JPS61191804A - イオウ放出を減じそして非毒性イオウ化合物を形成する燃料燃焼法 - 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】 本発明はイオウを含有する燃料を燃焼する改良法に関す
る。更に特に１本発明は非毒性イオウ化合物が形成され
る、燃料を燃焼する方法に関する。

イオウ並びに不燃性灰形成残査を含有する燃料の燃焼は
環境的理由のため、粒子とイオウガスの放出を抑制する
必要性、並びに残査を上手に廃棄する必要性がある。こ
れらのイオウガス、粒子及び毒性残査を含む残査は顕著
な環境有害物を構成するので、これらの物質の形成を阻
止すること又は燃焼ガスからこれらを清浄化することの
方法の開発に多くの研究が捧げられてきた。

燃料中のイオウの存在に関して、少なくとも燃焼温度で
イオウと反応して除去できるイオウ化合物を生成する、
即ちイオウ醗化物ガスの形成を阻止し又は軽減する、物
質を燃料に加えることが提案されている。５ｐｕｒｒｉ
ｅｒの米国特許第１，００７，１５３号はコークスへ添
加物としてアルカリ金属の一つの塩、水和物又は酸化物
を添加し、これによってこのアルカリがコークスの孔の
中に運ばれ、ここで加熱時にイオウと反応して硫酸塩と
硫化物を形成することを提案した。

Ｔｒｅｎｔの米国特許第１，５４肌６２０号は粉末化コ
ークスを水で飽和させそしてこれを粉末化石灰石と炭化
水素油の混合物と共に混和して可塑性塊りを形成し、こ
こでイオウと石灰石の間に密な結合があることを開示し
た。この混合物をコークス化すると、石灰石とイオウが
反応して硫化カルシウムを生成する。

ＭｃＬａｒｅｕ等の米国特許第３．５４０，３８７号は
コールを含有する流動化床へ炭酸カルシウムのような炭
酸塩を添加し、このためイオウがこの床に残留すること
を記載する。

ＲＯｂｉｎＳＯｎ等の米国特許第３，７１７，７００号
は第一の燃焼帯にイオウアクセゾタ物質を使用してイオ
ウを吸収し、次にこれを第二帯で放出させ、それ故に煙
道がスの小画分にイオウ酸化物の殆ど′ｆｔｆＩｋ縮す
ることを記載する。

Ｗａｌｌの米国特許第４，１０２，２７７号は石灰の助
けで脱水された汚水を灰化し、次に高イオウ燃料を使用
して灰化することを記載する。灰化中、この石灰は燃料
中のイオウ及び酸素と反応して廃棄のために硫酸カルシ
ウムを生成し、汚染性イオウ醗化物ガスの形成を阻止す
る。

Ｄｉｃｋｉｎｓｏｎの米国特許第４，２４１，７２２号
はイオウを含有する炭素質燃料を上昇した温度と圧力条
件で燃焼し、このため窒素とイオウの酸化物が形成され
ずそして燃料中のイオウが三酸化物に酸化されて、それ
がアルカリ性液相に溶解する方法を記載する。触媒とし
てそしてまた燃焼中形成された酸（原則的にイオウ）を
中和するためにアルカリを使用する。水溶性塩が生成す
ると、これらを石灰又は石灰石で処理して比較的不溶性
のカルシウム塩へ変換する。

燃料に添加剤を混合して除去を容易にするため形成され
た灰又はスラグの融点又は軟化点を調節し又は変更する
ことも公知である。Ｂａｒｂａの米国特許第１，１６７
，４７１号は粉末化石炭へ粘土を添加して灰の融点を上
昇させて熱処理される金属上でより満足すべきコーティ
ングを形成する。

ｐｅｎｎｅｒ等の米国特許第１，９５５，５７４号は石
炭へ試剤を加えてスラグの融点又は軟化点を変更し及び
／又は調節して溶融スラグから炉壁を保護する。石炭灰
の軟化点は砂又は非含鉄粘土の添加により高められ、又
は石灰又はソーダの添加により下がると言われる。特許
権者により融点又は軟化点ｔ−調節して炉壁上に固体ス
ラブの薄層の形成を許して炉の内部に形成される溶融ス
ラグから耐火物壁を保護する。

Ｒｏｍｅｒ等の米国特許第２，８００．１７２号は液体
燃料へ金属又は金属酸化物、例えばアルミニウム、マグ
ネシウム又はカルシウムを添加して燃焼室で作られるス
ラグの形を容易に除去されるスラグへ変更することに関
する。

溶融スラグの生成を確保するため燃焼温度を調節してこ
れＫより浮遊粒子を減することも公知である。Ｊｏｎａ
ｋｉｎの米国特許第３，３１３，２５１号は粉砕した石
炭と水を含有する石炭スラリを処理し、ここで炉内の温
度を石炭中の灰の融点以上に保ち、そのため溶融残音が
この燃焼工程中に作られる方法を記載する。サイクロン
炉中で生ずる遠心作用によりとの残音が炉壁に衝突する
ことを引起こし、ここで重力の影響下、これが炉の底へ
流れ、そこで除去できる。

一つ以上の段階で燃料を燃焼し、第一段階で化学量論的
燃焼より少ない空気−燃料比を供することにより煙とイ
オウ酸化物の生成を減することも公知である。Ｆｒａｓ
ｅｒ等の米国特許第３，２２８，４５１号はこの２段階
法で燃料を燃焼することを提案し、ここで化学量論的燃
焼に対するものより少ない空気−燃料比で第一段階で燃
料を燃焼した。次にこの燃焼の生成物を冷却し、続いて
第二段階で過剰の空気で燃焼して燃焼温度の降下を生じ
た。

Ｂａｒｓｉｎ等の米国特許第４．１４４，０１７号は幾
つかの段階で燃料を燃焼し、第一の炉へ導かれる燃焼空
気を調節して２５００°Ｆに又はそれ以下に最大燃焼温
度を保ちながら全化学量論的空気の５０から７０チを導
入して窒素酸化物の生成を減することを提案した。第二
段階又は第二の炉へ導かれる燃焼空気を調節して第二の
炉へ全化学量論的空気の５０から７０チを導入し一方２
９００’Ｆに又はそれ以下に燃焼温度を保つ。

本発明の譲受人に譲渡された以前の特許の米国特許第４
，２３２．６１５号では、イオウ及び灰を含有する粉末
化炭素質物質を燃焼し、ここで燃焼の間物質中のイオウ
と反応できる添加剤を使用し、そして燃料ｔ２段階で燃
焼し、第一段階は理論的空気の１００チより少なく含有
しそして好ましくは１１００℃以下の温度であり、これ
によって望ましくないイオウ酸化物ガスの生成を阻止し
かつ固体化合物としてイオウの除去を助ける方法が開示
された。そこでは、所望の条件に応じて、第一段階を灰
の融点以下又は以上の何れかの温度に保つことが提案さ
れた。更にイオウ化合物を形成するようにイオウと反応
させるために使用した添加剤はまた灰の全融点に影響を
有して、使用した特定の化合物に応じて、融点を下げ又
は上げることが示唆された。

前記のＢｒｏＷｎ特許におけるように、第一段階で燃料
混合物を灰の融点以下の温度で理論的空気の１００％以
下で燃焼させる場合には、亜硫酸塩よりむしろ熱安定性
硫化物化合物の生成を助ける空気の制限、及び形成され
た亜硫酸塩化合物が望ましくないイオウ酸化物ガスへの
分解を阻止する減少温度の両方の見地からそのイオウ除
去が良好である。更に添加剤とイオウ間の反応は微粒子
の大きな表面積により高められる。更に、この減少温度
は同様に窒素の酸化物の生成を減少させる。

しかしながら、ガス流中で望ましくないイオウ酸化物ガ
スの生成を阻止しながら、硫化物の形成は廃棄の問題を
提示し、その理由は燃焼帯から除去された結果の灰とイ
オウ化合物は浸出可能な硫化物を含有するからである。

陸地の地下水のような水と接触した場合には、この硫化
物は毒性の硫化水素を形成する。

かくして、従来技術の方法の操作は窒素の酸化物の生成
に都合の良くない条件下で、イオウ放出の除去が毒性の
固体イオウ化合物を生じ、かくしてこの燃焼工程から固
体残音の廃棄を複雑化する妥協を示した。それ故に、イ
オウ酸化物と窒素酸化物の放出の問題及び毒性固体の形
成の問題に取組んだ方法を供することが極めて望ましい
。

それ故に本発明の目的は非毒性固体イオウ化合物を形成
する一方粒子とイオウ含有ガスの放出が減ぜられる、イ
オウ及び灰形成物質を含有する可燃性燃料を燃焼する方
法を供することにある。

本発明の他の目的は毒性硫化物を非毒性硫酸塩へ変換す
る段階を供することによって粒子及びイオウ含有ガスの
放出が減ぜられる、イオウ及び灰形成物質を含有する可
燃性燃料を燃焼する方法を供することにある。

本発明のこれらの目的及び他の目的は下記の説明及び添
付図面から明らかＫなろう。

本発明に従って、低いイオウ放出及び良好な灰除去を特
徴とするイオウ含有燃料を燃焼する燃焼法はイオウ含有
燃料をイオウと反応できる添加剤と混合すること２理論
的空気の７５％以下とそして灰の融点以下でしかし添加
剤と燃料中のイオウの間で反応を引起こし生成したイオ
ウ化合物の除去を容易にするのに十分に高い温度で第一
燃焼段階で混合物を燃焼すること：この第一段階から可
燃性燃料ガスと粒子を一つ又はそれ以上の別の段階へ送
り込んで燃料の燃焼を完了すること２七して別の帯内で
、添加剤と燃料中のイオウの間で反応により生成したイ
オウ化合物を酸化し非毒性硫酸塩を形成することを含む
。

本発明の好適具体例の実施では、燃焼の前に１イオウ及
び灰形成物質を含有する燃料に燃焼の間燃料中のイオウ
と反応できる添加剤を混合する。

次に第一燃焼帯で理論的空気の７５％以下で燃料混合物
を燃焼する。この第一燃焼帯で形成された結果のイオウ
化合物を次に除美しそして別の帯で非毒性硫酸塩へ酸化
する。

この燃料は乾燥した、粗く粉砕した石炭、即ち米から３
インチ粒子；乾燥した、粉末化した石炭、即ち一２００
メツシュ（タイラー）の平均粒径を有するものを含み、
又は粉末化石炭を水と混合してスラリｅ形成し添加剤と
密な接触を容易にする。

スラリを形成するため燃料混合物に水を使用することは
必須ではないけれど幾つかの重要な利点を供する。粒状
石炭を使用する時に水は燃料に対してビヒクルとして作
用してこれを液体として又は硬いペーストとして取扱う
ことができる。これは粒状炭素質物質と添加剤の密な結
合を促進し、これは添加剤と炭素質物質中のイオウをお
互いに密な結合関係に導（ことにより添加剤の効果を最
大にするために必要である。水ベーススラリはまた自然
燃焼又は過剰のダスト発生のおそれなしに貯蔵できる。

燃料中のイオウと反応できる添加剤はイオウと反応して
化合物を形成することができる。アルカリ金属又はアル
カリ土金属を含む金属を含有する物質を含む。この金属
は金属形、塩又は酸化物でよい。この物質の例は酸化カ
ルシウム、炭酸カルシウム、ドロマイト、酸化マグネシ
ウム、炭酸ナトリウム、重炭酸す）　ＩＪウム、酸化鉄
及び粘土を含む。最初に形成された燃料混合物中に特定
の添加剤の含有は続いて形成される灰の融点をも変更す
る。

特定の添加剤、例えば酸化カルシウーム、炭酸カルシウ
ム、ドロマイト及び酸化マグネシウムは灰の融点を増大
するように作用し、−重炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリ
ウム及び粘土は灰の融点を減少するように作用する。特
定の状況下では、これらの好適な物質の混合物からなる
添加剤混合物を使用することが望ましい。

この燃料混合物がまた粒状結合剤を含有する場合には、
燃焼中減少した粒子放出が得られる。これは燃焼の前に
第一段階燃焼室におけるその初期加熱の間詰合剤が燃料
混合物に存在する時に起こる炭素質粒子の結合によるも
のである。スジリヘ添加のために好適な結合剤は粘土、
スクロース、酢酸カルシウム及び酢酸を含む。

乾燥燃料混合物を使用する時には、空気の高速流により
第一段階燃焼室の中に燃料混合物を吹込む。スラリを使
用する時には、好適な供給機構、例えば機械スクリュー
装置により第一段階燃焼室の中に燃料混合物を供給し又
は小滴として分散させて吹込む。第一燃焼帯では、完全
な燃焼のために必要な理論的空気の７５％以下、又はあ
る場合には５０チ以下の存在℃燃料混合物を燃焼させる
。

粗い粒子を使用する時には、流動床燃焼器を第一段階で
使用できる。

燃焼の第一段階で温度を調節して７００〜１１００℃の
温度そして好ましくは８５０から１１００℃の温度に保
つ。これらの温度で、燃料混合物成分と燃焼の空気中の
酸素間の反応がイオウ化合物、例えば硫化水素、硫化カ
ル＆ニル及び二酸化イオウを生ずる。それから次にこれ
らの化合物が添加剤と反応して硫化物及び亜硫酸塩を形
成する。このように生じた亜硫酸塩のあるものは高温で
熱不安定性である。かくして、例えば、亜硫酸カルシウ
ムは約９００℃で酸化カルシウムと二酸化イオウに分解
し始め、そして１１００℃以上の温度で殆ど完全に不安
定である。それ故に、本発明はイオウと添加剤の反応に
より形成された化合物を固体として除去することを意図
するので、この分解とイオウ含有ガスの生成を阻止する
のに十分に低く温度を保つことが望ましい。

室内に燃焼空気と共に蒸気を導入することにより、又は
更に好ましくは室に導入される空気の量を制限すること
により燃焼中１１００℃以下に温度を保つことができる
。この点に関して局部化ホットスポットが１１００℃以
上の温度で室内に存在することは注目すべきである。こ
のホットスポットの存在において、このホットスポット
を排除することは殆ど不可能であるけれども、１１００
℃以下に室の全体温度を保つことの予期内にあると思わ
れる。

また灰の融点以下に第一段階の温度を保つことは溶融ス
ラグが第一反応帯で形成される場合には、存在するであ
ろう反応のために大きな表面積を供することによりイオ
ウと燃料混合物中の添加剤間の反応を助ける。

第−室に導入される空気の量を理論的空気の７５チ以下
にそしである場合には５０％以下に制限することはイオ
ウの大部分と炭素質物質が添加剤と、燃焼の第一段階に
使用した温度で熱安定性である硫化物、例えば硫化カル
シウム又は硫化鉄を形成することを引起こす付加の利点
を有する。

かくして、第一段階燃焼室へ導入される空気の量を理論
的空気の７５％以下に制限することＫよりイオウ酸化物
の放出を著しく減少できる。また理論的空気の７５チ以
下で第一段階燃焼室の操作は窒素の酸化物の生成を減少
する。予熱した空気を使用すると同一の燃焼温度を得る
ためＫより少ない空気を必要とする結果を生ずる。

本発明に従って、主として添加剤と燃料中のイオウとの
反応生成物及び灰生成物からなる、燃焼の第一段階で形
成された固体物質を第一燃焼室の底から固体として除去
しそして下記に示すように、酸化帯へ送る。

第一段階から除去されない少なくとも微細の灰と共に熱
い燃焼ガスを煙道を通して一つ又はそれ以上の次の燃焼
帯へ送り、ここでこれらを過剰の空気で完全に燃焼する
。燃焼ガスが最後の帯又は段階に到達する時までに、可
燃性ガス中の燃料有価物は実質上何らイオウ又は灰形成
物質を含むべきではなく：それ故にこの段階はガス中の
残存する可燃性燃料有価物の燃焼を最大にするように操
作する。

第一燃焼帯から除去された固体を、好ましいなお熱い間
に酸化炉で十分の空気と接触させて殆どすべての硫化物
と亜硫酸塩化合物を非毒性硫酸塩へ変換する。

かくして、例えば、燃料混合物が酸化カルシウム又は水
酸化カルシウムのようなカルシウム含有化合物を含む時
には、少くとも一部にはこの帯の低い酸素含量により第
一燃焼帯で硫化カルシウムが生成し、これは窒素又はイ
オウのガス状酸化物の形成を抑制する。この硫化カルシ
ウムが陸地で廃棄され、続いて地下水と接触する場合に
は、毒性硫化水素が生成しそして水により浸出される。

しかしながら、本発明に従って、硫化カルシウムのよう
な硫化物化合物は酸化されて酸化帯で非毒性硫酸塩を形
成する。硫酸カルシウムは比較的不溶性であり、そして
とくかく硫化カルシウムの毒性を有さず又゛は硫化水素
を発生する可能性を有しない。

第一反応帯からの熱い生成物を好ましくは０．１から１
０分の間、しかしとにかく硫酸塩へ少なくと９５重量％
変換を行なうのく十分な間酸化帯で酸化する。好ましく
は、この化合物を熱い間、そして最も好ましくは熱い空
気、即ち３００から５００℃の温度に加熱した空気で酸
化する。生成物と空気をより熱くすると、酸化帯で必要
な滞留時間はより短くなる。次に生成する硫酸塩生成物
を酸化帯から除去しそして廃棄する。

ここで第２図に言及すると、燃焼装置を本発明の方法の
実施のため略示する。この装置は第一段階燃焼室１４と
第二段階燃焼室４４を含む。

燃料と添加剤を含む燃料混合物、並びに第一段階の燃焼
のための空気が入口２４で室１４に入る。

前記のように、理論的空気の７５チ以下を第一段階に、
好ましくは約１１００℃以下そして好ましくは約８５０
から１０５０℃に温度を保つような方法で供給する。燃
焼の間、燃料スラリ中の添加剤は燃料中のイオウと結合
し室の底に固体の形で滞積する化合物を生成する。

これらの化合物は燃焼の第一段階中に滞積するので、燃
料中にある灰形成物質から生ずる灰の少な（とも大きな
粒子と共に口２Ｂを通して室１４からこれらを取出す。

室１４から可燃性ガスは出口３６で出てそして導管３Ｂ
を通して第二段階燃焼室４４へ送られる。入口４０でこ
の室に入ると、これらのガスは空気人口４２を通して別
の空気と混合されて、ここで燃焼が完了する。室４４か
ら排気は出口４６を通過するガス又は粒子の量に応じて
、大気へ放出又は次の処理のため排気出口４６を通して
出る。

口２８で除去された熱い固体を口８２を通して酸化室３
０へ移動する。この熱い固体を好ましくは９０で予熱し
た空気と接触させ、即ち空気は口８４で室８０に入って
口８２を介して室８０の頂部へ入る固体と接触させる。

少な（とも９０から９５重量％又はそれ以上の完了まで
反応の後に、新たに形成された硫酸化合物、並びに灰残
音を次の廃棄のため出口８６で酸化室８０から取出す。

かくして、本発明の方法はイオウ化合物が燃料混合物中
のイオウから形成されそして第一燃焼段階で除去される
燃料混合物のための燃焼法を供する。これらのイオウ化
合物を次に酸化して硫化物又は亜硫酸塩を安定な非毒性
硫酸塩に変換する。

次に第一燃焼段階からの残りの燃焼ガスを一つ又はそれ
以上の続く段階で燃焼する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の方法を示すフローシートである。第２
図は本発明の実施に有用な好適装置を断面略示図である
。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）イオウ含有燃料にイオウと反応することが
   できる添加剤を混合すること； （ｂ）理論的空気の７５％以下でかつ灰の融点以下、し
   かし前記の添加剤と前記の燃料中の何れのイオウ間に反
   応を引起こして形成されたイオウ化合物の除去を容易に
   するのに十分に高い温度で第一段階燃焼段階で混合物を
   燃焼すること；（ｃ）前記の第一段階から、そこで形成
   されたイオウ化合物を含む固体物質を除去すること；（
   ｄ）前記の固体物質中の硫化物及び亜硫酸塩の約９０か
   ら９５重量％を非毒性硫酸塩へ変換するのに十分な温度
   と時間で酸化帯で前記の固体物質を酸化すること；そし
   て （ｅ）前記の第一段階からの可燃性ガスを一つ又はそれ
   以上の続く段階で燃焼して前記の燃料の完全な燃焼を確
   保すること； を含む、低いイオウ放出、良好な灰除去及び非毒性イオ
   ウ化合物の形成を特徴とするイオウ含有燃料を燃焼する
   ための燃焼法。
2. （２）前記の固体物質を酸化する前記の段階が前記の物
   質に少なくとも３００℃の温度に予熱した空気を接触さ
   せることを含む、特許請求の範囲第１項の方法。
3. （３）前記の第一反応帯から除去された前記の物質にこ
   の物質がなお熱い間に空気と接触させる、特許請求の範
   囲第２項の方法。
4. （４）前記の粒状炭素質燃料が石炭を含みそして前記の
   第一段階中の前記の温度が１１００℃以下に保たれて前
   記の燃焼石炭により生成した灰が溶融することを阻止し
   、これによつてイオウ化合物を生成する前記の第一段階
   中で前記の添加剤と前記の燃料中のイオウ間の反応が容
   易にされる、特許請求の範囲第１項の方法。
5. （５）前記の第一反応帯中で形成された前記の固体物質
   を酸化する段階を５００から１１００℃の温度で行なう
   、特許請求の範囲第４項の方法。
6. （６）前記の固体物質を酸化する段階を０．１から１０
   分の時間で行なう、特許請求の範囲第５項の方法。