JP2012219225A - 乾式ガス精製設備及び石炭ガス化複合発電設備 - Google Patents

Abstract

【課題】 後続機器への影響を配慮し、コストを高くすることなく効率的に石炭ガス化ガスを乾式で精製する。
【解決手段】
石炭ガス化炉２で生成された石炭ガス化ガスｇに対し、吹込み手段２２によりハロゲン化物吸収剤粉を吹き込んでハロゲン化物の大半を吸収したハロゲン化物吸収剤粉をバグフィルター２１で捕捉し、水銀除去反応器２３の水銀吸収剤を石炭ガス化ガスｇで硫化させた状態で水銀を除去し、更に、少量のハロゲン化物吸収剤を有するハロゲン化物除去反応器２４でハロゲン化物を精密に除去する。
【選択図】図２

Description

本発明は、乾式ガス精製設備及び石炭ガス化複合発電設備に関する。

石炭は世界の広い地域に存在し、可採埋蔵量が多く、価格が安定しているため、供給安定性が高く発熱量あたりの価格が低廉である。かかる石炭を燃料とする火力発電の一つの方式として、石炭ガス化複合発電（IGCC：Integrated coal Gasfication Combined Cycle）が知られている。石炭ガス化複合発電では、石炭ガス化ガスを燃料としてガスタービンを駆動して電力を得ると共に、ガスタービンの排気熱を回収して蒸気を発生させ、発生した蒸気により蒸気タービンを駆動して電力を得ている（例えば、特許文献１参照）。

石炭ガス化炉で発生する石炭ガス化ガスにはハロゲン化物や水銀等の不純物や後続機器に対して影響を与える不純物、微量成分が含まれるため、ガス精製設備により石炭ガス化ガスの不純物を除去して燃料ガスとしている。

ガス精製設備として、水洗塔やＣＯＳ転換器等が設置された湿式ガス精製設備が広く用いられている。湿式ガス精製設備は、石炭ガス化ガス中の微量成分等の精密除去が可能であり、ガスタービン等の後続機器への影響に配慮された設備となっている。しかし、湿式ガス精製設備は、水分の蒸発や凝縮に起因する潜熱の損失が大きいため、石炭ガス化複合発電に用いた場合には、高効率化に限度があるのが現状である。

これに対し、温度や圧力の昇降を抑制し、高温の石炭ガス化ガスを精製する乾式ガス精製設備が種々検討されている。乾式で石炭ガス化ガスを精製することで石炭ガス化ガスを高温のまま精製することができるので、温度や圧力の昇降を抑えて燃料ガスを得ることができる。

乾式ガス精製設備では、温度や圧力を維持して（圧力損失を抑制して）燃料ガスを得ることができるが、後続機器に影響を与える不純物や微量成分を確実に除去するには至っていないのが現状である。このため、温度や圧力の維持を考慮したり、後続機器への影響を考慮した状態で、種々の不純物に対する吸収剤の運用等を確立する必要があり、実用化に至っていないのが実情である。

石炭ガス化ガスを精製する乾式ガス精製設備において、温度や圧力の維持を考慮したり、後続機器への影響を配慮することは、発電設備に対する燃料ガス精製に限らず、化学合成用の燃料ガス精製においても同様に存在する課題となっている。

特開２００５―１７１１４８号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、温度や圧力の昇降に対する影響、後続機器への影響を配慮し、コストを高くすることなく効率的に石炭ガス化ガスを乾式で精製することができる乾式ガス精製設備を提供することを目的とする。

また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、温度や圧力の昇降に対する影響、後続機器への影響を配慮し、コストを高くすることなく効率的に石炭ガス化ガスを乾式で精製することができる乾式ガス精製設備を備えた石炭ガス化複合発電設備を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の乾式ガス精製設備は、石炭ガス化炉で生成された石炭ガス化ガスの温度を、露点を上回る温度に維持して運転する乾式法により不純物を除去する乾式ガス精製設備において、前記石炭ガス化ガスにハロゲン吸収剤粉を供給する吹込み手段と、前記吹込み手段でハロゲン吸収剤粉が吹き込まれた前記石炭ガス化ガスが導入され、ハロゲン吸収剤粉と共に不純物を濾過して除去する物理的濾過手段と、前記物理的濾過手段を流通した前記石炭ガス化ガスが導入され、水銀を除去する水銀吸収剤が充填された水銀除去反応器と、前記水銀除去反応器により水銀が除去された前記石炭ガス化ガスが導入され、ハロゲン化物を除去するハロゲン吸収剤が充填されたハロゲン化物除去反応器とを備えたことを特徴とする。

ハロゲン吸収剤粉及びハロゲン吸収剤としては、ナトリウム系（例えば、ＮａＡｌＯ_２）の吸収剤粉及びハロゲン吸収剤を用いることが好適である。また、水銀吸収剤としては、硫化されることで性能を維持することができる銅系の吸収剤を用いることが好適である。また、物理的濾過装置としては、導入される石炭ガス化ガスの温度に応じて、セラミックフィルターやバグフィルター等を適用することができる。

請求項１に係る本発明では、石炭ガス化炉で生成された石炭ガス化ガスのハロゲン化物がハロゲン吸収剤粉と共に物理的濾過手段で濾過されて乾式により除去され、物理的濾過手段を流通した石炭ガス化ガスの水銀が水銀除去反応器の水銀吸収剤で除去される。そして、水銀が除去された石炭ガス化ガスがハロゲン化物除去反応器に導入され、ハロゲン吸収剤によりハロゲン化物が精密に除去される。

このため、石炭ガス化ガスが高温に維持された状態で、ハロゲン吸収剤粉により粗精製された後に水銀が除去され、更に、ハロゲン吸収剤で精密に除去され、必要最小限のハロゲン吸収剤でハロゲン化物が除去される。また、硫化により水銀除去性能が向上する水銀吸収剤が用いられる場合には、石炭ガス化ガスに含まれる硫化物により水銀吸収剤の水銀吸収性能を維持することができ、別途水銀吸収性能を維持するための手段を講じる必要がない。

この結果、温度や圧力の昇降に対する影響、後続機器への影響を配慮し、コストを高くすることなく効率的に石炭ガス化ガスを乾式で精製することが可能になる。

そして、請求項２に係る本発明の乾式ガス精製設備は、請求項１に記載の乾式ガス精製設備において、前記物理的濾過手段に導入される前記石炭ガス化ガスの温度を制御する温度制御手段を備えたことを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、温度制御手段により、物理的濾過手段に導入される石炭ガス化ガスの温度が所望の温度に制御され、後続機器の状況に合わせて物理的濾過手段で濾過する不純物を調整することができる。

また、請求項３に係る本発明の乾式ガス精製設備は、請求項２に記載の乾式ガス精製設備において、前記温度制御手段は、アンモニアが塩化水素と反応し凝縮・固体化する温度に前記石炭ガス化ガスの温度を制御することを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、アンモニアが塩化水素と反応し凝縮・固体化する温度に石炭ガス化ガスの温度を制御することにより、固体化したアンモニア成分を物理的濾過手段で捕捉して除去することができる。

また、請求項４に係る本発明の乾式ガス精製設備は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の乾式ガス精製設備において、前記水銀除去反応器を流通した前記石炭ガス化ガスが導入され、硫化物を除去する脱硫反応器を備えたことを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、ハロゲン化物の粗精製が行われると共に水銀が除去された石炭ガス化ガスの硫化物が脱硫反応器により乾式で除去される。

また、請求項５に係る本発明の乾式ガス精製設備は、請求項４に記載の乾式ガス精製設備において、前記脱硫反応器は、ハニカム形状化された亜鉛フェライト系の脱硫剤が複数の反応塔に充填され、前記複数の反応塔は、脱硫処理が実施される前記反応塔、前記ハロゲン化合物が除去された石炭ガス化ガスの一部により前記脱硫剤の還元処理が実施される前記反応塔、還元処理された前記脱硫剤から硫黄成分の放出処理が実施される前記反応塔が並設され、前記脱硫処理、前記還元処理、前記放出処理が順次切換えられ、前記放出処理で放出された硫黄成分を回収する硫黄成分回収手段が備えられていることを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、脱硫反応器で、脱硫処理を行うと同時に、脱硫剤の再生である還元処理及び放出処理をオンラインで実施し、脱硫剤を再利用することができ、放出された硫黄成分を回収することができる。また、脱硫剤がハニカム形状化されているため、圧力損失を抑えた状態で大容量のガス処理能力が得られ、脱硫剤の再利用により廃棄物を大幅に低減することができる。硫黄成分回収手段は、硫黄そのものとして回収する手段や、石灰・石膏法により硫黄分を石膏として回収する手段を適用することができる。

また、請求項６に係る本発明の乾式ガス精製設備は、請求項５に記載の乾式ガス精製設備において、石炭ガス化ガスに含まれる不純物を物理的な濾過により除去することで燃料ガスを得る後流物理的濾過手段を最下流部に備えたことを特徴とする。

請求項６に係る本発明では、最下流部の後流物理的濾過手段で、固体析出物、微粒子、粉体を含む不純物を物理的な濾過により石炭ガス化ガスから除去することができる。後流物理的濾過装置としては、導入される石炭ガス化ガスの温度に応じて、セラミックフィルターやバグフィルター等を適用することができる。

上記目的を達成するための請求項７に係る本発明の石炭ガス化複合発電設備は、石炭及び酸化剤の反応により石炭ガス化ガスを生成する石炭ガス化炉と、前記石炭ガス化炉で生成された石炭ガス化ガスを精製して燃料ガスを得る請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の乾式ガス精製設備と、前記乾式ガス精製設備で得られた燃料ガスを燃焼させる燃焼手段と、前記燃焼手段からの燃焼ガスを膨張することで動力を得るガスタービンと、前記ガスタービンの排気ガスの熱を回収して得られた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気タービンとを備えたことを特徴とする。

請求項７に係る本発明では、石炭ガス化ガスを乾式ガス精製設備で精製して得られた燃料ガスをガスタービンの燃料とし、ガスタービンと蒸気タービンにより複合発電が行われる。石炭ガス化炉ではガスタービン側の高圧空気の一部が酸化剤として使用され、蒸気タービンでは石炭ガス化ガスの顕熱で発生した蒸気が出力源の一部として使用される。

この結果、温度や圧力の昇降に対する影響、後続機器への影響を配慮し、コストを高くすることなく効率的に石炭ガス化ガスを乾式で精製することができる乾式ガス精製設備を備えた石炭ガス化複合発電設備とすることができる。

本発明の乾式ガス精製設備は、温度や圧力の昇降に対する影響、後続機器への影響を配慮し、コストを高くすることなく効率的に石炭ガス化ガスを乾式で精製することが可能になる。

また、本発明の石炭ガス化複合発電設備は、温度や圧力の昇降に対する影響、後続機器への影響を配慮し、コストを高くすることなく効率的に石炭ガス化ガスを乾式で精製することができる乾式ガス精製設備を備えた石炭ガス化複合発電設備とすることが可能になる。

本発明の一実施例に係る石炭ガス化複合発電設備の全体構成図である。 本発明の第１実施例に係る乾式ガス精製設備の概略系統図である。 本発明の第２実施例に係る乾式ガス精製設備の概略系統図である。 乾式ガス精製設備の具体的な構成系統図である。

図１に基づいて石炭ガス化複合発電設備を説明する。

図１には乾式ガス精製設備を備えた本発明の一実施例に係る石炭ガス化複合発電設備の全体の構成を説明するための概略系統を示してある。

図に示した石炭ガス化複合発電設備１は、石炭ガス化炉２を備え、石炭ガス化炉２では石炭と酸化剤（酸素、空気）の反応により石炭ガス化ガスｇが生成される。石炭ガス化ガスｇは図示しない除塵手段により除塵されて熱交換器３で所定の温度に調整され、乾式ガス精製設備４で不純物が除去されて精製され、燃料ガスｆとされる。

燃料ガスｆはタービン設備５の燃焼器６に送られる。即ち、タービン設備５は圧縮機１６及びガスタービン７を備え、圧縮機１６で圧縮された圧縮空気と燃料ガスｆが燃焼器６に送られる。燃焼器６では燃料ガスｆが燃焼され、燃焼ガスがガスタービン７に送られて膨張されて動力が得られる。ガスタービン７の排気ガスは排熱回収ボイラー８で熱回収され、排煙脱硝装置９で窒素酸化物が除去された後、煙突１０から大気に放出される。

一方、圧縮機１６及びガスタービン７と蒸気タービン１１が同軸状態で接続され、蒸気タービン１１には発電機１２が接続されている。排熱回収ボイラー８には、蒸気タービン１１の排気蒸気を図示しない復水器で凝縮した復水が給水され、排熱回収ボイラー８ではガスタービン７の排気ガスにより蒸気を発生させる。排熱回収ボイラー８で発生した蒸気は蒸気タービン１１に送られて動力が得られる。

直列に接続されたガスタービン７及び蒸気タービン１１の動力により発電機１２が駆動され、ガスタービン７と蒸気タービン１１による複合発電が行われる。

上述した石炭ガス化複合発電設備１では、石炭ガス化炉２の酸化剤として圧縮機１６の圧縮空気が抽気されて供給される（Ａ）。熱交換器３には、排熱回収ボイラー８に送られる復水の一部が給水され（Ｂ）、石炭ガス化ガスとの熱交換により蒸気を発生させ、発生した蒸気は蒸気タービン１１に送られる（Ｃ）。このため、タービン設備５の圧縮空気の一部を酸化剤として使用し（Ａ）、排熱回収ボイラー８及び熱交換器３からの発生蒸気で蒸気タービン１１の出力を得ることができる。

上記構成の石炭ガス化複合発電設備１では、乾式ガス精製設備４により石炭ガス化ガスｇが乾式精製により精製されて燃料ガスｆを得ている。

図２、図３に基づいて乾式ガス精製設備４を説明する。

図２、図３には、本発明の第１実施例及び第２実施例に係る乾式ガス精製設備４の概略系統を示してある。尚、図１に示した部材と同一部材、第１実施例、第２実施例の共通部材には同一符号を付してある。また、第１実施例、第２実施例の構成は異なるが、図１に示した乾式ガス精製設備４に対応できる構成であるため、各実施例では乾式ガス精製設備４として説明してある。

図２に基づいて第１実施例を説明する。

図に示すように、第１実施例の乾式ガス精製設備４は、石炭ガス化炉２で生成された石炭ガス化ガスｇを約４５０℃（露点を上回る運転温度）で送る物理的濾過手段としてのバグフィルター２１が備えられている。バグフィルター２１の上流には吹込み手段２２が備えられ、吹込み手段２２からナトリウム系のハロゲン吸収剤粉（例えば、アルミン酸ナトリウム：ＮａＡｌＯ_２）が吹き込まれる。

尚、物理的濾過手段としては、流通する石炭ガス化ガスｇに応じてセラミックフィルターを適用することも可能である。

ハロゲン吸収剤粉が吹き込まれることにより、ハロゲン化物である塩化水素（ＨＣｌ）及びフッ化水素（ＨＦ）の一部がハロゲン吸収剤粉に吸収され、ハロゲン化物が吸収されたハロゲン吸収剤粉がバグフィルター２１で、例えば、１８０℃から２３０℃の運転温度により濾過される。これにより、ダスト等の固体状不純物が濾過されて除去されると共に、ハロゲン化物の大半が除去（粗精製）される。

アンモニアが塩化水素と反応し凝縮・固体化する温度（例えば、２３０℃よりも低い温度）に石炭ガス化ガスｇの温度を制御することで（温度制御手段）、塩化アンモニウムが生成され、固体化した塩化アンモニウムを、例えば、１８０℃で運転されるバグフィルター２１で捕捉して除去することができる。また、石炭ガス化ガスｇの温度を、例えば、２３０℃以上に制御することで（温度制御手段）、アンモニア成分を凝縮・固体化させず、後流で除去することができる。

バグフィルター２１の下流には水銀除去反応器２３が備えられ、水銀除去反応器２３には水銀吸収剤として、例えば、銅を主体として水銀を吸収する銅系吸収剤が充填されている。水銀除去反応器２３では石炭ガス化ガスｇに含まれる水銀が約１８０℃の運転温度で除去される。

水銀除去反応器２３の下流にはハロゲン化物除去反応器２４が備えられ、ハロゲン化物除去反応器２４には固定床型の充填槽にナトリウム系のハロゲン吸収剤（例えば、アルミン酸ナトリウム：ＮａＡｌＯ_２）がペレット状にされて充填されている。ハロゲン化物除去反応器２４ではハロゲン化物である塩化水素（ＨＣｌ）及びフッ化水素（ＨＦ）が同時に精密に除去される。

ハロゲン化物除去反応器２４でハロゲン化物が精密に除去されて燃料ガスｆが得られ、燃料ガスｆはタービン設備５の燃焼器６（図１参照）に送られる。

第１実施例では、石炭ガス化炉２で生成された石炭ガス化ガスｇのハロゲン化物がハロゲン吸収剤粉と共にバグフィルター２１で濾過されて乾式により除去され、ハロゲン化物が除去された石炭ガス化ガスｇの水銀が水銀除去反応器２３の水銀吸収剤で除去される。そして、水銀が除去された石炭ガス化ガスｇがハロゲン化物除去反応器２４に導入され、ペレット状のハロゲン吸収剤によりハロゲン化物が精密に除去される。

これにより、石炭ガス化ガスｇが高温に維持された状態で、ハロゲン除去剤粉により粗精製された後に水銀が除去され、更に、固定床型の充填槽に充填されたペレット状のハロゲン吸収剤で精密に除去される。このため、排出などの処理が容易なハロゲン除去剤粉によりハロゲン化物の大半を除去することができる。また、ハロゲン化物除去のためのペレット状のハロゲン吸収剤の使用量を最小限に抑えてコストを低減することができ、固定床型の充填槽を小型化することができる。また、ハロゲン吸収剤は充填槽の中で動かないので、粉化対策が容易である。

また、銅を主体として水銀を吸収する銅系吸収剤は、硫化により水銀吸収性能が向上することが知られている。上述した実施例では、石炭ガス化ガスｇに含まれる硫化物により水銀吸収剤の吸収性能を維持することができるので、水銀除去を効率的に行うことができ、水銀吸収性能を維持するための手段を別途講じる必要がなく簡素な設備にすることができる。

この結果、温度や圧力の昇降に対する影響、後続機器への影響を配慮し、コストを高くすることなく効率的に石炭ガス化ガスを乾式で精製することが可能になる。

図３に基づいて第２実施例を説明する。

第２実施例の乾式ガス精製設備４は、第１実施例に対し、水銀除去反応器２３の下流に脱硫反応器２５を備えた構成とされている。脱硫反応器２５には、亜鉛フェライト系の脱硫剤である亜鉛フェライト脱硫剤がハニカム形状化されて使用され、亜鉛フェライト脱硫剤に石炭ガス化ガスｇを接触させることで、硫化硫黄（Ｈ_２Ｓ）や硫化カルボニル（ＣＯＳ）等が極低濃度まで除去される。亜鉛フェライト脱硫剤自体が水素化触媒の機能を持つため、硫化カルボニル（ＣＯＳ）をはじめとする有機硫黄化合物にも性能を発揮することができる。

第２実施例では、ハロゲン化物の粗精製が行われると共に水銀が除去された石炭ガス化ガスｇの硫化物が脱硫反応器２５により乾式で除去される。

尚、脱硫反応器２５をハロゲン化物除去反応器２４の下流に備える構成とすることも可能である。また、石炭ガス化ガスに含まれる不純物を物理的な濾過により除去することで燃料ガスｆを得る、セラミックフィルターやバグフィルター等の後流物理的濾過手段を最下流部に備えることも可能である。

尚、上述した乾式ガス精製設備４では、石炭ガス化ガスｇを精製して得られる高温に維持された燃料ガスｆとして、タービン設備５（図１参照）の燃焼器６（図１参照）に供給する燃料ガスｆを例に挙げて説明したが、他の用途に適用することができ、例えば、燃料合成を行う設備の燃料、溶融炭酸塩型燃料電池の燃料として適用することも可能である。

図４に基づいて乾式ガス精製設備４の具体的な構成を説明する。

図４には乾式ガス精製設備の具体的な構成を説明する系統を示してある。図４に示した系統構成は、図３に示した第２実施例の乾式ガス精製設備４の具体的な構成を例に挙げてある。このため、図３に示した部材と同一部材には同一符号を付してある。

バグフィルター２１の上流側には吹込み手段２２が備えられ、吹込み手段２２とバグフィルター２１の間には温度制御手段としての熱交換器３１が備えられている。熱交換器３１では、後述する水銀除去反応器２３を流通した石炭ガス化ガスｇとの間で、石炭ガス化炉２で生成された石炭ガス化ガスｇ（例えば、４５０℃）が、例えば、１８０℃に冷却される。

吹込み手段２２からナトリウム系のハロゲン吸収剤粉（例えば、アルミン酸ナトリウム：ＮａＡｌＯ_２）が吹き込まれ、塩化水素（ＨＣｌ）及びフッ化水素（ＨＦ）の一部がハロゲン吸収剤粉に吸収され、バグフィルター２１で濾過される（粗精製：数ｐｐｍレベル）。これにより、ダスト等の固体状不純物が濾過されて除去されると共に、ハロゲン化物の大半が除去される。

熱交換器３１では、アンモニアが塩化水素と反応し凝縮・固体化する温度（例えば、２３０℃よりも低い１８０℃）に石炭ガス化ガスｇの温度が制御される。これにより、アンモニアと塩化水素が反応して塩化アンモニウムが生成され、固体化した塩化アンモニウムがバグフィルター２１で捕捉されて除去される。このため、凝縮物が配管内に固着することがない。

尚、熱交換器３１により石炭ガス化ガスｇの温度を、例えば、２３０℃以上に制御し、アンモニア成分を凝縮・固体化させず、後流でアンモニア分解装置等を用いて除去することも可能である。また、吹込み手段２２を熱交換器３１とバグフィルター２１の間に備えることも可能である。熱交換器３１の下流に吹込み手段２２を備えることにより、熱交換器３１に対してハロゲン吸収剤粉の影響を皆無にすることができる。

尚、アンモニアは、タービン設備５におけるガスタービン７（図１参照）の燃焼器６（図１参照）で燃料ガスｆを燃焼させた後に排煙脱硝装置９（図１参照）で除去することができる。

バグフィルター２１でハロゲン化物の大半が除去された（粗精製された）石炭ガス化ガスｇは熱交換装置３２で所定の温度（例えば、１６０℃から１８０℃）にされて水銀除去反応器２３に送られる。

水銀除去反応器２３は、除去容器４５に銅を主体として水銀を吸収する銅系吸収剤４６が充填され、例えば、１６０℃から１８０℃（好ましくは、１８０℃）の石炭ガス化ガスｇが導入されて水銀が吸収される。銅系吸収剤４６の最適な運転温度で、石炭ガス化ガスｇに含まれる水が凝縮しない約１８０℃の石炭ガス化ガスｇが導入されるため、銅の吸収容量を確保して水分の凝縮を抑制することができる。

水銀除去反応器２３には、除去容器４５が並列に備えられ、切り換えて運用される。一方側の除去容器４５には水銀回収手段４７が備えられ、銅系吸収剤４６に吸収された水銀を放出し、水銀吸収性能を回復させている。例えば、高温のガスにより吸収された水銀を放出し、放出した水銀を常温下で活性炭に吸収させることで、最小限の量の活性炭に対して多くの水銀を吸収させて回収することができる。

水銀除去反応器２３で水銀が除去された石炭ガス化ガスｇは熱交換器３１で所定の温度に昇温されて脱硫反応器２５に送られる。

脱硫反応器２５は、３塔の反応塔３５、３６、３７が並列に配され、反応塔３５、３６、３７には、亜鉛フェライト脱硫剤がハニカム形状化された触媒を集合させた触媒ブロック３８がそれぞれ複数（図示例では４個）充填されている。３塔の反応塔３５、３６、３７への石炭ガス化ガスｇの導入は、図示しない切換え手段によりいずれかに切換えられて実施される。

即ち、３塔の反応塔３５、３６、３７は、脱硫処理が実施される反応塔と、石炭ガス化ガスｇの一部により亜鉛フェライト脱硫剤の還元処理が実施される反応塔と、還元処理された亜鉛フェライト脱硫剤から硫黄成分の放出処理が実施される反応塔とが並設されたものとなっている。そして、図示しない切換え手段により、脱硫処理、還元処理、放出処理が順次切換えられる。

脱硫処理では、石炭ガス化ガスｇが亜鉛フェライト脱硫剤（触媒ブロック３８）に接触することにより、硫化硫黄（Ｈ_２Ｓ）や硫化カルボニル（ＣＯＳ）等が除去される。亜鉛フェライト脱硫剤は、亜鉛フェライト（ＺｎＦｅ_２Ｏ_４）の鉄と亜鉛が相乗して高性能の脱硫機能を発揮する。例えば、石炭ガス化ガスｇの温度が４５０℃、圧力が０．９８ＭＰａで、１ｐｐｍ以下の低濃度まで硫黄分を低減することが可能である。

３塔の反応塔３５、３６、３７では、例えば、石炭ガス化ガスｇの大部分が反応塔３５に送られ、反応塔３５で脱硫処理が行われる。石炭ガス化ガスｇの一部（少量）が反応塔３６に送られ、反応塔３６で還元処理が行われる。また、反応塔３６で還元処理を終えた二酸化硫黄を含む石炭ガス化ガスｇが反応塔３７の途中部に供給され、反応塔３７で硫黄成分の放出処理が行われる。３塔の反応塔３５、３６、３７では所定の期間毎にガスの流通状態が順次切換えられ、反応塔３５、３６、３７のいずれかで脱硫処理が実施される。

放出された硫黄成分は、硫黄成分回収手段３９に送られ、例えば、石灰・石膏法により、石膏として回収される。硫黄成分回収手段３９としては、硫黄成分から硫黄そのものを回収する手段を用いることも可能である。

上述した脱硫反応器２５では、脱硫処理を行うと同時に、亜鉛フェライト脱硫剤の再生である還元処理、放出処理をオンラインで実施し、連続運転の過程で亜鉛フェライト脱硫剤を再生して再利用することができる。これにより、廃棄物の排出量を大幅に減らして環境負荷を低減することができる。また、亜鉛フェライト脱硫剤がハニカム形状化されているため、少ない圧力損失で大容量の石炭ガス化ガスｇを処理することができる。

尚、脱硫剤としてハニカム形状化された触媒を用いたが、装置や設備の規模、石炭ガス化ガスｇの流量に応じて他の形態の触媒にすることも可能である。

脱硫反応器２５で脱硫処理が行われた石炭ガス化ガスｇはハロゲン化物除去反応器２４に送られる。

ハロゲン化物除去反応器２４は、固定床型のハロゲン化物除去器４１、４２が並列に配置されて構成されている。ハロゲン化物除去器４１、４２への石炭ガス化ガスｇの導入は、切換え手段によりいずれか一方に切換えられて実施される。ハロゲン化物除去器４１、４２にはナトリウム系のハロゲン化物吸収剤であるアルミン酸ナトリウム（ＮａＡｌＯ_２）のペレットが充填され、ペレット状に成形されたハロゲン化物吸収剤４３は、ハロゲン化物除去器４１、４２の筒内に、石炭ガス化ガスｇの導入方向に沿って（上下方向）充填されている。

石炭ガス化ガスｇは、上流側のバグフィルター２１でハロゲン化物の一部が除去されて数ｐｐｍレベルとなっているので、ハロゲン化物吸収剤４３の使用量を最小限に抑えることができるため、ハロゲン化物除去器４１、４２での石炭ガス化ガスｇの導入方向に沿ったハロゲン化物吸収剤４３の積層高さを低くすることができる。即ち、固定床型の充填槽を小型化することができる。

ハロゲン化物除去器４１、４２の上部から下方に向けて筒内に石炭ガス化ガスｇが導入され、ハロゲン化物吸収剤４３を流通してハロゲン化物が除去される。

ハロゲン化物吸収剤４３としてペレット状に成形したアルミン酸ナトリウムを使用しているので、石炭ガス化ガスｇ中の塩化水素とフッ化水素はアルミン酸ナトリウムと反応して無害・低毒性の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）及びチオライト（Ｎａ_５Ａｌ_３Ｆ_１４）となって除去される。この結果、石炭ガス化ガスｇ中のハロゲン化物は、使用量が抑制されたハロゲン化物吸収剤４３により、１ｐｐｍ以下に低減される（精密精製）。

ハロゲン化物除去反応器２４では、ハロゲン化物除去器４１、４２での石炭ガス化ガスｇの導入方向に沿ったハロゲン化物吸収剤４３の積層高さを低くすることができるので、使用量が抑制されてコストを低減することができる。そして、石炭ガス化ガスｇの圧力損失を最小限に抑制した状態で石炭ガス化ガスｇをハロゲン化物吸収剤４３に接触させることができ、圧力損失を伴うことなくハロゲン化物を確実に除去することができる。

ハロゲン化物除去器４１、４２は、通常いずれか一方側に石炭ガス化ガスｇが流通している。石炭ガス化ガスｇが流通していない他方側では、使用済みのハロゲン化物吸収剤４３が排出されると共に、新品のハロゲン化物吸収剤４３が充填される。ハロゲン化物除去器４１、４２に対する石炭ガス化ガスｇの流通を切換えることで、石炭ガス化ガスｇの流通とハロゲン化物吸収剤４３の交換を同時に行うことができ、運転を停止することなくハロゲン化物の除去を連続して実施することが可能になっている。

ハロゲン化物除去反応器２４でハロゲン化物が除去された石炭ガス化ガスｇは後流物理的濾過手段としての後バグフィルター５１に送られる。後バグフィルター５１では、石炭ガス化ガスｇに含まれる固体析出物、微粒子、粉体を含む不純物が物理的に濾過される。即ち、後バグフィルター５１では、粉化した各種吸収剤をはじめとして、上流側で粉化した物質を含むダスト、タール分、微量物質、約１８０℃で凝縮する種々の固体析出粒子等が最下流部で濾過されて除去される。

図４に示した乾式ガス精製設備４では、石炭ガス化炉２で生成された石炭ガス化ガスｇにハロゲン化物吸収剤粉が吹き込まれてハロゲン化物が吸収され、ハロゲン化物を吸収したハロゲン化物吸収剤粉がバグフィルター２１で捕捉される。これにより、ハロゲン化物の大半をハロゲン化物吸収剤粉で除去することができ、また、ハロゲン化物吸収剤粉を容易に排出することができる。

石炭ガス化ガスｇの温度をアンモニアが塩化水素と反応し凝縮・固体化する温度に制御することで、アンモニアと塩化水素の反応により塩化アンモニウムを生成し、固体化した塩化アンモニウムをバグフィルター２１で捕捉して除去することができる。

そして、ハロゲン化物の大半が除去された石炭ガス化ガスｇが水銀除去反応器２３に送られて水銀が除去される。水銀除去反応器２３の銅系吸収剤は、硫化により水銀吸収性能が向上するため、石炭ガス化ガスｇに含まれる硫化物により水銀吸収剤の吸収性能を維持することができ、水銀除去を効率的に実施することができる。

更に、水銀が除去された石炭ガス化ガスｇの硫化物が脱硫反応器２５により乾式で除去され、ハロゲン化物除去反応器２４のハロゲン化物吸収剤４３によりハロゲン化物が精密に除去される。その後、最下流部で後バグフィルター５１により固体析出物、微粒子、粉体を含む不純物が物理的な濾過により除去される。

ハロゲン化物は吹込み手段２２で吹き込まれたハロゲン化物吸収剤粉により大半が除去されているので、少ない量のハロゲン化物吸収剤でハロゲン化物の精密除去が可能となり、交換頻度を大幅に低減することが可能になり、定期点検等で設備を停止するまでの間連続して使用することもできる。

つまり、ハロゲン化物をｐｐｍレベル以下に除去するに際し、ハロゲン化物吸収剤粉の吹き込みによる粗精製と、ペレット状のハロゲン化物吸収剤４３を流通させることによる精密精製とを行っている。このため、供給と排出を容易に行うことができるハロゲン化物吸収剤粉によりハロゲン化物の大半を除去することができ、大量消費を回避して少量のハロゲン化物吸収剤４３により、圧力損失を抑えた状態でハロゲン化物を精密に除去することができる。

上述した乾式ガス精製設備４を備えた石炭ガス化複合発電設備１では、種々の不純物を乾式で除去して高温・高圧状態に維持された燃料ガスｆがタービン設備５に供給される。このため、温度や圧力の昇降に対する影響、後続機器への影響を配慮し、コストを高くすることなく効率的に石炭ガス化ガスｇを乾式で精製することができる乾式ガス精製設備４を備えた石炭ガス化複合発電設備１となる。

本発明は、乾式ガス精製設備及び石炭ガス化複合発電設備の産業分野で利用することができる。

１ 石炭ガス化複合発電設備
２ 石炭ガス化炉
３ 熱交換器
４ 乾式ガス精製設備
５ タービン設備
６ 燃焼器
７ ガスタービン
８ 排熱回収ボイラー
９ 排煙脱硝装置
１０ 煙突
１１ 蒸気タービン
１２ 発電機
１６ 圧縮機
２１ バグフィルター
２２ 吹込み手段
２３ 水銀除去反応器
２４ ハロゲン化物除去反応器
２５ 脱硫反応器
３１ 熱交換器
３２ 熱交換装置
３５、３６、３７ 反応塔
３８ 触媒ブロック
３９ 硫黄成分回収手段
４１、４２ ハロゲン化物除去器
４３ ハロゲン化物吸収剤
４５ 除去容器
４６ 銅系吸収剤
４７ 水銀回収手段
５１ 後バグフィルター

Claims (7)

1. 石炭ガス化炉で生成された石炭ガス化ガスの温度を、露点を上回る温度に維持して運転する乾式法により不純物を除去する乾式ガス精製設備において、
   前記石炭ガス化ガスにハロゲン吸収剤粉を供給する吹込み手段と、
   前記吹込み手段でハロゲン吸収剤粉が吹き込まれた前記石炭ガス化ガスが導入され、ハロゲン吸収剤粉と共に不純物を濾過して除去する物理的濾過手段と、
   前記物理的濾過手段を流通した前記石炭ガス化ガスが導入され、水銀を除去する水銀吸収剤が充填された水銀除去反応器と、
   前記水銀除去器により水銀が除去された前記石炭ガス化ガスが導入され、ハロゲン化物を除去するハロゲン吸収剤が充填されたハロゲン化物除去反応器とを備えた
   ことを特徴とする乾式ガス精製設備。
2. 請求項１に記載の乾式ガス精製設備において、
   前記物理的濾過手段に導入される前記石炭ガス化ガスの温度を制御する温度制御手段を備えた
   ことを特徴とする乾式ガス精製設備。
3. 請求項２に記載の乾式ガス精製設備において、
   前記温度制御手段は、アンモニアが塩化水素と反応し凝縮・固体化する温度に前記石炭ガス化ガスの温度を制御する
   ことを特徴とする乾式ガス精製設備。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の乾式ガス精製設備において、
   前記水銀除去反応器を流通した前記石炭ガス化ガスが導入され、硫化物を除去する脱硫反応器を備えた
   ことを特徴とする乾式ガス精製設備。
5. 請求項４に記載の乾式ガス精製設備において、
   前記脱硫反応器は、
   ハニカム形状化された亜鉛フェライト系の脱硫剤が複数の反応塔に充填され、
   前記複数の反応塔は、脱硫処理が実施される前記反応塔、前記ハロゲン化合物が除去された石炭ガス化ガスの一部により前記脱硫剤の還元処理が実施される前記反応塔、還元処理された前記脱硫剤から硫黄成分の放出処理が実施される前記反応塔が並設され、前記脱硫処理、前記還元処理、前記放出処理が順次切換えられ、
   前記放出処理で放出された硫黄成分を回収する硫黄成分回収手段が備えられている
   ことを特徴とする乾式ガス精製設備。
6. 請求項５に記載の乾式ガス精製設備において、
   石炭ガス化ガスに含まれる不純物を物理的な濾過により除去することで燃料ガスを得る後流濾過手段を最下流部に備えた
   ことを特徴とする乾式ガス精製設備。
7. 石炭及び酸化剤の反応により石炭ガス化ガスを生成する石炭ガス化炉と、
   前記石炭ガス化炉で生成された石炭ガス化ガスを精製して燃料ガスを得る請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の乾式ガス精製設備と、
   前記乾式ガス精製設備で得られた燃料ガスを燃焼させる燃焼手段と、
   前記燃焼手段からの燃焼ガスを膨張することで動力を得るガスタービンと、
   前記ガスタービンの排気ガスの熱を回収して得られた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気タービンとを備えた
   ことを特徴とする石炭ガス化複合発電設備。
   

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