(57)【要約】【課題】  スクラバから排出されるガスの加湿量を増加させ、シフト器において供給するプロセススチームの量を低減させるとともに、熱交換器内における塩化アンモニウムの析出を抑制できる石炭のガス化によって得られる原料ガスの精製方法およびその方法を提供する。【解決手段】  石炭ガス化炉１での石炭のガス化により発生する原料ガスをスクラバ４へ導入し、熱交換器８および９において昇温させた洗浄水と原料ガスとの気液接触を行い、気液接触後の原料ガスをシフト反応器６へ導入し、シフト反応を行う。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭のガス化によって得られる原料ガスの精製方法であって、石炭のガス化より発生する原料ガスを除塵する工程と、除塵した原料ガスと昇温させた洗浄水とを気液接触させる工程と、気液接触後の原料ガスをシフト反応させる工程とを順に含む精製方法。
【請求項２】
前記昇温させた洗浄水の温度が沸点から５〜２０℃程度低い温度であることを特徴とする請求項１に記載の精製方法。
【請求項３】
前記昇温させた洗浄水の温度が１５０〜３００℃であり、好ましくは２３０℃であることを特徴とする請求項１に記載の精製方法。
【請求項４】
前記除塵した原料ガスと昇温させた洗浄水とを気液接触させる工程がスプレー塔、充填塔、サイクロンスクラバー、ジェットスクラバー、回転洗浄機または、ベンチュリースクラバであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の精製方法。
【請求項５】
前記石炭のガス化より発生する原料ガスを除塵する工程がポーラスフィルタやチャーフィルタであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の精製方法。
【請求項６】
前記気液接触後の原料ガスを２００℃〜５５０℃でシフト反応させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の精製方法。
【請求項７】
石炭のガス化によって得られる原料ガスの精製装置であって、原料ガスに含まれる粉塵を取り除くためのフィルタ手段と、前記フィルタ手段から排出される原料ガスを、昇温させた洗浄水と気液接触させるスクラバ手段と、前記スクラバ手段から排出される原料ガスのシフト反応を行うシフト反応手段とを含む精製装置。
【請求項８】
前記昇温させた洗浄水の温度が沸点から５〜２０℃程度低い温度であることを特徴とする請求項７に記載の精製装置。
【請求項９】
前記昇温させた洗浄水の温度が１５０〜３００℃であり、好ましくは２３０℃であることを特徴とする請求項７に記載の精製装置。
【請求項１０】
前記除塵した原料ガスと昇温させた洗浄水とを気液接触させる工程がスプレー塔、充填塔、サイクロンスクラバー、ジェットスクラバー、回転洗浄機または、ベンチュリースクラバであることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の精製装置。
【請求項１１】
前記石炭のガス化より発生する原料ガスを除塵する工程がポーラスフィルタやチャーフィルタであることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の精製装置。
【請求項１２】
前記気液接触後の原料ガスを２００℃〜５５０℃でシフト反応させることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載の精製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭のガス化により発生する原料ガスの精製方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、石炭から原料ガスを発生させ精製するプロセスにおいては、発生した原料ガスから粉塵や、水銀、重金属等の有害物質を除去した後、シフト反応器によってガスの組成を変化させる工程が提案されている。このような石炭ガスの精製工程における、石炭ガス化炉からシフト反応器までの経路を概略的に図１に示す。図１中に示すガス精製装置は、石炭から原料ガスを発生させるための石炭ガス化炉１と、比較的大きな灰塵を取り除くフィルタ２と、原料ガスの熱回収をする熱交換器３と、水銀や重金属を取り除くスクラバ４と、有害物質を取り除いた原料ガスを再び加熱する熱交換器５と、原料ガスの組成を変化させるシフト反応を行うためのシフト反応器６と、シフト反応器の後流に備えられた脱硫塔７から構成されている。
【０００３】
このように、従来は石炭ガス化炉１において、石炭より原料ガスを発生させた後、石炭ガス化炉１の後流に設けられたフィルタ２に原料ガスを導入する。次に、フィルタにより灰塵を取り除いた原料ガスを、熱交換器３に導入し、原料ガスの熱を回収する。熱交換器３において熱を回収したガスを、次に熱交換器３の後流に設置されたスクラバ４へと導入する。スクラバ４において気液接触により原料ガスから有害物質を取り除き、原料ガスを再び熱交換器５へと導入する。熱交換器５において再加熱した原料ガスを、シフト反応器６へと導入して、ガス中の組成を変化させる。シフト反応器６において組成が変化した原料ガスを、後流の脱硫塔７等へと導入し、さらに後流の精製工程へと進行することとなる。
【０００４】
このシフト反応器では、ガス中のＣＯとＨ２Ｏとを反応させて、Ｈ２、ＣＯ２を生成するシフト反応（Ｈ２Ｏ＋ＣＯ→Ｈ２＋ＣＯ２）を行い、石炭ガスのＨ２／ＣＯの組成比を変化させている。また、シフト反応器においてこのようなシフト反応をする際、ガス中に含まれる一酸化炭素から炭素の析出（ＣＯ＋Ｈ２→Ｃ＋Ｈ２Ｏ）を防止するために、プロセススチーム（Ｈ２Ｏ）を加えていた。従来、プロセススチームの供給はシフト反応器の入り口におけるスチーム/ＣＯ比が１〜３となるように多量に供給する必要があった。
【０００５】
また、ガスの精製工程において、ガス中に含まれる灰塵や水銀、重金属等の有害物質の除去には、各種のスクラバが用いられており、スクラバ内へ導入されるガスは、液体（水）と接触させることにより、水銀や重金属、Ｃｌ等が取り除かれる。
この際、有害物質の除去と同時に、Ｈ２Ｏの導入による加湿をすることが可能であり、この段階でガスを多量に加湿することができれば、シフト反応器におけるプロセススチームの供給量を低減することが可能となる。しかしながら、スクラバ内における加湿量は、原料ガス温度に依存しており、例えば特許文献１に示すように、従来のガス精製方法においては、スクラバの前流において熱交換機が設置され、原料ガスの熱を回収した後にスクラバへ導入される。このような構成では、ガスの温度が低くなり、加湿量も低くなってしまっていた。さらにスクラバ導入前に熱回収された原料ガスは、スクラバの後流において再び再加熱の工程をたどり、シフト反応器において多量のプロセススチームを必要としていた。また、このような構成では、スクラバ導入前の熱交換器において熱を回収する一方で、シフト交換器の前において加熱のための熱交換器を必要とし、熱のロスが発生するという問題があった。
【０００６】
また、スクラバへ導入する前流において熱交換器により熱回収を行う従来の構成では、原料ガスの温度が塩化アンモニウムの析出温度以下となり、熱交換器において、塩化アンモニウムが析出してしまうという問題も生じていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１０４４５１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、上記の問題点に鑑み、熱交換器により生じる熱のロスを防止することを目的とする。また、スクラバから排出されるガスの加湿量を増加させ、シフト反応器において供給するプロセススチームの量を低減させることを目的とする。さらに、熱交換器において塩化アンモニウムの析出防止を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するため、石炭のガス化によって得られる原料ガスの精製方法であって、石炭のガス化より発生する原料ガスを除塵する工程と、除塵した原料ガスと昇温させた洗浄水とを気液接触させる工程と、気液接触後の原料ガスをシフト反応させる工程とを順に含むことを特徴とする。また、本発明の精製方法は、前記昇温させた洗浄水の温度が沸点から５〜２０℃程度低い温度であることを特徴とする。また、本発明の精製方法は、前記昇温させた洗浄水の温度が１５０〜３００℃であり、好ましくは２３０℃であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の別の態様によれば、石炭のガス化によって得られる原料ガスの精製装置であって、原料ガスに含まれる粉塵を取り除くためのフィルタ手段と、前記フィルタ手段から排出される原料ガスを、昇温させた洗浄水と気液接触させるスクラバ手段と、前記スクラバ手段から排出される原料ガスのシフト反応を行うシフト反応手段とを含むことを特徴とする。また、本発明の精製方法は、前記昇温させた洗浄水の温度が沸点から５〜２０℃程度低い温度であることを特徴とする。また、本発明の精製装置は、前記洗浄水の温度が１５０〜３００℃であり、好ましくは２３０℃であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の精製方法によれば、スクラバ内へ導入されるガスは、フィルタを通過後、熱交換器により、熱回収されることなくスクラバへ導入され、またスクラバから排出されるガスは、熱交換器による加熱をすることなくシフト反応器へ導入される。熱交換器を経由しないことから、熱交換器により生じる熱のロスを軽減することができる。さらに、スクラバ内へ導入されるガスは熱回収がないため、原料ガスの温度は低下せず、スクラバ内におけるガスの加湿量を増加させることができる。スクラバ内において加湿量が増加するため、スクラバの後流に設置されたシフト反応器におけるプロセススチームの量を低減させることが可能となる。
【００１２】
熱交換器を経由しないことから、熱交換器内での塩化アンモニウムの析出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、従来の石炭ガスの精製装置において、石炭のガス化炉から脱硫塔までの経路を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の石炭ガスの精製装置の一実施の形態において、ガス化からシフト反応器までの構成を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明に使用可能なベンチュリースクラバを示す斜視図である（化学装置・機器の実務知識  オーム社（１９９７）ｐ．１７０。なお、符号とその説明は新たに加えたものである）。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
図２は、本発明の石炭をガス化した原料ガスの精製装置において、石炭ガス化炉からシフト反応器までの経路を示す概略的な模式図を示す。図２に示すように、本発明のガス精製装置は、石炭から原料ガスを発生させるための石炭ガス化炉１と、原料ガスから灰塵を取り除くフィルタ２と、フィルタ２通過後の原料ガスから水銀や重金属等を取り除くスクラバ４と、スクラバ４通過後の原料ガスの組成を変化させるシフト反応を行うためのシフト反応器６と、スクラバ４に供給する洗浄水を加熱するための熱交換器８と、スクラバ３内で使用された排水の熱を再利用するための熱交換器９とから構成されている。
【００１６】
本発明に使用できる石炭ガス化炉１は、三菱重工業社、シェル社、テキサコ社等で開発されている一般的な石炭ガス化炉を用いることができる。石炭ガス化炉１では、一酸化炭素および水素を主成分とした原料ガスを発生させる。石炭ガス化炉１の後流には、フィルタが設置されている。
【００１７】
本発明に使用するフィルタ２は、このように、原料ガス中に含まれる比較的大径な粉塵と、微細な粉塵とをそれぞれ分離除去できるものであれば制限されず、従来周知のポーラスフィルタやチャーフィルタを使用できる。また、フィルタにより分離されたチャーは、石炭ガス化炉１内へ戻される。フィルタの後流には、スクラバ４が設置されており、石炭ガス化炉１において発生した原料ガスは、次にスクラバ４へと導入される。
【００１８】
本発明で使用されるスクラバ４は、原料ガスと液体とを接触させて、ガス中の粉塵や水銀、重金属等の有害物質を液体の方へ移行させて取り除くことが可能な、従来周知のスクラバを適用することができ、例えば、スプレー塔、充填塔、サイクロンスクラバー、ジェットスクラバー、回転洗浄機等を使用することができ、特にベンチュリースクラバが好ましい。図３は、本発明に使用できるベンチュリースクラバの構成を示す。例えば、図３に示すように、スクラバ４は、石炭ガス化炉１で生成された原料ガスを導入するガス供給パイプ３１と、ベンチュリー３２を構成する部分と、原料ガスと洗浄水とを接触させて気液接触をするサイクロン３３と、気液接触後のガスを排出するガス排出パイプ３４と、洗浄水を供給する洗浄水供給パイプ３５と、サイクロン３３において気液接触に使用された洗浄水を排出するための洗浄水排出パイプ３６とを備えている。気液接触に使用される洗浄水は、熱交換器６により予め加熱され、洗浄水供給パイプ３５によりサイクロン３３内へ導入される。導入された洗浄水は、原料ガスと接触させ、原料ガスの洗浄および加湿を行う。
【００１９】
本発明に使用する洗浄水を予め加熱するための熱交換器８としては、外部の熱源を利用し、供給水を加熱することができる熱交換器であればよい。熱交換器８において加熱された洗浄水の温度は、スクラバ４内の原料ガスの圧力における沸点に、より近い温度であることが望ましく、また洗浄水の圧力は原料ガスの圧力以上であることが必要である。スクラバ内における原料ガスの圧力は、石炭ガス化炉から生成されるガスの圧力に依存する。加湿量増加の観点では、原料ガスの圧力が高い方が好ましいが、ガス化炉から排出され、フィルタを通過し、スクラバ到達時のガスが、通常、４ＭＰａ程度と考えられる。洗浄水として水を用いた場合、洗浄水の温度は、沸点より５〜２０℃低い温度が好ましく、例えば原料ガスの圧力が４ＭＰａの場合、２３０℃が最も好ましい。また、洗浄水の供給量は、洗浄水の蒸発がほとんど起こらない場合、原料ガスの供給量１ｍ３あたり０．１〜１．０Ｌで供給されることが好ましいが、スクラバ内で洗浄水の蒸発が発生する場合は、上記に蒸発量を加えた量を供給する必要がある。
また、サイクロン３３内で気液接触に使用され洗浄水排出パイプ３６から排出された洗浄水は、熱交換器８の前流に設置された熱交換器９に導入され、サイクロン３３内へ導入される新たな洗浄水を加熱するために再利用されることができる構成となっている。よって、熱交換器９は、洗浄後の排出された洗浄水の熱を、新たな洗浄水の加熱に再利用できる構成を有しているものであればよい。
【００２０】
スクラバ４において水銀や重金属等が取り除かれたガスは、次にシフト反応器６へと導入される。シフト反応器６は、ガス中のＣＯとＨ２Ｏとを反応させて、Ｈ２、ＣＯ２にシフト反応（Ｈ２Ｏ＋ＣＯ→Ｈ２＋ＣＯ２）させる装置であれば特に限定されない。例えば、２００℃〜５５０℃でシフト反応をおこなうものが好ましい。また、シフト反応の際、ガス中に含まれる一酸化炭素から炭素の析出（ＣＯ＋Ｈ２→Ｃ＋Ｈ２Ｏ）を防止するために、シフト反応器６の入口においてプロセススチーム（Ｈ２Ｏ）を供給可能な構成のものが好ましい。
【００２１】
多くの大規模プラントでは、各圧力、温度ごとにスチームを系統立てて整理したスチームシステムがあり、その代表的な熱源としては、石炭ガス化炉反応熱が充てられ、反応熱で不足の場合は補助ボイラが使用される。シフト反応のプロセススチームはそこから供給され、シフト反応器５の入口において供給される。プロセススチームの供給量としては、原料ガス中ＣＯの供給量（モル流量）に対し、１〜３倍で供給されることが好ましい。
【００２２】
上記の構成によれば、先ず、石炭ガス化炉１に石炭を供給して、一酸化炭素および水素を主成分とした原料ガスを発生させる。このとき、例えば、石炭は空気または酸素をガス化剤としてガス化がおこなわれる。このような石炭を原料とし、空気や酸素をガス化剤として生成される原料ガスには、通常、灰分や灰塵の他、水銀や重金属、ＨＣｌ等を含有している。そして、原料ガスは、先ず、フィルタにより大きな灰塵が取り除かれ、次に後流に設置されたスクラバ４に導入される。スクラバ４において、原料ガス中に含まれる水銀や重金属が、予め熱交換器８により加熱された供給水を用いて気液接触により除去される。
【００２３】
このように、石炭ガス化炉１により発生した原料ガスは、熱回収されることなく、スクラバ４へ直接導入される。スクラバ４内における洗浄水の加湿量は、スクラバ４のガス温度に依存する。よって、原料ガスが熱回収されることなくスクラバ４内へ導入される場合、スクラバ４内の原料ガスの温度は、例えば約１８０℃〜４６０℃と高く、その分スクラバ４内でのガスの加湿量も増加させることが可能となる。なお、従来用いられてきた、石炭ガス化炉１の後流であって、スクラバ４の前に設置される熱交換器３においても、原料ガス中の粉塵や析出した塩化アンモニウムにより、熱交換器２が閉塞し、また、スケールとして表面に付着することにより熱交換効率が低下してしまうという危険性を常に有していたが、本発明の加湿方法を使用した場合においては、熱交換がないのでその危険性を回避することが可能となる。
【００２４】
本発明の精製方法において、スクラバ４内へ供給される洗浄水は、予め熱交換器８および９により加熱され、スクラバ４内へ洗浄および加湿のために供給される。本発明の加湿方法を使用する場合、従来の方法に比べ、スクラバ４内へ供給される水の温度は、加湿効率を上げるために高くする必要がある。そのため、洗浄水の昇温に必要な他熱源を利用した熱交換器８を設置することができる。一方で、原料ガスはスクラバ４の導入前で熱回収されないため、スクラバ４の前に設置されていた熱交換器３を外すことができる。スクラバ４の前に設置される熱交換器３は、石炭ガス化炉１からのガス流量が大きいため、熱交換器３自体も大きくならざるを得なかったが、洗浄水加熱用の熱交換器８は、洗浄水の供給量が少ないため、スクラバ４の前に設置される熱交換器３と比べて小型の熱交換器を使用することが可能である。
スクラバ４において、水銀等の有害物質や粉塵等の除去と洗浄水による加湿とをした原料ガスは、シフト反応器６へと導入され、シフト反応によりガス組成を好適な組成へと変化させる。また、シフト反応において、炭素が析出しないように、プロセススチームが導入される。このとき、本発明の加湿方法によれば、スクラバ４内において、高い加湿を可能としているため、シフト反応器６内におけるプロセススチームの導入量を低減させることが可能となる。また、図１に示すように、従来スクラバ４より排出された原料ガスは、シフト反応器６における効率的なシフト反応を促進させるため、熱交換器５により再度加熱される必要がある。しかしながら、本発明の加湿方法を使用した場合においては、スクラバ４へ導入される原料ガスは、熱交換器により熱回収されておらず、また、スクラバ４内において供給される洗浄水も高温であるため、スクラバ４から排出される原料ガスも、例えば１８０℃〜３００℃と、高温を維持している。よって、スクラバ４から排出された原料ガスは、熱交換器による再加熱の工程を経ることなく、シフト反応器６へ導入させることが可能となる。
【実施例１】
【００２５】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００２６】
（実施例１）
石炭ガス化炉１において発生した原料ガスは、約４６０℃の温度を有し、この原料ガスは、ポーラスフィルタを通った後、熱回収されることなく、スクラバへ５０万Ｎｍ３／ｈで導入した。ここで、スクラバ内の原料ガスは４ＭＰａであり、供給される洗浄水は、熱交換器により４ＭＰａ下の沸点から約２０℃低い温度である約２３０℃まで加熱されたものを使用した。加熱された洗浄水は、スクラバ内へ、原料ガスを１４０トン／ｈで供給し、原料ガスの洗浄および加湿に使用した。洗浄及び加湿に使用した洗浄水は、４ＭＰａ下、１８０℃の温度へ降温しており、２４トン／ｈで排出した。排出した洗浄水の熱は、新たな洗浄水の加熱に再利用する。スクラバ内で洗浄および加湿した原料ガスは、スクラバの出口において１８０℃の熱を有しており、熱交換器で昇温することなく直接シフト反応器へと導入した。ここで、シフト反応器へ供給するプロセススチームは、４Ｍｐａ下、３００℃の熱を有し、４１９トン／ｈで供給した。
【００２７】
（比較例１）
石炭ガス化炉１において発生した原料ガスは約４６０℃の温度を有し、この原料ガスがポーラスフィルタ通過後、熱交換器へ導入し、熱回収した。熱交換器において、原料ガスを１８０℃程度まで降温し、次に実施例１と同様の大きさおよび構造を有するスクラバへ５０万Ｎｍ３／ｈで導入した。ここで、スクラバ内の原料ガスは４ＭＰａであり、供給される洗浄水は、４ＭＰａの圧力下、９０℃の温度有するものを使用した。洗浄水は、スクラバ内へ、原料ガスを３０．９トン／ｈで供給した。原料ガスの洗浄および加湿に使用した洗浄水は、４ＭＰａ下、１２０℃の温度に降温しており、１６．１トン／ｈで排出した。スクラバ内で洗浄および加湿された原料ガスは、スクラバの出口において１２０℃にまで降温しているため、後流の熱交換器において１８０℃まで昇温した。昇温した原料ガスは、熱交換器の後流に設置された実施例１と同様の大きさおよび構造を有するシフト反応器へ導入した。ここで、原料ガスより炭素が析出しないように、４Ｍｐａ下、３００℃の熱を有するプロセススチームを５２０トン／ｈで導入した。
【００２８】
実施例１では比較例１に比べ、使用するプロセススチームを５２０トン／ｈから約４２０トン／ｈに低減することができ、１００トン／ｈのプロセススチームを節約をすることができた。３００℃、４ＭＰａの条件下において、１００トン／ｈのプロセススチームを製造するのに必要な熱量は６８Ｇｃａｌ／ｈであり、また、これを燃料で換算すると、石炭では１２．６トン／ｈ、重油では７．３トン／ｈ、ＬＮＧでは５．２トン／ｈとなる。このように、本発明の石炭ガス化ガスの精製装置によれば、大幅なコスト削減も達成することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  石炭ガス化炉
２  フィルタ
３、５  熱交換器
４  スクラバ
６  シフト反応器
７  脱硫塔
８、９  熱交換器
３１  ガス供給パイプ
３２  ベンチュリー
３３  サイクロン
３４  ガス排出パイプ
３５  洗浄水供給パイプ
３６  洗浄水排出パイプ
【図１】
2010241949.tif 000003
【図２】
2010241949.tif 000004
【図３】
2010241949.tif 000005