JP5116322B2 - 有機汚染物質排出量低減方法 - Google Patents

Description

本発明は、ダイオキシン類等の有機汚染物質（ＰＯＰｓ，Persistent Organic Pollutants）のセメント製造装置からの排出量を低減することのできる方法に関する。

近年、セメント原料の一部として、煤塵（飛灰）、燃え殻（主灰）、汚泥、鉱滓等の有機汚染物質を含有する廃棄物が使用されている。これらの廃棄物のうち有機汚染物質含有量が比較的多いものは、図１に示すセメント製造装置１０における仮焼炉４やロータリーキルン５の窯尻部に投入され、有機汚染物質を分解し得る条件下にて使用されている。一方、それら以外の廃棄物は、他のセメント原料とともにプレヒータ３に投入されているため、これらの廃棄物に含まれる有機汚染物質は、完全には分解されず、一部が揮発して排ガス中に残存することになる。

このように、分解されずに排ガス中に残存する有機汚染物質の大部分は、排ガスの温度の低下に伴い、排ガスに含まれるダストの表面に吸着される。そして、有機汚染物質が吸着されたダストは、集塵機７によって排ガスから分離捕集され、セメント原料としてプレヒータ３に供給され、その温度によって一部が分解される。すなわち、セメントの製造時に発生する有機汚染物質は、その一部は高温域において分解され、未分解の有機汚染物質の大部分は、排ガス中のダストを媒体としてセメント製造装置１０内を循環している。しかしながら、ダストに吸着されなかった微量の有機汚染物質及びガス状の有機汚染物質は、排ガスとともに大気中に排出されてしまっている。そのため、これらの有機汚染物質の排出量をさらに低減することが望ましいと考えられている。

このような事情下において、セメント製造装置からの排ガスに含まれる有機汚染物質を分解し、無害化する技術が種々提案されている。例えば、都市ゴミ又は産業廃棄物の焼却灰をセメント原料の一部に使用してセメントを製造する際に、ダイオキシンの沸点以上の温度にセメント原料を加熱し、揮発したダイオキシンを含むガスをセメント焼成用のロータリーキルンに導入し、セメント焼成時の熱によりダイオキシンを加熱分解する方法が提案されている（特許文献１参照）。また、都市ゴミ焼却灰等のセメント原料を焼成してセメントクリンカとする焼成冷却装置と、当該焼成冷却装置から発生する排ガスを急冷してダイオキシンの再合成を抑制するとともに排ガスを無害化する排ガス処理装置と、焼成冷却装置から発生するダストを捕集してダスト中のダイオキシンを加熱分解するダイオキシン分解装置とを備えたセメント製造装置が提案されている（特許文献２参照）。
特開２０００−１６８４４号公報 特開平１１−２４６２４７号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載の技術では、ダイオキシン等の有機汚染物質を分解処理するために、既存のセメント製造装置とは別に加熱装置等を設ける必要があった。

そこで、本発明は、既存のセメント製造装置に他の装置等を付加することなく、当該セメント製造装置からの有機汚染物質の排出量を低減することのできる有機汚染物質排出量低減方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、プレヒータを備え、有機汚染物質を含有したセメント原料を使用するセメント製造装置からの有機汚染物質の排出量を低減する方法であって、前記プレヒータからの排ガスに含まれるダスト中の固体炭素量を制御することを特徴とする有機汚染物質排出量低減方法を提供する（発明１）。

セメント製造装置のプレヒータからの排ガスに含まれるダスト中の固体炭素は、排ガスに含まれる有機汚染物質を吸着（捕捉）することができるため、上記発明（発明１）によれば、排ガスに含まれるダスト中の固体炭素量を制御することで、セメント製造装置からの有機汚染物質の排出量を低減することができる。

ここで、本発明において「固体炭素」とは、ダスト中の油分等（例えば、スチレン、キシレン、ベンズアルデヒド、ナフタレン等の２５０℃、５０ｍＴｏｒｒの高温減圧下で揮発する有機物質）の有機炭素を含まず、ダスト中に固体として存在する炭素のことを意味する。また、有機汚染物質としては、例えば、ダイオキシン、ポリ塩化ビフェニル、ヘキサクロロベンゼン等の有機塩素化合物等が挙げられる。

上記発明（発明１）においては、前記ダスト中の固体炭素量を、０．８質量％以上に制御することが好ましく（発明２）、上記発明（発明１，２）においては、前記プレヒータに供給されるセメント原料中の固体炭素量を制御することにより、前記ダスト中の固体炭素量を制御することが好ましく（発明３）、さらに上記発明（発明３）においては、前記プレヒータに供給されるセメント原料中の固体炭素量を０．１５質量％以上に制御することが好ましい（発明４）。

上記発明（発明２）によれば、ダスト中の固体炭素量を上記範囲内に制御することにより、より確実にセメント製造装置からの有機汚染物質の排出量を低減することができ、特に上記発明（発明３，４）によれば、プレヒータに供給されるセメント原料中の固体炭素量を制御することだけで、ダスト中の固体炭素量を制御することができるため、既存のセメント製造装置をそのまま用いて容易に有機汚染物質の排出量を低減することができる。

本発明の有機汚染物質排出量低減方法によれば、既存のセメント製造装置に他の装置等を付加することなく、当該セメント製造装置からの有機汚染物質の排出量を低減することができる。

本発明の一実施形態に係る有機汚染物質排出量低減方法について説明する。
本実施形態に係る有機汚染物質排出量低減方法は、図１に示すようなセメント製造装置１０を用いてセメントを製造するにあたり、プレヒータ３からの排ガスに含まれるダスト中の固体炭素量を制御するものである。

図１に示すように、セメント製造装置１０は、セメント原料を乾燥する乾燥機１と、乾燥機１にて乾燥したセメント原料を粉砕する粉砕機２と、粉砕機２にて所定の粒度に粉砕されたセメント原料を予備的に加熱する第１〜第４のサイクロン３ａ〜３ｄを有するプレヒータ３と、セメント原料を仮焼する仮焼炉４と、予備的に加熱され、仮焼されたセメント原料を焼成しクリンカを生成するロータリーキルン５と、ロータリーキルン５により生成したクリンカからセメントを製造する仕上げミル６と、ロータリーキルン５からの排ガス中に含まれるダストを集塵する集塵機７と、セメント製造装置１０からの排ガスを排出する煙突８とを備える。なお、図１において、破線で示される矢印は、プレヒータ３からの排ガスの流れを示すものである。

このようなセメント製造装置１０にてセメントを製造するにあたり、まず、有機汚染物質を含む廃棄物及び固体炭素を含有するセメント原料を一部に含むセメント原料を、必要に応じて乾燥機１にて乾燥する。有機汚染物質を含む廃棄物としては、例えば、煤塵、燃え殻、汚泥、鉱滓等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

固体炭素を含むセメント原料としては、例えば、フライアッシュ、クリンカアッシュ、ボトムアッシュ等が挙げられる。これらは、種々のセメント原料の中でも固体炭素を比較的多く含むものであるため、これらのセメント原料の使用量（プレヒータ３への供給量）を制御することで、プレヒータ３に供給される全セメント原料中の固体炭素量を制御することができ、セメント製造装置１０からの有機汚染物質の排出量を効果的に低減することができる。

プレヒータ３に供給される全セメント原料中の固体炭素量は、プレヒータ３からの排ガスに含まれるダスト中の固体炭素量を０．８質量％以上に制御することができるように、０．１５質量％以上であることが好ましく、０．２質量％以上であることがより好ましい。かかる範囲内で配合することで、プレヒータ３からの排ガスに含まれるダスト中の固体炭素量を０．８質量％以上に制御することができ、これにより、セメント製造装置１０からの有機汚染物質の排出量を低減することができる。

プレヒータ３からの排ガスに含まれるダスト中の固体炭素量は、０．８質量％以上に制御されていればよいが、１．０質量％以上に制御されていれば、より効果的に有機汚染物質の排出量を低減することができるため好ましい。

なお、セメント製造装置１０における集塵機７として電気集塵機を使用する場合、プレヒータ３からの排ガスに含まれるダスト中の固体炭素量を０．８〜５質量％に制御するように、プレヒータ３に供給される全セメント原料中の固体炭素量を制御することが好ましい。排ガスに含まれるダスト中の固体炭素量が５質量％を超えると、電気集塵機の集塵効率が低下するおそれがある。

必要に応じて乾燥機１にて乾燥したセメント原料を、粉砕機２に投入し、所定の粒度に粉砕する。粉砕されたセメント原料は、プレヒータ３の第１サイクロン３ａ、第２サイクロン３ｂ、第３サイクロン３ｃ、仮焼炉４、第４サイクロン３ｄ及びロータリーキルン５を順に経て、ロータリーキルン５にて焼成される。

ロータリーキルン５にてセメント原料が焼成された際のロータリーキルン５からの排ガスは、仮焼炉４、プレヒータ３の第４サイクロン３ｄから第１サイクロン３ａ、粉砕機２又は乾燥機１を経て、集塵機７に導入される（図１の破線矢印を参照）。

プレヒータ３からの排ガスには、セメント原料に含まれる有機汚染物質の一部が完全に分解されずに揮発して残存しているとともに、ダストが含まれる。かかるダストには、０．８質量％以上の固体炭素（未燃カーボン）が含まれており、排ガス中の有機汚染物質のほとんどは、当該固体炭素に吸着された状態で排ガスとともに集塵機７に導入される。

集塵機７に導入されたダスト中の固体炭素は、他のダストとともに集塵機７にて集塵されるとともに、排ガスは煙突８から排出される。集塵機７にて集塵されたダスト（固体炭素を含む）は、窯入原料としてプレヒータ３の第１サイクロン３ａと第２サイクロン３ｂとを接続する配管（ダクト）の途中に投入される。これにより、固体炭素に吸着された有機汚染物質の一部が分解され、そして、セメント製造装置１０からの有機汚染物質の排出量を低減することができる。

集塵機７にて集塵されたダストは、窯入原料として仮焼炉４及び／又はロータリーキルン５の窯尻部に投入してもよい。これらの部位は、８００℃以上の高温部であり、かかる高温部に有機汚染物質が吸着された固体炭素を含むダストを投入することで、固体炭素に吸着された有機汚染物質のほとんどを分解することができ、セメント製造装置１０からの有機汚染物質の排出量を、より効果的に低減することができる。

ロータリーキルン５にて焼成されて得られたクリンカは、石膏とともに仕上げミル６に投入され、これにより所望のセメントを製造することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る有機汚染物質排出量低減方法によれば、既存のセメント製造装置１０に他の装置等を付加することなく、プレヒータ３に供給される全セメント原料中の固体炭素量を制御することのみでセメント製造装置１０からの有機汚染物質の排出量を低減することができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

例えば、上記実施形態では、プレヒータ３に供給される全セメント原料中の固体炭素量（固体炭素を含むセメント原料のプレヒータ３への供給量）を制御することにより、ダスト中の固体炭素量を制御し、有機汚染物質の排出量を低減しているが、これに限定されるものではなく、例えば、ダスト中に固体炭素質としての活性炭、グラファイト等の粉状物を所定量添加することによりダスト中の固体炭素量を制御するようにしてもよい。

〔実施例１〕ダスト中の固体炭素量とＰＣＢ捕捉率との関係
［ダスト中の固体炭素量の定量］
図１に示すセメント製造装置１０にて、セメント原料として石灰石、粘土、珪石、鉄滓及び廃棄物（石炭灰、煤塵、汚泥、鉱滓等）を用いてセメントを製造し、かかるセメント製造装置１０の集塵機７より、プレヒータ３からの排ガス中に含まれるダスト（試料１〜１２）を採取した。

得られたダスト（試料１〜１２）のそれぞれに含まれる総炭素量と油分等の有機炭素量とを測定し、両測定結果の差を算出し、ダストに含まれる固体炭素量とした。ダストに含まれる総炭素量は、下記の方法により測定した。

（１）得られたダスト１０ｇに、１：１ＨＣｌ（ａｑ）を約４０ｍＬ添加し、ダストに含まれる炭酸塩を分解し、その後蒸留水で２００ｍＬに定容した。
（２）得られた試料の混合液を、水浴上（約１００℃）で１時間加熱した。
（３）ガラス繊維ろ紙（商品名：硝子繊維ろ紙ＧＡ１００，製造社名：アドバンテック社製，孔径：１μｍ）を用いて吸引ろ過し、残渣及びガラス繊維ろ紙を、１回につき蒸留水２０ｍＬを使用して１０回洗浄した。
（４）得られた残渣を１０５℃で２０時間乾燥した後、秤量し、炭素・硫黄分析装置（商品名：炭素・硫黄分析装置ＥＭＩＡ−６２０，製造社名：堀場製作所社製）を用いて高周波加熱赤外吸収法により残渣中の総炭素量を測定した。

また、ダストに含まれる油分等の炭素量は、下記の方法（油分測定法）により測定した。
（１）得られたダスト（試料）４ｇを１０５℃にて２０時間乾燥し、乾燥後の試料の重量を測定した。
（２）乾燥後の試料を、２５０℃にて５０ｍＴｏｒｒまで加熱脱気処理し、処理後の試料の重量を測定した。
（３）両測定値の差を算出し、油分等の炭素量とした。

このようにして測定した残渣中の総炭素量と油分等の炭素量との差を算出し、ダスト中の固体炭素量とした。
かかる測定結果を表１に示す。

［ＰＣＢ捕捉率の測定］
試料１〜１２の各ダストについて、ＪＩＳ−Ｋ０３１１に準じて、ダスト中に含まれるＰＣＢ濃度（ｎｇ／ｇ）を測定した。また、ＪＩＳ−Ｋ０３１１に準じて、各試料（試料１〜１２）を採取したときの排ガス中に含まれるＰＣＢ濃度（ｎｇ／ｍ^３Ｎ）を測定した。

上記のようにして測定して得られたダスト中のＰＣＢ濃度（ｎｇ／ｇ）、排ガス中のＰＣＢ濃度（ｎｇ／ｍ^３Ｎ）、ダスト集塵量（ｇ／ｈ）及び系外排出ガス風量（ｍ^３Ｎ／ｈ）から、下記式に基づいてＰＣＢの捕捉率（％）を算出した。
算出した捕捉率を表１に示すとともに、捕捉率と固体炭素量との関係を示すグラフを図２に示す。

表１及び図２に示すように、ダスト中の固体炭素量が０．８質量％以上である場合に、ＰＣＢの捕捉率が約９０〜１００％であることが確認された。このことから、排ガスに含まれるダスト中の固体炭素量を０．８質量％以上に制御することにより、セメント製造装置からの有機汚染物質の排出量を効果的に低減可能であることが確認された。

〔実施例２〕セメント原料中の固体炭素量とダスト中の固体炭素量との関係
図１に示すセメント製造装置１０において、第１サイクロン３ａと第２サイクロン３ｂとを接続するダクトに供給される全セメント原料中の固体炭素量が０．０８質量％、０．２１質量％及び０．３１質量％であるセメント原料（石灰石、粘土、珪石、鉄滓及び廃棄物（石炭灰、煤塵、汚泥、鉱滓等））をプレヒータ３に供給し、プレヒータ３からの排ガスに含まれるダスト中の固体炭素量（質量％）を測定した。
結果を図３に示す。

図３に示すように、プレヒータ３に供給される全セメント原料中の固体炭素量を０．１５質量％以上に制御することで、ダスト中の固体炭素量を０．８質量％以上に制御可能であることが確認された。

本発明の有機汚染物質排出量低減方法は、既存のセメント製造装置をそのまま使用し、セメント製造装置からの有機汚染物質の排出量を低減可能なセメント製造に有用である。

本発明の一実施形態に係るセメント製造方法を使用し得るセメント製造装置を示す概略構成図である。 実施例１におけるダスト中の固体炭素量とＰＣＢ捕捉率との関係を示すグラフである。 実施例２におけるセメント原料中の固体炭素量とダスト中の固体炭素量との関係を示すグラフである。

符号の説明

３…プレヒータ
１０…セメント製造装置

Claims (1)

1. プレヒータを備え、有機汚染物質を含有したセメント原料を使用するセメント製造装置からの有機汚染物質の排出量を低減する方法であって、
   前記プレヒータからの排ガスに含まれるダスト中の固体炭素量を測定することにより、前記ダスト中の固体炭素量を０．８質量％以上に制御することを特徴とする有機汚染物質排出量低減方法。

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