JPH02229519A - 乾式同時脱硫・脱塵方法 - 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、粒状の脱硫・脱塵材を用いた移動床を複数段
設け、前方段の移動速度を後方段の移動速度より大きく
し、これらの移動床に硫化水素およびダストを含有する
高温ガスを通過させることにより、高温ガスの脱硫と脱
塵とを同時に行う乾弐同時脱硫・脱塵装置およびその操
作方法に関するものである． 〔従来の技術〕 硫化水素およびダストを含有する高温ガス、例えば、石
炭ガス化ガスによって生成したガスを、複合サイクル発
電あるいは溶融炭酸塩型燃料電池用燃料として使用する
際には、ガス中のダスト、硫化水素を大部分除去する必
要がある．従来技術では、ガスを一旦冷却し、湿式法で
精製する方法が一般的である．しかしこの方法は、ガス
を冷却することにより熱効率が低下する，このため、脱
硫・脱塵を５００℃以上の高温下で行う乾式ガス精製技
術が、現在開発されつつある， 乾式ガス精製技術のうち、脱硫としては、金属酸化物系
の粉粒状脱硫剤を用いた固定床、あるいは流動床方式の
脱硫装置や、ハニカムなどに金属酸化物を担持したタイ
プの脱硫装置の開発が進められている．これらはいずれ
も脱硫剤を再生し、繰返し使用することを特徴としてい
る．また脱塵装置としては、粒状ろ過材を用いた移動床
脱塵（グラニュラベッドフィルター）や金属あるいはセ
ラミックの多孔質体や織物を用いた高温フィルターが開
発されている． 移動床脱塵（グラニュラベッドフィルター）は、ガスを
水平方向、ろ過材を鉛直方向に流して十字流接触させ、
ガス中のダストをろ過材中に取り込むことによって脱塵
を行う方法である．通常、ろ過材として粒径ｌ〜２龍程
度の粒子を用いることにより、数ミクロン程度までのダ
ストを除去することができる．移動床の数は１段でも良
いが、複数の段を直列に有する場合は、前段ではろ過材
流下速度の速い状態でダストの粗取りを、後段ではろ過
材流下速度を小さくして仕上げの精密集じんを行う．ガ
スとの接触を終えたろ過材は、機械的分離、あるいは気
流分離によってダストと分離され、再び集塵機上部にリ
サイクルされる．ろ過材については粒子形状、粒子表面
特性などの点での制約はあまりなく、装置内で粉化、摩
耗しないよう、一定の強度を有するものであれば使用で
き、通常は安価な珪砂などが使われる．ろ過材流下速度
はガス中ダスト濃度、ダスト粒度、目標集塵効率などに
よって異なるが、一般的には数ｓ＋／ｈ以下の範囲で運
転される． 乾式脱硫は、ガスを硫化水素吸収能を有する固体（脱硫
剤）と接触させて、ガス中の硫化水素を除去する．脱硫
剤としては金属の酸化物が一般的であり、硫化水素と下
に示すように反応して、酸化物中の酸素が硫黄と置換さ
れるごとにより脱硫が起こる． ＭＯ．　＋　ａＨ．Ｓ　＋　ｂＨ，　　→　ＭＳｙ　＋
　ｃｌｈｏ適当な金属種、運転条件を選べば、使用済み
の脱硫剤は以下に示す酸化反応によって再生され、繰り
返し使用することができる． ＭＳｙ　＋　ａＯ．　　→　Ｎｏ，Ｉ＋　ｂｓｏ．金属
種として可能性を有するものは多くあるが、硫化反応性
、再生の容易さなどから鉄、亜鉛等が特に通している．
脱硫剤の形態としては、上記金属を含む鉱物そのもの、
それらを成型したもの、他の担体にこれら金属を担持し
たものなどが考えられる．脱硫剤と処理ガスの接触方法
には固定床、流動床、気流床など様々なものがあるが、
移動床を用いることも可能である．金属種として鉄をも
ちいた場合、脱硫反応は４００〜６００℃、酸化再生は
６００〜８００℃の範餠で行うことが適当である。

本出願人は、石炭ガス化ガスの脱硫と脱塵とを同時に行
う装置として、特開昭６０−１８５８２号公輸に示すよ
うに、脱硫・集塵層を有する反応塔と、この反応塔の下
部に接続された再生塔と、この再住塔の下部に接続され
たダスト分離器とからなる装置を既に開発し、特許出願
している． 〔発明が解決しようとする課題〕 一般に、移動床によるダストの分離は、前段で脱塵材流
下速度（移動速度）の速い状態でダストを粗取りし、後
段で脱塵材流下速度を小さくして仕ヒげの精密集塵を行
うようにするのが望ましい．また、移動床による脱硫は
、脱硫剤涜下速度を小さくして、脱硫剤とガスとを充分
接触させて、脱硫反応を行わせることが必要である。こ
のように、脱塵の場合の脱塵材の流下速度と、脱硫の場
合の脱硫剤の渣下速度とは一致しないものである。

しかし、上記の特開昭６０−　１８５８２号公報に記載
された石炭ガス化ガス脱硫・集塵装置においては、反応
塔内の移動床はｌ層であるので、脱硫と脱塵との両方に
最適な流下速度にすることが困難であるという不都合が
ある． 本発明は１：．記の諸点に鑑み八されたもので、移動床
をガス流れ方向に復数段設けて、前段では脱硫・脱塵材
流下速度（移動速度）の速い状態で脱塵玉体の機能を発
揮させ、後段では脱硫・脱塵材流下速度の遅い状態で脱
６々主体の機能を発揮させるようにした乾式同時脱硫・
脱ｒｌ！４装置およびその操作方法を１２供することを
目的とするものである．〔課題を解決するための手段お
よび作用〕上記の目的を達成するために、本発明の乾式
同時脱硫・脱塵装置は、粒状の脱硫・脱塵材を用いた移
動床を複数段設け、各段の移動床の脱硫・脱塵材流丁速
度（移動速度）が前方段ほど大きくなるように調節自在
で、前方段の移動床を脱塵主体の移動床とし、後方段の
移動床を脱硫主体の移動床とするように、各段の移動床
め下部に独立した排出機を設けたものである． 脱硫を移動床で行わせる際のガス、脱硫剤の適正流速は
運転条件によって異なるが、前述のように、移動床脱塵
と比較して、一般にガス、脱硫剤とも流速をより遅く　
（滞留時間をより長く）するほうが望ましい。ガス流速
を下げるのは、ガスの脱硫率を高くするためであるが、
ガス流速を下げるためには、ガス流路断面積を大きく取
る必要があり、一定処理ガス量に対して装置規模が大き
くなる。脱硫剤は硫黄含有量をある程度以上高くしてか
ら再生を行うほうが経済的であるが、硫化反応率を上げ
るために脱硫剤の移動速度を小さ《すると、ガス中のダ
ス［１度が高い場合は層内のダスト保持量が多くなり、
移動床の通気圧堝が大きくなり過ぎる．このような場合
は移動速度は下げずに、脱硫剤を何度かりサイクル使用
してから再生を行うような対策が必要となる． このように移動床方式で乾式脱塵・脱硫を同時に行うこ
とは原理的には可能であるが、運転条件の面で両者は完
全には一敗せず、それぞれが制約条件をもつ．このため
脱塵・脱硫両方の性能、効率、経済性をバランスさせた
最通な運転条件を決定することが重要である．また脱塵
・脱硫とも一定の負荷で運転されるわけではなく、双方
の独立した負荷変勅にも対応できなければならない．本
発明では脱塵・脱硫をいずれも効率的に行うため、移動
床を複数にし、前方を脱塵主体、後方を脱硫主体で運転
するようにした。

前方の段では、ガス量に対して脱硫・脱塵材の流董を、
層圧損が上昇せず、かつ脱塵効率が保たれる範囲で大き
めに設定する．このため前方段では脱塵効果は得られる
が、脱硫剤の反応率はあまり高くならない．これに対し
、後方の段では、脱硫剤硫化率を稼ぐために脱硫・脱塵
材の移動速度を小さくする．ダストは前方段で既に大部
分除去されているため、脱硫・脱塵材を低速で移動させ
ても圧損が大きく高まることはない．前方段／後方段の
ろ過材流量比は、２段の場合は、３〜２０の範囲が適当
である．さらに、後方段は間欠移動床とし、固定床状態
で脱硫させることも可能である．ガスの滞留時間は全段
のトータルで必要な長さを確保する．したがって、本発
明における「移動床」とは「間欠移動床」をも含むもの
である．第１図は移動床を２段設ける場合の例を示して
いる．第１移動床１の下部にロールフィーダーなどの排
出機３を、第２移動床２の下部にロールフィーダーなど
の排出機４を設け、排出Ｊａ３、４を調節して、第１移
動床１における脱硫・脱塵材の流下速度（移動速度）が
大きく、第２移動床２における脱硫・脱塵材の流下速度
が小さくなるようにする．５はダスト分離機、６はダン
バーなどの可変手段、７は再生器、８、１口はリフトパ
イプ、１１は再生器バイパスラインである．なお、破線
は気体の流れを示している．また、再生器には、酸化剤
（酸素含有気体）が供給されるように構成されている． 第１図は、２段の移動床を別個の本体内に設ける場合を
示しているが、第３図に示すように、１個の本体内に第
１移動床１と第２移動床２とを設置する場合もある．１
２はダスト分ｊ！ｔ［ｉ，１３、１４は再生器、１５、
１６は循環ラインである．また、第２図および第４図に
示すように、第１図または第３図に示す乾式同時脱硫・
脱！！装置の下流側に、セラミックフィルター、織物な
どの多孔質材料からなるフィルター１７を有する精密脱
塵部１８を接続する場合もある。この場合は、精密脱塵
部１８人口のダストｔｓ度がきわめて少ないので、精密
脱塵部１８を小型化することができるという利点がある
． つぎに、請求項１記載の装置の操作方法（請求項３記載
の方法）は、前方段の移動床で使用した後の脱硫・脱塵
材の一部分を、ダストを分離した後、連続的に再生し、
再生した脱硫・脱塵材をまず最後段の移動床に供給し、
ついで前方段の移動床に循環して使用し、硫黄分含有量
が高まった状態で抜き出して再度再生するようにするも
のである。

請求項１記載の装置では、前方段、後方段で脱硫・脱塵
材の移動速度を大きく異ならせる必要がある．このため
脱硫剤の硫化一再生の循環系統を前段、後段で独立させ
るか、あるいは循環系統は一つにして、前段、後段でリ
サイクル回数を変える必要がある．そこで、装置単純化
のために、循環系は一つとし、かつ高い脱硫性能を発揮
させうるろ過材循環方法を含む操作方法が、請求項３記
載の方法である． 脱硫剤の脱硫性能は、当然脱硫剤の硫化率が高くなるに
つれて低下する．したがって脱硫が主体となる移動床で
は、できるだけ硫化率の低い、フレッシュな脱硫剤を使
用することが望ましい．方、脱硫剤の再生は、できるだ
け硫化率を高めてから行うほど、必要処理楚が少なくな
り効率的である．また鉄系脱硫剤のように再生を脱硫よ
り高温で行う必要のある場合、硫化率が一定以上あれば
、再生（酸化）反応熱によって外部加熱なしに望ましい
温度域まで昇温できる．鉄系脱硫剤の場合、脱硫剤中、
硫黄濃度が３％以上あれば、外部からの熱供給なしに昇
温が可能である．請求項３記載の方法では、複数の移動
床のうち、前方の脱塵主体の移動床では脱硫・脱塵材を
リサイクルして使用し、そのうちの一部を抜き出して再
生器に送って再生する．再生された脱硫・脱塵材は、全
量後方の脱硫主体の移動床に供給されて１回だけ使用さ
れ、前方の脱塵主体の移動床へ送られる．こうすること
により、後方の移動床では、フレッシュな脱硫・脱塵材
によって高い脱硫性能が得られ、一方、脱硫・脱塵材は
前方の移動床で繰り返し使用されるうちに、硫化率が高
くなってから再生することができる． この方法を、第１図に基づいて具体的に説明する．硫化
水素およびダストを含有するガスを、脱硫・脱塵材が大
きい流下速度で移動ずる第ｌ移動床１に通過させて脱塵
主体の処理を行う．第１移動床１で使用した後の脱硫・
脱塵材を徘出ｊａ３により高速度で抜き出し、一部分を
ダスト分離機５に供給してダストおよび粉化脱硫・脱塵
材を分離した後、再住器７に導入して再生する．再生さ
れた脱硫・脱塵材はリフトパイブ８により、脱硫・脱塵
材が小さい流下速度で移動する第２移動床２に供給し、
この第２移動床２に第１移動床１からのガスを通過させ
て脱硫主体の処理を行う．第２移動床２で使用した後の
脱硫・脱塵材を排出ａ４により低速度で抜き出し、第１
移動床１から抜き出されてダスト分離機５へ導入されな
かった脱硫・脱塵材とともに、第１移動床１にリフトパ
イプ１０により循環される．このようにして、硫黄分含
脊量が高まった状態で抜き出して再度再生する．なお、
第１図には示されていないが、第１移動床１または第２
移動床２に、フレッシュ脱硫・脱塵材供給管が接続され
ている． 請求項４記載の方法は、請求項３記載の方法において、
前方段の移動床で使用した後の脱硫・脱塵材の一部分を
、ダストを分離した後、さらに一部を抜き出して再生し
、その抜き出し比率を可変とするものである．すなわち
、前方段→（一部抜き出し）一再生器一後方段の脱硫・
脱塵材流路に、再生器バイパスラインを設け、後方段に
供給される脱硫剤のうちの一部のみを再生する．この方
法を、第１図に基づいて具体的に説明する．第１移動床
１で使用した後の脱硫・脱塵材を排出機３により高速度
で抜き出し、一部分をダスト分＃１機５に供給してダス
トおよび扮化脱硫・脱塵材を分離した後、ダンパーなど
の可変手段乙により一部のみを抜き出して再生器７で再
生する．再生器７に供給されなかったダスト分＃機から
の脱硫・脱塵材は、再生器バイパスライン１１により第
２移動床２に供給される．他の構成は、請求項３記載の
方法の場合と同様である． 錆求項４記載の方法は、このように構成されているので
、つぎのような効果が奏される．ｆｌ＋　　硫化率がか
なり高くなっても脱硫性能を維持できる脱硫・脱塵材を
用いる場合、本方法によって脱硫・脱塵層の運転条件を
変え゛ずに、さらに硫化率を高めてから再生を行うこと
ができる． （２）脱硫負荷変化（ガス中の硫化水素濃度の変化など
）が生じた場合、本方法で再生に廻す脱硫・脱塵材の割
合を変化させることにより、脱硫・脱塵層の運転条件を
変えなくとも、一定硫化率での再生を行うことができる
．逆に脱塵負荷のほうが単独に変化した場合も、同様に
脱硫剤再生に影響を与えずに対処しうる． 請求項５記載の方法は、前方段の移動床で使用した後の
脱硫・脱塵材を、ダストを分離した後、大部分を前方段
の移動床に循環するとともに、残りの部分を再生した後
、前方段の移動床に循環し、一方、後方段の移動床で使
用した後の脱硫・脱塵材の大部分をそのまま後方段の移
動床に循環するとともに、一部分を再生した後、後方段
の移動床に循環し、残りの部分を系外に抜き出すもので
ある． この方法を、第３図に基づいて具体的に説明する．硫化
水素およびダストを含有するガスを、脱硫・脱塵材が大
きい流下速度で移動する第１移動床１に通過させて脱塵
主体の処理を行う．第１移動床１で使用した後の脱硫・
脱塵材を排出機３により高速度で抜き出し、ダスト分離
機１２に供給してダストおよび粉化脱硫・脱塵材を分離
した後、大部分をＷＩ環ライン１５により第１移動床１
に循環するとともに、残りの部分を再生器１３に供給し
再生した後、循環ライン１５により第１移動床１に循環
する．一方、脱硫・脱塵材が小さい流下速度で移動する
第２移動床２で使用した後の脱硫・脱塵材を、排出機４
により低速度で抜き出し、大部分をそのまま循環ライン
１６により第２移動床２に循環するとともに、一部分を
再生器１４に供給して再生した後、循環ライン１６によ
り第２移動床２にＷｉ環し、残りの部分を系外に抜き出
し、再利用に供するか、または廃棄処分する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を挙げる． 実施例ｌ 供試ガスとして、石炭ガス化ガスを模擬した下記組成の
ガスを調製し、第１図に示す装置で処理した． Ｈｘ：１５容量％ ？ｏｔ：　　　１０容量％ ＨｔＯ：１０ １１■Ｓ　　　：　　　　　　１５００ｐｐｍダスト：
　　　，３ｇ／Ｎｎｆ 第２移動床における脱硫温度は５００℃、脱硫・脱塵材
としては、粒径１．０〜１．　４　１　ａｍの破砕鉄鉱
石を用いた．脱硫・脱塵材の再生は、６００℃で５０％
希釈空気酸化によって行った． まず、請求項３記載の方法により、上記のガスを処理し
た．第１移動床の脱硫・脱塵材循環量のうち、８重量％
を抜き出して再生し、第２移動床に供給した．ガスおよ
び脱硫・脱塵材の物質収支は、第ｌ表および第２表に示
す如くであった．第２移動床出口ガスの硫化水素濃度は
、ＩＯＯｐｐ＋ｓまで低下していた．また、ダストは、
第２移動床出口ガス中では３■／Ｎｎ？まで低下し、脱
塵率は９９６９％であった． （以下余白） ＣＯ：ｌ５’ ある． 実施例２ 供試ガスとして、石炭ガス化ガスを模擬した下記組成の
ガスを調製し、第１図に示す装置で処理した． なお、第２表における「第１移動床戻りＪとは、第１移
動床抜出し部で、ダスト分離機へ供給しない部分、すな
わち第１図におけるＡ部分のことでＨｔ：ｌ５容量％ ＣＯ：１５　　　＃ ＣＯ富　　　：　　　　　　ｌ　Ｏ　　　〃ＨｔＯ：１
０’ ＨｔＳ　　　：　　　　３０００ｐｐ■ダスト：　　　
３ｇ／Ｎｎ？ 請求項４記載の方法により、第１図に示す装置を用いて
上記のガスを処理した．なお、脱硫温度、脱硫・脱塵材
、再生の条件は実施例ｌと同様であった．第１移動床か
ら抜き出した脱硫・脱塵材（抜出し率は実施例１と同じ
《８重量％》のうち、７５重量％を再生器に廻して再生
した。ガスおよび脱硫・脱塵材の物質収支は、第３表お
よび第４表に示す如くであった．第２移動床出口ガスの
硫化水素濃度は、１００ｐｐ−まで低下していた．また
、ダストは、第２移動床出口ガス中では３■／Ｈｄまで
低下し、脱塵率は９９．９％であった．実施例３ 硫化水素１２００ｐｐｍ　，ダスト３０００■／Ｎｎｌ
を含む石炭ガス化炉からの石炭ガス化ガスを、高温のま
ま、第２図に示す装置で処理した．なお、多孔質材料か
らなるフィルターとして、セラミックフィルターを使用
した．第２移動床出口ガスは、硫化水素２０ｐｐｗ＋　
、ダスト１００■／Ｎｏｄを含んでいた．このガスを精
密脱塵部に導入して処理した結果、精密脱塵部出口ガス
中の硫化水素はｚｏｐｐｍ、ダストはＯ．ｔｐｐｍに低
減されていた．この精製ガスをガスタービンに供給・使
用した．なお、第４図に示す装置を用いても同様の結果
が得られた． 〔発明の効果〕 本発明は上記のように構成されているので、つぎのよう
な効果を奏する． ＋１１　　請求項１の装置においては、脱硫部、脱塵部
を一体化することにより、装置の小型化、単純化、使用
動力・ユーティリティー量の低減化を図ることができる
．また、脱硫・脱塵両方の性能、効率、経済性をバラン
スさせた最適な運転条件を採用することができる。

《２》　　請求項２の装置においては、精密脱塵部入口
のダストｎ度がきわめて少なくなるので、精密脱塵部を
小型化することができる． （３）請求項３の方法においては、最後段の移動床では
、硫黄分含有川の低い脱硫・脱塵材に高い脱硫性能を発
揮させ、かつ脱硫・脱塵材中の硫黄分含有量を高めてか
ら、効率的に再生を行うことができる． （４）請求項４の方法においては、脱硫・脱塵それぞれ
の適応負荷範囲が広く、かつ両者が独立して変動しても
対応が可能である。

（５）請求項５の方法においては、脱塵主体の移動床と
、脱硫主体の移動床とのいずれにも、独立した脱硫・脱
塵材の循環ラインが設けられているので、ダスト分離お
よび再生を効率的に行うことができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の乾式同時脱硫・脱塵装置の一実施例を
示す説明図、第２図〜第４図は本発明の装置の他の実施
例を示す説明図である．１・・・第１移動床、２・・・
第２移動床、３、４・・・排出機、５、１２・・・ダス
ト分離機、６・・・可変手段、７、１３、１４・・・再
生器、８、１０・・・リフトパイプ、１１・・・再生器
バイパスライン、１５、１６・・・循環ライン、１７・
・・多孔質材料からなるフィルタ、１８・・・精密脱塵
部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　粒状の脱硫・脱塵材を用いた移動床を複数段設け、
   各段の移動床の脱硫・脱塵材流下速度が前方段ほど大き
   くなるように調節自在で、前方段の移動床を脱塵主体の
   移動床とし、後方段の移動床を脱硫主体の移動床とする
   ように、各段の移動床の下部に独立した排出機を設けた
   ことを特徴とする乾式同時脱硫・脱塵装置。 ２　請求項１記載の乾式同時脱硫・脱塵装置の下流側に
   、多孔質材料からなるフィルターを有する精密脱塵部を
   接続したことを特徴とする乾式同時脱硫・脱塵装置。 ３　前方段の移動床で使用した後の脱硫・脱塵材の一部
   分を、ダストを分離した後、連続的に再生し、再生した
   脱硫・脱塵材をまず最後段の移動床に供給し、ついで前
   方段の移動床に循環して使用し、硫黄分含有量が高まっ
   た状態で抜き出して再度再生することを特徴とする乾式
   同時脱硫・脱塵装置の操作方法。 ４　前方段の移動床で使用した後の脱硫・脱塵材の一部
   分を、ダストを分離した後、さらに一部を抜き出して再
   生し、その抜き出し比率を可変とすることを特徴とする
   請求項３記載の乾式同時脱硫・脱塵装置の操作方法。 ５　前方段の移動床で使用した後の脱硫・脱塵材を、ダ
   ストを分離した後、大部分を前方段の移動床に循環する
   とともに、残りの部分を再生した後、前方段の移動床に
   循環し、一方、後方段の移動床で使用した後の脱硫・脱
   塵材の大部分をそのまま後方段の移動床に循環するとと
   もに、一部分を再生した後、後方段の移動床に循環し、
   残りの部分を系外に抜き出すことを特徴とする乾式同時
   脱硫・脱塵装置の操作方法。