CN111655825A - 气体精制装置 - Google Patents

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Abstract

气体精制装置具备：氨除去部，其将第一气体所包含的氨的一部分除去；第一废气回收部，其将包含由氨除去部除去了的氨的第一废气回收；硫化氢及氨除去部，其从由氨除去部除去氨的一部分而得到的第二气体中将硫化氢及氨除去；第二废气回收部，其将包含由硫化氢及氨除去部除去了的硫化氢及氨的第二废气回收；以及燃烧部，其将第一废气及第二废气燃烧，燃烧部包括：第一燃烧室，其在还原性环境下进行燃烧；第二燃烧室，其在第一燃烧室的下游侧且在还原性环境下进行燃烧；以及第三燃烧室，其在第二燃烧室的下游侧且在氧化性环境下进行燃烧，气体精制装置构成为第一废气向第一燃烧室流入并且第二废气向第三燃烧室流入。

Description

气体精制装置
技术领域
本发明涉及气体精制装置。
背景技术
在煤气化复合发电设施中，将煤气化而得到的生成气体在氨除去部、例如水洗塔中除去氨(NH3)后，在硫化氢吸收塔中使用胺水溶液除去硫化氢(H2S)，由此进行精制。在专利文献1以及2中记载了如下内容：在水洗塔中除去了的NH3可以在汽提塔中作为废气而得到，并利用燃烧装置在还原性环境下燃烧，在硫化氢吸收塔中除去了的H2S作为废气而利用燃烧装置在氧化性环境下燃烧。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第3924150号公报
专利文献2：日本特开2004-36983号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在专利文献1以及2所记载的气体精制装置中，NH3的除去只能在水洗塔中进行，因此，设想在水洗塔中将NH3完全除去，这样一来，存在水洗塔的高度变高(氨除去部的尺寸变大)从而气体精制装置的成本增加这样的问题点。假设在水洗塔中未将NH3完全除去的情况下，未被除去的NH3向硫化氢吸收塔流入，并与H2S一起由胺水溶液回收而成为废气，因此需要H2S以及NH3的混合气体的处理设备，导致气体精制装置的成本增加。
鉴于上述的情况，本发明的至少一个的实施方式的目的在于提供能够减小氨除去部的尺寸的气体精制装置。
用于解决课题的方案
本发明的至少一个的实施方式的气体精制装置对包含氨及硫化氢的第一气体进行精制，其中，气体精制装置具备：氨除去部，其将第一气体所包含的氨的一部分从第一气体中除去；第一废气回收部，其将包含由氨除去部除去了的氨的第一废气回收；硫化氢及氨除去部，其从由氨除去部除去氨的一部分而得到的第二气体中将硫化氢及氨除去；第二废气回收部，其将包含由硫化氢及氨除去部除去了的硫化氢及氨的第二废气回收；以及燃烧部，其将第一废气及第二废气燃烧，燃烧部包括：第一燃烧室，其在还原性环境下进行燃烧；第二燃烧室，其在第一燃烧室的下游侧且在还原性环境下进行燃烧；以及第三燃烧室，其在第二燃烧室的下游侧且在氧化性环境下进行燃烧，气体精制装置构成为第一废气向第一燃烧室流入并且第二废气向第三燃烧室流入。
根据该结构，即使在氨除去部中未将NH3完全从第一气体中除去，也能够将残留于第二气体中的NH3在燃烧部中与H2S一起处理，因此通过使氨除去部中的NH3的除去率降低，能够减小氨除去部的尺寸。
在几个实施方式中也可以是，第二气体包含2ppm以上的氨。未由氨除去部除去而残留于第二气体中的NH3包含在第二废气中，且在第三燃烧室内在氧化性环境下燃烧。这样一来，NH3燃烧而产生氮氧化物(NOx)。然而，通过使残留于第二气体中的NH3为2ppm以上程度的浓度，能够尽量降低源自在氨除去部残留的NH3的NOx的产生量，因此能够抑制NOx的产生量的增加并且减小氨除去部的尺寸。
在几个实施方式中也可以是，从第一气体中除去氨的除去率为98％以下。当除去率接近100％时，与除去率的增加相伴地，氨除去部所需的尺寸迅速地变大。因此，通过将从第一气体中除去NH3的除去率抑制在98％以下，能够抑制源自在氨除去部残留的NH3的NOx的产生量的增加并且减小氨除去部的尺寸。
在几个实施方式中也可以是，气体精制装置构成为第二废气的一部分还向第二燃烧室流入。根据该结构，在第二燃烧室中，NH3在还原性环境下燃烧，因此几乎不产生NOx。因此，在第三燃烧室中燃烧的NH3减少，因此能够进一步抑制源自在氨除去部残留的NH3的NOx的产生量的增加并且减小氨除去部的尺寸。
在几个实施方式中也可以是，气体精制装置还具备脱硝部，该脱硝部用于将从第三燃烧室流出的排气脱硝。根据该结构，即使由于第三燃烧室中的NH3的燃烧而产生了NOx，通过在脱硝部中将NH3的至少一部分分解为氮以及水，从而从气体精制装置流出的NOx的总量降低，因此能够进一步抑制源自在氨除去部残留的NH3的NOx的产生量的增加并且减小氨除去部的尺寸。
在几个实施方式中也可以是，气体精制装置还具备转换器，该转换器通过将生成气体所包含的氰化氢及硫化羰水解，而生成第一气体，该生成气体通过将煤气化而得到。根据该结构，在煤气化复合发电设施中，能够减小氨除去部的尺寸。
发明效果
根据本发明的至少一个实施方式，即使在氨除去部中未将NH3完全从第一气体中除去，也能够将残留于第二气体中的NH3在燃烧部中与H2S一起处理，因此通过降低氨除去部中的NH3的除去率，能够减小氨除去部的尺寸。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的气体精制装置的结构示意图。
图2是本发明的实施方式1的气体精制装置的燃烧部的结构示意图。
图3是示意性地示出在本发明的实施方式1的气体精制装置的水洗塔中NH3除去率与水洗塔的高度之间的关系的图表。
图4是本发明的实施方式2的气体精制装置的燃烧部的结构示意图。
图5是本发明的实施方式3的气体精制装置的结构示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。但是，本发明的范围并不限定于以下的实施方式。以下的实施方式所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并不意在将本发明的范围仅限定于此，而只不过是单纯的说明例。
(实施方式1)
图1示出了本发明的实施方式1的气体精制装置1。气体精制装置1是用于对在煤气化复合发电设施的气化炉100中将煤气化而得到的生成气体进行精制的装置。更加具体而言，气体精制装置1是用于从包含H2S以及NH3的第一气体中将H2S以及NH3除去的装置，其中，该H2S以及NH3通过在转换器2中将COS以及HCN水解而生成，该转换器2填充有用于将生成气体中所包含的硫化羰(COS)以及氰化氢(HCN)这两方水解的催化剂。
气体精制装置1具备：作为氨除去部的水洗塔3，其从第一气体中将NH3的一部分除去；作为第一废气回收部的汽提塔4，其通过将溶解有由水洗塔3除去了的NH3的排水气液分离，而将包含NH3的第一废气回收；作为硫化氢及氨除去部的硫化氢及氨吸收塔5，其通过使胺水溶液等吸收液吸收H2S以及NH3，而从第二气体中将H2S以及NH3除去，该第二气体由水洗塔3将NH3的一部分从第一气体中除去而生成；作为第二废气回收部的吸收再生塔6，其将包含被吸收液吸收了的H2S以及NH3的第二废气回收；以及作为燃烧部的燃烧装置7，其将第一废气以及第二废气燃烧。需要说明的是，实施方式1的气体精制装置1是用于对在煤气化复合发电设施的气化炉100中将煤气化而得到的生成气体进行精制的装置，因此转换器2也是气体精制装置1的构成要件。
气体精制装置1还可以包括用于处理在汽提塔4中气液分离而得到的排水的排水处理装置11。在排水处理装置11中构成为将在转换器2中未转换的HCN从来自汽提塔4的排水中分离并送向燃烧装置7。燃烧装置7经由配管14而与用于将燃烧装置7的排气脱硫的排烟脱硫装置12连通。排烟脱硫装置12经由配管15而与烟囱13连通。
另外，为了对利用气体精制装置1精制来自气化炉100的生成气体而从硫化氢及氨吸收塔5流出的精制气体进行加热，也可以在气化炉100与转换器2之间设置热交换器102，并且在转换器2与水洗塔3之间设置热交换器103。在热交换器102以及103中被加热了的精制气体被送向煤气化复合发电设施的燃气轮机101。
如图2所示，燃烧装置7从上游侧朝向下游侧被划分为第一燃烧室7a、第二燃烧室7b以及第三燃烧室7c。在第一燃烧室7a设置有燃烧器8，且构成为向燃烧器8分别供给燃料以及空气。另外，第一燃烧室7a构成为供给有来自汽提塔4(参照图1)的第一废气和来自排水处理装置11(参照图1)的HCN。第二燃烧室7b构成为供给有空气。第三燃烧室7c构成为供给有来自吸收再生塔6(参照图1)的第二废气和空气。第三燃烧室7c与排热锅炉9连通，排热锅炉9经由配管14而与排烟脱硫装置12(参照图1)连通。
接下来，对实施方式1的气体精制装置1的动作进行说明。
如图1所示，来自气化炉100的生成气体通过在热交换器102中与精制气体进行热交换而被冷却，并向转换器2流入。在转换器2中，生成气体中的COS以及HCN通过催化剂而水解，包含H2S以及NH3的第一气体从转换器2流出。从转换器2流出的第一气体通过在热交换器103中与精制气体进行热交换而被冷却，并向水洗塔3流入。
在水洗塔3中，第一气体通过与水接触而被冷却，并且通过第一气体中的NH3被水吸收而从第一气体中除去NH3。此时，未完全从第一气体中除去NH3，而是除去NH3的一部分。在从水洗塔3流出的第二气体中残留的NH3的浓度为2ppm以上，优选为5ppm以上，进一步优选为10ppm以上，最优选为10～50ppm。这样，通过使在水洗塔3中未完全除去NH3，能够减小氨除去部的尺寸，即能够降低水洗塔3的高度。以下说明该效果。
在图3中，示意性地示出了在水洗塔3中NH3除去率与水洗塔3的高度之间的关系。图3中的横轴的NH3除去率为从水洗塔3流出的排水所包含的NH3的量相对于向水洗塔3流入的NH3的量之比。另外，图3中的纵轴的水洗塔3的无量纲高度为得到任意的NH3除去率所需的水洗塔3的高度相对于NH3除去率成为100％所需的水洗塔3的高度之比。在NH3除去率为95～100％的范围内，与该范围以下的NH3除去率相比，与NH3除去率的上升相伴的水洗塔3的无量纲高度的上升显著变大。因此，通过将NH3除去率从100％稍微降低，能够显著降低水洗塔3的高度。例如，通过使NH3除去率为98％以下，与NH3除去率为100％的情况相比，能够使水洗塔3的高度为70％以下，从而能够降低气体精制装置1的成本。这样，水洗塔3的高度与水洗塔3中的NH3除去率相关联，因此能够考虑在气体精制装置1中比水洗塔3靠下游侧的设备的NH3的处理能力等来设计水洗塔3的高度。
如图1所示，在水洗塔3中吸收了NH3的水作为排水而从水洗塔3流出并向汽提塔4流入。通过在汽提塔4中将排水气液分离，从而包含NH3的第一废气和除去了NH3的排水从汽提塔4流出。第一废气被送向燃烧装置7，排水被送向排水处理装置11。在排水处理装置11中，残留于排水的HCN被分离，且HCN被送向燃烧装置7。
在水洗塔3中将NH3从第一气体除去而生成的第二气体从水洗塔3流出并向硫化氢及氨吸收塔5流入。在硫化氢及氨吸收塔5中，第二气体与胺水溶液等吸收液接触而使第二气体中的H2S以及NH3溶解于吸收液，由此从第二气体中除去H2S以及NH3。从第二气体中除去H2S以及NH3而生成的精制气体从硫化氢及氨吸收塔5流出，且在热交换器103以及102中分别与第一气体以及生成气体进行热交换而被加热，进而向燃气轮机101流入。
在硫化氢及氨吸收塔5中吸收了H2S以及NH3的吸收液在吸收再生塔6中被加热，由此使H2S脱离而再生。从吸收液中脱离的H2S以包含在第二废气中的方式被回收，第二废气被送向燃烧装置7。
如图2所示，在燃烧装置7中，在第一燃烧室7a内，从燃烧器8导入燃料以及空气并在还原性环境下进行燃烧。向第一燃烧室7a供给包含NH3的第一废气和来自排水处理装置11(参照图1)的HCN，因此NH3在还原性环境下燃烧而成为氮以及水，HCN在还原性环境下燃烧而成为氮、水以及二氧化碳。
另外，在第三燃烧室7c内，在氧化性环境下进行燃烧。向第三燃烧室7c供给包含H2S以及NH3的第二废气，因此H2S在氧化性环境下燃烧而成为二氧化硫以及水，NH3在氧化性环境下燃烧而成为NOx和水。第二废气所包含的NH3是如上所述在水洗塔3(参照图1)中未完全将NH3除去因此残留于第二气体中的NH3。在气体精制装置1中，即使在水洗塔3中未完全将NH3除去，也能够在燃烧装置7中将在水洗塔3残留于第二气体中的NH3燃烧除去。
但是，当在燃烧装置7中将在水洗塔3残留于第二气体中的NH3燃烧除去时，由于NH3的氧化性环境下的燃烧而产生NOx。在该实施方式1中，使残留于第二气体中的NH3为2ppm以上程度的浓度，因此能够尽量降低源自在水洗塔3残留于第二气体中的NH3的NOx的产生量。因此，在气体精制装置1中，能够抑制NOx的产生量的增加并且降低水洗塔3的高度。
燃烧装置7的排气在排热锅炉9中被冷却之后在配管14流通。如图1所示，排气在配管14流通之后在排烟脱硫装置12中脱硫。脱硫后的排气在配管15流通后，从烟囱13释放到大气中。
这样，即使在水洗塔3中未完全将NH3从第一气体中除去，也能够将残留于第二气体中的NH3在燃烧装置7中与H2S一起处理，因此通过使水洗塔3中的NH3除去率降低，能够降低水洗塔3的高度。其结果是，能够降低气体精制装置1的成本。
(实施方式2)
接下来，对实施方式2的气体精制装置进行说明。实施方式2的气体精制装置相对于实施方式1变更了燃烧装置7中的第二废气的处理方式。需要说明的是，在实施方式2中，对与实施方式1的构成要件相同的构成要件标注相同的参照标记，并省略其详细的说明。
如图4所示，构成为第二废气的一部分向第二燃烧室7b流入，并且第二废气的剩余部分向第三燃烧室7c流入。其他结构与实施方式1相同。
在第二燃烧室7b中，NH3在还原性环境下燃烧，因此几乎不产生NOx。因此，在第三燃烧室7c中燃烧的NH3减少，因此与实施方式1相比，能够进一步抑制源自在水洗塔3残留的NH3的NOx的产生量的增加并且降低水洗塔3的高度。
(实施方式3)
接下来，对实施方式3的气体精制装置进行说明。实施方式3的气体精制装置分别相对于实施方式1以及2追加了用于将排气脱硝的脱硝部。以下，以对实施方式1的结构追加脱硝部而得到的结构来说明实施方式3，但也可以通过对实施方式2的结构追加脱硝部来构成实施方式3。需要说明的是，在实施方式3中，对与实施方式1的构成要件相同的构成要件标注相同的参照标记，并省略其详细的说明。
如图5所示，在配管14设置有作为脱硝部的脱硝装置20，该脱硝装置20用于将来自燃烧装置7的排气脱硝。在脱硝装置20填充有用于将NOx分解为氮和水的公知的催化剂。其他结构与实施方式1相同。
如在实施方式1中记载的那样，由于第三燃烧室7c(参照图2)中的NH3的燃烧而产生NOx。但是，在实施方式3中，排气所包含的NOx的至少一部分在脱硝装置20中被分解为氮以及水，因此与实施方式1相比，从气体精制装置1流出的NOx的总量降低。因此，能够进一步抑制源自在水洗塔3残留于第二气体中的NH3的NOx的产生量的增加并且降低水洗塔3的高度。
在实施方式1～3中，分别将气体精制装置1作为煤气化复合发电设施的一部分而进行了说明，但并不限定于该方式，气体精制装置1可以设置于任意的设备。在该情况下，气体精制装置1也可以不必具有转换器2，气体精制装置1也可以是用于对从任意的设备排出的第一气体(包含H2S以及NH3的气体)进行精制的装置。
附图标记说明
1 气体精制装置
2 转换器
3 水洗塔(氨除去部)
4 汽提塔(第一废气回收部)
5 硫化氢及氨吸收塔(硫化氢及氨除去部)
6 吸收再生塔(第二废气回收部)
7 燃烧装置(燃烧部)
7a 第一燃烧室
7b 第二燃烧室
7c 第三燃烧室
8 燃烧器
9 排热锅炉
11 排水处理装置
12 排烟脱硫装置
13 烟囱
14 配管
15 配管
20 脱硝装置(脱硝部)
100 气化炉
101 燃气轮机
102 热交换器
103 热交换器。

Claims (6)

1.一种气体精制装置，其对包含氨及硫化氢的第一气体进行精制，其中，
所述气体精制装置具备：
氨除去部，其将所述第一气体所包含的氨的一部分从所述第一气体中除去；
第一废气回收部，其将包含由所述氨除去部除去了的氨的第一废气回收；
硫化氢及氨除去部，其从由所述氨除去部除去氨的一部分而得到的第二气体中将硫化氢及氨除去；
第二废气回收部，其将包含由所述硫化氢及氨除去部除去了的硫化氢及氨的第二废气回收；以及
燃烧部，其将所述第一废气及所述第二废气燃烧，
所述燃烧部包括：
第一燃烧室，其在还原性环境下进行燃烧；
第二燃烧室，其在所述第一燃烧室的下游侧且在还原性环境下进行燃烧；以及
第三燃烧室，其在所述第二燃烧室的下游侧且在氧化性环境下进行燃烧，
所述气体精制装置构成为所述第一废气向所述第一燃烧室流入并且所述第二废气向所述第三燃烧室流入。
2.根据权利要求1所述的气体精制装置，其中，
所述第二气体包含2ppm以上的氨。
3.根据权利要求1或2所述的气体精制装置，其中，
从所述第一气体中除去氨的除去率为98％以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的气体精制装置，其中，
所述气体精制装置构成为所述第二废气的一部分还向所述第二燃烧室流入。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的气体精制装置，其中，
所述气体精制装置还具备脱硝部，所述脱硝部用于将从所述第三燃烧室流出的排气脱硝。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的气体精制装置，其中，
所述气体精制装置还具备转换器，所述转换器通过将生成气体所包含的氰化氢及硫化羰水解，而生成所述第一气体，所述生成气体通过将煤气化而得到。
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