(57)【要約】【課題】廃棄物焼却施設における煙道の金属腐食の防止と、酸性ガスの中和除去と、排ガス及び飛灰中のダイオキシン類の分解無害化を一剤で行うことができる処理剤を用いて、廃棄物焼却施設における煙道の防食・酸性ガス中和・ダイオキシン類分解を同時に行う。【解決手段】廃棄物焼却施設における煙道に添加される、該煙道の金属の腐食防止、排ガス中の酸性ガスの中和、及び排ガス及び飛灰中のダイオキシン類の分解無害化のための煙道処理剤であって、下記一般式［Ｉ］で表される第４級アンモニウム化合物を含有する煙道処理剤。廃棄物焼却施設の集塵機よりも上流側の煙道中にこの煙道処理剤を存在させる煙道処理方法。    【化５】2006095424.tif 000009（式［Ｉ］中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は各々独立に炭素数１〜４の炭化水素基を表し、ｎは１〜１０の整数を表す。）【選択図】図１
2006095424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物焼却施設における煙道に添加される、該煙道の金属の腐食防止、排ガス中の酸性ガスの中和、及び排ガス及び飛灰中のダイオキシン類の分解無害化のための煙道処理剤であって、下記一般式［Ｉ］で表される第４級アンモニウム化合物を含有することを特徴とする煙道処理剤。
【化１】
2006095424.tif 000008
（式［Ｉ］中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は各々独立に炭素数１〜４の炭化水素基を表し、ｎは１〜１０の整数を表す。）
【請求項２】
請求項１において、前記一般式［Ｉ］中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３が各々独立に炭素数１〜３の炭化水素基であり、ｎが１〜４の整数であることを特徴とする煙道処理剤。
【請求項３】
請求項２において、前記一般式［Ｉ］で表される第４級アンモニウム化合物が、β−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウムハイドロオキサイドであることを特徴とする煙道処理剤。
【請求項４】
廃棄物焼却施設において、集塵機よりも上流側の煙道中に請求項１ないし３のいずれか１項の煙道処理剤を存在させることを特徴とする煙道処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物焼却施設における煙道の金属腐食の防止と、酸性ガスの中和除去と、排ガス及び飛灰中のダイオキシン類の分解無害化を一剤で行うことができる処理剤と、この処理剤を用いて、廃棄物焼却施設における煙道の防食・酸性ガスの中和・ダイオキシン類の分解無害化を同時に行う処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物焼却施設においては、金属腐食、酸性ガスの発生、ダイオキシン類の発生が問題となっている。このうち、金属腐食には、１５０℃以下で電気化学的に起こる低温腐食と、３２０℃以上の高温でガス成分と金属が化学反応を起こす高温腐食がある。特に、高温腐食の問題が多く、４８０℃までの温度では塩化鉄又はアルカリ鉄硫酸塩の生成による腐食、更に高温では塩化鉄又はアルカリ鉄硫酸塩の分解による腐食の進行が起こる。廃棄物焼却施設においてこのような高温腐食が起こるのは、ガス冷却器よりも上流側である。
【０００３】
一方、ダイオキシン類については、一般的にボイラ出口から集塵機にかけての２００〜４００℃の温度帯域で最もダイオキシン類の再合成が起こりやすいとされている。そのため、処理温度の低温化が重要となるが、集塵機が電気集塵機の場合、低温での運転は腐食の問題を惹起する。
【０００４】
従来、煙道の金属腐食の防止、酸性ガスの中和除去、又はダイオキシン類の分解について、次のような技術が知られている。
(1)  石炭燃焼の分野（例えば、微粉炭焚き発電プラント）の過熱器官・再熱器官の高温腐食対策として、金属材料に２５Ｃｒ系以上の合金鋼を用いることが試みられているが、金属の高温腐食は材質の改良のみでは解決し得ない。また、ボイラ火炉内にカオリナイトや珪藻土などを添加して腐食を抑制する試みもなされている。
(2)  廃棄物焼却施設から発生する酸性ガスの中和処理には、一般的にアルカリ剤として微粉状の消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）、高反応消石灰（Ｃａ（ＯＨ）２）が用いられている。また、最近では重曹（ＮａＨＣＯ３）が用いられる場合もある。その処理方法としては、これらアルカリ剤を集塵機手前の煙道排ガス中に噴霧し、煙道内で酸性ガスと反応させ、集塵機で飛灰とともに捕集する乾式処理が一般的である。これら乾式処理の他に、スクラバー等による湿式処理もある。
(3)  ダイオキシン類の分解処理については、廃棄物焼却施設において最もダイオキシン類の再合成が起こりやすいとされる集塵機（特に電気集塵機（ＥＰ））に適用するダイオキシン類生成防止剤が提案されている。例えば、特開２００３−２５１３０３号公報には、ダイオキシン類及び塩化水素を含む煙道排ガスにアルカリ類を添加して集塵し、集塵灰をアミン化合物等のダイオキシン類分解剤と共に加熱する方法が提案されている。また、特許第３３９７０８９号公報には、ダイオキシン類及び重金属を含有する排ガス中の飛灰に対して、アミン化合物等のダイオキシン類放出防止剤を噴霧する方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−２５１３０３号公報
【特許文献２】特許第３３９７０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の如く、煙道の金属腐食の防止、酸性ガスの中和除去、ダイオキシン類の分解の各々については、それぞれ対策が検討され、相応の効果も得られているが、一剤で煙道の防食・酸性ガスの中和・ダイオキシン類の分解処理を同時に行うことが可能な処理剤は提供されていない。
【０００６】
従って、本発明は、廃棄物焼却施設における煙道の金属腐食の防止と、酸性ガスの中和除去と、排ガス及び飛灰中のダイオキシン類の分解無害化を一剤で行うことができる処理剤と、この処理剤を用いて、廃棄物焼却施設における煙道の防食・酸性ガス中和・ダイオキシン類分解無害化を同時に行う処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明（請求項１）の煙道処理剤は、廃棄物焼却施設における煙道に添加される、該煙道の金属の腐食防止、排ガス中の酸性ガスの中和、及び排ガス及び飛灰中のダイオキシン類の分解無害化のための煙道処理剤であって、下記一般式［Ｉ］で表される第４級アンモニウム化合物を含有することを特徴とする。
【化２】
2006095424.tif 000003
（式［Ｉ］中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は各々独立に炭素数１〜４の炭化水素基を表し、ｎは１〜１０の整数を表す。）
【０００８】
請求項２の煙道処理剤は、請求項１において、前記一般式［Ｉ］中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３が各々独立に炭素数１〜３の炭化水素基であり、ｎが１〜４の整数であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の煙道処理剤は、請求項２において、前記一般式［Ｉ］で表される第４級アンモニウム化合物が、β−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウムハイドロオキサイドであることを特徴とする。
【００１０】
本発明（請求項４）の煙道処理方法は、廃棄物焼却施設において、集塵機よりも上流側の煙道中に請求項１ないし３のいずれか１項の煙道処理剤を存在させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、上記一般式［Ｉ］で表される第４級アンモニウム化合物の次のような作用により、一剤で煙道の金属腐食の防止と、酸性ガスの中和除去と、排ガス及び飛灰中のダイオキシン類の分解無害化を行うことができる。
【００１２】
即ち、上記一般式［Ｉ］で表される第４級アンモニウム化合物、例えば、β−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウムハイドロオキサイド（別名；コリン）を煙道に添加した場合、以下のような反応が起こる。まず、コリンを煙道に添加すると、排ガス中の塩化水素等の酸性ガスと反応して酸性ガスを中和する。この反応、例えば、塩化水素とコリンとの反応で下記反応式に従って、塩化コリンが生成する。塩化コリンは、２４７℃以上の温度で分解し、アルカノールアミン類と塩化メチルとなる。そして、アルカノールアミン類中のアミノ基とダイオキシン類の塩素イオンとが反応することにより、ダイオキシン類を分解する。
【００１３】
【化３】
2006095424.tif 000004
【００１４】
このように、第４級アンモニウム化合物は、煙道排ガス中の酸性ガス（ＨＣｌ等）と反応し、塩化コリン等の第４級アンモニウムの塩酸塩を生成する。この塩化コリン等の第４級アンモニウムの塩酸塩は集塵機手前の温度でアルカノールアミン類に分解し、生成したアルカノールアミン類とダイオキシン類との反応で、ダイオキシン類が分解無害化される。
【００１５】
このような第４級アンモニウム化合物による酸性ガスの中和で、前述した金属の高温腐食が防止される。また、酸性ガスとの反応で生成する第４級アンモニウム化合物の塩酸塩等の中和塩は、従来ｐＨ調整剤として使用されているアンモニア、アルカノールアミン、メトキシプロピルアミン等の塩酸塩（塩化アンモニウム等）と比較して腐食性が低いため、反応生成物による二次腐食の問題もない。しかも、第４級アンモニウム化合物は、塩基性が強いため、その第４級アンモニウム化合物が酸性ガスとの反応で形成する中和塩は、水に溶解しても従来のアミン塩よりもｐＨを高く維持することができる。このため第４級アンモニウム化合物の添加量は小量で足りることと相まって、中和塩による二次腐食の可能性を著しく低下させることができる。
【００１６】
このように、本発明では一剤で煙道の防食・酸性ガスの中和・ダイオキシン類の分解無害化を行えることから、薬剤の添加手段、薬剤の添加作業及び薬剤管理のための手間等を、複数種の薬剤を用いる場合に比べて大幅に軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の煙道処理剤及び煙道処理方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】
まず、本発明の煙道処理剤の有効成分である、下記一般式［Ｉ］で表される第４級アンモニウム化合物について説明する。
【化４】
2006095424.tif 000005
（式［Ｉ］中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は各々独立に炭素数１〜４、好ましくは１〜３の炭化水素基を表し、ｎは１〜１０、好ましくは１〜４の整数を表す。）
【００１９】
上記一般式［Ｉ］における炭素数１〜４の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔ−ブチル基等の直鎖状又は分岐状のアルキル基等が挙げられる。
【００２０】
このような第４級アンモニウム化合物の具体例としては、ヒドロキシメチルトリメチルアンモニウムハイドロオキサイド、ヒドロキシメチルトリエチルアンモニウムハイドロオキサイド、ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウムハイドロオキサイド、（２−ヒドロキシエチル）トリエチルアンモニウムハイドロオキサイド、（３−ヒドロキシプロピル）トリメチルアンモニウムハイドロオキサイド等が挙げられる。これらの第４級アンモニウム化合物は１種を単独で用いても良く、２種以上を併用して用いても良い。
【００２１】
ここで、一般式［Ｉ］中Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、各々独立に炭素数１〜３の炭化水素基であるのが好ましく、ｎは１〜４の整数であるのが好ましい。第４級アンモニウム化合物がこのように低分子量であると、水への溶解性に優れ、低添加量でも十分な防食効果を示すという本発明の効果がより高くなる。このような第４級アンモニウム化合物としてはＲ１、Ｒ２及びＲ３がメチル基であり、ｎが２であるβ−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウムハイドロオキサイド（別名；コリン）が特に好ましい。
【００２２】
このような第４級アンモニウム化合物は一般的にはその取り扱い上、水溶液として用いるのが好ましく、その含有量は特に限定されるものではないが、５〜５０質量％であることが好ましい。
【００２３】
本発明の煙道処理剤は、このような第４級アンモニウム化合物のみから構成されても良いし、第４級アンモニウム化合物の他にアンモニア、中和性アミン類等の他の薬剤等を含有していても良い。また、後述のようにアルカリ剤やダイオキシン類分解剤、重金属固定化剤を含んでいても、あるいは別添加で併用しても良い。
【００２４】
このような本発明の煙道処理剤の防食対象となる金属の種類としては、例えば鉄、鉄合金、銅、銅合金、アルミナイズド鋼などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２５】
本発明の煙道処理剤の添加位置は集塵機の上流側、即ち、ボイラ出口から集塵機の範囲が好ましく、中でもより上流側に添加すると煙道の上流から下流にかけて防食効果を得ることができるのでより好ましい。添加の方法は、間欠注入であっても連続注入であっても良い。添加量は、排ガス中の塩化水素濃度或いはダイオキシン類濃度等に応じて決定される。例えば、塩化水素濃度に応じて決定する場合、排ガス中の塩化水素濃度に対して１当量以上の第４級アンモニウム化合物を添加することが好ましい。添加方法は、連続でも間欠でも特に限定されるものではないが、より高い効果を得るには、連続で添加することが好ましい。
【００２６】
また、排ガス中の酸性ガスが多量であり、第４級アンモニウム化合物のみで中和するのが困難な場合には、アルカリ剤を併用しても良い。併用するアルカリ剤としては、水酸化ナトリウム、消石灰、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、セスキ炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウムなどの１種又は２種以上が挙げられるが、その種類に特に制限はない。同様に、ダイオキシン類濃度が高く、第４級アンモニウム化合物のみではダイオキシン類の分解が不十分である場合には、他のダイオキシン類分解剤を併用しても良い。併用するダイオキシン類分解剤としては、アミン化合物や金属酸化物等の１種又は２種以上が挙げられるが、その種類に特に制限はない。更に、本発明においては、第４級アンモニウム化合物と共に、重金属固定化剤を併用しても良い。併用する重金属固定化剤としては、リン酸系重金属固定化剤、キレート系重金属固定化剤等の１種又は２種以上が挙げられるが、その種類に特に制限はない。
【００２７】
これらの併用薬剤は、第４級アンモニウム化合物と予め混合されていても良く、各々別々に提供され、同時に添加されても良く、また、別の箇所に添加されても良い。
【００２８】
本発明では特に集塵機の上流側のガス冷却室よりも上流で第４級アンモニウム化合物を添加し、集塵機入口部分で活性炭を添加することが好ましく、この場合には、第４級アンモニウム化合物による煙道の防食・酸性ガスの中和・ダイオキシン類の分解作用と、活性炭による排ガス中に含まれるダイオキシン類や重金属類などの有害物質の吸着作用とを得ることができ、良好な処理効果が得られる。
【実施例】
【００２９】
以下、実験例、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００３０】
実験例１
β−ヒドロキシエチルトリメチルアンモニウムハイドロオキサイド（コリン）、アンモニア、モノエタノールアミン、３−メトキシプロピルアミン及びジメチルエタノールアミンの各アンモニア・アミン類の塩酸塩について、以下の腐食試験により腐食性を調べた。
【００３１】
腐食試験は、各アンモニア・アミン類の塩酸塩を５０質量％（塩酸塩：純水＝１：１）の濃度でガラスビーカーに注入し、その中に炭素鋼（ＳＰＣＣ）からなる試験片（５０×１５×１ｍｍ；＃４００のサンドペーパーで表面を研磨し、トルエンで脱脂処理したもの）を浸漬して、アルゴン脱気（無酸素条件）の下、５０℃で２０時間行った。試験後の試験片を脱錆処理し、試験前との質量差により腐食速度（ｍｄｄ：ｍｇ／ｄｍ２／ｄａｙ）を求めた。
【００３２】
【表１】
2006095424.tif 000006
【００３３】
表１から明らかなように、コリンの塩酸塩は他のアンモニア・アミン類の塩酸塩と比較して腐食速度が非常に小さく、煙道の防食効果が高いことが分かる。
【００３４】
実施例１
図１のような廃棄物焼却施設において、４８質量％コリン水溶液を二次燃焼室２の出口からガス冷却室３の入口までの間の煙道排ガス中に排ガスに対するコリン添加量１．０ｇ／Ｎｍ３となるように連続的に噴霧し、活性炭を電気集塵機４の手前で排ガスに対する活性炭添加量０．１ｇ／Ｎｍ３となるように連続的に噴霧した。
【００３５】
このとき、電気集塵機直後の排ガス中のダイオキシン類濃度、電気集塵機で集塵した飛灰中のダイオキシン類濃度及び電気集塵機直後の排ガス中のＨＣｌ濃度を測定し、結果を表２に示した。
【００３６】
比較例１
実施例１において、コリンを噴霧しなかったこと以外は同様にして行い、このときの電気集塵機直後の排ガス中のダイオキシン類濃度、電気集塵機で集塵した飛灰中のダイオキシン類濃度及び電気集塵機直後の排ガス中のＨＣｌ濃度を測定し、結果を表２に示した。
【００３７】
比較例２
実施例１において、コリンの代りに５０質量％ジエタノールアミン水溶液を電気集塵機の手前で噴霧したこと以外は同様にして行い、このときの電気集塵機直後の排ガス中のダイオキシン類濃度、電気集塵機で集塵した飛灰中のダイオキシン類濃度及び電気集塵機直後の排ガス中のＨＣｌ濃度を測定し、結果を表２に示した。
【００３８】
【表２】
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【００３９】
表２よりコリンを煙道中に添加することにより、良好なダイオキシン類分解効果が得られ、排ガス及び飛灰中のダイオキシン類を大幅に削減できることが分かる。また、ＨＣｌ濃度で比較しても、コリンと活性炭を添加した実施例１は、活性炭とジエタノールアミンを添加した比較例２よりも効率的にＨＣｌを低減できていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施例１を実施した廃棄物焼却施設の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  焼却炉
２  二次燃焼室
３  ガス冷却室
４  電気集塵機
５  煙突
【図１】
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