JP2000346565A

JP2000346565A - 急速冷却塔

Info

Publication number: JP2000346565A
Application number: JP11163917A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Kumihigashi; 嘉一組東
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2000-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】廃ガス中の水溶性成分を簡便に水溶液中に溶
解させ、かつこれを迅速に急冷する急速冷却塔および高
温ガスを混合した水溶液の冷却方法を提供する。【解決手段】上部のガス導入部から導入されたガス
が、中間胴部、スロート部及びディフューザ部を経て流
下するガス流路を有し、当該ガス流路の前記スロート部
の上部に、外部から導入した冷却水と前記ガス流路を流
れるガスとを混合する気液混合部を形成してなり、当該
気液混合部は、前記ガス流路内に前記冷却水が流入する
貯水部を有し、当該貯水部から溢流した冷却水が前記ガ
スと混合され流下するようにしたことを特徴とする急速
冷却塔である。本発明の急速冷却塔を用いて、廃ガス中
に含まれる成分を水溶液とし、沈澱分離、吸着分離など
の処理を迅速に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気液混合物の急速
冷却塔および気液混合物の冷却方法に関し、詳しく述べ
ると、廃ガス中の重金属や酸性物質を含有する廃ガスを
溢流水と混合する気液混合部を有する急速冷却塔、およ
び廃ガスを所定割合で冷却水と気液混合し、次いでスロ
ート部およびディフューザ部を介して急冷することを特
徴とする気液混合物の冷却方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般産業廃棄物、溶剤製造工程廃棄物、
合成ゴム製造工程廃棄物の産業廃棄物、各種研究施設、
医療廃棄物、更には家庭ゴミには、水銀、銅、鉛、亜
鉛、クロム、ニッケル、カドミウム、チタン、マンガ
ン、コバルト、ヒ素、スズ、ビスマス等の重金属化合物
が含有されている。これら各種廃棄物は、元の素材に応
じて処理され、ガラス、鉄、アルミニウムなどを主成分
とする廃棄物は分別回収の後再使用されるが、その大半
は燃焼焼却により廃棄処理が行われている。このため、
焼却処理に伴う重金属含有燃焼ガス、燃焼ガスや燃焼灰
を洗浄した廃水中には多量の重金属が含有されている。
また、発ガン性が最も高い化合物とされるダイオキシン
の発生に際し、ごみの不完全燃焼に伴う未燃焼有機物が
比較的低い温度域の燃焼灰表面で、塩化銅などの重金属
化合物による触媒作用を受けてダイオキシンが発生する
との報告もある。

【０００３】しかしながらこれら重金属や重金属化合物
には有害なものが多く、大気、水質、土壌等を汚染する
ことから環境全体に与える影響は大きい。このため、一
般廃棄物や産業廃棄物の焼却処理によって発生する廃ガ
スの処理等に関しては、大気汚染防止法や悪臭防止法、
水質汚濁防止法等の公害規制値が定められ、かかる数値
の遵守が要求されている。

【０００４】従来、このような重金属含有廃水に含まれ
る重金属化合物の処理として、一般的に、水酸化物や硫
化物として凝集沈降によって大部分を除いているが、環
境基準で特に厳しく規制されている水銀、カドミウム、
鉛などは凝集沈澱のみでは常時規定値以下にするのは困
難である。そこで凝集沈降、ろ過操作の後の仕上げ工程
としてキレート樹脂による重金属化合物の吸着除去処理
がなされている。

【０００５】この様な重金属化合物の除去処理に使用さ
れるキレート樹脂は、三次元に架橋された高分子基体に
キレート形成能を持つ官能基を結合させたものであり、
例えば、塩化ビニルにヒドラジンを結合させた樹脂や、
ビスカルボキシメチルアミン基を官能基とするキレート
樹脂や、スチレンとジビニルベンゼンの共重合体にビス
カルボキシメチルアミン基を結合させたキレート樹脂な
どがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、キレー
ト樹脂は耐熱性に優れず、処理液の温度が高いと樹脂の
劣化が早いために樹脂自体の寿命が短く、かつこの様な
キレート樹脂を使用する処理装置自体の頻繁な補修が必
要となる。また、一般的に吸着処理においては処理液の
温度が低い方が吸着効率に優れ、重金属の吸着処理の前
に処理液を十分に冷却することが好ましいのであるが、
冷却時間自体に長持間を要したのでは迅速な処理が困難
である。また、熱交換器等により冷却したのでは、冷却
自体に光熱費が要求され経済的な重金属の処理が確保で
きない。

【０００７】一方、燃焼焼却処理場から排出される廃ガ
スの洗液中には、煤塵、微量のＳＳ成分の他に微細な重
金属の水酸化物、炭酸塩、ケイ酸塩、場合によっては重
金属の酸化物等が存在する。これらの重金属水酸化物等
はキレート樹脂や弱酸性陽イオン交換樹脂等で吸着除去
されないのであるが、水溶性重金属は重金属イオンとし
て該溶液中に存在するためキレート樹脂等による重金属
捕獲が可能である。しかし、廃ガス自体の中には燃焼の
結果として重金属が酸化物として存在するため、この廃
ガスを直接用いてキレート樹脂等によって重金属を捕獲
することは一般に困難である。このようなことから、廃
ガスを水溶液として調製しかつ急冷し重金属等の処理を
することができれば、極めて便利かつ効率的である。

【０００８】加えて、産業廃棄物中には重金属の他にハ
ロゲン含有化合物や硫黄含有化合物が含有されている。
これらは焼却炉において８００〜１１００℃に炉内温度
を保ちつつ高温燃焼によりハロゲン含有化合物を酸化分
解して臭気を除去し処理されているが、燃焼（酸化）分
解されたハロゲン（例えば塩素）は、燃焼用空気により
ハロゲン化水素（例えば塩化水素）ガスとなって存在
し、該ガスは有毒であるとともに、温度が低下すると該
ガス中の水分に吸収されて強酸となる。従って、廃ガス
から酸性物質を重金属と共に捕獲し、冷却、回収などの
処理できれば便宜である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記諸目的は、下記
（１）〜(１１)により達成される。

【００１０】（１）上部のガス導入部から導入された
ガスが、中間胴部、スロート部及びディフューザ部を経
て流下するガス流路を有し、当該ガス流路の前記スロー
ト部の上部に、外部から導入した冷却水と前記ガス流路
を流れるガスとを混合する気液混合部を形成してなり、
当該気液混合部は、前記ガス流路内に前記冷却水が流入
する貯水部を有し、当該貯水部から溢流した冷却水が前
記ガスと混合され流下するようにしたことを特徴とする
急速冷却塔。

【００１１】（２）前記ガス導入部の内径（ｘ）に対
する前記中間胴部の内径（ｙ）の割合（ｙ／ｘ）が、
１．２〜２であることを特徴とする上記（１）記載の急
速冷却塔。

【００１２】（３）前記ガス導入部および前記中間胴
部とが耐火物で構築されることを特徴とする前記（１）
記載の急速冷却塔。

【００１３】（４）前記耐火物が、ＳｉＯ₂６５〜８
５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃を８〜１５重量％およびＮａ₂Ｏ３
〜８重量％を含有する耐火物用組成物からなることを特
徴とする上記（３）項に記載の急速冷却塔。

【００１４】（５）前記スロート部の内径（ａ）とス
ロート部下部からディフューザ部下端部までの距離
（ｂ）との比（ｂ／ａ）が２〜１０である上記（１）〜
（４）のいずれか１項に記載の急速冷却塔。

【００１５】（６）温度６００〜１５００℃のガスを
ガス流路の一部において、外部から導入して溢流させた
冷却水と混合して気液混合物を得、次い該気液混合物を
スロート部およびディフューザ部に落下させることを特
徴とする気液混合物の冷却方法。

【００１６】（７）前記ガスの体積１容量に対して、
前記冷却水の液量が１〜１０倍容量の割合で溢流させる
ことを特徴とする前記（６）記載の気液混合物の冷却方
法。記載の気液混合物の冷却方法。

【００１７】（８）該冷却水がアルカリ溶液であるこ
とを特徴とする前記（６）または（７）記載の気液混合
物の冷却方法。

【００１８】（９）該高温ガスが燃焼廃ガスであるこ
とを特徴とする前記（６）〜（８）のいずれか１項に記
載の気液混合物の冷却方法。

【００１９】（１０）該燃焼廃ガスが酸性物質または
重金属を含有することを特徴とする前記（９）記載の気
液混合物の冷却方法。

【００２０】（１１）ＳｉＯ₂６５〜８５重量％、Ａ
ｌ₂Ｏ₃を８〜１５重量％およびＮａ₂Ｏ３〜８重量％を
含有する耐火物用組成物。

【００２１】

【発明の実施の形態】（１）急速冷却塔本発明の第１は、上部のガス導入部から導入されたガス
が、中間胴部、スロート部及びディフューザ部を経て流
下するガス流路を有し、当該ガス流路の前記スロート部
の上部に、外部から導入した冷却水と前記ガス流路を流
れるガスとを混合する気液混合部を形成してなり、当該
気液混合部は、前記ガス流路内に前記冷却水が流入する
貯水部を有し、当該貯水部から溢流した冷却水が前記ガ
スと混合され流下するようにしたことを特徴とする急速
冷却塔である。

【００２２】スロート部とディフューザ部とを有するい
わゆるベンチュリーが、液体や気体を冷却するために使
用されることは知られているが、本発明ではスロート部
とディフューザ部との上部に気液混合部を有する中間胴
部を設けることで、高温のガスと冷却水とを混合し、こ
れにより高温ガス中に含まれる重金属、酸性成分等を冷
却水中に溶解させ、次いでスロート部とディフューザ部
を介して急速に冷却するものである。一般に、焼却処理
施設から排出される焼却廃ガスの温度は、６００〜１３
００℃であることが多く、この廃ガスを直ちに処理して
重金属や酸性物質を除去処理することは困難である。こ
のため、廃ガスを溶液とし、冷却して処理することが求
められるが、本発明によれば廃ガスの溶液化、迅速な冷
却を一度に行うことができる。冷却水にアルカリ溶液を
使用すれば容易に酸性物質を除去することができ、廃ガ
ス、廃液の処理を簡便に行うことができる。

【００２３】つぎに、図面を参照しながら本発明の実施
態様を説明する。

【００２４】図１または図３に示すように、本実施形態
に係る急速冷却塔（６０）は、処理すべき廃ガスが導入
されるガス導入部（１０）と、当該ガス導入部（１０）
の下部に設けられた筒状の中間胴部（２０）と、該中間
胴部（２０）の下部に同軸的に設けられ、前記廃ガスを
一旦絞って流すスロート部（３０）と、当該スロート部
（３０）から流下する廃ガスを拡張して流すディフュー
ザ部（５０）とを有し、内部にガス流路Ｒが形成されて
いる。

【００２５】当該ガス流路Ｒは、気液混合部（９）の中
に設けられている。この気液混合部（９）は前記スロー
ト部（３０）の上部で、外部から導入した冷却水と前記
ガス流路Ｒを流れるガスとを混合するものである。

【００２６】特に、本実施形態の気液混合部（９）は、
前記ガス流路Ｒ内に冷却水が流入する貯水部（４０）を
有し、当該貯水部（４０）から溢流した冷却水が前記ガ
スと混合され流下するようにしている。

【００２７】高温ガスが、例えば焼却処理場の燃焼廃ガ
スである場合には、該燃焼廃ガスの温度は一般に６００
〜１３００℃である。この温度の廃ガスは、まず中間胴
部（２０）に導入される。高温ガスは、直ちに溢流水と
混合してもよいのであるが、導入ガスの温度は水の臨界
温度である３７５℃を越えるため、冷却水の表面上部は
常に水蒸気となって揮発する。従って、この水蒸気ガス
を捕獲し、かつ高温ガスと冷却水との混合を容易にする
ために中間胴部を広く設ける。また、ガス導入部から高
速で導入されるガスを広所に導くことによってガスの流
速を遅くすることができ、これによって気液混合が容易
になる。

【００２８】本発明においては、急速冷却塔の該燃焼用
廃ガスの流量に基づいてガス導入部（１０）の内径
（ｘ）を決定することができる。ここに、前記中間胴部
は、中間胴部の最も広い部分の内径（ｙ）がガス導入部
の内径（ｘ）の１．２〜２倍であることが好ましく、よ
り好ましくは１．３〜１．８倍である。１．２倍を下回
ると速度低下の効果が弱く、一方、２倍を越えても速度
を低下する効果に大きな違いがなく、設備の無駄な拡大
となるからである。

【００２９】次いで、ガスは貯水部（４０）の上部に達
する。貯水部（４０）では外部から導入された冷却水
（２１）を該貯水部（４０）上部から溢流させることを
特徴とする。冷却水（２１）は、中間胴部（２０）の中
央近傍まで溢流水が達するが、これにより溢流水と中間
胴部（２０）で速度を落としたガスとを容易に混合する
ことができるのである。例えば、高温ガスと冷却水との
混合であれば、溢流水に限らず冷却水をシャワーの様に
散水させる方法もあるが、散水によると水滴が高温ガス
の有する上昇力気流に同伴するため、散水が十分にガス
を吸引することができない。これに対して溢流させると
溢流水の落下による吸引力と相まってガスと溢流水とが
容易に混合するのである。更に、気液混合物が、中間胴
部におけるより狭く設計された絞り部（２２）を通過す
ることで、より気液混合が進行する。この絞り部（２
２）は、貯水部（４０）の側壁によって構成される。

【００３０】冷却水の溢流量は、ガス導入部（１０）に
導入されるガス量等によって、調整することができ、該
導入ガスと溢流させた冷却水（２１）との混合及びガス
の冷却を十分に行うために冷却水の流量を十分に確保す
る。ここに、該導入ガス量と冷却水（２１）の溢流量
は、前記導入ガスの該中間胴部（２０）における体積１
容量に対して、前記冷却水の液量が１〜１０倍容量、よ
り好ましくは１．１〜８、特には１．２〜６の割合で溢
流させることが好ましい。１倍容量を下回ると冷却水の
温度をその露点以下にすることができず、このためにガ
ス中に含まれる成分を冷却水に溶解させることが困難と
なる。また、本発明は、該気液混合物を下部に設けたス
ロート部とディフューザ部とで急速冷却するのである
が、冷却水が１倍容量を下回ると十分な冷却が困難とな
る。高温ガスによって冷却水が蒸発しては、該ガスに含
まれる煤塵等の捕獲等も十分に行えないからである。一
方、１０倍容量を越えると気液混合液の液量が多すぎ
て、その後の処理が困難となり、かつ冷却効果も変わら
ないために冷却水が無駄になる。

【００３１】また、該貯水部（４０）の構造は、その上
部において冷却水を溢流させることができれば特に制限
されないのであるが、例えば、図３に示すように該気液
混合部（９）の内側に冷却水の溜である貯水部（４０）
を設けつつ絞り部を構成することが好ましい。また、こ
の様にして構成された該絞り部（２２）の内径（ｚ）
は、該絞り部の全域に亘り同一面積を確保する必要は無
く、従って、図２に示すように絞り部の上端（貯水部の
上端でもある）を中央にわずか突出させて溢流冷却水が
該ガスと混合し易い形状とすることは自由である。従っ
て、該絞り部（２２）の内径（ｚ）とは、該絞り部（２
２）の平均内径を意味するものとする。なお、冷却水は
該貯水部（４０）に外部から導入した冷却水管（２３）
を用いて導入すればよく、特に制限されるものではな
い。

【００３２】ここに、貯水部（４０）から溢流させる冷
却水（２１）は、上述のごとく、導入ガスの体積１容量
に対して前記冷却水の液量の１〜１０倍容量を溢流させ
ることができれば、貯水部（４０）のサイズに特に制限
はないのである。一方、貯水部によって形成される絞り
部（２２）に関していえば、ガスの温度と流速、流量、
溢流水の流量とを勘案すると、ガス導入部の内径（ｘ）
に対する絞り部（２２）の内径（ｚ）は、０．６〜１．
５倍であることが好ましく、より好ましくは、０．８〜
１．２倍である。０．６倍を下回ると気液混合物の迅速
な落下が困難となり、その一方，１．５倍を越えると、
ガスと溢流水との混合が困難となるからである。

【００３３】絞り部（２２）を通過した気液混合物は、
次いで中間胴部（２０）とスロート部（３０）との連結
部（２４）を通過する。連結部（２４）の構造は特に制
限がないのであり、絞り部（２２）を経た気液混合物
が、スロート部に迅速に落下でき、かつ塔外に遺漏する
ことが無ければよい。

【００３４】連結部（２４）を経た気液混合物は、次い
でスロート部（３０）に導入されるのであるが、スロー
ト部（３０）とディフューザ部（５０）とは、狭所から
急激に広所に移行するに際して気液が膨脹すると共に熱
を放散する原理を用いて気体や液体を冷却することがで
きるものである。従って、スロート部（３０）の内径が
冷却効果に影響を与えるのであるが、この急速冷却塔に
おいては、ガス導入部の内径（ｘ）に対して、０．２〜
０．６倍であることが好ましく、より好ましくは０．２
５〜０．５倍である。０．２倍を下回ると気液混合物の
迅速な落下が確保さないために急冷効果が得られず、そ
の一方，０．６倍を越えるとベンチュリー効果を得るこ
とができず、急冷できないからである。

【００３５】該スロート部下部からディフューザ部（５
０）下端部までの距離（ｂ）は、スロート部の内径
（ａ）に対して、２〜１０倍であることが好ましく、よ
り好ましくは４〜８倍である。２倍を下回るとスロート
部からの気液混合物の落下速度を低下させることができ
ないために、ディフューザ部（５０）下部での気液混合
物のはね上がりが大きく、その一方、１０倍を越えても
速度低下や冷却効果に差は無いからである。

【００３６】該ディフューザ部（５０）の末端の形状も
特に制限されるものでは無いが、下部末端は例えば図１
に示すように、波切りの形状を呈することが好ましい。
ガス中に含まれる水溶性成分は、冷却水に溶解するので
あるが、冷却水にガス成分を溶解させた後の気体成分を
ディフューザ部（５０）から簡便に放出するためであ
る。

【００３７】（２）急速冷却塔の構成部材本発明の急速冷却塔は、高温ガスを急速に冷却するもの
であるため、高いガス温度に耐える部材を使用する必要
がある。一般には、外被を鉄やステンレス等の金属部材
で構成し、その内壁はガスの高温に耐えかつ廃ガスに含
有される酸性物質に対する腐食性に優れる部材を使用す
ることが好ましい。この様な、内壁に使用される部材と
しては、従来から製鉄の高炉等に使用されるパーマレン
ガや不定形耐火物等を使用することができる。

【００３８】例えば、このような耐火物としては、電融
又は焼結アルミナ、仮焼アルミナ、ボーキサイト、電融
又は合成ムライト、シリマナイト、アンダリューサイ
ト、カイヤナイト、バン土頁岩、シャモット、ロー石、
珪石、溶融シリカ、電融又は焼結マグネシア、電融又は
焼結スピネル、蒸発シリカ、チタニア、電融又は焼結ジ
ルコニア、ジルコン、クロム鉱、電融又は焼結マグネシ
アーライム、電融ジルコニアームライト、電融アルミナ
ージルコニア、炭化珪素、窒化珪素、粘土、天然又は人
造の黒鉛、石油コークス、ピッチコークス、無煙炭、カ
ーボンブラック、ピッチ等の無定形炭素等が挙げられ、
これらの内の１種又は２種以上を使用することができ
る。

【００３９】本発明では、耐火物について種々の検討を
行ったところ、耐火物内にＳｉＯ₂を６５〜８５重量
％、より好ましくは７０．５〜７７．８重量％、Ａｌ₂
Ｏ₃を８〜１５重量％、より好ましくは１２．５〜１
３．０重量％およびＮａ₂Ｏを３〜８重量％、より好ま
しくは３．５〜４．４重量％含有するものが好ましい。

【００４０】また、この耐火物には、更に、Ｆｅ₂Ｏ₃、
ＣａＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏを含有しても
よい。

【００４１】配合しうるＦｅ₂Ｏ₃は、耐火物内に、０．
６〜２．５重量％、より好ましくは１．０〜２．０重量
％である。

【００４２】配合しうるＣａＯは、耐火物内に、０．６
〜２．５重量％、より好ましくは１．０〜２．０重量％
である。

【００４３】配合しうるＭｇＯは、耐火物内に、０．０
６〜０．３重量％、より好ましくは０．１〜０．２重量
％である。

【００４４】配合しうるＭｎＯは、耐火物内に、０．１
２〜０．５重量％、より好ましくは０．１８〜０．３重
量％である。

【００４５】配合しうるＫ₂Ｏは、耐火物内に、１〜５
重量％、より好ましくは１．５〜４重量％である。

【００４６】なお、上記耐火物に、更に結合剤や解膠剤
を混合してもよく、通常の吹付け用耐火物に使用される
ものを用いることができる。より具体的には、粒度調整
したシャモットに結合剤としてアルミナセメントを１０
％前後添加したもので、使用現場で水を加え混練後コン
クリートと同様に流し込める耐火物で、品種としては高
アルミナ質、クロマグ質、断熱質がある。結合剤として
リン酸塩、ケイ酸塩のほか、粘土などを使用したものの
何れもよい。なお、この様な耐火物は、従来組成が公知
である耐火物を使用して、不足成分を補うことで調整す
ることができる。

【００４７】上記組成の耐火物を、通常の不定形耐火物
と同様に取り扱い、水で混練し、乾燥し、焼結して不定
形耐火物を得ると、極めて耐熱性および耐酸性に優れた
部材となるのである。この様な優れた不定形耐火物の組
成は、従来全く知られていなかった。即ち、従来から一
般にロー石として知られる耐火物の組成は、ＳｉＯ₂を
６５〜８５重量％、ＳｉＯ₂を８〜１５重量％含有する
のであるが、Ｎａ₂Ｏの含有量は０．１〜０．３重量％
である。一方、ガラス組成物は、一般にＳｉＯ₂を６５
〜８５重量％、Ｎａ₂Ｏの含有量を４〜１５重量％含有
するのであるが、ＳｉＯ₂が０．５〜６重量％である。
本発明の組成物は、これらの中間の組成を有するのであ
るが、なぜに耐熱性および耐酸性に優れるかは、不明で
ある。具体的には、耐熱性に優れると共に撥水性にも優
れるのである。これにより、高温でかつ水分量が多い環
境下で使用すると、極めて安定性に優れるのである。こ
のため、上記組成の耐火物は、急速冷却塔のガス導入部
（１０）や中間胴部（２０）、貯水部（４０）、絞り部
（２２）、連結部（２４）等に使用すること、極めて耐
久性に優れる急速冷却塔が製造できるのである。

【００４８】ここに中間胴部の内壁や貯水部（４０）
は、例えば図３に示すように貯水部（４０）を多層構造
とすることができる。気液混合物が接触する部分にはガ
ス導入部（１０）と同様の部材を使用し、その内側には
例えばＳＵＳ３１６等のステンレス層を設け、かつその
内側であって冷却水の貯水部（４０）に耐熱性部材を使
用することができる。不定形耐火物は、耐熱性に優れる
が物理的強度に対し脆弱であるため、中間にステンレス
等の金属層を設けることで物理的強度を補強することが
できるからである。

【００４９】貯水部（４０）に続く連結部（２４）で
は、高温ガスが冷却水によってその温度が低下している
が、未だ５００〜９００℃を有することが多い。従って
該連結部（２４）を構成する部材としてもこの高温に耐
える必要があり、上記の耐熱性部材を使用することが好
ましい。なお、ガス導入部（１０）、中間胴部（２
０）、絞り部（２２）および連結部（２４）とを構成す
る部材は全て同一である必要はない。

【００５０】このような不定形耐火物は、これをガス導
入部（１０）の内壁に、例えば製鉄における高炉の内壁
を構築するように被覆する。被覆層の厚さなどは、ガス
温度に応じて適宜選択すればよく、これにより最も高温
の廃ガスが導入される該装置に耐熱性が確保される。

【００５１】スロート部（３０）やディフューザ部（５
０）を構成する部材としては、鉄やＳＵＳ３１６等の金
属または金属合金を使用することができるが、特にこれ
に制限されるものではない。また、該中間胴部（２０）
の外被にＳＵＳ３１６や鉄等の金属や金属部材を使用し
た場合には、スロート部（３０）やディフューザ部（５
０）も同一の部材で構成することもできるが、必ずしも
同一である必要はない。また、本発明の急速冷却塔は上
記構成を有すればよく、例えば前記ガス導入部（１
０）、中間胴部（２０）、スロート部（３０）およびデ
ィフューザ部（５０）とを別個に製造し、現場で結合し
組み合わせ構築することもできる。従って、全体が一体
物である必要はない。

【００５２】（３）用途本発明の急速冷却塔を使用して、廃ガスから酸性物質や
重金属の除去システムを構築することができる。例え
ば、工業プロセスやごみ焼却炉等の排ガス経路と本発明
の急速冷却塔とを連結し、媒塵と共に廃ガス中の酸性物
質、窒素酸化物、重金属、ダイオキシン等の有害物質を
該気液混合部（９）において冷却水中に捕獲または混合
し、冷却する。これにより、廃ガスに含まれる煤塵が捕
獲され、ダイオキシン、ＮＯｘやＳＯｘ、ＣＯ₂等の水
溶性物質が該冷却水に溶解する。また、冷却水としてア
ルカリ溶液を使用すれば、重金属が水酸化物として沈澱
するため、その後に残存する重金属イオンをキレート樹
脂などによる吸着除去を容易に行うことができる。な
お、本発明の急速冷却塔を使用して、上記廃ガスの他
に、各種有機溶剤等のガスを急速冷却することができ
る。この様な場合、ガス中の成分が酸性物質に限られな
いため、使用目的に応じて該急速冷却塔の構成部材を選
択することは自由である。

【００５３】（４）冷却方法本発明の第２は、温度６００〜１５００℃のガスをガス
流路の一部において、外部から導入して溢流させた冷却
水と混合して気液混合物を得、次い該気液混合物をスロ
ート部およびディフューザ部に落下させることを特徴と
する気液混合物の冷却方法である。

【００５４】該方法を実施する装置としては、上記した
急速冷却塔を使用することができるのであるが、これに
よらずとも上記方法を実施することができる。特に、上
記方法の特徴は高温ガスと冷却水とを混合するに際して
冷却水を溢流させる点にある。冷却水の溢流によれば、
冷却水の飛散が少ないために、冷却水が高温ガスで蒸発
するおそれが少なく、効率よくガスを冷却水に溶解混合
することができるからである。また、溢流によれば、溢
流水の落下による吸引力と相まってガスと冷却水との混
合が容易となる。

【００５５】上記方法において、ガスと冷却水との比率
は、ガスの体積１容量に対して、前記溢流水の液量が１
〜１０倍容量、より好ましくは１．１〜８、特には１．
２〜６の割合で溢流させる。上述の冷却塔と同じ理由で
あるが、１倍容量を下回るとガスと冷却水との混合が十
分に行えず、このためにガス中に含まれる成分を冷却水
に溶解させることが困難となる。また、本発明は、該気
液混合物を下部に設けたスロート部およびディフューザ
部で急速冷却するのであるが、冷却水が少な過ぎて十分
な冷却が困難となる。

【００５６】冷却水としては、常温の水道水や工業用水
を使用することができる。また、本発明の方法では、該
冷却水にアルカリ溶液を使用することができる。冷却水
の液性は、冷却するガス中に含まれる成分によって適宜
選択することができ、この方法によれば単に冷却水にガ
ス成分を溶解するに留まらず、ガス中に含まれる他の成
分を捕獲することもできる。

【００５７】例えば、燃焼焼却場の廃ガスを冷却する場
合には、該廃ガスに含まれる煤塵も冷却水中に捕獲する
ことができる。該廃ガスに水溶性の成分が含有される場
合には、高温ガスの熱を利用するため特にその溶解が容
易であるが、本発明においては冷却水としてアルカリ溶
液を使用してもよい。酸性成分の溶解がより容易になる
からである。また、廃ガスが、重金属、重金属酸化物等
の重金属化合物を含有する場合には、特にアルカリ処理
によりこれを重金属水酸化物として沈澱させ一部は重金
属イオンとして溶解させ、かつ急冷することができる。
重金属は毒性が強く、これを環境中に放出することは法
的規制が義務化されているが、その全量をキレート樹脂
で吸着除去することは実用的でない。従って、キレート
樹脂による処理前に、化学的に例えばアルカリ物質によ
り重金属水酸化物として沈澱除去できれば、残存重金属
イオンを効率的にキレート樹脂等により除去することが
できるからである。

【００５８】本発明の方法では、該高温ガスが燃焼廃ガ
スであることが好ましい。また、該燃焼廃ガスが酸性物
質または重金属を含有する場合に、特に効果的である。
即ち、燃焼廃ガスには、煤煙、ダイオキシン、ＮＯｘや
ＳＯｘ、ＣＯ₂等の酸性物質、さらに重金属が含まれて
いる。これらの成分は、環境汚染物質として規制が厳し
い成分であるが、本発明の冷却方法によれば、これら成
分を同時に冷却水中に捕獲または溶解させることができ
ると共に、温度８３０〜６０℃に冷却することができる
からである。該溶液中に含まれる重金属の吸着除去処理
などにおいては、そのキレート樹脂の吸着処理における
吸着力を確保するために処理液は低温であることが好ま
しく、本発明の方法によれば、迅速に冷却重金属溶液を
得ることができる。尚、本発明の急速冷却塔では、気液
混合物を急速冷却することができるが、使用する冷却水
の種類によっては、溶解や沈澱等によってガス中に含ま
れる重金属や他の成分を冷却水中に全部回収することが
困難な場合がある。この様な場合には、ディフューザ部
から放出したガスを回収し処理すればよい。ガスの温度
も気液混合物と同じ温度に冷却されており、その後の処
理が容易である。

【００５９】（５）耐火物用組成物本発明の耐火物用組成物は、上記（２）の急速冷却塔の
構成部材において説明した組成を有する。本発明の耐火
物用組成物は、上記急速冷却塔の特に高温ガスの接触部
に使用することが好ましいのであるが、これに限られ
ず、例えば、製鉄などの溶鉱炉にも使用できる。従来か
ら製鉄の高炉等では耐火物が使用されているが、１年に
１度の張り替えが必要であった。これは、溶鋼の高温に
よって耐火物に亀裂が生じまたは酸性物質により耐火物
が損傷を受けるからである。しかしながら、本発明者は
これが単に高温が原因である場合に限られず、燃焼によ
る水分によって耐火物が損傷を受けることを見出したの
である。高炉などに使用される耐火物の特性としては耐
熱性に優れることが要求されるのであるが、実際には水
分に対する耐性の効果も大きいということである。この
点、本発明の耐火物用組成物は、耐熱性と共に撥水性に
優れるため、実際の使用においても耐久性に優れるので
ある。従って、例えば製鉄業界で一般的に不定形耐火物
が使用されるところに広く使用することができる。ま
た、使用方法も、従来公知の方法でかまわない。

【００６０】このような場所としては、温度６００℃以
上の高温内容物を収容する容器や塔等に広く使用でき、
内容物は流体に限らない。例えば高炉からの溶銑を製鋼
炉に挿入するまでの運搬と溶銑の貯蔵工程に使用される
桶、溶銑鍋もしくは混銑車、混銑炉、製鋼炉からの溶鋼
を鋳造設備まで運搬するための運搬容器である取鍋、更
にキュポラ、転炉、電気炉、真空脱ガス炉、連続鋳造用
タンディシュ等の溶鋼を精錬または運搬する炉や容器が
対象となる。また鉄鋼に限らず、アルミニウム精錬、銅
製錬、鉛製錬、亜鉛精錬その他の合金製造、精錬等の炉
やガラス溶解炉等であってもよい。更に、ごみ焼却炉、
溶融式焼却炉、旋回流溶融炉、コークスベッド溶融炉、
表面溶融炉、電気抵抗式溶融炉などに使用することでき
る。

【００６１】

【実施例】つぎに実施例を挙げて本発明をさらに詳細に
説明する。

【００６２】（実施例１）ＳｉＯ₂を７７．５重量％、
Ａｌ₂Ｏ₃を１２．３重量％、Ｆｅ₂Ｏ₃を１．３重量％、
ＣａＯを１．３重量％、ＭｇＯを０．１５重量％、Ｍｎ
Ｏを０．２４重量％、Ｋ₂Ｏを２．３重量％、Ｎａ₂Ｏを
４．３重量％含有する耐火物用組成物を調製した。

【００６３】これに水を添加し泥状にし、乾燥、焼結し
焼結体を得た。この焼結体について、比重、圧縮強度、
曲げ強度、吸水率、熱伝導度（ＪＩＳＲ１６１
１）、耐火性（ＪＩＳＲ２２０４）、耐スポーリン
グ性（ＪＩＳＲ１６０９）、凍結溶融（ＪＩＳＲ
２５２１）、耐酸度（ＪＩＳＲ１５０３）を測定
した。結果を表１に示す。

【００６４】

【表１】

【００６５】（実施例２）実施例１で使用した耐火物用
組成物について、８００〜９００メッシュの細粒を使用
し、０．０６％硫酸、０．０２％硝酸、硫酸と硝酸との
比が３：１である混酸に２５時間含浸し、細粒の減少率
を調べ、酸自体に対する強度を測定した。また、同様に
して印南石（加古川石）、仙台石（岩ヶ崎石）、オーペ
ルギュー溶岩（イタリア）で同様に試験を行った。結果
を表２に示す。

【００６６】

【表２】

【００６７】（実施例３）実施例１の焼結体について、
断熱試験を行った。厚さ５０ｍｍの焼結体の片面を温度
１０００℃で５時間加熱した。他面は２６０℃より上昇
しなかった。断熱係数は、０．０７７であった。

【００６８】（実施例４）実施例１の耐火物用組成物を
使用して図１に示す急速冷却塔を製造した。ガス導入部
の内径は６００ｍｍであり、中間胴部の内径は１０００
ｍｍ、スロートの内径に対するディフューザ部までの距
離との比は５であった。

【００６９】焼却処理場からの燃焼廃ガスをガス導入部
に導いたところ、ガス温度は８００℃であり、ガス流量
は２０００Ｎｍ³／ｈｒ、８００℃から６３℃に冷却す
る風量は２．９ｍ³／ｓｅｃであった。この廃ガス中に
は、成分ＨＣｌが０．１容量％、ＮＯｘが０．７９容量
％、ＳＯｘが０．０００６容量％、重金属である水銀
（Ｔ−Ｈｇ）が０．１容量％含有されていた。

【００７０】これに、冷却水として水道水（２０℃）を
使用し、絞り部側面から冷却水を気液比３〜５リットル
／ｍ³となるように調整して溢流させたところ、冷却水
は絞り部の中央近傍に達していた。冷却水は、廃ガスと
混合され、連結部、スロート部を経てディフューザ部下
端部に達した。ディフューザ端部での気液混合物の温度
は６３℃であり、蒸発水量は７５５ｋｇ／ｈｒ、廃ガス
量は２０００＋（１．２９×７５５）＝２９３６Ｎｍ³
／ｈｒとなり、水槽に回収された回収液量は２７２５リ
ットル／ｈｒとなった。また、該回収液中には上記ＨＣ
ｌ、ＮＯｘ，ＳＯｘ，重金属が回収された。その回収液
中への回収率は、ＨＣｌが９０％、ＮＯｘが８５％、Ｓ
Ｏｘが８９％、水銀（Ｔ−Ｈｇ）が１０％であった。

【００７１】尚、本発明の急速冷却塔は、平成８年４月
から連続使用され、１年に１度の定期点検を除いては休
止することがなく使用されているが、３年３カ月の連続
使用においても亀裂などが発生せず、耐火物の張り替え
などが不要であった。

【００７２】

【発明の効果】本発明の急速冷却塔を使用すると、高温
ガスに含まれる水溶性の成分を気液混合物を形成させる
ことで簡便に水溶液に溶解させることができる。従っ
て、ガス成分中に含まれる水溶性成分の分取や回収除去
に使用すると、大量のガスを簡便に処理し、これを水溶
液とすることができる。

【００７３】また、得られた水溶液は、スロート部およ
びディフューザ部を介して容易に冷却できる。一般に水
溶液の分析や回収には、低温の溶液を使用することが好
ましいのであるが、本発明によれば、溶液化と冷却とを
一度に行うことができる。

【００７４】本発明の耐火物用組成物は、耐熱性に優れ
かつ耐水性に優れるため、通常は１年程度で張り替えが
必要な高温環境下での内壁として使用しても、亀裂や破
損が生ずることが無い。このため、これを用いたシステ
ムを終了させる必要が無く、連続処理に適する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の急速冷却塔の概略断面である。

【図２】図１に示す装置の他の態様を示す図である。

【図３】図１に示す装置の他の態様を示す図である。

【符号の説明】

９…気液混合部１０…ガス導入部２０…中間胴部２１…冷却水２２…絞り部２３…冷却水管２４…連結部３０…スロート部４０…貯水部５０…ディフューザ部５１…波切り６０…急速冷却塔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２８Ｆ 25/00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上部のガス導入部から導入されたガス
が、中間胴部、スロート部及びディフューザ部を経て流
下するガス流路を有し、当該ガス流路の前記スロート部
の上部に、外部から導入した冷却水と前記ガス流路を流
れるガスとを混合する気液混合部を形成してなり、当該
気液混合部は、前記ガス流路内に前記冷却水が流入する
貯水部を有し、当該貯水部から溢流した冷却水が前記ガ
スと混合され流下するようにしたことを特徴とする急速
冷却塔。
【請求項２】前記ガス導入部の内径（ｘ）に対する前
記中間胴部の内径（ｙ）の割合（ｙ／ｘ）が、１．２〜
２であることを特徴とする請求項１記載の急速冷却塔。
【請求項３】前記ガス導入部および前記中間胴部とが
耐火物で構築されることを特徴とする請求項１記載の急
速冷却塔。
【請求項４】前記耐火物が、ＳｉＯ₂６５〜８５重量
％、Ａｌ₂Ｏ₃を８〜１５重量％およびＮａ₂Ｏ３〜８重
量％を含有する耐火物用組成物からなることを特徴とす
る請求項３項に記載の急速冷却塔。
【請求項５】前記スロート部の内径（ａ）とスロート
部下部からディフューザ部下端部までの距離（ｂ）との
比（ｂ／ａ）が２〜１０である請求項１〜４のいずれか
１項に記載の急速冷却塔。
【請求項６】温度６００〜１５００℃のガスを、ガス
流路の一部において外部から導入して溢流させた冷却水
と混合して気液混合物を得、次い該気液混合物をスロー
ト部およびディフューザ部に落下させることを特徴とす
る気液混合物の冷却方法。
【請求項７】前記ガスの体積１容量に対して、前記冷
却水の液量が１〜１０倍容量の割合で溢流させることを
特徴とする請求項６記載の気液混合物の冷却方法。
【請求項８】該冷却水がアルカリ溶液であることを特
徴とする請求項６または７記載の気液混合物の冷却方
法。
【請求項９】該高温ガスが燃焼廃ガスであることを特
徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の気液混合
物の冷却方法。
【請求項１０】該燃焼廃ガスが酸性物質または重金属
を含有することを特徴とする請求項９記載の気液混合物
の冷却方法。
【請求項１１】ＳｉＯ₂６５〜８５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃
を８〜１５重量％およびＮａ₂Ｏ３〜８重量％を含有す
る耐火物用組成物。