パワーバッテリー用炭酸リチウムロータリーキルン排ガス向けSNCR+SCR複合脱硝および石灰石・石膏脱硫

事例研究・産業排出ガス制御

世界的なパワーバッテリーのリーダー企業が、ロータリーキルン製炭酸リチウム製造排ガス(入口SO₂濃度が12,000 mg/Nm³に達する)から、SNCR+SCRによる脱硝効率81.5%、脱硫効率97.9%を達成した方法 ― バッテリーグレード炭酸リチウム焼結排ガスの化学組成の極めて大きな変動に対応するため、SNCR+SCR+石灰石-石膏FGD+石灰処理のデュアルラインシステムを導入。

パワーバッテリー回転窯排ガス
SNCR+SCR複合脱窒
石灰石-石膏排煙脱硫装置
炭酸リチウム焼結
超低排出バッテリー産業

97.9%
脱硫
石灰石-石膏排煙脱硫装置
81.5%
脱窒
SNCR+SCR結合
120,000
Nm³/時
標準排気ガス(1ラインあたり)
最大12,000
mg/Nm³ SO₂ピーク
最も厳しい排煙脱硫条件

01 — 業界背景

パワーバッテリー用炭酸リチウム製造:急速に拡大する分野だが、排出ガス規制への対応が厳しい

炭酸リチウムは、リチウム電池製造の基本的な原料です。電気自動車の普及とグリッド規模のエネルギー貯蔵の拡大を背景に、世界的な需要は急速に伸びており、生産量は2014年の年間410万トンから2022年には3950万トンへと年平均成長率281TP3で増加しています。また、2025年には生産能力が1億1000万トン、2023年には実際の生産量が5179万トン(前年比3111万TP3)に達すると予測されています。EV市場の拡大に伴い、電池グレードの炭酸リチウムの生産能力に対する需要は増加の一途をたどり、生産設備とその関連する環境コンプライアンスインフラへの投資がさらに促進されるでしょう。

本事例研究で取り上げる企業は、世界有数のパワーバッテリー企業であり、パワーバッテリー業界のサプライチェーン全体を網羅する数少ない企業の1つです。2015年に国内主要証券取引所に、2022年にはスイス証券取引所にスイス初のパワーバッテリー企業として上場しました。主な事業内容は、モビリティ用途向けリチウムイオン電池、エネルギー貯蔵システム、配電機器などです。2024年に発表された「全固体電池」製品は、エネルギー密度3,500 Wh/kg、体積エネルギー密度800 Wh/L、サイクル寿命30,000回、理論航続距離300,000km以上を実現しています。また、同社は年間約10万台の配電ユニットを生産しています。

炭酸リチウムの製造では、回転窯焼結法を用いて、リチウム含有原料(主に雲母由来のリチウム塩)を電池グレードの炭酸リチウムに変換します。焼結反応は、硫酸塩と炭酸塩化合物の高温反応を伴い、従来の工業用ボイラーや発電所をはるかに超える濃度の二酸化硫黄(SO₂)を放出します。炭酸リチウムの市場需要が高まり、生産設備が大規模化するにつれて、回転窯焼結における排ガス浄化システムは、規制遵守と運用上の重要なボトルネックとなっています。本プロジェクトでは、石灰石・石膏排煙脱硫(FGD)とSNCR+SCR脱硝を組み合わせることで、超低排出目標を達成し、施設のグリーン開発における実績を向上させます。

世界的なEVバッテリーメーカーにおけるパワーバッテリー用炭酸リチウム回転窯焼結排ガス処理のためのSNCR SCR脱硝および石灰石-石膏脱硫システムの適用シナリオ:超低排出基準の達成


02 — 汚染状況

炭酸リチウム回転窯排ガス:極端なSO₂変動が決定的な課題

この施設では、2基の回転窯生産ラインが稼働しており、各ラインにはサイクロン式集塵機、冷却装置、バグフィルター式集塵機が備えられ、炭酸リチウム電池材料の焼結時に発生する排ガスを処理しています。窯は天然ガスを燃料としています。生産ラインあたりの標準排ガス量は120,000 Nm³/h(プロセス条件150℃では185,897 Nm³/h)です。冷却後、排ガスはFGDシステムで回収されます。

炭酸リチウム回転窯排ガスの特徴は、SO₂濃度の極めて大きな変動性です。焼結反応サイクル中、硫酸リチウム化合物が分解してSO₂を放出します。脱硫吸収塔に入るSO₂濃度の平均は約4,645 mg/Nm³ですが、ピーク濃度は12,000 mg/Nm³に達することもあり、ベースラインレベルは約809 mg/Nm³ NOxの酸素補正濃度です。ベースラインとピークの間でSO₂濃度が10:1(約1,200 mg/Nm³から12,000 mg/Nm³)変動するため、排煙脱硫システムは、ベースラインおよび中間範囲の期間中に安定した運転と石膏の品質を維持しながら、ピーク状態に合わせて設計する必要があります。

パラメータ 初期濃度 デザインアウトレット EU IED / NER制限
NOx(NO₂として) 809 mg/Nm³(12% O₂、基準アンモニア含有量12%) ≤150 mg/Nm³ IED 2010/75/EU: 150 mg/Nm³
SO₂(排煙脱硫装置入口における平均値) 平均4,645 mg/Nm³、ピーク12,000 mg/Nm³ ≤100 mg/Nm³ オランダ活動令 NER
粒子状物質(PM) 658 mg/Nm³ ≤30 mg/Nm³ オランダ活動令 NER ≤5 mg/Nm³
HCl 3.7 mg/Nm³ ≤10 mg/Nm³ IED BAT ≤10 mg/Nm³
HF 6.74 mg/Nm³ ≤6 mg/Nm³ IED BAT ≤1 mg/Nm³
酸性ミスト(霧) 191 mg/Nm³ ≤20 mg/Nm³ IEDバット
標準排気ガス(1ラインあたり) 120,000 Nm³/h
プロセス排ガス(ラインごと) 150℃で185,897 Nm³/h
SCR排ガス量 273,846 Nm³/h(2ライン合計)
窯出口温度 380~420℃(SCR/SNCR設置箇所)

主要な設計上の課題: 平均4,645 mg/Nm³、ピーク12,000 mg/Nm³のSO₂濃度は、一般的な石炭火力発電所の排煙脱硫装置(FGD)の最大入口濃度の約3倍に相当します。ピーク濃度12,000 mg/Nm³に加え、出口濃度を100 mg/Nm³以下(ピーク時99.2%の除去効率)に抑える必要があるため、FGDは平均運転条件をはるかに超える過負荷運転に対応できるよう設計する必要があります。そのため、システム設計においては、大型の吸収塔、高い液気比、そして保守的なカルシウム対硫黄の化学量論比が必要となります。


03 — 治療溶液

二段階処理方式:キルン出口でのSNCR処理+SCR処理+石灰石・石膏排煙脱硫+石灰脱硫

このプロジェクトは、2 つのロータリーキルン生産ラインを対象としています。各ラインの処理システムは、サイクロン前除塵 → ガス冷却 → バグフィルターによる除塵 → 排ガス収集 → SNCR+SCR 脱硝 → 石灰石-石膏排煙脱硫 → 石灰後脱硫で構成されています。このアップグレードは、既存のロータリーキルン生産ラインに SCR 脱硝装置と石灰石-石膏 + 石灰(石灰)脱硫システムを追加することで実施され、超低排出基準への適合を実現しました。施設の奥にある 2 番目の生産ラインでは、同時に石灰石-石膏脱硫システムを導入し、SO₂ 排出量が 100 mg/Nm³ 以下となるようにするとともに、排ガスの短時間平均値がすべてのパラメータで基準を満たすようにしています。

SNCR脱窒(窯出口、380~420℃ゾーン)

SCRシステムの設置場所は、ロータリーキルン出口の多管式集塵機出口に選定され、そこでは温度が380~420℃に維持されます。この温度でSO₂濃度が4,600 mg/Nm³以下であれば、中温SCR触媒を使用できます。SCRリアクター内部触媒は、2+1層構成(活性層2層+予備層1層)で設計されています。還元剤はアンモニア水で、フロントエンドSNCRはシングルノズル噴霧システムを採用しています。フロントエンドSNCRは、脱硝効率が脱硝目標を満たすことを保証します。脱硫塔噴霧層については、オンラインモニタリング値に基づいて開口量を調整し、安定した超低排出排ガスを実現します。

SCRリアクターの主要パラメータ

排ガス量 273,846 m³/h (2 ライン合計)、SCR での排ガス温度 350°C、初期 NOx 809 mg/Nm³、初期 PM 658 mg/Nm³、実際の O₂ ≤15.2%、NOx 出口 150 mg/Nm³、触媒細孔数 18、触媒多孔度 72.59%、触媒層 2+1 (予備層 1 層)、層あたりの触媒モジュール 12、触媒総量 31.104 m³、設計温度 230°C、最大運転温度 350°C、最小運転温度 200°C、尿素注入速度 111.919 kg/h、脱硝効率 88%、アンモニアスリップ ≤3 ppm、圧力損失 ≤600 Pa、すす吹き出し方式: パルスジェットブロー。

SNCR SCR複合脱硝および石灰石-石膏脱硫プロセスフロー図(パワーバッテリー用リチウムカーボネートロータリーキルン焼結排ガス処理、デュアルラインアーキテクチャ、380~420℃でのSNCR注入、SCRリアクターおよびFGD吸収塔を示す)

石灰石・石膏排煙脱硫吸収塔(φ4.4m、120,000m³/h)

FGDタワーはシステム内で最も負荷の高い機器であり、平均4,645 mg/Nm³、ピーク12,000 mg/Nm³のSO₂を受け入れます。ピーク負荷時(99.2%の除去効率)に出口で≤100 mg/Nm³を達成するために、タワーは30という非常に高い液気比と4つのスプレー層で指定されています。主なパラメータ:タワーあたりの排ガス量120,000 m³/h、排ガス温度150°C、SO₂入口4,645 mg/Nm³、SO₂出口100 mg/Nm³、カルシウム対硫黄比1.1、ガス速度<3.5 m/s、タワー内径φ4.4 m、液気比30、4つのスプレー層、単一ポンプ流量900 m³/h、スラリー沈降時間6時間。石灰石の運転消費量:718 kg/h(最大)、石膏の生産量:1,488 kg/h(最大)、石膏の含水率:≤15%、ミスト除去装置:2層スクリーン式ミスト除去装置、中間石灰石貯蔵容量:50 m³、7日間の自給率。

パワーバッテリー用リチウムカーボネートロータリーキルン設備向けSNCR SCR脱硝および石灰石-石膏FGD脱硫システムの設計図。吸収塔、FGDスクラバー、SCRリアクター、石膏脱水構成を示す。

プロセスフローの概要

回転窯
380~420℃
SNCR ⭐
NH₃注入
900℃ゾーン
サイクロン
事前除塵
冷却+
バッグフィルター
SCR ⭐
350℃
2+1層
FGD ⭐
φ4.4m
97.9% SO₂
ライム ⭐
FGD後
IDFファン
→ スタック

⭐ このプロジェクトで新たに導入またはアップグレードされた機器

主要機器パラメータの概要

装置 主要仕様
誘引ドラフトファン 220,000 m³/h、5,000 Pa、250~300℃、ユニットあたり335 kW、50 Hz可変速
SCRリアクター 273,846 m³/h; 350℃; 2+1層触媒; 31.104 m³触媒; 88% NOx効率; ≤3 ppm NH₃スリップ
FGD吸収塔 φ4.4m、120,000m³/h、L/G=30、4層噴霧、900m³/hポンプ、718kg/h石灰石、1,488kg/h石膏
石膏生産量(最大) 1,488 kg/h、水分含有量≤15%、商業的に再利用可能
石灰石貯蔵庫 50 m³; 最大消費量で7日間稼働可能
最大システム電力 実測出力1,047.52kW、総設置出力1,186.67kW
年間電気料金(8,000時間) 約301.7万元相当(0.36元/kWh換算)
年間水道料金 約880万人民元相当(5.5トン/時、2人民元/トン)
年間石灰石コスト 約17万2320万人民元相当(718kg/時、300人民元/トン)

04 — 主な利点

高SO₂含有炭酸リチウム窯にとって、SNCR+SCR複合脱硝と石灰石-石膏排煙脱硫が最適な構造である理由


  • 高温キルンゾーンにおけるSNCRは、複合脱窒効率を最大化する: 回転窯出口(850~1,100℃の温度範囲が利用可能な場所)にSNCRを注入することで、触媒を用いずに効率的な熱分解によるNOx分解が可能になります。SNCRは、ガスがSCR反応器に入る前にNOx負荷の一部を除去するため、SCR入口におけるNOx負荷の総量を低減します。このSNCRによる前処理により、下流のSCR反応器は、SCRが入口の全NOx負荷を単独で処理しなければならない場合では達成できない触媒量と圧力損失で、総合的な81.5%の複合脱硝効率(809 mg/Nm³から≤150 mg/Nm³へ)を達成できます。

  • 350℃の中温SCRは、天然ガスキルンのSCR入口にSO₂が含まれていないため実現可能である。 SCRリアクターは、ガス温度が約350~380℃で、焼結反応で発生したSO₂がまだガス流に完全に混入していない(または上流の集塵機で部分的に除去されている)多管式集塵機の出口に設置されています。天然ガス燃料には硫黄が含まれていないため、SO₂は完全に焼結反応生成物です。SCRの設置位置は、SO₂放出ピーク点より前の時間帯を利用して、硫酸水素アンモニウムによる被毒なしに中温触媒を使用することを目的としています。これは、SO₂が平均濃度4,645 mg/Nm³に達する排煙脱硫装置(FGD)入口とは対照的です。FGD入口では、標準的なSCR触媒はすぐに破壊されてしまいます。

  • L/G比30、噴霧層4層で、平均4,645 mg/Nm³から97.9%のFGD除去率を達成: 標準的な発電所の排煙脱硫装置(FGD)の設計では、SO₂入口濃度が1,000~3,000 mg/Nm³の場合、L/G比は8~15となります。炭酸リチウム窯のFGDタワーは、標準的な発電所の比率の2倍以上であるL/G=30で運転され、一般的な3層ではなく4層のスプレー層を備えています。この高い液気比と追加のスプレー接触の組み合わせにより、平均入口濃度4,645 mg/Nm³から97.9%の脱硫を達成するために必要な吸収滞留時間が延長され、同時に、出口濃度が100 mg/Nm³の制限内に収まるために99.2%の除去が必要となる12,000 mg/Nm³のピーク状態に対しても十分な性能マージンが維持されます。

  • オンラインモニタリングに基づくFGDスプレー層制御により、SO₂変動範囲全体にわたって試薬消費量を最適化します。 脱硫塔の噴霧層の開口量は、排煙脱硫装置の入口と出口の両方からのオンラインSO₂モニタリングデータに基づいて調整されます。SO₂濃度が基準値(入口が平均4,645 mg/Nm³の下限値付近)の期間には、作動する噴霧層の数を減らし、ポンプのエネルギー消費量と石灰石スラリーの循環量を削減します。SO₂濃度がピークに達すると、4層すべての噴霧層が同時に作動します。この動的な噴霧層管理により、実際のSO₂負荷量に関わらず4層すべてを最大流量で連続運転する場合と比較して、年間エネルギーコストと試薬コストを大幅に削減できます。

  • 石膏副産物(最大生産量1,488 kg/h)には直接的な商業的価値がある。 極めて高い石膏生産速度(最大1,488 kg/h、平均SO₂入口濃度4,645 mg/Nm³を反映)により、この排煙脱硫システムは重要な石膏生産装置となっています。含水率が15%以下であれば、塩化物含有量がEN 13279-1規格の制限値内であれば、石膏は建築材料の再利用(壁板基材、セメント添加剤)に関する品質基準を満たします。これにより、この排煙脱硫システムは、単なるコンプライアンスコストセンターではなく、付加価値を生み出す副産物プロセスとして位置づけられ、石膏販売による収益によって718 kg/hの石灰石試薬コストを部分的に相殺することができます。

  • 石灰石・石膏排煙脱硫装置の設計原理の適用:炭酸リチウム用途における7つの利点: この用途に石灰石-石膏プロセスが選ばれたのは、発電所用途で検証された以下の7つの原則に基づいている。(1) エネルギー消費量と運転コストが低い。(2) 副産物の石膏は二次汚染なしに処理できる。(3) 設置面積が小さく、合理的なフロー設計である。(4) コンピュータシミュレーションで最適化された設計である。(5) 均一な吸収のためにガス速度が最適化されている。(6) 石灰石原料は広く入手可能で低コストである。(7) 塔壁への堆積物を減らすために、塔内部に向流噴霧とミスト除去装置を使用している。これらの原則は炭酸リチウム回転窯の排煙脱硫装置に直接適用でき、数千もの発電所の排煙脱硫装置設置における運転経験は、システム設計とトラブルシューティングのための強力な知識基盤を提供する。

05 — 業務実績

検証済みのコンプライアンスデータと年間コスト概要

≤150
mg/Nm³ NOx排出口
81.5% SNCR+SCR
≤100
mg/Nm³ SO₂ 出口
97.9% FGD
≤30
mg/Nm³ PM排出口
設計目標を達成
1,047 kW
実際の走行電力
(最大設置容量1,186kW)

SNCR社製SCR脱硝および石灰石-石膏排煙脱硫システムの稼働状況を示す画像。パワーバッテリー式炭酸リチウム回転窯施設に設置されたシステムで、制御室のSCADAディスプレイとクリーンな煙突排出を備えた完成設備が示されている。

システムの最大運転電力:1,047.52 kW(実測値)。年間稼働時間8,000時間、電気料金0.36人民元/kWh換算で、年間電気料金は約301.7万人民元相当。年間水道料金:約8.8万人民元相当(5.5 t/h、2人民元/t)。年間石灰石料金:約172.32万人民元相当(718 kg/h、300人民元/t)。最大生産量1,488 kg/hの石膏副産物による収益は、これらの試薬コストを部分的に相殺します。


06 — 実施上の注意

炭酸リチウム回転窯排ガス処理における重要な工学的考慮事項

  • ⚠️
    上流側のSO₂濃度変動(生産ラインの処理条件による)は、FGDシステムの過負荷を引き起こし、脱硫効率に影響を与えます。これが主なリスクです。 主な運用リスクとして文書化されているのは、上流工程の変動によりSO₂濃度が変動し、FGDシステムが過負荷運転となり、システム排出が不安定になることです。SO₂のピーク濃度は12,000 mg/Nm³、平均濃度は4,645 mg/Nm³であり、FGDは既に一般的な発電所の運転条件を上回る極端な過負荷に対応できる設計となっています。設計ピーク濃度である12,000 mg/Nm³を超えるSO₂の急上昇は、システムを真の不適合状態に陥らせる可能性があります。FGDの入口(吸収前)と出口(吸収後)の両方でSO₂モニタリングを実施し、リアルタイムで噴霧層制御にフィードバックするとともに、焼結化学やSO₂放出速度に影響を与える運転変更を行う前に、生産チームから事前に通知するプロトコルを確立してください。
  • ⚠️
    回転窯におけるSNCRノズルの位置決めには細心の注意が必要である。窯壁は主に高温蒸発によって形成され、排ガスには触媒の目詰まりを引き起こしやすい高濃度の粉塵が含まれているためである。 このプロジェクトの経験から、SNCR特有のリスクが2つ明確に特定されました。(1) 回転窯の回転部にある噴射パイプラインは慎重に取り扱う必要があります。窯壁への付着は主に高温蒸発プロセスによって引き起こされるため、熱サイクルに耐えられるノズル材料と設置方法が必要です。(2) SNCR噴射点の排ガスには粉塵が多く含まれているため、下流のSCR触媒は微粒子による目詰まりを起こしやすいです。SCR煤吹きシステム(パルスジェットブロー)は試運転日から校正された周波数で運転する必要があり、6か月後の最初の触媒検査では、目詰まり率が許容範囲内であることを確認するために、すべての触媒層にわたる包括的な圧力損失測定を含める必要があります。
  • ⚠️
    SNCR脱窒温度は非常に重要であり、適切な温度範囲内でのみ理想的な脱窒効率が達成される。 SNCR注入ポイントでは、NOxの熱分解を効果的に行うために、ガス温度を850~1,100℃の範囲に維持する必要があります。850℃未満では、NOx-NH₃の熱反応が遅すぎて効果的な還元ができません。1,100℃を超えると、アンモニアが酸化してNOxを還元するのではなく、さらにNOxを生成します。SNCR注入ポイントの温度は継続的に監視し、注入ゾーン全体の温度変動を補償するために、アンモニア水の流量をリアルタイムで調整する必要があります。キルンの断面全体にわたって温度分布が不均一になると(可変供給速度のロータリーキルンでよく見られる)、過熱ゾーンと低温ゾーンが同時に発生し、SNCRの除去効率が低下する可能性があります。
  • ⚠️
    極めて高い排煙脱硫(FGD)用石灰石消費量(最大718kg/時)に対応するためには、信頼性の高いサプライチェーン管理と適切な現場保管体制が必要となる。 最大石灰石消費量718 kg/h、オンサイト貯蔵量50 m³(7日間の自給率)の場合、石灰石供給チェーンは毎週安定した供給を確保する必要があります。石灰石貯蔵量が最低運転レベルを下回る供給中断が発生すると、SO₂処理能力の低下を余儀なくされ、数時間以内に法令遵守リスクが生じます。供給契約に、確実な納入頻度を義務付ける条項を盛り込み、自動発注をトリガーする最低在庫レベル(例:残り3日分)を維持し、供給中断時の一時的な排煙脱硫(FGD)処理能力低下に関する緊急時対応手順を文書化してください。
  • ⚠️
    スケール生成を防ぎ、石膏の品質を維持するためには、排煙脱硫スラリーのpHと亜硫酸カルシウムの酸化を積極的に管理する必要がある。 この用途における高濃度のSO₂入口濃度では、FGDスラリーループに亜硫酸塩と硫酸塩が発電所のFGD慣行をはるかに上回る速度で蓄積されます。pH管理範囲は重要です。一次スクラバー循環ループのpHが4.5を下回った場合は、スラリーを追加してpHを4.5~5.5に維持します。二次スクラバー循環ループのpHが5.5を下回った場合は、スラリーを追加してpHを5.5~6.5に維持します。酸化ファンは、亜硫酸カルシウムを石膏に酸化するための十分な空気供給を確保するために連続運転する必要があります。酸化が不完全だと、吸収器内にろ過可能な石膏結晶ではなく亜硫酸カルシウムのスケールが生成され、水分含有量を≤15%まで脱水することができます。
  • ⚠️
    高濃度のSO₂を含む排ガスが脱硫システムに流入すると、FGDの過負荷運転を引き起こす可能性があります。高効率のカルシウム系脱硫剤を採用し、脱硫効率を向上させてください。 記録された経験概要に基づくと、このプロセスの重要なポイントは、上流のSO₂濃度が12,000 mg/Nm³でピークに達した場合、L/G=30で4層の噴霧層を使用しても、FGDシステムが吸収容量の限界に近づく可能性があることです。この時点で、石灰石スラリーは最適なpHで完全に活性化された酸化状態である必要があり、4層すべての噴霧層が最大流量で稼働している必要があります。石灰石の品質が低下した場合(CaCO₃純度が低下した場合)、または噴霧ノズルの詰まりによって有効な被覆率が低下した場合、あるいはスラリーのpHが低くなった場合、システムはピーク時に出口で≤100 mg/Nm³の基準を満たすことができません。常に完全な被覆率を維持するために、定期的な(週ごとの)噴霧ノズルの点検が必要です。

07 — エンジニアリングの要点

このパワーバッテリー式炭酸リチウム窯排ガスプロジェクトから得られた4つの教訓

  • 1
    NOx入口濃度が600 mg/Nm³を超え、目標出口濃度が150 mg/Nm³以下の場合、SNCR+SCRの組み合わせが不可欠です。この排煙脱硫(FGD)入口条件では、どちらの技術も単独では必要な81.5%の除去効率を達成できません。 SNCR単独では30~50%のNOx除去率を達成できますが、選択性と温度変化に対する感度が限られています。SCR単独では、273,846 m³/hの処理能力で809 mg/Nm³から81.5%のNOx除去率を達成するには、非現実的なほど大きな触媒容量が必要になります。SNCRによる前処理還元により、SCR入口のNOxは管理可能なレベルまで低減され、SCRは≤150 mg/Nm³の制限値を確実に満たすために必要な、高精度かつ高効率なNOx除去を実現します。SNCRとSCRを組み合わせた構成は、入口NOxが600 mg/Nm³を超え、出口NOxが200 mg/Nm³未満でなければならないあらゆる用途において、標準的な推奨構成となっています。
  • 2
    FGD(排煙脱硫装置)は、平均SO₂濃度ではなく、ピーク時のSO₂濃度に合わせて設計してください。変動比が10:1の場合、システム規模の差は相当なものになります。 平均SO₂濃度4,645 mg/Nm³とピーク濃度12,000 mg/Nm³では、出口目標濃度≤100 mg/Nm³がともに必要となります。平均入口濃度では除去効率は97.8%ですが、ピーク入口濃度では99.2%が求められます。平均条件(除去率97.8%)に合わせてシステムを設計し、それに応じて規模を調整すると、SO₂ピーク発生時には必ず基準値超過となります。FGDは、ピーク濃度12,000 mg/Nm³の条件下で99.2%の除去効率となるように設計する必要があり、これがL/G=30の仕様と4層スプレー設計の根拠となります。平均条件(出口濃度が100 mg/Nm³を大きく下回る)における基準値超過は、ピーク濃度に合わせて適切に規模を設定したシステムの自然な結果です。
  • 3
    オンライン監視に基づく動的な噴霧層制御は、変動するSO₂負荷を運用上の問題から運用上の利点へと転換する。 オンラインSO₂モニタリングに基づく噴霧層活性化制御により、10:1のSO₂変動をシステムストレス要因からエネルギーと試薬の最適化機会へと転換します。SO₂濃度が基準値となる期間には1~2層の噴霧層で十分ですが、ピーク時には4層すべてが活性化されます。この動的な管理により、SO₂濃度が低い期間におけるポンプの電力消費量と石灰石スラリーの循環量が、常に4層すべてを稼働させる場合と比較して50~75%削減され、あらゆるSO₂濃度条件下で完全なコンプライアンスを維持しながら、年間運用コストを大幅に削減できます。
  • 4
    高SO₂濃度炭酸リチウム排煙脱硫装置による石膏生産量は1,488kg/hと非常に多いため、単なる廃棄計画だけでなく、積極的な石膏販売戦略が必要となる。 最大生産速度では、この排煙脱硫装置は24時間稼働で約35.7トンの石膏を生成します。これは商業的に重要な量であるため、石膏の廃棄を後回しにするのではなく、稼働開始前に建設用石膏処理施設との供給契約を締結しておくことが推奨されます。石膏の品質(塩化物含有量、水分、重金属含有量)が建設資材の再利用に関する適用基準を満たしていれば、石膏販売による収益は、718 kg/hの石灰石試薬コストを十分に相殺することができます。

08 — よくある質問

パワーバッテリー式炭酸リチウム回転窯排ガス処理:10の質問への回答

EU IED / オランダ活動規則の要件に基づき、SCR脱硝および高SO₂排煙脱硫装置のアップグレードを計画している電力用バッテリー材料製造施設の環境許可管理者、プロセスエンジニア、およびサステナビリティチームからの質問。

Q1. 脱窒処理において、SCR単独ではなくSNCRをSCRと組み合わせて使用​​する理由は?
入口の NOx 濃度が 809 mg/Nm³、出口の目標値が ≤150 mg/Nm³ (総除去効率 81.5%) の場合、SCR のみを使用すると、この用途には実用的ではないほど大きな触媒量が必要になります。SNCR+SCR を組み合わせたアプローチでは、除去作業を分割します。SNCR は、触媒が不要で熱分解機構が効率的な高温キルンゾーン (380~420℃) で、最初の 40~50% の低減を行います。次に、SCR は、SNCR 出口から 150 mg/Nm³ 未満までの精密な最終段階の低減を行います。SNCR による前処理で SCR 入口での NOx 負荷が半減し、SCR 単独の場合と比較して必要な触媒量が約 40% 削減されるとともに、SCR の圧力損失が小さくなり、SCR リアクターの設備投資コストと触媒交換頻度も低減されます。トレードオフは、回転キルンゾーンでの SNCR ノズル設置の複雑さが増すことです。
Q2. 12,000 mg/Nm³のピークSO₂発生時、FGDシステムはどのようにして規制遵守を維持するのですか?
SO₂濃度が12,000 mg/Nm³のピーク時に、出口濃度を≤100 mg/Nm³にするために必要な除去効率は99.2%です。FGDシステムは、以下の方法でこれを実現します。(1) 4つのスプレー層すべてを最大ポンプ流量で同時に作動させる。(2) SO₂オンライン監視システムが入口濃度の上昇を検知し、ピークが吸収塔に到達する前に追加のスプレー層を作動させる。(3) ピークイベントの前に、石灰石スラリーのpHを吸収最適値の上限(一次塔pH 5~5.5、二次塔pH 5.5~6.5)に事前調整する。(4) L/G比が30と高いため、SO₂負荷がピーク時でも必要な吸収滞留時間に対して十分な液体接触表面積が得られる。これらの対策を組み合わせることで、ピーク時に必要な99.2%の除去効率を実現し、同じシステムでは、SO₂負荷が平均の場合、4つのスプレー層すべてを作動させた状態で97.8%を超える除去効率を実現します。
Q3. 電力用電池のリチウムカーボネート製造施設には、EUのIED(エネルギー指令)およびオランダの規制枠組みのうち、どれが適用されますか?
オランダの炭酸リチウム製造施設は、無機化学製造部門においてEU産業排出指令(IED 2010/75/EU)の対象となります。適用されるBAT(最良利用可能技術)の結論では、SO₂、NOx、PM、HCl、HF、および重金属の排出制限値が設定されています。オランダの環境許可は、活動令(Activiteitenbesluit milieubeheer)および環境規制(Omgevingswet)に基づき、各州の環境サービス局(Omgevingsdienst)によって発行されます。高SO₂炭酸リチウム焼結炉については、オランダのNER(オランダ排出ガイドライン、Nederlandse emissierichtlijn lucht)が、部門別の追加ガイダンスを提供します。CEMSはEN 14181 QAL1/QAL2/AST規格の認証を受け、報告システムに接続する必要があります。報告閾値を超えると、E-PRTR規則(EC)166/2006に基づく年次コンプライアンス報告が義務付けられます。 EUにおける大規模な炭酸リチウム生産は比較的新しい分野であるため、許可申請前に環境サービス局(Omgevingsdienst)と早期に協議し、合意された排出制限値と監視要件を確立することが推奨されます。
Q4. 発電所の排煙脱硫装置では通常L/G=8~15が使用されるのに、なぜこの排煙脱硫装置ではL/G=30が指定されているのですか?
FGDスクラバーにおける液気比(L/G)は、液状石灰石スラリー液滴とSO₂含有ガスとの接触表面積を決定します。発電所のFGDにおいて、入口SO₂濃度が1,000~3,000 mg/Nm³、除去要求量が95~98%の場合、L/G=8~15で十分な接触面積が得られます。入口SO₂濃度が平均4,645 mg/Nm³、ピーク12,000 mg/Nm³で、除去要求量が97.8~99.2%の場合、吸収駆動力の計算では、処理ガスの単位体積あたり、液気接触面積が大幅に増加する必要があります。L/G=30では、標準的な発電所のFGDの約2倍の液気接触面積が得られ、気相におけるSO₂分圧の上昇(単位接触面積あたりの吸収率が低下する)と除去効率の要求値の上昇を補います。 4層スプレー構造により、過度の圧力損失を生じることなく、L/G=30の流量に対応するために必要な塔の高さと接触ゾーンが確保されます。
Q5. この二系統処理システムには、年間どのくらいの運営費を予算計上すべきでしょうか?
主な年間運転コスト項目は次のとおりです。(1) 電気: 実際の運転電力は 1,047.52 kW、年間 8,000 時間で約 301.7 万人民元相当、0.36 人民元/kWh。(2) 水: 約 8.8 万人民元相当 (5.5 t/h、2 人民元/t、8,000 時間)。(3) 石灰石: 約 172.32 万人民元相当 (718 kg/h、300 人民元/t、8,000 時間) — これは試薬コスト項目の中で群を抜いて大きい。(4) SCR 触媒の交換: 24,000 運転時間ごと (年間 8,000 時間で約 3 年ごと)、予備の第 3 層を緩衝材として使用して、2 層活性触媒を交換する必要があります。触媒コストと交換作業費は、3年間のメンテナンス予算に計上する必要があります。(5) 石膏副産物の販売による利益:市販の石膏価格で最大1,488 kg/hの生産量の場合、石膏の販売により石灰石試薬コストのかなりの割合を相殺できます。
Q6. SNCR+SCR複合システムでは、アンモニアスリップはどのように制御されますか?
SNCR+SCR複合システムにおけるアンモニアスリップには、SNCRステージ(アンモニアの過剰注入により未反応のアンモニアがSCR入口に流入する可能性がある)とSCRステージ(触媒活性の不足または過剰注入によりアンモニアがスタックに漏れる可能性がある)の2つの潜在的な発生源があります。システムの制御は次のとおりです。(1)SNCRアンモニア注入速度は、SCR入口で測定されたNOx濃度によって調整されます。SCR入口NOxがSNCR前還元の目標設定値より低い場合、過剰なアンモニア供給を防ぐためにSNCR注入速度が低減されます。(2)SCR出口アンモニアスリップは、2 ppmで設定値アラームが作動し、3 ppmで自動注入速度低減がトリガーされる(設計上の最大値は3 ppm)設定値で継続的に監視されます。(3)定期的な触媒活性テストにより、触媒が設計レベルのNOx選択性を維持していることが確認され、通常の注入速度でアンモニアスリップの増加を引き起こす触媒の不活性化の早期警告が得られます。
Q7. 排煙脱硫装置(FGD)の石灰石供給が24時間以上中断された場合、どうなりますか?
50 m³ の石灰石貯蔵量 (最大消費量で 7 日の自給能力) は、一般的な供給途絶に対する十分な緩衝能力を提供します。供給が中断され、貯蔵量が最低運転レベルを下回り始めた場合、緊急時の手順は次のとおりとします。(1) キルンの生産速度を下げて、排ガス量と FGD に入る SO₂ フラックスを減らし、利用可能な石灰石が基準値を維持できる時間を延長します。(2) 石灰の供給が可能で、吸収塔を運転的に切り替えられる場合は、石灰石-石膏 FGD から石灰 (生石灰または消石灰) を代替吸収剤に切り替えます。(3) 排出制限値を超える可能性がある方法でキルンを運転する必要が生じた場合は、直ちに所轄官庁 (Omgevingsdienst) に通知します。(4) 運転許可で要求されているとおり、事象と是正措置を環境登録簿に記録します。供給契約には、保証された配送頻度の約束と緊急供給規定を含める必要があります。
Q8. 排煙脱硫石膏の品質管理はどのように行われ、建設資材の再利用基準を満たしていることを確認しているのですか?
建築資材の再利用における排煙脱硫(FGD)石膏の品質は、EN 13279-1(石膏系バインダーおよび石膏系プラスター)によって規定されています。主な品質パラメータは、水分含有量(この設備では15%以下)、CaSO₄·2H₂Oの純度(建築グレードでは通常90%以上)、塩化物含有量(壁板用途では質量比で0.01%以下のClであるべきで、窯排ガスからのHClの持ち越しによって影響を受ける)、重金属含有量(再利用用途に適用される制限値に基づいて特性評価される)です。特に炭酸リチウム窯石膏の場合、石膏中のリチウム含有量も測定する必要があります。焼結排ガスからの残留リチウム化合物がFGDスラリーループ内で沈殿し、石膏の純度に影響を与える可能性があるためです。石膏の品質試験は毎月実施することが推奨され、試験範囲は特定の再利用用途の品質仕様要件に合わせて設定する必要があります。
Q9. オランダの環境許可の下で、炭酸リチウム製造施設にはどのようなCEMS監視が義務付けられていますか?
無機化学分野におけるIED設置に関するオランダの環境許可条件では、煙突に設置されたCEMSは通常、連続パラメータとしてSO₂、NOx、PM、CO、O₂、温度、流量、水分含有量をカバーしなければなりません。炭酸リチウムの場合、入口に6.74 mg/Nm³のHFが存在するため、HFを連続または定期的な監視パラメータとして要求される場合があります。SNCR+SCRシステムからのアンモニア漏出はプロセス制御パラメータとして連続的に監視する必要があり、二次汚染物質としてアンモニア濃度に関する定期的な当局への報告が要求される場合があります。すべてのCEMSはEN 14181 QAL1/QAL2/ASTの認証を取得する必要があります。年間コンプライアンスデータはOmgevingsdienstに提出し、報告閾値を超える場合はE-PRTRシステムに報告する必要があります。
Q10. 高SO₂濃度の炭酸リチウムキルン向けSNCR+SCR+FGDシステムの参考設備で、現場見学可能なものはありますか?
はい。本事例研究で紹介したSNCR+SCR脱硝・石灰石-石膏排煙脱硫技術は、パワーバッテリー用炭酸リチウム製造施設に導入され、厳しい高SO₂入口条件下で超低排出基準を達成しています。適格な見込み顧客様には、検証済みのCEMS準拠データ、石膏品質試験記録、SO₂変動範囲全体を網羅した運用文書へのアクセスを含め、参考となる施設の見学を手配いたします。参考資料のご請求、または同等の炭酸リチウムキルン排ガス処理施設の見学をご希望の場合は、下記の連絡先リンクをご利用ください。

バッテリー材料焼成炉の超低排出基準への準拠を実現する準備はできていますか?

産業排出ガス制御ソリューションの全範囲をご覧ください

SNCR+SCR脱硝および炭酸リチウム回転窯用の高SO₂石灰石-石膏FGDから 産業用VOC除去のための再生式熱酸化システム当社のエンジニアリングチームは、最も厳しい新エネルギー電池材料の排出規制要件に対応するため、EU IED(統合排出規制)に準拠したソリューションを提供します。

本事例研究は、電池グレードの炭酸リチウム焼結に回転窯を使用するパワーバッテリー用炭酸リチウム製造施設における、SNCR+SCR複合脱硝および石灰石-石膏排煙脱硫技術の実世界展開に基づいています。技術パラメータは、検証済みのエンジニアリング記録およびコンプライアンス監視データから取得されています。個々のプロジェクトの結果は、原料の硫黄含有量、焼結プロセス条件、および適用される規制管轄区域によって異なる場合があります。規制参照は、EU産業排出指令2010/75/EUおよびオランダの活動規制(Activiteitenbesluit milieubeheer)の枠組みを反映しています。