JP2006061908A - 気液接触用ガス分散管と、これを用いる気液接触方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上端開口から管内に導入されたガスが下端部のガス噴出孔から噴出する際の圧力損失の少ない構造の気液接触用ガス分散管を提供すること。
【解決手段】上端部からガスを管内に導入させ、下端部からガスを液体中に噴出させて気液接触させる気液接触用ガス分散管であって、その下端部の管内に、下方に向けてその水平断面積が拡大するガス案内部材を、管内壁面との間に間隔を置いて配設した構造、又は、該ガス分散管が、直管の下端に、下方に向けてその断面積が縮小するノズル構造の短管を着脱自在に連結させた構造を有し、該ガス分散管の下端部が、下方に向けてその水平断面積が縮小するノズル構造に形成されていることを特徴とする気液接触用ガス分散管。これを用いる気液接触方法及び装置。
【選択図】図２

Description

本発明は気体と液体（スラリーを含む）とを接触させるために用いられるガス分散管と、これを用いる気液接触方法及び装置に関する。

大型液槽内に液体を収容させ、その液体内に下部周壁面に複数のガス噴出孔を有するガス分散管（スパージャーパイプ）の多数を垂設し、そのガス分散管の上端開口からガスをその管内に導入し、管内に導入させたガスをその管の先端部に形成されたガス噴出孔から液体中に噴出させて気液接触を行わせる装置は広く知られている（特許文献１乃至６等）。

このような装置に用いられる従来のガス分散管においては、その上端部の内径と下端部の内径とが同じである直管構造のものであり、空間からガス分散管の上端開口に入るガスが急激に縮小されるために、無駄な圧力損失を生じるという問題があった。

また、従来のガス分散管は、その下端部の周壁に設けたガス噴出孔からガスを水平方向に噴出させる構造のものであるため、このような構造のガス分散管では、管内を垂直方向に流下するガスはその進路を水平方向に変更させてガス噴出孔から流出する。従って、従来のガス分散管においては、垂直方向に流下するガスが水平方向へ進路変更することにより生じる圧力損失の問題もあった。この場合の圧力損失は、管内を通るガス流量が大きくなったり、ガス中に液滴粒子が混入している場合には、一層大きくなる。

さらに、従来のガス分散管においては、ガス流入口を形成する上端開口部の内周壁は、ガス中に含まれる液滴や固体微粒子の衝突によりしだいに摩耗していくが、このような摩耗が生じたときに、従来のガス分散管では、そのガス分散管全体を交換させる必要があり、その交換に多くの労力と経費と時間を要するという問題があった。

特公昭５５−３７２９５号 特公昭５７−６３７５号 特公昭５９−１１３２２号 特公平３−７０５３２号 特開平３−７２９１３号 特開平３−２６２５４１０号

本発明の課題は以下の通りである。

（１）ガスが空間から上端開口を介して管内に入る際の圧力損失の少ない構造の気液接触用ガス分散管を提供すること。
（２）上端開口から管内に導入されたガスが下端部のガス噴出孔から噴出する際の圧力損失の少ない構造の気液接触用ガス分散管を提供すること。
（３）上端開口部の内周壁が摩耗しても、管全体を交換する必要のない構造の気液接触用ガス分散管を提供すること。
（４）前記気液接触用ガス分散管を用いる気液接触方法を提供すること。
（５）前記気液接触用ガス分散管を備えた気液接触装置を提供すること。

本発明の他の課題は以下の説明により理解されるであろう。

本発明によれば、次の発明が提供される。
（１）上端部からガスを管内に導入させ、下端部からガスを液体中に噴出させて気液接触させる気液接触用ガス分散管であって、該管の上端部が、下方に向けてその水平断面積が縮小する縮小管構造に形成されていることを特徴とする気液接触用ガス分散管。
（２）上端部からガスを管内に導入させ、下端部からガスを液体中に噴出させて気液接触させる気液接触用ガス分散管であって、直管の上端に、下方に向けてその水平断面積が縮小する縮小管を着脱自在に連結させた構造を有することを特徴とする気液接触用ガス分散管。
（３）上端部からガスを管内に導入させ、下端部からガスを液体中に噴出させて気液接触させる気液接触用ガス分散管であって、該管の下端部が、下方に向けてその水平断面積が縮小するノズル構造に形成されていることを特徴とする気液接触用ガス分散管。
（４）上端部からガスを管内に導入させ、下端部からガスを液体中に噴出させて気液接触させる気液接触用ガス分散管であって、直管の下端に、下方に向けてその水平断面積が縮小するノズル構造の短管を着脱自在に連結させた構造を有することを特徴とする気液接触用ガス分散管。
（５）上端部からガスを管内に導入させ、下端部からガスを液体中に噴出させて気液接触させる気液接触用ガス分散管であって、その下端部の管内に、下方に向けてその水平断面積が拡大するガス案内部材を、管内壁面との間に間隔を置いて配設した構造を有することを特徴とする気液接触用ガス分散管。
（６）上端部からガスを管内に導入させ、下端部からガスを液体中に噴出させて気液接触させる気液接触用ガス分散管であって、直管の下端に、下方に向けてその水平断面積が拡大するガス案内部材を管内壁面との間に間隔を置いて配設した短管を、着脱自在に連結させた構造を有することを特徴とする気液接触用ガス分散管。
（７）ガスを、隔板に形成された多数の透孔に垂設された気液接触用ガス分散管を通して、槽内に収容されている液体中に吹込む構造を有する気液接触方法において、該気液接触用ガス分散管として、前記したガス分散管の中から選ばれるガス分散管を用いることを特徴とする気液接触方法。
（８）ガスを、隔板に形成された多数の透孔に垂設された気液接触用ガス分散管を通して、槽内に収容されている液体中に吹込む工程を有する気液接触装置において、該気液接触用ガス分散管として、前記したガス分散管の中から選ばれるガス分散管を用いることを特徴とする気液接触装置。

本発明のガス分散管は、従来公知の気液接触装置におけるガス分散管として好適なものである。本発明のガス分散管において、管の上端部が下方に向けてその水平断面積が縮小する縮小管構造に形成されているものは、ガス又は液滴粒子の混入したガスがその管内へ流入し、管内を流通する際の圧力損失を減少させることができる。その結果、ガスを分散管内へ圧送する際の圧力が少なくてすみ、ガスを加圧する動力エネルギーを節約することができる。

本発明のガス分散管において、その下端部を下方に向けてその水平断面積が縮小するノズル構造に形成されたものは、その管内に圧入されたガス又は液滴粒子の混入したガスを吸収液中深く進入させることができるので、その気液接触効率は高く、ガス中に含まれる汚染物質を効率よく除去することができる。また、このガス分散管を用いるときには、そのガス分散管内をガスが流通する際の圧力損失を効果的に減少させることができる。

本発明のガス分散管において、その下端部内部に、下方に向けてその水平断面積が縮小するガス案内部材を挿入した構造のものは、その管の先端から吸収液中へ噴出するガスの水平方向への拡がりと、ガスの下方向への到達深度を最適に調整できるので、気液接触効率を向上させ、汚染物質の除去率を高めることができる。

本発明をより詳細に説明するために、添付の図面に従って本発明を説明する。

図１は、管の上端部が下方に向けてその水平断面積が縮小する縮小管構造に形成されたガス分散管の説明断面図を示す。

図１に示したガス分散管は、直管部（管本体）２と、直管部の上端部に形成された内周面が上方外方に拡がる曲面に形成された縮小管部１と、直管部の下端に形成されたノズル部７からなるものである。縮小管部１の内周面は円弧状曲面に形成するのが好ましいが、この場合、その内周曲面の曲率半径Ｒ（１）は、直管部の内径の１／２０〜１／１、好ましくは１／８〜１／２の範囲にするのがよい。縮小管部の内周曲面は滑らかに直管に接続し、無駄な圧力損失を発生しないものであれば円弧状曲面の他、楕円弧状曲面、その他の曲面でもよい。また、直管部の下端に形成されたノズル部７の先端の内径Ｒ（３）と直管部２の内径Ｒ（２）との比Ｒ（３）／Ｒ（２）は、０．４〜０．８、好ましくは０．５〜０．７５の範囲である。図１に示した構造の分散管において、その下端部の構造は、図１に示したノズル構造のものである他、単なる直管構造や、直管の周壁面にガス噴出孔を形成させたもの等であることができる。

図１に示した構造の分散管において、縮小管部１及びノズル部７は、交換可能なように、着脱自在のものに形成するのが好ましい。

図２に、直管のその上端に形成した縮小管部及びその下端に形成したノズル部が交換可能に形成されたガス分散管の構造と、この分散管を隔板の透孔部に取付けた状態図を示す。この図において、１は縮小管、２は直管、３は補強管、４は位置決めリング、５は筒状ゴム弾性体、１０２は隔板、７はノズル、８は位置決め補強管を各示す。

図２に示したガス分散管は、全体的には、直管２と、その直管の上端に連結された縮小管１と、直管２の下端に連結されたノズル７から構成される。

縮小管１は、その内周面が上方外方に拡がる円弧状曲面に形成されたもので、その斜視図を図３（ａ）及びその部分拡大図を図３（ｂ）に示す。図３において、１０は周壁内部に縦方向に形成された環状の縦穴で、補強管３の先端部と着脱自在に嵌合する。９は環状縦穴１０の外側の周壁面に形成された環状溝であり、位置決めリング４と嵌合する。

ノズル７は、先細りの管体からなり、その斜視図を図４に示す。図４において、１１はノズルの上部内周壁面に形成された環状溝であり、位置決めリング補強管８に嵌合する。

補強管３は、その内径が直管部２の外径とほぼ等し管体からなる。このものは直管２の外側に、その上端が直管２の上端より上方に位置するように嵌合され、接着剤により接着固定化される。また、この補強管３の上端付近の外周壁面には、位置決めリング４が嵌合する環状溝が形成される。

位置決め補強管８は、短管からなり、直管２の下端部の外側に嵌合され、接着剤により接着固定化される。

前記縮小管１の内周面を形成する円弧状曲面におけるその円弧の曲率半径は、直管部の内径の１／２０〜１倍、好ましくは１／８〜１／２の範囲にするのがよい。

前記ノズル７において、その先端の直径は、直管２の内径の０．４〜０．８、好ましくは０．５〜０．７５の範囲にするのがよい。

縮小管１の材質は、プラスチックやゴム等であることができるが、好ましくは、耐摩耗性、耐衝撃性の良好なゴムである。直管２の材質は、金属、プラスチック等であることができるが、好ましくは硬質プラスチックである。ノズル７の材質は、プラスチックやゴムであることができるが、好ましくは耐摩耗性のゴムである。補強管３の材質は、金属、プラスチック等であることができるが、好ましくは硬質プラスチックである。位置決め補強管８の材質は、金属やプラスチック、ゴム等であることができるが、好ましくは硬質プラスチックである。

本発明による図２に示した構造のガス分散管を製造するには、あらかじめ補強管３及び位置決め補強管８を一体に接着させた直管２に対し、その上端に縮小管１を連結させるとともに、その下端にノズル７を連結させればよい。直管２の上端に対する縮小管１の連結は、補強管３の上端部付近の外周壁面に形成された環状溝に対して環状の位置決めリング４を嵌合させた後、縮小管１の環状縦穴１０と、補強管３の先端とを合わせ、縮小管１を押圧することによって行うことができる。このようにして、図２に示すように、縮小管１の環状縦穴１０内に補強管３の先端部が嵌合するとともに、縮小管１の環状縦穴１０の外側の内周壁面に形成された環状溝９内に位置決めリング４の突起部が嵌合した状態が得られる。また、このようにして直管２の上端に連結された縮小管１は、必要に応じ、縮小管１を上方に向けて引張ることにより、直管２の上端から脱離させることができる。

なお、位置決めリング４は、断面が円形や四角形等の形状を有する環状リングであることができ、その材質は、金属、プラスチック、ゴム等であることができる。

一方、直管２の下端に対するノズル７の連結は、直管２の下端とノズル７の上端開口を合せ、ノズル７を上方に押圧することによって行うことができる。このようにして、図２に示すように、ノズル上部の内周壁面に形成した環状溝１１内に位置決め補強管８が嵌合した状態が得られる。また、このようにして直管２の下端に連結させたノズル７は、必要に応じ、ノズル７を下方に向けて引張ることにより、直管の下端から脱離させることができる。

直管２に対する縮小管１及びノズル７の連結方法としては、前記方法に限定されるものではなく、要するに、着脱自在の方法であれば任意の方法が採用される。

図５に、図２に示したガス分散管において、その下端部をノズル構造ではなく、通常の円筒構造に形成したガス分散管を隔板の透孔部に取付けた状態図を示す。この図において、１５はガス分散管の下端部の周壁面に形成したガス噴出孔を示す。

図２及び図５に示した本発明のガス分散管は、その上端部が縮小管構造に形成されていることから、この分散管に排ガスのみ又は排ガスと吸収液粒子との混合物を流通させるときに、その排ガス又は混合物の流れは、縮小管の壁面から遊離して渦を生じることなく、その縮小管の内壁面に沿って、滑らかに徐々に体積縮小されることから、無駄な圧力損失の発生を効果的に防止することができる。従って、排ガス又は排ガスと吸収液粒子との混合物を分散管内を流通させるために必要とされる動力エネルギーを節約することができる。

また、図２及び図５に示したガス分散管においては、その上端部を形成する縮小管は着脱自在のものであることから、吸収液粒子との衝突によるその縮小管の摩耗が生じたときには、ガス分散管全体を交換する必要はなく、その縮小管のみを交換すればよいので非常に便利である。従来のガス分散管においては、その上端部の摩耗によりその交換が必要となったときには、ガス分散管全体を交換しなければならず、多大の労力と費用と時間を要したが、前記ガス分散管の場合には、その縮小管のみを交換すればよいので、その交換のための労力、費用及び時間を著しく節約することができる。

前記ガス分散管において、図２に示すように、その下端部をノズル構造としたものは、排ガスのみ又は排ガスと吸収液粒子との混合物が管内を直進することから、従来の下端部周壁面にガス噴出孔を配設した構造のガス分散管に比べて、圧力損失の発生が少ないという利点を有する。従来のガス分散管に排ガスのみ又は排ガスと吸収液粒子との混合物を流通させるときには、その排ガス又は混合物は、垂直方向に流下した後、その進路方向を水平方向に変更し、周壁面に設けたガス噴出孔から吸収液中に噴出される。分散管内において下方に直進する排ガスのみ又は排ガスと吸収液との混合物の進路方向を水平方向に変更させるときには、分散管における圧力損失が大きくなる。図２に示したガス分散管においては、分散管を流通する排ガスのみ又は排ガスと吸収液との混合物は、その進路を変更することなく直進し、そのまま吸収液中に吹込まれることから、従来の分散管に見られるような排ガス又は混合物の進路変更による圧力損失の発生はない。

さらに、図２に示した構造のガス分散管は、その縮小管及びノズルが着脱自在であることから、隔板に対する取付けが非常に容易である。

図６〜図１４に、ガス分散管の下端部の管内部に、管本体（直管）のガスの流れを、管本体の出口で斜め外方に拡げるためのガス案内部材を配設した構造のガス分散管の例を示す。

図６〜図８は、下端部の管内部にガス案内部材を配設した構造のガス分散管の１つの実施例を示す。

図６は本発明のガス分散管２１を隔板１０２に取りつけた状態の縦断面図を示す。図７には、図６のＡ−Ａ’断面図、図８には図６のＢ−Ｂ’断面図を示す。

ガス分散管２１は、内部が中空である管本体２０と、この管本体２０のガス出口側２５である端部の内部に配置された下方に向けてその水平断面積が拡大するガス案内部材３０とを備えている。管本体２０は、通常まっすぐな直管であり、その大きさは、外径２５〜２５０ｍｍ程度、長さ５００〜５０００ｍｍ程度とされる。

ガス案内部材３０は、管本体２０内のガス流れを管本体の出口で斜め外方に拡げるために設置されており、このものはガス流れの下流方向に向かって水平切断面の断面積が漸増するような傾斜面３１を備える回転対称体である。より具体的には、円錐、回転放物体などの回転対称体、球および単葉双曲体の下半部などの任意の回転対称体を用いることができる。

このようなガス案内部材３０が備える傾斜面の傾斜角度θは、水平面（底面）から０より大きく９０度より小さい角度、好ましくは１５度〜７５度、より好ましくは３０度〜６０度であり、これらの範囲の中で任意の角度を選ぶことができる。図６の実施例では、傾斜角度θ＝６０度の円錐体が例示されている。この場合、円錐体の底面と等しい径をもつ円柱を円錐体下面に一定長さ連結させ、円錐体底面を摩耗などから保護してもよい。また、円錐体３０の底面に対し、その底面が円錐体３０の直径と同一の逆円錐台形構造物のその底面を接触させて接合させることができる。円錐体３０の下方にこのような逆円錐台形構造物を接合させることにより、円錐体３０の下方のデッドスペースを無くして、ガス分散管下端のガス流出孔から噴出するガスを液体と効率良く接触させることができる。

この傾斜面３１の傾斜角度θが大きいほど下方へのガスの噴出拡散がよくなるので、このガス分散管は、ガス分散管当たりのガスの処理流量が大きい場合に適している。ガスの処理流量が大きい場合には、隣接するガス分散管から噴出する相互のガス流の衝突が起こり易く、気液接触効率が悪くなるが、本発明のガス分散管では、このような欠点を生じない。このガスの処理流量によって、傾斜面３１の傾斜角度θ、あるいは回転対称体の形状を適宜変えて、最適なガスの噴出方向を選定するのがよい。

また、前記管本体２０のガス出口端部における開口断面積は、前記ガス案内部材３０の挿入により、中空体の管本体２０の断面積の２０〜８０％、より好ましくは、３０〜７５％になるように設定される。このように設定することにより、管本体２０のガス出口端部から噴出されるガスは、管本体２０の直管部のガス流速よりも速いガス流速となり、液中における良好な気液接触が得られる。

ガス案内部材３０は、例えば、中空体の管本体２０の中心線から放射状に伸びる板体４０で固定することができる。この固定用板体４０の数は、図示のごとく管本体２０の中心線から管壁までの長さをもつ板体４０を想定すれば、通常４〜３２であり、管本体２０の直径及び必要な強度などを考えて任意の数を選ぶことができる。また、板体４０のガス噴出口における厚みは５ｍｍ以上とし、隣接する噴出口から噴出したガスが衝突合体しないようにするとよい。噴出口付近を除くところでは、板体４０の厚みは一定でなくてもよく、例えば矢印で示したガスの流線が滑らかになるように、位置によってその板体の厚みを変えてもよく、また、軸方向に沿った長さも任意でよい。

このように図６に示されるガス分散管２１は、基本的には、管本体２０と、その一方の端部内部に配置されたガス案内部材３０とからなり、さらに、このガス案内部材３０は板体４０により固定されている。これらのガス案内部材及び板体の材質は、金属、プラスチック等で形成され特に好ましくは硬質プラスチックである。ガス案内部材３０と板体４０は、をインジェクションモールドで一体に形成してもよいし、個々に作製し接着してもよい。また、板体４０を、管本体２０とガス案内部材３０に貫通させ固定してもよい。

なお、図６に示されるガス分散管２１において、その管本体２０の下端面２５ａと、円錐状のガス案内部材３０の底面３２とは同一水平面となるように形成されている。

次に、図９〜図１１は、下端部内部にガス案内部材を配設した構造のガス分散管の他の実施例を示す。

図９〜図１１に示されるガス分散管２２は、前記実施例のガス分散管２１とは、ガス案内部材の形状とその配置において異なっている。すなわち、この実施例のガス分散管２２において、ガス案内部材３０’の底面３７は管本体２０の下端２５ａより外側に突き出しており、この場合、ガス案内部材３０’の底面３７の径が管本体２０の外径と等しくなるように設定されている。なお、これらは全く等しく設定する必要はなく、ガス案内部材３０’の底面３７の径は、管本体２０の外径に対して、±２０％以内の範囲で設定すればよい。また、ガス案内部材３０’の底面３７が管本体２０の下端２５ａより外側に突き出す距離は、底面３７による吸収液の乱流拡散への障害等を考慮して適宜決定される。

この実施例の場合、円錐で例示してあるガス案内部材３０’の斜面３６の傾斜角度θは４５度に設定されているが、上記の実施例で述べたのと同様な範囲内で任意の角度を選ぶことができる。角度θが小さいほど水平方向へのガスの噴出拡散がよくなるので、この実施例のガス分散管は、ガス分散管当たりのガスの処理流量が小さい場合に適している。この場合にも、ガスの処理流量によってガス案内部材３０’の傾斜面の傾斜角度θ、あるいは回転対称体の形状を変えて、最適なガスの噴出方向を選定することができる。

また、前記管本体２０のガス出口端部における開口断面積、すなわち、管本体２０の下端部２５ａおよびガス案内部材３０’の傾斜面３６で囲まれた開口部断面積が最小となる部分の断面積は、管本体２０の断面積の２０〜８０％、より好ましくは、３０〜７５％となるように設定される。これにより、管本体２０の直管部のガス流速よりも速いガス流速で処理ガスを液体中に噴出することができ、良好な気液接触の状態が得られる。

なお、ガス分散管当たりのガスの処理流量は、ガス分散管の直径、ガス中に含まれる亜硫酸ガスやダストなどの除去すべき汚染物質の濃度、汚染物質の除去率、経済性などから決められるのであるが、上記の説明から明らかなように、本発明においてはガス分散管当たりのガスの処理流量に応じて最適なガスの噴出方向および噴出速度を適宜選定できるという大きなメリットを有する。このことは、とりもなおさず、広範囲にわたる処理ガス量の変化に対応できる気液接触用ガス分散管、すなわち比較的処理ガス量の多いところから比較的処理ガス量の少ないところまで広範囲にわたって適応可能となる気液接触用ガス分散管が提供できることを意味する。

図１２〜図１４は、下端部の管内部にガス案内部材を配設した構造のガス分散管のさらに他の実施例を示す。これらの図においては、ガス案内部材としては、半球形状の回転対称体３０”が示されており、この場合、回転対称体３０”の傾斜角度θは９０度である。

図６〜図１４に示されたガス分散管において、その上端部は、直管構造に示されているが、図１、図２及び図５に示したように、この上端部は、下方に向けてその水平断面積が縮小する縮小管構造に形成するのが好ましい。

図１５に、本発明のガス分散管を備えた気液接触装置の１例についての模式図を示す。この装置は、亜硫酸ガスを含む排ガスからその亜硫酸ガスを除去するための排ガス処理装置として好適のものである。図１５において、１０１は密閉容器、１０２は隔板、１０３は第２室、１０４は第１室、１０５は排ガス入口、１０６はガス分散管、１０７は吸収液循環ポンプ、１０８は吸収液循環ライン、１０９は吸収液スプレー装置、１１０は浄化排ガス出口、１１１は気液界面、１１２は吸収液補給ライン、１１３は酸化用空気供給ライン、１１４は吸収液撹拌機、１１５は第１室からの吸収液排出ライン、１１８は浮遊物抜出しラインを各示す。

図１５に示す装置全体は、大型の密閉容器から構成され、その容器の内部は、隔板１０２によって第１室１０４とその上方に隣接する第２室１０３とに区画されている。隔板１０２には多数の透孔が配設され、これらの各透孔には排ガス分散管１０６が配設されている。隔板１０２は水平あるいは階段状あるいはやや傾斜していてもよい。容器１０１の水平断面形状は、円形状又は方形状であることができる。

第２室１０３には、その上部に吸収液分散手段としてのスプレー装置１０９が配設されている。また、第２室１０３の周壁には排ガス入口１０５が配設されている。第２室の形状は第１室が円筒形のとき半球状にすることが容積が最小で容器材料費も最低となるので望ましい。第１室が角型のときは第２室はオベリスク状にするのが望ましい。

第１室１０４には、吸収液Ｌが収容されている。また、その上方周壁には浄化排ガスの出口１１０が配設されている。

第１室１０４と前記スプレー装置１０９との間には、第１室内の吸収液を第２室のスプレー装置１０９に循環するための循環ライン１０８が配設され、この循環ラインには循環ポンプ１０７が付設されている。第２室に入る排ガスがあらかじめ冷却水との接触により冷却されているときには、前記スプレー装置１０９及び吸収液循環ライン１０８は必ずしも設ける必要はない。

図１５において、１１２は吸収液補給ライン、１１５は第１室からの吸収液抜出しライン、１１８は浮遊物抜出しライン、１１４は吸収液を撹拌するための撹拌機を示す。１１３は、吸収液中に酸素を供給する場合に用いる酸素又は含酸素ガス供給ラインを示す。

図１５に示した装置を用いて排ガスの浄化処理を行うには、第１室１０４内に収容された吸収液Ｌを、循環ポンプ１０７を付設した循環ライン１０８を介して第２室１０３のスプレー装置１０９に送り、ここから第２室１０３内に均一にスプレーさせるとともに、この吸収液がスプレーされている第２室１０３内にその入口１０５から排ガスを供給する。排ガスの温度は、通常８０〜３００℃の範囲であることができる。第２室１０３内に供給された排ガスは、ここで吸収液のスプレーにより形成された吸収液粒子（平均粒子径：２００〜４０００μｍ）と混合接触する。これによって、排ガスは冷却されてその温度を降下させるとともに、排ガス中に含まれているガス状の化学的汚染物質及び固体微粒子（例えば、粉塵等）（以下、これらを単に汚染物質とも言う）は、その吸収液粒子に捕捉され、排ガス中から除去される。第２室１０３内にスプレーされた吸収液の一部は、隔板１０２上に滞留するが、この滞留吸収液はガス分散管１０６へ流入し、気液混相流を形成する。

第１室１０４に収容された吸収液の一部を循環ライン１０８を介してスプレー装置１０９に循環させる場合、第１室から抜出した吸収液は、これをそのままスプレー装置１０９に循環させることができる他、その吸収液に補給水や新しい吸収剤を添加して吸収液の性能を向上させた後、スプレー装置に循環させることができる。また、吸収液が吸収剤のスラリーで、固形分濃度が高いときには、濾過や遠心分離等によりその固形分をあらかじめ除去した後、スプレー装置に循環することもできる。

スプレー装置１０９からスプレーさせる吸収液の量は、標準状態に換算された排ガス供給量１ｍ³／ｈｒ当り、通常、０．２〜１０ｋｇ／ｈｒ、好ましくは０．５〜５ｋｇ/ｈｒである。このような吸収液量をスプレーさせることにより、排ガスをその排ガスの露点以下の温度に冷却させることができる。この場合の排ガスの冷却は、排ガスと吸収液粒子との接触及びこの接触に際しての吸収液粒子中の液体の一部が蒸発する際の気化熱によって達成されるものである。また、前記の排ガスと吸収液粒子との混合接触により、排ガス中に含まれる汚染物質の約２０重量％以上の除去が達成される。

第２室１０３内において形成された排ガスと吸収液粒子との混合物は、隔板１０２の透孔に配設されたガス分散管１０６に分配され、この分散管内を気液混相流として流通して第１室１０４内の吸収液中に吹込まれ、ここで再び吸収液と接触される。

排ガスと吸収液粒子との混合物が第２室１０３から分散管１０６内に流入し、その分散管内を流通する場合、気体と液体の相対速度が大きくなり、排ガスと吸収液粒子との接触もより緊密なものとなる。この点からは、分散管を通る排ガスの流速は大きい程好ましい。

分散管１０６を通る排ガスの流速は、隔板１０２に配設する透孔の数、その透孔に配設する分散管の内径、第２室内に供給する排ガス供給量及びその圧力等によって調節することができる。本発明の場合、分散管を流通する排ガスの流速は、管断面積基準の線速度で、１０ｍ／秒以上、好ましくは１５ｍ／秒以上である。また、分散管を流通する混合物中の吸収液粒子の割合は、標準状態に換算されたの排ガス量１ｍ³当り、０．２〜１０ｋｇ、好ましくは０．５〜５ｋｇの範囲である。排ガス中に含まれる吸収液粒子の割合は、スプレー装置１０９からスプレーさせる吸収液量及び第２室１０３に供給する排ガス供給量等によりコントロールすることができる。

前記のようにして、排ガスを吸収液粒子との混合物の形態で分散管中を高速度で流通させることにより、排ガスと吸収液粒子との緊密接触が得られ、排ガス中に含まれるガス状の汚染物質及び固体状微粒子はその吸収液粒子に捕捉され、排ガス中から除去される。本発明の場合、この分散管中で除去される汚染物質の割合は、装置による全汚染物質除去量の少なくとも２０％である。

ガス分散管１０６の先端部を通して吸収液Ｌ中に吹込まれた排ガスは、気泡の形態で吸収液中を上昇し、その間に排ガス中に残存する汚染物質及び固体微粒子が吸収液に捕捉され、排ガス中から除去される。このようにして、汚染物質及び固体微粒子の除去された浄化排ガスは、気液界面１１１からその上方の空間部に放散され、ここから出口１１０を通って容器外へ排出される。

ガス分散管１０６の先端部から排ガスと吸収液粒子からなる混合物を気液混相流として吸収液中に吹込む場合、分散管の先端部を図１及び図２に示したようにノズル構造にするか、又は図６〜図１４に示したように先端部の管内にガス案内部材を配設することにより、気液混相流を高速度で吸収液中に吹込むのが好ましい。気液混相流を分散管先端から高速度で吸収液中に吹込むときには、その気液混相流はガス流に比べ、その密度が大きいために、吸収液中に深く到達するという利点が得られる。即ち、この場合には、従来の排ガス処理の場合よりも、同一圧力損失条件下では高い汚染物質除去率を得ることができる。又、気液混相流を高速度で吸収液中に吹込むときには、吸収液面の大きな流動（スロッシング）の発生を防止することができる。気液混相流の速度は、分散管先端からガスが流出する開口の断面積によってコントロールすることができる。本発明では、排ガスの最大処理時に分散管先端から流出させる気液混相流における排ガスの速度は、２５ｍ／秒以上、好ましくは３０ｍ／秒以上の高速度に保持するのがよい。なお、前記排ガスの流速は、ガス分散管先端の流出開口断面積基準の流速である。

図１５においては、気液界面１１１を通って吸収液Ｌから分離された浄化排ガスは、第１室１０４の周壁に配設した出口１１０から容器外へ排出されるようになっているが、第２室１０３の上方に隣接して第３室を設けるとともに、第１室と第３室とを連通管で連絡させ、浄化排ガスを第１室から第３室へ導入し、この第３室から容器外へ排出させることもできる。この場合の装置の模式図を図１６に示す。

図１６において、１２１は第３室、１２２は第２室と第３室を隔離する隔板であって、水平あるいは任意の勾配または折れ曲がりを有することができる。１２３は第１室と第３室を連絡させる連通管を示す。また、図１６に示した符号において、図１５に示したものと同じ符号は同じ意味を示す。本発明においては、必要に応じ、この第３室においても吸収液をスプレーさせることができる。この場合には、吸収液粒子と排ガスとの混合物がその第３室に設けた出口１１０から排出されるが、この排出された混合物は、ミストセパレーター（図示されず）に導入し、ここで吸収液粒子が除去される。そして、この吸収液粒子の除去された浄化排ガスが大気へ放出される。

前記した排ガスの処理においては、排ガスは、先ず、粒子状でスプレーされる比較的多量の吸収液との接触により浄化（第１浄化工程）された後、次に、ガス分散管内における吸収液粒子との緊密接触により浄化（第２浄化工程）され、最後に、吸収液中に吹込まれ、気泡状態で吸収液と接触して浄化（第３浄化工程）される。このような排ガスの処理においては、前記第１浄化工程及び第２浄化工程における汚染物質の除去率が高いために、排ガスの種類によっては、第１浄化工程と第２浄化工程とによって既にほぼ所望の汚染物質除去率が達成される場合がある。このような場合には、第３浄化工程における排ガス中からの汚染物質の除去率は低くて済むことから、吸収液の使用量は少なくてよく、第１室の規模は小さなものとすることができ、装置全体の小型化が達成される。さらに、このような場合においては、ガス分散管の先端は、これを吸収液中に浅く（例えば、０〜１０ｃｍ）位置させるか又は吸収液の表面より上方（例えば、０〜３０ｃｍ上方）に位置させることができる。分散管の先端を吸収液の表面より上方に位置させるときには、分散管の先端から流出する排ガスと吸収液粒子との混相流は吸収液の表面に衝突し、その混相流に含まれている吸収液粒子はその吸収液中に取込まれる。一方、排ガスはその吸収液表面との衝突によりその表面部の吸収液と接触し、この接触により浄化される。そして、ガス分散管の先端が吸収液の浅い位置や吸収液面より上方にあるときには、分散管を流通させるために必要な圧力は非常に小さなものとなる。

本発明で用いる吸収液は、排ガスの種類に応じて適当に選定され、従来公知の各種のものが用いられる。吸収液としては、例えば、排ガス中の汚染物がＳＯ₂、ＳＯ₃、ＮＯ、Ｎ₂Ｏ₃、ＮＯ₂、Ｎ₂Ｏ₄、Ｎ₂Ｏ₅、ＣＯ₂、ＨＣｌ、ＨＦ等の酸性物質である場合には、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物等のアルカリ性物質を含む溶液やスラリーが用いられ、特に水酸化カルシウムスラリーや、炭酸カルシウムスラリーが好ましく用いられる。また、吸収液として炭酸カルシウムスラリーや水酸化カルシウムスラリーを用いる場合、これらのカルシウム化合物は亜硫酸ガスと反応して亜硫酸カルシウムを形成するが、この場合、吸収液中に空気や酸素を導入することにより、亜硫酸カルシウムを硫酸カルシウム（石コウ）に変換することができる。また、排ガス中の汚染物質がアンモニア等のアルカリ性物質である場合には、酸性水溶液を吸収液として用いればよい。

次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

図１５に示す２室構造の気液接触装置（ガス処理装置）を用いて排ガスの処理実験を行った。密閉容器１０１としては、第１室が円筒状で第２室が半球状のものを用いた。対象排ガスとしては、５００ｍｇ／Ｎｍ³のダストと２０００ｖｏｌｐｐｍの亜硫酸ガスを含む温度１２０℃の石炭ボイラー排ガスを用いた。吸収液としては、炭酸カルシウムを含むスラリー液を用いた。また、ガス分散管１０６としては、図２に示す構造のものを用いた。この場合、直管２の内径は１５０ｍｍであり、縮小管１の内周面は、曲率半径２５ｍｍの円弧状曲面に形成した。ノズル７の内径は１０５ｍｍとした。また、ガス分散管の配設数は、隔板１０２の１ｍ²当り１１本とした。以下に排ガス処理における主要な操作条件を示す。

（１）排ガス入口１０５での排ガス供給量：１００，０００Ｎｍ³／ｈ
（２）スプレー装置１０９からの吸収液のスプレー量：２００ｔ／ｈ
（３）第２室１０３での排ガスの冷却温度：４８℃（排ガスの露点温度）
（４）分散管の直管部２（図２参照）での気液混相流におけるガスの線速度：２０ｍ／秒（５）前記混相流中の吸収液量：排ガス１Ｎｍ³当り２ｋｇ
（６）分散管のノズル７（図２参照）から流出する前記気液混相流のガスの線速度：約４０ｍ／秒
（７）ライン１１２からの吸収液供給量：１１ｔ／ｈ
（８）ライン１１５からの吸収液抜出し量：７ｔ／ｈ
（９）ライン１１３からの空気供給量：２３００Ｎｍ³／ｈ
（１０）浄化排ガス出口１１０でのガスの性状
（ｉ）亜硫酸ガス濃度：９５ｖｏｌｐｐｍ
（ii）ダスト量：１０ｍｇ／Ｎｍ³

実施例１において、ガス分散管１０６として、図５に示した構造のガス分散管を用いた以外は同様にして排ガス処理実験を行った。このガス分散管においては、直管２の内径は１５０ｍｍであっり、縮小管１の内周面は曲率半径２５ｍｍの円弧状曲面であり、ガス噴出孔１５の直径は３４ｍｍであり、その噴出孔の数は１２個である。

前記実験においては、分散管の下端部のガス噴出孔１５から噴出する気液混相流の線速度は約３２ｍ／秒であり、浄化排ガス中の亜硫酸ガス濃度及びダスト量は、それぞれ９３ｖｏｌｐｐｍ及び１２ｍｇ／Ｎｍ³であった。

実施例１において、ガス分散管１０６として、図６に示す構造のガス分散管（２１）を用いた以外は同様にして実験を行った。この分散管において、その管本体２０の内径は約１００ｍｍ、その長さは３０００ｍｍである。管本体２０のガス出口端部の管内部に挿入されたガス案内部材３０は、円錐体形状とし、その傾斜面３１の角度θは６０度、管本体のガス出口端部におけるガス流出孔の断面積は、中空体の管本体２０の断面積の５０％とした。また、ガス分散管１０６の配設数は隔板１０２の１ｍ²当たり１６本とした。

排ガス処理における主要な操作条件としては、排ガス導入口１０５での排ガス供給量：１００，０００Ｎｍ³／ｈ、スプレー装置１０９からの吸収液のスプレー量：１００ｔ／ｈ、第２室１０３での排ガスの冷却温度：４８℃（排ガスの露点温度）、ガス分散管１０６の管本体２０の直管部での気液混相流におけるガスの線速度：１８ｍ／秒、前記混相流中の吸収液量：排ガス１Ｎｍ³当たり１ｋｇ、ガス分散管１０６（２１）の出口から流出する前記気液混相流におけるガスの線速度：約３６ｍ／秒、吸収液補給ライン１１２からの吸収液供給量：１１ｔ／ｈ、吸収液排出ライン１１５からの吸収液抜出し量：７ｔ／ｈ、酸素又は含酸素ガス供給ライン１１３からの空気供給量：２３００Ｎｍ³／ｈとした。
この実験の結果、浄化排ガス出口１１０での亜硫酸ガス濃度は９５ｐｐｍ（ｖｏｌ）、ダスト量は１０ｍｇ／Ｎｍ³であった。

（比較例１）
実施例３において、管本体２０のガス出口端部内部に挿入されたガス案内部材３０を除去した。それ以外は、上記実施例３と同様な条件で実験を行った。その結果、浄化排ガス出口１１０での亜硫酸ガス濃度は２２５ｐｐｍ（ｖｏｌ）、ダスト量は５０ｍｇ／Ｎｍ³であった。

上記実施例３において、ガス案内部材３０の構造および排ガス供給量を変えた。すなわち、ガス案内部材３０は、円錐体形状とし、その傾斜面３１の角度θは７５度、管本体のガス出口端部におけるガス流出孔の断面積は、中空体の管本体の断面積の５５％とした。排ガス供給量は、１２００００Ｎｍ³／ｈとした。

この実験の結果、浄化排ガス出口１１０での亜硫酸ガス濃度は９５ｐｐｍ（ｖｏｌ）、ダスト量は１０ｍｇ／Ｎｍ³であった。

（比較例２）
上記実施例４において、管本体２０のガス出口端部の管内部に挿入されたガス案内部材３０を除去した。それ以外は、上記実施例４と同様な条件で実験を行った。その結果、浄化排ガス出口１１０での亜硫酸ガス濃度は２６０ｐｐｍ（ｖｏｌ）、ダスト量は６０ｍｇ／Ｎｍ³であった。

上記実施例３において、ガス案内部材３０の構造および排ガス供給量を変えた。すなわち、ガス案内部材３０は、円錐体形状とし、その傾斜面３１の角度θを６０度とし、管本体の出口端部におけるガス流出孔の断面積は、中空体の管本体の断面積の４５％とした。排ガス供給量は、８００００Ｎｍ³／ｈとした。

この実験の結果、浄化排ガス出口１１０での亜硫酸ガス濃度は９５ｐｐｍ（ｖｏｌ）、ダスト量は８ｍｇ／Ｎｍ³であった。
（比較例３）

上記実施例５において、管本体２０のガス出口端部内部に挿入されたガス案内部材３０を除去した。それ以外は、上記実施例５と同様な条件で実験を行った。

その結果、浄化排ガス出口１１０での亜硫酸ガス濃度は１９０ｐｐｍ（ｖｏｌ）、ダスト量は４０ｍｇ／Ｎｍ³であった。

上記実施例３において、ガス案内部材３０の構造およびその配置を図９に示されているように変えた。すなわち、ガス案内部材３０’は、円錐体形状とし、その傾斜面３１の角度θは４５度、管本体のガス出口端部におけるガス流出孔の断面積は、中空体の管本体の断面積の５０％とした。管本体２０の下端面と円錐体底面との間の距離（円錐体底面の突き出し距離）は、約１６ｍｍとした。それ以外は、上記実施例３と同様な条件で実験を行った。その結果、浄化排ガス出口１１０での亜硫酸濃度は１００ｐｐｍ（ｖｏｌ）、ダスト量は１０ｍｇ／Ｎｍ³であった。

図１は、管の上端部が、下方に向けてその水平断面積が縮小する縮小管構造に形成されているガス分散管の説明図を示す。 図２は、管の上端部が、下方に向けてその水平断面積が縮小する縮小管構造に形成されているガス分散管の説明図を示す。 図３は、管の上端部が、下方に向けてその水平断面積が縮小する縮小管構造に形成されているガス分散管の説明図を示す。 図４は、管の上端部が、下方に向けてその水平断面積が縮小する縮小管構造に形成されているガス分散管の説明図を示す。 図５は、管の上端部が、下方に向けてその水平断面積が縮小する縮小管構造に形成されているガス分散管の説明図を示す。 図６は、下端部の管内に、下方に向けてその水平断面積が拡大するガス案内部材を配設した構造を有するガス分散管の説明図を示す。 図７は、下端部の管内に、下方に向けてその水平断面積が拡大するガス案内部材を配設した構造を有するガス分散管の説明図を示す。 図８は、下端部の管内に、下方に向けてその水平断面積が拡大するガス案内部材を配設した構造を有するガス分散管の説明図を示す。 図９は、下端部の管内に、下方に向けてその水平断面積が拡大するガス案内部材を配設した構造を有するガス分散管の説明図を示す。 図１０は、下端部の管内に、下方に向けてその水平断面積が拡大するガス案内部材を配設した構造を有するガス分散管の説明図を示す。 図１１は、下端部の管内に、下方に向けてその水平断面積が拡大するガス案内部材を配設した構造を有するガス分散管の説明図を示す。 図１２は、下端部の管内に、下方に向けてその水平断面積が拡大するガス案内部材を配設した構造を有するガス分散管の説明図を示す。 図１３は、下端部の管内に、下方に向けてその水平断面積が拡大するガス案内部材を配設した構造を有するガス分散管の説明図を示す。 図１４は、下端部の管内に、下方に向けてその水平断面積が拡大するガス案内部材を配設した構造を有するガス分散管の説明図を示す。 図１５は、本発明のガス分散管を備えた気液接触装置の説明図を示す。 図１６は、本発明のガス分散管を備えた気液接触装置の説明図を示す。

Claims (10)

1. 上端部からガスを管内に導入させ、下端部からガスを液体中に噴出させて気液接触させる気液接触用ガス分散管であって、該ガス分散管が、直管の下端に、下方に向けてその断面積が縮小するノズル構造の短管を着脱自在に連結させた構造を有し、該ガス分散管の下端部が、下方に向けてその水平断面積が縮小するノズル構造に形成されていることを特徴とする気液接触用ガス分散管。
2. 上端部からガスを管内に導入させ、下端部からガスを液体中に噴出させて気液接触させる気液接触用ガス分散管であって、その下端部の管内に、下方に向けてその水平断面積が拡大するガス案内部材を、管内壁面との間に間隔を置いて配設した構造を有し、該ガス分散管の下端部が、下方に向けてその水平断面積が縮小するノズル構造に形成されていることを特徴とする気液接触用ガス分散管。
3. 前記ガス案内部材は、下方に向けてその水平切断面が断面積が増大するような傾斜面を有する回転対称体である請求項２の気液接触用ガス分散管。
4. 前記ガス案内部材は、中空体の管本体の中心線から放射状に伸びる板体で固定されている請求項２〜３のいずれかの気液接触用ガス分散管。
5. 請求項１〜４のいずれかのガス分散管において、該管の上端部が、下方向に向けてその水平断面積が縮小する縮小管構造に形成されている気液接触用ガス分散管。
6. ガスを、隔板に形成された多数の透孔に垂設された気液接触用ガス分散管を通して、槽内に収容されている液体中に吹込む工程を有する気液接触方法において、該気液接触用ガス分散管として、請求項１〜５のいずれかのガス分散管を用いることを特徴とする気液接触方法。
7. 汚染物質を含む排ガスを吸収液と接触させて浄化する方法において、（ｉ）排ガス中に吸収液を微粒子状でスプレーし、排ガスと吸収液粒子とを接触させる第１浄化工程、（ii）前記第１浄化工程で得られた排ガスと吸収液粒子との混合物を、ガス分散管内を気液混相流として流通させ、排ガスと吸収液粒子をガス分散管内で緊密に接触させる第２浄化工程、（iii）前記第２浄化工程からの排ガスと吸収液粒子との気液混相流を該分散管の先端部を通して吸収液中に吹込むか又は吸収液の表面に衝突させることにより、吸収液と接触させる第３浄化工程、からなり、前記ガス分散管として請求項１〜５のいずれかのガス分散管を用いることを特徴とする排ガスの処理方法。
8. ガスを、隔板に形成された多数の透孔に垂設された気液接触用ガス分散管を通して、槽内に収容されている液体中に吹込む構造を有する気液接触装置において、該ガス分散管として、請求項１〜５のいずれかのガス分散管を用いることを特徴とする気液接触装置。
9. １つの隔板によってその内部が第１室とその上方に隣接する第２室とに区画された密閉容器と、第２室の周壁に配設された排ガス入口と、第１室の周壁に配設された浄化排ガス出口と、第２室内の上部に配設された吸収液スプレー装置と、隔板に配設された第１室と第２室を連絡する多数の透孔と、その透孔内に配設されたガス分散管を備えたものであって、前記ガス分散管として、請求項１〜５のいずれかのガス分散管を用いることを特徴とする排ガス処理装置。
10. ２つの隔板によってその内部が第１室と第１室の上方に隣接する第２室と第２室の上方に隣接する第３室とに区画された密閉容器と、第２室の周壁に配設された排ガス入口と、第３室の周壁に配設された浄化排ガス出口と、第２室内の上部に配設された吸収液スプレー装置と、第１室と第２室を隔離させる隔板に配設された第１室と第２室を連絡する多数の透孔と、その透孔に配設されたガス分散管と、第１室と第３室を連絡させる連通管を備えたものであって、前記ガス分散管として、請求項１〜５のいずれかのガス分散管を用いることを特徴とする排ガス処理装置。

Images