JP3581565B2

JP3581565B2 - 脱硫反応器の触媒パック構造

Info

Publication number: JP3581565B2
Application number: JP16037698A
Authority: JP
Inventors: 正晃吉川; 曉芹澤; 治内藤; 隆栗崎; 陽太郎柳本; 敬古小林
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1998-06-09
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2018-06-09
Also published as: JPH11347363A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脱硫反応器の触媒パック構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、排ガス中の硫黄酸化物の除去方法として、石灰石または消石灰スラリーを吸収剤として用いて、排ガス中の硫黄分を石膏として回収する石灰−石膏法が採用されている。
他の方法としては、乾式法の活性炭による吸着法が知られている
【０００３】
従来の石灰−石膏法では、石灰石または消石灰スラリーを排ガス中にスプレーすることにより、排ガスの増湿冷却及びＳＯ_Ｘの吸収を同時に行っている。このため、多量のスラリーを循環する必要があり、スラリーを循環するための動力及び多量の水が必要となる。また、生成した石膏は、スラリー状態であるため、水を分離し、石膏として回収するための装置が必要になる。このように、石灰−石膏法では、脱硫設備の大型化や複雑化が避けられない。
【０００４】
一方、乾式法の場合、活性炭に吸着した硫黄分を水洗によって脱離させるため、大量の水を必要とする。しかも、この方法の場合、生成した希硫酸の廃棄や、吸着材の乾燥処理等が必要になる。
そこで、硫黄酸化物の吸収剤や大型の脱硫設備を必要としない簡易な脱硫方法として、表面に水が付着した脱硫反応用活性炭素繊維と接触させて、該排ガス中のＳＯ_２をＳＯ_３に酸化させると共に、該ＳＯ_３と該脱硫反応用活性炭素繊維上の水との反応によって硫酸を生成させる脱硫装置について、本発明者らは開発を行った。
【０００５】
しかし、このような脱硫装置で用いられる脱硫反応器（吸収塔）内では、生成する希硫酸の濃度が触媒表面で６０％以上となり、脱硫反応用触媒を内蔵する触媒パックに通常の金属材料を用いた場合腐蝕に耐えることができない。ハステロイＣのような材料では耐えることができるが、高価であり不適当である。また、脱硫反応器の内部構造の単純化を図り、特段の支持部材なしに触媒パックを多段に積み重ねることができるようにするためには、単に耐食性だけではなく、一定の強度も必要である。
【０００６】
そこで、図５に示すようにガラス強化繊維（ＦＲＰ）で構成したボックス構造２０１と、グレーチング構造２０２とを組み合わせた触媒パック構造を開発した。しかし、このグレーチング構造２０２は引き抜き部材を用いており、図６に示すように接合部ではＦＲＰ繊維２０３が途切れており、多段に積み重ねた場合にも耐え得る強度を備えていなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に対して、酸に対する十分な耐食性と多段に積み重ねた場合にも耐え得る十分な強度を備えた脱硫反応器の触媒パック構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明にかかる脱硫反応器の触媒パック構造は、表面に水が付着した脱硫反応用活性炭素繊維と接触させて、該排ガス中のＳＯ_２をＳＯ_３に酸化させると共に、該ＳＯ_３と該脱硫反応用活性炭素繊維上の水との反応によって硫酸を生成させる脱硫反応器の触媒パック構造において、耐食材料によって構成したボックス容器内に、耐食材料によって一体成形した触媒支持用グレーチング構造を配設してなることを特徴とする。グレーチング構造を一体成形することによって強度を向上させることができる。
【０００９】
上記触媒支持用グレーチング構造は、樹脂を含浸したガラスロービングヤーンをグレーチングの型に巻き付けることにより成形した触媒支持用グレーチング構造とする。これによって縦横の部材が交差する格子点においてガラス繊維が途切れることがなく、強度の向上を図ることができるからである。すなわち、フィラメントワインデイング法によって作製することができる。
上記ボックス容器は例えばハンドレアップ法で作製することができる。この方法によってガラス繊維等の繊維で強化した合成樹脂製のサーフェイスマット、ロービングクロスによる耐食層を備えたものを一体成形することができる。
【００１０】
ボックス容器には四角にコーナーポストを設けることができる。コーナーポストの断面はトラス構造とし、形成される柱状の空間にレジンコンクリートを流し込み固化させるようにすることができる。これによって積層した際の強度を向上させることができる。ポストはコーナーポストだけでなく、壁面にも設けることができる。
触媒支持用グレーチング構造と、ボックス容器とを構成する樹脂は、ビニルエステル系樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、等の耐食性を備えた合成樹脂を採用することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面に示した実施の形態を参照しながら本発明にかかる脱硫反応器の触媒パック構造を説明する。
図１に本発明にかかる脱硫反応器の触媒パック構造の一実施の形態を分解して示す。この実施の形態では、ボックス容器１内に、一体成形した触媒支持用グレーチング構造の格子２を配設するようにしている。このようにして形成される触媒パック構造に脱硫触媒３が収納される。
【００１２】
触媒支持用グレーチング構造の格子２はフィラメントワインデイング法によって作製する。この方法ではガラスロービングを前もって樹脂に含浸し、過剰な樹脂分をスクイーズした後、ガラスロービングに張力を与えながらグレーチング型に巻き付けて硬化させる。すなわち、樹脂を含浸したガラス繊維を型に巻き付けることによって十分な強度を備えたＦＲＰの触媒支持用グレーチング構造を得ることができる。得られる格子２では格子部材の接合点においてＦＲＰ繊維が途切れることがなく十分な強度を備えることとなる。
【００１３】
ボックス容器１のボックス構造はハンドレアップ法で作製する。この方法は型に離型剤を塗布した後に、ロールハケを使用して行う。まず、０．３―０．５ｍｍ厚サーフェイスマットを使用した耐食層を作る。次に、補強材としてマット、ロービングクロス等を用いて必要な厚み、必要な強度まで積層する。
触媒支持用グレーチング構造２と、ボックス容器１とを構成する樹脂は、ビニルエステル系樹脂等の耐食性を備えた合成樹脂を採用すること好適である。これによって、硫酸濃度８０％、温度１００℃の腐蝕環境に耐えることができる。また触媒パック構造全体としての重量も金属材料を使用した場合に比べて軽量化することができる。
【００１４】
さらに、このボックス容器１にはコーナーポスト４が設けられている。このコーナーポスト４は通常少なくともボックス容器１の四角に設ける。図示の実施の形態では壁面中間にもポスト５、５が設けられている。コーナーポスト４は板状部材６をコーナーに接着等により固定することにより形成され、断面トラス構造となるように構成する。これによって形成される三角柱状の空間にレジンコンクリートを流し込み固化させて構造強化を図ることができる。また、ポスト５も断面Ｌ字状部材７を壁面に接着等により固定することにより形成され、断面トラス構造となるように構成する。同様にして形成される三角柱状の空間にレジンコンクリートを流し込み固化させて構造強化を図ることができる。
格子２をボックス容器１に組み込んだ状態を図２に示す。なお、格子２は縁部８を備えるが、ボックス容器１に配設可能なように分割（例えば２分割）されており、触媒３も四隅、四辺、中央部の順に設置することにより問題なく組み込むことができる。すなわち、容器１と縁部８とは一体成形することができる。
【００１５】
脱硫触媒３は図１に示すように複数のエレメントが一のボックス容器１に組み込まれるようになっている。脱硫触媒３は排ガスがボックス容器１の上下方向に流れるガス平行流型触媒である。ガス平行流型とは、格子状、ハニカム状又は板状等の規則正しく形成配列された脱硫触媒３のガス通路を排ガスが平行に流れる方式である。脱硫触媒３の個々のエレメントはこのように構成されている。ばい塵により触媒が閉塞しないようにするため、この方式が好適である。
【００１６】
脱硫触媒３をボックス容器１に収納した状態、すなわち本発明の触媒パック構造の一態様を図３に示す。ボックス容器１内において、格子２の上に脱硫触媒３が安定に支持される。格子２は前記したように十分な強度を備えている。また、ボックス容器はポスト４、５を備えており、上下に複数のボックス容器１を積み重ねても支障はない。
ボックス容器１は触媒ユニットとしてホイスト操作によって移動し、反応容器に充填される。
【００１７】
本発明にかかる触媒パック構造が使用される排ガスの処理方法において、脱硫の対象となるガスは、二酸化硫黄（ＳＯ_２）を含むガスである。ＳＯ_２濃度は、任意であるが、特に２００〜５００ｐｐｍ程度であると、より効率的に脱硫することができる。
また、脱硫の際、ＳＯ_２をＳＯ_３に酸化するのに酸素（Ｏ_２）が用いられるため、排ガス中に酸素を含むか、または、別途、酸素を排ガス中に供給する必要がある。排ガス中の酸素の含有量は３容量％から２１容量％以下である。
ＳＯ_２およびＯ_２以外のガス成分としては、通常、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素等の成分を含み得る。
ガスの流量は、通常、脱硫反応用活性炭素繊維の単位重量当たり、０．２〜１リットル／ｇ・分程度である。
【００１８】
本発明で用いる脱硫反応用活性炭素繊維は、排ガス中のＳＯ_２がＳＯ_３に酸化する際に触媒として働く。
このような脱硫反応用活性炭素繊維の製造方法を以下、説明する。
原料となる活性炭素繊維の種類としては、特に制限はなく、ピッチ系、ポリアクリロニトリル系、フェノール系、セルロース系等の活性炭素繊維を用いることができる。これらの中でも、特に活性炭素繊維の表面の疎水性のより高いものが望ましく、具体的にはピッチ系活性炭素繊維等を挙げることができる。
【００１９】
活性炭素繊維は、窒素ガス等の非酸化雰囲気下で、通常６００〜１，２００℃程度の温度で熱処理される。処理時間は、処理温度等に応じて適宜定めればよい。この熱処理により、本発明で用いる脱硫反応用炭素繊維を得ることができる。脱硫反応用活性炭素繊維は、熱処理により親水性である酸素官能基の一部または全部がＣＯ、ＣＯ_２等として除去されているので、処理前に比べて疎水性の大きな表面となっている。このため、ＳＯ_２の酸化活性点へのＳＯ_２の吸着が容易に起こり、しかも生成する硫酸の排出も速やかに進行する結果、触媒の機能が阻害されることなく、脱硫反応が促進される。
【００２０】
脱硫反応用活性炭素繊維の製造例の具体例は、例えば、次の通りである。
具体例１
ピッチ系活性炭素繊維（「ＯＧ−２０Ａ」、アドール（株）製）を用い、これを窒素雰囲気中で９００〜１，２００℃の温度範囲内で１時間焼成する。
具体例２
ポリアクリロニトリル系活性炭素繊維（「ＦＥ−３００」、東邦レーヨン（株）製）を用い、これを窒素雰囲気中で８００〜１，２００℃の温度範囲内で１時間焼成する。
【００２１】
本発明で用いられる脱硫反応用活性炭素繊維の性状は、通常、太さが７〜２０μｍ、比表面積が５００〜２，５００ｍ^２／ｇ、外表面積が０．２〜２．０ｍ^２／ｇ、細孔直径が４５オングストローム以下である。
ピッチ系、ポリアクリロニトリル系、フェノール系、セルロース系の各脱硫反応用活性炭素繊維の組成式等を表１に示す。なお、表１中の数値は、通常の値を示すにすぎず、これらの数値範囲外のものも存在し得る。
【００２２】
【表１】

【００２３】
次に、本発明にかかる脱硫反応器の触媒パック構造を使用した排ガス処理方法の実施形態の一例を、図４を参照しつつ説明する。
図４において、ボイラ１０１から排出された硫黄酸化物を含有する排ガスは、ポンプ１０２を経由して、ガス−ガスヒータ（ＧＧＨ）１０３によって冷却された後、集塵器（ＥＳＰ）１０４内で除塵され、吸収塔（脱硫反応器）１０６の上部の導入口１０５から吸収塔１０６内に導入される。吸収塔１０６への導入時の排ガスの温度は、９０℃程度である。吸収塔内に導入された排ガスは、排ガスの増湿冷却用の水の散布器１０７から散布される水と接触して、冷却されると共に、相対湿度が増加し、通常、飽和状態（相対湿度＝１００％）となる。
【００２４】
増湿冷却された排ガスは、吸収塔１０６内の中央部に充填されている脱硫反応用活性炭素繊維層１０８（本発明にかかる脱硫反応器の触媒パック構造を用いたもの）内を下方に向かって通過する。なお、脱硫反応用活性炭素繊維層１０８は、予め、脱硫反応用活性炭素繊維層１０８の上方または近傍に設けられる水の供給器１０９によって水を供給し、活性炭素繊維の表面に水が付着した状態としておく。排ガス中のＳＯ_２は、脱硫反応用活性炭素繊維の表面でＳＯ_３に酸化される。生成したＳＯ_３は、脱硫反応用活性炭素繊維に付着している水と反応して、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）となる。生成した硫酸は、脱硫反応用活性炭素繊維層１０８から落下して、吸収塔１０６の底部から排出され、ポンプ１１０を経て、硫酸貯留槽１１１に貯留され、工業用に用いられる。
【００２５】
排ガスの増湿冷却用の水として、系外から導入される水を用いるか、または、図示するように、吸収塔の下部から排出される水（希硫酸）をポンプ１１２によって循環させて用いることができる。循環水を用いると、水の使用量を節減することができる。
脱硫反応用活性炭素繊維層１０８に硫酸生成用に供給される水についても、同様に、系外からの水または吸収塔から排出される循環水を用いることができる。
排ガスの増湿冷却用の水の散布器１０７と、脱硫反応用活性炭素繊維層への硫酸生成用の水の供給器１０９は、兼用してもよい。兼用することによって、脱硫装置全体の構成を簡略化することができる。
吸収塔１０６内で脱硫された排ガスは、吸収塔１０６の下部の排出口１１３から排出されて、ガス−ガスヒータ１０３で加熱された後、煙突１１４から排出される。
なお、上記排ガス処理方法に限らず、少なくとも同様の脱硫反応用活性炭素繊維層を用いる排ガス処理方法であれば、本発明にかかる脱硫反応器の触媒パック構造を採用することができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、酸に対する十分な耐食性と多段に積み重ねた場合にも耐え得る十分な強度を備えた脱硫反応器の触媒パック構造が提供される。この触媒パック構造には、ビニルエステル系樹脂等の耐食材料を用いることができ、腐蝕環境に耐えることができる。また、金属材料を用いていた場合に比較して軽量化を図ることができる。そして、一体成形の部品であるボックス容器と耐食材料触媒支持用グレーチング構造とを組み合わせることにより、高強度を得ることができ、加工費、組立費を低減することができる。
また、多段の積層が可能な触媒パック構造とすることにより、反応器の内部構造を単純化することができる。さらに、耐食条件により同じ材料強度でも安価な樹脂の選定が可能であり、コストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる脱硫反応器の触媒パック構造の一実施の形態を説明する分解斜視図である。
【図２】本発明にかかる脱硫反応器の触媒パック構造の一実施の形態を説明する斜視図である。
【図３】本発明にかかる脱硫反応器の触媒パック構造の一実施の形態を説明する図２のＡ―Ａ線による端面図である。
【図４】本発明にかかる脱硫反応器の触媒パック構造を採用した排煙脱硫装置を含む排煙脱硫システムの一例を示す概略図である。
【図５】従来の脱硫反応器の触媒パック構造を説明する斜視図である。
【図６】従来の脱硫反応器の触媒パック構造において、ガラス強化繊維の状態を説明する部分平面図である。
【符号の説明】
１ボックス容器
２触媒支持用グレーチング構造
３脱硫触媒
４コーナーポスト
５ポスト
６板状部材
７断面Ｌ字状部材
８縁部
１０１ボイラ
１０２ポンプ
１０３ガス−ガスヒータ
１０４集塵器
１０５導入口
１０６吸収塔
１０７水の散布器
１０８脱硫反応用活性炭素繊維層
１０９水の供給器
１１０ポンプ
１１１硫酸貯留槽
１１２ポンプ
１１３排出口
１１４煙突
２０１ボックス構造
２０２グレーチング構造
２０３ＦＲＰ繊維

Claims

表面に水が付着した脱硫反応用活性炭素繊維と接触させて、該排ガス中のＳＯ₂ をＳＯ₃ に酸化させると共に、該ＳＯ₃ と該脱硫反応用活性炭素繊維上の水との反応によって硫酸を生成させる脱硫反応器の触媒パック構造において、耐食材料によって構成したボックス容器内に、耐食材料によって一体成形した触媒支持用グレーチング構造を配設し、該触媒支持用グレーチング構造を、樹脂を含浸したガラスロービングヤーンをグレーチングの型に巻き付けることにより成形した触媒支持用グレーチング構造としたことを特徴とする脱硫反応器の触媒パック構造。
請求項１の脱硫反応器の触媒パック構造において、上記ボックス容器にポストを設け、該ポストの断面をトラス構造とし、形成される柱状の空間にレジンコンクリートを流し込み固化させるようにしたことを特徴とする脱硫反応器の触媒パック構造。