ガス浄化装置及び方法、ガス化システム、ガス化発電システム
【課題】タール成分の影響を除去してＳ成分の除去効率が向上するガス浄化装置及び方法、並びにそれを用いたガス化システム、ガス化発電システムを提供する。
【解決手段】少なくとも硫黄（Ｓ）成分及びタール分を含有する高温ガス１１のガス温度を減温させるガス冷却装置１２と前記ガス冷却装置１２で減温された冷却ガス１３中に、タール除去助剤１４を供給するタール除去助剤供給装置１５と、タール除去後のガス中の煤塵を集塵する濾過膜を備えてなると共に該濾過膜の表面にタール除去助剤１４の堆積層を形成してなる第１の集塵装置１６と前記第１の集塵装置１６の後流側に設けられ、第１の集塵装置１６通過後のガスを加熱するガス加熱装置１７と、加熱後のガスに粉体状の脱Ｓ剤１８を供給する脱Ｓ剤供給装置１９と、前記ガス中の煤塵を集塵する濾過膜を備えてなると共に該濾過膜の表面に脱Ｓ剤１８の堆積層を形成してなる第２の集塵装置２０とを具備してなる。
【解決手段】少なくとも硫黄（Ｓ）成分及びタール分を含有する高温ガス１１のガス温度を減温させるガス冷却装置１２と前記ガス冷却装置１２で減温された冷却ガス１３中に、タール除去助剤１４を供給するタール除去助剤供給装置１５と、タール除去後のガス中の煤塵を集塵する濾過膜を備えてなると共に該濾過膜の表面にタール除去助剤１４の堆積層を形成してなる第１の集塵装置１６と前記第１の集塵装置１６の後流側に設けられ、第１の集塵装置１６通過後のガスを加熱するガス加熱装置１７と、加熱後のガスに粉体状の脱Ｓ剤１８を供給する脱Ｓ剤供給装置１９と、前記ガス中の煤塵を集塵する濾過膜を備えてなると共に該濾過膜の表面に脱Ｓ剤１８の堆積層を形成してなる第２の集塵装置２０とを具備してなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばバイオマス等をガス化したガス中のＳ成分を除去するガス浄化装置及び方法、並びにそれを用いたガス化システム、ガス化発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみ、下水汚泥、産業用廃棄物などの有機系廃棄物からエネルギー回収を図るために、廃棄物を熱分解によりガス化して燃料用ガス（ガス化ガス）を得るガス変換技術が、環境保全及び省資源の観点から注目されている。
【０００３】
このガス変換技術のシステムとしては、廃棄物に水蒸気を添加して４００〜８００℃でガス化し、さらに１３００〜１５００℃でクラッキングして、煤を含まないクリーンなＣＯ、Ｈ2リッチガスを得るシステムが開発されている。このシステムにおいては、ガス化剤（蒸気、酸素）を高温で供給することにより、部分燃焼割合を少なくして発熱量の高いガスを得て、このガス（燃料用ガス）により発電装置による発電などが行われる（特許文献１）。
【０００４】
該ガス化ガス中には硫黄（Ｓ）成分が微量に含まれているので、脱硫する必要がある。従来においては、高温ガスを減温し、例えば酸化亜鉛、酸化鉄等の脱Ｓ剤を供給して除去するガス浄化装置が提案されている（特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３８１６４号公報
【特許文献２】特開２００５−２３９９０５号公報
【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、従来のガス浄化装置では、排ガス中のタール成分が脱Ｓ剤の表面を覆い、脱Ｓ性能を十分に発揮することができない、という問題がある。
【０００７】
特に、バイオマス等のガス化物を用いガス化し、該ガスを用いて、触媒によってメタノール等のガスを改質する場合においては、触媒被毒の原因となるＳ成分（硫化カルボニル：ＣＯＳ）の浄化効率のよいガス浄化装置の出現が望まれている。
【０００８】
特に、バイオマス等のガス化物を用いガス化し、該ガスを用いて、ガスエンジン、ガスタービン、燃料電池等の各種発電装置で発電する場合においては、クリーンなガス成分であることが要求され、特に燃料電池等の触媒被毒の原因となるＳ成分の浄化効率のよいガス浄化装置の出現が望まれている。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑み、タール成分の影響を除去してＳ成分の除去効率が向上するガス浄化装置及び方法、並びにそれを用いたガス化システム、ガス化発電システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、少なくとも硫黄（Ｓ）成分及びタール分を含有する高温ガスのガス温度を減温させるガス冷却装置と、前記ガス冷却装置で減温された冷却ガス中に、タール除去助剤を供給するタール除去助剤供給装置と、タール除去後のガス中の煤塵を集塵する濾過膜を備えてなる第１の集塵装置と、前記第１の集塵装置の後流側に設けられ、タール分が除去されたガスを加熱するガス加熱装置と、加熱後のガスに粉体状の脱Ｓ剤を供給する脱Ｓ剤供給装置と、前記ガス中の煤塵を集塵する濾過膜を備えてなると共に該濾過膜の表面に脱Ｓ剤の堆積層を形成してなる第２の集塵装置とを具備してなることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記硫黄（Ｓ）成分が硫化物又は酸化硫黄であることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１２】
第３の発明は、第１の発明において、前記ガスが還元性ガスであることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１３】
第４の発明は、第３の発明において、前記還元性ガスがガス化物を熱分解して改質したガスであることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１４】
第５の発明は、第１の発明において、前記ガス冷却装置におけるガス減温温度が１００〜１８０℃であることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１５】
第６の発明は、第１の発明において、前記加熱装置で加熱するガス加熱温度が第１の集塵装置の出口温度から２０℃以上高い温度であることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１６】
第７の発明は、第１の発明において、前記ガスに少なくとも酸性ガス成分を含み、前記ガス中に酸性ガス中和剤を供給する酸性ガス中和剤供給装置を具備することを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１７】
第８の発明は、第１の発明において、前記ガス加熱装置の前流側又は後流側のいずれかに硫化カルボニル（ＣＯＳ）を分解除去するＣＯＳ分解装置を具備してなることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１８】
第９の発明は、第７の発明において、酸性ガス中和剤とタール除去助剤とを同時に供給してなることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１９】
第１０の発明は、第１の発明において、前記酸性ガス中和剤が、中和剤アルカリ、セメント、活性炭、珪藻土のうちの少なくとも一種又はこれらの混合物であることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００２０】
第１１の発明は、第１の発明において、前記脱Ｓ剤が、酸化亜鉛、酸化鉄、亜鉛・鉄化合物、酸化ニッケル、酸化銅、酸化コバルト、酸化モリブデン、活性炭の少なくとも一種又はこれらの混合物であることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００２１】
第１２の発明は、第１の発明において、前記ＣＯＳ分解剤が、クロム、クロム酸化物、モリブデン、モリブデン酸化物、バリウム、アルミナ、チタニア及びニッケルのうちの少なくとも一種又はこれらの混合物であることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００２２】
第１３の発明は、第１乃至１２のいずれか一つの発明において、ガス加熱装置の熱源が、高温ガス、加熱水蒸気、加熱空気又はガス化炭化物を燃焼した燃焼ガスのいずれかであることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００２３】
第１４の発明は、第１乃至１３のいずれか一つのガス浄化装置を備えてなることを特徴とするガス化システムにある。
【００２４】
第１５の発明は、第１乃至１３のいずれか一つのガス浄化装置を備えてなることを特徴とするガス化発電システムにある。
【００２５】
第１６の発明は、第１４の発明において、高温のガスを得るガス化炉が、バイオマスガス化炉、ゴミガス化炉、下水汚泥ガス化炉、石炭ガス化炉のいずれか一つであることを特徴とするガス化システムにある。
【００２６】
第１７の発明は、第１５の発明において、高温のガスを得るガス化炉が、バイオマスガス化炉、ゴミガス化炉、下水汚泥ガス化炉、石炭ガス化炉のいずれか一つであることを特徴とするガス化発電システムにある。
【００２７】
第１８の発明は、少なくとも硫黄（Ｓ）成分及びタール分を含有する高温ガスを減温させ、前記減温されたガス中にタール除去助剤を供給し、ガス中のタール分を除去した後、粉体状の脱Ｓ剤を供給し、前記ガス中の煤塵を集塵する濾過膜を備えた集塵装置で濾過膜の表面に脱Ｓ剤の堆積層を形成し、硫黄（Ｓ）成分を捕集することを特徴とするガス浄化方法にある。
【００２８】
第１９の発明は、第１８の発明において、前記ガス中に含まれる酸性成分を酸性ガス中和剤で同時に捕集することを特徴とするガス浄化方法にある。
【００２９】
第２０の発明は、第１８又は１９の発明において、前記還元性ガスがガス化物を熱分解して改質したガスであることを特徴とするガス浄化方法にある。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、高温ガスを減温し、ガス中のタール成分を予め除去することで、脱Ｓ性能を向上させることができ、長期間に亙って、安定して硫化水素の除去処理をすることができる。
【００３１】
また、ＣＯＳ分解装置を介装することでガス中の硫化カルボニル（ＣＯＳ）を分解して、後流側での例えばガスエンジン等の長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００３３】
本発明による実施例に係るガス浄化装置について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例１に係るガス浄化装置を示す概念図である。
図１に示すように、本実施例に係るガス浄化装置１０Ａは、少なくとも硫黄（Ｓ）成分及びタール分を含有する高温ガス１１のガス温度を減温させるガス冷却装置１２と、前記ガス冷却装置１２で減温された冷却ガス１３中に、タール除去助剤１４を供給するタール除去助剤供給装置１５と、タール除去後のガス中の煤塵を集塵する濾過膜を備えてなると共に該濾過膜の表面にタール除去助剤１４の堆積層を形成してなる第１の集塵装置１６と、前記第１の集塵装置１６の後流側に設けられ、第１の集塵装置１６通過後のガスを加熱するガス加熱装置１７と、加熱後のガスに粉体状の脱Ｓ剤１８を供給する脱Ｓ剤供給装置１９と、前記ガス中の煤塵を集塵する濾過膜を備えてなると共に該濾過膜の表面に脱Ｓ剤１８の堆積層を形成してなる第２の集塵装置２０とを具備してなるものである。なお、図中符号２９はガスを第１の集塵装置１６及び第２の集塵装置２０に供給するガス供給管を図示する。
【００３４】
その後、前記第２の集塵装置２０で浄化された浄化ガス２１は誘引送風機２２等により発電設備である例えばガスエンジン（Ｇ／Ｅ）２３等に送られ、ここで、エネルギー変換して発電に供している。
【００３５】
また、第１の集塵装置１６で例えば逆洗浄操作によって定期的に払い落とされる堆積層であるダスト２５はその一部２５ａを分離装置２６により分離し、再度ガス供給管２７に戻して、再利用を図るようにしてもよい。
同様に、第２の集塵装置２０で例えば逆洗浄操作によって定期的に払い落とされる堆積層であるダスト２８はその一部２８ａを分離装置２６により分離し、再度ガス供給管２９に戻して、再利用を図るようにしてもよい。
【００３６】
ここで、本発明でタール分とは、ガス化物をガス化した際に副生される、有機物の熱分解などで生じる粘稠な油状物質であり、芳香族炭化水素を主成分とするものである。
このタール分を除去することで、後流側に設けた第２の集塵装置２０における脱Ｓ性能が大幅に向上することになる。
それは、タール分を含むガスに脱Ｓ剤を供給する場合には、脱Ｓ剤の表面をタールミストが覆い、脱Ｓ性能を十分に発揮することができないからである。
【００３７】
ここで、タール除去助剤１４としては、例えば珪藻土、パーライト、ゼオライト、消石灰、生石灰、Ｎａ系反応剤（重曹、Ｎａ2ＣＯ3、ＮａＯＨ等）、ゼオライト、活性炭、活性コークス等を例示することができる。
【００３８】
これらの内で、消石灰、生石灰、Ｎａ系反応剤等は排ガス中の酸性物質（ＨＣｌ、ＳＯx）を除去する酸性ガス中和剤として機能するので、タール成分を除去する併用効果があるので、好ましい。
【００３９】
また、ゼオライト、活性炭、活性コークスは、排ガス中の微粒有害物(例えばダイオキシン類、有機ハロゲン化物等)を除去すると共に、タール成分を除去する併用効果があるので、好ましい。
【００４０】
本発明で前記硫黄（Ｓ）成分とは、Ｈ2Ｓ、ＣＯＳ等の硫化物又はＳ2Ｏ、ＳＯ、ＳＯ2、ＳＯ3、Ｓ2Ｏ3等の酸化硫黄であるが、ガス中に存在するＳ成分であればこれらに限定されるものではない。
【００４１】
本発明で生成ガス中の硫黄成分を除去する脱Ｓ剤１８としては、例えば酸化亜鉛、炭酸亜鉛、酸化鉄、水酸化鉄、亜鉛・鉄化合物、ニッケル等の遷移金属の酸化物、銅、酸化銅、活性炭、ゼオライト等を挙げることができ、特に酸化亜鉛が好ましい。これは下記反応式及び後述する試験例にも示すように、硫化水素と反応した場合において、水分発生量が少ないからである。
【００４２】
前記脱Ｓ剤は粉体状であり、その大きさは数１０μｍ〜数１００μｍ程度とすればよい。これにより、Ｓ成分との接触面積が増大し、反応効率が向上する。この結果、利用率の向上及び除去効率が向上する。
【００４３】
前記Ｓ成分である例えば硫化水素を酸化亜鉛（ＺｎＯ）と酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）を用いて分解除去する場合には、以下の式（１）及び（２）のようになる。
ＺｎＯ＋Ｈ2Ｓ→ＺｎＳ＋Ｈ2Ｏ・・・（１）
Ｆｅ2Ｏ3＋２Ｈ2Ｓ＋Ｈ2→２ＦｅＳ＋３Ｈ2Ｏ・・・（２）
このように、ＺｎＯの場合には水分の発生がＦｅ2Ｏ3よりも１／３も少なく、周囲に多少水分があっても影響を受けにくく、反応の進行が良好となる。
【００４４】
また前記ガスは特に限定されるものではなく、燃料排ガス中の脱硫も行うことができる。
さらに、本発明では、ガスとして還元性ガスの場合が好適であり、Ｓ成分がＨ2Ｓである場合に特に有効である。ここで、前記還元性ガスとしては、ガス化物を熱分解したガス又はガス化物を熱分解して改質したガスのいずれか一方又は両方を含むものを挙げることができる。
【００４５】
前記還元性ガスの一例としては、ガス化物を熱分解して改質したＯ2成分が少ないガスを挙げることができる。酸素の無い状態で分解されるので、ほとんど還元物質と水蒸気であり、その組成としては、例えばＣＯ、Ｈ2Ｓ、ＣＯＳ、ＨＣＮ、Ｈ2等である。
【００４６】
前記ガス化物としては、例えばバイオマス、木屑、ごみ、下水汚泥、廃棄物、石炭等を挙げることができ、これらをガス化炉でガス化し、ガス化した生成ガスを改質して、可燃ガスである一酸化炭素や水素にするようにしている。
【００４７】
ここで、ガス化した生成ガスは、高温ガス（例えば４００〜１５００℃、特に６００℃以上）１１であるので、浄化するために減温する必要がある。
そこで、本発明においては、前記ガス冷却装置１２において、先ず１８０℃以下、より好ましくは１５０℃以下まで減温するようにしている。
よって、所定温度まで冷却された冷却ガス１３は、タール除去助剤供給装置１５から供給されるタール除去助剤１４を同伴して、第１の集塵装置１６に送られ、この第１の集塵装置で、集塵すると共に、前記タール除去助剤の堆積層を形成することで、排ガス中のタール成分を効率良く除去するようにしている。
【００４８】
ここで、前記第１の集塵装置１６としては、濾過式の例えばバグフィルタ等のような濾布を用いている。
また、減温（Ｔ１）の下限値は１００℃、好ましくは１２０℃とするのがよい。これは酸露点により、水分が発生し、乾式濾過に不具合が生じるからである。よって、酸露天以上１５０℃以下とすることで、タール成分を確実に除去することができることとなる。
【００４９】
このように、所定温度以下まで冷却した冷却ガス１３中にタール除去助剤１４を供給して排ガス中のタール成分を除去することができる。
このタール成分が除去された排ガスは、次にガス加熱装置１７に導入され、ガス温度（Ｔ２）をガス冷却装置１２での減温（Ｔ１）よりも約２０℃以上、より好ましくは５０℃以上まで加熱するようにしている。
この加熱は高ければ高いほど脱Ｓ性能が向上するので好ましく、例えば４５０℃程度とするのがよい。
【００５０】
ここで、図９にタール分や煤塵を含む排ガス中のＨ2Ｓ除去性能について説明する。
図９において、集塵装置としてバグフィルタを用い、実線は模擬ガスを導入してＨ2Ｓを１６０℃で除去した場合の除去率を示す。
前記脱Ｓ剤としてはＺｎＯを用いた。
ここで、図９中縦軸はＨ2Ｓ除去率（％）であり、横軸はＺｎＯ比である。
図９に示すように、実ガス（図中破線で示す）の場合には、Ｈ２Ｓ除去温度が２２０℃においても９０％除去率を達成する場合には、ＺｎＯ当量比が２．５以上であるのに対し、タールを含んでいない模擬ガスの場合には、除去温度が１６０℃でＺｎＯ当量比が１．７程度であった。
よって、脱Ｓ処理を行う場合には、タール成分を予め除去する必要があることが判明した。
【００５１】
このように、高温ガスを所定温度以下まで減温させた後に、ガス中のタール成分を除去し、その後Ｓ成分の除去効率が向上することとなる。
また、湿式の脱硫設備に較べて、排水がないので、後処理が容易である。
特に、本発明のガス浄化装置は、水供給量が不足する地域又は排水処理基準が厳しい地域における排ガス処理としての乾式の脱硫処理に用いて好適なものとなる。
【００５２】
本実施例では、集塵装置１６の濾過膜において、脱Ｓ剤１８の堆積層を形成することで、脱Ｓ処理を行うようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、濾過膜を構成する繊維材料に前記脱Ｓ剤を予め担持させるようにしてもよい。また、繊維材料に前記脱Ｓ剤を繊維化して織り込むようにしてもよい。
このような場合には、脱Ｓ剤供給装置１９が不要となり、更に簡易な構成となる。
【実施例２】
【００５３】
本発明による実施例に係るガス浄化装置について、図面を参照して説明する。
図２は、実施例２に係るガス浄化装置を示す概念図である。
図２に示すように、本実施例に係るガス浄化装置１０Ｂは、実施例１のガス浄化装置１０Ａにおいて、前記ガス加熱装置１７と前記第２の集塵装置２０との間のガス冷却管２９−２に硫化カルボニル（酸化硫化炭素：ｃａｒｂｏｎ ｏｘｉｄｅ ｓｕｌｆｉｄｅ（ＣＯＳ））を分解するＣＯＳ分解装置３１を介装している。
【００５４】
ここで、前記ＣＯＳ分解装置３１に用いるＣＯＳ分解剤としては、例えばクロム、クロム酸化物、モリブデン、モリブデン酸化物、バリウム、アルミナ、チタニア及びニッケルのうちの少なくとも一種又はこれらの混合物を用いることができる。
このＣＯＳ分解剤をＣＯＳ分解装置に充填し、この中をタール成分が除去されたガスを通過させることで、ガス中の硫化カルボニル（ＣＯＳ）をＨ2Ｓに効率良く分解若しくは転換することができる。
【００５５】
前記ＣＯＳ分解装置３１で分解されたＣＯＳの分解物であるＨ2Ｓは、導入される脱Ｓ剤により第２の集塵装置で併せて除去されることとなる。
【００５６】
本発明では、ガス加熱装置１７をＣＯＳ分解装置３１の前流側に設けてＣＯＳ分解の触媒活性を高めているが、本発明はこれに限定されるものではなく、後流側に設けるようにしてもよい。
【実施例３】
【００５７】
本発明による実施例に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムについて、図面を参照して説明する。
図３は、実施例３に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムを示す概念図である。図３に示すように、本実施例に係るガス発電システム１００Ａは、実施例２のガス浄化装置１０Ｂをガス化炉６１の後流側に設けたものである。前記ガス化炉６１は例えば炭素質燃料（バイオマス等）のガス化物６２をガス化させるものであり、得られた生成ガス６３をその後流側に設けた改質装置６４により改質し、ＣＯ、Ｈ2成分リッチガスとするようにしている。
【００５８】
そして、本実施例では、前記ガス火炉６１でガス化した際の固形排出物である炭化物６０を用いて、ガス加熱装置１７Ａのバーナ燃料とし、直接加熱するようにしている。
【００５９】
よって、第１集塵装置１６でタールの除去及び集塵がなされたガスの加熱燃料としてガス発電システム１００Ａ内でその熱交換エネルギーを賄うことができ、エネルギーの有効利用を図ることができる。
【実施例４】
【００６０】
本発明による実施例に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムについて、図面を参照して説明する。
図４は、実施例４に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムを示す概念図である。図４に示すように、本実施例に係るガス発電システム１００Ｂは、実施例３のガス発電システム１００Ａの改質装置６４の後流側に熱交換器６５を設けたものである。そして、前記熱交換器６５に導入する空気６６を熱交換して加熱空気６７としている。該加熱空気６７をガス加熱装置（ＧＧＨ）１７Ｂに供給して、第１の集塵装置１６から排出されたガスを所定温度まで加熱するようにしている。
【００６１】
よって、第１集塵装置１６でタールの除去及び集塵がなされたガスの加熱源として加熱空気６７を用いることで、ガス発電システム１００Ａ内でその熱交換エネルギーを賄うことができ、エネルギーの有効利用を図ることができる。
【実施例５】
【００６２】
本発明による実施例に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムについて、図面を参照して説明する。
図５は、実施例５に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムを示す概念図である。図５に示すように、本実施例に係るガス発電システム１００Ｃは、実施例３のガス発電システム１００Ａの改質装置６４の後流側に蒸気ボイラ６８を設けたものである。そして、前記蒸気ボイラ６８からの高温水蒸気６９をガス加熱装置（ＳＧＨ）１７Ｃに供給して、第１の集塵装置１６から排出されたガスを所定温度まで加熱するようにしている。
【００６３】
よって、第１集塵装置１６でタールの除去及び集塵がなされたガスの加熱源として高温水蒸気６９を用いることで、ガス発電システム１００Ａ内でその熱交換エネルギーを賄うことができ、エネルギーの有効利用を図ることができる。
【実施例６】
【００６４】
本発明による実施例に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムについて、図面を参照して説明する。
図６は、実施例６に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムを示す概念図である。図６に示すように、本実施例に係るガス発電システム１００Ｄは、実施例５のガス発電システム１００Ｃにおいて、蒸気ボイラ６８からの高温ガス１１をガス供給管２９−３によりガス加熱装置（ＧＧＨ）１７Ｂに供給し、ここでガスガス熱交換させ、その後ガス供給管２９−４を経由してガス冷却装置１２に生成ガス６３を送り、ここで冷却ガス１３としている。
その後タール分の除去及Ｓ成分の除去を行うようにしている。
【００６５】
よって、蒸気ボイラ６８を通過した高温ガス１１を用いてガス加熱装置１７Ｂでガスガス交換することで、ガス発電システム１００Ａ内でその熱交換エネルギーを賄うことができ、エネルギーの有効利用を図ることができる。
【実施例７】
【００６６】
本発明による実施例に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムについて、図面を参照して説明する。
図７は、実施例７に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムを示す概念図である。図７に示すように、本実施例に係るガス発電システム１００Ｅは、実施例６のガス発電システム１００Ｄのガス加熱装置１７ＢとＣＯＳ分解装置３１とを一体型として熱交換一体型ＣＯＳ分解装置３１Ａとしている。
【００６７】
前記熱交換一体型のＣＯＳ分解装置３１Ａは、熱交換器のガス接触部表面を前記例えばクロム、クロム酸化物、モリブデン、モリブデン酸化物、バリウム、アルミナ、チタニア及びニッケルのうちの少なくとも一種又はこれらの混合物の固形物をＣＯＳ転換触媒として設け、この触媒表面をガスが通過する際に、ＣＯＳ除去を行うようにしている。
よって、別途ガス加熱装置を設けることがなく、省スペース化を図ることができる。
【実施例８】
【００６８】
本発明による実施例に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムについて、図面を参照して説明する。
図８は、実施例８に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムを示す概念図である。図８に示すように、本実施例に係るガス発電システム１００Ｆは、実施例７の蒸気ボイラ６８と熱交換一体型ＣＯＳ分解装置３１Ａとの間のガス供給管２９−３に、高温集塵装置７０を介装している。ここで、高温集塵装置７０としては、セラミックろ布、セラミック焼結体、粒子充填層フィルタを備えた集塵装置を例示することができる。
【００６９】
これにより、高温ガス１１中の煤塵を除去し、熱交換器での閉塞等が発生することを防止するようにしている。
また、第１の集塵装置１６からのガス中のＳ成分（Ｈ2Ｓ，ＳＯｘ）の成分量を計測するモニタ装置を設け、該モニタ装置の情報を演算装置（ＣＰＵ）で処理し、脱Ｓ剤１８の供給を制御するようにしてもよい。これにより、常に適切な範囲の脱Ｓ剤１８を供給することができ、効率的なガスの浄化が可能となる。また、第１の集塵装置１６の集塵力及びガス浄化力の判断の指標とすることができる。
【００７０】
発電設備として、ガスエンジンに限定されるものではなく、ガスタービン、燃料電池等のガスを用いて発電することができる各種発電装置におけるガスの浄化に適用することができる。
【００７１】
なお、本実施例では、ガス化発電システムにおけるガス浄化装置を適用した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばバイオマスからのガス化ガスを改質してメタノール等を得るシステムに適用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、本発明にかかるガス浄化装置は、高温ガスを減温し、タール成分を効率的に除去することで、脱Ｓ性能を向上することができ、これにより、長期間に亙って、ガスの浄化処理することができ、ガス化ガスの精製に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】実施例１にかかるガス浄化装置の概略図である。
【図２】実施例２にかかるガス浄化装置の概略図である。
【図３】実施例３にかかるガス発電システムの概略図である。
【図４】実施例４にかかるガス発電システムの概略図である。
【図５】実施例５にかかるガス発電システムの概略図である。
【図６】実施例６にかかるガス発電システムの概略図である。
【図７】実施例７にかかるガス発電システムの概略図である。
【図８】実施例８にかかるガス発電システムの概略図である。
【図９】硫化水素除去率を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０Ａ〜１０Ｂ ガス浄化装置
１００Ａ〜１００Ｆ ガス発電システム
１１ 高温ガス
１２ ガス冷却装置
１３ 冷却ガス
１４ タール除去助剤
１５ タール除去助剤供給装置
１６ 第１の集塵装置
１７ ガス加熱装置
１８ 脱Ｓ剤
１９ 脱Ｓ剤供給装置
２０ 第２の集塵装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばバイオマス等をガス化したガス中のＳ成分を除去するガス浄化装置及び方法、並びにそれを用いたガス化システム、ガス化発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ごみ、下水汚泥、産業用廃棄物などの有機系廃棄物からエネルギー回収を図るために、廃棄物を熱分解によりガス化して燃料用ガス（ガス化ガス）を得るガス変換技術が、環境保全及び省資源の観点から注目されている。
【０００３】
このガス変換技術のシステムとしては、廃棄物に水蒸気を添加して４００〜８００℃でガス化し、さらに１３００〜１５００℃でクラッキングして、煤を含まないクリーンなＣＯ、Ｈ2リッチガスを得るシステムが開発されている。このシステムにおいては、ガス化剤（蒸気、酸素）を高温で供給することにより、部分燃焼割合を少なくして発熱量の高いガスを得て、このガス（燃料用ガス）により発電装置による発電などが行われる（特許文献１）。
【０００４】
該ガス化ガス中には硫黄（Ｓ）成分が微量に含まれているので、脱硫する必要がある。従来においては、高温ガスを減温し、例えば酸化亜鉛、酸化鉄等の脱Ｓ剤を供給して除去するガス浄化装置が提案されている（特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３８１６４号公報
【特許文献２】特開２００５−２３９９０５号公報
【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、従来のガス浄化装置では、排ガス中のタール成分が脱Ｓ剤の表面を覆い、脱Ｓ性能を十分に発揮することができない、という問題がある。
【０００７】
特に、バイオマス等のガス化物を用いガス化し、該ガスを用いて、触媒によってメタノール等のガスを改質する場合においては、触媒被毒の原因となるＳ成分（硫化カルボニル：ＣＯＳ）の浄化効率のよいガス浄化装置の出現が望まれている。
【０００８】
特に、バイオマス等のガス化物を用いガス化し、該ガスを用いて、ガスエンジン、ガスタービン、燃料電池等の各種発電装置で発電する場合においては、クリーンなガス成分であることが要求され、特に燃料電池等の触媒被毒の原因となるＳ成分の浄化効率のよいガス浄化装置の出現が望まれている。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑み、タール成分の影響を除去してＳ成分の除去効率が向上するガス浄化装置及び方法、並びにそれを用いたガス化システム、ガス化発電システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、少なくとも硫黄（Ｓ）成分及びタール分を含有する高温ガスのガス温度を減温させるガス冷却装置と、前記ガス冷却装置で減温された冷却ガス中に、タール除去助剤を供給するタール除去助剤供給装置と、タール除去後のガス中の煤塵を集塵する濾過膜を備えてなる第１の集塵装置と、前記第１の集塵装置の後流側に設けられ、タール分が除去されたガスを加熱するガス加熱装置と、加熱後のガスに粉体状の脱Ｓ剤を供給する脱Ｓ剤供給装置と、前記ガス中の煤塵を集塵する濾過膜を備えてなると共に該濾過膜の表面に脱Ｓ剤の堆積層を形成してなる第２の集塵装置とを具備してなることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記硫黄（Ｓ）成分が硫化物又は酸化硫黄であることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１２】
第３の発明は、第１の発明において、前記ガスが還元性ガスであることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１３】
第４の発明は、第３の発明において、前記還元性ガスがガス化物を熱分解して改質したガスであることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１４】
第５の発明は、第１の発明において、前記ガス冷却装置におけるガス減温温度が１００〜１８０℃であることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１５】
第６の発明は、第１の発明において、前記加熱装置で加熱するガス加熱温度が第１の集塵装置の出口温度から２０℃以上高い温度であることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１６】
第７の発明は、第１の発明において、前記ガスに少なくとも酸性ガス成分を含み、前記ガス中に酸性ガス中和剤を供給する酸性ガス中和剤供給装置を具備することを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１７】
第８の発明は、第１の発明において、前記ガス加熱装置の前流側又は後流側のいずれかに硫化カルボニル（ＣＯＳ）を分解除去するＣＯＳ分解装置を具備してなることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１８】
第９の発明は、第７の発明において、酸性ガス中和剤とタール除去助剤とを同時に供給してなることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００１９】
第１０の発明は、第１の発明において、前記酸性ガス中和剤が、中和剤アルカリ、セメント、活性炭、珪藻土のうちの少なくとも一種又はこれらの混合物であることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００２０】
第１１の発明は、第１の発明において、前記脱Ｓ剤が、酸化亜鉛、酸化鉄、亜鉛・鉄化合物、酸化ニッケル、酸化銅、酸化コバルト、酸化モリブデン、活性炭の少なくとも一種又はこれらの混合物であることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００２１】
第１２の発明は、第１の発明において、前記ＣＯＳ分解剤が、クロム、クロム酸化物、モリブデン、モリブデン酸化物、バリウム、アルミナ、チタニア及びニッケルのうちの少なくとも一種又はこれらの混合物であることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００２２】
第１３の発明は、第１乃至１２のいずれか一つの発明において、ガス加熱装置の熱源が、高温ガス、加熱水蒸気、加熱空気又はガス化炭化物を燃焼した燃焼ガスのいずれかであることを特徴とするガス浄化装置にある。
【００２３】
第１４の発明は、第１乃至１３のいずれか一つのガス浄化装置を備えてなることを特徴とするガス化システムにある。
【００２４】
第１５の発明は、第１乃至１３のいずれか一つのガス浄化装置を備えてなることを特徴とするガス化発電システムにある。
【００２５】
第１６の発明は、第１４の発明において、高温のガスを得るガス化炉が、バイオマスガス化炉、ゴミガス化炉、下水汚泥ガス化炉、石炭ガス化炉のいずれか一つであることを特徴とするガス化システムにある。
【００２６】
第１７の発明は、第１５の発明において、高温のガスを得るガス化炉が、バイオマスガス化炉、ゴミガス化炉、下水汚泥ガス化炉、石炭ガス化炉のいずれか一つであることを特徴とするガス化発電システムにある。
【００２７】
第１８の発明は、少なくとも硫黄（Ｓ）成分及びタール分を含有する高温ガスを減温させ、前記減温されたガス中にタール除去助剤を供給し、ガス中のタール分を除去した後、粉体状の脱Ｓ剤を供給し、前記ガス中の煤塵を集塵する濾過膜を備えた集塵装置で濾過膜の表面に脱Ｓ剤の堆積層を形成し、硫黄（Ｓ）成分を捕集することを特徴とするガス浄化方法にある。
【００２８】
第１９の発明は、第１８の発明において、前記ガス中に含まれる酸性成分を酸性ガス中和剤で同時に捕集することを特徴とするガス浄化方法にある。
【００２９】
第２０の発明は、第１８又は１９の発明において、前記還元性ガスがガス化物を熱分解して改質したガスであることを特徴とするガス浄化方法にある。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、高温ガスを減温し、ガス中のタール成分を予め除去することで、脱Ｓ性能を向上させることができ、長期間に亙って、安定して硫化水素の除去処理をすることができる。
【００３１】
また、ＣＯＳ分解装置を介装することでガス中の硫化カルボニル（ＣＯＳ）を分解して、後流側での例えばガスエンジン等の長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００３３】
本発明による実施例に係るガス浄化装置について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例１に係るガス浄化装置を示す概念図である。
図１に示すように、本実施例に係るガス浄化装置１０Ａは、少なくとも硫黄（Ｓ）成分及びタール分を含有する高温ガス１１のガス温度を減温させるガス冷却装置１２と、前記ガス冷却装置１２で減温された冷却ガス１３中に、タール除去助剤１４を供給するタール除去助剤供給装置１５と、タール除去後のガス中の煤塵を集塵する濾過膜を備えてなると共に該濾過膜の表面にタール除去助剤１４の堆積層を形成してなる第１の集塵装置１６と、前記第１の集塵装置１６の後流側に設けられ、第１の集塵装置１６通過後のガスを加熱するガス加熱装置１７と、加熱後のガスに粉体状の脱Ｓ剤１８を供給する脱Ｓ剤供給装置１９と、前記ガス中の煤塵を集塵する濾過膜を備えてなると共に該濾過膜の表面に脱Ｓ剤１８の堆積層を形成してなる第２の集塵装置２０とを具備してなるものである。なお、図中符号２９はガスを第１の集塵装置１６及び第２の集塵装置２０に供給するガス供給管を図示する。
【００３４】
その後、前記第２の集塵装置２０で浄化された浄化ガス２１は誘引送風機２２等により発電設備である例えばガスエンジン（Ｇ／Ｅ）２３等に送られ、ここで、エネルギー変換して発電に供している。
【００３５】
また、第１の集塵装置１６で例えば逆洗浄操作によって定期的に払い落とされる堆積層であるダスト２５はその一部２５ａを分離装置２６により分離し、再度ガス供給管２７に戻して、再利用を図るようにしてもよい。
同様に、第２の集塵装置２０で例えば逆洗浄操作によって定期的に払い落とされる堆積層であるダスト２８はその一部２８ａを分離装置２６により分離し、再度ガス供給管２９に戻して、再利用を図るようにしてもよい。
【００３６】
ここで、本発明でタール分とは、ガス化物をガス化した際に副生される、有機物の熱分解などで生じる粘稠な油状物質であり、芳香族炭化水素を主成分とするものである。
このタール分を除去することで、後流側に設けた第２の集塵装置２０における脱Ｓ性能が大幅に向上することになる。
それは、タール分を含むガスに脱Ｓ剤を供給する場合には、脱Ｓ剤の表面をタールミストが覆い、脱Ｓ性能を十分に発揮することができないからである。
【００３７】
ここで、タール除去助剤１４としては、例えば珪藻土、パーライト、ゼオライト、消石灰、生石灰、Ｎａ系反応剤（重曹、Ｎａ2ＣＯ3、ＮａＯＨ等）、ゼオライト、活性炭、活性コークス等を例示することができる。
【００３８】
これらの内で、消石灰、生石灰、Ｎａ系反応剤等は排ガス中の酸性物質（ＨＣｌ、ＳＯx）を除去する酸性ガス中和剤として機能するので、タール成分を除去する併用効果があるので、好ましい。
【００３９】
また、ゼオライト、活性炭、活性コークスは、排ガス中の微粒有害物(例えばダイオキシン類、有機ハロゲン化物等)を除去すると共に、タール成分を除去する併用効果があるので、好ましい。
【００４０】
本発明で前記硫黄（Ｓ）成分とは、Ｈ2Ｓ、ＣＯＳ等の硫化物又はＳ2Ｏ、ＳＯ、ＳＯ2、ＳＯ3、Ｓ2Ｏ3等の酸化硫黄であるが、ガス中に存在するＳ成分であればこれらに限定されるものではない。
【００４１】
本発明で生成ガス中の硫黄成分を除去する脱Ｓ剤１８としては、例えば酸化亜鉛、炭酸亜鉛、酸化鉄、水酸化鉄、亜鉛・鉄化合物、ニッケル等の遷移金属の酸化物、銅、酸化銅、活性炭、ゼオライト等を挙げることができ、特に酸化亜鉛が好ましい。これは下記反応式及び後述する試験例にも示すように、硫化水素と反応した場合において、水分発生量が少ないからである。
【００４２】
前記脱Ｓ剤は粉体状であり、その大きさは数１０μｍ〜数１００μｍ程度とすればよい。これにより、Ｓ成分との接触面積が増大し、反応効率が向上する。この結果、利用率の向上及び除去効率が向上する。
【００４３】
前記Ｓ成分である例えば硫化水素を酸化亜鉛（ＺｎＯ）と酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）を用いて分解除去する場合には、以下の式（１）及び（２）のようになる。
ＺｎＯ＋Ｈ2Ｓ→ＺｎＳ＋Ｈ2Ｏ・・・（１）
Ｆｅ2Ｏ3＋２Ｈ2Ｓ＋Ｈ2→２ＦｅＳ＋３Ｈ2Ｏ・・・（２）
このように、ＺｎＯの場合には水分の発生がＦｅ2Ｏ3よりも１／３も少なく、周囲に多少水分があっても影響を受けにくく、反応の進行が良好となる。
【００４４】
また前記ガスは特に限定されるものではなく、燃料排ガス中の脱硫も行うことができる。
さらに、本発明では、ガスとして還元性ガスの場合が好適であり、Ｓ成分がＨ2Ｓである場合に特に有効である。ここで、前記還元性ガスとしては、ガス化物を熱分解したガス又はガス化物を熱分解して改質したガスのいずれか一方又は両方を含むものを挙げることができる。
【００４５】
前記還元性ガスの一例としては、ガス化物を熱分解して改質したＯ2成分が少ないガスを挙げることができる。酸素の無い状態で分解されるので、ほとんど還元物質と水蒸気であり、その組成としては、例えばＣＯ、Ｈ2Ｓ、ＣＯＳ、ＨＣＮ、Ｈ2等である。
【００４６】
前記ガス化物としては、例えばバイオマス、木屑、ごみ、下水汚泥、廃棄物、石炭等を挙げることができ、これらをガス化炉でガス化し、ガス化した生成ガスを改質して、可燃ガスである一酸化炭素や水素にするようにしている。
【００４７】
ここで、ガス化した生成ガスは、高温ガス（例えば４００〜１５００℃、特に６００℃以上）１１であるので、浄化するために減温する必要がある。
そこで、本発明においては、前記ガス冷却装置１２において、先ず１８０℃以下、より好ましくは１５０℃以下まで減温するようにしている。
よって、所定温度まで冷却された冷却ガス１３は、タール除去助剤供給装置１５から供給されるタール除去助剤１４を同伴して、第１の集塵装置１６に送られ、この第１の集塵装置で、集塵すると共に、前記タール除去助剤の堆積層を形成することで、排ガス中のタール成分を効率良く除去するようにしている。
【００４８】
ここで、前記第１の集塵装置１６としては、濾過式の例えばバグフィルタ等のような濾布を用いている。
また、減温（Ｔ１）の下限値は１００℃、好ましくは１２０℃とするのがよい。これは酸露点により、水分が発生し、乾式濾過に不具合が生じるからである。よって、酸露天以上１５０℃以下とすることで、タール成分を確実に除去することができることとなる。
【００４９】
このように、所定温度以下まで冷却した冷却ガス１３中にタール除去助剤１４を供給して排ガス中のタール成分を除去することができる。
このタール成分が除去された排ガスは、次にガス加熱装置１７に導入され、ガス温度（Ｔ２）をガス冷却装置１２での減温（Ｔ１）よりも約２０℃以上、より好ましくは５０℃以上まで加熱するようにしている。
この加熱は高ければ高いほど脱Ｓ性能が向上するので好ましく、例えば４５０℃程度とするのがよい。
【００５０】
ここで、図９にタール分や煤塵を含む排ガス中のＨ2Ｓ除去性能について説明する。
図９において、集塵装置としてバグフィルタを用い、実線は模擬ガスを導入してＨ2Ｓを１６０℃で除去した場合の除去率を示す。
前記脱Ｓ剤としてはＺｎＯを用いた。
ここで、図９中縦軸はＨ2Ｓ除去率（％）であり、横軸はＺｎＯ比である。
図９に示すように、実ガス（図中破線で示す）の場合には、Ｈ２Ｓ除去温度が２２０℃においても９０％除去率を達成する場合には、ＺｎＯ当量比が２．５以上であるのに対し、タールを含んでいない模擬ガスの場合には、除去温度が１６０℃でＺｎＯ当量比が１．７程度であった。
よって、脱Ｓ処理を行う場合には、タール成分を予め除去する必要があることが判明した。
【００５１】
このように、高温ガスを所定温度以下まで減温させた後に、ガス中のタール成分を除去し、その後Ｓ成分の除去効率が向上することとなる。
また、湿式の脱硫設備に較べて、排水がないので、後処理が容易である。
特に、本発明のガス浄化装置は、水供給量が不足する地域又は排水処理基準が厳しい地域における排ガス処理としての乾式の脱硫処理に用いて好適なものとなる。
【００５２】
本実施例では、集塵装置１６の濾過膜において、脱Ｓ剤１８の堆積層を形成することで、脱Ｓ処理を行うようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、濾過膜を構成する繊維材料に前記脱Ｓ剤を予め担持させるようにしてもよい。また、繊維材料に前記脱Ｓ剤を繊維化して織り込むようにしてもよい。
このような場合には、脱Ｓ剤供給装置１９が不要となり、更に簡易な構成となる。
【実施例２】
【００５３】
本発明による実施例に係るガス浄化装置について、図面を参照して説明する。
図２は、実施例２に係るガス浄化装置を示す概念図である。
図２に示すように、本実施例に係るガス浄化装置１０Ｂは、実施例１のガス浄化装置１０Ａにおいて、前記ガス加熱装置１７と前記第２の集塵装置２０との間のガス冷却管２９−２に硫化カルボニル（酸化硫化炭素：ｃａｒｂｏｎ ｏｘｉｄｅ ｓｕｌｆｉｄｅ（ＣＯＳ））を分解するＣＯＳ分解装置３１を介装している。
【００５４】
ここで、前記ＣＯＳ分解装置３１に用いるＣＯＳ分解剤としては、例えばクロム、クロム酸化物、モリブデン、モリブデン酸化物、バリウム、アルミナ、チタニア及びニッケルのうちの少なくとも一種又はこれらの混合物を用いることができる。
このＣＯＳ分解剤をＣＯＳ分解装置に充填し、この中をタール成分が除去されたガスを通過させることで、ガス中の硫化カルボニル（ＣＯＳ）をＨ2Ｓに効率良く分解若しくは転換することができる。
【００５５】
前記ＣＯＳ分解装置３１で分解されたＣＯＳの分解物であるＨ2Ｓは、導入される脱Ｓ剤により第２の集塵装置で併せて除去されることとなる。
【００５６】
本発明では、ガス加熱装置１７をＣＯＳ分解装置３１の前流側に設けてＣＯＳ分解の触媒活性を高めているが、本発明はこれに限定されるものではなく、後流側に設けるようにしてもよい。
【実施例３】
【００５７】
本発明による実施例に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムについて、図面を参照して説明する。
図３は、実施例３に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムを示す概念図である。図３に示すように、本実施例に係るガス発電システム１００Ａは、実施例２のガス浄化装置１０Ｂをガス化炉６１の後流側に設けたものである。前記ガス化炉６１は例えば炭素質燃料（バイオマス等）のガス化物６２をガス化させるものであり、得られた生成ガス６３をその後流側に設けた改質装置６４により改質し、ＣＯ、Ｈ2成分リッチガスとするようにしている。
【００５８】
そして、本実施例では、前記ガス火炉６１でガス化した際の固形排出物である炭化物６０を用いて、ガス加熱装置１７Ａのバーナ燃料とし、直接加熱するようにしている。
【００５９】
よって、第１集塵装置１６でタールの除去及び集塵がなされたガスの加熱燃料としてガス発電システム１００Ａ内でその熱交換エネルギーを賄うことができ、エネルギーの有効利用を図ることができる。
【実施例４】
【００６０】
本発明による実施例に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムについて、図面を参照して説明する。
図４は、実施例４に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムを示す概念図である。図４に示すように、本実施例に係るガス発電システム１００Ｂは、実施例３のガス発電システム１００Ａの改質装置６４の後流側に熱交換器６５を設けたものである。そして、前記熱交換器６５に導入する空気６６を熱交換して加熱空気６７としている。該加熱空気６７をガス加熱装置（ＧＧＨ）１７Ｂに供給して、第１の集塵装置１６から排出されたガスを所定温度まで加熱するようにしている。
【００６１】
よって、第１集塵装置１６でタールの除去及び集塵がなされたガスの加熱源として加熱空気６７を用いることで、ガス発電システム１００Ａ内でその熱交換エネルギーを賄うことができ、エネルギーの有効利用を図ることができる。
【実施例５】
【００６２】
本発明による実施例に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムについて、図面を参照して説明する。
図５は、実施例５に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムを示す概念図である。図５に示すように、本実施例に係るガス発電システム１００Ｃは、実施例３のガス発電システム１００Ａの改質装置６４の後流側に蒸気ボイラ６８を設けたものである。そして、前記蒸気ボイラ６８からの高温水蒸気６９をガス加熱装置（ＳＧＨ）１７Ｃに供給して、第１の集塵装置１６から排出されたガスを所定温度まで加熱するようにしている。
【００６３】
よって、第１集塵装置１６でタールの除去及び集塵がなされたガスの加熱源として高温水蒸気６９を用いることで、ガス発電システム１００Ａ内でその熱交換エネルギーを賄うことができ、エネルギーの有効利用を図ることができる。
【実施例６】
【００６４】
本発明による実施例に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムについて、図面を参照して説明する。
図６は、実施例６に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムを示す概念図である。図６に示すように、本実施例に係るガス発電システム１００Ｄは、実施例５のガス発電システム１００Ｃにおいて、蒸気ボイラ６８からの高温ガス１１をガス供給管２９−３によりガス加熱装置（ＧＧＨ）１７Ｂに供給し、ここでガスガス熱交換させ、その後ガス供給管２９−４を経由してガス冷却装置１２に生成ガス６３を送り、ここで冷却ガス１３としている。
その後タール分の除去及Ｓ成分の除去を行うようにしている。
【００６５】
よって、蒸気ボイラ６８を通過した高温ガス１１を用いてガス加熱装置１７Ｂでガスガス交換することで、ガス発電システム１００Ａ内でその熱交換エネルギーを賄うことができ、エネルギーの有効利用を図ることができる。
【実施例７】
【００６６】
本発明による実施例に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムについて、図面を参照して説明する。
図７は、実施例７に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムを示す概念図である。図７に示すように、本実施例に係るガス発電システム１００Ｅは、実施例６のガス発電システム１００Ｄのガス加熱装置１７ＢとＣＯＳ分解装置３１とを一体型として熱交換一体型ＣＯＳ分解装置３１Ａとしている。
【００６７】
前記熱交換一体型のＣＯＳ分解装置３１Ａは、熱交換器のガス接触部表面を前記例えばクロム、クロム酸化物、モリブデン、モリブデン酸化物、バリウム、アルミナ、チタニア及びニッケルのうちの少なくとも一種又はこれらの混合物の固形物をＣＯＳ転換触媒として設け、この触媒表面をガスが通過する際に、ＣＯＳ除去を行うようにしている。
よって、別途ガス加熱装置を設けることがなく、省スペース化を図ることができる。
【実施例８】
【００６８】
本発明による実施例に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムについて、図面を参照して説明する。
図８は、実施例８に係るガス浄化装置を具備するガス発電システムを示す概念図である。図８に示すように、本実施例に係るガス発電システム１００Ｆは、実施例７の蒸気ボイラ６８と熱交換一体型ＣＯＳ分解装置３１Ａとの間のガス供給管２９−３に、高温集塵装置７０を介装している。ここで、高温集塵装置７０としては、セラミックろ布、セラミック焼結体、粒子充填層フィルタを備えた集塵装置を例示することができる。
【００６９】
これにより、高温ガス１１中の煤塵を除去し、熱交換器での閉塞等が発生することを防止するようにしている。
また、第１の集塵装置１６からのガス中のＳ成分（Ｈ2Ｓ，ＳＯｘ）の成分量を計測するモニタ装置を設け、該モニタ装置の情報を演算装置（ＣＰＵ）で処理し、脱Ｓ剤１８の供給を制御するようにしてもよい。これにより、常に適切な範囲の脱Ｓ剤１８を供給することができ、効率的なガスの浄化が可能となる。また、第１の集塵装置１６の集塵力及びガス浄化力の判断の指標とすることができる。
【００７０】
発電設備として、ガスエンジンに限定されるものではなく、ガスタービン、燃料電池等のガスを用いて発電することができる各種発電装置におけるガスの浄化に適用することができる。
【００７１】
なお、本実施例では、ガス化発電システムにおけるガス浄化装置を適用した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばバイオマスからのガス化ガスを改質してメタノール等を得るシステムに適用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、本発明にかかるガス浄化装置は、高温ガスを減温し、タール成分を効率的に除去することで、脱Ｓ性能を向上することができ、これにより、長期間に亙って、ガスの浄化処理することができ、ガス化ガスの精製に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】実施例１にかかるガス浄化装置の概略図である。
【図２】実施例２にかかるガス浄化装置の概略図である。
【図３】実施例３にかかるガス発電システムの概略図である。
【図４】実施例４にかかるガス発電システムの概略図である。
【図５】実施例５にかかるガス発電システムの概略図である。
【図６】実施例６にかかるガス発電システムの概略図である。
【図７】実施例７にかかるガス発電システムの概略図である。
【図８】実施例８にかかるガス発電システムの概略図である。
【図９】硫化水素除去率を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０Ａ〜１０Ｂ ガス浄化装置
１００Ａ〜１００Ｆ ガス発電システム
１１ 高温ガス
１２ ガス冷却装置
１３ 冷却ガス
１４ タール除去助剤
１５ タール除去助剤供給装置
１６ 第１の集塵装置
１７ ガス加熱装置
１８ 脱Ｓ剤
１９ 脱Ｓ剤供給装置
２０ 第２の集塵装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも硫黄（Ｓ）成分及びタール分を含有する高温ガスのガス温度を減温させるガス冷却装置と、
前記ガス冷却装置で減温された冷却ガス中に、タール除去助剤を供給するタール除去助剤供給装置と、
タール除去後のガス中の煤塵を集塵する濾過膜を備えてなる第１の集塵装置と、
前記第１の集塵装置の後流側に設けられ、タール分が除去されたガスを加熱するガス加熱装置と、
加熱後のガスに粉体状の脱Ｓ剤を供給する脱Ｓ剤供給装置と、
前記ガス中の煤塵を集塵する濾過膜を備えてなると共に該濾過膜の表面に脱Ｓ剤の堆積層を形成してなる第２の集塵装置とを具備してなることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記硫黄（Ｓ）成分が硫化物又は酸化硫黄であることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記ガスが還元性ガスであることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記還元性ガスがガス化物を熱分解して改質したガスであることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記ガス冷却装置におけるガス減温温度が１００〜１８０℃であることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記加熱装置で加熱するガス加熱温度が第１の集塵装置の出口温度から２０℃以上高い温度であることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項７】
請求項１において、
前記ガスに少なくとも酸性ガス成分を含み、前記ガス中に酸性ガス中和剤を供給する酸性ガス中和剤供給装置を具備することを特徴とするガス浄化装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記ガス加熱装置の前流側又は後流側のいずれかに硫化カルボニル（ＣＯＳ）を分解除去するＣＯＳ分解装置を具備してなることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項９】
請求項７において、
酸性ガス中和剤とタール除去助剤とを同時に供給してなることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項１０】
請求項１において、
前記酸性ガス中和剤が、中和剤アルカリ、セメント、活性炭、珪藻土のうちの少なくとも一種又はこれらの混合物であることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項１１】
請求項１において、
前記脱Ｓ剤が、酸化亜鉛、酸化鉄、亜鉛・鉄化合物、酸化ニッケル、酸化銅、酸化コバルト、酸化モリブデン、活性炭の少なくとも一種又はこれらの混合物であることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項１２】
請求項１において、
前記ＣＯＳ分解剤が、クロム、クロム酸化物、モリブデン、モリブデン酸化物、バリウム、アルミナ、チタニア及びニッケルのうちの少なくとも一種又はこれらの混合物であることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一つにおいて、
ガス加熱装置の熱源が、高温ガス、加熱水蒸気、加熱空気又はガス化炭化物を燃焼した燃焼ガスのいずれかであることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一つのガス浄化装置を備えてなることを特徴とするガス化システム。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のいずれか一つのガス浄化装置を備えてなることを特徴とするガス化発電システム。
【請求項１６】
請求項１４において、
高温のガスを得るガス化炉が、バイオマスガス化炉、ゴミガス化炉、下水汚泥ガス化炉、石炭ガス化炉のいずれか一つであることを特徴とするガス化システム。
【請求項１７】
請求項１５において、
高温のガスを得るガス化炉が、バイオマスガス化炉、ゴミガス化炉、下水汚泥ガス化炉、石炭ガス化炉のいずれか一つであることを特徴とするガス化発電システム。
【請求項１８】
少なくとも硫黄（Ｓ）成分及びタール分を含有する高温ガスを減温させ、前記減温されたガス中にタール除去助剤を供給し、ガス中のタール分を除去した後、粉体状の脱Ｓ剤を供給し、前記ガス中の煤塵を集塵する濾過膜を備えた集塵装置で濾過膜の表面に脱Ｓ剤の堆積層を形成し、硫黄（Ｓ）成分を捕集することを特徴とするガス浄化方法。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記ガス中に含まれる酸性成分を酸性ガス中和剤で同時に捕集することを特徴とするガス浄化方法。
【請求項２０】
請求項１８又は１９において、
前記還元性ガスがガス化物を熱分解して改質したガスであることを特徴とするガス浄化方法。
【請求項１】
少なくとも硫黄（Ｓ）成分及びタール分を含有する高温ガスのガス温度を減温させるガス冷却装置と、
前記ガス冷却装置で減温された冷却ガス中に、タール除去助剤を供給するタール除去助剤供給装置と、
タール除去後のガス中の煤塵を集塵する濾過膜を備えてなる第１の集塵装置と、
前記第１の集塵装置の後流側に設けられ、タール分が除去されたガスを加熱するガス加熱装置と、
加熱後のガスに粉体状の脱Ｓ剤を供給する脱Ｓ剤供給装置と、
前記ガス中の煤塵を集塵する濾過膜を備えてなると共に該濾過膜の表面に脱Ｓ剤の堆積層を形成してなる第２の集塵装置とを具備してなることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記硫黄（Ｓ）成分が硫化物又は酸化硫黄であることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記ガスが還元性ガスであることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記還元性ガスがガス化物を熱分解して改質したガスであることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記ガス冷却装置におけるガス減温温度が１００〜１８０℃であることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記加熱装置で加熱するガス加熱温度が第１の集塵装置の出口温度から２０℃以上高い温度であることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項７】
請求項１において、
前記ガスに少なくとも酸性ガス成分を含み、前記ガス中に酸性ガス中和剤を供給する酸性ガス中和剤供給装置を具備することを特徴とするガス浄化装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記ガス加熱装置の前流側又は後流側のいずれかに硫化カルボニル（ＣＯＳ）を分解除去するＣＯＳ分解装置を具備してなることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項９】
請求項７において、
酸性ガス中和剤とタール除去助剤とを同時に供給してなることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項１０】
請求項１において、
前記酸性ガス中和剤が、中和剤アルカリ、セメント、活性炭、珪藻土のうちの少なくとも一種又はこれらの混合物であることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項１１】
請求項１において、
前記脱Ｓ剤が、酸化亜鉛、酸化鉄、亜鉛・鉄化合物、酸化ニッケル、酸化銅、酸化コバルト、酸化モリブデン、活性炭の少なくとも一種又はこれらの混合物であることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項１２】
請求項１において、
前記ＣＯＳ分解剤が、クロム、クロム酸化物、モリブデン、モリブデン酸化物、バリウム、アルミナ、チタニア及びニッケルのうちの少なくとも一種又はこれらの混合物であることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一つにおいて、
ガス加熱装置の熱源が、高温ガス、加熱水蒸気、加熱空気又はガス化炭化物を燃焼した燃焼ガスのいずれかであることを特徴とするガス浄化装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一つのガス浄化装置を備えてなることを特徴とするガス化システム。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のいずれか一つのガス浄化装置を備えてなることを特徴とするガス化発電システム。
【請求項１６】
請求項１４において、
高温のガスを得るガス化炉が、バイオマスガス化炉、ゴミガス化炉、下水汚泥ガス化炉、石炭ガス化炉のいずれか一つであることを特徴とするガス化システム。
【請求項１７】
請求項１５において、
高温のガスを得るガス化炉が、バイオマスガス化炉、ゴミガス化炉、下水汚泥ガス化炉、石炭ガス化炉のいずれか一つであることを特徴とするガス化発電システム。
【請求項１８】
少なくとも硫黄（Ｓ）成分及びタール分を含有する高温ガスを減温させ、前記減温されたガス中にタール除去助剤を供給し、ガス中のタール分を除去した後、粉体状の脱Ｓ剤を供給し、前記ガス中の煤塵を集塵する濾過膜を備えた集塵装置で濾過膜の表面に脱Ｓ剤の堆積層を形成し、硫黄（Ｓ）成分を捕集することを特徴とするガス浄化方法。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記ガス中に含まれる酸性成分を酸性ガス中和剤で同時に捕集することを特徴とするガス浄化方法。
【請求項２０】
請求項１８又は１９において、
前記還元性ガスがガス化物を熱分解して改質したガスであることを特徴とするガス浄化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−２３８６７０（Ｐ２００７−２３８６７０Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５９７１０（Ｐ２００６−５９７１０）
【出願日】平成１８年３月６日（２００６．３．６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月６日（２００６．３．６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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