JP2008212870A - 気体処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炭気体中の酸性物質を効率的に除去でき、かつ、運転コストや装置コストも低廉で済む簡易な気体処理方法を提供すること。
【解決手段】酸を含む被処理気体をスクラバー１０により中和する気体処理方法であって、スクラバー１０は、アルカリ性物質を内部空間に有する複数の多孔質体が充填された処理部１２１を備えており、処理部１２１に水を注入することにより、多孔質体内部のアルカリ性物質を溶解させ、アルカリ性物質の溶解したアルカリ性水溶液が多孔質体の表面を覆うとともに、被処理気体をスクラバー１０に導入してアルカリ性水溶液と接触させることにより前記被処理気体中の酸を中和する。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸を含む気体から、吸収処理により酸を除去する気体処理方法に関する。

薬品工場や半導体製造工場など、各種の工場からは、酸（硫化水素やメルカプタン等の酸性物質）を含んだ大量の気体が排出される。しかし、このような、いわゆる排ガスをそのまま大気中に放出すると酸性雨や光化学スモッグの原因となり、地域住民の健康被害にも繋がるため、排ガス中の酸を除去する必要がある。
酸を含んだ気体を処理する設備としては、図３に示すようなスクラバー２００が一般に用いられている。スクラバー２００は、その内部にラシヒリングなどの充填材が多数詰められた処理部２０１を備えている。この処理部２０１の上部から、アルカリ水溶液を散布器２０２によりシャワー状に散布するとともに、排ガスを流し、処理部２０１内部で排ガスとアルカリ水溶液とを接触させ、廃ガス中の酸をアルカリ水溶液に吸収させて中和する。そして、中和後の排ガスを外部に放出するものである（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１５６１３９号公報

しかしながら、特許文献１のような従来の方法では、洗浄に用いるアルカリ水溶液は循環使用されるため、そのｐＨを調節する必要がある。例えば、図３に示す従来型のスクラバー２００の下部には、循環用タンク２０３が設けられており、循環用タンク２０３内の使用済みアルカリ水溶液のｐＨは、ｐＨメータ２０４により連続的に測定されている。そして、アルカリ水溶液の補充のため別途設けられた補充用ンク２０５からのアルカリ水溶液と、給水管２０６からの補充水とを混合してｐＨ調節を行い、ポンプにより散布器２０２に戻して再使用される。また、循環用タンク２０３や補充用タンク２０５からの液漏れ対策として、防液堤２０７が設けられている。
さらに、処理部２０１内の充填材は、単に、アルカリ水溶液によりその表面が濡れるだけであって、アルカリ水溶液を表面で保持する機能がない。そのため、常時、大量のアルカリ水溶液（例えば、ＮａＯＨ水溶液）を注ぐ必要があり、最終的に廃液として処理すべき量も膨大であるため、その処理も必要である。
結果的に、スクラバー２００は、煩雑かつ大がかりなものとなってしまい、運転コストや装置コストが非常に高いものとなっていた。
そこで、本発明は、排ガス等の気体に含まれる酸性物質を効率的に除去でき、かつ、運転コストや装置コストも低廉で済む簡易な気体処理方法を提供することを目的とする。

前記した課題を解決すべく、本発明は、酸を含む被処理気体をスクラバーにより中和する気体処理方法であって、前記スクラバーは、アルカリ性物質を内部空間に有する複数の多孔質体が充填された処理部を備えており、前記処理部に水を注入することにより、前記多孔質体内部のアルカリ性物質を溶解させ、前記アルカリ性物質の溶解したアルカリ性水溶液が前記多孔質体の表面を覆うとともに、前記被処理気体を前記スクラバーに導入して前記アルカリ性水溶液と接触させることにより前記被処理気体中の酸を中和することを特徴とする。

本発明の気体処理方法によれば、処理部に注入された水は、処理部に充填された多数の充填剤（多孔質体）の内部に浸透し、多孔質体内部のアルカリ性物質を溶解して濃厚なアルカリ水溶液となる。そして、この濃厚なアルカリ水溶液は、多孔質体の表面にたえずブリードして、多孔質体の表面を安定して覆うことができる。アルカリ水溶液は、処理部を落下しながら酸を含んだ被処理気体と接触することで被処理気体中の酸を吸収し、中和反応により酸を除去する。
すなわち、本発明の気体処理方法によれば、酸を含む被処理気体を処理する液体が単なる水でよく、大量のアルカリ水溶液を用いる必要がない。それ故、落下する水のｐＨ調節など不要であり、循環再使用のための循環用タンクも不要である。また、アルカリ水溶液を充填した補充用タンクを設ける必要もない。そして、多孔質体表面は、たえず高濃度のアルカリ水溶液で覆われているため、結果的に使用する水量も少なくて済む。さらに、被処理気体の温度を調節することで、排水を蒸発させて処理後の排ガスとともにスクラバー外部に放出できるため、排水量を格段にへらすことができ、排水処理設備を簡易なものとできる。
それ故、本発明により運転コストや装置コストも低廉で済む簡易な気体処理方法を提供することができる。

本発明の気体処理方法では、前記アルカリ性物質が固体であることが好ましい。
この発明によれば、多孔質体内部のアルカリ性物質が固体であるため、多孔質体の運搬時やスクラバーの処理部への充填時に内部アルカリ性物質が外部に漏れ出る危険性がなく、扱いやすい。
特に、前記したアルカリ性物質が、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＮａＣｌＯおよびＮａ_２ＣＯ_３の少なくともいずれかであると、水に溶解しやすいため、多孔質体内部からの濃厚アルカリ水溶液の浸透速度も速くなり、気体の中和処理の効率が向上する。なお、ＮａＣｌＯは、酸化性があるため、硫黄系の被酸化性悪臭ガスの除去にも効果がある。

本発明の気体処理方法では、前記多孔質体の素材が、セラミックス、金属、ゴム、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂の少なくともいずれかであることが好ましい。
この発明によれば、多孔質体が前記したいずれかの素材から構成されているため、耐久性に優れる。特に、前記した素材の中では、アルカリ性物質や酸性物質の双方に対して耐久性のある多孔質セラミックスを用いることがより好ましい。

本発明の気体処理方法では、前記多孔質体の孔径が０．１〜５００μｍであることが好ましい。
この発明によれば、多孔質体の孔径が所定の範囲にあるので、内部に充填されたアルカリ性物質を外部に散逸させずに保持できる。また、気体洗浄時に水が多孔質体の内部に浸透しやすく、アルカリ性物質が水に溶解して生成した濃厚アルカリ水溶液の浸出も容易となる。

本発明の気体処理方法では、前記多孔質体の孔数が１００〜５０００個／ｃｍ^２であることが好ましい。
この発明によれば、多孔質体の孔数が所定の範囲にあるので、水による気体洗浄時に、多孔質体の表面を適度な量のアルカリ水溶液で覆うことができる。

本発明の気体処理方法では、前記多孔質体の平均径が１〜５ｃｍであることが好ましい。
この発明によれば、多孔質体の平均径が所定の範囲にあるので、運搬しやすく、また保管の際も取り扱いやすい。さらに、スクラバー内部に充填する際の充填性にも優れ、洗浄効率の向上にも寄与する。

以下、本発明の気体処理方法の一実施形態を詳細に説明する。
〔気体処理装置の構成〕
図１は、本実施形態における気体処理方法を実施するための気体処理装置１０の概略断面図である。気体処理装置１０は、酸を含んだ被処理気体を気体処理装置１０内に導入するための配管１１と、被処理気体からの酸吸収処理を行うための吸収塔１２と、処理後の気体を排出する排出路１３とを備えている。
吸収塔１２は、その表面で気液の接触を行うための多数の充填材（多孔質体）を有する処理部１２１と、洗浄水を吸収塔１２内部に導入するための配管１２２とを備えている。また、配管１２２の先端には洗浄水を吸収塔１２の上部から散布するための散布器１２３が付属している。
排出路１３の下部には、気体洗浄後の排水を外部に放出するための排出口１３１が備えられている。また、排出路１３の途中には、排水ミストをトラップするためのエリミネーア１３２が設けられている。

処理部１２１に充填される多孔質体としては、内部に空間（空隙）がある構造であれば特に素材・形状は問わない。
多孔質体としては、セラミックス、金属、ゴム、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂など種々の素材が採用でき、あるいはこれらの複合材料であってもよい。熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂のような有機系素材としては、エチレン−ビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂、あるいは四フッ化エチレン樹脂などが挙げられる。前記した素材の中では、アルカリ性物質や酸性物質の双方に対して耐久性のある多孔質セラミックを用いることが好ましい。

多孔質体の形状としては、例えば、球形、回転楕円体あるいは円筒形などいずれでもよい。このような多孔質体の孔径は、０．１〜５００μｍであることが好ましく、１〜５０μｍであることがより好ましい。孔径が、０．１μｍ未満であると気体洗浄時に散布された水が多孔質体の内部に浸透しにくくなり、また、アルカリ性物質が水に溶解して生成した濃厚アルカリ水溶液の浸出も困難となり、気体処理の効率が低下する。多孔質体の孔径が前記所定の範囲にあると、内部に充填されたアルカリ性物質を外部に散逸させずに好適に保持できる。

多孔質体の孔数は、多孔質体表面に対して１００〜５０００個／ｃｍ^２の範囲あることが好ましく、１０００〜２０００個／ｃｍ^２の範囲にあることがより好ましい。孔数が１００個／ｃｍ^２未満であると、水による気体洗浄時に、多孔質体の表面が水で均一に覆われにくくなるおそれがある。また、孔数が５０００個／ｃｍ^２を越えると、相対的に孔の径が小さくなり、水の浸透およびアルカリ水溶液の侵出が困難となる。また、そのような多孔質体を製造すること自体も困難となる。多孔質体の孔数が前記所定の範囲にあると、適度な濃度・量のアルカリ水溶液でたえず多孔質体表面を覆うことができる。

多孔質体の平均径は、１〜５ｃｍであることが好ましい。多孔質体の径がこのような範囲にあると、運搬しやすく、また保管の際も取り扱いやすい。多孔質体の径が１ｃｍ未満であると、充填時の多孔質体２０集合体全体のかさ密度が過大となって、処理部１２１の下部で多孔質体同士が圧着するおそれがあり、吸収塔１２における処理部１２１の設計がやや困難となるおそれがある。一方、多孔質体の径が５ｃｍを越えると、多孔質体２０の表面積が相対的に小さくなり、気液接触効率が低下するおそれがある。
なお、上述した多孔質体の孔数や孔径、あるいは多孔質体の径は、処理対象となる気体の酸性度（酸性分の濃度）や処理量に応じて最終的な値を決定することが好ましい。

前記した多孔質体の一例として、図２に多孔質体２０として示す。この多孔質体２０は、多孔質性セラミックスからなる中空の球形をしており、表面層は多孔質層２１により形成されている。また、内部空間２２には、アルカリ性物質が充填されている。このアルカリ性物質は、固体状であることが好ましく、例えば、ＮａＯＨの粉末が挙げられる。粉末状のＮａＯＨは、多孔質体２０の表面に設けられた注入口２３より内部空間２２に容易に充填でき、密栓２４により密閉される。密栓２４の素材としては、弾力性のある樹脂あるいはゴムが好適である。
アルカリ性物質としては、他に、ＫＯＨ、ＮａＣｌＯあるいはＮａ_２ＣＯ_３のような化合物を用いてもよく、混合して用いてもよい。更に、これらは若干の水に溶解させ高粘度状（液体）として用いても良い。

〔気体処理方法〕
次に、図１の気体処理装置１０を用いて、被処理気体（酸性の排ガス）から酸を吸収処理する方法を説明する。本実施形態における酸性ガスは、例えば、硫化水素やメルカプタンのような酸を含んだ排ガスである。
まず、洗浄水を配管１２２から吸収塔１２の上部に導入し、散布器１２３から処理部１２１にシャワー状に散布する。この洗浄水は、処理部１２１の内部において、図２に示すように多孔質体２０の表面に水滴Ｗとして付着し、次いで、多孔質体２０の表面に形成された多数の孔から内部に浸入する。そして、洗浄水は、多孔質体２０の内部に充填されているＮａＯＨ等のアルカリ性物質を溶解した後、多孔質体２０の表面に浸み出し、その表面を覆いながら落下するようになる。その際、処理部１２１から落下する洗浄水のｐＨを連続的に測定して、所定の値（例えば１１〜１３）になったことを確認する。

次に、酸性の排ガスを、図１に示す配管１１から吸収塔１２に導入する。排ガスは、吸収塔１２の内部を下に流れ、多孔質体２０が多数充填された処理部１２１の内部を通過する。所定のアルカリ性となっている洗浄水は、多孔質体２０の周囲に存在する排ガスと接触することで、排ガス中の酸を反応吸収しながら処理部１２１を落下していく。最終的には、排出口１３１から系外に廃水として排出される。
また、中和された排ガスは、排出路１３を通り、エリミネータ１３２によりミストを除去された後、系外に排出される。

上述した実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
（１）アルカリ性物質を内部に充填した多孔質体２０を用いて中和処理を行うため、酸を含む被処理気体を処理する液体が単なる水でよく、アルカリ水溶液を用いる必要がない。それ故、洗浄液をリサイクルする必要もなく、洗浄水のｐＨ調節が不要となる。すなわち、洗浄後の液を貯めておく循環用タンク２０３（図３）も不要となる。また、アルカリ水溶液を充填した補充用タンク２０５（図３）を設ける必要もない。さらに、中和に必要なアルカリ成分は多孔質体２０の内部から浸み出してくるため、アルカリ性物質の使用量自身も低減できる。それ故、運転コストや装置コストも低廉で済む簡易な気体処理方法を提供することができる。
特に、アルカリ水溶液は作業者の安全衛生面で問題があるため、使用するのが単なる水（例えば、工業用水）で済む点は非常に実用的である。

（２）多孔質体２０は、内部のアルカリ性物質がなくなれば、補充して何度でもリサイクル使用が可能であり、取り扱い性に優れる。なお、洗浄後の廃液のｐＨを常時測定しておいて、所定のｐＨ以下となったときに、多孔質体２０を交換すればよく、交換の時期決定も容易である。

（３）洗浄時の排ガスの流速や温度を適宜設定することで、水分の蒸発を制御することができ、廃水（廃液）の量を大幅に減らすことが可能となるため、廃液処理装置を簡素化できるとともに環境への負荷を下げることもできる。
（４）実施形態における気液接触方式は、気液平行流接触方式であるため、被処理気体の流速を上げても洗浄液のフラッディングを起こすことがないため、運転速度を上げることが容易である。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、吸収等１２内で酸吸収（ガス吸収）を行う際に、気液平行流接触方式としたが、気液向流接触方式としてもよい。すなわち、吸収塔１２の下部から排ガスを洗浄水とは反対方向（上向き）に流す方式でもよい。このような気液向流接触方式であると、気液接触効率により優れる。また、本実施形態では、吸収塔１２は１塔だけであったが、１塔に限らず複数配置し、ガス吸収を直列あるいは並列で行っても良い。

以下、実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明するが、本発明は実施例の内容に何ら限定されるものではない。
具体的には、図１の気体処理装置１０を用い、各種条件を設定して酸を含んだ気体（酸性ガス）からの酸吸収処理を行った。

（１．気体処理装置１０の仕様）
本実施例における気体処理装置１０の具体的仕様は以下の通りである。
・処理部１２１：１．５ｍ（横）×１ｍ（幅）×２ｍ（高さ）
・充填材保持部：０．５ｍ（横）×０．５ｍ（幅）×０．７ｍ（高さ）
（通気性の充填材保持部を、処理部１２１の内部に載置）
・充填剤（多孔質体２０）：直径２ｃｍのセラミックス製中空球
（内部空間にＮａＯＨ粉末を充填）

（２．酸性ガス）
・空気中に硫化水素（Ｈ_２Ｓ）を２０質量ｐｐｍ含んだ混合気体
（３．洗浄水）
・工業用水

（４．気体処理方法）
吸収塔１２の内部において、処理部１２１に対して充填材保持部０．３ｍ^３あたり６リットルの洗浄水を散布器１２３よりシャワー状に散布した。そして、処理部１２１の下部から流出してくる洗浄水のｐＨを連続的に測定し、ｐＨが１１まで上がったところで、酸性ガスを配管１１から１０^３ｍ／ｍｉｎの流量で吸収塔１２内部へ導入した。
その後、充填材である多孔質体２０の表面が湿った状態となるように、洗浄水を間欠的に散布した。具体的には、充填材０．３ｍ^３あたり２リットルの洗浄水を１０分間隔で間欠的に洗浄水を５秒間かけて散布した。
なお、このように、１０分間隔で、２リットルの洗浄水をかけることで、多孔質体２０の表面が絶えずブリードした状態となる。あまり、洗浄水の流量が少ないと、多孔質体２０の表面が乾いてしまう。逆に洗浄水の流量が多すぎると、多孔質体２０が、その表面に存在する水を保持できず、廃水（廃液）が生じてしまう。このように、間欠的に所定量の洗浄水を流すと、ほとんどの洗浄水を蒸発させて、廃水(廃液)を減らすことができるので好ましい。

なお、参考例として、図３に示す従来型のスクラバー２００を使用して、同じ酸性ガスについて同様に酸吸収処理を行った。スクラバー２００の仕様、運転条件は、以下の通りである。
・処理部２０１：３ｍ（横）×２ｍ（幅）×２．５ｍ（高さ）
・充填剤：ラシヒリング
・洗浄水：ｐＨ９〜ｐＨ1３のＮａＯＨ水溶液
・洗浄水の流量（循環流量）：５０リットル／ｍｉｎ
・酸性ガスの流量：１０^３ｍ／ｍｉｎ

（５．結果）
実施例のスクラバー１０は、参考例のスクラバー２００と同様に、酸性ガスを中和することができ、実質的に硫化水素を含まない排ガスを装置外に排出することができた。一方、これらのスクラバー１０、２００を一ヶ月間連続運転したところ、参考例の従来型スクラバー２００では、廃液量が１５０リットルであったのに対し、実施例のスクラバー１０では、廃液量が２０リットルに過ぎなかった。

本発明は、酸を含んだ排ガスから酸を除去する方法として好適に利用できる。

本発明の実施形態にかかる気体処理装置の概略断面図。 本発明の実施形態における多孔質体の断面図。 従来例における気体処理装置の概略断面図。

符号の説明

１０…気体処理装置、１１…配管、１２…吸収塔、１３…排出路、２０…多孔質体（充填材）、２１…多孔質層、２２…内部空間、２３…注入口、２４…密栓、１２１…処理部、１２２…配管、１２３…散布器、１３１…排出口、１３２…エリミネータ、２００…気体処理装置、２０１…処理部、２０２…散布器、２０３…循環用タンク、２０４…ｐＨメータ、２０５…補充用タンク、２０６…給水管

Claims (7)

1. 酸を含む被処理気体をスクラバーにより中和する気体処理方法であって、
   前記スクラバーは、アルカリ性物質を内部空間に有する複数の多孔質体が充填された処理部を備えており、
   前記処理部に水を注入することにより、前記多孔質体内部のアルカリ性物質を溶解させ、前記アルカリ性物質の溶解したアルカリ性水溶液が前記多孔質体の表面を覆うとともに、
   前記被処理気体を前記スクラバーに導入して前記アルカリ性水溶液と接触させることにより前記被処理気体中の酸を中和することを特徴とする気体処理方法。
2. 請求項１に記載の気体処理方法において、
   前記アルカリ性物質が固体であることを特徴とする気体処理方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の気体処理方法において、
   前記アルカリ性物質が、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＮａＣｌＯおよびＮａ_２ＣＯ_３の少なくともいずれかであることを特徴とする気体処理方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の気体処理方法において、
   前記多孔質体の素材が、セラミックス、金属、ゴム、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂の少なくともいずれかであることを特徴とする気体処理方法。
5. 請求項１〜請求項４にいずれかに記載の気体処理方法において、
   前記多孔質体の孔径が０．１〜５００μｍであることを特徴とする気体処理方法。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の気体処理方法において、
   前記多孔質体の孔数が１００〜５０００個／ｃｍ^２であることを特徴とする気体処理方法。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の気体処理方法において、
   前記多孔質体の平均径が１〜５ｃｍであることを特徴とする気体処理方法。

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