JP5088796B2

JP5088796B2 - 固定床反応容器

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Publication number: JP5088796B2
Application number: JP2008149836A
Authority: JP
Inventors: 誠小林
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2028-06-06
Also published as: JP2009291747A

Description

本発明は、ガス温度を露点以下に下げない乾式法により原料ガスから不純物を除去する吸収剤が充填される固定床反応容器に関する。

近年、資源の有効利用や廃棄物の減量化が求められており、バイオマスや廃棄物から製造した原料ガスを発電機器（燃料電池やガスエンジン）の燃料ガスとすることが考えられている。燃料電池やガスエンジン等の発電機器の燃料ガスとしては、不純物が含まれていると性能を発揮することができないので、あらかじめ燃料ガスの不純物を発電機器の許容濃度以下まで低減しておく必要がある。バイオマスや廃棄物から製造した原料ガスには環境に与える不純物が含まれているため、水銀やハロゲン化物等の不純物を除去する必要がある。

水銀を除去する吸収剤としては、例えば、触媒作用あるいは化学反応性を有する成分を担持させ水銀との化学反応により生成した塩を吸着することで水銀を除去する添着活性炭を用いることが知られている。また、銅を主体とした銅系吸収剤を用いる技術（例えば、特許文献１参照）が知られている。ゴミ焼却設備等の分野では、ハロゲン化物を吸収剤に固定する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。

水銀を除去する吸収剤やハロゲン化物を除去する吸収剤は、固定床反応器に充填されて運用されることが考えられる。固定床反応器は、吸収剤を充填した状態でガスを流通させるだけの簡素な構造であるので、反応器として優れた利点を有している。

精製ガスを燃料電池等の燃料に使用する場合、固定床反応器の出口の不純物濃度を数ｐｐｍ程度にする必要がある。このため、固定床反応器の出口側に常に未使用の吸収剤を残した状態で運用する必要があり、大量の吸収剤を必要とし交換の頻度も高いものとなっている。

固定床反応器は簡素な構造であるが、吸収剤を交換する場合には、容器の蓋を外して使用済みの吸収剤を排出し、新品の吸収剤を投入する作業が必要となり、吸収剤の交換には多くの労力が必要であった。また、ガスの流通経路での吸収剤の積層状態に分布が生じるとガスの流れが乱されるため、充填には均等な積層が求められているのが現状であり、吸収剤の交換には多くの時間が必要であった。

従って、精製ガスを燃料電池等の燃料に使用する場合等、出口側の燃料ガスに含まれる不純物濃度を低くして運用する際には、大量の吸収剤を高い頻度で交換する必要があるため、吸収剤の交換には多くの時間と労力を要することが避けられないのが現状である。

特開２００５−１６１２５５号公報特開２００２−１３０６２８号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、吸収剤を短時間で均等に積層することができると共に使用済みの吸収剤を容易に排出することができる固定床反応容器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の固定床反応容器は、原料ガス中の不純物を吸収する吸収剤が充填される固定床反応容器において、ガスの流通だけが許容されると共に水平面に対して前記吸収剤の安息角以上の角度に傾斜した床面を備え、前記床面の傾斜下方に前記吸収剤の排出口を備え、前記排出口の近傍の前記床面に、前記吸収剤を前記排出口に案内する案内部材を備えたことを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、安息角以上とされた床面の上に吸収剤を充填することにより、吸収剤が滞ることなく排出口側を最下方とした状態で吸収剤が自重により積層される。使用済みの吸収剤を排出する場合には、排出口を開放することで、吸収剤が自重により排出口から排出される。吸収剤の形状、密度、大きさに基づいた安息角に床面の傾斜角度を設定することで、積層方向に分布がない状態で、床面の上に自重により吸収剤が積層されることになる。従って、吸収剤を短時間で均等に積層することができると共に使用済みの吸収剤を容易に排出することができる。
そして、案内部材を設けたことにより、排出口近傍の容器壁面と床面との関係に拘わらず吸収剤の自重による積層を損なわずに吸収剤を排出口に案内することができる。

本願発明で安息角以上とは、安息角と同等か、あるいは僅かに大きな角度を意味するものである。更に大きな角度を適用することも可能であるが、吸収剤の充填効率との関係により充填効率が低下するような大きな角度は好ましくない。

そして、請求項２に係る本発明の固定床反応容器は、請求項１に記載の固定床反応容器において、前記床面に対して所定の間隔をあけて前記床面と平行な面を有する上面を備えたことを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、吸収剤が自重により床面に積層される過程で、上面により積層方向の分布が規制され、吸収剤を短時間で確実に均等に積層することができる。

また、請求項３に係る本発明の固定床反応容器は、請求項１もしくは請求項２に記載の固定床反応容器において、前記床面は、容器の中心部位を頂点とする山形面とされていることを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、容器の中心を挟んで逆向きに傾斜した層で吸収剤が積層され、ガスの偏流方向を二分して偏流を抑制することができる。

また、請求項４に係る本発明の固定床反応容器は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の固定床反応容器において、前記床面を鉛直方向に複数対備えたことを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、複数の床面に対して任意の吸収剤を充填することができ、一つの容器で異種の不純物や化学形態の異なる不純物等を除去することができる。

また、請求項５に係る本発明の固定床反応容器は、請求項４に記載の固定床反応容器において、前記原料ガスは下側の床面に充填された前記吸収剤を上流側として流通し、上側の床面に対応する前記排出口から排出される前記吸収剤を前記下側の床面に充填させる通路部材を備えたことを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、通路部材により上流側の吸収剤を下流側の床面に充填することができ、未使用の吸収剤を上流側の吸収剤として使用することができ、吸収剤を有効に利用して全ての吸収剤の使用割合を高めた運用ができる。

また、請求項６に係る本発明の固定床反応容器は、請求項５に記載の固定床反応容器において、前記下側の床面に充填された前記吸収剤を流通した前記原料ガスの不純物の状況を検出する検出手段を備え、前記検出手段の結果により前記通路部材における前記吸収剤の流通を制御することを特徴とする。

請求項６に係る本発明では、検出手段により、上流側の吸収剤を通過した原料ガスの不純物を検出することで、下側の床面に充填された吸収剤の使用状況に基づいて交換時期を的確に把握することができる。検出手段としては、ガス分析手段を用いることができる。

また、請求項７に係る本発明の固定床反応容器は、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の固定床反応容器において、前記床面の上に充填される吸収剤は、水銀との化学反応により生成した塩を吸着することで水銀を吸収する添着活性炭、銅を主体として水銀を吸収する銅系吸収剤、ハロゲン化物を吸収するハロゲン化物吸収剤、硫黄化合物を吸収する脱硫剤のいずれかであることを特徴とする。

請求項７に係る本発明では、水銀除去の反応容器、ハロゲン除去の反応容器、硫黄化合物除去の反応容器として適用することができる。

また、請求項８に係る本発明の固定床反応容器は、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の固定床反応容器において、原料ガスは、化石燃料、バイオマス、廃棄物をガス化した原料ガスであり、不純物が吸収されて燃料ガスが精製され、精製された燃料ガスは高温型燃料電池の燃料ガスとして用いられることを特徴とする。

請求項８に係る本発明では、化石燃料、バイオマス、廃棄物をガス化した原料ガスを高温型燃料電池の燃料ガスに精製する精製設備の固定床反応容器として適用することができる。

本発明の固定床反応容器は、吸収剤を短時間で均等に積層することができると共に使用済みの吸収剤を容易に排出することができる固定床反応容器となる。

本発明の固定床反応容器は、バイオマス、廃棄物からなる固形燃料をガス化して得られた原料ガス、即ち、不純物として多種の不純物が入っている原料ガスを精製して燃料電池やガスエンジンの燃料ガスとするガス精製設備の固定床反応容器に適用され、水銀との化学反応により生成した塩を吸着することで水銀を吸収する添着活性炭や、銅を主体として水銀を吸収する銅系吸収剤、ハロゲン化物を吸収するハロゲン化物吸収剤、硫黄化合物を吸収する脱硫剤が充填されるものである。そして、固定床反応容器の出口側では、水銀を５μｇ／ｍ^３Ｎ以下の低濃度に除去すると共に、塩化水素、フッ化水素等のハロゲン化物を１ｐｐｍ以下の低濃度に除去し、更に、硫黄化合物を１ｐｐｍ以下の低濃度に除去して不特定の不純物が高い清浄度で除去された燃料ガスを精製し、例えば、溶融炭酸塩型燃料電池、ガスエンジン、ガスタービン等の燃料ガスとして用いるものである。

図１には本発明の第１実施形態例に係る固定床反応容器を適用した乾式ガス精製システムの概略系統、図２には本発明の第１実施形態例に係る固定床反応容器の概略構成、図３には図２中の要部概念、図４には本発明の第２実施形態例に係る固定床反応容器の概略構成、図５には図４中の要部概念、図６には本発明の第３実施形態例に係る固定床反応容器の概略構成、図７には本発明の第４実施形態例に係る固定床反応容器の概略構成、図８には本発明の第５実施形態例に係る固定床反応容器の概略構成を示してある。

図１〜図３に基づいて乾式ガス精製システムの全体及び第１実施形態例に係る固定床反応容器を説明する。

最初に図１によって、本発明の第１実施形態例に係る固定床反応容器を適用した乾式ガス精製システムの概略系統を説明する。

図１に示すように、バイオマスガス化炉１で得られた原料ガスは、まず、バグフィルター２に送られる。バグフィルター２の上流にはハロゲン化物除去剤の供給装置を備えており、ハロゲン化物除去剤をバグフィルター２にあらかじめ吹き付けておく（プレコート）か、あるいは原料ガスに吹き込んで原料ガスと共にバグフィルター２に搬送される。

こうすることで、原料ガス中のハロゲン化物の一部はハロゲン化物除去剤に吸収されて固定化されるので、バグフィルター２で、ダスト等の固体状不純物が濾過されて除去される際に同時にハロゲン化物の一部も除去される。

バグフィルター２を通過した原料ガスは重金属類除去装置３に送られ、重金属類除去装置３では金属水銀蒸気（Ｈｇ^０）をはじめ、活性炭等により塩基性ガス（アンモニア）、重金属類（砒素、セレン等）、有機塩素化合物（ダイオキシン）が吸着除去される（運転温度１２０℃〜１６０℃）。

重金属類除去装置３で重金属類が除去された原料ガスは熱交換器８で昇温された後、ハロゲン化物除去装置４に送られ、そこで原料ガスに残存している塩化水素やフッ化水素等のハロゲン化物が１ｐｐｍ以下の低濃度に除去される（運転温度２５０℃〜４５０℃）。

ハロゲン化物が１ｐｐｍ以下の低濃度に除去された原料ガスは脱硫装置５に送られ、硫黄化合物が吸収されて除去される（運転温度２５０℃〜４５０℃）。硫黄化合物が脱硫除去された原料ガスは燃料ガスとして発電装置６（例えば、溶融炭酸塩型燃料電池、ガスエンジン、ガスタービン等）に送られる。

以上の乾式ガス精製システムの概略系統の機能を要約して説明する。

図に示した乾式ガス精製システムでは、バグフィルター２によりダスト等の固体状不純物が濾過されて除去される。金属水銀蒸気（Ｈｇ^０）をはじめ重金属類、有機塩素化合物が重金属類除去装置３で除去されて水銀が５μｇ／ｍ^３Ｎ以下の低濃度に除去される。そして、ハロゲン化物除去装置４のハロゲン化物除去剤に塩化水素やフッ化水素等のハロゲン化物が吸収されてハロゲン化物が１ｐｐｍ以下の低濃度に除去される。また、硫黄化合物が脱硫装置５の脱硫剤に吸収されて硫黄化合物が１ｐｐｍ以下の低濃度に除去される。これにより、バイオマスをガス化した原料ガス、即ち、不純物として多種の不純物が入っている原料ガスを発電装置６の燃料ガスとして精製することができる。

上述した乾式ガス精製システムの重金属類除去装置３、ハロゲン化物除去装置４及び脱硫装置５に本発明の固定床反応容器が用いられている。即ち、重金属類除去装置３の固定床反応容器１１には、例えば、銅を主体として水銀を吸収する銅系吸収剤１５がペレット状にされて充填されている。重金属類除去装置３の固定床反応容器１１には、例えば、触媒作用あるいは化学反応性を有する成分を担持させ水銀との化学反応により生成した塩を吸着することで水銀を除去する添着活性炭が充填されてもよい。

また、ハロゲン化物除去装置４の固定床反応容器１２には、例えば、アルミン酸ナトリウムを含有したハロゲン化物吸収剤１６がペレット状にされて充填されている。また、脱硫装置５の固定床反応容器１３には、例えば、酸化亜鉛脱硫剤の脱硫剤１７が充填されている。

図２、図３に基づいて固定床反応容器１１、１２、１３の構成を説明する。固定床反応容器１１、１２、１３の構成は基本的に同一であるので、代表して固定床反応容器１３について説明する。固定床反応容器１１の場合、充填される剤は銅系吸収剤１５（もしくは添着活性炭）とされ、固定床反応容器１２の場合、充填される剤はハロゲン化物吸収剤１６となる。

図２、図３に示すように、固定床反応容器１３の上部には原料ガスの導入口１３ａが設けられ、下部には脱硫剤１７を通過したガスが排出されるガス排出口１３ｂが設けられている。固定床反応容器１３の筒部には水平面に対して脱硫剤１７の安息角以上の角度（安息角と同等か、あるいは僅かに大きな角度）に傾斜した床面２１が備えられている。安息角は、例えば、ペレット状の脱硫剤１７を上方から静かに落下させて生ずる円錐状堆積層が水平面との間につくる傾斜角であり、脱硫剤１７の形状、密度、大きさに基づいて決定される。

また、床面２１に対して所定の間隔をあけて床面２１と平行な面を有する上面２２が備えられ、床面２１と上面２２の間に脱硫剤１７が充填されるようになっている。床面２１と上面２２は原料ガスの流通だけが許容される形状となっている（例えば、網状の板）。固定床反応容器１３の筒部の上方の上面２２の下側には脱硫剤１７の供給口２３が設けられ、固定床反応容器１３の筒部の下方の床面２１の上側（床面２１の傾斜下方）には脱硫剤１７の排出口２４が設けられている。

図３に示すように、排出口２４の近傍における床面２１には、脱硫剤１７を排出口２４に案内する案内部材２５が備えられている。固定床反応容器１３は筒状とされ、床面２１が傾斜して備えられているので、排出口２４の近傍における床面２１と筒部の内壁との間は脱硫剤１７が滞りやすくなっている。案内部材２５を備えたことにより、排出口２４の近傍の固定床反応容器１３の内壁面と床面２１との関係に拘わらず脱硫剤１７の自重による積層を損なわずに脱硫剤１７を排出口２４に案内することができる。

上述した固定床反応容器１３に脱硫剤１７を充填する場合、排出口２４を閉じた状態で供給口２３から脱硫剤１７を床面２１の上に落下させる。床面２１は脱硫剤１７の安息角以上の角度に傾斜して配されているので、脱硫剤１７が滞ることなく排出口２４を最下方とした状態で脱硫剤１７が自重により積層される。そして、床面２１に対して所定の間隔をあけて床面２１と平行な面を有する上面２２が備えられているので、脱硫剤１７が自重により床面２１に積層される過程で、上面２２により積層方向の分布が規制される。

また、使用済みの脱硫剤１７を排出する場合には、排出口２４を開放することで脱硫剤１７が自重により排出口２４から排出される。排出口２４の近傍の脱硫剤１７は案内部材２５に案内されて排出口２４に導かれ、傾斜した床面２１が筒状の容器内に備えられていても、筒部の内壁との間に脱硫剤１７が滞る部位がなくなり、使用済みの脱硫剤１７を確実に排出することができる。

このため、脱硫剤１７の充填時には、供給口２３から脱硫剤１７を床面２１の上に落下させることで、積層方向に分布がない状態で、床面２１の上に自重により脱硫剤１７を積層することができる。また、使用済みの脱硫剤１７の排出時には、排出口２４を開放することで、脱硫剤１７が自重により排出口２４から排出される。排出口２４の近傍の脱硫剤１７は案内部材２５に案内されて排出口２４に導かれ、脱硫剤１７が滞ることなく排出口２４から排出される。

従って、脱硫剤１７を固定床反応容器１３に短時間で均等に積層することができると共に、使用済みの脱硫剤１７を容易にしかも確実に排出することができる。

上述した実施形態例では、固定床反応容器１３に傾斜した床面２１及び上面２２を設けて脱硫剤１７を自重により供給・排出するようにしたが、固定床反応容器１３に床面及び上面を水平状態に設け、容器の筒部の上側に供給口を設けると共に容器の筒部の下側に排出口を設け、排出口が下方になる状態に固定床反応容器１３を傾けて設置することも可能である。

図４、図５に基づいて本発明の第２実施形態例に係る固定床反応容器を説明する。図４には本発明の第２実施形態例に係る固定床反応容器の概略構成、図５には図４中の要部概念を示してある。

図に示すように、固定床反応容器２７の上部には原料ガスの導入口２７ａが設けられ、下部には脱硫剤１７を通過したガスが排出されるガス排出口２７ｂが設けられている。固定床反応容器２７の筒部には、容器の中心部位を頂点とする山形面で形成された床面２８が備えられている。床面２８の山形面のそれぞれの傾斜角は水平面に対して脱硫剤１７の安息角以上の角度に傾斜した角度とされている。床面２８は原料ガスの流通だけが許容される形状となっている（例えば、網状の板）。

尚、床面の形状としては、容器の中心部位を頂点とする円錐状の面にすることも可能である。この場合、円錐面が脱硫剤１７の安息角以上の角度に傾斜した角度とされる。また、床面２８と平行な形状の上面を備えることも可能である。

固定床反応容器２７の容器の中心部位の上部には床面２８の頂点の中心に向けて開口する供給口としての供給通路２９が備えられている。固定床反応容器１３の筒部の床面２８のそれぞれの傾斜下方の上側には、脱硫剤１７の排出口３０が設けられている。

上述した固定床反応容器２７に脱硫剤１７を充填する場合、排出口３０を閉じた状態で供給通路２９から脱硫剤１７を床面２８の山形面の頂部に落下させる。床面２８の山形面は脱硫剤１７の安息角以上の角度に傾斜した角度になっているので、脱硫剤１７は自重により積層方向の分布が均一にされた円錐状態に積層される。また、使用済みの脱硫剤１７を排出する場合には、排出口３０を開放することで脱硫剤１７が自重により排出口３０から排出される。床面２８の山形面の両側にそれぞれ備えられた排出口３０を固定床反応容器２７の内壁の周方向に複数設けることで、脱硫剤１７の自重による排出が促進される。

このため、脱硫剤１７の充填時には、供給通路２９から脱硫剤１７を床面２８の山形面の頂部に落下させることで、床面２８の上に自重により脱硫剤１７を円錐状に積層することができる。また、使用済みの脱硫剤１７の排出時には、排出口３０を開放することで、脱硫剤１７が自重により排出口３０から排出される。

脱硫剤１７が床面２８の上に円錐状に積層されることにより、図４に点線矢印で示したように、導入口２７ａから導入された原料ガスは、固定床反応容器２７の中心を挟んで互いに逆向きに内側に向かって偏流する。即ち、原料ガスは脱硫剤１７の厚さ方向に直角に流れるため、固定床反応容器２７の中心を挟んで二分された状態で偏流する。内側に偏流した原料ガスは互いに干渉しないように排出口３０の方向に向かうので、床面２８が傾斜していても固定床反応容器２７の中心を挟んで偏流が逆向きになり、原料ガスの偏流を最小限に抑制することができる。

従って、脱硫剤１７を固定床反応容器２７に短時間で均等に積層することができると共に、使用済みの脱硫剤１７を容易に排出することができる。そして、固定床反応容器２７の中心を挟んで逆向きに傾斜した層で脱硫剤１７が積層され、原料ガスの偏流方向を二分して偏流を抑制することができる。

図６に基づいて本発明の第３実施形態例に係る固定床反応容器を説明する。図６には本発明の第３実施形態例に係る固定床反応容器の概略構成を示してある。

図に示すように、固定床反応容器３１の上部には原料ガスの導入口３１ａが設けられ、下部には吸収剤を通過したガスが排出されるガス排出口３１ｂが設けられている。

固定床反応容器３１の筒部の上方には、水平面に対して吸収剤の安息角以上の角度に傾斜した上部床面３２が備えられている。上部床面３２に対して所定の間隔をあけて上部床面３２と平行な面を有する上部上面３３が備えられ、上部床面３２と上部上面３３の間に上部充填層３４が形成されている。上部床面３２と上部上面３３は原料ガスの流通だけが許容される形状となっている（例えば、網状の板）。固定床反応容器３１の筒部の上部上面３３の下側には吸収剤の上部供給口３５が設けられ、固定床反応容器１３の筒部の上部床面３２の上側（上部床面３２の傾斜下方）には吸収剤の上部排出口３６が設けられている。

また、固定床反応容器３１の上部充填層３４の下側の筒部には水平面に対して吸収剤の安息角以上の角度に傾斜した下部床面３７が備えられている。下部床面３７に対して所定の間隔をあけて下部床面３７と平行な面を有する下部上面３８が備えられ、下部床面３７と下部上面３８の間に下部充填層３９が形成されている。下部床面３７と下部上面３８は原料ガスの流通だけが許容される形状となっている（例えば、網状の板）。固定床反応容器３１の筒部の下部上面３８の下側には吸収剤の下部供給口４１が設けられ、固定床反応容器１３の筒部の下部床面３７の上側（下部床面３７の傾斜下方）には吸収剤の下部排出口４２が設けられている。

上述した固定床反応容器３１は、鉛直方向に２つの床面（上部床面３２、下部床面３７）を備えた構成となっている。そして、上部供給口３５、上部排出口３６及び下部供給口４１、下部排出口４２を個別に開閉することにより、上部充填層３４及び下部充填層３９にそれぞれ個別に吸収剤を充填・排出することができる。このため、上部充填層３４及び下部充填層３９には任意の吸収剤を個別に充填することができる。ただし、充填される吸収剤は同一の運転温度のものが好ましい。例えば、吸収剤としてハロゲン化物吸収剤と脱硫剤の組み合わせ、添着活性炭と水銀吸収剤の組み合わせ等を適用することができる。

また、運転温度が同一であるが交換時期の異なる吸収剤を充填して運用することも可能である。例えば、水素化分解触媒や水蒸気改質触媒に代表されるＣＯＳ変換触媒と、酸化亜鉛脱硫剤とを組み合わせて使用する場合に本発明の第３実施形態例に係る固定床反応容器が利用できる。

図７に基づいて本発明の第４実施形態例に係る固定床反応容器を説明する。図７には本発明の第４実施形態例に係る固定床反応容器の概略構成を示してある。

図に示すように、固定床反応容器５１の下部には原料ガスの導入口５１ａが設けられ、上部には吸収剤を通過したガスが排出されるガス排出口５１ｂが設けられている。

固定床反応容器５１の筒部の下方には、水平面に対して吸収剤の安息角以上の角度に傾斜した第１層５２、第２層５３が３つの仕切面（床面、上面）５４で仕切られて形成されている。固定床反応容器５１の筒部の上方には、第１層５２、第２層５３とは逆に傾斜した第３層５５が一対の仕切面（床面、上面）５６により形成され、第３層５５の下側は第２層５３に連通している（通路部材）。第３層５５と第２層５３は第１層５２よりも層厚が薄く、第３層５５と第２層５３は層厚が同一厚さとされ、連通部には開閉板５７が設けられている。仕切面５４、５６は原料ガスの流通だけが許容される形状となっている（例えば、網状の板）。

第１層５２の上側及び第３層５５の上側には吸収剤の供給口５８がそれぞれ設けられ、第１層５２の下側及び第２層５３の下側には吸収剤の排出口５９がそれぞれ設けられている。そして、第３層５５と第２層５３の間には、ガスを抽出するガス抽出手段６１が設けられ、ガス抽出手段６１で抽出したガスの状況を分析するガス分析手段６２が設けられている。

吸収剤を交換する場合、第１層５２の排出口５９から自重により使用済みの吸収剤を排出し、排出口５９を閉じた後に供給口５８から新品の吸収剤を落下させる。また、第２層５３の排出口５９から自重により使用済みの吸収剤を排出し、排出口５９を閉じた後に開閉板５７を開いて連通部から第３層５５の吸収剤を第２層５３に落下させる。更に、開閉板５７を閉じて第３層５５の供給口５８から新品の吸収剤を落下させる。吸収剤の交換の時期は、第２層５３の下流側でガス抽出手段６１により抽出されたガスの状況をガス分析手段６２で分析し、ガス分析手段６２で所定の不純物が検出されて第２層５３の吸収剤が破過した時期とされる。

これにより、上流側の第１層５２、第２層５３で完全に使用済みとされた吸収剤を排出し、下流側の第３層５５の未使用分を含む吸収剤を第２層５３に充填して使用することができる。このため、吸収剤の使用状況に基づいて交換時期を的確に把握して全体の吸収剤の使用割合を高めた運用が可能になり、無駄を抑制して吸収剤を交換することができる固定床反応容器５１とすることができる。

図８に基づいて本発明の第５実施形態例に係る固定床反応容器を説明する。図８には本発明の第５実施形態例に係る固定床反応容器の概略構成を示してある。図８に示した第５実施形態例は、図７に示した第４実施形態例に対し第１層５２と第２層５３の位置を逆にしたものである。このため、図７に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。

図に示すように、固定床反応容器７１の下部には原料ガスの導入口７１ａが設けれ、上部には吸収剤を通過したガスが排出されるガス排出口７１ｂが設けられている。

固定床反応容器７１の筒部には、上流側（下側）から第２層５３、第１層５２が備えられ、下流側（上側）に第３層５５が備えられている。最下流側の第３層５５の出口部と最上流側の第２層５３の入口部は通路部材としての連通路７２により接続されている。吸収剤を交換する場合、下流側の第３層５５の未使用分を含む吸収剤が連通路７２により最上流側の第２層５３に送られて充填される。第２層５３の下流の第１層５２及び最下流側の第３層５５には新品の吸収剤が充填される。

これにより、下流側の第３層５５の未使用分を含む吸収剤を最上流側の第２層５３に充填して使用することができる。このため、未使用分を含む吸収剤が最上流部に配されることになり、未使用の吸収剤をなくすことが可能になる。

上述した実施形態例の固定床反応容器が適用されるガス精製設備の機器の状況等は図１に示したシステムには限定されない。つまり、例えば、バイオマスや廃棄物から製造した原料ガス、あるいは、化石燃料から得られた原料ガス、即ち、多成分の不純物を有する原料ガスから的確に不純物を高い清浄度で運用を行なう設備であれば、ガス精製設備の態様は種々の設備に適用可能である。

本発明は、ガス温度を露点以下に下げない乾式法により原料ガスから不純物を除去する吸収剤が充填される固定床反応容器の産業分野で利用することができる。

本発明の第１実施形態例に係る固定床反応容器を適用した乾式ガス精製システムの概略系統図である。本発明の第１実施形態例に係る固定床反応容器の概略構成図である。図２中の要部概念図である。本発明の第２実施形態例に係る固定床反応容器の概略構成図である。図４中の要部概念図である。本発明の第３実施形態例に係る固定床反応容器の概略構成図である。本発明の第４実施形態例に係る固定床反応容器の概略構成図である。本発明の第５実施形態例に係る固定床反応容器の概略構成図である。

符号の説明

１バイオマスガス化炉
２バグフィルター
３重金属類除去装置
４ハロゲン化物除去装置
５脱硫装置
６発電装置
８熱交換器
１１、１２、１３、３１、２７、５１、７１固定床反応容器
１５銅系吸収剤
１６ハロゲン化物吸収剤
１７脱硫剤
２１、２８床面
２２上面
２３、５８供給口
２４、３０、５９排出口
２５案内部材
２９供給通路
３２上部床面
３３上部上面
３４上部充填層
３５上部供給口
３６上部排出口
３７下部床面
３８下部上面
３９下部充填層
４１下部供給口
４２下部排出口
５２第１層
５３第２層
５４、５６仕切面
５５第３層
５７開閉板
６１ガス抽出手段
６２ガス分析手段
７２連通路

Claims

原料ガス中の不純物を吸収する吸収剤が充填される固定床反応容器において、
ガスの流通だけが許容されると共に水平面に対して前記吸収剤の安息角以上の角度に傾斜した床面を備え、
前記床面の傾斜下方に前記吸収剤の排出口を備え、
前記排出口の近傍の前記床面に、前記吸収剤を前記排出口に案内する案内部材を備えた
ことを特徴とする固定床反応容器。
請求項１に記載の固定床反応容器において、
前記床面に対して所定の間隔をあけて前記床面と平行な面を有する上面を備えた
ことを特徴とする固定床反応容器。
請求項１もしくは請求項２に記載の固定床反応容器において、
前記床面は、容器の中心部位を頂点とする山形面とされている
ことを特徴とする固定床反応容器。
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の固定床反応容器において、
前記床面を鉛直方向に複数対備えた
ことを特徴とする固定床反応容器。
請求項４に記載の固定床反応容器において、
前記原料ガスは下側の床面に充填された前記吸収剤を上流側として流通し、
上側の床面に対応する前記排出口から排出される前記吸収剤を前記下側の床面に充填させる通路部材を備えた
ことを特徴とする固定床反応容器。
請求項５に記載の固定床反応容器において、
前記下側の床面に充填された前記吸収剤を流通した前記原料ガスの不純物の状況を検出する検出手段を備え、前記検出手段の結果により前記通路部材における前記吸収剤の流通を制御する
ことを特徴とする固定床反応容器。
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の固定床反応容器において、
前記床面の上に充填される吸収剤は、水銀との化学反応により生成した塩を吸着することで水銀を吸収する添着活性炭、銅を主体として水銀を吸収する銅系吸収剤、ハロゲン化物を吸収するハロゲン化物吸収剤、硫黄化合物を吸収する脱硫剤のいずれかである
ことを特徴とする固定床反応容器。
請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の固定床反応容器において、
原料ガスは、化石燃料、バイオマス、廃棄物をガス化した原料ガスであり、不純物が吸収されて燃料ガスが精製され、精製された燃料ガスは高温型燃料電池の燃料ガスとして用いられる
ことを特徴とする固定床反応容器。