通常３０〜１８０分程度と、比較的長時間であることからも、燃焼手段から排出される気体の温度が通常４５０〜６５０℃、好ましくは５００〜６００℃となる穏やかな条件で燃焼反応を行うことができる。
このような燃焼工程 ii）では、通常燃焼中にスーツ内の灰分が溶融せず、少なくとも乾燥スーツと燃焼手段との接触部においては灰分が溶融しない条件にあるため、溶融した灰分が燃焼手段に付着する問題を生じることなく、比較的低温条件で円滑に乾燥スーツ内の炭素および炭化水素分を燃焼することができる。
【００２８】
本発明において、燃焼工程 ii）では、燃焼手段（2）の燃焼灰排出口から配管（13）を通じて燃焼灰が固体状で回収される。燃焼灰は、粉末状、粒状などの粉体状、固形状のいずれでもよく、固体状であればどのような形状のものであってもよく、溶融していない状態で回収されればよいが、粉末状あるいは粒状などの粉体状で回収されるのが望ましい。
【００２９】
このような燃焼灰は、乾燥工程 i）および燃焼工程 ii）により、水分、炭素および炭化水素分がほぼ完全に除去された状態となっている。また、本発明では、スーツ内の灰分中、特に低温で溶融する五酸化バナジウム（６９０℃程度で溶融）が溶融しない状態で、燃焼工程 ii）を行うことができるため、燃焼灰中の部分酸化バナジウム総量中のＶ 2 Ｏ 5 濃度が３０重量％以上である。
iii ）熱回収工程
本発明のスーツの処理方法は、上述の乾燥工程i）および燃焼工程ii）に加えて、燃焼工程で用いる燃焼手段（2）から配管（19）を通じて排出される気体より、熱回収する熱回収工程iii）を有する。
【００３０】
熱回収工程iii）は、燃焼工程 ii）において燃焼手段から排出された気体を、配管（19）を通じて、ボイラーあるいは熱交換器などの熱回収手段（5）に導入して、熱回収することにより行うことができる。燃焼工程 ii）において燃焼手段（2）から配管（19）へ排出された気体は、４５０〜６５０℃であるため、熱回収工程iii）によってその熱が有効に活用することができる。熱回収工程iii）は、燃焼手段（2）から排出された気体のうちの一部に対して行ってもよく、全体に対して行ってもよい。また、熱回収工程iii）は、一段階で行ってよく、また、たとえば、ボイラーによる熱回収後さらに熱交換器による熱回収を行うなど、多段階で行ってもよい。
【００３１】
本発明では、燃焼工程 ii）において燃焼手段（2）から排出された気体を、そのまま熱回収工程iii）で用いてもよく、必要に応じて除塵した後に熱回収工程iii）に供してもよい。また、熱回収工程後の気体を除塵処理してもよい。熱回収前あるいは熱回収後の気体の一部は、上述のように燃焼手段（2）に再供給して用いることもできる。
【００３２】
このような熱回収工程iii）により、回収された熱エネルギーは、スーツの処理の過程で用いてもよく、他の用途に用いてもよく、特に限定されない。
本発明のスーツの処理方法は、上述した乾燥工程 i）、燃焼工程 ii）および熱回収工程 iii）を有するため、石油系燃料の燃焼もしくはガス化で生じたスーツを処理し、好適に減容した燃焼灰を固体状で回収することができ、また、燃焼工程で排出される気体の熱エネルギーを、効率よく利用することができる。
【００３３】
本発明のスーツの処理方法では、充分に減容された燃焼灰を固体状で回収するため、回収作業が容易であり、また、回収された燃焼灰を他の用途に用いたり、燃焼灰中のバナジウム分を分取したりする場合のハンドリングが容易である。本発明のスーツの処理方法で得られる燃焼灰は、燃焼灰中の水分、炭素および炭化水素分がほぼ完全に除去され、高濃度でバナジウム分を含有するため、燃焼灰中のバナジウム分、特に五酸化バナジウムを好適に分離回収することができる。
【００３４】
また、本発明のスーツの処理方法では、灰分の溶融を伴わず、溶融した五酸化バナジウムなどの灰分が装置に融着しないため、バナジウムアタックなどによる燃焼手段内腐食がおこらず、メンテナンスの手間を軽減でき、長時間の連続運転を好適に行うことができる。
さらに、本発明のスーツの処理方法では、原料スーツが硫酸アンモニウムあるいはその他の揮発分などを多く含んでいた場合にも、乾燥工程 i）でそれらの成分を除去した後に燃焼工程 ii）を行うため、窒素酸化物の発生源であるアンモニアが燃焼工程前に除去されており、窒素酸化物を発生させることなくスーツを減容処理することができる。また、乾燥工程 i）である程度減容された乾燥スーツを燃焼工程 ii）で用いるため、燃焼処理のエネルギー、設備投資などを低減することができる。
＜スーツの処理設備＞
本発明のスーツの処理設備は、石油系燃料の燃焼もしくはガス化で生じたスーツを処理する設備であって、乾燥手段（ａ）および燃焼手段（ｂ）を有している。
（ａ）乾燥手段
本発明のスーツの処理設備における乾燥手段（ａ）（図１および図２における（1））は、石油系燃料の燃焼もしくはガス化で生じたスーツを乾燥する手段である。乾燥手段に導入する原料スーツとしては、重質油、石油コークスおよびエマルジョン燃料などの石油系燃料から原料スーツである石油系燃料の燃焼もしくはガス化で生じたスーツであるのが好ましく、ガス化スーツであるのがより好ましい。
【００３５】
本発明で用いる乾燥手段（ａ）は、原料スーツを導入し、水分量が３０重量％以下、好ましくは１５重量％以下、より好ましくは０〜５重量％程度に乾燥させ、乾燥スーツを得ることのできる手段であることが望ましい。また、温度が１２０〜４６０℃、好ましくは４００〜４６０℃程度の気体を導入することにより、スーツを乾燥させる手段であることも望ましい。
【００３６】
このような乾燥手段（ａ）としては、具体的には、たとえば、直接加熱式多段乾燥機、間接パドル型ドライヤーおよび流動床式乾燥機などの乾燥機が挙げられ、これらをいずれも好ましく用いることができる。
また、本発明のスーツの処理設備では、乾燥手段（ａ）から排出された気体より熱回収する手段を有していてもよい。
【００３７】
さらに本発明のスーツの処理設備では、乾燥手段（ａ）から排出された気体が硫酸アンモニウムなどを多く含む場合には、スクラバーなどの排ガス処理装置を有していることも好ましい。本発明の処理設備を用いて、硫酸アンモニウムを多く含む原料スーツを処理する場合には、乾燥手段（ａ）において硫酸アンモニウムが除去されるため、後述する燃焼手段（ｂ）において窒素酸化物の発生源となるアンモニアが生ぜず、窒素酸化物の発生が低減されるという利点がある。
【００３８】
本発明のスーツの処理設備においては、上記乾燥手段（ａ）で得た乾燥スーツを、燃焼手段（ｂ）で処理する。
燃焼手段（ｂ）は、乾燥スーツ導入口、気体導入口、気体排出口および燃焼灰排出口を有し、燃焼灰を固体状で排出する。
本発明で用いる燃焼手段（ｂ）は、このような条件を満たすものであればよいが、乾燥手段（ａ）で得た乾燥スーツを、乾燥スーツ中の灰分を溶融しない条件下で燃焼できるものが好ましく、スーツの移動または攪拌を伴う燃焼手段であるのがより好ましく、具体的には流動床炉、パドル型炉、ロータリーキルンなどが挙げられるが、このうちロータリーキルンが特に好ましい。
【００３９】
このような燃焼手段（ｂ）は、外部冷却手段を備えていることも好ましい。外部冷却手段としては、たとえば、エアフィンクーラーなどが挙げられる。燃焼手段が外部冷却手段を備えている場合には、燃焼手段内の温度を外部から制御することができる。
本発明のスーツの処理設備は、燃焼手段（ｂ）から排出された気体より熱回収する、熱回収手段を有していることも好ましい。熱回収手段としては、燃焼手段（ｂ）から排出された気体を導入し、熱回収を行うことのできる装置がいずれも好ましく用いられ、具体的には、ボイラー、熱交換器などが挙げられる。本発明のスーツの処理設備が熱回収手段を有している場合には、燃焼手段（ｂ）から排出された気体のエネルギーを有効に活用することができるため好ましい。
【００４０】
また、本発明のスーツの処理設備は、燃焼手段（ｂ）から排出された気体の少なくとも一部を、燃焼手段（ｂ）の気体導入口より再導入する手段を有することも好ましい。このような手段を有する場合には、燃焼手段に導入する気体の酸素濃度や温度を容易に制御できるため好ましい。
このような本発明のスーツの処理設備は、上述した本発明のスーツの処理方法に好適に用いることができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明のスーツの処理方法で得られる燃焼灰は、充分に減容された固体状であり、回収作業が容易であって、また他の用途に用いたり、燃焼灰中のバナジウム分を分取したりする場合のハンドリングが容易である。
また、本発明のスーツの処理方法では、灰分が溶融しないため、溶融した灰分が装置に融着せず、燃焼手段内などの損傷・腐食が著しく軽減され、設備のメンテナンスの手間を軽減でき、長時間の連続運転を好適に行うことができ、設備寿命を向上することができる。
【００４２】
さらに、本発明のスーツの処理方法では、原料スーツが硫酸アンモニウムあるいはその他の揮発分などを多く含んでいた場合にも、窒素酸化物を発生させることなくスーツを減容処理することができ、また、エネルギー、設備投資などを低減することができる。
また、本発明によれば、上述の優れたスーツの処理方法に好適なスーツの処理設備を提供することができる。
【００４３】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４４】
【実施例１】
図１に示す概略工程により、スーツの処理を行った。
常圧蒸留残渣油をガス化した際に発生したスーツ（処理原料スーツ１）を処理原料として用いた。処理原料スーツ１は、水分量が５０重量％であった。また、処理原料スーツ１の乾燥成分組成は、炭素および炭化水素分が９６．５重量％、灰分が３．５重量％であって、硫酸アンモニウムは含まれていなかった。また、処理原料スーツ１の乾燥重量中における金属分は、金属原子換算で、バナジウム：１．２重量％、鉄：０．４５重量％、ニッケル：０．４４重量％であった。
【００４５】
処理原料スーツ１を、配管（11）を通じて乾燥機（1）に５０ｋｇ／ｈで導入し、４６０℃の乾燥用ガスを配管（17）を通じて１０１６Ｎｍ3／ｈで乾燥機（1）に導入して、乾燥機内滞留時間１２時間で乾燥工程を行い、乾燥スーツ1を得た。乾燥機（1）としては、内部に複数の棚段を有し、棚段の上でレーキを回転させてスーツを攪拌するとともに水平に移動させ、配管（17）を通じて最下段から導入する乾燥用ガスとスーツとを向流で接触させる、直接加熱式多段乾燥機を用いた。乾燥用ガスは最上段より配管（14）を通じて抜き出し、気液分離器（4）により水分を除去し、除塵した後、乾燥機（1）に循環利用した。
【００４６】
乾燥機（1）に導入された乾燥用ガスは、窒素と水蒸気の混合ガス（窒素：６８．４容量％）であって、乾燥用ガス中の酸素濃度は１容量％以下であった。乾燥機より得られた乾燥スーツ１は、水分量が０重量％、温度約４００℃、乾燥機からの排出量が２５ｋｇ／ｈであった。
次いで得られた乾燥スーツ１を、配管（12）を通じて燃焼炉（2）の乾燥スーツ導入口より２５ｋｇ／ｈで燃焼炉（2）内に導入し、燃焼工程を行った。燃焼炉（2）としては、攪拌翼を有するロータリーキルンを用いた。配管（22）を通じて燃焼炉（2）へ導入した気体温度は４９℃、燃焼炉（2）から配管（19）へ排出した気体温度は６００℃であった。燃焼炉（2）内における乾燥スーツ滞留時間は６０分間、燃焼炉（2）からの排出気体量は１０２０Ｎｍ3／ｈであった。
【００４７】
燃焼炉（2）からの排出気体（燃焼排ガス）は、サイクロン（図示せず）にて除塵後、熱交換器（5）で熱回収して除熱し、２６４Ｎｍ3／ｈを配管（21）を通じて循環使用して、配管（22）より燃焼炉（2）の気体導入口より導入した。これにより、炉内温度は４５０〜６５０℃の範囲に制御された。燃焼排ガスから熱交換器（5）で回収した熱エネルギーは、ボイラーおよび乾燥機にて用いた。
【００４８】
燃焼炉（2）の燃焼灰排出口からは、配管（13）を通じて、燃焼灰１を０．８８ｋｇ／ｈの量で、平均粒径４μｍの粒状で得た。得られた燃焼灰１の乾燥重量中における金属分は、金属原子換算で、バナジウム：２７．７重量％、鉄：７．７重量％、ニッケル：９．３重量％であった。また、また、燃焼灰１中の部分酸化バナジウム総量中における五酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5 ）濃度は、４２重量％であった。
【００４９】
５００時間連続運転の後において、乾燥機内、燃焼炉内および配管内において、灰分の融着は全くみられず、炉内で灰分の溶融が生じていないことが確認され、本実施例において、処理原料スーツ中の灰分を溶融させることなく、スーツを燃焼・減容できたことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施例１の概略工程図である。
【図２】図２は、硫酸アンモニウムを含有する原料スーツを処理する場合に好適な、本発明の概略工程図である。
【符号の説明】
１ … 乾燥手段（乾燥機）
２ … 燃焼手段（燃焼炉）
３，５ … 熱回収手段
４ … 気液分離器
６ … スクラバー
１１〜２３ … 配管
【発明の技術分野】
本発明は、スーツ（煤）の処理方法および処理設備に関する。詳しくは、本発明は、石油系燃料の燃焼もしくはガス化で生じたスーツを乾燥し、乾燥スーツを特定条件で燃焼する、スーツの処理方法および処理設備に関する。
【０００２】
【発明の技術的背景】
石油系燃料を燃焼あるいはガス化する際には、通常、未燃カーボン分、灰分などが含有されているスーツ（煤）が発生する。スーツは産業廃棄物となるため、減容して処理コストを削減することが望まれる。特に、スーツが水分を多く含む場合には、輸送コスト・処理コストがかさむため、減容処理を行うことが強く望まれている。また、石油系燃料を燃焼あるいはガス化する際に生じるスーツには、有価金属であるバナジウムが含まれているので、スーツ中のバナジウムを回収するために、バナジウム濃度を高くすることが望まれている。
【０００３】
スーツの減容は、主にスーツ中のカーボン分（炭素および炭化水素分）を焼却することにより行われている。しかしながら、スーツを高温で焼却すると、スーツ中の灰分が溶融して燃焼装置内部に付着し、設備の腐食・損傷の原因になるなどの問題があった。また、スーツ中に硫酸アンモニウムが多く含まれる場合などには、燃焼により窒素酸化物が発生するという問題もあった。
【０００４】
スーツ類を焼却する方法として、特公昭62−40609号公報には、重原油灰中に含まれるバナジウムとカーボンとの重量比に応じて燃焼温度を選択し、重原油灰の性状に合わせた焼却を行うことが提案されている。この方法では、燃焼時の流動層の温度を８００℃以下とすることにより、窒素酸化物の発生量を抑制してはいるが、硫安を含有する重原油灰をそのまま燃焼するため、硫安の分解によりアンモニアが発生し、さらに窒素酸化物（ＮＯX）に転換されるので、窒素酸化物の発生を避けられないという問題があった。
【０００５】
また、特開平7−4633号公報では、石油および石炭のガス化処理で発生したバナジウムを含有する煤を、五酸化バナジウムの量が煤中に存在する部分酸化バナジウムに対して最高３０重量％となる条件で酸化処理することが提案されている。この方法では、酸化処理の温度を、１２００℃未満、好ましくは７００〜９００℃の五酸化バナジウムの融点よりも高い温度とすることにより、処理物中の五酸化バナジウムを減少させることができることが開示されている。しかしながら、このような方法では、酸化処理を灰分が溶融する温度で行うため、依然として装置内に溶融した灰分が付着し、ハンドリングに支障をきたし、設備の腐食・損傷の原因となる場合があるという問題があった。
【０００６】
このような状況において種々検討の結果、示差熱分析によるスーツの燃焼特性では、スーツの成分などにもよるが、１００℃程度で水分が蒸発した後、３５０〜４００℃程度で未燃カーボンが着火し、６００℃程度でカーボンの燃焼が行われ、さらに温度を上げていくと７００〜９００℃程度では五酸化バナジウムなどのスーツ中の灰分が溶融することがわかった。
【０００７】
このため、本発明者は、未燃カーボンを効率よく燃焼させるとともに、窒素酸化物の発生などの問題を生じず、溶融した灰分による設備の腐食、損傷が生じない条件で、スーツ中の未燃カーボン分を燃焼するスーツの処理方法について鋭意研究し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
【発明の目的】
本発明は、スーツ中の灰分が溶融して装置内に付着するのを防ぎ、スーツを減容し、かつ燃焼灰（処理後のスーツ）中のバナジウム濃度を高めることのできる、スーツの処理方法及び処理設備を提供することを目的とする。
【０００９】
【発明の概要】
本発明のスーツの処理方法は、
i）水分量が５０重量％以上で、実質的に硫酸アンモニウムを含まない石油系燃料の燃焼もしくはガス化で生じたスーツを、乾燥手段に導入して、水分量が３０重量％以下の乾燥スーツを得る乾燥工程と、
ii）乾燥スーツ導入口、気体導入口、気体排出口および燃焼灰排出口を有する燃焼手段に乾燥スーツを導入し、乾燥スーツ中の炭素および炭化水素分を燃焼し、燃焼灰排出口からＶ 2 Ｏ 5 濃度が３０重量％以上である部分酸化バナジウムを含む燃焼灰を粉体状で回収する燃焼工程と、
iii）燃焼手段から排出される気体より熱回収する熱回収工程とを有し、乾燥スーツの燃焼手段内滞留時間が３０〜１８０分であり、燃焼手段から排出される気体温度が４５０〜６５０℃であることを特徴としている。
【００１０】
このような本発明のスーツの処理方法では、石油系燃料が、重質油、石油コークスおよびエマルジョン燃料よりなる群から選ばれる１種以上であることも好ましく、また、乾燥工程 i）において、温度が１２０〜４６０℃、酸素濃度が１容量％以下の気体を乾燥手段に導入することも好ましく、燃焼工程 ii）において、燃焼手段から排出された気体の一部を、燃焼手段に再導入することも好ましい。また、本発明のスーツの処理方法では、燃焼灰が粉体状であって、燃焼灰中の部分酸化バナジウム総量中の Ｖ2Ｏ5 濃度が３０重量％以上であることも好ましく、乾燥手段が、直接加熱式多段乾燥機、間接パドル型ドライヤーおよび流動床式乾燥機よりなる群から選ばれる乾燥機であることも好ましく、燃焼手段がロータリーキルンであることも好ましく、燃焼手段が外部冷却手段を有することも好ましい。
【００１１】
本発明のスーツの処理設備は、水分量が５０重量％以上で、実質的に硫酸アンモニウムを含まない石油系燃料の燃焼もしくはガス化で生じたスーツを乾燥する乾燥手段（ａ）と、乾燥スーツ導入口、気体導入口、気体排出口および燃焼灰排出口を有し、Ｖ 2 Ｏ 5 濃度が３０重量％以上である部分酸化バナジウムを含む燃焼灰を粉体状で排出する燃焼手段（ｂ）とを有することを特徴としている。
【００１２】
このような本発明のスーツの処理設備は、燃焼手段（ｂ）から排出された気体より熱回収する、熱回収手段を有することも好ましく、乾燥手段（ａ）が、直接加熱式多段乾燥機、間接パドル型ドライヤーおよび流動床式乾燥機よりなる群から選ばれる乾燥機であることも好ましく、燃焼手段（ｂ）がロータリーキルンであることも好ましく、燃焼手段（ｂ）が、外部冷却手段を有することも好ましく、
燃焼手段（ｂ）から排出された気体の少なくとも一部を、燃焼手段（ｂ）の気体導入口より再導入する手段を有することも好ましい。
【００１３】
【発明の具体的説明】
以下、本発明について、本発明の好ましい態様の例である図１および図２を必要に応じて参照し、具体的に説明する。
＜スーツの処理方法＞
本発明のスーツの処理方法は、乾燥工程 i）、燃焼工程 ii）および熱回収工程 iii）を有する。
【００１４】
本発明では、石油系燃料を燃焼した際あるいはガス化した際に生じるスーツ（煤）類をいずれも処理原料として用いることができ、具体的には、石油系燃料をガス化した際に生じ、水分を多く含有しフィルターケーキ状で回収されるガス化スーツ、あるいは、発電設備などにおいて石油系燃料を燃焼させた際に生じ、電気集塵機により回収されたスーツ（ＥＰ灰）などが挙げられる。本発明のスーツの処理方法は、これらのスーツをいずれも好適に処理することができるが、とくにガス化スーツ、水分を５０〜８０重量％程度含有するスーツの処理に好適に適用することができる。
【００１５】
本発明で処理原料として用いるスーツとしては、特に限定されるものではないが、カーボン分（炭素および炭化水素分）を乾燥重量の７０〜９７重量％程度含有するものが好ましく用いられる。
石油系燃料としては、重質油、石油コークスあるいはエマルジョン燃料のいずれかを含有する燃料が好ましく、これらの１種以上を用いることができる。具体的には、重質油としては石油精製で得られる減圧蒸留残渣油を主成分とする燃料油、Ｃ重油などの重油類；石油コークスあるいは石油コークスを原料として製造された燃料；オリマルジョン、乳化アスファルト、エマルジョンコークスなどのエマルジョン燃料などが挙げられ、これらを単独であるいは適宜組み合わせて用いることができる。
i ）乾燥工程
本発明のスーツの処理方法において、乾燥工程 i）は、処理原料である上述のスーツを、乾燥手段に導入して、水分量が３０重量％以下の乾燥スーツを得る工程である。
【００１６】
乾燥工程 i）は、原料スーツを配管（11）を通じて乾燥手段（1）に導入し、乾燥手段（1）内でスーツ中の水分の少なくとも一部を除去し、水分量が３０重量％以下、好ましくは１５重量％以下、より好ましくは５重量％以下に乾燥し、乾燥スーツを得る条件を適宜選択して行うことができる。好ましくは、乾燥工程は、乾燥手段（1）内でスーツが燃焼しない条件でスーツを高温にさらすことにより行うのが好ましく、スーツを導入する乾燥手段（1）に、配管（17）より、温度が１２０〜４６０℃、好ましくは４００〜４６０℃の気体を導入することにより行うのが望ましい。また、配管（17）より乾燥手段（1）に導入する気体は、特に限定されるわけではないが、酸素含有量が２容量％以下、好ましくは１容量％以下であるのが望ましく、特に乾燥温度が３００℃以上である場合には、酸素濃度が高いと着火することがあるため、酸素濃度が１容量％以下であるのが望ましい。また、乾燥手段（1）に導入する気体は、特に限定されるものではないが、窒素などの不活性ガス、あるいは窒素などの不活性ガスとスチームとの混合ガスなどが好ましく用いられる。
【００１７】
乾燥手段（1）から配管（14）を通じて排出される気体は、スーツ中の水分の少なくとも一部を含有している。
本発明において、乾燥工程 i）では、乾燥手段（1）から排出される排ガスから、熱交換手段（3）などにより熱回収することも好ましい。熱交換手段（3）としては、熱交換器、ボイラーなど、乾燥手段から排出された気体の熱エネルギーを回収利用できる装置がいずれも好ましく挙げられる。
【００１８】
また、乾燥手段（1）から配管（14）を通じて排出される気体は、気液分離器（4）などの手段により水分を除去した後、配管（16）を通じて少なくとも一部を上述した配管（17）からの導入気体に合流させ、乾燥手段（1）に再導入してもよい。
乾燥手段（1）内のスーツ滞留時間は、処理原料スーツの水分含有量、乾燥温度などにもよるものであって、特に限定されるものではないが、８〜２４時間程度であるのが望ましい。
【００１９】
乾燥工程 i）で用いられる熱エネルギーとしては、後述する熱回収工程iii）で回収された熱エネルギーを用いることも好ましい。
乾燥手段（1）としては、スーツ中の水分の少なくとも一部を除去することのできる乾燥機をいずれも用いることができるが、スーツの移動あるいは攪拌を伴い、連続的に乾燥処理することのできる乾燥機を用いるのが好ましく、直接加熱式多段乾燥機、間接パドル型ドライヤーおよび流動床式乾燥機から選ばれる乾燥機を用いるのが特に好ましい。
【００２０】
乾燥工程 i）では、スーツ中の水分が除去されるとともに、スーツが硫酸アンモニウムや揮発成分を含有する場合には、それらを併せて除去することができる。乾燥工程において、スーツ中の硫酸アンモニウムが水分とともに除去された場合には、図２の概略工程図に示すように、乾燥装置（1）から排出される排ガスを適宜スクラバー（6）などで処理することが好ましい。本発明のスーツの処理方法により、硫酸アンモニウムを多く含む原料スーツを処理する場合には、乾燥工程 i）において硫酸アンモニウムあるいはアンモニアが除去されるため、後述する燃焼工程 ii）において窒素酸化物の発生源となるアンモニアが生ぜず、窒素酸化物の発生量および排出量を低減することができる。
【００２１】
このような乾燥工程では、処理原料であるスーツ中の水分が好適に除去され、また、硫酸アンモニウムや揮発成分がある場合には該成分も合わせて除去され、水分量が３０重量％以下、好ましくは１５重量％以下、より好ましくは５重量％以下である乾燥スーツが得られる。
ii ）燃焼工程
燃焼工程 ii）は、上述の乾燥工程 i）で得られた乾燥スーツを、配管（12）を通じて燃焼手段（2）に導入し、燃焼手段（2）内において乾燥スーツ中の炭素および炭化水素分を燃焼し、処理後のスーツである燃焼灰（燃焼残渣）を固体状で回収する工程である。
【００２２】
燃焼工程 ii）で用いられる燃焼手段（2）は、乾燥スーツ導入口、気体導入口、気体排出口および燃焼灰排出口を有する。燃焼手段（2）としては、このような条件を満たし、スーツ中の炭素および炭化水素分を燃焼させるものをいずれも用いることができるが、スーツの移動あるいは攪拌を伴う燃焼手段が好ましく、具体的には流動床炉、パドル型炉、ロータリーキルンなどが挙げられるが、このうちロータリーキルンを用いるのが特に好ましい。
【００２３】
本発明の燃焼工程 ii）は、このような燃焼手段（2）に上述の乾燥工程 i）で得られた乾燥スーツを、配管（12）を通じて乾燥スーツ導入口より導入して行う。乾燥スーツは、原料スーツ中の水分の少なくとも一部を除去したものであり、また、原料スーツが硫酸アンモニアや揮発成分を含有する場合にはそれらの成分も併せて除去されたものであるため、原料スーツと比較して減容されている。このため、原料スーツを直接燃焼工程に供する場合と比較して、燃焼工程 ii）におけるスーツ処理量を少なくすることができ、燃焼工程 ii）に係るエネルギーを節約できるほか、燃焼手段を小規模化することもできるため経済的である。
【００２４】
本発明では、燃焼工程 ii）において、乾燥スーツが燃焼手段（2）中に比較的長く滞留し、比較的低温で燃焼されるのが好ましい。乾燥スーツの燃焼手段内滞留時間は、特に限定されるものではないが、３０〜１８０分程度であるのが望ましく、燃焼手段から排出される気体温度は、通常４５０〜６５０℃、好ましくは５００〜６００℃程度であるのが望ましい。なお、乾燥スーツの燃焼手段内滞留時間とは、乾燥スーツを燃焼手段（2）に導入してから、燃焼灰として燃焼灰排出口より排出されるまでの時間を表す。
【００２５】
燃焼工程 ii）における燃焼は、燃焼手段（2）内に乾燥スーツを導入し、ここに配管（22）を通じて酸素を含有する気体を導入して、燃焼手段（2）内において乾燥スーツを燃焼させることにより行う。燃焼工程 ii）における燃焼条件は、上述のように、燃焼手段（2）から配管（19）へ排出される際の気体の温度が通常４５０〜６５０℃、好ましくは５００〜６００℃程度となる条件であるのが望ましい。燃焼工程 ii）をこのような温度条件で行うと、燃焼手段内において、乾燥スーツ内の灰分が溶融せず、かつ、乾燥スーツ中の炭素および炭化水素分が燃焼する条件となるため望ましい。
【００２６】
燃焼条件は、どのような方法で制御してもよく、特に限定されるものではないが、たとえば、配管（22）を通じて燃焼手段（2）に導入する気体の成分および流量、スーツの移動あるいは攪拌速度などの制御、燃焼手段の外部冷却などにより行うことができる。
燃焼手段に導入する気体は、その他の条件にもよるが、酸素濃度が１５〜２０容量％程度であるのが望ましい。このような酸素濃度の気体を燃焼手段に導入すると、燃焼反応が比較的穏やかに起こるため好ましい。酸素濃度の調整は、どのような方法で行ってもよいが、たとえば、燃焼手段（2）から排出された気体を、配管（21）を通じて、燃焼手段（2）に導入する配管（22）中の気体と合流し、燃焼手段に導入する気体の一部として用い、その量を調整することにより行うことができる。燃焼工程 ii）において、燃焼手段（2）から排出された気体の一部を、燃焼手段に再導入すると、燃焼手段に導入する気体の酸素濃度を制御できるほか、燃焼手段に導入する気体の温度も制御できるため好ましい。燃焼手段から排出された気体は、必要に応じて除塵して燃焼手段に再導入することができる。燃焼手段に再導入する、燃焼手段から排出された気体は、後述する熱回収工程iii）に供したものであってもよく、熱回収を行っていないものであってもよい。
【００２７】
また、本発明の燃焼工程 ii）では、乾燥スーツの燃焼手段内滞留時間が、通常３０〜１８０分程度と、比較的長時間であることからも、燃焼手段から排出される気体の温度が通常４５０〜６５０℃、好ましくは５００〜６００℃となる穏やかな条件で燃焼反応を行うことができる。
このような燃焼工程 ii）では、通常燃焼中にスーツ内の灰分が溶融せず、少なくとも乾燥スーツと燃焼手段との接触部においては灰分が溶融しない条件にあるため、溶融した灰分が燃焼手段に付着する問題を生じることなく、比較的低温条件で円滑に乾燥スーツ内の炭素および炭化水素分を燃焼することができる。
【００２８】
本発明において、燃焼工程 ii）では、燃焼手段（2）の燃焼灰排出口から配管（13）を通じて燃焼灰が固体状で回収される。燃焼灰は、粉末状、粒状などの粉体状、固形状のいずれでもよく、固体状であればどのような形状のものであってもよく、溶融していない状態で回収されればよいが、粉末状あるいは粒状などの粉体状で回収されるのが望ましい。
【００２９】
このような燃焼灰は、乾燥工程 i）および燃焼工程 ii）により、水分、炭素および炭化水素分がほぼ完全に除去された状態となっている。また、本発明では、スーツ内の灰分中、特に低温で溶融する五酸化バナジウム（６９０℃程度で溶融）が溶融しない状態で、燃焼工程 ii）を行うことができるため、燃焼灰中の部分酸化バナジウム総量中のＶ 2 Ｏ 5 濃度が３０重量％以上である。
iii ）熱回収工程
本発明のスーツの処理方法は、上述の乾燥工程i）および燃焼工程ii）に加えて、燃焼工程で用いる燃焼手段（2）から配管（19）を通じて排出される気体より、熱回収する熱回収工程iii）を有する。
【００３０】
熱回収工程iii）は、燃焼工程 ii）において燃焼手段から排出された気体を、配管（19）を通じて、ボイラーあるいは熱交換器などの熱回収手段（5）に導入して、熱回収することにより行うことができる。燃焼工程 ii）において燃焼手段（2）から配管（19）へ排出された気体は、４５０〜６５０℃であるため、熱回収工程iii）によってその熱が有効に活用することができる。熱回収工程iii）は、燃焼手段（2）から排出された気体のうちの一部に対して行ってもよく、全体に対して行ってもよい。また、熱回収工程iii）は、一段階で行ってよく、また、たとえば、ボイラーによる熱回収後さらに熱交換器による熱回収を行うなど、多段階で行ってもよい。
【００３１】
本発明では、燃焼工程 ii）において燃焼手段（2）から排出された気体を、そのまま熱回収工程iii）で用いてもよく、必要に応じて除塵した後に熱回収工程iii）に供してもよい。また、熱回収工程後の気体を除塵処理してもよい。熱回収前あるいは熱回収後の気体の一部は、上述のように燃焼手段（2）に再供給して用いることもできる。
【００３２】
このような熱回収工程iii）により、回収された熱エネルギーは、スーツの処理の過程で用いてもよく、他の用途に用いてもよく、特に限定されない。
本発明のスーツの処理方法は、上述した乾燥工程 i）、燃焼工程 ii）および熱回収工程 iii）を有するため、石油系燃料の燃焼もしくはガス化で生じたスーツを処理し、好適に減容した燃焼灰を固体状で回収することができ、また、燃焼工程で排出される気体の熱エネルギーを、効率よく利用することができる。
【００３３】
本発明のスーツの処理方法では、充分に減容された燃焼灰を固体状で回収するため、回収作業が容易であり、また、回収された燃焼灰を他の用途に用いたり、燃焼灰中のバナジウム分を分取したりする場合のハンドリングが容易である。本発明のスーツの処理方法で得られる燃焼灰は、燃焼灰中の水分、炭素および炭化水素分がほぼ完全に除去され、高濃度でバナジウム分を含有するため、燃焼灰中のバナジウム分、特に五酸化バナジウムを好適に分離回収することができる。
【００３４】
また、本発明のスーツの処理方法では、灰分の溶融を伴わず、溶融した五酸化バナジウムなどの灰分が装置に融着しないため、バナジウムアタックなどによる燃焼手段内腐食がおこらず、メンテナンスの手間を軽減でき、長時間の連続運転を好適に行うことができる。
さらに、本発明のスーツの処理方法では、原料スーツが硫酸アンモニウムあるいはその他の揮発分などを多く含んでいた場合にも、乾燥工程 i）でそれらの成分を除去した後に燃焼工程 ii）を行うため、窒素酸化物の発生源であるアンモニアが燃焼工程前に除去されており、窒素酸化物を発生させることなくスーツを減容処理することができる。また、乾燥工程 i）である程度減容された乾燥スーツを燃焼工程 ii）で用いるため、燃焼処理のエネルギー、設備投資などを低減することができる。
＜スーツの処理設備＞
本発明のスーツの処理設備は、石油系燃料の燃焼もしくはガス化で生じたスーツを処理する設備であって、乾燥手段（ａ）および燃焼手段（ｂ）を有している。
（ａ）乾燥手段
本発明のスーツの処理設備における乾燥手段（ａ）（図１および図２における（1））は、石油系燃料の燃焼もしくはガス化で生じたスーツを乾燥する手段である。乾燥手段に導入する原料スーツとしては、重質油、石油コークスおよびエマルジョン燃料などの石油系燃料から原料スーツである石油系燃料の燃焼もしくはガス化で生じたスーツであるのが好ましく、ガス化スーツであるのがより好ましい。
【００３５】
本発明で用いる乾燥手段（ａ）は、原料スーツを導入し、水分量が３０重量％以下、好ましくは１５重量％以下、より好ましくは０〜５重量％程度に乾燥させ、乾燥スーツを得ることのできる手段であることが望ましい。また、温度が１２０〜４６０℃、好ましくは４００〜４６０℃程度の気体を導入することにより、スーツを乾燥させる手段であることも望ましい。
【００３６】
このような乾燥手段（ａ）としては、具体的には、たとえば、直接加熱式多段乾燥機、間接パドル型ドライヤーおよび流動床式乾燥機などの乾燥機が挙げられ、これらをいずれも好ましく用いることができる。
また、本発明のスーツの処理設備では、乾燥手段（ａ）から排出された気体より熱回収する手段を有していてもよい。
【００３７】
さらに本発明のスーツの処理設備では、乾燥手段（ａ）から排出された気体が硫酸アンモニウムなどを多く含む場合には、スクラバーなどの排ガス処理装置を有していることも好ましい。本発明の処理設備を用いて、硫酸アンモニウムを多く含む原料スーツを処理する場合には、乾燥手段（ａ）において硫酸アンモニウムが除去されるため、後述する燃焼手段（ｂ）において窒素酸化物の発生源となるアンモニアが生ぜず、窒素酸化物の発生が低減されるという利点がある。
【００３８】
本発明のスーツの処理設備においては、上記乾燥手段（ａ）で得た乾燥スーツを、燃焼手段（ｂ）で処理する。
燃焼手段（ｂ）は、乾燥スーツ導入口、気体導入口、気体排出口および燃焼灰排出口を有し、燃焼灰を固体状で排出する。
本発明で用いる燃焼手段（ｂ）は、このような条件を満たすものであればよいが、乾燥手段（ａ）で得た乾燥スーツを、乾燥スーツ中の灰分を溶融しない条件下で燃焼できるものが好ましく、スーツの移動または攪拌を伴う燃焼手段であるのがより好ましく、具体的には流動床炉、パドル型炉、ロータリーキルンなどが挙げられるが、このうちロータリーキルンが特に好ましい。
【００３９】
このような燃焼手段（ｂ）は、外部冷却手段を備えていることも好ましい。外部冷却手段としては、たとえば、エアフィンクーラーなどが挙げられる。燃焼手段が外部冷却手段を備えている場合には、燃焼手段内の温度を外部から制御することができる。
本発明のスーツの処理設備は、燃焼手段（ｂ）から排出された気体より熱回収する、熱回収手段を有していることも好ましい。熱回収手段としては、燃焼手段（ｂ）から排出された気体を導入し、熱回収を行うことのできる装置がいずれも好ましく用いられ、具体的には、ボイラー、熱交換器などが挙げられる。本発明のスーツの処理設備が熱回収手段を有している場合には、燃焼手段（ｂ）から排出された気体のエネルギーを有効に活用することができるため好ましい。
【００４０】
また、本発明のスーツの処理設備は、燃焼手段（ｂ）から排出された気体の少なくとも一部を、燃焼手段（ｂ）の気体導入口より再導入する手段を有することも好ましい。このような手段を有する場合には、燃焼手段に導入する気体の酸素濃度や温度を容易に制御できるため好ましい。
このような本発明のスーツの処理設備は、上述した本発明のスーツの処理方法に好適に用いることができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明のスーツの処理方法で得られる燃焼灰は、充分に減容された固体状であり、回収作業が容易であって、また他の用途に用いたり、燃焼灰中のバナジウム分を分取したりする場合のハンドリングが容易である。
また、本発明のスーツの処理方法では、灰分が溶融しないため、溶融した灰分が装置に融着せず、燃焼手段内などの損傷・腐食が著しく軽減され、設備のメンテナンスの手間を軽減でき、長時間の連続運転を好適に行うことができ、設備寿命を向上することができる。
【００４２】
さらに、本発明のスーツの処理方法では、原料スーツが硫酸アンモニウムあるいはその他の揮発分などを多く含んでいた場合にも、窒素酸化物を発生させることなくスーツを減容処理することができ、また、エネルギー、設備投資などを低減することができる。
また、本発明によれば、上述の優れたスーツの処理方法に好適なスーツの処理設備を提供することができる。
【００４３】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４４】
【実施例１】
図１に示す概略工程により、スーツの処理を行った。
常圧蒸留残渣油をガス化した際に発生したスーツ（処理原料スーツ１）を処理原料として用いた。処理原料スーツ１は、水分量が５０重量％であった。また、処理原料スーツ１の乾燥成分組成は、炭素および炭化水素分が９６．５重量％、灰分が３．５重量％であって、硫酸アンモニウムは含まれていなかった。また、処理原料スーツ１の乾燥重量中における金属分は、金属原子換算で、バナジウム：１．２重量％、鉄：０．４５重量％、ニッケル：０．４４重量％であった。
【００４５】
処理原料スーツ１を、配管（11）を通じて乾燥機（1）に５０ｋｇ／ｈで導入し、４６０℃の乾燥用ガスを配管（17）を通じて１０１６Ｎｍ3／ｈで乾燥機（1）に導入して、乾燥機内滞留時間１２時間で乾燥工程を行い、乾燥スーツ1を得た。乾燥機（1）としては、内部に複数の棚段を有し、棚段の上でレーキを回転させてスーツを攪拌するとともに水平に移動させ、配管（17）を通じて最下段から導入する乾燥用ガスとスーツとを向流で接触させる、直接加熱式多段乾燥機を用いた。乾燥用ガスは最上段より配管（14）を通じて抜き出し、気液分離器（4）により水分を除去し、除塵した後、乾燥機（1）に循環利用した。
【００４６】
乾燥機（1）に導入された乾燥用ガスは、窒素と水蒸気の混合ガス（窒素：６８．４容量％）であって、乾燥用ガス中の酸素濃度は１容量％以下であった。乾燥機より得られた乾燥スーツ１は、水分量が０重量％、温度約４００℃、乾燥機からの排出量が２５ｋｇ／ｈであった。
次いで得られた乾燥スーツ１を、配管（12）を通じて燃焼炉（2）の乾燥スーツ導入口より２５ｋｇ／ｈで燃焼炉（2）内に導入し、燃焼工程を行った。燃焼炉（2）としては、攪拌翼を有するロータリーキルンを用いた。配管（22）を通じて燃焼炉（2）へ導入した気体温度は４９℃、燃焼炉（2）から配管（19）へ排出した気体温度は６００℃であった。燃焼炉（2）内における乾燥スーツ滞留時間は６０分間、燃焼炉（2）からの排出気体量は１０２０Ｎｍ3／ｈであった。
【００４７】
燃焼炉（2）からの排出気体（燃焼排ガス）は、サイクロン（図示せず）にて除塵後、熱交換器（5）で熱回収して除熱し、２６４Ｎｍ3／ｈを配管（21）を通じて循環使用して、配管（22）より燃焼炉（2）の気体導入口より導入した。これにより、炉内温度は４５０〜６５０℃の範囲に制御された。燃焼排ガスから熱交換器（5）で回収した熱エネルギーは、ボイラーおよび乾燥機にて用いた。
【００４８】
燃焼炉（2）の燃焼灰排出口からは、配管（13）を通じて、燃焼灰１を０．８８ｋｇ／ｈの量で、平均粒径４μｍの粒状で得た。得られた燃焼灰１の乾燥重量中における金属分は、金属原子換算で、バナジウム：２７．７重量％、鉄：７．７重量％、ニッケル：９．３重量％であった。また、また、燃焼灰１中の部分酸化バナジウム総量中における五酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5 ）濃度は、４２重量％であった。
【００４９】
５００時間連続運転の後において、乾燥機内、燃焼炉内および配管内において、灰分の融着は全くみられず、炉内で灰分の溶融が生じていないことが確認され、本実施例において、処理原料スーツ中の灰分を溶融させることなく、スーツを燃焼・減容できたことがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施例１の概略工程図である。
【図２】図２は、硫酸アンモニウムを含有する原料スーツを処理する場合に好適な、本発明の概略工程図である。
【符号の説明】
１ … 乾燥手段（乾燥機）
２ … 燃焼手段（燃焼炉）
３，５ … 熱回収手段
４ … 気液分離器
６ … スクラバー
１１〜２３ … 配管
Claims (13)
- i）石油系燃料の燃焼もしくはガス化で生じた、水分量が５０重量％以上で、実質的に硫酸アンモニウムを含まないスーツを、乾燥手段に導入して、水分量が３０重量％以下の乾燥スーツを得る乾燥工程と、
ii）乾燥スーツ導入口、気体導入口、気体排出口および燃焼灰排出口を有する燃焼手段に乾燥スーツを導入し、乾燥スーツ中の炭素および炭化水素分を燃焼し、燃焼灰排出口から、Ｖ 2 Ｏ 5 濃度が３０重量％以上である部分酸化バナジウムを含む燃焼灰を粉体状で回収する燃焼工程と、
iii）燃焼手段から排出される気体より熱回収する熱回収工程とを有し、
乾燥スーツの燃焼手段内滞留時間が３０〜１８０分であり、
燃焼手段から排出される気体温度が４５０〜６５０℃であることを特徴とするスーツの処理方法。 - 石油系燃料が、重質油、石油コークスおよびエマルジョン燃料よりなる群から選ばれる１種以上である、請求項１に記載のスーツの処理方法。
- 乾燥工程 i）において、温度が１２０〜４６０℃、酸素濃度が１容量％以下の気体を乾燥手段に導入する、請求項１または２に記載のスーツの処理方法。
- 燃焼工程 ii）において、燃焼手段から排出された気体の一部を、燃焼手段に再導入する、請求項１〜３のいずれかに記載のスーツの処理方法。
- 乾燥手段が、直接加熱式多段乾燥機、間接パドル型ドライヤーおよび流動床式乾燥機よりなる群から選ばれる乾燥機である、請求項１〜４のいずれかに記載のスーツの処理方法。
- 燃焼手段が、ロータリーキルンである、請求項１〜５のいずれかに記載のスーツの処理方法。
- 燃焼手段が、外部冷却手段を有する、請求項１〜６のいずれかに記載のスーツの処理方法。
- 石油系燃料の燃焼もしくはガス化で生じた、水分量が５０重量％以上で、実質的に硫酸アンモニウムを含まないスーツを乾燥する乾燥手段（ａ）と、乾燥スーツ導入口、気体導入口、気体排出口および燃焼灰排出口を有し、Ｖ 2 Ｏ 5 濃度が３０重量％以上である部分酸化バナジウムを含む燃焼灰を粉体状で排出する燃焼手段（ｂ）とを有することを特徴とするスーツの処理設備。
- 燃焼手段（ｂ）から排出された気体より熱回収する、熱回収手段を有する、請求項８に記載のスーツの処理設備。
- 乾燥手段（ａ）が、直接加熱式多段乾燥機、間接パドル型ドライヤーおよび流動床式乾燥機よりなる群から選ばれる乾燥機である、請求項８または９に記載のスーツの処理設備。
- 燃焼手段（ｂ）がロータリーキルンである、請求項８〜１０のいずれかに記載のスーツの処理設備。
- 燃焼手段（ｂ）が、外部冷却手段を有する、請求項８〜１１のいずれかに記載のスーツの処理設備。
- 燃焼手段（ｂ）から排出された気体の少なくとも一部を、燃焼手段（ｂ）の気体導入口より再導入する手段を有する、請求項８〜１２のいずれかに記載のスーツの処理設備。
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