(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の導入口を下部に有し、該排ガスの排出口を上部に有する吸収塔と、該吸収塔内に設けられた脱硫反応用活性炭素繊維層と、該脱硫反応用活性炭素繊維層の前流側に設けられた、上記排ガスの増湿冷却用の水の散布器と、該吸収塔内の該脱硫反応用活性炭素繊維層の上方に設けられた、該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たことを特徴とする排煙脱硫装置であって、
前記脱硫反応用活性炭素繊維層に導入される排ガスの温度が２０℃〜６０℃、相対湿度が１００％の飽和状態となるように、前記排ガスの導入口における排ガス温度及び排ガス量の変化に応じて、系外から前記水の散布器に導入される水の量、または、ポンプを介して吸収塔下部から前記水の散布器に循環させる硫酸の量を制御する散布量制御手段を備えた排煙脱硫装置。
【請求項２】
前記排ガスの導入口における硫黄酸化物濃度が変化した場合に、前記硫酸生成用の水の供給器から供給される水の量を制御する制御手段を備えた請求項１に記載の排煙脱硫装置。
【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る脱硫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】
本発明の排煙脱硫装置は、硫黄酸化物を含有する排ガスの導入口を下部に有し、該排ガスの排出口を上部に有する吸収塔と、該吸収塔内に設けられた脱硫反応用活性炭素繊維層と、該脱硫反応用活性炭素繊維層の前流側に設けられた、上記排ガスの増湿冷却用の水の散布器と、該吸収塔内の該脱硫反応用活性炭素繊維層の上方に設けられた、該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たことを特徴とする（請求項１）。
【０００６】
【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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
【表１】
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【００１２】
以下、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、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で冷却され、その後、集塵器（ＥＳＰ）４内で除塵され、ファン２を経由して、吸収塔５の下部の導入口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。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、通常、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。
【００１３】
増湿冷却された排ガスは、吸収塔内を上昇し、吸収塔６内の中央部に充填された脱硫反応用活性炭素繊維層８内を上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には、予め、脱硫反応用活性炭素繊維層８の上方に設けられた水の供給器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。
脱硫反応用活性炭素繊維の表面で生成した硫酸は、脱硫反応用活性炭素繊維層８から落下し、落下途中で水分がある程度蒸発して、高濃度の硫酸として吸収塔６の底部に回収される。回収された硫酸は、ポンプ１０によって吸収塔１０から排出されて、硫酸貯留槽１１に貯留され、工業用に用いられる。
【００１４】
水の供給器９から散布される排ガスの増湿冷却用の水は、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硫酸をポンプ１２を介して循環させて用いることができる。循環させた場合には、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た硫酸を用いることができる。
【００１５】
排ガスの増湿冷却用の水は、その大部分が蒸発し、残部の未蒸発分は、吸収塔６の底部で、脱硫反応用活性炭素繊維層８から落下した硫酸と混合し、外部に排出される。このように、排ガスの増湿冷却用の水の大部分が蒸発することから、吸収塔内の底部に回収される硫酸の濃度が高くなり、工業用途での価値が大きくなる。また、脱硫反応用活性炭素繊維層８には、上方から水が散布され、下方から上方に向かって増湿した排ガスが通過するので、脱硫用活性炭素繊維層８全体にわたって水分を多く含有する。このため、脱硫反応用活性炭素繊維層８上の脱硫反応が促進される。
吸収塔６内で脱硫された排ガスは、吸収塔６の上部の排出口１３から排出され、ガス−ガスヒータ３で加熱されて、煙突１４から排出される。
【００１６】
図１に示す例では、吸収塔の排ガス導入口と脱硫反応用活性炭素繊維層との間に、増湿冷却用の水の散布器を設けている。しかし、該増湿冷却用の水の散布器の設置位置は、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く、例えば、図２に示す位置に設置することもできる。
図２は、吸収塔２１の排ガス導入口２２の前流側に、増湿冷却用の水の散布器２３を設置した状態を示す。吸収塔２１内には、脱硫反応用活性炭素繊維層２４、及び硫酸生成用の水の供給器２５が設けられる。
【００１７】
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、水の供給器９によって、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．吸収塔６内に流入する排ガスの温度が７０℃以上になったら、増湿冷却用水の循環を停止し、系外からの水のみを排ガスに散布する。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。排ガス中のＳＯX 濃度が変化した場合は、硫酸生成用の水の供給量を制御すれば、安定した濃度の硫酸が得られる。
【００１８】
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．吸収塔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による循環ラインによる供給に変更する。
３．脱硫反応用活性炭素繊維層８への水の供給は、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。
【００１９】
【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濃度の高い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（通常、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を示す概略図である。
【図２】本発明で用いる吸収塔の他の態様の縦断面を示す図である。
【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
２１  吸収塔
２２  排ガス導入口
２３  水の散布器
２４  脱硫反応用活性炭素繊維層
２５  水の供給器
【図１】
0003860912.tif 000003
【図２】
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