セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法及びその低減装置
【課題】
セメント製造設備から排出される排ガス中に含まれる水銀、亜鉛等の重金属、特に揮発性重金属の含有量を効果的に低減するための新規な低減方法及び低減装置を提供する。
【解決手段】
セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法及び装置は、例えば図２に示すように、セメント原料粉砕装置が稼働中の時には、セメント原料焼成用ロータリーキルンで発生する燃焼排ガスを、プレヒータ、該セメント原料粉砕装置及び集塵機、ダスト分離フィルタ装置を経て外部に排出するとともに、セメント原料粉砕装置が停止中の時には、該燃焼排ガスを該プレヒータ、該ダスト分離フィルタ装置を経て重金属除去装置に導入して重金属を除去した後に外部に排出することを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法及び装置である。
セメント製造設備から排出される排ガス中に含まれる水銀、亜鉛等の重金属、特に揮発性重金属の含有量を効果的に低減するための新規な低減方法及び低減装置を提供する。
【解決手段】
セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法及び装置は、例えば図２に示すように、セメント原料粉砕装置が稼働中の時には、セメント原料焼成用ロータリーキルンで発生する燃焼排ガスを、プレヒータ、該セメント原料粉砕装置及び集塵機、ダスト分離フィルタ装置を経て外部に排出するとともに、セメント原料粉砕装置が停止中の時には、該燃焼排ガスを該プレヒータ、該ダスト分離フィルタ装置を経て重金属除去装置に導入して重金属を除去した後に外部に排出することを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法及び装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法及びその低減装置に関し、詳細にはセメント製造設備から排出される排ガスに含まれる水銀、亜鉛等の揮発性重金属の含有量を低減する方法及び該排ガス中の揮発性重金属を低減する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、セメント製造設備においては、建設発生土、汚泥、煤塵、食品系廃棄物、廃プラスチックなどの廃棄物の有効利用を図るため、これらを原燃料として活用しているが、セメント製造原単位に占める廃棄物系原燃料の増加に伴い、これらの廃棄物に含まれる微量成分により、セメント製造設備の操業状態の不安定化やセメント組成がＪＩＳ規格から逸脱したりするという問題を生じている。
【０００３】
水銀や亜鉛等の重金属を含む産業廃棄物などをセメント原燃料として利用する場合、セメント製造設備内で循環濃縮する重金属、特に揮発性重金属の量が増大する傾向にある。
このように、セメント設備内で水銀や亜鉛等の重金属が蓄積され、セメント製造設備外に、排ガス中に含まれて排気される重金属量が増加し、重大な大気汚染の問題を生じる。
従って、セメント製造設備からの排ガス中の水銀や亜鉛等の重金属を低減する必要が生じている。
【０００４】
セメントを製造する際に、該設備内に蓄積する水銀やダイオキシン等の有害物質を蓄積することを防止する方法として、特開２００５−９７００５号公報（特許文献１）には、セメント原料焼成用のロータリーキルンで発生する燃焼排ガスを、該セメント原料を予熱するためのプレヒータ、該セメント原料を乾燥せしめるためのドライヤーおよび集塵機を経て煙突より排出するようにしたセメントの製造方法において、プレヒータより排出された後、煙突に至るまでの間の配管又は装置内を流通する温度３５０℃以上の排ガスの一部を抽気して、抽気した排ガスよりダストを分離後、ガスを温度１００℃以下に冷却して含有する気化物を凝縮せしめる、セメントの製造方法が記載されている。
【０００５】
特開２００２−２８４５５０号公報（特許文献２）には、セメント製造工程の排ガスからダストを捕集し、この捕集した集塵ダストを、セメント焼成後のクリンカ粉砕工程に投入し、またはクリンカ粉砕物に投入することにより、外部に放出される排ガス中の揮発性金属成分の濃度を低減することを特徴とするセメント製造排ガスの処理方法が記載されている。
【０００６】
更に特開２００２−３５５５３１号公報（特許文献３）には、セメント製造工程の排ガスから捕集した集塵ダストを加熱炉に導き、集塵ダストに含まれる揮発性金属成分の揮発温度以上に加熱して上記揮発性金属成分をガス化して除去し、揮発性金属成分を除去した集塵ダストをセメント原料の一部に用いることを特徴とするセメント製造排ガスの処理方法が記載されている。
【０００７】
また、特開２００９−３０８８３号公報（特許文献４）には、重金属を含むセメント原料を予熱するプレヒータと、前記プレヒータにて予熱されたセメント原料を焼成するキルンと、前記プレヒータから排出される排ガス中のダストを捕集する集塵装置と、特定の重金属除去装置と、前記プレヒータ又は前記キルンの窯尻部と前記第１の分離装置とを接続し、前記プレヒータ又は前記キルンの窯尻部から抽気した抽気ガスを前記第１の分離装置に供給するダクトとを備え、前記集塵装置にて捕集されたダストを、前記ダクトの途中に導入し、前記第１の分離装置及び前記第２の分離装置にて分離されたダストを、前記プレヒータに投入することを特徴とするセメント製造システムが記載されている。
しかし、抽気ガス量はセメント製造設備の制約から限られており、水銀の除去量が制約され、セメント製造設備内を循環濃縮する水銀総量の低減速度が遅くなり、結果として煙突より排出される排ガス中の水銀量を低減させるのに、数十日を要する等、迅速に水銀量を低減させることができず、応答性に問題がある。
【０００８】
今後、セメント製造設備において廃棄物のリサイクルがますます進められ、廃棄物からの重金属量も増加する傾向にあり、かかる廃棄物系資源の有効利用の拡大を図るためには、重金属含有量の高い産業廃棄物等の原燃料の受入に対応した、新規なセメント製造設備の重金属低減技術の確立が望まれているところである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−９７００５号公報
【特許文献２】特開２００２−２８４５５０号公報
【特許文献３】特開２００２−３５５５３１号公報
【特許文献４】特開２００９−３０８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決し、セメント製造設備から排出される排ガス中に含まれる水銀、亜鉛等の重金属、特に揮発性重金属の含有量を効果的に低減するための新規な低減方法及び低減装置を提供することである。
具体的には、セメント製造設備内で循環濃縮される水銀等の重金属量の大幅な削減を簡潔に図ることができ、セメント製造設備から排出される排ガス中に含まれる水銀、亜鉛等の重金属、特に揮発性重金属を、迅速に応答性良く低減する新規な方法及び低減装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法は、セメント原料粉砕装置が稼働中の時には、セメント原料焼成用ロータリーキルンで発生する燃焼排ガスを、プレヒータ、該セメント原料粉砕装置及び集塵機、ダスト分離フィルタ装置を経て外部に排出するとともに、セメント原料粉砕装置が停止中の時には、該燃焼排ガスを該プレヒータ、該ダスト分離フィルタ装置を経て重金属除去装置に導入して重金属を除去した後に外部に排出することを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法である。
【００１２】
好適には、上記本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法において、原料粉砕装置の稼動の有無に係らず、更に、該プレヒータから排出された燃焼ガスの排ガスの一部をスタビライザに通過させた後、該集塵機に導入することを特徴とする。
更に好適には、上記本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法において、該重金属除去装置は排ガス洗浄手段を備え、該排ガス洗浄手段においては、該排ガス中の非水溶性揮発性重金属及びその化合物を洗浄液と接触させて、該揮発性重金属を該洗浄液で酸化して可溶性とし、該洗浄液に溶解させて該重金属を除去することを特徴とする。
【００１３】
また好適には、上記本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法において、該重金属除去装置は減温手段と重金属吸着手段とを備え、該減温手段では該排ガスを２００℃以下に減温し、次いで重金属吸着手段にて該排ガス中の揮発性重金属及びその化合物を吸着させて重金属を除去することを特徴とする。
更にまた好適には、上記本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法において、該重金属は水銀であることを特徴とする。
【００１４】
本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置は、セメント原料焼成用ロータリーキルン及びプレヒータを備える原料焼成装置、原料粉砕装置、集塵機、ダスト分離フィルタ、重金属除去装置を備え、該原料粉砕装置は稼動又は停止し、該原料粉砕装置が稼動中の時には該原料焼成装置から排出された排ガスが、該原料粉砕装置、該集塵機、該ダスト分離フィルタを通過して外部に排出されるように該原料粉砕装置、該集塵機、該ダスト分離フィルタが設置され、該原料粉砕装置が停止中の時には該原料焼成装置から排出された排ガスが、該ダスト分離フィルタ、該重金属除去装置を通過して外部に排出されるように、該ダスト分離フィルタ、該重金属除去装置が設置されることを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置である。
【００１５】
好適には、上記本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置において、
該原料粉砕装置に稼動の有無に係らず、更に、該原料焼成装置から排出された排ガスを通過させるスタビライザを、該原料焼成装置と該集塵機との間に設置することを特徴とする。
更に好適には、上記本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置において、該重金属除去装置は、該排ガス中の非水溶性揮発性重金属及びその化合物を洗浄液と接触させて、該揮発性重金属を該洗浄液で酸化して可溶性とし、該洗浄液に溶解させて該重金属を除去する、排ガス洗浄手段であることを特徴とする。
【００１６】
また好適には、上記本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置において、該重金属除去装置は、減温手段と重金属吸着手段とを備え、該排ガスを２００℃以下に減温する減温手段と、該排ガス中の揮発性重金属及びその化合物を吸着させて重金属を除去する重金属吸着手段とを備えることを特徴とする。
更にまた好適には、上記本発明のセメント製造設備からの重金属低減装置において、重金属は水銀であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法及び低減装置により、セメント製造設備装置内を循環する水銀等の重金属、特に揮発性重金属の濃度及び量を簡潔に低減することが可能となる。
特に、排ガス中に含まれる揮発性重金属を迅速に応答性よく、簡潔に除去することが可能となる。
【００１８】
更に、原料粉砕装置が停止している際に、排ガス中に重金属が多く含まれることから、原料粉砕装置が停止している時の排ガスから重金属を除去する処理を行なうことで、セメント製造設備全体のランニングコストを削減することが可能となる。
【００１９】
また、本発明の方法及び装置を用いることで、セメント製造設備において、廃棄物系資源の有効利用の拡大を図ることができ、水銀等の重金属の含有量が高い産業廃棄物等の原燃料の受入に対応した、セメント製造設備の確立が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来のセメント製造設備装置の一例を模式的に表す図である。
【図２】本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属の低減方法を実施するための低減装置の一例を模式的に表す図である。
【図３】従来のセメント製造設備の煙突から排出される水銀濃度の変化の一例を示す図である。
【図４】本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法を適用した場合の煙突から排出される水銀濃度の変化の一例を示す図である。
【図５】従来のセメント製造設備の煙突から排出される水銀濃度の変化の他の一例を示す図である。
【図６】本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法を適用した場合の煙突から排出される水銀濃度の変化の他の一例を示す図である。
【図７】従来のセメント製造設備の煙突から排出される水銀濃度の変化の他の一例を示す図である。
【図８】本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法を適用した場合の煙突から排出される水銀濃度の変化の他の一例を示す図である。
【図９】従来のセメント製造設備の原料混合・供給装置における水銀保有量の変化の一例を示す図である。
【図１０】本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法を適用した場合の原料混合・供給装置における水銀保有量の変化の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
従来のセメント製造設備の代表的な一例を図１を参照しながら概略説明する。
図１は、従来のセメント製造設備の代表的な一例を示す図である。
プレヒータ２に供給された、セメント原料は、セメントロータリーキルン１からの排ガスにより予熱され、仮焼炉３での脱炭酸後、ロータリーキルン１に送られ焼成されている。
セメント原燃料に含まれる水銀は、プレヒータ２内でほとんど揮発し、セメントロータリーキルン１の排ガスとともにプレヒータ２の外に排出される。
一例として、プレヒータ２内の原料の水銀濃度を測定した結果を、次の表１に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
上記表１より、プレヒータ２中のサイクロン２ｄにおいて、セメント原料中の水銀の９０％が排ガス側に揮発していることがわかる。
かかる排ガス中の水銀等の重金属は、原料ミル等の原料粉砕装置６でセメント原料に吸着し、原料混合・供給装置１０内を介して、セメント原料として、プレヒータ２に供給されてセメント製造設備Ｘ内を循環する。
また、排ガス中の水銀等の重金属は、排ガス中のダストに含まれる未燃カーボンにも吸着し、集塵機７でダストと共に捕集され、原料混合・供給装置１０内でフレッシュなセメント原料と混合されて、セメント原料・燃料として、プレヒータ２に供給されてセメント製造設備Ｘ内を再循環する。
かかる水銀等の重金属の循環濃縮量の増大とともに、煙突１１等より外気に排出される排ガス中に含まれる水銀等の重金属量が徐々に増加し、最終的には定常状態に達してしまう。
【００２４】
また、図１のセメント製造設備Ｘにおいては、セメントプレヒータ２から排出される排ガス中に含まれる水銀等の重金属は、ガス温度の低下とともに排ガス中のダストに含まれる未燃カーボンに吸着する。かかるダストを集塵機７で捕集し、バグフィルタ等のダスト分離装置８を経て排ガスから分離し、ダストを重金属の沸点以上に加熱することにより、ダスト中の重金属を揮発させ、ダストの重金属を除去し、かかるダストをセメント原料として再利用する方法も提案されているが、ダストの加熱熱源をあらたに確保する必要があり、多量のダストの加熱も必要であり、更にセメント製造設備内で循環濃縮する水銀総量を減少させて煙突より排気される水銀量を低減するのに数十日かかるという応答性の問題も解決されない。
【００２５】
従って、本発明は、水銀等の重金属を排ガス中から応答性良く除去して、該重金属のセメント設備内での循環濃縮量等を減少させるものである。
本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法は、セメント原料粉砕装置が稼働中の時には、セメント原料焼成用ロータリーキルンで発生する燃焼排ガスを、プレヒータ、該セメント原料粉砕装置及び集塵機、ダスト分離フィルタ装置を経て外部に排出するとともに、セメント原料粉砕装置が停止中の時には、該燃焼排ガスを該プレヒータ、該ダスト分離フィルタ装置を経て重金属除去装置に導入して重金属を除去した後に外部に排出する、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法である。
好適には、該原料粉砕装置の稼動の有無に係らず、更に、該プレヒータから排出された燃焼ガスの排ガスの一部をスタビライザに通過させた後、該集塵機に導入する。
【００２６】
また、本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置は、セメント原料焼成用ロータリーキルン及びプレヒータを備える原料焼成装置、原料粉砕装置、集塵機、ダスト分離フィルタ、重金属除去装置を備え、該原料粉砕装置は稼動又は停止し、該原料粉砕装置が稼動中の時には該原料焼成装置から排出された排ガスが、該原料粉砕装置、該集塵機、該ダスト分離フィルタを通過して外部に排出されるように該原料粉砕装置、該集塵機、該ダスト分離フィルタが設置され、該原料粉砕装置が停止中の時には該原料焼成装置から排出された排ガスが、該ダスト分離フィルタ、該重金属除去装置を通過して外部に排出されるように、該ダスト分離フィルタ、該重金属除去装置が設置されている、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置である。
好適には、該原料粉砕装置に稼動の有無に係らず、更に、該原料焼成装置から排出された排ガスを通過させるスタビライザを、該原料焼成装置と該集塵機との間に設置する。
【００２７】
図２は、本発明のセメント製造設備Ｘからの排ガス中の重金属低減方法を実施するための低減装置を模式的に示す一例の図であり、図２を参照して本発明を詳細に説明するが、これらに限定されるものではない。
なお、図１及び図２中、実線はガスの流れ、点線は原料等の材料の流れを表す。
セメント製造原料は、原料粉砕装置６で粉砕混合されて、原料混合・供給系装置１０を経由してプレヒータ２の上部、プレヒータ２ｄに供給される。
ここでセメント原料としては、例えば石灰石、粘土、珪石、鉄滓、スラッジ・都市ごみの焼却で発生する主灰等の廃棄物を使用することができる。特に原料では石灰石や廃棄物が、また燃料では石炭が、セメント製造設備内に水銀を多く供給する。
【００２８】
プレヒータ２は、複数のサイクロン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから構成されており、その数は限定されない。
前記セメント原料は、プレヒータ２内を、上部のサイクロン２ｄから下部方向へサイクロン２ｃ、サイクロン２ｂ、サイクロン２ａへと順次移動しながら予熱されて、最下部のサイクロン２ａに導入された後、ロータリーキルン１へと供給される。
【００２９】
さらに、プレヒータ２とロータリーキルン１の間に仮焼炉３を設けてもよく、セメント原料の仮焼を効率的に促進させるために設けられるものである。
該仮焼炉３としては、任意の公知の仮焼炉を用いることができ、例えば、ＳＦ仮焼炉、ＭＦＣ仮焼炉、ＲＳＰ仮焼炉、ＫＳＶ仮焼炉、ＤＤ仮焼炉、ＳＬＣ仮焼炉等が例示できる。
仮焼炉３が設けられている場合には、仮焼成されたセメント原料はロータリーキルン１へ供給される。
本発明においては、セメントロータリーキルン１、プレヒータ２、仮焼炉３を原料焼成装置という。
【００３０】
ロータリーキルン１内に供給されたセメント原料は、焼成されてクリンカを製造する。
該ロータリーキルン１で上記セメント原料が加熱焼成される際に発生する排ガスは、ロータリーキルン１から排出されてプレヒータ２ａに流入する。
また図２に示すように、仮焼炉３が設けられている場合には、該ロータリーキルン１から排出された高温の排ガスは、仮焼炉３中でのセメント原料の仮焼成に利用され、仮焼炉３に流入する。該仮焼炉３で発生した排ガスもプレヒータ２ａに流入する。
またロータリーキルン１からの排出される排ガスは、一部抽気されて脱塩バイパス処理される。
【００３１】
該サイクロン２ａに流入した排ガスは、サイクロン２ｂ、サイクロン２ｃ、サイクロン２ｄに順次流入して、プレヒータ２内を上方へと移動し、最上部のサイクロン２ｄから排出される。その際の排ガスの温度は通常、４００℃前後である。
該プレヒータ内における排ガスは、供給された原料と接触して原料を予備加熱する。
該排ガス中に含まれる水銀等の重金属及びその化合物、特に揮発性重金属及びその化合物は、該排ガス中に含まれた状態でプレヒータ２から排出される。
【００３２】
プレヒータ２（最上部のサイクロン２ｄ）から排出した排ガスは、沈降室４に導入されるが、かかる沈降室４は必須の装置ではなく、任意に設けることができるものである。
沈降室４に排ガスが導入されることでプレヒータ２から排出される排ガス中に含まれるダストを沈降させて回収することができる。
回収されたダスト等は、原料混合・供給装置１０に導入されて、原料粉砕装置６から導入される原料と混合されて、セメント製造原料としてプレヒータ２の上部のサイクロン２ｄに循環供給される。
【００３３】
次いで、沈降室４から排出された排ガスの一部は、原料粉砕装置６が稼働中または停止中のいずれの時でも、スタビライザ５に導入されることができる。
該スタビライザ５から排出された排ガスは、集塵機７に導入されて、ダストを捕捉される。
該スタビライザ５や集塵機７で回収されたダスト等は、原料混合・供給装置１０に導入されて、原料粉砕装置６から導入される原料と混合されて、セメント製造原料としてプレヒータ２の上部のサイクロン２ｄに循環供給される。
集塵機７としては、通常、電気集塵機が用いられるが、それ以外の集塵機（例えば、重力集塵装置、慣性力集塵装置、遠心力集塵装置、濾過集塵装置等）を用いてもよい。
【００３４】
原料粉砕装置６がオンの場合とオフの場合には、排ガスの流れは異なる。
ここで原料粉砕装置６には、原料ミル及び／又は原料乾燥機及び／又はインパクトドライヤーが含まれる。
まず、原料粉砕装置６がオンの場合について説明する。図２中、白抜きの矢印で示す流れが、原料粉砕装置６がオンの場合の排ガスの流れである。
沈降室４から排出された排ガスは、原料粉砕装置６、前記集塵機７、セラミックフィルタ等のダスト分離フィルタ装置８に送られ、煙突等の外気排気手段１１によって大気に放出される。
【００３５】
まず、排ガスは原料粉砕装置６に導入されて、原料粉砕装置６中での原料の乾燥に利用される。
排ガス中の水銀等の重金属は、原料ミル等の原料粉砕装置６で原料と接触して捕集されて、また排ガス中のダストに含まれる未燃炭素に吸着して集塵機７やセラミックフィルタ８で捕集されて、セメント製造設備内で循環濃縮する。
そしてセラミックフィルタ８を通過した排ガスは、煙突１１より大気中に放出される。
【００３６】
排ガス中の水銀等の重金属は、原料ミル等の原料粉砕装置６でその多く（５０〜８０％）が捕集されるので、原料粉砕装置６の下流側に設置される集塵機７、ダスト分離フィルタ装置８で捕集されるダストに含まれる水銀量は激減する。
原料粉砕装置６の上流側に設置される沈降室４で捕集されるダストは、原料粉砕装置６がＯＮの場合とＯＦＦの場合の影響を受けないが、その量は、排ガス処理系で回収されるダストの総量の１０〜３０％程度で、多量の重金属を除去する場合には、その絶対量が不足する。
【００３７】
従って、原料粉砕装置６がＯＮの時には、排ガス中の水銀等の重金属は該原料粉砕装置６、集塵機７やセラミックフィルタ８でその多くが捕獲されてセメント製造設備内を循環濃縮することとなるため、本発明においては、原料粉砕装置６がＯＦＦの時の排ガス中に含まれる重金属、特に揮発性重金属の除去操作を行った方が効率的である。
【００３８】
具体的に原料粉砕装置６がオフの場合には、図２の黒塗り矢印で示す流れが、排ガスの流れである。原料粉砕装置６がオフの場合には、上記プレヒータ２、又は必要に応じて設けられた沈降室４を通過して、排ガスはセラミックフィルタ等のダスト分離フィルタ装置８に導入される。
【００３９】
前記集塵機７から排出された排ガス及び、原料粉砕装置６が稼動していない場合の上記排ガスが、セラミックフィルタ等のダスト分離フィルタ装置８に導入される。
ここで排ガスはセラミックフィルタ８により、より微細なダスト等を捕捉する。
ダスト分離フィルタ装置８にて回収されたダスト等は、原料混合・供給装置１０に導入されて、原料粉砕装置６から導入される原料と混合されて、セメント製造原料としてプレヒータ２の上部のサイクロン２ｄに循環供給される。
【００４０】
即ち、原料粉砕装置６がオフの場合には、プレヒータ２を出た水銀等の重金属を含む排ガスは、３６０〜４３０℃程度の高温のままセラミックフィルタ８に送られ、排ガス中のダストを捕捉する。
この時、例えば、水銀（沸点：３５６℃）を例にすると、フィルタ分離温度が３００℃以上、特に、３６０℃以上の場合であれば、水銀はダストに含まれる未燃炭素にほとんど吸着されず、排ガスと共にセラミックフィルタ８を通過する。従って、排ガス中のダストを媒介として原料混合・供給装置１０によって供給される原料中に含まれる水銀による、セメント製造設備内の水銀の循環濃縮量は、大幅に削減される。
【００４１】
次いで、原料粉砕装置６がオフの場合には、該セラミックフィルタ８を排出した排ガスは、重金属除去装置１２に送られる。必要に応じて、重金属除去装置１２に排ガスが導入される前に、熱交換器９を設けてもよい。
該重金属除去装置１２は、排ガス洗浄手段や、減温手段及び重金属吸着手段とすることができる。
【００４２】
重金属除去装置１２が排ガス洗浄手段の場合、該排ガス洗浄手段としては湿式方式を採用でき、該排ガス中の非水溶性揮発性重金属及びその化合物を洗浄液と接触させて、該揮発性重金属を該洗浄液で酸化して可溶性とし、該洗浄液に溶解させて該重金属を除去する。
なお、ガス洗浄水としては、薬液調製・給水装置１３からの水、酸化剤溶液、酸・アルカリ剤によりｐＨ調整された吸収液などを使用することができ、ガス洗浄塔の洗浄液は、例えばポンプを用いてガス洗浄塔内を循環噴霧させて、排ガスと接触させる。水としては、上水道水、工業用水、セメント製造工程等から排出される２次排水等が利用できる。
【００４３】
また、重金属除去装置１２が減温手段及び重金属吸着手段を備える場合、該減温手段では該排ガスを２００℃以下に減温し、次いで重金属吸着手段にて該排ガス中の揮発性重金属及びその化合物を吸着させて重金属を除去する。
重金属吸着手段としては、活性炭やゼオライト等の吸着材による固定層処理、移動層処理、煙道噴霧処理などの乾式方式が例示できる。
【００４４】
水銀が除去された排ガスは、煙道の腐食、煙突１１の排ガスの拡散力などを考慮し、必要に応じて熱交換器９で昇温し、煙突１１より大気へ排出する。
【００４５】
例えば、上記排ガス洗浄手段から排出された、水銀等の重金属が溶解しているガス洗浄水を廃水処理装置１４に送り、該重金属を回収する。
重金属の該回収方法は特に限定されず、公知の任意の方法及び装置を適用することができ、例えば、比重分離法、ｐＨ調整剤を添加して高分子凝集剤や、キレート剤、硫化剤等を添加し、重金属を沈殿させ、濾過装置を用いて固液分離して回収する。また、必要に応じて、電解工程を設けてもよい。このようにして回収された重金属は、再利用に供される。
【００４６】
重金属を除去した後に該濾液を、廃水処理装置１４で放流基準を満足するまでの処理、好ましくは水処理を行い、公共水域、あるいは下水道へ放流する。
また、必要に応じて、精密濾過工程を設けることにより、微細な浮遊物質を除去して、その後放流してもよい。
【００４７】
本発明の方法及び装置により、原料ミルＯＦＦの時に排ガスから除去される水銀等の重金属量が、セメント製造設備内を循環する重金属濃縮量をはるかにしのぐため、セメント製造設備内で循環する水銀等の重金属総量は急激に減少し、結果として煙突から排出される水銀量も急激に減少することができる。即ち、原料ミル等の原料粉砕装置が稼働していない時だけ、ガス洗浄装置等の重金属除去装置を運転すれば排ガスに含まれる水銀量を急激に減少させることができ、重金属除去装置の運転を間欠運転とすることにより、ランニングコストの削減も図ることができる、極めて優れた重金属低減装置及び低減方法である。例えば、原料ミル等の原料粉砕装置が停止している約９時間／日の間、ガス洗浄塔等の重金属除去装置を運転すれば、排ガス中に含まれる水銀量を急激に減少させることができ、ガス洗浄塔等の重金属除去装置の運転時間を２４分の９に削減可能とすることができる。
また、セメント設備からの排ガス中の重金属がセメント製造系外に排出されることとなり、セメント設備で循環濃縮する水銀等の重金属濃度及び量を有効に低減させることが可能となる。
従って、セメント設備における操業の安定性を確保できることも可能となる。
【実施例】
【００４８】
（実施例１〜３、比較例１〜３）
実施例においては図２に示すセメント製造設備の排ガス中の重金属低減装置を用いて、また比較例においては図１に示すセメント製造設備を用いて、煙突１１から排出される排ガス中の水銀濃度（図３〜８）、及び原料混合・供給装置１０のストレージサイロに貯蔵されたセメント原料が保有する水銀量（図９〜１０）を測定し、セメント製造設備の運転時間による変化で表した。
【００４９】
但し、下記表２に示す条件で実施した。
表２に記載されている条件以外の条件はすべての実施例及び比較例で同様にして行なった。
【００５０】
【表２】
【００５１】
その結果を下記表３及び図３〜１０に示す。
図３は比較例１、図４は実施例１、図５は比較例２、図６は実施例２、図７は比較例３、図８は実施例３の各煙突から排出される排ガス中の水銀濃度の測定結果（初期値（1日目）からの週単位の測定値）、図９は比較例１、図１０は実施例１の原料混合・供給装置のストレージサイロに貯蔵されたセメント原料が保有する水銀量の測定結果である。
【００５２】
【表３】
【００５３】
上記表３及び図４、図６及び図８より、実施例１、実施例２及び実施例３では、目標とする水銀濃度５０μｇ／Ｎｍ３以下に初日から到達しており、応答性が非常に速いことがわかる。また、実施例３の結果より、水銀含有量の多い原料に対しても応答性が早く、有効であることがわかる。
【００５４】
一方、図３より比較例１では、運転開始後１６週目で水銀濃度は１００μｇ／Ｎｍ３程度であり、応答性が悪いことがわかる。また図５より比較例２では水銀濃度が経時的に増加し、１６週目では水銀濃度が１５０μｇ／Ｎｍ３となり、運転を継続しても水銀濃度は低下しない。また図７より、水銀含有量の多い原料を受け入れた比較例３でも水銀濃度は経時的に増加し、１６週目では水銀濃度が２００μｇ／Ｎｍ３となり、水銀濃度はほとんど変化せず、運転を継続しても水銀濃度は低下しない。
また、図９及び図１０より、セメント製造原料が保有する水銀量は、実施例１のほうが比較例１と対比して、顕著に水銀量の減少が観られる。
【００５５】
このように、本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法及び低減装置を適用することにより、排ガス中に含まれる水銀等の重金属を有効に低減することができることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の排ガス中の重金属低減方法及び低減装置は、廃棄物を原料として利用するセメント製造設備に有効に適用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１・・・ロータリーキルン
２・・・プレヒータ
３・・・仮焼炉
４・・・沈降室
５・・・スタビライザ
６・・・原料粉砕装置
７・・・集塵機
８・・・ダスト分離フィルタ装置
９・・・熱交換器
１０・・・原料混合・供給装置
１１・・・煙突
１２・・・重金属除去装置
１３・・・薬液調製・給水装置
１４・・・廃水処理装置
Ｘ・・・セメント製造設備
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法及びその低減装置に関し、詳細にはセメント製造設備から排出される排ガスに含まれる水銀、亜鉛等の揮発性重金属の含有量を低減する方法及び該排ガス中の揮発性重金属を低減する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、セメント製造設備においては、建設発生土、汚泥、煤塵、食品系廃棄物、廃プラスチックなどの廃棄物の有効利用を図るため、これらを原燃料として活用しているが、セメント製造原単位に占める廃棄物系原燃料の増加に伴い、これらの廃棄物に含まれる微量成分により、セメント製造設備の操業状態の不安定化やセメント組成がＪＩＳ規格から逸脱したりするという問題を生じている。
【０００３】
水銀や亜鉛等の重金属を含む産業廃棄物などをセメント原燃料として利用する場合、セメント製造設備内で循環濃縮する重金属、特に揮発性重金属の量が増大する傾向にある。
このように、セメント設備内で水銀や亜鉛等の重金属が蓄積され、セメント製造設備外に、排ガス中に含まれて排気される重金属量が増加し、重大な大気汚染の問題を生じる。
従って、セメント製造設備からの排ガス中の水銀や亜鉛等の重金属を低減する必要が生じている。
【０００４】
セメントを製造する際に、該設備内に蓄積する水銀やダイオキシン等の有害物質を蓄積することを防止する方法として、特開２００５−９７００５号公報（特許文献１）には、セメント原料焼成用のロータリーキルンで発生する燃焼排ガスを、該セメント原料を予熱するためのプレヒータ、該セメント原料を乾燥せしめるためのドライヤーおよび集塵機を経て煙突より排出するようにしたセメントの製造方法において、プレヒータより排出された後、煙突に至るまでの間の配管又は装置内を流通する温度３５０℃以上の排ガスの一部を抽気して、抽気した排ガスよりダストを分離後、ガスを温度１００℃以下に冷却して含有する気化物を凝縮せしめる、セメントの製造方法が記載されている。
【０００５】
特開２００２−２８４５５０号公報（特許文献２）には、セメント製造工程の排ガスからダストを捕集し、この捕集した集塵ダストを、セメント焼成後のクリンカ粉砕工程に投入し、またはクリンカ粉砕物に投入することにより、外部に放出される排ガス中の揮発性金属成分の濃度を低減することを特徴とするセメント製造排ガスの処理方法が記載されている。
【０００６】
更に特開２００２−３５５５３１号公報（特許文献３）には、セメント製造工程の排ガスから捕集した集塵ダストを加熱炉に導き、集塵ダストに含まれる揮発性金属成分の揮発温度以上に加熱して上記揮発性金属成分をガス化して除去し、揮発性金属成分を除去した集塵ダストをセメント原料の一部に用いることを特徴とするセメント製造排ガスの処理方法が記載されている。
【０００７】
また、特開２００９−３０８８３号公報（特許文献４）には、重金属を含むセメント原料を予熱するプレヒータと、前記プレヒータにて予熱されたセメント原料を焼成するキルンと、前記プレヒータから排出される排ガス中のダストを捕集する集塵装置と、特定の重金属除去装置と、前記プレヒータ又は前記キルンの窯尻部と前記第１の分離装置とを接続し、前記プレヒータ又は前記キルンの窯尻部から抽気した抽気ガスを前記第１の分離装置に供給するダクトとを備え、前記集塵装置にて捕集されたダストを、前記ダクトの途中に導入し、前記第１の分離装置及び前記第２の分離装置にて分離されたダストを、前記プレヒータに投入することを特徴とするセメント製造システムが記載されている。
しかし、抽気ガス量はセメント製造設備の制約から限られており、水銀の除去量が制約され、セメント製造設備内を循環濃縮する水銀総量の低減速度が遅くなり、結果として煙突より排出される排ガス中の水銀量を低減させるのに、数十日を要する等、迅速に水銀量を低減させることができず、応答性に問題がある。
【０００８】
今後、セメント製造設備において廃棄物のリサイクルがますます進められ、廃棄物からの重金属量も増加する傾向にあり、かかる廃棄物系資源の有効利用の拡大を図るためには、重金属含有量の高い産業廃棄物等の原燃料の受入に対応した、新規なセメント製造設備の重金属低減技術の確立が望まれているところである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−９７００５号公報
【特許文献２】特開２００２−２８４５５０号公報
【特許文献３】特開２００２−３５５５３１号公報
【特許文献４】特開２００９−３０８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決し、セメント製造設備から排出される排ガス中に含まれる水銀、亜鉛等の重金属、特に揮発性重金属の含有量を効果的に低減するための新規な低減方法及び低減装置を提供することである。
具体的には、セメント製造設備内で循環濃縮される水銀等の重金属量の大幅な削減を簡潔に図ることができ、セメント製造設備から排出される排ガス中に含まれる水銀、亜鉛等の重金属、特に揮発性重金属を、迅速に応答性良く低減する新規な方法及び低減装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法は、セメント原料粉砕装置が稼働中の時には、セメント原料焼成用ロータリーキルンで発生する燃焼排ガスを、プレヒータ、該セメント原料粉砕装置及び集塵機、ダスト分離フィルタ装置を経て外部に排出するとともに、セメント原料粉砕装置が停止中の時には、該燃焼排ガスを該プレヒータ、該ダスト分離フィルタ装置を経て重金属除去装置に導入して重金属を除去した後に外部に排出することを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法である。
【００１２】
好適には、上記本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法において、原料粉砕装置の稼動の有無に係らず、更に、該プレヒータから排出された燃焼ガスの排ガスの一部をスタビライザに通過させた後、該集塵機に導入することを特徴とする。
更に好適には、上記本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法において、該重金属除去装置は排ガス洗浄手段を備え、該排ガス洗浄手段においては、該排ガス中の非水溶性揮発性重金属及びその化合物を洗浄液と接触させて、該揮発性重金属を該洗浄液で酸化して可溶性とし、該洗浄液に溶解させて該重金属を除去することを特徴とする。
【００１３】
また好適には、上記本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法において、該重金属除去装置は減温手段と重金属吸着手段とを備え、該減温手段では該排ガスを２００℃以下に減温し、次いで重金属吸着手段にて該排ガス中の揮発性重金属及びその化合物を吸着させて重金属を除去することを特徴とする。
更にまた好適には、上記本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法において、該重金属は水銀であることを特徴とする。
【００１４】
本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置は、セメント原料焼成用ロータリーキルン及びプレヒータを備える原料焼成装置、原料粉砕装置、集塵機、ダスト分離フィルタ、重金属除去装置を備え、該原料粉砕装置は稼動又は停止し、該原料粉砕装置が稼動中の時には該原料焼成装置から排出された排ガスが、該原料粉砕装置、該集塵機、該ダスト分離フィルタを通過して外部に排出されるように該原料粉砕装置、該集塵機、該ダスト分離フィルタが設置され、該原料粉砕装置が停止中の時には該原料焼成装置から排出された排ガスが、該ダスト分離フィルタ、該重金属除去装置を通過して外部に排出されるように、該ダスト分離フィルタ、該重金属除去装置が設置されることを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置である。
【００１５】
好適には、上記本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置において、
該原料粉砕装置に稼動の有無に係らず、更に、該原料焼成装置から排出された排ガスを通過させるスタビライザを、該原料焼成装置と該集塵機との間に設置することを特徴とする。
更に好適には、上記本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置において、該重金属除去装置は、該排ガス中の非水溶性揮発性重金属及びその化合物を洗浄液と接触させて、該揮発性重金属を該洗浄液で酸化して可溶性とし、該洗浄液に溶解させて該重金属を除去する、排ガス洗浄手段であることを特徴とする。
【００１６】
また好適には、上記本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置において、該重金属除去装置は、減温手段と重金属吸着手段とを備え、該排ガスを２００℃以下に減温する減温手段と、該排ガス中の揮発性重金属及びその化合物を吸着させて重金属を除去する重金属吸着手段とを備えることを特徴とする。
更にまた好適には、上記本発明のセメント製造設備からの重金属低減装置において、重金属は水銀であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法及び低減装置により、セメント製造設備装置内を循環する水銀等の重金属、特に揮発性重金属の濃度及び量を簡潔に低減することが可能となる。
特に、排ガス中に含まれる揮発性重金属を迅速に応答性よく、簡潔に除去することが可能となる。
【００１８】
更に、原料粉砕装置が停止している際に、排ガス中に重金属が多く含まれることから、原料粉砕装置が停止している時の排ガスから重金属を除去する処理を行なうことで、セメント製造設備全体のランニングコストを削減することが可能となる。
【００１９】
また、本発明の方法及び装置を用いることで、セメント製造設備において、廃棄物系資源の有効利用の拡大を図ることができ、水銀等の重金属の含有量が高い産業廃棄物等の原燃料の受入に対応した、セメント製造設備の確立が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来のセメント製造設備装置の一例を模式的に表す図である。
【図２】本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属の低減方法を実施するための低減装置の一例を模式的に表す図である。
【図３】従来のセメント製造設備の煙突から排出される水銀濃度の変化の一例を示す図である。
【図４】本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法を適用した場合の煙突から排出される水銀濃度の変化の一例を示す図である。
【図５】従来のセメント製造設備の煙突から排出される水銀濃度の変化の他の一例を示す図である。
【図６】本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法を適用した場合の煙突から排出される水銀濃度の変化の他の一例を示す図である。
【図７】従来のセメント製造設備の煙突から排出される水銀濃度の変化の他の一例を示す図である。
【図８】本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法を適用した場合の煙突から排出される水銀濃度の変化の他の一例を示す図である。
【図９】従来のセメント製造設備の原料混合・供給装置における水銀保有量の変化の一例を示す図である。
【図１０】本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法を適用した場合の原料混合・供給装置における水銀保有量の変化の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
従来のセメント製造設備の代表的な一例を図１を参照しながら概略説明する。
図１は、従来のセメント製造設備の代表的な一例を示す図である。
プレヒータ２に供給された、セメント原料は、セメントロータリーキルン１からの排ガスにより予熱され、仮焼炉３での脱炭酸後、ロータリーキルン１に送られ焼成されている。
セメント原燃料に含まれる水銀は、プレヒータ２内でほとんど揮発し、セメントロータリーキルン１の排ガスとともにプレヒータ２の外に排出される。
一例として、プレヒータ２内の原料の水銀濃度を測定した結果を、次の表１に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】
上記表１より、プレヒータ２中のサイクロン２ｄにおいて、セメント原料中の水銀の９０％が排ガス側に揮発していることがわかる。
かかる排ガス中の水銀等の重金属は、原料ミル等の原料粉砕装置６でセメント原料に吸着し、原料混合・供給装置１０内を介して、セメント原料として、プレヒータ２に供給されてセメント製造設備Ｘ内を循環する。
また、排ガス中の水銀等の重金属は、排ガス中のダストに含まれる未燃カーボンにも吸着し、集塵機７でダストと共に捕集され、原料混合・供給装置１０内でフレッシュなセメント原料と混合されて、セメント原料・燃料として、プレヒータ２に供給されてセメント製造設備Ｘ内を再循環する。
かかる水銀等の重金属の循環濃縮量の増大とともに、煙突１１等より外気に排出される排ガス中に含まれる水銀等の重金属量が徐々に増加し、最終的には定常状態に達してしまう。
【００２４】
また、図１のセメント製造設備Ｘにおいては、セメントプレヒータ２から排出される排ガス中に含まれる水銀等の重金属は、ガス温度の低下とともに排ガス中のダストに含まれる未燃カーボンに吸着する。かかるダストを集塵機７で捕集し、バグフィルタ等のダスト分離装置８を経て排ガスから分離し、ダストを重金属の沸点以上に加熱することにより、ダスト中の重金属を揮発させ、ダストの重金属を除去し、かかるダストをセメント原料として再利用する方法も提案されているが、ダストの加熱熱源をあらたに確保する必要があり、多量のダストの加熱も必要であり、更にセメント製造設備内で循環濃縮する水銀総量を減少させて煙突より排気される水銀量を低減するのに数十日かかるという応答性の問題も解決されない。
【００２５】
従って、本発明は、水銀等の重金属を排ガス中から応答性良く除去して、該重金属のセメント設備内での循環濃縮量等を減少させるものである。
本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法は、セメント原料粉砕装置が稼働中の時には、セメント原料焼成用ロータリーキルンで発生する燃焼排ガスを、プレヒータ、該セメント原料粉砕装置及び集塵機、ダスト分離フィルタ装置を経て外部に排出するとともに、セメント原料粉砕装置が停止中の時には、該燃焼排ガスを該プレヒータ、該ダスト分離フィルタ装置を経て重金属除去装置に導入して重金属を除去した後に外部に排出する、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法である。
好適には、該原料粉砕装置の稼動の有無に係らず、更に、該プレヒータから排出された燃焼ガスの排ガスの一部をスタビライザに通過させた後、該集塵機に導入する。
【００２６】
また、本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置は、セメント原料焼成用ロータリーキルン及びプレヒータを備える原料焼成装置、原料粉砕装置、集塵機、ダスト分離フィルタ、重金属除去装置を備え、該原料粉砕装置は稼動又は停止し、該原料粉砕装置が稼動中の時には該原料焼成装置から排出された排ガスが、該原料粉砕装置、該集塵機、該ダスト分離フィルタを通過して外部に排出されるように該原料粉砕装置、該集塵機、該ダスト分離フィルタが設置され、該原料粉砕装置が停止中の時には該原料焼成装置から排出された排ガスが、該ダスト分離フィルタ、該重金属除去装置を通過して外部に排出されるように、該ダスト分離フィルタ、該重金属除去装置が設置されている、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置である。
好適には、該原料粉砕装置に稼動の有無に係らず、更に、該原料焼成装置から排出された排ガスを通過させるスタビライザを、該原料焼成装置と該集塵機との間に設置する。
【００２７】
図２は、本発明のセメント製造設備Ｘからの排ガス中の重金属低減方法を実施するための低減装置を模式的に示す一例の図であり、図２を参照して本発明を詳細に説明するが、これらに限定されるものではない。
なお、図１及び図２中、実線はガスの流れ、点線は原料等の材料の流れを表す。
セメント製造原料は、原料粉砕装置６で粉砕混合されて、原料混合・供給系装置１０を経由してプレヒータ２の上部、プレヒータ２ｄに供給される。
ここでセメント原料としては、例えば石灰石、粘土、珪石、鉄滓、スラッジ・都市ごみの焼却で発生する主灰等の廃棄物を使用することができる。特に原料では石灰石や廃棄物が、また燃料では石炭が、セメント製造設備内に水銀を多く供給する。
【００２８】
プレヒータ２は、複数のサイクロン２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから構成されており、その数は限定されない。
前記セメント原料は、プレヒータ２内を、上部のサイクロン２ｄから下部方向へサイクロン２ｃ、サイクロン２ｂ、サイクロン２ａへと順次移動しながら予熱されて、最下部のサイクロン２ａに導入された後、ロータリーキルン１へと供給される。
【００２９】
さらに、プレヒータ２とロータリーキルン１の間に仮焼炉３を設けてもよく、セメント原料の仮焼を効率的に促進させるために設けられるものである。
該仮焼炉３としては、任意の公知の仮焼炉を用いることができ、例えば、ＳＦ仮焼炉、ＭＦＣ仮焼炉、ＲＳＰ仮焼炉、ＫＳＶ仮焼炉、ＤＤ仮焼炉、ＳＬＣ仮焼炉等が例示できる。
仮焼炉３が設けられている場合には、仮焼成されたセメント原料はロータリーキルン１へ供給される。
本発明においては、セメントロータリーキルン１、プレヒータ２、仮焼炉３を原料焼成装置という。
【００３０】
ロータリーキルン１内に供給されたセメント原料は、焼成されてクリンカを製造する。
該ロータリーキルン１で上記セメント原料が加熱焼成される際に発生する排ガスは、ロータリーキルン１から排出されてプレヒータ２ａに流入する。
また図２に示すように、仮焼炉３が設けられている場合には、該ロータリーキルン１から排出された高温の排ガスは、仮焼炉３中でのセメント原料の仮焼成に利用され、仮焼炉３に流入する。該仮焼炉３で発生した排ガスもプレヒータ２ａに流入する。
またロータリーキルン１からの排出される排ガスは、一部抽気されて脱塩バイパス処理される。
【００３１】
該サイクロン２ａに流入した排ガスは、サイクロン２ｂ、サイクロン２ｃ、サイクロン２ｄに順次流入して、プレヒータ２内を上方へと移動し、最上部のサイクロン２ｄから排出される。その際の排ガスの温度は通常、４００℃前後である。
該プレヒータ内における排ガスは、供給された原料と接触して原料を予備加熱する。
該排ガス中に含まれる水銀等の重金属及びその化合物、特に揮発性重金属及びその化合物は、該排ガス中に含まれた状態でプレヒータ２から排出される。
【００３２】
プレヒータ２（最上部のサイクロン２ｄ）から排出した排ガスは、沈降室４に導入されるが、かかる沈降室４は必須の装置ではなく、任意に設けることができるものである。
沈降室４に排ガスが導入されることでプレヒータ２から排出される排ガス中に含まれるダストを沈降させて回収することができる。
回収されたダスト等は、原料混合・供給装置１０に導入されて、原料粉砕装置６から導入される原料と混合されて、セメント製造原料としてプレヒータ２の上部のサイクロン２ｄに循環供給される。
【００３３】
次いで、沈降室４から排出された排ガスの一部は、原料粉砕装置６が稼働中または停止中のいずれの時でも、スタビライザ５に導入されることができる。
該スタビライザ５から排出された排ガスは、集塵機７に導入されて、ダストを捕捉される。
該スタビライザ５や集塵機７で回収されたダスト等は、原料混合・供給装置１０に導入されて、原料粉砕装置６から導入される原料と混合されて、セメント製造原料としてプレヒータ２の上部のサイクロン２ｄに循環供給される。
集塵機７としては、通常、電気集塵機が用いられるが、それ以外の集塵機（例えば、重力集塵装置、慣性力集塵装置、遠心力集塵装置、濾過集塵装置等）を用いてもよい。
【００３４】
原料粉砕装置６がオンの場合とオフの場合には、排ガスの流れは異なる。
ここで原料粉砕装置６には、原料ミル及び／又は原料乾燥機及び／又はインパクトドライヤーが含まれる。
まず、原料粉砕装置６がオンの場合について説明する。図２中、白抜きの矢印で示す流れが、原料粉砕装置６がオンの場合の排ガスの流れである。
沈降室４から排出された排ガスは、原料粉砕装置６、前記集塵機７、セラミックフィルタ等のダスト分離フィルタ装置８に送られ、煙突等の外気排気手段１１によって大気に放出される。
【００３５】
まず、排ガスは原料粉砕装置６に導入されて、原料粉砕装置６中での原料の乾燥に利用される。
排ガス中の水銀等の重金属は、原料ミル等の原料粉砕装置６で原料と接触して捕集されて、また排ガス中のダストに含まれる未燃炭素に吸着して集塵機７やセラミックフィルタ８で捕集されて、セメント製造設備内で循環濃縮する。
そしてセラミックフィルタ８を通過した排ガスは、煙突１１より大気中に放出される。
【００３６】
排ガス中の水銀等の重金属は、原料ミル等の原料粉砕装置６でその多く（５０〜８０％）が捕集されるので、原料粉砕装置６の下流側に設置される集塵機７、ダスト分離フィルタ装置８で捕集されるダストに含まれる水銀量は激減する。
原料粉砕装置６の上流側に設置される沈降室４で捕集されるダストは、原料粉砕装置６がＯＮの場合とＯＦＦの場合の影響を受けないが、その量は、排ガス処理系で回収されるダストの総量の１０〜３０％程度で、多量の重金属を除去する場合には、その絶対量が不足する。
【００３７】
従って、原料粉砕装置６がＯＮの時には、排ガス中の水銀等の重金属は該原料粉砕装置６、集塵機７やセラミックフィルタ８でその多くが捕獲されてセメント製造設備内を循環濃縮することとなるため、本発明においては、原料粉砕装置６がＯＦＦの時の排ガス中に含まれる重金属、特に揮発性重金属の除去操作を行った方が効率的である。
【００３８】
具体的に原料粉砕装置６がオフの場合には、図２の黒塗り矢印で示す流れが、排ガスの流れである。原料粉砕装置６がオフの場合には、上記プレヒータ２、又は必要に応じて設けられた沈降室４を通過して、排ガスはセラミックフィルタ等のダスト分離フィルタ装置８に導入される。
【００３９】
前記集塵機７から排出された排ガス及び、原料粉砕装置６が稼動していない場合の上記排ガスが、セラミックフィルタ等のダスト分離フィルタ装置８に導入される。
ここで排ガスはセラミックフィルタ８により、より微細なダスト等を捕捉する。
ダスト分離フィルタ装置８にて回収されたダスト等は、原料混合・供給装置１０に導入されて、原料粉砕装置６から導入される原料と混合されて、セメント製造原料としてプレヒータ２の上部のサイクロン２ｄに循環供給される。
【００４０】
即ち、原料粉砕装置６がオフの場合には、プレヒータ２を出た水銀等の重金属を含む排ガスは、３６０〜４３０℃程度の高温のままセラミックフィルタ８に送られ、排ガス中のダストを捕捉する。
この時、例えば、水銀（沸点：３５６℃）を例にすると、フィルタ分離温度が３００℃以上、特に、３６０℃以上の場合であれば、水銀はダストに含まれる未燃炭素にほとんど吸着されず、排ガスと共にセラミックフィルタ８を通過する。従って、排ガス中のダストを媒介として原料混合・供給装置１０によって供給される原料中に含まれる水銀による、セメント製造設備内の水銀の循環濃縮量は、大幅に削減される。
【００４１】
次いで、原料粉砕装置６がオフの場合には、該セラミックフィルタ８を排出した排ガスは、重金属除去装置１２に送られる。必要に応じて、重金属除去装置１２に排ガスが導入される前に、熱交換器９を設けてもよい。
該重金属除去装置１２は、排ガス洗浄手段や、減温手段及び重金属吸着手段とすることができる。
【００４２】
重金属除去装置１２が排ガス洗浄手段の場合、該排ガス洗浄手段としては湿式方式を採用でき、該排ガス中の非水溶性揮発性重金属及びその化合物を洗浄液と接触させて、該揮発性重金属を該洗浄液で酸化して可溶性とし、該洗浄液に溶解させて該重金属を除去する。
なお、ガス洗浄水としては、薬液調製・給水装置１３からの水、酸化剤溶液、酸・アルカリ剤によりｐＨ調整された吸収液などを使用することができ、ガス洗浄塔の洗浄液は、例えばポンプを用いてガス洗浄塔内を循環噴霧させて、排ガスと接触させる。水としては、上水道水、工業用水、セメント製造工程等から排出される２次排水等が利用できる。
【００４３】
また、重金属除去装置１２が減温手段及び重金属吸着手段を備える場合、該減温手段では該排ガスを２００℃以下に減温し、次いで重金属吸着手段にて該排ガス中の揮発性重金属及びその化合物を吸着させて重金属を除去する。
重金属吸着手段としては、活性炭やゼオライト等の吸着材による固定層処理、移動層処理、煙道噴霧処理などの乾式方式が例示できる。
【００４４】
水銀が除去された排ガスは、煙道の腐食、煙突１１の排ガスの拡散力などを考慮し、必要に応じて熱交換器９で昇温し、煙突１１より大気へ排出する。
【００４５】
例えば、上記排ガス洗浄手段から排出された、水銀等の重金属が溶解しているガス洗浄水を廃水処理装置１４に送り、該重金属を回収する。
重金属の該回収方法は特に限定されず、公知の任意の方法及び装置を適用することができ、例えば、比重分離法、ｐＨ調整剤を添加して高分子凝集剤や、キレート剤、硫化剤等を添加し、重金属を沈殿させ、濾過装置を用いて固液分離して回収する。また、必要に応じて、電解工程を設けてもよい。このようにして回収された重金属は、再利用に供される。
【００４６】
重金属を除去した後に該濾液を、廃水処理装置１４で放流基準を満足するまでの処理、好ましくは水処理を行い、公共水域、あるいは下水道へ放流する。
また、必要に応じて、精密濾過工程を設けることにより、微細な浮遊物質を除去して、その後放流してもよい。
【００４７】
本発明の方法及び装置により、原料ミルＯＦＦの時に排ガスから除去される水銀等の重金属量が、セメント製造設備内を循環する重金属濃縮量をはるかにしのぐため、セメント製造設備内で循環する水銀等の重金属総量は急激に減少し、結果として煙突から排出される水銀量も急激に減少することができる。即ち、原料ミル等の原料粉砕装置が稼働していない時だけ、ガス洗浄装置等の重金属除去装置を運転すれば排ガスに含まれる水銀量を急激に減少させることができ、重金属除去装置の運転を間欠運転とすることにより、ランニングコストの削減も図ることができる、極めて優れた重金属低減装置及び低減方法である。例えば、原料ミル等の原料粉砕装置が停止している約９時間／日の間、ガス洗浄塔等の重金属除去装置を運転すれば、排ガス中に含まれる水銀量を急激に減少させることができ、ガス洗浄塔等の重金属除去装置の運転時間を２４分の９に削減可能とすることができる。
また、セメント設備からの排ガス中の重金属がセメント製造系外に排出されることとなり、セメント設備で循環濃縮する水銀等の重金属濃度及び量を有効に低減させることが可能となる。
従って、セメント設備における操業の安定性を確保できることも可能となる。
【実施例】
【００４８】
（実施例１〜３、比較例１〜３）
実施例においては図２に示すセメント製造設備の排ガス中の重金属低減装置を用いて、また比較例においては図１に示すセメント製造設備を用いて、煙突１１から排出される排ガス中の水銀濃度（図３〜８）、及び原料混合・供給装置１０のストレージサイロに貯蔵されたセメント原料が保有する水銀量（図９〜１０）を測定し、セメント製造設備の運転時間による変化で表した。
【００４９】
但し、下記表２に示す条件で実施した。
表２に記載されている条件以外の条件はすべての実施例及び比較例で同様にして行なった。
【００５０】
【表２】
【００５１】
その結果を下記表３及び図３〜１０に示す。
図３は比較例１、図４は実施例１、図５は比較例２、図６は実施例２、図７は比較例３、図８は実施例３の各煙突から排出される排ガス中の水銀濃度の測定結果（初期値（1日目）からの週単位の測定値）、図９は比較例１、図１０は実施例１の原料混合・供給装置のストレージサイロに貯蔵されたセメント原料が保有する水銀量の測定結果である。
【００５２】
【表３】
【００５３】
上記表３及び図４、図６及び図８より、実施例１、実施例２及び実施例３では、目標とする水銀濃度５０μｇ／Ｎｍ３以下に初日から到達しており、応答性が非常に速いことがわかる。また、実施例３の結果より、水銀含有量の多い原料に対しても応答性が早く、有効であることがわかる。
【００５４】
一方、図３より比較例１では、運転開始後１６週目で水銀濃度は１００μｇ／Ｎｍ３程度であり、応答性が悪いことがわかる。また図５より比較例２では水銀濃度が経時的に増加し、１６週目では水銀濃度が１５０μｇ／Ｎｍ３となり、運転を継続しても水銀濃度は低下しない。また図７より、水銀含有量の多い原料を受け入れた比較例３でも水銀濃度は経時的に増加し、１６週目では水銀濃度が２００μｇ／Ｎｍ３となり、水銀濃度はほとんど変化せず、運転を継続しても水銀濃度は低下しない。
また、図９及び図１０より、セメント製造原料が保有する水銀量は、実施例１のほうが比較例１と対比して、顕著に水銀量の減少が観られる。
【００５５】
このように、本発明のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法及び低減装置を適用することにより、排ガス中に含まれる水銀等の重金属を有効に低減することができることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の排ガス中の重金属低減方法及び低減装置は、廃棄物を原料として利用するセメント製造設備に有効に適用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１・・・ロータリーキルン
２・・・プレヒータ
３・・・仮焼炉
４・・・沈降室
５・・・スタビライザ
６・・・原料粉砕装置
７・・・集塵機
８・・・ダスト分離フィルタ装置
９・・・熱交換器
１０・・・原料混合・供給装置
１１・・・煙突
１２・・・重金属除去装置
１３・・・薬液調製・給水装置
１４・・・廃水処理装置
Ｘ・・・セメント製造設備
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメント原料粉砕装置が稼働中の時には、セメント原料焼成用ロータリーキルンで発生する燃焼排ガスを、プレヒータ、該セメント原料粉砕装置及び集塵機、ダスト分離フィルタ装置を経て外部に排出するとともに、セメント原料粉砕装置が停止中の時には、該燃焼排ガスを該プレヒータ、該ダスト分離フィルタ装置を経て重金属除去装置に導入して重金属を除去した後に外部に排出することを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法。
【請求項２】
請求項１記載のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法において、該原料粉砕装置の稼動の有無に係らず、更に、該プレヒータから排出された燃焼ガスの排ガスの一部をスタビライザに通過させた後、該集塵機に導入することを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法において、該重金属除去装置は排ガス洗浄手段を備え、該排ガス洗浄手段においては、該排ガス中の非水溶性揮発性重金属及びその化合物を洗浄液と接触させて、該揮発性重金属を該洗浄液で酸化して可溶性とし、該洗浄液に溶解させて該重金属を除去することを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法。
【請求項４】
請求項１又は２記載のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法において、該重金属除去装置は減温手段と重金属吸着手段とを備え、該減温手段では該排ガスを２００℃以下に減温し、次いで重金属吸着手段にて該排ガス中の揮発性重金属及びその化合物を吸着させて重金属を除去することを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法。
【請求項５】
請求項１〜４記載のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法において、該重金属は水銀であることを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法。
【請求項６】
セメント原料焼成用ロータリーキルン及びプレヒータを備える原料焼成装置、原料粉砕装置、集塵機、ダスト分離フィルタ、重金属除去装置を備え、該原料粉砕装置は稼動又は停止し、該原料粉砕装置が稼動中の時には該原料焼成装置から排出された排ガスが、該原料粉砕装置、該集塵機、該ダスト分離フィルタを通過して外部に排出されるように該原料粉砕装置、該集塵機、該ダスト分離フィルタが設置され、該原料粉砕装置が停止中の時には該原料焼成装置から排出された排ガスが、該ダスト分離フィルタ、該重金属除去装置を通過して外部に排出されるように、該ダスト分離フィルタ、該重金属除去装置が設置されることを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置。
【請求項７】
請求項６記載のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置において、該原料粉砕装置に稼動の有無に係らず、更に、該原料焼成装置から排出された排ガスを通過させるスタビライザを、該原料焼成装置と該集塵機との間に設置することを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置。
【請求項８】
請求項６又は７記載のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置において、該重金属除去装置は、該排ガス中の非水溶性揮発性重金属及びその化合物を洗浄液と接触させて、該揮発性重金属を該洗浄液で酸化して可溶性とし、該洗浄液に溶解させて該重金属を除去する、排ガス洗浄手段であることを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置。
【請求項９】
請求項６又は７記載のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置において、
該重金属除去装置は、減温手段と重金属吸着手段とを備え、該排ガスを２００℃以下に減温する減温手段と、該排ガス中の揮発性重金属及びその化合物を吸着させて重金属を除去する重金属吸着手段とを備えることを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置。
【請求項１０】
請求項６〜９記載のセメント製造設備からの重金属低減装置において、重金属は水銀であることを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置。
【請求項１】
セメント原料粉砕装置が稼働中の時には、セメント原料焼成用ロータリーキルンで発生する燃焼排ガスを、プレヒータ、該セメント原料粉砕装置及び集塵機、ダスト分離フィルタ装置を経て外部に排出するとともに、セメント原料粉砕装置が停止中の時には、該燃焼排ガスを該プレヒータ、該ダスト分離フィルタ装置を経て重金属除去装置に導入して重金属を除去した後に外部に排出することを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法。
【請求項２】
請求項１記載のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法において、該原料粉砕装置の稼動の有無に係らず、更に、該プレヒータから排出された燃焼ガスの排ガスの一部をスタビライザに通過させた後、該集塵機に導入することを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法において、該重金属除去装置は排ガス洗浄手段を備え、該排ガス洗浄手段においては、該排ガス中の非水溶性揮発性重金属及びその化合物を洗浄液と接触させて、該揮発性重金属を該洗浄液で酸化して可溶性とし、該洗浄液に溶解させて該重金属を除去することを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法。
【請求項４】
請求項１又は２記載のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法において、該重金属除去装置は減温手段と重金属吸着手段とを備え、該減温手段では該排ガスを２００℃以下に減温し、次いで重金属吸着手段にて該排ガス中の揮発性重金属及びその化合物を吸着させて重金属を除去することを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法。
【請求項５】
請求項１〜４記載のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法において、該重金属は水銀であることを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減方法。
【請求項６】
セメント原料焼成用ロータリーキルン及びプレヒータを備える原料焼成装置、原料粉砕装置、集塵機、ダスト分離フィルタ、重金属除去装置を備え、該原料粉砕装置は稼動又は停止し、該原料粉砕装置が稼動中の時には該原料焼成装置から排出された排ガスが、該原料粉砕装置、該集塵機、該ダスト分離フィルタを通過して外部に排出されるように該原料粉砕装置、該集塵機、該ダスト分離フィルタが設置され、該原料粉砕装置が停止中の時には該原料焼成装置から排出された排ガスが、該ダスト分離フィルタ、該重金属除去装置を通過して外部に排出されるように、該ダスト分離フィルタ、該重金属除去装置が設置されることを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置。
【請求項７】
請求項６記載のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置において、該原料粉砕装置に稼動の有無に係らず、更に、該原料焼成装置から排出された排ガスを通過させるスタビライザを、該原料焼成装置と該集塵機との間に設置することを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置。
【請求項８】
請求項６又は７記載のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置において、該重金属除去装置は、該排ガス中の非水溶性揮発性重金属及びその化合物を洗浄液と接触させて、該揮発性重金属を該洗浄液で酸化して可溶性とし、該洗浄液に溶解させて該重金属を除去する、排ガス洗浄手段であることを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置。
【請求項９】
請求項６又は７記載のセメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置において、
該重金属除去装置は、減温手段と重金属吸着手段とを備え、該排ガスを２００℃以下に減温する減温手段と、該排ガス中の揮発性重金属及びその化合物を吸着させて重金属を除去する重金属吸着手段とを備えることを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置。
【請求項１０】
請求項６〜９記載のセメント製造設備からの重金属低減装置において、重金属は水銀であることを特徴とする、セメント製造設備からの排ガス中の重金属低減装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１１６６８２（Ｐ２０１２−１１６６８２Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６６１７８（Ｐ２０１０−２６６１７８）
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月３０日（２０１０．１１．３０）
【出願人】（０００１８３２６６）住友大阪セメント株式会社 (1,342)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]