JP6234328B2

JP6234328B2 - 脱硫装置

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Publication number: JP6234328B2
Application number: JP2014117101A
Authority: JP
Inventors: 明彦野口; 山本　靖之; 靖之山本
Original assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2034-06-05
Also published as: JP2015229736A; CN105273771A; CN105273771B; CN204162672U

Description

本開示は、脱硫装置に関する。

石炭を乾留してコークスを製造する際に発生するコークス炉ガスは燃料として利用可能である。コークス炉ガスは硫化物を含有しているので、燃焼すると硫黄酸化物を生じ、環境に影響を及ぼすおそれがある。そこで、コークス炉ガスを燃料として利用するのに先立って、コークス炉ガス中の硫化物を除去することが行われる。硫化物の除去には、例えば特許文献１に示されるように、コークス炉ガスと吸収液とを向流接触させることで、コークス炉ガス中の硫化物を吸収液に吸収させる脱硫装置が用いられる。

中国実用新案第２０１８８０４６３Ｕ号明細書

本開示は、脱硫能力に優れた脱硫装置を提供することを目的とする。

本開示に係る脱硫装置は、コークス炉ガスと吸収液とを向流接触させることで、コークス炉ガス中の硫化物を吸収液に吸収させる脱硫塔と、脱硫塔から排出された吸収液に酸素を含有する気体を供給して硫化物を酸化し、少なくとも一部の吸収液を脱硫塔に循環させる再生塔とを備え、脱硫塔は、互いに離間して上下方向に並ぶように設けられ、それぞれ２００〜１５００ｍｍの厚さを有し、吸収液を一時的に保持して上から下に導くと共に、コークス炉ガスを下から上に通す複数段の吸収層を有し、再生塔は、脱硫塔から吸収液を受け入れると共に、酸素を含有する気体を受け入れて気液混合流体を構成し、気液混合流体を旋回させながら上昇させる混合槽を有する。

脱硫塔の吸収層の厚さが小さ過ぎると、吸収層内におけるコークス炉ガスと吸収液との接触効率が不十分になる。一方、吸収層の厚さが大き過ぎると、再生塔での酸化反応によって生じた固体硫黄の蓄積により吸収層の通気性が低下し、コークス炉ガス及び吸収液の接触効率が低下する。吸収層の厚さが２００ｍｍ以上であれば、コークス炉ガス及び吸収液の十分な接触効率が得られる。吸収層の厚さが１５００ｍｍ以下であれば、発生した固体硫黄が吸収液によって押し流されるので、固体硫黄の蓄積に起因したコークス炉ガス及び吸収液の接触効率の低下が抑制される。このため、吸収層の厚さが２００〜１５００ｍｍであることで、コークス炉ガス及び吸収液の十分な接触効率が長期的に維持される。

再生塔においては、吸収液に酸素を含有する気体が混入して気液混合流体が構成され、気液混合流体が混合槽内を旋回しながら上昇する。これにより、混合槽内に収容された気液混合流体全体の流動性が得られることで、酸素を含有する気体と吸収液との攪拌混合が迅速かつ均一となる。このため、吸収液が硫化物を吸収する能力（以下、「吸収液の吸収能力」という。）が十分に回復する。

このように、脱硫塔においてはコークス炉ガス及び吸収液の十分な接触効率が長期的に維持され、再生塔においては吸収液の吸収能力が十分に回復されるので、高い脱硫性能を長期的に維持することができる。従って、本開示に係る脱硫装置は脱硫性能に優れる。

脱硫塔の前段において、コークス炉ガスと、１〜６％の含有率でタールを含有する冷却液タールを含有する冷却液とを向流接触させることでコークス炉ガスを冷却する予冷塔を更に備えてもよい。

吸収液の吸収能力は、コークス炉ガスの温度が低下するにつれて向上する傾向がある。このため、脱硫塔の前段においてコークス炉ガスを冷却することで、コークス炉ガスの脱硫能力が向上する。予冷塔の冷却液はタールを含有しているので、コークス炉ガス中のナフタリンが冷却により析出したとしても、析出したナフタリンはタールに吸収され、冷却液と共に押し流される。このため、予冷塔内におけるナフタリンの蓄積が抑制され、予冷塔がコークス炉ガスを冷却する能力が長期的に維持される。従って、コークス炉ガスの冷却により脱硫能力を向上させると共に、その向上効果を長期的に維持することができる。

混合槽は、気液混合流体を収容する槽本体と、槽本体内の下部に設けられ、吸収液及び酸素を含有する気体を受け入れて気液混合流体を槽本体内に噴射する噴射管とを有し、噴射管は、気液混合流体の噴射方向に並ぶ複数の管体を有し、エジェクタ―効果により周囲の流体を管体同士の間に吸引するように構成されると共に、気液混合流体の噴射により槽本体内に旋回流を形成するように配置されていてもよい。

この場合、気液混合流体の噴射流により槽本体内に旋回流が形成されるので、気液混合流体は槽本体内を旋回しながら上昇する。これにより、気液混合流体の流動性が得られることで、酸素を含有する気体と吸収液との攪拌混合が迅速かつ均一となり、効率的に酸化反応が進む。槽本体内に噴射された気液混合流体の一部は、エジェクタ―効果により再度噴射管内に吸引されるので、気液混合流体が槽本体内を旋回しながら上昇する前段階において、酸素を含有する気体が気液混合流体中に十分に混入される。従って、吸収液の吸収能力を効率よく且つ確実に回復させることができる。なお、気液混合流体の噴射流を利用して気液混合流体を旋回させることは、混合槽の構造の単純化にも寄与する。

槽本体は円筒状の側壁を有し、側壁の高さは側壁の内径の２倍以下であり、且つ１ｍ以上であってもよい。

槽本体内に収容された気液混合流体の深さが小さ過ぎると、吸収液中の硫化物の酸化率が著しく低下する傾向がある。側壁の高さを大きくすれば、気液混合流体の深さも大きくなるので、吸収液中の硫化物の酸化率は向上するが、吸収液を流動させるための消費エネルギーも上昇する。更に側壁の高さを大きくして気液混合流体の深さを大きくし過ぎると、酸化率の向上が鈍化するため不経済となる。側壁の高さが１ｍ以上であれば、吸収液中の硫化物の酸化率を確保できる。側壁の高さが側壁の内径の２倍以下であれば、消費エネルギーに見合った酸化能力を得ることができる。従って、側壁の高さが側壁の内径の２倍以下であり、且つ１ｍ以上であれば、高いエネルギー効率で酸化能力を確保できる。

再生塔は、混合槽を囲むように設けられ、混合槽から排出された気液混合流体を受け入れ、吸収液と気体とに分離して排出するように構成された脱気槽を更に有してもよい。

この場合、吸収液Ｓ２から気体が除去されるので、吸収液Ｓ２を圧送するポンプＰ２におけるキャビテーションの発生が抑制される。これにより、脱硫塔２０と再生塔３０との間において吸収液Ｓ２を安定して循環させることができる。従って、脱硫能力をより確実に維持できる。

本開示によれば、脱硫能力に優れた脱硫装置を提供できる。

脱硫装置の概略構成を示す模式図である。予冷塔の断面図である。脱硫塔の断面図である。再生塔の断面図である。再生塔の平面図である。脱気槽を展開して示す模式図である。槽本体内に溜まった気液混合流体の深さと酸素利用率との関係を示すグラフである。

以下、実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図１に示す脱硫装置１は、コークス炉ガス中の硫化物を除去する装置であり、予冷塔１０と、脱硫塔２０と、再生塔３０とを備える。

予冷塔１０は、脱硫塔２０の前段において、コークス炉ガスと、タールを含有する冷却液とを向流接触させることでコークス炉ガスを冷却する。脱硫塔２０は、コークス炉ガス及び吸収液を向流接触させることで、コークス炉ガス中の硫化物を吸収液に吸収させる。再生塔３０は、脱硫塔２０から排出された吸収液に酸素を含有する気体を供給して硫化物を酸化し、少なくとも一部の吸収液を脱硫塔２０に戻す。

図２に示すように、予冷塔１０は、ガス受入口１１と、ガス送出口１２と、冷却液受入口１３と、ディストリビュータ１４と、冷却液送出口１５と、複数段の冷却層１６とを有する。なお、図２は冷却層１６が３段である場合を示しているが、冷却層１６の段数に特に制限はなく、適宜変更可能である。

ガス受入口１１は、予冷塔１０の側壁の下部に設けられており、コークス炉ガスＧ１を受け入れる。ガス送出口１２は、予冷塔１０の頂部に設けられており、予冷塔１０内を上昇したコークス炉ガスＧ１を送出する。

冷却液受入口１３は、予冷塔１０の側壁の上部に設けられており、タールを含有する冷却液Ｓ１を受け入れる。冷却液Ｓ１は、例えばタールを含有する水である。ディストリビュータ１４は、予冷塔１０内の上部に設けられており、冷却液受入口１３に接続されている。ディストリビュータ１４は、冷却液受入口１３から受け入れられた冷却液Ｓ１を複数の吐出口１４ａから下方に吐出する。冷却液送出口１５は、予冷塔１０の側壁の下部においてガス受入口１１よりも下に設けられており、予冷塔１０内の底部に落下した冷却液Ｓ１を送出する。

複数段の冷却層１６は、予冷塔１０内においてディストリビュータ１４とガス受入口１１との間に設けられており、互いに離間して上下方向に並んでいる。それぞれの冷却層１６は、予冷塔１０内を上下に仕切るように設けられており、冷却液Ｓ１を一時的に保持して上から下に導くと共に、コークス炉ガスＧ１を下から上に通す。このため、コークス炉ガスＧ１と冷却液Ｓ１とは冷却層１６において向流接触する。具体的に、冷却層１６内には多数の充填材１６ａが充填されている。充填材１６ａは、例えばポリプロピレン等の樹脂材料からなる通気性の固形部材である。冷却液Ｓ１は、充填材１６ａの表面に付着した状態で上から下に導かれる。コークス炉ガスＧ１は充填材１６ａを下から上に通過する。

図３に示すように、脱硫塔２０は、ガス受入口２１と、ガス送出口２２と、吸収液受入口２３と、ディストリビュータ２４と、吸収液送出口２５と、複数段の吸収層２６とを有する。

ガス受入口２１は、脱硫塔２０の側壁の下部に設けられており、コークス炉ガスＧ１を受け入れる。ガス送出口２２は、脱硫塔２０の頂部に設けられており、脱硫塔２０内を上昇したコークス炉ガスＧ１を送出する。

吸収液受入口２３は、脱硫塔２０の側壁の上部に設けられており、吸収液Ｓ２を受け入れる。吸収液Ｓ２は、例えばアンモニア水であり、外部から供給された水を脱硫塔２０と再生塔３０との間で循環させることにより得られる。すなわち、外部から供給された水は、脱硫塔２０と再生塔３０との間を循環する過程において、コークス炉ガスＧ１中のアンモニアを吸収してアンモニア水となり、吸収液Ｓ２として機能する。ディストリビュータ２４は、脱硫塔２０内の上部に設けられており、吸収液受入口２３に接続されている。ディストリビュータ２４は、吸収液受入口２３から受け入れられた吸収液Ｓ２を複数の吐出口２４ａから下方に吐出する。吸収液送出口２５は、脱硫塔２０の側壁の下部に設けられており、脱硫塔２０内の底部に落下した吸収液Ｓ２を送出する。

複数段の吸収層２６は、脱硫塔２０内においてディストリビュータ２４とガス受入口２１との間に設けられており、互いに上下方向に並んでいる。それぞれの吸収層２６は、脱硫塔２０内を上下に仕切るように設けられており、吸収液Ｓ２を一時的に保持して上から下に導くと共に、コークス炉ガスＧ１を下から上に通す。このため、コークス炉ガスＧ１と吸収液Ｓ２とは吸収層２６において向流接触する。具体的に、吸収層２６内には多数の充填材２６ａが充填されている。充填材２６ａは、例えばポリプロピレンなどの樹脂材料からなる通気性の固形部材である。吸収液Ｓ２は、充填材２６ａの表面に付着した状態で上から下に導かれる。コークス炉ガスＧ１は充填材２６ａを下から上に通過する。

吸収層２６の厚さｈ１は２００〜１５００ｍｍである。吸収層２６の段数は、例えば８段以上であるがこれに限られない。吸収層２６の段数は、コークス炉ガスＧ１中の硫化物を吸収液Ｓ２に十分吸収させるために必要な向流接触距離を、厚さｈ１で除算した値以上に設定されていればよい。

図４及び図５に示すように、再生塔３０は、混合槽４０と、脱気槽５０とを有する。

混合槽４０は、脱硫塔２０の下部の吸収液送出口２５から連通管４３及び吸収液受入口４４を介して吸収液Ｓ２を受け入れると共に、酸素を含有する気体を受け入れて気液混合流体を構成し、気液混合流体を旋回させながら上昇させる。なお、混合槽４０が受け入れる気体は酸素を含有していればどのようなものであってもよいが、混合槽４０に送気するための動力を低減するためにはより酸素濃度の高いものが望ましい。一例として、混合槽４０が受け入れる気体は空気であるものとする。

混合槽４０は、槽本体４１と、６個の噴射管４２とを有する。槽本体４１は、上方に開口した円筒状の側壁４１ａを有し、上記気液混合流体を収容する。側壁４１ａの高さｈ２は側壁４１ａの内径ｄ１の２倍以下であり、且つ１ｍ以上である。すなわち、槽本体４１の深さは槽本体４１の内径の２倍以下であり、且つ１ｍ以上である。側壁４１ａの高さｈ２（槽本体４１の深さ）は０〜４ｍであってもよい。

噴射管４２は、槽本体４１内の下部に設けられ、吸収液Ｓ２及び空気を受け入れて気液混合気体を槽本体４１内に噴射する。噴射管４２は、気液混合流体の噴射方向に並ぶ複数の管体４２ａ，４２ｂ，４２ｃを有し、エジェクタ―効果により周囲の流体を管体４２ａ，４２ｂ，４２ｃ同士の間に吸引するように構成されている。６個の噴射管４２は、気液混合流体の噴射により槽本体４１内に旋回流を生じるように配置されている。具体的に、６個の噴射管４２は側壁４１ａの中心Ｃ１を囲むように配置されており、それぞれ同一の旋回方向ＲＤに沿って気液混合流体を噴射するように配置されている。なお、噴射管４２の数に制限はなく、６個に限られず、少なくとも１個が設置されていればよい。また、各噴射管４２は、三つの管体４２ａ，４２ｂ，４２ｃからなる三連式に限られない。

脱気槽５０は混合槽４０を外側から囲むように設けられており、混合槽４０の上部から連続的に流出した気液混合流体を受け入れ、吸収液Ｓ２と気体とに分離して排出するように構成されている。

具体的に、脱気槽５０は、図５及び図６に示すように、１枚の堰板５１と、２枚の仕切板５２と、３枚の仕切板５３と、吸収液送出口５４とを有する。堰板５１及び仕切板５２，５３は、脱気槽５０内にて周方向に並ぶように配置される。堰板５１及び仕切板５２と、仕切板５３とは交互に並んでいる。脱気槽５０内の深さ方向において、堰板５１は液面から底面の全域に亘るように位置し、仕切板５２は液面寄りに位置し、仕切板５３は槽底面寄りに位置する。吸収液送出口５４は、脱気槽５０の側壁の下部に設けられており、脱気槽５０内から吸収液Ｓ２を送出する。吸収液送出口５４は、堰板５１に隣接する箇所に開口している。混合槽４０から脱気槽５０内に受け入れられた気液混合流体は、周方向に沿って吸収液送出口５４に向かう。吸収液送出口５４に向かう経路において、気液混合流体は、仕切板５３の上部と仕切板５２の下部とを交互に通過するため、上下動を繰り返す。これにより気液混合流体からの気体の分離（脱気）が促進される。すなわち、気液混合流体は吸収液Ｓ２と気体とに分離される。気体は浮上して液面から放出され、十分に脱気された吸収液Ｓ２が吸収液送出口５４から排出される。

このように脱気後の吸収液Ｓ２を吸収液送出口５５から送出することは、後述するように、ポンプＰ２におけるキャビテーションを防止することに寄与する。ポンプＰ２による揚液の支障となるキャビテーションを防止することで、連続して安定的に吸収液Ｓ２を脱硫塔２０に供給可能となり、脱硫能力をより確実に維持できる。

なお、脱気槽５０は、吸収液Ｓ２の脱気が可能であればどのようなものであってもよく、上述した構成に限定されない。例えば、堰板５１及び仕切板５２，５３の枚数は上記の枚数に限定されるわけではなく、再生塔３０の大きさや処理する吸収液の量等に応じて適宜変更可能である。

図１に戻り、予冷塔１０のガス受入口１１は、送気管路Ｌ５を介してコークス炉（不図示）に接続されている。予冷塔１０のガス送出口１２は、送気管路Ｌ６を介して脱硫塔２０のガス受入口２１に接続されている。予冷塔１０の冷却液受入口１３及び冷却液送出口１５は送液管路Ｌ１を介して接続されており、送液管路Ｌ１にはポンプＰ１が設けられている。ポンプＰ１は冷却液送出口１５から送出された冷却液Ｓ１を冷却液受入口１３に圧送する。

送液管路Ｌ１には、タール導入管路Ｌ２、排液管路Ｌ３及び補充管路Ｌ４が接続されている。タール導入管路Ｌ２は、タールの供給源（不図示）から送液管路Ｌ１内にタールを導く。タール導入管路Ｌ２は、コークスの生成過程で生じたタールを送液管路Ｌ１内に導くように配管されていてもよい。排液管路Ｌ３は、送液管路Ｌ１中を流れる冷却液Ｓ１におけるナフタリンの濃度上昇を抑えるために、冷却液Ｓ１の一部を排出する。補充管路Ｌ４は、排液管路Ｌ３から排出された冷却液Ｓ１と同量の液体を送液管路Ｌ１中に補充する。補充管路Ｌ４が補充する液体は例えばアンモニア水又は水等である。

なお、コークス炉ガス温度を５０℃から３５℃まで冷却する予冷塔において、冷却液Ｓ１のタールの含有率が１％未満である場合、ナフタリンの吸収能力が不十分であり、そのため長期運転において冷却層１６の圧損が上昇する傾向がある。一方、冷却液Ｓ１のタールの含有率が６％超である場合、充填物へのタール付着が生じ、冷却層１６の圧損が上昇する傾向がある。このため、タール導入管路Ｌ２からのタールの導入量は、冷却液Ｓ１おけるタールの含有率が１〜６％となるように調整される。

噴射管４２には、空気導入管路Ｌ８が接続されている。空気導入管路Ｌ８は、吸収液Ｓ２に混入させるための空気を噴射管４２に導入する。再生塔３０の吸収液送出口５４は、送液管路Ｌ９を介して脱硫塔２０の吸収液受入口２３に接続されており、送液管路Ｌ９にはポンプＰ２が設けられている。ポンプＰ２は吸収液送出口５４から送出された吸収液Ｓ２の大半を吸収液受入口２３に圧送する。

送液管路Ｌ９には、送液管路Ｌ７、排液管路Ｌ１０及び補充管路Ｌ１１が接続されている。送液管路Ｌ７は、送液管路Ｌ９中を流れる吸収液Ｓ２の一部を噴射管４２に戻す。排液管路Ｌ１０は、送液管路Ｌ９中を流れる吸収液Ｓ２における固形硫黄の濃度上昇を抑えるために、吸収液Ｓ２の一部を排出する。補充管路Ｌ１１は、排液管路Ｌ１０から排出された吸収液Ｓ２と同量の液体を送液管路Ｌ９中に補充する。補充管路Ｌ１１が補充する液体は例えばアンモニア水又は水等である。

送気管路Ｌ５によりコークス炉側からガス受入口１１に導かれたコークス炉ガスＧ１は、ガス受入口１１から予冷塔１０内に受け入れられ、冷却層１６を通過しながら上昇し、ガス送出口１２から送出される。送液管路Ｌ１により冷却液受入口１３に導かれた冷却液Ｓ１は、冷却液受入口１３から予冷塔１０内に受け入れられ、冷却層１６を通過しながら落下し、冷却液送出口１５から送出される。冷却層１６において、コークス炉ガスＧ１及び冷却液Ｓ１は互いに向流接触する。これにより、コークス炉ガスＧ１が冷却されると共に、コークス炉ガスＧ１中のナフタリンが冷却液Ｓ１中のタールに吸収される。

ナフタリンを吸収して冷却液送出口１５から送出された冷却液Ｓ１は、ポンプＰ１により冷却液受入口１３側に圧送される。冷却液受入口１３側に流れる冷却液Ｓ１には、タール導入管路Ｌ２から導入されたタールが混入する。冷却液受入口１３側に流れる冷却液Ｓ１の一部は、排液管路Ｌ３を通って排出される。残りの冷却液Ｓ１は、補充管路Ｌ４により補充された水等によって希釈された後、再度冷却液受入口１３から予冷塔１０内に受け入れられる。このようにして、冷却液Ｓ１の一部が循環利用される。

なお、排液管路Ｌ３から排出される冷却液Ｓ１の量は、例えば冷却液受入口１３から予冷塔１０内に入る冷却液Ｓ１中のタールに含まれるナフタリンの量が飽和溶解度以下となるように設定される。冷却液Ｓ１は補充管路Ｌ４から補充された水等によって希釈されるが、タール導入管路Ｌ２によりタールが導入されているので、冷却液Ｓ１中のタールの含有量は適切な値に保たれる。

送気管路Ｌ６により予冷塔１０から脱硫塔２０に導かれたコークス炉ガスＧ１は、ガス受入口２１から脱硫塔２０内に受け入れられ、吸収層２６を通過しながら上昇し、ガス送出口２２から送出される。送液管路Ｌ９により吸収液受入口２３に導かれた吸収液Ｓ２は、吸収液受入口２３から脱硫塔２０内に受け入れられ、吸収層２６を通過しながら落下し、吸収液送出口２５から送出される。吸収層２６において、コークス炉ガスＧ１及び吸収液Ｓ２は互いに向流接触する。これにより、コークス炉ガスＧ１中の硫化物が吸収液Ｓ２に吸収される。

硫化物を吸収して吸収液送出口２５から送出された吸収液Ｓ２は、送液管路Ｌ７により噴射管４２内に導かれる。噴射管４２内には、空気導入管路Ｌ８により空気も導かれる。吸収液Ｓ２及び空気は噴射管４２内において気液混合流体を構成する。気液混合流体は、噴射管４２により槽本体４１内に噴射され、槽本体４１内を旋回しながら上昇する。吸収液Ｓ２に吸収されていた硫化物は、気液混合流体中の酸素によって酸化される。これにより、コークス炉ガスＧ１の硫化物を吸収する吸収液Ｓ２の能力が回復する。

槽本体４１の上部に到達した気液混合流体は、槽本体４１から流出して脱気槽５０内に流入する。脱気槽５０内に流入した気液混合流体は吸収液Ｓ２及び空気に分離され、空気は液面から放出され、吸収液Ｓ２は吸収液送出口５４から送出される。

吸収液送出口５４から送出された吸収液Ｓ２は、ポンプＰ２により吸収液受入口２３側に圧送される。吸収液受入口２３に向かう吸収液Ｓ２の一部は、排液管路Ｌ１０を通って排出される。残りの吸収液Ｓ２は、補充管路Ｌ１１により補充された水等によって希釈された後、再度吸収液受入口２３から脱硫塔２０内に受け入れられる。このようにして、吸収液Ｓ２の少なくとも一部は送液管路Ｌ７，Ｌ９を通って循環利用される。

なお、排液管路Ｌ１０から排出される吸収液Ｓ２の量は、例えば吸収液受入口２３から脱硫塔２０内に入る吸収液Ｓ２中の硫黄の量が許容値以下となるように設定される。吸収液Ｓ２は補充管路Ｌ１１から補充された水によって希釈されるが、補充された水がコークス炉ガスＧ１中のアンモニアを吸収するので、吸収液Ｓ２中のアンモニアの含有量は適切な値に保たれる。

以上に説明したように、脱硫装置１は、コークス炉ガスＧ１と吸収液Ｓ２とを向流接触させることで、コークス炉ガスＧ１中の硫化物を吸収液Ｓ２に吸収させる脱硫塔２０と、脱硫塔２０から排出された吸収液Ｓ２に酸素を含有する気体を供給して硫化物を酸化し、少なくとも一部の吸収液Ｓ２を脱硫塔２０に循環させる再生塔３０とを備える。脱硫塔２０は複数段の吸収層２６を有する。複数段の吸収層２６は、互いに離間して上下方向に並ぶように設けられ、それぞれ２００〜１５００ｍｍの厚さを有し、吸収液Ｓ２を一時的に保持して上から下に導くと共に、コークス炉ガスＧ１を下から上に通す。

吸収層２６の厚さが小さ過ぎると、吸収層２６内におけるコークス炉ガスＧ１と吸収液Ｓ２との接触効率が不十分になる。一方、吸収層２６の厚さが大き過ぎると、再生塔での酸化反応によって生じた固体硫黄の蓄積により吸収層２６の通気性が低下し、コークス炉ガスＧ１及び吸収液Ｓ２の接触効率が低下する。吸収層２６の厚さが２００ｍｍ以上であれば、コークス炉ガスＧ１及び吸収液Ｓ２の十分な接触効率が得られる。吸収層２６の厚さが１５００ｍｍ以上であると、吸収液の落下・衝突エネルギーによる固体硫黄等の洗浄効果が低下し、固体硫黄等が吸収層２６内に蓄積して流路が閉塞し、脱硫塔の保守が困難な状態となるおそれがある。これに対し、吸収層２６の厚さが１５００ｍｍ以下であれば、発生した固体硫黄が吸収液Ｓ２によって押し流されるので、固体硫黄の蓄積に起因したコークス炉ガスＧ１及び吸収液Ｓ２の接触効率の低下が抑制される。このため、吸収層２６の厚さが２００〜１５００ｍｍであることで、コークス炉ガスＧ１及び吸収液Ｓ２の十分な接触効率が長期的に維持される。

再生塔３０は、混合槽４０を有する。混合槽４０は、脱硫塔２０から吸収液Ｓ２を受け入れると共に、酸素を含有する気体を受け入れて気液混合流体を構成し、気液混合流体を旋回させながら上昇させる。これにより、混合槽４０内に収容された気液混合流体全体の流動性が得られることで、酸素を含有する気体と吸収液Ｓ２との攪拌混合が迅速かつ均一となる。このため、吸収液Ｓ２が硫化物を吸収する能力（以下、「吸収液の吸収能力」という。）が十分に回復する。

このように、脱硫塔２０においてはコークス炉ガスＧ１及び吸収液Ｓ２の十分な接触効率が長期的に維持され、再生塔３０においては吸収液Ｓ２の吸収能力が十分に回復されるので、高い脱硫能力を長期的に維持することができる。従って、脱硫装置１は脱硫能力に優れる。

脱硫装置１は、予冷塔１０を更に備える。予冷塔１０は、脱硫塔２０の前段において、コークス炉ガスＧ１と、１〜６％の含有率でタールを含有する冷却液Ｓ１とを向流接触させることでコークス炉ガスＧ１を冷却する。

吸収液Ｓ２の吸収能力は、コークス炉ガスＧ１の温度が低下するにつれて向上する傾向がある。このため、脱硫塔２０の前段においてコークス炉ガスＧ１を冷却することで、コークス炉ガスＧ１の脱硫能力が向上する。予冷塔１０の冷却液Ｓ１はタールを含有しているので、コークス炉ガスＧ１中のナフタリンが冷却により析出したとしても、析出したナフタリンはタールに吸収され、冷却液Ｓ１と共に押し流される。このため、予冷塔１０内におけるナフタリンの蓄積が抑制され、予冷塔１０がコークス炉ガスＧ１を冷却する能力が長期的に維持される。従って、コークス炉ガスＧ１の冷却により脱硫能力を向上させると共に、その向上効果を長期的に維持することができる。なお、冷却液Ｓ１がタールを含有することは必須ではなく、予冷塔１０を備えることも必須ではない。

混合槽４０は、槽本体４１と噴射管４２とを有する。槽本体４１は上記気液混合流体を収容する。噴射管４２は、槽本体４１内の下部に設けられ、吸収液Ｓ２及び酸素を含有する気体を受け入れて気液混合流体を槽本体４１内に噴射する。噴射管４２は、気液混合流体の噴射方向に並ぶ複数の管体４２ａ〜４２ｃを有し、エジェクタ―効果により周囲の流体を管体４２ａ〜４２ｃ同士の間に吸引するように構成されると共に、気液混合流体の噴射により槽本体４１内に旋回流を形成するように配置されている。

このため、気液混合流体の噴射流により槽本体４１内に旋回流が形成されるので、気液混合流体は槽本体４１内を旋回しながら上昇する。これにより、吸収液Ｓ２が気液混合流体の流動性が得られることで、酸素を含有する気体と吸収液との攪拌混合が迅速かつ均一となり、効率的に酸化反応が進む。槽本体４１内に噴射された気液混合流体の一部は、エジェクタ―効果により再度噴射管４２内に吸引されるので、気液混合流体が槽本体４１内を旋回しながら上昇する前段階において、酸素を含有する気体が気液混合流体中に十分に混入される。従って、吸収液Ｓ２の吸収能力を効率よく且つ確実に回復させることができる。なお、気液混合流体の噴射流を利用して気液混合流体を旋回させることは、混合槽４０の構造の単純化にも寄与する。

槽本体４１は円筒状の側壁４１ａを有し、側壁４１ａの高さは側壁４１ａの内径の２倍以下であり、且つ１ｍ以上である。

槽本体４１内に収容された気液混合流体の深さが小さ過ぎると、吸収液Ｓ２中の硫化物の酸化率が著しく低下する傾向がある。側壁４１ａの高さを大きくすれば、気液混合流体の深さも大きくなるので、吸収液Ｓ２中の硫化物の酸化率は向上するが、吸収液Ｓ２を流動させるための消費エネルギー（例えばポンプＰ２の消費エネルギー）も上昇する。更に側壁４１ａの高さを大きくして気液混合流体の深さを大きくし過ぎると、酸化率の向上が鈍化するため不経済となる。

図７は、側壁４１ａの内径が２ｍである槽本体４１内に収容された気液混合流体の深さと、酸素利用率との関係を示すグラフである。酸素利用率は、噴射管４２に導入された酸素のうち、硫化物の酸化などのために吸収液Ｓ２中に吸収された酸素の割合である。酸素利用率が高いことは、硫化物の酸化率が高いことを意味する。図７に示されるように、槽本体４１内に収容された気液混合流体の深さが１ｍ未満になると、吸収液Ｓ２中の硫化物の酸化率が著しく低下する傾向がある。槽本体４１内に収容された気液混合流体の深さが大きくなると、吸収液Ｓ２中の酸化物の酸化率は向上するが、気液混合流体の深さが４ｍを超えると酸化率の向上が鈍化する傾向がある。この結果から、次の事項が推定される。すなわち、側壁４１ａの高さが１ｍ以上であれば、吸収液中の硫化物の酸化率を確保できる。側壁４１ａの高さが側壁４１ａの内径の２倍以下であれば、消費エネルギーに見合った酸化能力を得ることができる。従って、側壁４１ａの高さが側壁４１ａの内径の２倍以下であり、且つ１ｍ以上であれば、高いエネルギー効率で酸化能力を確保できる。

再生塔３０は、脱気槽５０を更に有する。脱気槽５０は、混合槽４０を囲むように設けられ、混合槽４０から排出された気液混合流体を受け入れ、吸収液Ｓ２と気体とに分離して排出するように構成されている。このため、吸収液Ｓ２から気体が除去されるので、吸収液Ｓ２を圧送するポンプＰ２におけるキャビテーションの発生が抑制される。これにより、脱硫塔２０と再生塔３０との間において吸収液Ｓ２を安定して循環させることができる。従って、脱硫能力をより確実に維持できる。

なお、再生塔３０は、吸収液Ｓ２を旋回させながら上昇させるものであればどのようなものであってもよいので、脱気槽５０は必須ではない。側壁４１ａの高さが側壁４１ａの内径の２倍以下であり、且つ１ｍ以上であることも必須ではない。噴射管４２が、エジェクタ―効果により周囲の流体を吸引するように構成されることも必須ではない。噴射管４２が、吸収液Ｓ２の噴射により旋回流を形成するように配置されることも必須ではなく、旋回流発生用の他の構成が設けられていてもよい。旋回流発生用の他の構成としては、平面視において連通管４３を側壁４１ａに対して傾斜させ、吸収液Ｓ２を接線方向に沿って導入する構成、混合槽４０の底部から頂部に向かって螺旋状の板を配置した構成、又は旋回流発生用の回転羽根を備える構成等が挙げられる。

以上、実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

１…脱硫装置、１０…予冷塔、２０…脱硫塔、２６…吸収層、３０…再生塔、４０…混合槽、４１…槽本体、４１ａ…側壁、４２…噴射管、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ…管体、５０…脱気槽、Ｇ１…コークス炉ガス、Ｓ１…冷却液、Ｓ２…吸収液。

Claims

コークス炉ガスと吸収液とを向流接触させることで、前記コークス炉ガス中の硫化物を前記吸収液に吸収させる脱硫塔と、
前記脱硫塔から排出された前記吸収液に酸素を含有する気体を供給して前記硫化物を酸化し、少なくとも一部の前記吸収液を前記脱硫塔に循環させる再生塔と、を備え、
前記脱硫塔は、
互いに離間して上下方向に並ぶように設けられ、それぞれ２００〜１５００ｍｍの厚さを有し、前記吸収液を一時的に保持して上から下に導くと共に、前記コークス炉ガスを下から上に通す複数段の吸収層を有し、
前記再生塔は、
前記脱硫塔から前記吸収液を受け入れると共に、前記酸素を含有する気体を受け入れて気液混合流体を構成し、前記気液混合流体を旋回させながら上昇させる混合槽を有し、
前記混合槽は、
前記気液混合流体を収容する槽本体と、
前記槽本体内の下部に設けられ、前記吸収液及び前記酸素を含有する気体を受け入れて前記気液混合流体を前記槽本体内に噴射する噴射管とを有し、
前記噴射管は、前記気液混合流体の噴射方向に並ぶ複数の管体を有し、エジェクタ―効果により周囲の流体を前記管体同士の間に吸引するように構成されると共に、前記気液混合流体の噴射により前記槽本体内に旋回流を形成するように配置されている、脱硫装置。
前記脱硫塔の前段において、前記コークス炉ガスと、１〜６％の含有率でタールを含有する冷却液とを向流接触させることで前記コークス炉ガスを冷却する予冷塔を更に備える、請求項１記載の脱硫装置。
前記槽本体は円筒状の側壁を有し、前記側壁の高さは前記側壁の内径の２倍以下であり、且つ１ｍ以上である、請求項１又は２記載の脱硫装置。
前記再生塔は、
前記混合槽を囲むように設けられ、前記混合槽から排出された前記気液混合流体を受け入れ、前記吸収液と気体とに分離して排出するように構成された脱気槽を更に有する、請求項１〜３のいずれか一項記載の脱硫装置。