JP5005920B2

JP5005920B2 - 有害ガスの除去装置

Info

Publication number: JP5005920B2
Application number: JP2006002315A
Authority: JP
Inventors: 博行明石; 靖寛藤沢
Original assignee: Tsurumi Soda Co Ltd
Current assignee: Tsurumi Soda Co Ltd
Priority date: 2006-01-10
Filing date: 2006-01-10
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2026-01-10
Also published as: KR20070075300A; KR100824162B1; JP2007181794A

Description

本発明は、例えば空気等のガス中に含まれる有害成分を取り除き、ガスを清浄化する装置に関するものである。

半導体関連工場や化学プラント等では、様々な有害ガスや有害ガスを発生する危険性のある物質を使用しており、それらの有害ガスの漏洩や発生が検知された場合は速やかに除去する必要がある。例えば配管から塩化水素ガスや塩素ガスが漏洩した場合や、あるいは次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）の水溶液に誤って酸性液を加えて塩素ガスが発生した場合等が想定される。これらの塩化水素ガスや塩素ガスは消石灰の散布装置により除去できるが、その後に水洗等を行わなければならず、後処理が面倒である。一方特許文献１には、図５に示す通りガス中に含まれる有害ガスを除去する装置１００が開示されている。しかしながら、特許文献１に記載の装置１００は、含水充填層１０１の下方側から処理ガスを上方に通過させ、その上方領域でスプレーされた水と接触させるようにしていることから、含水充填層１０１の上方領域において有害ガスの除去を行うためには、十分に気液接触する領域を確保するために、噴霧ノズル１０２と含水充填層１０１との距離を大きくとらなければならず、気塔１０３が大型化する。また、含水充填層１０１の下方側にパンチングメタル１０４を設けて、その上に水層１０５を形成して気液接触させた場合、構成が複雑になる上、水層１０５やオーバーフロー管１０６を設けるため気塔１０３が大型化する。また、装置１００を車両に搭載して移動させて使用することが望まれており、このような要求に応えるためには小型化、軽量化を行う必要があると考えられる。

特開平１０−２４９１３９

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、小型化を図ることが可能であり、例えば車両移動型の装置として有効な有害ガスの除去装置を提供することにある。

本発明の有害ガスの除去装置は、
車両に搭載されて有害ガスの発生区域に運ばれる、有害ガスを除去する有害ガスの除去装置であって、
平面で見た時に内周縁が円状となるように構成されると共に、当該内周縁に沿ってガスが旋回しながら下方に向かうリング状の旋回流形成空間を形成するために下面が開口する吸収塔と、
有害ガスを含むガスを前記吸収塔内に導入して前記旋回流形成空間にて旋回流を形成するために、当該吸収塔の側壁に接続されたガス導入路と、
このガス導入路から前記吸収塔内に導入されたガスを当該吸収塔の上方側に排出するために、上端開口縁が前記吸収塔の上方側に形成されると共に、下端開口縁が前記旋回流形成空間に下方側から連通するように、前記吸収塔の中央部に縦方向に配置された排気路と、
前記旋回流形成空間の上方側にて前記吸収塔の内縁と前記排気路の外縁との間を周方向に亘って気密に塞ぐ蓋体と、
前記吸収塔内に導入されたガスに対して吸収液を吹き付けるための吸収液吹き付け部と、
前記旋回流形成空間の下方側且つ前記排気路の下端開口縁よりも上方側に位置すると共に、前記吸収塔の内縁と前記排気路の外縁との間を周方向に亘って塞ぐように設けられ、吸収液を保水するための保水層と、
この保水層の下方側に設けられ、保水層を介して落下する吸収液を受けるための液受け部をなす貯水槽と、
有害ガスを含むガスを前記ガス導入路から吸収塔内に導入して前記排気路から排気するためのガス導入手段と、
貯水槽内の吸収液を吸収液吹き付け部に供給して循環させるための循環手段と、を備え、
吸収塔、ガス導入手段、貯水槽及び循環手段は車両に搭載されていることを特徴とする。

本発明では、吸収塔の内部にガスの旋回流を形成させることで、吸収塔の高さを低く抑えながら気液接触が行われるガスの流路を長くすることが可能であり、このガスの旋回流に吸収液を吹き付けることによって効率良く有害ガスの除去を行うことができる。従って、吸収塔の高さを低くして装置の小型化、軽量化を図ることができるため、車両に搭載して移動型の設備として構成する上で好適である。また、旋回流の形成領域として吸収塔の中央部はいわばデッドスペースに近い領域であり、この吸収塔の中央部に例えば吸収塔と同軸をなす排気管を設けるようにすれば、排気管の設置スペースを吸収塔内に収めることができるため、より装置の小型化を図ることができる。更に、このように排気管を配置することにより旋回流の形成領域はリング状となるため、径の大きな旋回流が吸収塔の下方に至るまで維持されてガスの流路は長くなることから、なお一層吸収塔の高さを低く抑えることができる。

本発明の有害ガスの除去装置の全体の構成を図１〜図４を参照して説明する。図１は本発明の有害ガスの除去装置１を示しており、この有害ガスの除去装置１は有害ガスの除去が行われる吸収部２と、この吸収部２の下方に設けられた吸収液４を貯め置くための液受け部をなす貯水槽３と、貯水槽３から吸収液４を汲み上げて吸収部２に供給する吸収液４の循環手段５と、有害ガスを含むガスを外部から吸引して吸収部２に導入する吸引手段６と、この有害ガスの除去装置１における動作の制御を行う制御部をなす操作盤７と、から構成されている。

吸収部２は上面が閉じられ、下面が開口している縦型の円筒形状の吸収塔１０を備えており、この吸収塔１０の中央には当該吸収塔１０と同軸に排気路をなす排気管２０が設置されている。排気管２０の上部は吸収塔１０の上方に突出しており、その突出部分の側面には、排気管２０の内部を通過するガスのサンプリングを行うためのサンプリングノズル２１が設けられ、サンプリングされたガスに含まれる有害ガスの濃度を図示しない測定装置によって測定することができる。このサンプリングされたガスの測定により、有害ガスの除去効果を知ることが可能であり、更にその結果から吸引手段６を介してガスの吸引量を変えるように、あるいは循環手段５を介してガスの旋回流に吹き付ける吸収液４の量を変えるように、操作盤７へその測定結果をフィードバックする設計とすることも可能である。例えば排気管２０より大気へ排気される排気ガス中の有害ガスの量が許容値よりも多く含まれている場合、吸引するガスの量を減らして吹き付ける吸収液４の量を増やすことができる。また、排気ガス中の有害ガスの量が許容値よりもはるかに少ない場合、吸引するガスの量を増やすことができる。

排気管２０の上端部には雨除け２２が設置されており、この有害ガスの除去装置１が屋外において使用される場合や他の場所へ運搬される際、貯水槽３に雨水やゴミなどが混入しないように配慮されている。排気管２０には、その内部を通過するガスに含まれている吸収液４のミストを大気に放出しないように、ミストを捕集するためのフィルター２３が設けられている。排気管２０の下部は吸収塔１０の下方に設置された貯水槽３に貯められた吸収液４の液面の上方に開放されており、フィルター２３にて捕集された吸収液４のミストは、時間の経過と共に液滴をなしてこの排気管２０の下方に設けられた貯水槽３に落下する。

吸収塔１０の上端部はフランジ部１１を呈しており、このフランジ部１１と排気管２０との間隙を密閉するため、ボルトによりフランジ部１１とリング状の蓋体１２とは気密に接合される。

吸収塔１０の側面の上部にはガス導入口３０が設けられており、このガス導入口３０にはガス導入路をなすガス吸気管３１が接続されている。ガス導入口３０は、図２及び図３に示す通り、ガスが吸収塔１０の内部において吸収塔１０の内壁面の円周に沿って流れて旋回流を形成するように開口している。即ち、この例ではガス吸気管３１の中心軸Ｌ２の延長線が、吸収塔１０内のリング状空間におけるリング幅中央点を通る吸収塔１０と同軸の円の接線となるように、ガス吸気管３１を吸収塔１０に接続している。また、図１ではガス吸気管３１は吸収塔１０の側壁に垂直に接続しているが、例えば吸収塔１０の内部におけるガスの流路を長くするため、図３（ｂ）に示すように吸収塔１０内へ若干上方向にガスが導入されるように、吸収塔１０の中心軸Ｌ１とガス吸気管３１の中心軸Ｌ２とのなす角θが例えば８５度となるように設定しても良い。ガス導入口３０の上流側にはガス導入手段である吸引部３２を介して、吸気口３３としてその先端部が開放されたフレキシブル管３４が設けられている。吸引部３２から吸気口３３に至るフレキシブル管３４は、有害ガスの発生場所や発生部位に吸気口３３を向けることができるように、容易にその位置や方向を変えることができる。吸引部３２としては、所望の体積の気体を搬送することの可能なものであれば特に制限はないが、この例では耐久性、取り扱いの容易性の面からブロアーを使用している。ガス吸気管３１、吸引部３２及びフレキシブル管３４は吸引手段６を構成している。

吸収塔１０の上部には、この吸収塔１０の内部において旋回流を形成するガスに対して吸収液４を吹き付けるための吸収液吹き付け部４０が設置されており、この吸収液吹き付け部４０には吸収液４の供給路である供給管４１が吸収塔１０の外部から吸収塔１０の側面を介して接続されている。吸収液吹き付け部４０は、この例では蓋体１２の下方に吸収塔１０の側面と排気管２０の外壁とによって区画される同一平面上のリング状の区域に均等間隔に設けられた一流体ノズルを２０個備えているが、その数や位置に制限は無く、吸収塔１０の内壁面や排気管２０の外壁面にも取り付けることができる。また、吸収液４を吹き付ける方法は二流体ノズルや、超音波振動子による噴霧法など、吸収塔１０の内部におけるガスの旋回流を損なうこと無く吸収液４を微細化して吹き付けることが可能な方法であれば特に制限は無い。また、この例では吸収液４を全てのノズルから均等にガスの旋回流に対して吹き付けるように、各ノズルにおける吸収液４の水圧が均等になるように吸収液吹き付け部４０と供給管４１とを接続しているが、これに制限されることはなく、例えばガス導入口３０付近のガス中の有害成分の濃度が高い区域では、吸収液４を多く吹き付けるように構成しても構わない。また、ノズルの吐出口は、ガスの旋回流の上限位置よりも少し高い位置に設定されている。吸収塔１０の内壁面と排気管２０の外壁面とによって区画されるリング状の区域（吸収塔１０の内部空間）においてガス導入口３０の高さレベルよりも下方側には、リング状の区域を塞ぐように多数の繊維状体からなる保水層１５が設けられており、ガス導入口３０と保水層１５との間のリング状の区域（詳しくはガス導入口３０より少し上方の区域も含まれる）は、旋回流形成空間をなしている。吸収塔１０の下面はその下方に設けられた貯水槽３に向けて開放されており、リング状区域における開放部分は吸収塔１０の排出口１４を形成している。従って、吸収塔１０の上部においてガスの旋回流に吹き付けられた吸収液４は、保水層１５の上に落下した後、保水層１５を構成する繊維を伝って徐々にこの保水層１５の下方に設けられた貯水槽３に落下する。

吸収塔１０の上部において吸収液４の吹き付けられたガスは、この排出口１４に設けられた保水層１５を通りこの吸収塔１０の内部から吸収塔１０の下方へ排出される。その際この多数の繊維状体からなる保水層１５を通ることにより吸収液４の表面積が増大して、この保水層１５を通過するガスと吸収液４とが接触して更に有害ガスの除去効果を高めることができる。この例では保水層１５を二重に設置しているが、その内部を通過する吸収液４及びガスの表面積を増加させることが可能であればこれに制限は無く、この保水層１５の空隙率や数、体積など、自由に設計することができる。

吸収塔１０の下方には吸収液４を貯め置く貯水槽３が設けられており、吸収塔１０はこの貯水槽３の蓋体５９に気密に連結されている。即ち、排出口１４からこの貯水槽３の上部に流入するガスの全量を排気管２０へ排出するために、吸収塔１０の下端と貯水槽３の上端とによって区画される領域はガスの漏洩が起こらないように蓋体５９によって気密に保たれている。

貯水槽３には、前述の排気管２０の下部を塞がない程度の充分な量の吸収液４が満たされている。吸収液４としては、水などの溶媒だけでも構わないが、有害ガスを効率的に回収するためには溶媒中に溶解成分を含んでいることが好ましい。吸収液４の量、種類及び濃度は、除去する有害ガスの量及び種類によって適宜決めることができる。

貯水槽３には内部から蓋体５９を通り蓋体５９の上方に繋がる中空管である補充管５０とフロートゲージ５１とが設けられている。補充管５０は吸収液４を貯水槽３に補充するためのものであり、有害ガスの除去装置１の運転中に吸収液４の補充を行うため補充管５０の上部を密閉するように設けられた蓋体５２を開放する際、排出口１４から貯水槽３の上部へ流入するガスがこの補充管５０から漏洩しないように、補充管５０の下端は吸収液４の液中に設けられており、貯水槽３の下面に近接する位置となっている。フロートゲージ５１は貯水槽３の外から貯水槽３の液面の高さを知ることができるように設けられており、貯水槽３の液面の高さにより、有害ガスの除去装置１の運転中であっても、前述の補充管５０から吸収液４の補充を行うことや、場合によっては吸収液４を吸い出すことができる。また、貯水槽３の蓋体５９には、吸収液４を廃棄する際に使用される排水口５６が設けられ、蓋体５７によって密閉されている。

貯水槽３の下部の側面には吸収液４を汲み上げるための汲み上げ管６０が設けられており、その下流端は、吸収塔１０の外部に設けられた前述の吸収液４の供給管４１に接続されている。汲み上げ管６０には貯水槽３側から順に、フィルターＦ、分岐管６２、及び送液ポンプ６３が設けられている。

分岐管６２には有害ガスの除去装置１の運転終了後など、貯水槽３より上流側に含まれる吸収液４を図示しない排出先へ排出するためのバルブＶが設けられている。これら汲み上げ管６０、フィルターＦ、及び送液ポンプ６３は吸収液４の循環手段５を構成している。吸引部３２及び送液ポンプ６３の制御は操作盤７において行うことができる。

この有害ガスの除去装置１は、図４に示すように車両７０例えばトラックで搬送可能な程度の大きさに集約されており、有害ガスの除去装置１を塩素ガスの発生や漏洩が検知された施設に近接させる際、その施設が遠方である場合には車両７０によってこの有害ガスの除去装置１を搬送することができる。このため、この有害ガスの除去装置１を複数の施設において共有することが可能であり、更に吸収液４を廃棄する際、遠方の廃棄施設まで搬送することができる。

次に上述の有害ガスの除去装置１の作用について説明する。

先ずバルブＶを閉じて貯水槽３に充分な量の吸収液４を満たす。この例では除去するガスは塩素ガスであり、中和を行うために２０重量％の水酸化ナトリウム水溶液が用いられる。この中和反応では除去する塩素ガスの量に対応して反応生成物、即ちＮａＣｌ、ＮａＣｌＯ、Ｈ２Ｏが発生するため、貯水槽３には液量の増加によって吸収液４の液面が排気管２０の下部に触れない量の吸収液を用意する。

そしてこの有害ガスの除去装置１を、塩素ガスの発生した施設に搬送して吸気口３３を塩素ガスの発生した部位に近接させる。その後操作盤７に設けられた送液ポンプ６３の電源を入れて、吸収液４が吸収塔１０の内部でスプレーされて、保水層１５から落下して吸収塔１０と貯水槽３との間で循環していることを確認した後、吸引部３２の電源を入れてガスの吸引を開始する。

ガス導入口３０におけるガスの導入方向は、リング状空間の接線方向となっているので、塩素ガスを含んだガスは吸引部３２によって吸収塔１０の内部へ導入され、吸収塔１０の内壁面と排気管２０の外壁面とによって区画されたリング状の流路を前述の通り幾重にも流れて、旋回流を形成して吸収液４を吹き付けられる。吸収液４を吹き付けられた塩素ガスは、吸収液４に吸収されて水素イオン（Ｈ+）と塩素イオン（Ｃｌ-）と次亜塩素イオン（ＣｌＯ-）とを生成する。この時生成した水素イオンは吸収液４中の水酸化物イオン（ＯＨ-）と反応して水と熱を生じるが、その熱は充分な量の吸収液４によって冷却されて吸収液４の温度上昇は抑えられる。また、この反応によって貯水槽３の水位は若干上昇するが、吸収液４の液面は排気管２０の下方に位置しており排気管２０の下面を塞ぐことはない。

吸収液４は、吸収塔１０の下部に設けられた保水層１５に落下して、その繊維状体を伝い吸収塔１０の下方に設けられた貯水槽３に落下する。また、吸収塔１０の内部において吸収液４を吹き付けられたガスは、吸収塔１０の下部に達して吸収液４で満たされた保水層１５を通る。この時吸収液４に吸収されずに僅かに残っていた塩素ガスは、保水層１５において吸収液４に吸収される。保水層１５を通過したガスはこの後貯水槽３の上部に達して排気管２０を通り、吸収塔１０の上方へ排出される。このガスに含まれている吸収液４のミストは、排気管２０の内部に設けられたフィルター２３により取り除かれて、その後液滴となって貯水槽３に落下する。

本発明では、吸収塔１０の内部にガスの旋回流を形成させることで、吸収塔１０の高さを低く抑えながら気液接触が行われるガスの流路を長くすることが可能であり、このガスの旋回流に吸収液４を吹き付けることによって効率良く有害ガスの除去を行うことができる。従って、吸収塔１０の高さを低くして装置の小型化、軽量化を図ることができるため、車両７０に搭載して移動型の設備として構成する上で好適である。移動型の設備とする場合には、車両７０に発電機を搭載しておくことにより、有害ガスの漏洩や発生が検知された現場に到着して直ぐにこの有害ガスの除去装置１を使用することができるし、また給電設備の無い場所においても対応できる。また、旋回流の形成領域として吸収塔１０の中央部はいわばデッドスペースに近い領域であり、この吸収塔１０の中央部に例えば吸収塔１０と同軸をなす排気管２０を設けるようにすれば、排気管２０の設置スペースを吸収塔１０内に収めることができるため、より装置の小型化を図ることができる。更に、このように排気管２０を配置することにより旋回流の形成領域はリング状となるため、径の大きな旋回流が吸収塔１０の下方に至るまで維持されてガスの流路は長くなることから、なお一層吸収塔１０の高さを低く抑えることができる。また、ガスをリング状の流路へ導入することによって、ガスは狭い流路を強制的に流されるため、気液の接触を増やすためにガスに大量の吸収液４を吹き付けたり、排出口１４に圧力損失となる保水層１５を設けたりしても、ガスは淀みを生じることなく旋回流を形成することができ、有害ガスを除去する効率を高めることができる。

ここで、実際にこの有害ガスの除去装置１を用いて塩素ガスを除去した時の結果について簡単に説明する。この時使用した吸収塔１０の内径は８００ｍｍであり、ガス導入口３０と保水層１５との間の旋回流形成空間の長さは２５０ｍｍであった。また、吸収塔１０の中心に縦方向に位置する排気管２０の外径は２５０ｍｍであった。有害ガスの除去装置１を運転して塩素ガスを除去する際、およそ１時間ごとに既述のサンプリングノズル２１によって吸収塔１０の上方に排出されるガスをサンプリングして、図示しない測定装置を用いて塩素の濃度を測定した結果、初期から１０時間後まで０．１ｐｐｍ以下であり基準値以下であった。また、塩素ガスの除去を開始してから１０時間後、吸収液の増加量から除去した塩素ガスの量を計算したところ、およそ２００ｋｇであることがわかった。

このリング状の流路は吸収塔１０の直径を大きくすればする程長くなるため、中央部に空洞を有するリング状の吸収塔１０を用いて、その中央部に排気管２０だけではなく、例えば送液ポンプ６３やガスの吸引部３２などを収納するようにした場合においても、装置の小型化とガスの流路の増加とが可能になる。

本発明の有害ガスの除去装置１に設けられた吸収塔１０は概略円筒形状であることが好ましいが、内部にガスの旋回流を形成可能であれば特にその形状に制限はなく、例えば円錐形状等、設置場所や装置の構成など装置の小型化に必要な条件を考慮して設計することができる。

また、本発明の有害ガスの除去装置１は、ガス中の有害ガスを除去することが可能であるが、その有害ガスとしては塩化水素や塩素ガスに限らず、吸収液に溶解するガスであれば特に制限は無く、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスや硫化水素（Ｈ２Ｓ）ガス等を除去することができる。更に吸収液に溶解することが可能であればこれらの有害ガスに限らず、乾式で回収した場合発火のおそれのある粉塵例えば鉄（Ｆｅ）やアルミニウム（Ａｌ）等を安全に除去することができる。

本発明の有害ガスの除去装置１は前述の通り車両７０によって移動可能としても良いし、据え付けて使用することもできる。

本発明の有害ガスの除去装置の一例を示す概略図である。上記の有害ガスの除去装置を示す平面図である。上記の有害ガスの除去装置における吸収塔の断面図である。上記の有害ガスの除去装置の構成の一例を示す縦断面図である。特許文献１に記載の有害ガスを除去する装置を示す概略図である。

符号の説明

１有害ガスの除去装置
２吸収部
３貯水槽
４吸収液
５循環手段
６吸引手段
１０吸収塔
１４排出口
１５保水層
２０排気管
３０ガス導入口
４０吸収液吹き付け部

Claims

車両に搭載されて有害ガスの発生区域に運ばれる、有害ガスを除去する有害ガスの除去装置であって、
平面で見た時に内周縁が円状となるように構成されると共に、当該内周縁に沿ってガスが旋回しながら下方に向かうリング状の旋回流形成空間を形成するために下面が開口する吸収塔と、
有害ガスを含むガスを前記吸収塔内に導入して前記旋回流形成空間にて旋回流を形成するために、当該吸収塔の側壁に接続されたガス導入路と、
このガス導入路から前記吸収塔内に導入されたガスを当該吸収塔の上方側に排出するために、上端開口縁が前記吸収塔の上方側に形成されると共に、下端開口縁が前記旋回流形成空間に下方側から連通するように、前記吸収塔の中央部に縦方向に配置された排気路と、
前記旋回流形成空間の上方側にて前記吸収塔の内縁と前記排気路の外縁との間を周方向に亘って気密に塞ぐ蓋体と、
前記吸収塔内に導入されたガスに対して吸収液を吹き付けるための吸収液吹き付け部と、
前記旋回流形成空間の下方側且つ前記排気路の下端開口縁よりも上方側に位置すると共に、前記吸収塔の内縁と前記排気路の外縁との間を周方向に亘って塞ぐように設けられ、吸収液を保水するための保水層と、
この保水層の下方側に設けられ、保水層を介して落下する吸収液を受けるための液受け部をなす貯水槽と、
有害ガスを含むガスを前記ガス導入路から吸収塔内に導入して前記排気路から排気するためのガス導入手段と、
貯水槽内の吸収液を吸収液吹き付け部に供給して循環させるための循環手段と、を備え、
吸収塔、ガス導入手段、貯水槽及び循環手段は車両に搭載されていることを特徴とする有害ガスの除去装置。