(57)【要約】【課題】芳香族化合物と硫化水素とを含む被処理ガスに適用可能な生物脱硫装置と方法とを提供する。【解決手段】芳香族化合物と硫化水素とを含有する被処理ガスを吸収液に接触させることにより被処理ガス中の芳香族化合物と硫化水素とを該吸収液に吸収させる吸収部１と、該吸収液中の芳香族化合物を除去する芳香族化合物除去部２と、芳香族化合物が除去された前記吸収液中の硫化水素を微生物により好気的に酸化分解させる脱硫部３とを備える。【選択図】図１
2012005950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
芳香族化合物と硫化水素とを含有する被処理ガスを吸収液に接触させることにより、被処理ガス中の芳香族化合物と硫化水素とを該吸収液に吸収させる吸収部と、
該吸収液中の芳香族化合物を除去する芳香族化合物除去部と、
芳香族化合物が除去された前記吸収液中の硫化水素を微生物により好気的に酸化分解させる脱硫部と
を備えることを特徴とする生物脱硫装置。
【請求項２】
前記芳香族化合物除去部が、芳香族化合物を吸着する吸着材を備えてなることを特徴とする請求項１記載の生物脱硫装置。
【請求項３】
前記芳香族化合物除去部が、芳香族化合物を分解する従属栄養細菌を有してなることを特徴とする請求項１または２記載の生物脱硫装置。
【請求項４】
芳香族化合物と硫化水素とを含有する被処理ガスを吸収液に接触させて、被処理ガス中の芳香族化合物と硫化水素とを該吸収液に吸収させる工程と、
該吸収液中の芳香族化合物を除去する工程と、
芳香族化合物が除去された前記吸収液中の硫化水素を微生物により好気的に酸化分解させる工程と
を有することを特徴とする生物脱硫方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物脱硫装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
資源を有効利用する観点から、石炭等の化石燃料をガス化してＣ１化学の原料ガスや燃料ガスとして使用することが注目されている。このガス化ガス中には、水素、一酸化炭素の他に硫化水素が含まれているが、さらにベンゼン、トルエン、フェノール、キシレン、チオフェン、ピリジン、アントラセン、フェナントレン等の芳香族化合物が副生物として含まれている。硫化水素が含まれたガスは、化学原料として不適合であるばかりでなく、燃料ガスとして使用する際には装置を腐食したり、燃焼排ガス中の硫黄酸化物濃度が高くなる等の問題を生じるため、ガス中から硫化水素を除去する必要がある。
【０００３】
従来、芳香族化合物を含むガスの脱硫方法としては、高圧下で有機溶媒に硫化水素を吸収させる物理吸収法の他、アミン系吸収剤と硫化水素とを反応させて除去する化学吸収法が用いている。ところが、これら物理および化学脱硫法は、吸着剤や酸化剤の使用量が多く、処理コストが高くなるという問題があった。これに対して、有機性廃棄物等から得られるバイオガスを対象とした生物脱硫法とその装置が提案されている。生物脱硫法は、バイオガス中の硫化水素を微生物に分解させて除去するので、吸着剤や酸化剤を定期的に交換する必要がなく、物理および化学脱硫法に比べて、低コストで処理を行える。
【０００４】
下記特許文献１〜４には、いずれも硫化水素を含むバイオガスを吸収液と接触させる気液接触塔と、この気液接触塔から排出される吸収液を導入して微生物により好気的に酸化分解する酸化槽と、この酸化槽から排出された処理水の一部を前記気液接触塔に吸収液として循環供給させる手段とを備えてなる生物脱硫装置と方法とが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−７９０３４号公報
【特許文献２】特開２００３−１１３３８６号公報
【特許文献３】特許第３７５０６４８号公報
【特許文献４】特開２００６−３６９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、芳香族化合物を含むガスの脱硫には、生物脱硫法を適用することができなかった。何故なら、芳香族化合物が油膜を形成して微生物が硫化水素の分解や繁殖の際に必要とする酸素の供給を妨げたり、細胞膜を破壊するような毒性を示して微生物の活性や繁殖を低下させるためである。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、芳香族化合物と硫化水素とを含む被処理ガスに適用可能な生物脱硫装置と方法と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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、生物脱硫装置に係る第１の解決手段として、
芳香族化合物と硫化水素とを含有する被処理ガスを吸収液に接触させて、被処理ガス中の芳香族化合物と硫化水素とを該吸収液に吸収させる吸収部と、該吸収液中の芳香族化合物を除去する芳香族化合物除去部と、芳香族化合物が除去された前記吸収液中の硫化水素を微生物により好気的に酸化分解させる脱硫部とを備える、という手段を採用する。
【０００９】
生物脱硫装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記芳香族化合物除去部が、芳香族化合物を吸着する吸着材を備えてなる、という手段を採用する。
【００１０】
生物脱硫装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、
前記芳香族化合物除去部が、芳香族化合物を分解する従属栄養細菌を有してなる、という手段を採用する。
【００１１】
また、本発明では、生物脱硫方法に係る第１の解決手段として、芳香族化合物と硫化水素とを含有する被処理ガスを吸収液に接触させることにより、被処理ガス中の芳香族化合物と硫化水素とを該吸収液に吸収させる工程と、該吸収液中の芳香族化合物を除去する工程と、芳香族化合物が除去された前記吸収液中の硫化水素を微生物により好気的に酸化分解させる工程とを備える、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、芳香族化合物除去部で芳香族化合物を除去するので、芳香族化合物を原因とした微生物の活性や繁殖力の低下が起きず、芳香族化合物と硫化水素とを含む被処理ガスに生物脱硫法を適用することが可能となる。また、芳香族化合物を分解する従属栄養細菌を用いれば、芳香族化合物の除去も生物により行うことができ、物理および化学脱硫装置装置を用いる場合に比べて低コストで脱硫を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る生物脱硫装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る生物脱硫装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
最初に、図１を参照して本発明の第１実施形態について説明する。第１実施形態に係る生物脱硫装置は、図１に示すように、吸収部１と芳香族化合物除去部２と脱硫部３とｐＨ調整槽４と、これらを相互接続する管路８、１０、１２、１５とから構成されている。
【００１５】
本生物脱硫装置の適用対象となる被処理ガスは、芳香族化合物と硫化水素とを含むガスであって、例えば石炭ガス化ガス等である。芳香族化合物としては、ベンゼン、トルエン、フェノール、キシレン、チオフェン、ピリジン、アントラセン、フェナントレン等を例示できる。
【００１６】
吸収部１は、被処理ガスと吸収液とを接触させることにより被処理ガス中の芳香族化合物と硫化水素とを吸収液に吸収させるためのものであって、内部に気液接触用の充填層６を有した充填塔等である。吸収部１には、充填層６に吸収液を供給する吸収液供給管１５と、被処理ガスを導入する被処理ガス流入管５と、浄化された被処理ガスを排出する浄化ガス排気管７とが接続されている。
【００１７】
充填層６は、特に限定されるものではないが、ラシヒリング、ポールリング、レッシリングが例示できる。また、被処理ガスを吸収部１の底部から導入して、塔頂部から散水される吸収液と向流接触させると、気液接触効率を高めることができる。
【００１８】
吸収部１の下段には第１導入管８を介して芳香族化合物除去部２が配設されている。
芳香族化合物除去部２は、その内部に除去層９を備えてなる充填塔であって、除去層９の上部から下部へ向かって吸収液を流通させる際に芳香族化合物を除去するものであり、エア供給管１６ａとエア排気管１７とが配設されている。
【００１９】
除去層９は吸着材や生物担体からなる。吸着材は、芳香族化合物を吸着可能なものであれば特に限定されるものではなく、活性炭等を例示できる。吸着材は芳香族化合物の吸着によって、その活性が低下するので、定期的に交換する必要がある。
【００２０】
生物担体は、芳香族化合物を分解可能な従属栄養細菌を担持した担体からなる。担体は特に限定されるものではなく、スポンジ、活性炭、吸収部で使用した充填材あるいはこれらを組み合わせたものを例示できるが、高密度に細菌を保持でき、液体と酸素とを充分に通過させ、かつ形状を自在に変化させ易いものが適当である。より具体的には、除膜したスポンジのように、網目内に閉塞物がなく、網目が細かく、比表面積が大きく、網目内に細菌を絡ませて多量に保持できる担体が好適である。
芳香族化合物除去部２で生物担体を用いると、定期的な交換が不要となり、低コストで芳香族化合物の除去が可能となり、好適である。除去層９は必要に応じて、吸着材と生物担体との両方を備えていてもよい。
【００２１】
従属栄養細菌としては、芳香族化合物を分解するものであれば特に限定されないが、Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ属、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ属、Ｓｐｈｉｎｇｏｍｏｎａｓ属等を例示でき、これらは単独でも複数種類であってもよい。これらの細菌が芳香族化合物を分解して生じた生成物は、芳香族化合物が除去された吸収液と共に排出される。
【００２２】
生物担体での芳香族化合物の分解が好気的である場合には、その活性化のために、生物担体へエア供給管１６ａからエアを送入して、吸収液を曝気してもよい。芳香族化合物除去部２からのエアの排出はエア排気管１７から行う。このようなエアとしては、当該好気的分解に必要な酸素を含むものであれば特に限定されるものではなく、酸素ガス、空気、あるいはこれらを組み合わせたものが例示できる。また、曝気の方法も特に限定されるものではなく、例えば、芳香族化合物除去部２の低部からエアを供給しながら、芳香族化合物除去部２内の吸収液を攪拌する方法が挙げられる。
【００２３】
芳香族化合物除去部２の下段には、第２導入管１０を介して脱硫部３が配設されている。脱硫部３は、その内部に生物脱硫層１１を備えてなる充填塔であって、排水管１３、エア供給管１６ｂ、エア排気管１８、補給液供給管１９が配設されている。
生物脱硫層１１は、上部から下部へ向かって吸収液を流通させる際に硫化水素を除去するものであり、硫化水素を酸化分解可能な微生物を担持した担体からなる。この担体としては、上記芳香族化合物除去部２の生物担体と同様のものが使用可能であり、ラシヒリング、レッシングリング等が好適である。
【００２４】
生物脱硫層１１で用いられる微生物としては、硫化水素を酸化分解可能なものであれば、特に限定されるものではなく、硫化水素を硫酸にまで酸化分解する硫黄酸化細菌等が例示でき、これらは単独でも複数種類であってもよい。生物脱硫層１１の微生物による硫化水素の好気的酸化分解を活性化するために、芳香族化合物除去部２と同様のエア流入を行って、生物脱硫層１１を曝気する。
【００２５】
微生物が硫化水素を分解して生じた硫酸塩等の分解生成物が生物脱硫層１１に蓄積しないように、生物脱硫層１１には補給液供給管１９から補給液が適宜供給され、分解生成物は処理水もしくは排水と共に流出除去される。補給液は生物脱硫層１１の微生物の栄養源となるリン酸塩や微量金属を含むものであって、例えば、ＫＨ２ＰＯ４、Ｎａ２ＨＰＯ４、（ＨＨ４）ＳＯ４、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ、ＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ、ＭｎＳＯ４・ＸＨ２Ｏ、ＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏを含む水溶液等である。
【００２６】
脱硫部３の下段には、処理水排出管１２を介してｐＨ調整槽４が配設されている。ｐＨ調整槽４は、ポンプ１４を備えた吸収液供給管１５により、吸収部１に接続されている。ｐＨ調整槽４は、処理水の一部にｐＨ調整剤を添加して液性を調整し、吸収液として再生して貯留するものである。ｐＨ調整剤は、酸性の処理水を所定液性にするためのものであって、特に限定されないが、安価で強アルカリのＮａＯＨが好適である。
【００２７】
次に、このように構成された生物脱硫装置の動作、すなわち当該生物脱硫装置を用いた生物脱硫方法について説明する。
【００２８】
芳香族化合物と硫化水素とを含む被処理ガスは、吸収部１に被処理ガス流入管５から送入され、吸収液と接触する。この気液接触で、被処理ガス中の芳香族化合物と硫化水素とが吸収液中に吸収される。芳香族化合物と硫化水素とが除去された浄化ガスは浄化ガス排気管７から排気され、必要に応じて更なる精製処理が施されて、合成ガスや燃料ガス等として使用される。
【００２９】
吸収液は芳香族化合物除去部２に導入されて、吸収液中の芳香族化合物が除去層９で除去された後、脱硫部３に導入される。脱硫部３に導入される吸収液中には芳香族化合物が含まれていないために、生物脱硫層１１の微生物の脱硫活性や繁殖力が低下することがなく、吸収液中の硫化水素は、生物脱硫層１１で微生物によって好気的に酸化分解されて、芳香族化合物と硫化水素とが除去された処理水とされる。
【００３０】
処理水の一部は、脱硫部３からｐＨ調整槽４へ供給され、残部は排水管１３から排水される。処理水は硫化水素の分解生成物を含み、酸性であるので、ｐＨ調整槽４でｐＨ調整剤を添加してｐＨを６〜８に調整され、吸収液として再生される。吸収液の液性を中性付近に調整することで、吸収部１での気液接触時の芳香族化合物と硫化水素との吸収効率を高くできる。ｐＨが９より高くなると脱硫部２における微生物の活性が低下するので、これ以下とする。この吸収液はｐＨ調整槽４で貯留された後、吸収液供給管１５から吸収部１へ供給されて再使用される。
【００３１】
除去層９の芳香族化合物を分解する従属栄養細菌と、生物脱硫層１１の硫化水素を酸化分解する微生物との両方の活性と繁殖力とを保持するために、これらの２層に供給される吸収液の温度は２０〜３５℃の範囲に保つことが好ましい。２０℃以下になると、除去層９の細菌も生物脱硫層１１の細菌も共に活性が低下し、３５℃を超えると死滅する恐れがあるためである。このような温度範囲に吸収液を加温または冷却する方法は特に限定されるものではないが、ｐＨ調整槽４または吸収液供給管１５にヒーターや冷却装置等を設置して、これらにより加熱、冷却、保温すれば温度管理を行い易く好適である。
【００３２】
このように本発明の生物脱硫装置及び生物脱硫方法によれば、芳香族化合物と硫化水素とを含む被処理ガスを生物脱硫して浄化することができ、かつ低コストでの脱硫処理が可能となる。
【００３３】
〔第２実施形態〕
次に、図２を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図２は、第２実施形態に係る生物脱硫装置の概略構成であり、第１実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
本生物脱硫装置が第１実施形態のものと異なるところは、芳香族化合物除去部２と脱硫部３とを一体化して、複合除去部２０としたところである。このような構成とすることで生物脱硫装置の簡略化が実現される。
【００３５】
複合除去部２０は、吸収部１の下段に導入管２２を介して配設されており、除去層９と生物脱硫層１１とを一体化した充填塔からなる。除去層９と生物脱硫層１１とは、多孔質の板材等からなる分離層２１を介して分離されており、互いの充填物が混入しないように保持されている。特に、除去層９が生物担体からなる場合には、芳香族化合物を分解する従属性栄養細菌が吸収液と共に生物脱硫層１１に流入すると、生物脱硫層１１の微生物が駆逐されるので、吸収液の流入速度、分離層２１の膜厚、孔の大きさを適宜選択する。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、石炭ガス化ガスの脱硫のみならず、芳香族化合物と硫化水素とを含む各種のガスの脱硫に適用可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１…吸収部、２…芳香族化合物除去部、３…脱硫部、６…充填層、９…除去層、１１…生物脱硫層、２０…複合除去部
【図１】
2012005950.tif 000003
【図２】
2012005950.tif 000004