(57)【要約】【課題】ガラス溶融時に発生する排ガス中に含有される有用成分を回収し、ガラス原料として再利用可能とするガラス溶融方法およびガラス溶融設備を提供する。【解決手段】本発明は、ガラス溶融においてガラス原料を加熱するバーナー炎の燃料として実質的に硫黄分を含まない燃料３を使用してガラス原料２を加熱して溶融ガラスを得、他方でガラス溶融炉１から排出される排ガス中４に含まれる気体状有用成分および粒子状有用成分を水に接触させることにより捕集して捕集液９とし、捕集液９を中和して中和捕集液１３とした後、中和捕集液１３をスプレードライヤ２１で固液分離することによりリサイクル原料２２を得、これをガラス原料２として再利用する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス溶融炉内でガラス原料をバーナー炎により加熱して溶融ガラスを得るガラスの溶融方法において、
一方で前記バーナー炎の燃料として実質的に硫黄分を含まない燃料を使用してガラス原料を加熱して溶融ガラスを得、他方でガラス溶融炉から排出される排ガス中に含まれる気体状有用成分および粒子状有用成分を水に接触させることにより捕集して捕集液とし、該捕集液を中和して中和捕集液とした後、該中和捕集液を固液分離することにより、ガラス原料として利用し得る有用成分を回収することを特徴とするガラス溶融方法。
【請求項２】
排ガス中に含まれる有用成分は、砒素、砒素化合物、硼素、硼素化合物、塩素または塩素化合物のうちの一以上であることを特徴とする請求項１に記載のガラス溶融方法。
【請求項３】
内部でガラス原料をバーナー炎により加熱して溶融ガラスを得るガラス溶融炉と、該ガラス溶融炉から排出される排ガスの処理装置を備えたガラス溶融設備において、
前記排ガスの処理装置は、排ガス中に含まれる気体状有用成分および粒子状有用成分を水に接触させることにより捕集して第一の捕集液とするスプレー塔と、該スプレー塔を通過した排ガスから粒子状有用成分を捕集して第二の捕集液とする湿式電気集塵機と、前記第一の捕集液と前記第二の捕集液とを中和させて中和捕集液とする中和槽と、該中和捕集液を固液分離することによりガラス原料として使用し得る有用成分を回収する固液分離手段とを備えていることを特徴とするガラス溶融設備。
【請求項４】
固液分離手段が、スプレードライヤを具備することを特徴とする請求項３に記載のガラス溶融設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス溶融炉から排出される排ガス中に含まれる気体状有用成分及び粒子状有用成分を捕集し、該有用成分をガラス原料として使用し得る状態にして回収するガラス溶融方法およびガラス溶融設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス製品の製造工程では、粉体状または粒状のガラス原料をガラス溶融炉に供給し、バーナー炎により加熱して溶融ガラスとした後、プレスやブロー等の成形方法により製品を得ている。ガラス原料を加熱溶融する際には、ガラス原料中に含まれる硫黄化合物や窒素化合物等から硫黄酸化物や窒素酸化物等の気化物質が燃焼廃ガスとして発生し、またガラス組成の一部を構成する硼素化合物、砒素化合物も気化物質となる。これらの気化物質は、大部分が排ガス中に気体状で存在するが、その一部は凝縮して霧状（またはヒューム状）となって排ガス中に浮遊している。
【０００３】
また、ガラス溶融炉内では、重油、灯油等の液体燃料やＬＰＧ等の気体燃料を燃焼させたバーナー炎によりガラス原料を加熱溶融するが、このとき粉体状または粒状のガラス原料の一部はバーナー炎の燃焼廃ガスとともに排ガスに混入する。さらに、排ガス中には液体燃料や気体燃料の燃焼により発生する硫黄酸化物や窒素酸化物が含まれている。これら排ガス中に存在するガラス原料からの気化物質、ガラス原料の一部および燃焼廃ガスの中には、そのまま大気中に放出されると環境に悪影響を与えるものが含まれていることが知られている。環境に影響を与えるものとしては、ガラス組成により異なるが、硫黄酸化物、窒素酸化物、砒素、砒素化合物、硼素、硼素化合物、塩素、塩素化合物等（以下、排ガス排出物という）がある。
【０００４】
排ガスの浄化処理装置として、例えば、特許文献１に、脱硫装置でボイラーから発生する排ガスを浄化処理する装置が示されており、この装置の場合、排ガスが浄化処理された後に硼素、重金属等の有害物質と石膏が生成する。ガラス溶融の場合には、有害物質としては前記の排ガス排出物の発生があり、それらを捕集した捕集液に、次亜塩素酸ソーダを用いて酸化させ、塩化第２鉄を用いて凝集させた後、ろ過し、特別管理産業廃棄物として処理している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１７９０４７号公報（第１−１２頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、排ガスの浄化処理後の有害物質は特別管理産業廃棄物として処理されているが、近年、産業廃棄物処分場の確保が難しく、特に特別管理産業廃棄物の廃棄処理は極めて困難になってきており、処理費用も高騰しているので、ガラス溶融炉からの排出物を廃棄処理する場合には費用及び環境汚染の点で問題がある。
【０００７】
また、ガラス溶融炉からの排ガスの排出物は、その発生源がガラス原料からの気化物質、ガラス原料の一部および燃焼廃ガスであり、ガラス組成の一部を構成する成分を含有している。中でも、砒素や砒素化合物はガラス溶融時に泡切れを良くする清澄効果が大きく、硼素や硼酸化合物はガラス組成の重要な構成成分であり、塩素や塩素化合物はガラスの粘度を下げてガラスの溶融を容易にするなど、いずれもガラスにとって有用な物質である。さらに、燃焼廃ガス中には硫黄酸化物と窒素酸化物が含まれており、これらもまたガラスに微量含まれる成分である。このように排ガスにはガラス原料として利用可能な成分を多く含んでおり、廃棄処理することは地球資源の枯渇につながる。
【０００８】
しかしながら、排ガス排出物には燃料に由来する燃焼廃ガス中の硫黄化合物の含有量が多いため、これらをガラス原料として使用するとガラス溶融の際に気泡の原因となることから、これまでガラス原料としての利用は行われなかった。また、前述のように排ガス中の有害物質の浄化処理に塩素化合物を使用するため、浄化処理された排ガス排出物に含まれる塩素濃度がガラス原料として利用するには過度に高くなることから、これまでガラス原料としての利用は行なわれなかった。また、排ガス排出物が浄化処理された後の残滓は水分を含有するため、他のガラス原料と混合した際に固化する原因になるという問題があった。
【０００９】
本発明は、排ガス中に含有される有用成分を回収し、過度な塩素化合物を含有せずにガラス原料として再利用可能とするガラス溶融方法およびガラス溶融設備を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のガラス溶融方法は、ガラス溶融炉内でガラス原料をバーナー炎により加熱して溶融ガラスを得るガラスの溶融方法において、一方でバーナー炎の燃料として実質的に硫黄分を含まない燃料を使用してガラス原料を加熱して溶融ガラスを得、他方でガラス溶融炉から排出される排ガス中に含まれる気体状有用成分および粒子状有用成分を水に接触させることにより捕集して捕集液とし、捕集液を中和して中和捕集液とした後、中和捕集液を固液分離することにより、ガラス原料として利用し得る有用成分を回収することを特徴とする。
【００１１】
ガラスの溶融において、ガラス原料への硫黄酸化物の混入量が多くなると、ガラス溶融時に多量の気泡が発生し、この気泡がガラス中に残り泡不良としてガラス製品の品位を損ねる。近年、ガラス製品により高い品位が要求されているため、気泡残存の原因となるガラス原料への硫黄酸化物の混入量の削減が求められている。
【００１２】
本発明では、ガラス溶融炉内でガラス原料を加熱するバーナー炎の燃料として実質的に硫黄分を含有しない燃料を使用するので、排ガス排出物中の硫黄酸化物の発生を、ガラス原料中に含まれる硫黄化合物を発生源とする硫黄酸化物に実質的に限定することができる。バーナー炎の燃料として、一般に硫黄化合物の含有量が少ない気体燃料を使用するのが適当であるが、実質的に硫黄分を含まないためには硫黄の含有量は０．００１質量％以下であることが好ましい。一方、ガラス原料中に含まれる硫黄化合物については硫黄含有量が少ない原料を使用することにより気泡残存の原因を回避することができる。本発明で使用する硫黄分を含まない燃料としては、ＬＰＧ（液化石油ガス）、ＬＮＧ（液化天然ガス）等が使用可能である。一般に、ＬＮＧの方が硫黄酸化物の含有量は少ないが、硫黄の含有量が０．００１質量％以下であるなら単位質量当たりの発熱量が大きいＬＰＧの方が同じ熱量を得る場合の燃焼廃ガスの発生量を少なくできる点で好ましい。また、排ガスと水とを接触させることにより、排ガス中に含まれる気体状有用成分および粒子状有用成分を溶液状態にして捕集することが有用成分の飛散防止の点で重要である。
【００１３】
排ガス中の気体状物質および微小固体物質から構成される排ガス排出物の捕集液は一般に酸性であるため、本発明では、捕集液にアルカリ成分を添加して調製し中和捕集液とする。
【００１４】
捕集液は、水素イオン濃度（ＰＨ）を６．８〜７．８、より好ましくは７〜７．５の弱アルカリ性になるようにアルカリ成分を添加して中和処理する。
【００１５】
捕集液のＰＨが６．８よりも小さい酸性の場合は、配管等の腐食の問題が発生し易くなり、ＰＨが７．８を超えると中和処理のために添加したカルシウム成分と硼酸が結合して不溶性の硼酸カルシウムが生成し、配管内面へのスケール付着で配管詰まりの原因になる。
【００１６】
捕集液を中和するために添加するアルカリ成分としてはアルカリ土類金属化合物、中でも消石灰や生石灰等のカルシウム化合物が一般的であるが、回収した排ガス排出物をガラス原料として再利用するガラスがアルカリ金属化合物を問題にしない組成であれば、苛性ソーダや苛性カリ等のアルカリ金属化合物の使用も可能である。
【００１７】
さらに、この捕集液を消石灰等で中和して中和捕集液とすることが設備の寿命を延ばす上でも重要である。
【００１８】
中和捕集液は水分と分離して固形分を回収するが、固液分離の方法としては濾過が一般的である。しかしながら濾過の場合、濾滓中に水分が残り、水分を含有した濾滓をそのままガラス原料に添加すると、水分によりガラス原料が固化してガラス溶融炉への円滑な投入が妨げられるといった問題があり、ガラス原料に添加する以前に濾滓を乾燥させる必要がある。本発明では、ドラムドライヤや、より好ましくはスプレードライヤを用いて中和捕集液を蒸発、乾燥させて固形分を直接回収する方法を採用して固液分離工程を簡略化している。
【００１９】
また、本発明のガラス溶融方法は、排ガス中に含まれる有用成分は、砒素、砒素化合物、硼素、硼素化合物、塩素または塩素化合物のうちの一以上であることを特徴とする。
【００２０】
ガラス原料として使用可能な排ガス中に含まれる有用成分としは、砒素、砒素化合物、硼素、硼素化合物、塩素または塩素化合物が、大気放出に問題があり、再利用可能な有用成分である。本発明は、このような排ガス中に含まれる有用成分を気体状の形態及び粒子状の形態での捕集を可能とするものである。
【００２１】
また、本発明のガラス溶融設備は、内部でガラス原料をバーナー炎により加熱して溶融ガラスを得るガラス溶融炉と、ガラス溶融炉から排出される排ガスの処理装置を備えたガラス溶融設備において、排ガスの処理装置は、排ガス中に含まれる気体状有用成分および粒子状有用成分を水に接触させることにより捕集して第一の捕集液とするスプレー塔と、スプレー塔を通過した排ガスから粒子状有用成分を捕集して第二の捕集液とする湿式電気集塵機と、第一の捕集液と第二の捕集液とを中和させて中和捕集液とする中和槽と、中和捕集液を固液分離することによりガラス原料として使用し得る有用成分を回収する固液分離手段とを備えていることを特徴とする。
【００２２】
本発明の設備で、排ガスを水で洗浄する方法としては、スプレー塔、ジェットスクラバー、気泡塔等が可能であり、高い圧力をかける必要がなく、目詰まりの心配がないという点でスプレー塔が好適である。また、湿式電気集塵機としては、平板形、管形、円筒形等が可能であり、目詰まりの心配がないという点で平板形が好適である。固液分離手段ととしては、スプレードライヤ、ドラムドライヤ、その他の蒸発による固液分離手段が使用可能であり、熱源として排ガスを使用する本方式の場合においては、目詰まりの心配がないという点でスプレードライヤが好適である。
【００２３】
本発明では、ガラス溶融炉から発生した排ガス中に含まれる可溶性の気体状物資に水を散布して水滴中に溶解させることにより捕集して捕集液とし、また、微小固体物質に水を散布し水滴を衝突させて水滴中に捕集して捕集液として回収する。
【００２４】
まず、スプレー塔に導入された排ガスを、水の顕熱、潜熱により６５℃以下に下げることで、高温下では気体状の砒素、砒素化合物、硼素および硼素化合物を晶出させて固体粒子とし、この固体粒子および排ガスとともに導入された微小固体物質に散布した水滴を衝突させて水滴中に捕集し捕集液として回収する。また、排ガス中の塩素、塩化水素等の可溶性気体状物資も散布した水滴に溶解させて捕集し捕集液として回収することができる。
【００２５】
スプレー塔だけでは排ガス中のすべての気体状物質および微小固体物質の捕集は困難である。特にスプレー塔内で冷却された排ガスから晶出した固体粒子は粒子径が微小であるためスプレー塔で捕集されずに通り抜けるものがある。本発明では、スプレー塔を通過した排ガスをさらに湿式電気集塵機に導入し、スプレー塔で捕集しきれなかった排ガス中の微小固体物質を捕集する。湿式電気集塵機では電気的に捕集板に付着した捕集物を水で洗浄し捕集液として回収する。
【００２６】
本発明では、構造が簡単なスプレー塔と湿式電気集塵機とによって排ガス中の気体状物質と微小固体物質とを捕集するので、膨大な設備費用を必要とせず、保守面でも手間がかからない。
【００２７】
さらに、本発明のガラス溶融設備は、固液分離手段としてスプレードライヤを具備することを特徴とする。
【００２８】
本発明では、ガラス溶融炉とスプレー塔の間にスプレードライヤを設け、スプレードライヤに中和槽から中和捕集液を供給し、ガラス溶融炉からの排ガスの熱で中和捕集液を脱水乾燥することにより固形分を回収する方法を採用している。スプレードライヤとしては、ロータリーアトマイザーディスク方式やユニバーサルプレッシャーノズル方式がありいずれも使用可能であり、脱水乾燥した固形分の粒度分布にシャープさが求められず、一方コンパクトで大量処理化できる点でユニバーサルプレッシャーノズル方式が適している。
【００２９】
スプレードライヤで中和捕集液を脱水乾燥して得られる微粉固形物の一部は粉塵となるが、スプレードライヤをスプレー塔の前工程に設けることで、スプレードライヤで発生した粉塵は有用成分捕集装置のスプレー塔および湿式電気集塵機により捕集することが可能になる。
【００３０】
また、上記のように本発明では排ガス中に含まれる有用成分を回収するに当たり、従来使用していた塩素化合物を使用していないので、従来では廃棄処理を行っていた排ガス排出物をガラス原料に利用することが可能となる。
【００３１】
なお、本発明のガラス溶融方法では、排ガス中に含まれ、ガラス原料として再利用可能な有用成分としては、ガラスの構成成分でありガラス溶融中に気化物質となり易い砒素、砒素化合物、硼素、硼素化合物、塩素、塩素化合物のうちの一以上であるが、これ以外にもガラスの溶融時に気化物質として排出されるガラス組成を構成する成分を含んでいても構わない。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明に係るガラスの溶融設備の一実施形態を、図１に基づいて説明する。
【００３３】
図１に示すように、ガラスの溶融設備は、ガラス溶融炉１内で、目的のガラス組成になるように調製されたガラス原料２を、燃料３の燃焼により発生するバーナー炎で加熱する。燃料３には燃焼による硫黄酸化物の発生を実質上なくすために硫黄分の含有量が０．００１質量％以下のＬＰＧを用いる。
【００３４】
ガラス溶融炉１から発生する排ガス４中には、燃料３の燃焼廃ガスのほかにガラス成分の気化物質やヒューム、燃料３の燃焼時のバーナー炎により巻き上げられたガラス原料等の微小固体物質が含有されている。排ガス４は、スプレー塔５と湿式電気集塵機６とからなる有用成分捕集装置７に設けられたスプレー塔５に導入されるようになっている。スプレー塔５内では洗浄水８が散水されており、排ガス４は散水された洗浄水８と接触することで、微粒固体や冷却により晶出した排ガス４中の気化物質の大部分が洗浄水８に捕集され、晶出しない排ガス４中の可溶性気化物質も散水された洗浄水８に溶解して捕集液９となる。
【００３５】
しかし、スプレー塔５内で洗浄水８と接触することなくスプレー塔５を通過する微小固体物質があるため、スプレー塔５を通過した排ガスは次工程に設けられた湿式電気集塵機６に導入され、スプレー塔５で捕集されなかった微小固体物質が捕集されるようになっている。湿式電気集塵機６で捕集された微小固体物質は洗浄水８により洗い流されて捕集液９となり、スプレー塔５で発生した捕集液９とともに中和槽１０に導入される。湿式電気集塵機６を通過してクリーンになった後の排ガス４は煙突１１から大気中に放出される。
【００３６】
中和槽１０に導入された捕集液９は、消石灰１２を添加して中和され中和捕集液１３としてドラムドライヤ１４に導入され、加熱乾燥により蒸発分１６を蒸発させて固液分離されるようになっている。分離された固形分はリサイクル原料１５としてガラス原料に再利用され、蒸発分１６は凝縮回収装置１７で水として回収され、洗浄水８に加えて再利用される。
【００３７】
次に、上記ガラスの溶融設備を使用した本発明に係るガラス溶融方法の一実施形態を、図２に基づいて説明する。なお、図１と同一部分については同一番号を付す。
【００３８】
ガラス溶融炉１内で、目的のガラス組成になるように調製されたガラス原料２を、燃料３の燃焼によるバーナー炎により加熱する。燃料３には、燃料の燃焼による硫黄酸化物の発生を実質上無くすために硫黄含有量が０．００１質量％以下のＬＰＧを用いる。
【００３９】
ガラス溶融炉１から発生する排ガス４中には、燃料３の燃焼廃ガス以外に、ガラス構成成分の気化物質、ヒュームおよび燃料４燃焼時のバーナー炎により巻き上げられたガラス原料粉末等の微小固体物質が含有されている。排ガス４はスプレードライヤ２１に導入され、スプレードライヤ２１の加熱乾燥熱源として利用される。スプレードライヤ２１を通過した排ガスは、スプレードライヤで発生した微粉固形物とともにスプレー塔５と湿式電気集塵機６からなる有用成分捕集装置７に導入される。スプレー塔５内では洗浄水８として供給された水が散水されており、導入された排ガス中の微小固体物質、スプレードライヤ２１で発生した微粉固形物および散水された水による冷却により晶出した排ガス中の気化物質は散水された水と衝突することで捕集される。また、晶出しなかった可溶性気化物質も散水された水に溶解し捕集されて捕集液９となる。スプレー塔５内で捕集されなかった微小固体物質は湿式電気集塵機６に導入され捕集板に捕集され、洗浄水８により洗い流され捕集液９となり、スプレー塔５で発生した捕集液と合わせて中和槽１０に導入される。湿式電気集塵機６を通過してクリーンになった排ガスは煙突１１から大気中に放出される。
【００４０】
中和槽１０に導入された捕集液９は消石灰１２を添加し中和され中和捕集液１３としてスプレードライヤ２１に導入され、排ガス２１により加熱乾燥により水分を蒸発させ固液分離される。固液分離された固形分はリサイクル原料２２としてガラス原料に再利用され、一方捕集されなかった微小固体物質および気化した水蒸気は排ガスとともに有用成分捕集装置に再び環流導入される。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るガラス溶融方法によれば、ガラス溶融炉内でガラス原料を加熱するバーナー炎の燃料として実質的に硫黄分を含有しない燃料を使用することで、排ガス排出物中の硫黄酸化物の発生を、ガラス原料中に含まれる硫黄化合物を発生源とする硫黄酸化物に実質的に限定することができるので、従来、特別管理産業廃棄物として外部処理されていたガラス溶融に伴う排ガス中の有用成分を回収し、ガラス原料の有用成分として再利用することができ、かつ、環境に対する負荷を大幅に軽減することができる。
【００４２】
また、本発明に係るガラスの溶融設備によれば、構造が簡単なスプレー塔と湿式電気集塵機とによって排ガス中の気体状物質と微小固体物質とを捕集するので、膨大な設備費用を必要とせず、保守面でも手間がかからないので、安価な設備費用及び運転費用で上記本発明のガラス溶融方法を効率的に実施することができる実用上優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガラス溶融方法の実施形態を示す説明図。
【図２】本発明に係るガラス溶融方法においてスプレードライヤを備えた実施形態を示す説明図。
【符号の説明】
１  ガラス溶融炉
２  ガラス原料
３  燃料
４  排ガス
５  スプレー塔
６  湿式電気集塵機
７  有用成分捕集装置
８  洗浄水
９  捕集液
１０  中和槽
１１  煙突
１２  消石灰
１３  中和捕集液
１４  ドラムドライヤ
１５、２２  リサイクル原料
１６  蒸発分
１７  凝縮回収装置
２１  スプレードライヤ
【図１】
2004238236.tif 000003
【図２】
2004238236.tif 000004