시멘트 킬른 연소가스 추기 더스트의 처리 시스템 및 처리방법

시멘트 킬른 연소가스 추기 더스트의 처리 시스템 및 처리 방법{CEMENT KILN COMBUSTION GAS EXTRACTION GAS DUST TREATMENT SYSTEM AND TREATMENT METHOD}

본 발명은 시멘트 킬른 연소가스 추기(抽氣) 더스트의 처리 시스템 및 처리 방법에 관한 것으로서, 특히, 시멘트 킬른의 킬른 바닥으로부터 최하단 사이클론에 이르기까지의 킬른 배기가스 유로로부터 연소가스의 일부를 추기하여 염소 및 유황분 등을 제거하고, 추기한 연소가스에 포함되는 더스트로부터 납을 효율적으로 제거하는 방법에 관한 것이다.

종래, 시멘트 제조 설비에서 프리히터의 폐색 등의 문제를 일으키는 원인이 되는 염소, 유황, 알칼리 등 중에서 염소가 특히 문제가 되는 것에 착안하여, 시멘트 킬른의 킬른 바닥으로부터 최하단 사이클론에 이르기까지의 킬른 배기가스 유로로부터 연소가스의 일부를 추기하여 염소의 제거 및 탈황을 행하는 염소·유황 바이패스 설비가 사용되고 있다.

이 염소·유황 바이패스 설비에서는, 추기한 배기가스를 냉각하여 생성시킨 더스트의 미분(微粉) 측에 염소가 편재해 있기 때문에, 더스트를 분급기에 의해서 미분과 조분(粗粉)으로 분리하고, 조분은 시멘트 킬른 계로 되돌리고, 분리된 염화칼륨 등을 포함하는 미분(염소 바이패스 더스트)은 회수하여 시멘트 분쇄 밀 계에 첨가하고 있었다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

그런데, 최근, 폐기물의 시멘트 원료화 또는 연료화에 의한 리사이클이 추진되고, 폐기물의 처리량이 증가함에 따라, 시멘트 킬른에 유입되는 유해한 납의 양도 증가하여 시멘트 중의 납 농도가 관리 기준값을 상회할 우려도 있다.

종래, 염소 바이패스 더스트 등으로부터 납 등의 중금속을 제거할 때, 예를 들면, 특허문헌 2에는, 킬른 연소가스의 더스트에 물을 첨가하고 더스트 중의 Cd의 침전에 최적인 pH 12의 1차 슬러리로 만든 후, 1차 슬러리 중에서 침전한 고형물은 시멘트 원료 등에 이용하고, 1차 슬러리에 탄산가스를 첨가하고 납의 침전에 최적인 pH 9의 2차 슬러리로 만들고, 2차 슬러리 중에서 침전한 고형물은 시멘트 원료 등에 이용하는 기술이 기재되어 있다.

또, 특허문헌 3에는, 폐기물에 포함되는 납 등의 회수효과가 우수한 처리 방법을 제공하기 위해서, 중금속을 포함하는 폐기물을 수세처리한 여과액에 황산, 염산, 질산 또는 탄산가스를 가하여 여과액 중의 중금속을 수산화물, 황산염 또는 탄산염으로 만들어서 침전시키고, 침전 슬러지를 알칼리 침출하여 중금속을 용출시키고, 그 여과액을 중화 내지 황화 처리하고, 여과액 중의 납 등의 중금속을 침전시켜서 회수하는 방법이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 4에는, 폐기물 중의 염소분 및 납분을 효과적으로 분리 제거하기 위해서, 폐기물의 수세 공정과, 여과분리한 고형분의 알칼리 용출 공정과, 이 여과액으로부터 납을 침전시켜서 분리하는 탈납 공정과, 탈납한 여과액으로부터 칼슘을 침전시켜서 분리하는 탈칼슘 공정과, 이 여과액을 가열하여 염화물을 석출시 켜 분리 회수하는 염분 회수 공정을 갖는 폐기물의 처리 방법이 기재되어 있다.

또, 특허문헌 5에는, 더스트 등의 폐기물을 수세처리할 때, 높은 탈염효과를 유지하면서 중금속류의 용출을 억제하여 회수효율을 향상시키기 위해, 염소 및 중금속류를 함유하는 폐기물을 수세하여 탈염하는 처리 공정에 있어서, 폐기물의 수성 슬러리(수성 현탁액)의 pH를 8.5∼13의 범위로 유지하여 수세함으로써, 중금속염의 용출을 억제하여 탈염하는 폐기물의 처리 방법이 개시되어 있다.

한편, 특허문헌 6에는, 설비 비용을 낮게 억제하고, 시멘트 킬른으로부터 추기한 연소가스에 포함되는 유황분을 제거하여 유효하게 이용할 수 있는 시멘트 킬른 염소·유황 바이패스를 제공하기 위해서, 시멘트 킬른의 킬른 바닥으로부터 바닥 사이클론에 이르기까지의 킬른 배기가스 유로로부터 연소가스의 일부를 추기하고, 추기가스 중 더스트의 조분을 분리하고, 미분을 포함하는 추기가스를 습식집진장치에서 용매를 사용하여 집진하고, 집진된 집진 더스트 슬러리를 시멘트 밀 계에 첨가하고, 습식집진장치(3)에서 집진된 집진 더스트 슬러리를 고액분리하고, 얻어진 탈염 더스트 케이크를 시멘트 밀 계에, 또, 분리한 염수를 시멘트 밀 계에 첨가하는 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 국제공개 제WO97/21638호 팸플릿

특허문헌 2: 일본특허 제2764508호 공보

특허문헌 3: 일본 특개2002-11429호 공보

특허문헌 4: 일본 특개2003-1218호 공보

특허문헌 5: 일본 특개2002-18394호 공보

특허문헌 6: 일본 특개2004-2143호 공보

발명이 이루고자 하는 과제

그러나, 상기 종래의 납 제거 방법에서는, 더스트의 슬러리화를 위한 설비, 수조 등의 침전처리 설비, 수세 설비 등을 설치할 필요가 있어 설비 비용이 상승하고, 이들 설비의 운전뿐만 아니라 여러 약품 등을 첨가할 필요가 있기 때문에 운전 비용도 높아진다는 문제가 있었다.

그래서, 본 발명은, 상기 종래 기술에서의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 설비 비용 및 운전 비용을 낮게 억제하면서, 시멘트 킬른 연소가스 추기 더스트로부터 납을 효율적으로 제거할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 시멘트 킬른 추기가스 처리 시스템으로서, 시멘트 킬른의 킬른 바닥으로부터 최하단의 사이클론에 이르기까지의 킬른 배기가스 유로로부터 연소가스의 일부를 냉각하면서 추기하는 프로브와, 이 프로브에서 추기한 연소가스에 포함되는 더스트의 조분을 분리하는 분급기와, 이 분급기로부터 배출된 미분을 포함하는 추기가스를 집진하는 습식집진기와, 이 습식집진기에 상기 킬른 배기가스에 포함되는 납의 황화를 행하기 위한 황화제를 공급하는 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 의하면, 분급기에 의해 프로브로 냉각하면서 추기한 연소가스에 포함되는 더스트의 조분을 분리하고, 습식집진기에서 분급기로부터 배출된 미분을 포함하는 추기가스를 집진하는 것과 동시에, 킬른 배기가스의 탈황, 및 킬른 배기가스에 포함되는 납의 황화를 동시에 행하기 때문에, 설비 비용 및 운전 비용을 낮게 억제하면서 시멘트 킬른 연소가스 추기 더스트로부터 납을 효율적으로 제거할 수 있다.

상기 습식집진장치는, 습식 스크러버와, 이 습식 스크러버에 의해 집진된 집진 더스트 슬러리가 공급되는 순환액조와, 이 순환액조 내의 집진 더스트 슬러리의 일부를 상기 스크러버에 되돌리기 위한 펌프를 구비하고, 상기 황화제를 상기 순환액조 또는 펌프에 첨가하도록 구성할 수 있다. 황화제로 NaSH를 사용한 경우에는, 순환액조에서 황화수소(H ₂ S)로 변화되어 그대로 배기되기 쉽기 때문에 가능한 한 습식 스크러버의 입구 측에 공급되도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 습식집진에 의해 얻어진 슬러리를 납을 포함하는 거품과 석고를 포함하는 테일 측 슬러리로 분리하는 부선(浮選) 설비를 구비하도록 구성할 수 있다. 킬른 배기가스에 포함되는 원료 더스트나 탈황에 의해 발생하는 석고분으로부터, 부선이라고 하는 비교적 단순한 조작으로, 또한 저 비용으로 납을 분리할 수 있기 때문에, 새로운 수세·탈수 설비가 불필요하게 되어, 설비투자를 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 회수된 납은 재이용 용이한 황화납(PbS)으로 되기 때문에 원산지로의 환원이 용이하게 된다.

또, 본 발명은, 시멘트 킬른 연소가스 추기 더스트 처리 방법으로서, 시멘트 킬른의 킬른 바닥으로부터 최하단의 사이클론에 이르기까지의 킬른 배기가스 유로로부터 연소가스의 일부를 냉각하면서 추기하고, 추기한 연소가스의 일부에 포함되는 더스트의 조분을 분리하고, 조분을 분리한 후의 미분함유 추기가스를 습식집진하면서 탈황할 때에 수황화 소다 또는 황화나트륨을 첨가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 냉각하면서 추기한 연소가스에 포함되는 더스트의 조분을 분리한 후, 습식집진기에서 미분을 포함하는 추기가스를 집진하는 것과 동시에, 킬른 배기가스의 탈황, 및 수황화 소다 및 황화나트륨에 의해 킬른 배기가스에 포함되는 납의 황화를 동시에 행하기 때문에, 설비 비용 및 운전 비용을 낮게 억제하면서 시멘트 킬른 연소가스 추기 더스트로부터 납을 효율적으로 제거할 수 있다.

상기 시멘트 킬른 연소가스 추기 더스트 처리 방법에서, 상기 습식집진에 의해 얻어진 슬러리를 부유선별하여 납을 포함하는 거품과 석고를 포함하는 테일 측 슬러리로 분리할 수 있다. 이것에 의해, 전술한 바와 같이, 저 비용으로 납을 분리할 수 있어, 설비투자를 최소한으로 억제하여, 원산지 환원이 용이한 형태로 납을 회수할 수 있다.

상기 습식집진 공정에서의 슬러리의 pH는 4 이상 7 이하로 조정할 수 있다. 이것에 의해, NaSH의 분해를 가능한 한 방지하고, 습식 스크러버에 공급되는 순환 슬러리의 유로에서의 스케일 트러블을 방지하여, pH가 높은 환경 하에서는 기능하지 않는 부선제도 확실히 기능시킬 수 있다.

상기 거품으로부터 얻어진 분리수를 부선 공정에 되돌리는 것과 동시에, 석고를 포함하는 테일 측 슬러리로부터 분리된 염수를 시멘트 분쇄 공정에 첨가하거나, 수처리 후에 하수 또는/및 해양에 방류하거나, 염 회수 공정에서 탈염한 후 얻어진 물을 상기 습식집진 공정에 되돌리도록 할 수도 있다.

발명의 효과

이상과 같이, 본 발명에 따른 시멘트 킬른 연소가스 추기 더스트의 처리 시스템 및 처리 방법에 의하면, 설비 비용 및 운전 비용을 낮게 억제하면서, 시멘트 킬른 연소가스 추기 더스트로부터 납을 효율적으로 제거하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 처리 시스템의 1 실시형태를 도시하는 플로우 차트이다.

(부호의 설명)

1 처리 시스템 2 시멘트 킬른

3 프로브 4 냉각팬

5 사이클론 6 습식 스크러버

7 순환액조 8 세정탑

9 펌프 10 저장조

11 펌프 12 저장조

13 펌프 14 저장조

15 펌프 16 펌프

17 부선기 18 저장조

19 펌프 20 펌프

21 필터프레스 22 고액분리기

23 팬

도 1은 본 발명에 따른 시멘트 킬른 연소가스 추기 더스트 처리 시스템(이하 「처리 시스템」이라고 약칭함)의 실시형태를 도시하는 플로우 차트로서, 이 처리 시스템(1)은, 시멘트 킬른(2)의 킬른 바닥으로부터 도시하지 않은 최하단 사이클론에 이르기까지의 킬른 배기가스 유로로부터 연소가스의 일부를 추기하는 프로브(3)와, 이 프로브(3)에서 추기한 연소가스에 포함되는 더스트의 조분을 분리하는 분급기로서의 사이클론(5)과, 사이클론(5)으로부터 배출된 미분을 포함하는 추기가스를 습식집진하기 위한 습식 스크러버(6)와, 습식 스크러버(6)에 집진 더스트 슬러리를 순환시키기 위한 순환액조(7)와, 습식 스크러버(6)에 탈황제로서 공급하는 Ca(OH) ₂ 저장조(10)와, 납을 황화하기 위해서 공급하는 NaSH 저장조(12)와, 습식집진에 의해 얻어진 슬러리를 납을 포함하는 거품과 석고를 포함하는 테일 측 슬러리로 분리하는 부선 설비를 구성하는 부선기(17)와, 부선제 및 기포제의 저장조(14, 18)와, 부선기(17)로부터의 납을 포함하는 거품을 고액분리하여 황화납을 포함하는 케이크를 얻기 위한 필터프레스(21)와, 부선기(17)로부터의 슬러리를 고액분리하여 석고와 염수를 얻기 위한 고액분리기(22) 등을 구비한다.

다음에, 상기 구성을 갖는 처리 시스템(1)의 동작에 대해 도 1을 참조하면서 설명한다.

시멘트 킬른(2)의 킬른 바닥으로부터 최하단 사이클론에 이르기까지의 킬른 배기가스 유로로부터의 추기가스는, 프로브(3)에서 냉각팬(4)으로부터의 냉풍에 의해 냉각된 후 사이클론(5)에 도입되어, 조분과 미분 및 가스로 분리된다. 분리된 염소 함유율이 낮은 조분은 시멘트 킬른 계로 되돌려진다.

염소 함유율이 높은 미분 및 가스는 습식 스크러버(6)에서 순환액조(7)로부터 공급되는 슬러리가 갖는 수분 등에 의해 냉각되고, 미분이 습식 스크러버(6)에 의해 집진된다. 여기서, 습식 스크러버(6)에서 집진된 집진 더스트 슬러리에는 미분 중의 CaO가 물과 반응하여 발생한 Ca(OH) ₂ 가 존재하기 때문에, 시멘트 킬른 입구 후드로부터의 추기가스에 존재하는 SO ₂ 가 이 Ca(OH) ₂ 와 반응하고,

CaO + H ₂ O → Ca(OH) ₂

SO ₂ + Ca(OH) ₂ → CaSO ₃ ·1/2H ₂ O + 1/2H ₂ O

CaSO ₃ ·1/2H ₂ O + 1/2O ₂ + 3/2H ₂ O → CaSO ₄ ·2H ₂ O

에 의해 탈황되어, 석고를 회수할 수 있다.

여기서, 습식 스크러버(6)에 공급되는 순환 슬러리의 유로에서의 스케일 트러블을 방지하기 위해서는 순환액조(7) 내 순환액의 pH를 6 전후로 제어할 필요가 있다. 그 때문에 순환액조(7) 내의 순환액의 pH가 지나치게 상승한 경우에는, 특허문헌 6에 기재된 바와 같이, 사이클론(5)의 분급점을 변화시켜서 미분 중의 CaO 농도를 감소시켜 대처할 수 있다.

한편, 추기가스에 존재하는 유황분의 제거효과는, 배기가스의 유황분의 농도를 감시하여 확인되지만, 제거성능이 저하하는 경향이 있는 경우에는 상기한 바와 같이 사이클론(5)의 분급점을 변화시켜서 사이클론(5)으로부터 배출되는 미분 중의 CaO 농도를 상승시켜 흡수제의 양을 증가시키거나, 저장조(10)로부터 흡수제로서의 Ca(OH) ₂ 를 펌프(11)를 통하여 공급한다.

또, 습식 스크러버(6)에는 저장조(12)로부터 펌프(13) 및 펌프(9)를 통하여 수황화 소다(NaSH)를 첨가한다. 수황화 소다를 첨가하는 것은 추기가스에 포함되는 염화납, 산화납 등의 미분을 황화하여 황화물로서 침전시키기 위해서이다. 또한, 황화에 의해 황화납(PbS)이 발생한다. 여기서, NaSH는 산성 측에서 분해하기 위해 pH를 7 이상으로 조정할 필요가 있지만, 전술한 바와 같이, 습식 스크러버(6)에 공급되는 순환 슬러리의 유로에서의 스케일 트러블을 방지하기 위해서, 그리고 Pb의 회수율을 향상시키기 위해서 순환액조(7) 내의 순환액의 pH를 4∼7의 범위가 되도록 제어한다.

습식 스크러버(6)로부터 배출된 가스는 순환액조(7), 세정탑(8) 및 팬(23)을 거쳐서 대기로 방출된다.

한편, 순환액조(7)로부터 배출된 슬러리는 펌프(16)를 통하여 부선기(17)에 공급된다. 부선기(17)에는 저장조(14)로부터 펌프(15)를 통하여 부선제, 및 저장조(18)로부터 펌프(19)를 통하여 기포제가 공급된다. 부선제에는 크산테이트기(RO-Ca ₂ Na), 디티오카르밤산기(R-NH-CS ₂ Na), 또는 티올기(-SH) 등을 갖는 유기 화합물 중금속 포집제 등을 사용할 수 있다. 이 경우, 알칼리성 영역에서는 포집제의 처리효과가 악화되지만, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 순환액조의 pH를 6 전후로 유지하고 있으므로 문제는 없다. 기포제로는 MIBC(메틸 이소부틸 카르비놀) 등을 사용할 수 있다. 부선기(17)에는 또한 공기가 공급되고, 슬러리는 부선 조작에 의해 납을 포함하는 거품과 석고를 포함하는 테일 측 슬러리로 분리된다.

납을 포함하는 거품은 펌프(20)를 통하여 필터프레스(21)에 공급되고, 산화납을 포함하는 케이크와 물로 분리된다. 산화납을 포함하는 케이크는 원산지로 환원되는 등 하여 재이용되고, 분리수는 부선기(17)에 되돌려서 부선 공정에서 재이용할 수 있다.

한편, 부선기(17)로부터 석고를 포함하는 테일 측 슬러리는 고액분리기(22)에서 고액분리되고, 분리된 염수는 시멘트 분쇄 공정에 첨가할 수 있다. 또한, 분리된 염수는 수처리 후에 하수 또는 해양에 방류해도 되고, 또는 염 회수 공정에서 탈염한 후 얻어진 물을 세정탑(8)에 되돌려도 된다.

또한, 상기 실시형태에서는, 납의 황화제로서 수황화 소다를 사용한 경우에 대해 설명했지만, 수황화 소다 대신에 황화나트륨(Na ₂ S)을 사용할 수도 있다.

또, 상기 실시형태에서는, 부선 조작에 의해 순환액조(7)로부터 배출된 슬러리를 납을 포함하는 거품과 석고를 포함하는 테일 측 슬러리로 분리했지만, 이것과는 반대로 부선제를 사용하여 석고를 거품으로 하여 뜨게 하는 것도 가능하다. 그러나 그 경우에는, 기포제가 석고 측에 들어가기 위해서 보다 다량의 기포제가 필 요하게 되고, 석고를 시멘트 밀에 첨가하는 경우에는 기포제가 시멘트의 경화에 악영향을 줄 것이 염려되기 때문에, 상기 실시형태에서 제시한 방법이 보다 바람직하다.