(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガスの存在下で縦型の反応管を昇温した後、反応管内に高温酸性ガス固定化材を入れてから酸性ガスを注入し、所定の温度を保って高温酸性ガス固定化材と高温酸性ガスを接触対流させて反応を行わせることを特徴とする高温酸性ガス固定化材の反応評価方法。
【請求項２】
電気加熱炉内に配置された縦型の反応管と、該反応管の上方開口部に連結された冷却管と、該冷却管の外方から反応管の内方まで達するガス導入管と、反応管から反応済みのガスを外方に導くガス排気管と、ガス導入管に連結されて酸性ガスの注入口と不活性ガスの注入口を有するガス注入管とを具備してなり、
不活性ガスの存在下で縦型の反応管を昇温した後、反応管内に高温酸性ガス固定化材を入れてから酸性ガスを注入し、所定の温度を保って高温酸性ガス固定化材と高温酸性ガスを接触対流させて反応を行わせることを特徴とする高温酸性ガス固定化材の反応評価装置。
【請求項３】
電気加熱炉内に配置された縦型の反応管と、該反応管の上方開口部に連結された冷却管と、該冷却管の外方から反応管の内方まで達するガス導入管と、反応管から反応済みのガスを外方に導くガス排気管と、ガス導入管に連結されて酸性ガスの注入口と不活性ガスの注入口を有するガス注入管と、ガス排気管に連結されてガス吸収液が充填されたガス吸収槽内で散気するガス放出管とを具備してなり、
不活性ガスの存在下で縦型の反応管を昇温した後、反応管内に高温酸性ガス固定化材を入れてから酸性ガスを注入し、所定の温度を保って高温酸性ガス固定化材と高温酸性ガスを接触対流させて反応を行わせることを特徴とする高温酸性ガス固定化材の反応評価装置。
【請求項４】
反応後のガスをガス吸収槽のガス吸収液内に散気し、該ガス吸収液の電気伝導度を測定することによって反応後排出されるガス濃度を類推する請求項３記載の高温酸性ガス固定化材の反応評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高温酸性ガスとの反応性を有する高温酸性ガス固定化材の反応評価方法及びその装置、特にはゴミ焼却炉等から排出される有害な酸性排ガス、例えば塩化水素ガス等のハロゲン化水素とか硫黄酸化物を高温で効率良く反応除去するための高温酸性ガス固定化材の反応性を評価する反応評価方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からゴミ焼却炉とか焼成炉等から発生する有害な酸性排ガスの除去方法として、排ガスの温度を３００℃程度に下げた後、この排ガス中に苛性ソーダ液とか消石灰スラリーの噴霧を行って中和する湿式法、及び排ガス中に消石灰粉を散布して中和する乾式法が主として実施されている。また、ゴミ焼却炉の燃焼室内に石灰石の粉末を散布する方法とか、ゴミの固形化燃料であるＲＤＦを使用する方法がある。このＲＤＦにはゴミを固定して安定化させるための石灰が含有されている。
【０００３】
酸性排ガスを高温で中和する方法としては、高温の燃焼室に石灰石の粉末を散布する方法とか、該燃焼室にゴミの固形化材であるＲＤＦを添加する方法、カルシウム化合物を可燃物と同時に投入して塩化カルシウム及び硫酸カルシウムとして酸性ガスを除去する方法（特開平６−６６４１７号公報）が検討されている。更に他の方法として、酸性排ガス中の中和効率とダイオキシンの除去効率を高めるために反応活性がシュウ酸活性度で３０分以下である水酸化カルシウム（消石灰）を得るようにした活性炭の改良が試みられている（特開平８−１０８０４０号公報）。
【０００４】
従来、高温ガスとの反応性を有する高温酸性ガス固定化材の反応性を評価する装置として、図３に示す方法等が開発されている。先ず石英ガラス製の反応管２０内に石英ウール２２を詰め、高温酸性ガス固定化材２１（以下、該固定化材２１と略称する）を充填してから再度石英ウール２２を詰めてサンドイッチ状態とし、この反応管２０を基台２３上に設置した電気加熱炉２４内に横方向から挿入し、反応管２０の両側にゴム栓等を介してガス注入管２５とガス排出管２６を連結する。そして熱電対型温度計２７により反応管２０の温度を測定しながら電気加熱炉２４により所定の温度に昇温し、ガス注入管２５の〔窒素ガス〕の注入口２８から窒素ガスを流しながら〔塩化水素ガス〕の注入口２９から塩化水素ガスを注入することにより、反応管２０内で所定の温度を保って該固定化材２１と塩化水素ガスとが接触して反応を行わせる。
【０００５】
反応後のガスはガス排出管２６を介してガス吸収槽３０内のガス吸収液３１内に散気される。反応後の該固定化材２１を分析することによって該固定化材２１の酸性ガス固定化量を求めることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記図３に示した高温酸性ガス固定化材の反応評価装置は、横方向の反応管２０内に該固定化材２１を充填してから塩化水素ガスを通過させているので、長時間に渡って該固定化材２１と塩化水素ガスの接触が充分に行われるという利点がある。しかしながら、近年社会的問題となっているダイオキシン及び有害な塩素系ガスを含む酸性排ガスの低減を図る対策として行われているような酸性ガスに消石灰等の高温酸性ガス固定化材を吹き込んで短時間で酸性ガスと接触反応させる装置における高温酸性ガス固定化材の反応性を評価確認する装置としては適していない。その理由は、測定時間が長く、高温酸性ガス固定化材が長時間高温に曝されるため、高温酸性ガス固定化材自体の長時間加熱による分解及び反応生成物の長時間加熱による分解等の要因が考慮されていない点にある。
【０００７】
特にこの装置は圧力損失が大きく、高温酸性ガス固定化材量に対して酸性ガス量を充分に多くできないため測定に長時間かかり、又該固定化材２１を充填した後、電気加熱炉２４による昇温を行っているため、塩化水素ガスと接触する前に該固定化材２１自体が加熱により分解されてしまうケースが考えられ、実際の該固定化材２１の使用条件と異なる惧れが生じる。更に、該固定化材２１は充填式であるため、測定後は反応管２０を常温まで冷却してから取り出す必要があり、該固定化材２１の交換に余分な時間を要することになって酸性ガスと反応後生成した反応生成物が再度分解して酸性ガスを発生する恐れもあり、本来の目的である短時間で酸性排ガスを反応除去する酸性排ガスの除去方法の評価装置として使用することができないという問題点がある。
【０００８】
そこで本発明は上記の問題点を解決して、高温酸性ガス固定化材量に対する酸性ガス量を充分に多くするとともに、高温酸性ガス固定化材の交換に余分な時間を要することなく、短時間で酸性排ガスを反応除去するための高温酸性ガス固定化材の評価装置として使用することができる高温酸性ガス固定化材の反応評価方法及びその装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、不活性ガスの存在下で縦型の反応管を昇温した後、反応管内に高温酸性ガス固定化材を入れてから酸性ガスを注入し、所定の温度を保って高温酸性ガス固定化材と高温酸性ガスを接触対流させて反応を行わせる高温酸性ガス固定化材の反応評価方法を提供する。そして、反応後の排ガスの酸性ガス濃度を適宜測定することによって高温酸性ガス固定化材の酸性ガス固定化量を類推することが可能であり、又、反応後の高温酸性ガス固定化材を分析することによって高温酸性ガス固定化材の酸性ガス固定化量を求めることができる。
【００１０】
また、電気加熱炉内に配置された縦型の反応管と、該反応管の上方開口部に連結された冷却管と、該冷却管の外方から反応管の内方まで達するガス導入管と、反応管から反応済みのガスを外方に導くガス排気管と、ガス導入管に連結されて酸性ガスの注入口と不活性ガスの注入口を有するガス注入管と、ガス排気管に連結されてガス吸収液が充填されたガス吸収槽内で散気するガス放出管とを具備してなり、不活性ガスの存在下で縦型の反応管を昇温した後、反応管内に高温酸性ガス固定化材を入れてから酸性ガスを注入し、所定の温度を保って高温酸性ガス固定化材と高温酸性ガスを接触対流させて反応を行わせる高温酸性ガス固定化材の反応評価装置の構成、及び反応後のガスをガス吸収槽のガス吸収液内に散気し、該ガス吸収液の電気伝導度を測定することによって反応後排出されるガス濃度を類推する構成を提供する。
【００１１】
かかる高温酸性ガス固定化材の反応評価方法及びその装置によれば、先ず予備加熱工程で不活性ガスを流しながら電気加熱炉により縦型の反応管を昇温させ、冷却管を外して反応管内に高温酸性ガス固定化材（以下、該固定化材と略称する）を入れ、再び冷却管と反応管を連結し、塩化水素ガス等の酸性ガスを注入することによって反応管内で所定の温度を保って該固定化材と高温酸性ガスが接触対流して反応が行われる。反応後の排ガスの酸性ガス濃度を適宜測定することによって該固定化材の酸性ガス固定化量を類推することができ、又、反応後の該固定化材を分析することによって該固定化材の酸性ガス固定化量を求めることができる。
【００１２】
更に簡易的に、反応後のガスは冷却管からガス排気管及びガス放出管を介してガス吸収液内に散気させ、このガス吸収液の電気伝導度を測定することによって反応後に排出されるガス濃度を類推することができる。また、冷却管によって排ガスの温度が低下して該固定化材の自重による落下を促進し、該固定化材がガス排気管側に流出することが防止される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下図１により本発明にかかる高温酸性ガス固定化材の反応評価方法及びその装置の具体的な実施形態を説明する。以下の実施形態では高温酸性ガスとして塩化水素ガスを例として説明する。図中の１は石英ガラス製の縦型の反応管であり、この反応管１は電気加熱炉２の上方から縦方向に挿入されている。３は反応管１の温度を測定する熱電対型の温度計、４は石英ガラス製の冷却管であり、この冷却管４の下端部は摺り合わせ部５により反応管１に連結され、冷却管４の上方開口部はシリコン栓６により密封されている。
【００１４】
７はシリコン栓６を貫通して上方から反応管１の内方まで達する石英ガラス製のガス導入管であり、このガス導入管７の上方開口部にはテフロンチューブ８が連結され、更にガラス管９，ゴム栓１０を介してガス注入管１１に連結されている。該ガス注入管１１には〔塩化水素ガス＋窒素ガス〕の注入口１２と不活性ガスとしての〔窒素ガス〕の注入口１３が設けられている。
【００１５】
１４は前記シリコン栓６を貫通して設けられ、反応管１から反応済みのガスを外方に導く石英ガラス製のガス排気管であり、このガス排気管１４の上方開口部にはテフロンチューブ１５が連結され、更にガラス管１６，ゴム栓１７を介してガス吸収槽１９内に侵入するガス放出管１８に連結されている。１８ａはガス散気部、１９ａはガス吸収槽１９内に充填されたガス吸収液である。
【００１６】
かかる反応装置によれば、先ず予備加熱工程で〔窒素ガス〕の注入口１３から不活性ガスとしての窒素ガスを流しながら電気加熱炉２により縦型の反応管１を昇温させ、窒素ガスを止めた後に冷却管４を外して反応管１内に所定の高温酸性ガス固定化材（以下、該固定化材と略称する）を入れ、再び冷却管４と反応管１を摺り合わせ部５により連結し、〔塩化水素ガス＋窒素ガス〕の注入口１２から酸性ガスとしての塩化水素ガスを注入することにより、反応管１内で所定の温度を保って該固定化材と塩化水素ガスが接触対流して反応が行われる。反応後のガスは冷却管４からガス排気管１４、テフロンチューブ１５、ガラス管１６、ガス放出管１８を介してガス散気部１８ａからガス吸収槽１９内のガス吸収液１９ａ内に散気される。このガス吸収液１９ａの電気伝導度を測定することによって反応後に排出される酸性ガス濃度を類推し、反応後の該固定化材を分析することによって該固定化材の酸性ガス固定化量を求めることができる。
【００１７】
上記接触対流とは、反応時に該固定化材が塩化水素ガスの注入により舞い上がり、自重によって落下してから再度上昇する現象であり、ガス温度が高いケースでは流速が早くなって該固定化材がガス排気管１４側に流出する惧れがあるが、本装置では冷却管４の存在によって排ガスの温度が低下して該固定化材の自重による落下を促進し、該固定化材がガス排気管１４側に流出することが防止される。なお、この冷却管４の長さは適宜設定或いは調節可能である。
【００１８】
【実施例】
高温で酸性ガスを固定化する為のテスト用の該固定化材として、ハイドロソーダライト（特開平１０−２１６５１０号）を用い、酸性ガスとして塩化水素ガスを使用して下記のテストを行った。ハイドロソーダライトは高温の塩化水素ガスと次式の反応を起こし、ソーダライトとなる。また、塩素の固定化量は理論量で７．３Ｗ％となる。
Ｎａ８Ａｌ６Ｏ２４(ＯＨ)２＋２ＨＣｌ→Ｎａ８Ａｌ６Ｏ２４Ｃｌ２＋２Ｈ２Ｏ
【００１９】
［実施例１］
上記した図１に示す本発明にかかる反応評価装置を用い、先ず予備加熱工程として窒素ガスを注入口１３から流速２Ｌ／分で注入しながら電気加熱炉２により縦型の反応管１を所定の温度（８００℃，９００℃）に昇温させる。昇温後窒素ガスを止め、冷却管４を外して反応管１内にハイドロソーダライト２ｇを入れ、再び冷却管４と反応管１とを連結し、窒素ガスで１００００ｐｐｍに調整した塩化水素ガスを注入口１２から流速２Ｌ／分で注入すると同時にガス吸収槽１９に設置した電気伝導度計の記録計をスタートさせる。ガス吸収槽１９には１．５Ｌの水を使用し、スターラーで攪拌を行い、予め記録計の０点を調整しておく。反応時間はソーダライトの塩素理論固定量（７．３Ｗ％）以上の塩化水素ガスが供給される時間を目安にした。
【００２０】
今回テストした条件（ハイドロソーダライト２ｇ，塩化水素ガス１００００ｐｐｍで２Ｌ／分）では塩素理論固定化量に必要な塩化水素ガスの供給時間は約５分１２秒となるため、反応終了時間を７分間とした。更に、反応時間の違いによる塩素固定化量を求める為、１，３，６分後の該固定化材をそれぞれ採取した。そして、反応終了と同時に、電気伝導度の記録計を止め、塩化水素ガスを窒素ガスに切り替えて、反応管１内部の塩化水素ガスを置換しながら、反応管１を電気加熱炉２から取り出す。
【００２１】
その後、数分間窒素ガスを流して反応管より塩化水素ガスを置換した後、窒素ガスを止めて冷却管４を外し、反応管１を傾けて反応後の該固定化材を取り出し、水洗、乾燥後、該固定化材に固定化された塩素重量％を分析により求めた。
【００２２】
測定した電気伝導度の変化を示すグラフを図２に示すと共に、固定化された塩素重量％を表１に示す。
【００２３】
【表１】
0004242993.tif 000002
【００２４】
図２に示すように電気伝導度が急激に増え始めるまでの時間（塩化水素ガスの固定化速度が遅くなる時間）は８００℃に比べ９００℃が高く、９００℃と温度が高い方が塩化水素ガス固定化速度が速いことが分かった。反応後の該固定化材の塩素固定化重量％は反応時間の経過と伴に増え、表１に示すように８００℃（５．８Ｗｔ％）に比べ９００℃（６．２Ｗｔ％）が高く、８００℃と９００℃では温度が高い方が塩化水素固定化能力が高いことが分かった。
【００２５】
［比較例］
比較例として、図３に示す測定装置を用いて、０．５ｇのハイドロソーダライトを使用して実施例と同様の温度でテストを行った。但し、塩化水素ガス濃度は１０００ＰＰＭ，流速は２００ｍＬ／分で塩化水素ガスを供給した。塩素理論固定化量に必要な塩化水素ガス供給時間は約１３０分となるため、反応終了時間は３時間とし、反応後の該固定化材を取り出し、水洗、乾燥後、該固定化材に固定化された塩素重量％を分析により求めた。分析した塩素重量％を表２に示す。
【００２６】
【表２】
0004242993.tif 000003
【００２７】
表２に示すように反応後の該固定化材の塩素重量％は８００℃は５．８Ｗｔ％であったが、９００℃では０．３Ｗｔ％と非常に低い値となった。これは、ハイドロソーダライトが塩化水素ガスと反応してソーダライトになった後で、９００℃の高温に長時間曝されることにより、短時間では起こらなかったソーダライトの分解が起こった為と推測される。
【００２８】
これらの実施例及び比較例に示すように、高温の酸性ガスを該固定化材の吹き込みによって反応させる等の短時間の反応効果を評価する場合は、本発明の評価装置が適していることが分かる。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば予備加熱工程で不活性ガスを流しながら電気加熱炉により縦型の反応管を昇温させ、冷却管を外して反応管内に該固定化材を入れ、再び冷却管と反応管を連結してから塩化水素ガス等の酸性ガスを注入して該固定化材と酸性ガスを接触対流させて反応を行い、反応後のガスを冷却管からガス排気管及びガス放出管を介してガス吸収液内に散気することによって反応後に排出される酸性ガス濃度を類推し、反応後の該固定化材を分析することによって該固定化材の酸性ガス固定化量を求めることができる。特に測定時の圧力損失は小さく、該固定化材量に対して酸性ガス量を充分に多くすることによって測定時間は大幅に短縮され、該固定化材の交換にも余分な時間を必要としない。
【００３０】
本発明では縦型反応管の上方開口部に冷却管を連結したことにより、反応後の排ガスの温度が低下して該固定化材の自重による落下が促進され、該固定化材がガス排気管側に流出することを防止できる。又、該固定化材を充填した後に反応管の昇温を行っているため、塩化水素ガス等の酸性ガスと接触する前に該固定化材自体が長時間加熱により分解されてしまうケースはなくなり、実際の該固定化材の使用条件に近い短時間での測定が可能となる。
【００３１】
反応終了後は該固定化材の交換に余分な時間を要することなく、短時間で酸性排ガスを反応除去する方法の評価装置として使用することができるため、近年社会的問題となっているダイオキシン及び有害な塩素系ガスを含む酸性排ガスの低減をはかる該固定化材の吹き込み等の短時間の反応性を評価確認する手段として最適な反応評価方法及びその装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の反応評価装置の基本的実施形態を示す概要図。
【図２】本発明による反応時間（分）と電気伝導度の相関を示すグラフ。
【図３】従来の反応評価装置の構成を示す概要図。
【符号の説明】
１…反応管
２…電気加熱炉
３…温度計
４…冷却管
７…ガス導入管
８，１５…テフロンチューブ
９，１６…ガラス管
１１…ガス注入管
１２…注入口〔塩化水素ガス＋窒素ガス〕
１３…注入口〔窒素ガス〕
１４…ガス排気管
１８…ガス放出管
１８ａ…ガス散気部
１９…ガス吸収槽
１９ａ…ガス吸収液
整理番号  Ｐ３０２７
【図１】
0004242993.tif 000004
【図２】
0004242993.tif 000005
【図３】
0004242993.tif 000006