JP5428736B2

JP5428736B2 - セメント製造設備からの排ガス中の水銀成分及び有機塩素化合物の低減方法

Info

Publication number: JP5428736B2
Application number: JP2009237592A
Authority: JP
Inventors: 育子渡辺; 一寿古屋; 壮門野
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2009-10-14
Filing date: 2009-10-14
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-10-14
Also published as: JP2011084425A

Description

本発明は、セメントの製造設備から排出される排ガス中の水銀成分及び有機塩素化合物を効率よく低減する方法に関する。

近年、廃棄物の再利用は社会的に重要な課題であり、セメント製造工場においても、各種の汚泥、焼却灰、廃プラスチックなどの廃棄物をセメント原料や燃料として使用することが少なくない。
これらの廃棄物には、多くの場合、重金属類が含有されており、そのうち、水銀等およびその塩化物等の揮発性重金属成分は、セメント製造設備の高温部において揮発し、ガス中に含有される。その後、ガスの温度が低下するのに伴いガス中に含有されるダストの表面にこれらの重金属等が析出し、あるいは重金属やその化合物自身の微粒子となる。これらのダストや微粒子は煙道の電気集塵機で捕集され、ガス中から除去される。
また、セメント製造設備内では、セメント原料や燃料としてセメント製造設備に持ち込まれる石炭、木屑、汚泥および廃プラスチック等の可燃物が完全燃焼せずに生成する未燃ガスと、廃プラスチック等から持ち込まれる塩素分が反応し、ＰＣＢおよびダイオキシン類などの有機塩素化合物が合成される。これら有機塩素化合物もセメント製造設備の高温部において揮発し、ガス中に含有され、より低温の電気集塵機内でダストに吸着する。
水銀等の重金属類、ダイオキシン類およびＰＣＢなどの有機塩素化合物のいずれも、一部は煙道から外気へ排出されるが、大部分はセメント製造設備内を循環することとなる。
このため、ガス中の水銀や有機塩素化合物を処理する手段を設けないと、セメント製造設備内を循環する水銀等の重金属類、ダイオキシン類およびＰＣＢの量が増加し、ガス温度の低下に伴って水銀等がダクトに析出したり、セメント製造設備の煙突から排出される排ガス中の水銀排出量、有機塩素化合物排出量が増える等の問題を生じる。

特許文献１には、セメント製造設備内でダイオキシン類およびＰＣＢなどの有機塩素化合物が発生する原因がセメント原料中の塩素分にあると考え、セメント原料を原料ミルに投入する前に予加熱器で予加熱して、有機塩素化合物をセメント原料などから分離し、発生した有機塩素化合物を含む熱処理ガスを、セメント製造設備内の通常運転時に８００℃以上となる高温部に供給して、熱処理ガス中の有機塩素化合物を熱分解する、セメント製造設備からの排ガス中の有機塩素化合物低減方法が記載されている。
しかしながら、大量のセメント原料を予加熱することは、大型の予加熱器と多量の熱量を要し、大がかりな処理となる。
特許文献２には、セメント製造工程の排ガスから捕集した集塵ダストを加熱炉に導き、集塵ダストに含まれる水銀等を揮発温度以上に加熱してガス化して、酸性ないし酸化性溶液に吸収させる方法等によって水銀を除去し、水銀等を除去した集塵ダストをセメント原料の一部に用いるセメント製造排ガスの処理方法が記載されている。
しかしながら、特許文献２は、セメント製造工程の有機塩素化合物については全く考慮されていない。すなわち、塩素化合物と水銀が共存する系を加熱すれば、塩化第２水銀（ＨｇＣｌ₂）が主体となるにもかかわらず、特許文献２では、元素状水銀（金属水銀）を吸収するために、吸収液としては酸性溶液ないし酸化性溶液が用いられている。また、セメント製造工程の有機塩素化合物の除去については全く記載がない。

特許第４０７５９０９号公報特開２００２−３５５５３１号公報

本発明は、セメント製造設備から排出される排ガス中において、水銀成分ならびにＰＣＢおよびダイオキシン類などの有機塩素化合物の排出量を効率的に低減させることができる方法を提供することを目的とする。

本発明は以下の構成からなる、セメント製造設備からの排ガス中の水銀成分及び有機塩素化合物の低減方法である。
（１）セメント製造設備の集塵機後半部分で捕集された集塵ダストを加熱炉に導き、キャリヤーガス導入下、３００〜６００℃に加熱して、集塵ダスト中の水銀成分及び塩素化合物を揮発させ、該加熱炉を出た排ガスを、水銀成分除去装置中で洗浄水と接触させて水銀成分を吸収し、該水銀成分除去装置を出た排ガスを８００℃以上のセメント製造設備内の高温部に導いて有機塩素化合物を分解することを特徴とするセメント製造設備からの排ガス中の水銀成分及び有機塩素化合物の低減方法。
（２）加熱炉に導入するキャリヤーガスが、セメント製造設備において排出された熱排ガスである上記（１）に記載のセメント製造設備からの排ガス中の水銀成分及び有機塩素化合物の低減方法。

本発明によれば、既存のセメント製造設備に小規模な設備を付加して、水銀成分及び有機塩素化合物を高濃度に吸着した集塵機後半部分の集塵ダストの一部を加熱処理し、その排ガスの後処理を行うことにより、セメント製造設備内を循環する水銀成分及び有機塩素化合物の一部を除去し、その結果、セメント製造設備から系外へ排出される排ガス中における、水銀成分及び有機塩素化合物の排出量を、効率的に低減させることができる。

本発明に係る水銀成分及び有機塩素化合物の低減方法のために使用されるセメント製造設備（部分図）の一例である。

以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。
本発明は、セメント製造設備の集塵機後半部分で捕集された集塵ダストを加熱炉に導き、３００〜６００℃に加熱して、集塵ダスト中の水銀成分及び有機塩素化合物を揮発させ、該加熱炉を出た排ガスを、水銀成分除去装置中で洗浄水と接触させて水銀成分を吸収し、該水銀成分除去装置を出た排ガスを８００℃以上のセメント製造設備内の高温部に導いて有機塩素化合物を分解するセメント製造設備からの排ガス中の水銀成分及び有機塩素化合物の低減方法である。なお、本明細書で、水銀成分とは、元素状水銀（金属水銀）及び塩化第２水銀を指し、有機塩素化合物とは、ＰＣＢ（ポリ塩化ビフェニル）、ダイオキシン類等を指す。

本発明に係る水銀成分等の低減方法のために使用されるセメント製造設備（部分図）の一例を図１に示す。本発明に使用されるセメント製造設備は、通常のセメント製造設備において、電気集塵機２３で捕集した集塵ダストを加熱する加熱炉３０と、加熱炉３０の排ガスから水銀等を除去する水銀成分除去装置４０とが付設され、水銀成分除去装置４０の排ガスをロータリーキルン１５の窯尻部（８００℃以上の高温部）へ投入することができるガス配送管５０を設けたものである。なお、水銀成分除去装置を出た排ガスを投入できる８００℃以上の高温部としては、後述するように、他に、ロータリーキルン１５の窯前部または仮焼炉１４などが挙げられる。

本発明に使用されるセメント製造設備において、セメント原料に対しては、通常のセメント製造工程での処理が行われる。
すなわち、原料ミル１１により粉砕されたセメント原料を貯蔵サイロ１２に一旦貯蔵し、次に貯蔵サイロ１２内のセメント原料をプレヒーター１３（図中の４つのサイクロン）により予熱し、続いて仮焼炉１４で石灰石が脱炭酸されるまで昇温し、昇温されたセメント原料をロータリーキルン１５内で加熱してセメントクリンカーを焼成する。その後、セメントクリンカーをクリンカークーラーに投入して冷却する。

一方、本発明に使用されるセメント製造設備において、ガスは次のような流れとなる。
セメント原料がプレヒーター１３、仮焼炉１４及びロータリーキルン１５内で加熱されることにより、セメント原料中に含まれる水銀成分や有機塩素化合物は、排出ガス中に揮発し、そのガスはプレヒーター１３の最上段のサイクロン（出口のガス温度は約４００℃）を出て沈降室２１に送られる。
沈降室２１で粒子径の大きいダストが分離され、スタビライザー２２でガス温度を調節された排ガスは、電気集塵機２３に送られる。なお、沈降室２１を出た排ガスは原料ミル１１にも送られ、原料ミル１１から出た排ガスは電気集塵機２３に送られる排ガスに合流する。
電気集塵機２３ではガス中に含まれる粒子径の小さいダストが捕集される。
電気集塵機２３中のガス温度は、約８０〜１５０℃程度であるので、ガス中の水銀成分や有機塩素化合物の大部分はダスト中の未燃物に吸着される。そして、電気集塵機２３中で捕集される集塵ダストは、後半部分の方が前半部分よりも粒子径が小さく、水銀成分や有機塩素化合物が高濃度に吸着される。
電気集塵機２３前半部分で捕集された集塵ダストは、直接、原料混合・供給系の混合サイロ・貯蔵サイロ１２へ送られ、電気集塵機２３後半部分で捕集された、水銀成分等をより高濃度に吸着した集塵ダストは加熱炉３０へ送られる。そして、電気集塵機２３でダストが捕集された排ガスは、一部が煙突２４を通って系外へ放出される。他の排ガスは、ダストと共に混合サイロ・貯蔵サイロ１２に入り、次いで、セメント原料と共にプレヒーター１３へ送られることで、セメント製造設備内でガス循環系が形成されている。

加熱炉３０へ送られる電気集塵機後半部分で捕集された、水銀成分等をより多量に吸着した集塵ダストは、炉内を搬送される間に３００〜６００℃に加熱され、水銀成分及び有機塩素化合物が揮発し、キャリヤーガスにより水銀成分除去装置４０へ排出される。ここで、水銀成分とは、前記のように、元素状水銀（金属水銀）及び塩化第２水銀を指すが、塩素化合物が共存する集塵ダストを加熱炉３０で加熱すると、水銀原子の５０％以上が塩化第２水銀となる。

加熱炉３０は、既存のセメント製造設備の系外に付設される装置で、その構造は限定されない。例えば、加熱スクリュー式の加熱器、パドル式の加熱器、ロータリー式の加熱器などを採用することができる。
加熱炉３０の熱源は、電気加熱、熱風加熱またはバーナー加熱などを採用することができる。
加熱炉３０のキャリヤーガスとしては、空気、窒素ガスあるいは窒素リッチガス（窒素濃度が９０％以上）およびセメント製造設備の排ガスや排空気を利用することができ、セメント製造設備の排ガスや排空気の内３００℃以上の排ガス、排空気を用いれば、ダストの加熱処理に必要な熱量を低減することができる。

加熱炉３０中の集塵ダストの加熱温度は、３００〜６００℃であるが、３００℃未満では、集塵ダストからの水銀成分及び有機塩素化合物の分離が不十分となり、６００℃を超えると、水銀成分等の分離効果は変わらず、エネルギー的に不経済となる。
加熱炉３０中の集塵ダストの滞留時間は３０〜１２０分程度であることが好ましい。

加熱炉３０中で水銀成分及び有機塩素化合物が分離された集塵ダストは、原料混合・供給系の混合サイロ・貯蔵サイロ１２へ送られ、原料化される。

集塵ダスト中の水銀成分及び有機塩素化合物を揮発させた高温のキャリヤーガスは、水銀成分除去装置４０に導いて吸収液である８０℃以下の洗浄水と接触させることにより、キャリヤーガス中の塩化第２水銀は吸収液に吸収され、金属水銀は沈殿物として水銀成分除去装置４０の底部に溜まる。
塩化第２水銀吸収液は排水処理設備で処理され、水銀成分除去装置４０の底部の金属水銀は定期的に取り出される。

水銀成分除去装置４０としては、スプレー塔、サイクロンスクラバー、漏れ棚塔などが挙げられる。

水銀成分が除去され、有機塩素化合物が含まれる、水銀成分除去装置４０を出た排ガスは、ガス配送管５０を通って８００℃以上のセメント製造設備内の高温部に投入される。８００℃以上のセメント製造設備内の高温部としては、プレヒーター１３の下段部、仮焼炉１４、ロータリーキルン１５の窯尻部、ロータリーキルン１５の窯前部、クリンカークーラーの高温部などが挙げられる。
該高温部において、ＰＣＢおよびダイオキシン類などの有機塩素化合物は分解される。

本発明に使用されるセメント製造設備においては、以上のように、集塵機２３後半部分で捕集された集塵ダストの一部を加熱炉３０に導き、加熱処理して、集塵ダスト中の水銀成分及び有機塩素化合物を揮発させ、加熱炉３０を出た排ガスを、水銀成分除去装置４０中で水と接触させて水銀成分を吸収し、水銀成分除去装置４０を出た排ガスを８００℃以上のセメント製造設備内の高温部に導いて有機塩素化合物を分解するものであり、セメント製造設備内を循環する水銀成分及び有機塩素化合物の一部が除去される。
すなわち、集塵機２３後半部分で捕集された集塵ダストの一部（集塵ダスト全体の１／２０量〜１／３量）を加熱炉内で３００〜６００℃に加熱して上記の後処理をすることによる水銀成分、有機塩素化合物の除去量は、水銀成分のセメント製造設備内への外部からの通常の持ち込み量、有機塩素化合物のセメント製造設備内への外部からの通常の持ち込み量及びセメント製造設備内での生成量を上回る。その結果、水銀成分及び有機塩素化合物のセメント製造設備内の循環量、及びそれと平衡な（電気集塵機２３出口から煙突２４を通って）系外へ排出される排ガス中の水銀成分及び有機塩素化合物の濃度は、連続運転により大幅に低減してゆく。

以下、実施例によって本発明をより具体的に示す。

〔実施例１〕
セメント製造設備の電気集塵機で捕集されたダストの内、後段側で捕集されたダストの一部を加熱炉（電気加熱方式）に導いてキャリヤーガス（空気）導入下、加熱処理し、ダスト中の水銀成分とＰＣＢをキャリヤーガス中に揮発させた。このキャリヤーガスを水銀成分除去装置（スプレー方式）に導いて洗浄水と接触させることによりキャリヤーガス中の水銀成分（塩化第２水銀７８％）を吸収液に吸収除去もしくは沈殿分離し、続いて水銀成分除去装置を出たキャリヤーガスをセメント製造装置のロータリーキルン１５の窯尻部に吹き込んだ。ダスト処理の条件、加熱処理前後のダストの水銀成分濃度、ＰＣＢ濃度を表１に示した。水銀成分の除去量は５．４ｋｇ／日（加熱処理による除去率６９％、処理開始一日目）、ＰＣＢの除去量は４７５ｇ／日（加熱処理による除去率９５％、処理開始一日目）と計算される。そして、このダスト処理の条件で連続運転した時の電気集塵機出口ガス（系外へ排出されるガスに同じ）における水銀成分とＰＣＢの排出濃度の経日変化を表１に示した。この連続運転時における、セメント製造設備への水銀成分の外部からの持ち込み量は約１．６ｋｇ／日であり、ＰＣＢの外部からの持ち込み量及びセメント製造設備内での生成量は約２４０ｇ／日であった。

表１に示すように、本発明の方法によれば、集塵機後半部分で捕集された集塵ダストを加熱炉で水銀成分及びＰＣＢを分離して処理し、セメント製造設備内の循環系から除去することにより、セメント製造設備から系外へ排出される排ガス中の水銀成分濃度及びＰＣＢ濃度を格段に低減することができた。

１１原料ミル
１２原料混合・供給系サイロ（混合サイロ・貯蔵サイロ）
１３プレヒーター
１４仮焼炉
１５ロータリーキルン
２１沈降室
２２スタビライザー
２３電気集塵機
２４煙突
３０加熱炉
４０水銀成分除去装置
５０ガス配送管

Claims

セメント製造設備の集塵機後半部分で捕集された集塵ダストの一部（集塵ダスト全体の１／２０量〜１／３量）を加熱炉に導き、キャリヤーガス導入下、３００〜６００℃に加熱して、集塵ダスト中の水銀成分及び有機塩素化合物を揮発させ、該加熱炉を出た排ガスを、水銀成分除去装置中で洗浄水と接触させて水銀成分を吸収し、該水銀成分除去装置を出た排ガスを８００℃以上のセメント製造設備内の高温部に導いて有機塩素化合物を分解することを特徴とするセメント製造設備からの排ガス中の水銀成分及び有機塩素化合物の低減方法。
加熱炉に導入するキャリヤーガスが、セメント製造設備において排出された熱排ガスである請求項１に記載のセメント製造設備からの排ガス中の水銀成分及び有機塩素化合物の低減方法。
セメント製造設備の集塵機後半部分から集塵ダストの一部（集塵ダスト全体の１／２０量〜１／３量）を導入し、キャリヤーガスを導入して３００〜６００℃に加熱する加熱炉と、該加熱炉を出た排ガスを洗浄水と接触させて水銀成分を吸収する水銀成分除去装置と、該水銀成分除去装置を出た排ガスを８００℃以上のセメント製造設備内の高温部に導くガス配送管とからなるセメント製造設備内の排ガス中の水銀成分及び有機塩素化合物を低減する装置。