JP2010235915A - Gas refining facilities and power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高性能・高効率なガス精製設備及び発電システムに関する。 The present invention relates to a high-performance and high-efficiency gas purification facility and a power generation system.
エネルギー資源の有効利用の観点から、例えば、石炭、重質油、バイオマス、或いは廃棄物をガス化して可燃成分を含むガス化ガスを製造し、ガス化ガスを燃料に用いて発電する高効率な発電システムが検討されている。ガス化ガスには,発電設備や環境に影響を与える不純物が含まれるため、ガス化ガスから不純物を除去して高品質の燃料ガスに精製する技術が不可欠であり、種々の精製システムが従来から提案されている(例えば、特許文献1参照)。 From the viewpoint of the effective use of energy resources, for example, coal, heavy oil, biomass, or waste is gasified to produce gasified gas containing combustible components, and power generation is performed using the gasified gas as fuel. Power generation systems are being considered. Since gasified gas contains impurities that affect power generation facilities and the environment, technology for removing impurities from the gasified gas and refining it to high-quality fuel gas is indispensable. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
例えば、特許文献1では、吸収液等でガス化ガスを洗浄する湿式のガス精製により、ガス化ガス中の不純物を除去するガス精製方法及びガス精製装置が提案されている。 For example, Patent Document 1 proposes a gas purification method and a gas purification apparatus that remove impurities in the gasification gas by wet gas purification in which the gasification gas is washed with an absorbing solution or the like.
湿式のガス精製装置で精製された燃料ガスを用いた発電システムでは、ガス精製に起因する発電効率の低下という問題がある。特許文献1の技術では、集じん装置によってダスト類が除去された高温のガス化ガスを、湿式のガス精製装置によるガス精製の過程で、例えば、脱硫する場合では40℃程度まで冷却する必要がある。ガスタービンや燃料電池などの高温で運転する発電手段には、高温の燃料ガスを供給することが望ましいため、一般には湿式で精製された燃料ガスは精製前のガス化ガスの熱を利用して再加熱する。このガス化ガスと燃料ガスとの熱交換の工程では熱損失が生じ、その損失量は温度調整幅が広いほど増大する傾向にある。そのため、40℃程度まで冷却する必要のある特許文献1の技術では、ガス精製を実施するための温度調整に伴う熱損失によって、発電システム全体の効率が低下する。 In the power generation system using the fuel gas purified by the wet gas purification apparatus, there is a problem that the power generation efficiency is reduced due to the gas purification. In the technique of Patent Document 1, it is necessary to cool a high-temperature gasified gas from which dusts have been removed by a dust collector to about 40 ° C. in the process of gas purification by a wet gas purification device, for example, in the case of desulfurization. is there. Since it is desirable to supply high-temperature fuel gas to power generation means such as gas turbines and fuel cells that are operated at high temperatures, in general, fuel gas that has been purified in a wet manner uses the heat of gasification gas before purification. Reheat. In the process of heat exchange between the gasified gas and the fuel gas, heat loss occurs, and the amount of loss tends to increase as the temperature adjustment range increases. Therefore, in the technique of Patent Document 1 that needs to be cooled to about 40 ° C., the efficiency of the entire power generation system is reduced due to heat loss accompanying temperature adjustment for gas purification.
また、湿式のガス精製では、ガス化ガス中の水蒸気が凝縮することに起因する発電効率低下が生じる。例えば、湿式ガス精製装置の一例であるガス洗浄塔では、例えば、40℃の低温で洗浄されるため、ガス化ガスに含まれる水蒸気は凝縮して水となるが、この際に発生する熱である凝縮熱の回収は難しく、また、ガス化ガスの流量も減少してしまい、最終的にはそのエネルギーは温排水として系外に排出され発電には寄与しない。 In wet gas purification, power generation efficiency is reduced due to condensation of water vapor in the gasification gas. For example, in a gas cleaning tower which is an example of a wet gas purification apparatus, for example, since it is cleaned at a low temperature of 40 ° C., water vapor contained in the gasification gas is condensed into water, but the heat generated at this time Recovery of certain condensation heat is difficult, and the flow rate of the gasification gas is reduced. Eventually, the energy is discharged out of the system as hot wastewater and does not contribute to power generation.
このような問題は、ガス化ガスを精製する場合に限らず、可燃成分を含むガスを精製する場合においても存在する。 Such a problem exists not only when purifying a gasification gas but also when purifying a gas containing a combustible component.
本発明は、上記状況に鑑みてなされたもので、各種燃料から製造されたガスから不純物を除去し、高温のガスに精製することができるガス精製設備、及び各種燃料から製造されたガスから不純物を除去し、高温のガスに精製することができるガス精製設備を備えた高効率な発電システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and it is possible to remove impurities from gases produced from various fuels and to purify them into high-temperature gas, and impurities from gases produced from various fuels. An object of the present invention is to provide a highly efficient power generation system equipped with a gas purification facility capable of removing gas and purifying it into a high-temperature gas.
上記目的を達成するための本発明の第1の態様は、可燃成分を含むガスを湿式で洗浄して該ガス中の水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物を除去又は低減する湿式処理手段と、前記湿式処理手段で洗浄されたガスである洗浄ガスに含まれる水蒸気を凝縮させることなく前記湿式処理手段で除去されないガス状不純物を除去剤で除去又は低減する乾式処理手段とを備えることを特徴とするガス精製設備にある。ここでいう「可燃成分を含むガスを湿式で洗浄する」際には、当該ガスに含まれる水蒸気が凝縮しない温度条件で行う。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a wet processing means for removing or reducing water-soluble impurities, condensable impurities and particulate impurities in a gas by washing the gas containing a combustible component in a wet manner. And a dry processing means for removing or reducing gaseous impurities that are not removed by the wet processing means without condensing water vapor contained in the cleaning gas, which is a gas cleaned by the wet processing means, with a remover. It is in the gas purification facility. Here, when “wet the gas containing the combustible component is washed in a wet manner”, it is performed under a temperature condition in which the water vapor contained in the gas is not condensed.
かかる第1の態様では、可燃成分を含むガスを湿式、乾式の順で処理することによって不純物が除去された高温の精製ガスが得られる。その工程においてはガスに含まれる水蒸気を凝縮させないため、水蒸気の凝縮の際に発生する熱である凝縮熱の放出を避けることができる。これにより可燃成分を含むガスに含まれる不純物を高効率に除去することができる。当該精製ガスは、上述のような発電手段に特に有用である。 In the first aspect, a high-temperature purified gas from which impurities have been removed can be obtained by treating a gas containing a combustible component in the order of wet and dry processes. In that process, since water vapor contained in the gas is not condensed, release of condensation heat, which is heat generated during the condensation of water vapor, can be avoided. Thereby, the impurity contained in the gas containing a combustible component can be removed with high efficiency. The purified gas is particularly useful for power generation means as described above.
また湿式処理手段で洗浄された洗浄ガスには、湿式処理手段で使用される洗浄液の水分の一部が水蒸気として加わっている。元々の可燃成分を含むガスに含まれていた水蒸気、及び新たに加わった水蒸気の存在により、主要成分である一酸化炭素(CO)の化学反応に起因する炭素(C)の生成が抑制されるため、配管、熱交換器、反応器、不純物除去剤、さらには発電装置に固体の炭素が析出することを回避することができる。炭素析出は機器の性能低下、動作不良を起こすこととなり、設備を停止した上で炭素析出した機器の清掃、修理、交換が必要となる上、最悪の場合は運転中に機器が破損してガス精製設備、さらにはこれを備える発電システム全体を緊急停止することも起こりうる。したがって、炭素析出の回避は一酸化炭素を含むガスを取り扱うシステムでは必須事項であるが、本発明のガス精製システムは、炭素析出の抑制効果があることから、ガス精製設備及び発電システム全体の健全性が高まるとともに、機器の清掃、修理、交換にかかる費用や手間を低減することができる。なお、乾式処理手段で用いる除去剤とは、脱硫剤、ハロゲン化物吸収剤、水銀除去剤、アンモニア分解触媒等のガス化ガスに含まれる不純物を乾式で除去するものを総称したものである。 Moreover, a part of the water of the cleaning liquid used in the wet processing means is added to the cleaning gas cleaned by the wet processing means as water vapor. The presence of water vapor contained in the gas containing the original combustible component and the newly added water vapor suppress the generation of carbon (C) resulting from the chemical reaction of carbon monoxide (CO), which is the main component. Therefore, it is possible to avoid the precipitation of solid carbon in the piping, the heat exchanger, the reactor, the impurity removing agent, and further the power generation device. Carbon deposition will cause equipment performance degradation and malfunction, and it will be necessary to clean, repair, and replace the carbon deposited equipment after shutting down the equipment. An emergency shutdown of the refining facility and even the entire power generation system equipped with it may occur. Therefore, avoidance of carbon deposition is essential for a system that handles gas containing carbon monoxide. However, since the gas purification system of the present invention has an effect of suppressing carbon deposition, the gas purification equipment and the power generation system as a whole are sound. In addition, the cost and labor required for cleaning, repairing and replacing the equipment can be reduced. The removing agent used in the dry processing means is a generic term for removing impurities contained in a gasification gas such as a desulfurization agent, a halide absorbent, a mercury removing agent, and an ammonia decomposition catalyst by a dry method.
本発明の第2の態様は、第1の態様に記載するガス精製設備において、前記湿式処理手段から前記乾式処理手段に前記洗浄ガスが導入される際に、前記洗浄ガスの温度を、前記洗浄ガスに含まれる水蒸気が凝縮しない温度に維持する温度維持手段とを備えることを特徴とするガス精製設備にある。 According to a second aspect of the present invention, in the gas purification facility described in the first aspect, when the cleaning gas is introduced from the wet processing means to the dry processing means, the temperature of the cleaning gas is set to the cleaning temperature. And a temperature maintaining means for maintaining the water vapor contained in the gas so as not to condense.
かかる第2の態様では、温度維持手段により、より確実に、洗浄ガスに含まれる水蒸気を凝縮させないことができる。 In the second aspect, the water vapor contained in the cleaning gas can be more reliably not condensed by the temperature maintaining means.
本発明の第3の態様は、第1又は第2の態様に記載するガス精製設備において、前記乾式処理手段は、前記除去剤として硫黄化合物と化学反応する金属酸化物系脱硫剤を備える脱硫装置を含むことを特徴とするガス精製設備にある。 According to a third aspect of the present invention, in the gas purification facility according to the first or second aspect, the dry treatment means includes a metal oxide desulfurization agent that chemically reacts with a sulfur compound as the removal agent. It is in the gas purification equipment characterized by including.
かかる第3の態様では、ガスから乾式で硫黄化合物を除去することができる。 In the third aspect, the sulfur compound can be removed from the gas in a dry manner.
本発明の第4の態様は、第1又は第2の態様に記載するガス精製設備において、前記乾式処理手段は、前記除去剤としてハロゲン化物と化学反応するハロゲン化物吸収剤を備えるハロゲン除去装置を含むことを特徴とするガス精製設備にある。 According to a fourth aspect of the present invention, in the gas purification facility described in the first or second aspect, the dry processing means includes a halogen removing apparatus including a halide absorbent that chemically reacts with a halide as the removing agent. It is in a gas purification facility characterized by containing.
かかる第4の態様では、ガスから乾式でハロゲン化物を除去することができる。 In the fourth aspect, the halide can be removed from the gas in a dry manner.
本発明の第5の態様は、第1又は第2の態様に記載するガス精製設備において、前記乾式処理手段は、前記除去剤として水銀を吸収する水銀吸収剤を備える水銀除去装置を含むことを特徴とするガス精製設備にある。 According to a fifth aspect of the present invention, in the gas purification facility described in the first or second aspect, the dry processing means includes a mercury removal apparatus including a mercury absorbent that absorbs mercury as the removal agent. It is in the gas purification facility.
かかる第5の態様では、ガスから乾式で水銀を除去することができる。 In the fifth aspect, mercury can be removed from the gas in a dry manner.
本発明の第6の態様は、第1〜第5の何れか一つの態様に記載するガス精製設備において、前記湿式処理手段による前記ガスの洗浄に先だって、前記ガスからハロゲン化物が除去されるように、ハロゲン化物と化学反応するハロゲン化物吸収剤を備える前置ハロゲン除去装置が配置されていることを特徴とするガス精製設備にある。 According to a sixth aspect of the present invention, in the gas purification facility according to any one of the first to fifth aspects, the halide is removed from the gas prior to the cleaning of the gas by the wet processing means. In addition, a pre-halogen removing device including a halide absorbent that chemically reacts with a halide is disposed in a gas purification facility.
かかる第6の態様では、ガスが湿式処理手段に供給される前における配管等で、塩化アンモニウムが析出することを抑制できる。従来においては、塩化アンモニウムの析出を抑えるためにガスの温度を約230℃に保つ必要があった。本発明では、ハロゲン化物が除去されるため、湿式処理手段に供給される前のガス温度を、約230℃以下にしても塩化アンモニウムは析出しない。従って、湿式処理手段に供給される前のガスと、湿式処理手段で処理された洗浄ガスとの間で熱交換を行う際には、湿式処理手段に供給される前のガスを約230℃以下に下げられる分、洗浄ガスをより高く昇温することができる。 In the sixth aspect, it is possible to suppress precipitation of ammonium chloride in the piping or the like before the gas is supplied to the wet processing means. Conventionally, it has been necessary to keep the gas temperature at about 230 ° C. in order to suppress precipitation of ammonium chloride. In the present invention, since the halide is removed, ammonium chloride does not precipitate even if the gas temperature before being supplied to the wet processing means is about 230 ° C. or lower. Accordingly, when heat exchange is performed between the gas before being supplied to the wet processing means and the cleaning gas processed by the wet processing means, the gas before being supplied to the wet processing means is about 230 ° C. or less. Therefore, the temperature of the cleaning gas can be raised higher.
本発明の第7の態様は、ガスが製造されるガス供給源と、前記ガス供給源からのガスを精製する第1〜第6の何れか一つの態様に記載するガス精製設備と、前記ガス精製設備で精製された燃料ガスを燃焼することで動力を得るガスタービンと、前記ガスタービンからの排気の熱で発生した蒸気により動力を得る蒸気タービンとを備えることを特徴とする発電システムにある。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a gas supply source for producing a gas, the gas purification facility according to any one of the first to sixth aspects for purifying a gas from the gas supply source, and the gas A power generation system comprising: a gas turbine that obtains power by burning fuel gas purified by a refining facility; and a steam turbine that obtains power by steam generated by heat of exhaust from the gas turbine. .
かかる第7の態様では、ガスに水蒸気が含まれたまま乾式処理手段でガス状不純物が除去されるため、ガスが有していた水蒸気と、湿式処理手段で蒸発した水蒸気とを共に高温高圧のガスとしてタービンの動力に利用できることによって、発電出力の向上を図ることができる。 In the seventh aspect, since the gaseous impurities are removed by the dry processing means while the water vapor is contained in the gas, the water vapor contained in the gas and the water vapor evaporated by the wet processing means are both at high temperature and high pressure. Since it can be used as the power of the turbine as gas, the power generation output can be improved.
本発明の第8の態様は、第7の態様に記載する発電システムにおいて、前記ガス供給源は、石炭の反応により石炭ガス化ガスを製造して前記ガス精製設備に供給する石炭ガス化設備であることを特徴とする発電システムにある。 According to an eighth aspect of the present invention, in the power generation system according to the seventh aspect, the gas supply source is a coal gasification facility that produces coal gasification gas by a reaction of coal and supplies the gas purification facility. The power generation system is characterized by being.
かかる第8の態様では、石炭をガス化した石炭ガス化ガスに含まれる不純物を効率よく除去した精製ガスを燃料ガスとし、ガスタービン及び蒸気タービンで発電する石炭ガス化複合発電システムにより高効率な発電をすることができる。 In the eighth aspect, the refined gas from which impurities contained in the coal gasification gas obtained by gasifying coal is efficiently removed is used as the fuel gas, and the coal gasification combined power generation system that generates power with the gas turbine and the steam turbine is highly efficient. It can generate electricity.
本発明によれば、可燃成分を含むガスを湿式、乾式の順で処理することによって不純物が除去された高温の精製ガスが得られる。また、ガスがもともと保有する水蒸気、ならびに湿式で洗浄した際に加わる水蒸気を凝縮させないでガスを精製することができる。これにより湿式での洗浄過程で水分の蒸発に使われた熱エネルギーを系外に排出することなく、高効率にガスに含まれる不純物を除去してガスを精製する。さらに、主要成分である一酸化炭素の化学反応に起因する炭素の生成が抑制されるため、配管、熱交換器、反応器、不純物除去剤、さらには発電装置に固体の炭素が析出することを回避することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the high temperature refined gas from which the impurity was removed is obtained by processing the gas containing a combustible component in the order of wet and dry. In addition, the gas can be purified without condensing the water vapor originally possessed by the gas and the water vapor added when the gas is washed wet. As a result, the impurities contained in the gas are removed with high efficiency without purifying the heat energy used for the evaporation of moisture during the wet cleaning process, and the gas is purified. In addition, carbon production due to the chemical reaction of carbon monoxide, which is the main component, is suppressed, so that solid carbon is deposited on pipes, heat exchangers, reactors, impurity removers, and power generators. It can be avoided.
また、この精製ガスを燃料ガスとして利用する発電システムにおいては、従来技術では系外に排出されてしまう熱エネルギーを利用できるので、高効率な発電を実現できる。 Further, in a power generation system that uses this refined gas as fuel gas, it is possible to use the thermal energy that is discharged outside the system in the prior art, so that highly efficient power generation can be realized.
〈実施形態1〉
図1には、本発明に係るガス精製設備の概略構成を示してある。
本実施形態では、可燃成分を含むガスの一例であるガス化ガスから不純物を除去する場合を例に取り説明する。以下、湿式で洗浄したガス化ガスを洗浄ガスと称し、ガス精製設備全体、すなわち湿式・乾式でガス化ガスから不純物を除去したものを精製ガスと称し、発電を行うタービン等の装置で使用される精製ガスを燃料ガスと称する。
<Embodiment 1>
FIG. 1 shows a schematic configuration of a gas purification facility according to the present invention.
In this embodiment, a case where impurities are removed from a gasification gas which is an example of a gas containing a combustible component will be described as an example. Hereinafter, the gasified gas cleaned by the wet process is referred to as the cleaning gas, and the entire gas purification equipment, that is, the wet gas and the dry gas gas removed from the gas gas is referred to as the purified gas, which is used in equipment such as a turbine that generates power. The purified gas is referred to as fuel gas.
本実施形態に係るガス精製設備1は、ガス化ガスを湿式で洗浄するスクラバ10(湿式処理手段)と、スクラバ10で処理された洗浄ガスに含まれる水蒸気を凝縮させることなく、ガス状不純物の一つである硫黄化合物を脱硫剤で除去する脱硫装置20(乾式処理手段)とを備えている。スクラバ10はガス化ガスに含まれる水蒸気が凝縮しない温度条件で洗浄する。続く脱硫装置20はガス状不純物を除去する際に、洗浄ガスに含まれる水蒸気を凝縮させないようにしている。 The gas purification equipment 1 according to the present embodiment includes a scrubber 10 (wet processing means) that cleans the gasification gas in a wet manner, and water vapor contained in the cleaning gas processed by the scrubber 10 without condensing the gaseous impurities. A desulfurization apparatus 20 (dry treatment means) for removing one sulfur compound with a desulfurizing agent is provided. The scrubber 10 is washed under a temperature condition in which water vapor contained in the gasification gas is not condensed. The subsequent desulfurization apparatus 20 prevents the water vapor contained in the cleaning gas from condensing when removing gaseous impurities.
ガス化ガスは、ガス精製設備1の系外にあるガス供給源(図示せず)からスクラバ10に導入される。ガス化ガスには、一酸化炭素、水素(H2)等の可燃成分の他に、二酸化炭素(CO2)、水蒸気(H2O)、窒素(N2)が含まれ、さらに水溶性不純物、凝縮性不純物、粒子状不純物、及びガス状不純物が含まれている。 The gasified gas is introduced into the scrubber 10 from a gas supply source (not shown) outside the gas purification facility 1. The gasification gas, carbon monoxide, in addition to the combustible components such as hydrogen (H 2), carbon dioxide (CO 2), and water vapor (H 2 O), nitrogen (N 2) contains further a water-soluble impurities , Condensable impurities, particulate impurities, and gaseous impurities.
スクラバ10は、湿式処理手段の一例であり、ガス化ガスを湿式で洗浄する。具体的には、スクラバ10は、水溶液等を洗浄液とし、この洗浄液が散布された空間内にガス化ガスを導入し、或いは洗浄液中にガス化ガスを導入し、ガス化ガスに含まれる水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物を洗浄液に捕集して分離する。 The scrubber 10 is an example of a wet processing means, and cleans the gasification gas in a wet manner. Specifically, the scrubber 10 uses an aqueous solution or the like as a cleaning liquid, introduces a gasification gas into a space in which the cleaning liquid is dispersed, or introduces a gasification gas into the cleaning liquid, so that the water solubility contained in the gasification gas is reduced. Impurities, condensable impurities and particulate impurities are collected in the cleaning liquid and separated.
スクラバ10による洗浄により、ガス化ガスからは、水溶性不純物、凝縮性不純物、及び粒子状不純物の一部又は全量が除去される。水溶性成分は、例えばアルカリ金属、アンモニア、シアン化水素、ハロゲン化物である。凝縮性不純物は、例えばタールや微量物質である。粒子状不純物は、例えばダストやチャーである。 By cleaning with the scrubber 10, part or all of the water-soluble impurities, condensable impurities, and particulate impurities are removed from the gasification gas. The water-soluble component is, for example, an alkali metal, ammonia, hydrogen cyanide, or halide. Condensable impurities are, for example, tar and trace substances. The particulate impurities are, for example, dust and char.
また、スクラバ10では、導入されるガス化ガスの熱エネルギーにより、スクラバ10で使用される洗浄液の水分の一部が蒸発し洗浄ガスに加わる。このため、スクラバ10の出口温度条件において水蒸気が飽和状態となった洗浄ガスが得られる。 Further, in the scrubber 10, due to the thermal energy of the gasification gas introduced, a part of the water of the cleaning liquid used in the scrubber 10 is evaporated and added to the cleaning gas. For this reason, the cleaning gas in which water vapor is saturated in the outlet temperature condition of the scrubber 10 is obtained.
脱硫装置20は、乾式処理手段の一例であり、洗浄ガスに含まれる水蒸気を凝縮させることなく、スクラバ10で除去されないガス状不純物の一種である硫黄化合物を脱硫剤で除去又は低減する。ここでいう「洗浄ガスに含まれる水蒸気を凝縮させることなく」とは、脱硫装置20での硫黄化合物の除去の際において、洗浄ガスに含まれる水蒸気を凝縮させず、かつ、スクラバ10の出口から脱硫装置20に至る間においても洗浄ガスに含まれる水蒸気を凝縮させないことをいう。 The desulfurization apparatus 20 is an example of a dry processing means, and removes or reduces a sulfur compound, which is a kind of gaseous impurity that is not removed by the scrubber 10, without condensing water vapor contained in the cleaning gas. Here, “without condensing the water vapor contained in the cleaning gas” means that the water vapor contained in the cleaning gas is not condensed during the removal of the sulfur compound in the desulfurization apparatus 20, and from the outlet of the scrubber 10. It means that the water vapor contained in the cleaning gas is not condensed even while reaching the desulfurization apparatus 20.
具体的には、脱硫装置20は、除去剤の一例として、硫黄化合物と化学反応する金属酸化物系脱硫剤を備え、金属酸化物系脱硫剤が洗浄ガス中の硫黄化合物を吸収するように構成されている。金属酸化物系脱硫剤は、硫化水素(H2S)や硫化カルボニル(COS)等の硫黄化合物を低濃度まで除去することができる。 Specifically, the desulfurization apparatus 20 includes a metal oxide desulfurization agent that chemically reacts with a sulfur compound as an example of a removal agent, and the metal oxide desulfurization agent absorbs the sulfur compound in the cleaning gas. Has been. The metal oxide desulfurization agent can remove sulfur compounds such as hydrogen sulfide (H 2 S) and carbonyl sulfide (COS) to a low concentration.
湿式のみで脱硫を行う従来技術においては硫化水素しか除去できないため、事前に硫化カルボニルを硫化水素に変換する触媒を充填したCOSコンバータが必要である。これに対し本発明では、乾式で脱硫を行う脱硫装置20は、硫化カルボニル及び硫化水素の両方を除去することができるため、ガス精製設備1においては、COSコンバータが不要となり、構成を簡略化することができる。 In the prior art in which desulfurization is performed only by a wet method, only hydrogen sulfide can be removed. Therefore, a COS converter filled with a catalyst for converting carbonyl sulfide to hydrogen sulfide in advance is required. In contrast, in the present invention, the desulfurization apparatus 20 that performs dry desulfurization can remove both carbonyl sulfide and hydrogen sulfide. Therefore, the gas purification facility 1 does not require a COS converter and simplifies the configuration. be able to.
なお、金属酸化物系脱硫剤としては、硫黄化合物と化学反応する金属酸化物を含んでいれば良く、例えば、酸化鉄を主成分とする脱硫剤、亜鉛フェライトを主成分とする脱硫剤、酸化亜鉛を主成分とする脱硫剤を用いることができる。 The metal oxide desulfurization agent only needs to contain a metal oxide that chemically reacts with a sulfur compound. For example, a desulfurization agent containing iron oxide as a main component, a desulfurization agent containing zinc ferrite as a main component, and an oxidation agent. A desulfurizing agent mainly composed of zinc can be used.
以上に説明した本発明に係るガス精製設備1では、ガス化ガスを湿式、乾式の順で処理することによって不純物が除去された高温の精製ガスが得られる。また、洗浄ガスから脱硫装置20で硫黄化合物を除去する際に、洗浄ガスに含まれる水蒸気が凝縮しないようにする。スクラバ10の出口から脱硫装置20に至るまでの洗浄ガスには、ガス化ガスに元々含まれていた水蒸気と、スクラバ10においてガス化ガスの熱エネルギーによって洗浄液の水分が蒸発した水蒸気とが含まれている。この洗浄ガスに含まれた水蒸気は、脱硫装置20で硫黄化合物が除去された後の精製ガスにもそのまま含まれている。 In the gas purification facility 1 according to the present invention described above, a high-temperature purified gas from which impurities are removed is obtained by processing the gasification gas in the order of wet and dry processes. Further, when the sulfur compound is removed from the cleaning gas by the desulfurizer 20, the water vapor contained in the cleaning gas is prevented from condensing. The cleaning gas from the outlet of the scrubber 10 to the desulfurizer 20 includes water vapor originally contained in the gasification gas and water vapor in which the water in the cleaning liquid has evaporated in the scrubber 10 due to the thermal energy of the gasification gas. ing. The water vapor contained in the cleaning gas is also contained as it is in the purified gas after the sulfur compound is removed by the desulfurization apparatus 20.
このように、スクラバ10及び脱硫装置20における不純物を除去する過程において、洗浄ガスに含まれる水蒸気は凝縮することがないため、スクラバ10で水分の蒸発に使われたガス化ガスの熱エネルギーをガス精製設備1の系外に排出することなくガス化ガスを精製することができる。 As described above, in the process of removing impurities in the scrubber 10 and the desulfurization apparatus 20, since the water vapor contained in the cleaning gas does not condense, the thermal energy of the gasification gas used to evaporate the moisture in the scrubber 10 is gas. The gasification gas can be purified without being discharged out of the system of the purification facility 1.
また、本実施形態に係るガス精製設備1では、ガス化ガスの精製は、スクラバ10により湿式でガス化ガスを洗浄した後、洗浄ガスから脱硫装置20により乾式でガス状不純物の一種である硫黄化合物を除去することにより行われる。このように、最初に湿式で洗浄することにより、ガス化ガスからは水溶性不純物や凝縮性不純物や粒子状不純物の一部又は全量が除去されるため、後段の乾式処理手段の構成を簡素化することができる。 Further, in the gas purification facility 1 according to the present embodiment, the gasification gas is purified by cleaning the gasification gas wet with the scrubber 10 and then using the desulfurization apparatus 20 from the cleaning gas to form sulfur as a kind of gaseous impurities. This is done by removing the compound. In this way, the wet dry cleaning process removes part or all of the water-soluble impurities, condensable impurities, and particulate impurities from the gasification gas, thus simplifying the structure of the subsequent dry processing means. can do.
ここで、洗浄前のガス化ガスに含まれる水蒸気の凝縮温度よりもスクラバ10の温度が高い場合、洗浄ガスに含まれる水蒸気の濃度は、従来のガス精製設備で処理されたガス化ガスの水蒸気の濃度よりも高い。ガス化ガスに含まれる水蒸気が凝縮しておらず、また、スクラバ10の洗浄液の水分が蒸発した水蒸気を含んでいるからである。 Here, when the temperature of the scrubber 10 is higher than the condensation temperature of the water vapor contained in the gasification gas before cleaning, the concentration of the water vapor contained in the cleaning gas is the water vapor of the gasification gas processed by the conventional gas purification equipment. Higher than the concentration of. This is because the water vapor contained in the gasification gas is not condensed and the water contained in the cleaning liquid of the scrubber 10 contains water vapor.
このとき、数1のI式に示す水性シフト反応においては、水蒸気の濃度が高くなると左辺から右辺の方向、すなわち、一酸化炭素が減少し、二酸化炭素が増加する方向に反応が進む傾向にある。一酸化炭素の減少、二酸化炭素の増加は、数1のII式に示す炭素析出反応の一つであるブドアール反応の進行を妨げる効果を奏し、炭素の析出が抑制される効果が得られる。 At this time, in the aqueous shift reaction shown in Formula I, when the concentration of water vapor increases, the reaction tends to proceed from the left side to the right side, that is, in the direction in which carbon monoxide decreases and carbon dioxide increases. . The decrease in carbon monoxide and the increase in carbon dioxide have the effect of hindering the progress of the Butard reaction, which is one of the carbon deposition reactions shown in Formula II, and the effect of suppressing carbon deposition is obtained.
このように、洗浄ガスの水蒸気の存在により、主要成分である一酸化炭素の化学反応に起因する固体の炭素の生成が抑制されるため、配管、熱交換器、反応器、不純物除去剤、さらには発電装置に炭素が析出することを回避することができる。炭素析出は機器の性能低下、動作不良を起こすこととなり、設備を停止した上で炭素析出した機器の清掃、修理、交換が必要となる上、最悪の場合は運転中に機器が破損してガス精製設備を緊急停止することも起こりうる。したがって、炭素析出の回避は一酸化炭素を含むガスを取り扱うシステムでは必須事項であるが、本発明のガス精製システムは、炭素析出の抑制効果があることから、ガス精製設備の健全性が高まるとともに、機器の清掃、修理、交換にかかる費用や手間を低減することができる。 In this way, the presence of water vapor in the cleaning gas suppresses the production of solid carbon resulting from the chemical reaction of carbon monoxide, which is the main component, so that the piping, heat exchanger, reactor, impurity remover, Can avoid the deposition of carbon in the power generator. Carbon deposition will cause equipment performance degradation and malfunction, and it will be necessary to clean, repair, and replace the carbon deposited equipment after shutting down the equipment. An emergency shutdown of the refinery can also occur. Therefore, avoidance of carbon deposition is an essential matter in a system that handles a gas containing carbon monoxide, but the gas purification system of the present invention has an effect of suppressing carbon deposition, so that the soundness of gas purification equipment is increased. Costs and labor required for cleaning, repairing and replacing equipment can be reduced.
また、スクラバ10により湿式で不純物が除去された後に、脱硫装置20により乾式でガス状不純物の一種である硫黄化合物が除去されるので、湿式処理手段としては、水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物を除去するスクラバ10でよい。即ち、従来のガス精製設備では、ガス状不純物を除去するために、高温のスクラバの後に、例えば、冷却塔、洗浄塔、脱硫塔の湿式設備が設けられているが、本実施形態では、冷却塔、洗浄塔、脱硫塔を削減することができ、圧力損失を低減することもできる。また、湿式処理手段における水蒸気の凝縮がないことから排水量は少なくなり、ガス精製設備の排水を処理する施設の規模や構成をコンパクトにすることができる。 In addition, since the sulfur compound which is one kind of gaseous impurities is removed by the desulfurization apparatus 20 after the impurities are removed by the wet process by the scrubber 10, the wet processing means includes water-soluble impurities, condensable impurities and particles. A scrubber 10 that removes impurities can be used. That is, in the conventional gas purification equipment, in order to remove gaseous impurities, wet equipment such as a cooling tower, a washing tower, and a desulfurization tower is provided after the high-temperature scrubber. The number of towers, washing towers and desulfurization towers can be reduced, and pressure loss can be reduced. Moreover, since there is no condensation of water vapor in the wet treatment means, the amount of waste water is reduced, and the scale and configuration of the facility for treating the waste water of the gas purification equipment can be made compact.
なお、本実施形態に係るガス精製設備1では、湿式処理手段としては、ベンチュリースクラバや、ジェットスクラバ、スプレー塔、サイクロンスクラバ等を用いることができる。さらに、乾式処理手段としては、脱硫装置20のみに限らず、洗浄ガスから除去するガス状不純物に応じて適宜他の乾式処理手段を用いることができる。 In the gas purification facility 1 according to the present embodiment, a venturi scrubber, a jet scrubber, a spray tower, a cyclonic scrubber, or the like can be used as the wet processing means. Further, the dry processing means is not limited to the desulfurization apparatus 20, and other dry processing means can be used as appropriate according to the gaseous impurities to be removed from the cleaning gas.
例えば、乾式処理手段の一例として、ガス化ガスに含まれるハロゲン化物と化学反応するハロゲン化物吸収剤を備えるハロゲン除去装置を挙げることができる。具体的には、ハロゲン化物吸収剤にガス化ガス中の塩化水素(HCl)やフッ化水素(HF)等のハロゲン化物を吸収させる。ハロゲン化物吸収剤としては、アルミニウムとアルカリ物質との複合酸化物であるアルミン酸アルカリを含有するものを用いることができる。また、アルミン酸アルカリ以外のハロゲン化物吸収剤を用いることも可能である。 For example, as an example of the dry processing means, a halogen removing device including a halide absorbent that chemically reacts with a halide contained in a gasification gas can be exemplified. Specifically, the halide absorbent absorbs halides such as hydrogen chloride (HCl) and hydrogen fluoride (HF) in the gasification gas. As the halide absorbent, those containing alkali aluminate which is a composite oxide of aluminum and an alkaline substance can be used. It is also possible to use a halide absorbent other than the alkali aluminate.
また、乾式処理手段の他の例として、ガス化ガスに含まれるアンモニア(NH3)を除去するアンモニア除去装置を挙げることができる。具体的には、ガス化ガス中のアンモニアを直接分解或いは酸化分解する触媒等を用いることができる。 Another example of the dry processing means is an ammonia removal device that removes ammonia (NH 3 ) contained in the gasification gas. Specifically, a catalyst or the like that directly decomposes or oxidatively decomposes ammonia in the gasification gas can be used.
また、乾式処理手段の他の例として、ガス化ガスに含まれる水銀(Hg)を除去する水銀除去装置を用いることができる。具体的には、ガス化ガス中の水銀を吸収して除去する銅系水銀吸収剤を用いることができる。また、活性炭等の銅系水銀吸収剤以外の水銀の除去剤を用いることも可能である。 Further, as another example of the dry processing means, a mercury removing device that removes mercury (Hg) contained in the gasification gas can be used. Specifically, a copper-based mercury absorbent that absorbs and removes mercury in the gasification gas can be used. It is also possible to use a mercury removing agent other than a copper-based mercury absorbent such as activated carbon.
〈実施形態2〉
図2には、本発明に係る石炭ガス化複合発電システムの概略構成を示し、図3には、石炭ガス化複合発電システムを構成するガス精製設備の概略構成を示してある。
<Embodiment 2>
FIG. 2 shows a schematic configuration of the combined coal gasification combined power generation system according to the present invention, and FIG. 3 shows a schematic configuration of gas purification equipment constituting the combined coal gasification combined power generation system.
以下の実施形態では、ガス化ガスの一例である石炭ガス化ガスを精製してガスタービン用の燃料ガスを得る例を挙げて説明する。 In the following embodiments, an example in which a coal gasification gas that is an example of a gasification gas is purified to obtain a fuel gas for a gas turbine will be described.
図2に示すように、石炭ガス化複合発電システムIは、 石炭を原料に石炭ガス化ガスを製造する石炭ガス化設備2を備えている。石炭ガス化設備2は、石炭をガス化剤と反応させる石炭ガス化炉2Aを備え、石炭ガス化炉2Aで石炭ガス化ガスを製造する。この石炭ガス化ガスには、一酸化炭素、水素等の可燃成分の他に、二酸化炭素、水蒸気、窒素が含まれ、さらに水溶性不純物、凝縮性不純物、粒子状不純物、及びガス状不純物が含まれている。 As shown in FIG. 2, the combined coal gasification combined cycle system I includes a coal gasification facility 2 that produces coal gasification gas using coal as a raw material. The coal gasification facility 2 includes a coal gasification furnace 2A that reacts coal with a gasifying agent, and produces coal gasification gas in the coal gasification furnace 2A. This coal gasification gas contains carbon dioxide, water vapor, and nitrogen in addition to combustible components such as carbon monoxide and hydrogen, and further contains water-soluble impurities, condensable impurities, particulate impurities, and gaseous impurities. It is.
石炭ガス化炉2Aで製造された石炭ガス化ガスは、集塵装置3に導入される。集塵装置3は、石炭ガス化ガスに含まれるダストや石炭チャーをサイクロンやフィルター等で除去する装置である。集塵装置3で集塵された石炭ガス化ガスは、ガス精製設備1Aに導入され、ガス精製設備1Aで不純物が除去されて精製ガスとなり、精製ガスは複合発電設備4で燃料ガスとして用いられる。 The coal gasification gas produced in the coal gasification furnace 2 </ b> A is introduced into the dust collector 3. The dust collector 3 is a device that removes dust and coal char contained in the coal gasification gas with a cyclone or a filter. The coal gasification gas collected by the dust collector 3 is introduced into the gas purification facility 1A, impurities are removed by the gas purification facility 1A to become purified gas, and the purified gas is used as fuel gas in the combined power generation facility 4. .
複合発電設備4は、燃焼器(図示せず)で燃焼された燃料ガスの膨張により動力を得るガスタービン40を備えている。ガスタービン40の排気ガスは排熱回収ボイラ60で熱回収され、煙突50から大気に放出される。排熱回収ボイラ60では蒸気が発生し、排熱回収ボイラ60で発生した蒸気は蒸気タービン70で膨張されて動力が得られる。ガスタービン40及び蒸気タービン70の動力により発電機80が駆動され発電が行われる。 The combined power generation facility 4 includes a gas turbine 40 that obtains power by expansion of fuel gas combusted in a combustor (not shown). The exhaust gas from the gas turbine 40 is recovered by the exhaust heat recovery boiler 60 and released from the chimney 50 to the atmosphere. Steam is generated in the exhaust heat recovery boiler 60, and the steam generated in the exhaust heat recovery boiler 60 is expanded by the steam turbine 70 to obtain power. The generator 80 is driven by the power of the gas turbine 40 and the steam turbine 70 to generate power.
このため、石炭ガス化ガスに含まれる不純物を効率よく除去した精製ガスを燃料ガスとし、ガスタービン40及び蒸気タービン70で発電する石炭ガス化複合発電システムにより高効率な発電をすることができる。 For this reason, high-efficiency power generation can be performed by the coal gasification combined power generation system in which the refined gas from which impurities contained in the coal gasification gas are efficiently removed is used as the fuel gas and the gas turbine 40 and the steam turbine 70 generate power.
なお、精製ガスは、上述した複合発電設備4以外の発電システムの燃料として利用されてもよい。例えば、精製ガスは、溶融炭酸塩形燃料電池や固体酸化物形燃料電池を備える発電システムや、燃料ガスにより作動するガスエンジンとガスエンジンの作動により発動する発電機とを備えた発電システムの燃料として利用されてもよい。また、精製ガスは、水素やメタンの製造の原料、メタノール、エタノール等の液体燃料の製造等の原料、プラスチック、ビニール等の化学製品の合成原料として供給されてもよい。 The purified gas may be used as a fuel for power generation systems other than the above-described combined power generation facility 4. For example, the refined gas is a fuel of a power generation system including a molten carbonate fuel cell or a solid oxide fuel cell, or a power generation system including a gas engine operated by the fuel gas and a generator activated by the operation of the gas engine. It may be used as The purified gas may be supplied as a raw material for producing hydrogen and methane, a raw material for producing liquid fuels such as methanol and ethanol, and a synthetic raw material for chemical products such as plastic and vinyl.
図3を用いてガス精製設備1Aについて詳細に説明する。同図に示すように、ガス精製設備1Aは、石炭ガス化ガスを湿式で洗浄する湿式処理手段としてのスクラバ10と、熱交換器(温度維持手段)15と、乾式処理手段としての脱硫装置20とを備え、石炭ガス化設備2(図2参照)から石炭ガス化ガスが供給され、石炭ガス化ガスから不純物を除去する。ガス精製設備1で得られた精製ガスは、複合発電設備4の燃料ガスとしてガスタービン40に供給される。 The gas purification facility 1A will be described in detail with reference to FIG. As shown in the figure, a gas purification facility 1A includes a scrubber 10 as a wet processing means for cleaning coal gasification gas in a wet manner, a heat exchanger (temperature maintaining means) 15, and a desulfurization apparatus 20 as a dry processing means. The coal gasification gas is supplied from the coal gasification facility 2 (see FIG. 2), and impurities are removed from the coal gasification gas. The purified gas obtained in the gas purification facility 1 is supplied to the gas turbine 40 as fuel gas for the combined power generation facility 4.
温度維持手段とは、スクラバ10から脱硫装置20に洗浄ガスが導入される際に、洗浄ガスの温度を当該洗浄ガスに含まれる水蒸気が凝縮しない温度条件に維持するものである。 The temperature maintaining means maintains the temperature of the cleaning gas at a temperature condition that does not condense the water vapor contained in the cleaning gas when the cleaning gas is introduced from the scrubber 10 into the desulfurization apparatus 20.
また、温度維持手段は、洗浄ガスをさらに昇温することも含む概念である。したがって、熱交換器15は、この概念での温度維持手段の一例である。 The temperature maintaining means is a concept including further raising the temperature of the cleaning gas. Therefore, the heat exchanger 15 is an example of a temperature maintaining means in this concept.
熱交換器15は、石炭ガス化設備2からスクラバ10に導入される前の石炭ガス化ガスの熱で、洗浄ガスを昇温する。すなわち、石炭ガス化設備2からの石炭ガス化ガスが降温されてスクラバ10に導入され、洗浄ガスは昇温されて脱硫装置20に導入される。脱硫装置20に導入される洗浄ガスは、硫黄化合物を除去するのに適した温度となっている。 The heat exchanger 15 raises the temperature of the cleaning gas with the heat of the coal gasification gas before being introduced into the scrubber 10 from the coal gasification facility 2. That is, the coal gasification gas from the coal gasification facility 2 is cooled down and introduced into the scrubber 10, and the cleaning gas is heated up and introduced into the desulfurization apparatus 20. The cleaning gas introduced into the desulfurization apparatus 20 has a temperature suitable for removing sulfur compounds.
本実施形態では、熱交換器15では、石炭ガス化設備2からの石炭ガス化ガスを約240℃にまで降温し、スクラバ10で洗浄されて約130℃程度となった洗浄ガスを石炭ガス化設備2からの高温の石炭ガス化ガスの熱により、脱硫装置20の運転に必要な温度に昇温している。 In the present embodiment, in the heat exchanger 15, the coal gasification gas from the coal gasification facility 2 is cooled to about 240 ° C., and the cleaning gas cleaned by the scrubber 10 to about 130 ° C. is coal gasified. The temperature of the high-temperature coal gasification gas from the facility 2 is raised to a temperature necessary for the operation of the desulfurization apparatus 20.
なお、石炭ガス化ガスの降温を約240℃までとしたのは、約230℃以下になると石炭ガス化ガス中の塩化水素とアンモニアが反応して固体の塩化アンモニウムが顕著に析出するためである。塩化アンモニウムは配管や熱交換器15の閉塞や腐食を引き起こすため、その析出を回避するのが必須である。湿式処理手段の前の石炭ガス化ガスを約240℃に保てば、塩化アンモニウムが顕著に析出することがない。 The reason why the temperature of the coal gasification gas is lowered to about 240 ° C. is that when the temperature is about 230 ° C. or less, hydrogen chloride and ammonia in the coal gasification gas react with each other and solid ammonium chloride is remarkably precipitated. . Since ammonium chloride causes clogging and corrosion of the pipe and the heat exchanger 15, it is essential to avoid precipitation thereof. If the coal gasification gas before the wet treatment means is kept at about 240 ° C., ammonium chloride will not be significantly precipitated.
スクラバ10は、湿式処理手段の一例であり、石炭ガス化ガスを湿式で洗浄する。具体的には、スクラバ10は、水溶液等を洗浄液とし、この洗浄液が散布された空間内にガス化ガスを導入し、或いは洗浄液中にガス化ガスを導入し、ガス化ガスに含まれる水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物を洗浄液に捕集して分離する。 The scrubber 10 is an example of a wet processing means, and cleans the coal gasification gas in a wet manner. Specifically, the scrubber 10 uses an aqueous solution or the like as a cleaning liquid, introduces a gasification gas into a space in which the cleaning liquid is dispersed, or introduces a gasification gas into the cleaning liquid, so that the water solubility contained in the gasification gas is reduced. Impurities, condensable impurities and particulate impurities are collected in the cleaning liquid and separated.
スクラバ10による洗浄により、石炭ガス化ガスからは、水溶性成分、凝縮性不純物、及び粒子状不純物の一部又は全量が除去される。水溶性成分は、例えばアルカリ金属、アンモニア、シアン化水素、ハロゲン化物である。凝縮性不純物は、例えばタールや微量物質である。粒子状不純物は、例えばダストや石炭チャーである。 By washing with the scrubber 10, a part or all of water-soluble components, condensable impurities, and particulate impurities are removed from the coal gasification gas. The water-soluble component is, for example, an alkali metal, ammonia, hydrogen cyanide, or halide. Condensable impurities are, for example, tar and trace substances. The particulate impurities are, for example, dust and coal char.
また、スクラバ10では、導入される石炭ガス化ガスの熱エネルギーにより、スクラバ10で使用される洗浄液の水分の一部が蒸発し洗浄ガスに加わる。このため、スクラバ10の出口温度条件において水蒸気が飽和状態となった洗浄ガスが得られる。 Moreover, in the scrubber 10, a part of the water | moisture content of the washing | cleaning liquid used with the scrubber 10 evaporates with the thermal energy of the coal gasification gas introduce | transduced, and adds to washing gas. For this reason, the cleaning gas in which water vapor is saturated in the outlet temperature condition of the scrubber 10 is obtained.
脱硫装置20は、乾式処理手段の一例であり、硫黄化合物と化学反応する金属酸化物系脱硫剤を備える装置である。具体的には、脱硫装置20では、金属酸化物系脱硫剤が原料ガス中の硫黄化合物を吸収する。金属酸化物系脱硫剤は、硫化水素や硫化カルボニル等の硫黄化合物を低濃度まで除去することができる。 The desulfurization apparatus 20 is an example of a dry processing unit, and is an apparatus including a metal oxide desulfurization agent that chemically reacts with a sulfur compound. Specifically, in the desulfurization apparatus 20, the metal oxide desulfurization agent absorbs the sulfur compound in the raw material gas. The metal oxide-based desulfurization agent can remove sulfur compounds such as hydrogen sulfide and carbonyl sulfide to a low concentration.
このようにして、ガス精製設備1Aは、スクラバ10と脱硫装置20とで石炭ガス化ガスから不純物を除去して精製ガスにする。 In this way, the gas purification facility 1A removes impurities from the coal gasification gas with the scrubber 10 and the desulfurization apparatus 20 to obtain a purified gas.
ここで、図4を用いて、本実施形態に係るガス精製設備1Aを備える発電システムの効果について説明する。 Here, the effect of the power generation system including the gas purification facility 1A according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
石炭ガス化設備2で製造された石炭ガス化ガスには、水蒸気100(図には△で表してある)、水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物200(図には▽で表してある)、及びガス状不純物210(図には□で表してある)が含まれている。なお、その他の石炭ガス化ガスの成分(水素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素等)は、雲状の記号で表してある。 The coal gasification gas produced by the coal gasification facility 2 includes water vapor 100 (represented by Δ in the figure), water-soluble impurities, condensable impurities, and particulate impurities 200 (represented by ▽ in the figure). ) And gaseous impurities 210 (represented by □ in the figure). Other components of coal gasification gas (hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen, etc.) are represented by cloud symbols.
石炭ガス化ガスは、スクラバ10に導入されて水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物200が洗浄される。このとき、石炭ガス化ガスの熱エネルギーで、スクラバ10で用いられた洗浄液の水分が蒸発し、この水分が水蒸気110(図には○で表してある)として飽和状態となるように加わった洗浄ガスが得られる。即ち、洗浄ガスには、水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物200が除去され、新たに、スクラバ10での水蒸気110が加わっている。 The coal gasification gas is introduced into the scrubber 10 and the water-soluble impurities, condensable impurities, and particulate impurities 200 are washed. At this time, the cleaning energy used in the scrubber 10 evaporates due to the thermal energy of the coal gasification gas, and this moisture is added to become saturated as water vapor 110 (represented by a circle in the figure). Gas is obtained. That is, water-soluble impurities, condensable impurities, and particulate impurities 200 are removed from the cleaning gas, and water vapor 110 in the scrubber 10 is newly added.
洗浄ガスは、熱交換器(温度維持手段)15により、水蒸気100,110が凝縮する温度よりも高い温度に維持されるため、これらの水蒸気100,110は凝縮せずに、脱硫装置20に導入される。 The cleaning gas is maintained at a temperature higher than the temperature at which the water vapor 100, 110 is condensed by the heat exchanger (temperature maintaining means) 15, so that the water vapor 100, 110 is introduced into the desulfurization apparatus 20 without being condensed. Is done.
脱硫装置20では、ガス状不純物210として例に挙げた硫黄化合物が洗浄ガスから除去剤で除去され、精製ガスが製造される。この精製ガスは燃料ガスとして複合発電設備4に導入される。精製ガスには、可燃成分の他、元の石炭ガス化ガスに含まれていた水蒸気100、及びスクラバ10での洗浄過程により加わった水蒸気110が含まれている。 In the desulfurization apparatus 20, the sulfur compounds exemplified as the gaseous impurities 210 are removed from the cleaning gas with a remover, and purified gas is produced. This purified gas is introduced into the combined power generation facility 4 as fuel gas. The refined gas contains, in addition to combustible components, water vapor 100 contained in the original coal gasification gas and water vapor 110 added in the scrubber 10 cleaning process.
上述したように、本発明に係るガス精製設備を備える発電システムでは、石炭ガス化ガスに水分が水蒸気100,110として含まれたまま脱硫装置20でガス状不純物210中の硫黄化合物が除去されるため、石炭ガス化ガスが有していた水蒸気100と、スクラバ10で蒸発した水蒸気110とを共にガスタービン40の動力に利用でき、発電効率の向上を図ることができる。 As described above, in the power generation system including the gas purification facility according to the present invention, the sulfur compound in the gaseous impurities 210 is removed by the desulfurization apparatus 20 while moisture is contained in the coal gasification gas as the water vapor 100, 110. Therefore, both the water vapor 100 contained in the coal gasification gas and the water vapor 110 evaporated in the scrubber 10 can be used for the power of the gas turbine 40, and the power generation efficiency can be improved.
一方、従来技術に係る湿式ガス精製設備では、このような発電効率の向上を実現することができない。このことを図5を用いて説明する。図5には、従来技術に係る湿式ガス精製設備での精製過程における石炭ガス化ガスの状態を示してある。 On the other hand, the wet gas purification equipment according to the prior art cannot realize such an improvement in power generation efficiency. This will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the state of coal gasification gas in the purification process in the wet gas purification facility according to the prior art.
図5に示すように、従来技術に係る湿式ガス精製設備は、前段の湿式洗浄手段で水溶性不純物、凝縮性不純物、及び粒子状不純物を除去し、後段の湿式処理手段で主に硫黄化合物等のガス状不純物を除去する構成となっている。具体的には、後段の湿式処理手段は、湿式で脱硫を行う冷却塔、洗浄塔、脱硫塔等から構成される湿式脱硫装置である。 As shown in FIG. 5, the wet gas purification equipment according to the prior art removes water-soluble impurities, condensable impurities, and particulate impurities by the former wet cleaning means, and mainly the sulfur compounds etc. by the latter wet treatment means. The gaseous impurities are removed. Specifically, the subsequent wet processing means is a wet desulfurization apparatus including a cooling tower, a cleaning tower, a desulfurization tower, and the like that perform desulfurization in a wet manner.
前段の水スクラバ等の湿式洗浄手段に導入される石炭ガス化ガスには、水蒸気100(図には△で表してある)、水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物200(図には▽で表してある)、及びガス状不純物210(図には□で表してある)が含まれている。なお、その他の石炭ガス化ガスの成分(水素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素等)は、雲状の記号で表してある。 The coal gasification gas introduced into the wet cleaning means such as the water scrubber in the previous stage includes water vapor 100 (represented by Δ in the figure), water-soluble impurities, condensable impurities, and particulate impurities 200 (in the figure, ▽ ) And gaseous impurities 210 (represented by □ in the figure). Other components of coal gasification gas (hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen, etc.) are represented by cloud symbols.
石炭ガス化ガスは、水スクラバ等に導入されて水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物が洗浄される。このとき、石炭ガス化ガスの熱エネルギーで、スクラバ10で用いられた洗浄液の水分が蒸発し、水蒸気110(図には○で表してある)として飽和状態となるように加わった洗浄ガスが得られる。即ち、洗浄ガスには、水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物200が除去され、新たに、スクラバ10での水蒸気110が加わっている。 The coal gasification gas is introduced into a water scrubber or the like, and water-soluble impurities, condensable impurities, and particulate impurities are washed. At this time, the cleaning gas used in the scrubber 10 evaporates due to the thermal energy of the coal gasification gas, and the cleaning gas added to become saturated as water vapor 110 (represented by ◯ in the figure) is obtained. It is done. That is, water-soluble impurities, condensable impurities, and particulate impurities 200 are removed from the cleaning gas, and water vapor 110 in the scrubber 10 is newly added.
洗浄ガスは、後段の湿式脱硫装置等の湿式処理手段に導入され、ガス状不純物210として例に挙げた硫黄化合物が洗浄により除去される。このとき、湿式脱硫装置等では、低温(40℃程度)で洗浄処理が行われるため、洗浄ガス中に飽和している水蒸気100,110が凝縮する。凝縮する水蒸気は、その際に発生する凝縮熱と共に温排水として系外に排出されるので、熱損失となる。さらに、水蒸気100,110が石炭ガス化ガスから除かれてしまうので、精製ガスの流量(体積)は、当初の石炭ガス化ガスの流量よりも減少する。 The cleaning gas is introduced into a wet processing means such as a subsequent wet desulfurization apparatus, and the sulfur compounds exemplified as the gaseous impurities 210 are removed by cleaning. At this time, in the wet desulfurization apparatus or the like, since the cleaning process is performed at a low temperature (about 40 ° C.), the water vapors 100 and 110 saturated in the cleaning gas are condensed. The condensed water vapor is discharged out of the system as warm waste water together with the heat of condensation generated at that time, resulting in heat loss. Furthermore, since the water vapor 100, 110 is removed from the coal gasification gas, the flow rate (volume) of the refined gas is reduced from the initial flow rate of the coal gasification gas.
図4と図5との比較から明らかなように、本発明に係るガス精製設備を備える発電システムでは、従来技術に係る湿式ガス精製設備で生じていた降温・昇温に起因する熱損失の低下並びにガス流量の減少を抑えることができるので、精製ガスを燃料ガスとして用いる複合発電設備4(図2参照)での発電量が大きくなる。すなわち、本発明に係るガス精製設備を備える発電システムは、従来の湿式ガス精製設備を備える発電システムと比較して、高効率な発電が可能となる。 As is clear from the comparison between FIG. 4 and FIG. 5, in the power generation system including the gas purification facility according to the present invention, the reduction in heat loss due to the temperature decrease / temperature increase that occurred in the wet gas purification facility according to the prior art. In addition, since the decrease in the gas flow rate can be suppressed, the amount of power generation in the combined power generation facility 4 (see FIG. 2) using purified gas as fuel gas increases. That is, the power generation system including the gas purification facility according to the present invention can generate power more efficiently than the power generation system including the conventional wet gas purification facility.
なお、上述した石炭ガス化複合発電システムIは、ガス精製設備1Aを備えていたが、実施形態1で説明したガス精製設備1を備えるものであってもよい。この場合でも、従来の湿式ガス精製設備よりも発電効率の向上を図ることができる。 In addition, although the coal gasification combined cycle power generation system I described above includes the gas purification facility 1A, the coal gasification combined power generation system I may include the gas purification facility 1 described in the first embodiment. Even in this case, the power generation efficiency can be improved as compared with the conventional wet gas purification equipment.
また、上述したガス精製設備1Aでは、温度維持手段は、熱交換器15に限らず、洗浄ガスの昇温を目的として、昇温用のスチームガスヒーター、電気ヒーター等の加熱器を用いることができる。 In the gas purification facility 1A described above, the temperature maintaining means is not limited to the heat exchanger 15, and a heater such as a steam gas heater or an electric heater for raising the temperature is used for the purpose of raising the temperature of the cleaning gas. it can.
さらに、本実施形態に係るガス精製設備1Aでは、石炭ガス化ガスの精製は、スクラバ10により湿式で石炭ガス化ガスを洗浄した後、脱硫装置20により乾式で硫黄化合物を除去することにより行われる。このように、最初に湿式で洗浄することにより、石炭ガス化ガスからは水溶性成分、凝縮性成分、粒子状成分の一部又は全量が除去されるため、後段の乾式処理手段は主にガス状不純物のみを対象にすれば良く、構成を簡素化することができる。 Further, in the gas purification facility 1A according to the present embodiment, the purification of the coal gasification gas is performed by washing the coal gasification gas by the scrubber 10 and then removing the sulfur compound by the desulfurization apparatus 20 in a dry manner. . As described above, since the water-soluble component, the condensable component, and a part or all of the particulate component are removed from the coal gasification gas by the wet cleaning first, the dry processing means in the latter stage is mainly a gas. It is sufficient to target only the impurities, and the configuration can be simplified.
また、スクラバ10により湿式で不純物が除去された後に、脱硫装置20により乾式でガス状不純物の一種である硫黄化合物が除去されるので、湿式処理手段としては、水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物を除去するスクラバ10でよい。即ち、従来のガス精製設備で必要であった冷却塔、洗浄塔、脱硫塔を削減して簡素な構成とし、圧力損失を低減することもできる。また、湿式処理手段における水蒸気の凝縮がないことから排水量は少なくなり、ガス精製設備(及びこれを含む発電システム全体)の排水を処理する施設の規模や構成をコンパクトにすることができる。 In addition, since the sulfur compound which is one kind of gaseous impurities is removed by the desulfurization apparatus 20 after the impurities are removed by the wet process by the scrubber 10, the wet processing means includes water-soluble impurities, condensable impurities and particles. A scrubber 10 that removes impurities can be used. That is, it is possible to reduce the pressure loss by reducing the cooling tower, washing tower, and desulfurization tower required in the conventional gas purification equipment. Further, since there is no condensation of water vapor in the wet treatment means, the amount of waste water is reduced, and the scale and configuration of the facility for treating the waste water of the gas purification equipment (and the entire power generation system including this) can be made compact.
以降、実施形態3〜5で、ガス精製設備の乾式処理手段の応用例を示す。 Hereinafter, Embodiments 3 to 5 show application examples of dry processing means of gas purification equipment.
〈実施形態3〉
図6には、本実施形態に係るガス精製設備1Bの概略構成を示してある。なお、実施形態2と同一のものには同一の符号を付し重複する説明は省略する。
<Embodiment 3>
FIG. 6 shows a schematic configuration of the gas purification facility 1B according to the present embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same thing as Embodiment 2, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
ガス精製設備1Bは、乾式処理手段として、ハロゲン除去装置21及び脱硫装置20が配置されている。 In the gas purification facility 1B, a halogen removing device 21 and a desulfurizing device 20 are arranged as dry processing means.
ハロゲン除去装置21は、石炭ガス化ガスに含まれるハロゲン化物と化学反応するハロゲン化物吸収剤を備える装置である。 The halogen removing device 21 is a device including a halide absorbent that chemically reacts with a halide contained in the coal gasification gas.
石炭ガス化ガスは、ハロゲン除去装置21でハロゲン化物が除去された後、脱硫装置20に導入されて硫黄化合物が除去され、精製ガスとなる。 The coal gasification gas is introduced into the desulfurization device 20 after the halide is removed by the halogen removal device 21, and the sulfur compound is removed to become a refined gas.
このように、除去対象のガス状不純物に対応して乾式処理手段を設けることで、スクラバ10で除去しきれなかった場合でもハロゲン化物を確実に除去することができる。 Thus, by providing the dry processing means corresponding to the gaseous impurities to be removed, the halide can be surely removed even when the scrubber 10 cannot complete the removal.
〈実施形態4〉
図7には、本実施形態に係るガス精製設備1Cの概略構成を示してある。なお、実施形態2と同一のものには同一の符号を付し重複する説明は省略する。
<Embodiment 4>
FIG. 7 shows a schematic configuration of a gas purification facility 1C according to the present embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same thing as Embodiment 2, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
ガス精製設備1Cは、乾式処理手段として、水銀除去装置22及び脱硫装置20が配置されている。 In the gas purification facility 1C, a mercury removal device 22 and a desulfurization device 20 are arranged as dry processing means.
実施形態1で説明したように水銀除去装置22は、水銀吸収剤を除去剤として用いて水銀を吸収して除去する装置である。水銀除去剤とは、銅系水銀除去剤、活性炭、その他の除去剤をいう。 As described in the first embodiment, the mercury removing device 22 is a device that absorbs and removes mercury using a mercury absorbent as a removing agent. Mercury removal agents refer to copper-based mercury removal agents, activated carbon, and other removal agents.
水銀除去装置22は、スクラバ10の下流と熱交換器15との間に配設されている。これにより、洗浄ガスが熱交換器15に入る前に水銀が除去される。 The mercury removing device 22 is disposed between the downstream of the scrubber 10 and the heat exchanger 15. Thus, mercury is removed before the cleaning gas enters the heat exchanger 15.
〈実施形態5〉
図8には、本実施形態に係るガス精製設備1Dの概略構成を示してある。なお、実施形態2と同一のものには同一の符号を付し重複する説明は省略する。
<Embodiment 5>
FIG. 8 shows a schematic configuration of a gas purification facility 1D according to the present embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same thing as Embodiment 2, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
ガス精製設備1Dは、スクラバ10(湿式処理手段)及び脱硫装置20(乾式処理手段)の他に、石炭ガス化ガスの供給源(図示せず)と熱交換器15との間に前置ハロゲン除去装置23が配設されている。 In addition to the scrubber 10 (wet processing means) and the desulfurization apparatus 20 (dry processing means), the gas purification facility 1D includes a pre-halogen between a coal gasification gas supply source (not shown) and the heat exchanger 15. A removing device 23 is provided.
前置ハロゲン除去装置23は、実施形態1又は2で説明したハロゲン除去装置21と同様の装置である。前置ハロゲン除去装置23は、スクラバ10に導入される石炭ガス化ガスに含まれる塩化水素を除去する。これにより、前置ハロゲン除去装置23からスクラバ10に至る間において、塩化アンモニウムの原料となる塩化水素を石炭ガス化ガスから除去することができる。 The pre-halogen removing device 23 is the same device as the halogen removing device 21 described in the first or second embodiment. The pre-halogen removing device 23 removes hydrogen chloride contained in the coal gasification gas introduced into the scrubber 10. Thereby, hydrogen chloride used as a raw material of ammonium chloride can be removed from the coal gasification gas during the period from the pre-halogen removing device 23 to the scrubber 10.
塩化アンモニウムの生成反応は約230℃以下で顕著に進行するため、石炭ガス化ガスに塩化水素とアンモニアを含む実施形態1では、熱交換器15の出口をその温度以上に保つ必要があった。 Since the production reaction of ammonium chloride proceeds remarkably at about 230 ° C. or less, in Embodiment 1 where the coal gasification gas contains hydrogen chloride and ammonia, the outlet of the heat exchanger 15 needs to be kept at the temperature or higher.
しかし、本実施形態に係るガス精製設備1Dでは、予め前置ハロゲン除去装置23により石炭ガス化ガスから塩化水素が除去されるので、スクラバ10により洗浄される前の石炭ガス化ガスにおける塩化アンモニウムが生成されない。 However, in the gas purification facility 1D according to the present embodiment, hydrogen chloride is previously removed from the coal gasification gas by the pre-halogen removal device 23, so that ammonium chloride in the coal gasification gas before being cleaned by the scrubber 10 is reduced. Not generated.
したがって、熱交換器15では、前置ハロゲン除去装置23で処理された石炭ガス化ガスを約230℃以下にすることができる。このため、熱交換器15で約230℃以下(例えば、約140℃)に石炭ガス化ガスを降温する際に回収した熱エネルギーを洗浄ガスの昇温に有効利用できる。 Therefore, in the heat exchanger 15, the coal gasification gas processed with the pre-halogen removal apparatus 23 can be made into about 230 degreeC or less. For this reason, the heat energy recovered when the coal gasification gas is lowered to about 230 ° C. or less (for example, about 140 ° C.) by the heat exchanger 15 can be effectively used for raising the temperature of the cleaning gas.
ガス精製設備1Dは、実施形態2に説明した石炭ガス化複合発電システムに適用した状態を想定してあるが、石炭ガス化ガス以外の他のガスを精製するものであってもよいし、精製ガスは燃料ガスとして用いられる以外の用途に適用されてもよい。 The gas refining equipment 1D is assumed to be applied to the combined coal gasification combined power generation system described in the second embodiment, but may purify other gases other than the coal gasification gas. The gas may be applied to uses other than that used as fuel gas.
〈他の実施形態〉
上述した実施形態2〜実施形態5では、可燃成分を含むガスとして石炭ガス化ガスを例示して説明したが、本発明に係るガス精製設備は、石炭ガス化ガスを精製する場合に限らない。即ち、ガスとしては、石炭、重質油、バイオマス、廃棄物、ゴミ固形燃料(Refuse Derived Fuel、RDF)、古紙と廃プラスチックからなる固形燃料(Refuse Paper and Plastic Fuel、RPF)等のガス化ガスを精製することができる。また、本発明に係るガス精製設備は、化学プラントで副生されるオフガスや原油の精製時に副生されるオフガスも精製することができる。
<Other embodiments>
Although Embodiment 2-Embodiment 5 mentioned above illustrated and demonstrated coal gasification gas as gas containing a combustible component, the gas purification equipment which concerns on this invention is not restricted to the case where coal gasification gas is refine | purified. That is, gas includes gas, such as coal, heavy oil, biomass, waste, solid waste fuel (Refuse Delivered Fuel, RDF), solid fuel made of waste paper and waste plastic (Refuse Paper and Plastic Fuel, RPF), etc. Can be purified. Moreover, the gas purification equipment according to the present invention can also purify off-gas produced as a by-product in a chemical plant and off-gas produced as a by-product during the purification of crude oil.
本発明は、可燃成分を含むガスを精製する産業分野や該精製ガスを用いて発電等を行う産業分野で利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in an industrial field for purifying a gas containing a combustible component and an industrial field in which power generation or the like is performed using the purified gas.
I 石炭ガス化複合発電システム
1、1A、1B、1C、1D ガス精製設備
2 石炭ガス化設備
2A 石炭ガス火炉
3 集塵装置
4 複合発電設備
10 スクラバ
15 熱交換器
20 脱硫装置
21 ハロゲン除去装置
22 水銀除去装置
23 前置ハロゲン除去装置
40 ガスタービン
50 煙突
60 排熱回収ボイラ
70 蒸気タービン
80 発電機
100,110 水蒸気
200 水溶性不純物、凝縮性不純物及び粒子状不純物
210 ガス状不純物
I Coal gasification combined power generation system 1, 1A, 1B, 1C, 1D Gas refining equipment 2 Coal gasification equipment 2A Coal gas furnace 3 Dust collector 4 Combined power generation equipment 10 Scrubber 15 Heat exchanger 20 Desulfurization equipment 21 Halogen removal equipment 22 Mercury removal device 23 Pre-halogen removal device 40 Gas turbine 50 Chimney 60 Waste heat recovery boiler 70 Steam turbine 80 Generator 100, 110 Water vapor 200 Water-soluble impurities, condensable impurities and particulate impurities 210 Gaseous impurities
Claims (8)
前記湿式処理手段で洗浄されたガスである洗浄ガスに含まれる水蒸気を凝縮させることなく前記湿式処理手段で除去されないガス状不純物を除去剤で除去又は低減する乾式処理手段とを備えることを特徴とするガス精製設備。 Wet processing means for cleaning a gas containing a combustible component in a wet manner to remove or reduce water-soluble impurities, condensable impurities and particulate impurities in the gas;
A dry processing means for removing or reducing gaseous impurities that are not removed by the wet processing means without condensing water vapor contained in the cleaning gas, which is a gas cleaned by the wet processing means, with a remover. Gas purification equipment.
前記湿式処理手段から前記乾式処理手段に前記洗浄ガスが導入される際に、前記洗浄ガスの温度を、前記洗浄ガスに含まれる水蒸気が凝縮しない温度に維持する温度維持手段とを備えることを特徴とするガス精製設備。 In the gas purification facility according to claim 1,
A temperature maintaining means for maintaining the temperature of the cleaning gas at a temperature at which water vapor contained in the cleaning gas is not condensed when the cleaning gas is introduced from the wet processing means into the dry processing means. Gas purification equipment.
前記乾式処理手段は、前記除去剤として硫黄化合物と化学反応する金属酸化物系脱硫剤を備える脱硫装置を含むことを特徴とするガス精製設備。 In the gas purification equipment according to claim 1 or 2,
The gas purification equipment characterized in that the dry processing means includes a desulfurization apparatus including a metal oxide desulfurization agent that chemically reacts with a sulfur compound as the removal agent.
前記乾式処理手段は、前記除去剤としてハロゲン化物と化学反応するハロゲン化物吸収剤を備えるハロゲン除去装置を含むことを特徴とするガス精製設備。 In the gas purification equipment according to claim 1 or 2,
The gas purification equipment characterized in that the dry processing means includes a halogen removing device including a halide absorbent that chemically reacts with a halide as the removing agent.
前記乾式処理手段は、前記除去剤として水銀を吸収する水銀吸収剤を備える水銀除去装置を含むことを特徴とするガス精製設備。 In the gas purification equipment according to claim 1 or 2,
The gas purification facility, wherein the dry processing means includes a mercury removing device including a mercury absorbent that absorbs mercury as the removing agent.
前記湿式処理手段による前記ガスの洗浄に先だって、前記ガスからハロゲン化物が除去されるように、ハロゲン化物と化学反応するハロゲン化物吸収剤を備える前置ハロゲン除去装置が配置されていることを特徴とするガス精製設備。 In the gas purification facility according to any one of claims 1 to 5,
Prior to the cleaning of the gas by the wet processing means, a pre-halogen removal device including a halide absorbent that chemically reacts with the halide is disposed so that the halide is removed from the gas. Gas purification equipment.
前記ガス供給源からのガスを精製する請求項1〜請求項6の何れか一項に記載するガス精製設備と、
前記ガス精製設備で精製された燃料ガスを燃焼することで動力を得るガスタービンと、
前記ガスタービンからの排気の熱で発生した蒸気により動力を得る蒸気タービンとを備えることを特徴とする発電システム。 A gas source from which the gas is produced;
The gas purification equipment according to any one of claims 1 to 6, wherein the gas from the gas supply source is purified.
A gas turbine that obtains power by burning the fuel gas purified by the gas purification facility;
A power generation system comprising: a steam turbine that obtains power by steam generated by heat of exhaust gas from the gas turbine.
前記ガス供給源は、石炭の反応により石炭ガス化ガスを製造して前記ガス精製設備に供給する石炭ガス化設備であることを特徴とする発電システム。 The power generation system according to claim 7,
The power generation system according to claim 1, wherein the gas supply source is a coal gasification facility that produces coal gasification gas by a reaction of coal and supplies the gas to the gas purification facility.
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