JP2003340268A

JP2003340268A - 気液接触板構造と気液接触装置

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Publication number: JP2003340268A
Application number: JP2002151852A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Akita; 康浩秋田; Toshio Arai; 寿夫荒井; Takashi Yoshiyama; 隆士吉山; Katsuhiro Hashizume; 克浩橋爪; Norio Miwa; 典生三輪
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-05-27
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2003-12-02
Anticipated expiration: 2022-05-27
Also published as: JP3854538B2

Abstract

(57)【要約】【課題】軽量で、加工性に優れ、安価で、濡れ性能が
気液接触板の幅方向に広がる気液接触板を提供するこ
と。【解決手段】ガス吸収塔に用いられる気液接触板２に
吸収液が上方から下方へ流れ、吸収液は気液接触板２に
形成された凹凸２ａ，２ｂ形状によって、気液接触板の
左右幅方向に広がる。また、樹脂製の気液接触板２の表
面にはプラズマ処理され、親水性が向上しさらに幅方向
への吸収液が広がるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスを液体中に吸
収させる目的で用いられる気液接触板及び気液接触装置
に関する。さらに詳しくは、ガス及び液体の接触面積を
増大させて効率的なガス吸収を実現する気液接触板及び
気液接触装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】有害または有益なガスを吸収するための
装置として、吸収液を利用した気液接触装置が知られて
いる。主に化学プラント等では、排出される二酸化炭素
（ＣＯ2）等のガスの吸収効率を向上させるために、例
えば円筒状や矩形塔状の吸収塔を用い、塔の内部に気液
接触板を配設してガス及び吸収液の接触面積を増やすこ
とが行われている。一般に、気液接触性能は、液膜の総
表面積に依存することが知られている。高い気液接触性
能を得るためには、気液接触板の表面において、液がで
きるだけ濡れ広がることが好ましい。なお、液が広く濡
れ広がることを、濡れ性能が良好であると表現する。そ
の気液接触板の材料は、主として金属材料が使用されて
いた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】気液接触板は、吸収塔
の容器内に配設されノズルにより吸収液が噴霧される
が、吸収液を容器内に均等に噴霧することは困難であ
り、容器内に複数枚配設されている気液接触板の全表面
に対して濡れ性能を均一化することが困難であった。ま
た、気液接触板を金属製にすると、気液接触塔全体とし
ての重量が大きくなり、気液接触塔を支える構造部品も
大型化してしまうといった問題がある。一方、金属に代
わる気液接触板の材料としては、たとえば樹脂等の高分
子材料が考えられる。高分子材料は軽量で、かつ加工性
がよく、さらに安価であるが、工業用材料として用いら
れる高分子材料はほとんどが疎水性であり、前記した濡
れ性能が得られにくいといった問題がある。

【０００４】最近では高分子材料でありながら親水性を
有する、いわゆる親水性ポリマーも知られている。親水
性ポリマーを気液接触板の材料として使用すれば、軽量
で、かつ加工性がよく、しかも前記した濡れ性能が得や
すい。しかし、親水性ポリマーは、疎水性の高分子材料
に比べて一般に高価であったり、フィルム等成形体の成
形性が悪いといった問題がある。また、親水性ポリマー
は水と接触すると水分を吸収して、強度の低下すること
が知られている点も問題である。本発明はこのような事
情に鑑みてなされたもので、軽量で、加工性に優れ、安
価で、濡れ性能が気液接触板の幅方向に広がる気液接触
板を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、高分子材料の
表面の少なくとも一部に表面加工を施してなる気液接触
用の充填物を提供する。前記の気液接触用の充填物は、
高い濡れ性能を有する。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態による
気液接触板及び気液接触装置について、図面を参照しな
がら詳細に説明する。図１は、気液接触装置としての吸
収塔１の概略図である。吸収塔１は、例えば化学プラン
トの一設備として備えられ、プラント内で発生したガス
中に含まれる二酸化炭素、ハロゲン化水素やアンモニア
などの水溶性ガス成分を水による吸収で浄化するための
吸収塔、あるいは脱臭装置として有利に使用することが
できる。また、これらのガス成分を水中に溶かして水溶
液を製品として得るための溶かし込み装置としても使用
することができる。

【０００７】吸収塔１は、円柱状の容器１ａの軸心が上
下方向に向くように配置され、吸収塔１の内部では、図
２に示す気液接触板２を容器１ａの中間位置の高さに配
置させている。ガスは、吸収塔１の塔底に設置されたガ
ス供給口４から導入されて、吸収塔１の内部を下から上
に流れ、吸収塔１の塔頂に設置されたガス排出口５から
塔外に排出されて、次行程で処理される。一方、液は、
吸収塔１の上部に設置された液供給口６から容器１ａ内
に導入されて、水平方向に伸びた供給管を通り、多数配
設されているノズル７によって噴霧される。気液接触板
２は、ガス及び液体の流れ方向に沿って、すなわち板面
が容器１ａの軸方向に平行になるように、縦に複数枚並
べて配置している。この気液接触板２は、気液接触板２
の下部に配置されている円板状の支持体３によって固定
されている。ノズル７は、塔内での各々の気液接触板２
に対して液を散布するために設ける装置であり、供給間
の軸方向に間隔をおいて互い違いに両側に配列されてい
る。液は吸収塔１の内部を上から下に流れ、吸収塔１の
塔底に設置された液溜め８に溜められたのち、液排出口
９から塔外へ出る。液溜め８は、吸収塔１と同じ径を有
する円盤や漏斗状の逆円錐形である。ここで、液は気液
接触板２の表面及び裏面並びに吸収塔１の内面に沿って
流下する。

【０００８】次に、気液接触板２について詳細に説明す
る。気液接触板２は、長方形の板材であって樹脂等高分
子材料で形成されている。特に、高分子材料に限定され
るものではなく金属製のものであってもよいが、本実施
の形態では、ポリプロピレン（以下、ＰＰとも呼ぶ）ま
たはアクリルニトリルブタジエンスチレン樹脂（以下、
ＡＢＳとも呼ぶ）を使用している。図３は、気液接触板
２の表面の断面形状である。図に示すように、気液接触
板２の表面は矩形の凹凸２ａ，２ｂ形状であって、凹部
高さがａであって、先端長がｂであって、底面長がｃで
あり、これらの凹凸２ａ，２ｂ形状が水平方向に延在
し、また凸部２ｂがピッチｂで凹部２ａがピッチｃで、
これらの凹凸が同様に連続して縦方向に形成されてい
る。この凹凸２ａ，２ｂが気液接触板２の表裏両面の全
表面に形成されている。

【０００９】図４の（ａ）〜（ｂ）は、気液接触板２の
凹凸２ａ，２ｂの断面形状の他の形態を示す。図４の
（ａ）は、断面を三角形状に形成した凸部を有する凹凸
２ａ，２ｂであり、図４の（ｂ）は、断面を台形状に形
成した凸部を有する凹凸２ａ，２ｂであり、図４の
（ｃ）は、断面をＶ字形状に形成した凹部を有する凹凸
２ａ，２ｂであり、図４の（ｄ）は、断面を湾曲状に形
成した形状を有する凹凸２ａ，２ｂである。

【００１０】また、図５の（ａ）〜（ｂ）は、気液接触
板２の凹凸２ａ，２ｂの延在方向の他の形態を示す。図
５の（ａ）は、気液接触板２の幅方向に対して凹凸２
ａ，２ｂの延在方向が、気液接触板２の中心部から左右
両側へいずれも低くなるように、凹凸２ａ，２ｂを傾斜
させて、この凹凸２ａ，２ｂを上下方向に複数条併設し
ている。図５の（ｂ）は、気液接触板２の幅方向に対し
て一方の側から他方の側へ、また他方の側から一方の側
へ低くなるようにして凹凸２ａ，２ｂを傾斜させて、互
い違いに凹凸２ａ，２ｂを形成し、上下方向に複数条併
設している。

【００１１】図５の（ｃ）は、気液接触板２の幅方向に
対して一端側から他端側へ凹凸２ａ，２ｂを傾斜させ
て、他端側が低くなるように凹凸２ａ，２を形成し、こ
れを上下方向に複数条併設している。図５の（ｄ）は、
気液接触板２の幅方向に対して凹凸２ａ，２ｂの延在方
向が、気液接触板２の中心部から左右両側へ、いずれも
低くなるように凹凸部２ａ，２ｂを湾曲状に形成し、こ
の凹凸部２ａ，２ｂを上下方向に複数条併設している。

【００１２】図６に示すように、気液接触板２は押出成
形機２１によって形成される。すなわち、樹脂製の気液
接触板２を成形するのであれば、樹脂原料をホッパー２
２に投入し、押し出し成形機２１により加熱して撹拌さ
せて溶融し、押出成形機２１の押出口から溶融樹脂２４
をロール２５間に押し出して、樹脂板の表裏両面に凹凸
２ａ，２ｂを連続的に形成する。そして、気液接触板２
の表裏面を親水性処理するためプラズマ照射機２６によ
りプラズマ接触処理する。

【００１３】このプラズマ接触処理は、低圧気体中の放
電現象を利用する表面処理である。プラズマ接触処理と
しては、例えば低温プラズマ（ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａ
ｔｕｒｅｐｌａｓｍａ，ＬＴＰ）が知られている。
たとえば、ポリエチレンを酸素低温プラズマ接触処理す
ると水接触角が９０度から４３度に、アルゴン低温プラ
ズマ接触処理すると水接触角が９０度から６０度に、ポ
リエチレンテレフタレートを酸素低温プラズマ接触処理
すると水接触角が７７度から３２度に変化するなど、濡
れ性能が向上する（高分子学会編、“高分子新素材便
覧”、丸善（１９８９）、ｐ．５１３）ことが知られて
いる。このように、プラズマ接触処理によれば、高い濡
れ性能を有する高分子材料が得られるので、気液接触板
として好適となる。また、プラズマ接触処理は材料の表
面を処理する技術であるので、材料全体としての機械的
強度はほぼ保たれる。高分子材料の種類には限定はな
く、たとえばポリプロピレン、ナイロン、塩化ビニル、
ポリエステル等が利用できる。

【００１４】次に、気液接触板の別の実施の形態を説明
する。図３の（ｂ）は、図３の（ａ）と同様に気液接触
板２の表面拡大図である。気液接触板２の材質について
は、高分子材料であっても金属製材料であってもよく、
気液接触板２自体には、親水性処理はされていない。こ
の気液接触板の凹部２ａには、親水性材料２ｃを塗布
し、凸部２ｂには撥水性材料２ｄを塗布している。気液
接触板２が樹脂製であるような場合は、通常は撥水性で
あるので、凸部２ｂはそのままの状態にしておいてもよ
い。また、親水性処理については、周知の物理的、化学
的処理をすればよい。このような構成により、ガス吸収
液が気液接触板２面上を流れると、凸部２ｂに流れてき
た処理水が撥水性材料２ｄに弾かれるようにして凹部２
ａに流れ込み、凹部２ａには親水性材料２ｃが塗布され
ているので、凹部２ａの溝内に処理水がしみ込むように
して入り込むことができる。こうして、気液接触板２の
表面全体に処理水を広げることができる。

【００１５】次に、本実施の形態の実験例について説明
する。［実験例１］次に、本発明の凹凸部に関する濡れ性評価
試験の実験例を詳細に説明する。図７は、実験室での試
験に用いた評価試験装置の概略外観図である。アクリル
製ダクト１０は、吸収塔１の容器１ａを模したものであ
り、形状は四角筒であって、天井面及び底面は開放され
ている。アクリル製ダクト１０の中央部には、気液接触
板２を垂直に一枚設置している。気液接触板２の直上に
は内径１ｍｍのノズル７を下向きに設けている。液とし
ては６４℃の蒸留水を用い、ポンプ１１を使用して２ｍ
ｌ／ｍｉｎの速度で供給し、気液接触板２の表面および
裏面を流下させた。また、ガスとして空気を使用し、ア
クリル製ダクト１０の内部を線速度２．５ｍ／ｓで下か
ら上に向けて流すようにしている。このような、試験装
置により、図８に示す試験例１から試験例５のパターン
形状を備えた気液接触板２を用い試験を行った。気液接
触板２はポリプロピレン製であり、比較材として表面処
理を行わないものと、実施例としてプラズマ表面処理を
行ったものとを供試し、気液接触板２の幅方向における
吸収液の広がり幅をみた。そして、蒸留水を流し始めて
から１０分後に、蒸留水の水平方向の流路幅を測定し
て、濡れ性の評価とした。表１に試験装置のシュミレー
ションデータを示し、表２に濡れ性評価試験の結果を示
す。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】試験例１〜３は矩形パターンものを用い、試験例４及び
試験例５は菱形パターンのものを用いた。その結果、全
ての試験例でプラズマ処理したものが吸収液の広がり幅
が大きいという結果がでた。また、形状では試験例４及
び試験例５のような菱形パターン形状のほうが矩形のも
のより広がり幅が大きい結果が得られた。また、菱形パ
ターン形状では、一辺が大きいものの方が広がり幅が大
きい結果が得られた。

【００１８】［実験例２］上記評価試験装置を用いて、
図３の（ａ）に示す凹凸２ａ，２ｂの寸法がａ〜ｃを有
する矩形断面の気液接触板２により、上記実験例１と同
様の条件で濡れ性評価試験を行った。実施例としてプラ
ズマ処理を行った気液接触板２を用い、比較例としてプ
ラズマ処理を行なっていない気液接触板２を用いた。ま
た、試験例６〜試験例１０としてＡＢＳを用い、試験例
１１としてＰＰを用いた。なお、試験例６は凹凸を形成
しない気液接触板２を用いた。各々の試験結果を表３に
示す。

【００１９】

【表３】表３に示すように、全てについてプラズマ処理した方が
吸収液の広がり幅が大きくなった。溝の幅ｃについて
は、狭い方が広がり幅を大きい結果が得られた。

【００２０】［実験例３］上記評価試験装置を用いて、
図３の（ａ）に示す凹凸２ａ，２ｂの寸法がａ〜ｃを有
する矩形断面の気液接触板２により、上記実験例１と同
様の条件で濡れ性評価試験を行った。実施例としてプラ
ズマ処理を行った気液接触板２を用い、今回は、凹凸２
ａ，２ｂの矩形形状についてさらに詳しく、吸収液の広
がり幅を考察してみた。各々の試験結果を表４に示す。

【００２１】

【表４】図９は、表４の結果を考察したものであり、気液接触板
２の５ｃｍの上下長さに対する凹凸２ａ，２ｂの段数
［（ｂ＋ｃ）／５］と吸収液の広がり幅を示している。
グラフの縦線は吸収液の広がり幅を表し、横線は凹凸２
ａ，２ｂの段数を表している。結果として段数が大きい
方が吸収液の広がり率が大きい結果を得た。図１０は、
同じく表４の結果を考察したものであり、気液接触板２
の底面長ｃに対する吸収液の広がり幅を考察した。グラ
フの縦線は吸収液の広がり幅を表し、横線は底面長の長
さである。結果として底面長ｃの間隔の小さいものが吸
収液の広がり率が大きい結果を得た。

【００２２】以上の試験例より、凹部高さａの影響に依
存することなく、底面長ｃの寸法を極小化することが、
吸収液を気液接触板２の幅方向に広げるために最も有効
であると考えられる。底面長ｃが小さい方が液拡散幅が
拡大する要因として、毛細管現象と連動した凹部２ａを
形成する各辺（３辺）の親水性効果によるものと考えら
れる。凹部２ａの溝が保持できる液量について考察する
と、表４のＶ１の試験例１４に示すように、凹部高さａ
が０．２ｍｍ、先端長ｂが０．２ｍｍ、底面長ｃが１ｍ
ｍであるときが最適であり、底面長ｃが１ｍｍのときが
最適である。また、気液接触板２の全体に焦点をあてる
と、すなわち、気液接触板２の単位長さあたりの液保持
量を考察すると表４のＶ２の試験例１４に示すように、
凹部高さａが０．２ｍｍ、先端長ｂが０．２ｍｍ、底面
長ｃが１ｍｍであるときが最適であり、底面長ｃが１ｍ
ｍのときが最適である。

【００２３】本発明のプラズマ処理した樹脂製の気液接
触板２の板厚は、例えば自重やガスの圧力変動に耐える
程度の適度な剛性を確保するためには一定の厚みが必要
である一方で、厚すぎる板は充填物の単位重量あたりの
表面積が少なくなって不利である。これらを考慮した好
ましい板厚は０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、さ
らに好ましくは０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。
これらの板厚で製造された気液接触板の単位表面積あた
りの質量はたとえば１ｋｇ／ｍ2以下となる。従来の金
属製の気液接触板では同じく２ないし４ｋｇ／ｍ2程度
であったので、半分以下あるいは４分の１以下の軽量化
を達成できる。なお、気液接触板２を作成するにあた
り、プラズマ処理の代わりにグロー放電処理やコロナ放
電処理を行って、気液接触板２の表面に親水性を保持す
るようにしてもよい。グロー放電処理は、プラズマをつ
くるのにグローを利用するものであり、その効果はプラ
ズマ接触処理と同様である。また、コロナ放電処理は、
プラズマを作るのにコロナを利用するものであり、その
効果はプラズマ接触処理と同様である。

【００２４】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明は上記実施の形態に限らず本発明の
技術的思想に基づいて、種々の変形及び変更が可能であ
る。例えば、上記実施の形態では気液接触板２の表裏両
面の全体に凹凸２ａ，２ｂを形成したが、凹凸２ａ，２
ｂを形成する部位は部分的であってもよく、気液接触板
２ａの上部のみに形成しても効果がある。気液接触板２
の形状、大きさ及び枚数は特に限定されるものではな
く、組み合わせる吸収塔１の形状、大きさ及び設置箇所
等を考慮して好ましく定められるものである。気液接触
板２の材質は高分子材料の他、アルミニウムやステンレ
スであっても上記した凹凸２ａ，２ｂを設ければ、濡れ
性能が向上する。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
気液接触板の幅方全体にガス吸収液が広がりながら流下
するので、気液が接触する界面を広く確保でき、効果的
な気液接触が行われる。本発明によれば、高分子材料を
用いることで、軽量かつ加工が簡単な気液接触板の提供
でき、この気液接触板を用いた気液接触装置の製造を安
価にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による気液接触板を配設し
た吸収塔の概略斜視図である。

【図２】図１の吸収塔に配設した気液接触板の正面図
（左側）と断面図（右側）である。

【図３】（ａ）は、図２の気液接触板の拡大断面図であ
る。（ｂ）は変形例による気液接触板の拡大断面図であ
る。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は、図２における気液接触板の
凹凸形状の変形例による各断面図である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は、図２における気液接触板の
凹凸形状の延在方向を示す正面図である。

【図６】図２の気液接触板の成形方法を示すための押出
成形設備の概略図である。

【図７】気液接触板の濡れ性能を試験する濡れ評価装置
の概略斜視図である。

【図８】本実施の形態の試験例１〜試験例５の気液接触
板の表面パターンを示す図である。図中の単位は（ｍ
ｍ）である。

【図９】気液接触板の凹凸の５０ｍｍ当たりの段数に対
する吸収液の広がり幅を示すグラフである。

【図１０】気液接触板の凹凸の底面長にたいする吸収液
の広がり幅を示すグラフである。

【符号の説明】

１吸収塔２気液接触板３支持体４ガス供給口５ガス排出口６液供給口７ノズル８液溜め９液排出口１０アクリル製ダクト１１ポンプａ凹部高さｂ先端長ｃ底面長

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｂ０１Ｄ 53/68 Ｂ０１Ｄ 53/34 １１６Ｃ 53/77 (72)発明者吉山隆士広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者橋爪克浩愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地三菱重工業株式会社名古屋研究所内 (72)発明者三輪典生愛知県名古屋市中村区岩塚町字九反所60番地の１中菱エンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 4D002 AA09 AA13 AA19 AB02 AC07 BA02 CA04 DA35 FA01 HA03 4D020 AA03 AA09 AA10 BA23 BB03 CB28 CC06 CC15 4G075 AA03 AA13 BB04 BD03 BD13 BD23 BD26 DA02 EB02 EC09 EE31 FA05 FB12 FC20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上側から下側方向に処理水が流れる気液
接触板上で、処理水に接触したガスが該処理水に吸収さ
れる気液接触板構造において、気液接触板の表面に左右
幅方向に延びる凹凸形状の線条を設け、該線条を上下方
向に複数本を配列し、処理水が気液接触板表面を左右幅
方向に広がるような形状に形成したことを特徴とする気
液接触板構造。
【請求項２】前記線条は、前記気液接触板の左右幅方
向の一端部から他端部に亘って連続的に形成してなるこ
とを特徴とする請求項１に記載の気液接触板構造。
【請求項３】前記凹凸形状の線条が矩形の凹凸形状で
あって、気液接触板の幅方向に延在させたことを特徴と
する請求項１または２に記載の気液接触板構造。
【請求項４】前記気液接触板の表面の材質がポリプロ
ピレンまたはアクリルニトリルブタジエンスチレン樹脂
であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に
記載の気液接触板構造。
【請求項５】前記凹凸形状の頂部が撥水性を有し、凹
凸形状の底面部に親水性を有するようにしたことを特徴
とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の気液
接触板構造。
【請求項６】前記気液接触板の表面をプラズマ接触処
理により親水性を有するように処理したことを特徴とす
る請求項１〜４のいずれか１項に記載の気液接触板構
造。
【請求項７】筒状体と、該筒状体の上方部に設けられ
た液供給手段と、該筒状体の底部付近に設けられた液排
出手段と、前記液排出手段の上方に設けられたガス供給
手段と、表面に左右幅方向に延びる凹凸形状の線条を設
け、該線条を上下方向に複数本を配列し、処理水が左右
幅方向に広がるような形状に形成した気液接触板と、前
記筒状体の頂部付近に設けられたガス排出手段とを備
え、前記気液接触板は前記ガス供給手段と前記液供給手
段の中間に設置してなることを特徴とする気液接触装
置。