WO2020218534A1 - 燃焼灰の処理方法及びシステム、並びに、石油系燃料燃焼プラント - Google Patents

燃焼灰の処理方法及びシステム、並びに、石油系燃料燃焼プラント Download PDF

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Definitions

  • the separation device 40 is a dry separation device that separates the combustion ash recovered from the combustion exhaust gas of the boiler 1 into a light component and a heavy component in a dry state.
  • the light component of the combustion ash is sent from the separation device 40 to the burner 24 through the light component transfer line 43, and is reused as a part of the fuel in the boiler 1.
  • the heavy component of the combustion ash is sent from the separation device 40 to the collection container 5 through the heavy component transfer line 42.
  • the heavy content of the combustion ash recovered in the recovery container 5 is sent to the metal separation / extraction device 50, and the metal contained therein is separated and poured out.
  • a combustion ash supply port 45a is provided on the upper part of the separation container 45.
  • a dry dust collector 33 is connected to the combustion ash supply port 45a via a combustion ash transport line 41.
  • the combustion ash transport line 41 may be provided with a quantitative supply device 410 in order to quantitatively supply the combustion ash.
  • a heavy component outlet 45b is provided at the bottom of the separation container 45.
  • the heavy component outlet 45b is connected to the collection container 5 via a heavy component transfer line 42.
  • the heavy component discharged from the heavy component outlet 45b is sent to the collection container 5 through the heavy component transfer line 42 and collected.
  • An exhaust port 45d is provided at the top of the separation container 45. Since the separation container 45 contains dust, the exhaust port 45d may be connected to the inlet of the dry dust collector 33 through the exhaust line 49 (see FIG. 1).
  • FIG. 4 is a block diagram showing the flow of vanadium separation and extraction processing.
  • the vanadium eluate is concentrated to crystallize the solid matter.
  • dilute sulfuric acid such as ammonium sulfate and water are added to the solid matter separated from the liquid to neutralize it, and the vanadium compound is crystallized from the aqueous solution eluted from the solid matter to be separated and recovered.
  • the obtained vanadium compound can be used, for example, as an electrolytic solution for a battery.
  • the method for treating the combustion ash according to the present embodiment is a method for treating the combustion ash discharged from the boiler 1 (corresponding to the "combustion furnace" in the claimed range) that burns the petroleum residue fuel.
  • the combustion ash is separated into a heavy component and a light component by a dry separation method, the light component is supplied to the boiler 1 as fuel, and the heavy component is recovered.
  • the method for treating combustion ash according to the present embodiment further includes separating and extracting vanadium from the recovered heavy component.
  • the heavy content of the combustion ash is reduced compared to the combustion ash discharged from the boiler 1. Since the heavy component of the combustion ash whose volume has been reduced in this way is recovered, the heavy component recovery container 5 can be miniaturized. Therefore, the space for storing the heavy content of the combustion ash can be reduced, and the storage efficiency can be improved. In addition, the space and energy for transporting the heavy component of the combustion ash can be reduced, and the transport efficiency can be improved. Furthermore, since the metal separation / extraction process, which is a subsequent process, is performed on the heavy content of the reduced volume of combustion ash, the equipment (metal separation / extraction device 50) related to the metal separation / extraction process should be downsized. Can be done.
  • the combustion ash in the above-mentioned method for treating combustion ash, the combustion ash may be separated into a heavy component and a light component by their specific gravities.
  • separating the combustion ash may be to float and sink the combustion ash into a heavy component and a light component by using the fluidized bed 46.
  • the dry separation device 40 may have a fluidized bed 46 for floating and sinking the light component and the heavy component in the combustion ash.
  • the fluidized bed 46 capable of separating the heavy component and the light component by specific gravity when separating the combustion ash, the introduction cost and the operating cost are relatively suppressed, and the light component is surely obtained. It can be separated from the heavy component.
  • the proportion of higher-order combustion ash (c) contained in the heavy content of combustion ash and the proportion of primary combustion ash (b) contained in the light content of combustion ash can be easily adjusted by changing the empty tower speed. can do.
  • the proportion of higher-order combustion ash (c) contained in the heavy component can be adjusted to a desired value.
  • both the heavy and light components separated in the fluidized bed 46 are combustion ash, and silica sand and the like, which are generally used as a fluidized medium, are not included in the fluidized medium of the fluidized bed 46. Therefore, the light component of the combustion ash separated in the fluidized bed 46 can be used as it is as fuel for the boiler 1 without going through a separation step or the like. Similarly, the heavy content of the combustion ash separated in the fluidized bed 46 can be sent to the metal separation / extraction device 50 as it is without going through a separation step or the like. Moreover, since the fluidized bed 46 of the separation device 40 is composed only of combustion ash, maintenance of the separation device 40 is easy.
  • the present invention may include modified details of the specific structure and / or function of the above embodiment without departing from the idea of the present invention. ..
  • the above configuration can be changed, for example, as follows.
  • the combustion furnace that discharges the combustion ash is the petroleum residue-fired boiler 1, but the mode of the combustion furnace is not limited to this.
  • the combustion furnace may be a combustion furnace that burns at least one petroleum-based fuel among heavy oil, heavy oil, and petroleum residue.

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Abstract

石油系燃料を燃焼する燃焼炉から排出された燃焼灰の処理方法において、燃焼灰を乾式分離法により重質分と軽質分とに分離し、軽質分を燃焼炉へ燃料として供給し、重質分を回収する。燃焼灰の重質分からは、バナジウムなどの金属を分離抽出する。

Description

燃焼灰の処理方法及びシステム、並びに、石油系燃料燃焼プラント
　本発明は、重油、重質油、及び石油残渣のうち少なくとも１つの石油系燃焼灰の処理技術に関する。
　重油、アスファルトなどの重質油、及び、ピッチ・コークスなどの石油残渣の燃焼によって生じる燃焼灰（以下、「石油系燃焼灰」と称する）には、未燃炭素、バナジウム等の有価金属、及び、硫安（硫酸アンモニウム）が含まれる。重油、重質油、及び石油残渣は、石油精製の過程における濃縮によって窒素分・硫黄分の含有濃度が高く、それらの燃焼排ガスは多量のＮＯｘを含む。燃焼灰中の硫安は、このような燃焼排ガスを脱硝するために還元剤として注入されるアンモニアガスと当該排ガス中に含まれる硫黄酸化物との反応により生成したものである。
　バナジウムは、特殊鋼の添加剤、触媒などの化成品の原料の他、Ｔｉ－Ｖ合金などの機能性合金やＴｉ－Ｖ系水素吸蔵合金などの二次電池の材料として利用されている。しかし、近年ではバナジウム（フェロバナジウム）の価格が高騰しており、輸入に依存しているバナジウムを安価且つ安定的に入手することが難しい。そこで、安定して大量に排出される石油系燃焼灰からバナジウムを効率的に回収する技術が望まれている。
　前述の通り、石油系燃焼灰は、バナジウムなどの有価金属の他に、多くの未燃炭素を含むことから嵩が高い。そのため、石油系燃焼灰からバナジウムを回収するための処理設備が大規模となる。そこで、特許文献１では、バナジウム分離抽出工程を小規模化するための技術が提案されている。
　特許文献１では、ボイラ煙道の集塵装置において回収された重油灰を水に懸濁させて懸濁液とし、当該懸濁液に湿式処理を施すことにより重油灰から有価金属及びアンモニア塩を溶出させるとともに不溶の未燃炭素を懸濁液から分離して、これらをそれぞれ処理して有価金属を回収する方法が示されている。ここで、予め懸濁液中において重油灰中の軽質分と重質分とを比重差によって沈降分離し、軽質分を含む上層懸濁液と重質分を含む下層懸濁液とをそれぞれ別個に導出する前処理を行うことが提案されている。
特開２００９－１５４０９３号公報
　特許文献１では、重油灰の懸濁液が沈降分離槽で処理されることから、沈降分離槽には重油灰に加えて多量の水が流入するため大きな容量が要求される。また、燃焼灰に含まれる未燃炭素は燃料としての再利用することができるが、一旦水と混合させてしまうと直ちに燃料として使用することが難しい。
　本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、石油系燃料を用いる燃焼炉の燃焼灰からバナジウムなどの金属を回収する技術において、燃焼灰を効果的に減容し、金属の分離抽出工程の小規模化・高効率化を図ることにある。
　本発明の一態様に係る燃焼灰の処理方法は、
石油系燃料を燃焼する燃焼炉から排出された燃焼灰の処理方法であって、
前記燃焼灰を乾式分離法により重質分と軽質分とに分離すること、
前記軽質分を前記燃焼炉へ燃料として供給すること、及び、
前記重質分を回収すること、を含むことを特徴としている。
　また、本発明の一態様に係る燃焼灰の処理システムは、
石油系燃料を燃焼する燃焼炉から排出された燃焼灰の処理システムであって、
前記燃焼灰を重質分と軽質分とに分離する乾式分離装置と、
前記軽質分を前記燃焼炉へ燃料として供給する軽質分搬送ラインと、
前記重質分を回収する回収容器と、を備えることを特徴としている。
　また、本発明の一態様に係る石油系燃料燃焼プラントは、
石油系燃料を燃焼する燃焼炉と、
前記燃焼炉から排出された燃焼灰を回収する乾式集塵機と、
前記燃焼灰を処理する前記燃焼灰の処理システムと、を備えることを特徴としている。
　上記燃焼灰の処理方法及びシステム、並びに、石油系燃料燃焼プラントでは、排出された燃焼灰の一部が燃焼炉に戻されて燃料として使用されることから、燃焼炉から排出される燃焼灰には、燃料の燃焼灰と、燃焼灰の燃焼灰とが含まれる。燃料の燃焼灰は未燃炭素を多く含むことから比重が小さい。一方、燃焼灰の燃焼灰は、燃料の燃焼灰と比較して未燃炭素が少なく、バナジウム等の重金属が凝縮されていることから比重が大きい。よって、燃焼灰を重質分と軽質分とに乾式分離すると、重質分には燃焼灰の燃焼灰が多く含まれ、軽質分には燃料の燃焼灰が多く含まれる。
　燃焼灰の軽質分は未燃炭素を多く含み、燃焼炉で燃料として使用されるのに好適であり、燃焼灰のエネルギーを有効に利用することができる。そのうえ、燃焼灰の軽質分は乾式で分離されることから、燃焼灰の軽質分をそのまま燃焼炉で燃料として利用することができる。
　燃焼灰の重質分は、燃焼炉から排出された燃焼灰よりも減容されている。このように減容された燃焼灰の重質分が回収されるので、重質分の回収容器を小型化することができる。よって、燃焼灰の重質分を貯蔵するための空間を削減することができ、貯蔵効率を高めることができる。また、燃焼灰の重質分を搬送するための空間やエネルギーを削減することができ、搬送効率を高めることができる。更に、減容された燃焼灰の重質分に対して後工程である金属分離抽出処理が行われるので、金属分離抽出工程に係る設備（例えば、バナジウム分離抽出装置）の小規模化を図ることができる。また、燃焼灰の重質分は、燃焼炉から排出された燃焼灰よりも未燃炭素の含有量が低く、且つ、バナジウムなどの重金属が凝縮されている。よって、金属分離抽出処理において、金属回収の高効率化を図ることができる。
　本発明によれば、石油系燃料を用いる燃焼炉の燃焼灰からバナジウム等の金属を回収する技術において、燃焼灰を効果的に減容し、金属分離抽出工程の小規模化・高効率化を図ることができる。
図１は、本発明の一実施形態に係るボイラシステムの系統的概略構成図である。 図２は、燃料及び燃焼灰の特徴を説明する図である。 図３は、分離装置の概略構成図である。 図４は、バナジウム分離抽出処理の流れを示すブロック図である。
　以下、図面を参照し実施形態に基づいて本発明について説明する。本発明は、重油、アスファルトなどの重質油、及び、ピッチ・コークスなどの石油残渣のうち少なくとも１つを燃料とする燃焼炉から排出される燃焼灰の処理技術に関し、より詳細には、燃焼灰からバナジウムなどの金属を回収する技術に関する。本実施形態では、燃焼炉として石油残渣焚きボイラ１を例に挙げて説明する。但し、本発明は、重油焚きボイラ、及び重質油焚きボイラを備える石油系燃料燃焼プラント１００にも適用することができる。
　図１は、本発明の一実施形態に係る石油系燃料燃焼プラント１００の系統的概略構成図である。図１に示す石油系燃料燃焼プラント１００は、燃焼炉としての石油残渣焚きボイラ１、及びその排ガス処理系統３０を備える。石油系燃料燃焼プラント１００は、排ガス処理系統３０で回収されたボイラ１の燃焼灰の処理システム１０１を更に備える。処理システム１０１は、燃焼灰から金属を回収する金属分離抽出装置５０と、その前処理装置である分離装置４０とを含む。
〔石油残渣焚きボイラ１〕
　石油残渣焚きボイラ１は、高温燃焼ゾーン２１及び二段燃焼ゾーン２２を含む燃焼室を備える。燃焼室の下方に位置する高温燃焼ゾーン２１には、石油残渣燃料を燃焼するためのバーナ２４が設けられる。高温燃焼ゾーン２１には炉内側全面に約２０００℃の炉内温度に対応させるための耐火材２５が貼設されている。
　高温燃焼ゾーン２１の上部における燃焼ガス流出部には、絞り部２３が形成されている。絞り部２３により、高温燃焼ゾーン２１から二段燃焼ゾーン２２へ燃焼ガスが通過する断面積が、高温燃焼ゾーン２１における燃焼ガス通過断面積よりも２０～５０％縮小される。絞り部２３の燃焼ガス流入側の炉内に面する側にも、高温燃焼ゾーン２１と同様に耐火材２５が貼設されている。これにより、熱伝達によって高温燃焼ゾーン２１内の温度が低下することが防止される。
　絞り部２３の上方には、水冷壁構造からなる二段燃焼ゾーン２２が形成されている。二段燃焼ゾーン２２の上方には蒸気過熱器２７が配設されている。また、二段燃焼ゾーン２２の側壁には、高温燃焼ゾーン２１から排出される燃焼ガス中に含まれる未燃分を燃焼させるための空気を供給する二段燃焼用空気ノズル２６が単段或いは複数段配設される。
　このような石油残渣焚きボイラ１において、先ずバーナ２４に供給された石油残渣燃料は、高温燃焼ゾーン２１における空気比が１未満（例えば０．７程度）の還元雰囲気に維持されるように燃焼される。高温燃焼ゾーン２１の内面は二段燃焼ゾーン２２の開口部を除いて全面が耐火材２５によって覆われていることにより、燃焼室内部は平均約１５００℃の高温に保持される。
　このような条件下においては、先ず燃料中のＮ分の酸化に基づくフューエルＮＯｘと、大気中のＮ分酸化に基づくサーマルＮＯｘとが生成される。しかし、高温燃焼ゾーン２１内が高温還元雰囲気中であることにより、その大部分は分解してＮ２となり、その他の一部はＮＨ３（アンモニア）あるいはＨＣＮ（シアン）などの有機窒素化合物の形で存在する。
　これらのＮＨ３或いはＨＣＮは酸素と反応して可燃分が燃焼し、フューエルＮＯｘを発生する。しかし、燃焼室内酸素濃度が低く保たれていることにより、フューエルＮＯｘへの転換率は低く抑えられる。また、生成されたＮＯｘはさらに高温還元雰囲気内に保持されることにより、窒素に熱分解される。
　高温燃焼ゾーン２１から流出した燃焼ガスは、絞り部２３を通じて二段燃焼ゾーン２２に流入する。二段燃焼ゾーン２２には、二段燃焼用空気ノズル２６から燃焼用空気が導入される。これにより、二段燃焼ゾーン２２は、空気比が１以上（例えば、１．１程度）の酸化雰囲気に維持される。二段燃焼ゾーン２２内に流入した燃焼ガスは、二段燃焼用空気ノズル２６から送入される燃焼用空気と接触してガス中の未燃分の燃焼を完結させ（即ち、完全燃焼し）、蒸気過熱器２７を通じて燃焼室から排ガス処理系統３０へ流出する。
　一般に、石油残渣燃料の燃焼におけるＮＯｘの発生量は、燃焼温度と空気比に強く依存する。即ち、還元雰囲気下では高温燃焼になるほどＮＯｘ発生量が少なく、酸化雰囲気下では低温燃焼になるほどＮＯｘ発生量が少ない。本実施の形態に係る石油残渣焚きボイラ１では、高温燃焼ゾーン２１の高温還元雰囲気下で燃料を燃焼させることによりフューエルＮＯｘの発生が抑制され、二段燃焼ゾーン２２の低温酸化雰囲気下で燃焼ガス中の未燃分を完全に燃焼させることによりサーマルＮＯｘの発生が抑制される。本実施の形態に係る石油残渣焚きボイラ１では、上記のような二段燃焼方式を採用することにより、効果的にＮＯｘ発生量が低減されている。
〔排ガス処理系統３０〕
　ボイラ１の排ガス処理系統３０へ流入する燃焼排ガスには、燃焼灰（飛灰）が同伴している。排ガス処理系統３０では、燃焼排ガスを浄化するとともに、燃焼排ガスに同伴する飛灰を回収する。排ガス処理系統３０には、ＮＯｘ除去触媒３１、ガスエアヒータ３２、乾式集塵機３３、誘引ファン３４、ＳＯｘ除去触媒３５、湿式集塵機３６、及び、煙突３７が、燃焼排ガスの流れの上流から下流に向けてこの順番で設けられている。
　誘引ファン３４の稼働によってボイラ１から排ガス処理系統３０へ燃焼排ガスが流入する。燃焼排ガスは、ＮＯｘ除去触媒３１、ガスエアヒータ３２、乾式集塵機３３、誘引ファン３４、ＳＯｘ除去触媒３５、及び、湿式集塵機３６を順に通過して、煙突３７から大気へ放出される。ＮＯｘ除去触媒３１は、燃焼排ガスからＮＯｘを除去する。ガスエアヒータ３２では、燃焼排ガスと例えばボイラ１の燃焼用空気とが熱交換され、ボイラ１の排熱を利用して燃焼用空気が加温される。乾式集塵機３３では、燃焼排ガスからそれに同伴している燃焼灰が分離される。燃焼灰は、燃焼灰搬送ライン４１を通じて分離装置４０へ送られる。ＳＯｘ除去触媒３５は、燃焼排ガスからＳＯｘを除去する。湿式集塵機３６では、燃焼排ガスからそれに同伴する燃焼灰よりも小さな塵が分離される。
〔分離装置４０〕
　分離装置４０は、ボイラ１の燃焼排ガスから回収した燃焼灰を、乾燥した状態で軽質分と重質分とに分離する乾式分離装置である。燃焼灰の軽質分は、分離装置４０から軽質分搬送ライン４３を通じてバーナ２４へ送られ、ボイラ１で燃料の一部として再び利用される。燃焼灰の重質分は、分離装置４０から重質分搬送ライン４２を通じて回収容器５へ送られる。回収容器５に回収された燃焼灰の重質分は、金属分離抽出装置５０へ送られてそこで含有する金属が分離注出される。
　上記のように燃焼灰の一部（軽質分）が再びボイラ１で燃焼することから、乾式集塵機３３で回収される燃焼灰には、石油残渣燃料の燃焼により生じた燃焼灰（以下、説明の便宜を図って「一次燃焼灰」と称する）と、燃焼灰の燃焼により生じた燃焼灰（以下、説明の便宜を図って「高次燃焼灰」と称する）とが含まれる。図２は、燃料及び燃焼灰の特徴を説明する図である。図２では、石油残渣燃料の（ａ）燃料粒子、（ｂ）石油残渣燃料の燃焼により生じた燃焼灰（即ち、一次燃焼灰）、（ｃ）燃焼灰の燃焼により生じた燃焼灰（即ち、高次燃焼灰）の、各々の断面イメージが示されている。更に、一次燃焼灰（ｂ）を基準（＝１）とした場合の、高次燃焼灰（ｃ）の密度比及び粒径比が示されている。
　石油残渣燃料の燃焼により生じた一次燃焼灰（ｂ）は、バナジウムなどの重金属（有価金属）の他に、多くの未燃炭素を含む。一次燃焼灰（ｂ）は、石油残渣燃料に含まれる揮発成分の膨張によって中空構造となっている。一方、燃焼灰の燃焼により生じた高次燃焼灰（ｃ）は、揮発成分の抜けた一次燃焼灰（ｂ）が再度加熱溶融されることにより、中実構造となっている。また、高次燃焼灰（ｃ）は、一次燃焼灰（ｂ）に含まれていた未燃炭素が燃焼により減少し、そのぶん、重金属が濃縮されている。高次燃焼灰（ｃ）は、ボイラ１での燃焼が更に繰り返されることにより、未燃炭素が低減し、重金属の濃縮が進む。
　高次燃焼灰（ｃ）は、一次燃焼灰（ｂ）と比較して密度が大きく、且つ、粒径が小さい。換言すれば、一次燃焼灰（ｂ）は高次燃焼灰（ｃ）と比較して軽くて大きな粒子であり、高次燃焼灰（ｃ）は一次燃焼灰（ｂ）と比較して重くて小さな粒子である。このことから、一次燃焼灰（ｂ）と高次燃焼灰（ｃ）とを、比重を利用して分離したり、粒径を利用して分離したりすることが可能である。
　ボイラ１の燃焼排ガスから回収した燃焼灰を比重で軽質分と重質分とに分離すると、軽質分には高次燃焼灰（ｃ）よりも一次燃焼灰（ｂ）が多く含まれる。一次燃焼灰（ｂ）は多くの未燃炭素が含まれることから、軽質分はボイラ１の燃料として有用である。一方、重質分には一次燃焼灰（ｂ）よりも高次燃焼灰（ｃ）が多く含まれる。高次燃焼灰（ｃ）はバナジウムなどの重金属が濃縮されているうえ嵩が低いことから、重質分を金属分離抽出装置５０に供すると、燃焼灰から金属を効率的に回収することができる。
　本実施形態に係る分離装置４０は、流動層４６を用いた乾式比重分離法を採用した乾式比重分離装置である。図３は、分離装置４０の概略構成図である。図３に示す分離装置４０は、分離容器４５と、分離容器４５内の底部へ流動用ガスを送る散気管４７とを備える。流動用ガスは、例えば、窒素ガスである。
　分離容器４５の上部には、燃焼灰供給口４５ａが設けられている。燃焼灰供給口４５ａには燃焼灰搬送ライン４１を介して乾式集塵機３３が接続されている。これにより、乾式集塵機３３で回収された燃焼灰が燃焼灰供給口４５ａから分離容器４５内へ供給される。なお、燃焼灰搬送ライン４１には、燃焼灰を定量的に供給するために、定量供給装置４１０が設けられていてもよい。
　分離容器４５に供給された燃焼灰は、分離容器４５に溜まって燃焼灰層を成す。散気管４７から燃焼灰層の下部に噴き出した流動用ガスによって燃焼灰層を浮遊流動化させると、燃焼灰からなる流動層４６は液体と同様の挙動を示す。燃焼灰からなる流動層４６において、燃焼灰中の軽質分が浮揚し、燃焼灰中の重質分が沈降する。ここで、燃焼灰は、流動媒体であるとともに比重分離対象である。なお、流動用ガスの空塔速度は、燃焼灰中の軽質分と重質分とが浮沈分離できるよう実験により或いはシミュレーションにより適宜決定される。
　上記のように燃焼灰中の軽質分と重質分とが浮沈分離され、それぞれ別の出口から排出される。分離容器４５の底部には、重質分出口４５ｂが設けられている。重質分出口４５ｂは、重質分搬送ライン４２を介して回収容器５と接続されている。重質分出口４５ｂから出た重質分は、重質分搬送ライン４２を通じて回収容器５へ送られて回収される。
　分離容器４５の下部且つ重質分出口４５ｂより上方には、軽質分出口４５ｃが設けられている。軽質分出口４５ｃは、軽質分搬送ライン４３を介してボイラ１のバーナ２４と接続されている。軽質分出口４５ｃから出た軽質分は、軽質分搬送ライン４３を通じてバーナ２４へ送られ、石油残渣燃料とともにバーナ２４から高温還元燃焼室２へ噴出する。
　分離容器４５の頂部には、排気口４５ｄが設けられている。分離容器４５には粉塵が含まれていることから、排気口４５ｄは排気ライン４９を通じて乾式集塵機３３の入口と接続されてよい（図１、参照）。
〔金属分離抽出装置５０〕
　本実施形態に係る金属分離抽出装置５０は、バナジウム分離抽出処理槽５０Ｖを含み、燃焼灰からバナジウムを分離抽出する。但し、金属分離抽出装置５０では、バナジウムに加えて、ニッケル等の有価金属が分離抽出されてもよい。回収容器５に回収された燃焼灰の重質分は、バナジウム分離抽出処理槽５０Ｖへ供給される。回収容器５からバナジウム分離抽出処理槽５０Ｖへの燃焼灰の搬送には、コンベヤ等の搬送手段や、自動車や船舶などの運輸手段が用いられてもよい。また、分離装置４０と金属分離抽出装置５０とが近接している場合には、回収容器５が省略されて、金属分離抽出装置５０に含まれる処理槽が回収容器として機能してもよい。
　様々なバナジウムの分離抽出方法が知られているが、本実施形態に係るバナジウム分離抽出処理槽５０Ｖではアルカリプロセスを採用している。図４は、バナジウム分離抽出処理の流れを示すブロック図である。
　図４に示すように、バナジウム分離抽出処理槽５０Ｖでは、水洗工程５１、アルカリ抽出工程５２、濃縮工程５３、中和工程５４、を経てバナジウム化合物を得る。水洗工程５１では、分離装置４０で分離された燃焼灰（重質分）を水で洗浄する。水溶性の硫安が水に溶出し、燃焼灰から硫安が分離される。アルカリ抽出工程５２では、燃焼灰を水酸化ナトリウムなどのアルカリ性溶液に懸濁させ、アルカリ性溶液中にバナジウムが溶出したバナジウム溶出液を得る。濃縮工程５３では、バナジウム溶出液を濃縮させて、固形物を晶析させる。中和工程５４では、液中から分離した固形物に硫安などの希硫酸と水とを加えて中和させ、固形物から溶出した水溶液からバナジウム化合物を晶析させて分離回収する。得られるバナジウム化合物は、例えば、電池の電解液として利用することができる。
　以上に説明したように、本実施形態に係る燃焼灰の処理方法は、石油残渣燃料を燃焼するボイラ１（請求の範囲の「燃焼炉」に相当）から排出された燃焼灰の処理方法であって、燃焼灰を乾式分離法により重質分と軽質分とに分離すること、軽質分をボイラ１へ燃料として供給すること、重質分を回収すること、を含む。本実施形態に係る燃焼灰の処理方法は、回収した重質分からバナジウムを分離抽出することを、更に含む。
　また、本実施形態に係る燃焼灰の処理システム１０１は、石油残渣燃料を燃焼するボイラ１から排出された燃焼灰の処理システム１０１であって、燃焼灰を重質分と軽質分とに分離する乾式分離装置４０と、軽質分をボイラ１へ燃料として供給する軽質分搬送ライン４３と、重質分を回収する回収容器５（或いは、金属分離抽出装置５０の処理槽）とを備える。本実施形態に係る燃焼灰の処理システム１０１は、回収容器５に回収された重質分からバナジウムを分離抽出する金属分離抽出装置５０を、更に備える。
　また、本実施形態に係る石油系燃料燃焼プラント１００は、石油残渣燃料を燃焼するボイラ１と、ボイラ１から排出された燃焼灰を回収する乾式集塵機３３と、燃焼灰を処理する燃焼灰の処理システム１０１と、を備える。
　上記燃焼灰の処理方法及びシステム１０１では、排出された燃焼灰の一部がボイラ１に戻されて燃料として使用されることから、ボイラ１から排出される燃焼灰には、燃料の燃焼灰（一次燃焼灰（ｂ））と、燃焼灰の燃焼灰（高次燃焼灰（ｃ））とが含まれる。一次燃焼灰（ｂ）は未燃炭素を多く含むことから比重が小さい。一方、高次燃焼灰（ｃ）は、一次燃焼灰（ｂ）と比較して未燃炭素が少なく、バナジウムなどの重金属が凝縮されていることから比重が大きい。よって、燃焼灰を重質分と軽質分とに乾式比重分離すると、重質分には高次燃焼灰（ｃ）が多く含まれ、軽質分には一次燃焼灰（ｂ）が多く含まれる。
　燃焼灰の軽質分は未燃炭素を多く含み、ボイラ１で燃料として使用されるのに好適であり、燃焼灰のエネルギーを有効に利用することができる。そのうえ、燃焼灰の軽質分は乾式で分離されることから、燃焼灰の軽質分をそのままボイラ１で燃料として利用することができる。
　燃焼灰の重質分は、ボイラ１から排出された燃焼灰よりも減容されている。このように減容された燃焼灰の重質分が回収されるので、重質分の回収容器５を小型化することができる。よって、燃焼灰の重質分を貯蔵するための空間を削減することができ、貯蔵効率を高めることができる。また、燃焼灰の重質分を搬送するための空間やエネルギーを削減することができ、搬送効率を高めることができる。更に、減容された燃焼灰の重質分に対して、後工程である金属分離抽出処理が行われるので、金属分離抽出工程に係る設備（金属分離抽出装置５０）の小規模化を図ることができる。また、燃焼灰の重質分は、ボイラ１から排出された燃焼灰よりも未燃炭素の含有量が低く、且つ、バナジウムなどの重金属が凝縮されている。よって、金属離抽出処理において、金属回収の高効率化を図ることができる。
　本実施形態に示すように、上記の燃焼灰の処理方法において、燃焼灰を重質分と軽質分とにその比重で分離してよい。この場合、燃焼灰を分離することが、流動層４６を用いて燃焼灰を重質分と軽質分とに浮沈分離することであってよい。同様に、上記の燃焼灰の処理システム１０１において、乾式分離装置４０が、燃焼灰中の軽質分と重質分とを浮沈分離する流動層４６を有していてよい。
　このように燃焼灰の分離に際し、重質分と軽質分とを比重分離し得る流動層４６が用いられることによれば、導入コスト及び運転コストを比較的抑えた構成で、確実に軽質分と重質分とを分離することができる。そのうえ、燃焼灰の重質分に含まれる高次燃焼灰（ｃ）の割合、燃焼灰の軽質分に含まれる一次燃焼灰（ｂ）の割合を、空塔速度を変化させることによって容易に調整することができる。換言すれば、空塔速度を変化させることによって、重質分に含まれる高次燃焼灰（ｃ）の割合を所望の値に調整することができる。これにより、バナジウムなどの金属を分離抽出する処理において、金属回収の更なる高効率化を図ることができる。
　上記の燃焼灰の処理方法及び処理システム１０１において、流動層４６の流動媒体が燃焼灰であってよい。
　これにより、流動層４６で分離される重質分と軽質分とはともに燃焼灰であり、一般的に流動媒体として使用される珪砂などは流動層４６の流動媒体に含まれない。よって、流動層４６で分離された燃焼灰の軽質分を、分離工程などを介さずにそのままボイラ１の燃料として利用することができる。同様に、流動層４６で分離された燃焼灰の重質分を、分離工程などを介さずにそのまま金属分離抽出装置５０に送ることができる。そのうえ、分離装置４０の流動層４６は燃焼灰のみで構成されることから、分離装置４０のメンテナンスが容易である。
　以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の思想を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。上記の構成は、例えば、以下のように変更することができる。
　例えば、上記実施形態において燃焼灰を排出する燃焼炉は石油残渣焚きボイラ１であるが、燃焼炉の態様はこれに限定されない。燃焼炉は重油、重質油、及び、石油残渣のうち少なくとも１つの石油系燃料を燃焼する燃焼炉であればよい。
　また、例えば、上記実施形態において分離装置４０は、流動層４６を用いた乾式比重分離法を採用している。但し、分離装置４０の態様はこれに限定されず、例えば、重質分と軽質分とを比重で分離するサイクロン式の乾式比重分離装置や、重質分と軽質分とを粒径で分離する篩などが採用されてもよい。例えば、分離装置４０として篩を採用する場合、篩の上に残ったものを軽質分、篩から落ちたものを重質分とする。
　また、例えば、上記実施形態においてバナジウム分離抽出処理槽５０Ｖはアルカリプロセスを採用しているが、バナジウム分離抽出処理槽５０Ｖの態様はこれに限定されない。バナジウム分離抽出処理槽５０Ｖは、バナジウムの用途に応じて公知のバナジウム回収方法を実現するものであってよい。
１　　　：石油残渣焚きボイラ（燃焼炉の一例）
５　　　：回収容器
２　　　：高温還元燃焼室
２１　　：高温燃焼ゾーン
２２　　：二段燃焼ゾーン
２３　　：絞り部
２４　　：バーナ
２５　　：耐火材
２６　　：二段燃焼用空気ノズル
２７　　：蒸気過熱器
３０　　：排ガス処理系統
３１　　：ＮＯｘ除去触媒
３２　　：ガスエアヒータ
３３　　：乾式集塵機
３４　　：誘引ファン
３５　　：ＳＯｘ除去触媒
３６　　：湿式集塵機
３７　　：煙突
４０　　：乾式分離装置
４１　　：燃焼灰搬送ライン
４２　　：重質分搬送ライン
４３　　：軽質分搬送ライン
４５　　：分離容器
４５ａ　：燃焼灰供給口
４５ｂ　：重質分出口
４５ｃ　：軽質分出口
４５ｄ　：排気口
４６　　：流動層
４７　　：散気管
４９　　：排気ライン
５０　　：金属分離抽出装置
５０Ｖ　：バナジウム分離抽出処理槽
１００　：石油系燃料燃焼プラント
１０１　：燃焼灰の処理システム

Claims (11)

  1. 　石油系燃料を燃焼する燃焼炉から排出された燃焼灰の処理方法であって、
    　前記燃焼灰を乾式分離法により重質分と軽質分とに分離すること、
    　前記軽質分を前記燃焼炉へ燃料として供給すること、及び、
    　前記重質分を回収すること、を含む、
    燃焼灰の処理方法。
  2. 　前記分離することが、前記燃焼灰を前記重質分と前記軽質分とに乾式比重分離することを含む、
    請求項１に記載の燃焼灰の処理方法。
  3. 　前記分離することが、流動層を用いて前記燃焼灰を前記重質分と前記軽質分とに浮沈分離することを含む、
    請求項１に記載の燃焼灰の処理方法。
  4. 　前記流動層の流動媒体が前記燃焼灰である、
    請求項３に記載の燃焼灰の処理方法。
  5. 　回収した前記重質分から少なくともバナジウムを含む金属を分離注出することを、更に含む、
    請求項１～４のいずれか一項に記載の燃焼灰の処理方法。
  6. 　石油系燃料を燃焼する燃焼炉から排出された燃焼灰の処理システムであって、
    　前記燃焼灰を重質分と軽質分とに分離する乾式分離装置と、
    　前記軽質分を前記燃焼炉へ燃料として供給する軽質分搬送ラインと、
    　前記重質分を回収する回収容器と、を備える、
    燃焼灰の処理システム。
  7. 　前記乾式分離装置は、前記燃焼灰を前記重質分と前記軽質分とに比重分離する、
    請求項６に記載の燃焼灰の処理システム。
  8. 　前記乾式分離装置が、前記燃焼灰中の前記軽質分と前記重質分とを浮沈分離する流動層を有する、
    請求項６に記載の燃焼灰の処理システム。
  9. 　前記流動層の流動媒体が前記燃焼灰である、
    請求項８に記載の燃焼灰の処理システム。
  10. 　前記回収容器に回収された前記重質分からバナジウムを分離抽出する金属分離抽出装置を、更に備える、
    請求項６～９のいずれか一項に記載の燃焼灰の処理システム。
  11. 　石油系燃料を燃焼する燃焼炉と、
    　前記燃焼炉から排出された燃焼灰を回収する乾式集塵機と、
    　前記燃焼灰を処理する、請求項６～１０のいずれか一項に記載の前記燃焼灰の処理システムと、を備える、
    石油系燃料燃焼プラント。
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