JP7222718B2

JP7222718B2 - 不純物除去装置、及び、石炭ガス化複合発電設備

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Publication number: JP7222718B2
Application number: JP2019002887A
Authority: JP
Inventors: 誠小林
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-01-10
Publication date: 2023-02-15
Anticipated expiration: 2039-01-10
Also published as: JP2020111660A

Description

本発明は、処理ガスを処理剤に流通させる処理ガス反応塔を備えた不純物除去装置に関し、特に、石炭ガス化複合発電設備に備えられた乾式ガス精製設備に適用して好適である。

また、本発明は、処理ガスを処理剤に流通させる処理ガス反応塔を備えた不純物除去装置を有する石炭ガス化複合発電設備に関する。

石炭を燃料とする火力発電の一つの方式として、石炭ガス化複合発電（IGCC：Integrated coal Gasification 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合物、アンモニア、硫黄分化合物（硫化物）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。

ガス精製設備として、温度や圧力の昇降を抑制し、主に硫化物を除去して、高温の石炭ガス化ガスを精製する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、不純物除去剤を除去能力に応じて効率良く使用することで、コストを抑えて不純物や微量成分を確実に除去することができる。このため、例えば、脱硫工程においては、脱硫剤（ハニカムブロック）を収容した複数塔の処理塔を並列に設け、複数塔の処理塔を切り替えて異なる運転、即ち、脱硫工程の運転、脱硫剤を再生する工程の運転、脱硫剤を還元する工程の運転を並行して行うことが考えられている。

複数塔の処理塔を切り替えて運転を行う場合、切り替えのタイミングを設定するために、処理塔の出口側に、脱硫工程における硫黄化合物濃度を分析する硫黄化合物分析手段、再生工程における酸素濃度、二酸化硫黄濃度の状態を分析する酸素濃度分析手段、二酸化硫黄濃度分析手段、還元工程における硫黄化合物濃度を分析する硫黄化合物分析手段がそれぞれ必要となっているのが現状である。

例えば、３塔の処理塔を備えた脱硫処理設備の場合、各処理塔について、硫黄化合物分析手段（脱硫工程）、酸素濃度分析手段（再生工程）、二酸化硫黄濃度分析手段（再生工程）、硫黄化合物分析手段（還元工程）を備える必要があった。このため、設備コストが増大すると共に、多数の分析手段の保守・点検・運転のための運用コストが必要となっているのが現状である。

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、複数塔の処理塔を切り替えて運転を行う場合であっても、設備コスト、及び、保守・点検・運転のための運用コストを抑制し、一つの処理塔における分析手段の信号処理を簡素化できる不純物除去装置を提供することを目的とする。

また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、複数塔の処理塔を切り替えて運転を行う場合であっても、設備コスト、及び、保守・点検・運転のための運用コストを抑制し、一つの処理塔における分析手段の信号処理を簡素化できる不純物除去装置を有する石炭ガス化複合発電設備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に係る本発明の不純物除去装置は、
ガス化ガスが流通する、第１処理塔、第２処理塔、第３処理塔のそれぞれに不純物除去剤ブロックを配した不純物除去装置において、
前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔に前記ガス化ガスを送るガス化ガス流通路と、
前記ガス化ガス流通路、及び、前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔の一方側の出入口をそれぞれ接続する第１流通路、第２流通路、第３流通路と、
前記第１流通路、前記第２流通路、前記第３流通路にそれぞれ設けられる第１流通弁、第２流通弁、第３流通弁と、
前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔からの前記ガス化ガスを燃料消費部位に送る一方、前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔に還元用のガスを供給するガス化ガス搬送路と、
前記ガス化ガス搬送路、及び、前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔の他方側の出入口をそれぞれ接続する第１ガス路、第２ガス路、第３ガス路と、
前記第１ガス路、前記第２ガス路、前記第３ガス路に設けられる第１ガス弁、第２ガス弁、第３ガス弁と、
前記ガス化ガス搬送路の最下流部位の前記燃料消費部位の側に合流するように設けられ、前記ガス化ガス搬送路から前記第１ガス路、前記第２ガス路、前記第３ガス路を通じて前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔に送られて一方側の出入口に向けて流通した、還元用のガスが送られる還元ガス流通路と、
前記還元ガス流通路、及び、前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔の一方側の出入口をそれぞれ接続する第１還元ガス路、第２還元ガス路、第３還元ガス路と、
前記第１還元ガス路、前記第２還元ガス路、前記第３還元ガス路にそれぞれ設けられる第１還元弁、第２還元弁、第３還元弁と、
前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔にパージ用のガスを送るパージガス路と、
前記パージガス路、及び、前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔の他方側の出入口をそれぞれ接続する第１パージガス供給路、第２パージガス供給路、第３パージガス供給路と、
前記第１パージガス供給路、前記第２パージガス供給路、前記第３パージガス供給路に設けられる第１弁、第２弁、第３弁と、
前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔からのパージ用のガスを処理するパージガス搬送路と、
前記パージガス搬送路、及び、前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔の一方側の出入口をそれぞれ接続する第１パージガス路、第２パージガス路、第３パージガス路と、
前記第１パージガス路、前記第２パージガス路、前記第３パージガス路にそれぞれ設けられる第１パージ弁、第２パージ弁、第３パージ弁と、
前記第１ガス路、前記第２ガス路、前記第３ガス路の下流側における前記ガス化ガス搬送路に設けられ、前記ガス化ガス搬送路を流通するガスの不純物濃度を分析する一つの不純物濃度分析手段と、
前記第１還元ガス路、前記第２還元ガス路、前記第３還元ガス路の下流側における前記還元ガス流通路に設けられ、前記還元ガス流通路を流通するガスの不純物濃度を分析する一つの還元ガス不純物濃度分析手段と、
前記第１パージガス路、前記第２パージガス路、前記第３パージガス路の下流側における前記パージガス搬送路に設けられ、前記パージガス搬送路を流通するガスの非排出物濃度を分析する非排出物濃度分析手段と、
前記第１流通弁、前記第２流通弁、前記第３流通弁、及び、前記第１ガス弁、前記第２ガス弁、前記第３ガス弁、及び、前記第１還元弁、前記第２還元弁、前記第３還元弁、及び、前記第１弁、前記第２弁、前記第３弁、及び、前記第１パージ弁、前記第２パージ弁、前記第３パージ弁の開閉状況を個別に制御し、前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔での、不純物除去運転、還元運転、パージ運転を、順次切り替える切替え手段とを備え、
前記不純物除去剤ブロックは、不純物として硫黄化合物を除去する硫黄化合物除去剤ブロックであり、
前記不純物濃度分析手段は、
前記ガス化ガス搬送路を流通するガスの硫黄化合物濃度を分析する一つの硫黄化合物濃度分析手段であり、
前記還元ガス不純物濃度分析手段は、
前記還元ガス流通路を流通するガスの硫黄化合物を含むガス成分の濃度を分析する還元ガス硫黄化合物濃度分析手段であり、
前記非排出物濃度分析手段は、
前記パージガス搬送路を流通するガスのＯ _２濃度を分析する一つのＯ _２濃度分析手段、及び、前記パージガス搬送路を流通するガスのＳＯ _２濃度を分析する一つのＳＯ _２濃度分析手段であり、
前記第１流通路、前記第２流通路、前記第３流通路の上流側における前記ガス化ガス流通路にＣＯ _２、Ｈ _２Ｏの少なくともいずれかを投入し、Ｃの析出を抑制する炭素析出抑制手段を備えたことを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、第１処理塔、第２処理塔、第３処理塔で、不純物除去運転（脱硫運転）、還元運転、パージ運転（再生運転）を順次切り替える際に、第１処理塔、第２処理塔、第３処理塔の出口のガス化ガス（脱硫ガス）の硫黄化合物を含むガス成分（Ｈ_２Ｓ、ＣＯＳ等）がガス化ガス搬送路に備えられた一つの硫黄化合物濃度分析手段で分析され第１処理塔、第２処理塔、第３処理塔の出口の還元ガスの硫黄化合物の濃度が還元ガス流通路に備えられた一つの還元ガス硫黄化合物濃度分析手段で分析され、第１処理塔、第２処理塔、第３処理塔の出口のパージガスのＯ_２濃度、及び、ＳＯ_２濃度が、パージガス流通路に備えられた非排出物濃度分析手段で分析される。
即ち、ガス化ガスの硫黄化合物を除去する脱硫処理装置において、還元ガスの硫黄化合物の濃度が還元ガス流通路に備えられた一つの還元ガス硫黄化合物濃度分析手段で分析され、第１処理塔、第２処理塔、第３処理塔の出口のパージガスのＯ _２濃度、及び、ＳＯ _２濃度が、パージガス流通路に備えられた非排出物濃度分析手段で分析され、第１処理塔、第２処理塔、第３処理塔の出口のガス化ガス（脱硫ガス）の硫黄化合物を含むガス成分（Ｈ _２Ｓ、ＣＯＳ等）がガス化ガス搬送路に備えられた一つの硫黄化合物濃度分析手段で分析される。
そして、炭素析出抑制手段により、ガス化ガス流通路にＣＯ _２、Ｈ _２Ｏの少なくともいずれかを投入することで、ガス化ガスのＣＯのモル分率が減少してＣＯ _２のモル分率が増大し、ＣＯからＣＯ _２及びＣへの反応（Boudouard反応）が抑制され、Ｃの析出が抑制される。

尚、第１処理塔、第２処理塔、第３処理塔での不純物除去運転（脱硫運転）、還元運転、パージ運転（再生運転）の工程時間、及び、第１処理塔、第２処理塔、第３処理塔で運転を順次切り替える時刻は、同一にすることが好ましい。

このため、除去剤ブロックの劣化具合を把握するための４種類の分析手段を第１処理塔、第２処理塔、第３処理塔のそれぞれの出口の流路に備えることなく（１２個の分析手段を設けることなく）、各種類一つの分析手段により、必要なガス濃度の分析を行うことができる。

この結果、コストを大幅に抑制した装置とすることが可能になる。

従って、複数塔の処理塔を切り替えて運転を行う場合であっても、設備コスト、及び、保守・点検・運転のための運用コストを抑制し、一つの処理塔における分析手段の信号処理を簡素化することが可能になる。

上記目的を達成するための請求項２に係る本発明の石炭ガス化複合発電設備は、石炭及び酸化剤の反応により石炭ガス化ガスを生成する石炭ガス化炉と、前記石炭ガス化炉で生成された石炭ガス化ガスを精製して燃料ガスを得る乾式ガス精製設備と、前記乾式ガス精製設備で得られた燃料ガスを燃焼させる燃焼手段と、前記燃焼手段からの燃焼ガスを膨張することで動力を得るガスタービンと、前記ガスタービンの排気ガスの熱を回収して得られた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気タービンとを備え、前記乾式ガス精製設備は、前記石炭ガス化ガスが精製されて燃料ガスとされる請求項１に記載の不純物除去装置を有していることを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、複数塔の処理塔を切り替えて運転を行う場合であっても、設備コスト、及び、保守・点検・運転のための運用コストを抑制し、一つの処理塔における分析手段の信号処理を簡素化することができる不純物除去装置を有する石炭ガス化複合発電設備とすることが可能になる。

本発明の不純物除去装置は、複数塔の処理塔を切り替えて運転を行う場合であっても、設備コスト、及び、保守・点検・運転のための運用コストを抑制し、一つの処理塔における分析手段の信号処理を簡素化することが可能になる。

また、本発明の石炭ガス化複合発電設備は、複数塔の処理塔を切り替えて運転を行う場合であっても、設備コスト、及び、保守・点検・運転のための運用コストを抑制し、一つの処理塔における分析手段の信号処理を簡素化することができる不純物除去装置を有する石炭ガス化複合発電設備とすることが可能になる。

本発明の一実施例に係る不純物除去装置を有する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構成図である。本発明の一実施例に係る不純物除去装置を有する乾式ガス精製設備の概略系統図である。乾式ガス精製設備の要部の構成説明図である。処理塔の運転状況の経時変化を説明するタイムチャートである。不純物除去装置のガスの流れを説明する系統図である。不純物除去装置のガスの流れを説明する系統図である。不純物除去装置のガスの流れを説明する系統図である。硫黄化合物濃度分析手段、還元ガス硫黄化合物濃度分析手段、Ｏ_２濃度分析手段、ＳＯ_２濃度分析手段の検出状況を説明するタームチャートである。処理塔の運転状況の経時変化を説明するタイムチャートである。不純物除去装置のガスの流れを説明する系統図である。不純物除去装置のガスの流れを説明する系統図である。不純物除去装置のガスの流れを説明する系統図である。

図１には本発明の一実施例に係る処理ガス反応塔を有する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概略系統、図２には本発明の一実施例に係る処理ガス反応塔を有する図１中の乾式ガス精製設備を説明する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は所定の温度に調整されて乾式ガス精製設備３に送られ、乾式ガス精製設備３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はタービン設備の燃焼手段としての燃焼器４に送られる。即ち、タービン設備は圧縮機５及び膨張タービン６を備え、圧縮機５で圧縮された圧縮空気と燃料ガスｆが燃焼器４に送られる。燃焼器４では燃料ガスｆが燃焼され、燃焼ガスが膨張タービン６に送られて膨張されて動力が得られる。膨張タービン６の排気ガスは排熱回収ボイラー７で熱回収され、排煙処理装置８で窒素酸化物が除去された後、大気に放出される。

一方、圧縮機５及び膨張タービン６と同軸状態で蒸気タービン９が接続され、蒸気タービン９には発電機Ｇが接続されている。排熱回収ボイラー７には、蒸気タービン９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７では膨張タービン６の排気ガスにより蒸気を発生させる。排熱回収ボイラー７で発生した蒸気は蒸気タービン９に送られて動力が得られる。

直列に接続された膨張タービン６及び蒸気タービン９の動力により発電機Ｇが駆動され、膨張タービン６と蒸気タービン９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３により石炭ガス化ガスｇが乾式精製により精製されて燃料ガスｆを得ている。

図２に基づいて乾式ガス精製設備３を説明する。

所定温度に調整された石炭ガス化ガスｇは、ダストフィルタ１０で固形の不純物が除去され、ハロゲン化物除去装置１１に導入され、ハロゲン化物吸収剤によりハロゲン化物が除去される。ハロゲン化物除去装置１１でハロゲン化物が除去された石炭ガス化ガスｇは、不純物処理装置としての脱硫装置１２に送られる。

脱硫装置１２はガス化ガスが流通する第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５を有し、不純物除去ブロックとして硫黄化合物除去剤ブロック（脱硫剤ブロック：ハニカム格子構造体の触媒）が充填されている。脱硫剤ブロックは、亜鉛フェライトをハニカム形状化し、ハニカム構造の脱硫触媒を複数個集合させた触媒ブロックとされている。

第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５に石炭ガス化ガスｇ（処理ガス）を流通させることで、脱硫剤ブロックに石炭ガス化ガスｇが接触し、亜鉛フェライト（ＺｎＦｅ_２Ｏ_４）の鉄と亜鉛が相乗して硫化水素（Ｈ_２Ｓ）や硫化カルボニル（ＣＯＳ）等が除去される（不純物除去運転：脱硫処理）。

脱硫剤ブロックの脱硫触媒は、定期的に、パージ用（再生用）のガス（Ｎ_２で希釈した空気：以下、「パージ用のガス」と記す）を流通させて脱硫触媒に溜まった硫黄を放出されるパージ処理（再生処理）、及び、還元ガスを流通させる還元処理が順次施されるようになっている（具体的には後述する）。即ち、第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５に流通するガスを切り替えて、脱硫処理、パージ処理（再生処理）、還元処理を切り替える切替え手段１６が備えられている（具体的には後述する）。

脱硫装置１２で硫黄成分が除去されたガスは水銀除去塔１７に送られ、水銀除去塔１７では、銅を主体として水銀を吸収する銅系吸収剤により水銀が吸収される。水銀除去塔１７で水銀が除去されたガスはダストフィルタ１８に送られる。ダストフィルタ１８では、ガスに含まれる固体析出物、微粒子、粉体を含む不純物が物理的に濾過される。ダストフィルタ１８で不純物が物理的に濾過されたガスは、図示しない熱交換装置で所定の温度に昇温され、高温の燃料ガスｆとされて燃焼器４（図１参照）に供給される。

図３に基づいて脱硫装置１２の構成を具体的に説明する。図３には乾式ガス精製設備の要部である不純物処理装置としての脱硫装置１２の系統説明を示してある。

図に示すように、第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５にガス化ガスを送るガス化ガス流通路２０が備えられ、ガス化ガス流通路２０、及び、第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５の一方側（上側）の出入口をそれぞれ接続する第１流通路２１、第２流通路２２、第３流通路２３が備えられている。第１流通路２１、第２流通路２２、第３流通路２３には、第１流通弁２５、第２流通弁２６、第３流通弁２７が設けられている。

第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５を流通したガスを燃料消費部としての水銀除去塔１７に送る一方、第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５に還元用のガスを供給するガス化ガス搬送路３０が備えられている。ガス化ガス搬送路３０、及び、第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５の他方側（下側）の出入口にそれぞれ接続する第１ガス路３１、第２ガス路３２、第３ガス路３３が備えられている。第１ガス路３１、第２ガス路３２、第３ガス路３３には、第１ガス弁３５、第２ガス弁３６、第３ガス弁３７が設けられている。

下流部位がガス化ガス搬送路３０の最下流部位（燃料消費部の側）に合流するように（分岐して）設けられ、第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５を流通した還元用のガス（後述するガス化ガスの一部）が送られる還元ガス流通路４０が備えられている。還元ガス流通路４０、及び、第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５の一方側（上側）の出入口をそれぞれ接続する第１還元ガス路４１、第２還元ガス路４２、第３還元ガス路４３が備えられている。第１還元ガス路４１、第２還元ガス路４２、第３還元ガス路４３には、第１還元弁４５、第２還元弁４６、第３還元弁４７が設けられている。

第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５にパージ用のガスを送るパージガス路５０が備えられ、パージガス路５０、及び、第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５の他方側（下側）の出入口にそれぞれ接続する第１パージガス供給路５１、第２パージガス供給路５２、第３パージガス供給路５３が備えられている。第１パージガス供給路５１、第２パージガス供給路５２、第３パージガス供給路５３には、第１弁５５、第２弁５６、第３弁５７が設けられている。

第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５からのパージ用のガスを大気に放出する（処理する）パージガス搬送路６０が備えられ、パージガス搬送路６０、及び、第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５の一方側（上側）の出入口にそれぞれ接続する第１パージガス路６１、第２パージガス路６２、第３パージガス路６３が備えられている。第１パージガス路６１、第２パージガス路６２、第３パージガス路６３には、第１パージ弁６５、第２パージ弁６６、第３パージ弁６７が設けられている。

第１ガス路３１、第２ガス路３２、第３ガス路３３の下流側で、還元ガス流通路４０の上流側におけるガス化ガス搬送路３０には、ガス化ガス搬送路３０流通するガスの不純物濃度である硫黄化合物を含むガス成分（Ｈ_２Ｓ、ＣＯＳ等）の濃度を分析する一つの不純物濃度分析手段としての硫黄化合物濃度分析手段７１が設けられている。

また、第１還元ガス路４１、第２還元ガス路４２、第３還元ガス路４３の下流側（ガス化ガス搬送路３０に合流する部位の側）における還元ガス流通路４０には、還元ガス流通路４０を流通するガスの不純物濃度を分析する一つの還元ガス不純物濃度分析手段としての還元ガス硫黄化合物濃度分析手段７３が設けられている。

また、第１パージガス路６１、第２パージガス路６２、第３パージガス路６３の下流側におけるパージガス搬送路６０には、パージガス搬送路６０を流通するガスの非排出物濃度であるＯ_２濃度を分析する非排出物濃度分析手段としてのＯ_２濃度分析手段７５、及び、パージガス搬送路６０を流通するガスの非排出物濃度であるＳＯ_２濃度を分析する非排出物濃度分析手段としてのＳＯ_２濃度分析手段７６が設けられている。そして、ＳＯ_２濃度分析手段７６の下流側におけるパージガス搬送路６０には、硫黄除去手段７８が設けられ、硫黄除去手段７８で硫黄が除去（回収）されたガスが大気に放出される。

更に、ガス化ガス流通路２０の最上流部位には、ガス化ガス流通路２０にＣＯ_２、Ｈ_２Ｏの少なくともいずれかを投入する炭素析出抑制手段７９が備えられている。炭素析出抑制手段７９からガス化ガス流通路２０にＣＯ_２、Ｈ_２Ｏの少なくともいずれかを投入することで、ガス化ガスのＣＯのモル分率が減少してＣＯ_２のモル分率が増大し、ＣＯからＣＯ_２及びＣへの反応（Boudouard反応）が抑制されて、Ｃの析出が抑制される。

硫黄化合物濃度分析手段７１、還元ガス硫黄化合物濃度分析手段７３、Ｏ_２濃度分析手段７５、ＳＯ_２濃度分析手段７６で分析されたガスの状況に応じて、第１流通弁２５、第２流通弁２６、第３流通弁２７、及び、第１ガス弁３５、第２ガス弁３６、第３ガス弁３７、及び、第１還元弁４５、第２還元弁４６、第３還元弁４７、及び、第１弁５５、第２弁５６、第３弁５７、及び、第１パージ弁６５、第２パージ弁６６、第３パージ弁６７の開閉状況が個別に制御される（切替え手段１６：図２参照）。

各種の弁が個別に開閉制御されることにより、第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５での、不純物除去運転、還元運転、パージ運転が順次切り替えられる（切替え手段）。

図４から図７に基づいて第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５の運転の状況の一例を具体的に説明する。

図４から図７に示した例は、第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５の順番に脱硫運転を実施する運転（正順運転）の例である。

図４には第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５の運転の順番を説明するタイムチャートを示してあり、図４（ａ）は第１処理塔１３の経時変化、図４（ｂ）は第２処理塔１４の経時変化、図４（ｃ）は第３処理塔１５の経時変化である。

また、図５には時刻ｔ０からｔ１の間の時間のガスの流れを図３の系統に基づいて説明した状況、図６には時刻ｔ１からｔ２の間の時間のガスの流れを図３の系統に基づいて説明した状況、図７には時刻ｔ２からｔ３の間の時間のガスの流れを図３の系統に基づいて説明した状況を示してある。

図４に示すように、時刻ｔ０からｔ１の間の時間は、第１処理塔１３では、ガス化ガスが流通する脱硫運転が実施され、第２処理塔１４では、脱硫処理が施された後のガス化ガスの一部が流通する還元運転が実施され、第３処理塔１５では、パージ用のガスが流通するパージ運転（再生運転）が実施される。

そして、時刻ｔ１では、第１処理塔１３、及び、第３処理塔１５で、脱硫運転、パージ運転の後のＮ_２パージ（パージ運転である再生運転とは異なる運転であり、Ｎ_２ガスを流通させる運転：単に「Ｎ_２パージ」と記す）が実施される。

また、時刻ｔ１からｔ２の間の時間は、第１処理塔１３では、パージ用のガスが流通するパージ運転（再生運転）が実施され、第２処理塔１４では、ガス化ガスが流通する脱硫運転が実施され、第３処理塔１５では、脱硫処理が施された後のガス化ガスの一部が流通する還元運転が実施される。

そして、時刻ｔ２では、第１処理塔１３、及び、第２処理塔１４で、パージ運転、脱硫運転の後のＮ_２パージが実施される。

また、時刻ｔ２からｔ３の間の時間は、第１処理塔１３では、脱硫処理が施された後のガス化ガスの一部が流通する還元運転が実施され、第２処理塔１４では、パージ用のガスが流通するパージ運転（再生運転）が実施され、第３処理塔１５では、ガス化ガスが流通する脱硫運転が実施される。

そして、時刻ｔ３では、第２処理塔１４、及び、第３処理塔１５で、パージ運転、脱硫運転の後のＮ_２パージが実施される。

尚、図に示したように、第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５での不純物除去運転（脱硫運転）、還元運転、パージ運転（再生運転）の工程時間、及び、第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５で運転を順次切り替える時刻は、同一にすることが好ましい。

図５に基づいて時刻ｔ０からｔ１の間の時間の弁の開閉状況を説明し、ガスの流れを具体的に説明する。

図に示すように、時刻ｔ０からｔ１の間の時間では、第１流通弁２５、第１ガス弁３５、第２ガス弁３６、第２還元弁４６、第３弁５７、第３パージ弁６７を開き状態に制御し、その他の弁を閉じ状態に制御する。

この状態で、第１処理塔１３には、図中太実線矢印で示すように、ハロゲン化物除去装置１１からのガス化ガスが流通して脱硫運転が実施される。即ち、ガス化ガスがガス化ガス流通路２０、第１流通路２１を通って一方側（上側）から第１処理塔１３に送られる。第１処理塔１３を流通したガス化ガスは脱硫処理が施され、第１ガス路３１、ガス化ガス搬送路３０を通って水銀除去塔１７に送られる。

また、第２処理塔１４には、図中白抜き線矢印で示すように、脱硫処理が施された後のガス化ガスの一部が流通する還元運転が実施される。即ち、ガス化ガス搬送路３０のガス化ガスの一部が第２ガス路３２を通って他方側（下側）から第２処理塔１４に送られる。流入したガス化ガスにより第２処理塔１４の硫黄化合物除去剤が還元処理され、還元処理後のガス化ガスは第２還元ガス路４２、還元ガス流通路４０を通ってガス化ガス搬送路３０に戻され、水銀除去塔１７に送られる。

また、第３処理塔１５には、図中太点線矢印で示すように、パージ用のガスが送られてパージ運転（再生運転）が実施される。即ち、パージガス路５０からのパージ用のガスが他方側（下側）から第３処理塔１５に送られる。流入したパージ用のガスにより第３処理塔１５の内部がパージされ、パージ後のパージガスは第３パージガス路６３、パージガス搬送路６０を通って硫黄除去手段７８に送られ、硫黄が除去・回収されて大気に放出される。

図６に基づいて時刻ｔ１からｔ２の間の時間の弁の開閉状況を説明し、ガスの流れを具体的に説明する。

図に示すように、時刻ｔ１からｔ２の間の時間では、第２流通弁２６、第２ガス弁３６、第３ガス弁３７、第３還元弁４７、第１弁５５、第１パージ弁６５を開き状態に制御し、その他の弁を閉じ状態に制御する。

この状態で、第２処理塔１４には、図中太実線矢印で示すように、ハロゲン化物除去装置１１からのガス化ガスが流通して脱硫運転が実施される。即ち、ガス化ガスがガス化ガス流通路２０、第２流通路２２を通って一方側（上側）から第２処理塔１４に送られる。第２処理塔１４を流通したガス化ガスは脱硫処理が施され、第２ガス路３２、ガス化ガス搬送路３０を通って水銀除去塔１７に送られる。

また、第３処理塔１５には、図中白抜き線矢印で示すように、脱硫処理が施された後のガス化ガスの一部が流通する還元運転が実施される。即ち、ガス化ガス搬送路３０のガス化ガスの一部が第３ガス路３３を通って他方側（下側）から第３処理塔１５に送られる。流入したガス化ガスにより第３処理塔１５の硫黄化合物除去剤が還元処理され、還元処理後のガス化ガスは第３還元ガス路４３、還元ガス流通路４０を通ってガス化ガス搬送路３０に戻され、水銀除去塔１７に送られる。

また、第１処理塔１３には、図中太点線矢印で示すように、パージ用のガスが送られてパージ運転（再生運転）が実施される。即ち、パージガス路５０からのパージ用のガスが他方側（下側）から第１処理塔１３に送られる。流入したパージ用のガスにより第１処理塔１３の内部がパージされ、パージ後のパージガスは第１パージガス路６１、パージガス搬送路６０を通って硫黄除去手段７８に送られ、硫黄が除去・回収されて大気に放出される。

図７に基づいて時刻ｔ２からｔ３の間の時間の弁の開閉状況を説明し、ガスの流れを具体的に説明する。

図に示すように、時刻ｔ２からｔ３の間の時間では、第３流通弁２７、第１ガス弁３５、第３ガス弁３７、第１還元弁４５、第２弁５６、第２パージ弁６６を開き状態に制御し、その他の弁を閉じ状態に制御する。

この状態で、第３処理塔１５には、図中太実線矢印で示すように、ハロゲン化物除去装置１１からのガス化ガスが流通して脱硫運転が実施される。即ち、ガス化ガスがガス化ガス流通路２０、第３流通路２３を通って一方側（上側）から第３処理塔１５に送られる。第３処理塔１５を流通したガス化ガスは脱硫処理が施され、第３ガス路３３、ガス化ガス搬送路３０を通って水銀除去塔１７に送られる。

また、第１処理塔１３には、図中白抜き線矢印で示すように、脱硫処理が施された後のガス化ガスの一部が流通する還元運転が実施される。即ち、ガス化ガス搬送路３０のガス化ガスの一部が第１ガス路３１を通って他方側（下側）から第１処理塔１３に送られる。流入したガス化ガスにより第１処理塔１３の硫黄化合物除去剤が還元処理され、還元処理後のガス化ガスは第１還元ガス路４１、還元ガス流通路４０を通ってガス化ガス搬送路３０に戻され、水銀除去塔１７に送られる。

また、第２処理塔１４には、図中太点線矢印で示すように、パージ用のガスが送られてパージ運転（再生運転）が実施される。即ち、パージガス路５０からのパージ用のガスが他方側（下側）から第２処理塔１４に送られる。流入したパージ用のガスにより第２処理塔１４の内部がパージされ、パージ後のパージガスは第２パージガス路６２、パージガス搬送路６０を通って硫黄除去手段７８に送られ、硫黄が除去・回収されて大気に放出される。

以上の弁の開閉制御により、第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５の順番に脱硫運転が繰り返して実施される（正順運転）。

図８に基づいて正順運転の場合の硫黄化合物濃度分析手段７１、還元ガス硫黄化合物濃度分析手段７３、Ｏ_２濃度分析手段７５、ＳＯ_２濃度分析手段７６の検出状況を説明する。図８には正順運転の場合の分析手段の状況を説明するタームチャートを示してあり、時間軸は図４に示した処理塔の処理の経時変化と同じにしてある。

図８（ａ）に示すように、脱硫運転の場合、時刻ｔ０からｔ１（例えば、０～１８０ｍｉｎ）の間の時間（第１処理塔１３）、時刻ｔ１からｔ２（例えば、１８０～３６０ｍｉｎ）の間の時間（第２処理塔１４）、時刻ｔ２からｔ３（例えば、３６０～５４０ｍｉｎ）の間の時間（第３処理塔１５）において、入口側のＨ_２Ｓの濃度（▼）は４００（ｐｐｍ）程度であり、硫黄化合物濃度分析手段７１で分析された出口側のＨ_２Ｓの濃度（▽）は０.５（ｐｐｍ）程度であった。

図８（ａ）に示すように、脱硫運転の場合、時刻ｔ０からｔ１（例えば、０～１８０ｍｉｎ）の間の時間（第１処理塔１３）、時刻ｔ１からｔ２（例えば、１８０～３６０ｍｉｎ）の間の時間（第２処理塔１４）、時刻ｔ２からｔ３（例えば、３６０～５４０ｍｉｎ）の間の時間（第３処理塔１５）において、入口側のＣＯＳの濃度（▲）は１０（ｐｐｍ）程度であり、硫黄化合物濃度分析手段７１で分析された出口側のＣＯＳの濃度（△）は０.５（ｐｐｍ）程度であった。

図８（ｂ）に示すように、パージ運転の場合、時刻ｔ０からｔ１（例えば、０～１８０ｍｉｎ）の間の時間（第３処理塔１５）、時刻ｔ１からｔ２（例えば、１８０～３６０ｍｉｎ）の間の時間（第１処理塔１３）、時刻ｔ２からｔ３（例えば、３６０～５４０ｍｉｎ）の間の時間（第２処理塔１４）において、Ｏ_２濃度分析手段７５で分析されたＯ_２濃度（○）は、前半に１.５（ｖｏｌ％）程度になり、その後、０（ｖｏｌ％）になる。

図８（ｂ）に示すように、パージ運転の場合、時刻ｔ０からｔ１（例えば、０～１８０ｍｉｎ）の間の時間（第３処理塔１５）、時刻ｔ１からｔ２（例えば、１８０～３６０ｍｉｎ）の間の時間（第１処理塔１３）、時刻ｔ２からｔ３（例えば、３６０～５４０ｍｉｎ）の間の時間（第２処理塔１４）において、ＳＯ_２濃度分析手段７６で分析されたＳＯ_２濃度（◇）は、前半に０（ｐｐｍ）であり、Ｏ_２濃度（○）の低下に代わり上昇して６０００（ｐｐｍ）程度になる。

図８（ｃ）に示すように、還元運転の場合、時刻ｔ０からｔ１（例えば、０～１８０ｍｉｎ）の間の時間（第２処理塔１４）、時刻ｔ１からｔ２（例えば、１８０～３６０ｍｉｎ）の間の時間（第３処理塔１５）、時刻ｔ２からｔ３（例えば、３６０～５４０ｍｉｎ）の間の時間（第１処理塔１３）において、還元ガス硫黄化合物濃度分析手段７３で分析された全有機硫黄ＴｏＳ濃度（◎）は、ほぼ０（ｐｐｍ）程度になる。

図９から図１２に基づいて第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５の運転の状況の他の例を具体的に説明する。

図９から図１２に示した例は、第１処理塔１３、第３処理塔１５、第２処理塔１４の順番に脱硫運転を実施する運転（逆順運転）の例である。

図９には第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５の運転の順番を説明するタイムチャートを示してあり、図９（ａ）は第１処理塔１３の経時変化、図９（ｂ）は第２処理塔１４の経時変化、図９（ｃ）は第３処理塔１５の経時変化である。

また、図１０には時刻ｔ０からｔ１の間の時間のガスの流れを図３の系統に基づいて説明した状況、図１１には時刻ｔ１からｔ２の間の時間のガスの流れを図３の系統に基づいて説明した状況、図１２には時刻ｔ２からｔ３の間の時間のガスの流れを図３の系統に基づいて説明した状況を示してある。

図９に示すように、時刻ｔ０からｔ１の間の時間は、第１処理塔１３では、ガス化ガスが流通する脱硫運転が実施され、第２処理塔１４では、パージ用のガスが流通するパージ運転（再生運転）が実施され、第３処理塔１５では、脱硫処理が施された後のガス化ガスの一部が流通する還元運転が実施される。

そして、時刻ｔ１では、第１処理塔１３、及び、第２処理塔１４で、脱硫運転、パージ運転の後のＮ_２パージ（パージ運転である再生運転とは異なる運転であり、Ｎ_２ガスを流通させる運転：単に「Ｎ_２パージ」と記す）が実施される。

また、時刻ｔ１からｔ２の間の時間は、第１処理塔１３では、パージ用のガスが流通するパージ運転（再生運転）が実施され、第２処理塔１４では、脱硫処理が施された後のガス化ガスの一部が流通する還元運転が実施され、第３処理塔１５では、ガス化ガスが流通する脱硫運転が実施される。

そして、時刻ｔ２では、第１処理塔１３、及び、第３処理塔１５で、パージ運転、脱硫運転の後のＮ_２パージが実施される。

また、時刻ｔ２からｔ３の間の時間は、第１処理塔１３では、脱硫処理が施された後のガス化ガスの一部が流通する還元運転が実施され、第２処理塔１４では、ガス化ガスが流通する脱硫運転が実施され、第３処理塔１５では、パージ用のガスが流通するパージ運転（再生運転）が実施される。

そして、時刻ｔ３では、第２処理塔１４、及び、第３処理塔１５で、脱硫運転、パージ運転の後のＮ_２パージが実施される。

尚、図に示したように、図４で示した実施例と同様、第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５での不純物除去運転（脱硫運転）、パージ運転（再生運転）、還元運転の工程時間、及び、第１処理塔１３、第２処理塔１４、第３処理塔１５で運転を順次切り替える時刻は、同一にすることが好ましい。

図１０に基づいて時刻ｔ０からｔ１の間の時間の弁の開閉状況を説明し、ガスの流れを具体的に説明する。

図に示すように、時刻ｔ０からｔ１の間の時間では、第１流通弁２５、第１ガス弁３５、第３ガス弁３７、第３還元弁４７、第２弁５６、第２パージ弁６６を開き状態に制御し、その他の弁を閉じ状態に制御する。

図１１に基づいて時刻ｔ１からｔ２の間の時間の弁の開閉状況を説明し、ガスの流れを具体的に説明する。

図に示すように、時刻ｔ１からｔ２の間の時間では、第３流通弁２７、第２ガス弁３６、第３ガス弁３７、第２還元弁４６、第１弁５５、第１パージ弁６５を開き状態に制御し、その他の弁を閉じ状態に制御する。

図１２に基づいて時刻ｔ２からｔ３の間の時間の弁の開閉状況を説明し、ガスの流れを具体的に説明する。

図に示すように、時刻ｔ２からｔ３の間の時間では、第２流通弁２６、第２ガス弁３６、第１ガス弁３５、第１還元弁４５、第３弁５７、第３パージ弁６７を開き状態に制御し、その他の弁を閉じ状態に制御する。

以上の弁の開閉制御により、第１処理塔１３、第３処理塔１５、第２処理塔１４の順番に脱硫運転が繰り返して実施される（逆順運転）。

逆順運転の場合も、正順運転の場合と同様に、不純物が除去されている状態を分析手段によって分析できることが確認されている。

本発明は、処理ガスを処理剤に流通させる処理ガス反応塔を有する不純物除去装置、及び、不純物除去装置を有する石炭ガス化複合発電設備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乾式ガス精製設備
４燃焼器
５圧縮機
６膨張タービン
７排熱回収ボイラー
８排煙処理装置
９蒸気タービン
１０、１８ダストフィルタ
１１ハロゲン化物除去装置
１２脱硫装置
１３第１処理塔
１４第２処理塔
１５第３処理塔
１６切替え手段
１７水銀除去塔
２０ガス化ガス流通路
２１第１流通路
２２第２流通路
２３第３流通路
２５第１流通弁
２６第２流通弁
２７第３流通弁
３０ガス化ガス搬送路
３１第１ガス路
３２第２ガス路
３３第３ガス路
３５第１ガス弁
３６第２ガス弁
３７第３ガス弁
４０還元ガス流通路
４１第１還元ガス路
４２第２還元ガス路
４３第３還元ガス路
４５第１還元弁
４６第２還元弁
４７第３還元弁
５０パージガス路
５１第１パージガス供給路
５２第２パージガス供給路
５３第３パージガス供給路
５５第１弁
５６第２弁
５７第３弁
６０パージガス搬送路
６１第１パージガス路
６２第２パージガス路
６３第３パージガス路
６５第１パージ弁
６６第２パージ弁
６７第３パージ弁
７１硫黄化合物濃度分析手段
７３還元ガス硫黄化合物濃度分析手段
７５Ｏ_２濃度分析手段
７６ＳＯ_２濃度分析手段
７８硫黄除去手段
７９炭素析出抑制手段

Claims

ガス化ガスが流通する、第１処理塔、第２処理塔、第３処理塔のそれぞれに不純物除去剤ブロックを配した不純物除去装置において、
前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔に前記ガス化ガスを送るガス化ガス流通路と、
前記ガス化ガス流通路、及び、前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔の一方側の出入口をそれぞれ接続する第１流通路、第２流通路、第３流通路と、
前記第１流通路、前記第２流通路、前記第３流通路にそれぞれ設けられる第１流通弁、第２流通弁、第３流通弁と、
前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔からの前記ガス化ガスを燃料消費部位に送る一方、前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔に還元用のガスを供給するガス化ガス搬送路と、
前記ガス化ガス搬送路、及び、前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔の他方側の出入口をそれぞれ接続する第１ガス路、第２ガス路、第３ガス路と、
前記第１ガス路、前記第２ガス路、前記第３ガス路に設けられる第１ガス弁、第２ガス弁、第３ガス弁と、
前記ガス化ガス搬送路の最下流部位の前記燃料消費部位の側に合流するように設けられ、前記ガス化ガス搬送路から前記第１ガス路、前記第２ガス路、前記第３ガス路を通じて前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔に送られて一方側の出入口に向けて流通した、還元用のガスが送られる還元ガス流通路と、
前記還元ガス流通路、及び、前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔の一方側の出入口をそれぞれ接続する第１還元ガス路、第２還元ガス路、第３還元ガス路と、
前記第１還元ガス路、前記第２還元ガス路、前記第３還元ガス路にそれぞれ設けられる第１還元弁、第２還元弁、第３還元弁と、
前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔にパージ用のガスを送るパージガス路と、
前記パージガス路、及び、前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔の他方側の出入口をそれぞれ接続する第１パージガス供給路、第２パージガス供給路、第３パージガス供給路と、
前記第１パージガス供給路、前記第２パージガス供給路、前記第３パージガス供給路に設けられる第１弁、第２弁、第３弁と、
前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔からのパージ用のガスを処理するパージガス搬送路と、
前記パージガス搬送路、及び、前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔の一方側の出入口をそれぞれ接続する第１パージガス路、第２パージガス路、第３パージガス路と、
前記第１パージガス路、前記第２パージガス路、前記第３パージガス路にそれぞれ設けられる第１パージ弁、第２パージ弁、第３パージ弁と、
前記第１ガス路、前記第２ガス路、前記第３ガス路の下流側における前記ガス化ガス搬送路に設けられ、前記ガス化ガス搬送路を流通するガスの不純物濃度を分析する一つの不純物濃度分析手段と、
前記第１還元ガス路、前記第２還元ガス路、前記第３還元ガス路の下流側における前記還元ガス流通路に設けられ、前記還元ガス流通路を流通するガスの不純物濃度を分析する一つの還元ガス不純物濃度分析手段と、
前記第１パージガス路、前記第２パージガス路、前記第３パージガス路の下流側における前記パージガス搬送路に設けられ、前記パージガス搬送路を流通するガスの非排出物濃度を分析する非排出物濃度分析手段と、
前記第１流通弁、前記第２流通弁、前記第３流通弁、及び、前記第１ガス弁、前記第２ガス弁、前記第３ガス弁、及び、前記第１還元弁、前記第２還元弁、前記第３還元弁、及び、前記第１弁、前記第２弁、前記第３弁、及び、前記第１パージ弁、前記第２パージ弁、前記第３パージ弁の開閉状況を個別に制御し、前記第１処理塔、前記第２処理塔、前記第３処理塔での、不純物除去運転、還元運転、パージ運転を、順次切り替える切替え手段とを備え、
前記不純物除去剤ブロックは、不純物として硫黄化合物を除去する硫黄化合物除去剤ブロックであり、
前記不純物濃度分析手段は、
前記ガス化ガス搬送路を流通するガスの硫黄化合物濃度を分析する一つの硫黄化合物濃度分析手段であり、
前記還元ガス不純物濃度分析手段は、
前記還元ガス流通路を流通するガスの硫黄化合物を含むガス成分の濃度を分析する還元ガス硫黄化合物濃度分析手段であり、
前記非排出物濃度分析手段は、
前記パージガス搬送路を流通するガスのＯ _２濃度を分析する一つのＯ _２濃度分析手段、及び、前記パージガス搬送路を流通するガスのＳＯ _２濃度を分析する一つのＳＯ _２濃度分析手段であり、
前記第１流通路、前記第２流通路、前記第３流通路の上流側における前記ガス化ガス流通路にＣＯ _２、Ｈ _２Ｏの少なくともいずれかを投入し、Ｃの析出を抑制する炭素析出抑制手段を備えた
ことを特徴とする不純物除去装置。
石炭及び酸化剤の反応により石炭ガス化ガスを生成する石炭ガス化炉と、
前記石炭ガス化炉で生成された石炭ガス化ガスを精製して燃料ガスを得る乾式ガス精製設備と、
前記乾式ガス精製設備で得られた燃料ガスを燃焼させる燃焼手段と、
前記燃焼手段からの燃焼ガスを膨張することで動力を得るガスタービンと、
前記ガスタービンの排気ガスの熱を回収して得られた蒸気を膨張することで動力を得る蒸気タービンとを備え、
前記乾式ガス精製設備は、前記石炭ガス化ガスが精製されて燃料ガスとされる請求項１に記載の不純物除去装置を有している
ことを特徴とする石炭ガス化複合発電設備。