JP4094694B2 - Jet bubbling reactor for flue gas desulfurization - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体と液体とを高い接触効率で接触させて、気体と液体とを反応させたり、気体を液体に吸収させたり、気体を液体で増湿冷却したりする気液接触法及びその装置に関し、更に詳細には新規なジェットバブリング方式を利用した気液接触装置、即ちジェットバブリングリアクターに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
気体を液体に吸収させたり、気体と液体とを反応させたりする際に、従来から採用されている気液接触機構の主なるものは、充填層方式の気液接触機構及びスプレー方式の気液接触機構である。
充填層方式の気液接触機構では、塔又は槽に充填材を充填して充填層を形成し、通常、充填層の上部から液体を下向きに流し、充填層の下部から気体を上向きに流して、充填層内で気液接触させている。
スプレー方式の気液接触機構では、塔上部にスプレーノズルを設け、塔下部から気体を上向きに流す一方、スプレーノズルから液体を気体に向け噴霧して、噴霧した液体と気体とを塔内で気液接触させている。
【0003】
しかし、充填層方式の気液接触機構は、気液接触効率が比較的高いものの、偏流等の問題から大規模な装置には不向きである。一方、スプレー方式の気液接触機構は、構造が簡単なものの、気液接触の効率が低いために気液接触部の容積が大きくなるという欠点がある。
しかも、両者とも、充填層の面積当たり大きな流量で液体を流下させたり、また気液接触部の面積当たり大きな流量で液体をスプレーしたり必要があるので、大型の液体送入ポンプを必要とし、設備費と動力費が嵩み、更に液体としてスラリーを使用する場合には、摩耗によるトラブルが発生し易い。
【0004】
そこで、高い気液接触効率を達成するために、スプレー方式や充填層方式の気液接触機構のようなガス連続相気液接触機構とは異なり、液側が連続相であることを特長とするジェットバブリング方式の気液接触機構を本発明者らは、開発し、実用化している。
以下に、ジェットバブリング方式の気液接触機構を備えたリアクター、即ちジェットバブリングリアクター(以下、簡単にJBRと言う)について例を挙げて説明する。JBR10は、図7に示すように、上から順にそれぞれ槽体を横断するように設けられた気体出口室12及び気体入口室14と、液体を収容する下部の液体収容室16とに区画されている。
気体出口室12と気体入口室14とは、槽体を横断して水平に伸びる上部デッキ板18によって仕切られ、気体入口室14と液体収容室16とは、上部デッキ板18にほぼ平行に伸びる下部デッキ板20によって仕切られている。下部デッキ板20は、液体22の液面より上方に位置し、その間に気体流出用の空間部24を形成している。
【0005】
気体出口室12は出口ダクト26に接続し、その下の気体入口室14は入口ダクト28に接続している。また、液体と接触した後の気体(以下、液接触気体と言う)を空間部24から気体出口室12に流入させるガスライザとして、複数本のパイプ状の連通管30(図7では、簡単に3本のみ図示)が気体入口室14を貫通して、空間部24と気体出口室12とを連通させている。
多数のガス吹込み管(ガススパージャー)32が、上端部で気体入口室14に連通し、下端部で液体22に浸漬するように下部デッキ板20から下方に下降している。その下端部には多数の小さな開口が設けてある。
【0006】
気体は、気体入口室14を経て、ガス吹込み管32から液体内に吹き込まれ、ガス吹き込み管32の外側の液体内に微細な気泡となって流出し、液連続相気液接触領域であるジェットバブリング層を形成し、そこで気液接触する。その後、気体は、ガスライザー30及び気体出口室12を経由して系外に流出する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、気液接触を伴う反応を進行させる反応器、気液接触を伴う吸収を進行させる吸収塔をよりコンパクトな構造にするためには、より気液接触効率の高い気液接触機構を開発することが必要である。
そこで、本発明の目的は、従来に比べて、更に気液接触効率が高くなるような気液接触機構を備えたジェットバブリングリアクターを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、研究と実験を重ねた末に、気液接触効率の高い新規なジェットバブリング方式を開発し、本発明を完成するに到った。
【0009】
本発明に係る排煙脱硫用ジェットバブリングリアクター(以下、JBRと言う)は、槽体と、
槽体を横断するように延在し、槽体の内部を上下に区画するデッキ板とを備え、
槽体が、デッキ板と液面との間に空間部を確保するようにしてデッキ板から下方に液体を収容すると共に、空間部に連通して気体を空間部に流入させる気体流入口及び液体の注入口を備える液収容室と、デッキ板の上にあって、気液分離空間と気体流出口とを有し、気体から同伴液体を分離する気液分離室とにデッキ板によって区画され、
加えて、上部及び下部に開口を有し、上部でデッキ板を貫通して気液分離室に連通し、下部で液体に浸漬して液収容室の空間部を上下方向に延在する管体で形成され、管体の内側に液体を導入し、かつ管体の外側から下部の開口を介して管体の内側の液体に気体を流入させ、気体と液体とが緊密に混合し上方の気体域に流出する気体が液体を同伴するスーパージェットバブリング層を管体の内側に形成するようにしたジェットバブリング管と、
最外列のジェットバブリング管を側方から取り囲むようにして、槽体の側壁と最外列のジェットバブリング管との間の空間部に配置された筒状体で形成され、かつ筒状体を貫通する孔を備えた気体導入リングと、
上端部でデッキ板を貫通して気液分離室と連通し、下端部でジェットバブリング管より深く液体に浸漬するように上下方向に配設された管体で形成され、気液分離室で気体から分離された同伴液体を液収容室に戻す液下降管と
を備え、スーパージェットバブリング層における気体の液滴同伴速度が6〜8m/sであり、スーパージェットバブリング層における気泡のホールドアップが平均して0.4〜0.6であり、ジェットバブリング管の下部の開口径が10〜15mmであることを特徴としている。
【0010】
本発明に係る排煙脱硫用ジェットバブリングリアクターでは、気体と液体とを気液接触させることにより、目的に応じて、気体と液体とを反応させたり、気体を液体に吸収したり、気体を液体で増湿、冷却したり、気体を液体で減湿したりする。
本発明では、液体を収容したジェットバブリング管の外側から管下部の開口を介して気体を従来に比べて高速で管内側に導入して管内にスーパージェットバブリング層を形成させる。
管内の好適な気体の流量は、管体の単位断面積当たり4,000Nm/m 2/h〜15,000Nm/m/hの範囲である。
スーパージェットバブリング層を形成している領域から上方の気体域に流出する気体は液体を同伴するので、上方の気体域で気体から液体を分離し、気体を系外へ送り出す。一方、分離された液体は、液体層に戻す。
【0011】
気体導入リングは、好適には、上端がデッキ板に連結され、下端がジェットバブリング管の下端より下方に延びて、運転中液体に浸漬しているようにする。断面形状は、円形でも多角形でも良い。気体導入リングと槽体側壁との間隔は、気体の流速を考慮して決めれば良く、好適には、気体流入口から離れるにつれて狭くなるようにするが、実用的には同じ間隔で良い。また、気体導入リングと最外列のジェットバブリング管との間は、最外列のジェットバブリング管への気体の流入に支障がない限り、特に制約はない。
貫通孔の寸法、個数及び分布は、気体が槽体の周方向に見てジェットバブリング管に向かって半径方向に一様な速度分布で流入するようにするば良く、必ずしも一様な分布で貫通孔を設ける必要はない。気体導入リングの上下方向の貫通孔の位置も、制約はなく、空間部の気液分離機能、ジェットバブリング管への流入の良否等を考慮して決定すれば良い。貫通孔の形状も、制約はなく、円形でも楕円形でも、角形でも良い。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下に、実施例を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
【実施例】
全体的構成
本発明に係るJBRは、気体を液体中に従来に比べて高速(スーパー)吹き込み(ジェットバブリング)して液連続相で気液接触を行わせる。
以下に、ボイラー排煙を気体とし、石灰石スラリーを液体(以下、吸収反応液と言う)として気液接触させ、排煙中の亜硫酸ガスなどの有害物質を除去する場合のJBRの構成の一例を挙げて、本発明に係るJBRを説明する。
本JBR50は、図1に示すように、排煙中の亜硫酸ガスなどの有害物質を吸収するスーパージェットバブリング吸収部54(以下、簡単に吸収部54と言う)と、吸収反応液を収容し、吸収部54で吸収した亜硫酸を中和、酸化し、石膏に転化する吸収反応液部56(以下、簡単に反応液部56と言う)と、気液分離部58とを備える。
【0013】
吸収部54は、吸収反応液の液面上に設けられたデッキ板64に上端が取り付けられ、下端が吸収反応液中に浸漬するように垂直に配設された多数のジェットバブリング管66から成り、これらのジェットバブリング管66の下端部には開口68が設けられている。
排煙は、ジェットバブリング管66の外側の空間部62から開口68を経て高速でジェットバブリング管66の内側の吸収反応液へ流入し、その内部で気泡を多数発生させ、高性能気液接触領域であるスーパージェットバブリング層をジェットバブリング管66の内側に形成する。
排煙中の亜硫酸ガスなどの有害物質が、このスーパージェットバブリング層で吸収、除去される。排煙は、図1に示すように、更に後で図5及び図6を参照して詳述するように、気泡状となってジェットバブリング管66内の管壁近傍を上昇し、ジェットバブリング管66の上端でスーパージェットバブリング層から離脱し、気液分離室58を経て清浄なガスとしてJBR50の外に排出される。
【0014】
一方、吸収された亜硫酸を含む吸収反応液は、気液分離室58で清浄化ガスから分離され、図1に矢印で示すように、ジェットバブリング管66内の中央部及び液下降管70を下降して反応液部56に戻る。
反応液部56は、適当な攪拌手段72を有する固体懸濁液層であり、ここには石灰石スラリーが吸収剤として石灰石スラリーポンプ(図示せず)によって石灰石スラリー供給管71を経由して供給される。更に、空気が酸化剤として気泡状で空気吹き込み管74から供給される。排煙から吸収反応液に吸収された亜硫酸は、反応液部56に収容された吸収反応液内で、石灰石と空気により、中和、酸化されて石膏となり、生成した石膏は上記攪拌手段72で懸濁層中で緩やかに流動されつつ成長を続ける。
【0015】
各部の詳細
空間部
空間部62は、デッキ板64と吸収反応液の液面との間の空間を言い、天井面はデッキ板64で、側面はJBR50の側壁及びジェットバブリング管の管壁で、下面は吸収反応液の液面で、それぞれ規定される空間であって、ジェットバブリング管66(以下、原則として符号66は省略する)がこの空間部62を上下方向に延びている。
排煙導入ダクト34を経由して流入する排煙は、空間部62により各ジェットバブリング管に対して一様な流速分布に分散され、ジェットバブリング管下端の開口68からジェットバブリング管の内側に高速で流入し、管内に泡出してスーパージェットバブリング層を形成する。
【0016】
気体導入リング
入口ダクト34から空間部62を介してジェットバブリング管66に排煙を導入する際、JBRの水平断面に対して排煙をできるだけ均一に分布するには、JBRの外周から排煙をリング状にJBR内に導き、数カ所から均等にジェットバブリング管に向け流入させることが望ましい。
そこで、本実施例では、図2(a)及び(b)に示すように、円形の貫通孔78を有する円筒状の気体導入リング76をジェットバブリング管群を包囲し、上端でデッキ板64に連結し、下端で運転中常時吸収反応液に浸漬するようにして、槽体と最外列のジェットバブリング管の間の空間部62に設けている。
ガス導入リングの形状は、これに限ることなく、断面多角形でも良く、また、更に多数の貫通孔を設けても良い。
【0017】
ガス冷却部
排煙が高温の場合には、入口ダクト34とJBR50の排煙導入口との間にガス冷却部52を設け、そこで予め排煙を増湿冷却することもできる。ガス冷却部52は、緩やかに断面積が拡大するガス導管で形成され、導管内にスラリー状の吸収反応液をスプレーするスプレーノズル60を備えている。ガス冷却部52では、高温の排煙とスプレーされた吸収反応液とが接触し、吸収反応液中の水が排煙中に蒸発して、排煙はほぼ飽和温度の40〜60℃まで増湿冷却される。
増湿冷却された排煙は、蒸発しなかった残部の吸収反応液を同伴して空間部62へ流入する。
残部吸収反応液は、空間部62で排煙から分離されて落下し、反応液部56の吸収反応液層に即座に混合され、冷却された排煙のみが吸収部54に入る。固形物を含む吸収反応液が、従来のように水平なデッキ板上を流れることなく、直接に反応液部56へ流下するので、従来のように、固形物がデッキ板上に付着、堆積するという問題は生じない。
【0018】
気液分離室
気液分離室58でより効果的に気液分離を行うには、図2(a)に示すように、ジェットバブリング管の上方にキャップなどの気液分離板79を配設し、重力による気液分離の前に衝突による気液分離を行わせることもできる。気液分離板の形状は、これに限らず平板でも、傘型でも良い。また、気液分離板の位置、大きさにも限定はない。
この気液分離室58の天井部には、図1に示すように、スプレーノズルを多数配した洗浄装置59が設けられ、水平なデッキ板64を清澄な液で洗浄し、固形物(若しあれば)をスラリー化して流動化し、液下降管70へ流し込むようにしている。
液下降管70は、下端部がジェットバブリング管の開口68より下方に達し、運転時には、吸収反応液に浸漬され、液シールがなされている。
JBR50の気液分離室58を出た清浄なガスは、更にミストエリミネーターを経由してガス中の液滴を最終的に除去して煙突に送られ、大気へ放出される。
【0019】
ジェットバブリング管
空間部62の内部に垂直に配設されるジェットバブリング管は、上下端とも開放の管で形成されている。
ところで、空間部62に排煙が流入しない状態では、ジェットバブリング管の下部を、好適には下端から上方に高さ約100〜600mmまでの部分を吸収反応液に浸漬させる程度の液量の吸収反応液が反応液部56に収容されているので、流体的にはジェットバブリング管の下端が閉じられ、かつジェットバブリング管の内外の液面は等しい。
次に、排煙が空間部62に充満するにつれて、空間部62に接する吸収反応液の液面が下方に押し下げられ、ジェットバブリング管の外側の液面が下がるとともに管内の液面が上がる。
更に、空間部62内の排煙の圧力が増大し、圧力が吸収反応液の液柱単位で浸漬深さになると、排煙がジェットバブリング管下部の開口68から内側に流れ始める(図1で左端のジェットバブリング管を参照)。この時、ジェットバブリング管内に存在する液柱の深さ、つまりガス泡出時の浸液深、Hb((図5(b)参照)は、下記の式で表される。
Hb=(1+Ao/Ai)Hs (1)
ここに、Hs=静止時の浸液深(図5(a)参照)、Ai=ジェットバブリング管全体の総断面積、Ao=空間部62の横断面積である。
また、この時に必要な排煙の圧力、Poは、
Po=ρl(1+Ai/Ao)Hs (2)
となる。ここにρl=吸収反応液の密度である。
【0020】
更に、空間部62内の排煙の圧力が増大すると、液面がジェットバブリング管の下端から下方に押し下げられ、排煙の流路深が確保されて、所定の流量の排煙が流入する。この時、ジェットバブリング管の下端開口から管内の液柱側へのガスジェット流量、即ちジェットバブリング管外側から内側へのガス流量Qは、ガス入口速度分布が下端開口の周縁に沿って均一であるとして、下記の式で表現される。
Q={( ρl −ρv )/ρv)}0.5 ∫ c{2g(H−X)}0.5Lp(x)dx(3)
ここに、ρl =吸収反応液の密度、ρv =排煙の密度、c =定数、g =重力加速度、H =ガス流路深、X =ガス流路内での管下端からX 距離、Lp(x)=ガス流路幅(xの関数)であり、積分範囲は、ガス流路が下端開放の場合は0〜H までであり、下端にスカートがある時は、hs(スカート高さ)〜H +hsである。
【0021】
緊密に混合してなるジェットバブリング層の形成
さて、ジェットバブリング管内に緊密に混合してなる、安定したジェットバブリング層(以下、緊密に混合してなる、安定したジェットバブリング層を、単に「安定したジェットバブリング層」と言う)を形成するには、先ず、吸収反応液が圧力の高い管内から開口を通じて管の外側へ戻ろうとするのを外から内に押し返すだけのエネルギーを、排煙が保有しなければならない。つまり、空間部62内の排煙の圧力が、(2)式のPoより高いことが必要である。
実験研究を続けた結果、安定なジェットバブリング層を形成する条件として、上述の排煙の圧力条件に加えて、更に本発明者らが見出した第一の条件は、従来のように多孔質の散気板を用いて初めから小さな気泡を生成させるのでなく、排煙を大きなガス塊にして噴出し、これを吸収反応液と衝突させて多数の小さな気泡に分散させることこそが、安定なジェットバブリング層を得る要諦であるということである。特に、スラリーのように固形物を含んでいる液にガスを気泡状に吹き込む時には、大きな開口面積にもかかわらず小さな気液が生ずるこのジェットバブリング方式が効果的であることは容易に納得できるであろう。
ガス塊の径は気液の性状にある程度依存するのであるが、排煙脱硫の場合では、一般に、分散した気泡径が約2〜3mmになることから、ガス塊は当然これより数倍大きい径となる。つまり、気泡の5倍の径、即ち径10〜15mm程度の開口径を有しておれば良い。
【0022】
ジェットバブリング現象では、気泡のみならず吸収反応液の微粒子も発生するので、安定なジェットバブリング層形成のためには、第二の条件として、比重差から管外へ戻ろうとする微粒液滴を管外から管内へ戻すエネルギーを排煙が持っていなければならないことである。
第二の条件を満足するエネルギーは、ガスの液滴同伴速度6〜8m/sとして知られている。
【0023】
ジェットバブリング管の開口
いま、ガス開口が、図3(d)に示すように、円管形ジェットバブリング管の下端管口で構成されるとすると、理論的には、ジェットバブリング管の下端開口の周縁全長に沿って、流路深さHのドーナツ状ガス塊が生じる。管口で下端開口を構成した場合、計算によれば、上記二つの条件は、ほぼ満足されているので、管口で下端開口を構成した円管の形状が、機構的に最も単純なジェットバブリング管であると言える。
【0024】
実際には、ドーナツ形状のガス塊は不安定であるから、ガス流路幅は、ガス流路深さと同じオーダーであることが望ましく、下端開口は、いわゆる櫛形形状の開口部として形成されることが望ましい。
取り扱う排煙の性状や吸収反応液の性状には幅があり、特にスラリーを吸収反応液として使用する場合には、閉塞のおそれがあるから、大きな寸法の開口が実際的であり、櫛形の場合、ジェットバブリング管の下端開口深さ、H(図3(a)参照)は、H=0.025m程度とするのが望ましい。
【0025】
ジェットバブリング管の開口部の形状、寸法は、前述した第1の条件及び第2の条件を満足しておれば良く、好ましくは、開口径は前述のように10〜15mmの相当径を有しておれば良く、形状的には排煙によるジェットバブリング現象を発生させることができる限り、本発明では特に限定する必要はない。
形状については、管底面が開口した、いわゆる櫛形のスロット形状の開口68a(図3(a)参照)に加えて、例えば管壁を貫通するように設けられた貫通孔状の開口68b(図3(b)参照)があり、開口68bの下方にスカート68c(図3(c)参照)を有するものでもよい。図3(d)に示すように、単に管を切断したような開口でも良い。
スカート68cは、その長さLを例えば100〜500mmと適当に長くして、ジェットバブリング管の下端より排煙が流出しないようにすれば、排煙の吹き出し速度は、開口の下端でも上記の臨界速度(6〜8m/s)を超えさせることが可能で(櫛形のスロット形状では水平方向のガス流速に2次曲線近似の分布があり、開口の下端では流速がゼロとなることに注目のこと)、ジェットバブリング層にスロッシングなどの液の揺動が起こらない利点はある。もっとも、スカートの部分はデッドゾーンになるので長期的には固形物が沈着するという欠点もあるので、トレードオフを考慮する必要がある。
スロット状の櫛形開口及び貫通孔状開口の場合、開口そのものの形状は、長孔で、隅については適当なアールをとったものが実用的であるが、丸孔、三角(上部にアールをとった台形を含む)孔、四角孔など、また、開口の配列も、上下には単段のほかに、二段あるいは三段など、左右には等間隔ピッチ配列の他に複数ピッチの採用などもあるが、これらは当業者の選択の範囲であって本発明では特に限定するものではない。
【0026】
ジェットバブリング管の下端開口深さH(図3(a)参照)を25mmとした場合、排煙は、ジェットバブリング管下端の開口から深さ約25mmの排煙塊となってほぼ水平方向に管内に流入し、吸収反応液が充満している管内では排煙の浮力によって垂直方向に反転する。従って、管内側下部ではほぼ25mm径のガス塊が存在する。
このガス塊は、浮力によって管内を管壁に沿って上昇しながら多くの気泡に分裂、分散する。気泡の径は、液の表面張力や粘度などによって定まり、約2〜3mmのものが大部分であるが、液との混合が十分に行われる前のものは、過渡的に不定形のガス塊の形状を示す。
【0027】
ジェットバブリング層の高さ
生成した多くの気泡は、自己の浮力によって、あるいは排煙の圧力によってドライブされて吸収反応液を伴いながら管内を吹き上がる。管内の液の高さは気泡が含まれる分だけ動的に膨張して高くなるので、ジェットバブリング層の高さ、Hjは、
Hj=Hb/(1−Ф) (4)
となる。ここに、Hb=ガス泡出時の浸液深、Ф=気泡のホールドアップである。Фはジェットバブリング層では平均して0.4〜0.6である。
この時に、ジェットバブリング管の外側で必要な排煙の圧力Poは、管内のジェットバブリング層が動的に膨張しても、相変わらず液相連続であるから、
Po=ρl {(1+Ai/Ao)Hs+(Ai/Ao)H}+HjФρv (5)
となり、泡出時に比べて少し大きくなる。
【0028】
ジェットバブリング相の流動状態
水平方向に管内に流入した約25mmの排煙塊は、吸収反応液が充満している管内で浮力によって上方へ方向を転じ、当初の排煙塊の径より2〜3倍大きい径のジェットバブリング塊(約50〜75mm)となって吹き上がり、次いで2〜mm径の気泡に分裂する。気泡は、管内ジェットバブリング層の高さHjに到達すると、ジェットバブリング相から分離し、ジェットバブリング層上方の気液分離室58に集められる。
気泡に同伴された吸収反応液は、ここで気泡と別れ、下方に比重差で流下する。液の流れにはジェットバブリング流の約10%の流路断面積を与えることが液の円滑な下降に必要である。そのためには、ジェットバブリング管の横断面で見て、管壁面に沿った幅50〜75mmの円環部分がジェットバブリング本体とすると、円環の内側の径約50mmの円形部が液流部として機能する(図4参照)。従って、ジェットバブリング本体部と液流部とを考慮すると、ジェットバブリング管の直径は約150〜200mmとするのが望ましい。
【0029】
ジェットバブリング管の断面形状
一般的には、ジェットバブリング管の横断面形状は円形であるが、それは材料の入手容易性及び経済性が大きな理由であって、本発明はジェットバブリング管を特定の形状に限定するものではない。本発明では、例えば、ジェットバブリング管の横断面は、円の他に、楕円や卵形の曲線輪郭断面、あるいは三角形、正方形、五角形、六角形など多角形輪郭断面、更には溝(トラフ)形状の平板構造など任意の形状を採用することができる。
ジェットバブリング管の断面積が円形でない場合は、相当管径(=4×断面積/浸辺長)を円管の直径とすることにより、円管と同様に取り扱うことができる。例えば、幅Wの平板構造は、相当管径は4×W/2=2Wとなり、同じ間隙を有する円管に比べて性能的には粗な基本気液接触手段であると言える。
【0030】
ジェットバブリング管の標準的寸法
以上の説明から、本発明の基本気液接触機構の単位手段、即ちジェットバブリング管は、標準的には、直径約150〜200mmの円管で、下端から下方に25mmのところをガス流路深さとして、排煙が流速約10Nm/sで水平に管内の吸収反応液に噴出するものである。
実用規模の排煙脱硫装置は、多数のジェットバブリング管が必要であって、これらのジェットバブリング管をデッキ板から下方に延在させるようにデッキ板に配列することになる。
ジェットバブリング管は、その上端のところで水平なデッキ板を貫通して保持され、デッキ板上が気液分離室58となる。
【0031】
ジェットバブリング管の配置
円管からなるジェットバブリング管を水平なデッキ板上に配置するには、正三角形及び正方形配置の二つが標準的である。
デッキ板の直径Dsと、管配置のピッチPT と、管の数Nとの間には、管配置の際のデッドスペースなどを考慮した上で次の関係がある。
N=C(DS /PT 2 (6)
ここに、C=0.86(正三角形配置)、0.75(正方形配置)である。
管を最密に配置した場合は、PT =Dj(ジェットバブリング管の径)であるが、取付け上の制約もあり、実用的にはこのような配列は難しく、PT =1.25Djとなることが普通である。
なお、PT =1.25Djの時のジェットバブリング管の総面積とJBRの断面積の比は、簡単な計算から0.48〜0.55となる。
【0032】
ジェットバブリング管内の気液接触作用
以下、上下端で開口した径200mmの円筒管を用いた最も簡単なジェットバブリング管を例にして、ジェットバブリング管内部における気液接触作用を詳述する。
図5(a)は排煙導入前のジェットバブリング管内外の吸収反応液の状態を示す(排煙の流入量、Gsは、Gs=0)。円筒管内外の液面は同じ高さにあって、ジェットバブリング管の下端は液面からHsの深さにある。
図5(b)は少量の排煙(Gs=約60Nm3 /m2 /h)を導入した時の管内の状態を示している。管の外側の液面は、排煙の圧力によって管の下端より上に数mmの高さまで押し下げられ、排煙は、一旦、吸収反応液内に潜り、下端から径数mm程度の気泡群となって管内に上昇する。気泡群は、管の下端から内壁面近傍を旋回して上昇し、しかも、吸収反応液の中を相互に独立してゆっくり上昇するので、管内の吸収反応液は、ほとんど静止した状態を示す。Hbは、管の内外の液面の差を示す。
【0033】
図6(c)は、更にガス量を増加させた時(Gs=約400Nm3 /m2 /h)の管内の状態を示している。管の外側の液面は、管下端より数cm下方に押し下げられ、排煙は下端周辺長の一部から径数cm程度の気泡塊となって管内に吹き込まれる。気泡塊は、管の下端面で圧力により押し潰され、径数mmの気泡がたくさん集まった気泡群となる。気泡群は、管壁の内壁面近傍を旋回して上昇しつつ、吸収反応液を吸引する。
この吸収反応液の液流は、L=約500m3 /m2 /h程度の単位断面積当たりの流量Lで、矢印で示すように、最初は気泡と共に管内を上昇し、次いで気泡が上方のガス層へ離脱するにつれて下方に流れを転じ、管内の中央部に液下降流を形成する。下降した液流は、再び噴出気泡群に吸引され、液循環回路を管内に形成する。この状態は、従来的な気泡層に近い流動である。
【0034】
図6(d)は、更にガス量を増加させた時(Gs=約4,200Nm3 /m2 /h)の管内の状態を示している。管の外側の液面は、管下端より数cm下方に押し下げられ、排煙は下端周辺長のほぼ全長から径数cm程度の気泡塊となって管内に吹き込まれる。気泡塊は、管の下端面で圧力により押し潰され、径数mmの気泡群となる。気泡群は、管壁の内壁面近傍を急速に上昇する。上昇する気泡群には液がより一層強く吸引され、一方気泡群はこの液の流れに衝突して、気泡が更に小さく分裂する。この際、一部の気泡は合一するが、また液流と衝突して再分裂する。
液の流れは、L=約8,400m3 /m2 /h程度の単位断面積当たりの流量Lで、気泡との衝突のために乱されて気泡群の中で液の上昇と下降を繰り返して、明快な液循環回路を形成しない。一方、気泡も一部が下降する液流に伴われる。従って、管内の気液の循環は不規則である。少量、例えば約200mg/Nm3 程度の液滴が排煙に同伴されるが、気液分離室58で分離され、デッキ板64に開口している液降下管70から再び反応液部56へ戻される。
この段階の気液接触現象は、従来的なジェットバブリング現象とほぼ同じである。
【0035】
図6(e)は更に一層ガス流量を増加させた時(Gs=約14,100Nm3 /m2 /h)の管内の状態を示している。吸収反応液の液面は管の下端より下数cmに押し下げられ、排煙は、下端周辺長のほぼ全長から気柱状ないし連続した気体塊の流れとなって管内に吹き込まれる。気柱塊は、管の下端面で圧力により押し潰され、数cmの気泡塊となる。気泡塊は、管内を急速に上昇する。上昇する気泡塊は吸収反応液に衝突して分裂し、多量の気泡群となる。一方、吸収反応液は、多量の気泡群により一層吸引されて、L=約53,400m3 /m2 /h程度の単位断面積当たりの流量Lになる。気泡群はこの液の流れに衝突して、気泡が更に小さく分裂する。この際、一部の気泡は合一するが、また液流と衝突して再分裂する。
吸収反応液の流れは、気泡との衝突のために乱されるが、気泡群の上昇速度が大きいので、液は管内では下降せず、大部分が排煙と一緒に管内を上昇して気液分離室58に流出する。
気液分離室58では、排煙の流速が急速に低下するので、排煙に同伴した吸収反応液は、排煙流から分離されて、一部が液降下管70から流れ落ち、残部がジェットバブリング管内下部に戻り、矢印で示すように、大きな液循環回路を形成する。これが本発明のスーパージェットバブリング現象である。
【0036】
以上の吸収反応液と排煙の混合層の状態は、主として排煙の流量Gsによって定まるが、管下端のガス入口の形状によっても影響される。
排煙が管内に流入する開口の開口縁が上述のように簡単な直線状の場合は、大気泡塊が出来やすく、大気泡塊が上昇した後、吸収反応液がその空間に入り込み、排煙の出口が閉じられるため、排煙の管内への吹き出し方が間欠的になり、管内のジェットバブリング層も周期的な動きをし勝ちである。この現象は、開口縁を櫛形にし、始めから小さな気泡塊を作り、更に開口での排煙の流速を上げることにより、軽減される傾向にある。
ところで、本発明のジェットバブリング管内に拘束されたスーパージェットバブリング層では、この周期的な動きの波長は、ジェットバブリング管の直径の2倍程度の大きさに限定されるので、ジェットバブリング管が数多くあるJBRでは、全体としては振動数としては大きくなり、準安定な流動性が達成される。逆にこの振動によって気液動きが激しくなるので、気液の接触効率が向上するという利点も存在する。
【0038】
本JBRによる脱硫率
以上のように、本発明のスーパージェットバブリング気液接触機構は優れた気液接触効率を有する。次に、スーパージェットバブリング気液接触機構による脱硫率の向上を説明する。
本発明のような液相連続の気液接触層での脱硫率ηは、吸収反応液層での反応が速く、気相からの亜硫酸ガスの吸収速度が律速の場合、例えば、1996年1月丸善株式会社から刊行の「化学反応と反応器設計」の342ページに記載の次式(7)により求めることができる(この記載を本明細書に参考文献として引用する)。
η≒1−exp {−(KG aπ/GM )Zf } (7)
ここに、KG =総括ガス容量係数(kgmol /m2 /h/atm )、a=比表面積(m2 /m3 )、π=全圧(atm )、GM =ガス流量(kgmol /m2 /h)、Zf =気液接触層高さ(m)である。
G は、ガス/液に固有の物質の拡散係数と、ガスと液の性状及び流動状態に影響される境膜厚さに依存し、GM が大きいと大きくなる。GM が大きくなると、境膜の厚さが小さくなるからである。本発明の場合は、KG ∞GM 0.5 程度であることが測定されている。aは単位容積の中の気液接触面積の割合を示し、単位容積中の気泡容積、つまり空隙率Φに比例し、気泡の径Dp に反比例する。GM が小さい場合、例えばGM ≦50Nm3 /m2 /hでは、ガスを送入するにつれて空隙率が比例的に増大し、一方気泡径はほぼ一定に保たれるので、a∞GM 程度となる。本発明のスーパージェットバブリング層ではジェットバブリング管に小さな径の気泡が既に最大密度に近く存在するので、a自体は大きな値であるが、GM への依存度は、それ程大きくない。測定によれば、a∞GM 0.32程度であり、全体としては、KG a∞GM 0.82程度である。(7)式の(KG aπ/GM )の項は、GM -0.17 に比例し、ガス流量の増大に従って、少しずつではあるが、小さくなる。
一方、本発明の場合、ジェットバブリング層がジェットバブリング管一杯に充満して、上部で気液分離室に連通するので、Zf は、ジェットバブリング管の高さに対応している。ガス側の圧力損失は、ジェットバブリング管の高さに空隙率Φを乗じた、ガス流量GM によらない一定値を示す。また、任意のガス流量GM に対して所定のηを得るには、ジェットバブリング管の高さを(7)式に従って変えれば良い。
【0039】
本実施例のJBRを備えた排煙脱硫装置を実際に運転して、亜硫酸ガスを2200ppm 含む温度120℃の105万Nm3 /hの排煙を処理したところ、計算通り、脱硫率は約96%に達し、排煙の圧力損失は約260mmH2 Oであった。
排煙の増湿冷却に用いた工業用水は約50m3 /h、石膏スラリーの抜き出し量は約60m3 /h、石灰石スラリーの供給量は約30m3 /hであった。酸化用空気は、モーター動力420kWの湿式(ナッシュ式)空気圧縮機を用いて16,000Nm3 /hを水分飽和の状態でJBRへ挿入した。また、約200g/lの濃度で晶析した石膏を含有するスラリーをJBRの下部から抜き出しポンプ36により抜き出し、石灰石スラリー供給管71より石灰石スラリーポンプ(図示せず)で連続的にJBRに補給した。
このJBR82を使用して、約11ヵ月にわたり連続的に運転した結果では、排煙のガス損失の増加は、殆ど認められず、また、1年後の開放点検において、JBR82内の固形物の堆積、沈積及び閉塞も殆ど認められなかった。
【0040】
本実施例のJBRの効果
以上、説明したように、本実施例のJBR50は、従来の気液接触機構に比べて著しく高い気液接触効率で気体と液体とを気液接触させるので、例えば排煙脱硫処理に適用した場合、コンパクトな槽体で高い脱硫率を達成できる。
また、気体導入リング76を設けることにより、槽体の周方向に見て一様な半径方向流速でジェットバブリング管に向け排煙を導入できるので、ジェットバブリング管の気液接触効率をJBR全体にわたり一様に高い効率に維持できる。
また、気液接触領域がジェットバブリング管66内に限定され、相互に独立しているので、変動が少なく、安定した脱硫率を達成できる。
更には、吸収反応液等により排煙を予め冷却する場合、排煙は気液分離空間として機能する空間部62(デッキ板と吸収反応液の液面との空間)に先ず導入されるので、従来のように、水平なデッキ板上等に固形物が堆積して排煙の流路が狭くなり、排煙の圧力損失が増大するなどの問題がない。
【0041】
【発明の効果】
本実施例の記載を含めて本発明に関する以上の詳細な説明から明らかなように本発明のJBRは、新規な構成のジェットバブリング機構を備え、以下に挙げるような利点を有し、効果を奏する。
第1には、従来型のスプレー塔や充填塔とは異なって大型の液体循環ポンプを必要とせず、しかも気液接触領域の高さが低く、容積効率が高いというジェットバブリング方式の特長を更に発揮できることである。すなわち、排煙を吸収反応液に吹き込む際の単位断面積当たりの排煙開口面積(開口幅×ガス塊深さ)をより大きくして、排煙導入速度を従来より更に高速にすることが可能になり、これにより気液接触効率の高いスーパージェットバブリング層を形成することができるので、JBRの槽体の横断面積を従来より小さくできる。また、スーパージェットバブリング層の高さが、従来のジェットバブリング層の高さ1〜2m程度から3〜5m程度に高くなるので、気液の滞留・接触時間がそれだけ増大し、よい小さい浸液深さで高い気液接触効率を得ることができ、気体の圧力損失を減少させ、従って気体送風機の所要動力をそれだけ低減させることができる。
第2には、本JBRでは、スーパージェットバブリング層がジェットバブリング管の内側に形成されるので、液体の流動領域は、ジェットバブリング管内に局所化され、流動領域がJBRの全面に広がっている従来のJBRに比べて著しく狭くなり、揺動つまりスロッシング(仮に地震などで誘起されて起こることがあっても)は従来に比して極めて小さく押さえられる。また、液体の流体的安定性があるので、気液接触効率の変動も小さくなるという利点もある。
第3には、気体導入リングを設けることにより、槽体の周方向に見て一様な半径方向流速でジェットバブリング管に向け排煙を導入できるので、ジェットバブリング管の気液接触効率をJBR全体にわたり一様に高い効率に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るジェットバブリングリアクターの一例の構成を示す模式図である。
【図2】図2(a)は図1のJBRと同じ構成を備え、かつ導入リングと気液分離板を有するJBRの模式的縦断面図、及び図2(b)は図2(a)の矢視I−IでのJBRの横断面図である。
【図3】図3(a)から(d)は、それぞれ、ジェットバブリング管の下部開口の例を示す斜視図である。
【図4】ジェットバブリング管内の液下降領域を示す管横断面図である。
【図5】図5(a)及び(b)は、図1に示すJBRの運転時のジェットバブリング管内の状態を示す模式的縦断面図である。
【図6】図6(c)から(e)は、図5(b)に続いて、図1に示すJBRの運転時のジェットバブリング管内の状態を示す模式的縦断面図である。
【図7】従来のJBRの構成を示す模式図である。
【符号の説明】
10 従来のジェットバブリングリアクター
12 気体出口室
14 気体入口室
16 液体室
18 上部デッキ板
20 下部デッキ板
22 液体
24 空間部
26 出口ダクト
28 入口ダクト
30 ライザー
32 ガス吹込み管
50 ジェットバブリングリアクター
52 冷却部
54 スーパージェットバブリング吸収部(吸収部)
56 吸収反応液部(反応液部)
58 気液分離部
59 洗浄装置
60 スプレーノズル
62 空間部
64 デッキ板
66 ジェットバブリング管
68 開口
70 液下降管
71 石灰石スラリー供給管
72 攪拌手段
74 空気吹き込み管
76 気体導入リング
78 貫通孔
79 気液分離板
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas-liquid contact method in which a gas and a liquid are brought into contact with each other with high contact efficiency, the gas and the liquid are reacted, the gas is absorbed into the liquid, or the gas is humidified and cooled with the liquid, and the method More particularly, the present invention relates to a gas-liquid contact device utilizing a novel jet bubbling system, that is, a jet bubbling reactor.
[0002]
[Prior art]
The main components of the gas-liquid contact mechanism that have been used in the past when absorbing gas into liquid or reacting gas with liquid are the gas-liquid contact mechanism of the packed bed system and the gas-liquid of the spray system. It is a contact mechanism.
In a packed bed type gas-liquid contact mechanism, a packed bed is formed by filling a tower or tank with a packing material, and usually a liquid flows downward from the upper part of the packed bed and a gas flows upward from the lower part of the packed bed. The gas-liquid contact is made in the packed bed.
In the spray-type gas-liquid contact mechanism, a spray nozzle is provided in the upper part of the tower, and gas flows upward from the lower part of the tower, while the liquid is sprayed from the spray nozzle toward the gas, and the sprayed liquid and gas are vaporized in the tower. Liquid contact.
[0003]
However, the gas-liquid contact mechanism of the packed bed system has a relatively high gas-liquid contact efficiency, but is not suitable for a large-scale apparatus due to problems such as drift. On the other hand, although the spray-type gas-liquid contact mechanism has a simple structure, it has a drawback in that the volume of the gas-liquid contact portion increases because of the low efficiency of gas-liquid contact.
In addition, both require a large liquid feed pump because the liquid needs to flow down at a large flow rate per area of the packed bed, or the liquid must be sprayed at a large flow rate per area of the gas-liquid contact area, Equipment costs and power costs increase, and when slurry is used as a liquid, troubles due to wear tend to occur.
[0004]
Therefore, in order to achieve a high gas-liquid contact efficiency, unlike a gas continuous-phase gas-liquid contact mechanism such as a spray-type or packed-bed-type gas-liquid contact mechanism, a jet characterized by the liquid side being a continuous phase. The present inventors have developed and put into practical use a bubbling gas-liquid contact mechanism.
Hereinafter, a reactor having a jet bubbling type gas-liquid contact mechanism, that is, a jet bubbling reactor (hereinafter simply referred to as JBR) will be described as an example. As shown in FIG. 7, the JBR 10 is divided into a gas outlet chamber 12 and a gas inlet chamber 14 provided so as to cross the tank body in order from the top, and a lower liquid storage chamber 16 for storing a liquid. Yes.
The gas outlet chamber 12 and the gas inlet chamber 14 are partitioned by an upper deck plate 18 that extends horizontally across the tank body, and the gas inlet chamber 14 and the liquid storage chamber 16 extend substantially parallel to the upper deck plate 18. It is partitioned by the lower deck plate 20. The lower deck plate 20 is located above the liquid level of the liquid 22 and forms a gas outflow space 24 therebetween.
[0005]
The gas outlet chamber 12 is connected to an outlet duct 26 and the gas inlet chamber 14 below it is connected to an inlet duct 28. In addition, as a gas riser that causes a gas (hereinafter referred to as a liquid contact gas) after contact with the liquid to flow into the gas outlet chamber 12 from the space portion 24, a plurality of pipe-shaped communication pipes 30 (in FIG. (Only this is shown) penetrates the gas inlet chamber 14 and allows the space 24 and the gas outlet chamber 12 to communicate with each other.
A large number of gas blowing pipes (gas spargers) 32 communicate with the gas inlet chamber 14 at the upper end and descend downward from the lower deck plate 20 so as to be immersed in the liquid 22 at the lower end. A number of small openings are provided at the lower end.
[0006]
The gas is blown into the liquid from the gas blowing pipe 32 through the gas inlet chamber 14, flows out as fine bubbles into the liquid outside the gas blowing pipe 32, and is a liquid continuous phase gas-liquid contact region. A jet bubbling layer is formed where gas-liquid contact is made. Thereafter, the gas flows out of the system via the gas riser 30 and the gas outlet chamber 12.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to make the reactor that advances the reaction with gas-liquid contact and the absorption tower that advances the absorption with gas-liquid contact more compact, develop a gas-liquid contact mechanism with higher gas-liquid contact efficiency. It is necessary.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a jet bubbling reactor equipped with a gas-liquid contact mechanism that further increases the gas-liquid contact efficiency as compared with the prior art.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of repeated research and experiments, the present inventors have developed a novel jet bubbling method with high gas-liquid contact efficiency and have completed the present invention.
[0009]
  According to the present inventionFor flue gas desulfurizationThe jet bubbling reactor (hereinafter referred to as JBR)
  A deck plate that extends across the tank body and divides the interior of the tank body vertically,
  The tank body accommodates the liquid downward from the deck plate so as to secure a space portion between the deck plate and the liquid surface, and is connected to the space portion so that the gas flows into the space portion and the liquid. A liquid storage chamber having an inlet of the above and a deck plate, having a gas-liquid separation space and a gas outlet, and partitioned by a deck plate into a gas-liquid separation chamber for separating entrained liquid from the gas,
  In addition, the pipe body has openings in the upper and lower parts, penetrates the deck plate in the upper part, communicates with the gas-liquid separation chamber, and is immersed in the liquid in the lower part to extend the space part of the liquid storage chamber in the vertical direction. The liquid is introduced into the inside of the tube body, and the gas flows into the liquid inside the tube body from the outside of the tube body through the lower opening, and the gas and the liquid are intimately mixed to form the upper gas. A jet bubbling tube that forms a super jet bubbling layer in which the gas flowing out into the zone entrains the liquid,
  The outermost row of jet bubbling pipes is formed from a cylindrical body disposed in the space between the side wall of the tank body and the outermost row of jet bubbling pipes so as to surround the outermost row of jet bubbling pipes from the side. A gas introduction ring with a hole therethrough;
  The upper end communicates with the gas-liquid separation chamber through the deck plate, and the lower end is formed with a pipe body arranged vertically so as to be immersed in the liquid deeper than the jet bubbling pipe. A liquid downcomer for returning the entrained liquid separated from the liquid to the liquid storage chamber;
  WithThe entrainment velocity of the gas in the super jet bubbling layer is 6 to 8 m / s, and the average bubble hold-up in the super jet bubbling layer is 0.4 to 0.6. Opening diameter is 10-15mmIt is characterized by that.
[0010]
  According to the present inventionFor flue gas desulfurizationIn jet bubbling reactor,spiritBy bringing the body and liquid into gas-liquid contact, depending on the purpose, the gas and liquid react, the gas is absorbed into the liquid, the gas is humidified and cooled, and the gas is reduced with the liquid. Moisten.
  In the present invention, a super jet bubbling layer is formed in the pipe by introducing gas from the outside of the jet bubbling pipe containing the liquid through the opening at the bottom of the pipe at a higher speed than in the prior art.
  A suitable gas flow rate in the tube is 4,000 Nm per unit cross-sectional area of the tube.3/ M 2 / h to 15,000 Nm3/ M2/ H range.
  Since the gas flowing out from the region where the super jet bubbling layer is formed into the upper gas region is accompanied by the liquid, the liquid is separated from the gas in the upper gas region, and the gas is sent out of the system. On the other hand, the separated liquid is returned to the liquid layer.
[0011]
The gas introduction ring is preferably connected at its upper end to the deck plate and has its lower end extending below the lower end of the jet bubbling tube so as to be immersed in the liquid during operation. The cross-sectional shape may be circular or polygonal. The distance between the gas introduction ring and the tank body side wall may be determined in consideration of the flow velocity of the gas. Preferably, the distance between the gas introduction ring and the tank body side wall becomes narrower as the distance from the gas inflow port increases. Further, there is no particular restriction between the gas introduction ring and the outermost jet bubbling pipe as long as there is no problem in the flow of gas into the outermost jet bubbling pipe.
As for the size, number and distribution of the through holes, it is sufficient that the gas flows in the radial direction toward the jet bubbling pipe as viewed in the circumferential direction of the tank body, and the through holes are not necessarily distributed uniformly. There is no need to provide holes. The position of the through hole in the vertical direction of the gas introduction ring is not limited, and may be determined in consideration of the gas-liquid separation function of the space, the quality of the inflow to the jet bubbling pipe, and the like. The shape of the through hole is not limited, and may be circular, elliptical, or square.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the accompanying drawings.
【Example】
Overall configuration
The JBR according to the present invention causes gas-liquid contact in a liquid continuous phase by blowing gas into a liquid at a higher speed (super) than in the past (jet bubbling).
Below is an example of JBR configuration when boiler flue gas is gas and limestone slurry is gas-liquid contacted as liquid (hereinafter referred to as absorption reaction liquid) to remove harmful substances such as sulfurous acid gas in the flue gas The JBR according to the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, the JBR 50 contains a super jet bubbling absorption part 54 (hereinafter simply referred to as an absorption part 54) that absorbs harmful substances such as sulfurous acid gas in the flue gas, and an absorption reaction liquid. An absorption reaction liquid part 56 (hereinafter simply referred to as reaction liquid part 56) that neutralizes and oxidizes the sulfurous acid absorbed by the absorption part 54 and converts it into gypsum, and a gas-liquid separation part 58 are provided.
[0013]
The absorption part 54 is composed of a number of jet bubbling pipes 66 which are attached at an upper end to a deck plate 64 provided on the surface of the absorption reaction liquid and vertically arranged so that the lower end is immersed in the absorption reaction liquid. These jet bubbling pipes 66 are provided with openings 68 at the lower ends thereof.
The flue gas flows from the space 62 outside the jet bubbling pipe 66 through the opening 68 to the absorption reaction liquid inside the jet bubbling pipe 66 at a high speed, and a large number of bubbles are generated in the inside to generate a high-performance gas-liquid contact region. A super jet bubbling layer is formed inside the jet bubbling tube 66.
Hazardous substances such as sulfurous acid gas in the flue gas are absorbed and removed by this super jet bubbling layer. As shown in FIG. 1, the flue gas becomes bubbles and rises in the vicinity of the tube wall in the jet bubbling tube 66, as will be described in detail later with reference to FIG. 5 and FIG. 6. At the upper end of 66, it is separated from the super jet bubbling layer and is discharged out of the JBR 50 as a clean gas through the gas-liquid separation chamber 58.
[0014]
On the other hand, the absorbed reaction liquid containing the absorbed sulfurous acid is separated from the cleaning gas in the gas-liquid separation chamber 58 and descends in the central portion in the jet bubbling pipe 66 and the liquid downcomer pipe 70 as shown by arrows in FIG. Then, the reaction liquid part 56 is returned.
The reaction liquid part 56 is a solid suspension layer having an appropriate stirring means 72, in which limestone slurry is supplied as an absorbent via a limestone slurry supply pipe 71 by a limestone slurry pump (not shown). The Furthermore, air is supplied from the air blowing pipe 74 in the form of bubbles as an oxidant. The sulfurous acid absorbed in the absorption reaction liquid from the flue gas is neutralized and oxidized by limestone and air in the absorption reaction liquid accommodated in the reaction liquid section 56 to form gypsum. Continues to grow while gently flowing in the suspension layer.
[0015]
Details of each part
Space
The space 62 refers to a space between the deck plate 64 and the surface of the absorbing reaction solution, the ceiling surface is the deck plate 64, the side surfaces are the side walls of the JBR 50 and the jet bubbling tube, and the lower surface is the absorbing reaction solution. The jet bubbling pipe 66 (hereinafter, in principle, the reference numeral 66 is omitted) extends vertically through the space 62.
The flue gas flowing in via the flue gas introducing duct 34 is dispersed in a uniform flow velocity distribution with respect to each jet bubbling pipe by the space portion 62, and the high-speed gas is discharged from the opening 68 at the lower end of the jet bubbling pipe to the inside of the jet bubbling pipe. And then bubble out into the tube to form a super jet bubbling layer.
[0016]
Gas introduction ring
When introducing smoke into the jet bubbling pipe 66 from the inlet duct 34 through the space 62, in order to distribute the smoke as uniformly as possible to the horizontal cross section of the JBR, the smoke is made ring-shaped from the outer periphery of the JBR. It is desirable to guide it into the JBR and make it flow evenly from several places toward the jet bubbling pipe.
Therefore, in this embodiment, as shown in FIGS. 2A and 2B, a cylindrical gas introduction ring 76 having a circular through-hole 78 surrounds the jet bubbling tube group, and the upper end is connected to the deck plate 64. It is connected and provided in the space 62 between the tank body and the outermost jet bubbling pipe so as to be immersed in the absorption reaction liquid at all times during operation at the lower end.
The shape of the gas introduction ring is not limited to this, and may be a polygonal cross section, or may be provided with a larger number of through holes.
[0017]
Gas cooling section
When the flue gas is hot, a gas cooling unit 52 is provided between the inlet duct 34 and the flue gas introduction port of the JBR 50, and the flue gas can be pre-humidified and cooled there. The gas cooling section 52 is formed of a gas conduit whose cross-sectional area gradually increases, and includes a spray nozzle 60 for spraying the slurry-like absorption reaction liquid into the conduit. In the gas cooling unit 52, the high-temperature flue gas contacts with the sprayed absorption reaction liquid, and the water in the absorption reaction liquid evaporates in the flue gas, so that the flue gas increases to a saturation temperature of 40-60 ° C. Wet cooled.
The smoke exhausted after being humidified and cooled flows into the space 62 along with the remaining absorption reaction liquid that has not evaporated.
The remaining absorbed reaction liquid is separated from the flue gas in the space 62 and falls, and immediately mixed with the absorption reaction liquid layer of the reaction liquid section 56, and only the cooled flue gas enters the absorption section 54. Since the absorption reaction liquid containing solids does not flow on the horizontal deck plate as in the prior art, it flows down directly to the reaction liquid section 56, so that solids adhere and deposit on the deck plate as in the conventional case. The problem does not arise.
[0018]
Gas-liquid separation chamber
In order to perform gas-liquid separation more effectively in the gas-liquid separation chamber 58, as shown in FIG. 2 (a), a gas-liquid separation plate 79 such as a cap is disposed above the jet bubbling tube, and the gas is separated by gravity. It is also possible to perform gas-liquid separation by collision before liquid separation. The shape of the gas-liquid separation plate is not limited to this, and may be a flat plate or an umbrella shape. Further, the position and size of the gas-liquid separation plate are not limited.
As shown in FIG. 1, a cleaning device 59 provided with a number of spray nozzles is provided on the ceiling of the gas-liquid separation chamber 58, and the horizontal deck plate 64 is cleaned with a clear liquid to obtain solids (if the (If any) is made into a slurry, fluidized, and poured into the liquid downcomer 70.
The lower part of the liquid descending pipe 70 reaches below the opening 68 of the jet bubbling pipe, and during operation, it is immersed in the absorption reaction liquid and is liquid-sealed.
The clean gas exiting the gas-liquid separation chamber 58 of the JBR 50 is finally removed through the mist eliminator, finally removing droplets in the gas, sent to the chimney, and released to the atmosphere.
[0019]
Jet bubbling tube
The jet bubbling pipe disposed vertically inside the space 62 is formed of an open pipe at both the upper and lower ends.
By the way, in a state where the exhaust gas does not flow into the space portion 62, the absorption of the liquid amount is such that the lower part of the jet bubbling pipe, preferably the part up to about 100 to 600 mm in height from the lower end is immersed in the absorption reaction liquid. Since the reaction liquid is accommodated in the reaction liquid part 56, the lower end of the jet bubbling pipe is closed in terms of fluid, and the liquid levels inside and outside the jet bubbling pipe are equal.
Next, as the flue gas fills the space 62, the liquid level of the absorbed reaction liquid in contact with the space 62 is pushed downward, the liquid level outside the jet bubbling pipe is lowered, and the liquid level in the pipe is raised.
Furthermore, when the pressure of the flue gas in the space 62 increases and the pressure reaches the immersion depth in units of the absorption reaction liquid, the flue gas starts to flow inward from the opening 68 at the lower part of the jet bubbling pipe (in FIG. 1). (See the leftmost jet bubbling tube). At this time, the depth of the liquid column existing in the jet bubbling pipe, that is, the immersion depth at the time of gas bubbling, Hb (see FIG. 5B) is expressed by the following equation.
Hb = (1 + Ao / Ai) Hs (1)
Here, Hs = immersion depth at rest (see FIG. 5A), Ai = total cross-sectional area of the entire jet bubbling pipe, and Ao = cross-sectional area of the space 62.
In addition, the pressure of smoke required at this time, Po,
Po = ρl (1 + Ai / Ao) Hs (2)
It becomes. Here, ρl = the density of the absorbing reaction solution.
[0020]
Further, when the pressure of the flue gas in the space 62 increases, the liquid level is pushed downward from the lower end of the jet bubbling pipe, the flue gas passage depth is secured, and the flue gas of a predetermined flow rate flows. At this time, the gas jet flow rate from the lower end opening of the jet bubbling pipe to the liquid column side in the pipe, that is, the gas flow rate Q from the outer side to the inner side of the jet bubbling pipe has a uniform gas inlet velocity distribution along the periphery of the lower end opening. Is expressed by the following equation.
Q = {(ρl−ρv) / ρv)}0.5∫ c {2g (H−X)}0.5Lp (x) dx (3)
Where ρl = density of absorbed reaction liquid, ρv = density of flue gas, c = constant, g = gravity acceleration, H = gas flow path depth, X = X distance from the lower end of the pipe in the gas flow path, Lp ( x) = gas channel width (a function of x), and the integration range is 0 to H when the gas channel is open at the lower end, and hs (skirt height) to when the lower end has a skirt. H + hs.
[0021]
Formation of intimately mixed jet bubbling layer
Now, in order to form a stable jet bubbling layer (hereinafter referred to as “stable jet bubbling layer”, which is intimately mixed, intimately mixed) that is intimately mixed in the jet bubbling pipe. First, the flue gas must have enough energy to push back the absorbing reaction solution from the inside of the high-pressure pipe to the outside of the pipe through the opening. That is, it is necessary that the pressure of the flue gas in the space 62 is higher than Po in the equation (2).
As a result of continuing the experimental study, as a condition for forming a stable jet bubbling layer, in addition to the above-described pressure condition of flue gas, the first condition found by the present inventors is the porous condition as in the prior art. Rather than generating small bubbles from the beginning using a diffuser plate, it is the stable jet that blows off the flue gas as a large gas lump and collides with the absorbing reaction liquid to disperse it into many small bubbles. This is the key to obtaining a bubbling layer. In particular, it can be easily understood that this jet bubbling method, in which a small gas-liquid is generated despite the large opening area, is effective when a gas is blown into a liquid containing solids such as slurry. I will.
The diameter of the gas lump depends to some extent on the properties of the gas and liquid, but in the case of flue gas desulfurization, since the dispersed bubble diameter is generally about 2 to 3 mm, the gas lump is naturally a diameter several times larger than this. It becomes. That is, it is only necessary to have a diameter five times that of bubbles, that is, an opening diameter of about 10 to 15 mm.
[0022]
In the jet bubbling phenomenon, not only bubbles but also fine particles of the absorbed reaction solution are generated. Therefore, in order to form a stable jet bubbling layer, the second condition is that fine droplets that try to return to the outside of the tube from the difference in specific gravity. The smoke must have the energy to return from the outside into the pipe.
The energy that satisfies the second condition is known as the gas droplet entrainment speed of 6-8 m / s.
[0023]
Jet bubbling tube opening
Now, assuming that the gas opening is constituted by the lower end port of the circular jet bubbling pipe as shown in FIG. 3 (d), theoretically, the gas opening extends along the entire peripheral length of the lower end opening of the jet bubbling pipe. A donut-like gas mass having a flow path depth H is generated. When the lower end opening is configured at the tube opening, the above two conditions are almost satisfied according to the calculation, so the shape of the circular tube that forms the lower end opening at the tube opening is the simplest jet bubbling mechanically. It can be said that it is a tube.
[0024]
Actually, since the donut-shaped gas mass is unstable, it is desirable that the gas flow path width is in the same order as the gas flow path depth, and the lower end opening is formed as a so-called comb-shaped opening. Is desirable.
There are a wide range of flue gas properties and absorption reaction liquid properties to handle, especially when using slurry as an absorption reaction liquid. The lower end opening depth of the jet bubbling pipe, H (see FIG. 3A), is preferably about H = 0.025 m.
[0025]
The shape and size of the opening of the jet bubbling tube may satisfy the first condition and the second condition described above. Preferably, the opening diameter has an equivalent diameter of 10 to 15 mm as described above. As long as it can generate a jet bubbling phenomenon due to flue gas, there is no particular limitation in the present invention.
Regarding the shape, in addition to the so-called comb-shaped slot-shaped opening 68a (see FIG. 3A) in which the bottom of the tube is opened, for example, a through-hole-shaped opening 68b provided so as to penetrate the tube wall (FIG. 3). (See (b)), and may have a skirt 68c (see FIG. 3C) below the opening 68b. As shown in FIG. 3 (d), the opening may be simply a tube cut.
If the length L of the skirt 68c is appropriately lengthened to, for example, 100 to 500 mm so that the exhaust gas does not flow out from the lower end of the jet bubbling pipe, the exhaust speed of the exhaust gas is the above critical value even at the lower end of the opening. It is possible to exceed the speed (6-8 m / s) (note that the comb-shaped slot shape has a quadratic curve distribution in the horizontal gas flow velocity, and the flow velocity is zero at the lower end of the opening. ), There is an advantage that liquid oscillation such as sloshing does not occur in the jet bubbling layer. However, since the skirt portion becomes a dead zone, there is a disadvantage that solid matter is deposited in the long term, so it is necessary to consider a trade-off.
In the case of slot-like comb-shaped openings and through-hole shaped openings, the shape of the opening itself is a long hole, and it is practical to use an appropriate rounded corner, but round holes and triangles (with a rounded upper part) (Including trapezoidal) holes, square holes, etc. In addition to the single stage on the top and bottom, two or three stages, etc. In addition to the equidistant pitch arrangement on the left and right, the use of multiple pitches, etc. However, these are within the scope of selection by those skilled in the art and are not particularly limited in the present invention.
[0026]
When the lower end opening depth H of the jet bubbling pipe (see Fig. 3 (a)) is 25 mm, the flue gas becomes a flue gas mass about 25 mm deep from the opening at the lower end of the jet bubbling pipe. In the pipe filled with the absorption reaction liquid, it is inverted in the vertical direction by the buoyancy of the smoke. Therefore, a gas mass having a diameter of about 25 mm exists at the lower part inside the tube.
This gas mass breaks up and disperses into many bubbles while rising along the tube wall in the tube by buoyancy. The bubble diameter is determined by the surface tension, viscosity, etc. of the liquid, and most of them are about 2 to 3 mm. The shape of is shown.
[0027]
Jet bubbling layer height
Many of the generated bubbles are driven by their own buoyancy or by the pressure of flue gas and blow up in the tube with the absorbing reaction solution. Since the height of the liquid in the tube is dynamically expanded by the amount of bubbles, the height of the jet bubbling layer, Hj,
Hj = Hb / (1-Ф) (4)
It becomes. Here, Hb = immersion depth at the time of gas bubbling, and Ф = bubble hold-up. The average soot is 0.4 to 0.6 in the jet bubbling layer.
At this time, the pressure Po of the flue gas required outside the jet bubbling pipe is continuously liquid phase even if the jet bubbling layer in the pipe is dynamically expanded.
Po = ρl {(1 + Ai / Ao) Hs + (Ai / Ao) H} + HjФρv (5)
It becomes a little larger than when foaming.
[0028]
Flow state of jet bubbling phase
The approximately 25mm flue gas that flowed into the pipe in the horizontal direction turns upward by buoyancy in the pipe filled with the absorption reaction liquid, and has a jet bubbling with a diameter 2 to 3 times larger than the diameter of the original flue gas. It blows up as a lump (about 50-75 mm) and then breaks up into bubbles of 2 mm diameter. When the bubbles reach the height Hj of the in-tube jet bubbling layer, the bubbles are separated from the jet bubbling phase and collected in the gas-liquid separation chamber 58 above the jet bubbling layer.
The absorption reaction liquid entrained in the bubbles separates from the bubbles here and flows downward with a specific gravity difference. It is necessary for the liquid flow to give a flow cross-sectional area of about 10% of the jet bubbling flow for smooth descent of the liquid. For that purpose, when a circular part having a width of 50 to 75 mm along the wall surface of the jet bubbling pipe is a jet bubbling body as seen in the cross section of the jet bubbling pipe, a circular part having a diameter of about 50 mm inside the circular ring is used as the liquid flow part. Function (see FIG. 4). Therefore, considering the jet bubbling main body and the liquid flow portion, the diameter of the jet bubbling pipe is preferably about 150 to 200 mm.
[0029]
Cross section of jet bubbling tube
In general, the cross-sectional shape of a jet bubbling tube is circular, but this is the reason why the material is readily available and economical, and the present invention does not limit the jet bubbling tube to a specific shape. . In the present invention, for example, the cross section of the jet bubbling tube is not only a circle but also an elliptical or oval curved contour cross section, a polygonal contour cross section such as a triangle, square, pentagon, hexagon, or a trough shape. Any shape such as a flat plate structure can be adopted.
When the cross-sectional area of the jet bubbling pipe is not circular, it can be handled in the same manner as the circular pipe by setting the equivalent pipe diameter (= 4 × cross-sectional area / immersion side length) to the diameter of the circular pipe. For example, a flat-plate structure having a width W has an equivalent tube diameter of 4 × W / 2 = 2W, and can be said to be a rough basic gas-liquid contact means in terms of performance compared to a circular tube having the same gap.
[0030]
Standard dimensions of jet bubbling pipe
From the above description, the unit means of the basic gas-liquid contact mechanism of the present invention, that is, the jet bubbling pipe is typically a circular pipe having a diameter of about 150 to 200 mm, and the gas flow path depth is 25 mm downward from the lower end. In addition, the flue gas is ejected horizontally into the absorption reaction liquid in the pipe at a flow rate of about 10 Nm / s.
A practical scale flue gas desulfurization apparatus requires a large number of jet bubbling pipes, and these jet bubbling pipes are arranged on the deck board so as to extend downward from the deck board.
The jet bubbling pipe is held through the horizontal deck plate at the upper end thereof, and the gas-liquid separation chamber 58 is formed on the deck plate.
[0031]
Arrangement of jet bubbling pipe
In order to arrange a jet bubbling pipe made of a circular pipe on a horizontal deck board, there are two standard arrangements, an equilateral triangle and a square arrangement.
Deck plate diameter Ds and pipe placement pitch PTAnd the number N of pipes have the following relationship in consideration of a dead space when arranging the pipes.
N = C (DS/ PT)2                                     (6)
Here, C = 0.86 (regular triangle arrangement) and 0.75 (square arrangement).
P when the tube is placed closeT= Dj (the diameter of the jet bubbling pipe), but there is also a limitation in installation, so that such arrangement is difficult in practical use.T= 1.25Dj is common.
PTThe ratio of the total area of the jet bubbling pipe to the cross-sectional area of JBR when = 1.25 Dj is 0.48 to 0.55 from a simple calculation.
[0032]
Gas-liquid contact action in a jet bubbling tube.
Hereinafter, the gas-liquid contact action inside the jet bubbling pipe will be described in detail by taking the simplest jet bubbling pipe using a cylindrical pipe having a diameter of 200 mm opened at the upper and lower ends as an example.
FIG. 5A shows the state of the absorption reaction liquid inside and outside the jet bubbling pipe before the introduction of flue gas (the amount of flue gas inflow, Gs is Gs = 0). The liquid surface inside and outside the cylindrical tube is at the same height, and the lower end of the jet bubbling tube is at a depth of Hs from the liquid surface.
FIG. 5B shows a small amount of smoke (Gs = about 60 Nm).Three/ M2 / H) shows the state in the pipe when introduced. The liquid level on the outside of the tube is pushed down to a height of several millimeters above the lower end of the tube by the pressure of the flue gas, and the flue gas once dives in the absorption reaction liquid, and a group of bubbles with a diameter of about several millimeters from the lower end. It rises in the pipe. The bubble group swirls around the inner wall surface from the lower end of the tube, and rises slowly in the absorption reaction solution independently of each other, so that the absorption reaction solution in the tube is almost stationary. Hb indicates the difference in liquid level between the inside and outside of the tube.
[0033]
FIG. 6C shows the case where the gas amount is further increased (Gs = about 400 Nm).Three/ M2 / H) in the pipe. The liquid level on the outside of the tube is pushed down several centimeters below the lower end of the tube, and the flue gas is blown into the tube as a bubble mass having a diameter of several centimeters from a part of the peripheral length of the lower end. The bubble mass is crushed by pressure at the lower end surface of the tube and becomes a group of bubbles in which many bubbles with a diameter of several millimeters are collected. The bubble group sucks the absorbing reaction liquid while turning around the inner wall surface of the tube wall and rising.
The liquid flow of this absorption reaction liquid is L = about 500 m.Three / M2 At the flow rate L per unit cross-sectional area of about / h, as shown by the arrow, the gas first rises in the tube together with the bubbles, and then turns downward as the bubbles separate into the upper gas layer, to the center in the tube A liquid descending flow is formed. The descending liquid flow is again sucked into the ejected bubble group to form a liquid circulation circuit in the pipe. This state is a flow close to a conventional bubble layer.
[0034]
FIG. 6 (d) shows a case where the gas amount is further increased (Gs = about 4,200 Nm).Three/ M2 / H) in the pipe. The liquid level outside the tube is pushed down several centimeters below the lower end of the tube, and the flue gas is blown into the tube as a bubble mass with a diameter of about several centimeters from almost the entire length around the lower end. The bubble mass is crushed by pressure at the lower end surface of the tube to form a bubble group having a diameter of several mm. The bubble group rapidly rises near the inner wall surface of the tube wall. The rising bubbles are attracted more strongly by the liquid, while the bubbles collide with the flow of the liquid and the bubbles break up even smaller. At this time, some bubbles are united, but again collide with the liquid flow and re-divide.
The flow of liquid is L = about 8,400mThree / M2 At a flow rate L per unit cross-sectional area of about / h, the liquid is disturbed due to the collision with the bubble, and the liquid rises and falls repeatedly in the bubble group, so that a clear liquid circulation circuit is not formed. On the other hand, bubbles are also accompanied by a liquid flow in which a part of the bubbles descend. Therefore, the gas-liquid circulation in the pipe is irregular. A small amount, eg about 200 mg / NmThreeAlthough a certain amount of liquid droplets are accompanied by the flue gas, they are separated in the gas-liquid separation chamber 58 and returned to the reaction liquid section 56 from the liquid descending pipe 70 opened in the deck plate 64.
The gas-liquid contact phenomenon at this stage is almost the same as the conventional jet bubbling phenomenon.
[0035]
FIG. 6 (e) shows a further increase in gas flow rate (Gs = about 14,100 Nm).Three/ M2 / H) in the pipe. The liquid level of the absorption reaction liquid is pushed down to several centimeters below the lower end of the pipe, and the flue gas is blown into the pipe as a gas column-like or continuous gas mass flow from almost the entire length around the lower end. The air column mass is crushed by pressure at the lower end surface of the tube and becomes a bubble mass of several centimeters. The bubble mass rises rapidly in the tube. The rising bubble mass collides with the absorbing reaction solution and breaks up into a large amount of bubbles. On the other hand, the absorption reaction liquid is further sucked by a large amount of bubbles, and L = about 53,400 m.Three / M2 The flow rate L per unit cross-sectional area is about / h. The bubbles collide with this liquid flow, and the bubbles break up even smaller. At this time, some bubbles are united, but again collide with the liquid flow and re-divide.
The flow of the absorbed reaction liquid is disturbed due to the collision with the bubbles, but because the rising speed of the bubbles is large, the liquid does not descend in the pipe, and most of the liquid rises in the pipe together with the flue gas. It flows out to the liquid separation chamber 58.
In the gas-liquid separation chamber 58, the flow rate of the flue gas rapidly decreases. Therefore, the absorption reaction liquid accompanying the flue gas is separated from the flue gas flow, partly flows down from the liquid downcomer 70, and the remaining part is jet bubbling. Returning to the lower part of the pipe, a large liquid circulation circuit is formed as shown by arrows. This is the super jet bubbling phenomenon of the present invention.
[0036]
The state of the mixed layer of the absorption reaction liquid and the exhaust gas is mainly determined by the exhaust gas flow rate Gs, but is also affected by the shape of the gas inlet at the lower end of the pipe.
If the opening edge of the opening through which the flue gas flows into the pipe is a simple straight line as described above, it is easy to form a large bubble mass, and after the large bubble mass rises, the absorbed reaction liquid enters the space and smoke is exhausted. Since the outlet of the exhaust gas is closed, the way of exhausting smoke into the pipe becomes intermittent, and the jet bubbling layer in the pipe tends to move periodically. This phenomenon tends to be mitigated by making the opening edge comb-shaped, creating a small bubble mass from the beginning, and further increasing the flow rate of the flue gas at the opening.
By the way, in the super jet bubbling layer constrained in the jet bubbling pipe of the present invention, the wavelength of this periodic movement is limited to about twice the diameter of the jet bubbling pipe, so there are many jet bubbling pipes. In a certain JBR, the vibration frequency as a whole increases, and metastable fluidity is achieved. On the contrary, since the gas-liquid movement becomes intense due to this vibration, there is an advantage that the contact efficiency of the gas-liquid is improved.
[0038]
Desulfurization rate by this JBR
As described above, the super jet bubbling gas-liquid contact mechanism of the present invention has excellent gas-liquid contact efficiency. Next, the improvement of the desulfurization rate by the super jet bubbling gas-liquid contact mechanism will be described.
The desulfurization rate η in the liquid-phase continuous gas-liquid contact layer as in the present invention is, for example, January 1996 when the reaction in the absorption reaction solution layer is fast and the absorption rate of sulfurous acid gas from the gas phase is rate-limiting. It can be obtained by the following formula (7) described on page 342 of “Chemical Reaction and Reactor Design” published by Maruzen Co., Ltd. (this description is cited as a reference in this specification).
η ≒ 1-exp {-(KGaπ / GMZf} (7)
Where KG= Overall gas capacity factor (kgmol / m2 / H / atm), a = specific surface area (m2 / MThree ), Π = total pressure (atm), GM= Gas flow rate (kgmol / m2 / H), Zf= Gas-liquid contact layer height (m).
KGDepends on the diffusion coefficient of the substance inherent to the gas / liquid, the properties of the gas and liquid, and the film thickness affected by the flow state.MThe larger the is, the larger GMThis is because the thickness of the boundary film decreases as the thickness increases. In the case of the present invention, KG∞GM 0.5Has been measured. a represents the ratio of the gas-liquid contact area in the unit volume, which is proportional to the bubble volume in the unit volume, that is, the porosity Φ, and inversely proportional to the bubble diameter Dp. GMIs small, for example GM≦ 50NmThree/ M2/ H, the porosity increases proportionally as the gas is fed in, while the bubble diameter is kept almost constant, so a∞GMIt will be about. In the super jet bubbling layer of the present invention, since bubbles having a small diameter already exist in the jet bubbling pipe close to the maximum density, a itself is a large value.MThe dependence on is not so great. According to the measurement, a∞GM 0.32It is about, and as a whole, KGa∞GM 0.82Degree. (K) in equation (7)Gaπ / GM) Term is GM -0.17And gradually decreases as the gas flow rate increases.
On the other hand, in the case of the present invention, the jet bubbling layer fills up the jet bubbling pipe and communicates with the gas-liquid separation chamber at the top.fCorresponds to the height of the jet bubbling tube. The pressure loss on the gas side is calculated by multiplying the height of the jet bubbling pipe by the porosity Φ.MIndicates a constant value that does not depend on. Arbitrary gas flow rate GMIn order to obtain a predetermined η, the height of the jet bubbling pipe may be changed according to the equation (7).
[0039]
The flue gas desulfurization apparatus equipped with the JBR of this example is actually operated, and the temperature of 120 ° C. containing 1,200 ppm of sulfurous acid gas is 1,50,000 Nm.Three/ H flue gas was treated, as calculated, the desulfurization rate reached about 96%, and the pressure loss of flue gas was about 260 mmH2 O.
Industrial water used for humidifying and cooling smoke is about 50mThree / H, extraction amount of gypsum slurry is about 60mThree / H, supply of limestone slurry is about 30mThree / H. Oxidation air is 16,000 Nm using a wet (Nash type) air compressor with a motor power of 420 kW.Three/ H was inserted into JBR in a water saturated state. Further, a slurry containing gypsum crystallized at a concentration of about 200 g / l is extracted from the lower part of the JBR by a pump 36 and continuously supplied to the JBR from a limestone slurry supply pipe 71 by a limestone slurry pump (not shown). .
As a result of continuous operation for about 11 months using this JBR82, there was almost no increase in the gas loss of the flue gas, and in the open inspection after one year, the accumulation of solids in the JBR82 Little deposits and blockages were observed.
[0040]
Effect of JBR of this embodiment
As described above, the JBR 50 of this embodiment brings gas and liquid into contact with each other with a gas-liquid contact efficiency that is significantly higher than that of the conventional gas-liquid contact mechanism. For example, when applied to flue gas desulfurization treatment High desulfurization rate can be achieved with a compact tank.
In addition, by providing the gas introduction ring 76, it is possible to introduce flue gas toward the jet bubbling pipe at a uniform radial flow rate when viewed in the circumferential direction of the tank body, so that the gas-liquid contact efficiency of the jet bubbling pipe is improved over the entire JBR. Uniformly high efficiency can be maintained.
Further, since the gas-liquid contact region is limited to the jet bubbling pipe 66 and is independent from each other, there is little fluctuation and a stable desulfurization rate can be achieved.
Furthermore, when the flue gas is cooled in advance by the absorption reaction liquid or the like, the flue gas is first introduced into the space portion 62 (the space between the deck plate and the liquid surface of the absorption reaction liquid) that functions as a gas-liquid separation space. As in the prior art, there is no problem that solid matter accumulates on a horizontal deck board and the like, and the flow path of the flue gas becomes narrow and the pressure loss of the flue gas increases.
[0041]
【The invention's effect】
As is clear from the above detailed description regarding the present invention including the description of the present embodiment, the JBR of the present invention has a jet bubbling mechanism with a novel configuration, and has the following advantages and effects. .
First, unlike conventional spray towers and packed towers, it does not require a large liquid circulation pump, and the features of the jet bubbling method are low in gas-liquid contact area and high in volumetric efficiency. It can be demonstrated. In other words, it is possible to increase the smoke introduction speed per unit cross-sectional area (opening width x gas lump depth) when blowing exhaust gas into the absorption reaction liquid, and to further increase the smoke introduction speed. Thus, a super jet bubbling layer with high gas-liquid contact efficiency can be formed, so that the cross-sectional area of the JBR tank can be made smaller than before. Moreover, since the height of the super jet bubbling layer is increased from about 1 to 2 m to about 3 to 5 m of the conventional jet bubbling layer, the residence time and contact time of gas and liquid are increased accordingly, and a good small immersion depth Thus, high gas-liquid contact efficiency can be obtained, the pressure loss of the gas can be reduced, and thus the required power of the gas blower can be reduced accordingly.
Secondly, in this JBR, since the super jet bubbling layer is formed inside the jet bubbling tube, the liquid flow region is localized in the jet bubbling tube, and the flow region is spread over the entire surface of the JBR. Compared with the conventional JBR, it is significantly narrower, and swinging, that is, sloshing (even if it is caused by an earthquake or the like) is suppressed to an extremely small level as compared with the conventional case. In addition, since there is fluid stability of the liquid, there is an advantage that the fluctuation of the gas-liquid contact efficiency is reduced.
Thirdly, by providing a gas introduction ring, smoke can be introduced toward the jet bubbling pipe at a uniform radial flow velocity when viewed in the circumferential direction of the tank body, so that the gas-liquid contact efficiency of the jet bubbling pipe can be reduced to JBR. High efficiency can be maintained uniformly throughout.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an example of a jet bubbling reactor according to the present invention.
2 (a) is a schematic longitudinal sectional view of a JBR having the same configuration as the JBR of FIG. 1 and having an introduction ring and a gas-liquid separation plate, and FIG. 2 (b) is a view of FIG. 2 (a). It is a cross-sectional view of JBR in the arrow I-I.
FIGS. 3A to 3D are perspective views showing examples of a lower opening of a jet bubbling pipe, respectively.
FIG. 4 is a pipe cross-sectional view showing a liquid descending region in a jet bubbling pipe.
5 (a) and 5 (b) are schematic longitudinal sectional views showing a state in the jet bubbling pipe during operation of the JBR shown in FIG.
6 (c) to 6 (e) are schematic longitudinal sectional views showing a state in the jet bubbling pipe during the operation of the JBR shown in FIG. 1, following FIG. 5 (b).
FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional JBR.
[Explanation of symbols]
10 Conventional jet bubbling reactor
12 Gas outlet chamber
14 Gas inlet chamber
16 Liquid chamber
18 Upper deck board
20 Lower deck board
22 Liquid
24 Space
26 Outlet duct
28 Inlet duct
30 Riser
32 Gas blowing pipe
50 Jet bubbling reactor
52 Cooling unit
54 Super Jet Bubbling Absorber (Absorber)
56 Absorption reaction liquid part (reaction liquid part)
58 Gas-liquid separator
59 Cleaning equipment
60 spray nozzle
62 Space
64 deck boards
66 Jet bubbling tube
68 opening
70 Liquid downcomer
71 Limestone slurry supply pipe
72 Stirring means
74 Air blowing pipe
76 Gas introduction ring
78 Through hole
79 Gas-liquid separator

Claims (3)

槽体と、
槽体を横断するように延在し、槽体の内部を上下に区画するデッキ板とを備え、
槽体が、デッキ板と液面との間に空間部を確保するようにしてデッキ板から下方に液体を収容すると共に、空間部に連通して気体を空間部に流入させる気体流入口及び液体の注入口を備える液収容室と、デッキ板の上にあって、気液分離空間と気体流出口とを有し、気体から同伴液体を分離する気液分離室とにデッキ板によって区画され、
加えて、上部及び下部に開口を有し、上部でデッキ板を貫通して気液分離室に連通し、下部で液体に浸漬して液収容室の空間部を上下方向に延在する管体で形成され、管体の内側に液体を導入し、かつ管体の外側から下部の開口を介して管体の内側の液体に気体を流入させ、気体と液体とが緊密に混合し上方の気体域に流出する気体が液体を同伴するスーパージェットバブリング層を管体の内側に形成するようにしたジェットバブリング管と、
最外列のジェットバブリング管を側方から取り囲むようにして、槽体の側壁と最外列のジェットバブリング管との間の空間部に配置された筒状体で形成され、かつ筒状体を貫通する孔を備えた気体導入リングと、
上端部でデッキ板を貫通して気液分離室と連通し、下端部でジェットバブリング管より深く液体に浸漬するように上下方向に配設された管体で形成され、気液分離室で気体から分離された同伴液体を液収容室に戻す液下降管と
を備え、スーパージェットバブリング層における気体の液滴同伴速度が6〜8m/sであり、スーパージェットバブリング層における気泡のホールドアップが平均して0.4〜0.6であり、ジェットバブリング管の下部の開口径が10〜15mmであることを特徴とする排煙脱硫用ジェットバブリングリアクター。
Tank body,
A deck plate that extends across the tank body and divides the interior of the tank body vertically,
The tank body accommodates liquid downward from the deck plate so as to secure a space portion between the deck plate and the liquid surface, and communicates with the space portion to allow gas to flow into the space portion and the liquid. A liquid storage chamber having an inlet of the above and a deck plate, having a gas-liquid separation space and a gas outlet, and partitioned by a deck plate into a gas-liquid separation chamber for separating entrained liquid from the gas,
In addition, the pipe body has openings in the upper and lower parts, penetrates the deck plate in the upper part, communicates with the gas-liquid separation chamber, and is immersed in the liquid in the lower part to extend the space part of the liquid storage chamber in the vertical direction. The liquid is introduced into the inside of the tube body, and the gas is allowed to flow into the liquid inside the tube body from the outside of the tube body through the lower opening. A jet bubbling tube that forms a super jet bubbling layer in which the gas flowing out into the zone entrains the liquid,
The outermost row of jet bubbling pipes is surrounded by a cylindrical body disposed in the space between the side wall of the tank body and the outermost row of jet bubbling pipes. A gas introduction ring with a hole therethrough;
At the upper end, it penetrates the deck plate and communicates with the gas-liquid separation chamber. At the lower end, it is formed of a pipe body that is arranged vertically so as to be immersed in the liquid deeper than the jet bubbling pipe. A liquid downcomer that returns the entrained liquid separated from the liquid to the liquid storage chamber, the gas droplet entrainment speed in the super jet bubbling layer is 6 to 8 m / s, and the average bubble hold-up in the super jet bubbling layer is A jet bubbling reactor for flue gas desulfurization , characterized in that the opening diameter of the lower portion of the jet bubbling pipe is 10 to 15 mm .
ジェットバブリング管内の気体の流量が、ジェットバブリング管の単位断面積当たり4,000Nm/m/h〜15,000Nm/m/hの範囲であることを特徴とする請求項1に記載の排煙脱硫用ジェットバブリングリアクター。Flow rate of the gas jet bubbling tract, according to claim 1, characterized in that in the range of unit cross-sectional area per 4,000Nm 3 / m 2 / h~15,000Nm 3 / m 2 / h of the jet bubbling tube Jet bubbling reactor for flue gas desulfurization . 液体を攪拌する攪拌手段が液収容室に設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の排煙脱硫用ジェットバブリングリアクター。The jet bubbling reactor for flue gas desulfurization according to claim 1 or 2, wherein a stirring means for stirring the liquid is provided in the liquid storage chamber.
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