水銀除去装置及び方法
【課題】水銀酸化剤の使用量を抑えつつゼロ価水銀ガスを処理対象ガスから十分な除去率で分離・除去する。
【解決手段】ゼロ価水銀ガスを水溶性の２価水銀ガスに変換して処理対象ガスから分離・除去する装置であって、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする水銀酸化剤を含みｐＨが約３以下である水溶液を、前記処理対象ガスに接触させる反応分離手段４Ａを具備する。
【解決手段】ゼロ価水銀ガスを水溶性の２価水銀ガスに変換して処理対象ガスから分離・除去する装置であって、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする水銀酸化剤を含みｐＨが約３以下である水溶液を、前記処理対象ガスに接触させる反応分離手段４Ａを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水銀除去装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、処理対象物である排ガス中のゼロ価水銀（Ｈｇ０）を除去する排ガス処理装置がいくつか開示されている。このうち、特許文献１の図３に記載された排ガス処理装置は、冷却塔と吸収塔とから成る２塔式の湿式脱硫装置を備えた排ガス処理装置において、前段に配置された冷却塔の循環水に次亜塩素酸ソーダ、塩化銅、塩化マンガン、塩化鉄、キレート剤、石炭灰等の水銀除去剤を添加することにより、排ガス中のゼロ価水銀（Ｈｇ０）を水溶性の２価水銀（Ｈｇ２＋）に変換して除去するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２１６４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１の排ガス処理装置には以下のような問題点がある。
（１）上記水銀除去剤を低ｐＨの循環水に添加した場合に水銀除去剤がかなりの割合で分解してしまうために大量の水銀除去剤を添加する必要がある。
（２）処理対象物である排ガス中に二酸化硫黄（ＳＯ２）が含まれていた場合に水銀除去剤が二酸化硫黄（ＳＯ２）と反応して消費されてしまうため、やはり大量の水銀除去剤を添加する必要がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、水銀酸化剤の使用量を抑え、かつゼロ価水銀ガスを処理対象ガスから十分な除去率で分離・除去することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、水銀除去装置に係わる第１の解決手段として、ゼロ価水銀ガスを水溶性の２価水銀ガスに変換して処理対象ガスから分離・除去する装置であって、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする水銀酸化剤を含みｐＨが約３以下である水溶液を、前記処理対象ガスに接触させる反応分離手段を具備する、という解決手段を採用する。
【０００７】
また、水銀除去装置に係わる第２の解決手段として、上記第１の手段において、前記水溶液は、ｐＨが約２以上約３以下である、という解決手段を採用する。
【０００８】
水銀除去装置に係わる第３の解決手段として、上記第１又は２の手段において、前記反応分離手段は、前記水銀酸化剤を約３０ｐｐｍ以上約１５００ｐｐｍ以下の濃度で含む前記水溶液を処理対象ガスに接触させる、という解決手段を採用する。
【０００９】
水銀除去装置に係わる第４の解決手段として、上記第１から３の何れかの手段において、前記反応分離手段は、前記水溶液を処理対象ガスにスプレーするノズルと、該ノズルによって処理対象ガスと接触した後の前記水溶液を回収する回収容器と、該回収容器に回収された前記水溶液を前記ノズルに供給する循環ポンプと、前記水溶液に前記水銀酸化剤を添加する水銀酸化剤添加装置と、前記回収容器に回収された前記水溶液のｐＨを計測するｐＨ計測器と、該ｐＨ計測器の計測 結果に基づいて前記ノズルからスプレーされる前記水溶液のｐＨが約３以下を維持するようにｐＨ調整剤を水溶液に添加するｐＨ調整剤添加装置と、からなる、という解決手段を採用する。
【００１０】
水銀除去装置に係わる第５の解決手段として、上記第４の手段において、前記ｐＨ調整剤添加装置は、前記ｐＨ計測器の計測結果に基づいて前記ノズルからスプレーされる前記水溶液のｐＨが約２以上約３以下を維持するようにｐＨ調整剤を水溶液に添加する、という解決手段を採用する。
【００１１】
水銀除去装置に係わる第６の解決手段として、上記第４又は５の手段において、前記ノズルと前記回収容器と前記循環ポンプとは二塔式の湿式脱硫装置において前段に配置される除塵塔を構成しており、反応分離手段は、当該除塵塔に前記ｐＨ計測器、前記ｐＨ調整剤添加装置及び前記水銀酸化剤添加装置が付加されて構成される、という解決手段を採用する。
【００１２】
水銀除去装置に係わる第７の解決手段として、上記第１から６の何れかの手段において、前記水銀酸化剤は、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする塩化鉄（ＦｅＣｌ３）である、という解決手段を採用する。
【００１３】
水銀除去装置に係わる第８の解決手段として、上記第４から７の何れかの手段において、前記ｐＨ調整剤は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）である、という解決手段を採用する。
【００１４】
水銀除去装置に係わる第９の解決手段として、上記第１から８の何れかの手段において、処理対象ガスは、燃焼炉の燃焼排ガスである、という解決手段を採用する。
【００１５】
一方、本発明では、水銀除去方法に係わる第１の解決手段として、ゼロ価水銀ガスを水溶性の２価水銀ガスに変換して処理対象ガスから分離・除去する方法であって、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする水銀酸化剤を含み、ｐＨが約３以下である水溶液を前記処理対象ガスと接触させることにより、前記ゼロ価水銀ガスを２価水銀ガスに変換すると共に水溶液中に溶解させて処理対象ガスから分離・除去する、という解決手段を採用する。
【００１６】
水銀除去方法に係わる第２の解決手段として、上記第１の手段において、前記水溶液は、ｐＨが約２以上約３以下である、という解決手段を採用する。
【００１７】
水銀除去方法に係わる第３の解決手段として、上記第１又は２の手段において、前記水銀酸化剤を約３０ｐｐｍ以上約１５００ｐｐｍ以下の濃度で含む前記水溶液を処理対象ガスに接触させる、という解決手段を採用する。
【００１８】
水銀除去方法に係わる第４の解決手段として、上記第１から３の何れかの手段において、二塔式の湿式脱硫装置において前段に配置される除塵塔の洗浄水あるいは循環水に、ｐＨ調整剤を添加することにより前記洗浄水あるいは前記循環水のｐＨを約３以下とし、前記水銀酸化剤を添加することによりゼロ価水銀ガスを 処理対象ガスから分離・除去する、という解決手段を採用する。
【００１９】
水銀除去方法に係わる第５の解決手段として、上記第４の手段において、前記洗浄水あるいは前記循環水に、前記ｐＨ調整剤を添加することにより前記洗浄水あるいは前記循環水のｐＨを約２以上約３以下とする、という解決手段を採用する。
【００２０】
水銀除去方法に係わる第６の解決手段として、上記第１から５の何れかの手段において、前記水銀酸化剤は、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする塩化鉄（ＦｅＣｌ３）である、という解決手段を採用する。
【００２１】
水銀除去方法に係わる第７の解決手段として、上記第４から６の何れかの手段において、前記ｐＨ調整剤は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）である、という解決手段を採用する。
【００２２】
水銀除去方法に係わる第８の解決手段として、上記第１から７の何れかの手段において、処理対象ガスは、燃焼炉の燃焼排ガスである、という解決手段を採用する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする水銀酸化剤の水溶液をｐＨ約３以下として処理対象ガスと気液接触させることにより、ゼロ価水銀ガスは２価水銀ガスに変換されると共に水溶液中に溶解して処理対象ガスから分離されるので、水銀酸化剤の使用量を抑えつつゼロ価水銀ガスを十分な除去率で処理対象ガスから分離することができる。
更に、水溶液を約２以上約３以下に調整することにより、除去率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係わる水銀除去装置が適用された排ガス処理装置の系統図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる水銀除去装置の詳細構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態において水銀酸化剤として３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とするものを用いることの有効性を示す実験結果である。
【図４】本発明の一実施形態において、ゼロ価水銀（Ｈｇ０）に対する酸化性能の優れた塩化鉄（ＦｅＣｌ３）を用いる場合におけるＨｇ０除去率に与えるｐＨ及び３価の鉄（Ｆｅ３＋）の影響を示す実験結果である。
【図５】本発明の一実施形態において塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液の循環量に応じた模擬燃焼排ガスのＨｇ０除去率を示す実験結果である。
【図６】本発明の一実施形態において模擬燃焼排ガスに関する気液接触の影響を示す実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係わる水銀除去装置が適用された排ガス処理装置の系統図である。この図に示すように、この排ガス処理装置は、ボイラ１、脱硝装置２、電気集じん器３、二塔式脱硫装置４及び煙突５から構成されている。ボイラ１は、例えば火力発電所にて発電用水蒸気を発生させるためのものであり、石油、天然ガスあるいは石炭等を燃料として水蒸気を発生させる。このような燃料をボイラ１で燃焼させたことによって発生した排ガスは、ボイラ１から脱硝装置２に供給される。
【００２６】
脱硝装置２は、上記排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去するものである。この脱硝装置２は、例えば触媒の存在下で排ガスにアンモニアを作用させることにより窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）に分解する。電気集じん器３は、対向電極間の電場によって排ガス中に含まれる粉塵を吸着して除去するものである。二塔式脱硫装置４は、排ガス中に含まれる硫黄酸化物ＳＯｘを湿式除去する二塔式の湿式脱硫装置であり、図示するように前段に配置された除塵塔４Ａと後段に配置された吸収塔４Ｂとから構成されている。
【００２７】
除塵塔４Ａは、循環水を用いて排ガスを除塵及び冷却する機能と本実施形態に係わる水銀除去装置としての機能とを併せ持つものである。ここで、一般的な二塔式脱硫装置における除塵塔は、主に排ガスの除塵を、副次的に排ガスの冷却を目的としているので、循環水は一般水であるが、本実施形態における循環水Ｗは、排ガスを除塵及び冷却する機能に加えて、排ガス中に含まれるゼロ価水銀（Ｈｇ０）ガスを水溶性の２価水銀（Ｈｇ２＋）ガスに酸化する機能をも併せ持たせる必要から、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする水銀酸化剤を含む水溶液になっている。このような水溶液を循環水Ｗとして用いる点は、本実施形態の特徴の１つである。なお、上記水銀酸化剤は、好ましくは塩化鉄（ＦｅＣｌ３）であるが、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とするものであればこれに限定されるものではない。
【００２８】
図２は、除塵塔４Ａつまり本実施形態に係わる水銀除去装置の詳細構成を示すブロック図である。本水銀除去装置は、この図２に示すように、塔本体６（回収容器）、スプレーノズル７、循環ポンプ８、ｐＨ計測器９、ｐＨ調整剤添加装置１０、水銀酸化剤添加装置１１等から構成されている。塔本体６は、例えば中空円筒状の容器であり、循環水を下方に向けて噴射するスプレーノズル７が内部上方に配置され、また内部下方は上記循環水を受けて回収するように密閉構造になっている。本水銀除去装置は、除塵塔としての本来の構成要件つまり塔本体６、スプレーノズル７及び循環ポンプ８に、水銀除去装置としての機能を付加するための構成要件つまりｐＨ計測器９、ｐＨ調整剤添加装置１０及び水銀酸化剤添加装置１１を付加したものである。ここで、本実施形態における反応分離手段は、スプレーノズル７、塔本体６、循環ポンプ８、水銀酸化剤添加装置１１、ｐＨ計測器９、ｐＨ調整剤添加装置１０により、実現されている。
【００２９】
また、塔本体６の側部には、排ガスの入口６ａが、また上部には処理済ガスの出口６ｂが各々設けられている。入口６ａから塔本体６内に取り込まれた排ガスは、スプレーノズル７から噴射される循環水を気液接触しつつ上方に移動し、処理済ガスとして塔本体６の外部に排出される。スプレーノズル７は、循環水が排ガスと塔本体６内の広い領域で均等に気液接触するように、塔本体６内の上部に広がりを持って配置されている。
【００３０】
循環ポンプ８は、塔本体６の内部下方に溜まった循環水を汲み出してスプレーノズル７に供給する。火力発電所が連続運転されることにより塔本体６内に連続供給される排ガスに対して、循環ポンプ８が連続運転されることにより、排ガスにはスプレーノズル７から順次連続して循環水が噴射されて、排ガスと循環水との気液接触が連続的に行われる。
【００３１】
ｐＨ計測器９は、上記循環ポンプ８とスプレーノズル７との間に設けられている。このｐＨ計測器９は、循環ポンプ８からスプレーノズル７に供給される循環水、つまり排ガスに噴射される循環水のｐＨ値を計測しｐＨ情報としてｐＨ調整剤添加装置１０に出力する。ｐＨ調整剤添加装置１０は、ｐＨ計測器９で計測される循環水のｐＨ値が約２以上約３以下を維持するようにｐＨ調整剤を循環水に供給するものである。このｐＨ調整剤は、例えば水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）である。水銀酸化剤添加装置１１は、例えば塩化鉄（ＦｅＣｌ３）を水銀酸化剤として循環水に供給するものである。
【００３２】
一方、吸収塔４Ｂは、上記除塵塔４Ａ（つまり水銀除去装置）から排出された処理済ガスから硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去するためのものである。この吸収塔４Ｂは、排ガスに例えば石灰石スラリーを含む吸収液と反応させることにより硫黄酸化物（ＳＯｘ）を石膏（ＣａＳＯ４）として吸収液中に分離する。なお、煙突５は、吸収塔４Ｂつまり二塔式脱硫装置４から排出された排ガスを高所の外気に放出するものである。
【００３３】
次に、このように構成された水銀除去装置の作用・効果について、図３〜図６に示す実験データを参照して説明する。
【００３４】
図３は、水銀酸化剤として３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とするものを用いることの有効性を示す実験結果である。より具体的には、本実施形態で用いている３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする塩化鉄（ＦｅＣｌ３）、２価の鉄（Ｆｅ２＋）を成分とする塩化鉄（ＦｅＣｌ２）、４価のチタン（Ｔｉ４＋）を成分とする塩化チタン（ＴｉＣｌ４）、３価のチタン（Ｔｉ３＋）を成分とする塩化チタン（ＴｉＣｌ３）、３価のアルミニウム（Ａｌ３＋）を成分とする塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）、また５価のリン（Ｐ５＋）を成分とするリン酸二水素カリウム（ＫＨ２ＰＯ４）を含む水溶液を各々調製し、ゼロ価水銀（Ｈｇ０）ガスと窒素（Ｎ２）ガスの混合ガスを気液接触させた場合のゼロ価水銀（Ｈｇ０）の除去率を示している。なお、この実験では、対象成分（Ｆｅ３＋，Ｆｅ２＋，Ｔｉ４＋，Ｔｉ３＋，Ａｌ３＋，Ｐ５＋）の濃度を１００ｐｐｍ、また塩酸（ＨＣｌ）を加えることによって各水溶液のｐＨを約１に調整した。
【００３５】
この実験結果から明らかなように、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液は高いＨｇ０除去率を示すものの、２価の鉄（Ｆｅ２＋）を成分とする塩化鉄（ＦｅＣｌ２）をはじめとする他の水溶液は極めて低いＨｇ０除去率を示している。
３価の鉄（Ｆｅ３＋）は、ゼロ価水銀（Ｈｇ０）に対する酸化力、つまりゼロ価水銀（Ｈｇ０）から電子を受容して２価水銀（Ｈｇ２＋）とする能力が他の対象成分よりも極めて高いことが分かる。ここで、図３には、ｐＨ１にて行った実験結果のみ示しているが、出願人は、ｐＨが約３以下の範囲において、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする水溶液が、他を成分とする水溶液と比較して、Ｈｇ０除去に抜きんでて有効であることは確認した。
【００３６】
続いて、図４は、上述のようにゼロ価水銀（Ｈｇ０）に対する酸化性能の優れた塩化鉄（ＦｅＣｌ３）を用いる場合におけるＨｇ０除去率に与えるｐＨ及び３価の鉄（Ｆｅ３＋）の濃度の影響を示す実験結果である。この実験では、塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液中の３価の鉄（Ｆｅ３＋）の濃度を、３０ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ、１５００ｐｐｍの３種類とした。なお、もともとの塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液のｐＨは、約２である。
出願人は、従来の除塵塔４Ａにおいては、循環水に酸性ガスが溶解することによって、循環水のｐＨが０．８〜１．５程度となることを確認した。そこで、この実験では、上記ｐＨ０．８〜１．５程度を含むｐＨ０．８から５．５の範囲で実験を行うために、塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液に、塩酸（ＨＣｌ）あるいは水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を添加することにより、ｐＨを０．８から５．５の範囲に調整した。またここで、塩酸（ＨＣｌ）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）がＨｇ０除去率に影響しないことは、実験により明らかとなっている。
【００３７】
この実験結果は、塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液のｐＨを、除塵塔４Ａの従来の運転領域である０．８〜１．５程度から２〜３前後まで上昇させるにしたがって、Ｈｇ０除去率が増加することを示すと共に、各濃度におけるＨｇ０除去率が最高となるｐＨ（最適ｐＨ）を超えて更にｐＨを上昇させるとＨｇ０除去率が低下することを示している。
詳細には、まず、水溶液中の３価の鉄（Ｆｅ３＋）の濃度が３０ｐｐｍの場合、水溶液のｐＨが除塵塔４Ａの従来の運転領域である０．８〜１．５程度であると、Ｈｇ０除去率は３０〜５０％程度であるのに対し、水溶液のｐＨが３の近傍になると、Ｈｇ０除去率は７０％程度まで上昇し、ここからｐＨを更に高くするとＨｇ０除去率が低下する。また、水溶液中の３価の鉄（Ｆｅ３＋）の濃度が１５０ｐｐｍの場合、水溶液のｐＨが除塵塔４Ａの従来の運転領域である０．８〜１．５程度であると、Ｈｇ０除去率は４０〜６０％程度であるのに対し、水溶液のｐＨが２．５の近傍になると、Ｈｇ０除去率は８０％を上回る程度まで上昇し、ここからｐＨを更に高くするとＨｇ０除去率が低下する。更に、水溶液中の３価の鉄（Ｆｅ３＋）の濃度が１５００ｐｐｍの場合、水溶液のｐＨが除塵塔４Ａの従来の運転領域である０．８〜１．５程度であると、Ｈｇ０除去率は５０〜７０％程度であるのに対し、水溶液のｐＨが２の近傍になると、Ｈｇ０除去率は８０％近くまで上昇し、ここからｐＨを更に高くするとＨｇ０除去率が低下する。
【００３８】
なお、ｐＨが約３の場合を境にＨｇ０除去率が低下する理由は、塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液のｐＨが、３価の鉄（Ｆｅ３＋）の各濃度における最適値（約２〜３）よりも高くなると、水酸化第二鉄（Ｆｅ(ＯＨ)３）の沈殿が生じ、ゼロ価水銀（Ｈｇ０）の捕捉に有効な３価の鉄（Ｆｅ３＋）が減少するためであることを、この実験において確認した。
したがって、高いＨｇ０除去率を得るためには、水銀酸化剤として塩化鉄（ＦｅＣｌ３）を使用する際には、水溶液のｐＨを約３以下に設定することが効果的であることが分かる。
また、この実験結果によれば、塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液のｐＨが除塵塔４Ａの従来の運転領域である０．８〜１．５程度の場合には、３価の鉄（Ｆｅ３＋）の濃度が１５００ｐｐｍであってもＨｇ０除去率は５０〜７０％程度と８０％を上回らないのに対し、ｐＨが約２以上約３以下の場合には、３価の鉄（Ｆｅ３＋）の濃度が１５０ｐｐｍであってもＨｇ０除去率が７０〜８０％程度となり、更にｐＨが約２．５の近傍の場合にはＨｇ０除去率が８０％を上回ることがわかる。
したがって、高いＨｇ０除去率を得つつ水銀酸化剤としての塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の使用量を極力抑えるためには、水溶液のｐＨを約２以上約３以下、更に好ましくは約２．５の近傍に設定することが効果的であることが分かる。
【００３９】
上記図３に示す実験結果は、実際の火力発電所のボイラ１から排出される排ガスとは異なる成分組成、つまりゼロ価水銀（Ｈｇ０）ガスと窒素（Ｎ２）ガスの混合ガスについてのものである。これに対して、図５及び図６に示す実験結果は、窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）等を含んだボイラ１の排ガスと略同一の成分組成を有する模擬燃焼排ガスに関するＨｇ０除去率を示している。
【００４０】
図５では、上述した除塵塔４Ａと同様構成の向流スプレー型の湿式スクラバを用い、循環水である塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液の循環量を２ｌ／ｍｉｎ、４ｌ／ｍｉｎあるいは５ｌ／ｍｉｎに切り替えた場合における模擬燃焼排ガスのＨｇ０除去率を示している。この実験結果によれば、ボイラ１の排ガスと略同一の成分組成を有する模擬燃焼排ガスについて、何れの循環量においても８０％近いＨｇ０除去率が得られることが確認された。
【００４１】
図６は、上記模擬燃焼排ガスに関する気液接触の影響に関する実験例１，２を示している。この実験では、各々に１００ｍｌの吸収液（塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液）が充填されると共に模擬燃焼排ガスをバブリングする容器（インピンジャ）を複数用意し、１本のインピンジャで模擬燃焼排ガスをバブリングした場合の吸収液量を１００ｍｌ、直列接続された３本のインピンジャで模擬燃焼排ガスをバブリングした場合の吸収液量を３００ｍｌ、直列接続された５本のインピンジャで模擬燃焼排ガスをバブリングした場合の吸収液量を５００ｍｌとした場合におけるＨｇ０除去率を計測した。
なお、実験例１は、３価の鉄Ｆｅ３＋の濃度が１００ｐｐｍの場合、実験例２は３価の鉄Ｆｅ３＋の濃度が４００ｐｐｍの場合を示している。
【００４２】
すなわち、この実験において、吸収液量１００ｍｌはバブリング回数が１回を、吸収液量３００ｍｌはバブリング回数が３回を、また吸収液量５００ｍｌはバブリング回数が５回をそれぞれ示している。この実験結果によれば、バブリング回数つまり模擬燃焼排ガスと吸収液（塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液）との気液接触の回数を増やす程、Ｈｇ０除去率が上昇することが確かめられた。この実験では、５回のバブリングで８０％を超えるＨｇ０除去率が得られていることが確認された。
【００４３】
なお、上記図６の実験結果は、模擬燃焼排ガスと気液接触の回数がＨｇ０除去率に大きな影響を与えることを示しているが、この気液接触の状態をより良好にするためには、接触面積や接触時間をより大きくすることも極めて重要である。したがっ て、スプレーノズル７や塔本体６の形状、あるいは塔本体６における排ガスの通過方法等を工夫することによって接触面積や接触時間をより大きくして、ゼロ価水銀（Ｈｇ０）ガスの除去率を向上させることが重要である。
【００４４】
このような本実施形態によれば、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする塩化鉄（ＦｅＣｌ３）を水銀酸化剤として 含み、かつ、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等のｐＨ調整剤を添加することによりｐＨが約２以上約３以下に設定された水溶液を、ボイラ１の排ガス（燃焼排ガス）等の処理対象ガスと気液接触させることにより、水銀酸化剤の添加量（使用量）を極力抑えた状態で処理対象ガスからゼロ価水銀（Ｈｇ０）ガスを高い除去率で除去することができる。
【００４５】
また、本水銀除去装置は、除塵塔としての本来の構成要件つまり塔本体６、スプレーノズル７及び循環ポンプ８に、水銀除去装置としての機能を付加するための構成要件つまりｐＨ計測器９、ｐＨ調整剤添加装置１０及び水銀酸化剤添加装置１１を付加したものである。したがって、既存の火力発電所にｐＨ計測器９、ｐＨ調整剤添加装置１０及び水銀酸化剤添加装置１１を付加することによってゼロ価水銀（Ｈｇ０）ガスの除去機能を実現できるので、既存の火力発電所に容易に導入することができるというメリットがある。
【００４６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）水銀酸化剤は塩化鉄（ＦｅＣｌ３）に限定されず、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする化合物であれば他のものでも良い。
（２）ｐＨ調整剤は水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）に限定されず、他のものでも良い。
（３）処理対象ガスは、ボイラ１の燃焼炉の燃焼排ガスに限定されない。
（４）また、水銀除去装置の構成については、上記実施形態に限定されるものではない。処理対象ガスと水銀酸化剤の水溶液との良好な気液接触を実現できる構成であれば、他の構成であっても良い。
（５）上記実施形態では、排ガスの入口６ａを塔本体６の側部に設け、排ガスの出口６ｂを塔本体６の上部に設けているが、実施にあたっては、除塵塔４Ａの排ガスの入口６ａを塔本体６の上部に設け、排ガスの出口６ｂを塔本体６の側部に設けてもよい。
（６）上記実施形態では、水銀酸化剤の水溶液を循環水Ｗとして用いているが、実施にあたっては、上記循環水Ｗに代えて、除塵塔４Ａの洗浄水を水銀酸化剤を含む水溶液としても良い。洗浄水は、除塵塔４Ａ内部に設置したミストエリミネータ等の機器を洗浄する水であって、この水としては、従来は一般的な工業用水 が用いられている。この洗浄水として、水銀酸化剤を含む水溶液を用いることにより、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１…ボイラ、２…脱硝装置、３…電気集じん器、４…二塔式脱硫装置、４Ａ…除塵塔、４Ｂ…吸収塔、５…煙突、６…塔本体（回収容器）、７…スプレーノズル、８…循環ポンプ、９…ｐＨ計測器、１０…ｐＨ調整剤添加装置、１１…水銀酸化剤添加装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水銀除去装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、処理対象物である排ガス中のゼロ価水銀（Ｈｇ０）を除去する排ガス処理装置がいくつか開示されている。このうち、特許文献１の図３に記載された排ガス処理装置は、冷却塔と吸収塔とから成る２塔式の湿式脱硫装置を備えた排ガス処理装置において、前段に配置された冷却塔の循環水に次亜塩素酸ソーダ、塩化銅、塩化マンガン、塩化鉄、キレート剤、石炭灰等の水銀除去剤を添加することにより、排ガス中のゼロ価水銀（Ｈｇ０）を水溶性の２価水銀（Ｈｇ２＋）に変換して除去するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２１６４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１の排ガス処理装置には以下のような問題点がある。
（１）上記水銀除去剤を低ｐＨの循環水に添加した場合に水銀除去剤がかなりの割合で分解してしまうために大量の水銀除去剤を添加する必要がある。
（２）処理対象物である排ガス中に二酸化硫黄（ＳＯ２）が含まれていた場合に水銀除去剤が二酸化硫黄（ＳＯ２）と反応して消費されてしまうため、やはり大量の水銀除去剤を添加する必要がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、水銀酸化剤の使用量を抑え、かつゼロ価水銀ガスを処理対象ガスから十分な除去率で分離・除去することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、水銀除去装置に係わる第１の解決手段として、ゼロ価水銀ガスを水溶性の２価水銀ガスに変換して処理対象ガスから分離・除去する装置であって、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする水銀酸化剤を含みｐＨが約３以下である水溶液を、前記処理対象ガスに接触させる反応分離手段を具備する、という解決手段を採用する。
【０００７】
また、水銀除去装置に係わる第２の解決手段として、上記第１の手段において、前記水溶液は、ｐＨが約２以上約３以下である、という解決手段を採用する。
【０００８】
水銀除去装置に係わる第３の解決手段として、上記第１又は２の手段において、前記反応分離手段は、前記水銀酸化剤を約３０ｐｐｍ以上約１５００ｐｐｍ以下の濃度で含む前記水溶液を処理対象ガスに接触させる、という解決手段を採用する。
【０００９】
水銀除去装置に係わる第４の解決手段として、上記第１から３の何れかの手段において、前記反応分離手段は、前記水溶液を処理対象ガスにスプレーするノズルと、該ノズルによって処理対象ガスと接触した後の前記水溶液を回収する回収容器と、該回収容器に回収された前記水溶液を前記ノズルに供給する循環ポンプと、前記水溶液に前記水銀酸化剤を添加する水銀酸化剤添加装置と、前記回収容器に回収された前記水溶液のｐＨを計測するｐＨ計測器と、該ｐＨ計測器の計測 結果に基づいて前記ノズルからスプレーされる前記水溶液のｐＨが約３以下を維持するようにｐＨ調整剤を水溶液に添加するｐＨ調整剤添加装置と、からなる、という解決手段を採用する。
【００１０】
水銀除去装置に係わる第５の解決手段として、上記第４の手段において、前記ｐＨ調整剤添加装置は、前記ｐＨ計測器の計測結果に基づいて前記ノズルからスプレーされる前記水溶液のｐＨが約２以上約３以下を維持するようにｐＨ調整剤を水溶液に添加する、という解決手段を採用する。
【００１１】
水銀除去装置に係わる第６の解決手段として、上記第４又は５の手段において、前記ノズルと前記回収容器と前記循環ポンプとは二塔式の湿式脱硫装置において前段に配置される除塵塔を構成しており、反応分離手段は、当該除塵塔に前記ｐＨ計測器、前記ｐＨ調整剤添加装置及び前記水銀酸化剤添加装置が付加されて構成される、という解決手段を採用する。
【００１２】
水銀除去装置に係わる第７の解決手段として、上記第１から６の何れかの手段において、前記水銀酸化剤は、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする塩化鉄（ＦｅＣｌ３）である、という解決手段を採用する。
【００１３】
水銀除去装置に係わる第８の解決手段として、上記第４から７の何れかの手段において、前記ｐＨ調整剤は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）である、という解決手段を採用する。
【００１４】
水銀除去装置に係わる第９の解決手段として、上記第１から８の何れかの手段において、処理対象ガスは、燃焼炉の燃焼排ガスである、という解決手段を採用する。
【００１５】
一方、本発明では、水銀除去方法に係わる第１の解決手段として、ゼロ価水銀ガスを水溶性の２価水銀ガスに変換して処理対象ガスから分離・除去する方法であって、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする水銀酸化剤を含み、ｐＨが約３以下である水溶液を前記処理対象ガスと接触させることにより、前記ゼロ価水銀ガスを２価水銀ガスに変換すると共に水溶液中に溶解させて処理対象ガスから分離・除去する、という解決手段を採用する。
【００１６】
水銀除去方法に係わる第２の解決手段として、上記第１の手段において、前記水溶液は、ｐＨが約２以上約３以下である、という解決手段を採用する。
【００１７】
水銀除去方法に係わる第３の解決手段として、上記第１又は２の手段において、前記水銀酸化剤を約３０ｐｐｍ以上約１５００ｐｐｍ以下の濃度で含む前記水溶液を処理対象ガスに接触させる、という解決手段を採用する。
【００１８】
水銀除去方法に係わる第４の解決手段として、上記第１から３の何れかの手段において、二塔式の湿式脱硫装置において前段に配置される除塵塔の洗浄水あるいは循環水に、ｐＨ調整剤を添加することにより前記洗浄水あるいは前記循環水のｐＨを約３以下とし、前記水銀酸化剤を添加することによりゼロ価水銀ガスを 処理対象ガスから分離・除去する、という解決手段を採用する。
【００１９】
水銀除去方法に係わる第５の解決手段として、上記第４の手段において、前記洗浄水あるいは前記循環水に、前記ｐＨ調整剤を添加することにより前記洗浄水あるいは前記循環水のｐＨを約２以上約３以下とする、という解決手段を採用する。
【００２０】
水銀除去方法に係わる第６の解決手段として、上記第１から５の何れかの手段において、前記水銀酸化剤は、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする塩化鉄（ＦｅＣｌ３）である、という解決手段を採用する。
【００２１】
水銀除去方法に係わる第７の解決手段として、上記第４から６の何れかの手段において、前記ｐＨ調整剤は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）である、という解決手段を採用する。
【００２２】
水銀除去方法に係わる第８の解決手段として、上記第１から７の何れかの手段において、処理対象ガスは、燃焼炉の燃焼排ガスである、という解決手段を採用する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする水銀酸化剤の水溶液をｐＨ約３以下として処理対象ガスと気液接触させることにより、ゼロ価水銀ガスは２価水銀ガスに変換されると共に水溶液中に溶解して処理対象ガスから分離されるので、水銀酸化剤の使用量を抑えつつゼロ価水銀ガスを十分な除去率で処理対象ガスから分離することができる。
更に、水溶液を約２以上約３以下に調整することにより、除去率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係わる水銀除去装置が適用された排ガス処理装置の系統図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる水銀除去装置の詳細構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態において水銀酸化剤として３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とするものを用いることの有効性を示す実験結果である。
【図４】本発明の一実施形態において、ゼロ価水銀（Ｈｇ０）に対する酸化性能の優れた塩化鉄（ＦｅＣｌ３）を用いる場合におけるＨｇ０除去率に与えるｐＨ及び３価の鉄（Ｆｅ３＋）の影響を示す実験結果である。
【図５】本発明の一実施形態において塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液の循環量に応じた模擬燃焼排ガスのＨｇ０除去率を示す実験結果である。
【図６】本発明の一実施形態において模擬燃焼排ガスに関する気液接触の影響を示す実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係わる水銀除去装置が適用された排ガス処理装置の系統図である。この図に示すように、この排ガス処理装置は、ボイラ１、脱硝装置２、電気集じん器３、二塔式脱硫装置４及び煙突５から構成されている。ボイラ１は、例えば火力発電所にて発電用水蒸気を発生させるためのものであり、石油、天然ガスあるいは石炭等を燃料として水蒸気を発生させる。このような燃料をボイラ１で燃焼させたことによって発生した排ガスは、ボイラ１から脱硝装置２に供給される。
【００２６】
脱硝装置２は、上記排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去するものである。この脱硝装置２は、例えば触媒の存在下で排ガスにアンモニアを作用させることにより窒素酸化物（ＮＯｘ）を窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）に分解する。電気集じん器３は、対向電極間の電場によって排ガス中に含まれる粉塵を吸着して除去するものである。二塔式脱硫装置４は、排ガス中に含まれる硫黄酸化物ＳＯｘを湿式除去する二塔式の湿式脱硫装置であり、図示するように前段に配置された除塵塔４Ａと後段に配置された吸収塔４Ｂとから構成されている。
【００２７】
除塵塔４Ａは、循環水を用いて排ガスを除塵及び冷却する機能と本実施形態に係わる水銀除去装置としての機能とを併せ持つものである。ここで、一般的な二塔式脱硫装置における除塵塔は、主に排ガスの除塵を、副次的に排ガスの冷却を目的としているので、循環水は一般水であるが、本実施形態における循環水Ｗは、排ガスを除塵及び冷却する機能に加えて、排ガス中に含まれるゼロ価水銀（Ｈｇ０）ガスを水溶性の２価水銀（Ｈｇ２＋）ガスに酸化する機能をも併せ持たせる必要から、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする水銀酸化剤を含む水溶液になっている。このような水溶液を循環水Ｗとして用いる点は、本実施形態の特徴の１つである。なお、上記水銀酸化剤は、好ましくは塩化鉄（ＦｅＣｌ３）であるが、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とするものであればこれに限定されるものではない。
【００２８】
図２は、除塵塔４Ａつまり本実施形態に係わる水銀除去装置の詳細構成を示すブロック図である。本水銀除去装置は、この図２に示すように、塔本体６（回収容器）、スプレーノズル７、循環ポンプ８、ｐＨ計測器９、ｐＨ調整剤添加装置１０、水銀酸化剤添加装置１１等から構成されている。塔本体６は、例えば中空円筒状の容器であり、循環水を下方に向けて噴射するスプレーノズル７が内部上方に配置され、また内部下方は上記循環水を受けて回収するように密閉構造になっている。本水銀除去装置は、除塵塔としての本来の構成要件つまり塔本体６、スプレーノズル７及び循環ポンプ８に、水銀除去装置としての機能を付加するための構成要件つまりｐＨ計測器９、ｐＨ調整剤添加装置１０及び水銀酸化剤添加装置１１を付加したものである。ここで、本実施形態における反応分離手段は、スプレーノズル７、塔本体６、循環ポンプ８、水銀酸化剤添加装置１１、ｐＨ計測器９、ｐＨ調整剤添加装置１０により、実現されている。
【００２９】
また、塔本体６の側部には、排ガスの入口６ａが、また上部には処理済ガスの出口６ｂが各々設けられている。入口６ａから塔本体６内に取り込まれた排ガスは、スプレーノズル７から噴射される循環水を気液接触しつつ上方に移動し、処理済ガスとして塔本体６の外部に排出される。スプレーノズル７は、循環水が排ガスと塔本体６内の広い領域で均等に気液接触するように、塔本体６内の上部に広がりを持って配置されている。
【００３０】
循環ポンプ８は、塔本体６の内部下方に溜まった循環水を汲み出してスプレーノズル７に供給する。火力発電所が連続運転されることにより塔本体６内に連続供給される排ガスに対して、循環ポンプ８が連続運転されることにより、排ガスにはスプレーノズル７から順次連続して循環水が噴射されて、排ガスと循環水との気液接触が連続的に行われる。
【００３１】
ｐＨ計測器９は、上記循環ポンプ８とスプレーノズル７との間に設けられている。このｐＨ計測器９は、循環ポンプ８からスプレーノズル７に供給される循環水、つまり排ガスに噴射される循環水のｐＨ値を計測しｐＨ情報としてｐＨ調整剤添加装置１０に出力する。ｐＨ調整剤添加装置１０は、ｐＨ計測器９で計測される循環水のｐＨ値が約２以上約３以下を維持するようにｐＨ調整剤を循環水に供給するものである。このｐＨ調整剤は、例えば水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）である。水銀酸化剤添加装置１１は、例えば塩化鉄（ＦｅＣｌ３）を水銀酸化剤として循環水に供給するものである。
【００３２】
一方、吸収塔４Ｂは、上記除塵塔４Ａ（つまり水銀除去装置）から排出された処理済ガスから硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去するためのものである。この吸収塔４Ｂは、排ガスに例えば石灰石スラリーを含む吸収液と反応させることにより硫黄酸化物（ＳＯｘ）を石膏（ＣａＳＯ４）として吸収液中に分離する。なお、煙突５は、吸収塔４Ｂつまり二塔式脱硫装置４から排出された排ガスを高所の外気に放出するものである。
【００３３】
次に、このように構成された水銀除去装置の作用・効果について、図３〜図６に示す実験データを参照して説明する。
【００３４】
図３は、水銀酸化剤として３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とするものを用いることの有効性を示す実験結果である。より具体的には、本実施形態で用いている３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする塩化鉄（ＦｅＣｌ３）、２価の鉄（Ｆｅ２＋）を成分とする塩化鉄（ＦｅＣｌ２）、４価のチタン（Ｔｉ４＋）を成分とする塩化チタン（ＴｉＣｌ４）、３価のチタン（Ｔｉ３＋）を成分とする塩化チタン（ＴｉＣｌ３）、３価のアルミニウム（Ａｌ３＋）を成分とする塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）、また５価のリン（Ｐ５＋）を成分とするリン酸二水素カリウム（ＫＨ２ＰＯ４）を含む水溶液を各々調製し、ゼロ価水銀（Ｈｇ０）ガスと窒素（Ｎ２）ガスの混合ガスを気液接触させた場合のゼロ価水銀（Ｈｇ０）の除去率を示している。なお、この実験では、対象成分（Ｆｅ３＋，Ｆｅ２＋，Ｔｉ４＋，Ｔｉ３＋，Ａｌ３＋，Ｐ５＋）の濃度を１００ｐｐｍ、また塩酸（ＨＣｌ）を加えることによって各水溶液のｐＨを約１に調整した。
【００３５】
この実験結果から明らかなように、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液は高いＨｇ０除去率を示すものの、２価の鉄（Ｆｅ２＋）を成分とする塩化鉄（ＦｅＣｌ２）をはじめとする他の水溶液は極めて低いＨｇ０除去率を示している。
３価の鉄（Ｆｅ３＋）は、ゼロ価水銀（Ｈｇ０）に対する酸化力、つまりゼロ価水銀（Ｈｇ０）から電子を受容して２価水銀（Ｈｇ２＋）とする能力が他の対象成分よりも極めて高いことが分かる。ここで、図３には、ｐＨ１にて行った実験結果のみ示しているが、出願人は、ｐＨが約３以下の範囲において、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする水溶液が、他を成分とする水溶液と比較して、Ｈｇ０除去に抜きんでて有効であることは確認した。
【００３６】
続いて、図４は、上述のようにゼロ価水銀（Ｈｇ０）に対する酸化性能の優れた塩化鉄（ＦｅＣｌ３）を用いる場合におけるＨｇ０除去率に与えるｐＨ及び３価の鉄（Ｆｅ３＋）の濃度の影響を示す実験結果である。この実験では、塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液中の３価の鉄（Ｆｅ３＋）の濃度を、３０ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ、１５００ｐｐｍの３種類とした。なお、もともとの塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液のｐＨは、約２である。
出願人は、従来の除塵塔４Ａにおいては、循環水に酸性ガスが溶解することによって、循環水のｐＨが０．８〜１．５程度となることを確認した。そこで、この実験では、上記ｐＨ０．８〜１．５程度を含むｐＨ０．８から５．５の範囲で実験を行うために、塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液に、塩酸（ＨＣｌ）あるいは水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を添加することにより、ｐＨを０．８から５．５の範囲に調整した。またここで、塩酸（ＨＣｌ）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）がＨｇ０除去率に影響しないことは、実験により明らかとなっている。
【００３７】
この実験結果は、塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液のｐＨを、除塵塔４Ａの従来の運転領域である０．８〜１．５程度から２〜３前後まで上昇させるにしたがって、Ｈｇ０除去率が増加することを示すと共に、各濃度におけるＨｇ０除去率が最高となるｐＨ（最適ｐＨ）を超えて更にｐＨを上昇させるとＨｇ０除去率が低下することを示している。
詳細には、まず、水溶液中の３価の鉄（Ｆｅ３＋）の濃度が３０ｐｐｍの場合、水溶液のｐＨが除塵塔４Ａの従来の運転領域である０．８〜１．５程度であると、Ｈｇ０除去率は３０〜５０％程度であるのに対し、水溶液のｐＨが３の近傍になると、Ｈｇ０除去率は７０％程度まで上昇し、ここからｐＨを更に高くするとＨｇ０除去率が低下する。また、水溶液中の３価の鉄（Ｆｅ３＋）の濃度が１５０ｐｐｍの場合、水溶液のｐＨが除塵塔４Ａの従来の運転領域である０．８〜１．５程度であると、Ｈｇ０除去率は４０〜６０％程度であるのに対し、水溶液のｐＨが２．５の近傍になると、Ｈｇ０除去率は８０％を上回る程度まで上昇し、ここからｐＨを更に高くするとＨｇ０除去率が低下する。更に、水溶液中の３価の鉄（Ｆｅ３＋）の濃度が１５００ｐｐｍの場合、水溶液のｐＨが除塵塔４Ａの従来の運転領域である０．８〜１．５程度であると、Ｈｇ０除去率は５０〜７０％程度であるのに対し、水溶液のｐＨが２の近傍になると、Ｈｇ０除去率は８０％近くまで上昇し、ここからｐＨを更に高くするとＨｇ０除去率が低下する。
【００３８】
なお、ｐＨが約３の場合を境にＨｇ０除去率が低下する理由は、塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液のｐＨが、３価の鉄（Ｆｅ３＋）の各濃度における最適値（約２〜３）よりも高くなると、水酸化第二鉄（Ｆｅ(ＯＨ)３）の沈殿が生じ、ゼロ価水銀（Ｈｇ０）の捕捉に有効な３価の鉄（Ｆｅ３＋）が減少するためであることを、この実験において確認した。
したがって、高いＨｇ０除去率を得るためには、水銀酸化剤として塩化鉄（ＦｅＣｌ３）を使用する際には、水溶液のｐＨを約３以下に設定することが効果的であることが分かる。
また、この実験結果によれば、塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液のｐＨが除塵塔４Ａの従来の運転領域である０．８〜１．５程度の場合には、３価の鉄（Ｆｅ３＋）の濃度が１５００ｐｐｍであってもＨｇ０除去率は５０〜７０％程度と８０％を上回らないのに対し、ｐＨが約２以上約３以下の場合には、３価の鉄（Ｆｅ３＋）の濃度が１５０ｐｐｍであってもＨｇ０除去率が７０〜８０％程度となり、更にｐＨが約２．５の近傍の場合にはＨｇ０除去率が８０％を上回ることがわかる。
したがって、高いＨｇ０除去率を得つつ水銀酸化剤としての塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の使用量を極力抑えるためには、水溶液のｐＨを約２以上約３以下、更に好ましくは約２．５の近傍に設定することが効果的であることが分かる。
【００３９】
上記図３に示す実験結果は、実際の火力発電所のボイラ１から排出される排ガスとは異なる成分組成、つまりゼロ価水銀（Ｈｇ０）ガスと窒素（Ｎ２）ガスの混合ガスについてのものである。これに対して、図５及び図６に示す実験結果は、窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）等を含んだボイラ１の排ガスと略同一の成分組成を有する模擬燃焼排ガスに関するＨｇ０除去率を示している。
【００４０】
図５では、上述した除塵塔４Ａと同様構成の向流スプレー型の湿式スクラバを用い、循環水である塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液の循環量を２ｌ／ｍｉｎ、４ｌ／ｍｉｎあるいは５ｌ／ｍｉｎに切り替えた場合における模擬燃焼排ガスのＨｇ０除去率を示している。この実験結果によれば、ボイラ１の排ガスと略同一の成分組成を有する模擬燃焼排ガスについて、何れの循環量においても８０％近いＨｇ０除去率が得られることが確認された。
【００４１】
図６は、上記模擬燃焼排ガスに関する気液接触の影響に関する実験例１，２を示している。この実験では、各々に１００ｍｌの吸収液（塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液）が充填されると共に模擬燃焼排ガスをバブリングする容器（インピンジャ）を複数用意し、１本のインピンジャで模擬燃焼排ガスをバブリングした場合の吸収液量を１００ｍｌ、直列接続された３本のインピンジャで模擬燃焼排ガスをバブリングした場合の吸収液量を３００ｍｌ、直列接続された５本のインピンジャで模擬燃焼排ガスをバブリングした場合の吸収液量を５００ｍｌとした場合におけるＨｇ０除去率を計測した。
なお、実験例１は、３価の鉄Ｆｅ３＋の濃度が１００ｐｐｍの場合、実験例２は３価の鉄Ｆｅ３＋の濃度が４００ｐｐｍの場合を示している。
【００４２】
すなわち、この実験において、吸収液量１００ｍｌはバブリング回数が１回を、吸収液量３００ｍｌはバブリング回数が３回を、また吸収液量５００ｍｌはバブリング回数が５回をそれぞれ示している。この実験結果によれば、バブリング回数つまり模擬燃焼排ガスと吸収液（塩化鉄（ＦｅＣｌ３）の水溶液）との気液接触の回数を増やす程、Ｈｇ０除去率が上昇することが確かめられた。この実験では、５回のバブリングで８０％を超えるＨｇ０除去率が得られていることが確認された。
【００４３】
なお、上記図６の実験結果は、模擬燃焼排ガスと気液接触の回数がＨｇ０除去率に大きな影響を与えることを示しているが、この気液接触の状態をより良好にするためには、接触面積や接触時間をより大きくすることも極めて重要である。したがっ て、スプレーノズル７や塔本体６の形状、あるいは塔本体６における排ガスの通過方法等を工夫することによって接触面積や接触時間をより大きくして、ゼロ価水銀（Ｈｇ０）ガスの除去率を向上させることが重要である。
【００４４】
このような本実施形態によれば、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする塩化鉄（ＦｅＣｌ３）を水銀酸化剤として 含み、かつ、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）等のｐＨ調整剤を添加することによりｐＨが約２以上約３以下に設定された水溶液を、ボイラ１の排ガス（燃焼排ガス）等の処理対象ガスと気液接触させることにより、水銀酸化剤の添加量（使用量）を極力抑えた状態で処理対象ガスからゼロ価水銀（Ｈｇ０）ガスを高い除去率で除去することができる。
【００４５】
また、本水銀除去装置は、除塵塔としての本来の構成要件つまり塔本体６、スプレーノズル７及び循環ポンプ８に、水銀除去装置としての機能を付加するための構成要件つまりｐＨ計測器９、ｐＨ調整剤添加装置１０及び水銀酸化剤添加装置１１を付加したものである。したがって、既存の火力発電所にｐＨ計測器９、ｐＨ調整剤添加装置１０及び水銀酸化剤添加装置１１を付加することによってゼロ価水銀（Ｈｇ０）ガスの除去機能を実現できるので、既存の火力発電所に容易に導入することができるというメリットがある。
【００４６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）水銀酸化剤は塩化鉄（ＦｅＣｌ３）に限定されず、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする化合物であれば他のものでも良い。
（２）ｐＨ調整剤は水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）に限定されず、他のものでも良い。
（３）処理対象ガスは、ボイラ１の燃焼炉の燃焼排ガスに限定されない。
（４）また、水銀除去装置の構成については、上記実施形態に限定されるものではない。処理対象ガスと水銀酸化剤の水溶液との良好な気液接触を実現できる構成であれば、他の構成であっても良い。
（５）上記実施形態では、排ガスの入口６ａを塔本体６の側部に設け、排ガスの出口６ｂを塔本体６の上部に設けているが、実施にあたっては、除塵塔４Ａの排ガスの入口６ａを塔本体６の上部に設け、排ガスの出口６ｂを塔本体６の側部に設けてもよい。
（６）上記実施形態では、水銀酸化剤の水溶液を循環水Ｗとして用いているが、実施にあたっては、上記循環水Ｗに代えて、除塵塔４Ａの洗浄水を水銀酸化剤を含む水溶液としても良い。洗浄水は、除塵塔４Ａ内部に設置したミストエリミネータ等の機器を洗浄する水であって、この水としては、従来は一般的な工業用水 が用いられている。この洗浄水として、水銀酸化剤を含む水溶液を用いることにより、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１…ボイラ、２…脱硝装置、３…電気集じん器、４…二塔式脱硫装置、４Ａ…除塵塔、４Ｂ…吸収塔、５…煙突、６…塔本体（回収容器）、７…スプレーノズル、８…循環ポンプ、９…ｐＨ計測器、１０…ｐＨ調整剤添加装置、１１…水銀酸化剤添加装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゼロ価水銀ガスを水溶性の２価水銀ガスに変換して処理対象ガスから分離・除去する装置であって、
３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする水銀酸化剤を含みｐＨが３以下である水溶液を、前記処理対象ガスに接触させる反応分離手段を具備することを特徴とする水銀除去装置。
【請求項２】
前記反応分離手段は、前記水銀酸化剤を３０ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下の濃度で含む前記水溶液を処理対象ガスに接触させることを特徴とする請求項１記載の水銀除去装置。
【請求項３】
前記反応分離手段は、
前記水溶液を処理対象ガスにスプレーするノズルと、
該ノズルによって処理対象ガスと接触した後の前記水溶液を回収する回収容器と、
該回収容器に回収された前記水溶液を前記ノズルに供給する循環ポンプと、
前記水溶液に前記水銀酸化剤を添加する水銀酸化剤添加装置と、
前記回収容器に回収された前記水溶液のｐＨを計測するｐＨ計測器と、
該ｐＨ計測器の計測結果に基づいて前記ノズルからスプレーされる前記水溶液のｐＨが３以下を維持するようにｐＨ調整剤を水溶液に添加するｐＨ調整剤添加装置と、
からなることを特徴とする請求項１又は２記載の水銀除去装置。
【請求項４】
前記ノズルと前記回収容器と前記循環ポンプとは二塔式の湿式脱硫装置において前段に配置される除塵塔を構成しており、反応分離手段は、当該除塵塔に前記ｐＨ計測器、前記ｐＨ調整剤添加装置及び前記水銀酸化剤添加装置が付加されて構成されることを特徴とする請求項３記載の水銀除去装置。
【請求項５】
前記水銀酸化剤は、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする塩化鉄（ＦｅＣｌ３）であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の水銀除去装置。
【請求項６】
前記ｐＨ調整剤は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）であることを特徴とする請求項３から５の何れかに記載の水銀除去装置。
【請求項７】
処理対象ガスは、燃焼炉の燃焼排ガスであることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の水銀除去装置。
【請求項８】
ゼロ価水銀ガスを水溶性の２価水銀ガスに変換して処理対象ガスから分離・除去する方法であって、
３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする水銀酸化剤を含み、ｐＨが３以下である水溶液を前記処理対象ガスと接触させることにより、前記ゼロ価水銀ガスを２価水銀ガスに変換すると共に水溶液中に溶解させて処理対象ガスから分離・除去する
ことを特徴とする水銀除去方法。
【請求項９】
前記水銀酸化剤を３０ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下の濃度で含む前記水溶液を処理対象ガスに接触させることを特徴とする請求項８記載の水銀除去方法。
【請求項１０】
二塔式の湿式脱硫装置において前段に配置される除塵塔の洗浄水あるいは循環水に、ｐＨ調整剤を添加することにより前記洗浄水あるいは前記循環水のｐＨを３以下とし、前記水銀酸化剤を添加することによりゼロ価水銀ガスを処理対象ガスから分離・除去することを特徴とする請求項８又は９記載の水銀除去方法。
【請求項１１】
前記水銀酸化剤は、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする塩化鉄（ＦｅＣｌ３）であることを特徴とする請求項８から１０の何れかに記載の水銀除去方法。
【請求項１２】
前記ｐＨ調整剤は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）であることを特徴とする請求項１０又は１１記載の水銀除去方法。
【請求項１３】
処理対象ガスは、燃焼炉の燃焼排ガスであることを特徴とする請求項８から１２の何れかに記載の水銀除去方法。
【請求項１】
ゼロ価水銀ガスを水溶性の２価水銀ガスに変換して処理対象ガスから分離・除去する装置であって、
３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする水銀酸化剤を含みｐＨが３以下である水溶液を、前記処理対象ガスに接触させる反応分離手段を具備することを特徴とする水銀除去装置。
【請求項２】
前記反応分離手段は、前記水銀酸化剤を３０ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下の濃度で含む前記水溶液を処理対象ガスに接触させることを特徴とする請求項１記載の水銀除去装置。
【請求項３】
前記反応分離手段は、
前記水溶液を処理対象ガスにスプレーするノズルと、
該ノズルによって処理対象ガスと接触した後の前記水溶液を回収する回収容器と、
該回収容器に回収された前記水溶液を前記ノズルに供給する循環ポンプと、
前記水溶液に前記水銀酸化剤を添加する水銀酸化剤添加装置と、
前記回収容器に回収された前記水溶液のｐＨを計測するｐＨ計測器と、
該ｐＨ計測器の計測結果に基づいて前記ノズルからスプレーされる前記水溶液のｐＨが３以下を維持するようにｐＨ調整剤を水溶液に添加するｐＨ調整剤添加装置と、
からなることを特徴とする請求項１又は２記載の水銀除去装置。
【請求項４】
前記ノズルと前記回収容器と前記循環ポンプとは二塔式の湿式脱硫装置において前段に配置される除塵塔を構成しており、反応分離手段は、当該除塵塔に前記ｐＨ計測器、前記ｐＨ調整剤添加装置及び前記水銀酸化剤添加装置が付加されて構成されることを特徴とする請求項３記載の水銀除去装置。
【請求項５】
前記水銀酸化剤は、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする塩化鉄（ＦｅＣｌ３）であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の水銀除去装置。
【請求項６】
前記ｐＨ調整剤は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）であることを特徴とする請求項３から５の何れかに記載の水銀除去装置。
【請求項７】
処理対象ガスは、燃焼炉の燃焼排ガスであることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の水銀除去装置。
【請求項８】
ゼロ価水銀ガスを水溶性の２価水銀ガスに変換して処理対象ガスから分離・除去する方法であって、
３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする水銀酸化剤を含み、ｐＨが３以下である水溶液を前記処理対象ガスと接触させることにより、前記ゼロ価水銀ガスを２価水銀ガスに変換すると共に水溶液中に溶解させて処理対象ガスから分離・除去する
ことを特徴とする水銀除去方法。
【請求項９】
前記水銀酸化剤を３０ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下の濃度で含む前記水溶液を処理対象ガスに接触させることを特徴とする請求項８記載の水銀除去方法。
【請求項１０】
二塔式の湿式脱硫装置において前段に配置される除塵塔の洗浄水あるいは循環水に、ｐＨ調整剤を添加することにより前記洗浄水あるいは前記循環水のｐＨを３以下とし、前記水銀酸化剤を添加することによりゼロ価水銀ガスを処理対象ガスから分離・除去することを特徴とする請求項８又は９記載の水銀除去方法。
【請求項１１】
前記水銀酸化剤は、３価の鉄（Ｆｅ３＋）を成分とする塩化鉄（ＦｅＣｌ３）であることを特徴とする請求項８から１０の何れかに記載の水銀除去方法。
【請求項１２】
前記ｐＨ調整剤は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）であることを特徴とする請求項１０又は１１記載の水銀除去方法。
【請求項１３】
処理対象ガスは、燃焼炉の燃焼排ガスであることを特徴とする請求項８から１２の何れかに記載の水銀除去方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１４００２５（Ｐ２０１１−１４００２５Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８３０２５（Ｐ２０１１−８３０２５）
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【分割の表示】特願２００６−１２６３８０（Ｐ２００６−１２６３８０）の分割
【原出願日】平成１８年４月２８日（２００６．４．２８）
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月４日（２０１１．４．４）
【分割の表示】特願２００６−１２６３８０（Ｐ２００６−１２６３８０）の分割
【原出願日】平成１８年４月２８日（２００６．４．２８）
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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