JPS63209735A - 石炭ガス化複合発電用乾式脱硫設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は、石炭ガス化複合発電用、乾式脱硫設備に係り
、特に石炭ガス化炉とその下流側に脱硫塔と再生塔を備
え、再生塔からのガス中の硫黄化合物を硫黄として回収
する硫黄回収装置のテールガスの有効利用を図るのに好
適な石炭ガス化複合発電用乾式脱硫設備に関する。

（従来の技術〕 石炭をガス化し、そのガスをガスタービンで燃焼し、更
にその燃焼排ガスよりスチームを発生させ、熱回収を行
って発電する石炭ガス化複合発電システムの研究開発が
進められている。このシステムでは環境保全上、ガス中
の脱硫を行う必要があり、そのプロセスとしては熱損失
の少ない乾′式脱硫プロセスが好ましいとされている。

この脱硫プロセスにおいては、除去した硫黄化合物の後
処理として硫黄分を回収するプロセスも不可欠であり、
実用上は硫黄化合物を硫黄の形として回収する硫黄回収
プロセスが採用さている。

従来、硫黄回収プロセスとしては、脱硫プロセスで除去
した硫黄分を酸素を含む再生ガスを直接、炭素（石炭や
活性炭）を用いて還元し、下記の反応式の如く硫黄を生
成、回収Ｓ０２還元法、Ｃ＋　Ｓ　Ｏｔ→　１／２Ｓｔ
＋ＣＯｚ・・・・・・（１）又は、ＳＯｔを水素や一酸
化炭素、メタンなどで一旦還元したのち、下記反応式に
従って硫黄を生成、回収するクラウス法が良く知られて
いる。

Ｓ　Ｏｘ　＋３　Ｈｚ　−Ｈｚ　Ｓ　＋　２Ｈ１Ｏ・・
・・・・（２）Ｈｚ　Ｓ＋３／２０ｇ　−４ＳＯ！　＋
’Ｈ１Ｏ・・　（３）２　ｔ（ｚ　Ｓ　＋　Ｓ　Ｏｘ→
３／２Ｓｚ　＋２Ｈ！　０・・・・・・（４） しかしながら、上記プロセスを用いる脱硫システムでは
硫黄回収装置から排出−されるテールガスの処理プロセ
スが環境保全上必要である。

第２図は従来の石炭ガス化複合発電用乾式脱硫設備の系
統図である。第２図において、ガス化炉１からのＨｚお
よびＣＯを主成分とする生成ガスは、第１サイクロン４
、熱回収ボイラ５、第２サイクロン６およびバグフィル
タ７を経て脱硫塔８に供給される。脱硫塔８では生成ガ
ス中の硫黄化合物が選択的に除去され、塔への流路切換
えにより再生塔９として運転され、脱硫剤から硫黄化合
物が脱離される。この脱離された硫黄化合物を含むガス
（再生塔出口ガス１５）は硫黄回収装置１０に導入され
、ここでガス中の硫黄化合物は硫黄の形で回収されると
同時に未反応の８分を含むテールガス１６が排出される
。

このテールガス１６は、テールガス処理装置２３に送ら
れ、ここでテールガス１６中の８分が選択的に吸収除去
される。テールガスガス処理装置２３としては、一般的
にＳをＨＸ　Ｓに還元してアミン溶液で選択吸収を行う
５ＣＯＴプロセスが利用される。テールガス処理装置２
３で吸収された後、放散された８分は、リサイクルテー
ルガス２５として硫黄回収装置１０の人口に戻され、テ
ールガス処理装置２３からの残りのガスは、ガスタービ
ン燃焼器１１および熱回収装置２８を経た排ガスととも
にスタック２９から大気中に放出される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記した従来の設備では、第１に硫黄回
収装置ＩＯから排出されるテールガスを処理するための
設備が必要であり、またこのテールガス処理装置２３に
おけるアミン溶液等のユーティリティ消費量が多い問題
がある。第２に再生塔出口ガス１５中の硫黄酸化物濃度
が低く、しかも固定層の脱硫装置を用いる場合、固定層
のバルブ切換えのため再生時間の経過により再生塔出口
ガス１５中の硫黄酸化物濃度が変化するので硫黄回収率
が低く、かつ硫黄回収装置１０における連続的で円滑な
運転が困難であるという問題がある。

第３にテールガス処理装置２３の出口ガスを全て硫黄回
収装置１０の入口に戻すことは系内のバランスの点から
不可能であり、テールガス処理装置２３の出口ガスの一
部は系外に排出せざるを得ないものであり、この結果環
境汚染上問題がある。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解消し、
硫黄回収装置からのテールガス中の８分を吸収除去する
ため特別のテールガス処理装置を・要することなく、硫
黄回収装置での硫黄回収率を高く、かつ一定に保ちなが
ら安定で連続的な運転を可能にし、しかもテールガスを
有効利用することができる石炭ガス化複合発電用乾式脱
硫設備を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は、硫黄回収装置から排出されるテールガスを
燃焼させ、ガス中の硫化物をＳＯ□に転化し、このＳＯ
□を含むガスの一部を脱硫装置中の再生塔として運転さ
れている塔内にリサイクルし、前記ＳＯ□を含むガスの
残部を石炭ガス化炉の高温還元雰囲気部にリサイクルす
ることによって達成される。

〔作用〕

硫黄回収装置からのテールガスを燃焼処理し、これを再
生塔に循環することにより、硫黄回収装置入口における
反応ガス中の硫黄酸化物濃度が高くなるため、硫黄回収
装置での反応率を必要な値以上に確保することができる
。

また、上記の循環テールガス量は、メークアップする再
生用ガスの分量を抜出す必要があるが、硫黄回収装置か
らのテールガスの燃焼処理ガスの一部を抜き出して石炭
ガス化炉の還元雰囲気部へ戻すと、その硫黄化合物は高
温下において、水素（Ｉｔ）や−酸化炭素（Ｃｏ）と反
応し、大部分が硫化水素（ＭＩ　Ｓ）や硫化カルボニル
（Ｃ０Ｓ）に変化する。これらのリサイクルガス中の硫
黄分は再び脱硫塔で捕集され、その後再生回収され、そ
の他のガス成分は精製ガス中に残り、ガスタービンへ送
られ有効に使用されることになる。

また、循環テールガスは、０□含有率が低いため、石炭
気流輸送供給同伴用に使用することにより、従来、空気
で輸送する場合に比べ、逆火、爆発に対し、安全性が向
上する。

（発明の実施例〕 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第１
図に示す実施例の設備において、硫黄回収装置ｌＯの下
流側にテールガス燃焼装置２６が設置され、このテール
ガス燃焼装置２６に再生用ガス１７および補助燃料２７
が供給されるように・なっている、またテールガス燃焼
装置２６からのテールガス１６は第１リサイクルポンプ
１９を介して再生用ガス１７として再生塔９に供給する
ラインが設けられ、このラインの分岐ラインにリサイク
ルガス用ダンパ２２と第２リサイクルポンプ２０が配設
されるとともに、この分岐ラインは第１サイクロン４、
第２サイクロン６およびバグフィルタ７からのリサイク
ルチャー１２．１３と合流して噴流層ガス化炉ｌに連絡
されている。第１図において、他の構成部は第２図に示
す従来の設　　、備のそれと実質的に同一であるので同
一符号で示し、構成上の説明は省略する。

次に上記のように構成される石炭ガス化複合発電用乾式
脱硫設備の作用・効果について説明する。

微粉炭２はガス化剤（主に空気）３とともに噴流層ガス
化炉１の下部に供給され、ここで石炭はガス化されてＨ
ｔ＋ＣＯを主成分とした生成ガスと環境保全上有害なＨ
ａｓおよびＣＯ８を発生する。

これら高温の還元雰囲気の粗生成ガスは、噴流層ガス化
炉１の上部で熱回収されて炉頂より抜き出され、第１サ
イクロン４に入り未反応チャーおよびダストが分離され
る。未反応チャーは、リサイクルチャー１２として噴流
層ガス化炉１に戻される。その後、ガスは脱硫に適□し
た温度まで熱回収ポンプ５で冷却きれて第２サイクロン
６およびバグフィルタフに入り、後続設備に害を与える
恐れのあるチャーおよびダストなどが除去される。

これらチャーおよびダストは、噴流層ガス化炉１に戻さ
れる。

このようにして冷却、脱塵された粗生成ガスは脱硫塔８
に送られ、ＨａｓおよびＣＯ８が選択的に除去されて、
精製ガス１４としてガスタービン燃焼器１１に供給され
発電が行われる。

一方、再生塔９においては、スタートアップ時には不活
性ガス（主に窒素あるいはスチーム）とともに空気を混
合した再生ガスを加熱して供給し、ガス中の酸素によっ
て脱硫剤中の硫黄分を二酸化硫黄（Ｓｏｗ）へ酸化して
再生させ、再生塔出口ガス１５を発生させる。

第１図において、脱硫塔８と再生塔９のそれぞれのガス
入口ラインおよびガス出口ラインに付設されたパルプの
うち、黒塗のパルプは閉の状態を示し、他のパルプは開
の状態を示している。したがって第１図の状態では脱硫
塔８にバグフィルタフを経た硫黄化合物を含むガスが導
入されているが、脱硫塔Ｂ内の脱硫剤が、飽和した場合
、前記パルプの開閉が逆の状態となり、第１図における
再生塔９が脱硫塔となり、第１図における脱硫塔８が再
生塔としての役目を果たすことになる。

次に再生塔出口ガス１５は硫黄回収装置１１）に送られ
、ここでガス中の硫黄酸化物は硫黄の形で回収される。

硫黄回収装置１０では活性炭や石炭などの炭素を用いて
ＳＯ２を直接還元して硫黄を回収するＳｏｌ還元法、あ
るいはＳＯ！をＨ２、ＣＯ、メタン（ＣＨａ）や生成ガ
ス（Ｈ！　、Ｃ０はか）の一部を用いてＨ，ＳやＣＯ３
へ還元したのちクラウス反応によって硫黄を回収するク
ラウス法を用いるのが好適である。

硫黄回収装置ｌＯから排出されるテールガス中にはＨ２
Ｓ、ＣＯ３等の硫化物が含まれている。

これらの硫化物を含むテールガスはテールガス燃焼装置
＆２６に導入される。テールガス燃焼装置２６には、再
生用ガス（空気）１７と補助燃料２７が供給され、テー
ルガスを燃焼させ、テールガス中のＨ，Ｓ、ＣＯ３等の
硫化物をＳＯ！に転化する。このＳ０２を含むテールガ
ス燃焼装置２６からのテールガス１６は、第１リサイク
ルポンプ１９により再生用ガスとして再生塔９に供給さ
れる。

この場合、テールガス燃焼装置２６では、補助燃料２７
を使用するが、この量は再生用空気１７中の酸素の一部
を消費する量にとどめ、再生塔９における脱硫剤の再生
に必要な酸素は確保することが必要である。また脱硫装
置の再生塔９における脱硫剤の再生時には、再生時の発
熱反応のために塔内の温度が上昇し、この温度コントロ
ールが必要である０本実施例においては、補助燃料２７
の量を調整することにより、再生塔９に導入される再生
用ガス中の０２を調整でき、しかも再生用ガスの温度コ
ントロールを行うことができる。

また、再生塔９には、Ｈ，Ｓ、ＣＯ３等の硫化物が転化
されたＳＯｔを含むガスが導入されるので、再生塔出口
ガス１５中のＳＯｔ４度が高くなる。このため、硫黄回
収装置１０における反応率を上げることができ、硫黄回
収量を脱硫塔８における硫黄化合物吸収量とバランスさ
せることができ、安定した連続運転が可能となる。

なお、ワンスルーの再生においては、再生塔９内は再生
に必要な温度に維持できるように調整され、したがって
再生ガス中の酸素は数％の濃度程度しか含まれていない
ために、第１図の設備では再生塔出口ガス１５中のＳ０
２は通常数％の濃度程度しか含まれていない、このため
、従来の設備では硫黄回収量１０の出口にテールガス処
理装置２３を設置し、硫黄分を選択的吸収法で回収し、
硫黄回収装置ＩＯの入口にリサイクルしていたものであ
る。

次に循環ラインより分岐したリサイクルラインに設置し
たリサイクルガスダンパ２２を調節して、再生ガスのメ
ークアップにより増加する分量の排ガス（テールガス１
６）を抜き出し、リサイクルガス１８として噴流層ガス
化炉１の還元雰囲気部にリサイクルする。

このリサイクルガスは、主に不活性ガス成分であるので
、第１サイクロン４、第２サイクロン６およびバグフィ
ルタ７で捕集した未反応チャーのリサイクル用搬送ガス
として有利に利用される。

前記リサイクルガス中のＳ０２は、噴流層ガス化炉１の
高温還元雰囲気下において、次の反応にしたがって主に
Ｈ，Ｓ又はＣＯ８に還元される。

ｓｏｔ＋３Ｈ，→Ｈ２Ｓ＋２Ｈ！　Ｏ・・・・・・（１
）ＳＯ□＋３ＣＯ→ＣＯＳ　＋　２　ＣＯｚ・・・・・
・（２）生したＨ、ＳおよびＣＯ８は再び前述の如く脱
硫塔８で除去され、その他のリサイクルガス成分は精製
ガス１４としてガスタービン燃焼器１１へ送られる。こ
のリサイクルガスの成分は、主にメークアンプ再生ガス
中の不活性ガスが主であり、その量は少ないもののガス
タービンへ入るガス量が増え、再生循環ガスの温度相当
の顕熱を利用できることになる。

以上、第１図を用いて本発明の実施例を示したが、８．
９の脱硫装置としては吸収・再生の２塔間欠切換えの固
定層方式以外に、３塔以上の固定層切換え方式や流動層
方式を用み）る場合にも同様の効果があり、本発明は例
示した実施例に限られるものではない。また、第１図で
は、第１サイクロン４、熱回収ボイラ５、第２サイクロ
ン６およびバグフィルタフの順に設置しているが、本発
明はこれらの装置の設置順に限定される訳ではなく、設
置順序は任意である。

さらにガス化炉としては、特に高温の生成ガスが得られ
るために噴流層ガス化炉が最も有効であるが、本発明は
固定層ガス化炉、流動層ガス化炉、溶融層ガス化炉にも
適用可能である。

なお、脱硫装置に用いられる脱硫剤としては、一般的な
酸化鉄（Ｆ　＠ｔ　Ｏｓ　）　、酸化亜鉛（ｚｎＯ）、
酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化コバル）　（Ｃｏｏ）　
、酸化銅（Ｃｕ　Ｏ）酸化モリブデン（Ｍｏａｔ）およ
びこれらを１種あるいは２種以上を混合して担体に担持
させた担体付脱硫側が好ましく、特に含浸法で作製した
酸化コバルト系脱硫剤が吸収容量が高く、再生速度が速
いことから好適である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、付属設備を付加すること
なく硫黄回収量を増加させ、外部へ不必要な排ガスを出
すことなく、完全なりローズトシステムによる石炭ガス
化発電用乾式脱硫ができる。

また、リサイクルガスをリサイクルチャーの搬送ガスと
して利用することもでき、この場合精製ガスの量も増え
るため設備全体として高効率な運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の石炭ガス化複合発電用乾式脱硫設備の
一実施例を示す系統図、第２図は従来の石炭ガス化複合
発電用乾式脱硫設備の例を示す系統ずである。 ■・・・・・・噴流層ガス化炉、４・・・・・・第１サ
イクロン、５・・・・・・熱回収ボイラ、６・旧・・第
２サイクロン、７・・・・・・バグフィルタ、８・・・
・・・脱硫塔、９・旧・・再生塔、′１０・・・・・・
硫黄回収装置、１１・旧・・ガスタービン燃焼器、１６
・旧・・テールガス、１７・旧・・再生用ガス、１８・
・・・・・リサイクルガス、２１・・・・・・回収硫黄
、２６−−−−−・テールガス燃焼装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）石炭ガス化炉からの生成ガスを脱硫処理する脱硫
   装置中の少なくとも１塔は再生塔として運転されるとと
   もに該再生塔の下流側に硫黄回収装置を備えたものにお
   いて、前記硫黄回収装置の下流側に該硫黄回収装置のテ
   ールガスを燃焼させる燃焼装置を設け、燃焼処理したガ
   スの一部を再生用ガスとして前記再生塔にリサイクルす
   るラインと、燃焼処理したガスの残部を前記石炭ガス化
   炉の高温還元雰囲気部にリサイクルするラインとを設け
   たことを特徴とする石炭ガス化複合発電用乾式脱硫設備
   。
2. （２）前記石炭ガス化炉が、噴流層ガス化であることを
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の石炭ガス化
   複合発電用乾式脱硫設備。
3. （３）前記燃焼処理したガスの残部を前記石炭ガス化炉
   にリサイクルするラインに、前記石炭ガス化炉からの生
   成ガスから捕集された未反応チャーを前記石炭ガス化炉
   にリサイクルするラインと合流させて、前記燃焼処理し
   たガスを未反応チャーの搬送用ガスとしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第（１）項記載の石炭ガス化複合発
   電用乾式脱硫設備。