JP4112489B2 - ガスから二酸化硫黄を分離する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、水性吸収液体を使用してガスから二酸化硫黄を分離する方法に関し、この方法では、ガスが、開口部を有する実質的に水平な板を通って上方向に運ばれ、板の上に吸収液体の流動層がある。

本発明は、水性吸収液体を使用してガスから二酸化硫黄を分離する装置にも関し、該装置は、二酸化硫黄含有ガスの入口および二酸化硫黄を分離したガスの出口、該入口と出口の間にある、開口部を有する実質的に水平な板（該開口部を有する板は、二酸化硫黄含有ガスを下から通し、該板の上側に吸収液体の流動層を支持する様に配置されている）、吸収液体の容器、該容器を、該開口部を有する板の上側に接続する少なくとも一個の入口ダクト、および該容器から、該入口ダクトを通し、該開口部を有する板の上側に、該開口部を有する板に沿って、該吸収液体を運ぶための少なくとも一個の手段を含んでなる。

二酸化硫黄は、硫黄含有物質、例えば石炭、石油、天然ガス、工業および家庭の廃棄物、泥炭、等、の酸化で生じるガスである。二酸化硫黄は、化学的工程、例えば冶金工程、における残留物質としても形成される。通常、大量の二酸化硫黄を大気中に放出することは禁じられている、すなわちある種の浄化が必要である。この一例は、発電所、その他の燃焼設備における煙道ガス浄化である。その様な設備における燃焼で生じる煙道ガスは、とりわけ、二酸化硫黄を吸収液体中に吸収させることにより、通常浄化される。吸収液体は、例えば、水および一種以上の、二酸化硫黄の吸収に好適な物質、例えば石灰、石灰石、ドロマイト、水酸化ナトリウム溶液、および類似の物質、を含むことができる。煙道ガスは、例えばヨーロッパ特許第０１６２５３６号に記載されている様に噴霧塔で、あるいは例えば米国特許第５，２４６，４７１号に記載されている様に穴の開いたトレーを使用して浄化することができる。しかし、ガス、特に煙道ガス、を二酸化硫黄から浄化するためのこれらの装置は、大量の吸収液体を比較的高い圧力でポンプ輸送するので、膨大なエネルギーを必要とする。

米国特許第４，０９９，９２５号、第５，６６０，６１６号、第４，２３９，５１５号、および国際特許第ＷＯ９６／００１２２号は、低エネルギー消費の浄化装置を開示している。煙道ガスは、開口部を有する板を通して運ばれ、板の上には吸収液体の流動層がある。

煙道ガスが水蒸気で飽和されていない場合、浄化処理の際に水は吸収液体から蒸発し、煙道ガスに加えられる。この蒸発は、煙道ガスが開口部を有する板を通過する時に部分的に起こることが分かっている。問題の一つは、吸収液体の中に溶解または懸濁している、石灰、石灰石、セッコウ、亜硫酸カルシウム、硫酸ナトリウム、等の物質が蒸発し、開口部を有する板の下側および開口部を有する板の穴の中に析出する傾向があることである。この析出により、開口部を有する板を横切る圧損が増大し、開口部を有する板の全面にわたって圧損を変動させる。このために、圧損増大によるエネルギー消費が増加し、開口部を有する板の上の吸収液体の層における煙道ガス分布が不均質になるために、二酸化硫黄の吸収が低下する。この問題に対する先行技術の解決策は、開口部を有する板を備えた浄化装置の前に、別の噴霧塔の形態にある、例えば米国特許第５，７５３，０１２号に開示されている型の、冷却装置を配置している。煙道ガスが最初に導入される別の噴霧塔では、水性液体が、液体流量と煙道ガス流量の、典型的には煙道ガス１ｍ^３あたり液体約０．２〜１リットルの比（Ｌ／Ｇとも呼ばれる）で、液体が霧になる様な高い圧力で注入され、煙道ガスが水蒸気で飽和される。水蒸気で飽和された後、煙道ガスは、固体が析出する危険性無しに、開口部を有する板を通過する。しかし、別の噴霧塔は、ポンプ、パイプ、タンク、制御装置および別の塔を含んでなる、複雑で、エネルギーを消費する解決策である。さらに、その様な噴霧塔を使用すると、半乾燥粒子が形成され、開口部を有する板の下側に付着することがある。従って、場合により、開口部を有する板の下側を間欠的に洗浄する機構を配置する必要がある
米国特許第４，０９９，９２５号明細書 米国特許第５，６６０，６１６号明細書 米国特許第４，２３９，５１５号明細書 国際特許出願第９６／００１２２号明細書 米国特許第５，７５３，０１２号明細書

そこで、本発明の目的は、先行技術の上記欠点を排除または大幅に低減する、二酸化硫黄を効率的に分離する方法を提供することである。

本発明により、この目的は、冒頭に記載した種類の方法であって、吸収液体が開口部を有する板の上を入口区域から出口区域に運ばれ、該出口区域で吸収液体が集められ、吸収液体の容器に向かって下方に流され、ガスは先ず接触区域を通って運ばれ、該接触区域でガスは、出口区域から容器に向かって下方に流れる吸収液体と接触し、次いでガスは開口部を有する板およびその上にある、二酸化硫黄を分離するための流動層を通って上方向に運ばれることを特徴とする方法により解決される。接触区域は、ガスを水蒸気で実質的に飽和し、それによって開口部を有する板上への析出の危険性を低減する。接触区域は、二酸化硫黄も吸収させる。二酸化硫黄の吸収が２工程で起こると、すなわち先ず接触区域で、次いで開口部を有する板の上にある吸収液体の層で起こると、二酸化硫黄の全体的な吸収が改善される。吸収液体は先ず開口部を有する板の上を流れ、次いで接触区域に到達するので、吸収に好ましい向流が与えられる。

好ましい実施態様では、石灰、石灰石、およびその懸濁液から選択された吸収材が吸収液体に加えられる。石灰および石灰石は、二酸化硫黄を煙道ガスの大量の流れから分離するので、経済的な観点から有利な吸収材である。石灰石、セッコウおよび亜硫酸カルシウムの様な化合物の溶解度は限られているので、石灰または石灰石を含む吸収液体は、固体の懸濁液の形態で存在する。本発明の方法では、該懸濁液中の固体が開口部を有する板に付着し、その目詰まりを引き起こす危険性はほとんど無い。

容器中の吸収液体の表面は接触区域より低いレベルに位置し、吸収液体の表面と出口区域の間には、ガスが中を通って運ばれる通路があり、吸収液体の表面レベル、従って通路の高さ、を代表するパラメータは、通路中のガスの平均速度が５〜３５ｍ／ｓになる様に制御するのが好適である。この範囲は、ガスと吸収液体を効果的に接触させ、ガス中の水蒸気含有量に対して十分な飽和度を与えると共に、圧損を低くすることが分かった。通路の高さを調整することにより、様々なガス流量で、ガスの速度を該所望の範囲内に維持することができる。

好ましい方法では、出口区域は、出口区域から容器に流れる液体を接触区域中で分配するための少なくとも一つの分配手段を備えた出口ボックスを含んでなり、出口ボックス中の静水圧と、接触区域直前の第一地点と開口部を有する板上の吸収液体の流動層の上の第二地点との間のガスの圧力差の比が、該静水圧がガス中の該圧力差よりも大きくなる様に調整される。これによって確実に、ガスは出口ボックス中には流れ込まず、液体は分配手段から流れ出し、接触区域中のガスと接触する様になる。静水圧とガス中の該圧力差の該比は、分配手段から出る吸収液体に０．２〜３ｍ／ｓの速度が与えられる様に調整されるのがさらに好ましい。吸収液体がこの速度を有する場合、ガスと吸収液体が接触区域で効率的に接触する。これらの速度を得るのに必要な静水圧は比較的低いので、電力消費が低くなる。これは、出口ボックス中の静水圧が高いと、容器から入口区域に戻すべき吸収液体を引き上げる高さが大きくなるためである。

好ましい実施態様では、ガスは、接触区域に導入される前は飽和されておらず、ガスは、接触区域で下方に流れる吸収液体と接触する時に水蒸気で実質的に飽和される。水蒸気で飽和することにより、吸収液体中に溶解または懸濁した物質が開口部を有する板の下側に析出し、開口部を有する板における圧損増加の問題を引き起こす危険性が著しく低くなる。

本発明のもう一つの目的は、先行技術の上記の欠点を排除または大幅に軽減する、二酸化硫黄を分離するための簡単な装置を提供することである。本発明により、この目的は、冒頭に記載した型の装置であって、開口部を有する板の上を流れる吸収液体を集めるための少なくとも一個の出口ボックス、および入口を通して装置に供給されるガスを、ガスが開口部を有する板を通過する前に、出口ボックスから容器に流れる液体と接触させる様に配置された少なくとも一個の分配手段を含んでなることを特徴とする装置により達成される。

分配手段は、少なくとも一個のノズルを含んでなるのが好適である。様々な様式に設計できるノズルは、吸収液体の噴流を造り出し、噴流の主要部分が容器に到達し、少量部分がガス中に取り込まれ、吸収液体をガスと効率的に接触させるのに好適であることが多い。ほとんどの型のノズルは、圧損を低くし、液体を効果的に分配すると共に、目詰まりの危険性を低くする様に設計される。ノズルの特徴的な寸法、例えば最小穴直径または最小隙間幅、は１〜８ｃｍである。これらのノズルサイズにより、良好な分配、低い圧損、および吸収液体との接触で生じる液滴の好適なサイズが得られる。該吸収液体との接触では、液滴は広範囲なサイズで形成される。このサイズ範囲は、水蒸気で飽和されていないガスとの接触で迅速に蒸発する一定量の液滴を含む。しかし、液体の主要部分はガス中には取り込まれず、容器中に落下するべきである。

出口ボックスは、開口部を有する板の上側のレベルよりも低い所に位置する底部を有するのが有利である。この様に配置された底部は、分配手段から所望の液体速度を得るのに十分に高い静水圧を効率的に与える。

好ましい実施態様では、容器中の液体の表面は出口ボックスの下に位置し、吸収液体の表面と出口ボックスとの間に通路が与えられる。この実施態様により、容器中にある吸収液体の表面レベルを変えることにより、通路を変化させることができる。同時に、通路を通過した吸収液体が容器中に容易に集められる都合の良い収集装置が得られる。吸収液体の表面は、分配手段から下方に流れる吸収液体と共に、通路を効率的に密封し、ガスが吸収液体と接触せずに通過する危険性を少なくする。容器中にある吸収液体の表面も、開口部を有する板の実質的に全体の下に伸びているのが特に好ましい。これには、容器が、分配手段から流れ出る吸収液体および開口部を有する板の穴を通して下方に流れることができる吸収液体の両方を集めるという利点がある。特に、ガスの流量が、本装置の設計された流量よりも低い場合、開口部を有する板の上を流れる層の大部分が開口部を有する板の穴を通して下方に流れる。容器中にある液体の表面が開口部を有する板全体の表面の下に伸びている場合、これによって、分配手段を通して、および開口部を有する板の穴を通して下方に流れるすべての吸収液体が、補助的な手段、例えばポンプおよびパイプ、の必要無しに、容器中に集められる。

好ましい実施態様により、開口部を有する板と出口ボックスの間にオーバーフローリムを配置する。このオーバーフローリムにより、開口部を有する板の上を流れる層に一定の最小厚さを与えることができる。これは、ガスの流量が低い場合に、出口ボックスが層全体を排出してしまうという危険性があるので、特に有利である。

別の好ましい実施態様により、出口ボックスは、分配手段を通る液体流の速度を調整するための制御手段、例えばオリフィスプレート、を含んでなる。制御手段を使用し、様々なガス流量で装置が最も効率的に運転される様に、出口ボックスの機能を現在の運転様式に調節することができる。

好ましくは、開口部を有する板の上側に吸収液体を供給するための該手段は、マンモスポンプを含んでなる。マンモスポンプにより、吸収液体を搬送し、吸収液体中に存在することがある酸化され得る物質、例えば亜硫酸塩、を同時に酸化することができる。本発明の装置におけるマンモスポンプの特別な優位性は、ガスの流れが大きい場合、通路の高さを大きくし、同時に亜硫酸塩の酸化を高度に行うことが通常必要になることである。マンモスポンプの特性により、通路の高さを大きくするのに必要な大量の吸収液体流で大きな酸化能力が得られる。

開口部を有する板と分配手段の間に、吸収液体に通気するための通気区域を配置する。この通気により、吸収液体の密度が増加し、出口ボックス中の静水圧が増加する。静水圧の増加は、分配手段を通る液体の速度を増加するのに利用できる。通気により、一定静水圧における出口ボックスの深さを下げることもできる。

以下に、添付の図面を参照しながら、幾つかの実施態様により本発明をより詳細に説明する。

図１は、本発明の装置１を示す。装置１は、ボイラー（図には示していない）から来る煙道ガス４の入口２を有する。装置１の下部は、吸収液体８を収容する様に配置したタンク６である。装置１は、タンク６から入口ダクト１２を通して入口区域１４に吸収液体８を搬送するためのマンモスポンプ１０を有する。マンモスポンプ１０は、圧縮空気容器（図には示していない）から圧縮空気を搬送するパイプ１６、および圧縮空気を吸収液体８の中に分配する複数の圧縮空気ノズル１８から構成される。入口区域１４は開口部を有する板２０と連絡している。開口部を有する板２０は、その上側２２に、上側２２の上を流れる吸収液体８の層２４を支持する様に配置されている。開口部を有する板２０は、一様に配分された、煙道ガス４が通過する複数の穴２６を有する。開口部を有する板２０の水平表面全体はタンク６の壁の内側に位置しているので、開口部を有する板２０の穴２６を通して滴り落ちる吸収液体８はタンク６の中に効率的に集められる。その上、装置１は、開口部を有する板２０の上側２２と連絡する出口区域２８を有する。出口区域２８は、開口部を有する板２０の、入口区域１４と反対側の末端に、入口区域から距離Ｌの所に位置する。出口区域２８は、開口部を有する板２０の上を層２４の形態で流れる吸収液体８を集めるための出口ボックス３０を含んでなる。出口ボックス３０は、ノズル３４の形態にある分配手段を備えた底部３２を有する。出口ボックス３０の底部３２と、タンク６中の吸収液体の表面３６との間に、隙間３８の形態にある通路があり、その通路を煙道ガス４が通過できる。装置１を通過したガス４０は、ガスの出口４２を通して後処理工程（図には示していない）に搬送されるが、その後処理工程は、例えば、ガスから液滴を分離し、ガスを水蒸気の飽和温度より高い温度に再加熱することを含むことができる。吸収液体８は、実質的に水、石灰石懸濁液の容器（図には示していない）からタンクに供給される石灰石、および二酸化硫黄を煙道ガス４から分離する時に形成されるセッコウと亜硫酸カルシウムの混合物である。吸収液体８は、例えば国際特許第ＷＯ９６／００１２２号に記載されている様式により製造することができる。

本発明の方法では、煙道ガス４はこの様に入口ダクト２を通して隙間３８に搬送される。隙間３８に関連して、吸収液体８はノズル３４を通して加えられる。次いで吸収液体８は、煙道ガス４と接触し、混合され、それによって接触区域４４が形成される。接触区域４４で、吸収液体８が部分的に蒸発し、煙道ガス４が水蒸気で実質的に飽和される。この様に、接触区域４４にある煙道ガス４が、開口部を有する板２０の上側２２を流れる吸収液体８の実質的にすべての量と接触すると、ガス中の飽和度が十分になる。次いで煙道ガス４は、吸収液体の表面３６と開口部を有する板２０の間にある空間４６にさらに運ばれる。隙間３８を通過した後に実質的に飽和している煙道ガス４は、接触区域４４から取り込んだ吸収液体８の液滴も含む、これらの取り込まれた液滴は、開口部を有する板の下側４７で洗い流し効果を発揮し、それによって開口部を有する板２０の下側および穴２６の中に固体が析出する危険性が低下する。煙道ガス４は続いて開口部を有する板２０の穴２６を通過し、分散しながら、開口部を有する板２０の上側２２を流れる吸収液体８の層２４と接触し、二酸化硫黄が煙道ガス４から分離され、吸収液体８中に溶解する。次いで、二酸化硫黄が分離されたガス４０は、ガス出口４２を通って装置から出て行く。

マンモスポンプ１０のノズル１８により形成された圧縮空気の気泡は、入口ダクト１２中の吸収液体８の密度を下げる。これによって吸収液体８は入口ダクト１２の中を上方向に流れ、入口区域１４に到達し、開口部を有する板２０の上側２２を流れ、そこで煙道ガス４から二酸化硫黄を吸収する。二酸化硫黄の吸収で、亜硫酸塩イオンが吸収液体８中に形成される。高濃度の亜硫酸塩イオンは、亜硫酸カルシウムの析出および堆積(incrustation)の危険性が増大するので、好ましくない。マンモスポンプ１０は空気を供給するので、入口ダクト１２中で亜硫酸塩イオンの強力な酸化が起こり、同時に吸収液体８が上方向に搬送される。さらに酸化させる必要がある場合、圧縮空気容器（図には示していない）から圧縮空気の供給を受ける酸化装置４８をタンク６の底部付近に設置することができる。吸収液体が開口部を有する板２０全体の上を流れると、吸収液体は出口区域２８に運ばれる。出口区域２８では、煙道ガス４が吸収液体８を通して発泡しないので、吸収液体８は多かれ少なかれ排気され、密度の増加を引き起こす。吸収液体は出口ボックス３０の中に集められ、次いでノズル３４から流出し、煙道ガス４と接触し、部分的に蒸発する。ノズル３４から流出する吸収液体８の蒸発しなかった部分は、液体表面３６と衝突し、タンク６中の吸収液体に合流する。

その結果、吸収液体８は開口部を有する板２０の上側２２の上を搬送され、次いで接触区域４４を経由してタンク６に戻され、空気処理により亜硫酸塩が酸化されてから、吸収液体８は開口部を有する板２０の上側２２に再度搬送される。こうして、開口部を有する板２０の上側２２で二酸化硫黄を吸収し、浄化されたガス４０と接触したばかりの吸収液体８が接触区域４４に搬送され、そこで浄化されていない煙道ガス４と接触する向流工程が形成される。浄化されていない煙道ガス４は、浄化されたガス４０より大量の二酸化硫黄を含むので、吸収液体８は開口部を有する板２０の上で大量の二酸化硫黄をすでに吸収しているにも関わらず、接触区域４４でも向流工程により二酸化硫黄がさらに大量に吸収される。この向流工程により、先行技術と比較して、同等量の吸収液体が開口部を有する板２０の上を流れる場合に、装置１の二酸化硫黄を吸収する能力が向上する。

図２は、図１の部分IIを拡大して示す。この図から明らかな様に、煙道ガス４は液体の表面に影響を及ぼし、煙道ガス４の入口２の近くで下方に湾曲した表面５０を形成する。この表面の正確な外観はガス４の流動速度および装置１の正確な設計によって異なるので、図１に示す表面５０の外観は図式的に示す例として考えるべきである。煙道ガス４は、ノズル３４を離れる吸収液体８の流れ３５にも影響し、この流れ３５が垂直ではなく、その下部で逸れる様になる。流れ３５は液滴のサイズおよび流量に関して非常に強力であり、吸収液体８の緻密なカーテンが出口ボックス３０から吸収液体の表面３６までの全体に形成されることが重要である。吸収液体の表面３６と出口ボックス３０の間の隙間は、ノズル３４の所で高さＨを有し、この高さはタンク６中の吸収液体のレベル、すなわち液体表面３６のレベルにより制御される。煙道ガス４の特定流量で、特定の高さＨが隙間３８におけるガス４の特定の速度を与える。このガス速度は約３５ｍ／ｓを超えるべきではないことが分かっている。ガス速度が高い程、隙間３８中での圧損が増加する。高速度におけるより重要な欠点は、煙道ガス４が、ノズル３４を離れる吸収液体８の主要部分を取り込むことである。これによって空間４６における圧損が増加し、穴２６が吸収液体で充填され、圧損が穴の中でも増大する。隙間３８中のガス速度は、約５ｍ／ｓを超え、煙道ガス４と、ノズル３４により分配される吸収液体８の良好な接触を確保するべきである。図２に示す、タンク６中の液体の表面３６が開口部を有する板２０と同じ水平表面上に伸びている場合、高さＨは、床の長さ、すなわち入口区域１４から出口区域２８までの長さＬ、の少なくとも約１０％であるのが好適であることが分かった。マンモスポンプ１０への圧縮空気の流量を調整し、高さＨを現在の運転様式に好適な値に調節する。煙道ガス４の流量が増加した場合、マンモスポンプ１０への空気の流量を増加し、入口区域１４への吸収液体８の流量を増加する。これによって、層２４の厚さが増加し、タンク６中の液体の量が減少し、高さＨが増加する。これによって隙間３８中のガス速度は所望の範囲内に維持される。同時に、層２４がより厚くなることにより、より高い煙道ガス４の流量でも十分な二酸化硫黄を吸収することができる。

出口ボックス３０は、吸収液体８がノズル３４から所望の流量で流出する様に設計する。煙道ガス４が、穴２６を通る代わりにノズル３４を通過するのを阻止するために、出口ボックスは一定の静水圧Ｐ_１を有する必要がある。煙道ガス中の圧力差ｄＰ_ｒは、接触区域４４の直前に位置するＡ地点、および層２４のすぐ上に位置するＢ地点で測定することができる。次いで、出口ボックス３０中の静水圧Ｐ_１は、出口ボックス３０の底部３２から、底部３２のちょうど上に位置する吸収液体８の表面上の地点Ｓまでとして計算される高さｈ_１に出口ボックス３０中の液体の密度および重力の加速度ｇを掛けることにより計算することができる。

ノズル３４を離れる吸収液体８は、この液体と接触区域４４中の煙道ガス４の間に良好な接触を造り出すために、特定の速度を有する必要がある。液体速度は０．２〜３ｍ／ｓであるのが好都合であることが分かっている。この液体速度を得るために、出口ボックス３０中の静水圧Ｐ_１は、ｄＰ_ｒよりも著しく大きくなければならない。ｄＰ_ｒにちょうど適合するのに必要な高さより少なくとも約１００ｍｍ高い高さｈ_ｒが該液体速度を与えるのに好適であることが分かっている。高さＨが小さい場合、隙間３８における圧損が高くなり、圧力差ｄＰ_ｒを増大させ、そのために出口ボックス３０で大きな高さｈ_ｒが必要になることも分かる。

層２４における吸収液体８は、比較的大量の気泡を含むことになる。高さｈ_ｒは、上記の条件を満たしながら、できるだけ小さいことが望ましい。というのは、これによって、隙間３８中に所望の高さＨを得るためにマンモスポンプ１０により発生させる、開口部を有する板２０の下側４７と液体の表面３６間のレベルの差Ｈ１が小さくなり、マンモスポンプ１０の圧縮空気の消費量が少なくなるためである。出口ボックス３０中の静水圧Ｐ_ｒが、出口ボックス３０中の高さｈ_ｒと吸収液体８の密度の積と比例する場合、同じ静水圧を得るためには、高さｈ_ｒが減少する時には密度を増加させる必要がある。このために、出口ボックス３０における下方に向かう垂直液体速度は約０．１〜１ｍ／ｓが好適であり、好ましくは約０．５ｍ／ｓである。その様な速度は、液体に十分な通気を与えるのに好適であることが分かっており、これによって液体の密度が増加する。同じ目的に、層２４の流れ方向Ｐで見て、開口部を有する板２０の最後の穴である穴２７と、出口ボックス３０との間に、通気区域５１が配置されている。吸収液体８が通気区域５１の上を流れる時、気泡が吸収液体８から離れ、これによって吸収液体の密度が増加する。

開口部を有する板２０の上を流れる吸収液体の流れ全体が、接触区域４４中の煙道ガス４との接触に使用される。開口部を有する板２０上の吸収液体の、層２４の形態にある流れと、開口部を有する板２０の上にある層２４を通る煙道ガス４との好適な比（Ｌ／Ｇとも呼ばれる）は、煙道ガス１ｍ^３あたり吸収液体１０〜５０リットルである。吸収液体のこの比較的大きな流れが接触区域４４で煙道ガス４と接触する時、水蒸気による十分な飽和および二酸化硫黄の大量の吸収が接触区域４４で得られる。

図３ａは、図２の線III−IIIに沿って見た出口ボックス３０の底部３２を示す。底部３２は、煙道ガス４の水平流れ方向で見て第一のノズル列５２、および同じ流れ方向で見て第二のノズル列５４を備えている。これらのノズルは、それぞれ円形穴５５および５６の形態にある。円形穴５５、５６は、円筒形を有するか、または一端で丸めてある、面取りしてある、あるいはノズルに好適な他のいずれかの形状を有することができる。最小の直径Ｄ、すなわち穴５５、５６の最小断面は、約１〜８ｃｍ、好ましくは約１〜５ｃｍである。この直径が約１ｃｍより小さい場合、吸収液体８が煙道ガス４と接触する時に液滴が生じるが、これらの液滴は非常に小さいので、煙道ガス４により大量に取り込まれ、空間４６および穴２６の中で上記の圧損増大を引き起こす。約８ｃｍより大きな穴５５、５６を使用すると、吸収液体８と煙道ガス４の接触が不十分になり、煙道ガスが水蒸気で十分に飽和されなくなる。図３ａから明らかな様に、列５２における穴５５は、列５４における穴５６からずれて配置されている。これは、水蒸気の供給を受けなかった煙道ガス４の筋が接触区域４４を通過しない様に、煙道ガス４を吸収液体８で十分に覆い、相互接触させるためである。

図３ｂは、図３ａに示す出口ボックス３０の別の実施態様を示す。図３ｂに示す出口ボックス１３０は、底部１３２を有し、その底部に、煙道ガス４の水平流れ方向で見て第一の隙間１５２、および同じ流れ方向で見て第二の隙間１５４を備えている。吸収液体８と接触しなかった煙道ガス４の筋が接触区域４４を通過しない様に、２個の隙間１５２、１５４は互いに重なり合っている。隙間１５２、１５４は、断面が長方形でも、あるいはそれらの入口および／または出口で丸めてあっても、面取りしてあっても、あるいはノズルに好適な他のいずれかの形状を有していてもよい。最小の隙間幅Ｖ、すなわち隙間１５２、１５４の最小断面は、円形穴５５、５６に関して上に記載した内容と同じ理由から、約１〜５ｃｍにすべきである。

図４ａは、図２に示す出口ボックスの別の実施態様を示す。低負荷運転では、すなわち煙道ガス４の流量が装置１に決められた流量よりも低い場合、層２４が開口部を有する板２０の上を流れる速度が高くなり過ぎることがある、という問題がある。これは、ガスの流量が減少すると、圧力差ｄＰ_ｒも低下するためである。その結果、ノズル３４における流れ速度が増加し、そのために層２４が出口ボックス３０を経由して急速に排出される。これらの状況下で、必要な二酸化硫黄の吸収に十分な厚さを有する層２４を得るには、マンモスポンプ１０における圧縮空気の流量を増加しなければならないが、これは低負荷運転における運転コストを増加させる。これが、図４ａに示す出口ボックス２３０の実施態様がオーバーフローリム２５８を有する理由である。通常負荷運転では、すなわち煙道ガス４の流量が通常である場合、層２４の通常レベル２２４はオーバーフローリム２５８により全く影響されない。低負荷運転では、すなわち煙道ガス４の流量が小さい場合、層２４の低負荷レベル２２５は、オーバーフローリム２５８のために、出口ボックス２３０におけるレベル２２７よりも著しく高くなる。出口ボックス２３０における低レベル２２７は静水圧も下げ、そのために吸収液体８が出口ボックス２３０から流れ出る速度も低下する。その結果、バランスが生じ、出口ボックス２３０からでる液体の流量がレベル２２７と釣り合う様になる。オーバーフローリム２５８のために層２４がレベル２２５に到達できるために、低負荷運転時にマンモスポンプ１０中の圧縮空気の消費量を下げることができる。

図４ｂは、図３ａに示す底部の別の実施態様を示す。図４ｂに示す、上から見た出口ボックス４３０は、図３ａに示す様式と類似の様式で円形穴４５５、４５６を備えた底部４３２を有する。出口ボックス４３０の底部４３２のすぐ上にオリフィスプレート４５８が配置されている。このオリフィスプレート４５８は、底部４３２に対してずらして配置することができ、それぞれ穴４５５および４５６に対応する円形穴４５９および４６０を有する。オリフィスプレート４５８をずらして配置することにより、穴４５５および４５６のそれぞれの開口部を多かれ少なかれ縮小することができる。これによって、低負荷運転では穴４５５および４５６を縮小し、出口ボックス４３０からの吸収液体８の流出を低減させることができる。

図５ａは、本発明の装置の円形実施態様５０１を示す。図５ｂは、図５ａの装置５０１を線Ｖ−Ｖに沿って見た断面図で示す。装置５０１は、煙道ガス５０４の中央入口５０２を有する。装置５０１の下部は、吸収液体５０８を収容する様に配置されたタンク５０６である。装置５０１は、タンク５０６から入口ダクト５１２を通して入口区域５１４に吸収液体５０８を搬送するためのマンモスポンプ５１０を有する。入口区域５１４は、吸収液体５０８を上記の型の開口部を有する板５２０に運ぶ８本のパイプを有する。開口部を有する板５２０は、複数の一様に配分された穴５２６（その中の一部だけを図５ｂに示す）を有し、それらの穴を煙道ガス５０４が通過できる。装置５０１は、開口部を有する板５２０の上側と連絡する出口区域５２８をさらに有する。出口区域５２８は、開口部を有する板５２０の上を流れる吸収液体５０８を集めるための出口ボックス５３０を含んでなる。入口５０２の周りに伸びる出口ボックス５３０は、出口ボックスに関して上に説明した様式で適宜設計する。出口ボックス５３０の底部と、タンク５０６中の吸収液体の表面５３６の間には、隙間５３８の形態にある通路があり、その中を煙道ガス５０４が通過することができる。装置５０１を通過したガス５４０は、ガス出口５４２を通り、後処理工程（図には示していない）に運ばれる。中央に配置されたダクト５１２およびパイプ５１５は、代案として、開口部を有する板５２０の外側周辺部に沿って配置された複数の、例えば６基の、マンモスポンプで置き換えることができる。

図６ａは、本発明の装置のさらに別の実施態様６０１を示す。図６ｂは、図６ａの装置６０１を線VI−VIに沿って見た断面図で示す。装置６０１は、煙道ガス６０４用の横方向に配置した入口６０２を有する。装置６０１の下部は、吸収液体６０８を収容する様に配置されたタンク６０６である。装置６０１は、タンク６０６から中央の入口ダクト６１２を通して入口区域６１４に吸収液体６０８を搬送するためのマンモスポンプ６１０を有する。入口区域６１４は、吸収液体６０８を上記の型の開口部を有する板６２０に運ぶ。開口部を有する板６２０は、複数の一様に配分された穴６２６（その中の一部だけを図６ｂに示す）を有し、それらの穴を煙道ガス６０４が通過できる。装置６０１は、開口部を有する板６２０の上側と連絡する出口区域６２８をさらに有する。出口区域６２８は、開口部を有する板６２０の上を流れる吸収液体６０８を集めるための出口ボックス６３０を含んでなる。出口ボックス６３０は、出口ボックスに関して上に説明した様式で適宜設計する。出口ボックス６３０の底部と、タンク６０６中の吸収液体の表面６３６の間には、隙間６３８の形態にある通路があり、その中を煙道ガス６０４が通過することができる。装置６０１を通過したガス６４０は、中央のガス出口６４２を通り、後処理工程（図には示していない）に運ばれる。

無論、本発明の上記実施態様の、付随する請求項に規定する様な多くの変形が本発明の範囲内で可能である。

二酸化硫黄の吸収は、多くの異なった吸収液体を使用して行うことができる。水と混合した時に二酸化硫黄の分離に好適な物質の例は、石灰石、石灰、ドロマイト、水酸化ナトリウム、等である。この様に、本装置は吸収液体の特定の組成物に限定されるものではない。

本発明の装置は、様々な様式で設計することができる。上記の円形デザインに加えて、長方形、正方形および扇形の装置が考えられる。

マンモスポンプは、様々な形のポンプ、例えばプロペラポンプ、で置き換えることができる。しかし、マンモスポンプは、同時に酸化する効果のために好ましい。複数のマンモスポンプを使用して開口部を有する板に吸収液体を供給することもできる。これは、本装置の幾つかの実施態様では、開口部を有する板の上側に吸収液体がより均一に分配されるので、好ましい。

開口部を有する板は、様々な異なった様式で設計し、多くの異なった材料で製造することができる。開口部を有する板の特に好ましい製造方法は、国際特許第ＷＯ９６／００１２２号に記載されている。重合体材料から製造された開口部を有する板を使用する場合、進入するガスは、開口部を有する板を損傷しない様に低い温度を有する必要があり、これは本発明により達成できる。接触区域には、ガスと液体の間の接触を改善する装置を備えることができる。その様な装置は、例えば、垂直グリッドまたは静止ミキサーでよい。しかし、開放設計、すなわち接触区域が、目詰まりを引き起こし、そのために出口ボックスとタンク中の吸収液体の表面との間の隙間における圧損を増加することがある部品は一切含まない設計、を使用するのが好ましいことが多い。

上記の実施態様は、石炭燃焼ボイラーから出る煙道ガスの浄化に使用する。無論、本発明は、ガスから二酸化硫黄を分離する他の処理にも使用できる。その様な処理の例は、油、泥炭、生物燃料および廃棄物、例えば工業および家庭の廃棄物、を使用する燃焼、冶金工程、例えば鋼および銅の製造工程、コンクリート製造工程および精製工程、例えば精油および天然ガス精製である。本装置は、他の物質を二酸化硫黄と共に吸収することにも使用できる。その様な物質の例は、ハロゲン化水素、例えば塩化水素、フッ化水素、臭化水素およびヨウ化水素、臭素、重金属、例えば水銀、その他の化合物である。

上記の様に、接触区域４４は、煙道ガス４を水蒸気で飽和させると共に、煙道ガス４から二酸化硫黄を吸収することができる。本発明は、接触区域４４で煙道ガス４を水蒸気で飽和させることだけが望ましい場合、煙道ガス４が水蒸気ですでに飽和されている場合、および接触区域４４における二酸化硫黄の吸収だけが望ましい場合、および接触区域４４で煙道ガス４を水蒸気で飽和させ、同時に二酸化硫黄を煙道ガス４から吸収することが望ましい場合に使用できる。

この例は、図１〜２および３ａによる上記の型の装置を使用するパイロット試験である。

装置の床の長さＬは約３メートルであった。ポリプロピレン製の開口部を有する板２０は厚さが３０ｍｍで、開いている穴の面積が約３．６％で、穴２６は直径が２２ｍｍである。穴２６は、開口部を有する板２０の下側４７で面取りした。約９６％がメッシュサイズ４４μｍを通過する粒子径の石灰石を２５重量％水性懸濁液の形態でタンク６に供給した。より多くの水をタンクに加えた。操作の際、タンク中の吸収液体８は固体約１３重量％を含み、ｐＨが約４．５であった。

石油燃焼発電所から出る煙道ガス４を浄化したが、導入したガスは水蒸気で飽和されておらず、温度が約１９１℃、二酸化硫黄濃度が約７３２ｐｐｍであった。煙道ガス４は入口２を通して隙間３８に導いた。タンク６中にある液体の表面３６は、隙間３８中のガス速度が１２ｍ／ｓになる様なレベルに調節した。このガス速度で、高さＨは床の長さＬの１５％であった。地点Ａと地点Ｂの間の圧力差は４６００Ｐａと査定された。出口ボックス３０における高さｈ_１は７００ｍｍであり、これは静水圧約６０００Ｐａに相当した。出口ボックスの底部にある円形穴５５、５６は直径が約２ｃｍであった。円形穴５５、５６の数は、現在の静水圧で穴５５、５６を離れる液体の速度が約１．５ｍ／ｓになる様に選択した。目視検査により判定できた限り、ガス４は、出口ボックス３０の底部で円形穴５５、５６を離れる吸収液体の約１０％を取り込んだのに対し、吸収液体の残りは液体の表面３６に到達した。試験中、開口部を有する板２０の穴２６の目詰まりおよび開口部を有する板２０の下側４７における堆積は検出できなかった。ガス４に取り込まれた吸収液体により与えられた明らかな洗浄効果は、下側４７でも観察された。測定により、ガス４の温度は開口部を有する板２０のすぐ下で約５７℃であり、水蒸気により実質的に飽和されていることが分かった。装置１を離れるガス４０は、温度が約５５℃で、約６ｐｐｍの二酸化硫黄を含んでいた。

本発明の装置を図式的に示す側方断面図である。 図１の部分IIを拡大して示す側方断面図である。 図１および２に示す出口ボックスの底部を示す上面図である。 図３ａに示す底部の別の実施態様を示す上面図である。 オーバーフローリムを備えた出口ボックスを示す側方断面図である。 図３ａに示す、オリフィスプレートを備えた底部の上面図である。 円形装置の形態にある本発明の実施態様を示す側方断面図である。 図５ａに示す装置の線Ｖ−Ｖに沿って上から見た断面図である。 円形装置の形態にある本発明のさらに別の実施態様を示す側方断面図である。 図６ａに示す装置の線VI−VIに沿って上から見た断面図である。

Claims (15)

1. 水性吸収液体（８、５０８、６０８）を使用してガス（４、５０４、６０４）から二酸化硫黄を分離する方法［前記方法では、ガス（４、５０４、６０４）が、水平な開口部を有する板（２０、５２０、６２０）を通って上方向に運ばれ、前記水平な開口部を有する板の上に吸収液体（８、５０８、６０８）の流動層（２４）がある］であって、
   前記吸収液体（８、５０８、６０８）が前記水平な開口部を有する板（２０、５２０、６２０）の上を前記水平な開口部を有する板に並列する位置関係で上流に位置する入口区域（１４、５１４、６１４）から前記水平な開口部を有する板に並列する位置関係で下流に位置する出口区域（２８、５２８、６２８）に運ばれ、前記出口区域で前記吸収液体（８、５０８、６０８）が集められ、前記吸収液体（８、５０８、６０８）の容器（６、５０６、６０６）に向かって下方に流され、前記出口区域（２８、５２８、６２８）が、前記出口区域（２８、５２８、６２８）から前記容器（６、５０６、６０６）に流れる液体を接触区域（４４）中で分配するための少なくとも一つの分配手段（３４）を備えた出口ボックス（３０、５３０、６３０）を含んでなり、前記ガス（４、５０４、６０４）が先ず前記接触区域（４４）を通って運ばれ、前記接触区域で前記ガスが、前記出口区域（２８、５２８、６２８）から前記容器（６、５０６、６０６）に向かって下方に流れる前記吸収液体（８、５０８、６０８）と接触し、次いで前記ガス（４、５０４、６０４）が前記水平な開口部を有する板（２０、５２０、６２０）、および前記水平な開口部を有する板の上にある、二酸化硫黄を分離するための流動層（２４）を通って上方向に運ばれ、
   前記出口ボックス（３０、５３０、６３０）中の静水圧と、前記接触区域（４４）直前の第一地点（Ａ）と前記水平な開口部を有する板（２０、５２０、６２０）上の前記吸収液体（８、５０８、６０８）の流動層（２４）の上の第二地点（Ｂ）との間のガスの圧力差との比が、前記静水圧が前記ガス中の前記圧力差よりも大きくなる様に調整される、方法。
2. 石灰、石灰石、およびその懸濁液から選択された吸収材が前記吸収液体に加えられる、請求項１に記載の方法。
3. 前記容器（６、５０６、６０６）中の前記吸収液体の表面（３６、５３６、６３６）が前記接触区域（４４）より低いレベルに位置し、前記吸収液体の前記表面（３６、５３６、６３６）と前記出口区域（２８、５２８、６２８）の間に、前記ガス（４、５０４、６０４）が中を通って運ばれる通路（３８、５３８、６３８）があり、前記吸収液体の前記表面（３６、５３６、６３６）のレベル、従って前記通路（３８、５３８、６３８）の高さ（Ｈ）、を代表するパラメータが、前記通路（３８、５３８、６３８）中の前記ガス（４、５０４、６０４）の平均速度が５〜３５ｍ／ｓになる様に制御される、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記静水圧と前記ガス中の前記圧力差の前記比が、前記分配手段（３４）から出る前記吸収液体（８、５０８、６０８）に０．２〜３ｍ／ｓの速度が与えられる様に調整される、請求項１に記載の方法。
5. 前記ガスが、前記接触区域（４４）に導入される前は飽和されておらず、前記ガスが、前記接触区域（４４）で下方に流れる前記吸収液体（８）と接触する時に水蒸気で実質的に飽和される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 水性吸収液体（８、５０８、６０８）を使用してガス（４、５０４、６０４）から二酸化硫黄を分離する装置であって、
   ａ）二酸化硫黄含有ガス（４、５０４、６０４）の入口（２、５０２、６０２）および二酸化硫黄を分離したガス（４０、５４０、６４０）の出口（４２、５４２、６４２）、
   ｂ）前記入口（２、５０２、６０２）と前記出口（４２、５４２、６４２）の間に、前記入口は前記水平な開口部を有する板に並列する位置関係で上流であり前記出口は前記水平な開口部を有する板に並列する位置関係で下流であるように位置する、水平な開口部を有する板（２０、５２０、６２０）［前記水平な開口部を有する板は、二酸化硫黄含有ガスを下から通し、前記水平な開口部を有する板の上側（２２）に前記吸収液体（８、５０８、６０８）の流動層（２４）を支持する様に配置されている］、
   ｃ）前記吸収液体（８、５０８、６０８）の容器（６、５０６、６０６）、
   ｄ）前記容器（６、５０６、６０６）を、前記水平な開口部を有する板（２０、５２０、６２０）の前記上側（２２）に接続する少なくとも一個の入口ダクト（１２、５１２、６１２）、
   ｅ）前記容器（６、５０６、６０６）から、前記入口ダクト（１２、５１２、６１２）を通し、前記水平な開口部を有する板（２０、５２０、６２０）の前記上側（２２）に、前記水平な開口部を有する板（２０、５２０、６２０）に沿って、前記吸収液体（８、５０８、６０８）を運ぶための少なくとも一個の手段（１０、５１０、６１０）、
   ｆ）前記水平な開口部を有する板（２０、５２０、６２０）の上を流れる前記吸収液体（８、５０８、６０８）を集めるための少なくとも一個の出口ボックス（３０、５３０、６３０）、および
   ｇ）前記入口（２、５０２、６０２）を通して前記装置に供給される前記ガス（４、５０４、６０４）を、前記ガス（４、５０４、６０４）が前記水平な開口部を有する板（２０、５２０、６２０）を通過する前に、前記出口ボックス（３０、５３０、６３０）から前記容器（６、５０６、６０６）に流れる前記液体（８、５０８、６０８）と接触させる様に配置された少なくとも一個の分配手段（３４）、
   を含んでなる、装置。
7. 前記分配手段（３４）が、少なくとも一個のノズル（５５、５６、１５２、１５４）を含んでなる、請求項６に記載の装置。
8. 前記少なくとも一個のノズルの最小穴直径（Ｄ）の寸法または最小隙間幅（Ｖ）の寸法が１〜８ｃｍである、請求項７に記載の装置。
9. 前記出口ボックス（３０、５３０、６３０）が、前記開口部を有する板（２０、５２０、６２０）の前記上側（２２）のレベルよりも低い所に位置する底部（３２）を有する、請求項６〜８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記容器（６、５０６、６０６）中の前記液体の表面（３６、５３６、６３６）が前記出口ボックス（３０、５３０、６３０）の下に位置し、前記吸収液体の表面（３６、５３６、６３６）と出口ボックス（３０、５３０、６３０）との間に通路（３８、５３８、６３８）が与えられる、請求項６〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記容器（６、５０６、６０６）中にある前記吸収液体の前記表面（３６、５３６、６３６）が、前記開口部を有する板（２０、５２０、６２０）の実質的に全体の下に伸びている、請求項１０に記載の装置。
12. 前記開口部を有する板（２０）と前記出口ボックス（２３０）の間にオーバーフローリム（２５８）が配置されている、請求項６〜１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記出口ボックス（４３０）が、前記分配手段（４５９、４６０）を通る液体流の速度を調整するための制御手段、例えばオリフィスプレート（４５８）、を含んでなる、請求項６〜１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記開口部を有する板（２０、５２０、６２０）の上側（２２）に吸収液体（８、５０８、６０８）を供給するための前記手段がマンモスポンプ（１０、５１０、６１０）を含んでなる、請求項６〜１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記開口部を有する板（２０）と前記分配手段（３４）の間に、前記吸収液体（８）に通気するための通気区域（５１）が配置されている、請求項６〜１４のいずれか一項に記載の装置。

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