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技術 高温高湿ガス流から水銀を除去するための吸着粉末

出願人 メルク・シャープ・エンド・ドーム・コーポレイション
発明者 マース,ルデイ・ジエイエル-シヨウバリー,ユセフセス,スバシユ
出願日 2001年2月20日 (19年9ヶ月経過) 出願番号 2001-561424
公開日 2003年8月5日 (17年3ヶ月経過) 公開番号 2003-523281
状態 特許登録済
技術分野 固体収着剤及びろ過助剤 固体廃棄物の処理 廃ガス処理
主要キーワード 排出施設 粒状フィルター 気体フラクション 残留ダスト 固体フラクション 浄化ガス流 既存処理 沈澱物質
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2003年8月5日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

課題・解決手段

高温高湿ガス流から水銀を捕集するために有効な吸着粉末として、炭素約1〜97%、水酸化カルシウム約1〜97%、塩化第二銅含浸炭素約1〜97%、及びKI3含浸炭素約1〜60%を含有する吸着粉末を開示する。更に、高温高湿ガス流から水銀を除去する方法も開示する。

概要

背景

概要

高温高湿ガス流から水銀を捕集するために有効な吸着粉末として、炭素約1〜97%、水酸化カルシウム約1〜97%、塩化第二銅含浸炭素約1〜97%、及びKI3含浸炭素約1〜60%を含有する吸着粉末を開示する。更に、高温高湿ガス流から水銀を除去する方法も開示する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
1件

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請求項1

ガス流から水銀と他の金属、ダイオキシンフラン及び他の有機化合物を除去するための吸着粉末であって、a)炭素約1〜97%、b)水酸化カルシウム約1〜97%、c)塩化第二銅約1〜97%、及びd)KI含浸炭素約1〜60%を含有する前記吸着粉末。

請求項2

吸着粉末が炭素約10〜70%、水酸化カルシウム約20〜80%、塩化第二銅含浸炭素約1〜50%及びKI3含浸炭素約1〜50%を含有する請求項1に記載の吸着粉末。

請求項3

吸着粉末が炭素約20〜60%、水酸化カルシウム約30〜70%、塩化第二銅含浸炭素約1〜30%及びKI3含浸炭素約〜30%を含有する請求項1に記載の吸着粉末。

請求項4

吸着粉末が炭素約25〜45%、水酸化カルシウム約40〜60%、塩化第二銅含浸炭素約1〜15%及びKI3含浸炭素約1〜15%を含有する請求項1に記載の吸着粉末。

請求項5

吸着粉末が炭素約30%、水酸化カルシウム約50%、塩化第二銅含浸炭素約10%及びKI3含浸炭素約10%を含有する請求項1に記載の吸着粉末。

請求項6

吸着粉末が炭素約10〜70%、水酸化カルシウム約20〜80%、塩化第二銅含浸炭素約1〜50%を含有する請求項1に記載の吸着粉末。

請求項7

炭素が石炭である請求項1に記載の吸着粉末。

請求項8

請求項1に記載の吸着粉末を使用してガス流から水銀と他の金属、ダイオキシン、フラン及び他の有機化合物を除去する方法であって、a)固相銀含有汚染土壌フィードロータリーキルンドラムに導入する段階と、b)前記土壌フィードを導入した前記キルン/ドラムを加熱し、サンプルの気体成分固体成分を形成する段階と、c)前記土壌フィードの気体成分を排気浄化装置アフターバーナー送り浄化土壌の固体成分を土壌冷却装置に送る段階と、d)前記汚染土壌フィードの気体成分を前記排気浄化装置/アフターバーナーで加熱する段階と、e)前記汚染土壌フィードの気体成分を冷却する段階と、f)請求項1に記載の粉末を気体成分に加える段階と、g)粉末含有気体成分をバグハウスに送る段階と、h)前記サンプルの実質的に水銀を除去した気体成分を大気に放出する段階を含む前記方法。

請求項9

段階f)で使用する吸着粉末が炭素約40%、水酸化カルシウム約40%、塩化第二銅含浸炭素約10%及びKI3含浸炭素約10%を含有する請求項8に記載の方法。

背景技術

0001

本発明は一般に汚染土壌処理装置有害物質焼却炉から排出されるような高温高湿ガス流から汚染物質を除去する技術に関する。特に、本発明は塩化第二銅を含有する吸着粉末を使用して高温高湿ガス流から水銀と他の金属、ダイオキシンフラン及び他の有機化合物捕集する技術に関する。

0002

石炭燃料による火力発電所石油精製所、薬品精製所、石炭燃料炉、ごみ焼却施設、焼却炉、冶金作業所、熱処理装置並びに他の微粒子及び水銀排出施設による粒状及び全水銀排出量には厳しい基準がある。これらの基準は汚染土壌低温熱脱着LTTD)処理の結果として大気に放出される恐れのある水銀蒸気にも適用される。

0003

これらの厳しい基準は環境や地域社会を保護するために存在する。水銀含有ガスが放出されると、ガスが分散し、水銀が広域に堆積する。分散した水銀は土壌上水中に蓄積し、食物連鎖混入する恐れがある。水銀は水生生物に非常に有害であり、最終的に水銀含有植物及び動物消費するヒトを汚染する。従って、環境から水銀を除去する安全で有効な方法が必要である。

0004

一般に石炭燃料による火力発電所や廃棄物焼却炉に関して水銀蒸気の放出と処理の問題は従来から検討されている。例えば、米国特許第3,193,987号は水銀とアマルガムを形成する金属を含浸させた活性炭に水銀含有蒸気を通す方法を開示している。米国特許第4,094,777号は主に担体硫化銅及び硫化銀から構成される吸着体に水銀含有蒸気を通す方法を開示している。米国特許第3,876,393号は硫酸を含浸させた活性炭に水銀含有蒸気を通す方法を開示している。セレンも蒸気から水銀を除去するのに使用されている。米国特許第3,786,619号は活性成分としてセレン、硫化セレン又は他のセレン化合物を含有する吸着体に水銀含有ガスを通す方法を開示している。水銀除去には静電集塵器や種々のフィルターが伝統的に使用されているが、複雑な装置も開示されている(例えば、米国特許第5,409,522号及び5,607,496号参照)。

0005

発電所ガス流から水銀を再捕集する問題は汚染土壌を処理する焼却炉から水銀を再捕集する必要に似ている。土壌処理施設で現在使用されている方法は低温熱脱着(LTTD)として知られている。LTTDは汚染土壌を処理して水銀や他の汚染物質を除去する主要な方法である。この方法では、汚染土壌を加熱炉(大抵の場合、ロータリーキルンドラム)に供給し、土壌を伝導により加熱する。加熱により土壌成分蒸発し、熱酸化剤を加えると、成分は酸化されてCO2、Cl2、NOx及びSOx(式中、xは1〜3である)等の処理し易いガスとなる。

0006

その後、熱ガス流を冷却する。ガス流は水冷すればよいが、その場合、ガス流を冷却すると同時に含水率も増す。水冷は非常に有効な冷却法であるが、この処理の結果、ガス流から水銀を除去しにくくなる。ガス流を更に処理し、酸スクラバー炭素層濃縮装置を使用したり吸着粉末を添加して金属、HCl、NOx
及びSOxを低減及び除去する。

0007

吸着粉末をガス流に注入すると、水銀や他の金属は粉末中に存在する部分と結合し、ガス流から沈殿する。粉末に結合した水銀を最終的にバグハウスに捕集して適切に廃棄すると共に、浄化ガス流外気排気する。標準LTTD法には水銀等の所定の金属がガス流から高い効率で除去されず、ガス流に随伴し、最終的に環境に排出されるという問題がある。他の方法は複雑な機構や高価な吸着層を使用する必要がある。LTTDや他の方法には、高湿ガス流からの水銀除去が乾燥流からの水銀除去よりも著しく難しいという制約もある。

0008

市販吸着粉末は有機物質、金属及び他の汚染物質を除去するが、水銀は有効に除去しない。例えば、炭素水酸化カルシウム及び硫黄から構成される市販粉末の1種(Sorbalite(登録商標))はガス流からHClを除去するが、水銀は約55〜65%しか除去しない。アルコール飽和石灰と活性炭から構成される別の粉末(WUELFRAsorb−C(登録商標))も水銀除去には無効である。

0009

硫黄又はヨウ素を含浸させた炭素を含有する粉末もある。硫黄又はヨウ素を含浸させた炭素をベースとする粉末は75℃以下の温度で95%の水銀除去効率を示すが、硫黄含浸炭素から処方した粉末はこのレベルの除去を示すためには乾燥又は低湿ガス流が必要である。

0010

最後に、上記粉末及び他の市販粉末の水銀除去効率は非常に温度依存性であることが知られており、粉末処方は更に制約される。

0011

方法に関する同一発明者の係属出願では固体微粉塩化第二銅を炭素に含浸させずに使用している。一般に岩石寸法で提供される塩化第二銅を粉砕するためには粉砕工程が必要であるため、この方法は更に操作しにくいことが判明した。粉砕工程は粉塵を発生することから健康に有害であるため、高度な注意が必要である。更に、粉末は非常に腐食性であるため、工程で使用する機械の破損の原因となる。

0012

従って、特に汚染土壌の焼却、有害物質の処理、石炭燃焼及び他の水銀放出源により発生される高温高湿ガス流から金属及び他の有機化合物一般と水銀を有効に除去する吸着粉末が産業界で必要とされている。粉末は廉価で使用し易くなければならない。このような吸着粉末を既存処理施設で利用することができ、既存装置改造又は再編する必要なく既存装置を利用できることが理想的である。
発明の要約

0013

高温高湿ガス流から水銀と他の金属及び汚染物質を除去するための吸着粉末及び方法として、炭素約1〜97%、水酸化カルシウム約1〜97%、塩化第二銅含浸炭素約1〜97%及びKI3含浸炭素約1〜60%を含有する吸着粉末及び方法を開示する。本発明の粉末を使用して高温高湿ガス流から水銀と他の金属、ダイオキシン、フラン及び他の有機化合物を除去する方法も開示する。

図面の簡単な説明

0014

以下の詳細な説明では本発明を更に詳細に説明するが、当然のことながら、発明は厳密な開示に制限されない。本発明の趣旨を変えたり、請求の範囲に記載するようなその範囲を逸脱しないものであれば変更や変形が可能である。従って、以下の説明では特に添付図面を参考に本発明を説明する。

0015

図1はガス流から水銀を除去するために本発明の吸着粉末を使用することができるLTTD設備の構成を示す概略図である。
発明の詳細な説明

0016

ガス流から水銀及び他の金属を除去するための吸着粉末として、
a)炭素約1〜97%、
b)水酸化カルシウム約1〜97%、
c)塩化第二銅含浸炭素約1〜97%、及び
d)KI3含浸炭素約1〜60%を含有する吸着粉末を開示する。

0017

粉末はより特定すれば、炭素約10〜70%、水酸化カルシウム約20〜80%、塩化第二銅含浸炭素約1〜50%及びKI3含浸炭素約1〜50%を含有する。好ましい吸着粉末は炭素約20〜60%、水酸化カルシウム約30〜70%、塩化第二銅含浸炭素約1〜30%及びKI3含浸炭素約〜30%を含有する。

0018

より好ましい態様では、吸着粉末は炭素約25〜45%、水酸化カルシウム約40〜60%、塩化第二銅含浸炭素約1〜15%及びKI3含浸炭素約1〜15%を含有する。最も好ましい態様は炭素約40%、水酸化カルシウム約40%、塩化第二銅含浸炭素約10%及びKI3含浸炭素約10%を含有する。

0019

KI3含浸炭素を加えない粉末でも加えた粉末でも同等に機能するので、KI
3含浸炭素は随意に使用できることが判明した。

0020

従って、本発明の別の態様では、吸着粉末は炭素約10〜70%、水酸化カルシウム約20〜80%及び塩化第二銅含浸炭素約1〜50%を含有する。

0021

本発明の吸着粉末を使用してガス流から水銀を除去する方法として、
a)固相水銀含有汚染土壌フィードをロータリーキルン/ドラムに導入する段階と、
b)前記土壌フィードを導入した前記キルン/ドラムを加熱し、サンプルの気体成分と固体成分を形成する段階と、
c)前記土壌フィードの気体成分を排気浄化装置アフターバーナー送り浄化土壌の固体成分を土壌冷却装置に送る段階と、
d)前記汚染土壌フィードの気体成分を前記排気浄化装置/アフターバーナーで加熱する段階と、
e)前記汚染土壌フィードの気体成分を冷却する段階と、
f)請求項1に記載の粉末を気体成分に加える段階と、
g)粉末含有気体成分をバグハウスに送る段階と、
h)前記サンプルの実質的に水銀を除去した気体成分を大気に放出する段階を含む方法も開示する。

0022

水銀と他の金属、ダイオキシン、フラン及び他の有機化合物を除去するための吸着粉末は所定条件下で有効でなければならない。現在市販されている粉末は水銀除去に有利な条件である高温高湿環境で無効である。

0023

汚染物質を土壌から有効に除去するには高温である必要がある。有機物質、金属及び他の不純物を汚染土壌から蒸発させるには約1800°Fである必要がある。しかし、汚染土壌に捕捉された水銀が最も有効に炭素に吸着するのは約300〜500°Fである。1800°Fの炉から排出されるガス流を冷却するのに最も一般的な方法はガス流に水を噴射する方法である。水噴射は水銀除去に有利な温度までガス流を冷却するだけでなく、サンプルの含水率も増すので、市販水銀吸着粉末は効率が低い。市販粉末の水銀吸着性は高湿環境で著しく低下する。これに対して、本発明の吸着粉末は高湿環境でも有効に機能する。

0024

炭素源実験の結果、木炭よりも石炭のほうが水銀吸着に優れていることが判明した。多くの市販吸着粉末は石炭でなく木炭を成分として使用している。塩化第二銅はガス流からの水銀吸着を著しく増すことが判明し、これが本発明の要点である。塩化第二銅は排気流中元素状態の水銀に塩素活性銅を供給する。元素状態の水銀は塩素と反応して塩化水銀を形成し、活性銅と反応して安定なアマルガムを形成する。いずれの形態の水銀も排気ガス流から容易に捕集される。KI
3含浸炭素も粉末に加えると水銀吸着が高まることが判明した。

0025

図1は本発明を実施するために使用される実際の方法と装置の概略図を示す。予備篩分けして処理できる状態にした汚染供給土壌2を土壌浄化装置4に導入する。約900°F又は汚染物質を土壌から完全に蒸発させてガス流と浄化汚染除去固体土壌成分を生じる温度まで汚染土壌を加熱する。土壌浄化装置4はロータリーキルンが好ましい。次にガス流を土壌浄化装置4から除塵機6に送ると共に供給土壌の全固体フラクションを浄化土壌冷却装置8に送って土壌を冷却し、再利用できる状態にする。除塵機6は多管集塵機が好ましい。

0026

除塵機6でガス流サンプルから粒状物質を除去した後、ガス流を排気浄化装置10に送る。排気浄化装置は蒸発した汚染物質を最低2秒間の保持時間にわたって約1800°Fの温度まで加熱し、残留する有機性又は他の汚染物質を完全に破壊する。排気浄化装置10からガス流は次に冷却室12を通り、水ポンプ(図示せず)で冷却室12に水を噴射してサンプルの温度を約360°Fまで下げる。この冷却工程は結果的にサンプルの含水率を増す。

0027

次に、吸着剤貯蔵サイロ14に貯蔵した本発明の吸着粉末を高温高湿ガス流に噴射してガス流と接触させる。この粉末製剤は金属、特に水銀と他の汚染物質を除去するのに有効である。

0028

ガス流を吸着粉末に接触させた後、粉末/ガス流混合物はバグハウス16に移る。吸着粉末の炭素成分バッグの壁で捕集され、バグハウスから排出されるガスの粒状フィルターとして機能する。吸着粉末混合物の粒状水銀含有フラクションはバグハウス16で捕集され、適当な大量貯蔵施設20に輸送後、除去される。気体フラクション通気口18から外気に放出され、残留ダスト粒状フラクションは吸着粉末混合物20の粒状水銀フラクションと同様に処理される。

0029

実施例1

0030

好適吸着粉末製剤を使用して一連実地試験を行った。1インチに篩分けることにより水銀約4.2mg/kgを含有する3個の土壌サンプルを調製した。粗粒物質を捨て、残りの土壌を土壌浄化装置に供給し、約900°Fまで加熱した。浄化土壌を土壌冷却装置に送り、再使用できる状態にした。排気流を除塵機に送り、沈澱物質を土壌冷却装置に送った。次に排気流を排気浄化装置に送り、約1850°Fまで加熱した。次に排気ガスを水冷により約360°Fまで冷却した後、石炭40%、KI3含浸炭素10%、水酸化カルシウム40%及び塩化第二銅含浸炭素10%を含有する吸着粉末を加えた。排気流/吸着粉末混合物をバグハウスに送り、水銀を除去した排気ガスから水銀と結合した微粒子を分離した。粒状物質を分析と廃棄のためにバグハウスから取出し、排気煙突に配置したガス分析器で水銀排出濃度を記録した。3回の2時間試験の結果を下表に報告する。

0031

平均水銀除去効率は99.6%であり、NJDEP大気許容基準に定められている現行水銀規制効率規格である96.5%を上回る。水銀排出量はEPA法29−060により測定した。

0032

明細書と請求の範囲に記載した吸着粉末及び方法はガス流からの水銀除去について記載したが、粉末及び方法はガス流から有機物質、金属及び他の汚染物質を除去するのにも当然有用である。

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