JP6366187B2 - 水銀回収システム及び水銀回収方法 - Google Patents

Description

本発明は、セメントキルン排ガスから回収したダストや石炭灰等の水銀を含む物質から水銀を回収するシステム及び方法に関する。

セメントキルン排ガスには、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や、フライアッシュ等のリサイクル資源に含まれる水銀に由来する微量の水銀が含まれている。セメントキルン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り、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、特許文献１には、図２に示すように、空気Ａ１１を加熱する熱風炉１２と、セメントキルン排ガスから回収した、水銀を含むキルンダストＤ１１を熱風炉１２からのガスＧ１１で直接加熱する抽気ダクト１３と、揮発水銀を含む搬送用ガスＧ１２を集塵して水銀含有ガスＧ１３と水銀除去ダストＤ１２とに分離するサイクロン１４と、水銀含有ガスＧ１３を集塵して水銀含有ガスＧ１４と水銀除去ダストＤ１３とに分離するバグフィルタ１５と、水銀含有ガスＧ１４から熱回収する熱交換器１６と、水銀含有ガスＧ１５に含まれる水銀を回収する活性炭吸着塔１９と、熱交換器１６で生じた熱を熱風炉１２に供給するファン１８とを備えるセメントキルン排ガスの処理装置１１が提案されている。

特開２０１１−８８７７０号公報

しかし、上記特許文献１に記載の処理方法では、キルンダストＤ１１を均一に加熱することが容易ではなく、キルンダストＤ１１中の水銀を漏れなく揮発させるには加熱に用いるガスＧ１１を多量に使用せざるを得なかった。このため、搬送用ガスＧ１２の量が多くなり、加熱装置としての抽気ダクト１３、集塵装置としてのサイクロン１４やバグフィルタ１５、及び水銀回収装置としての活性炭吸着塔１９等の関連設備を大型化せざるを得ず、設備コスト及び運転コストが高くなるという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、低コストで水銀を含む物質から効率よく水銀を回収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、水銀回収システムであって、一方の開口端から水銀を含む物質を投入し、間接加熱して該物質に含まれる水銀を揮発させ、該一方の開口端から揮発水銀を含むガスを排出し、他方の開口端から、前記水銀を含む物質から水銀が除去されて生じた水銀除去物質を排出する外熱キルンであって、該外熱キルンの軸線方向に沿って複数の間接加熱用熱源を有し、前記一方の開口端側に位置する熱源による加熱温度を前記他方の開口端側に位置する熱源による加熱温度よりも低く設定した外熱キルンと、該外熱キルンから排出されたガスに含まれる水銀を回収する水銀回収装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、間接加熱装置である外熱キルンを用いることで大量のガスを使用しなくとも水銀を含む物質を均一に加熱することができるため、水銀回収装置等の関連設備の小型化が可能となる。また、水銀を含む物質と加熱媒体との接触により加熱媒体に水銀が含まれることを防止することができ、加熱媒体の処理装置を簡易なものとすることができる。

さらに、水銀を含む物質を投入する一方の開口端側に位置する低温側の熱源によって、水銀を含む物質に含まれる水分及び粘着成分を除去して水銀を含む物質の流動性を改善し、他方の開口端側に位置する高温側の熱源によって、水銀を含む物質が粒状となるのを防ぎながら水銀を効率的に揮発させることができるため、水銀除去効率を高め、熱損失の低減を図ることができる。

上記水銀回収システムにおいて、前記一方の開口端側に位置する熱源に、前記他方の開口端側に位置する熱源として使用した熱ガスを利用することができ、外熱キルンの運転コストを低減することができる。

また、前記間接加熱用熱源を２つ備え、前記一方の開口端側に位置する熱源による加熱温度を１００℃以上３００℃以下、前記他方の開口端側に位置する熱源による加熱温度を３８０℃以上５００℃以下に設定することができる。水銀を含む物質を投入する一方の開口端側に位置する熱源によって、水の沸点以上であって水銀を含む物質が粒状とならない温度で水銀を含む物質を加熱することで、他方の開口端側に位置する熱源によって水銀の沸点以上の温度で水銀を含む物質を加熱して水銀を効果的に揮発させることができる。また、他方の開口端側の熱源において加熱温度の上限値を５００℃に設定することで、外熱キルンの安定運転を維持すると共に過剰加熱を防ぐことができる。

さらに、前記外熱キルンから排出されたガスを集塵する集塵装置と、該集塵装置の排ガスに希釈用ガスを添加する希釈用ガス添加装置とを備え、該希釈された排ガスに含まれる水銀を前記水銀回収装置で吸着して回収することができ、少量の搬送用ガスで外熱キルンから揮発水銀を搬送した場合に、搬送用ガス中の水銀濃度を吸着に適した濃度に低下させ、水銀回収装置での水銀回収効率を向上させることができる。

また、本発明は、水銀回収方法であって、一方の開口端から水銀を含む物質を投入し、間接加熱して該物質に含まれる水銀を揮発させ、該一方の開口端から揮発水銀を含むガスを排出し、他方の開口端から、前記水銀を含む物質から水銀が除去されて生じた水銀除去物質を排出する外熱キルンにおいて、前記一方の開口端側の領域の加熱温度を前記他方の開口端側の領域の加熱温度よりも低く設定し、該外熱キルンから排出された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、上記発明と同様に、間接加熱装置である外熱キルンを用いることで大量のガスを使用しなくとも水銀を含む物質を均一に加熱することができるため、付帯設備の小型化が可能となり、水銀を含む物質と加熱媒体との接触により加熱媒体に水銀が含まれることを防止することで加熱媒体の処理を簡易なものとすることができ、外熱キルンの加熱温度を調整することで、水銀除去効率を高め、熱損失の低減を図ることができる。

以上のように、本発明によれば、低コストで水銀を含む物質から効率よく水銀を回収することができる。

本発明に係る水銀回収システムの一実施の形態を示す全体構成図である。 従来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、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下では、本発明に係る水銀回収システムによってセメントキルン排ガスから回収したダストを処理する場合を例にとって説明する。

図１は本発明に係る水銀回収システムの一実施の形態を示し、この水銀回収システム１は、セメントキルン排ガスから回収した、水銀を含むキルンダストＤ１を貯留するホッパ２と、ホッパ２から供給されたキルンダストＤ１と、後述する水銀除去ダストＤ２とが混在した水銀含有ダストＤ３を運搬するスクリューコンベア３と、スクリューコンベア３から供給された水銀含有ダストＤ３を間接加熱し、間接加熱によって揮発した水銀を含むガスと水銀除去ダストＤ４とを互いに分離する外熱キルン４と、外熱キルン４から排出された搬送用ガスＧ１を水銀含有ガスＧ２と水銀除去ダストＤ２とに分離するバグフィルタ５と、バグフィルタ５から排出された水銀含有ガスＧ２に希釈用空気Ａ２を添加して水銀希釈ガスＧ３とするファン６と、水銀希釈ガスＧ３に含まれる水銀を吸着して回収する活性炭吸着塔７とを備える。

間接加熱装置としての外熱キルン４は、回転式のキルン４ａと、キルン４ａを囲繞して高温ガスが導入される高温側ジャケット４ｃと、高温側ジャケット４ｃに隣接するようにキルン４ａを囲繞して高温側ジャケット４ｃよりも温度の低いガスが導入される低温側ジャケット４ｂと、水銀含有ダストＤ３を供給するダスト供給部４ｄと、空気Ａ１を導入するガス導入部４ｅと、搬送用ガスＧ１を排出するガス排出部４ｆと、水銀除去ダストＤ４を排出するダスト排出部４ｇとを有する。低温側ジャケット４ｂはダスト供給部４ｄ側に位置し、高温側ジャケット４ｃはダスト排出部４ｇ側に位置する。また、低温側ジャケット４ｂには、高温側ジャケット４ｃから排出されたガスを利用することができる。

集塵装置としてのバグフィルタ５には、９００℃程度までの耐熱性を有する高耐熱型のバグフィルタや、通常の耐熱性を有するバグフィルタを使用することができる。

水銀回収装置としての活性炭吸着塔７は、水銀希釈ガスＧ３中の水銀を吸着して回収するために備えられる。活性炭吸着塔７で使用される活性炭としては、市販の活性炭の中で、水銀回収能力に特に優れる活性炭を選定することが望ましく、具体的には、水銀吸着用として調整された硫黄添着処理が施されている活性炭が好適である。

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を参照しながら説明する。

外熱キルン４の高温側ジャケット４ｃに高温ガスを導入し、高温側ジャケット４ｃの排ガス等を低温側ジャケット４ｂに導入してキルン４ａの内部を加熱し、キルンダストＤ１をスクリューコンベア３を介してキルン４ａに供給して間接加熱する。キルンダストＤ１は、低温側ジャケット４ｂにより加熱されたキルン４ａの内面に接触して加熱され、水分、粘着成分等が揮発する。次に、キルンダストＤ１は、高温側ジャケット４ｃにより加熱されたキルン４ａの内面に接触して加熱され、水銀が揮発する。一方、水銀を除去した水銀除去ダストＤ４をダスト排出部４ｇから系外に排出してセメント原料等として利用する。

ガス導入部４ｅから導入した空気Ａ１によって揮発した水銀を搬送し、揮発水銀を含む搬送用ガスＧ１をガス排出部４ｆから排出する。搬送用ガスＧ１をバグフィルタ５に導入して水銀含有ガスＧ２と水銀除去ダストＤ２とに分離する。

水銀含有ガスＧ２に、ファン６から希釈用空気Ａ２を添加して水銀含有ガスＧ２の水銀濃度が活性炭吸着塔７での吸着に適した濃度（１，０００ｍｇ／ｍ³以下）となるように希釈した後、水銀希釈ガスＧ３中の水銀を活性炭吸着塔７で吸着して回収する。ここで、希釈用空気Ａ２の温度を２０℃〜８０℃にすることで、水銀含有ガスＧ２を希釈するだけでなく冷却することもでき、活性炭吸着塔７での吸着効率を高めることができる。活性炭吸着塔７から排出された水銀除去ガスＧ４は、適切な排ガス処理をした後大気に放出する。一方、水銀除去ダストＤ２は、スクリューコンベア３に戻し、キルンダストＤ１と共に水銀含有ダストＤ３としてキルン４ａに供給する。

以上のように、上記実施の形態では、間接加熱装置として外熱キルン４を用いることで大量のガスを使用しなくとも水銀含有ダストＤ３を均一に加熱することができるため、外熱キルン４のガス排出部４ｆから排出される搬送用ガスＧ１の量を少なくすることができ、バグフィルタ５、及び活性炭吸着塔７等の関連設備の小型化が可能となる。また、水銀含有ダストＤ３と加熱媒体（本実施の形態では両ジャケット４ｂ、４ｃに導入される高温ガス）との接触により加熱媒体に水銀が含まれることを防止することができ、加熱媒体の処理装置を簡易なものとすることができる。

さらに、水銀含有ダストＤ３を投入するダスト供給部４ｄ側に位置する低温側ジャケット４ｂによる加熱によって、水銀含有ダストＤ３に含まれる水分、粘着成分等を揮発させることで、ダスト排出部４ｇ側に位置する高温側ジャケット４ｃによる高温加熱によって、水銀含有ダストＤ３が粒状化するのを防ぎながら水銀含有ダストＤ３に含まれる水銀を効率的に揮発させることができ、水銀除去効率を高め、熱損失の低減を図ることができる。

尚、上記実施の形態では、セメントキルン排ガスから回収したダストを処理する場合について説明したが、石炭灰等の水銀を含む物質であれば、その他の物質を処理することも可能である。

また、外熱キルン４のガス導入部４ｅに導入する空気Ａ１に代えて不活性ガスを用いることもでき、希釈用ガスとして希釈用空気Ａ２以外に不活性ガスを用いることもできる。さらに、加熱した空気Ａ１を外熱キルン４のガス導入部４ｅに導入することもでき、空気Ａ１をキルン４ａ内に滞留させて加熱することもできる。外熱キルン４のキルン４ａの内部を加熱するにあたり、低温側ジャケット４ｂ及び高温側ジャケット４ｃには、高温ガス以外の加熱媒体を用いてもよく、熱源として３つ以上のジャケットを用いることもできる。

さらに、上記水銀回収システム１におけるバグフィルタ５、活性炭吸着塔７に代えて他の形式の集塵装置、水銀回収装置を用いることもできる。外熱キルン４は、搬送用ガスＧ１を排出するガス排出部４ｆと、水銀除去ダストＤ４を排出するダスト排出部４ｇとを有し、搬送用ガスＧ１と水銀除去ダストＤ４とを別々に排出するが、水銀除去ダストの一部が搬送用ガスＧ１に混在するためバグフィルタ５を設けている。搬送用ガスと水銀除去ダストとの排出部が共通するような外熱キルンを用い、搬送用ガス中の水銀除去ダストの濃度が高くなった場合でも、集塵装置で搬送用ガスを集塵して対応することができる。

１ 水銀回収システム
２ ホッパ
３ スクリューコンベア
４ 外熱キルン
４ａ キルン
４ｂ 低温側ジャケット
４ｃ 高温側ジャケット
４ｄ ダスト供給部
４ｅ ガス導入部
４ｆ ガス排出部
４ｇ ダスト排出部
５ バグフィルタ
６ ファン
７ 活性炭吸着塔
Ａ１ 空気
Ａ２ 希釈用空気
Ｄ１ キルンダスト
Ｄ２ 水銀除去ダスト
Ｄ３ 水銀含有ダスト
Ｄ４ 水銀除去ダスト
Ｇ１ 搬送用ガス
Ｇ２ 水銀含有ガス
Ｇ３ 水銀希釈ガス
Ｇ４ 水銀除去ガス

Claims (5)

1. 一方の開口端から水銀を含む物質を投入し、間接加熱して該物質に含まれる水銀を揮発させ、該一方の開口端から揮発水銀を含むガスを排出し、他方の開口端から、前記水銀を含む物質から水銀が除去されて生じた水銀除去物質を排出する外熱キルンであって、該外熱キルンの軸線方向に沿って複数の間接加熱用熱源を有し、前記一方の開口端側に位置する熱源による加熱温度を前記他方の開口端側に位置する熱源による加熱温度よりも低く設定した外熱キルンと、
   該外熱キルンから排出されたガスに含まれる水銀を回収する水銀回収装置とを備えることを特徴とする水銀回収システム。
2. 前記一方の開口端側に位置する熱源に、前記他方の開口端側に位置する熱源として使用した熱ガスを利用することを特徴とする請求項１に記載の水銀回収システム。
3. 前記間接加熱用熱源を２つ備え、前記一方の開口端側に位置する熱源による加熱温度を１００℃以上３００℃以下、前記他方の開口端側に位置する熱源による加熱温度を３８０℃以上５００℃以下に設定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の水銀回収システム。
4. 前記外熱キルンから排出されたガスを集塵する集塵装置と、該集塵装置の排ガスに希釈用ガスを添加する希釈用ガス添加装置とを備え、該希釈された排ガスに含まれる水銀を前記水銀回収装置で吸着して回収することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の水銀回収システム。
5. 一方の開口端から水銀を含む物質を投入し、間接加熱して該物質に含まれる水銀を揮発させ、該一方の開口端から揮発水銀を含むガスを排出し、他方の開口端から、前記水銀を含む物質から水銀が除去されて生じた水銀除去物質を排出する外熱キルンにおいて、前記一方の開口端側の領域の加熱温度を前記他方の開口端側の領域の加熱温度よりも低く設定し、
   該外熱キルンから排出されたガスに含まれる水銀を回収することを特徴とする水銀回収方法。