(57)【要約】【課題】使用サイクルによる炭素質吸着剤の吸着特性の変化に合わせて吸着速度を更新しうる炭素質吸着剤の吸着速度測定装置を提供する。【解決手段】吸着処理装置の所定の位置から所定量の活性炭等をサンプルとして抜き取るサンプリング装置と、抜き取ったサンプルが導入された試料セル５１０に所定物質の濃度が既知のガスを所定の流量で通過させ、通過後の排ガス中の所定物質の濃度の時間変化を測定する通ガス試験装置５０と、この通ガス試験結果から得られる吸着速度特性曲線を基にして新たに吸着速度式を算出するか保持されている吸着速度式を補正する制御演算部５１と、を備えている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス中の所定物質を炭素質吸着剤に吸着させて処理する吸着処理装置において該炭素質吸着剤の吸着速度を測定する装置であって、
前記吸着処理装置の所定の位置から所定量の炭素質吸着剤をサンプルとして抜き取るサンプリング装置と、
前記サンプルに前記所定物質の濃度が既知のガスを通過させ、通過後の排ガス中の前記所定物質の濃度変化を測定する通ガス試験装置と、
前記通ガス試験装置から得られるデータを基にして吸着速度式を算出あるいは補正する制御演算部と、
を備えていることを特徴とする炭素質吸着剤の吸着速度測定装置。
【請求項２】
前記サンプルを複数用いて前記通ガス試験装置による測定を並列的に行うことを特徴とする請求項１記載の炭素質吸着剤の吸着速度測定装置。
【請求項３】
排ガス中の所定物質を炭素質吸着剤に吸着させて処理する吸着処理装置であって、
循環経路内の所定量の炭素質吸着剤をサンプルとして抜き取るサンプリング装置と、
前記サンプルに前記所定物質の濃度が既知のガスを所定の流量で通過させ、通過後の排ガス中の前記所定物質の濃度の時間変化を測定する通ガス試験装置と、
前記通ガス試験装置から得られるデータを基にして吸着速度式を算出あるいは補正する制御演算部と、
を備えていることを特徴とする吸着処理装置。
【請求項４】
排ガス中の所定物質を炭素質吸着剤に吸着させて処理する排ガス処理において該炭素質吸着剤の吸着速度を測定する方法であって、
前記吸着処理装置の所定の位置から所定量の炭素質吸着剤をサンプルとして抜き取るサンプリング工程と、
前記サンプルに前記所定物質の濃度が既知のガスを通過させ、通過後の排ガス中の前記所定物質の濃度変化を測定する通ガス試験工程と、
前記通ガス試験装置から得られるデータを基にして吸着速度式を算出あるいは補正する制御演算工程と、
を備えていることを特徴とする炭素質吸着剤の吸着速度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乾式脱硫装置等の排ガス処理装置において用いられる炭素質吸着剤の所定物質の吸着特性を表す吸着速度を測定する装置、方法とこれを用いた吸着処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）等を除去する処理装置として排ガスを活性炭等の炭素質吸着剤と接触させて処理する乾式脱硫装置が知られている。この種の乾式脱硫装置においては、例えば、活性炭を容器内を流動させて排ガスと接触させ、ＳＯｘを吸着した活性炭を不活性ガス中で加熱することにより、吸着したＳＯｘを脱離させて活性炭を再生し、再使用する方法が採られている。
【０００３】
再生は、活性炭のＳＯｘ付着量がある量で飽和して、所定量以上のＳＯｘを付着できないために不可欠ではあるが、飽和まで余裕がある状態で再生を行って再生の頻度を多くすると、活性炭の破過を招きやすい。一方で、飽和量に近い状態の活性炭は、ＳＯｘの吸着量が少なく、効率が劣化してしまう。これを防ぐためには、活性炭等の炭素質吸着剤の吸着性能を把握してこれに合わせて排ガス量や炭素質吸着剤の移送速度等を調整することが好ましい。
【０００４】
そこで、既知の吸着速度式を用いて吸着性能を推定する方法や、予め使用する炭素質吸着剤の吸着特性を測定し、吸着特性を表す吸着速度式を求めておいて、これを基にして制御を行う手法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２１４２１１号公報（段落００２６〜００３９、図２〜図５）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、炭素質吸着剤の再生、再使用を繰り返した場合、サイクルによって吸着特性が次第に変化する。このため、予め求めておいた吸着速度式とはずれが生じ、推定した吸着特性にもずれが生じてしまう。
【０００７】
そこで本発明は、このような使用サイクルによる炭素質吸着剤の吸着特性の変化に合わせて吸着速度を推定しうる炭素質吸着剤の吸着速度測定装置、方法およびこれを用いた吸着装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る炭素質吸着剤の吸着速度測定装置は、排ガス中の所定物質を炭素質吸着剤に吸着させて処理する吸着処理装置において該炭素質吸着剤の吸着速度を測定する装置であって、吸着処理装置の所定の位置から所定量の炭素質吸着剤をサンプルとして抜き取るサンプリング装置と、サンプルに所定物質の濃度が既知のガスを通過させ、通過後の排ガス中の所定物質の濃度変化を測定する通ガス試験装置と、通ガス試験装置から得られるデータを基にして吸着速度式を算出あるいは補正する制御演算部と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る吸着処理装置は、循環経路内の所定量の炭素質吸着剤をサンプルとして抜き取るサンプリング装置と、サンプルに所定物質の濃度が既知のガスを所定の流量で通過させ、通過後の排ガス中の所定物質の濃度の時間変化を測定する通ガス試験装置と、通ガス試験装置から得られるデータを基にして吸着速度式を算出あるいは補正する制御演算部と、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明に係る炭素質吸着剤の吸着速度測定方法は、吸着処理装置の所定の位置から所定量の炭素質吸着剤をサンプルとして抜き取るサンプリング工程と、サンプルに所定物質の濃度が既知のガスを通過させ、通過後の排ガス中の所定物質の濃度変化を測定する通ガス試験工程と、通ガス試験装置から得られるデータを基にして吸着速度式を算出あるいは補正する制御演算工程と、を備えていることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、使用中の排ガス処理装置（吸着装置）からサンプリングした炭素質吸着剤を用いて通ガス試験を行い、試験結果を基にして新たに吸着速度式を算出するか、吸着速度式の補正を行うので、使用している炭素質吸着剤の吸着特性をより正確に模擬することが可能となる。
【００１２】
サンプルを複数用い、所定物質の濃度あるいは流量を異ならせて通ガス試験装置による測定を並列的に行うことが好ましい。このようにすると、吸着速度式の算出、あるいは補正精度を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。図１に本発明に係る吸着速度測定装置を制御用の測定装置の一つとして採用した排ガス処理装置の全体構成図を示す。この排ガス処理装置は、主として排ガス中に含まれるＳＯｘを除去する乾式脱硫装置である。
【００１５】
排ガス処理装置は、炭素質吸着剤として活性炭が充填され、通過させる排ガス中の汚染物質（主としてＳＯｘ）を吸着して除去する直交流移動層式の吸着処理装置１と、ＳＯｘ吸着後の活性炭を加熱して吸着したＳＯｘ等を脱離させ、活性炭の再生を行う脱離再生装置２を備えている。そして、吸着処理装置１と脱離再生装置２とは、ラインＬ１１で接続され、このラインＬ１１上には、吸着処理装置１からの活性炭の取出流量を測定する活性炭流量計１１と、その流量を調整する流量調整弁１２とが配置されている。
【００１６】
脱離再生装置２の活性炭出口には、ラインＬ１２を介して活性炭から粉化した活性炭を篩い分けする分離器３が接続されている。分離器３は、ラインＬ１３、Ｌ１４を介して吸着装置１に接続され、吸着装置１→脱離再生装置２→分離器３→吸着装置１という活性炭の循環経路を構成する。分離器３には、分離した粉化活性炭等を排出するラインＬ１５が接続されている。また、ラインＬ１３とラインＬ１４の間には、循環中の活性炭を所定量抜き取ってサンプルとして取り出し、所定の通ガス試験後に循環経路に戻すサンプリング装置４が配置されている。このサンプリング装置４と通ガス試験を行い、吸着速度を算出する本発明に係る吸着速度測定装置５とは循環路であるラインＬ１６により接続されている。
【００１７】
吸着処理装置１に排ガスを供給するラインＬ１上には、排ガスのＳＯｘ濃度を測定するＳＯｘ濃度計１３と、排ガス流量を測定するガス流量計１４とが配置されている。ラインＬ１からはＳＯｘ濃度計１３、ガス流量計１４の上流側で、吸着速度測定装置５へと排ガスを供給するラインＬ３が分岐され、吸着速度測定装置５からの返送ガスラインＬ４が接続されている。そして、活性炭流量計１１、ＳＯｘ濃度計１３、ガス流量計１４と吸着速度測定装置５の出力信号は流量調整弁１２の開度を制御する活性炭流量制御装置６に送られる。
【００１８】
図２は、本発明に係る吸着速度測定装置５の概略構成図である。この吸着速度測定装置は、制御演算部５１と１つあるいは複数の通ガス試験装置５０（５０１〜５０ｎ）から構成されている。
【００１９】
通ガス試験装置５０は、試料セル５１０内の活性炭に試料ガスを通気することで活性炭の吸着特性を調べる装置である。この試料セル５１０にはサンプリング装置４によりサンプリングされた活性炭が気密状態で収容されている。試料セル５１０は恒温槽５４内に保持されるが、この恒温槽５４は、図２に示されるように全通ガス試験装置で共通のものとしても、各通ガス試験装置５０ごとに設けてもいずれでもよい。
【００２０】
試料セル５１０には、ラインＬ３に接続された試料ガス供給ラインＬ５０と、ラインＬ４に接続される試料ガス排出ラインＬ５１が接続されている。そして、ラインＬ５０には、空気ボンベ５２から延びる送気ラインＬ５２と、ＳＯ２ボンベ５３から延びるＳＯ２ラインＬ５３がそれぞれ流量調整弁５２０、５３０を介して接続されており、その下流には、流量調整弁５４０、ガス流量計５５０、ＳＯｘ濃度計５６０が配置されている。一方、ラインＬ５１には、ＳＯｘ濃度計５７０が配置されている。そして、ガス流量計５５０の出力信号は、流量調整弁５４０の開度を制御する流量制御装置５０１に入力されており、ＳＯｘ濃度計５６０の出力信号は、流量調整弁５２０、５３０の開度を制御するＳＯｘ濃度制御装置５０２に接続されている。そして、ＳＯｘ濃度計５７０の出力信号は、流量制御装置５０１、ＳＯｘ濃度制御装置５０２を制御し、吸着速度を算出する制御演算部５１へと入力される。
【００２１】
図１の排ガス処理装置は、以下のように動作する。ラインＬ１からＳＯｘを含む排ガスが吸着処理装置１へと導入される。吸着処理装置１内に充填されている活性炭は、活性炭流量制御装置６が流量調整弁１２を制御することで所定量ずつ下部から引き抜かれ、分離器３からほぼ同量が戻されることで鉛直下方へ流動して移動層を形成している。この返送路（Ｌ１３、Ｌ１４）の途中に設けられたサンプリング装置４は所定の間隔で、所定量の活性炭をサンプリングして吸着速度測定装置５の通ガス試験装置５０に送る。そして、通ガス試験装置５０から返送されてきた活性炭をラインＬ１４へと戻す役割も有する。排ガスは、この移動層の流動方向と直交する方向に導入され、活性炭と接触することで、排ガス中のＳＯｘは活性炭に吸着されて除去される。こうして清浄化された排ガスはラインＬ２により装置から排出される。
【００２２】
ＳＯｘを吸着した活性炭はラインＬ１１により脱離再生装置２へ送られ、不活性ガス中で加熱されることにより吸着したＳＯｘを脱離することで再生される。こうして再生された活性炭はラインＬ１２を介して分離器３へと送られ、粉化した活性炭が分離された後、ラインＬ１３、Ｌ１４を介して吸着処理装置１へと戻される。粉化した活性炭に相当する量の新規活性炭を途中の経路Ｌ１１〜Ｌ１４のいずれかで追加することが好ましい。
【００２３】
一方、サンプリング装置４で引き抜かれた活性炭は通ガス試験装置５０の試料セル５１０に導入され、恒温槽５４内で所定の温度に保持される。この試料セル５１０には、所定の流量、ＳＯｘ濃度のガスがラインＬ５０を介して導入されており、ガス中のＳＯｘは、試料セル５１０内の活性炭に吸着される。そして、試料セル５１０を通過したガスのＳＯｘ濃度をＳＯｘ濃度計５７０を用いて測定することで、所定の流量、ＳＯｘ濃度のガスに対する活性炭の吸着量の時間変化を測定し、その吸着速度特性曲線ｆ（ｔ）を得る。
【００２４】
本実施形態では、ラインＬ３から導入した排ガスに、空気ボンベ５２からＬ５２を介して空気と、ＳＯｘボンベ５３からＬ５３を介してＳＯｘガスを混合し、ＳＯｘ濃度制御装置５０２が流量制御弁５２０、５３０を制御してその混合比を調整することで、ＳＯｘ濃度を所定の値に調整している。また、流量調整弁５４０を流量制御装置５０１により制御することでガス流量を所定の値に調整している。もちろん、排ガスを用いることなく、ＳＯｘボンベ、空気ボンベからそれぞれ導いたＳＯｘガスと空気を混合することで所定のＳＯｘ濃度、流量のガスを試料セルに供給してもよい。
【００２５】
制御演算部５１は、複数の吸着速度特性曲線ｆ（ｔ）からフィッティングによって吸着速度ｖを、ガス濃度ｄ、現在の吸着量ｑを変数とする関数として表した吸着速度式ｖ（ｄ，ｑ）を求める。通ガス試験装置５０が１つの場合には、ガス濃度を異ならせて順次、測定を行う必要があるが、通ガス試験装置５０を複数有する場合には、同一時期にサンプリングした活性炭を用いてガス濃度や流量の異なる条件下で並列的に吸着速度特性曲線を求めることができるので、より好ましい。こうして求めた吸着速度式ｖ（ｄ，ｑ）は活性炭流量制御装置６に送られる。また、吸着速度式ｖ（ｄ，ｑ）をフィッティングによって新たに求めるのではなく、予め設定された吸着速度式ｖ（ｄ，ｑ）を順次補正していってもよい。
【００２６】
この排ガス処理装置においては、活性炭流量制御装置６が流量調整弁１２を介して吸着処理装置１からの活性炭取出量を調整することで、脱硫率および目標排出濃度を確保しつつ、活性炭の吸着処理装置１内での滞留時間を長くすることで活性炭の長寿命化を図っている。以下、その制御方法を説明する。
【００２７】
図３は、制御に用いる吸着処理装置１のシミュレーションモデルを示しており、図４は制御のフローチャートである。以下の制御はタイムステップごとに行われる。
【００２８】
本制御では、吸着処理装置１内の活性炭へのＳＯｘ吸着量分布を求めてこれを制御に利用している。この吸着量分布を求める際に、図３に示される吸着装置１のモデルを用いる。このモデルは、吸着装置１内の移動層を活性炭の流動方向にＬ個に分割し、これと直交する排ガスの流動方向にＭ個に分割して計Ｌ×Ｍ個のセルに分割している。そして、それぞれの流動方向最上流のセルをセル（１，１）、最下流のセルをセル（Ｌ，Ｍ）とする。そして、セル（ｊ，ｋ）（１≦ｊ≦Ｌ，１≦ｋ≦Ｍ）の現在のＳＯｘ吸着量をｑ［ｊ，ｋ］で表すこととする。
【００２９】
まず、図４に示されるように、ステップＳ１においては、ガス流量計１４から送られてきた排ガス流量Ｆ、ＳＯｘ濃度計１３から送られてきた排ガス入口ＳＯｘ濃度Ｓ＿ｉｎ、活性炭流量計１１から送られてきた活性炭の取出し量Ｑのそれぞれを読み込む。そして、ステップＳ２では、前回の（一つ前のタイムステップにおける）ＳＯｘ吸着量分布ｑ（ｑ［１，１］〜ｑ［Ｌ，Ｍ］からなる配列を表す。）をこれらの値に基づいて更新する。この更新を吸着速度測定装置５で求めたＳＯｘ吸着速度式ｖ（ｄ，ｑ）を用いて行うことにより、使用サイクルによる活性炭の吸着特性の変化に合わせて吸着速度式ｖ（ｄ，ｑ）が更新されているので、実際の活性炭の吸着特性をより精度良く模擬することができる。
【００３０】
続いて、ステップＳ３では、プラントの運転計画から将来の所定の時刻までの計画排ガス流量Ｆ＃、排ガス中の予定ＳＯｘ濃度Ｓ＿ｉｎ＃を読み込む。これらのＦ＃、Ｓ＿ｉｎ＃は、ｎ個の配列からなる。そして、吸着装置１の容量をＶ、最大活性炭流量をＱｍａｘとすると、Ｆ＃［ｉ］、Ｓ＿ｉｎ＃［ｉ］はそれぞれｉＶ／ｎＱ後のタイムステップにおける計画排ガス流量と排ガス中の予定ＳＯｘ濃度を表す。ステップＳ４では、各タイムステップにおける排出ガス中のＳＯｘ濃度の目標値Ｓ＿ｏｕｔ＊を設定する。
【００３１】
ステップＳ５では目標活性炭流量Ｑ＿ｓｖを演算する。ここでは、将来の脱硫状態のシミュレーション計算、つまり、現在吸着装置１内に存在する活性炭がほぼ置き換わるまでの間の活性炭吸着量分布の時間変化を推定し、出口ＳＯｘ濃度がほぼ飽和する活性炭の滞留時間をできるだけ長くとれる条件下で、かつ、出口ＳＯｘ濃度が目標を達成でき活性炭流量Ｑ＿ｓｖを演算する。そして、ステップＳ６では、流量調整弁１４を制御して、活性炭流量がこうして設定したＱ＿ｓｖになるよう流量の調整を行う。
【００３２】
以上の説明では、ＳＯｘ処理を例に説明してきたが、他の吸着により処理される有害物質に対しても適用できる。また、吸着装置内に充填する物質としては活性炭に限るものではなく、石炭などを酸化処理、熱処理あるいは水蒸気などで賦活して得られる活性炭、活性コークス、活性チャーや、これらにバナジウム、鉄、マンガンなどの金属化合物を坦持させたものも使用可能である。また、本発明の吸着速度測定装置は上記の制御に限らず、吸着速度を利用する各種の制御に適用することが可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、実際に使用されている活性炭をサンプリングしてその吸着速度特性を通ガス試験装置により測定し、それを基にして吸着速度を使用サイクルによる吸着特性の変化に合わせて更新することができるので、吸着処理装置内の吸着速度分布等をより正確に模擬することができ、精度のよい制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る吸着速度測定装置を測定系に用いた乾式脱硫装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係る吸着速度測定装置の本体部分の概略構成図である。
【図３】図１の乾式脱硫装置における吸着分布のシミュレーションモデルを示す図である。
【図４】図１の装置の制御フローを表すフローチャートである。
【符号の説明】
１…吸着処理装置、２…脱離再生装置、３…分離器、４…サンプリング装置、５…吸着速度測定装置、６…活性炭流量制御装置、１１、１４、５５０…流量計、１２、５２０、５３０、５４０…流量調整弁、１３、５６０、５７０…ＳＯｘ濃度計、５０…通ガス試験装置、５１…制御演算部、５２…空気ボンベ、５３…ＳＯｘボンベ、５４…恒温槽、５０１…流量制御装置、５０２…ＳＯｘ濃度制御装置、５１０…試料セル。
【図１】
2004333447.tif 000003
【図２】
2004333447.tif 000004
【図３】
2004333447.tif 000005
【図４】
2004333447.tif 000006