JP5215673B2 - 塩化水素供給装置、排ガス処理システム及び塩化水素供給管理システム - Google Patents

塩化水素供給装置、排ガス処理システム及び塩化水素供給管理システム Download PDF

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Description

本発明は、塩化水素供給装置、排ガス処理システム及び塩化水素供給管理システムに関するものである。
火力発電所等の燃焼装置であるボイラから排出される排ガスには毒性の高い水銀が含まれるため、従来から排ガス中の水銀を除去するためのシステムが種々検討されてきた。
通常、ボイラには排ガス中の硫黄分を除去するための湿式の脱硫装置が設けられている。このようなボイラに排ガス処理装置として脱硫装置が付設されてなる排煙処理設備においては、排ガス中の塩素(Cl)分が多くなると、水に可溶な2価の金属水銀の割合が多くなり、前記脱硫装置で水銀が捕集しやすくなることが、広く知られている。
そこで、近年、NOxを還元する脱硝装置、および、アルカリ吸収液をSOx吸収剤とする湿式脱硫装置と組み合わせて、この金属水銀を処理する方法や装置について様々な考案がなされてきた。
排ガス中の金属水銀を処理する方法としては、活性炭やセレンフィルター等の吸着剤による除去方法が知られているが、特殊な吸着除去手段が必要であり、発電所排ガス等の大容量排ガスの処理には適していない。
大容量排ガス中の金属水銀を処理する方法として、煙道中、高温の脱硝装置の前流工程で塩素化剤をガス噴霧し、脱硝触媒上で水銀を酸化(塩素化)させ、水溶性の塩化水銀にしたのち、後流の湿式脱硫装置で吸収させる方法が提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。なお、煙道にガス噴霧する装置および技術は脱硝装置のNH3噴霧装置で実用化されており、塩素化剤のガス噴霧にも同様の手段が採用されうる。
特開平10−230137号公報
ところで、前記提案のような塩化水素等の噴霧による水銀除去システムを採用した場合、35%塩酸を気化装置において気化させるので、副生成物として原料(35%塩酸)の約80%の割合に相当する量の希塩酸が排出されるが、発電所側にとって前記希塩酸は廃棄物になってしまう、という問題がある。
また、発電所で使用する石炭の炭の種類(いわゆる炭種)によって、塩素濃度がバラバラであり、塩素濃度が高い炭種を用いる場合でも29t/日の量の35%濃度塩酸が必要となり、それとほぼ同量の希塩酸が排出されることとなる。
このため、廃棄物の希塩酸を処理するために、付帯設備としてリサイクルプラントを建設するとなると、プラントを一式設置する必要があり、その設置費用及び維持費用が嵩むこととなる。
更に、発電設備内に、リサイクルプラントを建てることも考えられるが、希塩酸の処理には不揮発成分が循環、濃縮するため、処理工程の大幅な増設が必要となる。
そこで、副生成物として排出される希塩酸を廃棄処理せず、再利用可能な状態でリサイクルすることが切望されている。
本発明は、以上の課題に鑑み、運転コストが低い塩化水素供給装置、排ガス処理システム及び塩化水素供給管理システムを提供することを目的とする。
上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、原料である濃塩酸を搬入する搬入手段と、前記濃塩酸を気化して塩化水素を得る塩酸気化器と、前記塩酸気化器で気化されない回収希塩酸中に残留する残留塩化水素を分離すると共に、前記塩酸気化器の液面を調整する液面調整器と、残留塩化水素が除去された回収希塩酸の塩酸濃度を調整する濃度調整タンクと、濃度調整された希塩酸を貯蔵する副生成物タンクと、副生成物タンクからの濃度調整された希塩酸を搬出する搬出手段とを具備することを特徴とする塩化水素供給装置にある。
第2の発明は、石炭焚ボイラからの排ガスに塩化水素を噴霧する噴霧装置と、塩化水素噴霧後の排ガス中の窒素酸化物を除去すると共に、水銀を酸化する脱硝装置と、窒素酸化物除去後のガス中の熱を回収するエアヒータと、熱回収後のガス中の煤塵を除去する集塵機と、除塵後のガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置と、脱硫後のガスを外部に排出する煙突と、原料である濃塩酸を搬入する搬入手段と、前記濃塩酸を気化して塩化水素を得る塩酸気化器と、前記塩酸気化器のからの回収希塩酸から残留する残留塩化水素を分離すると共に、前記塩酸気化器の液面を調整する液面調整器と、残留塩化水素が分離された回収希塩酸の塩酸濃度を調整する濃度調整タンクと、所定濃度に濃度調整された希塩酸を貯蔵する副生成物タンクと、副生成物タンクからの所定濃度の希塩酸を搬出する搬出手段を具備することを特徴とする排ガス処理システムにある。
第3の発明は、排ガス処理システムに塩化水素を供給する第1の発明の塩化水素供給装置と、前記塩化水素供給装置の原料である濃塩酸の供給量及び使用量、副生成物である希塩酸の生成量、塩酸気化装置で発生する塩化水素の発生量、排ガス中の水銀量の各情報各々求め、前記情報を演算処理する演算装置と、石炭焚ボイラで使用する燃料の種類に応じて使用する塩酸量を決定し、原料である濃塩酸を発注すると共に在庫を管理する在庫管理セクションと、発生する副生成物である希塩酸の発生量を演算装置で予想すると共に、生成する副生成物である希塩酸を販売するための物流セクションと、を具備する塩化水素供給管理システムにある。
第4の発明は、第3の発明において、前記物流セクションにおいて、副生成物である希塩酸の搬出先を、予めオークションにより決定することを特徴とする塩化水素供給管理システムにある。
本発明によれば、廃棄物として排出される希塩酸を所定の濃度の有価な製品として業者に返却することができる。
また、所定濃度の希塩酸を引き取った塩酸処理業者は、必要に応じて塩化水素を注入し、濃塩酸に加工して再利用できる。
また、所定濃度の希塩酸は洗浄剤、排水中和剤、スケール除去剤等の用途にそのまま利用することができる。
更に、原料濃塩酸(例えば35%塩酸)の運搬用に用いられたタンクなどに、副生成物の濃度調整した希塩酸(例えば22%塩酸)を積載して運搬できるため、輸送の効率化を図ることができる。
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
図1は、実施例1に係る排ガス処理システムの概略構成図である。
図2は、図1の要部である塩化水素供給装置の概略構成図である。
先ず、図1に示すように、本実施例に係る排ガス処理システム10は、石炭焚ボイラ11からの排ガス12中の窒素酸化物を除去すると共に、ガス中に塩化水素23を噴霧して水銀酸化除去する脱硝装置13と、窒素酸化物除去後のガス中の熱を回収するエアヒータ14と、熱回収後のガス中の煤塵を除去する集塵機15と、除塵後のガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置16と、脱硫後のガスを外部に排出する煙突17と、前記塩化水素23を発生させる塩化水素供給装置20とを具備するものである。
なお、図1中、符号41、42は水銀モニタ、43は酸化還元電位測定制御装置(ORP)、45は脱硫装置から排出される水銀を含んだ希硫酸、46はベルトフィルタ、47は石膏を図示する。
ここで、前記塩化水素供給装置20は、図2に示すように、原料である濃塩酸(35%塩酸)21を搬入する搬入タンクローリ22Aと、前記濃塩酸(35%塩酸)を気化して塩化水素23を得る塩酸気化器24と、前記塩酸気化器24のからの回収希塩酸25Aから残留する残留塩化水素を分離すると共に、前記塩酸気化器24の液面を調整する液面調整器27と、残留塩化水素26が分離された回収希塩酸25Bの塩酸濃度を所定濃度(例えば22%)に調整する濃度調整タンク28と、所定濃度に濃度調整された希塩酸29を貯蔵する副生成物タンク30と、副生成物タンク30からの所定濃度の希塩酸29を搬出する搬出タンクローリ21Bとを具備するものである。
本発明によれば、排ガス処理設備を備えた例えば発電所では、その排ガス処理の際に発生する副生成物として排出される希塩酸をそのままでは廃棄処理せず、再利用可能な状態である所定濃度の希塩酸として排出するので、その希塩酸を再利用することができる。
また、原料の濃塩酸の輸送業者は、原料の約35%塩酸を供給する運搬手段(例えば、トレーラやタンクローリなどのタンク)によって、原料供給後、タンクを空の状態にして帰るのではなく、排出される所定濃度の希塩酸を積載して持ち帰ることができ、物流サイクルが構築される。
なお、本実施例では、塩酸を搬入・搬出する手段としてタンクローリを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、タンクローリやトレーラ、貨車等の公知の塩酸運搬手段であればいずれでもよい。
所定濃度の希塩酸としているので、再利用のために販売することが可能な製品にリサイクルできる。
ここで、前記塩化水素供給装置20で塩酸気化器24から発生する塩化水素23は約60℃であり、蒸気33を用いた第2の熱交換器により温度を上昇させて、排ガス処理に適した塩化水素濃度が88%(温度:140℃)の塩化水素23をダクト中に噴霧することで水銀を除去するようにしている。
一方、塩酸気化器24で塩化水素を気化させた残りの塩酸は回収塩酸25Aとして第1の熱交換器32で熱交換した後に、第3の熱交換器37で冷却され、さらに液面調整器27で気液分離を行い、残留塩化水素26を除去し、回収希塩酸25Bとなる。
そして、この回収希塩酸25Bは、所定濃度以上である場合には、濃度調整タンク28に導入され、水40を用いて希釈することで所定濃度(例えば22%)に調整して濃度調整希塩酸29として副生成物タンク30に導入され、搬出タンクローリ22Bに積み込まれて塩酸供給業者等へ運ばれる。
ここで、濃度調整するのは、塩酸気化器24での気化率(%)と時間(T)との関係は、図3及び図4に気化率が低い場合には、回収塩酸25A側の塩酸濃度が高いまま推移することとなる。なお、この現象は気化停止の場合にも起こる。
よって、所定の安定状態に達するまでは、濃度調整タンク28側に導入するように、バルブV1を解放して、水40で希釈するようにしている。そして、気化率が定常状態に達した後には、回収側の塩酸濃度は22%前後となるので、バルブV2を解放してV1を閉じて、直接副生成物タンク30に導入するようにしている。
このように、塩酸気化器24での塩化水素23の気化率が一定となるまでは、回収塩酸25Aの濃度が高いので、濃度調整した後に、副生成物タンク30に導入するようにして、所定濃度の希塩酸となるようにしている。
この塩酸濃度の計測は、公知の濃度計測方法を用いることができる。公知の濃度計測方法としては、例えばJIS K 1310に示す方法、JIS K1310−1−1中和滴定法、JIS K1310−1−1電位差滴定法、JIS1310−2密度測定法の他、pH計による濃度推定方法、イオン電極による濃度推定方法等を適宜用いることができる。
また、ボイラ燃焼の燃料である石炭の炭種に応じて、含有する塩素量が大幅に変動するので、石炭の種類に応じて、塩化水素の供給量が変動することとなるので、石炭の種類に応じて塩酸の消費量が異なるので、予め予想して燃料を発注する必要がある。
また、回収された副生成物である希塩酸の用途は、再度塩化水素を吹き込んで高濃度の塩酸として再利用する以外に、洗浄用塩酸、排水処理用塩酸等に用いることができる。
本発明によれば、副生成物として発生する塩酸を所定濃度で塩酸供給業者へ送ることができると共に、高濃度塩酸を搬入した空のタンクローリに希塩酸を積み込んで速やかに発電設備内から排出するので、発電設備内に不要なストック塩酸がなくなる。
よって、例えば小規模な発電プラントの場合に用いる濃塩酸が35t/日の場合に、約29t/日の希塩酸が発生するが、その希塩酸を速やかに搬出することができることとなり、排ガス処理における運転コストが低い水銀除去システムを提供することができる。
なお、炭種類による変動は30t/日(塩素濃度が約300ppmの場合)〜120t/日(塩素濃度が約100ppmの場合)と約4倍変化することになる。
次に、本発明による実施例に係る排ガス処理システムの第2の実施例について説明する。
図5は、実施例2に係る排ガス処理システムの概略図である。本実施形態に係る排ガス処理システム10は、図5に示すように、燃料Fとして石炭を用いた石炭焚きボイラ11と、ボイラからの排ガス中の窒素酸化物を除去すると共に、ガス中に塩化水素を噴霧して水銀酸化除去する脱硝装置13と、窒素酸化物除去後のガス中の熱を回収するエアヒータ14と、熱回収後のガス中の煤塵を除去する集塵機15と、除塵後のガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置16と、脱硫後のガスを外部に排出する煙突17と、原料である濃塩酸(35%塩酸)21を搬入する搬入タンクローリ22Aと、前記濃塩酸(35%塩酸)を気化して塩化水素23を得る塩酸気化器24と、塩酸気化器24からの副生成物である回収希塩酸25Aから残留する残留塩化水素26を分離すると共に、前記塩酸気化器24の液面を調整する液面調整器27と、残留塩化水素26が分離された回収希塩酸25Bの塩酸濃度を調整する濃度調整タンク28と、所定濃度に濃度調整された希塩酸29を貯蔵する副生成物タンク30と、副生成物タンク30からの所定濃度の希塩酸29を搬出する搬出タンクローリ21Bとを具備するものである。
これらの装置の原料の供給量及び使用量、副生成物の生成量、塩化水素の発生量、水銀量の各情報は各々求められており、これらの情報は演算装置(CPU)で演算処理されており、各原料供給セクションと塩化水素製造セクションとは図示しないネットワークにより接続されている。
原料供給セクションでは、燃料の種類に応じて使用する塩酸量を決定すると共に、原料を発注すると共に在庫を管理する在庫管理セクションと、原料の購入量を購入すると共に、発生する副生成物の発生量を予想すると共に、生成した副生成物を販売するための物流セクションとからなる。
塩化水素製造セクションには製造された塩化水素の量を排ガス処理システムに通知するための製造管理端末が、在庫管理セクションには、保管している原料の在庫量データを供給システムに通知する在庫管理端末が備えられている。
また、物流セクションには、原料の使用量を監視する管理端末と、生成された副生成物の発生量を監視する管理端末が備えられている。
図6は、供給システムの各要素の構成を示す概念図である。供給システムは、搬入手段端末100、搬出手段端末101、塩化水素供給手段102、副生成物管理手段103からなる。
そして、これらは、システム管理サーバ104を介してネットワーク化されている。
これらの端末は、中央演算装置(CPU)、ワークメモリ、システム管理サーバ104と送受信を行なうための通信制御インターフェイスを含む。
そして、搬入手段端末100は、システム管理サーバ104を介して受信される受注情報から原料購入処理を行なうのに必要な情報の抽出、在庫確認、購入指示を行なうためのプログラムが格納されている。
更に、搬出手段端末101は、副生成物生成手段103より送信される生成量の情報を基に販売先顧客への販売量を演算するためのプログラム、販売先顧客へのオークション情報発送フォームを備える。
また、システム管理サーバ104は、在庫量管理端末より送信される原料の在庫量データを格納する原料在庫データベース105を備え、更に、発生する副生成物の濃度及び量に関するデータを格納する副生成物データベース106、及び副生成物販売先顧客に関する情報及び顧客毎に納入に関する履歴を蓄積する顧客情報データベース107、副生成物の単位重量当りの価格が記録された副生成物コストデータベース108を備える。
そして、塩化水素供給手段102は、原料から塩化水素23の発生量を演算し、これらを分析情報として表示してシステム管理サーバ104へ送信するための端末を備える。
一方、副生成物管理手段103は、塩化水素を発生した後の副生成物の濃度を計測し、その濃度に応じて濃度調整する濃度調整タンクと、所定濃度の場合には直接貯留する副生成物タンク30とからなる。
そして、副生成物の濃度に応じて濃度調整をした後に副生成物タンク30に供給すると共に、これらを副生成物情報として表示して管理サーバ104へ送信するための端末を備える。
これに対し、排ガス処理セクションは、ボイラからの排ガスを処理する際の塩化水素の使用量を計測すると共に、排ガス中の水銀量が所定量以下となっているかを監視する。そして、塩化水素の使用量及び排ガス中の水銀濃度は、排ガス処理セクション側管理サーバが常時記録し管理している。
次に、この排ガス処理システム10における排ガス処理過程の流れを説明する。
まず、ボイラの稼動予定に応じて、所定日数の原料の使用量を予測し、製造側管理サーバが電子メール等により所定の発注情報を含む原料(35%塩酸)の発注を行なう。
この際の発注情報は、原料(35%塩酸)の量、希望納期、納入場所等からなる。
受注を受けた塩酸供給業者は、発注情報に基づき、搬入タンクローリ22Aにより濃塩酸を届ける。搬入手段端末100はこの搬入タンクローリ25の納品情報を確認し、システム管理サーバ104により記憶された後登録される。
そして、排ガス処理を行うに際おいて、原料から所定量の塩化水素23を塩酸気化器24で製造し、副生成物は液面調整器27で回収する。回収された副生成物はその濃度が高い場合(例えば22%以上)には、濃度調整タンク28に送られ、ここで水40により所定濃度(22%)となるように調整され、その後副生成物タンク30で保管され、その量はシステム管理サーバ104に積算記録される。
そして、タンクが空となった搬入タンクローリ23Aを移動させ、ここに副生成物タンク30から積載され、希塩酸(22%)が満載された搬出タンクローリ23Bとして、塩酸供給業者まで届けられることとなる。
この搬出の際には、予めオークションにより販売先を決定しておく。
このオークションの購入情報は、システム管理サーバ104に送信され、顧客情報サーバ107に記録させる。
以上の処理がなされた後、システム側管理サーバ104を通じて顧客情報データベース106に記憶されている情報を基に所定の請求フォーマットを用いて請求書を作成する。
以上により、原料の搬入と、塩化水素の使用に応じて生成した副生成物の再利用のための出荷に対応する処理がなされる。
このような、処理は石炭の炭種類に応じて、変更になる。これは、石炭に含有する塩素の量に応じて、排ガス処理システムにおける塩化水素の使用量が大幅に変動するので、燃料として使用する石炭のデータベースを基にして、塩化水素の使用量を予測している。
これにより、副生成物の生成量の変動を予測することができ、使用量が多い場合には、副生成物の発生量もそれにつれて増大するので、その販売のために、オークションを用いて速やかに売却するようにして、設備内に副生成物の不要なストックを防止するようにしている。
次に、希塩酸のインターネットによるオークション販売の一例について説明する。
(ステップ0) 発電所で使用する石炭の供給計画を元に塩酸の供給計画を策定する。
具体的には、以下のステップ1〜3による。
(ステップ1) 石炭種の性状データから、石炭燃焼排ガスの塩化水素濃度を抽出する。
(ステップ2) 脱硝触媒にて必要な塩化水素濃度(例えば塩化水素濃度300ppm)から、添加する塩化水素量を計算する。なお、添加濃度は、運転実績にあわせて適宜変更する。
(ステップ3) ステップ2で計算した塩化水素量から、供給する濃塩酸(35%)量(a)を計算する。この際、供給した濃塩酸に含まれる塩化水素の約1/2が希塩酸(22%)として排出され、排出される塩酸(22%)量(b)が計算される。
(ステップ4) この35%の濃塩酸供給量(a)と22%の希塩酸の排出量(b)から、35%濃塩酸の購入価格と、22%塩酸の買取価格と往復の運賃を一式とした逆オークションを行う。
ここで、逆オークションでは、例えばインターネットを用いた入札システムを採用する。
価格の目安は、一例として35%塩酸の購入価格は市場価格より安くする。一方22%塩酸の売却価格も市場価格より安く設定する。
この理由は、22%希塩酸は発電所内に貯留せずに常時引き取る必要があるためである。
これにより、常時適正な売買を行うことができることとなる。また、回収希塩酸の所定濃度の調整についても、水の供給により20〜23%の範囲で任意に希塩酸の調整が可能となり、顧客の塩酸濃度に応じて出荷することも可能である。
以上のように、本発明に係る塩化水素供給装置は、廃棄物として排出される希塩酸を所定の濃度の有価な製品として業者に返却することができ、発電所における排ガス処理の塩酸の処理に用いて適している。
実施例1に係る排ガス処理システムの概略構成図である。 図1の要部である塩化水素供給装置の概略構成図である。 塩酸を気化させる際の時間と気化率との関係を示す図である。 気化率に対応した塩酸濃度と時間との関係を示す図である。 実施例2に係る排ガス処理システムの概略図である。 供給システムの各要素の構成を示す概念図である。
符号の説明
11 石炭焚ボイラ
12 排ガス
13 脱硝装置
14 エアヒータ
15 集塵機
16 脱硫装置
17 煙突
20 塩化水素供給装置
21 塩酸気化装置
23 塩化水素

Claims (4)

  1. 原料である濃塩酸を搬入する搬入手段と、
    前記濃塩酸を気化して塩化水素を得る塩酸気化器と、
    前記塩酸気化器で気化されない回収希塩酸中に残留する残留塩化水素を分離すると共に、前記塩酸気化器の液面を調整する液面調整器と、
    残留塩化水素が除去された回収希塩酸の塩酸濃度を調整する濃度調整タンクと、
    濃度調整された希塩酸を貯蔵する副生成物タンクと、
    副生成物タンクからの濃度調整された希塩酸を搬出する搬出手段とを具備することを特徴とする塩化水素供給装置。
  2. 石炭焚ボイラからの排ガスに塩化水素を噴霧する噴霧装置と、
    塩化水素噴霧後の排ガス中の窒素酸化物を除去すると共に、水銀を酸化する脱硝装置と、
    窒素酸化物除去後のガス中の熱を回収するエアヒータと、
    熱回収後のガス中の煤塵を除去する集塵機と、
    除塵後のガス中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置と、
    脱硫後のガスを外部に排出する煙突と、
    原料である濃塩酸を搬入する搬入手段と、
    前記濃塩酸を気化して塩化水素を得る塩酸気化器と、
    前記塩酸気化器のからの回収希塩酸から残留する残留塩化水素を分離すると共に、前記塩酸気化器の液面を調整する液面調整器と、
    残留塩化水素が分離された回収希塩酸の塩酸濃度を調整する濃度調整タンクと、
    所定濃度に濃度調整された希塩酸を貯蔵する副生成物タンクと、
    副生成物タンクからの所定濃度の希塩酸を搬出する搬出手段を具備することを特徴とする排ガス処理システム。
  3. 排ガス処理システムに塩化水素を供給する請求項1の塩化水素供給装置と、
    前記塩化水素供給装置の原料である濃塩酸の供給量及び使用量、副生成物である希塩酸の生成量、塩酸気化装置で発生する塩化水素の発生量、排ガス中の水銀量の各情報各々求め、前記情報を演算処理する演算装置と、
    石炭焚ボイラで使用する燃料の種類に応じて使用する塩酸量を決定し、原料である濃塩酸を発注すると共に在庫を管理する在庫管理セクションと、
    発生する副生成物である希塩酸の発生量を演算装置で予想すると共に、生成する副生成物である希塩酸を販売するための物流セクションと、を具備する塩化水素供給管理システム。
  4. 請求項3において、
    前記物流セクションにおいて、
    副生成物である希塩酸の搬出先を、予めオークションにより決定することを特徴とする塩化水素供給管理システム。
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