專利名稱：煤氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于煤的氣化工藝等合成煤氣的濕式凈化裝置，特別是涉及一種能夠容易地對煤氣中的含硫化合物和其他雜質(zhì)進(jìn)行除去處理，同時，用于該除去處理而對所說合成煤氣進(jìn)行冷卻和再加熱所需的熱交換器的體積顯著地減小的煤氣生成裝置。
近年來，由于石油資源的枯竭和石油價(jià)格的高漲，對燃料多樣化的呼聲日高，目前正在開發(fā)煤和重油的利用技術(shù)，其中，使煤或重油氣化并將其作為發(fā)電燃料或合成原料使用的技術(shù)正在受到重視。另外，與使用煤或石油的過去的火力發(fā)電相比，使用由煤氣化所獲的煤氣進(jìn)行發(fā)電具有效率高、能夠有效地利用有限資源的優(yōu)點(diǎn)，因此受到人們的重視。
然而，在這種由煤氣化所獲的合成煤氣中含有數(shù)100～數(shù)1000ppm的硫化合物(主要是硫化氫)。為了防止這種由煤氣化所獲煤氣產(chǎn)生的公害，或者為了防止它對下游設(shè)備(例如燃?xì)廨啓C(jī)等)的腐蝕，必須將這些含硫化合物除去。作為除硫方法，已知的例如特開平7-48584號公報(bào)所記載的，將煤氣與吸收液進(jìn)行氣液接觸的濕式煤氣凈化技術(shù)。
另外，在煤氣化而生成的煤氣中所含的硫化合物，除了H2S(硫化氫)之外，還含有100ppm左右的COS(硫化羰)，它不能用吸收液除去。
因此，為了在濕式的煤氣凈化過程中除去COS，必須在使吸收液與煤氣進(jìn)行氣液接觸的脫硫塔的上游，予先使COS通過水解反應(yīng)而轉(zhuǎn)化成H2S。過去，作為用于這種轉(zhuǎn)化的催化劑，已知的例如有特公昭63-11053號公報(bào)和特開平1-223197號公報(bào)中所示的，在氧化鈦的基礎(chǔ)上加入Li或Na等添加劑而成的催化劑。
可是，在上述現(xiàn)有技術(shù)的煤氣凈化技術(shù)中沒有專門考慮在合成煤氣中所含的含氯化合物(HCl)和含氮化合物(NH3)等有害雜質(zhì)，因此人們希望對這些技術(shù)加以改進(jìn)。
也就是說，通常在由煤的氣化工藝等獲得的含成煤氣中含有例如100～1500ppm左右的NH3、100ppm左右的HCl，為了進(jìn)一步地凈化，必須將這些雜質(zhì)除去。
另外，在這些雜質(zhì)中，作為含氯化合物的HCl，它本身是一種強(qiáng)酸，即使對不銹鋼材料也有腐蝕性，從保護(hù)設(shè)備材料的觀點(diǎn)考慮，必須盡可能在上游側(cè)將其除去，另外，當(dāng)合成煤氣在燃?xì)廨啓C(jī)等設(shè)備中燃燒時，含氯化合物以包含在煙氣中的形式排放到大氣中，因此，為了減少含氯化合物的排放量，也必須將其除去。
另外，作為含氮化合物的氨，在通常使用由胺化合物組成的吸收液(堿性)的脫硫塔中進(jìn)行氣液接觸處理時幾乎不能將其除去，因此在燃?xì)廨啓C(jī)等設(shè)備中燃燒時就變成了有害的氮氧化物。這種氮氧化物通常在設(shè)置于燃?xì)廨啓C(jī)等設(shè)備下游側(cè)的脫硝裝置中除去，這就產(chǎn)生了增大裝置負(fù)荷的問題。
因此，本申請人曾提出一種用于清除上述雜質(zhì)的技術(shù)，該技術(shù)是通過在脫硫塔的上游側(cè)使合成煤氣(在下文中有時將合成煤氣簡稱為煤氣)與洗滌液進(jìn)行氣液接觸來洗滌煤氣，從而除去上述雜質(zhì)。然而在此情況下仍然存在用于進(jìn)行上述洗滌工序的洗滌塔和用于進(jìn)行上述COS轉(zhuǎn)化的COS轉(zhuǎn)化器的位置關(guān)系的問題，以及為了有效利用合成煤氣中的熱量的熱交換器等設(shè)備結(jié)構(gòu)的問題。
也就是說，根據(jù)發(fā)明者們的知識可知，以HCl為代表的，在煤氣中的含鹵化合物等雜質(zhì)，對于用來使COS轉(zhuǎn)化成H2S的常用催化劑的活性是有害的，因此，為了避免這種活性降低，優(yōu)選是將上述洗滌塔設(shè)置在COS轉(zhuǎn)化器的上游，以便預(yù)先將上述雜質(zhì)洗滌除去。
然而，COS轉(zhuǎn)化器的性能(轉(zhuǎn)化率)有隨著溫度的降低而降低的傾向，在此情況下，為了使轉(zhuǎn)化器的性能達(dá)到實(shí)用的水平，必須對由于在洗滌塔中與洗滌液接觸而變冷了的氣體進(jìn)行再加熱，使其最低達(dá)到150℃左右。另外，為了確保脫硫塔的性能，優(yōu)選是使從COS轉(zhuǎn)化器排出并進(jìn)入脫硫塔中的氣體溫度降低到40℃左右。
進(jìn)而，為了使得被送入燃?xì)廨啓C(jī)等設(shè)備中的經(jīng)處理后的氣體維持高溫狀態(tài)以便實(shí)現(xiàn)高的熱效率，必須從導(dǎo)入洗滌塔之前的高溫氣體中回收熱量并用來加熱從脫硫塔中排出的經(jīng)處理后的氣體。
因此，當(dāng)洗滌塔配置在COS轉(zhuǎn)化器的上游的情況下，設(shè)備構(gòu)成就變得象例如圖7所示那樣復(fù)雜的構(gòu)成，因此導(dǎo)至設(shè)備的大型化和高成本化，從而成為實(shí)用上的大問題，另外，在圖7所示的裝置中，符號Q1表示凈化處理前的合成煤氣，這種合成煤氣來自煤氣化爐(圖中省略)并在蒸氣加熱器(圖中省略)中被回收熱量之后，經(jīng)過多孔過濾器等(圖中省略)除塵而形成，其溫度在420℃左右。
于是，該合成煤氣Q1首先被導(dǎo)入熱交換器101中，這時該合成煤氣Q1的熱被用來加熱處理后的煤氣Q4，從而使合成煤氣Q1的溫度相反地降低至177℃左右。
接著，合成煤氣Q1被導(dǎo)入洗滌塔102中，通過與洗滌液接觸而使其中的氯化氫和氨等雜質(zhì)被吸收除去，同時使合成煤氣本身被冷卻，從而使該合成煤氣的溫度降低至露點(diǎn)溫度(40℃左右)，將此氣體稱為煤氣Q2。
接著，從洗滌塔102排出的煤氣Q2被導(dǎo)入熱交換器103中，它被下述的煤氣Q3的熱加熱至120℃左右，接著被導(dǎo)入后面的加熱器104中，在此處被進(jìn)一步加熱至150℃左右。
接著，煤氣Q2從加熱器104中排出，向其中加入蒸氣QW以補(bǔ)充由于在上流冷凝而損失的水分，然后煤氣Q2被導(dǎo)入一個填充有上述催化劑的COS轉(zhuǎn)化器105中以使其中所含的COS轉(zhuǎn)化成H2S，這時它就變成了幾乎不含COS的煤氣Q3。
接著，從COS轉(zhuǎn)化器105排出的煤氣Q3在上述的熱交換器103中被逆流地冷卻，使其從150℃左右變成72℃左右，進(jìn)而在冷卻器106中與工業(yè)用水進(jìn)行熱交換而被冷卻，結(jié)果變成40℃左右，然后被導(dǎo)入脫硫塔107中。
接著在脫硫塔107中與含有胺類吸收劑的吸收液進(jìn)行氣液接觸，從而除去煤氣Q3中的H2S，最終作為幾乎不含硫或其他雜質(zhì)的清潔煤氣Q4(溫度為42℃左右)排出。
接著，從脫硫塔107排出的煤氣Q4被上述的熱交換器101加熱，使其溫度提高至300℃左右，最后作為清潔的而且經(jīng)過高溫凈化處理后的煤氣化煤氣Q5被送往復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)等設(shè)備中。
于是，按照如圖7所示的構(gòu)成，兩個熱交換器101、103的傳熱面積分別需要2262m2和2898m2，另外，加熱器104和冷卻器106的傳熱面積分別需要754m2和715m2，從而使這些熱交換器的總傳熱面積達(dá)到6629m2。
另外，在加熱器104中需要用于加熱的熱能，同時，需要水蒸氣Qw和冷卻器106的冷卻劑，這樣，隨著裝置的大型化，使得設(shè)備的成本和運(yùn)行費(fèi)用都非常高。
而且，這樣不僅使裝置結(jié)構(gòu)大型化和高成本化。而且在COS轉(zhuǎn)化器中的煤氣溫度，如上所述只能達(dá)到150℃，因此COS的轉(zhuǎn)化效率無法提高。
因此本發(fā)明的目的是提供一種能以小型的設(shè)備結(jié)構(gòu)和低的成本來實(shí)現(xiàn)對煤氣中的含硫化合物進(jìn)行更完全的吸收，并對含氯化合物和含氮化合物等雜質(zhì)進(jìn)行除去處理的煤氣凈化裝置。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的煤氣凈化裝置是一種用于使由煤或重油的氣化而獲得的合成煤氣凈化的煤氣凈化裝置，該裝置具有用于使上述的合成煤氣與吸收液進(jìn)行氣液接觸，從而至少將上述合成煤氣中所含的硫化氫吸收除去的脫硫塔，用于使上述的合成煤氣在導(dǎo)入上述的脫硫塔之前與洗滌液進(jìn)行氣液接觸而實(shí)施洗滌的洗滌塔，設(shè)置在所說洗滌塔的上游，用于使上述合成煤氣中的硫化羰轉(zhuǎn)化成硫化氫的轉(zhuǎn)化器。
另外，本發(fā)明的煤氣凈化裝置，作為填充在上述轉(zhuǎn)化器中，用于促進(jìn)上述的硫化羰轉(zhuǎn)化成硫化氫的反應(yīng)的催化劑，優(yōu)選使用由氧化鈦構(gòu)成的，其中不含有與上述合成煤氣中的雜質(zhì)具有強(qiáng)親合力的添加劑的催化劑。
另外，本發(fā)明的煤氣凈化裝置，其構(gòu)成是，用于加熱在上述脫硫塔中處理后的合成煤氣所需的熱，是從上述轉(zhuǎn)化器下游側(cè)的合成煤氣中回收而不是從上述轉(zhuǎn)化器上游側(cè)的合成煤氣中回收。
另外，上述的煤氣凈化裝置，其構(gòu)成是，用于加熱在上述脫硫塔中處理后的合成煤氣所需的熱量是從上述轉(zhuǎn)化器的下游和上游兩側(cè)的合成煤氣中回收。


圖1示出本發(fā)明實(shí)例1的凈化裝置主要部分的前處理部的構(gòu)成。
圖2示出在同一凈化裝置中的脫硫部和石膏回收部的構(gòu)成。
圖3示出本發(fā)明實(shí)例2的凈化裝置主要部分的前處理部的構(gòu)成。
圖4示出本發(fā)明實(shí)例3的凈化裝置主要部分的前處理部的構(gòu)成。
圖5示出本發(fā)明各實(shí)例的主要部分的構(gòu)成。
圖6是表示在以溫度條件作為參數(shù)時的COS轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)的曲線圖。
圖7示出將COS轉(zhuǎn)化器配置在洗滌塔下游的凈化裝置的主要部分的構(gòu)成。
下面根據(jù)附圖來解釋本發(fā)明的實(shí)施方案。
實(shí)例1首先解釋實(shí)例1。圖1示出了本實(shí)例的煤氣凈化裝置中的主要部分的前處理部的構(gòu)成；圖2示出了在同一裝置中的脫硫部和石膏回收部的構(gòu)成。
首先解釋前處理部的構(gòu)成及其基本功能。如圖1所示，在煤氣化爐1中，例如以空氣作為氣化劑將煤氣化，產(chǎn)生以一氧化碳和氫為主成分的合成煤氣A。
作為這種以煤為原料，以空氣為氣化劑而生成的合成煤氣A，通常含有1000～1500ppm左右的H2S(含硫化合物)和100ppm左右的COS(含硫化合物)，另外還含有100～1500ppm左右的NH3(含氮化合物)和100ppm左右的HCl(含氯化合物)。
另外，合成煤氣A緊接在爐出口處的溫度通常為1000℃～1300℃，但是由于通常使用設(shè)置在合成爐出口側(cè)的蒸氣加熱器(圖中省略)來回收其中的熱，從而將其冷卻至例如420℃左右，其壓力為例如26大氣壓左右。
該合成煤氣A順次地被導(dǎo)入旋風(fēng)分離器2和多孔過濾器3，從而分別地分離除去其中較大粒徑的粉塵和細(xì)微的粉塵。
在多孔過濾器3的下游設(shè)置一個轉(zhuǎn)化器5，其中裝有用于使COS轉(zhuǎn)化成H2S的催化劑，合成煤氣Al中的COS在此處幾乎全部轉(zhuǎn)化成H2S。
另外，在此情況下，作為轉(zhuǎn)化器5的催化劑，可以使用由氧化鈦單質(zhì)形成的催化劑，但優(yōu)選使用那些至少是其中不含有在特公昭63-11053號公報(bào)中記載的添加劑(Li、Na、K、Cs、Mg、Ca、Ba、Zn、Cd、Sn、Pb)的催化劑。
其理由如下，根據(jù)發(fā)明者們的研究發(fā)現(xiàn)，在使用不含上述添加劑的催化劑的情況下，即使在煤氣中存在鹵化物等雜質(zhì)，也不會損害催化劑的活性。另外還可以認(rèn)為，上述那些添加劑與鹵化物等雜質(zhì)的親合力強(qiáng)，因此，當(dāng)這些雜質(zhì)存在于煤氣中時反而使催化劑的能力降低。例如，催化劑中的堿金屬氫氧化物(例如KOH)能與氯化氫化應(yīng)而變成鹵化物(例如KCl)，因此改變了作為催化劑的化學(xué)性質(zhì)，從而降低了其催化能力。
另外，在該轉(zhuǎn)化器5的下游，設(shè)置有熱交換器6，其構(gòu)成是利用來自轉(zhuǎn)化器5的煤氣A2中的熱來加熱凈化后的煤氣A4。另外，煤氣A2就逆流地被熱交換器6奪去熱量，在此情況下被冷卻至177℃左右。
然后，在熱交換器6的下游設(shè)置有洗滌塔7，以便在將煤氣A2導(dǎo)入下述的脫硫塔21之前使其先與洗滌液B進(jìn)行氣液接觸。
洗滌塔7是一種稱為填充式的氣液接觸塔的情況下，貯存于塔底部以水為主成分的洗滌液B被循環(huán)泵8往上抽吸，然后通過塔上部的噴霧管9噴出，它一邊與煤氣A2進(jìn)行氣液接觸，一邊經(jīng)由填充材料10向下流動，再次返回塔底部，從而構(gòu)成了循環(huán)。
另外，當(dāng)洗滌塔7是一種稱為逆流式洗滌塔的情況下，由塔下部導(dǎo)入的煤氣A2逆著向下流動的洗滌液B而在塔內(nèi)上升，在除去HCl或NH3等之后，作為洗滌后的煤氣A3從塔頂部排出。
也就是說，在洗滌塔7中，作為被導(dǎo)入脫硫塔21之前的合成煤氣A2與一種以水為主成分的洗滌液B進(jìn)行氣液接觸，因此，在煤氣A2中所含的溶解度大的NH3或HCl，即使在沒有專門對洗滌液B進(jìn)行pH調(diào)節(jié)的情況下也有相當(dāng)量被吸收到洗滌液B中，并最終作為排水C被排出到系統(tǒng)外。因此，最終獲得的煤氣A5，其中有相當(dāng)量的NH3和HCl隨同H2S一起被除去，從而變成一種前所未有的清潔產(chǎn)品。
另外，在煤氣A2中通常所含的NH3量較HCl還多，因此，如果不調(diào)節(jié)其pH值，則洗滌液B也顯示堿性。當(dāng)洗滌液B成為堿性時，僅僅降低了它對NH3的吸收性能，而在煤氣A2中所含的弱酸性的H2S也有相當(dāng)量被吸收到洗滌液B中，結(jié)果被包含在排水C中。由于排放規(guī)則對含硫化合物有嚴(yán)格的限制，要達(dá)到無害化處理是困難的，因此在該情況下，對排水C的排水處理就成為一個規(guī)模龐大和高費(fèi)用的問題。
為了解決上述問題，本實(shí)例是通過向洗滌塔7的洗滌液B中適宜地供入硫酸等的酸E來調(diào)節(jié)其pH值，例如將洗滌液B的pH值保持在弱酸性以下。這樣就能抑制在排水C中所含的H2S的量，從而避免了麻煩的排水處理。另外，即使在該情況下，由于HCl是強(qiáng)酸，因此可以被弱酸性范圍的洗滌液充分吸收。
但是，為了更完全地吸收除去NH3，優(yōu)選是將pH值大大降低，例如降低至強(qiáng)酸范圍，但在此情況下就降低了對HCl的吸收性能，所以，為了更完全地除去HCl和NH3兩者，優(yōu)選是按二塔式的構(gòu)成，也就是同時設(shè)置一個主要用于吸收NH3的洗滌塔和一個主要用于吸收HCl的洗滌塔。
另外，煤氣A3由于在與洗滌液B接觸時被冷卻，因此即使不設(shè)置專門的冷卻器也能使其具有適宜于導(dǎo)入脫硫塔21的溫度(40℃左右)。
另外，洗滌液B的一部分通過循環(huán)泵8出口側(cè)的支管被抽出并作為排水C排出到體系外。另外，可以在洗滌液B循環(huán)途徑中的任一個位置適量地供入補(bǔ)給水D，以便彌補(bǔ)作為排水C或包含在煤氣中而造成夾帶損失的水分。另外，在洗滌塔7的塔上部設(shè)置有用于分離除去煤氣中霧滴的霧滴清除器11，從而可以把從下游側(cè)流出的所謂夾帶霧滴量抑制到很低的程度。
下面根據(jù)圖2解釋脫硫部的構(gòu)成及其工作狀態(tài)。脫硫部主要由脫硫塔21和再生塔22構(gòu)成。
脫硫塔21是一個與上述洗滌塔7同樣的氣液接觸塔，貯存在再生塔22的塔底部的硫化氫吸收液F被循環(huán)泵23抽吸向上，在吸收液熱交換器24中被冷卻后，通過塔上部的噴霧管25噴出，一邊與煤氣A3進(jìn)行氣液接觸，一邊經(jīng)由填充材料26向下流動。
另外，通過與吸收液F的氣液接觸而被除去了H2S的煤氣A4(溫度為42℃左右)在被霧滴清除器21除去夾帶的霧滴后就從該脫硫塔21的塔頂部排出，然后被圖1中的熱交換器6加熱，成為凈化處理后的煤氣A5。
另外，這時煤氣A5的壓力變成25.5大氣壓左右，其溫度變成300℃左右，而其硫含量(H2S和COS的濃度)降低到10ppm以下。
另一方面，對于再生塔22來說，貯存在脫硫塔21塔底部的吸收液F被循環(huán)泵28抽吸向上，在吸收液熱交換器24中被加熱后，通過塔上部的噴霧管29噴出，一邊與沿著塔內(nèi)上升的吸收液F的蒸氣和吸收成分(廢氣)接觸，一邊經(jīng)由填充材料30向下流動。
該再生塔22塔底部的吸收液F在再沸器31中被水蒸氣G加熱，因此使得作為吸收成分的H2S在該再生塔22中揮發(fā)到氣體一側(cè)。然后這種含有H2S的廢氣H在霧滴清除器32中被除去霧滴之后，經(jīng)由設(shè)置在再生塔22頂部的回流部，作為含有更高濃度H2S的廢氣H1(主成分為CO2)被送往下述的石膏回收部。
另外，在設(shè)置于再生塔22頂部的回流部中，由廢氣H被冷卻器33冷卻而生成并貯存于貯存罐34中的廢氣H的冷凝液I，通過泵35的抽送而由噴霧管36噴出，這樣就使得廢氣H中的蒸氣較多地液化，并使得液體中作為吸收成分的H2S較多地?fù)]發(fā)，從而獲得一種含有體積百分?jǐn)?shù)例如為20％左右的高濃度H2S的廢氣H1。
下面解釋石膏回收部的構(gòu)成及其工作狀態(tài)。本實(shí)例的石膏回收部由燃燒爐41和濕式石灰石膏法的脫硫裝置組合而成，燃燒爐41的作用是將廢氣H1中所含的能與空氣J反應(yīng)的H2S燃燒掉，廢氣H1在該燃燒爐41中燃燒后變成燃燒廢氣H2，而脫硫裝置的作用是從燃燒廢氣H2中吸收除去SO2(亞硫酸氣)等硫氧化物并將該廢氣作為無害的廢氣H3排放。
脫硫裝置具有反應(yīng)器42、空氣供給裝置(圖中省略)和離心機(jī)之類的固液分離裝置44，反應(yīng)器42的作用是使含有高濃度由H2S燃燒而生成的SO2的燃燒廢氣H2與供入該反應(yīng)器內(nèi)部并與含有鈣化合物的漿料K進(jìn)行氣液接觸，然后將該廢氣排出；空氣供給裝置的作用是把氧化用的空氣L作為許多微小的氣泡吹噴入該反應(yīng)器42內(nèi)的漿料中；固液分離裝置44的作用是對從反應(yīng)器42中抽出的漿料M(石膏漿料)進(jìn)行固液分離。
另外，在圖2中以符號46表示的是冷卻器，其作用是將燃燒廢氣H2冷卻至適合于吸收其中的SO2等物質(zhì)的溫度。另外，在固液分離裝置44中通過固液分離而生成的分離水M3，作為構(gòu)成反應(yīng)器42內(nèi)漿液的水分直接返回在此情況下的反應(yīng)器42內(nèi)。
此處，反應(yīng)器42可以由一種所謂漿料循環(huán)式的吸收塔構(gòu)成，具體地說，例如在塔底部具有一個用于讓氧化用空氣L吹入其中的漿料槽，在燃燒氣H2流通的塔上部具有用于噴射漿料槽內(nèi)的漿料，形式為填充式、噴霧式或液柱式等的氣液接觸部?；蛘撸摲磻?yīng)器42也可以是一種所謂鼓泡式的裝置，氧化用的空氣L和燃燒廢氣H2二者同時吹入槽內(nèi)的漿料中，SO2等的吸收和氧化全部在漿料槽中進(jìn)行。
總之，在反應(yīng)器42中進(jìn)行例如按以下反應(yīng)式(1)至(3)所示的反應(yīng)，主要是吸收SO2和生成二水石膏。
(1)(2)
另外，供給到反應(yīng)器42中的漿料K，例如可以由石灰石(CaCO3)等含鈣化合物在漿料槽(圖中省略)中與工業(yè)用水等攪拌混合而成。當(dāng)然，所說的含鈣化合物也可以微細(xì)化的固形狀態(tài)直接地供入反應(yīng)器42中進(jìn)行反應(yīng)。另外還設(shè)置有石膏加熱裝置45(石膏加熱工序)，由固液分離裝置44獲得的固體物質(zhì)M1(二水石膏的石膏濾餅)在其中被加熱至120℃～150℃，獲得半水石膏M2。
另外，含鈣化合物的供給量基本上可以根據(jù)應(yīng)該吸收的亞硫酸氣的量來決定。在實(shí)際的運(yùn)行中，例如可以通過檢測反應(yīng)器42內(nèi)漿料的pH值或未反應(yīng)的石灰石濃度等來對該供給量進(jìn)行微調(diào)整，以便將該pH值保持為最適于吸收反應(yīng)等的數(shù)值。
另外，氧化用空氣L優(yōu)選是通過例如檢測反應(yīng)器42內(nèi)漿料的氧化還原電位等，按必要的最小限量供給。
采用按照以上構(gòu)成的煤氣凈化裝置，將COS轉(zhuǎn)化器5與設(shè)置在洗滌塔7的上游側(cè)(高溫側(cè))，由洗滌塔7排出的煤氣A3就能按它當(dāng)時的溫度直接地導(dǎo)入脫硫塔21中，因此，相當(dāng)于圖7中所示的熱交換器103、加熱器104和冷卻器106的設(shè)備全部都可以不要，在加熱器104中所必需的熱能和冷卻器106中所必需的冷卻劑也可以不要。
也就是說，如果把本實(shí)例中的主要部分構(gòu)成按照與圖7同樣的圖表示，則變成如圖5(a)所示那樣構(gòu)成的裝置，這時，作為熱機(jī)，只需設(shè)置熱交換器6就可以極簡單的設(shè)備進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，因此運(yùn)行費(fèi)用低。在此情況下，在熱交換器6中的氣體入口和出口的溫度條件與圖7所示的熱交換器101相同，熱交換器6的傳熱面積也可以是2262m2，因此在本實(shí)例的情況下，熱機(jī)的總傳熱面積為2262m2，這一面積要比圖7構(gòu)成的總傳熱面積小得多。
另外，與圖7中導(dǎo)入COS轉(zhuǎn)化器105的煤氣Q2相比，在本實(shí)例中導(dǎo)入COS轉(zhuǎn)化器5的煤氣A1含有較多的水分，因此不必專門供給如圖7中所示的蒸氣QW。
因此，按照本實(shí)例，可以使裝置明顯地小型化，而且運(yùn)行費(fèi)用也顯著地降低。
而且，洗滌塔和脫硫塔的運(yùn)行條件沒有變化，因此，作為凈化裝置的性能(含硫化合物和其他雜質(zhì)的除去率)與圖7所示構(gòu)成等同或更高。
特別是在COS轉(zhuǎn)化器5中的氣體溫度很高，達(dá)到420℃左右，因此使得COS的轉(zhuǎn)化率很高，其結(jié)果是COS的除去率顯著地高于按圖7所示構(gòu)成獲得的除去率。
例如，在使用上述的氧化鈦單質(zhì)作為COS轉(zhuǎn)化器5的催化劑的情況下，關(guān)于COS的轉(zhuǎn)化率與溫度條件的關(guān)系，獲得如圖6中的曲線圖的實(shí)線和黑圓點(diǎn)所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在420℃的情況下獲得了高達(dá)95％左右的很高的轉(zhuǎn)化率。
另外，在例如特公昭63-11053號公報(bào)中所公開的一般COS轉(zhuǎn)化器的情況下，獲得了在圖6中以三角形符號所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，特別是隨著溫度的降低，其性能顯著地降低。因此，從COS轉(zhuǎn)化率提高的觀點(diǎn)考慮，不管使用哪一種催化劑，COS轉(zhuǎn)化器5的溫度條件都可獲得很高的轉(zhuǎn)化率，可以看出，本實(shí)例的構(gòu)成是有效的。
另外，雖然圖6中的曲線示出的是在煤氣中不存在對COS轉(zhuǎn)化催化劑活性有害的鹵化物等雜質(zhì)時的數(shù)據(jù)，但是如上所述，例如在使用氧化鈦單質(zhì)的情況下(圖6中的實(shí)線和黑圓點(diǎn))，即使存在這樣的雜質(zhì)也能維持其性能。實(shí)例2下面解釋實(shí)例2。圖3示出本實(shí)例煤氣凈化裝置主要的前處理部的構(gòu)成。另外，也按圖7那樣示出本實(shí)例的主要部分構(gòu)成，其情況可見圖5(b)。另外，對于與實(shí)例1相同的要素標(biāo)上同樣的符號，省略重復(fù)的說明。
本實(shí)例是在實(shí)例1的構(gòu)成的基礎(chǔ)上，在COS轉(zhuǎn)化器5的上游側(cè)(多孔過濾器的下游側(cè))設(shè)置一個熱交換器4，以便從COS轉(zhuǎn)化器5下游側(cè)和上游側(cè)的煤氣中回收熱量并用該熱量來加熱在脫硫塔21中處理后的煤氣A4。
也就是說，熱交換器4利用從多孔過濾器3導(dǎo)出的煤氣A1的熱來加熱凈化處理后的煤氣A4，而熱交換器6利用COS轉(zhuǎn)化器5下游側(cè)煤氣A2的熱來同樣地加熱煤氣A4，因此，將熱交換器4與熱交換器6組合起來，最終可以將煤氣A4加熱到適合送入上述煤氣輪機(jī)等設(shè)備中的溫度(約300℃)。
在此情況下，煤氣A1在該熱交換器4中被奪走熱量，從而使其冷卻到例如250℃左右，因此COS轉(zhuǎn)化器5的溫度條件也降低至250℃左右。然而，按照圖7的構(gòu)成，COS轉(zhuǎn)化器5的溫度條件為150℃左右，而且為了實(shí)現(xiàn)該溫度條件還需另外設(shè)置加熱器等，因此，與圖7的構(gòu)成相比，本實(shí)例仍能達(dá)到裝置的小型化和運(yùn)行費(fèi)用的降低，同時能夠提高COS的轉(zhuǎn)化率。
另外，在此情況下，熱交換器4出口的煤氣溫度達(dá)到250℃左右的高溫，因此可以抑制由于氨與氯化氫反應(yīng)而產(chǎn)生的氯化銨的固體粒子，從而可以確實(shí)地防止固體粒子粘附到COS轉(zhuǎn)化器5的催化劑上。
另外，在此情況下，例如在使用由上述氧化鈦單質(zhì)構(gòu)成的催化劑作為COS轉(zhuǎn)化催化劑的情況下，由圖6可知，可以達(dá)到90％左右的高轉(zhuǎn)化率。
另外在此情況下，作為熱交換器4所需的傳熱面積為1626m2，作為熱交換器6所需的傳熱面積為636m2，熱機(jī)的總傳熱面積仍然為2262m2，因此比圖7構(gòu)成的總傳熱面積要小得多。
實(shí)例3下面解釋實(shí)例3。圖4示出了本實(shí)例的煤氣凈化裝置中主要的前處理部的構(gòu)成。另外也按圖7那樣示出本實(shí)例的主要構(gòu)成，其情況可見圖5(c)。另外，對于與實(shí)例1和實(shí)例2相同的要素標(biāo)上同樣的符號，省略重復(fù)的說明。
本實(shí)例刪去了COS轉(zhuǎn)化器5下游側(cè)的熱交換器6，在COS轉(zhuǎn)化器5上游側(cè)設(shè)置熱交換器4，僅僅從COS轉(zhuǎn)化器5上游側(cè)的煤氣中回收熱量并用該熱量來加熱在脫硫塔21中處理后的煤氣A4。
也就是說，在此情況下的熱交換器4利用從多孔過濾器3導(dǎo)出的煤氣A1的熱來加熱凈化處理后的煤氣A4，借此將煤氣A4加熱到適合送入上述燃?xì)廨啓C(jī)等設(shè)備中的溫度(約300℃)。
另外，在此情況下，煤氣A1在該熱交換器4中被奪走熱量，從而使其冷卻到177℃左右，因此COS轉(zhuǎn)化器5的溫度條件也降低至177℃左右。然而，按照圖7的構(gòu)成，COS轉(zhuǎn)化器5的溫度條件為150℃左右，而且為了實(shí)現(xiàn)該溫度條件還需另外設(shè)置加熱器等，因此，與圖7的構(gòu)成相比，本實(shí)例仍能達(dá)到裝置的小型化和運(yùn)行費(fèi)用的降低，同時能夠提高COS的轉(zhuǎn)化率。
另外，在此情況下，例如在使用由上述氧化鈦單質(zhì)構(gòu)成的催化劑作為COS轉(zhuǎn)化催化劑的情況下，由圖6可知，可以實(shí)現(xiàn)85％左右的高轉(zhuǎn)化率。
另外在此情況下，作為熱交換器4所需的傳熱面積為2262m2，熱機(jī)的總傳熱面積仍然為2262m2，因此比圖7構(gòu)成的總傳熱面積要小得多。
另外，本實(shí)例在由于氨與氯化氫的反應(yīng)而生成的氯化銨的固體粒子量較少的情況下特別有效，但是，即使在氯化銨的固體粒子生成量較多的情況下，只要將COS轉(zhuǎn)化器5的催化劑成型為例如蜂窩狀，形成一種難以被固體粒子粘附堵塞的結(jié)構(gòu)，這樣就可以對付固體粒子的粘附問題。
另外，本發(fā)明不只限于上述實(shí)例的方案，它可以有各種方案。例如，可以根據(jù)需要設(shè)置一個用于冷卻洗滌塔的洗滌液的冷卻器，以便使煤氣的溫度明顯地降低，同時可在洗滌塔的下游側(cè)設(shè)置一個象多孔過濾器等的除塵裝置，以便利用該除塵裝置除去由于合成煤氣被冷卻而產(chǎn)生的氯化銨煙霧(超微固體粒子)。
另外，要通過洗滌塔中的氣液接觸或脫硫塔中的吸收處理來除去氯化銨的煙霧是困難的，一旦氯化銨以煙霧狀通過，不但會引起燃?xì)廨啓C(jī)的材料腐蝕問題，而且它通過燃燒而熱分解，作為有害物質(zhì)(含氮化合物或含氯化合物等)排放到大氣中，因此，氯化氫和氨等雜質(zhì)同樣地優(yōu)選在上游側(cè)將其除去。
另外，本發(fā)明當(dāng)然也可以不采用石灰石膏法進(jìn)行脫硫處理(從除去的硫化氫中回收石膏的方案)，而是采用從被脫硫塔吸收的含硫成分(硫化氫)中回收硫單質(zhì)的方案。
本發(fā)明的煤氣凈化裝置具有洗滌塔和轉(zhuǎn)化器，洗滌塔的作用是在合成煤氣導(dǎo)入膠硫塔之前，通過使其與洗滌液進(jìn)行氣液接觸來將其洗滌，轉(zhuǎn)化器的作用是在上述洗滌塔的上游將合成煤氣中的硫化羰轉(zhuǎn)變成硫化氫。
因此，最終獲得的煤氣中，由于與含有硫化羰和硫化氫的含硫化合物一起，有相當(dāng)量的含氯化合物等雜質(zhì)也被吸收除去，因此成為一種過去不能達(dá)到的清潔煤氣，從而解決了含硫化合物和含氯化合物等雜質(zhì)殘留在煤氣中的問題。
而且，在本發(fā)明中將硫化羰的轉(zhuǎn)化器設(shè)置在洗滌塔的上游側(cè)(高溫側(cè))，因此，與設(shè)置在洗滌塔下游側(cè)的情況相比，從洗滌塔排出的煤氣可以按其當(dāng)時的溫度直接導(dǎo)入脫硫塔，這樣，相當(dāng)于圖7中所示的熱交換器103、加熱器104和冷卻器106的設(shè)備全部都可以不要，在加熱器104中所必需的熱能和冷卻器106中的冷卻劑(工業(yè)用水等)也可以不要。
也就是說，如果把本實(shí)例中的主要部分構(gòu)成按照與圖7同樣的圖表示，則變成例如象圖5(a)、(b)、(c)所示構(gòu)成的裝置，這時，作為熱機(jī)，只需設(shè)置熱交換器6或熱交換器4就能以極簡單的設(shè)備運(yùn)行，并且運(yùn)行費(fèi)用低。在此情況下，假定洗滌塔或脫硫塔的煤氣入口和出口的溫度條件與圖7所示的情況相同，那么熱交換器的總傳熱面積在每一種情況下皆為2262m2，這一面積要比圖7構(gòu)成中的面積(總傳熱面積為6629m2)小得多。
另外，與圖7中導(dǎo)入到COS轉(zhuǎn)化器105中的煤氣Q2相比，導(dǎo)入到本發(fā)明COS轉(zhuǎn)化器中的煤氣A1含有較多的水分，因此不需要專門供給如圖7所示的蒸氣QW。
因此，按照本發(fā)明，所用裝置可以變得很小，運(yùn)行費(fèi)用可以顯著降低。
而且，由于洗滌塔和脫硫塔的運(yùn)行條件都沒有變化，因此作為凈化裝置的性能(含硫化合物或其他雜質(zhì)的除去率)與圖7所示構(gòu)成等同或更高。
特別是當(dāng)用于加熱經(jīng)脫硫塔處理后的合成煤氣所需的熱量是從COS轉(zhuǎn)化器下游側(cè)的合成煤氣中回收而不是從COS轉(zhuǎn)化器上游側(cè)的合成煤氣中回收(如圖5(a)所示方案的情況)的情況下，在COS轉(zhuǎn)化器中的煤氣溫度就是處理前的煤氣溫度，例如高達(dá)420℃左右，因此使得COS的轉(zhuǎn)化率很高，其結(jié)果使得COS的除去率顯著地高于圖7所示構(gòu)成獲得的除去率。另外，在此情況下，由于導(dǎo)入COS轉(zhuǎn)化器中的煤氣的溫度達(dá)到420℃左右的高溫，因此可以抑制由于氨與氯化氫反應(yīng)所生成的氯化銨變成固體粒子，從而可以確實(shí)地防止固體粒子粘附到COS轉(zhuǎn)化器中的催化劑上。
另外，當(dāng)用于加熱經(jīng)脫硫塔處理后的合成煤氣所需的熱量是同時從COS轉(zhuǎn)化器的下游側(cè)和上游側(cè)的合成煤氣中回收的情況下(如圖5(b)所示方案的情況)，在COS轉(zhuǎn)化器中的煤氣溫度雖然比處理前的煤氣溫度稍有降低，但是仍高達(dá)250℃左右，因此COS的轉(zhuǎn)化率仍十分高，其結(jié)果使得COS的除去率仍顯著地高于圖7所示構(gòu)成獲得的除去率。另外，在此情況下，由于導(dǎo)入COS轉(zhuǎn)化器中的煤氣的溫度達(dá)到250℃左右的高溫，因此可以抑制由于氨與氯化氫反應(yīng)所生成的氯化銨變成固體粒子，從而可以確實(shí)地防止固體粒子粘附到COS轉(zhuǎn)化器中的催化劑上。
另外，在該煤氣凈化裝置中，作為COS轉(zhuǎn)化器的催化劑，可以使用由氧化鈦構(gòu)成的，其中不含對合成煤氣中的雜質(zhì)具有強(qiáng)親合力的添加劑的催化劑。
因此解決了上述催化劑的活性被合成煤氣中的雜質(zhì)損害的問題，按照本發(fā)明，即使是將COS轉(zhuǎn)化器配置在用于除去上述雜質(zhì)的洗滌塔之前，也能在長時間內(nèi)高效率地發(fā)揮催化劑的功能，因此進(jìn)一步提高了實(shí)用性。
權(quán)利要求
1．用于凈化由煤或重油的氣化而獲得的合成煤氣的煤氣凈化裝置，該裝置具有用于使上述的合成煤氣與吸收液進(jìn)行氣液接觸，從而至少將上述合成煤氣中所含的硫化氫吸收除去的脫硫塔，用于使上述的合成煤氣在導(dǎo)入上述的脫硫塔之前與洗滌液進(jìn)行氣液接觸而實(shí)施洗滌的洗滌塔，設(shè)置在所說洗滌塔的上游，用于使上述合成煤氣中的硫化羰轉(zhuǎn)化成硫化氫的轉(zhuǎn)化器。
2．權(quán)利要求1所述的煤氣凈化裝置，其中，作為填充在上述轉(zhuǎn)化器中，用于促進(jìn)上述的硫化羰轉(zhuǎn)化成硫化氫的反應(yīng)的催化劑，使用一種由氧化鈦構(gòu)成的，其中不含有與上述合成煤氣中的雜質(zhì)具有強(qiáng)親合力的添加劑的催化劑。
3．如權(quán)利要求1或2所述的煤氣凈化裝置，其構(gòu)成是，用于加熱經(jīng)上述脫硫塔處理后的合成煤氣所需的熱量從上述轉(zhuǎn)化器下游側(cè)的合成煤氣中回收而不是從上述轉(zhuǎn)化器上游側(cè)的合成煤氣中回收的。
4．如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)中所述的煤氣凈化裝置，其構(gòu)成是，用于加熱經(jīng)上述脫硫塔處理后的合成煤氣所需的熱量是從上述轉(zhuǎn)化器的下游和上游兩側(cè)的合成煤氣中回收的。
全文摘要
公開了一種煤氣凈化裝置,該裝置具有:用于使合成煤氣與吸收液進(jìn)行氣液接觸,從而至少將合成煤氣中所含的硫化氫吸收除去的脫硫塔21;用于使合成煤氣在導(dǎo)入脫硫塔21之前與洗滌液進(jìn)行氣液接觸而實(shí)施洗滌的洗滌塔7;設(shè)置在該洗滌塔7的上游,用于使合成煤氣中的硫化羰轉(zhuǎn)化成硫化氫的轉(zhuǎn)化器5。
文檔編號B01J21/06GK1221778SQ9811649
公開日1999年7月7日 申請日期1998年8月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月29日
發(fā)明者多谷淳, 洲崎誠, 香川晴治, 世良俊邦, 沖野進(jìn), 本城新太郎 申請人:三菱重工業(yè)株式會社