JP4515903B2 - ガス中水銀の測定装置の自動洗浄 - Google Patents

Description

本発明は、化石燃料燃焼施設、廃棄物焼却施設、化学プロセスなどの化学プラントで排出される各種排ガス中に含まれる水銀の測定装置に関し、詳しくはガス中水銀の測定装置の自動洗浄に関する。

従来、化石燃料燃焼施設、廃棄物焼却施設、化学プロセスなどの化学プラントで排出される各種排ガス中に含まれる水銀は、主に金属水銀である０価水銀（Ｈｇ^０）と２価水銀（Ｈｇ^２＋）の２つの化学形態で存在する。このうち、金属水銀は、水などに溶けにくく、大気中に拡散するので、大気汚染の原因となる。一方、２価水銀は水などに溶けやすいので、水質や土壌汚染の原因となる。このように、排ガス中に含まれる金属水銀と２価水銀は、いずれも環境に与える悪影響が大きいので、前記施設や化学プラントにおける排ガスの煙道（パイプ）の側壁などにガス中水銀の測定装置が付けられ、常時、排ガス中の水銀量の測定が行われている。

前記ガス中水銀の測定装置は、煙道と並列に接続されるガス導入通路を備え、このガス導入通路には、煙道側から下流にかけて順に、ガス中の２価水銀（Ｈｇ^２＋）を０価水銀である金属水銀（Ｈｇ^０）に還元する還元触媒が充填された還元管（還元用カラム）と、ガス中に含まれている水分を除くための気液分離管、ドレインポンプを備えた除湿器、亜硫酸ガスなどの妨害成分を除去する妨害成分除去カラム、前記還元用カラムを通過した金属水銀（Ｈｇ^０）の濃度を測定する水銀測定器などが接続されている。前記還元管は、還元された金属水銀（Ｈｇ^０）と元々ガス中に含まれる金属水銀（Ｈｇ^０）を通過させる。この測定装置によれば、ガス中に含まれてそのままの状態では測定できなかった２価水銀（Ｈｇ^２＋）を測定可能な金属水銀（Ｈｇ^０）に還元することで、排ガス中の総水銀量を測定できる（例えば特許文献１参照）。
特願２００３―１４８８０８号

ところが、前記測定装置の場合、還元触媒が充填された還元管の周囲は触媒の働きを促進する目的で、通常、ヒータのような加熱器で囲われて加温状態にあるため、煤のような汚れが比較的付着しにくいが、還元管の上部および中央部に比べて温度が下がる還元管の出口や気液分離管内では汚れが付着しやすくなる。このような還元管の出口や気液分離管内に付着した汚れをそのままに放置しておくと、その汚れが付着した部分に水銀が吸着し、この水銀の吸着分が誤差となって、ガス中水銀量を測定する測定器の感度低下を来たし、測定装置の信頼性が低くなる。

そこで、本発明の目的は、汚れの付着しやすい還元管の出口や気液分離管内を自動的に洗浄することで測定器の感度低下を来たさず、信頼性の高いガス中水銀の測定装置を提供することにある。

前記した目的を達成するために、本発明に係るガス中水銀の測定装置は、ガス中の２価水銀を０価水銀（金属水銀）に還元する還元管と、前記還元管を通ったガスから液体成分を除去して、ドレインパイプから前記液体成分を外部へ排出する気液分離管と、前記気液分離管から導出されたガス中の水銀量を測定する測定器と、洗浄水を前記還元管の出口から気液分離管を通過させて前記ドレインパイプを通して気液分離管の外部へと流出させる洗浄系統とを備えている。

この構成によれば、汚れが付着しやすいため、水銀が吸着して測定誤差の原因となっていた還元管の出口から気液分離管に至る部分を、洗浄系統による洗浄水で洗浄できるので、付着した汚れを取り除いて洗浄水と共に気液分離管の外部へと流出させることができる。このように、還元管の出口から気液分離管に至る部分に汚れが恒常的に付着するということがないため、汚れ部分への水銀の吸着に起因する測定誤差がなくなって、ガス中水銀の測定装置の信頼性が向上し、長期に安定した測定結果が得られる。しかも、この測定装置は、既存のガス中水銀の測定装置に対し、洗浄系統およびこれに付帯するポンプを追加するという簡単な構成であるため、製造が容易である。

本発明の好ましい実施形態では、前記洗浄系統は、洗浄水を前記気液分離管に供給する供給ポンプと、気液分離管から液体成分を導出する導出ポンプとを有する。

この構成によれば、気液分離管に供給される洗浄水が供給ポンプによって所定のポンプ圧で送り込まれ、高圧洗浄が行われるので、還元管の出口から気液分離管に至る部分に付着した汚れを強制的に取り除くことができる。一方、気液分離管に供給されて取り除いた汚れ分を含む洗浄水は導出ポンプによって円滑に導出される。

本発明の好ましい実施形態では、前記洗浄系統は、間欠的に作動させるコントローラを有している。

この構成によれば、コントローラの設定により洗浄系統を間欠的に作動させるようになっているので、汚れの付着具合に対応して作動時間や作動タイミングなど、適切な作動を行わせることができ、付着した汚れを効率的に取り除くことができる。

本発明の好ましい実施形態では、さらに、前記還元管の加熱器と、前記気液分離管からのガスを冷却して除湿する冷却ユニットとを備えている。

この構成によれば、還元管が加熱器で加熱されることで、内部の還元触媒が温められて活性が維持される。さらに、気液分離管からのガスは冷却ユニットにて冷却され、かつ除湿されるから、ガスの高温状態および水分が後段の測定器に障害とならないので、水銀（金属水銀）量を高精度で測定することができる。

本発明に係るガス中水銀の測定装置によれば、還元管の出口から気液分離管に至る部分は洗浄によって汚れが取り除かれ、測定誤差の原因となる前記部分への水銀の吸着がなくなるので、ガス中水銀の測定装置の信頼性が向上し、長期に安定した測定結果が得られる。しかも、この測定装置は、既存のガス中水銀の測定装置に対し、洗浄系統およびこれに付帯するポンプを追加するだけでよいから、製造が容易である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るガス中水銀の測定装置を示す系統図である。同図の測定装置は、例えば化学プラントにおける排ガスの煙道（パイプ）２０の側壁に設けられて使用される。同図に示すように、煙道２０の側壁にガス導入通路１が接続され、このガス導入通路１に、前記煙道２０側から下流にかけて順に、ガスＧ中に含まれる塵埃を取り除くダストフィルタ２、ガスＧ中の２価水銀（Ｈｇ^２＋）を金属水銀（Ｈｇ^０）に還元する還元触媒３０が充填された還元管３、および還元管３を通ったガスから液体成分（ドレイン）を除去する気液分離管４が接続されている。気液分離管４には、液体成分を導出する導出ポンプ（例えばペリスタポンプ）Ｐ１が接続されている。

前記気液分離管４の下流側には冷却ユニット５が接続され、この冷却ユニット５にはさらにガスＧ中の水銀量（金属水銀（Ｈｇ^０）として）を測定する水銀測定器６、前記煙道２０からガス導入通路１内にガスＧを導入させるための吸引ポンプＰ３、この吸引ポンプＰ３によるガスＧの流量を設定するコントローラ７、前記水銀測定器６による測定値を表示するモニタ８が順に接続されている。冷却ユニット５にはドレインを導出する導出ポンプＰ２が接続されている。

ここで、前記還元管３に充填される還元触媒３０としては、２価水銀（Ｈｇ^２＋）の還元能力に優れた、例えば塩化スズ（ＳｎＣＩ_２）などを好適に用いることができる。また、前記ダストフィルタ２および還元管３はヒータのような加熱器９の内部に収納され、図示しない制御装置によって所定温度となるようにコントロールされている。これにより、還元触媒３０の活性が維持される。

前記気液分離管４は耐熱ガラス（例えばパイレックス（登録商標）ガラス；商品名）で形成されており、図２および図３に示すような具体的構造を有している。図２は気液分離管の平面図、図３は正面図である。図３に示すように、その上部に、還元管３の出口に接続されて前記還元管３からのガスＧを気液分離管４内に導き入れる導入部４１と、冷却ユニット５に接続されて気液分離管４からのガスＧを前記冷却ユニット５内に導き出す導出部４２とが設けられている。気液分離管４の内部はガス透過性材料よりなるしきり板４３で左右２つのチャンバ４４ａ，４４ｂに区分され、前記しきり板４３の下部に設けられた小孔４５を介して前記チャンバ４４ａ，４４ｂが連通している。破線Ｈで示す、気液分離管４の底部からの所定の高さ位置に、ドレインパイプ４６が設けられており、気液分離管４で分離されたドレインが破線Ｈで示す高さを超えるまで溜まったとき、ドレインパイプ４６からドレインが外部に排出される。

以上のように構成される測定装置に対し、図１に示すように、還元管３の出口および気液分離管４を洗浄するための洗浄系統１０が付加されている。すなわち、この洗浄系統１０は、洗浄水を貯留した貯留タンク１２、貯留タンク１２の洗浄水を還元管３の還元触媒３０と気液分離管４との間で還元管３の出口の上流側に供給する水供給通路１３、水供給通路１３に設けた供給ポンプ（例えばペリスタポンプ）Ｐ４、および供給ポンプＰ４を制御するコントローラ１４を備えている。前記供給ポンプＰ４は、コントローラ１４によって間欠的に作動するように制御され、還元管３の出口から、つまり、還元触媒３０の下流側通路から、気液分離管４に至る部分に対して、洗浄水を、例えば１時間ごとに５分間だけ所定水圧で流して高圧洗浄する。これにより、前記還元管３の出口から気液分離管４に至る部分に付着する煤のような汚れが強制的に取り除かれる。洗浄後の汚れを含んだ洗浄水は、導出ポンプＰ１の駆動により気液分離管４のドレインパイプ４６から外部に排出される。

次に、前記構成の装置による水銀測定動作および自動洗浄について説明する。以下の一連の動作は図示しない装置全体の制御装置の制御により行われる。まず、コントローラ７により吸引ポンプＰ３を駆動させると、煙道２０からガス導入通路１内にガスＧが所定流量で導入されてサンプリングされる。前記ガス導入通路１内に導入されたガスＧは、ダストフィルタ２を通過することにより塵埃が取り除かれ、還元管３内を通過する。このとき、ガスＧ中の２価水銀（Ｈｇ^２＋）は還元管３に充填された還元触媒３０によって金属水銀（Ｈｇ^０）に還元され、還元された金属水銀（Ｈｇ^０）と元々ガスＧ中に存在する金属水銀（Ｈｇ^０）とを含むガスＧが、気液分離管４に導かれる。気液分離管４では、前記ガスＧに含まれる液体成分（ドレイン）が除去されると共に、ドレインに溶け込んでいる少量の２価水銀（Ｈｇ^２＋）が気化されてその還元が促進される。気液分離管４で除去されたドレインは、図３に示す気液分離管４のドレインパイプ４６の高さ位置Ｈを超えてオーバーフローしたとき、図１の導出ポンプＰ１によって外部に排出される。

この後、気液分離管４を経由したガスＧは冷却ユニット５に送られ、ここで冷却および除湿によって生じたドレインは導出ポンプＰ２により外部に放出される。このようにして冷却除湿されて水銀測定に適した温度にまで降温したガスＧは、水銀測定器６に送られ、金属水銀（Ｈｇ^０）の濃度が連続的に測定され、その測定値がモニタ８にリアルタイムで表示される。前記気液分離管４は逆流防止構造を備えている。すなわち、煙通２０は一般に負圧（大気圧よりも低圧）なので、測定を終了または中断するときに、吸引ポンプＰ３を停止すると、測定系統内でドレインおよびガスＧが逆流しようとするが、前記気液分離管４は、前述したように、図３に示す気液分離管４内部の２つのチャンバ４４ａ，４４ｂが下部の小孔４５でのみ連通しているので、気液分離管４内のドレインの逆流が抑制される結果、測定系統内での逆流が防止される。

この測定装置により水銀測定を継続すると、前記還元管３の出口および気液分離管４内に汚れが経時的に付着していくので、前記測定装置を一定時間稼動させる毎に、コントローラ１１の指令により、洗浄系統１０を間欠的に（例えば5分／１時間）作動させる。吸引ポンプＰ３の作動を維持したままで、洗浄系統１０を作動させると、貯留タンク１２から洗浄水が一定時間継続して還元管３の出口の管３ｂを経由して導入部４１から気液分離管４内に所定水圧で流れ込み、前記還元管３の出口から気液分離管４に至る部分が洗浄水によって自動的に高圧洗浄される。この高圧洗浄により、前記還元触媒３０の下流側通路となる還元管３の出口および気液分離管４内に付着していた煤のような汚れは取り除かれて洗い流され、気液分離管４のドレインパイプ４６から導出ポンプＰ１により外部に排出される。

このように、本発明の実施形態に係るガス中水銀の測定装置によれば、汚れが付着しやすいために、水銀が吸着して測定誤差の原因となっていた還元管の出口から気液分離管に至る部分を、洗浄系統による洗浄水で高圧で自動洗浄して汚れを取り除くことができる。したがって、還元管３の出口から気液分離管４に至る部分に汚れが恒常的に付着するということがないため、汚れ部分への水銀の吸着に起因する測定誤差をなくすることができ、ガス中水銀の測定装置の信頼性が向上し、長期に安定した測定結果が得られる。また、この測定装置は、既存のガス中水銀の測定装置に対し、洗浄系統１０およびこれに付帯するポンプＰ１，Ｐ４を追加するという簡単な構成であるため、製造が容易である。さらに、洗浄系統１０は、導入するガスＧの種類によって異なる還元管３の出口から気液分離管４に至る部分に付着する汚れ具合に対応して、コントローラ１４の作動時間や作動タイミングなど、適切な作動を行わせることができ、付着した汚れを効率的に取り除くことができる。また、前記洗浄系統１０は、間欠的に短時間作動させるだけで済むから、測定装置による測定になんらの支障を与えない。

本発明の一実施形態に係るガス中水銀の測定装置を示す系統図である。 本発明の一実施形態に係るガス中水銀の測定装置で用いられる気液分離器の平面図である。 同気液分離器の正面図である。

符号の説明

１ ガス導入通路
３ 還元管
４ 気液分離管
５ 冷却ユニット
６ 水銀測定器
１０ 洗浄系統
１４ コントローラ
Ｐ１ 導出ポンプ
Ｐ４ 供給ポンプ

Claims (4)

1. ガス中の２価水銀を０価水銀に還元する還元管と、
   前記還元管を通ったガスから液体成分を除去して、ドレインパイプから前記液体成分を外部へ排出する気液分離管と、
   前記気液分離管から導出されたガス中の水銀量を測定する測定器と、
   洗浄水を前記還元管の出口から気液分離管を通過させて前記ドレインパイプを通して気液分離管の外部へと流出させる洗浄系統と、
   を備えたガス中水銀の測定装置。
2. 請求項１において、前記洗浄系統は、洗浄水を前記気液分離管に供給する供給ポンプと、気液分離管から液体成分を導出する導出ポンプとを有するガス中水銀の測定装置。
3. 請求項１又は２において、前記洗浄系統は、間欠的に作動させるコントローラを有しているガス中水銀の測定装置。
4. 請求項１，２又は３において、さらに、前記還元管を加熱する加熱器と、前記気液分離管からのガスを冷却して除湿する冷却ユニットとを備えたガス中水銀の測定装置。

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