JPH05220328A - 複数塔におけるガスの処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の塔へのガス流れを切替えて操作する方
法におけるガス処理方法に関する。 【構成】 複数の塔を順次切替操作することによって連
続的にガスを処理するに際し、各塔へのガス出入口弁に
常時運転中に１ケ所のみ開となり、切替操作の途中時で
は全閉となることがない多方弁を介して各塔に供給する
ガス流れ及び各塔から排出するガス流れを切替えるよう
にした複数塔におけるガスの処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば、石炭ガス化プロ
セスの生成ガスのような高温の還元性ガスに含まれる硫
化水素、硫化カルボニル等のイオウ化合物を合理的に除
去する際におけるように、複数の塔へのガス流れを切替
えて操作する方法におけるガスの処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、石油資源の枯渇、価格の高騰から
燃料又は原料の多様化が必須となり、石炭や重質油（タ
ールサンド油、オイルシェール油、大慶原油、マヤ原油
あるいは減圧残油等）の利用技術の開発が進められてい
る。

【０００３】これらの石炭、重質油等のガス化生成ガス
は原料の石炭や重質油によって異なるが、数１００〜数
１０００ppm の硫化水素（Ｈ₂ Ｓ）、硫化カルボニル
（ＣＯＳ）等のイオウ化合物を含む。これらのイオウ化
合物は公害防止上あるいは後流機器の腐食防止上、除去
する必要がある。

【０００４】この除去方法としては乾式法が熱経済的に
有利で、またプロセス構成も簡素であることから、金属
酸化物を主成分とする吸収剤に高温で上記のイオウ化合
物を接触させ、金属酸化物を金属硫化物として除去する
方法が開発されている。

【０００５】吸収剤としてはＦｅ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｕ，
Ｍｏ，Ｗ等の金属酸化物が使用され、２５０〜５００℃
で硫化水素で硫化カルボニルと接触させるが、Ｈ₂ Ｓと
Ｆｅ ₂ Ｏ₃ の場合を例に説明すると、吸収反応は（１）
〜（４）式に示すように進むとされている。 ３Ｆｅ₂ Ｏ₃ ＋Ｈ₂ → ２Ｆｅ₃ Ｏ₄ ＋Ｈ₂ Ｏ ・・・・・・・・（１） ３Ｆｅ₂ Ｏ₃ ＋ＣＯ → ２Ｆｅ₃ Ｏ₄ ＋ＣＯ₂ ・・・・・・・・（２） Ｆｅ₃ Ｏ₄ ＋Ｈ₂ ＋３Ｈ₂ Ｓ → ３ＦｅＳ＋４Ｈ₂ Ｏ ・・・・・（３） Ｆｅ₃ Ｏ₄ ＋ＣＯ＋３Ｈ₂ Ｓ → ３ＦｅＳ＋３Ｈ₂ Ｏ＋ＣＯ₂ ・・（４）

【０００６】次いで、吸収反応後の吸収剤は酸素含有ガ
スで（５）式に示すように元の金属酸化物に再生され、
この吸収、再生反応の繰り返しで高温還元性ガス中のイ
オウ化合物はＳＯ₂ ガスとして回収除去される。 ４ＦｅＳ＋７Ｏ₂ → ２Ｆｅ₂ Ｏ₃ ＋４ＳＯ₂ ・・・・・・・・（５）

【０００７】このプロセスで使用される吸収剤は前述の
金属酸化物を単独あるいは耐熱性の多孔質物質に担持し
たものを、移動床方式の場合は球状や円柱状に成形した
ものが、固定床方式の場合はハニカム状に成形したもの
が通常使用される。

【０００８】そこで、本発明者らは先に高温還元性ガス
中に含まれるイオウ化合物を金属酸化物を主成分とする
吸収剤が吸収除去して、高温還元性ガスを精製する方法
として次のような提案をした。

【０００９】 イオウ化合物を吸収した吸収剤を酸素
含有ガスで再生する工程、次いで再生された吸収剤を高
温還元性ガスで吸収剤前後の精製の対象となる還元性ガ
ス濃度が同一になるまで還元する工程、最後に高温還元
性ガスを通気して吸収剤でイオウ化合物を吸収除去する
工程を連続的に繰り返すことにより精製ガス中の還元性
ガス濃度を安定化させることを特徴とする固定床方式高
温還元性ガスの精製法（特願昭６０−８５４１２号）。

【００１０】また、本発明者らは高温還元性ガス中に含
まれる硫化水素、硫化カルボニル等のイオウ化合物を吸
収剤で吸収除去して、高温還元性ガスを精製する方法と
して次のような提案をしてきた。

【００１１】 再生された吸収剤を高温還元性ガスで
吸収前後の精製の対象となる還元性ガス濃度が同一にな
るまで還元後、イオウ化合物を吸収除去する工程を連続
的に繰り返す高温還元性ガスの精製方法において、吸収
剤を充填した反応器を少なくとも３塔使用し、吸収、予
備再生、再生及び還元の４工程より構成し、該高温還元
性ガスを通気して該吸収剤で該イオウ化合物を吸収除去
することにより、吸収、再生の性能を安定化させること
を特徴とする高温還元性ガスの精製方法（特願昭６２−
１６７８１４号）。

【００１２】 高温還元性ガスに含まれるイオウ化合
物を吸収剤で吸収除去する工程、イオウ化合物を吸収し
た吸収剤を再生反応に必要な温度に達するまで昇温させ
る予備再生工程、再生反応温度に到達した吸収剤を酸素
含有ガスで再生する工程、再生された吸収剤を高温還元
性ガスで吸収剤前後の還元性ガス濃度が同一となるまで
還元する工程の四工程で構成すると共に、前記再生工程
に循環させるガス量を調節するか、又はこの再生循環ガ
ス量の調節と再生工程に供給される高温還元性ガスの燃
焼熱の利用とにより、低負荷時の吸収、再生の性能を安
定化させることを特徴とする高温還元性ガスの精製法
（特願昭６２−１６７８１５号）。

【００１３】 イオウ化合物を吸収剤で吸収除去する
吸収工程、吸収剤を酸素含有ガスで再生する再生工程、
再生工程完了後の冷却工程、再生された吸収剤を高温還
元性ガスで吸収剤前後の還元性ガス濃度が同一となるま
で還元する工程の四工程で構成すると共に、前記再生工
程において、再生反応器出口高温ガスから連続的に熱回
収を行い吸収、再生の性能を安定化させることを特徴と
する高温還元性ガスの精製方法（特願昭６３−２７４４
１号）。

【００１４】 高温還元性ガス中に含まれるイオウ化
合物を吸収剤で吸収除去する精製方法において、吸収剤
を充填した反応器を少なくとも４塔使用し、前記イオウ
化合物を吸収剤で吸収除去する吸収工程、該吸収剤を酸
素含有ガスで再生する再生工程、及び再生された吸収剤
を高温還元性ガスで還元する還元工程の三工程からな
り、運転時、その一部において２塔直列で操作する吸収
工程とその一部において２塔直列で操作する再生工程と
をそれぞれ組み込んだことを特徴とする高温還元性ガス
の精製方法（特願平０１〜０５５０８７号）。

【００１５】 高温還元性ガス中に含まれる硫化水
素、硫化カルボニル等のイオウ化合物を吸収剤で吸収除
去する方法において、吸収剤を充填した反応器を少なく
とも３塔使用し、主として吸収工程、再生工程および還
元工程の三工程からなり、運転時、その一部において２
塔直列に配列して操作すると共に、再生反応器へのＯ₂
濃度を各々の塔独立に制御可能とした再生工程と吸収剤
中のＦｅ₂ Ｏ₃ の過還元を防止するために、スチームを
注入するようにした還元工程とをそれぞれ組み込んだ高
温還元性ガスの精製方法（特願平０２〜０４１１１４
号）。

【００１６】以上、高温還元性ガスに関し、複数塔を用
いてガスを処理する方法の例をあげて説明したが、この
外に排ガス中のＳＯ₂ の除去、ＰＳＡ式ガス分離法、水
素精製方法などにおいても複数塔を用いてガスを処理す
る方法は数多く存在する。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】以上の提案において、
高温還元性ガスの精製方法を例に採って説明すると、固
定床方式ガス精製システムは、吸収、再生及び還元の各
工程からなる反応系と再生系からの放出ＳＯ₂ ガスを処
理する後流のイオウ回収系とから構成され、反応系では
イオウ化合物を吸収剤で吸収除去する吸収工程、吸収剤
を酸素含有ガスで再生する再生工程、再生された吸収剤
を高温還元性ガスで吸収剤前後の還元性ガス濃度が同一
となるまで還元する工程の３工程で構成すると共に、こ
の工程を繰り返して連続的に操作するものであり、この
ため吸収剤を充填した反応器を少なくとも３塔使用し、
各塔の出入口ガスラインに設置したガス切替弁を、吸収
と再生、還元工程のタイムスケジュールに従って、切替
えることによって運転を行っている。

【００１８】これを前記提案の特願平０２−０４１１
１４号の例でより具体的に説明する。図５は該技術にお
ける反応器のタイムスケジュールを示す。

【００１９】図５において、反応器 No.１は運転開始か
ら４時間は硫黄化合物の吸収（以下、吸収と称す）に用
いられ、４時間から８時間の間は脱硫剤の再生に、８時
間後１２時間は脱硫剤の還元（以下、還元と称す）に用
いられ、１２時間経過後に再び吸収に入る。同様に反応
器 No.２は４時間目から、反応器 No.３は８時間経過後
から吸収に入り、以後反応器 No.１と同一の時間間隔で
再生、還元に供される。このタイムスケジュールにした
がって、３塔の反応器を切替えながら用いることによっ
て、ガス吸収が連続して行われる。

【００２０】これらの反応器の切替えについては、通常
は各塔の出入口のガスラインに設置したガス切替弁の切
替え操作によって行われ、該ガス切替弁及びその切替シ
ステムに関しては、実用上次の条件が必要である。

【００２１】（１）最近の石炭ガス化コンバイントサイ
クル発電の実証機計画にみられるように、石炭ガス化生
成ガス（石炭ガス）量は数万〜６０ｍ³ ／ｈ（圧力２０
〜３０atm ，温度４００〜６００℃程度であり、処理す
る石炭ガス量が増大するに従って大形のガス切替弁が必
要となり、また材質も圧力、温度条件を考慮した場合ス
テンレス鋼、合金鋼のような高級材の適用も考えられ、
経済性の観点から使用する弁の数はできるだけ少ないこ
とが望ましい。

【００２２】（２）３塔の反応器のうち、吸収工程の塔
は１塔であり、通常運転中は該吸収工程の１塔のみ開
で、他の２塔は閉である。特に再生工程にある塔では酸
素を含むガスを供給しており、切替弁の制御ミス／操作
ミスによって水素や一酸化炭素などを含む還元性ガスが
供給されている。吸収工程にある塔との間のガス混合が
生ずることは、酸素の介在で水素や一酸化炭素などの燃
焼による損失や発熱による安全上の観点から、プラント
停止につながる恐れがあるため許されない。

【００２３】また、ガス切替時は、連続的にガスを流通
させる必要があるため、オンラインにあるガス切替弁が
全閉になることは許されない。

【００２４】これらの点、従来の各塔出入口にそれぞれ
ガス切替弁を有するシステムでは、弁切替システムに高
い信頼性と複数のチェックシステムが必要であるなどの
問題があった。

【００２５】本発明は上記技術水準に鑑み、複数塔を用
いてガスを処理する場合に、従来法におけるような問題
点のない複数塔におけるガスの処理方法を提供しようと
するものである。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明は複数の塔を順次
切替操作することによって連続的にガスを処理するに際
し、各塔へのガス出入口弁に常時運転中に１ケ所のみ開
となり、切替操作の途中時では全閉となることがない多
方弁を介して各塔に供給するガス流れ及び各塔から排出
するガス流れを切替えることを特徴とする複数塔におけ
るガスの処理方法である。

【００２７】すなわち、本発明は従来、複数の反応器の
出入口の各々ガス切替弁を設置したのに対して、多方弁
をメインガスライン出入口に配置し、多方弁より複数の
反応器のガス入口／出口にそれぞれガスラインとして配
管するものであって、該ガス切替弁は常時運転中は１
ケ所のみ開、切替の途中で全閉になることがない、の
条件をみたすものであり、これによってガス切替コント
ロールの信頼性が向上し、また、弁個数の減少によって
経済性の改善が計れるものである。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１によって説明
する。図１は本発明の多方弁を３塔切替えの場合に適用
した場合のフローシートを示す。

【００２９】図１において、１，２，３，４は硫黄化合
物を含有する脱塵高温還元性ガスライン、５，６，７，
８は精製ガス取出ライン、９，１０は同ガス流路切替の
多方弁（３方弁）、１１，１２，１３は再生工程の反応
器から出るＳＯ₂ 等の硫黄化合物を含有するガスの切替
バルブ、１４はＳＯ₂ 等の硫黄化合物を含む再生ガスを
硫黄回収系へ供給するライン、１５，１６，１７は吸収
剤を充填した反応器、１８，１９，２０は再生工程を行
っている反応器へ再生用ガスを供給するための流路切替
バルブ、２１はＯ₂ 含有の再生ガスラインである。２２
は還元工程を行っている反応器への還元ガス供給ライ
ン、２３，２４，２５は還元ガス供給のための流路切替
バルブ、２６，２７，２８は還元塔の出口のガスを精製
ガスに合流させるための流路切替バルブ、２９は還元塔
出口のガスである。

【００３０】図１では吸収剤が充填された同一構造の反
応器１５，１６，１７を（３）式、（４）式による吸収
工程、（５）式による再生工程、（１）式、（２）式に
よる還元工程として運転中の実施態様を示しているが、
多方弁９，１０の切替えとそれに供う還元ガス流路切替
バルブ２３，２４，２５，２６，２７，２８及び再生ガ
ス流路切替バルブ１１，１２，１３，１８，１９，２０
の切替えによって、前記図５で示すスケジュールに従っ
て順次運転することができる。

【００３１】この場合の３方弁９，１０の構造図２，図
３及び図４によって説明する。図２は１方向に開、２方
向が閉の使用中の様態を示す断面図、図３は切替操作中
の弁内のガス流れを示す断面図、図４は全体の斜視図で
ある。

【００３２】図２において、１，２，３は弁からのガス
排出管、５はガス導入管、４は弁体、６はケーシング、
７，８はガス流れを示す。図２において、弁体４はガス
排出管１に向けて開で、他の排出管２，３に対して閉で
ある。ガス流はガス導入管５を通って流れ７となって流
入し、ガス排出管１から流れ８となって排出される。

【００３３】これを図１の例で説明すると、脱塵高温還
元性ガスライン１が図２の多方弁のガス導入管５に連な
り、ガス流れ７となって多方弁に導入され、該多方弁の
弁体が開であるガス排出管１からガス流れ８となって図
１の第１塔１５に流入する。こゝで前記の（３）式に従
って硫黄化合物の吸収が行われる。多方弁は他のガス排
出管２，３に対して閉であり、図１の第２塔１６、第３
塔１７へのガス流れは生じない状態である。

【００３４】次に、図３においてはガス排出を１から２
に変更する様態を示す。弁の切替えを通じてガス排管１
及びガス排出管２について全閉になることがなく、スム
ースな切替えが可能である。従来の反応器各塔出口にそ
れぞれガス切替弁を有するシステムでは、弁作動数が多
いため弁開閉の切替システムの誤作動及び作動不良等の
問題を引き起こす可能性があったが、多方弁切替システ
ムでは機構的に、この問題を解決することができる。

【００３５】これを図１の例で説明すると、ガス流れが
第１塔１５から第２塔１６、第２塔１６から第３塔１
７、第３塔１７から第１塔１５へと切替えられる途中の
図を示すものである。今、第１塔１５から第２塔１６へ
切替えを行う場合についてみると、多方弁は図３に示す
ように、ガス流れ７はガス排出管１に対しても一部開で
あり、ガス排出管２に対しても一部開の状態にある。多
方弁の弁体４はさらに回転作動し、やがてガス排出管１
に対しては閉、ガス排出管２に対しては全開の状態に移
行して切替操作を完了する。なお、この間、ガス排出管
３に対しては常に閉である。

【００３６】また、この実施例では３方弁の例を示した
が、４方弁の切替弁による多塔切替システムも可能であ
る。

【００３７】なお、複数の塔を順次切替操作することに
よって、連続的にガス処理を行う、ガス吸収、反応およ
び吸着、脱着等の装置ならばいずれの場合でも効果的に
適用でき、ガス処理方法に何ら限定されるものでもな
い。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、吸収、反応、吸着を行
うための反応器を複数使用し、該複数の塔を順次切替操
作することによって連続的にガス処理を行う場合におい
て、従来の複数塔出入口にそれぞれ多方弁を設置するこ
とによって、次のような効果を有する。

【００３９】（１）コントロールの信頼性が向上する。
例えば３塔切替えの場合では従来方法では、それぞれの
塔に２個の弁を有し、合計６個である。多方弁の場合は
３塔分まとめて入口弁１個、出口弁１個合計２個でよ
い。今、各々の弁が独立に操作不良を起こす確率が同一
とすれば、本発明の操作不良の発生の確率は１／３とな
る。

【００４０】また、常時運転中は１ケ所のみ開で、閉で
ある他のラインにガスが流入することがなく、切替操作
時弁体回転操作中に脱硫（吸収）ラインが全閉にならな
い構造なので、プロセスガスの流れが連続的に行われる
等安定運転上すぐれた効果がある。

【００４１】（２）経済性の向上が期待できる。前述例
の如く３塔切替えの場合の弁の個数は従来の６個から、
本発明の２個に減少できる。これによる経済性面からの
メリットがあり、また、駆動に必要なエネルギーが少な
くてすむなど省エネルギーも計れる。

【００４２】以上のように、本発明は、多塔切替式のガ
ス吸収、反応、吸着等装置において、効果的な多方弁切
替システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のフローシートの説明図。

【図２】本発明で使用する多方弁の一実施例の説明図。

【図３】図２の多方弁の切替操作中の弁内のガス流れを
示す説明図。

【図４】図２の多方弁の斜視図。

【図５】複数塔のガス流れのタイムスケジュールの一例
を示す図表。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ１０Ｊ 3/46 Ｊ 6958−4Ｈ 3/54 Ｊ 6958−4Ｈ Ｃ１０Ｌ 3/10

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の塔を順次切替操作することによっ
   て連続的にガスを処理するに際し、各塔へのガス出入口
   弁に常時運転中に１ケ所のみ開となり、切替操作の途中
   時では全閉となることがない多方弁を介して各塔に供給
   するガス流れ及び各塔から排出するガス流れを切替える
   ことを特徴とする複数塔におけるガスの処理方法。