(57)【要約】【課題】各種燃料から製造されたガスから不純物を除去し、高温のガスに精製することができるガス精製設備、及び当該ガス精製設備を備えた高効率な発電システムを提供する。【解決手段】可燃成分を含むガスを湿式で洗浄するスクラバ１０と、スクラバ１０で洗浄された洗浄ガスに含まれる硫黄化合物を乾式で除去する脱硫装置２０とを備え、スクラバ１０から脱硫装置２０に導入される洗浄ガスの温度を水蒸気が凝縮しない温度に維持する。これにより、温度低下が抑制された精製ガスが得られる。また、洗浄ガスに含まれる水蒸気が凝縮しないので、スクラバ１０の洗浄によるガスの冷却に伴って放出されるエネルギーをガス精製設備から排出させることがない。さらに、洗浄ガスの水蒸気により、ガス中の一酸化炭素から炭素が生成する化学反応の進行が抑制され、配管、熱交換器、反応器、不純物除去剤、発電装置に固体の炭素が析出することを回避できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃成分を含むガスを湿式で洗浄して該ガス中の水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物を除去又は低減する湿式処理手段と、
前記湿式処理手段で洗浄されたガスである洗浄ガスに含まれる水蒸気を凝縮させることなく前記湿式処理手段で除去されないガス状不純物を除去剤で除去又は低減する乾式処理手段とを備えることを特徴とするガス精製設備。
【請求項２】
請求項１に記載するガス精製設備において、
前記湿式処理手段から前記乾式処理手段に前記洗浄ガスが導入される際に、前記洗浄ガスの温度を、前記洗浄ガスに含まれる水蒸気が凝縮しない温度に維持する温度維持手段とを備えることを特徴とするガス精製設備。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載するガス精製設備において、
前記乾式処理手段は、前記除去剤として硫黄化合物と化学反応する金属酸化物系脱硫剤を備える脱硫装置を含むことを特徴とするガス精製設備。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載するガス精製設備において、
前記乾式処理手段は、前記除去剤としてハロゲン化物と化学反応するハロゲン化物吸収剤を備えるハロゲン除去装置を含むことを特徴とするガス精製設備。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載するガス精製設備において、
前記乾式処理手段は、前記除去剤として水銀を吸収する水銀吸収剤を備える水銀除去装置を含むことを特徴とするガス精製設備。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載するガス精製設備において、
前記湿式処理手段による前記ガスの洗浄に先だって、前記ガスからハロゲン化物が除去されるように、ハロゲン化物と化学反応するハロゲン化物吸収剤を備える前置ハロゲン除去装置が配置されていることを特徴とするガス精製設備。
【請求項７】
ガスが製造されるガス供給源と、
前記ガス供給源からのガスを精製する請求項１〜請求項６の何れか一項に記載するガス精製設備と、
前記ガス精製設備で精製された燃料ガスを燃焼することで動力を得るガスタービンと、
前記ガスタービンからの排気の熱で発生した蒸気により動力を得る蒸気タービンとを備えることを特徴とする発電システム。
【請求項８】
請求項７に記載する発電システムにおいて、
前記ガス供給源は、石炭の反応により石炭ガス化ガスを製造して前記ガス精製設備に供給する石炭ガス化設備であることを特徴とする発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高性能・高効率なガス精製設備及び発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー資源の有効利用の観点から、例えば、石炭、重質油、バイオマス、或いは廃棄物をガス化して可燃成分を含むガス化ガスを製造し、ガス化ガスを燃料に用いて発電する高効率な発電システムが検討されている。ガス化ガスには，発電設備や環境に影響を与える不純物が含まれるため、ガス化ガスから不純物を除去して高品質の燃料ガスに精製する技術が不可欠であり、種々の精製システムが従来から提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
例えば、特許文献１では、吸収液等でガス化ガスを洗浄する湿式のガス精製により、ガス化ガス中の不純物を除去するガス精製方法及びガス精製装置が提案されている。
【０００４】
湿式のガス精製装置で精製された燃料ガスを用いた発電システムでは、ガス精製に起因する発電効率の低下という問題がある。特許文献１の技術では、集じん装置によってダスト類が除去された高温のガス化ガスを、湿式のガス精製装置によるガス精製の過程で、例えば、脱硫する場合では４０℃程度まで冷却する必要がある。ガスタービンや燃料電池などの高温で運転する発電手段には、高温の燃料ガスを供給することが望ましいため、一般には湿式で精製された燃料ガスは精製前のガス化ガスの熱を利用して再加熱する。このガス化ガスと燃料ガスとの熱交換の工程では熱損失が生じ、その損失量は温度調整幅が広いほど増大する傾向にある。そのため、４０℃程度まで冷却する必要のある特許文献１の技術では、ガス精製を実施するための温度調整に伴う熱損失によって、発電システム全体の効率が低下する。
【０００５】
また、湿式のガス精製では、ガス化ガス中の水蒸気が凝縮することに起因する発電効率低下が生じる。例えば、湿式ガス精製装置の一例であるガス洗浄塔では、例えば、４０℃の低温で洗浄されるため、ガス化ガスに含まれる水蒸気は凝縮して水となるが、この際に発生する熱である凝縮熱の回収は難しく、また、ガス化ガスの流量も減少してしまい、最終的にはそのエネルギーは温排水として系外に排出され発電には寄与しない。
【０００６】
このような問題は、ガス化ガスを精製する場合に限らず、可燃成分を含むガスを精製する場合においても存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３７６４５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記状況に鑑みてなされたもので、各種燃料から製造されたガスから不純物を除去し、高温のガスに精製することができるガス精製設備、及び各種燃料から製造されたガスから不純物を除去し、高温のガスに精製することができるガス精製設備を備えた高効率な発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、可燃成分を含むガスを湿式で洗浄して該ガス中の水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物を除去又は低減する湿式処理手段と、前記湿式処理手段で洗浄されたガスである洗浄ガスに含まれる水蒸気を凝縮させることなく前記湿式処理手段で除去されないガス状不純物を除去剤で除去又は低減する乾式処理手段とを備えることを特徴とするガス精製設備にある。ここでいう「可燃成分を含むガスを湿式で洗浄する」際には、当該ガスに含まれる水蒸気が凝縮しない温度条件で行う。
【００１０】
かかる第１の態様では、可燃成分を含むガスを湿式、乾式の順で処理することによって不純物が除去された高温の精製ガスが得られる。その工程においてはガスに含まれる水蒸気を凝縮させないため、水蒸気の凝縮の際に発生する熱である凝縮熱の放出を避けることができる。これにより可燃成分を含むガスに含まれる不純物を高効率に除去することができる。当該精製ガスは、上述のような発電手段に特に有用である。
【００１１】
また湿式処理手段で洗浄された洗浄ガスには、湿式処理手段で使用される洗浄液の水分の一部が水蒸気として加わっている。元々の可燃成分を含むガスに含まれていた水蒸気、及び新たに加わった水蒸気の存在により、主要成分である一酸化炭素（ＣＯ）の化学反応に起因する炭素（Ｃ）の生成が抑制されるため、配管、熱交換器、反応器、不純物除去剤、さらには発電装置に固体の炭素が析出することを回避することができる。炭素析出は機器の性能低下、動作不良を起こすこととなり、設備を停止した上で炭素析出した機器の清掃、修理、交換が必要となる上、最悪の場合は運転中に機器が破損してガス精製設備、さらにはこれを備える発電システム全体を緊急停止することも起こりうる。したがって、炭素析出の回避は一酸化炭素を含むガスを取り扱うシステムでは必須事項であるが、本発明のガス精製システムは、炭素析出の抑制効果があることから、ガス精製設備及び発電システム全体の健全性が高まるとともに、機器の清掃、修理、交換にかかる費用や手間を低減することができる。なお、乾式処理手段で用いる除去剤とは、脱硫剤、ハロゲン化物吸収剤、水銀除去剤、アンモニア分解触媒等のガス化ガスに含まれる不純物を乾式で除去するものを総称したものである。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載するガス精製設備において、前記湿式処理手段から前記乾式処理手段に前記洗浄ガスが導入される際に、前記洗浄ガスの温度を、前記洗浄ガスに含まれる水蒸気が凝縮しない温度に維持する温度維持手段とを備えることを特徴とするガス精製設備にある。
【００１３】
かかる第２の態様では、温度維持手段により、より確実に、洗浄ガスに含まれる水蒸気を凝縮させないことができる。
【００１４】
本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様に記載するガス精製設備において、前記乾式処理手段は、前記除去剤として硫黄化合物と化学反応する金属酸化物系脱硫剤を備える脱硫装置を含むことを特徴とするガス精製設備にある。
【００１５】
かかる第３の態様では、ガスから乾式で硫黄化合物を除去することができる。
【００１６】
本発明の第４の態様は、第１又は第２の態様に記載するガス精製設備において、前記乾式処理手段は、前記除去剤としてハロゲン化物と化学反応するハロゲン化物吸収剤を備えるハロゲン除去装置を含むことを特徴とするガス精製設備にある。
【００１７】
かかる第４の態様では、ガスから乾式でハロゲン化物を除去することができる。
【００１８】
本発明の第５の態様は、第１又は第２の態様に記載するガス精製設備において、前記乾式処理手段は、前記除去剤として水銀を吸収する水銀吸収剤を備える水銀除去装置を含むことを特徴とするガス精製設備にある。
【００１９】
かかる第５の態様では、ガスから乾式で水銀を除去することができる。
【００２０】
本発明の第６の態様は、第１〜第５の何れか一つの態様に記載するガス精製設備において、前記湿式処理手段による前記ガスの洗浄に先だって、前記ガスからハロゲン化物が除去されるように、ハロゲン化物と化学反応するハロゲン化物吸収剤を備える前置ハロゲン除去装置が配置されていることを特徴とするガス精製設備にある。
【００２１】
かかる第６の態様では、ガスが湿式処理手段に供給される前における配管等で、塩化アンモニウムが析出することを抑制できる。従来においては、塩化アンモニウムの析出を抑えるためにガスの温度を約２３０℃に保つ必要があった。本発明では、ハロゲン化物が除去されるため、湿式処理手段に供給される前のガス温度を、約２３０℃以下にしても塩化アンモニウムは析出しない。従って、湿式処理手段に供給される前のガスと、湿式処理手段で処理された洗浄ガスとの間で熱交換を行う際には、湿式処理手段に供給される前のガスを約２３０℃以下に下げられる分、洗浄ガスをより高く昇温することができる。
【００２２】
本発明の第７の態様は、ガスが製造されるガス供給源と、前記ガス供給源からのガスを精製する第１〜第６の何れか一つの態様に記載するガス精製設備と、前記ガス精製設備で精製された燃料ガスを燃焼することで動力を得るガスタービンと、前記ガスタービンからの排気の熱で発生した蒸気により動力を得る蒸気タービンとを備えることを特徴とする発電システムにある。
【００２３】
かかる第７の態様では、ガスに水蒸気が含まれたまま乾式処理手段でガス状不純物が除去されるため、ガスが有していた水蒸気と、湿式処理手段で蒸発した水蒸気とを共に高温高圧のガスとしてタービンの動力に利用できることによって、発電出力の向上を図ることができる。
【００２４】
本発明の第８の態様は、第７の態様に記載する発電システムにおいて、前記ガス供給源は、石炭の反応により石炭ガス化ガスを製造して前記ガス精製設備に供給する石炭ガス化設備であることを特徴とする発電システムにある。
【００２５】
かかる第８の態様では、石炭をガス化した石炭ガス化ガスに含まれる不純物を効率よく除去した精製ガスを燃料ガスとし、ガスタービン及び蒸気タービンで発電する石炭ガス化複合発電システムにより高効率な発電をすることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、可燃成分を含むガスを湿式、乾式の順で処理することによって不純物が除去された高温の精製ガスが得られる。また、ガスがもともと保有する水蒸気、ならびに湿式で洗浄した際に加わる水蒸気を凝縮させないでガスを精製することができる。これにより湿式での洗浄過程で水分の蒸発に使われた熱エネルギーを系外に排出することなく、高効率にガスに含まれる不純物を除去してガスを精製する。さらに、主要成分である一酸化炭素の化学反応に起因する炭素の生成が抑制されるため、配管、熱交換器、反応器、不純物除去剤、さらには発電装置に固体の炭素が析出することを回避することができる。
【００２７】
また、この精製ガスを燃料ガスとして利用する発電システムにおいては、従来技術では系外に排出されてしまう熱エネルギーを利用できるので、高効率な発電を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るガス精製設備の概略構成図である。
【図２】本発明に係る石炭ガス化複合発電システムの概略構成図である。
【図３】本発明に係るガス精製設備の概略構成図である。
【図４】本発明に係るガス精製設備での洗浄過程における燃料ガスの状態を示す図である。
【図５】従来技術に係る湿式ガス精製設備での洗浄過程における燃料ガスの状態を示す図である。
【図６】本発明に係るガス精製設備の概略構成図である。
【図７】本発明に係るガス精製設備の概略構成図である。
【図８】本発明に係るガス精製設備の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
〈実施形態１〉
図１には、本発明に係るガス精製設備の概略構成を示してある。
本実施形態では、可燃成分を含むガスの一例であるガス化ガスから不純物を除去する場合を例に取り説明する。以下、湿式で洗浄したガス化ガスを洗浄ガスと称し、ガス精製設備全体、すなわち湿式・乾式でガス化ガスから不純物を除去したものを精製ガスと称し、発電を行うタービン等の装置で使用される精製ガスを燃料ガスと称する。
【００３０】
本実施形態に係るガス精製設備１は、ガス化ガスを湿式で洗浄するスクラバ１０（湿式処理手段）と、スクラバ１０で処理された洗浄ガスに含まれる水蒸気を凝縮させることなく、ガス状不純物の一つである硫黄化合物を脱硫剤で除去する脱硫装置２０（乾式処理手段）とを備えている。スクラバ１０はガス化ガスに含まれる水蒸気が凝縮しない温度条件で洗浄する。続く脱硫装置２０はガス状不純物を除去する際に、洗浄ガスに含まれる水蒸気を凝縮させないようにしている。
【００３１】
ガス化ガスは、ガス精製設備１の系外にあるガス供給源（図示せず）からスクラバ１０に導入される。ガス化ガスには、一酸化炭素、水素（Ｈ２）等の可燃成分の他に、二酸化炭素（ＣＯ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、窒素（Ｎ２）が含まれ、さらに水溶性不純物、凝縮性不純物、粒子状不純物、及びガス状不純物が含まれている。
【００３２】
スクラバ１０は、湿式処理手段の一例であり、ガス化ガスを湿式で洗浄する。具体的には、スクラバ１０は、水溶液等を洗浄液とし、この洗浄液が散布された空間内にガス化ガスを導入し、或いは洗浄液中にガス化ガスを導入し、ガス化ガスに含まれる水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物を洗浄液に捕集して分離する。
【００３３】
スクラバ１０による洗浄により、ガス化ガスからは、水溶性不純物、凝縮性不純物、及び粒子状不純物の一部又は全量が除去される。水溶性成分は、例えばアルカリ金属、アンモニア、シアン化水素、ハロゲン化物である。凝縮性不純物は、例えばタールや微量物質である。粒子状不純物は、例えばダストやチャーである。
【００３４】
また、スクラバ１０では、導入されるガス化ガスの熱エネルギーにより、スクラバ１０で使用される洗浄液の水分の一部が蒸発し洗浄ガスに加わる。このため、スクラバ１０の出口温度条件において水蒸気が飽和状態となった洗浄ガスが得られる。
【００３５】
脱硫装置２０は、乾式処理手段の一例であり、洗浄ガスに含まれる水蒸気を凝縮させることなく、スクラバ１０で除去されないガス状不純物の一種である硫黄化合物を脱硫剤で除去又は低減する。ここでいう「洗浄ガスに含まれる水蒸気を凝縮させることなく」とは、脱硫装置２０での硫黄化合物の除去の際において、洗浄ガスに含まれる水蒸気を凝縮させず、かつ、スクラバ１０の出口から脱硫装置２０に至る間においても洗浄ガスに含まれる水蒸気を凝縮させないことをいう。
【００３６】
具体的には、脱硫装置２０は、除去剤の一例として、硫黄化合物と化学反応する金属酸化物系脱硫剤を備え、金属酸化物系脱硫剤が洗浄ガス中の硫黄化合物を吸収するように構成されている。金属酸化物系脱硫剤は、硫化水素（Ｈ２Ｓ）や硫化カルボニル（ＣＯＳ）等の硫黄化合物を低濃度まで除去することができる。
【００３７】
湿式のみで脱硫を行う従来技術においては硫化水素しか除去できないため、事前に硫化カルボニルを硫化水素に変換する触媒を充填したＣＯＳコンバータが必要である。これに対し本発明では、乾式で脱硫を行う脱硫装置２０は、硫化カルボニル及び硫化水素の両方を除去することができるため、ガス精製設備１においては、ＣＯＳコンバータが不要となり、構成を簡略化することができる。
【００３８】
なお、金属酸化物系脱硫剤としては、硫黄化合物と化学反応する金属酸化物を含んでいれば良く、例えば、酸化鉄を主成分とする脱硫剤、亜鉛フェライトを主成分とする脱硫剤、酸化亜鉛を主成分とする脱硫剤を用いることができる。
【００３９】
以上に説明した本発明に係るガス精製設備１では、ガス化ガスを湿式、乾式の順で処理することによって不純物が除去された高温の精製ガスが得られる。また、洗浄ガスから脱硫装置２０で硫黄化合物を除去する際に、洗浄ガスに含まれる水蒸気が凝縮しないようにする。スクラバ１０の出口から脱硫装置２０に至るまでの洗浄ガスには、ガス化ガスに元々含まれていた水蒸気と、スクラバ１０においてガス化ガスの熱エネルギーによって洗浄液の水分が蒸発した水蒸気とが含まれている。この洗浄ガスに含まれた水蒸気は、脱硫装置２０で硫黄化合物が除去された後の精製ガスにもそのまま含まれている。
【００４０】
このように、スクラバ１０及び脱硫装置２０における不純物を除去する過程において、洗浄ガスに含まれる水蒸気は凝縮することがないため、スクラバ１０で水分の蒸発に使われたガス化ガスの熱エネルギーをガス精製設備１の系外に排出することなくガス化ガスを精製することができる。
【００４１】
また、本実施形態に係るガス精製設備１では、ガス化ガスの精製は、スクラバ１０により湿式でガス化ガスを洗浄した後、洗浄ガスから脱硫装置２０により乾式でガス状不純物の一種である硫黄化合物を除去することにより行われる。このように、最初に湿式で洗浄することにより、ガス化ガスからは水溶性不純物や凝縮性不純物や粒子状不純物の一部又は全量が除去されるため、後段の乾式処理手段の構成を簡素化することができる。
【００４２】
ここで、洗浄前のガス化ガスに含まれる水蒸気の凝縮温度よりもスクラバ１０の温度が高い場合、洗浄ガスに含まれる水蒸気の濃度は、従来のガス精製設備で処理されたガス化ガスの水蒸気の濃度よりも高い。ガス化ガスに含まれる水蒸気が凝縮しておらず、また、スクラバ１０の洗浄液の水分が蒸発した水蒸気を含んでいるからである。
【００４３】
このとき、数１のＩ式に示す水性シフト反応においては、水蒸気の濃度が高くなると左辺から右辺の方向、すなわち、一酸化炭素が減少し、二酸化炭素が増加する方向に反応が進む傾向にある。一酸化炭素の減少、二酸化炭素の増加は、数１のＩＩ式に示す炭素析出反応の一つであるブドアール反応の進行を妨げる効果を奏し、炭素の析出が抑制される効果が得られる。
【００４４】
【数１】
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【００４５】
このように、洗浄ガスの水蒸気の存在により、主要成分である一酸化炭素の化学反応に起因する固体の炭素の生成が抑制されるため、配管、熱交換器、反応器、不純物除去剤、さらには発電装置に炭素が析出することを回避することができる。炭素析出は機器の性能低下、動作不良を起こすこととなり、設備を停止した上で炭素析出した機器の清掃、修理、交換が必要となる上、最悪の場合は運転中に機器が破損してガス精製設備を緊急停止することも起こりうる。したがって、炭素析出の回避は一酸化炭素を含むガスを取り扱うシステムでは必須事項であるが、本発明のガス精製システムは、炭素析出の抑制効果があることから、ガス精製設備の健全性が高まるとともに、機器の清掃、修理、交換にかかる費用や手間を低減することができる。
【００４６】
また、スクラバ１０により湿式で不純物が除去された後に、脱硫装置２０により乾式でガス状不純物の一種である硫黄化合物が除去されるので、湿式処理手段としては、水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物を除去するスクラバ１０でよい。即ち、従来のガス精製設備では、ガス状不純物を除去するために、高温のスクラバの後に、例えば、冷却塔、洗浄塔、脱硫塔の湿式設備が設けられているが、本実施形態では、冷却塔、洗浄塔、脱硫塔を削減することができ、圧力損失を低減することもできる。また、湿式処理手段における水蒸気の凝縮がないことから排水量は少なくなり、ガス精製設備の排水を処理する施設の規模や構成をコンパクトにすることができる。
【００４７】
なお、本実施形態に係るガス精製設備１では、湿式処理手段としては、ベンチュリースクラバや、ジェットスクラバ、スプレー塔、サイクロンスクラバ等を用いることができる。さらに、乾式処理手段としては、脱硫装置２０のみに限らず、洗浄ガスから除去するガス状不純物に応じて適宜他の乾式処理手段を用いることができる。
【００４８】
例えば、乾式処理手段の一例として、ガス化ガスに含まれるハロゲン化物と化学反応するハロゲン化物吸収剤を備えるハロゲン除去装置を挙げることができる。具体的には、ハロゲン化物吸収剤にガス化ガス中の塩化水素（ＨＣｌ）やフッ化水素（ＨＦ）等のハロゲン化物を吸収させる。ハロゲン化物吸収剤としては、アルミニウムとアルカリ物質との複合酸化物であるアルミン酸アルカリを含有するものを用いることができる。また、アルミン酸アルカリ以外のハロゲン化物吸収剤を用いることも可能である。
【００４９】
また、乾式処理手段の他の例として、ガス化ガスに含まれるアンモニア（ＮＨ３）を除去するアンモニア除去装置を挙げることができる。具体的には、ガス化ガス中のアンモニアを直接分解或いは酸化分解する触媒等を用いることができる。
【００５０】
また、乾式処理手段の他の例として、ガス化ガスに含まれる水銀（Ｈｇ）を除去する水銀除去装置を用いることができる。具体的には、ガス化ガス中の水銀を吸収して除去する銅系水銀吸収剤を用いることができる。また、活性炭等の銅系水銀吸収剤以外の水銀の除去剤を用いることも可能である。
【００５１】
〈実施形態２〉
図２には、本発明に係る石炭ガス化複合発電システムの概略構成を示し、図３には、石炭ガス化複合発電システムを構成するガス精製設備の概略構成を示してある。
【００５２】
以下の実施形態では、ガス化ガスの一例である石炭ガス化ガスを精製してガスタービン用の燃料ガスを得る例を挙げて説明する。
【００５３】
図２に示すように、石炭ガス化複合発電システムＩは、 石炭を原料に石炭ガス化ガスを製造する石炭ガス化設備２を備えている。石炭ガス化設備２は、石炭をガス化剤と反応させる石炭ガス化炉２Ａを備え、石炭ガス化炉２Ａで石炭ガス化ガスを製造する。この石炭ガス化ガスには、一酸化炭素、水素等の可燃成分の他に、二酸化炭素、水蒸気、窒素が含まれ、さらに水溶性不純物、凝縮性不純物、粒子状不純物、及びガス状不純物が含まれている。
【００５４】
石炭ガス化炉２Ａで製造された石炭ガス化ガスは、集塵装置３に導入される。集塵装置３は、石炭ガス化ガスに含まれるダストや石炭チャーをサイクロンやフィルター等で除去する装置である。集塵装置３で集塵された石炭ガス化ガスは、ガス精製設備１Ａに導入され、ガス精製設備１Ａで不純物が除去されて精製ガスとなり、精製ガスは複合発電設備４で燃料ガスとして用いられる。
【００５５】
複合発電設備４は、燃焼器（図示せず）で燃焼された燃料ガスの膨張により動力を得るガスタービン４０を備えている。ガスタービン４０の排気ガスは排熱回収ボイラ６０で熱回収され、煙突５０から大気に放出される。排熱回収ボイラ６０では蒸気が発生し、排熱回収ボイラ６０で発生した蒸気は蒸気タービン７０で膨張されて動力が得られる。ガスタービン４０及び蒸気タービン７０の動力により発電機８０が駆動され発電が行われる。
【００５６】
このため、石炭ガス化ガスに含まれる不純物を効率よく除去した精製ガスを燃料ガスとし、ガスタービン４０及び蒸気タービン７０で発電する石炭ガス化複合発電システムにより高効率な発電をすることができる。
【００５７】
なお、精製ガスは、上述した複合発電設備４以外の発電システムの燃料として利用されてもよい。例えば、精製ガスは、溶融炭酸塩形燃料電池や固体酸化物形燃料電池を備える発電システムや、燃料ガスにより作動するガスエンジンとガスエンジンの作動により発動する発電機とを備えた発電システムの燃料として利用されてもよい。また、精製ガスは、水素やメタンの製造の原料、メタノール、エタノール等の液体燃料の製造等の原料、プラスチック、ビニール等の化学製品の合成原料として供給されてもよい。
【００５８】
図３を用いてガス精製設備１Ａについて詳細に説明する。同図に示すように、ガス精製設備１Ａは、石炭ガス化ガスを湿式で洗浄する湿式処理手段としてのスクラバ１０と、熱交換器（温度維持手段）１５と、乾式処理手段としての脱硫装置２０とを備え、石炭ガス化設備２（図２参照）から石炭ガス化ガスが供給され、石炭ガス化ガスから不純物を除去する。ガス精製設備１で得られた精製ガスは、複合発電設備４の燃料ガスとしてガスタービン４０に供給される。
【００５９】
温度維持手段とは、スクラバ１０から脱硫装置２０に洗浄ガスが導入される際に、洗浄ガスの温度を当該洗浄ガスに含まれる水蒸気が凝縮しない温度条件に維持するものである。
【００６０】
また、温度維持手段は、洗浄ガスをさらに昇温することも含む概念である。したがって、熱交換器１５は、この概念での温度維持手段の一例である。
【００６１】
熱交換器１５は、石炭ガス化設備２からスクラバ１０に導入される前の石炭ガス化ガスの熱で、洗浄ガスを昇温する。すなわち、石炭ガス化設備２からの石炭ガス化ガスが降温されてスクラバ１０に導入され、洗浄ガスは昇温されて脱硫装置２０に導入される。脱硫装置２０に導入される洗浄ガスは、硫黄化合物を除去するのに適した温度となっている。
【００６２】
本実施形態では、熱交換器１５では、石炭ガス化設備２からの石炭ガス化ガスを約２４０℃にまで降温し、スクラバ１０で洗浄されて約１３０℃程度となった洗浄ガスを石炭ガス化設備２からの高温の石炭ガス化ガスの熱により、脱硫装置２０の運転に必要な温度に昇温している。
【００６３】
なお、石炭ガス化ガスの降温を約２４０℃までとしたのは、約２３０℃以下になると石炭ガス化ガス中の塩化水素とアンモニアが反応して固体の塩化アンモニウムが顕著に析出するためである。塩化アンモニウムは配管や熱交換器１５の閉塞や腐食を引き起こすため、その析出を回避するのが必須である。湿式処理手段の前の石炭ガス化ガスを約２４０℃に保てば、塩化アンモニウムが顕著に析出することがない。
【００６４】
スクラバ１０は、湿式処理手段の一例であり、石炭ガス化ガスを湿式で洗浄する。具体的には、スクラバ１０は、水溶液等を洗浄液とし、この洗浄液が散布された空間内にガス化ガスを導入し、或いは洗浄液中にガス化ガスを導入し、ガス化ガスに含まれる水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物を洗浄液に捕集して分離する。
【００６５】
スクラバ１０による洗浄により、石炭ガス化ガスからは、水溶性成分、凝縮性不純物、及び粒子状不純物の一部又は全量が除去される。水溶性成分は、例えばアルカリ金属、アンモニア、シアン化水素、ハロゲン化物である。凝縮性不純物は、例えばタールや微量物質である。粒子状不純物は、例えばダストや石炭チャーである。
【００６６】
また、スクラバ１０では、導入される石炭ガス化ガスの熱エネルギーにより、スクラバ１０で使用される洗浄液の水分の一部が蒸発し洗浄ガスに加わる。このため、スクラバ１０の出口温度条件において水蒸気が飽和状態となった洗浄ガスが得られる。
【００６７】
脱硫装置２０は、乾式処理手段の一例であり、硫黄化合物と化学反応する金属酸化物系脱硫剤を備える装置である。具体的には、脱硫装置２０では、金属酸化物系脱硫剤が原料ガス中の硫黄化合物を吸収する。金属酸化物系脱硫剤は、硫化水素や硫化カルボニル等の硫黄化合物を低濃度まで除去することができる。
【００６８】
このようにして、ガス精製設備１Ａは、スクラバ１０と脱硫装置２０とで石炭ガス化ガスから不純物を除去して精製ガスにする。
【００６９】
ここで、図４を用いて、本実施形態に係るガス精製設備１Ａを備える発電システムの効果について説明する。
【００７０】
石炭ガス化設備２で製造された石炭ガス化ガスには、水蒸気１００（図には△で表してある）、水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物２００（図には▽で表してある）、及びガス状不純物２１０（図には□で表してある）が含まれている。なお、その他の石炭ガス化ガスの成分（水素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素等）は、雲状の記号で表してある。
【００７１】
石炭ガス化ガスは、スクラバ１０に導入されて水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物２００が洗浄される。このとき、石炭ガス化ガスの熱エネルギーで、スクラバ１０で用いられた洗浄液の水分が蒸発し、この水分が水蒸気１１０（図には○で表してある）として飽和状態となるように加わった洗浄ガスが得られる。即ち、洗浄ガスには、水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物２００が除去され、新たに、スクラバ１０での水蒸気１１０が加わっている。
【００７２】
洗浄ガスは、熱交換器（温度維持手段）１５により、水蒸気１００，１１０が凝縮する温度よりも高い温度に維持されるため、これらの水蒸気１００，１１０は凝縮せずに、脱硫装置２０に導入される。
【００７３】
脱硫装置２０では、ガス状不純物２１０として例に挙げた硫黄化合物が洗浄ガスから除去剤で除去され、精製ガスが製造される。この精製ガスは燃料ガスとして複合発電設備４に導入される。精製ガスには、可燃成分の他、元の石炭ガス化ガスに含まれていた水蒸気１００、及びスクラバ１０での洗浄過程により加わった水蒸気１１０が含まれている。
【００７４】
上述したように、本発明に係るガス精製設備を備える発電システムでは、石炭ガス化ガスに水分が水蒸気１００，１１０として含まれたまま脱硫装置２０でガス状不純物２１０中の硫黄化合物が除去されるため、石炭ガス化ガスが有していた水蒸気１００と、スクラバ１０で蒸発した水蒸気１１０とを共にガスタービン４０の動力に利用でき、発電効率の向上を図ることができる。
【００７５】
一方、従来技術に係る湿式ガス精製設備では、このような発電効率の向上を実現することができない。このことを図５を用いて説明する。図５には、従来技術に係る湿式ガス精製設備での精製過程における石炭ガス化ガスの状態を示してある。
【００７６】
図５に示すように、従来技術に係る湿式ガス精製設備は、前段の湿式洗浄手段で水溶性不純物、凝縮性不純物、及び粒子状不純物を除去し、後段の湿式処理手段で主に硫黄化合物等のガス状不純物を除去する構成となっている。具体的には、後段の湿式処理手段は、湿式で脱硫を行う冷却塔、洗浄塔、脱硫塔等から構成される湿式脱硫装置である。
【００７７】
前段の水スクラバ等の湿式洗浄手段に導入される石炭ガス化ガスには、水蒸気１００（図には△で表してある）、水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物２００（図には▽で表してある）、及びガス状不純物２１０（図には□で表してある）が含まれている。なお、その他の石炭ガス化ガスの成分（水素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素等）は、雲状の記号で表してある。
【００７８】
石炭ガス化ガスは、水スクラバ等に導入されて水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物が洗浄される。このとき、石炭ガス化ガスの熱エネルギーで、スクラバ１０で用いられた洗浄液の水分が蒸発し、水蒸気１１０（図には○で表してある）として飽和状態となるように加わった洗浄ガスが得られる。即ち、洗浄ガスには、水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物２００が除去され、新たに、スクラバ１０での水蒸気１１０が加わっている。
【００７９】
洗浄ガスは、後段の湿式脱硫装置等の湿式処理手段に導入され、ガス状不純物２１０として例に挙げた硫黄化合物が洗浄により除去される。このとき、湿式脱硫装置等では、低温（４０℃程度）で洗浄処理が行われるため、洗浄ガス中に飽和している水蒸気１００，１１０が凝縮する。凝縮する水蒸気は、その際に発生する凝縮熱と共に温排水として系外に排出されるので、熱損失となる。さらに、水蒸気１００，１１０が石炭ガス化ガスから除かれてしまうので、精製ガスの流量（体積）は、当初の石炭ガス化ガスの流量よりも減少する。
【００８０】
図４と図５との比較から明らかなように、本発明に係るガス精製設備を備える発電システムでは、従来技術に係る湿式ガス精製設備で生じていた降温・昇温に起因する熱損失の低下並びにガス流量の減少を抑えることができるので、精製ガスを燃料ガスとして用いる複合発電設備４（図２参照）での発電量が大きくなる。すなわち、本発明に係るガス精製設備を備える発電システムは、従来の湿式ガス精製設備を備える発電システムと比較して、高効率な発電が可能となる。
【００８１】
なお、上述した石炭ガス化複合発電システムＩは、ガス精製設備１Ａを備えていたが、実施形態１で説明したガス精製設備１を備えるものであってもよい。この場合でも、従来の湿式ガス精製設備よりも発電効率の向上を図ることができる。
【００８２】
また、上述したガス精製設備１Ａでは、温度維持手段は、熱交換器１５に限らず、洗浄ガスの昇温を目的として、昇温用のスチームガスヒーター、電気ヒーター等の加熱器を用いることができる。
【００８３】
さらに、本実施形態に係るガス精製設備１Ａでは、石炭ガス化ガスの精製は、スクラバ１０により湿式で石炭ガス化ガスを洗浄した後、脱硫装置２０により乾式で硫黄化合物を除去することにより行われる。このように、最初に湿式で洗浄することにより、石炭ガス化ガスからは水溶性成分、凝縮性成分、粒子状成分の一部又は全量が除去されるため、後段の乾式処理手段は主にガス状不純物のみを対象にすれば良く、構成を簡素化することができる。
【００８４】
また、スクラバ１０により湿式で不純物が除去された後に、脱硫装置２０により乾式でガス状不純物の一種である硫黄化合物が除去されるので、湿式処理手段としては、水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物を除去するスクラバ１０でよい。即ち、従来のガス精製設備で必要であった冷却塔、洗浄塔、脱硫塔を削減して簡素な構成とし、圧力損失を低減することもできる。また、湿式処理手段における水蒸気の凝縮がないことから排水量は少なくなり、ガス精製設備（及びこれを含む発電システム全体）の排水を処理する施設の規模や構成をコンパクトにすることができる。
【００８５】
以降、実施形態３〜５で、ガス精製設備の乾式処理手段の応用例を示す。
【００８６】
〈実施形態３〉
図６には、本実施形態に係るガス精製設備１Ｂの概略構成を示してある。なお、実施形態２と同一のものには同一の符号を付し重複する説明は省略する。
【００８７】
ガス精製設備１Ｂは、乾式処理手段として、ハロゲン除去装置２１及び脱硫装置２０が配置されている。
【００８８】
ハロゲン除去装置２１は、石炭ガス化ガスに含まれるハロゲン化物と化学反応するハロゲン化物吸収剤を備える装置である。
【００８９】
石炭ガス化ガスは、ハロゲン除去装置２１でハロゲン化物が除去された後、脱硫装置２０に導入されて硫黄化合物が除去され、精製ガスとなる。
【００９０】
このように、除去対象のガス状不純物に対応して乾式処理手段を設けることで、スクラバ１０で除去しきれなかった場合でもハロゲン化物を確実に除去することができる。
【００９１】
〈実施形態４〉
図７には、本実施形態に係るガス精製設備１Ｃの概略構成を示してある。なお、実施形態２と同一のものには同一の符号を付し重複する説明は省略する。
【００９２】
ガス精製設備１Ｃは、乾式処理手段として、水銀除去装置２２及び脱硫装置２０が配置されている。
【００９３】
実施形態１で説明したように水銀除去装置２２は、水銀吸収剤を除去剤として用いて水銀を吸収して除去する装置である。水銀除去剤とは、銅系水銀除去剤、活性炭、その他の除去剤をいう。
【００９４】
水銀除去装置２２は、スクラバ１０の下流と熱交換器１５との間に配設されている。これにより、洗浄ガスが熱交換器１５に入る前に水銀が除去される。
【００９５】
〈実施形態５〉
図８には、本実施形態に係るガス精製設備１Ｄの概略構成を示してある。なお、実施形態２と同一のものには同一の符号を付し重複する説明は省略する。
【００９６】
ガス精製設備１Ｄは、スクラバ１０（湿式処理手段）及び脱硫装置２０（乾式処理手段）の他に、石炭ガス化ガスの供給源（図示せず）と熱交換器１５との間に前置ハロゲン除去装置２３が配設されている。
【００９７】
前置ハロゲン除去装置２３は、実施形態１又は２で説明したハロゲン除去装置２１と同様の装置である。前置ハロゲン除去装置２３は、スクラバ１０に導入される石炭ガス化ガスに含まれる塩化水素を除去する。これにより、前置ハロゲン除去装置２３からスクラバ１０に至る間において、塩化アンモニウムの原料となる塩化水素を石炭ガス化ガスから除去することができる。
【００９８】
塩化アンモニウムの生成反応は約２３０℃以下で顕著に進行するため、石炭ガス化ガスに塩化水素とアンモニアを含む実施形態１では、熱交換器１５の出口をその温度以上に保つ必要があった。
【００９９】
しかし、本実施形態に係るガス精製設備１Ｄでは、予め前置ハロゲン除去装置２３により石炭ガス化ガスから塩化水素が除去されるので、スクラバ１０により洗浄される前の石炭ガス化ガスにおける塩化アンモニウムが生成されない。
【０１００】
したがって、熱交換器１５では、前置ハロゲン除去装置２３で処理された石炭ガス化ガスを約２３０℃以下にすることができる。このため、熱交換器１５で約２３０℃以下（例えば、約１４０℃）に石炭ガス化ガスを降温する際に回収した熱エネルギーを洗浄ガスの昇温に有効利用できる。
【０１０１】
ガス精製設備１Ｄは、実施形態２に説明した石炭ガス化複合発電システムに適用した状態を想定してあるが、石炭ガス化ガス以外の他のガスを精製するものであってもよいし、精製ガスは燃料ガスとして用いられる以外の用途に適用されてもよい。
【０１０２】
〈他の実施形態〉
上述した実施形態２〜実施形態５では、可燃成分を含むガスとして石炭ガス化ガスを例示して説明したが、本発明に係るガス精製設備は、石炭ガス化ガスを精製する場合に限らない。即ち、ガスとしては、石炭、重質油、バイオマス、廃棄物、ゴミ固形燃料（Ｒｅｆｕｓｅ  Ｄｅｒｉｖｅｄ  Ｆｕｅｌ、ＲＤＦ）、古紙と廃プラスチックからなる固形燃料（Ｒｅｆｕｓｅ  Ｐａｐｅｒ  ａｎｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ  Ｆｕｅｌ、ＲＰＦ）等のガス化ガスを精製することができる。また、本発明に係るガス精製設備は、化学プラントで副生されるオフガスや原油の精製時に副生されるオフガスも精製することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、可燃成分を含むガスを精製する産業分野や該精製ガスを用いて発電等を行う産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
Ｉ              石炭ガス化複合発電システム
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ  ガス精製設備
２              石炭ガス化設備
２Ａ            石炭ガス火炉
３              集塵装置
４              複合発電設備
１０            スクラバ
１５            熱交換器
２０            脱硫装置
２１            ハロゲン除去装置
２２            水銀除去装置
２３            前置ハロゲン除去装置
４０            ガスタービン
５０            煙突
６０            排熱回収ボイラ
７０            蒸気タービン
８０            発電機
１００，１１０  水蒸気
２００          水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物
２１０          ガス状不純物
【図１】
2010235915.tif 000004
【図２】
2010235915.tif 000005
【図３】
2010235915.tif 000006
【図６】
2010235915.tif 000007
【図７】
2010235915.tif 000008
【図８】
2010235915.tif 000009
【図４】
2010235915.tif 000010
【図５】
2010235915.tif 000011