JP7037763B2

JP7037763B2 - 排ガスの処理システム

Info

Publication number: JP7037763B2
Application number: JP2018061884A
Authority: JP
Inventors: 壮門野
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2022-03-17
Anticipated expiration: 2038-03-28
Also published as: JP2019171281A

Description

本発明は、排ガスの処理システムに関する。

セメントの原料には、微量の水銀が含まれる。そのため、セメントの焼成工程で使用されるセメントキルンからは、セメント原料に由来する水銀を含む排ガスが排出される。従来、水銀による環境負荷を低減させるため、前記排ガス中に含まれる水銀を低減する方法が種々提案されている。

例えば、特許文献１～３には、電気集塵機を用いてセメントキルンから排出された排ガス中のダストを分離した後、該ダストを加熱することにより、ダストに吸着した水銀等の揮発性金属成分をガス化して低減する方法（ダスト加熱方式）が開示されている。

また、特許文献４には、電気集塵機から排出された排ガス中に活性炭、粉炭等の吸着材を散布することにより、該排ガス中の水銀等を前記吸着材に吸着させ、さらに、フィルタ装置を用いて水銀等を吸着させた吸着材を捕捉することにより、排ガス中の水銀等を低減する方法（活性炭吹き込み式）が開示されている。

さらに、特許文献５では、電気集塵機を用いて捕集したダストの少なくとも一部を、電気集塵機によりダストが分離される前の排ガス中に散布することにより、排ガス中に元々存在しているダストに吸着できなかった水銀を、散布したダストに吸着させ、その結果、排ガス中の水銀含有量を低減する方法が開示されている。

特開２００２－３５５５３１号公報特開２０１１－８４４２５号公報特開２００７－１５８７５号公報特開２００９－２０２１０６号公報特開２０１５－１７８０８３号公報

セメントキルンから排出された排ガス中の水銀含有量が急激に増加した場合、これに応じて、水銀の除去量も増やす必要がある。しかしながら、従来の水銀を低減させる方法では、水銀の除去量を急激に増やすことは難しく、集塵装置から排出される排ガス中の水銀含有量が一時的に増加する場合があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、セメントキルンから排出された排ガス中の水銀含有量が急激に増加した場合でも、集塵装置から排出された排ガス中の水銀含有量を低減させることが可能な排ガスの処理システムを提供することを課題とする。

本発明者らは、集塵装置により分離されたダストの少なくとも一部を粉砕した後、前記集塵装置によりダストが分離される前の排ガス中に、前記粉砕されたダストを散布することにより、セメントキルンから排出された排ガス中の水銀含有量が急激に増加した場合でも、これに応じて水銀の除去量を増やし、集塵装置から排出された排ガス中の水銀含有量を低減させることができることを見出した。本発明の要旨は、以下の通りである。

本発明に係る排ガスの処理システムは、セメントキルンから排出された排ガス中のダストを該排ガスから分離する集塵装置と、前記集塵装置により分離されたダストの少なくとも一部を粉砕するダスト粉砕装置と、前記集塵装置によりダストが分離される前の排ガス中に、前記粉砕されたダストを散布するダスト供給装置とを含む。

前記集塵装置により分離されたダストは、粉砕することにより比表面積が増加する。これにより、前記粉砕されたダストがより多くの水銀を吸着できるようになるため、セメントキルンから排出された排ガス中の水銀含有量が急激に増加した場合でも、これに応じて水銀の除去量を増やし、集塵装置から排出された排ガス中の水銀含有量を低減させることができる。

本発明に係る排ガスの処理システムにおいて、前記ダスト粉砕装置では、ＢＥＴ比表面積が９ｍ^２／ｇ未満のダストが、ＢＥＴ比表面積が９ｍ^２／ｇ以上となるように粉砕されることが好ましい。

前記集塵装置により分離されたダストは、ＢＥＴ比表面積が上記範囲となるように粉砕されることにより、前記粉砕されたダストがさらに多くの水銀を吸着できるようになる。その結果、集塵装置から排出された排ガス中の水銀含有量をより低減させることができる。

本発明に係る排ガスの処理システムにおいて、前記ダスト供給装置における前記排ガス中へのダストの散布量は、乾燥基準の排ガス１Ｎｍ^３当たり０．１～６０ｇであることが好ましい。

斯かる構成により、セメントキルンから排出された排ガス中の水銀を効果的に除去することができる。

本発明に係る排ガスの処理システムにおいて、前記ダスト供給装置によって散布されるダスト中の乾燥基準の未燃焼炭素の割合は、１～１０重量％であることが好ましい。

本発明に係る排ガスの処理システムにおいて、前記ダスト供給装置によって散布されるダストの５０％径は、１．０～１０μｍであることが好ましい。

本発明に係る排ガスの処理システムでは、前記集塵装置によりダストが分離された後の排ガス中の水銀の濃度を測定する水銀濃度測定装置をさらに含み、前記ダスト供給装置は、前記水銀濃度測定装置により測定された水銀の濃度に基づいて前記排ガス中に散布するダストの量を制御することが好ましい。

斯かる構成により、セメントキルンから排出された排ガス中の水銀を効率良く除去することができる。

本発明に係る排ガスの処理システムでは、前記集塵装置によりダストが分離された後の排ガス中の水銀の濃度を測定する水銀濃度測定装置をさらに含み、前記ダスト粉砕装置は、前記水銀濃度測定装置により測定された水銀の濃度に基づいて粉砕後のダストのＢＥＴ比表面積を制御することが好ましい。

本発明によれば、セメントキルンから排出された排ガス中の水銀含有量が急激に増加した場合でも、集塵装置から排出された排ガス中の水銀含有量を低減させることが可能な排ガスの処理システムを提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る排ガスの処理システム１を含むセメント製造設備１０を示す模式図である。図２は、実施例における各ダストの粉砕後のＢＥＴ比表面積と、各ダストに吸着した水銀の含有量との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係る排ガスの処理システムについて、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る排ガスの処理システム１を含むセメント製造設備１０を示す模式図である。本実施形態に係る排ガスの処理システム１は、セメント製造設備１０の一部を構成する。

＜セメント製造設備＞
まずは、セメント製造設備１０について説明する。セメント製造設備１０は、本実施形態に係る排ガスの処理システム１の他に、セメント原料を焼成する焼成設備２と、前記焼成設備２から排出される排ガスを前処理する前処理設備３と、セメント原料を粉砕する原料ミル４と、該セメント原料を貯蔵する貯蔵設備５と、排ガスを大気へ排出する排気設備６（例えば、煙突等）とを備えている。

焼成設備２は、セメント原料を焼成してセメントクリンカーを形成するセメントキルン２１と、該セメントキルン２１に供給される前のセメント原料を予備加熱する予備加熱設備２２とを備えている。セメントキルン２１では、セメント原料が焼成されることによって、排ガスが発生する。前記排ガスには、セメント原料に由来する揮発性物質（例えば、水銀、タリウム等の重金属、これら重金属の塩化物、トルエン、ベンゼン等の有機化合物等）が含まれる。セメントキルン２１としては、例えば、乾式キルン、湿式キルン、レポール式キルン、ＳＰ式キルン、ＮＳＰ式キルン、流動床キルン等を用いることができる。

前記排ガスは、セメントキルン２１から排出された後、プレヒーター２２１及び仮焼炉２２２を含む予備加熱設備２２を通過する。この際、予備加熱設備２２に供給されたセメント原料と排ガスとが熱交換することにより、排ガスの温度が低下する。これにより、水銀等の揮発性物質は、排ガス中のダストに吸着する。予備加熱設備２２から排出される排ガスの温度としては、特に限定されるものではなく、例えば、４５０℃以下であることが好ましく、４００℃以下であることがより好ましい。プレヒーター２２１としては、特に限定されるものではなく、例えば、複数のサイクロン２２１ａ～ｄを多段に接続したニューサスペンションプレヒータ等を用いることができる。

焼成設備２から排出された排ガスは、前処理設備３へ供給される。前処理設備３に供給される直前の排ガスの温度としては、特に限定されるものではないが、４００℃以下であることが好ましく、３５０℃以下であることがより好ましい。

前処理設備３は、ドライヤー３１とスタビライザー３２とから構成される。前処理設備３に供給される排ガスは、初めにドライヤー３１に供給される。ドライヤー３１にて乾燥された原料は、原料ミル４を経由して、貯蔵設備５に供給されて貯蔵される。一方、ドライヤー３１から排出される排ガスは、スタビライザー３２に供給される。スタビライザー３２では、排ガスの温度及び水分量を調整する。その際、粒径の比較的大きいダストが排ガスから分離される。スタビライザー３２において分離されたダストは、貯蔵設備５に供給されて貯蔵される。

貯蔵設備５で貯蔵されたダストは、セメント原料として焼成設備２に供給される。具体的には、予備加熱設備２２に供給された後でセメントキルン２１に供給される。つまり、排ガス中のダストの少なくとも一部は、焼成設備２から排出された後、セメント原料として焼成設備２へ返送される。

スタビライザー３２から排出される排ガスは、排ガスの処理システム１に供給される。排ガスの処理システム１に供給される直前の排ガスの温度としては、特に限定されるものではないが、２００℃以下であることが好ましく、１５０℃以下であることがより好ましく、５０℃以上であることが好ましく、１００℃以上であることがより好ましい。

＜排ガスの処理システム＞
次に、本実施形態に係る排ガスの処理システム１について説明する。

（集塵装置）
集塵装置１１は、セメントキルン２１から排出された後、前処理設備３及び原料ミル４を経由して排ガスの処理システム１に供給される排ガスに含まれるダストを、該排ガスから分離する。集塵装置１１としては、例えば、電気集塵機、バグフィルタ、マルチクロン等を用いることができる。

集塵装置１１は、供給口ａ側から排ガスが供給され、排出口ｂ側へ排ガスを排出するように構成される。集塵装置１１により排ガスから分離されたダストの少なくとも一部は、後述するダスト粉砕装置１２に移送される。残りのダストは、貯蔵設備５に移送された後、セメント原料として焼成設備２に供給される。なお、集塵装置１１においてダストが除去された排ガスは、排気設備６を通って大気中へ排出される。

集塵装置１１では、供給口ａ側で集塵されたダストをダスト粉砕装置１２に移送することが好ましい。供給口ａ側で集塵されたダストは、比表面積が小さいため、このようなダストを後述するダスト粉砕装置１２を用いて粉砕することにより、該ダストの比表面積を増加させることができる。その結果、後述するダスト供給装置１３において分散されたダストがさらに多くの水銀を吸着できるようになるため、集塵装置１１から排出された排ガス中の水銀含有量をより低減させることができる。ここで、供給口ａ側で集塵されたダストとは、供給口ａと排出口ｂとの間の距離を二等分した際の供給口ａ側で集塵されたダストのことを意味する。集塵装置１１で集塵されたダストは、ＢＥＴ比表面積が９ｍ^２／ｇ未満であることが好ましく、８ｍ^２／ｇ未満であることがより好ましい。

（ダスト粉砕装置）
ダスト粉砕装置１２では、集塵装置１１により分離されたダストの少なくとも一部を粉砕する。具体的には、ボールミル等の粉砕装置を用いて、目標とするＢＥＴ比表面積に粉砕可能な条件にて粉砕する。

ダスト粉砕装置１２において粉砕されるダストは、上述のように、集塵装置１１の供給口ａ側で集塵されたダストであることが好ましい。

ダスト粉砕装置１２において粉砕されたダストは、より多くの水銀を吸着できる観点から、ＢＥＴ比表面積が９ｍ^２／ｇ以上であることが好ましく、１０ｍ^２／ｇ以上であることがより好ましく、１１ｍ^２／ｇ以上であることがさらに好ましい。

（ダスト供給装置）
ダスト供給装置１３では、集塵装置１１によりダストが分離される前の排ガス中に、前記粉砕されたダストを散布する。前記排ガス中へのダストの散布量は、水銀を効果的に除去する観点から、乾燥基準の排ガス１Ｎｍ^３当たり０．１～６０ｇであることが好ましい。

ダスト供給装置１３は、ダストを貯蔵する貯蔵タンクを備え、供給されたダストを貯蔵タンクに貯蔵してもよい。そして、貯蔵しているダストを、集塵装置１１によりダストが分離される前の排ガス中に散布してもよい。

ダスト供給装置１３によって散布されるダスト中の乾燥基準の未燃焼炭素の割合は、水銀を効果的に除去する観点から、１重量％以上であることが好ましく、３重量％以上であることがより好ましく、１０重量％以下であることが好ましく、７重量％以下であることがより好ましく、５重量％以下であることがさらに好ましい。

ダスト供給装置１３によって散布されるダストの５０％径（粒度分布）は、水銀を効果的に除去する観点から、１．０μｍ以上であることが好ましく、２．０μｍ以上であることがより好ましく、１０μｍ以下であることが好ましく、８．０μｍ以下であることがより好ましい。なお、前記５０％径とは、体積基準の粒度分布において、小径側からの累積頻度５０％に相当する径をいう。

ダスト供給装置１３によって散布されるダストは、水銀を効果的に除去する観点から、乾燥基準でハロゲンを０．１～２．０質量％含むことが好ましい。

（水銀濃度測定装置）
本実施形態に係る排ガスの処理システム１は、集塵装置１１によりダストが分離された後の排ガス中の水銀の濃度を測定する水銀濃度測定装置１４をさらに含む。水銀濃度測定装置１４では、例えば、冷原子吸光法を用いて、水銀の濃度を測定することができる。

ダスト供給装置１３は、水銀を効果的に除去する観点から、水銀濃度測定装置１４により測定された水銀の濃度に基づいて、排ガス中に散布するダストの量を制御してもよい。例えば、ダスト供給装置１３は、水銀の濃度が所定範囲よりも高い場合は、排ガス中に散布するダストの量を増加させ、水銀の濃度が所定範囲よりも低い場合は、排ガスに散布するダストの量を減少させ、水銀の濃度が所定範囲内にある場合は、排ガスに散布するダストの量を一定に保つように制御することができる。

ダスト粉砕装置１２は、水銀を効果的に除去する観点から、水銀濃度測定装置１４により測定された水銀の濃度に基づいて、粉砕後のダストのＢＥＴ比表面積を制御してもよい。例えば、ダスト粉砕装置１２は、水銀の濃度が所定範囲よりも高い場合は、粉砕後のダストのＢＥＴ比表面積を増加させ、水銀の濃度が所定範囲よりも低い場合は、粉砕後のダストのＢＥＴ比表面積を減少させ、水銀の濃度が所定範囲内にある場合は、粉砕後のダストのＢＥＴ比表面積を一定に保つように制御することができる。

（水銀除去回収装置）
本実施形態に係る排ガスの処理システム１は、集塵装置１１と貯蔵設備５との間に水銀除去回収装置１５をさらに含む。水銀除去回収装置１５は、集塵装置１１により排ガスから分離された少なくとも一部のダストに吸着した水銀を除去する。これにより、集塵装置１１から排出された排ガス中の水銀含有量をより低減させることができる。

水銀除去回収装置１５では、例えば、ダストを加熱することによりダスト中の水銀を揮発させ、揮発した水銀を吸着材に吸着させることによって、水銀を除去回収してもよい。ダストを加熱する温度は、２５０～６００℃であることが好ましい。また、揮発した水銀を吸着させる吸着材としては、例えば、活性炭等が挙げられる。

本実施形態に係る排ガスの処理システム１は、上述の構成により、セメントキルンから排出された排ガス中の水銀含有量が急激に増加した場合でも、集塵装置から排出された排ガス中の水銀含有量を低減させることができる。

本実施形態に係る排ガスの処理システム１では、水銀濃度測定装置１４を含む。しかしながら、本発明に係る排ガスの処理システムは、前記実施形態に限定されるものではなく、水銀濃度測定装置１４を含まなくてもよい。

本実施形態に係る排ガスの処理システム１では、集塵装置１１と貯蔵設備５との間に水銀除去回収装置１５が配置される。しかしながら、本発明に係る排ガスの処理システムは、前記実施形態に限定されるものではなく、水銀除去回収装置１５を含まなくてもよい。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

（ダストの準備）
セメント製造設備のセメントキルンから排出された排ガスから、試験Ｎｏ．１～５のダストを集塵した。各ダストのＢＥＴ比表面積を表１に示す。次に、各ダストを、ボールミル（セイワ技研社製、自動排出ボールミルＡＸＢ－１００）を用いて粉砕し、表１に示すＢＥＴ比表面積、未燃焼炭素の割合、５０％径のダストを準備した。

なお、ＢＥＴ比表面積は、多点式ＢＥＴ比表面積測定装置（日本ベル株式会社製、ＢｅｌｓｏｒｐｍｉｎｉＩＩ）を用いて測定した。未燃焼炭素の割合は、無機炭素を除去した後、炭素及び硫黄分析装置を用いて測定した。５０％径は、レーザー回折式粒度測定装置（日機装株式会社製、マイクロトラックＭＴ－３３００ＥＸ２）を用いて測定した。

（水銀吸着試験）
各ダスト３０ｇを、内径φ２３ｍｍの石英カラム中に充填した。該石英カラム中でダストが充填されている部分の長さは１２０ｍｍであった。このダストを充填した石英カラムを管状電気炉にセットし、１２０℃に加熱した。次に、水銀ガス発生装置を、ダストを充填した石英カラムの入口に接続した。この水銀ガス発生装置は水銀蒸気を発生させる装置であり、水銀ガス発生装置として、日本インスツルメンツ社製水銀標準ガス発生装置ＭＧＳ－１を使用した。水銀ガス発生装置には、エアポンプ及び窒素ボンベが接続されており、エアポンプは１０Ｌ／分の流量の空気を水銀ガス発生装置へ供給し、窒素ボンベは４ｍｌ／分の流量の窒素ガスを水銀ガス発生装置へ供給させるものである。水銀ガス発生装置は、５０℃の水銀飽和濃度のガスを発生させる。これをエアポンプからの空気で希釈し、水銀濃度が６０μｇ／Ｎｍ^３の水銀含有ガスとした。水銀ガス発生装置から供給されている水銀含有ガスのうち、０．５Ｌ／分の流量の水銀含有ガスを石英カラムに分取、供給した。石英カラムの出口には、石英カラムに供給された水銀含有ガスを排出するための配管を設けた。本試験後に回収した各ダストに吸着した水銀の含有量を表１に示す。また、各ダストの粉砕後のＢＥＴ比表面積と、各ダストに吸着した水銀の含有量との関係を図２に示す。

表１の結果から分かるように、ダストを粉砕してＢＥＴ比表面積を大きくすることにより、該ダストに吸着する水銀含有量を増やすことができる。特に、粉砕後のダストのＢＥＴ比表面積が９ｍ^２／ｇ以上であると、該ダストに吸着する水銀含有量をより増やすことができる。したがって、セメントキルンから排出された排ガス中の水銀含有量が急激に増加した場合であっても、集塵装置により分離されたダストの少なくとも一部を粉砕した後、前記集塵装置によりダストが分離される前の排ガス中に、前記粉砕されたダストを散布することにより、水銀の除去量を増やし、集塵装置から排出された排ガス中の水銀含有量を低減させることができるといえる。

１排ガスの処理システム
１１集塵装置
１２ダスト粉砕装置
１３ダスト供給装置
１４水銀濃度測定装置
１５水銀除去回収装置
２１セメントキルン

Claims

セメントキルンから排出された排ガス中のダストを該排ガスから分離する集塵装置と、前記集塵装置により分離されたダストの少なくとも一部を粉砕するダスト粉砕装置と、前記集塵装置によりダストが分離される前の排ガス中に、前記粉砕されたダストを散布するダスト供給装置とを含み、
前記集塵装置によりダストが分離された後の排ガス中の水銀の濃度を測定する水銀濃度測定装置をさらに含み、前記ダスト粉砕装置は、前記水銀濃度測定装置により測定された水銀の濃度に基づいて粉砕後のダストのＢＥＴ比表面積を制御する、
排ガスの処理システム。
前記ダスト粉砕装置では、ＢＥＴ比表面積が９ｍ^２／ｇ未満のダストが、ＢＥＴ比表面積が９ｍ^２／ｇ以上となるように粉砕される、請求項１に記載の排ガスの処理システム。
前記ダスト供給装置における前記排ガス中へのダストの散布量は、乾燥基準の排ガス１Ｎｍ^３当たり０．１～６０ｇである、請求項１又は２に記載の排ガスの処理システム。
前記ダスト供給装置によって散布されるダスト中の乾燥基準の未燃焼炭素の割合は、１～１０重量％である、請求項１～３のいずれか１項に記載の排ガスの処理システム。
前記ダスト供給装置によって散布されるダストの５０％径は、１．０～１０μｍである、請求項１～４のいずれか１項に記載の排ガスの処理システム。