(57)【要約】【課題】塩化水素、硫黄酸化物及び窒素酸化物の無害化に必要な薬剤の使用量を削減できるとともに、最終処分場に排出する飛灰量を削減できる、燃焼施設から発生する酸性排ガスの処理方法を提供する。【解決手段】以下の工程（１）及び（２）を１サイクルとして該サイクルを繰り返し実施するとともに、２回目以降の何れかのサイクルの工程（１）に用いる層状複水酸化物の少なくとも一部として、当該サイクル以前のサイクルの工程（２）で再生した層状複水酸化物を用いる、燃焼施設から発生する酸性排ガスの処理方法。（１）燃焼施設から発生する酸性排ガスに層状複水酸化物を含む固体状の酸性排ガス処理剤を接触させ、層状複水酸化物内に含まれる陰イオンｉと、酸性排ガス中の酸性物質に基づく陰イオンiiとを交換する工程。（２）層状複水酸化物中の陰イオンiiを陰イオンｉに交換して層状複水酸化物を再生するとともに、該陰イオンiiの離脱に伴い生成する酸性物質を回収する工程。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程（１）及び（２）を１サイクルとして該サイクルを繰り返し実施するとともに、２回目以降の何れかのサイクルの工程（１）に用いる層状複水酸化物の少なくとも一部として、当該サイクル以前のサイクルの工程（２）で再生した層状複水酸化物を用いる、燃焼施設から発生する酸性排ガスの処理方法。
（１）燃焼施設から発生する酸性排ガスに層状複水酸化物を含む固体状の酸性排ガス処理剤を接触させ、層状複水酸化物内に含まれる陰イオンｉと、酸性排ガス中の酸性物質に基づく陰イオンiiとを交換する工程。
（２）層状複水酸化物中の陰イオンiiを陰イオンｉに交換して層状複水酸化物を再生するとともに、該陰イオンiiの離脱に伴い生成する酸性物質を回収する工程。
【請求項２】
前記工程（１）で用いる層状複水酸化物及び前記工程（２）で再生する層状複水酸化物が、ＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ系層状複水酸化物である請求項１に記載の燃焼施設から発生する酸性排ガスの処理方法。
【請求項３】
以下の工程（１）及び（２）を１サイクルとして該サイクルを繰り返し実施する手段、及び２回目以降の何れかのサイクルの工程（１）に用いる層状複水酸化物の少なくとも一部として、当該サイクル以前のサイクルの工程（２）で再生した層状複水酸化物を用いる手段を備えた燃焼施設。
（１）燃焼施設から発生する酸性排ガスに層状複水酸化物を含む固体状の酸性排ガス処理剤を接触させ、層状複水酸化物内に含まれる陰イオンｉと、酸性排ガス中の酸性物質に基づく陰イオンiiとを交換する工程。
（２）層状複水酸化物中の陰イオンiiを陰イオンｉに交換して層状複水酸化物を再生するとともに、該陰イオンiiの離脱に伴い生成する酸性物質を回収する工程。
【請求項４】
前記工程（１）で用いる層状複水酸化物及び前記工程（２）で再生する層状複水酸化物が、ＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ系層状複水酸化物である請求項３に記載の燃焼施設。
【請求項５】
層状複水酸化物を含有してなる固体状の酸性排ガス処理剤。
【請求項６】
前記層状複水酸化物がＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ系層状複水酸化物である請求項５に記載の固体状の酸性排ガス処理剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼施設から発生する酸性排ガスの処理方法、燃焼施設及び酸性排ガス処理剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼却炉等の燃焼施設から排出される燃焼排ガスには、塩化水素、硫黄酸化物（ＳＯＸ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）等の有害な酸性物質が含まれていることから、大気放出に先立ち、これらの酸性ガスを除去する必要がある。
【０００３】
前記酸性物質のうち、塩化水素及び硫黄酸化物については、一般的には、焼却炉の集塵機の手前で、燃焼排ガスに対して消石灰や重曹等を噴霧して、塩化水素及び硫黄酸化物を中和する工程が行われている（例えば特許文献１）。
そして、中和工程を経て集塵機で捕集された煤塵及び酸性物質の中和物（以下、総称して「飛灰」という場合がある。）は特別管理一般廃棄物であるため、法律に定める中間処理を施されたのち、管理型最終処分場に排出される。
【０００４】
また、前記酸性物質中のうち窒素酸化物は消石灰や重曹と反応しないため、集塵機の後段に排ガス再加熱器、脱硝触媒塔を設置するなどして、触媒脱硝法により窒素酸化物を分解する工程が行われている（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４１９４００１号公報
【特許文献２】特許第３７９５１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の塩化水素及び硫黄酸化物を無害化する手段では、消石灰や重曹による乾式処理が主流であるが、酸性排ガスの規制強化に伴い、消石灰や重曹の噴霧量が増加しコストが掛かる。また、消石灰や重曹は複数種類の酸性物質を同時に処理できず、かつ１回限りの使用でありリサイクルできないことから、酸性物質の処理効率が悪いとともに、飛灰の発生量が増加する。飛灰の増加は、国内の最終処分場の残余年数が限られており、国内外において新たな最終処分場の用地確保も難しいといった背景から、深刻な問題である。
また、法律に定める飛灰の中間処理方法として、薬剤による処理が普及している。しかし、薬剤による飛灰の処理はコストがかかる。さらに、薬剤により無害化された飛灰が排出される最終処分場では、飛灰中に含まれる物質により、塩害、カルシウムスケール障害、重金属等の有害物質の再溶出等の問題が懸念される。
【０００７】
一方、特許文献２の触媒脱硝法により窒素酸化物を無害化する手段は、脱硝効率を上げるため排ガスの再加熱が必要となり、本来、発電のために供するのが主目的である蒸気を排ガスの再加熱のために使用することにより、発電量が少なくなり売電収入が減少する問題がある。また、触媒脱硝法においては、脱硝触媒の表面に酸性硫酸アンモニウムが析出するため触媒の交換が必要となることが多く、触媒の交換時に施設の運転を休止する必要があるとともに、触媒の交換に多大な費用が生じるといった問題がある。
【０００８】
本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであり、塩化水素、硫黄酸化物及び窒素酸化物の無害化に必要な薬剤の使用量を削減できるとともに、最終処分場に排出する飛灰量を削減できる、燃焼施設から発生する酸性排ガスの処理方法、燃焼施設及び酸性排ガス処理剤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】
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［６］を提供するものである。
［１］以下の工程（１）及び（２）を１サイクルとして該サイクルを繰り返し実施するとともに、２回目以降の何れかのサイクルの工程（１）に用いる層状複水酸化物の少なくとも一部として、当該サイクル以前のサイクルの工程（２）で再生した層状複水酸化物を用いる、燃焼施設から発生する酸性排ガスの処理方法。
（１）燃焼施設から発生する酸性排ガスに層状複水酸化物を含む固体状の酸性排ガス処理剤を接触させ、層状複水酸化物内に含まれる陰イオンｉと、酸性排ガス中の酸性物質に基づく陰イオンiiとを交換する工程。
（２）層状複水酸化物中の陰イオンiiを陰イオンｉに交換して層状複水酸化物を再生するとともに、該陰イオンiiの離脱に伴い生成する酸性物質を回収する工程。
［２］前記工程（１）で用いる層状複水酸化物及び前記工程（２）で再生する層状複水酸化物が、ＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ系層状複水酸化物である上記［１］に記載の燃焼施設から発生する酸性排ガスの処理方法。
［３］以下の工程（１）及び（２）を１サイクルとして該サイクルを繰り返し実施する手段、及び２回目以降の何れかのサイクルの工程（１）に用いる層状複水酸化物の少なくとも一部として、当該サイクル以前のサイクルの工程（２）で再生した層状複水酸化物を用いる手段を備えた燃焼施設。
（１）燃焼施設から発生する酸性排ガスに層状複水酸化物を含む固体状の酸性排ガス処理剤を接触させ、層状複水酸化物内に含まれる陰イオンｉと、酸性排ガス中の酸性物質に基づく陰イオンiiとを交換する工程。
（２）層状複水酸化物中の陰イオンiiを陰イオンｉに交換して層状複水酸化物を再生するとともに、該陰イオンiiの離脱に伴い生成する酸性物質を回収する工程。
［４］前記工程（１）で用いる層状複水酸化物及び前記工程（２）で再生する層状複水酸化物が、ＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ系層状複水酸化物である上記［３］に記載の燃焼施設。
［５］層状複水酸化物を含有してなる固体状の酸性排ガス処理剤。
［６］前記層状複水酸化物がＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ系層状複水酸化物である上記［５］に記載の固体状の酸性排ガス処理剤。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の燃焼施設から発生する酸性排ガスの処理方法、燃焼施設及び酸性排ガス処理剤は、塩化水素、硫黄酸化物及び窒素酸化物等の酸性物質を同時に処理することができ、かつ、使用後の酸性排ガス処理剤を再生し、回収して利用できる。このため、本発明の燃焼施設から発生する酸性排ガスの処理方法、燃焼施設及び酸性排ガス処理剤は、酸性物質を効率的に処理することができ、かつ、酸性物質の無害化に必要な薬剤の使用量を削減できるとともに、最終処分場に排出する飛灰量を削減できる。また、酸性排ガス処理剤を再生する際に生じる塩酸、硫酸及び硝酸は、回収し、工業用に販売しリサイクルすることが可能である。
さらに、従来の消石灰や重曹を用いた従来法では、排ガス処理剤を元に生成される物質を原因として、塩害、カルシウムスケール障害、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）上昇、重金属等の有害物質の再溶出が問題となっていたが、本発明の燃焼施設から発生する酸性排ガスの処理方法、燃焼施設及び酸性排ガス処理剤では、該問題を抑制できる。
また、本発明の燃焼施設から発生する酸性排ガスの処理方法、燃焼施設及び酸性排ガス処理剤は、従来の触媒脱硝法で用いている触媒脱硝装置及び再加熱器が不要となるため、脱硝のためのコストを大幅に削減できるとともに、脱硝時の排ガスの再加熱によって発電量が損なわれることもない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の燃焼施設のフローを示す図である。
【図２】ＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ系層状複水酸化物の合成方法のフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［燃焼施設から発生する酸性排ガスの処理方法］
本発明の燃焼施設から発生する酸性排ガスの処理方法は、以下の工程（１）及び（２）を１サイクルとして該サイクルを繰り返し実施するとともに、２回目以降の何れかのサイクルの工程（１）に用いる層状複水酸化物の少なくとも一部として、当該サイクル以前のサイクルの工程（２）で再生した層状複水酸化物を用いるものである。
（１）燃焼施設から発生する酸性排ガスに層状複水酸化物を含む固体状の酸性排ガス処理剤を接触させ、層状複水酸化物内に含まれる陰イオンｉと、酸性排ガス中の酸性物質に基づく陰イオンiiとを交換する工程。
（２）層状複水酸化物中の陰イオンiiを陰イオンｉに交換して層状複水酸化物を再生するとともに、該陰イオンiiの離脱に伴い生成する酸性物質を回収する工程。
なお、以下、「燃焼施設から発生する酸性排ガスの処理方法」のことを「酸性排ガスの処理方法」と略称する場合がある。
【００１３】
工程（１）では、燃焼施設から発生する酸性排ガスに層状複水酸化物を含む固体状の酸性排ガス処理剤を接触させ、層状複水酸化物内に含まれる陰イオンｉと、酸性排ガス中の酸性物質に基づく陰イオンiiとを交換する。
酸性排ガスの酸性物質としては、塩化水素（ＨＣｌ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）等が挙げられる。これら酸性物質を含む酸性排ガスは、焼却炉等の燃焼施設から生じる。
【００１４】
層状複水酸化物は、下記の一般式（１）で表される不定比化合物であり、水酸化物の正八面体基本層（［Ｍ２＋１−ｘＭ３＋ｘ（ＯＨ）２］）と、層間陰イオン及び層間水から構成される中間層（［Ａｎ−ｘ／ｎ・ｙＨ２Ｏ］）とが交互に積層した構造を有している。水酸化物の正八面体基本層（［Ｍ２＋１−ｘＭ３＋ｘ（ＯＨ）２］）はｘだけ正に帯電しており、この静電荷を補償して、中間層に層間陰イオンが存在している。
【００１５】
［Ｍ２＋１−ｘＭ３＋ｘ（ＯＨ）２］［Ａｎ−ｘ／ｎ・ｙＨ２Ｏ］  （１）
式中、Ｍ２＋は二価金属イオンを示し、Ｍ３＋は三価金属イオンを示し、Ａｎ−は層間陰イオンを示す。ｘ＝［Ｍ３＋］／（［Ｍ２＋］＋［Ｍ３＋］）であり、通常のｘの範囲は０．２〜０．３３である。
二価の金属イオンとしては、Ｍｇ２＋、Ｍｎ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋、Ｚｎ２＋等が挙げられる。三価の金属イオンとしては、Ａｌ３＋、Ｃｒ３＋、Ｆｅ３＋、Ｃｏ３＋、Ｉｎ３＋等が挙げられる。層間陰イオンとしては、ＣＯ３２−、ＳＯ４２−、ＯＨ−、Ｆ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−、ＮＯ３−、Ｉ−等が挙げられる。
層状複水酸化物は、例えば、特開２００７−２２８８１号公報に記載の方法により製造することができる。
【００１６】
層状複水酸化物の代表例としては、二価金属イオンがＭｇ２＋、三価金属イオンがＡｌ３＋であり、層間陰イオンがＣＯ３２−であるＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ系層状複水酸化物が挙げられる。
これら層状複水酸化物を固体状で酸性ガスと接触させることにより、層状複水酸化物内に含まれる層間陰イオンｉと、酸性排ガス中の酸性物質に基づく陰イオンiiとを交換することができ、酸性物質を中和できる。
層状複水酸化物の代表例であるＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ系層状複水酸化物は、以下の反応で酸性物質を除去している。
以下の反応から、本発明の酸性排ガス処理方法は、塩化水素、硫黄酸化物及び窒素酸化物等の酸性物質を同時に処理でき、酸性物質を効率的に処理できることが分かる。
【００１７】
（ＨＣｌの除去）
Ｍｇ０．８Ａｌ０．２（ＯＨ）２（ＣＯ３）０．１・０．７２Ｈ２Ｏ  ＋  ０．２ＨＣｌ
→  Ｍｇ０．８Ａｌ０．２（ＯＨ）２Ｃｌ０．２  ＋  ０．１ＣＯ２  ＋  ０．８２Ｈ２Ｏ
（Ｈ２ＳＯ３の除去）
Ｍｇ０．８Ａｌ０．２（ＯＨ）２（ＣＯ３）０．１・０．７２Ｈ２Ｏ  ＋  ０．１Ｈ２ＳＯ３
→  Ｍｇ０．８Ａｌ０．２（ＯＨ）２（ＳＯ３）０．１  ＋  ０．１ＣＯ２  ＋  ０．８２Ｈ２Ｏ
（ＨＮＯ２の除去）
Ｍｇ０．８Ａｌ０．２（ＯＨ）２（ＣＯ３）０．１・０．７２Ｈ２Ｏ  ＋  ０．２ＨＮＯ２
→  Ｍｇ０．８Ａｌ０．２（ＯＨ）２（ＮＯ２）０．２  ＋  ０．１ＣＯ２  ＋  ０．８２Ｈ２Ｏ
【００１８】
なお、水溶液状の層状複水酸化物を酸性ガスと接触させた場合（気液反応の場合）、層状複水酸化物中にはイオン交換の序列の低いイオンを取り込むことはできない。一方、本発明のように、固体状の層状複水酸化物を酸性ガスと接触させる場合（気固反応の場合）、イオン交換の序列の低いイオン（例えば、Ｃｌ−、ＮＯ３−）も層状複水酸化物中に取り込むことができる。
例えば、層間陰イオンがＣＯ３２−である固体状のＣＯ３型層状複水酸化物は、以下の（ａ）、（ｂ）の機構で層状複水酸化物中にＣｌ−を取り込んでいると考えられる。
（ａ）ＣＯ３型層状複水酸化物の炭酸イオン（ＣＯ３２−）が排ガス中のＨＣｌガスのプロトン（Ｈ＋）と反応し、炭酸イオンはＣＯ２となって層状複水酸化物から脱離する。
（ｂ）層状複水酸化物から炭酸イオンが脱離した部分にＣｌ−が入り込み、Ｃｌ型層状複水酸化物が形成される。
【００１９】
また、本発明のように固体状の層状複水酸化物を用いることにより、排水処理装置や乾燥のための加熱装置が不要となり、コストや設備規模を抑制することができる。
【００２０】
層状複水酸化物は、イオン交換の容易性、及び工程（２）での元の層状水酸化物への再生の容易性の観点から、ＣＯ３型層状複水酸化物であることが好ましく、ＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ系層状複水酸化物であることがより好ましい。
【００２１】
酸性排ガス処理剤を添加する箇所は、焼却炉本体から集塵機に至るまでの煙道のうち、何れかの煙道に添加することが好ましい。また、酸性排ガス処理剤を添加する箇所は、ボイラ及び／又はガス冷却設備によって冷却された後の煙道であることがより好ましい。また、酸性排ガス処理剤を添加する好適な箇所の煙道は、集塵機直前の煙道であることがさらに好ましい。
酸性排ガス処理剤を煙道で添加すると、酸性排ガス処理剤中の層状複水酸化物は集塵機の濾布の表面で堆積層を形成し、該堆積層において酸性物質と効率的に反応する。このため、酸性排ガス処理剤を上記の箇所で添加することが効果的である。
酸性排ガス処理剤は、汎用的な薬剤である消石灰及び重曹と同様の装置を用い、同様の方法で添加することができる。例えば、薬剤貯蔵層内に酸性排ガス処理剤を貯蔵し、薬剤輸送配管で酸性排ガス処理剤を輸送し、吹き込みノズルで煙道に酸性排ガス処理剤を添加できる。酸性排ガス処理剤は連続的に添加することが好ましい。
【００２２】
酸性排ガス処理剤は、酸性排ガス中の酸性物質との反応当量が１以上となる量で添加することが好ましく、反応当量が１．５〜２．０となる量で添加することがより好ましい。
【００２３】
酸性排ガス処理剤中の層状複水酸化物の含有割合は、８０質量％以上であることが好ましく、９０質量％以上であることがより好ましく、９５質量％以上であることがさらに好ましい。
酸性排ガス処理剤は、イオン交換の効率を良好にするため、粉体であることが好ましい。該粉体のＢＥＴ比表面積は１０〜３００ｍ２／ｇであることが好ましく、５０〜３００ｍ２／ｇであることがより好ましい。また、該粉体の細孔容積は１．０×１０−４〜１．０×１０−２ｃｍ３／ｇであることが好ましく、１．０×１０−３〜１．０×１０−２であることがより好ましい。
なお、「ＢＥＴ比表面積」とは窒素吸着によるＢＥＴ法により、窒素の吸着量からＢＥＴ１点法により算出される比表面積を意味し、「細孔容積」とはＢＪＨ法により算出される細孔容積を意味し、いずれもQuanta chrome社製の商品名 NOVA 2000等の測定装置により測定できる。
【００２４】
酸性排ガス処理剤中には、本発明の効果を阻害しない範囲で、水酸化カルシウム（消石灰）、酸化カルシウム、重炭酸ナトリウム（重曹）、炭酸ナトリウム、水酸化ドロマイト、軽焼ドロマイト、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム及び酸化マグネシウム等の層状複水酸化物以外の薬剤を含有してもよい。
【００２５】
工程（２）では、工程（１）でイオン交換された層状複水酸化物中の陰イオンiiを陰イオンｉに交換して層状複水酸化物を再生するとともに、該陰イオンiiの離脱に伴い生成する酸性物質を回収する。
【００２６】
酸性物質に基づく陰イオンiiと交換された層状複水酸化物は、バッチ式で該イオン交換された層状複水酸化物と水溶液（炭酸型の場合、炭酸水溶液）とを混合、攪拌し、イオン交換すること、あるいは加熱することにより、元の層状複水酸化物（陰イオンiを含む層状複水酸化物）に容易に再生することができる。
例えば、ＣＯ３型層状複水酸化物のＣＯ３２−がＣｌ−、ＳＯ３２−、又はＮＯ２−に交換された層状複水酸化物は、下記のイオン交換反応でＣＯ３型層状複水酸化物に再生することができる。また、下記の再生反応は同時反応が可能であるため、ＣＯ３型層状複水酸化物は再生効率にも優れている。なお、中間層の層間水は、下記の反応後に大気中に放置することにより補充される。
【００２７】
（Ｃｌ型層状複水酸化物からＣＯ３型層状複水酸化物への再生）
Ｍｇ０．８Ａｌ０．２（ＯＨ）２Ｃｌ０．２  ＋  ０．１Ｈ２ＣＯ３
→  Ｍｇ０．８Ａｌ０．２（ＯＨ）２（ＣＯ３）０．１  ＋  ０．２ＨＣｌ
（ＳＯ３型層状複水酸化物からＣＯ３型層状複水酸化物への再生）
Ｍｇ０．８Ａｌ０．２（ＯＨ）２（ＳＯ３）０．１  ＋  ０．１Ｈ２ＣＯ３
→  Ｍｇ０．８Ａｌ０．２（ＯＨ）２（ＣＯ３）０．１  ＋  ０．１Ｈ２ＳＯ４
（ＳＯ３型層状複水酸化物からＣＯ３型層状複水酸化物への再生）
Ｍｇ０．８Ａｌ０．２（ＯＨ）２（ＮＯ２）０．２  ＋  ０．１Ｈ２ＣＯ３
→  Ｍｇ０．８Ａｌ０．２（ＯＨ）２（ＣＯ３）０．１  ＋  ０．２０ＨＮＯ３
【００２８】
上記のイオン交換による再生方法では、水溶液を用いるため、再生後の層状複水酸化物は乾燥して用いることが好ましい。乾燥工程の乾燥手段としては減圧乾燥が挙げられる。減圧乾燥の条件は、例えば、０．０１〜０．２ＭＰａ、４０〜２００℃で２〜１０時間程度である。
上記乾燥工程で使用するエネルギーは、燃焼施設の発電により生じるエネルギーに比べて無視できるほど小さい。つまり、上記乾燥工程を実施しても、触媒脱硝法の排ガスの再加熱のように大きなエネルギーを使用しないため、発電量の減少により売電収入が減少することはない。
【００２９】
本発明の酸性排ガスの処理方法は、再生した層状複水酸化物を再利用する。
具体的には、本発明の酸性排ガスの処理方法では、上述した工程（１）及び（２）を１サイクルとして該サイクルを繰り返し実施するとともに、２回目以降の何れかのサイクルの工程（１）に用いる層状複水酸化物の少なくとも一部として、当該サイクル以前のサイクルの工程（２）で再生した層状複水酸化物を用いている。
このように、再生した層状複水酸化物を再利用することにより、酸性物質の無害化に必要な薬剤の使用量を削減することができるとともに、最終処分場に排出する飛灰量を削減でき、最終処分場の使用期間を延命できる。
【００３０】
工程（２）で生成する塩化水素、硫酸、硝酸等の酸性物質は、例えば、水に溶解させて回収する。回収した塩化水素、硫酸、硝酸等の酸性物質は、工業用の酸性物質等として再利用することができる。
【００３１】
以上に説明した本発明の酸性排ガスの処理方法は、塩化水素、硫黄酸化物及び窒素酸化物等の酸性物質を同時に処理することができ、かつ、使用後の酸性排ガス処理剤を再生し、回収して利用できる。このため、本発明の酸性排ガスの処理方法は、酸性物質を効率的に処理することができ、かつ、酸性物質の無害化に必要な薬剤の使用量を削減できるとともに、最終処分場に排出する飛灰量を削減できる。また、酸性排ガス処理剤を再生する際に生じる塩酸、硫酸及び硝酸は、回収し、工業用に販売しリサイクルできる。
また、本発明の酸性排ガスの処理方法は、従来の触媒脱硝法で用いている触媒脱硝装置及び再加熱器が不要となるため、脱硝のためのコストを大幅に削減できるとともに、脱硝時の排ガスの再加熱によって発電量が損なわれることを防止できる。
さらに、従来の消石灰や重曹を用いた従来法では、排ガス処理剤を元に生成される物質を原因として、塩害、カルシウムスケール障害、ＣＯＤ上昇、重金属等の有害物質の再溶出が問題となっていたが、本発明の酸性排ガスの処理方法では、該問題を抑制できる。
【００３２】
［燃焼施設］
本発明の燃焼施設は、以下の工程（１）及び（２）を１サイクルとして該サイクルを繰り返し実施する手段、及び２回目以降の何れかのサイクルの工程（１）に用いる層状複水酸化物の少なくとも一部として、当該サイクル以前のサイクルの工程（２）で再生した層状複水酸化物を用いる手段を備えたものである。
（１）燃焼施設から発生する酸性排ガスに層状複水酸化物を含む固体状の酸性排ガス処理剤を接触させ、層状複水酸化物内に含まれる陰イオンｉと、酸性排ガス中の酸性物質に基づく陰イオンiiとを交換する工程。
（２）層状複水酸化物中の陰イオンiiを陰イオンｉに交換して層状複水酸化物を再生するとともに、該陰イオンiiの離脱に伴い生成する酸性物質を回収する工程。
【００３３】
図１は、本発明の燃焼施設の実施の形態を示すフロー図である。図１の燃焼施設１００は、焼却炉本体１１、ボイラ１２、ガス冷却装置１３、集塵機１４、誘引通風気１５及び煙突１６が、煙道２１〜２５を介して接続されている。
また、図１の燃焼施設１００は、酸性排ガス処理剤の収納容器３０を備え、該収納容器３０と煙道２３とが、酸性排ガス処理剤供給路３１を介して接続されている。
さらに、図１の燃焼施設１００は、層状複水酸化物の再生手段４０を備え、該再生手段４０と集塵機１４とは配管４１を介して接続され、該再生手段４０と収納容器３０とは層状複水酸化物供給路４２を介して接続されている。なお、層状複水酸化物の再生手段４０は、図１のように燃焼施設１００に接続されたインサイトに位置する必要はなく、オフサイトに位置していてもよい。
【００３４】
工程（１）を実施する手段は、例えば、酸性排ガス処理剤の収納容器と、該収納容器と煙道とを接続する酸性排ガス処理剤の供給路とを備えたユニット（以下、「供給ユニット」と称する場合がある。）が挙げられる。
酸性排ガス処理剤の供給路は、集塵機より上流の何れかの煙道に接続されることが好ましく、ボイラ及び／又はガス冷却設備によって冷却された後の煙道に接続されることがより好ましく、集塵機直前の煙道に接続されることがさらに好ましい。
【００３５】
また、供給ユニットは、酸性排ガスの流量及び／又は酸性物質の濃度を連続的にモニタリングする装置を備えるとともに、該流量及び／又は濃度に応じて酸性排ガス処理剤の添加量を制御するフィードバック装置を備えることが好ましい。さらには、該流量及び／又は濃度に対して不足する酸性排ガス処理剤を収納容器に補給する装置を備えることが好ましい。モリタリング装置は酸性排ガス処理剤の添加箇所より下流（例えば集塵機の出口）に設置することが好ましい。さらには、供給ユニットは、酸性排ガス処理剤の添加箇所より上流にもモリタリング装置を備え、流量及び／又は濃度に応じて酸性排ガス処理剤の添加量を制御するフィードフォワード装置を備えることが好ましい。フィードフォワード、フィードバックのダブル制御により、酸性物質を安定して処理できるとともに、酸性ガス処理剤の添加量をさらに適正化することができる。
酸性排ガス処理剤の添加量は、酸性排ガス中の酸性物質との反応当量が１以上となる量で添加することが好ましく、反応当量が１．５〜２．０となる量で添加することがより好ましい。
なお、酸性排ガス処理剤を補給する装置は、後述する再利用ユニットから収納容器に供給される再生した層状複水酸化物の供給量をモニタリングして、再生した層状複水酸化物のみでは処理剤の量が不足する場合に、新規の層状複水酸化物を補給する手段を備えることが好ましい。
【００３６】
工程（２）を実施する手段は、例えば、層状複水酸化物の再生手段と、酸性物質の回収手段とを備えたユニット（以下、「再生及び回収ユニット」と称する場合がある。）が挙げられる。
層状複水酸化物の再生手段は、上述したように、加熱を行う手段、あるいはイオン交換再生装置を用いる手段が挙げられる。酸性物質は、例えば、水に溶解させて回収できる。
再生及び回収ユニットは、さらに集塵機で回収した飛灰を移動する配管等の移動手段を有することが好ましい。この場合、該移動先に層状複水酸化物の再生手段、及び酸性物質の回収手段を有することが好ましい。
なお、集塵機で回収した飛灰には層状複水酸化物以外の不純物も含まれているため、層状複水酸化物の純度を高める工程を実施することが好ましい。層状複水酸化物の純度を高める手段としては、層状複水酸化物を再生する前後で、遠心分離等で物理的に分離する手段、水等の溶媒に層状複水酸化物を溶解させて固液分離する手段等が挙げられる。
【００３７】
２回目以降の何れかのサイクルの工程（１）に用いる層状複水酸化物の少なくとも一部として、当該サイクル以前のサイクルの工程（２）で再生した層状複水酸化物を用いる手段は、例えば、工程（２）で再生した層状複水酸化物を酸性排ガス処理剤の収納容器に供給する供給路を備えたユニット（以下、「再利用ユニット」と称する場合がある。）が挙げられる。
【００３８】
［固体状の酸性排ガス処理剤］
本発明の酸性排ガス処理剤は、層状複水酸化物を含有してなる固体状の酸性排ガス処理剤である。
本発明の酸性排ガス処理剤の実施の形態は、本発明の酸性排ガス処理方法で用いる酸性排ガス処理剤の実施の形態と同様である。
【実施例】
【００３９】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
【００４０】
１．ＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ系層状複水酸化物の合成
１−１．試薬
ＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ系層状複水酸化物の合成に使用した試薬を表１に示す。水は、ADVANTEC社製の純水製造装置（商品名：RFD240HA aquarius）により、蒸留後脱イオン処理したものを用いた。
【００４１】
【表１】
2016190199.tif 000002
【００４２】
１−２．溶液の調製
ＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ系層状複水酸化物の合成に使用した溶液は以下の方法で調製した。
（Ｍｇ−Ａｌ混合溶液）
表１の硝酸マグネシウム六水和物を６１５．４ｇ、表１の硝酸アルミニウム九水和物を２２５．１ｇ秤量し、イオン交換水に溶解させて１５００ｍＬに定容し、Ｍｇ２＋濃度が１．６ｍｏｌ／Ｌ、Ａｌ３＋濃度が０．４ｍｏｌ／Ｌ、Ｍｇ／Ａｌモル比が４．０のＭｇ−Ａｌ混合溶液を調製した。
（炭酸ナトリウム溶液）
表１の炭酸ナトリウムを６３．６ｇ秤量し、イオン交換水に溶解させて１０００ｍｌに定容し、ＣＯ３２−濃度が０．６ｍｏｌ／Ｌの溶液を調製した。
【００４３】
１−３．実験操作
ＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ系層状複水酸化物の合成の理論反応式を式（ａ）に示す。
０．８０Ｍｇ２＋＋０．２０Ａｌ３＋＋０．１０ＣＯ３２−＋２ＯＨ−
→  Ｍｇ０．８０Ａｌ０．２０（ＯＨ）２（ＣＯ３２−）０．１０  （ａ）
実験は下記に示す手順（１）〜（５）により行った。また、実験のフローシートを図２に示す。
（１）容量５Ｌのビーカーに、式（ａ）より決定した、化学量論量２．０（Ｍｇ−Ａｌ混合溶液基準）でＣＯ３２−を含む炭酸ナトリウム溶液（１−２で調製した炭酸ナトリウム溶液）１０００ｍＬを入れた。そこに、３０℃、３００ｒｐｍで攪拌しながらＭｇ−Ａｌ混合溶液１５００ｍＬを６ｍＬ／ｍｉｎの速度で滴下した。このとき、５．０ｍｏｌ／ＬのＮａＯＨ溶液の滴下によりｐＨ１０．５を保持した。
（２）滴下終了後、直ちに４０℃に昇温して４時間攪拌した。その後、さらに７０℃に昇温し、攪拌速度を５００ｒｐｍにして４０時間攪拌した。なお、このときもｐＨ１０．５を保持した。
（３）懸濁液をＮｏ．５Ｃのろ紙で吸引ろ過し、ろ液が中性になるまで洗浄した。得られた固相を重量減少がなくなるまで４０℃で減圧乾燥し、粉砕して生成物Ａを得た。
（４）生成物ＡをＸ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて相同定した。生成物ＡのＭｇ２＋、Ａｌ３＋の含有量は、生成物Ａ０．１０ｇを１ｍｏｌ／ＬのＨＮＯ３１０ｍＬに溶解させ、１００ｍＬに定容したものを母液として、そこから１０ｍＬ採取したものを２５０ｍＬに定容した溶液を誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）より分析することで決定した。このとき溶液のＨＮＯ３濃度は０．１ｍｏｌ／Ｌとした。この結果、生成物Ａ中に、上記理論反応式（ａ）の反応生成物であるＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ系層状複水酸化物が含まれることが確認された。また、ＢＥＴ比表面積を測定したところ、８４ｍ２／ｇであった。
【００４４】
３．酸性物質の除去率の確認
（ＨＣｌガス）
［実施例１］
ＨＣｌ濃度１５００ｐｐｍのガスを１５０℃に加熱し、該ガスに固体状のＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ系層状複水酸化物（上記試験方法により得られた生成物Ａ、ＢＥＴ比表面積８４ｍ２／ｇ）を反応当量１．７５の量で散布した。６０分経過後にＨＣｌ濃度を測定したところ、４３５ｐｐｍであり、ＨＣｌ除去率は７１％であった。
【００４５】
［比較例１］
ＨＣｌ濃度１５００ｐｐｍのガスを１５０℃に加熱し、該ガスに固体状の高反応性消石灰（ＢＥＴ比表面積５１ｍ２／ｇ）を反応当量１．７５の量で散布した。６０分経過後にＨＣｌ濃度を測定したところ、５７０ｐｐｍであり、ＨＣｌ除去率は６２％であった。
【００４６】
（ＨＣｌ、ＳＯｘ及びＮＯｘの混合ガス）
[実施例２]
ＨＣｌ濃度１５００ｐｐｍ、ＳＯ２濃度１５０ｐｐｍ、ＮＯ濃度１５０ｐｐｍの混合ガスを１９０℃に加熱し、該ガスに固体状のＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ系層状複水酸化物（上記試験方法により得られた生成物Ａ、ＢＥＴ比表面積８４ｍ２／ｇ）を反応当量１．７５の量で散布した。６０分経過後に各酸性排ガスの濃度を測定したところ、ＨＣｌ濃度１８０ｐｐｍ、ＳＯ２濃度９７．５ｐｐｍ、ＮＯ濃度１３３．５ｐｐｍとなり、ＨＣｌ除去率は８８％、ＳＯ２除去率は３５％、ＮＯ除去率は１１％であった。
【００４７】
[比較例２]
ＨＣｌ濃度１５００ｐｐｍ、ＳＯ２濃度１５０ｐｐｍ、ＮＯ濃度１５０ｐｐｍの混合ガスを１９０℃に加熱し、該ガスに固体状の高反応性消石灰（ＢＥＴ比表面積５１ｍ２／ｇ）を反応当量１．７５の量で散布した。６０分経過後に各酸性排ガスの濃度を測定したところ、ＨＣｌ濃度６６０ｐｐｍ、ＳＯ２濃度１３２ｐｐｍ、ＮＯ濃度１４８．５ｐｐｍとなり、ＨＣｌ除去率は５６％、ＳＯ２除去率は１２％、ＮＯ除去率は1％であった。
【００４８】
４．発電増加量及びコストのシミュレーション
実施例１で用いた固体状のＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ系層状複水酸化物を用いて酸性排ガスを処理したケース（ケースＡ）と、触媒脱硝法を実施するとともに、比較例１で用いた高反応性消石灰を用いて酸性排ガスを処理したケース（ケースＢ）について、発電増加量及びコストをシミュレーションした。シミュレーションは以下の条件（１）〜（１３）に従って行った。結果を表２に示す。
【００４９】
＜シミュレーション条件＞
（１）施設条件       
施設規模：１日あたりの焼却量が２５０トンの焼却炉を２炉。稼働日数：２８０日
（２）排ガス性状
排ガス量（乾き、１２％０２換算）：６，０００ｍ３Ｎ／トン−ごみ
（３）排ガス再加熱器の運転条件
排ガスを１７０℃から２１０℃まで昇温
（４）触媒脱硝装置に関する条件
触媒充填量：７．５ｍ３×２炉、触媒交換頻度：４回／年
（５）ＮＯｘ自主規制値：５０ｐｐｍ
（６）各種単価
電力価値（ＦＩＴ導入）：１０円／ｋｗｈ、ＮＨ３単価：５５円／ｋｇ−２５％ＮＨ３、触媒単価：６，０００千円／ｍ３
（７）排ガス再加熱蒸気の電力変換率：３０％
（８）二酸化炭素排出係数：０．５６１ｋｇ−ＣＯ２／ｋｗｈ
（９）高反応消石灰使用量：６ｋｇ／トン−ごみ
（１０）高反応性消石灰単価：３２／ｋｇ
（１１）重金属固定剤（キレート剤）使用量：３％対飛灰
（１２）飛灰発生量：２．５％  対ごみ
（１３）キレート剤単価：３００円／ｋｇ
【００５０】
【表２】
2016190199.tif 000003
【００５１】
５．結果考察
実施例１〜２及び比較例１〜２の結果から、実施例１〜２の固体状の層状複水酸化物は、比較例１〜２の高反応性消石灰よりも、塩化水素、硫黄酸化物及び窒素酸化物の３種類の酸性物質の全ての除去性能が優れることが確認できる。
また、発電量及びコストのシミュレーションから、実施例１の固体状の層状複水酸化物を用いた酸性排ガスの処理方法（ケースＡ）は、触媒脱硝法及び高反応性消石灰による処理方法を併用した従来の汎用的な酸性排ガスの処理方法（ケースＢ）に比べて、発電効率、コストの面で極めて優れることが確認できる。
【符号の説明】
【００５２】
１１：焼却炉本体
１２：ボイラ
１３：ガス冷却装置
１４：集塵機
１５：誘引通風気
１６：煙突
２１〜２５： 煙道
３０：酸性排ガス処理剤の収納容器
３１：酸性排ガス処理剤の供給路
４０：層状複水酸化物の再生手段
４１：配管
４２：再生した複水酸化物の供給路
【図１】
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【図２】
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