JP5400351B2 - 排ガス処理剤及び排ガス処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、潮解抑制剤、排ガス処理剤及び排ガス処理方法などに関する。

ごみ焼却炉、火力発電所その他のボイラー等から生じる排ガスには、塩化水素などの酸性ガス（有害物質）が多量に含まれている。この酸性ガスを無害化させるために、消石灰を主成分とする処理剤を排ガスに導入する処理手法（排ガス処理方法）が知られている（特許文献１）。
特開２００１−３２７８３４号公報

上述した従来手法による排ガス処理後の排ガスから分離された飛灰には、消石灰と酸性ガスの反応生成物である塩化カルシウムが多量に含有されることがある。この塩化カルシウムは潮解性が強いため、これを常温で放置した場合、吸湿し、排ガスから分離された飛灰が、灰ピットの内壁などに固着して残留し易くなる。このため、付着した飛灰を頻繁に除去する煩雑な作業が必要となり、作業効率が低下するという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、飛灰の潮解を抑制することができる潮解抑制剤と、飛灰除去作業の作業効率を改善することができる排ガス処理剤及び排ガス処理方法とを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討した結果、飛灰中に含まれる潮解性物質である塩化カルシウムを、カルシウムイオンと反応して難溶性塩を形成する官能基を持つ無機化合物と反応させ、難溶性のカルシウム塩を生成させることで、飛灰の潮解性を抑制できることを見出し、本発明をなすに至った。

すなわち、本発明によれば、カルシウムイオンと反応して難溶性塩を形成する官能基を持つ無機化合物を含む塩化カルシウムの潮解抑制剤と、水酸化カルシウムを含むアルカリ性物質とを含む排ガス処理剤が提供される。この排ガス処理材において、無機化合物は硫酸ナトリウムの水和物、硫酸アルミニウムの水和物、リン酸三ナトリウムの水和物および二リン酸ナトリウムの水和物から選択される１以上の水分含有物質である。無機化合物の含有量は、好ましくは、３重量％以上３０重量％以下である。

また、本発明によれば、上記排ガス処理剤をごみ焼却によって生じた排ガスに導入することを特徴とする排ガス処理方法が提供される。

本発明によれば、所定の無機化合物が飛灰中の塩化カルシウムに作用し、その潮解を抑制するので、飛灰が灰ピットの内壁などに固着するおそれが少ない。その結果、飛灰除去作業の作業効率を効果的に改善することができる。

以下、上記発明の実施形態を説明する。

《排ガス処理の全体概要の一例》
まず、一般的なごみ焼却炉での排ガス処理の全体概要を説明する。

図１に示すように、焼却炉１にてゴミが焼却されると、焼却炉１内には排ガスが発生する。排ガスは、廃熱ボイラー４及び減温塔５にて所定温度以下に冷却された後、バグフィルター６にて飛灰が排ガスから分離除去される。排ガスには焼却時に発生した塩化水素ガスなどの酸性ガスやＮＯｘ成分が含まれるので、例えば減温塔５とバグフィルター６の間（図１中のＡ）で、排ガスに対して、排ガス処理剤を導入（噴霧）する。これにより、排ガスに含まれる酸性ガスが中和処理される。

バグフィルター６にて飛灰が分離除去された後の排ガスは、例えばアンモニア噴霧処理が施された後、触媒脱硝装置７にて排ガス中のＮＯｘが除去され、最終的には誘引送風機８を介して煙突９から排出される。

一方、バグフィルター６にて排ガスから分離除去された飛灰は、飛灰搬出装置１０を介して飛灰中間処理工程１１へと移送される。飛灰中間処理工程１１では、飛灰搬出装置１０を介してバグフィルター６から移送されてきた飛灰に対し、所定の薬剤や水などを添加して混練、混合し、飛灰の安定化、不溶化、無害化、飛散防止化などが図られる。

中間処理後の飛灰は、灰ピット３に移送され、その後は、灰ピット３から灰クレーンによって移送用トラックに移され、最終処理（埋立処分、海洋投棄処分など）を施すために最終処分場に移送される。

《排ガス処理剤の一例》
次に、排ガス処理剤の一例を説明する。

本実施形態に係る排ガス処理剤は、ごみ焼却炉、火力発電所その他のボイラー等から排出される排ガスの処理剤として利用されるものであり、アルカリ性物質を含む。

《アルカリ性物質》
本実施形態で用いるアルカリ性物質は、排ガスに含まれる有害物質（例えば、塩化水素ガスや硫黄酸化物など）と吸収反応（中和反応）を生じさせる物質であり、例えば、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２ ）、生石灰（ＣａＯ）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３ ）などが挙げられる。

アルカリ性物質として例えば消石灰を含有する排ガス処理剤を用い、これを排ガスに導入した場合、バグフィルター６にて排ガスから分離除去された飛灰には、消石灰と塩化水素との反応生成物である塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２ ）が含有される。この塩化カルシウムは潮解性が強く（潮解性物質）、潮解が進むと、排ガスから分離された飛灰が、灰ピット３の内壁や灰クレーン、或いは移送用トラックの荷台などに固着して残留し易くなる。このため、付着した飛灰を頻繁に除去する煩雑な作業が必要となり、作業効率が著しく低下する。

そこで、本実施形態の排ガス処理剤は、アルカリ性物質とともに、塩化カルシウムの潮解を抑制することが可能な潮解抑制剤を含有する。

《潮解抑制剤》
本実施形態で用いる潮解抑制剤は、カルシウムイオン（Ｃａ^２＋）と反応して難溶性塩を形成する官能基を持つ無機化合物を含む。

本実施形態で用いることが可能な無機化合物としては、例えば、硫酸ナトリウムや硫酸アルミニウムなどの硫酸塩；リン酸三ナトリウムなどのリン酸塩；炭酸ナトリウムや炭酸マグネシウムなどの炭酸塩などが挙げられる。

難溶性塩としては、無機化合物が硫酸アルミニウムや硫酸ナトリウムである場合は二水セッコウである。無機化合物がリン酸三ナトリウムである場合は水酸アパタイトである。無機化合物が炭酸ナトリウムや炭酸マグネシウムである場合は炭酸カルシウムである。

本実施形態の潮解抑制剤は、集塵装置により分離された後の飛灰に直接添加してもよいが、集塵装置手前や排ガス煙道中に噴霧して添加することが好ましい。集塵装置手前や排ガス煙道中に噴霧して添加することで、潮解抑制剤を飛灰中に均一に分布させることができ、効率的に効果が期待できる。また、消石灰などの排ガス処理剤と混合すると、従来の噴霧設備のままで使用できるため、有利である。

本実施形態では、特に前記無機化合物の水和物などの水分含有物質を用いることが好ましい。無機化合物の水分含有物質を用いることで、排ガス中に噴霧した時に含有水分が高温で瞬間的に蒸発脱離し、その結果、粒子構造が変化して表面積が増大し、反応性が向上して、飛灰の潮解抑制効果がより発揮される。

前記無機化合物の水和物としては、例えば、硫酸ナトリウムの７水和物（Ｎａ_２ ＳＯ_４ ・７Ｈ_２ Ｏ）、硫酸アルミニウムの１８水和物（Ａｌ_２ （ＳＯ_４ ）_３ ・１８Ｈ_２ Ｏ）、リン酸三ナトリウムの１２水和物（Ｎａ_２ ＰＯ_４ ・１２Ｈ_２ Ｏ）、二リン酸ナトリウムの１０水和物（Ｎａ_４Ｐ_２Ｏ_７・１０Ｈ_２Ｏ）、炭酸ナトリウムの１０水和物（Ｎａ_２ＣＯ_３・１０Ｈ_２Ｏ）などが挙げられる。

前記無機化合物の水和物は、１００℃以上で含有水分を放出する物質であることが好ましい。１００℃未満では水分を放出しないため、焼却設備で長期的に保存された場合でも風解を起こさず、その結果、前記に記載された、含有水分の蒸発脱離による潮解抑制効果が損なわれない。

また、前記無機化合物及び／またはその水和物は、分解温度が２５０℃以上であることが好ましい。排ガス処理剤が噴霧される、減温塔５とバグフィルター６の間（図１中のＡ）の排ガス温度は、１５０〜２５０℃程度が通常であるため、その温度域で分解が起こらないために、潮解抑制効果を損なうことがない。

前記無機化合物及び／又はその水和物は、排ガス処理剤に少量でも添加すれば効果があるが、特にこれらの合計含有量が、排ガス処理剤全体に対して、好ましくは３重量％以上、より好ましくは１０重量％以上のときに、飛灰の潮解抑制効果が顕著に発現する。その一方で、排ガス処理剤全体に対する含有量が３０重量％より多くなると、添加する効果が頭打ちになり、薬剤コストや飛灰の量が増加するので好ましくない。従って、本実施形態では、無機化合物及び／又はその水和物の合計含有量が、好ましくは３０重量％以下、より好ましくは１０重量％となるように含有させることが望ましい。

《添加剤》
本実施形態に係る排ガス処理剤は、上記発明の効果を阻害しない限り、例えば活性炭や活性白土などのダイオキシン吸着剤、珪藻土などの流動性改善剤などの添加剤をさらに含有しても良い。その含有量は、排ガス処理剤全体に対して、例えば１〜２０重量％程度とする。

《主たる作用効果》
本実施形態によれば、上述した無機化合物が、例えばバグフィルター６で分離除去された、飛灰中の塩化カルシウムと反応して難溶性塩を形成し、その難溶性塩が飛灰全体を被覆することによって、残りの塩化カルシウムの溶解を抑制することができる（潮解抑制効果）。その結果、灰ピット３の内壁などへの付着を低減することができ、焼却飛灰の処理効率が向上する（主たる作用効果）。

《副次的効果》
また、上述した飛灰は、例えば図１に示すように、最終的には最終処分場に移送され、ここで埋立処分などの最終処理が行われる。この最終処分場に移送される飛灰に含まれる塩化カルシウムは水への溶解度が高い。このため、埋立地からの浸出水には多くのカルシウムイオンが含まれる。その結果、排水処理の過程で、浸出水が空気中の炭酸ガスを吸収して炭酸カルシウムを生成し、これがスケーリング（石膏等が積層状態で付着して固着する現象）となって排水処理設備内（例えば配管内）に付着することもある。このスケーリングは処理時間の経過と共に増加し、最終的には配管閉塞に至る危険があるため、排水処理設備内のスケーリング除去を頻繁に行う必要がある。

本実施形態の排ガス処理剤に含まれる潮解抑制剤は、上述したように、カルシウムイオンと反応して難溶性塩を形成する官能基を持つ無機化合物を含む。この潮解抑制剤を使用して飛灰処理を行うことで、飛灰中の塩化カルシウムが難溶性のカルシウム塩となり、その反射的作用として飛灰中のカルシウムイオン濃度が低減する。その結果、最終処分場での埋立地からの浸出水に含まれるカルシウムイオン濃度も低減する。

すなわち本実施形態によれば、上述した主たる作用効果に加え、最終処分場で埋立処分を行った際に生じる浸出水中のカルシウムイオン濃度が低減されることになり、これにより浸出水に対して特別な処理を行わなくとも、カルシウムイオンが原因で発生するスケーリングの発生を防止することができる。こうしたスケーリングの防止は本発明者らにより見出された副次的効果といえる。

なお、スケーリング防止用の添加剤として炭酸ソーダなどの薬品を浸出水中に添加し、侵出水中のカルシウムイオンを炭酸化処理して炭酸カルシウムを析出させ、これにより侵出水中のカルシウムイオン濃度を低減させる凝集沈澱方式が知られている。ところが、この方式によると、炭酸ソーダとともに別途アルカリ剤を添加してｐＨを約１０に調整した上で、析出した炭酸カルシウムを高分子ポリマーによって凝集させて沈澱処理するので、汚泥の生成及び脱水処分の別作業がさらに必要となり、設備費や維持管理費が高くなり、処理効率の悪化を招くおそれが強い。

これに対し本実施形態では、上述したように、塩化カルシウムを難溶性塩のカルシウム塩とし、その反射的効果として飛灰中のカルシウムイオン濃度が低減する。このため、凝集沈澱方式のごとき別途特別な処理（浸出水処理）を施さなくとも、排水処理施設内へのスケーリングの発生を防止することができ、処理効率の悪化を招くことがない。

以下、実施例に基づいて上記発明を具体的に説明するが、これらの実施例によって本発明は限定されない。

《実施例１−１〜１−４》
潮解性物質として、塩化カルシウム２水和物（特級・和光純薬工業社製）を準備した。潮解抑制剤として、硫酸アルミニウム１８水和物（特級・和光純薬工業社製）を準備した。次に、準備した材料を目開き１５０μｍのふるいにかけ、前記材料の粗粒部を取り除いた。

次に、塩化カルシウム２水和物と、塩化カルシウム２水和物に対する添加率が表１に示す値（３重量％、５重量％、１０重量％及び３０重量％）となる硫酸アルミニウム１８水和物とを、ビニール袋に加え、十分に振って均一に混合し、試料を調製した。次に、調製した試料を３．０ｇ採取し、これを外径８０ｍｍの磁製蒸発皿（丸底）に薄く敷き詰め、室温２３℃・湿度６５％の恒温恒湿室内で静置し、試料の重量変化を経時的に測定した。

試料の潮解性評価は、塩化カルシウム２水和物１ｇあたりの単位重量増加率に換算して行った。結果を表１に示す。

《実施例２−１〜２−４》
潮解抑制剤として、硫酸ナトリウム７水和物（特級・和光純薬工業社製）を用いた以外は、実施例１−１と同様に試料を調製し、同様の評価を行った。結果を表１に示す。

《実施例３−１〜３−４》
潮解抑制剤として、リン酸三ナトリウム１２水和物（特級・和光純薬工業社製）を用いた以外は、実施例１−１と同様に試料を調製し、同様の評価を行った。結果を表１に示す。

《比較例１》
潮解抑制剤を添加せず、塩化カルシウム２水和物のみを用いた以外は、実施例１−１と同様に試料を調製し、同様の評価を行った。結果を表１に示す。

表１に示すように、潮解抑制剤を添加することで、単位重量増加率が低下することが確認された（実施例１−１〜３−４）。また、潮解抑制剤の添加率が低い場合（実施例１−１，１−２，２−１，２−２，３−１，３−２）場合では、試験開始後４時間以降で若干の潮解が生じたが、潮解する速度は、潮解抑制剤を添加しなかった場合（比較例１）よりも減少した。

また、潮解抑制剤の添加率が５重量％を超えると、試験開始後５時間後においても、試料の潮解は確認されなかった（実施例１−３，１−４，２−３，２−４，３−３，３−４）。また、潮解抑制剤を添加せず塩化カルシウム２水和物のみで試験を実施した場合（比較例１）では、試験開始後３時間で、試料表面への水分の付着および、粉体の容器壁面への固着・凝集が目視観察によって確認された。このときの試料重量は３．２１ｇであり、単位重量増加率は７．００重量％であった。

また、試験後の試料を十分に洗浄し、残った不溶物をＸ線回折測定によって成分分析を行った。潮解抑制剤の添加量によらず、硫酸アルミニウム１８水和物及び硫酸ナトリウム７水和物を添加した場合（実施例１−１〜２−４）では二水セッコウが、リン酸ニナトリウム１２水和物を添加した場合（実施例３−１〜３−４）では水酸アパタイトの析出が確認された。

《実施例４−１〜４−４》
比表面積が４３ｍ^２ ／ｇ、細孔容積が０．２ｃｍ^３ ／ｇの高反応消石灰（奥多摩工業社製、商品名：タマカルク−スポンジアカル）に対し、硫酸アルミニウム１８水和物が薬剤全体の重量に対して表２に示す添加率（３重量％、５重量％、１０重量％及び３０重量％）となるように加えて混合し、排ガス処理剤試料を調製した。次に、調製した処理剤試料を用いて、処理能力が都市ごみ９５トン／日、排ガス量２８，８００Ｎｍ^３ ／ｈ のごみ焼却炉の排ガス処理を行い（薬剤吹込量は表２を参照）、酸性ガス除去率（ＨＣｌ、ＳＯ_２ ）を求めた。酸性ガス除去率（ＨＣｌ、ＳＯ_２ ）は、排ガス処理塔の排ガス煙道入口における排ガス濃度Ｄ１と、排ガス処理塔の出口における処理後の排ガス濃度Ｄ２とを検出し、（１００−（（Ｄ２／Ｄ１）×１００））を計算することにより、各排ガス（ＨＣｌ、ＳＯ_２ ）ごとに算出した。結果を表２に示す。

また、排ガス処理後に分離除去された飛灰試料３．０ｇを採取し、これを外径８０ｍｍの磁製蒸発皿（丸底）に薄く敷き詰め、室温２３℃・湿度６５％の恒温恒湿室内で５時間静置した後、飛灰試料の潮解性を目視観察によって評価した。潮解性の評価は、飛灰試料の表面への水分の付着及び、粉体の容器壁面への固着・凝集がみられなかった場合を「○（潮解性なし）」、若干みられた場合を「△」、顕著であった場合を「×（潮解性あり）」とした。結果を表２に示す。

《比較例２》
硫酸アルミニウム１８水和物を添加しなかった以外は、実施例４−１と同様に試料を調製し、同様の評価を行った。結果を表２に示す。

表２に示すように、潮解抑制剤を添加しない場合（比較例２）では、酸性ガス除去率は高かったが、飛灰試料は潮解性を示した。これに対し、潮解抑制剤を添加した場合（実施例４−１〜４−４）では、酸性ガス除去率を低下させることなく、飛灰試料の潮解を、低減もしくは抑制できることが確認できた。以上より、実施例４−１〜４−４の優位性が確認できた。

図１は一例に係るゴミ焼却時の流れを示す工程図である。

符号の説明

１…焼却炉、２…焼却灰搬送装置、３…灰ピット、４…廃熱ボイラー、５…減温塔、６…バグフィルター、７…触媒脱硝装置、８…誘引送風機、９…煙突、１０…飛灰搬出装置、１１…飛灰中間処理工程

Claims (3)

1. カルシウムイオンと反応して難溶性塩を形成する官能基を持つ無機化合物を含む塩化カルシウムの潮解抑制剤と、水酸化カルシウムを含むアルカリ性物質とを含む排ガス処理剤であって、
   前記無機化合物が硫酸ナトリウムの水和物、硫酸アルミニウムの水和物、リン酸三ナトリウムの水和物および二リン酸ナトリウムの水和物から選択される１以上の水分含有物質であることを特徴とする排ガス処理剤。
2. 前記無機化合物の含有量が３重量％以上３０重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理剤。
3. 請求項１または２に記載の排ガス処理剤を、ごみ焼却によって生じた排ガスに導入することを特徴とする排ガス処理方法。

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