(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉ガスから硫化水素を除去する一塔型のコークス炉ガス脱硫装置であって、アルカリ性の吸収液をコークス炉ガスに接触させて当該コークス炉ガス中の硫化水素を前記吸収液に吸収させて含硫吸収液とする吸収部と、前記吸収部の下方に形成され且つ前記含硫吸収液を空気で酸化して硫黄を生成すると共に当該含硫吸収液を前記吸収液に再生する再生部と、前記吸収部と再生部との間の通気を遮断する隔壁と、前記吸収部と再生部とを連通し且つ前記含硫吸収液を吸収部から再生部へ送る送液部と、前記送液部の下端部に設けられ且つ当該送液部から送られる含硫吸収液を貯留し且つ当該送液部と前記再生部との通気を遮断し且つ前記含硫吸収液のみを当該再生部に送るシールポットと、前記再生部内の気体を前記再生部から外部に排出する排気路と、前記シールポット内の含硫吸収液の液面を検出する液面計と、前記シールポットに吸収液を補給する吸収液補給路及び吸収液補給ポンプと、前記液面計で検出されたシールポットの液面に応じて前記吸収液補給ポンプの作動状態を制御する制御装置を備えたことを特徴とするコークス炉ガス脱硫装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記液面計で検出されたシールポットの液面位置が所定位置より低くなったときに前記吸収液補給ポンプを作動してシールポットに吸収液を補給することを特徴とする請求項１に記載のコークス炉ガス脱硫装置。
【請求項３】
前記シールポットの底部から硫黄スラリーを排出する硫黄スラリー排出路及び硫黄スラリーポンプと、前記再生部内の気体中の酸素濃度を検出する酸素濃度計とを備え、前記制御装置は、前記酸素濃度計で検出された再生部内の気体中の酸素濃度に応じて前記硫黄スラリーポンプの作動状態を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のコークス炉ガス脱硫装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記酸素濃度計で検出された再生部内の気体中の酸素濃度が所定値以上になったときに前記硫黄スラリーポンプを作動して前記シールポットの底部から硫黄スラリーを排出することを特徴とする請求項３に記載のコークス炉ガス脱硫装置。
【請求項５】
前記送液部の下端部を前記シールポット内の含硫吸収液中に所定長だけ浸漬し、前記再生部には前記シールポットからあふれた含硫吸収液が所定高さだけ貯留し、その貯留された含硫吸収液に空気を送給し、酸化して硫黄を生成すると共に、当該含硫吸収液を前記吸収液として再生することを特徴とする請求項１に記載のコークス炉ガス脱硫装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉ガス中に含まれる硫化水素を除去するコークス炉ガス脱硫装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所における副生ガスであるコークス炉ガスは、硫化水素（Ｈ２Ｓ）を含有している。よって、コークス炉ガスを燃料として使用する場合は、腐食成分であり且つ硫黄酸化物（ＳＯＸ）の発生源となる硫化水素を除去する必要がある。コークス炉ガスから硫化水素を除去する技術としては、酸性物質である硫化水素をアルカリ性の吸収液に吸収させて除去するタカハックス式やフマックス式が確立されている。
【０００３】
これらの方式の脱硫設備は、例えば下記特許文献２に記載されるように、通常、コークス炉ガス中の硫化水素を吸収液に吸収させる吸収塔と、硫化水素を吸収した吸収液を空気で酸化して硫黄を生成すると共に、吸収液を再生する再生塔とが並立された二塔型の脱硫設備が多い（図２参照）。しかし、近年においては、設備スペースの縮小化と設備費の低廉化のために、例えば下記特許文献２に記載されるように、吸収部の下方に再生部を一体的に形成した一塔型も採用されている（図３参照）。
吸収液がアンモニア水である場合の吸収塔（吸収部）における反応を下記１式に示す。
ＮＨ４ＯＨ＋Ｈ２Ｓ→ＮＨ４ＨＳ＋Ｈ２Ｏ                            ……… (1)
また、再生塔（再生部）における反応を下記２式に示す。
２ＮＨ４ＨＳ＋Ｏ２→２ＮＨ４ＯＨ＋２Ｓ                            ………(2)
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−２５５９９３号公報
【特許文献２】特開２００９−１１４２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記２式から明らかなように、吸収液の再生には酸素が必要であり、一般的には空気が用いられる。空気に含まれている窒素は、吸収液の再生には寄与しないので、二塔型の脱硫設備では、酸素が消費された再生塔内の気体は廃ガスとして再生塔から外部に排出され、精製されたコークス炉ガス中に混入することはない。しかしながら、一塔型の脱硫設備では、その構造から、再生部内の気体が精製コークス炉ガス中に混入してしまい、その結果、精製コークス炉ガスが希釈され、当該精製コークス炉ガスを燃焼させたときの発熱量が低下するという問題がある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、設備スペースが小さく且つ設備費の低廉な一塔型であっても、精製コークス炉ガス中に再生部内の気体が混入することがなく、発熱量の高い精製コークス炉ガスを得ることができるコークス炉ガス脱硫設備を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のコークス炉ガス脱硫設備は、コークス炉ガスから硫化水素を除去する一塔型のコークス炉ガス脱硫装置であって、アルカリ性の吸収液をコークス炉ガスに接触させて当該コークス炉ガス中の硫化水素を前記吸収液に吸収させて含硫吸収液とする吸収部と、前記吸収部の下方に形成され且つ前記含硫吸収液を空気で酸化して硫黄を生成すると共に当該含硫吸収液を前記吸収液に再生する再生部と、前記吸収部と再生部との間の通気を遮断する隔壁と、前記吸収部と再生部とを連通し且つ前記含硫吸収液を吸収部から再生部へ送る送液部と、前記送液部の下端部に設けられ且つ当該送液部から送られる含硫吸収液を貯留し且つ当該送液部と前記再生部との通気を遮断し且つ前記含硫吸収液のみを当該再生部に送るシールポットと、前記再生部内の気体を前記再生部から外部に排出する排気路と、前記シールポット内の含硫吸収液の液面を検出する液面計と、前記シールポットに吸収液を補給する吸収液補給路及び吸収液補給ポンプと、前記液面計で検出されたシールポットの液面に応じて前記吸収液補給ポンプの作動状態を制御する制御装置を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
前記再生部内の気体は、空気中の酸素が硫黄の生成並びに吸収液の再生に消費されたものであるから、理想的にはほぼ窒素のみである。しかしながら、後述するように、何らかの原因で空気中の酸素の消費量が少なくなると、酸素を含む気体、場合によっては空気に近い気体となる。酸素が消費された空気は、元の空気と比較すると廃空気であるともいえる。また、システムとして外部に廃棄されれば廃ガスともなる。本発明では、これらを総称して、再生部内の気体と表す。
【０００８】
また、前記制御装置は、前記液面計で検出されたシールポットの液面位置が所定位置より低くなったときに前記吸収液補給ポンプを作動してシールポットに吸収液を補給することを特徴とするものである。
また、前記シールポットの底部から硫黄スラリーを排出する硫黄スラリー排出路及び硫黄スラリーポンプと、前記再生部内の気体中の酸素濃度を検出する酸素濃度計とを備え、前記制御装置は、前記酸素濃度計で検出された再生部内の気体中の酸素濃度に応じて前記硫黄スラリーポンプの作動状態を制御することを特徴とするものである。
【０００９】
また、前記制御装置は、前記酸素濃度計で検出された再生部内の気体中の酸素濃度が所定値以上になったときに前記硫黄スラリーポンプを作動して前記シールポットの底部から硫黄スラリーを排出することを特徴とするものである。
また、前記シールポットは前記含硫吸収液を貯留し、前記送液部の下端部を前記シールポット内の含硫吸収液中に所定長だけ浸漬し、前記再生部には前記シールポットからあふれた含硫吸収液が所定高さだけ貯留し、その貯留された含硫吸収液に空気を送給し、酸化して硫黄を生成すると共に、当該含硫吸収液を前記吸収液として再生することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
而して、本発明のコークス炉ガス脱硫設備によれば、吸収部の下方に再生部が形成された一塔型のコークス炉ガス脱硫設備にあって、吸収部と再生部との間の通気を隔壁で遮断し、吸収部内の含硫吸収液を送液部で再生部に送るようにすると共に、送液部の下端部に設けたシールポットによって送液部と再生部との通気を遮断し且つ含硫吸収液のみを再生部に送るようにし、再生部内の気体を排気路によって外部に排出し、液面計で検出されたシールポットの液面に応じて吸収液補給ポンプの作動状態を制御する構成としたため、設置スペースが小さく且つ設備費の低廉な一塔型のコークス炉ガス脱硫設備であっても、再生部内の気体を吸収部側、つまり精製コークス炉ガスに混入することなく、外部に排出することができるので、発熱量の高い精製コークス炉ガスを得ることができ、更にはシールポットの液面位置が所定位置より低くなって水封切れが生じるような場合に自動的にシールポット内に吸収液を補給することが可能となり、これにより送液部と再生部との通気遮断を維持することが可能となる。
【００１１】
また、液面計で検出されたシールポットの液面位置が所定位置より低くなったときに吸収液補給ポンプを作動してシールポットに吸収液を補給する構成としたため、水封切れが生じるような場合に自動的にシールポット内に吸収液を補給して送液部と再生部との通気遮断を維持することができる。
また、酸素濃度計で検出された再生部内の気体中の酸素濃度に応じて硫黄スラリーポンプの作動状態を制御する構成としたため、再生部内の酸素濃度が高くなって生成されたシールポット底部の硫黄スラリーを硫黄スラリーポンプから硫黄スラリー排出路を介して自動的に排出することが可能となる。
【００１２】
また、酸素濃度計で検出された再生部内の気体中の酸素濃度が所定値以上になったときに硫黄スラリーポンプを作動してシールポットの底部から硫黄スラリーを排出する構成としたため、再生部内の酸素濃度が高くなって生成されたシールポット底部の硫黄スラリーを硫黄スラリーポンプから硫黄スラリー排出路を介して自動的に排出することができる。
また、シールポットは含硫吸収液を貯留し、送液部の下端部をシールポット内の含硫吸収液中に所定長だけ浸漬し、再生部にはシールポットからあふれた含硫吸収液が所定高さだけ貯留し、その貯留された含硫吸収液に空気を送給し、酸化して硫黄を生成すると共に、当該含硫吸収液を吸収液として再生する構成としたため、発明を実施化しやすい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のコークス炉ガス脱硫設備の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】従来の二塔型のコークス炉ガス脱硫設備の概略構成図である。
【図３】従来の一塔型のコークス炉ガス脱硫設備の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明のコークス炉ガス脱硫設備の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態のコークス炉ガス脱硫設備を示す概略構成図である。このコークス炉ガス脱硫設備は、アルカリ性の吸収液１、例えばアンモニア水を精製前の粗コークス炉ガスに接触させ、当該粗コークス炉ガス中の硫化水素を吸収液１に吸収させて含硫吸収液２とする吸収部３と、含硫吸収液２を空気で酸化して、硫黄を生成すると共に含硫吸収液３を吸収液１に再生する再生部４とを備えており、吸収部３の下方に再生部４が形成されてなる一塔型のコークス炉ガス脱硫設備である。なお、吸収部３及び再生部４は、後述する隔壁６で隔離されているだけで、外枠は共通の筒体である。
【００１５】
このコークス炉ガス脱硫設備では、精製前の粗コークス炉ガスを吸収部３に導入し、吸収部３内で吸収液１に接触させると、粗コークス炉ガスに含まれる硫化水素が吸収液１に吸収されるので、粗コークス炉ガスから硫化水素が除去される。この際、粗コークス炉ガスに含有されている他の酸性ガス（ＨＣＮ、ＣＯ２など）も同時に吸収される。その結果、硫化水素を殆ど含有しない精製された精製コークス炉ガスと、硫黄分を含む含硫吸収液２とが得られる。得られた精製コークス炉ガスは脱硫設備の塔頂部（吸収部３の上方）から回収される。
吸収部３の形態は、特に限定されるものではないが、図１に示すように、塔内に接触材５の充填層を形成し、その上部から吸収液１を流下させて接触材５の表面で粗コークスガスと接触させる充填式の吸収部３や、又は塔頂部から吸収液を散布して粗コークスガスと接触させるスプレー式の吸収部などが挙げられる。
【００１６】
また、吸収液１の種類は、硫化水素を吸収するアルカリ性溶液であれば特に限定されるものではないが、アンモニア水や炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）水溶液が好ましい。また、アンモニア水と炭酸ナトリウム水溶液の混合液を用いてもよい。吸収液がアンモニア水である場合、前記１式で示す反応により硫化水素が吸収液１に吸収され、硫黄分を含む含硫吸収液２が得られる。
なお、吸収液１には、再生部４における酸化反応の触媒を添加しておくことが好ましい。触媒の種類は、含硫吸収液２の空気酸化反応の触媒として作用するものであれば特に限定されるものではないが、ナフトキノンスルホン酸ソーダ（タカハックス式）やピクリン酸（フマックス式）が好適である。含硫吸収液２の空気酸化反応については、後段に詳述する。
【００１７】
吸収部３と再生部４は、両者の間に設けられた隔壁６によって隔離されており、当該隔壁６の部分では、吸収部３と再生部４の間の通気は遮断されている。本実施形態の隔壁６は下が凸の円錐状、所謂すり鉢状であり、その中央下端部に、吸収部３と再生部４を連通する送液管（送液路）７が下方に向けて突設されている。前述のように吸収部３で生成した含硫吸収液２は隔壁６まで流下し、その後、隔壁６に沿って中央下端部に集まり、送液管７を通じて再生部４に送られる。
【００１８】
再生部４の中央部にあって前記送液管７の下端部には、当該送液管７から流下する含硫吸収液２を貯留するシールポット８が設けられている。シールポット８は、送液管７より大径の有底筒体であり、送液管７の下端部はシールポット８の上端、つまりシールポット８内に貯留されている含硫吸収液２の液面から所定長さＨ１だけ当該含硫吸収液２内に差し込まれている（即ち、浸漬している）。この浸漬長Ｈ１が所謂水封ヘッドであり、再生部４と送液管６、即ち吸収部３との通気を遮断している。これにより、後述する再生部４内の気体が吸収部３に流れ込むのを防止し、精製コークス炉ガスが希釈されてしまうのを防止することができる。水封ヘッドＨ１については後段に詳述する。
【００１９】
シールポット８に貯留する含硫吸収液２はあふれて再生部４の底部に溜まる。この再生部４の底部に溜まった含硫吸収液２に対して、図示しないブロアから空気吹き出し口９を経て空気を吹き出す。空気中には酸素があるので、前述した２式の反応によって含硫吸収液２から硫黄を生成すると共に吸収液１を再生する。この反応によって酸素が消費された空気、即ち再生部４内の気体は当該再生部４の上部の排気管（排気路）１０から廃ガスとして外部に排出される。従って、再生部４内の気圧が高圧となり、前記シールポット８の水封ヘッドが切れて再生部４内の気体が送液管７を経て吸収部３に流れ込むということもない。なお、前記廃ガスは、そのまま大気放散してもよいが、図示しない廃ガス処理設備に送って有機化合物（例えば芳香族炭化水素化合物）やアンモニアを除去した後に大気放散するのが好ましい。
【００２０】
再生部４内で酸化反応終了後の吸収液１はコロイド状の硫黄を含んでいるので、その一部を抜き出して図示しない固液分離装置にポンプ１１で送り、硫黄を含むスラリーと硫黄を含まない吸収液１とに分離し、硫黄を含むスラリーを例えば硫酸製造設備などの硫黄処理設備に送る。一方、硫黄と分離された吸収液１は再生吸収液として再利用する。酸化反応終了後のコロイド状の硫黄を含む吸収液１の回収は、後述するように、再生部４の底部に溜まった吸収液１の液面高さが所定高さＨ２になるようにして行う。
【００２１】
前記シールポット８の水封ヘッドＨ１は、吸収部３内の圧力変動や再生部４内の圧力変動があっても水封切れが生じない高さが必要である。そのため、水封ヘッドＨ１は、吸収部３内のコークス炉ガスが送液管７を通って再生部４に流入しないように、吸収部３内の圧力Ｐ１よりも十分に大きい値とする。また、再生部４内の気体が送液管７を通って吸収部３に流入しないように、再生部４内の圧力Ｐ３よりも十分に大きい値とする。なお、前記再生部４に貯留している吸収液１の液面高さ、即ち液面ヘッドＨ２は、空気吹き出し口９から吹き込まれる空気の圧力Ｐ２よりも十分大きい値として、同じく再生部４内の気体が送液管７を通って吸収部３に流入しないようにする。
【００２２】
このように水封ヘッドＨ１を設定することにより、原理的には吸収部３と再生部４の通気を遮断することができるが、実際にシールポット８内の含硫吸収液２の液面高さが低くなってしまうと水封ヘッドＨ１を維持することができず、水封切れが発生して吸収部３と再生部４が通気してしまい、特に再生部４内の気体が吸収部３内の精製コークス炉ガスに混入して希釈されてしまう恐れがある。そのため、本実施形態では、シールポット８内の含硫吸収液２の液面高さを検出する液面計１２を設け、同時にシールポット８内に吸収液１を補給する吸収液補給ポンプ１３及び吸収液補給管（吸収液補給路）１４を設けた。
【００２３】
そして、コークス炉ガス脱硫設備の操業状態を制御する制御装置１５では、前記液面計１２で検出されたシールポット８内の含硫吸収液２の液面が所定の高さより低くなったら吸収液補給ポンプ１３を作動して吸収液１を吸収液補給管１４からシールポット８内に補給し、水封ヘッドＨ１が確保できるように吸収液補給ポンプ１３の作動状態を制御する。これにより、再生部４と吸収部３の通気遮断状態を維持し、特に再生部４内の気体が吸収部３内の精製コークス炉ガスに混入して希釈されるのをより一層確実に防止することができる。
【００２４】
また、前記再生部４で空気中の酸素が全て硫黄の生成及び吸収液１の再生に消費されると、再生部４内の気体はほぼ窒素となる。この再生部４内の気体が常に窒素で充満していれば問題ないが、場合によっては再生部４内の気体の酸素長が多くなる恐れがある。再生部４内の酸素が多くなるとシールポット８内の含硫吸収液２と反応してシールポット８内に硫黄スラリーが発生する恐れがある。そのため、本実施形態では、再生部４内に酸素濃度計１６を設けると共に、シールポット８の底部には硫黄スラリー排出管（硫黄スラリー排出路）１７及び硫黄スラリーポンプ１８を設けた。そして、前記制御装置１５は、酸素濃度計１６で検出された再生部４内の気体中の酸素濃度が所定値以上になると、硫黄スラリーポンプ１８を作動して硫黄スラリー排出管１７から硫黄スラリーを排出し、シールポット８の底部に硫黄スラリーが溜まらないように硫黄スラリーポンプ１８の作動状態を制御する。
【００２５】
図２に示すような二塔型のコークス炉ガス脱硫設備であれば、再生塔内の気体が吸収塔内で発生した精製コークス炉ガスに混入することはない。しかしながら、二塔型では再生塔と吸収塔を個別に設置する必要から設置スペースが大きく、また設備費も高価である。一方、図３に示すような一塔型のコークス炉ガス脱硫設備では、設置スペースを小さくすることができると共に、設備費も低廉化することができる。しかしながら、単に再生部を吸収部の下方に設置するだけでは、再生部内の気体が吸収部で発生した精製コークス炉ガスに混入して希釈されてしまう。これに対し、本実施形態の一塔型のコークス炉ガス脱硫設備では、図３のような従来の一塔型のコークス炉ガス脱硫設備よりも、精製コークス炉ガス中の窒素濃度を３体積％程度低減することができる。一例を挙げると、従来の一塔型のコークス炉ガス脱硫設備では精製コークス炉ガス中の窒素濃度は７〜１０体積％であるのに対し、本実施形態のコークス炉ガス脱硫設備では精製コークス炉ガス中の窒素濃度を４〜７体積％とすることができる。
【００２６】
このように本実施形態のコークス炉ガス脱硫設備では、吸収部３の下方に再生部４が形成された一塔型のコークス炉ガス脱硫設備にあって、吸収部３と再生部４との間の通気を隔壁６で遮断し、吸収部３内の含硫吸収液２を送液管７で再生部４に送るようにすると共に、送液管７の下端部に設けたシールポット８によって送液管７と再生部４との通気を遮断し且つ含硫吸収液２のみを再生部４に送るようにし、再生部４内の気体を排気管１０によって再生部４から外部に排出し、液面計１２で検出されたシールポット８の液面に応じて吸収液補給ポンプ１３の作動状態を制御することにより、設置スペースが小さく且つ設備費の低廉な一塔型のコークス炉ガス脱硫設備であっても、再生部４内の気体を吸収部３側、つまり精製コークス炉ガスに混入することなく、外部に排出することができるので、発熱量の高い精製コークス炉ガスを得ることができ、更にはシールポット８の液面位置が所定位置より低くなって水封切れが生じるような場合に自動的にシールポット８内に吸収液を補給することが可能となり、これにより送液管７と再生部４との通気遮断を維持することが可能となる。
【００２７】
また、液面計１２で検出されたシールポット８の液面位置が所定位置より低くなったときに吸収液補給ポンプ１３を作動してシールポット８に吸収液を補給することにより、水風切れが生じるような場合に自動的にシールポット８内に吸収液を補給して送液管７と再生部４との通気遮断を維持することができる。
また、酸素濃度計１６で検出された再生部４内の気体中の酸素濃度に応じて硫黄スラリーポンプ１８の作動状態を制御することにより、再生部４内の酸素濃度が高くなって生成されたシールポット８底部の硫黄スラリーを硫黄スラリーポンプ１８から硫黄スラリー排出管１７を介して自動的に排出することが可能となる。
【００２８】
また、酸素濃度計１６で検出された再生部４内の気体中の酸素濃度が所定値以上になったときに硫黄スラリーポンプ１８を作動してシールポット８の底部から硫黄スラリーを排出することにより、再生部４内の酸素濃度が高くなって生成されたシールポット８底部の硫黄スラリーを硫黄スラリーポンプ１８から硫黄スラリー排出管１７を介して自動的に排出することができる。
また、シールポット８は含硫吸収液２を貯留し、送液管７の下端部をシールポット８内の含硫吸収液２中に所定長Ｈ１だけ浸漬し、再生部４にはシールポット８からあふれた含硫吸収液が所定高さＨ２だけ貯留し、その貯留された含硫吸収液に空気を送給し、酸化して硫黄を生成すると共に、当該含硫吸収液を吸収液として再生することにより、発明を実施化しやすい。
【符号の説明】
【００２９】
１は吸収液、２は含硫吸収液、３は吸収部、４は再生部、５は接触材、６は隔壁、７は送液管（送液路）、８はシールポット、９は空気吹き出し口、１０は排気管（排気路）、１１はポンプ、１２は液面計、１３は吸収液補給ポンプ、１４は吸収液補給管（吸収液補給路）、１５は制御装置、１６は酸素濃度計、１７は硫黄スラリー排出管（硫黄スラリー排出路）、１８は硫黄スラリーポンプ
【図１】
0005573460.tif 000002
【図２】
0005573460.tif 000003
【図３】
0005573460.tif 000004