JP6912184B2 - 水銀含有物質の処理装置及び処理方法 - Google Patents

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装置及び方法に関する。

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おそれもあった。

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装置であって、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る外熱キルンと、該外熱キルンから排出される水銀含有ガスから水銀を回収する水銀回収装置と、前記外熱キルンから排出される水銀除去物質を該水銀除去物質よりも低温の粉粒体と混合しながら冷却する混合冷却装置とを備えることを特徴とする。ここで、「混合しながら冷却」とは、外熱キルンから排出される水銀除去物質を該水銀除去物質よりも低温の粉粒体と混合するだけの場合と、低温の粉粒体と混合すると同時に他の手段を用いて冷却する場合の両方を含む。

また、本発明は、水銀含有物質の処理装置であって、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る外熱キルンと、該外熱キルンから排出される水銀含有ガスから水銀を回収する水銀回収装置と、前記外熱キルンから排出される水銀除去物質を該水銀除去物質よりも低温の粉粒体と混合する混合装置と、該混合装置から排出される混合物を冷却する冷却装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、水銀除去物質を粉粒体と混合すると共に又は混合した後に冷却することで、水銀除去物質の温度を低下させ、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。

上記水銀含有物質の処理装置において、前記粉粒体を含水物とすることで、含水物に含まれる水分の蒸発潜熱を利用して水銀含有物質を効率よく冷却することができると共に、含水物の乾燥も同時に行うことができる。

また、本発明は、水銀含有物質の処理方法であって、水銀含有物質を外熱キルンで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も低温の粉粒体と混合しながら冷却することを特徴とする。

さらに、本発明は、水銀含有物質の処理方法であって、水銀含有物質を外熱キルンで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も低温の粉粒体と混合し、該混合物を冷却することを特徴とする。

本発明によれば、上記発明と同様、水銀除去物質を粉粒体と混合すると共に又は混合した後に冷却することで水銀除去物質の温度を低下させ、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。

上記水銀含有物質の処理方法において、前記粉粒体を含水物とすることで、含水物に含まれる水分の蒸発潜熱を利用して水銀含有物質を効率よく冷却することができると共に、含水物の乾燥も同時に行うことができる。

また、前記粉粒体として、粒径がφ０．１ｍｍ以上、φ５ｍｍ以下のものを用いることができる。これにより、このような粒径の石灰石等によって固体表面に対する摩耗促進効果が生じるため、混合冷却装置や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装置の一実施の形態を示す全体構成図である。 本発明に係る水銀含有物質の処理装置の他の実施形態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装置の一実施の形態を示し、この処理装置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を冷却用ダストＤ５と混合しながら冷却する混合冷却装置８とを備える。

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。

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。

混合冷却装置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、水銀除去ダストＤ４よりも低温の冷却用ダストＤ５と混合しながら冷却するために備えられる。この混合冷却装置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と冷却用ダストＤ５とを混合しながら輸送し、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。

上記混合冷却装置８として、輸送機能を備えず、水銀除去ダストＤ４と冷却用ダストＤ５とを回転するパドルや羽根等を用いて混合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と冷却用ダストＤ５とを混合し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。

次に、上記構成を有する水銀含有物質の処理装置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に貯蔵したキルンダスト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、これを冷却用ダストＤ５と共に混合冷却装置８に供給し、これらを混合しながら冷却する。冷却用ダストＤ５として石灰石やセメント原料を用いることで、混合冷却装置８から排出した混合物Ｍをセメント原料として利用することができる。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。

以上のように、上記実施の形態では、水銀除去ダストＤ４を冷却用ダストＤ５と共に混合冷却装置８に供給することで、水銀除去ダストＤ４のみを供給する場合に比較して、混合冷却装置８に供給されるダスト全体の温度が低くなる。これにより、混合冷却装置８に供給される所定量のダストに対する混合冷却装置８における冷却媒体の使用量を低く抑えることができ、混合冷却装置８を小型化することができ、水銀除去ダストＤ４等が混合冷却装置８を通過する時間を短くすることができる。

また、上記実施の形態では、混合冷却装置８で水銀除去ダストＤ４を冷却用ダストＤ５と混合しながら冷却したが、混合冷却装置８に代えて混合装置と冷却装置とを別々に備え、水銀除去ダストＤ４と冷却用ダストＤ５とを混合装置に供給して混合し、混合装置から排出された混合物を冷却装置で冷却してもよい。

さらに、冷却用ダストＤ５には粉粒体を用いることができ、特に石灰石等の粒体を用いることで固体表面に対する摩耗促進効果が生じるため、混合冷却装置８や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、安定して水銀除去ダストＤ４を冷却することができる。

また、冷却用ダストＤ５に粒体を用いる場合、粒径がφ０．１ｍｍ以上φ５ｍｍ以下のものを用いるのが好ましい。粒体の粒径が小さすぎると摩耗促進効果が小さくなるという問題があり、大きすぎると熱交換に時間を要するため、冷却効果が低下するという問題がある。冷却用ダストＤ５としては、温度が−２０℃以上２００℃以下のものを用いるのが好ましい。

さらに、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、この温度を混合冷却装置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、混合冷却装置８から排出された混合物Ｍを混合冷却装置８に戻して再度冷却を行うこともできる。また、混合冷却装置８の後段にさらに別途冷却装置を設けてもよい。

図２は、本発明に係る水銀含有物質の処理装置の他の実施形態を示し、この処理装置１１は、図１の処理装置１の混合冷却装置８の後段に振動篩装置１２を備える点で処理装置１と相違する。また、本実施形態では、上記実施形態における冷却用ダストＤ５に代えて、冷却用ダストＤ５より粒径の大きい含水セメント原料Ｒを用いる。そこで、振動篩装置１２以外の構成要素については、図１の処理装置１のものと同一の参照番号を付して説明を省略する。

振動篩装置１２は、混合冷却装置８から排出される水銀除去ダストＤ４と含水セメント原料Ｒの混合物Ｍを、水銀除去ダストＤ６とセメント原料Ｒ１に分離するために設けられる。尚、振動篩装置１２以外の分離装置を用いてもよい。

次に、上記構成を有する処理装置１１の動作について説明するが、加熱装置４までの動作は上記処理装置１の動作と同一であるため省略する。ダスト排出部４ｆから排出された水銀含有ダストＤ３を含水セメント原料Ｒと共に混合冷却装置８に供給し、これらを混合しながら冷却する。含水セメント原料Ｒの含水率は、１０％から４０％程度とすることが好ましい。この含水セメント原料Ｒに含まれる水分の蒸発潜熱を利用して水銀除去ダストＤ４を効率よく冷却することができると共に、含水セメント原料Ｒの乾燥を同時に行うことができる。

混合冷却装置８から排出される混合物Ｍを振動篩装置１２で分離し、冷却された水銀除去ダストＤ６及び乾燥したセメント原料Ｒ１をセメント原料として利用することができる。ここで、水銀除去ダストＤ６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。

尚、水銀除去ダストＤ６の冷却や、セメント原料Ｒ１の乾燥が不十分である場合には、これらを混合冷却装置８に戻すことができる。また、振動篩装置１２は必須の構成要素ではなく、水銀除去ダストＤ６の冷却や、セメント原料Ｒ１の乾燥が十分に行われていれば、これらを分離することなくそのままセメント原料として利用することもできる。

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 混合冷却装置
１１ 水銀含有物質の処理装置
１２ 振動篩装置
Ａ 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
Ｄ５ 冷却用ダスト
Ｄ６ 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
Ｒ 含水セメント原料
Ｒ１ セメント原料

Claims (8)

1. 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る外熱キルンと、
   該外熱キルンから排出される水銀含有ガスから水銀を回収する水銀回収装置と、
   前記外熱キルンから排出される水銀除去物質を該水銀除去物質よりも低温の粉粒体と混合しながら冷却する混合冷却装置とを備えることを特徴とする水銀含有物質の処理装置。
2. 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る外熱キルンと、
   該外熱キルンから排出される水銀含有ガスから水銀を回収する水銀回収装置と、
   前記外熱キルンから排出される水銀除去物質を該水銀除去物質よりも低温の粉粒体と混合する混合装置と、
   該混合装置から排出される混合物を冷却する冷却装置とを備えることを特徴とする水銀含有物質の処理装置。
3. 前記粉粒体は含水物であ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装置。
4. 水銀含有物質を外熱キルンで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も低温の粉粒体と混合しながら冷却することを特徴とする水銀含有物質の処理方法。
5. 水銀含有物質を外熱キルンで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も低温の粉粒体と混合し、
   該混合物を冷却することを特徴とする水銀含有物質の処理方法。
6. 前記粉粒体として含水物を用いることを特徴とする請求項４又は５に記載の水銀含有物質の処理方法。
7. 前記粉粒体として、粒径がφ０．１ｍｍ以上、φ５ｍｍ以下のものを用いることを特徴とする請求項４、５又は６に記載の水銀含有物質の処理方法。
8. 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４乃至７のいずれかに記載の水銀含有物質の処理方法。

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