專(zhuān)利名稱(chēng)：酸性氣體洗滌裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及酸性氣體的洗滌裝置及其方法，特別是涉及使含有二氧化碳的被洗滌氣體與含有堿劑的洗滌液接觸，在冷卻被洗滌氣體的同時(shí)，將被洗滌氣體中的酸性氣體除去的酸性氣體洗滌裝置及其方法。
背景技術(shù)：
在燃燒可燃性廢棄物進(jìn)行氣化時(shí)，該燃燒氣體及生成氣體(以下稱(chēng)為被洗滌氣體)中含有氯化氫、硫氧化物、氮氧化物、硫化氫等酸性氣體。多數(shù)時(shí)候，這些酸性氣體只以ppm級(jí)微量地含在被洗滌氣體中，雖然只有極微量，但是不僅對(duì)人體具有毒性，而且還對(duì)氣體處理設(shè)備具有腐蝕性，使各種各樣的催化劑中毒，因此必須將其除去。
作為去除性酸性氣體的手段，通常采用與固體或液體堿劑接觸進(jìn)行中和吸收處理的方法。在使被洗滌氣體與堿溶液接觸進(jìn)行濕式洗滌方法中，堿性溶液的pH維持得越高，則酸性氣體的吸收去除性越高，但在燃燒可燃性廢棄物使之氣化所得到的燃燒氣體和生成氣體中，多數(shù)情況下含有二氧化碳，其濃度從百分之幾到百分之十幾，與上述酸性氣體只有幾ppm的濃度相比，二氧化碳的濃度顯得格外地高。因此，在用堿劑對(duì)酸性氣體進(jìn)行中和處理時(shí)，該二氧化碳與堿劑反應(yīng)，消耗堿劑，為維持去除酸性氣體所需足夠的pH，則需要大量的堿劑，因而到目前為止，由于經(jīng)濟(jì)上的原因只能犧牲酸性氣體的吸收除去性能。
在濕式洗滌方式中，由于被洗滌氣體與洗滌液之間進(jìn)行熱交換，因此在洗滌高溫的被洗滌氣體時(shí)，需進(jìn)行洗滌液冷卻。但在用大氣壓下運(yùn)轉(zhuǎn)的濕式洗滌器洗滌高溫被洗滌氣體時(shí)，洗滌液從被洗滌氣體中回收的熱為100℃以下的低溫?zé)?，多?shù)情況在冷卻塔等設(shè)備中被散失到大氣中，因此無(wú)法有效地利用。
近年來(lái)，由焚燒爐產(chǎn)生的二噁英已成為了社會(huì)問(wèn)題，作為二噁英產(chǎn)生的最主要的原因據(jù)說(shuō)是在250～500℃的溫度范圍內(nèi)焚燒飛灰在催化劑作用下發(fā)生二噁英的再合成反應(yīng)。因此，預(yù)計(jì)今后將普及從二噁英的再合成溫度以上的溫度對(duì)氣體進(jìn)行急冷的系統(tǒng)，該急冷系統(tǒng)采用濕式洗滌方法的可能性高，此時(shí)由于有更多的低溫排熱發(fā)生，因此希望有能夠有效利用低溫排熱的手段。
另一方面，由于二噁英問(wèn)題及添埋土地的不足，作為可燃性廢棄物的處理方法，將廢棄物熱分解、氣化，將產(chǎn)生的氣體和飛灰供給高溫熔融爐進(jìn)行渣化處理的氣化熔融系統(tǒng)不斷普及，但在氣化熔融系統(tǒng)中，作為部分燃燒用氧氣的稀釋劑，需要蒸汽、二氧化碳等氣體。
特別地，當(dāng)用流化床作為氣化爐時(shí)，為維持流態(tài)化，需要供給一定量以上的流化氣體。由于流化氣體同時(shí)也為氧化劑，在用空氣作為流化氣體，以高發(fā)熱量可燃性廢棄物作為原料時(shí)，為了維持流態(tài)化，即使空氣供給量為最低限，有時(shí)氧氣也會(huì)過(guò)剩，因此有時(shí)需要作為流化氣體的氧氣濃度調(diào)整劑的氣體。
此外，近年來(lái)，不使可燃性廢棄物完全燃燒而氣化，作為燃料氣體利用的嘗試一直在進(jìn)行，用于氣化的氣化劑，即作為氫原子、氧原子的供給源的水蒸汽、二氧化碳的需求不斷提高。此外，近年來(lái)，將上述獲得的燃料氣體進(jìn)一步精制，制造氫氣，供給燃料電池從而發(fā)電的嘗試也在不斷地進(jìn)行。一旦燃料氣體中二氧化碳和氮?dú)獾幕烊肓吭龆?，則精制時(shí)消耗的動(dòng)力也增大，因此如何減少生成氣體中二氧化碳和氮?dú)獾幕烊肓砍蔀橹匾恼n題。
由于濕式洗滌的低溫排熱大量產(chǎn)生，因此當(dāng)有地區(qū)熱供給等負(fù)荷時(shí)，可以有效地利用。但通常廢棄物焚燒設(shè)施多位于距住宅區(qū)較遠(yuǎn)的地區(qū)，無(wú)有效的熱利用地區(qū)，因此現(xiàn)實(shí)情況是，專(zhuān)門(mén)在與焚燒設(shè)施相鄰的地方，建造溫水池或溫室對(duì)低溫廢熱進(jìn)行利用。
另一方面，在氣化處理中，處理一年比一年要求得高，因此現(xiàn)實(shí)情況是，為了使用優(yōu)質(zhì)的蒸汽作為上述氧氣稀釋用氣體，能量的消耗量在不斷地增加。
發(fā)明的公開(kāi)鑒于上述現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于提供一種酸性氣體的洗滌裝置及其方法，其通過(guò)有效地利用濕式洗滌的低溫排熱，產(chǎn)生水蒸汽和二氧化碳，不僅提高了能量效率，而且能夠?qū)袷较礈焖嵝詺怏w的除去性能顯著提高。
此外，本發(fā)明的目的還在于提供一種將上述酸性氣體洗滌裝置與氣化裝置組合的可燃物的氣化系統(tǒng)和將上述酸性氣體洗滌裝置與焚燒裝置組合的可燃物的焚燒系統(tǒng)，以及將上述可燃物的氣化系統(tǒng)與燃料電池發(fā)電系統(tǒng)組合的可燃物的氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明中的酸性氣體洗滌裝置由使被洗滌氣體與堿溶液接觸的氣體洗滌器、以及具有堿溶液冷卻功能和堿再生功能的再生器構(gòu)成。
本發(fā)明所涉及的酸性氣體的洗滌方法，是通過(guò)使含有二氧化碳的被洗滌氣體與含有堿劑的氣體洗滌液接觸而將該被洗滌氣體中的酸性氣體除去，其特征在于，上述氣體洗滌液通過(guò)與成分不同于上述被洗滌氣體成分的再生用氣體接觸而再生，將再生的氣體洗滌液用作上述含有二氧化碳的被洗滌氣體的洗滌液。
供給氣體洗滌器的被洗滌氣體與作為洗滌液的堿溶液以對(duì)向流動(dòng)接觸，二氧化碳與被洗滌氣體中的酸性氣體一同被吸收到洗滌液中。被洗滌氣體中粉塵成分也被洗滌液吸入，因此被洗滌氣體便成為了以在堿溶液中溶解度小的氧氣、一氧化碳、氫氣、飽和狀態(tài)的水蒸汽、以及未能溶于堿溶液的二氧化碳為主要成分的潔凈氣體。
吸收了酸性氣體和二氧化碳的堿洗滌液被輸送到再生器，在再生器中，通過(guò)和與被洗滌氣體成分不同的再生用氣體例如空氣接觸，產(chǎn)生蒸汽，直到其壓力達(dá)到再生器內(nèi)的溫度下的飽和水蒸汽壓。飽和水蒸汽壓如表1所示。
表1運(yùn)轉(zhuǎn)溫度與飽和水蒸汽壓

例如，再生器在大氣壓(約0.1MPa(1bar))、80℃下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，從再生器排出的再生器排放氣體中伴有47％的水蒸汽。在該蒸發(fā)時(shí)，洗滌液失去了蒸發(fā)潛熱而被冷卻。當(dāng)然，當(dāng)再生用氣體伴有大于再生器內(nèi)飽和蒸汽壓以上的水蒸汽時(shí)，在再生器中無(wú)水分蒸發(fā)，則在再生器中洗滌液冷卻無(wú)法進(jìn)行。
此外，如果使用不含二氧化碳的氣體作為再生用氣體，使再生器的運(yùn)轉(zhuǎn)壓力比氣體洗滌器壓力低，則由于再生器內(nèi)氣相的二氧化碳的分壓差，二氧化碳從堿性洗滌液中被脫出。由于二氧化碳釋放出來(lái)，堿性洗滌液的pH上升，堿性洗滌液的酸性氣體吸收能力得以再次恢復(fù)。
伴隨有水蒸氣及脫離出來(lái)的二氧化碳的再生器排放氣體，可作為上述可燃性氣化用的氣化劑和氧化劑稀釋用氣體。另外，在使用空氣和氧氣作為再生用氣體時(shí)，可原樣利用再生器排放氣體作為氧化劑·氣化劑的混合氣體。
通過(guò)再生器而恢復(fù)了酸性氣體吸收功能的堿洗滌液再次輸送到氣體洗滌器。當(dāng)使用空氣作為再生用氣體時(shí)，在再生器中從洗滌液中有水分蒸發(fā)產(chǎn)生時(shí)，或洗滌液的一部分常時(shí)間被吹拂時(shí)，則需補(bǔ)給氣體洗滌液。理想地，由于該補(bǔ)給液是使用比循環(huán)的洗滌液更潔凈的液體，因此與補(bǔ)給用的堿劑一起被供給氣體洗滌器的最上部，即被洗滌氣體流的最下游，從而提高了氣體洗滌效果。
由于在進(jìn)行氣體洗滌的同時(shí)，在氣體洗滌液中因酸性氣體的吸收反應(yīng)而產(chǎn)生的鹽類(lèi)逐漸地濃縮，因此為了防止?jié)饪s需進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇捣鳌４送?，?dāng)被洗滌氣體中水蒸汽的伴隨比例高，洗滌液量不斷增加時(shí)，則需對(duì)洗滌液進(jìn)行吹拂，但由于這樣吹拂后堿劑也伴隨著被排出，因此需注意濃縮產(chǎn)生的廢棄。
為了盡可能將洗滌液的堿再生度提高，將氣體洗滌效果提高，將再生器設(shè)計(jì)為例如串聯(lián)的多段更有效。原因在于，化學(xué)反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行時(shí)，如果是相同的反應(yīng)時(shí)間，采用多段反應(yīng)器進(jìn)行系列反應(yīng)比在一個(gè)完全混合反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)率高。被洗滌氣體與洗滌液以對(duì)向流動(dòng)接觸時(shí)，采用多段的再生器具有同樣的效果，但由于無(wú)法避免因洗滌液的流動(dòng)方向而產(chǎn)生的混合，因此與采用多段的再生器相比，堿再生度低。
當(dāng)能夠利用氣體組成不同的多種氣體作為再生用氣體時(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)于各自再生用氣體的獨(dú)立再生器，各個(gè)再生器作為不同目的的再生器發(fā)揮其功能。此外，通過(guò)將各個(gè)再生器串聯(lián)使用，并在順序上下一番工夫，可以獲得更高的再生。
此外，本發(fā)明所涉及的酸性氣體的洗滌裝置，是將氣體洗滌器和洗滌液再生器分別分為2段。即，其由使被洗滌氣體與含有第1堿劑的第1氣體洗滌液以對(duì)向流動(dòng)接觸的第1氣體洗滌部、使從第1氣體洗滌部出來(lái)的被洗滌氣體與含有第2堿劑的第2氣體洗滌液以對(duì)向流動(dòng)接觸的第2氣體洗滌部、使與被洗滌氣體成分不同的第1再生用氣體和第1氣體洗滌液接觸的第1洗滌液再生器、使與被洗滌氣體成分不同的第2再生用氣體和第2氣體洗滌液接觸的第2洗滌液再生器、在上述第1氣體洗滌部和第1洗滌液再生器之間設(shè)置的使第1洗滌液循環(huán)的循環(huán)裝置以及在上述第2氣體洗滌部和第2洗滌液再生器之間設(shè)置的使第2洗滌液循環(huán)的循環(huán)裝置構(gòu)成。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1所示的為本發(fā)明基本的實(shí)施例。
圖2所示的為將本發(fā)明的設(shè)備構(gòu)成簡(jiǎn)化后的改良型實(shí)施例。
圖3所示的為在本發(fā)明基本的實(shí)施例中將再生器設(shè)計(jì)為2段的實(shí)施例。
圖4所示的為將本發(fā)明的再生器設(shè)計(jì)為2段的改良型實(shí)施例。
圖5所示的為利用本發(fā)明的可燃物氣化系統(tǒng)的第1實(shí)施例。
圖6所示的為在利用本發(fā)明的可燃物氣化系統(tǒng)中再生器被設(shè)計(jì)為2段的實(shí)施例。
圖7所示的為利用本發(fā)明的可燃物氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的第1實(shí)施例。
圖8所示的為利用本發(fā)明的可燃物氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的第2實(shí)施例。
圖9所示的為在利用本發(fā)明的可燃物氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的第2實(shí)施例中，本發(fā)明的第1具體實(shí)施形態(tài)。
圖10所示的為在利用本發(fā)明的可燃物氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的第2實(shí)施例中，本發(fā)明的第2具體實(shí)施形態(tài)。
圖11所示的為利用本發(fā)明的可燃物氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的第3實(shí)施例。
圖12所示的為在利用本發(fā)明的可燃物氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的第3實(shí)施例中本發(fā)明的具體實(shí)施形態(tài)。
圖13所示的為在利用本發(fā)明的可燃物氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的第2實(shí)施例中本發(fā)明的第3具體實(shí)施形態(tài)。
圖14所示的為在本發(fā)明的基本實(shí)施例中洗滌器和再生器被分別設(shè)計(jì)為2段時(shí)的實(shí)施例。
圖15所示的為在本發(fā)明的第3實(shí)施例中洗滌器和再生器被分別設(shè)計(jì)為2段時(shí)的具體的實(shí)施形態(tài)。
圖16所示的為利用本發(fā)明的可燃物氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的第4實(shí)施例。
圖17所示的為在利用本發(fā)明的可燃物氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的第4實(shí)施例中氣化單元典型的實(shí)施形態(tài)。
圖18所示的為在利用本發(fā)明的可燃物氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的第4實(shí)施例中原料加料器的構(gòu)成圖。
圖19所示的為在利用本發(fā)明的可燃物氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的第4實(shí)施例中原料加料器另一個(gè)例子的構(gòu)成圖。
圖20所示的為利用本發(fā)明的可燃物氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的第5實(shí)施例中，氣化單元及氫氣精制單元典型的實(shí)施形態(tài)。
本發(fā)明實(shí)施的最佳形態(tài)用表示本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的圖1對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。在以下圖1～圖20所示的實(shí)施例中，同一或?qū)?yīng)的部件或要素用同一符號(hào)表示，以后不再說(shuō)明。從氣體洗滌器A的下部導(dǎo)入的被洗滌氣體30與從氣體洗滌器A內(nèi)部上方供給的含有堿液的洗滌液40接觸，在冷卻的同時(shí)，硫化氫、氯化氫、硫化羰、硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳等酸性氣體和粉塵被除去。
被洗滌氣體為焚燒城市垃圾等含氯廢棄物排放的氣體時(shí)，被洗滌氣體進(jìn)入被洗滌氣體的氣體洗滌器A的供給溫度通常在200℃左右，該溫度在經(jīng)過(guò)300℃左右～470℃左右的二噁英再合成溫度范圍后，被洗滌氣體中含有二噁英的可能性增大，二噁英在洗滌液中移動(dòng)濃縮的可能性增大。因此，在洗滌焚燒都市垃圾等含氯廢棄物排放的氣體時(shí)，為避免經(jīng)過(guò)二噁英的再合成溫度范圍，被洗滌氣體30進(jìn)入氣體洗滌器A的供給溫度應(yīng)在480℃以上，最好在500℃以上。
被洗滌氣體為對(duì)都市垃圾等含氯廢棄物進(jìn)行熱分解氣化而得到的氣體時(shí)，由于有還原氣氛，因此二噁英的再合成可能性明顯減小，所以被洗滌氣體可以以200℃的溫度供給氣體洗滌器A，優(yōu)選300℃以上，更優(yōu)選為350℃以上，進(jìn)一步優(yōu)選為500℃以上。
供給洗滌液的堿液可以為任何有機(jī)堿和無(wú)機(jī)堿，從熱穩(wěn)定性方面考慮，優(yōu)選使用無(wú)機(jī)堿化合物。特別希望使用堿金屬的氫氧化物—?dú)溲趸c和氫氧化鉀。此外，也可以使用堿金屬的碳酸鹽—碳酸鈉和碳酸鉀。作為一具體實(shí)例，在使用K2CO3作為堿劑時(shí)，氣體洗滌器中的吸收反應(yīng)式如下所示。
(1)(2)(3)(4)(5)(6)由于上述吸收反應(yīng)為放熱反應(yīng)，所使用的洗滌液的溫度越低越有利。例如，氣壓為常壓(1個(gè)大氣壓)時(shí)，進(jìn)入氣體洗滌器A的洗滌液入口溫度TLAI可以為100℃以下，但為了使被洗滌氣體中所含有的水蒸汽盡可能凝結(jié)，使氣相中二氧化碳維持高的分壓，使盡可能多的二氧化碳被洗滌液吸收，因此優(yōu)選使入口溫度在80℃以下，進(jìn)一步優(yōu)選在60～75℃的溫度范圍內(nèi)。
位于氣體洗滌器A下部的洗滌液溫度TLAE，由于受到被洗滌氣體的加熱，因此其理所當(dāng)然要比上述位于上部的洗滌液溫度高，可以使TLAE與TLAI的溫度差在20℃以下，優(yōu)選使其在10℃以下。對(duì)該溫度差進(jìn)行制約，其原因在于，如果TLAE的溫度過(guò)高，則好不容易吸收的二氧化碳在洗滌器A的下部再次被脫出，氣體洗滌器A的二氧化碳?xì)怏w的吸收性能降低。該溫度差通過(guò)調(diào)整洗滌液的循環(huán)量來(lái)進(jìn)行控制。在氣體洗滌器A的下部，被洗滌氣體30中所含有的水蒸汽通過(guò)與洗滌液進(jìn)行接觸，在快速冷卻下凝結(jié)，由于往上部溫度下降，因此進(jìn)一步凝結(jié)，在吸收塔中雖然CO2的吸收也在進(jìn)行，但CO2的分壓下降得小，CO2維持高的分壓。因此，洗滌液對(duì)CO2的吸收驅(qū)動(dòng)力仍維持較高的水平，提高了吸收效果。
這樣，通過(guò)在氣體洗滌器A中使氣體中的水蒸汽凝結(jié)，不僅使水蒸汽的潛熱得以回收，而且能夠提高氣體洗滌器A中CO2的吸收效果，因此進(jìn)入氣體洗滌器A的洗滌液入口溫度TLAI和下部洗滌液溫度TLAE、以及TLAE與TLAI的溫度差保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)是很重要的。另外，從上述敘述中可以知道，作為被洗滌氣體30的組成，當(dāng)二氧化碳的含有率一定時(shí)，水蒸汽的含有率越高，即干氣體中二氧化碳的比例越高，根據(jù)本發(fā)明，氣體洗滌器中CO2的吸收條件變得有利。
洗滌后的被洗滌氣體30被進(jìn)一步用補(bǔ)給洗滌液41a進(jìn)行凈化，其中補(bǔ)給洗滌液41a為通過(guò)向供給于洗滌液的補(bǔ)給用而且比較澄清的補(bǔ)給液45a中供給補(bǔ)充用的堿劑46而獲得，用濕氣分離器將霧去除后，便成為潔凈的洗滌后氣體31。被洗滌氣體30為焚燒排放氣體時(shí)，洗滌后氣體31可以在實(shí)施冷卻、去除凝結(jié)水等防止白煙的對(duì)策后原樣排放到大氣中。被洗滌氣體30為含有可燃?xì)怏w成分的有用氣體時(shí)，可以將洗滌后氣體31用于燃料氣體等各種各樣的用途。
為了提高被洗滌氣體與洗滌液的接觸效率，達(dá)到提高洗滌液一方與氣體接觸的表面積，而且洗滌液遍及氣體洗滌器A的內(nèi)部氣體全部流路的效果，供給洗滌液理想的方式是采用噴霧的方式，在洗滌液的供給方面不采用特別的手段，可以通過(guò)在氣體洗滌器A內(nèi)部填充接觸促進(jìn)用填充材料5a來(lái)提高氣液的接觸效率。當(dāng)然，最好既采用噴霧的方式供給洗滌液，又使用接觸促進(jìn)用填充材料。
從氣體洗滌器A的下部抽出的洗滌液40a，通過(guò)循環(huán)泵4a供給再生器B。被洗滌氣體中含有粉塵時(shí)，在從氣體洗滌器中抽出洗滌液時(shí)，須努力想辦法使其不伴有粉塵，例如，將洗滌液從氣體洗滌器A的下部側(cè)面抽出，在氣體洗滌器A的垂直下方設(shè)置使粉塵等固體成分沉淀分離的沉淀槽8。但是，當(dāng)被洗滌氣體30的含塵濃度高，流入氣體洗滌器A的粉塵負(fù)荷過(guò)大時(shí)，最好在氣體洗滌器A的上游設(shè)置諸如旋風(fēng)除塵器、袋濾器和瓷濾器的干式集塵器7，以減輕進(jìn)入氣體洗滌器的粉塵負(fù)荷。
通過(guò)再生器的下部，再生用氣體35b被供給再生器B，與氣體洗滌器A同樣進(jìn)行與洗滌液的氣液接觸。在再生用氣體35b與洗滌液進(jìn)行熱交換的同時(shí)，放出溶解在洗滌液中的被洗滌氣體中的各種氣體成分和水蒸汽，以保持再生器B出口氣體溫度下的氣液平衡狀態(tài)，即飽和狀態(tài)，伴隨著那些氣體，作為再生器排放氣體36b被排出。再生用氣體35b與洗滌液接觸后，用補(bǔ)給洗滌液41b進(jìn)一步凈化。另外，再生器排放氣體36b中的霧用濕氣分離器6b去除。由于再生器排放氣體36b伴有大量的水蒸汽，例如在存在著再生器蒸發(fā)量多，洗滌液減少的傾向時(shí)，必要時(shí)設(shè)置冷卻器，對(duì)水蒸汽進(jìn)行凝結(jié)，該凝結(jié)水作為洗滌液可以再次被利用。當(dāng)然，該凝結(jié)水與洗滌液相比要澄清得多，因此可以作為補(bǔ)給液45a使用。
在再生器B內(nèi)，水蒸汽、二氧化碳從洗滌水(洗滌液)中脫出。如果再生氣體在再生器B內(nèi)的滯留時(shí)間充分，水蒸汽在達(dá)到再生器B的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度下的飽和濃度前被蒸發(fā)，作為干氣體成分，在溶解于堿性洗滌水(洗滌液)中的被洗滌氣體成分與再生器B中流動(dòng)的再生用氣體達(dá)到脫離—吸收平衡前，其被脫出。再生器B內(nèi)脫出的干氣體的主要成分為二氧化碳，由于二氧化碳的脫出而使洗滌液的pH迅速回復(fù)，因此幾乎不存在洗滌液中吸收的酸性氣體脫出。
再生器B中的堿再生反應(yīng)式如式(7)所示。此外，為了防止吸收的酸性氣體脫離，可以向洗滌液中注入氧化劑，將硫氧化物等還原性物質(zhì)氧化。作為氧化劑，可以使用次氯酸鈉和二氧化氯等氯系氧化劑，次溴酸鈉等溴系氧化劑，過(guò)氧化氫和臭氧等活潑的氧系氧化劑等。將次氯酸鈉(NaClO)用作氧化劑時(shí)的反應(yīng)式如式(8)～(10)所示。
(7)(8)(9)(10)在再生器B中，水分從洗滌液中蒸發(fā)，洗滌液由此喪失了蒸發(fā)潛熱，并被冷卻。
另外，在再生器B中，通過(guò)二氧化碳從洗滌水(洗滌液)中脫出，與二氧化碳相結(jié)合的洗滌液中的堿劑再次被釋放出來(lái)，洗滌液中的堿度回復(fù)，因此能夠抑制溶解在洗滌液中諸如硫化氫、硫化羰、氯化氫、硫氧化物、氮氧化物等的酸性氣體成分在再生器B內(nèi)脫出。將堿度回復(fù)的洗滌液再次循環(huán)進(jìn)入洗滌器A，從而實(shí)現(xiàn)了堿劑的循環(huán)利用。
作為導(dǎo)入再生器B的再生用氣體35b，如果為氣態(tài)物質(zhì)，可以使用任何成分的氣體，根據(jù)目的的不同，主要選取使用空氣、氧氣、氮?dú)?、氬氣、水蒸汽、氫氣、一氧化碳、二氧化碳及它們的混合氣。在選取再生用氣體時(shí)，其原則為選取再生器中將要脫出的氣體成分的分壓盡可能低的氣體。例如，以脫出二氧化碳為目的時(shí)，選取二氧化碳含有比例盡可能低的氣體，以洗滌液的冷卻或提高蒸汽回收量為目的時(shí)，選取水蒸汽含有比例盡可能低的氣體。此外，將再生器排放氣體供給氣化單元時(shí)，最好使用氧氣濃度盡可能高的氣體。
滯留在再生器B下部的洗滌液的溫度TLBE，根據(jù)目的的不同可以任意設(shè)定。該TLBE的溫度控制根據(jù)再生用氣體35b的流量、溫度、濕度以及洗滌液的循環(huán)流量來(lái)確定，通常在再生用氣體35b的流量、溫度、濕度一定時(shí)，通過(guò)控制洗滌液流量對(duì)TLBE進(jìn)行溫度控制。想要提高飽和水蒸汽的發(fā)生量和二氧化碳的脫出量時(shí)，可以盡可能使TLBE保持高的溫度，但由于伴隨著水蒸汽的產(chǎn)生潛熱被失去，因此TLBE比TLBI(進(jìn)入再生器B的洗滌液入口溫度)還要低。為了使TLBE與理想的TLAI相吻合，必要時(shí)可以在再生器的下部設(shè)計(jì)熱交換器，進(jìn)行加熱或冷卻。
如前所述，由于再生用氣體35b而產(chǎn)生的洗滌液冷卻，通過(guò)顯熱的直接熱交換以及伴隨再生器排放氣體36b的蒸汽的蒸發(fā)潛熱從洗滌液被奪去而實(shí)現(xiàn)，當(dāng)該冷卻能力超過(guò)從氣體洗滌器A中的被洗滌氣體30回收的熱量時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整洗滌液的循環(huán)流量對(duì)TLBE進(jìn)行溫度控制。但如果上述冷卻能力比從洗滌器A中的被洗滌氣體30回收的熱量小時(shí)，則須再生器B以外的其他冷卻洗滌液的手段。
從氣體洗滌器A向再生器B供給洗滌液時(shí)，最好設(shè)計(jì)氣液分離器3a，這樣可以盡量事先去除未溶解于洗滌液中而混入的被洗滌氣體成分。特別是當(dāng)被洗滌氣體為可燃性氣體，再生用氣體為含有氧氣的氣體時(shí)，為了防止爆炸事故的發(fā)生，氣液分離器的作用特別重要。
在氣液分離器3a中分離的氣體成分為含有與被洗滌氣體成分大致相同成分的氣體，但從氣體洗滌器A流入氣液分離器3a的洗滌水(洗滌液)，在洗滌水(洗滌液)的循環(huán)通路中，由于二氧化碳的溶解，pH最小，洗滌液中吸收的酸性氣體容易脫出，因此返回到氣體洗滌器A內(nèi)的被洗滌氣體流的最上層，可以進(jìn)行再次洗滌。
在再生器B中，脫出二氧化碳并蒸發(fā)水分而被冷卻的洗滌水(洗滌液)再次被導(dǎo)入洗滌器A，但當(dāng)被洗滌氣體中含有粉塵時(shí)，由于有時(shí)在洗滌液中會(huì)伴有大量的粉塵成分，因此從再生器B將洗滌液抽出時(shí)，與氣體洗滌器A的情況相同，須努力想辦法使其不伴有粉塵。
另外，將洗滌液從再生器B返回洗滌器A時(shí)，最好設(shè)置氣液分離器3b，這樣可以盡量將不溶解于洗滌液而混入的再生用氣體成分事先除去。特別地，當(dāng)被洗滌氣體為可燃性氣體，再生用氣體為含有氧氣的氣體時(shí)，為了防止氧氣與可燃性氣體的混合，該氣液分離器的作用就變得相當(dāng)重要了。
由該氣液分離器3b分離的氣體成分，在再生用氣體成分中混入了水蒸汽以及視情況不同非常少量的二氧化碳，因此可以與再生器B產(chǎn)生的再生用氣體直接混合。
當(dāng)然，本發(fā)明中氣體洗滌器A和再生器B的運(yùn)轉(zhuǎn)壓力可以根據(jù)適當(dāng)?shù)墓に嚾我膺x定，圖1所示的實(shí)施例為再生器B的氣相部分的運(yùn)轉(zhuǎn)壓力Pb可以不依賴(lài)于氣體洗滌器A氣相部分的運(yùn)轉(zhuǎn)壓力Pa任意設(shè)定的設(shè)備構(gòu)成。如果再生器一方的壓力高，有利于實(shí)現(xiàn)再生器排放氣體36b的有效利用。
相反，如果將再生器B的氣相部分的運(yùn)轉(zhuǎn)壓力設(shè)定得比氣體洗滌器A的氣相部分的壓力低，則再生用氣體的用途受到限制，但由于氣體洗滌器A與再生器B各自氣相部分二氧化碳的分壓差增大，因此如果再生器B的出口氣體溫度相同，則有二氧化碳的放出量增多、堿劑的再生性能提高的優(yōu)點(diǎn)。
進(jìn)入氣體洗滌器A并由堿劑構(gòu)成的補(bǔ)給液45a，對(duì)其供給量進(jìn)行控制以使測(cè)定的洗滌液的pH達(dá)到規(guī)定值，但為了恰當(dāng)控制，如圖1所示，在氣體洗滌器A中，可以使新補(bǔ)給的堿劑46與流入的洗滌液混合后，測(cè)定該混合后洗滌液的pH。原因在于，這樣做可以直接確認(rèn)補(bǔ)給堿劑的效果，因此可以將控制滯后限制在最低限以?xún)?nèi)。
通過(guò)調(diào)節(jié)可以使洗滌液的pH值為7～14，優(yōu)選9～12，更優(yōu)選為10～11。
在圖1中，符號(hào)10a表示補(bǔ)給液調(diào)節(jié)閥，15a表示堿劑補(bǔ)充量調(diào)節(jié)閥，16a和16b表示氣液分離器水平調(diào)節(jié)閥，18a和18b表示水平調(diào)節(jié)閥。此外，70a、70b、71a、71b為水平調(diào)節(jié)閥，73為流量調(diào)節(jié)計(jì)，75a為pH調(diào)節(jié)計(jì)。
圖1所示的實(shí)施例僅為本發(fā)明的一種實(shí)施形態(tài)，當(dāng)本發(fā)明裝置的設(shè)置場(chǎng)所在豎直方向十分充足時(shí)，可以如圖2所示分別使氣體洗滌器A與氣液分離器3a，再生器B與氣液分離器3b一體化，減少洗滌液循環(huán)泵等的設(shè)備臺(tái)數(shù)，盡量使其簡(jiǎn)化。通過(guò)使其具有這樣的構(gòu)成，只需要控制酸性氣體洗滌裝置內(nèi)洗滌液的量，并通過(guò)測(cè)定再生器B內(nèi)滯留的洗滌液面水平和洗滌液循環(huán)量控制進(jìn)入氣體洗滌器A的補(bǔ)給液的供給量就可以了，因此非常簡(jiǎn)單。
在圖2中，流入氣體洗滌器A的被洗滌氣體30與前面說(shuō)明的圖1的情況完全相同，與在循環(huán)的洗滌液40或補(bǔ)給液45a中添加了堿劑46a的補(bǔ)給洗滌液41a接觸而被洗滌。與被洗滌氣體30接觸洗滌后，洗滌液及補(bǔ)給液被匯集在集液板11a處，自然流到下部的氣固液分離部A1中。連接于集液板11a下部的流下管12a的下端接近在氣固液分離部A1滯留的滯留水的底部，流下的洗滌液被供給到滯留水的底部附近。
在氣固液分離部A1設(shè)置堰13a，洗滌液流入滯留液底部附近后，上升并流過(guò)堰13a，從氣體洗滌器A中抽出。洗滌液中含有的SS(固體)成分，與上升流逆向而沉淀，從而實(shí)現(xiàn)了固液分離。從氣體洗滌器A的底部可以回收高濃度的廢液泥漿9a。此外，由于堰13a內(nèi)側(cè)的滯留液面常常保持穩(wěn)定，因此在洗滌液液面處，氣體被迅速地進(jìn)行氣液分離。
氣固液分離部A1中洗滌液的上升速度慢，則固液分離性能提高，但由于有必要增大裝置的橫截面積，因此其上升速度須在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常為50mm/s以下，優(yōu)選10mm/s以下，更優(yōu)選在5mm/s以下。但由于膠態(tài)的SS成分無(wú)法采用沉淀處理進(jìn)行分離，因此當(dāng)這種SS成分多的時(shí)候，須用分離膜對(duì)洗滌液的一部分進(jìn)行過(guò)濾處理等與沉淀分離手段不同的手段，將固體成分從洗滌水(洗滌液)中去除。
為了提高固液分離效果，以使SS成分凝聚為目的，可以使用無(wú)機(jī)或有機(jī)高分子系凝聚劑等。此外，當(dāng)SS負(fù)荷過(guò)高，無(wú)法通過(guò)沉淀方法容易地進(jìn)行固液分離時(shí)，可以在氣體洗滌器A的上游設(shè)計(jì)旋風(fēng)除塵器或?yàn)V器等干式集塵裝置7，事先將被洗滌氣體中的粉塵成分去除。
從氣體洗滌器A中抽出的洗滌液以自然向下流動(dòng)的方式供給再生器B。此時(shí)，當(dāng)具有足夠的高低差時(shí)，可以采用噴霧方式將洗滌液供給再生器B，但當(dāng)不具有足夠的高低差，不允許有循環(huán)水的壓力損失時(shí)，不采用特別的手段，可以向在再生器B內(nèi)設(shè)置的接觸促進(jìn)用填充材料的上部進(jìn)行供給。
再生器B的氣層部壓力Pb[Pa]用氣體洗滌器A內(nèi)的氣層部壓力Pa[Pa]、堰13a越流后的滯留洗滌液面水平Ha[m]、洗滌液再生器B的入口水平Hbi[m]、洗滌液比重ρ[kg/m3]、以及重力加速度g[m/s2]、洗滌液從氣體洗滌器A到再生器B的壓力損失ΔPab[Pa]，通過(guò)下式表示。
Pb＝Pa+ρ·g(Ha-Hbi)-ΔPab (11)處理基本上在常壓附近運(yùn)轉(zhuǎn)的城市垃圾焚燒爐的燃燒排放氣體時(shí)，Pa保持在比大氣壓低2～7kPa，優(yōu)選3～6kPa，更優(yōu)選為4～5kPa。另外，Pb隨再生器排放氣體用途的不同而發(fā)生變化，當(dāng)再生器排放氣體被用作流化床爐的流化氣體時(shí)，優(yōu)選將其設(shè)定為比大氣壓高20～50kPa，如果用絕對(duì)壓力表示，Pa被設(shè)定為94～99kPa，Pb被設(shè)定為121～151kPa。當(dāng)然，不將流化床爐用于氣化單元時(shí)，不需流化壓力，因此即使將再生器排放氣體用作氣化單元的氣化劑，Pb也可以為將供給管道中的抵抗分壓加于氣化單元的運(yùn)轉(zhuǎn)壓力的壓力。
與圖1中說(shuō)明的再生器完全相同，根據(jù)目的的不同而不同的再生用氣體35b被供給于再生器B，與洗滌液接觸并被排出。再生器B的下部設(shè)置與氣體洗滌器A相同的氣固液分離部B1，與再生用氣體35b接觸后的洗滌液被匯集在集液板11b處，自然流到下部的氣固液分離器B1中。連接于集液板11b下部的流下管12b的下端接近在氣固液分離部B1滯留的滯留水的底部，流下的洗滌液被供給于滯留水的底部附近。
在氣固液分離部B1設(shè)置堰13b，洗滌液流入滯留液底部附近后，上升并流過(guò)堰13b，從氣體洗滌器B中抽出。洗滌液中含有的SS(固體)成分，與上升流逆向流動(dòng)而沉淀，從而實(shí)現(xiàn)了固液分離。從再生器B的底部可以回收高濃度的廢液泥漿9b。此外由于堰13b內(nèi)側(cè)的滯留液面常常保持穩(wěn)定，因此洗滌液中混入的氣態(tài)氣體在洗滌液液面處被迅速地進(jìn)行氣液分離，能夠防止其伴隨在抽出的洗滌液中。
與氣體洗滌器A相同，再生器B中氣固液分離部B1中洗滌液的上升速度慢，則固液分離性能提高，但由于有必要增大裝置的橫截面積，因此其上升速度須在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常為50mm/s以下，優(yōu)選10mm/s以下，更優(yōu)選在5mm/s以下。
與氣體洗滌器A相同，為了提高固液分離效果，以使SS成分凝聚為目的，可以使用無(wú)機(jī)或有機(jī)高分子系凝聚劑。此外，當(dāng)SS負(fù)荷過(guò)高，無(wú)法通過(guò)沉淀方法容易地進(jìn)行固液分離時(shí)，可以在再生器B的上游設(shè)計(jì)旋風(fēng)除塵器或?yàn)V器等干式集塵裝置，事先將再生用氣體中的粉塵成分去除。
再生用氣體35b不含有粉塵時(shí)，則不需在再生器B中進(jìn)行固液分離，不需從最下部將泥漿抽出，從而將再生器B的內(nèi)部構(gòu)造簡(jiǎn)化，但須具備氣液分離功能，從保持液面處于穩(wěn)定狀態(tài)的角度出發(fā)，理想的構(gòu)造如圖2所示。
從再生器B中抽出的洗滌液通過(guò)洗滌液循環(huán)泵4b返回氣體洗滌器A。在這里控制洗滌液量的方法為，首先測(cè)定流過(guò)再生器B的堰13b后的洗滌液面水平，將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。將該水平信號(hào)輸入水平調(diào)節(jié)計(jì)70b。為使液面達(dá)到所定的值，當(dāng)需要對(duì)洗滌液進(jìn)行補(bǔ)給時(shí)，水平調(diào)節(jié)計(jì)70b輸出信號(hào)，打開(kāi)補(bǔ)給液調(diào)節(jié)閥10a，關(guān)閉廢液調(diào)節(jié)閥17a，當(dāng)洗滌液量增加，需要從循環(huán)系內(nèi)排出時(shí)，水平調(diào)節(jié)閥70b輸出信號(hào)，關(guān)閉補(bǔ)給液調(diào)節(jié)閥10a，打開(kāi)廢液調(diào)節(jié)閥17a。
當(dāng)然，可以向再生器B供給補(bǔ)給液，或排出廢液。特別地，在再生器內(nèi)生成反應(yīng)沉淀物時(shí)，須將廢液/泥漿從再生器B中抽出。此外，與氣體洗滌器A相同，在再生器B中，通過(guò)向再生器內(nèi)的再生用氣體流的最下流側(cè)供給新的補(bǔ)給液，提高從再生器B中排出的再生用氣體的洗滌效果，從而使該氣體的利用價(jià)值進(jìn)一步提高。
向再生器B供給補(bǔ)給液，或從再生器B排出廢液時(shí)，與閥10a和17a相同，通過(guò)將水平計(jì)70b發(fā)出的控制信號(hào)作用于補(bǔ)給液調(diào)節(jié)閥10b和廢液調(diào)節(jié)閥17b，可以進(jìn)行循環(huán)洗滌液量的控制。在圖2中，符號(hào)5a和5b為接觸促進(jìn)用填充材料。此外，符號(hào)19為洗滌液循環(huán)流量調(diào)節(jié)閥，符號(hào)41b為補(bǔ)給洗滌液。
如圖2所示的實(shí)施例那樣，通過(guò)采用自然流下的方式，工藝得以簡(jiǎn)化，控制系的數(shù)量減少，系統(tǒng)的穩(wěn)定度提高。
圖3所示為本發(fā)明第2個(gè)實(shí)施形態(tài)的實(shí)施例，其中采用再生器B和第2再生器C共2段對(duì)進(jìn)行堿劑再生，從而使堿劑的再生功能進(jìn)一步提高。有關(guān)第1再生器B的功能與圖1的說(shuō)明相同。從第1再生器B抽出的洗滌液供給第2再生器C。與上述再生器B完全相同，根據(jù)目的不同而成分不同的再生用氣體35c被供給第2再生器C，與洗滌液接觸，伴有飽和蒸汽及脫出二氧化碳，以再生器排放氣體36c被排出到系統(tǒng)外。第2再生器C的構(gòu)造與再生器B基本相同，從第2再生器C抽出的洗滌液再次被返回到氣體洗滌器A中。
在圖3中，符號(hào)10a為補(bǔ)給液調(diào)節(jié)閥，15a為堿劑補(bǔ)充量調(diào)節(jié)閥，16a、16b、16c為氣液分離器水平調(diào)節(jié)閥，18a、18b、18c為水平調(diào)節(jié)閥。此外，符號(hào)70a、70b、70c、71a、71b、71c為水平調(diào)節(jié)閥，73為流量調(diào)節(jié)計(jì)，75a為pH調(diào)節(jié)計(jì)。
圖3所示的實(shí)施例僅為本發(fā)明的一種實(shí)施形態(tài)，當(dāng)本發(fā)明裝置的設(shè)置場(chǎng)所在豎直方向十分充足時(shí)，可以如圖4所示分別使氣體洗滌器A與氣液分離器3a，再生器B與氣液分離器3b，再生器C與氣液分離器3c一體化，減少洗滌液循環(huán)泵等設(shè)備的臺(tái)數(shù)，盡量使其簡(jiǎn)化。
在圖4中，從再生器B中抽出的洗滌液以自然向下流動(dòng)的方式供給第2再生器C。此時(shí)，當(dāng)?shù)?再生器B內(nèi)洗滌液液面水平與第2再生器的洗滌液供給液面具有足夠的高低差時(shí)，可以采用噴霧的方式將洗滌液供給第2再生器C，但當(dāng)不具有足夠的高低差，不允許有循環(huán)水的壓力損失時(shí)，不采用特別的手段，可以向在第2再生器C內(nèi)設(shè)置的接觸促進(jìn)用填充材料5c的上部進(jìn)行供給。
第2再生器C的氣層部壓力Pc[Pa]用第1再生器B內(nèi)的氣層部壓力Pb[Pa]、堰13a越流后的滯留洗滌液面水平Hb[m]、洗滌液第2再生器C的入口水平Hci[m]、洗滌液比重ρ[kg/m3]、以及重力加速度g[m/s2]、洗滌液從再生器B到第2再生器C的壓力損失ΔPbc[Pa]，通過(guò)下式表示。
Pc＝Pb+ρ·g(Hb-Hci)-ΔPbc (12)
與上述再生器B完全相同，根據(jù)目的的不同而成分不同的再生用氣體35c被供給于第2再生器C，與洗滌液接觸而被排出。第2再生器C的構(gòu)造與再生器B基本相同，在下部設(shè)置氣固液分離部C1，與再生用氣體35c接觸后的洗滌液被匯集在集液板11c處，自然流到下部的氣固液分離器C1中。連接集液板11c下部的流下管12c的下端接近在氣固液分離部C1滯留的滯留水的底部，流下的洗滌液被供給于滯留水的底部附近。
在氣固液分離部C1設(shè)置堰13c，洗滌液流入滯留液底部附近后，上升并流過(guò)堰13c，從第2再生器C中抽出。洗滌液中含有的SS(固體)成分，與上升流逆向流動(dòng)而沉淀，從而實(shí)現(xiàn)了固液分離，從第2再生器C的底部可以回收高濃度的廢液泥漿9c。此外由于堰13c內(nèi)側(cè)的滯留液面能夠常常保持穩(wěn)定，因此氣態(tài)氣體在洗滌液液面處被迅速地進(jìn)行氣液分離，能夠防止其伴隨在抽出的洗滌液中。
與第1再生器B相同，第2再生器C中氣固液分離部C1中洗滌液的上升速度慢，則固液分離性能提高，但由于有必要增大裝置的斷面積，因此其上升速度須在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常為50mm/s以下，優(yōu)選10mm/s以下，更優(yōu)選在5mm/s以下。為了提高固液分離效果，以使SS成分凝聚為目的，可以使用無(wú)機(jī)或有機(jī)高分子系凝聚劑。但由于膠態(tài)的SS成分無(wú)法采用沉淀處理進(jìn)行分離，因此當(dāng)這種SS成分多的時(shí)候，與第1再生器B相同，須采用分離膜對(duì)洗滌液的一部分進(jìn)行過(guò)濾處理等與沉淀分離手段不同的手段，將固體成分從洗滌水(洗滌液)中去除。
再生用氣體35c是不含有粉塵的氣體時(shí)，則不需在第2再生器C中進(jìn)行固液分離，不需從最下部將泥漿抽出，從而將第2再生器C的內(nèi)部構(gòu)造簡(jiǎn)化，但須具備氣液分離功能，從保持液面處于穩(wěn)定狀態(tài)的角度出發(fā)，理想的構(gòu)造是使其具有與氣體洗滌器A和第1再生器B相同的構(gòu)造。
從第2再生器C中抽出的洗滌液通過(guò)洗滌液循環(huán)泵再次供給氣體洗滌器A。在這里控制洗滌液量的方法為，首先測(cè)定流過(guò)第2再生器C的堰13c后的洗滌液面水平，將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。將該水平信號(hào)輸入水平調(diào)節(jié)計(jì)70c。為使液面達(dá)到所定的值，當(dāng)需要對(duì)洗滌液進(jìn)行補(bǔ)給時(shí)，水平調(diào)節(jié)計(jì)70c輸出信號(hào)，打開(kāi)補(bǔ)給液調(diào)節(jié)閥10a、10b、10c，關(guān)閉廢液調(diào)節(jié)閥17a、17b、17c。當(dāng)洗滌液量增加，需要從循環(huán)系內(nèi)排出時(shí)，水平調(diào)節(jié)閥70c輸出信號(hào)，關(guān)閉補(bǔ)給液調(diào)節(jié)閥10a、10b、10c，打開(kāi)廢液調(diào)節(jié)閥17a、17b、17c。在圖4中，符號(hào)為6c為濕氣分離器，符號(hào)36b、36c分別為再生器排放氣體。此外，符號(hào)41c為補(bǔ)給洗滌液。
與上述第1、第2再生器相同，再生器當(dāng)然也可以采用3段以上的系列。
采用本發(fā)明酸性氣體去除裝置的可燃物氣化系統(tǒng)的實(shí)施例如圖5所示。在本實(shí)施例中，加熱產(chǎn)生酸性氣體的可燃物1在氣化單元110中氣化后，導(dǎo)入熱回收單元120，進(jìn)行熱回收后，以氣體洗滌器A作為進(jìn)行洗滌的系統(tǒng)，使用進(jìn)入氣化單元的氧化劑氣體作為堿再生器B的再生氣體。氣化單元110由采用低溫氣化爐112和高溫氣化爐114的2段氣化單元構(gòu)成。熱回收單元120由高溫?zé)峤粨Q器121和熱回收鍋爐122構(gòu)成。氣化單元用的氧化劑50作為再生氣體供給再生器B，在再生器排放氣體36b中含有再生氣體成分和飽和水蒸汽、以及脫出的二氧化碳，這些在氣化單元中作為氣化劑發(fā)揮作用。氧化劑通?？梢允褂每諝?、富含氧氣的空氣、高濃度氧氣、純氧氣等，當(dāng)然，如果是含有氧氣的氣體，任何氣體都可以。
再生器排放氣體36b可以與氣化單元后的高溫生成氣體進(jìn)行熱交換而加熱，在本實(shí)施例中，被加熱側(cè)的介質(zhì)被導(dǎo)入加熱到500℃以上溫度的高溫?zé)峤粨Q器121中，被加熱到500℃以上，優(yōu)選600℃以上，更優(yōu)選700℃以上，作為加熱排放氣體37供給氣化爐。此外，象本實(shí)施例那樣，氣化單元由多個(gè)氣化爐構(gòu)成，當(dāng)供給各個(gè)氣化爐的氧化劑的適宜氧氣濃度不同時(shí)，可以向加熱排放氣體供給氧化劑對(duì)氧氣濃度進(jìn)行調(diào)整。在本實(shí)施例中，氧化劑50供給加熱排放氣體37，加熱排放氣體供給高溫氣化爐114。
采用本發(fā)明酸性氣體去除裝置的可燃物氣化系統(tǒng)的第2個(gè)實(shí)施例如圖6所示。在本實(shí)施例中，再生器利用了2段的酸性氣體除去裝置(第1再生器B和第2再生器C)。與圖5相同，加熱產(chǎn)生酸性氣體的可燃物1在氣化單元110中氣化后，導(dǎo)入熱回收單元120，進(jìn)行熱回收后，在氣體洗滌器A中洗滌。使氣化單元用氧化劑50作為第1再生器B的再生氣體，將再生器排放氣體36b導(dǎo)入高溫?zé)峤粨Q器121，加熱到500℃以上，優(yōu)選600℃以上，更優(yōu)選700℃以上，成為加熱排放氣體37后，作為氧化劑和氣化劑的混合氣體供給氣化單元。氧化劑50通?？梢允褂每諝狻⒏缓鯕獾目諝?、高濃度氧氣、純氧氣等，當(dāng)然，如果是含有氧氣的氣體，任何氣體都可以。
在圖5和圖6的實(shí)施例中，將氣化單元用的氧化劑用作再生用氣體，在冷卻氣體洗滌液的同時(shí)，再生器排放氣體36b的氧氣被從洗滌液中放出的水蒸汽和二氧化碳稀釋?zhuān)M管這樣導(dǎo)入高溫?zé)峤粨Q器121中，但能夠減輕由于氧化而產(chǎn)生的材料腐蝕的程度，另外，通過(guò)在高溫?zé)峤粨Q器121中被加熱，再生器排放氣體中的飽和水蒸汽成為過(guò)熱蒸汽，不僅能夠防止由于蒸汽的冷凝而導(dǎo)致的ドレンアタツク，而且通過(guò)回收寶貴的高溫顯熱供給氣化單元110，能夠提高冷氣體效率。
特別地，在圖6的實(shí)施例中，第2再生器C用的再生氣體35c可以為任何氣體，根據(jù)不同的目的，可以為最價(jià)廉的容易利用的氣體，因此適用范圍廣泛。
圖7為將本發(fā)明適用于可燃物氣化燃料電池發(fā)電過(guò)程時(shí)的實(shí)施例?？扇夹詮U棄物等原料(可燃物)1供給到氣化單元110，在這里產(chǎn)生的高溫生成氣體被送到熱回收單元120以回收顯熱，溫度被降低到200℃，優(yōu)選350℃，更優(yōu)選為500℃?；厥盏娘@熱被用于生產(chǎn)蒸汽或氣化劑的加熱。被降溫到500℃的生成氣體被導(dǎo)入生成氣體前處理單元130中本發(fā)明所涉及的氣體洗滌器A中，在去除酸性氣體的同時(shí)被冷卻至60℃～90℃。當(dāng)生成氣體中含有的粉塵量及成分對(duì)氣體洗滌器的性能產(chǎn)生特別惡劣影響時(shí)，可以在氣體洗滌器的上游設(shè)計(jì)采用旋風(fēng)除塵或過(guò)濾方法的干式集塵器，脫塵后再將其導(dǎo)入氣體洗滌器A。
圖7中氣化單元110由低溫氣化爐112和高溫氣化爐114構(gòu)成的2段氣化爐組成，低溫氣化爐112在450℃～850℃，根據(jù)情況的不同，在450℃～950℃的溫度下，進(jìn)行原料的熱分解和氣化，因此理想的低溫氣化爐為流化床爐。高溫氣化爐114在1200℃～1500℃的溫度下，在將有機(jī)成分完全氣化的同時(shí)，將灰分渣化。當(dāng)然，氣化單元110如果具有將可燃成分氣化的功能，可以為任何單元，不必象本實(shí)施例那樣進(jìn)行2段氣化。
在圖7的實(shí)施例中，氣體洗滌器A的氣相部運(yùn)轉(zhuǎn)壓力Pa，為氣化單元的運(yùn)轉(zhuǎn)壓力減去在各單元中由于氣體流動(dòng)而產(chǎn)生的壓力損失部分，當(dāng)氣化單元的運(yùn)轉(zhuǎn)壓力為大氣壓時(shí)，其在大氣壓～大氣壓-10kPa的范圍內(nèi)，當(dāng)然，由于氣化單元的運(yùn)轉(zhuǎn)壓力可以設(shè)定為任意壓力值，因此氣體洗滌器的運(yùn)轉(zhuǎn)壓力也可以任意設(shè)定。但是，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)壓力設(shè)定為高壓力值時(shí)，洗滌液的飽和溫度也升高，因此生成氣體的氣體洗滌器出口溫度可以設(shè)定為以洗滌液的飽和溫度為上限的任意值。在下游的氫氣制造單元140設(shè)置CO轉(zhuǎn)化單元時(shí)，由于轉(zhuǎn)化單元最適宜的溫度為200℃，因此可以將氣體洗滌器的運(yùn)轉(zhuǎn)壓力提高到1550kPa以上，氣體洗滌器出口生成氣體溫度能夠提高到200℃。
在圖7的實(shí)施例中，氣體洗滌器的氣相部運(yùn)轉(zhuǎn)壓力Pa在95～99kPa間運(yùn)轉(zhuǎn)，生成氣體被冷卻到80℃以下，用氣體壓縮機(jī)(1)135使其升壓至200～800kPa，供給氫氣制造單元140。為了降低氣體壓縮機(jī)(1)135的消耗動(dòng)力，可以在氣體洗滌器的下游設(shè)計(jì)氣體冷卻器，以使氣體中含有的水蒸汽凝結(jié)而被除去。氫氣制造單元140由用于去除生成氣體中硫成分的脫硫反應(yīng)裝置141、使生成氣體中的一氧化碳與水反應(yīng)而生成氫氣和二氧化碳的轉(zhuǎn)化反應(yīng)裝置142、用于壓縮轉(zhuǎn)化后氣體的氣體壓縮機(jī)(2)145、用于吸收去除生成氣體中的二氧化碳的二氧化碳吸收裝置147、使少量殘存于二氧化碳吸收后氣體中的一氧化碳、二氧化碳與氫氣發(fā)生反應(yīng)而生成甲烷的甲烷化反應(yīng)裝置148、用儲(chǔ)氫合金只吸收氣體中的氫氣以提高氫氣的純度并升壓的氫氣精制—升壓裝置149構(gòu)成。為了除去生成氣體中的一氧化碳，也可以代替甲烷化反應(yīng)裝置，而在二氧化碳吸收裝置147的上游設(shè)置能選擇性地燃燒一氧化碳的選擇氧化裝置。這時(shí)，甲烷化反應(yīng)裝置148就不需要了。
二氧化碳吸收裝置147中可以采用胺吸收法，在胺吸收法中，流入氣體的壓力越高，則吸收時(shí)和再生時(shí)獲得的二氧化碳的分壓差越大，因此是有利的。在本發(fā)明中，為了能夠升壓到800kPa以上供給，設(shè)置二氧化碳?jí)嚎s機(jī)(2)145。當(dāng)然，當(dāng)氣體壓縮機(jī)(1)升壓十分充分時(shí)，不必設(shè)計(jì)二氧化碳?jí)嚎s機(jī)(2)145。當(dāng)設(shè)置氣體壓縮機(jī)(2)145時(shí)，為了降低其消耗動(dòng)力，可以在轉(zhuǎn)化反應(yīng)裝置142的下游設(shè)計(jì)氣體冷卻器80，以使氣體中含有的水蒸汽凝結(jié)而被除去。
在氫氣精制—升壓裝置149的排放氣體中，含有甲烷、氮?dú)?、氬氣和少量的氫氣，甲烷吸收裝置170只將甲烷吸收，殘余的氣體被排出。被回收的甲烷氣體供給氣化單元110，經(jīng)過(guò)再次改性、精制，成為氫氣的原料。
在氫氣精制—升壓裝置149中，被精制為純氫氣后，供給燃料電池發(fā)電單元160。燃料電池通過(guò)使氫氣和氧氣發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生電、水和熱，已開(kāi)發(fā)的4種燃料電池按工作溫度低的順序排列依次為固體高分子型、磷酸型、熔融碳酸鹽型、固體電解質(zhì)型。圖7中所示的為采用固體高分子型的燃料電池的實(shí)施例，當(dāng)然，如果是以氫氣、一氧化碳為燃料的燃料電池，可以使用任何燃料電池。
作為向燃料電池供給氧氣的氧化劑，通常使用空氣或純氧氣，但如果為主要含有氧氣的氣體，且不含有使燃料電池中毒的成分，可以使用任何氣體。在本實(shí)施例中，作為氧化劑，使用由PSA法精制的80％以上、優(yōu)選90％以上、更加優(yōu)選93％以上的高濃度氧氣?？梢詾榧冄鯕?。附帶說(shuō)一下，當(dāng)采用PSA法制造氧氣時(shí)，氧氣以外的氣體成分為氮?dú)夂蜌鍤?。圖7為使用高濃度氧氣的實(shí)施例，作為供給燃料電池的氧化劑，其氧氣在燃料電池內(nèi)部被消耗大約50％，從氧極作為排放氣體55被排出。排放氣體55中含有對(duì)應(yīng)其溫度和壓力的飽和水蒸汽，通過(guò)排放氣體冷卻器(氣體冷卻器)80，其被冷卻到45～60℃，作為凝結(jié)水被回收。該凝結(jié)水基本上為純水，具有非常高的利用價(jià)值，當(dāng)無(wú)其他用途時(shí)可以作作氣體洗滌器的補(bǔ)給水。
45～60℃的飽和水蒸汽壓為10～20kPa，如果冷卻的氧極排放氣體為大氣壓，則其含有10～20％的水蒸汽，可作為再生用氣體供給再生器。
由于燃料電池的氧極排放氣體55完全不含有二氧化碳，因此適宜用作再生器B中的堿再生用氣體。在本發(fā)明中，再生器B的氣相部壓力Pb維持在120～140kPa下運(yùn)轉(zhuǎn)，再生器排放氣體36b可以伴有占?xì)怏w總量5％以上的二氧化碳。
流入再生器的洗滌液的溫度為70～99℃，氧極排放氣體55與洗滌液相向流動(dòng)接觸，通過(guò)直接熱交換被加熱，加熱到70～99℃。70～99℃的飽和水蒸汽壓為31～99kPa。在這里，如果再生器的氣相部壓力為130kPa，則再生器排放氣體中水蒸汽的比例為24％(＝31/130)～76％(＝99/130)。因此，作為再生用氣體供給的燃料電池氧極排放氣體在從洗滌水(洗滌液)中將再生器入口和出口的水蒸汽比例相差的部分帶走的同時(shí)，將洗滌水(洗滌液)冷卻。
從以上敘述可以看到，再生器排放氣體成分由于再生器的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度的不同多少會(huì)有些差異，其由約5～10％的二氧化碳、大致相同含量的氮?dú)夂蜌鍤狻?5～45％的氧氣和24～76％的水蒸汽構(gòu)成。該成分的氣體作為供給氣化單元的氧化劑和氣化劑的混合氣體，其組成無(wú)可挑剔，可以直接供給氣化單元，必要時(shí)可以進(jìn)一步增加水蒸汽和氧氣，將其調(diào)整到含有最適合氣化單元的成分。圖7所示的實(shí)施例中，再生器B如同起到了氣化劑發(fā)生裝置的作用。在本發(fā)明中，之所以不使用空氣作為燃料電池的氧化劑，是因?yàn)榇罅亢械牡獨(dú)馐箽怏w壓縮機(jī)(1)135和氫氣制造單元140的動(dòng)力消耗增大。在本實(shí)施例中，氧化劑中含有的氮?dú)狻鍤庾鳛榧淄槲昭b置170的排放氣體被排出到系統(tǒng)外。
將本發(fā)明應(yīng)用于氣化燃料電池發(fā)電過(guò)程，可以產(chǎn)生以下列舉的顯著效果。
1.由于再生器的堿再生功能，不需大量消耗堿劑，并能夠使供給氣體洗滌器的氣體洗滌液保持高pH，因此能大大提高氣體洗滌單元的酸性氣體吸收功能，使構(gòu)成下游氫氣制造單元的設(shè)備的耐久性得以提高。
2.由于洗滌水(洗滌液)在再生器中能夠被冷卻，因此供給冷卻塔的廢熱減少，冷卻水補(bǔ)給水的消耗量減少，并且所謂的白煙-降雨(附近的粉塵降落)問(wèn)題減少。
3.由于在氣化單元作為氣化劑使用的蒸汽能夠從洗滌液中回收，因此不需消耗優(yōu)質(zhì)的蒸汽，并且能夠減少水的消耗量以及水處理所必需的能量。
4.由于以往在冷卻塔作為廢熱被丟棄的低壓蒸汽的潛熱被還原到氣化單元，因此能效提高。
5.二氧化碳從洗滌液中被脫離回收，作為氣化劑供給氣化單元，由于二氧化碳與蒸汽相比比熱小，因此氣化單元的升溫?zé)嵘倭考纯?，冷氣效率提高?br> 6.當(dāng)將二氧化碳用作氣化劑時(shí)，由于生成的氣體富含比氫氣利用價(jià)值更高的一氧化碳，因此生成氣體的用途廣泛。
雖然本實(shí)施例將精制的氫氣用作燃料電池的燃料，但精制氫氣的用途不僅僅限于燃料電池的燃料，從本實(shí)施例中將燃料電池發(fā)電單元去掉的系統(tǒng)作為氫氣制造系統(tǒng)供其他應(yīng)用也當(dāng)然是可能的。
圖8為將空氣用作燃料電池的氧化劑時(shí)的實(shí)施例的流程圖。燃料電池的氧化劑為空氣時(shí)，在燃料電池的氧極排放氣體中含有大量的氮?dú)?。該氮?dú)庠跉饣瘑卧粌H無(wú)法發(fā)揮作為氣化劑的功能，而且使其后的氫氣制造單元的動(dòng)力消耗增大，因此將這時(shí)的氧極排放氣體供給氣化單元是不可取的。
因此，即使燃料電池的氧化劑為空氣，作為氣化工程的氧化劑，其與圖7所示的實(shí)施例相同，為含有80％以上、優(yōu)選90％以上、更加優(yōu)選93％以上氧氣的高濃度氧氣或純氧氣。此時(shí)，作為再生器的再生用氣體可以利用的氣體有氣化單元用氧化劑和燃料電池氧極排放氣體兩種。因此，可以將再生器設(shè)計(jì)為2段，將各自的氣體分別用作第1再生器B和第2再生器C的再生用氣體。下面就圖8的實(shí)施例中沒(méi)有說(shuō)明部分，先說(shuō)明與圖7的實(shí)施例相同的部分。
在圖8所示的實(shí)施例中，將氣化單元用氧化劑用作第1再生器B的再生用氣體，將燃料電池氧極排放氣體用作第2再生器C的再生用氣體。第1再生器排放氣體36b作為氧化劑和氣化劑的混合氣體供給氣化單元110。第2再生器C的排放氣體36c含有5～10％的二氧化碳，被排出系統(tǒng)。在這里值得注意的是排出該系統(tǒng)外的二氧化碳。如圖7所示的實(shí)施例那樣，當(dāng)再生器為單段時(shí)，如果將再生器排放氣體供給氣化單元，則可能使在再生器排放氣體中含有的二氧化碳再次在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，使生成氣體前處理單元130和氫氣制造單元140的動(dòng)力消耗增大。其原因在于，二氧化碳作為氣化單元的氣化劑具有與水蒸氣同樣的功能，但與水蒸汽不同，其不能通過(guò)冷卻、凝結(jié)去除，因此一旦生成氣體中的二氧化碳的比例逐漸增加，則不可避免地使壓縮機(jī)的動(dòng)力增加。
因此，在圖7所示的實(shí)施例中，作為上述問(wèn)題的對(duì)策，在氫氣制造單元內(nèi)設(shè)置二氧化碳吸收裝置，使用胺吸收法對(duì)二氧化碳進(jìn)行濃縮，濃縮的二氧化碳被排出到系統(tǒng)外。該胺吸收法需要大量的蒸汽。附帶說(shuō)一下，圖7、圖8所示的實(shí)施例中，利用燃料電池發(fā)電單元產(chǎn)生的70～90℃的溫?zé)狎?qū)動(dòng)吸收式冷凍機(jī)，將產(chǎn)生的冷熱供給二氧化碳吸收單元，使與作為加熱源的蒸汽57的溫度差增大，從而能夠盡可能抑制二氧化碳吸收裝置中的蒸汽消耗量。不管怎樣，如果降低在二氧化碳的吸收裝置中應(yīng)該吸收的二氧化碳的量，則能抑制蒸汽消耗量。如圖8所示那樣，由于含有二氧化碳的第2再生器C的排放氣體被排出系統(tǒng)外，而且二氧化碳吸收裝置中的蒸汽消費(fèi)量能夠被抑制，因此能夠降低能量的消費(fèi)率。
因此，在本實(shí)施例中，將盡可能多的二氧化碳與第2再生器排放氣體36c一同排出系統(tǒng)外變得很重要。將該效果最大化的方法為，通過(guò)努力降低氣體洗滌器A的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度，提高氣體洗滌器中洗滌液對(duì)二氧化碳的吸收能力，并且產(chǎn)生飽和水蒸汽，盡量抑制第1再生器B中二氧化碳的脫出。此外，在第2再生器C中，可以在盡可能高的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，使與再生用氣體的氣液混合接觸加劇，從而促進(jìn)二氧化碳的脫出。抑制第1再生器中的二氧化碳放出量的目的在于，在盡可能提高吸入洗滌液中二氧化碳量的同時(shí)，經(jīng)過(guò)第2再生器使之一氣脫出，使到系統(tǒng)外的二氧化碳排出量盡可能高。因此，必要時(shí)可以設(shè)置熱交換器，對(duì)洗滌液進(jìn)行加熱，理想地，將熱回收單元產(chǎn)生的蒸汽或熱回收單元產(chǎn)生并經(jīng)過(guò)二氧化碳吸收單元被二氧化碳吸收液的加熱所利用后的蒸汽用于該加熱。
由于作為第1再生器再生用氣體的純氧氣、高濃度氧氣不含有水蒸汽，因此，為產(chǎn)生作為氣化劑的水蒸汽，其很適合作為再生用氣體。此外，作為第2再生器再生用氣體的燃料電池氧極排放氣體，由于其溫度為75～90℃，而且在燃料電池出口含有飽和水蒸汽，因此直接作為再生用氣體使用時(shí)，第2再生器中幾乎沒(méi)有新的水蒸汽產(chǎn)生，所以幾乎無(wú)冷卻效果。這對(duì)于盡可能使第2再生器保持高的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度是十分有利的。當(dāng)然，當(dāng)也想提高第2再生器中的洗滌水(洗滌液)的冷卻效果時(shí)，可以冷卻氧極排放氣體，使含有的水蒸汽冷凝。由于該冷凝水幾乎全部為水，因此利用價(jià)值很高，能夠用于各種用途。此外，當(dāng)燃料電池氧極排放氣體具有必需的壓力時(shí)，也可以設(shè)計(jì)吸氣器將空氣吸收，從而增加再生用氣體的量，提高再生效果。
圖9為圖8所示實(shí)施例的2段再生式酸性氣體去除裝置的具體實(shí)施例?？梢圆捎脠D3或圖4所示的2段再生式酸性氣體去除裝置，圖9所示的第1再生器B中的氣液接觸不為對(duì)向流動(dòng)式，而為完全混合型。其原因在于，采用對(duì)向流動(dòng)式，再生器排放氣體36b伴有處于與第1再生器入口的洗滌液平衡狀態(tài)的水蒸汽和二氧化碳，由于第1再生器入口的洗滌液在洗滌器A中被加熱并且吸收二氧化碳，因此容易放出二氧化碳，如果在這里二氧化碳大量地被放出，則第2再生中二氧化碳系統(tǒng)外的排出量降低，這與將盡可能多的二氧化碳排出系統(tǒng)外的目的是相違背的。
如果第1再生器B采用如圖9所示的完全混合式，則由于排放氣體36b伴有處于與第1再生器入口的洗滌液氣液平衡狀態(tài)的蒸汽、二氧化碳，與排放氣體36b相伴的二氧化碳量比采用對(duì)向流動(dòng)式時(shí)少，在第2再生器中的系統(tǒng)外排出量增加。
圖10為以確保第1再生器B中的蒸汽發(fā)生量、抑制二氧化碳放出量為目的的2段再生式二氧化碳去除裝置的實(shí)施例。將洗滌液40的一部分供給第1再生器B，剩余部分直接供給第2再生器C。在第1再生器中設(shè)置加熱洗滌液的裝置，通過(guò)提高洗滌液的溫度，促進(jìn)水蒸汽的產(chǎn)生。同時(shí)，二氧化碳也被放出，根據(jù)本發(fā)明發(fā)明者們的推算，在圖8所示的氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，當(dāng)使用具有大約13MJ/kg發(fā)熱量的可燃物作為原料時(shí)，洗滌液循環(huán)量約為150t/h，其中約1％、或10％以下被導(dǎo)入第1再生器，而且能夠作為氣化單元的氣化劑必需的水蒸汽量。由于90～99％的二氧化碳在高溫狀態(tài)下供給第2再生器，因此二氧化碳向系統(tǒng)外排出變得容易。
圖13為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其為積極地從洗滌液中回收水蒸汽和二氧化碳并將其用作氣化劑的實(shí)施例。在本實(shí)施例中，第1再生器的排放氣體36b被用作氣化單元的氣化劑。用作氣化劑，排放氣體需要具有壓力，因此測(cè)定第1再生器B的氣相部的壓力Pb。測(cè)定的壓力信號(hào)被傳入壓力調(diào)節(jié)計(jì)74，為了維持所定的壓力，由壓力調(diào)節(jié)計(jì)74輸出調(diào)節(jié)再生氣體流量調(diào)節(jié)閥38及加熱用蒸汽流量調(diào)節(jié)閥39的操作信號(hào)。壓力Pb比所定的壓力低時(shí)，進(jìn)行同時(shí)打開(kāi)再生氣體流量調(diào)節(jié)閥38和加熱用蒸汽流量調(diào)節(jié)閥39的操作，相反，則進(jìn)行關(guān)閉操作。
第1再生器B相對(duì)于氣體洗滌器A的垂直方向的相對(duì)位置由氣化劑必需的壓力決定。作為氣化劑，其必需的壓力越高，則相對(duì)于氣體洗滌器A，第1再生器B越往下方設(shè)置。流入第1再生器B的洗滌液被輸送到第2再生器C中，當(dāng)?shù)?再生器設(shè)置的位置比氣體洗滌器A低時(shí)，即使不在第1再生器B出口的洗滌液循環(huán)通路上設(shè)計(jì)循環(huán)用泵，也可以使其自然流入第2再生器。但是，如果Pb的壓力在所定壓力以下，由于擔(dān)心洗滌液逆流，必要時(shí)，需要在洗滌液循環(huán)通路上設(shè)計(jì)單向閥。當(dāng)然，可以設(shè)計(jì)洗滌液循環(huán)用的泵。另外，通過(guò)設(shè)計(jì)含有控制流入第1再生器B的洗滌液量的洗滌液旁路閥19ac的旁路，不僅能容易地對(duì)Pb進(jìn)行控制，而且能降低加熱用蒸汽的消耗量。此外，與圖9、10的實(shí)施例相同，如果第1再生器的形式采用完全混合式，則能夠抑制在第1再生器中的二氧化碳的放出。
通過(guò)采用圖9、圖10、圖13所示的2段再生式酸性氣體除去裝置，圖8所示的氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的高效率化成為可能。
圖8所示的實(shí)施例如同串聯(lián)的含有二氧化碳吸收裝置的2個(gè)系統(tǒng)。在該應(yīng)用場(chǎng)合，第2再生器的再生用氣體最好為極力使排放氣體36c中的二氧化碳分壓降低的氣體，優(yōu)選盡量為低溫下二氧化碳含有率低，并且量多的。
在本發(fā)明的發(fā)明者們所發(fā)現(xiàn)的本發(fā)明最佳條件中，氣化單元的運(yùn)轉(zhuǎn)壓力為常壓，流入氣體洗滌器A的流入氣體溫度為500℃，原料的發(fā)熱量約為13MJ/kg時(shí)效率最高的運(yùn)轉(zhuǎn)條件為氣體洗滌器A氣相部壓力Pa95～99kPa，洗滌液溫度TLAE70～80℃(根據(jù)情況的不同，80～95℃)第1再生器B氣相部壓力Pb70～140kPa，洗滌液溫度TLBE70～99℃第2再生器C氣相部壓力Pc90～110kPa，洗滌液溫度TLCE60～80℃。
圖11與圖8相同，為采用本發(fā)明的2段再生式酸性氣體除去裝置的氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的第2實(shí)施例。以下以與圖8所示的實(shí)施例相同為前提，對(duì)未說(shuō)明部分進(jìn)行特別說(shuō)明。本實(shí)施例為要求將二氧化碳濃度低、蒸汽盡可能充足的氣體作為供給氣化單元的氣化劑的實(shí)施例。與圖8的實(shí)施例不同之處在于，將燃料電池氧極排放氣體用作第1再生器B的再生用氣體，將氣化單元用氧化劑用作第2再生器C的再生用氣體。由于燃料電池氧極排放氣體含有75～90℃的飽和水蒸汽，用作第1再生器的再生用氣體仍不喪失蒸發(fā)潛熱，所以冷卻洗滌液的能力小，但由于不含二氧化碳，因此作為二氧化碳脫離用的氣體，其性能高。
因此，由于將燃料電池氧極排放氣體用作第1再生器B的再生用氣體，第1再生器排放氣體向系統(tǒng)外排出，二氧化碳脫離后的洗滌液被供給第2再生器，因此供給純氧或高濃度氧氣作為再生用氣體而得到的第2再生器排放氣體，即、供給氣化單元的氣化劑和氧化劑的混合氣體中含有的二氧化碳，與圖8的實(shí)施例相比，其濃度顯著降低。而且由于第1再生器中，洗滌水(洗滌液)溫度下降得非常小，因此在第2再生器中，蒸汽發(fā)生能力沒(méi)有下降，特別適于不太想供給二氧化碳作為氣化單元的氣化劑的場(chǎng)合。當(dāng)然，在蒸汽發(fā)生量不足時(shí)，可以用蒸汽等對(duì)第2再生器中的洗滌液進(jìn)行加熱。
在本實(shí)施例中，本發(fā)明的第1再生器和第2再生器的具體實(shí)施形態(tài)可以為圖3、圖4所示的對(duì)向流動(dòng)式再生器，但當(dāng)用蒸汽等對(duì)第2再生器中的洗滌液進(jìn)行加熱時(shí)，可以如圖12所示的那樣，設(shè)計(jì)通過(guò)旁路從第1再生器B進(jìn)入第2再生器C、流入氣體洗滌器A的管路40b，調(diào)節(jié)進(jìn)入第2再生器的洗滌液流入量，能夠用盡可能少的加熱熱量使第2再生器內(nèi)的洗滌液溫度提高。第2再生器的洗滌液加熱用傳熱管48盡可能設(shè)置在滯留洗滌液內(nèi)的上方。至少要設(shè)置在洗滌液流下管12c的下端部的上方。這樣設(shè)置，由于能夠抑制滯留洗滌水(洗滌液)的對(duì)流，因此不會(huì)阻礙固體成分的沉淀。
在本發(fā)明的發(fā)明者們所發(fā)現(xiàn)的本發(fā)明最佳條件中，氣化單元的運(yùn)轉(zhuǎn)壓力為常壓，流入氣體洗滌器A的流入氣體溫度為500℃，原料發(fā)熱量約為13MJ/kg時(shí)，效率最高的運(yùn)轉(zhuǎn)條件為氣體洗滌器A氣相部壓力Pa95～99kPa，洗滌液溫度TLAE70～80℃(根據(jù)情況的不同，80～95℃)第1再生器B氣相部壓力Pb90～110kPa，洗滌液溫度TLBE60～80℃
第2再生器C氣相部壓力Pc70～140kPa，洗滌液溫度TLCE70～99℃。
圖14為本發(fā)明的第3實(shí)施形態(tài)，由于氣體洗滌器為第1氣體洗滌部A’及第2氣體洗滌部A2共2段，洗滌液再生器為第1再生器B及第2再生器C共2段，其所示的為使洗滌液的堿再生功能和被洗滌氣體的酸性氣體除去功能進(jìn)一步提高的實(shí)施例。在這里，供給第1氣體洗滌部A’的被洗滌氣體30與第1洗滌液82b以對(duì)向流動(dòng)接觸，被洗滌氣體30被第1洗滌液82b冷卻的同時(shí)，被洗滌氣體30中的氯化氫等強(qiáng)酸性氣體被吸收到第1洗滌液82b中，被洗滌氣體中的粉塵成分也被第1洗滌液82b吸入。其次，從第1氣體洗滌部A’導(dǎo)入第2氣體洗滌部A2的被洗滌氣體與第2洗滌液82c以對(duì)向流動(dòng)接觸，被洗滌氣體被第2洗滌液82c進(jìn)一步冷卻，在過(guò)飽和狀態(tài)的水蒸汽凝結(jié)的同時(shí)，被洗滌氣體中的二氧化碳和硫化氫等弱酸性氣體被第2洗滌液82c吸收。由此可知，從第2氣體洗滌部A2中得到的洗滌后氣體31以在堿溶液中溶解度小的一氧化碳、氫氣、飽和狀態(tài)的水蒸汽以及沒(méi)能溶解于堿溶液的二氧化碳為主要成分。
另一方面，吸收了氯化氫等強(qiáng)酸性氣體，溫度上升的第1洗滌液82b經(jīng)氣液分離器3a被送入第1再生器B，在第1再生器B內(nèi)，和與被洗滌氣體成分不同且含有氧氣的第1再生用氣體35b例如富氧氣體接觸，產(chǎn)生蒸汽直到其具有第1再生器B內(nèi)溫度下的飽和水蒸汽壓。
例如，當(dāng)?shù)?再生器B在大氣壓(約0.1MPa(1bar))、80℃下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，從第1再生器排出的第1再生器排放氣體36b中伴有47％的水蒸汽。同時(shí)，第1洗滌液82b失去蒸發(fā)潛熱而被冷卻。當(dāng)然，當(dāng)?shù)?再生用氣體35b伴有第1再生器B內(nèi)的飽和水蒸汽壓以上的水蒸汽時(shí)，在再生器中無(wú)水分蒸發(fā)，在第1再生器中第1洗滌液無(wú)法進(jìn)行冷卻。因此，理想地，作為第1再生用氣體35b，其含有水蒸汽少，即、露點(diǎn)低。
此外，由于第1洗滌液82b在第1氣體洗滌部A’中吸收了強(qiáng)酸性氣體，因此pH降低。由于在第1洗滌液再生器B中水分蒸發(fā)，因此須補(bǔ)給第1堿劑和水。當(dāng)被洗滌氣體含有粉塵，該粉塵被第1洗滌液82b吸入時(shí)，須將粉塵從第1洗滌液82b中進(jìn)行固液分離。本發(fā)明中，在第1洗滌液的循環(huán)網(wǎng)絡(luò)中分別設(shè)置藥劑添加裝置和過(guò)濾裝置，通過(guò)添加第1堿劑和作為該堿劑稀釋水的水對(duì)第1洗滌液82b進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，通過(guò)常時(shí)間對(duì)第1洗滌液82b的全部或一部分進(jìn)行過(guò)濾從而將固體成分除去。作為使用的堿劑，可以為任何堿性物質(zhì)，優(yōu)選氫氧化鈉或氫氧化鉀。調(diào)整的第1洗滌液82b的pH，即第1氣體洗滌部A’入口的第1洗滌液82b的pH，如果為4以上，則具有吸收氯化氫氣體的能力，如果pH為11以上，除吸收強(qiáng)酸性氣體外，還吸收二氧化碳，但因第1堿劑消費(fèi)量增大，是不可取的。因此，第1氣體洗滌部A’入口處的第1洗滌液82b的pH優(yōu)選在4～11的范圍內(nèi)，進(jìn)一步優(yōu)選為5～10。第1堿劑與上述強(qiáng)酸性氣體發(fā)生中和反應(yīng)而生成的鹽類(lèi)慢慢地蓄積在第1洗滌液82b中，為了防止由于鹽類(lèi)的過(guò)度濃縮而產(chǎn)生的弊害，需常時(shí)間對(duì)第1洗滌液的一部進(jìn)行吹拂。
另一方面，伴有飽和狀態(tài)水蒸汽的第1再生器排放氣體36b，能夠被用作上述可燃物氣化的氣化劑稀釋用氣體。此外，當(dāng)將富氧氣體或PSA氧氣(由變壓法制備的富氧氣)用作第1再生用氣體35b時(shí)，可以直接將第1再生器排放氣體36b作為氣化劑使用。
對(duì)于第1洗滌液82b的溫度，第1氣體洗滌部的洗滌液出口處的第1洗滌液溫度T1out可以為沸點(diǎn)以下20℃以?xún)?nèi)，優(yōu)選沸點(diǎn)以下10℃以?xún)?nèi)，更加優(yōu)選為沸點(diǎn)以下5℃以?xún)?nèi)。此外，第1氣體洗滌部A’的洗滌液入口處的第1洗滌液溫度T1in可以為上述第1氣體洗滌部A’的洗滌液出口處的第1洗滌液溫度T1out以下20℃以?xún)?nèi)，優(yōu)選被洗滌氣體中的水蒸汽的飽和蒸溫度以下5℃以?xún)?nèi)。
第1洗滌液82b的循流量在滿(mǎn)足上述第1氣體洗滌部A’之洗滌液出口及入口處的第1洗滌液溫度的條件下，根據(jù)被洗滌氣體的流量、溫度和比熱決定。
從第1再生器B抽出的第1洗滌液82b經(jīng)氣液分離器3b返回第1氣體洗滌部A’。
此外，通過(guò)吸收硫化氫等弱酸性氣體及二氧化碳，水蒸汽冷凝、溫度上升的第2洗滌液82c經(jīng)氣液分離器3c被返回第2再生器，在第2再生器C內(nèi)，與成分不同于被洗滌氣體成分的第2再生用氣體35c例如空氣或燃料電池排放氣體接觸，產(chǎn)生壓力達(dá)到第2再生器C內(nèi)溫度下的飽和水蒸汽壓的蒸汽，脫二氧化碳后再生堿劑。
在本發(fā)明中，在第2洗滌液82c的循環(huán)通路上設(shè)置藥劑添加裝置，可以針對(duì)硫化氫等還原性酸性氣體的吸收量適量地向第2洗滌液82c中添加氧化劑。此外，第2洗滌液82c的pH優(yōu)選7～12。關(guān)于所使用的第2堿劑及氧化劑，與第1實(shí)施形態(tài)中所述的堿劑及氧化劑相同。
另一方面，伴有脫離的二氧化碳及飽和狀態(tài)的水蒸汽的第2再生器排放氣體36c，經(jīng)冷凝器80c和冷凝水分離器81c被排出。在冷凝水分離器81c回收的冷凝水可以作為第1堿劑的稀釋水或第1洗滌液82b的稀釋水返回到系統(tǒng)內(nèi)。
對(duì)于第2洗滌液82c的溫度，第2氣體洗滌部A2之洗滌液出口處的第2洗滌液溫度T2out為上述第1氣體洗滌部A’之洗滌液入口處的第1洗滌液溫度T1in以下20℃以?xún)?nèi)，優(yōu)選第1氣體洗滌部A’之洗滌液入口處的第1洗滌液溫度T1in以下10℃以?xún)?nèi)。此外，第2氣體洗滌部A2之洗滌液入口處的第2洗滌液溫度T2in比上述第2氣體洗滌部A2之洗滌液出口處的第2洗滌液溫度T2out低5℃以上，優(yōu)選10℃以上，更優(yōu)選20℃以上。
第2洗滌液82c的循流量在滿(mǎn)足上述第2氣體洗滌部A2之洗滌液出口及入口處的第2洗滌液溫度的條件下，根據(jù)被洗滌氣體的流量、溫度和比熱決定。
從第2再生器C抽出的第2洗滌液82 c經(jīng)氣液分離器3d返回第2氣體洗滌部A2。當(dāng)?shù)?再生器C出口的第2洗滌液溫度比所定的在第2氣體洗滌部入口處的第2洗滌液溫度高時(shí)，通過(guò)在循環(huán)通路上設(shè)置冷卻裝置進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
在本實(shí)施例中，如上所述，通過(guò)設(shè)定各部的溫度，經(jīng)過(guò)第1氣體洗滌部A’將被洗滌氣體30所具有的熱量中的顯熱部分冷卻、回收，經(jīng)第1再生器B將該回收熱用于蒸汽的產(chǎn)生，另一方面，經(jīng)第2氣體洗滌部A2將其潛熱部分，即被洗滌氣體30中所含有的水蒸汽的冷凝熱冷卻、回收，經(jīng)第2再生器C將該回收熱用于第2洗滌液82c的脫二氧化碳、即第2堿劑的再生。這樣，提高了本發(fā)明所涉及系統(tǒng)整體的熱效率及除去對(duì)象氣體的吸收效率。
根據(jù)脫硫單元、一氧化碳轉(zhuǎn)化單元、一氧化碳選擇氧化單元、二氧化碳吸收單元、甲烷化單元、采用儲(chǔ)氫合金進(jìn)行的氫氣精制單元以及氫氣精制PSA單元內(nèi)的一個(gè)單元，或這些單元的任意組合，對(duì)根據(jù)本實(shí)施形態(tài)得到的洗滌后氣體31進(jìn)行處理制造氫氣，制造的氫氣可以供給燃料電池發(fā)電單元進(jìn)行發(fā)電。
圖15所示的為圖14所示的本發(fā)明的第3實(shí)施形態(tài)的其他具體實(shí)施例。氣體洗滌器A內(nèi)被集液板85所分割，集液板的下側(cè)為第1氣體洗滌部A’，上側(cè)為第2氣體洗滌部A2。集液板85具有能夠使來(lái)自第1氣體洗滌部A’的被洗滌氣體流通，但同時(shí)能夠防止洗滌液從第2氣體洗滌部2向下流向第1氣體洗滌部A’的構(gòu)造。因此，第1洗滌液82b與第2洗滌液82c分別在第1氣體洗滌部A’和第1再生器B之間以及第2氣體洗滌部A2與第2再生器C之間相互獨(dú)立地循環(huán)。其他的說(shuō)明與圖13相同。
圖16為將本發(fā)明的酸性氣體除去裝置用于可燃物氣化發(fā)電系統(tǒng)時(shí)實(shí)施例的設(shè)備構(gòu)成圖，其中將可燃物，即可燃性廢棄物(城市垃圾、固體燃料、漿化燃料、舊紙、廢塑料、廢FRP、生物廢棄物、汽車(chē)廢棄物、廢木材等工業(yè)廢棄物、低品位煤、廢油等)和煤等氣化，處理所產(chǎn)生的氣體，供給燃料電池。將可燃物原料1從原料加料器115供給到低溫氣化爐112，在400～1000℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱分解、氣化，得到的生成氣體直接被送入高溫氣化爐114，原料中的不燃物從低溫氣化爐112中通過(guò)其它途徑被取出。生成的氣體在高溫氣化爐中于1000～1500℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)一步被氣化、低分子化。高溫氣化爐114的溫度，被維持在生成氣體中含有的灰分熔融的溫度以上，生成氣體中80～90％的灰分被渣化，作為熔融殘?jiān)?27排出系統(tǒng)外。生成氣體中的有機(jī)物、烴在高溫氣化爐中被完全分解成為氫氣、一氧化碳、水蒸汽、二氧化碳。在高溫氣化爐114中得到的生成氣體，其后在高溫?zé)峤粨Q器121和廢熱鍋爐(熱回收鍋爐)122中回收顯熱，降溫至200℃，優(yōu)選350℃，更優(yōu)選500℃?；厥盏娘@熱被用于蒸汽產(chǎn)生和氣化劑的加熱。
在這里，當(dāng)以城市垃圾等不定形可燃物作為原料時(shí)，為防止從原料加料器漏入空氣，可以采用圖18或圖19所示的原料加料器，該加料器在后面還會(huì)被詳細(xì)介紹。此時(shí)，在該原料加料器中，壓榨原料時(shí)產(chǎn)生的壓榨水供給廢熱鍋爐122，通過(guò)混入到高溫生成氣體中而被蒸發(fā)、分解。另一方面，同樣在原料壓榨時(shí)產(chǎn)生的脫氣氣體，可以與壓榨水一樣被供給到廢熱鍋爐122，進(jìn)行分解，沒(méi)有在圖中表示，但作為氧化劑和氣化劑可以供給到高溫氣化爐?；蛘呖梢詫?dǎo)入排放氣體燃燒器163中進(jìn)行處理。
在廢熱鍋爐中，被回收了顯熱的生成氣體，即被洗滌氣體30，被導(dǎo)入本發(fā)明的氣體洗滌器A，在去除酸性氣體的同時(shí)被冷卻到60～90℃。當(dāng)生成氣體中的粉塵量和成分對(duì)洗滌器的性能產(chǎn)生特別惡劣影響時(shí)，可以在氣體洗滌器的上游設(shè)計(jì)采用旋風(fēng)除塵或?yàn)V器除塵方式的干式集塵機(jī)，脫塵后將其導(dǎo)入氣體洗滌器A。
在本實(shí)施例中，堿劑的再生通過(guò)2段進(jìn)行。在第1再生器B中含有氧濃度為80％以上、優(yōu)選90％以上、更加優(yōu)選93％以上的含氧高濃度氧氣或純氧被用作再生用氣體50，從第1再生器B中排出的再生器排放氣體36b經(jīng)高溫?zé)峤粨Q器121而升溫，作為氣化劑和用于部分氧化的氧化劑被供給氣化爐。作為被供給第1再生器B的高濃度氧氣和純氧的再生用氣體不含有水蒸汽，通過(guò)與堿劑接觸而吸收了大量的水蒸汽，由于蒸發(fā)潛熱使再生用氣體進(jìn)一步溫度上升受到抑制，使二氧化碳的吸收量被抑制在較低的水平。此外，使燃料電池發(fā)電單元160的燃料電池氫極排放氣體161與氧極排放氣體162在排放氣體燃燒爐163中燃燒、在渦輪164中壓力能量和熱能被回收的燃燒排氣166作為再生用氣體被供給第2再生器C中，從而得到含有大量二氧化碳的濕潤(rùn)氣體36c。氣體洗滌器A、第1再生器B及第2再生器C不限于圖16所示的形態(tài)，也可以為圖9、10或圖12、13等所示的形態(tài)。
經(jīng)洗滌、冷卻的洗滌后氣體31，用氣體壓縮機(jī)135將壓力升高到200～800kPa，供給到氫氣制造單元140。氣體壓縮機(jī)135由使用廢熱鍋爐122產(chǎn)生的高壓蒸汽123的蒸汽渦輪機(jī)125驅(qū)動(dòng)。此外，將從蒸汽渦輪機(jī)125流出的低壓蒸汽124供給氫氣制造單元的二氧化碳吸收裝置147或轉(zhuǎn)化反應(yīng)裝置142，可以有效地利用熱能。
氫氣制造單元140由用于除去生成氣體中硫成分的脫硫反應(yīng)裝置141、使生成氣體中的一氧化碳與水反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氫氣和二氧化碳的轉(zhuǎn)化反應(yīng)裝置142、用于吸收除去轉(zhuǎn)化后氣體中的二氧化碳的二氧化碳吸收裝置147、用于除去二氧化碳吸收后氣體188中殘留的一氧化碳的CO除去裝置150構(gòu)成，生成氣體在各裝置中依次進(jìn)行處理，得到高濃度氫氣69。將選擇性地使氣體中的一氧化碳選擇性燃燒的選擇氧化裝置、或使氣體中的一氧化碳、二氧化碳與氫氣反應(yīng)而生成甲烷的甲烷化反應(yīng)裝置、或?qū)⒁谎趸?、二氧化碳、氮?dú)獾葰錃庖酝獾臍怏w成分吸附分離到活性炭或沸石等吸附材料表面的氫氣精制用PSA(變壓氣體吸附裝置)用于CO除去裝置150。
在燃料電池發(fā)電單元160中，將高濃度氫氣69供給燃料電池的氫極，空氣53用渦輪164升壓后供給燃料電池的氧極，由此進(jìn)行發(fā)電。所使用的燃料電池，可以為以氫氣為燃料的燃料電池，也可以為固體高分子型、磷酸型、熔融碳酸鹽型、固體電解質(zhì)型中的任何一種。
氫極排放氣體161、氧極排放氣體162都被導(dǎo)入排放氣體燃燒爐中燃燒。排放氣體燃燒爐163的燃燒排氣165供給渦輪164，將供給燃料電池氧極的空氣53升壓，其后，被用作第2再生器C的再生氣體，成為含有大量二氧化碳的濕潤(rùn)氣體36c。
圖17所示的為圖16實(shí)施例的氣化單元主要構(gòu)成機(jī)器的典型形狀。低溫氣化爐202為具有內(nèi)部旋轉(zhuǎn)流的圓筒形流化床爐，其提高了原料在爐內(nèi)的擴(kuò)散性，使氣化穩(wěn)定進(jìn)行。將不含氧氣的氣體供給爐內(nèi)中央的流化介質(zhì)沉降部分，將氧氣供給爐內(nèi)周邊部分，從而使在低溫氣化爐內(nèi)產(chǎn)生焦炭的選擇燃燒成為可能，碳轉(zhuǎn)化率、冷氣體效率提高。此外，高溫氣化爐215為旋轉(zhuǎn)型熔融爐。
在圓筒形流化床爐的爐床上設(shè)置有圓錐狀分散板206。通過(guò)分散板206供給的流化氣體由作為從爐底中央部304附近向爐內(nèi)的向上流動(dòng)供給的中央流化氣體307及作為從爐底周邊部分303向爐內(nèi)的向上流動(dòng)供給的周邊流化氣體308構(gòu)成。
中央流化氣體307由不含氧氣的氣體構(gòu)成，周邊流化氣體308由含有氧氣的氣體構(gòu)成。流化氣體全部的氧氣量為可燃物燃燒所必需的理論燃燒氧量的10％～30％，爐內(nèi)含有還原氣氛。
中央流化氣體307的質(zhì)量速度，與周邊流化氣體308的質(zhì)量速度相比，要小。爐內(nèi)周邊部上方的流化氣體的向上流動(dòng)通過(guò)導(dǎo)流板轉(zhuǎn)向，向著爐的中央部流動(dòng)。由此，在爐的中央部形成流化介質(zhì)(使用硅砂)沉淀擴(kuò)散的移動(dòng)層309的同時(shí)，在爐內(nèi)周邊部形成流化介質(zhì)積極流動(dòng)化的流化層310。流化介質(zhì)的循環(huán)過(guò)程包括如箭頭218表示，上升經(jīng)過(guò)爐周邊的流化層310，接著通過(guò)導(dǎo)流板306轉(zhuǎn)向，流入移動(dòng)層309的上方，下降經(jīng)過(guò)移動(dòng)層309，隨后如箭頭212表示，沿分散板206移動(dòng)，流入流化層310下方，在流化層310和移動(dòng)層309中用箭頭218和212表示。
通過(guò)原料加料器201供給到移動(dòng)層309上部的可燃物1，同流化介質(zhì)一同在移動(dòng)層309中下降的過(guò)程中，由于流化介質(zhì)所具有的熱而被加熱，其主要的揮發(fā)分被氣化。在移動(dòng)層309中，由于沒(méi)有氧氣或氧氣少，由被氣化的揮發(fā)成分構(gòu)成的熱分解氣體(生成氣體)無(wú)法燃燒，如箭頭216所示，從移動(dòng)層309中抽出。因此，移動(dòng)層309形成了氣化區(qū)G。向自由空間207移動(dòng)的生成氣體，如箭頭220所示，上升并經(jīng)自由空間207從氣體出口208作為生成氣體g被排出。
在移動(dòng)層309沒(méi)有被氣化，主要為焦炭(固定炭成分)或焦油，其從移動(dòng)層309的下部，如箭頭212所示，與流化介質(zhì)一同向爐內(nèi)周邊部的流化層310的下部移動(dòng)，由于氧氣含量比較多的周邊流化氣體308而使其燃燒，部分被氧化。流化層310形成了可燃物的氧化區(qū)S。在流化層310中，流化介質(zhì)由于流化層內(nèi)的燃燒熱而被加熱，溫度升高。溫度升高的流化介質(zhì)，如箭頭218所示，通過(guò)傾斜壁306而被反轉(zhuǎn)，向移動(dòng)層309移動(dòng)，再次成為氣化的熱源。流化層的溫度被維持在400～1000℃，優(yōu)選400～600℃，以使被抑制的燃燒反應(yīng)繼續(xù)。在流化層氣化爐的底部外周側(cè)部分，形成有用于將不燃物排出的環(huán)狀不燃物排出口305。
根據(jù)如圖17所示的流化層氣化爐，在流化層爐內(nèi)形成了氣化區(qū)G和氧化區(qū)S，由于流化介質(zhì)在兩區(qū)內(nèi)成為傳熱介質(zhì)，因此在氣化區(qū)G，生成發(fā)熱量高的優(yōu)質(zhì)可燃?xì)怏w，在氧化區(qū)S，使氣化困難的焦炭和焦油有效燃燒。因此，能夠提高廢棄物等可燃物的氣化效率，能夠生成優(yōu)質(zhì)的生成氣體。在低溫氣化爐中，不一定限于圓筒形流化床爐，與前面的實(shí)施例相同，可以采用窯或加煤機(jī)等方式的爐。
下面對(duì)旋轉(zhuǎn)型熔融爐進(jìn)行說(shuō)明。作為高溫氣化爐215的旋轉(zhuǎn)型熔融爐，其由具有垂直軸線的圓筒形的1次氣化室215a、由水平逐漸向下傾斜的2次氣化室215b、設(shè)置于其下游的具有基本垂直軸線的3次氣化室215c構(gòu)成。2次氣化室215b和3次氣化室215c之間有殘?jiān)懦隹?42，在這里大部分灰分被渣化并排出。為使供給旋轉(zhuǎn)型熔融爐的生成氣體在1次氣化室215a內(nèi)生成旋轉(zhuǎn)流，其被供給接線方向。流入的生成氣體形成旋轉(zhuǎn)流，氣體中的固體成分由于離心力的作用被周邊的壁面所捕捉，因此具有殘?jiān)省堅(jiān)都矢?，殘?jiān)蹓m飛散少的優(yōu)點(diǎn)。
為使旋轉(zhuǎn)型熔融爐內(nèi)保持適當(dāng)?shù)臏囟?，氧氣從多個(gè)進(jìn)氣孔234補(bǔ)給。對(duì)溫度分布進(jìn)行調(diào)整以使到1次氣化室215a、2次氣化室215b為止，烴類(lèi)的分解與灰分的渣化全部完成。單獨(dú)供給氧氣可能會(huì)引起進(jìn)氣孔的燒損，因此必要時(shí)用蒸汽等稀釋后再供給。另外，必須供給蒸汽，以使在由于蒸汽的改性而造成烴類(lèi)低分子化的原因存在下，蒸汽充足。原因在于，如果爐內(nèi)溫度高，水蒸汽不足，則由于縮合聚合反應(yīng)，生成了反應(yīng)性顯著劣化的石墨，造成未燃損失。
殘?jiān)鞯?次氣化室215b的下面，作為熔融殘?jiān)?26從排出口242被排出。由于從在3次氣化室215c的下游設(shè)計(jì)的排熱鍋爐產(chǎn)生的輻射冷卻，為了使殘?jiān)懦隹?42不被冷卻，3次氣化室215c起到了干涉區(qū)的作用，同時(shí)設(shè)計(jì)3次氣化室215c的目的還在于將未分解氣體的低分子化徹底完成。在3次氣化室215c的上端設(shè)置對(duì)生成氣體進(jìn)行排氣的排氣口244，下部設(shè)置輻射板248。輻射板248具有減少由于輻射而從排氣口244損失的熱量的功能。符號(hào)232為始動(dòng)燃燒器，符號(hào)236為助燃燃燒器。生成氣體中的有機(jī)物、烴類(lèi)在高溫氣化爐內(nèi)完全被分解為氫氣、一氧化碳、水蒸汽和二氧化碳。在高溫氣化爐215得到的生成氣體從排氣口244排出，其后，在由輻射鍋爐構(gòu)成的排熱鍋爐(未在圖中表示)中，被冷卻到650℃以下，使熔融堿金屬鹽類(lèi)凝固，在集塵裝置(未在圖中表示)中將該熔融堿金屬鹽類(lèi)捕集。高溫氣化爐不限于此旋轉(zhuǎn)熔融爐，也可以為其它型式的氣化爐。
圖18為圖16中原料加料器的構(gòu)成圖。下面對(duì)原料加料器進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。原料加料器115的外殼由原料料斗部401、直徑向前端逐漸減小的錐狀外殼402、在其下游設(shè)計(jì)的具有多個(gè)開(kāi)口430的錐狀露天開(kāi)口外殼403、含有出口450的前端外殼404構(gòu)成。在外殼內(nèi)部設(shè)置與外殼相配合的，直徑向前端逐漸減小的螺桿軸410。作為原料的可燃物1被供給原料漏斗401，由于螺桿軸410的旋轉(zhuǎn)被輸送到螺桿軸的前端，同時(shí)由于螺桿軸410和外殼402的形狀為錐狀而被壓縮。在從被壓縮的可燃物中壓榨水分的同時(shí)，原料中混入的氣體進(jìn)行脫氣，從外殼403處設(shè)計(jì)的多個(gè)開(kāi)口430被排出到機(jī)器外。開(kāi)口的大小為使可燃物不從此排出，最大直徑為10mm。經(jīng)壓榨而水含量下降的可燃物由出口450供給低溫氣化爐112。
在原料加料器115的外殼401、402、403的內(nèi)部，可燃物被壓縮，機(jī)內(nèi)壓力上升，因此空氣不可能從外部漏進(jìn)來(lái)。此外，通過(guò)壓縮，可燃物的含水率降低，因此由于低溫氣化爐內(nèi)的蒸發(fā)潛熱而產(chǎn)生的熱損失減少，而且氧氣比降低，冷氣效率提高。另外，被壓縮的可燃物，其密度變得比較均一，供給量的變動(dòng)也減少，成為作為在以都市垃圾等不定形可燃物為原料時(shí)的原料加料器的理想裝置。
在圖中沒(méi)有表示，在外殼402的周?chē)O(shè)置與外殼402之間具有間隙的其他外殼，加熱流體在該間隙流動(dòng)，將原料1加熱，能更有效地進(jìn)行壓榨脫水。此時(shí)的加熱流體可以使用來(lái)自圖16中廢熱鍋爐122的蒸汽或來(lái)自排放氣體燃燒器163的燃燒氣體等的一部分。
此外，如圖19所示，在外殼402的周?chē)O(shè)置與外殼402之間具有間隙423的加熱用覆蓋外殼421，將加熱流體425導(dǎo)入該間隙，通過(guò)對(duì)原料1的加熱，在進(jìn)行干燥脫水的同時(shí)，進(jìn)行壓榨脫水和脫氣，能更有效地進(jìn)行原料的脫水。即，使用由廢熱鍋爐得到的熱，通過(guò)燃燒從燃料電池氫極(陽(yáng)極)排出的氫氣而得到的熱，由燃料電池排氣管產(chǎn)生的放熱而得到的熱，或燃料電池的氫極或氧極的排放氣體所具有的熱，對(duì)原料進(jìn)行加熱干燥。作為此時(shí)具體的加熱流體，可以使用來(lái)自圖16中廢熱鍋爐122的蒸汽，或來(lái)自燃燒從燃料電池氫極排出的氫氣的排放氣體燃燒器163的燃燒氣體，將該蒸汽或該燃燒氣體用蒸汽渦輪機(jī)或渦輪增壓器進(jìn)行動(dòng)力回收后，作為原料的加熱流體使用，因此能夠進(jìn)一步提高熱效率?？梢詫⑷剂想姵匮鯓O(陰極)的排放氣體或空氣用于從燃料電池氫極排出的氫氣的燃燒。
當(dāng)然，由于燃料的加熱而進(jìn)行的干燥脫水不僅僅限于將由廢熱鍋爐得到的熱、由于燃燒從燃料電池氫極排出的氫氣而得到的熱、由于燃料電池排氣管的放熱而得到的熱、或燃料電池的氫極或氧極的排放氣體所含有的熱作為加熱流體導(dǎo)入原料加料器的外殼部，也可以將這些熱作為已有的原料干燥裝置的加熱源使用。即，不管是否使用圖18、圖19所示的壓榨式原料漏斗，用由廢熱鍋爐得到的熱、由于燃燒從燃料電池氫極排出的氫氣而得到的熱、由于燃料電池排氣管的放熱而得到的熱、或燃料電池的氫極或氧極的排放氣體所含有的熱對(duì)含有大量水分的城市垃圾等原料干燥后，供給原料加料器也可以達(dá)成將上述原料脫水的目的。
圖20為將本發(fā)明酸性氣體除去裝置用于可燃物氣化發(fā)電系統(tǒng)時(shí)另一實(shí)施例的機(jī)器構(gòu)成圖，其中將可燃物，即可燃性廢棄物(城市垃圾、固體燃料、漿化燃料、舊紙、廢塑料、廢FRP、生物廢棄物、汽車(chē)廢棄物、廢木材等工業(yè)廢棄物、低品位煤、廢油等)或煤等氣化，處理所產(chǎn)生的氣體，供給燃料電池。在本實(shí)施例中，酸性氣體洗滌裝置基本上是采用圖14所示的2段洗滌、2段再生的實(shí)施形態(tài)，但其特征在于，在第2再生器C中被再生的第2洗滌液82c作為氫氣制造單元140的二氧化碳吸收裝置147的二氧化碳吸收液被導(dǎo)入二氧化碳吸收塔181，通過(guò)轉(zhuǎn)化反應(yīng)后氣體143對(duì)二氧化碳吸收分離后，被送到酸性氣體吸收裝置的第2氣體洗滌部A2。在本實(shí)施例中，不僅能夠不需要?dú)錃庵圃靻卧?40的二氧化碳吸收裝置147中本來(lái)必需的吸收液再生裝置，而且由于再生熱大幅度減少，熱交換得以改善。
即，將從原料加料器115出來(lái)的可燃物原料1供給低溫氣化爐112，在400～1000℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行熱分解、氣化，所得到的生成氣體直接被送往高溫氣化爐114，原料中的不燃物通過(guò)別的途徑從低溫氣化爐112中被取出。生成氣體在高溫氣化爐114中于1000～1500℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)一步被氣化，低分子化。高溫氣化爐114的溫度，被維持在生成氣體中含有的灰分熔融的溫度以上，生成氣體中80～90％的灰分被渣化，作為熔融殘?jiān)?27排出系統(tǒng)外。生成氣體中的有機(jī)物、烴在高溫氣化爐中被完全分解成為氫氣、一氧化碳、水蒸汽、二氧化碳。在高溫氣化爐114中得到的生成氣體，其后在高溫?zé)峤粨Q器121和廢熱鍋爐122中回收顯熱，降溫至200℃，優(yōu)選350℃，更優(yōu)選500℃?；厥盏娘@熱被用于蒸汽產(chǎn)生和氣化劑的加熱。
在這里，當(dāng)以城市垃圾等不定形可燃物作為原料時(shí)，為防止從原料加料器漏入空氣，可以采用圖18所示的原料加料器。此時(shí)，在該原料加料器中，壓榨原料時(shí)產(chǎn)生的壓榨水被供給廢熱鍋爐122，通過(guò)混入到高溫生成氣體中而被蒸發(fā)、分解。
在廢熱鍋爐中，被回收了顯熱的生成氣體，即被洗滌氣體30，被導(dǎo)入本發(fā)明的第1氣體洗滌器A’與第1洗滌液82b以對(duì)向流動(dòng)接觸，被洗滌氣體30被第1洗滌液82b冷卻的同時(shí)，被洗滌氣體30中的氯化氫等強(qiáng)酸性氣體被吸收到第1洗滌液82b中，被洗滌氣體中的粉塵成分也被第1洗滌液82b吸入。其次，從第1氣體洗滌部A’導(dǎo)入第2氣體洗滌部A2的被洗滌氣體與第2洗滌液82c以對(duì)向流動(dòng)接觸，被洗滌氣體被第2洗滌液82c進(jìn)一步冷卻，在過(guò)飽和狀態(tài)的水蒸汽凝結(jié)的同時(shí)，被洗滌氣體中的二氧化碳和硫化氫等弱酸性氣體被第2洗滌液82c吸收。由此可知，從第2氣體洗滌部A2中得到的洗滌后氣體31是以在堿溶液中溶解度小的一氧化碳、氫氣、飽和狀態(tài)的水蒸汽以及沒(méi)能溶解于堿溶液的二氧化碳為主要成分。
另一方面，吸收了氯化氫等強(qiáng)酸性氣體、溫度上升的第1洗滌液82b經(jīng)氣液分離器3a被送入第1再生器B，在第1再生器B內(nèi)，與成分不同于被洗滌氣體成分且含有氧氣的第1再生用氣體，即氣化劑50，例如氧氣濃度為80％以上、優(yōu)選90％以上、更加優(yōu)選93％以上的高濃度氧氣或純氧接觸，產(chǎn)生蒸汽直到其具有第1再生器B內(nèi)溫度下的飽和水蒸汽壓。
例如，當(dāng)?shù)?再生器B在大氣壓(約0.1MPa(1bar))、80℃下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，從第1再生器排出的第1再生器排放氣體36b中伴有47％的水蒸汽。同時(shí)，第1洗滌液82b失去蒸發(fā)潛熱而被冷卻。當(dāng)然，當(dāng)?shù)?再生用氣體35b伴有第1再生器B內(nèi)的飽和水蒸汽壓以上的水蒸汽時(shí)，在再生器中無(wú)水分蒸發(fā)，在第1再生器中第1洗滌液無(wú)法進(jìn)行冷卻。因此，理想地，作為第1再生用氣體35b，其含有水蒸汽少，即露點(diǎn)低。
此外，由于第1洗滌液82b在第1氣體洗滌部A’吸收了強(qiáng)酸性氣體，因此pH降低，由于在第1洗滌液再生器B中水分蒸發(fā)，因此須補(bǔ)給第1堿劑和水。當(dāng)被洗滌氣體含有粉塵，該粉塵被第1洗滌液82b吸入時(shí)，須將粉塵從第1洗滌液82b中進(jìn)行固液分離。本發(fā)明中，在第1洗滌液的循環(huán)通路中分別設(shè)置藥劑添加裝置和過(guò)濾裝置，通過(guò)添加第1堿劑和作為該堿劑稀釋水的水對(duì)第1洗滌液82b進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，通過(guò)常時(shí)間對(duì)第1洗滌液82b的全部或一部分進(jìn)行過(guò)濾從而將固體成分除去。作為使用的堿劑，可以為任何堿性物質(zhì)，優(yōu)選氫氧化鈉或氫氧化鉀。經(jīng)調(diào)整的第1洗滌液82b的pH，即第1氣體洗滌部A’入口處的第1洗滌液82b的pH，如果為4以上，則具有吸收氯化氫氣體的能力，如果pH為11以上，除吸收強(qiáng)酸性氣體外，還吸收二氧化碳，但因第1堿劑消費(fèi)量增大，是不可取的。因此，第1氣體洗滌部A’入口處的第1洗滌液82b的pH優(yōu)選在4～11的范圍內(nèi)，進(jìn)一步優(yōu)選為5～10。第1堿劑與上述強(qiáng)酸性氣體發(fā)生中和反應(yīng)，所生成的鹽類(lèi)慢慢地蓄積在第1洗滌液82b中，為了防止由于鹽類(lèi)的過(guò)度濃縮而產(chǎn)生的弊害，需經(jīng)常對(duì)第1洗滌液的一部分進(jìn)行吹拂。
另一方面，伴有飽和狀態(tài)水蒸汽的第1再生器排放氣體36b，經(jīng)高溫?zé)峤粨Q器121使其溫度升高。作為氣化劑和用于部分氧化的氧化劑被供給氣化爐。
對(duì)于第1洗滌液82b的溫度，第1氣體洗滌部的洗滌液出口處的第1洗滌液溫度T1out可以為沸點(diǎn)以下20℃以?xún)?nèi)，優(yōu)選沸點(diǎn)以下10℃以?xún)?nèi)，更加優(yōu)選為沸點(diǎn)以下5℃以?xún)?nèi)。此外，第1氣體洗滌部A’的洗滌液入口處的第1洗滌液溫度T1in可以為上述第1氣體洗滌部A’的洗滌液出口處的第1洗滌液溫度T1out以下20℃以?xún)?nèi)，優(yōu)選被洗滌氣體中的水蒸汽的飽和蒸溫度以下5℃以?xún)?nèi)。
第1洗滌液82b的循流量在滿(mǎn)足上述第1氣體洗滌部A’的洗滌液出口及入口處的第1洗滌液溫度的條件下，根據(jù)被洗滌氣體的流量、溫度和比熱決定。
從第1再生器B抽出的第1洗滌液82b經(jīng)氣液分離器3b返回第1氣體洗滌部A’。
此外，通過(guò)吸收硫化氫等弱酸性氣體及二氧化碳，水蒸汽冷凝、溫度上升的第2洗滌液82c經(jīng)氣液分離器3c被返回第2再生器，在第2再生器C內(nèi)，與成分不同于被洗滌氣體成分的第2再生用氣體35c，例如從渦輪增壓器164出來(lái)的燃料電池發(fā)電工程的燃燒排氣166接觸，產(chǎn)生壓力達(dá)到第2再生器C內(nèi)溫度下的飽和水蒸汽壓的蒸汽，脫二氧化碳后再生。
此外，在本實(shí)施例中，最好將氫氣制造單元140的二氧化碳吸收裝置147中的二氧化碳的吸收分離進(jìn)行完全，例如，為了將二氧化碳吸收后氣體188的殘留二氧化碳濃度控制在1％以下，優(yōu)選0.5％以下，需將第2再生器中第2洗滌液的再生進(jìn)行完全。在本實(shí)施例中，設(shè)置重沸器84，用從蒸汽渦輪125出來(lái)的低壓蒸汽124對(duì)第2洗滌液82c進(jìn)行進(jìn)一步的加熱，能夠促進(jìn)再生。當(dāng)然，不使用上述燃燒排氣166，只用低壓蒸汽124，也能夠?qū)Φ?洗滌液82c進(jìn)行再生。從重沸器84出來(lái)的復(fù)水被送回到廢熱鍋爐122中。
本發(fā)明中所使用的第2堿劑可以為任何無(wú)機(jī)堿劑或有機(jī)堿劑，優(yōu)選對(duì)二氧化碳吸收能力強(qiáng)的脂族醇胺吸收液，具體實(shí)例有乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)、甲基二乙醇胺(MDEA)等。通過(guò)脂族醇胺而進(jìn)行的吸收反應(yīng)如下式所示。該吸收液的再生反應(yīng)為下述反應(yīng)的逆反應(yīng)。
(13)另一方面，伴有脫離的二氧化碳及飽和狀態(tài)的水蒸汽的第2再生器排放氣體36c，經(jīng)冷凝器80c和冷凝水分離器81c被排出。在冷凝水分離器81c回收的冷凝水可以作為第2洗滌液82c的稀釋水或第1堿劑的稀釋水或第1洗滌液82b的稀釋水返回到系統(tǒng)內(nèi)。
對(duì)于第2洗滌液82c的溫度，第2氣體洗滌部A2的洗滌液出口處的第2洗滌液溫度T2out為上述第1氣體洗滌部A’的洗滌液入口處的第1洗滌液溫度T1in以下20℃以?xún)?nèi)，優(yōu)選第1氣體洗滌部A’的洗滌液入口處的第1洗滌液溫度T1in以下10℃以?xún)?nèi)。此外，第2氣體洗滌部A2的洗滌液入口處的第2洗滌液溫度T2in比上述第2氣體洗滌部A2的洗滌液出口處的第2洗滌液溫度T2out低5℃以上，優(yōu)選10℃以上，更優(yōu)選20℃以上。
第2洗滌液82c的循流量在滿(mǎn)足上述第2氣體洗滌部A2的洗滌液出口及入口處的第2洗滌液溫度的條件下，根據(jù)被洗滌氣體的流量、溫度和比熱決定。
從第2再生器C抽出的第2洗滌液82c被送到氫氣制造單元140的二氧化碳吸收裝置147。
經(jīng)洗滌、冷卻的洗滌后氣體31，用氣體壓縮機(jī)135將其壓力升高到200～800kPa，供給氫氣制造單元140。氣體壓縮機(jī)135由使用廢熱鍋爐122產(chǎn)生的高壓蒸汽123的蒸汽渦輪機(jī)125驅(qū)動(dòng)。此外，從蒸汽渦輪機(jī)125流出的低壓蒸汽124，如上所述，被送入重沸器84，能夠作為第2洗滌液82c的再生熱源使用。
氫氣制造單元140由用于除去生成氣體中硫成分的脫硫反應(yīng)裝置141、使生成氣體中的一氧化碳與水反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氫氣和二氧化碳的轉(zhuǎn)化反應(yīng)裝置142、用于吸收除去轉(zhuǎn)化后的氣體中的二氧化碳的二氧化碳吸收裝置147、用于除去二氧化碳吸收后氣體188中殘留的一氧化碳的CO除去裝置150構(gòu)成，生成氣體在各裝置中依次進(jìn)行處理，得到高濃度氫氣69。將選擇性地使氣體中的一氧化碳選擇性燃燒的選擇氧化裝置、或使氣體中的一氧化碳、二氧化碳與氫氣反應(yīng)而生成甲烷的甲烷化反應(yīng)裝置、或?qū)⒁谎趸肌⒍趸?、氮?dú)獾葰錃庖酝獾臍怏w成分吸附分離到活性炭或沸石等吸附材料表面的氫氣精制用PSA(變壓氣體吸附裝置)用于CO除去裝置150。
在本實(shí)施例的二氧化碳吸收裝置147中，設(shè)置二氧化碳吸收塔181、送液泵182、熱交換器183和冷卻器184，在上述酸性氣體洗滌裝置的第2再生器C中再生的第2洗滌液82c經(jīng)熱交換器183和冷卻器184被導(dǎo)入二氧化碳吸收塔181的上部，與通過(guò)該吸收塔下部導(dǎo)入的轉(zhuǎn)化后氣體143以對(duì)向流動(dòng)方式接觸，吸收二氧化碳后，從底部通過(guò)送液泵182經(jīng)熱交換器183被送回到上述第2氣體洗滌部A2。將上述第2洗滌液82c通過(guò)冷卻器184冷卻到適宜二氧化碳吸收的溫度，優(yōu)選40～70℃，然后導(dǎo)入吸收塔181。所采用的冷卻器184的冷卻方式可以為水冷和空冷的任何方式。此外，能夠?qū)亩趸嘉昭b置147出來(lái)的第2洗滌液82c在調(diào)節(jié)到上述第2氣體洗滌部A2的入口溫度T2in后，導(dǎo)入該洗滌部。
此外，當(dāng)二氧化碳吸收裝置147中的二氧化碳吸收負(fù)荷比較小，也就是說(shuō)，當(dāng)應(yīng)該供給二氧化碳吸收塔181的第2吸收液的流量與供給第2氣體洗滌部A2的第2洗滌液的流量明顯少時(shí)，可以將從上述第2再生器C中出來(lái)的第2洗滌液82c分流，一部分送入上述二氧化碳吸收裝置147，殘余部分直接或經(jīng)過(guò)用于溫度調(diào)節(jié)的冷卻塔，返送到上述第2氣體洗滌部A2中。此時(shí)，可以將從二氧化碳吸收裝置147出來(lái)的第2吸收液82c送入第2氣體洗滌部A2，或者返送到第2再生器C。
在燃料電池發(fā)電單元160中，將高濃度氫氣69供給燃料電池的氫極，空氣53用渦輪增壓器164升壓后供給燃料電池的氧極，由此進(jìn)行發(fā)電。所使用的燃料電池，可以為用氫氣作為燃料的燃料電池，也可以為固體高分子型、磷酸型、熔融碳酸鹽型、固體電解質(zhì)型中的任何一種。
氫極161、氧極排放氣體162都被導(dǎo)入排放氣體燃燒爐中燃燒。排放氣體燃燒爐163的燃燒排氣165供給渦輪增壓器164，將供給燃料電池氧極的空氣53升壓，然后用作第2再生器C的再生氣體。此外，當(dāng)?shù)?再生器C中的再生只在上述低壓蒸汽124中進(jìn)行時(shí)，上述燃燒排氣166在進(jìn)行完水蒸汽和熱回收后，被排出系統(tǒng)外。
根據(jù)以上說(shuō)明，根據(jù)本發(fā)明的酸性氣體洗滌裝置及其方法，能夠有效地利用濕式洗滌的低溫排熱，產(chǎn)生水蒸汽，同時(shí)由于吸收分離二氧化碳，不僅能提高能量效率，而且使?jié)袷较礈斓乃嵝詺怏w的除去性能顯著提高。此外，根據(jù)本發(fā)明，能夠構(gòu)筑具有上述優(yōu)點(diǎn)的、通過(guò)將上述酸性氣體洗滌裝置和氣化裝置組合而形成的可燃物的氣化系統(tǒng)，以及將上述酸性氣體洗滌裝置和焚燒裝置組合而形成的可燃物的焚燒系統(tǒng)。進(jìn)而，能夠構(gòu)筑通過(guò)將可燃物的氣化系統(tǒng)和燃料電池組合而形成的可燃物氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。
工業(yè)上的利用可能性本發(fā)明涉及一種酸性氣體洗滌裝置及其方法，其中通過(guò)使含有二氧化碳的被洗滌氣體與含有堿劑的氣體洗滌液接觸，在被洗滌氣體冷卻的同時(shí)，將該被洗滌氣體中的酸性氣體除去，在通過(guò)將酸性氣體洗滌裝置和氣化裝置組合而形成的可燃物的氣化系統(tǒng)，以及將酸性氣體洗滌裝置和焚燒裝置組合而形成的可燃物的焚燒系統(tǒng)，進(jìn)而，通過(guò)將可燃物的氣化系統(tǒng)和燃料電池組合而形成的可燃物氣化燃料電池發(fā)電系統(tǒng)上具有適宜的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種酸性氣體的洗滌方法，其中使含有二氧化碳的被洗滌氣體與含有堿劑的氣體洗滌液接觸，將該被洗滌氣體中的酸性氣體除去，其特征在于，所述氣體洗滌液通過(guò)與成分不同于所述被洗滌氣體成分的再生用氣體接觸而再生，再生的氣體洗滌液被用作所述含有二氧化碳的被洗滌氣體的洗滌液。
2.一種酸性氣體的洗滌方法，其中使含有二氧化碳的被洗滌氣體與含有堿劑的氣體洗滌液接觸，將該被洗滌氣體中的酸性氣體除去，其特征在于，所述氣體洗滌液通過(guò)與成分不同于所述被洗滌氣體成分的再生用氣體接觸而再生，然后通過(guò)和與該再生用氣體成分相同或不同的第2再生用氣體接觸而再生，再生的氣體洗滌液被用作所述含有二氧化碳的被洗滌氣體的洗滌液。
3.一種酸性氣體的洗滌方法，其中通過(guò)使含有氯化氫等強(qiáng)酸性氣體和硫化氫、二氧化碳等弱酸性氣體的被洗滌氣體與含有堿劑的氣體洗滌液接觸，將該被洗滌氣體中的酸性氣體除去，其特征在于，通過(guò)使所述被洗滌氣體與含有第1堿劑的第1氣體洗滌液接觸，將被洗滌氣體中的強(qiáng)酸性氣體除去，然后通過(guò)與含有第2堿劑的第2氣體洗滌液接觸，將被洗滌氣體中的二氧化碳和弱酸性氣體除去，而且第1氣體洗滌液和第2氣體洗滌液分別通過(guò)與成分不同于所述被洗滌氣體成分的第1再生用氣體和第2再生用氣體接觸而再生，再生的第1氣體洗滌液和第2氣體洗滌液被用作所述被洗滌氣體的洗滌液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)記載的酸性氣體洗滌方法，其特征在于，所述被洗滌氣體為在氣化單元將可燃物氣化而產(chǎn)生的氣體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)記載的酸性氣體洗滌方法，其特征在于，所述被洗滌氣體在被洗滌后供給氫氣制造單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任何一項(xiàng)記載的酸性氣體洗滌方法，其特征在于，所述被洗滌氣體在被洗滌后，經(jīng)氫氣制造單元供給燃料電池作為燃料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)記載的酸性氣體洗滌方法，其特征在于，所述被洗滌氣體為焚燒可燃物而產(chǎn)生的氣體。
8.一種酸性氣體的洗滌裝置，其特征在于，包括通過(guò)使含有二氧化碳的被洗滌氣體與含有堿劑的氣體洗滌液接觸而將該被洗滌氣體中的酸性氣體除去的氣體洗滌器、通過(guò)與成分不同于氣體洗滌液及被洗滌氣體成分的再生用氣體接觸而使洗滌液再生和冷卻的洗滌液再生器、以及在所述氣體洗滌器和洗滌液再生器之間設(shè)置的使洗滌液循環(huán)的循環(huán)裝置。
9.一種酸性氣體的洗滌裝置，其特征在于，包括通過(guò)使含有二氧化碳的被洗滌氣體與含有堿劑的氣體洗滌液接觸而將被洗滌氣體中的酸性氣體除去的氣體洗滌器、通過(guò)與成分不同于氣體洗滌液及被洗滌氣體成分的第1再生用氣體接觸而使氣體洗滌液再生和冷卻的第1洗滌液再生器、通過(guò)使從第1洗滌液再生器排出的氣體洗滌液和與第1再生用氣體相同或成分不同的第2再生用氣體接觸而使氣體洗滌液再生和冷卻的第2洗滌液再生器、以及在所述氣體洗滌器和第2再生器之間設(shè)置的使洗滌液循環(huán)的循環(huán)裝置。
10.一種酸性氣體的洗滌裝置，其特征在于，包括通過(guò)使含有二氧化碳的被洗滌氣體與含有堿劑的氣體洗滌液接觸而將該被洗滌氣體中的酸性氣體除去的氣體洗滌器、通過(guò)與成分不同于氣體洗滌液及被洗滌氣體成分的多種再生用氣體接觸而使氣體洗滌液再生和冷卻的3段以上的洗滌液再生器、以及以將洗滌液從最終段的再生器送回到所述氣體洗滌器為目的并在最終段的再生器和氣體洗滌器之間設(shè)置的使洗滌液循環(huán)的循環(huán)裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9或10記載的酸性氣體的洗滌裝置，其特征在于，為了分離氣體洗滌液伴有的被洗滌氣體成分，在氣體洗滌器與洗滌液再生器之間設(shè)置氣液分離器，從氣體洗滌器流入的氣體洗滌液在氣液分離后流入洗滌液再生器。
12.根據(jù)權(quán)利要求8～11中任何一項(xiàng)記載的酸性氣體的洗滌裝置，其特征在于，將空氣等含氧氣體或純氧用作洗滌液的再生用氣體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12記載的酸性氣體的洗滌裝置，其特征在于，為了分離氣體洗滌液伴有的氣體成分，在洗滌液再生器的洗滌液流路的下游設(shè)置氣液分離器，對(duì)從洗滌液再生器流入的氣體洗滌液進(jìn)行氣液分離，將伴有的氣體成分除去后，使其流入下游的再生器或氣體洗滌器。
14.根據(jù)權(quán)利要求8～13中任何一項(xiàng)記載的酸性氣體的洗滌裝置，其特征在于，其在氣體洗滌器內(nèi)的氣相壓力為80～110kPa、洗滌液再生器的氣相壓力為110～200kPa下運(yùn)轉(zhuǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求8～14中任何一項(xiàng)記載的酸性氣體的洗滌裝置，其特征在于，循環(huán)洗滌液的溫度為50～300℃。
16.根據(jù)權(quán)利要求8～14中任何一項(xiàng)記載的酸性氣體的洗滌裝置，其特征在于，循環(huán)洗滌液的溫度為50～200℃。
17.根據(jù)權(quán)利要求8～14中任何一項(xiàng)記載的酸性氣體的洗滌裝置，其特征在于，循環(huán)洗滌液的溫度為50～100℃。
18.一種酸性氣體的洗滌裝置，其特征在于，包括通過(guò)使含有氯化氫等強(qiáng)酸性氣體和硫化氫、二氧化碳等弱酸性氣體的被洗滌氣體與含有第1堿劑的第1氣體洗滌液以對(duì)向流動(dòng)接觸，在將被洗滌氣體冷卻的同時(shí)，將被洗滌氣體中的強(qiáng)酸性氣體除去的第1氣體洗滌部；通過(guò)使從第1氣體洗滌部流出的被洗滌氣體與含有第2堿劑的第2氣體洗滌液以對(duì)向流動(dòng)接觸，在將被洗滌氣體進(jìn)一步冷卻的同時(shí)，將被洗滌氣體中的二氧化碳及弱酸性氣體除去的第2氣體洗滌部；通過(guò)與成分不同于第1氣體洗滌液及被洗滌氣體成分的第1再生用氣體以對(duì)向流動(dòng)接觸，使第1氣體洗滌液再生和冷卻的第1洗滌液再生器；通過(guò)與成分不同于第2氣體洗滌液及被洗滌氣體成分的第2再生用氣體以對(duì)向流動(dòng)接觸，使第2氣體洗滌液再生和冷卻的第2洗滌液再生器；以及在所述第1氣體洗滌部和第1洗滌液再生器之間設(shè)置的使第1洗滌液循環(huán)的循環(huán)裝置及在所述第2氣體洗滌部和第2洗滌液再生器之間設(shè)置的使第2洗滌液循環(huán)的循環(huán)裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求18記載的酸性氣體的洗滌裝置，其特征在于，在所述第1氣體洗滌部和第1洗滌液再生器之間設(shè)置的使第1洗滌液循環(huán)的循環(huán)裝置中，包括添加第1堿劑水溶液的藥劑添加裝置和分離第1洗滌液中固體物的固液分離裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19記載的酸性氣體的洗滌裝置，其特征在于，為了分離第1和第2氣體洗滌液中伴有的被洗滌氣體成分，在第1氣體洗滌部與第1洗滌液再生器之間以及第2氣體洗滌部與第2洗滌液再生器之間分別設(shè)置氣液分離器。
21.根據(jù)權(quán)利要求18～20中任何一項(xiàng)記載的酸性氣體的洗滌裝置，其特征在于，將空氣等含氧氣體或純氧用作第1再生用氣體。
22.根據(jù)權(quán)利要求18～21中任何一項(xiàng)記載的酸性氣體的洗滌裝置，其特征在于，為了分離第1和第2氣體洗滌液中伴有的再生氣體成分，在第1及第2洗滌液再生器的洗滌液流路的下游設(shè)置氣液分離器。
23.根據(jù)權(quán)利要求18～22中任何一項(xiàng)記載的酸性氣體的洗滌裝置，其特征在于，其在第1及第2氣體洗滌部?jī)?nèi)的氣相壓力為80～110kPa、第1及第2洗滌液再生器的氣相壓力為110～200kPa下運(yùn)轉(zhuǎn)。
24.根據(jù)權(quán)利要求18～23中任何一項(xiàng)記載的酸性氣體的洗滌裝置，其特征在于，第1氣體洗滌部的洗滌液出口處的第1洗滌液的溫度為該洗滌液沸點(diǎn)以下20℃以?xún)?nèi)，第1氣體洗滌部的洗滌液入口處的第1洗滌液的溫度為所述第1氣體洗滌部的洗滌液出口處的第1洗滌液溫度以下20℃以?xún)?nèi)或?yàn)楸幌礈鞖怏w中所含水蒸汽的飽和溫度以下5℃以?xún)?nèi)。
25.根據(jù)權(quán)利要求18～24中任何一項(xiàng)記載的酸性氣體的洗滌裝置，其特征在于，第2氣體洗滌部的洗滌液出口處的第2洗滌液的溫度為所述第1氣體洗滌部的洗滌液入口處的第1洗滌液溫度以下20℃以?xún)?nèi)，第2氣體洗滌部的洗滌液入口處的第2洗滌液的溫度比所述第2氣體洗滌部的洗滌液出口處的第2洗滌液溫度低5℃以上。
26.根據(jù)權(quán)利要求18～25中任何一項(xiàng)記載的酸性氣體的洗滌裝置，其特征在于，第1氣體洗滌部中第1洗滌液的pH為4～11，第2氣體洗滌部中第2洗滌液的pH為7～12。
27.一種可燃物的氣化系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)置從可燃性廢棄物、生物、煤等可燃物得到可燃性氣體的氣化裝置，將從該氣化裝置產(chǎn)生的生成氣體用權(quán)利要求1～2中任何一項(xiàng)記載的酸性氣體的洗滌方法或權(quán)利要求8～17中任何一項(xiàng)記載的酸性氣體的洗滌裝置進(jìn)行洗滌，將該酸性氣體洗滌裝置的再生器排放氣體導(dǎo)入所述氣化裝置，作為氣化劑使用。
28.一種可燃物的氣化系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)置從可燃性廢棄物、生物、煤等可燃物得到可燃性氣體的氣化裝置，將從該氣化裝置產(chǎn)生的生成氣體用權(quán)利要求3記載的酸性氣體的洗滌方法或權(quán)利要求18～26中任何一項(xiàng)記載的酸性氣體的洗滌裝置在進(jìn)行冷卻的同時(shí)進(jìn)行洗滌，將該酸性氣體洗滌裝置的第1洗滌液再生器排放氣體導(dǎo)入所述氣化裝置，作為氣化劑使用。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或28記載的可燃物的氣化系統(tǒng)，其特征在于，作為所述氣化裝置，其采用在450～950℃的層溫下運(yùn)轉(zhuǎn)的流化床氣化爐。
30.根據(jù)權(quán)利要求29記載的可燃物的氣化系統(tǒng)，其特征在于，在作為所述氣化裝置的流化床氣化爐下游，使用在1200～1500℃的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)并將生成氣體中含有的粉塵渣化的熔融爐。
31.一種可燃物的氣化系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)置焚燒可燃性廢棄物等可燃物的焚燒裝置，將從該焚燒裝置產(chǎn)生的焚燒排放氣體用權(quán)利要求8～17中任何一項(xiàng)記載的酸性氣體的洗滌裝置進(jìn)行洗滌，將該酸性氣體洗滌裝置的再生用氣體導(dǎo)入所述焚燒裝置，作為焚燒用氧化氣體使用。
32.根據(jù)權(quán)利要求31記載的可燃物的焚燒系統(tǒng)，其特征在于，作為所述焚燒裝置，其采用在450～950℃的層溫下運(yùn)轉(zhuǎn)的流化床焚燒爐。
33.根據(jù)權(quán)利要求32記載的可燃物的焚燒系統(tǒng)，其特征在于，在作為所述焚燒裝置的流化床焚燒爐下游，使用在1200～1500℃的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)并將燃燒氣體中含有的粉塵渣化的熔融爐。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過(guò)使含有二氧化碳的被洗滌氣體與含有堿劑的洗滌液接觸,在被洗滌氣體被冷卻的同時(shí),將被洗滌氣體中的酸性氣體除去的酸性氣體的洗滌裝置及其方法,其中洗滌裝置包括通過(guò)使含有二氧化碳的被洗滌氣體與含有堿劑的洗滌液接觸而將被洗滌氣體中的酸性氣體除去的氣體洗滌器(A)、通過(guò)與成分不同于氣體洗滌液(40)及被洗滌氣體(30)成分的再生用氣體(35b)接觸而使氣體洗滌液再生和冷卻的洗滌液再生器(B)、以及在氣體洗滌器(A)和洗滌液再生器(B)之間設(shè)置的使洗滌液循環(huán)的循環(huán)裝置。
文檔編號(hào)C10J3/82GK1361711SQ00810647
公開(kāi)日2002年7月31日 申請(qǐng)日期2000年7月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月19日
發(fā)明者蘇慶泉, 三好敬久, 成瀨克利, 大下孝裕, 木下和夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社荏原制作所