連続触媒酸化プロセスによる黄リン排ガスの脱リン

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黄リン企業は合成ガスを用いたエチレングリコール製造プロセスに期待を寄せており、カルシウムカーバイドの排気ガスを利用したエチレングリコール製造プロセスの成功事例は、黄リン企業にとって貴重な参考になる。しかし、黄リンの排気ガス処理の問題があるため、これら2つのプロセスを組み合わせることはできない。 黄リン排ガスの利用には、フッ素、ヒ素、リン、硫黄などの不純物を除去する必要がある。その中で、フッ素、ヒ素、硫黄の除去には既に成熟したプロセスがあるため、黄リン排ガスの浄化における技術的な難点はリンの除去である。現在、企業において黄リンの排ガスを浄化するために一般的に用いられているのは、水洗いとアルカリ洗浄を組み合わせた方法、温度変化型吸着法、および不連続触媒酸化法の3つです。しかし、これら3つの方法はいずれも工業的な運用において異なる問題が生じる。水洗いとアルカリ洗浄を組み合わせた方法では、アルカリ洗浄の過程で単体リンがアルカリと反応してリン化水素が生成されるため、リンを効果的に除去することはできず、同時に大量の廃アルカリ液が排出される；変温吸着法の工程は比較的複雑で、脱着されたリンなどの不純物を適切に処理しないと二次汚染を引き起こす可能性があります；不連続触媒酸化法による脱リンは間欠操作であり、複数の塔を切り替えながら運転する必要があり、吸着が飽和した触媒は再生しなければならず、また再生に伴って触媒効果は大幅に低下する。 上記の方法に存在する問題を踏まえ、北京北大先锋科技有限公司は黄リン排ガスからリンを除去するという難問の解決に取り組んでいる。この研究が工業化に成功すれば、黄リン排ガスの高付加価値利用を新たな段階へと押し進める可能性が高い。 北大先鋒が開発した連続触媒酸化脱リンプロセスは、フィルターで圧力を上げた黄リン排ガスを触媒酸化することを原理としており、生成されたリン酸化物は触媒表面から脱離して気体状態で層外に移動する。そのため触媒の再生が不要となり、黄リン排ガスの浄化反応を連続的に行うことが可能になる。この工程は操作ユニットが少なく、工程もシンプルであるため、設備や操作の複雑さが低減され、結果として投資額やエネルギー消費量が大幅に削減されます。これにより、黄リン製造企業は設備の長期的な運用コストを節約することができます。 このプロセスが連続的な触媒酸化を実現できるのは、北大先鋒が開発した触媒が3つの顕著な革新性の優位性を持っていることにある。 第一に、一般的な脱リン触媒は繰り返し再生が必要であり、一定期間が経つと触媒は性能を失い、装置を継続して稼働させるためには新しい触媒を再装填しなければならない。一方、北大先鋒が開発した新型触媒は、連続的な脱リン反応の過程で再生成を必要とせず、現在ある非連続式脱リン技術が抱える多くの問題を効果的に解決している。 第二に、これまでのどの黄リン排ガス浄化プロセスとも異なり、北大先鋒が開発した新型触媒は優れた耐硫性を有しており、黄リン排ガス中の総硫黄含有量はリン不純物の除去前後で顕著な変化がなく、また触媒の連続的なリン除去性能にも影響を与えない。これは、北大先鋒の連続脱リンプロセスによってまず全リンを除去でき、次に黄リン企業が黄リン排ガスの利用方法に応じて、脱硫方法や脱硫の程度を柔軟に選択できることを意味する。例えば、黄リンの排ガスを利用して発電する際には、補助燃料として石炭を燃やす必要がある。黄リン排ガス中の全硫黄と石炭中の硫黄は、燃焼後どちらも二酸化硫黄になるため、ボイラーにおいては事前に硫化水素を除去する必要がない。そのため、排ガス中の硫黄と石炭中の硫黄を同時に除去でき、工程が巧みに簡略化される。 第三に、新型触媒は性能が安定しており、装置の長時間運転を可能にする。控えめな見積もりでも3～5年間連続して使用できるため、黄リン企業が長期にわたって安定して浄化済み排気ガスを下流工程に供給し続けることが大いに保証される。 2014年10月、このプロセスは雲南のあるリン酸電池会社で中規模試験が行われました。装置は1年半連続して稼働し、排出ガスの総量を120万立方メートル浄化した。浄化後の排ガスの総リン含有量は、浄化前の1200～1500ミリグラム/立方メートルから1ミリグラム/立方メートル（約0.7ppm）以下に低下し、総リンを1ppm以下に抑えるという目標が達成されました。これにより、発電や化学合成に必要な原料ガスの要件を満たすことができ、プロセス全体で他の形態の「三廃」が排出されることはありません。 パイロットプラントの運転データに基づく試算では、黄リン排ガスの流量を1時間あたり2万立方メートルとした場合、連続触媒酸化脱リン法の初期投資は約2000万円であり、1立方メートルの排ガスを処理するための運転コストは約0.08元（減価償却を含む）となる。この装置の投資額および運転コストは、非連続酸化吸着脱リン法や変温吸着脱リン法の費用よりも低い。 現在、黄リンを製造する企業들がこの浄化プロセスに大きな関心を寄せており、北大先鋒は近々、最初の工業用装置の建設を開始する見込みです。