JP2006035042A - ガス浄化装置の再生方法及びそれを用いたガス浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガス又は石炭ガス化ガス等の生成ガス中に含有される水銀を吸着したガス浄化装置の再生方法及びそれを用いたガス浄化方法を提供する。
【解決手段】ガス中に含まれる水銀を吸着する活性炭素繊維槽を有するガス浄化装置の再生方法であって、ガス浄化をおこなって水銀が吸着した活性炭素繊維槽１０７に対し、水銀を脱離する処理液２０１又は処理ガスを供給し、活性炭素繊維槽１０７から水銀を脱離させ、脱離させた水銀は水溶液の状態とし、これを水銀処理槽２０２で処理する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば各種焼却炉、溶融炉、ボイラ、ガスタービン、エンジン等から排出される排ガス又は石炭ガス化ガス等の生成ガス中に含有される水銀を吸着したガス浄化装置の再生方法及びそれを用いたガス浄化方法に関する。

例えば都市ゴミ焼却炉，産業廃棄物焼却炉，汚泥焼却炉等の各種焼却炉から排出される排ガス中には、焼却対象物の種類や焼却条件によって、硫黄酸化物や窒素酸化物の他、水銀等の有害物質が含有されることがあり、人体や動植物に被害をもたらし、自然環境を破壊するものとして、深刻な社会問題化している。
従来、排ガス中に含まれる前記有害物質の除去のため、脱硝触媒として、チタニア（ＴｉＯ₂ ）を担体とし、活性成分として五酸化バナジウム（Ｖ₂ Ｏ₅ ），三酸化タングステン（ＷＯ₃ ）等の金属酸化物等を少なくとも一つ担持したものが使用されている。

また、従来においては、排ガスの煤塵の除去と同時に有害物質類を吸着して除去する試みが提案されているが、例えば除塵装置（例えばバグフィルタ）で煤塵と共に有害物質を除去した場合には、該除塵装置のフィルタには、有害物質が吸着されているので、該有害物質を吸着したフィルタを別途処理，二次処理する必要があり、手間がかかるという問題がある。また、排ガス中の水銀を除去する方法として、排ガス中に塩素化合物（例えば塩化カルシウム、塩酸等）を添加等して、塩化水銀（ＨｇＣｌ₂ ）として水に吸収捕集する方法が提案されているが、蒸気体の水銀を効率よく除去することが困難であるという問題がある。また、排ガスに不要な塩素化合物を添加するのは、好ましくないという問題がある。さらに、排ガスを脱硫して石灰石膏法により石膏を得る場合には、前記塩化水銀が石膏中に含有するという問題がある。

そこで、本発明者等は水銀等の有害物質を除去するために活性炭素繊維を吸着剤として利用することを提案した（特許文献１）。
しかしながら、前述した特許文献１において開示した活性炭素繊維による水銀の吸着は良好であるものの、その効果的な除去方法が確立されていなかった。

一方、活性炭素繊維を用いてガスの選択収着および脱離の方法が別途提案されている（特許文献２）。

特開２００３−２４０２２６号公報 特表２００３−５３３３３４２号公報

しかしながら、特許文献２における脱離方法では、脱離した物質を外部に放出することができる物質の場合には、凝集手段等により簡易に捕集することができるが、例えば水銀のように外部に放出することも難しく、捕集することも困難な場合には、再生方法として最適なものではない、という問題がある。

本発明は、前記問題に鑑み、排ガス又は石炭ガス化ガス等の生成ガス中に含有される水銀を吸着したガス浄化装置の再生方法及びそれを用いたガス浄化方法を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、ガス中に含まれる水銀を吸着する活性炭素繊維槽を有するガス浄化装置の再生方法であって、活性炭素繊維槽に水銀を脱離する処理液又は処理ガスを供給し、活性炭素繊維槽から水銀を脱離させることを特徴とするガス浄化装置の再生方法にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記処理液が次亜塩素酸塩水溶液、塩素水、オゾン水、過酸化水素水のいずれか一つであることを特徴とするガス浄化装置の再生方法にある。

第３の発明は、第２の発明において、前記次亜塩素酸塩水溶液又は塩素水の濃度が０．０１〜１０％であることを特徴とするガス浄化装置の再生方法にある。

第４の発明は、第２の発明において、前記オゾン水、過酸化水素水の濃度が０．０１〜１０％であることを特徴とするガス浄化装置の再生方法にある。

第５の発明は、第１の発明において、前記処理ガスが塩素ガス、オゾンのいずれか一つであることを特徴とするガス浄化装置の再生方法にある。

第６の発明は、第５の発明において、前記塩素ガス、オゾンのいずれか一つを用いて、水銀を脱離した後、水洗浄することを特徴とするガス浄化装置の再生方法にある。

第７の発明は、活性炭素繊維槽に水銀を含むガスを通過し、前記活性炭素繊維槽に水銀を吸着させ、所定期間ガスの浄化を行った後、活性炭素繊維槽に処理液又は処理ガスを供給して、水銀を脱離させることを特徴とするガス浄化方法にある。

本発明によれば、活性炭素繊維に吸着した水銀を効率良く脱離することができ、所定期間に亙ってガス中の水銀を吸着して劣化した活性炭素繊維を再生することができる。よって、活性炭素繊維に対して水銀の吸着脱離を良好に行うことができるので、長期間に亙ってガスの浄化を行うことができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施の形態］
本発明による実施の形態に係るガス浄化装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態に係るガス浄化装置を示す概念図である。
図１に示すように、本実施の形態に係るガス浄化装置は、例えばボイラ１００からの水銀を含有する排ガス１０１の導入する導入口を側壁（又は下部）に有し、該浄化ガス１０９の排出口を上部に有すると共に、活性炭素繊維からなる活性炭素繊維槽１０７が内部に設けられた浄化塔１０４を有するものである。本実施の形態では活性炭素繊維槽１０７は２段としているが、本発明はこれに限定されるものではない。そして、前記浄化塔１０４内に排ガス１０１を図示しない押込みファンにより送給することで、排ガス１０１が活性炭素繊維槽１０７を構成する活性炭素繊維と接触し、排ガス１０１中に含まれる水銀を除去するようにしている。
ここで、本発明で水銀を含む排ガスとは、例えば都市ゴミ焼却炉，産業廃棄物焼却炉，汚泥焼却炉等の各種焼却炉から排出される排ガス又は石炭ガス化炉において生成されるガス化ガス等を挙げることができるが、水銀を含むガスであればこれらに限定されるものではない。

前記活性炭素繊維槽１０７は活性炭素繊維からなる浄化部材を複数充填してなるものであり、複数段から構成されている。前記浄化部材は例えば断面形状が略三角形で、内部が空洞になっており、空洞内をガスが通過する際に、活性炭素繊維の表面において水銀の吸着がなされることになる。

ここで、前記活性炭素繊維の一例及びその製造例の一例を下記に示す。本発明で用いられる活性炭素繊維としては、例えばピッチ系活性炭素繊維、ポリアクリロニトリル系活性炭素繊維、フェノール系活性炭素繊維、セルロース系活性炭素繊維を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではなく、前記触媒作用を奏する活性炭素繊維であれば何等限定されるものではない。
図４に活性炭素繊維の模式図を示す。活性炭素繊維１１のＡ拡大に示すＤは活性炭素繊維１１の直径であり、例えば１０〜２０μｍ程度である。そのＢ拡大は、表面の様子を模式化したものであり、活性炭素繊維の表面に連続した形成されたミクロ細孔１２は、その細孔径ｄが例えば２ｎｍ以下としている。このミクロ細孔１２内に水銀が吸着することになる。

この活性炭素繊維の具体的な製造例を下記に示す。
＜具体例１＞
フェノール系活性炭素繊維（「クラクティブ−２０」、クラレケミカル（株）製）を用い、これを窒素雰囲気中で９００〜１，２００℃の温度範囲内で３時間焼成する。
＜具体例２＞
ポリアクリロニトリル系活性炭素繊維（「ＦＸ−６００」、東邦レーヨン（株）製）を用い、これを窒素雰囲気中で９００〜１，２００℃の温度範囲内で２時間焼成する。

一般にボイラ等からの排ガスには硫黄酸化物が多く含有されているので、水銀の除去と共に、脱硫も行うようにしている。

脱硫を行うには、浄化塔１０４内に水１０５を内部に供給し、活性炭素繊維槽１０７に硫酸生成用の水を供給する。前記水１０５が上部から供給された活性炭素繊維槽１０７に排ガス１０１を下部から通過させることにより、排ガス１０１中のＳＯｘを反応除去する。活性炭素繊維槽１０７を通過した浄化ガス１０９は排出口から排出され、煙突１１０を通して大気に放出される。

前記活性炭素繊維槽１０７は上述したような複数の活性炭素繊維からなる浄化部材を備え、各々の活性炭素繊維の表面では、例えば、以下の反応により脱硫反応が生じる。
（１）触媒の活性炭素繊維への排ガス１０１中の酸素（Ｏ₂ ：別途供給することも可能である）の吸着。
（２）吸着した酸素Ｏ₂ と排ガス中の二酸化硫黄ＳＯ₂ との反応による三酸化硫黄ＳＯ₃ への酸化。
（３）酸化した三酸化硫黄ＳＯ₃ の水Ｈ₂ Ｏへの溶解による硫酸Ｈ₂ ＳＯ₄ の生成。
（４）生成された硫酸Ｈ₂ ＳＯ₄ の活性炭素繊維層からの離脱。
この時の反応式は以下の通りである。
ＳＯ₂ ＋１／２Ｏ₂ ＋Ｈ₂ Ｏ→Ｈ₂ ＳＯ₄

前記反応除去された硫酸Ｈ₂ ＳＯ₄ は、図１に示すように、活性炭素繊維槽１０７内を希硫酸１０６となって滴下し、浄化塔１０４の下部に溜められる。なお、溜められた希硫酸は所定量（又は常時）となったら、図示しない排出ポンプを介して硫酸タンクに排出される。

所定期間に亙ってガスを浄化した活性炭素繊維槽１０７の活性炭素繊維はその吸着効率が低下する。
そこで、水銀の吸着効率が低下した場合における再生方法について以下説明する。
図２は処理液を用いて再生中のガス浄化装置の概略図である。

先ず、ガスの通気を停止し、次いで浄化塔１０４から希硫酸を全て抜き出す。
その後、図２に示すように処理液供給タンク２００から処理液２０１を浄化塔１０４の下部側に供給する。そして、既存の希硫酸を循環させていた液循環ライン１０３を利用して、浄化塔１０４上部からノズルを介して、処理液２０１を活性炭素繊維槽１０７に噴霧する。

ここで、前記処理液２０１は、例えば次亜塩素酸塩水溶液、塩素水、オゾン水、過酸化水素水のいずれか一つであることが好ましい。
前記次亜塩素酸塩としては、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）、次亜塩素酸カルシウム（Ｃａ（ＣｌＯ）₂）を挙げることができる。
また、前記次亜塩素酸塩水溶液又は塩素水は、有効塩素濃度が０．０１〜１０％、好ましくは、０．１〜２重量％とするのがよい。

この次亜塩素酸塩水溶液の供給により、水銀は［ＨｇＣｌ₄］^2-となって脱離され、水等に易溶性の錯体を形成することになる。よって、水１０５を供給することにより、水に速やかに移行する。よって、従来のような加熱により水銀を脱離させた際に、外部に飛散するようなことも解消される。

また、水銀を錯体イオンとして回収した処理液２０１は別途水銀処理槽２０２に送給され、ここで、例えば凝集・沈澱処理、キレート剤による捕集処理等により個別に回収することができる。

また、オゾン水、過酸化水素水の濃度としては、０．０１〜１０％とするのが好ましい。オゾン水等の場合には水銀は酸化水銀として脱離される。

次に、処理ガスを用いて水銀の脱離を行う実施の形態について説明する。
また、処理ガスの場合には、先ず浄化塔１０４から希硫酸を全て抜き出し、その後図３に示すように、処理ガス供給タンク２０３から処理ガス２０４を浄化塔１０４内部に供給する。そして、処理ガス２０４が塩素ガスの場合には水銀を塩化水銀として、活性炭素繊維から脱離させる。また、処理ガス２０４がオゾンの場合には水銀を酸化水銀として、活性炭素繊維から脱離させる。

その後、水１０５により活性炭素繊維槽１０７を洗浄して洗浄処理液２０５とし、該洗浄処理液２０５を水銀処理槽２０２で処理する。

このように、活性炭素繊維槽に水銀を含むガスを通過し、前記活性炭素繊維槽に水銀を吸着させ、所定期間ガスの浄化を行った後、活性炭素繊維槽に処理液又は処理ガスを供給して、水銀を脱離させることにより、活性炭素繊維を再生し、再度水銀を吸着処理することができる。

また、この再生により吸着性能が回復した活性炭素繊維槽を評価する方法としては、例えば水銀濃度が高いガスを所定時間（例えば１０〜３００分）供給し、その間における水銀吸着能の変化を確認することにより行う。
また、活性炭素繊維の比表面積を測定して、新規に作成した場合と比較するようにしてもよい。

以上のように、本発明にかかるガス浄化装置の再生方法は、ガス中の水銀を吸着してその吸着性能が低下した場合に、水銀を脱離する処理液又は処理ガスを用いて再生することができ、再度ガスの浄化に適用することができ、連続したガス中の水銀の浄化に用いて適している。

実施の形態にかかるガス浄化中のガス浄化装置の概略図である。 実施の形態にかかる処理液を用いて再生中のガス浄化装置の概略図である。 実施の形態にかかる処理ガスを用いて再生中のガス浄化装置の概略図である。 活性炭素繊維の水銀の吸着脱離の模式図である。

符号の説明

１００ ボイラ
１０１ 排ガス
１０３ 液循環ライン
１０４ 浄化塔
１０５ 水
１０６ 希硫酸
１０７ 活性炭素繊維槽
１０９ 浄化ガス
１１０ 煙突
２００ 処理液供給タンク
２０１ 処理液
２０２ 水銀処理液槽
２０３ 処理ガス供給タンク
２０４ 処理ガス
２０５ 洗浄処理液

Claims (7)

1. ガス中に含まれる水銀を吸着する活性炭素繊維槽を有するガス浄化装置の再生方法であって、
   活性炭素繊維槽に水銀を脱離する処理液又は処理ガスを供給し、活性炭素繊維槽から水銀を脱離させることを特徴とするガス浄化装置の再生方法。
2. 請求項１において、
   前記処理液が次亜塩素酸塩水溶液、塩素水、オゾン水、過酸化水素水のいずれか一つであることを特徴とするガス浄化装置の再生方法。
3. 請求項２において、
   前記次亜塩素酸塩水溶液又は塩素水の濃度が０．０１〜１０％であることを特徴とするガス浄化装置の再生方法。
4. 請求項２において、
   前記オゾン水、過酸化水素水の濃度が０．０１〜１０％であることを特徴とするガス浄化装置の再生方法。
5. 請求項１において、
   前記処理ガスが塩素ガス、オゾンのいずれか一つであることを特徴とするガス浄化装置の再生方法。
6. 請求項５において、
   前記塩素ガス、オゾンのいずれか一つを用いて、水銀を脱離した後、水洗浄することを特徴とするガス浄化装置の再生方法。
7. 活性炭素繊維槽に水銀を含むガスを通過し、前記活性炭素繊維槽に水銀を吸着させ、所定期間ガスの浄化を行った後、活性炭素繊維槽に処理液又は処理ガスを供給して、水銀を脱離させることを特徴とするガス浄化方法。

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