JP3948903B2 - 水銀を含有する煙道ガスの精製装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、煙道ガスからダストを除去するためのダスト除去手段、及び煙道ガスから水銀を除去するための再生可能なアマルガム化材料を含んでなる、水銀を含有する煙道ガスを精製する装置に関する。
【０００２】
国際特許公告ＷＯ ９２／１６２８４によって、煙道ガスから水銀（Ｈｇ）を除去するためのフィルターは公知であり、このフィルターは、フィルター体と精製するガスの入口開口部と出口開口部を持つフィルターハウジングとを備えている。フィルター体は、金（ｇｏｌｄ）層により被覆された多数の薄い金属箔の層からなり、その層の間に、層に沿って精製するガスを導くためのチャンネルが形成されている。公知のフィルターにおいては、フィルターを系内で再生するために、上記金属箔とその上に堆積された金層を２００℃以上の温度に加熱するための電気加熱線または他の手段が設けられる。フィルターの再生時には、空気または別のガスが、上記チャンネルを通じて導かれる。
【０００３】
公知のフィルターは、歯科用の充填物から発生する水銀を除去するために、特に焼却炉と組み合わせて使用される。金箔を再生するのに必要とされる加熱設備と、フィルターから生じ、再生時に放出される水銀の凝縮を可能にするための冷却機器が付設されるため、フィルターの購入は高価になり、操作が複雑になる欠点がある。フィルター体を入れ替えるには、電気加熱ケーブルとフィルターハウジングの解体が必要であり、そのために、長時間で、予測外の、望ましくない操作の中断が必要となる。
【０００４】
本発明の目的は、焼却炉と組み合わせて使用するのに特に好適であり、比較的低コストで製造され、操作することができ、高価な設備を必要としたり、通常の操作を長時間中断することなく単純な方法で再生することができる、煙道ガスから水銀を除去するための精製装置を提供することである。
【０００５】
これらの目的は、請求項１で述べた精製装置によって達成される。本発明の装置では、アマルガム化材料が、材料を再生する目的の量のアマルガムになったとき、その状態で装置から取り出すように設計されており、アマルガム化材料は装置の外部でアマルガムとなった状態で再生できるような形で設けられている。取り出し手段と再生手段は設計的なものであり、その図解は省略する。
【０００６】
アマルガム化材料とは、ここでは、水銀と合金化可能であるか、あるいは吸着により水銀と結合可能な材料を意味する。アマルガムとなった状態とは、アマルガム化材料が水銀と合金化するか、あるいは吸着により水銀と結合した状態を意味する。
【０００７】
本発明による精製装置の実施の形態として、アマルガム化材料は水銀を含有する煙道ガスを導くように設計されたフィルターハウジング中に取り出し可能な態様で収められているアマルガム化無機材料である。
【０００８】
取出しを容易にするため、フィルターハウジングに嵌められたガス透過性の底部を持つ容器を用い、その中に、例えば、粉末または顆粒の形で所定量のアマルガム化無機材料( 以下、アマルガム化材料ともいう。 )を注ぎ込む。このアマルガム化材料を通って容器の底部を経て、ハウジングによって煙道ガスを導き、煙道ガス中の水銀を上記アマルガム化材料と結合させる。
【０００９】
本発明による精製装置の有利な実施の形態として、アマルガム化無機材料は、二酸化チタン（ＴｉＯ_２)及び五酸化バナジウム(Ｖ_２Ｏ_５）の混合物である。その場合、混合物中のＶ_２Ｏ_５の量は例えば、４−７重量％の領域にあり、ＴｉＯ_２はＶ₂Ｏ_５に対するキャリアを形成する。担持されるＶ_２Ｏ_５は約０．８ｍｍの公称（ｎｏｍｉｎａｌ）直径の粒子である。
【００１０】
本発明による装置において、所定量のアマルガム化材料は、例えば層流反応器（ＬＦＲ）に収められる。この反応器を通じて水銀含有煙道ガスは層流で導かれ、アマルガム化材料は煙道ガスから水銀を除去する。
【００１１】
有利な実施の形態として、本発明の装置中のアマルガム化材料は、半径流反応器（ＲＦＲ）に収められる。この反応器を通って、煙道ガスは半径流で導かれ、アマルガム化材料と接触して煙道ガスから水銀を除去する。
【００１２】
上記の半径流反応器（ＲＦＲ）において、アマルガム化材料は円筒形反応容器中２つの円筒形の壁の間に設けられる。煙道ガスは、外側の壁からアマルガム化材料を通って円筒形反応容器の軸へと半径方向に導かれ、アマルガム化材料を横切って圧力勾配が形成されて、アマルガム化過程が促進される。
【００１３】
本発明による装置の有利な実施の形態として、ダスト除去手段は、水銀を含有する煙道ガスの導管系中、アマルガム化材料に対して上流に置かれたサイクロンまたは電気フィルターを備える。サイクロンはマルチサイクロン及び回転粒子分離装置であってもよい。サイクロンを使用することにより煙道ガスからダスト粒子を濾別することが可能になる。また関連の炉から比較的短距離で、ガス中に存在するすべての水銀が装置に存在するアマルガム化材料に高い温度で向うことになる。
【００１４】
本発明の、実施の形態を、図面を参照して以下に明らかにする。
【００１５】
図１は、コントロールバルブ１により閉じることができる焼却炉（図示せず）の煙突２に接続された煙道ガスの精製装置を概略的に示す。この装置は、順次、サイクロン３、微細ダストフィルター４を備え、その出口開口部は導管１３に接続され、導管１３には熱交換器１０、ファン５及びアマルガムフィルター６が収められている。この導管１３を経てサイクロン３は活性炭素フィルター７に接続している。この図は、更に、ダスト収集用サイクロン３の下部の収集管１２、コントロールバルブ９により閉じ得る空気冷却用の入口開口部８が示されている。
【００１６】
精製装置の操作は次の通りである。
焼却時、歯科用の充填物からの水銀は、焼却工程の開始後約１０〜５０分後から約３０分間継続する期間、放出されることが公知である。そこで、好適な水銀センサー（図示せず）を用いて装置中で放出される水銀を検出し、それにもとづいて、公知の回路を用いてコントロールバルブ１を閉じ、煙突２からサイクロン３に煙道ガスを導く。サイクロン３においてダスト粗粒子を収集管１２から補集する。一方、ファン５により、ダスト粗粒子を除去した熱煙道ガスを、微細ダストフィルター４を経て導管１３に導き、熱交換器１０を通ってアマルガムフィルター６まで導く。
アマルガムフィルター６中の煙道ガスの温度は、熱交換器１０を用い、場合によっては、入口開口部８経由で冷外気を引き込むことにより、約１５０℃に保たれる。アマルガムフィルター６にアマルガム化材料を収めておく。このアマルガムフィルター６において、煙道ガス中に存在する水銀量の約９０％が結合される。残存する水銀は、例えば、イオウ（Ｓ）またはヨウ化カリウム（ＫＩ）を含浸させた活性炭素フィルター７に吸収される。残存水銀に加えて、煙道ガス中に存在するダイオキシン及びフランも活性炭素フィルター７に吸収される。
【００１７】
微細ダストフィルター４は、装置を使用していない時に、矢印１１のように向流で圧縮空気をブローすることにより、定期的にクリーニングされ、ブローにより除かれたダストはサイクロン３の収集管１２に捕集される。アマルガムフィルター６のフィルター体は、迅速に簡単な方法で新しいフィルター体あるいは再生されたフィルター体と定期的に入れ替えられる。この目的のために、アマルガムフィルター６はモジュール（単位構成体）からなる組み立て体とする。
結合した水銀を含むフィルター体は、オーブン中約８５０℃の温度で加熱し、水銀は放出され、ガス流により同伴され、約−３０℃の温度で凝縮して、クーラー（図示せず）で捕集される。フィルター体に捕捉された水銀量は、正常の環境では、６カ月の期間に焼却炉中で行われる２５０回の焼成後、粗く見積もると約７５０グラムに達する。
【００１８】
モジュール形の層流反応器（ＬＦＲ）を使用することができる。その場合、フィルター体は容易に交換でき、かつフィルター体は、二酸化チタン（ＴｉＯ_２)及び４−７重量％の五酸化バナジウム(Ｖ_２Ｏ_５）からなる。このフィルター体は多孔性構造で、約０．８ｍｍの公称直径の粒子が充填され、ＴｉＯ_２が、４−７重量％の量で存在するＶ_２Ｏ_５に対してキャリアを形成する。このような材料はＣＲＩ Ｃａｔａｌｙｓｔ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｕ．Ｋ．Ｌｔｄ．から市販され、窒素酸化物（ＮＯx）還元用の触媒として「Ｃａｔａｌｙｓｔ Ｓ０９６」（以下触媒Ｓ０９６という）の名称で供給されている。本発明の装置においてこの材料を使用すると、いくつかの国において、焼成炉用の煙道ガス精製装置に対して法的に要求されている窒素酸化物を、煙道ガスから除去できる利点がある。
【００１９】
本発明による精製装置は、焼却炉と組み合わせて使用するのに特に好適であるが、この装置の使用はそれのみに限定されない。
【００２０】
次の実施例は、水銀を同化（ａｓｓｉｍｉｌａｔｉｎｇ）する材料として上記Ｖ_２Ｏ_５／ＴｉＯ_２組成物（「触媒Ｓ０９６」）の作用を示す。
【００２１】
実施例１
１ｃｍの直径の貫流形の管中に、２０００μｍ／ｍ^３以上のＨｇ濃度の水銀蒸気含有の空気を、２２℃の温度、１０１３ミリバールの空気圧力及び５０％の相対湿度で０．５時間、５ｇのＶ_２Ｏ_５／ＴｉＯ_２「触媒Ｓ０９６」の試料（以下Ｖ_２Ｏ_５／ＴｉＯ_２試料という）を通じて導き、引き続き、ダストフィルターを付けたプラスチックタイゴンホースを介してＵＶ水銀蒸気メーターに導いた。Ｖ_２Ｏ_５／ＴｉＯ_２試料を通じて空気を導いた後の測定Ｈｇ濃度は２５μｍ／ｍ^３となり、これは９８．７５％以上の水銀低減に相当する。
【００２２】
実施例２
実施例１で述べた実験を温度１００℃で、他の点では同一条件下で繰り返した。
Ｖ_２Ｏ_５／ＴｉＯ_２試料を通じて空気を導いた後の測定Ｈｇ濃度は２５０μｍ／ｍ^３となり、これは８７．５０％以上の水銀低減に相当する。
【００２３】
実施例３
実施例１で述べた実験を全く同一条件下で繰り返した。Ｖ_２Ｏ_５／ＴｉＯ_２試料を通じて空気を導いた後の測定Ｈｇ濃度は５μｍ／ｍ^３となり、これは９９．７５％以上の水銀低減に相当する。
【００２４】
実施例４
水銀蒸気含有の空気を上記試料に１０時間導いて、他の点では同一条件下で実施例１で述べた実験を繰り返した。測定Ｈｇ濃度は１μｍ／ｍ^３となり、これは９９．９５％以上の水銀低減に相当する。
【００２５】
比較例１
Ｖ_２Ｏ_５／ＴｉＯ_２試料を３ｍｍの長さの６ｇの活性カーボンの棒状試料で置き換えて、他の点では同一条件下で実施例１で述べた実験を繰り返した。試料を通じて空気を導いた後、測定Ｈｇ濃度は５μｍ／ｍ^３となり、これは９９．７５％以上の水銀低減に相当する。
【００２６】
比較例２
Ｖ_２Ｏ_５／ＴｉＯ_２試料を５％ヨウ化カリウムで含浸した３ｍｍの長さの６ｇの活性カーボンの棒状試料で置き換えて、他の点では同一条件下で実施例１で述べた実験を繰り返した。Ｖ_２Ｏ_５／ＴｉＯ_２試料を通じて空気を導いた後、Ｈｇ濃度は測定できず、これは約１００％以上の水銀低減に相当する。
【００２７】
比較例３
水銀蒸気含有の空気を試料上に２００時間導いて、他の点では同一条件下で比較例２で述べた実験を繰り返した。試料を通して空気を導いた後のＨｇ濃度は測定できず、これは約１００％以上の水銀低減に相当する。
【００２８】
比較例４
Ｖ_２Ｏ_５／ＴｉＯ_２試料を７ｇの０．０５ｍｍの網の厚さの銀網試料（銀ウール）で置き換えて、他の点では同一条件下で実施例１で述べた実験を繰り返した。試料を通じて空気を導いた後の測定Ｈｇ濃度は１μｍ／ｍ^３となり、これは９９．９５％以上の水銀低減に相当する。
【００２９】
比較例５
水銀蒸気含有の空気を銀網試料を通じて１０時間導いて、他の点では同一条件下で比較例４で述べた実験を全く同一条件下で繰り返した。試料を通じて空気を導いた後の測定Ｈｇ濃度は７００μｍ／ｍ^３となり、これは６２．５０％以上の水銀低減に相当する。
【００３０】
上述の実験の結果を表１に集約する。
【表１】

【図面の簡単な説明】
【図１】 焼却炉からの煙道ガスを選択的に精製する場合の本発明による精製装置の実施の形態を示す概念図である。

Claims (7)

1. 煙道ガスからダストを除去するダストの除去手段を備え、
   煙道ガスから水銀を除去するためのある量の再生可能なアマルガム化材料を含み、アマルガム化材料を取り出し可能な手段でフィルターハウジングに収め、このフィルターハウジングを通じて、アマルガム化材料と接触して水銀含有煙道ガスを導くように設計してなり、
   上記材料をアマルガムとなった状態で再生する手段が、装置の外部に設けられており、
   アマルガム化材料がある量のアマルガム化無機材料であり、このアマルガム化無機材料が二酸化チタン（ＴｉＯ _２ ) 及び五酸化バナジウム ( Ｖ _２ Ｏ _５ ）の組成物であることを特徴とする水銀を含有する煙道ガスを精製する装置。
2. 組成物中のＶ_２Ｏ_５の量が４−７重量％の領域にあることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. ＴｉＯ_２がＶ_２Ｏ_５に対するキャリアを形成することを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. キャリアＴｉＯ_２の及びそれにより担持されるＶ_２Ｏ_５が約０．８ｍｍの公称直径の粒子であることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. アマルガム化材料が、反応器を通ってアマルガム化材料と接触して層流で導かれる水銀含有煙道ガスから水銀を除去するための層流反応器（ＬＦＲ）中に収められていることを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載の装置。
6. アマルガム化材料が、反応器を通ってアマルガム化材料と接触して半径流で導かれる水銀含有煙道ガスから水銀を除去するための半径流反応器（ＲＦＲ）中に収められていることを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載の装置。
7. ダスト除去手段が、水銀含有煙道ガスの導管系において、アマルガム化材料に対して上流に設置されたサイクロンまたは電気フィルターを含んでなる請求項１−６のいずれかに記載の装置。

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