(57)【要約】【課題】ガス中の硫黄酸化物及び煤塵を効率的に浄化することができるガス浄化装置を提供する。【解決手段】硫黄酸化物を含有する排ガス又は生成ガス１０１が流通する浄化塔１０４内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層１０７と、上記浄化塔１０４内に設けられ、上記触媒層１０７に硫酸生成用の水を供給する水供給手段１１１とからなるガス浄化装置において、上記浄化塔１０４内に設けられ、上記触媒層１０７のガス上流側に、ガス１０１中の煤塵を除去する第１のフィルタ層１５１を設けてなる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫黄酸化物を含有する排ガス又は生成ガスが流通する浄化塔内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層と、上記浄化塔内に設けられ、上記触媒層に硫酸生成用の水を供給する水供給手段とからなるガス浄化装置において、
上記浄化塔内に設けられ、上記触媒層のガス上流側に、ガス中の煤塵を除去する第１のフィルタ層を設けてな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、
上記触媒層で生成される硫酸を浄化塔内で循環する硫酸循環手段を設けてな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、
上記第１のフィルタ層を加熱する加熱手段を設けてなることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
上記触媒層の排ガス後流側に第２のフィルタ層を設け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、
上記第１のフィルタ層及び第２のフィルタ層が活性炭素繊維で形成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乃至５のいずれか一つにおいて、
上記ガスに水分を供給する増湿手段を設け、上記触媒層と接触する際の水分量（水分／増湿ガス）が飽和水蒸気量＋０．５〜１０容量％とす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のいずれか一つにおいて、
上記増湿温度が６０℃以上であることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一つにおいて、
上記増湿するためのガス中のミスト粒径が１０〜１５０μｍであることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一つにおいて、
上記増湿されたガスの浄化塔内への流通速度が０．５〜１０ｍ／ｓであることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一つにおいて、
上記水供給手段から供給する添加水又は循環する希硫酸の粒径が１００〜１０００μｍであることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一つにおいて、
上記水供給手段から供給する添加水又は循環する希硫酸の供給量が５〜５０ｍｌ／ｍ３ガスであることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一つにおいて、
上記触媒層が支持装置により複数段積層してなることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一つにおいて、
ガス導入口を塔下部に有すると共に、該塔内に設けられた触媒層の上方に硫酸生成用の水の供給器を備えたことを特徴とするガス浄化装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一つのガス浄化装置と、
該ガス浄化装置からの希硫酸と石灰スラリーとを反応させ、石膏スラリーを得る石膏反応槽と、
該石膏反応槽により得られた石膏から水分を分離して石膏を得る脱水器とを備えたことを特徴とする排煙脱硫システム。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のいずれか一つのガス浄化装置と、
上記ガス浄化装置で得られた希硫酸を濃縮する濃縮槽とを備えたことを特徴とする排煙脱硫システム。
【請求項１６】
請求項１乃至１３のいずれか一つのガス浄化装置と、
上記ガス浄化装置で得られた浄化ガスを液体燃料に改質する改質手段とを備えたことを特徴とする排煙脱硫システム。
【請求項１７】
請求項１乃至１３のいずれか一つのガス浄化装置と、
上記ガス浄化装置で得られた浄化ガスを燃料として使用する燃料電池とを備えたことを特徴とする排煙脱硫システム。
【請求項１８】
請求項１４乃至１７のいずれか一つにおいて、
上記ガスがボイラ、ガスタービン、エンジン、ガス化炉及び各種焼却炉から排出されるガスであり、ガス中の煤塵を除去する煤塵除去手段を備えてなることを特徴とする排煙脱硫システム。
【請求項１９】
請求項１８において、
上記ガスが石炭ガス化炉からの生成ガスであり、石炭ガス化燃料電池複合発電の燃料電池のガスとして用いることを特徴とする排煙脱硫システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭や重油等の燃料を燃焼させるボイラ、ガスタービン、エンジン、ガス化炉や焼却炉等から排出される排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）、煤塵を除去するためのガス浄化装置および排煙脱硫システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、排ガス中の硫黄酸化物の除去方法として、石灰石または消石灰スラリーを吸収剤として用いて、排ガス中の硫黄分を石膏として回収する石灰−石膏法が採用されている。他の方法としては、乾式法の活性炭による吸着法が知られている。
【０００３】
上記従来の石灰−石膏法では、石灰石または消石灰スラリーを排ガス中にスプレーすることにより、排ガスの増湿冷却及びＳＯｘ  の吸収を同時に行っている。このため、多量のスラリーを循環する必要があり、スラリーを循環するための動力及び多量の水が必要となる。
【０００４】
一方、乾式法の場合、活性炭に吸着した硫黄分を加熱によって脱離させるため、大量の熱を必要とする。しかも、この方法の場合、生成した希硫酸の廃棄や、吸着材の損耗等が問題になる。したがって、硫黄酸化物の吸収剤や大型設備を必要とせず、しかも脱硫の際に高い濃度の硫酸を得ることのでき、また石灰石膏法と同じ設備を使用して少動力で石膏を生成する脱硫装置の出現が望まれている。
【０００５】
このため、排ガス中のＳＯｘを除去する装置として活性炭素繊維等の多孔質炭素材料に排ガス中のＳＯｘを吸着させ、多孔質炭素材料の触媒作用を利用して排ガス中に含まれる酸素により硫黄成分を酸化させ、これを水分に吸収させて硫酸として多孔質炭素材料から除去することが提案されている（特許文献１）。
【０００６】
この特許文献１にかかる活性炭素繊維を用いた従来の排煙処理装置では、排ガス中のＳＯｘを吸着するための活性炭素繊維槽を吸着塔内に配設し、排ガスを下方から供給して活性炭素繊維の表面でＳＯ２  をＳＯ３  に酸化し、生成したＳＯ３  が供給された水と反応して、硫酸（Ｈ２  ＳＯ４  ）を生成するようにしている。
【０００７】
ここで、石炭や重油等の燃料を燃焼させるボイラからの排ガスのガス量は膨大であり、この膨大な排ガスを多量に処理する場合には、脱硫効率の向上を図ることが必要となる。このため、単に吸着塔の大型化が必須となるが、活性炭素繊維の脱硫反応が効率よくしかも脱硫システムの装置構成がコンパクトなものが望まれている。
【０００８】
また、触媒作用を効率よく行うには、反応の最適化を図ると共に、排ガス中のＳＯ２  を酸化したＳＯ３  に対しては水を用いて効率よく除去する必要があると共に、該水を供給するための附帯設備の大型化を避けるためには、必要最小限の水量で水分を均一に添加させることが必要となる。
【０００９】
さらに、近年において、ガス化炉のガスを単にボイラに転用するのみならず、燃料電池の燃料として石炭ガス化燃料電池複合発電を行うことが提案されている（特許文献２）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−３４７３５０号公報
【特許文献２】
特開２０００−４８４４４号公報
【００１１】
このような特許文献２にかかる燃料電池では、ガス中に極微量のＳ成分が存在すると、燃料電池の電極触媒を被毒させ、劣化の原因となるので、極低濃度までＳ成分を除去することが望まれている。
同様に、ガス化ガスを用いてのメタノール，ジメチルエーテルなどの液体燃料の合成法においても、石炭やバイオマスなどをガス化炉でガス化した後に触媒を用いてメタノール，ジメチルエーテルなどの液体燃料に改質するようにしているが、この改質手段の触媒に対してもガス中のＳ成分は被毒の原因となるので、低濃度まで除去することが望まれている。
【００１２】
また、Ｓ成分のみならず、ガス中に存在する煤塵（タール成分、ハイドロカーボン）等もガスを有効利用する場合には極微量にまで低減することが求められている。
【００１３】
本発明は、上記問題に鑑み、ガス中の硫黄酸化物及び煤塵を効率的に浄化することができるガス浄化装置および排煙脱硫システムを提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する第１の発明は、硫黄酸化物を含有する排ガス又は生成ガスが流通する浄化塔内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層と、上記浄化塔内に設けられ、上記触媒層に硫酸生成用の水を供給する水供給手段とからなるガス浄化装置において、上記浄化塔内に設けられ、上記触媒層のガス上流側に、ガス中の煤塵を除去する第１のフィルタ層を設けてなることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１５】
第２の発明は、第１において、上記触媒層で生成される硫酸を浄化塔内で循環する硫酸循環手段を設けてなることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１６】
第３の発明は、第１又は２の発明において、上記第１のフィルタ層を加熱する加熱手段を設けてなることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１７】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、上記触媒層の排ガス後流側に第２のフィルタ層を設けてなることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１８】
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、上記第１のフィルタ層及び第２のフィルタ層が活性炭素繊維で形成してなることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１９】
第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、上記ガスに水分を供給する増湿手段を設け、上記触媒層と接触する際の水分量（水分／増湿ガス）が飽和水蒸気量＋０．５〜１０容量％とすることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００２０】
第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つの発明において、上記増湿温度が６０℃以上であることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００２１】
第８の発明は、第１乃至７のいずれか一つの発明において、上記増湿するためのガス中のミスト粒径が１０〜１５０μｍであることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００２２】
第９の発明は、第１乃至８のいずれか一つの発明において、上記増湿されたガスの浄化塔内への流通速度が０．５〜１０ｍ／ｓであることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００２３】
第１０の発明は、第１乃至９のいずれか一つの発明において、上記水供給手段から供給する添加水又は循環する希硫酸の粒径が１００〜１０００μｍであることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００２４】
第１１の発明は、第１乃至１０のいずれか一つの発明において、上記水供給手段から供給する添加水又は循環する希硫酸の供給量が５〜５０ｍｌ／ｍ３ガスであることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００２５】
第１２の発明は、第１乃至１１のいずれか一つの発明において、上記触媒層が支持装置により複数段積層してなることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００２６】
第１３の発明は、第１乃至１２のいずれか一つの発明において、ガス導入口を塔下部に有すると共に、該塔内に設けられた触媒層の上方に硫酸生成用の水の供給器を備えたことを特徴とするガス浄化装置にある。
【００２７】
第１４発明は、第１乃至１３のいずれか一つのガス浄化装置と、該ガス浄化装置からの希硫酸と石灰スラリーとを反応させ、石膏スラリーを得る石膏反応槽と、該石膏反応槽により得られた石膏から水分を分離して石膏を得る脱水器とを備えたことを特徴とする排煙脱硫システムにある。
【００２８】
第１５の発明は、第１乃至１３のいずれか一つのガス浄化装置と、上記ガス浄化装置で得られた希硫酸を濃縮する濃縮槽とを備えたことを特徴とする排煙脱硫システムにある。
【００２９】
第１６の発明は、第１乃至１３のいずれか一つのガス浄化装置と、上記ガス浄化装置で得られた浄化ガスを液体燃料に改質する改質手段とを備えたことを特徴とする排煙脱硫システムにある。
【００３０】
第１７の発明は、第１乃至１３のいずれか一つのガス浄化装置と、上記ガス浄化装置で得られた浄化ガスを燃料として使用する燃料電池とを備えたことを特徴とする排煙脱硫システムにある。
【００３１】
第１８の発明は、第１４乃至１７のいずれか一つの発明において、上記ガスがボイラ、ガスタービン、エンジン、ガス化炉及び各種焼却炉から排出されるガスであり、ガス中の煤塵を除去する煤塵除去手段を備えてなることを特徴とする排煙脱硫システムにある。
【００３２】
第１９発明は、第１８の発明において、上記ガスが石炭ガス化炉からの生成ガスであり、石炭ガス化燃料電池複合発電の燃料電池のガスとして用いることを特徴とする排煙脱硫システムにある。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００３４】
［第１の実施の形態］
ここで、図１を参照して排ガス中の硫黄酸化物を脱硫する方法について説明する。
図１に示すように、硫黄酸化物を含有する排ガス又は生成ガス１０１が流通する浄化塔１０４内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層１０７と、上記浄化塔１０４内に設けられ、上記触媒層１０７に硫酸生成用の水を供給する水供給手段１１１とからなるガス浄化装置において、上記浄化塔１０４内に設けられ、上記触媒層１０７のガス上流側に、ガス１０１中の煤塵を除去する第１のフィルタ層１５１を設けてなるものである。
上記第１のフィルタ層１５１を設けることにより、触媒層１０７に導入する前流において、ガス１０１中の煤塵が除去されることになる。
【００３５】
この煤塵を捕集又は付着させた第１のフィルタ層１５１は、浄化塔１０４の下部に溜まる触媒層１０７の酸化によって生成される希硫酸１０６を循環する循環ポンプ１５２により、水供給手段１１１の散水ノズル１２２から供給させて、希硫酸を循環させることで、触媒による希硫酸濃度に濃縮し、第１のフィルタ層１５１に付着等している煤塵を分解・除去するようにしている。
上記希硫酸１０６を循環させるために、水供給手段１１１の通路には切替弁１５３を設置して必要に応じて切り替えるようにしている。
【００３６】
上記第１のフィルタ層１５１はその材質は特に限定されるものではないが、特に後述する作用を備えた活性炭素繊維であることが望ましい。すなわち、活性炭素繊維を用いることにより、ガス１０１中の除塵と共にガス中の硫黄酸化物の酸化も促進して、脱硫することが可能となるからである。
【００３７】
すなわち、本装置によれば、例えばボイラ等から排出された排ガス１０１は、押込みファン１２１により送られ、排ガス温度を冷却すると共に湿度を付与する増湿冷却装置１１６を経て下部側壁の導入部から浄化塔１０４内に導入される。導入されたガス１０１は、先ず、第１のフィルタ層１５１において、ガス中の煤塵が除去される。次に、第１のフィルタ層１５１その後流側には、活性炭素繊維層で形成される触媒槽１０７が備えられ、該触媒槽１０７には硫酸生成用の水１０５が水タンク１１１ａと供給ポンプ１１１ｂとからなる水供給手段１１１から供給される。供給手段１１１からの水１０５が上部から供給すると共に、上記触媒槽１０７の内部にガス１０１を下部から通過させることにより、ガス１０１からＳＯｘを反応除去する。触媒槽１０７を通過した浄化ガス１０９は浄化塔１０４上部の排出部から排出され、煙突を通して大気に放出される。
【００３８】
上記触媒槽１０７は複数の活性炭素繊維層からなる触媒を備え、各々の活性炭素繊維層の表面では、例えば、以下の反応により脱硫反応が生じる。
即ち、（１）触媒の活性炭素繊維層への排ガス中の二酸化硫黄ＳＯ２の吸着。
（２）吸着した二酸化硫黄ＳＯ２と排ガス中の酸素Ｏ２（別途供給することも可である）との反応による三酸化硫黄ＳＯ３への酸化。
（３）酸化した三酸化硫黄ＳＯ３の水Ｈ２Ｏへの溶解による硫酸Ｈ２ＳＯ４の生成。
（４）生成された硫酸Ｈ２ＳＯ４の活性炭素繊維層からの離脱。
【００３９】
この時の反応式は以下の通りである。
ＳＯ２＋１／２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２ＳＯ４
【００４０】
このようにして、触媒槽１０７の活性炭素繊維層の中でガス１０１の二酸化硫黄（ＳＯ２）を吸着して酸化し、水（Ｈ２Ｏ）と反応させて硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を生成して離脱除去することにより、排ガス中の脱硫が行われる。
この脱硫の模式図を図２に示す。
【００４１】
ここで、本発明の触媒槽１０７で用いる活性炭素繊維の一例及びその製造例の一例を下記に示す。
本発明で用いられる活性炭素繊維としては、例えばピッチ系活性炭素繊維、ポリアクリロニトリル系活性炭素繊維、フェノール系活性炭素繊維、セルロース系活性炭素繊維を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではなく、上記触媒作用を奏する活性炭素繊維であれば何等限定されるものではない。
【００４２】
具体的な製造例を下記に示す。
（製造例１）
フェノール系活性炭素繊維（「クラクティブ−２０」，クラレケミカル（株）製）を用い，これを窒素雰囲気中で９００〜１２００度の温度範囲で１時間焼成する。
【００４３】
（製造例２）
ポリアクリロニトリル系活性炭素繊維（「ＦＸ−６００」，東邦レーヨン（株）製）を用い，これを窒素雰囲気中で９００〜１２００度の温度範囲で１時間焼成する。
【００４４】
図３は、本実施の形態にかかる浄化塔１０４に配設される活性炭素繊維層の斜視図である。
【００４５】
図３に示すように、触媒槽１０７の一単位を形成する活性炭素繊維層１２５は、平板状の平板活性炭素繊維シート１２６と波板状の波板活性炭素繊維シート１２７とが交互に積層され、間に形成される直線状の空間が通路１２８となり、該通路１２８が上下に延びた状態になっている。
平板活性炭素繊維シート１２６及び波板活性炭素繊維シート１２７は板状であると共に、上記波板活性炭素繊維シート１２７は、さらに例えばコルゲータ等を用いて波型に成型されている。
また、波板状とする以外に、例えばハニカム形状等、排ガスが活性炭素繊維シートに対して平行に通過する形状に成形するようにしてもよい。
【００４６】
そして、図１に示すように、散水ノズル１２２から水が噴霧状に供給されると共にガス１０１が下から送られ、活性炭素繊維層１２５を流通した水１０５は粒径が数ｍｍ程度となって下部に落下する。
そして、ガス１０１は、平板活性炭素繊維シート１２６及び波板活性炭素繊維シート１２７を交互に積層して形成される通路１２８を流通するようになっているので、圧力損失の増大が抑制されている。
【００４７】
上記浄化塔内に触媒層１０７を配設するには、先ず枠体（図示せず）内に積層した活性炭素繊維層１２５を充填させて触媒槽（例えば、高さが０．５ｍ乃至４ｍ）とし、この触媒槽を浄化塔１０４内に例えば吊上げ手段等により設置するようにしている。この際、上記触媒層１０７は複数段設置するようにしてもよい。
【００４８】
また、上記第１のフィルタ層１５１を活性炭素繊維とする場合には、上記通路１２８の径を小さくするようにしてもよい。また、ガスと直交するようにフィルタを配設するようにしてもよいし、一定の角度を持たせるようにしてもよい。
【００４９】
ここで、本実施の形態にかかる浄化塔１０４内での上記ガス１０１が触媒槽と接触する際の水分量（水分／増湿排ガス）は、飽和水蒸気量＋０．５〜１０、好ましくは飽和水蒸気量＋１．０〜１．５容量％とするのが好ましい。上記飽和水蒸気量としては、例えば５０℃で１２．２容量％（５０℃）としている。
なお、４０℃の飽和水蒸気量は７．３容量％である、６０℃の飽和水蒸気量は１９．７容量％である。これは、飽和量以下では上述したような脱硫作用における硫酸の脱離が良好に行われないからである。このため、図１に示すように、浄化塔１０４に供給する前のガス１０１に増湿冷却水１１５を供給する増湿冷却装置１１６を用いることで一定以上の飽和水蒸気量となるようにしている。
【００５０】
また、増湿冷却の冷却温度は排ガスの温度と水分量との関係により適宜決定すればよいが、通常の脱硫の場合には、例えば４０〜６０℃とするのが好ましい。これは、６０℃を超えた場合では、水分の蒸発量が増大し、水供給量が大きくなり処理費用が嵩むからである。一方、４０℃未満は一般の排ガスに対する増湿冷却ではこれ以下に温度を低くすることが実質的にできないからである。
【００５１】
一方、上記第１のフィルタ層１５１を用いて、煤塵を積極的に分解除去する場合には、上記温度を６０℃以上とすることが好ましい。これにより、第１のフィルタ層１５１に付着した煤塵の分解が促進させることになるからである。
なお、煤塵の測定としては、濾紙法、レーザ法等の公知の測定手段を用いるようにすればよい。
【００５２】
すなわち、増湿冷却装置１１６の増湿冷却により水分が飽和状態となった状態でガス１０１が浄化塔１０４内に供給され、触媒槽１０７と接触する際には、排ガス水分量を飽和水蒸気量＋０．５〜１０（好ましくは飽和水蒸気量＋１．０〜１．５容量％）とすることで、触媒表面でのＳＯ２の酸化により生成されたＳＯ３の脱離が速やかに進行することになる。この結果、活性炭素繊維の表面に硫酸が残存することがないので、活性点が有効に使われて脱硫効率が向上することになる。
【００５３】
ここで、図１ではガス１０１を塔の下方側から供給しているが、この場合には水分であるミストが塔の下部に留まる場合があるので、排ガス水分量が飽和水蒸気量＋０．５〜１０（好ましくは飽和水蒸気量＋１．０〜１．５容量％）となるように、散水ノズル１２２からの水分量を多少多くする必要がある。
一方、図１の装置構成とは異なり、排ガス１０１を塔の上方から下降させる場合には、ミストも触媒槽１０７に供給されることになるので、図１に示す場合より散水量を少なくすることができる場合もある。
【００５４】
いずれの場合でも、排ガスが飽和蒸気以上となっていることが肝要であり、特に、飽和蒸気量＋１．０〜１．５容量％とすることで、きわめて効率のよい水分補給を触媒である活性炭素繊維の表面に付与することができる。
すなわち、上記飽和水蒸気量だけでは、ＳＯ２  が酸化されたＳＯ３  が水分により硫酸として脱離することが不十分であり、また飽和蒸気量＋１．５容量％を超えると、水分量が過剰となって、希硫酸がさらに薄まることになると共に、水分使用量が増大し、好ましくなくなる。さらに、水分量が多いと、活性炭素繊維の表面の活性点を覆う結果、触媒としての作用が機能しえなくなり、結果として、脱硫効率が低下することになる。
【００５５】
飽和蒸気と蒸気ミストとの関係は定かではないが、活性炭素繊維表面においてＳＯ２が酸化されたＳＯ３が水分により硫酸として排出される際、水分が不足であると硫酸としての排出ができず、次のＳＯ２の酸化が不十分となる。一方水分が過剰であると硫酸が薄まることになる。さらに、水分が過剰となって、例えば活性炭素繊維の表面に水膜や水壁を形成すると活性炭素繊維の活性点を覆うようになると、ＳＯ２の酸化の触媒作用ができず、脱硫できなくなり、脱硫効率が低下することになる。
よって、本発明のように排ガスが触媒槽と接触する際の水分量（水分／増湿排ガス）が飽和水蒸気量＋１．０〜１．５容量％とすることで、断続的に水滴が玉状となって転がり落ち、活性炭素繊維表面に水分が過不足なく供給されると共に硫酸の脱離が効率よく行われ、その結果、排ガスの脱硫が効果的に行われることになる。
【００５６】
上記水供給手段である散水ノズル１２２から供給する冷却水の粒径は３００〜１０００μｍとするのが好ましい。これは、上記範囲を超える場合には、活性炭素繊維表面での効果的な水分の供給ができず、硫酸の脱離作用が良好に進行せず、好ましくないからである。特に、排ガスを下方側から供給する場合には、散水ノズル１２２からのミスト状の水が舞い上がり、良好な水分供給ができなくなるからである。一方、水分粒径があまりにも大きくなると、水壁状態となり、硫酸の脱離が可能なものの、活性点が表面化せずに、脱硫反応が進行しなくなり、好ましくないからである。
【００５７】
このための、上記水供給手段１１１から供給する水１０５の供給量は、ガス１０１の浄化塔内への流通速度を０．５〜５ｍ／ｓとした場合、好ましくは５〜５０ｍｌ／ｍ３  排ガスとするのがよい。
【００５８】
また、増湿冷却装置１１６で増湿冷却された排ガス中のミスト粒径は５０〜１５０μｍとするのが好ましい。これは、５０μｍ未満の場合には、浄化塔１０４への導入前に排ガス中の水分蒸発がすぐに進行し好ましくなく、一方１５０μｍを超える場合には、水分が配管内に付着することになり、好ましくないからである。
【００５９】
ここで、上記ミストを補給するミストキャッチャー（図示せず）を設けるようにしてもよい。このミストキャッチャーを設けることにより、浄化塔への水分の持ち込みを抑制でき、触媒槽１０７で脱硫により生成される硫酸が薄まることがない。
【００６０】
上記増湿冷却されたガス１０１の浄化塔内への流通速度は０．５〜５ｍ／ｓ、好ましくは１〜３ｍ／ｓとするのがよい。これは５ｍ／ｓを超えるような流速が早いと圧力損失が増大し、一方０．５ｍ／ｓ未満であると、設置面積が大きくなり、共に好ましくないからである。
【００６１】
また、第１のフィルタ層１５１を通過するガス温度を増湿冷却装置１１６により調整して高温にする以外には、図４に示すように、ヒータ等の加熱手段１５４を配設するようにすればよい。この加熱手段１５４により加熱することで、第１のフィルタ層１５１に付着した煤塵を分解処理するようにすればよい。脱硫で生成した硫酸と加熱の相乗効果で煤塵を効率的に分解することが可能である。
【００６２】
なお、加熱は高温にするほど好ましいが、活性炭素繊維を構成するバインダの耐熱温度以下とすることが耐久性の点から好ましい。
一例として、バインダの溶融温度は１１０℃程度であるので、第１のフィルタ層１５１に活性炭素繊維を用いた場合には、１１０℃以下で加熱することが望ましい。
【００６３】
［第２の実施の形態］
次に、上述したガス浄化装置を用いて排ガスを処理するシステムについて、図５を参照して説明する。
図５に示すように、蒸気タービンを駆動する蒸気を発生させるボイラ２００と、該ボイラ２００からの排ガス１０１中の煤塵を除去する除塵機２０１と、除塵された排ガスを浄化塔１０４内に供給する押込みファン１２１と、塔に供給する前に排ガス１０１を冷却すると共に増湿を行う増湿冷却装置１１６と、第１のフィルタ１５１及び触媒層１０７を内部に配設し、塔下部側壁の導入口１０４ａから排ガス１０１を供給すると共に、触媒層１０７の上方から散水ノズル１２２で水を供給して、排ガス中のＳＯｘを希硫酸（Ｈ２ＳＯ４）まで脱硫反応させる浄化塔１０４と、塔頂部の排出口１０４ｂから脱硫された浄化ガスを外部へ排出する煙突２０２と、浄化塔１０４からポンプ１０８を介して希硫酸（Ｈ２ＳＯ４）１０６を貯蔵すると共に石灰スラリー２１１を供給して石膏を析出させる石膏反応槽２１２と、石膏を沈降させる沈降槽（シックナー）２１３と、石膏スラリー２１４から水分を排水（濾液）２１７として除去して石膏２１５を得る脱水器２１６とを備えてなる。なお、浄化塔１０４から排出される浄化された浄化ガス１０９を排出するラインには必要に応じてミストエリミネータ２０３を介装し、ガス中の水分を分離するようにしてもよい。
【００６４】
ここで、上記ボイラ２００では、例えば、火力発電設備の図示しない蒸気タービンを駆動するための蒸気を発生させるために、石炭や重油等の燃料ｆが炉で燃焼されるようになっている。ボイラ２００の排ガスには硫黄酸化物（ＳＯｘ  ）が含有され、排ガスは図示しない脱硝装置で脱硝されてガスガスヒータで冷却された後に集塵機２０１で除塵されている。
【００６５】
この排ガス浄化システムでは、浄化塔１０４で得られた希硫酸１０６に石灰スラリー２１１を供給して石膏スラリー２１４を得た後、脱水して石膏２１５として利用するものであるが、脱硫して得られた希硫酸１０６をそのまま硫酸として使用するようにしてもよい。
【００６６】
［第３の実施の形態］
次に、上述したガス浄化装置手段を用いて排ガスを処理するシステムについて、図６を参照して説明する。第３の実施の形態では、第２の実施の形態の浄化装置において、浄化塔１０４の散水ノズル１２２と触媒層１０７との間に、第２のフィルタ層１６１を配設したものである。この第２のフィルタ１６１は上述した活性炭素繊維で構成され、その通路を屈曲させてガスが通過する際に通路壁面に積極的に衝突するようにしている。
この第２のフィルタ層１６１を配設することで、触媒層１０７で捕足されなかった硫黄酸化物であるＳＯ３を積極的に捕足して除去するようにしている。
前述した図２に示すように、ガス中のＳＯ２は活性炭素繊維の触媒作用によりＳＯ３に酸化されているが、ＳＯ３はガス中ではミスト状で浮遊しており、質量慣性が大きいため，活性炭素繊維との接触による捕足が十分でない場合がある。そこで、触媒層１０７を通過した浮遊するミスト状のＳＯ３を第２のフィルタ層１６１において、積極的に接触させることで、浮遊ミスト状ＳＯ３を希硫酸とするようにしている。
これにより、浄化ガス１０９中の硫黄酸化物成分（いわゆるＳ成分）がほぼ完全に除去されることになる。
なお、第２のフィルタはミスト状のＳＯ３と接触することができる形状とすることが好ましく、通路を屈曲状とする以外には、例えば活性炭素繊維シートに複数の細孔を設け、該細孔同士が重なるように、複数の細孔を有するシート状の活性炭素繊維を積層するようにしてもよい。
【００６７】
このような浄化ガス１０９は燃料電池の燃料極の触媒を被毒するようなこともなく、また、メタノール，ジメチルエーテルなどの液体燃料へのガス改質における改質触媒を被毒するようなこともない。
なお、第２のフィルタ層１６１は第１のフィルタ層１５１の前後のいずれかに設けるようにしてもよい。
【００６８】
［第４の実施の形態］
図７は石炭ガス化炉燃料電池複合発電システムの概略図である。
図７に示すように、石炭ガス化炉燃料電池複合発電システムは、石炭ガス化炉と、該ガス化炉で得られた生成ガスを燃料として使用する燃料電池と、燃料電池からの排ガスをガスタービンと蒸気タービンで使用して効率的な発電を行うシステムである。
【００６９】
ここで、燃焼器５２への燃料供給系統１を説明する。まず、石炭２を石炭ガス化炉３で部分酸化し、燃料としての石炭ガス化ガスを生成する。なお、石炭ガス化炉３における酸化用の酸素は、ガスタービン系の空気圧縮機５１から流出した圧縮空気を、配管１５を介して空気分離装置７に流入させ、この空気分離装置７において分離し、配管１６を介して送り込まれる。排出された石炭ガス化ガスは、配管１１を介して脱塵装置４に流入して清浄され、次に、配管１２を介してガス浄化装置である浄化塔１０４に流入して脱硫され、そして配管１３を介して燃料電池（本実施形態では固体電解質型燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」と称する）を用いた）６へ導入される。一方、このＳＯＦＣ６には、空気圧縮機５１から配管１５及び１７を介して圧縮空気も導入される。ＳＯＦＣ６に導入された石炭ガス化ガス及び圧縮空気は、ＳＯＦＣ６を作動させた後、各々配管１４及び１８を介して燃焼器５２へ導入される。この際、ＳＯＦＣ６から流出する石炭ガス化ガス及び圧縮空気の温度が高くなるため、上記のように燃焼器５２における燃焼温度が高くなり、排ガス温度の上昇に伴い、タービンの効率が上がるようになっている。
【００７０】
ガスタービン系５０は、空気５４を取り込んで圧縮する空気圧縮機５１と、この空気圧縮機５１から流出する圧縮空気及び燃料供給系統１からの燃料を受け取り燃焼させる燃焼器５２と、この燃焼器５２からの燃焼ガスにより仕事を成すガスタービン５３と、このガスタービン５３及び空気圧縮機５１と一軸に結合された発電機５５とから構成されている。
【００７１】
ガスタービン５３からの排ガスは、排ガス回収ボイラ（図示せず）に回収されて、その排ガスの熱を利用して蒸気を発生させる。発生した蒸気は、蒸気タービン系６０の蒸気タービン６１に供給され、仕事を成した後に煙突６３から排出される。なお、蒸気タービンには、発電機６２が一軸上に結合されている。
【００７２】
このようにガスタービン系５０と蒸気タービン系６０とを結合した複合発電プラントは、ガスタービンのみの発電プラントに比して、プラント全体として１０％も効率が上がる。
【００７３】
一方、燃焼用の燃料を、燃料電池６等を介して燃焼器５２へ供給すると、燃料電池において発電した後の排ガス温度が高く保たれ、これにより燃焼器５２からの排ガスの温度が高くなり、タービンの効率が良くなることが分かっている。そして、複合発電プラントにおいて、燃料電池を使用した時の方が、プラント全体で１５％も効率が向上することになる。
この際、上記石炭ガス化炉３からの生成ガスを浄化する浄化手段として本発明におけるガス浄化装置を用いることにより、生成ガス成分の硫黄酸化物や煤塵が極めて少なくなるので、燃料電池の触媒の被毒がなく、発電効率の低下を防止することができ、長期間に亙って安定して発電を行うことができる。
【００７４】
［第５の実施の形態］
図８はバイオマスガス化炉を有する燃料合成システムの概略図である。
図８に示すように、バイオマスガス化炉を有する燃料合成システムは、例えばバイオマス等の有機系燃料６０をガス化するガス化炉６１と、該ガス化炉６１で得られた生成ガス中の煤塵を除去する除塵装置６３と、除塵後のガス中硫黄酸化物を除去するガス浄化装置である浄化塔１０４と、浄化後のガスから例えばメタノール等の液体燃料を触媒により合成する燃料改質手段である液体燃料合成装置６４とを具備するものである。
このシステムによれば、ガス化ガスを用いてのメタノール，ジメチルエーテルなどの液体燃料の合成法においても、バイオマスなどをガス化炉６１でガス化した後に浄化塔１０４により、触媒被毒の原因物質であるガス中のＳ成分を除去するので、合成効率が向上することとなる。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、硫黄酸化物を含有する排ガス又は生成ガスが流通する浄化塔内に設けられ、活性炭素繊維層で形成される触媒層と、上記浄化塔内に設けられ、上記触媒層に硫酸生成用の水を供給する水供給手段とからなるガス浄化装置において、上記浄化塔内に設けられ、上記触媒層のガス上流側に、ガス中の煤塵を除去する第１のフィルタ層を設けてなるので、ガス中の煤塵を効率的に除去することができる。また、浄化塔内に第２のフィルタ層を設けることで、ミスト状のＳＯ３を効率的に除去することができる。これにより、浄化ガスを改質に用いても改質触媒を被毒させることもなくなる。また、浄化ガスを燃料電池複合発電に用いた場合でも、燃料電池の触媒を被毒させることがなく、長期間に亙って安定して高い発電効率を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態にかかる浄化塔の模式図である。
【図２】脱硫反応を示す模式図である。
【図３】本実施の形態にかかる活性炭素繊維層の斜視図である。
【図４】本実施の形態にかかる他の実施形態の浄化塔の模式図である。
【図５】本実施の形態にかかる排ガス処理システムの概略図である。
【図６】本実施の形態にかかる他の実施形態の排ガス処理システムの概略図である。
【図７】石炭ガス化燃料電池複合発電システムの構成図である。
【図８】バイオマスガス化炉を有する燃料合成システムの概略図である。
【符号の説明】
１０１  排ガス又は生成ガス（ガス）
１０４  浄化塔
１０７  触媒層
１１１  水供給手段
１５１  第１のフィルタ層
１５２  循環ポンプ
１５３  切替弁
１６１  第２のフィルタ層
【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】
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