を高めるために 44μm（325 メッシュ）以環境対策、環境負荷の無害化処理、発生源処理下の粒度に粉砕します。図１に石灰石膏法

4.1.3 排煙脱硫のプロセスと適用性の排煙脱硫プロセスを示します。排ガスは

日本は 1960 年代からボイラー排ガスの二酸化硫黄を空気予熱器（ガス・ガスヒーター）で温度無害化する排煙脱硫装置の開発を進め、1970 年代には年を下げられ予冷塔に送入されます。予冷塔に 100 基を超す装置が建設されました。排煙脱硫には本では水スプレーで 50℃から 60℃に冷却す

稿で紹介する多様なプロセスがあり、火力発電所、化学工ると同時に、ダストと硫酸ミストを除去し場、製紙工場、非鉄金属精錬工場など、業種の特性と規模ます。次に吸収塔に入り、二酸化硫黄は吸に応じたプロセスが採用されています。火力発電所に適収液と反応して亜硫酸石膏（CaSO3・１したプロセスは、現在、多くの国に輸出されています。

/2H2O）になります。アメリカでは亜硫酸石膏を石膏に変換させずにスラッジ状態で排出させ、廃棄処分する場合もあります。しか１．湿式排煙脱硫プロセス

し日本では pH 調整槽に移して pH を４以下に調整し、次の酸化塔で空気を吹き込んで石膏のスラ1.1 石灰石膏法プロセス（石灰スラリー吸収法）リーにします。生成した石膏スラリーはシックナ

このプロセスは、電力会社の石炭炊き発電ボイーで沈降分離し、遠心分離機で石膏を粉末としてラーに多く採用されています。排ガス中の二酸化回収します。便宜上、図 1 では予冷塔、吸収塔、硫黄を純度の高い石膏に変換できるので、副生石酸化塔を独立させて示しましたが、実際は除塵、膏には石膏ボードの原料として市場価値がありま吸収、酸化の機能を 1 塔に集約しています。

す。このため、建設費は安くありませんが運転費を抑制できます。大容量のボイラーに適しており、石灰石膏法プロセスでもっとも重要なのは吸収火力発電の分野で日本、ヨーロッパ、アメリカの塔の構造で、装置の性能と装置容量に大きな影響稼動実績が豊富です。吸収剤としては、石灰石（炭を与えます。二酸化硫黄と吸収剤の接触機構と同酸カルシウム）または消石灰（水酸化カルシウム）

等か、それ以上に重要なのは装置への石膏付着防を 5％から 15％含むスラリーが使われます。

止です。開発の初期段階では、どの装置メーカーも石膏の付着を克服するのに多大な努力を余儀な

表 1 に示すように、消石灰のほうが石灰石よりくされました。二酸化硫黄と吸収剤との接触効率

水に対する溶解度が大きいので、硫黄酸化物とのを高める目的で塔内に充填物を設置するとか、棚反応が早いです。石灰石を使う場合は、反応効率段を設置した時期もありましたが、どのように形状を工夫しても副生石膏の沈着から免れることが表 1．水に対する石灰石、消石灰、石膏の溶解度できませんでした。このため、現在の石灰石膏法（単位：g／1000g 水）
温度（℃）

石灰石

消石灰

石膏

300.721.60

2.09400.55

1.412.10500.431.281.82

プロセスでは、塔内に構造物を設置しない方式が主流になっています。
図 2、図 3 に代表的な気液接触機構を示します。
1亜硫酸カルシウムの酸化領域で、酸化用の空気が吹き込まれて石膏の粉末が生成します。スプレー吸収塔は内部構造物が少ないので、石膏の付着が防げます。圧力損失が小さいので、送風機の動力を抑制できます。
図 3 はジェットバ
ブリング吸収塔で、排ガスは多数のガスパ
図1

石灰石膏法プロセス（石灰スラリー吸収法）ージャーから噴出し、（出典：公害防止の技術と法規 2020（産業環境管理協会））吸収液と激しく混合してバブリング層を

図 2 はスプレー式の吸収塔で、排ガスは下から形成します。スプレー吸収塔は排ガスが連続相で送入され、落下してくる石灰スラリーと向流接触吸収液が分散相ですが、ジェットバブリング吸収します。スプレーノズルは、図のように数段階の塔は吸収液が連続相で、排ガスが分散相になってスプレーヘッダに設置されます。吸収塔の下部がいるのです。
この他に液柱式の吸収塔があり、吸収塔の下部

図2

図3
スプレー式吸収塔

ジェットバブリング吸収塔（出典：公害防止の技術と法規 2020）（出典：公害防止の技術と法規 2020）

2

には石灰のスラリーを噴水のように高く吹き上げ下げると同時にダストと硫酸ミストを廃水に移行るノズルが設置されています。吹き上げ高さは、させます。次に吸収塔に入り、上部から落下して６メートル以上に達することが珍しくありません。

くる水酸化マグネシウムスラリーと接触して、亜吹き上げられた石灰スラリーは、上昇中と落下中硫酸水素マグネシウム（Mg(HSO3)2）や亜硫酸マに排ガスと接触して二酸化硫黄と反応し、亜硫酸グネシウム（ＭgSO3）になります。水酸化マグネ

カルシウムになります。この方式も内部に構造物

シウムは 5％から 10％のスラリーで使用し、吸収を設置しないために開発された方式で、石膏が付塔内を循環させます。吸収液の一部は酸化塔に送着しにくく、圧力損失は大きくありません。

り、空気を吹き込んで亜硫酸水素マグネシウムや亜硫酸マグネシウムを酸化させ、硫酸マグネシウ1.2ム（ＭgSO4）にします。硫酸マグネシウムにせず

水酸化マグネシウムプロセス

水酸化マグネシウムプロセスでは、吸収剤に水に放流すると、排出が規制されている化学的酸素酸化マグネシウムを使い、排ガス中の二酸化硫黄要求量（COD）を増大させてしまうからです。

を硫酸マグネシウムに変換します。水酸化マグネシウムの原料は海水と石灰石ですから、供給が安定しており安価です。弱ア
ルカリ性で毒性や腐食性がなく、取り扱いが容易です。
副生する硫酸マグネシウムの溶解度が大きいので、石灰石膏法のような固形物の沈着がありません。硫酸マ
グネシウムは海水中にも存在する塩なので、通常は回収利用せず海域に放流します。ただし河川や湖沼には放流できないので、内陸の工場には採用できません。
水酸化マグネシウムプロセ
スは、構成機器が少ないの

図4

水酸化マグネシウムプロセス（出典：公害防止の技術と法規 2020（産業環境管理協会））

で石灰石膏法より設備費が安く済みます。操作や保守も容易なので、臨海立水酸化マグネシウムプロセスでは、硫酸マグネシ

地の化学工場で広く採用されています。

ウムを含む溶液の一部を抜き出して水酸化カルシウムを加え、石膏を回収することもできます。

図 4 に水酸化マグネシウムプロセスを示します。

2．乾式排煙脱硫プロセス

排ガスは水スプレーで初めに温度を 70℃程度に
3

2.1 活性炭吸着プロセス

本の稼動実績は主に石炭火力の発電所で、乾式プ

図 5 に活性炭吸着プロセスを示します。このプロセスなので排水処理設備を必要としない点が長ロセスでは、反応塔下段の活性炭に排ガス中の二所です。しかし、活性炭が劣化するので定期的に酸化硫黄を吸着させ、次に上段の活性炭が窒素酸補給する必要があります。

化物を窒素と水蒸気に分解します。操作温度は約150℃です。二酸化硫黄を吸着した活性炭は連続的

2.2 流動ボイラー吹込みプロセスに抜き出し、再生塔で 350℃に加熱して二酸化硫

図 6 は流動ボイラーに、微粉炭と吸収剤になる黄を放散させます。なお、「二酸化硫黄を吸着させ」石灰石を同時に吹き込む脱硫方式です。石灰は二と書きましたが、実際は硫酸、または硫酸水素ア酸化硫黄と反応して石膏になるので、連続的に取ンモニウム（NH4HSO4）や硫酸アンモニウム（（NH4） 2SO4）に変換して吸着させます。アンモニアを消費しますが、再生時の活性炭損失を少なくできます。
活性炭はこの装置メーカーが独自に開発した活性コークスで、吸着塔と再生塔を循環しています。
装置構成が石灰石膏法プロセスや水酸化マグネシ
ウムプロセスより複雑なので、装置コストは安くありませんが、脱硫率は湿式の排煙脱硫より高く
図 6 流動ボイラー吹き込みプロセス95％以上です。一方、脱硝性能は 80％程度です。
濃縮されて排出される二酸化硫黄は硫酸にするのり出します。この方法は既設のボイラーにも容易で、設置工場内に硫酸プラントを併設します。日に適用できますが、反応時間が短いので脱硫率は高くありません。未反応の石灰も残るので副生石膏は純度が低く、再利用はできません。それほど排出規制が厳しくない海外の製造業
では、石炭ボイラーに後付けで設置しています。

３．半乾式排煙脱硫プロセス
図5

活性炭吸着プロセス

3.1 スプレードライプロセス
4図 7 に示すのがスプレードライ法のプロセスで合物になりますが、用途はないので廃棄処分します。このプロセスでは吸収剤スラリーを排ガス下す。図 7 のフローシートは、吸収剤に酸化カルシ

流の吸収塔に噴霧し、二酸化硫黄と反応させて粉ウムと石炭灰と脱硫反応生成物を熱水中で混合養末状の塩に変換し集塵機で捕集します。吸収剤に生した吸収剤を用いています。実際の装置は中国は炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化山東省青島に建設されました。
（現在の稼働状況は未確認）
3.2 炉内脱硫＋水スプレー
図 8 に示すのが炉内脱硫＋水スプレ
ーのプロセスです。このプロセスでは、ボイラーの燃焼室内に石灰石やドロマイトのような吸収剤を直接吹き込み、燃焼ガス中の硫黄酸化物と反応させて硫酸カルシウムに変換します。燃焼ガ
スは次に空気予熱器で温度を下げられ、冷却塔に入ります。冷却塔では水をスプレーして、残存する二酸化硫黄と吸図７

スプレードライ法プロセス

収剤の二次反応を起こさせて脱硫率を（出典：公害防止の技術と法規 2020（産業環境管理協会））高めます。このプロセスの脱硫率は約80％ですが、排水処理が不要で設備費が安い長所があります。副生する石膏は純度が低いので、土壌改良剤に使うか廃棄処分します。脱硫率が低いので日本では使用実績がありませんが、国際協力案件としてインドネシアに建設しています。
（現在の稼働状況は未確認）

４. 排煙脱硫装置の特性と適用性
これまでに述べてきた排煙脱硫プロセ
図8スの特性を表 2 に、適用性を表 3 に示し
炉内脱硫＋水スプレー法のプロセス（出典：公害防止の技術と法規 2020（産業環境管理協会））

ます。湿式プロセスは二酸化硫黄と吸収剤の接触効率が高いので、95％以上の脱硫率を確保できます。湿式法では石灰石カルシウム（消石灰）などが使用できます。副生物

膏法の運転費が安いので、大容量の発電ボイラーは硫酸塩、亜硫酸塩、およびフライアッシュの混
5表２.
方式
湿式

排煙脱硫装置の特性（筆者の参考値。費用は 100 を基準。吸収剤効率は％）
排煙脱硫プロセス

乾式

運転費

吸収剤効率

は脱硫率が低いですが、装置が石灰石膏法

95 以上

1007090

水酸化マグネシウム法

95 以上

70

10090

苛性ソーダ吸収法

95 以上

806090

ダブルアルカリ法

95 以上

1007090？

6040

スプレードライ法

70～75

70

80

60

炭吸着法は硫黄

炉内脱硫＋水スプレー

75～80

70

70

60

回収が前提になダクトインジェクション

60

50

8050

るので、硫黄回活性炭吸着（Ｓ回収）

95 以上

10070

流動ボイラー吹き込み

606580海水法
半乾式

脱硫率（％） 設備費

半乾式プロセス

単純で安いですから小規模な排ガス処理に適しています。乾式
プロセスの活性収装置のある製50

油所と硫酸プラントを保有す

表 3.
方式
湿式

半乾式

乾式

排煙脱硫装置の適用性

る非鉄金属精排煙脱硫プロセス

適用性と制約

錬工場に適し

石灰石膏法

大容量（電力）向き。設備が複雑で高い。運転費低。ています。発電水酸化マグネシウム法

設備が安い。化学プラント向き。硫酸マグシウムを所も硫酸プラ放流するので運転費高い。内陸不適。

ントを設置す苛性ソーダ吸収法

回収アルカリを利用する紙パ、無機化学向き。

れば採用できダブルアルカリ法

高濃度 SO2 で硫酸を回収する非鉄金属精錬向きます。副生石膏

海水法

台湾で実績多。日本に実績なし。実績データ不詳。の市場価格がスプレードライ法

小規模低濃度 SO2 向き。日本では規制不適合。

低く、硫酸の市

炉内脱硫＋水スプレー

小規模低濃度 SO2 向き。日本では規制不適合。

場価格が高け

活性炭吸着（Ｓ回収）

硫黄か硫酸回収。石油精製と非鉄金属製錬向き。

れば採用を検流動ボイラー吹き込み

小規模低濃度 SO2。低価格。

討する価値があるでしょう。に適しています。水酸化マグネシウム法は、設備

流動ボイラー吹き込みは、脱硫率が低いですが設費が安く運転や保守が容易です。このため化学工備費も安価なので、排出基準が緩い地域の小規模業用や工業用ボイラーに適しています。ただし、ボイラー排ガス処理に適しています。

廃水を海域に放流できる臨海工場に限定されます。

（おわり）

苛性ソーダを吸収剤に利用するプロセスは、副生亜硫酸ソーダの用途がある製紙工場や化学工場に

参考：公害防止の技術と法規 2020（産業環境管理適しています。副生亜硫酸ソーダの用途がなくて協会）、国立環境研究所資料、他も反応効率がよいので、二酸化硫黄の濃度が高くない中小規模の排ガス洗浄用にも適しています。
6