JP5777215B2 - Gas-liquid contactor and exhaust cleaning system and method - Google Patents

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Description

本発明は、「Two Phase Reactor」なる名称で2005年2月14日に提出された米国特許出願第11/057,539号(現在特許番号7,379,487号)の継続出願である「Two Phase Reactor」なる名称で2008年2月4日に提出された米国特許出願第12/012,568号の一部継続出願であり、「System for Gaseous Pollutant Removal」なる名称で2008年9月26日に提出された米国仮出願第61/100,564号、「Liquid Gas Contactor System and Method」なる名称で2008年9月26日に提出された米国仮出願第61/100,606号、「Liquid Gas Contactor and Effluent Cleaning System and Method」なる名称で2008年9月26日に提出された米国仮出願第61/100,591号の恩恵を請求しており、これら全ての開示全体をここに参照として組み込む。   The present invention is a continuation of “Two,” which is a continuation of US patent application Ser. No. 11 / 057,539 (currently No. 7,379,487) filed February 14, 2005 under the name “Two Phase Reactor”. This is a continuation-in-part of US Patent Application No. 12 / 012,568 filed February 4, 2008 under the name “Phase Reactor”, and named “System for Gaseous Pollutant Removal” on September 26, 2008. US Provisional Application No. 61 / 100,564, filed September 26, 2008, entitled “Liquid Gas Contactor System and Method”, “Liquid Gas Contactor System and Method” We claim the benefit of US Provisional Application No. 61 / 100,591, filed September 26, 2008 under the name “Contactor and Effluent Cleaning System and Method,” the entire disclosure of which is incorporated herein by reference. No.

本発明は、気液接触器および排気洗浄システムおよび方法に係り、より詳しくは、液体の高速補充時に、気液からの擾乱を最小限に抑えつつ、気流と液流との相互作用を最大化することのできる形状を有する均一間隔の複数のフラット液体ジェットを生成するノズルアレイに係る。   The present invention relates to gas-liquid contactors and exhaust cleaning systems and methods, and more particularly, to maximize the interaction between air and liquid while minimizing disturbance from gas and liquid during high-speed replenishment of liquid. The present invention relates to a nozzle array that generates a plurality of uniformly spaced flat liquid jets having shapes that can be made.

気体の液体への吸収は、様々な気液接触システムにおける重要な処理工程である。気流接触器は、気液反応装置としても知られており、表面反応装置および体積型反応装置に分類され、それぞれ液体表面とバルク液体内に2相間の界面表面積が形成される。回転ディスクおよび液体ジェット接触器等の表面気液反応装置には数多くの例が存在する。回転ディスク生成器とは、部分的に液体内に浸漬され、気流に曝されるディスク(ロータ)のことである。ロータの表面には溶液の薄膜が形成され、並流の試薬気流と接触する。ディスクを回転させて、液体試薬の気体との接触を新たにする。体積型気液反応装置では、気相がバルク液体内に細かい泡となって分散する。気泡の形状は球状であっても不規則形状であってもよく、気体スパージャにより液体へ導入される。気泡は、機械的に攪乱させて質量移動を促すことができる。   Absorption of gases into liquids is an important process step in various gas-liquid contact systems. Airflow contactors, also known as gas-liquid reactors, are classified as surface reactors and volume reactors, where an interfacial surface area between two phases is formed in the liquid surface and bulk liquid, respectively. There are many examples of surface gas-liquid reactors such as rotating disks and liquid jet contactors. A rotating disk generator is a disk (rotor) that is partially immersed in a liquid and exposed to an air stream. A thin film of solution is formed on the surface of the rotor and is in contact with a cocurrent flow of reagent. The disc is rotated to renew the contact of the liquid reagent with the gas. In the volume type gas-liquid reactor, the gas phase is dispersed as fine bubbles in the bulk liquid. The shape of the bubble may be spherical or irregular, and is introduced into the liquid by a gas sparger. Bubbles can be mechanically disturbed to facilitate mass transfer.

多くの気液接触システムでは、気体の液相へのトランスポート率は、バルク流体と気液界面との間の液相質量移動率k、界面表面積A、および濃度勾配ΔCにより制御される。従って気体の液体への吸収率の一般形は以下のように表される。

Figure 0005777215
ここで変数Φは反応装置の単位体積あたりの気体吸収率(モル/cm)であり、φは単位界面積あたりの平均吸収率であり(モル/cm)であり、aは、単位体積あたりの気液界面積(cm/cm、またはcm−1)であり、pおよびpiは、バルクガスおよび界面における試薬気体の分圧(バール)であり、C は、既存の気相濃度piで均衡点となるような液体側の濃度(モル/cm)であり、C(モル/cm)はバルク液体の溶解気体濃度の平均値であり、kおよびkは、それぞれ気体側および液体側の質量移動係数(cm/s)である。 In many gas-liquid contact systems, the transport rate of the gas to the liquid phase is controlled by the liquid phase mass transfer rate k, the interface surface area A, and the concentration gradient ΔC between the bulk fluid and the gas-liquid interface. Therefore, the general form of the absorption rate of the gas into the liquid is expressed as follows.
Figure 0005777215
Here, the variable Φ is the gas absorption rate per unit volume of the reactor (mol / cm 3 ), φ is the average absorption rate per unit interface area (mol / cm 2 ), and a is the unit volume. Gas-liquid interfacial area (cm 2 / cm 3 , or cm −1 ), p and pi are the partial pressure (bar) of the reagent gas at the bulk gas and the interface, and C L * is the existing gas phase The concentration on the liquid side (mole / cm 3 ) is the equilibrium point at the concentration pi, C L (mole / cm 3 ) is the average value of the dissolved gas concentration of the bulk liquid, and k G and k L are The mass transfer coefficients (cm / s) on the gas side and liquid side, respectively.

関連技術では、気体接触器システムにおける質量移動および比表面積を最大化するための多くの方法が存在している。主な方法には、気体スパージャ、湿式壁面噴流法、噴霧方式または微粒化(atomization)といったものがある。どの気液接触器を選択するかは、気流/液流、質量移動、および化学反応の性質といった反応条件に従って決定される。表1は、幾らかの関連技術における気液反応装置の様々な質量移動特性をまとめたものである。気体吸収率を最適化するためには、パラメータk、a、および(C −C)を最大化する必要がある。多くの気液反応システムでは、C の可溶性が非常に低いことから、濃度勾配の制御には制限がある。従って効率的な気液流れ反応装置の設計において第一義的なパラメータは、質量移動と、界面表面積の反応装置の体積に対する比率(比表面積としても知られている)とである。

Figure 0005777215
In the related art, there are many ways to maximize mass transfer and specific surface area in a gas contactor system. The main methods include gas sparger, wet wall jet method, spraying method or atomization. Which gas-liquid contactor is selected is determined according to reaction conditions such as air / liquid flow, mass transfer, and the nature of the chemical reaction. Table 1 summarizes various mass transfer characteristics of gas-liquid reactors in some related art. In order to optimize the gas absorption rate, it is necessary to maximize the parameters k L , a, and (C L * −C L ). In many gas-liquid reaction systems, the control of the concentration gradient is limited because the solubility of C L * is very low. Thus, the primary parameters in designing an efficient gas-liquid flow reactor are mass transfer and the ratio of interfacial surface area to reactor volume (also known as specific surface area).
Figure 0005777215

特性が界面接触面積に依存している気液接触装置は多い。例えば化学酸素ヨウ素レーザ(COIL)により、塩素ガス(Cl)および塩基性の(basic)過酸化水素(BHP)からなる化学燃料からレーザエネルギーが生成される。この反応から、COILに電力供給する一重項デルタ酸素が生じる。この技術は、Clガスと混合された液体BHPの円形ジェットを利用してこの一重項デルタ酸素を生成している。通常の生成器では、ジェットは350ミクロン以下のオーダの直径を有する。ジェットを生成するべく、液体BHPを高密度で孔を含むノズル板による圧力で押圧する。これにより、Clガスに接触する界面表面積が大きくなる。表面積が大きくなるほど、生成器は小さくなり、レーザキャビティに供給可能な励起酸素の歩留まりが高くなる。より小さくより密度高く充填されたジェットによって、比表面積は向上するが、これにより詰まりおよび破損を生じやすくもなる。詰まりは、塩素と、塩基性の過酸化水素との反応が、塩基性の過酸化水素を生成するときに利用されるアルカリ金属水酸化物の塩素の塩(chlorine salt)を生成するので重要な問題である。さらに詰まりによって、塩基性の過酸化水素のモル濃度範囲が制限を受け、一重項酸素の歩留まりおよびレーザ電力が低減する。COILシステムで最も重い元素がこの化学燃料である。燃料製造に内在する問題によって、COILレーザ全体の重量が増え、効率が減る。従って、現行の設計よりも効率が高く重量が少ないCOILレーザの提供が望まれている。 There are many gas-liquid contact devices whose characteristics depend on the interface contact area. For example, a chemical oxygen iodine laser (COIL) generates laser energy from a chemical fuel consisting of chlorine gas (Cl 2 ) and basic hydrogen peroxide (BHP). This reaction results in singlet delta oxygen that powers COIL. This technique utilizes a circular jet of liquid BHP mixed with Cl 2 gas to produce this singlet delta oxygen. In a typical generator, the jet has a diameter on the order of 350 microns or less. In order to generate a jet, liquid BHP is pressed with pressure by a nozzle plate having a high density and containing holes. This increases the interfacial surface area in contact with the Cl 2 gas. The larger the surface area, the smaller the generator and the higher the yield of excited oxygen that can be supplied to the laser cavity. Smaller, more densely packed jets increase specific surface area, but are also prone to clogging and breakage. Clogging is important because the reaction of chlorine with basic hydrogen peroxide produces a chlorine salt of an alkali metal hydroxide that is used to produce basic hydrogen peroxide. It is a problem. Further, the clogging limits the molar concentration range of basic hydrogen peroxide, reducing singlet oxygen yield and laser power. The heaviest element in the COIL system is this chemical fuel. Problems inherent in fuel production increase the overall weight of the COIL laser and reduce efficiency. Accordingly, it is desirable to provide a COIL laser that is more efficient and less weight than current designs.

別の例として、気液接触器は好気性発酵処理にも利用される。この好気性発酵における最重要試薬の一つが酸素である。その水溶液における溶解度は低いが、培養を維持するには高くすることが必要である。市販されている発酵装置(>10,000L)では、気泡分散を攪拌して、体積質量移動係数kLaを上げている。攪拌により、溶解した酸素はバルク流体全体を移動し、気泡の合体を破壊し、気泡を取り囲む境界層を低減させる。これらシステムにおける界面積は、反応装置内の気泡の数を上げて、気泡の直径を小さくすることにより上げることができる。しかし、微生物の酸素質量移動が、気泡の比較的小さい界面表面積および短い気泡の滞留時間(short bubble residence times)に制約を受けることには変わりはない。現在のスパージャシステム(気泡分散)では、体積質量移動係数kLaが約0.2/sと比較的小さいので、最大の界面表面積を生成でき、これら質量移動の制約を克服することのできる新たな方法の捻出が望まれている。 As another example, gas-liquid contactors are also used for aerobic fermentation processes. One of the most important reagents in this aerobic fermentation is oxygen. Its solubility in aqueous solution is low, but it needs to be high to maintain the culture. In a commercially available fermenter (> 10,000 L), the bubble dispersion is agitated to increase the volume mass transfer coefficient k La . By stirring, the dissolved oxygen moves through the bulk fluid, destroying the coalescence of bubbles and reducing the boundary layer surrounding the bubbles. The interfacial area in these systems can be increased by increasing the number of bubbles in the reactor and reducing the bubble diameter. However, the oxygen mass transfer of microorganisms is still constrained by the relatively small interfacial surface area of the bubbles and short bubble residence times. In the current sparger system (bubble dispersion), the volume mass transfer coefficient k La is relatively small at about 0.2 / s, so that a maximum interfacial surface area can be generated and a new one that can overcome these mass transfer restrictions There is a desire for a method.

工業利用可能なシステムの設計には、コストおよび効率の両面を考慮に入れる必要がある。従来の方法には、概してこれらの両面を満たすものがなかった。例えば従来の気液接触器の工業利用は、化学処理、工業的生物学的用途、汚染制御、あるいは動的なフローシステムにおいて気相の化学物質を液相と反応させる、または溶解させることが必要な類似した処理と決まっていた。   The design of industrially available systems needs to take into account both cost and efficiency. None of the conventional methods generally satisfy these two aspects. For example, industrial applications of conventional gas-liquid contactors require gas phase chemicals to react or dissolve with the liquid phase in chemical processing, industrial biological applications, pollution control, or dynamic flow systems. It was decided to be similar processing.

汚染制御を例にとると、対象化合物(1または複数)を湿式処理で除去するための標準的な方法は、流れる気相と180度反対方向に落ちる液相の微小な液滴を利用する逆流システムである。通常、重力を利用して、塔またはタワーの基部にある捕捉水だめ(capture sump)に液相を導入する。気相は、同じ塔またはタワーを流れる。次いでこの気相を捉えて、さらなる処理を受けさせたり大気に解放したりする。   Taking pollution control as an example, a standard method for removing target compound (s) by wet processing is a reverse flow that uses small droplets of a liquid phase that falls 180 degrees opposite to the flowing gas phase. System. Usually, gravity is used to introduce a liquid phase into a capture sump at the tower or base of the tower. The gas phase flows through the same tower or tower. This gas phase is then captured and further processed or released to the atmosphere.

より大きなスケールの化学処理を可能とするには、塔またはタワーの長さあるいは直径を所望の処理のサイズに直線的に比例するように調節する必要がある。現在の理論上の方法では、単位処理あたりの資本コストがサイズに直線的に比例していないので、単位処理あたりのサイズを増加させる、というものである。   To enable larger scale chemical processing, the length or diameter of the tower or tower needs to be adjusted to be linearly proportional to the size of the desired process. The current theoretical method is to increase the size per unit processing because the cost of capital per unit processing is not linearly proportional to the size.

標準的な逆流システムの別の欠点は、重力または噴霧/液滴の気液接触器で、重力の影響が液滴の浮力より大きくなるように気流の速度を十分遅くする必要があるということである。接触時間が長いために液体試薬の大部分が蒸発することとは無関係に、二次的な処理または解放の前にこの水蒸気の大部分を捕まえる必要がある。   Another disadvantage of standard backflow systems is that the velocity of the airflow needs to be slow enough so that the gravitational effect is greater than the buoyancy of the droplet in a gravity or spray / droplet gas-liquid contactor. is there. Regardless of the fact that most of the liquid reagent evaporates due to the long contact time, it is necessary to capture most of this water vapor before secondary processing or release.

従って、本発明は、関連技術に存在する制約および欠点による1以上の問題を実質的になくすことのできる気液接触器および排気洗浄システムおよび方法に係る。   Accordingly, the present invention is directed to a gas-liquid contactor and exhaust cleaning system and method that can substantially eliminate one or more problems due to limitations and disadvantages existing in the related art.

本発明の1つの利点は、大きな体積質量移動係数の提供、ひいては、システム全体で最小のポンプ機能しか要さずに小型の低圧ソーベント処理が可能となる、ということである。   One advantage of the present invention is that it provides a large volumetric mass transfer coefficient and thus enables a small low pressure sorbent process with minimal pumping capability required throughout the system.

本発明の別の利点は、関連技術より小さいシステムフットプリントの気液接触器を提供することができる点である。   Another advantage of the present invention is that it can provide a gas-liquid contactor with a smaller system footprint than the related art.

本発明のまた別の利点は、モジュール設計で気液接触器を提供することができる点である。   Another advantage of the present invention is that a gas-liquid contactor can be provided in a modular design.

本発明のまた別の利点は、フラットジェット(例えば薄型のフラット液体ジェット)の比表面積を向上させることで、気液反応装置の性能を向上させることができる点である。   Another advantage of the present invention is that the performance of the gas-liquid reactor can be improved by improving the specific surface area of a flat jet (for example, a thin flat liquid jet).

本発明の別の利点としては、小さいサイズ、フットプリント、工場サイズ、高い接触面積により、同じ反応および洗浄容量を有する従来のシステムよりもコストおよびサイトの影響が小さく、潜在的に品質およびユニット間の一貫性を高く保つことのできる可能性があることである。   Another advantage of the present invention is that due to its small size, footprint, factory size, and high contact area, there is less cost and site impact than conventional systems with the same reaction and wash capacity, potentially between quality and unit There is a possibility that it can be kept highly consistent.

本発明の別の特徴および利点のなかは、以下の記載に記載されるものもあれば、記載から部分的に明らかになるものもあり、本発明を実行する際にわかるものもある。本発明の目的および他の利点は、記載、請求項および添付図面に特に指摘する構造により実現および達成することができる。   Other features and advantages of the invention will be set forth in the description which follows, and in part will be apparent from the description, and may be learned when the invention is practiced. The objectives and other advantages of the invention may be realized and attained by the structure particularly pointed out in the written description and claims hereof as well as the appended drawings.

本発明の一実施形態は、気液接触モジュールに係る。気液接触モジュールは、液体入口、気体入口、および気体出口を含む。接触モジュールはさらに、液体入口と気体入口とに連通するノズルアレイを含む。ノズルアレイは、気流からの擾乱を最小限に抑える形状を有する均一間隔の複数のフラット液体ジェットを生成する。気液分離器は、気体の通過を実質的に阻みつつ、液体を通過させる。液体出口は、気液分離器と流体連通する。   One embodiment of the present invention relates to a gas-liquid contact module. The gas-liquid contact module includes a liquid inlet, a gas inlet, and a gas outlet. The contact module further includes a nozzle array in communication with the liquid inlet and the gas inlet. The nozzle array produces a plurality of uniformly spaced flat liquid jets having a shape that minimizes disturbance from the airflow. The gas-liquid separator allows the liquid to pass while substantially preventing the passage of the gas. The liquid outlet is in fluid communication with the gas-liquid separator.

本発明の別の実施形態は、気液接触器で気相分子を処理する方法に係る。方法は、各々が平面状の液体シートを含み、それぞれが実質的に平行な平面上に構成されている基本的に平面状の複数の液体ジェットを形成する段階を含む。さらに方法は、少なくとも1つの反応性または可溶性の気相分子を含む気体を供給する段階と、気相分子の少なくとも一部を、気相分子と複数の液体ジェットとの間の質量移動による相互作用により除去する、または反応させる段階とを備える。   Another embodiment of the invention relates to a method of processing gas phase molecules in a gas-liquid contactor. The method includes forming a plurality of essentially planar liquid jets, each including a planar liquid sheet, each configured on a substantially parallel plane. The method further includes providing a gas comprising at least one reactive or soluble gas phase molecule, and interacting at least a portion of the gas phase molecule with mass transfer between the gas phase molecule and the plurality of liquid jets. Removing or reacting with each other.

本発明のまた別の実施形態は、気液接触システムに係る。気液接触システムは、反応チャンバと、反応チャンバに連結された気体入口と、気体出口と、液体プレナムとを備える。ノズルアレイは、液体プレナムに連結され、各々が平面状の液体シートを含み、それぞれが実質的に平行な平面上に構成されている基本的に平面状の複数の液体ジェットを提供する。システムはさらに、反応チャンバに連結された気体流体分離器を備える。   Yet another embodiment of the invention relates to a gas-liquid contact system. The gas-liquid contact system includes a reaction chamber, a gas inlet connected to the reaction chamber, a gas outlet, and a liquid plenum. The nozzle array is coupled to a liquid plenum and provides a plurality of essentially planar liquid jets that each include a planar liquid sheet, each configured on a substantially parallel plane. The system further comprises a gas fluid separator coupled to the reaction chamber.

本発明のまた別の実施形態は、気液接触器に係る。気液接触器は、接触液体を供給する流体プレナムと、流体プレナムと連通して、流体プレナムから接触液体を受け取る接触チャンバとを備える。気体入口と出口は、接触チャンバと連通している。気液接触器のシステムは、約5秒−1から約250秒−1の範囲の体積質量移動係数を有する質量移動による相互作用を行う。 Yet another embodiment of the present invention relates to a gas-liquid contactor. The gas liquid contactor includes a fluid plenum for supplying contact liquid and a contact chamber in communication with the fluid plenum for receiving contact liquid from the fluid plenum. The gas inlet and outlet are in communication with the contact chamber. Gas-liquid contactor systems interact by mass transfer having a volumetric mass transfer coefficient in the range of about 5 sec- 1 to about 250 sec- 1 .

本発明のさらに別の実施形態は、気相分子処理システムに係る。気相分子処理システムは、気相分子処理に応じたサイズにすることが可能なように並列配置または直列配置とされる複数のモジュール型気液接触器を備える。   Yet another embodiment of the invention relates to a gas phase molecular processing system. The gas phase molecular processing system includes a plurality of modular gas-liquid contactors arranged in parallel or in series so as to be sized according to the gas phase molecular processing.

本発明の別の実施形態は、比表面積が向上したフラットジェット(例えば薄型のフラット液体ジェット)を利用して、気液反応器の性能を向上させる気液接触システムに係る。この実施形態では、非常に薄型のフラットジェットを生成する複数のオリフィスを含む剛性のノズル板が利用される。フラットジェットのオリフィスは、一構成においては、液体試薬源に取り付けられるV形状のチャンバを含む。フラットジェットのオリフィスは、V形状のチャンバの頂点に取り付けられる一対の対向する平面状の壁を含んでよい。フラットジェットノズルは、対向する平面状の壁の反対側の端部にV形状のチャンバとして取り付けられた円錐形のノズルを含んでよい。別の構成では、ジェットのオリフィスは、液体源チャンバに取り付けられた円形オリフィスを含んでよい。フラットジェットノズルは、円形のオリフィスと交差するV形状の溝を含むことで、長円形状のオリフィスを生成してもよい。フラットジェットのオリフィスは、気体源入口に対して垂直な、対向する、または平行な方向のいずれであってもよい。フラットジェットノズルの最小通路は、約250μmより大きくてよい。ノズルは、その幅が厚みよりも少なくとも10倍大きい液体フラットジェットを生成してよい。フラットジェットは、10μm以下の厚みというように薄型であってよく、1mmより大きな、またはこれより小さい間隔で分離されて、高充填ジェット密度(β=0.01)、大きな比表面積(約20cm−1)を達成することができる。これは、表1に見られる比表面積の値よりも約5から約10倍の大幅な向上である。薄型ジェットにより、より多くの液体が気流に曝されることとなり、従来の接触器よりも単位液体質量の流れに対する反応生成物の歩留まりが高くなる。 Another embodiment of the present invention relates to a gas-liquid contact system that improves the performance of a gas-liquid reactor by utilizing a flat jet (for example, a thin flat liquid jet) having an increased specific surface area. In this embodiment, a rigid nozzle plate is utilized that includes a plurality of orifices that produce a very thin flat jet. The flat jet orifice, in one configuration, includes a V-shaped chamber attached to a liquid reagent source. The flat jet orifice may include a pair of opposed planar walls attached to the apex of the V-shaped chamber. A flat jet nozzle may include a conical nozzle mounted as a V-shaped chamber at the opposite end of an opposing planar wall. In another configuration, the orifice of the jet may include a circular orifice attached to the liquid source chamber. The flat jet nozzle may include an oval orifice by including a V-shaped groove that intersects the circular orifice. The orifice of the flat jet may be in a direction perpendicular, opposite or parallel to the gas source inlet. The minimum passage of the flat jet nozzle may be greater than about 250 μm. The nozzle may produce a liquid flat jet whose width is at least 10 times greater than its thickness. The flat jet may be thin, such as a thickness of 10 μm or less, separated by a spacing greater than or less than 1 mm, with a high filling jet density (β = 0.01), a large specific surface area (approximately 20 cm − 1 ) can be achieved. This is a significant improvement of about 5 to about 10 times the specific surface area values found in Table 1. The thin jet exposes more liquid to the air stream, resulting in a higher yield of reaction products per unit liquid mass flow than conventional contactors.

本発明の別の実施形態は、比表面積が大きく、均一なジェット速度を有し、液体ジェットの気体の擾乱を最小限に抑えることのできる形状を有し、塩害や詰まりを生じないオリフィスを有し、横流、並流、逆流、および並列な流れの気体処理ストリーム内で動作する、密に均一間隔で設けられた複数の薄型フラットジェットストリームを生成する気液接触器の提供に係る。   Another embodiment of the present invention has an orifice that has a large specific surface area, a uniform jet velocity, a shape that can minimize gas turbulence in the liquid jet, and does not cause salt damage or clogging. And providing a gas-liquid contactor that produces a plurality of closely spaced, thin, flat jet streams that operate within a cross-flow, co-current, counter-flow, and parallel flow gas treatment stream.

本発明のまた別の実施形態は、向上したCOILに係る。COILは、塩素源用の入口と、BHP源用のフラットジェットノズルとを有する励起酸素生成チャンバを含む。ノズルは、約600μmより大きな長さという最小寸法を有し、大きな比表面積の薄型フラットジェットを生成する。光子生成チャンバは、励起酸素生成チャンバおよびヨウ素用の入口に連結された通路を有する。BHPオリフィスは、その厚みの少なくとも10倍の幅を有する塩基性の過酸化水素のフラットジェットを生成してよい。過酸化水素源は、単一の塩基または複数の塩基を利用する塩基性の過酸化水素であってよい。単一の塩基は、水酸化カリウムまたはいずれの水酸化アルカリであってもよい。ノズルは、第2の端部が円錐状のノズルに取り付けられた一対の平行且つ対向する板を有してよい。ノズルは、一対の平行且つ対向する板の第1の端部に連結された一対のV形状の板を有してよい。   Yet another embodiment of the invention relates to an improved COIL. The COIL includes an excited oxygen generation chamber having an inlet for a chlorine source and a flat jet nozzle for a BHP source. The nozzle has a minimum dimension of length greater than about 600 μm and produces a thin flat jet with a large specific surface area. The photon generation chamber has a passage connected to the excitation oxygen generation chamber and an inlet for iodine. The BHP orifice may produce a basic hydrogen peroxide flat jet having a width at least 10 times its thickness. The hydrogen peroxide source may be basic hydrogen peroxide utilizing a single base or multiple bases. The single base may be potassium hydroxide or any alkali hydroxide. The nozzle may have a pair of parallel and opposing plates with a second end attached to the conical nozzle. The nozzle may have a pair of V-shaped plates coupled to a first end of a pair of parallel and opposing plates.

本発明のまた別の実施形態は、過酸化水素源用の入口と、アルカリ(Li、Na、K)およびアルカリ土類(Mg、Ca)次亜塩素酸塩源用のフラットジェットノズルとを有する励起酸素生成チャンバを含む向上したCOILに係る。本実施形態の過酸化水素は気体である。ノズルは、約600μMより大きな長さという最小寸法を有し、大きな比表面積の薄型フラットジェットを生成する。光子生成チャンバは、励起酸素生成チャンバおよびヨウ素用の入口に連結された通路を有する。   Yet another embodiment of the invention has an inlet for a hydrogen peroxide source and a flat jet nozzle for alkaline (Li, Na, K) and alkaline earth (Mg, Ca) hypochlorite sources. An improved COIL that includes an excited oxygen generation chamber. The hydrogen peroxide in this embodiment is a gas. The nozzle has a minimum dimension of a length greater than about 600 μM and produces a thin flat jet with a large specific surface area. The photon generation chamber has a passage connected to the excitation oxygen generation chamber and an inlet for iodine.

本発明のまた別の実施形態は、酸素、CO、その他の栄養物または供給ガス、および、発酵媒体のフラットジェットを生成する複数のオリフィスを含むノズルを含む向上した発酵反応器に係る。 Another embodiment of the present invention, oxygen, CO 2, and other nutrients or feed gas, and, according to the fermentation reactor with improved includes a nozzle containing a plurality of orifices to produce a flat jet of the fermentation medium.

本発明の別の実施形態は、アンモニア、二酸化炭素、酸性ガス、硫化水素、または二酸化硫黄を液体接触により気体から分離する気体洗浄プロセスで利用する比表面積の大きなフラットジェット生成器を提供する。   Another embodiment of the invention provides a high specific surface area flat jet generator for use in a gas scrubbing process that separates ammonia, carbon dioxide, acid gas, hydrogen sulfide, or sulfur dioxide from a gas by liquid contact.

本発明のまた別の実施形態は、気液ジェット燃焼エンジンで利用される大きな比表面積の注入デバイスを提供する。   Yet another embodiment of the present invention provides a large specific surface area injection device utilized in a gas liquid jet combustion engine.

また別の実施形態は、高性能の気液接触器に係る。気液接触器は、接触液体を供給する流体プレナムを含む。気液接触器はさらに、流体プレナムと連通して、流体プレナムから接触液体を受け取る接触チャンバを含む。気液接触器はさらに、接触チャンバと連通すして気体を供給する気体入口と、接触チャンバに連通して気体を外部へ運ぶ気体出口とを含む。さらに気液接触器は、約1cm−1から約50cm−1の間の範囲の比表面積、および、約5Torr未満の気圧降下により特徴付けられる。 Another embodiment relates to a high performance gas-liquid contactor. The gas liquid contactor includes a fluid plenum that supplies the contact liquid. The gas liquid contactor further includes a contact chamber in communication with the fluid plenum and receiving contact liquid from the fluid plenum. The gas-liquid contactor further includes a gas inlet that communicates with the contact chamber and supplies gas, and a gas outlet that communicates with the contact chamber and carries gas to the outside. Further, the gas-liquid contactor is characterized by a specific surface area ranging between about 1 cm −1 and about 50 cm −1 and a pressure drop of less than about 5 Torr.

別の特徴としては、比表面積が約10cm−1から約20cm−1の間の範囲であってもよい。本実施形態の気液接触器の気圧降下は、約5Torrから約10Torrの範囲である。実施形態の1つの特徴としては、約15立方フィート未満の体積の反応器を通過する石炭燃焼電力プラント出力の反応器の気流体積が、一分あたり、且つ、プラント出力1モル重量(MW)あたり、実際の約2500立方フィートより大きい、あるいは、気体の流量の反応チャンバの体積に対する比率が、100分−1から1000分−1の範囲である、というものがある。別の特徴には、接触液体を接触チャンバに配置する液体駆動圧が、低圧である(例えば1平方インチ(psi)あたり50ポンド未満)である、というものがある。別の特徴には、液体駆動圧が、1平方インチ(psi)あたり約20ポンド未満である、というものがある。また別の特徴には、液体の混入が約99%なくなる、というものがある。また別の特徴には、接触液体を、フラット液体ジェットを生成する複数のノズルにより配置して、複数のノズルを、ジェットが複数の平行なジェットの行を生成するように配置されている、というものがある。別の特徴には、気体が、ジェットの行に対して平行に接触チャンバ内を流れる、というものがある。 Another feature may be that the specific surface area ranges between about 10 cm −1 and about 20 cm −1 . The pressure drop of the gas-liquid contactor of the present embodiment ranges from about 5 Torr to about 10 Torr. One feature of the embodiment is that the airflow volume of the coal-fired power plant output reactor passing through a reactor volume less than about 15 cubic feet per minute and per mole output (MW) of plant output. Some are greater than about 2500 cubic feet in actuality, or the ratio of gas flow rate to reaction chamber volume ranges from 100 min −1 to 1000 min −1 . Another feature is that the liquid drive pressure that places the contact liquid in the contact chamber is low (eg, less than 50 pounds per square inch (psi)). Another feature is that the liquid drive pressure is less than about 20 pounds per square inch (psi). Another feature is that about 99% of the liquid is eliminated. Another feature is that the contact liquid is arranged by a plurality of nozzles that generate a flat liquid jet, and the plurality of nozzles are arranged so that the jet generates a plurality of parallel jet rows. There is something. Another feature is that the gas flows in the contact chamber parallel to the rows of jets.

本発明の別の実施形態は、気体を液体と接触させる方法に係る。本方法は、接触液体を供給する流体プレナムを含む気液接触器を提供する段階と、流体プレナムと連通し、流体プレナムから接触液体を受け取る接触チャンバを提供する段階とを備える。接触チャンバは、接触チャンバと連通して、気体を提供する気体入口と、接触チャンバと連通して気体を外部に運ぶ気体出口とを含む。気液接触器は、約1cm−1から約50cm−1の間の範囲の比表面積に特徴付けられる。気体は、接触器の1線形フィートの気流について約0.05psi未満の圧力降下で駆動される。 Another embodiment of the invention relates to a method of contacting a gas with a liquid. The method includes providing a gas-liquid contactor that includes a fluid plenum for supplying contact liquid, and providing a contact chamber in communication with the fluid plenum and receiving contact liquid from the fluid plenum. The contact chamber includes a gas inlet that communicates with the contact chamber and provides a gas, and a gas outlet that communicates with the contact chamber and carries the gas to the outside. The gas-liquid contactor is characterized by a specific surface area ranging between about 1 cm −1 and about 50 cm −1 . The gas is driven with a pressure drop of less than about 0.05 psi for one linear foot of air in the contactor.

別の特徴には、比表面積が約10cm−1から約20cm−1の間の範囲である、というものがある。別の特徴は、接触液体を接触チャンバに、1平方インチあたり約20ポンド未満の圧力で駆動する方法に係る。別の特徴としては、液体の混入が約99%なくなる、というものがある。別の特徴としては、接触液体を、フラット液体ジェットを生成する複数のノズルにより配置して、複数のノズルを、ノズルが複数の平行なジェットの行を生成するように配置されている、というものがある。別の特徴には、気体が、ジェットのシートに対して平行に接触チャンバ内を流れる、というものがある。 Another feature is that the specific surface area ranges between about 10 cm −1 and about 20 cm −1 . Another feature relates to a method of driving contact liquid into a contact chamber at a pressure of less than about 20 pounds per square inch. Another feature is that about 99% of the liquid is eliminated. Another feature is that the contact liquid is arranged by a plurality of nozzles that generate a flat liquid jet, and the plurality of nozzles are arranged such that the nozzles generate a plurality of parallel jet rows. There is. Another feature is that the gas flows in the contact chamber parallel to the jet sheet.

本発明の別の実施形態は、基本的に平面状の複数の液体ジェットを含む気液接触器に係り、これらの複数の液体ジェットの各々は平面状の液体シートを含み、これらの複数の液体ジェットはそれぞれ平行な平面上に配置されている。平面状の複数の液体ジェットを収容する接触チャンバは、気体の流れを定義する入力および出力を有する。1つの特徴として、平面状のシートの厚みが、約10μmから約1000μmの範囲である、というものがある。別の特徴として、厚みは、約10μmから約100μmの範囲であってもよい。別の特徴としては、厚みが約10μmから約50μmの範囲であってもよい。別の特徴としては、平面状の液体シートの各々が、隣接する平面状のシートから、単一行では10μm以上の距離離れており、隣接するノズル行の間では約2cm未満離れている、というものがある。別の特徴としては、気液接触器が、複数の液体ジェットを生成する複数のノズルを含むが、他の幾何学構成も利用可能である。別の特徴としては、複数のノズルの各々が実質的に楕円形状の出口を有する、というものがある。別の特徴として、複数のノズルが一枚の板の上に配置されてもよい。別の特徴として、複数のノズルが板の上に、気体をフラット液体ジェットの平坦な面に平行に流すよう、配置されてもよい。別の特徴として、複数のノズルが、ノズルアレイおよび液体ジェットを形成する複数の行として配置されてもよい。別の特徴として、気液接触モジュールは、アンチスプラッシュグリッドを含んでよい。別の特徴として、アンチスプラッシュグリッドの複数の部材に角度を付けて、接触チャンバを通った後の液体の流れを助けるようにしてもよい。別の特徴として、気液接触モジュールはデミスターを含んでよい。   Another embodiment of the invention relates to a gas-liquid contactor comprising a plurality of essentially planar liquid jets, each of these plurality of liquid jets comprising a planar liquid sheet, wherein these plurality of liquids. The jets are arranged on parallel planes. A contact chamber containing a plurality of planar liquid jets has an input and an output defining a gas flow. One feature is that the thickness of the planar sheet ranges from about 10 μm to about 1000 μm. As another feature, the thickness may range from about 10 μm to about 100 μm. Another feature may be a thickness in the range of about 10 μm to about 50 μm. Another feature is that each planar liquid sheet is separated from adjacent planar sheets by a distance of 10 μm or more in a single row and less than about 2 cm between adjacent nozzle rows. There is. Another feature is that the gas-liquid contactor includes a plurality of nozzles that generate a plurality of liquid jets, although other geometric configurations may be utilized. Another feature is that each of the plurality of nozzles has a substantially elliptical outlet. As another feature, a plurality of nozzles may be disposed on a single plate. As another feature, a plurality of nozzles may be arranged on the plate to allow gas to flow parallel to the flat surface of the flat liquid jet. As another feature, the plurality of nozzles may be arranged as a plurality of rows forming a nozzle array and a liquid jet. As another feature, the gas-liquid contact module may include an anti-splash grid. As another feature, the anti-splash grid members may be angled to assist in the flow of liquid after passing through the contact chamber. As another feature, the gas-liquid contact module may include a demister.

本発明のまた別の実施形態は、フラット液体ジェットを生成するノズルに係り、ノズルはノズルを収容する板を含んでよい。実施形態はさらに、V形状の横断面を有するノズルの流体入口孔と、横断面が円錐形の出口を有するノズルの流体出口孔とを含む。1つの特徴として、流体出口孔の最も狭い孔が、流体出口孔の最も狭い孔と係合して、ノズルの最も狭い孔を形成する、というものがある。別の特徴として、ノズルの最も狭い孔が、約600μmより大きくてよい。別の特徴として、流体出口孔の基部が、実質的に長円形であってよい。   Yet another embodiment of the invention relates to a nozzle that produces a flat liquid jet, which may include a plate that houses the nozzle. Embodiments further include a nozzle fluid inlet hole having a V-shaped cross section and a nozzle fluid outlet hole having a conical outlet in cross section. One feature is that the narrowest hole of the fluid outlet hole engages with the narrowest hole of the fluid outlet hole to form the narrowest hole of the nozzle. Another feature is that the narrowest hole of the nozzle may be larger than about 600 μm. As another feature, the base of the fluid outlet hole may be substantially oval.

本発明のまた別の実施形態は、実質的にV形状のチャネルを含み、複数のノズル用の流体入口孔を形成する薄型フラット液体ジェットを生成する複数のノズルに係る。実施形態はさらに、チャネル内の複数の流体出口孔を含み、流体出口孔は、円錐形の横断面を有する。別の特徴として、複数の流体出口孔が楕円形状であってよい。1つの特徴は、円錐形の横断面および複数のノズルのうち最も狭い孔が600μmより大きくてよい。   Yet another embodiment of the present invention relates to a plurality of nozzles that produce a thin flat liquid jet that includes a substantially V-shaped channel and forms fluid inlet holes for the plurality of nozzles. Embodiments further include a plurality of fluid outlet holes in the channel, the fluid outlet holes having a conical cross section. As another feature, the plurality of fluid outlet holes may be elliptical. One feature may be that the conical cross section and the narrowest hole of the plurality of nozzles is larger than 600 μm.

本実施形態のまた別の実施形態は、溶媒を噴霧するための複数のノズル板を含む排気処理システムに係る。複数のノズル板の各々は複数のノズルを有する。本発明はさらに、燃焼排ガスを洗浄して、複数のノズル板を収容する洗浄ユニットを含む。1つの特徴として、複数のノズルがフラット液体ジェットのアレイを生成してよい。別の特徴として、複数のフラット液体ジェットが、燃焼排ガスの流れに対して平行であってよい。別の特徴として、複数のフラット液体ジェットが行として配置されていてよい。別の特徴として、システムは燃焼排ガス冷却器を備えてよい。別の特徴として、システムは燃焼排ガスヒータを備えてよい。別の特徴として、システムは第2の洗浄ユニットを備えてよい。別の特徴として、洗浄ユニットは気液流体分離器を備えてよい。別の特徴としてシステムは、溶媒を洗浄ユニットおよび複数のノズルへとポンプする溶媒ポンプを含んでよい。別の特徴としてシステムは、洗浄ユニットを通過した溶媒を収集する溶媒捕捉タンクを含んでよい。別の特徴として、複数のノズル板が洗浄ユニットから取り外し可能であってよい。   Yet another embodiment of the present embodiment relates to an exhaust treatment system that includes a plurality of nozzle plates for spraying a solvent. Each of the plurality of nozzle plates has a plurality of nozzles. The present invention further includes a cleaning unit that cleans the combustion exhaust gas and accommodates a plurality of nozzle plates. As one feature, multiple nozzles may produce an array of flat liquid jets. As another feature, the plurality of flat liquid jets may be parallel to the flue gas flow. As another feature, a plurality of flat liquid jets may be arranged in rows. As another feature, the system may include a flue gas cooler. As another feature, the system may include a flue gas heater. As another feature, the system may include a second cleaning unit. As another feature, the cleaning unit may comprise a gas-liquid fluid separator. As another feature, the system may include a solvent pump that pumps solvent to the wash unit and a plurality of nozzles. As another feature, the system may include a solvent capture tank that collects the solvent that has passed through the wash unit. As another feature, the plurality of nozzle plates may be removable from the cleaning unit.

本発明の別の実施形態は、溶媒を噴霧する複数のノズルを含む排気処理システムに係る。実施形態はさらに、燃焼排ガスを洗浄して、複数のノズル板を収容する洗浄ユニットを含む。1つの特徴として、複数のノズルがフラット液体ジェットを生成してよい。別の特徴として、複数のフラット液体ジェットが、気体の流れに対して平行であってよい。別の特徴として、複数のフラット液体ジェットが行として配置されていてよい。   Another embodiment of the invention is directed to an exhaust treatment system that includes a plurality of nozzles for spraying a solvent. The embodiment further includes a cleaning unit that cleans the combustion exhaust gas and accommodates a plurality of nozzle plates. As one feature, multiple nozzles may generate a flat liquid jet. As another feature, the plurality of flat liquid jets may be parallel to the gas flow. As another feature, a plurality of flat liquid jets may be arranged in rows.

本発明のまた別の実施形態は、液体を気体と接触させる方法に係る。方法は、複数のフラット液体ジェットを接触チャンバ内に形成し、複数のフラット液体ジェットに平行な気体の流れを形成する液体入口点を含む接触チャンバを提供する。1つの特徴として、液体入口点が、複数のノズルを収容する板を含む、というものがある。別の特徴として、複数のノズルは、U形状の横断面を有する流体入口孔と、横断面が円錐状の出口を有するノズルの流体出口孔とを含んでよい。別の特徴として方法はさらに、複数の液体ジェットを複数の行として構成してよい。   Yet another embodiment of the invention relates to a method of contacting a liquid with a gas. The method provides a contact chamber that includes a liquid inlet point that forms a plurality of flat liquid jets in the contact chamber and forms a gas flow parallel to the plurality of flat liquid jets. One feature is that the liquid entry point includes a plate containing a plurality of nozzles. As another feature, the plurality of nozzles may include a fluid inlet hole having a U-shaped cross section and a fluid outlet hole of a nozzle having a conical outlet in cross section. As another feature, the method may further configure the plurality of liquid jets as a plurality of rows.

本発明のまた別の実施形態は、接触液体を供給する流体プレナムと、流体プレナムと連通して、流体プレナムから接触液体を受け取る接触チャンバと、接触チャンバに連通して気体を供給する気体入口と、接触チャンバに連通して気体を外部へ運ぶ気体出口とを有する気液接触器に係る。接触チャンバの比表面積は、比表面積が約10cm−1から約20cm−1の間の範囲であり、接触チャンバの液体側の体積質量移動係数は約0.02cm/sより大きい。1つの特徴として、液体側の質量移動係数は約0.1cm/sより大きい。別の特徴として、液体側の質量移動係数は、約1cm/sより大きい。別の特徴として、液体側の質量移動係数は、約10cm/sより大きい。別の特徴として、液体側の質量移動係数は、約25cm/sより大きい。別の特徴として、液体側の質量移動係数は、約50cm/s以下である。 Yet another embodiment of the present invention includes a fluid plenum for supplying contact liquid, a contact chamber in communication with the fluid plenum for receiving contact liquid from the fluid plenum, and a gas inlet in communication with the contact chamber for supplying gas. And a gas-liquid contactor having a gas outlet communicating with the contact chamber and carrying gas to the outside. The specific surface area of the contact chamber ranges from about 10 cm −1 to about 20 cm −1 and the volume mass transfer coefficient on the liquid side of the contact chamber is greater than about 0.02 cm / s. As one feature, the liquid side mass transfer coefficient is greater than about 0.1 cm / s. As another feature, the liquid side mass transfer coefficient is greater than about 1 cm / s. As another feature, the liquid side mass transfer coefficient is greater than about 10 cm / s. As another feature, the liquid side mass transfer coefficient is greater than about 25 cm / s. Another feature is that the liquid side mass transfer coefficient is about 50 cm / s or less.

別の実施形態は、接触液体を供給する流体プレナムと、流体プレナムと連通して、流体プレナムから接触液体を受け取る接触チャンバと、接触チャンバに連通して気体を供給する気体入口と、接触チャンバに連通して気体を外部へ運ぶ気体出口とを有する気液接触器に係る。比表面積は約10cm−1から約20cm−1の間の範囲であり、体積質量移動係数は約0.2cm/sより大きい。1つの特徴として、体積質量移動係数は約1秒−1より大きい。別の特徴として、体積質量移動係数は、約10秒−1より大きい。別の特徴として、体積質量移動係数は、約100秒−1より大きい。別の特徴として、体積質量移動係数は、約1000秒−1より大きい。別の特徴として、体積質量移動係数は、約2500秒−1未満である。 Another embodiment includes a fluid plenum for supplying contact liquid, a contact chamber in communication with the fluid plenum for receiving contact liquid from the fluid plenum, a gas inlet in communication with the contact chamber for supplying gas, and a contact chamber The present invention relates to a gas-liquid contactor having a gas outlet communicating and carrying gas to the outside. The specific surface area ranges between about 10 cm −1 to about 20 cm −1 and the volume mass transfer coefficient is greater than about 0.2 cm / s. As one feature, the volume mass transfer coefficient is greater than about 1 sec −1. Another feature is that the volume mass transfer coefficient is greater than about 10 seconds −1. Another feature is that the volume mass transfer coefficient is greater than about 100 sec-1. Another feature is that the volume mass transfer coefficient is greater than about 1000 sec-1. Another feature is that the volume mass transfer coefficient is less than about 2500 sec-1.

また別の実施形態は、接触液体を供給する流体プレナムを含む気液接触器に係る。接触器はさらに、複数のフラット液体ジェットを生成する流体プレナムと流体連通する複数のノズルを含む。接触器は、流体プレナムと連通して、流体プレナムから複数のノズルを介して接触液体を受け取るチャンバを含む。気体入口は、接触チャンバと連通して気体を供給し、気体出口は、接触チャンバと連通しており気体を外部に運ぶ。1つの特徴として、ジェットの長さのジェットの幅に対する比率が約10:1である。別の特徴として、ジェットの長さのジェットの幅に対する比率が約8:1より大きく、約12:1未満である。別の特徴として、ジェットの長さのジェットの幅に対する比率が約10:1より大きい。別の特徴として、複数のフラット液体ジェットの各々は、約10μmから約100μmの厚みを有する。別の特徴として、複数のフラット液体ジェットの各々におけるジェットの長さは、概して約5cmより大きく、約30cmより小さい。別の特徴として、複数のフラット液体ジェットのジェット速度は約10m/sである。   Yet another embodiment relates to a gas-liquid contactor that includes a fluid plenum for supplying contact liquid. The contactor further includes a plurality of nozzles in fluid communication with a fluid plenum that generates a plurality of flat liquid jets. The contactor includes a chamber in communication with the fluid plenum and receiving contact liquid from the fluid plenum via a plurality of nozzles. The gas inlet communicates with the contact chamber to supply gas, and the gas outlet communicates with the contact chamber and carries the gas to the outside. As one feature, the ratio of jet length to jet width is about 10: 1. Another feature is that the ratio of jet length to jet width is greater than about 8: 1 and less than about 12: 1. Another feature is that the ratio of jet length to jet width is greater than about 10: 1. As another feature, each of the plurality of flat liquid jets has a thickness of about 10 μm to about 100 μm. Another feature is that the jet length in each of the plurality of flat liquid jets is generally greater than about 5 cm and less than about 30 cm. Another feature is that the jet velocity of the plurality of flat liquid jets is about 10 m / s.

また別の実施形態は、高性能の気液接触器に係る。気液接触器は、接触液体を供給する流体プレナムを含む。接触器は、流体プレナムに連通して、流体プレナムから接触液体を受け取る接触チャンバを含む。気体入口は、接触チャンバと連通して気体を供給し、気体出口は、接触チャンバと連通しており気体を外部に運ぶ。気液接触器は、約1cm−1から約50cm−1の間の範囲という向上した比表面積、および、約5Torr(または、1psig)未満の非常に低い気圧降下により特徴付けられる。別の特徴として、この非常に低い気圧降下は、線形気液接触器の接触距離について約0.05psi未満である。別の特徴として、この非常に低い気圧降下は、気体ヒータ、気体冷却器、およびデミスターを含む気液接触システム全体について約1psi未満である。別の特徴として、接触液体が、液体が複数のノズルを流れるときにフラット液体ジェットを生成する複数のノズルにより配置され、この複数のノズルは、複数の平行のジェット行が形成されるように配置されている。別の特徴としては、気体がジェットの行に対して平行に接触チャンバ内を流れる。 Another embodiment relates to a high performance gas-liquid contactor. The gas liquid contactor includes a fluid plenum that supplies the contact liquid. The contactor includes a contact chamber in communication with the fluid plenum and receiving contact liquid from the fluid plenum. The gas inlet communicates with the contact chamber to supply gas, and the gas outlet communicates with the contact chamber and carries the gas to the outside. Gas-liquid contactors are characterized by an improved specific surface area ranging between about 1 cm −1 and about 50 cm −1 and a very low pressure drop of less than about 5 Torr (or 1 psig). As another feature, this very low pressure drop is less than about 0.05 psi for the contact distance of a linear gas-liquid contactor. As another feature, this very low pressure drop is less than about 1 psi for the entire gas-liquid contact system including gas heaters, gas coolers, and demisters. Another feature is that the contact liquid is arranged by a plurality of nozzles that generate a flat liquid jet when the liquid flows through the plurality of nozzles, the plurality of nozzles being arranged to form a plurality of parallel jet rows Has been. Another feature is that the gas flows in the contact chamber parallel to the jet rows.

別の実施形態は、高性能の気液接触器に係る。気液接触器は、接触液体を供給する流体プレナムを含む。気液接触器は、流体プレナムと連通して、流体プレナムから接触液体を受け取る接触チャンバを含む。気体入口は、接触チャンバと連通して気体を供給し、気体出口は、接触チャンバに連通して気体を外部へ運ぶ。気液接触器は、約1cm−1から約50cm−1の間の範囲という向上した比表面積により特徴付けられ、接触液体を接触チャンバに配置する液体駆動圧が、約15psi未満である。1つの特徴は、接触液体を接触チャンバに配置する液体駆動圧が、10psiであることである。別の特徴として、接触液体が、液体が複数のノズルを流れるときにフラット液体ジェットを生成する複数のノズルにより配置され、この複数のノズルは、ジェットが複数のジェットの行を形成するように配置されている。別の特徴としては、気体が、ジェットの行と平行に接触チャンバ内を流れることである。 Another embodiment relates to a high performance gas-liquid contactor. The gas liquid contactor includes a fluid plenum that supplies the contact liquid. The gas liquid contactor includes a contact chamber in communication with the fluid plenum and receiving contact liquid from the fluid plenum. The gas inlet communicates with the contact chamber to supply gas, and the gas outlet communicates with the contact chamber to carry the gas to the outside. The gas-liquid contactor is characterized by an improved specific surface area ranging between about 1 cm −1 and about 50 cm −1 and the liquid driving pressure for placing the contact liquid in the contact chamber is less than about 15 psi. One feature is that the liquid drive pressure that places the contact liquid in the contact chamber is 10 psi. Another feature is that the contact liquid is arranged by a plurality of nozzles that generate a flat liquid jet as the liquid flows through the plurality of nozzles, the plurality of nozzles arranged so that the jet forms a plurality of jet rows Has been. Another feature is that the gas flows in the contact chamber parallel to the jet rows.

本発明のまた別の実施形態は、高性能の気液接触モジュールに係る。モジュールは、接触液体を供給する流体プレナムと、流体プレナムに連通して流体プレナムから接触液体を受け取る接触チャンバとを含む。気体入口は、接触チャンバと連通して気体を供給し、気体出口は、接触チャンバに連通して気体を外部へ運ぶ。気液接触器は、汚染物質除去率が百分率で約80%を超える値である点に特徴付けられる。1つの特徴として、接触器体積が約0.5m3未満であることが挙げられる。別の特徴としては、汚染物質除去率が百分率で約90%を超える。別の特徴としては、汚染物質除去率が百分率で約95%を超える。別の特徴としては、汚染物質除去率が百分率で約99%である。別の特徴として、統合されたシステムを必要に応じた大きさにするべく複数のモジュール型気液接触器を並列に配置可能に設計した点が挙げられる。別の特徴として、複数のモジュール型気液接触器を垂直に配置した点が挙げられる。別の特徴として、複数のモジュール型気液接触器を水平に配置した点が挙げられる。別の特徴として、複数のモジュール型気液接触器を直列に配置した点が挙げられる。別の特徴として、システムの寄生負荷を約5%未満にしてよい。別の特徴として、システムの寄生負荷を約1%未満にしてよい。別の特徴として、SO等の汚染物質の洗浄除去率が百分率で約90%より大きくてよい。別の特徴として、SO等の汚染物質の洗浄除去率が百分率で約95%より大きくてよい。別の特徴として、SO等の汚染物質の洗浄除去率が百分率で約99%より大きくてよい。 Yet another embodiment of the present invention relates to a high performance gas-liquid contact module. The module includes a fluid plenum that supplies a contact liquid and a contact chamber that communicates with the fluid plenum and receives the contact liquid from the fluid plenum. The gas inlet communicates with the contact chamber to supply gas, and the gas outlet communicates with the contact chamber to carry the gas to the outside. The gas-liquid contactor is characterized in that the contaminant removal rate is a value greater than about 80% in percentage. One feature is that the contactor volume is less than about 0.5 m3. Another feature is that the contaminant removal rate is greater than about 90% as a percentage. Another feature is that the contaminant removal rate is greater than about 95%. Another feature is that the contaminant removal rate is about 99% as a percentage. Another feature is that a plurality of modular gas-liquid contactors are designed to be arranged in parallel so that the integrated system can be sized as required. Another feature is that a plurality of modular gas-liquid contactors are arranged vertically. Another feature is that a plurality of modular gas-liquid contactors are arranged horizontally. Another feature is that a plurality of modular gas-liquid contactors are arranged in series. Another feature is that the system parasitic load may be less than about 5%. Another feature is that the system parasitic load may be less than about 1%. As another feature, the cleaning removal rate of contaminants such as SO 2 may be greater than about 90% in percentage. Another feature is that the cleaning removal rate of contaminants such as SO 2 may be greater than about 95%. As another feature, the cleaning removal rate of contaminants such as SO 2 may be greater than about 99% in percentage.

また別の実施形態は、複数の組み合わせられたフィーチャを含む気液接触モジュールに係る。モジュールは、接触モジュールに反応性の、または溶解能力のある液体を提供する液体入口を含む。さらに、反応性の気体または気体溶質または気相の反応物質に接触モジュールを通過させる導管を提供する気体入口および出口を含む。流体の接触器を介した供給は、液体入口に液体連通しているノズルアレイにより行われ、このノズルアレイは、接触器を流れる気体からの擾乱を最小限に抑えることのできる形状を有する均一間隔の複数のフラット液体ジェットを生成する。これら液体ジェットノズルから接触器チャンバを横断するように、気体の通過を実質的に阻みつつ液体を通過させる気液分離器が配置され、これが液体出口と液体接触している。   Yet another embodiment relates to a gas-liquid contact module that includes a plurality of combined features. The module includes a liquid inlet that provides a reactive or soluble liquid to the contact module. In addition, it includes gas inlets and outlets that provide a conduit for the reactive gas or gas solute or gas phase reactant to pass through the contact module. The supply of fluid through the contactor is performed by a nozzle array in liquid communication with the liquid inlet, the nozzle array having a uniform spacing with a shape that can minimize disturbance from the gas flowing through the contactor. Producing a plurality of flat liquid jets. A gas-liquid separator is disposed across the contactor chamber from the liquid jet nozzles to allow liquid to pass while substantially preventing gas from passing through, and is in liquid contact with the liquid outlet.

本発明の別の実施形態は、気液接触器で気相分子を処理する方法に係る。方法は、各々が平面状の液体シートを含み、基本的に平面状の複数の液体ジェットを含む。複数の液体ジェットは、それぞれが実質的に平行な平面上に構成されている。方法はさらに、少なくとも1つの反応性または可溶性の気相分子を含む気体を供給するこの方法では、気相分子と複数の液体ジェットとの間の質量移動による相互作用により、気相分子の少なくとも一部が除去される。   Another embodiment of the invention relates to a method of processing gas phase molecules in a gas-liquid contactor. The method includes a plurality of liquid jets that are basically planar, each including a planar liquid sheet. Each of the plurality of liquid jets is configured on a substantially parallel plane. The method further comprises supplying a gas comprising at least one reactive or soluble gas phase molecule, wherein at least one of the gas phase molecules is due to an interaction by mass transfer between the gas phase molecule and the plurality of liquid jets. Part is removed.

本発明のまた別の実施形態は、複数の組み合わせられたサブシステムを含む気相接触システムに係る。これらの組み合わせられたサブシステムは、反応チャンバ、反応チャンバに連結された気体入口、反応チャンバに連結された気体出口、反応チャンバに連結された液体プレナム、液体プレナムに連結されたノズルアレイ、および、反応チャンバに連結された気体流体分離器を含む。ノズルアレイは、基本的に平面状の液体ジェットを提供する。さらに、各液体ジェットは、平面状の液体シートを含み、これらジェットは、それぞれ実質的に平行な平面に基本的に配置される複数の液体ジェットとして配置される。   Yet another embodiment of the invention relates to a gas phase contact system that includes a plurality of combined subsystems. These combined subsystems include a reaction chamber, a gas inlet connected to the reaction chamber, a gas outlet connected to the reaction chamber, a liquid plenum connected to the reaction chamber, a nozzle array connected to the liquid plenum, and A gas fluid separator coupled to the reaction chamber. The nozzle array provides a basically planar liquid jet. Further, each liquid jet includes a planar liquid sheet, which are arranged as a plurality of liquid jets that are each basically arranged in a substantially parallel plane.

本発明の別の実施形態は、流体プレナムが接触液体を接触チャンバに供給する気液接触器に係る。第2の特徴は、接触チャンバが流体プレナムと連通しており、自身が流体プレナムから接触液体を受け取ることである。第3の特徴は接触器が、接触チャンバと連通する気体入口および気体出口を有することである。全体的に、気液接触システムは、約1秒−1から約250秒−1の範囲の体積質量移動係数を有する質量移動による相互作用を行う。 Another embodiment of the invention relates to a gas-liquid contactor in which a fluid plenum supplies contact liquid to the contact chamber. The second feature is that the contact chamber is in communication with the fluid plenum and receives itself from the fluid plenum. A third feature is that the contactor has a gas inlet and a gas outlet in communication with the contact chamber. Overall, the gas-liquid contact system interacts by mass transfer having a volumetric mass transfer coefficient in the range of about 1 sec- 1 to about 250 sec- 1 .

前述した概略および以下の詳細な記載は例示および説明であり、請求する発明のさらなる説明を提供する意図を有することを理解されたい。   It is to be understood that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the claimed invention.

添付図面は、本発明のさらなる理解を提供するべく含められており、本明細書の一部に含まれ、これを構成し、本発明の実施形態を例示し、記載とともに本発明の原理を説明する役割を果たす。   The accompanying drawings are included to provide a further understanding of the invention, and are included and constitute a part of this specification, illustrating embodiments of the invention, and illustrating the principles of the invention together with the description. To play a role.

以下は図面の簡単な説明である。   The following is a brief description of the drawings.

本発明の一実施形態におけるフラットジェットを生成するシステムのブロック図である。It is a block diagram of the system which produces | generates the flat jet in one Embodiment of this invention.

本発明の別の実施形態における励起酸素を生成するシステムのブロック図である。It is a block diagram of the system which produces | generates the excitation oxygen in another embodiment of this invention.

本発明の別の実施形態における向上した化学酸素ヨウ素レーザのブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of an improved chemical oxygen iodine laser in another embodiment of the present invention.

本発明の別の実施形態におけるフラットジェットノズルの上面右側透視図である。It is an upper surface right perspective view of the flat jet nozzle in another embodiment of the present invention.

図4のフラットジェットノズルの底面左側透視図である。FIG. 5 is a bottom left perspective view of the flat jet nozzle of FIG. 4.

本発明の別の実施形態におけるノズルバンクの前駆体の横断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a nozzle bank precursor in another embodiment of the present invention.

図6に示すノズルバンクの前駆体の側面図である。It is a side view of the precursor of the nozzle bank shown in FIG.

本発明の別の実施形態におけるノズルバンクの上面図である。It is a top view of the nozzle bank in another embodiment of the present invention.

図8のノズルバンクの側面図である。It is a side view of the nozzle bank of FIG.

図9のBで切断した図8のノズルバンクの横断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view of the nozzle bank of FIG. 8 cut along B of FIG. 9.

図9のAにおける切断で定義される図8のノズルバンクを詳細に示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating in detail the nozzle bank of FIG. 8 defined by cutting in FIG. 9A.

図8のノズルバンクの透視図である。FIG. 9 is a perspective view of the nozzle bank of FIG. 8.

ノズルバンクを溶接する板の透視図である。It is a perspective view of the board which welds a nozzle bank.

本発明の別の実施形態におけるノズル板の側面図である。It is a side view of the nozzle plate in another embodiment of the present invention.

図14のノズル板の上面図である。It is a top view of the nozzle plate of FIG.

図14のノズル板の透視図である。FIG. 15 is a perspective view of the nozzle plate of FIG. 14.

図15に示すAで切断した図14のノズル板の詳細な分解図である。FIG. 16 is a detailed exploded view of the nozzle plate of FIG. 14 cut at A shown in FIG. 15.

図14のノズル板が生成する平坦で薄型のフラット液体ジェットのアレイの透視図である。FIG. 15 is a perspective view of an array of flat and thin flat liquid jets produced by the nozzle plate of FIG. 14.

図14のノズル板が生成する平坦で薄型のフラット液体ジェットのアレイの正面図である。FIG. 15 is a front view of an array of flat and thin flat liquid jets produced by the nozzle plate of FIG. 14.

図14のノズル板が生成する平坦で薄型のフラット液体ジェットのアレイの側面図である。FIG. 15 is a side view of an array of flat and thin flat liquid jets produced by the nozzle plate of FIG. 14.

本発明の別の実施形態におけるノズル板の流体の出口側を示す。Fig. 5 shows a fluid outlet side of a nozzle plate in another embodiment of the invention.

図21のノズル板の流体の入口側を示す。FIG. 22 shows a fluid inlet side of the nozzle plate of FIG. 21.

本発明の別の実施形態のノズル板の流体の出口側を示す。Fig. 5 shows a fluid outlet side of a nozzle plate of another embodiment of the present invention.

図23のノズル板の流体の入口側を示す。24 shows the fluid inlet side of the nozzle plate of FIG.

ノズルバンクが取り除かれたノズル板の流体の出口側を示す。Fig. 4 shows the fluid outlet side of the nozzle plate with the nozzle bank removed.

図25のノズル板の流体の入口側を示す。FIG. 26 shows a fluid inlet side of the nozzle plate of FIG. 25.

ノズルバンクの前駆体の上面図である。It is a top view of the precursor of a nozzle bank.

図27の前駆体の側面図である。It is a side view of the precursor of FIG.

本発明の別の実施形態における気液接触器の概略の切断図である。It is a schematic cutaway view of the gas-liquid contactor in another embodiment of the present invention.

本発明の別の実施形態における複数の気液接触器の概略配置を示す。The schematic arrangement | positioning of the several gas-liquid contactor in another embodiment of this invention is shown.

本発明の別の実施形態における複数汚染物質除去システムの概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a multiple contaminant removal system in another embodiment of the present invention.

本発明の別の実施形態における複数汚染物質除去システムの概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a multiple contaminant removal system in another embodiment of the present invention.

本発明の別の実施形態における気相および液相間の相互作用を生じさせる一般的な気液接触器の概略図である。FIG. 3 is a schematic view of a general gas-liquid contactor that generates an interaction between a gas phase and a liquid phase in another embodiment of the present invention.

NO除去システムの吸収度とランタイムとの間の関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the NO 2 removal system absorbency and runtime. FIG.

液体のアンモニア水のジェットがON/OFFするCOFTIR(フーリエ変換分光光度計)吸収スペクトルのグラフである。 CO 2 FTIR (Fourier transform spectrophotometer) which jets aqueous ammonia liquid is ON / OFF is a graph of the absorption spectrum.

2MWプロトタイプのシステムを示す。A system of a 2 MW prototype is shown.

気液接触器を示す。A gas-liquid contactor is shown.

図41のシステムの溶媒ポンプを示す。42 shows a solvent pump of the system of FIG.

O、NaOH(0.1重量%)を利用する0.13MWスケールによるSOの洗浄結果を示すグラフである。H 2 O, is a graph showing the cleaning results of SO 2 by 0.13MW scale utilizing NaOH (0.1 wt%).

19重量%のアンモニア水を利用する0.13MWスケールによるCOの洗浄結果を示すグラフである。19 is a graph showing the cleaning results of the CO 2 by 0.13MW scale utilizing wt% aqueous ammonia.

O、NaOH(0.1重量%)を利用する2MWスケールによるSOの洗浄結果を示すグラフである。H 2 O, is a graph showing the cleaning results of SO 2 by 2MW scale utilizing NaOH (0.1 wt%).

60MW洗浄ユニットおよび支持構造を表す。Represents a 60 MW cleaning unit and support structure.

図42の洗浄塔の2MWセクションの1セクションの正面図である。FIG. 43 is a front view of a section of the 2 MW section of the wash tower of FIG. 42.

図42の洗浄塔の2MWセクションの1セクションの側面図である。FIG. 43 is a side view of a section of the 2 MW section of the wash tower of FIG. 42.

入口チャネルおよびジェット充填ゾーンの配置を示す。The arrangement of the inlet channel and jet filling zone is shown.

取り外し可能なノズル板を有するジェット充填ゾーンを表す。1 represents a jet filling zone having a removable nozzle plate.

図46のジェット充填ゾーンのノズル板の構成を示す。The structure of the nozzle plate of the jet filling zone of FIG. 46 is shown.

図46のジェット充填ゾーンの封止システムを示す。FIG. 47 shows the jet filling zone sealing system of FIG. 46. FIG.

本発明の別の実施形態における汚染物質除去システムのプロセスフロー図である。FIG. 6 is a process flow diagram of a contaminant removal system in another embodiment of the present invention.

別の実施形態における汚染物質除去システムからのプロセスフロー図である。FIG. 6 is a process flow diagram from a contaminant removal system in another embodiment.

本発明は、気液接触器および排気洗浄システムおよび方法に係り、より詳しくは、気体からの擾乱を最小限に抑えることのできる形状を有する均一間隔の複数のフラット液体ジェットを生成するノズルアレイに係る。さらに、様々な実施形態は、モジュールに集積された複数の小型の単一ユニット処理を提供し、これらの設計は従来の設計の欠点を克服したものである。単一ユニット処理をモジュール化することにより、モジュールに単に便利な整数を乗算することで小さなシステムを拡大して、処理のスケールに対応できるようになる。   The present invention relates to a gas-liquid contactor and an exhaust cleaning system and method, and more particularly, to a nozzle array that generates a plurality of uniformly spaced flat liquid jets having a shape that can minimize disturbance from a gas. Related. In addition, various embodiments provide multiple small single unit processes integrated in a module, and these designs overcome the disadvantages of conventional designs. By modularizing single unit processing, the system can be scaled to scale by simply multiplying the module by a convenient integer to expand the small system.

さらに、薄型のフラット液体ジェットを生成することのできる単一気液接触器は、非常に小型である設計の気流率の範囲内で行われる1または複数のモジュールに乗算および集積することができ、これは均等物である反応装置の歩留まりにおいて従来の逆流反応装置よりも格段に小型である。1または複数のモジュールへの集積は、直列または並列いずれで行われてもよい。   In addition, a single gas-liquid contactor capable of producing a thin flat liquid jet can be multiplied and integrated into one or more modules that take place within a very small airflow rate design. Is much smaller than the conventional back-flow reactor in the yield of the equivalent reactor. Integration into one or more modules may be done either in series or in parallel.

直列の実施形態では、モジュールを1つずつ順次各モジュールを流れる気体と組み合わせる。もちろんモジュールのなかには、バイパスされる、または再循環するループを有するものがある。さらにモジュールは、気体分子の捕捉およびシーケンスの対象となる反応の所望の選択性に応じて、同じ液相で実行されたり、異なる液相で実行されたりする。   In the serial embodiment, the modules are combined one by one with the gas flowing through each module sequentially. Of course, some modules have loops that are bypassed or recirculated. Furthermore, the modules may be run in the same liquid phase or in different liquid phases depending on the desired selectivity of the reaction to be captured and sequenced for gas molecules.

並列の実施形態では、モジュールは、互いの次または互いの上に含められ、同じ気体供給の全ての処理または洗浄が行われるよう、またここで各モジュールが隣接するモジュールと略均等な気体または気体分子量で処理するようにする。概して、並列のモジュールは、各々に対する処理が隣接するモジュールのものと同時に行われることから、互いに同一の液相で実行を行う。   In a parallel embodiment, the modules are included next to each other or on top of each other so that all processing or cleaning of the same gas supply occurs, and where each module is a gas or gas that is substantially equivalent to the adjacent module. Treat with molecular weight. In general, parallel modules perform in the same liquid phase since processing for each is performed simultaneously with that of adjacent modules.

本発明の一実施形態は、この単一のモジュールの設計標準よりも高い気流率または小さい質量移動係数に対応することを目的とし、モジュール自身は、便利な整数のユニットで乗算されて、対象プロセスの形式を重複する複数のシステムに分割することなく、より長い接触時間を有するより大きな機能モジュールとすることができる。さらに、この設計ロジックは、化学プロセッサの他のサブモジュール(例えば液体捕捉システムおよび液体配送システム)に拡張されてよく、これら全てが単一の気流の主流プレナムおよび単一の液体処理段階に対応している。資本が多くかかる機器(例えば気流および/または液流システムからのポンプおよびブロワー)は、直線的にスケールされて、増加したモジュールを供給することができ、これらモジュールの固有の設計は、互いに連結されることで、非常に小型な設計における機能的に単一の処理を形成する。   One embodiment of the present invention aims to accommodate higher airflow rates or smaller mass transfer coefficients than this single module design standard, the module itself being multiplied by a convenient integer unit, Can be made a larger functional module with a longer contact time without dividing the system into multiple overlapping systems. In addition, this design logic may be extended to other sub-modules of the chemical processor (eg, liquid capture system and liquid delivery system), all of which correspond to a single airflow mainstream plenum and a single liquid processing stage. ing. Capital intensive equipment (eg pumps and blowers from air and / or liquid flow systems) can be scaled linearly to provide increased modules, and the unique design of these modules can be linked together. This forms a functionally single process in a very compact design.

本発明の別の実施形態では、モジュールは、液体ジェット(例えば薄型のフラットジェット)を利用することで非常に高い率で液相を流す(force)ことができ、これにより質量移動を生じさせる重力または浮力に対する依存をなくさせる。液体は、非常に高い率で流れることがあり、気相は同じベクトル沿いに、あるいは流れと逆の流れ方向に、横方向にも非常に高速に流れることがある。全ての流れは高速であるので、流れの方向は、重力または熱対流による制約ではなくて、設計の都合により選択することができる。さらに、質量移動および体積移動係数は非常に高く、接触する長さは、ここでも、モジュール的にスケーリングが可能であり、負荷および反応歩留まりの両方に対応することができる。   In another embodiment of the present invention, the module can force a liquid phase at a very high rate by utilizing a liquid jet (eg, a thin flat jet), thereby causing a mass transfer. Or eliminate dependence on buoyancy. The liquid may flow at a very high rate, and the gas phase may flow very fast along the same vector, or in the opposite flow direction to the flow and also in the lateral direction. Since all flows are high-speed, the direction of flow can be selected for design convenience, rather than being constrained by gravity or thermal convection. Furthermore, the mass transfer and volume transfer coefficients are very high and the contact length can again be modularly scaled to accommodate both loading and reaction yield.

本発明の別の実施形態では、気液接触器は、気体反応物質について選択的且つ高い質量移動率を、高い体積の気体の流速から、小さなシステム体積に制約される継続して充填される気体の流速へと達成するよう構成される。さらに、本発明の様々な方法では、大きく且つ密度の高い充填された高速の安定した液体ジェット(例えば薄型のフラット液体ジェット)を、高速気流と相互作用させる。ジェットを形成するオリフィスおよび密度を、液体溶媒または粘度および表面張力といった反応特性に基づいて最適化することができる。概して、チャンバサイズまたは処理スケール全体を考慮しない場合には、液体粘度が増加すると、液体ジェットの安定性も向上する。従ってノズルアレイのノズル密度は、ノズルのサイズが減少すると増加する。これは必須ではないが、ジェット対ジェットの間隔を低減させ、接触器の比表面積を増加させ最適化する目的からは望ましいと考えられる。これに対して、低い表面エネルギーは、ジェットを不安定にする傾向にあり、幾つかの条件において小さな液滴の形成につながり、これは本発明では望ましくないが、現在の技術水準では普通に見られる。低い表面エネルギーの場合、液圧を下げて、ノズルサイズを大きくすることで、任意の流体についてジェット特性を最適にすることができる可能性がある。   In another embodiment of the present invention, the gas-liquid contactor is selective for gas reactants and has a high mass transfer rate from a high volume gas flow rate to a continuously filled gas constrained to a small system volume. Configured to achieve a flow rate of Further, the various methods of the present invention allow a large, dense, packed, high speed, stable liquid jet (eg, a thin flat liquid jet) to interact with a high speed air stream. The orifice and density forming the jet can be optimized based on the liquid solvent or reaction characteristics such as viscosity and surface tension. In general, if the chamber size or the entire process scale is not taken into account, increasing the liquid viscosity will improve the stability of the liquid jet. Accordingly, the nozzle density of the nozzle array increases as the nozzle size decreases. This is not essential, but may be desirable for purposes of reducing jet-to-jet spacing and increasing and optimizing contactor specific surface area. In contrast, low surface energy tends to destabilize the jet, leading to the formation of small droplets in some conditions, which is undesirable in the present invention, but is commonly seen in the current state of the art. It is done. In the case of low surface energy, it may be possible to optimize the jet characteristics for any fluid by lowering the hydraulic pressure and increasing the nozzle size.

本発明の一実施形態では、従来の方法およびシステムに比して、気体反応物および液体反応物の処理の効率性が高まる。方法およびシステムの効率は、大きな体積質量移動係数および結果生じる小さなサイズ、液体ジェットの低耐性および設計のモジュール化され組み合わせられた性質によるシステムにおける最小のポンプ機能を要する低圧溶媒処理により達成される。従って、本発明の実施形態は予期しない結果を達成するが、その一例は、従来の気液接触器の少なくとも半分未満の資本コストで、従来の反応装置と比して、少なくとも10倍も小さいフットプリント且つ略均一の性能が達成される、というものである。   In one embodiment of the present invention, the efficiency of processing gaseous and liquid reactants is increased compared to conventional methods and systems. The efficiency of the method and system is achieved by low pressure solvent processing that requires minimal pump function in the system due to the large volumetric mass transfer coefficient and resulting small size, the low resistance of the liquid jet and the modular and combined nature of the design. Thus, while embodiments of the present invention achieve unexpected results, an example is a foot that is at least 10 times smaller than a conventional reactor at a capital cost of at least half that of a conventional gas-liquid contactor. Printing and substantially uniform performance are achieved.

本発明の一実施形態は、気液接触モジュールに関する。気液接触モジュールは、液体の入口および出口、並びに、気体の入口および出口を含む。モジュールはさらに、液体の入口および気体の入口と連通するノズルアレイを含み、ノズルアレイは、気体からの擾乱を最小限に抑えることのできる形状を有する均一間隔の複数のフラット液体ジェットを生成する。モジュールはさらに、液体を通過させ、同時に、気体の通過を防ぐ気液分離器を含む。モジュールは他のモジュールと直列および並列に接続することができる。   One embodiment of the present invention relates to a gas-liquid contact module. The gas-liquid contact module includes a liquid inlet and outlet and a gas inlet and outlet. The module further includes a nozzle array in communication with the liquid inlet and the gas inlet, the nozzle array producing a plurality of uniformly spaced flat liquid jets having a shape that can minimize disturbance from the gas. The module further includes a gas-liquid separator that allows liquid to pass while at the same time preventing gas from passing. Modules can be connected in series and in parallel with other modules.

モジュールは、複数の異なる材料(例えば銅、ニッケル、クロム、鋼、アルミニウム、被覆金属、およびこれらの組み合わせ)から製造可能である。加えて、モジュールは、プラスチック材料、または構造ポリマー、ポリイミド、これらの化合物、組み合わせの少なくとも1つを含んでよい。   The module can be manufactured from a plurality of different materials (eg, copper, nickel, chromium, steel, aluminum, coated metal, and combinations thereof). In addition, the module may include at least one of a plastic material, or a structural polymer, polyimide, compounds thereof, and combinations.

ノズルアレイは、複数の異なる構成(例えば千鳥構成)で形成可能である。ある千鳥構成では、第1のノズル行、第2のノズル行、および第3のノズル行が、第2のノズル行がオフセットされて、第1のノズル行と第3のノズル行との間に位置するように構成される。   The nozzle array can be formed in a plurality of different configurations (eg, a staggered configuration). In a staggered configuration, the first nozzle row, the second nozzle row, and the third nozzle row are offset between the first nozzle row and the third nozzle row by offsetting the second nozzle row. Configured to be located.

ノズルアレイはさらに、所定の間隔を有する複数のノズルを含んでよい。ノズルは、約0.2cmを超える距離で分離された少なくとも2つのノズルを含んでよい。ノズルは任意の数の行および列を含んでよい。好適な実施形態では、少なくとも3つのノズル行が均一の距離をおいて配置および分離されている。ノズル間の距離は、約0.1cmから約5.0cmの範囲である。   The nozzle array may further include a plurality of nozzles having a predetermined interval. The nozzle may include at least two nozzles separated by a distance greater than about 0.2 cm. The nozzle may include any number of rows and columns. In a preferred embodiment, at least three nozzle rows are arranged and separated at a uniform distance. The distance between the nozzles ranges from about 0.1 cm to about 5.0 cm.

ノズルは、複数の異なる幾何学形状を有する液体チャネル(例えばU形状チャネル、V形状チャネル、等)から形成されてよい。チャネルは、様々な方法を用いて形成可能である(方法には、マシニングあるいは金属、化合物、セラミック板の形成方法、または、ノズルオリフィスを管状に、または管の一部の形状にマシニングする方法を含むが、これらに限定はされない)。単一の板をマシニングする場合、UまたはU形状のチャネルを板の液体側にマシニングされる。次いでこれらチャネルの板の処理側は、第2のV形状の溝により分岐され、その深さが液体チャネル空間を貫く。第2の溝の深さに応じて、液体チャネルと処理側のチャネルとの間の交差点に形成される孔またはノズルのサイズが異なってくる。   The nozzle may be formed from liquid channels (eg, U-shaped channels, V-shaped channels, etc.) having a plurality of different geometric shapes. Channels can be formed using a variety of methods (including machining or forming a metal, compound, or ceramic plate, or machining the nozzle orifice into a tube or part of a tube). Including, but not limited to). When machining a single plate, a U or U-shaped channel is machined on the liquid side of the plate. The processing sides of these channel plates are then branched by a second V-shaped groove, the depth of which penetrates the liquid channel space. Depending on the depth of the second groove, the size of the hole or nozzle formed at the intersection between the liquid channel and the processing channel will vary.

交差点で貫通するレベルが高いほど、より大きなノズルが形成される。つまり、円錐の交差点でVまたはU形状のチャネルとなる量に応じて大きなノズルが生じる。管状のノズルを形成する場合には、正接の切断点は、半径の外側における(処理側の)管の半径の軸に対して約90度の角度をもって形成される。ノズルを供給する液体チャネルは、約2mmを超える深さを有する。本発明の実施形態では、チャネルの深さは約2mmから約20mmの範囲であってよい。   The higher the level of penetration at the intersection, the larger the nozzle is formed. That is, a large nozzle is generated depending on the amount of V or U-shaped channel at the intersection of the cones. When forming a tubular nozzle, the tangential cut point is formed at an angle of approximately 90 degrees with respect to the axis of the radius of the tube (on the processing side) outside the radius. The liquid channel supplying the nozzle has a depth greater than about 2 mm. In embodiments of the present invention, the channel depth may range from about 2 mm to about 20 mm.

別の実施形態では、ノズルの形状が、長軸と短軸との間の比率が0.5未満の略長円形状であってよい。他の実施形態では、ノズルは、約0.25mmから約20mmの範囲の投影横断面積を有してよい。投影横断面積は、バッ冷却器イトで二次元面に投影してみたノズルの二次元形状の位置の立面図により決定されるが、実際の形状は、切断点の深さおよび半径の両方、および/または、チャネルの曲率の形状に基づいて三次元且つ複雑なものとなることは言うまでもない。 In another embodiment, the shape of the nozzle may be a substantially oval shape with a ratio between the major axis and the minor axis of less than 0.5. In other embodiments, the nozzle may have a projected cross-sectional area in the range of about 0.25 mm 2 to about 20 mm 2 . The projected cross-sectional area is determined by an elevational view of the position of the two-dimensional shape of the nozzle projected onto the two-dimensional surface with the back cooler unit, but the actual shape is both the depth and radius of the cutting point, Of course, and / or it can be three-dimensional and complex based on the shape of the curvature of the channel.

本発明の別の実施形態は、気液接触器により気相分子を処理する方法に係る。本方法は、複数の略平面である液体ジェットを形成することを含み、これら液体ジェットの各々が平面液体シートに形成される。複数の液体ジェットは、互いに略平行な平面に配置される。この方法は、さらに、少なくとも1つの反応性または可溶性の気相分子を有する気体を提供する。   Another embodiment of the invention relates to a method for treating gas phase molecules with a gas-liquid contactor. The method includes forming a plurality of substantially planar liquid jets, each of which is formed into a planar liquid sheet. The plurality of liquid jets are arranged on planes substantially parallel to each other. The method further provides a gas having at least one reactive or soluble gas phase molecule.

本実施形態では、気相分子と液体ジェットとの間の質量移動に関する相互関係により、気相分子の少なくとも一部分を取り除く。気相分子は、例えば石炭火力発電所からの工業排気、または、汚染物質、汚染物等のその他の工業排気(例えばSO、NO、CO、Hg)およびこれらの組み合わせを含みうる。もちろん、HCl、HBr、HF、HSO、HNO等の酸性ガス、CO、HS、アミン(アンモニアを含む)、アルカノールアミン、尿素、ホルムアミド、アルコール、カルボン酸塩(酢酸等)、これらの組み合わせおよび幅広い様々な他の気相分子等の他の気体分子を取り除くこともできる。本発明の限定は、反応性または可溶性である範囲の気相分子反応物または溶質、および液相を提供するという機能のみである。本発明の明細書の主な記載は水溶液系を対象としているが、当業者であれば本気液接触器の発明を非水溶液系にも適用可能であることを容易に理解する。例えば医薬品の部分的なフッ素化または石油化学製品の供給原料の塩素化が公知である。 In this embodiment, at least a portion of the gas phase molecules is removed by the interrelationship regarding mass transfer between the gas phase molecules and the liquid jet. Vapor phase molecules may include, for example, industrial exhaust from coal-fired power plants, or other industrial exhaust such as pollutants, contaminants (eg, SO x , NO x , CO 2 , Hg) and combinations thereof. Of course, acidic gas such as HCl, HBr, HF, H 2 SO 4 , HNO 3 , CO, H 2 S, amine (including ammonia), alkanolamine, urea, formamide, alcohol, carboxylate (acetic acid, etc.), Other gas molecules such as combinations thereof and a wide variety of other gas phase molecules can also be removed. The only limitation of the present invention is the ability to provide a range of gas phase molecular reactants or solutes that are reactive or soluble, and a liquid phase. Although the main description of the specification of the present invention is directed to an aqueous solution system, those skilled in the art will readily understand that the invention of the gas-liquid contactor can also be applied to a non-aqueous solution system. For example, partial fluorination of pharmaceuticals or chlorination of petrochemical feedstocks is known.

本発明の一実施形態では、液体は、公知である気体に含まれる汚染物質を除去するよう選択されてよい。基礎水溶液は、SOその他の燃焼排ガスの構成物を取り除くのに利用されてよい(例えば、約0.1Mから約1.0のNaOH、NHHCO、NaSO等を含む溶液)。公知であるが、これら液体反応物の濃度は、気液の相互作用の質量移動および好適な生成物に応じて調節が可能である。 In one embodiment of the present invention, the liquid may be selected to remove contaminants contained in known gases. The base aqueous solution may be utilized to remove SO 2 and other flue gas constituents (eg, solutions containing about 0.1 M to about 1.0 NaOH, NH 4 HCO 3 , Na 2 SO 3, etc.). . As is known, the concentration of these liquid reactants can be adjusted depending on the mass transfer of gas-liquid interactions and the preferred product.

加えて、液体の幾らかの例には、水、アンモニア、アンモニウム塩、アミン、アルカノールアミン、アルカリ塩、アルカリ土類塩、過酸化物、次亜塩素塩酸、カルシウム塩、マグネシウム、およびこれらの組み合わせのうち少なくとも1つの水溶液が含まれてよい。他の水溶液には、海水、塩水、これらの組み合わせ等が含まれてよい。   In addition, some examples of liquids include water, ammonia, ammonium salts, amines, alkanolamines, alkali salts, alkaline earth salts, peroxides, hypochlorous acid, calcium salts, magnesium, and combinations thereof At least one aqueous solution may be included. Other aqueous solutions may include seawater, salt water, combinations thereof, and the like.

海水または塩水は、pH制御その他の技術的要素に基づいて、SOまたはCO、またはこれら両方を洗浄するときに利用可能である。加えて、これら液体も、HClまたはHF等の他の酸性ガスを洗浄するときに有効である。 Sea water or salt water can be used to clean SO 2 or CO 2 , or both, based on pH control or other technical factors. In addition, these liquids are also effective when cleaning other acidic gases such as HCl or HF.

方法により少なくとも1つのジェットが形成される。ジェットは、様々な物理的寸法を有してよい。例えば、ジェットは5cmおよび20cmの範囲の長さ、1cmから15cmのジェット幅、10μmから1000μmの間のジェット厚みを有してよい。さらに、ジェットの長さ対幅の比率が、0.3から20の範囲であってよい。   The method forms at least one jet. The jet may have various physical dimensions. For example, the jet may have a length in the range of 5 cm and 20 cm, a jet width of 1 cm to 15 cm, and a jet thickness of between 10 μm and 1000 μm. Further, the ratio of jet length to width may range from 0.3 to 20.

本発明の別の実施形態として、複数の組み合わせられたサブシステムを含む気液接触システムが提供される。これら組み合わせられたサブシステムは、反応チャンバ、反応チャンバに連結された気体の入口、反応チャンバに連結された気体の出口、反応チャンバに連結された液体プレナム、液体プレナムに連結されたノズルアレイ、および反応チャンバに連結された気液分離器を含む。ノズルアレイに関しては、ノズルアレイは実質的に平面状の液体ジェットを提供するよう構成される。さらに、各液体ジェットは平面の液体シートを含み、複数の液体ジェットが、それぞれ互いに実質的に平行な面に存在するように配置される。   As another embodiment of the present invention, a gas-liquid contact system is provided that includes a plurality of combined subsystems. These combined subsystems include a reaction chamber, a gas inlet coupled to the reaction chamber, a gas outlet coupled to the reaction chamber, a liquid plenum coupled to the reaction chamber, a nozzle array coupled to the liquid plenum, and A gas-liquid separator connected to the reaction chamber. With respect to the nozzle array, the nozzle array is configured to provide a substantially planar liquid jet. Further, each liquid jet includes a planar liquid sheet, and the plurality of liquid jets are arranged such that they lie in substantially parallel planes.

以下に本発明の実施形態を詳細に説明するが、その例を添付図面に示している。   Embodiments of the present invention will be described in detail below, and examples thereof are shown in the accompanying drawings.

図1は、本発明の一実施形態におけるフラットジェットを生成するシステムのブロック図である。図1を参照すると、システム0は、高密度で表面積の大きい液体ジェット(例えば薄型のフラット液体ジェット)を生成するためのフラットジェットオリフィスアレイを含む。本実施形態では、単一のプレートからノズルアレイの小さなセグメントをマシニングして形成する。これにより、V形状の液体チャネルを示すが、本例では、処理側のオリフィスは、溝の反対側に円錐を有するV液体チャネルと交差する。しかし、結果生成されるノズルオリフィスは依然として楕円形状である。ノズルアレイが含むオリフィスは、互いに距離を保って離れているような千鳥構成である。この距離はx方向に約0.1cmから約5cmという範囲であり、y方向に約2mmであってよい。好適な実施形態では、この距離はx方向に2cmであり、y方向に2mmである。もちろんオリフィス間の距離は、オリフィスアレイ全体にわたり一定である必要はない。   FIG. 1 is a block diagram of a system for generating a flat jet according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, system 0 includes a flat jet orifice array for producing a high density, high surface area liquid jet (eg, a thin flat liquid jet). In this embodiment, a small segment of the nozzle array is machined from a single plate. This shows a V-shaped liquid channel, but in this example, the processing-side orifice intersects a V-liquid channel having a cone on the opposite side of the groove. However, the resulting nozzle orifice is still elliptical. The orifices included in the nozzle array are staggered such that they are spaced apart from each other. This distance may range from about 0.1 cm to about 5 cm in the x direction and may be about 2 mm in the y direction. In a preferred embodiment, this distance is 2 cm in the x direction and 2 mm in the y direction. Of course, the distance between the orifices need not be constant throughout the orifice array.

オリフィスは、V形状の入口1、および円錐形でありジェットへと繋がる出口2チャネルを有する。入口1と出口2チャネルの相互作用によりオリフィスが形成される。ノズル板3の横断面図は、入口4および出口5チャネルの輪郭を示す。オリフィスを出るジェットの概略を7に示す。入口8および出口9チャネルの横断面を拡大した図を提供している。薄型のフラット液体ジェットが、可変長で形成されてよい(例えば、ジェット長さ対ジェット幅の比率が、約10:1であり、ジェットが約10μmから約100μmの範囲の厚みを有してよい)。ジェット長さは、約5cmから約20cmの範囲であってよい。ジェット幅は、約0.5cmから約20cmの範囲であってよい。   The orifice has a V-shaped inlet 1 and an outlet 2 channel that is conical and leads to the jet. An orifice is formed by the interaction of the inlet 1 and outlet 2 channels. The cross-sectional view of the nozzle plate 3 shows the contours of the inlet 4 and outlet 5 channels. A schematic of the jet exiting the orifice is shown in FIG. An enlarged view of the cross section of the inlet 8 and outlet 9 channels is provided. A thin flat liquid jet may be formed with a variable length (eg, the ratio of jet length to jet width is about 10: 1 and the jet may have a thickness in the range of about 10 μm to about 100 μm. ). The jet length may range from about 5 cm to about 20 cm. The jet width may range from about 0.5 cm to about 20 cm.

図2は、本発明の別の実施形態における励起酸素を生成するシステムのブロック図である。COILは比面積が大きい液体(例えば塩基性過酸化水素)を生成する機能を有する本発明の一実施形態におけるノズルアレイを利用するので、先行技術である設計よりも効率的であり、重量が少なく、小型である。図2ではCOILは参照番号10で表されている。COIL10は、励起酸素を生成するときに利用される。COIL10は、マニホルド14に取り付けられた気体反応物源12(例えば塩素ガス)を含む。マニホルド14は、励起酸素生成チャンバ20に気体ジェットを挿入させる孔(不図示)等の複数の開口を有する。COIL10は、さらに、液体反応物22の源(例えば、単一の塩基(single base)で形成される塩基性過酸化水素)を有する。一実施形態では、単一の塩基は、水酸化カリウム(KOH)である。塩基性過酸化水素22の源は、パイプ224により複数のノズル26に連結される。ノズル26は、液体の塩基性過酸化水素用の薄型フラットジェット28を形成するよう構成される。過酸化水素22用の薄型フラットジェット28は、塩素ガス用のジェットと反応して、励起酸素32を生成する。COIL10は、さらに、塩基性過酸化水素を再利用のために収集する方法(例えばリサイクルループ)を含んでよい。   FIG. 2 is a block diagram of a system for generating excited oxygen in another embodiment of the present invention. COIL uses a nozzle array in one embodiment of the present invention that has the function of producing a liquid with a large specific area (eg, basic hydrogen peroxide), so it is more efficient and has less weight than prior art designs. Small size. In FIG. 2, COIL is represented by reference numeral 10. The COIL 10 is used when generating excited oxygen. The COIL 10 includes a gaseous reactant source 12 (eg, chlorine gas) attached to a manifold 14. The manifold 14 has a plurality of openings such as holes (not shown) through which a gas jet is inserted into the excited oxygen generation chamber 20. The COIL 10 further has a source of liquid reactant 22 (eg, basic hydrogen peroxide formed with a single base). In one embodiment, the single base is potassium hydroxide (KOH). A source of basic hydrogen peroxide 22 is connected to a plurality of nozzles 26 by pipes 224. The nozzle 26 is configured to form a thin flat jet 28 for liquid basic hydrogen peroxide. The thin flat jet 28 for the hydrogen peroxide 22 reacts with the chlorine gas jet to generate excited oxygen 32. The COIL 10 may further include a method of collecting basic hydrogen peroxide for reuse (eg, a recycle loop).

液体ジェットの利用により、過酸化水素22の比表面積が増加して、塩素ガス12との反応効率が上昇する。薄型フラット液体ジェットの比表面積は関連技術の円形ジェットのものの3倍を超える値であることが試験で証明されている。過酸化水素の表面積が増えることに加えて、フラットジェットは、先行技術のノズルが必要とする小さい喉部を必要としない。より詳しくは、先行技術のノズルは、約150μmから約350μmの範囲の喉部のサイズを有していた。ノズル26は、約250μmより大きい喉部を利用することができ、より好適には、600μmを超える喉部を利用することができる。従って、ノズル26では、汚染物質(たとえば過酸化水素と塩素ガスとの反応により生じる塩)が詰まるという可能性が少ない。加えて、これによりシステム10が、初期モル濃度が高い塩基性過酸化水素溶液(例えば、約10モル/Lという高いモル濃度)を利用することができるようになる。先行技術のシステムでは概して、システムに塩等の汚染物質が詰まることから、初期モル濃度を5モル/Lに制限していた。殆どのシステムは過酸化水素を再利用するが、ひとたびモル濃度が約2.5モル/Lに下降するとシステムの性能は顕著に劣化する。この結果、殆どの先行技術のシステムでは、モル濃度の差分を約2.5モル/Lから約5モル/Lの範囲に制限していたが、本実施形態では、モル濃度の差分を約2.5モル/Lから約10モル/Lの範囲とすることができる。従って装置は、先行技術のシステムの1/3の塩基性過酸化水素を搬送して、3倍の容量を有することが可能となる。   By using the liquid jet, the specific surface area of the hydrogen peroxide 22 is increased, and the reaction efficiency with the chlorine gas 12 is increased. Tests have shown that the specific surface area of a thin flat liquid jet is more than three times that of a related art circular jet. In addition to the increased surface area of hydrogen peroxide, flat jets do not require the small throat required by prior art nozzles. More particularly, prior art nozzles had throat sizes ranging from about 150 μm to about 350 μm. Nozzle 26 can utilize a throat greater than about 250 μm, and more preferably a throat greater than 600 μm. Therefore, the nozzle 26 is less likely to be clogged with contaminants (for example, salts generated by the reaction between hydrogen peroxide and chlorine gas). In addition, this allows the system 10 to utilize a basic hydrogen peroxide solution with a high initial molarity (eg, a molarity as high as about 10 moles / L). Prior art systems generally limited the initial molar concentration to 5 mol / L because the system would be clogged with contaminants such as salt. Most systems reuse hydrogen peroxide, but once the molarity drops to about 2.5 mol / L, the system performance degrades significantly. As a result, in most prior art systems, the difference in molar concentration was limited to a range of about 2.5 mol / L to about 5 mol / L, but in this embodiment, the difference in molar concentration is about 2 It can range from 5 mol / L to about 10 mol / L. Thus, the device can carry 1/3 basic hydrogen peroxide of the prior art system and have a capacity three times that of the prior art system.

別の実施形態では、COILは、過酸化水素源の入口およびアルカリ源(Li、Na、K)およびアルカリ土類(Mg、Ca)次亜塩素酸塩用のフラットジェットノズルを有する励起酸素生成チャンバを含む。過酸化水素は気体である。ノズルは、約300μmを超える長さであり比表面積の大きい薄型フラットジェットを生成することのできる最小サイズの複数のオリフィスを有する。励起酸素生成チャンバおよびヨウ素用の入口に連結された通路を有する光子生成チャンバが設けられる。   In another embodiment, COIL is an excited oxygen generation chamber having a hydrogen peroxide source inlet and a flat jet nozzle for alkaline sources (Li, Na, K) and alkaline earth (Mg, Ca) hypochlorite. including. Hydrogen peroxide is a gas. The nozzle has a plurality of orifices of a minimum size that can generate a thin flat jet having a length exceeding about 300 μm and a large specific surface area. A photon generation chamber is provided having a passage coupled to the excited oxygen generation chamber and an inlet for iodine.

図3は、本発明の別の実施形態における向上した化学酸素ヨウ素レーザのブロック図である。図3では、向上したCOILは概して参照番号50で示されている。COIL50は気体(例えば導管またはパイプ54により複数の入口を介して励起酸素生成チャンバ56に物理的に連結された塩素ガス)の源52を有する。液体反応物源58(例えば塩基性過酸化水素58)をパイプ60からフラットジェットノズルアレイ62に輸送する。ノズル62により、液体の塩基性過酸化水素58が塩素ガス52と混合される。この反応により、一重項デルタ酸素を含む励起酸素64が生成される。励起酸素64は、光子生成チャンバ66に輸送される。ヨウ素源68は、光子生成チャンバ66の入口70に連結される。ヨウ素源68は励起酸素64を崩壊させ、光子を放出する。光子生成チャンバ66は、レージング72に励起酸素の流れに垂直な出力を与えるミラーを有する。消費される酸素74は光子生成チャンバ66を出る。レーザ50は、再利用目的に塩基性過酸化水素を再生するシステムを含んでよい。COIL50は、過酸化水素の表面積を増やし、塩基性過酸化水素の初期モル濃度を上げるためにノズルアレイ62を利用する。この結果、COIL50はより効率的なものとなり、先行技術のシステムよりも小型および軽量を達成する、あるいは、レーザ発射容量を増加させることができる。   FIG. 3 is a block diagram of an improved chemical oxygen iodine laser in another embodiment of the present invention. In FIG. 3, the enhanced COIL is indicated generally by the reference numeral 50. The COIL 50 has a source 52 of gas (eg, chlorine gas physically connected to the excited oxygen generation chamber 56 via a plurality of inlets by conduits or pipes 54). A liquid reactant source 58 (eg, basic hydrogen peroxide 58) is transported from the pipe 60 to the flat jet nozzle array 62. The liquid basic hydrogen peroxide 58 is mixed with the chlorine gas 52 by the nozzle 62. By this reaction, excited oxygen 64 containing singlet delta oxygen is generated. Excited oxygen 64 is transported to photon generation chamber 66. An iodine source 68 is coupled to the inlet 70 of the photon generation chamber 66. The iodine source 68 decays the excited oxygen 64 and emits photons. Photon generation chamber 66 has a mirror that provides lasing 72 with an output perpendicular to the flow of excited oxygen. The consumed oxygen 74 exits the photon generation chamber 66. Laser 50 may include a system for regenerating basic hydrogen peroxide for reuse purposes. The COIL 50 utilizes a nozzle array 62 to increase the surface area of hydrogen peroxide and increase the initial molar concentration of basic hydrogen peroxide. As a result, the COIL 50 is more efficient and can be smaller and lighter than prior art systems or can increase laser firing capacity.

図4は、本発明の一実施形態におけるフラットジェットノズルの一実施形態の上面右側透視図である。図4においてノズル80は、一対の対向する板86の第1端部84に頂点83を取り付けるV形状のチャンバ82を有する。一対の対向する板86の第2端部88は円錐形のノズル90に取り付けられる。液体(例えば塩基性過酸化水素)は、V形状の液体供給チャネルまたはチャンバ82に流れ込み、一対の対向する板86の間を強い勢いで流れた(force)後にノズル90へ出て、フラット液体ジェット94を形成する。ノズル面積に応じて、ジェット流量および速度、ジェットの厚み96は、約5μmから約100μmの範囲であってよく、幅98は1cmから約5cmの範囲であってよい。   FIG. 4 is a top right perspective view of one embodiment of a flat jet nozzle in one embodiment of the present invention. In FIG. 4, the nozzle 80 has a V-shaped chamber 82 that attaches a vertex 83 to the first end 84 of a pair of opposing plates 86. The second ends 88 of the pair of opposing plates 86 are attached to the conical nozzle 90. A liquid (eg, basic hydrogen peroxide) flows into a V-shaped liquid supply channel or chamber 82 and is forced between a pair of opposing plates 86 before exiting nozzle 90 and a flat liquid jet. 94 is formed. Depending on the nozzle area, jet flow rate and velocity, jet thickness 96 may range from about 5 μm to about 100 μm, and width 98 may range from 1 cm to about 5 cm.

本実施形態では、幅の厚みに対する比率は、係数10より大幅に大きい。例えば、約10m/sのジェット速度においては、フラットジェットストリームの長さは、約15センチメートルあるいはそれ以上の長さであってよい。一番狭い通路100は、円錐形のノズル90が、一対の対向する平面板86と合流する箇所であり、約600μmを越える。このノズル80により、液体(例えば塩基性過酸化水素)の表面積が大きくなり、これにより、塩基性過酸化水素と塩素との間の反応効率は格段に上がる。さらに、ジェット表面積が大きく、このノズル80のジェット厚みが小さいことにより、約10cm−1から約20cm−1の範囲という非常に大きな比表面積が生成され、生成器の体積を小さくして、レーザキャビティに供給される励起酸素の歩留まりを高くする。加えて、ノズル80は、汚染物質(例えば、塩素と塩基性過酸化水素とが反応することで生じる塩)が詰まりやすい小さな喉部あるいは通路を必要としないので、システムでは、より高い初期モル濃度の塩基性過酸化水素の利用が可能となる。 In this embodiment, the ratio of width to thickness is significantly greater than a factor of 10. For example, at a jet velocity of about 10 m / s, the length of the flat jet stream may be about 15 centimeters or longer. The narrowest passage 100 is where the conical nozzle 90 meets a pair of opposed flat plates 86 and exceeds about 600 μm. The nozzle 80 increases the surface area of the liquid (for example, basic hydrogen peroxide), thereby significantly increasing the reaction efficiency between the basic hydrogen peroxide and chlorine. Furthermore, the large jet surface area and the small jet thickness of the nozzle 80 produce a very large specific surface area ranging from about 10 cm −1 to about 20 cm −1 , reducing the generator volume and reducing the laser cavity. The yield of excited oxygen supplied to the is increased. In addition, since the nozzle 80 does not require a small throat or passage that is prone to clogging of contaminants (eg, the salt that results from the reaction of chlorine and basic hydrogen peroxide), the system may have a higher initial molarity. The basic hydrogen peroxide can be used.

図5は、図4のフラットジェットノズルの底面左側透視図である。図5のフラットジェットノズル80は、一対の対向する平面板86の第2端部に取り付けることのできる複数の円錐形のノズルを含む。一対の対向する平面板86の第2端部からの唯一の出口が円錐形のノズルを通る。本記載は、COILの用途に着目したものとなっているが、これらの実施形態は、いずれの2相反応装置または接触システムにも適用可能である点に留意されたい。この2相反応装置システムは、気相反応物質と液相反応物質との間の相互作用を格段に増加させる。この結果、反応は、先行技術による2相反応装置の設計のものよりも、大幅に効率的なものとなる。   FIG. 5 is a bottom left perspective view of the flat jet nozzle of FIG. The flat jet nozzle 80 of FIG. 5 includes a plurality of conical nozzles that can be attached to the second ends of a pair of opposed planar plates 86. The only outlet from the second end of the pair of opposed flat plates 86 passes through the conical nozzle. Although the present description focuses on the use of COIL, it should be noted that these embodiments are applicable to any two-phase reactor or contact system. This two-phase reactor system significantly increases the interaction between the gas phase reactant and the liquid phase reactant. As a result, the reaction is significantly more efficient than that of the prior art two-phase reactor design.

これまで、同様の容量を有する先行技術のCOILレーザより軽量、小型、且つ効率的であるCOILについて記載してきた。これにより、レーザは、より小型の輸送システムで利用可能となる、または、現在の輸送システムの容量を増加させることができる。   So far, COILs have been described that are lighter, smaller, and more efficient than prior art COIL lasers with similar capacities. This allows the laser to be used in smaller transport systems or to increase the capacity of current transport systems.

<排気接触システムおよび方法>   <Exhaust contact system and method>

上述したように、システム0は、薄型で高密度、且つ表面積の多いフラットジェットを生成するノズルアレイを提供する。システム0をCOILと利用する点から説明した。代替的な実施形態では、システム0の原理の多くを汚染物質軽減システムおよび方法に適用する。一実施形態における汚染物質軽減システムおよび方法は気液接触器を含む。気液接触器は、複数のノズル板を含む。本実施形態では、各ノズル板が図6から図17に示す複数のノズルを含み、複数のノズル1010がノズルアレイを形成する。   As described above, System 0 provides a nozzle array that produces a flat jet with a low profile, high density, and high surface area. The system 0 has been described in terms of using COIL. In an alternative embodiment, many of the principles of System 0 are applied to the pollutant mitigation system and method. The contaminant mitigation system and method in one embodiment includes a gas-liquid contactor. The gas-liquid contactor includes a plurality of nozzle plates. In this embodiment, each nozzle plate includes a plurality of nozzles shown in FIGS. 6 to 17, and the plurality of nozzles 1010 form a nozzle array.

汚染物質軽減システムおよび方法について、先ずは固有の発明におけるノズル1010を、次に、ノズル板および固有のノズル配置を、気液反応装置の構成を、汚染物質軽減システムおよび方法全体の構成を、最後に様々な汚染物質に関するシステムの実装例について、底面を上にした概略図を参照して説明する。汚染物質軽減システムおよび方法のサブコンポーネントが、汚染物質軽減システムおよび方法に関するものを超えて数多くの用途に利用可能であることは、以下の記載から明らかである。   Concerning the pollutant mitigation system and method, first the nozzle 1010 in the unique invention, then the nozzle plate and the unique nozzle arrangement, the configuration of the gas-liquid reactor, the configuration of the entire pollutant mitigation system and method, In the following, a system implementation example for various pollutants will be described with reference to a schematic diagram with the bottom face up. It will be apparent from the following description that the subcomponents of the pollutant mitigation system and method can be used in numerous applications beyond those relating to the pollutant mitigation system and method.

<ノズル>   <Nozzle>

上述したように、システム0に関して過酸化水素のフラットジェットを供給するオリフィスを説明する。オリフィスは、V形状の入口1と円錐形の出口2チャネルとをジェット形成目的に有する。入口1と出口2チャネルとの交差点がオリフィスを形成する。ノズル板の横断面図は、入口3および出口4チャネルの輪郭を示す。オリフィスを出るジェットの概略を5に示す。入口6および出口7チャネルの横断面を拡大した図を提供している。ジェット長さ対ジェット幅の比率は、約10:1であり、厚みは、約10μmから約100μmの範囲である。   As described above, the orifice supplying a flat jet of hydrogen peroxide with respect to system 0 is described. The orifice has a V-shaped inlet 1 and a conical outlet 2 channel for jet forming purposes. The intersection of the inlet 1 and outlet 2 channels forms an orifice. The cross section of the nozzle plate shows the contour of the inlet 3 and outlet 4 channels. A schematic of the jet exiting the orifice is shown in FIG. An enlarged view of the cross section of the inlet 6 and outlet 7 channels is provided. The ratio of jet length to jet width is about 10: 1 and the thickness ranges from about 10 μm to about 100 μm.

反応物質またはソーベントの表面積の増加に加えて、フラットジェットは、関連技術のノズルが要する小さな喉部を必要としない。前にも説明したように、関連技術のノズルは、最大で約150μmから約350μmの範囲の喉のサイズを有する。これと対照的に、本発明の実施形態は、フラットジェットノズルが、小さなノズルのサイズに比して、約250μmあるいはそれ以上大きい喉部を有してよい。例えば、フラットジェットノズルは、約250μmから2000μmの範囲の喉部を有してよい。従って、本発明の実施形態のノズルは、汚染物質(例えば液体のソーベントと気体との反応により形成される塩)により詰まりが生じる可能性が低く、これにより、本発明のシステムはロバストなものとなる。さらに、反応物質の初期モル濃度を上げてもよくなり、さらにはより細かい溶媒スラリーを利用することができるようになる。約10モル/Lといった高いモル濃度を利用することができるようになるが、先行技術のシステムでは一般的に、塩および/または固体の副産物または沈殿物の詰まりのせいで、初期モル濃度が約5モル/Lに制限されていた。殆どのシステムが液体のソーベントまたは反応物質を再利用するが、モル濃度はひとたび大幅に降下すると、システムの性能は大幅に劣化する。本発明の実施形態では、ソーベントまたは反応物質の液体を、簡単な濃度の監視および反応物質を適切に液体システム内に滴定することで容易に補充することができる。   In addition to increasing the surface area of reactants or sorbents, flat jets do not require the small throat required by related art nozzles. As previously described, related art nozzles have throat sizes in the range of up to about 150 μm to about 350 μm. In contrast, embodiments of the present invention may allow a flat jet nozzle to have a throat about 250 μm or larger compared to the size of a small nozzle. For example, a flat jet nozzle may have a throat in the range of about 250 μm to 2000 μm. Thus, the nozzles of embodiments of the present invention are less likely to become clogged by contaminants (eg, salts formed by the reaction of a liquid sorbent with a gas), which makes the system of the present invention robust. Become. Furthermore, the initial molar concentration of the reactants may be increased, and a finer solvent slurry can be utilized. Although high molar concentrations, such as about 10 mol / L, can be utilized, prior art systems typically have an initial molar concentration of about clogging due to clogging of salts and / or solid by-products or precipitates. It was limited to 5 mol / L. Most systems recycle liquid sorbents or reactants, but once the molarity has dropped significantly, the performance of the system is greatly degraded. In embodiments of the present invention, the sorbent or reactant liquid can be easily replenished by simple concentration monitoring and appropriate titration of the reactant into the liquid system.

図8から図13に示すノズル1010は、上述した円錐形のノズル90に類似している。例えば類似点は、生成されるノズルの切れ目を、近似される円錐とU形状のチャネルとの間の交差点として示すことができ、もっともこれは円錐形状のマシニングツールビットを利用する方法ではない方法で製造される。ノズル1010は、液体が流れるときにフラットジェットを生成し、気液接触システムにおける気体からの擾乱を最小限に抑えることのできる形状を有する均一間隔の複数のフラット液体ジェットを生成する構成を有する。栓流特性を有するフラットジェットも生成できる。最初に生成されるフラットジェットは、乱流特性が非常に低く、フラットジェットの特性を大幅な長さ維持することができる。   The nozzle 1010 shown in FIGS. 8-13 is similar to the conical nozzle 90 described above. For example, similarities can be indicated by the generated nozzle break as an intersection between the approximated cone and the U-shaped channel, although this is not a method that utilizes a cone-shaped machining tool bit. Manufactured. The nozzle 1010 has a configuration that generates a flat jet when the liquid flows and generates a plurality of uniformly spaced flat liquid jets having a shape that can minimize disturbance from the gas in the gas-liquid contact system. A flat jet having plug flow characteristics can also be produced. The initially generated flat jet has very low turbulence characteristics and can maintain the flat jet characteristics for a significant length.

図6は、ノズルバンクの前駆体の一実施形態の横断面図である。図7は、図6に示すノズルバンクの前駆体の側面図である。図6から図8を参照すると、前駆体ロッド1012が、ノズル1010およびノズルバンク1011を形成するのに利用される。ロッド1012は、様々な寸法を有し、概して、パイプ半分を平坦にした形状に類似している。前駆体の材料は、複数の異なる幾何学的形状をとることができる(例えば楕円形、長円形、半円形)。   FIG. 6 is a cross-sectional view of one embodiment of a nozzle bank precursor. FIG. 7 is a side view of the precursor of the nozzle bank shown in FIG. With reference to FIGS. 6-8, precursor rods 1012 are utilized to form nozzles 1010 and nozzle banks 1011. The rod 1012 has various dimensions and is generally similar to the flattened shape of the pipe half. The precursor material can take a number of different geometric shapes (eg, oval, oval, semi-circle).

ロッド1012は、シェルロッドの厚み1015、ロッドの直線高さ1016、およびロッドの全高さ1017を有する。本発明の実施形態では、シェルロッドの厚み1015は、約0.015インチから約0.055インチの範囲であってよく、ロッドの直線高さ1016は、約0.05インチから約0.75インチの範囲であってよく、ロッドの全高さ1017は約0.25インチから約0.95インチの範囲であってよい。好適な実施形態のロッドのシェルロッドの厚み1015は約0.035インチであり、ロッド幅1014の最大計測値が約0.323インチであり、ロッドの直線高さ1016が約0.10インチであり、ロッドの全高さ1017が約0.31インチであり、ロッド長1018が約7.470インチであってよい。全幅1014は約0.323インチであり、ノズル端部1019は、図9で示されるように、ノズルバンク1011の端部から約0.035インチのところから始まっている。   The rod 1012 has a shell rod thickness 1015, a straight rod height 1016, and a total rod height 1017. In embodiments of the present invention, the shell rod thickness 1015 may range from about 0.015 inches to about 0.055 inches, and the linear height 1016 of the rods from about 0.05 inches to about 0.75. The total rod height 1017 can range from about 0.25 inches to about 0.95 inches. The preferred embodiment shell shell rod thickness 1015 is about 0.035 inches, the maximum measured rod width 1014 is about 0.323 inches, and the linear height 1016 of the rod is about 0.10 inches. Yes, the total height 1017 of the rod may be about 0.31 inches and the rod length 1018 may be about 7.470 inches. The total width 1014 is about 0.323 inches, and the nozzle end 1019 starts at about 0.035 inches from the end of the nozzle bank 1011 as shown in FIG.

本実施形態のノズルバンク1011を作成するプロシージャは以下の通りである。ノズルバンク1011はプログレッシブダイを利用して形成される。ダイを切断する第1段階で、適切なサイズの矩形の金属片が形成される。ダイの材料としては、単一の金属または合金(例えばステンレス鋼)が利用されてよい。加えて、金属の選択は、利用される液体化学物質およびその腐食性および反応性に応じて行うことができるので、銅、ニッケル、クロム、アルミニウム、またはこれらの金属を含む合金を含む他の金属を選択することもできる。   The procedure for creating the nozzle bank 1011 of this embodiment is as follows. The nozzle bank 1011 is formed using a progressive die. In the first stage of cutting the die, an appropriately sized rectangular metal piece is formed. A single metal or alloy (eg, stainless steel) may be utilized as the die material. In addition, the selection of metals can be made depending on the liquid chemicals utilized and their corrosiveness and reactivity, so other metals including copper, nickel, chromium, aluminum, or alloys containing these metals Can also be selected.

第2段階では、図6および図7の特定の幾何学的形状を形成する。ロッド1012は、デバリングされ、鋭角な端部または隅部がなくされると好適である。次いで、複数のノズル1010を、ノズル1010をロッド1012内に整合させることで形成する。好適な実施形態では、ノズル1010は、電気放電加工機(EDM)を利用して形成される。例えばロッド1012は、固定具に取り付けられて、製造EDMに入れられ、ノズルをロッド1012へと形成する(図8から図11参照)。   In the second stage, the specific geometric shapes of FIGS. 6 and 7 are formed. The rod 1012 is preferably deburred to eliminate sharp edges or corners. A plurality of nozzles 1010 are then formed by aligning the nozzles 1010 within the rod 1012. In a preferred embodiment, nozzle 1010 is formed using an electrical discharge machine (EDM). For example, rod 1012 is attached to a fixture and placed in manufacturing EDM to form a nozzle into rod 1012 (see FIGS. 8-11).

図12では、エンドキャップ1023がノズルバンク1011に溶接され、ノズルバンク1011が板に溶接されている(図13参照)。溶接は、先行技術として公知な方法で行うことができる(例えばレーザ溶接)。図8から図13ではノズル行1011が、完成したノズル1010を含むものとして示されている。ノズル1010は、約90度の角度で切断されていることが図11から分かる。ノズルの切断深さは、約1mmから約2.5mmの範囲であってよい。好適な実施形態では、ノズル1010の切断深さ1020は約0.058インチである。チャネルの深さは約2mmから20mmの範囲であってよい。   In FIG. 12, the end cap 1023 is welded to the nozzle bank 1011 and the nozzle bank 1011 is welded to the plate (see FIG. 13). Welding can be performed by a method known in the prior art (for example, laser welding). 8 to 13, the nozzle row 1011 is shown as including the completed nozzle 1010. It can be seen from FIG. 11 that the nozzle 1010 is cut at an angle of about 90 degrees. The cutting depth of the nozzle may range from about 1 mm to about 2.5 mm. In the preferred embodiment, the cutting depth 1020 of the nozzle 1010 is about 0.058 inches. The channel depth may range from about 2 mm to 20 mm.

これらのノズルは、中心1021間が均一な距離または不均一な距離となるよう形成されてよい。本発明の実施形態では、中心間の距離は約0.1cmから約5cmの範囲であってよい。好適な実施形態では、ノズルの中心1021間の距離が約0.158インチである。加えて、ノズルバンク1011には任意の数のノズルが存在してよい。好適な実施形態では、ノズルバンク1011には45個のノズルが形成される。加えて、端部空間1022がノズルバンク1011の両端部に形成される。好適な実施形態では、端部空間1022は約0.235インチに形成される。図12は、ノズルエンドキャップ1023を溶接した様子を示す。図13は、ノズルバンク1011を、チャネルのシーム1025に沿って板1024に溶接した様子を示す。本実施形態の構成は、液体体積に比して大きな表面積を提供でき、さらに、低体積の接触器に通常の大気圧で多数のジェットを提供できることから有利である。別の実施形態では、記載してきた溶接の代わりに、チャネルを板に直接マシニングすることができる。加えて、ノズルは、幅の狭い実質的に長円形のスリット(約0.5mm未満の最小寸法、且つ、長さが約50mmを超えるよう)を有してよい。このノズルは、好適な実施形態と比べると液流体積が不要に大きいかもしれないが、表面積の大きい薄型フラット液体シートを形成することはできる。   These nozzles may be formed such that the center 1021 has a uniform distance or a non-uniform distance. In embodiments of the invention, the distance between the centers may range from about 0.1 cm to about 5 cm. In a preferred embodiment, the distance between the nozzle centers 1021 is about 0.158 inches. In addition, any number of nozzles may be present in the nozzle bank 1011. In the preferred embodiment, the nozzle bank 1011 is formed with 45 nozzles. In addition, end spaces 1022 are formed at both ends of the nozzle bank 1011. In the preferred embodiment, end space 1022 is formed to be approximately 0.235 inches. FIG. 12 shows a state where the nozzle end cap 1023 is welded. FIG. 13 shows the nozzle bank 1011 welded to the plate 1024 along the channel seam 1025. The configuration of this embodiment is advantageous because it can provide a large surface area relative to the liquid volume and can provide a large number of jets at low atmospheric contactors at normal atmospheric pressure. In another embodiment, the channel can be machined directly into the plate instead of the welding that has been described. In addition, the nozzle may have a narrow, substantially oval slit (with a minimum dimension of less than about 0.5 mm and a length greater than about 50 mm). Although this nozzle may have an unnecessarily large liquid flow volume compared to the preferred embodiment, it can form a thin flat liquid sheet with a large surface area.

<ノズル板>   <Nozzle plate>

ノズル1010をノズルバンク1011上、または板1024上に配置することで、ノズルが形成する液体ジェットは、小さな容量で密に充填される。流体の流れを予測可能とすることにより、干渉なく、しかも乱流を形成することなくジェットが密に充填される。好適な実施形態の流体の流れは、入ってくる液体の流れが液体のノズル供給チャネルの方向に対して約90度というものである。このときに水流体における最良の液体ジェット特性が生成されることが分かっている(つまり、液体供給チャネルに沿った、または平行の流体の流れでは、結果生じるジェットが流体の流れに沿った方向に変更され、悪影響となる)。これと対照的に、ノズル板1020が形成するジェット層流においては、隣接するストリーム行同士が交差せずに密に充填されたジェットが生成される。従って乱流が殆ど形成されず、流体が均等に分配される。   By disposing the nozzle 1010 on the nozzle bank 1011 or the plate 1024, the liquid jet formed by the nozzle is densely filled with a small capacity. By making the fluid flow predictable, the jets are closely packed without interference and without creating turbulence. The fluid flow of the preferred embodiment is such that the incoming liquid flow is about 90 degrees relative to the direction of the liquid nozzle supply channel. It has been found that the best liquid jet properties in water fluids are produced at this time (i.e., for fluid flow along or in parallel with the liquid supply channel, the resulting jet is in a direction along the fluid flow). Changed and adversely affected). In contrast, in a jet laminar flow formed by the nozzle plate 1020, a closely packed jet is generated without the adjacent stream rows intersecting each other. Therefore, almost no turbulence is formed and the fluid is evenly distributed.

図14は、本発明の別の実施形態におけるノズル板の側面図である。図15は、図14のノズル板の上面図である。図16は、図14のノズル板の透視図である。図17は、図15に示すAで切断した図14のノズル板の詳細な分解図である。   FIG. 14 is a side view of a nozzle plate according to another embodiment of the present invention. FIG. 15 is a top view of the nozzle plate of FIG. FIG. 16 is a perspective view of the nozzle plate of FIG. FIG. 17 is a detailed exploded view of the nozzle plate of FIG. 14 cut at A shown in FIG.

図14から図17を参照すると、ノズル板は概して参照番号1020で示されている。本実施形態では、個々のノズル1010各々が、形成後のチャネル1015に切断され、チャネル1015における一行のノズルを形成している。幾つかのチャネルが板1020に形成されて、オリフィス板またはノズルジェットアレイを形成する。上述したようにチャネル1015は、一枚の板に溶接されるノズルバンク1011であってよい。または、チャネルおよびノズルが、マシニングにより単一の板から形成されてもよく、この結果は概して図21から図24に示す通りである。   With reference to FIGS. 14-17, the nozzle plate is generally indicated by reference numeral 1020. In this embodiment, each of the individual nozzles 1010 is cut into the channel 1015 after being formed, forming a row of nozzles in the channel 1015. Several channels are formed in the plate 1020 to form an orifice plate or nozzle jet array. As described above, the channel 1015 may be a nozzle bank 1011 that is welded to a single plate. Alternatively, the channels and nozzles may be formed from a single plate by machining, and the result is generally as shown in FIGS.

本実施形態では、これらのノズル1010が正確な間隔を保って配置されており、ジェットが意図した体積を満たすが互いに交差しないよう、生成されるジェットが満たす容量を最大化している。ジェット間の間隔を密にしすぎると、ジェット同士が衝突したり小さな液滴へと分裂したりして、密着したフラットジェットでなくなり、本実施形態の効果が低減されるという好ましくない結果となる。また一方で、ジェット間の間隔を離しすぎると、気相分子と反応することのできる比表面積が小さくなり、やはり本実施形態の効果が低減する。最適な間隔とは、主に、ノズルの設計およびサイズ、反応の効果(あるいは質量移動)、流体の粘度、および流体の表面エネルギーを組み合わせた関数として決定される。   In the present embodiment, these nozzles 1010 are arranged at an accurate interval to maximize the capacity of the generated jet so that the jet fills the intended volume but does not cross each other. If the distance between the jets is too close, the jets collide with each other or break into small droplets, resulting in an unfavorable result that the effect of the present embodiment is reduced because the flat jet is not in close contact. On the other hand, if the distance between the jets is too large, the specific surface area capable of reacting with gas phase molecules becomes small, and the effect of this embodiment is also reduced. Optimal spacing is determined primarily as a function of nozzle design and size, reaction effects (or mass transfer), fluid viscosity, and fluid surface energy.

図18は、図14のノズル板が生成する平坦薄型のフラット液体ジェットのアレイの透視図である。図19は、図14のノズル板が生成する平坦薄型のフラット液体ジェットのアレイの正面図である。図20は、図14のノズル板が生成する平坦薄型のフラット液体ジェットのアレイの側面図である。   FIG. 18 is a perspective view of an array of flat and thin flat liquid jets produced by the nozzle plate of FIG. FIG. 19 is a front view of an array of flat and thin flat liquid jets produced by the nozzle plate of FIG. 20 is a side view of an array of flat and thin flat liquid jets produced by the nozzle plate of FIG.

図18から図20は、液体をノズルに強い勢いで流したときに形成されるフラットジェットのアレイまたはマトリックスを示す。本実施形態では、各ノズル1010が、平坦で安定したジェット1050を形成するよう構成されている。好適な実施形態では、ジェットは幅が約2cm、長さが約25cm、且つ、厚みが約0.1mmとなるように形成される。もちろん他の寸法を利用することもできる。各ノズルの行1055により、一行のジェット1060が形成され、複数の行を並べることで、フラット液体ジェットのマトリックスまたはアレイ1065が形成される。この板は、24行のジェット1055を形成するよう構成される。もちろん行の数は加減してもよい。好適なジェットの行の数は、気液接触器のサイズおよびノズルアレイまたはジェット板の製造の実際的な態様および付属の流体処理ハードウェアにより決定されてよい。しかし、上面側におけるサイズに基本的な制約はない。非常に小さな反応装置(例えば研究用途の寸法に作成されたもの)については、2つの液体チャネルの提供に必要となる実際の行の数は3つであり(且つ、半分が反応装置の壁であることから、各端部に1チャネルの半分が搭載されることになる)。動作においては、気体は、フラットジェット間を、ジェットの平坦な側に平行に流れるよう構成され、これにより非常の大きな表面積となり、密な接触が達成される。   FIGS. 18-20 show an array or matrix of flat jets that are formed when liquid is forced through the nozzles. In this embodiment, each nozzle 1010 is configured to form a flat and stable jet 1050. In a preferred embodiment, the jet is formed to have a width of about 2 cm, a length of about 25 cm, and a thickness of about 0.1 mm. Of course, other dimensions can be used. Each nozzle row 1055 forms a row of jets 1060, and a plurality of rows are arranged to form a matrix or array 1065 of flat liquid jets. This plate is configured to form 24 rows of jets 1055. Of course, the number of rows may be adjusted. The number of suitable jet rows may be determined by the size of the gas-liquid contactor and the practical aspects of nozzle array or jet plate manufacture and the associated fluid processing hardware. However, there is no basic restriction on the size on the upper surface side. For very small reactors (for example, those sized for research use), the actual number of rows required to provide two liquid channels is three (and half is the reactor wall) There will be half of one channel on each end). In operation, the gas is configured to flow between the flat jets in parallel to the flat side of the jet, resulting in a very large surface area and intimate contact.

図21は、本発明の別の実施形態におけるノズル板の流体の出口側を示す。図22は、図21のノズル板の流体の入口側を示す。   FIG. 21 shows the fluid outlet side of the nozzle plate in another embodiment of the invention. FIG. 22 shows the fluid inlet side of the nozzle plate of FIG.

図21および図22を参照すると、ノズル板は概して参照番号1101で表されている。ノズル板1101は、オフセットされ千鳥構成の複数のノズル1010を含む。一実施形態では、図18に示すように、気体は、ジェットが生成する平坦な表面に平行に流れるよう構成されてよい。ノズル1010の千鳥構成またはオフセットされた構成は乱流ではなくて気体の横流のチャネルを遮蔽することから、千鳥構成ではない構成と比べて僅かに流れを増加させることができる。   With reference to FIGS. 21 and 22, the nozzle plate is generally designated by reference numeral 1101. The nozzle plate 1101 includes a plurality of nozzles 1010 that are offset and have a staggered configuration. In one embodiment, as shown in FIG. 18, the gas may be configured to flow parallel to the flat surface generated by the jet. The staggered or offset configuration of the nozzle 1010 shields the gas cross-flow channels rather than turbulent flow, so the flow can be increased slightly compared to non-staggered configurations.

図23は、本発明の別の実施形態のノズル板の流体の出口側を示す。図24は、図23のノズル板の流体の出口側を示す。   FIG. 23 shows a fluid outlet side of a nozzle plate according to another embodiment of the present invention. FIG. 24 shows the fluid outlet side of the nozzle plate of FIG.

図23および図24を参照すると、ノズル板は概して参照番号1110で示されている。流体は図23に示す面を出て、気体は、ジェットの平坦表面に平行に流れるよう構成されてよい。図24は、ノズル板1110の逆側を示す。ノズル板は複数のノズル1010を含み、これらが上述したノズルアレイ1112(ノズルバンク1011参照のこと)に設定される。代替的な実施形態では、ノズルアレイ1112は取り外し可能に構成されてよい。ノズルアレイを取り外すことのできる機能により、ノズルが腐食したような場合、または、ノズル寸法を変更する必要がある場合(例えば異なる粘度の異なる流体を利用する場合等)にも適応することができるようになる。   Referring to FIGS. 23 and 24, the nozzle plate is generally indicated by reference numeral 1110. The fluid exits the plane shown in FIG. 23 and the gas may be configured to flow parallel to the flat surface of the jet. FIG. 24 shows the opposite side of the nozzle plate 1110. The nozzle plate includes a plurality of nozzles 1010, which are set in the above-described nozzle array 1112 (see the nozzle bank 1011). In an alternative embodiment, the nozzle array 1112 may be configured to be removable. The ability to remove the nozzle array allows it to be adapted when the nozzles are corroded or when the nozzle dimensions need to be changed (eg when using different fluids with different viscosities). become.

図25は、ノズルバンクが取り除かれたノズル板の流体の出口側を示す。図26は、図25のノズル板の流体の入口側を示す。図25から図26は、ノズルの行1113がノズルアレイアセンブリ1120から取り外し可能であり、ノズルバンク1113が取り外されている様子を示す。ノズルバンク1113を取り外すことができる機能により、ユーザは、ノズル板1120を洗浄したり、板全体の取り替えではなく破損したノズルバンク1113だけを取り替えたりすることができるようになる。加えて、取り外し可能なノズルバンク1113は、接触器の比面積(specific area)の調節の助けとなり、製造プロセスを助ける(例えば、非常に高い質量移動を伴う気相分子は、捕捉または反応歩留まりを満たすために比面積をあまり必要としない)。従って、既存のシステムにおける全液体の流量を低減させる目的から、ノズルバンクを潜在的に取り除くことができるようになる。   FIG. 25 shows the fluid outlet side of the nozzle plate with the nozzle bank removed. FIG. 26 shows the fluid inlet side of the nozzle plate of FIG. FIGS. 25-26 illustrate the nozzle row 1113 being removable from the nozzle array assembly 1120 and the nozzle bank 1113 being removed. The ability to remove the nozzle bank 1113 allows the user to clean the nozzle plate 1120 or replace only the damaged nozzle bank 1113 rather than replacing the entire plate. In addition, the removable nozzle bank 1113 helps to adjust the specific area of the contactor and assists in the manufacturing process (eg, gas phase molecules with very high mass transfer can increase trapping or reaction yield). Less specific area to meet). Thus, the nozzle bank can be potentially removed for the purpose of reducing the total liquid flow in existing systems.

例えば一実施形態では、図25および図26に示すノズルバンクまたはノズルの行1113を、平坦な管1130(図27および図28参照)から切断した。管1130は、適切な管から長さ方向に切断され、僅かに平坦化された、または、マンドレルの上の平坦なシートから形成した。複数のノズル1010を管1130に切断した。これはノズルバンク形成の代替的な方法である。管1130は、平坦な状態で示されており、オリフィス製造のために電気放電加工機(EDM)で形成された溝を設けられている。管1130を長さ方向に切断して、平坦でない端部を除去すると、溝1113が実質的に完成して、ノズル板1120に嵌合可能な状態になる。   For example, in one embodiment, the nozzle bank or nozzle row 1113 shown in FIGS. 25 and 26 was cut from a flat tube 1130 (see FIGS. 27 and 28). Tube 1130 was cut lengthwise from a suitable tube and slightly flattened or formed from a flat sheet on a mandrel. A plurality of nozzles 1010 were cut into tubes 1130. This is an alternative method of nozzle bank formation. The tube 1130 is shown in a flat state and is provided with a groove formed with an electric discharge machine (EDM) for orifice manufacture. When the tube 1130 is cut in the length direction and the non-flat end portion is removed, the groove 1113 is substantially completed and can be fitted into the nozzle plate 1120.

<気液接触器>   <Gas-liquid contactor>

図29は、本発明の別の実施形態における気液接触器の概略の切断図である。気液接触器は、本明細書で説明するようにCOILの気液接触器の効率を上げ、空気混入(entrainment)を低減させることができる。気液接触器のノズルは、形状を気流の中でも維持できる、安定した平面状の液体ジェットを形成するよう構成されている。   FIG. 29 is a schematic cut-away view of a gas-liquid contactor according to another embodiment of the present invention. A gas-liquid contactor can increase the efficiency of COIL gas-liquid contactors and reduce entrainment as described herein. The nozzle of the gas-liquid contactor is configured to form a stable planar liquid jet that can maintain its shape even in an air stream.

これらのノズルは、平面状の液体ジェットの密に充填され平行なマトリックスを形成するアレイ状のノズルプレートに製造可能である。フラットジェットアレイは、空気力学的な形状をしており、比較的高い気流において安定したジェット形成を提供することができる。つまり、ノズルアレイは、気体からの擾乱を最小限に抑えることのできる形状を有する均一間隔の複数のフラット液体ジェットを形成するよう構成される。さらに、ノズルアレイは、気流に平行な液体シートを生成して、比較的大きな接触面積および低い気圧降下を提供する。気流は、液体ジェットを横断しても(横流)、逆流であっても、並流であってもよい。   These nozzles can be made into an array of nozzle plates that form a closely packed, parallel matrix of planar liquid jets. The flat jet array has an aerodynamic shape and can provide stable jet formation at relatively high airflow. That is, the nozzle array is configured to form a plurality of uniformly spaced flat liquid jets having a shape that can minimize disturbance from the gas. In addition, the nozzle array produces a liquid sheet that is parallel to the airflow to provide a relatively large contact area and low atmospheric pressure drop. The airflow may traverse the liquid jet (crossflow), backflow, or cocurrent.

ノズルでジェットを生成するのに必要な液圧降下(liquid pressure drop)も低く、これにより、液体側および気体側両方のポンプコストは低くなる。主要な制約を加えるオリフィス(例えばノズルアレイ)にわたり液圧降下が生じる。例えば、本実施形態が機能する液圧の範囲は、2psiおよび50psiの間であり、最良の範囲は3psiおよび15psiの間である。さらに、2psi未満の液圧でも、依然として薄型フラットジェットを形成することができる(ノズルの寸法に応じて)が、液体の速度は遅くなり、高い速度の気流においては大幅な偏向が生じる。同様に、50psiを超える圧力でも、良好な薄型のフラットジェットを生成することができるが、この水圧を提供するのに要するエネルギーが高く、システムの寄生エネルギー損失が増える。   The liquid pressure drop required to generate the jet at the nozzle is also low, which reduces the pump cost on both the liquid side and the gas side. There is a hydraulic drop across the orifice (eg nozzle array) that imposes major constraints. For example, the range of hydraulic pressure at which this embodiment functions is between 2 psi and 50 psi, with the best range being between 3 psi and 15 psi. In addition, even flat fluid pressures below 2 psi can still form thin flat jets (depending on the nozzle dimensions), but the liquid velocity is slow and significant deflection occurs in high velocity airflow. Similarly, good thin flat jets can be generated at pressures above 50 psi, but the energy required to provide this water pressure is high, increasing the parasitic energy loss of the system.

これらの利点に加えて、ノズルが液体を霧状にしないために、液体を霧状にするシステムに比して気体への液体混入が大幅に低減する。気液接触器は非常に多い比面積(例えば20cm−1)を有し、これにより、高い接触効率および小さなフットプリント(例えば、接触器および支持ポンプに対して100ft/MVと同等未満)が実現される。表2に、気液接触器の比面積およびその他のパラメータを示す。 In addition to these advantages, since the nozzle does not atomize the liquid, liquid contamination in the gas is greatly reduced compared to systems that atomize the liquid. Gas-liquid contactors have a very large specific area (eg 20 cm −1 ), which results in high contact efficiency and a small footprint (eg less than 100 ft 2 / MV for contactors and support pumps). Realized. Table 2 shows the specific area of the gas-liquid contactor and other parameters.

図29を参照すると、気液接触器は概して参照番号1600で示されている。本実施形態では、横流構成が利用されており、気体は接触器1600の左から右へ流れる。液体は接触器1600の上部1610に入口プレナム1630から入り、接触チャンバ1650の上部のノズル板1640を強い勢いで流れる。フラット液体ジェットは、これらノズルにより形成され、チャンバ内を流れ下る。気体は、図29のシステムの左から右へ、平行なジェット間を流れ、ここで質量移動が起こり、さらに低圧降下デミスター1660を通り、出口1670へと向かう。液体は接触器の底面のアンチスプラッシュグリッド1680を通じて収集され、適宜処理されて、場合によってはリサイクルされる。アンチスプラッシュグリッドサブモジュール1680は、フラットジェットを受ける形状を有する孔を有するグリッドである。アンチスプラッシュガードまたは気体・流体分離器も、実質的に動作中の液体のバックスプラッシュを最小限に抑えるよう構成される。アンチスプラッシュグリッド1680の孔は、液体捕捉出口プレナム1620の出口1700および/または1690に対して僅かに角度を持って配置されて、流体に対して加圧することなく流体を流出させることができる。   Referring to FIG. 29, a gas-liquid contactor is indicated generally by the reference numeral 1600. In this embodiment, a cross flow configuration is utilized, and the gas flows from the left to the right of the contactor 1600. Liquid enters the top 1610 of the contactor 1600 from the inlet plenum 1630 and flows through the nozzle plate 1640 at the top of the contact chamber 1650 with a strong force. A flat liquid jet is formed by these nozzles and flows down in the chamber. The gas flows from left to right in the system of FIG. 29 between parallel jets, where mass transfer occurs and further passes through the low pressure drop demister 1660 to the outlet 1670. The liquid is collected through an anti-splash grid 1680 on the bottom of the contactor, processed as appropriate, and optionally recycled. Anti-splash grid sub-module 1680 is a grid with holes having a shape to receive a flat jet. The anti-splash guard or gas / fluid separator is also configured to substantially minimize back splash of liquid during operation. The holes in the anti-splash grid 1680 are positioned at a slight angle with respect to the outlets 1700 and / or 1690 of the liquid capture outlet plenum 1620 so that fluid can flow out without pressurizing the fluid.

以下の表2および表3は、幾つかの気液接触器(本発明のものを含む)の接触効率および利点/欠点を比較するものである。

Figure 0005777215
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Tables 2 and 3 below compare the contact efficiency and advantages / disadvantages of several gas-liquid contactors (including those of the present invention).
Figure 0005777215
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気液接触器は、元はCOILの化学反応装置に利用されたが、この用途に限定はされない。気液接触器は、高効率、単一の段階、低コスト、気体と液体との間の小さいフットプリント接触が好ましい任意の用途等の複数の異なる用途に利用可能である。数例を挙げると、気体の冷却等の気体と液体とが直接接触する熱伝達、燃焼排ガスストリームからの汚染物質吸収等の質量移動、COIL用途等の液体と気体との間の化学反応、および好気性消化等の生体反応が挙げられる。多段階の横流の接触は、接触器を直列に接続して、液体を下流の接触器の出口から次段の上流の接触器の入口へとポンプすることで行われる。あるいは、直流設置された気液接触器に2つの異なる液体ソーベントまたは反応物質を独立してポンプして流入させて、単一のトレイン気流の擾乱なしに2段階の反応を起こすこともできる。気液接触器の実施形態は、非常に高い体積の質量移動係数、低い気圧降下、低い液圧降下、比較的小さなサイズ、詰まりに対する耐性、低い液体の混入、低い資本および動作コストといった特性を有する気液接触器を生成する。これは、互いに平行且つ気流に平行に密に充填された、平坦で、安定している、霧状ではない液体ジェットのマトリックスを形成する特殊なノズルのアレイを有するオリフィス板(本明細書ではノズル板と称される)を利用して行われる。単一の段階の気液接触器の一実施形態を以下に説明する。気体の流量および複数のジェット行により、この単一の段階の接触時間が決定される。   The gas-liquid contactor was originally used in a COIL chemical reactor, but is not limited to this application. Gas-liquid contactors can be used in a number of different applications, such as any application where high efficiency, single stage, low cost, and small footprint contact between gas and liquid is preferred. Some examples include heat transfer where gas and liquid are in direct contact, such as gas cooling, mass transfer such as pollutant absorption from flue gas streams, chemical reaction between liquid and gas, such as COIL applications, and Biological reactions such as aerobic digestion can be mentioned. Multi-stage cross-flow contact is accomplished by connecting the contactors in series and pumping liquid from the downstream contactor outlet to the next upstream contactor inlet. Alternatively, two different liquid sorbents or reactants can be independently pumped into a direct-current gas-liquid contactor to cause a two-stage reaction without the disturbance of a single train stream. Gas-liquid contactor embodiments have properties such as very high volume mass transfer coefficient, low pressure drop, low liquid pressure drop, relatively small size, resistance to clogging, low liquid contamination, low capital and operating costs Create a gas-liquid contactor. This is an orifice plate (here, nozzles) with a special array of nozzles that form a matrix of flat, stable, non-misty liquid jets that are closely packed parallel to each other and parallel to the air stream. (Referred to as a board). One embodiment of a single stage gas-liquid contactor is described below. The gas flow rate and the multiple jet lines determine this single stage contact time.

本実施形態では、ジェット板は、気液接触器1600内に収容されている。気体は左1672から入り、接触チャンバ1650のフラット液体ジェットを通り、デミスター1660を通り、気体出口1670から出る。液体は入力プレナム1630から入り、一連のノズル板1640を強い勢いで流れ下り、フラット液体ジェットを形成してから、気液分離器1680を通り、接触器の底部の液体収集チャンバ1620に入る。その後、液体は出口1690および1700を出て、処理を受ける、および/または、リサイクルされる。   In the present embodiment, the jet plate is accommodated in the gas-liquid contactor 1600. The gas enters from the left 1672, passes through the flat liquid jet of the contact chamber 1650, passes through the demister 1660, and exits from the gas outlet 1670. Liquid enters from the input plenum 1630, rushes down a series of nozzle plates 1640, forms a flat liquid jet, then passes through a gas-liquid separator 1680 and enters a liquid collection chamber 1620 at the bottom of the contactor. The liquid then exits outlets 1690 and 1700 to be processed and / or recycled.

図30は、本発明の別の実施形態における複数の気液接触器の概略配置を示す。図30を参照すると、多段階の横流デバイス接触器は、概して参照番号3000で表されており、直列に接続されている。多段階の横流デバイス接触器3000は、第1の気液接触器3002、第2の気液接触器3004、および第3の気液接触器3006を含む。もちろん、3を超える数の気液接触器があってもよい(例えば、気液接触器の数は用途に応じて決定することができる)。つまり、利用される接触器の数は、特定の化学物質が必要とする最終的な捕捉または反応歩留まりの関数として決定される。連続する接触器は、当技術分野で公知な連続化学物質抽出と実質的に似た概念であってよい。気流は各接触器を通り、液体はトレインの下流端3008から上流端3010への横流として流れる。   FIG. 30 shows a schematic arrangement of a plurality of gas-liquid contactors in another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 30, a multi-stage cross-flow device contactor is generally designated by the reference numeral 3000 and is connected in series. The multi-stage cross-flow device contactor 3000 includes a first gas / liquid contactor 3002, a second gas / liquid contactor 3004, and a third gas / liquid contactor 3006. Of course, there may be more than three gas-liquid contactors (eg, the number of gas-liquid contactors can be determined depending on the application). That is, the number of contactors utilized is determined as a function of the final capture or reaction yield required by a particular chemical. A continuous contactor may be a concept that is substantially similar to continuous chemical extraction known in the art. The airflow passes through each contactor and the liquid flows as a cross flow from the downstream end 3008 to the upstream end 3010 of the train.

各段階間の液体ポンプ(不図示)により、液体は各接触器に提供される。オプションとしては、単一の液体供給プレナムが、全て直列にインストールされた気液接触器モジュールに対して機能を提供することができ、これには、単一の液体ポンプがその液体を単一の直列液体供給プレナムへ提供すること、または単一のポンププレナムから並列に供給することのみが必要となる。   Liquid is provided to each contactor by a liquid pump (not shown) between each stage. Optionally, a single liquid supply plenum can provide functionality for all gas-liquid contactor modules installed in series, with a single liquid pump delivering that liquid to a single All that is required is to provide a serial liquid supply plenum or supply in parallel from a single pump plenum.

気液接触器は、様々な異なる材料から形成することができる。例えば接触器はステンレス鋼から形成することができる。材料は、液体および/または気体化学物質およびその腐食性または反応性(例えば銅、ニッケル、クロム、アルミニウム、およびこれらの合金)に基づいて選択されてよい。加えて、被膜された成分またはパイプ材料を利用することもできる(例えば、ガラスライニングされたもの、エポキシ樹脂または粒子で被膜されたもの等)。あるいは、接触器の構造上および/または流体処理部品の一部が、プラスチックまたはポリマー、繊維補強エポキシ樹脂またはポリマー、構造的ポリマー、ポリイミド、およびこれらの混合物および合成物で製造されてもよい。   The gas liquid contactor can be formed from a variety of different materials. For example, the contactor can be formed from stainless steel. The material may be selected based on liquid and / or gaseous chemicals and their corrosiveness or reactivity (eg, copper, nickel, chromium, aluminum, and alloys thereof). In addition, coated components or pipe materials can be utilized (eg, glass-lined, epoxy resin or coated with particles, etc.). Alternatively, some of the structural and / or fluid treatment components of the contactor may be made of plastic or polymer, fiber reinforced epoxy resin or polymer, structural polymer, polyimide, and mixtures and composites thereof.

<アンモニア水による汚染物質除去>   <Pollutant removal with ammonia water>

本明細書に記載される本発明の実施形態は、アンモニアを利用することで、排気から汚染物質を除去する用途に利用可能である。汚染物質除去の重要なコスト推進要因は、燃焼排ガスの汚染物質の分圧の低さ、あるいは気体吸収率が低いことである。例えば、反応率は概して、反応物の初期濃度の関数として定まり、濃度が高いほど反応が速くなる。しかし、初期濃度が低いと、質量移動が、気体または液体分子の反応または除去において制約を課す変数となる。本発明の実施形態では、低い質量移動係数を、高い相対比面積および高い流量でオフセットしている。   Embodiments of the invention described herein can be used for applications that remove pollutants from exhaust by utilizing ammonia. An important cost driver for pollutant removal is the low partial pressure of pollutants in the flue gas or low gas absorption. For example, the reaction rate is generally determined as a function of the initial concentration of reactants, with higher concentrations resulting in faster reactions. However, at low initial concentrations, mass transfer becomes a variable that imposes constraints on the reaction or removal of gas or liquid molecules. In an embodiment of the invention, the low mass transfer coefficient is offset with a high relative specific area and high flow rate.

関連技術では、燃焼排ガス(FGD)脱硫システムを開発して発電プラントに設置して、SOおよびSOが酸性雨および空気汚染となる問題に取り組んでいる。殆どのFGDシステムは、燃焼排ガスを湿ったライムストーンに接触させることで、SOをCaSOとして吸収して、その後、CaSO(ジプサム)に酸化して、沈殿させ、販売する、または埋め立てる。ライムまたはライムストーンベースのFDの欠点は、様々な汚染物質(たとえばNO、Hg、またはCO)に対応できないことである。別の欠点は、FGDシステムに大きなフットプリントおよび資本投資が必要であることである(例えば噴霧塔および酸化タンク等)。 In the related art, a flue gas (FGD) desulfurization system is developed and installed in a power plant to address the problem of SO 2 and SO 3 becoming acid rain and air pollution. Most FGD systems absorb SO 2 as CaSO 3 by contacting the flue gas with wet limestone, and then oxidize, precipitate, sell, or landfill to CaSO 4 (Gypsum). The disadvantage of lime or limestone based FD is that they cannot accommodate various pollutants (eg, NO x , Hg, or CO 2 ). Another drawback is that the FGD system requires a large footprint and capital investment (such as spray towers and oxidation tanks).

高い気体吸収および除去のために好適なソーベントは、高い液体ジェット性能、高い気体搭載容量、高い酸化安定性、低い反応熱、低いソーベントコスト、低い腐食性、および販売可能な製品ストリームといった特性を有するシステムである。ソーベントの一例はアンモニア水である。アンモニア、アンモニア塩、および尿酸をボイラーまたは燃焼排ガスに注入することで、選択的触媒低減(SCR)または選択的非触媒低減(SNCR)によりNOを低減させることができる。アンモニアおよびその塩は、SOおよび複数の汚染物質を制御することができる。 Suitable sorbents for high gas absorption and removal have characteristics such as high liquid jet performance, high gas loading capacity, high oxidative stability, low reaction heat, low sorbent cost, low corrosivity, and marketable product streams. It is a system that has. An example of a sorbent is ammonia water. Ammonia, ammonium salts, and uric acid to inject the boiler or the flue gas, it is possible to reduce the NO x by selective catalytic reduction (SCR) or selective non-catalytic reduction (SNCR). Ammonia and its salts can control SO x and multiple contaminants.

加えて関連技術による、水性吸収剤を利用する複数の汚染物質制御では、燃焼排ガスのNOの主要成分であるNOが、選択的触媒低減(SCR)または選択的非触媒低減(SNCR)によりNに還元される、またはNOに酸化される必要がある、というのも、NOは水に対する溶解度が非常に低いからである。NOに酸化される場合には、NOは塩基性溶液または硝酸で吸収されうる。アンモニアベースのシステムを利用する場合には、貴重な副産物が生成される。硝酸アンモニウムおよび硫酸アンモニウムは肥料として利用することができる。アンモニアは、モノエタノールアミン(MEA)またはジエタノールアミン(DEA)よりもCOを捕捉するのに効率的であり、COは油田の回復手段として優れている。 By addition related art, a plurality of contaminant control utilizing aqueous absorbing agent is a major component of the NO x in the combustion exhaust gas NO is by selective catalytic reduction (SCR) or selective non-catalytic reduction (SNCR) N It needs to be reduced to 2 or oxidized to NO 2 because NO has very low solubility in water. When oxidized to NO 2 , NO x can be absorbed with a basic solution or nitric acid. When using an ammonia-based system, valuable by-products are produced. Ammonium nitrate and ammonium sulfate can be used as fertilizers. Ammonia is effective for capturing CO 2 than monoethanolamine (MEA) or diethanolamine (DEA), CO 2 is superior as a recovery means for oilfield.

本発明の実施形態は、幾つかの対象汚染物質(例えば、酸性ガス、アンモニア、VOC、SO、NO、CO、Hg、およびこれらの組み合わせを含むがこれらに限定はされない)を捕捉することができる。さらに、本発明の一部の実施形態は、単一の、小さなフットプリント、システムを有し、貴重な副産物を生産するよう構成される。加えて、実施形態ではスラリーとの接触がないので、関連する材料の処理が困難とならない。スラリーを利用しないことにより、アンモニア再生器(あるいはCOストリッパ)における相変化を完成させる熱を利用する必要がなくなる。 Embodiments of the present invention capture a number of target pollutants (eg, including but not limited to acid gases, ammonia, VOC, SO x , NO x , CO 2 , Hg, and combinations thereof). be able to. In addition, some embodiments of the invention have a single, small footprint, system and are configured to produce valuable by-products. In addition, since there is no contact with the slurry in the embodiment, processing of the associated material does not become difficult. By not using the slurry, it is not necessary to use the heat to complete the phase change in the ammonia regenerator (or CO 2 stripper).

本発明の実施形態では、燃焼排ガスから、バッグハウスまたは電気集塵装置(ESP)でフライアッシュを洗浄してなくし、適宜、第1の湿式接触のために冷却する。そして、燃焼排ガスのSOおよびNOを、気体の過酸化水素で酸化させる、あるいは、過酸化水素水溶液を利用して第1の気体洗浄装置で酸化させてよい。気体洗浄装置は、本明細書で説明するように、高効率で、フットプリントが小さい、水平の横流気液接触装置である。気体洗浄装置は、燃料排気ガスを塩基性硫酸アンモニウム水溶液(basic aqueous ammonium sulfate)で洗浄して、酸性ガス(SO、SO、NO、HCl、HF等)を除去する。補給アンモニア(make-up ammonia)をpH制御のために追加して、水酸化物イオンを供給して、加水分解されたガスが生成する水素イオンと反応させる。これにより、ガスが可溶性アンモニウム塩に変換され、その蒸気圧が略ゼロに低下する。SOの約99%の吸収度よりも良好な結果が得られる。酸化および/または吸収プロセスにより水銀も除去することができる(HgOは元素Hgよりもずっと可溶性が高い)。本発明の一部の実施形態における汚染物質除去の一部の反応メカニズムは以下の通りである。
NH加水分解:
NH3 + H2O ⇔ NH4 + + OH- (1)
SO捕捉:
H2O + SO2 → H+ + HSO3 - (2)
1/2O2 + HSO3 - → HSO4 - (3)
2NH3 + HSO4 - + H2O → (NH4)2SO4 + OH- (硫酸アンモニウム) (4)
NO捕捉:
NH3 + H2O ⇔ NH4 + + OH- (5)
H2O2 + OH- → HO2 - + H2O (6)
HO2 - + NO → NO2 + OH- (7)
2NO2 + H2O2 → 2HNO3 (8)
NH3 + HNO3 → NH4NO3 (硝酸アンモニウム) (9)
Hg捕捉
H2O2 + Hg0 → Hg(II) + 生成物 (10)
S捕捉
H2S (aq) →HS- + H+ (11)
HS- + NH3 + H+ →NH4HS (12)
In an embodiment of the present invention, the fly ash is removed from the combustion exhaust gas with a bag house or an electrostatic precipitator (ESP), and appropriately cooled for the first wet contact. Then, SO 2 and NO of the combustion exhaust gas may be oxidized with gaseous hydrogen peroxide, or may be oxidized with a first gas cleaning device using an aqueous hydrogen peroxide solution. The gas scrubber is a horizontal cross-flow gas-liquid contactor that is highly efficient and has a small footprint, as described herein. The gas scrubber cleans the fuel exhaust gas with basic aqueous ammonium sulfate to remove acidic gases (SO 2 , SO 3 , NO 2 , HCl, HF, etc.). Make-up ammonia is added for pH control to supply hydroxide ions to react with the hydrogen ions produced by the hydrolyzed gas. Thereby, the gas is converted into a soluble ammonium salt, and its vapor pressure is reduced to substantially zero. Than about 99% of the absorbance of the SO x good results. Mercury can also be removed by oxidation and / or absorption processes (HgO x is much more soluble than elemental Hg). Some reaction mechanisms for contaminant removal in some embodiments of the invention are as follows.
NH 3 hydrolysis:
NH 3 + H 2 O ⇔ NH 4 + + OH - (1)
SO 2 capture:
H 2 O + SO 2 → H + + HSO 3 - (2)
1 / 2O 2 + HSO 3 - → HSO 4 - (3)
2NH 3 + HSO 4 - + H 2 O → (NH 4) 2 SO 4 + OH - ( ammonium sulfate) (4)
NO x capture:
NH 3 + H 2 O ⇔ NH 4 + + OH- (5)
H 2 O 2 + OH - → HO 2 - + H 2 O (6)
HO 2 - + NO → NO 2 + OH - (7)
2NO 2 + H 2 O 2 → 2HNO 3 (8)
NH 3 + HNO 3 → NH 4 NO 3 (ammonium nitrate) (9)
Hg capture
H 2 O 2 + Hg 0 → Hg (II) + product (10)
H 2 S capture
H 2 S (aq) → HS - + H + (11)
HS - + NH 3 + H + NH 4 HS (12)

硫黄および酸化窒素が塩(NH)NOおよび(NHSOとして捕捉されると、接触溶液が濃縮および沈殿して、販売または処理される。重金属(Hg)およびハロゲン化物(ClおよびF)は、別途pH調節段階で沈殿させられる。希釈された接触溶液は気体洗浄装置へとリサイクルされる。 As sulfur and nitric oxide are captured as salts (NH 4 ) NO 3 and (NH 4 ) 2 SO 4 , the contact solution concentrates and precipitates and is sold or processed. Heavy metals (Hg) and halides (Cl and F) are precipitated in a separate pH adjustment step. The diluted contact solution is recycled to the gas scrubber.

これらのプロセスを経た燃焼排ガスは、全ての汚染物質を95%除去されて、きれいになったものよりさらに良好であり、部分的にCOを除去する準備ができている。第2の気体洗浄装置は、アンモニア水および/またはアンモニア塩の組み合わせを液体に利用する。COが吸収され、炭酸アンモニウムおよび水と反応して、重炭酸アンモニウムを形成する。低温および高いpHには、CO吸収が好適である。補給アンモニアはpHおよび気体洗浄溶液の遊離アンモニアのレベルを制御する。アンモニアの濃度が高いと、pHが上がり、COの吸収およびCOの負荷が増加し、さらには、アンモニアの蒸気圧が上がる。本発明の実施形態におけるCO捕捉の簡略化された反応メカニズムは以下を含む。
2NH3 + H2O + CO2 ⇔ (NH4)2-CO3 (炭酸アンモニウム) (13)
(NH4)2 CO3 + CO2 + H2O ⇔ 2NH4HCO3 (重炭酸アンモニウム) (14)
The flue gas that has undergone these processes is even better than one that has been cleaned with 95% of all pollutants removed and is ready to partially remove CO 2 . The second gas cleaning device uses a combination of ammonia water and / or ammonia salt as the liquid. CO 2 is absorbed and reacts with ammonium carbonate and water to form ammonium bicarbonate. For low temperatures and high pH, CO 2 absorption is preferred. Make-up ammonia controls pH and the level of free ammonia in the gas wash solution. A high ammonia concentration increases the pH, increases CO 2 absorption and CO 2 loading, and further increases the vapor pressure of ammonia. A simplified reaction mechanism for CO 2 capture in embodiments of the present invention includes:
2NH 3 + H 2 O + CO 2 ⇔ (NH 4 ) 2 -CO 3 (Ammonium carbonate) (13)
(NH 4 ) 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O ⇔ 2NH 4 HCO 3 (Ammonium bicarbonate) (14)

接触器からの濃度の高い溶液をCOストリッパに送り、そこでは昇温されており、逆反応が行われて、気体COが解放され、炭酸アンモニウムが生成される。高温および低pHにはCOの放出が好適である。低pHにはアンモニアの吸収が好適であるので、低pHによりCOの放出が促進され、アンモニアは溶液内に留めることができる。COは分離され圧縮されて、炭酸アンモニウムを気体洗浄装置に戻す。 A highly concentrated solution from the contactor is sent to a CO 2 stripper where it is warmed and reverse reaction is performed to release gaseous CO 2 and produce ammonium carbonate. The release of CO 2 is preferred for high temperatures and low pH. Since absorption of ammonia is suitable for low pH, release of CO 2 is promoted by low pH, and ammonia can remain in the solution. The CO 2 is separated and compressed to return ammonium carbonate to the gas scrubber.

関連技術のアンモニアベースのシステムに共通の問題は、吸収液体内に溶解したアンモニアが気相に戻り、燃焼排ガス内のスタックが蓄積される、という「アンモニアスリップ」である。この現象により、アンモニアが燃焼排ガスの構成物と反応して固体を沈殿させた場合、可視プルームが生じる。加えてアンモニアスリップは、大幅に試薬コストを上昇させる。   A common problem with related art ammonia-based systems is the “ammonia slip” in which the ammonia dissolved in the absorbing liquid returns to the gas phase and the stack in the flue gas accumulates. This phenomenon creates a visible plume when ammonia reacts with the components of the flue gas to precipitate solids. In addition, ammonia slip significantly increases reagent costs.

一実施形態では、図30に示す複数の気液接触器を汚染物質除去に利用する。本実施形態では、各気液を異なる目的に構成することができる。例えば気液接触器3006は、特に、最初の2つの接触器3002、3004それぞれでスリップしうるアンモニアを全て捕捉するよう設計されてよい。本実施形態では、酸性ガス(SO、NO、およびCO)を吸収するのに最適なpHは7を超える値である、というのもこれらのガスの蒸気圧は高いpHで最低になるが、アンモニアの蒸気圧は高いpHで最高になるからである。第1の気液接触器3002の最適条件において、約99%より良好にSOを捕捉することができる。第3の接触器3006は、第1の気液接触器3002および第2の気液接触器3004を、酸性ガスを吸収するのに最適な条件下で、高いアンモニアスリップを伴って動作させることができる、というのも第3の接触器3006はアンモニアを捕捉するのに最適な条件下で動作されるからである。捕捉されたアンモニアは、最初の2つの気液接触器に戻される。気液接触器が高効率且つ小型であるということは、第3の気液接触器を提供可能であるということであり、これにより非常に高い捕捉効率が達成されるということである。 In one embodiment, a plurality of gas-liquid contactors shown in FIG. 30 are used for contaminant removal. In this embodiment, each gas-liquid can be configured for different purposes. For example, the gas-liquid contactor 3006 may be specifically designed to capture all ammonia that may slip in the first two contactors 3002, 3004, respectively. In this embodiment, the optimum pH for absorbing acidic gases (SO x , NO x , and CO 2 ) is greater than 7, because the vapor pressure of these gases is lowest at high pH. However, the vapor pressure of ammonia is highest at a high pH. Under optimal conditions of the first gas-liquid contactor 3002, SO 2 can be captured better than about 99%. The third contactor 3006 can cause the first gas-liquid contactor 3002 and the second gas-liquid contactor 3004 to operate with high ammonia slip under conditions optimal for absorbing acid gas. This is possible because the third contactor 3006 is operated under conditions optimal for capturing ammonia. The captured ammonia is returned to the first two gas-liquid contactors. The fact that the gas-liquid contactor is highly efficient and small means that a third gas-liquid contactor can be provided, which means that a very high capture efficiency is achieved.

本実施形態では複数種類の効率(エネルギー消費および除去システムのコスト削減による、燃焼排ガスから複数の汚染物質を除去する高い効率性の達成、除去システムのサイズを最小限に抑えることによる、燃焼排ガスからの複数の汚染物質を除去する高い効率性の達成、並列に組み合せ可能とすることで様々な設備のサイズに適合可能なモジュール型のシステムを作成することによる、燃焼排ガスから複数の汚染物質を除去する高い効率性の達成、汚染物質の選択的および連続的除去を可能とするべく直列に組み合わせ可能な非常に低い流れ抵抗(圧力降下)を有するモジュール型のシステムを作成することによる、燃焼排ガスから複数の汚染物質を除去する高い効率性の達成、重複(高い利用性)および維持可能性(周期的メンテナンスのための選択的アクセスまたはユニットの故障時用)を提供するために組み合わせられるモジュール型システムを作成することによる、燃焼排ガスから複数の汚染物質を除去する高い効率性の達成、組み立てラインプロセスで大量生産可能なモジュール型のシステムを作成することによる、燃焼排ガスから複数の汚染物質を除去する高い効率性の達成、および、様々な種類およびサイズの電力生成および化学プロセス設備から燃焼排ガスから複数の汚染物質を除去する高い効率性の達成)が達成された。   In this embodiment, multiple types of efficiency (from energy consumption and removal system cost reduction, achieving high efficiency of removing multiple pollutants from combustion exhaust gas, minimizing the size of the removal system, from combustion exhaust gas Achieves high efficiency of removing multiple pollutants, and removes multiple pollutants from flue gas by creating a modular system that can be combined in parallel to adapt to various equipment sizes From flue gas by creating a modular system with very low flow resistance (pressure drop) that can be combined in series to achieve high efficiency, selective and continuous removal of pollutants Achieve high efficiency, duplicate (high availability) and maintainability (periodic maintenance) to remove multiple contaminants Achieve high efficiency of removing multiple pollutants from flue gas by creating a modular system that can be combined to provide selective access or for unit failure), mass production in assembly line process Achieve high efficiency of removing multiple pollutants from flue gas by creating possible modular system, and multiple pollutants from flue gas from various types and sizes of power generation and chemical process equipment Achievement of high efficiency).

さらに実施形態は、体積の大きな燃焼排ガスの流量からの、燃焼排ガスの汚染物質の選択的な高い質量移動率を、少ないシステム体積に制約される連続補充される液体にする方法およびシステムとして記載されうる。本方法およびシステムでは、高い粘度、広範囲で薄型の長く安定したジェットの高密度の充填アレイが、高速の燃焼排ガスの流れと反応する。ジェットを形成するオリフィスを、粘度および表面張力といった液体ソーベントの特性に基づいて最適化することができる。横流および逆流設計は2つの異なる実施形態を表す。   Further embodiments are described as a method and system for making a selectively high mass transfer rate of flue gas pollutants from a large volume flue gas flow rate into a continuously replenished liquid constrained to a low system volume. sell. In the present method and system, a dense packed array of high viscosity, wide, thin, long and stable jets react with a high velocity flue gas stream. The orifice forming the jet can be optimized based on the properties of the liquid sorbent such as viscosity and surface tension. Crossflow and backflow designs represent two different embodiments.

方法およびシステムの効率性は、体積の大きな質量移動、および結果生じる小型性、最小のポンプ機能を要求する低圧ソーベント処理、および、空気力学的に形成されたジェットの低抵抗性および設計のモジュール型且つ組み合わせ可能な性質のための低抵抗性によるシステム全体の低圧の燃焼排ガスの気圧降下により達成される。表3−4も参照のこと。これにより、燃焼排ガスの汚染物質の除去プロセスの効率性が格段に上がり、CO、SO、NO、およびHg等の汚染物質の除去が経済的に可能となる。 The efficiency of the method and system is the modularity of large volumetric mass transfer and resulting compactness, low pressure sorbent processing that requires minimal pump function, and low resistance and design of aerodynamically formed jets And this is achieved by a low pressure flue gas pressure drop throughout the system due to the low resistance due to the combinable nature. See also Table 3-4. Thereby, the efficiency of the process of removing pollutants from the combustion exhaust gas is remarkably increased, and the removal of pollutants such as CO 2 , SO x , NO x , and Hg is economically possible.

別の実施形態では、小さいスケールのバージョンを汚染物質除去の大きな商用的手段の排気に容易に適合させることができる。また別の実施形態では、化学プラントからの揮発性の有機化合物が排気物から除去される。また別の実施形態では、非常に乾燥した気流を低温の液流を利用することで達成することができる。別の実施形態では、気体を増湿させたり減湿させたりすることで、微粒子物質を取り除くことができる。   In another embodiment, a small scale version can be easily adapted to exhaust large commercial means of pollutant removal. In another embodiment, volatile organic compounds from the chemical plant are removed from the exhaust. In another embodiment, a very dry air stream can be achieved by utilizing a cold liquid stream. In another embodiment, particulate matter can be removed by increasing or decreasing the humidity of the gas.

図31は、一実施形態における複数汚染物質除去システムの概略図である。図31では、複数汚染物質除去システムは概して参照番号2100で示されている。システム2100は、SO、NO、CO、Hg、HCl、およびHFを捕捉するよう構成されていてよい。本実施形態では、ボイラー2110からの燃焼排ガス2120は、特定の除去点2130(例えば沈殿室またはネットフィルタ)で先ず洗浄により、フライアッシュ等の微粒子を除去され、適宜、冷却ステーション2140で冷却される。時点2150で、燃料ガスは概ねN、HO、CO、SO、NO、Hg、HCl、およびHFを含むものとなっている。これはもちろんボイラー2110の処理に依存している。燃焼排ガスはその後本明細書で記載するように高効率の気液接触器2160内でアンモニア水および溶解されたアンモニア塩と接触させられる。溶解されたアンモニア塩は、リサイクルストリーム2170からの、沈殿ステップ2190からの浮遊物2110からのものであり、亜硫酸アンモニウム(SO)、硫酸塩(SO)、硝酸塩(NO)、塩化物(Cl)、フッ化物(F)、および場合によっては少量の炭酸塩(CO)、および重炭酸塩(HCO)を含む。炭酸アンモニウムおよび重炭酸アンモニウムは、略化学量論量の補給アンモニアを利用することで最小限に維持されてよい。 FIG. 31 is a schematic diagram of a multiple contaminant removal system in one embodiment. In FIG. 31, a multiple contaminant removal system is indicated generally by the reference numeral 2100. System 2100 may be configured to capture SO x , NO x , CO 2 , Hg, HCl, and HF. In the present embodiment, the flue gas 2120 from the boiler 2110 is first washed to remove fine particles such as fly ash at a specific removal point 2130 (for example, a sedimentation chamber or a net filter), and is cooled by a cooling station 2140 as appropriate. . At time 2150, the fuel gas generally includes N 2 , H 2 O, CO 2 , SO 2 , NO, Hg, HCl, and HF. This of course depends on the processing of the boiler 2110. The flue gas is then contacted with aqueous ammonia and dissolved ammonia salt in a highly efficient gas-liquid contactor 2160 as described herein. The dissolved ammonia salt is from the recycle stream 2170 from the float 2110 from the precipitation step 2190 and is ammonium sulfite (SO 3 ), sulfate (SO 4 ), nitrate (NO 3 ), chloride ( Cl), fluoride (F), and optionally a small amount of carbonate (CO 3 ), and bicarbonate (HCO 3 ). Ammonium carbonate and ammonium bicarbonate may be kept to a minimum by utilizing a near stoichiometric amount of make-up ammonia.

ステップ2165で、本発明の実施形態で記載する気液接触器で液相の酸化処理が行われる。もちろん幾つかの酸化剤を利用してNOをNOに変換してより良好な吸収性を得ることができる。SO も液相のSO 2−に酸化させる。液体のブリードストリーム2220を沈殿器に送って、重金属およびアンモニア塩を除去する。第1のステップ2230では、pH調節により、重金属(Hg等)を沈殿させる2210。第2のステップ2190で、液体を濃縮して、アンモニア塩を沈殿させる。沈殿ステップからの重金属の固体を適切に処理して(2240)、アンモニウム塩の固体は肥料として販売する(2250)。Hgの除去後にアンモニア塩を濃縮液体肥料として販売可能な場合には、第2の沈殿工程は省くことができる。 In step 2165, liquid phase oxidation is performed in the gas-liquid contactor described in the embodiment of the present invention. Of course, several oxidants can be used to convert NO to NO 2 to obtain better absorbency. SO 3 − is also oxidized to liquid phase SO 4 2− . Liquid bleed stream 2220 is sent to a precipitator to remove heavy metals and ammonia salts. In the first step 2230, heavy metals (such as Hg) are precipitated 2210 by adjusting the pH. In a second step 2190, the liquid is concentrated to precipitate the ammonia salt. The heavy metal solids from the precipitation step are appropriately processed (2240) and the ammonium salt solids are sold as fertilizer (2250). If the ammonia salt can be sold as concentrated liquid fertilizer after removal of Hg, the second precipitation step can be omitted.

次に、N、HO、およびCOのみを含む燃料排ガス2120を、本明細書に記載する別の高効率気液接触器2260内で、アンモニアおよび溶解した炭酸アンモニウム/重炭酸アンモニウムに接触させる。ここでも、アンモニアは補給ストリームであり、溶解した塩はリサイクルストリーム2270からのものである。アンモニアを対象物に添加して、接触液体のpHを最適に保つ。COは、COストリッパ2280に送られる液体内に、重炭酸アンモニウムとして吸収される。ここで、昇温を行い(且つ、必要に応じてpHを調節する)、逆反応を行い、COを気体2290として放出して、炭酸アンモニウムを液相2300のまま残して、CO吸収体へリサイクルする。COは次いで圧縮され(2310)、販売または隔離されてよい(2320)。隔離処理には、劣化天然ガスウェル、石油の二次回収、その他の方法を利用することができるが、これらは本発明の範囲外なので詳述は避ける。 Next, the fuel exhaust gas 2120 containing only N 2 , H 2 O, and CO 2 is converted to ammonia and dissolved ammonium carbonate / bicarbonate in another high efficiency gas-liquid contactor 2260 as described herein. Make contact. Again, ammonia is the make-up stream and the dissolved salt is from recycle stream 2270. Ammonia is added to the object to keep the pH of the contact liquid optimal. CO 2 is absorbed as ammonium bicarbonate in the liquid sent to the CO 2 stripper 2280. Here, the temperature is raised (and the pH is adjusted as necessary), the reverse reaction is performed, CO 2 is released as a gas 2290, and the ammonium carbonate remains in the liquid phase 2300, and the CO 2 absorber To recycle. The CO 2 may then be compressed (2310) and sold or sequestered (2320). For the sequestration process, degraded natural gas wells, secondary oil recovery, and other methods can be used, but these are outside the scope of the present invention and will not be described in detail.

CO吸収ステップの後で、記載したように第3の高効率接触器2330で燃焼排ガスを水に接触させて、前の接触器からスリップしうるアンモニアをすべてストリップさせる(strip out)。接触液体(水)のpHは、必要に応じて調節することで、アンモニアを完全に吸収させる。ブリードストリーム2340をCOストリッパ2300またはSO吸収器に送ってよい。 After the CO 2 absorption step, the flue gas is contacted with water in a third high efficiency contactor 2330 as described to strip out any ammonia that may slip from the previous contactor. The pH of the contact liquid (water) is adjusted as necessary to completely absorb ammonia. The bleed stream 2340 may be sent to a CO 2 stripper 2300 or SO x absorber.

最後に、窒素、水、幾らかの酸素、および、未吸収のCOから構成される洗浄された燃焼排ガス2350を2360で加熱して、凝縮状態を低下させて、IDファン2370およびスタックへ送る。燃焼排ガスヒータ2360および冷却器2140を熱媒体液(liquid heat carrier)に相互接続することで、プロセスを経済的に実行することができる。気液熱交換器2140内で冷却液体を熱い燃焼排ガスに接触させる。冷却した燃焼排ガスは第1の吸収器2160に送られる。今は熱い液体は下流の燃焼排ガスヒータ2360へ送られ、最終の吸収器2330からの冷却された燃焼排ガス2350と接触させられる。気液熱交換器2360は、冷却器2140に送り返される液体を冷却して、燃焼排ガス2350を加熱して、周囲への排気準備を行う。熱い液体はさらに、COストリッパ2300への熱入力としても利用されうる。 Finally, the cleaned flue gas 2350 composed of nitrogen, water, some oxygen, and unabsorbed CO 2 is heated at 2360 to reduce the condensation and send it to the ID fan 2370 and the stack. . By interconnecting the flue gas heater 2360 and the cooler 2140 to a liquid heat carrier, the process can be performed economically. The cooling liquid is brought into contact with the hot flue gas in the gas-liquid heat exchanger 2140. The cooled combustion exhaust gas is sent to the first absorber 2160. The now hot liquid is sent to the downstream flue gas heater 2360 where it is contacted with the cooled flue gas 2350 from the final absorber 2330. The gas-liquid heat exchanger 2360 cools the liquid sent back to the cooler 2140, heats the combustion exhaust gas 2350, and prepares for exhaust to the surroundings. The hot liquid can also be utilized as a heat input to the CO 2 stripper 2300.

オプションとして、工業処理で発生した排熱をCOのストリップまたは排気の再加熱用の熱源として利用することで、防露処理を省くこともできる。例えば、電力プラントではこれはフライアッシュバッグハウスから得ることができる。 As an option, the waste heat generated in the industrial process can be used as a heat source for CO 2 strip or exhaust reheating, thereby eliminating the dew protection process. For example, in a power plant this can be obtained from a fly ash bag house.

またオプションとして、適宜CO捕捉処理を省くようにプロセスを修正することもできる。つまり、システムをSO、NO、Hg、HClおよびHFの捕捉処理、ならびに、硫酸アンモニウムおよび硝酸塩を肥料として生成することに重きを置いたものとすることができる。 Optionally, the process can be modified to omit the CO 2 capture process as appropriate. That is, the system can be focused on SO x , NO x , Hg, HCl and HF capture treatments and producing ammonium sulfate and nitrate as fertilizer.

図32は、本発明の別の実施形態における複数汚染物質除去システムの概略図である。図32の処理は、SO、HCl、およびHFのみの捕捉処理のみを行うよう簡略化されたものとなっている。処理2400は、最も簡単に吸収される酸性ガスのみを捕捉するよう設計されている。ボイラー2110からの燃焼排ガス2120は、特定の除去点2130(例えば沈殿室またはネットフィルタ)で先ず洗浄により、フライアッシュ等の微粒子を除去され、適宜、冷却ステーション2140で冷却される。時点2150で、燃焼排ガスは概ねN、HO、CO、SO、NO、Hg、HCl、およびHFを含むものとなっている。 FIG. 32 is a schematic diagram of a multiple contaminant removal system in another embodiment of the present invention. The process of FIG. 32 is simplified to perform only the capture process of SO x , HCl, and HF only. The process 2400 is designed to capture only the most easily absorbed acid gas. The combustion exhaust gas 2120 from the boiler 2110 is first washed to remove fine particles such as fly ash at a specific removal point 2130 (for example, a precipitation chamber or a net filter), and is cooled by a cooling station 2140 as appropriate. At time 2150, the flue gas generally contains N 2 , H 2 O, CO 2 , SO 2 , NO, Hg, HCl, and HF.

その後、燃焼排ガス2150は、本明細書で記載するように、高効率気液接触器2410内で、リサイクルストリーム2420からの水酸化ナトリウムまたは硫酸塩/亜硫酸塩(sulfite salt)と接触させられる。酸化ステップ2430は、気液接触器内で、液相で行われる。空気中あるいは燃焼排ガスに含まれる酸素を用いて亜硫酸塩(SO 2−)を酸化することで、液相の硫酸塩(SO 2−)が生じる。液体のブリードストリーム2440を沈殿器2450に送って、重金属および硫酸塩(sulfate salt)を除去する。第1のステップ2460では、pH調節2460により、重金属(Hg等)を沈殿させる。第2のステップでは、水酸化カルシウム2470を添加して、硫酸カルシウムを沈殿させ、沈殿器2480で分離、乾燥、および除去することができる。この沈殿器からの浮遊物2490をリサイクルストリームに戻す。沈殿ステップで生じた重金属の固体は適切に処理してよく(2510)、硫酸カルシウムはジプサムとして販売することができる(2520)。 Thereafter, the flue gas 2150 is contacted with sodium hydroxide or sulfate / sulfite salt from the recycle stream 2420 in a high efficiency gas-liquid contactor 2410 as described herein. Oxidation step 2430 is performed in the liquid phase in the gas-liquid contactor. Oxidation of sulfite (SO 3 2− ) using oxygen contained in air or combustion exhaust gas produces liquid phase sulfate (SO 4 2− ). Liquid bleed stream 2440 is sent to a precipitator 2450 to remove heavy metals and sulfate salts. In the first step 2460, heavy metals (such as Hg) are precipitated by pH adjustment 2460. In the second step, calcium hydroxide 2470 can be added to precipitate the calcium sulfate, which can be separated, dried, and removed with a precipitator 2480. The float 2490 from the precipitator is returned to the recycle stream. The heavy metal solids produced in the precipitation step may be appropriately processed (2510) and calcium sulfate can be sold as a gypsum (2520).

最後に、窒素、水、NO、およびCOから構成される洗浄された燃焼排ガス2350をヒータ2360で加熱して、凝縮状態を低下させて、IDファンおよびスタック2370へ送る。上述したように、燃焼排ガスヒータ2360および冷却器2140を熱媒体液(liquid heat carrier)に相互接続することで、プロセスを経済的に実行することができる。 Finally, the cleaned flue gas 2350 composed of nitrogen, water, NO x , and CO 2 is heated by the heater 2360 to reduce the condensed state and sent to the ID fan and stack 2370. As described above, the process can be performed economically by interconnecting the flue gas heater 2360 and cooler 2140 to a liquid heat carrier.

<SO除去> <SO 2 removal>

SO捕捉機能を向上させるための様々な性能領域には、反応装置の容器サイズおよび圧力降下を小さくすること、および販売可能な副産物を生じる効率的な質量移動ソーベントシステムを利用すること等が含まれる。これら対象となる性能を達成するには、高いSO吸収動力学と付加価値のある生産ストリームとを連結した革新的設計手法が必要である。 SO 2 in the various performance areas for enhancing the capture function is to reduce the container size and the pressure drop across the reactor, and results in a salable byproduct efficient mass transfer that like to use the saw venting system included. To achieve the performance to be those subject requires innovative design method connects the production stream with value-added high SO 2 absorption kinetics.

気液質量移動処理は、気液の界面に沿って行われる。気体の液体ソーベントへの吸収率は、液相質量移動係数k、比表面積(気液界面の表面積の体積に対する比率)a、および、バルク流体Cと気液界面C との間の濃度勾配により制御される。多くの気液反応システムでは、C の可溶性が低く、濃度勾配の制御には制限がある。気体吸収率を上げるべく、本気液接触器の実施形態では、質量移動動力学、気液混合および/または界面表面積の体積に対する比率を上げる方法がとられる。 The gas-liquid mass transfer process is performed along the gas-liquid interface. Absorptance of the liquid sorbent of gas, liquid phase mass transfer coefficient k L, the specific surface area (the ratio of the volume of the surface area of the gas-liquid interface) a, and, between the bulk fluid C L and the gas-liquid interface C L * Controlled by concentration gradient. In many gas-liquid reaction systems, the solubility of C L * is low and there is a limit to the control of the concentration gradient. In order to increase the gas absorption rate, in the embodiment of the present gas-liquid contactor, a method of increasing the ratio of mass transfer kinetics, gas-liquid mixing and / or interfacial surface area to volume is taken.

本発明の実施形態では、SOを効率的に捕捉するべ冷却器イムストーン/ライム(CaCO)、炭酸ナトリウム(NaCO)/水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化アンモニウム(通常はアンモニア水と称され、省略記号がAAである)、ダブルアルカリ(水酸化ナトリウムにライムを添加したもの)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化亜鉛(ZnO)を含むがこれらに限定はされない幅広い様々な水性の溶媒とともに接触器を利用することができる。酸化剤(OX)を追加することでSOの酸化が促進され、これにより硫酸塩SO 2−の形成が促進される。好適な実施形態では、OX剤は、過酸化水素である(H)。アンモニア水および過酸化水素を組み合わせた利用は、硫酸アンモニウム(肥料)等の販売可能な収益を生む副産物ストリームを生成することから、特に好適である。加えて、Hの分解生成物(水と酸素)は、環境および機器に優しい。 In an embodiment of the present invention, the cooler Imstone / lime (CaCO 3 ), sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) / sodium hydroxide (NaOH), ammonium hydroxide (usually ammonia) that efficiently captures SO 2 A wide variety of aqueous solutions, including but not limited to water, including water, the abbreviation is AA), double alkali (sodium hydroxide added with lime), magnesium oxide (MgO), zinc oxide (ZnO) A contactor can be utilized with the solvent of. The addition of an oxidant (OX) promotes the oxidation of SO 2 , thereby promoting the formation of sulfate SO 4 2− . In a preferred embodiment, the OX agent is hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). The combined use of aqueous ammonia and hydrogen peroxide is particularly suitable because it produces a by-product stream that produces a salable profit, such as ammonium sulfate (fertilizer). In addition, H 2 O 2 decomposition products (water and oxygen) are environmentally and equipment friendly.

水性の水酸化アンモニウムおよび過酸化水素が含まれる際のSO酸化で利用可能な化学ステップは以下の通りである。
NH3 + H2O + SO2 → NH4 + + HSO3 - (1)
NH4 + + HSO3 - + NH3 → 2NH4 2+ + SO3 2- (2)
H2O2 + SO3 2- → H2O + SO4 2- (3)
2NH4 + + SO4 2- → NH4SO4 (硫酸アンモニウム) (4)
Chemical steps available in SO 2 oxidation during that contains ammonium hydroxide and hydrogen peroxide aqueous are as follows.
NH 3 + H 2 O + SO 2 → NH 4 + + HSO 3 - (1)
NH 4 + + HSO 3 - + NH 3 → 2NH 4 2+ + SO 3 2- (2)
H 2 O 2 + SO 3 2- → H 2 O + SO 4 2- (3)
2NH 4 + + SO 4 2- → NH 4 SO 4 (ammonium sulfate) (4)

本発明の実施形態では、排ガス洗浄処理により二酸化硫黄が高効率で除去される。本実施形態のシステムは、再形成オリフィス板(または記載したノズル板)を有するノズルアレイと、幅広い範囲の流体および処理条件に適合する流体合成技術を含む。SOの除去は、気体を高い表面から体積型気液接触ユニットへと通過させることにより行われる。排ガスは、関連技術よりも実質的に接触器体積および気流圧力降下が小さい気液接触器を水平方向に通過する(横流と称する)。水性のソーベントおよび実質的な表面積を有する、複数の低圧、垂直方向のフラットジェットアレイが横流の気流を交差するように走っている。フラットジェットアレイは、空気力学的な形状とすることで、比較的高い気体速度において、液体粒子の混入が少ない安定したジェット流を形成する。 In the embodiment of the present invention, sulfur dioxide is removed with high efficiency by the exhaust gas cleaning treatment. The system of this embodiment includes a nozzle array having a reshaped orifice plate (or described nozzle plate) and a fluid synthesis technique that is compatible with a wide range of fluids and processing conditions. The removal of SO 2 is performed by passing gas from a high surface to a volumetric gas-liquid contact unit. Exhaust gas passes through a gas-liquid contactor in a horizontal direction (referred to as crossflow) that has a substantially smaller contactor volume and airflow pressure drop than the related art. A plurality of low-pressure, vertical flat jet arrays having an aqueous sorbent and a substantial surface area run across the crossflow. By adopting an aerodynamic shape, the flat jet array forms a stable jet flow with less liquid particle contamination at a relatively high gas velocity.

好適な実施形態では、二酸化硫黄の吸収および除去用のソーベントは、高いSO容量、高い酸化安定性、低い反応熱、低いソーベントコスト、低い腐食性、および販売可能な製品ストリームといった特性を有するシステムである。効果的なSO除去の溶媒の例としては、28重量%のアンモニアを収容する水溶液が上げられる。接触器を最適化するべく、流体およびジェット性能の観点から、約1%から約2%のポリマーまたは懸濁液をアンモニア水溶液に添加して、接触器の性能を高めることができる。添加物の例としては、アンモニア水に反応せず、且つ、質量移動の妨げとならないようなものが挙げられる。ポリマーまたは懸濁液によって、最小の液体側の圧力降下で最大のジェット性能(ジェットの幅、長さ、厚み、表面積)を得ることのできるソーベント特性(例えば粘度)の形成が可能となる。ポリマー添加物の例としては、ジエチレングリコールが挙げられる。他のポリマー添加物の例には、ポリエチレンオキシドまたはポリビニルアルコールが含まれる。無機物添加物の一例はベントナイトである。 In a preferred embodiment, the sorbent for absorption and removal of sulfur dioxide has high SO 2 capacity, high oxidative stability, low heat of reaction, low saw vent cost, low corrosivity, and salable product stream such characteristics System. An example of an effective SO 2 removal solvent is an aqueous solution containing 28 wt% ammonia. To optimize the contactor, from a fluid and jet performance standpoint, from about 1% to about 2% polymer or suspension can be added to the aqueous ammonia solution to enhance the contactor performance. Examples of the additive include those that do not react with aqueous ammonia and do not hinder mass transfer. The polymer or suspension allows the formation of sorbent properties (eg, viscosity) that can achieve maximum jet performance (jet width, length, thickness, surface area) with minimal liquid side pressure drop. An example of a polymer additive is diethylene glycol. Examples of other polymer additives include polyethylene oxide or polyvinyl alcohol. An example of an inorganic additive is bentonite.

さらなる化学化合物を含めることが、SOの酸化率ひいては質量移動動力学を助けるために好適である。好適なソーベントシステムへの添加物の一例としては、過酸化水素が挙げられる。高いpHで過酸化水素が分解しすぎることを避けるべく、安定剤をソーベントの混合物に添加する。高いpHにおける過酸化水素の安定剤の一例としては、ポリ(α−ヒドロキシアクリル酸)が挙げられる。過酸化水素の酸化力は、過酸化水素の触媒を添加することでさらに向上しうる。酸化水素の触媒の一例は鉄(III)テトラ−アミド大環状リガンド(TAML)である。 It is preferable to assist the oxidation rate and thus mass transfer kinetics of SO 2 to include a further chemical compound. One example of an additive to a suitable sorbent system is hydrogen peroxide. Stabilizers are added to the sorbent mixture to avoid excessive decomposition of hydrogen peroxide at high pH. One example of a stabilizer for hydrogen peroxide at high pH is poly (α-hydroxyacrylic acid). The oxidizing power of hydrogen peroxide can be further improved by adding a hydrogen peroxide catalyst. An example of a hydrogen oxide catalyst is iron (III) tetra-amide macrocyclic ligand (TAML).

図33は、本発明の別の実施形態における気相および液相間の相互作用を生じさせる一般的な気液接触器の概略図である。気液接触システムは、気体供給ユニット2605に連結されて気体を気液接触器2645に供給する気体入口2600を含む。システムはさらに、ポンプ2615と液体捕捉タンク2620とに連結された液体試薬タンク2610を含む。捕捉タンク2620は、気液接触器2645に連結されることで気液接触器2645から液体を収集する。オプションとして、捕捉タンク2625は液体再循環ポンプ2625に連結されてもよい。液体再循環ポンプ2625は、液体再循環法を行うことができる。流れ制御弁2630は、液体プレナム2635に連結されることで液体プレナム2635への液体を制御する。液体ジェットを形成するためのノズルアレイ2640が、液体プレナムと気液接触器2645とに連結される。気液接触器264は、気液ジェット接触ゾーンを含む。気体を液体ソーベントジェットから分離する気液分離器2650が気液接触器2645内に配置される。出てゆく気体から小さな気体液滴を除去することのできるデミスター2660が気体出口2655付近に配置される。   FIG. 33 is a schematic view of a general gas-liquid contactor that generates an interaction between a gas phase and a liquid phase in another embodiment of the present invention. The gas-liquid contact system includes a gas inlet 2600 that is connected to a gas supply unit 2605 and supplies gas to the gas-liquid contactor 2645. The system further includes a liquid reagent tank 2610 coupled to a pump 2615 and a liquid capture tank 2620. The capture tank 2620 is connected to the gas / liquid contactor 2645 to collect liquid from the gas / liquid contactor 2645. Optionally, capture tank 2625 may be coupled to liquid recirculation pump 2625. The liquid recirculation pump 2625 can perform a liquid recirculation method. Flow control valve 2630 is coupled to liquid plenum 2635 to control liquid to liquid plenum 2635. A nozzle array 2640 for forming a liquid jet is coupled to the liquid plenum and the gas-liquid contactor 2645. The gas liquid contactor 264 includes a gas liquid jet contact zone. A gas-liquid separator 2650 that separates gas from the liquid sorbent jet is disposed within the gas-liquid contactor 2645. A demister 2660 that can remove small gas droplets from the exiting gas is positioned near the gas outlet 2655.

気体入口は複数の異なる気体を含んでよい。例えば、SO、NO、CO、Hg、およびこれらの組み合わせを含みうる汚染物質、汚染物等の工業排気が含まれてよい。もちろん、HCl、HBr、HF、HSO、HNO、CO、HS、アミン(アンモニアを含む)、アルカノールアミン、尿素、ホルムアミド、アルコール、カルボン酸塩(酢酸等)、これらの組み合わせおよび幅広い様々な他の気相分子等の酸性ガス等の他の気体分子を取り除くこともできる。本発明の限定は、反応性または可溶性である範囲の気相分子反応物または溶質、および液相を提供するという機能のみである。本発明の明細書の主な記載は水溶液系を対象としているが、と業者であれば本気液接触器の発明を水性ではないシステムにも適用可能であることを容易に理解する。 The gas inlet may contain a plurality of different gases. For example, industrial exhaust such as pollutants, pollutants, etc. that may include SO x , NO x , CO 2 , Hg, and combinations thereof may be included. Of course, HCl, HBr, HF, H 2 SO 4 , HNO 3 , CO, H 2 S, amine (including ammonia), alkanolamine, urea, formamide, alcohol, carboxylate (such as acetic acid), combinations thereof and Other gas molecules such as acid gases such as a wide variety of other gas phase molecules can also be removed. The only limitation of the present invention is the ability to provide a range of gas phase molecular reactants or solutes that are reactive or soluble, and a liquid phase. Although the main description of the specification of the present invention is directed to an aqueous solution system, those skilled in the art will readily understand that the invention of the gas-liquid contactor can be applied to a non-aqueous system.

本実施形態では、SOを含む排ガスを気液チャンバに注入する方法が記載される。気体プレナムは、液体フラットジェット全体に均等に気体を流す。液体ジェットは、ソーベントを液体プレナムにポンプして、ソーベントをノズルオリフィス全体に行き渡らせることで生成される。生成されるジェットは垂直下方に接触チャンバへと流れ下り、気液分離器を通って捕捉タンクへ到達する。気液チャンバでは、垂直に流れるソーベントが気体の横流と交差する。二酸化硫黄はソーベント液体に吸収され、排ガスストリームから除去される。洗浄後の排ガスは、接触チャンバの出口から排出される。ソーベントは再循環されて、連続して排ガスストリームからSOを除去する。 In this embodiment, a method for injecting exhaust gas containing SO 2 into a gas-liquid chamber is described. The gas plenum flows gas evenly throughout the liquid flat jet. The liquid jet is generated by pumping the sorbent into the liquid plenum and spreading the sorbent across the nozzle orifice. The generated jet flows down vertically into the contact chamber, passes through the gas-liquid separator and reaches the capture tank. In the gas-liquid chamber, a vertically flowing sorbent intersects the gas cross-flow. Sulfur dioxide is absorbed by the sorbent liquid and removed from the exhaust gas stream. The exhaust gas after cleaning is discharged from the outlet of the contact chamber. The sorbent is recirculated to continuously remove SO 2 from the exhaust gas stream.

気液接触器の性能を、図33の小型のサブスケールテストベッド上に示す。表4は、この例における幾何学パラメータをまとめたものである。

Figure 0005777215
The performance of the gas liquid contactor is shown on the small subscale test bed of FIG. Table 4 summarizes the geometric parameters in this example.
Figure 0005777215

この例で利用されているジェットオリフィスの構成は、ノズル板および気液接触器との関連で説明されている。処理前に、ジェットオリフィス板へのポンプ支持圧力を変化させることで、ジェットの長さ、幅、および厚みについて液体ジェットの表面積を最適化させる。ジェット表面積(長さおよび幅)に関するさらなる最適化は、添加物(例えばジエチレングリコール)を利用してソーベント粘度/表面張力特性を向上させることで、または、オリフィスノズルの再成形により可能となる。   The jet orifice configuration utilized in this example is described in the context of the nozzle plate and gas-liquid contactor. Prior to processing, the surface area of the liquid jet is optimized for jet length, width, and thickness by varying the pump support pressure on the jet orifice plate. Further optimization with respect to jet surface area (length and width) is possible by using additives (eg diethylene glycol) to improve sorbent viscosity / surface tension properties or by reshaping the orifice nozzle.

気液接触器の動作条件および性能の一例を表5に示す。約28重量%のアンモニア水を含むソーベントシステムをテストした。ソーベントの混合物には粘度または酸化に関与する添加物を添加していない。排ガスとしては、NにSOを500ppmv加えたものを利用した。気体の混合物を、大気温度および大気圧の条件下で接触器に注入して、カリブレーションしたマスフローコントローラを利用して計測した。計測された時間間隔に液体ジェットがカリブレーションされた受け手側の容器へ排出された量を記録することで、液体の体積流量を計測した。上記のテスト条件におけるSO吸収に関するテスト結果は、酸化剤促進剤(H)を使用しなくても95%のSOが除去された、というものであった。

Figure 0005777215
An example of operating conditions and performance of the gas-liquid contactor is shown in Table 5. A sorbent system containing about 28% by weight aqueous ammonia was tested. No additive involved in viscosity or oxidation is added to the sorbent mixture. As the exhaust gas, N 2 with 500 ppmv of SO 2 was used. The gas mixture was injected into the contactor under atmospheric temperature and atmospheric pressure conditions and measured using a calibrated mass flow controller. The volume flow rate of the liquid was measured by recording the amount discharged into the container on the receiver side where the liquid jet was calibrated at the measured time interval. The test result for SO 2 absorption under the above test conditions was that 95% of SO 2 was removed without the use of an oxidizer accelerator (H 2 O 2 ).
Figure 0005777215

<NO捕捉デバイス> <NO x capture device>

本発明の別の実施形態は、気液接触器の利用によるNOの捕捉に関する。NOは、主に酸化窒素(NO)および二酸化窒素(NO)からなる主要な汚染物質である。燃焼プロセスに応じて、NOの90%を超える割合を酸化窒素が占める。NOは、窒素と酸素とが高い燃焼温度(>華氏2700度)で反応することで、および、窒素が燃料内で酸化されることで生じる。NO捕捉機能を向上させるための様々な性能領域には、反応装置の容器サイズおよび圧力降下を小さくすること、および効率的な質量移動ソーベントシステムを利用すること等が含まれる。 Another embodiment of the invention relates to NO x capture by use of a gas-liquid contactor. NO x is a major pollutant consisting mainly of nitric oxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2 ). Depending on the combustion process, account for greater than 90 percent of the NO x is nitric oxide. NO x is produced by the reaction of nitrogen and oxygen at high combustion temperatures (> 2700 degrees Fahrenheit) and by the oxidation of nitrogen in the fuel. Various performance areas for improving NO 2 capture capabilities include reducing reactor vessel size and pressure drop, utilizing an efficient mass transfer sorbent system, and the like.

気液質量移動処理は、気液の界面で行われる。気体の液体ソーベントへの吸収率は、液相質量移動係数k、比表面積(気液界面の表面積の体積に対する比率)a、および、バルク流体Cと気液界面C との間の濃度勾配により制御される。多くの気液反応システムでは、C の可溶性が低く、濃度勾配の制御には制限がある。気体吸収率を上げるべく、本気液接触器は、質量移動動力学、気液混合および界面表面積の体積に対する比率を高めるように設計される必要がある。 The gas-liquid mass transfer process is performed at the gas-liquid interface. Absorptance of the liquid sorbent of gas, liquid phase mass transfer coefficient k L, the specific surface area (the ratio of the volume of the surface area of the gas-liquid interface) a, and, between the bulk fluid C L and the gas-liquid interface C L * Controlled by concentration gradient. In many gas-liquid reaction systems, the solubility of C L * is low and there is a limit to the control of the concentration gradient. In order to increase the gas absorption rate, the present gas-liquid contactor needs to be designed to increase the mass transfer kinetics, gas-liquid mixing and the ratio of interfacial surface area to volume.

本発明の一実施形態は、例えば図33を参照して記載するような高性能気液接触器を含む。システムは、高密度で、大きな表面積であり、空気力学的な形状の薄型フラットジェットを利用することで、質量移動および接触器の性能を全体的に向上させることができる。気液接触器は、約1cm−2から約50cm−2という向上した比表面積、関連技術の充填塔の体積の約1/10という生成器の体積、接触器の気圧降下が5torr/線形ft(lineal ft)未満といったように低いこと、液体ジェット駆動圧力が50psi未満であること(より好適には20psi未満であること)、および、気体の流れへの液体の混入が最小限に抑えられていることに特徴付けられる。 One embodiment of the present invention includes a high performance gas-liquid contactor such as described with reference to FIG. The system can improve overall mass transfer and contactor performance by utilizing a high density, high surface area, thin aerodynamic shaped flat jet. The gas-liquid contactor has an improved specific surface area of about 1 cm −2 to about 50 cm −2 , a generator volume of about 1/10 of the volume of a related art packed tower, and a contactor pressure drop of 5 torr / linear ft ( low, such as less than lineal ft), liquid jet drive pressure is less than 50 psi (more preferably less than 20 psi), and liquid entrainment in the gas stream is minimized. It is characterized by that.

好適な実施形態では、システムは、約10cm−1から約20cm−1の範囲の比表面積、関連技術の充填塔の体積の約1/10という生成器の体積、接触器の気圧降下が1Torr/線形フット未満といったように低いこと、ジェット駆動圧力が約5−10psiの範囲であること、および、気体の流れへの液体の混入が最小限に抑えられていることという特徴を含む。 In a preferred embodiment, the system has a specific surface area in the range of about 10 cm −1 to about 20 cm −1 , a generator volume of about 1/10 of the related art packed column volume, and a contactor pressure drop of 1 Torr / Including features such as less than a linear foot, jet drive pressures in the range of about 5-10 psi, and minimal contamination of liquids into the gas stream.

NOを効率的に捕捉するべく、水酸化アンモニウム(通常はアンモニア水と称され、省略記号がAAである)、金属キレートまたは尿酸を含むがこれらに限定はされない幅広い様々な水性のソーベントとともに気液接触器を利用することができる。酸化剤(OX)を追加することでNOのNOへの酸化が促進され、これにより溶媒吸収率が増す。様々な酸化剤(OX)には、亜塩素酸ナトリウム(NaClO)、次亜塩素酸ナトリウム(NaOCl)水酸化ナトリウム−カリウム過マンガン酸塩(KOH−KMnO)、および過酸化水素(H)が含まれる。好適な実施形態では、接触器がアンモニア水と過酸化水素とを利用する、というのも、Hの分解生成物(水と酸素)は環境および機器に優しく、いずれも構造の通常の材料を腐敗させず、さらには、農作物の肥料として販売することができるために処理コストの減少に繋げることのできる硫酸アンモニウムを生成する。 In order to capture the NO x efficiently, ammonium hydroxide (usually referred to as aqueous ammonia, an ellipsis is AA), including metal chelates or uric acid gas with sorbent a wide variety of aqueous but not limited to: A liquid contactor can be utilized. Oxidation of NO to NO 2 is promoted by adding an oxidizing agent (OX), thereby the solvent absorptivity is increased. The various oxidizing agents (OX), sodium chlorite (NaClO 2), sodium (NaOCl) sodium hydroxide hypochlorite - potassium permanganate (KOH-KMnO 4), and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). In a preferred embodiment, the contactor utilizes aqueous ammonia and hydrogen peroxide because the decomposition products of H 2 O 2 (water and oxygen) are environmentally and equipment friendly, both of which are conventional in structure. It produces ammonium sulfate that does not spoil the material and can be sold as a crop fertilizer, leading to reduced processing costs.

水酸化アンモニウムおよび過酸化水素が含まれる際のNOおよびNOの酸化化学メカニズムは以下であると考えられている。
NH3 + H2O → NH4 + + OH- (1)
H2O2 + OH- → HO2 - + H2O- (2)
HO2 + NO → NO2 + OH- (3)
NO2 + NO2 → N2O4 (4)
N2O4 + H2O → HNO2 + HNO3 (5)
HNO2 + H2O2 → HNO3 + H2O (6)
HNO3(水性) → H+ + NO3 - (7)
NH4 + + NO3 - → NH4NO3 (硝酸アンモニウム) (8)
The oxidation chemistry mechanism of NO and NO 2 when ammonium hydroxide and hydrogen peroxide are included is believed to be the following.
NH 3 + H 2 O → NH 4 + + OH - (1)
H 2 O 2 + OH - → HO 2 - + H 2 O - (2)
HO 2 + NO → NO 2 + OH - (3)
NO 2 + NO 2 → N 2 O 4 (4)
N 2 O 4 + H 2 O → HNO 2 + HNO 3 (5)
HNO 2 + H 2 O 2 → HNO 3 + H 2 O (6)
HNO 3 (aqueous) → H + + NO 3 - (7)
NH 4 + + NO 3 - → NH 4 NO 3 ( nitrate) (8)

一実施形態では、高効率で二酸化硫黄が除去される排ガス洗浄処理を利用する。システムはノズルアレイを含む。ノズルアレイは、再形成オリフィス板(またはノズル板)を有し、幅広い範囲の流体および処理条件に適合する流体合成技術を含む。本実施形態では、NOの除去は、気体を高い表面から体積型気液接触器ユニットへと通過させることにより行われる。排ガスは、実質的に接触器体積および気流圧力降下が小さい気液接触器を水平方向に通過する(横流と称する)。水性のソーベントおよび実質的な表面積を有する、複数の低圧、垂直方向のフラットジェットアレイが横流の気流を交差するように走っている。ノズルアレイは、空気力学的な形状とすることで、比較的高い気体速度において、液体粒子の混入が少ない安定したジェット流を形成するフラットジェットアレイを生成するよう構成される。 One embodiment utilizes an exhaust gas cleaning process that removes sulfur dioxide with high efficiency. The system includes a nozzle array. The nozzle array has a reshaped orifice plate (or nozzle plate) and includes fluid synthesis techniques that are compatible with a wide range of fluids and processing conditions. In this embodiment, NO x removal is performed by passing gas from a high surface to a volumetric gas-liquid contactor unit. The exhaust gas passes through a gas-liquid contactor having a substantially small contactor volume and airflow pressure drop in the horizontal direction (referred to as crossflow). A plurality of low-pressure, vertical flat jet arrays having an aqueous sorbent and a substantial surface area run across the crossflow. The nozzle array is configured to generate an aerodynamic shape to produce a flat jet array that forms a stable jet stream with less liquid particle contamination at a relatively high gas velocity.

本発明の実施形態では、二酸化硫黄の吸収および除去用のソーベントは、高いNO容量、高い酸化安定性、低い反応熱、低い溶媒コスト、低い腐食性、および販売可能な製品ストリームといった特性を有するシステムを含みうる。好適な実施形態では、効果的なNO除去の溶媒の例としては、28重量%のアンモニアを収容する水溶液が上げられる。流体およびジェット性能の観点から、約1%から約2%のポリマーまたは懸濁液をアンモニア水溶液に添加して接触器の性能を高めることで、ノズル板(ここで記載する)を最適化することができる。アンモニア水に反応せず、且つ、質量移動の妨げとならないようなものが好適な添加物である。最小の液体圧力降下で最大のジェット性能(ジェットの幅、長さ、表面積)を得ることのできるソーベント特性(例えば粘度)の形成が可能となるポリマーまたは懸濁液を利用することができる。ポリマー添加物の例としては、ジエチレングリコールが挙げられる。他のポリマー添加物の例には、ポリエチレンオキシドまたはポリビニルアルコールが含まれる。無機物添加物の一例はベントナイトである。さらなる化学化合物を含めることが、NOの酸化率ひいては質量移動動力学を助けるために好適である。好適なソーベントシステムへの添加物の一例としては、過酸化水素が挙げられる。高いpHで過酸化水素が分解しすぎることを避けるべく、安定剤をソーベントの混合物に添加する。高いpHにおける過酸化水素の安定剤の一例としては、ポリ(α−ヒドロキシアクリル酸)が挙げられる。過酸化水素の酸化力は、過酸化水素の触媒を添加することによりさらに強化される。過酸化水素の触媒の一例は鉄(III)テトラ−アミド大環状リガンド(TAML)である。 In an embodiment of the present invention, the sorbent for absorption and removal of sulfur dioxide have high NO X capacity, high oxidative stability, low heat of reaction, low solvent cost, low corrosivity, and salable product stream such characteristics A system can be included. In a preferred embodiment, an example of an effective NO 2 removal solvent is an aqueous solution containing 28 wt% ammonia. From a fluid and jet performance standpoint, optimize the nozzle plate (described herein) by adding about 1% to about 2% polymer or suspension to the aqueous ammonia solution to enhance contactor performance. Can do. A suitable additive is one that does not react with ammonia water and does not hinder mass transfer. Polymers or suspensions can be utilized that allow the formation of sorbent properties (eg, viscosity) that can achieve maximum jet performance (jet width, length, surface area) with minimum liquid pressure drop. An example of a polymer additive is diethylene glycol. Examples of other polymer additives include polyethylene oxide or polyvinyl alcohol. An example of an inorganic additive is bentonite. Inclusion of additional chemical compounds is preferred to aid in the rate of NO oxidation and thus mass transfer kinetics. One example of an additive to a suitable sorbent system is hydrogen peroxide. Stabilizers are added to the sorbent mixture to avoid excessive decomposition of hydrogen peroxide at high pH. One example of a stabilizer for hydrogen peroxide at high pH is poly (α-hydroxyacrylic acid). The oxidizing power of hydrogen peroxide is further enhanced by adding a hydrogen peroxide catalyst. An example of a hydrogen peroxide catalyst is iron (III) tetra-amide macrocyclic ligand (TAML).

図33を参照して説明したように、本システムをNO捕捉に利用することができる。プロセスを、気液チャンバ2645にNOを含む排ガスを注入することから説明する。気体プレナム2605は、液体フラットジェット全体に均等に気体を流す。液体ジェットは、ソーベントを液体プレナム2635にポンプして、ソーベントをノズルオリフィス全体に行き渡らせることで生成される。生成されるジェットは垂直下方に接触チャンバへと流れ下り、気液分離器を通って捕捉タンク2620へ到達する。気液チャンバ2645では、垂直に流れるソーベントが気体の横流と交差する。二酸化硫黄はソーベント液体に吸収され、排ガスストリームから除去される。洗浄後の排ガス2655は、接触チャンバの出口から排出される。溶媒は再循環されて、連続して燃焼排ガスストリームからNOを除去する。気液接触器の性能を、図33の小型のサブスケールテストベッド上に示す。表6は、この例における幾何学パラメータをまとめたものである。

Figure 0005777215
As described with reference to FIG. 33, the present system can be used for NO x capture. The process is described from injecting exhaust gas containing NO x into the gas-liquid chamber 2645. The gas plenum 2605 allows gas to flow evenly throughout the liquid flat jet. The liquid jet is generated by pumping the sorbent to the liquid plenum 2635 and spreading the sorbent across the nozzle orifice. The generated jet flows down vertically into the contact chamber and through the gas-liquid separator reaches the capture tank 2620. In the gas-liquid chamber 2645, the vertically flowing sorbent intersects the gas crossflow. Sulfur dioxide is absorbed by the sorbent liquid and removed from the exhaust gas stream. The cleaned exhaust gas 2655 is discharged from the outlet of the contact chamber. The solvent is recycled to continuously remove NO x from the flue gas stream. The performance of the gas liquid contactor is shown on the small subscale test bed of FIG. Table 6 summarizes the geometric parameters in this example.
Figure 0005777215

この例で利用されているジェットオリフィスの構成は上述した通りである。処理前に、ジェットオリフィス板へのポンプ支持圧力を変化させることで、ジェットの長さ、幅、および厚みについて液体ジェットの表面積を最適化させる。ジェット表面積(長さおよび幅)に関するさらなる最適化は、添加物(例えばジエチレングリコール)を利用してソーベントの粘度/表面張力特性を向上させることで、または、オリフィスノズルの再成形により可能となる。   The configuration of the jet orifice used in this example is as described above. Prior to processing, the surface area of the liquid jet is optimized for jet length, width, and thickness by varying the pump support pressure on the jet orifice plate. Further optimization with respect to jet surface area (length and width) is possible by using additives (eg, diethylene glycol) to improve the viscosity / surface tension properties of the sorbent or by reshaping the orifice nozzle.

気液接触器の動作条件および性能の一例を表7に示す。約28重量%のアンモニア水を含む溶媒システムを、表2に示す任意の動作条件下でテストした。溶媒として、NOの除去を促す酸化剤(Ox)または粘度に関与する添加物を含まないものを利用した。排ガスは、窒素(N2)にNOを500ppmv加えたものを利用した。気体の混合物を、大気温度および大気圧の条件下で接触器に注入して、カリブレーションしたマスフローコントローラを利用して計測した。計測された時間間隔に液体ジェットがカリブレーションされた受け手側の容器へ排出された量を記録することで、液体の体積流量を計測した。接触器からの還元されたNOの濃度は、NOの400nmにおける光吸収を計測することで計測できる。背景のNOの濃度を、各実行前に記録した。NO/Nの安定した流れを先ず生成し、ジェット流を伴わずに(AOff)吸光度を記録した。次にジェット流(28重量%のAA)を反応器チャンバに注入して、吸光度を記録した。還元されたNOの量(吸収された量のこと)は、百分率で、%NO還元=100x(Aoff−Aon)/Aoff…(1)のように表される。 Table 7 shows an example of operating conditions and performance of the gas-liquid contactor. A solvent system containing about 28% by weight aqueous ammonia was tested under any of the operating conditions shown in Table 2. As the solvent, an oxidizing agent (Ox) that promotes removal of NO 2 or a solvent that does not contain an additive related to viscosity was used. Exhaust gas, using the plus 500ppmv the NO 2 to nitrogen (N2). The gas mixture was injected into the contactor under atmospheric temperature and atmospheric pressure conditions and measured using a calibrated mass flow controller. The volume flow rate of the liquid was measured by recording the amount discharged into the container on the receiver side where the liquid jet was calibrated at the measured time interval. The concentration of reduced NO 2 from the contactor can be measured by measuring the light absorption of NO 2 at 400 nm. The background NO 2 concentration was recorded before each run. A stable stream of NO 2 / N 2 was first generated and the absorbance was recorded without jet flow (A Off ). A jet stream (28 wt% AA) was then injected into the reactor chamber and the absorbance was recorded. The amount of NO 2 reduced (the amount absorbed) is expressed as a percentage as follows:% NO 2 reduction = 100 × (A off −A on ) / A off (1).

図34は、NO除去システムの吸収度とランタイムとの間の関係を示すグラフである。図34では、液体アンモニア水ジェットのonおよびoffによる代表的なNO吸収スペクトルが示されている。y軸は、400nmにおける吸光を表し、x軸は、時間を秒単位で示す。この例から分かるように、ジェット流の開始直後に吸光の生存期間が短いことは、チャンバにおける流れの摂動に起因したものである。4つのテストの実行の平均を各テスト結果に対して実行した。記載されたテスト条件におけるNO吸光のテスト結果は、NOの除去が−35%と、酸化促進剤(H)がなくても適切であった。 FIG. 34 is a graph showing the relationship between absorbency and runtime of the NO 2 removal system. In FIG. 34, a typical NO 2 absorption spectrum by on and off of the liquid ammonia water jet is shown. The y-axis represents absorbance at 400 nm and the x-axis represents time in seconds. As can be seen from this example, the short extinction lifetime immediately after the start of the jet flow is due to flow perturbations in the chamber. An average of four test runs was run for each test result. The test results of NO 2 absorption under the described test conditions were appropriate even if NO 2 removal was -35% and no oxidation promoter (H 2 O 2 ) was present.

<Hg捕捉デバイス>   <Hg capture device>

本発明の別の実施形態は、気液接触器の利用によるNOの捕捉に関する。気液質量移動処理は、気液の界面に沿って行われる。気体の液体ソーベントへの吸収率は、液相質量移動係数k、比表面積(気液界面の表面積の体積に対する比率)a、および、バルク流体Cと気液界面C との間の濃度勾配により制御される。多くの気液反応システムでは、グラフは、C の可溶性が非常に低く、濃度勾配の制御には制限がある。従って気体吸収率を高めるには、質量移動動力学を高め、界面表面積の体積に対する比率を上げる必要がある。 Another embodiment of the invention relates to NO x capture by use of a gas-liquid contactor. The gas-liquid mass transfer process is performed along the gas-liquid interface. Absorptance of the liquid sorbent of gas, liquid phase mass transfer coefficient k L, the specific surface area (the ratio of the volume of the surface area of the gas-liquid interface) a, and, between the bulk fluid C L and the gas-liquid interface C L * Controlled by concentration gradient. In many gas-liquid reaction systems, the graph is very insoluble in C L * and has limited control over the concentration gradient. Therefore, to increase the gas absorption rate, it is necessary to increase the mass transfer dynamics and increase the ratio of the interfacial surface area to the volume.

本発明の一実施形態は、例えば図33を参照して記載するような高性能気液接触器を含む。システムは、高密度で、大きな表面積であり、空気力学的な形状の薄型フラットジェットを利用することで、質量移動および接触器の性能を全体的に向上させることができる。気液接触器は、約1cm−2から約50cm−2という向上した比表面積、関連技術の充填塔の体積の約1/10という生成器の体積、接触器全体の気圧降下が5torr/線形ft(lineal ft)未満といったように低いこと、液体ジェット駆動圧力が50psi未満であること(より好適には20psi未満であること)、および、気体の流れへの液体の混入が最小限に抑えられていることに特徴付けられる。 One embodiment of the present invention includes a high performance gas-liquid contactor such as described with reference to FIG. The system can improve overall mass transfer and contactor performance by utilizing a high density, high surface area, thin aerodynamic shaped flat jet. The gas-liquid contactor has an improved specific surface area of about 1 cm −2 to about 50 cm −2 , a generator volume of about 1/10 of the related art packed column volume, and a pressure drop across the contactor of 5 torr / linear ft. Low, such as less than (lineal ft), the liquid jet drive pressure is less than 50 psi (more preferably less than 20 psi), and liquid contamination in the gas stream is minimized. Characterized by being.

好適な実施形態では、システムは、約10cm−1から約20cm−1の範囲の比表面積、関連技術の充填塔の体積の約1/10という生成器の体積、気圧降下が1Torr未満であること、ジェット駆動圧力が約5psiであること、および、気体の流れへの液体の混入が最小限に抑えられていることという特徴を含む。 In a preferred embodiment, the system has a specific surface area in the range of about 10 cm −1 to about 20 cm −1 , a generator volume of about 1/10 of the related art packed column volume, and a pressure drop of less than 1 Torr. Including a feature that the jet drive pressure is about 5 psi and that liquid contamination in the gas stream is minimized.

気液接触器は、元素水銀(Hg)をHg(II)に酸化する様々な水性のソーベントとともに利用可能である。Hg(II)状態になると、水銀は水溶液で可溶性になり、Hg(II)が触媒活性により元素水銀(HgO)を排ガスストリームから除去することができる。酸化剤(OX)には、次亜塩素酸ナトリウム(NaOCl)および過酸化水素(H)が含まれるが、これらに限定はされない。接触器で利用されるのに好適な酸化剤は、Hg酸化率を向上させる触媒(Cat)が添加物として加えられた過酸化水素(H)である。添加物は例えば、HgCl2、TAML(鉄(III)テトラ−アミド大環状リガンド)、カタラーゼまたはペルオキシダーゼである。 Gas-liquid contactors can be used with various aqueous sorbents that oxidize elemental mercury (Hg 0 ) to Hg (II). When in the Hg (II) state, mercury becomes soluble in an aqueous solution, and Hg (II) can remove elemental mercury (HgO) from the exhaust gas stream by catalytic activity. Oxidizing agents (OX) include, but are not limited to, sodium hypochlorite (NaOCl) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). A suitable oxidant for use in the contactor is hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), with a catalyst (Cat) improving the Hg 0 oxidation rate added as an additive. The additive is, for example, HgCl2, TAML (iron (III) tetra-amide macrocyclic ligand), catalase or peroxidase.

水性の過酸化水素が含まれる際のHg酸化の化学メカニズムは以下であると考えられている。
H2O2 + Hg0 → Hg(II) + 生成物 (1)
H2O2 + Cat + Hg0 → Hg(II) + 生成物 (2)
The chemical mechanism of Hg oxidation when aqueous hydrogen peroxide is included is believed to be the following.
H 2 O 2 + Hg 0 → Hg (II) + product (1)
H 2 O 2 + Cat + Hg 0 → Hg (II) + product (2)

本実施形態では、高効率で水銀を除去する排ガス洗浄処理に、高効率の気液接触器を利用する。システムは、再形成オリフィス板(またはノズル板)を有し、幅広い範囲の流体および処理条件に適合する流体合成技術を含むノズルアレイを含む。Hgの除去は、ここに参照として組み込まれる米国特許第7,379,487号明細書に記載されているように気体を高い表面から体積型気液接触器ユニットへと通過させることにより行われる。排ガスは、実質的に接触器体積および気流圧力降下が小さい気液接触器を水平方向に通過する(横流と称する)。水性のソーベントおよび実質的な表面積を有する、複数の低圧、垂直方向のフラットジェットアレイが横流の気流を交差するように走っている。フラットジェットアレイは、空気力学的な形状とすることで、比較的高い気体速度において、液体粒子の混入が少ない安定したジェット流を形成する。   In this embodiment, a highly efficient gas-liquid contactor is used for the exhaust gas cleaning process for removing mercury with high efficiency. The system includes a nozzle array that includes a reshaping orifice plate (or nozzle plate) and includes fluid synthesis techniques that are compatible with a wide range of fluids and processing conditions. Hg removal is accomplished by passing gas from a high surface to a volumetric gas-liquid contactor unit as described in US Pat. No. 7,379,487, incorporated herein by reference. The exhaust gas passes through a gas-liquid contactor having a substantially small contactor volume and airflow pressure drop in the horizontal direction (referred to as crossflow). A plurality of low-pressure, vertical flat jet arrays having an aqueous sorbent and a substantial surface area run across the crossflow. By adopting an aerodynamic shape, the flat jet array forms a stable jet flow with less liquid particle contamination at a relatively high gas velocity.

好適な実施形態では、水銀の吸収および除去は、高いHg容量、高い酸化安定性、低い反応熱、低いソーベントコスト、低い腐食性、および販売可能な製品ストリームといった特性を有するシステムにより行われる。ソーベントの一例は、元素HgのHg(II)への酸化を促進させるべく、過酸化水素を約10重量%、触媒を約0.1重量%含む水溶液である。ノズル板の構成は、約1%から約2%の懸濁液を過酸化水素の水溶液に添加して接触器の性能を高めることで最適化されてよい。添加物は、過酸化水素水溶液に反応せず、且つ、質量移動の妨げとならないように設計されてよい。添加物により、最小の液体圧力降下で最大のジェット性能(ジェットの幅、長さ、表面積)を得ることのできるソーベント特性(例えば粘度)の形成が可能となる。添加物の一例はベントナイトである。 In a preferred embodiment, mercury absorption and removal is performed by a system having characteristics such as high Hg capacity, high oxidative stability, low heat of reaction, low sorbent cost, low corrosivity, and a product stream that can be sold. An example of a sorbent is an aqueous solution containing about 10 wt% hydrogen peroxide and about 0.1 wt% catalyst to promote the oxidation of element Hg 0 to Hg (II). The nozzle plate configuration may be optimized by adding about 1% to about 2% suspension to an aqueous solution of hydrogen peroxide to enhance contactor performance. Additives may be designed so that they do not react with aqueous hydrogen peroxide and do not interfere with mass transfer. Additives allow the formation of sorbent properties (eg, viscosity) that can achieve maximum jet performance (jet width, length, surface area) with minimum liquid pressure drop. An example of an additive is bentonite.

さらなる化学化合物を含めることが、Hgの酸化率ひいては質量移動動力学を助けるために好適である。好適な溶媒システムへの添加物の一例としては、過酸化水素が挙げられる。高いpHで過酸化水素が分解しすぎることを避けるべく、安定剤を溶媒の混合物に添加する。高いpHにおける過酸化水素の安定剤の一例としては、ポリ(α−ヒドロキシアクリル酸)が挙げられる。過酸化水素の酸化力は、過酸化水素の触媒を添加することでさらに向上しうる。酸化水素の触媒の一例は鉄(III)テトラ−アミド大環状リガンド(TAML)である。   Inclusion of additional chemical compounds is preferred to aid Hg oxidation rate and thus mass transfer kinetics. One example of an additive to a suitable solvent system is hydrogen peroxide. Stabilizers are added to the solvent mixture to avoid excessive decomposition of hydrogen peroxide at high pH. One example of a stabilizer for hydrogen peroxide at high pH is poly (α-hydroxyacrylic acid). The oxidizing power of hydrogen peroxide can be further improved by adding a hydrogen peroxide catalyst. An example of a hydrogen oxide catalyst is iron (III) tetra-amide macrocyclic ligand (TAML).

図33を参照して説明したように、このシステムをHg捕捉に利用することができる。プロセスを、気液チャンバ2645にHgを含む排ガスを注入することから説明する。気体プレナムは、液体フラットジェット全体に均等に気体を流す。液体ジェットは、ソーベントを液体プレナム2635にポンプして、溶媒をノズルオリフィス全体に行き渡らせることで生成される。生成されるジェットは垂直下方に接触チャンバへと流れ下り、気液分離器を通って捕捉タンク2620へ到達する。水銀はソーベント液体に吸収され、排ガスストリームから除去される。気液チャンバ2645では、垂直に流れる溶媒が気体の横流と交差する。洗浄後の排ガス2655は、接触チャンバの出口から排出される。ソーベントは再循環されて、連続して排ガスストリームからHgを除去する。   As described with reference to FIG. 33, this system can be used for Hg capture. The process will be described from injecting gas containing Hg into the gas-liquid chamber 2645. The gas plenum flows gas evenly throughout the liquid flat jet. The liquid jet is generated by pumping the sorbent to the liquid plenum 2635 to spread the solvent across the nozzle orifice. The generated jet flows down vertically into the contact chamber and through the gas-liquid separator reaches the capture tank 2620. Mercury is absorbed by the sorbent liquid and removed from the exhaust gas stream. In the gas-liquid chamber 2645, the vertically flowing solvent intersects the gas cross-flow. The cleaned exhaust gas 2655 is discharged from the outlet of the contact chamber. The sorbent is recirculated to continuously remove Hg from the exhaust gas stream.

<HS捕捉デバイス> <H 2 S capture device>

本発明の別の実施形態は、気液接触器の利用によるHSの捕捉に関する。硫化水素は非常に毒性の強い、可燃性であり、不快な臭いを放つガスであり、幅広い範囲で毒と考えられているが、なかでも中枢神経系に影響を与える。人工的な硫化水素源は、天然ガスおよび硫黄の収容量が多い原油の加工により主に生じる。天然ガスにおけるHSの濃度は、28%までにもなる。人工排出は、世界中のHS排出の約10%を占める。製油の水素化脱硫処理がHSの産業排出の大部分を占める。HSの他の産業排出源は、コークス炉、製紙工場、および製皮業である。 Another embodiment of the invention relates to the capture of H 2 S by use of a gas-liquid contactor. Hydrogen sulfide is a highly toxic, flammable and unpleasant odor gas, and is considered a poison in a wide range, but it affects the central nervous system. Artificial hydrogen sulfide sources are mainly generated by processing crude oils with high natural gas and sulfur capacities. The concentration of H 2 S in natural gas can be up to 28%. Artificial emissions account for about 10% of global H 2 S emissions. Refinery hydrodesulfurization accounts for the majority of industrial emissions of H 2 S. Other industrial emission sources for H 2 S are coke ovens, paper mills, and leather industry.

S排出および硫黄の収容量が多い燃料製品(ガソリンおよびディーゼル)に関する環境問題により、厳しい政府による制御がなされるようになった。これらの規制により、天然ガスおよび製油処理のコストが大幅に上がる結果となった。HSを除去するための技術はこれまでに複数提案されている。 Environmental issues related to fuel products (gasoline and diesel) with high H 2 S emissions and high sulfur capacities have led to strict government controls. These regulations have resulted in significant increases in natural gas and oil processing costs. A number of techniques for removing H 2 S have been proposed so far.

最も普及している方法は、当技術分野で知られているクラウスプロセスであり、これにより、HSを酸素燃焼により元素である硫黄に変換する。クラウスプロセスの問題の1つは、原料のCOがHSと反応して、硫化カルボニルおよび二硫化炭素が形成されるということである。別の問題は、均衡点の問題として、未反応のHSが元素の硫黄製品に混入するということである。HSを除去する他の方法には、アルカノールアミン(モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、およびメチルジエタノールアミン)、酸化鉄/炭酸ナトリウム、チオヒ酸塩(thiosarsenate)、キニーネ、および金属バナジウムプロセスを含む。しかしながら、HSを燃焼排ガスから除去するための高性能でコスト効率に優れた市場的に実現可能な方法は未だ存在しない。HS捕捉の強力なコスト推進要因は(人件費と建築機器を除いて)試薬費、処理および汚物処理、ハードウェア(吸収容器、燃焼排ガス処理および配管業務)および設置スペース面での制約である。 The most prevalent method is the Claus process known in the art, which converts H 2 S to elemental sulfur by oxyfuel combustion. One problem with the Claus process is that the raw material CO 2 reacts with H 2 S to form carbonyl sulfide and carbon disulfide. Another problem is that the unreacted H 2 S is mixed into the elemental sulfur product as a balance point problem. Other methods of removing H 2 S include alkanolamines (monoethanolamine, diethanolamine, and methyldiethanolamine), iron oxide / sodium carbonate, thiosarsenate, quinine, and metal vanadium processes. However, there is still no high-performance and cost-effective commercially feasible method for removing H 2 S from flue gas. Strong cost drivers for H 2 S capture (except for labor costs and building equipment) are reagent costs, treatment and waste disposal, hardware (absorption containers, flue gas treatment and plumbing) and installation space constraints. is there.

効率的でコスト効率に優れた硫化水素除去機能の提供は主要な技術的課題である。HS捕捉機能を向上させるための様々な性能領域には、反応装置の容器サイズおよび圧力降下を小さくすること、および販売可能な副産物を生じる効率的な質量移動溶媒システムを利用すること等が含まれる。本発明の一実施形態は、これら対象となる性能を、高いHS吸収動力学と付加価値のある生産ストリームとを連結した革新的設計手法で達成することに関する。 Providing an efficient and cost-effective hydrogen sulfide removal function is a major technical challenge. Various performance areas for improving H 2 S capture capabilities include reducing reactor vessel size and pressure drop, and utilizing efficient mass transfer solvent systems that produce marketable by-products, etc. included. One embodiment of the present invention relates to achieving these targeted performances with an innovative design approach that links high H 2 S absorption kinetics with value-added production streams.

<フラットジェット噴霧接触器>   <Flat jet spray contactor>

気液質量移動処理は、気液の界面に沿って行われる。気体の液体ソーベントへの吸収率は、液相質量移動係数k、比表面積(気液界面の表面積の体積に対する比率)a、および、バルク流体Cと気液界面C との間の濃度勾配により制御される。多くの気液反応システムでは、C の可溶性が低く、濃度勾配の制御には制限がある。従って気体吸収率を高めるには、質量移動動力学を高め、界面表面積の体積に対する比率を上げる必要がある。 The gas-liquid mass transfer process is performed along the gas-liquid interface. Absorptance of the liquid sorbent of gas, liquid phase mass transfer coefficient k L, the specific surface area (the ratio of the volume of the surface area of the gas-liquid interface) a, and, between the bulk fluid C L and the gas-liquid interface C L * Controlled by concentration gradient. In many gas-liquid reaction systems, the solubility of C L * is low and there is a limit to the control of the concentration gradient. Therefore, to increase the gas absorption rate, it is necessary to increase the mass transfer dynamics and increase the ratio of the interfacial surface area to the volume.

本発明の一実施形態は、例えば図33を参照して記載するような高性能気液接触器を含む。システムは、高密度で、大きな表面積であり、空気力学的な形状の薄型フラットジェットを利用することで、質量移動および接触器の性能を全体的に向上させることができる。気液接触器は、約1cm−2から約50cm−2という向上した比表面積、関連技術の充填塔の体積の約1/10という生成器の体積、接触器全体の気圧降下が5torr/線形ft(lineal ft)未満といったように低いこと、液体ジェット駆動圧力が50psi未満であること(より好適には20psi未満であること)、および、気体の流れへの液体の混入が最小限に抑えられていることに特徴付けられる。 One embodiment of the present invention includes a high performance gas-liquid contactor such as described with reference to FIG. The system can improve overall mass transfer and contactor performance by utilizing a high density, high surface area, thin aerodynamic shaped flat jet. The gas-liquid contactor has an improved specific surface area of about 1 cm −2 to about 50 cm −2 , a generator volume of about 1/10 of the related art packed column volume, and a pressure drop across the contactor of 5 torr / linear ft. Low, such as less than (lineal ft), the liquid jet drive pressure is less than 50 psi (more preferably less than 20 psi), and liquid contamination in the gas stream is minimized. Characterized by being.

好適な実施形態では、システムは、約10cm−1から約20cm−1の範囲の比表面積、関連技術の充填塔の体積の約1/10という生成器の体積、気圧降下が1Torr未満といったように低いこと、ジェット駆動圧力が約5psiであること、および、気体の流れへの液体の混入が最小限に抑えられていることという特徴を含む。 In a preferred embodiment, the system has a specific surface area in the range of about 10 cm −1 to about 20 cm −1 , a generator volume of about 1/10 of the related art packed column volume, an atmospheric pressure drop of less than 1 Torr, etc. Features include low, jet drive pressure of about 5 psi, and minimal liquid entrainment in the gas stream.

気液接触器は、HSおよび他の硫黄ベースの化合物を酸化する様々な従来の液体(水性ベースの)ソルベントとともに利用可能である。酸化剤(OX)には、アンモニア水、アルカノールアミン(モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、およびメチルジエタノールアミン)、酸化鉄/炭酸ナトリウム、チオヒ酸塩(thiosarsenate)、キニーネ、および金属バナジウムプロセス、次亜塩素酸ナトリウム(NaOCl)、および過酸化水素(H)が含まれるが、これらに限定はされない。接触器で利用されるのに好適な酸化剤は、酸化率を向上させる触媒(Cat)が添加物として加えられ、過酸化水素の分解を制御する安定剤が加えられた塩基性の(pH>7)過酸化水素(H)水溶液である。触媒の添加物は例えば、TAML(鉄(III)テトラ−アミド大環状リガンド)である。安定剤は例えば、ポリ−α―ヒドロキシルアクリル酸、珪酸ナトリウム、またはジメチレントリアミンペンタ酢酸であってよい。 Gas-liquid contactors can be used with a variety of conventional liquid (aqueous based) solvents that oxidize H 2 S and other sulfur-based compounds. Oxidizing agents (OX) include aqueous ammonia, alkanolamines (monoethanolamine, diethanolamine, and methyldiethanolamine), iron oxide / sodium carbonate, thiosarsenate, quinine, and metal vanadium processes, sodium hypochlorite (NaOCl), and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), but are not limited to these. Suitable oxidants for use in the contactor are basic (pH>) with a catalyst (Cat) added as an additive to improve the oxidation rate and a stabilizer to control the decomposition of hydrogen peroxide. 7) Hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) aqueous solution. An example of a catalyst additive is TAML (iron (III) tetra-amide macrocyclic ligand). The stabilizer may be, for example, poly-α-hydroxylacrylic acid, sodium silicate, or dimethylenetriaminepentaacetic acid.

水性の塩基性の過酸化水素が含まれる際に生じうるHS酸化の化学メカニズムは以下であると考えられている。
H2S + OH- → HS- + H2O (1)
4H2O2 + HS- → SO4 2- + H+ + 4H2O (2)
It is believed that the chemical mechanism of H 2 S oxidation that can occur when aqueous basic hydrogen peroxide is included is as follows.
H 2 S + OH - → HS - + H 2 O (1)
4H 2 O 2 + HS - → SO 4 2- + H + + 4H 2 O (2)

<HS除去プロセス> <H 2 S removal process>

本実施形態は、硫化水素を高効率で除去する排ガス洗浄プロセスに関している。本発明は、再形成オリフィス板(または記載したノズル板)を有するノズルアレイと、幅広い範囲の流体および処理条件に適合する流体合成技術を含む。HSの除去は、気体を高い表面から体積型気液接触器ユニットへと通過させることにより行われる。排ガスは、関連技術よりも実質的に接触器体積および気流圧力降下が小さい気液接触器を水平方向に通過する(横流と称する)。水性のソーベントおよび実質的な表面積を有する、複数の低圧、垂直方向のフラットジェットアレイが横流の気流を交差するように走っている。 The present embodiment relates to an exhaust gas cleaning process for removing hydrogen sulfide with high efficiency. The present invention includes a nozzle array having a reshaped orifice plate (or a nozzle plate as described) and fluid synthesis techniques that are compatible with a wide range of fluids and processing conditions. Removal of H 2 S is performed by passing gas from a high surface to the volumetric gas-liquid contactor unit. Exhaust gas passes through a gas-liquid contactor in a horizontal direction (referred to as crossflow) that has a substantially smaller contactor volume and airflow pressure drop than the related art. A plurality of low-pressure, vertical flat jet arrays having an aqueous sorbent and a substantial surface area run across the crossflow.

フラットジェットアレイは、空気力学的な形状とすることで、比較的高い気体速度において、液体粒子の混入が少ない安定したジェット流を形成する。二酸化硫黄の吸収および除去用のソーベントは、高いHS容量、高い酸化安定性、低い反応熱、低い溶媒コスト、低い腐食性、および販売可能な製品ストリームといった特性を有する。ソーベントの一例は、HSの酸化を促進させるべく、過酸化水素を約10重量%、触媒を約0.1重量%含む水溶液である。接触器を最適化するべく、約1%から約2%の懸濁液を過酸化水素水溶液に添加して、接触器の性能を高めることができる。添加物の例としては、過酸化水素水溶液に反応せず、且つ、質量移動の妨げとならないようなものが挙げられる。添加物の例によって、最小の液体圧力降下で最大のジェット性能(ジェットの幅、長さ、表面積)を得ることのできるソーベント特性(例えば粘度)の形成が可能となる。添加物の一例はベントナイトである。 By adopting an aerodynamic shape, the flat jet array forms a stable jet flow with less liquid particle contamination at a relatively high gas velocity. The sorbent for absorption and removal of sulfur dioxide has the characteristics of high H 2 S capacity, high oxidative stability, low heat of reaction, low solvent cost, low corrosivity, and marketable product stream. An example of a sorbent is an aqueous solution containing about 10 wt% hydrogen peroxide and about 0.1 wt% catalyst to promote H 2 S oxidation. To optimize the contactor, about 1% to about 2% suspension can be added to the aqueous hydrogen peroxide solution to enhance the contactor performance. Examples of the additive include those that do not react with the aqueous hydrogen peroxide solution and do not hinder mass transfer. Additive examples allow the formation of sorbent properties (eg, viscosity) that can achieve maximum jet performance (jet width, length, surface area) with minimal liquid pressure drop. An example of an additive is bentonite.

さらなる化学化合物を含めることが、HSの酸化率ひいては質量移動動力学を助けるために好適である。好適なソーベントシステムへの添加物の一例としては、過酸化水素が挙げられる。高いpHで過酸化水素が分解しすぎることを避けるべく、安定剤をソーベントの混合物に添加する。高いpHにおける過酸化水素の安定剤の一例としては、ポリ(α−ヒドロキシアクリル酸)が挙げられる。過酸化水素の酸化力は、過酸化水素の触媒を添加することでさらに向上しうる。酸化水素の触媒の一例は鉄(III)テトラ−アミド大環状リガンド(TAML)である。 Inclusion of additional chemical compounds is preferred to aid in the rate of H 2 S oxidation and thus mass transfer kinetics. One example of an additive to a suitable sorbent system is hydrogen peroxide. Stabilizers are added to the sorbent mixture to avoid excessive decomposition of hydrogen peroxide at high pH. One example of a stabilizer for hydrogen peroxide at high pH is poly (α-hydroxyacrylic acid). The oxidizing power of hydrogen peroxide can be further improved by adding a hydrogen peroxide catalyst. An example of a hydrogen oxide catalyst is iron (III) tetra-amide macrocyclic ligand (TAML).

図33を参照して説明したように、本システムをHS除去に利用することができる。プロセスを、気液チャンバ2645にHSを含む排ガスを注入することから説明する。気体プレナム2605は、液体フラットジェット全体に均等に気体を流す。液体ジェットは、ソーベントを液体プレナム2635にポンプして、ソーベントをノズルオリフィス全体に行き渡らせることで生成される。生成されるジェットは垂直下方に接触チャンバへと流れ下り、気液分離器を通って捕捉タンク2620へ到達する。気液チャンバ2645では、垂直に流れる溶媒が気体の横流と交差する。硫化水素はソーベント液体に吸収され、排ガスストリームから除去される。洗浄後の燃焼排ガス2655は、接触チャンバの出口から排出される。ソーベントは再循環されて、連続して燃焼排ガスストリームからHSを除去する。 As described with reference to FIG. 33, the present system can be used for H 2 S removal. The process is described from injecting an exhaust gas containing H 2 S into the gas-liquid chamber 2645. The gas plenum 2605 allows gas to flow evenly throughout the liquid flat jet. The liquid jet is generated by pumping the sorbent to the liquid plenum 2635 and spreading the sorbent across the nozzle orifice. The generated jet flows down vertically into the contact chamber and through the gas-liquid separator reaches the capture tank 2620. In the gas-liquid chamber 2645, the vertically flowing solvent intersects the gas cross-flow. Hydrogen sulfide is absorbed by the sorbent liquid and removed from the exhaust gas stream. The cleaned flue gas 2655 is discharged from the outlet of the contact chamber. The sorbent is recirculated to continuously remove H 2 S from the flue gas stream.

<CO捕捉デバイスのフラットジェット噴霧接触器> <Flat jet spray contactor of CO 2 capture device>

別の実施形態は、気液接触器の利用によるCOの捕捉に関する。気液質量移動処理は、気液の海面に沿って行われる。気体の液体溶媒への吸収率は、液相質量移動係数k、比表面積(気液界面の表面積の体積に対する比率)a、および、バルク流体Cと気液界面C との間の濃度勾配により制御される。多くの気液反応システムでは、C の可溶性が低く、濃度勾配の制御には制限がある。気体吸収率を上げるべく、本気液接触器は、質量移動動力学、気液混合および界面表面積の体積に対する比率を高めるように設計される必要がある。 Another embodiment relates to CO 2 capture by use of a gas-liquid contactor. The gas / liquid mass transfer process is performed along the sea surface of the gas / liquid. Absorptance of the liquid solvent gas, the liquid phase mass transfer coefficient k L, the specific surface area (the ratio of the volume of the surface area of the gas-liquid interface) a, and, between the bulk fluid C L and the gas-liquid interface C L * Controlled by concentration gradient. In many gas-liquid reaction systems, the solubility of C L * is low and there is a limit to the control of the concentration gradient. In order to increase the gas absorption rate, the present gas-liquid contactor needs to be designed to increase the mass transfer kinetics, gas-liquid mixing and the ratio of interfacial surface area to volume.

本発明の一実施形態は、上述したように高性能気液接触器に関しており、高密度で、大きな表面積であり、空気力学的な形状の薄型フラットジェットを利用することで、質量移動および接触器の性能を全体的に向上させることができるアレイに基づいている。   One embodiment of the present invention relates to a high-performance gas-liquid contactor as described above, utilizing a thin flat jet of high density, large surface area, and aerodynamic shape to provide mass transfer and contactor. Based on an array that can improve overall performance.

本発明の一実施形態は、例えば図33を参照して記載するような高性能気液接触器を含む。システムは、高密度で、大きな表面積であり、空気力学的な形状の薄型フラットジェットを利用することで、質量移動および接触器の性能を全体的に向上させることができるアレイに基づく。気液接触器は、約1cm−2から約50cm−2という向上した比表面積、関連技術の充填塔の体積の約1/10という生成器の体積、接触器全体の気圧降下が5torr/線形ft(lineal ft)未満といったように低いこと、液体ジェット駆動圧力が50psi未満であること(より好適には20psi未満であること)、および、気体の流れへの液体の混入が最小限に抑えられていることに特徴付けられる。 One embodiment of the present invention includes a high performance gas-liquid contactor such as described with reference to FIG. The system is based on an array that can improve overall mass transfer and contactor performance by utilizing a thin flat jet of high density, high surface area, and aerodynamic shape. The gas-liquid contactor has an improved specific surface area of about 1 cm −2 to about 50 cm −2 , a generator volume of about 1/10 of the related art packed column volume, and a pressure drop across the contactor of 5 torr / linear ft. Low, such as less than (lineal ft), the liquid jet drive pressure is less than 50 psi (more preferably less than 20 psi), and liquid contamination in the gas stream is minimized. Characterized by being.

好適な実施形態では、システムは、約10cm−1から約20cm−1の範囲の比表面積、関連技術の充填塔の体積の約1/10という生成器の体積、気圧降下が1Torr未満といったように低いこと、液体ジェット駆動圧力が約5psiであること、および、気体の流れへの液体の混入が最小限に抑えられていることという特徴を含む。 In a preferred embodiment, the system has a specific surface area in the range of about 10 cm −1 to about 20 cm −1 , a generator volume of about 1/10 of the related art packed column volume, an atmospheric pressure drop of less than 1 Torr, etc. Features include low, liquid jet drive pressure of about 5 psi, and minimal liquid entrainment in the gas stream.

COを効率的に捕捉するべく、接触器は、モノエタノールアミン(MEA)、メチルアミノプロパノール(AMP)およびピペラジン(PZ)等のヒンダードアミン、炭酸カリウム(KCO)および水酸化アンモニウム(通常はアンモニア水と称され、省略記号がAAである)を含むがこれらに限定はされない幅広い様々な水性ベースのソーベントと利用可能である。アンモニア水とともに接触器を利用することは、重炭酸アンモニウムを生成し、肥料である尿酸に変換したり、化学原料として販売したりすることができ、処理コストが減少するので、特に好適である。アンモニア水におけるにおけるCO捕捉および副産物生産の化学メカニズムは以下であると考えられている。
2NH3 + H2O + CO2 → (NH4)2CO3 (炭酸アンモニウム) (1)
(NH4)2 CO3 + CO2 + H2O → 2NH4HCO3 (重炭酸アンモニウム) (2)
NH4HCO3 + 熱、圧力 → (NH2)2CO (尿酸) (3)
In order to efficiently capture CO 2 , the contactor is composed of hindered amines such as monoethanolamine (MEA), methylaminopropanol (AMP) and piperazine (PZ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ) and ammonium hydroxide (usually Can be used with a wide variety of aqueous-based sorbents including, but not limited to, ammonia water (abbreviated AA). The use of a contactor together with aqueous ammonia is particularly suitable because ammonium bicarbonate can be produced and converted into uric acid, which is a fertilizer, or sold as a chemical raw material, and the processing cost is reduced. The chemical mechanism of CO 2 capture and by-product production in aqueous ammonia is believed to be the following.
2NH 3 + H 2 O + CO 2 → (NH 4 ) 2 CO 3 (ammonium carbonate) (1)
(NH 4 ) 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O → 2NH 4 HCO 3 (ammonium bicarbonate) (2)
NH 4 HCO 3 + heat, pressure → (NH 2 ) 2 CO (uric acid) (3)

<CO除去プロセス> <CO 2 removal process>

本実施形態は、本発明の一実施形態の気液接触器により高効率で二酸化炭素を除去する排ガス洗浄プロセスである。システムは、再形成オリフィス板(またはノズル板)を有し、幅広い範囲の流体および処理条件に適合する流体合成技術を含むノズルアレイを含む。COの除去は、上述したように、気体を大きな表面から気液接触ユニットへと通過させることで行われる。排ガスは、実質的に接触器体積および気流圧力降下が小さい気液接触器を水平方向に通過する(横流と称する)。水性の溶媒および実質的な表面積を有する、複数の低圧、垂直方向のフラットジェットアレイが横流の気流を交差するように走っている。フラットジェットアレイは、空気力学的な形状とすることで、比較的高い気体速度において、液体粒子の混入が少ない安定したジェット流を形成する。二酸化炭素の吸収および除去のソーベントは、高い二酸化炭素容量、高い酸化安定性、低い反応熱、低い溶媒コスト、低い腐食性、および販売可能な製品ストリームといった特性を有するものであってよい。効果的なCO除去の溶媒の例としては、28重量%のアンモニアを収容する水溶液が上げられる。気液接触器を最適化するべく、約1%から約2%のポリマーまたは懸濁液をアンモニア水溶液に添加して、接触器の性能を高めることができる。 The present embodiment is an exhaust gas cleaning process that removes carbon dioxide with high efficiency by the gas-liquid contactor of one embodiment of the present invention. The system includes a nozzle array that includes a reshaping orifice plate (or nozzle plate) and includes fluid synthesis techniques that are compatible with a wide range of fluids and processing conditions. As described above, CO 2 is removed by passing gas from a large surface to the gas-liquid contact unit. The exhaust gas passes through a gas-liquid contactor having a substantially small contactor volume and airflow pressure drop in the horizontal direction (referred to as crossflow). A plurality of low pressure, vertical flat jet arrays having aqueous solvent and substantial surface area are running across the crossflow. By adopting an aerodynamic shape, the flat jet array forms a stable jet flow with less liquid particle contamination at a relatively high gas velocity. Carbon dioxide absorption and removal sorbents may have properties such as high carbon dioxide capacity, high oxidative stability, low heat of reaction, low solvent cost, low corrosivity, and marketable product streams. An example of an effective CO 2 removal solvent is an aqueous solution containing 28 wt% ammonia. To optimize the gas-liquid contactor, about 1% to about 2% polymer or suspension can be added to the aqueous ammonia solution to enhance the contactor performance.

添加物の例としては、アンモニア水に反応せず、且つ、質量移動の妨げとならないようなものが挙げられる。好適なポリマーまたは懸濁液によって、最小の液体圧力降下で最大のジェット性能(ジェットの幅、長さ、表面積)を得ることのできるソーベント特性(例えば粘度)の形成が可能となる。ポリマー添加物の例としては、ジエチレングリコールが挙げられる。他のポリマー添加物の例には、ポリエチレンオキシドまたはポリビニルアルコールが含まれる。無機物添加物の一例はベントナイトである。   Examples of the additive include those that do not react with aqueous ammonia and do not hinder mass transfer. Suitable polymers or suspensions allow the formation of sorbent properties (eg, viscosity) that can achieve maximum jet performance (jet width, length, surface area) with minimal liquid pressure drop. An example of a polymer additive is diethylene glycol. Examples of other polymer additives include polyethylene oxide or polyvinyl alcohol. An example of an inorganic additive is bentonite.

図33を参照して説明したように、本システムをCO除去に利用することができる。プロセスを、気液チャンバ2645にCOを含む排ガスを注入することから説明する。気体プレナム2605は、液体フラットジェット全体に均等に気体を流す。液体ジェットは、ソーベントを液体プレナム2635にポンプして、ソーベントをノズルオリフィス全体に行き渡らせることで生成される。生成されるジェットは垂直下方に接触チャンバへと流れ下り、気液分離器を通って捕捉タンク2620へ到達する。気液チャンバ2645では、垂直に流れるソーベントが気体の横流と交差する。二酸化炭素はソーベント液体に吸収され、排ガスストリームから除去される。洗浄後の排ガス2655は、接触チャンバの出口から排出される。ソーベントは再循環されて、連続して燃焼排ガスストリームからCOを除去する。 As described with reference to FIG. 33, the present system can be used for CO 2 removal. The process is described from injecting exhaust gas containing CO 2 into the gas-liquid chamber 2645. The gas plenum 2605 allows gas to flow evenly throughout the liquid flat jet. The liquid jet is generated by pumping the sorbent to the liquid plenum 2635 and spreading the sorbent across the nozzle orifice. The generated jet flows down vertically into the contact chamber and through the gas-liquid separator reaches the capture tank 2620. In the gas-liquid chamber 2645, the vertically flowing sorbent intersects the gas crossflow. Carbon dioxide is absorbed by the sorbent liquid and removed from the exhaust gas stream. The cleaned exhaust gas 2655 is discharged from the outlet of the contact chamber. The sorbent is recirculated to continuously remove CO 2 from the flue gas stream.

気液接触器の性能を、図33の小型のサブスケールテストベッド上に示す。表7は、この例における幾何学パラメータをまとめたものである。

Figure 0005777215
The performance of the gas liquid contactor is shown on the small subscale test bed of FIG. Table 7 summarizes the geometric parameters in this example.
Figure 0005777215

この例で利用されているジェットオリフィスの構成は上述した通りである。処理前に、ジェットオリフィス板へのポンプ支持圧力を変化させることで、ジェットの長さ、幅、および厚みについて液体ジェットの表面積を最適化させる。ジェット表面積(長さおよび幅)に関するさらなる最適化は、添加物(例えばジエチレングリコールまたはベントナイト)を利用して溶媒粘度/表面張力特性を向上させることで、または、オリフィスノズルの再成形により可能となる。   The configuration of the jet orifice used in this example is as described above. Prior to processing, the surface area of the liquid jet is optimized for jet length, width, and thickness by varying the pump support pressure on the jet orifice plate. Further optimization with respect to jet surface area (length and width) is possible by using additives (eg diethylene glycol or bentonite) to improve solvent viscosity / surface tension properties or by reshaping the orifice nozzle.

気液接触器の動作条件および性能の一例を表8に示す。アンモニア水とMEAという2つのソーベントシステムを、任意の動作条件下でテストした。ソーベントの混合物には粘度に関与する添加物を加えていない。排ガスは、空気とCOとが、通常はCO対空気の希釈率1:9で混合されたものを利用した気体の混合物を、大気温度および大気圧の条件下で接触器に注入して、カリブレーションしたマスフローコントローラを利用して計測した。計測された時間間隔に液体ジェットがカリブレーションされた受け手側の容器へ排出された量を記録することで、液体の体積流量を計測した。還元された(吸収された)COの量は、百分率で、%CO還元=100x(Cin−Cout)/Cin…(1)のように表され、ここで、CinおよびCoutは、それぞれ接触器に出入りするCOの濃度である。接触器に出入りするCOの相対量は、フーリエ変換赤外分光光度計(FTIR)により4.2μm付近のCOの基本吸収帯域を統合することで決定される。 Table 8 shows an example of operating conditions and performance of the gas-liquid contactor. Two sorbent systems, ammonia water and MEA, were tested under any operating condition. No additive related to viscosity is added to the sorbent mixture. The exhaust gas is a mixture of air and CO 2 , usually mixed with a CO 2 to air dilution ratio of 1: 9, and injected into a contactor under conditions of atmospheric temperature and atmospheric pressure. Measured using a calibrated mass flow controller. The volume flow rate of the liquid was measured by recording the amount discharged into the container on the receiver side where the liquid jet was calibrated at the measured time interval. The amount of the reduced (absorbed) CO 2 is the percentage,% CO 2 reduction = 100x (C in -C out) / C in ... so expressed as (1), where, C in and C out is the concentration of CO 2 entering and exiting the contactor. The relative amount of CO 2 entering and exiting the contactor is determined by integrating the fundamental absorption band of CO 2 near 4.2 μm with a Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR).

図35は、液体のアンモニア水のジェットがON/OFFするCOのFTIR(フーリエ変換分光光度計)吸収スペクトルのグラフである。図35では、4つのテストの実行の平均を各テスト結果に対して実行した。背景のCOの濃度を、各実行前に記録した。記載されたテスト条件におけるCO吸収のテスト結果は、COの除去が90%を超える割合であった。グラフは、CO分子の吸光度が、2400cm−1から2250cm−1という基本吸光領域の光範囲であった。グラフから、基本CO領域にある吸光種の低減を明らかに示しており、これは効率的な除去が行われたことを示している。これらのスペクトルに基本的数学的分析を行うことにより、これらの吸光レベルを与える濃度が分かり、これらの割合を調べることで除去を百分率で示すことができる。

Figure 0005777215
FIG. 35 is a graph of the FTIR (Fourier transform spectrophotometer) absorption spectrum of CO 2 in which the liquid ammonia water jet is turned on and off. In FIG. 35, an average of four test runs was run for each test result. The background CO 2 concentration was recorded before each run. The test results for CO 2 absorption under the described test conditions were such that CO 2 removal exceeded 90%. Graph, the absorbance of CO 2 molecules, was the light range of the fundamental absorption region of 2250 cm -1 from 2400 cm -1. The graph clearly shows the reduction of light absorbing species in the basic CO 2 region, indicating that efficient removal has occurred. By performing a basic mathematical analysis on these spectra, the concentration giving these absorbance levels is known, and by examining these proportions, removal can be expressed as a percentage.
Figure 0005777215

<気体の汚染物質を除去するフラットジェット噴霧接触器のシステム>   <Flat jet spray contactor system for removing gaseous pollutants>

本発明の実施形態では、気液接触器により気体ストリームの汚染物質を取り除くことができる。システムは、ある相(気体)の質量を別の相(液体)に変換する。このプロセスでは、気体ストリームは、液体噴霧形状またはプール状のソーベントを通過させられる、またはこれと接触させられる。気体の汚染物質はソーベントに溶解するので、液体ソーベント内に溶解される、または吸収されて、気体ストリームから除去される。吸収プロセスの程度は、質量移動処理により統括され、これには気体および液体の拡散、および、可溶性および化学反応が含まれる。   In embodiments of the present invention, gas stream contaminants can be removed by a gas-liquid contactor. The system converts the mass of one phase (gas) into another phase (liquid). In this process, the gas stream is passed through or brought into contact with a liquid spray shaped or pooled sorbent. As gaseous contaminants dissolve in the sorbent, they are dissolved or absorbed into the liquid sorbent and removed from the gas stream. The extent of the absorption process is governed by mass transfer processes, which include gas and liquid diffusion, and solubility and chemical reactions.

気液質量移動処理は、気液の界面に沿って行われる。気体の液体溶媒への吸収率は、液相質量移動係数k、比表面積(気液界面の表面積の体積に対する比率)a、および、バルク流体Cと気液界面C との間の濃度勾配により制御される。多くの気液反応システムでは、C の可溶性が低いことから、濃度勾配の制御には制限がある。気体吸収率を上げるべく、本気液接触器は、質量移動動力学、気液混合および界面表面積の体積に対する比率を高めるように設計される必要がある。 The gas-liquid mass transfer process is performed along the gas-liquid interface. Absorptance of the liquid solvent gas, the liquid phase mass transfer coefficient k L, the specific surface area (the ratio of the volume of the surface area of the gas-liquid interface) a, and, between the bulk fluid C L and the gas-liquid interface C L * Controlled by concentration gradient. In many gas-liquid reaction systems, control of the concentration gradient is limited due to the low solubility of C L * . In order to increase the gas absorption rate, the present gas-liquid contactor needs to be designed to increase the mass transfer kinetics, gas-liquid mixing and the ratio of interfacial surface area to volume.

本発明の一実施形態は、本明細書に記載するような高性能気液接触器を含む。システムは、高密度で、大きな表面積であり、空気力学的な形状の薄型フラットジェットを利用することで、質量移動および接触器の性能を全体的に向上させることができる。気液接触器は、約1cm−2から約50cm−2という向上した比表面積、関連技術の充填塔の体積の約1/10という生成器の体積、接触器全体の気圧降下が5torr/線形ft(lineal ft)未満といったように低いこと、液体ジェット駆動圧力が50psi未満であること(より好適には20psi未満であること)、および、気体の流れへの液体の混入が最小限に抑えられていることに特徴付けられる。 One embodiment of the invention includes a high performance gas liquid contactor as described herein. The system can improve overall mass transfer and contactor performance by utilizing a high density, high surface area, thin aerodynamic shaped flat jet. The gas-liquid contactor has an improved specific surface area of about 1 cm −2 to about 50 cm −2 , a generator volume of about 1/10 of the related art packed column volume, and a pressure drop across the contactor of 5 torr / linear ft. Low, such as less than (lineal ft), the liquid jet drive pressure is less than 50 psi (more preferably less than 20 psi), and liquid contamination in the gas stream is minimized. Characterized by being.

好適な実施形態では、システムは、約10cm−1から約20cm−1の範囲の比表面積、関連技術の充填塔の体積の約1/10という生成器の体積、気圧降下が1Torr未満であること、ジェット駆動圧力が約5psiであること、および、気体の流れへの液体の混入が最小限に抑えられていることという特徴を含む。 In a preferred embodiment, the system has a specific surface area in the range of about 10 cm −1 to about 20 cm −1 , a generator volume of about 1/10 of the related art packed column volume, and a pressure drop of less than 1 Torr. Including a feature that the jet drive pressure is about 5 psi and that liquid contamination in the gas stream is minimized.

様々な種類の水性のソーベントをポリマー添加物と組み合わせて利用して効率的な気体汚染物質を捕捉することで、ジェット表面積が向上する。HSおよびCO等の酸性ガスは、通常、アルカノールアミン、モノエタノールアミン(MEA)およびジエタノールアミン(DEA)で除去される。基本のSOおよびNOxソーベントは、炭酸カルシウム混合物(ライムストーン/ライム)および水酸化アンモニウム(アンモニア水)をそれぞれ含む。ソーベントシステムをカスタマイズして、全てを1つにした捕捉システムは、汚染制御接触器を簡略化して小型にできることから好適である。全てを1つにしたシステムは、直列または並列に構成することができる。さらに、全てを1つしたシステムは、本明細書で記載する気液接触器を利用する。 Various types of aqueous sorbents are used in combination with polymer additives to capture efficient gaseous contaminants and improve jet surface area. Acidic gases such as H 2 S and CO 2 are usually removed with alkanolamines, monoethanolamine (MEA) and diethanolamine (DEA). SO 2 and NOx sorbent basic includes calcium carbonate mixture (Limestone / Lime) and ammonium hydroxide (aqueous ammonia), respectively. A sorbent system with a customized sorbent system is preferred because the contamination control contactor can be simplified and miniaturized. An all-in-one system can be configured in series or in parallel. In addition, an all-in-one system utilizes the gas-liquid contactor described herein.

好適な実施形態では、ジェット表面積を向上させる添加物はポリビニルアルコール、酸化ポリビニル、エチレングリコールまたはジエチレングリコールである。無機物懸濁液(例えばベントナイト)もジェット表面積を向上させる処理に好適である。アンモニア水は、CO、SO、NOおよびHSを除去する機能を有することから、好適なソーベントである。酸化剤(例えば過酸化水素)を添加することで、水溶液に吸収されにくいNOおよびHgの酸化を助けることができる。高いpHで動作する過酸化水素を活性化させる触媒としては、鉄(III)テトラ−アミド大環状リガンド(TAML)が挙げられる。高いpHにおける過酸化水素の安定剤の好適な例としては、ポリ(α−ヒドロキシアクリル酸)が挙げられる。アンモニア水は、重炭酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、および硫酸アンモニウムがNOおよびSOがアンモニア水と反応した結果副産物として生じることから、特に好適な溶媒である。これら生成物は肥料として販売可能なので、動作コストを低減させることができる。全てを1つにした捕捉および副産物生成システムのためのベーシックな化学物質は以下の通りである。
SO捕捉:
NH3 + H2O + SO2 → NH4 + + HSO3 - (1)
NH4 + + HSO3 + NH3 → 2(NH4) + SO3 2- (2)
2H2O2 + SO3 2- → H2O + H2SO4 (硫酸) (3)
H2SO4 + H2O → 2H+ + SO4 2- + H2O (4)
2NH4 + + SO4 2- → (NH4)2SO4 (硫酸アンモニウム) (5)
NO捕捉:
NH3 + H2O → NH4 + + OH- (1)
H2O2 + OH- →HO2 - + H2O (2)
HO2 - + NO → NO2 + OH- (3)
NO2 + NO2 → N2O4 (4)
N2O4 + H2O →HNO2 + HNO3 (5)
HNO2 + H2O2 → HNO3 + H2O (6)
HNO3 (水溶液) → H+ + NO3 - (7)
NH4 + + NO3 → (NH4)NO3 (硝酸アンモニウム) (8)
Hg捕捉:
H2O2 + Hg0 → Hg(II) + 生成物 (1)
S捕捉:
H2S + H2O → HS- + H3O+ (1)
HS- + NH3 + H2O → NH4HS + OH- (2)
In preferred embodiments, the additive that improves jet surface area is polyvinyl alcohol, polyvinyl oxide, ethylene glycol or diethylene glycol. Inorganic suspensions (eg, bentonite) are also suitable for the treatment to improve the jet surface area. Ammonia water is a suitable sorbent because it has a function of removing CO 2 , SO 2 , NO x and H 2 S. By adding an oxidizing agent (for example, hydrogen peroxide), it is possible to help the oxidation of NO and Hg which are not easily absorbed by the aqueous solution. Catalysts that activate hydrogen peroxide that operates at high pH include iron (III) tetra-amide macrocyclic ligands (TAML). A suitable example of a stabilizer for hydrogen peroxide at high pH is poly (α-hydroxyacrylic acid). Ammonia water is a particularly preferred solvent because ammonium bicarbonate, ammonium nitrate, and ammonium sulfate are produced as by-products as a result of NO x and SO 2 reacting with ammonia water. Since these products can be sold as fertilizer, the operating cost can be reduced. The basic chemicals for the all-in-one capture and by-product generation system are as follows.
SO 2 capture:
NH 3 + H 2 O + SO 2 → NH 4 + + HSO 3 - (1)
NH 4 + + HSO 3 + NH 3 → 2 (NH 4 ) + SO 3 2- (2)
2H 2 O 2 + SO 3 2- → H 2 O + H 2 SO 4 (sulfuric acid) (3)
H 2 SO 4 + H 2 O → 2H + + SO 4 2- + H 2 O (4)
2NH 4 + + SO 4 2- → (NH 4 ) 2 SO 4 (ammonium sulfate) (5)
NO x capture:
NH 3 + H 2 O → NH 4 + + OH - (1)
H 2 O 2 + OH → HO 2 + H 2 O (2)
HO 2 - + NO → NO 2 + OH - (3)
NO 2 + NO 2 → N 2 O 4 (4)
N 2 O 4 + H 2 O → HNO 2 + HNO 3 (5)
HNO 2 + H 2 O 2 → HNO 3 + H 2 O (6)
HNO 3 (aq) → H + + NO 3 - (7)
NH 4 + + NO 3 → (NH 4 ) NO 3 (ammonium nitrate) (8)
Hg capture:
H 2 O 2 + Hg 0 → Hg (II) + product (1)
H 2 S capture:
H 2 S + H 2 O → HS - + H 3 O + (1)
HS - + NH 3 + H 2 O → NH 4 HS + OH - (2)

<気体汚染物質除去のためのシステムプロセス>   <System process for removal of gaseous pollutants>

本発明の一実施形態は、気体汚染物質除去のためのノズルアレイを含むシステムに関する。ノズルアレイは、再形成オリフィス板(またはノズル板)を有し、幅広い範囲の流体および処理条件に適合する流体合成技術を含む。汚染物質ガスの除去は、気体を高い表面から体積型気液接触器ユニットへと通過させることにより行われる。排ガスは、実質的に接触器体積および気流圧力降下が小さい気液接触器を水平方向に通過する(横流と称する)。水性ベースのソルベントおよび実質手金あ表面積を有する複数の低圧、垂直方向のフラットジェットアレイが横流の気流を交差するように走っている。フラットジェットアレイは、空気力学的な形状とすることで、比較的高い気体速度において、液体粒子の混入が少ない安定したジェット流を形成する。   One embodiment of the invention relates to a system including a nozzle array for gaseous contaminant removal. The nozzle array has a reshaped orifice plate (or nozzle plate) and includes fluid synthesis techniques that are compatible with a wide range of fluids and processing conditions. Pollutant gas removal is performed by passing the gas from a high surface to a volumetric gas-liquid contactor unit. The exhaust gas passes through a gas-liquid contactor having a substantially small contactor volume and airflow pressure drop in the horizontal direction (referred to as crossflow). A plurality of low-pressure, vertical flat jet arrays with aqueous-based solvent and substantial metal surface area run across the crossflow. By adopting an aerodynamic shape, the flat jet array forms a stable jet flow with less liquid particle contamination at a relatively high gas velocity.

好適な実施形態では、気体の吸収および除去のために好適なソーベントは、高い液体ジェット性能、高い気体搭載容量、高い酸化安定性、低い反応熱、低いソーベントコスト、低い腐食性、および販売可能な製品ストリームといった特性を有するシステムである。上述したように、ジェットノズル板の構成は、ある実施形態では、約1−2%のポリマーまたは懸濁液をソーベント溶液に加えて接触器の性能を向上させることで最適化することができる。   In preferred embodiments, sorbents suitable for gas absorption and removal have high liquid jet performance, high gas loading capacity, high oxidative stability, low reaction heat, low sorbent cost, low corrosivity, and marketable It is a system having characteristics such as a product stream. As discussed above, the jet nozzle plate configuration can be optimized in some embodiments by adding about 1-2% polymer or suspension to the sorbent solution to improve contactor performance.

好適な添加物の例としては、ソーベントに反応せず、且つ、質量移動の妨げとならないようなものが挙げられる。好適なポリマーまたは懸濁液によって、最小の液体圧力降下で最大のジェット性能(ジェットの幅、長さ、表面積)を得ることのできるソーベント特性(例えば粘度)の形成が可能となる。ソーベントの例としては、28重量%のアンモニアを収容し、ポリマー添加物または懸濁液を加えて、最小の駆動圧力において最適なジェット幅、長さ、および厚みが得られるように液体の粘度を高めた水溶液が上げられる。ポリマー添加物の一例はジエチレングリコールである。無機物懸濁液の例はベントナイトである。   Examples of suitable additives include those that do not react with the sorbent and do not interfere with mass transfer. Suitable polymers or suspensions allow the formation of sorbent properties (eg, viscosity) that can achieve maximum jet performance (jet width, length, surface area) with minimal liquid pressure drop. An example of a sorbent is to contain 28% by weight ammonia and add a polymer additive or suspension to adjust the viscosity of the liquid to obtain the optimum jet width, length and thickness at the minimum driving pressure. Increased aqueous solution is raised. An example of a polymer additive is diethylene glycol. An example of an inorganic suspension is bentonite.

さらなる添加物を含めることが、汚染物質の酸化ひいては質量移動動力学を助けるために好適である。汚染物質の分子の酸化を促進させる添加物の一例としては、HgおよびSO2、過酸化水素が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。高いpHで過酸化水素が分解しすぎることを避けるべく、安定剤をソーベントの混合物に添加する。高いpHにおける過酸化水素の安定剤の一例としては、ポリ(α−ヒドロキシアクリル酸)が挙げられる。過酸化水素の酸化力は、過酸化水素の触媒を添加することでさらに向上する。酸化水素の触媒の一例は鉄(III)テトラ−アミド大環状リガンド(TAML)である。 The inclusion of additional additives is preferred to aid in the oxidation of the contaminant and thus the mass transfer kinetics. Examples of additives that promote the oxidation of contaminant molecules include, but are not limited to, Hg 0 and SO 2, hydrogen peroxide. Stabilizers are added to the sorbent mixture to avoid excessive decomposition of hydrogen peroxide at high pH. One example of a stabilizer for hydrogen peroxide at high pH is poly (α-hydroxyacrylic acid). The oxidizing power of hydrogen peroxide can be further improved by adding a hydrogen peroxide catalyst. An example of a hydrogen oxide catalyst is iron (III) tetra-amide macrocyclic ligand (TAML).

一実施形態では、図33に示した気液接触器を汚染物質ガスの除去に利用することができる。プロセスを、気液チャンバ2645に排ガス2600を注入することから説明する。気体プレナム2605は、液体フラットジェット全体に均等に気体を流す。液体ジェットは、ソーベントを液体プレナム2635にポンプして、ソーベントをノズルオリフィス全体に行き渡らせることで生成される。生成されるジェットは垂直下方に接触チャンバ2645へと流れ下り、気液分離器2650を通って捕捉タンク2620へ到達する。気液チャンバ2645では、垂直に流れる溶媒が気体の横流と交差する。汚染物質ガスはソーベント液体に吸収され、排ガスストリームから除去される。洗浄後の排ガス2655は、接触チャンバの出口から排出される。ソーベントは再循環されて、連続して排ガスストリームから汚染物質を除去する。表9は、本実施形態の幾何学パラメータの好適な実施形態をまとめたものである。

Figure 0005777215
In one embodiment, the gas-liquid contactor shown in FIG. 33 can be used to remove contaminant gases. The process is described from injecting exhaust gas 2600 into the gas-liquid chamber 2645. The gas plenum 2605 allows gas to flow evenly throughout the liquid flat jet. The liquid jet is generated by pumping the sorbent to the liquid plenum 2635 and spreading the sorbent across the nozzle orifice. The generated jet flows down vertically into the contact chamber 2645 and through the gas-liquid separator 2650 to the capture tank 2620. In the gas-liquid chamber 2645, the vertically flowing solvent intersects the gas cross-flow. The pollutant gas is absorbed into the sorbent liquid and removed from the exhaust gas stream. The cleaned exhaust gas 2655 is discharged from the outlet of the contact chamber. The sorbent is recirculated to continuously remove contaminants from the exhaust gas stream. Table 9 summarizes preferred embodiments of the geometric parameters of this embodiment.
Figure 0005777215

処理前に、ジェットオリフィス板へのポンプ支持圧力を変化させることで、ジェットの長さ、幅、および厚みについて液体ジェットの表面積を最適化させる。ジェット表面積(長さおよび幅)に関するさらなる最適化は、最適な添加物を利用してソーベントの粘度/表面張力特性を向上させることで、または、オリフィスノズルの再成形により可能となる。しかし、これらテストには、液体ソーベントにポリマー添加物を加えない。   Prior to processing, the surface area of the liquid jet is optimized for jet length, width, and thickness by varying the pump support pressure on the jet orifice plate. Further optimization with respect to jet surface area (length and width) can be achieved by utilizing optimum additives to improve the viscosity / surface tension properties of the sorbent or by reshaping the orifice nozzle. However, for these tests, no polymer additive is added to the liquid sorbent.

気液接触器の動作条件および性能の一例を表10に示す。アンモニア水とMEAという2つのソーベントシステムを、任意の動作条件下でテストした。ソーベントの混合物には粘度または酸化に関与する添加物を添加していない。排ガスは、空気とCOとが、通常はCO対空気の希釈率1:9で混合されたものを利用した。気体の混合物を、大気温度および大気圧の条件下で接触器に注入して、カリブレーションしたマスフローコントローラを利用して計測した。計測された時間間隔に液体ジェットがカリブレーションされた受け手側の容器へ排出された量を記録することで、液体の体積流量を計測した。還元された(吸収された)COの量は、百分率で、%CO還元=100x(Cin−Cout)/Cin…(1)のように表され、ここで、CinおよびCoutは、それぞれ接触器に出入りするCOの濃度である。接触器に出入りするCOの相対量は、フーリエ変換赤外分光光度計(FTIR)により4.2μm付近のCOの基本吸収帯域を統合することで決定される。液体のアンモニア水を含む薄型フラット液体ジェットがON/OFFする代表的なCOのFTIR吸収スペクトルを図39に示す。4つのテストの実行の平均を各テスト結果に対して実行した。背景のCOの濃度を、各実行前に記録した。記載されたテスト条件におけるCO吸収のテスト結果は、COの除去が90%を超える割合であった。

Figure 0005777215
Table 10 shows an example of operating conditions and performance of the gas-liquid contactor. Two sorbent systems, ammonia water and MEA, were tested under any operating condition. No additive involved in viscosity or oxidation is added to the sorbent mixture. Exhaust gas, the air and CO 2, usually CO 2 dilution-air 1: Using those mixed with 9. The gas mixture was injected into the contactor under atmospheric temperature and atmospheric pressure conditions and measured using a calibrated mass flow controller. The volume flow rate of the liquid was measured by recording the amount discharged into the container on the receiver side where the liquid jet was calibrated at the measured time interval. The amount of the reduced (absorbed) CO 2 is the percentage,% CO 2 reduction = 100x (C in -C out) / C in ... so expressed as (1), where, C in and C out is the concentration of CO 2 entering and exiting the contactor. The relative amount of CO 2 entering and exiting the contactor is determined by integrating the fundamental absorption band of CO 2 near 4.2 μm with a Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR). FIG. 39 shows a typical FTIR absorption spectrum of CO 2 in which a thin flat liquid jet containing liquid ammonia water is turned ON / OFF. An average of four test runs was run for each test result. The background CO 2 concentration was recorded before each run. The test results for CO 2 absorption under the described test conditions were such that CO 2 removal exceeded 90%.
Figure 0005777215

<石炭燃焼電力プラントにおけるパイロットテスト>   <Pilot test at coal-fired power plant>

この実験では、トレイラーマウントされた2MWユニット(10,000ACFM気流)を、石炭燃焼電力プラントでのパイロットテスト用に設計および製造した。デバイスシステムは、ガスプレナム、燃焼排ガスブロワー、熱交換サブモジュール、液体捕捉およびアンチスプラッシュサブモジュールを含む気液接触モジュール、デミスターサブモジュール、ノズルアレイアセンブリ、ソーベントポンプ、液体処理サブモジュール、診断およびその他の付属コンポーネントからなる。システムは、閉ループの安定状態またはバッチ構成で実行して、電力プラントにおいて優先的な汚染物質を含む汚水の排水要件を満たすように設計されている。初期のパイロットテストは、0.13MWスケール(公称値で650ACVMの燃焼排ガス)で、スリップストリームに行われ、所要時間およびリスクを低減させた。650ACFMスリップストリームは、2つの6インチの鋼製パイプを利用して洗浄装置に流用された。接触器内の燃焼排ガスの速度は、0.2ft2の入口チャネル面積を利用して電力プラント廃棄物ダクトの速度(56ft/s、17m/s)に整合させた。接触器における気体の滞留時間は、約0.04秒であった。システムを5psi液圧降下で動作させたところ、燃焼排ガスに約0.1psiという最小の気圧降下が観察された。SO、NO、NO、CO、およびCOの燃焼排ガスの排出を、環境保護局(EPA)により性能が検証された燃焼排ガス解析器を用いて計測した。スリップストリームがユニットに150Fおよび11.2psiAの温度および圧力で入力された。0.1重量%のNaOH溶液をシステム内に循環させて、SOを洗浄した。 In this experiment, a trailer mounted 2 MW unit (10,000 ACFM airflow) was designed and manufactured for pilot testing at a coal fired power plant. Device systems include gas plenums, flue gas blowers, heat exchange sub-modules, gas-liquid contact modules including liquid capture and anti-splash sub-modules, demister sub-modules, nozzle array assemblies, sorbent pumps, liquid processing sub-modules, diagnostics and other Consists of accessory components. The system is designed to run in a closed loop steady state or batch configuration to meet drainage requirements for sewage containing preferential contaminants in power plants. Early pilot tests were conducted on the slipstream on a 0.13 MW scale (nominal 650 ACVM flue gas) to reduce time and risk. The 650 ACFM slipstream was diverted to the scrubber using two 6 inch steel pipes. The flue gas velocity in the contactor was matched to the power plant waste duct velocity (56 ft / s, 17 m / s) utilizing an inlet channel area of 0.2 ft2. The residence time of the gas in the contactor was about 0.04 seconds. When the system was operated at a 5 psi hydraulic pressure drop, a minimum pressure drop of about 0.1 psi was observed in the flue gas. The emission of SO 2 , NO, NO 2 , CO, and CO 2 flue gas was measured using a flue gas analyzer whose performance was verified by the Environmental Protection Agency (EPA). A slipstream was input to the unit at a temperature and pressure of 150 F and 11.2 psiA. 0.1 wt% of NaOH solution was circulated through the system to wash the SO 2.

図36は、2MWプロトタイプのシステムを示す。図37は気液接触器を示す。図38は、図36のシステムの溶媒ポンプを示す。   FIG. 36 shows a 2 MW prototype system. FIG. 37 shows a gas-liquid contactor. FIG. 38 shows the solvent pump of the system of FIG.

図36を参照すると、気液接触器3210は、本明細書で記載するフラット液体ジェット接触システムを含む。溶媒供給プレナム3220は、接触器3210に接触するソルベントを提供する。図37では、燃焼排ガスが燃焼排ガス入口点3230から入り、接触器3210内に進む。燃焼排ガスは燃焼排ガス出口点3250から外へ出る。図38では溶媒ポンプ3260が示されている。図39−図40は、Y軸の気液接触器を利用する/しない場合の石炭燃焼電力プラントからの燃焼排ガスの対象となる汚染物質の濃度をX軸の時間との関係で示すグラフである。TESTO35電気化学分析器を3つ全ての分析的測定に利用した。図39は、0.13MWの均等物である燃焼排ガスにおける接触器を利用した第1の小さなスケールのテストでのSOの濃度を示す。燃焼排ガスを起動させると、SOの濃度は、略200ppmで実質的に安定状態に達した。接触器のシステムの利用を開始すると、これらSOの排出レベルが直ちに略計器検出リミットにまで低減して、安定状態に戻った。TESTO計器は、接触器を取り外してもシステムのサンプリングを続け、その結果、SO濃度が元の汚染レベルに向かって急激に上昇したことが示された。図40は、同じ機械システムで、異なるソーベントを利用したときのCOレベルを示す図である。TESTO分析器は、4分の期間内にCOレベルが低減しそのレベルで安定したことを明らかに示している。 Referring to FIG. 36, the gas liquid contactor 3210 includes a flat liquid jet contact system as described herein. The solvent supply plenum 3220 provides a solvent that contacts the contactor 3210. In FIG. 37, the combustion exhaust gas enters from the combustion exhaust gas inlet point 3230 and proceeds into the contactor 3210. The flue gas exits from the flue gas outlet point 3250. In FIG. 38, a solvent pump 3260 is shown. FIGS. 39 to 40 are graphs showing the concentration of pollutants that are the target of combustion exhaust gas from a coal-fired power plant with and without using the Y-axis gas-liquid contactor in relation to the X-axis time. . A TESTO 3 35 electrochemical analyzer was utilized for all three analytical measurements. FIG. 39 shows the concentration of SO 2 in a first small scale test utilizing a contactor in flue gas, which is the equivalent of 0.13 MW. When the combustion exhaust gas was started, the SO 2 concentration reached a substantially stable state at about 200 ppm. When the use of the contactor system was started, these SO 2 emission levels immediately decreased to approximately the instrument detection limit and returned to a stable state. The TESTO instrument continued to sample the system with the contactor removed, indicating that the SO 2 concentration increased rapidly towards the original contamination level. FIG. 40 is a diagram showing CO 2 levels when different sorbents are used in the same mechanical system. The TESTO analyzer clearly shows that the CO 2 level has been reduced and stabilized at that level within a 4 minute period.

さらに深いSO除去の効率(>99%)が、排出要件を満たし、効率的なCO汚染物質除去のための燃焼排ガスを前処理する目的から必要となりうる。0.13MWの洗浄装置の利用により、約99.5%のSOの除去効率(平均約99%)が達成されたことが図39から明らかである。約19重量%のアンモニア水を利用した複数の汚染物質除去のためのスコーピングテストも図40に示すように行った。システムはCO吸収のために最適化されてはいないが(低く、短い滞留時間)、ユニットはこれら条件下でスリップストリームCOの50%を超える量を吸収した。加えて、99.5%を超えるSOおよび80%を超えるNOを同時にアンモニア水を利用して除去した。ジェットおよび媒体の最適化により、90%のCO除去効率を達成するためには2つのユニットのみが必要となることが想定される。 Further deeper SO 2 removal efficiency (> 99%) may be required for the purpose of pre-treating flue gas for meeting emission requirements and for efficient CO 2 pollutant removal. The use of cleaning devices 0.13MW, about 99.5% removal efficiency of SO 2 (an average of about 99%) that has been achieved is evident from Figure 39. As shown in FIG. 40, a scoping test for removing a plurality of contaminants using about 19% by weight of ammonia water was also performed. System is not optimized for CO 2 absorption (low, short residence time), the unit has absorbed an amount greater than 50% of the slipstream CO 2 under these conditions. In addition, more than 99.5% SO 2 and more than 80% NO x were simultaneously removed using aqueous ammonia. Due to jet and media optimization, it is envisioned that only two units are required to achieve 90% CO 2 removal efficiency.

結果を急速にスケーリングして利用することで、同じ電力プラントの並列型気液接触モジュールを含む約2MW(8400ACFM)モジュール型パイロット洗浄装置の動作を示すことができた。気液接触器の入口チャネル領域は約3.9ftであり、これは約58ft/s(18m/s)の電力プラントの廃液に整合する流れの速度および約0.07秒の滞留時間を提供する。溶媒の流速は2800GPMであり、約330GPM/1000ACFMのL/Gを提供する。ジェットの液圧降下は、約6psiであった。デミスターサブモジュールおよびジェット充填サブモジュールを含む約2MWの接触段階全体の気圧降下は0.4psiであり、ここの気圧降下は、約3.3ftのジェット充填で約0.1psiであった。入出力される燃焼排ガス温度は、それぞれ華氏250度および華氏115度であった。安定状態で(溶媒排出なしに)24時間テストを、平均SO洗浄効率を99%で行った。 By rapidly scaling the results, we were able to demonstrate the operation of an approximately 2 MW (8400 ACFM) modular pilot scrubber that included parallel gas-liquid contact modules from the same power plant. The inlet channel area of the gas liquid contactor is about 3.9 ft 2 , which provides a flow rate consistent with power plant effluent of about 58 ft / s (18 m / s) and a dwell time of about 0.07 seconds. To do. The solvent flow rate is 2800 GPM, providing an L / G of about 330 GPM / 1000 ACFM. The jet hydraulic drop was about 6 psi. The pressure drop across the contact stage of about 2 MW including the demister sub-module and the jet fill sub-module was 0.4 psi, where the pressure drop was about 0.1 psi with a jet fill of about 3.3 ft. The input and output combustion exhaust gas temperatures were 250 degrees Fahrenheit and 115 degrees Fahrenheit, respectively. A stable state (without solvent discharge) 24 hours test was performed average SO 2 cleaning efficiency at 99%.

図41は、より大きな接触器を約2MWの均等な燃焼排ガスの流れが通過する、SO捕捉についての大規模なテストを示す。複数のON/OFFサイクルを行って、動作の一貫性を保証した。図41は、HO、NaOH(0.1重量%)を利用する2MWスケールによるSOの洗浄結果を示すグラフである。グラフは、x軸に時間(アワー)を示し、y軸に単位をppmとする濃度を示す。示されているように350ppmを超えるSOにおいて燃焼排ガスが汚染物質の分子として排出されている。気液接触モジュールは実質的に全てのSOを除去した。より具体的には、これが再生可能かテストするために接触器液体ジェットを遮断したところ、SO濃度は、図41に示す350ppmを超える値に戻った。液体ジェットモジュールの利用を開始すると、SO濃度は基準値付近にまで下がった。これを一貫して繰り返すことにより、図41に示すものと同じ結果が生成された。さらに、最近のフォローアップテストによってSO除去効率が確かめられた。加えて、消費媒体を利用してシミュレーションされた汚水処理実験を実験室で行って、硫酸カルシウムの沈殿を証明した。 FIG. 41 shows a large scale test for SO 2 capture where a uniform flue gas stream of about 2 MW passes through a larger contactor. Multiple ON / OFF cycles were performed to ensure consistent operation. FIG. 41 is a graph showing the results of cleaning SO 2 by the 2 MW scale using H 2 O and NaOH (0.1 wt%). The graph shows time (hours) on the x-axis and concentration on the y-axis with the unit of ppm. As shown, the combustion exhaust gas is emitted as pollutant molecules in SO 2 above 350 ppm. Gas-liquid contact module to remove substantially all of the SO 2. More specifically, when the contactor liquid jet was interrupted to test whether it was reproducible, the SO 2 concentration returned to a value exceeding 350 ppm as shown in FIG. When the use of the liquid jet module was started, the SO 2 concentration dropped to near the reference value. Repeating this consistently produced the same results as shown in FIG. Furthermore, SO 2 removal efficiency was confirmed by recent follow-up testing. In addition, a simulated sewage treatment experiment using a consumption medium was performed in the laboratory to prove the precipitation of calcium sulfate.

本発明の実施形態は、モジュール型気液接触器、または幅広い範囲の燃焼排ガス条件において複数の燃焼排ガス汚染物質(SO、NO、COおよび粒子)を除去する燃焼後技術を含む気液接触器に関する。湿式洗浄システムは、機械的な、または放出規則を順守しなかったことによる動作停止を受け易い。気液接触洗浄システムは、性能、柔軟性、利便性および信頼性の面で優れた継続的なオンライン処理を行う小さなフットプリントのパッケージとして設計されている。 Embodiments of the present invention include a modular gas-liquid contactor, or a gas-liquid that includes a post-combustion technique that removes multiple flue gas pollutants (SO x , NO x , CO 2 and particles) over a wide range of flue gas conditions. Concerning contactors. Wet cleaning systems are subject to mechanical outages due to failure to comply with mechanical or release regulations. The gas-liquid contact cleaning system is designed as a small footprint package for continuous online processing with excellent performance, flexibility, convenience and reliability.

実際の性能メトリック(例えばSO除去)は従来の方法、機器設計に直接匹敵するものではあるが、プロセス的に等価な本発明に示す設計、方法、およびシステムは、これら成果を達成する際のサイズが従来のシステムの半分未満であり、コストが従来のシステムの資本コストの10倍以上も小さい、というように驚くべきものである。 Although actual performance metrics (eg, SO 2 removal) are directly comparable to conventional methods and equipment design, the process equivalent of the present design, method, and system is useful in achieving these results. It is surprising that the size is less than half that of the conventional system and the cost is more than 10 times smaller than the capital cost of the conventional system.

モジュール型気液接触洗浄ユニットの製造およびスケーリングにモジュール型設計法を利用する。洗浄モジュールを並列または直列に追加することで、必要な汚染物質除去性能が達成される。これは、低圧降下(例えば約0.4psiの圧力降下)および低寄生電力要件(例えば一段階について約0.8%未満)により達成される。この方法により製造が標準化され、しかも、サイト要件ごとの洗浄装置のカスタマイズも可能になる。モジュール型気液接触器は工場においてアセンブリライン製造プロセスで製造される。   Use modular design method for manufacturing and scaling of modular gas-liquid contact cleaning unit. By adding cleaning modules in parallel or in series, the required contaminant removal performance is achieved. This is achieved by a low pressure drop (eg, a pressure drop of about 0.4 psi) and a low parasitic power requirement (eg, less than about 0.8% per stage). This method standardizes manufacturing and allows customization of cleaning equipment for each site requirement. The modular gas-liquid contactor is manufactured in an assembly line manufacturing process in a factory.

<気液接触モジュール>   <Gas-liquid contact module>

図42は、60MW洗浄ユニットおよび支持構造を表す。図43は、図42の洗浄塔の2MWセクションの1セクションの正面図である。図44は、図42の洗浄塔の2MWセクションの1セクションの側面図である。図45は、入口チャネルおよびジェット充填ゾーンの配置を示す。本実施形態では、システムは、約600lbs未満および約5ftx10ftx10ftの寸法を有するよう構成される。これらユニットはさらに、約85,000cfmを超える燃焼排ガスの流れを処理可能であってよく、適宜拡大縮小といったスケーリングが可能である。   FIG. 42 represents a 60 MW cleaning unit and support structure. FIG. 43 is a front view of a section of the 2 MW section of the wash tower of FIG. FIG. 44 is a side view of a section of the 2 MW section of the wash tower of FIG. FIG. 45 shows the arrangement of inlet channels and jet filling zones. In this embodiment, the system is configured to have a dimension of less than about 600 lbs and about 5 ftx10 ftx10 ft. These units may further be capable of handling flue gas streams greater than about 85,000 cfm and can be scaled as appropriate.

ユニットは、並列に積層するよう、且つ、電力プラントに応じたサイズに設計される。ある並列構成においては、モジュールは互いの上、または隣(隣り合わせ)に構成されてよい。入力される気体ストリームを、並列モジュール間で、各モジュールが均等な処理を行うことができるように分割する(例えば均等に)。一実施形態では、10個の2MVベースモジュールを垂直に積層することで、20MWの合成モジュール(85,000cfm)を生成する。そして3つの20MWモジュールを水平方向に連結して60MWのシステムを生成して、60MWのシステムを含む3つの20MWモジュール間で、入力される気体ストリームが均等に分割されるようにする。   The units are designed to be stacked in parallel and sized according to the power plant. In some parallel configurations, the modules may be configured on top of each other or next to each other. The input gas stream is divided (for example, equally) between the parallel modules so that each module can perform equal processing. In one embodiment, 10 2MV base modules are stacked vertically to produce a 20 MW composite module (85,000 cfm). Then, the three 20 MW modules are connected in the horizontal direction to generate a 60 MW system so that the input gas stream is evenly divided among the three 20 MW modules including the 60 MW system.

本実施形態では図42に示すように、ソーベント格納タンク3315から、洗浄システムの溶媒供給プレナム3305に、1つのノズルアレイに構成された複数のノズルを介してポンプすることで、ソーベントを供給する。ノズルアレイは、主に平面状の液体ジェットを提供し、各液体ジェットは液体の平面シートを含み、複数の液体ジェットは実質的にそれぞれの平行面に位置している。フラット液体ジェットは、洗浄塔3345に形成され、ここで気体の流れ3320はジェットの平坦な表面に対して平行に通過する。ソーベントが塔の底部に落ちると、熱交換器3340は、ソーベントが接触プロセスで吸収した熱を捕捉する。次いでソーベントは導管3335内からポンプ筐体3330へと流れ、そこからさらに大部分が水処理システム3325へとポンプされる。   In this embodiment, as shown in FIG. 42, the sorbent is supplied by pumping from the sorbent storage tank 3315 to the solvent supply plenum 3305 of the cleaning system through a plurality of nozzles configured in one nozzle array. The nozzle array provides a primarily planar liquid jet, each liquid jet including a planar sheet of liquid, and the plurality of liquid jets are located substantially in respective parallel planes. A flat liquid jet is formed in the wash tower 3345 where the gas stream 3320 passes parallel to the flat surface of the jet. As the sorbent falls to the bottom of the tower, the heat exchanger 3340 captures the heat absorbed by the sorbent in the contact process. The sorbent then flows from within the conduit 3335 to the pump housing 3330, from which most is further pumped to the water treatment system 3325.

3325で示される水処理システムは、あくまで概略を示したものであり、液体の二次または三次処理に応じて、接触システムのこのセグメント3325は小さくても大きくてもよい。小さなシステムの一例は、捕捉された気相分子を拡散するための熱交換器のみを含み、図42の「ボックス」に嵌合するようなものであってよい。一方で、大きなシステムは、利用される化学物質および用途に応じて大型であってよい沈殿タンク、沈降タンク、および固体圧縮サブシステムを含んでよい。   The water treatment system shown at 3325 is only schematic and this segment 3325 of the contact system may be small or large depending on the secondary or tertiary treatment of the liquid. An example of a small system may include only a heat exchanger for diffusing trapped gas phase molecules and fit into the “box” of FIG. On the other hand, large systems may include precipitation tanks, settling tanks, and solid compression subsystems that may be large depending on the chemicals and applications utilized.

3330で示すポンプ筐体は、当技術分野で公知な接触システムに適切な体積の液体を供給する用途に適切なサイズの液体ポンプであってよい。3330で示すブロックはオプションとしてよく、サイト環境およびポンプの選択、および、選択されたポンプを雨または雪から保護する必要があるかどうかに応じて設けるかどうかを決定する。   The pump housing, shown at 3330, may be a liquid pump of a size suitable for an application that supplies an appropriate volume of liquid to a contact system known in the art. The block shown at 3330 may be optional and determines the site environment and pump selection and whether to provide the selected pump depending on whether it needs to be protected from rain or snow.

図43−図45では、スプレーバックベースユニットの構成が示されている。本実施形態のベースユニットまたはベースモジュールは、約25cmx130cmの入力チャネルと、スプレーパックの3400ノズル(85個のノズルの40行)全部に基づいて約5スプレー/cmを含む約1.7mのスプレーパック領域からなる。図43は、廃液入口3360、廃液出口3350、およびジェット充填ゾーン3355を示す。ジェット充填ゾーン3355は、液体ジェットと気体分子とが互いに接触する実際の接触器の体積である。図45では、ジェット洗浄充填3365の側面断面が示され、その後方には、廃液ストリームからの流体の混入を防ぐためのスプレーまたはデミスター3370が続いている。液体ジェットが高速くても、特に気体の速度が速くなると、液体の蒸留が幾らか気流に混入する。この混入物には、小さな液滴(例えばエアロゾルまたは霧)が含まれる。デミスターは、小さな霧の液滴が図29の1660で表される元素を含むゾーンを通る小さなゾーンを含み、これらエレメントの表面上で凝縮させて、液体槽システムに流れて戻される。この特定の実施形態では、これらエレメントとは垂直ロッドであるが、小さな圧力降下を引き起こし、凝縮/合体面と乱気流とを組み合わせることのできるような任意の設計を含めることができる(例えばメッシュ、熱交換器のエレメント、または空気力学的なプレートまたはバッフルを含むがこれらに限定はされない)。 43 to 45, the structure of the spray back base unit is shown. The base unit or base module of this embodiment has an input channel of about 25 cm × 130 cm and about 1.7 m 2 containing about 5 sprays / cm 2 based on all 3400 nozzles (40 rows of 85 nozzles) of the spray pack. Consists of spray pack area. FIG. 43 shows a waste liquid inlet 3360, a waste liquid outlet 3350, and a jet filling zone 3355. The jet filling zone 3355 is the actual contactor volume where the liquid jet and gas molecules contact each other. In FIG. 45, a side cross-section of the jet wash fill 3365 is shown followed by a spray or demister 3370 to prevent fluid contamination from the waste stream. Even if the liquid jet is fast, some distillation of the liquid gets mixed into the airflow, especially when the gas velocity is high. This contaminant includes small droplets (eg, aerosol or mist). The demister includes small zones through which small mist droplets pass through the zone containing the element represented by 1660 in FIG. 29 and is condensed on the surface of these elements and flowed back to the liquid bath system. In this particular embodiment, the elements are vertical rods, but can include any design that causes a small pressure drop and can combine condensation / merging surfaces and turbulence (eg, mesh, thermal Including but not limited to exchanger elements, or aerodynamic plates or baffles).

図46は、本発明の別の実施形態による取り外し可能なノズル板を備えるジェット充填ゾーンを示す。図47は、図46のジェット充填ゾーンのノズル板の構成を示す。図48は、図46のジェット充填ゾーンの封止システムを示す。示されているように、モジュール型の気液接触器は、利便性、アクセス可能性、および信頼性を鑑みて設計される。システム(例えば気液接触器または洗浄ユニット)は、オリフィス板を含むノズルアレイをスナップ式で設計しており、動作を中断させることなく消耗した、または詰まったオリフィスを交換することができる。システムはさらに、機械機器または支持システムに重複をもたせるよう設計することができる。例えば大きなプラント設備は、約20%の予備コンセプトを含むことで、必要な場合に、プラントの動作の妨げとならずに並列なユニットを補修することができる。図46を参照すると、取り外し可能な板3410の部分的に取り外された位置が示されている。取り外し可能な板3410は、複数の並列なフラット液体ジェットを形成する複数の行のノズルを有する複数のノズル板を含む。図47は、取り外し可能な板3410の全部分を示している。取り外し可能な板3415は設定位置で示されており、取り外し可能な板3410は取り外された状態が示されている。図48は、ジェット板3425を封止表面3435に対してエラストマーシール3430で封止するよう設計される封止メカニズム3440を示す。図示されているのは、ジェット板3425の端部の小さな断面の側面図と標準的なジェット板(3410または3415)の端部の小さな拡大図である。本実施形態では、ジェット板は3415に対して取り付けられており、3415の端部は、フレーム3435に取り付けられたピン3440が溝3445に嵌合する一連の小さな角度を有する溝を有している。溝3445の角度は、封止方向に生じるトルクにより、溝の角度がピン3440に対するカムとして機能して、エラストマーシール3430に加圧するように構成される。これはあくまで1つの特定の実施形態にすぎないが、機械システムの当業者には、流体面の封止も、同様の機能を果たし、容易に想到可能な代替物であることが明らかである。   FIG. 46 shows a jet filling zone with a removable nozzle plate according to another embodiment of the present invention. FIG. 47 shows the configuration of the nozzle plate in the jet filling zone of FIG. FIG. 48 shows the jet filling zone sealing system of FIG. As shown, modular gas-liquid contactors are designed for convenience, accessibility, and reliability. Systems (eg, gas-liquid contactors or cleaning units) are designed with a snap-on nozzle array that includes an orifice plate and can replace worn or clogged orifices without interrupting operation. The system can further be designed to provide overlap to the mechanical equipment or support system. For example, a large plant facility can include approximately 20% of the spare concept so that parallel units can be repaired when necessary without interfering with plant operation. Referring to FIG. 46, a partially removed position of the removable plate 3410 is shown. Removable plate 3410 includes a plurality of nozzle plates having a plurality of rows of nozzles forming a plurality of parallel flat liquid jets. FIG. 47 shows the entire portion of the removable plate 3410. The removable plate 3415 is shown in the set position and the removable plate 3410 is shown removed. FIG. 48 shows a sealing mechanism 3440 designed to seal the jet plate 3425 with an elastomeric seal 3430 against the sealing surface 3435. Shown are a small cross-sectional side view of the end of the jet plate 3425 and a small enlarged view of the end of a standard jet plate (3410 or 3415). In this embodiment, the jet plate is attached to 3415 and the end of 3415 has a series of small angled grooves in which pins 3440 attached to frame 3435 fit into grooves 3445. . The angle of the groove 3445 is configured such that the angle of the groove functions as a cam for the pin 3440 and pressurizes the elastomer seal 3430 by torque generated in the sealing direction. While this is merely one specific embodiment, it will be apparent to those skilled in the mechanical systems art that fluid level sealing is a readily conceivable alternative that performs a similar function.

<SO、NO、および粒子プロセスにおけるモジュール型の気液接触器> <SO x , NO x , and modular gas-liquid contactor in particle process>

別の実施形態は、高度な汚水および製品流処理機能を備えた小型且つ高性能で、低コスト、水をあまり利用しない、エネルギー効率の高い気液接触システムまたは洗浄システムを含むNa/Caデュアルアルカリプロセスを用いた深い燃焼排ガスSOの除去に関して分析された設計に関する。このプロセスの設計要件を表11に示す。

Figure 0005777215
Another embodiment is a Na / Ca dual alkali comprising a compact, high performance, low cost, low water, energy efficient gas / liquid contact or cleaning system with advanced sewage and product flow treatment capabilities It relates to the analyzed design for deep flue gas SO 2 removal using the process. Table 11 shows the design requirements for this process.
Figure 0005777215

<燃焼排ガス調節システム>   <Combustion exhaust gas control system>

本発明の一実施形態を利用して燃焼排ガスを処理する用途において利用される方法を一般的な用語を用いて説明することができる。これらの一般化は、サイトおよび利用要件に応じてカスタマイズできるが、主に4つのセクションに分類することができる。図49は、汚染物質除去システムのプロセスフロー図である。図49では、気液接触システムの基本的なプロセスフロー図は、主要なシステムコンポーネントと主要なストリームの点とを示している。4つのセクションとは、セクション1:燃焼排ガスまたはプロセスガスのセクション、セクション2:洗浄装置または反応器セクション、セクション3:ソーベントまたは反応物入力、および、セクション4:反応性生物処理およびソーベントのリサイクル(または放出)である。本実施形態の主旨から、これら4つのセクションを燃焼排ガスの脱硫への利用を例にとって詳述するが、当業者であれば、これらプロセスにさらなる修正を加えることで、高効率な気液接触システムによる恩恵を受けることのできる多数の様々なプロセスについて想到するであろう。   Methods used in applications for treating flue gas using an embodiment of the present invention can be described using general terms. These generalizations can be customized according to site and usage requirements, but can be divided into four main sections. FIG. 49 is a process flow diagram of the contaminant removal system. In FIG. 49, the basic process flow diagram of the gas-liquid contact system shows the main system components and the main stream points. The four sections are: section 1: flue gas or process gas section, section 2: scrubber or reactor section, section 3: sorbent or reactant input, and section 4: reactive biological treatment and sorbent recycling ( Or release). From the gist of the present embodiment, these four sections will be described in detail by taking the use of flue gas for desulfurization as an example. However, a person skilled in the art can make a high-efficiency gas-liquid contact system by further modifying these processes You will come up with a number of different processes that can benefit from.

セクション1を参照すると、燃焼排ガス5402は、産業処理(石炭火力発電所等)により生成され放出される。燃焼排ガスはセクション2にプロセス点1(PP1)で入り、流れる気体はセクション2で処理され、その後PP2を通り、オプションである燃焼排ガスヒータ5404で適宜加熱され、PP3でファンまたはブロワーに到達し、燃焼排ガスをPP4で燃焼排熱スタック5406に集め、放出に備えさせる。燃焼排ガスは、燃料源および燃焼の効率性に応じて複数の汚染物質を含む可能性がある。本実施形態では、SO、NO、HO、SO、HCl、およびHFのみが、図49に示す反応システムに供給を行うボイラー内に形成されている、と仮定する。燃焼排ガス5402の生成と放出との間で、この燃焼排ガスストリームのスリップストリーム(一部または全て)を汚染物質減少させるべく、または洗浄システムへと再度方向付ける(例えばセクション2−4)。 Referring to section 1, flue gas 5402 is generated and released by an industrial process (such as a coal-fired power plant). The flue gas enters section 2 at process point 1 (PP1), the flowing gas is processed in section 2, then passes through PP2, is heated appropriately by the optional flue gas heater 5404, and reaches the fan or blower at PP3, Combustion exhaust gas is collected in the combustion exhaust heat stack 5406 with PP4 and prepared for release. Combustion exhaust gas may contain multiple pollutants depending on the fuel source and the efficiency of combustion. In this embodiment, it is assumed that only SO x , NO x , H 2 O, SO 2 , HCl, and HF are formed in the boiler that supplies the reaction system shown in FIG. Between the production and release of flue gas 5402, the flue gas stream slip stream (part or all) is redirected to pollutant reduction or to the cleaning system (eg, sections 2-4).

セクション2は、本発明の様々な実施形態に応じて洗浄装置または反応装置として機能する気液接触モジュール型アセンブリ5408を含む。このセクションでは、図49に示す化学物質を利用するときにSO、HCl、HF、および幾らかのNOが燃焼排ガスから除去される。この燃焼排ガスストリームおよび図49に示す化学物質からのCOの効率的な除去はほんの僅かであり、利用される化学物質およびソーベントのpHに応じて劇的に向上する可能性があるが、本実施形態では、COは殆ど捕捉されないと仮定する。接触器5408は、SO、HCl、およびHFを捕捉する。液体ジェットの液体を含む流体は水溶液である。気体が混入したこの水溶液が捕捉タンク5410に捕捉される。セクション2では、捕捉した流体を、PP6において再循環ポンプで再循環する。この再循環された流体のスリップストリームをプロセス弁5418を用いて引き出して、セクション4の二次処理を行う。 Section 2 includes a gas-liquid contact modular assembly 5408 that functions as a scrubber or reactor in accordance with various embodiments of the invention. In this section, SO 2, HCl, HF, and some NO 2 is removed from the flue gas when using the chemicals shown in FIG. 49. The efficient removal of CO 2 from this flue gas stream and the chemical shown in FIG. 49 is negligible and may improve dramatically depending on the chemical used and the pH of the sorbent. In an embodiment, it is assumed that little CO 2 is captured. Contactor 5408 captures SO 2 , HCl, and HF. The fluid containing the liquid of the liquid jet is an aqueous solution. This aqueous solution mixed with gas is captured by the capture tank 5410. In Section 2, the captured fluid is recirculated with a recirculation pump in PP6. This recirculated fluid slip stream is withdrawn using process valve 5418 to perform the secondary treatment of section 4.

セクション3は、化学活性、液体のpHを調節したり反応物質を補給したりするよう構成された、ソーベントおよび溶媒を補充する流体セクションである。蒸発により失われる液体は全て、ローカルの水源5412によりPP7で補給される。液体は、比較的高いpHで構築され(7を超える値)、NaOH源5414によりPP8でこのレベルに維持される、または、可溶性の亜硫酸塩の濃度がより安定した状態に達したら、セクション4でライム5416を加えることによりpHを維持することもできる。   Section 3 is a sorbent and solvent replenishing fluid section configured to adjust chemical activity, liquid pH, and replenish reactants. Any liquid lost due to evaporation is replenished with PP7 by a local water source 5412. The liquid is built at a relatively high pH (value above 7) and is maintained at this level with PP8 by NaOH source 5414, or once the soluble sulfite concentration has reached a more stable state, section 4 The pH can also be maintained by adding lime 5416.

セクション4は、溶解した、または反応した気相分子を、固体の生成物(例えばCaSO)、固体の汚物(例えばCaSO)、その他の利用可能な生成物(例えば肥料/NHSOまたはNHNO)に化学変化、または鉱化させる二次処理セクションである。プロセス液体はセクション2からPP12で沈殿タンク5420に運ばれて、ライム/Ca(OH) 5416がPP15で添加されて、pHを上げ、Ca2+を提供してSO 2−で(または完全に酸化したモードではSO 2−で)反応/沈殿する。結果生じるCaSOの混合物がPP16で沈降タンク5422に流入して、スラリー保持タンク5424に沈降した後に格納される。十分な量のCaSOが捕捉されると、フィルタプレス5426に移動して、液体を除去され、PP29を通過して、塩水保持タンク5428に移動する。フィルタプレス5426からの固体5430は、ゴミ処理場で処理されたり、三次プロセス用にジプサム/シートロック用のCaSOとして販売されたりする。塩水タンク5428からの液体はPP26でリサイクルまたは再生用に柔軟化ステップ5432で移動させられて、余分なCa2+を除去され、ソーダ灰(NaCO)5434を追加されることでNaを補充される。再生されたソーベントは、PP3でセクション2に二次プロセス弁5436を介して送り戻される。 Section 4 describes dissolved or reacted gas phase molecules as solid products (eg CaSO 4 ), solid soil (eg CaSO 3 ), other available products (eg fertilizer / NH 4 SO 4 or NH 4 NO 3 ) is a secondary treatment section that chemically changes or mineralizes. The process liquid is transported from section 2 to PP 12 at precipitation tank 5420 and lime / Ca (OH) 2 5416 is added at PP 15 to raise the pH and provide Ca 2+ to provide SO 3 2− (or completely). React / precipitate with SO 4 2- in oxidized mode. The resulting CaSO 3 mixture flows into the settling tank 5422 at PP16 and is stored after settling in the slurry holding tank 5424. When a sufficient amount of CaSO 3 is captured, it moves to the filter press 5426 to remove the liquid, passes through the PP 29 and moves to the salt water holding tank 5428. The solid 5430 from the filter press 5426 is either processed in a garbage disposal site or sold as a gypsum / sheet lock CaSO 4 for tertiary processing. The liquid from the brine tank 5428 is moved at PP26 in a softening step 5432 for recycling or regeneration to remove excess Ca 2+ and added soda ash (Na 2 CO 3 ) 5434 to remove Na + . To be replenished. The regenerated sorbent is sent back to section 2 at PP3 via secondary process valve 5436.

図49の特定の実施形態では、20MWシステムが、燃焼排ガスの一部を140MWの石炭燃焼電力プラントから取り出す。燃焼排ガスは、硫黄分の少ない石炭(例えばワイオミング州のパウダーリバー盆地産のもの)を燃焼することで生成される。本実施形態で考慮する特定の属性を表12に示す。石炭の燃焼により、およそ約350から約400ppmのSOが燃焼排ガスに生成され、これはこのシステム例における主な除去対象である汚染物質である。他の汚染物質にはHCl、HF、NO、および幾らかのHgが含まれる。これはセクション1の正面側であり、このスリップストリームの気体流量が略84,000ACFMであることはプロセス点1(PP1)にも示されている通りである。PP1で入ってくる燃焼排ガスの温度は、約華氏250度から約華氏300度の範囲であり、電力プラントのフライアッシュバッグハウスからくるものである。フライアッシュバッグハウスは、石炭燃焼から生成されるバルクフライアッシュを除去し、さらに温度を上述した一貫した範囲に低減させる役割を果たす。この燃焼排ガスの水濃度は、質量で約6%から約8%の範囲である。 In the particular embodiment of FIG. 49, a 20 MW system draws a portion of the flue gas from a 140 MW coal fired power plant. Combustion exhaust gas is generated by burning coal with low sulfur content (eg, from the Powder River Basin, Wyoming). Specific attributes to be considered in this embodiment are shown in Table 12. The combustion of the coal produces approximately 350 to about 400 ppm of SO 2 in the flue gas, which is a major contaminant for this example system. Other contaminants include HCl, HF, NO x , and some Hg. This is the front side of section 1, and the gas flow rate of this slipstream is approximately 84,000 ACFM, as indicated also at process point 1 (PP1). The temperature of the flue gas entering at PP1 ranges from about 250 degrees Fahrenheit to about 300 degrees Fahrenheit and comes from the power plant fly ash baghouse. The fly ash baghouse serves to remove bulk fly ash generated from coal combustion and further reduce the temperature to the consistent range described above. The water concentration of this flue gas ranges from about 6% to about 8% by mass.

PP1で、燃焼排ガスのスリップストリームがセクション2(洗浄セクション)に入る。燃焼排ガスは、気液接触器5404をおよそ10m−秒−1の気体速度で流れる。ここで気液接触器を説明する。利用されるソーベント液体は、NaOHとSOとの初期反応に最初に形成される亜硫酸ナトリウムである。重量50%の水酸化ナトリウム溶液をソーベントループの水に添加して、最初にpHをおよそ6.5にしてこの値に維持する。NaOHは、連続処理中に用いられ、適宜このpHを約6.5に維持することができる。始動時には、水はSOを幾らか吸収することができるが、これによりpH値が急速に降下して、酸性の水溶液になる。従ってNaOHは、pHを大体中性に維持して、NaをSO 2−の対イオンとして提供する役割を果たす。以下の式は、SOを除去する、このシステムの対象となる主な反応を示す。
SO2 + H2O → 2H+ + SO3 2- (1)
2NaOH + 2H+ + SO3 2- → 2Na+ + SO3 2- + 2H2O (2)
安定状態における処理中には、これは、SOと有効に反応する、約0.5Mの濃度になり、反応により水中に亜硫酸水素ナトリウムを形成する亜硫酸ナトリウム溶液である。全反応を表す化学式は以下の通りである。
Na2SO3 + SO2 + H2O → 2NaHSO3 (1)
At PP1, the flue gas slip stream enters section 2 (cleaning section). The combustion exhaust gas flows through the gas-liquid contactor 5404 at a gas velocity of approximately 10 m-second- 1 . Here, the gas-liquid contactor will be described. Sorbent liquids utilized is sodium sulfite which is formed in the first initial reaction between NaOH and SO 2. A 50% by weight sodium hydroxide solution is added to the water in the sorbent loop to initially bring the pH to approximately 6.5 and maintain this value. NaOH is used during continuous processing, and this pH can be maintained at about 6.5 as appropriate. During start-up, water can be somewhat absorbed SO 2, thereby to pH value drops rapidly, it becomes an acidic aqueous solution. Thus, NaOH serves to maintain pH approximately neutral and provide Na + as a counter ion for SO 3 2− . The following equation shows the main reaction of interest for this system that removes SO 2 .
SO 2 + H 2 O → 2H + + SO 3 2- (1)
2NaOH + 2H + + SO 3 2- → 2Na + + SO 3 2- + 2H 2 O (2)
During steady state processing, this is a sodium sulfite solution that will react effectively with SO 2 to a concentration of about 0.5M and the reaction forms sodium bisulfite in water. The chemical formula representing the total reaction is as follows:
Na 2 SO 3 + SO 2 + H 2 O → 2NaHSO 3 (1)

接触器を出た燃焼排ガスは、蒸発により約華氏100度から約華氏125素の範囲の温度に大幅に冷却されたものである。接触器の下流且つモジュールの中にあるデミスターは、余分な水分を除去する。燃焼排ガスがSOの枯渇した気液接触器領域を出ると(PP2)、オプションで燃焼排ガスヒータ5404により加熱されてよく(露点を大きく越える温度にまで)、IDファン5440を通り、燃焼排ガス排出スタック5406に放出される。燃焼排ガス調節の他のオプションに、気熱交換器への気体を利用して、湿式のスタック構成に変換する、または電力プラントの処理蒸気を再加熱に利用するという方法がある。場合によっては、熱い脱着ガスを、ストリッパを出た後の熱脱着ステップで利用して燃焼排ガスを再加熱する際に有用であることから、ソーベント処理システム全体からの廃熱を利用することもできる。気液接触器5408の連続処理により、亜硫酸水素ナトリウムの構築につながり、SO反応生成物を除去しない限りSOの吸収効率が低減する。従って、セクション2の液体ソーベントの再循環システムのスリップストリーム(PP12)を連続して二次化学処理システムに引き出す。 The flue gas exiting the contactor has been significantly cooled to a temperature in the range of about 100 degrees Fahrenheit to about 125 degrees Fahrenheit by evaporation. A demister downstream of the contactor and in the module removes excess moisture. When the flue gas exits the SO 2 depleted gas-liquid contactor region (PP2), it may optionally be heated by the flue gas heater 5404 (up to a temperature well above the dew point) and passes through the ID fan 5440 to discharge the flue gas. Released into the stack 5406. Other options for flue gas control include using gas to the air heat exchanger to convert to a wet stack configuration, or using power plant process steam for reheating. In some cases, waste heat from the entire sorbent treatment system can also be used because hot desorption gas is useful in reheating the flue gas in a thermal desorption step after leaving the stripper. . The continuous processing of the gas-liquid contactor 5408, leading to the construction of sodium bisulfite, the absorption efficiency of SO 2 is reduced unless the removal of SO 2 reaction product. Accordingly, the slip stream (PP12) of the section 2 liquid sorbent recirculation system is continuously drawn to the secondary chemical treatment system.

セクション4に示すこの二次処理システムでは、SOが完全に鉱化して、亜硫酸カルシウムの固体生成物を形成する(PP16)。亜硫酸カルシウムは、後にろ過されて(PP18)、余分な水分を除去され、ゴミ処理場等で適切に処理される(PP24)。ライム(Ca(OH))は、亜硫酸を固体沈殿物へ鉱化して(PP15)、さらにpHを、ソーベントループへのさらなるNaOH添加物の代替物として適切なレベルに維持する役割を果たす。二次処理で行われる反応は、以下の通りである。
2Ca(OH)2 + 4NaHSO3 → (CaSO3)2H2O + 2Na2SO3 + 3H2O
カルシウムのスケールの問題は、後の「軟化」ステップ(PP26)で炭酸ナトリウム(水に溶解する −PP31)を利用する標準的なイオン交換プロセスを用いて、フィルタプレスプロセス(PP32)に転用される炭酸カルシウム(このpHでは溶解しない)を形成することで、余分なカルシウムを除去することで回避することができる。この同じステップにおいて、チオ硫酸塩ナトリウムを添加して(PP34)、亜硫酸塩(SO 2−)の硫酸塩(SO 2−)への酸化を抑制することができる。このプロセスは、一次SO捕捉試薬であるNaSOを再生する役割も果たす。
CaSO3 + Na2CO3 → CaCO3 + Na2SO3
柔軟化および活性ソーベント化学物質の再生の後で、これを主要な接触器プロセスループ(PP33)にリサイクルして戻す。
In the secondary processing system shown in Section 4, SO 2 is completely mineralized to form a solid product calcium sulfite (PP16). Calcium sulfite is later filtered (PP18) to remove excess water and appropriately treated in a garbage disposal site (PP24). Lime (Ca (OH) 2 ) serves to mineralize the sulfurous acid into a solid precipitate (PP15) and maintain the pH at an appropriate level as an alternative to additional NaOH additive to the sorbent loop. The reaction performed in the secondary treatment is as follows.
2Ca (OH) 2 + 4NaHSO 3 → (CaSO 3 ) 2 H 2 O + 2Na 2 SO 3 + 3H 2 O
The calcium scale problem is diverted to the filter press process (PP32) using a standard ion exchange process that utilizes sodium carbonate (dissolved in water—PP31) in a later “softening” step (PP26). By forming calcium carbonate (which does not dissolve at this pH), it can be avoided by removing excess calcium. In this same step, sodium thiosulfate can be added (PP34) to inhibit oxidation of sulfite (SO 3 2− ) to sulfate (SO 4 2− ). This process also serves to regenerate Na 2 SO 3 which is the primary SO 2 capture reagent.
CaSO 3 + Na 2 CO 3 → CaCO 3 + Na 2 SO 3
After softening and regeneration of the active sorbent chemical, it is recycled back to the main contactor process loop (PP33).

<SOおよびプロセスモジュール除去システム> <SO 2 and process module removal system>

プロセスの分析および気液接触器の洗浄吸収システムの大きさは、表12の設計パラメータに基づいて決定される。

Figure 0005777215
The size of the process analysis and gas-liquid contactor cleaning and absorption system is determined based on the design parameters in Table 12.
Figure 0005777215

気液接触器(吸収器)は、横流行性のフラットジェット噴霧ノズルを利用して連続した、安定状態モードで動作させられる。吸収器は、最小の水、反応器の体積、圧力降下、および接触時間においてSO除去効率を最大化する高い体積質量移動(Kca〜64s−1)を行うことができることを示している。 The gas-liquid contactor (absorber) is operated in a continuous, steady state mode utilizing a side-popular flat jet spray nozzle. Absorber, a minimum of water, the reactor volume, show that pressure drop, and that the SO 2 removal efficiency in the contact time can be performed with high volume mass maximizing movement (Kca~64s -1).

吸収器は、低い電力消費に変換される低い気体側の圧力降下および低い液体側の圧力降下を示す。液体ジェットオリフィスにおける圧力降下は、約10psi未満であり、これにより動作中の流体電力要件を大幅に低減させることができる。溶媒を循環させる28,000gpmの液体ポンプは、吸収ループ内のバルク電力消費を構成する。電力引き出しP(kW)は、「.75x流量(gpm)xΔP」/「1714xポンプ効率」であり、約8psiの圧力降下について約150kWであり(または約20MWeの電力引き出しであり)、約28,000gpmで約65%のポンプ効率である。フラットジェットシステムにおける気体側の圧力降下は、3.3ftの充填ジェットにつき約0.1psiと小さい(w.c.で2.7)。   The absorber exhibits a low gas side pressure drop and a low liquid side pressure drop that translates into low power consumption. The pressure drop at the liquid jet orifice is less than about 10 psi, which can greatly reduce fluid power requirements during operation. The 28,000 gpm liquid pump that circulates the solvent constitutes the bulk power consumption in the absorption loop. The power draw P (kW) is “.75 × flow rate (gpm) × ΔP” / “1714x pump efficiency”, about 150 kW for a pressure drop of about 8 psi (or about 20 MWe of power draw), about 28, The pump efficiency is about 65% at 000 gpm. The pressure drop on the gas side in the flat jet system is as low as about 0.1 psi per 3.3 ft filled jet (2.7 in WC).

これと比較して、関連技術の充填塔の平均圧力降下は、1フットの充填で、HOが約1.0インチ、または、通常の10フィート吸収ベッドで、HOが約10インチである。従来の技術と比した場合に気液接触器では電力消費が少なく、吸収器は、より高いL/G比率(330ガロン/1000ACFM)で動作することができるので、従来の吸収器のもの(L/G90−130)より高い除去効率が達成される。 In comparison, the average pressure drop of the related art packed tower is about 1.0 inch of H 2 O with a 1 foot fill, or about 10 inches of H 2 O with a normal 10 foot absorption bed. It is. Compared with the prior art, the gas-liquid contactor consumes less power and the absorber can operate at a higher L / G ratio (330 gallon / 1000 ACFM), so that of the conventional absorber (L / G90-130) higher removal efficiency is achieved.

吸収システムは、燃焼排ガスから対象となる汚染物質(例えばSO、NO、および粒子物質)を捕捉するのみならず、重金属、塩化物、およびフッ化物を捕捉することができる。粒子物質は、殆どが2.5μm以下のバッグハウスから運ばれるフライアッシュである。金属およびハロゲン化物は、石炭から導出され、燃焼石炭の種類に依存する。これら全ての構成物質を溶媒処理システムの吸収ループから除去する。燃焼排ガスにおける全ての構成物質から吸収ループへのモル流量は、溶媒処理システムの吸収ループにおけるこれら汚染物質のモル流量に等しいので、固体および塩水ストリームの外に出る。吸収ループ内の全ての構成物質の濃度は安定した状態に到達する。 Absorption systems can capture heavy metals, chlorides, and fluorides as well as capture contaminants of interest (eg, SO x , NO x , and particulate matter) from flue gas. The particulate material is mostly fly ash carried from a baghouse of 2.5 μm or less. Metals and halides are derived from coal and depend on the type of combustion coal. All these constituents are removed from the absorption loop of the solvent treatment system. The molar flow rate from all constituents in the flue gas to the absorption loop is equal to the molar flow rate of these pollutants in the absorption loop of the solvent treatment system and therefore exits the solid and brine streams. The concentration of all constituents in the absorption loop reaches a stable state.

気体の可溶性、溶媒温度、およびpHも、汚染物質の吸収に重要な役割を果たす。本実施形態のシステムは、比較的低い液体温度(例えば、約華氏100度から約華氏125度)で動作して、気体の可溶性を最適化して溶媒の蒸発を最小限に抑える。汚染物質の気相pと水相Cの間の均衡点の可溶性(300K)は、ヘンリー係数K=C/pで与えられる。
SO2 (g) → H2SO3, KH = 1.4M/atm (1)
H2SO3 → H+ + HSO3 -, K1 = 0.014 M (2)
HSO3 - → H+ + SO3 2- , K2 = 7.1 x 10-8 M (3)
HSO3 - + 1/2O2 → SO4 2- + H+ , k > 106 M-1s-1 (4)
Gas solubility, solvent temperature, and pH also play an important role in contaminant absorption. The system of this embodiment operates at a relatively low liquid temperature (eg, about 100 degrees Fahrenheit to about 125 degrees Fahrenheit) to optimize gas solubility and minimize solvent evaporation. Soluble equilibrium point between the gas phase p a and the water phase C a contaminant (300K) is given by Henry coefficient K H = C a / p a.
SO 2 (g) → H 2 SO 3 , K H = 1.4M / atm (1)
H 2 SO 3 → H + + HSO 3 -, K 1 = 0.014 M (2)
HSO 3 - → H + + SO 3 2-, K 2 = 7.1 x 10-8 M (3)
HSO 3 - + 1 / 2O 2 → SO 4 2- + H +, k> 106 M-1s-1 (4)

説明をし易くする目的から、S(IV)は、+4酸化状態における全ての形状の硫黄の合計([S(IV)]tot=[SO]+[HSO3−]+[SO 2−])であり、S(VI)は、+6酸化状態の全ての硫黄の合計であり、[S(VI)]tot=[SO3]+[HSO ]+[SO 2−]である、とする。SOガスは水に溶解するので、溶質は、K、KおよびKが支配する均衡点に従って重硫酸塩(HSO )および亜硫酸塩(SO 2−)生成物に変換される。このプロセスは、H生成物が形成される場合にpHに依存する。より多くのHが生成されると(pHが下がる)、均衡点は反応物生成にシフトして戻る。3.5未満のpH値では、相当量のSOが溶媒から排気される。SOの除去効率およびコストを最適化するべく、水酸化ナトリウムを安定した状態で添加する、あるいは、他の化学ベースを溶媒ループに注入してシステムのpHを約6−7付近に保つ必要がある。
SO2(g) + 1/2O2(g) + 2NaOH(aq) → Na2SO4(aq) + H2O (1)
For ease of explanation, S (IV) is the sum of all forms of sulfur in the +4 oxidation state ([S (IV)] tot = [SO 2 ] + [HSO 3 − ] + [SO 3 2− ] And S (VI) is the sum of all sulfur in the +6 oxidation state, and [S (VI)] tot = [SO 3 ] + [HSO 4 ] + [SO 4 2− ]. , And. Since SO 2 gas dissolves in water, the solute is converted to bisulfate (HSO 3 ) and sulfite (SO 3 2− ) products according to the equilibrium point governed by K H , K 1 and K 2. . This process depends on the pH when the H + product is formed. As more H + is produced (pH drops), the equilibrium point shifts back to reactant production. At pH values below 3.5, a considerable amount of SO 2 is evacuated from the solvent. To optimize the removal efficiency and cost of the SO 2, it is added sodium hydroxide in a stable state, or needs to maintain the other chemical base in the vicinity of about 6-7 pH of the system by injecting into the solvent loop is there.
SO 2 (g) + 1 / 2O 2 (g) + 2NaOH (aq) → Na 2 SO 4 (aq) + H 2 O (1)

<亜硫酸塩の酸化システム>   <Sulphite oxidation system>

亜硫酸塩の硫酸塩への強制的な酸化は、単純な空気スパージャで(14kWのエアコンプレッサを利用して)別個のタンクで行うことができる。スパージャは単純ではあるが、気液接触効率が低いので、空気の流量は完全な酸化に必要な化学量論量の約3倍に設定される。100%の酸化を仮定すると、約533lb/時間の亜硫酸塩が硫酸塩に酸化される。フルスケールのシステムでは、スパージャの代わりに追加の高効率な気液接触器を利用すると、費用効率が高いと思われる。   The forced oxidation of sulfite to sulfate can be done with a simple air sparger (using a 14 kW air compressor) in a separate tank. The sparger is simple, but the gas-liquid contact efficiency is low, so the air flow rate is set to about 3 times the stoichiometric amount required for complete oxidation. Assuming 100% oxidation, about 533 lb / hr of sulfite is oxidized to sulfate. In a full scale system, it would be cost effective to use an additional highly efficient gas-liquid contactor instead of a sparger.

<溶媒の処理システム>   <Solvent treatment system>

システムを完全酸化モードで実行する場合の(大部分の硫黄および硫酸塩(SO 2−)ではそうであるが)硫酸塩の沈殿および除去に関する設計基準を表13に示す。システムは、安定状態における動作中の液体における<50ppmのHSO および14.4%のSO 2−について設計されている。溶媒プロセスストリームの流量は、SOの安定状態のループ濃度に直接依存しており、これにより溶媒プロセスシステムの設計におけるサイズ要件が定まる。

Figure 0005777215
The design criteria for sulfate precipitation and removal when the system is run in full oxidation mode (as is the case with most sulfur and sulfate (SO 4 2− )) are shown in Table 13. The system is designed for <50 ppm HSO 3 and 14.4% SO 4 2− in the operating liquid at steady state. The flow rate of the solvent process stream is directly dependent on the SO x steady state loop concentration, which determines the size requirements in the design of the solvent process system.
Figure 0005777215

<高度な設計、ソーベント、およびプロセスオプション>   <Advanced design, sorbent and process options>

表14に、様々な溶媒を示し、これは水酸化ナトリウム、アンモニア、炭酸ナトリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、ライムストーン(炭酸カルシウム)、およびおそらくはフライアッシュを含む。各ソーベントには、特定のソーベント処理システムが必要であり、各電力生成サイトが、独自の固体および液体の廃棄要件を持っている場合がある。

Figure 0005777215
Table 14 shows various solvents, including sodium hydroxide, ammonia, sodium carbonate, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, limestone (calcium carbonate), and possibly fly ash. Each sorbent requires a specific sorbent treatment system, and each power generation site may have its own solid and liquid disposal requirements.
Figure 0005777215

ソーベント/ソーベント処理/廃棄システムの選択は、性能、試薬のコスト、およびサイトの副産物の廃棄要件が駆動要因となる。反応および動作コストに関して充填塔でSO除去に最もよく利用されている試薬を比較した結果を表15に示す。

Figure 0005777215
The choice of sorbent / sorbent treatment / disposal system is driven by performance, reagent costs, and site byproduct disposal requirements. The result of comparison of reagents is best utilized in SO 2 removal in the packed tower with respect to the reaction and the operating costs are shown in Table 15.
Figure 0005777215

腐食剤およびアンモニアベースのシステムは、最高の反応性および深いSO除去の可能性を持っているが、コストがより高くなるという欠点を有している。これら反応物質のコストは、溶媒を吸収器に戻してリサイクルができるデュアルループ処理により大幅にオフセットされる。全ての可能性のなかで、最も期待の持てるものは、NaOH/Ca(OH)、NaCO/Ca(OH)、NH/Ca(OH)デュアルループである。フライアッシュは、試薬コストをゼロにすることができる可能性を有するが、最高の危険性を孕んでいる。 Caustic and ammonia based systems, but has the potential for the highest reactivity and deep SO 2 removal, has the disadvantage that the cost will be higher. The cost of these reactants is greatly offset by a dual loop process where the solvent can be recycled back to the absorber. Among all the possibilities, the most promising is the NaOH / Ca (OH), NaCO / Ca (OH), NH / Ca (OH) dual loop. Fly ash has the potential to reduce reagent costs to zero, but is at the highest risk.

Na/Caデュアルループは好適であるが、NH/Caデュアルループも可能性のある選択肢である。非常に反応性が高く可溶性のソーベント、明瞭な接触溶液、および、比較的高価なアンモニアをリサイクルできるソーベント処理ループといった利点を有する。ナトリウムに比したアンモニアの利点は、沈殿ステップによりアンモニアを気体として分離するので、戻りループが、吸収器をスケールしうるカルシウムその他の汚染物質を含まない、ということである。加えて、本発明の実施形態における気液接触システムは、CO吸収システムと組み合わせると、アンモニアを両方の目的に利用することができる。というのもアンモニアは揮発性であり、追加の(小型の)洗浄ユニットを燃焼排ガスベントラインに配置することでアンモニアのスタックへのスリップを防ぐことができるからである。 A Na / Ca dual loop is preferred, but an NH / Ca dual loop is also a possible option. It has the advantages of a highly reactive and soluble sorbent, a clear contact solution, and a sorbent treatment loop that can recycle relatively expensive ammonia. The advantage of ammonia over sodium is that the return loop does not contain calcium or other contaminants that can scale the absorber because the precipitation step separates ammonia as a gas. In addition, the gas-liquid contact system in embodiments of the present invention can utilize ammonia for both purposes when combined with a CO 2 absorption system. This is because ammonia is volatile and an additional (small) cleaning unit can be placed in the flue gas vent line to prevent ammonia from slipping into the stack.

フライアッシュは、アルカリ性であり入手が容易であることから、FGD吸収剤として利用できる可能性がある。表16は、冷却器スCのフライアッシュ(亜瀝青炭)の通常の組成をリストにしたものである。FGDをフライアッシュ捕捉物と組み合わせようとした初期の試みは、FGDスラリーの下流が汚染され、処理が難しい特性から困難であった。ここに参照として組み込むKohl等の「気体精製」、Gulf Professional Publishing、第五版、1997年を参照のこと。しかし、フライアッシュを注意深く準備して(例えば最適なSO−CaO/MgO化学両論的レベルで)、気液接触器自身の内部におけるセメント質の反応を防ぐことで、接触器の動作をフライアッシュが洗浄動作を損なわない条件で行うことができる可能性がある。あるいは、これらC/Mgの同様の反応が望ましい場合もあり、これを利用してソーベント処理領域内でセメント質の材料を商用製品として製造することもできる。加えて、副産物であるジプサムを製品にすることが望ましい場合には、溶媒処理システムおよびフライアッシュをジプサムから分離する廃棄スキームが望まれる。

Figure 0005777215
Since fly ash is alkaline and easily available, it may be used as an FGD absorbent. Table 16 lists the normal composition of the cooler C fly ash (subbituminous coal). Early attempts to combine FGD with fly ash traps were difficult due to the properties of the FGD slurry being contaminated downstream and difficult to process. See Kohl et al., “Gas Purification”, Gulf Professional Publishing, 5th edition, 1997, incorporated herein by reference. However, fly ash is carefully prepared (eg at the optimal SO 2 —CaO / MgO chemistry stoichiometric level) to prevent cementitious reactions within the gas-liquid contactor itself, thereby allowing the fly ash to function as a fly ash. May be performed under conditions that do not impair the cleaning operation. Alternatively, a similar reaction of these C a / Mg may be desirable and can be used to produce a cementitious material as a commercial product within the sorbent treatment area. In addition, if it is desired to turn the by-product dipsum into a product, a disposal scheme that separates the solvent treatment system and fly ash from the dipsum is desired.
Figure 0005777215

<システムについての総括>   <Overview of the system>

Na/Caデュアルアルカリ接触プロセスおよびシステムは、従来のシステムよりも高い技術的および経済的性能という利点を有する。表17は、本実施形態の20MWの場合における接触システムおよび一般的な(MWごとの)システムの主要な基本性能パラメータをまとめたものである。

Figure 0005777215
Na / Ca dual alkaline contact processes and systems have the advantage of higher technical and economic performance over conventional systems. Table 17 summarizes the main basic performance parameters of the contact system and the typical (per MW) system for the 20 MW case of this embodiment.
Figure 0005777215

深いSO除去には、高速で効率のよい質量移動の動力学が必要であり、これにはNaOHの利用が適している。水酸化カルシウム/炭酸カルシウムを利用するシステムは低コストの溶媒ではるが、低反応の溶媒でもある。反応性を高めるべ冷却器イム/ライムストーンベースの吸収器をスラリー(固体)で動作させることができる。しかし、固体は、吸収器の表面のスケーリング(亜硫酸カルシウム/硫酸カルシウムの形成により)に影響を受け易く、場合によっては質量移動をさらに妨げることもある。Na/Caを利用することに伴う大幅なコスト低減は、ナトリウム(NaOH)が溶媒処理ループで再度要求されることに起因している。デュアルループシステムの動作コストは、シングルループのライムストーンシステム以下である(特に、ここに参照として組み込むKohl等の「気体精製」、Gulf Professional Publishing、第五版、1997年におけるような硫黄の多い燃料では)。最も安価な試薬はカルシウム(Ca(OH))であり、これはジプサム(製品となる副産物)を沈殿させるのに利用される。デュアルループシステムのプロセス上の利点は、より高い硫黄の負荷を処理でき、接触液体が腐食せず、効率性のかなり高い気液接触器を動作させることができることである。欠点は、複雑性が増すことと、2つの試薬を必要とすることである。これに比して、シングルループの湿式ライムストーンFGDプロセスでは、全ての必要なステップが単一の容器内で行われ、ここで言う必要なステップとは、ライムストームを炭酸カルシウムとして溶解して、気液接触を行い、SOを吸収して、カルシウムと反応させ、酸化させ、沈殿させる、というものである。この結果、単一の、比較的単純なシステムとなる。欠点は、スラリーが腐食/摩耗しやすい性質を有することから外来のノズル材料が必要となる点、および噴霧塔の効率が低いことから大きな接触面積ひいては大きな塔が必要となる、という点である。 Deep SO 2 removal requires fast and efficient mass transfer kinetics, for which the use of NaOH is suitable. A system utilizing calcium hydroxide / calcium carbonate is a low cost solvent, but also a low reaction solvent. Ventilator Im / Limestone based absorbers that increase reactivity can be operated with slurry (solid). However, the solids are susceptible to absorber surface scaling (due to the formation of calcium sulfite / calcium sulfate) and in some cases may further hinder mass transfer. The significant cost savings associated with utilizing Na / Ca is due to the re-requirement of sodium (NaOH) in the solvent treatment loop. The operating cost of a dual loop system is less than that of a single loop limestone system (especially sulfur-rich fuels such as those in Kohl et al. “Gaseous Purification”, Gulf Professional Publishing, 5th edition, 1997, incorporated herein by reference) Then). The cheapest reagent is calcium (Ca (OH) 2 ), which is used to precipitate gypsum (product by-product). The process advantage of the dual loop system is that it can handle higher sulfur loads, the contact liquid does not corrode, and a much more efficient gas / liquid contactor can be operated. The disadvantages are increased complexity and the need for two reagents. In contrast, in a single loop wet limestone FGD process, all the necessary steps are performed in a single vessel, which refers to dissolving the lime storm as calcium carbonate, Gas-liquid contact is performed, SO 2 is absorbed, reacted with calcium, oxidized, and precipitated. This results in a single, relatively simple system. Disadvantages are that the slurry is susceptible to corrosion / abrasion and requires an extraneous nozzle material, and the low efficiency of the spray tower requires a large contact area and thus a large tower.

ここで記載される20MWおよび200MWを越える接触システムにおける主要な機器コンポーネント用の寄生性の塔を表18にまとめる。これらの実施形態では、燃焼排ガスの排気ブロワー(IDファン)が既に配置されているのでカウントできないことを前提としている。バルクの電力引き出しを溶媒の再循環ポンプに連結する。接触システムは、大きな(従来の噴霧ノズルの>10X)フラットジェットオリフィス面積により、低い液体側の流体からの、および機械的応力で動作する。本実施形態では、記載される20MW液体ポンプ(28,000GPM)が、中間的なポンプの効率(〜65%)によりシステムからかなりの電力を引き出す。フルスケール動作(>200MW)で利用可能なより大きな液体ポンプ(>100,000GPM)が、これよりかなり効率性に優れるであろうことが推定されるので(〜85%)、これを利用することでかなり(1.7X)低い寄生電力負荷が達成されよう。

Figure 0005777215
Table 18 summarizes the parasitic towers for the major equipment components in the contact systems described here above 20 MW and over 200 MW. In these embodiments, it is assumed that an exhaust blower (ID fan) for combustion exhaust gas is already arranged and cannot be counted. Connect the bulk power draw to the solvent recirculation pump. The contact system operates from low liquid side fluid and with mechanical stress due to the large (> 10X of conventional spray nozzle) flat jet orifice area. In this embodiment, the described 20 MW liquid pump (28,000 GPM) draws significant power from the system due to the efficiency of the intermediate pump (˜65%). Take advantage of the larger liquid pump (> 100,000 GPM) available in full scale operation (> 200 MW) as it would be much more efficient (˜85%). A fairly low (1.7X) low parasitic power load will be achieved.
Figure 0005777215

<COプロセスの気液接触器> <CO 2 process gas liquid contactor>

これらの利点により、小型で低コスト、低圧力降下、および高いエネルギー効率の洗浄システムを含み、CO除去効率(>90%)およびエネルギーコスト(<20%)という環境目標を達成することができ、コストおよびエネルギー節約プロセス面での秀逸性が証明された。アンモニア溶液を利用する3つの可能性ある吸収/再生反応法については、Yeh等の「燃料処理技術」第86巻、14−15号、1533−1546ページ、2005年10月に記載されており、これをここに参照として組み込む。
2NH3 (aq)+ CO2(g)+ H2O → (NH4)2CO3(l), デルタHr=-24.1 kcal/モル (-986 BTU/lb CO2) (1)
NH3(l) + CO2(g) + H2O → NH4HCO3(l), デルタHr = -15.3 kcal/モル (-622 BTU/lb CO2) (2)
(NH4)2CO3(l) + CO2+H2O →2NH4HCO3(l), デルタHr = -6.4 kcal/モル (-262 BTU/lb CO2) (3)
These advantages allow for the achievement of environmental targets of CO 2 removal efficiency (> 90%) and energy cost (<20%), including a small, low cost, low pressure drop, and high energy efficient cleaning system. Proven in terms of cost and energy saving process. Three possible absorption / regeneration reaction methods utilizing ammonia solutions are described in Yeh et al., “Fuel Processing Technology”, Volume 86, 14-15, pages 1533-1546, October 2005, This is incorporated herein by reference.
2NH 3 (aq) + CO 2 (g) + H 2 O → (NH 4 ) 2 CO 3 (l) , Delta H r = -24.1 kcal / mol (-986 BTU / lb CO 2 ) (1)
NH 3 (l) + CO 2 (g) + H 2 O → NH 4 HCO 3 (l) , Delta H r = -15.3 kcal / mol (-622 BTU / lb CO 2 ) (2)
(NH 4 ) 2 CO 3 (l) + CO 2 + H 2 O → 2NH 4 HCO 3 (l) , Delta H r = -6.4 kcal / mol (-262 BTU / lb CO 2 ) (3)

反応は吸収に関して記載されたものであるので発熱性である。最もエネルギー効率の高いCO捕捉および溶媒の再生成法は、式(1)における炭酸/重炭酸反応である。吸収反応は低温で行われることが望ましいので、洗浄装置の液体を華氏90度にまで冷まして、ストリッパの液体を華氏140度にまで加熱してCOガスを1atmで放出させる。炭酸/重炭酸アンモニウム化学物質を利用すると、その生成エネルギーがEMAの半分未満であることから、アルカノールアミンベースの溶媒を利用するときと比べて、大幅に動作コストを低減させる可能性がある。 The reaction is exothermic because it is described in terms of absorption. The most energy efficient method of CO 2 capture and solvent regeneration is the carbonic / bicarbonate reaction in equation (1). Since the absorption reaction is desirably performed at a low temperature, the cleaning device liquid is cooled to 90 degrees Fahrenheit, and the stripper liquid is heated to 140 degrees Fahrenheit to release CO 2 gas at 1 atm. Utilizing carbonic acid / ammonium bicarbonate chemicals can significantly reduce operating costs compared to utilizing alkanolamine-based solvents because their energy of formation is less than half that of EMA.

<気液接触プロセスのフロー図およびCOの分析> <Analysis of the flow of the gas-liquid contact process diagram and CO 2>

図50は、別の実施形態における汚染物質除去システムからのプロセスフロー図である。先ず燃焼排ガスが接触器に入り、SO、NO、および粒子物質といった汚染物質を除去される。そしてCO吸収器に入り、そこで例えばチルドされた炭酸アンモニウム溶液またはピペラジンと接触させられ、COの大部分が重炭酸アンモニウムとして、または、ピペラジンのカルバミン酸塩としてそれぞれ捕捉される。他のアミン、アルカノールアミン、および/または塩基(例えばKOH、NaOH等)もこのループで利用可能である。利用される化学システムは、水酸化アンモニウム/炭酸アンモニウムのシステムであり、い冷却器かのアンモニアが燃焼排ガスにアンモニアスリップとして混入し、アンモニア洗浄装置に運搬されて、除去される。 FIG. 50 is a process flow diagram from a contaminant removal system in another embodiment. First, flue gas enters the contactor to remove contaminants such as SO x , NO x , and particulate matter. It then enters a CO 2 absorber where it is contacted with, for example, a chilled ammonium carbonate solution or piperazine, and most of the CO 2 is captured as ammonium bicarbonate or as piperazine carbamate, respectively. Other amines, alkanolamines, and / or bases (eg, KOH, NaOH, etc.) are also available in this loop. The chemical system utilized is an ammonium hydroxide / ammonium carbonate system where the ammonia in the cooler is mixed into the flue gas as an ammonia slip and transported to an ammonia scrubber for removal.

洗浄された燃焼排ガスは、凝縮熱交換器に運ばれて、露点を約華氏40度超える温度に加熱されてから、スタックから排出される。炭酸アンモニウム/重炭酸アンモニウムの吸収ストリームは冷却装置および熱ポンプで再循環された後に、洗浄装置に戻される。吸収溶液のサイドストリームを除去して、過熱してから、ストリッパへ戻して、捕捉したCOを放出する。希薄な溶液は吸収ループへ戻る。ストリップされたCOは、幾らかの水蒸気およびアンモニアを搬送しており、これは凝縮熱交換器で圧縮中に除去される。水分およびアンモニアは吸収ループへ戻される。洗浄後のCOは圧縮トレインに送られて隔離される。主要なエネルギー節約プロセスステップは、熱ポンプを利用して炭酸アンモニウム吸収溶液を冷却して、その熱をストリッパの溶液から遠ざけることで、その温度を上昇させてCOを分離させることにより行われる。熱ポンプを利用して吸収トリームのエネルギーを捕捉して、熱をストリッパストリームに送ることで、約10%の寄生電力を節約することができる。 The cleaned flue gas is conveyed to a condensation heat exchanger where it is heated to a temperature above the dew point of about 40 degrees Fahrenheit and then discharged from the stack. The ammonium carbonate / ammonium bicarbonate absorption stream is recycled back to the scrubber after being recirculated with a cooling device and heat pump. By removing the side stream of the absorption solution, from overheating, back to the stripper, to release the captured CO 2. The dilute solution returns to the absorption loop. The stripped CO 2 is transported some water vapor and ammonia, which is removed during the compression in the condensing heat exchanger. Moisture and ammonia are returned to the absorption loop. The washed CO 2 is sent to the compression train and sequestered. Major energy savings process step is to cool the ammonium carbonate absorbent solution using heat pump, by away the heat from the solution of the stripper, is performed by separating the CO 2 to raise the temperature. By using a heat pump to capture the energy of the absorbing stream and send heat to the stripper stream, about 10% of parasitic power can be saved.

表20に、システムのサイズおよび分析の設計基準を示す。プロセスは、図50に示す6つの主要プロセスセクションに分割されており、具体的には、セクション1が燃焼排ガス調節システムであり、セクション2がCO吸収ループであり、セクション3がCOストリッパループであり、セクション4がアンモニアまたはアミンスリップループであり、セクション5が冷却システムであり、セクション6がCO圧縮トレインである。全ての流量および熱負荷は20MWで示されているシステムについて算出されたものである。

Figure 0005777215
Table 20 shows the system size and analysis design criteria. The process is divided into six main process sections as shown in FIG. 50, specifically, section 1 is a flue gas regulation system, section 2 is a CO 2 absorption loop, and section 3 is a CO 2 stripper loop. Section 4 is an ammonia or amine slip loop, Section 5 is a cooling system and Section 6 is a CO 2 compression train. All flow rates and heat loads are calculated for the system shown at 20 MW.
Figure 0005777215

<燃焼排ガス調節システム>   <Combustion exhaust gas control system>

図50に示す本実施形態では、燃焼排ガス調節システムは、燃焼排ガスがオプションである熱交換器/冷却装置5004に入っていく際の入口5002および出口5006を含む。燃焼排ガス調節システムは、既になんらかの処理(例えばSO、HCl、その他の酸性ガスの除去処理)を受けた可能性のある、気体を受け取る。熱交換器/冷却装置5004は、入ってくる気体の構成物および吸収器の化学に左右されることが当技術分野で公知であることから、オプションとすることができる(例えば、アンモニア/炭酸アンモニアであれば冷却装置が必要となる)。燃焼排ガスは冷却されてSOを洗浄される(例えば、本発明の一実施形態における接触システムで(不図示))。本実施形態では、燃焼排ガス5002は、CO、N、HO、O、その他の希ガス等の汚染物質を含んでいる。 In this embodiment shown in FIG. 50, the flue gas regulation system includes an inlet 5002 and an outlet 5006 as the flue gas enters the optional heat exchanger / cooling device 5004. The flue gas conditioning system receives a gas that may have already undergone some treatment (eg, removal of SO 2 , HCl, or other acid gases). The heat exchanger / cooling device 5004 can be optional since it is known in the art to depend on the incoming gaseous components and the chemistry of the absorber (eg, ammonia / ammonia carbonate). If so, a cooling device is required). The flue gas is cooled to clean the SO 2 (eg, with a contact system (not shown) in one embodiment of the invention). In the present embodiment, the combustion exhaust gas 5002 contains contaminants such as CO 2 , N 2 , H 2 O, O 2 , and other rare gases.

<CO吸収ループ> <CO 2 absorption loop>

セクション2では、吸収ループが気液接触器5008および捕捉タンク5010を含む。セクション5の熱交換器/冷却装置5012はオプションのコンポーネントである。ここでも、熱交換器/冷却装置5012は、入ってくるガスの構成物よび吸収器の化学に左右されることが当業者には公知であることから、オプションとすることができる。本実施形態では、気液接触器をセクション1の出口5006に連結する。気液接触器5008は、捕捉タンク5010および熱交換器/冷却装置5012(セクション5)に、リサイクルループの一部として連結される。   In section 2, the absorption loop includes a gas-liquid contactor 5008 and a capture tank 5010. Section 5 heat exchanger / cooling device 5012 is an optional component. Again, the heat exchanger / cooling device 5012 may be optional since it is known to those skilled in the art to depend on the incoming gas components and the chemistry of the absorber. In this embodiment, the gas-liquid contactor is connected to the outlet 5006 of section 1. The gas liquid contactor 5008 is coupled to the capture tank 5010 and the heat exchanger / cooling device 5012 (section 5) as part of a recycle loop.

動作においては、COを含む燃焼排ガスを気液接触器5008の入口5014を通るように方向付け、COの一部を分離させる。セクション2のCO吸収ループは、当技術分野で公知な液体の適切な流れ、リサイクルおよび動作に必要とされる様々な値およびポンプを含む。接触器5008で気体と接触した後に、吸収溶液は、再循環ループの一環としてさらなる量のCOを捕捉タンク5010へと搬送する。 In operation, the flue gas containing CO 2 is directed through the inlet 5014 of the gas-liquid contactor 5008 to separate a portion of CO 2 . The Section 2 CO 2 absorption loop includes various values and pumps required for proper flow, recycling and operation of liquids known in the art. After contacting the gas with contactor 5008, the absorbent solution carries an additional amount of CO 2 to capture tank 5010 as part of the recirculation loop.

本実施形態では、CO吸収ループのエネルギー要件は、セクション5の熱交換器/冷却装置5012により処理される。ここで記載する、炭酸アンモニウム、アミン、またはアルカノールアミンを利用する一般的な化学では、通常のシステムに見られる燃焼排ガスの温度を下回る温度に冷却される場合に、COがより好適に吸収される。従って必要に応じて、セクション5の熱交換器/冷却装置5012は、冷却機能を提供して、吸収溶液にとって最適な動作条件を維持することができる。 In this embodiment, the energy requirements of the CO 2 absorption loop are handled by section 5 heat exchanger / cooling device 5012. The general chemistry described herein, which utilizes ammonium carbonate, amine, or alkanolamine, absorbs CO 2 better when cooled to temperatures below the flue gas temperatures found in normal systems. The Thus, if necessary, section 5 heat exchanger / cooling device 5012 can provide a cooling function to maintain optimal operating conditions for the absorbent solution.

<COストリッパループ> <CO 2 stripper loop>

セクション3は、出口5020を有する熱交換器/冷却装置5018に連結された入口5016を含む。出口5020は、気液接触器5022に連結されている。気液接触器5022は、リサイクルループを有する捕捉タンク5023に連結された出口5024を有する。気液接触器5022は、捕捉したCOを吸収溶液から除去するよう構成されている。COストリップ処理は、複数の手段(例えば、圧力変動、pH調節、またはCO/吸収溶液の加熱)により行うことができる。セクション3のコンポーネントは、選択する方法に応じて変更可能である。いずれの場合にも、COの放出の後に吸収溶液を捕捉して、吸収溶液をセクション2の主要な吸収ループに再循環させると有利である。セクション3の出力はスタック5034に送られる。 Section 3 includes an inlet 5016 connected to a heat exchanger / cooling device 5018 having an outlet 5020. The outlet 5020 is connected to the gas-liquid contactor 5022. The gas-liquid contactor 5022 has an outlet 5024 connected to a capture tank 5023 having a recycle loop. The gas-liquid contactor 5022 is configured to remove the captured CO 2 from the absorbing solution. The CO 2 strip treatment can be performed by several means (eg pressure fluctuation, pH adjustment, or heating of the CO 2 / absorbing solution). The components of section 3 can be changed depending on the method selected. In any case, it is advantageous to capture the absorption solution after the release of CO 2 and recirculate the absorption solution to the main absorption loop of section 2. The output of section 3 is sent to stack 5034.

<NH/PZ吸収ループ> <NH 3 / PZ absorption loop>

アンモニアまたはアミン吸収ループであるセクション4は、CO吸収器5008を出た燃焼排ガスからアンモニアまたはアミンのスリップを捕捉するよう設計される。この処理は、吸収溶液の温度に従って(より冷たいとスリップ量が少なくなる)NHを含む場合に特有である。NH/PZ吸収ループは、入口5024に連結された気液接触器5026を含む。気液接触器5026は、捕捉タンク5030に連結された出口5028、リサイクルループ、および出口5032を含む。ピペラジンまたはアルカノールアミン等のアミンを吸収溶液として利用する場合には、セクション4を設ける必要性があまりないので、このセクションの実装は、全プロセス要件および温度を調べて決定することができる。このセクション4は、より小さな分子重量のアミンがスリップしてしまい、より高い分子重量のアミンはスリップしないので、処理する必要性がないことから、オプションのプロセスとすることができる。出力5032は燃焼排ガススタック5034に送ってよい。 Section 4, the ammonia or amine absorption loop, is designed to capture ammonia or amine slip from the flue gas exiting the CO 2 absorber 5008. This treatment is unique when it contains NH 3 according to the temperature of the absorbent solution (the colder the less slip). The NH 3 / PZ absorption loop includes a gas liquid contactor 5026 connected to the inlet 5024. The gas liquid contactor 5026 includes an outlet 5028 connected to the capture tank 5030, a recycle loop, and an outlet 5032. If amines such as piperazine or alkanolamine are utilized as the absorbing solution, the implementation of this section can be determined by examining the overall process requirements and temperature, since there is less need to provide section 4. This section 4 can be an optional process because the smaller molecular weight amine slips and the higher molecular weight amine does not slip, so there is no need to process. Output 5032 may be sent to flue gas stack 5034.

<CO圧縮トレイン> <CO 2 compression train>

セクション6は、COを吸収溶液からストリップさせるプロセス面積を示す。CO圧縮トレインは、気液接触器5022に連結された圧縮器5036を含む。このセクションは、気液接触器5022からの純粋なCOを捕捉して加圧するよう構成されている。つまり、このセクションの後には、二次的な工業利用のために便利な方法で搬送するべく、原油の二次回収(EOR)、金属イオン封鎖、その他の二次ステップを行うことが望ましい。これらオプションの一つは、COを圧縮トレインで圧縮して、超臨界圧で隔離して液体のCOを形成して、これをトラックまたはパイプラインで最終用途に輸送する方法を含むことができる。 Section 6 shows the process area where CO 2 is stripped from the absorbing solution. The CO 2 compression train includes a compressor 5036 coupled to a gas liquid contactor 5022. This section is configured to capture and pressurize pure CO 2 from the gas liquid contactor 5022. In other words, after this section, it is desirable to carry out secondary recovery (EOR) of crude oil, sequestration of metal ions, and other secondary steps to transport in a convenient manner for secondary industrial use. One of these options may include a method of compressing CO 2 with a compression train and isolating it at supercritical pressure to form liquid CO 2 that is transported to the end use by truck or pipeline. it can.

<CO捕捉の他の溶媒システム> <Other solvent systems for CO 2 capture>

図50のセクション2および3では、様々なソーベントをCO捕捉および/またはストリップに利用することができる。ソーベントは、基本の溶媒として選択される炭酸アンモニアベースの溶媒を含んでよい。しかしシステムは、アンモニア、ジエタノールアミン(DEA)、およびモノエタノールアミン(MEA)等のアミンを含む洗浄溶媒、および、促進剤を含む炭酸(promoted carbonate)、ピペラジン、三次または阻害されたアミン(メチルジエタノールアミン(MDEA)および2−アミノメチルプロパノールアミン(AMP)、金属有機フレームワークおよび分子カプセル化)を含む、様々な燃焼後の湿式洗浄溶媒で行うことができる。 In sections 2 and 3 of FIG. 50, various sorbents can be utilized for CO 2 capture and / or stripping. The sorbent may comprise an ammonia carbonate based solvent selected as the base solvent. However, the system does not include cleaning solvents containing amines such as ammonia, diethanolamine (DEA), and monoethanolamine (MEA), and promoted carbonates, piperazines, tertiary or inhibited amines (methyldiethanolamine ( (MDEA) and 2-aminomethylpropanolamine (AMP), metal organic framework and molecular encapsulation).

COシステムの実施形態は、燃焼後のCO捕捉の強みおよび利点を幾つか提示している。例えば、小さな接触器の体積で非常に大きな接触表面積が利用可能になる。これは、2つの領域における経済的な節約につながり、必要なフットプリントが小さいことは、資本コストが少なくて済むことを意味しており、液体側の圧力降下が小さいことは、動作コストが少なくて済むことを示している。資本コストおよび動作コストが低いことにより、可能なCOのソーベントの範囲が増す。例えば、安価なソーベントが低い反応率を有して大きな接触面積を必要とする場合(例えば海水または深塩水帯水層の場合)、CO気液接触システムでは依然として現実的な方法であるが、通常の標準的な気液接触器(例えば気泡塔または噴霧塔)では普通は考慮されないであろう。 The CO 2 system embodiments present some of the strengths and advantages of post-combustion CO 2 capture. For example, a very large contact surface area becomes available with a small contactor volume. This leads to economic savings in two areas, where a small footprint means less capital costs, and a low pressure drop on the liquid side means less operating costs. It shows that it can be done. Lower capital and operating costs increase the range of possible CO 2 sorbents. For example, if an inexpensive sorbent has a low reaction rate and requires a large contact area (eg in the case of seawater or deep saline aquifer), it is still a practical method for CO 2 gas-liquid contact systems, Ordinary standard gas-liquid contactors (eg bubble or spray towers) will not normally be considered.

燃焼排ガス、アルカノールアミンおよび炭酸アンモニウム/重炭酸アンモニウム(AC/ABC)用の、殆どの成熟したCO捕捉システムでは、最大エネルギー消費が反応熱と関連性をもっている。AC/ABC反応に関与するエネルギーは、COの吸収脱着に必要な全エネルギーの約70%を消費する。ABC溶液は、COを吸収するために華氏55度に冷却する必要があり、それをストリッパに放出するには華氏265度に加熱する必要がある。エネルギー低減を達成するオプションは2つの要素を含む。つまり、COを吸収脱着の際の反応熱が小さいシステムを見つけること、あるいは、吸収中に放出される熱を脱着反応に流用することである。炭酸アンモニウム/重炭酸アンモニウムは現在最低エネルギーである化学ソーベントである。物理的な溶媒は、必要とする再生エネルギーが殆どゼロであるが、高圧で最もよく動作する。膜系は、吸収エネルギーを脱着プロセスに流用することができるが、現在は小型のシステムのみで利用されている。以下では、COを燃焼排ガスから捕捉するのに利用可能な代替的プロセスを分類して説明する。 In most mature CO 2 capture systems for flue gas, alkanolamines and ammonium carbonate / ammonium bicarbonate (AC / ABC), the maximum energy consumption is related to the heat of reaction. Energy involved in AC / ABC reaction consumes about 70% of the total energy required to absorb desorption of CO 2. ABC solution, must be cooled to 55 degrees Fahrenheit in order to absorb CO 2, it is necessary to heat it to 265 degrees Fahrenheit to release the stripper. Options to achieve energy reduction include two factors. That is, to find a system having a small reaction heat during absorption and desorption of CO 2 , or to divert the heat released during absorption to the desorption reaction. Ammonium carbonate / ammonium bicarbonate is currently the lowest energy chemical sorbent. Physical solvents require almost no regeneration energy but work best at high pressures. Membrane systems can divert absorbed energy to the desorption process, but are currently only used in small systems. In the following, alternative processes that can be used to capture CO 2 from flue gas are classified and described.

代替的なCO吸収システムを探すにあたっては、ソーベントが利用技術と合致する必要がある。気液接触器、乾式接触システム、および膜接触システムという3つの燃焼後の吸収技術を開発した。気液接触システムは液体ソーベントを必要とする。気液システムは、吸収と脱着とを2つの別個のプロセスステップに分割して、2つの別個の容器で異なる圧力および温度で行う。このシステムは通常、発熱吸収のための冷却および吸熱吸収のための加熱というステップ両方においてエネルギー出費が行われる。このプロセスは、温度および/または圧力を変動させる必要があり、多くのエネルギーを必要とする。重炭酸ナトリウムを利用する乾式再生ソーベントシステムは、ソーベントが固相である以外は、気液接触器と同じ処理である。 In searching for an alternative CO 2 absorption system, the sorbent must match the technology used. Three post-combustion absorption technologies have been developed: a gas-liquid contactor, a dry contact system, and a membrane contact system. A gas-liquid contact system requires a liquid sorbent. The gas-liquid system divides absorption and desorption into two separate process steps and takes place in two separate containers at different pressures and temperatures. This system is typically energy consuming both in the steps of cooling to absorb heat and heating to absorb heat. This process requires varying temperatures and / or pressures and requires a lot of energy. A dry regeneration sorbent system using sodium bicarbonate is the same process as a gas-liquid contactor except that the sorbent is a solid phase.

しかし膜系は基本的に異なっている。膜系の膜は、透過性材料からなり2つのストリームを分離する非常に薄い隔壁であり、スポンジ状の材料に保持される固体または液体であってよい。膜は、分離する気体を選択するよう設計されている。膜の材料が固体であろうと液体であろうと、膜は濃縮されている側でCOを吸収して、COが脱着されている希釈側に移動させる。駆動力は非常に薄い膜にわたるCOの濃度勾配である。膜系の美学は、吸収および脱着を同じ容器で、同じ温度で、殆ど同じ圧力で行うことができるということである。吸収および脱着は、非常に薄い膜内の互いに数ミクロンの範囲内で行われるので、吸収エネルギーを一定の温度で脱着反応に移動させることができる。従ってエントロピーの変化がゼロであり、必要な正味エネルギーもゼロである。膜内の液体は、選択的にCOを運ぶことができるものを選ぶことができる。欠点は製造費、膜の寿命、非常にきれいな燃焼排ガスという要件、および莫大な接触領域が必要となる点(商業システム全体で約百万平方メートルが必要となる)である。100mの断面までのダクトに入る数十万ACFMという燃焼排ガスを、各繊維の断面積が60nmである数十億の繊維へとチャネリングする必要がある。 But the membrane system is fundamentally different. A membrane-based membrane is a very thin septum made of a permeable material that separates two streams and may be a solid or liquid held in a sponge-like material. The membrane is designed to select the gas to be separated. Whether the membrane material is solid or liquid, the membrane absorbs CO 2 on the concentrated side and moves it to the dilution side where CO 2 is desorbed. The driving force is a concentration gradient of CO 2 across a very thin membrane. The aesthetics of the membrane system is that absorption and desorption can be performed in the same container, at the same temperature, and almost the same pressure. Absorption and desorption are performed within a few microns of each other in a very thin membrane, so that the absorbed energy can be transferred to the desorption reaction at a constant temperature. Therefore, the entropy change is zero and the required net energy is zero. Liquid in the membrane can be chosen so that it is possible to carry selectively CO 2. Disadvantages are manufacturing costs, membrane life, very clean flue gas requirements, and enormous contact area (about 1 million square meters for the entire commercial system). It is necessary to channel the combustion exhaust gas of hundreds of thousands of ACFM that enters the duct up to a cross section of 100 m 2 into billions of fibers with a cross-sectional area of each fiber of 60 nm 2 .

気液接触器における燃焼後の吸収に利用可能な代替的な溶媒システムには、化学的および物理的なものが含まれる。湿式化学ソーベントはアミン、炭酸塩、促進剤、ハイブリッド、およびpH変動を含む。湿式物理ソーベントは、金属有機フレームワーク、イオン液体、海水、および地下塩水を含む。グリコールは高圧システムであり、燃焼前の吸収により適していることから説明しない。セレクソルは、現在天然ガスの洗浄に利用されている商業グリコールシステムの一例であり、高圧プロセスである。CO気液接触器に利用可能な各湿式ソーベントについて以下で説明する。 Alternative solvent systems available for post-combustion absorption in gas-liquid contactors include chemical and physical ones. Wet chemical sorbents include amines, carbonates, accelerators, hybrids, and pH fluctuations. Wet physical sorbents include metal organic frameworks, ionic liquids, seawater, and underground brines. Glycol is a high pressure system and will not be described because it is more suitable for absorption before combustion. Celexol is an example of a commercial glycol system currently used for cleaning natural gas and is a high pressure process. Each wet sorbent available for the CO 2 gas-liquid contactor is described below.

含水アミンは、当業者が認識している電力プラントのCO捕捉に関する現在の技術水準である。アミンソーベントは、アンモニア(NH)、モノエタノールアミン(MEA)、メチルジエタノールアミン(MDEA)、2−ミノメチルプロパノールアミン(AMP)、PZピペラジン(PZ)、その他を含む。全て最初にCOと反応して(CO2 + 2RNH2 ⇔ RNH2COO ⇔ RNHCOOH)、カルバミン酸アミン(amine carbamate)を生成する。加えて、アミンおよび水がCOと反応して、重炭酸アミンを生成する(RNH2 + H2O + CO2 ⇔ RNH3 + + HCO3 -)。吸収/脱着は、最低エネルギー反応で行うことができる(重炭酸塩⇔炭酸塩)。全てのアミン系が気液接触器およびストリッパを必要とする。ここで説明されている系は、非常に効率的な気液接触器であるという点で好適である。いかなるアミン系でも利点は生じるが、アンモニアが安価であり、アンモニアの反応エネルギーがMEA等のアルカノールアミンより低いことから、炭酸/重炭酸アンモニウムのソーベントを選択した。 Hydrous amine is the current state of the art for CO 2 capture in power plants recognized by those skilled in the art. Amine sorbents include ammonia (NH 3 ), monoethanolamine (MEA), methyldiethanolamine (MDEA), 2-minomethylpropanolamine (AMP), PZ piperazine (PZ), and others. All react first with CO 2 (CO 2 + 2RNH 2 ⇔ RNH 2 COO ⇔ RNHCOOH) to produce amine carbamate. In addition, amine and water react with CO 2 to produce bicarbonate bicarbonate (RNH 2 + H 2 O + CO 2 ⇔ RNH 3 + + HCO 3 ). Absorption / desorption can be performed with the lowest energy reaction (bicarbonate-carbonate). All amine systems require gas-liquid contactors and strippers. The system described here is preferred in that it is a very efficient gas-liquid contactor. While any amine system has advantages, the carbonate / ammonium bicarbonate sorbent was chosen because ammonia is cheaper and the reaction energy of ammonia is lower than alkanolamines such as MEA.

アルカリ炭酸塩は、Na、K、およびCa、炭酸塩/重炭酸塩を含む。アルカリ炭酸塩は、1900年代初期には周辺温度およびCOの圧力吸収の目的に重点的に利用されたが、近年、より効率的なアルカノールアミンに取って代わられた。COの水溶液への吸収速度は通常遅いので、しばしば促進剤(触媒または酵素)を添加して速度を上げている。 Alkali carbonates include Na, K, and Ca, carbonate / bicarbonate. Alkali carbonates were used heavily in the early 1900s for the purpose of ambient temperature and CO 2 pressure absorption, but have recently been replaced by more efficient alkanolamines. Since the absorption rate of CO 2 into an aqueous solution is usually slow, an accelerator (catalyst or enzyme) is often added to increase the rate.

促進剤の例には、ここに参照として組み込むKohl等の「気体精製」、Gulf Professional Publishing、第五版、1997年が記載しているホルムアルデヒド、MEA、DEA、グリシン、および炭酸脱水酵素が含まれる。CO吸収に利用可能な最も速い触媒は炭酸脱水酵素という酵素である(ここに参照として組み込む、MC Trachtenberg、L Bao,SL Goldman等、2004年、第七回温室ガス制御技術に関する国際会議(GHGT−7)、バンクーバ、BCを参照のこと)。アミノ酸も、MEAまたはDEA同等の、あるいはこれらを超えるCOの吸収の促進剤として、Jacco van Holst、Patricia.P.Politiek、John P.M.Niederer、Geert F.Versteeg等、第八回温室ガス制御技術に関する国際会議、2006年における「アミノ酸塩溶液を利用した燃焼排ガスからのCO捕捉」に記載されており、これをここに参照として組み込む。酵素および触媒は反応エネルギーを変化させたり、その均衡点を変更したりしないが、活性エネルギーを低下させ反応速度を数マグニチュードというオーダで増加させたりはする。水中におけるCOの加水分解およびその後の重炭酸塩への反応は非常に遅々たるものである。速度増加の効果は、接触に必要な滞留時間を低下させることで、必要な接触面積を小さくすることである。しかし、生物学的な酵素であることから、CAは温度に反応し易く、高い脱着温度で行われる温度変動プロセスには利用できない。これは、圧力変動プロセスを利用せざるをえないことを意味する。燃焼排ガス中のCOの分圧は約0.15atmなので、純粋なCOを捕捉する場合には、脱着の全圧が大体0.1atm未満である必要がある。CAの他の候補としては、全ての燃焼排ガスを接触前に加圧する方法がある。他の促進剤(DEA等)は、現在のところ高温および高圧で行われるホット炭酸カリウムプロセスで利用されている。 Examples of promoters include formaldehyde, MEA, DEA, glycine, and carbonic anhydrase as described by Kohl et al., “Gas Purification”, Gulf Professional Publishing, Fifth Edition, 1997, incorporated herein by reference. . The fastest catalyst available for CO 2 absorption is an enzyme called carbonic anhydrase (MC Trachenberg, L Bao, SL Goldman et al., 2004, 7th International Conference on Greenhouse Gas Control Technology (GHGT), incorporated herein by reference. -7), see Bankover, BC). Amino acids are also used as promoters of absorption of CO 2 equivalent to or exceeding MEA or DEA as described in Jacco van Holst, Patricia. P. Politiek, John P. M.M. Niederer, Geert F .; Versteeg et al., Eighth International Conference on Greenhouse Gas Control Technology, 2006, “CO 2 capture from flue gas using amino acid salt solution”, which is incorporated herein by reference. Enzymes and catalysts do not change the reaction energy or change its equilibrium point, but lower the activation energy and increase the reaction rate on the order of a few magnitudes. Hydrolysis of CO 2 in water and subsequent reaction to bicarbonate is very slow. The effect of increasing the speed is to reduce the required contact area by reducing the residence time required for contact. However, because it is a biological enzyme, CA is sensitive to temperature and cannot be used for temperature fluctuation processes performed at high desorption temperatures. This means that a pressure fluctuation process must be used. Since the partial pressure of CO 2 in the combustion exhaust gas is about 0.15 atm, when capturing pure CO 2 , the total desorption pressure needs to be less than about 0.1 atm. As another CA candidate, there is a method of pressurizing all combustion exhaust gas before contact. Other accelerators (such as DEA) are currently utilized in hot potassium carbonate processes performed at high temperatures and pressures.

ハイブリッドソーベントは、炭酸ソーベントサンド(sorbentsand carbonate)にアミンを組み合わせたものを利用している。現在利用されている例は、KCO/PZであり、これは、MEAよりエネルギー利用量が少ないことが予期されるピペラジン(PZ)が促進剤として利用されている炭酸カリウム水溶液である。このシステムは現在、テキサス大学オースチン校で研究されている。COの吸収率および負荷は、MEAよりKCO/PZのほうが大幅に大きい。加えて、PZの損失および劣化は、MEAよりも格段に少ないことは、Plasynski等による「炭酸カリウムによる吸収による二酸化炭素捕捉、炭酸隔離、プロジェクトの全貌」、USDOE、NETL、四月(2008年)に記載されている通りである。GLC吸収器のこのシステムへの主要な貢献は、接触効率を高め、フットプリントを小さくし、圧力降下を小さくすることにより、資本および動作コストが達成される、という効果である。 The hybrid sorbent utilizes a combination of carbonate and sorbent sand carbonate with an amine. An example currently used is K 2 CO 3 / PZ, which is an aqueous potassium carbonate solution in which piperazine (PZ), which is expected to use less energy than MEA, is used as an accelerator. This system is currently being studied at the University of Texas at Austin. The absorption rate and load of CO 2 is significantly greater for K 2 CO 3 / PZ than for MEA. In addition, the loss and degradation of PZ is much less than that of MEA, according to Plasyski et al. “Capacity capture by carbon dioxide, carbon sequestration, full picture of project”, USDOE, NETL, April (2008). As described in. The major contribution of GLC absorbers to this system is the effect that capital and operating costs are achieved by increasing contact efficiency, reducing footprint, and reducing pressure drop.

最後に説明する化学吸収/脱着システムはpH変動であり、これはエネルギーコストが非常に高いことから通常は言及されない。COは塩基に似たNaOHで吸収され、酸に似たHClで放出される。結果生じる塩を電解して、酸および塩基を再生する。エネルギー入力は、圧力または温度変動ではなくて、電気化学的に利用される。算出される必要エネルギーは、他のプロセスのものよりずっと高い。それでもこのプロセスは、SO吸収用途に商用化されている。物理ソーベントはグリコール、金属有機フレームワーク(MOF)、イオン液体、海水、および地下塩水を含む。これらは、ソーベントとの化学反応ではなくて、物理的吸収を利用する。化学反応にはエネルギーが関与しないが、脱着プロセスには圧力変化が必要である。 The last described chemical absorption / desorption system is pH variation, which is usually not mentioned due to the very high energy costs. CO 2 is absorbed with NaOH resembling a base and released with HCl resembling an acid. The resulting salt is electrolyzed to regenerate the acid and base. Energy input is utilized electrochemically, not pressure or temperature fluctuations. The calculated energy requirements are much higher than those of other processes. But this process is commercialized in SO 2 absorption applications. Physical sorbents include glycols, metal organic frameworks (MOFs), ionic liquids, seawater, and underground brines. These utilize physical absorption rather than chemical reaction with sorbent. Although chemical reactions do not involve energy, desorption processes require pressure changes.

700psiの合成ガスでCOを燃焼前に分離する処理として提案されている圧力変動プロセス(セレクソルプロセス等)において利用される高温中では、グリコールが最も良好に動作する。気液接触システムは、高圧吸収プロセスには利用できない。 Glycols work best at the high temperatures utilized in pressure fluctuation processes (such as Celexsol process) that have been proposed as a process to separate CO 2 before combustion with 700 psi synthesis gas. Gas-liquid contact systems are not available for high pressure absorption processes.

金属有機フレームワーク(MOF)は、COガスの小さな気泡を包含する分子の「ケージ」である。MOFは非常に選択性が高く、吸収/脱着率が優れており、高いCO容量を有し、気液接触器および液体膜に利用可能である。ただ、高い試薬コストおよび気液接触器では利用された実績がない点がリスクである。 The metal organic framework (MOF) is a “cage” of molecules that contain small bubbles of CO 2 gas. MOF is very selective, has excellent absorption / desorption rates, has a high CO 2 capacity, and can be used for gas-liquid contactors and liquid membranes. However, the high reagent cost and the fact that it has not been used in gas-liquid contactors are risks.

イオン液体は、室温で液体である有機塩であり、水溶液ではない。イオン液体は、COおよびSOの両方を吸収するので、燃焼排ガス洗浄に多いに期待されている。気液接触器および液膜に利用可能である。MOF同様、イオン液体は実験室スケールのみでの合成が可能であり、試薬コストが非常に高くなる可能性がある。さらには、気液接触器でのテストは行われたことがない。 An ionic liquid is an organic salt that is liquid at room temperature, not an aqueous solution. Since ionic liquid absorbs both CO 2 and SO 2 , it is highly expected for combustion exhaust gas cleaning. It can be used for gas-liquid contactors and liquid films. Similar to MOF, ionic liquids can be synthesized on a laboratory scale only, and reagent costs can be very high. Furthermore, no tests with gas-liquid contactors have been performed.

地下塩水または海水に関しては、CO隔離法として好まれている方法が深塩水帯水層への注入であることから、捕捉および隔離の両方として可能性のある方法は、COを天然のアルカリ地下塩水で吸収して、溶液内に再度注入する、というものである。これにより、気体として注入するCOを脱着して圧縮する際のエネルギーが不要となる。地下水のアルカリ度に応じて、吸収率が遅々たるものになり大きな接触面積を必要とする可能性もある。GLC接触器の表面積を非常に大きくすることが完璧な解決法となる。加えて、多くの天然に生じる塩水帯水層がCaおよび/Mgに富んだものであるとはいえ、地下水のアルカリ度をライムにより増強させる必要がある場合もあり、資本および動作コストの最適なトレードオフ関係を考慮に入れる必要がある。 For underground brine or seawater, the preferred method for CO 2 sequestration is injection into a deep saline aquifer, so a potential method for both capture and sequestration is to convert CO 2 to natural alkaline It is absorbed with underground brine and injected again into the solution. Thus, the energy at the time of compression to desorb the CO 2 to be injected as a gas is not necessary. Depending on the alkalinity of the groundwater, the absorption rate may be delayed and a large contact area may be required. A very large surface area of the GLC contactor is a perfect solution. In addition, even though many naturally occurring aquifers are rich in Ca and / Mg, groundwater alkalinity may need to be enhanced by lime, providing optimal capital and operating costs. Trade-off relationships need to be taken into account.

このプロセスは、基本的に無限の吸収および廃棄が可能な(もちろんサイトには依存するが)COまたはSOのいずれか/両方の海水吸収に類似している。加えて、海水には、炭酸塩または硫酸塩として容易に固体沈殿を形成することのできるCaおよびMgがある程度自然に豊富に含まれている。この割合またはその他の所望の割合は、硝酸塩、水酸化物、硫酸塩、炭酸塩、またはハロゲン化物等の様々なマグネシウムおよび/またはカルシウム塩を利用して人工的に生成することもできる。これら塩の可溶性は、出発化合物、pH、対象溶液の温度に依存して劇的に変化するので、当業者は自身の目的および対象となる化合物を考慮に入れる必要がある。 This process is similar to seawater absorption of either / both CO 2 or SO 2 , with essentially unlimited absorption and disposal (depending on the site of course). In addition, seawater is naturally rich in Ca and Mg that can readily form solid precipitates as carbonates or sulfates. This or other desired ratio can also be artificially generated utilizing various magnesium and / or calcium salts such as nitrates, hydroxides, sulfates, carbonates, or halides. Since the solubility of these salts varies dramatically depending on the starting compound, pH, and temperature of the target solution, those skilled in the art need to take into account their own purpose and the compound of interest.

以下の表は、気液接触器に利用可能な様々なCOソーベントシステム間の利点、欠点、および推定コストを比較したものである。

Figure 0005777215
The following table compares the advantages, disadvantages, and estimated costs between the various CO 2 sorbent systems available for gas-liquid contactors.
Figure 0005777215

当業者には本発明の範囲および精神を逸脱しない範囲で本発明に対する様々な変更例および変形例が明らかである。従って本発明は、請求項およびその均等物の範囲内で生じる本発明の変更例および変形例を含むことを意図している。
(項目1)
液体入口と、
気体入口と、
気体出口と、
上記液体入口と上記気体入口と連通し、気体からの擾乱を最小限に抑える形状を有する均一間隔の複数のフラット液体ジェットを生成するノズルアレイと、
気体の通過を実質的に阻みつつ、液体を通過させる気液分離器と、
上記気液分離器と流体連通する液体出口と、
を備える気液接触モジュール。
(項目2)
並列接続された少なくとも2つの気液接触モジュールをさらに備える項目1に記載のモジュール。
(項目3)
直列接続された少なくとも2つの気液接触モジュールをさらに備える項目1に記載のモジュール。
(項目4)
上記気液接触モジュールは、銅、ニッケル、クロム、鋼、アルミニウム、被覆金属、およびこれらの組み合わせからなる群から選択された材料を含む項目1に記載のモジュール。
(項目5)
上記気液接触モジュールは、プラスチック材料を含む項目1に記載のモジュール。
(項目6)
上記気液接触モジュールは、構造ポリマー、ポリイミド、これらの合成物および組み合わせのうち少なくとも1つを含む項目1に記載のモジュール。
(項目7)
上記ノズルアレイは、千鳥構成の複数のノズルを含む項目1に記載のモジュール。
(項目8)
上記気液接触モジュールは、所定の処理要件全体の増分を処理するサイズを有する項目1に記載のモジュール。
(項目9)
上記ノズルアレイは、横流の気液接触モジュールを提供するよう方向付けられる項目1に記載のモジュール。
(項目10)
上記ノズルアレイは、並流の気液接触モジュールを提供するよう方向付けられる項目1に記載のモジュール。
(項目11)
上記ノズルアレイは、逆流の気液接触モジュールを提供するよう方向付けられる項目1に記載のモジュール。
(項目12)
上記ノズルアレイは、約0.2cmを超える距離で分離された少なくとも2つのノズルを含む項目1に記載のモジュール。
(項目13)
上記ノズルアレイは、少なくとも1つの行のノズルを含む項目1に記載のモジュール。
(項目14)
上記ノズルアレイは、均一距離で分離された少なくとも3つの行のノズルを含む項目1に記載のモジュール。
(項目15)
上記ノズルアレイはU型チャネルを含む項目1に記載のモジュール。
(項目16)
上記ノズルアレイはV型チャネルを含む項目1に記載のモジュール。
(項目17)
上記ノズルアレイは、約2mmを超える深さを有するチャネルを含む項目1に記載のモジュール。
(項目18)
上記ノズルアレイは、約2mmから約20mmの範囲の深さを有するチャネルを含む項目1に記載のモジュール。
(項目19)
上記液体入口は、ノズルチャネルに対して約90度の角度で上記ノズルアレイに液体を供給する項目1に記載のモジュール。
(項目20)
上記ノズルアレイは第1の行のノズル、第2の行のノズル、および第3の行のノズルを含み、上記第2の行のノズルは、上記第1の行のノズルおよび上記第3の行のノズルの間に設けられ、上記第2の行のノズルは上記第1の行のノズルおよび上記第3の行のノズルからオフセットされている項目1に記載のモジュール。
(項目21)
上記ノズルアレイは、短軸の長軸に対する比率が0.5未満である少なくとも1つのノズルを含む項目1に記載のモジュール。
(項目22)
上記ノズルアレイは、約0.25mm から約20mm の範囲の投影横断面積を有する少なくとも1つのノズルを含む項目1に記載のモジュール。
(項目23)
上記気液分離器は、動作中の液体のバックスプラッシュを実質的に最小限とする項目1に記載のモジュール。
(項目24)
上記気液分離器は、複数のコンポーネントを含む項目1に記載のモジュール。
(項目25)
上記複数のコンポーネントは、互いとの間に間隔がある複数の湾曲した羽根ポンプを含む項目24に記載のモジュール。
(項目26)
上記複数のコンポーネントは、互いとの間に間隔がある複数の角度付けされた羽根ポンプを含む項目24に記載のモジュール。
(項目27)
上記気液分離器に隣接して設けられた液体ドレインプレナムをさらに備える項目1に記載のモジュール。
(項目28)
気体に混入する液体の少なくとも一部を除去するデミスターをさらに備える項目27に記載のモジュール。
(項目29)
上記デミスターは複数のバッフルを含む項目28に記載のモジュール。
(項目30)
上記デミスターは上記気体出口に隣接して設けられる項目28に記載のモジュール。
(項目31)
上記液体フラットジェットは、水、アンモニア、アンモニア塩、アミン、アルカノールアミン、アルカリ塩、アルカリ土類塩、過酸化物、および次亜塩素酸塩のうち少なくとも1つを含む項目1に記載のモジュール。
(項目32)
上記液体フラットジェットは、カルシウム塩水溶液およびマグネシウム塩水溶液のうち少なくとも1つを含む項目1に記載のモジュール。
(項目33)
上記液体フラットジェットは海水を含む項目1に記載のモジュール。
(項目34)
上記液体入口は塩水を含む項目1に記載のモジュール。
(項目35)
気液接触器で気相分子を処理する方法であって、
各々が平面状の液体シートを含み、それぞれが実質的に平行な平面上に構成されている基本的に平面状の複数の液体ジェットを形成する段階と、
少なくとも1つの反応性または可溶性の気相分子を含む気体を供給する段階と、
上記気相分子の少なくとも一部を、上記気相分子と上記複数の液体ジェットとの間の質量移動による相互作用により除去する段階と、
を備える方法。
(項目36)
上記質量移動による相互作用は、約1秒 −1 から約250秒 −1 の範囲の体積質量移動係数を有する項目35に記載の方法。
(項目37)
上記質量移動による相互作用は、約5秒 −1 から約150秒 −1 の範囲の体積質量移動係数を有する項目35に記載の方法。
(項目38)
上記質量移動による相互作用は、約10秒 −1 から約100秒 −1 の範囲の体積質量移動係数を有する項目35に記載の方法。
(項目39)
上記気体を供給する段階は、
気体の流量の反応チャンバの体積に対する比率が約100分 −1 から約1000分 −1 の範囲である気体を供給する段階を有する項目35に記載の方法。
(項目40)
均一な間隔を有する上記複数のフラット液体ジェットのアレイを形成する段階は、
約2psigから約50psigの範囲の液圧で上記フラット液体ジェットを形成する段階を有する項目35に記載の方法。
(項目41)
上記アレイの上記複数のフラット液体ジェットのうち少なくとも1つは、約1cmより大きい幅を持つ項目35に記載の方法。
(項目42)
上記アレイの上記複数のフラット液体ジェットのうち少なくとも1つは、約1cmから約15cmの範囲の幅を持つ項目35に記載の方法。
(項目43)
上記アレイの上記複数のフラット液体ジェットのうち少なくとも1つは、約10μmから約1000μmの範囲の厚みを持つ項目35に記載の方法。
(項目44)
上記アレイの上記複数のフラット液体ジェットのうち少なくとも1つは、約10μmから約250μmの範囲の厚みを持つ項目35に記載の方法。
(項目45)
上記アレイの上記複数のフラット液体ジェットのうち少なくとも1つは、約10μmから約100μmの範囲の厚みを持つ項目35に記載の方法。
(項目46)
上記アレイの上記複数のフラット液体ジェットのうち少なくとも1つは、約5cmから約30cmの範囲の長さを持つ項目35に記載の方法。
(項目47)
上記アレイの上記複数のフラット液体ジェットのうち少なくとも1つは、約5cmから約20cmの範囲の長さを持つ項目35に記載の方法。
(項目48)
上記アレイの上記複数のフラット液体ジェットのうち少なくとも1つは、15m/秒未満の速度を持つ項目35に記載の方法。
(項目49)
上記アレイの上記複数のフラット液体ジェットのうち少なくとも1つは、約5m/秒から約15m/秒の範囲の速度を持つ項目35に記載の方法。
(項目50)
項目1の装置で気相分子を除去する方法。
(項目51)
上記気相分子は、硫黄酸化物、窒素酸化物、二酸化炭素、アンモニア、酸性ガス、アミン、ハロゲン、および酸素のうちの少なくとも1つを含む項目50に記載の方法。
(項目52)
上記気相分子は、硫黄酸化物を含む項目50に記載の方法。
(項目53)
上記気相分子は、二酸化炭素を含む項目50に記載の方法。
(項目54)
上記気相分子は、窒素酸化物を含む項目50に記載の方法。
(項目55)
上記気相分子は、アミンを含む項目50に記載の方法。
(項目56)
上記気相分子は、塩素を含む項目50に記載の方法。
(項目57)
上記平面状の複数の液体ジェットは、水、アンモニア、アンモニア塩、アミン、アルカノールアミン、アルカリ塩、アルカリ土類塩、過酸化物、および次亜塩素酸塩のうち少なくとも1つを含む項目35に記載の方法。
(項目58)
上記平面状の複数の液体ジェットは、カルシウム塩水溶液およびマグネシウム塩水溶液のうち少なくとも1つを含む項目35に記載の方法。
(項目59)
上記平面状の複数の液体ジェットは海水を含む項目35に記載の方法。
(項目60)
上記平面状の複数の液体ジェットは塩水を含む項目35に記載の方法。
(項目61)
反応チャンバと、
上記反応チャンバに連結された気体入口と、
上記反応チャンバに連結された気体出口と、
上記反応チャンバに連結された液体プレナムと、
上記液体プレナムに連結され、各々が平面状の液体シートを含み、それぞれが実質的に平行な平面上に構成されている基本的に平面状の複数の液体ジェットを提供するノズルアレイと、
上記反応チャンバに連結された気体流体分離器と、
を備える気液接触システム。
(項目62)
上記液体プレナムと流体接触する二次化学処理サブシステムをさらに備える項目61に記載のシステム。
(項目63)
上記気液接触システムは、吸収した硫黄酸化物を亜流酸塩または硫酸塩に鉱化させる項目61に記載のサブシステム。
(項目64)
上記気液接触システムは、吸収したCO を炭酸塩に鉱化させる項目61に記載のサブシステム。
(項目65)
上記気液接触システムは、純粋なCO を三次処理用に放出する項目61に記載のサブシステム。
(項目66)
上記気液接触システムは、吸収した窒素酸化物を反応させて、可溶性の硝酸塩にする項目61に記載のサブシステム。
(項目67)
上記気体出口に設けられるデミスターをさらに備える項目61に記載のシステム。
(項目68)
上記気体出口に連結される気体出口プレナムをさらに備える項目67に記載のシステム。
(項目69)
上記反応チャンバと流体連通する捕捉タンクをさらに備える項目68に記載のシステム。
(項目70)
上記ノズルアレイは、千鳥構成の複数のノズルを含む項目61に記載のシステム。
(項目71)
上記ノズルアレイは、横流の気液接触システムを提供するよう方向付けられる項目61に記載のシステム。
(項目72)
上記ノズルアレイは、並流の気液接触システムを提供するよう方向付けられる項目61に記載のシステム。
(項目73)
上記ノズルアレイは、逆流の気液接触システムを提供するよう方向付けられる項目61に記載のシステム。
(項目74)
上記ノズルアレイは、少なくとも1つの行のノズルを含む項目61に記載のシステム。
(項目75)
上記ノズルアレイはU型チャネルを含む項目61に記載のシステム。
(項目76)
上記ノズルアレイはV型チャネルを含む項目61に記載のシステム。
(項目77)
上記ノズルアレイは、約2mmを超える深さを有するチャネルを含む項目61に記載のシステム。
(項目78)
上記ノズルアレイは、約2mmから約20mmの範囲の深さを有するチャネルを含む項目61に記載のシステム。
(項目79)
上記ノズルアレイは、短軸の長軸に対する比率が0.5未満である少なくとも1つのノズルを含む項目61に記載のシステム。
(項目80)
上記ノズルアレイは、約0.25mm から約20mm の範囲の投影横断面積を有する少なくとも1つのノズルを含む項目61に記載のシステム。
(項目81)
気液接触器であって、
接触液体を供給する流体プレナムと、
上記流体プレナムと連通して、上記流体プレナムから上記接触液体を受け取る接触チャンバと、
上記接触チャンバと連通する気体入口と、
上記接触チャンバと連通する気体出口と、
を備え、
上記気液接触器のシステムは、約5秒 −1 から約250秒 −1 の範囲の体積質量移動係数を有する質量移動による相互作用を行う気液接触器。
(項目82)
ノズルアレイをさらに備える項目81に記載の気液接触器。
(項目83)
上記ノズルアレイは、少なくとも1つの行のノズルを含む項目81に記載の気液接触器。
(項目84)
上記ノズルアレイはU型チャネルを含む項目81に記載の気液接触器。
(項目85)
上記ノズルアレイはV型チャネルを含む項目81に記載の気液接触器。
(項目86)
上記ノズルアレイは、約2mmを超える深さを有するチャネルを含む項目81に記載の気液接触器。
(項目87)
上記体積質量移動係数は、約10秒 −1 から約100秒 −1 の範囲である項目81に記載の気液接触器。
(項目88)
上記体積質量移動係数は、約5秒 −1 から約25秒 −1 の範囲である項目81に記載の気液接触器。
(項目89)
気相分子処理に応じたサイズにすることが可能なように並列配置または直列配置とされる複数のモジュール型気液接触器を備える気相分子処理システム。
(項目90)
上記複数のモジュール型気液接触器の各々は、基本的に平面状の複数の液体ジェットを提供するノズルアレイを含み、上記複数の液体ジェットの各々が平面状の液体シートを含む項目89に記載のシステム。
(項目91)
上記気相分子は、揮発性の有機化合物を含む項目50に記載の方法。



It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made to the present invention without departing from the scope or spirit of the invention. Thus, it is intended that the present invention include modifications and variations of this invention that come within the scope of the following claims and their equivalents.
(Item 1)
A liquid inlet;
A gas inlet;
A gas outlet;
A nozzle array that communicates with the liquid inlet and the gas inlet to generate a plurality of uniformly spaced flat liquid jets having a shape that minimizes disturbance from the gas;
A gas-liquid separator that allows liquid to pass while substantially preventing gas from passing;
A liquid outlet in fluid communication with the gas-liquid separator;
A gas-liquid contact module comprising:
(Item 2)
The module according to item 1, further comprising at least two gas-liquid contact modules connected in parallel.
(Item 3)
The module according to item 1, further comprising at least two gas-liquid contact modules connected in series.
(Item 4)
The module according to item 1, wherein the gas-liquid contact module includes a material selected from the group consisting of copper, nickel, chromium, steel, aluminum, coated metal, and combinations thereof.
(Item 5)
The module according to Item 1, wherein the gas-liquid contact module includes a plastic material.
(Item 6)
The module according to Item 1, wherein the gas-liquid contact module includes at least one of a structural polymer, polyimide, a composite thereof, and a combination thereof.
(Item 7)
The module according to item 1, wherein the nozzle array includes a plurality of nozzles in a staggered configuration.
(Item 8)
The module according to item 1, wherein the gas-liquid contact module has a size for processing an increment of an entire predetermined processing requirement.
(Item 9)
The module of item 1, wherein the nozzle array is oriented to provide a cross-flow gas-liquid contact module.
(Item 10)
The module of item 1, wherein the nozzle array is oriented to provide a co-current gas-liquid contact module.
(Item 11)
The module of item 1, wherein the nozzle array is oriented to provide a reverse flow gas-liquid contact module.
(Item 12)
The module of item 1, wherein the nozzle array includes at least two nozzles separated by a distance greater than about 0.2 cm.
(Item 13)
Item 2. The module of item 1, wherein the nozzle array includes at least one row of nozzles.
(Item 14)
Item 2. The module of item 1, wherein the nozzle array comprises at least three rows of nozzles separated by a uniform distance.
(Item 15)
The module of item 1, wherein the nozzle array includes a U-shaped channel.
(Item 16)
The module according to item 1, wherein the nozzle array includes a V-shaped channel.
(Item 17)
The module of item 1, wherein the nozzle array includes channels having a depth greater than about 2 mm.
(Item 18)
The module of item 1, wherein the nozzle array includes channels having a depth in the range of about 2 mm to about 20 mm.
(Item 19)
The module of item 1, wherein the liquid inlet supplies liquid to the nozzle array at an angle of about 90 degrees to the nozzle channel.
(Item 20)
The nozzle array includes a first row of nozzles, a second row of nozzles, and a third row of nozzles, wherein the second row of nozzles includes the first row of nozzles and the third row of nozzles. The module according to item 1, wherein the second row nozzles are offset from the first row nozzles and the third row nozzles.
(Item 21)
The module according to item 1, wherein the nozzle array includes at least one nozzle having a ratio of a minor axis to a major axis of less than 0.5.
(Item 22)
The module of item 1, wherein the nozzle array includes at least one nozzle having a projected cross-sectional area in the range of about 0.25 mm 2 to about 20 mm 2 .
(Item 23)
A module according to item 1, wherein the gas-liquid separator substantially minimizes back splash of liquid during operation.
(Item 24)
The module according to Item 1, wherein the gas-liquid separator includes a plurality of components.
(Item 25)
25. The module of item 24, wherein the plurality of components includes a plurality of curved vane pumps spaced from each other.
(Item 26)
25. The module of item 24, wherein the plurality of components includes a plurality of angled vane pumps spaced from one another.
(Item 27)
Item 2. The module according to Item 1, further comprising a liquid drain plenum provided adjacent to the gas-liquid separator.
(Item 28)
28. The module according to item 27, further comprising a demister that removes at least a part of the liquid mixed in the gas.
(Item 29)
29. The module of item 28, wherein the demister includes a plurality of baffles.
(Item 30)
29. The module according to item 28, wherein the demister is provided adjacent to the gas outlet.
(Item 31)
The module according to item 1, wherein the liquid flat jet includes at least one of water, ammonia, ammonia salt, amine, alkanolamine, alkali salt, alkaline earth salt, peroxide, and hypochlorite.
(Item 32)
The module according to Item 1, wherein the liquid flat jet includes at least one of an aqueous calcium salt solution and an aqueous magnesium salt solution.
(Item 33)
The module according to Item 1, wherein the liquid flat jet includes seawater.
(Item 34)
A module according to item 1, wherein the liquid inlet contains salt water.
(Item 35)
A method of treating gas phase molecules with a gas-liquid contactor,
Forming a plurality of essentially planar liquid jets, each comprising a planar liquid sheet, each configured on a substantially parallel plane;
Providing a gas comprising at least one reactive or soluble gas phase molecule;
Removing at least some of the gas phase molecules by interaction by mass transfer between the gas phase molecules and the plurality of liquid jets;
A method comprising:
(Item 36)
36. The method of item 35, wherein the mass transfer interaction has a volume mass transfer coefficient in the range of about 1 sec- 1 to about 250 sec- 1 .
(Item 37)
36. The method of item 35, wherein the mass transfer interaction has a volume mass transfer coefficient in the range of about 5 sec- 1 to about 150 sec- 1 .
(Item 38)
36. The method of item 35, wherein the mass transfer interaction has a volumetric mass transfer coefficient in the range of about 10 sec- 1 to about 100 sec- 1 .
(Item 39)
The step of supplying the gas includes:
36. The method of item 35, comprising providing a gas wherein the ratio of the gas flow rate to the reaction chamber volume ranges from about 100 min- 1 to about 1000 min- 1 .
(Item 40)
Forming an array of the plurality of flat liquid jets having uniform spacing;
36. The method of item 35, comprising forming the flat liquid jet at a hydraulic pressure in the range of about 2 psig to about 50 psig.
(Item 41)
36. The method of item 35, wherein at least one of the plurality of flat liquid jets of the array has a width greater than about 1 cm.
(Item 42)
36. The method of item 35, wherein at least one of the plurality of flat liquid jets of the array has a width in the range of about 1 cm to about 15 cm.
(Item 43)
36. The method of item 35, wherein at least one of the plurality of flat liquid jets of the array has a thickness in the range of about 10 μm to about 1000 μm.
(Item 44)
36. The method of item 35, wherein at least one of the plurality of flat liquid jets of the array has a thickness in the range of about 10 μm to about 250 μm.
(Item 45)
36. The method of item 35, wherein at least one of the plurality of flat liquid jets of the array has a thickness in the range of about 10 μm to about 100 μm.
(Item 46)
36. The method of item 35, wherein at least one of the plurality of flat liquid jets of the array has a length in the range of about 5 cm to about 30 cm.
(Item 47)
36. The method of item 35, wherein at least one of the plurality of flat liquid jets of the array has a length in the range of about 5 cm to about 20 cm.
(Item 48)
36. The method of item 35, wherein at least one of the plurality of flat liquid jets of the array has a velocity of less than 15 m / sec.
(Item 49)
36. The method of item 35, wherein at least one of the plurality of flat liquid jets of the array has a velocity in the range of about 5 m / sec to about 15 m / sec.
(Item 50)
A method for removing gas phase molecules with the apparatus of item 1.
(Item 51)
51. The method according to Item 50, wherein the gas phase molecule includes at least one of sulfur oxide, nitrogen oxide, carbon dioxide, ammonia, acid gas, amine, halogen, and oxygen.
(Item 52)
51. A method according to item 50, wherein the gas phase molecules include sulfur oxides.
(Item 53)
51. A method according to item 50, wherein the gas phase molecules include carbon dioxide.
(Item 54)
51. A method according to item 50, wherein the gas phase molecules include nitrogen oxides.
(Item 55)
51. The method of item 50, wherein the gas phase molecule comprises an amine.
(Item 56)
51. A method according to item 50, wherein the gas phase molecules include chlorine.
(Item 57)
The planar plurality of liquid jets may include at least one of water, ammonia, ammonia salt, amine, alkanolamine, alkali salt, alkaline earth salt, peroxide, and hypochlorite. The method described.
(Item 58)
36. A method according to item 35, wherein the plurality of planar liquid jets include at least one of an aqueous calcium salt solution and an aqueous magnesium salt solution.
(Item 59)
36. A method according to item 35, wherein the planar plurality of liquid jets includes seawater.
(Item 60)
36. A method according to item 35, wherein the plurality of planar liquid jets includes salt water.
(Item 61)
A reaction chamber;
A gas inlet connected to the reaction chamber;
A gas outlet connected to the reaction chamber;
A liquid plenum connected to the reaction chamber;
A nozzle array coupled to the liquid plenum, each including a planar liquid sheet and providing a plurality of essentially planar liquid jets each configured on a substantially parallel plane;
A gaseous fluid separator coupled to the reaction chamber;
Gas-liquid contact system comprising.
(Item 62)
64. The system of item 61, further comprising a secondary chemical processing subsystem in fluid contact with the liquid plenum.
(Item 63)
62. The subsystem according to item 61, wherein the gas-liquid contact system mineralizes the absorbed sulfur oxide into a sulfite or a sulfate.
(Item 64)
62. The subsystem according to Item 61, wherein the gas-liquid contact system mineralizes absorbed CO 2 into carbonate.
(Item 65)
Subsystem of claim 61 the gas-liquid contact system, which releases pure CO 2 for tertiary treatment.
(Item 66)
Item 63. The subsystem according to Item 61, wherein the gas-liquid contact system reacts the absorbed nitrogen oxides into a soluble nitrate.
(Item 67)
62. The system according to Item 61, further comprising a demister provided at the gas outlet.
(Item 68)
68. The system of item 67, further comprising a gas outlet plenum coupled to the gas outlet.
(Item 69)
The system of item 68, further comprising a capture tank in fluid communication with the reaction chamber.
(Item 70)
62. A system according to item 61, wherein the nozzle array includes a plurality of nozzles in a staggered configuration.
(Item 71)
62. A system according to item 61, wherein the nozzle array is oriented to provide a cross-flow gas-liquid contact system.
(Item 72)
62. A system according to item 61, wherein the nozzle array is oriented to provide a co-current gas-liquid contact system.
(Item 73)
62. A system according to item 61, wherein the nozzle array is oriented to provide a back-flow gas-liquid contact system.
(Item 74)
62. A system according to item 61, wherein the nozzle array includes at least one row of nozzles.
(Item 75)
62. A system according to item 61, wherein the nozzle array includes a U-shaped channel.
(Item 76)
62. A system according to item 61, wherein the nozzle array includes a V-shaped channel.
(Item 77)
64. The system of item 61, wherein the nozzle array includes channels having a depth greater than about 2 mm.
(Item 78)
64. The system of item 61, wherein the nozzle array includes channels having a depth in the range of about 2 mm to about 20 mm.
(Item 79)
64. The system of item 61, wherein the nozzle array includes at least one nozzle having a minor axis to major axis ratio of less than 0.5.
(Item 80)
62. The system of item 61, wherein the nozzle array includes at least one nozzle having a projected cross-sectional area in the range of about 0.25 mm 2 to about 20 mm 2 .
(Item 81)
A gas-liquid contactor,
A fluid plenum for supplying contact liquid;
A contact chamber in communication with the fluid plenum for receiving the contact liquid from the fluid plenum;
A gas inlet in communication with the contact chamber;
A gas outlet in communication with the contact chamber;
With
The gas-liquid contactor system is a gas-liquid contactor that interacts by mass transfer having a volumetric mass transfer coefficient in the range of about 5 sec- 1 to about 250 sec- 1 .
(Item 82)
82. The gas-liquid contactor according to item 81, further comprising a nozzle array.
(Item 83)
82. A gas-liquid contactor according to item 81, wherein the nozzle array includes at least one row of nozzles.
(Item 84)
82. A gas-liquid contactor according to item 81, wherein the nozzle array includes a U-shaped channel.
(Item 85)
82. The gas-liquid contactor according to item 81, wherein the nozzle array includes a V-shaped channel.
(Item 86)
84. The gas-liquid contactor of item 81, wherein the nozzle array includes a channel having a depth greater than about 2 mm.
(Item 87)
82. A gas-liquid contactor according to item 81, wherein the volume mass transfer coefficient is in the range of about 10 seconds- 1 to about 100 seconds- 1 .
(Item 88)
82. A gas-liquid contactor according to item 81, wherein the volume mass transfer coefficient is in the range of about 5 seconds- 1 to about 25 seconds- 1 .
(Item 89)
A gas phase molecular processing system comprising a plurality of modular gas-liquid contactors arranged in parallel or in series so as to be sized according to gas phase molecular processing.
(Item 90)
90. Each of the plurality of modular gas-liquid contactors includes a nozzle array that provides a plurality of basically planar liquid jets, each of the plurality of liquid jets including a planar liquid sheet. System.
(Item 91)
51. A method according to item 50, wherein the gas phase molecule comprises a volatile organic compound.



Claims (27)

他の気液接触モジュールと並列または直列に配置されるように構成される気液接触モジュールであって、
液体入口と、
前記液体入口と連通するノズルアレイと、
前記ノズルアレイを介して前記液体入口から前記液体を受け取る接触チャンバと、
前記接触チャンバと連通し、前記接触チャンバに気体を供給する気体入口と、
前記接触チャンバと連通し、前記接触チャンバから前記気体を外部へ運ぶ気体出口と
前記接触チャンバの下部に配され、複数の平面状の液体ジェットを形成する液体を収集する液体収集チャンバと、
前記接触チャンバと前記液体収集チャンバとの間に配され、前記複数の平面状の液体ジェットを通過させる穴を有し、前記複数の平面状の液体ジェットを前記気体の流れから分離する気液分離器と、
を備え、
前記ノズルアレイは、前記気体の流れに略平行な前記複数の平面状の液体ジェットを生成するように構成され、
前記ノズルアレイは、
前記接触チャンバの上部に配されたノズル板と、
前記ノズル板に取り外し可能に配される少なくとも1つのノズル行と、
を有し、
前記少なくとも1つのノズル行のそれぞれは、直線状に配された複数のノズルを含み、
前記直線状に配された複数のノズルのそれぞれが、前記複数の平面状の液体ジェットのうちの1つを生成するように構成される、
気液接触モジュール。
A gas-liquid contact module configured to be arranged in parallel or in series with another gas-liquid contact module,
A liquid inlet;
A nozzle array that passing the liquid inlet and communicating,
A contact chamber for receiving the liquid from the liquid inlet via the nozzle array;
A gas inlet in communication with the contact chamber and supplying gas to the contact chamber;
A gas outlet that communicates with the contact chamber and conveys the gas from the contact chamber to the outside; a liquid collection chamber that is disposed at a lower portion of the contact chamber and collects a liquid that forms a plurality of planar liquid jets;
Gas-liquid separation disposed between the contact chamber and the liquid collection chamber and having a hole through which the plurality of planar liquid jets pass and separates the plurality of planar liquid jets from the gas flow And
With
The nozzle array is configured to generate the plurality of planar liquid jets substantially parallel to the gas flow;
The nozzle array is
A nozzle plate disposed at the top of the contact chamber ;
At least one nozzle row removably disposed on the nozzle plate;
Have
Each of the at least one nozzle row includes a plurality of nozzles arranged in a straight line,
Each of the plurality of linearly arranged nozzles is configured to generate one of the plurality of planar liquid jets;
Gas-liquid contact module.
前記少なくとも1つのノズル行の前記複数のノズルのそれぞれは、前記液体入口と連通するU型型または半円形状の液体チャネルに形成されたオリフィスであり、
前記液体チャネルは、2mm以上の深さを有する、
請求項1に記載の気液接触モジュール。
Wherein each of the plurality of nozzles of the at least one nozzle row, the liquid inlet communicating with a U-type, was V-type or a orifice formed in the liquid channel of semicircular,
The liquid channel has a depth of 2 mm or more;
The gas-liquid contact module according to claim 1.
前記少なくとも1つのノズル行の前記複数のノズルは、長円形状のオリフィスを含
前記長円形状のオリフィスの短軸の長軸に対する比率は0.5未満である、
請求項1又は請求項2に記載の気液接触モジュール。
Wherein the plurality of nozzles of the at least one nozzle row, viewed contains an orifice of oblong shape,
The ratio of the minor axis to the major axis of the elliptical orifice is less than 0.5;
The gas-liquid contact module according to claim 1 or 2.
前記オリフィスの開口部の投影面積は、0.25mmから20mmの範囲である
請求項2又は請求項3に記載の気液接触モジュール。
The projected area of the orifice opening is in the range of 0.25 mm 2 to 20 mm 2 .
The gas-liquid contact module according to claim 2 or claim 3 .
前記少なくとも1つのノズル行の前記複数のノズルは、0.2cmを超える距離で分離された少なくとも2つのノズルを含む、
請求項1から請求項4までの何れか一項に記載の気液接触モジュール。
The plurality of nozzles of the at least one nozzle row includes at least two nozzles separated by a distance greater than 0.2 cm;
The gas-liquid contact module according to any one of claims 1 to 4.
前記少なくとも1つのノズル行は、千鳥構成に配された少なくとも2つのノズル行を含む、
請求項1から請求項までの何れか一項に記載の気液接触モジュール。
The at least one nozzle row includes at least two nozzle rows arranged in a staggered configuration;
The gas-liquid contact module according to any one of claims 1 to 5 .
前記ノズルアレイは、前記気体の流れが、前記複数の平面状の液体ジェットの液体の流れに対して、横流、並流又は向流となるように、前記気体の流れに略平行な前記複数の平面状の液体ジェットを生成する、
請求項1から請求項までの何れか一項に記載の気液接触モジュール。
The nozzle array includes the plurality of gas flows substantially parallel to the gas flow such that the gas flow is a cross flow, a parallel flow or a counter flow with respect to the liquid flow of the plurality of planar liquid jets . Producing a planar liquid jet,
The gas-liquid contact module according to any one of claims 1 to 6 .
前記液体入口は、ノズルチャネルに対して90度の角度で前記ノズルアレイに液体を供給する、
請求項1から請求項までの何れか一項に記載の気液接触モジュール。
The liquid inlet supplies liquid to the nozzle array at an angle of 90 degrees to the nozzle channel;
The gas-liquid contact module according to any one of claims 1 to 7 .
前記気液分離器は、前記複数の平面状の液体ジェットのバックスプラッシュを抑制する、
請求項1から請求項までの何れか一項に記載の気液接触モジュール。
The gas-liquid separator suppresses back splash of the plurality of planar liquid jets;
The gas-liquid contact module according to any one of claims 1 to 8 .
前記気液接触モジュールは、銅、ニッケル、クロム、鋼、アルミニウム、被覆金属、プラスチック材料およびポリイミドからなる群から選択された少なくとも1つの材料を含む、
請求項1から請求項までの何れか一項に記載の気液接触モジュール。
The gas-liquid contact module includes at least one material selected from the group consisting of copper, nickel, chromium, steel, aluminum, coated metal, plastic material, and polyimide,
The gas-liquid contact module according to any one of claims 1 to 9 .
前記複数の平面状の液体ジェットは、水、アンモニア、アンモニア塩、アミン、アルカノールアミン、アルカリ塩、アルカリ土類塩、過酸化物、および次亜塩素酸塩のうち少なくとも1つを含む、
請求項1から請求項10までの何れか一項に記載の気液接触モジュール。
The plurality of planar liquid jets include at least one of water, ammonia, ammonia salts, amines, alkanolamines, alkali salts, alkaline earth salts, peroxides, and hypochlorites.
The gas-liquid contact module according to any one of claims 1 to 10 .
前記液体収集チャンバと連通し、前記気液接触モジュールから前記液体を流出させる液体出口と、
前記液体出口に連結され、前記液体収集チャンバに収集された液体を前記液体入口に循環させるポンプと、
を更に備える、
請求項1から請求項11までの何れか一項に記載の気液接触モジュール。
A liquid outlet that communicates with the liquid collection chamber and allows the liquid to flow out of the gas-liquid contact module;
A pump connected to the liquid outlet for circulating the liquid collected in the liquid collection chamber to the liquid inlet;
Further comprising
The gas-liquid contact module according to any one of claims 1 to 11 .
前記接触チャンバと前記気体出口との間に配され、前記気体に混入する前記液体の少なくとも一部を除去するデミスターを更に備える、
請求項1から請求項12までの何れか一項に記載の気液接触モジュール。
A demister that is disposed between the contact chamber and the gas outlet and removes at least a part of the liquid mixed in the gas;
The gas-liquid contact module according to any one of claims 1 to 12 .
前記ノズルの端部には、前記気液接触モジュールのフレームに取り付けられたピンに嵌合するように構成された溝が形成されており、
前記溝は、前記ピンが前記溝に嵌合された場合に、前記ノズルを前記フレームの表面に対して封止するエラストマーシールが加圧されるように形成されている、
請求項1から請求項13までの何れか一項に記載の気液接触モジュール。
At the end of the nozzle plate , a groove configured to fit into a pin attached to the frame of the gas-liquid contact module is formed,
The groove is formed such that when the pin is fitted into the groove, an elastomer seal that seals the nozzle plate against the surface of the frame is pressurized.
The gas-liquid contact module according to any one of claims 1 to 13 .
請求項1から請求項14までの何れか一項に記載の気液接触モジュールを用いて、
前記気体に含まれ、前記液体に対して反応性又は可溶性を有する気相分子を除去する方法。
Using the gas-liquid contact module according to any one of claims 1 to 14 ,
A method of removing gas phase molecules contained in the gas and having reactivity or solubility with respect to the liquid.
前記気相分子は、硫黄酸化物、窒素酸化物、二酸化炭素、アンモニア、酸性ガス、アミン、ハロゲン、および酸素のうちの少なくとも1つを含む、
請求項15に記載の方法。
The gas phase molecule includes at least one of sulfur oxide, nitrogen oxide, carbon dioxide, ammonia, acid gas, amine, halogen, and oxygen.
The method of claim 15 .
前記複数の平面状の液体ジェットを形成する段階と、
前記気相分子を含む前記気体を供給する段階と、
前記気相分子の少なくとも一部を、前記気相分子と前記複数の平面状の液体ジェットとの間の質量移動による相互作用により除去する段階と、
を含む、
請求項15又は請求項16に記載の方法。
Forming the plurality of planar liquid jets;
Supplying the gas containing the gas phase molecules;
Removing at least a portion of the gas phase molecules by mass transfer interaction between the gas phase molecules and the plurality of planar liquid jets;
including,
17. A method according to claim 15 or claim 16 .
前記質量移動による相互作用は、1秒−1から250秒−1の範囲の体積質量移動係数を有する、
請求項17に記載の方法。
The mass transfer interaction has a volume mass transfer coefficient in the range of 1 sec −1 to 250 sec −1 ;
The method of claim 17 .
均一な間隔を有する前記複数の平面状の液体ジェットのアレイを形成する段階は、
13.79kPa(2psi)から344.75kPa(50psi)の範囲の液圧で前記複数の平面状の液体ジェットを形成する段階を有する、
請求項17又は請求項18に記載の方法。
Forming the array of the plurality of planar liquid jets having uniform spacing comprises:
Forming the plurality of planar liquid jets at a hydraulic pressure in the range of 13.79 kPa (2 psi) to 344.75 kPa (50 psi);
19. A method according to claim 17 or claim 18 .
前記気体を供給する段階は、
気体の流量の反応チャンバの体積に対する比率が100分−1から1000分−1の範囲である気体を供給する段階を有する、
請求項17から請求項19までの何れか一項に記載の方法。
Supplying the gas comprises:
Providing a gas whose ratio of gas flow rate to reaction chamber volume ranges from 100 min- 1 to 1000 min- 1 .
The method according to any one of claims 17 to claim 19.
請求項1から請求項14までの何れか一項に記載の気液接触モジュールを複数備える、
気液接触システム。
A plurality of gas-liquid contact modules according to any one of claims 1 to 14 ,
Gas-liquid contact system.
並列または直列に接続される少なくとも2つの前記気液接触モジュールを含む、
請求項21に記載の気液接触システム。
Including at least two gas-liquid contact modules connected in parallel or in series;
The gas-liquid contact system according to claim 21 .
前記気液接触システムは、吸収した硫黄酸化物を亜流酸塩または硫酸塩に鉱化させる、吸収したCOを炭酸塩に鉱化させる、または、吸収した窒素酸化物を反応させて可溶性の硝酸塩にする、
請求項21又は請求項22に記載の気液接触システム。
The gas-liquid contact system mineralizes absorbed sulfur oxides into sulfites or sulfates, mineralizes absorbed CO 2 into carbonates, or reacts absorbed nitrogen oxides to form soluble nitrates. To
The gas-liquid contact system according to claim 21 or claim 22 .
前記気液接触モジュールと連通する二次化学処理サブシステムをさらに備える、
請求項21から請求項23までの何れか一項に記載の気液接触システム。
A secondary chemical processing subsystem in communication with the gas-liquid contact module;
The gas-liquid contact system according to any one of claims 21 to 23 .
複数の前記気液接触モジュールの少なくとも1つにおいて、前記気体に含まれるCOが前記液体に吸収され、
前記気液接触システムは、
前記COを吸収した前記液体から、COを放出させるCOストリッパをさらに備える、
請求項21から請求項24までの何れか一項に記載の気液接触システム。
In at least one of the plurality of gas-liquid contact modules, CO 2 contained in the gas is absorbed by the liquid,
The gas-liquid contact system includes:
From the liquid that has absorbed the CO 2, further comprising a CO 2 stripper to release CO 2,
The gas-liquid contact system according to any one of claims 21 to 24 .
前記気液接触システムは、
前記気体に含まれる気相分子と前記複数の平面状の液体ジェットとの間の質量移動による相互作用により、前記気相分子の少なくとも一部を前記気体から除去し、
前記質量移動による相互作用は、5秒−1から250秒−1の範囲の体積質量移動係数を有する、
請求項21から請求項25までの何れか一項に記載の気液接触システム。
The gas-liquid contact system includes:
Removing at least a portion of the gas phase molecules from the gas by an interaction by mass transfer between the gas phase molecules contained in the gas and the plurality of planar liquid jets;
The mass transfer interaction has a volumetric mass transfer coefficient in the range of 5 sec- 1 to 250 sec- 1 .
The gas-liquid contact system according to any one of claims 21 to 25 .
第1の気液接触モジュール及び第2の気液接触モジュールを含み、
前記第1の気液接触モジュールの前記気体入口には、酸性ガスを含む気体が供給され、
前記第1の気液接触モジュールの前記液体入口には、アンモニアを含み、pHが7を超える液体が供給され、
前記第2の気液接触モジュールの前記気体入口には、前記第1の気液接触モジュールの前記気体出口から排出された気体が供給され、
前記第2の気液接触モジュールの前記液体入口には、アンモニアを捕捉するのに適した条件に調整された液体が供給される、
請求項21から請求項26までの何れか一項に記載の気液接触システム。
Including a first gas-liquid contact module and a second gas-liquid contact module;
A gas containing an acid gas is supplied to the gas inlet of the first gas-liquid contact module,
The liquid inlet of the first gas-liquid contact module is supplied with a liquid containing ammonia and having a pH higher than 7.
Gas discharged from the gas outlet of the first gas-liquid contact module is supplied to the gas inlet of the second gas-liquid contact module,
A liquid adjusted to conditions suitable for capturing ammonia is supplied to the liquid inlet of the second gas-liquid contact module;
The gas-liquid contact system according to any one of claims 21 to 26 .
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