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このコーナーではガス化技術と前処理技術あるいは精製技術について説明します。また、参考書として下記の「Gas Purification」を使用しています。

ガス精製は多くの化学プロセスで採用されている重要な技術ですが、ガスの流量や組成、
あるいは不純物の種類や濃度により多くのガス精製技術が開発されています。

原料とガス化技術の選定原料とガス化技術の選定 GAS PURIFICATION

プロセスエンジニアリングの計算ルール

ガスの圧力損失計算液体の圧力損失計算水スチームのフラッシュ計算縦型円筒容器の容量計算
ガス放出の必要時間液体ドレンの必要時間圧縮機の軸馬力計算ポンプの軸馬力計算

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1.3.2 部分酸化プロセスの構成

部分酸化プロセスはガス化工程、ガス処理工程およびガス精製工程から構成されています。

下図に示すように石油精製装置から供給される原料(残渣油)は、酸素とスチームによりガス化されて一酸化炭素と水素に富んだ生ガス(raw gas)を生成します。その後、原料中の灰分や熱分解で生じたカーボンなどを生ガスから分離し、次に生ガスを精製して原料(残渣油)に含まれていた硫黄化合物や塩素化合物などを除去します。
その後、一酸化炭素や水素の原料ガス、メタノールやアンモニアなどの合成ガスあるいはガス化発電用燃料ガスの仕様に適するように触媒反応や吸収・吸着などを使用してガスを処理します。

部分酸化プロセス

例えば、水素プロセスでは、PSAなどにより一酸化炭素や二酸化炭素あるいはメタンなどの炭化水素を除去して製品水素を製造します。
メタノールの場合にはH2/CO比を2に調整するために、一酸化炭素の一部分を二酸化炭素と水素に転化し、余分の二酸化炭素を除去してメタノール合成用のガスを作ります。また、アンモニアの場合には、アンモニア合成触媒の触媒毒となる酸素含有物(一酸化炭素と二酸化炭素および水)を除去するために、下記に示すような複雑なステップを踏んで合成ガスを製造します。

  • (1) 一酸化炭素(99.5%以上)を二酸化炭素と水素に転化:一酸化炭素転化反応
  • (2) 生成した二酸化炭素を除去(0.1% CO2):脱炭酸工程
  • (3) 微量の一酸化炭素と二酸化炭素をメタン化する:メタネーション反応(次式参照)
  • (4) 微量の水分除去:モレキュラーシーブを使用して水分を吸着するか、あるいはアンモニアにて吸収分離

CO+3H2 → CH4+H2O & CO2+4H2 → CH4+2H2O


硫黄化合物を除去する脱硫プロセスには多くの種類がありますが、中には硫黄酸化物と共に二酸化炭素を同時に吸収するプロセスも存在します。
一方、ガス化発電では許容される硫黄酸化物濃度が一酸化炭素や水素の原料ガスや合成ガスと比べ比較的高いこと(環境規制内で)、また、発電効率を向上させため、ガスタービンに流入するガス量を増やすように二酸化炭素の吸収率を下げることが多く、主に硫黄化合物を除去する脱硫プロセスを採用しています。
そのためにガス化と灰分やカーボンなどの分離までを一纏めにして、ガス化プロセスとして定義することが多いようです。<br />上の図にはガス化発電と一酸化炭素や水素、メタノールおよびアンモニア、そしてガス化発電との繋がりがわかるように示しました。

空気分離装置

空気分離装置(Air Separation Unit、ASU)は部分酸化プロセスに必要な酸素を製造する設備で、空気を圧縮冷却し、酸素・窒素・アルゴンなどの産業ガスに分離します。
国内の製造メーカとしては、日立製作所、神戸製鋼所(現神鋼エア・ウォーター・クライオプラント)、太陽日酸があります。
各企業のホームページには空気分離装置のカタログや説明書が無料でダウンロードできるようになっていますので、詳しく知りたい方はアクセスしてみてください。