JP3774827B2

JP3774827B2 - 火山性ガス除去システム

Info

Publication number: JP3774827B2
Application number: JP2002228086A
Authority: JP
Inventors: 元竹之内; 眞司牧野; 佳洋斎藤
Original assignee: Shinryo Corp
Current assignee: Shinryo Corp
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2022-08-06
Also published as: JP2004066090A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、噴火活動中の火山近くで作業を行うにあたり、火山性ガスから避難するための建物を設ける場合に、その取り入れ用外気からＳＯ₂ を含む火山性ガスを除去して作業者の安全を図るためのシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
噴火活動中の火山、例えば三宅島などで発電所の改修工事や公共施設の新築・改修工事を行う場合、作業者がＳＯ₂ を含む火山性ガスから避難するための建物を設ける必要がある。このような建物に適用する火山性ガス除去システムは、安全性が高くランニングコストが低いものが望ましいが、従来の脱硫装置では本格的な設備となり、大規模な工事を必要とするため適用が困難である。
【０００３】
ＳＯ₂ を含むガスを処理する湿式・乾式の排煙脱硫装置は広く知られており、特開昭６２−８７２２６号「乾式排煙脱硫方法」では脱離塔と硫黄回収系との間に水スプレーとこれに続く充填塔よりなる洗浄塔を設置している。特開平９−１９２４４６号「水スクラバ式廃ガス処理装置」では、ノズルからスクラバ液を噴霧し、廃ガスとスクラバ液を充填材層を通過させて処理している。特公昭５６−４１２９４号「排ガス脱硫方法」では、亜硫酸ガスを含む排ガスを海水と接触させることにより亜硫酸ガスを亜硫酸塩として海水に吸収させる工程が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、噴火活動中の火山近くに設けられる火山性ガスから避難するための建物において、その取り入れ用外気からＳＯ₂ を含む火山性ガスを除去するための信頼性が高く低コストのシステムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の前述した課題は、火山近くの建物の取り入れ外気からＳＯ₂ を含む火山性ガスを除去するシステムであって、ＮａＯＨ水溶液を用いて気液接触による化学反応によりＳＯ₂ を除去するスクラバー装置と、触媒を添着した活性炭を用いて酸素と反応させ、ＳＯ₂ を硫酸・硫黄の形にして活性炭内に吸着させる乾式除去装置とを備え、建物の外部及び内部でのＳＯ₂ のガス濃度に対応して前記スクラバー装置と前記乾式除去装置の一方又は両方を通過させるように制御しながら火山性ガスを除去するようにした火山性ガス除去システムによって達成される。
【０００６】
【作用】
各種の薬剤溶液を用いて気液接触による化学反応によりＳＯ₂ を除去するスクラバー装置はすでに知られており、また、活性炭を用いて酸素と反応させＳＯ₂ を硫酸・硫黄の形にして活性炭内に吸着させる乾式除去装置もすでに知られているが、本発明はこれら２系統の装置を組み合わせて、ＳＯ₂ のガス濃度に対応して前記スクラバー装置と前記乾式除去装置の一方又は両方を通過させるように制御しながら火山性ガスを除去するようにした点に特徴がある。
これら２系統の装置を組み合わせることにより、信頼性が高いシステムで火山性ガスを有効に除去することができる。
ＮａＯＨを含む薬剤溶液を代替・あるいは補助するために海水を使用することもでき、海水を使用した場合はｐＨ調整が不要となり薬剤の量を節約することができるから、ランニングコストを低下させることができる。
以下、本発明による好適な実施形態を添付図面を参照しながら説明する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の好適な態様による火山性ガス除去システム１０の全体回路図であり、最大想定濃度が２０ｐｐｍのＳＯ₂ を含む火山性ガスを外気取入口から取り入れて、多孔板式スクラバーと乾式フィルターを通過させることにより、緊急宿舎（室）内でのフィルター出口ガス濃度を０．１ｐｐｍ以下にすることを目指している。
【０００８】
このシステム１０は、ＮａＯＨ水溶液を用いて気液接触による化学反応によりＳＯ₂ を除去するスクラバー装置１２と、触媒を添着した活性炭を用いて酸素と反応させ、ＳＯ₂ を硫酸・硫黄の形にして活性炭内に吸着させる乾式除去装置（フィルター）１４とを備え、作業者が避難するための緊急宿舎９０の外部でのＳＯ₂ ガス濃度と、緊急宿舎９０の内部でのＳＯ₂ ガス濃度とを測定しながら、スクラバー装置１２と乾式除去装置１４の一方（乾式除去装置）又は両方を通過させるように制御しながら火山性ガスを除去するようになっている。
【０００９】
図１において、ファン１８の作動により外気取入口２０から導入された外気は、３個のモーターダンパー２１，２２，２３で遮断・開放されながら、ダクト１５又は１６（ミスト除去フィルター付き）とダクト１７を通過して、乾式フィルター１４で濾過された清浄な空気が緊急宿舎９０内に送り込まれる。緊急宿舎内で使用された用済み後の空気は、排気ファン８０が作動することにより、排気口８５内に取り付けられたモーターダンパー２４を通じて外部へと放出される。すなわち、このシステムではＳＯ₂ ガス濃度に関わりなく、導入空気は常に乾式除去装置１４を通過するように作られている。外気取入口２０から導入された外気が、ダクト経路１６を通過（スクラバー装置１２が稼働）している場合は、排気ファン８０は停止しており、室９０内は加圧状態となり、室内圧を１０〜２０Ｐａに保持している。
排気口８５内に取り付けられるダンパー２４は室内での圧力を１０〜２０Ｐａに保持できるように、及びダンパーのリーク防止等を考慮し、高気密型のものを採用することが望ましい。
【００１０】
乾式フィルター１４での触媒添着活性炭による酸化反応は
二酸化イオウに対して、
ＳＯ₂ ＋１／２Ｏ₂ −（触媒）→ＳＯ₃
ＳＯ₃ ＋Ｈ₂ Ｏ→Ｈ₂ ＳＯ₄ （活性炭吸着保持）
硫化水素に対して、
Ｈ₂ Ｓ＋１／２Ｏ₂ −（触媒）→ＳＯ₃ ＋Ｈ₂ Ｏ
ＳＯ₂ ＋２Ｈ₂ Ｓ−（触媒）→３Ｓ（活性炭吸着保持）＋Ｈ₂ Ｏ
ＳＯ₂ ＋１／２Ｏ₂ −（触媒）→ＳＯ₃
ＳＯ₃ ＋Ｈ₂ Ｏ→Ｈ₂ ＳＯ₄ （活性炭吸着保持）
などで表わされる。
【００１１】
外気取入口２０でのＳＯ₂ ガス濃度が低い場合、例えば１ｐｐｍ未満である場合は、ダンパー２２が開放し、ダンパー２３が閉鎖されて導入外気は多孔板式スクラバー装置１２を通過することなく、ダクト１５・１７を通過して乾式フィルター１４へと送られる。この場合、システム１０は乾式脱硫装置として機能する。
この場合、さらに室内でのＳＯ₂ ガス濃度が検出限界以下、すなわち０．０５ｐｐｍ以下である場合に排気装置８０を運転して強制的に排気を行う強制排気モード（モードＡ）と、室内でのＳＯ₂ ガス濃度が０．０５〜０．１ｐｐｍまでの低濃度で排気装置８０の運転を停止して自然排気を行う自然排気モード（モードＢ）とに分けて運転することにより、システム全体のランニングコストを低下させることができる。
【００１２】
外気取入口２０でのＳＯ₂ ガス濃度が高い場合、例えば１ｐｐｍ以上である場合は、ダンパー２２が閉鎖され、ダンパー２３が開放して導入外気が多孔板式スクラバー装置１２へと送り込まれる。スクラバー装置１２で薬液との接触による化学反応でＳＯ₂ の大部分が中和され、ダクト１６，１７を経て乾式フィルター１４へと送り込まれる。スクラバーによる湿式除去と乾式フィルターによる乾式除去とでＳＯ₂ ガスはほぼ完全に除去され、緊急宿舎９０内での作業者の安全が保たれる。排気装置８０の運転は停止させておく（モードＣ）。
【００１３】
スクラバー装置１２は、ＮａＯＨ水溶液循環タンク３０内からポンプ３３で汲み上げた溶液を充填塔１３内を落下させて火山性ガスが多孔板を通過する際に気液接触化学反応を起こさせてＳＯ₂ を除去する装置である。この化学反応は
ＳＯ₂ ＋２ＮａＯＨ→Ｈ₂ Ｏ＋Ｎａ₂ ＳＯ₃
Ｈ₂ Ｓ＋２ＮａＯＨ→２Ｈ₂ Ｏ＋Ｎａ₂ Ｓなどで表される。
【００１４】
循環タンク３０内には、市水引込管２６から市水タンク２７に貯留された上水などが給水ポンプ２８で導入されており、一方、ＮａＯＨ溶液は、隣接配置された水溶液タンク３４からポンプ３５で供給されている。本システムの立地条件によっては、薬液の量を節約するために海水供給管４０から海水を導入することもできる。海水を導入し、海水のみを使用すればシステムのランニングコストを低減させることができる。ただし海水導入は、ｐＨが６〜８で外気中のＳＯ₂ ガス濃度が６ｐｐｍ以下の場合に限定することが望ましい。
【００１５】
さらに、このスクラバー装置１２には、循環タンク３０内からの排出液を中和させて排出処理するために、中和攪拌タンク３６が接続されており、この中和攪拌タンク３６には５％Ｈ₂ ＳＯ₄ 水溶液タンク３８からの酸性液がポンプ３７で供給されるようになっている。ここでの排水処理反応（硫化ナトリウム化）は
ＮａＯＨ＋Ｈ₂ ＳＯ₄ →Ｎａ₂ ＳＯ₄ ＋２Ｈ₂ Ｏとなる。
図１において、スクラバー制御盤３９はポンプ２８・３３・３５・３７等の作動を制御するようになっている。
【００１６】
さらにこのシステム１０には、スクラバー装置・ポンプ・制御系統などに非常用電源を供給するバックアップ設備として、Ａ重油の油タンク５０、油ポンプ５１、オイルサービスタンク５２、発電機５４などが備えられている。
外気中のＳＯ₂ ガス濃度が２０ｐｐｍ以上か、あるいは室内のＳＯ₂ ガス濃度が２ｐｐｍ以上になった場合には、酸欠防止のためファン１８を作動させて外気の取り入れを行うと共に、作業者はマスクをして防護する。ＳＯ₂ ガス濃度がさらに上昇した場合、あるいはファンが故障したような非常時には、全てのダンパーを閉鎖し、全てのポンプを停止させて、作業者は避難する。
【００１７】
図２は、緊急宿舎９０が２階建である場合の火山性ガス除去システム７０における運転パターンを説明するための図である。この場合、１Ｆ側を代表室と考え室内側ＳＯ₂ ガス濃度計センサー７２を１Ｆ側の室内９０Ａに配置し、室外側ＳＯ₂ ガス濃度計センサー７１を建物の外側に配置し、各センサーが検知したガス濃度の表示計７３，７４を室内側に配置する。２つの表示計は同じ室内に設置することもできる。また、各室内にそれぞれ乾式フィルター１４ａ，１４ｂを配置する。
【００１８】
この火山性ガス除去システム７０においても、図１の火山性ガス除去システム１０と同様に、次の３つのモードで運転を行うことが好適である。
まず、ガス濃度センサー７１により検知される外気取入口２０でのＳＯ₂ ガス濃度が低い場合、例えば１ｐｐｍ未満である場合は、ダンパー２２が開放し、ダンパー２３が閉鎖されて導入外気は多孔板式スクラバー装置１２を通過することなく、ダクト１５・１７を通過して乾式フィルター１４へと送られる。この場合、システム７０は乾式脱硫装置として機能する。
この場合、さらにガス濃度センサー７２により検知される室内でのＳＯ₂ ガス濃度が検出限界以下、すなわち０．０５ｐｐｍ以下である場合に排気装置８０ａ，８０ｂを運転して強制的に排気を行う強制排気モード（モードＡ）と、室内でのＳＯ₂ ガス濃度が０．０５〜０．１ｐｐｍまでの低濃度で排気装置８０ａ，８０ｂの運転を停止して自然排気を行う自然排気モード（モードＢ）とに分けて運転することにより、システム全体のランニングコストを低下させることができる。
【００１９】
外気取入口２０でのＳＯ₂ ガス濃度が高い場合、例えば１ｐｐｍ以上である場合は、ダンパー２２が閉鎖され、ダンパー２３が開放して導入外気が多孔板式スクラバー装置１２へと送り込まれる。スクラバー装置１２で薬液との接触による化学反応でＳＯ₂ の大部分が除去され、ダクト１６，１７を経て乾式フィルター１４へと送り込まれる。スクラバーによる湿式除去と乾式フィルターによる乾式除去とでＳＯ₂ ガスはほぼ完全に除去され、緊急宿舎内の室９０ａ，９０ｂでの作業者の安全が保たれる。排気装置８０ａ，８０ｂの運転は停止させておく（モードＣ）。
【００２０】
ガス濃度センサー７１により検知される外気中のＳＯ₂ ガス濃度が２０ｐｐｍ以上か、あるいはガス濃度センサー７２により検知される室内のＳＯ₂ ガス濃度が２ｐｐｍ以上になった場合には、酸欠防止のためファン１８を作動させて外気の取り入れを行うと共に、作業者はマスクをして防護する。ＳＯ₂ ガス濃度がさらに上昇した場合、あるいはファンが故障したような非常時には、全てのダンパーを閉鎖し、全てのポンプを停止させて、作業者は避難する。
【００２１】
上述した運転パターンを理解しやすいように表にまとめたものを表１として次に示す。
【表１】

【００２２】
上表において、ＭＤ−１はモーターダンパー２１、ＭＤ−２はモーターダンパー２４，２４ａ，２４ｂ、ＭＤ−３はモーターダンパー２２、ＭＤ−４はモーターダンパー２３にそれぞれ対応している。
なお、上述のシステムでは乾式フィルターを全てのモードで使用しＳＯ₂ ガス濃度が高い場合だけスクラバー装置を使用するように配置したが、スクラバ装置を全てのモードで使用しＳＯ₂ ガス濃度が高い場合だけ乾式フィルターを使用するように配置することもできる。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳細に説明した如く、本発明による火山性ガス除去システムによれば次のような利点が得られ、その技術的効果には極めて顕著なものがある。
（１）特性の異なる２つの除去装置を直列に設置したので、片側の装置が故障しても残りの装置が稼働することにより安全性が向上する
（２）発生ガスの濃度に応じて回路をバイパスさせ、運転モードを切り替えて運転できるので、各装置での除去対応量を調整し、運転時間の延長を図ることができる
（３）海水を利用することでランニングコストを低減し、薬剤の追加によるｐＨ調整やｐＨ値の監視作業を不要にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による火山性ガス除去システム全体を表す回路図である。
【図２】第２の態様による火山性ガス除去システム全体を表す回路図である。
【符号の説明】
１０，７０火山性ガス除去システム
１２スクラバー装置
１３充填塔
１４乾式除去装置
１５，１６，１７ダクト
１８外気取入用ファン
２０外気取入口
２１，２２，２３，２４ダンパー
２７市水タンク
３０循環タンク
３９スクラバー制御装置
４０海水供給管
７１，７２ガス濃度センサー
７３，７４ガス濃度表示計
８０排気装置
８５排気口
９０緊急宿舎

Claims

火山近くの建物の取り入れ外気からＳＯ₂ を含む火山性ガスを除去するシステムであって、
ＮａＯＨ水溶液を用いて気液接触による化学反応によりＳＯ₂ を除去するスクラバー装置と、
触媒を添着した活性炭を用いて酸素と反応させ、ＳＯ₂ を硫酸・硫黄の形にして活性炭内に吸着させる乾式除去装置とを備え、
建物の外部及び内部でのＳＯ₂ のガス濃度に対応して前記スクラバー装置と前記乾式除去装置の一方又は両方を通過させるように制御しながら火山性ガスを除去することを特徴とする火山性ガス除去システム。
前記スクラバー装置に海水を取り入れるようになっている請求項１記載の火山性ガス除去システム。