JP5911102B2

JP5911102B2 - セメントキルンダストからの水銀回収方法

Info

Publication number: JP5911102B2
Application number: JP2012202551A
Authority: JP
Inventors: 吉川　知久; 知久吉川; 仁司輪達
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2032-09-14
Also published as: JP2014055345A

Description

本発明は、セメントキルン燃焼排ガスに含まれるダストから水銀を回収する方法に関する。

セメントキルンの排ガスには、極微量の金属水銀（Ｈｇ）が含まれている。その起源は、セメントの主原料である石灰石等の天然原料が含有する水銀の他、フライアッシュ等の多品種にわたるリサイクル資源に含まれる水銀である。今後、廃棄物のセメント原料化及び燃料化によるリサイクルが推進され、廃棄物の処理量が増加するに従い、セメントキルン排ガス中の水銀濃度が増加する可能性が考えられる。

しかし、セメントキルンの排ガスに低濃度で含まれる水銀を、多量の排ガスから除去することは極めて困難であり、セメントキルンの排ガス中の水銀が増加すると、大気汚染の原因となる虞があるとともに、フライアッシュ等のリサイクル資源利用拡大の阻害要因となる虞もある。

そこで、従来、特許文献１等には、図２及び図３に示すような水銀回収システムが提案されている。

この水銀回収システム５１が設置されているセメント製造設備２１は、セメントキルン２２、プレヒータ２３、仮焼炉２４、塩素バイパスシステムを構成するサイクロン２５及びバッグフィルタ２６等を備えるセメント焼成装置を備え、このセメント焼成装置に原燃料が投入されてクリンカが焼成される。

プレヒータ２３からの排ガスＧ１には、天然原料やリサイクル資源に含まれる水銀が揮発しており、この排ガスＧ１は、廃熱ボイラ２７、ファン２８、調湿塔２９、原料乾燥機３０を経て電気集塵機（又はバッグフィルタ）３１に導入され、排ガスＧ２に含まれるセメントキルンダスト（以下、「キルンダスト」という）ＫＤ１が回収される。キルンダストＫＤ１を集塵した後の排ガスＧ３は、ファン３２を経て煙突３３から大気へ放出される。また、調湿塔２９から排出されたダスト、原料乾燥機３０で乾燥した後の原料、キルンダストＫＤ１等には、排ガスＧ１の温度低下により水銀が付着している。

そこで、電気集塵機３１で集塵したキルンダストＫＤ１の一部を分取し、分取したキルンダストＫＤ２を水銀回収システム５１に導入する。その他のキルンダストＫＤ３は、原料ミル３５で粉砕されたセメント原料Ｒ１及び石炭灰ＣＡと共に原料サイロ３６に貯留された後、調合原料Ｒ２としてプレヒータ２３に投入される。

水銀回収システム５１は、図３に示すように、分取したキルンダストＫＤ２を、セメントキルン２２に付設されているクリンカクーラの抽気ガスや、熱風発生装置からの高温ガスＨＧの気流中で加熱する気流炉５２と、気流炉５２からのキルンダストＫＤ２及び排ガスＧ１４を、粗粉Ｄ１１と、微粉Ｄ１２を含む排ガスＧ１５とに分離するサイクロン５３と、サイクロン５３からの微粉Ｄ１２及び排ガスＧ１５を冷却する１次ガス冷却器５４と、冷却後の排ガスＧ１６に含まれる微粉Ｄ１４を集塵するバッグフィルタ５５と、バッグフィルタ５５の排ガスＧ１７を冷却する２次ガス冷却器５６と、誘引ファン５７と、冷却後の排ガスＧ１８から水銀を回収する水銀回収装置５８とを備える。

特許第４５２７１３９号公報

上記構成を有する水銀回収システム５１において、キルンダストＫＤ２を気流炉５２に投入し、４００℃〜１１００℃の高温ガスＨＧで加熱し、最終的に水銀回収装置５８によってキルンダストＫＤ２から揮発した水銀を回収する。しかし、サイクロン５３で分離された粗粉Ｄ１１の量は、キルンダストＫＤ２全体の９０％を占めるが、この粗粉Ｄ１１には３％の水銀が含まれているため、この３％の水銀は水銀回収装置５８において回収されずにプレヒータ２３に戻される。また、バッグフィルタ５５によって回収された残りの１０％の微粉Ｄ１５には２７％の水銀が含まれているため、全体として３０％もの水銀が水銀回収装置５８で回収されずにプレヒータ２３に戻されることとなり、水銀回収効率の面で改善の余地があった。尚、１次ガス冷却器５４からも微粉Ｄ１３が回収されるが、微量であるため、上記計算では考慮していない。

上記に加え、キルンダストＫＤ２中の未燃カーボン量が多くなると、バッグフィルタ５５によって回収された微粉Ｄ１５からの水銀回収効率が低下する傾向にあった。

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、セメントキルン燃焼ガスに含まれるダストから効率よく水銀を回収する方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、セメントキルンダストからの水銀回収方法であって、セメントキルンダストを気流中で加熱し、加熱後の前記セメントキルンダストを含むガスを、粗粉と、微粉を含むガスとに分離し、該分離後の微粉を含むガスから該微粉を回収し、該回収した微粉に含まれる未燃カーボンの量を１質量％以上２０質量％以下に調整し、該微粉にマイクロ波を照射して加熱し、該微粉から揮発した水銀、及び前記微粉を回収した後のガスに含まれる水銀を回収することを特徴とする。

本発明によれば、分離した微粉にマイクロ波を照射して加熱することで微粉に付着した水銀を揮発させ、セメントキルンダストから効率よく水銀を回収することができる。マイクロ波の照射により、特に、セメントキルンダストに含まれている未燃カーボンをより高温に加熱することができるため、未燃カーボンに含まれている水銀を効率よく揮発させて回収することができる。さらに、微粉に含まれる未燃カーボンの量を１質量％以上２０質量％以下に調整することでより多くの水銀を効率よく揮発させて回収することができる。

以上のように、本発明によれば、セメントキルン燃焼ガスに含まれるダストから効率よく水銀を回収することができる。

本発明に係るセメントキルンダストからの水銀回収方法を実施するためのシステムの一実施の形態を示す全体構成図である。図１のシステム及び従来のセメントキルンダストからの水銀回収システムが設置されるセメント製造設備を示す全体構成図である。従来のセメントキルンダストからの水銀回収システムの一例を示す全体構成図である。

次に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係るセメントキルンダストからの水銀回収方法を実施するためのシステム（以下、「水銀回収システム」という）１を示し、この水銀回収システム１は、従来の水銀回収システム５１と同様、図２に示したセメント製造設備２１に設置することができる。

この水銀回収システム１は、キルンダストＫＤ２を、高温ガスＨＧの気流中で加熱する気流炉２と、気流炉２からのキルンダストＫＤ２及び排ガスＧ４を、粗粉Ｄ１と、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ５とに分離する分級機としてのサイクロン３と、サイクロン３からの微粉Ｄ２を含む排ガスＧ５を冷却するガス冷却器４と、冷却後の微粉Ｄ４を集塵する固気分離装置としてのバッグフィルタ５と、バッグフィルタ５からの微粉Ｄ５にマイクロ波を照射して加熱するマイクロ波加熱処理装置６と、バッグフィルタ５の排ガスＧ７及びマイクロ波加熱処理装置６からの排ガスＧ８を誘引する誘引ファン７と、誘引ファン７からの排ガスＧ９から水銀を回収する水銀回収装置８とを備える。

気流炉２は、図２のセメントキルン２２に付設されているクリンカクーラの抽気ガスや、熱風発生装置からの高温ガスＨＧによって、気流中でキルンダストＫＤ２を加熱するために備えられ、下部に導入されたキルンダストＫＤ２が高温ガスＨＧによって加熱及び搬送され、上部から排出される。

サイクロン３は、気流炉２から排出されたキルンダストＫＤ２及び排ガスＧ４を、粗粉Ｄ１と、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ５とに分離するため備えられる。このサイクロン３の分級点は、０．８〜１５μｍ程度である。尚、サイクロン３以外の分級機を用いることもできる。

ガス冷却器４は、後段のバッグフィルタ５の耐熱温度、及び水銀回収装置８での水銀回収効率を考慮し、サイクロン３からの微粉Ｄ２を含む排ガスＧ５を冷却するために備えられ、ガス冷却器４に代えて熱交換器等を用いることもできる。

バッグフィルタ５は、冷却後の微粉Ｄ４を集塵するために備えられ、バッグフィルタ５に代えて電気集塵機等を用いることもできる。

マイクロ波加熱処理装置６は、バッグフィルタ５からの微粉Ｄ５にマイクロ波を照射して加熱するために備えられ、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射する。マイクロ波の周波数は、２．４５ＧＨｚに限定されることなく、微粉Ｄ５を高周波誘導加熱し、微粉Ｄ５から水銀を揮発させることができる周波数であればよい。

水銀回収装置８は、排ガスＧ９から水銀を回収するために備えられ、活性炭等を用いて水銀を吸着して回収することができる。活性炭等を用いる乾式の水銀回収装置８に代えて、湿式の水銀回収装置を用いることもできる。

次に、上記構成を有する水銀回収システム１の動作について、図１を中心に参照しながら説明する。

図２の電気集塵機３１から排出されたキルンダストＫＤ１の一部を分取し、分取したキルンダストＫＤ２を気流炉２に投入し、４００℃〜１１００℃の高温ガスＨＧで加熱する。これによって、キルンダストＫＤ２に付着していた水銀が揮発する。

次に、気流炉２から排出されたキルンダストＫＤ２及び排ガスＧ４をサイクロン３で粗粉Ｄ１と、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ５とに分離し、分離した粗粉Ｄ１をプレヒータ２３へ戻すと共に、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ５をガス冷却器４によって冷却する。ガス冷却器４から回収された微粉Ｄ３もプレヒータ２３へ戻す。

次いで、ガス冷却器４からの微粉Ｄ４を含む排ガスＧ６をバッグフィルタ５に導入し、微粉Ｄ５を回収してマイクロ波加熱処理装置６に導入する。

マイクロ波加熱処理装置６おいて、微粉Ｄ５に２．４５ＧＨｚ程度のマイクロ波を５Ｗ／ｇ程度の強度で照射し、微粉Ｄ５を４００℃以上に加熱する。より好ましくは４００〜７００℃に加熱する。マイクロ波加熱処理装置６の内部で微粉Ｄ５を連続的に移動させながら、微粉Ｄ５に５〜１０分間にわたって連続的にマイクロ波を照射する。これによって、微粉Ｄ５に付着している水銀が揮発する。特に、微粉Ｄ５に含まれている未燃カーボンをマイクロ波の照射によって他の微粉よりも高温に加熱することができるため、未燃カーボンに含まれている水銀を効率よく揮発させることができると共に、未燃カーボンに付着したダイオキシン類等の有機塩素化合物を無害化することもできる。

上述のように、マイクロ波加熱によって未燃カーボンをより高温に加熱することができることを利用し、より多くの未燃カーボンがキルンダストＫＤ２及び微粉Ｄ５に残留するように、微粉Ｄ５の未燃カーボン含有率を１〜２０質量％に調整する。未燃カーボンの調整方法としては、活性炭等のカーボン分を、電気集塵機３１の前段で吹き込む方法、キルンダストＫＤ２に添加する方法、ダストＤ５に添加する方法等が挙げられる。

水銀回収装置８によって、マイクロ波加熱処理装置６におけるマイクロ波の照射によって揮発した水銀、及びバッグフィルタ５で分離した排ガスＧ７に含まれる水銀を活性炭等に吸着して回収する。水銀を回収した後の排ガスＧ１０は、図２のセメントキルン２２の排ガス系へ戻す。

表１は、上記水銀回収システム１又は従来の水銀回収システム５１を用いた場合の水銀回収効率を比較したものである。水銀回収システム１を用いた場合を実施例とし、水銀回収システム５１を用いた場合を比較例として示している。

上記水銀回収システム１において、サイクロン３で分離された粗粉Ｄ１の量は、キルンダストＫＤ２全体の９０％を占めるが、この粗粉Ｄ１には３％の水銀が含まれているため、この３％の水銀は水銀回収装置８において回収されずにプレヒータ２３に戻される。この点については、従来の水銀回収システム５１と同様である。

しかし、本発明では、バッグフィルタ５によって回収された残りの１０％の微粉Ｄ５には、マイクロ波加熱処理装置６によってバッグフィルタ５からの微粉Ｄ５をマイクロ波の照射によって加熱したため、この微粉Ｄ５には、０．４％の水銀しか含まれておらず、全体として３．４％の水銀のみ水銀回収装置８で回収されずにプレヒータ２３に戻されるに過ぎず、水銀回収効率を７０％から９６．６％と大幅に向上させることができる。尚、ガス冷却器４からも微粉Ｄ３が回収されるが、微量であるため、上記計算では考慮していない。

尚、上記実施の形態においては、水銀回収システム１にガス冷却器４を設けたが、サイクロン３の排ガスＧ５の温度や、バッグフィルタ５の耐熱温度によっては、ガス冷却器４を削除することも可能である。

また、マイクロ波加熱処理装置６において、微粉Ｄ５を連続的に移動させながらマイクロ波を照射したが、必ずしも微粉Ｄ５を連続的に移動させる必要はなく、所定量の微粉Ｄ５の移動を停止させた状態でバッチ式で加熱処理することも可能である。

１水銀回収システム
２気流炉
３サイクロン
４ガス冷却器
５バッグフィルタ
６マイクロ波加熱処理装置
７誘引ファン
８水銀回収装置
Ｄ１粗粉
Ｄ２〜Ｄ５微粉
Ｇ１〜Ｇ１０排ガス
ＨＧ高温ガス
ＫＤ１〜ＫＤ３キルンダスト

Claims

セメントキルンダストを気流中で加熱し、
加熱後の前記セメントキルンダストを含むガスを、粗粉と、微粉を含むガスとに分離し、
該分離後の微粉を含むガスから該微粉を回収し、
該回収した微粉に含まれる未燃カーボンの量を１質量％以上２０質量％以下に調整し、
該微粉にマイクロ波を照射して加熱し、
該微粉から揮発した水銀、及び前記微粉を回収した後のガスに含まれる水銀を回収することを特徴とするセメントキルンダストからの水銀回収方法。