特許 5938346 気液接触方法および気液接触装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5938346

(24)【登録日】2016年5月20日

(45)【発行日】2016年6月22日

(54)【発明の名称】気液接触方法および気液接触装置

(51)【国際特許分類】

   B01J 10/00 20060101AFI20160609BHJP

   B01F 3/04 20060101ALI20160609BHJP

   B01F 5/00 20060101ALI20160609BHJP

   B01D 47/06 20060101ALI20160609BHJP

   B01D 53/50 20060101ALI20160609BHJP

   B01D 53/58 20060101ALI20160609BHJP

   B01D 53/68 20060101ALI20160609BHJP

   B01D 53/56 20060101ALI20160609BHJP

   B01D 53/64 20060101ALI20160609BHJP

   B01D 53/46 20060101ALI20160609BHJP

   B01D 53/72 20060101ALI20160609BHJP

【ＦＩ】

   B01J10/00 103

   B01F3/04 ZZAB

   B01F5/00 F

   B01D47/06 A

   B01D53/50 200

   B01D53/58

   B01D53/68 120

   B01D53/56 200

   B01D53/64 100

   B01D53/68 220

   B01D53/46

   B01D53/72 200

【請求項の数】2

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-529643(P2012-529643)

(86)(22)【出願日】2011年8月22日

(86)【国際出願番号】JP2011069364

(87)【国際公開番号】WO2012023634

(87)【国際公開日】20120223

【審査請求日】2014年7月25日

(31)【優先権主張番号】特願2010-200319(P2010-200319)

(32)【優先日】2010年8月20日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】502432637

【氏名又は名称】株式会社アネモス

(74)【代理人】

【識別番号】110000925

【氏名又は名称】特許業務法人信友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小嶋 久夫

【審査官】 増田 健司

(56)【参考文献】

【文献】 特開平７−２８４６４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１８５５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１７０４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３８９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第５８５３７８２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第４６７４８８８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０２４８０４９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１１３２８８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０１６２８２０８（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開平１０−８０６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−６３３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平１１−５０７８７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｊ １０／００

Ｂ０１Ｄ ４７／０６

Ｂ０１Ｄ ５３／４６

Ｂ０１Ｄ ５３／５０

Ｂ０１Ｄ ５３／５６

Ｂ０１Ｄ ５３／５８

Ｂ０１Ｄ ５３／６４

Ｂ０１Ｄ ５３／６８

Ｂ０１Ｄ ５３／７２

Ｂ０１Ｆ ３／０４

Ｂ０１Ｆ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

気体と液体とを接触させる気液接触方法であって、
筒状の容器内の上流側にその長手方向を鉛直にして第１の気液接触部を配置し、
前記第１の気液接触部の下流側にその長手方向を鉛直にして第２の気液接触部を配置し、
前記第１の気液接触部と前記第２の気液接触部との間に気体の速度を高速度から低速度に変化させる空間部を配置し、
前記第１の気液接触部の上流側及び前記第２の気液接触部の上流側に液体散水手段を各々に配置し、
前記第１の気液接触部と前記第２の気液接触部に多孔が形成された螺旋状の羽根体を有する静止型流体混合器を各々に配置し、
前記第１の気液接触部を通流する気体速度は１５〜１５０ｍ／ｓの範囲であり、
前記第２の気液接触部を通流する気体速度は５〜１５ｍ／ｓの範囲であり、
前記気体と前記液体は前記容器内を上流側である上方から下流側である下方に並流で前記第１の気液接触部および前記第２の気液接触部を通流して接触・混合させることを特徴とする
気液接触方法。

【請求項2】

筒状の容器内の上流側にその長手方向を鉛直にして配置された、多孔が形成された螺旋状の羽根体を有する静止型流体混合器が配置された第１の気液接触部と、
前記第１の気液接触部の下流側にその長手方向を鉛直にして配置された、多孔が形成された螺旋状の羽根体を有する静止型流体混合器が配置された第２の気液接触部と、
前記容器内の前記第１の気液接触部の上流側に設けられた気体導入手段及び第１の液体散水手段と、
前記第１の気液接触部の下流側であって前記第２の気液接触部の上流側に形成され、前記気体導入手段により導入された気体の速度を高速度から低速度に変化させる空間部と、
前記空間部に設けられた第２の液体散水手段と、
前記第２の気液接触部の下方に設けられた、液体と気体とを分離して前記分離された液体を落下させるための分離落下部と、
排気管とブロワーを介して前記容器外に気体を排出する気体排出手段と、
前記容器内の下流側に設けられた液体が溜まる貯留部と、
循環ポンプを介して前記貯留部の液体を第１及び第２の液体散水手段に供給する液体供給配管と、
前記貯留部に新液を適宜補充する新液供給手段と、
前記貯留部の液体を前記容器外に適宜排出する抜出しポンプと、
を備えていること
を特徴とする気液接触装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気液接触方法および気液接触装置に関する。本発明の方法は、筒状の容器の上流側に螺旋状の羽根体を内設した第１の気液接触部を配置し、前記第１の気液接触部の下流側に螺旋状の羽根体を内設した第２の気液接触部を配置し、前記第１の気液接触部および第２の気液接触部の上方（上流側）に散水ノズルを配置し、前記容器の上流部から加圧または減圧された異種物質を含む気体を導入し、散水ノズルから加圧された液体を供給し、前記第１の気液接触部および第２の気液接触部を気体と液体とを並流で上流側から下流側へ第１の気液接触部では高速度および第２の気液接触部では低速度で通流させて接触・混合させることを特徴とする気液接触方法である。この気液接触方法による気液接触装置は、気体中の異種物質を液体中に物質移動させるための装置、たとえばガス吸収装置，気液反応装置および集塵装置など広い用途を有する。

【背景技術】

【0002】

従来、気液接触装置たとえばガス吸収装置には、充填塔や棚段塔などの装置があるが、フラディング現象が発生するために塔内ガス速度に制限がある。その為に塔径が大きくなり、設備費が高価になる。また、粉塵が気体中に含有していると目詰まりや閉塞などが発生して操業が停止される。さらに、１μｍ以下の微細な粒子、たとえばＺｎＯ，ＳｉＯ_２粉末などのサブミクロン粒子の集塵効率は低いのが実情である。更に又、集塵装置としてはベンチュリスクラバーが知られているが、粉粒体がサブミクロン粒子になるほど高圧力損失（例えば３〜２０ｋＰａ）になり、動力費が高価になる。また、ガス速度は４０〜１５０ｍ／ｓと高速度のために、気液接触時間が短いので、高濃度のガス吸収操作に利用することは不適当である。更に、電気集塵装置の場合は、設備費，運転費および設置面積が広大になる等の欠点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平７−２８４６４２号公報

【特許文献2】再公表特許ＷＯ２００５／０７７５０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したように、従来のガス吸収装置は、サブミクロン粒子の集塵効率は低く、また、集塵装置（例えばベンチュリスクラバー）は高い圧力損失（例えば３〜２０ｋＰａ）を必要とし、また、気液接触時間が短いためにガス吸収効率は低かった。その為にベンチュリスクラバーの下流側に充填塔などのガス吸収装置が配置されていた。

【0005】

例えば、特許文献１および特許文献２に記載の静止型流体混合器を利用した気液接触装置はサブミクロン粒子の集塵効率が低いという問題点があった。

【0006】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、サブミクロン粒子の集塵効率およびガス吸収効率の高性能化を達成させる気液接触方法および気液接触装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の気液接触方法は、筒状の容器内の上流側にその長手方向を鉛直にして第１の気液接触部を配置し、第１の気液接触部の下流側にその長手方向を鉛直にして第２の気液接触部を配置し、第１の気液接触部と第２の気液接触部との間に気体の速度を高速度から低速度に変化させる空間部を配置し、第１の気液接触部の上流側及び第２の気液接触部の上流側に液体散水手段を各々に配置し、第１の気液接触部と第２の気液接触部に多孔が形成された螺旋状の羽根体を有する静止型流体混合器を各々に配置し、第１の気液接触部を通流する気体速度は１５〜１５０ｍ／ｓの範囲であり、第２の気液接触部を通流する気体速度は５〜１５ｍ／ｓの範囲であり、気体と液体は容器内を上流側である上方から下流側である下方に並流で第１の気液接触部および第２の気液接触部を通流して接触・混合させることを特徴とするものである。

【0008】

本発明の気液接触方法によれば、気体と液体とは並流で第１の気液接触部内を高速度（例えば１５〜１５０ｍ／ｓ）で通流し、生成される微細な水滴と排ガス中のサブミクロン粒子とを接触・混合し、サブミクロン粒子は増湿，増粒して液体中に集塵される。さらに、第２の気液接触部内を低速度（例えば５〜１５ｍ／ｓ）で通流して増湿，増粒されたサブミクロン粒子と洗浄液とを接触混合して集塵効率およびガス吸収効率を向上させる。

【発明の効果】

【0009】

本発明の気液接触方法によれば、気液接触塔の上部に第１の気液接触部を、下部に第２の気液接触部を配置し、第１の気液接触部は、ガス速度は１５〜１５０ｍ／ｓ，ガス圧力はゲージ圧１〜３０ｋＰａで使用され、第２の気液接触部は、ガス速度５〜１５ｍ／ｓ，ガス圧力はゲージ圧０．１〜１０ｋＰａで使用される。本発明の気液接触方法により、気体中のサブミクロン粒子を高効率で集塵できる集塵装置およびガス吸収装置を提供する。

【発明を実施するための最良の形態】

【0010】

以下、本発明に係る気液接触方法による気液接触装置を実施するための実施の形態について、図面を参照して説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。

【0011】

＜第１実施形態＞
まず、本発明に係る気液接触装置の実施形態について説明する。

【0012】

図１は、本発明の実施形態に係る気液接触装置１の概略構成図を示したものである。図１に示すように、本実施の形態に係る気液接触装置１は、容器２と、第１の気液接触部３と、第２の気液接触部４と、第１の液体散水手段５と、第２の液体散水手段６と、液体供給手段７と、気体導入手段８と、気体排出手段９と、液体排出手段１０と、新液供給手段１１と、液体貯留部１２と、を備えている。

【0013】

本実施の形態においては、第１の気液接触部３および第２の気液接触部４は螺旋状の羽根体を有する静止型流体混合器１３および１４を、密閉された処理容器２内にその長手方向を鉛直にして配置する。この場合に、容器２内の第１の気液接触部３の上流側には気体導入手段８と第１の液体散水手段５が設けられ、第１の気液接触部３の下流側には、空間部１５を形成し，第２の液体散水手段６と第２の気液接触部４とが設けられ、第２の気液接触部４の下方には液体と気体を分離し、液体を落下させるための空間である分離落下部１６および排気管１７とブロワー１８を介して容器２外に気体を排出する気体排出手段９とが設けられ、容器２内の下部には、液体が溜まる貯留部１２が設けられている。また、貯留部の液体を循環ポンプ１９を介して第１および第２の液体散水手段５，６に液体を供給する液体供給配管２０が設けられている。更に、貯留部１２に新液を適宜補充する新液供給手段１１が設けられている。更に又、貯留部１２の液体を容器２外に適宜排出する抜出しポンプ２１が設けられている。

【0014】

本実施形態では、第１の気液接触部３の上流側からサブミクロン粒子を含有する気体と散水ノズル２２を介して液体とを供給・噴霧し、第１の気液接触部３内を気体速度１５〜１５０ｍ／ｓで通流する。噴霧された液体はさらに微細化される。この微細化された水滴とサブミクロン粒子は接触して、サブミクロン粒子は増湿，増粒される。増湿，増粒された粒子を含有する気体と第２の液体散水手段６を介して散水ノズル２３に供給される液体とは第２の気液接触部４内を気体速度５〜１５ｍ／ｓで通流し、接触・混合する。気体中のサブミクロン粒子は液体中に集塵される。また、気体中のＨＣｌ，ＮＨ_３，ＳＯｘなどはほぼ気液平衡値で物理吸収および化学反応吸収をして、気体を清浄化することができる。

【0015】

上述した本発明に係る気液接触装置は、石炭火力発電所，ゴミ焼却炉などから排出されるＳＯｘ，ＮＯｘ，ＨＣｌ，Ｈｇおよびダストなどの排ガス処理，溶鉱炉，溶解炉を使用する金属、非金属などの精錬業におけるダスト，ＳＯｘ，ＮＯｘなどの排ガス処理，合成石英・光ファイバー製造業におけるＳｉＯ_２，ＳｉＣｌ_４，ＨＣｌ，ＴｉＣｌ_４，ＳｉＦ_４などおよび半導体製造業における（Ｃ_２Ｈ_３）_３Ａｌ，（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｇａ，Ｈ_２Ｓｅ，ＳｉＨ_４，Ｓｉ_２Ｈ_６，Ｂ_２Ｈ_６などの排ガス処理などに適用することができる。

【0016】

なお、本発明に係る気液接触装置は、上述の形態に限定されるものではなく、材料、構成などにおいて本発明の構成を逸脱しない範囲において種々の変形，変更が可能であることはいうまでもない。特に、散水ノズル２２，２３の噴射方向は、下向き、上向きのどちらでも適宜選択使用することができる。また、散水ノズルの配置位置は気液接触部３，４の下方に配置してもよい。更に、第１の気液接触部３を形成する螺旋状の羽根体を有する静止型流体混合器の構成材料は耐耗性の材料を適宜選択使用することができる。更に又、水分によるダスト付着防止のために気体導入管をシールガスで２重，３重にして気体導入手段８を改良し、選択使用してもよい。

【0017】

次に、本実施形態に係る気液接触装置を用いて行った実験結果について説明する。

【0018】

＜実験例１＞
以下に、本発明の実施例に係る気液接触装置の集塵効率及び吸収効率を評価する目的で、気液接触装置を排ガス中のＳｉＯ_２などのサブミクロンダストの集塵（除塵）及びＨＣｌガスの物理吸収に利用した場合の測定結果を表１に示す。

【0019】

このとき、処理容器２内へ供給される処理排ガス量（ｍ^３／ｍｉｎ）、第１および第２の気液接触部のガス流入速度（ｍ／ｓ）及び装置へ提供される洗浄液の量（ｍ^３／ｈｒ）を一定にし、気液接触装置１入口及び気液接触装置の排気管１７出口におけるダスト濃度（ｍｇ／Ｎｍ^３）及びＨＣｌガス濃度（ｐｐｍ）を測定した。

【0020】

測定に使用する気液接触装置は、第１の気液接触部３に配置する静止型流体混合器１３として２つのミキシングエレメント（不図示）を直列に鉛直方向に配置して構成した。また、各々のミキシングエレメント（不図示）は、円筒体の内径が１００ｍｍ、円筒体の高さが１００ｍｍであって、羽根部は、各々螺旋状に約９０°右回転又は左回転に捩じられた６枚の羽根体で構成されているものを使用した。また、羽根体は多孔板で形成されており、孔（不図示）の直径が２０ｍｍであって、孔部の総開口面積が、羽根体の表面積に対して約４０％となるものを使用した。液体供給手段７から散水ノズル２２内に供給される洗浄液の量は、容器２の気体導入管から導入される処理排ガス量に対して約０．００５容積％に設定した。

【0021】

また、第２の気液接触部４に配置する静止型流体混合器１４として４つのミキシングエレメント（不図示）を直列に配置して構成した。

【0022】

また、各々のミキシングエレメント（不図示）は円筒状の内径が２００ｍｍ、円筒体の高さが１５０ｍｍであって羽根部は各々螺旋状に約９０°右回転又は左回転に捩じられた１２枚の羽根体で構成されているものを使用した。また、羽根体は多孔板で形成されており、孔の直径が１０ｍｍであって、孔部の総開口面積が羽根体の表面積に対して約２０％となるものを使用した。更に、液体供給手段７から散水ノズル２３内に供給される洗浄液の量は、気体導入管から導入される処理排ガス量に対して約０．０１容積％に設定した。また、ミキシングエレメントは本願発明者が出願している特開平７−２８４６４２号および特願２００５−５１７８６１号に開示されているミキシングエレメントを適宜選択使用される。

【0023】

なお、上部散水ノズル２２及び下部散水ノズル２３から供給される洗浄液量の割合および噴霧方向は、処理排ガス中のガス組成，濃度及びダストの種類，濃度，粒子径等により適宜選択使用される。

【0024】

本発明に係る気液接触装置による実験結果は次の表１のようになる。

【表1】

【0025】

従来技術の気液接触装置と本発明の装置との運転条件を比較してみると、次の表２のようになる。

【表2】

【0026】

表１の結果および表２より、本発明の気液接触装置は、従来技術の充填塔，ベンチュリスクラバーと比較して、いずれの運転条件においても、集塵効率，ガス吸収効率ともに優れていることが判明した。

【0027】

なお、本発明に係る気液接触装置は、上述の各形態に限定されるものではなく、その他材料，構成等において本発明の構成を逸脱しない範囲において種々の変形，変更が可能であることはいうまでもない。特に、静止型流体混合器はミキシングエレメントに限定されることなく種々の形状の静止型流体混合器を適宜選択使用可能である。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明に係る気液接触装置の概略構成図である。

【符号の説明】

【0029】

１：気液接触装置
２：容器
３：第１の気液接触部
４：第２の気液接触部
５，６：液体散水手段
７：液体供給手段
８：気体導入手段
９：気体排出手段
１０：液体排出手段
１２：貯留部
１３，１４：静止型流体混合器
１５：空間部
１６：分離落下部
１７：排気管
１８：ブロワー
１９：循環ポンプ
２０：液体供給配管
２１：抜出しポンプ
２２，２３：散水ノズル

【図1】