JP2006526882A - 排煙放出を処理するための方法 - Google Patents

Abstract

急送可能なエネルギーの貯蔵の追加及び／又は追加の廃流処理を提供することにより、バン ゼルゼン（Ｖａｎ Ｚｅｌｚｅｎ）等のマーク（Ｍａｒｋ）１３ａの方法を拡大するための装置及び方法。電気生産のための化石燃料の燃焼からの硫黄含有排煙放出をブンゼン反応の使用により清浄化し、硫黄を除去する。その方法は水素及び副生成物として硫酸を生成する。その方法の水素産出物を、可逆性燃料電池における電気を同時生成するために使用することができ、そして高い需要の期間中に電気を生成することができるように随意的に貯蔵することができる。随意的にその水素を、空気−窒素又は燃焼ガスからの窒素と反応させてアンモニアを生成することができる。該硫酸は、鉄又はアルミニウムと随意的に反応させて硫酸鉄又は硫酸アルミニウム及び追加の電気を生成することができる。さらに化石燃料（主として石炭）を燃焼させることかののガス放出からの水銀除去を行うことができる。

Description

この出願は２００３年６月５日に出願されたヒートン（Ｈｅａｔｏｎ）等により米国暫定特許出願第６０／４７５，７９１号への優先権を主張する。本明細書に記載された本発明は米国政府の支持のもとになされ、そしてその政府は本発明における或る権利を有する。

本発明は一般に流体の処理のための、そしてさらに特定的には流体からの硫黄の除去のための方法及び装置に関する。

関連技術の記載
典型的な化石燃料利用プラントにおいて、燃焼空気及び冷却用水を用いて化石燃料を燃焼させて、電力そして副生成物として、処理熱及び典型的にはＣＯ_２、ＳＯ_２、ＮＯ_ｘ、Ｈ_２Ｏ、Ｎ_２及びＯ_２を含む“汚れ（ｄｉｒｔｙ）”排煙（ｓｔａｃｋ ｇａｓ）を提供する。排煙を浄化するために、そして少なくとも若干の処理熱を回収するために、多くの電力生成プラントは装備されている。プラントから提供されることができる電力のための市場が、例えば１日の時間により又は季節的に変化する場合、プラントに依存するシステムが、常に受ける最小負荷ほどには少量ではなく、又は受ける最大負荷ほどには多量ではない、又はプロジェクト化された成長と共に、そのシステムにおいて受けることが予期できるであろう市場に出されることができる電力の、１００％より幾らか低い部分を生成するために計画し、そしてプラントを操作することが典型的なものとなってきた。

該部分より高い又はその部分より低い変化可能な負荷で取り扱うために、異なる電力提供者は異なる戦術を使用する。一つは、ピーク負荷期間中にのみ追加の電力生成機（例えば追加のタービン発電機）を操作することである。その解決策は常には使用しない施設におけるかなりの資本投資を必要とする可能性がある。他の戦術は、他社により生成された電力を買い、そして過剰の電力を他社に販売することである。この戦術は、１つの生成プラントから他の生成プラントへの同期運転をしない（ｏｕｔ ｏｆ ｐｈａｓｅ）ピーク負荷に部分的に依存している。なお他の戦術は、より小さい需要の時期の間に生成される電力の幾らかを、より大きな需要の時期の間に使用するために蓄えて置く、及びその逆の方法のための、ポンプ輸送貯蔵、または若干概念的に類似の方法である。その意味において、全体として考えられる、化石燃料利用電力生成プラント及びその配電システムは、過剰のオフ−ピーク（閑散時）電力を生成し、そしてオン−ピーク（最高需要時）電力を消費する能力を有するように考慮することができる。

本発明は添付図面を参照することにより理解されるだろう。

態様の詳細な記載
発明の態様
１つ以上の化石燃料使用電力生成プラントと一緒に、本発明の諸々の態様を使用することができる。明細書及び図面において、“実用（ｕｔｉｌｉｔｙ）プラント”に言及している場合、その言及は、１つの化石燃料電力生成プラントに関する配置と、そのようなプラントの複数を包含する配置との両方を包含することを意味する。

排煙（ｓｔａｃｋ ｇａｓ）浄化処理において、約１００℃に、熱交換器又は他の構造体により予め冷却された化石燃料使用実用プラントからの汚い排煙は、図１において１０で一般に示されるように、多段反応器／ガス洗浄装置の第１段階に送られる。各々の段階は、排煙流を導入し、後にその流れを排出させ、そしてそれを反応ボリューム（ｖｏｌｕｍｅ）中に通過させるための装置からなる。例えばその反応ボリユームは、反応体／洗浄用材料、例えば反応体／洗浄用溶液の液表面フィルム上及びその周りをガスが流れることが出来る大きな表面積を提供するようにデザインされた、ガラスらせん形のカラム、幾つかのラッシヒリング、あるいはガラス、セラミック、又は他のような適当な材料から構成された他の形状物であることができる。この装置の第１段階１２及び第２段階１４（又は随意的に必要に応じて、それ以上の段階、又は好ましい場合に１つだけの段階）において、反応体ハロゲン物質、例えば臭素液又はガスをカラム中に導入する。例示の例において、反応体を供給源１６からカラムの上部での入口に導入する。段階１２、１４の一方又は両方中への流れを制御するために秤量バルブ１８を包含させることができる。さらに、各々のカラムを液体溶液で浸す（ｂａｔｈｅ）ことができ、その溶液の殆どは、カラムの下部での集液孔（ｓｕｍｐ）から上部でのスプレーヘッドにポンプ送り込みすることができる。したがって、始めの２つ又は３つのカラムの場合において、パッキングを横移動させて、ガスを、反応材料を含有する水溶液と、広範囲に接触させる。

これらの同じカラムにおいて、以下の反応に従って、入ってくる汚い排煙からのＳＯ_２をＨＢｒに変換させる：
Ｂｒ_２ ＋ ＳＯ_２ ＋ Ｈ_２Ｏ ＝＞ ＨＢｒ ＋ Ｈ_２ＳＯ_４

これはブンゼン（Ｂｕｎｓｅｎ）反応として文献に記載されてきた。そのさらに一般的な形において、任意のハロゲンＸについて、それは下記のとおりに表すことができる：
Ｘ_２ ＋ ＳＯ_２ ＋ Ｈ_２Ｏ ＝＞ ＨＸ ＋ Ｈ_２ＳＯ_４
又はバランスのとれた形において、
Ｘ_２ ＋ ＳＯ_２ ＋ ２Ｈ_２Ｏ ＝＞ ２ＨＸ ＋ Ｈ_２ＳＯ_４

この後での記載のために臭素反応を記載するが、しかし本発明は臭素の使用に限定されない。

この反応の結果として、操作の期間後に、第１のカラムの集液孔（ｓｕｍｐ）に集まる液体はまた、極微量の臭素を含有するＨＢｒ中水性Ｈ_２ＳＯ_４のおだやかに濃縮された混合物である。その液体の一部分を再循環し、そしてその残りが処理済液体としての産出物（ｏｕｔｐｕｔ）である。例示された態様における例として、集液孔（ｓｕｍｐ）中の液体のおよそ９０％が導管２０を介して上部でスプレーヘッドに通過させて再循環させるために引き抜かれ、一方では１０％が産出口（ｏｕｔｐｕｔ）２２を経て分離装置（下記で記載する図２の項目４０）に産出され、そこでＨ_２ＳＯ_４を濃縮し、水とＨＢｒとＢｒ_２との混合物を運び去る。次に第２装置の（僅かに過剰のＢｒ_２を含有する）生成物ＨＢｒを下記の第２段階１４の濃縮制御／蒸留サブユニットに戻すことができる。必要に応じて、流体が再循環ループ２０を通過して流れるか又は産出口（ｏｕｔｐｕｔ）２２に流れるように流体を加圧するためにポンプ２４を使用する。

第１段階１２を出る排煙は第２段階１４に入り、そこでそれは第２再循環ループにより下部で集液孔（ｓｕｍｐ）からポンプにより再循環された溶液中に再び浸される。この反応器１４において、そして追加の第二次反応器（図示せず）において、所望に応じて、前方に記載した反応を介してすべての残留するＳＯ_２を除去するために、供給源１６からの追加の量のＢｒ_２を加えることができる。その液体の一部分を上部でのスプレーヘッドに、第２段階１４において再循環することができ、その一方で第２段階の上部でスプレーヘッドに入る液体と混合するために残りの部分を送ることができる。第１段階１２におけるように、再循環流体の、産出（ｏｕｔｐｕｔ）流体に対する９０／１０割合部分を使用できる。別法として、産出（ｏｕｔｐｕｔ）流体は第１段階におけるような産出物であることができるが、しかしながら、一般にこの流体は、所望のＨ_２ＳＯ_４、ＨＢｒ及びＢｒ_２成分に高度に濃縮されたようなものではなく、それ故に第二次蒸留方法はこの材料について行われる場合は価値があるようなものではない。

或る状況において、簡単なフィルター分光測定器を用いて第２段階１４（及び設けられている場合は追加の反応器）において、Ｂｒ_２蒸気について実時間分光測光分析を提供することが望ましい。第２段階１４に（及び随意的に、設けられている場合に、第３反応器中に）加えられる臭素の量を、実際と同じ多さの残留ＳＯ_２を定量的に消費するように監視する。

段階１２及び１４においての反応の後に、部分的に処理した排煙を、一対の酸スクラバー３２、３４において水をベースとする酸スクラビング処理を用いてさらに浄化する。

臭素反応は、特に高い温度を必要としない；約１００℃が第１段階１２において適当である。したがって、熱い汚れた排煙を熱交換器を介して冷却し、同時にＮ_２／ＣＯ_２混合物を再び温めてその混合物は出口煙突への上方に昇って３０で大気に送られる。

上記したように、段階１２の集液孔（ｓｕｍｐ）に集まる液体の約１０％を、硫酸精製のために蒸留装置に送る。集液孔液体（廃液）は、硫酸、水性ＨＢｒ及び臭素の混合物である。これは図２において示されるように、蒸留器４０において蒸留により都合良く分離される。蒸留器４０は流体の混合物を加熱するように働く加熱用部材（ｅｌｅｍｅｎｔ）４２を含む。加熱流体からの蒸気は蒸留カラム４４を通ってコンデンサー４６に送られ、そこでＨＢｒ、Ｈ_２Ｏ及びＢｒ_２を流体として取り出す。その一方で、濃縮したＨ_２ＳＯ_４は、後での使用及び販売のために容器４８に集められる。

全体的システムの要件に依存して、水性ＨＢｒ＋Ｂｒ_２の混合物を、蒸留器ヘッドで取り出すことができ、そして清浄な濃縮された硫酸を蒸留ポットで取り出すことができる。別法として、所望に応じて、蒸留パラメーターを変えることにより、ほぼ純粋なＢｒ_２を蒸留器ヘッドで取り出すことができ、そして（また少量のＢｒ_２を含有する）ＨＢｒ＋Ｂｒ_２の溶液を蒸留器においての中間点で取り出すことができる。

図３は、図１の負荷水準化及び水素生成の他の構成部材との、図２のＳＯ_２−スクラビング機器及び硫酸蒸留装置の統合化を示す。図３において示されるような装置において、熱い燃焼煙道ガスは熱交換器６０を介して入り、そして（図１において示される二段反応器１２、１４に、操作において類似している）多段反応器６２に送られる。その多段反応器６２は、例えば上記のように二段又は三段から形成されることができる。ここで、実質的にＳＯ_２を有しない、得られた燃焼煙道ガスは、（操作において、図１のスクラバー３２、３４に類似している）スクラバー６４で水洗スクラビングすることにより精製される。得られた脱硫化燃焼煙道ガスを熱交換器６０により再加熱し、そして６６で煙突に送られる。

反応器６２により生成した硫酸を蒸留カラム６８において精製し、そしてそのようにして生成したＨ_２ＳＯ_４溶液を容器７０において貯蔵する。前方に記載したように、臭素を蒸留器の上部で分離し、コンデンサー７２を経て臭素貯蔵容器７４に送ることができる。蒸留器中の下方の点でＨＢｒ水溶液を得、コンデンサー７６により冷却し、そして貯蔵容器７８に送り、市場での販売又は電気生産において使用するための、臭素及び（貯蔵タンク８２に貯蔵される）Ｈ_２へのＨＢｒの電気分解のために、該容器７８から可逆性燃料電池８０に該ＨＢｒ水溶液をポンプ送りする。図的に明瞭化するために、コンデンサー７２及び７６は、別々に示されている；実施において、それらを蒸留装置６８中に組み込むことができる。

水銀は、燃焼中に石炭から放出される多種の極微量元素の１種である。いったん放出されたならば、石炭中の多くの元素は燃焼から残った灰分と共に出てくる傾向があり、そして環境に自由に放出されない。しかしながら、水銀は燃焼ガスと共に元素形で留まる傾向があるので、水銀は異なった挙動をする。結果として、石炭中の水銀の大きな部分は電力プラントの排煙を介して環境中に放出される可能性がある。ポンドベース当たりでの石炭中の水銀の量がたとえ小さくとも、米国において放出される水銀の合計量は年間に約４３トンであると推定される。現時点でＥＰＡは水銀の放出を規制していないが、しかし新しいＥＰＡの放出要件は、これからやってくる年において、それらのＨｇ放出を５０％だけ減少させることを実用性物（電気、ガス、水道、等）に求めるだろう。

燃焼の後の元素形状で残る水銀は、水中へのその本来的に低い溶解性及び比較的に高い蒸気圧の故に典型的な煙道ガス脱硫処理を容易に逃れる。現在のＳＯ_２についての燃焼後処理は若干の水銀を除去するけれども、新しい方法は、５０％以上の新しいＥＰＡ減少目標を満足させることが必要であると思われる。煙道ガス中の水銀の濃度はＳＯ_２より数位数低い大きさであるが故に、水銀を除去することは費用がかかるように計画される可能性がある。

図４及び図５に示されるように、煙道ガス清浄化処理の１例は、上記のようにＨＢｒをＨ_２とＢｒ_２とに改質するために電解浴を使用する。次に、Ｈ_２を販売し、そしてガス浄化においてさらに使用するためにＢｒ_２を再循環させる。本発明の態様において、その電解浴を可逆性ＨＢｒ燃料電池と置き換え、そのＨＢｒ燃料電池は、一方向に操作したときに電気を消費してＨＢｒをまたＨ_２とＢｒ_２とに改質することができる。反対方向に操作したときにその燃料電池は、電気を生成してＨ_２とＢｒ_２とを組み合わせてＨＢｒにするために使用することができる。図６及び図７は、この出願のための適当な修正を示す。容易に明らかなように、この追加は、燃料電池のための水素及び臭素燃料の形でエネルギーを貯えることを、電力生成施設に可能にさせる。より低い需要時期の間に余剰電力生産力を、臭素と水素とを生成するために使用する。より高い需要の時期の間に、その電池は逆に運転してピーク需要を満足させることができるように、追加の電力生成を提供する。

ここで、図４を参照して、図３の蒸留器及び電解浴８０と図１の反応器とを組み合わせている清浄用装置の操作を示す。例のために、特定の量のガスの流れ、汚染物質、電力及び処理温度を記載しているが、しかしこれらの例は如何なるやりかたであっても、特許請求の範囲の範囲を限定することを意図しない。

熱い煙道ガスは、入口８２でシステムに入り、熱交換器８３中でそのガスを約１３０℃から約９０℃に冷却し、その後に汚染物質としてＳＯ_２の４．５７ｇ／Ｎｍ^３を運ぶ約１５８００Ｎｍ^３／時間の速度で第１反応器中に流動させ、図１に示される反応室１２に関連して上記したようにその反応室８４でＳＯ_２を反応させる。臭素溶液は、反応を行いそしてＳＯ_２を除去するために電解浴８０から提供される。１例として、この室を約６５℃で操作できる。この反応器の産出（ｏｕｔｐｕｔ）流体を、一部分、第２反応室９２に送り、一部分を電解浴８０に送り、そして一部分を反応室８４内で再使用する。

供給（ｉｎｐｕｔ）ガスの第２の流れは、約１５０℃の供給（ｉｎｐｕｔ）温度で、汚染物としてＳＯ_２の４．５７ｇ／Ｎｍ^３を運ぶ約１５８００Ｎｍ^３／時間の速度で第２反応室９２に入る。この第２ガス流は、反応器９２において、第１反応室８４の流体産出物と反応して、販売又は使用の前に貯蔵タンク８８への濃縮Ｈ_２ＳＯ_４を産出する（図２における４０に類似の）濃縮室８６に産出のためのＨ_２ＳＯ_４を生成する。例えばこの産出は、２１２ｋｇ／時間の速度で９５重量％であることができる。随意的に、１５６０Ｎｍ^３／時間での追加の熱い（３００℃の）煙道ガスは、追加の熱を提供するために蒸留処理への供給物として使用することができる。

反応室８４からの煙道ガスを、上記のような酸除去のためのスクラバー９４に通す。上記のように、その反応方法は、多段階を包含することができ、それにより、その方法によるＳＯ_２の除去を高めることに留意。スクラビングされた煙道ガスを、約５０℃で熱交換器８３に戻し、その後に９０℃以上で大気に出ていく。ガスを該交換器８３中に通過させて大気中に出すように駆動するために、ファン９６を使用することができる。

電解浴８０は、後での使用及び販売のための、貯蔵装置１００にＢｒ及びＨを産出させることができる。

図５において示されるように、入力電気を用いて、貯蔵施設１００中に貯えられる水素ガスを生成するために既知の電解浴８０を形づくることができる。この電解浴への供給物は、希釈Ｂｒ_２、ＨＢｒ、Ｈ_２Ｏ及びＨ_２ＳＯ_４であり、そして産出物は、反応器中でさらに使用するためのＢｒ_２、希釈ＨＢｒ、Ｈ_２Ｏ及びＨ_２ＳＯ_４である。しかしながら、図６において示されるように、電解浴は、可逆性燃料電池８０’と置き換えられる。この場合において、貯蔵施設１００は水素貯蔵タンク１１０及び臭素貯蔵タンク１１２を含む。所望の場合、水素及び臭素を燃料電池に戻して提供し、電気ならびに過剰のＨＢｒを生成し、このＨＢｒを供給／産出（インプット／アウトプット）を経て反応器に戻すことができるか、あるいは水素及び臭素を再生成するべく後で電気分解させるためにＨＢｒを燃料電池に貯えることができる。

随意的な改良は別のＨＢｒをベースとする燃料電池を、保持されているＨＢｒ電解浴に加え、それらを近づけて連結させ、その結果（電力を消費する）前者により生成された水素及び臭素を、水素又は臭素を貯蔵することなしに、直ちに（電解浴のための電気を生成する）後者により消費することであろう。このことは、下記エネルギーを、硫黄を除去するために使用し、かくして電力プラントの電力生成機能へのその方法からの寄生の負荷を減少させるので、その方法からの電気エネルギーの一部分を回収する効果を有するであろう。

図７に示されるように、他の随意的な改良形態は、ＨＢｒ電解浴を維持し、そして水素／空気燃料電池１１４、及び電気生成のための対応する水素貯蔵タンク１１０を加える。この形態は、前の形態におけるよりも低い保管臭素原材料を維持する効果があり、そして水素／空気燃料電池１１４の産出物は高度に純粋な水であり、これはボイラー供給水補給として実用電力プラントに再循環して戻すことができる。

他の随意的改良形態（図示せず）は、ＨＢｒ電解浴を維持し、そして水素貯蔵タンクなしで水素／空気燃料電池を加える。（電気を消費する）前者により生成した水素は（電解浴のための電気を生成する）後者により直ちに消費される。これは、硫黄を除去するために下記エネルギーを使用し、かくして電力プラントの電力生成機能へのその方法の寄生負荷を減少させるので、その方法からの電気エネルギーの一部分を回収する効果を有する。この形態はまた、第１形態におけるよりも低い保管臭素原材料を維持する効果を有し、そして水素／空気燃料電池の産出物は高度に純粋な水であり、これはボイラー供給水補給として実用電力プラント中に再循環して戻される。

他の随意的な形態（図示せず）は、鉄及び／又はアルミニウムを、同時に生成された硫酸と反応させて硫酸鉄及び／又は硫酸アルミニウム、及び電気を生成することを包含する。このことは、低い価値の酸副生成物を価値のある肥料製品に変換させる効果を有する一方で、同時に電力プラントの電力生成機能へのその方法のより低い寄生負荷に電気を生成する効果を有する。

他の随意的形態は、燃焼ガスから同時に生成した水素及び空気−窒素又は窒素からアンモニアを調製することを包含する。上記硫酸鉄を補足する肥料として又は他の目的のために、そのアンモニアをまた利用することができるだろう。１つの他の目的は、同時生成物のアンモニアと硫酸とから硫酸アンモアを調製することである。

さらに他の随意的形態は石炭燃焼ガスからの水銀の除去を包含する。臭素は強い酸化剤であるが故に、それは石炭（又は他の化石燃料）の燃焼ガス中に含有している元素状水銀を臭化水銀（ＩＩ）に変換させる。これは上記反応器中で起こる。水銀塩として、それは重大な蒸気圧を有せず、そして元素状水銀よりも水中への高い溶解性を有する。それ故に、臭素塩への水銀の変換は水銀除去に対する主な障害を克服する。反応器を出る液体中に臭化水銀（ＩＩ）を取り込み、そして慣用の酸精製方法（蒸留）により除去する。臭素をベースとする煙道ガス脱硫方法は、何ら追加の処理工程なしで、この変換を可能にするだろう。その方法は二酸化硫黄を除去することを主として計画しているので、硫黄除去処理のために使用される臭素の量は水銀除去のために必要とされる量をはるかに超えているだろう。

本発明の追加の態様は、硫化物ガス類の処理に関する。典型的に、硫化物含有ガス類は、精製所及び天然ガス処理プラントにおける廃棄流を包含する。しかしながら、高い硫黄含有量を有する、いわゆる“サワー（ｓｏｕｒ）ガス”又は天然ガスはまた、硫黄及び硫黄化合物を除去する処理のための候補物である。一般にそのようなガス類は、修正クラウス法（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｃｌａｕｓ Ｐｒｏｃｅｓｓ）硫黄生成プラントを介して処理される。硫化物ガス流の約１／３を空気又は酸素により酸化して二酸化硫黄にする。次に、この後者の流れを、下記のクラウス反応を介して、触媒上の硫化物流の残りの２／３と混合して硫黄を生成する：
ＳＯ_２ ＋ ２Ｈ_２Ｓ ＝ ３Ｓ ＋ ２Ｈ_２Ｏ

しかしながら、硫黄は非常に価値があるというものではなく、そして有用な硫酸を生成するためにその硫黄を燃焼させなければならない。さらに修正クラウスプラントは、操作するために費用がかかり、そして典型的にはその硫化物ガスの９８％だけを処理し、残りの硫化物ガスを除去し且つ処理するために、テール（ｔａｉｌ）ガス装置を必要とする。

本発明に従えば、パックされた、トレー又はスプレー塔において、硫化物種（ｓｐｅｃｉｅｓ）含有ガス類を、水中の硫酸、臭化水素及び臭素の溶液と接触させる。臭素は該硫化物種を酸化して硫酸にし、そして臭化水素を形成する：
Ｈ_２Ｓ ＋ ４Ｂｒ_２ ＋ ４Ｈ_２Ｏ ＝ Ｈ_２ＳＯ_４ ＋ ８ＨＢｒ

次に、使用済溶液を電解槽に送り、そこで溶解したＨＢｒの、典型的には一部分であるが、しかし必ずしも５〜１０％ではないものを電解してＨ_２及びＢｒ_２にする：
８ＨＢｒ ＝ ４Ｈ_２ ＋ ４Ｂｒ_２

水素が該電解槽から放出され、そして販売及び／又は内部使用のために清浄化され且つ貯蔵される。臭素はＨＢｒからの臭素イオンとの複合物として溶液中に残る。複合化臭素を含有する再生成された溶液をスクラバー中に戻す。硫化水素の各々のモルにつき４モルの水素を生成することに留意。供給物水素処理、水素化分解、及び水素を使用する他の装置操作への精製所の設定においてこの水素を有益に使用することができる。

使用済みスクラビング溶液の一部分を、定期的に又は連続的に取り出し、そして例えばパックされた、トレー又はスプレー塔において熱いガスの流れを用いて加熱することによりＨＢｒをストリッピングし、そして硫酸を貯蔵所に送る。例えば蒸発によりその硫酸をさらに濃縮し、そして販売及び／又は内部使用する。別法として、それは他の製品の生産において使用できる。

処理を必要とする典型的な精製所ガス流は、以下のとおりの組成を有するだろう：
ＮＨ_３．．．．．．５．３０％
ＣＯ_２．．．．．１３．０３％
Ｈ_２Ｓ．．．．．７３．３５％
Ｈ_２Ｏ．．．．．．７．９５％
炭化水素類 ．．．０．３７％
合計 １００％

この場合において、臭素での処理の前に、パックされた、トレー又はスプレー塔において、生成物硫酸の一部分を用いて廃ガスをまずスクラビングすることにより、廃ガスから該ＮＨ_３（アンモニア）を取り除くことができる。
２ＮＨ_３ ＋ Ｈ_２ＳＯ_４ ＝ （ＮＨ_４）_２ＳＯ_４
有用な肥料成分である上記（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４は溶液として販売することができるか、又は販売のために結晶化することができる。

アンモニアを取り出した後に、その廃ガスはＣＯ_２、Ｈ_２Ｓ、Ｈ_２Ｏ及び炭化水素類（主としてメタン）を含有する。次に、臭素反応により実質的にすべてのＨ_２Ｓがこの流れから除去される。ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ及び炭化水素類からなる残りのガスはフレアー（ｆｌａｒｅ）に送られる。このガス中に少量の臭素の持ち越しが存在するならば、パックされたセクション、トレー又はスプレーセクションを、臭素反応塔に又は別の塔として加えることにより、それを除去することができる。次に少量の二酸化硫黄を水溶液に加え、Ｂｒ_２と反応させてＨＢｒと硫酸とを生成することができるだろう。後者の溶液を反応器スクラビング溶液に加え戻すことができる。

別の態様において、そのシステムからの臭素を、水素生成のための太陽（ソーラー）反応器において使用することができる。この態様において、水と臭素とを気体状態で反応させ、その反応のために必要とされるエネルギーは太陽により提供される。水及び臭素（及び／又は塩素及び沃素のような他のハロゲン）を含有する室を用意する。その室を太陽エネルギーにより加熱し、ハロゲン分子を解離させる。そのハロゲン原子は発熱的に分子を再形成し、そして放出されたエネルギーをアルゴン又はヘリウムのような不活性緩衝ガスを加熱するために使用することができ、１７００℃より高い温度に温度が上昇する。該室中で水を臭素と反応させることにより臭化水素及び酸素を生成する。次に、その臭化水素を電気分解して水素及び臭素を生成し、その水素を販売するか又は使用することができ、該臭素を太陽反応器中で再使用することができる。

本発明の態様を、臭素及び臭素化合物の使用に関して上に記載したけれども、別の態様において塩素又は沃素のような他のハロゲンを使用することができる。さらに、フッ素の使用は特別の取り扱いを必要とするだろうけれども、フッ素を使用することが可能である。

ここで、上に記載したように、実用負荷水準化、水素生産及び廃煙（燃焼廃ガス）清浄化のための包括的なシステムは、本明細書において上に記載した各々の特質を有していることが明らかであろう。それらは、この明細書に概略し且つ説明したようなそれらの原理から離れることなしに、或る程度まで変更することができるので、本発明は特許請求の範囲の精神及び範囲内のものとしてそのよな変更のすべてを包含するものとして理解されるべきである。

本発明の態様に従う方法のために適当な多段反応器／ガス洗浄装置の概要図である。 図１の装置の廃液（ｓｕｍｐ ｌｉｑｕｉｄ）の成分を分離するために適合した蒸留装置の概要図である。 本発明の態様に従う、多段反応器／蒸留装置を有するガス洗浄装置、電気負荷水準化構成部材、及び水素生成構成部材の概要図である。 臭化水素電解槽を使用する本発明の態様に従う方法の概要図である。 臭化水素電解槽の概要図である。 本発明の１態様に従う可逆性臭化水素電解槽／燃料電池の概要図である。 本発明の他の態様に従う可逆性臭化水素電解槽／燃料電池の概要図である。

Claims (24)

1. 供給流体中の硫黄化合物が硫酸を形成し、反応体の原子が水素との化合物を形成するように、該反応体を該供給流体と混合する室を有する反応器；及び
   水素化合物を含む産出物を受容するために反応器の産出口（アウトプット）に連結された可逆性燃料電池であって、その燃料電池が該水素化合物を選択的に分解して水素と、そこからの該反応体とを生成するために電気を使用するように、あるいは水素と反応体原子とを結合させて水素化合物を生成することにより電気を生成するように、構成され且つ配置されている可逆性燃料電池；
   を含む装置。
2. 流体が、気体、液体、固体懸濁体、又はそれらの混合物の少なくとも１つである、請求項１に記載の装置。
3. 反応体がハロゲンである、請求項１に記載の装置。
4. 反応体が臭素である、請求項３に記載の装置。
5. 可逆性燃料電池が臭化水素燃料電池である、請求項４に記載の装置。
6. 供給流体が炭化水素燃焼電力プラントからの排煙からなる、請求項１に記載の装置。
7. 供給流体が硫黄含有天然ガスからなる、請求項１に記載の装置。
8. 供給流体が精製所又は天然ガス処理プラントからの硫化物含有廃ガスからなる、請求項１に記載の装置。
9. 水と反応体からの臭素とを反応させる太陽反応器をさらに含み、その反応が太陽エネルギーにより加熱してＨＢｒ及び酸素を生成することからなる、請求項１に記載の装置。
10. Ｘ_２ ＋ ＳＯ_２ ＋ Ｈ_２Ｏ ＝＞ ＨＸ ＋ Ｈ_２ＳＯ_４
    （但し、Ｘはハロゲンである）の形の反応を行うために構成され且つ適合された少なくとも１つの反応器；
    該反応器から産出流を受容するために該少なくとも１つの反応器と流体連絡しているＨＸ電解浴；及び
    操作中、ＨＸ電解浴からの水素が水素／酸素燃料電池に燃料を補給し、それにより電力を生成するように、ＨＸ電解浴と流体連絡している該水素／酸素燃料電池；
    を含む、装置。
11. ハロゲンが臭素であり、そしてＨＸ電解浴がＨＢｒ電解浴である、請求項１０に記載の装置。
12. 硫酸を蒸留して濃硫酸を生成するように構成され且つ配置された蒸留器をさらに含む、請求項１０に記載の装置。
13. 供給流中の硫黄化合物が硫酸を形成し、そして反応体の原子が水素との化合物を形成するように反応体を供給流体と混合することができる室を有する反応器；
    該水素化合物を処理して水素を生成するように構成され且つ配置されている電解浴；
    生成した水素を受容するために該電解浴と流体連絡しており、そして生成した水素を酸素と結合させて水を形成するように構成され且つ配置されている水素／酸素燃料電池；
    を含む、装置。
14. 水素／酸素燃料電池により生成した電力が電解浴を作動するために使用される、請求項１３に記載の装置。
15. 反応室にハロゲン反応体を供給し；
    硫黄化合物を含む供給流体を供給し；
    該反応体を該供給流体と反応させて硫酸とＨＸ（但し、Ｘはハロゲンである）とを形成し；
    該ＨＸを可逆性燃料電池に供給し；そして
    水素を生成し且つ電気を消費するために第１方向に、そして水素を消費し且つ電気を生成するために第２方向に、該可逆性燃料電池を選択的に運転する；
    ことからなる方法。
16. ハロゲンが臭素であり、そして供給流体がＳＯ_２を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 供給流体が天然ガス、動力プラント排煙、天然ガス処理プラント廃ガス及び精製所廃ガスからなる群から選ばれる、請求項１６に記載の方法。
18. ピーク需要操作時期及び減少した需要操作時期を決定し、
    減少した需要操作時期の間に可逆性燃料電池を第１方向に運転し、そして生成した水素を貯蔵し；そして
    ピーク需要操作時期の間に可逆性燃料電池を第２方向に運転して電気を生成する；
    ことをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
19. ハロゲン反応体を反応室に供給し；
    硫黄化合物を含む供給流体を供給し；
    該反応体を該供給流体と反応させて硫酸とＨＸ（但し、Ｘはハロゲンである）とを生成し；
    該ＨＸをＨＸ電解浴に供給し；
    ＨＸ電解浴からの水素を水素／酸素燃料電池に供給し；そして
    該水素／酸素燃料電池を操作して水及び電気を生成する；
    ことを含む方法。
20. 水素／酸素燃料電池の操作が、電力需要における変化に応じて選択的に行われることができるように、ＨＸ電解浴からの水素を貯蔵することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
21. ハロゲン反応体を反応室に供給し；
    硫黄化合物を含む供給流体を供給し；
    該反応体を該供給流体と反応させて硫酸を形成し；そして
    鉄及び／又はアルミニウムを該硫酸と反応させて硫酸鉄及び／又は硫酸アルミニウム、及び電気を生成する；
    ことを含む方法。
22. ハロゲン反応体を反応室に供給し；
    硫黄化合物を含む供給流体を供給し；
    該反応体と該供給流体とを反応させて硫酸及びＨＸ（但し、Ｘはハロゲンである）を形成し；
    ＨＸを電気分解して水素を生成し；そして
    その水素を窒素と反応させてアンモニアを生成する；
    ことを含む方法。
23. 窒素が空気の成分であるか又は燃焼ガスの成分である、請求項２２に記載の方法。
24. 反応室に臭素を供給し；
    硫黄化合物及び元素状水銀を含む供給流体を供給し；
    該臭素を該供給流体と反応させて硫酸及びＨＢｒを形成し；
    該臭素を元素状水銀と反応させて臭化水銀を形成し；そして
    廃棄処分のために該臭化水銀を捕獲する；
    ことを含む方法。

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