セメントキルン抽気ガスの処理システム及び処理方法
【課題】セメントキルン排ガス流路より抽気した抽気ガスを処理するに際し、抽気ガス中の有機汚染物質を効果的に除去し、有機汚染物質の濃度を低減することなどを可能にする。
【解決手段】セメントキルン３１の窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気するプローブ３２と、プローブ３２により抽気された抽気ガスＧ１から粗粉Ｄ１を分離するサイクロン３４と、少なくとも１５０℃の耐熱性を有するとともに、有機汚染物質を分解除去する触媒機能を備えた触媒付高温バグフィルタ２とを備え、サイクロン３４から排出される微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を１５０℃以上７００℃以下の温度で触媒付高温バグフィルタ２に導入するセメントキルン抽気ガスの処理システム１。触媒付高温バグフィルタ２としては、セラミックフィルタを備えたバグフィルタを用いることができる。
【解決手段】セメントキルン３１の窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気するプローブ３２と、プローブ３２により抽気された抽気ガスＧ１から粗粉Ｄ１を分離するサイクロン３４と、少なくとも１５０℃の耐熱性を有するとともに、有機汚染物質を分解除去する触媒機能を備えた触媒付高温バグフィルタ２とを備え、サイクロン３４から排出される微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を１５０℃以上７００℃以下の温度で触媒付高温バグフィルタ２に導入するセメントキルン抽気ガスの処理システム１。触媒付高温バグフィルタ２としては、セラミックフィルタを備えたバグフィルタを用いることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気した抽気ガスを処理するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セメント製造設備におけるプレヒータの閉塞等の問題を引き起こす原因となる塩素、硫黄、アルカリなどの中で、塩素が特に問題となることに着目し、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気して塩素を除去する塩素バイパスシステムが用いられている。
【０００３】
この塩素バイパスシステムとは、例えば、特許文献１に記載のように、抽気した燃焼ガスを冷却した後、該排ガス中のダストを分級機により粗粉と微粉とに分離し、分離された塩素分（塩化カリウム・ＫＣｌ）を多く含む微粉（塩素バイパスダスト）を回収するシステムである。
【０００４】
この種の塩素バイパスシステムにおいては、例えば、図３に示すように、セメントキルン３１の窯尻から最下段サイクロン（不図示）に至るまでのキルン排ガス流路からの抽気ガスＧ１は、プローブ３２において冷却ファン３３からの冷風により冷却された後、サイクロン３４に導入され、粗粉Ｄ１と、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２とに分離される。
【０００５】
粗粉Ｄ１は、セメントキルン系に戻され、一方、微粉Ｄ２及び排ガスＧ２は、冷却器３５において冷却ファン３６からの冷風により１５０〜２５０℃に冷却された後、バグフィルタ３７に導入される。そして、バグフィルタ３７において、微粉Ｄ２（塩素バイパスダスト）が集塵され、ダストタンク３８に回収されるとともに、バグフィルタ３７からの排ガスＧ３が排気ファン３９を経てセメントキルン系に戻されるか、排ガス処理後大気へ放出される。
【０００６】
【特許文献１】国際公開第９７／２１６３８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のとおり、従来の塩素バイパスシステムは、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を、一旦、冷却器３５で冷却し、その後、バグフィルタ３７に導入するように構成されている。これは、バグフィルタ３７の耐熱性（上限２５０℃程度）に対処したものであるが、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を冷却すると、ダイオキシン類（ＰＣＤＤ、ＰＣＤＦ、ｃｏ−ＰＣＢ）などの残留性有機汚染物質（ＰＯＰｓ）の濃度を増大させるという問題がある。
【０００８】
すなわち、ダイオキシン類は、８００℃以上の高温下で完全燃焼すれば熱分解できるものの、その後、３００℃前後の温度領域にさらすと再合成するという性質を有する。ここで、サイクロン３４、冷却器３５において排ガスＧ２がダイオキシン類の再合成温度領域となるため、セメントキルンで熱分解されたダイオキシン類が、サイクロン３４、冷却器３５で再合成されることになる。特に、ガス中の微粉Ｄ２や塩素は、再合成反応の触媒として機能し、ダイオキシン類の発生を促進するため、有機汚染物質の濃度を大幅に増大させる虞がある。
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、キルン排ガス流路より抽気した抽気ガスを処理する際に、抽気ガス中の有機汚染物質を効果的に除去することなどを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は、セメントキルン抽気ガスの処理システムであって、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気する抽気装置と、少なくとも１５０℃の耐熱性を有するとともに、有機汚染物質を分解除去する触媒機能を備えた固気分離装置とを備え、前記抽気装置により抽気された抽気ガスを前記固気分離装置に導入することを特徴とする。尚、有機汚染物質とは、ダイオキシン類（ＰＣＤＤ、ＰＣＤＦ、ｃｏ−ＰＣＢ）、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢｓ）などの残留性有機汚染物質（ＰＯＰｓ）や、ダイオキシン類の前駆体、揮発性有機汚染物質（ＶＯＣ）などをいう。
【００１１】
そして、本発明において、固気分離装置の高耐熱性を積極的に利用する場合には、抽気装置により抽気した抽気ガスを高い温度に保った状態で固気分離装置に導入することで、抽気ガスの温度がダイオキシン類の再合成温度を下回るのを回避し、固気分離装置の前段でダイオキシン類が再合成されるのを抑制することができる。これに加え、固気分離装置の触媒機能により、抽気ガス中に存在する有機汚染物質を除去することもできるため、有機汚染物質の濃度を大幅に低減することが可能になる。
【００１２】
一方、固気分離装置の触媒機能を積極的に利用する場合には、抽気装置により抽気された抽気ガスを触媒活性の適温に調温することで、固気分離装置の触媒機能を有効に機能させ、抽気ガス中に存在する有機汚染物質を除去することができる。この際、固気分離装置が高耐熱性を併せ持つことから、固気分離装置の耐熱性の制約を受けることなく、抽気ガスを自由に調温することができる。従って、抽気ガスを触媒活性に最適な温度に調温することができ、有機汚染物質を効果的に除去することが可能になる。
【００１３】
また、固気分離装置の高耐熱性又は触媒機能のいずれを積極的に利用するかに関わらず、固気分離機能と触媒機能を一つの装置に集約しているため、各々別々の装置とした場合に比較してシステム構成を簡略化することができ、設備コストや保守管理コストの削減を図ることも可能になる。
【００１４】
上記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記固気分離装置を、有機汚染物質を分解除去する触媒を付与したセラミックフィルタを備え、該フィルタに触媒機能と固気分離機能を一体化した固気分離装置とすることができる。通常、セラミックフィルタは、９００℃程度の耐熱性を有するため、上記の耐熱条件を満足し、本発明にかかる固気分離装置として、好適に用いることができる。
【００１５】
上記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記抽気装置により抽気された抽気ガスを１５０℃以上７００℃以下の温度で前記固気分離装置に導入することができる。
【００１６】
上記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記固気分離装置の前段に、該固気分離装置の排ガスから熱回収する熱交換器を備え、抽気されたガスを１５０℃以上５００℃以下に調温した後に前記固気分離装置に導入することができ、これによれば、固気分離前の排ガスから熱回収して他の用途等に有効活用することができるとともに、固気分離装置の触媒機能を有効に機能させることができる。
【００１７】
上記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記固気分離装置の後段に、該固気分離装置の排ガスから熱回収する熱交換器を備えることができ、これによれば、固気分離後の排ガス中に残存する熱エネルギーを回収して他の用途に有効活用することができる。
【００１８】
上記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記抽気装置により抽気された抽気ガスから粗粉を分離する分級機を備え、該分級機から排出される微粉を含む抽気ガスを前記固気分離装置に供給することができる。
【００１９】
上記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記分級機と前記固気分離装置の間に脱硫剤を吹き込むことができ、触媒装置の硫黄による腐食を防止することができる。
【００２０】
また、本発明は、セメントキルン抽気ガスの処理方法であって、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気し、該抽気した抽気ガスを、少なくとも１５０℃の耐熱性を有するとともに、有機汚染物質を分解除去する触媒機能を備えた固気分離装置に導入し、固気分離することを特徴とする。本発明によれば、前記発明と同様に、抽気ガス中の有機汚染物質を有効に除去することなどが可能になる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、キルン排ガス流路より抽気した抽気ガスを処理するに際して、抽気ガス中の有機汚染物質を効果的に除去し、有機汚染物質の濃度を低減することなどが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は、本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの第１の実施形態を示し、この処理システム１は、大別して、セメントキルン３１の窯尻から最下段サイクロン（不図示）に至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気する抽気プローブ３２と、プローブ３２に冷風を供給する冷却ファン３３と、プローブ３２で抽気した抽気ガスＧ１に含まれる粗粉Ｄ１を分離する分級機としてのサイクロン３４と、サイクロン３４から排出された微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を固気分離する触媒付高温バグフィルタ２と、触媒付高温バグフィルタ２で集塵された微粉（塩素バイパスダスト）Ｄ２を回収するダストタンク３８と、排気ファン３９を通じて誘引された触媒付高温バグフィルタ２の排ガスＧ３から熱回収する熱交換器３などから構成される。
【００２４】
尚、上記の構成のうち、触媒付高温バグフィルタ２及び熱交換器３以外の設備については、従来の塩素バイパスシステムで用いられる設備と同様のものである。また、これらに関し、図１においては、図３で付した符号と同一の符号を付す。
【００２５】
触媒付高温バグフィルタ２は、例えば、セラミックフィルタを備えたバグフィルタであり、９００℃程度までの耐熱性を有する高耐熱型の固気分離装置である。こうしたバグフィルタとしては、ハニカムセル化した棒状のセラミック管（セラミックフィルタ）を複数配列したものや、シート状のセラミックフィルタを用いたものなど、様々なタイプのものが開発されているが、本発明においては、排ガスＧ２中から０．１μｍ以上の微細粒子を集塵し得るものであれば、いずれのものであってもよい。
【００２６】
また、セラミックフィルタには、ダイオキシン類（ＰＣＤＤ、ＰＣＤＦ、ｃｏ−ＰＣＢ）及びポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢｓ）などの残留性有機汚染物質（ＰＯＰｓ）や、ダイオキシン類の前駆体（出発物質）、揮発性有機汚染物質（ＶＯＣ）などを分解除去する触媒が付与される。セラミックフィルタへの触媒の付与は、セラミックフィルタの表面に触媒層をコーティングしたり、セラミック素材と触媒金属を織り交ぜてセラミックフィルタを成形する（フィルタ中に触媒を埋め込む）など、種々の方法があるが、特に限定されるものではない。
【００２７】
触媒は、有機汚染物質を分解除去し得るものであれば、既存のものから適宜選択することができるが、例えば、酸化物系触媒としてチタンバナジウム触媒を用い、貴金属系触媒として白金又はパラジウム触媒等を用いることができる。ここで、チタンバナジウム系触媒とは、チタン（Ｔｉ）及びバナジウム（Ｖ）を必須とする触媒を意味する。この触媒は、有機汚染物質の分解除去に高い機能を発揮する他、有害物質であるＮＯｘの高い分解活性（脱硝活性）を有する。
【００２８】
尚、プローブ３２から抽気した直後の抽気ガスＧ１の温度は、通常、７００℃以下であるため、触媒付高温バグフィルタ２において、必ずしも９００℃程度までの耐熱性を有する必要はなく、少なくとも７００℃までの耐熱性があれば十分である。
【００２９】
また、硫黄による触媒の腐食を防止するため、サイクロン３４と触媒付高温バグフィルタ２を連結する管路２ａ上に噴霧機４を設置し、必要に応じて脱硫剤を添加してもよい。脱硫剤としては、消石灰、生石灰、仮焼したセメント原料（プレヒータの最下段サイクロンなどから分取したセメント原料）、石炭灰、苛性ソーダなどを用いることができる。また、脱硫に適したガス水分にするための調湿（スプレーなど）を行うことができる。
【００３０】
熱交換器３は、触媒付高温バグフィルタ２から排出される排ガスＧ３から熱回収し、排ガスＧ３の熱エネルギーを有効活用するために備えられる。この熱交換器３の内部には、熱媒を循環させるための管路３ａが設けられる。管路３ａは、図示しない原料ミルや汚泥乾燥用の乾燥機等に接続され、排ガスＧ３から回収された熱は、原料乾燥や汚泥乾燥のための熱源として有効利用される。
【００３１】
次に、上記処理システム１の動作について、図１を参照しながら説明する。
【００３２】
セメントキルン３１の窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部をプローブ３２によって抽気すると同時に、冷却ファン３３からの冷風によって、塩素化合物の融点である７００℃以下にまで急冷する。次いで、サイクロン３４において、プローブ３２から排気される抽気ガスＧ１を、粗粉Ｄ１と、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２とに分離し、粗粉Ｄ１をセメントキルン系に戻す。
【００３３】
その一方で、１５０〜７００℃の排ガスＧ２を触媒付高温バグフィルタ２に導入するが、前述のとおり、触媒付高温バグフィルタ２は、９００℃程度までの耐熱性を有するため、サイクロン３４から供給された排ガスＧ２をそのままの温度状態で固気分離することができる。このため、排ガスＧ２をダイオキシン類の再合成温度より高い温度に維持したまま、固気分離処理のための装置に導入することができ、固気分離処理の前段でのダイオキシン類の発生を抑制することができる。また、触媒付高温バグフィルタ２は、有機汚染物質の分解機能も有するため、セメントキルン３１内で熱分解し切れなかった有機汚染物質や、ガス処理過程で僅かに発生した有機汚染物質を除去することもできる。
【００３４】
次いで、触媒付高温バグフィルタ２において、排ガスＧ２中の微粉Ｄ２を集塵してダストタンク３８に回収するとともに、排気ファン３９によって、触媒付高温バグフィルタ２の排ガスＧ３を誘引し、セメントキルン排ガス系に戻したり、セメント原料や汚泥等の乾燥熱源として利用した後大気に放出する。また、熱交換器３に導入し、熱交換器３において、排ガスＧ３から熱回収するとともに、回収した熱を乾燥・粉砕工程やボイラーなどに有効利用することもできる。その後、熱交換器３からの排ガスＧ４は、排気ファン（不図示）を介してセメントキルン系に戻してもよいし、大気に放出してもよい。
【００３５】
以上のように、本実施の形態によれば、サイクロン３４の後段に触媒付高温バグフィルタ２を配置するため、サイクロン３４から排出された際の温度状態（１５０〜７００℃）を維持したまま、排ガスＧ２を固気分離することができる。このため、微粉Ｄ２と排ガスＧ２が混在し、ダイオキシン類が再合成され易い環境下において、ダイオキシン類の再合成を抑制することができ、有機汚染物質の発生を抑制することが可能になる。
【００３６】
また、触媒機能を備えた高温バグフィルタを用いるため、排ガスＧ２中に存在する有機汚染物質を分解除去することができ、排ガスＧ３のより一層の無害化を図ることが可能になる。さらに、別途に触媒装置等を設ける必要もなくなるため、システム構成を簡略化することができ、設備コストや保守管理コストの削減を図ることが可能になる。
【００３７】
さらに、触媒付高温バグフィルタ２の高温ガスをそのままセメント原料や汚泥の乾燥に有効利用することができる。また、この高温ガスを熱交換器３を導入し、熱交換器３において排ガスＧ３から熱回収するとともに、回収した熱を乾燥・粉砕工程やボイラーなどに有効利用することもできる。
【００３８】
尚、触媒付高温バグフィルタ２の前段において、排ガスＧ２がダイオキシン類の再合成温度（３００℃程度）になる場合には、ダイオキシン類の再合成を招くことになるが、この場合でも、触媒付高温バグフィルタ２側の触媒機能により、再合成されたダイオキシン類を有効に分解除去することができる。
【００３９】
次に、本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの第２の実施形態について、図２を参照しながら説明する。尚、同図において、図１の処理システム１と同一の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
同図に示すように、この処理システム１０は、大別して、プローブ３２と、冷却ファン３３と、サイクロン３４と、サイクロン３４から排出された微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を所定の温度に調温する調温装置１１と、触媒付高温バグフィルタ２と、ダストタンク３８などから構成され、サイクロン３４と触媒付高温バグフィルタ２との間に調温装置１１を備える点で、図１に示す処理システム１と相違する。
【００４１】
図１に示す処理システム１においては、微粉Ｄ２を含む状態での排ガスＧ２を高い温度に保ち、ダイオキシン類の再合成を抑制したが、本実施の形態にかかる処理システム１０は、触媒付高温バグフィルタ２の前段において、排ガスＧ２の温度を触媒活性に適した温度に調温し、触媒付高温バグフィルタ２での有機汚染物質の分解機能を有効に機能させることで、有機汚染物質の発生を抑制する。
【００４２】
調温装置１１は、上記のとおり、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を触媒付高温バグフィルタ２の触媒活性に適した温度に調温するために備えられる。ＰＯＰｓやＶＯＣなどの有機汚染物質を分解除去するにあたっての触媒活性温度は、１５０〜５００℃程度であり、好ましくは２３０〜２７０℃であることから、調温装置１１は、排ガスＧ２の温度がそれらの範囲内に属するように調温する。調温装置１１としては、サイクロン３４から排出される４００〜６００℃のガスを上記の温度範囲内に調節できるものであれば、特に限定されるものではなく、図１に示す熱交換器３や、図３に示す冷却器３５などを用いることができる。
【００４３】
次に、上記処理システム１０の動作について、図２を参照しながら説明する。
【００４４】
サイクロン３４において、抽気ガスＧ１から粗粉Ｄ１を分離した後、サイクロン３４から排出される微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を、調温装置１１により１５０〜５００℃に調温する。そして、調温した排ガスＧ２を触媒付高温バグフィルタ２に導入し、排ガスＧ２から微粉Ｄ２を集塵しつつ、排ガスＧ２中に存在する有機汚染物質を分解除去する。
【００４５】
尚、触媒付高温バグフィルタ２の前段において、排ガスＧ２をダイオキシン類の再合成温度（３００℃程度）に調温した場合には、ダイオキシン類の再合成を招くことになるが、この場合でも、触媒付高温バグフィルタ２側の触媒機能により、再合成されたダイオキシン類を有効に分解除去することができる。
【００４６】
次いで、触媒付高温バグフィルタ２で集塵した微粉Ｄ２をダストタンク３８に回収するとともに、触媒付高温バグフィルタ２の排ガスＧ３を排気ファン３９を通じて誘引し、セメントキルン系に戻したり、大気に放出する。
【００４７】
以上のように、本実施の形態によれば、触媒付高温バグフィルタ２の前段において、排ガスＧ２の温度を触媒活性に適した温度に調温し、触媒付高温バグフィルタ２の有機汚染物質の分解機能を有効に機能させるため、固気分離処理の段階で、排ガスＧ２中の有機汚染物質を除去することが可能になる。
【００４８】
特に、本実施の形態においては、高耐熱型のバグフィルタを用いるため、触媒活性の適温の上限値（５００℃）よりもバグフィルタの耐熱温度を高くすることができる。従って、バグフィルタの耐熱性（図３に示す従来のバグフィルタ３７であれば、２５０℃程度）の制約を受けることなく、排ガスＧ２を自由に調温することができ、有機汚染物質を効果的に除去することが可能になる。
【００４９】
尚、上記の第１及び第２の実施形態においては、いずれも、サイクロン３４で粗粉Ｄ１を分離した後に、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を触媒付高温バグフィルタ２に導入するが、サイクロン３４を設けることなく、プローブ３２で抽気した抽気ガスＧ１を触媒付高温バグフィルタ２に直接導入してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの第１の実施形態を示すフローチャートである。
【図２】本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの第２の実施形態を示すフローチャートである。
【図３】従来のセメントキルン抽気ガスの処理システムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
１ セメントキルン抽気ガスの処理システム
２ 触媒付高温バグフィルタ
２ａ 管路
３ 熱交換器
３ａ 管路
４ 噴霧機
１０ セメントキルン抽気ガスの処理システム
１１ 調温装置
３１ セメントキルン
３２ プローブ
３３ 冷却ファン
３４ サイクロン
３８ ダストタンク
３９ 排気ファン
Ｇ１ 抽気ガス
Ｇ２〜Ｇ４ 排ガス
Ｄ１ 粗粉
Ｄ２ 微粉
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気した抽気ガスを処理するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セメント製造設備におけるプレヒータの閉塞等の問題を引き起こす原因となる塩素、硫黄、アルカリなどの中で、塩素が特に問題となることに着目し、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気して塩素を除去する塩素バイパスシステムが用いられている。
【０００３】
この塩素バイパスシステムとは、例えば、特許文献１に記載のように、抽気した燃焼ガスを冷却した後、該排ガス中のダストを分級機により粗粉と微粉とに分離し、分離された塩素分（塩化カリウム・ＫＣｌ）を多く含む微粉（塩素バイパスダスト）を回収するシステムである。
【０００４】
この種の塩素バイパスシステムにおいては、例えば、図３に示すように、セメントキルン３１の窯尻から最下段サイクロン（不図示）に至るまでのキルン排ガス流路からの抽気ガスＧ１は、プローブ３２において冷却ファン３３からの冷風により冷却された後、サイクロン３４に導入され、粗粉Ｄ１と、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２とに分離される。
【０００５】
粗粉Ｄ１は、セメントキルン系に戻され、一方、微粉Ｄ２及び排ガスＧ２は、冷却器３５において冷却ファン３６からの冷風により１５０〜２５０℃に冷却された後、バグフィルタ３７に導入される。そして、バグフィルタ３７において、微粉Ｄ２（塩素バイパスダスト）が集塵され、ダストタンク３８に回収されるとともに、バグフィルタ３７からの排ガスＧ３が排気ファン３９を経てセメントキルン系に戻されるか、排ガス処理後大気へ放出される。
【０００６】
【特許文献１】国際公開第９７／２１６３８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のとおり、従来の塩素バイパスシステムは、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を、一旦、冷却器３５で冷却し、その後、バグフィルタ３７に導入するように構成されている。これは、バグフィルタ３７の耐熱性（上限２５０℃程度）に対処したものであるが、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を冷却すると、ダイオキシン類（ＰＣＤＤ、ＰＣＤＦ、ｃｏ−ＰＣＢ）などの残留性有機汚染物質（ＰＯＰｓ）の濃度を増大させるという問題がある。
【０００８】
すなわち、ダイオキシン類は、８００℃以上の高温下で完全燃焼すれば熱分解できるものの、その後、３００℃前後の温度領域にさらすと再合成するという性質を有する。ここで、サイクロン３４、冷却器３５において排ガスＧ２がダイオキシン類の再合成温度領域となるため、セメントキルンで熱分解されたダイオキシン類が、サイクロン３４、冷却器３５で再合成されることになる。特に、ガス中の微粉Ｄ２や塩素は、再合成反応の触媒として機能し、ダイオキシン類の発生を促進するため、有機汚染物質の濃度を大幅に増大させる虞がある。
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、キルン排ガス流路より抽気した抽気ガスを処理する際に、抽気ガス中の有機汚染物質を効果的に除去することなどを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は、セメントキルン抽気ガスの処理システムであって、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気する抽気装置と、少なくとも１５０℃の耐熱性を有するとともに、有機汚染物質を分解除去する触媒機能を備えた固気分離装置とを備え、前記抽気装置により抽気された抽気ガスを前記固気分離装置に導入することを特徴とする。尚、有機汚染物質とは、ダイオキシン類（ＰＣＤＤ、ＰＣＤＦ、ｃｏ−ＰＣＢ）、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢｓ）などの残留性有機汚染物質（ＰＯＰｓ）や、ダイオキシン類の前駆体、揮発性有機汚染物質（ＶＯＣ）などをいう。
【００１１】
そして、本発明において、固気分離装置の高耐熱性を積極的に利用する場合には、抽気装置により抽気した抽気ガスを高い温度に保った状態で固気分離装置に導入することで、抽気ガスの温度がダイオキシン類の再合成温度を下回るのを回避し、固気分離装置の前段でダイオキシン類が再合成されるのを抑制することができる。これに加え、固気分離装置の触媒機能により、抽気ガス中に存在する有機汚染物質を除去することもできるため、有機汚染物質の濃度を大幅に低減することが可能になる。
【００１２】
一方、固気分離装置の触媒機能を積極的に利用する場合には、抽気装置により抽気された抽気ガスを触媒活性の適温に調温することで、固気分離装置の触媒機能を有効に機能させ、抽気ガス中に存在する有機汚染物質を除去することができる。この際、固気分離装置が高耐熱性を併せ持つことから、固気分離装置の耐熱性の制約を受けることなく、抽気ガスを自由に調温することができる。従って、抽気ガスを触媒活性に最適な温度に調温することができ、有機汚染物質を効果的に除去することが可能になる。
【００１３】
また、固気分離装置の高耐熱性又は触媒機能のいずれを積極的に利用するかに関わらず、固気分離機能と触媒機能を一つの装置に集約しているため、各々別々の装置とした場合に比較してシステム構成を簡略化することができ、設備コストや保守管理コストの削減を図ることも可能になる。
【００１４】
上記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記固気分離装置を、有機汚染物質を分解除去する触媒を付与したセラミックフィルタを備え、該フィルタに触媒機能と固気分離機能を一体化した固気分離装置とすることができる。通常、セラミックフィルタは、９００℃程度の耐熱性を有するため、上記の耐熱条件を満足し、本発明にかかる固気分離装置として、好適に用いることができる。
【００１５】
上記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記抽気装置により抽気された抽気ガスを１５０℃以上７００℃以下の温度で前記固気分離装置に導入することができる。
【００１６】
上記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記固気分離装置の前段に、該固気分離装置の排ガスから熱回収する熱交換器を備え、抽気されたガスを１５０℃以上５００℃以下に調温した後に前記固気分離装置に導入することができ、これによれば、固気分離前の排ガスから熱回収して他の用途等に有効活用することができるとともに、固気分離装置の触媒機能を有効に機能させることができる。
【００１７】
上記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記固気分離装置の後段に、該固気分離装置の排ガスから熱回収する熱交換器を備えることができ、これによれば、固気分離後の排ガス中に残存する熱エネルギーを回収して他の用途に有効活用することができる。
【００１８】
上記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記抽気装置により抽気された抽気ガスから粗粉を分離する分級機を備え、該分級機から排出される微粉を含む抽気ガスを前記固気分離装置に供給することができる。
【００１９】
上記セメントキルン抽気ガスの処理システムにおいて、前記分級機と前記固気分離装置の間に脱硫剤を吹き込むことができ、触媒装置の硫黄による腐食を防止することができる。
【００２０】
また、本発明は、セメントキルン抽気ガスの処理方法であって、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気し、該抽気した抽気ガスを、少なくとも１５０℃の耐熱性を有するとともに、有機汚染物質を分解除去する触媒機能を備えた固気分離装置に導入し、固気分離することを特徴とする。本発明によれば、前記発明と同様に、抽気ガス中の有機汚染物質を有効に除去することなどが可能になる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、キルン排ガス流路より抽気した抽気ガスを処理するに際して、抽気ガス中の有機汚染物質を効果的に除去し、有機汚染物質の濃度を低減することなどが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は、本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの第１の実施形態を示し、この処理システム１は、大別して、セメントキルン３１の窯尻から最下段サイクロン（不図示）に至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部を抽気する抽気プローブ３２と、プローブ３２に冷風を供給する冷却ファン３３と、プローブ３２で抽気した抽気ガスＧ１に含まれる粗粉Ｄ１を分離する分級機としてのサイクロン３４と、サイクロン３４から排出された微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を固気分離する触媒付高温バグフィルタ２と、触媒付高温バグフィルタ２で集塵された微粉（塩素バイパスダスト）Ｄ２を回収するダストタンク３８と、排気ファン３９を通じて誘引された触媒付高温バグフィルタ２の排ガスＧ３から熱回収する熱交換器３などから構成される。
【００２４】
尚、上記の構成のうち、触媒付高温バグフィルタ２及び熱交換器３以外の設備については、従来の塩素バイパスシステムで用いられる設備と同様のものである。また、これらに関し、図１においては、図３で付した符号と同一の符号を付す。
【００２５】
触媒付高温バグフィルタ２は、例えば、セラミックフィルタを備えたバグフィルタであり、９００℃程度までの耐熱性を有する高耐熱型の固気分離装置である。こうしたバグフィルタとしては、ハニカムセル化した棒状のセラミック管（セラミックフィルタ）を複数配列したものや、シート状のセラミックフィルタを用いたものなど、様々なタイプのものが開発されているが、本発明においては、排ガスＧ２中から０．１μｍ以上の微細粒子を集塵し得るものであれば、いずれのものであってもよい。
【００２６】
また、セラミックフィルタには、ダイオキシン類（ＰＣＤＤ、ＰＣＤＦ、ｃｏ−ＰＣＢ）及びポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢｓ）などの残留性有機汚染物質（ＰＯＰｓ）や、ダイオキシン類の前駆体（出発物質）、揮発性有機汚染物質（ＶＯＣ）などを分解除去する触媒が付与される。セラミックフィルタへの触媒の付与は、セラミックフィルタの表面に触媒層をコーティングしたり、セラミック素材と触媒金属を織り交ぜてセラミックフィルタを成形する（フィルタ中に触媒を埋め込む）など、種々の方法があるが、特に限定されるものではない。
【００２７】
触媒は、有機汚染物質を分解除去し得るものであれば、既存のものから適宜選択することができるが、例えば、酸化物系触媒としてチタンバナジウム触媒を用い、貴金属系触媒として白金又はパラジウム触媒等を用いることができる。ここで、チタンバナジウム系触媒とは、チタン（Ｔｉ）及びバナジウム（Ｖ）を必須とする触媒を意味する。この触媒は、有機汚染物質の分解除去に高い機能を発揮する他、有害物質であるＮＯｘの高い分解活性（脱硝活性）を有する。
【００２８】
尚、プローブ３２から抽気した直後の抽気ガスＧ１の温度は、通常、７００℃以下であるため、触媒付高温バグフィルタ２において、必ずしも９００℃程度までの耐熱性を有する必要はなく、少なくとも７００℃までの耐熱性があれば十分である。
【００２９】
また、硫黄による触媒の腐食を防止するため、サイクロン３４と触媒付高温バグフィルタ２を連結する管路２ａ上に噴霧機４を設置し、必要に応じて脱硫剤を添加してもよい。脱硫剤としては、消石灰、生石灰、仮焼したセメント原料（プレヒータの最下段サイクロンなどから分取したセメント原料）、石炭灰、苛性ソーダなどを用いることができる。また、脱硫に適したガス水分にするための調湿（スプレーなど）を行うことができる。
【００３０】
熱交換器３は、触媒付高温バグフィルタ２から排出される排ガスＧ３から熱回収し、排ガスＧ３の熱エネルギーを有効活用するために備えられる。この熱交換器３の内部には、熱媒を循環させるための管路３ａが設けられる。管路３ａは、図示しない原料ミルや汚泥乾燥用の乾燥機等に接続され、排ガスＧ３から回収された熱は、原料乾燥や汚泥乾燥のための熱源として有効利用される。
【００３１】
次に、上記処理システム１の動作について、図１を参照しながら説明する。
【００３２】
セメントキルン３１の窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より、燃焼ガスの一部をプローブ３２によって抽気すると同時に、冷却ファン３３からの冷風によって、塩素化合物の融点である７００℃以下にまで急冷する。次いで、サイクロン３４において、プローブ３２から排気される抽気ガスＧ１を、粗粉Ｄ１と、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２とに分離し、粗粉Ｄ１をセメントキルン系に戻す。
【００３３】
その一方で、１５０〜７００℃の排ガスＧ２を触媒付高温バグフィルタ２に導入するが、前述のとおり、触媒付高温バグフィルタ２は、９００℃程度までの耐熱性を有するため、サイクロン３４から供給された排ガスＧ２をそのままの温度状態で固気分離することができる。このため、排ガスＧ２をダイオキシン類の再合成温度より高い温度に維持したまま、固気分離処理のための装置に導入することができ、固気分離処理の前段でのダイオキシン類の発生を抑制することができる。また、触媒付高温バグフィルタ２は、有機汚染物質の分解機能も有するため、セメントキルン３１内で熱分解し切れなかった有機汚染物質や、ガス処理過程で僅かに発生した有機汚染物質を除去することもできる。
【００３４】
次いで、触媒付高温バグフィルタ２において、排ガスＧ２中の微粉Ｄ２を集塵してダストタンク３８に回収するとともに、排気ファン３９によって、触媒付高温バグフィルタ２の排ガスＧ３を誘引し、セメントキルン排ガス系に戻したり、セメント原料や汚泥等の乾燥熱源として利用した後大気に放出する。また、熱交換器３に導入し、熱交換器３において、排ガスＧ３から熱回収するとともに、回収した熱を乾燥・粉砕工程やボイラーなどに有効利用することもできる。その後、熱交換器３からの排ガスＧ４は、排気ファン（不図示）を介してセメントキルン系に戻してもよいし、大気に放出してもよい。
【００３５】
以上のように、本実施の形態によれば、サイクロン３４の後段に触媒付高温バグフィルタ２を配置するため、サイクロン３４から排出された際の温度状態（１５０〜７００℃）を維持したまま、排ガスＧ２を固気分離することができる。このため、微粉Ｄ２と排ガスＧ２が混在し、ダイオキシン類が再合成され易い環境下において、ダイオキシン類の再合成を抑制することができ、有機汚染物質の発生を抑制することが可能になる。
【００３６】
また、触媒機能を備えた高温バグフィルタを用いるため、排ガスＧ２中に存在する有機汚染物質を分解除去することができ、排ガスＧ３のより一層の無害化を図ることが可能になる。さらに、別途に触媒装置等を設ける必要もなくなるため、システム構成を簡略化することができ、設備コストや保守管理コストの削減を図ることが可能になる。
【００３７】
さらに、触媒付高温バグフィルタ２の高温ガスをそのままセメント原料や汚泥の乾燥に有効利用することができる。また、この高温ガスを熱交換器３を導入し、熱交換器３において排ガスＧ３から熱回収するとともに、回収した熱を乾燥・粉砕工程やボイラーなどに有効利用することもできる。
【００３８】
尚、触媒付高温バグフィルタ２の前段において、排ガスＧ２がダイオキシン類の再合成温度（３００℃程度）になる場合には、ダイオキシン類の再合成を招くことになるが、この場合でも、触媒付高温バグフィルタ２側の触媒機能により、再合成されたダイオキシン類を有効に分解除去することができる。
【００３９】
次に、本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの第２の実施形態について、図２を参照しながら説明する。尚、同図において、図１の処理システム１と同一の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
同図に示すように、この処理システム１０は、大別して、プローブ３２と、冷却ファン３３と、サイクロン３４と、サイクロン３４から排出された微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を所定の温度に調温する調温装置１１と、触媒付高温バグフィルタ２と、ダストタンク３８などから構成され、サイクロン３４と触媒付高温バグフィルタ２との間に調温装置１１を備える点で、図１に示す処理システム１と相違する。
【００４１】
図１に示す処理システム１においては、微粉Ｄ２を含む状態での排ガスＧ２を高い温度に保ち、ダイオキシン類の再合成を抑制したが、本実施の形態にかかる処理システム１０は、触媒付高温バグフィルタ２の前段において、排ガスＧ２の温度を触媒活性に適した温度に調温し、触媒付高温バグフィルタ２での有機汚染物質の分解機能を有効に機能させることで、有機汚染物質の発生を抑制する。
【００４２】
調温装置１１は、上記のとおり、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を触媒付高温バグフィルタ２の触媒活性に適した温度に調温するために備えられる。ＰＯＰｓやＶＯＣなどの有機汚染物質を分解除去するにあたっての触媒活性温度は、１５０〜５００℃程度であり、好ましくは２３０〜２７０℃であることから、調温装置１１は、排ガスＧ２の温度がそれらの範囲内に属するように調温する。調温装置１１としては、サイクロン３４から排出される４００〜６００℃のガスを上記の温度範囲内に調節できるものであれば、特に限定されるものではなく、図１に示す熱交換器３や、図３に示す冷却器３５などを用いることができる。
【００４３】
次に、上記処理システム１０の動作について、図２を参照しながら説明する。
【００４４】
サイクロン３４において、抽気ガスＧ１から粗粉Ｄ１を分離した後、サイクロン３４から排出される微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を、調温装置１１により１５０〜５００℃に調温する。そして、調温した排ガスＧ２を触媒付高温バグフィルタ２に導入し、排ガスＧ２から微粉Ｄ２を集塵しつつ、排ガスＧ２中に存在する有機汚染物質を分解除去する。
【００４５】
尚、触媒付高温バグフィルタ２の前段において、排ガスＧ２をダイオキシン類の再合成温度（３００℃程度）に調温した場合には、ダイオキシン類の再合成を招くことになるが、この場合でも、触媒付高温バグフィルタ２側の触媒機能により、再合成されたダイオキシン類を有効に分解除去することができる。
【００４６】
次いで、触媒付高温バグフィルタ２で集塵した微粉Ｄ２をダストタンク３８に回収するとともに、触媒付高温バグフィルタ２の排ガスＧ３を排気ファン３９を通じて誘引し、セメントキルン系に戻したり、大気に放出する。
【００４７】
以上のように、本実施の形態によれば、触媒付高温バグフィルタ２の前段において、排ガスＧ２の温度を触媒活性に適した温度に調温し、触媒付高温バグフィルタ２の有機汚染物質の分解機能を有効に機能させるため、固気分離処理の段階で、排ガスＧ２中の有機汚染物質を除去することが可能になる。
【００４８】
特に、本実施の形態においては、高耐熱型のバグフィルタを用いるため、触媒活性の適温の上限値（５００℃）よりもバグフィルタの耐熱温度を高くすることができる。従って、バグフィルタの耐熱性（図３に示す従来のバグフィルタ３７であれば、２５０℃程度）の制約を受けることなく、排ガスＧ２を自由に調温することができ、有機汚染物質を効果的に除去することが可能になる。
【００４９】
尚、上記の第１及び第２の実施形態においては、いずれも、サイクロン３４で粗粉Ｄ１を分離した後に、微粉Ｄ２を含む排ガスＧ２を触媒付高温バグフィルタ２に導入するが、サイクロン３４を設けることなく、プローブ３２で抽気した抽気ガスＧ１を触媒付高温バグフィルタ２に直接導入してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの第１の実施形態を示すフローチャートである。
【図２】本発明にかかるセメントキルン抽気ガスの処理システムの第２の実施形態を示すフローチャートである。
【図３】従来のセメントキルン抽気ガスの処理システムを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
１ セメントキルン抽気ガスの処理システム
２ 触媒付高温バグフィルタ
２ａ 管路
３ 熱交換器
３ａ 管路
４ 噴霧機
１０ セメントキルン抽気ガスの処理システム
１１ 調温装置
３１ セメントキルン
３２ プローブ
３３ 冷却ファン
３４ サイクロン
３８ ダストタンク
３９ 排気ファン
Ｇ１ 抽気ガス
Ｇ２〜Ｇ４ 排ガス
Ｄ１ 粗粉
Ｄ２ 微粉
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気する抽気装置と、
少なくとも１５０℃の耐熱性を有するとともに、有機汚染物質を分解除去する触媒機能を備えた固気分離装置とを備え、
前記抽気装置により抽気された抽気ガスを前記固気分離装置に導入することを特徴とするセメントキルン抽気ガスの処理システム。
【請求項２】
前記固気分離装置は、有機汚染物質を分解除去する触媒を付与したセラミックフィルタを備え、該フィルタに触媒機能と固気分離機能を一体化した固気分離装置であることを特徴とする請求項１に記載のセメントキルン抽気ガスの処理システム。
【請求項３】
前記抽気装置により抽気された抽気ガスを１５０℃以上７００℃以下の温度で前記固気分離装置に導入することを特徴とする請求項１又は２に記載のセメントキルン抽気ガスの処理システム。
【請求項４】
前記固気分離装置の前段に、該固気分離装置の排ガスから熱回収する熱交換器を備え、抽気されたガスを１５０℃以上５００℃以下に調温した後に前記固気分離装置に導入することを特徴とする請求項１又は２に記載のセメントキルン抽気ガスの処理システム。
【請求項５】
前記固気分離装置の後段に、該固気分離装置の排ガスから熱回収する熱交換器を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のセメントキルン抽気ガスの処理システム。
【請求項６】
前記抽気装置により抽気された抽気ガスから粗粉ダストを分離する分級機を備え、
該分級機から排出される微粉を含む抽気ガスを前記固気分離装置に供給することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のセメントキルン抽気ガスの処理システム。
【請求項７】
前記分級機と前記固気分離装置の間に脱硫剤を吹き込むことを特徴とする請求項６に記載のセメントキルン抽気ガスの処理システム。
【請求項８】
セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気し、
該抽気した抽気ガスを、少なくとも１５０℃の耐熱性を有するとともに、有機汚染物質を分解除去する触媒機能を備えた固気分離装置に導入し、固気分離することを特徴とするセメントキルン抽気ガスの処理方法。
【請求項１】
セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気する抽気装置と、
少なくとも１５０℃の耐熱性を有するとともに、有機汚染物質を分解除去する触媒機能を備えた固気分離装置とを備え、
前記抽気装置により抽気された抽気ガスを前記固気分離装置に導入することを特徴とするセメントキルン抽気ガスの処理システム。
【請求項２】
前記固気分離装置は、有機汚染物質を分解除去する触媒を付与したセラミックフィルタを備え、該フィルタに触媒機能と固気分離機能を一体化した固気分離装置であることを特徴とする請求項１に記載のセメントキルン抽気ガスの処理システム。
【請求項３】
前記抽気装置により抽気された抽気ガスを１５０℃以上７００℃以下の温度で前記固気分離装置に導入することを特徴とする請求項１又は２に記載のセメントキルン抽気ガスの処理システム。
【請求項４】
前記固気分離装置の前段に、該固気分離装置の排ガスから熱回収する熱交換器を備え、抽気されたガスを１５０℃以上５００℃以下に調温した後に前記固気分離装置に導入することを特徴とする請求項１又は２に記載のセメントキルン抽気ガスの処理システム。
【請求項５】
前記固気分離装置の後段に、該固気分離装置の排ガスから熱回収する熱交換器を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のセメントキルン抽気ガスの処理システム。
【請求項６】
前記抽気装置により抽気された抽気ガスから粗粉ダストを分離する分級機を備え、
該分級機から排出される微粉を含む抽気ガスを前記固気分離装置に供給することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のセメントキルン抽気ガスの処理システム。
【請求項７】
前記分級機と前記固気分離装置の間に脱硫剤を吹き込むことを特徴とする請求項６に記載のセメントキルン抽気ガスの処理システム。
【請求項８】
セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より燃焼ガスの一部を抽気し、
該抽気した抽気ガスを、少なくとも１５０℃の耐熱性を有するとともに、有機汚染物質を分解除去する触媒機能を備えた固気分離装置に導入し、固気分離することを特徴とするセメントキルン抽気ガスの処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２９８６７７（Ｐ２００９−２９８６７７Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５７７９９（Ｐ２００８−１５７７９９）
【出願日】平成２０年６月１７日（２００８．６．１７）
【出願人】（００００００２４０）太平洋セメント株式会社 (1,449)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１７日（２００８．６．１７）
【出願人】（００００００２４０）太平洋セメント株式会社 (1,449)
【Ｆターム（参考）】
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