JP2686292B2 - 石灰−石膏−石炭灰系水和硬化体の製造方法 - Google Patents
石灰−石膏−石炭灰系水和硬化体の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、石灰−石膏−石炭灰系水和硬化物を脱硫剤
とする乾式脱硫プロセスに係り、特に高効率な脱硫剤製
造方法に関する。
とする乾式脱硫プロセスに係り、特に高効率な脱硫剤製
造方法に関する。
火力発電所における重油焚、石炭焚ボイラから排出さ
れる硫黄酸化物の除去は湿式法(例えば石灰石−石膏
法)または乾式法(活性炭法)によって実施されてい
る。しかし、これらに代る簡略化された経済的な脱硫方
法の開発が望まれている。
れる硫黄酸化物の除去は湿式法(例えば石灰石−石膏
法)または乾式法(活性炭法)によって実施されてい
る。しかし、これらに代る簡略化された経済的な脱硫方
法の開発が望まれている。
一方、石炭焚ボイラでは膨大な量の石炭灰が排出さ
れ、これらはセメント混和材や埋立用に利用されている
が、より高度な利用法として本発明者らが実用化を促進
してきた乾式脱硫剤の製造が挙げられる(特開昭61−20
9038号)。
れ、これらはセメント混和材や埋立用に利用されている
が、より高度な利用法として本発明者らが実用化を促進
してきた乾式脱硫剤の製造が挙げられる(特開昭61−20
9038号)。
石炭灰を利用した脱硫剤は基本的には消石灰、石膏お
よび石炭灰からなる原料混合物に水を加えて得たスラリ
を水蒸気雰囲気で加熱、水和硬化させ、ついで破砕、分
級、乾燥処理することによって製造される(1段養生
法、第2図参照)。このようにして得られた脱硫剤は多
孔質の硬化体であり、(1)式に示すように排ガス中の
SO2を化学的に安定なCaSO4として固定、除去するという
特長を有する。
よび石炭灰からなる原料混合物に水を加えて得たスラリ
を水蒸気雰囲気で加熱、水和硬化させ、ついで破砕、分
級、乾燥処理することによって製造される(1段養生
法、第2図参照)。このようにして得られた脱硫剤は多
孔質の硬化体であり、(1)式に示すように排ガス中の
SO2を化学的に安定なCaSO4として固定、除去するという
特長を有する。
X・Ca(OH)2+SO2+1/2 O2 =CaSO4+X+H2O↑ (1) ここに、XはCa(OH)2以外の水和硬化体構成成分で
ある。
ある。
しかし、本乾式脱硫方法を実用化するためには高活性
な脱硫剤を大量に、かつ高歩留りで製造する技術を確立
することが極めて重要である。これに関連して、原料混
合物を一旦加熱して水和硬化させた後に粗砕し、この粗
砕物を造粒した後、2次養生することによって製品歩留
りの向上と製造所要時間の短縮を図る方法が開発された
(特願昭61−96926号、2段養生法、第3図参照)。し
かし、得られる脱硫剤の性能は基本製造法である破砕法
よりも幾分劣り、また製造操作の点でもさらに簡略化が
要求されていた。
な脱硫剤を大量に、かつ高歩留りで製造する技術を確立
することが極めて重要である。これに関連して、原料混
合物を一旦加熱して水和硬化させた後に粗砕し、この粗
砕物を造粒した後、2次養生することによって製品歩留
りの向上と製造所要時間の短縮を図る方法が開発された
(特願昭61−96926号、2段養生法、第3図参照)。し
かし、得られる脱硫剤の性能は基本製造法である破砕法
よりも幾分劣り、また製造操作の点でもさらに簡略化が
要求されていた。
本発明の目的は、高性能な脱硫剤となり得る石灰−石
膏−石炭灰系水和硬化体を高歩留りでかつ簡略化された
方法によって製造できる方法を提供することにある。
膏−石炭灰系水和硬化体を高歩留りでかつ簡略化された
方法によって製造できる方法を提供することにある。
上記目的は、石灰−石膏−石炭灰系混合物に水を加え
て混練した後、該混練物を直径2〜10mmの孔を通して押
出す操作を含むことを特徴とする石灰−石膏−石炭灰系
水和硬化体の製造方法によって達成される。
て混練した後、該混練物を直径2〜10mmの孔を通して押
出す操作を含むことを特徴とする石灰−石膏−石炭灰系
水和硬化体の製造方法によって達成される。
本乾式脱硫剤製造の基本原料は石灰、石膏および石炭
灰系混合物であるが、代表的には消石灰(Ca(O
H)2)、2水石膏(CaSO4・2H2O)および石炭灰であ
る。この場合、最終的に得られる水和硬化体が所期の脱
硫性能を発現するためには出発原料100重量部に対して
水を少なくとも30重量部以上、好ましくは40重量部以上
添加しなければならない。しかし、このような原料−水
混合物はスラリ状を呈し、直接成形操作を行うことは不
可能である。そのため、原料スラリを加熱、水和硬化さ
せた後に粗砕し、ついで造粒する方法が提案されたが
(特願昭61−96926号)、本発明方法はCaSO4源として好
ましくは使用済脱硫剤を使用する場合に原料−水混合物
の硬化速度が著しく大きくなるという特徴を最大限に生
かすとともに、脱硫性能の点でも従来法よりも優れた脱
硫剤を与えるものである。
灰系混合物であるが、代表的には消石灰(Ca(O
H)2)、2水石膏(CaSO4・2H2O)および石炭灰であ
る。この場合、最終的に得られる水和硬化体が所期の脱
硫性能を発現するためには出発原料100重量部に対して
水を少なくとも30重量部以上、好ましくは40重量部以上
添加しなければならない。しかし、このような原料−水
混合物はスラリ状を呈し、直接成形操作を行うことは不
可能である。そのため、原料スラリを加熱、水和硬化さ
せた後に粗砕し、ついで造粒する方法が提案されたが
(特願昭61−96926号)、本発明方法はCaSO4源として好
ましくは使用済脱硫剤を使用する場合に原料−水混合物
の硬化速度が著しく大きくなるという特徴を最大限に生
かすとともに、脱硫性能の点でも従来法よりも優れた脱
硫剤を与えるものである。
すなわち、以前に提案された造粒操作を含む2段養生
法によって得られる脱硫剤の性能は1段養生法(破砕
法)に比較して幾分小さいものであったが、この原因は
造粒時に粒子表面に緻密層が形成される結果であると考
えられる。従って、水添加量を幾分低下させてでも原料
混合物を直接押出し成形した方が、造粒操作を含む2段
養生法よりも高性能な脱硫剤が得られるとの知見を得て
本発明を完成するに到ったのである。この直接押出し成
形法はCaSO4源として前述のように水和硬化速度が他のC
aSO4源よりも著しく大きい使用済脱硫剤を用いることに
よってその効果が最大限に発現されるものである。すな
わち、使用済脱硫剤をCaSO4源とした場合には原料調製
時に添加される水の量を例えば2段養生法における適正
値とほぼ同一の40〜45%にしても本発明の方法のように
前養生なしに混練操作だけで押出し操作に供し得る固さ
にすることができる。
法によって得られる脱硫剤の性能は1段養生法(破砕
法)に比較して幾分小さいものであったが、この原因は
造粒時に粒子表面に緻密層が形成される結果であると考
えられる。従って、水添加量を幾分低下させてでも原料
混合物を直接押出し成形した方が、造粒操作を含む2段
養生法よりも高性能な脱硫剤が得られるとの知見を得て
本発明を完成するに到ったのである。この直接押出し成
形法はCaSO4源として前述のように水和硬化速度が他のC
aSO4源よりも著しく大きい使用済脱硫剤を用いることに
よってその効果が最大限に発現されるものである。すな
わち、使用済脱硫剤をCaSO4源とした場合には原料調製
時に添加される水の量を例えば2段養生法における適正
値とほぼ同一の40〜45%にしても本発明の方法のように
前養生なしに混練操作だけで押出し操作に供し得る固さ
にすることができる。
以下、本発明を図面によりさらに詳細に説明する。
第1図は、本発明の方法になる脱硫剤の製造フローを
示す図である。脱硫剤の製造原料である消石灰(Ca(O
H)2)、石膏(CaSO4換算)および石炭灰の混合比率は
それぞれ15〜40重量部、5〜20重量部および40〜80重量
部の範囲が好ましい。なお、SO2との反応の主体である
消石灰の代りに生石灰(CaO)を使用してもよく、この
場合には混練時に発熱して水和硬化速度が上昇するとい
う利点が生じる。一方、CaSO4源としては、CaSO4・2H
2O、CaSO4・1/2 H2OまたはCaSO4のいずれの形態であっ
ても混練条件次第で使用可能であるが、操作の簡略化お
よび製造所要時間の短縮という本発明の目的を最大限に
あげるためには使用済脱硫剤を使用する方法が最も優れ
ている。すなわち、CaSO4源として使用済脱硫剤を用い
た場合の混練時における水和硬化速度は、CaSO4源とし
て半水石膏および2水石膏を用いた場合よりも著しく大
きく、また使用済脱硫剤中の硫酸カルシウムと同一形態
である無水石膏を用いた場合の水和硬化速度も使用済脱
硫剤を添加した場合に比較して著しく小さいものであ
る。これは使用済脱硫剤がCa(OH)2および石炭灰との
間で水和硬化体を生成するに際して結晶核的役割を果す
結果であると考えられる。
示す図である。脱硫剤の製造原料である消石灰(Ca(O
H)2)、石膏(CaSO4換算)および石炭灰の混合比率は
それぞれ15〜40重量部、5〜20重量部および40〜80重量
部の範囲が好ましい。なお、SO2との反応の主体である
消石灰の代りに生石灰(CaO)を使用してもよく、この
場合には混練時に発熱して水和硬化速度が上昇するとい
う利点が生じる。一方、CaSO4源としては、CaSO4・2H
2O、CaSO4・1/2 H2OまたはCaSO4のいずれの形態であっ
ても混練条件次第で使用可能であるが、操作の簡略化お
よび製造所要時間の短縮という本発明の目的を最大限に
あげるためには使用済脱硫剤を使用する方法が最も優れ
ている。すなわち、CaSO4源として使用済脱硫剤を用い
た場合の混練時における水和硬化速度は、CaSO4源とし
て半水石膏および2水石膏を用いた場合よりも著しく大
きく、また使用済脱硫剤中の硫酸カルシウムと同一形態
である無水石膏を用いた場合の水和硬化速度も使用済脱
硫剤を添加した場合に比較して著しく小さいものであ
る。これは使用済脱硫剤がCa(OH)2および石炭灰との
間で水和硬化体を生成するに際して結晶核的役割を果す
結果であると考えられる。
消石灰、使用済脱硫剤および石炭灰からなる原料混合
物は必要に応じて乾式混合した後にこれに水が添加され
混練される。水の添加量は得られる脱硫剤のSO2吸収性
能のみならず、製品歩留りおよび脱硫剤の強度、操作性
等を考慮して決定されるべきものであるが、本発明の効
果を最大限に発現する水添加量は原料混合物100重量部
(乾量基準)に対して30〜45、望ましくは35〜42重量部
である。混練時に添加する水としては通常の工業用水程
度の水質を持つものであれば特に問題なく使用可能であ
る。また、添加する水の温度は特に制限を受けないが、
硬化速度の増大を図るという点では出来る限り熱い状態
で加えることが望ましい。水添加量が30%未満の場合に
は混合時「パサパサ」な状態となって製品歩留りが小さ
く、得られる脱硫剤の強度も小さいものとなる。一方、
水添加量が45%を超えると混練物を押出し機にかけた
時、押出し品が相互に付着し、脱硫剤として使用不能と
なる。また、添加水量が多いと乾燥によって除去すべき
水量も当然増大することになるから熱経済的にも不利と
なる。なお、混練時にセメントの凝結促進剤として知ら
れている物質、例えば水ガラス、CaCl2、NaOH、KOH、Na
2SO4、K2SO4、Na2CO3K2CO3等を添加すれば水和硬化速度
が増大し、場合によっては使用済脱硫剤以外のCaSO4源
を用いても迅速に水和硬化が進行することになるが、添
加物の使用は脱硫剤の製造コストの上昇のみならず、使
用済脱硫剤の利用分野を制限することになる。
物は必要に応じて乾式混合した後にこれに水が添加され
混練される。水の添加量は得られる脱硫剤のSO2吸収性
能のみならず、製品歩留りおよび脱硫剤の強度、操作性
等を考慮して決定されるべきものであるが、本発明の効
果を最大限に発現する水添加量は原料混合物100重量部
(乾量基準)に対して30〜45、望ましくは35〜42重量部
である。混練時に添加する水としては通常の工業用水程
度の水質を持つものであれば特に問題なく使用可能であ
る。また、添加する水の温度は特に制限を受けないが、
硬化速度の増大を図るという点では出来る限り熱い状態
で加えることが望ましい。水添加量が30%未満の場合に
は混合時「パサパサ」な状態となって製品歩留りが小さ
く、得られる脱硫剤の強度も小さいものとなる。一方、
水添加量が45%を超えると混練物を押出し機にかけた
時、押出し品が相互に付着し、脱硫剤として使用不能と
なる。また、添加水量が多いと乾燥によって除去すべき
水量も当然増大することになるから熱経済的にも不利と
なる。なお、混練時にセメントの凝結促進剤として知ら
れている物質、例えば水ガラス、CaCl2、NaOH、KOH、Na
2SO4、K2SO4、Na2CO3K2CO3等を添加すれば水和硬化速度
が増大し、場合によっては使用済脱硫剤以外のCaSO4源
を用いても迅速に水和硬化が進行することになるが、添
加物の使用は脱硫剤の製造コストの上昇のみならず、使
用済脱硫剤の利用分野を制限することになる。
原料混合物の混練時間は組成の均一化が図られると同
時に混練物の固さが所定値になるように調節されるが、
この固さは針入度によって評価するのが簡便である。こ
こで、針入度とは所定太さの針に所定の荷重を一定時間
かけた時に針が進入する距離(深さ)をいい、この値が
小さい程試料が固いことを示すが、太さ1mmの針に50gの
荷重を5秒間かけた時の針の進入深さ(mm)、すなわち
針入度が150以下の場合には押出し等の成形操作に耐え
られる程度の固さを発現しているものと考えられる。一
方、混練物が固くなり過ぎると押出し機への供給が不可
能となるばかりでなく、混練および押出し操作自体も実
施不能となる。
時に混練物の固さが所定値になるように調節されるが、
この固さは針入度によって評価するのが簡便である。こ
こで、針入度とは所定太さの針に所定の荷重を一定時間
かけた時に針が進入する距離(深さ)をいい、この値が
小さい程試料が固いことを示すが、太さ1mmの針に50gの
荷重を5秒間かけた時の針の進入深さ(mm)、すなわち
針入度が150以下の場合には押出し等の成形操作に耐え
られる程度の固さを発現しているものと考えられる。一
方、混練物が固くなり過ぎると押出し機への供給が不可
能となるばかりでなく、混練および押出し操作自体も実
施不能となる。
なお、本発明のように混練物を押出し法によって成形
する場合には固さの許容範囲が造粒成形の場合よりも著
しく拡大されるのが大きな特長である。すなわち、造粒
操作を行う場合には粒子同士が互いに衝突合体し、また
造粒機の内壁面上を粒子が転がり運動をするために粒子
表面に水分が浮き出してくるという現象が起こる。従っ
て、造粒操作を行うことによって粒子同士が付着し易く
なるために、添加水量を少なくするか、または予め養生
操作によって自由水分の量を低減させておく必要があ
る。Ca(OH)2−CaSO4−石炭灰−水系混合物または水
和硬化物が造粒成形可能であるためには試料の針入度が
50〜100の範囲にあることが望まれるが、押出し法では
金型の形状等を調整することによって造粒成形法の場合
よりも軟らかい混練物(針入度<150)をも「水の浮き
出し現象」なしに取扱うことができる。
する場合には固さの許容範囲が造粒成形の場合よりも著
しく拡大されるのが大きな特長である。すなわち、造粒
操作を行う場合には粒子同士が互いに衝突合体し、また
造粒機の内壁面上を粒子が転がり運動をするために粒子
表面に水分が浮き出してくるという現象が起こる。従っ
て、造粒操作を行うことによって粒子同士が付着し易く
なるために、添加水量を少なくするか、または予め養生
操作によって自由水分の量を低減させておく必要があ
る。Ca(OH)2−CaSO4−石炭灰−水系混合物または水
和硬化物が造粒成形可能であるためには試料の針入度が
50〜100の範囲にあることが望まれるが、押出し法では
金型の形状等を調整することによって造粒成形法の場合
よりも軟らかい混練物(針入度<150)をも「水の浮き
出し現象」なしに取扱うことができる。
針入度150以下の固さを持つ混練物は次に押出し機に
供給され、直径2〜10mmの孔を有するノズルから押出さ
れる。この場合、押出し成形品は長さ5〜30mm程度の柱
状破断品として押出されることが好ましい。脱硫剤の適
正サイズは脱硫性能のみならず、吸収塔に充填し、被処
理ガスを供給した際の圧力損失等を考慮して決定され
る。すなわち、本Ca(OH)2−CaSO4−石炭灰系水和硬
化体によるSO2吸収反応の律速過程は概ね脱硫剤中をSO2
分子等が拡散して行く過程であり、従って脱硫剤の粒径
が小さい程吸収性能は良好となるが、一方では通気時に
示される圧力損失が大きくなるので自ら適正粒径が存在
することになる。使用される脱硫剤製造用原料および被
処理ガスの性状、さらに目的とするプラント効率によっ
ても異なるが、目標となる脱硫剤の大きさは大略上記の
値となる。
供給され、直径2〜10mmの孔を有するノズルから押出さ
れる。この場合、押出し成形品は長さ5〜30mm程度の柱
状破断品として押出されることが好ましい。脱硫剤の適
正サイズは脱硫性能のみならず、吸収塔に充填し、被処
理ガスを供給した際の圧力損失等を考慮して決定され
る。すなわち、本Ca(OH)2−CaSO4−石炭灰系水和硬
化体によるSO2吸収反応の律速過程は概ね脱硫剤中をSO2
分子等が拡散して行く過程であり、従って脱硫剤の粒径
が小さい程吸収性能は良好となるが、一方では通気時に
示される圧力損失が大きくなるので自ら適正粒径が存在
することになる。使用される脱硫剤製造用原料および被
処理ガスの性状、さらに目的とするプラント効率によっ
ても異なるが、目標となる脱硫剤の大きさは大略上記の
値となる。
押出し機としては特に制限を受けるものではないが、
使用される金型の特性は、得られる脱硫剤の性能を決定
する上で重要である。
使用される金型の特性は、得られる脱硫剤の性能を決定
する上で重要である。
前記柱状破断品として成形物を得る場合、混練物は押
出された後、自重によって自然に切断し、通常5〜30mm
程度の長さになるが、金型の板厚が厚過ぎると押出し物
が長い柱状(いわゆる「ウドン状」)となってしまい、
脱硫装置への供給、抜き出し等の操作が困難になるばか
りでなく、活性も低くなる。このように自重によって破
断することによっても脱硫剤の性能向上が図られる。も
し混練物を従来のように粉状または小塊状に破砕した後
に造粒等の成形操作を行った場合は、粒子表面には水が
浮き出すと同時に緻密層が形成されるために活性は明ら
かに低いものとなる。また、押出し成形法の特徴は単に
破断面が形成されて活性が向上するというだけではな
く、外周に相当する面の活性化にもある。すなわち、前
記柱状破断品の押出し操作をミクロ的に見ると混練物ペ
ーストは一定速度で押出されるのではなく、ミクロン単
位の長さだけ押出された後に一瞬停止し、また再びミク
ロン単位の長さだけ押出され、また金型から排出された
時間で幾分膨脹するといった過程を辿る。従って、押出
し物の表面は決して均一に滑らかな状態にはならず、そ
の表面層はミクロ的にはウロコ状を呈している。このよ
うに表面にウロコ状凸凹を形成できるのは本発明におけ
る押出し成形法の大きな特徴である。なお、このように
表面がウロコ状になることによって粒子内部へのガスの
拡散が容易になる。押出し物の表面性状は押出しにかけ
られる混練物の水分含有率および押出し機の金型の板厚
等によって変化するが、脱硫剤として好ましい性状の押
出し物を得るための混合物ペーストの水分含有率は30〜
45%、望ましくは35〜42%である。既述の1段養生法の
適正水分含有率45%に比較して、この様に本発明の方法
において水分含有率の適正値が下げられるのは、このウ
ロコ状表面形状がむしろ低水分率の場合によく発達する
からであると考えられる。一方、押出し機の金型の板厚
は薄い程押出し圧力が低下するので、押出し成形物は粗
な粒子充填となり、厚い金型を通して押出した場合より
も多孔質でかつ密度の小さな脱硫剤が得られることにな
る。
出された後、自重によって自然に切断し、通常5〜30mm
程度の長さになるが、金型の板厚が厚過ぎると押出し物
が長い柱状(いわゆる「ウドン状」)となってしまい、
脱硫装置への供給、抜き出し等の操作が困難になるばか
りでなく、活性も低くなる。このように自重によって破
断することによっても脱硫剤の性能向上が図られる。も
し混練物を従来のように粉状または小塊状に破砕した後
に造粒等の成形操作を行った場合は、粒子表面には水が
浮き出すと同時に緻密層が形成されるために活性は明ら
かに低いものとなる。また、押出し成形法の特徴は単に
破断面が形成されて活性が向上するというだけではな
く、外周に相当する面の活性化にもある。すなわち、前
記柱状破断品の押出し操作をミクロ的に見ると混練物ペ
ーストは一定速度で押出されるのではなく、ミクロン単
位の長さだけ押出された後に一瞬停止し、また再びミク
ロン単位の長さだけ押出され、また金型から排出された
時間で幾分膨脹するといった過程を辿る。従って、押出
し物の表面は決して均一に滑らかな状態にはならず、そ
の表面層はミクロ的にはウロコ状を呈している。このよ
うに表面にウロコ状凸凹を形成できるのは本発明におけ
る押出し成形法の大きな特徴である。なお、このように
表面がウロコ状になることによって粒子内部へのガスの
拡散が容易になる。押出し物の表面性状は押出しにかけ
られる混練物の水分含有率および押出し機の金型の板厚
等によって変化するが、脱硫剤として好ましい性状の押
出し物を得るための混合物ペーストの水分含有率は30〜
45%、望ましくは35〜42%である。既述の1段養生法の
適正水分含有率45%に比較して、この様に本発明の方法
において水分含有率の適正値が下げられるのは、このウ
ロコ状表面形状がむしろ低水分率の場合によく発達する
からであると考えられる。一方、押出し機の金型の板厚
は薄い程押出し圧力が低下するので、押出し成形物は粗
な粒子充填となり、厚い金型を通して押出した場合より
も多孔質でかつ密度の小さな脱硫剤が得られることにな
る。
以上の操作によって得られた押出し成形物は必要に応
じて微細粒子を除去した後、蒸気養生し、ついで乾燥処
理して脱硫剤として使用される。
じて微細粒子を除去した後、蒸気養生し、ついで乾燥処
理して脱硫剤として使用される。
使用済脱硫剤を用いた場合に水和硬化速度が著しく大
きい理由については次のように考えられる。すなわち、
Ca(OH)2−CaSO4−石炭灰系水和硬化体形成における
石炭灰の役割はAl2O3または/およびSiO2を供給し、Ca
(OH)2−CaSO4−M−H2O系化合物を形成させることに
あると考えられる。ここで、MはAl2O3または/およびS
iO2である。
きい理由については次のように考えられる。すなわち、
Ca(OH)2−CaSO4−石炭灰系水和硬化体形成における
石炭灰の役割はAl2O3または/およびSiO2を供給し、Ca
(OH)2−CaSO4−M−H2O系化合物を形成させることに
あると考えられる。ここで、MはAl2O3または/およびS
iO2である。
Ca(OH)2−CaSO4−M−H2O系化合物がSO2を吸収、
酸化すると次式の反応のようにCaSO4が形成され、その
際にMが遊離(再生)することになる。
酸化すると次式の反応のようにCaSO4が形成され、その
際にMが遊離(再生)することになる。
Ca(OH)2−CaSO4−M−H2O+SO2+O2 →CaSO4+M+H2O CaSO4源として使用済脱硫剤を使用すると、既にこの中
にMが含有され、新たに石炭灰からMが溶出しなくても
Ca(OH)2−CaSO4混合物の水和硬化反応は容易に進行
することになる。これに対して、CaSO4源として2水石
膏(CaSO4・2H2O)、半水石膏(CaSO4・1/2 H2O)、無
水石膏(CaSO4)等を使用した場合には、石炭灰からM
が溶出しない限り、Ca(OH)2−CaSO4−M−H2O系化合
物の形成反応は進行しないことになり、反応速度は使用
済脱硫剤をCaSO4源にした場合よりも著しく小さいもの
になる。このように使用済脱硫剤をCaSO4源として使用
した場合には水和硬化体の形成機構が他のCaSO4源を使
用した場合と本質的に異なるものとなる。別記のよう
に、造粒操作を行う場合には粒子同士が互いに衝突し合
って合体し、また造粒機の内壁面上を粒子が転がり運動
をするために粒子表面に水分が浮き出すという現象が起
こる。粒子表面にこの様に水が浮き出すと、これは可溶
性塩を含むために、養生(水和硬化)の進行とともに表
面に可溶性塩を含む緻密層が形成され、得られる脱硫剤
の内部へのSO2の拡散が抑制されることになる。使用済
脱硫剤中にはNa、K、Mg、Mなど一旦石炭灰から溶出し
た成分が含まれているために、造粒操作を行った時に粒
子表面に浮き出して来る水の中の可溶性塩の濃度は石膏
をCaSO4源とした場合よりも高く、従って得られる脱硫
剤の粒子表面はより緻密となり、脱硫性能の低下が激し
いという結果になる。従って、本来水和硬化速度が大き
いという使用済脱硫剤添加品の特性を生かし、かつ脱硫
性能的にも優れた水和硬化体を得るためには、水の浮き
出し現象の起こらない成形方法が必要となる。なお、前
記押出し成形を行うと粒子表面がウロコ状になるのに対
し、造粒成形操作を行うと表面はマクロ的に滑らかな状
態になるばかりでなく、ミクロ的にも上述のように緻密
層が形成されるためにSO2吸収性能は低下することにな
る。
にMが含有され、新たに石炭灰からMが溶出しなくても
Ca(OH)2−CaSO4混合物の水和硬化反応は容易に進行
することになる。これに対して、CaSO4源として2水石
膏(CaSO4・2H2O)、半水石膏(CaSO4・1/2 H2O)、無
水石膏(CaSO4)等を使用した場合には、石炭灰からM
が溶出しない限り、Ca(OH)2−CaSO4−M−H2O系化合
物の形成反応は進行しないことになり、反応速度は使用
済脱硫剤をCaSO4源にした場合よりも著しく小さいもの
になる。このように使用済脱硫剤をCaSO4源として使用
した場合には水和硬化体の形成機構が他のCaSO4源を使
用した場合と本質的に異なるものとなる。別記のよう
に、造粒操作を行う場合には粒子同士が互いに衝突し合
って合体し、また造粒機の内壁面上を粒子が転がり運動
をするために粒子表面に水分が浮き出すという現象が起
こる。粒子表面にこの様に水が浮き出すと、これは可溶
性塩を含むために、養生(水和硬化)の進行とともに表
面に可溶性塩を含む緻密層が形成され、得られる脱硫剤
の内部へのSO2の拡散が抑制されることになる。使用済
脱硫剤中にはNa、K、Mg、Mなど一旦石炭灰から溶出し
た成分が含まれているために、造粒操作を行った時に粒
子表面に浮き出して来る水の中の可溶性塩の濃度は石膏
をCaSO4源とした場合よりも高く、従って得られる脱硫
剤の粒子表面はより緻密となり、脱硫性能の低下が激し
いという結果になる。従って、本来水和硬化速度が大き
いという使用済脱硫剤添加品の特性を生かし、かつ脱硫
性能的にも優れた水和硬化体を得るためには、水の浮き
出し現象の起こらない成形方法が必要となる。なお、前
記押出し成形を行うと粒子表面がウロコ状になるのに対
し、造粒成形操作を行うと表面はマクロ的に滑らかな状
態になるばかりでなく、ミクロ的にも上述のように緻密
層が形成されるためにSO2吸収性能は低下することにな
る。
石灰−石膏−石炭灰系水和硬化体を製造する方法にお
いて、ガス浄化剤の性能に影響する因子としては、原料
混合物の組成、添加する水の量、押出し機金型の形状、
および養生時の蒸気分圧、温度、時間等がある。この中
で性能の高いガス浄化剤を製造する条件として、養生時
間は9〜15時間が好ましい。しかし、養生装置内で被養
生物を積上げる高さを低くして養生すると装置が非常に
大きくなる。このため、積層の高さを高くして養生する
ことにより装置のコンパクト化が図られるが、被養生物
である押出し成形品は積層されると相互に付着すること
がある。
いて、ガス浄化剤の性能に影響する因子としては、原料
混合物の組成、添加する水の量、押出し機金型の形状、
および養生時の蒸気分圧、温度、時間等がある。この中
で性能の高いガス浄化剤を製造する条件として、養生時
間は9〜15時間が好ましい。しかし、養生装置内で被養
生物を積上げる高さを低くして養生すると装置が非常に
大きくなる。このため、積層の高さを高くして養生する
ことにより装置のコンパクト化が図られるが、被養生物
である押出し成形品は積層されると相互に付着すること
がある。
これを防止するために、原料該混練物を押出し成形し
た成形物を養生操作を行うに際し、養生中に被養生物の
積層の高さを変える、すなわち養生時間の経過により被
養生物同志が付着しない範囲で被養生物を高く積層させ
ることが望ましい。例えば養生開始1時間後までは積層
高さを25〜50mmにして養生を行い水和硬化を進めた後、
次に積層高さを200mm以上に増大させ養生を行うことに
より、成形物間の相互付着をなくし、養生装置のコンパ
クト化を図ることができる。
た成形物を養生操作を行うに際し、養生中に被養生物の
積層の高さを変える、すなわち養生時間の経過により被
養生物同志が付着しない範囲で被養生物を高く積層させ
ることが望ましい。例えば養生開始1時間後までは積層
高さを25〜50mmにして養生を行い水和硬化を進めた後、
次に積層高さを200mm以上に増大させ養生を行うことに
より、成形物間の相互付着をなくし、養生装置のコンパ
クト化を図ることができる。
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明す
る。
る。
実施例1〜5 消石灰(Ca(OH)2)30重量部、2水石膏(CaSO4ベ
ース)12重量部、石炭灰58重量部からなる混合物に水45
重量部を加えて2分間混合した後、100℃で2時間蒸気
養生した。得られた硬化物を目開き6.7mmのフルイを通
して造粒のための種子とした後に皿型造粒機によって造
粒した。造粒物を再び温度100℃で12時間蒸気養生し、
得られた養生品を130℃にて2時間加熱乾燥して脱硫剤
とした。
ース)12重量部、石炭灰58重量部からなる混合物に水45
重量部を加えて2分間混合した後、100℃で2時間蒸気
養生した。得られた硬化物を目開き6.7mmのフルイを通
して造粒のための種子とした後に皿型造粒機によって造
粒した。造粒物を再び温度100℃で12時間蒸気養生し、
得られた養生品を130℃にて2時間加熱乾燥して脱硫剤
とした。
本脱硫剤64kgを内容積100の円筒状反応容器に充填
し、これにSO2 460ppm、NOx 250ppm、O2 9%、CO2 11
%、H2O 8%、N2 残、からなる石炭焚発電用ボイラから
の排ガスを脱硫剤中の遊離アルカリが殆んど消費される
まで通じて本発明において「使用済脱硫剤」と称する物
質を得た。本使用済脱硫剤の組成は次の通りである。Si
O2 30.2%、Al2O3 12.0%、CaO 21.0%、MgO 1.13%、N
a2O 0.46%、K2O 1.17%、Fe2O3 2.32%、SO3 23.0%、
CO2 0.97%。
し、これにSO2 460ppm、NOx 250ppm、O2 9%、CO2 11
%、H2O 8%、N2 残、からなる石炭焚発電用ボイラから
の排ガスを脱硫剤中の遊離アルカリが殆んど消費される
まで通じて本発明において「使用済脱硫剤」と称する物
質を得た。本使用済脱硫剤の組成は次の通りである。Si
O2 30.2%、Al2O3 12.0%、CaO 21.0%、MgO 1.13%、N
a2O 0.46%、K2O 1.17%、Fe2O3 2.32%、SO3 23.0%、
CO2 0.97%。
次に、この使用済脱硫剤38重量部(CaSO4として16重
量部、ただしSO3は全てCaSO4として存在するものと考え
る)、消石灰30重量部、石炭灰32重量部からなる混合物
に熱水を30、35、40、42および45重量部添加して混練し
た。原料ペーストの固さが針入度で100になったところ
で混練を中止し、混練物を孔径6mm、板厚2.2mmの金型よ
り押出した。押出し物を底面が金網の容器中に入れて10
0℃の水蒸気中で15時間加熱、養生し、その後130℃で2
時間加熱乾燥して脱硫剤とした。この脱硫剤のうち、粒
径3.36〜4.73mmのものを選び出し、その4gを直径30mmの
反応管中の目皿上に置き、温度130℃において次の組成
を持つガスを流量2/minで流した。SO2 1000ppm、NO
200ppm、CO2 12%、O2 6%、H2O 10%、N2残、所定時間
毎に試料の一部を抜き出し、残存するアルカリ量を分析
することによってCaOの利用率を求めたところ、反応時
間50時間におけるCaO利用率は89.3%(水添加量:30
%)、90.0%(35%)、92.9%(40%)、96.0%(42
%)、92.6%(45%)であった。また、水添加量を40%
として調製した脱硫剤について反応時間とCaO利用率の
関係を求めたところ、次の結果が得られた。CaO利用率6
5.6%(反応時間:6時間)、88.0%(25時間)、92.9%
(50時間)、93.8%(75時間)、95.1%(100時間)。
量部、ただしSO3は全てCaSO4として存在するものと考え
る)、消石灰30重量部、石炭灰32重量部からなる混合物
に熱水を30、35、40、42および45重量部添加して混練し
た。原料ペーストの固さが針入度で100になったところ
で混練を中止し、混練物を孔径6mm、板厚2.2mmの金型よ
り押出した。押出し物を底面が金網の容器中に入れて10
0℃の水蒸気中で15時間加熱、養生し、その後130℃で2
時間加熱乾燥して脱硫剤とした。この脱硫剤のうち、粒
径3.36〜4.73mmのものを選び出し、その4gを直径30mmの
反応管中の目皿上に置き、温度130℃において次の組成
を持つガスを流量2/minで流した。SO2 1000ppm、NO
200ppm、CO2 12%、O2 6%、H2O 10%、N2残、所定時間
毎に試料の一部を抜き出し、残存するアルカリ量を分析
することによってCaOの利用率を求めたところ、反応時
間50時間におけるCaO利用率は89.3%(水添加量:30
%)、90.0%(35%)、92.9%(40%)、96.0%(42
%)、92.6%(45%)であった。また、水添加量を40%
として調製した脱硫剤について反応時間とCaO利用率の
関係を求めたところ、次の結果が得られた。CaO利用率6
5.6%(反応時間:6時間)、88.0%(25時間)、92.9%
(50時間)、93.8%(75時間)、95.1%(100時間)。
なお、SO2吸収性能以外の脱硫剤の特性と調製時の水
添加量の関係は第1表に示される通りであった。
添加量の関係は第1表に示される通りであった。
実施例6〜9 実施例1〜5におけると同一の使用済脱硫剤38重量部
(CaSO4として16重量部)、消石灰30重量部、石炭灰32
重量部からなる混合物に熱水40重量部を添加し、実施例
1〜5と同様の操作によって脱硫剤を調製した。ただ
し、蒸気養生時間を9、15、20および24時間としたとこ
ろ、脱硫反応時間:50時間におけるCaO利用率はそれぞれ
86.3、92.9、95.5および93.9%であった。
(CaSO4として16重量部)、消石灰30重量部、石炭灰32
重量部からなる混合物に熱水40重量部を添加し、実施例
1〜5と同様の操作によって脱硫剤を調製した。ただ
し、蒸気養生時間を9、15、20および24時間としたとこ
ろ、脱硫反応時間:50時間におけるCaO利用率はそれぞれ
86.3、92.9、95.5および93.9%であった。
実施例10〜12 実施例1〜5におけると同一の使用済脱硫剤38重量部
(CaSO4として16重量部)、消石灰30重量部、石炭灰32
重量部からなる混合物に熱水40重量部を添加し、実施例
1〜5と同様の操作によって脱硫剤を調製した。ただ
し、押出し機の金型の板厚を2.2、3.2および8.5mmとし
たところ、脱硫反応時間50時間におけるCaO利用率はそ
れぞれ92.9、91.5および90.3%であった。
(CaSO4として16重量部)、消石灰30重量部、石炭灰32
重量部からなる混合物に熱水40重量部を添加し、実施例
1〜5と同様の操作によって脱硫剤を調製した。ただ
し、押出し機の金型の板厚を2.2、3.2および8.5mmとし
たところ、脱硫反応時間50時間におけるCaO利用率はそ
れぞれ92.9、91.5および90.3%であった。
一方、SO2吸収性能以外の脱硫剤の特性と調製条件の
関係は第2表に示す通りであり、使用する金型の板厚が
薄いほど得られる脱硫剤の初期SO2吸収性能は向上する
が、強度は逆に幾分低下することを示している。
関係は第2表に示す通りであり、使用する金型の板厚が
薄いほど得られる脱硫剤の初期SO2吸収性能は向上する
が、強度は逆に幾分低下することを示している。
比較例1 消石灰30重量部、2水石膏(CaSO4ベース)16重量
部、石炭灰54重量部からなる混合物に熱水40重量部を加
えて2分間混練したところ、混練物ペーストの針入度は
200であった。これをさらに10分間混練し続けたが、針
入度は170であり、そのままでは押出し等の成形操作は
不可能であった。合計で12分間混練した原料ペーストを
平板上に約25mmの厚さに広げ、100℃の飽和水蒸気中に
4時間置いて水和硬化させた。次に、この硬化物を孔径
6mm、板厚2.2mmの金型より押出し、得られた押出し成形
物を底面を金網とした容器中に厚さ約25mmで入れて100
℃の水蒸気中で12時間加熱養生した後、130℃で2時間
加熱乾燥したところ、脱硫反応時間50時間におけるCaO
利用率は86.8%であった。
部、石炭灰54重量部からなる混合物に熱水40重量部を加
えて2分間混練したところ、混練物ペーストの針入度は
200であった。これをさらに10分間混練し続けたが、針
入度は170であり、そのままでは押出し等の成形操作は
不可能であった。合計で12分間混練した原料ペーストを
平板上に約25mmの厚さに広げ、100℃の飽和水蒸気中に
4時間置いて水和硬化させた。次に、この硬化物を孔径
6mm、板厚2.2mmの金型より押出し、得られた押出し成形
物を底面を金網とした容器中に厚さ約25mmで入れて100
℃の水蒸気中で12時間加熱養生した後、130℃で2時間
加熱乾燥したところ、脱硫反応時間50時間におけるCaO
利用率は86.8%であった。
比較例2 実施例1〜5におけると同一の使用済脱硫剤38重量部
(CaSO4として16重量部)、消石灰30重量部、石炭灰32
重量部からなる混合物に熱水40重量部を添加して原料ペ
ーストの固さが針入度で100になるまで混練した。混練
硬化物を目開き6.7mmのフルイを通して造粒のための種
子とした後に皿型造粒機によって大部分の粒径が3〜10
mmになるように造粒した。造粒物を温度100℃で15時間
蒸気養生し、得られた養生品を130℃で2時間加熱乾燥
して脱硫剤とした。本脱硫剤を実施例1〜6と同様にし
て脱硫性能を調べたところ、脱硫反応時間50時間におけ
るCaO利用率は85.2%であった。なお、本製造法を用い
た際の製品歩留り(粒径3mm以上)は95%、脱硫剤の強
度は8.0kg、細孔容積は0.21ml/g、比表面積はそれぞれ3
8.0m2/gであり、造粒操作を加えることによって脱硫剤
の製品歩留り、強度は増大するものの、細孔容積および
比表面積は造粒操作の有無によって殆んど変化しないこ
と、一方脱硫性能は造粒操作を加えることによって低下
することが明らかである。
(CaSO4として16重量部)、消石灰30重量部、石炭灰32
重量部からなる混合物に熱水40重量部を添加して原料ペ
ーストの固さが針入度で100になるまで混練した。混練
硬化物を目開き6.7mmのフルイを通して造粒のための種
子とした後に皿型造粒機によって大部分の粒径が3〜10
mmになるように造粒した。造粒物を温度100℃で15時間
蒸気養生し、得られた養生品を130℃で2時間加熱乾燥
して脱硫剤とした。本脱硫剤を実施例1〜6と同様にし
て脱硫性能を調べたところ、脱硫反応時間50時間におけ
るCaO利用率は85.2%であった。なお、本製造法を用い
た際の製品歩留り(粒径3mm以上)は95%、脱硫剤の強
度は8.0kg、細孔容積は0.21ml/g、比表面積はそれぞれ3
8.0m2/gであり、造粒操作を加えることによって脱硫剤
の製品歩留り、強度は増大するものの、細孔容積および
比表面積は造粒操作の有無によって殆んど変化しないこ
と、一方脱硫性能は造粒操作を加えることによって低下
することが明らかである。
実施例13 Ca(OH)230重量部、使用済脱硫剤38重量部(CaSO4と
して16重量部)、石炭灰32重量部からなる混合物に熱水
40重量部添加して混練した。この混練物を孔径6mm、板
厚2.2mmの金型より押出した押出し成形物を底面を金網
にした容器に積層高さ50、150、250mmに変化させ、養生
室の温度を95℃として15時間養生した。
して16重量部)、石炭灰32重量部からなる混合物に熱水
40重量部添加して混練した。この混練物を孔径6mm、板
厚2.2mmの金型より押出した押出し成形物を底面を金網
にした容器に積層高さ50、150、250mmに変化させ、養生
室の温度を95℃として15時間養生した。
その結果、積層高さを150mm、250mmと高くすると金網
底部に成形物間の相互付着が発生することがわかった。
底部に成形物間の相互付着が発生することがわかった。
そこで成形物の積層高さを50mmにして0.5、1および
2時間養生した後、積層高さを250mmにして、養生する
と、いずれの場合も付着は見られなかった。
2時間養生した後、積層高さを250mmにして、養生する
と、いずれの場合も付着は見られなかった。
従って、押出し成形物を最初積層高さを50mmにして0.
5時間、望ましくは1時間養生を行いある程度水和硬化
を行った後、積層高さを250mmに高くし養生することに
より、養生時の成形物間の付着が起らず、活性な水和硬
化体が得られることがわかった。
5時間、望ましくは1時間養生を行いある程度水和硬化
を行った後、積層高さを250mmに高くし養生することに
より、養生時の成形物間の付着が起らず、活性な水和硬
化体が得られることがわかった。
第4図は、実施例13の結果に基づいて発明された蒸気
養生装置の構造の1例を示す。養生装置1は、1段目2
と2段目3に上下2段に分離したベルトを有し、供給口
5から押出し成形物は1段目のベルト2に定量的に供給
される。1段目のベルト上では、被養生物5の積層高さ
を25〜50mmに保持できるようにベルトの送り速度を調節
して1時間水蒸気養生が行われる。次にこれを2段目の
ベルト3上に送り、積層高さ200〜300mmになるようベル
トの送り速度を調節し水蒸気養生を行う。なお、水蒸気
供給口6から装置底部に設置した配管から水蒸気を供給
して成形物の養生を行い排気口7から排出する。養生を
終えた成形物は取り出し口8から抜き出し、次に乾燥工
程に送られ、製品となる。なお、養生装置として回転円
板式の養生装置を用いても、同様の効果が得られる。
養生装置の構造の1例を示す。養生装置1は、1段目2
と2段目3に上下2段に分離したベルトを有し、供給口
5から押出し成形物は1段目のベルト2に定量的に供給
される。1段目のベルト上では、被養生物5の積層高さ
を25〜50mmに保持できるようにベルトの送り速度を調節
して1時間水蒸気養生が行われる。次にこれを2段目の
ベルト3上に送り、積層高さ200〜300mmになるようベル
トの送り速度を調節し水蒸気養生を行う。なお、水蒸気
供給口6から装置底部に設置した配管から水蒸気を供給
して成形物の養生を行い排気口7から排出する。養生を
終えた成形物は取り出し口8から抜き出し、次に乾燥工
程に送られ、製品となる。なお、養生装置として回転円
板式の養生装置を用いても、同様の効果が得られる。
本発明によれば、従来2段階に行うことを基本として
きた蒸気養生操作が1回で済み、かつ造粒操作なしに高
歩留りでCa(OH)2−CaSO4−石炭灰系水和硬化体を製
造することができる。また、得られる水和硬化体の脱硫
剤としての性能も従来法よりも優れたものとなる。
きた蒸気養生操作が1回で済み、かつ造粒操作なしに高
歩留りでCa(OH)2−CaSO4−石炭灰系水和硬化体を製
造することができる。また、得られる水和硬化体の脱硫
剤としての性能も従来法よりも優れたものとなる。
第1図は、本発明の一実施例を示す脱硫剤製造方法のフ
ローを示す図、第2図は従来の脱硫剤製造方法のうち破
砕、分級操作を含む1段養生法のフローを示す図、一方
第3図は従来法のうち造粒操作を含む2段養生法のフロ
ーを示す図、第4図は、本発明に用いる養生装置の一実
施例を示す説明図である。 1……養生装置、2……1段目ベルト、3……2段目ベ
ルト、4……ガス浄化剤(脱硫剤)、5……供給口、6
……水蒸気、7……排気口、8……取り出し口。
ローを示す図、第2図は従来の脱硫剤製造方法のうち破
砕、分級操作を含む1段養生法のフローを示す図、一方
第3図は従来法のうち造粒操作を含む2段養生法のフロ
ーを示す図、第4図は、本発明に用いる養生装置の一実
施例を示す説明図である。 1……養生装置、2……1段目ベルト、3……2段目ベ
ルト、4……ガス浄化剤(脱硫剤)、5……供給口、6
……水蒸気、7……排気口、8……取り出し口。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C04B 28/18 (72)発明者 溝口 忠昭 広島県呉市宝町3番36号 バブコック日 立株式会社呉研究所内 (72)発明者 桑原 隆範 広島県呉市宝町3番36号 バブコック日 立株式会社呉研究所内 (72)発明者 西村 士 広島県呉市宝町6番9号 バブコック日 立株式会社呉工場内 (56)参考文献 特開 昭52−113370(JP,A) 特開 昭53−113818(JP,A) 特開 昭56−113407(JP,A) 特開 昭61−209038(JP,A) 特開 昭62−254824(JP,A)
Claims (5)
- 【請求項1】石灰−石膏−石炭灰系混合物に水を加えて
混練した後、該混練物を直径2〜10mmの孔を通して押出
す操作を含むことを特徴とする石灰−石膏−石炭灰系水
和硬化体の製造方法。 - 【請求項2】前記混合物の石膏源となる物質の少なくと
もその一部が、石灰−石膏−石炭灰系水和硬化体が硫黄
酸化物含有ガスと接触した後の使用済脱硫剤であること
を特徴とする請求項1記載の石灰−石膏−石炭灰系水和
硬化体の製造方法。 - 【請求項3】石灰−石膏−石炭灰系混合物に対して添加
する水の量が原料混合物100重量部当り30〜45重量部で
あることを特徴とする請求項1または2記載の石灰−石
膏−石炭灰系水和硬化体の製造方法。 - 【請求項4】押出し成形物を蒸気中で24時間以内で養生
処理する操作を含むことを特徴とする請求項1記載の石
灰−石膏−石炭灰系水和硬化体の製造方法。 - 【請求項5】養生装置内で被養生物を積層するととも
に、該積層高さを養生中に変更することを特徴とする請
求項4記載の石灰−石膏−石炭灰系水和硬化体の製造方
法。
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CN114555222B (zh) * | 2019-12-20 | 2024-06-14 | 北海道电力株式会社 | 蒸汽固化装置及脱硫剂制造装置 |
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