JP7463364B2 - Purified gas production method and purified gas production apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、廃棄物に由来する粗ガスを精製して得られる精製ガスの製造方法及び精製ガス製造装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for producing purified gas obtained by refining crude gas derived from waste.
産業廃棄物、一般廃棄物などの各種廃棄物は、熱分解により、ガス化する技術が知られている(特許文献1等参照)。この方法によれば、廃棄物を熱分解することで、一酸化炭素と水素を多く含む合成ガスなどが得られる。合成ガスなどの廃棄物由来のガスは、種々の用途に利用可能であり、例えば、微生物触媒、金属触媒などを用いて、エタノールなどの有価物に変換することが試みられている。There is a known technology for gasifying various types of waste, such as industrial waste and general waste, through pyrolysis (see Patent Document 1, etc.). According to this method, waste is pyrolyzed to obtain synthesis gas containing large amounts of carbon monoxide and hydrogen. Gases derived from waste, such as synthesis gas, can be used for various purposes. For example, attempts have been made to convert them into valuable products, such as ethanol, using microbial catalysts or metal catalysts.
廃棄物には雑多な成分が含まれ、廃棄物から得られる合成ガスにも、数多くの不純物が含まれる。そのため、廃棄物由来の合成ガスは、不純物を取り除いて精製する必要がある。不純物を取り除く方法としては、スクラバを使用する方法が広く知られている。
スクラバを用いて不純物を取り除く方法としては、例えば、廃棄物から得られる合成ガスをスクラバで洗浄することで、脱硫処理して粗ガス中に含まれる硫化水素を硫黄として回収し、得られた精製ガスをガス利用設備で燃料ガスとして燃焼させて利用することができる(例えば、特許文献2参照)。そして、特許文献2には、重金属成分を含有する粗ガスに対して、スクラバにて酸性水の洗浄水によって洗浄することで、粗ガス中に含まれる鉛(Pb)等の重金属成分と塩素分は洗浄水中に溶け込ませる酸洗浄を行う精製法が開示されている。
Waste contains various components, and the synthetic gas obtained from waste also contains many impurities. Therefore, synthetic gas derived from waste needs to be purified by removing the impurities. The widely known method for removing impurities is to use a scrubber.
As a method for removing impurities using a scrubber, for example, a synthesis gas obtained from waste can be washed with a scrubber to perform a desulfurization process, recovering hydrogen sulfide contained in the raw gas as sulfur, and using the resulting purified gas as fuel gas by burning it in a gas utilization facility (for example, see Patent Document 2). Patent Document 2 discloses a purification method for acid washing in which a raw gas containing heavy metal components is washed with acidic washing water in a scrubber, thereby dissolving heavy metal components such as lead (Pb) and chlorine contained in the raw gas into the washing water.
重金属成分を含有する粗ガスを精製する方法として、酸洗浄することは有効であるが、酸溶解性の重金属成分が洗浄水中に含有すると、洗浄水の酸性度が低下(pHが上昇)してしまうため、重金属除去能力を維持することができなくなる。重金属除去能力を維持するためには、酸性度を維持することを要し、酸性度を維持するためにpH調整剤を添加しなければならず、コストがかかる問題がある。 Acid washing is an effective method for purifying crude gas containing heavy metal components, but if the wash water contains acid-soluble heavy metal components, the acidity of the wash water decreases (pH increases), making it impossible to maintain the heavy metal removal capacity. In order to maintain the heavy metal removal capacity, it is necessary to maintain the acidity, and a pH adjuster must be added to maintain the acidity, which is costly.
本発明は、上記従来の課題を鑑みてなされたものであり、酸溶解性の重金属成分を含有する粗ガスから重金属成分を除去する酸洗浄において、洗浄水に二酸化炭素を溶存させることで洗浄水の酸性度を維持し、重金属除去能力を維持することができる精製ガスの製造方法及び精製ガス製造装置を提供することを課題とする。The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems in the conventional art, and aims to provide a method and apparatus for producing purified gas that can maintain the acidity of the cleaning water and maintain its heavy metal removal capacity by dissolving carbon dioxide in the cleaning water during acid washing to remove heavy metal components from raw gas containing acid-soluble heavy metal components.
本発明者は、鋭意検討の結果、洗浄水における溶存二酸化炭素の濃度を所定値以上とすることで、上記課題を解決できることを見出し、以下の本発明を完成させた。すなわち、本発明は、以下の[1]~[8]を提供する。
[1]酸溶解性の重金属成分を含有する、廃棄物由来の粗ガスから、スクラバを用いて前記重金属成分の少なくとも一部を除去して、精製ガスを得る精製ガスの製造方法であって、前記スクラバにおいて、少なくとも二酸化炭素を溶存させた洗浄水を前記粗ガスに接触させて、前記重金属成分の少なくとも一部を前記粗ガスから除去し、前記洗浄水における溶存二酸化炭素の濃度D1は、0.72L/kg以上である、精製ガスの製造方法。
[2]前記溶存二酸化炭素の濃度D1と前記粗ガスに含有する前記重金属成分の濃度D2との関係が下記式(1)を満たす、[1]の精製ガスの製造方法。
7.5 ≦ D1/D2 ≦ 21 (1)
[3]前記洗浄水の温度を0℃以上10℃以下に調整する、[1]又は[2]の精製ガスの製造方法。
[4]前記洗浄水のpHを2以上4以下に調整する、[1]~[3]のいずれかの精製ガスの製造方法。
[5]前記洗浄水は、前記粗ガスに含まれる二酸化炭素を洗浄水に溶解させる、[1]~[4]のいずれかの精製ガスの製造方法。
[6]前記粗ガスが合成ガスである、[1]~[5]のいずれかの精製ガスの製造方法。
[7]前記重金属成分は鉛を含む、[1]~[6]のいずれかのガス処理方法。
[8]酸溶解性の重金属成分を含有する、廃棄物由来の粗ガスから、スクラバを用いて前記重金属成分の少なくとも一部を除去して、精製ガスを得る精製ガス製造装置であって、前記スクラバにおいて、少なくとも二酸化炭素を溶存させた洗浄水を前記粗ガスに接触させて、前記重金属成分の少なくとも一部を前記粗ガスから除去し、前記洗浄水における溶存二酸化炭素の濃度D1は、0.72L/kg以上である、精製ガス製造装置。
As a result of extensive research, the present inventors have found that the above problems can be solved by setting the concentration of dissolved carbon dioxide in cleaning water to a predetermined value or higher, and have completed the present invention as described below. That is, the present invention provides the following items [1] to [8].
[1] A method for producing a purified gas, comprising using a scrubber to remove at least a portion of heavy metal components from a raw gas derived from waste material, the heavy metal components being acid-soluble, to obtain a purified gas, wherein in the scrubber, wash water having at least carbon dioxide dissolved therein is brought into contact with the raw gas to remove at least a portion of the heavy metal components from the raw gas, and a concentration D1 of dissolved carbon dioxide in the wash water is 0.72 L/kg or more.
[2] The method for producing a purified gas according to [1], wherein the relationship between the concentration D1 of the dissolved carbon dioxide and the concentration D2 of the heavy metal components contained in the crude gas satisfies the following formula (1):
7.5≦ D1 / D2 ≦21 (1)
[3] The method for producing a purified gas according to [1] or [2], wherein the temperature of the cleaning water is adjusted to be 0°C or higher and 10°C or lower.
[4] The method for producing a purified gas according to any one of [1] to [3], wherein the pH of the wash water is adjusted to 2 or more and 4 or less.
[5] The method for producing a purified gas according to any one of [1] to [4], wherein the wash water is used to dissolve carbon dioxide contained in the crude gas.
[6] The method for producing a purified gas according to any one of [1] to [5], wherein the crude gas is a synthesis gas.
[7] The gas treatment method according to any one of [1] to [6], wherein the heavy metal component contains lead.
[8] A refined gas production apparatus for obtaining a refined gas by removing at least a part of the heavy metal components from a raw gas derived from a waste material, the heavy metal components being soluble in acid, using a scrubber, wherein in the scrubber, wash water having at least carbon dioxide dissolved therein is brought into contact with the raw gas to remove at least a part of the heavy metal components from the raw gas, and a concentration D1 of dissolved carbon dioxide in the wash water is 0.72 L/kg or more.
本発明によれば、酸溶解性の重金属成分を含有する粗ガスから重金属成分を除去する酸洗浄において、洗浄水に二酸化炭素を溶存させることで洗浄水の酸性度を維持し、重金属除去能力を維持することができる精製ガスの製造方法及び精製ガス製造装置を提供することができる。 According to the present invention, in an acid washing process for removing heavy metal components from a crude gas containing acid-soluble heavy metal components, it is possible to provide a method and apparatus for producing purified gas that can maintain the acidity of the washing water by dissolving carbon dioxide in the washing water and thereby maintain the heavy metal removal capacity.
(第1の実施形態)
次に、本発明について実施形態を用いて説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る精製ガス製造装置を示す。精製ガス製造装置10は、粗ガス生成設備11と、スクラバ12を備える。粗ガス生成設備11は、廃棄物由来ガスである粗ガスG1を生成する設備である。粗ガス生成設備11で生成された粗ガスG1は、スクラバ12に導入される。スクラバ12は、導入された粗ガスG1を精製し、精製ガスG2を得る。
First Embodiment
Next, the present invention will be described using an embodiment.
1 shows a purified gas production apparatus according to a first embodiment of the present invention. The purified
粗ガス生成設備11は、廃棄物を燃焼、熱分解する装置を備え、例えば、燃焼炉、熱分解炉、改質炉、加熱炉、溶融炉、プラズマガス化炉等を1つ又は2つ以上備える。廃棄物としては、産業廃棄物でもよいし、家庭ごみなどの一般廃棄物でもよく、例えば、タイヤ、バイオマス、木質チップ、プラスチック、紙類、食料廃棄物など、可燃性物質であれば特に限定されない。粗ガスG1は、粗ガス生成設備11において廃棄物を燃焼、熱分解などさせることで得られる廃棄物由来ガスである。The raw
粗ガスG1は、上記のとおり廃棄物由来のガスであることにより二酸化炭素を含有するガスであり、中でも合成ガスであることが好ましい。なお、粗ガスG1を構成する合成ガスは、後述するように酸溶解性の重金属成分などの不純物を含むので、ここでは、「粗合成ガス」という。粗合成ガスは、廃棄物が例えば熱分解炉において熱分解されることで得られてもよいし、熱分解炉にて熱分解された後に改質炉においてさらに低炭素化されるなどで得られてもよい。また、熱分解炉にて熱分解する前に加熱炉などにおいて脱ガス処理などがされてもよい。
粗合成ガスは、一酸化炭素及び水素を含み、通常はさらに二酸化炭素も含む。合成ガスは、例えば、一酸化炭素を10~45体積%、水素を10~50体積%、二酸化炭素を2~40体積%を含み、また、さらに窒素を5~67体積%、酸素を0.5~20体積%、水を5~40体積%程度含んでもよい。
As described above, the crude gas G1 is a gas derived from waste and thus contains carbon dioxide, and is preferably a synthetic gas. The synthetic gas constituting the crude gas G1 contains impurities such as acid-soluble heavy metal components as described below, and is therefore referred to as a "crude synthetic gas" here. The crude synthetic gas may be obtained by pyrolyzing waste in a pyrolysis furnace, for example, or may be obtained by pyrolyzing waste in a pyrolysis furnace and then further reducing carbon in a reforming furnace. In addition, degassing treatment may be performed in a heating furnace or the like before pyrolysis in the pyrolysis furnace.
The crude synthesis gas contains carbon monoxide and hydrogen, and usually also contains carbon dioxide. The synthesis gas may contain, for example, 10 to 45 vol% carbon monoxide, 10 to 50 vol% hydrogen, 2 to 40 vol% carbon dioxide, and may further contain about 5 to 67 vol% nitrogen, 0.5 to 20 vol% oxygen, and 5 to 40 vol% water.
粗ガスG1は、上記ガス以外にも、酸溶解性の重金属成分を含有する。粗ガスG1に含有する重金属成分は、酸性の洗浄水に対して溶解性を有する物質であり、二酸化炭素を溶存する洗浄水と接触することで炭酸塩を形成し得る成分である。具体的には、鉛、銅、クロム、亜鉛、マンガン、鉄、ニッケル及びカドミウム等の重金属の酸化物などが挙げられる。
スクラバ12は、鉛、銅、クロム、亜鉛、マンガン、鉄、ニッケル及びカドミウム等の重金属成分を含有する粗ガスG1の酸洗浄を好適に行うことができ、特に、鉛を含む粗ガスG1の酸洗浄をより好適に行うことができる。
In addition to the above gases, the crude gas G1 also contains acid-soluble heavy metal components. The heavy metal components contained in the crude gas G1 are substances that are soluble in acidic cleaning water and can form carbonates when they come into contact with cleaning water containing dissolved carbon dioxide. Specific examples of the heavy metal components include oxides of heavy metals such as lead, copper, chromium, zinc, manganese, iron, nickel, and cadmium.
The
スクラバ12では、洗浄水を粗ガスG1に接触させ、酸溶解性の重金属成分の少なくとも一部が粗ガスG1から除去される。ここで、洗浄水としては、少なくとも二酸化炭素を水に溶存させた洗浄水を使用する。洗浄水は、少なくとも二酸化炭素を溶存させていることで、粗ガスG1に含まれる酸溶解性の重金属成分を除去することができ、酸溶解性の重金属成分が効率的に粗ガスG1から取り除かれる。In the
洗浄水における溶存二酸化炭素の濃度D1は、0.72L/kg以上であることを特徴とする。濃度D1が0.72L/kg未満であると、重金属除去能力が低く、効率よく粗ガスG1から重金属成分を除去することができない。洗浄水における溶存二酸化炭素の濃度D1は、重金属除去能力を向上させる観点から、1.0L/kg以上であることが好ましく、1.1L/kg以上であることがより好ましく、1.2L/kg以上であることがさらに好ましく、飽和溶存二酸化炭素に近ければ近いほどよい。
一方、洗浄水における溶存二酸化炭素の濃度D1が、2.0L/kgを超えると、スクラバ12の金属製部品を腐食させてしまい、精製ガスG2を得る工程を安定的に稼働することが困難となる。この観点から、洗浄水における溶存二酸化炭素の濃度D1は、1.8L/kg以下であることが好ましく、1.7L/kg以下であることがより好ましく、1.6L/kg以下であることがさらに好ましい。
なお、本明細書における溶存二酸化炭素の濃度D1でいう体積(L)は、温度を20℃、圧力を1atmとしたときの二酸化炭素の気体の体積を示すものである。
The concentration D1 of dissolved carbon dioxide in the cleaning water is characterized by being 0.72 L/kg or more. If the concentration D1 is less than 0.72 L/kg, the heavy metal removal capacity is low and heavy metal components cannot be removed efficiently from the raw gas G1. From the viewpoint of improving the heavy metal removal capacity, the concentration D1 of dissolved carbon dioxide in the cleaning water is preferably 1.0 L/kg or more, more preferably 1.1 L/kg or more, and even more preferably 1.2 L/kg or more, and the closer to saturated dissolved carbon dioxide, the better.
On the other hand, if the concentration D1 of dissolved carbon dioxide in the wash water exceeds 2.0 L/kg, it corrodes the metal parts of the
In this specification, the volume (L) of the concentration D1 of dissolved carbon dioxide indicates the volume of carbon dioxide gas when the temperature is 20° C. and the pressure is 1 atm.
洗浄水は、効率よく粗ガスG1から重金属成分を除去する観点、及び、スクラバ12の腐食を抑制し安定稼働性を向上させる観点から、溶存二酸化炭素の濃度D1(L/kg)と粗ガスG1に含有する重金属成分の濃度D2(g/L)との関係が下記式(1)を満たすことが好ましい。
7.5 ≦ D1/D2 ≦ 21 (1)
洗浄水は、効率よく粗ガスから重金属成分を除去する観点から、10.5 ≦ D1/D2であることが好ましく、11.4 ≦ D1/D2であることがより好ましく、12.6 ≦ D1/D2であることがさらに好ましい。洗浄水は、スクラバ12の腐食を抑制し安定稼働性を向上させる観点から、D1/D2 ≦ 19であることが好ましく、D1/D2 ≦ 18であることがより好ましく、D1/D2 ≦ 17であることがさらに好ましい。
From the viewpoint of efficiently removing heavy metal components from the raw gas G1 and from the viewpoint of suppressing corrosion of the
7.5≦ D1 / D2 ≦21 (1)
From the viewpoint of efficiently removing heavy metal components from the raw gas, the wash water preferably has a D1/D2 ratio of 10.5 ≦ D1 / D2 , more preferably has a D1 /D2 ratio of 11.4 ≦ D1/ D2 , and further preferably has a D1 /D2 ratio of 12.6 ≦ D1/ D2 . From the viewpoint of suppressing corrosion of the
粗ガスG1に含有する重金属成分の濃度D2は、0.01g/L以上100g/L以下であることが好ましく、0.02g/L以上50g/L以下であることがより好ましく、0.05g/L以上20g/L以下であることがさらに好ましい。粗ガスG1に含有する重金属成分の濃度D2が上記範囲であれば、本発明の精製ガス製造装置によって効率よく粗ガスG1に含有する重金属成分を除去することが可能となる。
なお、粗ガスG1に含有する重金属成分の濃度D2は、誘導結合プラズマ質量分析計(ICP-MS)及びイオンクロマトグラフィー(IC)等により測定された濃度である。
The concentration D2 of the heavy metal components contained in the crude gas G1 is preferably 0.01 g/L or more and 100 g/L or less, more preferably 0.02 g/L or more and 50 g/L or less, and even more preferably 0.05 g/L or more and 20 g/L or less. When the concentration D2 of the heavy metal components contained in the crude gas G1 is within the above range, the heavy metal components contained in the crude gas G1 can be efficiently removed by the refined gas production apparatus of the present invention.
The concentration D2 of the heavy metal components contained in the crude gas G1 is a concentration measured by an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS) and ion chromatography (IC), etc.
洗浄水は、効率よく粗ガスG1から重金属成分を除去する観点から、洗浄水のpHを2以上4以下に調整することが好ましく、2以上3.5以下に調整することがより好ましく、2以上3以下に調整することがさらに好ましい。 From the viewpoint of efficiently removing heavy metal components from the crude gas G1, it is preferable to adjust the pH of the cleaning water to 2 or more and 4 or less, more preferably 2 or more and 3.5 or less, and even more preferably 2 or more and 3 or less.
本発明において、洗浄水における溶存二酸化炭素の濃度D1及びpHは、粗ガスG1に接触する際の洗浄水における溶存二酸化炭素の濃度D1を意味する。したがって、本実施形態では、溶存二酸化炭素の濃度は、排ガスG1に接触する直前、すなわち、後述するノズル15から噴霧された洗浄水の溶存二酸化炭素の濃度D1を意味する。また、洗浄水が、後述する第3の実施形態のように貯留された状態で排ガスG1に接触させる態様においては、貯留される洗浄水の溶存二酸化炭素の濃度を意味する。
なお、溶存二酸化炭素の濃度D1の測定は、公知の溶存二酸化炭素測定装置で測定すればよい。また、pHは、pHメータで測定すればよい。
In the present invention, the concentration D1 of dissolved carbon dioxide and pH in the wash water refer to the concentration D1 of dissolved carbon dioxide in the wash water when it comes into contact with the raw gas G1. Therefore, in this embodiment, the concentration of dissolved carbon dioxide refers to the concentration D1 of dissolved carbon dioxide in the wash water immediately before coming into contact with the exhaust gas G1, that is, the wash water sprayed from a
The concentration D1 of dissolved carbon dioxide may be measured using a known dissolved carbon dioxide measuring device, and the pH may be measured using a pH meter.
スクラバ12で精製された精製ガスG2は、例えば二酸化炭素、さらには一酸化炭素などを含み、図示しない反応器などにてエタノールなどの有機化合物に変換される。また、精製ガスG2は、好ましくは合成ガスであり、ガス資化性微生物又は金属触媒のいずれかにより、エタノールなどの有機化合物に変換されることがより好ましい。
精製ガスG2は、反応器にて有機化合物に変換される前に、バグフィルタなどの煤塵除去装置、活性炭フィルタなどの各種吸着フィルタ、脱硝反応塔、脱硫反応塔、PSA及びTSAなどの各種清浄装置にてさらに浄化された後、反応器(図示しない)に送られてもよい。その他にスクラバ12を通過後に含まれる水分を除去する為の水分除去装置を設けることもできる。
The purified gas G2 purified by the
The purified gas G2 may be further purified by a dust removal device such as a bag filter, various adsorption filters such as an activated carbon filter, a denitration reaction tower, a desulfurization reaction tower, a PSA, a TSA, or other cleaning devices before being sent to the reactor (not shown). In addition, a moisture removal device for removing moisture contained in the gas after passing through the
以下、本実施形態のスクラバ12の詳細について、図2を用いてより詳細に説明する。スクラバ12は、粗ガスG1を洗浄するための洗浄塔であり、その底部に貯留部14が設けられるとともに、上部にノズル15が設けられる。貯留部14には、洗浄水WSが貯留されている。ノズル15は、スクラバ12内部に洗浄水WSを噴霧する。The details of the
スクラバ12には、導入路13、循環路16、排出路20などが接続される。導入路13は、スクラバ12に粗ガスG1を導入するため経路であり、導入路13の導入口13Aは、スクラバ12の内部に貯留された洗浄水WSの液面よりも上方に設けられる。排出路20は、スクラバ12の上部に設けられ、スクラバ12で精製されて得られた精製ガスG2が排出される。The
スクラバ12には、さらに温度制御装置32が備えられ、洗浄水WSの温度を制御することができる。温度制御装置32には、温度測定部(図示せず)を有し、洗浄水WSの温度を測定することができる。温度測定部としては、洗浄水WSの温度を測定することができるものであれば特に限定はなく、例えば、熱電対等を採用することができる。温度制御装置32は、温度測定部で測定した洗浄水WSの温度に基づいて、洗浄水WSの温度を調整する。
温度制御装置32は、例えば、貯留部14に貯留された洗浄水WSを調整する装置であって、貯留部14の周囲に設けられ、内部に媒体が流されるジャケットなどを使用することができる。本実施形態では、温度制御装置32が設けられることで、洗浄水WSの温度が後述する所定の範囲内に維持することができる。
The
The
貯留部14には、撹拌翼などの撹拌手段が設けられ、撹拌手段によって、貯蔵部14に貯留された洗浄水WSを撹拌してもよいし、しなくてもよい。The
貯留部14に貯留された洗浄水WSは、循環路16を介して、スクラバ12の上部に設けられたノズル15に送られる。循環路16には、例えばポンプ19が設けられ、洗浄水WSは、ポンプ19によってノズル15に圧送される。そして、洗浄水WSは、スクラバ12の内部において、ノズル15から下方に向けて噴霧される。The cleaning water WS stored in the
スクラバ12内部に導入口13Aから導入された粗ガスG1は、ノズル15から噴霧された洗浄水WSに接触しつつ、スクラバ12内部において上昇し、排出路20から精製ガスG2として排出される。粗ガスG1は、洗浄水WSに接触することで、粗ガスG1に含まれる酸溶解性の重金属成分の少なくとも一部が除去され、排出路20から精製ガスG2として排出される。
本実施形態では、粗ガスG1に接触する洗浄水WSは、上記したように、溶存二酸化炭素の濃度D1が所定の範囲内となることで、粗ガスG1に含有される酸溶解性の重金属成分が効率的に除去される。
スクラバ12内部において、貯留部14に貯留される洗浄水とノズル15の間は、ノズル15から噴霧された洗浄水WSと粗ガスG1とが接触する接触領域となる。接触領域には、洗浄水WSと粗ガスG1との接触面積を増大させるために多孔質体(図示しない)などが配置されてもよい。
The crude gas G1 introduced into the
In this embodiment, as described above, the cleaning water WS that comes into contact with the crude gas G1 has a dissolved carbon dioxide concentration D1 within a predetermined range, so that acid-soluble heavy metal components contained in the crude gas G1 are efficiently removed.
Inside the
ノズル15から噴霧された洗浄水WSは、粗ガスG1と接触しながら、貯留部14まで落下し、貯留部14に貯留され、再度、洗浄水WSとして使用される。また、粗ガスG1に含まれる酸溶解性の重金属成分は、洗浄水WSに溶解される二酸化炭素に接触することで重金属の炭酸塩となりつつ洗浄水WSに混入され、それにより、粗ガスG1から除去される。重金属の炭酸塩は、一般的には、水に対して不溶であり、固体分として洗浄水WSに混入される。The cleaning water WS sprayed from the
粗ガスG1は、廃棄物由来のガスであり、二酸化炭素を多く含有し、したがって、ノズル15から噴霧された洗浄水WSは、粗ガスG1に接触することで二酸化炭素が溶解する。そのため、洗浄水WSにおける溶存二酸化炭素の濃度D1を上昇又は維持することができる。よって、洗浄水WSが粗ガスG1に含まれる酸溶解性の物質と接触しても、溶存二酸化炭素の濃度D1が低下することを防止できる。
一般的に、水に対する二酸化炭素の溶解度は、温度低下とともに上昇する。したがって、本実施形態では、洗浄水WSの温度を低くすることで、水に対する二酸化炭素の溶解度を上昇させることができ、上記した所定の溶存二酸化炭素の濃度D1に調整することが可能となる。具体的には、洗浄水WSの温度は、0℃以上10℃以下に調整することが好ましく、2℃以上10℃以下に調整することがより好ましく、5℃以上10℃以下に調整することがさらに好ましい。
なお、洗浄水WSに溶存する二酸化炭素は、粗ガスG1由来の二酸化炭素のみから構成されてもよいが、運転開始時などにおいては、粗ガスG1由来の二酸化炭素のみでは濃度D1を十分に高くできないので、予め水に二酸化炭素を溶存させておいてもよい。
The raw gas G1 is a gas derived from waste and contains a large amount of carbon dioxide, and therefore, when the cleaning water WS sprayed from the
Generally, the solubility of carbon dioxide in water increases with decreasing temperature. Therefore, in this embodiment, by lowering the temperature of the cleaning water WS, the solubility of carbon dioxide in water can be increased, and the concentration of dissolved carbon dioxide can be adjusted to the above-mentioned predetermined concentration D1 . Specifically, the temperature of the cleaning water WS is preferably adjusted to 0° C. or higher and 10° C. or lower, more preferably adjusted to 2° C. or higher and 10° C. or lower, and even more preferably adjusted to 5° C. or higher and 10° C. or lower.
The carbon dioxide dissolved in the cleaning water WS may be composed only of carbon dioxide derived from the crude gas G1. However, at the start of operation, etc., the carbon dioxide derived from the crude gas G1 alone cannot sufficiently increase the concentration D1 . Therefore, carbon dioxide may be dissolved in the water in advance.
また、溶存二酸化炭素の濃度D1を上記のように上昇させ、高く維持するためには、粗ガスG1に接触する際のみならず、接触後においても、洗浄水WSの温度を低くする必要がある。一旦、溶解した二酸化炭素が洗浄水WSから抜けることを防止するためである。そのため、本実施形態のように、洗浄水WSを循環させて排ガスG1に接触させる場合には、洗浄水WSの温度は、粗ガスG1に接触する前後において、上記温度範囲内に維持することが好ましく、具体的には、ノズル15から噴霧された洗浄水WSの温度、及び貯留部14における洗浄水WSの温度をいずれも上記温度範囲内に調整することが好ましい。ただし、通常、スクラバ12の系内において洗浄水WSの温度は一様であり、貯留部14における温度を上記範囲内とすると、ノズル15における温度も上記範囲内となる。
In order to increase the concentration D1 of dissolved carbon dioxide as described above and maintain it high, it is necessary to lower the temperature of the wash water WS not only when it contacts the raw gas G1 but also after the contact. This is to prevent carbon dioxide once dissolved from escaping from the wash water WS. Therefore, when the wash water WS is circulated and contacted with the exhaust gas G1 as in this embodiment, it is preferable to maintain the temperature of the wash water WS within the above temperature range before and after contact with the raw gas G1. Specifically, it is preferable to adjust both the temperature of the wash water WS sprayed from the
また、スクラバ12に導入される粗ガスG1の温度は、特に限定されないが、粗ガスG1によって洗浄水WSの温度が殆ど上昇しないように、一定温度以下とすることが好ましい。粗ガスG1の温度は、具体的には、80℃以下であることが好ましく、0~50℃であることがより好ましく、0~30℃であることがさらに好ましい。なお、粗ガスG1の温度とは、洗浄水WSに接触する直前の粗ガスG1の温度を意味し、導入路13の導入口13Aにおける温度を測定すればよい。
The temperature of the crude gas G1 introduced into the
スクラバ12の内部の圧力は、常圧付近であることが好ましい。スクラバ12内部の圧力を常圧付近とすることで、耐圧設備などを使用しなくてよいことから、設備を簡素化できる。なお、常圧付近の圧力とは、絶対圧力で例えば0.08~0.12MPa程度である。It is preferable that the pressure inside the
酸溶解性の重金属成分が混入した洗浄水WSは、スクラバ12に備えられた重金属除去装置50によって、混入した酸溶解性の重金属成分を除去した後に、スクラバ12へ戻される。重金属除去装置50は、洗浄水WS中に混入した酸溶解性の重金属成分を除去できるものであれば特に限定はなく、例えば、濾過装置等を採用することができる。The cleaning water WS contaminated with acid-soluble heavy metal components is returned to the
本発明の第1の実施形態に係る精製ガスの製造方法及び精製ガス製造装置によれば、酸溶解性の重金属成分を含有する粗ガスから重金属成分を除去する酸洗浄において、洗浄水に二酸化炭素を溶存させることで洗浄水の酸性度を維持し、重金属除去能力を維持することができるので、精度の高い精製ガスを供給することができる。 According to the purified gas production method and purified gas production apparatus of the first embodiment of the present invention, in acid washing to remove heavy metal components from raw gas containing acid-soluble heavy metal components, the acidity of the wash water is maintained by dissolving carbon dioxide in the wash water, and the heavy metal removal ability is maintained, so that highly accurate purified gas can be supplied.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。以下では、第2の実施形態について、第1の実施形態と重複するものについては説明を省略し、第1の実施形態との相違点を説明する。
第2の実施形態における精製ガス製造装置は、洗浄水WSにおける溶存二酸化炭素の濃度D1を検出する濃度測定装置31と、検出された濃度D1のデータに基づいて温度制御装置32を制御する制御部40とをさらに備える。濃度測定装置31としては、洗浄水WSの溶存二酸化炭素の濃度D1を測定することができるものであれば特に限定はなく、例えば、溶存二酸化炭素測定装置等を採用することができる。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the following, a description of the second embodiment that overlaps with the first embodiment will be omitted, and only differences from the first embodiment will be described.
The purified gas production apparatus in the second embodiment further includes a
制御部40は、濃度測定装置31で測定した洗浄水WSの溶存二酸化炭素の濃度D1に関するデータを受信し、溶存二酸化炭素の濃度D1が上述の所定範囲内にあるか判定する。判定結果が所定範囲内である場合は、温度制御装置32に現状維持のデータを送信する。一方、判定結果が所定範囲外である場合は、温度制御装置32に洗浄水WSの温度調整に関するデータを送信する。温度制御装置32は、送信されるデータに基づいて、洗浄水WSの温度を制御する。
具体的には、洗浄水WSにおける溶存二酸化炭素の濃度D1が上記範囲の下限未満となった場合には、洗浄水WSの温度を下げる調整を行う。また、洗浄水WSにおける溶存二酸化炭素の濃度D1が上記範囲の上限を超えた場合には、洗浄水WSの温度を上げる調整を行う。
The
Specifically, when the concentration D1 of dissolved carbon dioxide in the cleaning water WS falls below the lower limit of the above range, the temperature of the cleaning water WS is adjusted to be lowered, and when the concentration D1 of dissolved carbon dioxide in the cleaning water WS exceeds the upper limit of the above range, the temperature of the cleaning water WS is adjusted to be higher.
重金属成分を効率的に除去する観点から、粗ガスG1に接触する際の洗浄水WSにおける二酸化炭素の濃度D1を上記範囲内に調整する必要があるが、濃度測定装置31は、必ずしも粗ガスG1に接触する際の洗浄水WSにおける二酸化炭素の濃度D1を測定する必要はなく、その濃度D1と同一と評価できる位置において二酸化炭素の濃度を測定するとよい。したがって、例えば、図3に示すように、濃度測定装置31を循環路16に配設し、循環路16を循環する洗浄水WSの溶存二酸化炭素の濃度を測定してもよい。
From the viewpoint of efficiently removing heavy metal components, it is necessary to adjust the carbon dioxide concentration D1 in the cleaning water WS when it contacts the raw gas G1 within the above range, but the
以上のように、本実施形態では、制御部40によって、洗浄水WSの温度を制御することで、濃度測定装置31で測定した洗浄水WSの溶存二酸化炭素の濃度D1が上述の所定範囲内となるように制御することができる。具体的には、濃度測定装置31で測定した洗浄水WSの溶存二酸化炭素の濃度D1に変動があり上述の所定範囲外となった場合でも、制御部40が洗浄水WSの温度を制御することで、溶存二酸化炭素の濃度D1が上述の所定範囲内となるように制御することができる。
さらに、本実施形態では、粗ガスG1に含有する重金属成分の濃度D2を測定する重金属成分濃度測定装置(図示せず)を設けてもよい。重金属成分濃度測定装置を設けることで、D1/D2が上記範囲内となるように洗浄水WSの溶存二酸化炭素の濃度D1を調整することが容易となる。重金属成分の濃度D2は、例えば誘導結合プラズマ質量分析計(ICP-MS)及びイオンクロマトグラフィー(IC)等で測定すればよい。
As described above, in this embodiment, the
Furthermore, in this embodiment, a heavy metal component concentration measuring device (not shown) may be provided to measure the concentration D2 of heavy metal components contained in the raw gas G1. By providing the heavy metal component concentration measuring device, it becomes easy to adjust the concentration D1 of dissolved carbon dioxide in the cleaning water WS so that D1 / D2 falls within the above range. The concentration D2 of heavy metal components may be measured, for example, by an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS) and ion chromatography (IC).
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態を説明する。以下では、第3の実施形態について、第1の実施形態と重複するものについては説明を省略し、第1の実施形態との相違点を説明する。
上記した第1の実施形態のスクラバ12では、貯留部12に貯留された洗浄水WSは循環されてスクラバ12上部のノズル15から噴霧されたが、本実施形態のスクラバ62では、ノズルは省略され、貯留部64に貯留された洗浄水WSは循環されず、貯留部64で貯留されたままである。そして、導入路63の導入口63Aは、貯留部64に貯留された洗浄水WSの液面よりも下方に配置される。
したがって、導入路63から導入された粗ガスG1は、貯留部64に貯留された洗浄水WS中に導入される。これにより、粗ガスG1は、貯留部64に貯留された洗浄水WSを通過することで、粗ガスG1を洗浄水WSに接触させることになる。
なお、第1の実施形態と同様に、第3の実施形態でも、貯留部64に貯留された洗浄水WSは、撹拌翼などにより撹拌してもよい。
Third Embodiment
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the following, a description of the third embodiment that overlaps with the first embodiment will be omitted, and only differences from the first embodiment will be described.
In the
Therefore, the crude gas G1 introduced from the
As in the first embodiment, in the third embodiment, the cleaning water WS stored in the
粗ガスG1は、貯留部64にて洗浄水WSを通過することで、粗ガスG1に含有される酸溶解性の重金属成分の少なくとも一部が除去され、酸溶解性の重金属成分が除去された粗ガスG1は、精製ガスG2として排出口20から排出される。また、粗ガスG1には、上記の通り、二酸化炭素を大量に含有し、洗浄水WSは粗ガスG1に接触することで二酸化炭素が溶解し、洗浄水WSにおける溶存二酸化炭素の濃度D1が上昇し、また、粗ガスG1に含まれる酸溶解性の物質と接触しても、溶存二酸化炭素の濃度D1が低下することを防止できる。ここで、本実施形態でも、貯留部64における洗浄水WSの温度を低くすることで、水に対する二酸化炭素の溶解度を上昇させることができ、洗浄水における溶存二酸化炭素の濃度D1を上記した所定の範囲に調整することが可能となる。貯留部64における洗浄水WSの温度は、上記したとおりの温度範囲に設定すればよく、好ましくは0℃以上10℃以下、より好ましくは2℃以上10℃以下に、さらに好ましくは5℃以上10℃以下に調整する。
貯留部64における洗浄水WSの温度は、温度制御装置72によって制御することができる。温度制御装置72は、例えば、貯留部64の周囲に設けられ、内部に媒体が流されるジャケットなどが使用できる。
The crude gas G1 passes through the cleaning water WS in the
The temperature of the cleaning water WS in the
スクラバ62には、温度制御装置72が備えられ、貯留部64に貯留された洗浄水WSの温度を制御することができる。温度制御装置72には、温度測定部(図示せず)を有し、洗浄水WSの温度を測定することができる。温度制御装置72は、温度測定部で測定した洗浄水WSの温度に基づいて、貯留部64に貯留された洗浄水WSの温度を調整する。温度測定部及び温度制御装置の詳細は、上記した第1及び第2の実施形態と同様であるのでその説明は省略する。The
本発明の第3の実施形態に係る精製ガスの製造方法及び精製ガス製造装置によれば、第1の実施形態に係る精製ガスの製造方法及び精製ガス製造装置と同等の効果を得ることができる。
なお、第3の実施形態においても、上記した第2の実施形態と同様に、制御部と、濃度測定装置が設けられ、制御部の制御により、洗浄水WSの溶存二酸化炭素の濃度D1が上記した所定の範囲内に調整されるようにしてもよい。
According to the method for producing a purified gas and the apparatus for producing a purified gas according to the third embodiment of the present invention, it is possible to obtain effects equivalent to those of the method for producing a purified gas and the apparatus for producing a purified gas according to the first embodiment.
In the third embodiment, as in the second embodiment described above, a control unit and a concentration measuring device may be provided, and the concentration D1 of dissolved carbon dioxide in the cleaning water WS may be adjusted to within the above-mentioned predetermined range by control of the control unit.
(その他の実施の形態)
例えば、第1及び第2の実施形態では、温度制御装置32は貯留部14の周囲に設けられたジャケットとして示したが、図5に示すように、循環路16に設けてもよい。循環路16に温度制御装置32を設けることで、より一層、粗ガスG1に接触する直前での洗浄水WSの温度を正確に調整できる。なお、温度制御装置32は、貯留部14の周囲に設けるものと、循環路16に設けるものを併用してもよく、併用することで洗浄水WSの温度調整をより正確に行うことができる。
Other Embodiments
For example, in the first and second embodiments, the
また、第1及び第2の実施形態において、洗浄水WSの温度を制御することで、洗浄水WSの溶存二酸化炭素の濃度D1が上述の所定範囲内となるように制御する態様を示したが、洗浄水WSにおける溶存二酸化炭素の濃度D1は、上記した洗浄水の温度に依存する以外に、スクラバ12内の圧力にも依存するので、洗浄水WSの温度を制御することに代えて、スクラバ12内の圧力の制御により行うことができる。スクラバ12内の圧力の制御は、公知の圧力付勢手段で行うことができ、例えば、導入路13に圧縮機(図示しない)を設ける手段が挙げられる。圧縮機は、例えばモーター等の動力源によって作動し、スクラバ12内部に導入口13Aから導入される粗ガスG1を圧縮することによりスクラバ12内部の圧力を上昇させることができる。
洗浄水WSにおける溶存二酸化炭素の濃度D1が上記範囲外となった場合の具体的調整としては、洗浄水WSにおける溶存二酸化炭素の濃度D1が上記範囲の下限未満となった場合には、スクラバ12内の圧力を上げる調整を行う。また、洗浄水WSにおける溶存二酸化炭素の濃度D1が上記範囲の上限を超えた場合には、スクラバ12内の圧力を下げる調整を行う。
スクラバ12内部の圧力は、洗浄水WSにおける溶存二酸化炭素の濃度D1を維持する観点から、0.01~1MPaに調整することが好ましく、0.02~0.5MPaに調整することがより好ましく、0.05~0.3MPaに調整することがさらに好ましい。
In the first and second embodiments, the temperature of the wash water WS is controlled to control the concentration D1 of dissolved carbon dioxide in the wash water WS to be within the above-mentioned predetermined range. However, since the concentration D1 of dissolved carbon dioxide in the wash water WS depends not only on the temperature of the wash water but also on the pressure in the
As a specific adjustment when the concentration D1 of dissolved carbon dioxide in the wash water WS falls outside the above range, when the concentration D1 of dissolved carbon dioxide in the wash water WS falls below the lower limit of the above range, the pressure in the
From the viewpoint of maintaining the concentration D1 of dissolved carbon dioxide in the cleaning water WS, the pressure inside the
また、洗浄水WSの溶存二酸化炭素の濃度D1が上述の所定範囲内となるように制御する手段として、洗浄水WSの温度を制御すること、及び、スクラバ内の圧力を制御することを示したが、これらは単独で採用してもよく、両方を共に採用してもよい。
洗浄水WSの温度を制御すること、及び、スクラバ内の圧力を制御することの両方を採用した場合、スクラバ内の圧力が絶対圧力で例えば0.05~0.20MPa程度の高圧に制御した時は、洗浄水WSの温度を0℃以上10℃以下に調整することが好ましく、2℃以上10℃以下に調整することがより好ましく、5℃以上10℃以下に調整することがさらに好ましい。
In addition, as means for controlling the concentration D1 of dissolved carbon dioxide in the wash water WS to be within the above-mentioned predetermined range, controlling the temperature of the wash water WS and controlling the pressure inside the scrubber have been shown, but these may be adopted alone or both may be adopted together.
In the case where both controlling the temperature of the wash water WS and controlling the pressure inside the scrubber are adopted, when the pressure inside the scrubber is controlled to a high pressure of, for example, about 0.05 to 0.20 MPa in absolute pressure, it is preferable to adjust the temperature of the wash water WS to a range of 0°C to 10°C, more preferably to a range of 2°C to 10°C, and even more preferably to a range of 5°C to 10°C.
また、第1~第3の実施形態において、二酸化炭素を溶存させることで洗浄水WSの酸性度を維持し、重金属除去能力を維持することを示したが、二酸化炭素を溶存させることに加えて、塩化水素、硫酸、硝酸などのその他の酸性物質を洗浄水WSに溶解させてもよい。その他の酸性物質を洗浄水WSに溶解させることにより、より一層、粗ガスG1から重金属成分を除去する能力を維持しやすくなる。 In the first to third embodiments, the acidity of the cleaning water WS is maintained and the heavy metal removal capability is maintained by dissolving carbon dioxide, but in addition to dissolving carbon dioxide, other acidic substances such as hydrogen chloride, sulfuric acid, and nitric acid may be dissolved in the cleaning water WS. By dissolving other acidic substances in the cleaning water WS, it becomes even easier to maintain the capability of removing heavy metal components from the raw gas G1.
10:精製ガス製造装置
11:粗ガス生成設備
12,62:スクラバ
13,63:導入路
13A,63A:導入口
14,64:貯留部
16:循環路
19:ポンプ
20:排出路
31:濃度測定装置
32:温度制御装置
40:制御部
50:重金属除去装置
10: Refined gas production device 11: Raw
Claims (7)
前記スクラバにおいて、少なくとも二酸化炭素を溶存させた洗浄水を前記粗ガスに接触させて、前記重金属成分の少なくとも一部を前記粗ガスから除去し、
前記洗浄水における溶存二酸化炭素の濃度D1は、0.72L/kg以上であり、
前記粗ガスと前記洗浄水が接触する際の前記溶存二酸化炭素の濃度D 1 と前記粗ガスに含有する前記重金属成分の濃度D 2 との関係が下記式(1)を満たす、精製ガスの製造方法。
7.5 ≦ D 1 /D 2 ≦ 21 (1) 1. A method for producing a purified gas, comprising the steps of: removing at least a portion of a raw gas derived from a waste material, the raw gas containing acid-soluble heavy metal components, using a scrubber to obtain a purified gas, the method comprising the steps of:
In the scrubber, wash water having at least carbon dioxide dissolved therein is contacted with the crude gas to remove at least a portion of the heavy metal components from the crude gas;
The concentration D1 of dissolved carbon dioxide in the cleaning water is 0.72 L/kg or more;
A method for producing a purified gas, wherein a relationship between a concentration D1 of the dissolved carbon dioxide and a concentration D2 of the heavy metal components contained in the crude gas when the crude gas contacts with the wash water satisfies the following formula (1) :
7.5≦D1 / D2 ≦ 21 (1)
前記スクラバにおいて、少なくとも二酸化炭素を溶存させた洗浄水を前記粗ガスに接触させて、前記重金属成分の少なくとも一部を前記粗ガスから除去し、
前記洗浄水における溶存二酸化炭素の濃度D1は、0.72L/kg以上であり、
前記粗ガスと前記洗浄水が接触する際の前記溶存二酸化炭素の濃度D 1 と前記粗ガスに含有する前記重金属成分の濃度D 2 との関係が下記式(1)を満たす、精製ガス製造装置。
7.5 ≦ D 1 /D 2 ≦ 21 (1) 1. A refined gas production apparatus for obtaining a refined gas by removing at least a portion of heavy metal components from a raw gas derived from waste, the heavy metal components being soluble in acid, using a scrubber, the refined gas production apparatus comprising:
In the scrubber, wash water having at least carbon dioxide dissolved therein is contacted with the crude gas to remove at least a portion of the heavy metal components from the crude gas;
The concentration D1 of dissolved carbon dioxide in the cleaning water is 0.72 L/kg or more;
A refined gas production apparatus , wherein the relationship between the concentration D1 of the dissolved carbon dioxide when the crude gas contacts the wash water and the concentration D2 of the heavy metal components contained in the crude gas satisfies the following formula ( 1 ) :
7.5≦D1 / D2 ≦ 21 (1)
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