JCOAL平成26年度第１回勉強会 乾式脱硫脱硝技術 （ReACT :Regenerative Activated Coke Technology） ２０１４年 ６月２５日 ジェイパワー･エンテック株式会社 エンジニアリングセンター 井原 公生 1 JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 内 容 １．JP-EｎTech/ジェイパワー･エンテック(株)について ２．乾式脱硫脱硝技術（ReACT） 2.1 技術開発の経緯と取組状況 2.2 乾式脱硫脱硝技術の特色 2.3 納入実績紹介 ３．まとめ JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 2 １．ジェイパワー･エンテック(株)の概要 2005年3月 ジェイパワー・エンテック㈱設立 (出資 J-POWER 100%) 2005年4月 J-POWERが三井鉱山㈱の乾脱エンジニアリング部門を吸収 2005年6月 J-POWERと三井鉱山㈱がJM活性コークス㈱を設立 (出資 J-POWER 51% 三井鉱山 49%) JM活性コークス㈱が三井鉱山㈱より活性コークス製造事業を 営業譲渡 2007年 活性コークスを利用した排ガス処理技術のうち、ジェイパワー・ エンテック社の乾式排煙処理技術のことを「ＲｅＡＣＴ」と登録商標 注記 1) 三井鉱山→日本コークス工業(NCE）に社名変更 2) JMAC社出資比率 ＪＰ：90% NCE:10% に変更 3 JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 ジェイパワー・エンテック㈱ 乾式脱硫脱硝の 設備設計、エンジニアリング 設立： 2005年3月 株主： J-POWER(100％) 活性コークスの 製造・販売 統合エンジニアリング JM活性コークス㈱ 設立：2005年5月 株主： J-POWER(90％) ＮＣＥ(10％) 乾式脱硫脱硝技術の 実証・安定運用 J-POWER(電源開発㈱) 活性コークス製造プラント（北九州） J-POWER 磯子火力発電所2号機 4 JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 内 容 １．JP-EｎTech/ジェイパワー･エンテック(株)について ２．乾式脱硫脱硝技術（ReACT） 2.1 技術開発の経緯と取組状況 2.2 乾式脱硫脱硝技術の特色 2.3 納入実績紹介 ３．まとめ JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 5 2. ReACTの概要（Regenerative Activated Coke Technology） ReACTは、活性コークス（AC：Activated Coke）を利用して工場等の排ガスを クリーンにする技術であり、水をほとんど使用せず、脱硫、脱硝、脱塵、ダイオキ シン、水銀除去など複数種の微量汚染物質を一括処理する特徴を有している。 ReACTは、吸着工程、再生工程、副生品回収工程の３つの基本プロセスから 成り立っている。 < 吸着工程 > < 再生工程 > < 副生品回収工程 > AC AC 再生塔 *1 * 2 NH3 SO2 リッチガス 脱硫塔 排ガス 清浄ガス 煙 突 通風機 AC 貯層 副生品回収装置 オフガス *3 *2 空気 活性コークス(AC) 燃料 熱風炉 AC 副生品 ダスト、AC粉 篩分機 JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 *3 6 *1 2.1 技術開発の経緯と取組状況 1970年代頃 1980年代頃 1990年代頃 排煙脱硫技術 の開発 脱硫・脱硝技術 の開発 ダイオキシン対策 硫黄酸化物(SOx)の排出規制 1968 K値規制（第一次規制） 1974 SOｘの総量規制 排煙脱硫装置の開発 1966 通産省 大型工業技術研究開発 1970 実用装置稼働 1970代頃の主な開発中の脱硫プロセス 脱硫プロセス 湿式 乾式 吸収剤又は吸着剤 副生物（処理） 石灰石-石膏法 石灰石 石膏 Reinluft法（ドイツ） 褐炭半成コークス 硫酸 水洗脱着活性炭法 活性炭 硫酸 BF(Bergbau-Forshung)法（ドイツ） 活性コークス 硫酸 【参考文献】河添邦太朗、「燃焼排ガスの脱硫プロセスについて」（1968） JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 7 2.1 技術開発の経緯と取組状況 図2.1 Reinluft法（ドイツ） 図2.2水洗脱着活性炭法 【出典】河添邦太朗、「燃焼排ガスの脱硫プロセスについて」（1968） JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 2.1 技術開発の経緯と取組状況 1970年代頃 1980年代頃 1990年代頃 排煙脱硫技術 の開発 脱硫・脱硝技術 の開発 ダイオキシン対策 窒素酸化物(NOx)の排出規制 1973 排出基準（第一次規制） 1982 NOｘの総量規制 排煙脱硝装置の開発 1970頃 アンモニア接触還元法(SCR)研究盛ん 1970後半 実用化 三井-BF式乾式同時脱硫脱硝プロセスの開発 1980 旧・三井鉱山がBF社と技術提携し、乾式脱硫脱硝技術の開発開始 198１ パイロットテスト（1,000m3N/h）実施 活性コークス製造パイロットプラント（0.5t/日）運転開始 1984 自家発用ボイラ（30,000m3N/h）に実証機を納入 1987 重質油接触分解装置の排ガス処理装置として実用化１号機を納入 1995 JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 乾式脱硝装置としてJパワー竹原火力発電所2号機（ＦＢＣボイラー、 350MW） に大型石炭火力向け1号機を納入。 9 2.1 技術開発の経緯と取組状況 1970年代頃 1980年代頃 1990年代頃 排煙脱硫技術 の開発 脱硫・脱硝技術 の開発 ダイオキシン対策 ダイオキシン類の排出規制 1998 廃棄物焼却炉のばいじん規制強化 1999 ﾀﾞｲｵｷｼﾝ類対策特別措置法 三井-BF式乾式同時脱硫脱硝プロセス→ReACTの開発 1990後半 ダイオキシン除去試験実施 2000頃 都市ごみ焼却炉、焼結炉へ納入 2005 2007 2009 2009 2013 ジェイパワー・エンテック社設立 ReACT登録商標 乾式脱硫装置としてJパワー磯子火力発電所新2号機（USC、600MW）に納入 米国環境設備メーカのHamon Research-Cottrell, Inc（HRC社）と技術提携 HRC社が米国内発電所向けにReACTを初受注 10 JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 2.2 湿式脱硫と乾式脱硫の脱硫反応比較(1/2) Boiler Desin Temp. :3 Desin Press. SCR ＡＨ 脱硝 装置 空気 予熱器 Non-leak GGH 1. 湿式脱硫システム例 ESP 電気集塵器 FG D 脱硫 装置 Stack 79 C 脱硫排水処理 放流 2. 湿式石灰石－石膏法排煙脱硫装置の脱硫反応 ［吸収］ SO2 + H2O → H2SO3 CaCO3 + 2H2SO3 → Ca2 +＋2HSO3－+H2O+CO2↑ [石膏製造] SO42－ + H2SO3 2HSO3－ + 1/2O2 → 2HSO3－ + O2 → 2SO42－ + 2H + CaCO3 + 2H+ → Ca2 + + H2O + CO2↑ Ca2+ +SO42－ + 2H2O → CaSO4・2H2O ↓ 湿式脱硫装置の進展：スーツ分離方式→スーツ混合方式→塔内酸化方式 11 JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 2.2 湿式脱硫と乾式脱硫の脱硫反応比較(2/2) 1. 乾式脱硫システム例 ReACT 2. 乾式脱硫装置の脱硫反応 脱硫反応のイメージ ① NH3の注入無し SO2 + 1/2O2 + H2O → H2SO4 ② NH3の注入有り SO2 + 1/2O2 + H2O+ NH3 → NH4HSO4 SO2 + 1/2O2 + H2O+ 2NH3 → (NH4)2SO4 O2 SO2 H2O O2 H2O SO2 O O2 O SO3 SO2 O2 H2O O O H2O O2 O H2SO4 活性コークス 12 JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 2.2 活性コークスと活性炭の比較(1/2) 項 目 比表面積 [m2/g] 機械的強度 [ % ] 着火点 [℃] SO2 吸着量 [mg-SO2/g-AC] 初期脱硝性能 [ % ] 活性コークス 活性炭 150 - 300 700 - 1,000 > 95 > 380 60 - 120 Fresh:45-55 Used:80-85 70 - 85 250 – 300 100 - 150 Fresh:10-40 Used:50-60 活性コークス製造フロー 原料炭 乾燥 破砕 混練 成型 乾留 賦活 13 JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 2.2 活性コークスと活性炭の比較(2/2) 脱硝率 (%) SO2吸着能 (mg-SO2/g) 【出典】K.Tuji and I. Shiraishi、「Combined desulfurization and reduction of air toxics using activated cike」,FUEL（1997） BET比表面積 (m2/g) 図2.3 活性コークスと活性炭のSO2吸着能と 比表面積の関係（新品vs使用品） 図2.4 活性コークスの元素組成と脱硝率の関係 14 JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 2.2 ＲｅＡＣＴ 主要反応のメカニズム(1/2) 脱硫反応機構 ① NH3の注入無し SO2 + 1/2O2 + H2O → H2SO4 ② NH3の注入有り SO2 + 1/2O2 + H2O+ NH3 → NH4HSO4 SO2 + 1/2O2 + H2O+ 2NH3 → (NH4)2SO4 脱硝反応機構 再生反応 ACは400-500℃にて加熱再生 H2SO4 +1/2C→ SO2 +1/2CO2+H2O NH4HSO4→SO2+1/3N2+1/3NH3+2H2O 脱硝反応のイメージ ① SCR脱硝※ NO + NH3 +1/402 → N2 + 3/2H2O ② 窒素官能基による脱硝(Non-SCR) NO + NHxO-AC → N2 + H2O + OH-AC ※ACが金属触媒と同様に作用 15 JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 ダイオキシン除去 ダイオキシン類は、吸着塔でACに吸着され、 再生塔で400〜500℃で加熱再生される時に 99％以上分解される。 re Po soMe Macro-Pore 2.2 ＲｅＡＣＴ 主要反応のメカニズム(2/2) DXNsの分解(無害化) Micro-Pore 再生時に分解 →99%以上 : Dioxins 水銀除去 水銀は、吸着塔でACに吸着される。 反応式は右記のとおり。 Hg0 → Hg0* HgCL → HgCL* HgCL2 → HgCL2* Hg + H2SO4* → HgSO4* Hg + 1/2O2 → HgO* HgO* + H2SO4* → HgSO4* ( *:吸着反応） 16 JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 2.2 ＲｅＡＣＴ プロセス (2) ２塔方式 (1) １塔方式 コンベヤ 副生品 回収装置 コンベヤ 副生品 回収装置 排ガス出口 排ガス出口 脱硝塔 排ガス入口 脱硫塔 AC貯槽 排ガス入口 AC貯槽 脱硫塔 コンベヤ 篩分機 コンベヤ 篩分機 17 JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 2.2 ReACT 鳥 瞰 図 18 JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 2.2 ReACT 運用実績 19 JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 2.2 ReACTの特徴 複数の汚染物質の同時除去が可能 本技術による排煙処理は、SO2の除去（回収）、窒素酸化物 の分解 （無害化）、集じん、微量物質の水銀、ダイオキシン等 の複数の汚染物質を一括処理できる。 低温での脱硝が可能 用水の使用量が少ない（1/10以下に節水） 副産物（硫酸／石膏／単体硫黄）は選定可能で化学 工業との連携が可能 以上の特徴から、結果的に次のメリットが得られる。 所要敷地面積削減 省エネ 水資源の節約 20 JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 2.3 ReACT納入実績（三井-BF式を含む） ・ 国内14基、国外2＋(1)基 プラント （国名） 排ガスの種類 1 A（日本） 石炭燃焼ボイラー 排ガス量(mN3/h) [出力(MW）] 30,000 2 B （日本） 重質油接触分解装置 3 C （ドイツ） 石炭燃焼ボイラー 4 D （ドイツ） 5 運転開始 副生成物 10 / 84 単体硫黄 236,000 4 / 87 単体硫黄 451,000 7 / 88 硫酸 659,000 7 / 88 硫酸 石炭燃焼ボイラー 323,000 8 / 89 硫酸 E （日本） ごみ焼却炉 32,000 12 / 94 ― 6 J-POWER（日本） FBCボイラー(竹原2号機) 1,163,000 [350] 7 / 95 ― 7 F （日本） 重油ボイラー 457,000 8 / 99 硫酸 8 G （日本） 都市ごみ焼却炉 19,200 6 / 00 ― 9 H （日本） ごみ焼却灰セメントキルン 108,000 2 / 01 ― 10 I （日本） 焼結炉 1,100,000 11 / 01 硫酸 11 J （日本） 焼結炉 1,700,000 3 / 02 硫酸 12 K （日本） 焼結炉 1,100,000 2 / 03 石膏 13 L （日本） 焼結炉 1,100,000 12 / 02 石膏 14 Ｍ（日本） 都市ごみ焼却炉 72,000×2系 1 / 07 ― 15 Ｎ （日本） 焼結炉 1,023,700 1/09 石膏 16 J-POWER(日本） 石炭燃焼ボイラー(磯子2号) 1734,000 [600] 7/09 硫酸 17 O（米国）ライセンス 石炭燃焼ボイラー 1,400,000 10/16 硫酸 21 JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 ３. まとめ 「エネルギー白書2014」より抜粋 ◆ エネルギーセキュリティの向上やエネルギーコストの削減、環境負荷低減 の観点から、石炭や天然ガス等の化石燃料の高度利用は重要な課題です。 中でも石炭については、温室効果ガスの排出量が大きいという問題がありま すが、地政学的リスクが化石燃料の中で最も低く、熱量当たりの単価も化石 燃料の中で最も安いことから、安定供給性や経済性に優れた重要なベースロ ード電源の燃料として再評価されており、高効率石炭火力発電の有効利用等 により環境負荷を低減しつつ活用していくエネルギー源です。 本技術(ReACT)は ①石炭を原料とした活性コークスを利用（石炭の高度利用） ②石炭燃焼排ガス中のＳＯｘ、ＮＯｘ、ばいじんに加え、ダイオキシン、水銀な ど複数種の微量汚染物質を一括処理する優れた環境性能を有している。 ③湿式脱硫と比較し、用水の使用量を1/10以下に節水し、かつ、排ガスの再 加熱が不要であり、結果として、所要敷地面積削減と省エネが得られる。 以上から、JPエンテックはReACT事業を推進することで、世界の水・大気環境 保全とエネルギー安全保障に貢献していきたいと考える。 22 JCOAL 勉強会, 2014. 6.25 23 JCOAL 勉強会, 2014. 6.25
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