JPH0311106A - 汚染防止および有用な副産物を伴う石炭専焼火力発電所 - Google Patents

汚染防止および有用な副産物を伴う石炭専焼火力発電所

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JPH0311106A
JPH0311106A JP2131628A JP13162890A JPH0311106A JP H0311106 A JPH0311106 A JP H0311106A JP 2131628 A JP2131628 A JP 2131628A JP 13162890 A JP13162890 A JP 13162890A JP H0311106 A JPH0311106 A JP H0311106A
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ジェローム・エイチ・マーテン
G Michael Lloyd Jr
ジー・マイケル・ロイド・ジュニア
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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】 C発明の背景J 本発明は石炭専焼火力発電所および比較的低価値の石炭
の使用に起因する汚染を減少させる方法に関する。より
al細に、本発明は残留物である有用な副産物を生成さ
せつつ二敢fヒ硫黄および酸化窒素の放出を減少させる
ことに関する。
典型的な石炭専焼火力発電所は石灰/石灰石燃料ガス脱
硫装置であって、濃酸1t、fffを石灰または石灰石
と反応させて亜硫酸カルシウム、亜硫酸水素カルシウム
、硫酸カルシウムまたは3青金ての混合物、すなわち気
合的に石膏と呼ばれるらのを生成させることにより煙道
ガスから二M(F、硫黄を除去するものを備えている。
典型的に石膏ポンド(gypsum po口d)として
収集される石膏は再使用には不適当であり、それで通常
は多量の微粒状物質として貯蔵される。従来の脱硫装置
は煙道ガス中の酸化9素を適切に減少させることができ
ない、更に、典型的な石炭専焼火力発電所は集癲器等で
あって、これらまた蓄精する灰汁を収集するらのを備え
ている。更にまた、代表的な石炭専焼火力発電所は0槓
するボトムアIシ二またはスロlグ(slop)を生成
する。これらのWfl[する灰汁および石膏は地下水の
供給に対し長uriの潜在的な脅威をらたらす、煙道ガ
ス中のIJl、の放出は大気汚染の一因となっており、
これは動物および植物双方の生活を脅かすらのである。
煙道ガス脱硫装置を通過する閏×レベルを減少させる方
法を見出すために様々なアプローチが採用されて来た。
メータ1ljl (lJehb、 eL al、 lの
米国特許第4.167゜578号はガスの混合物を石灰
/石灰石および鉄化合物のスラリーと慴動させる方法を
記載している。この鉄fヒ合物はガス混合物中の酸Cヒ
窒素と、該混合物中の二酸化硫黄および石灰77石灰石
か反応する畔生成される亜硫酸塩および亜硫酸水素塩と
の反応における触媒として機能する。アンモニアは結局
この方法をfllllして回収さhるが、R終固形分で
あるCa5O<およびCa:0.は噴にIJ創出さ〕す
るのみである、アラカワ池(Atsukawa、 et
 al、)のボ(Ill特訂第1,11119244号
は排気ガスから窒素および硫黄酸化物を除去する方法を
開示しており、これはよう化アルカリ金属またはアルカ
リ土類金属の利用を包含している。酸1ヒ窒素は窒素ガ
スとなり、また酸化は黄は石膏になる。
有用な生成物を製造するために廃石前を利用することは
以前から示唆さiLで来ており、たとえば米UB特許第
3.7)9.551号、第4.162.170号および
第4.247518号をs1照されたい、示唆された一
つの方法には、流動床反応装置内で石炭をfllllす
るは酸カルシウムの還元を含む、石膏を硫酸および石灰
またはセメントへ転1^するというものがある。流動床
反応装置1利用する方法を含む石膏を硫酸および石灰ま
たはセメントへ転換する従来技術方法はこれまで不経済
であった。そiLは考慮された方法に関連するエネルギ
ー、労力および資本経費の故である9石膏から有用生成
物への転換についての経済的に酒値ある一つの方法がガ
ードナーII!1(Gardner et al、 )
の米国特許第4.503.013号中に開示されており
、これはここにその全体を9考として引用するものとす
る。このガードナー池の方法は、石膏の熱分解から得ら
れた硫黄含有ガス流をもたらずらのである。より詳細に
、ガードナー他の方法は炭質材料および石lvまたはホ
スホシフ″サム(phosphogypsu■]から成
るペレノt−化混合物を走行格子に対し装填し、そこで
はその混合物が乾燥され、かつ加熱されて濃酸「ヒ硫黄
および7・またはく黄を含有するガス状留出物を生成す
るという工程を包含するものである。
このべし・リドが熱分解を受けたt麦、石灰残留物を販
売してもよいし、あるいは従来の用途において使用して
もよい、ガードナー他の方法に対する改良が1986年
、11月6日に出願され、かつここにその全体を参考と
して引用するものとする米国出願下927.439号中
に開示されている。該出願には2ホスホジブサムの脱硫
についての供給混合物((eed関1x目二対する疏C
ヒ鉄鉱物質の添加が記載されている1石炭のガス1ヒお
よび石膏のlI!2疏を組合わせる方法がマーテン池(
Marten et、 al、 lの米国特許第4 、
744 、696号中に開示されており、これはここに
その全体を参考として引用するものとする。マーテン他
の持1Tは、ホスホジプサl、および高硫黄、低BTI
J石炭を硫黄非含有および硫黄高倉有ガス流ならびに利
用可能な凝結体に共転tfA Cco−con〜・er
ston )するための方法を説明している。
ウードナー他の方法およびマーテン池の方法は石膏を利
用可能な生成物に転換するために価値を有する方法で、
6るが、一方で一層少ないエネルギーおよび資本?用い
て、煙道ガス脱硫工程において石灰石の消耗を減少させ
、凝結体の生成を減少させ、[)Xレベルを減少させ、
その結果、最も望ましい副生物である元素硫黄として基
本的に全硫黄を回収するという方法に関してニーズが存
在している。
r色明の9約J 本発明は電気的エネルギーおよび使用可能な副産物の生
産として7約されるしので1ちる。この方法は、石炭ガ
ス化帯域内の石炭を、オキシダントの乏しい雰囲気の存
在において部分的石炭ガス化条件下で加熱して炭質炭(
(1rbonarefllls L・b、1r)および
未精製ガス流を生成させる工程と、その未精製ガス流か
ら硫黄素1(Iヒ合物を分離して可燃ガス流および硫黄
化合物含有流を生成させる工程と、硫黄含有1ヒ合物を
元素硫黄に転換させる工程と、エネルギー変換帯域にお
いて可燃ガス流の一部および炭質炭の一部を燃焼させて
電気およびSO2含有理」nガスを生成させる工程と、
炭質炭生成物および可燃ガス流の残存部を石膏脱硫lr
域に供給する工程と、勇2含有煙道ガスを煙道ガス脱硫
帯域に供給する工■と、男2含有煙道ガスを石灰および
/または石灰石と接触させて石膏を生成させる工程と、
その石膏を石膏脱硫帯域内に供給し、そこで石膏を炭質
炭の残存部と共に、可燃ガス流の残存部の燃焼を利用す
る還元条件下で加熱してヌ]2え有ガス流および使用可
能な焼結固形凝結体を生成させるためのエネルギーC−
提供する工程と、SO2含有ガス流を再循環して石炭ガ
ス「上帯域にfll、41させ1部分的にオキシダント
の乏しい雰囲気を堤洪する工程とを含んで楕成さl上る
石炭専焼火力発電所は本発明による方法を遂行するしの
であり、これは、オキシダントの乏しい雰囲気の存在に
おいて石炭を部分的石炭ガスfヒ条f↑下で加熱して炭
質炭および未精製ガス流を生成させる機種と、その未精
製ガス流から硫黄含有Cヒ合物を分離して可燃ガス流お
よび硫黄化合物含有流を生成させる手段と、硫黄「ヒ合
物含有流を元素硫黄に転+6させるための!l’l槽と
、可燃ガス流の一部および炭質炭の一部を燃焼させて電
気およびSO2含有煙道ガスを生成させるためのエネル
ギー変lIIlf1mと、So2含有煙道ガスを石灰お
よび石灰石と接触させて煙道ガス中の硫黄化合物を石膏
に転換させるための煙道ガス脱硫機構と、その石膏およ
び炭質炭の残存部を、可燃ガス流の残存部の燃焼を利用
する+i元条f↑下で加熱してSO2含有ガス流および
使用可能な焼結固形凝結体を生成させるためのエネルギ
ーを提供する石膏脱811!慣と、SO2含有ガス流を
石炭ガス〔ヒ債慣に対し再循環させるための機種とを含
んで構成される。
この方法は石膏ボンドによって引き起こされる地下水汚
染問題を排除するらので4ちり、それは石膏が石膏脱硫
帯域内に供給され、かつ舗装道n、r*築杓等に使用可
能である凝結体に変えられるからである1石膏脱硫帯域
内で生成された史2は石炭ガス「上帯域に再循環され、
そして部分的ガスfヒ条件に間して・ビ・要とされるオ
キシダントの乏しい雰囲気をtrhfJ+する。ガス化
工程において生成された除去可能な硫黄化合物は未精製
ガス流から除去され、そして元素硫黄に転換さ!しる。
可燃ガス流からの可成りの部分の硫黄化合物の除去に起
因して2−層少ない石灰石が煙道ガス脱[帯域において
必要とされる。この減少は更に、−a少ない石膏の生成
をもたらし、そして最終的に一層少ない凝結体の生成を
招来するしのである。可燃ガス流の一部をボイラーまた
はエネルギー生成帯域中の二次的燃焼乃至「オーバーバ
ーニング(overburnln! + 4に関して利
用することにより、閏、生成の顕著な減少を達成するこ
とが出来る0本発明の方法を使用することによって約3
0−61)%のN0w減少が、好ましいことにはしたら
さhもので、ちる、しし、電気を生成させるための炭質
炭の燃焼によって生成されろフライアッシュまたはボト
ムアメシュに関して市場が全く存在しなければ、これら
のアッシュをもまた石膏脱硫工程に取り込み、それによ
って潜在的汚染物質を固形の、使用可能な凝結体に転換
させることが出来る。
[発明の具1本的な説明] ?!S1口に示すように、本発明の装!および方法によ
る石炭専焼火力発電所は石炭:Ill製およびガス化装
置】0を包含し、ここで石炭は部分的にガス「ヒされて
生ガスおよび炭を生成する。この生ガスは装置12を通
過し、ここで生ガス中の硫黄「ヒ合物の可成りの部分が
uTt+ガスを捨てることによって除去されるが、この
LBTLIガスは装!10からの炭と共にボイラー16
に送られる。ボイラー16において、このLBTIJガ
スおよび炭は燃焼せしめられて蒸気を生成し、これは発
を機17を作動して電気を発生させる。ボイラー16か
らの煙道ガスは煙道ガス脱硫装!18を通過し、ここで
SO2は石灰および/!tたは石灰石と反応して石膏を
生成する。ボイラー16からのこの石膏および灰分(直
接市場では販売されない)は石膏脱硫装置加へ装置10
からの炭の一部および装置12がらの4刊ガスの一部と
共に供給される0石膏脱硫装置20内では石膏と炭との
混合物が、UtUガスを燃焼させることにより加熱され
て石膏を還元し、かつSO2流および凝結体を生成する
。このSO2流はガス化装置へ送り返され、そこでSO
2含有流は補充空気と共に「重用されて低鼾密性石炭ガ
スIts(low 5everity coal 1a
siflcaLionlを達成する。硫黄化合物は暁黄
回収装置14内で元素硫黄に転換される。装置I4がら
の廃ガスは大気中への放出に先立って煙道ガス脱硫装置
I8によって処理することが出来る。第1図の方法にお
いて生成された硫黄および凝結体の双方は有価または有
用生成物である。この硫黄は市販するすることが出来、
また凝結体は這nまたは建造物の構築に使用可能である
石炭ガス化装置10において、石炭は部分的ガス化条件
下で炭質炭として炭素の可成りの部分を残すように反応
させるが、これは上述のマーテン池の米国特許第4.7
44.696号中に開示されているところと類似してい
る0部分的ガス化条注はオキシダントの乏しい雰囲気に
おいて、石炭の炭素含量について略完全なガス1ヒが望
まれる眞来のガス化ti +i=において採用されるよ
り低い温度でガス化分行うことにより本質的に達成され
る0石炭ガス化の程度は、操作温度、ガス化装置に供給
されるガスの流量および酸素含有量、石炭の性質(すな
わち、肝U含量)およびガス(ヒ装!中の滞留時間の間
数である。
部分的ガス化条件には、−aにオキシダントの乏しい雰
囲気および温度約700℃乃至約111X)℃が包含さ
れる。実質的により低い温度では、石炭の硫黄成分のJ
OJなガス化または揮発を達成することが出来ず、一方
より高い温度においては、過剰のガス化またはガス化速
度の制御に困難の生ずる可能性が4ちる。
この石炭ガス化条件は温度約750℃乃至約1ooo’
cを伴うのが好ましい。
本明細書中で使用されるように、 ati rオキシダ
ントの乏しい雰囲気(o×1dank−1ean aL
畠ospherel 」は石炭がガスfヒ装置内にある
量子十分なオキシダント、すなわち酸素およびSO2含
有ガスが石炭に対し供給されて揮発性炭素fに合物の完
全な燃焼を生じさせることを表している。従って、石炭
ガス化装置に対し供給されるガスの流量およびオキシダ
ント含有量の両者を変化させて燃焼度を制御すること力
咄来る。有利なのはガス電装!に供給される酸素および
SO2含有ガスの量が複合揮発性炭素化合物を簡単な可
燃ガス、たとえば−酸fヒ炭素、メタンおよび水素に転
換するのに足りることである。このオキシダントの乏し
い雰囲気は石膏脱硫装置20から得られるSO2含有流
と混合された空気によって提供される。SO,含有流お
よび補充用酸素流中の酸素はガス化工程において主要オ
キシダントとして機能する1石炭ガス化帯域内にある間
にSO2はH28および四に還元され、そしてガス化工
程中の酸素の当量を1損する。硫黄含有ガス流および空
気流の流量は制御されて所望のガス化温度およびm焼度
が得られる。
当該fi術分野で知られるように、また蒸気を石炭ガス
化装置内に導入してもよい、有益なのは廃熱を、廃熱ボ
イラーであって、ガス叱装置用の蒸気源として利用され
るものにおける未精製ガス流から回収出来ることである
。水蒸気を石炭ガス化工程中の反応体として使用するこ
とは周知である。この水蒸気は水素源を樟供し、−層水
素に富んだガスをもたらす、更に、水蒸気は反応および
温度調節荊として作用し、その結果温度を制御するため
の付加的な手段を提供する。水蒸気がガス化工程中で用
いられると、オキシダントの量との組合せにおいてその
量が、v!御され、所望のガスfヒ装!出ロ温度が達成
される。好ましい実!1慧様において、オキシダントの
乏しい雰囲気は水蒸気約美容量%までを含有するものと
する。
この方法の一つの利点は、ガス化装置に供給される石炭
が品質の異なるものであってもよいことであり、従って
オペレータは石炭を成るグレードから他のグレードへと
容易に切り替えることが出来る。典型的な石炭は亜炭、
亜歴青炭、歴青炭等を包含している。高い硫黄含量を有
する低価値石炭は特に適切であり、そして発電所の有効
性を付加するものである。それはその低価格および元素
硫黄生産の実用上のしベルを維持するための硫黄の貢猷
に起因している。
部分的ガス化条件を達成するように、操作パラメータを
制御するための手段を備えていれば従来の石炭ガス化設
備も使用可能である。適切なガス化設備の例は固定およ
び流動床反応装置である。使用可能な流動床ガス化装置
中装置は所1?!「ウィンクラ−(lllnkler 
) Jガス化装置であって、これはここに参考として引
用するものとする米国特許第4.0+7.77)号中に
記載されている。特に好ましい流動床ガス化方法はベー
テルの「オイル・アンド・ガス・ジャーナル」fl’a
Le1. Oil and Gas Journal 
) 、1977年8月1日、pp、 51−54中に記
載されているU−ガス法である。
ガス化装置中の反応は過圧、一般に1.5以上、たとえ
ば約1.5乃至2.0、有f11なのは約2または2.
5乃至15、そして好ましくは約6乃至14絶対気圧(
aL−鵬ospheres absoluLe)下で行
われる。与えられたプラントにおいて採用することの出
来る過圧の選択は、lAI’!装置のデザインおよび圧
力許容度、ガス化装置のylの装置によってもたらされ
る圧力低下、生成物ガスに望まれる1キ定用途、複数ガ
ス亀裂!が系列中で用いられているか等により左右され
ることになる9本発明における一層高い反応圧力の採用
は、更にそのガス化装置の処理量を高めることが出来る
流動床タイプガス化装置を使用する際、有益なのは流動
化媒質を水が気とし得ることであり、これはまた反応1
本としてfiff!するしのである。それはまた、空気
、二酸化炭素または再11IJIガスであってもよく、
それぞれが水蒸気を伴っていてら、いなくてもよい、水
蒸気は特に流動化媒質として魅力があり、そして−層高
い熱洒値生成物ガスを残す廃熱回収に際し、それをと層
線することが出来、また未精製ガス流から容易に分離で
きるという点においてガス化媒質用の希釈ガスとして使
用することも出来る。
石炭は、ガス化装置中のオキシダントの乏しい雰囲気内
でガス状流出物および所望の炭質炭を生成するに足る時
間に関する滞留時間のみを有するべきである1部分ガス
fヒ条件は好ましくは約父乃至約恥重I%の炭素を含有
する炭質炭分生成することになるl適滞留時間は広い範
囲で変化してもよく、またそれはガス化装置温度、オキ
シダントが乏しい雰囲気のオキシダント含有量およびそ
め流速2五炭の品質、粒度および反応性(たとえば、多
孔度、揮発分)等の関数である。特定の反応度およびガ
ス化装置タイプに関して、最a/lJ留時間は経験上容
易に決定することが出来る。
本発明の好ましい一実施態様において、石炭ガス化工程
は加圧された流動床ガス化装置中で、水蒸気およびオキ
シダントの乏しい雰囲気を筺mして行われ、これらは空
間的に別な地点へ導入され、該ガス化装置内に興なった
レベルで実質的に均一に周辺的に分布され、そして制御
された選択的反応条C↑下で流動床の成分の一部と実質
的に接触し、かつこれをガス化するのに足る量をもって
行われるものとする。この種の手順のIT細は、ここに
譬考として引用するしのとする上述の米国特許第4.0
17.27)号中に教示されている。
このガス「ヒ装置は、様々な量の窒素、−酸化炭素、二
酸化炭素、水素、硫化水素およびメタンを含む未精製ガ
ス流を生成する。生成されるメタンの量はそのガス化装
置中操作条件によって影響を受ける可能性がある。
未llv製ガス涜中の上記ガスの油に、この流れは炭お
よび硫黄化合物を含む粒状物質を特徴的に含有している
。好ましくは、この未精製ガス流をして粒状物除去帯域
(121示せず)、すなわちドライサイクロンと通過さ
せ、そして該粒状物をガス化装置へ再循環させるか、石
膏脱硫反応装置に供給するものとする。
粒状物を未精製ガス流から除去した陵、硫黄含有化合物
は酸性ガス除去装置12内の未精製ガス流から分離され
、そして装置14において元素硫黄に転IAされる。硫
黄回収法は周知であり、そして様々なこの涜方法の阿れ
をも、適切な再生可能酸性ガス除去方法の硫黄除去工程
について使用することが出来る。好ましい方法には、米
国特許第2.649.166号中に開示されたセレクソ
ール(Selexol l法およびメチルジェタノール
アミン(1!DEA )法がある。U性ガス転換装置1
4は従来の装!、たとえば硫黄化合物を元素硫黄に転換
するためのクラウス(C1aus )プラ〉・トである
硫黄除去工程12からの残存可燃ガスは清浄燃焼低BT
tlガス流であって、これはボイラー16および石膏脱
硫装置(9)のためのエネルギー源として有利に使用さ
れる。ボイラー中の二次的燃焼乃至「オーバーバーニン
グ」に関して生成されたu’ru燃料の一部を使用する
ことによって、NO,l生成における顕著な減少を達成
することが出来る。この減少は石炭ガス化工程中の窒素
含有有機化合物の破壊により達成されるところに付加さ
れるものである。可燃ガスはエネルギー生成帯域内で燃
焼されて水蒸気を生成し、これは順次利用されて電力を
発生させる。或いは、この可燃ガスは勤カガス、すなわ
ちガスタービン用燃料として使用してもよい、可燃ガス
流の一部は石膏脱硫反置加内の石膏および炭質炭を加熱
するために使用される。
可燃ガスおよび炭質炭をボイラー内で燃焼させて、水蒸
気を生成する場合、その燃焼によって得られるその曲の
生成物には、フライアッシュ、ボトムアッシュおよびS
O1含有煙道ガスがある。この灰分は販売されるか、あ
るいはもし、直接販売の市場が無ければ、ボイラーまた
はエネルギー生成帯域から石膏脱硫帯域ルに供給され、
そこで石膏および炭と混合される。So2含有煙道ガス
は、大気への放出に先立って除去する必要のある二酸化
硫黄を含む混合物である。この煙道ガスは煙道ガス脱硫
帯域に対し供給され、そこで石膏(Cab)および/ま
たは石灰石(Caalll )と接触せしめられる。煙
道ガス脱硫法は当該技術分野において知られており、ま
たあらゆる様々な方法を本発明方法において使用するこ
とが出来る。煙道ガス中の硫黄酸化物は亜硫酸塩、亜硫
酸水素塩および石膏に転換され、その結果煙道ガスは無
害とされるので、このように清浄fヒされた煙道ガスは
大気中に放出させることが出来る1次に、石膏混合物は
石膏脱硫帯域中に供給され、そこで炭質炭と共に還元条
件下で可燃ガス流を利用して加熱され、fli[黄含有
ガス流および凝結体であって、計装材料のなめに使用可
能であるものを生成するためのエネルギーを提供する。
未精製ガス流は別として、炭質炭がガス化装置内で生成
される。未tll製石炭ガス流を形成するためにその石
炭中の揮発分の除去が行われていたので、そこには重量
基準で製品炭中の灰分の若干の増加が見られることにな
る。ガス化装置からの除去の結果、炭の一部は石膏脱硫
帯域に供給され、そこで煙道ガス脱硫帯域内で生成され
た石膏ならびにエネルギー生成帯域からの灰分と組合わ
され、そして還元条件下で反応させる。炭、石膏および
その他の成分の割合は、供給混合物の非石膏部分がその
石膏中の硫黄の可成りの部分、好ましくは実質的に全て
の硫黄分を+4以下の酸化状態における硫黄のガス状化
合物に還元するために充分な還元ポテンシャルを有する
ようにするらのとする0合計供給混合物の全重量に対す
る炭の重量百分率は変化してもよいが、この炭は乾量基
準で合計供給混合物の約3乃至約11重量%の範囲にお
よぶ炭素含有量をらたらす量をしって一般に使用される
ものとする。好ましいのは、炭素の重量百分率が約4乃
至約10重1%であることである6石膏の粒度は約20
メツシユ乃至5[IJ)メツシュの範囲に及んでいれば
よく、そして結晶の形状で父乃至替%のCaSO4を含
んでいればよい、混合物中の石膏の量は変化してもよい
が、一般に石膏は乾量基準で全混合物の釣力乃至約帥重
IXの量をもって存亡するものとする。
好ましいのは石膏が供給混合物の約55乃至約75重1
%の範囲に及ぶ皿をもって存在することで!)る。
エネルギー生成帯域からの灰分、可燃ガス流および炭質
炭を含む煙道ガス脱環帯域からの石膏の他、更に他の物
質を方何脱硫帯域中に供給してらよい、短丈しい実施態
様において、またここに参考として引用するものとする
1986年11月230に出願された米国出願第927
.439号の教示に従って、石膏、疏「ヒ鉄鉱および炭
i?1g質(こ!tは本件の場合、炭であってよい)の
組合せを石膏脱硫反応装置用の供給混合物として使用す
ることが出来る。[化鉄鉱の他に、その他の鉄および硫
黄含有鉱物を用いてもよく、これらの全てをここでは集
合的に「環1ヒ鉄鉱物質」と称するものとする。この種
の硫化鉄鉱物質には、たとえば硫化鉄鉱、fL属鉄、元
素硫黄、酸化鉄、疏「ヒ(U)鉄、およびそれらの組合
せがある。上記引用出頭において教示されたように、疏
1ヒ鉄鉱と炭′Ft物質との組合せは固形焼結副生f)
を閏著に改良し、かつ石膏脱硫反応装置用で生成される
ガス状流出物の硫黄レベルと増加させるしのである。更
に、全工程の硫黄除去効率は改良され、一方ではく化鉄
鉱物質の廃棄に関する、清浄かつ有効な方法についての
生1字的ニーズに木tδ的に取り組むというものである
。供給混合物に添加さhる疏1ヒ鉄鉱物質の量は、その
混合物に添加された炭および池の硫黄化合物の量ならび
にエネルギー生成帯域からの炭およびフライアッンユに
より提供される灰汁の量に依存してm著に変化してもよ
い、−最に、硫化鉄鉱物質は乾量基量で全供給混合物の
約0乃至約20!i1′!うの範囲に及ぶ量をもって存
在ずれはよい、好ましくは、流化鉄鉱物質の重量百分率
は供給混合物の約5乃至約15゛″6である。らし使用
するのなら、ボイラーからの灰分は必要とされる「硫化
鉄釘、1)質」の可成りの部分を供給するものであって
もよい。
仔亨の添加物を供給混合物に配合してもよい、この種添
加物の例には、りし−(たと匙ば、リン鉱石の選鉱から
得られるクレースライム選鉱屑)、再循環さhる焼結物
質[また、リターンズ(reLurns )として知ら
れるらの]および石灰のような結合剤がある。好ましい
添加物はクレーである。非復4I4添加物は乾量基準で
供給混合物の0乃至約5重量%の量を6って存在すれば
よいが、1乃至約2重量%の量が好ましい、再循環され
る焼結物質またはリターンズは供給混合物中に乾量基準
でスノを結物の約5乃至25重量%の範囲に及ぶ、より
各い量をもって存在することが出来るが、lO乃至約2
0重量%の量が好ましい。
石膏脱硫工程は還元条件下で供給混合物を加熱すること
を包含している。そのC共M混合物は充分に高い、石膏
の熱崩壊を生じさせ、かつ硫黄化合物を+4以下の酸化
状態におけるガス状硫黄化合物に還元せしめる温度に加
熱さ!する。
供給混合物の反応温度は一般に約11(Xl’C乃至約
15(1)℃、好ましくは約I2α〕℃乃至約13t)
0℃の範囲に及んでいる0本方法によれば、この温度は
、石炭のガス化および硫黄除去操作から得られる可燃ガ
スの一部を燃焼させることによって開始される1次に、
反応装置内に付加的な空気を、吸熱石膏還元反応を維持
するために充分な熱を発生させるに足る量をもって、但
し依然として還元条件を保持しつつ導入するものとする
1本明細書中で使用されるように、用語「還元条件」は
反応装置内の全般的条件が石膏化合物の還元を維持する
ものであることを意味している。1lR1ヒおよび還元
反応の双方が反応装置内で起こっているのであるが、l
A元条陣がガス状硫黄化合物の生成を許容するものであ
る。
様々なタイプの反応装置を使用して、供給混合物を含有
する石膏を加熱することが出来る。具体例には、ロータ
リーキルン、流動床および走行格子がある。特に好まし
い反応装置は上記したガードナー法において使用さhる
ようなmlX+走行格子(circular trav
elling graj、e )である。
循環走行格子が使用される場合は、供給混合物がベレッ
トに形成されることが好tしい、この1のベレットは様
々な形状、たとえばボール、小塊、円筒状ベレット等に
おいて出現してよい、J切なベレット化のなめに、混合
物の少なくとら一部は比較的細かいことが好ましい、ベ
レット化は開回路ポーリングパン(open circ
uit ballinz pan+またはドラム・アレ
ンジメント(drum ’arrangemenL l
または閉回路ポーリングパンfclosed circ
uiL balling pan)またはサイジング装
’It (sizing device ) 、たとえ
ば振動スクリーンまた(まローラーセパレータを備えた
ドラム・アレンジメント中で行うことが出来る。 or
tしいのは、このペレ・lト化操1jにより直径約1イ
ンチ(254層真型Oボールまたはグリーンベレ・ソト
が生成されることである。a切なペレッ1〜化パン装置
の一例は米U5特許第3.169.269号中に例示さ
れている。水および、/または池の成分を、グリーンペ
レ7)・の形成に際してべし!ト化を助成する混合物に
対し添加すノtばよい。
好ましい実施態様において、走行格子機構はシールした
フードおよびバーナーで、ちって、硫黄および/または
二i!(+1ヒ礎黄を放出させるための制御された反応
条件下でベレ月・を加熱するためのものを包含している
。短丈しい走行路71fitllの一例は、米国、33
807フロリダ州、レークランドのデイヴイーーマlキ
ー コーボレーシq ン(Davy HcKee Co
rporation )から市販さノしるwi環走行1
3子で、島って2大量のベレットを経済的に取り汲うの
に充分なサイズを有するしのに類似するm体シールした
閉環格子[カルー七ルタイプ(Carousel Ly
pe)]である1本発明方法において使用することが出
来る走行格子はまた、米国持1↑第3.3f)2.93
6号、第3.325.395号、第4.111.755
号、第4.2OL)、517号および第4.nO,45
4号中に開示されており、それらの全体をここに参考と
して引用するらのとする。
適切なtVi環走行格子Il!横の一例が第2図中に例
示されている1機槽%は移動格子1321のグリーンペ
しノドのチャージをデポジッl−するための設備(図示
せず)を含んでおり、この移動格子はシールしたフード
内でそのチャージを各種のlI!11.たとえば予備乾
燥帯111112′2、乾燥帯域124、燃焼帯域12
6、後燃焼帯域1および冷却帯域1旬を経由して、走行
格子からの固形分をut出させるための設[98に対し
順次移動させるものとする。予備乾燥帯域122におい
て、ブロワ−1(1)からの空気であって熱交換器1o
2および1川内で生成物ガスにより加熱されるものは、
グリーンベしットがらの水分の少なくとも一部を除去す
るために使用される。ブロワ−1F)6は、冷却帯域1
30内の格子132上のホットチャージを介して空気を
送り込み、そしてそこから乾燥帯域124に送り、そこ
でその空気がグリーンベレットの乾燥を完了させる。湿
潤廃棄乾燥空気はブロワ−1([3によって、予閂乾煙
および12燥帯域内に延在するウィンド、J−)入ス1
10から除去さiする。ライン112は、m′IR除去
(第1図の12+の後、可燃ガスを石炭ガス1ヒ装置か
ら燃焼帯1!!!126に供給し、この帯域ではチャー
ジの表面を11cに)°C乃至1550°Cの範囲内の
温度に充分加熱する。ブロワ−1(X)からの新鮮な空
気は酸素を提1ノ(シてチャンバー126中の可燃ガス
を燃焼させる。ブロワ−114から再W4環された生成
物ガスはまた、燃焼帯域+26に供給される。この生成
物ガスはウィントポ・ソクス+16を経由してm焼帯域
126から取り出さり、次いで焼却炉118を通過させ
ればよく、そこで可燃ガス生成物はブロワ−11,N、
lからの空気およびライン+12からの可燃ガスにより
燃焼される。焼却炉の採用は任意である。従って、焼却
炉118、ボイラー]20および熱交換器1()4およ
び+02は本発明の方法から取り除くことが出来、そし
て生成物ガスはウィ/ドボノクス116から除去し、か
つガス化装置(第1図の10)に直接、再循環復帰させ
ればよい、 f&燃焼帯域1羽において、ブロワ−11
4からの生成物ガスの一部を再循環させてチャージを上
方に通過させ1次いで生成物収容ウィンドボックス11
6を下方に通過させて、そのチャージから生成物の最大
部分を取り出すむのとする。このチャージは後燃焼帯域
内に約10乃至約父分間保持される。りn却炉115を
使用するとすれば、焼却炉IISからのアウトプット生
成物ガスをして廃熱ボイラー+20ならびに熱交換器+
04および102を通過させ、そこでこの工程の熱を回
収する。熱交#A器102を介して除去された流出ガス
はガス1ヒiA置(第1図の10)に復帰送出されて、
石炭の部分的ガス化に関してゼ・要とされるオキシダン
トの乏しい雰囲気中のオキシダントとして再循環される
下記の実施例は本発明方法のコンピュータシミュレーシ
ョンを表している。
X謄匿 「共給量366.700ボンド/時間(付加的に水分1
9.300ボンド/時間を含有する)をもって、歴青炭
を(スクラビングかつ乾燥し、次いで)加圧流動床ガス
化装置内に供給する。空気はガス化i?夏に対し供給量
6(イ)、775ボンド/時間をもって導入さ11、そ
して史、含有ガスは石膏脱硫帯域から供給量85.27
0ボンド7・時間において供給される。水蒸気はガス化
装置に対し供給1116.027ボンド/時間ともって
導入される。ガス化装置の温度は約950’Cに制御さ
れる。このガス化装置から251,000ボンド/時間
の炭が排出されるが、その245.40)ボンド、・・
時間はボイラーに移送され、そして5.6CX)ボンド
/時間が石膏脱硫帯域に対し移送される。
ガス化装置からの未精製石炭ガス流をして酸性ガス除去
帯域を通過させ、そこで[寅含有化合物は除去され、そ
して硫1tt回収帯域に移される6元素硫黄は硫黄回収
帯域から21,430ボンド/時間をもって回収され、
そしてこの帯域中で生成した廃ガスは移送されて、汚れ
た煙道ガスであって、煙道ガス脱硫帯域中に供給される
べきらのと混合される。
858.223ボンド/時間のLBWガスが酸性ガス除
去帯域から収り出され、そしてその353.OoOボン
ド/時間がボイラー内に供給される。残りの5.223
ボンド時間のLBTtlガスは石膏脱硫帯域中に供給さ
れる。ボイラー中で、LBTtlガスおよび炭が水蒸気
を生じさせ、そしてフライアッシュ5B、0(X)ボン
ド/時間および汚染煙道ガス4.249.000ボンド
/時間を生成する0次いで、水蒸気は発電機に供給され
、そして電気を発生させるために使用ごれる。汚染煙道
ガスは硫黄回収帯域からの廃ガスと共に煙道ガス脱硫帯
域に対し供給され、そして石灰石23 、+、u、’+
+3ボンド/時間、清浄煙道ガス4.240.1)01
11ボンド/時口および石膏33.7)0ボンド、時間
が煙道ガス脱硫帯域から生成される。
供給混合物はポーリング機構中の石膏反応装置に関して
連続的に調製され、該機慣は混合物を、走行格子反応装
置内に装填するのに適したベレットに形成する。供給混
合物の成分はポーリング111t111に対し供給量、
炭5640ポンド/時間、右前33.7)0ボンド/′
時間、結合荊1.660ボンド/時間およびフライアッ
シュ10.1)60ボンド/時間をもって導入される。
ベレット化供給混合物の表面層はロータリー格子上で温
度900’ −121)O’Cに加熱されるが、このロ
ータリー格子は供給量5.223ボンド/時間における
。酸性ガス除去IF域からのLBTIJガスによって燃
t1供給されるしのである。この反応は、反応装!に対
し空気を供給して温度+21.X1’ −1500’C
を保持することにより、維持される0回転格子は固形焼
結物質31.520ボンド/時間およびSO2含有ガス
85 、270ボンド/時間を生成するが、後者は石炭
調製およびガス化帯域へ復帰供給される。二酸化硫黄含
有ガスは乾量基準で二酸化炭素15−5 mo1%、酸
素6.0mol?、および二酸化硫黄6.4*o1%を
含んでいる。
本発明はその特定の実施BaIに間して説明されて来た
が、待ITfll求の範囲中で定義さhるように、発明
の梼神および範囲がら実際に逸脱することなく55業者
によって多数の変形が為され得ることが理解されよう。
4、  I21面の簡単な1党明 第1図は本発明による石炭専焼火力発電所を示す概略図
、そして第2図は第112の火力発電所の石膏脱硫帯域
において使用するのに適した走行格子反応装置の一実施
態様を示す概略図である。
lO・・・ 石炭HI2およびガスfヒ装!、 17 
 ・・・ 発t11!、 18  ・・ 煙道ガス脱硫
装置、 ル ・・・ 石膏脱硫装!、  124  ・
・・ 乾燥帯域、  126燃焼帯域、  128  
・・ 11t燃焼帯域、  132  ・ 移動格子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)(a)オキシダントの乏しい雰囲気の存在におい
    て石炭を部分的石炭ガス化条件下で加熱して炭質炭およ
    び未精製ガス流を生成させる手段と、(b)その未精製
    ガス流から硫黄含有化合物を分離して可燃ガス流および
    硫黄化合物含有流を生成させる手段と、(c)硫黄化合
    物含有流を元素硫黄に転換させるための手段と、(d)
    可燃ガス流の一部および炭質炭の一部を燃焼させて電気
    およびSO_2含有煙道ガスを生成させるためのエネル
    ギー変換手段と、(e)SO_2含有煙道ガスを石灰お
    よび石灰石と接触させて煙道ガス中の硫黄化合物を石膏
    に転換させるための煙道ガス脱硫手段と、(f)その石
    膏および炭質炭の残存部を、可燃ガス流の残存部の燃焼
    を利用する還元条件下で加熱してSO_2含有ガス流お
    よび使用可能な焼結凝結体を生成させるためのエネルギ
    ーを提供する石膏脱硫手段と、(g)工程(f)からS
    O_2含有ガス流を石炭ガス化手段に対し再循環させる
    ための手段とを含んで構成されることを特徴とする石炭
    専焼火力発電所。 (2)前記石炭ガス化手段は、水蒸気約20容量%まで
    を含むオキシダントの乏しい雰囲気の存在において粒状
    石炭を加熱し、この場合温度約700℃乃至約1100
    ℃を維持するためにオキシダントの乏しい雰囲気のオキ
    シダント含有量および供給量を制御するための制御手段
    が設けられている請求項1記載の石炭専焼火力発電所。 (3)温度約750℃乃至約1000℃を維持するため
    に、供給制御手段がオキシダントの乏しい雰囲気の供給
    量を制御する請求項1記載の石炭専焼火力発電所。 (4)部分的石炭ガス化条件が、圧力約1.5乃至約2
    0気圧を包含している請求項1記載の石炭専焼火力発電
    所。 (5)炭素約40乃至80重量%を含有する炭質炭を生
    成させるために、部分的石炭ガス化条件を制御する手段
    が設けられている請求項1記載の石炭専焼火力発電所。 (6)可燃ガス流の少なくとも一部が水蒸気生成のため
    に使用され、そしてその水蒸気が石炭ガス化手段内のオ
    キシダントの乏しい雰囲気に向けられる請求項1記載の
    石炭専焼火力発電所。 (7)石膏および炭質炭加熱用の石膏脱硫手段が、空気
    と可燃ガスの混合物をして石膏および炭質炭を通過せし
    め、この場合石膏の熱分解および還元を行わせ、かつ石
    膏および炭質炭内で還元条件を維持するために充分高い
    温度を保持すべく空気と可燃ガスとの流量比を制御する
    ための手段が設けられている請求項1記載の石炭専焼火
    力発電所。 (8)空気および可燃ガス流の流量を制御するためのフ
    ロー手段が石膏および炭質炭の温度を約1100℃乃至
    約1500℃に維持する請求項7記載の石炭専焼火力発
    電所。 (9)空気および可燃ガス流の流量が制御されて、温度
    約1200℃乃至約1300℃を維持する請求項8記載
    の石炭専焼火力発電所。 (10)石膏脱硫手段が、ロータリーキルン、流動床反
    応装置または走行格子反応装置である請求項1記載の石
    炭専焼火力発電所。 (11)石膏脱硫手段が走行格子反応装置である請求項
    1記載の石炭専焼火力発電所。 (12)工程(f)が、ペレット化供給混合物のチャー
    ジを燃焼および後燃焼帯域を経由して順次運ぶ走行格子
    を移動させるための手段およびチャージを後燃焼帯域内
    に約10乃至約30分間保持するための手段を包含して
    いる請求項11記載の石炭専焼火力発電所。(13)石
    炭が亜炭、亜歴青炭または歴青炭である請求項1記載の
    石炭専焼火力発電所。(14)石炭が高硫黄石炭である
    請求項13記載の石炭専焼火力発電所。 (15)(a)石炭ガス化帯域内の石炭を、オキシダン
    トの乏しい雰囲気の存在において部分的石炭ガス化条件
    下で加熱して炭質炭および未精製ガス流を生成させる工
    程と、 (b)その未精製ガス流から硫黄含有化合物の可成りの
    部分を分離して可燃ガス流および硫黄化合物含有流を生
    成させる工程と、(c)硫黄含有化合物を元素硫黄に転
    換させる工程と、(d)エネルギー変換手段に関して、
    可燃ガス流の一部および炭質炭の一部を燃焼させて電気
    およびSO_2含有煙道ガスを生成させる工程と、(e
    )炭質炭生成物および可燃ガス流の残存部を石膏脱硫帯
    域に供給する工程と、 (f)エネルギー変換手段からSO_2含有煙道ガスを
    煙道ガス脱硫帯域に供給する工程と、 (g)その煙道ガス脱硫帯域においてSO_2含有煙道
    ガスを石灰および石灰石と接触させて煙道ガス中の硫黄
    化合物を石膏に転換させる工程と、(h)その石膏を石
    膏脱硫帯域内に供給する工程と、(i)石膏脱硫帯域内
    の石膏および炭質炭の残存部を、可燃ガス流の残存部の
    燃焼を利用する還元条件下で加熱してSO_2含有ガス
    流および使用可能な焼結凝結体を生成させるためのエネ
    ルギーを提供する工程と、(j)工程(i)からのSO
    _2含有ガス流を石炭ガス化帯域に対し再循環させてオ
    キシダントの乏しい雰囲気の少なくとも一部を提供する
    工程とを含んで構成されることを特徴とする石炭を電気
    的エネルギーおよび使用可能な副産物に変換させる方法
    。 (16)工程(a)が、水蒸気約20容量%までを含む
    オキシダントの乏しい雰囲気の存在において粒状石炭を
    加熱する工程を含んで成り、この場合温度約700℃乃
    至約1100℃を維持するためにオキシダントの乏しい
    雰囲気のオキシダント含有量および供給量が制御される
    請求項15記載の方法。 (17)温度約750℃乃至約1000℃を維持するた
    めに、オキシダントの乏しい雰囲気の供給量が制御され
    る請求項16記載の方法。 (18)部分的石炭ガス化条件が、圧力約1.5乃至約
    20気圧を包含している請求項17記載の方法。 (19)工程(a)の部分的石炭ガス化条件が制御され
    て、炭素約40乃至80重量%を含有する炭質炭を生成
    する請求項15記載の方法。 (20)可燃ガス流の少なくとも一部が水蒸気生成のた
    めに使用され、そしてその水蒸気が工程(a)のオキシ
    ダントの乏しい雰囲気に向けられる請求項15記載の方
    法。 (21)工程(i)中の石膏および炭質炭の加熱が、空
    気と可燃ガスの残存部から成る混合物をして石膏および
    炭質炭を通過せしめ、この場合石膏の熱分解および還元
    を行わせ、かつ石膏および炭質炭内で還元条件を維持す
    るために充分高い温度を保持すべく空気と可燃ガスとの
    流量比が制御される請求項15記載の方法。 (22)空気および可燃ガス流の流量が制御されて、石
    膏および炭質炭の温度を約1100℃乃至約1500℃
    に維持する請求項21記載の方法。 (23)空気および可燃ガス流の流量が制御されて、温
    度約1200℃乃至約1300℃を維持する請求項22
    記載の方法。 (24)工程(i)が、ロータリーキルン、流動床反応
    装置または走行格子反応装置内で行われる請求項15記
    載の方法。 (25)工程(i)が、走行格子反応装置内で行われる
    請求項15記載の方法。 (26)工程(i)が、ペレット化供給混合物のチャー
    ジを燃焼および後燃焼帯域を経由して順次運ぶ走行格子
    を移動させる工程を包含し、かつチャージが後燃焼帯域
    内に約10乃至約30分間保持される請求項25記載の
    方法。 (27)石炭が亜炭、亜歴青炭または歴青炭である請求
    項15記載の方法。 (28)石炭が高硫黄石炭である請求項27記載の方法
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