(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却炉から発生する酸性排ガスの処理方法であって、以下の第１〜第３の工程を含み、
焼却炉から発生する酸性排ガスをアニオン型層状複水酸化物に接触させて、前記酸性排ガス中の硫黄酸化物を除去する第１の工程
前記第１の工程を経た酸性排ガスを遷移金属酸化物に接触させて、前記酸性排ガス中の一酸化窒素を二酸化窒素に変換する第２の工程
前記第２の工程を経た酸性排ガス中の窒素酸化物を除去する第３の工程
前記第３の工程において、前記第２の工程を経た酸性排ガスを、アニオン型層状複水酸化物に接触させて酸性排ガス中の窒素酸化物を除去する、酸性排ガスの処理方法。
【請求項２】
前記第３の工程において、前記第２の工程を経た酸性排ガス中の窒素酸化物及び塩化水素を除去する、請求項１に記載の酸性排ガスの処理方法。
【請求項３】
前記アニオン型層状複水酸化物がＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ層状複水酸化物である、請求項１又は２に記載の酸性排ガスの処理方法。
【請求項４】
前記遷移金属酸化物がγ型二酸化マンガンである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸性排ガスの処理方法。
【請求項５】
前記第１の工程は、アニオン型層状複水酸化物をそれぞれ含む複数の経路のうちのいずれかの経路に前記酸性排ガスを選択的に導き、当該経路に含まれるアニオン型層状複水酸化物に前記酸性排ガスを接触させている間に、前記複数の経路のうちの他の経路に含まれるアニオン型層状複水酸化物を再生する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸性排ガスの処理方法。
【請求項６】
前記第３の工程は、アニオン型層状複水酸化物をそれぞれ含む複数の経路うちのいずれかの経路に前記酸性排ガスを選択的に導き、当該経路に含まれるアニオン型層状複水酸化物に前記酸性排ガスを接触させている間に、前記複数の経路のうちの他の経路に含まれるアニオン型層状複水酸化物を再生する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の酸性排ガスの処理方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の酸性排ガスの処理方法を行う手段を有する、酸性排ガスの処理設備。
【請求項８】
前記第１の工程に用いられる前記アニオン型層状複水酸化物を収容する第１収容部と、
前記第２の工程に用いられる前記遷移金属酸化物を収容する第２収容部と、
前記第３の工程に用いられる前記アニオン型層状複水酸化物を収容する第３収容部と、
焼却炉から発生する酸性排ガスを前記第１収容部に導き、前記第１収容部から排出されるガスを前記第２収容部に導き、前記第２収容部から排出されるガスを前記第３収容部に導くための配管と、を備える、請求項７に記載の酸性排ガスの処理設備。
【請求項９】
前記第１収容部は、アニオン型層状複水酸化物をそれぞれ収容する第１の容器と第２の容器とを含み、
焼却炉から発生する酸性排ガスを、前記第１の容器及び第２の容器に選択的に導くための第１の切替え弁を更に備える、請求項８に記載の酸性排ガスの処理設備。
【請求項１０】
前記第２収容部より上流側に配置された、前記第１収容部から排出される酸性排ガス中の硫黄酸化物の濃度を連続的に検知する第１の濃度検知装置を更に備える、請求項８又は９に記載の酸性排ガスの処理設備。
【請求項１１】
前記第３収容部は、アニオン型層状複水酸化物をそれぞれ収容する第３の容器及び第４の容器を含み、
前記第２収容部から排出されるガスを、前記第３の容器及び第４の容器に選択的に導くための第２の切替え弁を更に備える、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の酸性排ガスの処理設備。
【請求項１２】
焼却炉と、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の酸性排ガスの処理設備と、を有する焼却施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼却炉から発生する酸性排ガスの処理方法、酸性排ガスの処理設備、及び、焼却施設に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼施設において焼却炉から排出される燃焼排ガスには、塩化水素、二酸化硫黄等の硫黄酸化物（ＳＯＸ）、一酸化窒素や二酸化窒素等の窒素酸化物（ＮＯＸ）などの有害な酸性物質である酸性ガスが含まれている。このため、燃焼排ガスを大気中に放出するのに先立って、これらの酸性ガスを除去する必要がある。以下、酸性ガスを含む燃焼排ガスを酸性排ガスという。
【０００３】
特許文献１には、燃焼施設で発生する酸性排ガスを、層状複水酸化物を含む固体状の酸性排ガス処理剤に接触させることにより、塩化水素、ＳＯＸ及びＮＯＸ等の酸性物質を同時に処理する酸性排ガスの処理方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１９０１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されている酸性排ガスの処理方法では、層状複水酸化物が塩化水素やＳＯｘに比べて一酸化窒素を取り込みにくいことが原因で、酸性排ガス中のＮＯｘ成分の多くを占める一酸化窒素に対して、十分な処理性能を発揮できないという課題があった。
そこで、一酸化窒素を酸化触媒によって酸化して二酸化窒素に変換した後に、特許文献１に記載されている酸性排ガスの処理方法のように、層状複水酸化物を含む酸性排ガス処理剤に排ガスを接触させることも考えられるが、酸化触媒と酸性排ガス中の成分とが反応して反応物を生成し、酸化触媒の酸化触媒効果を損ねる恐れがあった。酸化触媒の酸化触媒効果が損なわれると、酸性排ガス中の一酸化窒素に対する処理性能が低下するという問題を生じる。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑み、酸性排ガス中の、窒素酸化物を含む酸性ガスに対して高い処理能力を有する酸性排ガスの処理方法、酸性排ガスの処理設備、及び、焼却施設を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、層状複水酸化物で酸性排ガス中のＳＯｘを除去した後に、遷移金属酸化物によって一酸化窒素を酸化して二酸化窒素に変換することで上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の［１］〜［１３］を提供するものである。
［１］焼却炉から発生する酸性排ガスの処理方法であって、以下の第１〜第３の工程を含む、酸性排ガスの処理方法。
焼却炉から発生する酸性排ガスをアニオン型層状複水酸化物に接触させて、前記酸性排ガス中の硫黄酸化物を除去する第１の工程
前記第１の工程を経た酸性排ガスを遷移金属酸化物に接触させて、前記酸性排ガス中の一酸化窒素を二酸化窒素に変換する第２の工程
前記第２の工程を経た酸性排ガス中の窒素酸化物を除去する第３の工程
［２］前記第３の工程において、前記第２の工程を経た酸性排ガス中の窒素酸化物及び塩化水素を除去する、［１］に記載の酸性排ガスの処理方法。
［３］前記アニオン型層状複水酸化物がＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ層状複水酸化物である、［１］又は［２］に記載の酸性排ガスの処理方法。
［４］前記遷移金属酸化物がγ型二酸化マンガンである、上記［１］〜［３］のいずれか一つに記載の酸性排ガスの処理方法。
［５］前記第３の工程において、前記第２の工程を経た酸性排ガスを、アニオン型層状複水酸化物に接触させて酸性排ガス中の窒素酸化物を除去する、上記［１］〜［４］のいずれか一つに記載の酸性排ガスの処理方法。
［６］前記第１の工程は、アニオン型層状複水酸化物をそれぞれ含む複数の経路のうちのいずれかの経路に前記酸性排ガスを選択的に導き、当該経路に含まれるアニオン型層状複水酸化物に前記酸性排ガスを接触させている間に、前記複数の経路のうちの他の経路に含まれるアニオン型層状複水酸化物を再生する、上記［１］〜［５］のいずれか一つに記載の酸性排ガスの処理方法。
［７］前記第３の工程は、アニオン型層状複水酸化物をそれぞれ含む複数の経路のうちのいずれかの経路に前記酸性排ガスを選択的に導き、当該経路に含まれるアニオン型層状複水酸化物に前記酸性排ガスを接触させている間に、前記複数の経路のうちの他の経路に含まれるアニオン型層状複水酸化物を再生する、上記［１］〜［６］のいずれか一つに記載の酸性排ガスの処理方法。
［８］上記［１］〜［７］のいずれか一つに記載の酸性排ガスの処理方法を行う手段を有する、酸性排ガスの処理設備。
［９］前記第１の工程に用いられる前記アニオン型層状複水酸化物を収容する第１収容部と、
前記第２の工程に用いられる前記遷移金属酸化物を収容する第２収容部と、
前記第３の工程に用いられる前記アニオン型層状複水酸化物を収容する第３収容部と、
焼却炉から発生する酸性排ガスを前記第１収容部に導き、前記第１収容部から排出されるガスを前記第２収容部に導き、前記第２収容部から排出されるガスを前記第３収容部に導くための配管と、を備える、上記［８］に記載の酸性排ガスの処理設備。
［１０］前記第１収容部は、アニオン型層状複水酸化物をそれぞれ収容する第１の容器と第２の容器とを含み、
焼却炉から発生する酸性排ガスを、前記第１の容器及び第２の容器に選択的に導くための第１の切替え弁を更に備える、上記［９］に記載の酸性排ガスの処理設備。
［１１］前記第２収容部より上流側に配置された、前記第１収容部から排出される酸性排ガス中の硫黄酸化物の濃度を連続的に検知する第１の濃度検知装置を更に備える、上記［９］又は［１０］に記載の酸性排ガスの処理設備。
［１２］前記第３収容部は、アニオン型層状複水酸化物をそれぞれ収容する第３の容器及び第４の容器を含み、
前記第２収容部から排出されるガスを、前記第３の容器及び第４の容器に選択的に導くための第２の切替え弁を更に備える、上記［９］〜［１１］のいずれか一つに記載の酸性排ガスの処理設備。
［１３］焼却炉と、上記［８］〜［１２］のいずれか一つに記載の酸性排ガスの処理設備と、を有する焼却施設。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、酸性排ガス中の、窒素酸化物を含む酸性ガスに対して高い処理能力を有する酸性排ガスの処理方法、酸性排ガスの処理設備、及び、焼却施設を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る酸性排ガスの処理設備及び焼却施設の一例を示す模式的な構成図である。
【図２】上記酸性排ガスの処理設備の制御回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係る酸性排ガスの処理方法、酸性排ガスの処理設備、及び、焼却施設について説明する。
【００１１】
［酸性排ガスの処理方法］
本発明の実施形態に係る酸性排ガスの処理方法は、焼却炉から発生する酸性排ガスの処理方法であって、以下の第１〜第３の工程を含む。
・第１の工程：焼却炉から発生する酸性排ガスをアニオン型層状複水酸化物に接触させて、上記酸性排ガス中の硫黄酸化物を除去する。
・第２の工程：上記第１の工程を経た酸性排ガスを遷移金属酸化物に接触させて、上記酸性排ガス中の一酸化窒素を二酸化窒素に変換する。
・第３の工程：上記第２の工程を経た酸性排ガス中の窒素酸化物を除去する。
【００１２】
上記酸性排ガスの処理方法においては、まず、第１の工程において、焼却炉から発生する酸性排ガスをアニオン型層状複水酸化物に接触させることによって、酸性排ガス中の酸性ガス成分のうち硫黄酸化物（ＳＯｘ）が除去される。次に、第２の工程において、第１の工程を経た後の酸性排ガスを遷移金属酸化物に接触させ、酸性排ガス中の酸性ガス成分のうち一酸化窒素（ＮＯ）を、遷移金属酸化物の酸化触媒作用によって酸化して二酸化窒素（ＮＯ２）に変換する。その後、第３の工程において、第２の工程を経た後の酸性排ガスをアニオン型層状複水酸化物に接触させ、ＮＯ２を除去する。
上記酸性排ガスの処理方法は、酸性排ガス中の、窒素酸化物（ＮＯｘ）を含む酸性ガスに対して高い処理能力を有する。この効果が得られる理由としては、これに限るものではないが、以下の理由が考えられる。
【００１３】
上記酸性排ガスの処理方法においては、第１の工程においてＳＯｘが除去されるとともに、第２の工程で遷移金属酸化物の酸化触媒作用により、酸性排ガス中のＮＯｘ成分の多くを占めるＮＯを十分に酸化してＮＯ２に変換することができる。生成したＮＯ２は第３の工程で除去される。こうして、高い効率でＳＯｘ及びＮＯｘを除去することができる。また、第１の工程においてＳＯｘが除去された後に、第２の工程において、酸性排ガスが遷移金属酸化物に接触するので、遷移金属酸化物とＳＯｘとの反応による被毒作用が抑制される。このため、当該遷移金属酸化物の酸化触媒作用が損なわれることが防止され、酸化触媒効果を保つことができる。加えて、酸性排ガス中の塩化水素の少なくとも一部が第１の工程で除去され、第３の工程でアニオン型層状複水酸化物を用いている場合は、第３の工程においても塩化水素が除去される。
こうして、酸性排ガスからＳＯｘ、ＮＯｘ及び塩化水素を十分除去することができ、しかも、遷移金属酸化物の酸化触媒効果を維持することができ、延いては、酸性排ガス中の、窒素酸化物を含む酸性ガスに対して高い処理能力を有する酸性排ガスの処理方法とすることができる。
以下、各工程について詳しく説明する。
【００１４】
＜第１の工程＞
第１の工程においては、焼却炉から発生する酸性排ガスをアニオン型層状複水酸化物に接触させて、酸性排ガス中のＳＯｘを除去する。
アニオン型層状複水酸化物は、層状の水酸化物基本層と、層間アニオン及び層間水からなる中間層が交互に積層した構造を有しており、ＳＯｘを硫酸イオンの形で層間アニオンと交換することによってこの成分を取り込むため、酸性排ガスからＳＯｘを除去することができる。また、アニオン型層状複水酸化物は、塩素イオンの形で層間アニオンと交換することによって塩化水素も取り込むため、第１の工程において、酸性排ガス中の塩化水素の少なくとも一部も除去される。
【００１５】
（アニオン型層状複水酸化物）
第１の工程で酸性排ガス処理剤として用いられるアニオン型層状複水酸化物としては、ＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ層状複水酸化物、ＳＯ４型Ｍｇ−Ａｌ層状複水酸化物、ＮＯ３型Ｍｇ−Ａｌ層状複水酸化物等が挙げられる。これらの中でも、酸性排ガス処理剤としての対象アニオンの観点から、ＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ層状複水酸化物が好ましい。
ＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ層状複水酸化物は、水酸化物基本層（［Ｍｇ２＋１−ｘＡｌ３＋ｘ（ＯＨ）２］）と、層間炭酸イオン及び層間水から構成される中間層（［（ＣＯ３２−）ｘ／２・ｙＨ２Ｏ］）とが交互に積層した構造を有しているナノ粒子である。水酸化物基本層がｘ相当分の正電荷を持ち、これを補償する負電荷を持つ陰イオンとして炭酸イオンが中間層に存在している不定比化合物である。
ＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ層状複水酸化物に代表されるアニオン型層状複水酸化物は、水酸化物基本層を保持したまま、例えば、塩化水素、二酸化硫黄（ＳＯ２）、ＮＯ２等の酸性ガスを層間に取り込むことができる。このため、上記の酸性ガスを除去する酸性排ガス処理に好適に用いることができる。但し、アニオン型層状複水酸化物は、塩化水素、ＳＯ２、ＮＯ２に比べると、層間水へのＮＯの溶解性が低いため、これらの酸性成分に比べてＮＯを取り込みにくい。
【００１６】
なお、ＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ層状複水酸化物が酸性排ガス処理に用いられる際、ＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ層状複水酸化物以外の層状複水酸化物、あるいはまた、例えば、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、酸化マグネシウム等の層状複水酸化物以外の薬剤が併用されてもよい。ただし、ＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ層状複水酸化物を効率的に再生して再利用する観点から、他の層状複水酸化物や薬剤と混在させないことが好ましい。
【００１７】
ＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ層状複水酸化物は、ハイドロタルサイトとして、天然に産出する粘土鉱物も存在するが、通常、合成粉末が用いられる。合成方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法（例えば、前記特許文献１に記載の方法）を用いることができる。
例えば、硝酸マグネシウム（Ｍｇ（ＮＯ３）２）と硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ３）３）をＭｇ／Ａｌ＝２／１（モル比）で混合した水溶液を、ｐＨ１０．５に保持しながら、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）水溶液に滴下することにより、ＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ層状複水酸化物を得ることができる。
【００１８】
（アニオン型層状複水酸化物の再生）
酸性排ガス処理に使用したＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ層状複水酸化物は、前記酸性ガスが層間に取り込まれると、層間炭酸イオンが、塩素イオンや硫酸イオン、硝酸イオン等の酸性排ガス由来の他のアニオンに交換される。このようにして酸性排ガス由来のアニオンによってアニオン交換されたＭｇ−Ａｌ層状複水酸化物は、酸性排ガスを更に除去する能力を有しない。このため、再度、アニオン交換によりＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ層状複水酸化物に再生して、再利用に供される。
【００１９】
上記第１の工程においては、アニオン型層状複水酸化物をそれぞれ含む複数の経路のうちのいずれかの経路に前記酸性排ガスを選択的に導き、当該経路に含まれるアニオン型層状複水酸化物に前記酸性排ガスを接触させている間に、前記複数の経路のうちの他の経路に含まれるアニオン型層状複水酸化物を再生することが好ましい。
【００２０】
酸性排ガス処理の使用済み層状複水酸化物である、酸性排ガス由来のアニオンによってアニオン交換されたＭｇ−Ａｌ層状複水酸化物は、アニオン化合物を用いて再生することができる。例えば、水分が多量に存在する湿潤環境で、炭酸ガスや炭酸塩と接触させてイオン交換反応を行わせることにより再生することができる。また、水及び濃度５ｖｏｌ％以上の二酸化炭素を含む７０℃以上の混合気体を用いてアニオン交換することにより、ＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ層状複水酸化物に再生することができる。炭酸水溶液を用いて、使用済み層状複水酸化物を再生してもよい。
上記の気体接触による再生方法は、液体である炭酸水溶液を用いる方法に比べて、ＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ層状複水酸化物への再生手段として効率的である。
【００２１】
＜第２の工程＞
第２の工程においては、上記の第１の工程を経た酸性排ガスを遷移金属酸化物に接触させて、酸性排ガス中のＮＯをＮＯ２に酸化する。なお、第２の工程で生成されるＮＯ２は後述する第３の工程において除去される。
【００２２】
（遷移金属酸化物）
第２の工程において用いられる遷移金属酸化物は、酸性ガスに対して酸化触媒として作用する。これにより、酸性排ガスに含まれるＮＯが酸化されてＮＯ２に変換される。
上記遷移金属酸化物としては、二酸化マンガン、酸化鉄、酸化バナジウム、二酸化チタン、酸化銅等が挙げられる。この中でも、酸化触媒効果の観点から、二酸化マンガン及び酸化バナジウムが好ましく、コストや入手容易性の観点から、二酸化マンガンが更に好ましく、ＮＯからＮＯ２への転化率の観点から、γ型二酸化マンガンが特に好ましい。
遷移金属酸化物は、ＮＯとＯ２との反応を活性化することにより、酸性排ガス中のＮＯを酸化してＮＯ２に変換する。
遷移金属酸化物は、硫黄酸化物等の特定の被毒作用を持つ物質に接触しない限り、酸性触媒作用を継続して発揮する。
【００２３】
＜第３の工程＞
第３の工程においては、第２の工程を経た酸性排ガス中のＮＯｘを除去する。
第３の工程においては、第２の工程を経た酸性排ガスを、アニオン型層状複水酸化物に接触させて酸性排ガス中のＮＯｘを除去することが好ましい。
アニオン型層状複水酸化物としては、上記第１の工程で用いたものと同様のものを用いることができる。
第３の工程において、アニオン型層状複水酸化物を第３の工程における酸性排ガス処理剤として用いることにより、上記第２の工程を経た酸性排ガス中のＮＯｘに加えて塩化水素も除去することができる。
【００２４】
第３の工程においては、アニオン型層状複水酸化物をそれぞれ含む複数の経路のうちのいずれかの経路に前記酸性排ガスを選択的に導き、当該経路に含まれるアニオン型層状複水酸化物に前記酸性排ガスを接触させている間に、上記複数の経路のうちの他の経路に含まれるアニオン型層状複水酸化物を再生することが好ましい。
このように構成することで、酸性排ガスの処理を継続して行うことができ、十分処理されていないガスが排出されたり、焼却を停止したりすることを回避することができる。
アニオン型層状複水酸化物の再生方法は、上記第１の工程で述べた方法と同様のものを採用することができる。
【００２５】
［酸性排ガスの処理設備］
本発明の実施形態に係る酸性排ガスの処理設備は、上記の酸性排ガスの処理方法を行う手段を有する。
上記酸性排ガスの処理設備において、上述した第１の工程を実施する手段としては、例えば、アニオン型層状複水酸化物を収容する容器を含む第１収容部と、当該第１収容部に接続し、焼却炉から発生する酸性排ガスを上記第１収容部に導くための配管と、を備えるユニットが挙げられる。以下、当該ユニットを「第１ユニット」と称する場合がある。
また、上述した第２の工程を実施する手段としては、例えば、遷移金属酸化物を収納した容器を含む第２収容部と、当該第２収容部に接続し、上記第１収容部から排出されるガスを上記第２収容部に導くための配管と、を備えるユニットが挙げられる。以下、当該ユニットを「第２ユニット」と称する場合がある。
更に、上述した第３の工程を実施する手段としては、例えば、アニオン型層状複水酸化物を収納した容器を含む第３収容部と、当該第３収容部に接続し、上記第２収容部から排出されるガスを上記第３収容部に導くための配管と、を備えるユニットが挙げられる。以下、当該ユニットを「第３ユニット」と称する場合がある。
上記各配管は処理対象のガスが流れる煙道を構成する。また、以下の説明において、「上流」「下流」「上流側」「下流側」「入口」「出口」という場合、処理対象のガスが流れる方向を基準にしている。
【００２６】
上記酸性排ガスの処理設備においては、上記第１ユニット、第２ユニット、第３ユニットがこの順に直列的に接続された状態で設置される。そして、焼却炉から排出される酸性排ガスを第１ユニットの入口へ導入することにより、上述した第１、第２、及び第３の工程を実行する。これによって、上述したように、ＳＯｘ、ＮＯｘ、塩化水素等の酸性ガス成分が十分に除去される。そして、第３ユニットの出口から酸性ガス成分が除去された処理済みのガスを排出する。
【００２７】
上記第１収容部は、アニオン型層状複水酸化物をそれぞれ収容する第１の容器と第２の容器とを含み、焼却炉から発生する酸性排ガスを、上記第１の容器及び第２の容器に選択的に導くための第１の切替え弁を更に備えていてもよい。
上記第１の切換え弁を備えることにより、第１及び第２の容器のうち一方に収容されたアニオン型層状複水酸化物による酸性排ガスの処理能力が低下した場合に、第１の切換え弁によって、第１及び第２の容器のうち他方の容器へガスを導くことにより、当該容器内に収容された、酸性排ガスの処理能力が低下していないアニオン型層状複水酸化物によって、処理能力を低下させることなく、酸性排ガスの処理を継続することができる。
【００２８】
上記酸性排ガスの処理設備は、上記第２収容部より上流側に配置された、上記第１収容部から排出される酸性排ガス中のＳＯｘの濃度を連続的に検知する第１の濃度検知装置を更に備えていてもよい。
上記第１の濃度検知装置を備えることにより、第２収容部の遷移金属酸化物がＳＯｘによって被毒する前に、第２収容部に導かれるガス中のＳＯｘの濃度の上昇を把握することができる。そして、上述したように、第１の切換え弁を介して複数の容器にアニオン型層状複水酸化物を収容した構成を採用している場合は、第１の切換え弁によって、ＳＯｘの処理効率が低下した容器を、処理効率が低下していない別の容器に切り替えることで、処理能力を低下させることなく、酸性排ガスの処理を継続することができる。
【００２９】
上記第３収容部についても、アニオン型層状複水酸化物をそれぞれ収容する第３の容器及び第４の容器を含むものとし、上記第２収容部から排出されるガスを、上記第３の容器及び第４の容器に選択的に導くための第２の切替え弁を更に備える構成としてもよい。
上記第２の切換え弁を備えることにより、第３及び第４の容器のうち一方の酸性排ガスの処理能力が低下した場合に、第２の切換え弁によって、第３及び第４の容器のうち他方の容器へガスを導くことにより、当該容器内に収容された、酸性排ガスの処理能力が低下していないアニオン型層状複水酸化物によって、処理能力を低下させることなく、酸性排ガスの処理を継続することができる。
【００３０】
また、上記酸性排ガスの処理設備は、上記第３収容部より上流側に配置された、上記第２収容部から排出される酸性排ガス中のＮＯｘの濃度を連続的に検知する第２の濃度検知装置を更に備えていてもよい。上記第２の濃度検知装置は、酸性排ガス中のＮＯｘ及び塩化水素の濃度を連続的に検知するものであることが好ましい。
第２の濃度検知装置を備えることにより、第３収容部より下流においてガス中のＮＯｘの濃度の上昇を把握することができ、第２収容部の遷移金属酸化物がＳＯｘによって被毒したことに起因して、第２ユニットにおけるＮＯの処理効率が低下している可能性があること、及び、第３収容部のアニオン型層状複水酸化物のＮＯｘの処理能力が低下している可能性があることを検知することができる。そして、上述したように、第１の切換え弁を介して複数の容器にアニオン型層状複水酸化物を収容している場合は第１の切換え弁によって、ＳＯｘの処理効率が低下した容器を、処理効率が低下していない別の容器に切り替えたり、第２の切換え弁を介して複数の容器にアニオン型層状複水酸化物を収容している場合は、第２の切換え弁によって、ＮＯｘの処理効率が低下した容器を、処理効率が低下していない別の容器に切り替えたりすることで、処理能力を低下させることなく、酸性排ガスの処理を継続することができる。
【００３１】
［焼却施設］
本発明の実施形態に係る焼却施設は、焼却炉と、上記酸性排ガスの処理設備とを有する。
上記酸性排ガス設備は、焼却炉の下流に設置され、焼却炉から排出される酸性排ガスを取込み、上述した第１の工程から第３の工程を実行することによって酸性排ガスを処理する。
【００３２】
［酸性排ガスの処理設備を含む焼却施設の具体例］
以下、酸性排ガスの処理設備を含む焼却施設の具体例について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る酸性排ガスの処理設備を含む焼却施設の一例を示す模式的な構成図である。本発明は図示した構成には制限されない。
【００３３】
図１に示す燃焼施設１００は、焼却炉１１と、ボイラ１２と、ガス冷却装置１３と、集塵機１４と、誘引通風気１５及び煙突１６と、これらの間を順次接続して煙道を形成する配管２１〜３４とを備えている。
また、燃焼施設１００は、酸性排ガス処理剤である層状複水酸化物を収納する第１収容部を構成する、第１の容器４０ａ及び第２の容器４０ｂと、酸化触媒である遷移金属酸化物を収納する第２収容部を構成する容器４１と、酸性排ガス処理剤である層状複水酸化物を収納する第３収容部を構成する、第３の容器４２ａ及び第４の容器４２ｂとを含む酸性排ガスの処理設備８０を備えている。
層状複水酸化物をそれぞれ収納している第１の容器４０及び第２の容器４１の上流側は、それぞれ配管２５、２６を介して第１の切換え弁４５に接続されている。また、層状複水酸化物をそれぞれ収納した第３の容器４２及び第４の容器４３の上流側は、それぞれ配管３０、３１を介して第２の切換え弁４６に接続されている。
【００３４】
焼却施設１００において、アニオン型層状複水酸化物をそれぞれ収容する第１の容器４０ａ及び第２の容器４０ｂ、焼却炉１１から発生する酸性排ガスを第１の容器４０ａ及び第２の容器４０ｂに導くための配管２４〜２６、及び、配管２４と配管２５、２６との間に設けられた第１の切換え弁４５、により構成されるユニット５０が、上述した第１の工程を実行する第１ユニットである。
また、遷移金属酸化物を収容した容器４１、第１ユニット５０から排出されるガスを容器４１に導くための配管２９、第１の容器４０ａと容器４１とを接続する配管２７、及び、第２の容器４０ｂと容器４１とを接続する配管２８により構成されるユニット６０が、上述した第２の工程を実行する第２ユニットである。
更に、アニオン型層状複水酸化物をそれぞれ収容する第３の容器４２ａ及び第４の容器４２ｂ、第２ユニット６０から排出されるガスを第３の容器４２ａ及び第４の容器４２ｂに導くための配管２９〜３１、及び、配管２９と配管３０、３１との間に設けられた第２の切換え弁４６により構成されるユニット７０が、上述した第３の工程を実行する第３ユニットである。
【００３５】
上記第２収容部よりも上流側には、上記第１収容部から排出される酸性排ガス中のＳＯｘの濃度を連続的に検知する第１の濃度検知装置が設けられている。
より具体的には、第２の容器４１の、第１の容器４０ａに接続する配管２７側の入口と、第２の容器４０ｂに接続する配管２８側の入口に、それぞれ第１の濃度検知装置Ｓ１ａ、Ｓ１ｂが設けられている。
また、第３収容部より下流には、第３収容部から排出されるガス中のＮＯｘ及び塩化水素の濃度を連続的に検知する第２の濃度検知装置が設けられている。
より具体的には、誘因通風機１５の、第３の容器４２ａに接続する配管３２側の入口と、第４の容器４２ｂに接続する配管３３側の入口に、それぞれ第２の濃度検知装置Ｓ２ａ、Ｓ２ｂが設けられている。
第１の切換え弁４５及び第２の切換え弁４６は、第１濃度検知装置Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ及び第２濃度検知装置Ｓ２ａ、Ｓ２ｂからの出力に基づいて、図示しない制御装置によって制御される。
【００３６】
図２は、酸性排ガスの処理設備８０の制御回路のブロック図である。
図２に示すように、この制御回路１０１は、ＣＰＵ等によって構成され、全体の制御を司る制御装置９０と、第１濃度測定装置Ｓ１ａ、Ｓ１ｂと、第２濃度測定装置Ｓ２ａ、Ｓ２ｂと、第１の切換え弁４５と、第２の切換え弁４６と、管理者に対して表示や音声等によって警報を発する警報器９１と、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤ等によって構成され、制御に必要な各種情報を記憶する記憶装置９２と、管理者が在籍する管理室やクラウド等に接続して必要な情報を送受信するための通信装置９３と、その他の機器９４と、を含む。なお、制御回路９０を焼却施設１００全体の制御回路に組み込んだものとしてもよい。この場合は、酸性排ガスの処理設備８０に含まれない他の機器の制御や通信も制御回路９０が行うことになる。
【００３７】
制御装置９０は、第１濃度測定装置Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ及び第２濃度測定装置Ｓ２ａ、Ｓ２ｂからの出力を受け取り、その結果を記憶装置９２に記録するとともに、通信装置９３を介して外部へ出力する。また、上記信号を記憶装置９２に記憶された情報と比較し、その比較結果に基づいて、第１の切換え弁４５及び第２の切換え弁４６を制御するとともに、警報器９１を作動させて警報を発する。
なお、上記濃度測定装置は、酸性ガス成分の濃度に加えて、処理対象のガスの流量も測定できるものであってもよい。
【００３８】
次に、酸性排ガス処理設備８０を含む焼却施設１００の動作を説明する。
まず、焼却炉１１で発生した酸性排ガスは、ボイラ１２によって熱回収され、冷却装置１３で冷却された後、集塵機１４で集められて、酸性排ガス処理設備８０の第１ユニット５０へと導かれる。このとき、切換え弁４５は第１容器４０、第２容器４１のうち一つを選択し、切換え弁４６は、第３容器４２、第４容器４３のうち一つを選択している。なお、初期状態では、第１〜第４の容器に収容されているアニオン型層状複水酸化物はいずれも、酸性排ガスの処理に供されていないもの又は再生済みのものであり、処理能力が低下していない状態のものである。
そして、上記酸性排ガスに対して、第１〜第３ユニットにおいて、上述した第１〜第３の工程が実行される。これによって、酸性排ガス中の酸性ガス成分であるＳＯｘ、ＮＯｘ、及び、塩化水素が十分に除去される。
処理が終了し酸性ガス成分が除去されたガスは、第３ユニット７０から排出され、誘因通風機１５を経て煙突１６から外部へ放出される。
【００３９】
制御装置９０は、各濃度測定装置Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ａ、Ｓ２ｂからの出力が、所定条件に合致すると切換え弁４５、４６を制御して切り換え動作を行わせる。
具体的には、切換え弁４５によって、第１の容器４０ａ及び第２の容器４０ｂのうちいずれか一方に酸性排ガスを導いている際に、上記第１の濃度測定装置Ｓ１ａ、Ｓ１ｂのいずれかによって、ＳＯｘの濃度が予め設定した閾値に達したことが検知された場合に、切換え弁４５を作動させて、第１の容器４０ａ及び第２の容器４０ｂのうち他方に酸性排ガスを導くようにする。また、切換え弁４６によって、第３の容器４２ａ及び第４の容器４２ｂのうちいずれか一方に酸性排ガスを導いている際に、上記第２の濃度測定装置Ｓ２ａ、Ｓ２ｂのいずれかによって、ＮＯｘ及び塩化水素のうち少なくとも一方の濃度が予め設定した閾値に達したことが検知された場合に、切換え弁４６を作動させて、第１の容器４０及び第２の容器４１のうち他方に酸性排ガスを導くようにする。
切換え弁４５、４６を配置することにより、第１の容器４０ａ及び第２の容器４０ｂのうち一方、及び／又は、第３の容器４２ａ及び第４の容器４２ｂのうち一方の、酸性排ガス処理能力が低下した場合に、酸性排ガス処理能力が低下していない他方の容器に切り替えることができる。このため、酸性排ガス中の酸性ガス成分が十分除去されずに煙突１６から外部へ排出されることを回避しやすくなる。
【００４０】
切換え弁４５、４６の制御に合わせて、警報器９１により、ＳＯｘの濃度が予め設定した閾値に達したこと、及び、ＮＯｘ及び塩化水素のうち少なくとも一方の濃度が予め設定した閾値に達したことを報知するようにしてもよい。焼却施設の管理者は、警報器９１による報知によって、酸性排ガス処理の状況を把握することができる。
【００４１】
上記各濃度測定装置が、酸性ガス成分の濃度に加えて、処理対象のガスの流量を測定できるものとしてもよい。あるいは、上記各濃度測定装置に加えて、処理対象のガスの流量を測定する流量計を設けてもよい。これらの構成では、ガスの流量も加味して酸性ガス成分の濃度の上昇度合を判断することができるので、酸性排ガス処理の状況をより正確に把握することができる。
【００４２】
切換え弁４５、４６を手動で操作可能なものとしてもよい。切換え弁４５、４６を手動操作可能なものとし、制御装置９０が、各濃度測定装置Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ、Ｓ２ａ、Ｓ２ｂからの出力に基づいて、各酸性ガス成分の濃度が閾値に達したことを警報器によって報知することにより、管理者が状況を確認した上で、切換え弁を操作することができる。また、設定時刻になったときに、管理者が切換え弁を手動で切り換えるようにしてもよい。
【００４３】
一方、切換え弁４５、４６を作動させることによって、煙道から切り離された方の容器に含まれる層状複水酸化物は、上述した再生方法によって再生される。再生処理は、他方の容器に含まれる層状複水酸化物による酸性排ガスの処理と並行して行うことができる。
再生処理は、容器から層状複水酸化物を取り出して行ってもよいし、容器に収容したままで、再生処理剤に接触させることにより行ってもよい。
燃焼施設には、層状複水酸化物を再生するための再生手段を更に設けてもよい。この場合、再生手段を燃焼施設１００に接続されたインサイトに位置してもよいし、オフサイトに配置してもよい。
【００４４】
また、上述した切換え弁及び複数の容器からなる構成に代えて、あるいは、当該構成とともに、まだ処理に供していない層状複水酸化物や再生済みの層状複水酸化物を容器に供給する手段と、一定時間処理に供した層状複水酸化物を容器から取り出す手段とを設けるようにしてもよい。この場合、上記各手段を、酸性排ガスの流量及び／又は酸性ガス成分の濃度に応じて、層状複水酸化物の供給や取り出しを行うものとしてもよい。
【実施例】
【００４５】
次に、本発明を実施例により更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。
【００４６】
各実施例及び比較例の物性値の測定は以下の手順で行った。
＜酸性ガス成分の除去率＞
酸性排ガスに見立てた試験ガス中の塩化水素、ＳＯ２、ＮＯの除去率を以下の手順で測定した。
反応管通過後のガスを採取して、塩化水素、ＳＯ２、ＮＯの各成分の濃度をＦＴ−ＩＲ式ガス分析計によって測定した。そして、これらの値（Ａ）と、反応管通過前のガスの、塩化水素、ＳＯ２、ＮＯの各成分の濃度（Ｂ）とを用いて、以下の式によって各酸性ガス成分の除去率を算出した。
酸性ガス成分の除去率［％］＝［（Ｂ−Ａ）／Ｂ］×１００
【００４７】
［実施例１］
内径１６ｍｍのガラス製の反応管Ａ１に０．１ｇのＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ層状複水酸化物を充填し、内径１６ｍｍのガラス製の反応管Ａ２に０．１ｇのγ型二酸化マンガンを充填し、内径１６ｍｍのガラス製の反応管Ａ３に０．３ｇのＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ層状複水酸化物を充填し、反応管Ａ１、反応管Ａ２、反応管Ａ３の順に接続した。窒素ガスを反応管Ａ１の上流から流通し、各反応管を管状電気炉で流通するガス温度が１７０℃になるように調整した。
塩化水素の濃度３００ｐｐｍ、ＳＯ２の濃度５０ｐｐｍ、ＮＯの濃度１５０ｐｐｍになるように窒素を流通しながら、マスフローコントローラーで各ガスの流量を調整し、反応管における空塔速度が１．０ｍ／ｍｉｎになるように反応管にガスを通過させた。こうして、特定濃度の、塩化水素、ＳＯ２及びＮＯを含む窒素ガスを、第１の工程→第２の工程→第３の工程の順で処理するようにした。
試験開始６０分後に反応管Ａ３の出口の流通ガス中の塩化水素、ＳＯ２、ＮＯｘ濃度を測定し、除去率を算出した。結果を表１に示す。なお、ＮＯｘ濃度は、ＮＯ、ＮＯ２等の窒素酸化物を総合した濃度である。また、表１には、各工程に対応する各反応管の出口における、ＮＯ及びＮＯ２の濃度と、これらを総合したＮＯｘの濃度も記載してある。以下説明する各比較例についても同様である。
【００４８】
［比較例１］
内径１６ｍｍのガラス製の反応管Ｂ１に０．３ｇのＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ層状複水酸化物を充填し、窒素ガスを反応管１の上流から流通し、反応管を管状電気炉で流通するガス温度が１７０℃になるように調整した。
塩化水素の濃度３００ｐｐｍ、ＳＯ２の濃度５０ｐｐｍ、ＮＯの濃度１５０ｐｐｍになるように窒素を流通しながら、マスフローコントローラーで各ガスの流量を調整し、反応管における空塔速度が１．０ｍ／ｍｉｎになるように反応管にガスを通過させた。こうして、特定濃度の、塩化水素、ＳＯ２及びＮＯを含む窒素ガスを第１の工程のみで処理するようにした。
試験開始６０分後に反応管Ｂ１の出口の流通ガス中の塩化水素、ＳＯ２、ＮＯｘ濃度を測定し、除去率を算出した。結果を表１に示す。
【００４９】
［比較例２］
内径１６ｍｍのガラス製の反応管Ｃ１に０．１ｇのγ型二酸化マンガンを充填し、後段に内径１６ｍｍのガラス製の反応管Ｃ２に０．３ｇのＣＯ３型Ｍｇ−Ａｌ層状複水酸化物を充填し、反応管Ｃ１、反応管Ｃ２の順に接続した。窒素ガスを反応管Ｃ１の上流から流通し、各反応管を管状電気炉で流通するガス温度が１７０℃になるように調整した。
塩化水素の濃度３００ｐｐｍ、ＳＯ２の濃度５０ｐｐｍ、ＮＯの濃度１５０ｐｐｍになるように、窒素を流通しながらマスフローコントローラーで各ガスの流量を調整し、反応管における空塔速度が１．０ｍ／ｍｉｎになるように反応管にガスを通過させた。こうして、特定濃度の、塩化水素、ＳＯ２及びＮＯを含む窒素ガスを、第２の工程→第３の工程の順で処理するようにした。
試験開始６０分後に反応管Ｃ２の出口の流通ガス中の塩化水素、ＳＯ２、ＮＯｘ濃度を測定し、除去率を算出した。結果を表１に示す。
【００５０】
［比較例３］
反応管Ａ３を設けないこと以外は実施例１と同様にして、特定濃度の、塩化水素、ＳＯ２及びＮＯを含む窒素ガスを、第１の工程→第２の工程の順で処理するようにした。
試験開始６０分後に反応管Ａ２の出口の流通ガス中の塩化水素、ＳＯ２、ＮＯｘ濃度を測定し、除去率を算出した。結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】
0006954569.tif 000002
【００５２】
表１から明らかなように、実施例１においては、塩化水素、ＳＯ２、ＮＯの全ての成分について高い除去率が得られることが判る。
これに対して、比較例１においては、塩化水素及びＳＯ２の除去率は高いものの、ＮＯが全く除去できていないことが判る。また、比較例２においては、塩化水素及びＳＯ２の除去率が高く、ＮＯも一定量は除去されているものの、ＮＯの除去率は実施例１に比べて低く、遷移金属酸化物の酸化触媒効果が、ＳＯ２との反応によって低下していることが理解できる。更に、比較例３においては、塩化水素及びＳＯ２の除去率が高いものの、実施例１とは異なり、第３の工程が存在しないため、第２の工程でＮＯから変換されたＮＯ２を除去することができないことが判る。
【符号の説明】
【００５３】
１１：焼却炉
１２：ボイラ
１３：ガス冷却装置
１４：集塵機
１５：誘因通風機
１６：煙突
２１〜３４：配管（煙道）
４０：第１収容部
４０ａ：第１の容器
４０ｂ：第２の容器
４１：第２収容部
４２：第３収容部
４２ａ：第３の容器
４２ｂ：第４の容器
４５：第１の切換え弁
４６：第２の切換え弁
５０：第１ユニット
６０：第２ユニット
７０：第３ユニット
８０：酸性排ガスの処理設備
９０：制御装置
９１：警報器
９２：記憶装置
９３：通信装置
９４：その他の機器
１００：焼却施設 
【要約】
【課題】酸性排ガス中の、窒素酸化物を含む酸性ガスに対して高い処理能力を有する酸性排ガスの処理方法、酸性排ガスの処理設備、及び、焼却施設を提供する。
【解決手段】焼却炉から発生する酸性排ガスの処理方法であって、以下の第１〜第３の工程を含む、酸性排ガスの処理方法。
焼却炉から発生する酸性排ガスをアニオン型層状複水酸化物に接触させて、前記酸性排ガス中のＳＯｘを除去する第１の工程
前記第１の工程を経た酸性排ガスを遷移金属酸化物に接触させて、前記酸性排ガス中のＮＯをＮＯ２に酸化する第２の工程
前記第２の工程を経た酸性排ガス中のＮＯｘを除去する第３の工程
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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