JP4552474B2

JP4552474B2 - 排ガス処理装置

Info

Publication number: JP4552474B2
Application number: JP2004085918A
Authority: JP
Inventors: 真哉加藤; 健橋本
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2024-03-24
Also published as: JP2005270749A

Description

本発明は、ＳＯ_X等を含有する排ガスを処理するのための排ガス処理装置に関する。

各種のボイラー排ガス、ゴミ等の焼却炉排ガス、製鉄所の焼結機から発生する排ガス等、多くの排ガスには、ダスト、硫黄酸化物（ＳＯ_X）、窒素酸化物（ＮＯ_X）、重金属、ダイオキシン類等の有害物質が含まれている。これらの排ガスの処理方法として、粒状の炭素質吸着材を充填した充填層に排ガスを導入して、排ガスを吸着材と接触させることにより有害物質を除去し、使用した炭素質吸着材を加熱再生して循環使用する、充填層による吸着技術が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）。

充填層による吸着技術では、活性炭または活性コークス等の炭素質吸着材を上方から下方へ移動させるように充填した移動床反応器等で充填層を形成し、排ガスが充填層を通過する際に充填層に有害物質を吸着させる。この方法では、例えば排ガス中のＳＯ_Xは炭素質吸着材上に硫酸として吸着され、除去される。ダイオキシンについては、炭素質吸着剤に吸着される以外に、粒子状のものはダストとしても除去される。

排ガスとの接触によって炭素質吸着材には硫酸等が次第に蓄積され、炭素質吸着材の脱硫活性、脱硝活性が時間と共に低下するので、炭素質吸着材を再生する必要がある。このような活性が一時的に低下した炭素質吸着材は、例えば移動床型の再生器の頂部に搬送され、供給バルブを通して再生器の内部に供給される。再生器の中で下部に移動する過程で加熱され再生される。炭素質吸着材は酸素によって酸化消耗するので、再生処理は酸素のない不活性ガス雰囲気で行われる。

この再生処理において、炭素質吸着材に吸着されていた硫酸等の分解によって多量のＳＯ₂、Ｎ₂、ＣＯ₂及びＨ₂Ｏが発生するので、再生器中は必然的に不活性ガス雰囲気となるが、炭素質吸着材表面の吸着物質を迅速に脱着させるためにキャリアガスとして不活性ガスを積極的に供給することもある。このようにして加熱再生された炭素質吸着材は冷却され、再生器の底部より排出され、再び移動床反応器等の頂部へ供給されて、再利用される。

上記のように炭素質吸着材の循環利用を行うと、吸着剤の一部が次第に粉化する。粉化した吸着剤は充填層での再利用が困難であり、粉化した吸着剤は再生後に、ふるい分け等により分離して、焼却炉などの排ガス発生設備に戻され、焼却廃棄される。篩い分けの際には同時に吸着されたダストも除去されるが、排ガス中のダストは排ガスを充填層に導入する前に、電気集塵機等を用いて事前にある程度取り除いておくことが望ましい。

以上のようにして充填層による吸着技術を用いて排ガス処理を行えば、炭素質吸着材を繰り返し利用して効率的に排ガス処理を行うことができる。
特開２００３−５３１３５号公報特開２０００−２３３１１２号公報特開平８−１３１７７７号公報

しかし、炭素質吸着材を循環利用して排ガス処理を行う際には、充填層の通気抵抗が次第に上昇するという問題がある。炭素質吸着材を上方から下方へ移動させるように充填した移動床反応器等で充填層を形成する吸着塔では、炭素質吸着材が降下しながらダストの捕集を行うため、炭素質吸着材の排出側である吸着塔の下部ほど炭素質吸着材が胆持するダスト量が多くなり、通気抵抗が高くなる傾向にある。通気抵抗の高い部分では処理する排ガスが流れ難く、吸着塔下部での排ガス処理量は減少し、吸着塔の上部である炭素質吸着材の供給側に偏って排ガス処理が行われるようになる。さらに吸着塔下部の通気抵抗が増加して、装置の耐圧限界を超えてしまう事態が発生すると、排ガス処理を一時的に停止して、炭素質吸着材のみを循環させて再生器で再生させるクリーニング作業を行う必要が生じ、装置の稼動率が低下する。また、装置の耐圧限界に至らない場合でも、吸着塔全体の炭素質吸着材を利用して排ガス処理が行われないため、脱硫効率、脱ダイオキシン効率、脱硝効率、脱塵効率が低下して、排ガス処理が充分に行えない場合がある。

以上のような吸着塔の通気抵抗に高さ方向の不均一が発生する問題は、特許文献１〜３等に記載の従来技術では対応できない。

したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、炭素質吸着材を循環利用して、炭素質吸着材で形成する充填層により排ガス処理を行う際に、充填層の通気抵抗の高さ方向の不均一を解消して、排ガス処理の処理効率を向上させて、装置稼動率も向上可能な排ガス処理装置を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）排ガス中の有害物質除去用吸着材を充填した移動層式の吸着塔と、有害物質の除去性能が低下した前記吸着材を再生処理する再生装置と、前記吸着塔から前記再生装置へ有害物質の除去能力が低下した前記吸着材を送る第一の輸送手段と、再生した前記吸着材を前記再生装置から前記吸着塔へ送る第二の輸送手段とを備える排ガス処理装置において、前記吸着塔は、少なくとも排ガス通過方向に垂直な一方の側面が傾斜して設置され、排ガスの通過方向に平行な面での垂直断面が台形となる、有害物質除去用吸着材を充填した移動層式の吸着塔であって、該吸着塔の水平断面が角型であり、水平断面積が、上部から下部へと連続的に小さくなるように設定され、前記吸着塔の前記排ガス通過方向の最大長さであるガス流れ方向長さが、上部から下部へと連続的に小さくなるようにして排ガスを通過させていることを特徴とする排ガス処理装置。

本発明によれば、吸着材で形成する充填層の通気抵抗が均一化するので、排ガス処理の処理効率が向上し、装置稼動率も向上して、操業を安定して行うことができる。このため排ガス処理のコストも低下する。

本発明で用いる吸着材としては、排ガス中の有害物質を吸着しかつ再生装置で再生できる固形物であれば特に限定されるものではないが、炭素質吸着材を用いることが一般的である。そこで以下は、炭素質吸着材を用いた場合について本発明の排ガス処理装置を図面を用いて説明する。

図１に本発明の一実施形態である排ガス処理装置全体の概略図を示す。図１において、１は有害物質除去用の炭素質吸着材を充填した移動層式の吸着塔、２は有害物質の除去性能が低下した吸着材を再生処理する再生装置である再生塔、３は吸着塔から再生装置へ有害物質の除去能力が低下した吸着材を送る輸送手段、４は再生した吸着材を再生塔から吸着塔へ送る輸送手段である。また、５は炭素質吸着材のホッパ、６は炭素質吸着材の貯蔵槽、７はブースタ、８は煙突、９は炭素質吸着材スクリーン、１０は炭素質吸着材粉用ホッパである。

図１の排ガス処理装置において、吸着塔１の排ガス通過方向の最大長さであるガス流れ方向長さが、上部１ａから下部１ｂへと連続的に小さくなるように設定されている。すなわち、吸着塔１の水平断面積は、従来は高さ方向で均一であり、排ガスが通過する距離は吸着塔１の上部１ａにおいても下部１ｂにおいても同じであったが、本発明では排ガス処理の操業中に通気抵抗の上昇の少ない吸着塔上部（炭素質吸着材の供給側）１ａの排ガス通過距離を長くして、通気抵抗が上昇する吸着塔下部（炭素質吸着材の排出側）１ｂの排ガス通過距離を短くする。これにより、吸着塔１の高さ方向での通気抵抗が均一化する。また、ガス流れ方向長さを上部から下部へと連続的に小さくすると同時に、吸着塔の水平断面積を上部から下部へと連続的に小さくすることで、吸着塔１の炭素質吸着材の排出側の断面積を炭素質吸着材の供給側の断面積よりも小さくして、炭素質吸着材の吸着塔１内を降下する速度が供給側よりも排出側で速くすることができるので、排ガス処理効率の低下した炭素質吸着材が速やかに排出されて、吸着塔１内の通気抵抗の上昇が従来よりも抑制される。尚、ガス流れ方向長さを上部から下部へと連続的に小さくする、吸着塔の水平断面積を上部から下部へと連続的に小さくするとは、実質的に長さや断面積が連続して変化するものであればよく、一部について同じ長さや同じ面積を有する場合も含むものとする。

吸着塔の排ガス通過方向の最大長さであるガス流れ方向長さとは、吸着塔の水平断面における排ガス通過方向の最大長さであり、例えば、図２（ａ）〜（ｃ）に示す長さＢに対応する。図２は吸着塔１の水平断面の概略図である。また、吸着塔の水平断面積とは、排ガス処理に有効な部分の水平断面積であり、炭素質吸着材の充填層部分にあたる面積である。

吸着塔１の排ガス通過部分は、図３に示すように排ガスＡの通過方向に平行な面での垂直断面が台形となるような形状のものを設置することが好ましい。すなわち、少なくとも吸着塔のガス通過方向に垂直な一方の側面が傾斜して設置され、吸着塔の下部ほどガス流れ方向長さが小さくなるようにしたものである。吸着塔の一部分についてのみ高さ方向でガス流れ方向長さが同じ部分を有するものでも一定の効果を有する。吸着塔１の水平断面において、排ガスＡの通過方向に垂直方向の長さは上部から下部まで一定とする。吸着塔１の水平断面において、排ガスＡの通過方向に垂直方向の長さを上部から下部に連続的に小さくすることも可能である。

本発明の排ガス処理装置を用いて製鉄所の焼結機から発生する排ガスを処理する場合について説明する。

焼結機から発生した排ガスＡは、ブースター７により吸引されて電気集塵機により主なダストを除去した後に、吸着塔１に導入される。吸着塔１内には炭素質吸着材が充填されて充填層を形成しており、吸着塔上部１ａから炭素質吸着材を装入して、下部１ｂから切り出すことで、吸着塔１内に吸着塔上部１ａから下部１ｂへの吸着材の移動床を形成する。炭素質吸着材としては、活性コークス（活性炭）を用いている。図１に示すように、この充填層に対して水平方向に排ガスを通過させることで、排ガスと炭素質吸着材とを接触させて、排ガス中のダストや有害物質（ＳＯ_x、ＮＯ_x、ダイオキシン、ダスト等）を炭素質吸着材に吸着させる。炭素質吸着材は充填層内を上部１ａから下部１ｂへと移動しているので、炭素質吸着材のダストや有害物質の吸着量は吸着塔の下部ほど高くなるが、吸着塔１が下部ほど水平断面積が小さく、排ガス通過距離が短くなるように設計されているので、通気抵抗は吸着塔１の高さ方向でほぼ一定であり、高さ方向で一定の割合で増加していく。

吸着塔１から切り出された炭素質吸着材は、吸着塔から輸送手段３により再生装置である再生塔２に送られて熱風等を用いて加熱され、冷却後にスクリーン９を用いて所定の粒度以下の微細粒を除去して、十分に活性を有する状態に再生されて、輸送手段４により再生塔２から吸着塔１へ送られて、再び吸収塔１に装入される。所定の粒度以下の微細粒としてスクリーン９で除去されるのは、主にダストと粉化した炭素質吸着材である。炭素質吸着材の不足分は、炭素質吸着材ホッパ５および炭素質吸着材貯蔵槽６より補充される。

吸着塔の通気抵抗は高さ方向でほぼ均一であり、部分的に通気抵抗の高い部分が発生して排ガス処理効率を低下させることがなく、有害物質が効果的に除去されて、従来の排ガス処理装置を用いる場合よりも排ガス処理コストが低下する。炭素質吸着材を循環利用した排ガス処理を効率的に行うことができる。

図１に示した物と同様の排ガス処理装置を用いて、焼結機から発生する排ガスの処理を行った。炭素質吸着材として、活性コークスを用い、１００００００Ｎｍ³／ｈの排ガスから、脱ダイオキシン、脱硫処理を行い、吸着塔の通気抵抗を測定した。

吸着塔内の通気抵抗は、充填層に対して排ガスの入り側と出側の圧力差△Pを測定し、充填層内の排ガス流量ｖを測定して、通気抵抗指数ｋとして、エルガン（Ｅｒｇｕｎ）式から求められるｋ＝△Ｐ／ｖ^1.6の式を用いて計算した。排ガス流量は、排ガスが充填層を通過する流速を測定して、充填層の排ガス通過面積と流速との積として求めた。流速の測定は、充填層内に流量計を設置して行った。流量計としては、羽根車式流量計を用いた。通気抵抗は吸着塔上部、中部、下部において大きな差はなかった。

比較例として、吸着塔の水平断面積が高さ方向で均一な従来の排ガス処理装置を用いて同様に排ガスを処理した。２週間の操業後、吸着塔内の通気抵抗は、下部１に対して上部で約０．７であり、高さ方向で不均一であった。

本発明の一実施形態である排ガス処理装置全体の概略図。吸着塔の水平断面の概略図。吸着塔の排ガスの通過方向に平行な面での垂直断面の概略図。

符号の説明

１吸着塔
１ａ吸着塔上部
１ｂ吸着塔下部
２再生塔
３吸着塔から再生装置への輸送手段
４再生塔から吸着塔への輸送手段
５炭素質吸着材のホッパ
６炭素質吸着材の貯蔵槽
７ブースタ
８煙突
９炭素質吸着材スクリーン
１０炭素質吸着材粉用ホッパ
Ａ排ガス
Ｂ排ガス通過方向の最大長さ

Claims

排ガス中の有害物質除去用吸着材を充填した移動層式の吸着塔と、有害物質の除去性能が低下した前記吸着材を再生処理する再生装置と、前記吸着塔から前記再生装置へ有害物質の除去能力が低下した前記吸着材を送る第一の輸送手段と、再生した前記吸着材を前記再生装置から前記吸着塔へ送る第二の輸送手段とを備える排ガス処理装置において、前記吸着塔は、少なくとも排ガス通過方向に垂直な一方の側面が傾斜して設置され、排ガスの通過方向に平行な面での垂直断面が台形となる、有害物質除去用吸着材を充填した移動層式の吸着塔であって、該吸着塔の水平断面が角型であり、水平断面積が、上部から下部へと連続的に小さくなるように設定され、前記吸着塔の前記排ガス通過方向の最大長さであるガス流れ方向長さが、上部から下部へと連続的に小さくなるようにして排ガスを通過させていることを特徴とする排ガス処理装置。