JP6084072B2 - 有害物質吸着装置 - Google Patents

Description

本発明は、固定床式の吸着剤充填層を用いて排ガス中のダイオキシン類等の有害成分を吸着除去する有害物質吸着装置に関するものである。

従来、都市ごみを焼却する焼却炉において、排ガス中に含まれるダイオキシン類を除去する方法として、次の（１）〜（３）に示す技術が知られている。
（１）集じん器上流の煙道へダイオキシン類除去薬剤を吹き込む方法（図６（ａ）参照）
焼却炉５１からの燃焼排ガスをボイラ５２およびガス冷却設備５３に通すことによって１５０〜２００℃に冷却し、塩化水素（ＨＣｌ），硫黄酸化物（ＳＯ_X ）等の酸性ガスを除去する目的の消石灰とともに、活性炭などのダイオキシン類除去薬剤を煙道に吹き込む。そして、ダイオキシン類を吸収した活性炭等を、集じん器５４によりばいじんと共に回収した後、煙突５５より系外に排出する。

（２）ダイオキシン類分解触媒を用いる方法（図６（ｂ）参照）
焼却炉５１からの燃焼排ガスをボイラ５２およびガス冷却設備５３に通すことによって１５０〜２００℃に冷却し、集じん器５４の上流で消石灰を吹き込んで酸性ガスを吸着除去する。そして、集じん器５４で酸性ガス除去薬剤およびばいじんを排ガスから除去した後、ガス加熱器５６で排ガスを約２００℃に再加熱し、ダイオキシン類（ＤＸＮｓ）分解触媒設備５７にてＤＸＮｓを分解処理した後、煙突５５より系外に排出する。ここで、触媒は脱硝機能を兼ねており、ハニカム形状の触媒が用いられることが多い。

（３）活性コークスまたは活性炭を用いた吸着塔による方法（図６（ｃ）参照）
焼却炉５１からの燃焼排ガスをボイラ５２およびガス冷却設備５３に通すことによって１５０〜２００℃に冷却し、集じん器５４の上流で消石灰を吹き込んで酸性ガスを吸着除去する。そして、集じん器５４で酸性ガス除去薬剤およびばいじんを排ガスから除去した後、活性コークスまたは活性炭を充填した吸着塔５８でダイオキシン類を吸着除去し、煙突５５より系外に排出する。

ここで、活性コークス（活性炭）吸着塔を用いる方法として、次の２種類の方式がある。
（３−１）移動床循環方式（非特許文献１、ｐ３９、Ｆｉｇ．３参照）
活性コークスの充填層にガスを流通させてガス中のダイオキシン類を除去する方式である。本方式の活性コークス塔では、運転中に活性コークスの一部を排出し、活性コークスに混ざったばいじん等の異物および活性コークス粒が崩壊して発生したコークス粉等を除去した後、活性コークスを活性コークス塔に循環させて使用するようにされる。

（３−２）固定床方式（非特許文献１、ｐ３９、Ｆｉｇ．４参照）
活性コークスの充填層にガスを流通させるだけの簡便な方式であり、移動床循環方式のように運転中に活性コークスの排出を行わない。

なお、ダイオキシン類等を含む排ガスから有害成分を吸着除去するための活性炭または活性コークス吸着装置に関する従来技術としては、特許文献１〜３に開示されたものがある。

特許第３１８７７４９号公報 特許第３８３２４２９号公報 特開２００５−１５２７１９号公報

古山ほか、「活性コークスによるダイオキシン類の低減化」、混相流、日本混相流学会、１９９８年１月、第１２巻、第１号、ｐ３５−４１

しかしながら、上記（１）の煙道へ吸着剤を吹き込む方法では、吸着塔を用いる場合に比べ、吸着剤とガスの接触効率が悪いため、吸着剤の吸着容量を十分に使うことができず、処理ガス量当たりの吸着剤使用量が増えることになり、運転コストが大きくなるという問題点がある。

また、上記（２）のダイオキシン類分解触媒を用いる方法において、乾式酸性ガス除去に際しては、運転温度が低いほど酸性ガス除去効率が高くなる傾向があるため、集じん器は一般に１５０〜２００℃で運転される一方、ＤＸＮｓ分解触媒は温度が高いほど活性が高い特性を有していることから、２００℃以上で運転されることが多い。このため、集じん器５４からＤＸＮｓ分解触媒設備５７に至る間でガス加熱器５６により排ガスを再加熱する必要があり、熱・電気などのエネルギー投入の必要が生じるという問題点がある。

一方、上記（３−１）の移動床式の吸着塔（活性コークス塔）を用いる方法では、ガス中にばいじんが含まれる場合でも閉塞のリスクが小さくなるという利点がある一方、コンベヤや異物除去装置などの付属機器が多く必要になり、コスト高になるという問題点がある。

また、上記（３−２）の一般的な固定床式の吸着塔を用いる方法では、次に示すような問題点がある。
すなわち、固定床式吸着塔においては、吸着剤充填層を通過するガスの流速は、空塔速度にして０．５ｍ／ｓ以下とするのが一般的である（流速が遅い方が吸着効率が良く、圧力損失が小さい）。これに対して、吸着塔の入口／出口ダクト内を流れる排ガスの流速は５〜２０ｍ／ｓと速い。したがって、吸着剤充填層の断面積は入口／出口ダクトに対して約１０倍にする必要があり、このように断面積が大きく異なることから、吸着剤充填層に排ガスを均一に分散させることが難しい。吸着剤の使用量を最小化し、吸着剤充填層の厚みを可能な限り薄くしようとすると、充填層の通風抵抗の低下と相俟って、ガスの均一分散がより困難となる。こうして、ガス流れが不均一となれば、吸着剤が有効に使われなくなる恐れがある。

固定床吸着塔の最も簡単な形は、図７に示される活性コークス塔６１のように、被処理ガスを１層の活性コークス充填層６２に通ガスさせる形状・方式である。この場合、活性コークス充填層６２の通過ガス流速をダクト６３，６４内などに比べて遅くせざるを得ないため、吸着塔の設置面積が大きくなりがちである。

本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、複雑な機構を用いることなく、コンパクトな構成で、被処理ガスを吸着剤充填層入口に均一に分散させることができ、これによって吸着剤を有効活用して効果的にダイオキシン類等の有害物質を吸着除去することのできる有害物質吸着装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、第１発明による有害物質除去装置は、
固定床式の吸着剤充填層を用いて排ガス中のダイオキシン類等の有害成分を吸着除去する有害物質吸着装置において、
中央部に排ガス導入部を有するとともに、該排ガス導入部を中心にして互いに対称位置に、少なくとも２つに分割された同一形状の分割充填層よりなる吸着剤充填層を有する吸着装置本体と、前記吸着装置本体の頂面中央部に接続されて前記排ガス導入部に連通される排ガス入口ダクトと、前記吸着装置本体の底面中央部に接続される処理済ガス出口ダクトとを備え、
前記吸着装置本体の頂面中央部と前記排ガス入口ダクトとの接続部分での前記排ガス入口ダクトにおける排ガス流れ方向と直角方向の内法よりも、前記排ガス導入部における前記排ガス入口ダクトからの排ガス流れ方向と直角方向の内法が大きくされ、
前記排ガス導入部の底部には、該排ガス導入部に導入された排ガスの流れ方向を変える隔壁が設けられ、
前記各分割充填層には、前記排ガス導入部に面する側に、先端部が斜め上向きの羽板よりなるガラリが設けられる
ことを特徴とするものである。

前記発明において、前記吸着剤充填層は、４つの分割充填層に分割形成されているのが好ましい（第２発明）。

また、第３発明による有害物質除去装置は、
固定床式の吸着剤充填層を用いて排ガス中のダイオキシン類等の有害成分を吸着除去する有害物質吸着装置において、
中央部に排ガス導入部を有するとともに、該排ガス導入部を中心にして円筒形状の吸着剤充填層を有する吸着装置本体と、前記吸着装置本体の頂面中央部に接続されて前記排ガス導入部に連通される排ガス入口ダクトと、前記吸着装置本体の底面中央部に接続される処理済ガス出口ダクトとを備え、
前記吸着装置本体の頂面中央部と前記排ガス入口ダクトとの接続部分での前記排ガス入口ダクトにおける排ガス流れ方向と直角方向の内法よりも、前記排ガス導入部における前記排ガス入口ダクトからの排ガス流れ方向と直角方向の内法が大きくされ、
前記排ガス導入部の底部には、該排ガス導入部に導入された排ガスの流れ方向を変える隔壁が設けられ、
前記吸着剤充填層には、前記排ガス導入部に面する側に、先端部が斜め上向きの羽板よりなるガラリが設けられる
ことを特徴とするものである。

前記各発明において、前記吸着剤充填層に用いられる吸着剤は、活性コークスまたは活性炭であるのが好ましい（第４発明）。

本発明によれば、被処理排ガスは、吸着装置本体の頂部から排ガス導入部に下向きに流入し、この排ガス導入部の底部の隔壁にてガス流れ方向が変わり、ガラリに配された羽板が整流板の作用をすることによって吸着剤充填層の入口面に均一に分散されることになる。こうして、複雑な機構を用いることなく、コンパクトな構成で、排ガスを均一に分散させて吸着剤充填層に流入させることができるので、吸着剤を有効活用してダイオキシン類等の有害物質を効果的に吸着除去することができる。

本発明の一実施形態に係る燃焼排ガス処理システムのフロー図 本実施形態における活性コークス炉の外形図（ａ）およびそのＡ−Ａ断面図（ｂ） 図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面図（ａ）およびそのＣ−Ｃ断面図（ｂ） 活性コークス炉内のガス流れを示す図 本発明の他の実施形態に係る燃焼排ガス処理システムのフロー図 従来の燃焼排ガス処理システムのフロー図 従来の固定床吸着塔の一例を示す図

次に、本発明による有害物質吸着装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜燃焼排ガス処理システムのフローおよび設置要件＞
図１に示されるように、本実施形態に係る燃焼排ガス処理システムにおいて、焼却炉１からの燃焼排ガスは、ボイラ２およびガス冷却設備３に通されて１５０〜２００℃に冷却される。冷却後の排ガスには、集じん器４の上流の煙道にて消石灰が吹き込まれることによって、塩化水素（ＨＣｌ），硫黄酸化物（ＳＯ_X ）等の酸性ガスが吸着除去される。その後、集じん器４にて酸性ガス除去薬剤およびばいじんが除去された後、活性コークス塔５にてダイオキシン類が吸着除去され、処理済みのガスは煙突６から系外に排出される。

本実施形態において用いられる活性コークス塔５は、燃焼排ガスの処理に使用されることから、ばいじんによる吸着層の閉塞（運転差圧上昇）を避けるため、集じん器４の下流側に設置される。ここで、集じん器４としてはバグフィルタが用いられる。このバグフィルタを用いれば、ばいじん濃度を容易に２０ｍｇ／ｍ^３ _Ｎ未満まで低減することができる。ただし、活性コークス塔５の入口ガス中のばいじん濃度が上記濃度（２０ｍｇ／ｍ^３ _Ｎ）と同等以下にすることができれば、バグフィルタ以外の集じん器を用いてもかまわない。

活性コークス塔５の運転温度の上限は２００℃である。また、運転温度の下限は酸露点以上とする。この活性コークス塔５でのダイオキシン類除去機構は主として物理吸着であって、温度が低いほど除去効率が高い。なお、２００℃を超える温度条件であれば、触媒分解法の方が優位性が高い場合が多い。

＜活性コークス塔の外形・形式＞
図２（ａ）に示されるように、活性コークス塔５は、固定床方式の充填塔であって、塔本体（吸着装置本体）７と、塔本体７の頂面中央部（水平断面の中心位置）に接続される排ガス入口ダクト８と、塔本体７の底面中央部（水平断面の中心位置）に接続される処理済ガス出口ダクト９とを備えており、被処理排ガスが塔本体７の上部より下向きに流入し、塔本体７の下部より下方へ排出されるように構成されている。

＜活性コークス塔の内部構造＞
図２（ｂ）および図３に示されるように、塔本体７は、排ガス入口ダクト８に連通する排ガス導入部１０が中央部に設けられるとともに、この排ガス導入部１０を取り囲む位置に活性コークス充填層（吸着剤充填層）１１が設けられ、これら排ガス導入部１０および活性コークス充填層１１を除く部分に、処理済ガス出口ダクト９に連通する処理済ガス流通部１２が設けられて構成されている。

活性コークス充填層１１は、同一形状の４つの分割充填層１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに分割され、各分割充填層１１ａ〜１１ｄが、排ガス導入部１０を中心にして互いに対称位置に、かつ排ガス入口ダクト８から塔本体７への排ガス流入部と各分割充填層１１ａ〜１１ｄとの距離が等しくなるように、４方向に配置されて構成されている。

互いに隣接する分割充填層１１ａ〜１１ｄ間には側部隔壁１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが設けられるとともに、排ガス導入部１０の底部には底部隔壁１４が設けられ、これによって排ガス導入部１０は、活性コークス充填層１１の分割充填層１１ａ〜１１ｄ、側部隔壁１３ａ〜１３ｄおよび底部隔壁１４によって塔本体７の外周側空間および下部空間に対して画成されている。また、各分割充填層１１ａ〜１１ｄの下部構造（底部隔壁１４より下方部分）は、図３（ｂ）に示されるように三つ又のホッパ構造となっている。なお、この下部構造の形状は三つ又のホッパ構造に限ることはなく、二つ又のホッパ構造であっても、あるいはその他の形状であっても良い。

図３（ａ）に示されるように、各分割充填層１１ａ〜１１ｄの排ガス導入部１０に面する側には、先端部が斜め上向き（ハの字形状）の羽板よりなるガラリ１５が設けられ、このガラリ１５の互いに隣接する羽板間が活性コークス充填層１１への排ガス入口となっている。ここで、ガラリ１５の羽板の取付角度、大きさおよび取付ピッチは、活性コークスがガラリ１５の開口からこぼれ落ちないような値に設定される。

各分割充填層１１ａ〜１１ｄの排ガス導入部１０に面する側と反対側にはスクリーン１６が配されている。このスクリーン１６は、開口率が大きく、ガスの流れを阻害しないウエッジワイヤースクリーン形式のものが用いられ、その目開きは、活性コークス粒が下流に流出しない大きさとされる。なお、性能に影響しなければ、パンチングプレートなどの他の形式であっても良い。

＜動作・作用＞
図４（ａ）には、本実施形態の活性コークス塔５における塔内のガス流れが模式的に示されている。図示のように、被処理排ガスは上部に配される排ガス入口ダクト８から下向きに排ガス導入部１０に流入する。被処理排ガスは底部隔壁１４に達すると、ガス流れ方向が変わり、斜め上向きの流れとなって四方に配置された各分割充填層１１ａ〜１１ｄへと向かう。各分割充填層１１ａ〜１１ｄは、排ガス入口ダクト８および排ガス導入部１０を中心に互いに対称位置になるように配置されているので、各分割充填層１１ａ〜１１ｄへ流入するガス量は等しくなる。また、活性コークス充填層１１への排ガス入口のガラリ１５は、主なガス流れを遮る向き（斜め上向き）に羽板が配置されていて、これが整流板の作用をなすため、活性コークス充填層１１の入口面に均一に被処理ガスが分散されることとなる。

これに対して、ガラリ１５が設けられていない活性コークス塔５Ａの場合には、図４（ｂ）に示されるように、主なガス流れが活性コークス充填層１１の下部に偏ることになって、均一に分散されない。

こうして、活性コークス充填層１１に流入した被処理排ガスは、この活性コークス充填層１１を水平に横切って流れ、この通過過程でダイオキシン類を始めとする有害物質が吸着除去される。この後、処理済ガスはスクリーン１６を通過して塔本体７の外周部の処理済ガス流通部１２へ流入し、下向きに流れを変えて塔本体７の下部へ流れる。その後、活性コークス充填層１１のホッパ間隙を通過して塔本体７の下部中央に集まり、処理済ガス出口ダクト９から塔外へ流出する。ここで、処理済ガス出口ダクト９は、塔本体７の底面中央で該塔本体７に接続されており、活性コークス充填層１１の流出部であるスクリーン１６からの距離が等しくされているので、４方向からの均一なガス流れを得ることができる。この結果、活性コークス充填層１１に充填されている活性コークスを有効活用することができるため、活性コークスの使用量が少なくて済む。また、活性コークス充填層１１が分割配置されているので、機器構成のコンパクト化を図ることが可能となる。

＜他の実施形態に係る燃焼排ガス処理システムのフロー＞
図５には、本発明の他の実施形態に係る燃焼排ガス処理システムのフロー図が示されている。図１に示される先の実施形態では、活性コークス塔５の設置位置を、乾式酸性ガス処理後の集じん器４の出口位置としたが、本実施形態では、集じん器４の下流側に湿式酸性ガスを除去する湿式ガス洗浄設備１７を配し、その下流側に活性コークス塔５を設けたものである。この場合、湿式ガス洗浄設備１７と活性コークス塔５との間にガス加熱器１８を介挿して、結露を避けられる温度まで排ガスを予熱することが必要となる。

＜活性コークス塔の変形例＞
上述の実施形態では、活性コークス充填層１１を４分割したものを説明したが、分割数は２分割にしたり、あるいは他の正多角形をなすような配置とすることができる。また、分割せずに、円筒形状の一体物とすることもできる。
また、吸着剤としては、活性コークス以外にも、活性炭を用いることができる。
前記実施形態において、排ガスを各分割充填層１１ａ〜１１ｄに均一に分散させるために、排ガス入口ダクト８および／または排ガス導入部１０に整流板を設けても良い。

図２、図３に示された形状の活性コークス塔５を用いて、産業廃棄物燃焼排ガスのダイオキシン類および水銀除去を実施した。この場合の処理条件は次のとおりである。
（処理条件） 被処理ガス量 １７００ｍ^３ _Ｎ／ｈ
空間速度（ＳＶ） ７０００ｈ^−１
活性コークス φ３ｍｍ円柱形ペレット
活性コークス充填層内のガス流速 ０．４２ｍ／ｓ（空塔基準）
活性コークス塔温度 １６０〜２００℃
ダイオキシン類または水銀の除去率は次のとおりであった。
（１）活性コークス塔温度：２００℃
ダイオキシン類除去率＝９９．９％以上
（２）活性コークス塔温度：１８０℃
ダイオキシン類除去率＝９９．９％以上、水銀除去率＝９２％
（３）活性コークス塔温度：１６０℃
ダイオキシン類除去率＝９９．９％以上

本発明の有害物質吸着装置によれば、ダイオキシン類のみならず、水銀を吸着除去することができ、その他にも、多環芳香族炭化水素類、クロロベンゼン類、クロロフェノール類などの有害な有機化合物も吸着除去することができるので、ごみ焼却排ガスに限らず、その他の燃焼排ガスにも適用することができることから、産業上の利用価値が大である。

１ 焼却炉
４ 集じん器
５ 活性コークス塔
７ 塔本体（吸着装置本体）
８ 排ガス入口ダクト
９ 処理済ガス出口ダクト
１０ 排ガス導入部
１１ 活性コークス充填層（吸着剤充填層）
１１ａ〜１１ｄ 分割充填層
１２ 処理済ガス流通部
１３ａ〜１３ｄ 側部隔壁
１４ 底部隔壁
１５ ガラリ
１６ スクリーン

Claims (4)

1. 固定床式の吸着剤充填層を用いて排ガス中のダイオキシン類等の有害成分を吸着除去する有害物質吸着装置において、
   中央部に排ガス導入部を有するとともに、該排ガス導入部を中心にして互いに対称位置に、少なくとも２つに分割された同一形状の分割充填層よりなる吸着剤充填層を有する吸着装置本体と、前記吸着装置本体の頂面中央部に接続されて前記排ガス導入部に連通される排ガス入口ダクトと、前記吸着装置本体の底面中央部に接続される処理済ガス出口ダクトとを備え、
   前記吸着装置本体の頂面中央部と前記排ガス入口ダクトとの接続部分での前記排ガス入口ダクトにおける排ガス流れ方向と直角方向の内法よりも、前記排ガス導入部における前記排ガス入口ダクトからの排ガス流れ方向と直角方向の内法が大きくされ、
   前記排ガス導入部の底部には、該排ガス導入部に導入された排ガスの流れ方向を変える隔壁が設けられ、
   前記各分割充填層には、前記排ガス導入部に面する側に、先端部が斜め上向きの羽板よりなるガラリが設けられる
   ことを特徴とする有害物質吸着装置。
2. 前記吸着剤充填層は、４つの分割充填層に分割形成されている請求項１に記載の有害物質吸着装置。
3. 固定床式の吸着剤充填層を用いて排ガス中のダイオキシン類等の有害成分を吸着除去する有害物質吸着装置において、
   中央部に排ガス導入部を有するとともに、該排ガス導入部を中心にして円筒形状の吸着剤充填層を有する吸着装置本体と、前記吸着装置本体の頂面中央部に接続されて前記排ガス導入部に連通される排ガス入口ダクトと、前記吸着装置本体の底面中央部に接続される処理済ガス出口ダクトとを備え、
   前記吸着装置本体の頂面中央部と前記排ガス入口ダクトとの接続部分での前記排ガス入口ダクトにおける排ガス流れ方向と直角方向の内法よりも、前記排ガス導入部における前記排ガス入口ダクトからの排ガス流れ方向と直角方向の内法が大きくされ、
   前記排ガス導入部の底部には、該排ガス導入部に導入された排ガスの流れ方向を変える隔壁が設けられ、
   前記吸着剤充填層には、前記排ガス導入部に面する側に、先端部が斜め上向きの羽板よりなるガラリが設けられる
   ことを特徴とする有害物質吸着装置。
4. 前記吸着剤充填層に用いられる吸着剤は、活性コークスまたは活性炭である請求項１〜３のいずれかに記載の有害物吸着装置。

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