JP4859780B2 - セメントキルン抽気ガスの処理システム及び処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、セメントキルン抽気ガスの処理システム及び処理方法に関し、特に、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気して、塩素、硫黄分及び残留性有機汚染物質等を除去するための処理システム等に関する。

従来、セメント製造設備におけるプレヒーターの閉塞等の問題を引き起こす原因となる塩素、硫黄、アルカリ等の中で、塩素が特に問題となることに着目し、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気して塩素を除去する塩素バイパス設備が用いられている。この塩素バイパス設備では、燃焼ガスを抽気した後に、抽気した燃焼ガスから塩素を含むダストを分離するが、ダストを分離した後の抽気ガスには、相当量の硫黄酸化物が気体状態で含まれるため、塩素バイパス排気をそのまま大気に放出することはできない。

そこで、特許文献１に記載のように、セメントキルンの入口フード付近より抽気した抽気ガスを湿式集塵装置で湿式集塵することにより、抽気ガス中の硫黄分を脱硫する脱硫方法が提案されている。この方法では、抽気ガス中の微粉ダストに含まれる生石灰（ＣａＯ）を、湿式集塵装置内の水と反応させて消石灰（Ｃａ（ＯＨ）₂）を生成するとともに、その消石灰と、抽気ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ₂）とを反応させて石膏を生成する。その後、生成した石膏を回収してセメントキルン系外に排出し、これによって、抽気ガス中の硫黄分を除去している。
特開２００４−００２１４３号公報

しかし、特許文献１に記載の脱硫方法によれば、抽気ガス中の硫黄分を除去することができるものの、今後、セメント製造工場に持ち込まれる廃棄物の量の増加に伴い、セメントキルンの燃焼排ガスに残留性有機汚染物質、例えば、ダイオキシン類（ＰＣＤＤ、ＰＣＤＦ、ｃｏ−ＰＣＢ）、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢｓ）等が含まれる虞があり、これらは、脱硫剤の使用や水洗処理によって、抽気ガス中の硫黄分を除去すると、脱硫処理後の廃材、廃液中に混入し、その結果、廃材等の処理が困難となったり、そのための処理設備が必要になるなどの弊害を招く。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、抽気ガス中の硫黄分を除去することができるとともに、残留性有機汚染物質を効率良く除去することが可能なセメントキルン抽気ガスの処理システム及び処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、セメントキルン抽気ガスの処理システムであって、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気する抽気手段と、該抽気手段で抽気した抽気ガスに対して、残留性有機汚染物質を処理する処理剤を添加する添加手段と、前記処理剤が添加された抽気ガスのダストを湿式集塵する湿式集塵手段とを備えることを特徴とする。尚、残留性有機汚染物質とは、ダイオキシン類（ＰＣＤＤ、ＰＣＤＦ、ｃｏ−ＰＣＢ）、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢｓ）等をいう。

そして、本発明によれば、抽気手段により抽気した抽気ガスに対して、残留性有機汚染物質を処理するための処理剤を添加し、その後、処理剤を添加した抽気ガスを湿式集塵するため、抽気ガス中の硫黄分を石膏として抽出すると同時に、抽気ガス中の残留性有機汚染物質を除去することができる。また、硫黄分を除去するための設備として従前から湿式集塵機を用いていた場合には、その集塵機を利用することができるため、設備コストの増大を最小限に抑えることが可能になる。さらに、抽気ガス中のダストがスラリー化される前に、残留性有機汚染物質と処理剤とを接触させるため、それらの接触性を高めることができ、残留性有機汚染物質を効率良く除去することが可能になる。

前記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記添加手段が、前記残留性有機汚染物質を処理するための処理剤として、残留性有機汚染物質を吸着する吸着剤を添加することができる。この構成によれば、吸着剤に残留性有機汚染物質を吸着させ、その後、残留性有機汚染物質を吸着した吸着剤を湿式集塵手段で抽気ガスから分離することにより、抽気ガス中の残留性有機汚染物質を容易に除去することができる。

前記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記添加手段が、前記残留性有機汚染物質を処理するための処理剤として、残留性有機汚染物質を溶解する溶媒を添加することができる。残留性有機汚染物質を溶解した液は、液滴径が大きいため、例えば、湿式集塵機を構成する循環液相内で自由落下し、大部分が液槽内を通過する抽気ガスと分離される。また、液滴径が小さく、循環液相内に自由落下しなかった部分については、後段のミスト分離装置（ミストセパレーター、ミストキャッチャー、デミスター）等で抽気ガスと分離することで、抽気ガス中の残留性有機汚染物質を容易に除去することができる。

前記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記添加手段に、前記抽気手段で抽気した抽気ガスに対して、前記処理剤を噴霧する噴霧手段を設けることができる。これによって、抽気ガスの全体に満遍なく処理剤を添加することができ、残留性有機汚染物質の除去効率を向上させることが可能になる。

前記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記湿式集塵手段で集塵されたダストを、硫黄を含む物質と、残留性有機汚染物質を含む物質とに分別する分別手段を設けることができる。これによって、硫黄と、残留性有機汚染物質とを分別して回収することができ、処理し易い状態で有害物質を回収することが可能になる。

また、本発明は、セメントキルン抽気ガスの処理方法において、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気し、該抽気した抽気ガスに対して、残留性有機汚染物質を処理する処理剤を添加し、該処理剤が添加された抽気ガスのダストを湿式集塵することを特徴とする。本発明によれば、上記発明と同様に、抽気ガス中の硫黄分を除去することができるとともに、残留性有機汚染物質を効率良く除去することが可能になる。

前記セメントキルン抽気ガスの処理方法において、前記残留性有機汚染物質を処理するための処理剤として、活性炭、活性コークス、石炭、石炭灰、活性炭、高炉灰及び未燃カーボンを含む灰からなる群より選ばれる一以上を添加し、残留性有機汚染物質を吸着することができる。

前記セメントキルン抽気ガスの処理方法において、前記残留性有機汚染物質を処理するための処理剤として、水に難溶性の有機溶媒（芳香族炭化水素類、脂肪族炭化水素類、アルコール類、エーテル類、エステル類、ケトン類）を用いることもでき、オクタノール、ジクロロメタン、ヘキサン、トルエン、キシレンからなる群より選ばれる一以上を添加することができる。

前記セメントキルン抽気ガスの処理方法において、前記抽気した抽気ガスに対して、前記処理剤を噴霧することができ、これによって、抽気ガスの全体に満遍なく処理剤を添加することができ、残留性有機汚染物質の除去効率を向上させることが可能になる。

前記セメントキルン抽気ガスの処理方法において、前記湿式集塵したダストを、硫黄を含む物質と、残留性有機汚染物質を含む物質とに分別することができ、硫黄と、残留性有機汚染物質とを分別して回収することで、処理し易い状態で有害物質を回収することが可能になる。

以上のように、本発明によれば、抽気ガス中の硫黄分を除去することができるとともに、残留性有機汚染物質を効率良く除去することが可能になる。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの一実施の形態を示し、この処理システム１は、大別して、ガス抽気部２と、ガス処理部３と、分別処理部４とから構成される。

ガス抽気部２は、セメントキルン５の窯尻から最下段サイクロン（不図示）に至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気するための設備である。このガス抽気部２は、燃焼ガスを抽気するプローブ６と、プローブ６内に冷風を供給して抽気ガスＧ１を急冷する冷却ファン７と、抽気ガスＧ１に含まれるダスト中の粗粉Ｄを分離する分級機としてのサイクロン１０等から構成される。

ガス処理部３は、抽気ガス中の有害物質を除去するための設備である。このガス処理部３は、噴霧機１１と、サイクロン１０から排出される排ガスＧ２中のダストを湿式集塵する湿式集塵機１２と、湿式集塵機１２からの排ガスＧ３を系外に放出するための排気ファン１８等から構成される。

噴霧機１１は、粗粉ダストＤが除去された排ガスＧ２に対して、ダイオキシン類（ＰＣＤＤ、ＰＣＤＦ、ｃｏ−ＰＣＢ）、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢｓ）等の残留性有機汚染物質を除去する除去剤（以下、適宜「有害物質除去剤」という）等を添加するために備えられる。この噴霧機１１は、サイクロン１０と湿式集塵機１２との間に配置され、その噴霧口は、サイクロン１０の排気口から延びる管路１０ａに連結される。

噴霧する有害物質除去剤としては、活性炭を用いることができ、活性炭を排ガスＧ２に噴霧した場合には、活性炭が吸着剤として作用し、排ガスＧ２中に存在する残留性有機汚染物質を吸着除去することができる。尚、有害物質除去剤としては、活性炭以外にも、活性コークス、石炭、石炭灰、高炉灰及び未燃カーボンを含む灰等を用いることができる。

湿式集塵機１２は、排ガスＧ２中のダストを捕集して、排ガスＧ２から塩素、硫黄及び残留性有機汚染物質を除去するために備えられる。この湿式集塵機１２は、ミキシングスクラバー１３と、循環液槽１４と、洗浄塔１５とから構成され、ミキシングスクラバー１３と循環液槽１４との間には、スラリーを循環させるためのポンプ１４ａが設けられる。また、循環スラリーのｐＨを調整するための硫酸を循環液槽１４に供給するため、硫酸貯槽１６、ポンプ１６ａ、消石灰スラリー貯槽１７及びポンプ１７ａが配置される。

湿式集塵機１２で生成されるダストスラリーＳ１には、微粉中の生石灰（ＣａＯ）が水と反応して生じた消石灰（Ｃａ（ＯＨ）₂）が存在し、そのため、排ガスＧ２中に存在する硫黄分（ＳＯ₂）は、消石灰と以下のように反応する。
ＳＯ₂＋Ｃａ（ＯＨ）₂→ＣａＳＯ₃・１／２Ｈ₂Ｏ＋１／２Ｈ₂Ｏ
ＣａＳＯ₃・１／２Ｈ₂Ｏ＋１／２Ｏ₂＋３／２Ｈ₂Ｏ→ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ
これにより、排ガスＧ２中の硫黄分が分解処理され、石膏（ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ）が生成される。こうして生成された石膏は、残留性有機汚染物質を吸着した活性炭とともに、ダストスラリーＳ１として、分別処理部４に供給される。

分別処理部４は、ダストリラリーＳ１中のダストを石膏と活性炭とに分別するための設備である。この分別処理部４は、ダストスラリーＳ１を供給して撹拌するスラリータンク２２と、スラリータンク２２から排出されたスラリーＳ２に剪断力を付与して活性炭の表面の改質等を行う表面改質機２７と、スラリーＳ２に起泡剤を加えて気泡を発生させる調整槽２３と、活性炭を気泡に付着させ、浮上させて分離する浮選機２４と、浮選機２４からのテーリングを固液分離してケークを生成し、石膏を回収する固液分離器２５と、浮選機２４からのフロスを固液分離して活性炭を回収するフィルタプレス２６等から構成される。尚、懸濁液体の比重との関連で、浮選機２４のフロス側に石膏を回収することもできる。また、石膏の結晶を成長させて物理分級し、回収してもよい。

次に、上記処理システム１の動作について、図１を参照しながら説明する。

セメントキルン５の窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部をプローブ６によって抽気すると同時に、冷却ファン７からの冷風によって、塩素化合物の融点である６００〜７００℃以下にまで急冷する。次いで、サイクロン１０において、プローブ６から排気される抽気ガスＧ１を、粗粉Ｄと、微粉を含むガスＧ２とに分離し、粗粉Ｄをセメントキルン系に戻す。

その一方で、粗粉Ｄが除去された排ガスＧ２を管路１０ａに排出し、噴霧機１１により、管路１０ａ中の排ガスＧ２に対して、有害物質除去剤としての活性炭を噴霧する。次いで、活性炭が噴霧された排ガスＧ２を湿式集塵機１２のミキシングスクラバー１３に供給し、ミキシングスクラバー１３と循環液槽１４との間でスラリーを循環させながら、排ガスＧ２中の硫黄分をスラリーと接触させて石膏を生成する。そして、生成した石膏と、残留性有機汚染物質を吸着した活性炭とを捕集し、ダストスラリーＳ１としてスラリータンク２２に供給する。同時に、洗浄塔１５において、循環液槽１４から排出される排ガスを洗浄し、排ガス中に残留する有害物質を除去する。洗浄塔１５からの排ガスＧ３は、排気ファン１８を介して大気に放出してもよいし、熱回収のためにセメント工程内に戻してもよい。

尚、ミキシングスクラバー１３に供給される循環スラリーの流路におけるスケールトラブルを防止するためには、循環液槽１４内の循環液のｐＨを４〜６前後に調整することが好ましい。そのため、循環液槽１４内の循環液のｐＨが上昇し過ぎた場合には、サイクロン１０の分級点を変化させて微粉中のＣａＯ濃度を減少させるか、或いは、必要に応じて硫酸貯槽１６に貯蔵される硫酸を循環液槽１４に添加することが好ましい。

次に、スラリータンク２２において、循環液槽１４からのスラリーＳ１を撹拌した後、スラリータンク２２から排出されたスラリーＳ１に表面改質機２７によって剪断力を付与して活性炭の表面の改質等を行う。この表面改質は、活性炭の分離状態が悪い場合に行うものであって、表面改質によって浮選浮遊性を向上させることができる、次に、調整槽２３において、スラリーＳ２と起泡剤とを混合する。そして、気泡剤が混合されたスラリーＳ２と空気とを浮選機２４に供給し、浮選機２４において、気泡を発生させ、その気泡に活性炭を付着させるとともに、活性炭が付着して浮上した気泡を除去する。

尚、活性炭等を用いた場合、残留性汚染物質に加え、硫黄分も吸着するが、ミキシングスクラバー１３、循環液槽１４で硫黄分は水溶液側に溶解し、Ｇ２（微粉＋ガス）中に含まれる微粉中のカルシウム分や、消石灰スラリー貯槽１７よりスラリーとして補給した消石灰との反応により、石膏として回収される。また、消石灰スラリーの投入ができない場合は、循環液槽１４やスラリータンク２２にカルシウム分として石灰石、消石灰、生石灰、セメント原料、仮焼したセメント原料等を追加することもできる。カルシウム分を調整しない場合は、残留性有機汚染物質が付着した部分と、石膏として析出した部分とを回収し、未反応の液中の硫黄分をそのままタンク２８に移動させることもできる。

次に、フィルタプレス２６において、浮選機２４からのフロスを固液分離し、活性炭を回収する。回収された活性炭は、セメントキルン５において、燃料とともに燃焼させることで、活性炭に含まれる残留性有機汚染物質を完全に分解することができる。

同時に、固液分離器２５において、浮選機２４からのテーリングを固液分離してケークを生成し、その後、不図示の乾燥機等によってケークを乾燥して石膏を回収する。回収された石膏は、セメントミル等に投入してクリンカとともに粉砕し、セメントの一部として利用することができる。

固液分離器２５及びフィルタプレス２６からの排液は、タンク２８に貯蔵し、廃水処理後放流したり、セメント粉砕ミル系に添加する。

以上のように、本実施の形態によれば、プローブ６により抽気した抽気ガスに対し、残留性有機汚染物質を吸着するための有害物質除去剤を添加し、その後、有害物質除去剤を添加した抽気ガスを湿式集塵するため、抽気ガス中の硫黄分を石膏として抽出すると同時に、抽気ガス中の残留性有機汚染物質を活性炭によって吸着除去することができる。また、塩素分や硫黄分を除去するための設備として従前から湿式集塵機を用いていた場合には、その集塵機を、残留性有機汚染物質を吸着した活性炭を抽気ガスから分離するための装置として利用することができるため、設備コストの増大を最小限に抑えることが可能になる。さらに、湿式集塵機１２の前段で有害物質除去剤を添加し、抽気ガス中のダストがスラリー化される前に、残留性有機汚染物質と有害物質除去剤とを接触させるため、それらの接触性を高めることができ、残留性有機汚染物質を効率良く除去することが可能になる。

尚、上記実施の形態においては、プローブ６により抽気された抽気ガスに対し、残留性有機汚染物質を吸着するための吸着剤を添加するが、吸着剤に代えて、残留性有機汚染物質を溶解する溶媒を添加してもよい。溶媒としては、水に難溶性の有機溶媒（芳香族炭化水素類、脂肪族炭化水素類、アルコール類、エーテル類、エステル類、ケトン類）であればよく、オクタノール、ジクロロメタン、ヘキサン、トルエン、キシレン等を用いることができ、この方法によっても、抽気ガス中の残留性有機汚染物質を効率良く除去することができる。この場合には、溶媒をミキシングスクラバー１３又は循環液槽１４から投入添加し、ミキシングスクラバー１３で残留性有機汚染物質と反応（溶解）させる。また、上記溶媒は、溶媒が水より軽いか、重いかによって、固液分離器２５又はフィルタプレス２６のいずれかの排液に含まれることとなるため、固液分離器２５及びフィルタプレス２６からの排液をタンク２８に貯蔵し、比重分離によって溶媒部のみを分離し、燃料として燃焼させる。溶媒部を分離した排液は、スラリータンク２２に戻したり、廃水処理後放流したり、セメント粉砕ミル系に添加する。

本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの一実施の形態を示すフロー図である。

符号の説明

１ セメントキルン抽気ガスの処理システム
２ ガス抽気部
３ ガス処理部
４ 分別処理部
５ セメントキルン
６ プローブ
７ 冷却ファン
１０ サイクロン
１０ａ 管路
１１ 噴霧機
１２ 湿式集塵機
１３ ミキシングスクラバー
１４ 循環液槽
１４ａ ポンプ
１５ 洗浄塔
１６ 硫酸貯槽
１６ａ ポンプ
１７ 消石灰スラリー貯槽
１７ａ ポンプ
２２ スラリータンク
２３ 調整槽
２４ 浮選機
２５ 固液分離器
２６ フィルタプレス
２７ 表面改質機
２８ タンク

Claims (10)

1. セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気する抽気手段と、
   該抽気手段で抽気した抽気ガスに対して、残留性有機汚染物質を処理する処理剤を添加する添加手段と、
   前記処理剤が添加された抽気ガスのダストを湿式集塵する湿式集塵手段とを備えることを特徴とするセメントキルン抽気ガスの処理システム。
2. 前記添加手段は、前記残留性有機汚染物質を処理するための処理剤として、残留性有機汚染物質を吸着する吸着剤を添加することを特徴とする請求項１に記載のセメントキルン抽気ガスの処理システム。
3. 前記添加手段は、前記残留性有機汚染物質を処理するための処理剤として、残留性有機汚染物質を溶解する溶媒を添加することを特徴とする請求項１に記載のセメントキルン抽気ガスの処理システム。
4. 前記添加手段は、前記抽気手段で抽気した抽気ガスに対して、前記処理剤を噴霧する噴霧手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のセメントキルン抽気ガスの処理システム。
5. 前記湿式集塵手段で集塵されたダストを、硫黄を含む物質と、残留性有機汚染物質を含む物質とに分別する分別手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のセメントキルン抽気ガスの処理システム。
6. セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気し、
   該抽気した抽気ガスに対して、残留性有機汚染物質を処理する処理剤を添加し、
   該処理剤が添加された抽気ガスのダストを湿式集塵することを特徴とするセメントキルン抽気ガスの処理方法。
7. 前記残留性有機汚染物質を処理するための処理剤として、活性炭、活性コークス、石炭、石炭灰、活性炭、高炉灰及び未燃カーボンを含む灰からなる群より選ばれる一以上を添加することを特徴とする請求項６に記載のセメントキルン抽気ガスの処理方法。
8. 前記残留性有機汚染物質を処理するための処理剤として、オクタノール、ジクロロメタン、ヘキサン、トルエン、キシレンからなる群より選ばれる一以上を添加することを特徴とする請求項６に記載のセメントキルン抽気ガスの処理方法。
9. 前記抽気した抽気ガスに対して、前記処理剤を噴霧することを特徴とする請求項６又は７に記載のセメントキルン抽気ガスの処理方法。
10. 前記湿式集塵したダストを、硫黄を含む物質と、残留性有機汚染物質を含む物質とに分別することを特徴とする６乃至９のいずれかに記載のセメントキルン抽気ガスの処理方法。

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