JP2006255698A - 分離された洗浄液溜めを備えた燃焼排ガス用浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼排ガス、特に石炭火力発電所からの燃焼排ガスを浄化する装置と方法を提供する。
【解決手段】燃焼排ガス浄化用の装置であって、数個の槽（２０、２２）に分割した洗浄液溜め（１６）、及び該洗浄液を洗浄液溜め（１６）の少なくとも１つの槽（２２）から洗浄液ノズル（１４）に汲み上げるポンプ設備（２６）を含む、ことを特徴とする燃焼排ガス浄化用の装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃焼排ガス浄化、特に特に石炭火力発電所等の排ガスを脱硫するための燃焼排ガス浄化のための装置と方法に関する。

燃焼排ガスの浄化装置はすでに公知である。
一般にそれらは、いくつかの高さに配置されている洗浄液ノズルを有する洗浄塔、洗浄液がその中に回収される洗浄液溜め、及び洗浄塔のシリンダー形状のレセプタクル内で洗浄液溜めから上部の洗浄液ノズルレベルに向かって広がる吸収領域を含む。
燃焼排ガスは、洗浄塔の吸収領域の下部に供給され、そこから上方に向かって流れ、洗浄液ノズルの上部に設置されている排出口を通って洗浄塔から排出される。
洗浄塔を通過する際に、燃焼排ガスは、洗浄液ノズルから噴出する洗浄液と接触して、脱硫される、これらについては以下に詳細に記述する。
このような浄化装置は、例えばドイツ特許出願公開第10058548号明細書に開示されている。

洗浄液は好ましくは、水以外に、燃焼排ガス中に存在する酸化イオウ及び洗浄塔内で発生する酸化イオウと反応するアルカリ土類を含む。アルカリ土類としては、酸化カルシウム化合物である石灰、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム又はこれらの同種物が特に用いられる。
このアルカリ土類は、燃焼排ガス中に存在する酸化イオウと反応して本質的に亜硫酸カルシウムを生ずる、これは洗浄液中で化学結合する。
この方法で、燃焼排ガスは好ましくない酸化イオウから浄化され、その後浄化装置から流出する。しかし、その中で浮遊している亜硫酸カルシウム粒子を含む洗浄液は、洗浄液溜めに流入し、そしてそこに集められる。

燃焼排ガス浄化の際に発生する硫酸カルシウムは、天然石膏と同様の有効な特性を有している。硫酸カルシウムは、従って洗浄液溜めに集められる洗浄液から回収される、燃焼排ガス浄化プロセスの好ましい副生物である。
硫酸カルシウム粒子は、洗浄液溜めから洗浄液と共に取り出され、そしてその後続くプロセス洗浄液から回収される。
硫酸カルシウムは、その後更に材料、特に建築資材に加工される。

品質のよい硫酸カルシウムを回収するために、洗浄液から硫酸カルシウムを回収するために洗浄液溜めから取り出されるときに、アルカリ土類が洗浄液溜め中に集められた洗浄液に可能な限り含まれていないように注意する必要がある。
それ故に、洗浄液に混合される殆どのアルカリ土類が燃焼排ガスを浄化する間に、浄化される燃焼排ガスに含まれる酸化イオウと反応させる必要がある。

このようなアルカリ土類の完全な反応は、同時に実施可能な異なる手段により得ることができる。一方、相当する反応の可能性を増加させるために反応相手間の反応を改良する努力が必要である。

アルカリ土類と酸化イオウから亜硫酸カルシウムを生成する反応は、洗浄液と燃焼排ガス間の接触表面で拡散及び／又は溶解により実現される。このように、接触面積を大きくするほど、より良好な反応が達成される。接触面積は、洗浄液ノズルから流出する洗浄液滴のサイズ又は直径に逆比例する。それ故に、カナダ特許出願公開第1251919号明細書において、洗浄液滴のサイズを減少するために洗浄液ノズルにより洗浄液を可能な限り細かく霧化して、洗浄液と浄化される燃焼排ガス間の全接触面積を増加する提案がなされている。

燃焼排ガス浄化プロセスにおいてアルカリ土類のほぼ完全な反応は、またアルカリ土類が燃焼排ガス中の酸化イオウと反応するのに十分な機会を与えるために、洗浄塔の吸収領域における洗浄液の滞留時間を長くすることにより達成することができる。
この方法で、すべてのアルカリ土類を反応に関与させる可能性は増加する。洗浄塔の吸収領域における洗浄液の滞留時間を増加するために、前記カナダ特許出願公開第1251919号公報は、例えば、洗浄液溜めと洗浄液ノズル間の洗浄液の循環を数倍として、洗浄塔の吸収領域を洗浄液がより多く通過することを提案している。

高い品質の硫酸カルシウムを獲得するための他の問題は、最後に洗浄液と燃焼排ガスとの反応において、硫酸カルシウムばかりでなく、例えば亜硫酸塩、特に硫酸カルシウム中の不純物を与える亜硫酸カルシウムのような好ましくない副生物も生成することである。洗浄液溜め中に存在する洗浄液内のこれらの好ましくない亜硫酸塩の割合を減少させるために、米国特許出願公開第4359184号明細書は、その中に存在する亜硫酸カルシウムを硫酸カルシウムに酸化させるために、空気又はその同種物を洗浄液溜めの少なくとも１つの領域に供給することを提案している。

本発明の目的の１つは、洗浄液中に溶解しているアルカリ土類と燃焼排ガス中に存在する酸化イオウとの反応を更に最適化して燃焼排ガス、特に石炭火力発電所からの燃焼排ガスを浄化する装置と方法を提供することにある。

上記した目的は、本発明によれば、請求項１に記載の装置及び請求項８に記載の方法により達成することができる。
燃焼排ガスの浄化用の本発明による装置は、いくつかの槽に分けられた洗浄液溜めを含む。吸収領域を流れ出た洗浄液は少なくとも１つの槽に集められる。その後、硫酸カルシウムを回収するためにそこから少なくとも一部が取り出される。少なくとも他の１つの槽に新たな添加物、例えば石灰石が追加される。

洗浄液溜めを少なくとも２つの槽に分離すると、添加剤の追加と硫酸カルシウムを回収するのに必要な洗浄液の取り出しを局所的に分けることができるという利点がある。添加剤の追加は、アルカリ土類の形で浄化に必要である反応相手を備えた洗浄液を提供するのに必要である、しかし、他方、あまりに高い添加剤濃度は、避けなければならない、なぜなら吸収領域で反応に関与しないこのような添加物は、洗浄液溜め中の硫酸カルシウムを回収するのに用いる洗浄液に不純物を与えるからである。

燃焼排ガスの初期の浄化のために、浄化プロセスに必要な洗浄液は、低い添加物濃度の槽から取り出され、そして最後の浄化のために、洗浄液は、添加剤が追加される槽から取り出される。このような特別の方法に用いられる高い添加物濃度は、最適の浄化パフォーマンスをもたらす。
硫酸カルシウムを回収するための洗浄液は、低い添加物濃度の槽から取り出されるので、その結果、高い品質の硫酸カルシウムが生産される。

洗浄液溜めをいくつかの槽に分割する場合に、少なくとも１つの分離壁を備えていることが好ましい。分離壁は、好ましくは、例えば通り穴のような洗浄液溜めの液面を同じにする手段を有しており、槽間で少量の洗浄液の交換がなされる。

本発明の好ましい態様によると、浄化装置は、洗浄液のアナライザ（分析器）、好ましくは洗浄液サンプルを連続的に分析するアナライザを有している。
洗浄液アナライザは、洗浄液の組成、洗浄液のｐＨ値、又は同様のものを分析することが可能である。それ故に、吸収領域に導入される洗浄液、及び硫酸カルシウムを回収するために取り出される洗浄液は、常に最適の組成、ｐＨ値又は同様のものを有している。

更に、本発明の他の態様によると、吸収面積が燃焼排ガスの導入口から燃焼排ガスの排出口に向かって増加又は減少するように、レセプタクルの少なくとも１つの側面が形成されるので、その結果、吸収領域を通過する燃焼排ガスの流れは、減速されるか加速される、言い換えれば吸収領域における燃焼排ガスの滞留時間に対応する影響を与える。
少なくとも１つのレセプタクル側面は、例えば上部側面、１もしくは数個の側壁、又はこれらの相当する組み合わせとすることができる。

本発明による方法において、洗浄液溜めの１つの槽中の洗浄液は少なくとも稼働期間中異なる組成を有する。稼動期間中、前記ガス導入口側の第１の槽から洗浄液は、前記ガス導入口側の洗浄液ノズルに向かって汲み上げられ、前記ガス出口側の第２の槽から洗浄液は、前記ガス出口側の洗浄液ノズルに向かって汲み上げられる。
第１の槽から洗浄液は、このように最初の浄化に用いられ、第２の槽から洗浄液は、燃焼排ガスの最後の浄化に用いられる。一定期間後に、天然添加物（natural additive）濃度は、洗浄液において第２層から第１層に向かって変化する。
このように、洗浄液溜め中の洗浄液の添加物濃度は、第２層に向かって増加し、そこで最高の濃度に達する。

最後に、本発明の方法の好ましい態様によると、硫酸カルシウムを回収するための洗浄液は、洗浄液溜めの１つの槽、好ましくは洗浄液が最も低い添加物濃度である槽から取り出される。それ故に、硫酸カルシウムを高品質で回収することが可能である。

次に、本発明を、図面を参照してより詳しく説明する。
図１は、本発明による燃焼排ガス浄化装置の第１態様の斜視図である。
図２は、図１に示された発明による装置の第１態様の側面図である。
図３は、本発明による燃焼排ガス浄化装置の第２態様の斜視図である。
図４は、本発明による燃焼排ガス浄化装置の他の態様の斜視図である。
図５は、本発明による燃焼排ガス浄化装置の第４態様の斜視図である。
図６は、本発明による燃焼排ガス浄化装置の第５態様の斜視図である。

図１は、本発明による燃焼排ガス浄化装置１０の第１態様の斜視図を示す。ここで、装置１０の壁は、よく見えるように透視で示されている、それで装置１０の内側の構成を見ることができる。尚、図２ないし図６に示す装置も同様である。
燃焼排ガスは、石炭火力発電所の燃焼排ガス又は同種のガスが好ましい。
装置１０は、好ましくは平行６面体であるレセプタクル１２を含む。レセプタクル１２の上部に洗浄液ノズル１４が配置され、これらのノズルは異なる高さに設置されていて、また異なる方向、例えば水平方向と垂直方向に配置することができるが、ここで洗浄液ノズル１４は垂直方向が好ましい。

レセプタクル１２の下部において、洗浄液を受ける洗浄液溜め１６が備えられている。洗浄液溜め１６は、分離壁１８により第１の槽２０と第２の槽２２に分割されている。ここで、前記分離壁１８は、洗浄液溜めの最も高い液面よりも上部にまで位置しており、それで２つの槽２０と２２は、互いに分離されている。分離壁において、洗浄液溜め中の液面の釣り合いのための開口部（図示せず）が備えられており、槽２０と２２間で洗浄液の少しの交換が行われている。

レセプタクル１２は、洗浄液ノズル１４と洗浄液溜め１６の間に位置する吸収領域２４を含み、装置１０が稼働状態にあるとき、脱硫される吸収領域の燃焼排ガスは、燃焼排ガスの導入口１７から燃焼排ガスの排出口１９に向かって矢印Ａの方向に水平に導かれる。洗浄液は、洗浄液ノズル１４により吸収領域２４を通して細かいミスト形状で燃焼排ガス流れ上に噴霧される。
例えば、炭酸カルシウムのような洗浄液中に含まれるアルカリ土類は、燃焼排ガス内の酸化イオウと反応して、その結果亜硫酸カルシウムが本質的に生成する、すなわち洗浄液中で化学結合する。
この方法では、吸収領域２４を通して流れる燃焼排ガスが脱硫される。

吸収領域２４から流出し、そして硫酸カルシウムを含む洗浄液は、洗浄液溜め１６そして第１槽２０内と第２槽２２の双方に集められる。第１槽２０及び／又は第２槽２２内で、洗浄液はそれぞれ洗浄液アナライザ（図示せず）により分析される、すなわち、洗浄液組成及び／又は洗浄液のｐＨが決定される。

もし図示しないアナライザにより決定された、第１槽内に含まれる洗浄液のパラメータが硫酸カルシウムを回収するのに好ましい洗浄液のパラメータに合致するときは、洗浄液は、対応するパイプ３０を経て第１槽２０から取り出される。図示されていないが、パイプ３０は、例えばバルブ、ポンプ又はその他類似物のような洗浄液の取り出しに必要な手段を含んでいる。

第２槽２２において、アルカリ土類の形の添加剤は、洗浄液中のこのようなアルカリ土類を置換するために回分法又は連続法で加えられる、このアルカリ土類は吸収領域２４で燃焼排ガス中に存在する酸化イオウと反応する。この方法において、洗浄液は、常に浄化プロセスに必要とされる添加物を含む。アルカリ土類の添加は、また前記した分析結果に基づいて行うこともできる。

槽２０と２２において、特に槽２０において、酸化手段は、洗浄液溜め１６に存在する好ましくない亜硫酸カルシウムを硫酸カルシウムに酸化するために好適に備えられる。この酸化手段は、ここでは示されていないが、例えば空気の形で酸素供給できる、ここで空気は、好ましくは槽２０及び／又は槽２２内に水平方向に備えられている、相当する空気吐出口を有するパイプを通して供給される。

ポンプ２６は、洗浄液溜め１６に集められた洗浄液を最後に洗浄液ノズル１４にリサイクルするために汲み上げられる。ここで、第１槽２０から取り出された洗浄液は、燃焼排ガスの最初の浄化のために該ガス導入口に近接するノズル１４に循環される、そして第２槽２２から取り出された洗浄液は、燃焼排ガスの最後の浄化のために該ガス導入口に近接するノズル１４に循環される
それ故に、添加剤濃度は、洗浄液中ですなわち第１槽２０中の低い濃度から第２槽２２中の最大濃度に向かって変化する。
このように、低い添加剤濃度の洗浄液は、硫酸カルシウムを回収するために常に槽２０から取り出される。

図２は、図１に示す装置１０の斜視図である。図２において、洗浄液ノズル１４はいくつかのレベルに調整されている。
図３は、本発明による燃焼排ガス浄化装置の第２態様の斜視図である。図３で示される装置１０は、図１と２で示される装置１０とは本質的に異なり、上面２８は、吸収領域２４が燃焼排ガス導入口１７から燃焼排ガス吐出口１９に向かって小さくなるように内側に角度が付けられている。
燃焼排ガス導入口と燃焼排ガス吐出口１７と１９と同様にレセプタクル１２の形状により、吸収領域２４を通して流れる燃焼排ガスは、レセプタクル１２内で加速され、燃焼排ガスの速度は増加して、レセプタクル１２内および吸収領域２４内における滞留時間は短縮される。

図４は、本発明による燃焼排ガス浄化装置の他の態様を示す。図３に示した装置と比較して、レセプタクル１２の上面２８は、吸収領域２４が燃焼排ガス導入口１７から燃焼排ガス吐出口１９に向かって増加するように外側に角度が付けられている、ここで燃焼排ガス導入口１７は、燃焼排ガス吐出口１９よりも相対的により小さい。
この方法では、燃焼排ガスは燃焼排ガス導入口１７から燃焼排ガス吐出口１９に向かってレセプタクル１２の吸収領域２４を通ってその流路で圧力が開放される、その結果、燃焼排ガスの速度は減少し、そして吸収領域２４における滞留時間は延長される。

図５は、本発明による燃焼排ガス浄化装置の第４態様の斜視図であり、本質的に図４に示す態様に相当する。しかし、図５によるとレセプタクル１２の上面２８の代わりにセプタクル１２の側壁は、吸収領域２４の容積が燃焼排ガス導入口１７から燃焼排ガス吐出口１９に向かって増加するように外側に角度が付けられている。

最後に図６は、本発明による燃焼排ガス浄化装置の第５態様の斜視図であり、本質的に図３に示す態様に類似している、ここで、レセプタクル１２の上面２８の代わりにセプタクルの側壁は、吸収領域２４の容積が燃焼排ガス導入口１７から燃焼排ガス吐出口１９に向かって減少するように内側に角度が付けられている。

図１ないし６に示す本発明による装置の態様は、それぞれ洗浄液溜めに酸化手段を含んでいるが、該酸化手段は事態を簡略化するために図面には示されていない。この酸化手段によって、酸素は洗浄液溜めに導入されて、亜硫酸カルシウムと反応して硫酸カルシウムを生成する。

上記した好ましい態様に制限されず、このような他の改良と変形の態様は、別に示す請求項で規定する発明の保護範囲を逸脱することなく実施可能である。
例えば、分離壁１８は、槽２０と２２を完全に分割する必要はない、それ故、２つの槽間の洗浄液の交換は、ある程度は可能である。
更に、２つの槽２０と２２のただ１つに洗浄液アナライザ及び／又は酸化装置を備えることも可能である。

更に、燃焼排ガスはまた底部から上部に装置１０を通して流すことも可能である、すなわち、燃焼排ガスは、例えばレセプタクル１２の吸収領域２４の底部に導入されてそして相当する開口部を通過して洗浄液ノズル１４の上部の右側上の１部から排出させることも可能である。
しかし、我々は、図１に示すようにレセプタクル１２を通して燃焼排ガスの流れが水平方向であることが好ましいことを指摘しておく。

前記洗浄液溜めはまた２槽以上とすることもできる。
最後に、本発明の装置と本発明の方法は、例えば化石燃料を使用するセメント産業又は一般に発電所における脱硫に使用することができる。

は、本発明による燃焼排ガス浄化装置の第１態様の斜視図である。 は、図１に示された発明による装置の第１態様の側面図である。 は、本発明による燃焼排ガス浄化装置の第２態様の斜視図である。 は、本発明による燃焼排ガス浄化装置の他の態様の斜視図である。 は、本発明による燃焼排ガス浄化装置の第４態様の斜視図である。 は、本発明による燃焼排ガス浄化装置の第５態様の斜視図である。

符号の説明

１０ 装置
１２ レセプタクル
１４ 洗浄液ノズル
１６ 洗浄液溜め
１７ 燃焼排ガス導入口
１８ 分離壁
１９ 燃焼排ガス排出口
２０ 第１槽
２２ 第２槽
２４ 吸収領域
２５ パイプ
２６ ポンプ設備
２８ 上面
３０ パイプ

Claims (14)

1. 燃焼排ガス浄化用の装置であって、
   数個の槽（２０、２２）に分割した洗浄液溜め（１６）、及び該洗浄液を洗浄液溜め（１６）の少なくとも１つの槽（２２）から洗浄液ノズル（１４）に汲み上げるポンプ設備（２６）を含む、
   ことを特徴とする燃焼排ガス浄化用の装置。
2. 前記洗浄液溜め（１６）の分割のために少なくとも１つの分離壁（１８）が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記分離壁（１８）が前記洗浄液溜め（１６）における液面を釣り合わせる手段を含み、該手段が前記槽（２０、２２）間で多少の液の交換が行なわれることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 単一槽（２０，２２）からポンプで汲み上げられる洗浄液量が設定できることを特徴とする請求項２又は３に記載の装置。
5. 洗浄液アナライザを含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか1項に記載の装置。
6. 前記洗浄液アナライザが洗浄液サンプルを連続的に分析することを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記レセプタクル（１２）の少なくとも１の側面が前記吸収領域（２４）の体積が燃焼排ガス導入口（１７）から燃焼排ガス排出口（１９）に向かって減少するように成形されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか1項に記載の装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の装置を用いる燃焼排ガスの浄化方法であって、洗浄液溜め（１６）の個々の槽（２０，２２）に含まれる洗浄液が少なくとも稼働期間中に異なる組成であることを特徴とする燃焼排ガスの浄化方法。
9. 前記洗浄液溜め（１６）の少なくとも１つの槽（２２）から洗浄液が洗浄液ノズル（１４）にポンプにより汲み上げられることを特徴とする請求項８に記載の燃焼排ガスの浄化方法。
10. 前記洗浄液溜め（１６）の異なる槽（２０、２２）から汲み出される洗浄液量が、それぞれ異なる組成であって、異なる洗浄液ノズル（１４）に導かれる請求項９に記載の燃焼排ガスの浄化方法。
11. 前記洗浄液溜めの少なくとも１つの槽（２０，２２）の洗浄液が分析される、請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の燃焼排ガスの浄化方法。
12. 洗浄液の分析が本質的に連続して行われる請求項１１に記載の燃焼排ガスの浄化方法。
13. 硫酸カルシウムを回収する目的で、洗浄液が前記洗浄液溜め（１６）の１の槽（２０）のみから取り出される請求項８ないし１２のいずれか１項に記載の燃焼排ガスの浄化方法。
14. 前記レセプタクル（１２）の前記吸収領域（２４）を通して導かれる燃焼排ガスが加速され又は減速される請求項８ないし１３のいずれか１項に記載の燃焼排ガスの浄化方法。
    
    
    

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