JP4658828B2

JP4658828B2 - ガス浄化装置

Info

Publication number: JP4658828B2
Application number: JP2006049332A
Authority: JP
Inventors: 圭介園田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2026-02-24
Also published as: JP2007222826A

Description

本発明は、排ガス中の有害物質を浄化するガス浄化部材を備えたガス浄化装置に関する。

従来、排ガス中の硫黄酸化物の除去方法として、活性炭素繊維を用いたガス浄化装置が提案されている。このガス浄化装置の一例を図９に示す。図９に示すように、ガス浄化装置は、硫黄酸化物を含有する排ガス又は生成ガス１０１が流通する浄化塔１０４内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層１０７と、上記浄化塔１０４内に設けられ、上記触媒層１０７に硫酸生成用の水を供給する水供給手段１１１とからなるものである。前記活性炭素繊維からなる触媒層１０７で生成ガス１０１を浄化し、浄化ガス１０９としている（特許文献１）。図９中、符号１２１は排ガスを押し込む押込みファン、１１１は洗浄水１０５を供給する水供給装置、１１５は排ガスを冷却する増湿冷却水、１１６は増湿冷却装置、１０８、１５２はポンプ、１５３は弁、１２２は散水ノズルを各々図示する。

特開２００５−０２８２１６号公報

ところで、従来のガス浄化装置に用いられる触媒層としては、図１０に示すように、前記触媒層１０７を構成する活性炭素繊維層１２５が、平板活性炭素繊維シート１２６と波板状の活性炭素繊維シート１２７とを接合してその断面が三角形状の通路１２８に構成されており、両者を接合しているのでその成形に手間がかかる、という問題がある。また、両者の接合部分では排ガスの浄化を行うことができない、という問題がある。

さらに、従来の繊維層の充填率は９〜１４％の範囲であり、シート厚さは０．６５〜１．１ｍｍ程度、シートの坪量は９０〜１３０ｇ／ｍ²である。よって、図１１に示すように、前記触媒槽１０７で捕捉されたガス中の水ミスと、散水された水とが繊維層内に滞留し、触媒槽１０７の排ガス１０１の導入側において、水浸漬部分１３０が発生し、繊維シート１２６、１２７の繊維層内を排ガス１０１が通過できなくなり、この結果、脱硫効率が大幅に低下する、という問題がある。

本発明は、前記問題に鑑み、製造が容易であると共に、浄化効率を向上させたガス浄化部材を備えたガス浄化装置を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、硫黄酸化物を含有する排ガス又は生成ガスが流通するガス浄化装置の装置本体と、該装置本体内に配設され、平板状の低充填率繊維シートと、該低充填率繊維シートを保持して積層する構造体とからなるガス浄化部材と、前記ガス浄化部材に対して上方から水を供給するノズルとを具備してなると共に、前記平板状の低充填率繊維シートの充填率が９％未満であり、前記平板状の低充填率繊維シートにおいて、水の供給により排ガス中のＳＯｘを希硫酸（Ｈ ₂ ＳＯ ₄ ）へ脱硫反応させると共に、ＳＯ ₃ ミストを捕集し、排ガスを浄化してなることを特徴とするガス浄化装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記平板状の低充填率繊維シートの嵩密度が１００Ｋｇ／ｍ ³ 以下であることを特徴とするガス浄化装置にある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記平板状の低充填率繊維シートの坪量が８０〜２００ｇ／ｍ ² であることを特徴とするガス浄化装置にある。

第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記構造体が網状保持体又は網状構造体シートであることを特徴とするガス浄化装置にある。

第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記低充填率繊維シートが構造体と構造体との間に所定間隔を有して鉛直方向に重なるように積層状態に配設されてなることを特徴とするガス浄化装置にある。

第６の発明は、第５の発明において、前記低充填率繊維シートが構造体と構造体との間にスペーサを介して配設されてなることを特徴とするガス浄化装置にある。

第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つの発明において、前記ガス浄化部材が略Ｍ字形状であることを特徴とするガス浄化装置にある。
第８の発明は、第１乃至７のいずれか一つの発明において、前記低充填率繊維シートが活性炭素繊維シートであることを特徴とするガス浄化装置にある。

本発明によれば、低充填率の繊維シートを用い、該繊維シートを構造体と共に交互に積層するという簡易な構造のガス浄化部材であるので、排ガス処理が良好なものとなる。
繊維シートが低充填率であるので繊維層内での滞留する水が無くなり、水浸漬部分が減少して、ガス浄化部分である繊維層の有効面積が増大する。この結果、排ガスの脱硫性能が増大する。また、低充填率の繊維シートを用いるので、フィルタの圧力損失が大幅に減少する。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による実施例に係るガス浄化装置について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例に係るガス浄化部材を示す概略図である。
図１に示すように、本実施例に係るガス浄化部材１０−１は、排ガス１１中の有害物質を浄化するガス浄化部材であって、平板状の低充填率繊維シート１２と、該低充填率繊維シート１２を保持して積層する構造体である構造体シート１４とからなるものである。
本実施例では、平板状の低充填率繊維シート１２と構造体シート１４との積層方向と排ガス１１の導入方向とが同一方向としている。
そして、図１においては、ガス浄化部材１０−１の下方側から排ガス１１を導入すると共に、例えばシャワー状に噴霧するノズル１９により上方側から水１７を散水しており、ガス浄化部材１０−１を湿潤状態としている。

次に、本実施例に係るガス浄化部材１０−１の製造工程の概略を図２に示す。
図２に示すように、先ず平板状の構造体シート１４と、平板状の低充填率繊維シート１２とを交互に積層させようにし、これを枠体１３内に挿入して図１に示すように固定・保持する。この枠体１３内に保持されたガス浄化部材１０−１は、導入される排ガス方向と直交方向に積層された連続した積層シート体であるので、排ガス１１のリークを回避することができる。

また、図１０に示す従来の平板シートと波板シートとを接合して形成するものとは異なり、接合部分が無いので、接合部分での排ガス浄化面積のロスが無くなる。また、安価に製造することもできる。

図３はガス浄化部材１０−１を装置本体内に配設してなるガス浄化装置の断面図である。図３に示すように、ガス浄化装置３０の装置本体３１内には１段のフィルタであるガス浄化部材１０−１が配設されているものである。なお、このガス浄化部材１０−１は複数段としてもよい。

ここで、前記繊維シート１２はその幅が例えば５０〜２５０ｃｍ程度で長尺の連続したものを所定の幅で切断してシート体として用いている。また、繊維シートは不織布又は織布のいずれでもよい。

また、前記低充填率繊維シートの充填率としては、９％未満であることが好ましい。
これは、充填率が９％以上であると、ガス中のミスト水の含浸量が増大し、水浸漬部分の割合が増大して、ガス浄化性能が発揮できないからである。

また、前記低充填率繊維シートの嵩密度としては、１００Ｋｇ／ｍ³以下であることが好ましい。

また前記繊維状フィルタの坪量としては、例えば８０〜２００ｇ／ｍ²、好ましくは９００〜１３０ｇ／ｍ²とするのがよい。

また、前記低充填率の繊維シート１２を活性炭素繊維シートとすることにより、その繊維層において、活性炭素繊維の触媒作用により排ガス１１中に含まれるＳＯ₂を亜硫酸とし、散水された水により希硫酸１８として装置本体３１の下方側へ洗い流すようにしている。

すなわち活性炭素繊維を用いる場合には、その表面では、例えば、以下の反応により脱硫反応が生じる。
即ち、（１）活性炭素繊維層への排ガス中の二酸化硫黄（ＳＯ₂）の吸着がなされる。（２）次いで、吸着した二酸化硫黄（ＳＯ₂）と排ガス中の酸素（Ｏ₂）（別途供給することも可である）との反応による三酸化硫黄ＳＯ₃への酸化がなされる。（３）その後、酸化した三酸化硫黄（ＳＯ₃）が水（Ｈ₂Ｏ）へ溶解され、硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）の生成がなされる。（４）生成された硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）が活性炭素繊維層から離脱される。

この時の反応式は以下の通りである。
ＳＯ₂＋１／２Ｏ₂＋Ｈ₂Ｏ→Ｈ₂ＳＯ₄

この結果、排ガス１１中の微粒子（ＳＯ₃ミスト）以外に、さらに二酸化硫黄（ＳＯ₂）を吸着して酸化し、水（Ｈ₂Ｏ）と反応させて硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）を生成して離脱除去し、排ガス中の脱硫を行うことができる。

前記積層シートを構成する構造体シート１４は、例えばシート又はマット状又は網目構造のいずれかとすればよく、排ガスの流れには影響を与えることがなく、水の排出性が良好なものを用いることができる。このような水排出性が良好なものとしては、例えばポリ塩化ヴィニリデン系合成繊維を例えばスプリング状等にカール加工し、かさ高に配列して三次元的な網目構造としたものを例示することができる。

前記装置本体３１の側壁下端側には、排ガス１１のガス入口部３１ａが設けられている。また、装置本体３１の頂部側には、ガス浄化部材１０−１により浄化された浄化ガス３２を排出するガス出口部３１ｂが設けられている。

また、前記ガス浄化装置３０には、前記装置本体の下方に溜まった希硫酸１８を循環させるための水循環ライン２３と循環ポンプ２４とが設けられている。また、水循環ライン２３には必要に応じて別途図示しない水供給装置により水１７を添加するようにしている。

前述したように、本発明では、排ガス１１が通過するガス導入及び排出側を閉塞した連続のシートとすることにより、排ガス１１中の例えば微粒子であるＳＯ₃ミストの除去効率が飛躍的に向上する。

この結果、例えばボイラ排ガス中の微粒子（煤塵、ＳＯ₃ミスト）の除去率が安定すると共にその除去率が向上し、煙突出口から排出される排煙からの紫煙の低減又は消滅を図ることができる。

また、図４に示すように、ガス浄化部材１０−２の形状を略Ｍ字形状とし、排ガス１１との接触面積を増大させるようにしてもよい。
また、図５に示すように、網状構造体１５の内部に低充填率繊維シート１２を内包してなるガス浄化部材１０−３としてもよい。この場合には、網状構造体１５により周囲からの圧縮が軽減されるので低充填率繊維シートの低充填率性を保持することができる。

また、図６に示すように、構造体シート１４、１４の間にスペーサ１６を介して低充填率繊維シート１２を配設するようにすることで、周囲からの圧縮が軽減されるので低充填率繊維シートの低充填率性を保持することができる。

ここで、本発明によるガス浄化装置を用いた排ガスを処理する排煙脱硫システムの一実施例について、図７及び８を参照して説明する。
先ず、図７に示すように、本実施例にかかる排煙脱硫システムは、蒸気タービンを駆動する蒸気を発生させるボイラ１００と、該ボイラ１００からの排ガス１１中の煤塵を除去する集塵機１０１と、除塵された排ガスをガス浄化装置３０内に供給する押込みファン１０２と、ガス浄化装置３０に供給する前に排ガス１１を冷却すると共に増湿を行う増湿冷却装置１０３と、前記ガス浄化部材１０−１、１０−１を２段内部に配設し、塔下部側壁の導入口１１２ａから排ガス１１を供給すると共に、上方から水１７を供給して、排ガス１１中のＳＯｘを希硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）へ脱硫反応させると共にＳＯ₃ミストを捕集するガス浄化装置３０と、頂部の排出口１１２ｂから脱硫された浄化ガス３２を外部へ排出する煙突１０４と、ガス浄化装置２０からポンプ１１０を介して希硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄）１２１を貯蔵すると共に石灰スラリー１１１を供給して石膏を析出させる石膏反応槽１１２と、石膏を沈降させる沈降槽（シックナー）１１３と、石膏スラリー１１４から水分を排水（濾液）１１７として除去して石膏１１５を得る脱水器１１６とを備えてなる。なお、ガス浄化装置３０から排出される浄化された浄化ガス３２を排出するラインには必要に応じてミストエリミネータ１０５を介装し、ガス中の水分を分離するようにしてもよい。

ここで、上記ボイラ１００では、例えば、火力発電設備の図示しない蒸気タービンを駆動するための蒸気を発生させるために、石炭や重油等の燃料ｆが炉で燃焼されるようになっている。ボイラ１００の排ガスには硫黄酸化物（ＳＯｘ)が含有され、排ガスは図示しない脱硝装置で脱硝されてガスガスヒータで冷却された後に集塵機１０１で除塵されている。
そして、ガス浄化装置３０において所定量の水１７を供給しつつ排ガス１１中の脱硫を効率良く行うことができる。

この排ガス浄化システムでは、ガス浄化装置３０で得られた希硫酸１２１に石灰スラリー１１１を供給して石膏スラリー１１４を得た後、脱水して石膏１１５として利用するものであるが、脱硫して得られた希硫酸１２１をそのまま硫酸として使用するようにしてもよい。その場合には、希硫酸１２１を濃縮する濃縮槽を設けるようにしてもよい。

また、本実施例ではボイラ１００からの排ガス１１を例示したが本発明の浄化対象となる排ガスはこれに限定されるものではなく、ガスタービン、エンジン、ガス化炉及び各種焼却炉から排出されるものとしてもよい。

また、他の実施例の排ガス浄化装置として、図８に示すように、増湿冷却装置１０３の後流側にミストエリミネータ１０５を介装し、増湿した際の水分ミストを積極的に除去し、ガス浄化装置３０内に余分な水ミスト（例えば１μｍ以上のミスト）の持込を防止するようにしてもよい。これにより、ガス浄化部材では紫煙の原因となるＳＯ₃ミストの除去効率を向上させることができる。

本発明にかかるガス浄化装置は、例えば石炭等の硫黄分を含む排ガスのみならず、その他の有害煤塵や有害ミストを含む排ガスを浄化することができる。
また、フィルタとして活性炭素繊維を用いることにより、その化学的な触媒酸化作用により、ＳＯ₂や重金属（水銀、砒素等）等の有害成分の吸着除去を効率良く行うことができる。

以上のように、本発明に係るガス浄化装置は、簡易な構造であると共に、ガス浄化面積が向上するので、微粒子の効率的な除去処理に用いて適している。

実施例１に係るガス浄化部材の概略図である。実施例１に係るガス浄化部材の製造工程概略図である。実施例１に係るガス浄化装置の断面図である。他のガス浄化装置の断面図である。他のガス浄化部材の概略図である。他のガス浄化部材の概略図である。実施例２の脱硫システムの概略図である。実施例２の他の排煙脱硫システムの概略図である。従来のガス浄化装置の概略図である。従来のフィルタの概略図である。フィルタの水浸漬状態を示す図である。

１０−１、１０−２、１０−３、１０−４ガス浄化部材
１１排ガス
１２低充填率繊維シート
１３枠体
１４構造体シート
１６スペーサ

Claims

硫黄酸化物を含有する排ガス又は生成ガスが流通するガス浄化装置の装置本体と、
該装置本体内に配設され、平板状の低充填率繊維シートと、該低充填率繊維シートを保持して積層する構造体とからなるガス浄化部材と、
前記ガス浄化部材に対して上方から水を供給するノズルとを具備してなると共に、
前記平板状の低充填率繊維シートの充填率が９％未満であり、
前記平板状の低充填率繊維シートにおいて、水の供給により排ガス中のＳＯｘを希硫酸（Ｈ ₂ ＳＯ ₄ ）へ脱硫反応させると共に、ＳＯ ₃ ミストを捕集し、排ガスを浄化してなることを特徴とするガス浄化装置。
請求項１において、
前記平板状の低充填率繊維シートの嵩密度が１００Ｋｇ／ｍ ³ 以下であることを特徴とするガス浄化装置。
請求項１又は２において、
前記平板状の低充填率繊維シートの坪量が８０〜２００ｇ／ｍ ² であることを特徴とするガス浄化装置。
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記構造体が網状保持体又は網状構造体シートであることを特徴とするガス浄化装置。
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記低充填率繊維シートが構造体と構造体との間に所定間隔を有して鉛直方向に重なるように積層状態に配設されてなることを特徴とするガス浄化装置。
請求項５において、
前記低充填率繊維シートが構造体と構造体との間にスペーサを介して配設されてなることを特徴とするガス浄化装置。
請求項１乃至６のいずれか一つにおいて、
前記ガス浄化部材が略Ｍ字形状であることを特徴とするガス浄化装置。
請求項１乃至７のいずれか一つにおいて、
前記低充填率繊維シートが活性炭素繊維シートであることを特徴とするガス浄化装置。