2016 Fiscal Year Research-status Report
ごみ焼却排ガスの中和処理用消石灰の高効率利用に関する研究
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15K00577
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
黄 仁姫 北海道大学, 工学研究院, 助教 (70447077)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松藤 敏彦 北海道大学, 工学研究院, 教授 (00165838)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ごみ焼却排ガス処理 / 塩化水素 / 硫黄酸化物 / 消石灰 / 塩化水酸化カルシウム / 中和反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
消石灰と酸性ガスの反応特性を調べるために，熱力学平衡計算ソフトを用い，温度，酸性ガス及び共存ガス（水蒸気，CO2）濃度，消石灰量をパラメータとして反応シミュレーションを行った。乾式処理が行われる120-200℃での計算結果，Ca/Cl（モル比）=0.5ではCaCl2が生成されるが，Ca/Cl≧1の場合，150℃以上でCaCl2が急激に減少しCaClOHが生成されることが確認された。SO2はどちらの条件でも全量CaSO4として除去され，平衡計算では上記因子によるSOx除去への影響は明確に見られなかった。
室内実験では小型流通式反応器を用い170℃でのCa(OH)2+HCl→CaClOH+H2O，CaClOH+HCl+H2O→CaCl2+H2O, CaCl2+Ca(OH)2→2CaClOH反応を調べ，反応生成物はXRDとTG-DTA分析より定性・定量を行った。その結果，Ca/Cl=0.1-5の範囲でCa(OH)2とHCl反応生成物はどちらでもCaClOHであった。Ca/Cl＜0.5でもCaClOHが生成し，CaCl2の生成は確認できず中間生成物段階で反応がとどまっていった。CaClOHとHCl反応によるCaCl2生成を確認するためにCaClOH+Ca(OH)2+CaCl2の混合体とHClの反応実験を行ったが，Ca(OH)2+HCl→CaClOH反応が先に進み, CaCl2の増加は見られなかった。さらに，同条件でHCl供給がなくなると，混合物中のCa(OH)2とCaCl2が素早く反応しCaClOHが生成した。以上の結果から消石灰と塩化水素の主な反応生成物はCaClOHとして安定し，昨年度の焼却施設の飛灰分析結果と一致していることが確認できた。一方，消石灰とSO2の反応においては平衡計算に比べて除去率が低いもののHCl共存有無によるSO2除去への影響は見られなかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
全連続式焼却施設の約8割は排ガス中HCl, SOx処理にバグフィルタ手前の煙道に消石灰等を直接噴霧し，中和・除去する乾式法を採用している。HCl除去はCa(OH)2+2HCl→CaCl2+2H2Oとして説明されてきたが，焼却施設でサンプリングした飛灰中の主な反応生成物はCaCl2ではなくCaClOHであり，既存の反応理論と異なることがわかった。
2年目の研究では上記のことに注目し，平衡計算，バグフィルタを模擬したラボスケール実験と反応生成物の分析を通じてCaClOH生成反応を検証し，消石灰とHClの反応機構を明らかにした。消石灰とHClの反応ではCaClOHが主な反応生成物であった。本実験ではCa(OH)2モル数よりHClモル数が多いCa/Cl＜0.5条件でもCaClOHが優先的に生成しCaCl2生成まで進まなかった。CaClOHと未反応消石灰が共存する場合，CaClOHとHCl反応より未反応消石灰とHClの反応が先に進みCaClOHが生成してしまう。消石灰の効率利用を考えると，1 モルの消石灰で 2 モルの HCl が除去できる CaCl2生成が望ましい。しかし，1年目の研究で飛灰中に未反応消石灰が重量の約2-19％も存在していることを確認した。今の乾式法では排ガス中のHCl濃度より過剰量の消石灰が噴霧されるなど，CaClOH生成に有利な反応条件となっているために，飛灰中にCaClOHが主な反応生成物として検出されたと推察される。
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| Strategy for Future Research Activity |
2年目の研究では消石灰と酸性ガスの反応機構を把握するために，小型流通式反応器に消石灰充填層を作成し実験を行った。この装置ではろ布表面に形成した消石灰層での反応がメインとなり，実施設で消石灰吹込み時に煙道で起きる酸性ガスとの反応は模擬できないなどの限界がある。今年度は煙道とバグフィルタを模擬した装置での消石灰連続吹込みを行い，実システムにより近接した形式で実験を実施する。模擬排ガス中のHClとSO2除去率と消石灰との反応生成物の分析から，2年目のラボ実験結果との相違はないか，最終確認を行う。主なパラメータはCa/Cl比，消石灰種類，排ガス温度，ろ過速度とする。反応生成物の分析にはXRD，TG-DTAとともにSEM-EDX分析を行い，反応生成物の粒子ごとのCa-Cl，Ca-Sの結合状態を視覚的に示す。以上の調査および実験から得られた知見を総合的に検討・解析し，消石灰と酸性ガス反応機構と，酸性ガス除去に大きな影響を与える反応条件をまとめる。それに基づいて反応条件と除去率との関係を定量的に示し，最小限の消石灰で最大の酸性ガス除去効果が得られる反応条件とそのための新しい設計ガイドラインを提案する。
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