(57)【要約】      （修正有）【課題】脱Ｓ剤の使用量を低減すると共に、酸性ガスの除去効率及びＳ成分の除去効率の向上したガス浄化装置及び方法、並びにそれを用いたガス化システム、ガス化発電システムを提供する。【解決手段】改質炉１５で改質された高温の改質ガス１４を減温すると共に、液状のアルカリ剤１６を供給して、改質ガス１４中の酸性ガスを中和する減温塔１７と、減温された冷却ガス１８を供給する煙道２１中に、前記硫化水素を除去する粉状の脱Ｓ剤２２を対供給する脱Ｓ剤供給装置３２と、前記供給された脱Ｓ剤２２及びアルカリ剤１６の堆積層を形成する濾過膜２０ａを備えてなる集塵装置２０と、冷却ガス１８中の酸性ガス成分及びＳ成分を除去した浄化ガス２４を減湿する減湿装置２５と、減湿された減湿浄化ガス２６を貯留するガスホルダ２７と、該ガスホルダ２７で貯留された貯留ガス２８を用いて発電に供給するガスエンジン（Ｇ／Ｅ）等２９とを具備する。【選択図】図１
2008045017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料をガス化してなる酸性ガス及び硫化水素を含む高温生成ガスを改質して改質ガスとする改質炉と、
前記改質ガスを減温すると共に、半乾式状態で液状のアルカリ剤を供給してなる減温塔と、
減温された冷却ガスを供給する煙道中に、前記硫化水素を除去する粉状の脱Ｓ剤を対供給する脱Ｓ剤供給装置と、
前記供給されたアルカリ剤及び脱Ｓ剤の堆積層を形成する濾過膜を備えてなる集塵装置とを具備することを特徴とするガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１において、
冷却ガス中の酸性ガス成分及び硫化水素を除去した浄化ガスを減湿する減湿装置を具備することを特徴とするガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記アルカリ剤をミスト状で噴霧してなることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項４】
請求項２又は３において、
前記減湿装置から回収された廃水の一部を前記減温塔に用いてなることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記集塵装置の後流側にガス中の酸性ガス成分量を計測する第１の分析装置を設けてなり、該酸性ガス量に応じて酸性ガス中和剤を供給してなると共に、
前記集塵装置の後流側にガス中のＳ成分量を計測する第２の分析装置を設けてなり、該Ｓ成分量に応じて脱Ｓ剤を供給してなることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記脱Ｓ剤が、酸化亜鉛、酸化鉄、亜鉛・鉄化合物、酸化ニッケル、酸化銅、酸化コバルト、酸化モリブデン、活性炭の少なくとも一種又はこれらの混合物であることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一つのガス浄化装置を備えてなることを特徴とするガス化システム。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか一つのガス浄化装置を備えてなることを特徴とするガス化発電システム。
【請求項９】
請求項７において、
高温生成ガスを得るガス化炉が、バイオマスガス化炉、ゴミガス化炉、下水汚泥ガス化炉、石炭ガス化炉のいずれか一つであることを特徴とするガス化システム。
【請求項１０】
請求項８において、
高温生成ガスを得るガス化炉が、バイオマスガス化炉、ゴミガス化炉、下水汚泥ガス化炉、石炭ガス化炉のいずれか一つであることを特徴とするガス化発電システム。
【請求項１１】
酸性ガス及び硫黄（Ｓ）成分を含有する高温ガスを減温する減温場にミスト状のアルカリ剤を供給し、次いで脱Ｓ剤を供給して集塵装置で酸性ガス及びＳ成分を除去することを特徴とするガス浄化方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記脱Ｓ剤の噴霧に浄化ガスを利用することを特徴とするガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばバイオマス等をガス化したガス中の酸性ガス成分及び硫化水素等のＳ成分を効率よく除去するガス浄化装置及び方法、並びにそれを用いたガス化システム、ガス化発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみ、下水汚泥、産業用廃棄物などの有機系廃棄物からエネルギー回収を図るために、廃棄物を熱分解によりガス化して燃料用ガス（ガス化ガス）を得るガス変換技術が、環境保全及び省資源の観点から注目されている。
【０００３】
このガス変換技術のシステムとしては、廃棄物に水蒸気を添加して４００〜９００℃でガス化し、さらに９００〜１５００℃でクラッキングして、煤を含まないクリーンなＣＯ、Ｈ2 リッチガスを得るシステムが開発されている。このシステムにおいては、ガス化剤（蒸気、酸素）を高温で供給することにより、部分燃焼割合を少なくして発熱量の高いガスを得て、このガス（燃料用ガス）により発電装置による発電などが行われる（特許文献１）。
【０００４】
該ガス化ガス中には硫黄（Ｓ）成分が微量に含まれているので、脱硫する必要がある。従来においては、高温ガスで脱硫する場合、セラミックスフィルタを用いて、酸化鉄粉体を噴霧することが提案されている（特許文献２）。
【０００５】
また、バイオマスガス化ガスに存在する硫化水素や塩化水素等を除去するために、高温ガスを冷却した後、集塵装置で集塵する直前に、脱Ｓ剤及び酸性ガス中和剤を供給し、硫化水素等のＳ成分及び塩化水素等の酸性ガスを除去することが提案されている（特許文献３）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３８１６４号公報
【特許文献２】特開昭６４−１３４０２８号公報
【特許文献３】特開２００５−２３９９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献３の提案において、例えばその図３の構成のような集塵装置を２塔式とする場合、一度冷却装置で冷却した後に、煙道中に粉状の酸性ガス中和剤を供給しても、酸性ガスの除去はできるものの粉状のアルカリ剤では、硫化水素を除去することができず、後流側の集塵装置の前で供給する脱Ｓ剤の使用量が多くなると共に、装置の占有面積が大きくなる、という問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑み、脱Ｓ剤の使用量を低減すると共に、酸性ガスの除去効率及びＳ成分の除去効率の向上したガス浄化装置及び方法、並びに設備占有スペースの省スペース化を図ったガス化システム、ガス化発電システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、原料をガス化してなる酸性ガス及び硫化水素を含む高温生成ガスを改質して改質ガスとする改質炉と、前記改質ガスを減温すると共に、液状のアルカリ剤を供給してなる減温塔と、減温された冷却ガスを供給する煙道中に、前記硫化水素を除去する粉状の脱Ｓ剤を対供給する脱Ｓ剤供給装置と、前記供給されたアルカリ剤及び脱Ｓ剤の堆積層を形成する濾過膜を備えてなる集塵装置とを具備することを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、冷却ガス中の酸性ガス成分及び硫化水素を除去した浄化ガスを減湿する減湿装置を具備することを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１１】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記アルカリ剤をミスト状で噴霧してなることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１２】
第４の発明は、第２又は３の発明において、前記減湿装置から回収された廃水の一部を前記減温塔に用いてなることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１３】
第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記集塵装置の後流側にガス中の酸性ガス成分量を計測する第１の分析装置を設けてなり、該酸性ガス量に応じて酸性ガス中和剤を供給してなると共に、前記集塵装置の後流側にガス中のＳ成分量を計測する第２の分析装置を設けてなり、該Ｓ成分量に応じて脱Ｓ剤を供給してなることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１４】
第６の発明は、第１の発明において、前記脱Ｓ剤が、酸化亜鉛、酸化鉄、亜鉛・鉄化合物、酸化ニッケル、酸化銅、酸化コバルト、酸化モリブデン、活性炭の少なくとも一種又はこれらの混合物であることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１５】
第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つのガス浄化装置を備えてなることを特徴とするガス化システムにある。
【００１６】
第８の発明は、第１乃至６のいずれか一つのガス浄化装置を備えてなることを特徴とするガス化発電システムにある。
【００１７】
第９の発明は、第７の発明において、高温生成ガスを得るガス化炉が、バイオマスガス化炉、ゴミガス化炉、下水汚泥ガス化炉、石炭ガス化炉のいずれか一つであることを特徴とするガス化システムにある。
【００１８】
第１０の発明は、第８の発明において、高温生成ガスを得るガス化炉が、バイオマスガス化炉、ゴミガス化炉、下水汚泥ガス化炉、石炭ガス化炉のいずれか一つであることを特徴とするガス化発電システムにある。
【００１９】
第１１の発明は、酸性ガス及び硫黄（Ｓ）成分を含有する高温ガスを減温する減温場にミスト状のアルカリ剤を供給し、次いで脱Ｓ剤を供給して集塵装置で酸性ガス及びＳ成分を除去することを特徴とするガス浄化方法にある。
【００２０】
第１２の発明は、第１１の発明において、前記脱Ｓ剤の噴霧に浄化ガスを利用することを特徴とするガス浄化方法にある。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、高温ガスを減温する減温塔内の空間に液状のアルカリ剤を供給するので、半乾式状態で酸性ガスと反応し反応除去効率が向上すると共に、硫化水素の一部を除去することとなる。これにより、後段側で供給する脱Ｓ剤の酸性ガスの悪影響をほとんど受けず、供給量の低減を図ることができ、システム効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２３】
本発明によるガス浄化装置について、詳細に説明する。
図１は、実施例１にかかるガス浄化装置を有するガス化システムの概略図である。図１に示すように、本実施例にかかるガス化システム１０Ａは、例えばバイオマス等の原料１１をガス化して高温生成ガス１２を得るガス化炉１３と、前記高温生成ガス１２を水蒸気改質してＣＯ、Ｈ2成分リッチの改質ガス１４とする改質炉１５と、前記改質ガス１４を減温すると共に、半乾式状態で液状のアルカリ剤１６を供給して、改質ガス１４中の酸性ガスを中和する減温塔１７と、減温された冷却ガス１８を供給する煙道２１中に、前記硫化水素を除去する粉状の脱Ｓ剤を対供給する脱Ｓ剤供給装置３２と、前記供給された脱Ｓ剤２２及びアルカリ剤１６の堆積層（図示せず）を形成する濾過膜２０ａを備えてなる集塵装置２０と、冷却ガス中の酸性ガス成分及びＳ成分を除去した浄化ガス２４を減湿する減湿装置２５と、減湿された減湿浄化ガス２６を貯留するガスホルダ２７と、該ガスホルダ２７で貯留された貯留ガス２８を用いて発電に供給するガスエンジン（Ｇ／Ｅ）等２９とを具備するものである。なお、改質炉１５の後流側には必要に応じて熱回収装置が設置されている。
【００２４】
また、本発明において、前記生成ガス１２としては、ガス化物である原料を熱分解して改質したＯ2成分が少ないガスである。前記ガス化物の原料１１としては、バイオマス以外に、例えば木屑、ごみ、下水汚泥、石炭等を挙げることができ、これらをガス化炉１３でガス化し、ガス化したガスを改質して、可燃ガスである一酸化炭素や水素にするようにしている。なお、ガスホルダ２７は必要に応じて設けても設けなくてもよい。
【００２５】
本発明では、前記改質炉１５で改質された高温ガスを減温する減温塔１７の内部空間に、アルカリ剤供給装置３１からアルカリ剤をミスト状態で噴霧し、液状状態から乾燥状態になる過程で、酸性ガスの除去、硫化水素も除去される。このように、高温場の塔内にミストを噴霧することにより半乾式状態で気液接触反応となり、酸性ガスのみならず、硫化水素の一部も除去できることとなる。この結果、従来のような冷却装置で冷却した後に、酸性ガスを中和する中和剤を供給する場合に較べて、高温場での反応となり、酸性ガス除去効率が向上すると共に、硫化水素の一部も除去することとなるので、煙道２１中に脱Ｓ剤２２を供給する供給量を低減することができる。
【００２６】
ここで、本発明で半乾式状態とは、減温塔１７の高温場（３００〜１０００℃の生成ガスが供給される。）の塔内部に、ミスト状で液状アルカリを供給することにより、液状から乾燥状態に変化することをいう。
【００２７】
ここで、減温塔１７内部に噴霧する形態としては、液状のアルカリを例えばノズルによりミスト状で塔内に供給するようにしている。前記ノズルは、例えば二流体ノズル、ロータリアトマイザ等を用いればよい。
【００２８】
前記ミスト径は、最大粒径が２００μｍ以下、平均粒径が３０〜７０μｍ、好適には４０〜５０μｍとするのが好ましい。これにより、酸性ガスとの接触効率が向上し、生成ガス中の酸性ガスの除去効率の向上を図ることができる。また、未蒸発による腐食や灰堆積による閉塞トラブルを回避できる。
【００２９】
また、アルカリ剤の当量比としては、硫化水素を含む酸性ガスに対して、６未満、好ましくは３未満とするのが好ましい。
【００３０】
この酸性ガスを中和するアルカリ剤１６は、例えば水酸化ナトリウム水溶液、消石灰スラリ、重曹水溶液又はスラリ等のアルカリ水溶液を例示することができ、特に水酸化ナトリウムを用いるのが好ましい。
【００３１】
ここで、前記アルカリ剤として水酸化ナトリウムを用いた場合には、生成ガス中に仮にシアン化水素がした場合に反応して、シアン化ナトリウムとして固定化し、集塵装置２０で除去することができる。
【００３２】
また、アルカリ剤として水酸化カルシウム（消石灰）を用いた場合には、塩化カルシウムとして固定化することとなるので、水酸化ナトリウムを用いることで、前記集塵装置２０の回収灰の潮解によるトラブルを回避することができる。特に水蒸気が多いガス化ガスでは、灰のハンドリングが容易となる。
【００３３】
前記減温塔１７で乾燥状態となったアルカリ剤はガス中の酸性ガスを中和しつつ、煙道にて集塵装置２０に運ばれ、濾過膜２０ａおいて酸性ガス中和剤の堆積層を形成し、ここで通過するガス中の酸性ガス分（ＨＣｌ、ＳＯｘ等）を最終的に吸着・捕集することとなる。
【００３４】
これにより、従来のように減温した後の煙道中に、アルカリ剤を供給する場合と異なり、高温場の減温塔内に、供給することで集塵装置２０までのアルカリ剤の滞留が長くなり、酸性ガス除去効率を向上させることができる。
【００３５】
ここで、集塵装置２０がセラミックフィルタの場合、温度が２５０〜５００℃が好ましい。また、バグフィルタの場合、温度が１８０〜２３０℃とするのが好ましい。
【００３６】
また、アルカリ剤をペレット状態として、ガス化炉１３又は改質炉１５中に別途投入しておき、酸性ガスを除去するようにしてもよい。
【００３７】
また、前記生成ガス中に含まれるＳ成分とは、硫化水素（Ｈ2Ｓ）以外に、ＣＯＳ等の硫化物又はＳＯ、ＳＯ2、ＳＯ3、ＳＯ4、Ｓ2Ｏ3等の酸化硫黄等を挙げることができる。
【００３８】
本発明で脱Ｓ剤２２とは、例えば酸化亜鉛、酸化鉄、亜鉛・鉄化合物、ニッケル等の遷移金属の酸化物、銅、活性炭、ゼオライト等を挙げることができ、特に酸化亜鉛が好ましい。これは、硫化水素と反応した場合において、他の脱Ｓ剤に比べて反応性及びコスト面で優れているためである。なお、前記脱Ｓ剤２２は脱Ｓ剤供給装置３２から粉状で煙道２１内に噴霧されている。
【００３９】
前記脱Ｓ剤は粉体状であり、数μｍ〜数１００μｍ程度とすればよい。これにより、Ｓ成分との接触面積が増大し、反応効率が向上する。この結果、利用率の向上及び除去効率が向上する。
また、脱Ｓ剤２２の当量比としては、４未満、好ましくは３未満とするのが好ましい。
【００４０】
前記集塵装置２０で集塵された煤塵、ＺｎＳ、ＮａＣｌ等３３は所定時間経過した後逆洗浄により濾過膜２０ａから払い落とされ、別途回収・除去される。
【００４１】
集塵装置を１塔式としているので、２塔式の集塵装置のように設置スペースを確保する必要がない。特に酸性ガスが低濃度の場合に有効である。
また、２塔式の場合には、上流側の集塵装置を低温として脱塩反応をさせることが反応効率から良好であるので、下流側の集塵装置との間に加熱装置を設置して、一度冷却した冷却ガスを再度上昇させる、というような熱効率的に有効ではないシステムとする必要があるが、特にアルカリ剤として水酸化ナトリウムを用いる場合には、高温でも殆ど脱塩性能を損なうことがなく、しかも高い脱Ｓ除去効率を維持することができる。
また、減温塔１７をコンパクトにすることができる。
また集塵装置を必要以上に低温化する必要が無い為、減温塔１７への噴霧冷却水量を減らすことができ、廃水処理量を軽減することができる。
更に、集塵装置の低温部位が減ることにより、低温腐食を抑制することができる。
【００４２】
前記減湿装置２５は、間接熱交換式又は直接熱交換式のいずれの方式による減湿方法でもよいが、その廃水量がより少ない間接熱交換式の装置とすることが望ましい。
【００４３】
なお、発電設備として、ガスエンジンに限定されるものではなく、ガスタービン、燃料電池等のガスを用いて発電することができる各種発電装置におけるガスの浄化に適用することができる。
【００４４】
また、本実施例では、ガス化発電システムにおけるガス浄化装置を適用した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばバイオマスからのガス化ガスを改質してメタノール等を得るシステムに適用することもできる。
【実施例２】
【００４５】
図２は、実施例２にかかるガス浄化装置を有するガス化システムの概略図である。なお、図１に示す実施例１の装置の構成と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。図２に示すように、本実施例にかかるガス化システム１０Ｂは、実施例１のシステムにおいて、減湿装置２５で排出される廃水３５の一部を減温塔１７へ供給して再利用するものである。これにより、廃水の量を低減することができる。
【実施例３】
【００４６】
図３は、実施例３にかかるガス浄化装置を有するガス化システムの概略図である。なお、図１に示す実施例１の装置の構成と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。図３に示すように、本実施例にかかるガス化システム１０Ｃは、実施例１のシステムにおいて、フィルタ保護剤４１を供給するフィルタ保護剤供給装置４２を設け、フィルタの差圧上昇を抑制するようにしている。
これにより、フィルタの逆洗浄間隔を長期化することができ、濾過膜２０ａの堆積層の厚さを増やすことができる。
この結果、未反応の脱Ｓ剤の割合を減らすことができ、脱Ｓ剤の使用量の低減を図ることができる。
【００４７】
ここで、フィルタ保護剤４１としては、例えば珪藻土等を例示することができるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【実施例４】
【００４８】
図４は、実施例４にかかるガス浄化装置を有するガス化システムの概略図である。なお、図１に示す実施例１の装置の構成と同一部材については、同一符号を付してその説明は省略する。図４に示すように、本実施例にかかるガス化システム１０Ｄは、実施例１のシステムにおいて、集塵装置２０から排出される浄化したガス中の酸性ガス成分を計測する第１の分析装置５１と、排出される浄化したガス中のＳ成分（Ｈ2Ｓ，ＳＯｘ）を計測する第２の分析装置５２を設けたものである。この第１の分析装置５１及び第２の分析装置５２の分析情報を演算装置（図示せず）で処理し、アルカリ剤１６及び脱Ｓ剤２２の供給を制御するように、制御信号を送るようにしている。これにより、常に適切な範囲のアルカリ剤及び脱Ｓ剤を供給することができ、効率的なガスの浄化が可能となる。
【００４９】
このように、高温ガスを減温する減温塔１７内にアルカリ剤を噴霧することで、ガス中の酸性ガスの効率的な除去を行うと共に、Ｓ成分の一部も除去することができるので、酸性ガスの影響をほとんど受けずに１塔式の集塵装置２０の前段側で供給する高価な脱Ｓ剤の供給量の低減を図ることができ、従来よりも反応効率の向上と処理費用の低減及び設備費用の低減を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明にかかるガス浄化装置は、高温ガスを減温する減温塔内にアルカリ剤を半乾式状態で噴霧することで、ガス中の酸性ガスの効率的な除去を行うと共に、Ｓ成分の一部も除去することができ、ガス化ガスの精製に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施例１にかかるガス浄化装置の概略図である。
【図２】実施例２にかかるガス浄化装置の概略図である。
【図３】実施例３にかかるガス浄化装置の概略図である。
【図４】実施例４にかかる他のガス浄化装置の概略図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０Ａ〜Ｄ  ガス化システム
１１  原料
１２  生成ガス
１３  ガス化炉
１４  改質ガス
１５  改質炉
１６  アルカリ剤
１７  減温塔
１８  冷却ガス
１９  濾過膜
２０  集塵装置
２１  煙道
２２  脱Ｓ剤
２４  浄化ガス
２５  減湿装置
２６  減湿浄化ガス
２７  ガスホルダ
２８  貯留ガス
２９  ガスエンジン（Ｇ／Ｅ）等
【図１】
2008045017.tif 000003
【図２】
2008045017.tif 000004
【図３】
2008045017.tif 000005
【図４】
2008045017.tif 000006