JP7503010B2 - アルカリ金属除去方法及びアルカリ金属除去装置 - Google Patents
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Description
前記飛灰を微粉と粗粉に分級する工程(a)と、
前記工程(a)で得られた前記粗粉を塩素源と共に加熱して加熱処理物を得る工程(b)と、
前記工程(a)で得られた前記微粉と、前記工程(b)で得られた前記加熱処理物とを水洗する工程(c)とを含むことを特徴とする。
前記工程(b)は、前記工程(d)で得られた前記粗粉粉砕物を前記塩素源と共に加熱する工程であるものとしても構わない。
前記飛灰を微粉と粗粉に分級する分級装置と、
前記分級装置で得られた前記粗粉を塩素源と共に加熱して加熱処理物を得る加熱装置と、
前記分級装置で得られた前記微粉と、前記加熱装置で得られた前記加熱処理物とを水洗する水洗装置とを備えることを特徴とする。
前記加熱装置は、前記粉砕装置で粉砕された状態の前記粗粉を前記塩素源と共に加熱するものとしても構わない。
分級処理工程S1は、供給されたバイオマス灰BA1を、水溶性のアルカリ金属塩を多く含む微粉BA2と、難溶性のアルカリ金属塩を多く含む粗粉BA3とに分離し、各別に回収する工程である。図2に示すアルカリ金属除去装置1では、分級装置3によって分級処理工程S1が実行される。
加熱処理工程S2は、分級処理工程S1で分級されることで得られた粗粉BA3を塩素源CLと共に加熱する工程である。この加熱処理工程S2により、粗粉BA3に含まれる難溶性のアルカリ金属塩が、水溶性のアルカリ金属塩(アルカリ金属塩化物)に変化する。図2に示すアルカリ金属除去装置1では、加熱装置7によって加熱処理工程S2が実行される。
CaCl2(s) + 1/2O2(g) → CaO(s) + Cl2(g) …(1)
CaCl2(s) → CaCl2(g) …(2)
図4に示すように、分級処理工程S1によって分級された粗粉BA3に対して、粒度を細かくするための粉砕処理工程S1aが行われた後に、加熱処理工程S2に送られるものとしても構わない。図3に示すアルカリ金属除去装置1は、この粉砕処理工程S1aの実行が予定されている例が模式的に示されており、粉砕装置4によって粉砕処理工程S1aが実行される。
水洗処理工程S3は、分級処理工程S1において分離回収された微粉BA2と、加熱処理工程S2で得られた加熱処理物P1とを水洗する工程である。この水洗処理工程S3により、微粉BA2及び加熱処理物P1に含まれる水溶性のアルカリ金属塩が溶解除去される。図2に示すアルカリ金属除去装置1では、水洗装置9によってこの水洗処理工程S3が実行される。
バイオマス灰BA1として、PKSを主燃料とするバイオマス発電プラント(循環流動層ボイラ)の排ガス集塵機(バグフィルタ)で捕集された飛灰を用いた。下記表1には、アルカリ金属については酸分解試料のICP発光分光分析法による分析で、その他の化学成分にはペレット試料の蛍光X線分析法による分析で得られた、バイオマス灰BA1の化学組成を示す。なお、表1内の「R2O」とは、上述したように、本組成物中の全アルカリ金属成分量として「R2O=Na2O+0.658×K2O」で算定された値を示す。
バイオマス灰BA1の分級点:10μm
粗粉BA3と塩素源CLの混合物に対する加熱温度と加熱時間:950℃±25℃×15分間
水W1の使用量:微粉BA2と加熱処理物P1との混合物の質量の4倍
撹拌時間:10分間
固液分離装置17での洗浄水W2の使用量:ケーキC1の質量の4倍
水W1の使用量:微粉BA2と加熱処理物P1との混合物の質量の4倍
撹拌時間:10分間
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バイオマス灰BA1に対して、分級点を10μmとして分級処理工程S1を実施し、得られた粗粉BA3に対して異なる2パターンの加熱条件で加熱処理工程S2を行った後、水洗処理工程S3を実行した。
K除去率=[d1-{(1-d2)-d3}×d4]/d1 …(3)
ただし、(3)式内の各記号は、それぞれ以下の値である。
d1: 加熱処理前のアルカリ金属含有物(バイオマス灰の粗粉BA3。後述する検証4では真砂土)に含まれるK(カリウム)の含有率(濃度)
d2: 加熱処理工程S2によるアルカリ金属含有物の重量減少率
d3: 水洗処理工程S3によるアルカリ金属含有物の重量減少率
d4: 固液分離後に得られたケーキC1に含まれるKの含有率(濃度)
カリ長石を含むアルカリ金属含有物を塩素源CLと共に加熱する際の温度の影響について、真砂土を用いて検証を行った。表6には、アルカリ金属については酸分解試料のICP発光分光分析法による分析で、その他の化学成分にはペレット試料の蛍光X線分析法による分析で得られた、検証に用いられた真砂土の化学組成を示す。
検証3の結果から、加熱温度を高温とし、且つ低酸素濃度の雰囲気とすることで、アルカリ金属(特にカリウム)の除去率が向上した理由について、検証した。
CaCl2(s) + 1/2O2(g) → CaO(s) + Cl2(g) …(1)
CaCl2(s) → CaCl2(g) …(2)
加熱雰囲気に含まれる酸素濃度の影響を検証した。具体的には、検証2と同様の粗粉BA3に対し、加熱温度及び塩素源CLの混合量を共通とした上で(加熱温度800℃、Cl/K=1)、加熱雰囲気に含まれる酸素濃度を0%~21%の範囲内で変化させたときの、カリウムの除去量を比較した。この結果を表9及び図7に示す。なお、図7は、表9の結果をグラフ化したものである。
3 :分級装置
3a :排出口
3b :排出口
4 :粉砕装置
5 :塩素源供給装置
7 :加熱装置
9 :水洗装置
11 :供給ホッパ
13 :水供給装置
15 :洗浄水供給装置
17 :固液分離装置
31 :内燃バーナ
33 :吸気ファン
35 :スラリー攪拌装置
BA1 :バイオマス灰
BA2 :微粉
BA3 :粗粉
BA3a :粗粉粉砕物
C1 :ケーキ
CL :塩素源
G1 :大気
G1a :ガス
G2 :燃焼排ガス
Lr1 :スラリー
P1 :加熱処理物
W1 :水
W2 :洗浄水
W3 :排水
Claims (13)
- 木質バイオマスの燃焼灰の飛灰からアルカリ金属を除去する方法であって、
前記飛灰を微粉と粗粉に分級する工程(a)と、
前記工程(a)で得られた前記粗粉を塩素源と共に加熱して加熱処理物を得る工程(b)と、
前記工程(a)で得られた前記微粉と、前記工程(b)で得られた前記加熱処理物とを水洗する工程(c)とを含むことを特徴とする、アルカリ金属除去方法。 - 前記工程(a)は、5μm以上30μm以下を分級点として分級する工程であることを特徴とする請求項1に記載のアルカリ金属除去方法。
- 前記工程(b)は、650℃以上1200℃以下の温度で加熱する工程であることを特徴とする請求項1又は2に記載のアルカリ金属除去方法。
- 前記工程(b)は、酸素濃度10%以下の雰囲気下で加熱する工程であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載のアルカリ金属除去方法。
- 前記工程(b)で利用される前記塩素源は、廃プラスチック及び無機化合物塩素が混入された可燃性廃棄物を含むことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載のアルカリ金属除去方法。
- 前記工程(b)で利用される前記塩素源は、80mm以下の大きさであることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載のアルカリ金属除去方法。
- 前記工程(b)は、前記粗粉の全アルカリ金属成分のモル量(A)に対する、前記塩素源の全塩素のモル量(B)の比率(B/A)が、1以上5以下の範囲内で混合された、前記粗粉と前記塩素源との混合物を加熱する工程であることを特徴とする、請求項1~6のいずれか1項に記載のアルカリ金属除去方法。
- 前記工程(a)で得られた前記粗粉を粉砕して粗粉粉砕物を得る工程(d)を有し、
前記工程(b)は、前記工程(d)で得られた前記粗粉粉砕物を前記塩素源と共に加熱する工程であることを特徴とする、請求項1~7のいずれか1項に記載のアルカリ金属除去方法。 - 木質バイオマスの燃焼灰の飛灰からアルカリ金属を除去するための装置であって、
前記飛灰を微粉と粗粉に分級する分級装置と、
前記分級装置で得られた前記粗粉を塩素源と共に加熱して加熱処理物を得る加熱装置と、
前記分級装置で得られた前記微粉と、前記加熱装置で得られた前記加熱処理物とを水洗する水洗装置とを備えることを特徴とする、アルカリ金属除去装置。 - 前記分級装置が回転羽根付きの遠心式空気分級機で構成されることを特徴とする請求項9に記載のアルカリ金属除去装置。
- 前記加熱装置がロータリーキルンで構成されることを特徴とする請求項9又は10に記載のアルカリ金属除去装置。
- 前記加熱装置に対して、酸素濃度10%以下の燃焼用ガスを導入するガス源を備えたことを特徴とする、請求項9~11のいずれか1項に記載のアルカリ金属除去装置。
- 前記分級装置で得られた前記粗粉を粉砕する粉砕装置を備え、
前記加熱装置は、前記粉砕装置で粉砕された状態の前記粗粉を前記塩素源と共に加熱することを特徴とする、請求項9~12のいずれか1項に記載のアルカリ金属除去装置。
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