特開 2024-53731 セメントクリンカ製造設備及びセメントクリンカ製造方法並びに水銀除去方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024053731

(43)【公開日】2024-04-16

(54)【発明の名称】セメントクリンカ製造設備及びセメントクリンカ製造方法並びに水銀除去方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 7/36 20060101AFI20240409BHJP

   C04B 7/38 20060101ALI20240409BHJP

   B01D 53/64 20060101ALI20240409BHJP

   B01D 53/83 20060101ALI20240409BHJP

   B01J 20/06 20060101ALN20240409BHJP

【ＦＩ】

C04B7/36 ZAB

C04B7/38

B01D53/64 100

B01D53/83

B01J20/06 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022160115

(22)【出願日】2022-10-04

(71)【出願人】

【識別番号】000003182

【氏名又は名称】株式会社トクヤマ

(74)【代理人】

【識別番号】100120086

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼津 一也

(74)【代理人】

【識別番号】100191204

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 春彦

(72)【発明者】

【氏名】平山 浩喜

(72)【発明者】

【氏名】山口 喜久

【テーマコード（参考）】

4D002

4G066

【Ｆターム（参考）】

4D002AA29

4D002AC05

4D002BA04

4D002CA09

4D002DA11

4D002DA66

4D002EA01

4G066AA78B

4G066BA09

4G066BA20

4G066BA25

4G066CA47

4G066DA01

(57)【要約】

【課題】水銀を効率的に除去することが可能なセメントクリンカの製造設備を提供すること。
【解決手段】原料調製装置２と、焼成装置３と、水銀除去装置４とを備え、水銀除去装置４が、原料調製装置２又は焼成装置３から排出される排ガス中のダストを捕集して回収するダスト回収装置４１と、ダスト回収装置４１で回収したダストを加熱して、ダストに付着した水銀を気化する水銀気化チャンバー４２と、水銀気化チャンバー４２で気化した水銀を吸着材に吸着させる水銀吸着チャンバー４３とを備えているセメントクリンカ製造設備１である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

原料調製装置と、焼成装置と、水銀除去装置とを備えたセメントクリンカ製造設備であって、
前記水銀除去装置が、
前記原料調製装置又は焼成装置から排出される排ガス中のダストを捕集して回収するダスト回収装置と、
前記ダスト回収装置で回収したダストを加熱して、ダストに付着した水銀を気化する水銀気化チャンバーと、
前記水銀気化チャンバーで気化した水銀を吸着材に吸着させる水銀吸着チャンバーと、
を備えていることを特徴とするセメントクリンカ製造設備。

【請求項2】

前記水銀吸着チャンバーが、
回転軸及び該回転軸に設けられた撹拌翼を具備し、前記水銀吸着チャンバー内に収容した吸着材を撹拌する撹拌手段と、
前記水銀気化チャンバーで気化した水銀を導入する水銀ガス導入手段と、
追加の吸着材を連続的又は断続的に投入する吸着材投入手段と、
水銀が吸着した吸着材を連続的又は断続的に排出する吸着材排出手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１記載のセメントクリンカ製造設備。

【請求項3】

前記水銀吸着チャンバーの容量が、前記水銀気化チャンバーの容量よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２記載のセメントクリンカ製造設備。

【請求項4】

前記水銀気化チャンバーが、チャンバー内を３７０℃以上に保持する加熱手段を備えると共に、前記水銀吸着チャンバーが、チャンバー内を１００℃超２００℃以下に保持する加熱手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載のセメントクリンカ製造設備。

【請求項5】

前記吸着材が、セメントダスト、飛灰、及び石炭灰から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１又は２記載のセメントクリンカ製造設備。

【請求項6】

前記水銀除去装置が、前記水銀吸着チャンバーで吸着材に吸着させた水銀を分離して回収する水銀分離回収装置を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載のセメントクリンカ製造設備。

【請求項7】

前記水銀分離回収装置が、水銀を分離した吸着材を、原料調製装置又は焼成装置に導入する吸着材導入手段を備えていることを特徴とする請求項６記載のセメントクリンカ製造設備。

【請求項8】

セメントクリンカの製造において発生する排ガス中の水銀を除去する水銀除去方法であって、
前記排ガス中のダストを捕集して回収するダスト回収工程と、
前記ダスト回収工程で回収したダストを加熱して、ダストに付着した水銀を気化する水銀気化工程と、
前記水銀気化工程で気化した水銀を吸着材に吸着させる水銀吸着工程と、
を有することを特徴とする水銀除去方法。

【請求項9】

前記水銀吸着工程が、水銀吸着チャンバー内に気化した水銀を導入しつつ、収容した所定量の吸着材を撹拌して、水銀を吸着材に吸着させる工程であって、追加の吸着材を連続的又は断続的に導入しつつ、水銀が吸着した吸着材を連続的又は断続的に排出す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】

前記水銀吸着工程で用いる吸着材の容量が、前記水銀気化工程で処理されるダストの容量より少ない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】

前記水銀気化工程における処理温度が３７０℃以上であると共に、前記水銀吸着工程における処理温度が１００℃超２００℃以下であ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12】

前記吸着材が、セメントダスト、飛灰、及び石炭灰から選択される少なくとも１種であ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13】

さらに、前記水銀吸着工程で吸着材に吸着させた水銀を吸着材から分離して回収する水銀分離回収工程を有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14】

請求項１３記載の水銀除去方法を実施しつつセメントクリンカを製造する方法であって、
水銀分離回収工程で水銀を分離した吸着材を、セメントクリンカ製造工程で原料として使用することを特徴とするセメントクリンカの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水銀を除去しつつセメントクリンカを製造するセメントクリンカの製造設備及び製造方法に関する。また、セメントクリンカ製造工程において水銀を除去する水銀除去方法に関する。

【背景技術】

【0002】

セメントクリンカの製造工程において用いられる石灰石等の天然原料、石炭や重油等の燃料あるいは汚泥や焼却灰等の廃棄物に水銀（水銀化合物を含む）が含有されている場合、ロータリーキルンなどのセメントクリンカ製造設備の高温部においては、水銀は気化して水銀ガスとなる。このロータリーキルンで発生した水銀ガスを含む排ガスは、その余熱を原料の乾燥等に用いる目的で、原料調製装置の原料乾燥機等に送られる。原料乾燥機等を通過した後の排ガスは、バグフィルタや電気集塵機などのダスト回収装置に送られ、排ガスに含まれるダストが捕集される。このダストには、水銀が温度の低下に伴って凝縮して付着し、あるいは凝縮しないものでも当該ダストに吸着（本発明においては両者を併せて単に「付着」という。）されることから、このダストを捕集することにより、排ガス中から水銀が除去される。一方、捕集されたダストは、セメントクリンカ原料として再利用される。

【0003】

しかしながら、上述したようにセメントクリンカ製造設備内に持ち込まれた原料や燃料に含まれる水銀の量が多い場合などには、排ガスと共にダスト回収装置に送られた水銀ガスがダストに付着し切れずに、その状態のまま排ガスとともに煙突から大気へ放出されてしまうおそれがある。

【0004】

このような課題を解決するものとして、例えば、特許文献１には、「燃焼排ガスの水銀除去方法」という名称で、セメント製造設備で発生する燃焼排ガスに含まれる水銀を低コストで容易に除去することが可能な方法に関する発明が開示されている。

【0005】

特許文献１に開示された発明は、セメント製造設備のサスペンションプレヒータの最上段のサイクロンから排出される燃焼排ガスを石炭乾燥粉砕装置に導入し、この石炭乾燥粉砕装置において石炭の粉砕によって得られた微粉炭に当該燃焼排ガスに含まれる水銀を吸着させた後、燃焼排ガスと微粉炭をバグフィルタに導入して微粉炭のみを捕集することにより燃焼排ガスを清浄化することを特徴とする。

【0006】

このようにセメント製造設備の付帯設備である石炭乾燥粉砕装置を用いる当該水銀除去方法によれば、新たに水銀除去用の装置を設置する必要がないことから、燃焼排ガスの清浄化を低コストで容易に行うことができる。

【0007】

また、特許文献２には、「セメントキルンの排ガスの処理方法」という名称で、各種の廃棄物が原料や燃料として用いられるセメントキルンにおいて発生する排ガスから水銀、有機塩素化合物及びダストを除去する方法に関する発明が開示されている。

【0008】

特許文献２に開示された発明は、集塵機から排ガスを抽出して吸着塔に送り、排ガスに含まれる水銀及び有機塩素化合物を吸着塔において活性炭や微粉炭に吸着させた後、この活性炭や微粉炭を加熱炉にて４００℃以上に加熱して水銀や有機塩素化合物を除去するとともに、この工程で得られた活性炭や微粉炭をセメントキルンに投入することを特徴とする。

【0009】

このようなセメントキルンの排ガスの処理方法によれば、水銀及び有機塩素化合物を除去するための加熱炉の小型化と、加熱に要するエネルギーの削減が可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開２０１０－７５７８４号公報

【特許文献2】特開２００６－９６６１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

上記のように、セメントの製造設備で発生する排ガス中の水銀を除去する方法が種々提案されているが、さらに効率よく水銀を除去する新たな方法が求められている。

【0012】

本発明の課題は、水銀を効率的に除去することが可能なセメントクリンカの製造設備及び製造方法を提供することにある。また、セメントクリンカ製造工程において水銀を効率的に除去することが可能な水銀除去方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、排ガス中のダストを捕集して回収し、かかるダストに所定の処理を施すことにより、排ガスから水銀を効率的に除去できると共に、セメントクリンカ製造系内から水銀を効率的に除去できることを見いだし、本発明を完成するに至った。

【0014】

すなわち、本発明は、以下の通りのものである。
［１］ 原料調製装置と、焼成装置と、水銀除去装置とを備えたセメントクリンカ製造設備であって、
前記水銀除去装置が、
前記原料調製装置又は焼成装置から排出される排ガス中のダストを捕集して回収するダスト回収装置と、
前記ダスト回収装置で回収したダストを加熱して、ダストに付着した水銀を気化する水銀気化チャンバーと、
前記水銀気化チャンバーで気化した水銀を吸着材に吸着させる水銀吸着チャンバーと、
を備えていることを特徴とするセメントクリンカ製造設備。
［２］ 前記水銀吸着チャンバーが、
回転軸及び該回転軸に設けられた撹拌翼を具備し、前記水銀吸着チャンバー内に収容した吸着材を撹拌する撹拌手段と、
前記水銀気化チャンバーで気化した水銀を導入する水銀ガス導入手段と、
追加の吸着材を連続的又は断続的に投入する吸着材投入手段と、
水銀が吸着した吸着材を連続的又は断続的に排出する吸着材排出手段と、
を備えていることを特徴とする［１］記載のセメントクリンカ製造設備。
［３］ 前記水銀吸着チャンバーの容量が、前記水銀気化チャンバーの容量よりも小さいことを特徴とする［１］又は［２］記載のセメントクリンカ製造設備。

【0015】

［４］ 前記水銀気化チャンバーが、チャンバー内を３７０℃以上に保持する加熱手段を備えると共に、前記水銀吸着チャンバーが、チャンバー内を１００℃超２００℃以下に保持する加熱手段を備えていることを特徴とする［１］～［３］のいずれか記載のセメントクリンカ製造設備。
［５］ 前記吸着材が、セメントダスト、飛灰、及び石炭灰から選択される少なくとも１種であることを特徴とする［１］～［４］のいずれか記載のセメントクリンカ製造設備。
［６］ 前記水銀除去装置が、前記水銀吸着チャンバーで吸着材に吸着させた水銀を分離して回収する水銀分離回収装置を備えていることを特徴とする［１］～［５］のいずれか記載のセメントクリンカ製造設備。
［７］ 前記水銀分離回収装置が、水銀を分離した吸着材を、原料調製装置又は焼成装置に導入する吸着材導入手段を備えていることを特徴とする［６］記載のセメントクリンカ製造設備。

【0016】

［８］ セメントクリンカの製造において発生する排ガス中の水銀を除去する水銀除去方法であって、
前記排ガス中のダストを捕集して回収するダスト回収工程と、
前記ダスト回収工程で回収したダストを加熱して、ダストに付着した水銀を気化する水銀気化工程と、
前記水銀気化工程で気化した水銀を吸着材に吸着させる水銀吸着工程と、
を有することを特徴とする水銀除去方法。
［９］ 前記水銀吸着工程が、水銀吸着チャンバー内に気化した水銀を導入しつつ、収容した所定量の吸着材を撹拌して、水銀を吸着材に吸着させる工程であって、追加の吸着材を連続的又は断続的に導入しつつ、水銀が吸着した吸着材を連続的又は断続的に排出することを特徴とする［８］記載の水銀除去方法。
［１０］ 前記水銀吸着工程で用いる吸着材の容量が、前記水銀気化工程で処理されるダストの容量より少ないことを特徴とする［８］又は［９］記載の水銀除去方法。
［１１］ 前記水銀気化工程における処理温度が３７０℃以上であると共に、前記水銀吸着工程における処理温度が１００℃超２００℃以下であることを特徴とする［８］～［１０］のいずれか記載の水銀除去方法。

【0017】

［１２］ 前記吸着材が、セメントダスト、飛灰、及び石炭灰から選択される少なくとも１種であることを特徴とする［８］～［１１］のいずれか記載の水銀除去方法。
［１３］ さらに、前記水銀吸着工程で吸着材に吸着させた水銀を吸着材から分離して回収する水銀分離回収工程を有することを特徴とする［８］～［１２］のいずれか記載の水銀除去方法。
［１４］ ［１３］記載の水銀除去方法を実施しつつセメントクリンカを製造する方法であって、
水銀分離回収工程で水銀を分離した吸着材を、セメントクリンカ製造工程で原料として使用することを特徴とするセメントクリンカの製造方法。

【発明の効果】

【0018】

本発明のセメントクリンカの製造設備及び製造方法によれば、排ガスから水銀を効率的に除去できると共に、系内から水銀を効率的に除去できる。また、本発明の水銀除去方法によれば、セメントクリンカ製造工程において水銀を効率的に除去できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係るセメントクリンカ製造設備全体を示す概略図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るセメントクリンカ製造設備の水銀除去装置の概略図である。

【図3】本発明の一実施形態に係るセメントクリンカ製造設備の水銀除去装置の水銀吸着チャンバーの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明のセメントクリンカ製造設備は、原料調製装置と、焼成装置と、水銀除去装置とを備え、水銀除去装置が、原料調製装置又は焼成装置から排出される排ガス中のダストを捕集して回収するダスト回収装置と、ダスト回収装置で回収したダストを加熱して、ダストに付着した水銀（水銀化合物を含む。以下同様。）を気化する水銀気化チャンバーと、水銀気化チャンバーで気化した水銀を吸着材に吸着させる水銀吸着チャンバーとを備えている。

【0021】

原料調製装置は、原料乾燥機や原料ミルなどを備えている。また、焼成装置は、サイクロン、仮焼炉などを具備し、セメントクリンカ原料を仮焼成するプレヒータ部や、仮焼成されたセメントクリンカ原料を本焼成するロータリーキルンなどを備えている。

【0022】

本発明においてダストを回収するための排ガスは、原料調製装置又は焼成装置から大気に排出される前のガスであれば特に制限されるものではなく、好ましくは、焼成装置のロータリーキルンから排出された排ガスであり、より好ましくは、ロータリーキルンから排出後、さらに原料調製装置の原料乾燥機に導入されて排出された排ガスである。

【0023】

本発明のセメントクリンカ製造設備においては、ダスト回収装置、水銀気化チャンバー及び水銀吸着チャンバーを含む水銀除去装置における処理により、排ガスから水銀を効率的に除去できると共に、系内から水銀を効率的に除去できる。なお、本発明においては、水銀と同時に、亜鉛、鉛、カドミウムといった揮発性重金属も除去することができる。

【0024】

以下、図１を用いて、本発明の一実施形態に係るセメントクリンカ製造設備について説明する。図１は、セメントクリンカ製造設備全体を示す概略図である。なお、図中の実線矢印は、セメントクリンカ製造設備を移動する原料の流れを表しており、点線矢印は、排ガスの流れを表しており、破線矢印は、ダスト回収装置で排ガスから捕集したダストの流れを表している。

【0025】

図１に示すように、セメントクリンカ製造設備１は、セメントクリンカ原料を調製する原料調製装置２と、原料調製装置２で調製されたセメントクリンカ原料を焼成する焼成装置３と、排ガス中の水銀を除去する水銀除去装置４とを備えている。

【0026】

原料調製装置２は、原料乾燥機２１と、原料ミル２２と、原料混合サイロ２３と、原料貯蔵サイロ２４とを備えている。この原料調製装置２を用いてセメントクリンカ原料の調製が行われる（原料調製工程）。

【0027】

原料調製工程では、石灰石、粘土、珪石及び酸化鉄原料等が調合された後、原料乾燥機２１に送られて乾燥される。原料乾燥機２１では、焼成装置３から送られてきた高温の排ガスを利用して原料の乾燥が行われる。続いて、原料ミル２２に送られて粉砕される。原料ミル２２において粉砕された原料は、原料混合サイロ２３に送られて均質にブレンドされた後、原料貯蔵サイロ２４に貯蔵される。一方、原料乾燥機２１から排出された排ガスは、水素除去装置４に送られる。

【0028】

焼成装置３は、複数のサイクロン３１及び仮焼炉３２を具備し、セメントクリンカ原料を仮焼成するプレヒータ部３３と、仮焼成されたセメントクリンカ原料を本焼成するロータリーキルン３４と、焼成されたセメントクリンカを冷却するクリンカクーラ３５とを備えている。この焼成装置３を用いてセメントクリンカ原料の焼成が行われる（焼成工程）。

【0029】

焼成工程では、原料調製工程において乾燥、粉砕等された粉体原料が、プレヒータ部３３に送られ、仮焼成される。ロータリーキルン３４には緩い傾斜が設けられており、プレヒータ部３３で予熱された粉体原料は、この傾斜と回転運動によってロータリーキルン３４内をゆっくりと移動しながら高温（例えば約１４５０℃）で焼成される。ロータリーキルン３４で焼成された粉体原料は、クリンカクーラ３５で急冷されてセメントクリンカと呼ばれる黒い塊状の焼成物となる。

【0030】

なお、焼成工程に続いて、製造したセメントクリンカに石膏等を加える仕上げ工程が行われ、セメントが製造される。

【0031】

次に、セメントクリンカ製造工程における排ガスの主な流れについて説明する。
図１に点線矢印で示すように、ロータリーキルン３４で発生した排ガスが、粉体原料の流れに逆行するようにプレヒータ部３３の内部を上昇し、最上段のサイクロン３１から排出される。そして、この排ガスは、その余熱を原料の乾燥に利用するため、原料乾燥機２１に送られる。原料乾燥機２１から排出される排ガスは、水銀除去装置４に送られ、水銀（水銀含有ダスト）が除去された後、煙突５から大気中に放出される。したがって、外部に放出される排ガス中には水銀がほとんど含まれていない。

【0032】

なお、水銀は、プレヒータ部３３やロータリーキルン３４の内部では気化して水銀ガスとなっているため、仕上げ工程に送られるセメントクリンカには含まれない。

【0033】

続いて、図２及び図３を用いて、水銀除去装置４について説明する。図２は、本発明の一実施形態に係るセメントクリンカ製造設備の水銀除去装置の概略図であり、図３は、水銀除去装置の水銀吸着チャンバーの概略図である。

【0034】

図２に示すように、水銀除去装置４は、ダスト回収装置４１と、水銀気化チャンバー４２と、水銀吸着チャンバー４３と、水銀分離回収装置４４とを備えている。

【0035】

（ダスト回収装置）
ダスト回収装置４１は、バグフィルタ４５（第１バグフィルタ）と、バグフィルタ４５から回収されたダストを分級するサイクロン４６と、サイクロン４６の分級によって得られた微粒子のダストを捕集するバグフィルタ４７（第２バグフィルタ）とを備えている。

【0036】

まず、原料乾燥機２１から排出された排ガスは、バグフィルタ４５によりダストが回収される。この回収されたダストの一部は、サイクロン４６に送られ、残りのダストは、クリンカ製造設備１の系に戻される。サイクロン４６では、微粒子のダストが分離され、バグフィルタ４７において微粒子ダストが回収される。比較的重量のあるダストは、クリンカ製造設備１の系に戻される。微粒子ダストは水銀濃度が高いため、これを除去することにより効率的に水銀を除去することができる。

【0037】

なお、ダスト回収装置としては、排気ガス中からダストを回収できるものであれば特に制限されるものではなく、バグフィルタの他、電気集塵機を用いることができる。微粒子ダストを回収するべく、必要に応じて、サイクロン（粉体分離器）を組み合わせることが好ましい。多段の電気集塵機を用いる場合、水銀濃度の高い微粒子のダストを回収すべく、後段からダストを回収することが好ましい。

【0038】

（水銀気化チャンバー）
水銀気化チャンバー４２は、ダスト回収装置４１で回収した水銀濃度の高い微粒子のダストを加熱して、ダストに付着した水銀を気化する手段である。この水銀気化チャンバー４２において、水銀気化工程が実施される。

【0039】

水銀気化チャンバー４２は、加熱手段及び撹拌手段を備えており、水銀気化チャンバー４２内に導入されたダストを撹拌しながら加熱して、ダストに付着した水銀を気化させて水銀ガスとする。水銀気化チャンバー４２には、ダスト回収装置４１のバグフィルタ４７からダストが連続的又は断続的に導入され、水銀気化チャンバー４２で気化した水銀ガスはキャリアガスと共に下流の水銀吸着チャンバー４３へ送られる。なお、水銀気化チャンバー４２で水銀が除去されたダストは、連続的又は断続的に排出され、セメントクリンカ製造設備１の系に戻される。

【0040】

水銀気化チャンバーの容量としては、例えば０．５～２０ｍ^３であり、１～１０ｍ^３であることが好ましい。また、水銀気化チャンバーは、加熱手段により、チャンバー内を３７０℃以上に保持することが好ましく、４００℃以上に保持することがより好ましく、４５０℃以上に保持することがさらに好ましい。この範囲の温度に加熱することにより、水銀の沸点が３５６℃であることから、水銀を効果的に気化し、ダストから水銀を除去することができる。

【0041】

（水銀吸着チャンバー）
水銀吸着チャンバー４３は、水銀気化チャンバー４２で気化した水銀（水銀ガス）を吸着材に吸着させる手段である。この水銀吸着チャンバー４３において、水銀吸着工程が実施される。

【0042】

水銀吸着工程は、具体的に例えば、水銀吸着チャンバー内に気化した水銀ガスを導入しつつ、収容した所定量の吸着材を撹拌して、水銀を吸着材に吸着させ、その一方で、追加の吸着材を連続的又は断続的に導入しつつ、水銀が吸着した吸着材を連続的又は断続的に排出する工程である。

【0043】

水銀吸着チャンバー４３としては、水銀ガスを吸着材に吸着させることができる手段であれば特に制限されるものではなく、例えば、図２及び図３に示すように、水平方向に配設された回転軸４９及び回転軸４９に設けられた撹拌翼５０を具備し、水銀吸着チャンバー４３内に収容した吸着材を撹拌する撹拌手段５１と、水銀気化チャンバー４２で気化した水銀を導入する水銀ガス導入手段５２と、追加の吸着材を連続的又は断続的に投入する吸着材投入手段５３と、水銀が吸着した吸着材を連続的又は断続的に排出する吸着材排出手段５４とを備えているものを挙げることができる。

【0044】

水銀吸着チャンバーの容量としては、水銀気化チャンバーより小さいことが好ましく、１／２以下の容量が好ましく、１／３以下の容量がより好ましく、１／４以下の容量がさらに好ましく、下限側は、処理効率を鑑み、適宜決定すればよいが、例えば、１／２０以上である。具体的に、例えば０．０５～１０ｍ^３であり、０．１～５ｍ^３であることが好ましい。

【0045】

用いる吸着材の容量は、処理ダストの容量より少ないことが好ましく、１／２以下の容量が好ましく、１／５以下の容量がより好ましく、１／１０以下の容量がさらに好ましく、下限側は、水銀の回収効率を鑑み、適宜決定すればよいが、例えば、１／５０以上である。これにより、水銀を濃縮して回収することができ、後の水銀分離回収処理や吸着材の廃棄処理を効率的に行うことができる。

【0046】

また、水銀吸着チャンバーは、加熱手段により、チャンバー内を１００℃超２００℃以下に保持することが好ましく、１１０～１８０℃に保持することがより好ましく、１２０～１５０℃に保持することがさらに好ましい。この範囲の温度に保持することにより、水銀ガスを十分に冷却して吸着材に十分に吸着させることができる。また、吸着材に水分が含まれていることが多いが、この場合にも、水分は水蒸気として排出されるため、水銀吸着チャンバー内を乾燥状態に保持することができ、吸着材のチャンバー内壁への固着を防止することができる。

【0047】

ここで、吸着材としては、水銀を吸着できるものであれば特に制限されるものではなく、セメントダスト、飛灰、石炭灰等を用いることができる。これらの中でも、軽量で吸着性能が高いため、石炭灰が好ましい。また、吸着材としてセメントダストを用いる場合、バグフィルタ４５で回収されたダスト等を用いてもよいが、バグフィルタ４７において回収された微粒子ダスト（水銀気化チャンバーに導入される微粒子ダスト）を用いることが好ましい。

【0048】

吸着材のかさ密度（ゆるみかさ密度）は、０．２～１．０ｇ／ｃｍ^３が好ましく、０．３～０．８ｇ／ｃｍ^３がより好ましく、０．４～０．７ｇ／ｃｍ^３がさらに好ましい。また、吸着材の平均粒径（体積基準）は、一般的に、０．００１～１ｍｍが好ましく、０．００２～０．５ｍｍがより好ましい。ただし、石炭灰の場合は、粒径が比較的大きい方が好ましく、例えば、平均粒径は０．０２～２ｍｍが好ましく、０．０５～１ｍｍがより好ましい。

【0049】

かさ密度（ゆるみかさ密度）の測定は、例えば、ＡＳＴＭ ３２９９０に準拠したスコットボリュメーターを用いる。また、平均粒径（体積基準）の測定は、例えば、ＪＩＳ Ｚ ８８２５－１に準拠したレーザー回折・散乱法を用いる。

【0050】

本実施形態においては、水銀吸着チャンバー４３は、回転軸４９が水平方向に配設された横型であるが、回転軸が鉛直方向に配設された縦型でもよく、回転軸が斜めに配設された傾斜型でもよい。また、水銀ガス導入手段５２は、図３に示すように、ガス通気管５５の周囲に加熱手段５６及び保温材５７を設けて、先端部（放出直前）まで高温（例えば３７０℃以上）に保持することが好ましい。これにより、水銀ガス等の重金属含有ガスの固化によるガス通気管５５の閉塞を防止することができる。

【0051】

なお、水銀吸着チャンバー４３から排出される排ガスは、活性炭等で処理して大気に放出してもよいが、余熱を利用すべく、セメントクリンカ製造設備１の系内に戻すことが好ましい。

【0052】

（水銀分離回収装置）
水銀吸着チャンバーで吸着材に吸着させた水銀は、水銀分離回収装置によって吸着材から分離して回収することが好ましい。例えば、図２に示すように、水銀分離回収装置としては、導入された吸着材の昇温を行うため第１加熱炉（昇温炉）５８と、吸着材の高温状態を保持し吸着材から水銀を分離する第２加熱炉（恒温炉）５９と、水銀が分離された吸着材を冷却する冷却器６０とを備えた水銀分離回収装置４４を挙げることができる。水銀分離回収装置４４としては、具体的に、いわゆるハーゲンマイヤー炉を用いることができ、これにより、ダイオキシンの分解処理も同時に行うことができる。

【0053】

第１加熱炉５８及び第２加熱炉５９は、窒素ガス等の不活性ガスが導入される構造となっている。不活性ガスによって、炉内は酸素濃度が０．１％以下の酸欠状態となり、この酸欠還元雰囲気下で４００℃～６００℃程度の温度に加熱される。第１加熱炉５８及び第２加熱炉５９における加熱処理により、沸点が３５６℃である水銀が気化して水銀ガスとなるため、吸着材からの水銀が分離される。また、酸化水銀や塩化水銀が生成されず、金属水銀の形態で回収できる。

【0054】

第２加熱炉５９で発生した水銀ガス（及び水蒸気）を冷却し、金属水銀回収器６１で、金属水銀を回収する。金属水銀回収器６１では、水より比重が大きい水銀が底部に溜まり、水銀より比重が小さい水は水銀の上側に溜まる構造となっており、これにより、金属水銀を回収することができる。

【0055】

一方、冷却器６０においては、第２加熱炉５９から取り出され、水銀が除去された吸着材を７０℃程度まで冷却する。なお、冷却速度が遅いと、一旦分解したダイオキシンが２５０℃前後で再合成されてしまうため、急冷する（例えば、６０分程度で７０℃まで一気に下げる）ことが好ましい。これにより、ダイオキシンの再合成が抑制される。

【0056】

冷却器６０で冷却された水銀が分離された吸着材は、セメントクリンカ製造設備１の系内に戻すことが好ましい。すなわち、水銀分離回収装置４４は、水銀を分離した吸着材を、原料調製装置２又は焼成装置３に導入する吸着材導入手段６２を備えていることが好ましい。これにより、水銀分離回収装置で水銀を分離した吸着材を、セメントクリンカ製造工程で使用することができ、吸着材をセメントクリンカの原料として有効活用することができる。

【0057】

上記本発明のセメントクリンカ製造設備を用いて、本発明の水銀除去方法を実施することができる。すなわち、本発明の水銀除去方法は、セメントクリンカの製造において発生する排ガス中のダストに付着した水銀を除去する方法であって、排ガス中のダストを捕集して回収するダスト回収工程と、ダスト回収工程で回収したダストを加熱して、ダストに付着した水銀を気化する水銀気化工程と、水銀気化工程で気化した水銀を吸着材に吸着させる水銀吸着工程とを有する。各工程は、上記本発明のセメントクリンカ製造設備で説明したのと同様であるので省略する。

【実施例0058】

［実施例１］
以下、ダストの粒子径とダストに含まれる水銀含有量の関係について確認した。
具体的に、バグフィルタ４５（第１バグフィルタ）において捕集されるダストをサイクロン４６で分級して、その粒子径と水銀濃度の関係を調べた。その結果を表１に示す。なお、表に示した「Ｄ１０」、「Ｄ５０」及び「Ｄ９０」はそれぞれ頻度の累積が１０％、５０％及び９０％になる粒子径を意味している。

【0059】

【表1】

【0060】

表１から明らかなように、分級前のダストは水銀濃度が２８．０ｐｐｍであったのに対し、分級後のダストは水銀濃度が粗粉（Ｄ５０＝１７．７９μｍ）の場合で約０．８倍となっており、微粉（Ｄ５０＝２．９１μｍ）の場合で約１．６倍となった。これは、セメントの製造工程の系内に持ち込まれた原料や燃料に含まれる水銀の原料調製工程と焼成工程の中で循環する量を低減させるには、バグフィルタ４５（第１バグフィルタ）から回収されたダストを分級して得られた微粒子のダスト（表１に示した微粉に相当）に含まれる水銀を除去することが有効であることを意味している。
このときのダストを分級して得られた微粉のゆるみかさ密度は、０．６６ｇ／ｃｍ^３であった。

【0061】

［実施例２］
続いて、本発明の水銀除去装置（水銀気化チャンバー及び水銀吸着チャンバー）を用いた水銀除去の効果について確認した。
具体的には、バグフィルタ４７（第２バグフィルタ）において捕集された微粉ダスト４３００ｃｍ^３（２８３８ｇ）を、第１ダストに４１００ｃｍ^３（２７０６ｇ）と第２ダストに２００ｃｍ^３（１３２ｇ）に分け、第１ダストを水銀気化チャンバー４２に供給し、約５００℃に加熱して、水銀をガス化させ、その水銀ガスを水銀吸着チャンバー４３内において吸着材としての第２ダストと約１００℃で接触させて、高濃度の水銀を含む第２ダストを回収した。その結果を表２に示す。

【0062】

【表2】

【0063】

表２から明らかなように、仕込みの第１ダストと第２ダストは水銀濃度がそれぞれ４４．２ｐｐｍであったのに対し、取り出しの第１ダストは水銀濃度が０．４ｐｐｍ、第２ダスト（吸着材）は水銀濃度が６７５．４ｐｐｍとなった（濃縮倍率約１５倍）。したがって、本発明の方法によれば、少量の吸着材に高濃度の水銀を吸着して回収させることができ、後工程の水銀分離処理等における処理量を低減することが可能となる。

【0064】

［実施例３］
実施例２において、吸着材として用いた第２ダストの代わりに石炭灰を用いて、本発明の水銀除去装置（水銀気化チャンバー及び水銀吸着チャンバー）を用いた水銀除去の効果について確認した。石炭灰は、株式会社トクヤマ内の火力発電設備から得られたものを９０μｍの振動篩機で処理した篩上の石炭灰とした。このようにして得られた篩上の石炭灰のゆるみかさ密度は、０．５１ｇ／ｃｍ^３であった。

【0065】

具体的には、実施例１で得られた微粉ダストを水銀気化チャンバー４２に、前記石炭灰を水銀吸着チャンバー４３に供給し、水銀気化チャンバー４２を約５００℃に加熱して、水銀をガス化させ、その水銀ガスを水銀吸着チャンバー４３内において吸着材としての石炭灰と約１１０℃で接触させて、高濃度の水銀を含む石炭灰を回収した。その結果を表３に示す。

【0066】

【表3】

【0067】

表３から明らかなように、仕込みの微粉ダストと石炭灰は水銀濃度がそれぞれ４４．２ｐｐｍ、２．２ｐｐｍであったのに対し、取り出しの微粉ダストは水銀濃度が０．５ｐｐｍ、石炭灰（吸着材）は水銀濃度が５１５．２ｐｐｍとなった（濃縮倍率約１２倍）。したがって、本発明の方法によれば、少量の吸着材に高濃度の水銀を吸着して回収させることができ、後工程の水銀分離処理等における処理量を低減することが可能となる。

【産業上の利用可能性】

【0068】

本発明のセメントクリンカ製造設備は、大気への水銀の排出を抑制しつつセメントクリンカを製造できることから、産業上有用である。

【符号の説明】

【0069】

１…セメントクリンカ製造設備
２…原料調製装置
３…焼成装置
４…水銀除去装置
５…煙突
２１…原料乾燥機
２２…原料ミル
２３…原料混合サイロ
２４…原料貯蔵サイロ
３１…サイクロン
３２…仮焼炉
３３…プレヒータ部
３４…ロータリーキルン
３５…クリンカクーラ
４１…ダスト回収装置
４２…水銀気化チャンバー
４３…水銀吸着チャンバー
４４…水銀分離回収装置
４５…バグフィルタ（第１バグフィルタ）
４６…サイクロン
４７…バグフィルタ（第２バグフィルタ）
４９…回転軸
５０…撹拌翼
５１…撹拌手段
５２…水銀ガス導入手段
５３…吸着材投入手段
５４…吸着材排出手段
５５…ガス通気管
５６…加熱手段
５７…保温材
５８…第１加熱炉（昇温炉）
５９…第２加熱炉（恒温炉）
６０…冷却器
６１…金属水銀回収器
６２…吸着材導入手段

【図1】

【図2】

【図3】