JPH0832893B2 - 石炭ガス化複合発電用乾式脱硫設備 - Google Patents

石炭ガス化複合発電用乾式脱硫設備

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JPH0832893B2
JPH0832893B2 JP62042313A JP4231387A JPH0832893B2 JP H0832893 B2 JPH0832893 B2 JP H0832893B2 JP 62042313 A JP62042313 A JP 62042313A JP 4231387 A JP4231387 A JP 4231387A JP H0832893 B2 JPH0832893 B2 JP H0832893B2
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    • Y02E20/18Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]

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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れている。
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SO2還元法、 C+SO2→1/2S2+CO2 ……(1) 又は、SO2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。
SO2+3H2→H2S+2H2O ……(2) H2S+3/2O2→SO2+H2O ……(3) 2H2S+SO2→3/2S2+2H2O ……(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H2
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、塔への硫路切換え
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S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S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H1Sに還元してアミン溶液で選択吸収を行うSCOTプロ
セスが利用される。テールガス処理装置23で吸収された
後、放散されたS分は、リサイクルテールガス25として
硫黄回収装置10の入口に戻され、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10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S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SO2に転化し、このSO2
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SO2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
英ガス化炉の還元雰囲気部ヘ戻すと、その硫黄化合物は
高温下において、水素(H2)や一酸化炭素(CO)と反応
し、大部分が硫化水素(H2S)や硫化カルボニル(COS)
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、O2
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10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1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火複合発電用乾
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
H2やCOを主成分とした生成ガスと環境保全上有害なH2S
およびCOS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で冷却されて第2サイクロン6
およびバグフィルタ7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、H2SおよびCOS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(SO2)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バルブ
のうち、黒塗のバルブは閉の状態を示し、他のバルブは
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7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8内の脱硫剤が飽和した場
合、前記バルブの開閉が逆の状態となり、第1図におけ
る再生塔9の脱硫塔となり、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10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
直接還元して硫黄を回収するSO2還元法、あるいはSO2
H2、CO、メタン(CH4)や生成ガス(H2、COほか)の一
部を用いてH2SやCOS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10から排出されるテールガス中にはH
2S、COS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H2S、COS等の硫化物をSO2に転化する。このSO2
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。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O2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、H2S、COS等の硫化物が転化され
たSO2を含むガスが導入されるので、再生塔出口ガス15
中のSO2濃度が高くなる。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SO2
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祖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10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バ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SO2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
H2S又はCOSに還元される。
SO2+3H2→H2S+2H2O ……(1) SO2+3CO→COS+2CO2 ……(2) 生じたH2SおよびCOS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、主にメークアッ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
動層方式を用い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7の順に設置しているが、本
発明はこれらの装置の設備順に限定される訳ではなく、
設備順序は任意である。
さらにガス化炉としては、特に高温の生成ガスが得ら
れるために噴硫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(Fe2O3)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ニッケル
(NiO)、酸化コバルト(CoO)、酸化銅(CuO)酸化モ
リブデン(MoO2)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剤が好ましく、
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、完全なク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。 1……噴流層ガス化炉、4……第1サイクロン、5……
熱回収ボイラ、6……第2サイクロン、7……バグフィ
ルタ、8……脱硫塔、9……再生塔、10……硫黄回収装
置、11……ガスタービン燃焼器、16……テールガス、17
……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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01D 53/77 C01B 17/04 J

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。
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CN113600246A (zh) * 2021-08-23 2021-11-05 中冶赛迪上海工程技术有限公司 一种脱硫催化剂再生方法及系统

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