JP4022403B2 - 高温高湿ガス流から水銀を除去するための吸着粉末 - Google Patents

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Description

【０００１】
発明の背景
本発明は一般に汚染土壌処理装置や有害物質焼却炉から排出されるような高温高湿ガス流から汚染物質を除去する技術に関する。特に、本発明は塩化第二銅を含有する吸着粉末を使用して高温高湿ガス流から水銀と他の金属、ダイオキシン、フラン及び他の有機化合物を捕集する技術に関する。
【０００２】
石炭燃料による火力発電所、石油精製所、薬品精製所、石炭燃料炉、ごみ焼却施設、焼却炉、冶金作業所、熱処理装置並びに他の微粒子及び水銀排出施設による粒状及び全水銀排出量には厳しい基準がある。これらの基準は汚染土壌の低温熱脱着（ＬＴＴＤ）処理の結果として大気に放出される恐れのある水銀蒸気にも適用される。
【０００３】
これらの厳しい基準は環境や地域社会を保護するために存在する。水銀含有ガスが放出されると、ガスが分散し、水銀が広域に堆積する。分散した水銀は土壌や上水中に蓄積し、食物連鎖に混入する恐れがある。水銀は水生生物に非常に有害であり、最終的に水銀含有植物及び動物を消費するヒトを汚染する。従って、環境から水銀を除去する安全で有効な方法が必要である。
【０００４】
一般に石炭燃料による火力発電所や廃棄物焼却炉に関して水銀蒸気の放出と処理の問題は従来から検討されている。例えば、米国特許第３，１９３，９８７号は水銀とアマルガムを形成する金属を含浸させた活性炭に水銀含有蒸気を通す方法を開示している。米国特許第４，０９４，７７７号は主に担体、硫化銅及び硫化銀から構成される吸着体に水銀含有蒸気を通す方法を開示している。米国特許第３，８７６，３９３号は硫酸を含浸させた活性炭に水銀含有蒸気を通す方法を開示している。セレンも蒸気から水銀を除去するのに使用されている。米国特許第３，７８６，６１９号は活性成分としてセレン、硫化セレン又は他のセレン化合物を含有する吸着体に水銀含有ガスを通す方法を開示している。水銀除去には静電集塵器や種々のフィルターが伝統的に使用されているが、複雑な装置も開示されている（例えば、米国特許第５，４０９，５２２号及び５，６０７，４９６号参照）。
【０００５】
発電所ガス流から水銀を再捕集する問題は汚染土壌を処理する焼却炉から水銀を再捕集する必要に似ている。土壌処理施設で現在使用されている方法は低温熱脱着（ＬＴＴＤ）として知られている。ＬＴＴＤは汚染土壌を処理して水銀や他の汚染物質を除去する主要な方法である。この方法では、汚染土壌を加熱炉（大抵の場合、ロータリーキルン／ドラム）に供給し、土壌を伝導により加熱する。加熱により土壌成分は蒸発し、熱酸化剤を加えると、成分は酸化されてＣＯ２、Ｃｌ２、ＮＯｘ及びＳＯｘ（式中、ｘは１〜３である）等の処理し易いガスとなる。
【０００６】
その後、熱ガス流を冷却する。ガス流は水冷すればよいが、その場合、ガス流を冷却すると同時に含水率も増す。水冷は非常に有効な冷却法であるが、この処理の結果、ガス流から水銀を除去しにくくなる。ガス流を更に処理し、酸スクラバー、炭素層、濃縮装置を使用したり吸着粉末を添加して金属、ＨＣｌ、ＮＯｘ及びＳＯｘを低減及び除去する。
【０００７】
吸着粉末をガス流に注入すると、水銀や他の金属は粉末中に存在する部分と結合し、ガス流から沈殿する。粉末に結合した水銀を最終的にバグハウスに捕集して適切に廃棄すると共に、浄化ガス流を外気に排気する。標準ＬＴＴＤ法には水銀等の所定の金属がガス流から高い効率で除去されず、ガス流に随伴し、最終的に環境に排出されるという問題がある。他の方法は複雑な機構や高価な吸着層を使用する必要がある。ＬＴＴＤや他の方法には、高湿ガス流からの水銀除去が乾燥流からの水銀除去よりも著しく難しいという制約もある。
【０００８】
市販吸着粉末は有機物質、金属及び他の汚染物質を除去するが、水銀は有効に除去しない。例えば、炭素、水酸化カルシウム及び硫黄から構成される市販粉末の１種（Ｓｏｒｂａｌｉｔｅ（登録商標））はガス流からＨＣｌを除去するが、水銀は約５５〜６５％しか除去しない。アルコール飽和石灰と活性炭から構成される別の粉末（ＷＵＥＬＦＲＡｓｏｒｂ−Ｃ（登録商標））も水銀除去には無効である。
【０００９】
硫黄又はヨウ素を含浸させた炭素を含有する粉末もある。硫黄又はヨウ素を含浸させた炭素をベースとする粉末は７５℃以下の温度で９５％の水銀除去効率を示すが、硫黄含浸炭素から処方した粉末はこのレベルの除去を示すためには乾燥又は低湿ガス流が必要である。
【００１０】
最後に、上記粉末及び他の市販粉末の水銀除去効率は非常に温度依存性であることが知られており、粉末処方は更に制約される。
【００１１】
方法に関する同一発明者の係属出願では固体微粉塩化第二銅を炭素に含浸させずに使用している。一般に岩石寸法で提供される塩化第二銅を粉砕するためには粉砕工程が必要であるため、この方法は更に操作しにくいことが判明した。粉砕工程は粉塵を発生することから健康に有害であるため、高度な注意が必要である。更に、粉末は非常に腐食性であるため、工程で使用する機械の破損の原因となる。
【００１２】
従って、特に汚染土壌の焼却、有害物質の処理、石炭燃焼及び他の水銀放出源により発生される高温高湿ガス流から金属及び他の有機化合物一般と水銀を有効に除去する吸着粉末が産業界で必要とされている。粉末は廉価で使用し易くなければならない。このような吸着粉末を既存処理施設で利用することができ、既存装置を改造又は再編する必要なく既存装置を利用できることが理想的である。
【００１３】
発明の要約
高温高湿ガス流から水銀と他の金属及び汚染物質を除去するための吸着粉末及び方法として、炭素約１〜９７％、水酸化カルシウム約１〜９７％、塩化第二銅含浸炭素約１〜９７％及びＫＩ３含浸炭素約１〜６０％を含有する吸着粉末及び方法を開示する。本発明の粉末を使用して高温高湿ガス流から水銀と他の金属、ダイオキシン、フラン及び他の有機化合物を除去する方法も開示する。
【００１４】
図面の簡単な説明
以下の詳細な説明では本発明を更に詳細に説明するが、当然のことながら、発明は厳密な開示に制限されない。本発明の趣旨を変えたり、請求の範囲に記載するようなその範囲を逸脱しないものであれば変更や変形が可能である。従って、以下の説明では特に添付図面を参考に本発明を説明する。
【００１５】
図１はガス流から水銀を除去するために本発明の吸着粉末を使用することができるＬＴＴＤ設備の構成を示す概略図である。
【００１６】
発明の詳細な説明
ガス流から水銀及び他の金属を除去するための吸着粉末として、
ａ）炭素約１〜９７％、
ｂ）水酸化カルシウム約１〜９７％、
ｃ）塩化第二銅含浸炭素約１〜９７％、及び
ｄ）ＫＩ３含浸炭素約１〜６０％を含有する吸着粉末を開示する。
【００１７】
粉末はより特定すれば、炭素約１０〜７０％、水酸化カルシウム約２０〜８０％、塩化第二銅含浸炭素約１〜５０％及びＫＩ３含浸炭素約１〜５０％を含有する。好ましい吸着粉末は炭素約２０〜６０％、水酸化カルシウム約３０〜７０％、塩化第二銅含浸炭素約１〜３０％及びＫＩ３含浸炭素約〜３０％を含有する。
【００１８】
より好ましい態様では、吸着粉末は炭素約２５〜４５％、水酸化カルシウム約４０〜６０％、塩化第二銅含浸炭素約１〜１５％及びＫＩ３含浸炭素約１〜１５％を含有する。最も好ましい態様は炭素約４０％、水酸化カルシウム約４０％、塩化第二銅含浸炭素約１０％及びＫＩ３含浸炭素約１０％を含有する。
【００１９】
ＫＩ３含浸炭素を加えない粉末でも加えた粉末でも同等に機能するので、ＫＩ３含浸炭素は随意に使用できることが判明した。
【００２０】
従って、本発明の別の態様では、吸着粉末は炭素約１０〜７０％、水酸化カルシウム約２０〜８０％及び塩化第二銅含浸炭素約１〜５０％を含有する。
【００２１】
本発明の吸着粉末を使用してガス流から水銀を除去する方法として、
ａ）固相水銀含有汚染土壌フィードをロータリーキルン／ドラムに導入する段階と、
ｂ）前記土壌フィードを導入した前記キルン／ドラムを加熱し、サンプルの気体成分と固体成分を形成する段階と、
ｃ）前記土壌フィードの気体成分を排気浄化装置／アフターバーナーに送り、浄化土壌の固体成分を土壌冷却装置に送る段階と、
ｄ）前記汚染土壌フィードの気体成分を前記排気浄化装置／アフターバーナーで加熱する段階と、
ｅ）前記汚染土壌フィードの気体成分を冷却する段階と、
ｆ）請求項１に記載の粉末を気体成分に加える段階と、
ｇ）粉末含有気体成分をバグハウスに送る段階と、
ｈ）前記サンプルの実質的に水銀を除去した気体成分を大気に放出する段階を含む方法も開示する。
【００２２】
水銀と他の金属、ダイオキシン、フラン及び他の有機化合物を除去するための吸着粉末は所定条件下で有効でなければならない。現在市販されている粉末は水銀除去に有利な条件である高温高湿環境で無効である。
【００２３】
汚染物質を土壌から有効に除去するには高温である必要がある。有機物質、金属及び他の不純物を汚染土壌から蒸発させるには約１８００°Ｆである必要がある。しかし、汚染土壌に捕捉された水銀が最も有効に炭素に吸着するのは約３００〜５００°Ｆである。１８００°Ｆの炉から排出されるガス流を冷却するのに最も一般的な方法はガス流に水を噴射する方法である。水噴射は水銀除去に有利な温度までガス流を冷却するだけでなく、サンプルの含水率も増すので、市販水銀吸着粉末は効率が低い。市販粉末の水銀吸着性は高湿環境で著しく低下する。これに対して、本発明の吸着粉末は高湿環境でも有効に機能する。
【００２４】
炭素源実験の結果、木炭よりも石炭のほうが水銀吸着に優れていることが判明した。多くの市販吸着粉末は石炭でなく木炭を成分として使用している。塩化第二銅はガス流からの水銀吸着を著しく増すことが判明し、これが本発明の要点である。塩化第二銅は排気流中の元素状態の水銀に塩素と活性銅を供給する。元素状態の水銀は塩素と反応して塩化水銀を形成し、活性銅と反応して安定なアマルガムを形成する。いずれの形態の水銀も排気ガス流から容易に捕集される。ＫＩ３含浸炭素も粉末に加えると水銀吸着が高まることが判明した。
【００２５】
図１は本発明を実施するために使用される実際の方法と装置の概略図を示す。予備篩分けして処理できる状態にした汚染供給土壌２を土壌浄化装置４に導入する。約９００°Ｆ又は汚染物質を土壌から完全に蒸発させてガス流と浄化／汚染除去固体土壌成分を生じる温度まで汚染土壌を加熱する。土壌浄化装置４はロータリーキルンが好ましい。次にガス流を土壌浄化装置４から除塵機６に送ると共に供給土壌の全固体フラクションを浄化土壌冷却装置８に送って土壌を冷却し、再利用できる状態にする。除塵機６は多管集塵機が好ましい。
【００２６】
除塵機６でガス流サンプルから粒状物質を除去した後、ガス流を排気浄化装置１０に送る。排気浄化装置は蒸発した汚染物質を最低２秒間の保持時間にわたって約１８００°Ｆの温度まで加熱し、残留する有機性又は他の汚染物質を完全に破壊する。排気浄化装置１０からガス流は次に冷却室１２を通り、水ポンプ（図示せず）で冷却室１２に水を噴射してサンプルの温度を約３６０°Ｆまで下げる。この冷却工程は結果的にサンプルの含水率を増す。
【００２７】
次に、吸着剤貯蔵サイロ１４に貯蔵した本発明の吸着粉末を高温高湿ガス流に噴射してガス流と接触させる。この粉末製剤は金属、特に水銀と他の汚染物質を除去するのに有効である。
【００２８】
ガス流を吸着粉末に接触させた後、粉末／ガス流混合物はバグハウス１６に移る。吸着粉末の炭素成分はバッグの壁で捕集され、バグハウスから排出されるガスの粒状フィルターとして機能する。吸着粉末混合物の粒状水銀含有フラクションはバグハウス１６で捕集され、適当な大量貯蔵施設２０に輸送後、除去される。気体フラクションは通気口１８から外気に放出され、残留ダスト粒状フラクションは吸着粉末混合物２０の粒状水銀フラクションと同様に処理される。
【００２９】
実施例１
好適吸着粉末製剤を使用して一連の実地試験を行った。１インチに篩分けることにより水銀約４．２ｍｇ／ｋｇを含有する３個の土壌サンプルを調製した。粗粒物質を捨て、残りの土壌を土壌浄化装置に供給し、約９００°Ｆまで加熱した。浄化土壌を土壌冷却装置に送り、再使用できる状態にした。排気流を除塵機に送り、沈澱物質を土壌冷却装置に送った。次に排気流を排気浄化装置に送り、約１８５０°Ｆまで加熱した。次に排気ガスを水冷により約３６０°Ｆまで冷却した後、石炭４０％、ＫＩ３含浸炭素１０％、水酸化カルシウム４０％及び塩化第二銅含浸炭素１０％を含有する吸着粉末を加えた。排気流／吸着粉末混合物をバグハウスに送り、水銀を除去した排気ガスから水銀と結合した微粒子を分離した。粒状物質を分析と廃棄のためにバグハウスから取出し、排気煙突に配置したガス分析器で水銀排出濃度を記録した。３回の２時間試験の結果を下表に報告する。
【００３０】
【表１】
Figure 0004022403
平均水銀除去効率は９９．６％であり、ＮＪＤＥＰ大気許容基準に定められている現行水銀規制効率規格である９６．５％を上回る。水銀排出量はＥＰＡ法２９−０６０により測定した。
【００３１】
明細書と請求の範囲に記載した吸着粉末及び方法はガス流からの水銀除去について記載したが、粉末及び方法はガス流から有機物質、金属及び他の汚染物質を除去するのにも当然有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ガス流から水銀を除去するために本発明の吸着粉末を使用することができるＬＴＴＤ設備の構成を示す概略図である。

Claims (3)

  1. 高温高湿ガス流から水銀と他の金属、ダイオキシン、フラン及び他の有機化合物を除去するための吸着粉末であって、
    ａ）炭素４０％、
    ｂ）水酸化カルシウム４０％、
    ｃ）塩化第二銅含浸炭素１０％、及び
    ｄ）ＫＩ３含浸炭素１０％を含有する前記吸着粉末。
  2. 炭素が石炭である請求項１に記載の吸着粉末。
  3. 請求項１に記載の吸着粉末を使用して高温高湿ガス流から水銀と他の金属、ダイオキシン、フラン及び他の有機化合物を除去する方法であって、
    ａ）固相水銀含有汚染土壌フィードをロータリーキルン／ドラムに導入する段階と、
    ｂ）前記土壌フィードを導入した前記キルン／ドラムを加熱し、サンプルの気体成分と固体成分を形成する段階と、
    ｃ）前記土壌フィードの気体成分を排気浄化装置／アフターバーナーに送り、浄化土壌の固体成分を土壌冷却装置に送る段階と、
    ｄ）前記汚染土壌フィードの気体成分を前記排気浄化装置／アフターバーナーで加熱する段階と、
    ｅ）前記汚染土壌フィードの気体成分を冷却する段階と、
    ｆ）請求項１に記載の粉末を気体成分に加える段階と、
    ｇ）粉末含有気体成分をバグハウスに送る段階と、
    ｈ）前記サンプルの実質的に水銀を除去した気体成分を大気に放出する段階を含む前記方法。
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