JP3811705B2 - 排ガスの処理方法およびその設備 - Google Patents
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Description
前者の洗浄方式では、細いスプレーノズルから炭化水素油を噴霧して、噴霧した炭化水素油と、排ガスとを向流気液接触させており、後者の洗浄方式では、炭化水素油中に、同様に細いノズルから排ガスを曝気させて気液接触させている。
すなわち、洗浄される排ガス中に、PCB等などの有機ハロゲン化合物ガス成分の他に、土壌等のダスト(微細な粉塵)が存在するため、このダストが循環油中に混入して油洗浄式ガス洗浄処理装置のノズルを閉塞させる問題が起こっていたのである。
このようなノズルの閉塞が起こった場合、プラントの操業を中断し、ノズルを逆洗浄し、この逆洗浄でも、閉塞の問題が解消しない場合には、ノズルを交換する必要があったのである。また、油の循環ラインや洗浄機中にフィルターなどを配設しても、ダストによってフィルターが閉塞してしまい、同様に、フィルターの交換が必要となっていた。
このようなダストのノズル閉塞化による大規模なプラントでの操業中断は、ランニングコストの観点から見ても、非常に大きな問題である一方、単に、ガス洗浄処理前に常法でダストを集塵しても、気化した有機ハロゲン化合物が、集塵工程で液化して、ダストに付着するため、ダストが汚染されてダストの再加熱処理が必要となり、また、集塵装置を閉塞させるという問題が起こる。
先ず、一実施形態としての排ガスの処理装置について説明する。
図1は、本発明の処理方法の一実施形態を示す工程系統図である。
図2は、本発明の方法を実施するのに好適である排ガス処理設備及び関連設備の一実施形態の概略構成を示すフロー図である。
図3は、本発明の処理方法の他の一実施形態を示す工程系統図である。
図4は、水を含有する汚染物に対して本発明の方法を実施するのに好適である排ガス処理設備及び関連設備の一実施形態の概略構成を示すフロー図である。
図5は、本発明の処理方法の他の一実施形態を示す工程系統図である。
図6は、水を含有する汚染物に対して本発明の方法を実施するのに好適である排ガス処理設備及び関連設備の他の一実施形態の概略構成を示すフロー図である。
図7は、排ガスを生成する加熱装置を示す模式図である。
図1、2に示すように、本発明の一実施形態の処理設備は、水分を含む汚染固形物(汚染された被処理物)の前処理装置である破砕部1と、破砕された該汚染固形物を加熱し処理する加熱処理部2(加熱処理工程)と、前記加熱処理部2より排出された排ガス中のダストを集塵し除去し、排ガス中の有機ハロゲン化合物を洗浄油に吸収させる排ガス処理部3(集塵処理工程、油洗浄式ガス洗浄処理工程)と、有機ハロゲン化合物を吸収した洗浄油から減圧蒸留により水分を除去した後、洗浄油中の有機ハロゲン化合物をアルカリ金属で分解するアルカリ金属処理部4(アルカリ金属処理工程)とを含んでなる。
図7に示すように加熱装置13は、被処理物を内部で加熱する加熱炉106と、該加熱炉の周壁に配された熱媒体供給口107と熱媒体排出口108とを備えたジャケット105と、前記熱媒体供給口107へ熱媒体を供給する熱媒体供給部12とを備えている。
更に、加熱装置13としては、被処理物を内部で加熱する加熱炉と、該加熱炉の周壁を加熱するための電気ヒータを備えていてもよい。
また、加熱炉は上記のものに限られず、容器が回転する構造のもの(外筒回転型)でもよい。
尚、本実施形態では、油成分中の有機ハロゲン化合物が所定濃度に達したときに、油を抜き出し、アルカリ金属処理工程に送る構成であり、油成分の抜き出し方法としては、油のほぼ全量を抜き出して新たな油を添加する方法でもよく、また、油の一部を抜き出し、抜き出した量に合わせて新たな油を添加してもよい。また、油成分中の有機ハロゲン化合物の濃度を測定せずに、随時、油の一部を抜き出しアルカリ金属処理工程に送る構造にしてもよい。
特に、水分を含有した排ガス中のダストを100℃以上の温度で集塵し除去することで、集塵処理工程において水分の凝集を防ぎ、集塵処理装置の閉塞を防ぐことができる。
該冷却器30を高温式バグフィルター17でダストを集塵除去された排ガスを散油式オイルスクラバー18に供給する経路に介装することで、オイルスクラバーに入るガスの温度を低くできる。このため、オイルスクラバーに使用する油として、沸点の低いものを使用することも可能となり、更に、オイルスクラバー処理後の排ガスに多量の油が混入することを防ぐことができる。
前記冷却器30により排ガスの温度は、100〜250℃、好ましくは100〜150℃に冷却するのがよい。
排ガスの温度が100℃未満の場合には、オイルスクラバーで油成分に有機ハロゲン化合物が吸収される前に水分が凝縮するため、凝縮水の液抜きが必要となり、汚染水分を抜き取る系統を別途設ける必要が生じ、処理系が複雑になる。また、再汚染の危険性も高まるという問題を有する。
尚、油成分は排ガス洗浄油として、循環再利用され、目的処理物である有機ハロゲン化合物濃度が所定濃度以上になった場合には、アルカリ金属処理工程に送られる。
なお、前記冷却器31により、排ガスの温度は、5〜30℃、好ましくは5〜10℃に冷却するのがよい。
冷却器31を通過した排ガスの温度が30℃以上の場合には、活性炭処理装置19aに使用する活性炭の交換頻度が多くなりコストアップとなるため好ましくない。
前記冷却器32を設けることにより、洗浄油の温度上昇を防ぐ効果がある。
前記冷却器32により、洗浄油の温度は、50℃以下、好ましくは30℃以下、更に好ましくは15℃以下に冷却するのがよい。
冷却器32を通過した洗浄油の温度が50℃を超える場合には、冷却器31の負荷が増し、凝縮しきれない油滴又は水滴が活性炭処理装置19aの負荷を増すという問題を有する。
もちろん、これらの洗浄装置は、散油式オイルスクラバー18と組み合わせることなしに単独で使用することができる。図2に示すように、散油式オイルスクラバー18は、スプレーノズル18a(図示せず)を備えており、洗浄油貯蔵タンク(図示せず)から供給された洗浄油をスプレーノズルによって鉛直方向下向きにスプレーしている。この散油式オイルスクラバー18内に、ダスト除去した排ガスを供給すると、気液接触によって、排ガス中の有機ハロゲン化合物を洗浄油中に吸収させることができる。また、散油式オイルスクラバー18では、下部で回収した洗浄油を上部へ循環し、再度、スプレーノズルから散油している。
さらに、前記反応槽21から発生する気体を処理するための活性炭処理装置19aとを備えている。中和/静置分離槽22によって、処理油と処理排水とが形成される。なお、本実施形態では、同一装置内で中和と油水分離を行ったが、中和と油水分離とを別の槽で行っても良い。
また、前記減圧蒸留槽20での蒸留処理により分離された水は、活性炭処理を行い、処理排水として排出されるが、水和のための水和水として利用することもできる。
また、本実施形態では、有機ハロゲン化合物を吸収した洗浄油は、アルカリ金属(例えば、金属ナトリウム等)により脱ハロゲン化処理を行ったが、別の方法としては超臨界水酸化処理してもよい。
除去する有機ハロゲン化合物の蒸発温度以上に加熱する加熱処理を用いることにより、汚染固形物中の有機ハロゲン化合物を分解若しくは蒸発させ、汚染固形物から有機ハロゲン化合物をより確実に除去することができる。
これらの中でも取り扱いの容易性やコストの面からカルシウム化合物(例えば、石灰)が好ましい。このようにカルシウム化合物を添加することで、被処理物中の塩素がカルシウムと結合して塩素を固定化し(例えば、CaCl2)、排ガス中に塩化水素が発生するのを防止することができる。
これは、水分を含有する汚染物を処理した場合、水分量が多い場合には、油成分と水性成分とを静置分離で分離しようとしても分離されにくく、分離処理に時間もかかり、分離自体が非常に困難であること、また、分離した水性成分に油成分が混入することにより、後の活性炭処理に負荷がかかり、活性炭を頻繁に交換する必要が出てくる。このため、コスト的にも好ましくなく、また、活性炭の許容量を超えた場合、水性成分を処理した際の処理水の有機ハロゲン化合物濃度が環境基準を超えることになる。そのため、水分を含有した汚染物を処理した場合、散油式オイルスクラバーで静置分離せずに引き抜いた油成分(水性成分を含む)をそのままアルカリ金属処理工程に導く構成を採用してもよい。
水分を含む汚染固形物を処理すれば、洗浄油中に水分が多量に含まれることになり、そのまま後に添加されるアルカリ金属(例えば、金属ナトリウム等)と反応させると、アルカリ金属が水分と反応して無駄にアルカリ金属(例えば、金属ナトリウム等)が消費されるため、減圧蒸留によって予め水分を除去することでアルカリ金属(例えば、金属ナトリウム等)の無駄な消費を抑えることができる。また、減圧蒸留処理により、水性成分が蒸発するため、上記の如き静置分離の際の有機ハロゲン化合物を含有した洗浄油が処理水に混入することを防止できる。この静置分離を行わずに、そのまま水性成分の混合した油成分を減圧蒸留処理し、分離した有機ハロゲン化合物を含有する油成分を処理する方法は、前記散油式オイルスクラバーを使用した場合に限定されず、例えば油中曝気式オイルスクラバーを使用した場合にも適用することができる。
更に、減圧蒸留処理により、アルカリ金属により分解する有機ハロゲン化合物より揮発性の高い有機化合物を除去できる。この揮発性の高い有機化合物としては、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロロベンゼンなどの揮発性有機物(VOC)が挙げられる。尚、これらの揮発性有機物(VOC)は、減圧蒸留により除去された水と一緒に活性炭で処理することが可能である。
前記有機ハロゲン化合物とは、例えば、ダイオキシン、ポリ塩化ビフェニル(PCB)、ベンザヘキサクロライド、アルドリンなどをいう。
該加熱装置13内では、被処理物の酸化処理を行い、主に有機化合物を酸化分解させる。
前記不活性ガスに変えて水素ガスを導入することもできる。
即ち、加熱装置13内に前記不活性ガス或いは水素ガスを導入し、装置内を低酸素雰囲気下にし、前記の温度条件下で前記被処理物を加熱する。尚、前記低酸素雰囲気とは、酸素濃度が3%以下、好ましくは1%以下の雰囲気をいう。
前記温度下で被処理物を還元処理することで主にダイオキシンが分解される。
また、除去する有機ハロゲン化合物の蒸発温度以上に加熱することで有機ハロゲン化合物を蒸発させる。
このように前記被処理物を加熱することにより、有機ハロゲン化合物を含む排ガスが発生する。該排ガスには、有機ハロゲン化合物や有機ハロゲン分解生成物のような有機揮発性物質、水蒸気などを気体として含み、さらに、微粒子形態のダストを含む。なお、有機ハロゲン化合物が除去された固体成分は、急冷装置14へ供給され回収される。
該集塵処理工程の間、排ガスは、その液化防止のため、100℃以上の温度に加熱する必要がある。プラントにおいて温度を高温に維持すると、多大な費用がかかることから600 ℃以下が好ましい。好適には350〜600℃、より好適には450〜550℃の温度に維持する。高温での集塵処理による排ガスの液化を防止することによって、一度、揮発した排ガス中の有機ハロゲン化合物が、集塵処理におけるダスト表面に付着することを防止でき、またダストと共に配管中に蓄積することも防止することができる。
さらに、ダスト表面への有機ハロゲン化合物の付着を防止できるため、回収したダストを再度加熱処理することも不要となる。特に、水分を多量に含む汚染固形物を処理する場合に効果的である。
第1工程では前記温度範囲で遠心力集塵処理して比較的大きい粒径のダスト(粒径2〜300μm)を除去し、次いで第2工程では前記温度範囲で濾過集塵処理して残りのダストを除去する。
第1工程では、例えば、高温式サイクロン16を用いて比較的大きい粒径のダスト(粒径2〜300μm)を除去する。高温式サイクロン16は、前記温度範囲に加熱する装置を備えており、一般に放射性物質の処理などに用いられている。
この工程は、前記したように、ダスト除去した排ガスを、油洗浄式ガス洗浄処理して有機ハロゲン化合物を除去することからなり、好適には、ダスト除去した排ガスを、油洗浄式ガス洗浄処理して、気体成分と、油成分と、水性成分とに分離することからなる。この工程は、排ガスを浄化する機能に加え、高温の排ガスを冷却する機能を有する。
この減圧蒸留槽20へは、有機ハロゲン化合物を吸収した洗浄油及び排ガス中に含まれており前記散油式ガス洗浄装置18で冷却され液化した水が供給される。
なお、洗浄油と水とを静置して完全に分離後、洗浄油のみを次の減圧蒸留槽20へ供給してもよく、また、洗浄油と水との混合物を直接、次の減圧蒸留槽20へ供給してもよい。
なお、減圧蒸留により回収された水分は、活性炭処理装置(図示せず)へ供給されて処理水として系外に排出してもよく、または、後述の脱ハロゲン化反応で消費されなかった金属ナトリウム分散体を処理するために用いてもよい。
この場合、金属ナトリウム分散体による脱ハロゲン化のための反応温度は、特に限定されないが、30〜100℃で行うのが好ましい。また、塩素に対するアルカリ金属の添加割合(Na/Cl比)が0.2〜50とされることが好ましい。
この中和/静置分離槽22では、金属ナトリウムの水和反応によってアルカリが生成されるため、その水和後の処理水を中和する必要がある。
該中和/静置分離槽22へは、炭酸ガスが供給されてその炭酸ガスがアルカリと反応して中和されることとなる。
該中和/静置分離槽22で中和された処理水は、静置され油水分離される。
油水分離後の水分は、活性炭処理装置(図示せず)へ供給されて処理水として系外に排出してもよく、または、前記中和/静置分離槽22での余剰の金属ナトリウムの水和に用いることもできる。
なお、減圧蒸留により回収された水分は、活性炭処理装置(図示せず)へ供給されて処理水として系外に排出してもよく、または、後述の脱ハロゲン化反応で消費されなかった金属ナトリウム分散体を処理するために用いてもよい。
例えば、洗浄油中の有機ハロゲン化合物の濃度が1ppmの場合、該濃度を10ppm程度になるように減圧蒸留することや洗浄油中の有機ハロゲン化合物の濃度が数10ppmの場合、該濃度を100ppm程度になるように減圧蒸留すること等が可能である。
該実施形態において、使用する洗浄油の種類としては、水よりも揮発性が低く且つ有機ハロゲン化合物よりも揮発性の高い油であって、排ガス中の有機ハロゲン化合物を溶解しうる炭化水素油であれば、いずれであってもよく、例えば、灯油、ノルマルパラフィン油などを挙げることができる。即ち、前記洗浄油としては、有機ハロゲン化合物よりも沸点の低いものを使用する。
熱風炉によって温度450〜550℃に維持した窒素雰囲気下の横型回転円筒型還元加熱装置(寸法:直径700mm×長さ1,000mm、装置容量385L)内に、汚染土壌70kg/時(含水率23%、PCB濃度1,000mg/kg)を投入し、加熱処理して排ガス60Nm3/時を生成すると共に、固体成分としての処理済み土壌50kg/時を急冷装置へ排出した。
調製例1で調製した排ガスを、加熱装置によって温度550℃に維持した高温式バグフィルターに60Nm3/時の割合で供給して集塵し、これにより、排ガス中のダストを除去した。その後、ダスト除去した排ガスを、散油式オイルスクラバー内に導入して洗浄し、これにより、気体成分と、油成分と、水性成分とに分離した。なお、洗浄用炭化水素油として、トランス油を用いた。散油式オイルスクラバーは、そのノズルが閉塞することなく、連続24時間以上、正常に稼動した。得られた結果を表1に示す。
実施例1と同様な方法によって排ガスを洗浄処理した。
ただし、高温式バグフィルターに排ガスを導入する前に、加熱装置によって温度550℃に維持した高温式遠心力集塵装置としての高温式サイクロンに60Nm3/時の割合で供給して集塵し、その後、実施例1と同様な高温式バグフィルターに導入した。散油式ガス吸収装置は、そのノズルが閉塞することなく、連続48時間以上、正常に稼動した。得られた結果を表1に示す。
実施例1と同様な方法によって、排ガスを洗浄処理した。ただし、調製例1で調製した排ガスを、高温式バグフィルターを介さずに、直接、散油式オイルスクラバーに供給した。
散油式オイルスクラバーは、運転開始後4時間でノズルが閉塞し、操業が中断され
た。結果を以下の表1に示す。
実施例1と同様な方法によって、排ガスを洗浄処理した。ただし、高温式バグフィルターに代えて、常温式バグフィルターを用いた。排ガスの集塵処理の間に、排ガス中の水分の液化が観察され、また常温式バグフィルターは、運転開始後1時間で閉塞し、操業が中断された。
上記表1に示すように、本発明の処理方法である実施例1および2は、洗浄装置への供給前の排ガス中の水分の液化防止を達成できると同時に、比較例1に比し、操業時間の延長(実施例1:少なくとも6倍の操業期間の延長、実施例2:少なくとも12倍の操業期間の延長)を達成できることが証明された。また、実施例1及び2の結果と、比較例2の結果とを比較すれば、排ガスの集塵処理は、所定の温度以上で行うことが必須であることが証明された。
16:高温式サイクロン
17:高温式バグフィルター
18:散油式ガス洗浄装置
20:減圧蒸留槽
21:反応槽(脱ハロゲン化槽)
22:中和/静置分離槽
30、31、32:冷却器
Claims (14)
- 有機ハロゲン化合物に汚染された被処理物を加熱処理する加熱装置から排出される排ガスを無害化する排ガスの処理方法であって、
350〜600℃の温度で排ガス中のダストを濾過集塵処理によって集塵し(触媒バグフィルターを用いる場合を除く)、除去する集塵処理工程と、ダストが除去され且つ100〜250℃に冷却された排ガスと50℃以下の洗浄油とを接触させて排ガス中の有機ハロゲン化合物を除去する油洗浄式ガス洗浄処理工程とを含んでなることを特徴とする排ガスの処理方法。 - 前記油洗浄式ガス洗浄処理工程の後、洗浄油中の該洗浄油より揮発性の高い成分を減圧蒸留により除去し、前記減圧蒸留により、洗浄油より揮発性の高い成分を除去された洗浄油中の有機ハロゲン化合物をアルカリ金属により分解するアルカリ金属処理工程を含む請求項1に記載の排ガスの処理方法。
- 前記洗浄油として、水よりも揮発性が低く且つ前記有機ハロゲン化合物よりも揮発性の高い油を用い、前記油洗浄式ガス洗浄処理工程の後、洗浄油中の該洗浄油より揮発性の高い成分を減圧蒸留により除去し、更に、減圧蒸留により洗浄油の少なくとも一部を除去し、残った有機ハロゲン化合物をアルカリ金属により分解するアルカリ金属処理工程を含む請求項1に記載の排ガスの処理方法。
- 前記洗浄油より揮発性の高い成分が、水である請求項2又は3に記載の排ガスの処理方法。
- 前記洗浄油より揮発性の高い成分が、アルカリ金属により分解する有機ハロゲン化合物より揮発性の高い有機化合物である請求項2又は3に記載の排ガスの処理方法。
- 前記加熱処理は、不活性ガス中で有機ハロゲン化合物に汚染された被処理物を加熱する還元加熱処理或いは除去する有機ハロゲン化合物の蒸発温度以上に加熱する加熱処理である請求項1〜5の何れかに記載の排ガスの処理方法。
- 有機ハロゲン化合物に汚染された被処理物を加熱処理する加熱装置から排出される排ガスを無害化する排ガスの処理設備であって、
350〜600℃の温度で排ガス中のダストを濾過集塵処理によって集塵し(触媒バグフィルターを用いる場合を除く)、除去する集塵処理装置と、該集塵処理装置により、ダストが除去され且つ100〜250℃に冷却された排ガスと50℃以下の洗浄油とを接触させて排ガス中の有機ハロゲン化合物を除去する油洗浄式ガス洗浄処理装置とを含んでなることを特徴とする排ガスの処理設備。 - 前記油洗浄式ガス洗浄処理装置を経た洗浄油中の該洗浄油より揮発性の高い成分を減圧蒸留により除去し、前記減圧蒸留により、洗浄油より揮発性の高い成分を除去された洗浄油中の有機ハロゲン化合物をアルカリ金属により分解するアルカリ金属処理装置を含む請求項7に記載の排ガスの処理設備。
- 前記洗浄油が、水よりも揮発性が低く且つ前記有機ハロゲン化合物よりも揮発性の高い油であり、前記油洗浄式ガス洗浄処理装置を経た洗浄油中の該洗浄油より揮発性の高い成分を減圧蒸留により除去し、更に、減圧蒸留により洗浄油の少なくとも一部を除去し、残った有機ハロゲン化合物をアルカリ金属により分解するアルカリ金属処理装置を含む請求項7に記載の排ガスの処理設備。
- 前記加熱装置は、被処理物を内部で加熱する加熱炉と、該加熱炉の周壁に配された熱媒体供給口と熱媒体排出口とを備えたジャケットと、前記熱媒体供給口へ熱媒体を供給する熱媒体供給部とを備え、更に、前記熱媒体排出口から排出された熱媒体を前記熱媒体供給部に返送する経路を備えてなる請求項7〜9の何れかに記載の排ガスの処理設備。
- 前記加熱装置は、被処理物を内部で加熱する加熱炉と、該加熱炉の周壁を加熱するための電気ヒータとを備えてなる請求項7〜9の何れかに記載の排ガスの処理設備。
- 前記集塵処理装置でダストを集塵し除去された排ガスを、前記油洗浄式ガス洗浄処理装置に供給する経路に排ガスの温度を下げる冷却器が介装されている請求項7〜11の何れかに記載の排ガスの処理設備。
- 前記油洗浄式ガス洗浄処理装置は、排ガスと洗浄油とを接触させて、排ガス中の有機ハロゲン化合物を洗浄油に吸収させる接触部と、該接触部から洗浄油を排出させ再度戻す経路と、該経路間に介装された冷却器とを備える請求項7〜12の何れかに記載の排ガスの処理設備。
- 前記油洗浄式ガス洗浄処理装置から出た排ガスを活性炭を通して排出するガス排出部を備え、更に、前記油洗浄式ガス洗浄処理装置から出た排ガスを冷却して前記ガス排出部に送る冷却器を備える請求項7〜13の何れかに記載の排ガスの処理設備。
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