作成： 1997/10/15 須藤 高史
データ番号 ：010074
電子ビーム法による都市ごみ焼却排ガス処理
目的 ：都市ごみ焼却炉排ガス処理法の開発
放射線の種別 ：電子
放射線源 ：電子加速器(0.95MeV、30mA)
線量（率） ：5-20kGy
利用施設名 ：松戸市クリンセンター電子線法パイロット試験装置
照射条件 ：排ガスダクト内
応用分野 ：石炭燃焼排ガス処理、大型ディーゼル排ガス処理、トンネル排ガス処理
概要 ：
都市ごみ燃焼排煙にはHCl、SOx、NOx等の大気汚染物質が含まれる。電子線を用いた汚染物質の効率的な除去システムのパイロット試験を行った。電子線照射により各種の活性種が生成し、有害物質は酸化される。これをアルカリ剤として注入した消石灰で中和し、無害な固形粒子として除去する。試験の結果、HClとSOxはほぼ100%、NOxは80%以上の除去率を得た。1ヶ月の連続運転を行い、除去性能の安定性及び装置の信頼性の確認を行った。
詳細説明 ：
我が国においては一般廃棄物の70%以上が焼却処理されており、その焼却施設は都市近郷に設置されることが多く、排ガスの有害物質処理は重要である。大気汚染防止法に定められる一般排出基準や、都道府県の上乗せ排出基準、地域の総量排出基準、さらに厳しい住民協定を満足する必要がある。この処理に関し、プロセスが簡単となる電子線法に着目し、1988年から日本原子力研究所と模擬ガスによる基礎研究を経て、1992年から松戸市を加えた三者共同研究により、2年間パイロット試験を行った。
1.電子線法の概要：
電子ビームによる排ガス処理の開発経緯とその原理を表1、図1に各々示す。排ガスが照射されると、排ガス中に種々の活性種が生じ、排ガス中に含まれる微量のSO2,NOxはその作用を受け、硫酸、硝酸まで酸化される。アルカリ剤として注入される消石灰により酸性であるHCl、硫酸、硝酸は中和され、無害な固形粒子となり、バグフィルタにより除去される。電子線法では、1つの反応器内でHCl、NOx、SOxの同時除去が低温で行え、他処理法に比較し、機器構成がコンパクト、かつダイオキシン等の発生が抑えられ、廃水処理不要等の特長を有する。
表1 電子ビーム法の開発経緯（原論文2より引用）
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期間 開発機関 排ガス 流量 SO2/NOx濃度 温度 加速器 中和剤
(Nm3/h) (ppm) (℃）出力(kW)
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1970-71 荏原 模擬ガス 0.02 1000/- 100 1.2 −
1972-74 原研 模擬ガス 60 900/80 90-120 15 −
1974-77 荏原 重油 1,000 200/400 − 30 NH3
1977-78 荏原 焼結 10,000 200/180 70-90 90 NH3
1974-78 東大 模擬ガス 84 900/- 70-120 0.12 −
0.12 -/1000 115 − −
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1984-85 リサーチコットレル（米）石炭 5,300 400-2500/300 60-150 80 Ca(OH)2
1984-88 荏原（米） 石炭 24,000 1000/400 65-149 160 NH3
1981-91 原研 模擬ガス 0.9 1000/5000 80-150 − NH3
1984-88 ＫｆＫ（独） 重油 1,000 400-1000/300-1000 60-120 3.6 NH3
1984-91 カールスルーエ大（独） 天然ガス 1,000 0-1000/60-400 75-170 22 NH3
1985-89 Badenwerk （独） 石炭 20,000 50-500/300-500 70-100 180 NH3
1989 INCT（ポーランド） 重油 400 0-1200/0-400 60-150 5.4−
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1989 ＫｆＫ（独） 軽油 1,500 400-1000/300-1000 60-120 16.5 NH3
1991 荏原 重油／ごみ 1,500 0-1000/0-200 65 15 NH3
1992- ＩＮＣＴ（ポーランド） 石炭 20,000 200-600/250 60-120 100 NH3
1992-94 ＮＫＫ／原研／松戸市 都市ごみ 1,000 50/100/(HCl:400) 150 15 Ca(OH)2
1993- 荏原／東京都 トンネル 50,000 -/0-5 20 25 NH3
1992-93 荏原／原研／中電 石炭 12,000 800-1000/150-300 65 108 NH3
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図1 電子ビーム法による排ガス中の有害物除去の原理（原論文2より引用）
2.パイロット試験装置の概要：
本試験装置は、松戸市クリンセンターに設置された。センターは、ストーカ式全連続炉で処理能力:100t/dayX2炉、実排ガス量:各21,000Nm3/h である。本工場の電気集塵機入口より1,000Nm3/hの排ガスを試験装置に分岐し、実証試験を行った。有害ガス濃度は実炉のため大きく変化するが、HCl、NO、SO2の純ガスにより、400,50,100ppm程度に各調整した。本パイロット試験装置での目標除去性能は、HCl、SO2は10ppm以下、NOxは50ppm以下とした。
反応容器は2系統設置し、各消石灰スラリー(半乾式)と粉末消石灰(乾式)を吹き込み、そこで照射を行った。電子線加速器は0.3-0.95MeV,30mAである。反応容器を通過した排ガスはバグフィルターを経て、クリンセンター煙道へと戻される。
3.有害物質除去性能：
半乾式法及び乾式法について、排ガス温度、消石灰添加モル比、吸収線量等をパラメータとし、性能確認を行った。SOx、HClについては両者ともにほぼ100%に近い除去率が得られた。NOxについては、半乾式法での除去率を図2に示す。
図2 Dependence of dose on NOx removal at irradiation temperatures of 150゜C, 180゜C and 210゜C. Electron energy 0.9MeV, 2 stoich. amount of slaked-lime slurry.（原論文3より引用。 Reproduced from Radiat. Phys. Chem., Vol.45, No.6, pp.1021-1027 (1995), Fig.8(p.1026), Osada Y., Hirota K., Sudo M., Baba S., Doi T. , Nakajima M., Komiya M., Miyajima K., Miyata T., Tokunaga O., Pilot-Scale Test on Electron Beam Treatment of Municipal Solid Waste Flue Gas with Spraying Slaked-Lime Slurry; Copyright(1995), with permission from Elsevier Science.）
消石灰モル比2の場合、吸収線量が10kGy程度までは急速に除去率は上昇するが、それ以降はなだらかな変化となっている。排ガス温度が低温ほど除去率が大きいのが特長で、210℃と180℃の差は大きい。排ガス温度150℃、線量15kGyで除去率は90%と高い値を示している。乾式法でのNOx除去率は半乾式法に比べ、20%程度低下した。反応器出口濃度計測により、NO2が消石灰と反応しきれずに残存していることが判明し、微粒の消石灰を使用してその表面積を増加させることにより、除去率の改善を達成できた。
本試験において有害物質の除去性能の安定性及び装置の信頼性を確認するために1ケ月間の連続運転を行った。HClとSO2はほぼ100%の除去率で、NOxについても入口でのNOx濃度の影響を受けるものの80%以上の除去性能を安定して持続した。図2から分かるように、NOxの除去率は電子線の照射量に敏感であり、入口濃度の変化に応じて加速器ビーム電流を制御すれば、排出濃度を希望する濃度以下に経済的に安定して保持できる。
コメント ：
都市ごみ燃焼排煙には多量のHClが含まれ、石炭燃焼排煙とは異なり消石灰が使用される。石炭燃焼排ガス処理では中部電力でパイロット試験が終了しており、中国及びポーランドで実規模装置の計画がある。環境保全上、各種の排ガス処理は重要であり、電子線法は効率的な処理法として注目される。
原論文１ Data source 1：
Pilot-Scale Test for Electron Beam Purification of Flue Gas from a Municipal Waste Incinerator with Slaked-Lime
Hirota K., Tokunaga O., Miyata T., Sato S., Osada Y.*, Sudo M.*, Doi T.*, Shibuya E.*, Baba S.**, Hatomi T.**, Komiya M.**, Miyajima K.**
Takasaki Radiation Chemistry Research Establishment, JAERI; *NKK Corporation; ** Matsudo Waste Disposal Center
Radiat. Phys. Chem., Vol.46, No.4-6, pp.1089-1092 (1995)
原論文２ Data source 2：
電子ビーム照射によるごみ焼却排ガス処理
長田 容
日本鋼管株式会社
配管技術 '95.増刊号 p.113,1995
原論文３ Data source 3：
Pilot-Scale Test on Electron Beam Treatment of Municipal Solid Waste Flue Gas with Spraying Slaked-Lime Slurry
Osada Y., Hirota K.*, Sudo M., Baba S.**, Doi T. , Nakajima M.**, Komiya M.**,Miyajima K.**,Miyata T.*,Tokunaga O*.
NKK Corporation; * Takasaki Radiation Chemistry Research Establishment, JAERI; ** Matsudo Waste Disposal Center
Radiat. Phys. Chem., Vol.45, No.6, pp.1021-1027 (1995)
原論文４ Data source 4：
電子ビーム法による都市ごみ燃焼排ガス処理の特性
長田 容
日本鋼管株式会社
PPM, Vol. 26, No.4, p.59-66 (1995)
キーワード：電子ビーム,排ガス処理,都市ごみ,脱硫,脱硝,脱塩化水素,消石灰
electron beam, flue-gas treatment, municipal waste, de-NOx, de-SOx, de-HCl, slaked lime
分類コード：010501