(57)【要約】【課題】簡素な工程で不純物を最大限に抑制する。【解決手段】  ＨＣｌ供給手段４１により処理容器３１ａ、３１ｂの内部に塩化水素を供給し、石炭ガス化ガスｇの温度を所定温度よりも低い温度に調整して石炭ガス化ガスｇ中のアンモニアと塩化水素を反応させて固体の塩化アンモニウムを析出させ、固体の塩化アンモニウムをじゃま板２７で捕捉して、塩素とアンモニアが低減された石炭ガス化ガスを得る。【選択図】図３
2019189850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露点温度を超えるガス温度でガス化ガスが流通される処理容器と、
前記処理容器の上流の前記ガス化ガスに塩化水素を供給し、前記処理容器の内部のガス化ガスの温度を所定温度よりも低い温度である捕捉温度に調整し、前記捕捉温度に調整されたガス化ガス中のアンモニアと塩化水素を反応させて固体の塩化アンモニウムを得るＨＣｌ供給手段と、
前記処理容器の中に配され、前記固体の塩化アンモニウムを捕捉する捕捉部材とを備えた
ことを特徴とする不純物除去装置。
【請求項２】
請求項１に記載の不純物除去装置において、
前記捕捉温度は、１００℃から３００℃の範囲に調整される
ことを特徴とする不純物除去装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２に記載の不純物除去装置において、
前記ＨＣｌ供給手段は、
外部から塩化水素を供給し、前記処理容器の中のガス化ガス中の塩化水素の量を、アンモニアの量と同じ量、もしくは、アンモニアの量を超えない量にし、固体の塩化アンモニウムを生成する
ことを特徴とする不純物除去装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の不純物除去装置において、
前記捕捉部材に捕捉された固体の塩化アンモニウムを分離して前記処理容器の中から排出する排出手段を備えた
ことを特徴とする不純物除去装置。
【請求項５】
請求項４に記載の不純物除去装置において、
前記処理容器は複数備えられ、
塩化アンモニウムを捕捉する処理容器にガス化ガスを流通させると共に、前記ＨＣｌ供給手段を接続し、
塩化アンモニウムを排出する処理容器に前記排出手段を接続し、
ガス化ガスの流通及び前記ＨＣｌ供給手段の接続と、前記排出手段の接続とを切り換える
ことを特徴とする不純物除去装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の不純物除去装置と、
前記不純物除去装置でアンモニアと塩化水素が捕捉されたガス化ガスが導入され、ハロゲン化物を除去するハロゲン化物吸収剤が充填されたハロゲン化物除去装置と、
前記ガス化ガスの水銀を除去する水銀除去剤が充填された水銀除去装置と、
前記ガス化ガスの硫黄化合物を除去する脱硫装置とを備えた
ことを特徴とする乾式ガス精製設備。
【請求項７】
石炭及び酸化剤の反応によりガス化ガスとして石炭ガス化ガスを生成する石炭ガス化炉と、
前記石炭ガス化炉で生成された石炭ガス化ガスを精製して燃料ガスを得る請求項６に記載の乾式ガス精製設備と、
前記乾式ガス精製設備で得られた燃料ガスを燃焼させる燃焼手段と、
前記燃焼手段からの燃焼ガスを膨張することで発電動力を得る膨張タービンと、
前記膨張タービンの排気ガスの熱を回収して得られた蒸気を膨張することで発電動力を得る蒸気タービンとを備えた
ことを特徴とする石炭ガス化複合発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不純物除去装置、乾式ガス精製設備及び石炭ガス化複合発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭を燃料とする火力発電の一つの方式として、石炭ガス化複合発電（IGCC：Integrated coal Gasification Combined Cycle）が知られている。石炭ガス化複合発電では、石炭ガス化ガスを燃料としてガスタービンを駆動して電力を得ると共に、ガスタービンの排気熱を回収して蒸気を発生させ、発生した蒸気により蒸気タービンを駆動して電力を得ている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
石炭ガス化炉で発生する石炭ガス化ガスにはハロゲン化物（主に塩化水素とフッ化水素）、アンモニア、硫黄化合物（主に硫化水素および硫化カルボニル）等の不純物が含まれる。ハロゲン化物や硫黄化合物は腐食性が強く、後続機器に対して影響を与える不純物であるため、ガス精製設備により石炭ガス化ガスの不純物を除去して燃料ガスとしている。また、アンモニアは後続のガスタービンにおける燃焼過程で環境影響のある窒素酸化物を生成する成分であるため、ガスタービン排ガスを大気環境に放出する際には専用の排ガス処理装置によって無害化する必要が生ずる。石炭ガス化ガスに含まれるアンモニアを低減しておくことにより、上記排ガス処理装置を小型化できるか、あるいは不要とすることが出来るので、石炭ガス化ガスのアンモニアも低減しておくことが望ましい。
【０００４】
ガス精製設備として、温度や圧力の昇降を抑制し、高温の石炭ガス化ガスを精製する乾式ガス精製設備が種々検討されている。乾式で石炭ガス化ガスを精製することで石炭ガス化ガスを高温のまま精製することができるので、温度や圧力の昇降を抑えて燃料ガスを得ることができる。
【０００５】
乾式ガス精製設備においては、精製される燃料ガスのカロリーの低下を抑制しつつ、吸収剤等の不純物除去剤を最小限の使用に抑制し、しかも、不純物を最大限に除去することが求められているのが現状である。しかし、不純物除去剤の開発や、不純物の除去の順番、機器の配置の工夫等が種々検討されており、簡素な工程で不純物を最大限に抑制する技術は完全には確立されていないのが実情であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１７１１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、簡素な工程で不純物を最大限に抑制することができる不純物除去装置、及び、乾式ガス精製設備を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、簡素な工程で不純物を最大限に抑制することができる乾式ガス精製設備を備えた石炭ガス化複合発電設備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請求項１に係る本発明の不純物除去装置は、露点温度を超えるガス温度でガス化ガスが流通される処理容器と、前記処理容器の上流の前記ガス化ガスに塩化水素を供給し、前記処理容器の内部のガス化ガスの温度を所定温度よりも低い温度である捕捉温度に調整し、前記捕捉温度に調整されたガス化ガス中のアンモニアと塩化水素を反応させて固体の塩化アンモニウムを得るＨＣｌ供給手段と、前記処理容器の中に配され、前記固体の塩化アンモニウムを捕捉する捕捉部材とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項１に係る本発明では、ガス化ガス中のアンモニアと、ガス化ガスに含まれる塩化水素とを反応させ、加えて、ＨＣｌ供給手段から供給された塩化水素とを反応させ、固体の塩化アンモニウムを析出させ、化学的に得られた固体の塩化アンモニウムを捕捉部材で捕捉する。ＨＣｌ供給手段から供給される塩化水素は、ガス化ガスの温度に応じて、気体で供給したり、塩酸などの液体で供給した上で気化させたりすることができる。ガス化ガスは処理容器からの放熱による冷却、ＨＣｌ供給手段から供給される塩酸の気化熱による冷却、あるいは熱交換器または冷却器などのガス冷却装置を用いた強制的な冷却手段による冷却により、最終的にガス化ガスの温度を所定温度よりも低い温度である捕捉温度（塩化アンモニウムが固体として存在する温度：例えば、３００℃以下）に調整されることになる。
【００１１】
これにより、化学反応を利用することで、ガス化ガス中の塩化水素とアンモニアが固体の塩化アンモニウムとして捕捉され、簡素な工程で塩化水素とアンモニアを同時に低減することができ、簡素な工程で不純物を最大限に抑制することが可能になる。
【００１２】
そして、請求項２に係る本発明の不純物除去装置は、請求項１に記載の不純物除去装置において、前記捕捉温度は、１００℃から３００℃の範囲に調整されることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る本発明では、１００℃から３００℃の範囲の捕捉温度にすることで、固体の塩化アンモニウムを効率よく析出させることができる。即ち、ガス化ガスの塩化水素、及び、ガス化ガス中の塩化水素と略同量のアンモニアを除去することができる。
【００１４】
また、請求項３に係る本発明の不純物除去装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の不純物除去装置において、前記ＨＣｌ供給手段は、外部から塩化水素を供給し、前記処理容器の中のガス化ガス中の塩化水素の量を、アンモニアの量と同じ量、もしくは、アンモニアの量を超えない量にし、固体の塩化アンモニウムを生成することを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係る本発明では、ガス化ガスに含まれる塩化水素とＨＣｌ供給手段から供給された塩化水素を合わせた量が、ガス化ガス中のアンモニアの量と等しい物質量（mol）にされ、量論化学反応により固体の塩化アンモニウムが得られる。もしくは、ガス化ガスに含まれる塩化水素とＨＣｌ供給手段から供給された塩化水素を合わせた量が、ガス化ガス中のアンモニアの量を超えない物質量（mol）量にされ、アンモニアが残存する状態で、かつ塩化水素が残存しない状態となるように前記の量論化学反応により固体の塩化アンモニウムが得られる。
【００１６】
また、請求項４に係る本発明の不純物除去装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の不純物除去装置において、前記捕捉部材に捕捉された固体の塩化アンモニウムを分離して前記処理容器の中から排出する排出手段を備えたことを特徴とする。
【００１７】
請求項４に係る本発明では、排出手段により、捕捉部材に捕捉された固体の塩化アンモニウムを処理容器の中から排出することができる。
【００１８】
捕捉部材として、ガス化ガスとの接触面積を確保するために、例えば、任意の形状のじゃま板や、スリット等が形成された盤状の板材（じゃま板）を積層した構造体（じゃま板構造体）、粒状部材の構造体、コルゲート構造体等、塩化アンモニウムを接触させて付着させる手段を用いた場合、排出手段としては、塩化アンモニウムが水溶性であることを利用して、洗浄水を供給して水洗いを行う手段を適用することができる。これにより、処理容器の中から塩化アンモニウムを洗い流して排出することができ、塩化アンモニウムの過剰な蓄積や、それに伴う閉塞を防止して、安定した運転が可能になる。
【００１９】
捕捉部材として、例えば、バグフィルターやポーラスフィルター等、塩化アンモニウムを物理的に分離する手段を用いた場合、排出手段としては、圧縮ガスを吹き付けて（パルス状に吹き付けて）塩化アンモニウムをフィルターから除去する手段を適用することができる。この場合、フィルターの表面の目詰まりを起こさないように、石灰石等塩化水素を吸収し、且つ、付着性の低い微粒子を事前にフィルターに噴霧し、フィルターとの間に保護層を作ることが好ましい。これにより、塩化アンモニウムのフィルターへの固着を防止することができ、安定した運転が可能になる。
【００２０】
捕捉部材としては、紙や布等のパックを処理容器に設置し、塩化アンモニウムを付着させる手段を用いることができる。この場合、所定時間ごとにパック自体を交換することで、排出手段を設けることなく塩化アンモニウムを排出することができる。
【００２１】
また、請求項５に係る本発明の不純物除去装置は、請求項４に記載の不純物除去装置において、前記処理容器は複数備えられ、塩化アンモニウムを捕捉する処理容器にガス化ガスを流通させると共に、前記ＨＣｌ供給手段を接続し、塩化アンモニウムを排出する処理容器に前記排出手段を接続し、ガス化ガスの流通及び前記ＨＣｌ供給手段の接続と、前記排出手段の接続とを切り換えることを特徴とする。
【００２２】
請求項５に係る本発明では、複数の（２塔の）処理容器を切り換えることにより、塩化アンモニウムの捕捉（ガス化ガスからの塩化水素とアンモニアの除去）と、塩化アンモニウムの分離・排出が交互に実施される。これにより、ガス化ガス中の塩化水素、及び、アンモニアの低減を連続的に行いながら、反応で生じた塩化アンモニウムを系外に排出することが可能になる。
【００２３】
上記目的を達成するための請求項６に係る本発明の乾式ガス精製設備は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の不純物除去装置と、前記不純物除去装置でアンモニアと塩化水素が捕捉されたガス化ガスが導入され、ハロゲン化物を除去するハロゲン化物吸収剤が充填されたハロゲン化物除去装置と、前記ガス化ガスの水銀を除去する水銀除去剤が充填された水銀除去装置と、前記ガス化ガスの硫黄化合物を除去する脱硫装置とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
請求項６に係る本発明では、不純物除去装置でガス化ガス中の塩化水素とアンモニアが固体の塩化アンモニウムとして捕捉され、ハロゲン化物除去装置でハロゲン化物が除去され、水銀除去装置で水銀が除去され、脱硫装置で硫黄化合物が除去される。
【００２５】
これにより、簡素な工程で不純物を最大限に抑制することができる乾式ガス精製設備とすることが可能になる。ガス化ガスとしては、石炭ガス化ガス、バイオマスガス化ガス等の精製に適用することができる。
【００２６】
上記目的を達成するための請求項７に係る本発明の石炭ガス化複合発電設備は、石炭及び酸化剤の反応によりガス化ガスとして石炭ガス化ガスを生成する石炭ガス化炉と、前記石炭ガス化炉で生成された石炭ガス化ガスを精製して燃料ガスを得る請求項６に記載の乾式ガス精製設備と、前記乾式ガス精製設備で得られた燃料ガスを燃焼させる燃焼手段と、前記燃焼手段からの燃焼ガスを膨張することで発電動力を得る膨張タービンと、前記膨張タービンの排気ガスの熱を回収して得られた蒸気を膨張することで発電動力を得る蒸気タービンとを備えたことを特徴とする。
【００２７】
請求項７に係る本発明では、簡素な工程で不純物を最大限に抑制することができる乾式ガス精製設備で石炭ガス化ガスを精製して燃料ガスを得て、得られた燃料ガスを燃焼手段の燃料とし、膨張タービンと蒸気タービンにより複合発電が行われる。
【００２８】
これにより、簡素な工程で不純物を最大限に抑制することができる乾式ガス精製設備を備えた石炭ガス化複合発電設備とすることが可能になる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の不純物除去装置、及び、乾式ガス精製設備は、簡素な工程で不純物を最大限に抑制することが可能になる。
【００３０】
本発明の石炭ガス化複合発電設備は、簡素な工程で不純物を最大限に抑制することができる乾式ガス精製設備を備えた設備とすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施例に係る乾式ガス精製設備を備えた石炭ガス化複合発電設備の全体構成図である。
【図２】本発明の一実施例に係る乾式ガス精製設備の概略系統図である。
【図３】本発明の一実施例に係る不純物除去装置の概略構成図である。
【図４】捕捉部材の説明図である。
【図５】捕捉部材の説明図である。
【図６】捕捉部材の説明図である。
【図７】工程説明図である。
【図８】試験装置の概略構成図である。
【図９】アンモニアの濃度の経時変化を表すグラフである。
【図１０】アンモニアの濃度の経時変化を表すグラフである。
【図１１】塩化水素の除去率と充填層内部の温度との関係を表すグラフである。
【図１２】充填層内部の各温度条件における排水中の物質量を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態として、石炭ガス化ガスの不純物を除去する不純物除去装置、及び、乾式ガス精製設備を説明してある。不純物除去装置、及び、乾式ガス精製設備として、例えば、バイオマスをガス化したガス化ガスとしてバイオマスガス化ガスの不純物を除去する不純物除去装置、及び、乾式ガス精製設備に本発明を適用することも可能である。
【００３３】
図１には乾式ガス精製設備を備えた本発明の一実施例に係る石炭ガス化複合発電設備の全体の構成を説明するための概略系統を示してある。
【００３４】
図に示した石炭ガス化複合発電設備１は、石炭ガス化炉２を備え、石炭ガス化炉２では石炭と酸化剤（酸素、空気）の反応によりガス化ガスとして石炭ガス化ガスｇが生成される。石炭ガス化ガスｇは図示しない除塵手段により除塵されて熱交換器３で所定の温度に調整され、乾式ガス精製設備４で不純物が除去されて精製され、燃料ガスｆとされる。
【００３５】
燃料ガスｆはタービン設備５の燃焼手段としての燃焼器６に送られる。即ち、タービン設備５は圧縮機７及び膨張タービン８を備え、圧縮機７で圧縮された圧縮空気と燃料ガスｆが燃焼器６に送られる。燃焼器６では燃料ガスｆが燃焼され、燃焼ガスが膨張タービン８に送られて膨張されて動力が得られる。膨張タービン８の排気ガスは排熱回収ボイラー９で熱回収され、排煙脱硝装置１０で窒素酸化物が除去された後、大気に放出される。
【００３６】
一方、圧縮機７及び膨張タービン８と同軸状態で蒸気タービン１１が接続され、蒸気タービン１１には発電機１２が接続されている。排熱回収ボイラー９には、蒸気タービン１１の排気蒸気を図示しない復水器で凝縮した復水が給水され、排熱回収ボイラー９では膨張タービン８の排気ガスにより蒸気を発生させる。排熱回収ボイラー９で発生した蒸気は蒸気タービン１１に送られて動力が得られる。
【００３７】
直列に接続された圧縮機７及び蒸気タービン１１の動力により発電機１２が駆動され、圧縮機７と蒸気タービン１１による複合発電が行われる。
【００３８】
上記構成の石炭ガス化複合発電設備１では、乾式ガス精製設備４により石炭ガス化ガスｇが乾式精製により精製されて燃料ガスｆを得ている。
【００３９】
図２に基づいて乾式ガス精製設備４を説明する。
図２には本発明の一実施例に係る乾式ガス精製設備４の概略系統を示してある。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付してある。
【００４０】
図２に示すように、乾式ガス精製設備４は、石炭ガス化炉２で生成された石炭ガス化ガスｇが露点温度を超える運転温度で流通される塩化水素およびアンモニアの除去装置（不純物除去装置）２１が備えられている。具体的には後述するが、不純物除去装置２１では、ガス化ガス中の塩化水素とアンモニアが同時に低減される。
【００４１】
不純物除去装置２１で塩化水素とアンモニアが同時に低減された石炭ガス化ガスｇは、所定の温度に調整されてハロゲン化物除去装置２４に送られる。ハロゲン化物除去装置２４では、ナトリウム系のハロゲン化物吸収剤（例えば、アルミン酸ナトリウム：ＮａＡｌＯ２）により石炭ガス化ガスｇに含まれるハロゲン化物である塩化水素（ＨＣｌ）及びフッ化水素（ＨＦ）が同時に精密に除去される。
【００４２】
尚、ハロゲン化物のうち塩化水素は、不純物除去装置２１でアンモニアと共に低減されているので、ハロゲン化物除去装置２４のハロゲン化物吸収剤で除去されるハロゲン化物の量が低減され、高価なハロゲン化物吸収剤の消費量は少ない状態になっており、少ないハロゲン化物吸収剤でハロゲン化物を精密に除去することができる。もしくは、ハロゲン化物吸収剤を長時間にわたり使用することができる。
【００４３】
ハロゲン化物除去装置２４でハロゲン化物が除去された石炭ガス化ガスｇは、脱硫装置２２に送られる。脱硫装置２２では、石炭ガス化ガスｇが、例えば、亜鉛フェライト脱硫剤に接触することにより、硫化硫黄（Ｈ２Ｓ）や硫化カルボニル（ＣＯＳ）等の硫黄化合物が除去される。
【００４４】
脱硫装置２２の下流には水銀除去装置２３が備えられ、水銀除去装置２３では、例えば、銅を主体として水銀を吸収する銅系吸収剤により石炭ガス化ガスｇに含まれる水銀が約１８０℃の運転温度で除去される。
【００４５】
水銀除去装置２３で水銀が除去されて燃料ガスｆが得られ、燃料ガスｆはタービン設備５の燃焼器６（図１参照）に送られる。
【００４６】
上述した乾式ガス精製設備４では、不純物除去装置２１で石炭ガス化ガスｇ中の塩化水素とアンモニアが固体の塩化アンモニウムとして捕捉され、簡素な工程で塩化水素とアンモニアを同時に低減することができる。そして、ハロゲン化物除去装置２４で塩化水素（ＨＣｌ）及びフッ化水素（ＨＦ）が同時に精密に除去される。更に、脱硫装置２２で硫化硫黄（Ｈ２Ｓ）や硫化カルボニル（ＣＯＳ）等が除去され、水銀除去装置２３で水銀が除去される。
【００４７】
これにより、簡素な工程で不純物を最大限に抑制することができる乾式ガス精製設備４とすることが可能になる。尚、ガス化ガスとして、バイオマスガス化ガスの精製に適用することができる。
【００４８】
図３、図４に基づいて上述した不純物除去装置２１を具体的に説明する。
図３には本発明の一実施例に係る不純物除去装置２１の概略の構成、図４にはじゃま板の構造の状況を示してある。
【００４９】
図３に示すように、不純物除去装置２１は、露点温度を超えるガス温度で石炭ガス化ガスｇが流通される一対の処理容器３１ａ、３１ｂを備えている。石炭ガス化ガス供給路３２は、分岐手段３３により第１流入路３４ａ、第２流入路３４ｂに分岐されている。第１流入路３４ａが処理容器３１ａに接続され、第２流入路３４ｂが処理容器３１ｂに接続されている。
【００５０】
第１流入路３４ａから処理容器３１ａに送られた石炭ガス化ガスｇは、第１流出路３５ａから排出路３６に送られ、第２流入路３４ｂから処理容器３１ｂに送られた石炭ガス化ガスｇは、第２流出路３５ｂから排出路３６に送られて、脱硫装置２２（図２参照）に送られる。
【００５１】
第１流入路３４ａ、第２流入路３４ｂに塩化水素を供給するＨＣｌ供給手段４１が備えられている。即ち、処理容器３１ａ、３１ｂの上流の石炭ガス化ガスｇに塩化水素が供給される。ＨＣｌ供給手段４１によって第１流入路３４ａ、第２流入路３４ｂに塩化水素を供給することで、処理容器３１ａ、３１ｂの内部に塩化水素が供給される。
【００５２】
ＨＣｌ供給手段４１は、塩化水素が貯留されるＨＣｌタンク４２と、ＨＣｌタンク４２の塩化水素を圧送するＨＣｌポンプ４３を備えている。ＨＣｌポンプ４３で圧送される塩化水素は、ＨＣｌ分岐弁４４を介してＨＣｌ供給路４５ａもしくはＨＣｌ供給路４５ｂに分岐され、第１流入路３４ａもしくは第２流入路３４ｂに送られて処理容器３１ａ、３１ｂの内部に塩化水素が供給される。
【００５３】
処理容器３１ａ、３１ｂの内部に塩化水素が供給されることで、石炭ガス化ガスｇの温度が所定温度よりも低い温度（捕捉温度：塩化アンモニウムが固体として存在する温度：例えば、３００℃以下）に調整される。捕捉温度に調整された石炭ガス化ガスｇ中のアンモニアと塩化水素が反応し、固体の塩化アンモニウムとされる。
【００５４】
つまり、石炭ガス化ガスｇ中のアンモニアと、石炭ガス化ガスｇに含まれる塩化水素、及び、ＨＣｌ供給手段４１から供給された塩化水素とを下記（１）式により反応させて固体の塩化アンモニウムを析出させ
ＮＨ３＋ＨＣｌ→ＮＨ４Ｃｌ・・・（１）
ＨＣｌ供給手段４１から供給された塩化水素は、石炭ガス化ガスｇの温度により、気体で供給したり、液体を用いて気化させたりすることができ、最終的に石炭ガス化ガスｇの温度が所定温度よりも低い温度（塩化アンモニウムが固体として存在する温度：例えば、３００℃以下）に調整されることになる。
【００５５】
ＨＣｌ供給手段４１は、外部から塩化水素を供給し、処理容器３１ａ、３１ｂの中の石炭ガス化ガスｇ中の塩化水素の量をアンモニアの量と同じ量にし、固体の塩化アンモニウムを生成する。つまり、石炭ガス化ガスｇ中のアンモニアの量と、石炭ガス化ガスｇに由来する塩化水素の量、及び、ＨＣｌ供給手段４１から供給された塩化水素の量とが同じ物質量（mol）にされ、量論化学反応により固体の塩化アンモニウムを得る。
【００５６】
尚、塩化水素の量とアンモニアの量とを同じ量にしない状態で、塩化水素を供給する場合もある。この場合、処理容器３１ａ、３１ｂの中の石炭ガス化ガスｇ中の塩化水素の量は、アンモニアの量を超えない量にされる。これにより、石炭ガス化ガスｇに由来する塩化水素の量、及び、ＨＣｌ供給手段４１から供給された塩化水素の量が、石炭ガス化ガスｇ中のアンモニアの量を超えない物質量（mol）にされ、アンモニアが残存する状態で、かつ塩化水素が残存しない状態となるように前記の量論化学反応により固体の塩化アンモニウムを得ることができる。
【００５７】
処理容器３１ａ、３１ｂの内部には、固体の塩化アンモニウムを捕捉する捕捉部材としてのじゃま板２７がガスの流れ方向に間をあけて複数枚積層して配されている（じゃま板構造体）。図４に示すように、じゃま板２７は、円盤２８に円弧状（例えば、同心円弧状）のスリット２９が形成されて構成され、ガスの流れ方向に対し、スリット２９が重ならないように配されている。
【００５８】
捕捉部材としては、図５に示すように、処理容器３１ａ、３１ｂの内部に多数の粒状部材（ビーズ状の構造体）４７を充填することも可能である。即ち、格子状の収容部材を処理容器３１ａ、３１ｂの内部に固定し、格子状の収容部材に粒状部材４７を充填することも可能である。
【００５９】
また、図６に示すように、径が異なる複数の筒状のコルゲート部材を同心状態に重ねて配置したコルゲート構造体４８を配することも可能である。また、例えば、バグフィルターやポーラスフィルター等、塩化アンモニウムを物理的に分離する手段を用いることが可能である。また、捕捉部材としては、紙や布等のパック等、塩化アンモニウムを付着させる手段を用いることができる。
【００６０】
固体の塩化アンモニウムを析出させ、化学的に得られた固体の塩化アンモニウムをじゃま板２７で捕捉することで、石炭ガス化ガスｇ中の塩化水素とアンモニアを同時に低減することができる。これにより、化学反応を利用することで、石炭ガス化ガスｇ中の塩化水素とアンモニアが固体の塩化アンモニウムとして捕捉され、簡素な工程で塩化水素とアンモニアを同時に低減することができ、簡素な工程で不純物を最大限に抑制することが可能になる。
【００６１】
図３に戻り、じゃま板２７で捕捉された固体の塩化アンモニウムを分離して処理容器３１ａ、３１ｂの中から排出する排出手段５１が備えられている。排出手段５１によって固体の塩化アンモニウムが洗い流されて排出される。
【００６２】
排出手段５１は、洗浄のための洗浄水が貯留される洗浄水タンク５２と、洗浄水タンク５２の洗浄水を圧送するポンプ５３を備えている。ポンプ５３で圧送される洗浄水は、分岐弁５４を介して洗浄水供給路５５ａもしくは洗浄水供給路５５ｂに分岐され、第１流入路３４ａもしくは第２流入路３４ｂに送られて処理容器３１ａ、３１ｂの内部に洗浄水が供給される。
【００６３】
尚、図３の例では、洗浄水供給路５５ａ、５５ｂから第１流入路３４ａ、第２流入路３４ｂを介して処理容器３１ａ、３１ｂの内部に洗浄水を供給しているが、洗浄水供給路５５ａ、５５ｂから処理容器３１ａ、３１ｂの内部に洗浄水を直接供給することも可能である。処理容器３１ａ、３１ｂの内部に洗浄水を直接供給することで、処理容器３１ａ、３１ｂの内部に所望の状態に（均等に）洗浄水を分散させることが容易になる。
【００６４】
処理容器３１ａ、３１ｂの下部には洗浄水排出路５６ａ、５６ｂが接続され、洗浄水排出路５６ａ、５６ｂは、排出された塩化アンモニウムを溜めるためのホッパ５７ａ、５７ｂを介して排水タンク５８に接続されている。
【００６５】
処理容器３１ａ、３１ｂの内部に洗浄水が供給されることで、じゃま板２７で捕捉された固体の塩化アンモニウムがじゃま板２７から分離される。そして、分離された塩化アンモニウムは、洗浄水と共に洗浄水排出路５６ａ、５６ｂから排出されてホッパ５７ａ、５７ｂに溜められる。洗浄水は排水タンク５８に送られ、所定の排水処理が施される。
【００６６】
これにより、処理容器３１ａ、３１ｂに捕捉された塩化アンモニウムを洗い流して排出することができ、その処理容器３１ａ、３１ｂを用いて再び固体の塩化アンモニウムを生成させ捕捉部材で捕捉することができるので、不純物除去装置２１を連続的で安定した運転を続けることが可能になる。
【００６７】
尚、捕捉部材として、例えば、バグフィルターやポーラスフィルター等、塩化アンモニウムを物理的に分離する手段を用いた場合、排出手段としては、圧縮ガスを吹き付けて（パルス状に吹き付けて）塩化アンモニウムをフィルターから除去する手段を適用することができる。この場合、フィルターの表面の目詰まりを起こさないように、石灰石等塩化水素を吸収し、且つ、付着性の低い微粒子を事前にフィルターに噴霧し、フィルターとの間に保護層を作ることが好ましい。これにより、塩化アンモニウムのフィルターへの固着を防止することができ、安定した運転が可能になる。
【００６８】
また、捕捉部材として、紙や布等のパックを処理容器に設置し、塩化アンモニウムを付着させる手段を用いた場合、所定時間ごとにパック自体を交換することで、排出手段を設けることなく塩化アンモニウムを排出することができる。
【００６９】
上述したＨＣｌ供給手段４１と排出手段５１は、交互に切り換えて運転される。
即ち、分岐手段３３の切換えにより、石炭ガス化ガスｇが第１流入路３４ａに送られた場合、ＨＣｌ分岐弁４４の切換えによりＨＣｌ供給路４５ａに、ＨＣｌタンク４２からＨＣｌポンプ４３を介して塩化水素が圧送されて処理容器３１ａに塩化水素が供給される（実線矢印で示してある）。同時に、分岐弁５４の切換えにより、洗浄水供給路５５ｂに、洗浄水タンク５２からポンプ５３を介して洗浄水が圧送されて処理容器３１ｂに洗浄水が供給される（実線矢印で示してある）。
【００７０】
また、分岐手段３３の切換えにより、石炭ガス化ガスｇが第２流入路３４ｂに送られた場合、ＨＣｌ分岐弁４４の切換えによりＨＣｌ供給路４５ｂに、ＨＣｌタンク４２からＨＣｌポンプ４３を介して塩化水素が圧送されて処理容器３１ｂに塩化水素が供給される（点線矢印で示してある）。同時に、分岐弁５４の切換えにより、洗浄水供給路５５ａに、洗浄水タンク５２からポンプ５３を介して洗浄水が圧送されて処理容器３１ａに洗浄水が供給される（点線矢印で示してある）。
【００７１】
これにより、２塔の処理容器３１ａ、３１ｂを用いて、塩化アンモニウムの捕捉（石炭ガス化ガスｇ中の塩化水素とアンモニアの除去）と、塩化アンモニウムの分離・排出が交互に実施され、石炭ガス化ガスｇ中の塩化水素、及び、アンモニアの低減を連続的に行いながら、反応で生じた塩化アンモニウムを系外に排出することが可能になる。
【００７２】
従って、上述した不純物除去装置２１では、石炭ガス化ガスｇ中の塩化水素とアンモニアが化学反応により析出されて固体の塩化アンモニウムとして捕捉され、簡素な工程で塩化水素とアンモニアを同時に低減することができ、簡素な工程で不純物を最大限に抑制することが可能になる。
【００７３】
図７に基づいて上述した不純物除去装置２１における処理の具体的な工程状況を説明する。図７には不純物除去装置２１における塩化水素を供給の供給から燃料ガスｆの排出までの主な処理の工程の状況を示してある。
【００７４】
ステップＳ１で、例えば、４００℃の石炭ガス化ガスｇが供給される。石炭ガス化ガスｇには不純物が含まれている。不純物として、アンモニアが、例えば、１０００ｐｐｍから２０００ｐｐｍの濃度で含まれ（気体）、塩化水素が、例えば、５０ｐｐｍから１００ｐｐｍの濃度で含まれている（気体）。
【００７５】
ステップＳ２で塩化水素が供給され（ＨＣｌ供給工程）、ステップＳ３で塩化水素により石炭ガス化ガスｇが、例えば、１００℃から３００℃、好ましくは、１２０℃から１５０℃の温度（捕捉温度）に冷却されると共に、石炭ガス化ガスｇ中の塩化水素の量がアンモニアの量と同じ量、もしくは、アンモニアの量を超えない物質量（mol）にされる（冷却工程）。
【００７６】
ステップＳ３では、アンモニアと塩化水素の量論化学反応により塩化アンモニウムが析出され、２００℃以下の温度において、塩化アンモニウムは固体として存在するため、例えば、１００℃から３００℃、好ましくは、１２０℃から１５０℃の温度に冷却された状態で、固体の塩化アンモニウムが得られる。
【００７７】
ステップＳ４で固体の塩化アンモニウムが捕捉、分離され（分離工程）、ステップＳ５で排出手段５１の洗浄液の供給により塩化アンモニウムが排出される（排出工程）。そして、固体の塩化アンモニウムが捕捉されたことで、ステップＳ６で塩化水素、アンモニアが低減された燃料ガスｆが得られる。
【００７８】
従って、上述した不純物除去装置２１は、簡素な工程で不純物を最大限に抑制することが可能になる。そして、石炭ガス化複合発電設備１は、簡素な工程で不純物を最大限に抑制することができる乾式ガス精製設備４を備えた設備とすることが可能になる。
【００７９】
図８から図１２に基づいて、塩化水素の供給によるアンモニアの除去を模擬した状況を具体的に説明する。
【００８０】
図８にはアンモニアの除去を模擬する試験装置の概略構成、図９、図１０にはアンモニアの低減状況の経時変化、図１１には塩化水素の除去率と充填層内部の温度との関係、図１２には充填層内部の各温度条件における排水溶液中の物質量を示してある。
【００８１】
図８に示すように、模擬ガス製造手段６１により石炭ガス化ガスｇを模擬した模擬ガスを製造した。模擬ガスには、アンモニアが含まれている。模擬ガスは温度調整手段６２により露点温度を超えるガス温度（例えば、４００℃）に調整され、試験用の反応器６３に送られる。反応器６３には石英ビーズ６４が充填され、温度制御手段６５により反応器６３の充填層内部の温度が制御される（例えば、１００℃から４００℃）。実際の充填層内部の温度は、図示しない温度検出手段により検出される。
【００８２】
反応器６３の上流側に塩化水素が供給され、反応器６３で塩化水素、アンモニアが除去されて排出された模擬ガスが分析される。排出された模擬ガスは、分析装置の状況に応じて、適宜、精密に不純物が除去されて分析装置に送られる。
【００８３】
図９に基づいて充填層内部の温度を１４６℃に制御した場合の状況を説明する。
アンモニアを２０００ｐｐｍ供給開始すると、供給開始の直後の時刻ｔ１で模擬ガスのアンモニアの濃度が約２０００ｐｐｍの近傍に達する。時刻ｔ２で塩化水素を４５０ｐｐｍ供給すると、時刻ｔ２の後に約２０００ｐｐｍのアンモニアの濃度が約４５０ｐｐｍ低減される。時刻ｔ３で塩化水素を３００ｐｐｍ供給すると、時刻ｔ３の後に約２０００ｐｐｍのアンモニアの濃度が約３００ｐｐｍ低減される。
【００８４】
同様に、時刻ｔ４で塩化水素を１５０ｐｐｍ供給すると、時刻ｔ４の後に約２０００ｐｐｍのアンモニアの濃度が約１５０ｐｐｍ低減される。時刻ｔ５の前にアンモニアの供給を停止すると、時刻ｔ５以降はアンモニアの濃度がゼロに近い状況になる。
【００８５】
充填層内部の温度を１４６℃に制御した場合、供給した塩化水素の濃度の分、アンモニアの濃度が低減していることが示された。つまり、反応器６３の内部で、塩化アンモニウムを析出させる反応、
即ち、ＮＨ３＋ＨＣｌ→ＮＨ４Ｃｌが生じていることが確認された。
【００８６】
図１０に基づいて充填層の温度を３７３℃に制御した場合の状況を説明する。
アンモニアを２０００ｐｐｍ供給開始すると、供給開始の直後の時刻ｔ１で模擬ガスのアンモニアの濃度が約２０００ｐｐｍの近傍に達する。時刻ｔ２で塩化水素を４５０ｐｐｍ供給した場合、時刻ｔ２の後に至っても約２０００ｐｐｍのアンモニアの濃度は低減されない。時刻ｔ３で塩化水素を１５０ｐｐｍ供給した場合、時刻ｔ３の後に至っても約２０００ｐｐｍのアンモニアの濃度は低減されない。時刻ｔ４の前にアンモニアの供給を停止すると、時刻ｔ４以降はアンモニアの濃度がゼロに近い状況になる。
【００８７】
充填層の温度を、３００℃を超える３７３℃に制御した場合、反応器６３の内部で、塩化アンモニウムを析出させる反応が生じないため、アンモニアの濃度は低減しないことが示された。
【００８８】
図１１に基づいて塩化水素の除去率と充填層内部の温度の関係を説明する。尚、アンモニアの低減量（ｐｐｍ）を塩化水素の供給量（ｐｐｍ）で除した値を塩化水素の除去率と定義してある。
【００８９】
図９にも示したように、充填層内部の温度が１４６℃の条件では、塩化水素を４５０ｐｐｍ供給した場合（○印）、塩化水素を３００ｐｐｍ供給した場合（◇印）、塩化水素を１５０ｐｐｍ供給した場合（△印）のいずれの場合であっても、塩化水素の除去率が略１となっている（塩化水素の供給量と略同量のアンモニアが低減されている）。
【００９０】
図１１から判るように、充填層内部の温度が低いと、塩化水素の除去率が１に近づき、供給した塩化水素と略同量のアンモニアが低減されることが示された。充填層内部の温度が高くなり、３００℃以上になると、除去率が０.５を下回り、充填層内部の温度が高くなると塩化水素の除去率が低下し、アンモニアが低減されない状態になる。
【００９１】
反応器６３の石英ビーズ６４を洗い流し、排水溶液中のＮＨ４＋とＣｌ−の存在を確認した。即ち、充填層内部でＮＨ４Ｃｌの生成反応が生じているか否かを確認した。
【００９２】
図１２に示すように、充填層内部の温度が１４６℃の条件では、排水溶液中のＮＨ４＋とＣｌ−が、共に物質量として約０.００３ｍｏｌ（略同じ量）存在している。充填層内部の温度が３７３℃の条件では、排水溶液中にはＮＨ４＋とＣｌ−は略存在していない。
【００９３】
このため、充填層内部の温度が低い１４６℃の条件では、充填層内部でＮＨ４Ｃｌの生成反応が生じていることが確認された。また、充填層内部の温度が高い３７３℃の条件では、充填層内部でＮＨ４Ｃｌの生成反応が生じていないことが確認された。
【００９４】
充填層内部の温度が１４６℃の条件では、即ち、１２０℃から１５０℃の温度（捕捉温度）の範囲にある条件では、排水溶液中にＮＨ４＋とＣｌ−が同じｍｏｌ量存在していることがわかる。このため、捕捉温度の範囲で、塩化水素とアンモニアが１対１で反応して塩化アンモニウムを析出させることができ、模擬ガス中の塩化水素とアンモニアを低減すること（除去すること）が可能になる。
【００９５】
従って、塩化水素を供給する簡素な工程で、塩化水素とアンモニアを最大限に抑制することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、不純物除去装置、乾式ガス精製設備、石炭ガス化複合発電設備の産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１  石炭ガス化複合発電設備
２  石炭ガス化炉
３  熱交換器
４  乾式ガス精製設備
５  タービン設備
６  燃焼器
７  圧縮機
８  膨張タービン
９  排熱回収ボイラー
１０  排煙脱硝装置
１１  蒸気タービン
１２  発電機
２１  不純物除去装置
２２  脱硫装置
２３  水銀除去装置
２４  ハロゲン化物除去装置
２７  じゃま板
２８  円盤
２９  スリット
３１  処理容器
３２  石炭ガス供給路
３３  分岐手段
３４ａ  第１流入路
３４ｂ  第２流入路
３５ａ  第１流出路
３５ｂ  第２流出路
３６  排出路
４１  ＨＣｌ供給手段
４２  ＨＣｌタンク
４３  ＨＣｌポンプ
４４  ＨＣｌ分岐弁
４５  ＨＣｌ供給路
４７  粒状部材
４８  コルゲート構造体
５１  排出手段
５２  洗浄水タンク
５３  ポンプ
５４  分岐弁
５５  洗浄水供給路
５６  洗浄水排出路
５７  ホッパ
５８  排水タンク
６１  模擬ガス製造手段
６２  温度調整手段
６３  反応器
６４  石英ビーズ
６５  温度制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2019189850.tif 000010
【図９】
2019189850.tif 000011
【図１０】
2019189850.tif 000012
【図１１】
2019189850.tif 000013
【図１２】
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