JP3295123B2 - ガス精製方法及び装置 - Google Patents

ガス精製方法及び装置

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JP3295123B2
JP3295123B2 JP08273192A JP8273192A JP3295123B2 JP 3295123 B2 JP3295123 B2 JP 3295123B2 JP 08273192 A JP08273192 A JP 08273192A JP 8273192 A JP8273192 A JP 8273192A JP 3295123 B2 JP3295123 B2 JP 3295123B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、粒状脱硫脱塵材で形成
された移動床を用いるガス精製方法及び装置、詳しく
は、脱硫材再生工程の後に脱硫材還元工程を有するガス
精製方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】特開昭60−18582号公報や特開平
2−229519号公報には、粒状脱硫材で移動床を形
成し、石炭ガス等のガスを通過させて乾式で脱硫と脱塵
とを同時に行う方法が記載されている。この方法は、高
温高圧にも適用可能で有効な同時脱硫脱塵効果を有する
ガス精製法である。脱硫材としては主に酸化鉄系粒子が
使用される。上記ガス精製方法では、脱硫材粒子は、捕
集ダストを分離除去する工程と脱硫活性を回復する工程
を経て循環使用される。酸化鉄系の場合、空気酸化によ
って再生される。また、特開平2−258059号公報
には、再生ガスをリサイクルして一部を抜き出してS回
収工程に導くことにより、希釈ガスが不要となる、再生
ガス予熱用の供給熱量が低減される。排出SO2 が高濃
度となりS回収過程が効率化される、などのメリットを
有する脱硫材再生方法が示されている。さらに、特開昭
63−291986号公報には、反応器を3塔設置し、
ガスを切り換えて脱硫、再生、還元工程を順番に行う固
定床ハニカム脱硫材を用いた高温還元性ガスの精製方法
が示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】特開昭60−1858
2号公報や特開平2−258059号公報記載の粒状脱
硫材による移動床ガス精製法では、脱硫材再生温度を5
00〜550℃以上に保持しないと、硫黄が硫酸塩(F
eSO4 )として残留し精製塔でガス中に再放出される
ため、脱硫性能が維持できない。ガス精製時の望ましい
脱硫材温度は400〜500℃であり、上記再生温度維
持のためには脱硫材を外部供給熱により予熱するか、再
生反応熱を利用した昇温が必要になる。前者の方法では
熱効率が低下する。後者の方法では再生反応維持のため
に再生塔運転条件(再生ガス組成、供給量、温度等)の
厳密な制御が必要となるうえ、S負荷が低くなると熱量
不足が生じる恐れがある。また、再生ガスをリサイクル
する再生方法では、共存SO2 による反応阻害のため、
再生温度は更に高い600℃以上に保持しないと、硫黄
が残留する。固定床ハニカム触媒を用いたガス精製方法
では、脱硫に要する量の3倍以上の脱硫材と反応器が必
要になり、また、高温高圧ガスを定期的に切り換えると
いう技術的困難さを有する。またハニカム脱硫材に与え
る熱衝撃を抑制するため、再生温度の上限は粒状脱硫材
より低く抑える必要があり、還元工程で除去されるSの
割合が高い。このため還元工程には充分長い反応時間が
必要である。本発明は上記の諸点に鑑みなされたもの
で、脱硫材再生塔から排出された脱硫材を、精製塔に移
送する途中で小型反応器(還元部)内で処理対象ガス
(精製前、精製後の両方の場合があり得る)と接触させ
て還元し、再生後に残留した硫黄分を除去することによ
り、再生温度の厳密な維持、制御を不要とし、脱硫性能
の低下を防ぐようにしたガス精製方法及び装置を提供す
ることを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段及び作用】上記の目的を達
成するために、本発明のガス精製方法は、図1に示すよ
うに、粒状脱硫脱塵材で形成された移動床に処理対象ガ
スを通過させて乾式同時脱硫脱塵を行い、使用済脱硫脱
塵材を再生して循環使用するガス精製方法において、移
動床から排出された使用済脱硫脱塵材の少なくとも一部
を、再生ガスと接触させて酸化再生した後、この脱硫脱
塵材を移動床に供給する前に還元ガスと接触させて還元
することにより、再生後に残留する硫酸塩を除去して、
前記移動床に循環することを特徴としている。本発明の
方法においては、再生後に残留するSは硫酸鉄の形態で
あることと、硫酸鉄は還元雰囲気では容易に分解しSO
2 を放出するという特性を利用し、脱硫材再生塔から排
出された脱硫材を、精製塔に供給される前に還元ガスと
接触させて還元することにより、残留した硫黄分を除去
する。また、脱硫脱塵材としては、鉄、亜鉛等の金属の
酸化物を含有する粒子が用いられる。
【0005】そして、本発明のガス精製装置は、図1に
示すように、粒状脱硫脱塵材10で形成された移動床1
2を備えたガス精製塔14に処理対象ガスを通過させて
乾式同時脱硫脱塵を行い、使用済脱硫脱塵材を再生塔1
6で再生して循環使用するようにしたガス精製装置にお
いて、再生塔16とガス精製塔14との間に、再生塔1
6からの脱硫脱塵材をガス精製塔14に供給する前に
元ガスと接触させて還元することにより、再生後に残留
する硫酸塩を除去するための小型反応器からなる還元部
18を設けたことを特徴としている。20は金網、ルー
バー、パンチングメタル等からなる通気性支持体であ
る。移動床12から排出機22により抜き出された使用
済脱硫脱塵材は、リフトガスブロワ24からのリフトガ
スにより脱硫材リフタ26内を上昇し、ダスト分離器2
8に導入される。ダスト分離器28内で分離されたダス
トは再生塔16へ供給され、微細ダストを含むガスはダ
スト回収フィルタ30へ導入され、ダストが除去された
ガスは、リフトガスとして使用される。
【0006】再生塔16内において、使用済脱硫脱塵材
(ダスト)は空気、酸素、酸素富化空気等の再生ガスと
接触し、脱硫脱塵材が、例えば酸化鉄の場合は、つぎの
反応が起こる。 2FeS+7/2O2 →Fe2 3 +2SO2 また、温度が低い場合などには、本来の再生反応に加
え、副反応として下式の硫酸鉄生成反応が起こる。 FeS+2O2 →FeSO4 ついで、再生塔16からの脱硫脱塵材は還元部18に導
入され、水素を含有する還元ガスと接触してつぎの反応
が生じる。 3Fe2 3 +H2 →2Fe3 4 +H2 O 3FeSO4 +2H2 →Fe3 4 +32 +2H2 O SO2 +3H2 →H2 S+2H2 O このFe3 4 は脱硫脱塵材としてガス精製塔14に導
入され、石炭ガス化ガス等の粗製ガス(処理対象ガス)
と接触反応して、つぎの反応により脱硫されるととも
に、脱塵される。 Fe3 4 +3H2 S+H2 →3FeS+4H2 O 還元部18は、還元塔のような構造や、パイプ状の形状
とすることができる。要は、再生塔から流下する脱硫脱
塵材と還元ガスとが接触する空間を有するものであれば
よい。
【0007】また、図2に示すように、ガス精製塔14
から抜き出した使用済脱硫脱塵材の一部のみを前述と同
様に処理し、残部を使用済脱硫脱塵材循環ライン32に
よりガス精製塔14へ循環する場合もある。また、還元
部18からのガスを、還元部18から排ガスライン34
を経て系外に取り出すこともある。図1においては、再
生工程の前にダスト分離工程を行う場合を示している
が、再生工程の後に還元工程を行なうこと以外は、工程
の順序は異なっても差し支えない。すなわち、ダスト分
離工程を再生工程の後又は還元工程の後に持ってくるよ
うに構成することも可能である。
【0008】図3に示すように、還元ガスとして精製前
の処理対象ガスを用いることもできる。36は粗製ガス
供給管、38は流量調節手段である。また、図4に示す
ように、還元ガスとして精製後の処理対象ガスを昇圧し
て用いることもできる。40は精製ガス供給管、42は
流量調節手段、44は昇圧機で、ガス圧力を移動床の差
圧と圧力損失分との合計以上に昇圧するためのものであ
る。また、図1、図3、図4に示すように、還元過程に
おける排出ガスを再生塔に逆流・導入し、再生ガスとと
もに硫黄回収部に供給する場合がある。この方法におい
ては、還元排ガスをガス精製塔14ではなく再生塔16
側に流すため、還元部18と精製塔14の間にシール用
の不活性ガスを導入し、シールガス導入部の圧力が常に
還元ガス導入部より高くなるようにシールガス流量によ
って制御する。
【0009】
【実施例】以下、本発明の比較例及び実施例について説
明する。 比較例1 H2 S0.2vol %を含む石炭ガス化ガスを脱硫脱塵処
理した酸化鉄系の使用済脱硫脱塵材を再生塔に導入し、
2 希釈空気と接触させて再生した。なお、空気は循環
することなく、ワンスルーで通過させた。O2 分圧は
0.5atm 、反応時間は30分であった。この実験を、
再生反応温度400℃、500℃、600℃と変化させ
て行なった。結果を表1のNo.1、2、3に示す。
【0010】
【表1】
【0011】比較例2 H2 S0.2vol %を含む石炭ガス化ガスを脱硫脱塵処
理した酸化鉄系の使用済脱硫脱塵材を再生塔に導入し、
2 希釈空気と接触させて再生した。なお、空気は一部
抜き出し、残部を再生塔に循環した。O2 分圧は0.5
atm 、SO2 分圧は1atm 、反応時間は30分であっ
た。この実験を、再生反応温度400℃、500℃、6
00℃と変化させて行なった。結果を表1のNo.4、
5、6に示す。
【0012】実施例1 H2 S0.2vol %を含む石炭ガス化ガスを脱硫脱塵処
理した酸化鉄系の使用済脱硫脱塵材を再生塔に導入し、
2 希釈空気と接触させて再生した。この場合、比較例
1に示す循環しない場合で、再生反応温度400℃、O
2 分圧0.5atm 、反応時間30分、。還元反応温度4
00℃、H2 分圧2atm 、反応時間15分とした実験
(No.7)と、比較例2に示す循環した場合で、再生
反応温度400℃、O2 分圧0.5atm 、SO2 分圧1
atm 、反応時間30分、還元反応温度400℃、H2
圧2atm 、反応時間15分とした実験(No.8)とを
行なった。結果を表1に示す。ガス精製装置ではS除去
率は90%以上、望ましくは95%以上必要である。酸
化再生だけでS分を90%以上除去するには、SO2
共存しない場合(循環しない場合)、500℃以上(比
較例1〜3より)、SO2 が共存する場合(循環する場
合)、600℃以上(比較例4〜6より)が必要であ
る。一方、酸化再生後に還元を行うと、再生温度が40
0℃でも還元後のS除去率は90%を越えた(例7、8
より)。
【0013】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 (1) ガス精製後の脱硫脱塵材温度である400〜4
20℃程度で再生を行っても、残留Sは還元過程で除去
されるため、600℃以上で再生した場合と同等の脱硫
性能が維持される。 (2) 還元後に残留しているSは、硫酸鉄ではなく硫
化鉄の形態であるため、精製塔でガス中に再放出される
ことがなく、脱硫性能低下を招かない。 (3) 還元ガスとして粗製ガス又は精製ガスを用いる
場合は、還元ガスの外部供給は不要である。 (4) 還元のために消費される水素量は、還元過程が
ない場合に精製塔で消費される水素量に等しいため処理
対象ガスカロリーには変化はない。 (5) 還元反応は迅速で、昇温も要しない。また、脱
硫脱塵材の移動は固定床とは違って完全に連続的である
ため、還元のための反応容積は小さくて良い。このた
め、脱硫脱塵材移送系の一部にごく小さな反応容器を追
加するか、又は脱硫脱塵材移送配管の一部に還元ガスを
導入し、脱硫脱塵材とは逆に再生塔に向かって流すだけ
で良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガス精製装置の一実施例を示すフロー
シートである。
【図2】本発明のガス精製装置の他の実施例を示すフロ
ーシートである。
【図3】本発明のガス精製装置の他の実施例を示すフロ
ーシートである。
【図4】本発明のガス精製装置のさらに他の実施例を示
すフローシートである。
【符号の説明】
10 粒状脱硫脱塵材 12 移動床 14 ガス精製塔 16 再生塔 18 還元部 28 ダスト分離器 30 ダスト回収フィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C10K 1/02 C10K 1/32 1/32 B01D 53/34 126 (56)参考文献 特開 平2−258013(JP,A) 特開 平1−203020(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C10K 1/22

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粒状脱硫脱塵材で形成された移動床に処
    理対象ガスを通過させて乾式同時脱硫脱塵を行い、使用
    済脱硫脱塵材を再生して循環使用するガス精製方法にお
    いて、 移動床から排出された使用済脱硫脱塵材の少なくとも一
    部を、再生ガスと接触させて酸化再生した後、この脱硫
    脱塵材を移動床に供給する前に還元ガスと接触させて還
    することにより、再生後に残留する硫酸塩を除去
    て、前記移動床に循環することを特徴とするガス精製方
    法。
  2. 【請求項2】 使用済脱硫脱塵材の少なくとも一部に含
    まれるダストを分離する過程を有する請求項1記載のガ
    ス精製方法。
  3. 【請求項3】 還元ガスとして精製前の処理対象ガスを
    用いることを特徴とする請求項1又は2記載のガス精製
    方法。
  4. 【請求項4】 還元ガスとして精製後の処理対象ガスを
    昇圧して用いることを特徴とする請求項1又は2記載の
    ガス精製方法。
  5. 【請求項5】 還元過程における排出ガスを再生塔に逆
    流・導入し、再生ガスとともに硫黄回収部に供給するこ
    とを特徴とする請求項1、2、3又は4記載のガス精製
    方法。
  6. 【請求項6】 粒状脱硫脱塵材(10)で形成された移
    動床(12)を備えたガス精製塔(14)に処理対象ガ
    スを通過させて乾式同時脱硫脱塵を行い、使用済脱硫脱
    塵材を再生塔(16)で再生して循環使用するようにし
    たガス精製装置において、 再生塔(16)とガス精製塔(14)との間に、再生塔
    (16)からの脱硫脱塵材をガス精製塔(14)に供給
    する前に還元ガスと接触させて還元することにより、再
    生後に残留する硫酸塩を除去するための小型反応器から
    なる還元部(18)を設けたことを特徴とするガス精製
    装置。
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