(57)【要約】【課題】  石炭などの炭化水素を含む原料をガス化するシステムにおいて、低コスト化するとともに、消費エネルギー量を低減してシステムの高効率化を計ることである。【解決手段】  炭化水素を含む原料をガス化した生成ガス中に含まれる塩化水素、シアン化水素、アンモニアを水洗塔で吸収した洗浄水を、ストリッパで減圧するとともに、蒸気で加熱してシアン化水素、アンモニアを気体として排水から分離する。分離したシアン化水素、アンモニアは燃焼炉で燃焼処理する。排水の一部は塩化水素除去装置へ供給し、残りの排水は水洗塔にリサイクルする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素をガス化するガス化設備と、前記ガス化設備によって生成された生成ガスから塩化水素、シアン化水素、アンモニアを除去する水洗塔と、前記水洗塔の排水を減圧し、シアン化水素、アンモニアを気体として分離するストリッパとを備えることを特徴とする石炭ガス化システムのガス精製装置。
【請求項２】
炭化水素をガス化するガス化設備と、前記ガス化設備によって生成された生成ガス中から塩化水素、シアン化水素、アンモニアを除去する水洗塔と、前記水洗塔の排水を減圧するとともに、蒸気で加熱してシアン化水素、アンモニアを気体として分離するストリッパと、シアン化水素、アンモニアを燃焼処理する燃焼炉とを備え、前記ストリッパの排水の一部は、塩化水素除去装置へ供給され、残りの排水は、前記水洗塔へリサイクルされることを特徴とする石炭ガス化システムのガス精製装置。
【請求項３】
請求項２において、前記ストリッパの圧力設定を、前記水洗塔の圧力と大気圧の間に設定した石炭ガス化システムのガス精製装置。
【請求項４】
請求項１において、ストリッパ排水中にアンモニアが残存する場合には、前記水洗塔からストリッパまでの間の排水のｐＨをアルカリ側に調整し、ストリッパ排水中にシアン化水素が残存する場合には、前記水洗塔からストリッパまでの間の排水のｐＨを酸性側に調整する石炭ガス化システムのガス精製装置。
【請求項５】
請求項１において、ストリッパ排水中にアンモニアが残存する場合には、前記水洗塔からストリッパまでの間の排水のｐＨを8から10の間に調整し、ストリッパ排水中にシアン化水素が残存する場合には、前記水洗塔からストリッパまでの間の排水のｐＨを4から6に調整する石炭ガス化システムのガス精製装置。
【請求項６】
請求項１において、前記水洗塔からストリッパまでの間に、微粒子を除去するフィルタが設置された石炭ガス化システムのガス精製装置。
【請求項７】
請求項１において、前記水洗塔からストリッパまでの配管に、シアン化水素、アンモニアを揮発させるのに適したｐＨに調整するｐＨ調整槽を設置した石炭ガス化システムのガス精製装置。
【請求項８】
請求項１において、前記ストリッパの圧力設定値を、前記ストリッパへの排水の供給量、ストリッパ排ガス流量と組成、ストリッパ排水流量と組成、及び現在のストリッパ圧力、ストリッパ下部温度から算出して設定し、ストリッパ圧力をストリッパ出口の圧力調整弁で制御する石炭ガス化システムのガス精製装置。
【請求項９】
請求項１において、前記ストリッパ下部の温度設定値を、前記ストリッパへの排水の供給量、ストリッパ排ガス流量と組成、ストリッパ排水流量と組成、及び現在のストリッパ圧力、ストリッパ下部温度から算出して設定し、ストリッパ下部温度をストリッパリボイラへの蒸気供給量で制御する石炭ガス化システムのガス精製装置。
【請求項１０】
炭化水素をガス化し、水洗塔へ供給して生成ガス中から塩化水素、シアン化水素、アンモニアを除去し、前記水洗塔の排水をストリッパによって減圧するとともに、蒸気で加熱してシアン化水素、アンモニアを気体として分離し、シアン化水素、アンモニアを燃焼処理し、前記ストリッパの排水の一部は、塩化水素除去装置へ供給され、残りの排水は、前記水洗塔へリサイクルされることを特徴とする石炭ガス化システムのガス精製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭、バイオマス、重質油などのような石炭ガス化システムのガス精製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭、バイオマス、重質油などのような炭化水素を主成分とする原料は、ガス化することにより一酸化炭素と水素を主成分とするガスに変換することができる。一酸化炭素や水素は、ガスタービンや燃料電池の燃料、肥料などの化学製品合成の原料、メタノール、ジメチルエーテル、合成軽油の原料とすることができる。
【０００３】
しかし、炭化水素をガス化した生成ガス中には、主成分である一酸化炭素と水素の他に、微量成分として硫化水素、硫化カルボニル、塩化水素、シアン化水素、アンモニアなどが含まれる。これらの微量成分は、大気への放出が規制されているとともに、下流の機器や触媒を損傷する原因となるので、除去する必要がある。硫化水素と硫化カルボニルは、生成ガスを水洗するだけでは除去できないため、アミンなどの吸収液を用いる湿式脱硫装置や、酸化亜鉛などの触媒を用いる乾式脱硫装置へ導き、除去する。
【０００４】
塩化水素、シアン化水素、アンモニアは、生成ガスを水洗して除去することが可能である。しかし、生成ガスを水洗した水は、そのまま廃棄することはできないので、塩化水素、シアン化水素、アンモニアをこれら排水から分離する排水処理が必要となる。
【０００５】
特許文献１（特開２００１−３５４９７５号公報）、特許文献２（特開２００４−６７８４９号公報）、特許文献３（特開２００３−３９０３６号公報）に示すように、従来の処理システムにおいては、水洗塔の排水は、一旦排水ピット、あるいは、フラッシング槽に溜められる。石炭ガス化プラントは、2MPa以上の高圧で運転するので、水洗塔の排水もほぼ同じ圧力である。一方、排水ピット、および、フラッシング槽は、大気圧であるので、排水ピット、およびフラッシング槽で排水中に含まれる気体成分が揮発する。
【０００６】
これらの揮発分は、燃焼炉に供給して焼却処理する。排水ピットおよび、フラッシング槽に溜まった排水は、ポンプで反応槽へ送出する。反応槽においては、凝集沈降剤と混合し、凝集沈降槽で微粒子を除去する。その後、ポンプを経て、ｐＨ調整槽へ送られる。ｐＨ調整槽では、pH調整剤と混合してストリッパに供給し、シアン化水素とアンモニアを分離するのである。
【０００７】
分離されたシアン化水素とアンモニアは、燃焼炉で焼却処理する。なお、排水の一部は、排水中に含まれる塩化ナトリウムを除去するために、濃縮結晶化装置に供給する。残りの排水は、水洗塔にリサイクルする。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−３５４９７５号公報
【特許文献２】特開２００４−６７８４９号公報
【特許文献３】特開２００３−３９０３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、石炭などの炭化水素を主成分とする原料をガス化するシステムにおいて、生成ガス中の塩化水素、シアン化水素、アンモニアなどの微量成分を水洗除去し、この洗浄水から塩化水素、シアン化水素、アンモニアなどを分離する排水処理を簡素化して低コスト化するとともに、排水処理に必要なエネルギー量を低減してシステムの高効率化に寄与するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
炭化水素をガス化した生成ガス中に含まれる塩化水素、シアン化水素、アンモニアを水洗塔で吸収した洗浄水を、ストリッパで減圧するとともに、蒸気で加熱してシアン化水素、アンモニアを気体として排水から分離する。ここで、水洗塔の排水には、石炭ガス化のシステム構成や、運転条件によっては微粒子の混入することがあるので、ストリッパに供給する前に、フィルタを通すことにより、微粒子を除去することが望ましい。また、排水はシアン化水素とアンモニアが揮発しやすい条件となるようにｐＨを調整することが望ましい。分離したシアン化水素、アンモニアは燃焼炉で燃焼処理する。排水の一部は塩化水素除去装置へ供給し、残りの排水は水洗塔にリサイクルする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の機器構成では、排水を一旦、排水ピットやフラッシング槽に貯留することなく、連続的に処理するため、排水ピットやフラッシング槽が不要である。また、水洗塔が高圧であるのに対し、排水ピットは大気圧であり、従来は排水を排水ピットに供給した際に、一部のガスが分離するため、この時に発生する気体の処理ラインが必要であったが、本発明では不要である。このように、機器構成が簡単となることから、従来技術に比べ、プラント建設費の低減が可能である。
【００１２】
また、本発明のエネルギー消費量は、従来のように排水の圧力を完全に大気圧まで落とすことなく、処理して水洗塔に戻すため、エネルギー消費量を低減することができ、システムの高効率化に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の炭化水素を主成分とする原料をガス化するシステムの実施形態を図１を用いて説明する。原料１０である炭化水素と酸化剤は、ガス化設備１２に供給され、部分酸化反応により、一酸化炭素と水素を主成分とする高温ガスに変換する。炭化水素としては、石炭、バイオマス、重質油、アスファルト、ペットコーク、廃プラスチックなどがある。
【００１４】
酸化剤としては、空気や空気を分離して得た酸素を用いることができる。ガス化設備１２で得られた生成ガスは、1000℃以上の高温であり、その熱は、熱回収設備１４へ送られ、蒸気として回収される。生成ガスは、微粒子を含むので、脱塵設備１６により除去する。脱塵設備１６としては、サイクロンやフィルタが使用可能である。
【００１５】
炭化水素をガス化した生成ガス１８は、水洗塔２０へ供給され、生成ガス１８中に含まれる塩化水素、シアン化水素、アンモニアは、水洗塔２０で除去される。生成ガス２２は、硫黄化合物として硫化水素と硫化カルボニルを含むので、脱硫設備２４でこれらを除去する。脱硫設備としては、アミンを硫化水素の吸収液として用いる湿式脱硫方式や、酸化亜鉛、酸化鉄などを硫化水素の吸収剤として用いる乾式脱硫方式が採用可能である。
【００１６】
硫化カルボニルは、上述した方法では十分に除去されないので、図示しないが、脱硫設備２４で処理する前に、生成ガス２２を触媒を用いて水蒸気と反応させ、硫化水素に変換すると良い。脱硫設備２４を出た生成ガスは、消費部２６へ送られ、例えば、ガスタービンや、燃料電池による発電に用いたり、水素製造、ジメチルエーテル（DME）、メタノールなどの化学製品の原料として用いられる。
【００１７】
水洗塔２０の排水２８は、脱塵装置１６で除去されなかった微粒子を含む可能性があるので、２系統設置されたフィルタ３０、３２を通し、微粒子を除去することが望ましい。フィルタ３０，３２の前後の差圧は、累積通水量の増加に伴って増大する。したがって、最初は一方を運転し、差圧を監視し、既定値に達したときもう一方のフィルタに切替える。
【００１８】
差圧の上昇したフィルタ３０，３２は逆洗し、微粒子を抜き出す。フィルタ３０、３２を通過した排水は、ｐＨ調整槽３４でｐＨ調整剤３６と混合され、シアン化水素、アンモニアが揮発しやすいｐＨ値に設定される。ｐＨ調整された排水３８は、従来のような排水ピット、フラッシング槽を経由することなく、そのままストリッパ４０に供給される。ｐＨの設定値は8から10の間に設定することが望ましい。この実施形態では、排水を排水ピットやフラッシング槽に一旦貯留することなく、連続的に処理する、したがって、排水ピットやフラッシング槽が不要である。
【００１９】
さらに、水洗塔２０が高圧であるのに対し、排水ピットは大気圧である。従来は排水を排水ピットに供給した際に、一部のガスが分離するため、この時に発生する気体の処理ラインが必要であったが、本発明の実施形態では不要である。このように、機器構成が簡単となるので、従来技術に比べ、プラント建設費の低減が可能である。
【００２０】
さらに、この実施形態では、エネルギー消費量は、従来のように排水の圧力を完全に大気圧まで落とすことなく、処理して水洗塔４０に戻すため、エネルギー消費量を低減することができ、システムの高効率化に寄与する。
【００２１】
ストリッパ４０の底部に設けられたストリッパリボイラ４２は、補助蒸気４４を加熱源としてストリッパ４０の底部に貯まった液を蒸発させ、ガス相としてストリッパ４０に供給する。この実施形態では、水洗塔２０の排水をストリッパ４０へ直接導いて減圧・加熱することにより、シアン化水素、アンモニアを分離している。特に、補助蒸気４４を用いる蒸気加熱は、温度を均一にできる、プラントにもともと蒸気がある、電気ヒータより効率が良い点で利点を備えている。
【００２２】
ストリッパ排ガス冷却器４８は、ストリッパ４０の頂部から排出される排ガスを冷却水４６によって冷却し、ガス中の水分の一部を凝縮し、ストリッパリフラックスドラム５０へ供給する。ストリッパリフラックスドラム５０は、ストリッパ排ガス冷却器４８で生成された凝縮水と未凝縮分（ガス相）を分離する。凝縮水は、リフラックス水（還流水）として、ストリッパリフラックスポンプ５６によりストリッパ４０の頂部へ戻される。
【００２３】
未凝縮分は、生成ガス燃焼炉５４に送られ焼却される。排水３８は、ストリッパ４０で減圧するとともに、蒸気で加熱してシアン化水素、アンモニアを気体として分離する。ストリッパ４０では、ストリッパリボイラ４２からストリッパ４０の底部に供給されたガス相（蒸気）と、ストリッパ４０の頂部に供給されるストリッパ４０への供給水３８およびリフラックス水とを向流接触させて、ストリッパ４０への供給水３８及びリフラックス水を加温するとともに、液中の揮発成分をガス相に移行させる。
【００２４】
ストリッパ４０内を流れ落ちる排水は、加熱されその一部は蒸気（蒸気相）になって底部に送られる。底部へ送られた蒸気相は、各段で気液平衡状態となるように液相からアンモニア、シアン化水素を上方へ移行させながらストリッパ４０の頂部へ至るのである。分離したシアン化水素、アンモニアなどのガス５６は、燃焼炉５４で燃焼処理する。ストリッパ４０の圧力は、ストリッパ４０の排ガスラインに設置された流量調整弁５８によって、水洗塔２０の圧力と、大気圧の間の値に設定する。
【００２５】
排水６０の一部は排水６０に含まれる塩化ナトリウムなどを除去するための濃縮結晶化装置６２に供給し、残りの排水はポンプ６４を介して水洗塔２０にリサイクルする。水洗塔２０には、処理した排水６０に加え、メイクアップ水６６を供給する。濃縮結晶化装置６２の排ガスは、燃焼炉５４に供給して焼却処理する。水洗塔２０の水位は水洗塔水位計６８で計測し、レベルが一定になるように、メイクアップ水６６を流量調整弁７０で調整して供給する。
【００２６】
ｐＨ調整槽３４のｐＨ設定値と、ストリッパ４０の圧力及び下部温度の設定値は、流量計７２で求めたストリッパ４０への排水供給量、流量計７４で求めたストリッパ４０の排ガス流量、排ガス組成分析計７６で求めたガス組成、濃縮結晶化装置６２の手前の流量計７８と、リサイクル水送出ポンプ６４の出口側に設置した流量計８０により求めた流量を合計したストリッパ排水流量、排水組成分析計８２で求めた排水組成、圧力計８４で求めたストリッパ圧力、温度計８６で求めたストリッパ下部温度から算出して設定する。
【００２７】
ｐＨ調整槽３４のｐＨは、ＰＨ計８７で検出され、上記で求めた設定になるように、流量調整弁８８でｐＨ調整剤３６の流量を調整して供給する。また、ストリッパ４０の圧力は、上記で求めた設定になるように、流量調整弁５８で排ガス流量を調整して制御する。ストリッパ下部の温度は流量調整弁９０でストリッパリボイラ４２へ供給する補助蒸気４４の流量を調整して制御する。ストリッパ４０の水位は、ストリッパ水位計９２で計測し、レベルが一定になるように、流量調整弁９４で調整する。
【００２８】
濃縮結晶化装置６２へ供給する排水量は、流量調整弁９６で設定値となるように送出する。なお、ストリッパ排水６０の組成を排水組成分析計８２で監視し、排水中の塩化物イオン濃度が設定値よりも高くなった場合には、濃縮結晶化装置６２への送水量を増量する。塩化物イオンの管理値としては、配管の材質にもよるが、2500〜3000ppmとすることが望ましい。
【００２９】
以上述べたように、石炭などの炭化水素のガス化ガス中に含まれる塩化水素、シアン化水素、アンモニアなどの微量成分を水洗除去した洗浄水から、吸収した塩化水素、シアン化水素、アンモニアなどを分離し、リサイクルするシステムを、建設費を低減し、かつエネルギー消費量を低減しながら実現した。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
ガス化することによって用途の広がる炭化水素を主成分とする原料としては、石炭、バイオマス、重質油、アスファルト、ペットコーク、廃プラスチックなど、多数ある。原料によって、生成ガス中の塩化水素、シアン化水素、アンモニアなどの微量成分含有量は変化するが、本発明システムは、ストリッパの運用条件、あるいは、ストリッパ排水のうち、塩化水素除去装置に送り出す排水量を最適に設定することによって、多種、多様な原料のガス化システムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態を示すガス化システムを示したブロック線図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０…原料、１２…ガス化設備、１４…熱回収設備、１６…脱塵設備、２０…水洗塔、２４…脱硫設備、２６…消費部、２８…水洗塔排水、３６…ｐＨ調整剤、３０、３２…フィルタ、３４…ｐＨ調整槽、４０…ストリッパ、４４…補助蒸気、５２…ポンプ、５６…ストリッパ排ガス、６０…ストリッパ排水、６２…濃縮結晶化装置、６４、６６…メイクアップ水、６８…水洗塔水位計、７０、８８…流量調節弁、７２…流量計、７６…排ガス組成分析計、８２…排水組成分析計、８４…圧力計、８６…温度計、８７…ｐＨ計、９２…ストリッパ水位計。
【図１】
2006232904.tif 000003