JP5094020B2

JP5094020B2 - アンモニア含有排ガスの処理方法

Info

Publication number: JP5094020B2
Application number: JP2006028235A
Authority: JP
Inventors: 極松原; 純子志水
Original assignee: Metawater Co Ltd
Current assignee: Metawater Co Ltd
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2026-02-06
Also published as: JP2007203265A

Description

本発明は、廃棄物焼却炉等から排出されるアンモニア含有排ガスから、アンモニアを効率よく、かつ安価に除去することができるアンモニア含有排ガスの処理方法に関するものである。

廃棄物焼却炉や各種生産設備等から排出される排ガス中には多量のアンモニア（ＮＨ_３）が含有されているものがあるが、アンモニアは環境基準項目のひとつであり規制値が設定されているため、アンモニアを基準値以下まで除去処理することが必要となる。
このような排ガス中のアンモニア処理方法として、例えば特許文献１に示されるような水浄法が広く知られている。この方法は、スクラバーにおいて排ガスを水洗浄し、アンモニアを排ガス中に共存する炭酸ガス、亜硫酸ガスと反応させて、（ＮＨ_４）_２ＣＯ_３やＮＨ_４ＨＳＯ_３等とすることにより、水側へ移行させ除去処理する方法である。

しかしながら、この方法は単にアンモニアを水側へ移行・分離する処理方法であるため、アンモニアの除去率が低いという問題点や、更には、後工程でアンモニアが移行した分離水のアンモニアを処理する必要があるための設備とランニングコストに多大な費用を要するという問題点があった。
特開２００１−１４５８１９号公報

本発明は上記のような問題点を解決して、アンモニア含有排ガスからアンモニアを効率よく除去処理することができ、更には設備およびランニングコストも安価なものとすることができるアンモニア含有排ガスの処理方法を提供することを目的として完成されたものである。

上記課題を解決するためになされた本発明は、廃棄物焼却炉から排出されるアンモニアを含有した高温排ガスを加湿冷却して１００℃以下に冷却した後、アンモニア処理塔において、リン酸マグネシウムアンモニウム６水塩を加熱して得られるリン酸マグネシウム化合物のスラリーと接触させて排ガス中のアンモニアを除去することを特徴とするものである。なお、本明細書においてはこのリン酸マグネシウム化合物のスラリーを加熱ＭＡＰスラリーと記す。

本発明では、アンモニアを含有した排ガスを、加熱ＭＡＰと接触させアンモニアを加熱ＭＡＰに吸収させることで排ガス中からアンモニアを効率よく除去処理することとなり、また、アンモニアを吸収した加熱ＭＡＰは後工程でアンモニアを放出・回収した後、所定の条件下で再生させて再び加熱ＭＡＰとして再利用することができるので、大幅にランニングコストを低減することができる。

以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を示す。
図１は、本発明に係る排ガス処理方法の一例を示すフロー図であり、例えば、廃棄物焼却炉等から排出されるアンモニアを含有した高温排ガス中のアンモニアを除去する場合である。図１において、１は焼却炉、２は高温集塵機、３は煙道に設けた加湿冷却機、３ａは水のスプレー、４はアンモニア処理塔、４ａは加熱ＭＡＰスラリーのスプレーである。また、５は加熱ＭＡＰスラリーの循環槽であり、濃縮槽６、水切り装置７、再生炉８が連結され、再生した加熱ＭＡＰが再び循環槽５へ返送されるよう構成されている。

本発明のアンモニア含有排ガスの処理方法では、廃棄物焼却炉から排出されるアンモニアを含有した高温排ガスを加湿冷却して１００℃以下に冷却した後、アンモニア処理塔において加熱ＭＡＰスラリーと接触させて排ガス中のアンモニアを除去する点に特徴を有するものである。
ここで、加熱ＭＡＰスラリーとは、ＭＡＰ（リン酸マグネシウムアンモニウム６水塩：ＭｇＮＨ_４ＰＯ_４・６Ｈ_２Ｏ）を主体とするリン酸マグネシウム塩を加熱して得られる非晶質のルーズな構造のリン酸マグネシウム化合物（加熱ＭＡＰ）のスラリーを意味し、この加熱ＭＡＰがアンモニアを吸収するとＭＡＰに戻り、これを一定条件下で加熱乾燥するとアンモニアおよび結晶水が放出されて再び非晶質の加熱ＭＡＰとなって、アンモニアの吸収能力が再生される点に着目し本発明に応用したのである。

更に、本発明では前記加熱ＭＡＰスラリーを、循環させつつアンモニア処理塔内で散布することにより、大幅なランニングコストの低減化を図っている。

また本発明者は、加熱ＭＡＰの再利用のためにはアンモニア処理によって得られたＭＡＰを再生するための条件が重要と考え、その条件につき研究した。この結果、次の適正条件を見出した。

（１）加熱ＭＡＰは、ＭＡＰ（リン酸マグネシウムアンモニウム６水塩：ＭｇＮＨ_４ＰＯ_４・６Ｈ_２Ｏ）を８０〜２００℃で８〜２４Ｈｒ熱処理したものが好ましい。図３にＭＡＰの加熱温度（℃）および加熱時間（Ｈｒ）と、理論値に対する再生率（％）の関係を示すが、加熱温度が８０℃未満あるいは２００℃より高いと再生率が劣ることが判る。また、熱処理時間が８Ｈｒ未満では再生率に劣り、一方、２４Ｈｒより長くても再生率がそれ以上向上しないことが判る。

（２）スクラバーに循環する加熱ＭＡＰスラリーは、５０℃以下を保つように制御することが好ましい。加熱ＭＡＰは、常温（５０〜７０℃以下）でないとアンモニアを吸収しないからである。また同様に、排ガスを１００℃以下に冷却してからアンモニア処理塔に導入するのが好ましい。
また、アンモニア吸収反応はアルカリ側の反応であるため、炭酸ガス、亜硫酸ガス等の吸収により低下するｐＨを８〜１０の範囲で制御することが好ましい。より好ましくは、ｐＨ９〜９．５の範囲である。

（３）アンモニア処理塔における排ガスと加熱ＭＡＰスラリーの接触条件によりアンモニアの除去性が変化することから、スラリー濃度と液ガス比を適正に保つ必要があり、加熱ＭＡＰスラリーの濃度は０．１〜２％、液ガス比は２〜４Ｌ／ｍ^３・ｍｉｎの範囲とすることが好ましい。適正値としては加熱ＭＡＰスラリー濃度が０．１〜２％であり、この範囲を外れるとノズルの目詰まりや、循環槽における沈降などのトラブルが発生しやすくなる。また、液ガス比は２〜４Ｌ／ｍ^３．ｍｉｎの範囲が好ましい。２Ｌ／ｍ^３．ｍｉｎ未満ではアンモニアの除去性が劣り、４Ｌ／ｍ^３．ｍｉｎを越えるとポンプ動力が増加するだけで除去率の向上は見込めないからである。
なお、図４にアンモニアを２１８ｐｐｍ含有した排ガスを処理した場合の液ガス比（Ｌ／ｍ^３・ｍｉｎ）および加熱ＭＡＰスラリーの濃度（％）と、アンモニア除去率（％）の関係を示す。

次に、参考形態について説明する。
図２は、参考形態に係る排ガス処理方法の一例を示すフロー図で、例えば、コークス炉のガス液貯留タンク等の生産設備等から排出されるアンモニアを含有した低温排ガス中からアンモニアを除去する場合を示す。図２において、１１は排ガスの発生源、１２は低温集塵機、１３は煙道に設けた加湿機、１４はアンモニア処理塔、１４ａは加熱ＭＡＰの充填層、１５加熱ＭＡＰの再生炉である。

参考形態では、アンモニアを含有した低温排ガスを、加熱ＭＡＰ粒子を充填したアンモニア処理塔にＳＶ＝１００〜５００／Ｈｒで供給して加熱ＭＡＰ粒子と接触させ、排ガス中のアンモニアを除去処理する点に特徴を有する。
ここで低温排ガスとは、７０℃以下の常温に近いガスをいい、高温排ガスであっても７０℃以下に冷却されていれば同様に処理することができる。
また、加熱ＭＡＰ粒子とは、第１の発明と同様、ＭＡＰ（リン酸マグネシウムアンモニウム６水塩：ＭｇＮＨ_４ＰＯ_４・６Ｈ_２Ｏ）を主体とするリン酸マグネシウム塩を加熱して得られる非晶質のルーズな構造のリン酸マグネシウム化合物（加熱ＭＡＰ）の粒子を意味する。

なお、図２中の加湿機１３は、加熱ＭＡＰ粒子のアンモニア吸収時に必要な水分を水蒸気噴霧などによって補うものであり、排ガスの相対湿度が飽和状態であれば反応は十分に進行するので、必要に応じて使用すればよい。

この参考形態では、アンモニア処理塔における排ガスの流量としてＳＶ＝１００〜５００／Ｈｒで供給することが必要である。
図５に、排ガスのアンモニア濃度（％）および排ガスの流量（／Ｈｒ）と、アンモニア除去率（％）の関係を示すが、このグラフから明らかなように、ＳＶが１００〜５００／Ｈｒの条件下でアンモニアが効率よく除去されることが判る。
なお、ＳＶが１００／Ｈｒ未満であってもアンモニアは効率よく処理できるが、設備が大きくなり過ぎるので１００／Ｈｒ以上が好ましい。一方、５００／Ｈｒを越えると、排ガスのアンモニア濃度が高い場合に必要な除去率が得られない場合があるため、ＳＶは５００／Ｈｒ以下が好ましい。
ただし、このＳＶの条件は加熱ＭＡＰの吸収能力は十分あるが、常に吸収能力が十分ある状態にするためには加熱ＭＡＰの補給または入れ替えを行って制御することが望ましい。

即ち、本発明の実施形態および参考形態において、アンモニア処理塔における加熱ＭＡＰのアンモニア吸収濃度は、理論値の６０％以内となるように制御することが好ましい。
ここで、加熱ＭＡＰの組成をＭｇ・ＰＯ_４とすると、理論吸収量は加熱ＭＡＰ１００ｇ当たりアンモニア１４．３ｇとなる。そこで、アンモニア濃度が２００ｐｐｍの排ガスを加熱ＭＡＰにより吸収させた場合のアンモニア既吸収量（対理論値％）とアンモニア除去率（％）の関係を調べた結果は、図６に示すとおりであった。なお、本発明の実施形態では加熱ＭＡＰスラリーの濃度は０．５％、ガス比は３Ｌ／ｍ^３・ｍｉｎである。また、参考形態ではＳＶは１００／Ｈｒである。
図６のグラフから明らかなように、実施形態および参考形態ともアンモニア吸収量が理論値の６０％以上になるとアンモニア除去率が急激に低下することが判明し、従って、アンモニアの吸収量が理論値の６０％に達したら、実施形態および参考形態とも新しい加熱ＭＡＰに交換することが好ましい。ただし、実施形態については、吸収率が６０％を越えないように、一部の廃ＭＡＰを取り出し、新しい加熱ＭＡＰを補給して連続操作することも可能である。

処理を終えた廃加熱ＭＡＰは系外に引き抜き、実施形態では濃縮・水切り後、再生装置で加熱温度：８０〜２００℃、加熱時間：８〜２４Ｈｒの条件により加熱ＭＡＰを再生させる。また、参考形態では廃ＭＡＰが水分を殆んど含んでいないことから、そのまま再生装置に供給することができる。再生された加熱ＭＡＰは再び、アンモニア除去に利用することができ、また、再生の際に発生するアンモニアは水素製造の原料、あるいはアンモニウム塩として肥料に利用できることとなる。

以上の説明からも明らかなように、本発明は従来法では多大の処理コストを要していたスクラバー排水の処理費用を大幅に軽減し、また装置も簡素化してアンモニア除去することができることとなり、またアンモニア吸収を終えた廃ＭＡＰは再生して再利用することができるので薬品費を低く抑えることができることとなった。

本発明の実施形態を示すフロー図である。参考形態を示すフロー図である。ＭＡＰの加熱温度および加熱時間と、理論値に対する再生率の関係を示す関係を示すグラフである。液ガス比および加熱ＭＡＰスラリーの濃度と、アンモニア除去率の関係を示すグラフである。排ガスのアンモニア濃度および排ガスの流量と、アンモニア除去率の関係を示すグラフである。アンモニア既吸収量とアンモニア除去率の関係を示すグラフである。

１焼却炉
２高温集塵機
３加湿冷却機
４アンモニア処理塔
４ａスラリーのスプレー
５循環槽
６濃縮槽
７水切り装置
８再生炉
１１排ガスの発生源
１２低温集塵機
１３加湿機
１４アンモニア処理塔
14ａ加熱ＭＡＰの充填層
１５再生炉

Claims

廃棄物焼却炉から排出されるアンモニアを含有した高温排ガスを加湿冷却して１００℃以下に冷却した後、アンモニア処理塔において、リン酸マグネシウムアンモニウム６水塩を加熱して得られるリン酸マグネシウム化合物のスラリーと接触させて排ガス中のアンモニアを除去することを特徴とするアンモニア含有排ガスの処理方法。
前記リン酸マグネシウム化合物のスラリーを、循環させつつアンモニア処理塔内で散布することを特徴とする請求項１に記載のアンモニア含有排ガスの処理方法。
前記リン酸マグネシウム化合物のスラリーのｐＨを８〜１０、温度を５０℃以下に調整することを特徴とする請求項１に記載のアンモニア含有排ガスの処理方法。
前記リン酸マグネシウム化合物のスラリーの濃度を０．１〜２％、液ガス比を２〜４Ｌ／ｍ^３・ｍｉｎとすることを特徴とする請求項１に記載のアンモニア含有排ガスの処理方法。