(57)【要約】【課題】  有機性廃棄物等に由来する活性炭化物を反応助剤として利用することにより、酸性ガス及びダイオキシンの除去を効率良く行う排ガス処理方法を提供する。【解決手段】  廃棄物焼却炉排ガス処理における濾過式集塵工程に於いて、活性炭化物と消石灰とを噴霧する。この活性炭化物の炭素含有量は３〜９０重量％、ＳｉＯ2含有量は５〜８０重量％、Ａｌ2Ｏ3含有量は２〜５０重量％である。活性炭化物の５０％平均粒子径は１０〜６０μｍであり、濾過式集塵工程に於ける差圧が１２００〜１５００Ｐａである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾過式集塵工程を有する廃棄物焼却炉排ガス処理方法であって、前記濾過式集塵工程に於いて、活性炭化物と消石灰とを噴霧することを特徴とする廃棄物焼却炉排ガス処理方法。
【請求項２】
前記濾過式集塵工程に於いて、前記活性炭化物と前記消石灰とを予め混合して噴霧することを特徴とする請求項１記載の廃棄物焼却炉排ガス処理方法。
【請求項３】
前記活性炭化物の炭素含有量が３〜９０重量％、ＳｉＯ2含有量が５〜８０重量％、Ａｌ2Ｏ3含有量が２〜５０重量％であることを特徴とする請求項１又は２記載の廃棄物焼却炉排ガス処理方法。
【請求項４】
前記活性炭化物のＣａＯ含有量が０〜５０重量％、ＭｇＯ含有量が０〜１０重量％、Ｆｅ2Ｏ3含有量が０〜２０重量％であることを特徴とする請求項３記載の廃棄物焼却炉排ガス処理方法。
【請求項５】
前記活性炭化物の吸着比表面積が１００〜５００ｍ2／ｇ−Ｃであることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の廃棄物焼却炉排ガス処理方法。
【請求項６】
前記活性炭化物の５０％平均粒子径が１０〜６０μｍであることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の廃棄物焼却炉排ガス処理方法。
【請求項７】
前記活性炭化物の着火点が３５０℃以上であることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の廃棄物焼却炉排ガス処理方法。
【請求項８】
前記濾過式集塵工程に於ける差圧が１２００〜１５００Ｐａであることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の廃棄物焼却炉排ガス処理方法。
【請求項９】
前記活性炭化物の添加量が、前記消石灰の添加量に対して５〜１００重量％であることを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の廃棄物焼却炉排ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性炭化物による廃棄物焼却炉排ガス処理方法に関し、更に詳細には、有機性廃棄物等から製造される活性炭化物の反応助剤としての機能を使用することにより、消石灰の酸性ガス除去能力を向上させることができる廃棄物焼却炉排ガス処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
屎尿汚泥、農業集落排水汚泥、食品廃棄物、廃木材等の有機性廃棄物は、炭化炉に於いて低温（一般的には５００〜７００℃）で乾留することにより、吸着能力を持たない炭化物として利用し得ることが知られている。しかしながら、このような炭化物には以下の問題がある。即ち、炭化物は緑農地などに利用されるのみであり、他の堆肥との競合という観点から、需要があまりない。また、緑農地に利用する場合、重金属の蓄積の問題があり、消費量の確保も難しいというのが実情である。
【０００３】
また、炭化物を汚泥と混合してコンポスト化することが検討されている（特許文献１）。しかし、コンポストも、緑農地への還元と同様の理由により需要があまり望めないため、有機性廃棄物を安定的に有効利用することにはならない。
【０００４】
一方、有機性廃棄物を活性炭化物として有効利用することが検討されている（特許文献３）。即ち、前記従来の炭化物は吸着能力を持たないために用途が限られていたものを、吸着能力を付与して活性炭化物とすることにより有機性廃棄物を有効利用しようとするものである。このような活性炭化物は、比較的高価な活性炭の代替品としての利用が考えられ、特にダイオキシン類（以下、単に「ダイオキシン」という。）に対する吸着能力に着目した用途への利用が検討されている。しかしながら、有機性廃棄物等に由来する活性炭化物は、その９９重量％以上が炭素から構成される活性炭とは異なり、前記従来の炭化物と同様に多くのシリカ、アルミナ等の灰分を含んでいるため、活性炭の代替品としてそのまま利用することは、コスト面を含めて活性炭化物の有効利用に十分寄与することとはならないことが多い。従って、活性炭化物の更なる有効利用の途が求められているのが実情である。
【特許文献１】特開２００２−７９２９６号公報
【特許文献２】特開２００１−６２４９９号公報
【特許文献３】特開２０００−３４１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような現況に鑑み、本発明は、バグフィルタ等を用いた濾過式集塵工程に於いて固気分離を行うとともに酸性ガス及びダイオキシンの除去を行う系に於いて、有機性廃棄物等に由来する高温賦活処理した活性炭化物を反応助剤としても利用することにより、酸性ガス及びダイオキシンの除去を効率良く行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、酸性ガス除去のための消石灰と、ダイオキシン除去のための活性炭と、消石灰の凝集防止のための反応助剤とを用い、バグフィルタ等を用いた濾過式集塵工程に於いて固気分離を行う廃棄物焼却炉排ガス処理方法に於いて、活性炭及び反応助剤に代えて有機性廃棄物等由来の活性炭化物を使用することにより、反応助剤を使用することなく消石灰の凝集を防止して酸性ガスの除去を効率よく行うと共に、ダイオキシンの除去を実現するものである。
【０００７】
即ち、本発明の活性炭化物による廃棄物焼却炉排ガス処理方法は、濾過式集塵工程を有する廃棄物焼却炉排ガス処理方法であって、前記濾過式集塵工程に於いて、活性炭化物と消石灰とを噴霧することを特徴とする。
【０００８】
このように、活性炭に代えて活性炭化物を使用することにより、特に反応助剤を使用しなくても活性炭化物に含まれる灰分が反応助剤として機能するので、消石灰の吸湿等による凝集は起こらず、消石灰と酸性ガスとの反応が効率よく行われることとなる。しかも、活性炭化物に含まれる炭素はダイオキシンの除去性能を発揮するので、活性炭の代替品としても使用することができる。
【０００９】
ここで、前記濾過式集塵工程に於いては、前記活性炭化物と前記消石灰とを予め混合して噴霧することが好ましい。活性炭化物と消石灰とを予め混合することにより、貯留時及び吹き込み時の消石灰の凝集及び吹き込み配管の閉塞を効果的に防止して、更には酸性ガスの除去を効率よく行うことが可能となる。
【００１０】
ここで、本発明に使用する活性炭化物は、例えば前述の特許文献３に記載されている方法により製造することができる。活性炭化物の代表的な組成とその組成範囲を表１に示す。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
具体的には、本発明に使用する活性炭化物は、炭素含有量が３〜９０重量％であることが好ましく、３０〜６０重量％であることがより好ましく、４０〜５５重量％であることが更に好ましい。炭素含有量は、上水汚泥のように有機分の少ないものから製造すると小さくなり、廃木材や屎尿汚泥のように有機分の多いものから製造すると大きくなる。
【００１３】
また、本発明に使用する活性炭化物は、ＳｉＯ2含有量が５〜８０重量％、Ａｌ2Ｏ3含有量が２〜５０重量％であることが好ましい。ＳｉＯ2及びＡｌ2Ｏ3の含有量が上記より小さいと、消石灰の吸湿等による凝集を防止する効果が小さくなるので好ましくない。また、ＳｉＯ2及びＡｌ2Ｏ3の含有量が上記より大きいと、相対的に炭素含有量が小さくなり、ダイオキシンを除去する効果が小さくなってしまうので好ましくない。
【００１４】
本発明に使用する活性炭化物は、ＣａＯを０〜５０重量％で、ＭｇＯを０〜１０重量％で、Ｆｅ2Ｏ3を０〜２０重量％で含んでいてもよい。これらの灰分は、ＳｉＯ2及びＡｌ2Ｏ3と同様の機能を果たし得るからであり、特にＣａＯに関しては、消石灰と同様に酸性ガスの除去能があるからである。
【００１５】
また、本発明に使用する活性炭化物は、吸着比表面積が１００〜５００ｍ2／ｇ−Ｃであることが好ましい。ここで、本願に於いて「ｇ−Ｃ」とは、活性炭化物中に含まれる炭素１ｇ当たりの吸着比表面積をいい、低温で乾留した（賦活していない）炭化物では吸着比表面積は１００ｍ2／ｇ−Ｃ未満である。この吸着比表面積が上記範囲より小さいと、ダイオキシンを除去する効果が小さくなり、また、吸着比表面積が上記範囲より大きい活性炭化物は製造することが困難である。ここで、吸着比表面積は、１２０℃で８時間脱気した試料を用い、窒素ガスを用いた連続容量法による細孔分布測定により求めた値である。
【００１６】
更に、本発明に使用する活性炭化物は、５０％平均粒子径が１０〜６０μｍであることが好ましい。この粒子径がこの範囲より小さいと通ガス時の差圧が大きくなり過ぎ、この粒子径がこの範囲より大きいとバグフィルタ等に保持され難くなるとともに、消石灰と酸性ガスとの反応率及びダイオキシンの除去率が小さくなるので好ましくない。
【００１７】
また、本発明に使用する活性炭化物は、その着火点が３５０℃以上であることが好ましい。ここで、本明細書にいう着火点とは、ＪＩＳ  Ｋ１４７４による測定方法により測定した値である。上述のように本発明に於いて使用する活性炭化物は高温での賦活処理を経ているため、また灰分を含んでいるため、着火点を通常の活性炭と同等以上にすることができ、バグフィルタを使用した濾過式集塵工程に於いてより高い安全性を確保することができる。なお、通常の炭化物では着火点は１５０℃以上３５０℃未満である。
【００１８】
本発明の廃棄物焼却炉排ガス処理方法に於いては、前記濾過式集塵工程に於ける差圧が１２００〜１５００Ｐａであることが好ましい。この差圧がこの範囲より小さいと、消石灰と酸性ガスとの反応率が小さくなると共にダイオキシンの除去が不十分となり、この差圧がこの範囲より大きいと、誘引ファンの負荷が大きくなるので好ましくない。
【００１９】
本発明の廃棄物焼却炉排ガス処理方法に於いては、前記活性炭化物の添加量は、前記消石灰の添加量に対して５〜１００重量％であることが好ましい。ここで、活性炭化物の添加量は、活性炭化物中の炭素及び灰分の含有量や、処理対象となる排ガスの成分に依存して決められるが、一般的には、活性炭化物の添加量が上記範囲より小さいと、ダイオキシンを除去する効果が小さくなり、また、活性炭化物の添加量が上記範囲より大きいと、相対的に消石灰の添加量が減少し、酸性ガスを除去するという効果が減少する傾向となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、反応助剤と活性炭との両方の代替品として活性炭化物を使用することができ、活性炭化物の利用分野が広くなる。即ち、下水処理場等から排出される有機性廃棄物等に由来する活性炭化物の新たな用途が確保されることとなる。
【００２１】
また、本発明の廃棄物焼却炉排ガス処理方法によれば、活性炭化物は反応助剤としても機能するため、前記濾過式集塵工程に於ける消石灰の使用量を、差圧を高くしない場合で約１１重量％、差圧を高くして運転する場合で約３５重量％削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の活性炭化物による廃棄物焼却炉排ガス処理方法について、図面を参照しながら以下に説明するが、本発明は以下の記載に限定されるものではない。
【００２３】
図１は、活性炭化物の製造工程及び廃棄物焼却炉排ガス処理工程の全体を示す概念模式図である。図１に示すように、下水汚泥、屎尿汚泥等が活性炭化炉１０に於いて高温で賦活処理されることにより、活性炭化物が得られる。一方、焼却炉（又は溶融炉）１１に於いては廃棄物が焼却され、その際に生じる燃焼ガスはボイラ（又はガス冷却塔）１２で熱を奪われて排出される。次に、ボイラ１２から排出された排ガスは、誘引ファン１４の吸引により、前述の活性炭化炉１０で得られた活性炭化物及び消石灰と共に集塵装置１３に入れられる。集塵装置１３内では、吸引により活性炭化物及び消石灰がフィルタ（ろ布）に保持される。排ガスはこの活性炭化物及び消石灰の層を通過し、その際に排ガスに含まれる飛灰が捕捉され、ＨＣｌ、ＳＯ2等の酸性ガスは消石灰との反応により除去され、ダイオキシンは活性炭化物の吸着により除去されることとなる。酸性ガス及びダイオキシンが除去された排ガスは、更に誘引ファン１４により大気中等に放出されることとなる。
【００２４】
（排ガス処理試験）
実際の焼却炉排ガス装置で本発明の方法を適用した場合の効果を確認するために、以下の試験を行った。
【００２５】
［試験装置］
図２は、本発明の活性炭化物による廃棄物焼却炉排ガス処理方法の試験を行う装置の概略構成図である。同図に示すように、本試験装置では、ＳＯ2ボンベ２１、ＨＣｌボンベ２２及び空気ボンベ２３からそれぞれ気体のＳＯ2、ＨＣｌ及び空気が供給され、これらの気体の供給量はレギュレータバルブ２４，２５，２６によってそれぞれ調節されている。ＳＯ2及びＨＣｌは、フローメータ２７，２８及び開閉バルブ３０，３１を介してバッファタンク３８に供給されている。また、空気はフローメータ２９及び開閉バルブ３２を介して恒温水槽３４内の加湿槽３６，３７に導かれ、ここで湿度を調整した後、バッファタンク３８に導かれる。恒温水槽３４はＴＩＣ（温度指示調節計）３３及びヒーター３５によって所定の温度に保たれている。
【００２６】
バッファタンク３８では３種類の気体が混合され、切換バルブ３９を介して恒温槽４４内の充填カラム４５に試験ガス（模擬ガス）として送られる。ここで、バッファタンク３８と切換バルブ３９とこれらを結ぶラインは、ＴＩＣ４０及び予熱ヒータ４１によって加熱されている。従って、試験ガスの温度は恒温槽４４に入る際には、試験温度にほぼ達している。また、恒温槽４４もＴＩＣ４３の制御により試験温度に保たれている。
【００２７】
充填カラム４５内にはろ布からなるフィルタ４６が設置され、その上には、消石灰、活性炭化物及び飛灰からなる試料反応層４７が保持されている。ここで、飛灰は、実際の設備では排ガス中に含まれて濾過により試料反応層に留まるものであるが、本試験では濾過されたものとして試料反応層４７に含ませてある。このような充填カラム４５内に導入された試験ガスは、試料反応層４７及びフィルタ４６を通過し、その際にＳＯ2及びＨＣｌは消石灰との反応により除去されることとなる。試験中の差圧は、差圧計４８により計測される。なお、ダイオキシンは活性炭化物によって所定基準以下にほぼ完全に除去されることが他の実験により明らかにされているので、本試験ではダイオキシンは試験ガスには含まれていない。
【００２８】
試料反応層４７及びフィルタ４６を通過した試験ガスは、ＴＩＣ５４及び加熱ヒータ５２により試験温度に保ったまま切換バルブ５３を介してサンプリングされる。なお、切換バルブ３９及び５３を結ぶラインには、定常状態になるまでの間、試験ガスをバイパスさせるためのラインが設けられ、このラインには、バッファ槽４９、ＳＯ2及びＨＣｌをトラップするためのＮａＯＨ槽５０及び活性炭槽５１、並びにリークバルブ４２が設けられている。
【００２９】
［試験内容］
図２の試験装置を使用して、活性炭化物の反応助剤的な効果について確認するとともに、その使用条件を検討した。本試験では、飛灰と消石灰と活性炭化物の混合試料について、以下の３つの試験を実施し、活性炭化物の粒子径の影響と活性炭化物の添加量の影響を確認した。活性炭化物は、表１に代表値として示したものを、粉砕処理して粒子径を所定値に調整して用いた。この活性炭化物の吸着比表面積は２２３ｍ2／ｇ−Ｃ、着火点は４００℃である。試験条件は以下のとおりである。
【００３０】
<試験条件>
試験ガス条件
ベースガス      ：空気
水分濃度        ：２０重量％
ＨＣｌ濃度      ：５００ｐｐｍ
ＳＯ2濃度       ：５０ｐｐｍ
充填カラム条件
充填カラム４５の径：内径φ６０ｍｍ
空塔速度          ：１．２ｍ／分
試験温度          ：１６０℃
(カラム４５内の温度)。
【００３１】
<試験方法>
試験試料を、図２に示す充填カラム４５内のフィルタ４６上の試料反応層４７として充填する。次に、試験ガスを試験装置に通気し、試料反応層４７の差圧を差圧計４８により記録する。一定時間毎に、試料反応層４７の差圧及びカラム出口でのＨＣｌ（及びＳ０2）濃度を測定する。
【００３２】
<試験内容および結果>
［試験例１］
消石灰の量を一定にして、活性炭化物の粒子径の違いによる酸性ガス除去効果の変化を確認するための試験を行った。
【００３３】
即ち、本試験例では、試料反応層４７中の消石灰量を一定（１．４３ｇ）とし、これに、飛灰：消石灰＝３：４となる一定量の飛灰（１．０７ｇ）を加え、活性炭化物の粒子径の違い（５０％平均粒子径２０μｍ，２６μｍ及び８２μｍ）による酸性ガス除去特性を確認した。活性炭化物の添加量は、活性炭化物の粒子径に拘わらず消石灰の２０重量％（０．２９ｇ）の一定量とした。以上の条件で、活性炭化物の有無や粒子径の違いによる差圧上昇抑制効果を確認するとともに、酸性ガスの除去性能の向上効果を確認した。本試験例の結果を図３に示した。
【００３４】
図３の結果から、活性炭化物を添加した方が、反応層の差圧は上昇するが、酸性ガスの除去性能も向上していることがわかる。なお、活性炭化物の粒子径が小さい方が、反応層の差圧上昇及び酸性ガス除去性能向上の傾向がより顕著に現れた。また、出口ガスのＨＣｌ濃度が１００ｐｐｍに達するまでの時間は、活性炭化物を使用しない場合では約２１０分であるのに対して、平均粒子径２０μｍの活性炭化物を添加する場合では約３２０分まで伸びていることがわかる。この結果から、消石灰の使用量は３５％削減することが可能であると考えられる。
【００３５】
これらの効果は、活性炭化物を添加することにより、反応層の差圧や厚みが増し、反応層でのガス流れが均一化されるなど、酸性ガスと消石灰の接触効率が改善されていることによると考えられる。なお、別の試験から、活性炭化物のＨＣｌ除去能力量は、消石灰に比べて極めて低いことがわかっている。
【００３６】
［試験例２］
反応層の差圧を一定にして、活性炭化物の粒子径の違いによる酸性ガス除去効果の変化を確認するための試験を行った。
【００３７】
即ち、本試験例では、試料反応層４７に於ける差圧（初期差圧）が一定（約１３００Ｐａ）となるように、試料反応層４７に於ける試料の全量を決めた。試料反応層４７に於ける試料の混合比は、飛灰と消石灰との混合割合を一定とし（混合割合＝３：４）、これに試験例１と同じ粒子径の各活性炭化物を消石灰の２０重量％となるように混合した。本試験例の結果を図４に示した。
【００３８】
図４の結果から、活性炭化物を添加した混合試料は、活性炭化物を添加しない条件（飛灰＋消石灰）の時とほぼ同程度の酸性ガス除去性能を示した。すなわち、差圧を活性炭化物を添加しない場合と添加する場合と同じ値で操作するとき、活性炭化物を添加する場合は消石灰の使用量が低減され、約１１％削減できることがわかる。また、活性炭化物の平均粒子径２０μｍを添加した条件が、消石灰の反応効率が最も高くなった。
【００３９】
［試験例３］
差圧及び活性炭化物の粒子径を一定にして、活性炭化物の添加量の違いによる酸性ガス除去効果の変化を確認するための試験を行った。
【００４０】
即ち、本試験例では、５０％平均粒子径＝２６μｍの活性炭化物について、反応層の差圧を一定（約１３００Ｐａ）となるように、試料反応層４７に於ける試料の全量を決めた。試料反応層４７に於ける試料の混合比は、飛灰と消石灰との混合割合を一定とし（混合割合＝３：４）、これに５０％平均粒子径が２６μｍの活性炭化物を消石灰の２０重量％、３０重量％及び４０重量％となるようにそれぞれ混合した。本試験例の結果を図５に示した。
【００４１】
図５の結果から、活性炭化物を消石灰量の２０重量％添加した場合においては、活性炭化物を添加しないブランク試験よりも少ない消石灰量にて、ブランク試験と同程度の酸性ガス除去性能を示した。これに対し、活性炭化物を消石灰の３０重量％及び４０重量％添加した場合には、活性炭化物の添加量が増えるに従い、酸性ガスの除去率が悪くなった。これは、活性炭化物の添加量を増やすことにより、反応層中の消石灰量が相対的に減少したためであると考えられる。従って、酸性ガスの除去効率を向上させるためには、本試験で使用した活性炭化物の場合、その添加量は消石灰量の２０重量％程度までが適量と考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の活性炭化物による廃棄物焼却炉排ガス処理方法によれば、有機性廃棄物等に由来する活性炭化物を消石灰の反応助剤としても利用することができるので、消石灰を用いた酸性排ガス処理の分野で利用可能である。また、活性炭化物は活性炭の代替品としても使用することができるので、ダイオキシン除去を目的とする排ガス処理の分野でも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】活性炭化物の製造工程及び廃棄物焼却炉排ガス処理工程の全体を示す概念図である。
【図２】本発明の活性炭化物による廃棄物焼却炉排ガス処理方法の試験を行う装置の概略構成図である。
【図３】消石灰が一定量の場合の酸性ガス除去特性の確認試験の結果を表すグラフである。
【図４】差圧が一定の場合の活性炭化物の粒子径の影響を示すグラフである。
【図５】差圧及び活性炭化物の粒子径が一定の場合の活性炭化物の添加量の影響を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１０  活性炭化炉
１１  溶融炉
１２  ボイラ又はガス冷却塔
１３  集塵装置
１４  誘引ファン
２１  ＳＯ2ボンベ
２２  ＨＣｌボンベ
２３  空気ボンベ
２４，２５，２６  レギュレータバルブ
２７，２８，２９  フローメータ
３０，３１，３２  開閉バルブ
３３，４０，４３，５４  ＴＩＣ（温度指示調節計）
３４  恒温水槽
３５  ヒーター
３６，３７  加湿槽
３８  バッファタンク
３９，５３  切換バルブ
４１  予熱ヒータ
４４  恒温槽
４５  充填カラム
４６  フィルタ
４７  試料反応層
４８  差圧計
４９  バッファ槽
５０  ＮａＯＨ槽
５１  活性炭槽
５２  加熱ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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