JPH1043546A - 有害成分吸収除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 粒状、塊状または砕片状の吸収体中の有効成
分を、内部まで効率よく、有害成分の吸収、除去反応に
使用できる、新規な有害成分吸収除去方法を提供する。 【解決手段】 上記の吸収体を燃焼炉からの排気と接触
させて、当該排気中に含まれる、少なくとも塩化水素を
含有する有害成分を、有効成分との反応により、排気中
から吸収、除去するにあたり、上記排気を、６００℃以
上の温度で吸収体と接触させる。上記高温の排気と接触
した反応生成物は融解して、逐次、吸収体の表面から離
脱するため、吸収体の表面は常に新しい有効成分が露出
した状態を維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、燃焼炉からでる
排気中に含まれる有害成分を吸収、除去する方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】焼却炉等の燃焼炉から排出される排気中
には、塩化水素等の塩素化合物、ふっ化水素等のふっ素
化合物、あるいは二酸化イオウ等のイオウ酸化物などの
有害成分が含まれるが、これら有害成分は、大気汚染防
止法によって大気中への排出量が規制されており、この
法律を遵守するために、これら有害成分を排気中から除
去しなければならない。

【０００３】排気中から、上記塩素化合物等の有害成分
を除去する方法としては従来、排気を水酸化ナトリウム
水溶液で洗浄して中和する方法や、あるいは消石灰との
反応を利用した方法が一般的である。ところが前者の、
排気を水酸化ナトリウム水溶液で洗浄して中和する方法
では、(1) 炉からの高温の排気を、上記水酸化ナトリウ
ム水溶液と接触させるために１００℃以下まで冷却する
必要があり、そのために大量の冷却水を必要とする、
(2) 大量の水酸化ナトリウム水溶液を必要とし、それが
反応生成物を含む多量の汚濁水となるため、この汚濁水
を水質汚濁防止法に適合するまで浄化するには大掛かり
な水処理設備が必要となる、(3) 反応生成物は、二次公
害の原因となる汚泥として取り扱われるものであり、そ
の処理が容易でない、等の問題がある。

【０００４】一方、後者の、消石灰との反応を利用した
方法は、具体的には、塩素化合物等の有害成分が、消石
灰の主成分である水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）₂ と反
応をし、それによって無害化されるとともに、排気中か
ら除去されることを利用したものであって、消石灰の微
粉末を排気ダクト内に吹き込んで混合しながら反応させ
る乾式の方法と、消石灰を水に溶かした水溶液やスラリ
ーを、排気と接触させつつ反応させる湿式の方法とがあ
る。

【０００５】しかし、上記のうち前者の乾式の方法の場
合、(4) 消石灰の微粉末の１粒ずつは、ごく僅かな量の
有害成分としか反応できず、しかも一度反応した微粉末
は再使用が困難であるため、消石灰の微粉末を多量に必
要とする、(5) 微粉末状の消石灰を多量に貯留するに
は、外気を遮断し、かつ吸湿防止対策を施したタンクを
必要とするため、設備が大掛かりになる、(6) 消石灰の
微粉末は、上記のように再使用が困難であるため、排気
中の有害成分の濃度および量に釣り合うだけの消石灰の
微粉末を排気中に供給するには高度の技術が必要であ
り、やはり設備が大掛かりになる上、たとえ高度な技術
を利用しても、微粉末の供給量を完全にコントロールす
るのは困難であり、その供給量が不足して、有害成分が
大気中に放出されるおそれがあって信頼性に欠ける、
(7) 有害成分と反応した消石灰の微粉末自体が、大気汚
染等の二次公害のもとになる粉塵として扱われるもので
あり、これを排気中から確実に除去するには、有害成分
除去のための装置よりも大掛かりな、電気集塵機やバグ
フィルター等が必要となる上、回収した粉塵の処理も容
易でない、(8) 上記電気集塵機やバグフィルターは、３
００℃以上の高温には耐えられないので、炉からの高温
の排気を、３００℃以下に冷却する冷却機器が必要とな
り、さらに設備が大掛かりになる、等の問題がある。

【０００６】さらに、消石灰を利用した方法のうち後者
の湿式の方法の場合は、基本的に、前記(1) 〜(3) と同
様の、冷却水の消費量の問題や汚濁水処理、汚泥処理等
の問題を有する上、(9) 反応生成物であるカルシウム塩
が、たとえば排気ダクト内等に析出し、ダクトを詰まら
せて炉の運転を停止させるというトラブルを発生するお
それもある。

【０００７】そこで発明者は先に、周期表IIａ族元素、
たとえばカルシウムやマグネシウムの、酸化物、水酸化
物または炭酸塩を、排気中の有害成分と反応しうる有効
成分として含有する、比較的サイズの大きな状態の吸収
体を製造し、これを、煙突等の、燃焼炉からの排気の通
路の途中に配置した有害成分吸収除去装置の反応室内に
充てんして、当該通路を通る、３００〜６００℃程度の
排気と接触させることで、排気中の有害成分を吸収、除
去することを提案した（たとえば特開平７−２５３２０
８号公報、特開平７−２７５６９４号公報、特開平８−
４７６１７号公報等参照）。

【０００８】上記の技術によれば、前述した有効成分
を、上記のように所定の形状を有する比較的サイズの大
きな状態の吸収体として、乾式で使用するため、二次公
害のもとになる粉塵や汚濁水や汚泥等が発生せず、よっ
てかかる粉塵等を処理する設備が不要となる。また上記
吸収体を、炉からの高温の排気と直接に接触させて、そ
の熱を反応促進に利用しており、排気を冷却する必要が
ないため、かかる排気を冷却する冷却機器も不要とな
る。したがって上記の技術によれば、有害成分吸収除去
装置の構造を簡略化できるという利点がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが上述した吸収
体は、その内部に未反応の部分があるにも拘らず、比較
的早期に、有害成分の吸収、除去機能を失ってしまう場
合のあることが、その後の検討によって明らかとなっ
た。具体的には、たとえば上記吸収体を中実状とした場
合、吸収体の有効成分と排気中の有害成分との反応が吸
収体の表面で進行するため、当該表面に、有害成分との
反応によって発生する反応生成物が層状に蓄積される。
このため、吸収体の表面が上記の層で完全に覆われてし
まうと、当該吸収体は内部に未反応の部分があるにも拘
らず、有害成分の吸収、除去機能を失ってしまうのであ
る。

【００１０】そして上記の現象が発生すると、吸収体中
の有効成分の利用率が低下するため、吸収体の交換を頻
繁に行う必要が生じる他、コストアップにつながるおそ
れもある。また上記の現象が、たとえば燃焼炉の運転中
に発生した場合には、有害成分が大気中に放出されると
いったトラブルを生じるおそれもある。

【００１１】この発明の目的は、前述した吸収体中の有
効成分を、内部まで効率よく、有害成分の吸収、除去反
応に使用できる、新規な有害成分吸収除去方法を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、発明者は種々検討を行った結果、排気中の有害成分
の主要成分である塩化水素と、吸収体中の有効成分との
反応生成物である、たとえば塩化カルシウム、塩化マグ
ネシウム等の塩化物の融点が、いずれも燃焼炉における
燃焼温度以下であるため、燃焼炉からの排気を比較的高
温の状態、より具体的には６００℃以上の温度で吸収体
と接触させれば、上記の目的を達成できることを見出し
た。

【００１３】つまり、６００℃以上の高温の排気を吸収
体と接触させると、当該吸収体の表面で、有効成分と有
害成分との反応によって発生した反応生成物のうち前記
の塩化物が融解して、吸収体の表面から離脱するという
現象を生じるため、吸収体の表面は、常に新しい有効成
分が露出した状態を持続し、そのため吸収体中の有効成
分を、その内部まで効率よく、有害成分の吸収、除去反
応に使用できることを見出し、この発明を完成するに至
ったのである。

【００１４】したがってこの発明の有害成分吸収除去方
法は、周期表IIａ族元素の酸化物、水酸化物および炭酸
塩のうちの少なくとも１種を有効成分として含有する、
粒状、塊状または砕片状の吸収体を燃焼炉からの排気と
接触させて、当該排気中に含まれる、少なくとも塩化水
素を含有する有害成分を、上記有効成分との反応により
排気中から吸収、除去する方法であって、上記排気を６
００℃以上の温度で吸収体と接触させることにより、当
該吸収体の表面に形成される有害成分と有効成分との反
応生成物を融解させて吸収体の表面から離脱させ、それ
によって順次、吸収体の新しい表面を露出させて、有害
成分と継続的に反応させることを特徴とするものであ
る。

【００１５】なお、周期表IIａ族元素の塩化物の理論上
の融点はいずれも、前記のように燃焼炉における燃焼温
度以下ではあるが、たとえば塩化カルシウムの融点は７
７２℃、塩化マグネシウムの融点は７１４℃というよう
に、いずれも６００℃よりは高温である。にもかかわら
ず、６００℃以上の温度の排気と接触した際にこれらの
塩化物が融解するのは、当該塩化物中に含まれる不純物
の作用で、融点降下が生じるためと考えられる。

【００１６】つまり排気中には、塩化水素だけでなく、
前述したようにふっ化水素や二酸化いおう等も有害成分
として含まれており、これらの有害成分と、吸収体中の
有効成分との反応によって生じる反応生成物は、純粋な
塩化物だけではなく、他の化合物を含む混合物である。
たとえば有効成分として、前述したカルシウム系または
マグネシウム系の化合物を使用した場合に、排気との反
応により発生する代表的な反応生成物としては、前記塩
化カルシウム、塩化マグネシウム等の塩化物の他、ふっ
化カルシウム、ふっ化マグネシウム等のふっ化物、硫酸
カルシウム、硫酸マグネシウム等の硫酸塩化合物があげ
られる。

【００１７】それゆえ、上記のふっ化物や硫酸塩化合物
等が、塩化物に対する不純物として作用して、塩化物の
融点降下が生じるのである。また上記ふっ化物や硫酸塩
化合物等の、塩化物以外の反応生成物はいずれも、燃焼
炉における燃焼温度よりも融点が高いので、当該燃焼炉
からの排気と接触しても融解しない。

【００１８】このため、塩化物以外の反応生成物が多い
と、吸収体の表面に、融解しない反応生成物が残留する
ことが危惧されるが、同時に発生する塩化物が前記のよ
うに融解して、液状となって吸収体の表面から離脱する
際に、融解しない各成分もともに流されて、吸収体の表
面から離脱するため、かかる問題が生じるおそれはな
い。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、この発明を説明する。こ
の発明の有害成分吸収除去方法は、基本的には、発明者
が先に提案した、粒状、塊状または砕片状の吸収体を、
焼却炉等の燃焼炉からの排気と接触させて、当該排気中
に含まれる有害成分を、吸収体中の有効成分との反応に
よって排気中から吸収、除去する方法と同じである。よ
って、かかる方法を実施するための装置についても、前
述した各公報に開示された、排気の通路中に、上記の吸
収体を保持する反応室を設けた構造のものを利用するこ
とができる。

【００２０】ただしこの発明の有害成分吸収除去方法に
おいては、前記のように吸収体の表面から液状の反応生
成物が離脱するため、この反応生成物によって排気の通
路が閉塞されたりするのを防止すべく、たとえば吸収体
を収容した反応室の下方に、上記反応生成物を排気の通
路外へ取り出す回収手段等を設けるのが望ましい。ま
た、この発明の有害成分吸収除去方法を実施するために
は、燃焼炉からの排気を、前述したように６００℃以上
の温度で吸収体と接触させる必要がある。

【００２１】小型の焼却炉等であれば、たとえばその燃
焼室の出口から放出された排気が６００℃未満に冷却さ
れる前に吸収体と接触できる位置に、上記吸収体を保持
する反応室を配置することで、上記の要求に対応でき
る。ただし、とくに焼却炉等の、燃焼物が一定しない燃
焼炉では、燃焼中に排気の温度が低下して、吸収体の表
面に反応生成物が層状に蓄積されるおそれがある。

【００２２】そこで、たとえば反応室内に灯油等による
補助燃焼装置を設置しておき、燃焼物の燃焼が下火とな
って、吸収体と接触する排気の温度が６００℃未満にな
った際や、あるいは６００℃未満となりそうな兆候が現
れた際には、この補助燃焼装置を作動させて、排気の温
度を上昇させる等の手段を採用するのがより確実であ
る。

【００２３】補助燃焼装置の作動は、温度計で測定した
排気の温度をみて、手動で行ってもよいし、温度計と補
助燃焼装置とを制御装置で接続して、自動で行ってもよ
い。また、たとえば大形の燃焼炉等の場合は、前述した
燃焼室の出口の近くに、吸収体を保持する反応室を配置
できない場合が多い。そこで、燃焼室から反応室に至る
排気の経路上に、排気を再加熱するための加熱装置を設
けるのが好ましい。上記加熱装置としては、たとえばバ
ーナー等があげられる。

【００２４】なお吸収体と接触させる排気の温度は、反
応生成物の融解と、それによる吸収体表面からの離脱と
をより確実に行わせるために、前記６００℃以上の温度
範囲でもとくに７００℃以上であるのが好ましい。また
吸収体と接触させる排気の温度の上限はとくに限定され
ず、前述したように燃焼炉の燃焼温度（およそ１０００
℃以下程度）まで可能であるが、反応室等の耐熱性を考
慮すると、つまり反応室等を、特別な耐熱構造を必要と
しない簡単な構造とするためには、排気の温度は９００
℃以下であるのが好ましい。

【００２５】この発明に使用する吸収体としては、これ
まで発明者が提案した種々の形状と構造を有するもの
が、いずれも使用可能である。すなわちかかる吸収体と
しては、これに限定されないがたとえば、酸化カルシウ
ム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム等のカルシウム
系の化合物、または水酸化マグネシウム等のマグネシウ
ム系の化合物を有効成分とする、粒径２〜３０ｍｍφ程
度の、粒状、塊状または砕片状の粒子があげられる。

【００２６】これらの有効成分により、有害成分である
塩化水素が排気中から吸収、除去される反応は、下記の
とおりである。 ・酸化カルシウム ２ＨＣｌ＋ＣａＯ→ＣａＣｌ₂ ＋Ｈ₂ Ｏ ・水酸化カルシウム ２ＨＣｌ＋Ｃａ（ＯＨ）₂ →ＣａＣｌ₂ ＋２Ｈ₂ Ｏ ・炭酸カルシウム ＣａＣＯ₃ →ＣａＯ＋ＣＯ₂ ２ＨＣｌ＋ＣａＯ→ＣａＣｌ₂ ＋Ｈ₂ Ｏ ・水酸化マグネシウム ２ＨＣｌ＋Ｍｇ（ＯＨ）₂ →ＭｇＣｌ₂ ＋２Ｈ₂ Ｏ 上記の反応により塩化水素は、固形の塩化カルシウムま
たは塩化マグネシウムとなり、排ガス中から回収され
る。また上記塩化カルシウム、塩化マグネシウムは、前
記のように６００℃以上の高温の排気との接触により融
解して、吸収体の表面から離脱する。

【００２７】また前記各有効成分によりふっ化水素が固
形化される反応は、下記のとおりである。 ・酸化カルシウム ２ＨＦ＋ＣａＯ→ＣａＦ₂ ＋Ｈ₂ Ｏ ・水酸化カルシウム ２ＨＦ＋Ｃａ（ＯＨ）₂ →ＣａＦ₂ ＋２Ｈ₂ Ｏ ・炭酸カルシウム ＣａＣＯ₃ →ＣａＯ＋ＣＯ₂ ２ＨＦ＋ＣａＯ→ＣａＦ₂ ＋Ｈ₂ Ｏ ・水酸化マグネシウム ２ＨＦ＋Ｍｇ（ＯＨ）₂ →ＭｇＦ₂ ＋２Ｈ₂ Ｏ 上記の反応によりふっ化水素は、固形のふっ化カルシウ
ムまたはふっ化マグネシウムとなり、排ガス中から回収
される。上記ふっ化カルシウム、ふっ化マグネシウムは
排気と接触しても融解しないが、前記のように塩化物が
融解、液化して吸収体の表面から離脱する際に、ともに
離脱する。

【００２８】さらに前記各有効成分により二酸化いおう
が固形化される反応は、下記のとおりである。 ・酸化カルシウム ＳＯ₂ ＋ＣａＯ＋1/2 Ｏ₂ →ＣａＳＯ₄ ・水酸化カルシウム ＳＯ₂ ＋Ｃａ（ＯＨ）₂ ＋1/2 Ｏ₂ →ＣａＳＯ₄ ＋Ｈ₂
Ｏ ・炭酸カルシウム ＳＯ₂ ＋ＣａＣＯ₃ ＋1/2 Ｏ₂ →ＣａＳＯ₄ ＋ＣＯ₂ ・水酸化マグネシウム ＳＯ₂ ＋Ｍｇ（ＯＨ）₂ ＋1/2 Ｏ₂ →ＭｇＳＯ₄ ＋Ｈ₂
Ｏ 上記の反応により二酸化いおうは、固形の硫酸カルシウ
ムまたは硫酸マグネシウムとなり、排ガス中から回収さ
れる。上記硫酸カルシウム、硫酸マグネシウムも、排気
との接触によっては融解しないが、前記のように塩化物
が融解、液化して吸収体の表面から離脱する際に、とも
に離脱する。

【００２９】吸収体の表面から離脱して、たとえば前述
した回収手段等で回収された反応生成物は、とくに潮解
性の成分が多い場合、常温に冷却しても泥濘状を呈する
ので、加熱乾燥処理したり、あるいはコンクリート等で
固めたりするのが望ましい。

【００３０】

【実施例】以下にこの発明を、実施例、比較例に基づい
て説明する。 実施例 吸収体として、塊状の消石灰を粉砕して分級した、粒径
１０ｍｍ程度の塊状の粒子１０ｋｇを使用し、図１に示
すようにこの吸収体１を、燃焼炉としての焼却炉２の側
方に突設した略Ｌ字状の排気管３の、縦管３１の先端に
連結した有害成分除去装置４の反応室４１内に充てんし
た。

【００３１】また上記反応室４１の入口には、排気の温
度を測定する温度計Ｔを設け、反応室４１の出口に連結
した煙突５の付け根には、排気中の塩化水素濃度を測定
するためのセンサＳを設けた。さらに反応室４１の下方
で、かつ前記排気管３の、縦管３１と横管３２との接続
部よりも下方へ突設した受皿収容部３１ａには、液化し
て吸収体から離脱した反応生成物を回収する、回収手段
としての受皿６を設けた。受皿６を上記の位置に配置し
たのは、当該受皿６で回収した反応生成物が、焼却炉２
からの高温の排気と接触して再度融解したり、あるいは
熱分解して再び有害成分を発生したりするのを極力防止
するためである。

【００３２】つぎに、排気の温度を７００℃、排気の質
量速度を２０００ｋｇ／ｍ² Ｈに設定して、ポリ塩化ビ
ニル系の廃材を上記焼却炉２で連続的に焼却処理したと
ころ、運転開始から１１時間、経過した時点で、排気中
の塩化水素濃度が上昇した。そこで焼却処理を中断して
反応室４１内および受皿６を観察したところ、ほとんど
の吸収体１が反応室４１内から失われているとともに、
受皿６中に多量の物質が溜まっているのが確認された。

【００３３】そこで、受皿６中の物質を分析したとこ
ろ、塩化カルシウムを主成分とする反応生成物であるこ
とが確認され、このことから、吸収体１中の有効成分が
ほとんど全て、有害成分の吸収、除去反応に使用された
ことが明らかとなった。 比較例 排気の温度を５００℃としたこと以外は実施例と同様に
して、ポリ塩化ビニル系の廃材を焼却炉で連続的に焼却
処理したところ、運転開始からわずか３時間、経過した
時点で、排気中の塩化水素濃度が上昇した。そこで焼却
処理を中断して反応室内および受皿を観察したところ、
ほとんどの吸収体が反応室内に、もとの形のままで残っ
ているとともに、受皿にはほとんど何も溜まっていない
のが確認された。

【００３４】そこで反応室中の吸収体を観察したとこ
ろ、その表面に、塩化カルシウムを主成分とする反応生
成物の層が形成されていることがわかった。

【００３５】

【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明の有害成
分吸収除去方法によれば、粒状、塊状または砕片状の吸
収体中の有効成分を、内部まで効率よく、有害成分の吸
収、除去反応に使用できるという特有の作用効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の有害成分吸収除去方法の効果を確認
すべく行った実施例、比較例で使用した、焼却炉の排気
管に有害成分除去装置を接続した装置の断面図である。

【符号の説明】

１ 吸収体 ２ 燃焼炉（焼却炉）

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２３Ｊ 15/00 Ｊ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周期表IIａ族元素の酸化物、水酸化物およ
   び炭酸塩のうちの少なくとも１種を有効成分として含有
   する、粒状、塊状または砕片状の吸収体を燃焼炉からの
   排気と接触させて、当該排気中に含まれる、少なくとも
   塩化水素を含有する有害成分を、上記有効成分との反応
   により排気中から吸収、除去する方法であって、上記排
   気を６００℃以上の温度で吸収体と接触させることによ
   り、当該吸収体の表面に形成される有害成分と有効成分
   との反応生成物を融解させて吸収体の表面から離脱さ
   せ、それによって順次、吸収体の新しい表面を露出させ
   て、有害成分と継続的に反応させることを特徴とする有
   害成分吸収除去方法。