(57)【要約】【課題】ボイラ燃焼排ガスにアンモニアを加えてガスを中和したのち、乾式脱塵し、次いで水酸化マグネシウムを用いて脱硫する方法において、排ガス中のアンモニア分を的確且つ経済的に除去する方法及び装置を提供し、それにより脱硫排液中のアンモニア濃度を規制値以下に抑え、更に好ましくは前記除去したアンモニアを回収再循環使用することを目的とする。【解決手段】脱硫工程の直前段で排ガス中のアンモニア及びアンモニウム塩を水と接触させて吸収除去し、該排液を独立に取得する。吸収除去したアンモニア含有排液にアルカリを加えて加熱してアンモニアを蒸発させ、アンモニアを回収取得する。回収取得したアンモニアを排ガス中和用アンモニアとして戻入する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ燃焼排ガスにアンモニアを加えてガスを中和したのち、乾式脱塵し、水酸化マグネシウムを用いて脱硫する方法において、
脱硫工程の直前段で排ガス中のアンモニア及びアンモニウム塩を水と接触させて吸収除去し、該排液を独立に処理することを特徴とする排煙処理方法。
【請求項２】
前記吸収除去したアンモニア含有排液にアルカリを加えて加熱してアンモニアを蒸発させ、アンモニアを回収取得することを特徴とする請求項１記載の排煙処理方法。
【請求項３】
回収取得したアンモニアを排ガス中和用アンモニアとして戻入することを特徴とする請求項２記載の排煙処理方法。
【請求項４】
前記アルカリに水酸化マグネシウムを用い、アンモニア除去後の水酸化マグネシウムを含む残存液を脱硫用水酸化マグネシウムとして用いることを特徴とする請求項２記載の排煙処理方法。
【請求項５】
ボイラ燃焼排ガスにアンモニアを加えてガスを中和するアンモニア注入器と、該中和ガスを脱塵する乾式脱塵機と、該脱塵後の排ガスを水酸化マグネシウムを用いて脱硫する脱硫塔を備えた脱硫装置において、脱硫塔の直前段に排ガス中のアンモニア及びアンモニウム塩を水と接触させて吸収除去する気液接触装置並びにその吸収液からのアンモニア除去装置を設けたことを特徴とする排煙処理装置。
【請求項６】
アンモニア含有排液にアルカリを加えて加熱してアンモニアを蒸発させ、アンモニアを回収取得可能なアンモニアストリッパと、前記気液接触装置より吸収除去されたアンモニア含有水溶液を抜き出し前記ストリッパに導入する配管と、アルカリタンク及び該タンクよりアンモニアストリッパにアルカリを注入する注入管を更に備えたことを特徴とする請求項５記載の排煙処理装置。
【請求項７】
回収取得したアンモニアを排ガス中和用アンモニアとして戻入する戻入配管を前記ストリッパと前記アンモニア注入器間に接続したことを特徴とする請求項６記載の排煙処理装置。
【請求項８】
アンモニアストリッパの排出排液即ち残存水酸化マグネシウムを抜き出して前記脱硫塔に導入する配管を接続したことを特徴とする請求項６記載の排煙処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明はボイラ燃焼排ガスにアンモニアを加えてガスを中和したのち、乾式脱塵し、次いで水酸化マグネシウムを用いて脱硫する方法及び装置に関する。更に詳しくは該添加したアンモニアを、回収して有効利用し、脱硫排液のアンモニア性窒素の排出量を削減する新規且つ有用な方法及び装置に関する。これらの方法及び装置一式を排煙処理装置と称する。
【０００２】
【従来の技術】
ボイラ排ガスの脱硫は原理的にはアルカリ金属、アルカリ土類金属の水酸化化合物を用いて行うことができるが、コスト的に有利ないわゆる水マグ脱硫即ち水酸化マグネシウムを用いる脱硫方法が用いられている。
ここで、従来の水マグ脱硫の工程を図３を参照して以下に説明する。水マグ脱硫では、ボイラ１の燃焼により発生した温度の高いボイラ排ガスに先ずアンモニア６を注入して中和し、腐蝕性を低減しておく必要がある。そのため、排ガス中にはアンモニウム塩（主として硫安）を含有している。そのかなりの部分（ほぼ７０％）は乾式集塵機２で捕捉されるが、排ガス中にリークするアンモニア及びアンモニウム塩７がある。これは次に接続されている脱硫塔３で脱硫されるべき硫黄酸化物（以下ＳＯＸと略す）とともに、脱硫塔３に入り水酸化マグネシウム８と接触し、ＳＯＸ類はマグネシウム塩となり、脱硫され、ガスは脱硫塔３塔頂から煙突５を経由して排出される。アンモニア及びアンモニウム塩は、排液に含まれて脱硫塔から抜き出される。この排液は排水フィルタ４でＳＳ分を除去した後、放流される。ここで放流される排液は数十ｍ３／ｈであり、そのアンモニア濃度は数百ｍｇ／Ｌと高濃度である。
【０００３】
しかし、昨今、アンモニアの排出濃度規制が強化され６０ｐｐｍ以下としなければならない状況となり、このままでは放流できなくなっている。従ってアンモニウム塩を除去する必要があるが、第一の問題として、脱硫排液は排液量が多いので、大規模な窒素処理設備を要する。
【０００４】
ここで、該アンモニア濃度は先に述べたようにかなりの濃度になることや、後述するようにアンモニアを回収して利用するようにするためには、例えば特開平６−１８２１４９号公報（特許文献１）や特開２０００−２８８５３８号公報（特許文献２）に開示された方法もあるが、いわゆる蒸留法による回収が有効かつ現実性がある。そこで、蒸留法について検討すると、第二の問題点として、前記マグネシウム塩を含む脱硫排液からストリップによってアンモニアを蒸留回収するには、該脱硫排液の液性をアルカリとして加熱する必要がある。従って、アルカリ条件とするための添加薬品、加熱に必要なエネルギーが多量に必要となる。さらにアルカリ条件下では溶解度の低い水酸化マグネシウムが析出して、スケールとなって装置内面に付着堆積し、度々の操業停止・清掃をしなければならず、現実的ではない。特許文献３（特開昭５５−４２２３９号公報）や特許文献４（特開２０００−３０１１３７号公報）のように、スケールによる問題を回避する工夫も行われているが（例えば、スケール付着し閉塞していた充填物をなくし，蒸留装置を空洞化する等）、第一の問題は免れない。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−１８２１４９号公報
【特許文献２】
特開２０００−２８８５３８号公報
【特許文献３】
特開昭５５−４２２３９号公報
【特許文献４】
特開２０００−３０１１３７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、ボイラ燃焼排ガスにアンモニアを加えてガスを中和したのち、乾式脱塵し、次いで水酸化マグネシウムを用いて脱硫する方法において、排ガス中のアンモニア分を的確且つ経済的に除去する方法及び装置を提供し、それにより脱硫排液中のアンモニア濃度を規制値以下に抑え、更に好ましくは前記除去したアンモニアを回収再循環使用することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の脱硫方法は、ボイラ燃焼排ガスにアンモニアを加えてガスを中和したのち、乾式脱塵し、次いで水酸化マグネシウムを用いて脱硫する方法において、脱硫工程の直前段で排ガス中のアンモニウム塩を水と接触させて吸収除去し、該排液を独立に取得し、該排液中に高濃度に含まれるアンモニアのみを処理することを特徴とする。
【０００８】
即ち、ガス中のアンモニア分が脱硫塔で大量の水と混合する前に小量の水と接触させて吸収除去することを主眼とする。例えば従来では、７０ｍ３／ｈの脱硫排液を排出する規模の脱硫装置では、該排液に数百ｍｇ／Ｌ程度の濃度でアンモニアが溶けている。従って、そのまま放流するには規制値を越えているし、蒸留して回収処理するには、希薄で大量の液量を処理しなければならない。
【０００９】
一方本発明の脱硫工程の直前段で少量の水で排ガスを洗いその排液を独立に取得することにより、極めて濃厚な状態でアンモニア及びアンモニウム塩の溶液が得られるので、蒸留回収が容易且つ経済的に行える。例えば先の規模の脱硫装置の直前段で、通常の排液量の約１／５〜１／３０ほどの排液を抜き出せば、数千ｍｇ／Ｌの高濃度のアンモニア分を含んだ排液が得られる。
【００１０】
更に、本発明の排煙処理方法は、前記吸収除去したアンモニア含有排液にアルカリを加えて加熱してアンモニアを蒸発させ、アンモニアを回収取得することを特徴とする。
【００１１】
ここで行われる反応は塩基による塩の複分解によって、アンモニア及びアンモニウム塩をフリーのアンモニアに転換し、熱によってアンモニアを揮発、濃縮して取得するプロセスである。従って添加する塩基は特に規定されないが、前記複分解でアンモニアを生成させるのに必要なアルカリ度を必要とする。
【００１２】
そして、この工程ではほぼ使用した水と同量の排液が排出されるが、アンモニア濃度が十分低いため，規制値をクリアし、放流が可能である。
【００１３】
更に、本発明の排煙処理方法は、回収取得したアンモニアを排ガス中和用アンモニアとして戻入することを特徴とする。即ち、いわゆるこのストリッピング工程で取得したアンモニアは本脱硫法で用いる気相中和用のアンモニアとして再使用が可能であって、閉サイクルの省資源工程となる。
【００１４】
更に、本発明の排煙処理方法は、前記アルカリに水酸化マグネシウムを用い、アンモニア除去後の水酸化マグネシウムを含む残存液を脱硫用水酸化マグネシウムとして用いることにより、アンモニア除去に必要となるアルカリ薬品コストを低減可能とすることを特徴とする。
【００１５】
後段の脱硫塔ではアルカリである水酸化マグネシウムを吸収剤として用いているのだから、複分解用のアルカリに水酸化マグネシウムを用い、その場合化学量論的に過剰に用いるので、ストリッピング工程排液をそのまま、残存水酸化マグネシウムとともに後段の脱硫塔へ導入し再利用すれば、無駄なく水酸化マグネシウムを利用できる。しかも、該排液のアンモニア濃度は十分低いので、脱硫工程の排液中のアンモニア濃度は規制値以下に保つ事ができる。
【００１６】
本発明の排煙処理装置は、ボイラ燃焼排ガスにアンモニアを加えてガスを中和するアンモニア注入器と、該中和ガスを脱塵する乾式脱塵機と、該脱塵後の排ガスを水酸化マグネシウムを用いて脱硫する脱硫塔を備えた脱硫装置において、脱硫塔の直前段に排ガス中のアンモニア及びアンモニウム塩を水と接触させて吸収除去する気液接触装置並びにその吸収液からのアンモニア除去装置を設けたことを特徴とする。
【００１７】
気液接触装置はガス中の水溶解成分を水との接触によって、水中に溶解せしめる工程の装置であるから、水相の気相と接触する表面積は可能な限り大きく、流通する気相と満遍なく接触できる構造のものが好ましい。即ち、気液接触装置は特に限定されないが、例えば、スクラバタイプ、充填塔タイプ、泡鐘トレイ塔タイプ、目皿棚段塔タイプ、スプレータイプなどで気体と液体を向流若しくは並流的に接触させればよい。
【００１８】
同気液接触装置は独立的に配置してもよいし、脱硫塔の付帯装置として、一体的に配置しても、本発明の原理が実施できれば、即ち、洗浄排液が脱硫排液とは別に独立して抜き出し取得可能であれば、何れでもよい。
【００１９】
更に、本発明の排煙処理装置は、アンモニア含有排液にアルカリを加えて加熱してアンモニアを蒸発させ、アンモニアを回収取得可能なアンモニアストリッパと、前記気液接触装置より吸収除去されたアンモニア含有水溶液を抜き出し前記ストリッパに導入する配管と、アルカリタンク及び該タンクよりアンモニアストリッパにアルカリを注入する注入管を更に備えたことを特徴とする。
【００２０】
更に、本発明の脱硫装置は、回収取得したアンモニアを排ガス中和用アンモニアとして戻入する戻入配管を前記ストリッパと前記アンモニア注入器間に接続したことを特徴とする。
【００２１】
更に、本発明の排煙処理装置は、アンモニアストリッパの排出排液即ち残存水酸化マグネシウムを抜き出して前記脱硫塔に導入する配管を接続したことを特徴とする。複分解用アルカリに水酸化マグネシウムを用いる場合、その水に対する溶解度が小さいことから、前記した問題点であるスケール発生を伴う懸念があるが、例えば未公開先願の特願２００１−３８２０３１に記載されている装置を用いれば、問題はない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。但し本実施の形態に記載される製品の寸法、形状、材質、その相対配置等は特に特定的な記載がない限りは本発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２３】
（実施例１）
図１は本発明の脱硫装置の一例におけるフロー図である。ボイラ１はＣ重油等の劣質油を燃料とするボイラで、ＳＯＸ２５００ｐｐｍを含む排ガスを４００，０００ｍ３Ｎ／ｈ排出する。ボイラ１から排出した排ガスには集塵機２に導入する前に、図中６に示す、注入アンモニア６２．５ｋｇ／ｈを注入して酸性を緩和する。集塵機は乾式電気集塵機を用いる。
【００２４】
しかし、集塵機２通過後の排ガスには集塵機２で捕捉しきれないリークアンモニア及びアンモニア塩７が含まれ、アンモニア換算で１８．９ｋｇ／ｈ存在する。１１は脱硫塔３に併設したスクラバタイプの気液接触装置であり、不図示の配管より水を添加しながら、水層をポンプ１５で循環しつつ集塵機２通過後の排ガスをファン１６により導入して洗う。同時に、循環経路１７よりアンモニアを濃度６３００ｍｇ／Ｌで含有する排液を３ｍ３／ｈの速度で抜き出す。前記水の添加量は該排液の抜き出し量とバランスするような速度で行う。これにより濃厚なアンモニア含有排液を独立に取得することができる。
【００２５】
上記のようにして抜き出した該アンモニア含有排液をアンモニアストリッパ１２に導入し、苛性ソーダを不図示の注入管により添加して複分解を行うとともに加熱して、遊離したアンモニアを蒸発させ、アンモニアストリッパ１２の塔頂より１８．７ｋｇ／ｈの速度で抜き出し、塔底よりアンモニア濃度が６０ｍｇ／Ｌに低下した排液を３ｍ３／ｈで抜き出し、中和器１３へ導く。中和器１３では過剰のアルカリを中和して、その後放流する。
【００２６】
アンモニアストリッパ１２と排ガス中和用アンモニア注入点との間には、アンモニア戻入管１８が接続されており、先の塔頂より抜き出したアンモニアをそのまま新しい中和用アンモニア４３．８ｋｇ／ｈとともに注入する。この回収アンモニアが循環されない従来法の場合は、新しいアンモニアが６２．５ｋｇ／ｈ必要となるから、省資源が可能となる。
【００２７】
前記気液接触装置１１でアンモニア分を除去したボイラ排ガスは次段に接続された脱硫塔３で脱硫される。脱硫塔３で脱硫された排ガスは、煙突５を経由し、大気に放出される。脱硫塔３には水酸化マグネシウムの飽和溶液７０ｍ３／ｈを不図示のタンクから添加しつつポンプ１９で循環させてガス中のＳＯＸを吸収させる。ＳＯＸを吸収した排液はアンモニア濃度が６０ｍｇ／Ｌ以下となっているので、飛灰などのＳＳ分を排水フィルタ４で除去して、放流する。
【００２８】
（実施例２）
図２は本発明の脱硫装置の別の例におけるフロー図である。実施例１と異なるところは、アンモニアストリップ工程の複分解用アルカリとして、水酸化マグネシウムの水溶液を用いるところにある。本例ではアンモニアストリッパ１２に水マグタンク１４が、ポンプ２１を介して設置接続されており、更にストリップ排液の抜き出し配管２０は脱硫塔３に接続されていて、排液に含まれている水酸化マグネシウムは、脱硫塔３で添加される新規マグネシウムとともに脱硫塔３でのＳＯＸ吸収剤として利用される。これにより、実施例１で必要とした複分解用の苛性ソーダは不要となる。本実施例における水酸化マグネシウムはアンモニアストリップ工程の後、脱硫工程で使用されるので、アンモニアに対して充分過剰に用いることができ、余分なアルカリを使用することなく、複分解を常に完全に行うことができる。その他の原料及び生成系のマテリアルバランス関係の数値、及び装置の符号と機能は実施例１と同様である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によりボイラ燃焼排ガスにアンモニアを加えてガスを中和したのち、乾式脱塵し、水酸化マグネシウムを用いて脱硫する方法において、排ガス中のアンモニア分を的確且つ経済的に除去する方法及び装置の提供が可能となった。それにより脱硫排液中のアンモニア濃度を規制値以下に抑えて放流することができ、更に前記除去したアンモニアを回収再循環使用することも可能とし、省資源を図った。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脱硫装置の一例におけるフロー図
【図２】本発明の脱硫装置の別の例におけるフロー図
【図３】従来の脱硫装置のフロー図
【符号の説明】
１  ボイラ
２  集塵機
３  脱硫塔
４  排水フィルタ
５  煙突
６  注入アンモニア
７  リークアンモニア及びアンモニウム塩
８  水酸化マグネシウム
１１  気液接触装置
１２  アンモニアストリッパ
１３  中和器
１４  水マグタンク
１７  循環経路
１８  アンモニア戻入管
２０  ストリップ排液の抜き出し配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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