JP5499645B2 - ガス化ガス精製排水の処理方法及び処理設備 - Google Patents

Description

本発明はガス化ガス精製排水の処理方法及び処理設備に関する。

固形燃料をガス化する方法としては、循環流動層を用いた常圧水蒸気ガス化方式がある。図５は循環流動層ガス化装置の全体の一例を示すブロック図であり、図５に示した循環流動層ガス化炉５０は、内部にシリカ（ＳｉＯ_２）等の流動媒体が装入された燃焼炉１とガス化炉２とを有しており、燃焼炉１ではガス化炉２から供給される未反応物３（チャー）が下部から供給される空気１ａによって流動燃焼することによって流動媒体を加熱するようになっている。燃焼炉１から導出される燃焼ガス４は分離器５に導入されて流動媒体６と排ガス７とに分離されるようになっている。前記ガス化炉２には、前記分離器５からの流動媒体６と石炭等の原料８とが供給されており、下部から導入される水蒸気８ａにより流動化して原料８をガス化し、ガス化ガス９を生成するようになっている。又、ガス化炉２でガス化されない未反応物３（チャー）は前記燃焼炉１に供給されるようになっている。

前記循環流動層ガス化炉５０の分離器５からの排ガス７は、熱回収ボイラ１０により熱回収された後、還元剤としてアンモニア、尿素等が供給された脱硝装置１１及び脱硫装置１２等の排ガス処理装置１３により処理して大気に排気するようにしている。

一方、前記循環流動層ガス化炉５０のガス化炉２からのガス化ガス９には、凝縮性有機化合物であるタールやアンモニア、シアン等の不純物質が含まれており、ガス化ガス９を発電や化学原料合成に利用するに当たっては、これらの不純物質はガス精製プロセスによって除去するようにしている（特許文献１、２参照）。

図５のガス精製プロセスでは、酸素或いは空気を導入して高温を維持することにより、前記ガス化炉２からのガス化ガス９中のタールを改質する改質炉１４と、更に、ガス化ガス９の熱を回収する熱回収ボイラ１５とを備えており、該熱回収ボイラ１５の下流には、４００℃前後のガス化ガス９を給水によって７０℃前後まで冷却する直接冷却器１６ａ（スプレ塔）と、７０℃前後に冷却されたガス化ガス９を更に３０℃前後まで冷却する間接冷却器１６ｂとからなる水冷装置１６を備えている。

上記水冷装置１６においては、ガス化ガス９中のタールの殆んどが水によって凝縮除去され、シアンの殆んども水によって除去され、アンモニアは一部が水によって除去される。

水冷装置１６を経たガス化ガス９は、アンモニア吸収塔１７とアンモニア放散塔１８を有する脱アンモニア装置１９に導入されている。脱アンモニア装置１９では、アンモニア吸収塔１７において水からなる吸収剤２０によりアンモニアを吸収し、アンモニアを吸収した吸収剤２０はアンモニア放散塔１８に導かれて、空気、水蒸気等の放散材の供給により放散されてアンモニアオフガス２１として取り出すようにしている。このアンモニアオフガス２１は図示しない燃焼装置等により無臭化処理されて大気放出される。前記アンモニア吸収塔１７でアンモニアが除去されたガス化ガス９は溶媒吸収塔或いは活性炭吸着塔等の処理装置２２に導いて残留するタールを除去し、製品としてのガス化ガス９を得ている。

前記したように、水冷装置１６よりガス化ガス９を冷却して精製する際に生じる不純物を含んだ排水２３は無害化処理する必要がある。

前記直接冷却器１６ａからの排水２３はデカンタ２４に導いて、軽質のタールは浮上分離させると共に、重質のタールは沈殿分離させている。デカンタ２４で分離したタール２４ａは前記燃焼炉１に供給して燃焼するようにしている。前記デカンタ２４の排水２３中には細径のタールや例えばフェノールのような水溶性のタールが含まれている。デカンタ２４の排水２３は第１段バッファタンク２５に導かれ、排水２３の一部は前記直接冷却器１６ａに導かれて給水と共に冷却に循環使用される。第１段バッファタンク２５からオーバーフローした排水２３は、間接冷却器１６ｂで凝縮した排水２３を受ける第２段バッファタンク２６に導かれる。

そして、第２段バッファタンク２６に貯留された排水２３は、排水処理装置２７に導いて不純物質の無害化処理を行うようにしている。

排水処理装置２７では、第２段バッファタンク２６の排水２３は先ず加圧浮上槽２８に導いて加圧することにより排水２３中のタール分の浮上分離を行い、続いて、空気、水蒸気等が供給されたアンモニア放散塔２９に導いてアンモニアの放散を行い、続いて、オゾン処理器３０に導いてシアンのオゾン処理を行い、続いて、活性汚泥槽３１に導いて、排水２３中に残留するタール、アンモニア、シアンの分解処理を行った後、沈殿槽３２により含有物の沈殿分離を行った後、放流するようにしている。排水処理装置２７の簡素化を図るようにしたものとしては排液の燃焼処理方法が提案されている（特許文献３参照）。

特開２００９−０４０８１６号公報 特開２００９−０４０８６２号公報 特開２００８−０２５８７６号公報

しかしながら、図５に示したように、水冷装置１６によってガス化ガス９を冷却して第２段バッファタンク２６から排水処理装置２７に導かれる排水２３中のタール、アンモニア、シアンの濃度は高い状態にあるために、排水処理装置２７には、タールを除去するための大型の加圧浮上槽２８が必要であり、更に、アンモニアを分離するための大型のアンモニア放散塔２９を設置する必要があり、更に、シアンを除去するためのオゾン処理器３０を設置する必要があり、更に、残留するタール、アンモニア、シアンの分解処理を行うための大型の活性汚泥槽３１を設置する必要があり、このために、排水処理装置２７を設置するための広大な設置面積が必要になるという問題を有していた。

又、特許文献３では排液を熱交換器で加熱しフラッシュ装置でフラッシュさせて液分と蒸気分とに分離し、この液分と蒸気分を燃焼処理炉により完全燃焼させるようにしているために、新たな燃焼処理炉を設置する必要があり、更に、大量の液分と蒸気分を完全燃焼させるために大量のエネルギが必要になるという問題がある。

本発明は、斯かる実情に鑑みてなしたものであり、簡単な装置によって排水処理装置の小型化と設置面積の縮小が図れるようにしたガス化ガス精製排水の処理方法及び処理設備を提供しようとするものである。

本発明は、燃焼炉とガス化炉に流動媒体を循環させてガス化炉により原料のガス化を行うようにした循環流動層ガス化炉からのガス化ガスを水冷装置により水で冷却してガス化ガス中の不純物質を除去し、不純物質を含有した排水は排水処理装置に導いて無害化するようにしているガス化ガス精製排水の処理方法であって、前記水冷装置からの排水を加圧ポンプで加圧した後、加熱装置で加熱し、加圧及び加熱した排水を減圧フラッシュさせて排水と気化成分とに分離し、分離した気化成分は前記循環流動層ガス化炉の燃焼炉に供給して燃焼処理し、排水はアンモニア放散塔及び活性汚泥槽に導いて不純物質を無害化処理することを特徴とするガス化ガス精製排水の処理方法、に係るものである。

上記ガス化ガス精製排水の処理方法において、加圧した排水は沸騰しない温度で加熱することが好ましい。

本発明は、燃焼炉とガス化炉に流動媒体を循環させてガス化炉により原料のガス化を行うようにした循環流動層ガス化炉からのガス化ガスを水冷装置により水で冷却してガス化ガス中の不純物質を除去し、不純物質を含有した排水は排水処理装置に導いて無害化するようにしているガス化ガス精製排水の処理設備であって、前記水冷装置からの排水を加圧する加圧ポンプと、該加圧ポンプで加圧した排水を加熱する加熱装置と、加圧ポンプで加圧し加熱装置で加熱した排水を減圧フラッシュさせて排水と気化成分とに分離するフラッシュドラムと、フラッシュドラムからの気化成分を前記循環流動層ガス化炉の燃焼炉に供給して燃焼させる気化成分供給流路と、フラッシュドラムからの排水を導入してアンモニアを放散させるアンモニア放散塔と、更に排水を導入して不純物質を無害化する活性汚泥槽とを有することを特徴とするガス化ガス精製排水の処理設備、に係るものである。

上記ガス化ガス精製排水の処理設備において、前記加熱器が、循環流動層ガス化炉に備えられる熱回収ボイラで得た蒸気により排水を加熱する熱交換器であることは好ましい。

本発明のガス化ガス精製排水の処理方法及び処理設備によれば、排水処理装置からの排水を加圧ポンプで加圧した後、加熱装置で加熱し、加圧及び加熱した排水を減圧フラッシュさせて排水と気化成分とに分離し、分離した気化成分は前記燃焼炉に供給して燃焼処理し、排水はアンモニア放散塔及び活性汚泥槽に導いて不純物質を無害化処理するようにしたので、前記減圧フラッシュによって、排水中に含まれる不純物質の多くを気化成分側に移行させ、この気化成分を循環流動層ガス化炉に備えた燃焼炉を利用して効果的に燃焼処理することができ、更に、排水中の不純物質は前記減圧フラッシュによって気化成分側へ移行した分だけ減少するため、特に、タール分が殆んど含まれていないために、加圧浮上槽の設置は不要にできると共に、小さい容積のアンモニア放散塔及び活性汚泥槽でよいために排水処理装置の簡略・小型が図れて設置面積の大幅な削減を達成できるという優れた効果を奏し得る。

又、前記加熱装置を、循環流動層ガス化炉に備えた熱回収ボイラで得た蒸気により排水を加熱する熱交換器としているので、循環流動層ガス化炉に備えた熱回収ボイラの蒸気を有効に利用して排水を加熱できる効果がある。

本発明のガス化ガス精製排水の処理設備の一実施例を示すブロック図である。 本発明のガス化ガス精製排水の処理設備の他の実施例を示すブロック図である。 ４００ｋＰａに加圧した排水を温度を変えて加熱し、減圧フラッシュした時の加熱温度とタール、アンモニア及びシアンの気化成分への分離性能を示したグラフである。 １３０℃に加熱した排水を圧力を変えて加圧し、減圧フラッシュしたときの圧力とタール、アンモニア及びシアンの気化成分への分離性能を示したグラフである。 循環流動層ガス化装置の全体の一例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。

図１は図５の排水の処理設備に適用した本発明の一実施例を示すブロック図であり、図１中、図５と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。図１中、３３は本発明における排水処理装置を示しており、この排水処理装置３３は、前記第２段バッファタンク２６からの排水２３を加圧するための加圧ポンプ３４を有しており、更に、該加圧ポンプ３４で加圧した排水２３を加熱する加熱装置３５を設け、更に、加圧ポンプ３４で加圧し加熱装置３５で加熱した排水２３を減圧フラッシュさせて排水２３ａと気化成分３６とに分離するフラッシュドラム３７を設けている。

前記フラッシュドラム３７で排水２３を減圧フラッシュすると、排水２３に含まれるタール、アンモニア及びシアンからなる不純物質の多くは気化成分３６側へ移行する。不純物質が気化成分３６側へ移行する蒸発特性は、減圧フラッシュ条件によって決まり、減圧フラッシュの条件は、排水２３の供給圧力と温度である。

加圧ポンプ３４で４００ｋＰａに加圧した場合の排水２３の沸点は１４３℃であるため、排水２３が沸騰しない温度である１４３℃以下の条件で加熱装置３５による加熱を調整する。加熱温度とタール、アンモニア及びシアンの分離性能を図３に示した。図３によれば、加熱温度が高いほど、タール、アンモニア及びシアンのいずれも分離性能が向上することが分かる。

図３によれば、排水２３に含まれる約９５％以上のタールと、約３０％〜５０％のアンモニア及び約２０％〜４０％のシアンの分離除去が可能な１１５℃〜１３５℃の温度で加熱することが好ましいことが分かる。

又、加熱温度１３０℃において、加圧圧力（排水供給圧力）を２００ｋＰａ〜９００ｋＰａまで変化させた時の、タール、アンモニア及びシアンが気化成分側へ移行する分離割合を図４に示した。図４によると、加圧圧力を変化させたことによる分離性能への影響は小さいことが分かる。ここで、加圧ポンプ３４の運転エネルギを考慮すると、加圧圧力はできるだけ小さいことが好ましいので、分離性能を高く維持できる最低の圧力である３００ｋＰａで加圧することが好ましいことが分かる。

前記フラッシュドラム３７での減圧フラッシュによって図３に示した不純物質が移行した気化成分３６は、気化成分供給流路３８により、循環流動層ガス化炉５０の燃焼炉１に供給して燃焼させることで無害化するようにしている。

一方、フラッシュドラム３７での減圧フラッシュによって不純物質の割合が低下した排水２３ａは、アンモニア放散塔３９に導入してアンモニアを放散させ、更に、排水２３ａは活性汚泥槽４０に導入して不純物質を無害化するようにしている。そして、沈殿槽４１により含有物の沈殿分離を行った後、放流している。

次に、図１の実施例の作用を説明する。

水冷装置１６の第２段バッファタンク２６から排出される排水２３は、本発明の排水処理装置３３を構成する加圧ポンプ３４に供給されて例えば３００ｋＰａに加圧された後、加熱装置に導かれて例えば１１５℃〜１３５℃の温度範囲で加熱される。このようにして加圧及び加熱した排水２３は、フラッシュドラム３７に供給されて減圧フラッシュされ、これによって、排水２３ａと気化成分３６とに分離される。このとき、図３に示すように、排水２３に含まれる約９５％以上のタールと、約３０％〜５０％のアンモニア及び約２０％〜４０％のシアンは気化成分３６側に移行されるようになる。

このようにして分離された気化成分３６は、気化成分供給流路３８により循環流動層ガス化炉５０の燃焼炉１に供給されて燃焼される。これにより、不純物質を含む気化成分３６を既存の装置を利用して効果的に無害化処理することができる。

一方、フラッシュドラム３７での減圧フラッシュによって不純物質の濃度が低下した排水２３ａは、アンモニア放散塔３９によりアンモニアを放散させた後、活性汚泥槽４０に導いて濃度が低下したタール、アンモニア及びシアンの分解を行うことにより無害化する。

このとき、排水２３ａ中の不純物質は前記減圧フラッシュによって気化成分３６側へ移行した分だけ減少しており、特に、タール分は殆んど含まれていないために、従来の加圧浮上槽の設置は不要にできる。更に、小さい容積のアンモニア放散塔３９及び活性汚泥槽４０を設けるだけで良いため、排水処理装置３３の簡略・小型が図れて設置面積の大幅な削減を達成することができる。

図２は、本発明の他の実施例を示したもので、この実施例では、図１の加熱装置３５を熱交換器４２としており、該熱交換器４２に、前記循環流動層ガス化炉５０に備えられた熱回収ボイラ１５で得た蒸気を蒸気供給管４３で供給して排水２３を加熱するようにしている。図２ではガス化ガス９と熱交換する熱回収ボイラ１５からの蒸気を利用する場合について例示したが、排ガス７と熱交換する熱回収ボイラ１０からの蒸気を利用するようにしてもよい。

従って、図２の実施例によれば、循環流動層ガス化炉５０に備えられた熱回収ボイラ１５の蒸気を有効に利用して排水２３の加熱を行うことができるので、装置上及びエネルギ上において有効となる。

尚、本発明のガス化ガス精製排水の処理方法及び処理設備は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 燃焼炉
２ ガス化炉
３ 未反応物
４ 燃焼ガス
５ 分離器
６ 流動媒体
８ 原料
８ａ 水蒸気
９ ガス化ガス
１０ 熱回収ボイラ
１５ 熱回収ボイラ
１６ 水冷装置
２３ 排水
２３ａ 排水
３３ 排水処理装置
３４ 加圧ポンプ
３５ 加熱装置
３６ 気化成分
３７ フラッシュドラム
３８ 気化成分供給流路
３９ アンモニア放散塔
４０ 活性汚泥槽
４２ 熱交換器
４３ 蒸気供給管
５０ 循環流動層ガス化炉

Claims (4)

1. 燃焼炉とガス化炉に流動媒体を循環させてガス化炉により原料のガス化を行うようにした循環流動層ガス化炉からのガス化ガスを水冷装置により水で冷却してガス化ガス中の不純物質を除去し、不純物質を含有した排水は排水処理装置に導いて無害化するようにしているガス化ガス精製排水の処理方法であって、前記水冷装置からの排水を加圧ポンプで加圧した後、加熱装置で加熱し、加圧及び加熱した排水を減圧フラッシュさせて排水と気化成分とに分離し、分離した気化成分は前記循環流動層ガス化炉の燃焼炉に供給して燃焼処理し、排水はアンモニア放散塔及び活性汚泥槽に導いて不純物質を無害化処理することを特徴とするガス化ガス精製排水の処理方法。
2. 前記加圧ポンプで加圧した排水は、沸騰しない温度で加熱装置により加熱することを特徴とする請求項１に記載のガス化ガス精製排水の処理方法。
3. 燃焼炉とガス化炉に流動媒体を循環させてガス化炉により原料のガス化を行うようにした循環流動層ガス化炉からのガス化ガスを水冷装置により水で冷却してガス化ガス中の不純物質を除去し、不純物質を含有した排水は排水処理装置に導いて無害化するようにしているガス化ガス精製排水の処理設備であって、前記水冷装置からの排水を加圧する加圧ポンプと、該加圧ポンプで加圧した排水を加熱する加熱装置と、加圧ポンプで加圧し加熱装置で加熱した排水を減圧フラッシュさせて排水と気化成分とに分離するフラッシュドラムと、フラッシュドラムからの気化成分を前記循環流動層ガス化炉の燃焼炉に供給して燃焼させる気化成分供給流路と、フラッシュドラムからの排水を導入してアンモニアを放散させるアンモニア放散塔と、更に排水を導入して不純物質を無害化する活性汚泥槽とを有することを特徴とするガス化ガス精製排水の処理設備。
4. 前記加熱装置は、循環流動層ガス化炉に備えられる熱回収ボイラで得た蒸気によって排水を加熱する熱交換器であることを特徴とする請求項３に記載のガス化ガス精製排水の処理設備。

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