JP3790369B2

JP3790369B2 - 排煙脱硫装置

Info

Publication number: JP3790369B2
Application number: JP16038098A
Authority: JP
Inventors: 正晃吉川; 昭典安武; 佳彦土山; 隆栗崎; 敬古小林; 勲持田
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: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2018-06-09
Also published as: JPH11347354A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種燃料を燃焼させるボイラ、ガスタービン、エンジン、燃焼炉等から排出される排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯ_X）を除去するための排煙脱硫装置に関する。
【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、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、活性炭による吸着法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の石灰−石膏法では、多量の水および硫黄酸化物の吸収剤が必要である。そのため、脱硫設備の大型化や複雑化が避けられない。
また、活性炭による吸着法の場合、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。
本発明の目的は、硫黄酸化物の吸収剤や大型の脱硫設備を必要とせず、かつ、脱硫に用いる水の量が少なくてすむ排煙脱硫装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の排煙脱硫装置は、硫黄酸化物を含有する排ガスの導入口を下部に、該排ガスの排出口を上部に有する吸収塔と、該吸収塔内に設けられた脱硫反応用活性炭素繊維層と、該脱硫反応用活性炭素繊維層の前流側に設けられた排ガスの増湿冷却用水の散布器と、該脱硫反応用活性炭素繊維層への脱硫用水の供給器とを備え、かつ、該吸収塔内に散布された上記増湿冷却用水及び／または上記脱硫用水が、上記吸収塔の底部から回収されて、循環して繰り返し使用されるように構成されたことを特徴とする（請求項１）。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の排煙脱硫装置は、排ガスの導入口及び排出口を有する吸収塔を含み、吸収塔の内部には、排ガスが通過して脱硫される脱硫反応用活性炭素繊維層が設けられている。
本発明において、脱硫の対象となるガスは、硫黄酸化物、特に二酸化硫黄（ＳＯ₂）を含むガスである。ＳＯ₂濃度は、任意であるが、特に２００〜１，０００ｐｐｍ程度であると、より効率的に脱硫することができる。
【０００６】
また、脱硫の際、ＳＯ₂をＳＯ₃に酸化するのに酸素（Ｏ₂）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、下限が２容量％以上、好ましくは３〜２１容量％であることが、目的とする脱硫反応を生じさせるために好ましい。すなわち、ＳＯ₂の酸化には酸素が必要であり、酸素濃度が高い程、好ましい。
ＳＯ₂およびＯ₂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、１×１０^-3〜５×１０^-5ｇ・ｍｉｎ／ｍｌ程度である。
【０００７】
本発明で用いる脱硫反応用活性炭素繊維は、排ガス中のＳＯ₂がＳＯ₃に酸化する際に触媒として働く。
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。
【０００８】
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、ＣＯ₂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、ＳＯ₂の酸化活性点へのＳＯ₂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。
【０００９】
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。
【００１０】
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５００〜２，５００ｍ²／ｇ、外表面積が０．２〜２．０ｍ²／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。
【００１１】
【表１】

【００１２】
以下、本発明を用いた実施の形態の一例を、図１を参照しつつ説明する。
図１において、ボイラから排出された硫黄酸化物を含有する排ガスは、吸収塔１の下部の導入口２から吸収塔１内に導入される。吸収塔１内に導入された排ガスは、排ガスの増湿冷却用水の散布器３から散布される水によって、７０℃以下に冷却されると共に、相対湿度が増加し、通常、飽和状態（相対湿度＝１００％）となる。なお、相対湿度が６０％程度以上であれば、脱硫反応用活性炭素繊維層で脱硫反応が起こるが、良好な脱硫率を得るためには、相対湿度が１００％（飽和状態）であることが好ましい。
【００１３】
増湿冷却された排ガスは、吸収塔１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４内を上方に向かって通過する。なお、脱硫反応用活性炭素繊維層４には、予め、脱硫反応用活性炭素繊維層４の上方または近傍に設けられる脱硫用水の供給器５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。
【００１４】
排ガスが脱硫反応用活性炭素繊維層４内を上方に向かって通過する際、排ガス中のＳＯ₂が、活性炭素繊維の表面でＳＯ₃に酸化される。生成したＳＯ₃は、活性炭素繊維に付着している水と反応して、硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）となる。生成した硫酸６は、脱硫反応用活性炭素繊維層４から落下して、吸収塔１の底部からポンプ７によって排出され、硫酸貯留槽（図示省略）に貯留され、工業用に用いられる。
得られる硫酸の濃度は、工業用として用いるために２０％以上、好ましくは流通上の便宜のために５０％以上とする。
【００１５】
吸収塔１の底部に貯留された硫酸６の全部または一部は、循環ライン（循環用パイプ）８によって、排ガスの増湿冷却用水の散布器３と脱硫用水の供給器５の両方またはそれらの一方に導かれ、繰り返し使用される。
【００１６】
図１に示す例では、吸収塔の排ガス導入口２と脱硫反応用活性炭素繊維層４との間に、増湿冷却用の水の散布器３を設けている。しかし、該増湿冷却用の水の散布器３の設置位置は、脱硫反応用活性炭素繊維層４の前流側、すなわち、脱硫反応用活性炭素繊維層４を通過する前の排ガスに水を散布することのできる位置であればよく、例えば、図２に示す位置に設置することもできる。
図２は、吸収塔２１の排ガス導入口２２の前流側に、増湿冷却用の水の散布器２３を設置した状態を示す。吸収塔２１内には、脱硫反応用活性炭素繊維層２４、及び脱硫用水の供給器２５が設けられる。吸収塔２１内の底部に溜まった希硫酸２６が、ポンプ２７によって循環ライン２８を通り、増湿冷却用水の散布器２３及び脱硫用水の供給器２５に導かれること、増湿冷却用水の散布器２３及び脱硫用水の供給器２５には、外部から希釈用の水を供給することができること、脱硫された排ガスが排出口２９から排出されることは、図１の場合と同様である。
【００１７】
また、図１では、増湿冷却用水の散布器３が１つである場合を示したが、他の態様も採り得る。例えば、増湿冷却用水の散布器を複数設置してもよい。また、上記循環ライン８を通じて供給される循環水を散布するための増湿冷却用水の散布器の他に、外部から導入した水（希釈用水）を散布するための増湿冷却用水の散布器を別個に設置してもよい。
脱硫用水の供給器５についても、同様に、複数としたり、外部から導入した水（希釈用水）を供給するための脱硫用水の供給器を別個に設けたりしてもよい。
循環水と外部からの希釈用水との比率を調整することによって、生成する希硫酸の濃度を調整することができる。
【００１８】
図３は、本発明の排煙脱硫装置を含む脱硫システムの一例である。以下の図３の説明中の温度条件等の数値は、典型的な例として示す。
図３において、ボイラ３１から排出されたＳＯ₂を含有する排ガス（温度：３６０℃、ＳＯ₂濃度：１０００ｐｐｍ、水分：８．４容量％）は、ガス−ガスヒータ（ＧＧＨ）３３によって冷却された後、集塵器（ＥＳＰ）３４内で除塵され、ファン３２を経由して、吸収塔３５内に導入される。導入された排ガスは、増湿冷却されて温度が３０℃、相対湿度１００％となった後、吸収塔３５内に設けられた脱硫反応用活性炭素繊維層で脱硫されて、ＳＯ₂濃度が５０ｐｐｍ未満となり、吸収塔３５から排出される。脱硫された排ガスは、ガス−ガスヒータ３３で加熱された後、煙突３６から排出される。排煙脱硫装置の稼動を止めて、生成した硫酸を回収するときは、吸収塔の底部から硫酸をポンプで硫酸貯留槽３７に導けばよい。
【００１９】
【実施例】
活性炭素繊維（ＯＧ１５Ａ、アドール（株）社製）を１，１００℃で１時間処理して、脱硫反応用活性炭素繊維を得た。
下部に試料ガスの導入口を有し、上部に試料ガスの排出口を有する反応器（長さ：３ｍ、断面積：０．０１ｍ²）内の中央付近に、脱硫反応用活性炭素繊維層（長さ：９０ｃｍ）を設け、該活性炭素繊維層には、予め、水を充分供給し、水で満たすようにした。
試料ガスは、ガス調整器で組成を調整し、１，０００ｐｐｍのＳＯ₂、５％のＯ₂、８％の水分、残部のＮ₂の組成とした。試料ガスは、温度が９０℃、ガス量が０．８４ｍ³／ｈとなるようにし、触媒の量は、９００ｇとした。
【００２０】
反応器内に導入した試料ガスは、活性炭素繊維層のやや下方に設けた増湿冷却用水の散布器から散布される水によって増湿冷却され、活性炭素繊維層内への進入時のガス温度が４８℃、ガス中の水分が１１％（相対湿度で１００％）となった。脱硫反応用活性炭素繊維層内において、試料ガス中のＳＯ₂は、Ｏ₂及び水と反応して、硫酸となり、反応器内の底部に落下した。
生成した硫酸を増湿冷却用水として、繰り返し使用することによって、最終的に高濃度（５０％）の硫酸を得た。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の排煙脱硫装置によれば、脱硫反応用活性炭素繊維上で生成した希硫酸を回収して、排ガスの増湿冷却用水または脱硫用水として用いるので、外部からの水の供給量が少なくても、排ガスを増湿冷却したり、脱硫反応用活性炭素繊維層に充分に水を供給することができる。脱硫反応用活性炭素繊維層への充分な水の供給は、脱硫率を高めることに寄与する。
また、増湿冷却用水として散布される希硫酸は、高温の排ガスとの接触によって、水分が蒸発し、濃度が大きくなり、商品価値が高まる。
さらに、本発明の排煙脱硫装置内の脱硫反応用活性炭素繊維層は、その上方から水が供給されると共に、下方から増湿された排ガスが流入するため、層全体に水が充分行き渡り、脱硫反応が促進される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排煙脱硫装置の一態様の縦断面を示す概略図である。
【図２】本発明の排煙脱硫装置の他の態様の縦断面を示す概略図である。
【図３】本発明の排煙脱硫装置を含む脱硫システムの一例である。
【符号の説明】
１，２１吸収塔
２，２２排ガス導入口
３，２３増湿冷却用水の散布器
４，２４脱硫反応用活性炭素繊維層
５，２５脱硫用水の供給器
６，２６希硫酸
７，２７ポンプ
８，２８循環ライン
９，２９排出口
３１ボイラ
３２ファン
３３ガス−ガスヒータ
３４集塵器
３５吸収塔
３６煙突
３７硫酸貯留槽

Claims

硫黄酸化物を含有する排ガスの導入口を下部に、該排ガスの排出口を上部に有する吸収塔と、該吸収塔内に設けられた脱硫反応用活性炭素繊維層と、該脱硫反応用活性炭素繊維層の前流側に設けられた排ガスの増湿冷却用水の散布器と、該脱硫反応用活性炭素繊維層への脱硫用水の供給器とを備え、かつ、該吸収塔内に散布された上記増湿冷却用水及び／または上記脱硫用水が、上記吸収塔の底部から回収されて、循環して繰り返し使用されるように構成されたことを特徴とする排煙脱硫装置。
上記脱硫反応用活性炭素繊維は、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ことを特徴とする請求項１の排煙脱硫装置。