JP6417157B2 - セメントキルン排ガスの処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、セメントキルン排ガスを処理する方法に関し、特に、セメントキルン排ガス中の有機汚染物質を除去する方法に関する。

近年、セメント原料の一部として、飛灰、主灰、汚泥及び鉱滓等の廃棄物を有効利用しているため、セメントキルン排ガス中には、これらの廃棄物に含まれる有機汚染物質が存在する。この有機汚染物質は、排ガス中のダストを媒体としてセメント製造装置内を循環し、その一部は高温域において分解され、未分解の有機汚染物質の大部分は、排ガス中のダストを媒体としてセメント製造装置内を循環している。尚、有機汚染物質とは、ダイオキシン類（ＰＣＤＤ、ＰＣＤＦ、ｃｏ−ＰＣＢ）やポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢｓ）等の残留性有機汚染物質（ＰＯＰｓ）等をいう。

また、上記廃棄物の使用量の増加に伴い、セメント原料としての石炭灰の使用量が減少し、ダスト中の未燃カーボンの量が減少しているため、ダストに吸着されずに排ガスと共に大気中に放出される有機汚染物質の量が増加する虞がある。そこで、特許文献１には、セメント焼成装置のプレヒータの排ガスに活性炭、フライアッシュ、ボトムアッシュ、オイルコークス燃焼灰等のガス吸着材を添加して有機汚染物質を吸着する方法が記載されている。

特開２０１３−１１２５７９号公報

しかし、上記特許文献１に記載の方法において、活性炭を用いると有機汚染物質の吸着効果は大きいが、活性炭は高価であるため処理コストが増大する。一方、フライアッシュ等を用いることで処理コストを低く抑えることができるが、吸着効果が十分とはいえない面もあった。

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、セメントキルン排ガス中の有機汚染物質を低コストで効果的に除去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、セメントキルン排ガスに含まれる有機汚染物質を廃活性炭で吸着して除去するセメントキルン排ガスの処理方法であって、前記廃活性炭を前記セメントキルン排ガスを排出するセメントキルンに供給する原料を乾燥させる乾燥装置に投入して賦活させ、該乾燥装置の後段に配置された粉砕装置を経た後、前記セメントキルンに付設されたプレヒータにセメント原料と共に投入することを特徴とする。ここで、廃活性炭とは、浄水場において水の浄化等に用いたり、ガス処理設備でガスや空気の浄化に使用された後廃棄された活性炭をいう。

本発明によれば、比表面積、メソ孔の容積の大きい廃活性炭を有機汚染物質の吸着に用いることで、低コストで効果的に有機汚染物質を除去することができると共に、廃活性炭を有効利用することができる。また、浄水場等から回収された含水率が高く粒状の廃活性炭であっても、乾燥によって廃活性炭を賦活させ、粉状とすることで効率よく有機汚染物質を吸着することができる。

上記セメントキルン排ガスの処理方法において、前記廃活性炭を、前記セメントキルン排ガスを排出するセメントキルンのクリンカ生産量１トン当たり０．５ｋｇ以上１０ｋｇ以下の割合で使用することができる。廃活性炭の使用量が０．５ｋｇ未満の場合には、有機汚染物質の吸着効果が低下して好ましくなく、５ｋｇを超えると、除塵する電気集塵機やバグフィルタ等の集塵機１１で荷電不良となる虞があり、１０ｋｇを超えると、廃活性炭の投入の費用対効果が低下して好ましくない。

前記有機汚染物質を残留性有機汚染物質とすることができ、廃活性炭をセメントキルン排ガスへ添加するのを停止した後も、セメントキルン排ガス中の残留性有機汚染物質濃度が低下した状態を維持することができ、少量の廃活性炭で効果的に残留性有機汚染物質を吸着除去することができる。

以上のように、本発明によれば、セメントキルン排ガス中の有機汚染物質を低コストで効果的に除去することができる。

本発明に係るセメントキルン排ガスの処理方法を適用したセメント製造装置の全体構成図である。 本発明に係るセメントキルン排ガスの処理方法の試験例を示すグラフである。 本発明に係るセメントキルン排ガスの処理方法の試験例を示すグラフである。 本発明に係るセメントキルン排ガスの処理方法の試験例を示すグラフである。

次に、本発明に係るセメントキルン排ガスの処理方法の一実施の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排ガスの処理方法を適用したセメント製造装置を示し、このセメント製造装置１は、セメントキルン２、仮焼炉３及びプレヒータ４を備えたセメント焼成装置と、プレヒータ４の排ガスＧ１の熱で発電を行うボイラ５と、ボイラ５の排ガスＧ２の調温・調湿を行う調湿塔としてのスタビライザ７と、スタビライザ７の排ガスＧ３によって石灰石Ｌ、粘土Ｃ等を乾燥させる原料ドライヤ８と、原料ドライヤ８から排出された乾燥物ＤＲを粉砕する原料ミル１０と、原料ドライヤ８の排ガスＧ４から除塵する電気集塵機やバグフィルタ等の集塵機１１と、原料ミル１０から排出された粉砕物Ｐと、集塵機１１で回収したダストＤとを貯蔵するサイロ１２と、集塵機１１の排ガスＧ５を大気に放出する煙突１４等で構成される一般的なセメント製造装置に、本発明に係る処理方法を実施するための廃活性炭添加装置９を備える。

廃活性炭添加装置９は、原料ドライヤ８に廃活性炭を投入するために備えられる。後述するように、浄水場から回収された廃活性炭は含水率が高いため、原料ドライヤ８で乾燥させ、同時に廃活性炭を賦活、ミルで粉状とすることが望ましい。

次に、本発明に係るセメントキルン排ガスの処理方法について図１を参照しながら説明する。

セメント原料としての石灰石Ｌ、粘土Ｃ等と共に、廃活性炭添加装置９から廃活性炭Ｗを原料ドライヤ８に投入し、スタビライザ７の排ガスＧ３によって乾燥させる。廃活性炭Ｗの投入量は、セメントキルン２で製造するクリンカ１トン当たり０．５ｋｇ以上１０ｋｇ以下であるが、より好ましくは２ｋｇ以上４ｋｇ以下である。廃活性炭Ｗの投入は連続的に行うのが基本であるが、所定の時間内で上記割合を維持しながら間欠的に投入してもよい。

原料ドライヤ８から排出された廃活性炭が混在した乾燥物ＤＲを原料ミル１０に供給して粉砕し、粉砕物Ｐと、集塵機１１で回収されたダストＤとをセメント原料Ｒとしてサイロ１２に一時的に貯留する。尚、原料ドライヤ８から排出された廃活性炭のうち粒径の小さなものは、排ガスＧ４と共に搬送され、排ガスＧ４に含まれるダイオキシン類等の有機汚染物質の吸着に寄与する。

サイロ１２からセメント原料Ｒをプレヒータ４に投入して予熱し、仮焼炉３で仮焼した後、セメントキルン２にて焼成してセメントクリンカを生成させる。この際、セメント原料Ｒに含まれるダイオキシン類等の有機汚染物質を吸着した廃活性炭Ｗの一部は、プレヒータ４、仮焼炉３及びセメントキルン２において加熱され、廃活性炭Ｗが燃焼すると共に、有機汚染物質が高温下で分解する。

セメントキルン２の排ガスは、セメントキルン２の窯尻、仮焼炉３を経てプレヒータ４から排出され、上記のようにして分解されなかった有機汚染物質や、燃焼しなかった廃活性炭Ｗは、セメントキルン２の排ガスと共にプレヒータ４から排ガスＧ１と共に排出される。

プレヒータ４の排ガスＧ１をボイラ５に導入して発電に用い、ボイラ５の排ガスＧ２を第１排気ファン６を介してスタビライザ７に導入する。スタビライザ７において排ガスＧ２の調温・調湿を行う。

スタビライザ７の排ガスＧ３を原料ドライヤ８における石灰石Ｌ等の乾燥に利用すると共に、図示を省略するが、原料ミル１０に導入し、原料ミル１０の排ガスを原料ドライヤ８の排ガスＧ４と共に集塵機１１に導入してダストＤを回収する。集塵機１１の排ガスＧ５は第２排気ファン１３を介して煙突１４から排出する。尚、集塵機１１の内部温度が高いと、廃活性炭Ｗに吸着された有機汚染物質が脱離してしまうため、集塵機１１の内部温度は１２０℃以下に維持する。

集塵機１１で回収されたダストＤに含まれる廃活性炭Ｗは、サイロ１２を経てプレヒータ４に投入され、上述のように、その一部は、プレヒータ４等で燃焼し、残りはプレヒータ４の排ガスＧ１に含まれ、セメント製造装置１を循環する。

上記のような運転を行った結果、一実施例として、クリンカ生産量約１８０ｔ／ｈのセメントキルン２を有するセメント製造装置１において廃活性炭Ｗを添加しなかった場合、集塵機１１で回収されたダストＤの未燃カーボン含有率は０．８％であったのに対し、廃活性炭添加装置９によって廃活性炭Ｗを０．５ｔ／ｈで添加すると、集塵機１１で回収されたダストＤの未燃カーボン含有率は１．８％となった。また、ダストＤに含まれる未燃カーボンは、約７０％がプレヒータ４等で燃焼し、約３０％が排ガスＧ１と共に排出されることが判った。

次に、廃活性炭の吸着効果について、図２乃至図４を参照しながら説明する。表１は、浄水場で回収された廃活性炭と石油コークスの物性の一例を示し、吸着効果に大きな影響を及ぼす比表面積、メソ孔の容積は、廃活性炭の方が大幅に高いことが判る。また、廃活性炭の硫黄含有率は、石油コークスよりも格段に低い。尚、石油コークスとは、重質油を熱分解処理したときの残渣分のことである。

図２は、クリンカ生産量約１８０ｔ／ｈのセメントキルン２を有するセメント製造装置１において、廃活性炭添加装置９によって表１に示す物性を有する廃活性炭Ｗを０．５ｔ／ｈの割合で添加した際の排ガスＧ５に含まれるＰＯＰｓ量の経時的な変化を示す。廃活性炭Ｗを添加することで、排ガスＧ５中のＰＯＰｓ量を４日後には投入前日の４５．４％、１０日後には投入前日の２．１％まで低減することができる。また、廃活性炭Ｗの添加を停止しても、停止７日後には８．７％までしかＰＯＰｓ量は上昇せず、効果的にＰＯＰｓの量を低減することができる。

図３は、上記のように廃活性炭Ｗを添加した際の最上段プレヒータにおけるＰＯＰｓの分配率を示す。廃活性炭Ｗを添加することで、添加前は４２．０であったセメント原料Ｒ中のＰＯＰｓ分配率を、４日後には５０．１、１０日後には５９．９まで上昇させることができる。また、廃活性炭Ｗの添加を停止して７日後もセメント原料Ｒ中のＰＯＰｓ分配率は５２．２となり、高い分配率を維持することができる。これにより、プレヒータ４の排ガスＧ１中のＰＯＰｓ量を低減してＰＯＰｓの循環を抑えることができると共に、ＰＯＰｓを効率的にセメント焼成設備内で分解して除去することができる。

図４は、表１に示す物性を有する石油コークスを、クリンカ生産量約１８０ｔ／ｈのセメントキルン２を有するセメント製造装置１において、原料ドライヤ８に０．５ｔ／ｈの割合で添加した際の排ガスＧ５に含まれるＰＯＰｓ量の経時的な変化を示す。石油コークスを添加することで、排ガスＧ５中のＰＯＰｓ量を９日後には５７．５％、１０日後には４０．０％まで低減することができる。しかし、石油コークスの硫黄含有率が高いため、石油コークスの添加量に制約があり、ＰＯＰｓ量を目標値まで低減するには、さらに活性炭を添加する必要がある。

以上より、本発明によれば、廃活性炭を用いてセメントキルン排ガスＧ１中の有機汚染物質を効果的に低コストで除去することができる。また、従来、熱源や農業分野で消臭剤等として利用されていた一部の廃活性炭を除き、通常廃棄処理、焼却処理されていた廃活性炭を有効利用し、用途の拡大を図ることができる。

尚、上記実施の形態においては、廃活性炭を単独で使用した場合について説明したが、廃活性炭と石油コークスとの混合物を使用することで、セメントキルン排ガスＧ１中の有機汚染物質の吸着に要する費用をさらに低減することができる。

１ セメント製造装置
２ セメントキルン
３ 仮焼炉
４ プレヒータ
５ ボイラ
６ 第１排気ファン
７ スタビライザ
８ 原料ドライヤ
９ 廃活性炭添加装置
１０ 原料ミル
１１ 集塵機
１２ サイロ
１３ 第２排気ファン
１４ 煙突
Ｃ 粘土
Ｄ ダスト
ＤＲ 乾燥物
Ｇ１〜Ｇ５ 排ガス
Ｌ 石灰石
Ｐ 粉砕物
Ｒ セメント原料
Ｗ 廃活性炭

Claims (3)

1. セメントキルン排ガスに含まれる有機汚染物質を廃活性炭で吸着して除去するセメントキルン排ガスの処理方法であって、
   前記廃活性炭を前記セメントキルン排ガスを排出するセメントキルンに供給する原料を乾燥させる乾燥装置に投入して賦活させ、該乾燥装置の後段に配置された粉砕装置を経た後、前記セメントキルンに付設されたプレヒータにセメント原料と共に投入することを特徴とするセメントキルン排ガスの処理方法。
2. 前記廃活性炭を、前記セメントキルン排ガスを排出するセメントキルンのクリンカ生産
   量１トン当たり０．５ｋｇ以上１０ｋｇ以下の割合で使用することを特徴とする請求項１
   に記載のセメントキルン排ガス処理方法。
3. 前記有機汚染物質は、残留性有機汚染物質であることを特徴とする請求項１又は２に記
   載のセメントキルン排ガスの処理方法。