JPH01148330A - 排ガス流からの汚染物を洗浄する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、排ガス流から汚染物を洗浄し、この時に排ガ
ス流と反応した物質を反応によって、少なくとも良性、
多くの場合は有用な生成物に変換するための方法および
装置に関する。

即ち、本件発明の要約は硫黄、窒素および炭素の酸性酸
化物の一以上ならびに何等かのハロゲン化合物からなる
汚染物を含むボイラーの排ガス流を、−以上のアルカリ
およびアルカリ土類金属塩を固体として含む灰分の可溶
性成分を水に溶解して得られる溶液と接触させて塩基性
（ｐＨが７を超える）溶液を作製することからなり、有
用なあるいは良性な生成物を生成させることを特徴とす
る、硫黄、窒素および炭素の一以上の酸性酸化物ならび
に何等かのハロゲン化合物からなる汚染物を含むボイラ
ーの排ガス流の洗浄方法に関するものである。

排気流中の汚染物の洗浄には通常、費用がかかり、環境
上の利益は大きいが、洗浄によってさもなければ廃物に
過ぎないものを有用な生成物に変換できない限り、経済
的な見返りはほとんどもしくは全くない。また、設備の
初期コストが高く、アルカリおよび／またはアルカリ土
類金属塩の酸化物、炭酸塩または水酸化物のような洗浄
材料を継続的に消費しなければならない。さらに、洗浄
材料と排ガスとの反応による反応生成物の廃棄にも、特
に反応生成物が有毒成分を含む場合には、継続的に費用
がかかる。

木材、泥炭、穀物残渣等の生物学的物質（以後、集合的
にバイオマスと記述する）を燃料とするボイラー設備が
増加して右り、これらの設備では硫黄酸化物がほとんど
または全く生産されないため、排ガス成分の洗浄を必要
とせず、実際になされない。一方、これらの操作から生
じる灰分は、かなりの量のアルカリおよびアルカリ土類
金属塩類（通常は酸化物として、水分を含む場合および
／または二酸化炭素と反応した場合は水酸化物または炭
酸塩として、あるいは、多分これらの水和塩として）を
含む。

発明者は、アルカリおよび／またはアルカリ土類金属の
酸化物、水酸化物、および／または炭酸塩が灰分の相当
比率を占めるようなボイラー設備からの灰分を上述の通
常の物質の代わりに排ガスの洗浄工程に使用して、さも
なければ廃物にすぎないものが購入すれば高価な材料の
代替物として利用できることを発見した。

この目的に利用できる物質は他にもある。水中に溶解す
ると塩基性（高ｐＨ）を示し、廃棄物または副生成物か
ら回収して経済的な利益が得られるようなカリウムまた
はナトリウム等の可溶性塩類を含む、産業廃棄物、都市
廃棄物、焼却炉灰等の副生成物類も、また、好適である
。

本明細書および特許請求の範囲においては以下、ここに
記載する工程で使用可能な、可燃性バイオマス物質から
の灰分、産業廃棄物、都市廃棄物等の副生成物類を集合
的に「灰分」という−船名で記述する。

残念なことに、反応した灰分の不溶性部分は、例えば大
抵のボイラー施設では利用できないので、通常やはり廃
物として廃棄しなけれはならない。

しかしながら、この廃物はもはや腐蝕性物質ではなく、
大抵は良性な通常の充填材として廃棄されるべきであり
、埋め立ての表層材料として使用できることもある。場
合によっては、例えば残渣の組成や輸送費が許容される
場合は、セメントキルン原料として利用することもでき
る。また、洗浄物質の不溶性部分をそのままで硫酸カル
シウムまたは石膏の生産に、あるいは鉱物充填材として
利用できる場合もある。灰分を生産する設備それ自体は
、洗浄を必要とする高硫黄含量の排ガスを生産するボイ
ラー設備を持たない場合も、灰分をそのような問題を抱
える他のボイラー、もしくは高硫黄含量の燃料の使用が
経済的に有利な施設に輸送することもできる。さらに、
バイオマス材料に由来する灰分は、通常、排ガスの熱ま
たはその他の排熱源を利用して回収可能なカリウム等の
アルカリ奢よびアルカリ土類金属塩を含むので、生成す
るアルカリおよびアルカリ土類金属塩は、この工程の価
値のある副生成物になり得る。

本発明は、水と一以上のアルカリおよびアルカリ土類金
属塩を固体として含む灰分とを混合して水溶液中に未溶
解の固定を含む塩基性（ｐＨが７より大きい）スラリー
を製造し、硫黄、窒素および炭素の酸性酸化物の一以上
ならびに何等かのハロゲン化合物からなる汚染物を含む
ボイラー排ガス流を前記スラリーと接触させ、その中に
含まれる前記汚染物をその中の水と反応せしめて酸とし
て、さらにその後に前記灰分から生じたアルカリおよび
アルカリ土類金属塩の酸化物、水酸化物、および炭酸塩
と反応させて、主に陽イオン性アルカリ土類金属塩成分
、即ちカルシウムおよびマグネシウム；アルカリ金属成
分、即ちカリウムおよびナトリウム；陰イオン性の塩成
分、即ち炭酸塩、硫酸塩、亜硫酸塩、硝酸塩および亜硝
酸塩；ならびにハロゲン化合物およびアルカリおよびア
ルカリ土類金属塩と灰分中の何等かの不溶性成分との沈
澱物から成る一以上のアルカｌよびアルカリ土類金属塩
の溶液を形成せしめ、最後に、前記スラリーと接触させ
た後に、前記排ガス流を排ガス出口から放出することか
らなり、有用なあるいは良性な生成物を製造することを
特徴とする、硫黄、窒素、炭素の酸性酸化物の一以上な
らびに何等かのハロゲン化合物からなる汚染物を含む排
ガス流の新規な洗浄方法を提供する。

本発明の好ましい方法は、以下に挙げる過程の一以上を
含む。即ち、排ガス流をスラリー中に通すことによって
、排ガス流をスラリーと接触させる過程、前記アルカリ
およびアルカリ土類金属塩溶液を前記沈降物および不溶
性成分から分離する過程、アルカリおよびアルカリ土類
金属塩溶液ならびに沈降物および不溶性成分を分離シス
テムに移行し、前記塩溶液を前記沈降物および不溶性成
分から分離する過程、分離した塩溶液を熱交換器に通し
、塩溶液で排ガスから熱を抽出してから排ガスとスラリ
ーを接触させる過程、前記接触過程に先立って排ガス流
を冷却して脱湿する過程、前記塩溶液を使用して排ガス
流を冷却して脱湿する過程、排ガス流からの熱を使用し
て前記塩溶液から水を除く過程、ならびに前記熱の一部
を、（Ａ）前記排ガス流の熱い排ガス、（Ｂ）前記排ガ
ス流に含まれる何等かの水分の蒸発潜熱、（Ｃ）灰分と
水との水和熱、（Ｄ）°前記接触過程に先立つ前記排ガ
スの圧縮のいずれか一以上から得る過程である。

本発明のさらに別の目的、特徴および利点は、以下に記
述する本発明の好ましい実施態様、ならびに添付の図面
から明らかになるであろう。

好ましい装置および方法の詳細な説明 処理タンク１２に、灰分・水混合するタンク（図示され
ていない）から８において放出される灰分と水からなる
スラリーをパイプ１０を経て送ると同時に、適当な水源
（図示されていない）から入口１４を通じて追加の水を
送り、希釈スラリー１６を製造する。灰分は、バイオマ
スを燃焼する発電プラントまたは廃物を燃焼する焼却炉
のような産出源からトラック輸送される。硫黄、窒素、
炭素の酸化物の一以上、および／またはハロゲン化合物
およびその酸化物を含む、セメント・キルン、焼却炉ま
たはボイラーからの排ガスを、入口１８を経て熱交換器
２２に送り、そこから冷却された排ガスとして出す。凝
縮した排ガス中の水分は熱交換器２２で捕集し、パイプ
４４を経て処理タンク１２に輸送する。排ガスは続いて
パイプ２３を経て圧縮機２０に運び、さらに管２４を経
て処理タンク１２の底部にある分配パイプ２６へと輸送
される。固体が処理タンク１２に沈降するのを防ぐため
、スラリーは適当な手段、例えば再循環ポンプ２７を用
いて攪拌または再循環することもできる。

排ガスを灰分と水とのスラリー中に泡立たせて通し、タ
ンクの頂部から洗浄排ガス２８として取り出す。スラ９
−１６（処理された、固体分、水および溶解物の混合物
）をポンプ３２でパイプ３０を経て沈降タンク３４に運
び、沈降した固体３６はポンプ３８を使って汲み出す一
方、溶解塩に伴われた水３７は熱交換器２２に送り、入
ってくる排ガスの冷却に供する。塩溶液３７からの水は
蒸発させて蒸気とし、パイプ４０を経て大気中に放出す
るか、もしくは蒸発後凝縮させて液体とし、潜熱を回復
させて再利用する。塩溶解３７からの塩は、濃縮および
／または沈降させた後、パイプ４２を経て熱交換器から
捕集される。捕集された塩の陽イオン成分は、主にカル
シウム、カリウム、マグネシウムおよびナトリウムであ
る。また、捕集された塩の陰イオン成分は、主に硫酸塩
、炭酸塩および硝酸塩である。

この塩の実際の組成は、処理される灰分の初期組成なら
びに排ガスの組成に依存する。バイオマス燃焼システム
から得られた灰分は未燃焼炭素を含むことが′あり、こ
れは場合によっては水に浮かぶ。

上述の工程は、必要があれば、図から明らかなように炭
素を除去できるように変更することができる。未燃焼炭
素を含む水３７を沈降タンクの表面から運び、濾過等の
方法で処理して炭素を除いた後、工程に戻す。必要であ
れば、溶解したアルカリおよびアルカリ土類金属塩を含
む溶液は配管（図示されていない）を通じて移動し、微
粒子除去装置で濾過等の方法によって微粒子物を浄化す
ることができる。溶液は続いて熱交換器２２に輸送する
。

熱交換器２２は既知の形の熱交換／析出併用装置で、排
ガスから熱を奪い、その熱を排ガスの水分から凝縮で得
られる潜熱から水の蒸発潜熱までを含めて利用する。

システム全体は、周知の部品を標準的な方法で組み合わ
せて建設される。例えば、典型的な場合、処理タンクは
容量１００万ガロン（３，８００，０００４２）とし、
ガス分配手段および攪拌手段を装備することができる。

また、沈降タンクは容量ｌＯ万ガロン（３８０，０００
リツトル）とし、いずれのタンクもステンレス鋼、もし
くは高アルカリ性または酸性の溶液に耐え得るゴムのよ
うなその他の適当な材料で建設することができる。

本発明の基本的な作動原理は、燃焼時に生成する二つの
廃物を組み合わせて反応させ、廃物を相互に中和するこ
とにある。−ろの廃棄物の流れは、水に溶けて酸性溶液
となる気体および気体状酸化物、ならびにその他の微粒
子物、即ちバイオマス、産業用廃棄物、都市廃棄物など
の燃焼設備から生じる水に溶けて塩基性溶液となる天分
から構成される。

水に部分的に溶解した後、この二種類の廃物を反応させ
て相互に中和させる。灰分については、この行程で腐蝕
性の成分が反応もしくは除去され、危険のない廃棄物と
しての廃棄に適する中性の固形物となる。同時に、処理
タンク内でスラリー中を通過する排ガスは、ハロゲン化
合物および硫黄、窒素、ハロゲンの酸化物の相当部分が
、これらの成分の塩を形成することによって浄化される
。

実施例 排ガス（例えば、ボイラーからの）を圧縮機２０により
、ダクＨ８を経て熱交換器２２に２００．０００立法フ
イー）　（６０００ｒａ″）／ｍｉｎ　の速度で供給す
る。

排ガスの組成は変化しても良いが、例えば大体、水１０
％、二酸化炭素１５％、窒素６５％、酸素１５％、なら
びに５００〜１１０００ｐｐの窒素酸化物および１００
〜１０００１）Ｉ）ωの硫黄酸化物を含む。熱交換器２
２にふいて、排ガスは冷却されて水が凝縮し、その結果
として流量体積が低下する。排ガスは続いて圧縮機２０
によりパイプ２３を通じて吸い込まれ、パイプ２４を経
て分配パイプ２６に輸送されてスラリー１６との反応に
供されここでハロゲン、ならびに硫黄、窒素、炭素およ
びハロゲンの酸化物が反応する。

天分は、例えば乾燥重量８〜１２’ン（７２００〜１０
．８００ｋｇ）　／ｈの速度で処理タンク１２に導入す
る。

最大水分含！９５％までの希釈スラリーを製造するため
水を加える。スラリーの水分含量は、灰分中のアルカリ
およびアルカリ土類金属塩またはその他の金属塩の初期
濃度から、または残渣からのこれらの塩の希望除去水準
に応じて決定する。

排ガスとの反応後、処理された灰分のスラリーは約２０
０ガロン（７６０ｊｉ！　）　／ｍｉｎの速度で沈降タ
ンク３４に送られる。このタンク中で固体分が沈降し、
処理中に溶解した可溶性塩類の水溶液の下に、およそ水
３５％、固体分６５％のスラリーが形成される。この水
溶液を出口３７を経て約２００ガロン（７６０ｊり／ｍ
ｉｎの速度で熱交換器２２に送って排ガスを冷却すると
共に、それからの水を蒸発させ副生塩類を製造する。浮
遊炭素は種類１とよらず前述の様にして除去できる。副
生塩類は、パイプ４２を経て除去され、約５〜２０　ｔ
　（４５００〜１８．０００ｋｇ）　／ｄａｙの速度で
製造される。副生塩類には、硫酸カリウム、炭酸カルシ
ウム、ならびにカリウム、カルシウム、マグネシウム、
ナトリウム等の陽イオン性成分を持つ塩類および炭酸塩
、硫酸塩、硝酸塩等の陰イオン性成分を持つ塩類が含ま
れる。硝酸塩の一部は、亜硫酸塩を硫酸塩に酸化する。

ここに本発明を実施するために好ましい方法および装置
を開示して説明したが、これらは説明のためのものであ
って限定のためのものではないことが理解されよう。ま
た、本発明の範囲は、特許請求の範囲を適切に解釈する
ことによってのみ限定されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施態様の一つの装置を図示したもの
である。図中、１０．２３．３０．４０．４２．４４−
パイプ、１２−処理タンク、１６−希釈スラリー、２０
−圧縮機、２２−熱交換器、２４−管、２６−分配パイ
プ、２７−再循環ポンプ、２８−洗浄排ガス、３２−ポ
ンブ、３４−沈降タンク、３６−沈降した固体、３７−
塩溶液である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水と一以上のアルカリおよびアルカリ土類金属塩を
   固体として含む灰分とを混合して塩基性（ｐＨが７より
   大きい）溶液を製造し、硫黄、窒素および炭素の酸性酸
   化物の一以上ならびに何等かのハロゲン化合物からなる
   汚染物を含むボイラーの排ガス流を前記溶液と接触させ
   、その中に含まれる前記汚染物をその中の水と反応せし
   めて酸とし、さらにその後に前記灰分から生じたアルカ
   リおよびアルカリ土類金属塩の何等かの酸化物、水酸化
   物、および炭酸塩と反応させて、主に、陽イオン性のア
   ルカリ土類金属成分即ちカルシウムおよびマグネシウム
   化合物、ならびにアルカリ金属成分即ちカリウムおよび
   ナトリウム化合物、ならびに陰イオン成分即ち炭酸塩、
   硫酸塩、亜硫酸塩、硝酸塩および亜硝酸塩、ならびにハ
   ロゲン化合物、さらに灰分中の何等かの不溶性成分を含
   むアルカリおよびアルカリ土類金属塩の沈澱物から成る
   一以上のアルカリおよびアルカリ土類金属塩の溶液を形
   成し、前記溶液またはスラリーと接触させた後に、最後
   に前記排ガス流を排ガス出口から放出することからなり
   、有用なあるいは良性な生成物を製造することを特徴と
   する、硫黄、窒素、炭素の酸性酸化物の一以上ならびに
   何等かのハロゲン化合物からなる汚染物を含む排ガス流
   の洗浄方法。 ２、前記排ガス流を前記溶液またはスラリー中に通すこ
   とによって、前記排ガス流を前記溶液またはスラリーと
   接触させることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３、前記アルカリおよびアルカリ土類金属塩溶液を前記
   沈降物および不溶性成分から分離する過程を合むことを
   特徴とする請求項１に記載の方法。 ４、前記アルカリおよびアルカリ土類金属塩溶液、前記
   沈降物および不溶性成分を分離システムに移動し、前記
   塩溶液を前記沈降物および不溶性成分から分離する過程
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。 ５、前記分離した塩溶液を熱交換器に通し、この溶液に
   よって前記排ガス流から熱を抽出してから、前記排ガス
   流を前記溶液または前記スラリーと接触させる過程を含
   むことを特徴とする請求項４に記載の方法。 ６、前記排ガス流を、前記接触過程のまえに脱湿するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の方法。 ７、前記塩溶液を、前記排ガス流の冷却および脱湿に使
   用することを特徴とする請求項６に記載の方法。 ８、前記排ガス流からの熱を、前記溶液から水分を除去
   するために使用することを特徴とする請求項７に記載の
   方法。 ９、前記熱の一部が、前記排ガス流の熱い排ガス、前記
   排ガス流に含まれる何等かの水分の蒸発潜熱、灰分また
   は物質と水との水和反応の一以上、ならびに前記接触過
   程に先立つ前記排ガスの圧縮に由来することを特徴とす
   る請求項８に記載の方法。