JPH1157462A

JPH1157462A - 排ガス処理用の吸着剤

Info

Publication number: JPH1157462A
Application number: JP9227424A
Authority: JP
Inventors: Katsuhisa Honda; 克久本田
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 1997-08-07
Filing date: 1997-08-07
Publication date: 1999-03-02
Anticipated expiration: 2017-08-07
Also published as: JP3438545B2

Abstract

(57)【要約】【課題】安価でありながら吸着性に優れ、リサイクル
も可能な排ガス処理用の吸着剤を提供する。【解決手段】飛灰をアルカリ水溶液と混合し、９０℃
程度に加熱して得られる人工ゼオライトに、Ｃａ化合物
を混和させて、粒状の吸着剤に生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人工ゼオライトを
用いた排ガス処理用の吸着剤に関し、特に、排ガス中の
ダイオキシン類などを確実に吸着すると共に、吸着した
ダイオキシン類を分解する処理によって吸着性能を回復
することができる排ガス処理用の吸着剤に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイオキシンとは、ポリ塩化ジベンゾパ
ラジオキシン（ＰＣＤＤ_S）の通称であり、塩素の置換
数と置換位置により、８種類の同族体と７５種類の異性
体が存在する。このうち、2,3,7,8-４塩化ジベンゾパラ
ジオキシン（2,3,7,8-T₄CDD ）は、最強の毒性を有して
いる。また、同じような構造と性質を持つ化合物にポリ
塩化ジベンブフラン（ＰＣＤＦ_S）があり、塩素の置換
数と置換位置により、８種類の同族体と１３５種類の異
性体が存在する。一般には、ダイオキシンとフランを総
称してダイオキシン類と称しているが、ダイオキシン類
は、強い急性毒性を有していることが広く知られてい
る。このダイオキシン類の毒性は、同族体や異性体間で
大きく異なっているので、最も毒性の強い2,3,7,8-T₄CD
D の毒性に換算して総量としての毒性評価を行ってい
る。2,3,7,8-T₄CDD の毒性を１とした相対値が、毒性等
価換算係数（ＴＥＦ）であり、各異性体の実測濃度に、
それぞれのＴＥＦを掛け合わせた数値の総和を毒性等価
濃度（ＴＥＱ）と呼んで毒性の指標としている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかるダイオキシン類
は、一般廃棄物や産業廃棄物の焼却炉からも発生するこ
とが知られており、焼却炉から発生するダイオキシン類
を除去する吸着剤も各種のものが提案されている。しか
しながら、いずれの吸着剤も十分に安価であるとは言え
ず、小型の焼却炉に用いるのに必ずしも適しているとは
言えなかった。また、学校に設置される焼却炉のように
バッチ的に運転される焼却炉は、排出するダイオキシン
類を５ngＴＥＱ／m³Ｎ以下にすることが望まれているが
（厚生省のガイドライン値）、このガイドライン値を満
足する吸着性を備えると共に、リサイクル可能で安価な
吸着剤を実現できれば、環境汚染を防止する上で極めて
望ましい。この発明は、かかる社会的要請に基づいてな
されたものであって、安価でありながら吸着性に優れ、
リサイクルも可能な排ガス処理用の吸着剤を提供するこ
とを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る排ガス処理用の吸着剤は、飛灰をアル
カリ水溶液と混合し、９０℃程度に加熱して得られる人
工ゼオライトに、Ｃａ化合物を混和させて、粒状の吸着
剤に成形している。アルカリ水溶液は、好適には、２．
５〜３．５Ｎの水酸化ナトリウム水溶液であり、本発明
の吸着剤は、結合剤により２〜１０ｍｍφの粒径に成形
するのが望ましい。この吸着剤は、１２０℃〜２００℃
の温度域で使用するのが望ましく、より好ましくは、１
５０℃〜１８０℃で使用するのが望ましい。本発明の吸
着剤によれば、ダイオキシン類や塩化水素ガスだけでな
く、アルデヒド類、ＳＯ_X、硫化水素、メルカプタンな
ども除去することができる。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の特徴は、ダイオキシン類
などの吸着剤としてゼオライトを使用する点にある。ゼ
オライトは、Ｘ_mＹ_nＯ_2n・ＳＨ₂Ｏ（Ｘ＝Ｎａ，Ｃ
ａ，Ｋなど、Ｙ＝Ｓｉ＋Ａｌ、Ｓは不定）の一般式で表
される含水アルミノケイ酸塩であるが、本発明では、天
然ゼオライトや合成ゼオライドではなく人工ゼオライト
を用いている。人工ゼオライトとは、石炭灰などを原料
として合成されるゼオライトをいい、ある程度純粋な原
料（ケイ酸や水酸化アルミニウムなど）を必要とする合
成ゼオライトとは区別されるものである。この人工ゼオ
ライトには、ゼオライトになりきっていない中間生成物
や活性炭のような有機物が含まれており、ゼオライト純
品の含有率と結晶度は、合成ゼオライトと天然ゼオライ
トの中間に位置している。しかしながら、人工ゼオライ
トは、合成ゼオライトより廉価である（天然ゼオライト
と同等またはそれ以下）という利点だけでなく、含有す
る不純物（中間生成物や未燃焼炭素分）に起因して、吸
着性能や表面酸性などの有用な特性を有している。ま
た、陽イオン交換容量は、天然ゼオライトと同等ないし
３倍程度である。

【０００６】人工ゼオライトは、市販のものを用いても
良いが、飛灰から製造したものを用いるのがコスト的に
有利である。飛灰として、石炭やパルプなどの焼却灰
は、雑多なものを含まない点で好ましいが、その他、一
般廃棄物や産業廃棄物の焼却灰などを用いることもでき
る。人工ゼオライト製造する場合には、先ず、粒径の細
かいものを選んだ飛灰とＮａＯＨ水溶液（規定度２．５
Ｎ〜３．５Ｎ）とを、９０℃程度で１２〜２８時間反応
させる。その後、塩化カルシウムＣａＣｌ₂を２時間程
度反応させて、ＮａをＣａと置換する。そして、水洗し
た後に粉末を乾燥させれば、Ｃａ型人工ゼオライトが生
成される。なお、この処理により生じた生成物は、正し
くは、ゼオライトを含んだ石炭灰のアルカリ処理産物と
言うべきものである。

【０００７】排ガス中の塩化水素ガスを吸着させるため
に、上記したＣａ型人工ゼオライトにＣａ化合物を添加
することとし、両者を混和後、有機質若しくは無機質か
らなる結合剤によって粒状若しくは円柱状に成形する。
Ｃａ化合物は、例えば、水酸化カルシウムＣａ（ＯＨ）
や酸化カルシウムＣａＯであり、その添加量は、排ガス
中の塩化水素ＨＣｌガスの量に応じて、５％〜２０重量
％程度の範囲で適宜に設定される。一例をあげると、Ｈ
Ｃｌガスが少ない場合には、Ｃａ化合物の含有量が５％
程度であり、ＨＣｌガスが多い場合には１５％程度であ
る。

【０００８】吸着剤の粒径は、特に限定されないが、通
常は、２ｍｍφ〜５ｍｍφ程度である。なお、排ガス量
が少なく圧損が問題になるような場合には、５ｍｍφ〜
１０ｍｍφに設定すれば良い。吸着剤の動作温度として
は、Ｃａ型人工ゼオライトの吸着性能の他、ダイオキシ
ンの再合成や、装置の腐食温度を考慮して、１２０〜２
００℃、より好ましくは、１５０〜１８０℃程度に設定
するのが良い。なお、焼却炉からの排ガス温度は、通常
８００〜１０００℃であるので、水冷方式などにより、
予め、２５０℃程度まで予備冷却しておく必要がある。

【０００９】使用により吸着剤の吸着性能が落ちてくる
と、吸着剤を取り替える必要があるが、小型焼却炉はバ
ッチ処理的にゴミを焼却しているので、非運転時に吸着
剤を取り替える。なお、この際の作業を考慮すると、吸
着剤を、適宜なカートリッジに収納しておくのが好まし
い。回収した吸着剤には、ダイオキシン類などが吸着し
ており、これをこのまま廃棄したのでは、改めて環境汚
染の問題が生じる。そこで、回収した吸着剤を、９０℃
に加熱したＮａＯＨ又はＫＯＨの水溶液（２．５Ｎ〜
３．５Ｎ）に１０〜２０重量％のアルコールを加え、３
時間程度反応させてダイオキシン類を分解させるが、本
発明の吸着剤は、この処理によって、人工ゼオライトが
再合成されるという利点がある。ダイオキシン類の分解
と、人工ゼオライトの再合成とを実現するには、吸着剤
１重量部に対して、８〜１５重量部以上のアルカリアル
コールを使用すれば良い。アルコールには、メタノール
若しくはエタノールを用いるのが好適である。なお、Ｎ
ａＯＨの使用につき説明したが、ＫＯＨ、ＮＨ₄ＯＨな
ど、或いはＮａＯＨとＮＨ₄ＯＨ又はＫＯＨとＮＨ₄Ｏ
Ｈの混液を用いても良い。このようにして再合成された
人工ゼオライトは、吸着剤の材料として再利用すること
ができる。

【００１０】

【実施例】以下、実施例に基づいて、この発明を更に詳
細に説明する。図１は、本発明の吸着剤の使用例を図示
したものであり、小型燃焼炉１から発生する排ガスを、
本発明の吸着剤を内蔵する吸着除去装置２に供給して、
排ガス中のダイオキシン類やＨＣｌガスなどを除去する
実施例である。この吸着除去装置２は、焼却能力が５ｔ
／日未満の小型焼却炉１からの排ガスを処理するもので
あり、焼却炉１から排出されるダイオキシン類などは、
内蔵する人工ゼオライト・カートリッジに吸着されるよ
うになっている。図２と図３は、吸着除去装置２の概略
構成を図示したものであり、それぞれ、平面図（図２
（ａ））、右側面図（図２（ｂ））、正面図（図３）を
示している。

【００１１】この吸着除去装置２は、導入される排ガス
に対して霧状の水を噴霧する冷却塔３と、排ガスからダ
イオキシン類を除去する吸着塔４とが連通されて構成さ
れている。なお、送風機６や予備送風機８によって排ガ
スを流通させている。小型焼却炉１からの排ガスは、冷
却塔３の導入口３ａから導入されて垂直下方に移動する
が、このときに、スプレーノズル５から噴射される冷却
水によって冷却される。冷却された排ガスは、送風機６
（誘引型ドラフトファン IDF）によって吸着塔４に向け
て押し出され、吸着塔４に導入された排ガスは、人工ゼ
オライト・カートリッジ７を通過して、吸着塔４の導出
口４ａから排出される。排ガス中のダイオキシン類（PC
DDやPCDFなど）は、人工ゼオライト・カートリッジ７を
通過する過程で人工ゼオライト層に吸着されるが、ゼオ
ライト層の中央には、温度センサ（図示せず）が配置さ
れ、通過する排ガスの温度が所定域に維持されるよう制
御されている。具体的には、温度センサの出力値に応じ
てスプレーノズル５からの噴霧量が制御されるようにな
っている。

【００１２】続いて、図示の吸着除去装置２を用いた実
施データについて説明する。小型焼却炉１において、ダ
ンボール（重量９０％）に塩化ビニル樹脂ＰＶＣ（重量
１０％）を加えて燃焼させ、発生する排ガス濃度につき
数回実測したところ、窒素７８〜８２％、酸素１０〜２
１％、二酸化炭素１〜８％であった。また、ＨＣｌガス
濃度は２５０〜１３００ｐｐｍ、ＳＯ_X濃度は１０〜１
００ｐｐｍであった。かかる排ガスにつき、小型焼却炉
１からの直接排出部（Ａ）、冷却塔３の導入口３ａ
（Ｂ）、送風機６の出口（Ｃ）、吸着塔４の導出口４ａ
（Ｄ）の４か所の排ガスにつき、ダイオキシン濃度を測
定した。この際、排ガスの流量と吸着塔４の内部温度を
変えて、それぞれ３回ずつ計測を行った。使用した吸着
材は、人工ゼオライト８５％に、酸化カルシウムＣａＯ
１５％を混合して、結合剤で固めて２ｍｍφ〜５ｍｍφ
の粒状にしたものである。なお、人工ゼオライトとして
は、前述した方法によって、石炭灰から製造したＣａ型
人工ゼオライトを使用した。

【００１３】

【表１】

【００１４】表１は、ＳＶ＝１０００／ｈの状態におい
て、吸着塔４の内部温度を１５０〜１８０℃に管理した
場合と、２５０℃〜３００℃に管理した場合につき各３
回の計測結果を示している。吸着塔４の温度を１５０〜
１８０℃に管理した場合には、ダイオキシンの除去率
は、平均９９．０３％であるが、２５０℃〜３００℃に
管理した場合には、平均８８．５％に低下することが明
らかとなった。なお、ＳＶ(space velocity)１０００で
あり、１時間当たり、人工ゼオライト・カートリッジ容
積の１０００倍の排ガスを流通させている。

【００１５】

【表２】

【００１６】表２は、ＳＶ＝５０００／ｈの状態におい
て、同様の実験をした場合の各３回の計測結果を示して
いる。吸着塔４の内部温度を１５０〜１８０℃に管理し
た場合には、ダイオキシンの除去率は、平均９９．１％
であるが、２５０℃〜３００℃に管理した場合には、平
均８９．５％に低下することが明らかとなった。なお、
表１、表２の実験では、排ガス中の酸素濃度が１２％で
あった。以上の結果より、排ガスの流量は、１０００〜
５０００／ｈ程度で問題がなく、好ましくは、２０００
〜５０００／ｈ程度であろうと考えられる。また、人工
ゼオライト層の温度としては、１２０℃〜２００℃で問
題がなく、好ましくは、１５０〜１８０℃程度であると
考えられる。なお、２５０℃以上では、物理吸着性の低
下に伴う吸着量の減少が生じているものと予想される。

【００１７】

【表３】

【００１８】表３は、ＨＣｌガスやＳＯ_Xの除去率を測
定した結果であり、原排ガス中に含まれていたＨＣｌガ
スは、酸化カルシウムＣａＯに吸着されて８０〜９０％
程度除去されたことが確認された。また、ＳＯ_X成分
は、水洗およびゼオライト吸着によって９０％以上除去
されることが確認された。なお、ダイオキシン類に対す
る吸着性能よりも、ＨＣｌやＳＯ_Xに対する吸着性能の
方が早く劣化するので、人工ゼオライト・カートリッジ
の取り替え時期は、ＳＯ_Xの排出量などに基づいて決定
することができる。

【００１９】

【表４】

【００２０】表４は、使用済みの人工ゼオライトにつ
き、本発明の方法によってダイオキシンを分解できるこ
とを確認した計測データを示している。この計測データ
は、ＮａＯＨアルコール溶液に、使用済みの人工ゼオラ
イトを投入し、９０℃に加熱した状態で攪拌しつつ数時
間反応させた結果を示している。反応時間が１時間、２
時間、３時間と変わるごとにＴＥＱ除去率を算出すると
共に、規定度が２．５Ｎと３．５Ｎの場合についてＴＥ
Ｑ除去率を算出している。この結果によれば、規定度が
２．５Ｎ〜３．５ＮのＮａＯＨアルコール溶液に、３時
間程度の反応させれば、人工ゼオライトを再生できるこ
とが確認された。なお、表面が崩れていたゼオライトに
ついても再結晶することが認められた。

【００２１】図４は、本発明に係る吸着剤の製造および
メンテナンスの処理サイクルを示したものである。先
ず、焼却炉から飛灰を回収して、これから上記した方法
によって人工ゼオライトに生成する。具体的には、Ｎａ
ＯＨ水溶液（２．５〜３．５Ｎ）に混合し、加熱下（９
０℃）、１２〜２８時間反応された後、２時間、ＣａＣ
ｌ₂に反応させて、その後、水洗して乾燥させる。そし
て、適宜量のＣａ（ＯＨ）₂を添加して結合剤で固める
と、本発明の吸着剤（ゼオライト・カートリッジ）が生
成される。また、焼却炉で消石灰を使用しているため、
飛灰の中に消石灰を多く（例えば、２０％以上）含んで
いるような場合には、焼却炉から回収した飛灰を、先
ず、ＨＣｌと反応させてＣａ成分を除去する。水洗によ
りＣａＣｌ₂を除去した後、飛灰をＮａＯＨ水溶液
（２．５〜３．５Ｎ）に混合し、加熱下（９０℃）、１
２〜２８時間反応させて人工ゼオライトを製造すること
もできる。このようにして製造された人工ゼオライト
は、吸着剤（ゼオライト・カートリッジ）としてだけで
なく、他の用途、例えば、建築資材としても活用するこ
とができる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る吸着
剤は、製造コストが安いにも関わらず、ダイオキシン類
を除去するに十分な吸着性を有している。しかも、使用
後の吸着剤を回収してダイオキシン類を分解させると、
この処理によって人工ゼオライトを再合成することもで
きるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る吸着剤の使用例を図示したもので
ある。

【図２】本発明に係る吸着剤を内蔵する吸着除去装置に
ついて、平面図（ａ）と右側面図（ｂ）を図示したもの
である。

【図３】図２に示す吸着除去装置について、その正面図
を図示したものである。

【図４】ゼオライト・カートリッジの製造およびメンテ
ナンスの処理サイクルを図示したものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】飛灰をアルカリ水溶液と混合し、９０℃
程度に加熱して得られる人工ゼオライトに、Ｃａ化合物
を混和させて粒状の吸着剤に成形してなることを特徴と
する排ガス処理用の吸着剤。
【請求項２】前記アルカリ水溶液は、２．５〜３．５
ＮのＮａＯＨ水溶液である請求項１に記載の排ガス処理
用の吸着剤。
【請求項３】前記吸着剤は、結合剤により２〜１０ｍ
ｍφの粒径に成形されている請求項２に記載の排ガス処
理用の吸着剤。