(57)【要約】【課題】本発明の目的は、有機系廃棄物やバイオマス燃料から生成したガス化ガス中のアンモニアを処理できるガス精製システム、およびそのガス精製システムにおけるアンモニアの処理方法を提供することにある。【解決手段】固形燃料からガス化ガスを生成するガス化設備１１と、前記ガス化ガスを洗浄手段によって精製する湿式ガス精製設備Aとを有するガス精製システムであって、湿式ガス精製設備Aから得られる洗浄排水からアンモニアを分離する分離手段３３と、分離手段で分離されたアンモニアを、前記ガス化設備１１に供給する供給手段と、備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形燃料からガス化ガスを生成するガス化設備と、前記ガス化ガスを洗浄手段によって精製する湿式ガス精製設備とを有するガス精製システムであって、
前記湿式ガス精製設備から得られる洗浄排水からアンモニアを分離する分離手段と、
前記分離手段で分離されたアンモニアを、前記ガス化設備に供給する供給手段と、を備えるガス精製システム。
【請求項２】
前記分離手段は、アンモニア含有洗浄排水からアンモニアを気化して分離する構成である請求項１に記載のガス精製システム。
【請求項３】
前記供給手段は、前記ガス化設備のガス化空気供給手段に連結される構成であることを特徴とする請求項１または２に記載のガス精製システム。
【請求項４】
固形燃料からガス化ガスを生成するガス化設備と、前記ガス化ガスを洗浄手段によって精製する湿式ガス精製設備とを有するガス精製システムにおける、ガス化ガス中のアンモニアの処理方法であって、
前記湿式ガス精製設備から得られる洗浄排水からアンモニアを分離し、
前記分離されたアンモニアを、前記ガス化設備に供給することを特徴とするアンモニアの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形燃料からガス化ガスを生成するガス化設備と、前記ガス化ガスを洗浄手段によって精製する湿式ガス精製設備とを有するガス精製システムおよび、そのガス精製システムにおける、ガス化ガス中のアンモニアの処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
木屑や下水汚泥のような有機物を含む廃棄物（有機系廃棄物）やバイオマス燃料から高効率にエネルギー転換する技術として、ガス化技術が注目されている。ガス化することによって発生したガスを、ガスエンジンやガスタービンなどの内燃機関にて燃焼させることにより発電することが可能であり、その発電効率は燃料を直接燃焼して蒸気を発生させ、蒸気タービンにより発電するボイラ発電システムによるより高効率という特長を有する（特許文献１）。
【０００３】
しかし、ガス化炉から発生した生成ガスはダスト、タール、アンモニア、ダイオキシン類、重金属、塩化水素などの有害な腐食性物質・汚染物質が含まれており、そのままガスエンジン等の発電設備に投入すると、詰まりや腐食などの問題が生じる。
【０００４】
そこで、ガス化炉から発生したガス化ガスを精製する方法として特許文献２が知られている。特許文献２のガス精製システムは、ガス洗浄設備として、減温塔、吸収塔を備え、このガス洗浄設備によって、ガス化ガス中の腐食性物質、汚染物質などが吸収・除去される。その後、ガス化ガスが後段のガスエンジンやガスタービンなどのガス利用設備にて利用される。循環水は、熱交換器にて熱を放出しながら、減温塔と吸収塔との間を循環し、この減温塔の循環水は、吸収塔からの排出水として、その一部が引き抜かれ、熱効率を高めるための熱交換器を経て放散塔に供給されて、空気などのキャリアガスを供給されながら、蒸気を熱源として放散処理される。この放散塔の出口からは、熱交換器により熱交換された水がクーリングタワーから送給された冷却水により凝縮し、アンモニア含有ガスが気体として分離される。このアンモニア含有ガスをガス化設備内やガス利用設備の後段に配置される脱硝設備に供給する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−６５０８４号公報
【特許文献２】特開２００７−６３５３９号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２のシステムにおいて、放散塔から出たアンモニア含有ガスをガス利用設備の脱硝設備に供給する場合には、燃焼排ガス中のNOｘとともに処理する、いわゆる無触媒脱硝を利用する処理であり、アンモニアが過剰の場合には、すべてのアンモニアを処理することが困難である。そうすると過剰なアンモニア含有ガスは、系外に放出されることになり、環境面から大きな問題であった。
【０００７】
また、特許文献２のシステムにおいて、放散塔から出たアンモニア含有ガスをガス化設備内に供給することが考えられるが、固形燃料からガス化ガスを生成する過程において、アンモニアも連続的にガス化ガス中に含まれるため、帰還されるアンモニア量と新たなアンモニア量とでシステム系内に存在するアンモニア量が増加しつづけることとなり問題である。
【０００８】
そこで、上記従来技術の有する問題点に鑑みて、本発明の目的は、有機系廃棄物やバイオマス燃料から生成したガス化ガス中のアンモニアを処理できるガス精製システム、およびそのガス精製システムにおけるアンモニアの処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題は、各請求項記載の発明により達成される。すなわち、本発明に係るガス精製システムは、
固形燃料からガス化ガスを生成するガス化設備と、前記ガス化ガスを洗浄手段によって精製する湿式ガス精製設備とを有するガス精製システムであって、
前記湿式ガス精製設備から得られる洗浄排水からアンモニアを分離する分離手段と、
前記分離手段で分離されたアンモニアを、前記ガス化設備に供給する供給手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、湿式ガス精製設備から得られる洗浄排水からアンモニア（アンモニア含有ガス）を好適に分離して、この分離されたアンモニア（アンモニア含有ガス）を、ガス化設備に供給することができる。
【００１１】
湿式ガス精製設備としては、例えば、減温塔、吸収塔を有しており、減温塔と吸収塔から発生した洗浄排水（あるいは混合廃水）を放散塔（分離手段に相当する）に送給して放散処理するようになっていて、前記放散塔の缶液は、その一部が放流されると共に、前記吸収塔の吸収液として使用されるようになっていることが好ましい。
【００１２】
また、上記の本発明において、分離手段は、アンモニア含有洗浄排水からアンモニアを気化して分離する構成であることを特徴とする。分離手段としては例えば、放散塔、蒸留塔が挙げられる。減温塔と吸収塔から発生した洗浄排水（あるいは混合廃水）を放散塔に送給して放散処理するように構成し、放散塔の缶液は、その一部が放流されると共に、吸収塔の吸収液として使用されるようになっていることが好ましい。また、分離手段としての蒸留塔により蒸留し濃縮したアンモニア含有ガスを、ガス化設備に送給するように構成できる。
【００１３】
また、上記の本発明において、供給手段は、前記ガス化設備のガス化空気供給手段に連結される構成であることを特徴とする。ガス化空気供給手段は、例えば、配管、押込みファン、流量調整弁、ガス化空気用ノズル、制御手段等で構成される。供給手段は、例えば、分離手段の出口から連結される配管、流量調節弁、制御手段等で構成される。供給手段の配管連結部が、ガス化空気手段の配管に接続される構成である。接続される配管位置としては、押込みファンの下流側、上流側が例示される。また別実施形態として、供給手段の配管連結部にノズルを連結し、このノズルをガス化設備の下部あるいはガス化空気用ノズルの近傍に設けるように構成できる。
【００１４】
また、他の本発明は、固形燃料からガス化ガスを生成するガス化設備と、前記ガス化ガスを洗浄手段によって精製する湿式ガス精製設備とを有するガス精製システムにおける、ガス化ガス中のアンモニアの処理方法であって、
前記湿式ガス精製設備から得られる洗浄排水からアンモニアを分離し、
前記分離されたアンモニアを、前記ガス化設備に供給することを特徴とする。
【００１５】
この構成による作用効果は上記のガス精製システムの作用効果と同様である。
【００１６】
また、上記ガス精製システムにおいて、ガス化設備から発生されたガス化ガスを低温冷却する冷却設備と、低温に冷却されたガス化ガスを除塵する低温集塵設備と、をさらに備えることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係る一実施形態のガス精製システムの概略フローを示す。
【００１８】
このガス精製システムは、流動層ガス化炉、循環流動層ガス化炉などのガス化設備１１から発生したガス化ガスを、バグフィルターなどの低温集塵装置で処理すべく、ガス冷却設備１９に送給され、ここで水噴霧や熱交換されて２００℃以下程度に冷却される。
【００１９】
例えば、ガス化設備１１としての循環流動層ガス化炉に、バイオマス燃料Fを供給し、押込みファン４１から供給されるガス化空気G0によって、部分的に燃焼させることでガス化ガスを発生させる。生成されたガス化ガス中にはアンモニアがｐｐｍから数％オーダー含まれている。
【００２０】
ガス冷却設備１９により冷却されたガス化ガスは、配管２５を通して低温集塵設備２０に送給される途中の、低温集塵設備２０の入口付近において、消石灰や活性炭粉末のような吸着剤が、送給装置（図示略）などにより吹き込まれる特徴を有する。そのため、ガス化ガス中に含まれている可能性のあるダイオキシン類やタールや重金属類などの有害物質は、吹き込まれた吸着剤によって吸着され、低温集塵設備２０によって捕集され集塵される。低温集塵設備２０により集塵されたダストは、灰処理設備に送給されるか、場外に搬出されて無害化処理される。
【００２１】
低温集塵設備２０から排出されたガス化ガスは、ダイオキシン類、タール、重金属類などの有害物質が除去された状態で、湿式ガス精製設備Ａに送給され清浄化される。湿式ガス精製設備Ａは、減温塔２１、吸収塔３４などからなり、これら湿式ガス精製設備Ａによって、ガス化ガス中の腐食性物質、汚染物質などが除去され、清浄化されて、ガスエンジンやガスタービン等のガス利用設備に送られ利用される。
【００２２】
減温塔２１あるいは吸収塔３４において、ガス化ガスに対し、水（洗浄用水として機能する循環水W4、水W6）を噴霧させることで、ガス化ガス中のアンモニア成分が除去される。吸収塔３４から排出されるガス化ガス中には、微量のアンモニア成分も含まれるが後述するように、減温塔循環水Ｗ４中に大部分のアンモニア成分が含まれる。
【００２３】
減温塔２１を循環する循環水Ｗ４は、熱交換器３５にて熱を放出しながら、吸収塔３４との間を循環している。この減温塔循環水Ｗ４は、吸収塔３４からの排出水Ｗ５として、その一部が引き抜かれ、熱効率を高めるための熱交換器２９を経て放散塔３３に供給される。排出水Ｗ５中にはアンモニア成分が含まれている。放散塔３３では、放散用空気Ｇ０を供給しながら、蒸気Ｓを熱源として放散処理される。排出水W５中のアンモニア成分および蒸気は気相側へ移行し、放散塔３３内部を上昇する。
【００２４】
放散塔３３の出口から出たアンモニア成分および蒸気は、ガス冷却器３６によって冷却され、水分が除去されてアンモニアが濃縮された放散ガス（アンモニア含有ガスGN）が排出される。ガス冷却器３６の冷却水はクーリングタワーＣから送給される。アンモニア含有ガスＧNは、後述するようにガス化設備１１に供給される。
【００２５】
放散塔３３の底部の水Ｗ６は、汚染物質を含まないため、ポンプＰによって吸収塔３４に再度供給されると共に、一部は引き抜かれて系外に放流される。その量は、低温集塵設備２０から排出された排ガス中の水分が凝縮したものに相当する。
【００２６】
（アンモニア含有ガスの処理方法）
本実施形態では、アンモニア含有ガスGNは、ガス化設備１１に帰還される構成である。ガス化設備１１には、固形燃料をガス化するために用いられるガス化空気G0を供給するガス化空気供給設備を備える。ガス化空気供給設備は、配管（不図示）、押込みファン４１、ガス化空気用ノズル４２を備え、ガス化空気の流量調節弁（不図示）および制御装置（不図示）によってガス化空気GOの供給量が制御されている。
【００２７】
アンモニア含有ガスGNは配管（不図示）によって帰還され、押込みファン４１の吸引側の配管に連結される。また、別実施形態として、アンモニア含有ガスGNを押込みファン４１の吐出側あるいは、押込みファン４１とガス化空気用ノズル４２の間の配管に供給するように構成できる。また、アンモニア含有ガスGNは、バイオマス燃料Fの供給口よりも下部側に供給されることで、アンモニア含有ガスGNのアンモニア成分が処理される。
【００２８】
（実施例）
図１に示すガス精製システムにおいて、アンモニア含有ガスGNを循環流動層式ガス化炉に供給した場合（実施例１）と、アンモニア含有ガスGNをガス化設備１１に供給せず、ガス利用設備に供給する構成とした場合（比較例１）において、循環流動層式ガス化炉出口のガス化ガス中のアンモニア量（あるいは濃度）を比較した。ガス化炉に、バイオマス燃料を１時間当り約２０ｋｇ供給し、ガス化炉出口のガスの温度を８００℃程度に制御し、ガス化炉から排出されるガス化ガスの排出量を約５０ｍ３N／ｈ（ｄｒｙ）として、連続運転を行なった。
【００２９】
実施例１において、バイオマス燃料中窒素分（アンモニアの合成成分）を１００％とした場合、連続運転して安定した場合のガス化炉出口のガス化ガス中のアンモニア成分は１０．５％であり、その後の１時間おきの測定結果もほぼ同様の値であった。一方、比較例１においては、１４．４％であった。この結果から、アンモニア含有ガスGNをガス化炉に供給した場合において、アンモニア量が増加することなく、一定の濃度で連続運転することができたことを確認できた。このことから、ガス化炉に供給されたアンモニア含有ガスのアンモニア成分はガス化炉内で分解され、システム系内部のアンモニア量が増加するということがなく、安定したシステムの運転ができることが確認された。
【００３０】
次に、実施例２では、図２に示すパイロットプラントにおけるガス化炉において、このガス化炉に供給するアンモニア含有ガスのアンモニア濃度を変化させた場合のガス化炉出口のガス化ガスのアンモニア濃度について測定した。バイオマス燃料は１時間当り約１ｋｇ供給し、ガス化炉出口のガス温度を８００℃程度に制御し、ガス化炉から排出されるガス化ガスの排出量を約２ｍ３N／ｈ（ｄｒｙ）として連続運転を行った。表１にその結果を示す。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
この結果から、ガス化炉に供給するアンモニア含有ガスの量を変化させても、ガス化炉出口のガス化ガスのアンモニア量は、バイオマス燃料中の窒素分に由来するアンモニア量と供給されたアンモニア含有ガス中のアンモニア量を加算した理論値よりも、減少することが確認された。つまり条件２の場合、ガス化ガス中のアンモニア量は、理論的には５５（２１＋３４）であるが、測定値は４７であった。また、条件３の場合、ガス化ガス中のアンモニア量は、理論的には８８（２１＋６７）であるが、測定値は６３であった。また、条件４の場合、ガス化ガス中のアンモニア量は、理論的には１４２（２１＋１２１）であるが、測定値は７８であった。よって、ガス化炉に供給されるアンモニア含有ガスのアンモニア濃度が高くても（アンモニア量が多くても）、ガス化炉においてアンモニア含有ガス中のアンモニアが分解されることが確認された。
【００３３】
（別実施形態）
（１）上記実施形態では、湿式ガス精製設備Ａとして、減温塔２１、吸収塔３４を備えた例を挙げて説明したが、これらは必ずしも全て備えている必要はなく、例えば、減温塔２１のみを有している構成であってもよい。
【００３４】
（２）また、上記実施形態では、放散塔３３を用いて、アンモニア含有ガスを生成する構成であったが、これに制限されず、蒸留塔を用いて構成してもよい。
【００３５】
（３）本発明に適用できるガス利用設備としては、ガスエンジンやガスタービンのような発電設備の他、メタノール製造設備などの液体燃料製造設備などを挙げることができる。
【００３６】
（４）本発明に適用できる燃料としては、各種有機系廃棄物の他、各種固形燃料、産業廃棄物などが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る一実施形態に係るガス精製システムを示す概略フロー図
【図２】パイロットプラントにおける実施例について説明するための図
【符号の説明】
【００３８】
１１        ガス化設備
２０        低温集塵設備
２１        減温塔
３３        放散塔
３４        吸収塔
４１        押込みファン
４２        ガス化空気用ノズル
Ａ          湿式ガス精製設備
ＧN        アンモニア含有ガス
【図１】
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【図２】
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