JPH10273681A

JPH10273681A - 乾式脱硫装置

Info

Publication number: JPH10273681A
Application number: JP9079866A
Authority: JP
Inventors: Keiji Murata; 圭治村田; Michio Hori; 美知郎堀; Hakaru Ogawa; 斗小川; Masakuni Sasaki; 雅國佐々木; Masafumi Fukuda; 雅文福田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】従来は、酸素による脱硫剤の酸化再生反応によ
って脱硫を行っていたが、反応熱が大きくそれに伴って
硫黄回収率が低下するという問題があった。【解決手段】ガス化ガス１１から硫黄分を除去する脱硫
塔２内には、脱硫剤１２が備えられ、気流搬送によって
再生塔３に運ばれる。再生塔３から排出される再生塔出
口ガス１４は、純酸素１５と混合されて燃焼器４に供給
される。燃焼器４からの燃焼排ガスは、冷却器５によっ
て冷却され、クラウス反応器６に送られる。クラウス反
応器６からの排ガスは、純酸素１５と混合されて、選択
酸化器７を通過後、硫黄凝縮器８に送られる。硫黄分が
取り除かれたテールガス１７は循環コンプレッサ９で圧
縮され加熱器１０に送られ加熱され再生ガス１３とな
り、再生塔３に供給される。この様な構成により、再生
反応に伴う反応熱が減少するので、再生ガスの循環量を
減少させ、設備を小型化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、乾式脱硫装置に係
り、特に石炭ガス化ガス等の粗製ガスを高温で脱硫処理
する乾式脱硫装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】化石燃料の中でも石炭は、石油、天然ガ
スに比較して世界に広く分布し、その埋蔵量も多く、将
来の発電用燃料として期待されている。例えば、石炭を
燃料とする発電プラントとしては、石炭を微粉炭として
燃焼させる微粉炭火力発電所が良く知られている。しか
し、熱効率、環境適合性の観点から、現在、石炭をガス
化して燃焼させる石炭ガス化複合発電プラントの開発が
進められている。

【０００３】図５は、従来の石炭ガス化複合発電プラン
トのブロック図である。石炭ガス化複合発電プラント２
１は、石炭ガス化設備２２と、ガス精製設備４０と、複
合発電設備２４とから構成される。更にガス精製設備４
０は、乾式脱硫装置1 と脱塵装置２３とから構成され
る。

【０００４】石炭ガス化設備２２は、微粉化された石炭
２５とガス化剤２６( 通常、酸素を使用) とを混合し、
所定の条件下でガス化するガス化炉２７ａ、２７ｂと、
ガス化炉２７ｂから排出されたガス化ガス１１を冷却す
るガス冷却器２８とからなる。

【０００５】ガス冷却器２８から排出されたガス化ガス
１１は、乾式脱硫装置１内の脱硫塔２を通り、その後脱
塵装置２３内に設けられたフィルタ２９を通過し、複合
発電設備２４に供給される。

【０００６】ガス化ガス１１は、複合発電設備２４内に
設けられた燃焼器３０で燃焼され、ガスタービン３１を
通って、廃熱回収ボイラ３３に供給される。廃熱回収ボ
イラ３３には、復水器３６と蒸気タービン３５とが設け
られる。

【０００７】この様な構成をなす石炭ガス化複合発電プ
ラント２１の動作について説明する。微粉化された石炭
２５とガス化剤２６とが混合され、高温のガス化炉２７
ａに供給される。ガス化炉２７ａでは、主に炭素が酸化
反応されることによって二酸化炭素を生成する反応がお
こる。ガス化炉２７ｂ内は高圧下にあり、主に二酸化炭
素と炭素とにより還元反応がおこり、一酸化炭素が生成
される。つまりガス化炉２７ａ、２７ｂは高温高圧下
（ガス化方式によって異なるが、１４００[ ℃]程度、
２[Mpa] 程度）で、石炭をガス化しガス化ガス１１を生
成する。生成されたガス化ガス１１の成分は、一酸化炭
素、水素、二酸化炭素、水蒸気等である。

【０００８】ガス化ガス１１は、ガス冷却器２８で適当
な温度（５００[ ℃] 程度）に冷却される。冷却された
ガス化ガス１１は、ガス精製設備４０内の脱硫塔２に送
られる。脱硫塔２では、ガス化ガス１１に含まれるＨ２
Ｓを除去する。脱硫塔２から排出されたガス化ガス１１
は、その後フィルタ２９を通過する。フィルタ２９は、
ガス化ガス１１が通過する際に、ガス化ガス１１に含ま
れる粉塵を取り除く。つまり、脱硫塔２及びフィルタ２
９ではガス化ガス１１が通過することで、ガスタービン
の腐食や磨耗の原因となる硫黄分と微小粒子とを除去し
ている。

【０００９】硫黄分や微小粒子が取り除かれたクリーン
なガス化ガス１１が、複合発電設備２４に供給される。
ガス精製設備４０で精製されたクリーンなガス化ガス１
１は、燃焼器３０で燃焼され、その燃焼ガスによってガ
スタービン３１を回転させて発電を行う。ガスタービン
３１から排出された排ガス３２は廃熱回収ボイラ３３へ
送られる。廃熱回収ボイラ３３では、排ガス３２から熱
を奪って蒸気３４ａとなり、その蒸気３４ａにより蒸気
タービン３５を回転させて発電を行う。蒸気タービン３
５から排出された蒸気３４ａは、復水器３６で凝縮さ
れ、再び廃熱回収ボイラ３３に戻る。

【００１０】また、ガス冷却器２８でガス化ガス１１か
ら回収された熱は蒸気３４ｂとなり、蒸気３４ａと共に
蒸気タービン３５に送られる。その後、蒸気３４ｂは、
蒸気タービン３５から排出され復水器３６を通ってガス
冷却器２８に戻る。

【００１１】この様な構成をなす石炭ガス化複合発電プ
ラント２１の原料となる石炭をガス化すると、石炭中の
硫黄分は、大部分が硫化水素となってガス化ガス１１中
に混入する。この硫化水素を高温で除去する脱硫装置と
して、酸化鉄を脱硫剤に用いた乾式脱硫装置１が用いら
れる。乾式脱硫装置１は、ガス化炉２７ａ、２７ｂで生
成された硫化水素を含有するガス化ガス１１の温度をで
きる限り下げることなく高温に保ったままで脱硫し、複
合発電設備２４に供給するよう動作する。又、熱効率の
点からも乾式脱硫方法が優れている。

【００１２】以下、乾式脱硫装置１の構成について、図
６を参照しながら説明する。図６は、従来の乾式脱硫装
置のブロック図である。乾式脱硫装置１は、脱硫塔２
と、再生塔３と、還元塔３７と、硫黄凝縮器８と、循環
ガスコンプレッサ９と、加熱器１０とからなる。

【００１３】ガス化ガス１１は、脱硫塔２の一端（図中
下方）から流入して、脱硫塔２内に設けられた脱硫剤３
８と接触する。ガス化ガス１１と脱硫剤３８との化学反
応は、以下の式( １) の通りである。

【００１４】

【化１】Ｆｅ₂Ｏ₃＋２Ｈ₂Ｓ＋Ｈ₂→２ＦｅＳ＋３Ｈ₂Ｏ …( １) その後、硫黄分が除去されたガス化ガス１１は、脱硫塔
２の他端( 図中上方)から流出する。

【００１５】ガス化ガス１１中の硫黄分を吸収し硫化物
となった脱硫剤３８は、再生塔３の一端( 図中上方) に
送られる。再生塔３の他端( 図中下方) からは空気３９
が供給される。再生塔３内では、硫化物と空気とが以下
の式( ２) に示す化学反応をおこし、硫化物を酸化す
る。この酸化反応により硫化物は、再生可能となる。

【００１６】

【化２】４ＦｅＳ＋７Ｏ₂→２Ｆｅ₂Ｏ₃＋４ＳＯ₂ …( ２）再生された脱硫剤３８は、再び脱硫塔２に送られ、再使
用される。脱硫剤３８の脱硫塔２と再生塔3 との間の
移動は気流搬送によって行われる。

【００１７】再生塔３では脱硫剤３８から脱離した硫黄
分が、亜硫酸ガスとなって再生塔出口ガス１４として、
還元塔３７に送られる。還元塔３７の一端( 図中下方)
から供給された再生塔出口ガス１４は、還元塔３７の他
端( 図中上方) より供給された無煙炭４１と以下に示す
式( ３) の化学反応をおこす。

【００１８】

【化３】２Ｃ＋２ＳＯ₂→２ＣＯ₂＋Ｓ₂ …( ３) 化学反応によって生成された硫黄蒸気は、硫黄凝縮器８
の一端( 図中上方) から流入する。

【００１９】流入した硫黄蒸気は、硫黄凝縮器８内で冷
却される。冷却によって凝縮された硫黄蒸気は、元素硫
黄１６として乾式脱硫装置１外部に排出される。硫黄凝
縮器８の他端( 図中下方) から流出されたテールガス１
７は、循環コンプレッサ９に送られ昇圧される。循環コ
ンプレッサ９から排出されたテールガス１７は、加熱器
１０に供給され、昇温される。加熱されたテールガス１
７の一部は、脱硫塔２に供給されるガス化ガス１１と混
入され脱硫塔２へ、残りは再生用空気３９と混合されて
再生塔３にそれぞれ送られる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た様な乾式脱硫装置では、以下の様な問題点が生じてい
た。まず、再生塔内の再生温度が７００[ ℃] 以上にな
ると、酸化鉄が還元されて、シンタリング( 焼結体) が
生成される。又、４００[ ℃] 以下になると硫酸鉄が生
成される。硫酸鉄は、強熱によって分解されて二酸化硫
黄を生成する。

【００２１】この様なことから、再生塔内の温度は、４
００[ ℃] 以上７００[ ℃] 以下の範囲に制御する必要
がある。又、上述した式( ２) に示される硫化鉄の酸化
反応は、きわめて大きな反応熱を伴う発熱反応である。
そのため、再生塔出口ガス中の酸素濃度を数[ ％] 以下
に希釈しなければならない。この様に酸素濃度が微小で
あるために、ガス循環流量を大きくしなければならず、
結果的に還元塔、硫黄凝縮器、循環ガスコンプレッサ等
からなる硫黄回収設備や再生塔の大型化を招き、乾式脱
硫装置の製造および運転コストも高くなる。

【００２２】又、再生塔出口ガス中の酸素濃度が小さい
と再生塔から排出される生成ガス中の亜硫酸ガス濃度も
小さくなるので、硫黄回収率は低い値となる。又、質量
バランスの点から、硫黄回収設備から排出されたテール
ガス全てを、再生塔に供給することは困難であり、未回
収の硫黄分がガス化ガス中に混入してしまう問題もあ
る。

【００２３】又、硫黄回収率を向上させようとすると、
還元塔、硫黄凝縮器、循環ガスコンプレッサ等からなる
硫黄回収設備が大型化・複雑化してしまい乾式脱硫装置
がコスト高となる。

【００２４】そこで、本発明は上記従来の問題点に鑑み
てなされたもので、還元塔、硫黄凝縮器、循環ガスコン
プレッサ等からなる硫黄回収設備や再生塔を、硫黄回収
率を低下させることなく、小型で低コストとする乾式脱
硫装置の提供を目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、気体に含有される硫黄分を脱硫剤によ
って除去する脱硫塔と、硫黄分を吸収した前記脱硫剤
と、少なくとも水蒸気を含む気体との化学反応により硫
化水素を生成する再生塔と、前記再生塔から排出された
硫化水素を含む気体から硫黄分を回収する硫黄回収手段
と、前記硫黄回収手段から排出された気体を前記再生塔
に供給する循環手段とから構成される。

【００２６】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を参照しなが
ら説明する。図１は、乾式脱硫装置の第1 実施例のブロ
ック図である。石炭がガス化されたガス化ガス１１から
硫黄分を除去する脱硫塔２が設けられる。脱硫塔２内に
は、脱硫剤１２が備えられる。脱硫塔２には、脱硫塔２
の脱硫剤１２が気流搬送によって運ばれる再生塔３が接
続されている。再生塔３から排出される再生塔出口ガス
１４は、外部から供給される純酸素１５と混合されて燃
焼器４に供給される。燃焼器４から排出された高温の燃
焼排ガスは、冷却器５に送られる。冷却器５によって冷
却されたガスは、クラウス反応器６に送られる。クラウ
ス反応器６内で所定の化学反応をおこした排ガスは、外
部から供給される純酸素１５と混合されて、選択酸化器
７を通過後、硫黄凝縮器８に送られる。硫黄凝縮器８に
よって循環ガス中の硫黄分が取り除かれたテールガス１
７は循環コンプレッサ９( 循環手段) に送られ圧縮され
る。圧縮されたテールガス１７は、加熱器１０に送られ
加熱される。加熱されたテールガス１７は、再生ガス１
３となり、再生塔３に供給される。又、冷却器５と凝縮
器８とから排出された凝縮水１８は、加熱器１０へ送ら
れる。硫黄回収手段は、冷却器５、クラウス反応器６、
選択酸化手段７、硫黄凝縮器８を有する。

【００２７】この様な構成からなる第１実施例の動作に
付いて説明する。ガス化炉で生成された高温度（５００
[ ℃] 程度）のガス化ガス１１は、脱硫塔２の一端から
供給される。供給されたガス化ガス１１中の硫化水素
は、脱硫塔２内の脱硫剤１２と接触して化学反応をおこ
し硫化鉄を生成する。硫化水素が除去されたガス化ガス
１１は、脱硫塔２の他端から外部に排出される。

【００２８】脱硫塔２内に設けられた脱硫剤１２は、例
えばｇアルミナによって担持された酸化鉄ＦｅＯ／Ａｌ
２Ｏ３である。脱硫塔２における硫化反応は、以下に示
す式( ４) の通りである。

【００２９】

【化４】ＦｅＯ／ｇ−Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｈ₂Ｓ→ＦｅＳ／ｇ−Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｈ₂Ｏ…( ４) 脱硫塔２において硫化水素と反応し、硫化物を形成して
脱硫活性の低下した脱硫剤１２は、再生塔３の一端に気
流搬送される。ただし、図１では気流搬送のための設備
は省略する。

【００３０】又、再生塔３の他端から、少なくとも水蒸
気を含んだ再生ガス１３、具体的には不活性ガスである
窒素ガスと水蒸気とからなる再生ガス１３が再生塔３内
に流入される。硫化反応によって硫化物を生成した脱硫
剤１２は、再生ガス１３中の水蒸気と以下に示す式(
５) の化学反応を生ずる。

【００３１】

【化５】ＦｅＳ／ｇ−Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｈ₂Ｏ→ＦｅＯ／ｇ−Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｈ₂Ｓ…( ５) 式( ５) に示す化学反応によって、硫化鉄として吸着し
ていた硫黄分は、硫化水素となって脱離する。

【００３２】再生塔３から排出された再生塔出口ガス１
４は、硫化水素と未反応の水蒸気と窒素ガスとからな
り、燃焼装置４に送られる。燃焼装置４では、再生塔出
口ガス１４中に含まれる硫化水素の約１／３を純酸素１
５と燃焼させる。硫化水素と純酸素とが燃焼することに
よって亜硫酸ガスが生成される。この化学反応を以下式
( ６) に示す。

【００３３】

【化６】３Ｈ₂Ｓ＋（３／２）Ｏ₂→２Ｈ₂Ｓ＋ＳＯ₂＋Ｈ₂Ｏ …( ６）燃焼装置４に供給される純酸素１５は、純酸素１５と、
硫化水素とによって生成される亜硫酸ガスの量が、残存
する硫化水素の量の１／２あるいは１／２よりも若干少
なくなる様に調整される。

【００３４】燃焼装置４で生成された亜硫酸ガスを含ん
だ再生塔出口ガス１４は、冷却器５に送られる。冷却器
５では、再生塔出口ガス１４を所望の温度（約５００
[ ℃])に冷却する。冷却された再生塔出口ガス１４は、
クラウス触媒を充填したクラウス反応器６に送られる。
クラウス反応器６では、硫化水素と亜硫酸ガスとから、
元素硫黄と水蒸気とを生成する式( ７) に示す化学反応
をおこす。

【００３５】

【化７】２Ｈ₂Ｓ＋ＳＯ₂→（３／２）Ｓ₂＋２Ｈ₂Ｏ …( ７) クラウス反応器６内で生じた化学反応によって反応せず
に残った若干量の未反応硫化水素は、純酸素１５と混合
される。混合された未反応硫化水素と純酸素１５とは、
選択酸化器７にて、以下に示す式( ８) の化学反応( 触
媒反応) をおこし、触媒反応がおこることで、元素硫黄
と水蒸気とを生成する。

【００３６】

【化８】２Ｈ₂Ｓ＋Ｏ₂→Ｓ₂＋２Ｈ₂Ｏ …( ８) なお、選択酸化器７における反応温度は、約２５０[
℃] が最適である。元素硫黄は、蒸気となって同伴ガス
と共に硫黄凝縮器８に送られる。硫黄蒸気は、硫黄凝縮
器８で冷却されて凝縮し、元素硫黄１６として乾式脱硫
装置１外に回収除去される。

【００３７】硫黄凝縮器８から排出されたテールガス１
７は、循環コンプレッサ９に送られ昇圧される。循環コ
ンプレッサ９によって昇圧されたテールガス１７は、加
熱器１０に送られる。加熱器１０では、テールガス１７
を約６００[ ℃] まで加熱し再生ガス１３とし、その
後、高温の再生ガス１３を再生塔３に送る。

【００３８】又、冷却器５や硫黄凝縮器８で凝縮された
凝縮水１８は、加熱器１０で加熱されて蒸発される。凝
縮水１８の蒸気は、硫黄凝縮器８からのテールガス１７
と混合され、再生ガスとなって再生塔３に供給される。

【００３９】以上述べた様な乾式脱硫装置の第１実施例
では、式( ５) に示された水蒸気による再生反応におい
ては、反応熱が非常に小さいため、乾式脱硫装置１内を
循環する種々の循環ガスの流量を減少させることができ
る。このため、再生塔出口ガス１４中の硫黄含有ガスの
濃度を大きくすることができ、硫黄回収率を向上させる
ことができる。

【００４０】又、再生塔３の脱硫剤１２に吸着した硫黄
分を高濃度の硫化水素として取り出せることができるた
め、硫黄生成率が高いクラウス反応器６が容易に利用で
きる。

【００４１】又、式( ５) 、( ６) 、( ７) 、( ８) に
示す様に、必要な酸素を純酸素として供給することで、
テールガス１７を装置外部に排出することなく（また外
部から新たに水を供給することなく）、クローズドシス
テムによる乾式脱硫が可能となる。したがって、未回収
の硫黄分を装置外部に排出することなく、硫黄回収率を
向上させることができる。

【００４２】又、循環ガスの流量を減少させ、硫黄回収
率を向上させることにより、再生塔３や硫黄凝縮器８、
循環ガスコンプレッサ１０等の硫黄回収設備がコンパク
トになり、低コストとなる。

【００４３】又、脱硫剤１２には金属酸化物として酸化
鉄( Ｆｅ２Ｏ３) 、酸化亜鉛( ＺｎＯ) 、酸化コバルト
( ＣｏＯ) 等がある。又、硫化物を水蒸気によって再生
させる再生反応を、生成される水素の平衡濃度が低くと
も完結させる場合には、硫化剤１２に、ｇアルミナによ
って担持された酸化鉄ＦｅＯ／ｇ‐Ａｌ２Ｏ３、ｇアル
ミナによって担持された酸化マンガンＭｎＯ／ｇ‐Ａｌ
２Ｏ３、スズや酸化スズを用いれば良い。

【００４４】つまり本実施例では、硫黄分を吸着して硫
化物となった脱硫剤１２の全てあるいは一部を水蒸気で
再生し、硫化水素として硫黄分を脱離させることができ
るので、再生反応における反応熱を小さく出来、循環ガ
スの流量を減少させることができる。又、再生塔出口ガ
ス１４中の硫黄含有ガスの濃度を大きくすることがで
き、硫黄回収率の向上が図れる。更に、再生塔３や硫黄
回収設備が小型化でき、安価に製造することができる。

【００４５】次に、本発明の第２実施例の構成に付い
て、図２を参照して説明する。尚、以下の各実施例にお
いて、第１実施例と同一構成要素は同一符号を付し、重
複する説明は省略する。

【００４６】第２実施例の特徴は、脱硫塔２から供給さ
れる脱硫剤１２を酸素と水蒸気とを用いて脱硫すること
で、硫黄回収率を向上させたことである。図２は、乾式
脱硫装置の第２実施例のブロック図である。

【００４７】石炭がガス化されたガス化ガス１１から硫
黄分を除去する脱硫塔２が設けられる。脱硫塔２内に
は、脱硫剤１２が備えられる。脱硫塔２には、脱硫塔２
内の脱硫剤１２が気流搬送によって運ばれる再生塔３が
接続されている。再生塔３から排出された再生塔出口ガ
ス１４は、冷却器５に送られる。冷却器５によって冷却
されたガスは、クラウス反応器６に送られる。クラウス
反応器６内で所定の化学反応をおこした排ガスは、純酸
素１５と混合されて、選択酸化器７を通過後、硫黄凝縮
器８に送られる。硫黄凝縮器８によって循環ガス中の硫
黄分が取り除かれた、硫黄分を持たないテールガス１７
は循環コンプレッサ９に送られ圧縮される。圧縮された
テールガス１７は、加熱器１０に送られ加熱される。加
熱されたテールガス１７は、再生ガス１３となり、再生
塔３に再び供給される。又、冷却器５と凝縮器８とから
排出される凝縮水１８は、加熱器１０へ送られる。

【００４８】この様な構成からなる第２実施例の動作に
付いて説明する。図示しないガス化炉で生成された高温
度（５００[ ℃] 程度）のガス化ガス１１が、脱硫塔２
の一端から脱硫塔２内へ流入される。ガス化ガス１１中
の硫化水素は、脱硫塔２内の脱硫剤１２と接触して化学
反応をおこし硫化鉄を生成する。

【００４９】脱硫剤１２には、例えばg アルミナによっ
て担持された酸化鉄Ｆｅ０／Ａｌ₂Ｏ₃が使われる。脱硫
塔２内でおこる化学反応は、上述した第１実施例におけ
る式( ４) である。

【００５０】脱硫塔２内で硫化水素と反応し、硫化物を
形成して脱硫活性の低下した脱硫剤１２は、再生塔３に
気流搬送される。ただし、図２では気流搬送のための設
備は省略する。

【００５１】再生塔３の一端からは、不活性ガスである
窒素ガスと水蒸気とからなる再生ガス１３が流入する。
又、再生塔３には純酸素１５が供給される。硫化物を形
成した脱硫剤１２の大部分は、再生ガス１３中の水蒸気
と上述した式( ５) に示す化学反応をおこし、脱硫剤１
２に吸着していた硫黄分を硫化水素として脱離する。

【００５２】硫化物を形成した脱硫剤１２の一部は、再
生塔３に供給された純酸素と以下に示す式( ９) の化学
反応をおこす。化学反応によって脱硫剤１２に吸着して
いた硫黄分は、亜硫酸ガスとなって脱離する。

【００５３】

【化９】２ＦｅＳ／ｇ−Ａｌ₂Ｏ₃＋３Ｏ₂→２ＦｅＯ／ｇ−Ａｌ₂Ｏ₃＋２ＳＯ₂ …( ９) 再生された脱硫剤１２は、再び脱硫塔２の他端から供給
され、循環使用される。脱硫剤１２の脱硫塔２への移動
は気流搬送による。

【００５４】式( ９) に示した酸素による硫化鉄の酸化
反応は、その反応速度が大きく、供給された酸素のほと
んど全てを消費する。そのため再生塔２から排出された
再生塔出口ガス１４は、硫化水素、亜硫酸ガス、未反応
の水蒸気および窒素ガスからなり酸素は含まれない。

【００５５】再生塔３に供給される酸素１５の量は、生
成される亜硫酸ガスの量が硫化水素の量の１／２あるい
は１／２よりも若干少なくなるように調整する。再生塔
出口ガス１４は、冷却器５で所望の温度にまで冷却され
た後、クラウス触媒を充填したクラウス反応器６に送ら
れる。クラウス反応器６内では、硫化水素と亜硫酸ガス
とが、上述した式( ７) の化学反応をおこし、元素硫黄
と水蒸気とを生成する。クラウス反応器６内に残ってい
る未反応の硫化水素は、純酸素１５と混合され、選択酸
化器７に送られる。選択酸化器７では、上述した式(
８)の触媒反応をおこし、未反応の硫化水素から硫黄蒸
気と水蒸気とを生成する。

【００５６】選択酸化器７から排出された硫黄蒸気は、
硫黄凝縮器８で冷却されて凝縮し、元素硫黄１６として
回収し除去される。硫黄凝縮器８から排出されたテール
ガス１７は、循環コンプレッサ９によって昇圧される。
昇圧されたテールガス１７は、加熱器１０によって６０
０[ ℃] 程度まで加熱された後、再生ガス１３として再
生塔３に供給される。

【００５７】冷却器５や硫黄凝縮器８で凝縮された凝縮
水１８は、加熱器１０で加熱されて蒸発し、硫黄凝縮器
８から排出されたテールガス１７と混合され再生塔３に
供給される。

【００５８】以上述べた様な乾式脱硫装置の第２実施例
では、脱硫剤１２の約１／３を酸素によって再生し、又
残りの約２／３を水蒸気によって再生するため、脱硫剤
１２の再生反応による発熱量は、全ての脱硫剤１２を酸
素によって再生させた場合と比べて約１／３になる。し
たがって、循環ガスの流量を減少させることができ、再
生塔出口ガス１４中の硫黄含有ガスの濃度を大きくする
ことが可能である。

【００５９】又、クラウス反応器６内で消費される硫化
水素と亜硫酸ガスとを、再生塔３で同時に生成すること
ができるため、還元塔に比べて硫黄生成率の高いクラウ
ス反応器６となる。

【００６０】又、再生塔出口ガス１４を燃焼させるため
の燃焼装置を省くことができ、そのため装置全体が簡略
化され、コンパクト化できる。又、式( ５) 、( ７) 、
( ８) 、( ９) に示す様に、必要な酸素を純酸素１５と
して供給することで、硫黄回収設備のテールガス１７を
外部に出すことなく（また外部から新たに水を供給する
ことなく）、クローズドシステムによる乾式脱硫が可能
となる。従って、未回収の硫黄分を外部に排出すること
がなく、硫黄回収率を向上させることができる。

【００６１】次に、本発明の第３実施例の構成につい
て、図３を参照して説明する。第３実施例の特徴は、脱
硫塔２内を分割して、分割されたそれぞれの小部屋に酸
化鉄からなる脱硫剤１２と酸化亜鉛からなる脱硫剤１
２’とを供給し、ガス化ガス１１からの硫黄回収率を向
上させたことである。

【００６２】図３は、乾式脱硫装置の第３実施例のブロ
ック図である。石炭がガス化されたガス化ガス１１から
硫黄分を除去する脱硫塔２が設けられる。脱硫塔２内
は、分割された複数の小部屋からなり、その小部屋には
酸化鉄からなる脱硫剤１２と酸化亜鉛からなる脱硫剤１
２’が備えられる。脱硫塔２には、脱硫塔２内の脱硫剤
１２、１２’が気流搬送によって運ばれる再生塔３が接
続される。再生塔３は、第１の部屋３ａと第２の部屋３
ｂとに分けられ、それぞれ脱硫剤１２、１２’が流入す
る。再生塔３から排出される再生塔出口ガス１４は、冷
却器５に送られる。冷却器５によって冷却されたガス
は、クラウス反応器６に送られる。クラウス反応器６内
で所定の化学反応をおこした排ガスは、純酸素１５と混
合されて、選択酸化器７を通過後、硫黄凝縮器８に送ら
れる。硫黄凝縮器８によって循環ガス中の硫黄分が取り
除かれた硫黄分を持たないテールガス１７は、循環コン
プレッサ９に送られ圧縮される。圧縮されたテールガス
１７は、加熱器１０に送られ加熱される。加熱されたテ
ールガス１７は、再生ガス１３となり、再生塔３に供給
される。又、冷却器５と凝縮器８とから排出される凝縮
水１８は、加熱器１０へ送られる。

【００６３】この様な構成からなる第３実施例の動作に
付いて説明する。脱硫塔２内は、二つの部屋に分割され
ており、各部屋にはそれぞれg アルミナによって担持さ
れた酸化鉄１２( ＦｅＯ／ｇ‐Ａｌ２Ｏ３) と酸化亜鉛
１２’(ＺｎＯ) とが充填される。

【００６４】ガス化炉で生成された高温度( ５００[
℃] 程度) のガス化ガス１１は、脱硫塔２の一端から脱
硫塔２内に供給される。脱硫塔２内に入ったガス化ガス
１１は、ＦｅＯ／ｇ‐Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯの順に脱硫剤
１２、１２’と接触する。ガス化ガス１１は、脱硫剤１
２、１２’と接触し化学反応をおこすことで、ガス化ガ
ス１１中の硫化水素分を除去する。ここで、硫化水素と
脱硫剤１２あるいは脱硫剤１２’との化学反応は、上述
した式( ４) と以下に示す式( １０) となる。

【００６５】

【化１０】ＺｎＯ＋Ｈ₂Ｓ→ＺｎＳ＋Ｈ₂Ｏ …( １０）脱硫剤１２、１２’を通過して硫化水素濃度が低下した
ガス化ガス１１は、脱硫塔２の他端から排出され、図示
しない脱塵装置を経て、複合発電設備に送られる。

【００６６】脱硫塔２において硫化水素と反応し、硫化
物を形成した２種類の脱硫剤１２（ＦｅＳ／ｇ‐Ａｌ２
Ｏ３) および脱硫剤１２’( ＺｎＳ) は、それぞれ再生
塔３の所定の場所へ気流搬送によって送られる。

【００６７】不活性ガスである窒素ガスと水蒸気とから
なる再生ガス１３は、再生塔３の一端から再生塔３内の
第１の部屋３ａに供給され、再生塔３内の第１の部屋３
ａに流入する脱硫剤１２( ＦｅＳ／ｇ‐Ａｌ２Ｏ３) と
混合される。

【００６８】脱硫剤１２( ＦｅＳ／ｇ‐Ａｌ２Ｏ３)
は、再生ガス１３中の水蒸気と上述した式( ５) の化学
反応をおこす。化学反応によって、脱硫剤１２に吸着し
ていた硫黄分は、硫化水素となって脱離する。

【００６９】又、脱硫剤１２を通過して硫黄分が脱離さ
れた再生ガス１３は、再生塔３内で少量の純酸素１５を
注入された後、再生塔３内の第２の部屋３ｂに入り、第
２の部屋３ｂに流入する脱硫剤( ＺｎＳ) １２’と混合
される。脱硫剤１２’( ＺｎＳ) は、再生ガス１３に混
合された酸素と以下に示す式( １１) の化学反応をおこ
す。化学反応によって、吸着していた硫黄分は亜硫酸ガ
スとなって脱離する。

【００７０】

【化１１】２ＺｎＳ＋３Ｏ₂→２ＺｎＯ＋２ＳＯ₂ …( １１) 再生された２種類の脱硫剤１２、１２’は、再び脱硫塔
２に気流搬送によって送られ、循環使用される。

【００７１】上述した式( １１) で示された酸素による
硫化亜鉛の酸化反応は、その反応速度が大きく、供給さ
れた酸素はほとんど全て消費される。したがって、再生
塔３から排出された再生塔出口ガス１４は、硫化水素、
亜硫酸ガス、未反応の水蒸気および窒素ガスからなる。
脱硫剤１２’( ＺｎＯ) や再生塔３に供給される酸素１
５は、生成される亜硫酸ガスの量が、硫化水素の量の１
／２あるいは１／２よりも若干少なくなるように調整さ
れる。

【００７２】再生塔出口ガス１４は、冷却器５で所定の
温度まで冷却された後、クラウス触媒を充填したクラウ
ス反応器６に送られる。クラウス反応器６では、硫化水
素と亜硫酸ガスとが、上述した式( ７) の化学反応をお
こし、硫黄蒸気と水蒸気とが生成される。

【００７３】クラウス反応器６から排出された若干量の
未反応硫化水素は、純酸素１５と混合され、選択酸化器
７で上述した式( ８) に示される触媒反応をおこし、硫
黄蒸気と水蒸気とを生成する。選択酸化器７から排出さ
れた硫黄蒸気は、硫黄凝縮器８で冷却されて凝縮し、元
素硫黄１６として回収除去される。

【００７４】硫黄凝縮器８から排出されたテールガス１
７は、循環コンプレッサ９によって昇圧され、加熱器１
０によって約６００[ ℃] まで加熱された後、再生塔３
に供給される。

【００７５】冷却器５や硫黄凝縮器８で凝縮された凝縮
水１８は、加熱器１０で加熱されて蒸発し、硫黄凝縮器
８からのテールガス１７と共に再生塔３に供給される。
以上述べた様な第３実施例では、循環ガスの流量を減少
させ、硫黄回収率を向上させることが出来る。又、装置
全体をコンパクトにすることができ、安価な乾式脱硫装
置となる。

【００７６】更に、脱硫剤１２’( 酸化亜鉛) は、Ｆｅ
Ｏ／ｇ‐Ａｌ２Ｏ3 に比べ、硫化反応によって脱硫でき
る硫化水素の平衡濃度が低い。そのため、脱硫剤１２に
酸化亜鉛を併用することによって、ＦｅＯ／ｇ‐Ａｌ２
Ｏ3 だけを使用した場合よりも脱硫性能を一層向上させ
ることができる。尚、硫化反応によって脱硫できる硫化
水素の平衡濃度が低い脱硫剤としては、酸化亜鉛系以外
に酸化銅系の脱硫剤などがある。

【００７７】又、式( ５) 、( ７) 、( ８) 、( １１)
に示される様に、必要な酸素を純酸素１５として供給す
ることで、硫黄回収設備のテールガス１７を外部に排出
することなく（又、外部から新たに水を供給することな
く）、クローズドシステムの乾式脱硫装置となる。従っ
て、未回収の硫黄分を外部に排出することがなく、硫黄
回収率を向上させることができる。

【００７８】次に、本発明の第４実施例の構成につい
て、図４を参照して説明する。第４実施例の特徴は、ク
ラウス反応器６、選択酸化器７、硫黄凝縮器８の代わり
に湿式石灰石石膏法脱硫設備１９を設け、ガス化ガス１
１からの硫黄回収率を向上させたことである。

【００７９】図４は、乾式脱硫装置の第４実施例のブロ
ック図である。石炭がガス化されたガス化ガス１１は、
硫黄分を除去する脱硫塔２を通過する。脱硫塔２内に
は、例えば酸化鉄からなる脱硫剤１２が設けられる。脱
硫塔２内の脱硫剤１２は、気流搬送によって再生塔３に
運ばれる。再生塔３から排出される再生塔出口ガス１４
は、純酸素１５が混合され、燃焼装置４に送られる。燃
焼装置４から排出されたガスは、冷却器５に送られる。
冷却器５で冷却されたガスは、湿式石灰石石膏法脱硫設
備１９に送られる。湿式石灰石石膏法脱硫設備１９から
排出されたテールガス１７は、循環コンプレッサ９を介
して加熱器１０に送られ、水２０と混合される。加熱さ
れたテールガス１７は、再生ガス１３となり、再生塔３
に供給される。又、冷却器５から排出される凝縮水１８
は、加熱器１０へ送られる。

【００８０】この様な構成からなる第４実施例の動作に
付いて説明する。再生塔出口ガス１４中の硫化水素は、
燃焼装置４で純酸素１５と反応し、上述した式( ６) の
化学反応をおこし亜硫酸ガスとなる。亜硫酸ガスを含む
再生塔出口ガス１４は、冷却器５で常温近くまで冷却さ
れた後、湿式石灰石石膏法脱硫設備１９に流入され、亜
硫酸ガスが除去される。

【００８１】湿式石灰石石膏法脱硫設備１９から排出さ
れたテールガス１７は、循環コンプレッサ９によって昇
圧され、加熱器１０で約６００[ ℃] まで加熱された
後、再生ガス１３として再生塔３に戻る。

【００８２】加熱器１０には、冷却器５で凝縮した凝縮
水１８および湿式石灰石石膏法脱硫設備１９で失った水
と、同量の水２０が加熱器１０に供給され、蒸気として
テールガス１７に加えられる。

【００８３】以上述べた様な第４実施例では、水蒸気に
よる再生反応を利用するので、循環ガスの流量を減少さ
せることができる。又、再生塔出口ガス１４中の硫黄含
有ガスの濃度を大きくできるので、硫黄回収率を向上さ
せることができる。その結果、再生塔３や冷却器５、選
択酸化器７、加熱器１０は、コンパクトにすることがで
き、安価な乾式脱硫装置となる。

【００８４】尚、本発明は上記実施例には限定されず、
その主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施出来る事
は言うまでもない。例えば、クラウス反応器で発生する
未反応硫化水素が少ない場合には、選択酸化器を省略し
ても構わない。更に、冷却器で回収した熱を加熱器の熱
源として使用することで、脱硫剤の再生、硫黄の回収に
必要なエネルギを減少させることができる。

【００８５】

【発明の効果】以上説明した様に本発明の乾式脱硫装置
によれば、硫黄回収率を低下させることなく、小型で低
コストにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の乾式脱硫装置の第１実施例のブロッ
ク図

【図２】本発明による脱硫装置の第２実施例のブロッ
ク図

【図３】本発明による脱硫装置の第３実施例のブロッ
ク図

【図４】本発明による脱硫装置の第４実施例のブロッ
ク図

【図５】従来の石炭ガス化複合発電プラントのブロッ
ク図

【図６】従来の乾式脱硫装置のブロック図

【符号の説明】

１乾式脱硫装置２脱硫塔３再生塔４燃焼装置５冷却器６クラウス反応器７選択酸化器８硫黄凝縮器９循環コンプレッサ１０加熱器１１ガス化ガス１２、１２’ 脱硫剤１３再生ガス１４再生塔出口ガス１５純酸素１６元素硫黄１７テールガス１８凝縮水１９湿式石灰石石膏法脱硫設備２０水２１石炭ガス化複合発電プラント２２石炭ガス化設備２３脱塵装置２４複合発電設備２５石炭２６ガス化剤２７ａ、２７ｂガス化炉２８ガス冷却器２９フィルタ３０燃焼器３１ガスタービン３２排ガス３３廃熱回収ボイラ３４ａ、３４ｂ蒸気３５蒸気タービン３６復水器３７還元塔３８脱硫剤３９再生用空気４０ガス精製設備４１無煙炭

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐々木雅國東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者福田雅文東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気体に含有される硫黄分を脱硫剤によって
除去する脱硫塔と、硫黄分を吸収した前記脱硫剤と、少
なくとも水蒸気を含む気体との化学反応により硫化水素
を生成する再生塔と、前記再生塔から排出された硫化水
素を含む気体から硫黄分を回収する硫黄回収手段と、前
記硫黄回収手段から排出された気体を前記再生塔に供給
する循環手段とから構成されることを特徴とする乾式脱
硫装置。
【請求項２】前記硫黄回収手段は、前記再生塔から排出
される気体を冷却する冷却器と、前記冷却器から排出さ
れる気体から硫黄を生成するクラウス反応器と、前記ク
ラウス反応器から排出される気体を酸化する酸化器と、
前記酸化器から排出される気体を凝縮する凝縮器とから
構成されることを特徴とする請求項1 記載の乾式脱硫装
置。