(57)【要約】【課題】排ガス中の水銀の濃度をより安定してさらに低濃度に低減することができる水銀除去装置、および排ガス処理システムを提供する。【解決手段】本発明による水銀酸化装置１５は、金属水銀およびハロゲンを含有する排ガス２５Ｃから金属水銀を除去する水銀除去装置であって、第１電極４４と、第１電極４４と対向するように配置された第２電極４５との間に、排ガス２５Ｃを通過させると同時に、第１電極４４と第２電極４５との間にストリーマ放電を発生させて、排ガス２５Ｃ中の金属水銀を活性化させる放電部４１と、放電部４１の下流側に設けられた、活性化された金属水銀をハロゲンと反応させて酸化させる酸化触媒部４２とを具備してなり、放電部４１および酸化触媒部４２を直列に複数配置してなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属水銀およびハロゲンを含有する排ガスから前記金属水銀を除去する水銀除去装置であって、
第１電極と、前記第１電極と対向するように配置された第２電極との間に、前記排ガスを通過させると共に、前記第１電極と前記第２電極との間にストリーマ放電を発生させて、前記排ガス中の金属水銀を活性化させる放電部と、
前記放電部の下流側に設けられた、活性化された前記金属水銀をハロゲンと反応させて酸化させる酸化触媒部と、
を具備してなり、
前記放電部および酸化触媒部を直列に複数配置してなることを特徴とする、水銀除去装置。
【請求項２】
一組の前記放電部および前記酸化触媒部が並列に複数配置されてなる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第２電極が前記第１電極の周囲に配置され、前記排ガスが通気可能な開口部を具備してなる、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１電極と前記第２電極との間の間隔が、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下である、請求項１〜３の何れか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記酸化触媒部は、金属または導電性セラミックスを用いて形成された触媒担体を具備してなる、請求項１〜４の何れか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記酸化触媒部において生成したハロゲン化水銀を除去するスクラバー装置をさらに具備してなる、請求項１〜５の何れか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記排ガスに含まれる窒素酸化物を還元剤で還元すると共に、金属水銀を水銀酸化剤で酸化する脱硝触媒を具備してなる還元脱硝装置と、
前記排ガスに含まれる硫黄酸化物と前記還元脱硝装置で酸化された水銀とを除去する脱硫装置と、
請求項１〜６の何れか１項に記載の水銀除去装置と、を具備してなり、
前記還元脱硝装置および脱硫装置が、前記水銀除去装置よりも排ガスの流れ方向の上流側に設けられてなることを特徴とする、排ガス処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水銀除去装置およびこれを利用した排ガス処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭燃焼ボイラ、廃棄物焼却炉、またはセメント焼成装置などから排出される排ガスには、煤塵、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の他に、水銀（Ｈｇ）、ヒ素（Ａｓ）、カドミウム（Ｃｄ）、鉛（Ｐｂ）、セリウム（Ｃｅ）またはこれらの化合物などの有害物質が微量存在している場合がある。これらの有害物質が大気中に放出されると、放出された有害物質が人体に直接取り込まれ、人の健康に影響を与える可能性、または湖や海に蓄積して魚介類などを経由して人の健康に間接的に影響を与える可能性などがある。そのため、世界各国で、こうした有害物質の排出に対する規制が強化されつつある。特に、０価の金属水銀（Ｈｇ０）および化合物は、常温でも蒸気圧が高いため煙突から大気に放出され易く、人への健康被害をもたらす可能性が高いため、特に厳しい規制を設けることが検討されている。そのため、排ガスに含まれるこれらの有害物質を排ガスからより高度に除去する必要がある。
【０００３】
そこで、従来は、ＮＯｘを還元して無害なＮ２ガスとして、排ガスからＮＯｘを除去する脱硝装置、または水やアルカリ吸収液をＳＯｘ吸収剤として、排ガスからＳＯｘを除去する湿式脱硫装置を組み合わせて、排ガス中の金属水銀を低減する方法が検討されている。
【０００４】
具体的には、煙道中、高温の脱硝装置の上流側でアンモニウム（ＮＨ３）を添加してＮＯｘを還元脱硝すると共に、水銀酸化剤として塩酸（ＨＣｌ）などのハロゲン化合物を排ガス中に噴霧し、脱硝触媒上で金属水銀を酸化し、水溶性の塩化水銀とした後、湿式の脱硫装置で塩化水銀を除去している。金属水銀は水への溶解度が極めて低いため、脱硫装置では水に吸収されず、排ガスから除去されないが、塩化水銀は水に容易に吸収されるため、脱硫装置で大部分の塩化水銀が除去される。
【０００５】
従来の排ガス中の金属水銀を処理する方法では、高度に水銀を除去するために塩素などのハロゲンを添加する必要があるが、高濃度のハロゲンを含む脱硫排水の増加、または脱硫装置から排出される排ガス中のハロゲンの増加など新たな環境汚染源となる可能性があった。
【０００６】
そこで、ハロゲンを添加することなく、排ガス中の水銀をより高度に除去するため、例えば、排ガスに紫外線を照射して、紫外線によって酸化された水銀を除去する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１８１７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、排ガス中の金属水銀の濃度が低いため、紫外線によって金属水銀を酸化させる場合、大量の紫外線を排ガスに照射するため、大量の電力が必要である。また、紫外光ランプなど紫外線を発生する部位表面の汚れによって透過率が低下するため、紫外線照射部分の清掃を高い頻度で行う必要がある。
【０００９】
今後、水銀の更なる排出規制の高まりに対応し、排ガス中の水銀をより安定してさらに低濃度にまで除去できる方法が希求されている。
【００１０】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、排ガス中の水銀の濃度をより安定してさらに低濃度に低減することができる水銀除去装置、および排ガス処理システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一の実施形態による水銀除去装置は、金属水銀およびハロゲンを含有する排ガスから前記金属水銀を除去する水銀除去装置であって、第１電極と、前記第１電極と対向するように配置された第２電極との間に、前記排ガスを通過させると共に、前記第１電極と前記第２電極との間にストリーマ放電を発生させて、前記排ガス中の金属水銀を活性化させる放電部と、前記放電部の下流側に設けられた、活性化された前記金属水銀をハロゲンと反応させて酸化させる酸化触媒部と、を具備してなり、前記放電部および酸化触媒部を直列に複数配置してなる。
【００１２】
別の実施形態による排ガス処理システムは、前記排ガスに含まれる窒素酸化物を還元剤で還元すると共に、金属水銀を水銀酸化剤で酸化する脱硝触媒を具備してなる還元脱硝装置と、前記排ガスに含まれる硫黄酸化物と前記還元脱硝装置で酸化された水銀とを除去する脱硫装置と、上記の水銀除去装置と、を具備してなり、前記還元脱硝装置および脱硫装置が、前記水銀除去装置よりも排ガスの流れ方向の上流側に設けられてなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、排ガス中の水銀の濃度をより安定してさらに低濃度に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態による水銀除去装置を適用した排ガス処理システムの構成を示す概略図である。
【図２】実施形態による水銀除去装置の構成の一例を示す説明図である。
【図３】水銀酸化装置の構成の一部の縦断面図である。
【図４】水銀酸化装置の構成の一部の横断面図である。
【図５】図２のＡ−Ａ方向から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
実施形態による水銀除去装置を適用した排ガス処理システムについて、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態による水銀除去装置を適用した排ガス処理システムの構成を示す概略図である。図１に示すように、排ガス処理システム１０は、還元脱硝装置１１と、熱回収側熱交換器（ＧＧＨ）１２と、集塵器１３と、湿式脱硫装置１４と、水銀酸化装置１５と、スクラバー装置１６と、再加熱側熱交換器（ＧＧＨ）１７とを有している。
【００１７】
なお、本実施形態において、ボイラ２６から排出される排ガスを排ガス２５Ａとし、還元脱硝装置１１から排出される排ガスは排ガス２５Ｂとし、湿式脱硫装置１４から排出される排ガスは排ガス２５Ｃとし、水銀酸化装置１５から排出される排ガスは排ガス２５Ｄとし、スクラバー装置１６から排出される排ガスは排ガス２５Ｅとする。
【００１８】
還元脱硝装置１１は、脱硝触媒を備えた脱硝触媒層２１と、ＮＨ３を含む還元剤を添加する還元剤注入部２２と、塩酸（ＨＣｌ）又は塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）などの水銀酸化剤を含む溶液を添加する水銀酸化剤添加部２３とを備えている。還元剤注入部２２および水銀酸化剤添加部２３は、いずれも、脱硝触媒層２１の上流側に設けられている。脱硝触媒上で、還元剤はＮＯｘの還元脱硝用に用いられ、水銀酸化剤は０価の金属水銀（Ｈｇ０）の酸化用に用いられることで、排ガス２５ＡからＮＯｘ及び金属水銀が除去される。なお、水銀酸化剤として、ＮＨ４Ｃｌが用いられる場合、ＮＨ４Ｃｌが分解して生じたＮＨ３は、還元脱硝装置１１でＮＯｘの還元脱硝用に用いられ、ＨＣｌは金属水銀の酸化用に用いられる。一般に、石炭は水銀の数千〜数万倍の塩素を含むため、水銀酸化剤を排ガス２５Ａに添加する必要はない場合が多いが、石炭の種類によっては、極めて塩素の含有量が少ない場合がある。この場合には、水銀酸化剤が排ガス２５Ａに添加される。還元脱硝装置１１は、脱硝触媒の活性化を図るため、例えば３００℃以上に加熱されている。還元脱硝装置１１は、脱硝触媒層を１つ備えているが、脱硝性能に応じて脱硝触媒層の数を適宜変更することができる。
【００１９】
ボイラ２６から排出された排ガス２５Ａは、還元剤注入部２２および水銀酸化剤添加部２３から還元剤および水銀酸化剤が煙道２７内に添加された後、脱硝触媒上で、排ガス２５Ａ中のＮＯｘは、下記式（１）のように、ＮＨ３によりＮ２に還元脱硝される。また、排ガス２５Ａ中の金属水銀は、下記式（２）のように、水銀酸化剤がＨＣｌの場合は、塩化水銀（ＨｇＣｌ２）に酸化される。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２  →  ４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ  ・・・（１）
Ｈｇ＋１／２Ｏ２＋２ＨＣｌ  →  ＨｇＣｌ２＋Ｈ２Ｏ  ・・・（２）
【００２０】
脱硝触媒層２１の形状は特に限定されないが、例えば、断面がハニカム形状などに形成された連通孔を有する多孔質体、網目状に形成された繊維集合体、または粒子の脱硝触媒を充填させたものなどが用いられる。脱硝触媒の種類としては、ＴｉＯ２、またはＴｉＯ２とＳｉＯ２との複合酸化物を担体に、Ｖ、Ｗ、およびＭｏからなる群より選ばれる少なくとも１種の活性金属を含有させたものを用いることができる。また、Ａ１２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、メタロシリケート、ＺＳＭ５、シリカライト、Ｙ型ゼオライト、モルデナイト、およびゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも１種の担体に、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、ＺｎおよびＩｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の活性金属を含有させたものを用いることができる。活性金属としては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒなどの貴金属系が好ましく、特にＰｔ系が好ましい。また、担体は、Ａ１２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、メタロシリケート、ＺＳＭ５、シリカライト、Ｙ型ゼオライト、モルデナイトなどを好適に用いることができる。
【００２１】
排ガス２５Ａは、還元脱硝装置１１で、排ガス２５Ａ中のＮＯｘをＮ２に還元させると共に、金属水銀を塩化水銀に酸化させた後、排ガス２５Ｂとして、熱回収側熱交換器１２に供給される。
【００２２】
脱硝された排ガス２５Ｂは、熱回収側熱交換器１２で熱媒体２８と熱交換して冷却された後、集塵器１３に供給され、集塵器１３で排ガス２５Ｂ中の煤塵が除去される。集塵器１３としては、慣性力集塵機、電気集塵機、遠心力集塵機、濾過式集塵機、洗浄集塵機などが挙げられる。排ガス２５Ｂは、集塵器１３で排ガス２５Ｂ中の煤塵が除去された後、湿式脱硫装置１４に供給される。
【００２３】
湿式脱硫装置１４は、煤塵が除去された後の排ガス２５Ｂ中のＳＯｘおよび塩化水銀をアルカリ吸収液３１を用いて除去するものである。排ガス２５Ｂは装置本体３２内の底部の壁面側から送給され、アルカリ吸収液３１は装置本体３２内に供給され、ノズル３３より塔内に噴霧させる。装置本体３２内の充填層３４で、装置本体３２内の底部側から上昇してくる排ガス２５Ｂと、ノズル３３から流下するアルカリ吸収液３１とを対向して気液接触させ、排ガス２５Ｂ中のＳＯｘはアルカリ吸収液３１中に吸収され、排ガス２５Ｂから除去される。また、この際、排ガス２５Ｂ中の塩化水銀（ＨｇＣｌ２）は水溶性であるので、ＳＯｘ同様、アルカリ吸収液３１に吸収される。アルカリ吸収液３１により浄化された排ガス２５Ｂは、塔頂部側より排出され、排ガス２５Ｃとして、水銀酸化装置１５に供給される。
【００２４】
アルカリ吸収液３１としては、排ガス２５Ｂ中の塩化水銀およびＳＯｘを吸収できるアルカリ性水溶液を用いることができ、例えば、石灰石膏スラリ、炭酸カルシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム、炭酸ソーダ、苛性ソーダなどの水溶液を用いることができる。例えば、石灰石膏スラリは、水に石灰石粉末を溶解させた石灰スラリＣａＣＯ３と、石灰（ＣａＣＯ３）と排ガス２５Ｂ中のＳＯｘとを反応させて更に酸化させた石膏スラリＣａＳＯ４と、水とを混合させて生成されたものが用いられる。アルカリ吸収液３１として、石灰石膏スラリが用いられる場合、装置本体３２内で排ガス２５Ｂ中のＳＯｘは石灰石膏スラリ中の石灰（ＣａＣＯ３）と下記式（３）のような反応を生じる。また、排ガス２５Ｂ中のＳＯｘを吸収した石灰石膏スラリは、装置本体３２内に供給される水と混合され、装置本体３２に供給される空気（水銀酸化剤）により酸化処理される。このとき、装置本体３２内を流下した石灰石膏スラリは、水および空気と下記式（４）のような反応を生じる。このようにして、排ガス２５Ｂ中のＳＯｘは、湿式脱硫装置１４において石膏ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏの形で捕獲される。
ＣａＣＯ３＋ＳＯ２＋０．５Ｈ２Ｏ  →  ＣａＳＯ３・０．５Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２  ・・・（３）
ＣａＳＯ３・０．５Ｈ２Ｏ＋０．５Ｏ２＋１．５Ｈ２Ｏ  →  ＣａＳＯ４・２Ｈ２Ｏ  ・・・（４）
【００２５】
装置本体３２内の塔底部に貯留されたアルカリ吸収液３１は、塔底部より抜き出され、例えば、ベルトフィルタ、遠心分離機、デカンタ型遠心沈降機など脱水器３５に送給された後、塩化水銀（ＨｇＣｌ２）を含んだ脱水ケーキ（石膏）３６として排出される。脱水したろ液（脱水ろ液）は、排水処理装置３７で、例えば脱水ろ液中の懸濁物、重金属の除去、脱水ろ液のｐＨ調整などが行われた後、排水３８として排出される。なお、脱水ろ液の一部は、排水処理装置３７で排水処理された後、湿式脱硫装置１４に返送し、再利用してもよい。
【００２６】
水銀酸化装置１５は、湿式脱硫装置１４から排出される排ガス２５Ｃ中に残存する金属水銀を除去するものである。湿式脱硫装置１４の上流側に配置される還元脱硝装置１１で排ガス２５Ａ中の金属水銀をハロゲン化水銀に酸化させて、ほとんどのハロゲン化水銀は湿式脱硫装置１４で除去される。しかし、排ガス２５Ｃ中に還元脱硝装置１１で酸化されなかった金属水銀が残存する他、湿式脱硫装置１４内ではＳＯ２が還元剤として働くため、排ガス２５Ｃ中の一部のハロゲン化水銀が金属水銀に還元され、残存する場合がある。ボイラ２６から排出される排ガス２５Ａには、一般に、平均で１．４μｇ／Ｎｍ３の金属水銀が含まれるが、湿式脱硫装置１４から排出される排ガス２５Ｃには、排ガス２５Ａ中の約１／４の金属水銀が排出される。
【００２７】
また、排ガス２５Ｂ中には、一般的に、金属水銀よりも高濃度（例えば、排ガス２５Ｂ中の金属水銀の数千〜数万倍の濃度）の塩素が含まれている。塩素は、湿式脱硫装置１４で吸収されるが、一般的には金属水銀よりかなり高い濃度の塩素が排ガス２５Ｃ中に残存している。
【００２８】
水銀酸化装置１５では、湿式脱硫装置１４から排出される排ガス２５Ｃ中の金属水銀を、排ガス２５Ｃ中に残存する塩素などの水銀酸化剤を用いて酸化し、除去している。
【００２９】
図２は、水銀酸化装置１５の構成の一例を示す説明図であり、図３は、水銀酸化装置１５の構成の一部の縦断面図であり、図４は、水銀酸化装置１５の構成の一部の横断面図であり、図５は、図２のＡ−Ａ方向から見た図である。図２〜図５に示すように、水銀酸化装置１５は、放電部４１と、酸化触媒部４２とを本体４３内に有している。放電部４１は、酸化触媒部４２よりも排ガス上流側に配置され、放電部４１および酸化触媒部４２は、直列に複数配置されると共に、並列に複数配置されている。なお、図２には、放電部４１が並列に３つ配置されている例を示しているが、排ガス２５Ｃの流量に応じて、並列に配置される数は、適宜調整される。また、放電部４１および酸化触媒部４２は、直列に三組配置されているが、所定の金属水銀の除去性能を得るため、放電部４１および酸化触媒部４２の組合わせは、直列に必要数配置される。
【００３０】
放電部４１は、内部電極（第１電極）４４と、外部電極（第２電極）４５とを備えている。第１電極４４は、排ガス２５Ｃの流れ方向に対して垂直方向に配置されており、高電圧側の放電電極である。第１電極４４の両端は絶縁体４６を介して本体４３に固定されている。絶縁体４６は、円筒状に形成され、電極支持部として機能し、絶縁体４６の内周に第１電極４４が嵌着されている。絶縁体４６は、セラミックスなどの耐熱性の高い材料で形成されている。
【００３１】
第２電極４５は、第１電極４４と対向するように配置され、本実施形態では、第２電極４５は、第１電極４４の軸方向の周囲（本実施形態では、４面）に配置されている。第２電極４５は３種類で構成されている。第２電極４５ａは、排ガス入口側に排ガス２５Ｃが通気可能な開口部４９が設けられている。第２電極４５ｂは、並列した第１電極４４間に設けられている。第２電極４５ｂは、排ガス２５Ｃが通過しないため、開口部が形成されていない。第２電極４５ｃは、酸化触媒部４２の表面上に設けられ、排ガス出口側に開口部４９が設けられている。また、酸化触媒部４２の触媒担体として、金属、ステンレス鋼、導電性セラミックスを用いた場合には、触媒担体自体が第２電極として機能するため第２電極４５ｃおよび２段目以降の第２電極４５ａは省略できる。
【００３２】
なお、本実施形態では、第１電極４４の軸方向の周囲を４つの第２電極４５で覆うようにしているが、第２電極４５は第１電極４４と対向するように配置されていれば、第２電極４５の配置方法または第２電極４５の数は限定されない。また、排ガス入口側の第２電極４５ａは第２電極４５ｂ、４５ｃよりも酸化触媒部４２から遠い位置に配置されるため、第２電極４５ａと第１電極４４との間にストリーマ放電を生じさせ、放電部４１で生成した活性種が活性を維持した状態で第２電極４５に供給される効果は小さいため、第２電極４５ａを省略してもよい。
【００３３】
第１電極４４の両端部と第２電極４５とには配線４７が接続され、第１電極４４および第２電極４５は、配線４７を介してパルス電源部４８に接続されている。パルス電源部４８としては、公知の高電圧・短パルス電源を使用することができる。第１電極４４には配線４７を介してパルス電源部４８から直流または交流の高電圧が印加され、第２電極４５はパルス電源部４８のアース側に接続される。
【００３４】
放電部４１では、排ガス２５Ｃは第２電極４５ａを通って第１電極４４と第２電極４５との両電極の間の空間内を通過させ、パルス電源部４８によって第１電極４４と第２電極４５との間に電圧を印加すると、第１電極４４と第２電極４５との間の空間内にストリーマ放電が発生する。ストリーマ放電により生じるプラズマは、電子温度が原子核温度より高い非平衡状態となる。高温（高速）の電子は中性粒子（例えば、排ガス２５Ｃ中の窒素、酸素など）と衝突することによって中性粒子が励起されたり、イオン化される。励起された電子のエネルギー準位は数ｅＶのエネルギーに相当すると考えられる。これは当該電子が数万℃の温度を有していることに相当するため、高温（高速）の電子は高い活性を有するといえる。窒素や酸素の第一イオン化エネルギーは約１５ｅＶで、高速電子の衝突によって電子がこれ以上のエネルギーを得るとイオン化され、電子雪崩が起きる。パルス幅が長いと高速電子との衝突頻度が多くなるため、中性粒子の温度も上昇し、ストリーマ放電はアーク放電に移行する。ストリーマ放電では電極間の距離が１ｃｍ程度の場合、抵抗は１ｋΩ程度であるが、アーク放電では導通状態（抵抗がほとんど０）となり、大電流が流れることで、高温の熱プラズマとなって装置を破損することがある。そのため、パルス幅は、ストリーマ放電がアーク放電に移行する時間よりも短くすることが好ましい。
【００３５】
第１電極４４と第２電極４５との両電極の間の空間内に流入した排ガス２５Ｃは、両電極の間の空間内に発生したストリーマ放電が存在する領域内を通過する際に、高速電子によって排ガス２５Ｃ中に存在する酸素や窒素などの活性化された、ヒドロキシラジカル（ＯＨラジカル）、酸素ラジカル、オゾンなどの活性種が生成される。また、排ガス２５Ｃ中に存在する微量の金属水銀、または塩素などのハロゲンも高速電子によって、直接、活性化されるが、これらの活性種は、強い酸化分解力を備えているため、金属水銀またはハロゲンは、これらの活性種によっても活性化される。
【００３６】
また、排ガス２５Ｃ中にＮＯｘやＳＯｘが存在しているが、これらが大量に残っていると、ＮＯｘやＳＯｘの活性化が優先して進行し、金属水銀のみを活性化させることは困難である。本実施形態では、予め、排ガス２５中に存在するＮＯｘやＳＯｘの大部分は除去されているため、金属水銀を効率良く活性化させることができる。
【００３７】
なお、放電部４１では、排ガス２５Ｃが放電部４１内に供給されると同時にパルス電源部４８より電極間に電圧を印加し、流量によって周波数、すなわち、パルス電源部４８のＯＮ／ＯＦＦの比率（デューティ比）を調整することによって、省エネルギー化を図ることができる。
【００３８】
また、パルス電源部４８から供給される電圧・パルス幅は、第１電極４４と第２電極４５との電極間距離により、ストリーマ放電を安定して維持するために選定されるが、電極間距離は短いと放電が安定せず、長過ぎると放電が空間的に不均一となり、効率が低下する。本実施形態では、電極間距離が５ｍｍ〜３０ｍｍ、ピーク電圧が１ｋＶ〜４０ｋＶ、パルス幅が５００ｎｓ以下、好ましくは２００ｎｓ以下であれば、安定したストリーマ放電を維持することができる。
【００３９】
なお、パルス幅とは、主放電の電圧立ち上がりから電圧降下までの全幅をいう。パルス幅は短い方が効率的に電子温度のみを高くできるので省エネルギーとなるが、一般的に用いられる半導体が組み込まれた電源装置では立ち上り時間は数十ｎｓ程度が限界であると考えられているため、通常、パルス幅はこの２倍程度とすることができる。
【００４０】
パルス幅を短縮するためには磁気圧縮方式があるが、電源装置が大きく高価となる。そのため、パルス幅は、消費電力・効率と装置のコスト・大きさを考慮して選定される。
【００４１】
パルス電源部４８から供給される電圧およびパルス幅を上記のように調整することによって、放電部４１と酸化触媒部４２との間の空間に電子温度が原子核温度よりも高い非平衡プラズマを形成することができる。化学反応に寄与するのは主に電子であり、電子温度を高くすることによって、高温で起きる触媒反応を中性粒子や原子核の温度が室温程度の低温であっても生じさせることができる。
【００４２】
活性種は、原子核や中性粒子との衝突によって活性が低下するため、放電部４１と酸化触媒部４２とはできる限り近付けることが好ましく、本実施形態では、放電部４１と酸化触媒部４２とは接触して設けられている。ただし、ストリーマ放電を維持するためには、上記のように、第１電極４４と酸化触媒部４２との間に一定の間隔（例えば、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下）を設けることが必要である。
【００４３】
そのため、本実施形態では、放電部４１の第１電極４４と第２電極４５との間の間隔は、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内であることが好ましい。なお、第１電極４４と第２電極４５との間の間隔とは、第１電極４４と第２電極４５との最短距離をいう。
【００４４】
第１電極４４と全ての第２電極４５との間で均一に放電を生じさせるためには、第１電極４４と全ての第２電極４５との距離は、略等しいことが好ましい。そのため、本実施形態では、第２電極４５は平面正方形に配置され、第１電極４４はその中心に配置されるように構成されている。
【００４５】
放電部４１で発生させたストリーマ放電により排ガス２５Ｃ中の金属水銀を活性化した後、排ガス２５Ｃは酸化触媒部４２に供給される。
【００４６】
酸化触媒部４２は、放電部４１よりもガス流れ方向の下流側に設けられ、水銀酸化触媒を有している。排ガス２５Ｃは、酸化触媒部４２に流入すると、排ガス２５Ｃ中に残留する活性化された水銀は、排ガス２５Ｃに含まれる塩素、臭素などのハロゲンと結合し、ハロゲン化水銀が生成される。排ガス２５Ｃには、通常、金属水銀よりもハロゲンの一種である塩素が高濃度に含まれているため、ほとんどの活性化された水銀は排ガス２５Ｃに含まれる塩素により酸化される。
【００４７】
放電部で生成した活性種が活性を失う時間（時定数）は、活性種によって、１μＳ〜１ｍｓ（オゾンを除く）であり、排ガス２５Ｃの流速を数ｍ／Ｓとした場合、排ガス２５Ｃが活性を維持したまま水銀酸化触媒に接触可能な距離は、１ｃｍ以下である。そのため、１つの酸化触媒部４２の流路方向の幅は１ｃｍ程度とすることが好ましい。
【００４８】
放電部４１と酸化触媒部４２の直列・並列数は排ガス２５Ｃ中の金属水銀を制限値以下とするために必要な酸化触媒部４２の空間速度（排ガスの流量／酸化触媒の体積）から決められる。
【００４９】
なお、一般に、石炭火力発電所から排出される排ガス、廃棄物焼却設備から排出される排ガスなどには、高濃度の塩素が含まれているため、水銀酸化剤を排ガス２５Ｃに添加する必要はないが、石炭火力発電所で用いられる石炭の種類によっては、極めて塩素含有量が少ない場合がある。この場合には、排ガス２５Ｃが水銀酸化装置１５に供給される前に水銀酸化剤を排ガス２５Ｃに添加する必要がある。このとき、水銀酸化剤としては、ハロゲンが活性化された水銀と反応して生じたハロゲン化水銀を除去する際、ハロゲン化水銀の溶解性が高いことが好ましいため、ハロゲンの中でも、塩素または臭素を用いることが好ましいが、塩素は腐食性が強いため、臭素などを用いることが好ましい。このように、排ガス２５Ｃにハロゲンを供給したガスも、本実施形態においては、排ガスという。
【００５０】
水銀酸化触媒としては、触媒担体上に、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、ＣｕおよびＭｎからなる群から選択される１種類以上を活性成分として担持した触媒を用いることができる。触媒担体としては、金属、ステンレス鋼、導電性セラミックス、金属酸化物、およびゼオライトからなる群より選択される１種類以上が用いられる。金属酸化物としては、例えば、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、またはＡｌ２Ｏ３などが挙げられる。触媒担体としては、特にＴｉＯ２、ＳｉＯ２、またはこれらの複合酸化物を用いるのが好ましい。例えば、ＴｉＯ２またはＳｉＯ２を含む複合酸化物を担体として、この担体にバナジウム、タングステン又はモリブデンなどの酸化物を活性金属種として担持させた触媒を用いることができる。
【００５１】
触媒担体は、適宜任意に形状を選択することが可能であり、例えば、ペレット状、板状、円筒状、格子状、ハニカム状など任意の形状とすることができる。特に、触媒表面積を大きくするため、本実施形態では、ハニカム状に形成されている。
【００５２】
排ガス２５Ｃは、酸化触媒部４２で水銀を酸化してハロゲン化水銀とした後、排ガス２５Ｄとして、スクラバー装置１６に供給される。
【００５３】
スクラバー装置１６では、酸化触媒部４２で形成されたハロゲン化水銀は、除去される。スクラバー装置１６として、例えば、液柱塔、スプレー塔、充填塔、曝気水槽などの気液接触手段を用いた装置を用いることができる。スクラバー装置１６で、排ガス２５Ｄ中に残留していた金属水銀由来のハロゲン化水銀が除去されるため、スクラバー装置１６から排出される排ガス２５Ｄからは金属水銀が高度に除去されている。
【００５４】
スクラバー装置１６の吸収液としては、水銀酸化剤溶液、重金属捕集溶液などを用いることができる。水銀酸化剤溶液としては、例えば、過マンガン酸カリウムと硫酸との混合溶液、過硫酸アンモニウムと硫酸との混合溶液、水銀酸化剤（ＮａＣｌＯ、ＨＣｌＯ、過酸化水素)、キレート剤、硫黄系薬剤（Ｓ２−化合物）などを含む溶液を例示することができる。重金属捕集液としては、硫化ナトリウム、重金属捕集剤、水銀キレート剤などを挙げることができる。
【００５５】
排ガス２５Ｄは、スクラバー装置１６で塩化水銀が除去された後、排ガス２５Ｅとして、再加熱側熱交換器１７に供給され、再加熱側熱交換器１７で、排ガス２５Ｅを熱媒体２８と熱交換して加熱した後、煙突５１から大気中に排出される。
【００５６】
また、スクラバー装置１６で生じたハロゲン化水銀を含む吸収液は、ハロゲン化水銀の濃度が一定量以上にならないように、廃液５２として排出される。この廃液５２は、例えば、噴霧乾燥機などを用いたセメント固化装置５３で乾燥され、セメント５４などで固化されて管理型処分場などに埋立処分されるか、図示されない水銀再生装置によってリサイクルされる。
【００５７】
このように、排ガス処理システム１０では、ボイラ２６から排出された排ガス２５Ａは、還元脱硝装置１１、熱回収側熱交換器１２、集塵器１３、湿式脱硫装置１４、水銀酸化装置１５、スクラバー装置１６、および再加熱側熱交換器１７の各装置での工程を経て浄化された後、煙突５１から屋外に排出される。
【００５８】
よって、水銀酸化装置１５は、排ガス２５Ｃ中に残存する金属水銀をストリーマ放電により活性化させ、排ガス２５Ｃ中に存存している水銀酸化剤と反応させて水溶性のハロゲン化水銀に酸化することにより、スクラバー装置１６で排ガス２５Ｃ中に残存する金属水銀に起因して生じたハロゲン化水銀を排ガス２５Ｄから容易に処理することができる。このため、水銀酸化装置１５は、湿式脱硫装置１４からの排ガス２５Ｃに残存した金属水銀をより安定してさらに低減することができる。これにより、煙突５１からは排ガス２５Ｃ中の金属水銀を極低濃度にまで低減させて排出することができる。
【００５９】
したがって、排ガス処理システム１０によれば、水銀酸化装置１５で排ガス２５Ｃ中に残存する金属水銀を極低濃度にまで低減することができるため、排ガス２５Ａの浄化性能をさらに向上させることができる。そのため、排ガス処理システム１０は、排ガス２５Ａに含まれる有害物質の更なる厳しい排出規制に対しても有効に用いることができる。
【００６０】
本実施形態において対象とする排ガス２５Ａは、例えば石炭、重質油などの硫黄や水銀を含む燃料を燃焼する火力発電所、廃棄物焼却設備、セメント焼成装置、工場などのボイラ排ガス、金属工場、石油精製所、石油化学工場などの加熱炉排ガスであり、ＣＯ２、酸素、ＳＯｘ、ＮＯｘ、煤塵又は水分を含む排出量の多いものである場合について説明したが、本実施形態は、金属水銀を排出するガスであれば同様に適用することができる。
【００６１】
なお、本実施形態では、第１電極４４を排ガスの流れ方向に対して垂直方向に配置したが、必ずしも垂直方向ではなく、斜めに配置してもほぼ同様の効果が得られる。但し、この場合には、複数の第１電極４４相互間が平行に保持されることが必要である。
【００６２】
以上の通り、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更などを行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６３】
１０  排ガス処理システム
１１  還元脱硝装置
１２  熱回収側熱交換器（ＧＧＨ）
１３  集塵器
１４  湿式脱硫装置
１５  水銀酸化装置
１６  スクラバー装置
１７  再加熱側熱交換器（ＧＧＨ）
２１  脱硝触媒層
２２  還元剤注入部
２３  水銀酸化剤添加部
２５Ａ〜２５Ｅ  排ガス
２６  ボイラ
２７  煙道
２８  熱媒体
３１  アルカリ吸収液
３２  装置本体
３３  ノズル
３４  充填層
３５  脱水器
３６  脱水ケーキ（石膏）
３７  排水処理装置
３８  排水
４１  放電部
４２  酸化触媒部
４３  本体
４４  内部電極（第１電極）
４５  外部電極（第２電極）
４６  絶縁体
４８  パルス電源部
４９  開口部
５１  煙突
５２  廃液
５３  セメント固化装置
５４  セメント
【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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