(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
このような脱硫方法に関しては、これまでに、装置におけるスケーリングトラブルの発生防止、装置の自動制御化、装置の耐久性向上等の装置運転に際して直面する技術上の問題点や、装置の大型化において生じる問題点等の解決に多くの研究が向けられ、格段の技術的進歩が得られている。しかしながら、装置コストの低減化や装置運転コストの低減化等の経済性の点や、装置運転の安定化等の点ついては、未だ満足すべき段階までには至ってはいない。
また、前記特許文献1〜4には、気液接触領域である気泡泡沫層(フロス層)の詳細については明記されておらず、また、PM2.5に代表されるサブミクロンオーダーの微細な粒子を含むばいじん等の除去についても、未だ、十分な性能が得られていない。
【0005】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、排ガス等の気体中に含まれるばいじん等の不純物を効率よく、低コストで除去することができる不純物除去方法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】
【0006】
前記目的を達成するために本発明に係る不純物除去方法は、槽内に収容されている吸収液中に、ガス分散管を通して不純物を含む気体を吹き込むことにより、前記槽内にフロス層を形成する工程を有する不純物除去方法であって、
(i)前記フロス層におけるガスホールドアップを0.4〜0.9に設定すること、
(ii)前記フロス層の高さを0.2〜1.8mに設定すること、
を特徴とする。
さらに、前記ガスホールドアップは0.5〜0.8に、前記フロス層の高さは0.4〜1.2mにそれぞれ設定することが好ましい。
【0007】
ここで、フロス層におけるガスホールドアップを0.4〜0.9に設定したのは、以下の理由による。
すなわち、ガスホールドアップが0.4未満では十分な気液接触面積がとれず、除去性能(不純物除去率)の低下が著しく、所定の性能が出せないからである。
また、ガスホールドアップが0.9を超えると、フロス層内でガスのショートパスが発生し、安定したフロス層が形成しなくなることから、好ましくなく、また、ガスを大量に吹き込むことになり、ガス分散管へ投入するエネルギーも過大となるからである。
【0008】
また、フロスの層高さを0.2〜1.8mに設定したのは、以下の理由による。
すなわち、フロス層の高さが0.2m未満では、十分な気液接触時間がとれず、除去性能(不純物除去率)の低下が著しく、所定の性能が出せないからである。
また、フロス層の高さが1.8mを超えると、浄化排ガス中に固体粒子を含むミストが同伴されて系外に排出されることを避けるために、フロス層上端からガス出口開口部までの距離を大きくとる必要が生じ、装置高さが高くなってしまうことから、経済的にもあまりメリットがなく、またガス吹込みに要するエネルギーも過大となるため、好ましくないからである。
【0009】
本発明においては、フロス層におけるガスホールドアップを0.4〜0.9に設定し、フロス層の高さを0.2〜1.8mに設定することで、排ガス等の気体中に含まれるばいじんや、SO
xや塩化水素に代表されるガス状有毒物質等の不純物を効率よく、低コストで除去することができる。
特に、通常のスプレー式の液分散型の除去装置では捕集が困難なサブミクロンオーダーの微粒子を有するばいじんを捕集して除去できる。
【0010】
本発明の前記構成において、さらに、(iii)前記フロス層の単位体積当たりの気液接触面積を1000〜3000m
2/m
3に設定することが好ましい。
また、フロス層の単位体積当たりの気液接触面積は、1500〜2500m
2/m
3に設定することがより好ましい。
【0011】
フロス層の単位体積当たりの気液接触面積を1000〜3000m
2/m
3に設定することが好ましいのは、以下の理由による。
すなわち、気液混合層(フロス層)の単位体積当たりの気液接触面積が1000m
2/m
3以上とすることにより、さらに十分な気液接触面積を確保し、除去性能(不純物除去率)を安定して維持することができるからであり、また、ガス分散管の排ガス噴出孔からのガス噴出速度が大きいほど、気泡が細かく、また気泡径の分布も狭くすることができ除去性能(不純物除去率)を向上することができるが、ガス噴出速度を大きくすることは、ガス分散管にかけるエネルギー消費(噴出しに伴う圧力損失が大きくなる)も増大するため、気液接触面積を3000m
2/m
3以下とすることにより、除去性能(不純物除去率)を安定して維持しつつ過分なエネルギー消費を抑制することが可能となるからである。
【0012】
このような構成によれば、十分な気液接触面積をとることができるので、不純物を効率よく、低コストで除去することができ、また、ガス分散管にかけるエネルギー消費を抑制できる。
【0013】
本発明の前記構成において、不純物が前記気体中のばいじんを含んでいたり、前記気体中に、粒径が0.1〜10μmの不純物を含んでいてもよい。
【0014】
このような構成によれば、気体中から特にばいじんや粒径が0.1〜10μmの不純物を除去する目的において、従来技術に比べて高い除去効率を発揮する。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、排ガス等の気体中に含まれるばいじんや、SO
xや塩化水素に代表されるガス状有毒物質等の不純物を効率よく、低コストで連続除去することができる。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は3室構造の不純物除去装置の一例についての模式図を示す。この図において、符号1は脱硫装置、2は密閉槽、3は第1隔板、4は第1室、5は第2室、6は排ガス導入口、7は排ガス分散管、8は排ガス噴出孔、9は排ガス排出口、10は攪拌機、10´は撹拌軸、11は吸収剤供給管、12は酸化用空気供給管、13は吸収液抜出管、14は第2隔板、15は第3室、16は排ガス上昇筒、17は洗浄液供給管、18は洗浄液排出管、Lは吸収液、Wは吸収液の静止液面、Aは気液混合層(フロス層)、Bは固液体分離空間を各々示す。
【0018】
図1に示す不純物除去装置は、密閉槽2の内部を第1隔板3および第2隔板14によって区画して、第1室4、第2室5および第3室15の3室構造に形成されている。第1隔板3および第2隔板14は、水平板、階段状板、傾斜板等のいずれでもよいが、特に傾斜板を用いることが好ましい。また、第1室4は、ガス分散管7を通して不純物を含む気体を吹き込む吸収液を収容する室であり、密閉槽2の下部に設けられる。
第2室5には排ガス導入口6が配設され、ここから導入された排ガスは、排ガス分散管7を通じて排ガス噴出孔8から吸収液Lの静止液面Wより下の部分に吹き込まれる。排ガス噴出孔8より上方には、気液混合層(フロス層)Aが形成され、ここで排ガス中のばいじんや亜硫酸ガスが吸収される。吸収液Lとしては、カルシウム化合物またはカルシウム化合物含有物、例えば石灰石および/または消石灰を吸収剤として含む石こうスラリーが用いられる。
【0019】
第1室4内の気液混合層(フロス層)Aの上方に放散された浄化排ガスは、第1室4の上部空間B(固液体分離空間)を上昇しながらかつ水平方向に移動する。このようにして浄化排ガスが流動する間に、排ガス中のミストおよび気液混合層(フロス層)Aで除去できなかった比較的粒径の大きい固体粒子は固液体分離空間Bにおいて重力沈降および排ガス分散管7との衝突によりその大部分は浄化排ガスから分離される。固液体の分離された浄化排ガスは、排ガス上昇筒16を上昇し、第3室15に導入される。第3室15において、浄化排ガスは上昇流から略水平流に方向転換し、浄化排ガスに同伴されるミストおよび固体粒子が分離された後に排ガス排出口9から排出される。
【0020】
第3室15の底面(第2隔板14)上に堆積した固体粒子は、洗浄液、例えば石こう含有スラリー、石こうを分離した吸収液、水、海水などの液体を間欠的または連続的に洗浄液供給管17から供給して第2隔板14の表面から剥離させ、洗浄液とともに1箇所以上の洗浄液排出口18から排出させる。
【0021】
本発明者は、上述したように密閉槽1の第1室4に収容されている吸収液中に、排ガス分散管7を通して排ガスを吹き込むことにより、第1室4に気液混合層(フロス層)Aを形成するに際し、気液混合層(フロス層)Aの気液構成要素を以下の(i)および(ii)のように設定することによって、排ガス中に含まれるばいじん等の不純物を効率よく、低コストで連続除去することができることを見出した。
【0022】
(i)前記フロス層におけるガスホールドアップを0.4〜0.9に設定する。
(ii)前記フロス層の高さを0.2〜1.8mに設定する。
【0023】
ガスホールドアップとは、気液混合層(フロス層)Aにおけるガスの占める割合のことをいい、このガスホールアップφと、気液混合層(フロス層)Aの高さHと、ガス吹込深さLとの関係は、以下の式で示すことができる。なお、気液混合層(フロス層)Aの高さHとは、排ガス噴出孔8の中心から気液混合層(フロス層)Aの上端までの鉛直方向の長さのことをいい、ガス吹込深さLとは、ガスを吹き込む前における、排ガス噴出孔8の中心から吸収液Lの静止液面Wまでの鉛直方向における長さのことをいう。
H=L×1/(1−φ)
【0024】
ここで、気液混合層(フロス層)Aの気液構成要素を以下の(i)および(ii)のように設定した理由は以下のとおりである。
すなわち、ガスホールドアップが0.4未満では十分な気液接触面積がとれず、除去性能(不純物除去率)の低下が著しく、所定の性能が出せない。一方、ガスホールドアップが0.9を超えると、気液混合層(フロス層)A内でガスのショートパスが発生し、安定した気液混合層(フロス層)Aが形成しなくなることから、好ましくなく、また、ガスを大量に吹込むことになり、排ガス分散管7へ投入するエネルギーも過大となる。したがって、前記ガスホールドアップは0.4~0.9に設定する。
また、
図2に示すように、ガスホールドアップが0.5を超えたあたりから、除去性能(不純物除去率)の上昇率が低下し始め、0.8を超えたあたりから、除去性能(不純物除去率)が頭打ちとなる。
したがって、
図2およびエネルギー消費の観点からガスホールドアップは、0.5〜0.8に設定するのがより好ましい。
【0025】
また、気液混合層(フロス層)Aの高さが0.2m未満では、十分な気液接触時間がとれず、除去性能(不純物除去率)の低下が著しく、所定の性能が出せない。一方、気液混合層(フロス層)Aの高さが1.8mを超えると、固体粒子を含むミストが浄化排ガスに同伴されて不純物除去装置1の外に排出されることを避けるために、フロス層上端からガス出口開口部(排ガス排出口9)までの距離を大きくとる必要が生じ、装置高さが高くなってしまうことから、経済的にもあまりメリットがなく、またガス吹込みに要するエネルギーも過大となるため、好ましくない。したがって、前記フロス層の高さを0.2〜1.8mに設定する。
また、
図3に示すように、フロス層の高さが0.4mを超えたあたりから、除去性能(不純物除去率)の上昇率が低下し始め、1.2mを超えたあたりから、除去性能(不純物除去率)が頭打ちとなる。
したがって、
図3およびエネルギー消費の観点から気液混合層(フロス層)Aの高さは、0.4〜1.2mに設定するのがより好ましい。
【0026】
また、本発明者は、(iii)前記フロス層の単位体積当たりの気液接触面積を1000〜3000m
2/m
3に設定することによっても、排ガス中に含まれるばいじん等の不純物を効率よく、低コストで連続除去することができることを見出した。
このようにフロス層の単位体積当たりの気液接触面積を規定したのは気液混合層(フロス層)Aの単位体積当たりの気液接触面積が1000m
2/m
3以上とすることにより、さらに十分な気液接触面積を確保し、除去性能(不純物除去率)を安定して維持することができるからであり、また、排ガス分散管7の排ガス噴出孔8からのガス噴出速度が大きいほど、気泡が細かく、また気泡径の分布も狭くすることができ除去性能(不純物除去率)を向上することができるが、ガス噴出速度を大きくすることは、排ガス分散管7にかけるエネルギー消費(噴出に伴う圧力損失が大きくなる)も増大するため、気液接触面積を3000m
2/m
3以下とすることにより、除去性能(不純物除去率)を安定して維持しつつ過分なエネルギー消費を抑制することが可能となるからである。
また、
図4に示すように、フロス層単位体積あたりの気液接触面積が1500m
2/m
3を超えたあたりから、除去性能(不純物除去率)の上昇率が低下し始め、2500m
2/m
3超えたあたりから、除去性能(不純物除去率)が頭打ちとなる。
したがって、
図4およびエネルギー消費の観点から、フロス層の単位体積当たりの気液接触面積は、1500〜2500m
2/m
3に設定するのがより好ましい。
【0027】
フロス層単位体積当たりの気液接触面積SAは、以下のようにして計算する。
SA=Sb・N/Vf
Sb:フロス層を形成する平均的な単一気泡の表面積
Sb=π・db
2
db:気泡径
N:フロス層内の気泡数
Vf:フロス層体積
Vf=L・1/(1−φ)・S
N=Vf・φ/Vb
Vb=1/6・π・db
3(単一気泡の体積)
L:ガス吹込深さ(ガスを吹込む前における、ガス分散管のガス噴出孔中心から静止液面までの深さ)
φ:ガスホールドアップ
S:フロス層断面積(気液混合層(フロス層)Aの水平断面積から排ガス分散管7の水平断面積などの浄化排ガスの通過できない構造物の水平断面積の合計を差し引いた水平断面積)
【0028】
なお、気液混合層(フロス層)Aの気液構成要素を上述の(i)〜(iii)のように設定するには、例えば、排ガス分散管7の相当内直径、排ガス噴出孔8の相当直径、排ガス噴出孔8からの噴出速度、複数の排ガス噴出孔8の中心点の平均的な位置から、その排ガス分散管7の開口下端までの距離、第1室4における浄化排ガスの平均上昇速度、第1室4における浄化排ガスの平均水平速度、排ガス上昇筒16を上昇する浄化排ガスの速度等を適宜設定することによって行う。
排ガス分散管の相当内直径および排ガス噴出孔の相当直径は次式で示される。
排ガス分散管の相当内直径=(4×A)/B
A:排ガス分散管の排ガス噴出孔の配設位置における内部空間の水平断面積
B:排ガス分散管の排ガス噴出孔の配設位置における内部空間の水平断面を囲む周辺の長さ
排ガス噴出孔の相当直径=(4×C)/D
C:排ガス噴出孔の面積
D:排ガス噴出孔の周辺の長さ
【0029】
また、第1室4における浄化排ガスの平均上昇速度とは、気液混合層(フロス層)Aより上方の空間Bにおける水平断面積から排ガス分散管7の水平断面積などの浄化排ガスの通過できない構造物の水平断面積の合計を差し引いた水平断面積に基づく速度である。
第1室4における浄化排ガスの平均水平速度とは、気液混合層Aより上方の空間Bにおける排ガス上昇筒16の下端部開口周辺の垂直断面積に基づく速度である。
【0030】
排ガス分散管7は、円形、三角形、四角形、六角形などの多角形若しくはトラフなどの任意の断面形状のものとすることができる。また、排ガス分散管7の側壁には、水平面からほぼ一定の高さの位置に複数の排ガス噴出孔8が開いており、その排ガス噴出孔の形状は円形、三角、四角、六角、星型など任意の形状とすることができるし、スリット状にすることも可能である。この排ガス噴出孔は、排ガス分散管に対し、高さ一定の一列に配列してもよいし、高さの異なる二列または三列以上に配列してもよい。
排ガス分散管7の下端開口部の形状は、単純な水平端面をもつもの、任意の傾斜端面をもつもの、鋸の刃状または複数のノッチを切った形状をもつものなどいずれでもよい。
また、排ガス上昇筒16の横断面形状は、円形や正方形、長方形等の各種の形状であってもよい。
【0031】
次に実験例を説明する。
フロス層Aの気液構成要素を前記(i)〜(ii)のように設定した。
この場合の排ガス分散管(スパージャ)のサイズ、排ガス噴出孔の径(ホール径)やその他の条件は以下の表1通りとした。
【0032】
なお、表1において入口は、本実験において、排ガスを実験装置に導入する導入口、出口は不純物等が除去された排ガスを実験装置から排出する排出口のことである。
ホール径は排ガス噴出孔の相当直径、ホール数は排ガス分散管1本当たりの排ガス噴出孔の数、ホール噴出速度は、排ガス噴出孔から噴出される排ガスの流速である。
浸液深はガス吹込深さのことであり、ガスを吹き込む前における、排ガス噴出孔の中心から吸収液の静止液面までの鉛直方向における長さのことである。フロス層高さは排ガス噴出孔の中心からフロス層の上端までの鉛直方向の長さである。
フロス層ガス空塔速度は
図1に示す第1室4における浄化排ガスの平均上昇速度である。
【0034】
その結果を
図5に示す。
図5に示すように、本実験により、通常の液分散型の除去装置では捕集が困難なサブミクロンオーダーの微粒子を有するばいじんを捕集して除去できることが分かる。
【0035】
以上のように、本実施の形態によれば、気液混合層(フロス層)Aにおけるガスホールドアップを0.4〜0.9に設定し、気液混合層(フロス層)Aの高さを0.2〜1.8mに設定したので、排ガス等の気体中に含まれるばいじんや、SO
xや塩化水素に代表されるガス状有毒物質等の不純物を効率よく、低コストで連続除去することができる。
【0036】
図6は、2室構造の不純物除去装置の一例についての模式図を示す。この図において、
図1に示された符号と同一の符号は同一の意味を有する。
図6に示した不純物除去装置においては、第1室4内の吸収液と接触して浄化された排ガスは、その平均上昇速度を0.5〜5m/s、好ましくは0.7〜4m/s、平均水平速度を8m/s以下、好ましくは6m/s以下に保持され、第1室4の上部空間Bを上昇しながらかつ水平方向に移動する。このようにして浄化排ガスが流動する間に、排ガス中のミストおよび固体粒子は、固液体分離空間Bにおいて重力沈降および排ガス分散管7との衝突分離により排ガス中から分離され、ミストおよび固体の分離された浄化排ガスは排ガス排出口9から排出される。
このような不純物除去装置においても、上述した場合と同様に、気液混合層(フロス層)Aの気液構成要素を前記(i)〜(iii)のように設定することによって、排ガス中に含まれるばいじんや、SO
x等の不純物を効率よく、低コストで連続除去することができる。
【解決手段】槽1内に収容されている吸収液中に、排ガス分散管7を通して排ガスを吹き込むことにより、槽1内にフロス層Aを形成する工程を有する排ガス中の不純物を除去する不純物除去方法であって、フロス層Aにおけるガスホールドアップを0.4〜0.9に設定すること、フロス層Aの高さを0.2〜1.8mに設定することによって、排ガス等の気体中に含まれるばいじん等の不純物を効率よく、低コストで除去することができる。