(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫黄酸化物と煤塵と硫酸可溶物質とを含有する排ガスに水を散布して、該排ガス中の煤塵の一部を除去すると共に該排ガスを増湿冷却する工程と、該増湿冷却された排ガスを、表面に水が付着した脱硫反応用活性炭素繊維と接触させて、該排ガス中の煤塵の残部を該脱硫反応用活性炭素繊維に付着させると共に、該付着した煤塵及び該排ガス中の硫酸可溶物質を、該脱硫反応用活性炭素繊維上における該排ガス中の硫黄酸化物の脱硫反応で生じた硫酸によって洗浄または溶解させて除去する工程とからなることを特徴とする排ガスの清浄化方法。
【請求項２】
上記脱硫反応用活性炭素繊維は、太さが７〜２０μｍ、比表面積が５００〜２，５００ｍ2 ／ｇ、外表面積が０．２〜２．０ｍ2／ｇ、細孔直径が４５オングストローム以下であることを特徴とする請求項１の排ガスの清浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種燃料を燃焼させるボイラ、ガスタービン、エンジン、燃焼炉等から排出される排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯX ）、煤塵、硫酸可溶物質を除去するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、排ガス中の硫黄酸化物の除去方法として、石灰石または消石灰スラリーを吸収剤として用いて、硫黄分を石膏として回収する石灰−石膏法が採用されている。
他の方法として、活性炭による吸着法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の石灰−石膏法では、多量の水および硫黄酸化物の吸収剤が必要である。そのため、脱硫設備の大型化や複雑化が避けられない。
また、活性炭による吸着法の場合、活性炭に吸着した硫黄分を水洗によって脱離させるため、大量の水を必要とする。しかも、この方法の場合、生成した希硫酸の廃棄や、吸着材の乾燥処理等が必要になる。
本発明の目的は、硫黄酸化物の吸収剤や大型の脱硫設備を用いずに脱硫することができ、かつ、硫黄酸化物の他に、煤塵や硫酸可溶物質も除去することのできる排ガスの清浄化方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の排ガスの清浄化方法は、硫黄酸化物と煤塵と硫酸可溶物質とを含有する排ガスに水を散布して、該排ガス中の煤塵の一部を除去すると共に該排ガスを増湿冷却する工程と、該増湿冷却された排ガスを、表面に水が付着した脱硫反応用活性炭素繊維と接触させて、該排ガス中の煤塵の残部を該脱硫反応用活性炭素繊維に付着させると共に、該付着した煤塵及び該排ガス中の硫酸可溶物質を、該脱硫反応用活性炭素繊維上における該排ガス中の硫黄酸化物の脱硫反応で生じた硫酸によって洗浄または溶解させて除去する工程とからなることを特徴とする（請求項１）。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明において、清浄化の対象となる排ガスは、硫黄酸化物、特に二酸化硫黄（ＳＯ2 ）と、煤塵と、硫酸可溶物質を含むガスである。ＳＯ2 濃度は、任意であるが、特に２００〜１，０００ｐｐｍ程度であると、より効率的に脱硫することができる。
ここで、硫酸可溶物質には、例えば、水銀、ヒ素、セレン、鉛、バナジウム、カドミウム、亜鉛、ベリリウム、ニッケル、マンガン、クロム等が含まれる。
【０００６】
また、脱硫の際、ＳＯ2 をＳＯ3 に酸化するのに酸素（Ｏ2 ）が用いられるため、排ガス中に酸素を含むか、または、別途、酸素を排ガス中に供給する必要がある。排ガス中の酸素の含有量は、下限が２容量％以上、好ましくは３〜２１容量％であることが、目的とする脱硫反応を生じさせるために好ましい。すなわち、ＳＯ2 の酸化には酸素が必要であり、酸素濃度が高い程、好ましい。
ＳＯ2 およびＯ2 以外のガス成分としては、通常、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素等の成分を含み得る。
ガスの流量は、通常、脱硫反応用活性炭素繊維の単位重量当たり、１×１０-3〜５×１０-5ｇ・ｍｉｎ／ｍｌ程度である。
【０００７】
本発明で用いる脱硫反応用活性炭素繊維は、排ガス中のＳＯ2 がＳＯ3 に酸化する際に触媒として働く。
脱硫反応用活性炭素繊維の製造方法を以下、説明する。
原料となる活性炭素繊維の種類としては、特に制限はなく、ピッチ系、ポリアクリロニトリル系、フェノール系、セルロース系等の活性炭素繊維を用いることができる。これらの中でも、特に活性炭素繊維の表面の疎水性のより高いものが望ましく、具体的にはピッチ系活性炭素繊維等を挙げることができる。
【０００８】
活性炭素繊維は、窒素ガス等の非酸化雰囲気下で、通常６００〜１，２００℃程度の温度で熱処理される。処理時間は、処理温度等に応じて適宜定めればよい。この熱処理により、本発明で用いる脱硫反応用炭素繊維を得ることができる。脱硫反応用活性炭素繊維は、熱処理により親水性である酸素官能基の一部または全部がＣＯ、ＣＯ2 等として除去されているので、処理前に比べて疎水性の大きな表面となっている。このため、ＳＯ2 の酸化活性点へのＳＯ2 の吸着が容易に起こり、しかも生成する硫酸の排出も速やかに進行する結果、触媒の機能が阻害されることなく、脱硫反応が促進される。
【０００９】
脱硫反応用活性炭素繊維の製造例の具体例は、例えば、次の通りである。
具体例１
ピッチ系活性炭素繊維（「ＯＧ−２０Ａ」、アドール（株）製）を用い、これを窒素雰囲気中で９００〜１，２００℃の温度範囲内で１時間焼成する。
具体例２
ポリアクリロニトリル系活性炭素繊維（「ＦＥ−３００」、東邦レーヨン（株）製）を用い、これを窒素雰囲気中で８００〜１，２００℃の温度範囲内で１時間焼成する。
【００１０】
本発明で用いられる脱硫反応用活性炭素繊維の性状は、通常、太さが７〜２０μｍ、比表面積が５００〜２，５００ｍ2 ／ｇ、外表面積が０．２〜２．０ｍ2 ／ｇ、細孔直径が４５オングストローム以下である。
ピッチ系、ポリアクリロニトリル系、フェノール系、セルロース系の各脱硫反応用活性炭素繊維の組成式等を表１に示す。なお、表１中の数値は、通常の値を示すにすぎず、これらの数値範囲外のものも存在し得る。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
本発明の排ガスの清浄化方法の実施の態様の一例を、以下、図１を参照しつつ説明する。
図１において、ボイラ１から排出されたＳＯ2 、煤塵、硫酸可溶物質等を含有する排ガスは、ガス−ガスヒータ（ＧＧＨ）３によって冷却された後、集塵器（ＥＳＰ）４内で煤塵の一部が除塵され、ファン２を経由して、吸収塔５の下部の導入口６から吸収塔５内に導入される。導入時の排ガスの温度は、９０℃程度である。
【００１３】
吸収塔５内に導入された排ガスは、排ガスの増湿冷却用の水の散布器７から散布される水によって、７０℃以下、好ましくは２０〜６０℃、より好ましくは３０〜５５℃程度に冷却されると共に、相対湿度が増加し、通常、飽和状態（相対湿度＝１００％）となる。この際、排ガス中の煤塵の一部が、水によって洗い流され、除去される。増湿冷却用の水の散布器７は、脱硫反応用活性炭素繊維層８の前流側、すなわち、排ガスが活性炭素繊維層８内に進入する前であれば任意の位置に設置し得る。
ここで、排ガスの温度が７０℃以下に下がらないと、脱硫反応用活性炭素繊維層８での水分の蒸発量が多くなり、脱硫反応の効率が低下する。また、相対湿度が６０％程度以上であれば、脱硫反応用活性炭素繊維層８で脱硫反応が起こるが、良好な脱硫率を得るためには、相対湿度が１００％（飽和状態）であることが好ましい。
【００１４】
増湿冷却された排ガスは、吸収塔５内の中央部に充填されている脱硫反応用活性炭素繊維層８内を上方に向かって通過する。なお、脱硫反応用活性炭素繊維層８には、予め、脱硫反応用活性炭素繊維層８の上方または近傍に設けられる脱硫用の水の供給器９によって水を供給し、活性炭素繊維の表面に水が付着した状態としておく。
排ガスが脱硫反応用活性炭素繊維層８内を通過する際、排ガス中に残存する煤塵が、脱硫反応用活性炭素繊維の表面に付着する。また、排ガス中のＳＯ2 が、脱硫反応用活性炭素繊維の表面でＳＯ3 に酸化される。生成したＳＯ3 は、活性炭素繊維に付着している水と反応して、硫酸（Ｈ2 ＳＯ4 ）となる。
【００１５】
生成した硫酸は、排ガス中の硫酸可溶物質を溶解させると共に、脱硫反応用活性炭素繊維の表面に付着した煤塵を洗い流し、脱硫反応用活性炭素繊維層８から吸収塔の底部に落下する。落下した硫酸１０は、吸収塔５の底部からポンプ１１によって排出され、硫酸貯留槽１２に貯留される。貯留された硫酸は、不純物除去装置１３によって、不純物である煤塵及び硫酸可溶物質を除去した後、工業用に用いられる。
【００１６】
一方、脱硫反応用活性炭素繊維層８を通過した排ガスは、吸収塔５の上部の排出口１４から排出され、ガス−ガスヒータ３で加熱された後、煙突１５から排出される。
図１に示すように、吸収塔５の底部に落下した希硫酸を、ポンプ１６及び循環ライン１７によって、排ガスの増湿冷却用の水または脱硫用の水として繰り返し使用すれば、外部からの水の供給量を節減することができ、かつ、得られる硫酸の濃度を高めることができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、硫黄酸化物の吸収剤や大型の脱硫設備を用いずに脱硫することができ、しかも、硫黄酸化物の他に煤塵、硫酸可溶物質を同時に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を採用した排煙脱硫システムを示す図である。
【符号の説明】
１  ボイラ
２  ファン
３  ガス−ガスヒータ
４  集塵器
５  吸収塔
６  排ガス導入口
７  増湿冷却用の水の散布器
８  脱硫反応用活性炭素繊維層
９  脱硫用の水の供給器
１０  希硫酸
１１  ポンプ
１２  硫酸貯留槽
１３  不純物除去装置
１４  排ガス排出口
１５  煙突
１６  ポンプ
１７  循環ライン
【図１】
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