JP4082866B2 - 吸着剤製造方法、この方法で得られる吸着剤、および高温ガス流浄化方法 - Google Patents
吸着剤製造方法、この方法で得られる吸着剤、および高温ガス流浄化方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
本発明は、製紙および再生用廃紙処理中に放出される残滓などの、カルシウムおよびカオリンを含む基材から製造される製品の使用方法に関する。
【０００２】
基材はフリーボードを設けた流動床炉で熱処理されることが国際公開公報ＷＯ９６／０６０５７によって知られている。流動床を７２０から８５０℃の間の温度で操作し、フリーボードの温度を８５０℃以下に保ち、それによって基材を実質的にメタカオリンを含む物質に変換させる。
【０００３】
本発明によると、高温ガス流から金属を除去する吸着剤としてこの物質を使用することが提案されている。本発明の範囲内では、高温ガス流には、除去される金属または金属化合物が蒸気として存在すると考えられる。
【０００４】
意外なほどに、カオリンや水酸化カルシウムなど数種の金属の除去を各々の実質的目的とする公知の吸着剤の混合物とは対照的に、本発明で得られる吸着剤は、例えば鉛やカドミウムやカドミウム存在下における鉛などの金属を効率よく除去するだけでなく、鉛存在下におけるカドミウムの除去にも効果を発揮する。周知のように、被浄化ガス流に２種以上の金属が存在する場合、それら金属の１種を対象とする従来技術の吸着剤の除去効率は一般的に悪影響を受ける。本発明で使用する吸着剤の場合はこれとは違う。さらに、本発明で使用する製品は、余り好ましくない孔拡散機構による除去よりもむしろ反応吸着機構を介して結合するため、十分機能を発揮することができる。吸着剤として作用するカオリンあるいは水酸化カルシウムの公知混合物とは対照的に、本発明で使用する製品は、塩素含有化合物が気流に存在する場合でも効果を発揮するようである。
【０００５】
本発明の結果は、フリーボードの温度が８００°Ｃ以下に保たれた時に特に効果的に達成される。フリーボードの温度が流動床の温度よりも低く保たれることが特に望ましい。
【０００６】
基材と一緒に０．５から２．０mmの範囲の径を有した砂粒を流動床に投入するのが効果的である。砂粒は熱移動を促進でき、流動床とフリーボードの温度を迅速に且つ正確に調整する。加えて、砂粒が吸着剤粒子の芯になるので、これら砂粒は、少なくとも０．５mm径の吸着剤粒子を得るのに有効な役割を果たす。これら比較的重い粒子は、実際は粉末状の吸着剤の副製品として流動床で形成されるが、非常に簡単なガス浄化の適用における吸着剤としての使用に適している。このような重い粒子は、複雑な投入・除去装置を必要とせず、全く容易に気流に導入され、使用後には除去される。
【０００７】
さらに別の態様として、本発明の吸着剤として使用される製品は、粒子の少なくとも８０％が少なくとも２μm径を有するように形成するのが好ましい。この径は、気流からの金属除去に使われた後の粉末状吸着剤が標準的集塵技術によって気流から除去されるのに十分な大きさであり、よってコストは低く押さえられる。
【０００８】
本発明の吸着剤は、少なくとも約２０質量％のメタカオリンを含有するのが望ましい。発明者の意見では、本発明の吸着剤の反応吸着性質はこの化合物によって促進される。
【０００９】
本発明の粉末状吸着剤の特徴として、メタカオリンから成る各粒子に見分け不可能に存在するものの中にミクロン単位のカルシウムから成る化合物もある。このことは、カルシウム、アルミニウムおよびシリコンの分析ができるＸ線分析装置（EDX）を装備した電子顕微鏡での測定によって判明した。この測定は、メタカオリン含有粒子のカルシウム化合物領域とメタカオリン領域とを識別できる人は誰もいないことを示した。この観点から、本発明の吸着剤の活性度については、塩素などの陰イオン存在下あるいは不存在下いずれかにおいて高温ガス流から異なった金属を同時抽出することによってこれら全ての金属の良好な除去効果がもたらされる、という点で公知吸着剤とは違うと考えられる。
【００１０】
カルシウム含有化合物、特に炭酸カルシウムおよび水酸化カルシウムは、吸着剤が高ガス温度（例えば、約１０００°Ｃ）で使われた時、このカルシウム化合物が分解して吸着粒子を崩壊させ、その結果、吸着剤の金属除去効果が増加する、という特長を有する。さらに、本発明の吸着剤は、使用後も保持される結合特性を有する一方、加えて、適用後の吸着剤の浸出特性が特に良好であることが判明し、建築業での再利用が可能な模様である。
【００１１】
本発明の吸着剤の注目すべき特性は、吸着剤を一般的なガス流浄化に使用した時にさらに明らかになる。次いで、吸着剤は、ガス流からの少なくとも部分的なSOxの除去、またガス流からの少なくとも部分的なダイオキシンの除去に特に適している。上記のように、吸着剤は陰イオンの除去にも効果的である。
【００１２】
本発明を、本発明の吸着剤を使ったいくつかの実施例と先行技術の構成の吸着剤とを基に、さらに明確に説明する。
【００１３】
例１
ガス流における種々の重金属および重金属混合物に対し、カオリン単独、水酸化カルシウム単独、水酸化カルシウムに混合させたカオリン、および本発明の吸着剤を使った浄化処理を行う。これら種々の吸着剤は、下記の活性を示した。
【００１４】
【表１】
さらに、従来技術の吸着剤とは対照的に、本発明の吸着剤は全ての金属に対し、浸出特性に良好な効果をもたらす、いわゆる反応吸着機構を示した。上記表Ａの吸着結果は繰り返されたが、ガスには塩素含有化合物も含まれていた。こうした条件下でも本発明の吸着剤は依然活性的であった。
【００１５】
例２
本発明の吸着剤を用いて、例えばSOxを形成できる陰イオンのような陰イオンをガス流から除去する。ガス流には、排ガスNm3 あたり４０００ｍｇのSOx(SO2として計算）が含まれていた。このガス流に、９０g/Nm3の本発明吸着剤が添加された。SOx吸着後の浄化済み排ガス中のSOx濃度は排ガスNm3あたり１０mg未満であった。このように除去効率は９９％以上の良さである。
【００１６】
SOxを負荷させた吸着剤は、前記化合物の浸出については他の媒体よりも優れた抵抗性を示す。下記の表Ｂは、本発明吸着剤を使用した時とポートランドセメント（OPC）を使った時との硫酸塩の浸出度比較結果を示す。このために、SOxを負荷させた本発明吸着剤に硫黄含有のフライアッシュを添加し、その後、硫酸塩の浸出度を測定する。比較のため、同量の硫黄含有フライアッシュを市販のポートランドセメントのサンプルに添加する。その後、回転パンにおいて両方のサンプルに水を加え、湿潤ペレットを形成して各々７日あるいは２８日間硬化させる。このようにして下記の硫酸塩浸出度結果が得られた。
【００１７】
【表２】
【００１８】
例３
ガス流からのダイオキシン摘出にも本発明吸収剤を使用する。このため、次のようにガス流を９０g/Nm3の本発明吸着剤に接触させた。すなわち、ガスを吸着剤に１０秒未満接触させ、その後、この吸着剤をバグハウスフィルターによってガス流から分離させる。投入されたダイオキシンの濃度は１．９０９ng/Nm3 であった。このうち、１．８６３ng/Nm3（すなわち９７％以上）が吸着剤によって抽出され、バグハウスフィルターに集められた。０．０３７ng/Nm3（約２％）がダストフィルターの後に残った吸着剤粒子に存在し、０．００９ng/Nm3 （すなわち０．５％未満）が吸着剤に抽出されずにガス流に依然存在した。
本発明は、製紙および再生用廃紙処理中に放出される残滓などの、カルシウムおよびカオリンを含む基材から製造される製品の使用方法に関する。
【０００２】
基材はフリーボードを設けた流動床炉で熱処理されることが国際公開公報ＷＯ９６／０６０５７によって知られている。流動床を７２０から８５０℃の間の温度で操作し、フリーボードの温度を８５０℃以下に保ち、それによって基材を実質的にメタカオリンを含む物質に変換させる。
【０００３】
本発明によると、高温ガス流から金属を除去する吸着剤としてこの物質を使用することが提案されている。本発明の範囲内では、高温ガス流には、除去される金属または金属化合物が蒸気として存在すると考えられる。
【０００４】
意外なほどに、カオリンや水酸化カルシウムなど数種の金属の除去を各々の実質的目的とする公知の吸着剤の混合物とは対照的に、本発明で得られる吸着剤は、例えば鉛やカドミウムやカドミウム存在下における鉛などの金属を効率よく除去するだけでなく、鉛存在下におけるカドミウムの除去にも効果を発揮する。周知のように、被浄化ガス流に２種以上の金属が存在する場合、それら金属の１種を対象とする従来技術の吸着剤の除去効率は一般的に悪影響を受ける。本発明で使用する吸着剤の場合はこれとは違う。さらに、本発明で使用する製品は、余り好ましくない孔拡散機構による除去よりもむしろ反応吸着機構を介して結合するため、十分機能を発揮することができる。吸着剤として作用するカオリンあるいは水酸化カルシウムの公知混合物とは対照的に、本発明で使用する製品は、塩素含有化合物が気流に存在する場合でも効果を発揮するようである。
【０００５】
本発明の結果は、フリーボードの温度が８００°Ｃ以下に保たれた時に特に効果的に達成される。フリーボードの温度が流動床の温度よりも低く保たれることが特に望ましい。
【０００６】
基材と一緒に０．５から２．０mmの範囲の径を有した砂粒を流動床に投入するのが効果的である。砂粒は熱移動を促進でき、流動床とフリーボードの温度を迅速に且つ正確に調整する。加えて、砂粒が吸着剤粒子の芯になるので、これら砂粒は、少なくとも０．５mm径の吸着剤粒子を得るのに有効な役割を果たす。これら比較的重い粒子は、実際は粉末状の吸着剤の副製品として流動床で形成されるが、非常に簡単なガス浄化の適用における吸着剤としての使用に適している。このような重い粒子は、複雑な投入・除去装置を必要とせず、全く容易に気流に導入され、使用後には除去される。
【０００７】
さらに別の態様として、本発明の吸着剤として使用される製品は、粒子の少なくとも８０％が少なくとも２μm径を有するように形成するのが好ましい。この径は、気流からの金属除去に使われた後の粉末状吸着剤が標準的集塵技術によって気流から除去されるのに十分な大きさであり、よってコストは低く押さえられる。
【０００８】
本発明の吸着剤は、少なくとも約２０質量％のメタカオリンを含有するのが望ましい。発明者の意見では、本発明の吸着剤の反応吸着性質はこの化合物によって促進される。
【０００９】
本発明の粉末状吸着剤の特徴として、メタカオリンから成る各粒子に見分け不可能に存在するものの中にミクロン単位のカルシウムから成る化合物もある。このことは、カルシウム、アルミニウムおよびシリコンの分析ができるＸ線分析装置（EDX）を装備した電子顕微鏡での測定によって判明した。この測定は、メタカオリン含有粒子のカルシウム化合物領域とメタカオリン領域とを識別できる人は誰もいないことを示した。この観点から、本発明の吸着剤の活性度については、塩素などの陰イオン存在下あるいは不存在下いずれかにおいて高温ガス流から異なった金属を同時抽出することによってこれら全ての金属の良好な除去効果がもたらされる、という点で公知吸着剤とは違うと考えられる。
【００１０】
カルシウム含有化合物、特に炭酸カルシウムおよび水酸化カルシウムは、吸着剤が高ガス温度（例えば、約１０００°Ｃ）で使われた時、このカルシウム化合物が分解して吸着粒子を崩壊させ、その結果、吸着剤の金属除去効果が増加する、という特長を有する。さらに、本発明の吸着剤は、使用後も保持される結合特性を有する一方、加えて、適用後の吸着剤の浸出特性が特に良好であることが判明し、建築業での再利用が可能な模様である。
【００１１】
本発明の吸着剤の注目すべき特性は、吸着剤を一般的なガス流浄化に使用した時にさらに明らかになる。次いで、吸着剤は、ガス流からの少なくとも部分的なSOxの除去、またガス流からの少なくとも部分的なダイオキシンの除去に特に適している。上記のように、吸着剤は陰イオンの除去にも効果的である。
【００１２】
本発明を、本発明の吸着剤を使ったいくつかの実施例と先行技術の構成の吸着剤とを基に、さらに明確に説明する。
【００１３】
例１
ガス流における種々の重金属および重金属混合物に対し、カオリン単独、水酸化カルシウム単独、水酸化カルシウムに混合させたカオリン、および本発明の吸着剤を使った浄化処理を行う。これら種々の吸着剤は、下記の活性を示した。
【００１４】
【表１】
【００１５】
例２
本発明の吸着剤を用いて、例えばSOxを形成できる陰イオンのような陰イオンをガス流から除去する。ガス流には、排ガスNm3 あたり４０００ｍｇのSOx(SO2として計算）が含まれていた。このガス流に、９０g/Nm3の本発明吸着剤が添加された。SOx吸着後の浄化済み排ガス中のSOx濃度は排ガスNm3あたり１０mg未満であった。このように除去効率は９９％以上の良さである。
【００１６】
SOxを負荷させた吸着剤は、前記化合物の浸出については他の媒体よりも優れた抵抗性を示す。下記の表Ｂは、本発明吸着剤を使用した時とポートランドセメント（OPC）を使った時との硫酸塩の浸出度比較結果を示す。このために、SOxを負荷させた本発明吸着剤に硫黄含有のフライアッシュを添加し、その後、硫酸塩の浸出度を測定する。比較のため、同量の硫黄含有フライアッシュを市販のポートランドセメントのサンプルに添加する。その後、回転パンにおいて両方のサンプルに水を加え、湿潤ペレットを形成して各々７日あるいは２８日間硬化させる。このようにして下記の硫酸塩浸出度結果が得られた。
【００１７】
【表２】
例３
ガス流からのダイオキシン摘出にも本発明吸収剤を使用する。このため、次のようにガス流を９０g/Nm3の本発明吸着剤に接触させた。すなわち、ガスを吸着剤に１０秒未満接触させ、その後、この吸着剤をバグハウスフィルターによってガス流から分離させる。投入されたダイオキシンの濃度は１．９０９ng/Nm3 であった。このうち、１．８６３ng/Nm3（すなわち９７％以上）が吸着剤によって抽出され、バグハウスフィルターに集められた。０．０３７ng/Nm3（約２％）がダストフィルターの後に残った吸着剤粒子に存在し、０．００９ng/Nm3 （すなわち０．５％未満）が吸着剤に抽出されずにガス流に依然存在した。
Claims (6)
- カルシウムおよびカオリンから成る基材から製造される製品の使用方法であって、
前記基材を上方にフリーボードを設けた流動床で熱処理するに際し、流動床を７２０から８５０°Ｃの範囲の温度で稼働させ、且つフリーボードにおける温度を８５０°Ｃ以下に保持することによって、基材を実質的にメタカオリンから成る物質に変換させ、
前記物質を高温ガス流から金属を除去する吸着剤として使用することを特徴とする使用方法。 - 前記金属は、鉛およびカドミウムを含む金属であることを特徴とする請求項１記載の使用方法。
- フリーボードの温度を８００°Ｃ以下に保持することを特徴とする請求項１または２に記載の使用方法。
- フリーボードの温度を流動床の温度よりも低く保つことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の使用方法。
- 基材とともに０．５−２．０mm範囲の径の砂粒を流動床に投入することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の使用方法。
- 前記カオリンから成る基材は、紙、あるいは製紙および再生用廃紙処理の間に排出される残滓であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の使用方法。
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