JP5424927B2 - ガス精製方法及びガス精製設備 - Google Patents
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Description
本発明は、石炭から燃料ガスとしてガス化したＣＯとＨ２Ｓを含む燃料ガス中に含まれるＣＯを触媒によりＣＯ２に変換し、このＣＯ２と燃料ガス中のＨ２Ｓを同時に除去するガス精製方法及びガス精製設備に関する。
石炭、石油及び天然ガス等の燃料を用いて発電する火力発電プラントが従来から多数稼動している。その中でも、埋蔵量が多く、将来的にも安定供給が可能な石炭を燃料としてガス化し、このガス化した燃料を発電用の燃料として供給する石炭ガス化複合発電（Integrated Coal Gasification Combined Cycle:IGCC）という技術が近年注目されている。
また、近年、地球環境温暖化防止の観点から、火力発電プラントから排出するＣＯ２排出量を削減するために該火力発電プラントから排出する排ガスに含まれたＣＯ２を回収する技術が開発されている。
石炭ガス化複合発電プラントのガス化炉で燃料ガスとして生成した石炭ガス化ガスを燃焼させた際に排ガスに含まれて排出されるＣＯ２を回収する技術として、公知例の特許第３１４９５６１号公報にはガス化炉で石炭から生成した燃料ガスの石炭ガス化ガスに含まれるＨ２Ｓをまず、脱硫装置により除去し、次に、ＣＯシフト反応器によってガス化炉で生成した前記石炭ガス化ガス中のＣＯを反応式（１）によりＣＯ２に変換させ、その後、ＣＯ２除去装置により前記石炭ガス化ガスに含まれたＣＯ２を除去して回収する技術が開示されている。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２・・・・（１）
しかしながら、前記特許第３１４９５６１号公報に開示されたような石炭ガス化ガスに含まれたＨ２ＳとＣＯ２を回収する処理プロセスでは、石炭ガス化ガスに含まれたＨ２ＳとＣＯ２をそれぞれ個別に除去しているため、Ｈ２ＳとＣＯ２の除去に要するエネルギーロスが多いことが課題であった。
しかしながら、前記特許第３１４９５６１号公報に開示されたような石炭ガス化ガスに含まれたＨ２ＳとＣＯ２を回収する処理プロセスでは、石炭ガス化ガスに含まれたＨ２ＳとＣＯ２をそれぞれ個別に除去しているため、Ｈ２ＳとＣＯ２の除去に要するエネルギーロスが多いことが課題であった。
したがって、近年では、公知例の特開２００４−３３１７０１号公報に開示されているように、脱硫装置の設置を廃し、シフト反応器の下流側に設置され、石炭ガス化ガスに含まれたＨ２ＳとＣＯ２を同時に除去するＨ２Ｓ／ＣＯ２回収装置の開発が進められている。
ところで、前記特開２００４−３３１７０１号公報に開示されたＨ２Ｓ／ＣＯ２回収装置によって石炭ガス化ガスに含まれたＨ２ＳとＣＯ２を同時に除去する処理プロセスでは、前記Ｈ２Ｓ／ＣＯ２回収装置の上流側に設置されているシフト反応器に脱硫されていない石炭ガス化ガスが供給されることになるため、前記シフト反応器に石炭ガス化ガスに含まれた高濃度のＨ２Ｓが流入することになる。
しかしながら、前記特開２００４−３３１７０１号公報に記載された石炭ガス化ガスのＨ２ＳとＣＯ２を同時に除去する処理プロセスでは、石炭ガス化ガスに含まれた高濃度のＨ２Ｓに対してシフト反応器に充填されるシフト触媒に耐硫黄性を有するＣｏ−Ｍｏ系触媒を用いる必要がある。
そして、シフト反応器でのシフト反応を進行させるためには、この耐硫黄性を有するＣｏ−Ｍｏ系触媒に事前に硫化処理を施して反応式（２）により、ＭｏＳ２を生成させておく必要がある。
ＭｏＯ３＋２Ｈ２Ｓ＋Ｈ２→ＭｏＳ２＋３Ｈ２Ｏ・・・（２）
事前にＣｏ−Ｍｏ系触媒に硫化処理を施してＭｏＳ２を生成させるために、高濃度のＨ２Ｓ共存下でＣＯをＣＯ２に転換する耐硫黄性ＣＯシフト触媒の硫化処理を行うには触媒の硫化処理装置を新たに設置する必要があり、この触媒の硫化処理装置の設置に多大な設備コストが掛かるという課題があった。
事前にＣｏ−Ｍｏ系触媒に硫化処理を施してＭｏＳ２を生成させるために、高濃度のＨ２Ｓ共存下でＣＯをＣＯ２に転換する耐硫黄性ＣＯシフト触媒の硫化処理を行うには触媒の硫化処理装置を新たに設置する必要があり、この触媒の硫化処理装置の設置に多大な設備コストが掛かるという課題があった。
本発明の目的は、炭素を含む固体燃料をガス化した粗製ガスに含まれたＨ２ＳとＣＯ２を同時に除去する処理プロセスにおいて、Ｈ２Ｓ共存下でＣＯをＣＯ２に転換する耐硫黄性ＣＯシフト触媒の硫化処理を特別な機器を設置せずに簡単な配管構成によって可能にしたガス精製方法及びガス精製設備を提供することにある。
本発明のガス精製方法は、炭素を含む固体燃料をガス化した粗製ガス中に含まれるＣＯを触媒によりＣＯ２へ転換するシフト工程と、前記シフト工程で転換されたＣＯ２及び精製ガス中のＨ２Ｓを吸収液により吸収するガス吸収工程と、前記ガス吸収工程でＣＯ２及びＨ２Ｓを吸収した吸収液を加熱してＣＯ２とＨ２Ｓを吸収液から脱離させるガス再生工程を備え、前記ガス吸収工程で吸収液に前記ＣＯ２及びＨ２Ｓを吸収させて精製した精製ガスをガスタービンに燃料ガスとして供給する燃料供給工程を備えたガス精製方法において、前記ガス再生工程で吸収液から離脱したＨ２Ｓを前記シフト工程に供給するＨ２Ｓリサイクル工程を備えて、Ｈ ２ Ｓリサイクル工程により供給されたＨ ２ Ｓを、事前の硫化処理や交換した新しい触媒の硫化処理に用い、前記シフト工程で粗製ガス中に含まれるＣＯをＣＯ ２ へ転換する触媒はＣｏ−Ｍｏ系またはＮｉ−Ｍｏ系の耐硫黄性触媒を使用することを特徴とする。
また、本発明のガス精製設備は、炭素を含む固体燃料をガス化した粗製ガス中に含まれるＣＯを触媒によりＣＯ２へ転換するシフト反応器と、前記シフト反応器で転換されたＣＯ２及び精製ガス中のＨ２Ｓを吸収液により吸収するガス吸収塔と、前記ガス吸収塔から排出されてＣＯ２及びＨ２Ｓを吸収した吸収液を加熱し、これらのＣＯ２とＨ２Ｓを吸収液から脱離させるガス再生塔とを備え、前記ガス吸収塔で該ガス再生塔から供給された吸収液に前記ＣＯ２及び前記Ｈ２Ｓを吸収させて精製した精製ガスを該ガス吸収塔からガスタービンに燃料ガスとして供給する燃料配管を配設したガス精製設備において、前記ガス再生塔で吸収液から離脱したＨ２Ｓを該ガス再生塔から前記シフト反応器に供給するＨ２Ｓリサイクル配管を配設して、Ｈ ２ Ｓリサイクル工程により供給されたＨ ２ Ｓを、事前の硫化処理や交換した新しい触媒の硫化処理に用い、前記シフト反応器で粗製ガス中に含まれるＣＯをＣＯ ２ へ転換する触媒はＣｏ−Ｍｏ系またはＮｉ−Ｍｏ系の耐硫黄性触媒を充填していることを特徴とする。
本発明によれば、炭素を含む固体燃料をガス化した粗製ガスに含まれたＨ２ＳとＣＯ２を同時に除去する処理プロセスにおいて、Ｈ２Ｓ共存下でＣＯをＣＯ２に転換する耐硫黄性ＣＯシフト触媒の硫化処理を特別な機器を設置せずに簡単な配管構成によって可能にしたガス精製方法及びガス精製設備を実現することにある。
本発明の実施例のガス精製設備及びガス精製方法について図面を引用して以下に説明する。
本発明の第１実施例であるガス精製方法及びガス精製設備について図１を用いて説明する。図１は本発明の第１実施例であるガス精製設備の全体構成を示す概略図である。
図１において、本実施例のガス精製設備は、炭素を含む固体燃料（例えば石炭）をガス化した粗製ガス（例えば石炭ガス化ガス）を生成するガス化炉（図示せず）から供給された粗製ガスに含まれた不純物質を除去処理する水洗塔１と、この水洗塔１で不純物質が除去処理された粗製ガスに含まれたＣＯＳをＨ２Ｓに変換させるＣＯＳ転化器２と、このＣＯＳ転化器２を経た粗製ガスに含まれたＣＯをＣＯ２に転換するシフト反応器３と、このシフト反応器３を経た粗製ガスに含まれたＨ２ＳとＣＯ２を同時に吸収液に吸収させて除去すると共に、吸収液に粗製ガスに含まれたＨ２ＳとＣＯ２を吸収させて精製されたＨ２を主成分とする精製ガスをガスタービンに燃料として供給するＨ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４と、このＨ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４で粗製ガス中のＨ２Ｓ及びＣＯ２を吸収した吸収液から前記Ｈ２ＳとＣＯ２を回収して前記吸収液を再生する再生塔５を備えている。
そして前記Ｈ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４で粗製ガス中のＨ２Ｓ及びＣＯ２を吸収した吸収液はリッチ液流路１０を通じて前記再生塔５に供給され、前記再生塔５での加熱によって吸収液に吸収されたＨ２ＳとＣＯ２を分離、除去して再生された吸収液はリーン液流路１１を通じて前記Ｈ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４に戻され、吸収液がリッチ液流路１０及びリーン液流路１１を通じて前記Ｈ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４と前記再生塔５との間を循環するように構成されている。
そして上記した本実施例のガス精製設備において、ガス化炉で生成した粗製ガスはガス化炉（図示せず）から水洗塔１に送られ、この水洗塔１にて粗製ガス中に含まれた重金属やハロゲン化水素及びダスト等の不純物質を水洗によって除去される。
次に、水洗塔１で洗浄して不純物質を除去した粗製ガスはＣＯＳ転化器２に供給されるが、その前に、熱交換器６及びガス加熱器７を順次通過することによって前記粗製ガスの温度をＣＯＳ転化器２に充填したＣＯＳ転化触媒の反応温度にまで昇温する。
前記ＣＯＳ転化器２におけるＣＯＳ転化触媒によって粗製ガスに含まれたＣＯＳをＨ２Ｓに変換させるＣＯＳ転化反応は反応式（３）により進行するため、ＣＯＳ転化器２の前段で水蒸気配管を通じて反応物質である水蒸気を該ＣＯＳ転化器２に供給される粗製ガスに供給する。
ＣＯＳ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２Ｓ・・・（３）
そして前記ＣＯＳ転化器２を経た粗製ガスは次にシフト反応器３に供給されるが、このシフト反応器３では前記した反応式（１）により粗製ガス中のＣＯがＣＯ２に変換されるシフト反応を行う。
そして前記ＣＯＳ転化器２を経た粗製ガスは次にシフト反応器３に供給されるが、このシフト反応器３では前記した反応式（１）により粗製ガス中のＣＯがＣＯ２に変換されるシフト反応を行う。
尚、定常運転時でのシフト反応器３の入口ガスとなる粗製ガスの主成分はＣＯとＨ２であり、ＣＯが乾燥状態で約６０ｖｏｌ％、Ｈ２が約２５ｖｏｌ％である。
前記シフト反応器３の前段でも水蒸気配管を通じて反応物質である水蒸気を該シフト反応器３に流入する粗製ガスに供給する。
前記シフト反応器３でシフト反応して該シフト反応器３から排出されたＣＯ２を含む精製ガスは該シフト反応器３の下流側に配設された熱交換器８によって冷却され、その後、熱交換器８の下流側に配設されたノックアウトドラム９により精製ガス中の水分を凝縮させて除去する。
前記ノックアウトドラム９を流下した精製ガスは次にＨ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４に供給され、このＨ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４によって精製ガス中のＨ２ＳとＣＯ２を吸収液によって除去する。
その際、吸収液に吸収されてＨ２ＳとＣＯ２を除去されたＨ２を主成分とする精製ガスは、Ｈ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４から排出されて燃料配管１５を通じて燃料としてガスタービンに供給される。
前記Ｈ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４で精製ガスに含まれたＨ２ＳとＣＯ２を吸収した液は、次に吸収液を再生する再生塔５に供給される。
そして前記再生塔５において、吸収液に吸収されたＨ２Ｓはカルシウム系吸収剤により石膏化されて回収され、また、吸収液に吸収されて該再生塔５での加熱再生後に吸収液から排出されたＣＯ２は前記再生塔５からＣＯ２送付配管１９を通じて図示していないＣＯ２回収装置に供給され、該ＣＯ２回収装置にてＣＯ２を液化及び固化することによって回収する。
ところで、触媒交換等で未使用の新しいシフト触媒を前記シフト反応器３に設置した場合に、最初に本実施例のガス精製設備を起動する際には前記シフト反応器３の新しいシフト触媒は硫化処理がされていないので、前記シフト反応器３において粗製ガス中のＣＯをＣＯ２に転換するＣＯシフト反応は進行せず、このままでは粗製ガス中のＣＯは該シフト反応器３の下流側に設置した前記Ｈ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４、及び燃料配管１５を通じてガスタービンに排出されることになるので、このままではガス精製設備のＣＯ２の回収率が低下してしまう。
そこで、本実施例のガス精製設備においては、前記再生塔５の出口に設置したガス配管１８から分岐して前記シフト反応器３の上段に至るＨ２Ｓリサイクル配管１２を配設したものである。
前記Ｈ２Ｓリサイクル配管を前記再生塔５の出口のガス配管１８とシフト反応器３の上段との間に配設したことによって、再生塔５の内部で吸収液から分離したＨ２Ｓを前記再生塔５からガス配管１８及びＨ２Ｓリサイクル配管１２を通じてＨ２Ｓのリサイクルガスとして導き、シフト反応器３の上段にこのサイクルガスのＨ２Ｓを供給することで交換した新しい触媒の硫化処理を効率的に行うことが可能になる。
また、触媒としてＣｏ−Ｍｏ系触媒を使用した場合の事前の硫化処理、又は交換した新しい触媒の硫化処理においてシフト反応を進行させるためには、サイクルガスのＨ２Ｓを触媒に供給することで反応式（４）によりＭｏＳ２を生成させることになる。
ＭｏＯ３＋２Ｈ２Ｓ＋Ｈ２→ＭｏＳ２＋３Ｈ２Ｏ・・・（４）
上記した構成の実施例をガス精製設備に適用することで、ガス化炉からの粗製ガス中に含まれているＨ２Ｓだけではなく、硫化処理に使用されなかったＨ２Ｓもリサイクルして有効に使用することで、Ｈ２Ｓを供給するＨ２Ｓ供給設備の設置を不要にできる。また、前記シフト反応器３の新しい触媒を硫化処理する触媒硫化処理にかかる時間も短縮することができる。
上記した構成の実施例をガス精製設備に適用することで、ガス化炉からの粗製ガス中に含まれているＨ２Ｓだけではなく、硫化処理に使用されなかったＨ２Ｓもリサイクルして有効に使用することで、Ｈ２Ｓを供給するＨ２Ｓ供給設備の設置を不要にできる。また、前記シフト反応器３の新しい触媒を硫化処理する触媒硫化処理にかかる時間も短縮することができる。
本実施例のＣＯＳ転化器２に適用するＣＯＳ転化触媒としては酸化チタン系、クロム／アルミナ系触媒が好適であるが、一般的に公知である市販の触媒を使用してもよい。また、望ましくはＣＯＳ転化触媒で反応式（５）に示すＨＣＮ分解反応を進行させる触媒が好適である。
ＨＣＮ＋Ｈ２Ｏ→ＮＨ３＋ＣＯ・・・（５）
また、本実施例のシフト反応器３に適用するシフト触媒としては、耐硫黄性を有するモリブデン系触媒が好ましく、その中でもＣｏ−Ｍｏ系、Ｎｉ−Ｍｏ系が好ましい。
また、本実施例のシフト反応器３に適用するシフト触媒としては、耐硫黄性を有するモリブデン系触媒が好ましく、その中でもＣｏ−Ｍｏ系、Ｎｉ−Ｍｏ系が好ましい。
また、本実施例のシフト反応器３はシフト反応器３を１台設置した構成として説明したが、複数台の反応器３を直列に配設した構成にしてもよい。
Ｈ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４としては、物理吸収塔、又は化学吸収塔のいずれも適用できる。
物理吸収塔、又は化学吸収塔の双方の吸収塔で使用する吸収液の例としては、物理吸収ではセレクソール、レクチゾール等が使用でき、また、化学吸収ではメチルジエタノールアミン（ＭＤＥＡ）やアンモニア等が使用できる。
本実施例によれば、炭素を含む固体燃料をガス化した粗製ガスに含まれたＨ２ＳとＣＯ２を同時に除去する処理プロセスにおいて、Ｈ２Ｓ共存下でＣＯをＣＯ２に転換する耐硫黄性ＣＯシフト触媒の硫化処理を特別な機器を設置せずに簡単な配管構成によって可能にしたガス精製方法及びガス精製設備が実現できる。
次に本発明の第２実施例であるガス精製方法及びガス精製設備について図２を用いて説明する。
図２は本発明の第２実施例であるガス精製設備の全体構成を示す概略図である。
本実施例のガス精製設備は図１に示した第１実施例のガス精製設備と基本的な構成は共通しているので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。
本実施例のガス精製設備においては、図２に示したようにＨ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４の出口から該Ｈ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４によって精製ガスからＨ２Ｓ及びＣＯ２を吸収液に吸収させて精製した精製ガスをガスタービンに燃料として供給する燃料配管１５にガス流量調節弁２１を設置すると共に、このガス流量調節弁２１の位置で前記燃料配管１５から分岐して前記シフト反応器３に精製ガスの一部を供給するガスリサイクル配管１３を配設している。
また、更に、前記Ｈ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４の前段となるノックアウトドラム９の後段にガス流量計２２を設置してＨ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４に供給される精製ガスの流量を検出している。
そして前記シフト反応器３に充填する触媒を交換する際には、新しく交換された新規触媒を設置した後、最初のガス精製設備の起動時には触媒の硫化処理が実施されていないので、ガス化炉から供給される粗製ガス中ＣＯはシフト反応器３に充填した新しい交換触媒ではＣＯ２に転換されずに前記Ｈ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４に流入する。
前記Ｈ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４で使用する吸収液の液種によっても異なるが、前記Ｈ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４ではほとんどＣＯは吸収されず、前記Ｈ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４からＣＯが排出される。
最初のガス精製設備の起動時に前記Ｈ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４から排出されたＣＯを含むガスは燃料配管１５を通じてガスタービンに送られ燃焼用の燃料として使用されるが、燃料中にＣＯが含まれるので、ガス精製設備のＣＯ２回収量が低くなることが課題である。
そこで上記した構成の本実施例のガス精製設備では、この問題を解消するため、シフト反応器３の交換触媒でＣＯ２に転換されなかったＣＯを、前記Ｈ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４の出口の燃料配管１５から分岐してＣＯを含んだ精製ガスの一部を供給するガスリサイクル配管１３を通じて前記シフト反応器３に供給することで、ＣＯ２に転換されなかったＣＯを再度、シフト反応器３に循環供給して、ガス精製設備から排出されるＣＯ２を削減するように構成したものである。
また、本実施例のガス精製設備の別の目的として、Ｈ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４の運転条件を制御することにある。即ち、シフト反応器３に充填した触媒が良好な活性を有し、ＣＯシフト反応が進行している状態では、反応物質中のＨ２ＯがＨ２となるので、ｄｒｙガスの流量は増加する。また、触媒活性が不十分だと、ガス量は減少する。
Ｈ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４で高いＨ２Ｓ／ＣＯ２の吸収性能を得るためには、供給する吸収液とガス量の比（Ｌ／Ｇ比）を最適な値に調節する必要がある。
しかし、上流側のシフト反応器３での触媒活性如何でＨ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４に流入する精製ガスのガス量が変化するため、安定な性能を得るためには精製ガスのガス流量の制御が必要である。
そこで、ガス流量調節弁２１によりＨ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４から精製ガスの一部をガスリサイクル配管１３を通じてシフト反応器３にリサイクルガスとして精製ガスのガス流量を制御し、最適なＬ／Ｇ比になるように前記ガスリサイクル配管１３を通じて反応器３に流下するリサイクルガスの流量を制御することで最適Ｌ／Ｇ比の範囲内で運転できるようにできる。
この制御方法として本実施例では、図２に示すようにＨ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４の前段に精製ガスのガス流量計２２を設置し、このガス流量計２２で検出した精製ガスのガス流量値に基づいてガス流量調節弁２１の開度を調節する制御器３０を設けて、前記Ｈ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４からガスリサイクル配管１３を通じて前記シフト反応器３に流入するリサイクルガスとなる精製ガスのガス流量を制御するようにしている。
本実施例を適用することで、触媒交換後のプラント起動時にＨ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４から燃料系統１５を通じてガスタービンに送られるＣＯの量を低減させることで、ガス精製設備のＣＯ２回収量が減少することを抑制し、更に、Ｈ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４のＬ／Ｇ比を制御することで、このＨ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔４でのＨ２Ｓ及びＣＯ２を吸収液に吸収させる高い吸収効率が維持できる。
本実施例によれば、炭素を含む固体燃料をガス化した粗製ガスに含まれたＨ２ＳとＣＯ２を同時に除去する処理プロセスにおいて、Ｈ２Ｓ共存下でＣＯをＣＯ２に転換する耐硫黄性ＣＯシフト触媒の硫化処理を特別な機器を設置せずに簡単な配管構成によって可能にしたガス精製方法及びガス精製設備が実現できる。
次に本発明の第３実施例であるガス精製方法及びガス精製設備について図３を用いて説明する。
図３は本発明の第３実施例であるガス精製設備の全体構成を示す概略図である。
本実施例のガス精製設備は図１に示した第１実施例のガス精製設備と基本的な構成は共通しているので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。
図３は、図１のシステム構成のＨ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔出口にフラッシュタンク３１を設置した構成である。
フラッシュタンク３１では、吸収液を減圧することで吸収液に溶解したＣＯ２及びＨ２Ｓを吸収液から分離して排出させることができる。
また、フラッシュタンク３１内の圧力を操作することで、吸収液に溶解したＣＯ２を選択的に排出することができる。
フラッシュタンク３１でＣＯ２を選択的に排出することができれば、再生塔５から排出されるＨ２Ｓの純度が高くなり、それに伴い、シフト反応器３に供給するリサイクルガス中のＨ２Ｓ濃度が高くなる。
本実施例では、フラッシュタンク３１を１段設置した構成を示したが、このフラッシュタンク３１を直列に数段設置する構成にしてもよい。
本実施例を適用することで、純度の高いＨ２Ｓをリサイクルすることができ、シフト反応器３に充填したシフト触媒の硫化処理を効率的に行えうことができる。
本実施例によれば、炭素を含む固体燃料をガス化した粗製ガスに含まれたＨ２ＳとＣＯ２を同時に除去する処理プロセスにおいて、Ｈ２Ｓ共存下でＣＯをＣＯ２に転換する耐硫黄性ＣＯシフト触媒の硫化処理を特別な機器を設置せずに簡単な配管構成によって可能にしたガス精製方法及びガス精製設備が実現できる。
次に本発明の第４実施例であるガス精製方法及びガス精製設備について図４を用いて説明する。
図４は本発明の第４実施例であるガス精製設備の全体構成を示す概略図である。
本実施例のガス精製設備は図１に示した第１実施例のガス精製設備と基本的な構成は共通しているので、両者に共通した構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ以下に説明する。
本実施例のガス精製設備は図４に示したように図１の第１実施例のガス精製設備のＨ２Ｓリサイクル配管１２にＨ２Ｓ貯留タンク４１を設置した構成である。前記シフト反応器３では触媒を交換するたびに硫化処理が必要である。
そこで、前記シフト反応器３の触媒の活性が低下してきたら、触媒交換後の硫化処理を見据え、あらかじめ硫化処理用のＨ２ＳをＨ２Ｓリサイクル配管１２に設置した貯留タンク４１に貯留しておくことで前記シフト反応器３の次の触媒交換後の硫化処理を効率的に実施することができる。
定常運転時はＨ２Ｓリサイクル配管１２にＨ２Ｓを供給する弁（図示せず）は閉止しているが、触媒活性低下の兆候が見られたら、このＨ２Ｓリサイクル配管１２の弁を開け、Ｈ２Ｓ貯留タンク４１にＨ２Ｓを貯留しておく。
貯留方法としては、圧力容器をＨ２Ｓ貯留タンク４１に用いてＨ２Ｓガスを圧縮し、液化して貯留しておくことが好ましい。
また、触媒活性の低下兆候を調べる方法としては、シフト反応器３の後段にＣＯモニター４５を設置してＣＯ濃度をこのＣＯモニター４５でモニタリングするか、触媒層の温度をモニタリングし、触媒層温度の変化から、触媒寿命を推算する等の方法がある。
ＣＯシフト反応器３におけるＣＯシフト反応は発熱反応なので、新しい触媒を使用する初期の段階では触媒層の上部温度が高いが、触媒の長期使用に従い、高温部が中部、下部へとシフトする。
本実施例を適用することで、触媒交換時の触媒硫化処理に必要なＨ２Ｓを多量に貯留することができ、触媒交換時の触媒硫化処理にかかる時間を短縮することができる。
本実施例によれば、炭素を含む固体燃料をガス化した粗製ガスに含まれたＨ２ＳとＣＯ２を同時に除去する処理プロセスにおいて、Ｈ２Ｓ共存下でＣＯをＣＯ２に転換する耐硫黄性ＣＯシフト触媒の硫化処理を特別な機器を設置せずに簡単な配管構成によって可能にしたガス精製方法及びガス精製設備が実現できる。
本発明は石炭から燃料ガスとしてガス化したＣＯとＨ２Ｓを含む燃料ガス中に含まれるＣＯを触媒によりＣＯ２に変換し、このＣＯ２と燃料ガス中のＨ２Ｓを同時に除去するガス精製方法及びガス精製設備に適用可能である。
１：水洗塔、２：ＣＯＳ転化器、３：シフト反応器、４：Ｈ２Ｓ／ＣＯ２同時吸収塔、５：再生塔、６、８：熱交換器、７：ガス加熱器、９：ノックアウトドラム、１０：リッチ液流路、１１：リーン液流路、１２：Ｈ２Ｓリサイクル配管、１３：ガスリサイクル配管、１５：燃料配管、１８：ガス配管、１９：ＣＯ２送付配管、２１：ガス流量調節弁、２２：ガス流量計、３０：制御器、３１：フラッシュタンク、４１：Ｈ２Ｓ貯留タンク、４５：ＣＯモニター。
Claims (8)
- 炭素を含む固体燃料をガス化した粗製ガス中に含まれるＣＯを触媒によりＣＯ２へ転換するシフト工程と、前記シフト工程で転換されたＣＯ２及び精製ガス中のＨ２Ｓを吸収液により吸収するガス吸収工程と、前記ガス吸収工程でＣＯ２及びＨ２Ｓを吸収した吸収液を加熱してＣＯ２とＨ２Ｓを吸収液から脱離させるガス再生工程を備え、
前記ガス吸収工程で吸収液に前記ＣＯ２及びＨ２Ｓを吸収させて精製した精製ガスをガスタービンに燃料ガスとして供給する燃料供給工程を備えたガス精製方法において、
前記ガス再生工程で吸収液から離脱したＨ２Ｓを前記シフト工程に供給するＨ２Ｓリサイクル工程を備えて、Ｈ ２ Ｓリサイクル工程により供給されたＨ ２ Ｓを、事前の硫化処理や交換した新しい触媒の硫化処理に用い、
前記シフト工程で粗製ガス中に含まれるＣＯをＣＯ ２ へ転換する触媒はＣｏ−Ｍｏ系またはＮｉ−Ｍｏ系の耐硫黄性触媒を使用することを特徴とするガス精製方法。 - 請求項１に記載したガス精製方法において、
前記ガス吸収工程の後段にガス吸収工程から排出される精製ガス中のＨ２Ｓを前記シフト工程に供給するガスリサイクル工程を備え、このガスリサイクル工程で供給する精製ガスの供給量を可変にしたことを特徴とするガス精製方法。 - 請求項１に記載したガス精製方法において、
前記ガス吸収工程の後段に吸収液を減圧して該吸収液に溶存しているＣＯ ２ 及び／或いはＨ ２ Ｓを選択的に排出させる選択排出工程を備えることを特徴とするガス精製方法。 - 請求項１に記載したガス精製方法において、
前記Ｈ ２ Ｓリサイクル工程の後段に該ガス再生工程で吸収液から離脱して排出されるＨ
２ Ｓの一部を貯留するＨ ２ Ｓ貯留工程を備えることを特徴とするガス精製方法。 - 炭素を含む固体燃料をガス化した粗製ガス中に含まれるＣＯを触媒によりＣＯ ２ へ転換するシフト反応器と、前記シフト反応器で転換されたＣＯ ２ 及び精製ガス中のＨ ２ Ｓを吸収液により吸収するガス吸収塔と、前記ガス吸収塔から排出されてＣＯ ２ 及びＨ ２ Ｓを吸収した吸収液を加熱し、これらのＣＯ ２ とＨ ２ Ｓを吸収液から脱離させるガス再生塔とを備え、前記ガス吸収塔で該ガス再生塔から供給された吸収液に前記ＣＯ ２ 及び前記Ｈ ２ Ｓを吸収させて精製した精製ガスを該ガス吸収塔からガスタービンに燃料ガスとして供給する燃料配管を配設したガス精製設備において、
前記ガス再生塔で吸収液から離脱したＨ ２ Ｓを該ガス再生塔から前記シフト反応器に供
給するＨ ２ Ｓリサイクル配管を配設して、Ｈ ２ Ｓリサイクル工程により供給されたＨ ２ Ｓを、事前の硫化処理や交換した新しい触媒の硫化処理に用い、
前記シフト反応器で粗製ガス中に含まれるＣＯをＣＯ ２ へ転換する触媒はＣｏ−Ｍｏ系またはＮｉ−Ｍｏ系の耐硫黄性触媒を充填していることを特徴とするガス精製設備。 - 請求項５に記載したガス精製設備において、
前記ガス吸収塔からガスタービンに燃料ガスとして精製ガスを供給する前記燃料配管から分岐して精製ガス中のＨ ２ Ｓを前記シフト反応器に供給するガスリサイクル配管を配設し、
前記ガスリサイクル配管にガス流量調整弁を設け、
前記シフト反応器から該ガス吸収塔に精製ガスを供給する配管にガス流量計を設置し、
前記ガス流量計で検出した精製ガスの流量に基づいて前記ガス流量調整弁の開度を制御
する制御器を設置したことを特徴とするガス精製設備。 - 請求項５に記載したガス精製設備において、
前記ガス吸収塔の後段で該ガス吸収塔から前記該ガス再生塔に吸収液を供給する吸収液の流路に吸収液を選択的に減圧するフラッシュタンクを設置したことを特徴とするガス精製設備。 - 請求項５に記載したガス精製設備において、
前記Ｈ ２ Ｓリサイクル配管に前記ガス再生塔から排出されるＨ ２ Ｓの一部を貯留するＨ
２ Ｓ貯留タンクを設置したことを特徴とするガス精製設備。
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