JP6845665B2

JP6845665B2 - 水銀含有物質の処理方法

Info

Publication number: JP6845665B2
Application number: JP2016225669A
Authority: JP
Inventors: 浩司鎌田
Original assignee: Taiheiyo Cement Corp
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2036-11-21
Also published as: JP2018083956A

Description

本発明は、セメント焼成装置のプレヒータの排ガスから回収したダストや、火力発電所で石炭を燃焼させた際に発生する灰等の水銀含有物質を処理する方法に関する。

近年では様々なものを再利用する試みがなされているが、再利用の対象となる物質に有害成分が含まれる場合、この物質を再利用する前に予め有害成分を回収しておく必要がある。人体に悪影響を及ぼすと共に大気汚染を引き起こす虞がある水銀は、このような有害成分の代表例であり、水銀含有物質を再利用するにあたっては、当然のことながら水銀含有物質から水銀を予め回収しておく必要がある。

ところで、セメント製造分野においても、様々なものを再利用する試みが積極的になされ、その中には水銀含有物質の再利用も含まれる。例えば、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から回収したダスト（キルンダスト）や、火力発電所で石炭を燃焼させた際に発生する灰（石炭灰）をセメント原料として利用することが記載されている。キルンダストや石炭灰は水銀を含むため、同文献には、キルンダスト等を外熱式ロータリーキルン（外熱キルン）で間接加熱してキルンダスト等中の水銀を揮発させ、揮発した水銀を含むガスから水銀を回収し、外熱キルンで水銀が除去されて得られた水銀除去ダストをセメント原料として利用することが記載されている。

特開２０１６−１０８６０６号公報

上記特許文献１に記載の処理方法では、水銀除去ダストを輸送管でセメント原料化工程に輸送する必要があるが、この輸送管の耐熱対策を不要としたり水銀除去ダストを安全に輸送するために、外熱キルンから排出された水銀除去ダストを冷却する必要がある。

しかし、外熱キルンから排出される水銀除去ダストは高温であるため、例えば、水銀除去ダストを水で冷却する場合には、水銀除去ダストの温度を低下させるために大量の水が必要になり、冷却装置を大型化せざるを得ず、冷却に長時間を要するという問題があった。

また、水銀除去ダストの溶融分が冷却によって固化し、外熱キルンの冷却帯等の冷却装置の内壁に付着し、冷却装置の閉塞を引き起こす虞もあった。

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、水銀含有物質から水銀を揮発除去して得られる水銀除去物質を低コストかつ短時間で安定して冷却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、水銀含有物質の処理方法であって、水銀含有物質を加熱して該物質に含まれる水銀を揮発させ、該揮発した水銀を含むガスから水銀を回収し、前記水銀含有物質から水銀を揮発させて得られる水銀除去物質を、該水銀除去物質より寸法の大きい固体状冷却媒体に接触させて冷却し、前記水銀除去物質と前記固体状冷却媒体とを分離し、該分離した固体状冷却媒体を再度前記水銀除去物質に接触させることを特徴とする水銀含有物質の処理方法。

本発明によれば、水銀除去物質を固体状冷却媒体と接触させて冷却するため、大量の水を使用しなくても水銀除去物質の温度を低下させることができ、水銀除去物質を低コストかつ短時間で冷却することができる。また、前記分離した固体状冷却媒体を再度前記水銀除去物質に接触させることで、冷却媒体の使用コストを低く抑えることができる。

また、前記分離した固体状冷却媒体から熱回収した後再度前記水銀除去物質に接触させれば、水銀含有物質の熱を有効利用することができる。

また、前記混合物から前記固体状冷却媒体を分離した後の水銀除去物質をさらに冷却することで、水銀除去物質を確実に冷却することが可能になる。

前記固体状冷却媒体として金属を用いることができる。これにより、前記水銀除去物質と前記固体状冷却媒体の混合物から該固体状冷却媒体を振動篩等を用いて分離することができると共に、熱伝導率の高い金属を用いることで効率よく冷却することができ、さらに金属によって固体表面に対する摩耗促進効果が生じるため、冷却装置にコーチングが発生するのを防止することができ、安定して水銀除去物質を冷却することができる。

前記水銀含有物質として、セメント焼成装置のプレヒータの排ガスから回収したダスト又は火力発電所で石炭を燃焼させた際に発生する灰を用い、前記冷却後の混合物をセメント原料として用いることができる。

以上のように、本発明によれば、水銀含有物質から水銀を揮発除去して得られる水銀除去物質を低コストかつ短時間で安定して冷却することができる。

本発明に係る水銀含有物質の処理方法を実施するための装置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、本発明に係る水銀含有物質の処理方法を実施するための装置において、水銀含有物質としてセメント焼成装置のプレヒータの排ガスから回収したダスト（キルンダスト）を処理する場合を例にとって説明する。

図１は、本発明に係る水銀含有物質の処理方法を実施するための装置の一例を示し、この水銀含有物質の処理装置１は、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等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を間接加熱する外熱キルン４と、外熱キルン４から排出された水銀含有ガスＧ２から集塵するバグフィルタ５と、バグフィルタ５から排出された水銀含有ガスＧ３に空気Ａを添加して水銀希釈ガスＧ４とするファン６と、水銀希釈ガスＧ４に含まれる水銀を吸着して回収する活性炭吸着塔７と、外熱キルン４から排出された水銀除去ダストＤ４を冷却用アルミニウム（固体状冷却媒体、以下「冷却媒体」と略称する。）Ｃと混合しながら冷却する冷却装置８と、冷却装置８から排出された混合物Ｍから冷却媒体Ｃ１を分離する振動篩装置９と、振動篩装置９から排出される冷却媒体Ｃ１と熱交換を行う熱交換器１０等を備える。

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を囲繞するように設けられ、高温ガス等の加熱媒体が導入されてキルン４ａの外面を加熱するジャケット４ｂと、スクリューコンベア３から水銀含有ダストＤ３が供給されるダスト供給部４ｃと、キャリヤガス供給装置（不図示）から供給されたキャリヤガスＧ１が導入されるガス導入部４ｄと、水銀含有ダストＤ３から揮発した水銀を含む水銀含有ガスＧ２を排出するガス排出部４ｅと、水銀含有ダストＤ３から水銀が揮発除去された水銀除去ダストＤ４を排出するダスト排出部４ｆとを有する。

外熱キルン４は、加熱対象物である水銀含有ダストＤ３を加熱媒体と接触させずに間接的に加熱する間接加熱装置である。水銀含有ダストＤ３の加熱装置として間接加熱装置である外熱キルン４を用いることで、ガス等の加熱媒体を大量に使用しなくても水銀含有ダストＤ３を均一に加熱することができるため、キャリヤガスＧ１や水銀含有ガスＧ２の量を少なくすることができる。このため、これらのガスが通過する外熱キルン４、バグフィルタ５、活性炭吸着塔７を小型化することができる。また、水銀含有ダストＤ３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、加熱媒体の処理を簡易なものとすることができる。

また、外熱キルン４において、ガス排出部４ｅとダスト排出部４ｆとを別々に設けることで、水銀含有ダストＤ３中の水銀とダストとを別々に外熱キルン４から排出することができる。これにより、外熱キルン４に導入するキャリヤガスＧ１を少量にしてもキルン４ａ内で揮発した水銀を水銀含有ガスＧ２として活性炭吸着塔７まで搬送することができ、外熱キルン４、バグフィルタ５及び活性炭吸着塔７に導入するガス量が減少し、これらの装置を小型化して設備コストを低減することができる。

尚、外熱キルン４に代えて、水銀含有ガスＧ２と水銀除去ダストＤ４との排出部が共通するような加熱装置を用いることもできる。この場合において、水銀含有ガスＧ２中の水銀除去ダストＤ４の濃度が高くなった場合は、集塵装置で水銀除去ダストＤ４を回収して対応することができる。

また、外熱キルン４に代えて他の種類の間接加熱装置を用いることができ、加熱対象物を加熱媒体と接触させて直接的に加熱する直接加熱装置を用いることもできる。さらに、キャリヤガスＧ１としては、例えば、不活性ガスや空気を用いることができる。

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。水銀含有ダストＤ３から水銀が除去されたダストの大部分はダスト排出部４ｆから排出されるが、このダストのうちの一部は水銀含有ガスＧ２と共にガス排出部４ｅから排出され、このようなダストはバグフィルタ５において回収される。尚、バグフィルタ５以外の集塵装置を用いることもできる。

ファン６は、水銀含有ガスＧ３を希釈して水銀含有ガスＧ３の水銀濃度を活性炭吸着塔７での吸着に適した濃度（１，０００ｍｇ／ｍ³以下）に調整するために備えられる。ここで、ファン６から供給される空気Ａの温度を２０℃以上８０℃以下にすることで、水銀含有ガスＧ３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。尚、希釈用ガスであれば空気Ａ以外のものを用いることができ、例えば、不活性ガスを用いることができる。

水銀回収装置としての活性炭吸着塔７は、水銀希釈ガスＧ４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。尚、活性炭吸着塔７以外の水銀回収装置を用いることもできる。

冷却装置８は、外熱キルン４のダスト排出部４ｆから排出された水銀除去ダストＤ４を、冷却媒体Ｃと接触させて冷却するために備えられる。この冷却装置８には、スクリューコンベア等のように、水銀除去ダストＤ４を冷却媒体Ｃと接触させながら輸送し、ケーシングの外部を冷却水で冷却する構成のものを用いることができる。輸送可能な装置を用いることで、冷却しながら輸送することができる。

上記冷却装置８として、輸送機能を備えず、水銀除去ダストＤ４と冷却媒体Ｃとを回転するパドルや羽根等を有するだけの装置を用いることもでき、さらに、水銀除去ダストＤ４を冷却媒体Ｃと接触させながら冷却水等で間接的又は直接的に冷却する装置を用いることもできる。

分離装置としての振動篩装置９は、冷却装置８から排出された混合物Ｍから冷却媒体Ｃ１を分離するために設けられる。分離装置として振動篩装置９以外の装置を使用することもできる。

熱回収装置としての熱交換器１０は、振動篩装置９で分離された冷却媒体Ｃ１と空気等のとの間で熱交換を行うことで冷却媒体Ｃ１を冷却すると共に、冷却媒体Ｃ１から熱回収するために設けられる。

次に、上記構成を有する装置を用いた、本発明に係る水銀含有物質の処理方法の一実施の形態について図１を参照しながら説明する。

外熱キルン４のジャケット４ｂに高温ガスを導入してジャケット４ｂを加熱し、高温になったジャケット４ｂがキルン４ａの外面を加熱し、これによってキルン４ａの内部が間接的に加熱される。次に、ホッパ２に貯留したキルンダストＤ１を、スクリューコンベア３を介してダスト供給部４ｃからキルン４ａに供給する。キルン４ａに供給された水銀含有ダストＤ３としてのキルンダストは、キルン４ａの高温となった内面に接触して加熱され、キルンダストに含まれる水銀が揮発する。

一方、キャリヤガスＧ１をガス導入部４ｄからキルン４ａに導入し、キルン４ａ内で揮発している水銀をキャリヤガスＧ１によりガス排出部４ｅまで搬送し、これらを水銀含有ガスＧ２としてガス排出部４ｅから排出する。さらに、水銀含有ガスＧ２をバグフィルタ５に導入して集塵することで、水銀含有ガスＧ２を水銀含有ガスＧ３と水銀除去ダストＤ２とに分離する。

バグフィルタ５から排出した水銀含有ガスＧ３にファン６から空気Ａを添加し、水銀含有ガスＧ３を希釈して水銀希釈ガスＧ４とし、水銀希釈ガスＧ４中の水銀を活性炭吸着塔７で吸着して回収する。活性炭吸着塔７から排出した水銀除去ガスＧ５は、適切な排ガス処理をした後大気に放出する。一方、バグフィルタ５で回収した水銀除去ダストＤ２は、スクリューコンベア３に戻し、スクリューコンベア３に供給したキルンダストＤ１と共に水銀含有ダストＤ３としてダスト供給部４ｃに供給する。

さらに、水銀含有ダストＤ３から水銀が除去された水銀除去ダストＤ４をダスト排出部４ｆから排出し、これを冷却媒体Ｃと共に冷却装置８に供給し、これらを互いに接触させて水銀除去ダストＤ４を冷却する。その後、振動篩装置９において混合物Ｍを、水銀除去ダストＤ４と昇温した冷却媒体Ｃ１に分離する。ここで、水銀除去ダストＤ４には水銀がほとんど含まれていないため、これをセメント原料として利用しても、セメントキルン排ガスの水銀濃度を増加させる虞がない。

一方、昇温した冷却媒体Ｃ１は、熱交換器１０において熱回収及び冷却された後、冷却媒体Ｃ２として、水銀除去ダストＤ４の冷却用として循環ルート１１を介して冷却装置８に戻されて再利用される。これにより、水銀除去ダストＤ４の熱を有効利用しながら、冷却媒体Ｃの使用コストを低く抑えることができる。

以上のように、上記実施の形態では、水銀除去ダストＤ４を冷却媒体Ｃと共に冷却装置８に供給することで、水銀除去ダストＤ４を冷却媒体Ｃに接触させて水銀除去ダストを冷却する。これにより、大量の水を使用することがなく、冷却装置８を小型化することができるため、水銀除去ダストＤ４の冷却に要するコストを低く抑えることができ、さらに、短時間で水銀除去ダストＤ４を冷却することができる。また、冷却媒体Ｃにより固体表面に対する摩耗促進効果が生じ、冷却装置８にコーチングが発生するのを防止することができる。

上記実施の形態において、外熱キルン４から排出される水銀除去ダストＤ４の温度は３００℃以上５５０℃以下であり、この温度を冷却装置８で１５０℃以下まで低下させるのが好ましい。水銀除去ダストＤ４の冷却が不十分である場合には冷却装置８に戻して再度冷却を行うこともできる。また、冷却装置８の後段にさらに別途冷却装置を設けてもよい。

さらに、冷却媒体Ｃとしては、アルミニウム以外にも、他の金属や、セラミックを用いることができるが、冷却効率の観点から熱伝導率が高いものを用いることが好ましい。また、冷却媒体Ｃは、振動篩装置９で分離するため、水銀除去ダストＤ４よりも寸法が大きいものを選択する。但し、粒径が大き過ぎると熱交換に時間を要して冷却効果が低下するため、適切な寸法に設定される。冷却媒体Ｃの形状は、塊状や、球状、板状のものを用いることができる。

尚、熱交換器１０は必須の構成要素ではなく、冷却媒体Ｃ１の熱を利用しない場合には、昇温した冷却媒体Ｃ１を自然冷却してもよい。

尚、上記実施の形態では、キルンダストＤ１を処理する場合について説明したが、火力発電所で石炭を燃焼させた際に発生する灰（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。

１水銀含有物質の処理装置
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ジャケット
４ｃダスト供給部
４ｄガス導入部
４ｅガス排出部
４ｆダスト排出部
５バグフィルタ
６ファン
７活性炭吸着塔
８冷却装置
９振動篩装置
１０熱交換器
１１循環ルート
Ａ空気
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２冷却媒体
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
Ｄ５水銀除去ダスト
Ｇ１キャリヤガス
Ｇ２水銀含有ガス
Ｇ３水銀含有ガス
Ｇ４水銀希釈ガス
Ｇ５水銀除去ガス
Ｍ混合物

Claims

水銀含有物質を加熱して該物質に含まれる水銀を揮発させ、
該揮発した水銀を含むガスから水銀を回収し、
前記水銀含有物質から水銀を揮発させて得られる水銀除去物質を、該水銀除去物質より寸法の大きい固体状冷却媒体に接触させて冷却し、
前記水銀除去物質と前記固体状冷却媒体とを分離し、
該分離した固体状冷却媒体を再度前記水銀除去物質に接触させることを特徴とする水銀含有物質の処理方法。
前記分離した固体状冷却媒体から熱回収した後再度前記水銀除去物質に接触させることを特徴とする請求項１に記載の水銀含有物質の処理方法。
前記固体状冷却媒体を分離した後の水銀除去物質をさらに冷却することを特徴とする請求項１又は２に記載の水銀含有物質の処理方法。
前記固体状冷却媒体として金属を用いることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の水銀含有物質の処理方法。
前記水銀含有物質として、セメント焼成装置のプレヒータの排ガスから回収したダスト又は火力発電所で石炭を燃焼させた際に発生する灰を用い、
前記冷却後の混合物をセメント原料として用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の水銀含有物質の処理方法。