(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫黄酸化物を含有する排ガスに水を散布して、該排ガスの湿度を高め、相対湿度を増加させて飽和状態とし、７０℃以下となるように温度を低下させる水散布工程と、増湿冷却された該排ガスを、硫酸生成用の水を供給することによって表面に水が付着した脱硫反応用活性炭素繊維と接触させて、該排ガス中のＳＯ２をＳＯ３に酸化させると共に、該ＳＯ３と該脱硫反応用活性炭素繊維上の水との反応によって硫酸を生成させる硫酸生成工程とを含み、上記硫酸生成用の水の供給量を排ガス中のＳＯＸ濃度に比例した量に制御することを特徴とする排煙脱硫方法。
【請求項２】
硫黄酸化物を含有する排ガスの導入口と該排ガスの排出口とを有する吸収塔と、該吸収塔内に設けられた脱硫反応用活性炭素繊維層と、上記脱硫反応用活性炭素繊維層の前流側に設けられた、上記排ガスの湿度を高め飽和湿度とし、排ガスの温度が７０℃以下となるようにするための増湿冷却用の水の散布器と、上記脱硫反応用活性炭素繊維層への硫酸生成用の水の供給器とを備え、該供給器からの上記硫酸生成用の水の供給量を排ガス中のＳＯＸ濃度に比例した量に制御することを特徴とする排煙脱硫装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種燃料を燃焼させるボイラ、ガスタービン、エンジン、燃焼炉等から排出される排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯX ）を除去するための排煙脱硫方法に関する。
【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】
【発明が解決しようとする課題】
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。また、生成した石膏は、スラリー状態であるため、水を分離し、石膏として回収するための装置が必要になる。このように、石灰−石膏法では、脱硫設備の大型化や複雑化が避けられない。
【０００４】
一方、乾式法の場合、活性炭に吸着した硫黄分を水洗によって脱離させるため、大量の水を必要とする。しかも、この方法の場合、生成した希硫酸の廃棄や、吸着材の乾燥処理等が必要になる。
したがって、本発明の目的は、硫黄酸化物の吸収剤や大型の脱硫設備を必要としない簡易な脱硫方法および装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の排煙脱硫方法は、硫黄酸化物を含有する排ガスに水を散布して、該排ガスの湿度を高め、相対湿度を増加させて飽和状態とし、７０℃以下となるように温度を低下させる水散布工程と、増湿冷却された該排ガスを、硫酸生成用の水を供給することによって表面に水が付着した脱硫反応用活性炭素繊維と接触させて、該排ガス中のＳＯ２をＳＯ３に酸化させると共に、該ＳＯ３と該脱硫反応用活性炭素繊維上の水との反応によって硫酸を生成させる硫酸生成工程とを含み、上記硫酸生成用の水の供給量を排ガス中のＳＯＸ濃度に比例した量に制御することを特徴とする（請求項１）。
【０００６】
本発明の排煙脱硫装置は、硫黄酸化物を含有する排ガスの導入口と該排ガスの排出口とを有する吸収塔と、該吸収塔内に設けられた脱硫反応用活性炭素繊維層と、上記脱硫反応用活性炭素繊維層の前流側に設けられた、上記排ガスの湿度を高め飽和湿度とし、排ガスの温度が７０℃以下となるようにするための増湿冷却用の水の散布器と、上記脱硫反応用活性炭素繊維層への硫酸生成用の水の供給器とを備え、該供給器からの上記硫酸生成用の水の供給量を排ガス中のＳＯＸ濃度に比例した量に制御することを特徴とする（請求項２）。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明において、脱硫の対象となるガスは、二酸化硫黄（ＳＯ2 ）を含むガスである。ＳＯ2 濃度は、任意であるが、特に２００〜１，０００ｐｐｍ程度であると、より効率的に脱硫することができる。
また、脱硫の際、ＳＯ2 をＳＯ3 に酸化するのに酸素（Ｏ2 ）が用いられるため、排ガス中に酸素を含むか、または、別途、酸素を排ガス中に供給する必要がある。排ガス中の酸素の含有量は、下限が２容量％以上、好ましくは３〜２１容量％とすることが、目的とする脱硫反応を生じさせるために好ましい。すなわち、ＳＯ2 の酸化には酸素が必要であり、酸素濃度が高い程好ましい。
ＳＯ2 およびＯ2 以外のガス成分としては、通常、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素等の成分を含み得る。
ガスの流量は、通常、脱硫反応用活性炭素繊維の単位重量当たり、１×１０-3〜５×１０-5ｇ・ｍｉｎ／ｍｌ程度である。
【０００８】
本発明で用いる脱硫反応用活性炭素繊維は、排ガス中のＳＯ2 がＳＯ3 に酸化する際に触媒として働く。
本発明で用いる脱硫反応用活性炭素繊維の製造方法を以下、説明する。
原料となる活性炭素繊維の種類としては、特に制限はなく、ピッチ系、ポリアクリロニトリル系、フェノール系、セルロース系等の活性炭素繊維を用いることができる。これらの中でも、特に活性炭素繊維の表面の疎水性のより高いものが望ましく、具体的にはピッチ系活性炭素繊維等を挙げることができる。
【０００９】
活性炭素繊維は、窒素ガス等の非酸化雰囲気下で、通常６００〜１，２００℃程度の温度で熱処理される。処理時間は、処理温度等に応じて適宜定めればよい。この熱処理により、本発明で用いる脱硫反応用炭素繊維を得ることができる。脱硫反応用活性炭素繊維は、熱処理により親水性である酸素官能基の一部または全部がＣＯ、ＣＯ2 等として除去されているので、処理前に比べて疎水性の大きな表面となっている。このため、ＳＯ2 の酸化活性点へのＳＯ2 の吸着が容易に起こり、しかも生成する硫酸の排出も速やかに進行する結果、触媒の機能が阻害されることなく、脱硫反応が促進される。
【００１０】
脱硫反応用活性炭素繊維の製造例の具体例は、例えば、次の通りである。
具体例１
ピッチ系活性炭素繊維（「ＯＧ−２０Ａ」、アドール（株）製）を用い、これを窒素雰囲気中で９００〜１，２００℃の温度範囲内で１時間焼成する。
具体例２
ポリアクリロニトリル系活性炭素繊維（「ＦＥ−３００」、東邦レーヨン（株）製）を用い、これを窒素雰囲気中で８００〜１，２００℃の温度範囲内で１時間焼成する。
【００１１】
本発明で用いられる脱硫反応用活性炭素繊維の性状は、通常、太さが７〜２０μｍ、比表面積が５００〜２，５００ｍ2 ／ｇ、外表面積が０．２〜２．０ｍ2 ／ｇ、細孔直径が４５オングストローム以下である。
ピッチ系、ポリアクリロニトリル系、フェノール系、セルロース系の各脱硫反応用活性炭素繊維の組成式等を表１に示す。なお、表１中の数値は、通常の値を示すにすぎず、これらの数値範囲外のものも存在し得る。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
以下、本発明を用いた実施の形態の一例を、図１を参照しつつ説明する。図１において、ボイラ１から排出された硫黄酸化物を含有する排ガスは、ガス−ガスヒータ（ＧＧＨ）３によって冷却された後、集塵器（ＥＳＰ）４内で除塵され、ファン２を経由して、吸収塔６の上部の導入口５から吸収塔６内に導入される。吸収塔６への導入時の排ガスの温度は、９０℃程度である。吸収塔内に導入された排ガスは、排ガスの増湿冷却用の水の散布器７から散布される水と接触して、７０℃以下、好ましくは２０〜６０℃、より好ましくは３０〜５５℃程度に冷却されると共に、相対湿度が増加し、飽和状態（相対湿度＝１００％）となる。ここで、排ガスの温度が７０℃以下に下がらないと、脱硫用活性炭素繊維層での水分の蒸発量が多くなり、脱硫反応の効率が悪化するという不都合がある。なお、増湿冷却用の水の散布器７の設置位置は、脱硫反応用活性炭素繊維層の前流側、すなわち、脱硫反応用活性炭素繊維層を通過する前の排ガスに水を散布することのできる位置であればよい。例えば、吸収塔の外に設けることもできる。
【００１４】
増湿冷却された排ガスは、吸収塔６内の中央部に充填されている脱硫反応用活性炭素繊維層８内を下方に向かって通過する。なお、脱硫反応用活性炭素繊維層８は、予め、脱硫反応用活性炭素繊維層８の上方または近傍に設けられる水の供給器９によって水を供給し、活性炭素繊維の表面に水が付着した状態としておく。排ガス中のＳＯ2 は、脱硫反応用活性炭素繊維の表面でＳＯ3 に酸化される。生成したＳＯ3 は、脱硫反応用活性炭素繊維に付着している水と反応して、硫酸（Ｈ2 ＳＯ4 ）となる。生成した硫酸は、脱硫反応用活性炭素繊維層８から落下して、吸収塔６の底部から排出され、ポンプ１０を経て、硫酸貯留槽１１に貯留され、工業用に用いられる。
【００１５】
排ガスの増湿冷却用の水として、系外から導入される水を用いるか、または、図示するように、吸収塔の下部から排出される水（希硫酸）をポンプ１２によって循環させて用いることができる。循環水を用いると、水の使用量を節減することができる。
脱硫反応用活性炭素繊維層８に硫酸生成用に供給される水についても、同様に、系外からの水または吸収塔から排出される循環水を用いることができる。
排ガスの増湿冷却用の水の散布器７と、脱硫反応用活性炭素繊維層への硫酸生成用の水の供給器９は、兼用してもよい。兼用することによって、脱硫装置全体の構成を簡略化することができる。
吸収塔６内で脱硫された排ガスは、吸収塔６の下部の排出口１３から排出されて、ガス−ガスヒータ３で加熱された後、煙突１４から排出される。
【００１６】
次に、本発明の脱硫装置の一例における起動要領および停止要領を説明する。脱硫装置は、以下のような手順で起動し、運転する。
１．排ガスが吸収塔６内に流入する前に、水の散布器７によって、排ガスの増湿冷却用の水の散布を開始する。排ガスの流入開始当初は、排ガスの温度が低く、散布された水の蒸発量が少ないため、ポンプ１２によって循環ラインを稼動させ、増湿冷却用の水を循環させて使用する。
２．脱硫反応用活性炭素繊維層８に対し、排ガスの流入前に十分な量の水を供給しておく。供給する水の量は、脱硫反応用活性炭素繊維層８に対して体積比で２倍以上である。
３．流入する排ガスの温度が７０℃以上になったら、散布される水の蒸発量が多くなるため、増湿冷却用の水の循環を停止し、系外の水のみを排ガスの増湿冷却用に散布する。水の散布量は、排ガスの温度が５０℃程度にまで低下するような量に制御する。
４．排ガス温度及び排ガス量が変化した場合は、増湿冷却用の水の散布量を制御すればよい。また、硫酸生成用の水の供給量は、排ガス中のＳＯX 濃度に比例した量に制御すればよい。このように水の散布量、供給量を制御することによって、水を無駄なく、有効に利用することができる。
【００１７】
脱硫装置は、以下のような手順で停止する。
１．ボイラ等で燃料の供給を停止させた後、吸収塔６内の底部に貯留された硫酸をすべて硫酸貯留槽１１に輸送する。
２．脱硫装置６内に流入する排ガスの温度が７０℃以下になったら、系外からの増湿冷却用の水の供給を停止し、ポンプ１２を稼動させて、循環ラインによる水の供給に変更する。
３．硫酸生成用の水の供給は、脱硫反応用活性炭素繊維の表面上の硫酸が全て除去されるまで行った後、停止する。
４．排ガスの温度が５０℃以下で、かつ、吸収塔６内に導入される排ガス中にＳＯX が検出されなくなった時点で、脱硫装置を停止する。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、水の注入だけで排ガスを脱硫することができ、また、脱硫の際に生成する硫酸を工業用に有効利用することができる。さらに、脱硫反応用活性炭素繊維は、常に高湿度（１００％）に維持されるため、火災等の懸念もなく、安定した脱硫が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排煙脱硫装置を含む排煙脱硫システムの一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１  ボイラ
２  ファン
３  ガス−ガスヒータ
４  集塵器
５  導入口
６  吸収塔
７  水の散布器
８  脱硫反応用活性炭素繊維層
９  水の供給器
１０  ポンプ
１１  硫酸貯留槽
１２  ポンプ
１３  排出口
１４  煙突
【図１】
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