JP2016150293A - 水銀回収システム及び水銀回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで水銀を含む物質から効率よく水銀を回収すると共に、水銀除去物質をセメント原料として利用する。
【解決手段】水銀を含む物質（水銀含有ダストＤ３）を間接加熱して該物質に含まれる水銀を揮発させる間接加熱装置４と、間接加熱装置に高酸素濃度ガスＡ１を供給する高酸素濃度ガス供給装置（ガス導入部４ｄ）と、間接加熱装置の排ガス（搬送用ガスＧ１）から集塵する集塵装置５と、集塵装置の排ガスに含まれる水銀を回収する水銀回収装置７とを備える水銀回収システム１。高酸素濃度ガスによって水銀を含む物質に含まれる未燃カーボンの燃焼を促進して未燃カーボンを消失させ、水銀除去物質をセメント原料として利用する。酸素濃度が３０容量％以上１００容量％以下の高酸素濃度ガスを用いて間接加熱装置に高酸素雰囲気を形成することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、セメントキルンの排ガスから回収したダストや、石炭灰等の水銀を含む物質から水銀を回収する装置及び方法に関する。

セメントキルンの排ガスには、セメントの主原料である石灰石等の天然原料が含有する水銀や、フライアッシュ等のリサイクル資源に含まれる水銀に由来する微量の水銀が含まれている。セメントキルンの排ガス中の水銀が増加すると、大気汚染の原因となる虞があり、フライアッシュ等のリサイクル資源利用拡大の阻害要因となる虞もある。

そこで、特許文献１には、図２に示すように、空気Ａ１１を加熱する熱風炉１２と、セメントキルンの排ガスから回収した、水銀を含むキルンダストＤ１１を熱風炉１２からのガスＧ１１で直接加熱する抽気ダクト１３と、揮発水銀を含む搬送用ガスＧ１２を水銀含有ガスＧ１３と水銀除去ダストＤ１２とに分離するサイクロン１４と、水銀含有ガスＧ１３から集塵して水銀含有ガスＧ１４と水銀除去ダストＤ１３とに分離するバグフィルタ１５と、水銀含有ガスＧ１４から熱回収する熱交換器１６と、水銀含有ガスＧ１５に含まれる水銀を回収する活性炭吸着塔１９と、熱交換器１６で生じた熱を熱風炉１２に供給するファン１８とを備えるセメントキルン排ガスの処理装置１１が提案されている。

上記構成を有するセメントキルン排ガスの処理装置１１において、サイクロン１４及びバグフィルタ１５によって回収された水銀除去ダストＤ１２、Ｄ１３は、セメント原料として利用される。

特開２０１１−８８７７０号公報

しかし、上記特許文献１に記載の処理方法では、キルンダストＤ１１を均一に加熱することが容易ではなく、キルンダストＤ１１中の水銀を漏れなく揮発させるには、加熱に用いるガスＧ１１を大量に使用せざるを得なかった。このため、搬送用ガスＧ１２の量が多くなり、加熱装置としての抽気ダクト１３、集塵装置としてのサイクロン１４やバグフィルタ１５、及び水銀吸着装置としての活性炭吸着塔１９等の関連設備を大型化せざるを得ず、設備コスト及び運転コストが高くなるという問題があった。

一方、キルンダストＤ１１には、セメント原料の一部として使用するフライアッシュ等に由来する未燃カーボンが含まれており、水銀除去ダストＤ１２、Ｄ１３にも、この未燃カーボンが残留している。そのため、水銀除去ダストＤ１２、Ｄ１３をセメントミルでセメントクリンカと共に粉砕すると、未燃カーボンが露出してセメントの品質が低下する虞があるため、水銀除去ダストＤ１２、１３をセメント原料として利用することができなかった。

そこで、本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、低コストで水銀を含む物質から効率よく水銀を回収すると共に、水銀除去物質をセメント原料として利用することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、水銀回収システムであって、水銀を含む物質を間接加熱して該物質に含まれる水銀を揮発させる間接加熱装置と、該間接加熱装置に高酸素濃度ガスを供給する高酸素濃度ガス供給装置と、前記間接加熱装置の排ガスから集塵する集塵装置と、該集塵装置の排ガスに含まれる水銀を回収する水銀回収装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、間接加熱装置を用いることで大量のガスを使用しなくとも水銀を含む物質を均一に加熱することができるため、間接加熱装置の排ガス量を少なくすることができ、間接加熱装置、集塵装置、及び水銀吸着装置等の関連設備の小型化が可能となる。また、水銀を含む物質と加熱媒体との接触により加熱媒体に水銀が含まれることを防止することができ、加熱媒体の処理装置を簡易なものとすることができる。

また、高酸素濃度ガスによって水銀を含む物質に含まれる未燃カーボンの燃焼を促進して未燃カーボンを消失させることで、水銀除去物質をセメント原料として利用することができる。

上記水銀回収システムにおいて、前記間接加熱装置は、前記揮発水銀を含む搬送用ガスを排出するガス排出部と、前記水銀を含む物質から水銀が除去されて生じた水銀除去物質を排出する物質排出部とを備えることができる。これにより、水銀除去物質を搬送せずに揮発水銀のみを搬送すればよいため、搬送用ガスを少量とすることができる。また、前記間接加熱装置を外熱キルンとすることができる。

さらに、本発明は、水銀回収方法であって、水銀を含む物質を高酸素雰囲気下で間接加熱して該物質に含まれる水銀を揮発させ、該揮発水銀を含む搬送用ガスから集塵し、該集塵後のガスに含まれる水銀を回収することを特徴とする。

本発明によれば、上記発明と同様に、間接加熱を行うことで大量のガスを使用しなくとも水銀を含む物質を均一に加熱することができるため、搬送用ガス量を少なくすることができ、間接加熱、集塵、及び水銀吸着に要するコストを低減することができる。また、水銀を含む物質と加熱媒体との接触により加熱媒体に水銀が含まれることを防止することができ、加熱媒体の処理を簡易なものとすることができる。

さらに、高酸素雰囲気下で間接加熱を行うことにより、水銀を含む物質に含まれる未燃カーボンの燃焼を促進して未燃カーボンを消失させ、水銀除去物質をセメント原料として利用することができる。

上記水銀回収方法において、前記間接加熱時に、酸素濃度が３０容量％以上１００容量％以下の高酸素濃度ガスを用いて前記高酸素雰囲気を形成することができる。

上記水銀回収方法において、前記間接加熱によって生じた揮発水銀を含むガスと水銀除去物質とを互いに分離し、該揮発水銀を含むガスを前記搬送用ガスとすることができる。これにより、水銀除去物質を搬送せずに揮発水銀のみを搬送すればよいため、搬送用ガスを少量とすることができる。

上記水銀回収方法において、前記水銀を含む物質を、セメントキルンの排ガスから回収したダスト又は石炭灰とすることができる。

以上のように、本発明によれば、低コストで水銀を含む物質から効率よく水銀を回収すると共に、水銀除去物質をセメント原料として利用することができる。

本発明に係る水銀回収システムの一実施の形態を示す全体構成図である。 従来の水銀回収システムの一例を示す全体構成図である。

次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下では、本発明に係る水銀回収システムによってセメントキルンの排ガスから回収したダストを処理する場合を例にとって説明する。

図１は本発明に係る水銀回収システムの一実施の形態を示し、この水銀回収システム１は、セメントキルンの排ガスから回収した、水銀を含むキルンダストＤ１を貯留するホッパ２と、ホッパ２から供給されたキルンダストＤ１と、後述する水銀除去ダストＤ２とが混在した水銀含有ダストＤ３を運搬するスクリューコンベア３と、スクリューコンベア３から供給された水銀含有ダストＤ３を間接加熱し、間接加熱によって揮発した水銀を含むガスと水銀除去ダストＤ４とを互いに分離する外熱キルン４と、外熱キルン４から排出された搬送用ガスＧ１を水銀含有ガスＧ２と水銀除去ダストＤ２とに分離するバグフィルタ５と、バグフィルタ５から排出された水銀含有ガスＧ２に希釈用空気Ａ２を添加して水銀希釈ガスＧ３とするファン６と、水銀希釈ガスＧ３に含まれる水銀を吸着して回収する活性炭吸着塔７とを備える。

間接加熱装置としての外熱キルン４は、回転式のキルン４ａと、キルン４ａを囲繞して高温ガスが導入されるジャケット４ｂと、水銀含有ダストＤ３を供給するダスト供給部４ｃと、高酸素濃度空気Ａ１を導入するガス導入部（高酸素濃度ガス供給装置）４ｄと、搬送用ガスＧ１を排出するガス排出部４ｅと、水銀除去ダストＤ４を排出するダスト排出部４ｆとを有する。尚、高酸素濃度空気Ａ１の酸素濃度は、３０％〜１００％とすることが好ましい。

集塵装置としてのバグフィルタ５には、９００℃程度までの耐熱性を有する高耐熱型のバグフィルタや、通常の耐熱性を有するバグフィルタを使用することができる。上述のように、外熱キルン４は、搬送用ガスＧ１と水銀除去ダストＤ４とを別々に排出するが、水銀除去ダストＤ４の一部が搬送用ガスＧ１に混在するためバグフィルタ５を設けている。

水銀吸着装置としての活性炭吸着塔７は、水銀希釈ガスＧ３中の水銀を吸着して回収するために備えられる。活性炭吸着塔７で使用される活性炭としては、市販の活性炭の中で、水銀回収能力に特に優れる活性炭を選定することが望ましく、具体的には、水銀吸着用として調整された硫黄添着処理が施されている活性炭が好適である。

次に、上記構成を有する水銀回収システム１の動作について図１を参照しながら説明する。

外熱キルン４のジャケット４ｂに高温ガスを導入してキルン４ａの内部を加熱し、キルンダストＤ１をスクリューコンベア３を介してキルン４ａに供給して間接加熱する。キルンダストＤ１は、キルン４ａの高温となった内面に接触して加熱され、水銀が揮発する。

ここで、外熱キルン４には、ガス導入部４ｄから高酸素濃度空気Ａ１が導入され、キルンダストＤ１に含まれる未燃カーボンが高酸素雰囲気下で燃焼し消失する。そして、水銀及び未燃カーボンを除去した水銀除去ダストＤ４をダスト排出部４ｆから系外に排出してセメント原料等として利用する。

一方、未燃カーボンの燃焼ガス及び揮発水銀を含む搬送用ガスＧ１は、ガス排出部４ｅから排出された後、バグフィルタ５に導入されて水銀含有ガスＧ２と水銀除去ダストＤ２とに分離される。

水銀含有ガスＧ２に、ファン６から希釈用空気Ａ２を添加して水銀含有ガスＧ２の水銀濃度が活性炭吸着塔７での吸着に適した濃度（１，０００ｍｇ／ｍ³以下）となるように希釈した後、水銀希釈ガスＧ３中の水銀を活性炭吸着塔７で吸着して回収する。ここで、希釈用空気Ａ２の温度を２０℃〜８０℃にすることで、水銀含有ガスＧ２を希釈するだけでなく冷却することもでき、活性炭吸着塔７での吸着効率を高めることができる。活性炭吸着塔７から排出された水銀除去ガスＧ４は、適切な排ガス処理をした後大気に放出する。一方、水銀除去ダストＤ２は、スクリューコンベア３に戻し、キルンダストＤ１と共に水銀含有ダストＤ３としてキルン４ａに供給する。

以上のように、上記実施の形態では、外熱キルン４を用いることで大量のガスを使用しなくとも水銀含有ダストＤ３をジャケット４ｂによって均一に加熱することができるため、外熱キルン４のガス排出部４ｅから排出される搬送用ガスＧ１の量を少なくすることができ、外熱キルン４、バグフィルタ５、及び活性炭吸着塔７等の関連設備の小型化が可能となる。また、水銀含有ダストＤ３と加熱媒体（本実施の形態ではジャケット４ｂに導入される高温ガス）との接触により加熱媒体に水銀が含まれることを防止することができ、加熱媒体の処理装置を簡易なものとすることができる。

さらに、上述のように、キルンダストＤ１に含まれる未燃カーボンの燃焼を高酸素濃度空気Ａ１によって促進して未燃カーボンを消失させることができるため、水銀除去ダストＤ４をセメント原料に利用しても、品質の低下を招くこともない。

また、バグフィルタ５から排出される水銀含有ガスＧ２に希釈用空気Ａ２を添加することで、活性炭吸着塔７における水銀吸着効率を向上させると共に、バグフィルタ５に導入する搬送用ガスＧ１の量を増加させずに済むため、バグフィルタ５の小型化を維持することができる。また、希釈用ガスとして希釈用空気Ａ２以外に不活性ガスを用いることもできる。

尚、上記実施の形態では、セメントキルンの排ガスから回収したダストを処理する場合について説明したが、石炭灰等の水銀を含む物質であれば、その他の物質を処理することも可能である。

さらに、上記水銀回収システム１における外熱キルン４、バグフィルタ５、活性炭吸着塔７に代えて他の形式の間接加熱装置、集塵装置、水銀回収装置を用いることもできる。また、搬送用ガスＧ１と水銀除去ダストＤ４との排出部が共通するような間接加熱装置を用い、搬送用ガスＧ１中の水銀除去ダストＤ４の濃度が高くなった場合でも、集塵装置で水銀除去ダストＤ４を回収して対応することができる。

１ 水銀回収システム
２ ホッパ
３ スクリューコンベア
４ 外熱キルン
４ａ キルン
４ｂ ジャケット
４ｃ ダスト供給部
４ｄ ガス導入部
４ｅ ガス排出部
４ｆ ダスト排出部
５ バグフィルタ
６ ファン
７ 活性炭吸着塔
Ａ１ 高酸素濃度空気
Ａ２ 希釈用空気
Ｄ１ キルンダスト
Ｄ２ 水銀除去ダスト
Ｄ３ 水銀含有ダスト
Ｄ４ 水銀除去ダスト
Ｇ１ 搬送用ガス
Ｇ２ 水銀含有ガス
Ｇ３ 水銀希釈ガス
Ｇ４ 水銀除去ガス

Claims (7)

1. 水銀を含む物質を間接加熱して該物質に含まれる水銀を揮発させる間接加熱装置と、
   該間接加熱装置に高酸素濃度ガスを供給する高酸素濃度ガス供給装置と、
   前記間接加熱装置の排ガスから集塵する集塵装置と、
   該集塵装置の排ガスに含まれる水銀を回収する水銀回収装置とを備えることを特徴とする水銀回収システム。
2. 前記間接加熱装置は、前記揮発水銀を含む搬送用ガスを排出するガス排出部と、前記水銀を含む物質から水銀が除去されて生じた水銀除去物質を排出する物質排出部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の水銀回収システム。
3. 前記間接加熱装置は、外熱キルンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の水銀回収システム。
4. 水銀を含む物質を高酸素雰囲気下で間接加熱して該物質に含まれる水銀を揮発させ、
   該揮発水銀を含む搬送用ガスから集塵し、
   該集塵後のガスに含まれる水銀を回収することを特徴とする水銀回収方法。
5. 前記間接加熱時に、酸素濃度が３０容量％以上１００容量％以下の高酸素濃度ガスを用いて前記高酸素雰囲気を形成することを特徴とする請求項４に記載の水銀回収方法。
6. 前記間接加熱によって生じた揮発水銀を含むガスと水銀除去物質とを互いに分離し、該揮発水銀を含むガスを前記搬送用ガスとすることを特徴とする請求項４又は５に記載の水銀回収方法。
7. 前記水銀を含む物質は、セメントキルンの排ガスから回収したダスト又は石炭灰であることを特徴とする請求項４、５又は６に記載の水銀回収方法。

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