JP2018176122A - 不純物除去剤の再生システム - Google Patents

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誠 小林
靖 小沢
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Abstract

【課題】不純物除去剤に付着した汚損物を取り除く再利用のための洗浄を行い、不純物除去機能を回復させることで、不純物除去剤を再生する。【解決手段】処理塔24から取り出された脱硫触媒26を浸漬容器34に浸漬し、水によりタールやダスト(汚損物)を除去し、水により汚損物が除去された脱硫触媒26を風乾燥部45で乾燥し、続いて、温風乾燥部46で残水分を除去・乾燥し、乾燥状態の脱硫触媒26を処理塔24に充填し、脱硫触媒26に付着した汚損物を水により取り除く再利用のための洗浄を行い、触媒機能を回復させることで、脱硫触媒26を洗浄再生する。【選択図】 図3

Description

本発明は、不純物除去剤に付着した汚損物を除去して再生する不純物除去剤の再生システムに関する。
発電設備では、ガス精製装置で生成された燃料ガスの不純物を除去するガス精製設備が備えられ、各種の不純物除去装置により、生成されたガス化ガスに含まれる各種の不純物が除去されている(特許文献1参照)。また、発電設備では、発電動力を得た後の排気ガスを浄化する浄化設備が備えられ、各種の不純物除去装置により、排気ガスの浄化処理が施されて大気に放出されている。
ガス精製設備や浄化設備の不純物除去装置には、不純物を捕捉したり、化学転化したりするための触媒や除去剤(不純物除去剤)が備えられ、不純物除去剤は、固定床の容器に充填されている。不純物除去剤は、定期的にパージ等の処理が施され、捕捉物が放出されて除去性能が維持されている。
不純物除去装置の不純物除去剤は、不純物以外に、タールやダスト等の汚損物が付着したり、経時劣化により破損が生じたりする。使用時間が長くなり、所定期間が経過した場合、不純物を除去する触媒や除去剤として使用できなくなる状態になる。このため、使用に耐え得る期間が経過した後は、新品の触媒や除去剤に交換しているのが現状である。
不純物除去剤は、材料費が安いものであれば頻繁に交換してもコストの影響は受けにくいが、例えば、ハニカム構造体のように、形状が特殊な物は、材料費が安くても加工費は高いものであるため、頻繁に交換した場合、コストの影響を受けやすい状況となっている。経時劣化により不純物除去剤そのものが破損した場合には、不純物除去剤を交換する必要があるものの、汚損物が付着した状態であれば、汚損物を除去することで使用期間を延ばすことができ、コストを低減することが可能になる。
特開平11―116975号公報
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、不純物除去剤に付着した汚損物を取り除く再利用のための洗浄を行い、不純物除去機能を回復させることで、不純物除去剤を再生することができる不純物除去剤の再生システム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に係る本発明の不純物除去剤の再生システムは、処理ガスが流通する処理容器に不純物除去剤が充填された不純物除去装置において、前記処理容器から取り出された前記不純物除去剤が収容され、流体により汚損物を除去する汚損物除去処理部と、前記汚損物除去処理部で前記汚損物が除去された前記不純物除去剤を前記処理容器に充填する充填処理部とを備えたことを特徴とする。
請求項1に係る本発明では、汚損物除去処理部に不純物除去剤が収容されて汚損物が流体により除去され、汚損物が除去された不純物除去剤は充填処理部により処理容器に充填される。このため、不純物除去剤に付着した汚損物を流体により取り除く再利用のための洗浄を行い、不純物除去機能を回復させることで、不純物除去剤を再生(洗浄)することが可能になる。
本発明で説明している汚損物の定義としては、不純物除去剤で除去される不純物そのものではなく、不純物除去剤に付着して不純物除去機能を邪魔する物質を示している。不純物除去剤が触媒であれば、触媒機能を邪魔する物質(例えば、タールやダスト)を示している。そして、汚損物の除去は、不純物除去剤で除去された処理ガス中の不純物を不純物除去剤から放出することではなく、不純物除去剤に付着した汚損物を取り除いて不純物除去機能(触媒機能)を回復させ、不純物除去剤を再利用するための洗浄が行われることである。
そして、請求項2に係る本発明の不純物除去剤の再生システムは、請求項1に記載の不純物除去剤の再生システムにおいて、前記処理容器には前記不純物除去剤が前記処理ガスの流通方向に沿って複数充填され、前記汚損物除去処理部では、前記処理ガスの流通方向上流側から前記不純物除去剤が取り出され、前記充填処理部は、先に取り出された前記不純物除去剤を前記処理ガスの流通方向下流側に充填することを特徴とする。
請求項2に係る本発明では、処理ガスの流通方向上流側から不純物除去剤が取り出され、先に取り出された不純物除去剤を処理ガスの流通方向下流側に充填するので、処理ガスの流通方向下流側の不純物除去剤が取り出された後、下流側の不純物除去剤汚損物を除去している間に、汚損物が除去された上流側の不純物除去剤を下流側に充填することができる。
また、請求項3に係る本発明の不純物除去剤の再生システムは、請求項1もしくは請求項2に記載の不純物除去剤の再生システムにおいて、前記流体は水であることを特徴とする。
請求項3に係る本発明では、水を用いて不純物除去剤から汚損物を除去することができる。具体的には、不純物除去剤を所望の温度に制御した水(温水、熱水等)に浸漬したり、所望の温度に制御した水(温水、熱水等)を噴射して吹きつけたりしたりすることができる。
また、請求項4に係る本発明の不純物除去剤の再生システムは、請求項3に記載の不純物除去剤の再生システムにおいて、前記汚損物除去処理部は、水が満たされることで前記不純物除去剤が浸漬される浸漬容器と、前記浸漬容器との間で水が循環される水タンクとを含むことを特徴とする。
請求項4に係る本発明では、水が満たされた浸漬容器に不純物除去剤が浸漬されて汚損物が除去される。浸漬容器の中の水は、水タンクとの間で循環され、汚損物を除去するための水(洗浄のための水)は交換されて使用される。
また、請求項5に係る本発明の不純物除去剤の再生システムは、請求項4に記載の不純物除去剤の再生システムにおいて、前記水タンクには、排水処理手段が接続されていることを特徴とする。
請求項5に係る本発明では、循環される水が汚れた場合、水タンク内の水が排水処理手段に送られて処理される。不純物除去剤の再生システムとして、発電所のガス精製設備や排ガス浄化設備の不純物除去設備に適用されている場合、ガス精製設備や排ガス浄化設備に設置されている既存の排水処理手段を用いることができる。
また、請求項6に係る本発明の不純物除去剤の再生システムは、請求項4もしくは請求項5に記載の不純物除去剤の再生システムにおいて、前記充填処理部は、前記汚損物が除去されて前記浸漬容器から取り出された前記不純物除去剤を乾燥させる乾燥部を含むことを特徴とする。
請求項6に係る本発明では、浸漬容器に浸漬されて汚損物が除去された不純物除去剤は、浸漬容器から取り出されて乾燥部で乾燥される。乾燥は、自然乾燥、強制乾燥(例えば、ファンによる強制風乾燥、熱を加える熱乾燥、強制風と熱を加える温風乾燥、減圧による乾燥)を適宜組み合わせることができる。
また、請求項7に係る本発明の不純物除去剤の再生システムは、請求項6に記載の不純物除去剤の再生システムにおいて、前記乾燥部は、前記浸漬容器から取り出された前記不純物除去剤を自然に乾燥させる風乾燥部を含むことを特徴とする。
請求項7に係る本発明では、不純物除去剤を天日、自然風等により自然に乾燥させることができる。
また、請求項8に係る本発明の不純物除去剤の再生システムは、請求項7に記載の不純物除去剤の再生システムにおいて、前記乾燥部は、前記風乾燥部で自然乾燥された前記不純物除去剤を強制的に乾燥させる強制乾燥部を含むことを特徴とする。
請求項8に係る本発明では、自然乾燥された不純物除去剤を強制的に乾燥させて流体分を除去することができる。流体による汚損物の除去を行った際に、万一、汚損物が残留した場合であっても、強制乾燥部で不純物除去剤を強制的に乾燥させることで、残留した汚損物を完全に除去することができる。強制乾燥部での乾燥は、ファンによる強制風乾燥、熱を加える熱乾燥、強制風と熱を加える温風乾燥、減圧による乾燥を適用することができる。
また、請求項9に係る本発明の不純物除去剤の再生システムは、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の不純物除去剤の再生システムにおいて、前記不純物除去剤は、ハニカム構造の充填物であることを特徴とする。
請求項9に係る本発明では、ハニカム構造の充填物、例えば、ハニカム構造の脱硫剤の汚損物を除去することができる。
本発明の不純物除去剤の再生システムは、不純物除去剤に付着した汚損物を取り除く再利用のための洗浄を行うことで、不純物除去剤を再生することが可能になる。
本発明の一実施例に係る不純物除去剤の再生システムが使用されている石炭ガス複合発電設備の全体構成図である。 本発明の一実施例に係る不純物除去剤の再生システムを備えた乾式ガス精製設備の概略系統図である。 本発明の一実施例に係る不純物除去剤の再生システムの概略構成を表す系統図である。
以下に不純物除去剤の再生システムの実施例として、不純物除去剤としてのハニカム構造の脱硫剤を備えた乾式ガス精製設備の脱硫装置(不純物除去装置)における再生システムを例に挙げて説明する。不純物除去剤としては、ペレット充填物等、固定床の反応器に充填できる不純物除去剤が適用される。
処理容器に充填されたハニカム構造の脱硫剤が取り出され、汚損物除去処理部で流体により汚損物が除去され、汚損物が除去された脱硫剤は、充填処理部で処理容器に充填される状態に処理されて処理容器に充填される。流体としては、液体である、水(所望温度に昇温された水)、有機溶媒、酸、アルカリ、洗剤・界面活性剤、その他の水溶液を適用することができる。また、流体としては、ガスである、空気、窒素、酸素、混合ガスを適用することができる。
液体の供給方法としては、液体の場合、シャワーにより不純物除去剤に液体を噴射する、不純物除去剤を液体に浸漬することが適用される。ガスの供給方法としては、常温・常圧供給、常温・加圧供給、加熱・常圧供給、加熱・加圧供給が適用される。
本実施例の不純物除去剤の再生システムでは、汚損物除去処理部に不純物除去剤が収容されて汚損物が流体により除去され、汚損物が除去された不純物除去剤は充填処理部により処理容器に充填される。このため、不純物除去剤に付着した汚損物を流体により取り除く再利用のための洗浄を行うことで、不純物除去剤を再生(洗浄)することが可能になる。
本実施例で説明する汚損物の定義としては、不純物除去剤で除去される不純物そのものではなく、不純物除去剤に付着して不純物除去機能を邪魔する物質を示している。不純物除去剤が触媒であれば、触媒機能を邪魔する物質(例えば、タールやダスト)を示している。そして、汚損物の除去は、不純物除去剤で除去された処理ガス中の不純物を不純物除去剤から放出することではなく、不純物除去剤に付着した汚損物を取り除いて不純物除去機能(触媒機能)を回復させ、不純物除去剤を再利用するための洗浄が行われることである。
以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。
図1には本発明の一実施例に係る不純物除去剤の再生システムが使用されている石炭ガス複合発電設備の全体の構成を説明する概略系統、図2には本発明の一実施例に係る不純物除去剤の再生システムを備えた図1中の乾式ガス精製設備を説明する概略系統、図3には本発明の一実施例に係る不純物除去剤の再生システムの構成を説明する概略系統図を示してある。
図1に基づいて石炭ガス複合発電設備の全体の構成を説明する。
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は所定の温度に調整されて乾式ガス精製設備4に送られ、乾式ガス精製設備4で不純物が除去されて精製されて燃料ガスfとされる。具体的には後述するが、乾式ガス精製設備4に、本発明の一実施例に係る不純物除去剤の再生システムが使用されている。
燃料ガスfはタービン設備の燃焼器5に送られる。即ち、タービン設備は圧縮機6及び膨張タービン7を備え、圧縮機6で圧縮された圧縮空気と燃料ガスfが燃焼器5に送られる。燃焼器5では燃料ガスfが燃焼され、燃焼ガスが膨張タービン7に送られて膨張されて動力が得られる。膨張タービン7の排気ガスは排熱回収ボイラー8で熱回収され、排煙処理装置9で排煙処理されて煙突10から大気に放出される。
圧縮機6及び膨張タービン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では膨張タービン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。
直列に接続された膨張タービン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、膨張タービン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に基づいて不純物除去剤の再生システムを備えた乾式ガス精製設備の全体の構成を説明する。
所定温度に調整された石炭ガス化ガスgは、ダストフィルタ20で固形の不純物が除去された、ハロゲン化物除去装置21に導入され、ハロゲン化物吸収剤22によりハロゲン化物が除去される。ハロゲン化物除去装置21でハロゲン化物が除去された石炭ガス化ガスgは不純物除去装置としての脱硫装置23に送られる。
脱硫装置23は処理容器としての処理塔24を有し、処理塔24には図中上下方向に(石炭ガス化ガスgの流通方向に沿って)充填物として4つの脱硫剤ブロック25(ハニカム構造の触媒:不純物除去剤)が充填されている。脱硫剤ブロック25は、亜鉛フェライトをハニカム形状化し、ハニカム構造の脱硫触媒を複数個集合させた触媒ブロックとされている。
処理塔24の上部から下部に石炭ガス化ガスgを流通させることで、4つの脱硫剤ブロック25に石炭ガス化ガスgが順次接触し、亜鉛フェライト(ZnFe)の鉄と亜鉛が相乗して硫化水素(HS)や硫化カルボニル(COS)等が除去される。脱硫剤ブロック25の脱硫触媒は、定期的に、硫化物が放出されて触媒再生処理が施されるようになっている。
脱硫装置23で硫黄成分が除去されたガスは水銀除去塔27に送られ、水銀除去塔27では、銅を主体として水銀を吸収する銅系吸収剤により水銀が吸収される。水銀除去塔27で水銀が除去されたガスはダストフィルタ28に送られる。ダストフィルタ28では、ガス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。ダストフィルタ28で不純物が物理的に濾過されたガスは、図示しない熱交換装置で所定の温度に昇温され、高温の燃料ガスfとされて燃焼器5(図1参照)に供給される。
上述した乾式ガス精製設備4の脱硫装置23では、運転時間の経過と共に、脱硫剤ブロック25(脱硫触媒)にタールやダスト等、触媒機能を邪魔する物質が付着するのが現状である。このため、脱硫装置23には、脱硫剤ブロック25(脱硫触媒)に付着した汚損物を除去して再生(洗浄)する洗浄再生設備31が備えられ、硫化物の放出処理等の触媒再生処理とは別に、洗浄の再生処理が行われるようになっている。
洗浄再生設備31は、脱硫剤ブロック25の脱硫触媒26が収容されて汚損物が水により除去される汚損物除去処理部32と、汚損物が除去された脱硫触媒26を乾燥させて処理塔24に充填する充填処理部33とを備えている。
図3に基づいて洗浄再生設備31を具体的に説明する。図3に示すように、脱硫剤ブロック25は、複数の脱硫触媒26がブロック化されて処理塔24に充填されている。
汚損物除去処理部32として、水(温水、熱水を含む)が満たされることで脱硫触媒26が浸漬される浸漬容器34が備えられ、浸漬容器34には水タンク35から水が供給される。浸漬容器34と水タンク35の間には、ポンプ36及び開閉弁37が備えられ、ポンプ36の駆動制御と開閉弁37の開閉制御により、浸漬容器34と水タンク35の間で水が循環されるようになっている。
そして、水タンク35には排水処理手段41が接続され、水タンク35と排水処理手段41の間には排水ポンプ42及び排水開閉弁43が備えられ、排水ポンプ42の駆動制御と排水開閉弁43の開閉制御により、水タンク35の水が排水処理手段41に排水される。排水処理手段41としては、乾式ガス精製設備4や排煙処理装置9に設置されている既存の排水処理手段を用いることができる。
充填処理部33の乾燥部として、汚損物が除去された脱硫触媒26を自然に乾燥させる風乾燥部45が備えられている。風乾燥部45では、汚損物が除去された脱硫触媒26が自然風等により風が当てられて自然に乾燥される。また、脱硫触媒26が天日の下で自然に乾燥される。
風乾燥部45で乾燥された脱硫触媒26は、充填処理部33の乾燥部の強制乾燥部として、温風乾燥部46に送られ、ファンにより熱を加えた風(温風)を強制的に脱硫触媒26に当てることで、温風により残水分が除去・乾燥される。温風乾燥部46で残水分が除去・乾燥された(飛ばされた)脱硫触媒26は、処理塔24に再充填される。
温風乾燥部46での乾燥は、ファンにより風を強制的に当てる乾燥、熱を加える熱乾燥、減圧による乾燥を適用することができる。温風乾燥部46で脱硫触媒26を強制的に乾燥させて水分を強制的に除去することで、水による汚損物の除去を行った際に、万一、汚損物が残留した場合であっても、残留した汚損物を完全に除去することができる。
尚、汚損物が除去された脱硫触媒26を風乾燥部45で乾燥し、温風乾燥部46で強制乾燥させることなく処理塔24に再充填し、設備の起動時に処理塔24の中で残水分を飛ばすようにすることも可能である。
上述した再生システム(洗浄の再生処理を行うシステム)では、所定の期間毎に、もしくは、タールやダスト(汚損物)の付着状況、脱硫処理能力の状況等に基づいて、洗浄の再生処理が実施される。処理塔24の蓋24aが外され、上段の脱硫剤ブロック25の脱硫触媒26から順次取り出される。
処理塔24から取り出された脱硫触媒26は、水が満たされた浸漬容器34に浸漬されて洗浄される。例えば、所定時間浸漬されることでタールやダスト(汚損物)が除去される。洗浄が終了した脱硫触媒26は風乾燥部45に送られて乾燥され、続いて、温風乾燥部46で残水分が除去・乾燥される。風乾燥部45(温風乾燥部46)には複数の脱硫触媒26が順次運ばれる。
脱硫剤ブロック25の脱硫触媒26が石炭ガス化ガスgの流通方向上流側の処理塔24から順次取り出される。最下流の脱硫剤ブロック25の脱硫触媒26が取り出された後、最初に取り出されて温風乾燥部46で残水分が除去・乾燥された脱硫触媒26が石炭ガス化ガスgの流通方向下流側の処理塔24に充填される。
石炭ガス化ガスgの流通方向上流側の処理塔24から脱硫触媒26が順次取り出され、先に取り出された脱硫触媒26を石炭ガス化ガスgの流通方向下流側の処理塔24に充填するので、石炭ガス化ガスgの流通方向下流側の脱硫触媒26が取り出されて洗浄している間に、汚損物が除去された上流側の脱硫触媒26を処理塔24の下流側に充填することができる。このため、上流側、下流側の脱硫触媒26の汚損状態を均等に維持することができる。
浸漬容器34で洗浄を行っている間、ポンプ36の駆動制御と開閉弁37の開閉制御により、浸漬容器34と水タンク35の間で水が連続して循環され、洗浄のための水が交換されて使用されるようになっている。水の循環は、適宜間隔で間欠的に行うことも可能である。
そして、水タンク35の水が汚損物で汚れた場合、排水ポンプ42の駆動制御と排水開閉弁43の開閉制御により、水タンク35の水が排水処理手段41に排水される。同時に、水タンク35に新たな水が補充される。このため、浸漬容器34と水タンク35の間で循環される水が汚れた場合、水タンク35内の水を排水処理手段41で処理することができる。
上述した不純物除去剤の再生システムでは、処理塔24から取り出された脱硫触媒26が浸漬容器34に浸漬されて水によりタールやダスト(汚損物)が除去される。水により汚損物が除去された脱硫触媒26が風乾燥部45に送られて自然乾燥され、続いて、温風乾燥部46で残水分が強制的に除去・乾燥される。そして、乾燥状態の脱硫触媒26が処理塔24に充填される。
このため、脱硫触媒26に付着した汚損物を水により取り除いて再利用のための洗浄を行い、触媒機能を回復させることで、脱硫触媒26を洗浄再生することが可能になる。
本発明は、不純物除去剤の再生システム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
4 乾式ガス精製設備
5 燃焼器
6 圧縮機
7 膨張タービン
8 排熱回収ボイラー
9 排煙処理装置
10 煙突
11 蒸気タービン
12 発電機
20、28 ダストフィルタ
21 ハロゲン化物除去装置
22 ハロゲン化物吸収剤
23 脱硫装置
24 処理塔
25 脱硫剤ブロック
26 脱硫触媒
27 水銀除去塔
31 洗浄再生設備
32 汚損物除去処理部
33 充填処理部
34 浸漬容器
35 水タンク
36 ポンプ
37 開閉弁
41 排水処理手段
42 排水ポンプ
43 排水開閉弁
45 風乾燥部
46 温風乾燥部

Claims (9)

  1. 処理ガスが流通する処理容器に不純物除去剤が充填された不純物除去装置において、
    前記処理容器から取り出された前記不純物除去剤が収容され、流体により汚損物を除去する汚損物除去処理部と、
    前記汚損物除去処理部で前記汚損物が除去された前記不純物除去剤を前記処理容器に充填する充填処理部とを備えた
    ことを特徴とする不純物除去剤の再生システム。
  2. 請求項1に記載の不純物除去剤の再生システムにおいて、
    前記処理容器には前記不純物除去剤が前記処理ガスの流通方向に沿って複数充填され、
    前記汚損物除去処理部では、前記処理ガスの流通方向上流側から前記不純物除去剤が取り出され、
    前記充填処理部は、先に取り出された前記不純物除去剤を前記処理ガスの流通方向下流側に充填する
    ことを特徴とする不純物除去剤の再生システム。
  3. 請求項1もしくは請求項2に記載の不純物除去剤の再生システムにおいて、
    前記流体は水である
    ことを特徴とする不純物除去剤の再生システム。
  4. 請求項3に記載の不純物除去剤の再生システムにおいて、
    前記汚損物除去処理部は、
    水が満たされることで前記不純物除去剤が浸漬される浸漬容器と、
    前記浸漬容器との間で水が循環される水タンクとを含む
    ことを特徴とする不純物除去剤の再生システム。
  5. 請求項4に記載の不純物除去剤の再生システムにおいて、
    前記水タンクには、排水処理手段が接続されている
    ことを特徴とする不純物除去剤の再生システム。
  6. 請求項4もしくは請求項5に記載の不純物除去剤の再生システムにおいて、
    前記充填処理部は、
    前記汚損物が除去されて前記浸漬容器から取り出された前記不純物除去剤を乾燥させる乾燥部を含む
    ことを特徴とする不純物除去剤の再生システム。
  7. 請求項6に記載の不純物除去剤の再生システムにおいて、
    前記乾燥部は、
    前記浸漬容器から取り出された前記不純物除去剤を自然に乾燥させる風乾燥部を含む
    ことを特徴とする不純物除去剤の再生システム。
  8. 請求項7に記載の不純物除去剤の再生システムにおいて、
    前記乾燥部は、
    前記風乾燥部で自然乾燥された前記不純物除去剤を強制的に乾燥させる強制乾燥部を含む
    ことを特徴とする不純物除去剤の再生システム。
  9. 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の不純物除去剤の再生システムにおいて、
    前記不純物除去剤は、ハニカム構造の充填物である
    ことを特徴とする不純物除去剤の再生システム。
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