JPH03238019A - 高温還元性ガスの精製方法 - 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、高温還元性ガスの中のアンモニアを除去する
方法に関する６更に詳述すると、本発明は、石炭ガス化
プロセスにおける精製ガスのような高温高圧の還元性ガ
スに含まれるアンモニアをそのまま乾式で連続的に除去
する方法に関する。

（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
多用化か必須となり、石炭や重質油（タールサンド油、
オイルシ玉−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。例えば、石
炭をガス化炉でガス化し、このガス化生成ガスを燃料と
して複合発電の高圧ガスタービンを稼動させることが従
来提案されている。

このガス化生成ガスは、原料の石炭や重質油によっても
異なるが、数１００〜数１０００　ｐｐｍの硫化水素（
Ｈ２Ｓ）や硫化カルボニル（００３）等の硫黄化合物を
含む。この硫黄化合物は、公害を防止するため、あるい
は後流機器の腐食を防止するため除去する必要がある６
更に、上述のガス中にはガス化する際に石炭中の窒素分
の一部がアンモニア（ＮＨ３）に転換するため、硫黄化
合物と同様に数１０〜数１０００　ｐｐｎ＋のアンモニ
ア等の窒素化合物を不純物として含む。この窒素化合物
は、燃焼の過程で窒素酸化物（ＮＯｘ）に転換すること
から公害対策上生成ガス中から取り除くことが望まれる
。

従来、硫黄化合物の除去方法としては、乾式法が熱経済
的に有利であることから、酸化鉄などの金属酸化物を主
成分とする吸収剤に高温でガスを接触させ、金属酸化物
を金属硫化物として除去する方法が一般的である。しか
し、この硫黄化合物の除去方法では高温還元性ガス中の
アンモニアは除去されない。

一方、アンモニアの除去方法としては、ガスを水に通し
てアンモニアを水に解かす湿式法が一般的である。アン
モニアは水に吸収され易いため、ガス精製をスクラバー
などの湿式方法で行う場合には容易に除去できる。しか
し、この湿式法ではアンモニアが高温（１００℃以上）
では水に解けないため低温で処理しなければならないこ
とから、石炭ガス化燃料の温度が下がり、石炭ガス化複
合発電システムにおける熱効率を低下させる問題を伴う
。このため、ガス化複合発電システムにおけるガス精製
はドライ（乾式）状態で行う方法が要望され、燃焼排ガ
ス中の窒素酸化物を排煙脱硝装置を設置することにより
除去することが従来考えられている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、排煙脱硝装置は、燃焼後の膨張したガス
を処理するため、高温高圧状態の還元性ガスを利用する
上述の石炭ガス化複合発電システムに適用する場合、精
製ガスの約数十倍程度（例えば２０ｋｇ／ｃＪＧで６０
倍）のボリュームのガスを処理しなければならないため
、装置規模としても脱硫装置部と同程度の大きさになる
ことが予想され、装置建設費用が嵩み経済的に好ましく
ない。

しかも、燃焼排ガス中のＮＯｘは極めて低濃度であり、
大部分はＮｏの形であるため除去は極めて困難である。

そこで、本発明は、高温還元性ガス中のアンモニアを高
温高圧下にて乾式で除去し、アンモニアを濃縮して回収
する精製方法を提供し、排煙脱硝装置を不要にして装置
建設費用の削減を達成することを目的とする。

（課題を解決するための手段） かかる目的を達成するため、本発明の高温還元性ガスの
精製方法は、ゼオライトを充填した反応器を複数塔使用
し、高温還元性ガス中に含まれるアンモニアを１００〜
１５０℃の高温で前記ゼオライトに吸着させて除去する
除去工程と、前記ゼオライトに吸着されたアンモニアを
前記ゼオライトに吸着される成分を含まないガスを用い
かつ前記反応器温度若しくは圧力を変化させることによ
って前記ゼオライトより脱離させる再生工程とを交互に
実施し、アンモニアを除去した高温還元性ガスを得る一
方、前記再生工程で発生するアンモニア含有ガスからア
ンモニアを回収するようにしている。

（作用） したがって、高温還元性ガス中のアンモニアは、１００
℃〜１５０℃の高温下でゼオライトに吸着・固定化され
て除去される（除去工程）。そして、アンモニアが除か
れた精製ガスはガスタービンやその他の燃焼装置等に供
給される。また、ゼオライＩ・に−固定化されたアンモ
ニアは、ゼオライトに吸着される成分を含まないガスを
通しながらセオライト温度若しくはガス圧力を変化させ
ることにより、吸着剤より脱離させ回収する（再生工程
）。

アンモニアを脱離させたゼオライトは、再度高温還元性
ガス中のアンモニアの除去に用いられる。

以上のアンモニア除去工程とゼオライト再生工程を複数
の反応塔で切替えて運転することにより連続的なガス精
製運転を行う。

（実施例） 以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基づいて詳細
に説明する。

第１図に本発明方法を実施する精製装置の一例を概要図
で示す。該図において、符号２は熱交換器、６は脱しん
装置、１１．１２は反応塔、２２は再生ガス温度調節器
、２３は再生ガス循環プロワ、２４はアンモニア分離器
、３１は圧力調節器、１４．１５．１６，１７，１８．
１９．２０及び２１はガス流路切替えバルブ、１．３，
４，５゜７．８，９，１０．２’５，２６，２７．２８
　２９およ３０は各装置を接続するライン（配管）であ
る。

ここで、脱しん装置６としては、多孔質セララミックフ
ィルタ、バグフィルタ若しくはグラニュラ−充填材の使
用が好ましい。

また、各反応塔１１．１２にはゼオライト１３が充填さ
れている。ゼオライト１３としては、その組成、形状等
に特に限定されるものではないが、Ｈ＋基を有するＨ型
ゼオライトの使用が最も好ましい。

以上のように構成した高温還元性ガスの精製システムに
おいて、Ｈ型ゼオライトを使用する場合につきアンモニ
ア除去工程及びゼオライト再生工程を説明する。

一般に、高温還元性ガス中には、石炭の種類やガス化条
件によって異なるが、ダスト以外に数１０〜数１０００
　ＤＤＩＩＩの硫黄化合物、アンモニア及びハロゲン等
が含まれている。このうち硫黄化合物は一般に４００〜
６００℃の高温で酸化鉄などの金属酸化物と接触させて
除去される。そこで、本実施例ではアンモニア除去に先
立って、高温還元性ガス中の硫黄化合物を公知の脱硫装
置において除去する。

ライン１を経て導入されるアンモニアを含有する高温還
元性ガス例えば石炭ガス化ガスは、熱交換器２でライン
３より導入した水との間で熱交換が行なわれ、ガス温度
をゼオライト１３がアンモニアを吸着するに最適な温度
即ち１５０℃付近まで下げられる。一方、高温還元性ガ
スとの熱交換によって得られた水蒸気はライン４を経て
熱利用設備等に供給され有効利用される。

更に、熱交換器２において所定の温度例えば１５０℃前
後にまで冷却された高温還元性ガスは、ガスライン５を
経て脱塵装置６に導入され、ダスト濃度１０■／　！１
ｎ１９程度まで脱塵される。そして、ガス温度が１５０
℃以下、圧力が（石炭ガス化炉の形状や条件によっても
異なる）通常、常圧〜２５ｋｇ／ｃＪＧの高温還元性ガ
スとされる。

脱塵後の石炭ガス化ガスは、流路切替えバルブ１４．１
５の操作によっていずれか一方の反応器１１．１２に供
給される。例えは、第１図の状態においては反応器１１
に石炭ガス化ガスは供給され、通常１５０℃以下好まし
くは１００〜１５０℃の範囲で、ゼオライト１３に接触
するように設定される。アンモニアは第３図に示すよう
に、温度１５０℃の時には、温度２００℃の時に比べて
アンモニアの吸着剤への吸着量か多いのがわかる。

依って、本実施例では、吸収工程を１５０℃で再生工程
を２００℃で行うことにより、効率的に高温還元性ガス
中のアンモニアを吸着除去し、かつゼオライト１３に吸
着させたアンモニアを脱離させて回収することが可能で
ある。例えば、Ｈ型ゼオライトは、石炭ガス中のアンモ
ニアを温度１５０℃の時には、吸着剤１ｇ当り１〜５Ｑ
１１１１ｏ１吸収する。したがって、反応器１１を通過
したガス化ガスは、含有するアンモニアをゼオライト１
３に吸着され、アンモニアが取り除かれた精製ガスとな
って、ライン９、流路切替えバルブ１８及びライン１０
を経て図示していないガスタービン若しくは燃焼装置等
に供給される。

一方、高温還元性ガスが流されていない他方の反応塔１
２ではゼオライト１３に吸着されたアンモニアを離脱さ
せてゼオライト１３を再びアンモニア吸着に使用できる
ように再生させる作業か進められている。このアンモニ
アの離脱は、反応器１２へ導入されるガスを圧力調整器
３１によりアンモニア除去工程よりも減圧（常圧〜１０
ｋｓｒ／ｃＪＧに減圧）することによって、若しくは再
生ガス温度調節器２２により２００〜５００℃へと昇温
することによって、あるいは減圧と昇温を同時に行なう
ことによって行なわれる。再生ガスとしては特に限定を
受けるものではないが、ゼオライトに吸着される成分（
水分を除く）を含まないガスの使用が好ましい６ゼオラ
イト１３に吸着されていたアンモニアは、除去工程との
運転圧力差もしくは温度差によりゼオライト１３より脱
離し、吸着塔１２に導入された再生ガスと共に反応塔１
２０ より出る。再生工程で発生したアンモニアは、圧力調整
器３１で圧力が調整された後、アンモニア分離器２４に
導入され、再生ガスと分離される。

そして、ライン３０を介して回収される。再生ガスは、
ライン２９、再生ガス循環ブロワ２３及びライン２５を
介して前述の所定温度に調整された後再度循環利用され
る。

尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の一例ではある
がこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱し
ない範囲において種々変形実施可能である。例えば、第
１図ではゼオライト系吸着剤１３が充填された同一構造
の反応塔１１．１２に流入するガスを交互に切替えるこ
とによってアンモニア除去工程と、ゼオライト再生工程
とを連続的に実施するようにしているが、特にこの固定
床式に限定されるものではなく、還元性ガス中のアンモ
ニアをＨ型ゼオライ１−系吸着剤で吸着除去後、再生工
程を繰り返すプロセスなら、流動床式、移動床式を問わ
ず適用できる。また、２塔以上の固定床式にも適応でき
るのはいうまでもない。

１ （発明の効果〉 以上のように、本発明においては、ゼオライＩ・を充填
した反応器を２塔以上使用し、除去・再生工程を切り替
えて運転することにより、高温還元性ガス中のアンモニ
アを高温下で連続的に乾式除去する。ゼオライトに吸着
されたアンモニアは、再生工程において脱離され回収さ
れる。

したがって、本発明によると、高温還元性ガス例えば石
炭ガス化燃料中のアンモニアを乾式で除去することがで
き、システム全体の熱効率の低下を招かずに、しかもガ
スタービン燃焼器内で生成されるアンモニアに起因する
ＮＯｘをなくしてＮＯｘの発生量を著しく低減すること
が可能となる。

また、燃焼排ガス中のＮＯｘ排除方法として従来、−船
釣な触媒式排煙脱硝方法に比べると、燃料そのものから
アンモニアを除去するため、体積比で１／３、複合発電
システムの稼動圧力（約２０ｋｇ　／　ａＪ　ｃ　）を
考慮に入れると１／６０のガス処理量で従来と同じ脱硝
効果を得ることかでき、触媒交換時間の大幅な延長を可
能にして極めて経済的２ でかつシステム運転が容易なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高温還元性ガスの精製方法を実施する
装置の一実施例を示すブロック図である。 第２図はアンモニア除去サイクルとゼオライト再生サイ
クルのタイムスゲジュールで、（Ａ）は反応塔１１を、
（Ｂ）は反応塔１２を夫々示す。 第３図はアンモニア吸収量と温度変化との関係を示すグ
ラフである。 １１．１２・・・反応器（反応塔）、 １３・・・ゼオライト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ゼオライトを充填した反応器を複数塔使用し、高温還
   元性ガス中に含まれるアンモニアを１００〜１５０℃の
   高温で前記ゼオライトに吸着させて除去する除去工程と
   、前記ゼオライトに吸着されたアンモニアを前記ゼオラ
   イトに吸着される成分を含まないガスを用いかつ前記反
   応器温度若しくは圧力を変化させることによって前記ゼ
   オライトより脱離させる再生工程とを交互に実施し、ア
   ンモニアを除去した高温還元性ガスを得る一方、前記再
   生工程で発生するアンモニア含有ガスからアンモニアを
   回収することを特徴とする高温還元性ガスの精製方法。