JP4604532B2

JP4604532B2 - 排ガス処理方法及び処理装置

Info

Publication number: JP4604532B2
Application number: JP2004085919A
Authority: JP
Inventors: 健橋本; 真哉加藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2024-03-24
Also published as: JP2005270750A

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処理方法及び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。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。

炭素質吸着材を繰り返し利用するうちに、篩い分け時に分離しきれずに、炭素質吸着材に付着したままとなるダストの量が増加し、また、活性炭が次第に摩耗して粒径が小さくなるために、充填層の通気抵抗は増大していく。充填層の一部の通気抵抗が増大すると、通気抵抗の低い部分に排ガスが流れ、その部分の流速が上がり、有害物質の除去率が低下し、処理効率が低下する。全体として充填層の通気抵抗が上昇すると、充填層への排ガス導入が困難となり、排ガス処理操業を行うことが困難となる。通気抵抗の上昇には、例えば、炭素質吸着材の充填層における滞在時間を短くして循環量を上げることで、すなわち炭素質吸着材の充填層通過時間を再生時間に対して相対的に短くしてダストの回収率を上げることで、一時的に通気抵抗の上昇の程度を抑えることが可能である。しかし、最終的には排ガス処理を停止して、炭素質吸着材の再生処理のみを行うことになる。

一方で、通気抵抗の増加を予測できれば、各種の操業条件を長期的に調整する方法で、充填層の通気抵抗が増加する程度を調整することが可能であり、例えば、排ガス発生設備の停止時期に合わせて炭素質吸着材の再生処理を行うことも可能であり、実操業上望ましい。しかし、通気抵抗が増加してから炭素質吸着材の循環量を変更する方法では、排ガス処理設備を安定して操業することは困難である。充填層の通気抵抗が経時的に増加していく問題は、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、吸着材を循環利用して、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増加を予測して、通気抵抗を所定の範囲に維持して目詰まりを防止し、排ガス処理の安定操業を可能とする排ガス処理方法及び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）循環して移動する吸着材で形成された充填層に排ガスを通過させることで前記排ガス中の有害物質を前記吸着材に吸着させて除去する排ガス処理方法であって、前記充填層の通気抵抗を、充填層の排ガスの入り側と出側の圧力差△Pと、ガス流量ｖから測定し、前記吸着材の進行方向に沿って複数箇所でモニターして該通気抵抗を所定の範囲に維持するように前記吸着材の循環量を調整するとともに、充填層上部の通気抵抗から再生処理後の前記吸着材の状態を把握し、下部の通気抵抗の変化から循環量が適当であるかの判定をおこなうことを特徴とする排ガス処理方法。
（２）通気抵抗を充填層の上部、中部、下部でモニターすることを特徴とする（１）に記載の排ガス処理方法。
（３）内部が循環して移動する吸着材の充填層で形成された吸着塔と、前記吸着材を加熱して再生するための再生塔とを有する排ガス処理装置であって、前記充填層の通気抵抗を求めるために、前記吸着塔の排ガス入り側と排ガスの出側との間の圧力差を測定するための差圧計と、前記吸着塔で処理される排ガスの前記充填層内での流速を測定するための流量計とが前記吸着塔に設置され、前記流量計が前記吸着材の進行方向に沿って上部、中部、下部に設置され、前記差圧計と前記流量計とにより通気抵抗を充填層の上部、中部、下部で求め、上部の通気抵抗で前記吸着塔に導入された前記吸着材の再生状態を確認し、中部、下部の通気抵抗の変化をモニターし通気抵抗の値に応じて前記吸着材の前記充填層内の循環量を調整し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、吸着材の充填層の目詰まりを防止して通気抵抗の上昇を抑制し、排ガス処理の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効率が向上し、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方法および処理装置を説明する。

まず、本発明の排ガス処理方法を説明する。

図１に本発明の一実施形態である排ガス処理システム全体の概略図を示す。図１において、焼結機等の排ガス発生設備１から発生した排ガスは、ブースター２により吸引されて電気集塵機３により主なダストを除去した後に、吸着塔４に導入される。吸着塔４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４上部から炭素質吸着材を装入して、下部から切り出すことで、吸着塔４内に吸着塔４上部から下部への吸着材の移動床を形成する。図２に示すように、この充填層に対して水平方向に排ガス５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から下部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り、下部ほど通気抵抗が増加する。

図３に、吸収塔の高さ方向に対する通気抵抗の変化傾向を示す。図３に示すように、定常状態では、吸収塔上部では通気抵抗は小さいが、下部に行くにしたがって、通気抵抗はほぼ比例的に増大する（図３ａ）。一方で、吸着塔内の通気が悪化してくると、吸着塔内の上部付近まで通気抵抗が増加してくる（図３ｂ）。

吸着塔から切り出された炭素質吸着材は再生塔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、再び吸収塔に装入される。所定の粒度以下の微細粒として除去されるのは、主にダストと粉化した炭素質吸着材である。

本発明では、炭素質吸着材の充填層における排ガスのガス流速を測定し、この測定値を用いて得られる充填層の通気抵抗から炭素質吸着材のダスト吸着状態を把握し、通気抵抗の値に応じて炭素質吸着材の充填層内の移動速度を変更して、すなわち炭素質吸着材の循環量（単位時間あたりの移動量）を調整することで、通気抵抗の変化を早期に把握して所定の範囲内に抑えることで、ガス処理操業を安定化する。

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、充填層におけるガス流量ｖを測定すると、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の式を用いて計算することができる。ガス流量は、ガスが充填層を通過する流速を測定して、充填層のガス通過面積と流速との積として求められ、流速の測定は、充填層内に流量計を設置するか、充填層のガス入口および／またはガス出口付近に流量計を設置して行えば良い。吸着塔内の流速は比較的遅いため、流量計としては、例えば羽を回転させて回転を電気信号に変換して流量とするタイプの羽根車式流量計等を用いることができる。

充填層の通気抵抗は、充填層の複数箇所で、特に炭素質吸着材の進行方向に沿って複数箇所で測定することが好ましい。例えば、充填層の上部、下部で測定する。充填層上部は、再生された炭素質吸着材が充填層に装入されたばかりであり、充填層上部の通気抵抗を測定することで再生処理後の炭素質吸着材の状態を把握することができる。また、下部の通気抵抗の変化を測定することで、循環利用における炭素質吸着材の劣化の度合いがわかり、循環量が適当であるかの判断ができる。充填層の通気抵抗を３ヶ所で測定する場合は、充填層の上部、中部、下部で測定することが望ましい。充填層の複数箇所で測定する場合は、流量計の設置位置は、ほぼ等間隔とすることが望ましい。

炭素質吸着材の循環量を調整する方法以外にも、排ガス発生設備の操業条件を変更して、充填層の通気抵抗の上昇を抑制可能である。例えば、焼結機から発生する排ガス処理を行う場合は、焼結原料の配合を変更することでダスト量を減少させることが可能である。焼結原料の配合は短期間で変更することは困難であるが、本発明を用いて通気抵抗の上昇傾向を予測できれば、あらかじめ焼結原料の配合計画を調整して対応し、焼結機の停止時期まで充填層の通気抵抗が一定値以上にならないように制御可能であるので、焼結鉱の生産効率が上昇する。以上のように、本発明方法を用いることで、操業条件を長期的に調整する方法で通気抵抗を制御することが可能となる。また、この他にも、炭素質吸着剤を再生する際に篩等を用いて細粒を除去する際に、篩目を大きいものに変更して、細粒の除去率を増加させて、充填層の通気抵抗の上昇を抑制することでも対応できる。

次に、本発明の排ガス処理方法を実施するのに好適な、本発明の排ガス処理装置について説明する。

図１および図２を用いて本発明の排ガス処理装置の一実施形態を説明する。排ガス処理装置は、主に電気集塵機３、吸着塔４、再生塔（図示せず）から構成されている。図２は吸着塔４の概略図であり、紙面に向かって左側が排ガス５入り側、紙面に向かって右側が排ガスの出側である。吸着塔の排ガス入り側と排ガスの出側との間の圧力差を測定するための差圧計６と、吸着塔の排ガスの出側に、高さ方向の異なる３箇所に流量計７ａ、７ｂ、７ｃが設置されている。上部流量計７ａによる流量の測定結果は、吸着塔に導入された炭素質吸着材の再生状態を確認するために利用する。中部の流量計７ｂ、下部の流量計７ｃは、吸収塔中部、下部の通気抵抗の変化をモニターするのに用いる。

上記の装置を用いて、製鉄所の焼結機排ガスの脱硫、脱塵（ダスト）、脱ダイオキシン処理等を好適に行うことができる。

製鉄所の焼結機から発生する排ガス処理を、図１と同様の設備を用いて行った。吸着材としては、炭素質吸着剤である活性コークスを用いた。１００００００Ｎｍ³／ｈの排ガスから、脱ダイオキシン、脱硫処理を行い、吸着塔の出口付近の排ガス流量を、羽根車式流量計を用いて吸着塔の上部、中部、下部で測定した。測定開始時、１週間後、２週間後の流量を、相対値で表１に示す。

表１に示すように、測定開始時には吸着塔の下部のみの通気抵抗が高いため、上部にいくにしたがって排ガス流量が多い状態（定常状態）であったが、２週間後には中部まで通気抵抗が高い状態となり、上部の排ガス流量が極端に増加して、排ガス処理効率が低下した。活性コークスの循環量を増やしてしばらく操業を継続したが、さらに１週間後である３週間後には排ガス処理を一時的に停止して、活性コークスを篩にかけて粉状の活性コークスを除去した（比較例）。

次の操業を行った際、表１の１週間後の状態になった段階で活性コークスの循環量を５％増加させたところ、さらに１週間後（２週間後）も流量はほとんど変化せず、さらに１週間後（３週間後）にも操業を継続することができ、４週間後の焼結機停止時にあわせて活性コークスの再生処理を行うことができた（本発明例）。

排ガス処理システム全体の概略図。吸着塔の断面の概略図。吸収塔の高さ方向に対する通気抵抗の変化傾向を示すグラフ。

符号の説明

１排ガス発生設備
２ブースター
３電気集塵機
４吸着塔
５排ガス
６差圧計
７（７ａ、７ｂ、７ｃ）流量計

Claims

循環して移動する吸着材で形成された充填層に排ガスを通過させることで前記排ガス中の有害物質を前記吸着材に吸着させて除去する排ガス処理方法であって、前記充填層の通気抵抗を、充填層の排ガスの入り側と出側の圧力差△Pと、ガス流量ｖから測定し、前記吸着材の進行方向に沿って複数箇所でモニターして該通気抵抗を所定の範囲に維持するように前記吸着材の循環量を調整するとともに、充填層上部の通気抵抗から再生処理後の前記吸着材の状態を把握し、下部の通気抵抗の変化から循環量が適当であるかの判定をおこなうことを特徴とする排ガス処理方法。
通気抵抗を充填層の上部、中部、下部でモニターすることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理方法。
内部が循環して移動する吸着材の充填層で形成された吸着塔と、前記吸着材を加熱して再生するための再生塔とを有する排ガス処理装置であって、前記充填層の通気抵抗を求めるために、前記吸着塔の排ガス入り側と排ガスの出側との間の圧力差を測定するための差圧計と、前記吸着塔で処理される排ガスの前記充填層内での流速を測定するための流量計とが前記吸着塔に設置され、前記流量計が前記吸着材の進行方向に沿って上部、中部、下部に設置され、前記差圧計と前記流量計とにより通気抵抗を充填層の上部、中部、下部で求め、上部の通気抵抗で前記吸着塔に導入された前記吸着材の再生状態を確認し、中部、下部の通気抵抗の変化をモニターし通気抵抗の値に応じて前記吸着材の前記充填層内の循環量を調整していることを特徴とする排ガス処理装置。