JP5591158B2 - COS processing apparatus and COS processing method in product gas - Google Patents
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Description
本発明は、生成ガス中のCOS処理装置及びCOS処理方法に関する。 The present invention relates to a COS treatment apparatus and a COS treatment method in product gas.
近年では、良質な化石燃料だけではなく、低質な化石燃料をも積極的に用いるという多様化の観点から、石炭や重質油といった低質な燃料の有効利用が求められている。また、火力発電の分野では発電効率向上の観点から、ガス燃料を用いるガスタービンとスチームタービンを併用した複合発電や、炭化水素ガスを燃料電池に導入する発電も普及しつつある。そこで、低質な燃料をガス化してこれらの発電に利用する研究開発が行われている。 In recent years, effective use of low-quality fuels such as coal and heavy oil has been demanded from the viewpoint of diversification in which not only high-quality fossil fuels but also low-quality fossil fuels are actively used. In the field of thermal power generation, from the viewpoint of improving power generation efficiency, combined power generation using a gas turbine that uses gas fuel and a steam turbine, and power generation that introduces hydrocarbon gas into a fuel cell are becoming widespread. Therefore, research and development has been conducted to gasify low-quality fuel and use it for power generation.
ところで、低質な燃料には一般に硫黄化合物が多く含まれており、これをガス化したガスをそのまま燃焼すると硫黄化合物が硫黄酸化物として煙突から大気に排出されて酸性雨等の環境破壊源となる。そこで、通常の火力発電においてはボイラの後流に排煙脱硫装置を設置して、硫黄化合物をたとえば石膏として除去することが実用化されている。ところが、複合発電においてはガスタービンの入口温度が通常の火力発電におけるボイラの温度よりも高いために材料の腐食が顕著である。そこで、硫黄化合物をはじめとする各種の不純物を、ガスタービンの後流ではなく前流において除去し、材料を保護する必要があり、前記排煙脱硫装置は適用できない。燃料電池発電においても、材料の保護による発電効率及び耐久性の確保は必須であり、各種の不純物は同様に燃料電池の前流において除去する必要がある。 By the way, low-quality fuel generally contains a lot of sulfur compounds, and when gasified from this is burned as it is, the sulfur compounds are discharged as sulfur oxides from the chimney to the atmosphere and become a source of environmental destruction such as acid rain. . Therefore, in ordinary thermal power generation, it is put into practical use to install a flue gas desulfurization device in the downstream of the boiler and remove the sulfur compound as gypsum, for example. However, in combined power generation, corrosion of the material is remarkable because the inlet temperature of the gas turbine is higher than the temperature of the boiler in ordinary thermal power generation. Therefore, it is necessary to remove various impurities including sulfur compounds in the upstream rather than the downstream of the gas turbine to protect the material, and the flue gas desulfurization apparatus cannot be applied. In fuel cell power generation, it is essential to secure power generation efficiency and durability by protecting materials, and various impurities must be removed in the upstream of the fuel cell as well.
前記不純物の除去方法として、水溶性の成分は水スクラバで除去し、H2S(硫化水素)についてはアミン類の水溶液で除去する、いわゆる湿式ガス精製プロセスが実用化されている。ところが、アミン類の水溶液ではH2Sは除去できるが、硫化カルボニル(COS)は除去できない。そこで、COS転換触媒を用いて(1)式に示す加水分解反応を行って、アミン類の水溶液で除去できるH2Sの形に変換する反応を促進している。
COS+H2O→H2S+CO2 …(1)
As a method for removing the impurities, a so-called wet gas purification process in which water-soluble components are removed with a water scrubber and H 2 S (hydrogen sulfide) is removed with an aqueous solution of amines has been put into practical use. However, H 2 S can be removed with an aqueous solution of amines, but carbonyl sulfide (COS) cannot be removed. Therefore, a hydrolysis reaction represented by the formula (1) is performed using a COS conversion catalyst to promote a reaction for conversion into a form of H 2 S that can be removed with an aqueous solution of amines.
COS + H 2 O → H 2 S + CO 2 (1)
ここに、COS転換触媒としては、例えばチタニアを含む触媒やアルミナとIV族金属とバリウムを含む触媒や、アルカリ金属と酸化クロムとアルミナを含む触媒が知られている(特許文献1)。 Here, as a COS conversion catalyst, for example, a catalyst containing titania, a catalyst containing alumina, a group IV metal and barium, or a catalyst containing an alkali metal, chromium oxide and alumina is known (Patent Document 1).
ところで、ガス化ガスの運転に応じて、COSの含有量が増減する場合や、触媒機能が低下した際に、所望のCOS転換率に達しない場合には、後流側の配管やガスタービン等の機器類が腐食する、という問題がある。 By the way, when the COS content increases or decreases depending on the operation of the gasification gas, or when the desired COS conversion rate is not reached when the catalytic function is lowered, the downstream side piping, gas turbine, etc. There is a problem that the equipment is corroded.
また、COSが分解されない場合、脱硫装置では分解されず、例えばガスタービン等で燃焼される際にSO2となって、排出される。これにより環境中に硫黄酸化物が高濃度の排出されるおそれがある。
ここで、未分分解COSが発生した場合、その原因が生成ガス中のCOSの過渡的な濃度増大であるか、COS変換装置自身の変換能力が不十分なのかが、把握できないという問題がある。
In addition, when COS is not decomposed, it is not decomposed by the desulfurization device, and is emitted as SO 2 when it is burned by, for example, a gas turbine. As a result, there is a risk of high concentrations of sulfur oxides being discharged into the environment.
Here, when undegraded COS occurs, there is a problem that it is impossible to grasp whether the cause is a transient increase in the concentration of COS in the product gas or whether the conversion capability of the COS conversion device itself is insufficient. .
従来においては、ガスを採取し、その後ガスクロマトグラフ分析を行うことで分析しているが、分析に数分程度を要し、応答性が低いので、秒単位の測定ができないという問題がある。 Conventionally, gas is collected and then analyzed by gas chromatograph analysis. However, the analysis requires several minutes, and the response is low, so that there is a problem that measurement in seconds cannot be performed.
そこで、ガス化ガス中のCOSの過渡的な濃度の増大やCOS変換器における変換不十分な際に、その状況を秒単位で迅速且つ連続してルタイムで検知し、迅速な対応措置をとることが切望されている。 Therefore, when the transient concentration of COS in the gasification gas increases or when the conversion in the COS converter is insufficient, the situation is detected quickly and continuously in seconds, and prompt action is taken. Is anxious.
本発明は、前記問題に鑑み、生成ガス中のCOSの濃度の増大やCOS変換器における変換不十分な際に、その状況をリアルタイムで検知し、迅速な対応措置をとることができる生成ガス中のCOS処理装置及びCOS処理方法を提供することを課題とする。 In view of the above problems, the present invention can detect the situation in real time when the concentration of COS in the product gas increases or the COS converter is insufficiently converted, and can take prompt measures. It is an object of the present invention to provide a COS processing apparatus and a COS processing method.
上述した課題を解決するための本発明の第1の発明は、硫化カルボニル(COS)を含む生成ガスを処理するCOS触媒を有する第1のCOS変換器と、該第1のCOS変換器の前流側に設けられ、生成ガス中のCOS濃度を計測するレーザ分析装置と、前記レーザ分析装置の計測の結果、COS濃度が閾値を超えている際、生成ガスの流路を主流路からバイパス流路へ切り替える流路切替手段と、バイパス流路に介装され、硫化カルボニル(COS)を含む生成ガスを処理するCOS触媒を有する第2のCOS変換器と、前記求めたCOS濃度が、閾値濃度を超える場合には、流路切替手段をバイパス流路側へ切替え、第2のCOS変換器で未変換のCOS(硫化カルボニル)を処理する制御を行う制御装置と、を具備することを特徴とする生成ガス中のCOS処理装置にある。 A first invention of the present invention for solving the above-described problem is a first COS converter having a COS catalyst for treating a product gas containing carbonyl sulfide (COS), and a front of the first COS converter. A laser analyzer for measuring the COS concentration in the product gas, and when the COS concentration exceeds a threshold as a result of the measurement by the laser analyzer, the product gas flow path is bypassed from the main flow path. A channel switching means for switching to the channel, a second COS converter having a COS catalyst disposed in the bypass channel and treating the produced gas containing carbonyl sulfide (COS), and the determined COS concentration is a threshold concentration And a control device that performs control to switch the flow path switching means to the bypass flow path side and process unconverted COS (carbonyl sulfide) with the second COS converter. In COS processor in the product gas.
第2の発明は、第1の発明において、前記第1のCOS変換器の後流側に設けられ、COS変換処理された生成ガス中のCOS濃度を計測するレーザ分析装置を具備することを特徴とする生成ガス中のCOS処理装置にある。 According to a second invention, in the first invention, a laser analyzer is provided on the downstream side of the first COS converter, and measures a COS concentration in the product gas subjected to the COS conversion process. In the COS treatment device in the product gas.
第3の発明は、第1の発明において、前記第1のCOS変換器の内部ガスの温度を、生成ガス成分の吸光度の相対強度より計測することを特徴とする生成ガス中のCOS処理装置にある。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the COS treatment apparatus in the produced gas, wherein the temperature of the internal gas of the first COS converter is measured from the relative intensity of the absorbance of the produced gas component. is there.
第4の発明は、第3の発明において、温度計測の結果、前記第1のCOS変換器の内部ガスが低い場合には増熱する制御を行うことを特徴とする生成ガス中のCOS処理装置にある。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the invention, the COS treatment apparatus in the produced gas is characterized in that when the internal gas of the first COS converter is low as a result of temperature measurement, control is performed to increase heat It is in.
第5の発明は、第1の発明において、レーザ分析装置が、生成ガス中にレーザ光を導入する第1の計測部と、第1の計測部に半導体レーザ装置から半導体レーザ光を照射し、レーザ吸収分光法により燃料ガス中のCOS濃度を計測する第1の検出器と、を具備することを特徴とする生成ガス中のCOS処理装置にある。 According to a fifth invention, in the first invention, the laser analyzer irradiates the first measurement unit for introducing the laser beam into the generated gas, and the semiconductor laser beam from the semiconductor laser device to the first measurement unit, And a first detector that measures the COS concentration in the fuel gas by laser absorption spectroscopy.
第6の発明は、第2の発明の生成ガス中のCOS処理装置を、2系統(第1系統、第2系統)並列に設け、この2系統のCOS処理装置を交互に用いて、生成ガス中のCOSを処理するに際し、第1系統の第1のCOS変換器でCOS変換処理しつつ、第1のCOS変換器の後流側のCOS濃度を計測し、COS変換漏れが発生した場合、第1系統の第1のCOS変換器の後流側から第2系統の第1のCOS変換器の上流側に戻す戻しラインを介して、未処理のCOSを含むCOS変換処理された生成ガスを第2系統の第1のCOS変換器に導入し、該第1のCOS変換器でCOS変換処理することを特徴とするCOS処理方法にある。 In a sixth aspect of the present invention, the COS treatment device in the product gas of the second invention is provided in parallel with two systems (first system and second system), and the two systems of COS treatment devices are alternately used to produce the product gas. When the COS concentration is measured, the COS concentration on the downstream side of the first COS converter is measured while the COS conversion process is performed by the first COS converter of the first system, and the COS conversion leakage occurs. The COS-converted product gas containing unprocessed COS is returned via a return line that returns from the downstream side of the first COS converter of the first system to the upstream side of the first COS converter of the second system. The COS processing method is characterized in that it is introduced into a first COS converter of the second system, and COS conversion processing is performed by the first COS converter.
本発明によれば、生成ガス中のCOSの濃度の増大やCOS変換器における変換不十分な際に、その状況をリアルタイムで検知し、迅速な対応措置をとることができる。 According to the present invention, when the concentration of COS in the product gas increases or when the conversion in the COS converter is insufficient, the situation can be detected in real time, and a prompt action can be taken.
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。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same.
本発明による実施例に係る生成ガス中のCOS処理装置について、図面を参照して説明する。図1は、実施例1に係る生成ガス中のCOS処理装置の概略図である。
図1に示すように、本実施例に係る生成ガス中のCOS処理装置10Aは、硫化カルボニル(COS)を含む生成ガス12を処理するCOS触媒を有する第1のCOS変換器13Aと、該第1のCOS変換器13Aの前流側に設けられ、生成ガス12中のCOS濃度を計測するレーザ分析装置15Aと、前記レーザ分析装置15Aの計測の結果、COS濃度が閾値を超えている際、生成ガスの流路を主流路L1からバイパス流路L2へ切り替える流路切替手段19と、バイパス流路L2に介装され、硫化カルボニル(COS)を含む生成ガス12を処理するCOS触媒を有する第2のCOS変換器13Bと、前記求めたCOS濃度(X)が、閾値濃度(Y)を超える場合には、流路切替手段19をバイパス流路L2側へ切替え、第2のCOS変換器13Bで未変換のCOS(硫化カルボニル)を処理する制御を行う制御装置20と、生成ガス12中の硫黄酸化物を除去する脱硫装置21とを具備するものである。
A COS treatment apparatus in product gas according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of a COS treatment device in product gas according to a first embodiment.
As shown in FIG. 1, the COS treatment apparatus 10A in the product gas according to this embodiment includes a
ガス化炉11は公知のものであり、例えば石炭や重質油などの低質燃料と、ガス化剤である酸素、空気、または酸素富化された空気が投入され、ガス化ガスである生成ガス12が取り出される。
この取り出された生成ガス12は、公知の集塵装置を用いて煤塵を除去することが望ましい。この煤塵が除去された生成ガス12に含まれるCOSを第1のCOS変換器13Aを用いてCOS変換処理している。
本実施例では、第1のCOS変換器13Aの前流側に、生成ガス12中のCOS濃度を計測するレーザ分析装置15Aが設けられている。
The
It is desirable to remove dust from the extracted
In this embodiment, a
ここで、レーザ分析装置15Aは、生成ガス12中に半導体レーザ光(以下「レーザ光」という)14を導入する第1の計測部17Aと、第1の計測部17Aに半導体レーザ装置16からレーザ光14を照射し、レーザ吸収分光法により燃料ガス中のCOS濃度を計測する第1の検出器18Aと、を具備するものである。
なお、参照レーザ吸収光(I0)は、第2の検出器18Bで検出し、半導体レーザの波長のずれによる生じる計測誤差を校正している。
半導体レーザの波長は、例えば1.0〜6.0μmとし、より好適には計測波長は1.65μmとしている。
Here, the
Note that the reference laser absorption light (I 0 ) is detected by the
The wavelength of the semiconductor laser is, for example, 1.0 to 6.0 μm, and more preferably the measurement wavelength is 1.65 μm.
第1の検出器18Aでは、生成ガス12中に含有されるCOS濃度をオンラインで計測し、第1のCOS変換器13AでCOS変換できる許容範囲か否かを確認している。
そして、所定の閾値を設定し、許容範囲でないと判断した際には、制御装置20により流路切替手段19を操作して、生成ガス12の流路を第1のCOS変換器13Aが介装されている主流路L1からバイパス流路L2へ切り替え、バイパス流路L2に介装された第2のCOS変換器13Bにより、未処理であった硫化カルボニル(COS)を触媒処理するようにしている。
In the
Then, when a predetermined threshold is set and it is determined that it is not within the allowable range, the
すなわち、通常は所定のCOS処理能力範囲内のCOSが含有(数10ppm〜数1000ppm)された生成ガス12が流れてくるが、燃料やガス化炉11等の上流側の不具合により、COS含有量が過渡的に増大するような場合、COS触媒の処理能力を超えることとなり、そのままでは後流側にCOSが流れていくので、バイパス流路L2に介装した第2のCOS変換器13Bにおいて、COS処理することで、未処理のCOSが後流側へ漏れることが解消される。
また、COSの濃度が多量である場合には、ガス化炉11の運転操作の対応により、COS濃度を低減する対策を講じることもできる。
That is, normally, the produced
Further, when the concentration of COS is large, it is possible to take measures to reduce the COS concentration by handling the operation of the
半導体レーザを用いたレーザ分析により、生成ガス12中のガス組成を確認することができる。
The gas composition in the
本実施例の生成ガス中のCOS処理装置によれば、ガス化炉11からの生成ガス12中のCOSの過渡的な濃度の増大やCOS変換器における変換不十分な際に、その状況を秒単位で迅速且つ連続してルタイムで検知し、迅速な対応措置をとることが可能となる。
According to the COS treatment apparatus in the product gas of the present embodiment, when the transient increase in COS concentration in the
本発明による実施例に係る生成ガス中のCOS処理装置について、図面を参照して説明する。図2は、実施例2に係る生成ガス中のCOS処理装置の概略図である。
図2に示すように、本実施例に係る生成ガス中のCOS処理装置10Bは、実施例1の生成ガス中のCOS処理装置10Aにおいて、第1のCOS変換器13Aの後流側に設けられ、COS変換処理ガス12中のCOS濃度を計測するレーザ分析装置15Bを具備するものである。
レーザ分析装置15Bは、第1のCOS変換器13Aの後流側において、第2の計測部17Bに半導体レーザ装置16から半導体レーザ光14を照射し、レーザ吸収分光法により燃料ガス中のCOS濃度を計測する第2の検出器18Bと、を具備して、COS変換後の生成ガス12中のCOS濃度を計測するようにしている。
この後流側でCOS濃度を計測することで、COS触媒の処理能力が正常であるか否かを判断することができる。
A COS treatment apparatus in product gas according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic diagram of a COS treatment apparatus in the product gas according to the second embodiment.
As shown in FIG. 2, the COS treatment device 10B in the product gas according to the present embodiment is provided on the downstream side of the
The
By measuring the COS concentration on the downstream side, it can be determined whether or not the processing capability of the COS catalyst is normal.
すなわち、第1のCOS変換器13Aの上流側で計測したCOSの量が所定値以下の場合において、後流側でCOS濃度を計測することは、COS触媒の劣化が要因であると判断することができる。
That is, when the amount of COS measured on the upstream side of the
また、本発明を適用することで、単一の装置で複数点の同時迅速測定が可能となるので、COS処理装置のCOS変換能力の状況を精度良く把握することができる。 Also, by applying the present invention, simultaneous measurement at a plurality of points can be performed with a single device, so that the status of the COS conversion capability of the COS processing device can be accurately grasped.
このような場合においても、制御装置20により流路切替手段19を操作して、生成ガス12の流路を第1のCOS変換器13Aが介装されている主流路L1からバイパス流路L2へ切り替え、バイパス流路L2に介装された第2のCOS変換器13Bにより、未処理であった硫化カルボニル(COS)を触媒処理するようにしている。
In such a case, by operating the passage switching means 19 by the
図3は、実施例2に係る他の生成ガス中のCOS処理装置の概略図である。図3に示すように、本実施例のCOS変換装置を2系統(第1系統、第2系統)13A−1、13A−2並列に設け、この2系統のCOS処理装置13A−1、13A−2を交互に用いて、COS変換処理を行う。
そして、生成ガス12中のCOSを連続して処理するに際し、第1系統の第1のCOS変換器13A−1でCOS変換処理しつつ、第1のCOS変換器13A−1の後流側のCOS濃度をレーザ分析装置15B−1で計測し、COS変換漏れが発生した場合、第1系統の第1のCOS変換器13A−1の後流側から第2系統の第1のCOS変換器13A−2の上流側に戻す戻しラインL11を介して、未処理のCOSを含むCOS変換処理された生成ガス12を第2系統の第1のCOS変換器13A−2に導入し、該第1のCOS変換器13A−2でCOS変換処理するようにしている。
図3中、符号L1-1、L1-2は主流路、L2-2はバイパス流路、L12は戻しライン、19−1、19−2は流路切替手段、15B−2はレーザ分析装置を各々図示する。
FIG. 3 is a schematic diagram of a COS treatment apparatus in another product gas according to the second embodiment. As shown in FIG. 3, the COS conversion devices of the present embodiment are provided in two systems (first system, second system) 13A-1 and 13A-2 in parallel, and these two systems of
When continuously processing the COS in the
In FIG. 3, reference numerals L 1-1 and L 1-2 are main flow paths, L 2-2 is a bypass flow path, L 12 is a return line, 19-1 and 19-2 are flow path switching means, and 15B-2 is Each of the laser analyzers is illustrated.
これにより、連続稼動する際に、2系統のCOS処理装置を設けている場合、通常のメンテナンスのときに、休止していた別の系統のCOS処理装置を用いてCOSを処理することができる。
これにより、第2のCOS変換器13B−1に何等かの不具合等が生じた場合でも、後流側へのCOSの漏れを解消することができる。
Thus, when two systems of COS processing devices are provided during continuous operation, COS can be processed using another system of COS processing devices that have been suspended during normal maintenance.
As a result, even if any trouble or the like occurs in the
本発明による実施例に係る生成ガス中のCOS処理装置について、図面を参照して説明する。図4−1は、実施例3に係る生成ガス中のCOS処理装置の概略図である。図4−2は、実施例3に係る他の生成ガス中のCOS処理装置の概略図である。
図5は、実施例3に係る他の生成ガス中のCOS処理装置の概略図である。
図4−1に示すように、本実施例に係る生成ガス中のCOS処理装置10C−1は、実施例2のCOS処理装置10Bにおいて、さらに第1のCOS変換器13Aの内部の温度を計測するレーザ分析装置15Cを具備するものである。
A COS treatment apparatus in product gas according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4A is a schematic diagram of the COS treatment apparatus in the product gas according to the third embodiment. FIG. 4-2 is a schematic diagram of a COS treatment device in another product gas according to the third embodiment.
FIG. 5 is a schematic diagram of a COS treatment device in another product gas according to the third embodiment.
As illustrated in FIG. 4A, the
本実施例においては、第1のCOS変換器13A内部のガス温度を、生成ガス12に含有する成分(CO、CH4、CO2等)の吸光度の相対強度より計測するものである。
In this embodiment, the gas temperature inside the
本実施例では、生成ガス成分中に含有する成分の吸光度を計測し、予め測定しておいた温度曲線に照らして、ガス中の温度計測を行うようにしている。 In this embodiment, the absorbance of the component contained in the product gas component is measured, and the temperature in the gas is measured in light of a temperature curve measured in advance.
ここで、レーザ分析装置15Cでは、生成ガス12中に半導体レーザ光14を導入して、COS濃度を計測すると共に、生成ガス12のガス組成(例えばCO)の吸光度を計測する第4の検出器18Dを具備するものである。
半導体レーザ光14は半導体レーザ装置16からのレーザ光を共用している。
Here, in the laser analyzer 15C, a
The
これにより、第1のCOS変換器13A内部のガス中の温度を計測することが可能となる。この結果、第1のCOS変換器13A内部が触媒反応温度に適正に保持されているかを確認することができる。
よって、後流側のCOS濃度の増加があった場合、触媒の劣化によるものか、または触媒反応温度が低いかを確認することができる。
触媒反応温度が低い場合には図示しない加熱手段により適切な触媒反応温度(例えば200〜300℃)となるように増熱する制御を図示しない制御手段により行うことができる。
As a result, the temperature in the gas inside the
Therefore, when there is an increase in the COS concentration on the downstream side, it can be confirmed whether the catalyst is deteriorated or the catalyst reaction temperature is low.
When the catalyst reaction temperature is low, control for increasing the temperature so as to reach an appropriate catalyst reaction temperature (for example, 200 to 300 ° C.) by a heating means (not shown) can be performed by a control means (not shown).
図6は、COガスの蛍光の信号強度と、回転量子数(J)との関係図である。図6中、黒丸印は300Kにおける測定値であり、四角印は400Kにおける測定値である。これらのプロットを結ぶ線は下記数式(1)を用いたフィッティングである。
このチャートは電子状態における基底状態から第一振動励起状態の振動−回転スペクトルである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the fluorescence intensity of CO gas and the rotational quantum number (J). In FIG. 6, black circles are measured values at 300K, and square marks are measured values at 400K. The line connecting these plots is a fitting using the following formula (1).
This chart is a vibration-rotation spectrum from the ground state to the first vibration excited state in the electronic state.
また、図7は温度300Kと400Kにおける振動遷移におけるR枝におけるポンプ光のエネルギーの吸収スペクトル強度の図である。 FIG. 7 is a diagram of the absorption spectrum intensity of the energy of pump light in the R branch in the vibration transition at temperatures of 300K and 400K.
このスペクトル線の回転量子数(J)に対応する相対強度を測定し、その測定結果から、下記数式(1)を温度の関数としてあてはめることにより、測定場の温度を算出することができる。
Nj/Nj=0=(2J+1)exp(−[(kcBJ)・(J+1)]/(kT))…(1)
ここで、
Nj:回転量子数Jにおける分子数(数密度)
Nj=0:全分子数
J:回転量子数
k:ボルツマン定数
c:光速度
B:回転定数
T:温度(回転温度)
である。
The relative intensity corresponding to the rotational quantum number (J) of this spectral line is measured, and the temperature of the measurement field can be calculated from the measurement result by applying the following formula (1) as a function of temperature.
N j / N j = 0 = (2J + 1) exp (− [(kcBJ) · (J + 1)] / (kT)) (1)
here,
N j : Number of molecules in the rotational quantum number J (number density)
N j = 0 : total number of molecules J: rotational quantum number k: Boltzmann constant c: speed of light B: rotational constant T: temperature (rotational temperature)
It is.
よって、例えば図6の300KのR(5)とR(20)とのピークを選択し、CO由来の吸収により信号強度を求め、既知のCOのボルツマン分布のあてはめを行うことで、生成ガスの濃度と温度を予測することができる。
この結果、従来においては、例えば熱電対等における内部の温度計測は、スポット的な温度計測であったものが、計測場全体(レーザ光の光路長全体)の平均温度を非接触で求めることができる。これにより、COS触媒全体の温度が把握できる。
Therefore, for example, the peak of 300K R (5) and R (20) in FIG. 6 is selected, signal intensity is obtained by absorption from CO, and fitting of a known Boltzmann distribution of CO is performed. Concentration and temperature can be predicted.
As a result, in the past, for example, the internal temperature measurement in a thermocouple or the like was a spot temperature measurement, but the average temperature of the entire measurement field (the entire optical path length of the laser beam) can be obtained without contact. . Thereby, the temperature of the whole COS catalyst can be grasped.
なお、本実施例では、半導体レーザ16からのレーザ光14を共用していたが、図4−2に示す生成ガス中のCOS処理装置10C−2のように、COS濃度計測用の第1の半導体レーザ装置16Aと、温度計測用の第2の半導体レーザ装置16Bとを設け、別々のレーザ源により各々の計測をするようにしてもよい。
これは、生成ガス12中のCOS濃度は、その計測値が数百ppmV程度の存在であるのに対し、CO濃度は、その計測値が10000ppmV以上と高濃度であるので、測定信号の取得が容易となるからである。
In this embodiment, the
This is because the measured value of the COS concentration in the
なお、本実施例では、石炭ガス中に高濃度で存在するCOの吸光度を適用した例を例示しているが、他の石炭ガス成分(CH4、CO2等)を指標として温度計測することも適用可能である。 In this embodiment, an example is shown in which the absorbance of CO present at a high concentration in coal gas is applied, but temperature measurement is performed using other coal gas components (CH 4 , CO 2, etc.) as indices. Is also applicable.
図5に示す生成ガス中のCOS処理装置10Dでは、COS触媒を有する第1のCOS変換器13Aの内部の中央とその前後の部分においても温度を計測している。
そして、第1のCOS変換器13Aの内部の入口温度側と出口温度側とを計測して、平均の触媒温度を求めるようにしてもよい。なお、この際中央の温度計測は除くようにしてもよい。
これにより、第1のCOS変換器13Aの触媒内部の温度を監視することができるので、適切な触媒温度条件に保持することができ、COS触媒変換を適切に行うことができる。
In the
Then, an average catalyst temperature may be obtained by measuring the inlet temperature side and the outlet temperature side inside the
Thereby, since the temperature inside the catalyst of the
なお、図4−2の生成ガス中のCOS処理装置10C−2のように、温度計測用の第2の半導体レーザ16Bを別途設置して、温度計測のみを別途行うようにしてもよい。
In addition, like the
以上述べたように、本発明によれば、生成ガス中のCOSの濃度の増大やCOS変換器における変換不十分な際に、その状況をリアルタイムで検知し、迅速な対応措置をとることができ、硫黄酸化物の排出管理を適切に実施することが可能となる。 As described above, according to the present invention, when the concentration of COS in the product gas is increased or when the conversion in the COS converter is insufficient, the situation can be detected in real time, and prompt action can be taken. Therefore, it becomes possible to appropriately carry out emission management of sulfur oxides.
10A〜10D 生成ガス中のCOS処理装置
12 生成ガス
13A 第1のCOS変換器
13B 第2のCOS変換器
15A〜15C レーザ分析装置
19 流路切替手段
20 制御装置
10A to 10D COS treatment device in
Claims (6)
該第1のCOS変換器の前流側に設けられ、生成ガス中のCOS濃度を計測するレーザ分析装置と、
前記レーザ分析装置の計測の結果、COS濃度が閾値を超えている際、生成ガスの流路を主流路からバイパス流路へ切り替える流路切替手段と、
バイパス流路に介装され、硫化カルボニル(COS)を含む生成ガスを処理するCOS触媒を有する第2のCOS変換器と、
前記求めたCOS濃度が、閾値濃度を超える場合には、流路切替手段をバイパス流路側へ切替え、第2のCOS変換器で未変換のCOS(硫化カルボニル)を処理する制御を行う制御装置と、を具備することを特徴とする生成ガス中のCOS処理装置。 A first COS converter having a COS catalyst for treating a product gas comprising carbonyl sulfide (COS);
A laser analyzer provided on the upstream side of the first COS converter and measuring the COS concentration in the product gas;
As a result of measurement by the laser analyzer, when the COS concentration exceeds a threshold value, a flow path switching means for switching the flow path of the product gas from the main flow path to the bypass flow path;
A second COS converter having a COS catalyst interposed in the bypass channel and treating a product gas containing carbonyl sulfide (COS);
A control device that controls to switch the flow path switching means to the bypass flow path side and process unconverted COS (carbonyl sulfide) in the second COS converter when the obtained COS concentration exceeds the threshold concentration; And a COS treatment apparatus in the product gas.
前記第1のCOS変換器の後流側に設けられ、COS変換処理された生成ガス中のCOS濃度を計測するレーザ分析装置を具備することを特徴とする生成ガス中のCOS処理装置。 In claim 1,
A COS treatment apparatus in a product gas, comprising a laser analyzer provided on a downstream side of the first COS converter and measuring a COS concentration in a product gas subjected to a COS conversion process.
前記第1のCOS変換器の内部ガスの温度を、生成ガス成分の吸光度の相対強度より計測することを特徴とする生成ガス中のCOS処理装置。 In claim 1,
A COS treatment apparatus in a product gas, wherein the temperature of the internal gas of the first COS converter is measured from the relative intensity of the absorbance of the product gas component.
温度計測の結果、前記第1のCOS変換器の内部ガスが低い場合には増熱する制御を行うことを特徴とする生成ガス中のCOS処理装置。 In claim 3,
As a result of temperature measurement, when the internal gas of the first COS converter is low, control is performed to increase the heat.
レーザ分析装置が、
生成ガス中にレーザ光を導入する第1の計測部と、
第1の計測部に半導体レーザ装置から半導体レーザ光を照射し、レーザ吸収分光法により燃料ガス中のCOS濃度を計測する第1の検出器と、を具備することを特徴とする生成ガス中のCOS処理装置。 In claim 1,
Laser analyzer
A first measurement unit for introducing laser light into the product gas;
A first detector that irradiates the first measurement unit with semiconductor laser light from the semiconductor laser device and measures the COS concentration in the fuel gas by laser absorption spectroscopy. COS processing device.
この2系統のCOS処理装置を交互に用いて、生成ガス中のCOSを処理するに際し、
第1系統の第1のCOS変換器でCOS変換処理しつつ、第1のCOS変換器の後流側のCOS濃度を計測し、COS変換漏れが発生した場合、
第1系統の第1のCOS変換器の後流側から第2系統の第1のCOS変換器の上流側に戻す戻しラインを介して、未処理のCOSを含むCOS変換処理された生成ガスを第2系統の第1のCOS変換器に導入し、該第1のCOS変換器でCOS変換処理することを特徴とするCOS処理方法。
The COS treatment device in the product gas of claim 2 is provided in parallel in two systems (first system, second system),
When processing the COS in the product gas by alternately using these two COS processing devices,
While the COS conversion process is performed by the first COS converter of the first system, the COS concentration on the downstream side of the first COS converter is measured, and when a COS conversion leakage occurs,
The COS-converted product gas containing unprocessed COS is returned via a return line that returns from the downstream side of the first COS converter of the first system to the upstream side of the first COS converter of the second system. A COS processing method comprising introducing a first COS converter of a second system and performing a COS conversion process by the first COS converter.
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