JP5935119B2

JP5935119B2 - 凝縮物の検出装置

Info

Publication number: JP5935119B2
Application number: JP2012125389A
Authority: JP
Inventors: 小林　誠; 誠小林
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: JP2013250162A

Description

本発明は、石炭ガス化ガスの、アルカリ金属、アルカリ土類金属、水銀をはじめとする重金属、アンモニウム塩、ハロゲン化物、タール、多環芳香族等の様々な凝縮性物質（凝縮物）の状態を分析して凝縮物（不純物）を検出し、石炭ガス化ガスに含まれる凝縮物（不純物）の状態（濃度）を推定する凝縮物の検出装置に関する。

石炭は世界の広い地域に存在し、可採埋蔵量が多く、価格が安定しているため、供給安定性が高く発熱量あたりの価格が低廉である。石炭を燃料とする火力発電設備として、石炭ガス化複合発電（IGCC：Integrated coal Gasfication Combined Cycle）が知られている。石炭ガス化複合発電では、石炭ガス化ガスを燃料としてガスタービンを駆動して電力を得ると共に、ガスタービンの排気熱を回収して蒸気を発生させ、発生した蒸気により蒸気タービンを駆動して電力を得ている（例えば、特許文献１参照）。

石炭ガス化炉で発生する石炭ガス化ガスにはハロゲン化物や水銀等の不純物や後続機器に対して影響を与える不純物、微量成分が含まれるため、ガス精製設備により石炭ガス化ガスの不純物を除去して燃料ガスとしている。不純物を除去する設備として、高温の石炭ガス化ガスの不純物を除去するための乾式ガス精製設備が種々検討されている。乾式で石炭ガス化ガスを精製することで石炭ガス化ガスを高温のまま精製することができるので、温度や圧力の昇降を抑えて燃料ガスを得ることができる。

乾式ガス精製設備では、吸収剤を用いてハロゲン化物や水銀等の不純物を吸収することで、温度や圧力を維持して（圧力損失を抑制して）燃料ガスを得ている。不純物を吸収するための吸収剤の使用量は、石炭ガス化ガスに含まれる不純物の濃度により決定される。

石炭ガス化ガスに含まれる凝縮物（不純物）は、温度により気体と固体との間で形態が変化するものであるため、石炭ガス化ガスに含まれる不純物の濃度を直接測定して把握することは困難である。このため、石炭ガス化炉で用いる石炭に元々含まれている不純物の量が石炭の種類に応じて異なっていることに基づいて、石炭ガス化ガスに含まれる不純物の状態が推定され、推定された不純物の濃度により吸収剤の使用量が設定されている。

しかし、不純物が凝縮等して固体化することで、石炭ガス化ガスにガス状で含まれる不純物（凝縮していない不純物）の濃度が変化し、吸収剤の使用量が適切に設定されない場合も考えられる。不純物の凝縮状態は、石炭ガス化ガスの温度による形態の変化のみならず、石炭に含まれる別の成分（凝縮性の不純物を生成させる成分）との化学反応によって凝縮性成分を生ずることによっても変化する。したがって、温度や化学反応によって生ずる凝縮性成分が影響しあうことから凝縮状態を一義的に決められるものではない。このため、石炭ガス化ガスにガス状で含まれる不純物（凝縮していない不純物）の濃度を推定することは困難な状況であった。

特開２００５―１７１１４８号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、石炭ガス化ガスにガス状で含まれる不純物を直接分析することなく、石炭ガス化ガスにガス状で含まれる不純物（凝縮していない不純物）の状態（濃度）を的確に導出することができる凝縮物の検出装置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に係る本発明の凝縮物の検出装置は、石炭ガス化炉の系内に存在する凝縮物を分離・捕集する分離・捕集手段と、分離・捕集手段で分離された凝縮物を分析する分析手段と、分析手段で分析された凝縮物の状況に基づいて、分離・捕集手段で凝縮物が分離された後の石炭ガス化ガスにガス状で含まれている不純物（凝縮していない不純物）の状況を導出する導出手段とを備えたことを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、石炭ガス化炉の系内で分離・捕集した凝縮物を分析することで、石炭ガス化ガスにガス状で含まれる不純物（凝縮していない凝縮物）の形態等（化合物等）を導出手段で導出することができ、凝縮物や石炭ガス化ガスにガス状で含まれている不純物の化合物形態を推定することができる。

このため、石炭ガス化ガスにガス状で含まれる不純物を直接分析することなく、石炭ガス化ガスにガス状で含まれる不純物（凝縮していない不純物）の状態（濃度）を的確に導出することができ、運転計画や機器の設計、メンテナンスの計画等に石炭ガス化ガスにガス状で含まれている不純物の状況を反映させることができる。

そして、請求項２に係る本発明の凝縮物の検出装置は、請求項１に記載の凝縮物の検出装置において、分析手段では、アルカリ金属、アルカリ土類金属との反応で凝縮した凝縮物を分析する分析手段と、分析手段で分析された凝縮物の状況に基づいて、分離・捕集手段で凝縮物が分離された後の石炭ガス化ガスにガス状で含まれている不純物（凝縮していない不純物）の状況を導出する導出手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、アルカリ金属、アルカリ土類金属との反応で凝縮した凝縮物を分析することで、石炭ガス化ガスにガス状で含まれている不純物（凝縮していない不純物）の状況（元素の形態等）を導出することができる。

また、請求項３に係る本発明の凝縮物の検出装置は、請求項２に記載の凝縮物の検出装置において、分析手段では、凝縮物を分析することでアルカリ金属、アルカリ土類金属を検出すると共に、検出されたアルカリ金属、アルカリ土類金属に基づいて凝縮性の不純物を推定し、導出手段は、分析手段で推定された凝縮性の不純物の状況に基づいて、分離・捕集手段で分離された後の石炭ガス化ガスにガス状で含まれている不純物の状況を導出することを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、アルカリ金属、アルカリ土類金属との反応で凝縮した凝縮物を分析することで不純物を推定し、石炭ガス化ガスにガス状で含まれている不純物の状況を導出することができる。

また、請求項４に係る本発明の凝縮物の検出装置は、請求項３に記載の凝縮物の検出装置において、導出手段では、分析手段で推定された凝縮性の不純物の濃度に基づいて、凝縮物に含まれる不純物の濃度が低くなった際に、石炭ガス化ガスにガス状で含まれている不純物の濃度が高くなったと判断して不純物の状況を導出することを特徴とする。

また、請求項５に係る本発明の凝縮物の検出装置は、請求項１に記載の凝縮物の検出装置において、導出手段では、分離・捕集手段で凝縮物が分離された後の石炭ガス化ガスにガス状で含まれている不純物の状況を導出することを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、凝縮物における不純物（塩素、フッ素）を分析することで、石炭ガス化ガスにガス状で含まれている不純物の状況（濃度や形態）を導出することができる。

また、請求項６に係る本発明の凝縮物の検出装置は、請求項５に記載の凝縮物の検出装置において、分析手段では、凝縮性の不純物（塩素・フッ素）の濃度を推定し、導出手段では、凝縮物に含まれる不純物の濃度に応じて石炭ガス化ガスにガス状で含まれている不純物の濃度を導出することを特徴とする。

また、請求項７に係る本発明の凝縮物の検出装置は、請求項６に記載の凝縮物の検出装置において、導出手段では、凝縮物に含まれる不純物の濃度が低くなった際に、石炭ガス化ガスにガス状で含まれている不純物の濃度が高くなったと判断して不純物の状況を導出することを特徴とする。

また、請求項８に係る本発明の凝縮物の検出装置は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の凝縮物の検出装置において、分離・捕集手段は、石炭ガス化ガスからチャーを分離するサイクロンもしくはダストフィルターであり、凝縮物は、サイクロンもしくはダストフィルターで分離されたチャーに固定されたものであることを特徴とする。

また、分離・捕集手段は、石炭が酸化反応によりガス化された後のフラグを回収する手段を適用することができ、この場合、凝縮物は、回収されたスラグに固定されたものとなる。

また、請求項９に係る本発明の凝縮物の検出装置は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の凝縮物の検出装置において、分離・捕集手段は、石炭ガス化ガスからチャーを分離するサイクロンもしくはダストフィルター、及び、石炭が酸化反応によりガス化された後のスラグを回収する手段であり、凝縮物は、サイクロンもしくはダストフィルターで分離されたチャーに固定されたもの、及び、回収されたスラグに固定されたものであることを特徴とする。

また、請求項１０に係る本発明の凝縮物の検出装置は、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の凝縮物の検出装置において、分析手段では、水洗いすることにより水溶性の凝縮物を分離することを特徴とする。

凝縮物として、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウムを検出することができる。そして、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウムの状況、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウムの状況を導出することで、石炭ガス化ガスに含まれる塩素、フッ素の状況を導出することが可能である。

本発明の凝縮物の検出装置は、石炭ガス化ガスを直接分析することなく、石炭ガス化ガスの凝縮物（不純物）の状態（濃度）を的確に導出することが可能になる。

本発明の一実施例に係る凝縮物の検出装置の概念図である。不純物の経時変化を表すグラフである。本発明の一実施例に係る凝縮物の検出装置を備えた石炭ガス化複合発電設備の全体構成図である。乾式ガス精製設備の概略系統図である。Ｎａ濃度とＣｌ濃度の関係を表すグラフである。Ｃｌ濃度と、Ｎａ濃度、Ｋ濃度、Ｍｇ濃度、ＮＨ_４濃度との関係を表すグラフである。Ｃａ濃度とＣｌ濃度の関係を表すグラフである。Ｎａ濃度とＦ濃度の関係を表すグラフである。

石炭ガス化炉では、石炭と酸化剤（酸素、空気）の反応により石炭ガス化ガスｇが生成され、炭素および灰を含む物質がチャーとして分離される。チャーが分離された後の石炭ガス化ガスｈにはハロゲン化物等の不純物が含まれるため、ガス精製設備で不純物が除去されて精製され、燃料ガスｆとされる。不純物が除去される過程で、石炭ガス化ガスｈに含まれる成分（不純物）の状況が予め推定できれば、石炭ガス化炉やガス生成設備の運転状況の計画を立てることができる。石炭ガス化ガスｇは高温であるため、ガスをそのまま測定することができず、不純物等を石炭ガス化ガスｇから直接検出することができないのが現状である。

石炭ガス化ガスｇからは、高温状態であってもガス化されない炭素、灰の成分がサイクロンやダストフィルターでチャーとして分離される。チャーは回収されて再び石炭ガス化炉に投入されるが、回収の過程で温度が低下すると、周囲のガス中の成分で凝縮物となるものがあり、凝縮物はチャーやスラグに固定される。

本願発明者は、石炭ガス化ガスｇの成分が温度低下により凝縮してチャーやスラグに固定された凝縮物に着目し、凝縮物を分析することにより石炭ガス化ガスｈに含まれる凝縮性の成分を導出できることを見出した。つまり、凝縮物を分析することにより、石炭ガス化ガスｈの中の凝縮性の物質そのものや、凝縮性の物質の化合物の形態等を類推することができ、ハロゲン化物等の不純物の状況を導出することができる。

図１、図２に基づいて凝縮物の検出装置の基本的な構成を説明する。図１には本発明の一実施例に係る凝縮物の検出装置の概略構成を概念的に表した状況、図２にはチャー及び石炭ガス化ガスに含まれる不純物の経時変化を表すグラフを示してある。

図１に示すように、石炭ガス化炉Ａが備えられ、石炭ガス化炉Ａでは石炭と酸化剤（酸素、空気）の反応により石炭ガス化ガスｇが生成される。高温状態であってもガス化されなかった炭素および灰を含む物質が分離・捕集手段Ｂ（例えば、サイクロン）でチャーとして分離される。石炭ガス化炉Ａの系内に存在する凝縮性の物質は温度の低下により凝縮し、凝縮物となってチャーに固定される。つまり、凝縮物がチャーに固定され、分離・捕集手段Ｂによってチャーと共に分離・捕集される。

分離・捕集手段Ｂによってチャーが分離され、分離されたチャーに固定されている凝縮物の状況は分析手段により分析される。即ち、例えば、水洗いにより水溶性の凝縮物を分離して分析することで凝縮性の物質の元素（不純物の元素等）を分析する。分析手段で分析された凝縮物の状況に基づいて、分離・捕集手段Ｂを通過した石炭ガス化ガスｈに含まれる凝縮物由来の物質（不純物）の状況が導出される（導出手段）。

例えば、石炭の炭種により不純物物質の量（Ｘ）が含まれている石炭を用いた場合、チャーに固定されている凝縮物（不純物）を水洗いにより分離した時の不純物物質由来の凝縮物（不純物）の量が（Ｘ／２）であった際には、量（Ｘ／２）の不純物の物質がガス状の化合物として石炭ガス化ガスｈに含まれていると推定できる。また、凝縮物として不純物そのものではない他の物質を分析することにより、凝縮物の由来となっている物質のガス中の形態を推定することができる。

図２に実線で示すように、チャーに固定されている不純物物質由来の凝縮物（不純物）が時間の経過と共に徐々に増加し、最大量となった後に徐々に減少したとする。この場合、図２に点線で示すように、石炭ガス化ガスｈに含まれていると推定される不純物は、時間の経過と共に徐々に減少し、最少量となった後に徐々に増加する。

このように、チャーに固定されている不純物物質由来の凝縮物を分析することで、石炭ガス化ガスｈに含まれていると推定される不純物の状況を導出することができる。不純物の状況を推定することができることにより、石炭ガス化炉で使用する石炭の炭種の選択や、ガス精製設備の不純物除去手段における不純物除去剤の供給量などを含む運転条件や不純物除去剤を充填した反応器の切り替えの適切な間隔などの運転方法の選択、さらに各種不純物除去装置のメンテナンスを炭種に応じて行う等、石炭ガス化炉やガス精製設備の運転状況の計画を立てることが容易に行える。

従って、石炭ガス化ガスにガス状で含まれる不純物を直接分析することなく、石炭ガス化ガスの凝縮物（不純物）の状態（濃度）を的確に導出することができ、運転計画や機器の設計、メンテナンスの計画等に石炭ガス化ガスの状況を反映させることができる。

尚、分離・捕集手段Ｂはサイクロンもしくはダストフィルターを想定してチャーを分離・捕集し、チャーに固定された凝縮物を回収する例を挙げて説明したが、配管を分離・捕集手段とし、配管の内部に固定された凝縮物を回収することも可能である。また、石炭ガス化ガスｇの経路に冷却用のプローブを挿入して分離・捕集手段とし、プローブに凝縮物を固定させて回収することも可能である。

図３に基づいて上述した検出装置を備えた石炭ガス化複合発電設備を説明する。

図３には凝縮物の検出装置及び乾式ガス精製設備を備えた石炭ガス化複合発電設備の全体の構成を説明するための概略系統を示してある。

図に示した石炭ガス化複合発電設備１は、石炭ガス化炉２を備え、石炭ガス化炉２では石炭と酸化剤（酸素、空気）の反応により石炭ガス化ガスｇが生成される。石炭ガス化ガスｇは分離手段としてのサイクロン３でチャーや凝縮性成分が分離された石炭ガス化ガスｈとされ、乾式ガス精製設備４で不純物が除去されて精製され、燃料ガスｆとされる。

燃料ガスｆはタービン設備５の燃焼器６に送られる。即ち、タービン設備５は圧縮機１６及びガスタービン７を備え、圧縮機１６で圧縮された圧縮空気と燃料ガスｆが燃焼器６に送られる。燃焼器６では燃料ガスｆが燃焼され、燃焼ガスがガスタービン７に送られて膨張されて動力が得られる。ガスタービン７の排気ガスは排熱回収ボイラー８で熱回収され、排煙脱硝装置９で窒素酸化物が除去された後、煙突１０から大気に放出される。

一方、圧縮機１６及びガスタービン７と蒸気タービン１１が同軸状態で接続され、蒸気タービン１１には発電機１２が接続されている。排熱回収ボイラー８には、蒸気タービン１１の排気蒸気を図示しない復水器で凝縮した復水が給水され、排熱回収ボイラー８ではガスタービン７の排気ガスにより蒸気を発生させる。排熱回収ボイラー８で発生した蒸気は蒸気タービン１１に送られて動力が得られる。

直列に接続されたガスタービン７及び蒸気タービン１１の動力により発電機１２が駆動され、ガスタービン７と蒸気タービン１１による複合発電が行われる。

上記構成の石炭ガス化複合発電設備１では、乾式ガス精製設備４により石炭ガス化ガスｈが乾式精製により精製されて燃料ガスｆを得ている。

図４に基づいて乾式ガス精製設備４を説明する。

図４には乾式ガス精製設備４の概略系統を示してある。尚、図３に示した部材と同一部材には同一符号を付してある。

図に示すように、乾式ガス精製設備４は、石炭ガス化炉２で生成された石炭ガス化ガスｇからチャーや凝縮性成分が分離された石炭ガス化ガスｈが約４５０℃（露点を上回る運転温度）で送られ、最も上流にはハロゲン化物除去反応器２１が備えられ、ハロゲン化物除去反応器２１には固定床型の充填槽にナトリウム系のハロゲン吸収剤（例えば、アルミン酸ナトリウム：ＮａＡｌＯ_２）がペレット状にされて充填されている。ハロゲン化物除去反応器２１ではハロゲン化物である塩化水素（ＨＣｌ）及びフッ化水素（ＨＦ）が同時に精密に除去される。

ハロゲン化物除去反応器２１の下流には脱硫装置２２が備えられている。脱硫装置２２には亜鉛フェライト脱硫剤が備えられ、約４５０℃で石炭ガス化ガスｈに含まれる硫黄化合物（Ｈ_２Ｓ、ＣＯＳ）が除去される。

脱硫装置２２の下流には水銀除去反応器２３が備えられ、水銀除去反応器２３には水銀吸収剤として、例えば、銅を主体として水銀を吸収する銅系吸収剤が充填されている。水銀除去反応器２３では石炭ガス化ガスｈに含まれる水銀が約１８０℃の運転温度で除去される。

水銀除去反応器２３で水銀が除去されて燃料ガスｆが得られ、燃料ガスｆはタービン設備５の燃焼器６（図３参照）に送られる。

乾式ガス精製設備４では、ハロゲン化物がハロゲン化物除去反応器２１で精密に除去されるが、凝縮物の検出装置で検出（導出）されたハロゲン（主に、ＨＣｌ）の濃度に基づいてハロゲン吸収剤の配設状況が適切に構築されている。

即ち、図３に示すように、サイクロン３の下流には、チャーホッパー１８、チャーロックホッパー１９、計量ホッパー２０が備えられている。サイクロン３で分離されたチャーは、チャーホッパー１８、チャーロックホッパー１９、計量ホッパー２０に送られる。つまり、高温状態であってもガス化されない炭素、灰の成分がサイクロン３でチャーとして分離される。

石炭ガス化炉２の系内に存在する凝縮性の物質は温度の低下により凝縮し、凝縮物となってチャーに固定される。つまり、凝縮物がチャーに固定され、サイクロン３によってチャーと共に分離・捕集される（分離・捕集手段）。

計量ホッパー２０に集められたチャーはＮ_２ガスによりコンバスタ２５に搬送され、微粉炭と共に炭素成分が燃焼されてガス化される。チャーは、サイクロン３、チャーホッパー１８、チャーロックホッパー１９、計量ホッパー２０を循環してコンバスタ２５に搬送される。コンバスタ２５では、石炭及びチャーと酸化剤との反応（燃焼）によりガス化ガスが生成され、溶融スラグ２６が回収される。

このため、溶融スラグ２６に含まれる凝縮物を分離・捕集（分離・捕集手段）し、凝縮物を分析して不純物を導出することができる。溶融スラグ２６に固定された凝縮物の分離・捕集は、以下に示すチャーの捕集と合わせて、または、単独で行うことができる。

計量ホッパー２０のチャーの一部を捕集するチャー捕集手段３１が備えられ、チャー捕集手段３１には、捕集されたチャーに固定された凝縮物を分離して分析することで、アルカリ金属（Ｎａ、Ｋ）、アルカリ土類金属（Ｍｇ、Ｃａ）を検出する検出手段３２が備えられている。検出手段３２では、アルカリ金属（Ｎａ、Ｋ）、アルカリ土類金属（Ｍｇ、Ｃａ）の状況を分析し、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ等の量に基づいて、凝縮性の不純物であるＣｌ、Ｆの量を推定する（分析手段）。

尚、検出手段３２は、不純物であるＣｌ、Ｆを直接検出する構成にすることも可能である。

検出手段３２により推定されたハロゲン（Ｃｌ、Ｆ等）の状況は、導出手段３３に送られる。導出手段３３では、検出手段３２により推定されたハロゲン（Ｃｌ、Ｆ等）の状況に基づいて、チャーが分離された後の石炭ガス化ガスｈに含まれるＣｌ、Ｆの状況（主にＨＣｌ濃度）が導出される。

導出手段３３でＨＣｌ濃度を導出する状況を説明する。

ハロゲンである塩素やフッ素は、石炭ガス化炉２の運転温度ではガス状であるが、降温する間に凝縮して凝縮物としてチャー等に付着する。乾式ガス精製設備４の運転温度では、アルカリ金属塩（ナトリウム塩、カリウム塩）、アルカリ土類金属塩（カルシウム塩、マグネシウム塩）として凝縮して固化してチャー等に付着する。また、更に低い温度では、塩化アンモニウムを生成して固化する。

チャーに固定した凝縮物とチャーとを分離する場合、ナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩ならびに、塩化アンモニウムはいずれも水溶性物質であり、チャーの成分（石炭灰と未燃炭素）は水に溶けないため、ナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩ならびに、塩化アンモニウムは水で抽出して分離することができる。

石炭に含まれるハロゲンの含有量に基づいて、石炭ガス化ガス中の塩素への移行率を１００％とした際のＨＣｌ濃度（移行濃度）を推算することができる。また、チャーに固定されたナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩または塩化アンモニウムに基づいて、石炭ガス化ガス中のＨＣｌ濃度（凝縮濃度）を推算することができる。

図５、図６に基づいてアルカリ金属、アルカリ土類金属とＣｌの関係について説明する。

図５にはチャー（もしくは／及び溶融スラグ２６）に固定された凝縮成分に基づいて検出した水溶性Ｎａ濃度（ガス濃度換算：ｐｐｍ）と水溶性Ｃｌ濃度（ガス濃度換算：ｐｐｍ）との関係、図６にはチャー（もしくは／及び溶融スラグ２６）に固定された凝縮成分の量に基づいて分析した、Ｃｌ濃度と、Ｎａ濃度、Ｋ濃度、Ｍｇ濃度、ＮＨ_４濃度との関係を示してある。

図５に○印で示すように、水溶性のＮａイオンの濃度に対し水溶性のＣｌイオンの濃度が比例直線（一価の係数）に近い状態で増加する傾向にある結果が得られた。これにより、水溶性Ｎａ濃度の増減状況が水溶性Ｃｌ濃度の増減状況に相関していると推定されることが判る。

凝縮成分に基づいて検出した水溶性Ｎａ濃度の変化に基づいて水溶性Ｃｌ濃度の増減状況を推定することで、凝縮物元素の化合物の元の状態等を推定することができる。水溶性のＮａ濃度と水溶性Ｃｌ濃度の相関状態における石炭の種類やガス化設備の運転状況、機器の特性等を把握しておくことで、石炭ガス化ガスｈに含まれるＣｌ濃度の変化を導出することができる。

図６に○印及び点線で示すように、水溶性のＣｌイオンの濃度に対し、水溶性のＮａイオンの濃度は、一価の係数（係数１）の比例直線に応じて比例関係に近い状態で対応していることがわかる。

また、図６に◇印で示すように、水溶性のＣｌイオンの濃度に対し、水溶性のＫイオンの濃度は、一価の係数（係数１）の比例直線の傾向に応じているものが全くなく、Ｃｌイオンと明確な相関がないことがわかる。

また、図６に▽印で示すように、水溶性のＣｌイオンの濃度に対し、水溶性のＮＨ_４イオンの濃度は、ほとんどゼロに近い状態となっていることがわかる。これは、チャーに含まれていたＮＨ_４イオンは塩化アンモニウムではなく、石炭ガス化ガスｇ中のアンモニアが吸着したものであると考えられる。従って、アンモニアはガス状で存在すると推定される。

このように、アルカリ金属、アルカリ土類金属のうち、特に、ＮａはＣｌとほぼ結合していることがわかり、ＮａとＣｌとの間に相関関係があることがわかる。従って、検出されたアルカリ金属であるＮａに基づいて凝縮性の不純物であるＣｌを推定することが可能であり、Ｃｌの濃度を導出することができる。

水溶性Ｎａ濃度変化に応じ、チャーに固定された（スラグに固定された）水溶性Ｃｌ濃度が変化して、石炭ガス化ガスｈに含まれるＣｌ濃度が低下した、石炭ガス化ガスｈに含まれるＣｌ濃度は変化しない、石炭ガス化ガスｈに含まれるＣｌ濃度が高くなった、等と判断することが可能になる。

例えば、水溶性Ｎａ濃度に応じてチャーに固定された（スラグに固定された）水溶性Ｃｌ濃度が高くなったと判断された場合、石炭ガス化ガスｈに含まれるＣｌ濃度が低下していると判断することができる。

このように、Ｎａの濃度はＣｌ濃度との相関性が高いため、チャーに固定された（スラグに固定された）凝縮物であるＮａイオンの濃度を検出することにより、石炭ガス化ガスｈ中の不純物の化合物の状態であるＨＣｌ濃度（凝縮濃度）を推算することができる。このため、石炭ガス化ガスｈの不純物であるＣｌの状態（濃度）を的確に導出することが可能になる。

図７に基づいて他のアルカリ土類金属とＣｌの関係について説明する。

図７にはチャー（もしくは／及び溶融スラグ２６）に固定された凝縮成分に基づいて検出した水溶性Ｃａ濃度（ガス濃度換算：ｐｐｍ）と水溶性Ｃｌ濃度（ガス濃度換算：ｐｐｍ）との関係を示してある。

図７に△印で示すように、水溶性のＣａイオンの濃度に対し水溶性のＣｌイオンの濃度が比例直線に応じて増加する傾向にある結果が得られた。これにより、水溶性Ｃａ濃度の増減状況が水溶性Ｃｌ濃度の増減状況に相関していると推定されることが判る。このため、水溶性Ｃａ濃度の変化を検出することにより、石炭ガス化ガスｈ中のＨＣｌ濃度（凝縮濃度）を推算することができる。

図８に基づいてアルカリ金属とＦの関係について説明する。

図８にはチャー（もしくは／及び溶融スラグ２６）に固定された凝縮成分に基づいて検出した水溶性Ｎａ濃度（ガス濃度換算：ｐｐｍ）と水溶性Ｆ濃度（ガス濃度換算：ｐｐｍ）との関係を示してある。

炭種が異なる石炭を検証し、Ａ炭の場合、図８に□印で示すように、水溶性のＮａイオンの濃度に対し水溶性のＦイオンの濃度が急激に増加する傾向にある結果が得られた。また、Ｂ炭の場合、図８に×印で示すように、水溶性のＮａイオンの濃度に対し水溶性のＦイオンの濃度が比例直線（一価の係数）に近い状態で増加する傾向にある結果が得られた。これにより、炭種に応じて、水溶性Ｎａ濃度の増減状況が水溶性Ｆ濃度の増減状況に関係していると推定されることが判る。

このため、Ｎａ濃度の変化を検出することにより、石炭ガス化ガスｈ中のＨＦ濃度（凝縮濃度）を推算することができる。

このように、Ｎａの濃度はＦ濃度との相関性が高いため、チャーに固定された（スラグに固定された）凝縮物であるＮａイオンの濃度を検出することにより、石炭ガス化ガスｈ中の不純物の化合物の状態であるＨＦ濃度（凝縮濃度）を推算することができる。このため、石炭ガス化ガスｈの不純物であるＦの状態（濃度）を的確に導出することが可能になる。

尚、アルカリ金属、アルカリ土類金属としては、他の金属を検出することが可能である。また、導出する不純物としては、Ｃｌ、Ｆ以外の不純物を適用することが可能である。

上述した凝縮物検出装置は、石炭ガス化ガスの不純物の状態（濃度）を的確に導出することが可能になる。そして、乾式ガス精製設備４は、石炭ガス化ガスの不純物の状態（濃度）を的確に導出することができる凝縮物検出装置を備えたものとなる。

本発明は、石炭ガス化ガスの不純物の状態（濃度）を検出する凝縮物検出装置の産業分野で利用することができる。

１石炭ガス化複合発電設備
２石炭ガス化炉
３サイクロン
４乾式ガス精製設備
５タービン設備
６燃焼器
７ガスタービン
８排熱回収ボイラー
９排煙脱硝装置
１０煙突
１１蒸気タービン
１２発電機
１６圧縮機
１８チャーホッパー
１９チャーロックホッパー
２０計量ホッパー
２１ハロゲン化物除去反応器
２２脱硫装置
２３水銀除去反応器
２５コンバスタ
２６溶融スラグ

Claims

石炭ガス化炉の系内に存在する凝縮物を分離・捕集する分離・捕集手段と、
分離・捕集手段で分離された凝縮物を分析する分析手段と、
分析手段で分析された凝縮物の状況に基づいて、分離・捕集手段で凝縮物が分離された後の石炭ガス化ガスにガス状で含まれている不純物の状況を導出する導出手段とを備えた
ことを特徴とする凝縮物の検出装置。
請求項１に記載の凝縮物の検出装置において、
分析手段では、アルカリ金属、アルカリ土類金属との反応で凝縮した凝縮物を分析する分析手段と、
分析手段で分析された凝縮物の状況に基づいて、分離・捕集手段で凝縮物が分離された後の石炭ガス化ガスにガス状で含まれている不純物の状況を導出する導出手段とを備えた
ことを特徴とする凝縮物の検出装置。
請求項２に記載の凝縮物の検出装置において、
分析手段では、凝縮物を分析することでアルカリ金属、アルカリ土類金属を検出すると共に、検出されたアルカリ金属、アルカリ土類金属に基づいて凝縮性の不純物を推定し、
導出手段は、分析手段で推定された凝縮性の不純物の状況に基づいて、分離・捕集手段で分離された後の石炭ガス化ガスにガス状で含まれている不純物の状況を導出する
ことを特徴とする凝縮物の検出装置。
請求項３に記載の凝縮物の検出装置において、
導出手段では、分析手段で推定された凝縮性の不純物の濃度に基づいて、凝縮物に含まれる不純物の濃度が低くなった際に、石炭ガス化ガスにガス状で含まれている不純物の濃度が高くなったと判断して不純物の状況を導出する
ことを特徴とする凝縮物の検出装置。
請求項１に記載の凝縮物の検出装置において、
導出手段では、分離・捕集手段で凝縮物が分離された後の石炭ガス化ガスにガス状で含まれている不純物の状況を導出する
ことを特徴とする凝縮物の検出装置。
請求項５に記載の凝縮物の検出装置において、
分析手段では、凝縮性の不純物の濃度を推定し、
導出手段では、凝縮物に含まれる不純物の濃度に応じてガス状で石炭ガス化ガスに含まれている不純物の濃度を導出する
ことを特徴とする凝縮物の検出装置。
請求項６に記載の凝縮物の検出装置において、
導出手段では、凝縮物に含まれる不純物の濃度が低くなった際に、石炭ガス化ガスにガス状で含まれている不純物の濃度が高くなったと判断して不純物の状況を導出する
ことを特徴とする凝縮物の検出装置。
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の凝縮物の検出装置において、
分離・捕集手段は、石炭ガス化ガスからチャーを分離するサイクロンもしくはダストフィルターであり、
凝縮物は、サイクロンもしくはダストフィルターで分離されてチャーに固定されたものである
ことを特徴とする凝縮物の検出装置。
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の凝縮物の検出装置において、
分離・捕集手段は、石炭ガス化ガスからチャーを分離するサイクロンもしくはダストフィルター、及び、石炭が酸化反応によりガス化された後のスラグを回収する手段であり、
凝縮物は、サイクロンもしくはダストフィルターで分離されたチャーに固定されたもの、及び、回収されたスラグに固定されたものである
ことを特徴とする凝縮物の検出装置。
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の凝縮物の検出装置において、
分析手段では、水洗いすることにより水溶性の凝縮物を分離する
ことを特徴とする凝縮物の検出装置。