(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭を加圧下のガス化炉で生成ガスに変換し、生成ガスを脱塵し熱交換器を経由したのち水洗浄装置で冷却して洗浄し、処分を要する生成ガスを分岐して生成ガス焼却炉で焼却し、生成ガス中のＨ２Ｓを脱Ｈ２Ｓ装置で除去したのちＨ２Ｓ燃焼炉で燃焼し、前記水洗浄装置の排出水より減圧時に脱気したアンモニア含有ガスを燃焼手段で燃焼処理し、前記燃焼手段は、補助ボイラ、前記Ｈ２Ｓ燃焼炉又は前記生成ガス焼却炉で燃料を空気比1以下で燃焼させて発生した火炎の下流に前記アンモニア含有ガスを注入し、かつ前記アンモニア含有ガスの注入による燃焼の下流に空気を注入して燃焼処理することを特徴とするアンモニア含有ガスの処理方法。
【請求項２】
請求項１記載のアンモニア含有ガスの処理方法において、前記Ｈ２Ｓ燃焼炉と前記生成ガス焼却炉とにより１つの燃焼炉が形成されてなり、前記燃焼手段は、前記燃焼炉で燃焼することを特徴とするアンモニア含有ガスの処理方法。
【請求項３】
石炭を加圧下でガス化して生成ガスに変換するガス化炉と、生成ガスを脱塵し熱交換器を経由したのち冷却し洗浄する水洗浄装置と、処分を要する生成ガスを分岐して焼却し、かつ前記生成ガス中のＨ２Ｓを脱Ｈ２Ｓ装置で除去したのち燃焼する燃焼炉と、前記水洗浄装置の排出水より減圧時に脱気したアンモニア含有ガスを燃焼処理する燃焼手段と、前記燃焼炉へ接続される脱硫装置と、前記脱Ｈ２Ｓ装置で精製されかつ前記熱交換器で加熱された生成ガスが送給されるガスタービンと、該ガスタービン及び蒸気タービンを含む発電設備とを備えてなり、
前記燃焼手段は、前記燃焼炉又は補助ボイラであり、かつ燃料を空気比1以下で燃焼させて発生した火炎の下流に前記アンモニア含有ガスが注入され、かつ前記アンモニア含有ガスの注入による燃焼の下流に空気が注入されるように設けられてなることを特徴とする石炭ガス化複合発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭に代表される微粉固体炭素質原料をガス化するプラントに係り、特にアンモニア含有ガスの処理方法及び石炭ガス化複合発電プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より石炭等の固体炭素質原料をガス化するガス化炉には、固定層、流動層及び気流層等の各方式が提案されている。これらの方式の中で気流層は原料を、微粉にして酸素及び空気等の酸化剤とともに原料灰の融点以上の温度（約1300℃〜1600℃）に高めた炉内に供給してガス化させるため、他の方式に比較してガス化効率が高く、かつ適用炭種が広く、また環境適合性に優れている等の特徴を有しており、合成ガス、複合発電及び燃料電池等の燃料及び原料製造に適しているため、国内外で開発が進められている。石炭中には硫黄（S）が含まれており、この硫黄分はガス化によって硫化水素（H2S）と硫化カルボニル（COS）とに変換され、その濃度は原料中のS含有量に支配されるが一般には数100ppm〜数1000ppmである。また、石炭中には窒素(N)が含まれており、この窒素の一部はガス化によってアンモニア(NH3)あるいはシアン化水素（HCN）に変換され、その濃度は原料中のN含有量で支配されるが一般には数10ppmである。
【０００３】
従来の石炭ガス化複合発電プラントの一例を図10に示す。微粉炭1に代表される炭素質原料は酸素2等の酸化剤とともにガス化炉10に入り、CO及びH2に富む生成ガスに変換され、ライン12を経て熱回収ボイラ20を通り脱塵装置30に至る。また、生成ガスは、ライン31を経て水洗浄装置50で冷却されて洗浄され、次に脱H2S装置70内で生成ガス中のH2Sを除去され、さらに水洗浄装置50の上流に設置された熱交換器40で加熱された後に、ガスタービン130を経て廃熱回収ボイラ（HRSG）140に至る。脱H2S装置70で分離した高濃度H2Sガスは、ライン72を経てH2S燃焼炉80に至り、ここで空気82とともに燃焼され、H2S燃焼炉80で発生した高濃度SO2ガスは、ライン81を経て脱SO2装置（脱硫装置）90に至り、ここで石灰石スラリによって最終的には石膏（CaSO4）となってライン92より系外に排出される。なお、ガス化炉10、熱回収ボイラ20及び排熱回収ボイラ140等で発生した蒸気は、図示しない蒸気タービンに送給され、ガスタービン130とともに図示しない発電設備に接続されて複合発電し、排気101は、ライン141を経て煙突100より排出される。
【０００４】
なおガス化炉10以降の機器、例えばガスタービン130の失火等の異常時、あるいはガス化初期において生成ガスの発熱量が低い時には、ガスタービン130に通気する以前に生成したガスを焼却処分する必要がある。また、湿式H2S吸収装置（脱H2S装置）70の吸収液は酸素によって酸化して劣化する。したがって、ガスタービン130の異常時又は起動時等の酸素を含むガスを焼却処分するため、例えば水洗浄装置（冷却装置）50の排出するライン51より生成ガスを弁53を経て生成ガス焼却炉120に送給するライン52が設置されている。なお、図10では水洗浄装置50出口のライン51を生成ガス焼却炉120に接続しているが、生成ガス焼却炉120に接続するラインとして、熱回収ボイラ20を経てガス温度が比較的低くなったライン21又は脱塵装置30出口のライン31でもよい。生成ガス焼却炉120では燃料122と空気123とにより異常時には即座に生成ガスを処分できるように常に燃焼させている。
【０００５】
また、生成ガス中のH2S等の硫黄化合物を除去する方法として、乾式法と湿式法とがある。乾式法はFe、Ni等の金属酸化物にH2Sを反応させた後、酸素含有ガスでH2Sを酸化させるとともに金属酸化物として再生する方法であるが、吸収剤が粉化する欠点があり実用化に至っていない。一方、湿式法は、石油化学プロセスで開発したもので、アルカノールアミン吸収液等を用いてH2Sを吸収させた後、この吸収液を別の塔に導き減圧して加熱しH2Sを脱離させる方法であり、乾式法に比較して信頼性が高い。この湿式脱硫法では100℃でH2Sを吸収し除去するもので、数100℃の高温ガスを直接流入させると、吸収液が熱により分解して劣化が起きるため、冷却装置をその前に設置し、高温ガスを冷却するようになっている。
【０００６】
石炭の中には硫黄（S）の他に微量ではあるが、塩素（Cl）、フッ素（F）等のハロゲンや亜鉛（Zn）、銅（Cu）等の金属も含まれており、石炭のガス化とともにガスになり、冷却装置でこれらのガスが濃縮されるため、一部のガスは系外に抜き出し水処理される。前記のように、石炭中には窒素（N）も含まれており、この窒素の一部はガス化によってアンモニア（NH3）あるいはシアン化水素（HCN）に変換され、その濃度は原料中のN含有量で支配されるが一般には合計で数10ppmである。このNH3及びHCNも冷却装置で溶解し吸収されて濃縮され、加圧状態より常圧に減圧して抜き出されるため、溶解したNH3及びHCNが排出水から脱気する。湿式のガス精製を行わないガス化プラントにおける生成ガス中には前記のようにNH3及びHCNが含有し、燃焼させると所謂Fuel  NOxとなり、環境保全上好ましくない。
【０００７】
例えば、特開昭61-266491号公報にはN含有量の多い石炭を酸素（02）量の多いバーナに供給して高温雰囲気下でガス化させる方法が開示されているが、これはガス化に使用する原料を制限することになり好ましい方法ではない。また他に高圧の石炭ガス生成ラインに触媒もしくは02を注入してこれらのガスをN2に還元する技術も開示されているが、高価な触媒が必要であり、また触媒はS化合物によって性能が劣化するため、現実的ではない。さらに特開平1-75586号公報に記載された方法では、生成ガスを一部抜き取り湿式吸収装置に導いてNH3を分離し、生成ガスを燃焼させて発生したNOxの還元剤として使用する方法が開示されているが、本事例に記載された湿式吸収装置に用いる吸収液としてメタノール及びグリコールエーテルが記載されており、これらの吸収液はNH3の他にH2Sも吸収することが記載されており、NH3だけを脱気させることは容易ではない。
【０００８】
また、前記の事例は全て脱硫方法として乾式の方法を用いるガス化プラントを対象としており、本発明の湿式でH2Sを除去するガス化プラントを対象としてはいない。結局、従来の開示された事例の中では、生成ガス中のH2Sを湿式H2S吸収装置で吸収除去するガス化プラントにおいて生成ガスに含まれるNH3及びHCN含有ガスの処理に関して、何ら対策がなされていなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンモニア含有ガスの処理方法にあっては、水洗浄装置より抜き出される排出水から脱気するNH3及びHCN含有ガス（アンモニア含有ガス）の処理が考慮されていない問題点があった。
【００１０】
本発明の課題は、脱気したNH3及びHCN含有ガスを無害に燃焼処分することのできるアンモニア含有ガスの処理方法及び該方法に用いる石炭ガス化複合発電プラントを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を達成するため、本発明に係るアンモニア含有ガスの処理方法は、石炭を加圧下のガス化炉で生成ガスに変換し、生成ガスを脱塵し熱交換器を経由したのち水洗浄装置で冷却して洗浄し、処分を要する生成ガスを分岐して生成ガス焼却炉で焼却し、生成ガス中のH2Sを脱H2S装置で除去したのちH2S燃焼炉で燃焼し、水洗浄装置の排出水より減圧時に脱気したアンモニア含有ガスは、補助ボイラ、H2S燃焼炉及び生成ガス焼却炉よりなる複数の分離ガス燃焼手段のうちのいずれか一つの分離ガス燃焼手段で燃焼処理される構成とする。
【００１２】
そしてアンモニア含有ガスは、補助ボイラと、生成ガス焼却炉及びH2S燃焼炉を兼ねた一つの燃焼炉とのいずれか一つの分離ガス燃焼手段で燃焼処理される構成、又は一つの分離ガス燃焼手段で燃料を燃焼させて発生した火炎の下流にアンモニア含有ガスを注入して燃焼処理される構成、さらに一つの分離ガス燃焼手段で燃料を空気比1以下で燃焼させて発生した火炎の下流にアンモニア含有ガスを注入し、かつ該アンモニア含有ガスの注入による燃焼の下流に空気を注入して燃焼処理される構成でもよい。
【００１３】
そして石炭ガス化複合発電プラントにおいては、石炭を加圧下でガス化して生成ガスに変換するガス化炉と、生成ガスを脱塵し熱交換器を経由したのち冷却し洗浄する水洗浄装置と、処分を要する生成ガスを分岐して焼却し、かつ生成ガス中のＨ２Ｓを脱Ｈ２Ｓ装置で除去したのち燃焼する燃焼炉と、水洗浄装置の排出水より減圧時に脱気したアンモニア含有ガスを燃焼処理する燃焼手段と、燃焼炉へ接続される脱硫装置と、脱Ｈ２Ｓ装置で精製されかつ熱交換器で加熱された生成ガスが送給されるガスタービンと、ガスタービン及び蒸気タービンを含む発電設備とを備えてなり、燃焼手段は、補助ボイラ又は燃焼炉であり、かつ燃料を空気比1以下で燃焼させて発生した火炎の下流にアンモニア含有ガスが注入され、かつアンモニア含有ガスの注入による燃焼の下流に空気が注入されるように設けられる構成とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図1を参照しながら説明する。図1に示すように、石炭を加圧下のガス化炉10で生成ガスに変換する工程と、生成ガスを脱塵し熱交換器40を経由したのち水洗浄装置50で冷却して洗浄する工程と、異常時等の処分を要する生成ガスを分岐して生成ガス焼却炉120で焼却する工程と、生成ガス中のH2Sを脱H2S装置70で除去したのちH2S燃焼炉80で燃焼する工程と、水洗浄装置50の排出水より減圧時に脱気したアンモニア含有ガスは、補助ボイラ、H2S燃焼炉80及び生成ガス焼却炉120よりなる複数の分離ガス燃焼手段のうちのいずれか一つの分離ガス燃焼手段で燃焼処理される工程とを含む構成である。
【００１５】
本発明の一実施の形態は、図10に示す従来技術と比較するとブロータンク110で発生したガスを生成ガス焼却炉120に導いて焼却処分するものであり、プラントの異常時に生成ガスを焼却処分する生成ガス焼却炉120と、さらに脱H2S装置70で脱離させたH2Sを焼却するH2S燃焼炉80とが設置されており、これらの分離ガス燃焼手段でNH3（アンモニア）及びHCN（シアン化水素）含有ガス（アンモニア含有ガス）を燃焼処分させるものである。
【００１６】
図2に生成ガス焼却炉120におけるNH3及びHCN含有ガスの燃焼処分方法を示す。燃焼用の空気ライン123にNH3及びHCN含有ガスを、ライン112を経て混入させて生成ガス焼却炉120で燃焼する場合と、燃料122の燃焼によって形成された火炎200の下流にNH3及びHCN含有ガスを注入して還元炎201を形成させる場合との2種類を示している。なお、NH3及びHCN含有ガスを空気ライン123に注入しなくても、例えば空気ライン123に供給する空気送風機の吸入側に冷却装置（水洗浄装置）50のブロータンク110でNH3及びHCN含有ガスを空気とともに吸入させても同様の効果が得られる。このように燃焼用の空気ライン123にNH3及びHCN含有ガスを混入させて燃焼すると、NH3及びHCN含有ガスから所謂Fuel  NOxが発生する。本発明のうちでNH3及びHCN含有ガスを燃焼用の空気に混入させないで、つまりNH3を含まない燃料52を燃焼させて発生した火炎200の下流にNH3及びHCN含有ガスを注入し、還元炎201を形成させる方法では、火炎200で発生したNOxとNH3及びHCN含有ガスとを反応させることができるため、ライン121より排出されるNOx排出量を従来よりも抑制して燃焼処理できるものである。
【００１７】
本発明の他の実施の形態を図3に示す。NH3を含有しない燃料を空気比1以下で燃焼させて火炎300を形成させ、火炎300の下流にNH3及びHCN含有ガスを注入し、かつNH3及びHCN含有ガスを注入した燃焼301の下流に空気をライン124より注入して完全燃焼302するものであり、火炎300では空気比が1以上となる図２の火炎200と比較してNOxの発生量が少なく、さらにNH3及びHCN含有ガスでNOxを還元することができるので、さらに出口のライン121におけるNOxの発生を図2より抑制することができる。
【００１８】
本発明の他の実施の形態を図4に示す。NH3を含まない燃料52によって形成された火炎200の周り還元炎201を形成させ、さらにこれらの火炎の下流に空気をライン124より注入して完全燃焼202させるものである。この他の実施の形態においても、図3と同様にライン121におけるNOxの発生を抑制しつつ、NH3及びHCN含有ガスを処理できる。
【００１９】
本発明の実施の形態の作用を説明する。石炭ガス化プラントではプラント起動用蒸気発生源として補助ボイラが通常設置されている。また、プラントの異常時に生成ガスを焼却する生成ガス焼却炉、さらに脱H2S装置で脱離させたH2Sを焼却するH2S燃焼炉が設置されている。本発明はこれらの燃焼炉においてNH3及びHCN含有ガスを燃焼処分させるものである。すなわちNH3及びHCN含有ガスを燃焼するとNOxが発生する。ところがこれらのガスはNOxと反応してNOxをN2に還元する作用もする。本発明では前記各分離ガス燃焼手段の燃焼炉において、形成した火炎の下流にNH3及びHCN含有ガスを注入することによって火炎で発生したNOxと反応させる。その結果、NOxはNH3及びHCN含有ガスで還元されるため、燃焼炉で発生するNOxの発生量を抑制して燃焼処理できるのである。さらに燃焼炉において空気比1以下で燃焼させた後にNH3及びHCN含有ガスを注入し、さらにその下流で空気を注入して完全燃焼させることにより、燃焼炉で発生するNOxは空気比が1以下であるため、NOxの発生量が少なく、さらにNH3及びHCN含有ガスでNOxを還元することができるため、さらにNOxの発生を抑制することができる。
【００２０】
本発明の他の実施の形態として石炭ガス化複合発電プラントを図5に示す。石炭（微粉炭）1を加圧下でガス化して生成ガスに変換するガス化炉10と、生成ガスを脱塵し熱交換器40を経由したのち冷却し洗浄する水洗浄装置50と、異常時等の処分を要する生成ガスを分岐して焼却する生成ガス焼却炉120と、生成ガス中のH2Sを脱H2S装置70で除去したのち燃焼するH2S燃焼炉80と、水洗浄装置50の排出水より減圧時に脱気したアンモニア含有ガスを燃焼処理する図示しない補助ボイラ又はH2S燃焼炉80及び生成ガス焼却炉120を兼ねた燃焼炉150（図9参照）のうちのいずれか一つの分離ガス燃焼手段と、H2S燃焼炉80又は一つの燃焼炉150へ接続する脱硫装置90と、脱H2S装置70で精製されかつ熱交換器40で加熱された生成ガスが送給されるガスタービン130と、ガスタービン130及び図示しない蒸気タービンを含む発電設備とを備えてなる構成とする。
【００２１】
図1では、NH3及びHCN含有ガスを生成ガス焼却炉120に導いて燃焼処分する構成であるが、図5ではNH3及びHCN含有ガスをH2S燃焼炉80で焼却処分するものである。この他の実施の形態でもNH3及びHCN含有ガスを無害で処理することができる。図6、図7及び図8は、図2、図3及び図4に対応させてH2S燃焼炉の詳細を示すものである。いずれもNH3及びHCN含有ガスを燃焼処理することができる。NH3及びHCN含有ガスはNOxの還元剤として作用するため、H2S燃焼炉で発生したNOxをNH3及びHCN含有ガスで還元できるため、H2S燃焼炉より排出するNOxの生成を抑制することができる。
【００２２】
図9に本発明の他の実施の形態を示す。図1では、NH3及びHCN含有ガスを生成ガス焼却炉120に導いて処分するものであるが、図9はNH3及びHCN含有ガスをH2S燃焼炉と生成ガス焼却炉とを兼ねた燃焼炉150で焼却処分するものである。この他の実施の形態では、前記実施の形態と同様、NH3及びHCN含有ガスを無害で処理することができる。またこの他の実施の形態では、図6、図7及び図8並びに図2、図3及び図4と同様に燃焼させることによって、いずれもNH3及びHCN含有ガスを燃焼処理することができる。また、NH3及びHCN含有ガスはNOxの還元剤としても作用するため、燃焼炉150で発生したNOxをNH3及びHCN含有ガスで還元できるため、燃焼炉より排出するNOxの生成を抑制することができる。
【００２３】
なお、一般にプラントの起動時に必要な蒸気を発生させる補助ボイラが設置されている。NH3及びHCN含有ガスについて、前記各実施の形態に示すように本補助ボイラに適用しても前記と同様に処理できる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、石炭のガス化によって生成したアンモニア含有ガスを、いずれか一つの分離ガス燃焼手段により、無害にあるいは排出するNOxの発生を抑制して燃焼処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】図1の生成ガス焼却炉の燃焼状態を説明する断面図である。
【図３】図1の生成ガス焼却炉の他の燃焼状態を説明する断面図である。
【図４】図1の生成ガス焼却炉の他の燃焼状態を説明する断面図である。
【図５】本発明の他の実施の形態を示す構成図である。
【図６】図5のH2S燃焼炉の燃焼状態を説明する断面図である。
【図７】図5のH2S燃焼炉の他の燃焼状態を説明する断面図である。
【図８】図5のH2S燃焼炉の他の燃焼状態を説明する断面図である。
【図９】本発明の他の実施の形態を示す構成図である。
【図１０】従来の技術を示す図である。
【符号の説明】
1  微粉炭
2  酸化剤
10  ガス化炉
20  熱回収ボイラ
30  脱塵装置
40  熱交換器
50  水洗浄装置
70  脱H2S装置
80  H2S燃焼炉
90  脱SO2装置
100  煙突
110  ブロータンク
120  生成ガス焼却炉
130  ガスタービン
140  廃熱回収ボイラ
150  燃焼炉
【図１】
0004519338.tif 000002
【図２】
0004519338.tif 000003
【図３】
0004519338.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004519338.tif 000006
【図６】
0004519338.tif 000007
【図７】
0004519338.tif 000008
【図８】
0004519338.tif 000009
【図９】
0004519338.tif 000010
【図１０】
0004519338.tif 000011