JP5808072B2 - セメントキルン抽気ガスの処理システム及び処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、セメントキルン抽気ガスの処理システム及び処理方法に関し、特に、セメントキルンの窯尻からプレヒータの最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気した抽気ガスに含まれる有機汚染物質等を除去するための処理システム等に関する。

従来、セメント製造設備におけるプレヒータの閉塞等の問題を引き起こす原因となる塩素、硫黄、アルカリ等の中で、塩素が特に問題となることに着目し、セメントキルンの窯尻からプレヒータの最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気して塩素を除去する塩素バイパスシステムが用いられている。

この塩素バイパスシステムでは、例えば、特許文献１に記載のように、抽気した燃焼ガスを冷却して生成したダストの微粉側に塩素が偏在しているため、ダストを分級機によって粗粉と微粉とに分離し、粗粉をセメントキルン系に戻すとともに、分離された塩化カリウム等を含む微粉（塩素バイパスダスト）を回収している。

上記のように、塩素バイパスシステムにおいては、抽気した燃焼ガスから塩素を含むダストを分離して回収するが、ダストを分離した後の抽気ガスには、ダイオキシン類（ＰＣＤＤ、ＰＣＤＦ、ｃｏ−ＰＣＢ）、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢｓ）等の残留性有機汚染物質（ＰＯＰｓ）や揮発性有機汚染物質（ＶＯＣ）が含まれる場合もあり、それらについても適切に処理する必要がある。

国際公開第９７／２１６３８号パンフレット

ＰＯＰｓやＶＯＣ等の有機汚染物質を除去する方法の１つとして、触媒を用いて分解処理する方法が知られており、塩素バイパスシステムにおいても、排気路上に触媒装置を設けることにより、塩素バイパス排気から有機汚染物質を除去することが考えられる。

しかし、塩素バイパス排気中には硫黄酸化物（ＳＯｘ）に由来する酸性ガスが多量に存在し、これらは触媒を被毒して触媒活性を低下させるため、単に触媒装置を排気路上に設置するのみでは実用化が困難である。また、今後、廃棄物のセメント原料化又は燃料化によるリサイクルが増加し続けると、塩素バイパス排気中のＰＯＰｓ、ＶＯＣ成分の含有量の増加が懸念されるため、有機汚染物質のより効率的な除去を求められることが予想される。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、セメントキルン抽気ガスに含まれる有機汚染物質を効率的に除去することが可能なセメントキルン抽気ガスの処理システム等を提供することを目的とする。

本発明者は、上記目的を達成するため、鋭意研究を重ねた結果、セメントキルン抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵機により湿式集塵した際に、抽気ガスに含まれる有機汚染物質の多くが湿式集塵機で生成されるスラリー側に偏在することを見出した。

本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、セメントキルン抽気ガスの処理システムであって、セメントキルンの窯尻からプレヒータの最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気する抽気手段と、該抽気手段で抽気した抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵する湿式集塵機であって、該湿式集塵機の排ガスの温度が３０℃以上、１００℃未満となるように前記抽気ガスを冷却する湿式集塵機と、該湿式集塵機で生成したスラリーを固液分離する固液分離機と、該固液分離機で分離したケークからダイオキシン類及びポリ塩化ビフェニルを含む残留性有機汚染物質及び揮発性有機汚染物質を除去する除去手段とを備え、該除去手段は、低温還元熱分解法、酸化雰囲気低温加熱法、化学分解法又は溶媒抽出法により、前記両有機汚染物質を除去することを特徴とする。

ここで、有機汚染物質とは、ダイオキシン類（ＰＣＤＤ、ＰＣＤＦ、ｃｏ−ＰＣＢ）、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢｓ）等の残留性有機汚染物質（ＰＯＰｓ）や揮発性有機汚染物質（ＶＯＣ）をいう。

そして、本発明によれば、キルン排ガス流路より抽気した抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵した後、湿式集塵機から排出されたスラリーを固液分離して低温還元熱分解法、酸化雰囲気低温加熱法、化学分解法又は溶媒抽出法により有機汚染物質の除去処理を行うため、抽気ガス中の有機汚染物質を効率よく除去することが可能になる。
また、排ガスの温度が３０℃未満の場合には、凝縮水が増加し、その結果、後工程に持ち出される水が増加するとともに、後工程のダクト、ファン等の装置類が腐食する虞がある。さらに、本システムに必要な新規水量の増大を招くことにもなる。一方、排ガスの温度が１００℃以上の場合には、有機汚染物質を適切に捕集することができない虞がある。

尚、抽気ガス中の有機汚染物質の多くが湿式集塵で生成されるスラリーに偏在する理由は、必ずしも明らかではないが、湿式集塵機において、抽気ガスを水分と接触させた際に抽気ガスの温度が低下し、その影響で、抽気ガス中の有機汚染物質が固体状となって気体（ガス）から分離し、結果的にスラリー中に取り込まれるためではないかと推測される。

前記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記固液分離機のろ液から前記有機汚染物質を除去する第２の除去手段を備えることができる。これによれば、ろ液に残留する前記有機汚染物質を除去することができ、一層の安全対策を図ることができる。

また、本発明は、セメントキルンの窯尻からプレヒータの最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気し、該抽気された抽気ガスに含まれるダストを、湿式集塵機後の抽気ガスの温度が３０℃以上、１００℃未満となるように前記抽気ガスを冷却しながら湿式集塵し、該湿式集塵で生成したスラリーを固液分離し、該固液分離で分離したケークから、低温還元熱分解法、酸化雰囲気低温加熱法、化学分解法又は溶媒抽出法により、前記有機汚染物質を除去することを特徴とする。本発明によれば、前記発明と同様に、抽気ガスに含まれる前記有機汚染物質を効率よく除去することが可能になる。

以上のように、本発明によれば、セメントキルン抽気ガスに含まれる有機汚染物質を効率的に除去することが可能になる。

本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの第１の実施形態を示す構成図である。 本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの第２の実施形態を示す構成図である。

次に、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの第１の実施形態を示し、この処理システム１は、大別して、ガス抽気部２と、ガス処理部３とで構成される。

ガス抽気部２は、セメントキルン４の窯尻からプレヒータの最下段サイクロン（不図示）に至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気するための設備である。このガス抽気部２は、燃焼ガスを抽気するプローブ５と、プローブ５内に冷風を供給して抽気ガスＧ１を急冷する冷却ファン６と、抽気ガスＧ１に含まれるダストの粗粉Ｄ１を分離する分級機としてのサイクロン７等から構成される。

ガス処理部３は、サイクロン７の排ガスＧ２に含まれる微粉Ｄ２を湿式集塵する湿式集塵機１０と、湿式集塵機１０の排ガスＧ３を誘引する排気ファン１６と、湿式集塵機１０で生成されたスラリーＳを固液分離する固液分離機１７と、固液分離機１７で分離したケークＣから有機汚染物質を除去する第１の除去手段１８と、固液分離機１７のろ液Ｗから有機汚染物質を除去する第２の除去手段１９とを備える。

湿式集塵機１０は、排ガスＧ２に含まれる水溶性成分及びダストを捕集するとともに、ダイオキシン類（ＰＣＤＤ、ＰＣＤＦ、ｃｏ−ＰＣＢ）、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢｓ）等の残留性有機汚染物質（ＰＯＰｓ）や揮発性有機汚染物質（ＶＯＣ）等の有機汚染物質を捕集するために備えられる。

この湿式集塵機１０は、ミキシングスクラバー１１、循環液槽１２及び洗浄塔１３から構成され、ミキシングスクラバー１１と循環液槽１２との間には、スラリーＳを循環させるためのポンプ１２ａが設けられる。また、スラリー循環路１２ｂには、消石灰を補う目的で、消石灰スラリーを供給する消石灰スラリー貯槽１４とポンプ１４ａが接続される。さらに、循環液槽１２には、消石灰が過剰になった場合に備え、硫酸を供給して循環スラリーＳのｐＨ値を４〜８に調整する硫酸貯槽１５及びポンプ１５ａが備えられる。

固液分離機１７は、湿式集塵機１０から排出されるスラリーＳから固相分（ケークＣ）を分離することで、スラリーＳ中の有機汚染物質を取り出すために備えられる。

第１の除去手段１８は、固液分離機１７で分離したケークＣに含まれる有機汚染物質を除去するために備えられる。ケークＣ中の有機汚染物質を除去する方法としては、低温還元熱分解法、酸化雰囲気低温加熱法、化学分解法及び溶媒抽出法等の各種処理方法を用いることができる。

第２の除去手段１９は、固液分離機１７のろ液Ｗに残留する有機汚染物質を除去するために備えられる。ろ液Ｗ中の有機汚染物質を除去する方法としては、上記の低温還元熱分解法、酸化雰囲気低温加熱法、化学分解法及び溶媒抽出法の他、促進酸化処理法（脱臭、ＣＯＤ処理）、吸着材を用いた吸着除去及び触媒による分解処理を用いることができる。

尚、固液分離機１７でのろ過効率を厳密に管理し、スラリーＳ中の固相分を完全に分離することができれば、ろ液Ｗ中に有機汚染物質が残留しなくなるため、その場合には、第２の除去手段１９を省略することができる。

次に、上記処理システム１の動作について、図１を参照しながら説明する。

セメントキルン４の窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部をプローブ５によって抽気すると同時に、冷却ファン６からの冷風によって、塩素化合物の融点である６００〜７００℃以下にまで急冷する。次いで、サイクロン７において、プローブ５から排気される抽気ガスＧ１を、粗粉Ｄ１と、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２とに分離し、粗粉Ｄ１をセメントキルン系に戻す一方で、１００〜６００℃の排ガスＧ２を湿式集塵機１０のミキシングスクラバー１１に導入する。

そして、湿式集塵機１０において、ミキシングスクラバー１１と循環液槽１２との間でスラリーＳを循環させる。湿式集塵機１０で生成されるスラリーＳには、微粉Ｄ２中の生石灰（ＣａＯ）が水と反応して生じた消石灰（Ｃａ（ＯＨ）₂）が存在するため、排ガスＧ２中に存在する硫黄分（ＳＯ₂）は、以下のように反応する。
ＳＯ₂＋Ｃａ（ＯＨ）₂→ＣａＳＯ₃・１／２Ｈ₂Ｏ＋１／２Ｈ₂Ｏ
ＣａＳＯ₃・１／２Ｈ₂Ｏ＋１／２Ｏ₂＋３／２Ｈ₂Ｏ→ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ
これにより、排ガスＧ２中の硫黄分が分解処理され、石膏（ＣａＳＯ₄・２Ｈ₂Ｏ）が生成される。また、消石灰が不足している場合には、消石灰スラリー貯槽１４から消石灰を適宜追加する。さらに、消石灰が過剰となり、所定のｐＨより高くなる場合には、硫酸貯槽１５からの硫酸を適宜添加する。

これと併行して、排ガスＧ２からＰＯＰｓやＶＯＣ等の有機汚染物質を捕集し、スラリーＳ側に移動させる。尚、湿式集塵の過程で排ガスＧ２中の有機汚染物質の多くがスラリーＳ側に移動する理由は、必ずしも明らかではないが、湿式集塵機１０において、排ガスＧ２を水分と接触させた際に排ガスＧ２の温度が低下し、その影響で、排ガスＧ２中の有機汚染物質が固体状となって気体（ガス）から分離し、結果的にスラリーＳ中に取り込まれるためではないかと推測される。

上記の際、排ガスＧ２に含まれる有機汚染物質を効率的に捕集するためには、湿式集塵機１０の排ガスＧ３（洗浄塔１３から排出されるガス）の温度が３０℃以上、１００℃未満となるように温度調整することが好ましい。排ガスＧ３の温度が３０℃未満の場合には、凝縮水が増加し、その結果、後工程に持ち出される水が増加するとともに、後工程のダクト、ファン等の装置類が腐食する虞がある。さらに、本システムに必要な新規水量の増大を招くことにもなる。一方、排ガスＧ３の温度が１００℃以上の場合には、有機汚染物質を適切に捕集することができない虞がある。

ダストを除去した後の排ガス（清浄ガス）Ｇ３は、排気ファン１６により誘引されて大気に放出されたり、他のセメント製造工程において利用される。尚、より一層の安全を図るため、吸着処理や触媒による分解処理を施して排ガスＧ３に残留する有機汚染物質を除去するようにしてもよいし、排ガスＧ３をセメントキルン４等に戻し、有機汚染物質を完全燃焼させるようにしてもよい。

一方、石膏、ダスト分及び有機汚染物質を含むスラリーＳは、固液分離機１７に導入し、固相分（ケークＣ）と液相分（ろ液Ｗ）に分離する。次いで、ケークＣ及びろ液Ｗを第１及び第２の除去手段１８、１９に導入し、第１の除去手段１８において、ケークＣに含まれる有機汚染物質を除去するとともに、第２の除去手段１９において、ろ液Ｗに残留する有機汚染物質を除去する。

有機汚染物質を除去した後のケークＣ（石膏分）は、セメントミルに添加してクリンカとともに粉砕し、セメントの一部として利用することができる。一方、有機汚染物質を除去した後のろ液Ｗは、別途、高度排水処理を施して塩分（ＫＣｌ）を回収した後、本システム１で循環利用されたり、下水又は海洋に放流される。

以上のように、本実施の形態によれば、サイクロン７の排ガスＧ２を湿式集塵機１０により湿式集塵した後に、スラリーＳを対象として有機汚染物質の除去処理を行うため、抽気ガスＧ１中の有機汚染物質を効率的に除去することが可能になる。

尚、上記実施の形態においては、サイクロン７で粗粉Ｄ１を分級した後に、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を湿式集塵機１０に導入するが、サイクロン７を設けることなく、プローブ５で抽気した抽気ガスＧ１を湿式集塵機１０に直接導入してもよい。また、サイクロンでの回収効率を調整し、回収する粗粉Ｄ１と湿式集塵機１０に導入される微粉Ｄ２との量比を変更してもよい。

次に、本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの第２の実施形態について、図２を参照しながら説明する。尚、同図において、図１と同一の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。

ガス処理部２１は、湿式集塵機１０と、排気ファン１６と、湿式集塵機１０で生成されたスラリーＳに含まれる有機汚染物質を気泡に付着させ、浮上させて分離する浮選機２２と、浮選機２２からのフロスＦを固液分離する第１の固液分離機２３と、第１の固液分離機２３で分離したケークＣ１から有機汚染物質を除去する第１の除去手段２４と、第１の固液分離機２３のろ液Ｗ１から有機汚染物質を除去する第２の除去手段２５と、浮選機２２からのテールＴを固液分離する第２の固液分離機２６とを備える。

次に、上記処理システム２０の動作について、図２を参照しながら説明する。

湿式集塵機１０から排出された有機汚染物質を含むスラリーＳを浮選機２２に供給し、浮選機２２において、捕集剤としての疎水化材をスラリーＳに添加するとともに、空気を供給して気泡を発生させる。有機汚染物質は、親油性を有することから、気泡に付着して浮上するため、フロスＦを回収することで、有機汚染物質を取り出すことができる。このとき、スラリーＳに含まれる石膏は、浮選機２２からテールＴとして排出される。尚、スラリーＳに活性炭等の吸着材を添加した後に、同様の操作（浮選処理）を行ってもよい。

次に、第１の固液分離機２３において、浮選機２２からのフロスＦを固液分離し、固相分（ケークＣ１）と液相分（ろ液Ｗ１）に分離する。次いで、第１の実施形態と同様、ケークＣ１及びろ液Ｗ１を第１及び第２の除去手段２４、２５に導入し、第１の除去手段２４において、ケークＣ１に含まれる有機汚染物質を除去するとともに、第２の除去手段２５において、ろ液Ｗ１に残留する有機汚染物質を除去する。

一方、浮選機２２から排出されるテールＴは、第２の固液分離機２６により固液分離されて石膏分（Ｃ２）が回収される。尚、第２の固液分離機２６から排出されるろ液Ｗ２は、水処理された後、本システム２０で循環利用されたり、下水等に放流される。

以上のように、本実施の形態においても、湿式集塵機１０のスラリーＳに対して有機汚染物質の除去処理を行うため、抽気ガスＧ１に含まれる有機汚染物質を効率的に除去することが可能になる。

また、本実施の形態においては、浮選機２２によりスラリーＳ中の石膏分等を取り除いてから第１の固液分離機２３で固液分離するため、第１及び第２の除去手段２４、２５に対し、有機汚染物質以外の物質の含有量を少なくした状態で、ケークＣ１やろ液Ｗ１を導入することができる。このため、第１及び第２の除去手段２４、２５において、有機汚染物質を除去し易くなり、有機汚染物質をより効率的に除去することが可能になる。

尚、上記実施の形態においては、湿式集塵機１０の循環液槽１２の直後に浮選機２２を設けるが、抽気ガスＧ１に含まれる鉛化合物、セレン化合物、タリウム化合物等の重金属類を除去するため、循環液槽１２と浮選機２２との間に、鉛化合物等を硫化させる硫化剤をスラリーＳに添加するための調整槽や、硫化剤を添加した後のスラリーＳに硫酸等のｐＨ調整剤を添加するための調整槽を設けるようにしてもよい。

１ セメントキルン抽気ガスの処理システム
２ ガス抽気部
３ ガス処理部
４ セメントキルン
５ プローブ
６ 冷却ファン
７ サイクロン
１０ 湿式集塵機
１１ ミキシングスクラバー
１２ 循環液槽
１２ａ ポンプ
１２ｂ 循環路
１３ 洗浄塔
１４ 消石灰スラリー貯槽
１４ａ ポンプ
１５ 硫酸貯槽
１５ａ ポンプ
１６ 排気ファン
１７ 固液分離機
１８ 第１の除去手段
１９ 第２の除去手段
２０ セメントキルン抽気ガスの処理システム
２１ ガス処理部
２２ 浮選機
２３ 第１の固液分離機
２４ 第１の除去手段
２５ 第２の除去手段
２６ 第２の固液分離機

Claims (3)

1. セメントキルンの窯尻からプレヒータの最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気する抽気手段と、
   該抽気手段で抽気した抽気ガスに含まれるダストを湿式集塵する湿式集塵機であって、該湿式集塵機の排ガスの温度が３０℃以上、１００℃未満となるように前記抽気ガスを冷却する湿式集塵機と、
   該湿式集塵機で生成したスラリーを固液分離する固液分離機と、
   該固液分離機で分離したケークからダイオキシン類及びポリ塩化ビフェニルを含む残留性有機汚染物質及び揮発性有機汚染物質を除去する除去手段とを備え、
   該除去手段は、低温還元熱分解法、酸化雰囲気低温加熱法、化学分解法又は溶媒抽出法により、前記両有機汚染物質を除去することを特徴とするセメントキルン抽気ガスの処理システム。
2. 前記固液分離機のろ液から前記ダイオキシン類及びポリ塩化ビフェニルを含む残留性有機汚染物質及び揮発性有機汚染物質を除去する第２の除去手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のセメントキルン抽気ガスの処理システム。
3. セメントキルンの窯尻からプレヒータの最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気し、
   該抽気された抽気ガスに含まれるダストを、湿式集塵機後の抽気ガスの温度が３０℃以上、１００℃未満となるように前記抽気ガスを冷却しながら湿式集塵し、
   該湿式集塵で生成したスラリーを固液分離し、
   該固液分離で分離したケークから、低温還元熱分解法、酸化雰囲気低温加熱法、化学分解法又は溶媒抽出法により、ダイオキシン類及びポリ塩化ビフェニルを含む残留性有機汚染物質及び揮発性有機汚染物質を除去することを特徴とするセメントキルン抽気ガスの処理方法。

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