不純物除去装置
【課題】 不純物除去剤を無駄なく使用して使い切ることを可能にする。
【解決手段】 ２つの固定床反応容器１１（１７、１９）を順次交代で使用している間に、固定床反応容器１１（１７、１９）の不純物除去剤を使い切ると共に、不純物除去剤を交換する。また、２つの固定床反応容器１１（１７、１９）を順次交代で使用している間に、後固定床反応容器１２（１８、２０）の不純物除去剤を使い切ると共に、後固定床反応容器１２（１８、２０）を迂回して原料ガスを流通させている間に、後固定床反応容器１２（１８、２０）の不純物除去剤を交換する。
【解決手段】 ２つの固定床反応容器１１（１７、１９）を順次交代で使用している間に、固定床反応容器１１（１７、１９）の不純物除去剤を使い切ると共に、不純物除去剤を交換する。また、２つの固定床反応容器１１（１７、１９）を順次交代で使用している間に、後固定床反応容器１２（１８、２０）の不純物除去剤を使い切ると共に、後固定床反応容器１２（１８、２０）を迂回して原料ガスを流通させている間に、後固定床反応容器１２（１８、２０）の不純物除去剤を交換する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露点を上回る温度にガス温度を維持して運転する乾式法により不純物除去剤を用いて原料ガスから不純物を除去する不純物除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、資源の有効利用や廃棄物の減量化が求められており、バイオマスや廃棄物から製造した原料ガスを発電機器（燃料電池やガスエンジン）の燃料ガスとすることが考えられている。燃料電池やガスエンジン等の発電機器の燃料ガスとしては、不純物が含まれていると性能を発揮することができないので、あらかじめ燃料ガスの不純物を発電機器の許容濃度以下まで低減しておく必要がある。バイオマスや廃棄物から製造した原料ガスには環境に与える不純物が含まれているため、水銀やハロゲン化物等の不純物を除去する必要がある。
【０００３】
水銀を除去する不純物除去剤（吸収剤）としては、例えば、触媒作用あるいは化学反応性を有する成分を担持させ水銀との化学反応により生成した塩を吸着することで水銀を除去する添着活性炭を用いることが知られている。また、不純物除去剤として、銅を主体とした銅系吸収剤を用いる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。ゴミ焼却設備等の分野では、ハロゲン化物を不純物除去剤（吸収剤）に固定する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
水銀を除去する吸収剤やハロゲン化物を除去する吸収剤は、固定床反応容器に充填されて運用されることが考えられる。固定床反応容器は、吸収剤を充填した状態でガスを流通させるだけの簡素な構造であるので、反応器として優れた利点を有している。
【０００５】
固定床反応容器では、入口側から出口側に原料ガスが流通する過程で不純物が除去されるので、入口側の吸収剤に比べて出口側の吸収剤が未使用になる傾向にあるのが現状であった。このため、未使用部分が多くあるにも拘らず交換を余儀なくされることがあり、吸収剤の無駄をなくす余地が残されているのが実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１６１２５５号公報
【特許文献２】特開２００２−１３０６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、不純物除去剤を無駄なく使い切ることができる不純物除去装置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の請求項１に係る本発明の不純物除去装置は、原料ガスの流れ方向に沿って並列に複数備えられ、不純物を除去するための不純物除去剤がそれぞれ個別に充填・排出される固定床反応容器と、前記固定床反応容器の前記原料ガスの流れ方向の下流側に備えられる後固定床反応容器と、並列に備えられた前記固定床反応容器のいずれかに前記原料ガスを選択流通させる選択手段と、前記固定床反応容器を流通した前記原料ガスの前記後固定床反応容器への流通を迂回させる迂回経路と、前記固定床反応容器を流通した前記原料ガスを前記後固定床反応容器側もしくは前記迂回路側に選択流通させる迂回選択手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１に係る本発明の不純物除去装置では、選択手段によりいずれかの固定床反応容器に原料ガスを流通させ、流通した原料ガスを迂回選択手段により後固定床反応容器に流通させる。固定床反応容器の不純物除去剤を使い切った際に、選択手段により他のいずれかの固定床反応容器に原料ガスを流通させ、流通した原料ガスを迂回選択手段により後固定床反応容器に流通させ続ける。流通を停止した側の固定床反応容器の不純物除去剤（使い切った不純物除去剤）を交換し、他のいずれかの固定床反応容器の不純物除去剤を使い切った際に、選択手段により不純物除去剤が交換された固定床反応容器に原料ガスを流通させる。
【００１０】
そして、後固定床反応容器の不純物除去剤を使い切る直前まで、並列に備えられた固定床反応容器を順次交代で使用し、後固定床反応容器の不純物除去剤が使い切る直前になった場合、固定床反応容器を順次交代で使用している間に、迂回選択手段により原料ガスを迂回路側に流通させ、後固定床反応容器の不純物除去剤を交換する。これにより、不純物除去剤を無駄なく使い切ることができ、原料ガスの流通を停止させる必要もない。
【００１１】
請求項２に係る本発明の不純物除去装置は、請求項１に記載の不純物除去装置において、前記後固定床反応容器の入口側には、前記固定床反応容器を流通した前記原料ガスの状態を検出することで前記不純物除去剤の破過の状況を判断する破過状態検出手段が備えられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る本発明では、後固定床反応容器の入口側に破過状態検出手段を備えたことにより、複数の固定床反応容器に対して一つの破過状態検出手段で不純物除去剤の破過の状況、即ち、使い切りの状況を判断することができる。
【００１３】
また、請求項３に係る本発明の不純物除去装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の不純物除去装置において、前記固定床反応容器のそれぞれには、前記不純物除去剤が充填される充填層が前記原料ガスの流れ方向に複数備えられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る本発明では、それぞれに固定床反応容器に充填層が直列に複数備えられているので、充填層の数により固定床反応容器で不純物除去剤を使い切る時間を設定することができる。
【００１５】
また、請求項４に係る本発明の不純物除去装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の不純物除去装置において、前記原料ガスが流通していない前記固定床反応容器の内部に下流側からパージガスを供給するパージガス供給手段が備えられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に係る本発明では、パージガス供給手段により、原料ガスが流通していない固定床反応容器の内部に下流側からパージガスを供給するので、出口側の汚れが顕著ではない出口側からパージガスを供給することができる。
【００１７】
また、請求項５に係る本発明の不純物除去装置は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の不純物除去装置において、前記固定床反応容器に充填される不純物除去剤は、露点を上回る温度にガス温度が維持されて乾式で前記原料ガスの不純物を除去することを特徴とする。また、請求項６に係る本発明の不純物除去装置は、請求項５に記載の不純物除去装置において、ガス化炉で生成されたガスが前記原料ガスとして前記固定床反応容器及び前記後固定床反応容器を流通し、不純物が除去された前記原料ガスは発電手段の燃料として用いられることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る本発明では、露点を上回る温度で原料ガスを流通させて乾式で不純物を除去することができる。請求項６に係る本発明では、ガス化炉で生成されたガスを乾式で精製して発電手段の燃料として用いることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の不純物除去装置は、不純物除去剤を無駄なく使用して使い切ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例に係る不純物除去装置を備えた乾式ガス精製設備の概略系統図である。
【図２】本発明の一実施例に係る不純物除去装置の固定床反応容器の基本構成図である。
【図３】固定床反応容器のガス流路の概念図である。
【図４】不純物除去剤の充填・排出の基本構成図である。
【図５】固定床反応容器の断面図である。
【図６】固定床反応容器の運用シーケンスの説明図である。
【図７】開閉弁の開閉状況説明図である。
【図８】本発明の実施例の不純物除去装置を備えた乾式ガス精製設備の全体を表す概略系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の不純物除去装置は、バイオマス、廃棄物からなる固形燃料をガス化して得られた原料ガス、即ち、不純物として多種の不純物が入っている原料ガスを精製して燃料電池やガスエンジンの燃料ガスとするガス精製設備の不純物除去装置として適用され、水銀との化学反応により生成した塩を吸着することで水銀を吸収する添着活性炭や、銅を主体として水銀を吸収する銅系吸収剤、ハロゲン化物を吸収するハロゲン化物吸収剤、硫黄化合物を吸収する脱硫剤が不純物除去剤として充填されるものである。
【００２２】
そして、不純物除去装置の出口側では、水銀を５μｇ／ｍ３Ｎ以下の低濃度に除去すると共に、塩化水素、フッ化水素等のハロゲン化物を１ｐｐｍ以下の低濃度に除去し、更に、硫黄化合物を１ｐｐｍ以下の低濃度に除去して不特定の不純物が高い清浄度で除去された燃料ガスを精製し、例えば、溶融炭酸塩型燃料電池、ガスエンジン、ガスタービン等の燃料ガスとして用いるものである。
【００２３】
図１に基づいて乾式ガス精製設備の全体を説明する。図１には本発明の一実施例に係る不純物除去装置を備えた乾式ガス精製設備の全体を表す概略系統を示してある。
【００２４】
バイオマスガス化炉１で得られた原料ガスは、まず、バグフィルター２に送られる。バグフィルター２の上流にはハロゲン化物除去剤の供給装置を備えており、ハロゲン化物除去剤をバグフィルター２にあらかじめ吹き付けておく（プレコート）か、あるいは原料ガスに吹き込んで原料ガスと共にバグフィルター２に搬送される。
【００２５】
こうすることで、原料ガス中のハロゲン化物の一部はハロゲン化物除去剤に吸収されて固定化されるので、バグフィルター２で、ダスト等の固体状不純物が濾過されて除去される際に同時にハロゲン化物の一部も除去される。
【００２６】
バグフィルター２を通過した原料ガスは不純物除去装置としての重金属類除去装置３に送られ、重金属類除去装置３では金属水銀蒸気（Ｈｇ０）をはじめ、活性炭等により塩基性ガス（アンモニア）、重金属類（砒素、セレン等）、有機塩素化合物（ダイオキシン）が吸着除去される（運転温度１２０℃〜１６０℃）。
【００２７】
重金属類除去装置３で重金属類が除去された原料ガスは熱交換器８で昇温された後、不純物除去装置としてのハロゲン化物除去装置４に送られ、そこで原料ガスに残存している塩化水素やフッ化水素等のハロゲン化物が１ｐｐｍ以下の低濃度に除去される（運転温度２５０℃〜４５０℃）。
【００２８】
ハロゲン化物が１ｐｐｍ以下の低濃度に除去された原料ガスは不純物除去装置としての脱硫装置５に送られ、硫黄化合物が吸収されて除去される（運転温度２５０℃〜４５０℃）。硫黄化合物が脱硫除去された原料ガスは燃料ガスとして発電装置６（例えば、溶融炭酸塩型燃料電池、ガスエンジン、ガスタービン等）に送られる。
【００２９】
以上の乾式ガス精製システムの概略系統の機能を要約して説明する。
【００３０】
図に示した乾式ガス精製システムでは、バグフィルター２によりダスト等の固体状不純物が濾過されて除去される。金属水銀蒸気（Ｈｇ０）をはじめ重金属類、有機塩素化合物が重金属類除去装置３の不純物除去剤（吸収剤）に吸収されて除去され、水銀が５μｇ／ｍ３Ｎ以下の低濃度に除去される。そして、ハロゲン化物除去装置４の不純物除去剤としてのハロゲン化物除去剤に塩化水素やフッ化水素等のハロゲン化物が吸収されてハロゲン化物が１ｐｐｍ以下の低濃度に除去される。また、硫黄化合物が脱硫装置５の不純物除去剤としての脱硫剤に吸収されて硫黄化合物が１ｐｐｍ以下の低濃度に除去される。
【００３１】
これにより、バイオマスをガス化した原料ガス、即ち、不純物として多種の不純物が入っている原料ガスを発電装置６の燃料ガスとして精製することができる。
【００３２】
重金属類除去装置３には、２つの固定床反応容器１１と１つの後固定床反応容器１２が備えられている。２つの固定床反応容器１１は原料ガスの流れ方向に沿って並列に備えられ、固定床反応容器１１及び後固定床反応容器１２の充填層には、水銀を吸収（除去）するための銅系吸収剤１５（不純物除去剤）がペレット状にされて充填されている。固定床反応容器１１及び後固定床反応容器１２の充填層には、例えば、触媒作用あるいは化学反応性を有する成分を担持させ水銀との化学反応により生成した塩を吸着することで水銀を除去する添着活性炭（不純物除去剤）が充填されてもよい。
【００３３】
また、ハロゲン化物除去装置４には、２つの固定床反応容器１７と１つの後固定床反応容器１８が備えられている。２つの固定床反応容器１７は原料ガスの流れ方向に沿って並列に備えられ、固定床反応容器１７及び後固定床反応容器１８の充填層には、例えば、アルミン酸ナトリウムを含有したハロゲン化物吸収剤１６（不純物除去剤）がペレット状にされて充填されている。
【００３４】
また、脱硫装置５には、２つの固定床反応容器１９と１つの後固定床反応容器２０が備えられている。２つの固定床反応容器１９は原料ガスの流れ方向に沿って並列に備えられ、固定床反応容器１９及び後固定床反応容器２０の充填層には、例えば、酸化亜鉛脱硫剤の脱硫剤１４（不純物除去剤）が充填されている。
【００３５】
詳細は後述するが、重金属類除去装置３、ハロゲン化物除去装置４及び脱硫装置５には、不純物除去剤を充填層に個別に供給する供給手段と、不純物を除去した後の不純物除去剤を充填層から個別に排出する排出手段とが備えられている。供給手段及び排出手段の動作、即ち、不純物除去剤の充填・排出は、不純物除去剤の使用状況に応じて統合して制御されるようになっている。
【００３６】
また、不純物除去剤の使用状況に応じ、２つの固定床反応容器１１（１７、１９）のいずれかに原料ガスを流通させると共に（選択流通：選択手段）、後固定床反応容器１２（１８、２０）に原料ガスを流通させる。２つの固定床反応容器１１（１７、１９）を順次交代で使用している間に、後固定床反応容器１２（１８、２０）を迂回して原料ガスを流通させる（迂回路側に選択流通：迂回選択手段）。
【００３７】
２つの固定床反応容器１１（１７、１９）を順次交代で使用している間に、固定床反応容器１１（１７、１９）の不純物除去剤を使い切ると共に、不純物除去剤を交換する。また、２つの固定床反応容器１１（１７、１９）を順次交代で使用している間に、後固定床反応容器１２（１８、２０）の不純物除去剤を使い切ると共に、後固定床反応容器１２（１８、２０）を迂回して原料ガスを流通させている間に、後固定床反応容器１２（１８、２０）の不純物除去剤を交換する。
【００３８】
これにより、不純物除去剤を無駄なく使い切ることができ、原料ガスの流通を停止させる必要もない。また、２つの固定床反応容器１１（１７、１９）のいずれかに不具合が生じた際に、原料ガスの流通を停止させることなくメンテナンス等の必要な対応が可能になる。
【００３９】
図２から図５に基づいて重金属類除去装置３、ハロゲン化物除去装置４及び脱硫装置５の固定床反応容器１１（１７、１９）の構成、及び不純物除去剤の供給手段、排出手段を説明する。図２には本発明の一実施例に係る不純物除去装置の固定床反応容器の基本構成を表す外観、図３には固定床反応容器のガス流路の概念、図４には不純物除去剤の充填・排出の基本構成、図５（ａ）には図４中のＡ−Ａ線断面に相当する固定床反応容器の断面、図５（ｂ）には図４中のＢ−Ｂ線断面に相当する固定床反応容器の断面を示してある。
【００４０】
固定床反応容器１１、１７、１９、後固定床反応容器１２、１８、２０は基本的に同一であるので、代表して銅系吸収剤１５（もしくは添着活性炭）が充填層に対して充填・排出される重金属類除去装置３（固定床反応容器１１、後固定床反応容器１２）について説明する。ハロゲン化物除去装置４の固定床反応容器１７に適用した場合、充填・排出される不純物除去剤はハロゲン化物吸収剤１６であり、脱硫装置５の固定床反応容器１９に適用した場合、充填・排出される不純物除去剤は脱硫剤１４となる。
【００４１】
図２に示すように、２つの固定床反応容器１１のそれぞれには、銅系吸収剤１５（もしくは添着活性炭）が充填される充填層Ａ１、充填層Ａ２及び充填層Ｂ１、充填層Ｂ２が原料ガスの流れ方向に沿って備えられている。また、後固定床反応容器１２には、銅系吸収剤１５（もしくは添着活性炭）が充填される充填層Ｃが備えられている。
【００４２】
原料ガスの導入路４０から分岐してそれぞれの固定床反応容器１１の入口に原料ガスを導くＡ導入路４１及びＢ導入路４２が設けられ、それぞれの固定床反応容器１１の出口には固定床反応容器１１を流通した原料ガスが排出されるＡ導出路４３及びＢ導出路４４が設けられている。Ａ導出路４３及びＢ導出路４４は連結路４５で合流され、連結路４５は後固定床反応容器１２の入口に接続されている。
【００４３】
後固定床反応容器１２の出口には導出路４６が接続され、連結路４５と導出路４６の間には後固定床反応容器１２を迂回する迂回路４７が接続されている。連結路４５の迂回路４７が接続されている部位の上流側には分析流路４８が接続され、分析流路４８には図示しないガス分析計が設けられている。固定床反応容器１１を流通した原料ガスの状態がガス分析計で分析され、銅系吸収剤１５（もしくは添着活性炭）の破過の状況が判断される（破過状態検出手段）。
【００４４】
また、それぞれの固定床反応容器１１の導出路４３、４４にはパージ路４９（図３参照）が接続され、パージ路４９を介して導出路４３、４４には固定床反応容器１１に向けてパージガスとしてのＮ２ガスが供給される（パージガス供給手段）。また、Ａ導入路４１にはＡ排出路４１ａが分岐して接続され、Ｂ導入路４２にはＢ排出路４２ａが分岐して接続されている。
【００４５】
図３に示すように、Ａ導入路４１には開閉弁５１が設けられ、開閉弁５１により原料ガスが固定床反応容器１１側に送られる。Ｂ導入路４２には開閉弁５２が設けられ、開閉弁５２により原料ガスが固定床反応容器１１側に送られる。Ａ導出路４３には開閉弁５３が設けられ、開閉弁５３により固定床反応容器１１からの原料ガスが流通可能とされる。Ｂ導出路４４には開閉弁５４が設けられ、開閉弁５４により固定床反応容器１１からの原料ガスが流通可能とされる。
【００４６】
連結路４５の分析流路４８の分岐部の下流における迂回路４７の分岐部位には切換え弁５５が設けられ、切換え弁５５により原料ガスの流れが迂回路４７に切り換えられる。導出路４６の迂回路４７の接続部位には切換え弁５６が設けられ、切換え弁５６により迂回路４７から導出路４６への原料ガスの流れが許容される。
【００４７】
分析流路４８には開閉弁５８が設けられ、開閉弁５８により連結路４５に流通する原料ガスを分析計に送ることができる。また、充填層Ａを備えた固定床反応容器１１側のパージ路４９にはパージ弁６１が設けられ、パージ弁６１により下流側から固定床反応容器１１にＮ２ガスが供給される。充填層Ｂを備えた固定床反応容器１１側のパージ路４９にはパージ弁６２が設けられ、パージ弁６２により下流側から固定床反応容器１１にＮ２ガスが供給される。
【００４８】
更に、Ａ排出路４１ａには排出弁６３が設けられ、排出弁６３により固定床反応容器１１をパージしたＮ２ガス（パージガス）がＡ排出路４１ａから排出される。Ｂ排出路４２ａには排出弁６４が設けられ、排出弁６４により固定床反応容器１１をパージしたＮ２ガス（パージガス）がＢ排出路４２ａから排出される。
【００４９】
図４、図５に基づいて不純物除去剤の供給手段、排出手段を説明する。
【００５０】
図４に示すように、固定床反応容器１１は、両端に出入り口通路２１、２２（Ａ導入路４１、Ａ導出路４３に相当）を備え、出入り口通路２１、２２に連続して断面積が大きくされた本体部２３を備えている。
【００５１】
図５（ａ）に示すように、出入り口通路２１（出入り口通路２２）の内部は原料ガスの流れに直交する面内が碁盤目状態になる多数の流路に仕切られ、原料ガスが多数の通路に分かれて流れるようになっている。図５（ｂ）に示すように、本体部２３の内部は出入り口通路２１（出入り口通路２２）の内部と同数の流路に仕切られ、本体部２３の流路は出入り口通路２１（出入り口通路２２）流路と連続している。
【００５２】
このため、出入り口通路２１（出入り口通路２２）から流入した原料ガスは、分布が生じない状態で本体部２３に均一に流入するようになっている。本体部２３の碁盤目状態の流路を横切るように充填層Ａ１及び充填層Ａ２が備えられ、充填層Ａ１及び充填層Ａ２は流路の流れ方向に所定の間を空けて設けられている。充填層Ａ１及び充填層Ａ２には、複数の流路から原料ガスが流入し複数の流路に対して精製ガスが流出するようになっている。原料ガスの流通方向の厚さが薄くなるような形状の充填層Ａ１及び充填層Ａ２を備えたので、圧力損失を充分に少なくすることができる。
【００５３】
原料ガスの流通方向に対して、固定床反応容器１１の充填層Ａ１及び充填層Ａ２の上部には供給手段２４が設けられ、充填層Ａ１及び充填層Ａ２には供給手段２４から銅系吸収剤１５（不純物除去剤）が個別に充填される。供給手段２４には、供給コンベア装置２５により銅系吸収剤１５が運ばれて貯留される供給サイロ２６が備えられ、供給サイロ２６と充填層Ａ１及び充填層Ａ２の間は、供給通路２７Ａ、２７Ｂで連結されている。供給通路２７Ａ、２７Ｂには供給ホッパ２８Ａ、２８Ｂが設けられ、供給ホッパ２８Ａ、２８Ｂの入口部には入口供給弁２９がそれぞれ設けられ、供給ホッパ２８Ａ、２８Ｂの出口部には出口供給弁３０がそれぞれ設けられている。
【００５４】
供給ホッパ２８Ａと入口供給弁２９及び出口供給弁３０との間にはＮ２ガス流通系が接続され、入口供給弁２９及び出口供給弁３０の制御及びＮ２ガスの供給制御により供給ホッパ２８Ａの内部が加圧・加温される。同様に、供給ホッパ２８Ｂと入口供給弁２９及び出口供給弁３０との間にはＮ２ガス流通系が接続され、入口供給弁２９及び出口供給弁３０の制御及びＮ２ガスの供給制御により供給ホッパ２８Ｂの内部が加圧・加温される。
【００５５】
入口供給弁２９を開き出口供給弁３０を閉じた状態で、供給サイロ２６から銅系吸収剤１５が供給通路２７Ａ、２７Ｂを通して供給ホッパ２８Ａ、２８Ｂに送られる。入口供給弁２９を閉じてＮ２ガス流通系からＮ２ガスを供給することにより、供給ホッパ２８Ａ、２８Ｂの銅系吸収剤１５が所定の圧力に加圧・加温される。この状態で出口供給弁３０を開くことで、加圧・加温された状態の銅系吸収剤１５が供給通路２７Ａ、２７Ｂを通して充填層Ａ１及び充填層Ａ２に充填される。
【００５６】
原料ガスの流通方向に対して、固定床反応容器１１の充填層Ａ１及び充填層Ａ２の下部には排出手段３４が設けられ、充填層Ａ１及び充填層Ａ２からは、排出手段３４により銅系吸収剤１５（不純物除去剤）が個別に排出される。即ち、充填層Ａ１及び充填層Ａ２には排出通路３５Ａ、３５Ｂが接続され、排出通路３５Ａ、３５Ｂは排出コンベア装置３６につながっている。排出通路３５Ａ、３５Ｂには排出ホッパ３７Ａ、３７Ｂが設けられ、排出ホッパ３７Ａ、３７Ｂの入口部には入口排出弁３８がそれぞれ設けられ、排出ホッパ３７Ａ、３７Ｂの出口部には出口排出弁３９がそれぞれ設けられている。
【００５７】
排出ホッパ３７Ａと入口排出弁３８及び出口排出弁３９との間にはＮ２ガス流通系が接続され、入口排出弁３８及び出口排出弁３９の制御及びＮ２ガスの給排制御により加圧状態の排出ホッパ３７Ａに排出された銅系吸収剤１５が常圧状態にされる。同様に、排出ホッパ３７Ｂと入口排出弁３８及び出口排出弁３９との間にはＮ２ガス流通系が接続され、入口排出弁３８及び出口排出弁３９の制御及びＮ２ガス流通系の排気制御により加圧状態の排出ホッパ３７Ｂに排出された銅系吸収剤１５が常圧状態にされる。
【００５８】
出口排出弁３９を閉じ入口排出弁３８を開いた状態で、使用済みの銅系吸収剤１５が加圧されたまま充填層Ａ１及び充填層Ａ２から排出通路３５Ａ、３５Ｂを通して排出ホッパ３７Ａ、３７Ｂに排出される。入口排出弁３８を閉じてＮ２ガス流通系により排出ホッパ３７Ａ、３７Ｂの内圧を解放することで、原料ガスがＮ２ガスでパージされ、使用済みの銅系吸収剤１５が安全に排出できる状態にされ、排出ホッパ３７Ａ、３７Ｂの使用済みの銅系吸収剤１５が常圧状態になる。この状態で、出口排出弁３９を開くことで、常圧状態の使用済みの銅系吸収剤１５が排出通路３５Ａ、３５Ｂを通して排出コンベア装置３６に個別に排出される。
【００５９】
原料ガスの流通方向に対して、固定床反応容器１１の上部に供給手段２４が設けられ、固定床反応容器１１の下部に排出手段３４が設けられているので、不純物除去剤を排出・充填するための機器のために固定床反応容器１１の全体の設置面積を広くする必要がない。
【００６０】
図４、図５は一方側の固定床反応容器１１（充填層Ａ側）を示して説明してあるが、他方側の固定床反応容器１１（充填層Ｂ側）が適用される場合、出入り口通路２１、２２がＢ導入路４２、Ｂ導出路４４に相当し、充填層Ａ１及び充填層Ａ２が充填層Ｂ１及び充填層Ｂ２に相当する。また、後固定床反応容器１２が適用される場合、出入り口通路２１、２２が連結路４５、導出路４６に相当し、充填層Ａ１及び充填層Ａ２に代えて充填層Ｃが備えられる。
【００６１】
上述した重金属類除去装置３では、供給手段２４、排出手段３４の動作、及び、弁部材である開閉弁、切換え弁、パージ弁、排出弁の開閉制御を統合して制御することで、原料ガスの流れを、一方側の固定床反応容器１１（充填層Ａ側）から後固定床反応容器１２に流れる状態（一方向）、他方側の固定床反応容器１１（充填層Ｂ側）から後固定床反応容器１２に流れる状態（他方向）、一方側の固定床反応容器１１（充填層Ａ側）だけを流れる状態（バイパス）、他方側の固定床反応容器１１（充填層Ｂ側）だけを流れる状態（バイパス）に連続して切換えると共に、新品の銅系吸収剤１５（不純物除去剤）の充填、使用済み状態（破過状態）の銅系吸収剤１５（不純物除去剤）の排出を組み合わせて実施することができる。
【００６２】
これにより、一方側の固定床反応容器１１（充填層Ａ１、充填層Ａ２）、他方側の固定床反応容器１１（充填層Ｂ１、充填層Ｂ２）、後固定床反応容器１２（充填層Ｃ）に充填した銅系吸収剤１５（不純物除去剤）を完全に使用済みの状態（破過状態）になるまで使用することができ、しかも、原料ガスの流れを途絶えさせることなく連続的に原料ガスから水銀を除去することができる。ハロゲン化物除去装置４及び脱硫装置５に適用した場合も、同様に、原料ガスの流れを途絶えさせることなく、ハロゲン化物吸収剤１６、脱硫剤１４を完全破過状態になるまで使用することができる。
【００６３】
図６、図７に基づいて原料ガスの流れ状況を具体的に説明する。図６は固定床反応容器に対する原料ガスの流通状況である運用シーケンス、図７は開閉弁、切換え弁、パージ弁、排出弁の開閉状況説明図である。
（１）初期の段階で充填層Ａ１、充填層Ａ２及び充填層Ｂ１、充填層Ｂ１及び充填層Ｃの全てに不純物除去剤が新品の状態で充填され、原料ガスが一方側の固定床反応容器１１（充填層Ａ１、充填層Ａ２）から後固定床反応容器１２（充填層Ｃ）に流される。
（２）充填層Ａ１、充填層Ａ２の不純物除去剤により原料ガスが浄化される。
（３）充填層Ａ１、充填層Ａ２の不純物除去剤の破過が検出される。破過の検出は流通するガスの成分を分析することにより行われる。
【００６４】
図７に示すように、（１）から（３）の状況では、開閉弁５１、５３、５８、が開状態にされ、他の弁部材が閉じ状態にされている。そして、切換え弁５５は原料ガスが後固定床反応容器１２に流れる状態に切換えられ、切換え弁５６は後固定床反応容器１２からの原料ガスが流通する状態に切換えられている。
（４）原料ガスが他方側の固定床反応容器１１（充填層Ｂ１、充填層Ｂ２）から後固定床反応容器１２に流され（充填層Ｂ側に切換え）、充填層Ｂ１、充填層Ｂ２の不純物除去剤により原料ガスが浄化される。また、一方側の固定床反応容器１１（充填層Ａ１、充填層Ａ２）に下流側からＮ２ガス（パージガス）が送られ、パージガスがＡ排出路４１ａから排出される。
【００６５】
図７に示すように、（４）の状況では、開閉弁５２、５４、５８、パージ弁６１、排出弁６３が開状態にされ、他の弁部材が閉じ状態にされている。そして、切換え弁５５は原料ガスが後固定床反応容器１２に流れる状態に切換えられ、切換え弁５６は後固定床反応容器１２からの原料ガスが流通する状態に切換えられている。
（５）充填層Ｂ１、充填層Ｂ２の不純物除去剤により原料ガスが浄化され、充填層Ａ１、充填層Ａ２の不純物除去剤が排出される。
（６）充填層Ａ１、充填層Ａ２に不純物除去剤が充填される。充填層Ｂ１、充填層Ｂ２の不純物除去剤の破過が検出される。
【００６６】
図７に示すように、（５）（６）の状況では、開閉弁５２、５４、５８が開状態にされ、他の弁部材が閉じ状態にされている。そして、切換え弁５５は原料ガスが後固定床反応容器１２に流れる状態に切換えられ、切換え弁５６は後固定床反応容器１２からの原料ガスが流通する状態に切換えられている。
（７）原料ガスが一方側の固定床反応容器１１（充填層Ａ１、充填層Ａ２）から後固定床反応容器１２に流され（充填層Ａ側に切換え）、充填層Ａ１、充填層Ａ２の不純物除去剤により原料ガスが浄化される。また、他方側の固定床反応容器１１（充填層Ｂ１、充填層Ｂ２）に下流側からＮ２ガス（パージガス）が送られ、パージガスがＢ排出路４２ａから排出される。
【００６７】
図７に示すように、（７）の状況では、開閉弁５１、５３、５８、パージ弁６２、排出弁６４が開状態にされ、他の弁部材が閉じ状態にされている。そして、切換え弁５５は原料ガスが後固定床反応容器１２に流れる状態に切換えられ、切換え弁５６は後固定床反応容器１２からの原料ガスが流通する状態に切換えられている。
（８）充填層Ａ１、充填層Ａ２の不純物除去剤により原料ガスが浄化され、充填層Ｂ１、充填層Ｂ２の不純物除去剤が排出される。
（９）充填層Ｂ１、充填層Ｂ２に不純物除去剤が充填される。充填層Ａ１、充填層Ａ２の不純物除去剤の破過が検出される。
【００６８】
図７に示すように、（８）（９）の状況では、開閉弁５１、５３、５８、が開状態にされ、他の弁部材が閉じ状態にされている。そして、切換え弁５５は原料ガスが後固定床反応容器１２に流れる状態に切換えられ、切換え弁５６は後固定床反応容器１２からの原料ガスが流通する状態に切換えられている。
【００６９】
（９）から（４）に戻り、以後（４）から（９）の手順がくり返され、充填層Ａ１、充填層Ａ２による原料ガスの浄化、充填層Ｂ１、充填層Ｂ２による原料ガスの浄化が交互に実施されると共に、充填層Ｃによりバックアップとして原料ガスの浄化が実施される。充填層Ｃの不純物除去剤に不純物が蓄積するまで（４）から（９）の手順がくり返され、充填層Ｃの不純物除去剤に不純物が蓄積した際に、（１０）以降の手順となる。（１０）の手順は、充填層Ａ１、充填層Ａ２を使用中に充填層Ｃの不純物除去剤に不純物が蓄積した場合の手順である。
（１０）充填層Ａ１、充填層Ａ２の不純物除去剤により原料ガスが浄化され、充填層Ｃをバイパスして原料ガスが流される。
（１１）充填層Ａ１、充填層Ａ２の不純物除去剤により原料ガスが浄化され、充填層Ｃの不純物除去剤が排出される。
（１２）充填層Ａ１、充填層Ａ２の不純物除去剤の破過が検出される。充填層Ｃに不純物除去剤が充填され、原料ガスが充填層Ａ１、充填層Ａ２から充填層Ｃに流れされる。
【００７０】
図７に示すように、（１０）（１１）の状況では、開閉弁５１、５３、５８、が開状態にされ、他の弁部材が閉じ状態にされている。そして、切換え弁５５は原料ガスが迂回路４７に流れる状態に切換えられ、切換え弁５６は迂回路４７からの原料ガスが流通する状態に切換えられている。
【００７１】
また、（１２）の状況では、開閉弁５１、５３、５８、が開状態にされ、他の弁部材が閉じ状態にされている。そして、切換え弁５５は原料ガスが後固定床反応容器１２に流れる状態に切換えられ、切換え弁５６は後固定床反応容器１２からの原料ガスが流通する状態に切換えられている。
【００７２】
（１２）から（４）に戻り、以後（４）から（９）の手順がくり返され、充填層Ａ１、充填層Ａ２による原料ガスの浄化、充填層Ｂ１、充填層Ｂ２による原料ガスの浄化が交互に実施されると共に、充填層Ｃによりバックアップとして原料ガスの浄化が実施される。充填層Ｃの不純物除去剤に不純物が蓄積した際に（１０）、充填層Ｂ１、充填層Ｂ２を使用していた場合、（１０）から（１２）の原料ガスの流れは逆になり、（１２）から（７）に戻り、以後（７）を起点として（４）から（９）の手順がくり返される。
【００７３】
上述した処理により、不純物除去剤の使用状況に応じ、充填層Ａ１、充填層Ａ２もしくは充填層Ｂ１、充填層Ｂ２のいずれかに原料ガスを流通させると共に、充填層Ｃに原料ガスを流通させることができ、充填層Ａ１、充填層Ａ２及び充填層Ｂ１、充填層Ｂ２を順次交代で使用している間に、充填層Ｃを迂回して原料ガスを流通させることができる。
【００７４】
充填層Ａ１、充填層Ａ２もしくは充填層Ｂ１、充填層Ｂ２のいずれかに原料ガスを流通させて順次交代で使用している間に、破過した不純物除去剤を交換することができ、また、充填層Ａ１、充填層Ａ２もしくは充填層Ｂ１、充填層Ｂ２のいずれかに原料ガスを流通させて順次交代で使用している間に、充填層Ｃの不純物除去剤を使い切ると共に、充填層Ｃを迂回して原料ガスを流通させている間に、充填層Ｃの不純物除去剤を交換することができる。
【００７５】
これにより、充填層Ａ１、充填層Ａ２及び充填層Ｂ１、充填層Ｂ２及び充填層Ｃに充填された不純物除去剤を無駄なく使用して使い切ることができ、原料ガスの流通を停止させる必要もない。
【００７６】
上述した不純物除去装置によると、不純物除去剤を無駄なく使用して使い切ることができる。このため、原料ガスを精製して燃料電池やガスエンジンの燃料ガスとするガス精製設備の不純物除去装置として適用することで、不純物除去剤の無駄をなくして原料ガスを燃料ガスに精製することができる。
【００７７】
上述した実施例では、バイオマスや廃棄物等の固形燃料をガス化して得られた原料ガスを精製するガス精製設備に本発明の不純物除去装置を適用した例を挙げて説明したが、石炭ガス化複合発電（IGCC：Integrated coal Gasfication Combined Cycle）における石炭ガス化ガスを精製する乾式ガス精製設備に本発明の不純物除去装置を適用することができる。
【００７８】
図８に基づいて石炭ガス化複合発電（IGCC）の乾式ガス精製設備に本発明の不純物除去装置を適用した状況を説明する。図８には本発明の実施例の不純物除去装置を備えた乾式ガス精製設備の全体を表す概略系統を示してある。
【００７９】
図に示すように、乾式ガス精製設備８０には、石炭ガス化炉で生成された石炭ガス化ガスｇが所定温度に調整されて導入されるハロゲン化物除去装置８１が備えられ、ハロゲン化物除去装置８１には、２つの固定床反応容器７１と１つの後固定床反応容器７２が備えられている。２つの固定床反応容器７１は原料ガスの流れ方向に沿って並列に備えられ、固定床反応容器７１及び後固定床反応容器７２の充填層には、例えば、アルミン酸ナトリウムを含有したハロゲン化物吸収剤７３（不純物除去剤）がペレット状にされて充填されている。
【００８０】
ハロゲン化物吸収剤７３を流通してハロゲン化物が除去された石炭ガス化ガスｇは脱硫装置８４に送られる。脱硫装置８４は、例えば、３塔の反応塔８５、８６、８７が並列に配され、反応塔８５、８６、８７には、亜鉛フェライト脱硫剤がハニカム形状化された触媒を集合させた触媒ブロック８８がそれぞれ複数（図示例では４個）充填されている。３塔の反応塔８５、８６、８７への石炭ガス化ガスｇの導入は、図示しない切換え手段によりいずれかに切換えられて実施される。
【００８１】
脱硫処理では、石炭ガス化ガスｇが亜鉛フェライト脱硫剤（触媒ブロック８８）に接触することにより、硫化硫黄（Ｈ２Ｓ）や硫化カルボニル（ＣＯＳ）等が除去される。
【００８２】
脱硫装置８４で硫黄成分が除去された石炭ガス化ガスｇはアンモニア分解装置９０に送られる。アンモニア分解装置９０は、反応容器９１、９２が並列に配置されている。反応容器９１、９２にはＮｉ／Ａｌ２Ｏ３触媒のペレットが充填され、ペレット状に成形された触媒９３は、反応容器９１、９２の筒内部の周囲に、石炭ガス化ガスｇの導入方向に沿って（上下方向）充填されている。
【００８３】
アンモニア分解装置９０では、石炭ガス化ガスｇが触媒９３を流通してアンモニア成分が窒素に分解される。
【００８４】
アンモニア成分が窒素に分解された石炭ガス化ガスｇは熱交換装置９４に送られ、降温されて水銀除去装置９６に送られる。水銀除去装置９６は、除去容器９５に銅を主体として水銀を吸収する銅系吸収剤９７が充填され、石炭ガス化ガスｇが導入されて水銀が吸収される。
【００８５】
水銀除去装置９６で水銀が除去された石炭ガス化ガスｇはバグフィルター９８に送られる。バグフィルター９８で不純物が物理的に濾過された燃料ガスｆは、アンモニアが分解された石炭ガス化ガスｇの顕熱により、熱交換装置９４で昇温され、高温の燃料ガスｆとされる。高温の燃料ガスｆはタービン設備９９の燃焼器に供給される。
【００８６】
上述した石炭ガス化複合発電の乾式ガス精製設備８０では、ハロゲン化物除去装置８１の２つの固定床反応容器７１のいずれかに原料ガスを流通させて順次交代で使用している間に、破過したハロゲン化物吸収剤７３を交換することができ、また、２つの固定床反応容器７１のいずれかに原料ガスを流通させて順次交代で使用している間に、後固定床反応容器７２のハロゲン化物吸収剤７３を使い切ると共に、後固定床反応容器７２を迂回して原料ガスを流通させている間に、後固定床反応容器７２のハロゲン化物吸収剤７３を交換することができる。
【００８７】
これにより、２つの固定床反応容器７１及び後固定床反応容器７２に充填されたハロゲン化物吸収剤７３を無駄なく使用して使い切ることができ、原料ガスの流通を停止させる必要もない。
【００８８】
乾式ガス精製設備８０は、加圧状態で多量の石炭ガス化ガスｇを処理する設備であるため、吸収容量いっぱいまでハロゲン化物を吸収してから使い捨てとなるハロゲン化物吸収剤７３を頻繁に交換する必要がある。本発明の不純物除去装置を適用することにより、設備を頻繁に停止してハロゲン化物吸収剤７３を交換する必要がなく、また、処理ガス量が膨大であっても無駄なくハロゲン化物吸収剤７３を使い切ることが可能になる。
【００８９】
このため、石炭ガス化複合発電（IGCC）の乾式ガス精製設備８０のハロゲン化物除去装置８１に本発明の不純物除去装置を適用することで、不純物除去剤を無駄なく使用して短時間で容易に充填・排出することができる、といった利点を有効に活用することが可能になる。
【００９０】
因みに、石炭ガス化複合発電（IGCC）の乾式ガス精製設備８０における亜鉛フェライト脱硫剤（触媒ブロック８８）及び銅系吸収剤９７は再生が可能であり、アンモニア分解用の触媒９３は長寿命な触媒であるため、石炭ガス化複合発電（IGCC）の乾式ガス精製設備８０のハロゲン化物除去装置８１に本発明の不純物除去装置を適用することは吸収容量いっぱいまでハロゲン化物を吸収してから使い捨てとなるハロゲン化物吸収剤７３の運用に極めて有効である。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、露点を上回る温度にガス温度を維持して運転する乾式法により不純物除去剤を用いて原料ガスから不純物を除去する不純物除去装置に関する。
【符号の説明】
【００９２】
１ バイオマスガス化炉
２ バグフィルター
３ 重金属類除去装置
４、８１ ハロゲン化物除去装置
５、８４ 脱硫装置
６ 発電装置
８ 熱交換器
１１、１７、１９、７１ 固定床反応容器
１２、１８、２０、７２ 後固定床反応容器
１５、９７ 銅系吸収剤
１６、７３ ハロゲン化物吸収剤
２１、２２ 出入り口通路
２３ 本体部
２４ 供給手段
２５ 供給コンベア装置
２６ 供給サイロ
２７ 供給通路
２８ 供給ホッパ
２９ 入口供給弁
３０ 出口供給弁
３４ 排出手段
３５ 排出通路
３６ 排出コンベア装置
３７ 排出ホッパ
３８ 入口排出弁
３９ 出口排出弁
４０ 導入路
４１ Ａ導入路
４２ Ｂ導入路
４３ Ａ排出路
４４ Ｂ排出路
４５ 連結路
４６ 導出路
４７ 迂回路
４８ 分析流路
４９ パージ路
５１、５２、５３、５４、５８ 開閉弁
５５、５６ 切換え弁
６１、６２ パージ弁
６３、６４ 排出弁
８０ 乾式ガス精製設備
８５、８６、８７ 反応塔
８８ 触媒ブロック
９０ アンモニア分解装置
９１、９２ 反応容器
９３ 触媒
９４ 熱交換装置
９５ 除去容器
９６ 水銀除去装置
９８ バグフィルター
９９ タービン設備
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露点を上回る温度にガス温度を維持して運転する乾式法により不純物除去剤を用いて原料ガスから不純物を除去する不純物除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、資源の有効利用や廃棄物の減量化が求められており、バイオマスや廃棄物から製造した原料ガスを発電機器（燃料電池やガスエンジン）の燃料ガスとすることが考えられている。燃料電池やガスエンジン等の発電機器の燃料ガスとしては、不純物が含まれていると性能を発揮することができないので、あらかじめ燃料ガスの不純物を発電機器の許容濃度以下まで低減しておく必要がある。バイオマスや廃棄物から製造した原料ガスには環境に与える不純物が含まれているため、水銀やハロゲン化物等の不純物を除去する必要がある。
【０００３】
水銀を除去する不純物除去剤（吸収剤）としては、例えば、触媒作用あるいは化学反応性を有する成分を担持させ水銀との化学反応により生成した塩を吸着することで水銀を除去する添着活性炭を用いることが知られている。また、不純物除去剤として、銅を主体とした銅系吸収剤を用いる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。ゴミ焼却設備等の分野では、ハロゲン化物を不純物除去剤（吸収剤）に固定する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
水銀を除去する吸収剤やハロゲン化物を除去する吸収剤は、固定床反応容器に充填されて運用されることが考えられる。固定床反応容器は、吸収剤を充填した状態でガスを流通させるだけの簡素な構造であるので、反応器として優れた利点を有している。
【０００５】
固定床反応容器では、入口側から出口側に原料ガスが流通する過程で不純物が除去されるので、入口側の吸収剤に比べて出口側の吸収剤が未使用になる傾向にあるのが現状であった。このため、未使用部分が多くあるにも拘らず交換を余儀なくされることがあり、吸収剤の無駄をなくす余地が残されているのが実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１６１２５５号公報
【特許文献２】特開２００２−１３０６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、不純物除去剤を無駄なく使い切ることができる不純物除去装置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の請求項１に係る本発明の不純物除去装置は、原料ガスの流れ方向に沿って並列に複数備えられ、不純物を除去するための不純物除去剤がそれぞれ個別に充填・排出される固定床反応容器と、前記固定床反応容器の前記原料ガスの流れ方向の下流側に備えられる後固定床反応容器と、並列に備えられた前記固定床反応容器のいずれかに前記原料ガスを選択流通させる選択手段と、前記固定床反応容器を流通した前記原料ガスの前記後固定床反応容器への流通を迂回させる迂回経路と、前記固定床反応容器を流通した前記原料ガスを前記後固定床反応容器側もしくは前記迂回路側に選択流通させる迂回選択手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１に係る本発明の不純物除去装置では、選択手段によりいずれかの固定床反応容器に原料ガスを流通させ、流通した原料ガスを迂回選択手段により後固定床反応容器に流通させる。固定床反応容器の不純物除去剤を使い切った際に、選択手段により他のいずれかの固定床反応容器に原料ガスを流通させ、流通した原料ガスを迂回選択手段により後固定床反応容器に流通させ続ける。流通を停止した側の固定床反応容器の不純物除去剤（使い切った不純物除去剤）を交換し、他のいずれかの固定床反応容器の不純物除去剤を使い切った際に、選択手段により不純物除去剤が交換された固定床反応容器に原料ガスを流通させる。
【００１０】
そして、後固定床反応容器の不純物除去剤を使い切る直前まで、並列に備えられた固定床反応容器を順次交代で使用し、後固定床反応容器の不純物除去剤が使い切る直前になった場合、固定床反応容器を順次交代で使用している間に、迂回選択手段により原料ガスを迂回路側に流通させ、後固定床反応容器の不純物除去剤を交換する。これにより、不純物除去剤を無駄なく使い切ることができ、原料ガスの流通を停止させる必要もない。
【００１１】
請求項２に係る本発明の不純物除去装置は、請求項１に記載の不純物除去装置において、前記後固定床反応容器の入口側には、前記固定床反応容器を流通した前記原料ガスの状態を検出することで前記不純物除去剤の破過の状況を判断する破過状態検出手段が備えられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る本発明では、後固定床反応容器の入口側に破過状態検出手段を備えたことにより、複数の固定床反応容器に対して一つの破過状態検出手段で不純物除去剤の破過の状況、即ち、使い切りの状況を判断することができる。
【００１３】
また、請求項３に係る本発明の不純物除去装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の不純物除去装置において、前記固定床反応容器のそれぞれには、前記不純物除去剤が充填される充填層が前記原料ガスの流れ方向に複数備えられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る本発明では、それぞれに固定床反応容器に充填層が直列に複数備えられているので、充填層の数により固定床反応容器で不純物除去剤を使い切る時間を設定することができる。
【００１５】
また、請求項４に係る本発明の不純物除去装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の不純物除去装置において、前記原料ガスが流通していない前記固定床反応容器の内部に下流側からパージガスを供給するパージガス供給手段が備えられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に係る本発明では、パージガス供給手段により、原料ガスが流通していない固定床反応容器の内部に下流側からパージガスを供給するので、出口側の汚れが顕著ではない出口側からパージガスを供給することができる。
【００１７】
また、請求項５に係る本発明の不純物除去装置は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の不純物除去装置において、前記固定床反応容器に充填される不純物除去剤は、露点を上回る温度にガス温度が維持されて乾式で前記原料ガスの不純物を除去することを特徴とする。また、請求項６に係る本発明の不純物除去装置は、請求項５に記載の不純物除去装置において、ガス化炉で生成されたガスが前記原料ガスとして前記固定床反応容器及び前記後固定床反応容器を流通し、不純物が除去された前記原料ガスは発電手段の燃料として用いられることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る本発明では、露点を上回る温度で原料ガスを流通させて乾式で不純物を除去することができる。請求項６に係る本発明では、ガス化炉で生成されたガスを乾式で精製して発電手段の燃料として用いることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の不純物除去装置は、不純物除去剤を無駄なく使用して使い切ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例に係る不純物除去装置を備えた乾式ガス精製設備の概略系統図である。
【図２】本発明の一実施例に係る不純物除去装置の固定床反応容器の基本構成図である。
【図３】固定床反応容器のガス流路の概念図である。
【図４】不純物除去剤の充填・排出の基本構成図である。
【図５】固定床反応容器の断面図である。
【図６】固定床反応容器の運用シーケンスの説明図である。
【図７】開閉弁の開閉状況説明図である。
【図８】本発明の実施例の不純物除去装置を備えた乾式ガス精製設備の全体を表す概略系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の不純物除去装置は、バイオマス、廃棄物からなる固形燃料をガス化して得られた原料ガス、即ち、不純物として多種の不純物が入っている原料ガスを精製して燃料電池やガスエンジンの燃料ガスとするガス精製設備の不純物除去装置として適用され、水銀との化学反応により生成した塩を吸着することで水銀を吸収する添着活性炭や、銅を主体として水銀を吸収する銅系吸収剤、ハロゲン化物を吸収するハロゲン化物吸収剤、硫黄化合物を吸収する脱硫剤が不純物除去剤として充填されるものである。
【００２２】
そして、不純物除去装置の出口側では、水銀を５μｇ／ｍ３Ｎ以下の低濃度に除去すると共に、塩化水素、フッ化水素等のハロゲン化物を１ｐｐｍ以下の低濃度に除去し、更に、硫黄化合物を１ｐｐｍ以下の低濃度に除去して不特定の不純物が高い清浄度で除去された燃料ガスを精製し、例えば、溶融炭酸塩型燃料電池、ガスエンジン、ガスタービン等の燃料ガスとして用いるものである。
【００２３】
図１に基づいて乾式ガス精製設備の全体を説明する。図１には本発明の一実施例に係る不純物除去装置を備えた乾式ガス精製設備の全体を表す概略系統を示してある。
【００２４】
バイオマスガス化炉１で得られた原料ガスは、まず、バグフィルター２に送られる。バグフィルター２の上流にはハロゲン化物除去剤の供給装置を備えており、ハロゲン化物除去剤をバグフィルター２にあらかじめ吹き付けておく（プレコート）か、あるいは原料ガスに吹き込んで原料ガスと共にバグフィルター２に搬送される。
【００２５】
こうすることで、原料ガス中のハロゲン化物の一部はハロゲン化物除去剤に吸収されて固定化されるので、バグフィルター２で、ダスト等の固体状不純物が濾過されて除去される際に同時にハロゲン化物の一部も除去される。
【００２６】
バグフィルター２を通過した原料ガスは不純物除去装置としての重金属類除去装置３に送られ、重金属類除去装置３では金属水銀蒸気（Ｈｇ０）をはじめ、活性炭等により塩基性ガス（アンモニア）、重金属類（砒素、セレン等）、有機塩素化合物（ダイオキシン）が吸着除去される（運転温度１２０℃〜１６０℃）。
【００２７】
重金属類除去装置３で重金属類が除去された原料ガスは熱交換器８で昇温された後、不純物除去装置としてのハロゲン化物除去装置４に送られ、そこで原料ガスに残存している塩化水素やフッ化水素等のハロゲン化物が１ｐｐｍ以下の低濃度に除去される（運転温度２５０℃〜４５０℃）。
【００２８】
ハロゲン化物が１ｐｐｍ以下の低濃度に除去された原料ガスは不純物除去装置としての脱硫装置５に送られ、硫黄化合物が吸収されて除去される（運転温度２５０℃〜４５０℃）。硫黄化合物が脱硫除去された原料ガスは燃料ガスとして発電装置６（例えば、溶融炭酸塩型燃料電池、ガスエンジン、ガスタービン等）に送られる。
【００２９】
以上の乾式ガス精製システムの概略系統の機能を要約して説明する。
【００３０】
図に示した乾式ガス精製システムでは、バグフィルター２によりダスト等の固体状不純物が濾過されて除去される。金属水銀蒸気（Ｈｇ０）をはじめ重金属類、有機塩素化合物が重金属類除去装置３の不純物除去剤（吸収剤）に吸収されて除去され、水銀が５μｇ／ｍ３Ｎ以下の低濃度に除去される。そして、ハロゲン化物除去装置４の不純物除去剤としてのハロゲン化物除去剤に塩化水素やフッ化水素等のハロゲン化物が吸収されてハロゲン化物が１ｐｐｍ以下の低濃度に除去される。また、硫黄化合物が脱硫装置５の不純物除去剤としての脱硫剤に吸収されて硫黄化合物が１ｐｐｍ以下の低濃度に除去される。
【００３１】
これにより、バイオマスをガス化した原料ガス、即ち、不純物として多種の不純物が入っている原料ガスを発電装置６の燃料ガスとして精製することができる。
【００３２】
重金属類除去装置３には、２つの固定床反応容器１１と１つの後固定床反応容器１２が備えられている。２つの固定床反応容器１１は原料ガスの流れ方向に沿って並列に備えられ、固定床反応容器１１及び後固定床反応容器１２の充填層には、水銀を吸収（除去）するための銅系吸収剤１５（不純物除去剤）がペレット状にされて充填されている。固定床反応容器１１及び後固定床反応容器１２の充填層には、例えば、触媒作用あるいは化学反応性を有する成分を担持させ水銀との化学反応により生成した塩を吸着することで水銀を除去する添着活性炭（不純物除去剤）が充填されてもよい。
【００３３】
また、ハロゲン化物除去装置４には、２つの固定床反応容器１７と１つの後固定床反応容器１８が備えられている。２つの固定床反応容器１７は原料ガスの流れ方向に沿って並列に備えられ、固定床反応容器１７及び後固定床反応容器１８の充填層には、例えば、アルミン酸ナトリウムを含有したハロゲン化物吸収剤１６（不純物除去剤）がペレット状にされて充填されている。
【００３４】
また、脱硫装置５には、２つの固定床反応容器１９と１つの後固定床反応容器２０が備えられている。２つの固定床反応容器１９は原料ガスの流れ方向に沿って並列に備えられ、固定床反応容器１９及び後固定床反応容器２０の充填層には、例えば、酸化亜鉛脱硫剤の脱硫剤１４（不純物除去剤）が充填されている。
【００３５】
詳細は後述するが、重金属類除去装置３、ハロゲン化物除去装置４及び脱硫装置５には、不純物除去剤を充填層に個別に供給する供給手段と、不純物を除去した後の不純物除去剤を充填層から個別に排出する排出手段とが備えられている。供給手段及び排出手段の動作、即ち、不純物除去剤の充填・排出は、不純物除去剤の使用状況に応じて統合して制御されるようになっている。
【００３６】
また、不純物除去剤の使用状況に応じ、２つの固定床反応容器１１（１７、１９）のいずれかに原料ガスを流通させると共に（選択流通：選択手段）、後固定床反応容器１２（１８、２０）に原料ガスを流通させる。２つの固定床反応容器１１（１７、１９）を順次交代で使用している間に、後固定床反応容器１２（１８、２０）を迂回して原料ガスを流通させる（迂回路側に選択流通：迂回選択手段）。
【００３７】
２つの固定床反応容器１１（１７、１９）を順次交代で使用している間に、固定床反応容器１１（１７、１９）の不純物除去剤を使い切ると共に、不純物除去剤を交換する。また、２つの固定床反応容器１１（１７、１９）を順次交代で使用している間に、後固定床反応容器１２（１８、２０）の不純物除去剤を使い切ると共に、後固定床反応容器１２（１８、２０）を迂回して原料ガスを流通させている間に、後固定床反応容器１２（１８、２０）の不純物除去剤を交換する。
【００３８】
これにより、不純物除去剤を無駄なく使い切ることができ、原料ガスの流通を停止させる必要もない。また、２つの固定床反応容器１１（１７、１９）のいずれかに不具合が生じた際に、原料ガスの流通を停止させることなくメンテナンス等の必要な対応が可能になる。
【００３９】
図２から図５に基づいて重金属類除去装置３、ハロゲン化物除去装置４及び脱硫装置５の固定床反応容器１１（１７、１９）の構成、及び不純物除去剤の供給手段、排出手段を説明する。図２には本発明の一実施例に係る不純物除去装置の固定床反応容器の基本構成を表す外観、図３には固定床反応容器のガス流路の概念、図４には不純物除去剤の充填・排出の基本構成、図５（ａ）には図４中のＡ−Ａ線断面に相当する固定床反応容器の断面、図５（ｂ）には図４中のＢ−Ｂ線断面に相当する固定床反応容器の断面を示してある。
【００４０】
固定床反応容器１１、１７、１９、後固定床反応容器１２、１８、２０は基本的に同一であるので、代表して銅系吸収剤１５（もしくは添着活性炭）が充填層に対して充填・排出される重金属類除去装置３（固定床反応容器１１、後固定床反応容器１２）について説明する。ハロゲン化物除去装置４の固定床反応容器１７に適用した場合、充填・排出される不純物除去剤はハロゲン化物吸収剤１６であり、脱硫装置５の固定床反応容器１９に適用した場合、充填・排出される不純物除去剤は脱硫剤１４となる。
【００４１】
図２に示すように、２つの固定床反応容器１１のそれぞれには、銅系吸収剤１５（もしくは添着活性炭）が充填される充填層Ａ１、充填層Ａ２及び充填層Ｂ１、充填層Ｂ２が原料ガスの流れ方向に沿って備えられている。また、後固定床反応容器１２には、銅系吸収剤１５（もしくは添着活性炭）が充填される充填層Ｃが備えられている。
【００４２】
原料ガスの導入路４０から分岐してそれぞれの固定床反応容器１１の入口に原料ガスを導くＡ導入路４１及びＢ導入路４２が設けられ、それぞれの固定床反応容器１１の出口には固定床反応容器１１を流通した原料ガスが排出されるＡ導出路４３及びＢ導出路４４が設けられている。Ａ導出路４３及びＢ導出路４４は連結路４５で合流され、連結路４５は後固定床反応容器１２の入口に接続されている。
【００４３】
後固定床反応容器１２の出口には導出路４６が接続され、連結路４５と導出路４６の間には後固定床反応容器１２を迂回する迂回路４７が接続されている。連結路４５の迂回路４７が接続されている部位の上流側には分析流路４８が接続され、分析流路４８には図示しないガス分析計が設けられている。固定床反応容器１１を流通した原料ガスの状態がガス分析計で分析され、銅系吸収剤１５（もしくは添着活性炭）の破過の状況が判断される（破過状態検出手段）。
【００４４】
また、それぞれの固定床反応容器１１の導出路４３、４４にはパージ路４９（図３参照）が接続され、パージ路４９を介して導出路４３、４４には固定床反応容器１１に向けてパージガスとしてのＮ２ガスが供給される（パージガス供給手段）。また、Ａ導入路４１にはＡ排出路４１ａが分岐して接続され、Ｂ導入路４２にはＢ排出路４２ａが分岐して接続されている。
【００４５】
図３に示すように、Ａ導入路４１には開閉弁５１が設けられ、開閉弁５１により原料ガスが固定床反応容器１１側に送られる。Ｂ導入路４２には開閉弁５２が設けられ、開閉弁５２により原料ガスが固定床反応容器１１側に送られる。Ａ導出路４３には開閉弁５３が設けられ、開閉弁５３により固定床反応容器１１からの原料ガスが流通可能とされる。Ｂ導出路４４には開閉弁５４が設けられ、開閉弁５４により固定床反応容器１１からの原料ガスが流通可能とされる。
【００４６】
連結路４５の分析流路４８の分岐部の下流における迂回路４７の分岐部位には切換え弁５５が設けられ、切換え弁５５により原料ガスの流れが迂回路４７に切り換えられる。導出路４６の迂回路４７の接続部位には切換え弁５６が設けられ、切換え弁５６により迂回路４７から導出路４６への原料ガスの流れが許容される。
【００４７】
分析流路４８には開閉弁５８が設けられ、開閉弁５８により連結路４５に流通する原料ガスを分析計に送ることができる。また、充填層Ａを備えた固定床反応容器１１側のパージ路４９にはパージ弁６１が設けられ、パージ弁６１により下流側から固定床反応容器１１にＮ２ガスが供給される。充填層Ｂを備えた固定床反応容器１１側のパージ路４９にはパージ弁６２が設けられ、パージ弁６２により下流側から固定床反応容器１１にＮ２ガスが供給される。
【００４８】
更に、Ａ排出路４１ａには排出弁６３が設けられ、排出弁６３により固定床反応容器１１をパージしたＮ２ガス（パージガス）がＡ排出路４１ａから排出される。Ｂ排出路４２ａには排出弁６４が設けられ、排出弁６４により固定床反応容器１１をパージしたＮ２ガス（パージガス）がＢ排出路４２ａから排出される。
【００４９】
図４、図５に基づいて不純物除去剤の供給手段、排出手段を説明する。
【００５０】
図４に示すように、固定床反応容器１１は、両端に出入り口通路２１、２２（Ａ導入路４１、Ａ導出路４３に相当）を備え、出入り口通路２１、２２に連続して断面積が大きくされた本体部２３を備えている。
【００５１】
図５（ａ）に示すように、出入り口通路２１（出入り口通路２２）の内部は原料ガスの流れに直交する面内が碁盤目状態になる多数の流路に仕切られ、原料ガスが多数の通路に分かれて流れるようになっている。図５（ｂ）に示すように、本体部２３の内部は出入り口通路２１（出入り口通路２２）の内部と同数の流路に仕切られ、本体部２３の流路は出入り口通路２１（出入り口通路２２）流路と連続している。
【００５２】
このため、出入り口通路２１（出入り口通路２２）から流入した原料ガスは、分布が生じない状態で本体部２３に均一に流入するようになっている。本体部２３の碁盤目状態の流路を横切るように充填層Ａ１及び充填層Ａ２が備えられ、充填層Ａ１及び充填層Ａ２は流路の流れ方向に所定の間を空けて設けられている。充填層Ａ１及び充填層Ａ２には、複数の流路から原料ガスが流入し複数の流路に対して精製ガスが流出するようになっている。原料ガスの流通方向の厚さが薄くなるような形状の充填層Ａ１及び充填層Ａ２を備えたので、圧力損失を充分に少なくすることができる。
【００５３】
原料ガスの流通方向に対して、固定床反応容器１１の充填層Ａ１及び充填層Ａ２の上部には供給手段２４が設けられ、充填層Ａ１及び充填層Ａ２には供給手段２４から銅系吸収剤１５（不純物除去剤）が個別に充填される。供給手段２４には、供給コンベア装置２５により銅系吸収剤１５が運ばれて貯留される供給サイロ２６が備えられ、供給サイロ２６と充填層Ａ１及び充填層Ａ２の間は、供給通路２７Ａ、２７Ｂで連結されている。供給通路２７Ａ、２７Ｂには供給ホッパ２８Ａ、２８Ｂが設けられ、供給ホッパ２８Ａ、２８Ｂの入口部には入口供給弁２９がそれぞれ設けられ、供給ホッパ２８Ａ、２８Ｂの出口部には出口供給弁３０がそれぞれ設けられている。
【００５４】
供給ホッパ２８Ａと入口供給弁２９及び出口供給弁３０との間にはＮ２ガス流通系が接続され、入口供給弁２９及び出口供給弁３０の制御及びＮ２ガスの供給制御により供給ホッパ２８Ａの内部が加圧・加温される。同様に、供給ホッパ２８Ｂと入口供給弁２９及び出口供給弁３０との間にはＮ２ガス流通系が接続され、入口供給弁２９及び出口供給弁３０の制御及びＮ２ガスの供給制御により供給ホッパ２８Ｂの内部が加圧・加温される。
【００５５】
入口供給弁２９を開き出口供給弁３０を閉じた状態で、供給サイロ２６から銅系吸収剤１５が供給通路２７Ａ、２７Ｂを通して供給ホッパ２８Ａ、２８Ｂに送られる。入口供給弁２９を閉じてＮ２ガス流通系からＮ２ガスを供給することにより、供給ホッパ２８Ａ、２８Ｂの銅系吸収剤１５が所定の圧力に加圧・加温される。この状態で出口供給弁３０を開くことで、加圧・加温された状態の銅系吸収剤１５が供給通路２７Ａ、２７Ｂを通して充填層Ａ１及び充填層Ａ２に充填される。
【００５６】
原料ガスの流通方向に対して、固定床反応容器１１の充填層Ａ１及び充填層Ａ２の下部には排出手段３４が設けられ、充填層Ａ１及び充填層Ａ２からは、排出手段３４により銅系吸収剤１５（不純物除去剤）が個別に排出される。即ち、充填層Ａ１及び充填層Ａ２には排出通路３５Ａ、３５Ｂが接続され、排出通路３５Ａ、３５Ｂは排出コンベア装置３６につながっている。排出通路３５Ａ、３５Ｂには排出ホッパ３７Ａ、３７Ｂが設けられ、排出ホッパ３７Ａ、３７Ｂの入口部には入口排出弁３８がそれぞれ設けられ、排出ホッパ３７Ａ、３７Ｂの出口部には出口排出弁３９がそれぞれ設けられている。
【００５７】
排出ホッパ３７Ａと入口排出弁３８及び出口排出弁３９との間にはＮ２ガス流通系が接続され、入口排出弁３８及び出口排出弁３９の制御及びＮ２ガスの給排制御により加圧状態の排出ホッパ３７Ａに排出された銅系吸収剤１５が常圧状態にされる。同様に、排出ホッパ３７Ｂと入口排出弁３８及び出口排出弁３９との間にはＮ２ガス流通系が接続され、入口排出弁３８及び出口排出弁３９の制御及びＮ２ガス流通系の排気制御により加圧状態の排出ホッパ３７Ｂに排出された銅系吸収剤１５が常圧状態にされる。
【００５８】
出口排出弁３９を閉じ入口排出弁３８を開いた状態で、使用済みの銅系吸収剤１５が加圧されたまま充填層Ａ１及び充填層Ａ２から排出通路３５Ａ、３５Ｂを通して排出ホッパ３７Ａ、３７Ｂに排出される。入口排出弁３８を閉じてＮ２ガス流通系により排出ホッパ３７Ａ、３７Ｂの内圧を解放することで、原料ガスがＮ２ガスでパージされ、使用済みの銅系吸収剤１５が安全に排出できる状態にされ、排出ホッパ３７Ａ、３７Ｂの使用済みの銅系吸収剤１５が常圧状態になる。この状態で、出口排出弁３９を開くことで、常圧状態の使用済みの銅系吸収剤１５が排出通路３５Ａ、３５Ｂを通して排出コンベア装置３６に個別に排出される。
【００５９】
原料ガスの流通方向に対して、固定床反応容器１１の上部に供給手段２４が設けられ、固定床反応容器１１の下部に排出手段３４が設けられているので、不純物除去剤を排出・充填するための機器のために固定床反応容器１１の全体の設置面積を広くする必要がない。
【００６０】
図４、図５は一方側の固定床反応容器１１（充填層Ａ側）を示して説明してあるが、他方側の固定床反応容器１１（充填層Ｂ側）が適用される場合、出入り口通路２１、２２がＢ導入路４２、Ｂ導出路４４に相当し、充填層Ａ１及び充填層Ａ２が充填層Ｂ１及び充填層Ｂ２に相当する。また、後固定床反応容器１２が適用される場合、出入り口通路２１、２２が連結路４５、導出路４６に相当し、充填層Ａ１及び充填層Ａ２に代えて充填層Ｃが備えられる。
【００６１】
上述した重金属類除去装置３では、供給手段２４、排出手段３４の動作、及び、弁部材である開閉弁、切換え弁、パージ弁、排出弁の開閉制御を統合して制御することで、原料ガスの流れを、一方側の固定床反応容器１１（充填層Ａ側）から後固定床反応容器１２に流れる状態（一方向）、他方側の固定床反応容器１１（充填層Ｂ側）から後固定床反応容器１２に流れる状態（他方向）、一方側の固定床反応容器１１（充填層Ａ側）だけを流れる状態（バイパス）、他方側の固定床反応容器１１（充填層Ｂ側）だけを流れる状態（バイパス）に連続して切換えると共に、新品の銅系吸収剤１５（不純物除去剤）の充填、使用済み状態（破過状態）の銅系吸収剤１５（不純物除去剤）の排出を組み合わせて実施することができる。
【００６２】
これにより、一方側の固定床反応容器１１（充填層Ａ１、充填層Ａ２）、他方側の固定床反応容器１１（充填層Ｂ１、充填層Ｂ２）、後固定床反応容器１２（充填層Ｃ）に充填した銅系吸収剤１５（不純物除去剤）を完全に使用済みの状態（破過状態）になるまで使用することができ、しかも、原料ガスの流れを途絶えさせることなく連続的に原料ガスから水銀を除去することができる。ハロゲン化物除去装置４及び脱硫装置５に適用した場合も、同様に、原料ガスの流れを途絶えさせることなく、ハロゲン化物吸収剤１６、脱硫剤１４を完全破過状態になるまで使用することができる。
【００６３】
図６、図７に基づいて原料ガスの流れ状況を具体的に説明する。図６は固定床反応容器に対する原料ガスの流通状況である運用シーケンス、図７は開閉弁、切換え弁、パージ弁、排出弁の開閉状況説明図である。
（１）初期の段階で充填層Ａ１、充填層Ａ２及び充填層Ｂ１、充填層Ｂ１及び充填層Ｃの全てに不純物除去剤が新品の状態で充填され、原料ガスが一方側の固定床反応容器１１（充填層Ａ１、充填層Ａ２）から後固定床反応容器１２（充填層Ｃ）に流される。
（２）充填層Ａ１、充填層Ａ２の不純物除去剤により原料ガスが浄化される。
（３）充填層Ａ１、充填層Ａ２の不純物除去剤の破過が検出される。破過の検出は流通するガスの成分を分析することにより行われる。
【００６４】
図７に示すように、（１）から（３）の状況では、開閉弁５１、５３、５８、が開状態にされ、他の弁部材が閉じ状態にされている。そして、切換え弁５５は原料ガスが後固定床反応容器１２に流れる状態に切換えられ、切換え弁５６は後固定床反応容器１２からの原料ガスが流通する状態に切換えられている。
（４）原料ガスが他方側の固定床反応容器１１（充填層Ｂ１、充填層Ｂ２）から後固定床反応容器１２に流され（充填層Ｂ側に切換え）、充填層Ｂ１、充填層Ｂ２の不純物除去剤により原料ガスが浄化される。また、一方側の固定床反応容器１１（充填層Ａ１、充填層Ａ２）に下流側からＮ２ガス（パージガス）が送られ、パージガスがＡ排出路４１ａから排出される。
【００６５】
図７に示すように、（４）の状況では、開閉弁５２、５４、５８、パージ弁６１、排出弁６３が開状態にされ、他の弁部材が閉じ状態にされている。そして、切換え弁５５は原料ガスが後固定床反応容器１２に流れる状態に切換えられ、切換え弁５６は後固定床反応容器１２からの原料ガスが流通する状態に切換えられている。
（５）充填層Ｂ１、充填層Ｂ２の不純物除去剤により原料ガスが浄化され、充填層Ａ１、充填層Ａ２の不純物除去剤が排出される。
（６）充填層Ａ１、充填層Ａ２に不純物除去剤が充填される。充填層Ｂ１、充填層Ｂ２の不純物除去剤の破過が検出される。
【００６６】
図７に示すように、（５）（６）の状況では、開閉弁５２、５４、５８が開状態にされ、他の弁部材が閉じ状態にされている。そして、切換え弁５５は原料ガスが後固定床反応容器１２に流れる状態に切換えられ、切換え弁５６は後固定床反応容器１２からの原料ガスが流通する状態に切換えられている。
（７）原料ガスが一方側の固定床反応容器１１（充填層Ａ１、充填層Ａ２）から後固定床反応容器１２に流され（充填層Ａ側に切換え）、充填層Ａ１、充填層Ａ２の不純物除去剤により原料ガスが浄化される。また、他方側の固定床反応容器１１（充填層Ｂ１、充填層Ｂ２）に下流側からＮ２ガス（パージガス）が送られ、パージガスがＢ排出路４２ａから排出される。
【００６７】
図７に示すように、（７）の状況では、開閉弁５１、５３、５８、パージ弁６２、排出弁６４が開状態にされ、他の弁部材が閉じ状態にされている。そして、切換え弁５５は原料ガスが後固定床反応容器１２に流れる状態に切換えられ、切換え弁５６は後固定床反応容器１２からの原料ガスが流通する状態に切換えられている。
（８）充填層Ａ１、充填層Ａ２の不純物除去剤により原料ガスが浄化され、充填層Ｂ１、充填層Ｂ２の不純物除去剤が排出される。
（９）充填層Ｂ１、充填層Ｂ２に不純物除去剤が充填される。充填層Ａ１、充填層Ａ２の不純物除去剤の破過が検出される。
【００６８】
図７に示すように、（８）（９）の状況では、開閉弁５１、５３、５８、が開状態にされ、他の弁部材が閉じ状態にされている。そして、切換え弁５５は原料ガスが後固定床反応容器１２に流れる状態に切換えられ、切換え弁５６は後固定床反応容器１２からの原料ガスが流通する状態に切換えられている。
【００６９】
（９）から（４）に戻り、以後（４）から（９）の手順がくり返され、充填層Ａ１、充填層Ａ２による原料ガスの浄化、充填層Ｂ１、充填層Ｂ２による原料ガスの浄化が交互に実施されると共に、充填層Ｃによりバックアップとして原料ガスの浄化が実施される。充填層Ｃの不純物除去剤に不純物が蓄積するまで（４）から（９）の手順がくり返され、充填層Ｃの不純物除去剤に不純物が蓄積した際に、（１０）以降の手順となる。（１０）の手順は、充填層Ａ１、充填層Ａ２を使用中に充填層Ｃの不純物除去剤に不純物が蓄積した場合の手順である。
（１０）充填層Ａ１、充填層Ａ２の不純物除去剤により原料ガスが浄化され、充填層Ｃをバイパスして原料ガスが流される。
（１１）充填層Ａ１、充填層Ａ２の不純物除去剤により原料ガスが浄化され、充填層Ｃの不純物除去剤が排出される。
（１２）充填層Ａ１、充填層Ａ２の不純物除去剤の破過が検出される。充填層Ｃに不純物除去剤が充填され、原料ガスが充填層Ａ１、充填層Ａ２から充填層Ｃに流れされる。
【００７０】
図７に示すように、（１０）（１１）の状況では、開閉弁５１、５３、５８、が開状態にされ、他の弁部材が閉じ状態にされている。そして、切換え弁５５は原料ガスが迂回路４７に流れる状態に切換えられ、切換え弁５６は迂回路４７からの原料ガスが流通する状態に切換えられている。
【００７１】
また、（１２）の状況では、開閉弁５１、５３、５８、が開状態にされ、他の弁部材が閉じ状態にされている。そして、切換え弁５５は原料ガスが後固定床反応容器１２に流れる状態に切換えられ、切換え弁５６は後固定床反応容器１２からの原料ガスが流通する状態に切換えられている。
【００７２】
（１２）から（４）に戻り、以後（４）から（９）の手順がくり返され、充填層Ａ１、充填層Ａ２による原料ガスの浄化、充填層Ｂ１、充填層Ｂ２による原料ガスの浄化が交互に実施されると共に、充填層Ｃによりバックアップとして原料ガスの浄化が実施される。充填層Ｃの不純物除去剤に不純物が蓄積した際に（１０）、充填層Ｂ１、充填層Ｂ２を使用していた場合、（１０）から（１２）の原料ガスの流れは逆になり、（１２）から（７）に戻り、以後（７）を起点として（４）から（９）の手順がくり返される。
【００７３】
上述した処理により、不純物除去剤の使用状況に応じ、充填層Ａ１、充填層Ａ２もしくは充填層Ｂ１、充填層Ｂ２のいずれかに原料ガスを流通させると共に、充填層Ｃに原料ガスを流通させることができ、充填層Ａ１、充填層Ａ２及び充填層Ｂ１、充填層Ｂ２を順次交代で使用している間に、充填層Ｃを迂回して原料ガスを流通させることができる。
【００７４】
充填層Ａ１、充填層Ａ２もしくは充填層Ｂ１、充填層Ｂ２のいずれかに原料ガスを流通させて順次交代で使用している間に、破過した不純物除去剤を交換することができ、また、充填層Ａ１、充填層Ａ２もしくは充填層Ｂ１、充填層Ｂ２のいずれかに原料ガスを流通させて順次交代で使用している間に、充填層Ｃの不純物除去剤を使い切ると共に、充填層Ｃを迂回して原料ガスを流通させている間に、充填層Ｃの不純物除去剤を交換することができる。
【００７５】
これにより、充填層Ａ１、充填層Ａ２及び充填層Ｂ１、充填層Ｂ２及び充填層Ｃに充填された不純物除去剤を無駄なく使用して使い切ることができ、原料ガスの流通を停止させる必要もない。
【００７６】
上述した不純物除去装置によると、不純物除去剤を無駄なく使用して使い切ることができる。このため、原料ガスを精製して燃料電池やガスエンジンの燃料ガスとするガス精製設備の不純物除去装置として適用することで、不純物除去剤の無駄をなくして原料ガスを燃料ガスに精製することができる。
【００７７】
上述した実施例では、バイオマスや廃棄物等の固形燃料をガス化して得られた原料ガスを精製するガス精製設備に本発明の不純物除去装置を適用した例を挙げて説明したが、石炭ガス化複合発電（IGCC：Integrated coal Gasfication Combined Cycle）における石炭ガス化ガスを精製する乾式ガス精製設備に本発明の不純物除去装置を適用することができる。
【００７８】
図８に基づいて石炭ガス化複合発電（IGCC）の乾式ガス精製設備に本発明の不純物除去装置を適用した状況を説明する。図８には本発明の実施例の不純物除去装置を備えた乾式ガス精製設備の全体を表す概略系統を示してある。
【００７９】
図に示すように、乾式ガス精製設備８０には、石炭ガス化炉で生成された石炭ガス化ガスｇが所定温度に調整されて導入されるハロゲン化物除去装置８１が備えられ、ハロゲン化物除去装置８１には、２つの固定床反応容器７１と１つの後固定床反応容器７２が備えられている。２つの固定床反応容器７１は原料ガスの流れ方向に沿って並列に備えられ、固定床反応容器７１及び後固定床反応容器７２の充填層には、例えば、アルミン酸ナトリウムを含有したハロゲン化物吸収剤７３（不純物除去剤）がペレット状にされて充填されている。
【００８０】
ハロゲン化物吸収剤７３を流通してハロゲン化物が除去された石炭ガス化ガスｇは脱硫装置８４に送られる。脱硫装置８４は、例えば、３塔の反応塔８５、８６、８７が並列に配され、反応塔８５、８６、８７には、亜鉛フェライト脱硫剤がハニカム形状化された触媒を集合させた触媒ブロック８８がそれぞれ複数（図示例では４個）充填されている。３塔の反応塔８５、８６、８７への石炭ガス化ガスｇの導入は、図示しない切換え手段によりいずれかに切換えられて実施される。
【００８１】
脱硫処理では、石炭ガス化ガスｇが亜鉛フェライト脱硫剤（触媒ブロック８８）に接触することにより、硫化硫黄（Ｈ２Ｓ）や硫化カルボニル（ＣＯＳ）等が除去される。
【００８２】
脱硫装置８４で硫黄成分が除去された石炭ガス化ガスｇはアンモニア分解装置９０に送られる。アンモニア分解装置９０は、反応容器９１、９２が並列に配置されている。反応容器９１、９２にはＮｉ／Ａｌ２Ｏ３触媒のペレットが充填され、ペレット状に成形された触媒９３は、反応容器９１、９２の筒内部の周囲に、石炭ガス化ガスｇの導入方向に沿って（上下方向）充填されている。
【００８３】
アンモニア分解装置９０では、石炭ガス化ガスｇが触媒９３を流通してアンモニア成分が窒素に分解される。
【００８４】
アンモニア成分が窒素に分解された石炭ガス化ガスｇは熱交換装置９４に送られ、降温されて水銀除去装置９６に送られる。水銀除去装置９６は、除去容器９５に銅を主体として水銀を吸収する銅系吸収剤９７が充填され、石炭ガス化ガスｇが導入されて水銀が吸収される。
【００８５】
水銀除去装置９６で水銀が除去された石炭ガス化ガスｇはバグフィルター９８に送られる。バグフィルター９８で不純物が物理的に濾過された燃料ガスｆは、アンモニアが分解された石炭ガス化ガスｇの顕熱により、熱交換装置９４で昇温され、高温の燃料ガスｆとされる。高温の燃料ガスｆはタービン設備９９の燃焼器に供給される。
【００８６】
上述した石炭ガス化複合発電の乾式ガス精製設備８０では、ハロゲン化物除去装置８１の２つの固定床反応容器７１のいずれかに原料ガスを流通させて順次交代で使用している間に、破過したハロゲン化物吸収剤７３を交換することができ、また、２つの固定床反応容器７１のいずれかに原料ガスを流通させて順次交代で使用している間に、後固定床反応容器７２のハロゲン化物吸収剤７３を使い切ると共に、後固定床反応容器７２を迂回して原料ガスを流通させている間に、後固定床反応容器７２のハロゲン化物吸収剤７３を交換することができる。
【００８７】
これにより、２つの固定床反応容器７１及び後固定床反応容器７２に充填されたハロゲン化物吸収剤７３を無駄なく使用して使い切ることができ、原料ガスの流通を停止させる必要もない。
【００８８】
乾式ガス精製設備８０は、加圧状態で多量の石炭ガス化ガスｇを処理する設備であるため、吸収容量いっぱいまでハロゲン化物を吸収してから使い捨てとなるハロゲン化物吸収剤７３を頻繁に交換する必要がある。本発明の不純物除去装置を適用することにより、設備を頻繁に停止してハロゲン化物吸収剤７３を交換する必要がなく、また、処理ガス量が膨大であっても無駄なくハロゲン化物吸収剤７３を使い切ることが可能になる。
【００８９】
このため、石炭ガス化複合発電（IGCC）の乾式ガス精製設備８０のハロゲン化物除去装置８１に本発明の不純物除去装置を適用することで、不純物除去剤を無駄なく使用して短時間で容易に充填・排出することができる、といった利点を有効に活用することが可能になる。
【００９０】
因みに、石炭ガス化複合発電（IGCC）の乾式ガス精製設備８０における亜鉛フェライト脱硫剤（触媒ブロック８８）及び銅系吸収剤９７は再生が可能であり、アンモニア分解用の触媒９３は長寿命な触媒であるため、石炭ガス化複合発電（IGCC）の乾式ガス精製設備８０のハロゲン化物除去装置８１に本発明の不純物除去装置を適用することは吸収容量いっぱいまでハロゲン化物を吸収してから使い捨てとなるハロゲン化物吸収剤７３の運用に極めて有効である。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、露点を上回る温度にガス温度を維持して運転する乾式法により不純物除去剤を用いて原料ガスから不純物を除去する不純物除去装置に関する。
【符号の説明】
【００９２】
１ バイオマスガス化炉
２ バグフィルター
３ 重金属類除去装置
４、８１ ハロゲン化物除去装置
５、８４ 脱硫装置
６ 発電装置
８ 熱交換器
１１、１７、１９、７１ 固定床反応容器
１２、１８、２０、７２ 後固定床反応容器
１５、９７ 銅系吸収剤
１６、７３ ハロゲン化物吸収剤
２１、２２ 出入り口通路
２３ 本体部
２４ 供給手段
２５ 供給コンベア装置
２６ 供給サイロ
２７ 供給通路
２８ 供給ホッパ
２９ 入口供給弁
３０ 出口供給弁
３４ 排出手段
３５ 排出通路
３６ 排出コンベア装置
３７ 排出ホッパ
３８ 入口排出弁
３９ 出口排出弁
４０ 導入路
４１ Ａ導入路
４２ Ｂ導入路
４３ Ａ排出路
４４ Ｂ排出路
４５ 連結路
４６ 導出路
４７ 迂回路
４８ 分析流路
４９ パージ路
５１、５２、５３、５４、５８ 開閉弁
５５、５６ 切換え弁
６１、６２ パージ弁
６３、６４ 排出弁
８０ 乾式ガス精製設備
８５、８６、８７ 反応塔
８８ 触媒ブロック
９０ アンモニア分解装置
９１、９２ 反応容器
９３ 触媒
９４ 熱交換装置
９５ 除去容器
９６ 水銀除去装置
９８ バグフィルター
９９ タービン設備
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスの流れ方向に沿って並列に複数備えられ、不純物を除去するための不純物除去剤がそれぞれ個別に充填・排出される固定床反応容器と、
前記固定床反応容器の前記原料ガスの流れ方向の下流側に備えられる後固定床反応容器と、
並列に備えられた前記固定床反応容器のいずれかに前記原料ガスを選択流通させる選択手段と、
前記固定床反応容器を流通した前記原料ガスの前記後固定床反応容器への流通を迂回させる迂回経路と、
前記固定床反応容器を流通した前記原料ガスを前記後固定床反応容器側もしくは前記迂回路側に選択流通させる迂回選択手段とを備えた
ことを特徴とする不純物除去装置。
【請求項２】
請求項１に記載の不純物除去装置において、
前記後固定床反応容器の入口側には、前記固定床反応容器を流通した前記原料ガスの状態を検出することで前記不純物除去剤の破過の状況を判断する破過状態検出手段が備えられている
ことを特徴とする不純物除去装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２に記載の不純物除去装置において、
前記固定床反応容器のそれぞれには、前記不純物除去剤が充填される充填層が前記原料ガスの流れ方向に複数備えられている
ことを特徴とする不純物除去装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の不純物除去装置において、
前記原料ガスが流通していない前記固定床反応容器の内部に下流側からパージガスを供給するパージガス供給手段が備えられている
ことを特徴とする不純物除去装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の不純物除去装置において、
前記固定床反応容器に充填される不純物除去剤は、露点を上回る温度にガス温度が維持されて乾式で前記原料ガスの不純物を除去する
ことを特徴とする不純物除去装置。
【請求項６】
請求項５に記載の不純物除去装置において、
ガス化炉で生成されたガスが前記原料ガスとして前記固定床反応容器及び前記後固定床反応容器を流通し、不純物が除去された前記原料ガスは発電手段の燃料として用いられる
ことを特徴とする不純物除去装置。
【請求項１】
原料ガスの流れ方向に沿って並列に複数備えられ、不純物を除去するための不純物除去剤がそれぞれ個別に充填・排出される固定床反応容器と、
前記固定床反応容器の前記原料ガスの流れ方向の下流側に備えられる後固定床反応容器と、
並列に備えられた前記固定床反応容器のいずれかに前記原料ガスを選択流通させる選択手段と、
前記固定床反応容器を流通した前記原料ガスの前記後固定床反応容器への流通を迂回させる迂回経路と、
前記固定床反応容器を流通した前記原料ガスを前記後固定床反応容器側もしくは前記迂回路側に選択流通させる迂回選択手段とを備えた
ことを特徴とする不純物除去装置。
【請求項２】
請求項１に記載の不純物除去装置において、
前記後固定床反応容器の入口側には、前記固定床反応容器を流通した前記原料ガスの状態を検出することで前記不純物除去剤の破過の状況を判断する破過状態検出手段が備えられている
ことを特徴とする不純物除去装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２に記載の不純物除去装置において、
前記固定床反応容器のそれぞれには、前記不純物除去剤が充填される充填層が前記原料ガスの流れ方向に複数備えられている
ことを特徴とする不純物除去装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の不純物除去装置において、
前記原料ガスが流通していない前記固定床反応容器の内部に下流側からパージガスを供給するパージガス供給手段が備えられている
ことを特徴とする不純物除去装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の不純物除去装置において、
前記固定床反応容器に充填される不純物除去剤は、露点を上回る温度にガス温度が維持されて乾式で前記原料ガスの不純物を除去する
ことを特徴とする不純物除去装置。
【請求項６】
請求項５に記載の不純物除去装置において、
ガス化炉で生成されたガスが前記原料ガスとして前記固定床反応容器及び前記後固定床反応容器を流通し、不純物が除去された前記原料ガスは発電手段の燃料として用いられる
ことを特徴とする不純物除去装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２１８３０３（Ｐ２０１１−２１８３０３Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９０９４２（Ｐ２０１０−９０９４２）
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
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