(57)【要約】【課題】  排煙内の金属および／または金属化合物をほぼ完全に除去するようにする。【解決手段】  金属および／または金属化合物を含む排煙を活性炭素繊維に通過させ、それにより、前記金属および／または金属化合物を前記活性炭素繊維に吸着させるようにした排煙処理方法が提供される。前記排煙を前記活性炭素繊維に通過させることを、乾式または半乾式で行ってよい。前記排煙を酸化処理または還元処理した後に前記活性炭素繊維に通過させるようにしすることもできる。前記活性炭素繊維を薬剤により処理することにより、特定金属の吸着効率を高めるようにすることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属および／または金属化合物を含む排煙を活性炭素繊維に通過させ、それにより、前記金属および／または金属化合物を前記活性炭素繊維に吸着させるようにした排煙処理方法。
【請求項２】
前記排煙を前記活性炭素繊維に通過させることが、乾式で行われる請求項１に記載の排煙処理方法。
【請求項３】
前記排煙を前記活性炭素繊維に通過させることが、半乾式で行われる請求項１に記載の排煙処理方法。
【請求項４】
前記排煙を酸化処理した後に前記活性炭素繊維に通過させるようにした請求項１から３のいずれか一項に記載の排煙処理方法。
【請求項５】
前記排煙を還元処理した後に前記活性炭素繊維に通過させるようにした請求項１から３のいずれか一項に記載の排煙処理方法。
【請求項６】
金属および／または金属化合物を含む排煙を酸化処理し、
前記排煙を第一の活性炭素繊維に通過させ、それにより、前記金属および／または金属化合物のうちの酸化体時に吸着容易な金属および／または金属化合物を吸着するようにし、
さらに、
前記排煙を還元処理し、
前記排煙を第二の活性炭素繊維に通過させ、それにより、前記金属および／または金属化合物のうちの還元体時に吸着容易な金属および／または金属化合物を吸着するようにした排煙処理方法。
【請求項７】
金属および／または金属化合物を含む排煙を還元処理し、
前記排煙を第一の活性炭素繊維に通過させ、それにより、前記金属および／または金属化合物のうちの還元体時に吸着容易な金属および／または金属化合物を吸着するようにし、
さらに、
前記排煙を酸化処理し、
前記排煙を第二の活性炭素繊維に通過させ、それにより、前記金属および／または金属化合物のうちの酸化体時に吸着容易な金属および／または金属化合物を吸着するようにした排煙処理方法。
【請求項８】
金属および／または金属化合物を含む排煙を塩素化処理し、
前記排煙を第一の活性炭素繊維に通過させ、それにより、前記金属および／または金属化合物のうちの塩化体時に吸着容易な金属および／または金属化合物を吸着するようにし、
さらに、
前記排煙を酸化処理し、
前記排煙を第二の活性炭素繊維に通過させ、それにより、前記金属および／または金属化合物のうちの酸化体時に吸着容易な金属および／または金属化合物を吸着するようにした排煙処理方法。
【請求項９】
前記活性炭素繊維が、ＨＣｌ処理、Ｈ2 ＳＯ4 処理、ＫＩ処理、ＣａＣｌ2 処理、Ｓ処理、キレート剤処理のうちの少なくとも一つの処理を予め受けており、それにより、前記金属および／または金属化合物のうちの水銀および／または水銀化合物を容易に吸着させられるようにした請求項１から８のいずれか一項に記載の排煙処理方法。
【請求項１０】
さらに、前記金属および／または金属化合物のうちの水銀および／または水銀化合物を前記活性炭素繊維に吸着させた後に加熱空気または加熱蒸気を前記活性炭素繊維に通過させ、それにより、前記水銀および／または水銀化合物を気化させ、
さらに、
前記加熱空気または加熱蒸気内の前記水銀および／または前記水銀化合物を凝縮させることにより前記水銀および／または水銀化合物を回収する請求項１から９のいずれか一項に記載の排煙処理方法。
【請求項１１】
前記加熱空気または前記加熱蒸気が発電所ボイラから供給される請求項１０に記載の排煙処理方法。
【請求項１２】
前記加熱空気または前記加熱蒸気が空気加熱装置または蒸気加熱装置により形成される請求項１０に記載の排煙処理方法。
【請求項１３】
前記活性炭素繊維には、第一鉄イオン、第二鉄イオン、第二銅イオン、銀イオン、鉛イオン、コバルトイオンのうちの少なくとも一つのイオンまたはジルコニウムが予め添着されているか、もしくは前記活性炭素繊維が酒石酸による処理を予め受けており、それにより、前記前記金属および／または金属化合物のうちの砒素および／または砒素化合物を容易に吸着するようにした請求項１から８のいずれか一項に記載の排煙処理方法。
【請求項１４】
さらに、前記金属および／または金属化合物のうちの砒素および／または砒素化合物を前記活性炭素繊維に吸着させた後に該活性炭素繊維を加熱し、
パージガスを前記加熱された活性炭素繊維に通過させ、それにより、前記砒素および／または砒素化合物を気化させ、
さらに、
前記パージガス内の前記砒素および／または砒素化合物を凝縮させることにより前記砒素および／または砒素化合物を回収する請求項１から８および請求項１３のいずれか一項に記載の排煙処理方法。
【請求項１５】
さらに、前記金属および／または金属化合物のうちの砒素および／または砒素化合物を吸着した前記活性炭素繊維に強酸または強アルカリを噴霧し、
それにより、前記砒素および／または砒素化合物を前記強酸または強アルカリと共に回収する請求項１から８および請求項１３または１４のいずれか一項に記載の排煙処理方法。
【請求項１６】
前記活性炭素繊維が排煙内のＳＯｘを除去するための脱硫装置の前段に配置されている請求項１から１５のいずれか一項に記載の排煙処理方法。
【請求項１７】
前記活性炭素繊維が排煙内のＳＯｘを除去するための脱硫装置の後段に配置されている請求項１から１５のいずれか一項に記載の排煙処理方法。
【請求項１８】
請求項１から１７に記載の排煙処理方法を採用した排煙処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排煙内の金属および／または金属化合物、例えば水銀および／または水銀化合物、砒素および／または砒素化合物等を除去するための排煙処理方法および排煙処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の排出量については、種々の法令、例えば公害対策基本法、水質汚濁防止法、廃棄物処理法、労働安全衛生法、農用地土壌汚染防止法、毒物・劇薬取締法、危険物運送・貯蔵規則、有害家庭用品規制法などにより規制されている。プラント、例えば発電プラントおよび焼却プラントにおいては、排煙内に種々の金属が混入する場合がある。特に化石燃料、例えば石炭を燃焼させている発電プラントにおいては、金属が金属単体または金属化合物の形態で排煙内に混入することが多い。このような金属および／または金属化合物（本願明細書においては以下「金属等」と呼ぶ）の排煙内における含有量は比較的小さいが、毒性が極めて強い金属、例えば水銀、砒素などについては、前述した法令に基づいて排煙を厳密に処理する必要がある。
【０００３】
従来技術においては排煙内の金属、例えば水銀等を除去するために、プレコート剤として粉末活性炭または粒状活性炭を排煙内に投入することが行われている。粒状活性炭および粉末活性炭は多数の孔を有しており、粒状活性炭の直径は約１ｍｍから約３ｍｍで、比表面積は約９００ｍ2 ／ｇから１２００ｍ2 ／ｇとなっている。排煙内の水銀は粒状活性炭および粉末活性炭のこれら孔に吸着されることにより除去されている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−１７３７６８号公報（段落［００２０］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した粉末活性炭の比表面積は比較的小さく、排煙内の金属、例えば水銀等をほぼ完全に吸着させるのは困難である。また例えば水銀の排出量などについては水質汚濁防止法および廃棄物処理法においてアルキル水銀を「不検出」状態にすること、および砒素の排出量については東京都環境確保条例において砒素等を０．０５ｍｇ／ｍ3ｎ にすることが必須となっているが、このような基準を粉末活性炭または粒状活性炭によって満たすのは困難となりつつある。
【０００６】
また、前述したように金属等は粉末活性炭および粒状活性炭の表面に在る孔内に吸着されるが、これら活性炭に吸着された後にこれら金属等を粉末活性炭および粒状活性炭から分離・回収することについては検討されていない。
【０００７】
さらに、排煙内の金属、例えば水銀等を除去するために、排煙内に薬剤、例えば凝集剤を投入し、飛灰に吸着した金属を飛灰と共に集塵機によって回収することも想定されるが、この場合には大量の薬剤を投入する必要があるので経済的でない。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、排煙内の金属等をほぼ完全に除去すると共に、これらを容易に分離・回収することのできる排煙処理方法およびこの排煙処理方法を利用した排煙処理装置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】
【０００９】
前述した目的を達成するために請求項１に記載の発明によれば、金属および／または金属化合物を含む排煙を活性炭素繊維に通過させ、それにより、前記金属および／または金属化合物を前記活性炭素繊維に吸着させるようにした排煙処理方法が提供される。
【００１０】
すなわち請求項１に記載の発明によって、活性炭素繊維の比表面積および外表面積が粒状活性炭の比表面積および外表面積よりも大幅に大きいので、活性炭素繊維の表面に形成された極めて多数の孔により、排煙内の金属および／または金属化合物をほぼ完全に除去することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、前記排煙を前記活性炭素繊維に通過させることが、乾式で行われる。
【００１２】
すなわち請求項２に記載の発明によって、排煙を活性炭素繊維に迅速に通過させることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、前記排煙を前記活性炭素繊維に通過させることが、半乾式で行われる。
【００１４】
すなわち請求項３に記載の発明によって、活性炭素繊維周りの温度が低下するので金属等が凝縮し、結果的に金属等を効率的に吸着することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、前記排煙を酸化処理した後に前記活性炭素繊維に通過させるようにした。
【００１６】
すなわち請求項４に記載の発明によって、酸化状態にあるときに吸着されやすい金属、例えば水銀、砒素および／またはこれらの化合物を効率的に吸着することができる。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、前記排煙を還元処理した後に前記活性炭素繊維に通過させるようにした。
【００１８】
すなわち請求項５に記載の発明によって、還元状態にあるときに吸着されやすい金属、例えばセレンおよび／またはセレン化合物を効率的に吸着することができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、金属および／または金属化合物を含む排煙を酸化処理し、前記排煙を第一の活性炭素繊維に通過させ、それにより、前記金属および／または金属化合物のうちの酸化体時に吸着容易な金属および／または金属化合物を吸着するようにし、さらに、前記排煙を還元処理し、前記排煙を第二の活性炭素繊維に通過させ、それにより、前記金属および／または金属化合物のうちの還元体時に吸着容易な金属および／または金属化合物を吸着するようにした排煙処理方法が提供される。
【００２０】
すなわち請求項６に記載の発明によって、酸化状態にあるときに吸着されやすい金属と還元状態にあるときに吸着されやすい金属とを別々に吸着することができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明によれば、金属および／または金属化合物を含む排煙を還元処理し、前記排煙を第一の活性炭素繊維に通過させ、それにより、前記金属および／または金属化合物のうちの還元体時に吸着容易な金属および／または金属化合物を吸着するようにし、さらに、前記排煙を酸化処理し、前記排煙を第二の活性炭素繊維に通過させ、それにより、前記金属および／または金属化合物のうちの酸化体時に吸着容易な金属および／または金属化合物を吸着するようにした排煙処理方法が提供される。
【００２２】
すなわち請求項７に記載の発明によって、還元状態にあるときに吸着されやすい金属と酸化状態にあるときに吸着されやすい金属とを別々に吸着することができる。
【００２３】
請求項８に記載の発明によれば、金属および／または金属化合物を含む排煙を塩素化処理し、前記排煙を第一の活性炭素繊維に通過させ、それにより、前記金属および／または金属化合物のうちの塩化体時に吸着容易な金属および／または金属化合物を吸着するようにし、さらに、前記排煙を酸化処理し、前記排煙を第二の活性炭素繊維に通過させ、それにより、前記金属および／または金属化合物のうちの酸化体時に吸着容易な金属および／または金属化合物を吸着するようにした排煙処理方法が提供される。
【００２４】
すなわち請求項８に記載の発明によって、塩素化状態にあるときに吸着されやすい金属と酸化状態にあるときに吸着されやすい金属とを別々に吸着することができる。
【００２５】
請求項９に記載の発明によれば、前記活性炭素繊維が、ＨＣｌ処理、Ｈ2 ＳＯ4 処理、ＫＩ処理、ＣａＣｌ2 処理、Ｓ処理、キレート剤処理のうちの少なくとも一つの処理を予め受けており、それにより、前記金属および／または金属化合物のうちの水銀および／または水銀化合物を容易に吸着させられるようにした。
【００２６】
すなわち請求項９に記載の発明によって、各種薬剤により活性炭素繊維を処理することにより、排煙内の水銀および／または水銀化合物（以下、「水銀等」と呼ぶ）をさらに吸着させることができる。キレート剤としてジチゾンを採用してもよい。
【００２７】
請求項１０に記載の発明によれば、さらに、前記金属および／または金属化合物のうちの水銀および／または水銀化合物を前記活性炭素繊維に吸着させた後に加熱空気または加熱蒸気を前記活性炭素繊維に通過させ、それにより、前記水銀および／または水銀化合物を気化させ、さらに、前記加熱空気または加熱蒸気内の前記水銀および／または前記水銀化合物を凝縮させることにより前記水銀および／または水銀化合物を回収する。
【００２８】
すなわち請求項１０に記載の発明によって、排煙を活性炭素繊維に通過させるのを停止させた後に、加熱空気または加熱蒸気により活性炭素繊維内の水銀等を容易に分離・回収し、結果的に活性炭素繊維を再利用することができる。加熱空気または加熱蒸気の温度は約２００℃以上であるのが好ましく、これにより、活性炭素繊維に吸着した水銀等を確実に気化させることができる。
【００２９】
請求項１１に記載の発明によれば、前記加熱空気または前記加熱蒸気が発電所ボイラから供給される。
【００３０】
すなわち請求項１１に記載の発明によって、発電所ボイラにより生じた加熱空気または加熱蒸気を使用することにより、エネルギを別途必要とすることなしに活性炭素繊維内の水銀等を効率的に分離・回収することができる。当然のことながら、活性炭素繊維自体を直接的に加熱しつつ常温の空気等を活性炭素繊維に通過させてもよい。
【００３１】
請求項１２に記載の発明によれば、前記加熱空気または前記加熱蒸気が空気加熱装置または蒸気加熱装置により形成される。
【００３２】
すなわち請求項１２に記載の発明によって、水銀等を気化させるのに必要な温度まで空気または蒸気を確実に加熱することができる。
【００３３】
請求項１３に記載の発明によれば、前記活性炭素繊維には、第一鉄イオン、第二鉄イオン、第二銅イオン、銀イオン、鉛イオン、コバルトイオンのうちの少なくとも一つのイオンまたはジルコニウムが予め添着されているか、もしくは前記活性炭素繊維が酒石酸による処理を予め受けており、それにより、前記前記金属および／または金属化合物のうちの砒素および／または砒素化合物を容易に吸着するようにした。
【００３４】
すなわち請求項１３に記載の発明によって、各種薬剤により活性炭素繊維を処理することによって、排煙内の砒素および／または砒素化合物（以下、「砒素等」と呼ぶ）をさらに吸着させることができる。特に第二銅イオンを活性炭素繊維に添着させた場合に、砒素を最も多量に吸着することができる。
【００３５】
請求項１４に記載の発明によれば、さらに、前記金属および／または金属化合物のうちの砒素および／または砒素化合物を前記活性炭素繊維に吸着させた後に該活性炭素繊維を加熱し、パージガスを前記加熱された活性炭素繊維に通過させ、それにより、前記砒素および／または砒素化合物を気化させ、さらに、前記パージガス内の前記砒素および／または砒素化合物を凝縮させることにより前記砒素および／または砒素化合物を回収する。
【００３６】
すなわち請求項１４に記載の発明によって、排煙を活性炭素繊維に通過させるのを停止させた後に、パージガスを供給することにより活性炭素繊維内の砒素等を容易に分離・回収し、結果的に活性炭素繊維を再利用することができる。活性炭素繊維は約４００℃以上まで加熱されるのが好ましく、これにより、活性炭素繊維に吸着した砒素および／または砒素化合物を確実に気化させることができる。
【００３７】
請求項１５に記載の発明によれば、さらに、前記金属および／または金属化合物のうちの砒素および／または砒素化合物を吸着した前記活性炭素繊維に強酸または強アルカリを噴霧し、それにより、前記砒素および／または砒素化合物を前記強酸または強アルカリと共に回収する。
【００３８】
すなわち請求項１５に記載の発明によって、プラント等を停止させることなしに、連続的に金属等を回収することができる。
【００３９】
請求項１６に記載の発明によれば、前記活性炭素繊維が排煙内のＳＯｘを除去するための脱硫装置の前段に配置されている。
【００４０】
すなわち請求項１６に記載の発明によって、脱硫装置において最終的に形成される石膏内に金属等が混入するのを妨げることができる。
【００４１】
請求項１７に記載の発明によれば、前記活性炭素繊維が排煙内のＳＯｘを除去するための脱硫装置の後段に配置されている。
【００４２】
すなわち請求項１７に記載の発明によって、脱硫装置を通過した金属等を吸着部により確実に除去することができる。
【００４３】
請求項１８に記載の発明によれば、請求項１から１７に記載の排煙処理方法を採用した排煙処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００４４】
各請求項に記載の発明によれば、活性炭素繊維の表面に形成された極めて多数の孔により、排煙内の金属および／または金属化合物をほぼ完全に除去することができるという共通の効果を奏しうる。
【００４５】
さらに、請求項２に記載の発明によれば、排煙を活性炭素繊維に迅速に通過させることができるという効果を奏しうる。
【００４６】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、金属等を効率的に吸着することができるという効果を奏しうる。
【００４７】
さらに、請求項４に記載の発明によれば、酸化状態にあるときに吸着されやすい金属を効率的に吸着することができるという効果を奏しうる。
【００４８】
さらに、請求項５に記載の発明によれば、還元状態にあるときに吸着されやすい金属を効率的に吸着することができるという効果を奏しうる。
【００４９】
さらに、請求項６に記載の発明によれば、酸化状態にあるときに吸着されやすい金属と還元状態にあるときに吸着されやすい金属とを別々に吸着することができるという効果を奏しうる。
【００５０】
さらに、請求項７に記載の発明によれば、還元状態にあるときに吸着されやすい金属と酸化状態にあるときに吸着されやすい金属とを別々に吸着することができるという効果を奏しうる。
【００５１】
さらに、請求項８に記載の発明によれば、塩素化状態にあるときに吸着されやすい金属と酸化状態にあるときに吸着されやすい金属とを別々に吸着することができるという効果を奏しうる。
【００５２】
さらに、請求項９に記載の発明によれば、排煙内の水銀等をさらに吸着させることができるという効果を奏しうる。
【００５３】
さらに、請求項１０に記載の発明によれば、加熱空気または加熱蒸気により活性炭素繊維内の水銀等を容易に分離・回収し、結果的に活性炭素繊維を再利用することができるという効果を奏しうる。
【００５４】
さらに、請求項１１に記載の発明によれば、エネルギを別途必要とすることなしに活性炭素繊維内の水銀等を効率的に分離・回収することができるという効果を奏しうる。
【００５５】
さらに、請求項１２に記載の発明によれば、水銀等を気化させるのに必要な温度まで空気または蒸気を確実に加熱することができるという効果を奏しうる。
【００５６】
さらに、請求項１３に記載の発明によれば、排煙内の砒素等をさらに吸着させることができるという効果を奏しうる。
【００５７】
さらに、請求項１４に記載の発明によれば、パージガスを供給することにより活性炭素繊維内の砒素等を容易に分離・回収し、結果的に活性炭素繊維を再利用することができるという効果を奏しうる。
【００５８】
さらに、請求項１５に記載の発明によれば、プラント等を停止させることなしに、連続的に金属等を回収することができるという効果を奏しうる。
【００５９】
さらに、請求項１６に記載の発明によれば、脱硫装置において最終的に形成される石膏内に金属等が混入するのを妨げることができるという効果を奏しうる。
【００６０】
さらに、請求項１７に記載の発明によれば、脱硫装置を通過した金属等を吸着部により確実に除去することができるという効果を奏しうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
【００６２】
図１は本発明の第一の実施形態に基づく排煙処理装置の概略図である。図１においてはボイラ等２０、例えば発電プラントにおけるボイラまたは焼却プラントにおける焼却炉が示されている。このボイラ等２０は本発明に基づく排煙処理装置１０の吸着部３０に接続されている。さらに、吸着部３０は前述したプラントの排出部５０、例えば煙突等に接続されている。従って、図１において実線の矢印で示されるように、ボイラ等２０において生じた排煙は吸着部３０を通過した後に排出部５０から排出される。
【００６３】
図１に示されるように本発明に基づく排煙処理装置１０の吸着部３０は活性炭素繊維部３１を含んでいる。活性炭素繊維からなる層より形成される活性炭素繊維部３１は吸着部３０を構成する筒部内に配置されている。活性炭素繊維は通気性を有するので、全ての排煙は実線の矢印で示すように吸着部３０の活性炭素繊維部３１を通過する。なお、本発明の活性炭素繊維部３１に使用される活性炭素繊維の種類に制限はなく、本発明においてはピッチ系、ポリアクリロニトリル系、フェノール系、セルロース系などのいずれの活性炭素繊維を採用することができる。
【００６４】
ここで、従来技術における粒状活性炭と本発明における活性炭素繊維とを比較する。粒状活性炭は直径が約１ミリメートルから３ミリメートルの略球形であるのに対し、活性炭素繊維は直径が約１０マイクロメートルから２０マイクロメートルの略筒形である。また粒状活性炭の比表面積は約９００〜１２００ｍ2 ／ｇであるのに対し、活性炭素繊維の比表面積は約７００〜２５００ｍ2 ／ｇである。さらに粒状活性炭の外表面積は最大で０．００１ｍ2 ／ｇであるのに対し、活性炭素繊維の外表面積は０．２〜２．０ｍ2 ／ｇである。すなわち、活性炭素繊維の外表面積は粒状活性炭の外表面積よりも２００倍以上大きく、それにより、活性炭素繊維の排煙に対する接触面積は粒状活性炭の場合よりも極めて大きくなる。また、粒状活性炭の場合には粒状活性炭の外面に形成された孔内に２ｎｍ以下のミクロポアが形成されているが、活性炭素繊維の場合には外面全体にこのようなミクロポアが形成されている。従って、活性炭素繊維は粒状活性炭と比較すると、吸着・脱着速度が大きくて、かつ低温における反応性が高くなっている。本発明においてはこのような活性炭素繊維を吸着部３０において使用することにより、粒状活性炭を使用する場合よりも排煙内の金属等を多量に吸着させることができる。これにより、本発明の場合には種々の法令による金属量を満たすことが可能となる。排煙内に含まれうる金属は、例えば水銀、砒素、セレン、カドミウム、クロム、銅、マンガン、ニッケル、鉛、アンチモン、亜鉛、コバルト、バナジウム、ベリリウム等であり、本発明はこれら金属の化合物を活性炭素繊維部３１によって吸着することも想定している。
【００６５】
排煙を活性炭素繊維部３１に通過させる通過作用は、乾式または半乾式で行われるのが好ましい。半乾式の場合には活性炭素繊維部３１に水を噴霧する。乾式の場合には圧力損失が小さいため排煙を迅速に処理することができると共に、半乾式の場合には活性炭素繊維周りの温度が低下するので金属等が凝縮し、結果的に金属等を効率的に吸着することができる。
【００６６】
図２は本発明の第二の実施形態に基づく排煙処理装置の概略図である。図２においては理解を容易にするために吸着部３０内の活性炭素繊維部３１を省略している。図２に示されるように、本実施形態は、吸着部３０に進入する前に排煙を処理するための前処理部４１を含んでいる。前処理部４１においては排煙に対して酸化処理または還元処理を行うことができる。さらに、前処理部４１に進入する排煙をモニタリングするためのモニタ９１、吸着部に進入する排煙をモニタリングするためにモニタ９２、および排出部５０に進入する排煙をモニタリングするための排出モニタ９５を設けてもよい。これらモニタおよび排出モニタは排煙内の特定金属、例えば水銀、砒素、セレン等の濃度、特定金属の状態（酸化、純金属、塩化等）および排煙内の雰囲気をモニタリングすることができる。
【００６７】
前処理部４１において酸化処理を行う場合には、前処理部４１内の排煙に対して酸化剤を投入することができる。酸化剤としてはオゾンまたは過酸化水素を採用できる。酸化剤としてオゾンを採用する場合には無声放電式または水電解式のオゾナイザにより得られる。また、酸化剤として過酸化水素を採用する場合には、水電解などにより製造された過酸化水素をタンクなどから排煙内に投入する。また、前処理部４１として独立の酸化炉を採用してもよい。さらに、前処理部４１において酸化触媒からなる層に排煙を通過させるようにしてもよい。当然のことながら、粉体または粒体の酸化触媒を前処理部４１内に単に投入してもよい。また、過剰に投入した酸化触媒を回収するための回収部（図示しない）を吸着部３０の後段に設けることは本発明の範囲に含まれる。
【００６８】
このように前処理部４１において排煙を酸化することにより、排煙内の金属も酸化される。次いで、排煙を吸着部３０内に進入させる。排煙内の一部の金属、例えば水銀、砒素等は酸化されたほうが活性炭素繊維に吸着されやすいので、これら一部の金属を吸着部３０の活性炭素繊維部３１により効率的に吸着することができる。
【００６９】
同様に、前処理部４１において還元処理を行う場合には、前処理部４１内の排煙に対して還元剤を投入することができる。還元剤としては、アンモニア、ヒドラジン、アスコルビン酸を採用できる。また、前処理部４１において排煙の温度を高温、例えば４００℃程度に維持しつつ、前処理部４１内に水素を投入してもよい。さらに、前処理部４１において還元触媒からなる層に排煙を通過させるようにしてもよい。当然のことながら、粉体または粒体の還元触媒を前処理部４１内に単に投入してもよい。また、過剰に投入した還元触媒を回収するための回収部（図示しない）を吸着部３０の後段に設けることは本発明の範囲に含まれる。例えばアンモニアを還元触媒として採用する場合には、吸着部３０において使用されなかった余剰のアンモニアを排煙の脱硝のために利用してもよい。この場合にはアンモニアを単に過剰に投入することにより、排煙の還元処理と排煙の脱硝処理との両方を行うことができる。
【００７０】
このように前処理部４１において排煙を還元することにより、排煙内の金属も還元される。次いで、排煙を吸着部３０内に進入させる。排煙内の一部の金属、例えばセレン等は還元されたほうが活性炭素繊維に吸着されやすいので、これら一部の金属を吸着部３０の活性炭素繊維部３１において効率的に吸着することができる。
【００７１】
モニタ９１により排煙の雰囲気および特定金属の濃度等をモニタリングし、この結果に応じて前処理部４１における処理内容を適宜変更することができる。例えば酸化状態にあるときに吸着されやすい金属、例えば水銀、砒素およびこれら各金属の化合物が排煙内に多量に含まれている場合には、前処理部４１において排煙を酸化処理する。同様に、還元状態にあるときに吸着されやすい金属、例えばセレンおよびセレン化合物が排煙内に多量に含まれている場合には、前処理部４１において排煙を還元処理する。
【００７２】
図３（ａ）および図３（ｂ）は本発明の第三の実施形態に基づく排煙処理装置の概略図である。図３（ａ）および図３（ｂ）においては理解を容易にするために吸着部３３、３４内の活性炭素繊維部を省略している。図３（ａ）に示される実施形態においては、前処理部としての酸化部４２と還元部４３とを設け、これら酸化部４２、還元部４３をそれぞれ通過した排煙のための吸着部３３、３４をさらに設けている。吸着部３３、３４は前述した活性炭素繊維部３１を含んでいる。図３（ａ）においては、酸化部４２を通過した排煙は吸着部３３に進入し、次いで還元部４３を通過して吸着部３４に進入して排出部５０から排出される。この場合には、酸化状態にあるときに吸着されやすい金属および／または金属化合物、例えば水銀、砒素および／またはこれらの化合物を吸着部３３において吸着し、次いで還元状態にあるときに吸着されやすい金属および／または金属化合物、例えばセレンおよび／またはセレン化合物を吸着部３４において吸着する。従って、吸着部３３および吸着部３４において吸着した異なる金属等を後述する回収作用によって別々に回収することができる。当然のことながら、図３（ｂ）に示すように、酸化部４２と還元部４３との位置を変更して、吸着させる金属の順番を変えるようにしてもよい。
【００７３】
図４は本発明の第四の実施形態に基づく排煙処理装置の概略図である。図４においては理解を容易にするために吸着部３３、３４内の活性炭素繊維部を省略している。図４は図３（ｂ）と同様の図面であるが、図３（ｂ）における還元部４３の代わりに塩素化部４５が配置されている。本実施形態においては、塩素化部４５において排煙に対し塩素化処理を行う。これにより、排煙内の金属が塩素化される。排煙内の金属のうちの一部の金属、例えば水銀は酸化状態にある場合および塩化状態である場合に活性炭素繊維部３１に吸着しやすい。従って、本実施形態においては塩素化部４５の直後に位置する吸着部３３において、例えば水銀が吸着される。次いで、前述したのと同様な酸化部４２において排煙は酸化される。次いで排煙は別の吸着部３４に進入し、酸化状態にあるときに吸着されやすい金属、例えば砒素が吸着部３４において吸着される。すなわち本実施形態によって、酸化状態にあるときに吸着されやすい金属等が複数存在する場合にこれらを別々に吸着させられる。さらに、本実施形態においては塩素化状態にあるときに吸着されやすい金属と酸化状態にあるときに吸着されやすい金属とが排煙内に含まれている場合に、これらを別々に吸着させられる。
【００７４】
排煙内の水銀および／または水銀化合物を吸着させる場合には、本実施形態および後述する実施形態における活性炭素繊維部３１の活性炭素繊維は吸着部３０内に配置される前に種々の処理を受けていてもよい。例えば活性炭素繊維はＫＩ（ヨウ化カリウム）、Ｈ2 ＳＯ4 または硫黄により処理されていてもよい。この場合には、ＫＩ溶液、Ｈ2 ＳＯ4 または硫黄を含浸させ、次いで乾燥させた後に活性炭素繊維を使用する。２％ＫＩ溶液を含浸させるか、８％Ｈ2 ＳＯ4 を含浸させるか、または１１％硫黄を含浸させるのが好ましく、２％ＫＩ溶液と８％Ｈ2 ＳＯ4 との両方を含浸させるのがさらに好ましい。このような処理によって、排煙内の水銀等をさらに吸着させることができる。一定量の水銀等を含む気体を一定流量で活性炭素繊維部３１に通過させる場合には、２％ＫＩ溶液を含浸させることにより、未処理の活性炭素繊維の場合と比較して約１０倍の寿命を得ることが可能となる。同様の場合において８％Ｈ2 ＳＯ4 、１１％硫黄または２％ＫＩ溶液と８％Ｈ2 ＳＯ4 との両方を含浸させることにより、未処理の活性炭素繊維と比較して約３０倍から約１００倍の寿命を得ることが可能となる。また、後述する脱硫装置により形成されたＨ2 ＳＯ4 を活性炭素繊維に含浸させるようにしてもよい。この場合には比較的低費用で水銀等を効率的に吸着させることができる。
【００７５】
同様に、活性炭素繊維にＨＣｌ、ＣａＣｌ2 、キレート剤、例えばジチゾンを含浸させ、次いで乾燥させた場合にも、排煙内の水銀等をさらに吸着させることができる。
【００７６】
図５（ａ）は本発明のさらに他の実施形態に基づく排煙処理装置の概略図である。図５（ａ）に示される排煙処理装置１０は凝縮部６０をさらに含んでいる。また、排煙処理装置１０のボイラ等２０からの蒸気などが吸着部３０を介して凝縮部６０まで供給するための配管系６５が示されている。通常の運転時には、配管系６５を図示しない弁により閉鎖する。これにより、排煙内の水銀等を除去するためにボイラ等２０からの排煙を吸着部３０の活性炭素繊維部３１に通して排出部５０から排出する。吸着部３０の活性炭素繊維部３１に水銀等が吸着された後に、図示しない弁によって配管系２１を閉鎖する。次いで配管系６５の弁を開放した後に、ボイラ等２０からの加熱蒸気または加熱空気を配管系６５に通過させる。これにより、活性炭素繊維部３１に吸着された水銀等が気化して、凝縮部６０まで搬送される。次いで凝縮部６０において凝縮された水銀等６１が別途回収される。このような間欠処理によって吸着部３０の活性炭素繊維部３１を再利用することができる。加熱蒸気または加熱空気の温度は約２００℃以上であるのが好ましく、それにより活性炭素繊維部３１に吸着された水銀等を確実に分離させられる。本実施形態の場合にはプラントのボイラ等２０により加熱蒸気または加熱空気を発生させているので、追加の費用を必要とすることなしに水銀等を分離させることができる。当然のことながら、水銀等が吸着した活性炭素繊維部を所定の温度、例えば２００℃以上加熱した後にパージガスを活性炭素繊維部に通過させ、次いでパージガス内の水銀等を凝縮することによりこれらを回収してもよい。
【００７７】
図５（ｂ）は本発明のさらに他の実施形態に基づく排煙処理装置の概略図である。図５（ｂ）に示されるように本実施形態の排煙処理装置１０も同様に凝縮部６０を備えており、これについては説明を省略する。さらに排煙処理装置１０は加熱蒸気または加熱空気を形成するための加熱装置７０を備えている。加熱装置７０は図示しない空気源または水源に接続されている。従って、加熱装置７０に供給された空気または水が加熱装置７０によって加熱されることにより、加熱空気または加熱蒸気となる。前述した実施形態と同様に加熱蒸気または加熱空気の温度は約２００℃以上であるのが好ましい。本実施形態においては加熱蒸気または加熱空気を形成するための加熱装置７０を別途備えているので、水銀等を気化させるのに必要な温度まで空気または蒸気を確実に加熱することができる。また、図５（ａ）および図５（ｂ）に示されるように、配管系６５、６６による加熱蒸気などの供給方向は配管系２１、２２による排煙の供給方向とは反対であるのが好ましく、これにより水銀等の分離効率を高めることができる。当然のことながら、図５（ａ）および図５（ｂ）に示される実施形態を組み合わせることが本発明の範囲に含まれるのは明らかである。
【００７８】
排煙内の砒素および／または砒素化合物を吸着する場合には、本実施形態および後述する実施形態における活性炭素繊維部３１の活性炭素繊維は吸着部３０内に配置される前に種々の処理を受けていてもよい。例えば活性炭素繊維には第一鉄イオンまたは第二鉄イオンを添着し、乾燥後に使用するのが好ましい。第一鉄イオンを活性炭素繊維に添着するために、例えばＦｅＳＯ4 、ＦｅＣｌ2 、Ｆｅ（ＣｌＯ4 ）2 、Ｆｅ（ＯＨ）2 を採用できる。また、第二鉄イオンを活性炭素繊維に吸着させるために、例えばＦｅＣｌ3 、Ｆｅ（ＣｌＯ4 ）3 を採用できる。このような場合には主に五価の砒素（Ａｓ（Ｖ））を例えばＦｅ3 （ＡｓＯ4 ）2 、ＦｅＡｓＯ4 等の形態で活性炭素繊維に吸着させられる。
【００７９】
同様に、銀イオンを活性炭素繊維に添着させる場合には、例えばＡｇ2 ＳＯ4 を採用でき、これにより、主に五価の砒素を活性炭素繊維に吸着させられる。鉛イオンおよびコバルトイオンを活性炭素繊維に添着させた場合もほぼ同様な効果が得られるが、詳細については説明を省略する。
【００８０】
第二銅イオンを活性炭素繊維に予め添着させることも同様に好ましい。この場合には例えばＣｕ（ＮＯ3 ）2 、Ｃｕ（ＳＯ4 ）、（ＣＨ３ ＣＯＯ）2 Ｃｕ、ＣｕＣｌ2 などを採用できる。このような場合にも主に五価の砒素をＣｕ2 ＡｓＯ4 ＯＨの形態で活性炭素繊維に吸着させられる。第二銅イオンを活性炭素繊維に吸着した場合が最も好ましく、この場合には他のイオンを採用した場合よりも多量の砒素等を活性炭素繊維に吸着させられる。
【００８１】
また、通常は三価の砒素は活性炭には吸着しないことが知られているが、ジルコニウムを活性炭素繊維に添着させた場合には、五価の砒素をＺｎ2 ＡｓＯ4 ＯＨの形態で活性炭素繊維に吸着させられると共に、三価の砒素（Ａｓ（ＩＩＩ））も活性炭素繊維に吸着させることができる。
【００８２】
さらに、活性炭素繊維を予め酒石酸に含浸させて乾燥させた後に使用する場合にも砒素等をさらに吸着させることができる。この場合には、砒素等の吸着後に水酸化カリウム溶液によって砒素等を容易に脱着させることができる。
【００８３】
図６（ａ）は本発明の他の実施形態に基づく排煙処理装置の概略図である。図６（ａ）に示される排煙処理装置１０はパージガス源７５および冷却器５５をさらに含んでいる。また図示されるように、吸着部３０の活性炭素繊維部３１周りには加熱部３５、例えばヒータが設けられている。ボイラ等２０からの排煙を吸着部３０に通過させるのを停止した後に、吸着部３０周りの加熱部３５を起動する。加熱部３５によって活性炭素繊維部３１が所定の温度に到達した後に、パージガスをパージガス源７５から活性炭素繊維部３１に通して冷却器５５まで供給する。これにより、活性炭素繊維部３１に吸着された砒素等が気化して、冷却器５５まで搬送される。次いで冷却器５５において冷却されることにより凝縮された砒素等５６がＡｓ4 Ｏ6 の形態で別途回収される。このような間欠処理によって吸着部３０の活性炭素繊維部３１を再利用することができる。加熱部３５により加熱される活性炭素繊維部３１の温度は約４００℃以上であるのが好ましく、それにより活性炭素繊維部３１に吸着された砒素等を確実に分離させられる。パージガスとして窒素ガスを採用できる。また、吸着部３０を通過することにより砒素等が吸着された排煙を一時的に保管し、この排煙をパージガスとして使用してもよい。この場合には排煙の予熱により、さらに効率的に砒素等を回収することができる。また、図６（ａ）に示されるように、パージガスの供給方向は排煙の供給方向とは反対であるのが好ましく、これにより砒素等の分離効率を高めることができる。当然のことながら、加熱部３５を使用することなしに、予め約４００℃以上に加熱されたパージガスを使用することは本発明の範囲に含まれる。
【００８４】
図６（ｂ）は本発明のさらに他の実施形態に基づく排煙処理装置の概略図である。本実施形態における排煙処理装置１０は強酸源または強アルカリ源８０（以下、「強酸源等」と呼ぶ）を含んでいる。強酸源等８０は強酸または強アルカリ液のうちの一方を吸着部３０内に供給できるようになっている。強酸源等８０は吸着部３０内に設けられた噴霧部８１に接続されている。図６（ｂ）に示されるように、略鉛直方向に配置された吸着部３０内の活性炭素繊維部３１は噴霧部からの強酸等によって、半乾式状態になりうる。使用時には、ボイラ等２０からの排煙を吸着部３０に通過させつつ、強酸源等８０からの強酸等を吸着部３０の活性炭素繊維部３１に噴霧する。これにより、砒素等が活性炭素繊維部３１から分離して吸着部３０の下方に集積されて（番号６１を参照されたい）、別途回収されうる。砒素の価電子数は＋５、＋３、０、−３であるので、砒素は両性であるといえる。従って、前述したように強酸または強アルカリ液のうちの一方を供給することにより砒素等を活性炭素繊維部３１から分離することができる。例えば強酸を使用する場合には、強酸のｐＨは２以下であるのが好ましく、これにより砒素等の分離効率を高めることができる。またこの場合には、含浸銅も溶出させられる。本実施形態においてはプラント等を停止させることなしに、連続的に砒素等を回収することができるので、図６（ａ）に示す実施形態よりも有利である。
【００８５】
図７（ａ）、図７（ｂ）および図７（ｃ）は別の実施形態において脱硫装置を含む排煙処理装置の概略図である。これら図面に示されるように、本実施形態の排煙処理装置１０は排煙内のＳＯｘを除去するための脱硫装置４０をさらに含んでいる。脱硫装置４０は通常の湿式石灰石膏法脱硫装置などでよい。塔状の脱硫装置４０においては排煙が吸収剤である石灰石を含むスラリーと脱硫装置の吸収塔で気液接触し、これによりＳＯｘが排煙から除去される。次いでＳＯｘは排煙内の酸素または別途供給される酸素により酸化されて、結果的に石膏が形成される。図７（ａ）においては、前述した吸着部３０は脱硫装置４０の前段に配置されている。図７（ａ）に示す実施形態の場合には、前段の吸着部３０において金属等を吸着しているので最終的に形成される石膏内に金属等が混入するのを妨げることができる。
【００８６】
図７（ｂ）に示されるように、吸着部３０は脱硫装置４０の後段に配置されていてもよく、この場合には脱硫装置４０を通過した砒素等を吸着部３０により確実に除去することができる。さらに、図７（ｃ）に示されるように、吸着部３０、３０'が脱硫装置４０の前段および後段の両方に配置されていてもよく、この場合には排煙内の金属等をほぼ完全に除去することが可能となりうる。
【００８７】
排煙内のカドミウムおよび／またはカドミウム化合物、亜鉛および／または亜鉛化合物、もしくはベリリウムおよび／またはベリリウム化合物を吸着する場合には、排煙を還元性雰囲気にするのが好ましい（図２を参照されたい）。それにより、これら金属および／または金属化合物を効率的に吸着することができる。特に亜鉛および／または亜鉛化合物を吸着する場合には、ジメチルチオカルバメートナトリウムまたはエチレンジアミンを排煙内に投入するのが好ましく、これにより、亜鉛および／または亜鉛化合物をさらに効率的に吸着することができる。同様に、ベリリウムおよび／またはベリリウム化合物を吸着する場合には、錯化剤としてのアセチルアセトンを排煙内に投入してベリリウム−アセチルアセトナト錯体を形成することにより、これら化合物をさらに効率的に吸着できる。例えば６Ｎ硫酸内で活性炭素繊維部３１を撹拌（約１０分）することにより、活性炭素繊維部３１に吸着した亜鉛および／または亜鉛化合物を回収することができる。
【００８８】
また、排煙内の銅および／または銅化合物を吸着する場合には、活性炭素繊維部３１にオキシエタノールを添加するか、活性炭素繊維部３１に構造多糖類の弱酸性カルボキシル基を形成させるか、活性炭素繊維部３１自体を酸化処理するか、もしくは排煙内にジメチルチオカルバメートナトリウムまたはエチレンジアミンを投入するのが好ましい。これにより、銅および／または銅化合物を効率的に吸着できる。例えば６Ｎ硫酸内で活性炭素繊維部３１を撹拌（約１０分）することにより、活性炭素繊維部３１に吸着した銅および／または銅化合物を回収することができる。
【００８９】
さらに、排煙内のアンチモンおよび／またはアンチモン化合物を吸着する場合には、活性炭素繊維部３１にテトラメチレンジチオカルバミン酸塩または含水酸化アンチモンを添加するか、もしくは排煙内にピロガロールを投入するのが好ましい。これにより、アンチモンおよび／またはアンチモン化合物を効率的に吸着できる。
【００９０】
さらに、排煙内のコバルトおよび／またはコバルト化合物ならびにバナジウムおよび／またはバナジウム化合物を吸着する場合には、排煙を酸性雰囲気にするのが好ましく、これにより、これら金属および／または金属化合物を効率的に吸着することができる（図２を参照されたい）。特にバナジウムおよび／またはバナジウム化合物を吸着する場合には、８−キノリン、８−キノリノールを錯化剤として排煙内に添加するのが好ましい。活性炭素繊維部３１に例えば０．５ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウムを添加することにより亜鉛および／または亜鉛化合物を回収することができる。
【００９１】
当然のことながら、前述した実施形態および態様のうちのいくつかを組み合わせることは本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第一の実施形態に基づく排煙処理装置の概略図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に基づく排煙処理装置の概略図である。
【図３】（ａ）本発明の第三の実施形態に基づく排煙処理装置の概略図である。
【００９３】
（ｂ）本発明の第三の実施形態に基づく排煙処理装置の概略図である。
【図４】本発明の第四の実施形態に基づく排煙処理装置の概略図である。
【図５】（ａ）本発明のさらに他の実施形態に基づく排煙処理装置の概略図である。
【００９４】
（ｂ）本発明のさらに他の実施形態に基づく排煙処理装置の概略図である。
【図６】（ａ）本発明の他の実施形態に基づく排煙処理装置の概略図である。
【００９５】
（ｂ）本発明のさらに他の実施形態に基づく排煙処理装置の概略図である。
【図７】（ａ）別の実施形態において脱硫装置を含む排煙処理装置の概略図である。
【００９６】
（ｂ）別の実施形態において脱硫装置を含む排煙処理装置の概略図である。
【００９７】
（ｃ）別の実施形態において脱硫装置を含む排煙処理装置の概略図である。
【符号の説明】
【００９８】
１０…排煙処理装置
２０…ボイラ
２１…配管系
３０…吸着部
３１…活性炭素繊維部
３３…吸着部
３４…吸着部
３５…加熱部
４０…脱硫装置
４１…前処理部
４２…酸化部
４３…還元部
４５…塩素化部
５０…排出部
５５…冷却器
５６…砒素等
６０…凝縮部
６１…水銀等
６５…配管系
７０…加熱装置
７５…パージガス源
８０…強酸源等
８１…噴霧部
９１…モニタ
９２…モニタ
９５…排出モニタ
【図１】
2005131505.tif 000003
【図２】
2005131505.tif 000004
【図３】
2005131505.tif 000005
【図４】
2005131505.tif 000006
【図５】
2005131505.tif 000007
【図６】
2005131505.tif 000008
【図７】
2005131505.tif 000009