JP2018043220A

JP2018043220A - 被処理ガス脱硫塔の洗浄・再生方法及び洗浄・再生装置

Info

Publication number: JP2018043220A
Application number: JP2016182073A
Authority: JP
Inventors: 郁安倍; Iku Abe
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2018-03-22

Abstract

【課題】脱硫塔内部の充填材に付着した不純物を、該充填材を塔外に搬出せずに、洗浄液を使用して、短時間で、且つ、安価な洗浄方法で除去する。【解決手段】吸収液を脱硫塔上部から流下させ、脱硫塔下部で回収して循環させるための吸収液循環装置内の吸収液に、充填材洗浄用の界面活性剤を主成分とする洗浄液を添加して循環させることで、充填材に付着・堆積した不純物を洗浄・除去し、脱硫塔内の充填材を再生する。【選択図】図１

Description

本発明は、コークス炉ガス（以下、「ＣＯＧ」と略称することがある。）に代表されるような、硫黄分や油分等の不純物を含有するガスから、当該不純物を除去するための脱硫塔の内部に装填されている充填材を洗浄・再生する方法及び装置に関するものである。

石炭を乾留してコークスを製造するコークス炉から排出されるＣＯＧには、水分の他、Ｈ₂Ｓ（硫化水素）や油分等の不純物が含まれるため、化成工場で精製処理された後に燃料ガス等として利用されている。
ＣＯＧ精製処理工程では、ＣＯＧ中の不純物や環境規制物質の除去が行われるが、一般的には、脱硫塔の下部から導入したＣＯＧと、上部から流下させた吸収液とを向流接触させて、吸収液中に、目的とする不純物を溶かし込んで除去することで、ＣＯＧの精製が行われる。

脱硫塔内部には、気液接触面積と接触時間を増大させるための充填材が大量に充填されており、塔内上部から脱硫用の液体が落下すると共に、塔の底部からはＣＯＧが供給されることで、向流する気液間で接触反応により、ＣＯＧからＨ₂Ｓ等の不純物が除去される。

脱硫塔内の充填材は、気液反応する吸収液とＣＯＧ等の気体が十分な接触時間を確保できるように、多数の穴（流通孔）を有するプラスチック製の嵩高な形状に形成されている。
しかし、脱硫吸収操作を続けていると、次第に粘着性の強い堆積物が付着して、充填材に形成された穴を狭隘化して通ガス抵抗が上昇する事態となるため、定期的或いは不定期的に装置の稼働を休止して、通ガス抵抗を解消する措置を講ずる必要が生じる。

その際には、稼働停止後に脱硫塔内部をパージし、脱硫塔内部の充填材を塔外に搬出し、高圧水洗浄等の機械式洗浄装置と、手作業で洗浄を行っていたが、塔内空間のパージ作業、ＣＯＧ導入管路の遮断板挿入等の安全確保作業、脱硫塔のマンホール解放作業等の事前段取り作業が必要なことや、洗浄時に除去した付着物が解放されると環境上の問題を生じる虞があることの対策等、時間とコストがかかり、また、典型的な３Ｋ作業となるため要員確保が難しいこともあり、その改善策が望まれていた。

コークス炉で石炭を乾留してコークスを製造する際に発生するＣＯＧには、タール、ナフタレン、軽油分等の炭化水素成分の他、Ｈ₂Ｓ、アンモニア（ＮＨ₃）、ＨＣＮ（シアン化水素）等の環境汚染物質が含まれるが、特に、近年は、石炭の低品質化や、原料の一部として廃プラスチック等も混入される場合があり、ＣＯＧ中にこれらに由来する油分や不純物が多量に混和して、充填材への付着堆積物がより粘着性の強いものとなる傾向があり、その洗浄・再生が困難化している。

引用文献１には、コークス炉ガスをアルカリを含む吸収液と接触させコークス炉ガス中の硫化水素を吸収除去する工程に於て、其の吸収液中にフェノール又はタール酸を添加することを特徴とするコークス炉ガス脱硫塔の閉塞防止方法、に関する技術が記載されているが、実施例に記載された吸収液中にフェノールを、０．３〜０．６％混入する程度の濃度では、近年のＣＯＧ精製で生ずる油分を多く含む粘着性の強い付着物を十分に除去することはできず、結局、脱硫塔の充填材を取り出して、洗浄する必要が生じてしまった。

引用文献２には、硫黄酸化物を含有する排ガスが流通する装置塔内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層と、上記装置内に設けられ、上記触媒層に硫酸生成用の添加水を供給する水供給手段と、上記装置塔内に設けられ、上記触媒層に洗浄液を供給する洗浄液供給手段とを具備してなることを特徴とする排煙脱硫装置に関する技術が、また、特許文献３には、ボイラ等の燃焼装置から排出される排ガスと吸収液を接触させることにより排ガス中の硫黄酸化物を処理する湿式排煙脱硫装置で、かつ排ガス中の硫黄酸化物を吸収した吸収液中に酸素を含むガスを吹き込むことにより吸収液中の亜硫酸を酸化させる機能を有する湿式排煙脱硫装置において、湿式排煙脱硫装置に吸収液補給用の水を供給する供給管を設け、該水供給管の途中に水に含まれる油分を除去する油分除去装置を設けたことを特徴とする湿式排煙脱硫装置に関する技術が、各々記載されているが、何れの技術も燃焼後の排ガスを対象とした脱硫装置であるため、ＣＯＧ等の未燃焼の炭化水素分が多い被処理ガスに、これらの技術をそのまま適用することはできない。

特公昭５８−４９５９２号公報特開２００３−１７１１２２号公報特開平８−２２４４３７号公報

本発明は、ＣＯＧに代表される被処理ガスの精製に使用される脱硫塔内部の充填材に付着した不純物を、該充填材を塔外に搬出せずに、洗浄液を使用して、短時間で、且つ、安価な洗浄方法で除去することを目的とするものであって、洗浄コストに加えて、付帯設備費も比較的低コストに抑制することができる技術を提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明者らは充填材に付着する堆積物を分析したところ、従前は、遊離Ｓを主成分とする不純物であったのに対して、近年では、前述したように、原料炭の低品質化や、原料の一部に廃プラスチックが混入されることを反映して、遊離Ｓに重質油分を多く含む不純物であることを見出した。

このような性状の不純物を、フェノールやタール酸からなる溶媒型の薬液中に溶解して除去するためには、多量の薬液が必要となる上、それらから溶質を分離して再生利用することも環境安全性の点等から容易ではない。

本発明者らは、種々の薬液による充填材の洗浄を試みた結果、界面活性剤系の薬液を使用すれば、充填材に堆積した遊離Ｓに重質油分を多く含む不純物を効率よく剥離除去して洗浄することが可能であることを発見した。
さらに、該薬液による洗浄操作を、Ｈ₂Ｓ吸収除去用の吸収液循環装置を利用して、脱硫塔内を流下させて、充填材の洗浄・再生を行えば、付随的に、該吸収液循環装置における配管内や、ポンプ等に付着した不純物も洗浄・除去することができ、脱硫塔内の充填材の洗浄・再生と、吸収液循環装置の洗浄とを同時に効率的に行うことができる。

また、Ｈ₂Ｓは酸性ガスであり、これを吸収するための吸収液は、アルカリ性であるため、界面活性剤としてアミン系等のアルカリ性のものを選択すれば、吸収液中に洗浄液を混入して洗浄することができ、さらには、脱硫塔の稼働中に充填材の洗浄を並行して実施することも可能である。
この場合、薬液を吸収液に混入せずに稼働させた場合に比較して、脱硫塔の連続稼働時間を大幅に延長することができる。

本発明によれば、被処理ガスに含まれる遊離Ｓ等に重質油分を多く含む不純物が堆積して通気抵抗が増大した脱硫塔内の充填材を、塔外に搬出することなく、短時間で、且つ、低コストで洗浄・再生すること、及び、吸収液循環装置の各種部品の洗浄も併せて実施することができる。
また、洗浄・再生用の洗浄液を、Ｈ₂Ｓの吸収液に混入して脱硫塔を稼働させれば、脱硫塔の連続稼働時間を大幅に延長することができる。

本発明に係るプロセスの概略を示す説明図である。

図１は、ＣＯＧの脱硫塔による精製工程を示す概念図である。
Ｈ₂Ｓ等の脱硫塔１内には、通常は複数段に分けて嵩高の充填材が層状に充填された充填層２が設置され、吸収液貯槽３から供給された吸収液４が、脱硫塔１上部から供給され、充填層２を流下して、脱硫塔１下部の吸収液回収路５に至り、吸収液貯槽３に戻る循環路を形成している。

一方、ＣＯＧ等の被処理ガスは、脱硫塔１下部から導入され、充填層２を通って上昇しながら吸収液４と向流接触し、含有するＨ₂Ｓを除去されて、塔１上部から脱硫ＣＯＧとして回収される。

脱硫塔１の下部から吸収液貯槽に至る吸収液回収路５には、熱交換器７、ポンプ８等が適宜設置され、吸収液４の循環を行う。
吸収液貯槽３内の吸収液４には、下部から空気を吹き込み、吸収液４中のＨ₂Ｓを酸化して、所望の化合物として回収除去する。

吸収液回収管路５の途中に、洗浄液貯槽１１からの洗浄液供給管路１２が接続されている。
脱硫塔１の通気性が低下する等して、脱硫塔１内の充填材の層２の洗浄が必要となった場合に、ＣＯＧガスの供給を停止して、吸収液４中に洗浄液１２を添加した上で、吸収液循環装置を作動させ、洗浄液を含む吸収液を循環させて、充填材層２の充填材を洗浄する。

充填材から、剥離・除去されて、洗浄液を含む吸収液中に混入した堆積物は、清浄化槽６内で、他の混濁物質とともに、静置されて固液分離され、固体成分を除去された洗浄液を含む吸収液が再生されて循環される。

本発明においては、定常運転時において、吸収液中に洗浄液を混入させながら操業してもよい。この場合には、脱硫塔１内の充填材層２に堆積する不純物量が大幅に低下し、連続操業時間を延長することができる。

表１に、本発明に係る洗浄・再生方法を使用したテスト洗浄の結果を示す。
洗浄前には、脱硫塔上下において、圧力差が７８ｍｍＨ₂Ｏあり、循環液中にＳＳ量（スラッジ成分）が０．４ｇ／ｌしか含まれていなかったが、テスト洗浄後では、同圧力差が１０ｍｍＨ₂Ｏに減少し、通気性が格段に改善したことが理解される。
また、循環液（洗浄液を含む吸収液）中のＳＳ量は、２６．７ｇ／ｌに増大し、充填材から、大量の堆積物が剥離して、洗浄液を含む吸収液中に分離されたことが判る。

本テスト洗浄に要した費用は、ほぼ洗浄液薬代のみであり、脱硫塔以外の吸収液循環装置各部の洗浄も同時に実施されるメリット等を合わせると、充填材を脱硫塔外に取り出して、洗浄、再生、再充填する従来の洗浄方法に比較して、約１／５〜１／１０程度、さらに、充填材を交換する場合のコストと比較すると、約１／１５〜１／３０程度の費用で、短時間に脱硫塔の洗浄・再生が可能となった。

本発明は、ＣＯＧをはじめとする各種生ガスや排ガス中から、低コスト、且つ短時間で不純物を分離・除去する方法に適用できる。

１脱硫塔
２充填材層
３吸収液塔
４吸収液
５吸収液回収管路
６清浄化槽
７熱交換器
８ポンプ
１１洗浄液槽
１２洗浄液

Claims

内部に充填材を装填した脱硫塔の下部から被処理ガスを導入し、該脱硫塔上部から脱硫用の吸収液を流下させる向流方式の脱硫設備において、該吸収液を脱硫塔上部から流下させ、脱硫塔下部で回収して循環させるための吸収液循環装置内の吸収液に、充填材洗浄用の界面活性剤を主成分とする洗浄液を添加して循環させることで、充填材に付着した不純物を洗浄・除去し、脱硫塔内の充填材を再生することを特徴とする被処理ガス脱硫塔内充填材の洗浄・再生方法。
内部に充填材を装填した脱硫塔と、該脱硫塔下部に設けた被処理ガス導入路と、同塔上部に設けた処理済ガスの排出路と、該脱硫塔上部に設けた吸収液流入路と、同塔下部に設けた吸収液回収路と、該流入路と回収路の間に設けた吸収液再生装置及び吸収液循環装置を備えた向流式被処理ガス脱硫塔に、前記流入路と回収路の間に並列して、充填材洗浄・再生用の界面活性剤を主成分とする洗浄液の添加・貯留装置を設置したことを特徴とする被処理ガス脱硫塔内充填材の洗浄・再生装置。
前記洗浄液の貯留装置が、前記回収路から流入路に向かって、不純物除去機構、洗浄液貯留タンクからなることを特徴とする請求項２に記載の被処理ガス脱硫塔内充填材の洗浄・再生装置。