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技術 汚染されたガスを冷却するための方法

出願人 ドローアン・ビー・ブイ
発明者 ヤコブ・ヘンドリク・オボ・ハーセウィンケル
出願日 1998年6月23日 (22年5ヶ月経過) 出願番号 1998-176206
公開日 1999年5月11日 (21年6ヶ月経過) 公開番号 1999-124585
状態 未査定
技術分野 廃ガス処理 工業ガス
主要キーワード 汚染質 フライ物 コスト効率的 溶融ガス 熱分解コークス ガス化器 ケーキ化 揮発性金属
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1999年5月11日)のものです。
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課題

汚染されたガスを効率的に冷却するための方法を提供する。

解決手段

不純物として少なくとも金属蒸気および硫化水素を含有し、1000℃を超える温度にある汚染された一酸化炭素含有ガスを、液状および/またはガス状の形態にある水を該ガス中に存在する一酸化炭素の少なくとも一部が二酸化炭素および水素の生成を伴って水と反応し得るような条件の下で該ガスに供給することにより、1000℃以下の温度に冷却する。

概要

背景

廃棄物は、種々の方法により処理することができる。現在、燃焼による処理が広く用いられている。他の可能性は、熱分解およびガス化であるが、両者は、溶融工程が引き続き行われ得る。熱分解の場合には、廃棄物は(実質的に)酸素のない条件下で加熱され、ガスおよびコークス様残渣が生産される。より高い分子量の成分は、得られるガスから熱クラッキングにより除去することができる。この操作の間に、CO、CO2 、H2 OおよびH2 の混合物が生産される。ガス化の場合には、より多くの酸素が供給され、その結果、主としてCOが生産され、コークス様残渣の生成はより少ない。残渣は、溶融工程によりさらに反応させることができ、残渣は、使用可能なスラグ、および揮発性金属金属化合物を含有するフライ物質へ転化される。熱分解およびガス化方法は、生成物ガスとして、なおカロリー的価値のある燃料ガスを生産する。このことは、少なくとも、溶融工程が還元性条件の下で操作される場合には、溶融工程からの排出ガス(off-gas)にも当てはまる

一般に、ガスは、上記方法から、約1000℃を超える温度、特に1250〜1600℃の温度で得られる。これらガスは、供給原料から連行される物質(連行物質)で汚染されており、また供給物質由来するガス状化合物例えば塩化水素ガス硫化水素ガスおよび金属蒸気(特に、亜鉛、および、より少ない程度ではあるが、鉛)を含有している。

そのような不純物が存在する結果、このガスをさらに処理する間に問題が生じ得る。溶融ガスおよび熱分解ガスを精製するための現存の方法において、ガスは、通常、固形物捕獲するためにガス冷却器サイクロンおよび/またはバッグフィルターを、およびガスから酸性成分を除去するためにガススクラバを順次通過させられる。熱ガス中に存在する汚染質の結果としてのこれら処理工程を実行するための装置の汚染は、次に、物質のケーキ化においておよび冷却の際に特に問題となる。冷却工程に関する限り、通常の手段を用いた冷却は、存在する金属蒸気を元素状金属として析出させることとなる。次にこの元素状金属は、フィルター類によって濾過されることとなる。これは、酸素(空気)が許容されるとすぐにフィルター着火につながる。すなわち、金属は、すぐに酸化し、多量の熱が発生する。加えて、ガスが高温であるため、セラミック物質で作られた非常に高価な熱交換器においてのみ熱交換が行われ得る。そのような熱交換器は、摩耗を受け、汚染された熱ガス流により比較的迅速に汚染され、その結果、それらは高度にメンテナンスを要求するものとなる。

概要

汚染されたガスを効率的に冷却するための方法を提供する。

不純物として少なくとも金属蒸気および硫化水素を含有し、1000℃を超える温度にある汚染された一酸化炭素含有ガスを、液状および/またはガス状の形態にある水を該ガス中に存在する一酸化炭素の少なくとも一部が二酸化炭素および水素の生成を伴って水と反応し得るような条件の下で該ガスに供給することにより、1000℃以下の温度に冷却する。

目的

本発明は、上記問題に対する解決を提供することを目的とする。本発明のさらなる目的は、非常に熱くかつ汚染されたガスをスチール装置中で熱交換が行われ得るように効率的に冷却し得る方法を提供することである。スチール熱交換器の使用は、それが安価であり、および当該熱交換器がより遅く摩耗し、より遅く汚染されるという利点を有する。スチール熱交換器の使用は、1000℃以下の温度でのみ可能であることが知られている。従って、熱いガス流は、スチール熱交換器中に供給する前に1000℃以下の温度に冷却されなければならない。本発明のさらなる目的は、得られるガスが、それが燃料ガスとしての使用に好適であるように相当のカロリー値を維持する方法を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

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請求項1

不純物として少なくとも金属蒸気および硫化水素を含有し、1000℃を超える温度にある汚染された一酸化炭素含有ガスを、液状および/またはガス状の形態にある水を該ガス中に存在する一酸化炭素の少なくとも一部が二酸化炭素および水素の生成を伴って水と反応し得るような条件の下で該ガスに供給することにより、1000℃以下の温度に冷却するための方法。

請求項2

供給する水の量が、ガスの最終温度が700ないし1000℃、好ましくは900ないし1000℃であるように選ばれる請求項1に記載の方法。

請求項3

汚染されたガスが、有機物質含有率が高いバイオマス熱分解コークスまたは廃棄物のガス化により得られたものである請求項1または2に記載の方法。

請求項4

得られたガス中のH2 /CO比が実質的に一定に保たれている請求項1ないし3のいずれか1項に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、汚染されたガス、特に廃棄物を処理する際に得られる燃料ガスを冷却するための方法に関する。

背景技術

0002

廃棄物は、種々の方法により処理することができる。現在、燃焼による処理が広く用いられている。他の可能性は、熱分解およびガス化であるが、両者は、溶融工程が引き続き行われ得る。熱分解の場合には、廃棄物は(実質的に)酸素のない条件下で加熱され、ガスおよびコークス様残渣が生産される。より高い分子量の成分は、得られるガスから熱クラッキングにより除去することができる。この操作の間に、CO、CO2 、H2 OおよびH2 の混合物が生産される。ガス化の場合には、より多くの酸素が供給され、その結果、主としてCOが生産され、コークス様残渣の生成はより少ない。残渣は、溶融工程によりさらに反応させることができ、残渣は、使用可能なスラグ、および揮発性金属金属化合物を含有するフライ物質へ転化される。熱分解およびガス化方法は、生成物ガスとして、なおカロリー的価値のある燃料ガスを生産する。このことは、少なくとも、溶融工程が還元性条件の下で操作される場合には、溶融工程からの排出ガス(off-gas)にも当てはまる

0003

一般に、ガスは、上記方法から、約1000℃を超える温度、特に1250〜1600℃の温度で得られる。これらガスは、供給原料から連行される物質(連行物質)で汚染されており、また供給物質由来するガス状化合物例えば塩化水素ガス硫化水素ガスおよび金属蒸気(特に、亜鉛、および、より少ない程度ではあるが、鉛)を含有している。

0004

そのような不純物が存在する結果、このガスをさらに処理する間に問題が生じ得る。溶融ガスおよび熱分解ガスを精製するための現存の方法において、ガスは、通常、固形物捕獲するためにガス冷却器サイクロンおよび/またはバッグフィルターを、およびガスから酸性成分を除去するためにガススクラバを順次通過させられる。熱ガス中に存在する汚染質の結果としてのこれら処理工程を実行するための装置の汚染は、次に、物質のケーキ化においておよび冷却の際に特に問題となる。冷却工程に関する限り、通常の手段を用いた冷却は、存在する金属蒸気を元素状金属として析出させることとなる。次にこの元素状金属は、フィルター類によって濾過されることとなる。これは、酸素(空気)が許容されるとすぐにフィルター着火につながる。すなわち、金属は、すぐに酸化し、多量の熱が発生する。加えて、ガスが高温であるため、セラミック物質で作られた非常に高価な熱交換器においてのみ熱交換が行われ得る。そのような熱交換器は、摩耗を受け、汚染された熱ガス流により比較的迅速に汚染され、その結果、それらは高度にメンテナンスを要求するものとなる。

発明が解決しようとする課題

0005

本発明は、上記問題に対する解決を提供することを目的とする。本発明のさらなる目的は、非常に熱くかつ汚染されたガスをスチール装置中で熱交換が行われ得るように効率的に冷却し得る方法を提供することである。スチール熱交換器の使用は、それが安価であり、および当該熱交換器がより遅く摩耗し、より遅く汚染されるという利点を有する。スチール熱交換器の使用は、1000℃以下の温度でのみ可能であることが知られている。従って、熱いガス流は、スチール熱交換器中に供給する前に1000℃以下の温度に冷却されなければならない。本発明のさらなる目的は、得られるガスが、それが燃料ガスとしての使用に好適であるように相当のカロリー値を維持する方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0006

シフト反応を用いることにより、熱いガス流が効率的かつ迅速に冷却され得、得られるガスは相当のカロリー値を有するということが見出された。

0007

従って、本発明は、不純物として少なくとも金属蒸気および硫化水素を含有し、1000℃を超える温度にある汚染された一酸化炭素含有ガスを、液状および/またはガス状の形態にある水を該ガス中に存在する一酸化炭素の少なくとも一部が二酸化炭素および水素の生成を伴って水と反応し得るような条件の下で該ガスに供給することにより、1000℃以下の温度に冷却するための方法に関する。

0008

熱いガスにより低温で水を供給することにより、当該混合物は冷却され、以下のシフト反応が生じる:
CO + H2 O ←→ CO2 + H2
温度低下および変化した化学条件の結果として、ガス中に存在する金属蒸気は、固体化合物へ、通常、硫化水素の存在故スルフェートおよび硫化物へ転化されることとなる。その結果、これら金属は、当該プロセスにおいて容易にさらに除去され得、処理には問題がほとんどなくなる。さらに、生じるシフト反応の結果として水素が生成し、水素は一酸化炭素よりも高い価値を有し、また使用が容易であるので、そのことは有利である。

発明を実施するための最良の形態

0009

本発明において、水は、液体またはガス(水蒸気)の状態で供給することができる。

0010

供給する水の量は、冷却が達成される程度に影響を及ぼす。いずれにしろ、加える水の量は、熱いガスの温度が1000℃以下に低下するようなものでなければならない。加えて、ガスの温度は、700℃未満まで低下しないことが好ましい。さもなければ多すぎる熱が損失し、熱交換器がよりコスト効率的でなくなるからである。冷却されたガスの温度が900ないし1000℃であるような量の水を供給することがもっとも好ましい。この範囲の温度において、シフト反応の反応速度は、1秒未満の滞留時間で新たな平衡が達成されるように、高くなる。水をさらに添加すると、温度はさらに低下するが、シフト反応はよりさらに進行することはないであろう。その結果、準安定平衡が生じ、シフト反応が一種凍結平衡状況にある。

0011

上に述べたように、本発明による方法は、廃棄物のガス化もしくは熱分解により得られた汚染されたガスまたは熱分解もしくはガス化から得られたコークス様残渣が還元性条件下で溶融される溶融工程から得られる排出ガスを冷却するために特に好適である。本発明の方法は、有機物質含有率の高いバイオマス熱分解コークスまたは廃棄物の部分燃焼またはガス化により得られた汚染ガスを冷却するために特に好適である。

0012

さらに、本発明の方法を用いて、得られたガス中のH2 /CO比を調整し、またはこの比を実質的に一定に維持することも可能である。ガス中の金属は、また、金属酸化物または金属硫化物へ転化される。

0013

実施例1
ガス化器は、以下のガス成分:
CO:48.2モル%、亜鉛蒸気:200ppm
CO2 :11.8モル%、H2 S:1400ppm
H2 :19.3モル%、HCl:1000ppm
H2 O:15.7モル%
N2 :5.0モル%
を含有するガスを約1450℃の温度で供給する。

0014

加えて、ガスは、3.5g/m3 の固形成分および少量の他のガス成分を含有する。

0015

このガスに25℃の0.3モルの水をガス1モルに対して加える(これは、重量基準で23%に相当する)。これにより、948℃の断熱平衡温度が生じる。この平衡状態ガス組成は、以下の通りである。

0016

CO:27.0モル%
CO2 :19.2モル%
H2 :25.0モル%
H2 O:25.0モル%
N2 :3.8モル%
最終的に到達した948℃の平衡温度において、初めに存在していたすべての亜鉛蒸気は、硫化亜鉛に転化されていた。

0017

上記組成から、水を添加した結果、水素含有率が有意に増加したことがわかる。得られたガスのカロリー値は、51.4Mcal/molであり、これは、すぐさま使用し得る値である。

0018

実施例2
実施例1で使用したガスと同じガスを水の代わりに150℃の水蒸気を用いて冷却する。ガス1モルにつき0.3モルのスチームを加える。最終温度は928℃である。この温度でのガスの組成は、以下の通りである。

0019

CO:25.1モル%
CO2 :19.3モル%
H2 :24.9モル%
H2 O:27.0モル%
N2 :3.7モル%
ここでも、最終的に到達した928℃の平衡温度で、初めに存在していた亜鉛蒸気は、硫化亜鉛に転化されていた。

0020

上記組成から、水を添加した結果、水素含有率が増加したことがわかる。

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