JP4728516B2

JP4728516B2 - ダイオキシン類の吸着除去装置

Info

Publication number: JP4728516B2
Application number: JP2001195726A
Authority: JP
Inventors: 克久本田; 正純山下
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2021-06-28
Also published as: JP2003010637A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ダイオキシン類（平成１１年法律第１０５号「ダイオキシン類対策特別措置法」第２条に規定された「ダイオキシン類」のことであり、「ポリ塩化ジベンゾフラン，ポリ塩化ジベンゾ−パラ−ジオキシン，コプラナ−ポリ塩化ビフェニル」を総称する表現として使用する。以下同じ）の吸着除去装置に関し、とくにガンマアルミナを有効活用して、焼却炉等の排ガスからダイオキシン類等を簡易に除去する吸着除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイオキシン類の毒性は、同族体や異性体間で大きく異なっているので、最も毒性の強い２，３，７，８−Ｔ₄ＣＤＤの毒性に換算して総量としての毒性評価を行っている。２，３，７，８−Ｔ₄ＣＤＤの毒性を１とした相対値が、毒性等価換算係数（ＴＥＦ）であり、各異性体の実測濃度に、それぞれのＴＥＦを掛け合わせた数値の総和を毒性等価濃度（ＴＥＱ）と呼んで毒性の指標としている。
【０００３】
また、ダイオキシン類は、一般廃棄物や産業廃棄物の焼却炉からも発生することが知られており、焼却炉から発生するダイオキシン類を除去する方法も各社から種々提案されている。しかしながら、これらの方法を小型焼却炉で実現するには、コスト的に問題があるため実用化の可能性が低く、結局は、ダイオキシン類の排出量を低減させたいという社会的要請に応えられないのが実情である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、この実情に鑑みてなされたものであって、小型かつ低コストであって、とくに小型焼却炉に適用するのに好適なダイオキシン類の吸着除去装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記課題を解決するためになされたものであって、請求項１に記載の発明は、焼却炉からの排ガスを予備冷却する冷却部と、内蔵する吸着剤に前記冷却部からの排ガスを通過させる吸着部とを備え、前記吸着剤がガンマアルミナに水酸化カルシウムまたは酸化カルシウムを混合して結合剤により成形したものであり、かつ、前記吸着部が１００〜２５０℃の温度域に維持されていることを特徴としている。
請求項２に記載の発明は、前記吸着部の上流側または下流側において、通過する微粒子を捕捉するフイルター部が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明の特徴は、ダイオキシン類の吸着剤としてガンマアルミナを使用することにある。
【０００９】
まず、ガンマアルミナについて説明する。このガンマアルミナは、アルミニウム塩を加水分解するか、あるいはアルカリ性の塩（アルミン酸ソーダ等）であれば酸で中和し、また酸性の塩（塩化アルミニウム等）であれば、アルカリで中和し、ベーマイトゲル等の水酸化アルミニウムの沈澱を得、ついで乾燥，熱処理を経て低結晶性のものとして得られる。ガンマアルミナの種類，形状等はとくに限定されず、通常市販されているものを用いることができる。
【００１０】
また、排ガス中のＨＣｌガスを吸着させるために、前記ガンマアルミナにカルシウム化合物を添加するのが好ましく、両者を混和後、有機質または無機質からなる結合剤によって、粒状または円柱状に成形すればよい。ここで用いるカルシウム化合物としては、水酸化カルシウム，酸化カルシウム等がある。また、その添加量は、排ガス中のＨＣｌガスの量に応じて、５〜２０重量％程度の範囲で適宜に設定される。たとえば、ＨＣｌガスの含有量が少ない場合には、カルシウム化合物の含有量が５重量％程度であり、ＨＣｌガスが多い場合には、１５重量％程度である。
【００１１】
そして、吸着剤の粒径は、とくに限定はされないが、通常は、２〜５mm程度である。ここにおいて、排ガス量が少なく圧損が問題になるような場合には、５〜１０mmに設定すればよい。吸着の動作温度としては、ガンマアルミナの吸着性能の他、ダイオキシン類の再合成や装置の腐食温度を考慮して、１００〜２５０℃，このましくは１２０〜２００℃，より好ましくは１５０〜１８０℃程度に設定するのがよい。また、焼却炉からの排ガス温度は、通常８００〜１０００℃であるため、水冷方式または空冷方式等により、あらかじめ２５０℃程度まで予備冷却しておく必要がある。
【００１２】
また、使用により吸着剤の吸着性能が落ちてくると、吸着剤を取り替える必要があるが、小型焼却炉は、バッチ処理的にごみを焼却しているので、非運転時に吸着剤を取り替える。ここにおいて、この際の作業を考慮すると、吸着剤を適宜なカートリッジに収納しておくことが好ましい。回収した吸着剤は、ダイオキシン類等が吸着しており、このまま廃棄したのでは、改めて環境汚染の問題が生じる。そこで、回収した吸着剤を、９０℃に加熱した水酸化ナトリウムの水溶液（２．５〜３．５Ｎ）に１０〜２０重量％のアルコールを加え、３時間程度反応させてダイオキシン類を分解させるが、回収した吸着剤は、この処理によって、ガンマアルミナが再活性化されるという利点がある。ここにおいて、ダイオキシン類の分解と、ガンマアルミナの再活性化とを実現するには、吸着剤１重量部に対して、８〜１５重量部以上のアルカリアルコールを使用すればよい。また、ここで用いるアルカリとしては、水酸化ナトリウムの他に、ＫＯＨ，ＮＨ₄ＯＨ等を用いてもよく、これら二種以上を適宜組み合わせて用いてもよい。そして、ここで用いるアルコールとしては、メタノールまたはエタノール等が好適である。以上のように再活性化されたガンマアルミナは、吸着剤の材料として再利用することができる。
【００１３】
さらに、焼却炉等から発生するダイオキシン類には、気体状つまりガス状態のものの他、煤塵等に含まれる粒子状態のものも存在する。そのため、排ガスの流路中には、通過する微粒子を捕捉するフィルター部を設けることが好ましい。このフィルター部は、ガンマアルミナの閉塞を防止するため、吸着部の上流側に設けることが好ましく、粒子径０．１μｍ程度以上の微粒子を捕捉できるものが好ましい。ここにおいて、フィルター部の形成材料としては、ステンレス網，テフロン繊維，ガラス繊維，セルロース系繊維，セラミック等を用いることができる。
【００１４】
以上の構成によれば、ガス状態のダイオキシン類は、ガンマアルミナからなる吸着剤で除去され、煤塵等に含まれるダイオキシン類は、フィルター部で除去することができる。
【００１５】
【実施例】
つぎに、この発明の具体的実施例を図面を用いて詳細に説明する。ここにおいて、図１は、排ガス中のダイオキシン類等を吸着して除去する構成を図示したものである。また、図２および図３は、吸着除去装置の概略構成を図示したものである。
【００１６】
ここにおいて、小型焼却炉１から発生する排ガスを吸着除去装置２へ供給して、排ガス中のダイオキシン類を除去している。そして、この吸着除去装置２は、焼却能力が５t／日未満の小型焼却炉１からの排ガスを処理するものであり、小型焼却炉１から排出されるダイオキシン類等は、内蔵するガンマアルミナに吸着されるようになっている。
【００１７】
この吸着除去装置２は、導入される排ガスに対して、霧状の水を噴霧する冷却塔３と、排ガスからダイオキシン類を除去する吸着塔４とが連結した構成となっている。前記小型焼却炉１からの排ガスは、前記冷却塔３の入口５から導入されて垂直下方へ移動するが、このときスプレーノズル６から噴射される冷却水によって冷却される。この冷却された排ガスは、送風機７（誘引型ドラフトファン）によって前記吸着塔４へ向けて押し出され、前記吸着塔４へ導入された排ガスは、ガンマアルミナ・カートリッジ８（図４参照）を通過して、前記吸着塔４の出口９から排される。排ガス中のダイオキシン類は、前記ガンマアルミナ・カートリッジ８を通過する過程でガンマアルミナ層に吸着されるが、ガンマアルミナ層の中央には、温度センサ（図示省略）が配置され、通過する排ガスの温度が所定域に維持されるように制御されている。たとえば、温度センサの出力値に応じて前記スプレーノズル６からの噴霧量が制御されるようになっている。また、排ガスを流通させる装置としては、送風機７の他に、予備送風機１０を設けることもできる。
【００１８】
つぎに、前記吸着除去装置２を用いた実施例を説明する。前記小型焼却炉１において、ダンボール（９０重量％）に塩化ビニル樹脂（１０重量％）を加えて燃焼させ、発生する排ガス濃度につき数回実測したところ、窒素７８〜８２％，酸素１０〜２１％，二酸化炭素１〜８％であった。また、ＨＣｌガス濃度は、２７０〜９６０ppmであり、ＳＯｘ濃度は、１０〜１２０ppmであった。かかる排ガスにつき、前記小型焼却炉１からの直接排出部（Ａ），前記入口部５（Ｂ），前記送風機７の出口部（Ｃ）および前記出口部９（Ｄ）の４ヶ所の測定位置の排ガスにつき、ダイオキシン類の濃度を測定した。この際、排ガスの流量と前記吸着塔４の内部温度を変えて、それぞれ３回ずつ測定を行った。使用した吸着剤は、ガンマアルミナ８５重量％に酸化カルシウム１５重量％を混合して、結合剤で固めて２〜５mmの粒状にしたものである。
【００１９】
【表１】

【００２０】
表１は、ＳＶ（space velocity）＝１０００／hの状態において、前記吸着塔４の内部温度を１５０〜１８０℃に管理した場合と、２５０〜３００℃に管理した場合につき各３回の計測結果を示している。前記吸着塔４の温度を１５０〜１８０℃に管理した場合には、ダイオキシン類の除去率は、平均９８．７％であるが、２５０〜３００℃に管理した場合には、平均８６．１％に低下することが明らかとなった。ここにおいて、ＳＶ＝１０００／hとは、１時間当りの前記ガンマアルミナ・カートリッジ８の容積の１０００倍の排ガスを流通させることである。
【００２１】
【表２】

【００２２】
表２は、ＳＶ＝１００００／hの状態において、同様の実験をした場合の各３回の計測結果を示している。前記吸着塔４の内部温度を１５０〜１８０℃に管理した場合には、ダイオキシン類の除去率は、平均９７．８％であるが、２５０〜３００℃に管理した場合には、平均８４．１％に低下することが明らかとなった。
【００２３】
以上のように、排ガスの流量は、ＳＶ＝１０００〜１００００／h程度で問題がなく、好ましくは５０００〜１００００／h程度である。また、ガンマアルミナ層の温度としては、１００〜２５０℃で問題なく、好ましくは１２０〜２００℃、より好ましくは１５０〜１８０℃程度である。なお、２５０℃以上では、物性吸着性の低下に伴う吸着量の減少が生じたためと考えられる。
【００２４】
【表３】

【００２５】
表３は、ＨＣｌガスやＳＯｘの除去率を測定した結果であり、排ガス中に含まれていたＨＣｌガスは、酸化カルシウムに吸着されて８０〜９５％程度除去されたことが確認された。また、ＳＯｘ成分は、水洗およびガンマアルミナ吸着によって９５％以上除去されることが確認された。ここにおいて、ダイオキシン類の吸着性能よりも、ＨＣｌガスやＳＯｘの吸着性能の方が先に劣化するので、前記ガンマアルミナ・カートリッジ８の取替え時期は、ＳＯｘの排出量により制御することができる。
【００２６】
【表４】

【００２７】
表４は、使用済のガンマアルミナに吸着したダイオキシン類が分解できることを測定確認した結果である。この測定は、ＮａＯＨアルコール溶液に使用済みのガンマアルミナを投入し、９０℃に加熱した状態で攪拌しつつ数時間反応させた結果を示している。反応時間が１時間，２時間，３時間と変わるごとにＴＥＱ除去率を算出するとともに、規定度が２．５Ｎと３．５Ｎの場合についてＴＥＱ除去率を算出している。
【００２８】
この結果によると、規定度が２．５〜３．５ＮのＮａＯＨアルコール溶液に、３時間程度反応させると、ガンマアルミナを再活性化できることが確認された。
【００２９】
また、実際の前記小型焼却炉１からは、ガス状態のものだけでなく、煤塵などに含まれるダイオキシン類も少なからず発生しており、さらなる研究の結果、ガンマアルミナのカートリッジへの充填状態によっては、煤塵等を十分に捕捉できず、この捕捉できなかった煤塵等に含まれるダイオキシン類が煤塵とともに排出されてしまうことが明らかになった。すなわち、ガス状態のダイオキシン類は、前記ガンマアルミナ・カートリッジ８によって、ほぼ１００％除去することができるものの、前記小型焼却炉１での焼却物の種類によっては、煤塵等によってガンマアルミナが閉塞したり、煤塵等に含まれるダイオキシン類がそのまま排出されてしまうことが明らかになった。
【００３０】
そこで、この発明の他の実施例として、図５に示すように、前記ガンマアルミナ・カートリッジ８の上流側にフィルター部１１を設け、前記吸着塔４の出口側に前記送風機７を設けている。また、排ガスの逆流を防止する等の必要に応じて前記予備送風機１０を動作させるようにしている。ここにおいて、前記予備送風機１０を動作させると、供給される外気によって排ガス温度をさらに降下させることもできる。また、前記フィルター部１１としては、ステンレス網，テフロン繊維，ガラス繊維，セルロース系繊維，セラミック等のフィルターを用いることができるが、粒子径０．１μｍ程度以上の微粒子を捕捉できるものにすれば、優れた効果が得られた。さらに、０．１μｍ程度以上の微粒子を捕捉できるフィルター材料は、容器に収容した状態で、前記ガンマアルミナ・カートリッジ８の上流側に取り付けられており、必要に応じて交換できるようになっている。ここにおいて、前記フィルター部１１は、前記ガンマアルミナ・カートリッジ８の下流側に設けることも、実施に応じて好適である。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ガンマアルミナを用いてダイオキシン類を吸着除去しているので、小型かつ低コストであって、小型焼却炉に適用するのに好適なダイオキシン類の吸着除去装置を実現できる。すなわち、この発明によれば、安価かつ簡易に、焼却能力５０〜２００kg／ｈの小型焼却炉についてのダイオキシン類特別対策措置法に新設の排出基準（５ng-ＴＥＱ／Nm³）を十分に満足することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る吸着除去装置の使用例を概略的に示す説明図である。
【図２】この発明に係る吸着除去装置の右側側面図を概略的に示す説明図である。
【図３】図２に示す吸着除去装置の平面図を概略的に示す説明図である。
【図４】図２に示す吸着除去装置の正面図を概略的に示す説明図である。
【図５】この発明に係る吸着除去装置の他の実施例を概略的に示す説明図である。
【符号の説明】
３冷却塔（冷却部）
４吸着塔（吸着部）
１１フィルター部

Claims

焼却炉１からの排ガスを予備冷却する冷却部３と、内蔵する吸着剤に前記冷却部３からの排ガスを通過させる吸着部４とを備え、前記吸着剤がガンマアルミナに水酸化カルシウムまたは酸化カルシウムを混合して結合剤により成形したものであり、かつ、前記吸着部４が１００〜２５０℃の温度域に維持されていることを特徴とするダイオキシン類の吸着除去装置。
前記吸着部４の上流側または下流側において、通過する微粒子を捕捉するフイルター部１１が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のダイオキシン類の吸着除去装置。