JP3678604B2

JP3678604B2 - 排ガス処理方法及び装置

Info

Publication number: JP3678604B2
Application number: JP08388399A
Authority: JP
Inventors: 英志市川
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: JP2000271435A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス処理方法及び装置に関し、特に、吸着装置と脱離装置の間で炭素質吸着剤を循環させ、排ガス中の汚染物質を炭素質吸着剤に吸着させて処理する排ガス処理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排ガス中の硫黄酸化物を除去する排ガス処理装置として、排ガスを活性炭等の炭素質吸着剤と接触させることにより、硫黄酸化物を炭素質吸着剤に吸着させて除去する脱硫装置が知られている。この脱硫装置においては、吸着後の炭素質吸着剤は、加熱処理することで吸着物を脱離させて再生された後、再使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この炭素質吸着剤の吸着性能は、吸着・脱離を繰り返すことで変化することが知られている。そして、炭素質吸着剤は、一部が吸着・脱離のサイクル中で粉状や灰化することは避けられず、サイクルを繰り返すたびにその量は減少してしまうため、減少分だけ新規の炭素質吸着剤を追加する必要がある。吸着後の炭素質吸着剤を下側から取り出し、再生した炭素質吸着剤を上側へと戻すことで、炭素質吸着剤を所定時間装置内に滞留させる広く用いられているタイプの吸着装置においては、この結果、サイクル数の異なる炭素質吸着剤が内部に混在してしまうが、吸着性能の評価が困難であるため、吸着性能の変化に拘らず同一条件で運転を行っていた。
【０００４】
本発明は、上記問題点に鑑みて、吸着装置内部の炭素質吸着剤の吸着性能を推定し、吸着性能に応じて運転状態を変化させることが可能な排ガス処理方法及び装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の排ガス処理方法は、吸着装置と脱離装置間で炭素質吸着剤を循環させ、吸着装置で炭素質吸着剤に吸着させた排ガス中の汚染物質を、脱離装置で炭素質吸着剤を加熱することで脱離して除去する排ガス処理方法において、（１）吸着装置からの炭素質吸着剤の取出量と、吸着装置への炭素質吸着剤の戻し量を計測あるいは判定して、その差を基にして炭素質吸着剤の追加の補給量を決定する工程と、（２）決定した補給量に基づいて吸着装置へ炭素質吸着剤を追加して補給する工程と、（３）取出量、戻し量、補給量に基づいて吸着装置内部に充填されている炭素質吸着剤の吸着・脱離サイクル数分布を推定する工程と、（４）推定した吸着・脱離サイクル数分布を基にして吸着装置内部に充填されている炭素質吸着剤の吸着性能を推定する工程と、（５）推定した吸着性能に応じて各装置の運転状態を制御する工程と、を備えていることを特徴とする。
【０００６】
一方、本発明の排ガス処理装置は、（１）充填した炭素質吸着剤中に排ガスを通過させて排ガス中の汚染物質を炭素質吸着剤に吸着させる吸着装置と、（２）吸着装置から所定量の炭素質吸着剤を取り出す吸着剤取出手段と、（３）取り出した炭素質吸着剤を加熱して、吸着させた汚染物質を脱離させることで炭素質吸着剤を再生する脱離装置と、（４）脱離装置で再生された炭素質吸着剤中の不要物を除去する分離装置と、（５）吸着装置への炭素質吸着剤の戻し量を判定する戻し量判定手段と、（６）新規の炭素質吸着剤を吸着装置へと補給する補給手段と、（７）これらの取出量と戻し量を基にして、補給手段で補給する炭素質吸着剤の補給量を制御するとともに、取出量、戻し量、補給量を基にして吸着装置の内部に充填されている炭素質吸着剤の吸着・脱離サイクル数分布、さらにその吸着性能を推定し、推定した吸着性能に応じてシステム全体の運転状態を制御する制御装置と、を備えていることを特徴とする。
【０００７】
吸着剤の取出量、戻し量、補給量を監視することにより、吸着装置内部に充填されている吸着剤の吸着・脱離サイクル数別の内訳、つまりサイクル数分布を推定することができる。吸着・脱離サイクル数に対する吸着剤の吸着性能変化を求めておけば、この推定吸着・脱離サイクル数分布から現在の吸着装置の吸着性能が求まる。この吸着性能に応じて吸着装置を含むシステム全体の運転状態を制御することで、効率の良い運転が可能となる。
【０００８】
ここで、運転状態制御には、取出量を調整して炭素質吸着剤の吸着装置内での滞留時間の所定範囲内への制御を含んでもよい。このようにすると、炭素質吸着剤がまだ吸着可能な状態であるにも拘らず脱離装置に移送されたり、逆に、すで０に吸着困難な状態であるにも拘らず吸着装置に留まっていたりすることがなくなり、各吸着サイクルにおいて、効率良く汚染物質を吸着することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１０】
図１に本発明に係る排ガス処理装置の全体構成図を示す。この装置は、主として排ガス中に含まれる硫黄酸化物を除去する脱硫装置であり、炭素質吸着剤として活性炭が充填され、通過させる排ガス中の汚染物質を吸着して除去する吸着装置１と、吸着後の活性炭を加熱して吸着した汚染物質を脱離させ、活性炭の再生を行う脱離装置２を備えている。そして、吸着装置１と脱離装置２とは、ラインＬ３で接続され、このラインＬ３上には、吸着装置１からの活性炭の取出量を調整する流量調整バルブ６が配置されている。
【００１１】
脱離装置２の吸着剤出口には、ラインＬ５を介して吸着剤と粉化した活性炭を篩い分けする分離装置３が接続されている。このラインＬ５には、流量調整バルブ７が配置されている。分離装置３は、ラインＬ６により吸着装置１に接続され、吸着装置１→脱離装置２→分離装置３→吸着装置１という活性炭の循環経路を構成する。吸着装置１には、さらに、ラインＬ８を介して活性炭補給装置４が接続されており、ラインＬ８には、流量調整バルブ８が配置されている。そして、分離装置のダスト排出ラインＬ７には、質量流量計９が配置されている。さらに、各流量調整バルブ６〜８と質量流量計９の入出力は、制御装置５に接続されている。
【００１２】
続いて、この装置の動作、すなわち、本発明に係る排ガス処理方法について説明する。
【００１３】
ラインＬ１から供給された排ガスは、吸着装置１内に充填されている活性炭と接触することで、排ガス中に含まれる汚染物質、例えば、硫黄酸化物が活性炭に吸着されて除去される。処理済排ガスは、ラインＬ２を介して排出される。
【００１４】
吸着後の活性炭は、吸着装置１から取り出され、ラインＬ３を介して脱離装置２へと供給される。吸着装置１からの取出量は、制御装置５が流量調整バルブ６を制御することにより調整される。この取出量を調整することで、吸着装置１内における活性炭の滞留時間を調整することができる。そして、この活性炭の滞留時間は、後述する手法により得られた吸着装置１内の活性炭の脱硫性能推定値を基にして、最適な滞留時間となるよう調整されている。
【００１５】
脱離装置２内部では、活性炭を加熱することにより吸着した硫黄酸化物等を脱離させて活性炭の再生を行う。脱離ガスはラインＬ４を介して図示していない回収装置等の処理装置へと送られる。一方、再生された活性炭は、ラインＬ５を介して分離装置３へと送られる。分離装置３では、吸着・脱離サイクルを経て粉化した活性炭が篩い分けされ、ラインＬ７を介して取り除かれて処理される。粉化した活性炭が取り除かれた再生活性炭は、ラインＬ６を介して吸着装置１へと戻される。制御装置５は、除去された粉化した分の量を質量流量計９でモニターし、相当する量の活性炭を新たに活性炭補給装置４からラインＬ８を介して吸着装置１へと供給する。この供給量の調整は、流量調整バルブ８を制御することで行われる。つまり、ラインＬ６から吸着装置１へと供給される活性炭の戻し量とラインＬ８から吸着装置１へと供給される活性炭の補給量の和がラインＬ３により吸着装置１から取り出される活性炭の取出量に一致するように制御される。
【００１６】
続いて、吸着装置１内の活性炭の脱硫性能の推定について詳細に説明する。図２は、吸着・脱離を１サイクルとして、サイクル数に対する脱硫性能の変化を新品、つまり、１度も吸着を行っていないサイクル数０の活性炭の脱硫性能を１として基準化した値βの変化として表したグラフである。図に示されるように、脱硫性能は、サイクル数が増すほど高くなる。サイクル数の異なる活性炭が混在している場合には、これらの活性炭中のサイクル数の分布がわかれば、サイクル数ごとに活性炭の脱硫性能を評価し、最終的に全体の脱硫性能を評価することが可能となる。
【００１７】
図３は、吸着装置１→脱離装置２→分離装置３→吸着装置１で形成される循環経路内における活性炭のサイクル数分布の循環サイクルによる変化を模式的に表した図である。以下、循環サイクルの１サイクルとは、活性炭が循環経路を一巡する期間を指すものとする。ここで、Ａ（ｎ）をｎ回目の循環サイクルにおける循環経路内の活性炭の総量（以下、総流通量と呼ぶ）［ｍ³］、ａ_n（ｉ）をこの循環サイクルにおけるサイクル数がｉの活性炭の量［ｍ³］、ｍをｎ回目の循環サイクルにおいて残存する活性炭のうち最大のサイクル数、Ｐ（ｎ）をｎ回目の循環サイクルにおける補給活性炭量［ｍ³］とする。すると、それぞれの循環サイクルで、
【００１８】
【数１】

【００１９】
が成立する。
【００２０】
ここで、ｎ−１回目の循環サイクルにおける活性炭のサイクル数分布が既知であるとき、ｎ回目の循環サイクルにおける活性炭のサイクル数分布は、以下のようにして求められる。
【００２１】
まず、ｎ−１回目の循環サイクルの開始から終了までの間の流量調整バルブ８による補給活性炭量を積算することで、Ｐ（ｎ）を求める。このｎ−１回目の循環サイクルの終了は、流量調整バルブ６による吸着装置１からの活性炭の取出量をサイクル開始から積算してＡ（ｎ−１）と一致した時点とすることで、判定可能である。
【００２２】
つぎに、ｎ−１回目の循環サイクルにおいて、サイクル数が多いものから粉化し、分離装置３で分離されたものとみて、補給分Ｐ（ｎ）に達するまでａ_n-1（ｉ）から除去していき、ｎ回目の循環サイクルの各サイクル数の活性炭量を求める。
【００２３】
具体的には、ｎ−１回目の循環サイクルにおける活性炭の最大サイクル数をｍ’とし、ｋを次式によって定義する。
【００２４】
【数２】

【００２５】
ｎ回目の循環サイクルの活性炭量ａ_n（ｉ）は次式によって表せる。
【００２６】
【数３】

【００２７】
こうしてｎ回目の循環サイクルにおける活性炭のサイクル数分布が求まる。活性炭の脱硫性能Ｊ（ｎ）は、予め求めておいたサイクル数ｉにおける活性炭の脱硫性能特性β（ｉ）を用いて次式によって求めることができる。
【００２８】
【数４】

【００２９】
図４は、こうして得られた脱硫性能Ｊ（ｎ）を０回目の循環サイクル、つまり、新品の活性炭の脱硫性能と比較して示したグラフの一例である。横軸のプロット間隔がまばらなのは、脱硫性能に応じて活性炭の滞留時間を変化させたためである。
【００３０】
本発明の炭素質吸着剤としては、石炭などを酸化処理、熱処理あるいは水蒸気などで賦活して得られる活性炭、活性コークス、活性チャーなどが一般的に使用されるが、これらにバナジウム、鉄、マンガンなどの金属化合物を坦持させたものも使用可能である。
【００３１】
上記の実施形態では、脱硫性能を評価する例を説明したが、本発明は脱硫以外にも脱硝など各種の吸着性能を評価して性能に応じた運転制御に適用することが可能である。評価する性能は１つでなく、複数を組み合わせて評価してもよい。運転制御としては、排ガス負荷量の調整などを用いてもよい。また、サイクル数分布の推定アルゴリズムは上記のものに限られるものではない。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、吸着装置内の炭素質吸着剤のサイクル数分布を推定して、これを基にして炭素質吸着剤の吸着性能を評価して、評価した吸着性能に応じて装置の運転条件を制御しているので、炭素質吸着剤を効率良く使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排ガス処理装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】活性炭の脱硫性能の吸着・脱離サイクルによる変化を示す図である。
【図３】循環経路内における活性炭のサイクル数分布の循環サイクルによる変化を模式的に表した図である。
【図４】吸着装置内の活性炭の脱硫性能の循環サイクルによる変化例を示すグラフである。
【符号の説明】
１…吸着装置、２…脱離装置、３…分離装置、４…活性炭補給装置、５…制御装置、６〜８…流量調整バルブ、９…質量流量計、Ｌ１〜Ｌ８…ライン。

Claims

吸着装置と脱離装置との間で炭素質吸着剤を循環させ、前記吸着装置で前記炭素質吸着剤に吸着させた排ガス中の汚染物質を、前記脱離装置で前記炭素質吸着剤を加熱することで脱離して除去する排ガス処理方法において、
前記吸着装置からの炭素質吸着剤の取出量と、前記吸着装置への炭素質吸着剤の戻し量を計測あるいは判定して、その差を基にして炭素質吸着剤の追加の補給量を決定する工程と、
決定した前記補給量に基づいて前記吸着装置へ炭素質吸着剤を追加して補給する工程と、
前記取出量、戻し量、補給量に基づいて前記吸着装置内部に充填されている炭素質吸着剤の吸着・脱離サイクル数分布を推定する工程と、
推定した吸着・脱離サイクル数分布を基にして前記吸着装置内部に充填されている炭素質吸着剤の吸着性能を推定する工程と、
推定した吸着性能に応じて前記排ガス処理装置の運転状態を制御する工程と、
を備えていることを特徴とする排ガス処理方法。
前記運転状態を制御する工程は、前記取出量を調整することで、前記炭素質吸着剤の前記吸着装置内での滞留時間を所定範囲内に制御する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の排ガス処理方法。
充填した炭素質吸着剤中に排ガスを通過させて排ガス中の汚染物質を前記炭素質吸着剤に吸着させる吸着装置と、
前記吸着装置から所定の取出量の炭素質吸着剤を取り出す吸着剤取出手段と、取り出した炭素質吸着剤を加熱して、吸着させた汚染物質を脱離させることで前記炭素質吸着剤を再生する脱離装置と、
前記脱離装置で再生された炭素質吸着剤中の不要物を除去する分離装置と、
前記吸着装置への炭素質吸着剤の戻し量を判定する戻し量判定手段と、
新規の炭素質吸着剤を前記吸着装置へと補給する補給手段と、
前記取出量と戻し量を基にして、前記補給手段で補給する炭素質吸着剤の補給量を制御するとともに、前記取出量、戻し量、補給量を基にして前記吸着装置の内部に充填されている炭素質吸着剤の吸着・脱離サイクル数分布、さらにその吸着性能を推定し、推定した吸着性能に応じてシステム全体の運転状態を制御する制御装置と、
を備えている排ガス処理装置。
前記制御装置の運転状態制御は、前記吸着剤取出手段を制御して前記取出量を調整することで、前記炭素質吸着剤の前記吸着装置内での滞留時間の所定範囲内への制御を含むことを特徴とする請求項３記載の排ガス処理装置。