(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫黄酸化物とダイオキシン類を含有する排ガスの処理方法であって、
処理対象排ガスをアルカリ水溶液で洗浄する工程と、
脱硫処理後の排ガスにアルカリ剤を添加して、該アルカリ剤と排ガス中の酸性成分との反応により固形状の塩を生成する工程と、
添加後の排ガスを炭素質吸着剤が充填されている移動床式の吸着反応器に導いて生成された固形状の塩とダイオキシン類を除去する工程と、
該吸着反応器から排出された炭素質吸着剤を不活性ガス中で加熱して再生する工程と、
再生後の炭素質吸着剤から粉状物質を分離した後に、分離後の再生炭素質吸着剤を前記吸着反応器に返送する工程と、
分離された前記粉状物質を用いて前記洗浄工程で使用するアルカリ水溶液を生成する工程と、
を備えている排ガスの処理方法。
【請求項２】
前記再生工程で得られた脱離ガスを前記洗浄工程で処理する前の排ガスに導入する工程をさらに備えている請求項１に記載の排ガスの処理方法。
【請求項３】
硫黄酸化物とダイオキシン類を含有する排ガスの処理装置であって、
処理対象排ガスをアルカリ水溶液で洗浄する湿式脱硫装置と、
脱硫処理後の排ガスにアルカリ剤を添加するアルカリ剤添加装置と、
内部に炭素質吸着剤が充填されており、アルカリ剤添加後の排ガスが導かれる移動床式の吸着反応器と、
該吸着反応器から排出された炭素質吸着剤を不活性ガス中で加熱して再生する再生器と、
再生後の炭素質吸着剤から粉状物質を分離する分離装置と、
前記分離装置と前記吸着反応器とを接続し、前記粉状物質が分離された再生炭素質吸着剤を前記吸着反応器に返送する返送手段と、
分離された前記粉状物質を用いて前記湿式脱硫装置へと導くアルカリ水溶液を生成する水溶液生成装置と、
を備えている排ガスの処理装置。
【請求項４】
前記再生器を通過した不活性ガス中に含まれる脱離ガスを前記湿式脱硫装置に導かれる排ガスへと添加する脱離ガス返送手段をさらに備えている請求項３に記載の排ガスの処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排ガスの処理方法および装置に関し、特に硫黄酸化物とダイオキシン類を含有する排ガスの処理方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排ガスの脱硫処理方法として、排ガスにアルカリ水溶液を噴霧して洗浄することにより、排ガス中の硫黄酸化物（SOx）等の酸性成分をこの水溶液中に吸収させて除去する湿式脱硫処理が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
排ガスにダイオキシン（DXN）類が含有されている場合、DXN類は、湿式脱硫処理によってはほとんど除去されない。したがって、湿式脱硫処理後にDXN類の除去処理を行う必要がある。
【０００４】
DXN類の除去方法としては、移動床式吸着反応器に排ガスを導いて内部に充填されて移動している炭素質吸着剤に吸着させて除去する方法がある。しかしながら、例えば製鉄所の焼結炉から発生する排ガスを湿式脱硫処理した場合の処理後の排ガスには依然数十ppmのSOxが含まれるため、このSOxがDXN類の吸着を阻害してしまうおそれがある。
【０００５】
そこで本発明は、湿式脱硫処理を利用して、SOx、DXN類を効率良く除去できる処理方法および装置を提供することを課題とする。
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る排ガスの処理方法は、(1)処理対象排ガスをアルカリ水溶液で洗浄する工程と、(2)この排ガスにアルカリ剤を添加して、該アルカリ剤と排ガス中の酸性成分との反応により固形状の塩を生成する工程と、(3)この排ガスを炭素質吸着剤が充填されている移動床式の吸着反応器に導いて生成された固形状の塩とダイオキシン類を除去する工程と、(4)この吸着反応器から排出された炭素質吸着剤を不活性ガス中で加熱して再生する工程と、(5)再生後の炭素質吸着剤から粉状物質を分離した後に、分離後の再生炭素質吸着剤を吸着反応器に返送する工程と、(6)分離された粉状物質を用いて洗浄工程で使用するアルカリ水溶液を生成する工程と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
一方本発明に係る排ガスの処理装置は、(1)処理対象排ガスをアルカリ水溶液で洗浄する湿式脱硫装置と、(2)脱硫処理後の排ガスにアルカリ剤を添加するアルカリ剤添加装置と、(3)内部に炭素質吸着剤が充填されており、アルカリ剤添加後の排ガスが導かれる移動床式の吸着反応器と、(4)この吸着反応器から排出された炭素質吸着剤を不活性ガス中で加熱して再生する再生器と、(5)再生後の炭素質吸着剤から粉状物質を分離する分離装置と、(6)分離装置と吸着反応器とを接続し、粉状物質が分離された再生炭素質吸着剤を吸着反応器に返送する返送手段と、(7)分離された粉状物質を用いて湿式脱硫装置へと導くアルカリ水溶液を生成する水溶液生成装置と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
このような排ガス処理方法および装置によれば、まず処理対象排ガスをアルカリ水溶液で洗浄することにより排ガス中に含まれるSOxを主体とする酸性成分や水溶性成分がアルカリ水溶液に吸収されて排ガスから除去される。次にこの排ガスにアルカリ剤を添加することで、排ガス中に残存する酸性成分はアルカリ剤と反応して塩を形成して固形化する。例えば残存していたSOxやHClはその大部分が硫酸塩や塩化物となって固形化される。こうして排ガス中の酸性成分濃度を低下させることができる。このガスを吸着反応器を通過させることで、固形塩は炭素質吸着剤の隙間を通過する際に付着して除去されるとともに、ガス中のDXN類を始めとする残存する有害物質は炭素質吸着剤に吸着されて除去される。このとき未反応のアルカリ剤も一緒に除去される。前述したように、移動床式吸着反応器に導かれる排ガス中の酸性成分の濃度が低く抑えられるので、DXN類の炭素質吸着剤への吸着を阻害することがなく、DXN類が効率良く除去される。
【００１１】
DXN類等の有害物質の吸着によって炭素質吸着剤は不活化するがこの炭素質吸着剤を不活性ガス中で加熱することで、炭素質吸着剤から有害物質を脱離・分解させて再生することができる。こうして再生された炭素質吸着剤から、ガス中の酸性成分由来の塩類やダスト、粉化した炭素質吸着剤などの粉状物質を分離したうえで、再度移動床式の吸着反応器に導くことで炭素質吸着剤を循環再使用することができる。
【００１３】
分離された粉状物質には前述したように未反応のアルカリ剤が含まれている。そこで、回収した粉状物質を例えば、水洗することによってアルカリ水溶液が得られる。このアルカリ水溶液を湿式脱硫処理に用いることで、アルカリ剤の有効利用が図れる。
【００１４】
本発明に係る排ガスの処理方法は、(7)再生工程で得られた脱離ガスを洗浄工程で処理する前の排ガスに導入する工程、をさらに備えていてもよい。また、本発明に係る排ガスの処理装置は、(8)再生器を通過した不活性ガス中に含まれる脱離ガスを湿式脱硫装置に導かれる排ガスへと添加する脱離ガス返送手段をさらに備えていてもよい。再生器（再生工程）で得られる脱離ガスの主成分はSOxであるから、これを湿式脱硫装置に導くことで、SOxを１つの回収装置で効率良く処理、回収することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１は本発明に係る排ガス処理装置の第１の実施形態を示す概略図である。この装置は、製鉄所焼結炉や都市ごみ、産業廃棄物等各種の焼却炉の排ガス処理に好適に適用できる。
【００１７】
本装置は、湿式脱硫装置１と移動床式吸着装置２とを直列に接続して構成されており、処理後の排ガスを排出する煙突３を有している。脱硫装置１には処理対象の排ガスを導入するラインＬ１が接続され、吸着装置２とはラインＬ２によって接続されている。このラインＬ２にはラインＬ３１を介してアルカリ剤添加装置４が接続されている。脱硫装置１には、さらにアルカリ水溶液を供給する水溶液供給装置１１がラインＬ２１を介して接続されており、使用後の水溶液を排出するラインＬ２２には回収装置１２が接続されている。
【００１８】
吸着装置２には炭素質吸着剤が充填されており、その排出口からはラインＬ１０が延びて再生器２１へと接続されている。再生器２１の炭素質吸着剤排出ラインであるラインＬ１１は分離装置２２へと接続されている。分離装置２２は粒径によって導入された炭素質吸着剤等を分離する例えば篩い分け装置であり、粒状体の排出口はラインＬ１２を介して吸着装置２の炭素質吸着剤供給口へと接続されている。一方、粉状体の排出口はラインＬ１３を介して図示しない回収手段へと接続されている。また、再生器２１内で発生した脱離ガスを排出するラインＬ４１はラインＬ１に接続されている。そして、吸着装置２と煙突３とはラインＬ３によって接続されている。
【００１９】
続いて、この実施形態の装置の動作、すなわち、本発明に係る排ガスの処理方法の第１の実施形態について説明する。まず、処理対象の排ガスは、ラインＬ１を介して湿式脱硫装置１へと送られる。脱硫装置１内では、水溶液供給装置１１から供給されたCa化合物やMg化合物を含有するアルカリ水溶液を排ガス中に噴霧して洗浄することにより排ガス中の水溶性物質やその他の酸性成分であるHClやSOx等をそのままあるいは反応させて溶解・吸収させ除去する。こうして排ガス中の有害物質を吸収した水溶液はラインＬ２２を介して回収装置１２に送られ、処理される。
【００２０】
脱硫装置１を通過した排ガスにはラインＬ２を流動する間にラインＬ３１を介してアルカリ剤添加装置４から送られるアルカリ剤、例えば消石灰が添加され、混合される。このアルカリ剤は後の回収、活性炭の分離の必要性と酸性成分との反応の観点から活性炭の粒径よりできるだけ小さく、活性炭間の隙間に付着する程度の大きさ、つまり0.1〜100μｍ程度の粒径を有することが好ましい。ラインＬ２を流動するガスのSOx濃度は50ppm程度あり、その他にもHCl等の酸性成分が残存する。これらのSOx、HClは添加された消石灰と反応して塩化カルシウム、亜硫酸カルシウム、硫酸カルシウムを生成し、固形化する。そして、これらの固形分をダストとして含む排ガスは移動床式吸着装置２へと導入される。
【００２１】
移動床式吸着装置２の容器内には炭素質吸着剤、例えば活性炭が充填されており、これを容器の下側から引き抜き、上側から新たに供給することで鉛直下方に流動させている。充填されている活性炭の隙間を排ガスが通る際に排ガス中に含まれるカルシウム塩等のダストは活性炭に付着して排ガスは除塵される。また、排ガス中に残存するDXN類や残存する酸性成分等は活性炭に吸着され除去される。こうして清浄化された排ガスはラインＬ３を介して煙突３から大気中へと放出される。
【００２２】
吸着装置２内を排ガス流動方向で複数の区画に区切り、上流側の区画の活性炭の流動速度を下流側の区画の活性炭の流動速度よりも早くすると、活性炭の劣化を抑制し、排ガスを効率良く浄化することができる。
【００２３】
吸着装置２に導入される排ガス中のDXN類の濃度は通常約0.1〜数ng-TEQ/m3(Normal)であり、SOx濃度がこれに比べて極端に高い（例えば、数十ppm）と活性炭の細孔のほとんどを吸着されたSOxが占めてしまい、DXN類を吸着できるサイトがなくなってDXN類の吸着性能が劣化してしまう。さらに、SOxの吸着量が多くなると、加熱再生を繰り返すことで活性炭の強度が低下して破砕してしまうという問題がある。
【００２４】
本実施形態では、吸着装置２へ導入される前に排ガス中のSOxの大部分を固形化して除去しており、導入された排ガス中のSOx濃度は数ppm以下に抑えられているので、DXN類を吸着できるサイトが豊富に残存し、DXN類の吸着性能を確保できる。さらに、活性炭自体に吸着する物質量を減らせるので、吸着装置２内の流動速度を低下させて、活性炭の滞留時間を長くとることができる。これにより、活性炭の流動に伴う機械的な損傷を抑制するとともに、加熱・再生回数を減らして破砕を抑制することができる。
【００２５】
吸着装置２内で有害物質を吸着したことで不活化した活性炭は吸着装置２の底部から引き抜かれ、ラインＬ１０を介して再生器２１へと送られる。再生器２１内ではこの不活化した活性炭を不活性ガス中で250〜600℃に加熱することにより、吸着した有害物質を脱離させる。このとき、吸着されていたDXN類は同時に吸着されていたSOxにより分解される。発生した脱離ガスはラインＬ４１を介して戻され、ラインＬ１を流れる排ガスと混合され、処理される。脱離ガスを湿式脱硫装置１へと導くことで、ガス中のSOxの回収を回収装置１２のみで行うことが可能となる。
【００２６】
有害物質を脱離させて再生された活性炭は、再生器２１底部から取り出されてラインＬ１１を介して分離装置２２へと送られる。分離装置２２では、この活性炭中に含まれる粉状体を分離する。そして、粉状体が除去された粒状の活性炭はラインＬ１２を介して吸着装置２へと戻され、循環再使用される。一方、粉化した活性炭やカルシウム塩等を含むダストからなる粉状体はラインＬ１３を介して排出され、処理される。
【００２７】
次に、本発明に係る排ガス処理装置の第２の実施形態について図２を参照して説明する。この第２の実施形態の基本構成は図１に示される第１の実施形態と同じであり、分離された粉状体が排出されるラインＬ１３の下流にこの粉状体の水溶成分を溶解させる溶解槽２３と、固液分離を行う分離槽２４が配置されている点が相違する。この溶解槽２３は分離槽２４とラインＬ１４で接続され、分離槽２４の液体排出ラインＬ１５は水溶液供給装置１１に接続され、固体排出ラインＬ１７は、図示していない処理装置に接続されている。また溶解槽２３には水がラインＬ１６を介して供給されている。
【００２８】
本実施形態の基本的動作、すなわち本発明に係る排ガスの処理方法の第２の実施形態は、上述した第１の実施形態とほぼ共通している。
【００２９】
この実施形態においては、さらに、ラインＬ１３から排出される粉状体を溶解槽２３に送り、ラインＬ１６から供給される水によりこの粉状体に含まれる未反応アルカリ剤を溶解させてアルカリ水溶液を得る。アルカリ水溶液とカルシウム塩、粉状活性炭等の不溶成分はラインＬ１４を介して分離槽２４へと送られ、不溶成分はラインＬ１７を介して排出され、アルカリ水溶液のみがラインＬ１５を介して水溶液供給装置１１へ送られ、脱硫装置１での脱硫処理に利用される。これにより、アルカリ剤添加装置４からのアルカリ剤供給量を増やして、未反応のアルカリ剤が増加しても、吸着装置２で回収した後に脱硫装置１での脱硫処理に利用することができるので、アルカリ剤を有効利用することができる。なお、分離槽を利用することなく、溶解槽で得られた固液懸濁液をそのまま水溶液供給装置１１を経て脱硫装置１で使用してもよい。
【００３０】
アルカリ剤添加装置４で添加するアルカリ剤としては、カルシウム、マグネシウムの水酸化物、酸化物、炭酸塩あるいは石灰石、ドロマイト等のカルシウム、マグネシウム含有鉱物を使用することができる。
【００３１】
移動床式吸着装置２で使用する炭素質吸着剤としては、石炭等の炭素含有物質にバインダを添加して成形後、熱処理又は水蒸気、空気などで賦活して得られる活性炭、活性コークス、活性チャーなどを用いることができ、これらにバナジウム、鉄、銅等の化合物を担持させた物も好適に使用することができる。
【００３２】
再生器２１から排出される脱離ガスはラインＬ１に戻さなくとも別途SOxの回収装置に送って処理してもよい。
【００３３】
【実施例】
本発明者らは、本発明の排ガス処理装置、方法による効果を確認する比較実験を行った。以下、その実験結果について説明する。
【００３４】
実施例
図１に示される処理装置を用い、脱硫装置１を通過した50ppmのSOx、150ppmのNOx、4ppmのHCl、1ng-TEQ/m3(Normal)のDXN類を含む110℃の排ガス300m3/h(Normal)を吸着装置２で処理した。ラインＬ３１を介して消石灰0.34g/m3(Normal)を添加した。炭素質吸着剤としては直径約9mm、長さ約10mmの活性炭を用い、充填量は105kg、滞留時間は500時間となるように引き抜き量、投入量を調整した。そして、再生器２１では不活性ガス中で450℃で加熱再生を行った。
【００３５】
この結果、吸着装置２の出口における排ガスのDXN濃度は検出限界以下であり、SOx、HClのそれぞれの濃度は3ppm、1ppmであった。
【００３６】
比較例
実施例と同一の装置、ガスを用いて消石灰を投入しないでガス処理を行った。その他の条件は全て実施例と同一である。
【００３７】
その結果、吸着装置２の出口における排ガスのDXN濃度は0.5ng-TEQ/m3(Normal)であり、SOx、HClのそれぞれの濃度は30ppm、3ppmであった。
【００３８】
これにより、本発明に係る排ガス処理方法および装置により、排ガス中のDXN類、酸性成分を効率良く除去できることが確認された。
【００３９】
本発明の排ガス処理装置及び方法は、ボイラー排ガス、焼結炉排ガス、ゴミ焼却炉排ガス等のSOx等の酸性成分とDXN類を含有する排ガスの処理に好適に適用できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、湿式脱硫装置で酸性成分、水溶性成分の多くを除去した排ガスに粉状のアルカリ剤を添加して残存する酸性成分の大半を反応させて固形化させた後に移動床式吸着装置に導入してDXN類と反応固形分、さらには残存する酸性成分等の有害物質を炭素質吸着剤に吸着あるいは付着させて除去することで、排ガス中の酸性成分、DXN類を効率良く除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排ガス処理装置の第１の実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明に係る排ガス処理装置の第２の実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
１…湿式脱硫装置、２…移動床式吸着装置、３…煙突、４…アルカリ剤添加装置、１１…水溶液供給装置、１２…回収装置、２１…再生器、２２…分離装置、２３…溶解槽、２４…分離槽。
【図１】
0004350866.tif 000002
【図２】
0004350866.tif 000003