JPH06502585A - ミスト除去器を備えた気液接触カラム及びミスト除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 気体及び液体を接触させる気液接触用充填物含有基は、蒸留、吸着、洗浄、はぎ 取り及び他の用途、またそれらに限らず、種々の処理及び化学的操作に使用され 、通常、カラム中の充填物の上面に対し、下方へ向う液体流を均一に分配するた めの液体分配手段を含んでいる。充填物はランダムに、すなわち投げ入れられた ものであったり、充填もしくは構造的に充填されたり、その組み合わせであった りする。気液接触塔はたとえば、硫酸の製造に使用する吸着塔内における気体及 び液体のように、腐食性の液体を使用した接触及びその処理に用いられる。気液 吸着接触塔は三酸化硫黄を含む上昇ガス流から、吸着液体流として作用する比較 的希薄な硫酸の下降液体流との逆流接触によって、三酸化硫黄を吸着するのに使 用される。希薄硫酸吸着液はカラムの上部に導入され、そして、一般には管状ま たはトラフ状の主分溜器に導入される。分溜器は垂直分溜管を有する複数の延長 アームを有し、垂直管の端部は気液接触用のカラムに使用されるランダムの充填 物よりも一般には小さなサイズのランダムの充填物内に向がって延びているかも しくはそこに埋め込められている。垂直液体分溜管の端部の周りに小さなランダ ムの充填物を使用すると、腐食性流体の飛散および、しぶきやミストの形成が少 なくなり、形成されるミスト、すなわち、充填されたベッドの表面を過ぎ去る二 酸化硫黄ガス中の硫酸小滴が除去される。

高腐食性気体及び液体のためのこのような操作では、充填物はセラミック型材料 のランダムの充填物、例えば、リング状またはサドル状のセラミックであり、カ ラムの充填物の主要部分は例えば約３インチ（１インチは２５．４ｍｍ）のサイ ズで、そのサイズは変更可能であり、管の端部を埋め込むのに使用するランダム の充填物は通常１．５から２インチのサイズである。管状液体分溜器は通常、腐 食を許容する重い鋳鉄から構成されたり、腐食性液体のしぶきやミストに対する 耐性を備えた外来の金属から構成されている。はぼ垂直な複数の液体分溜管、た とえば、１平方フイートのカラム断面積あたり、１から４個の分溜管を含む管状 分溜器は、硫酸のミスト形成及び飛散を避けるため、ランダムのセラミック充填 物の頂部表面に向けて硫酸洗浄液を供給するために設計される。特に硫酸、塩酸 その他の腐食性液体材料を製造する場合のように、腐食性液体の気液接触におい ては、しぶきやミストを減らすために改良された新たな方法及び構造を提供する ことが望まれ、高価で、重いあるいは外来の金属製液体分溜器の使用を避けるた め、妥当なコストで耐腐食性の分溜器を使用することが望まれる。従って、しぶ き及びミストの除去能力を改良した気液カラム及び、気液接触カラム中における 腐食性液体のしぶき及びミストの発生を低減する方法を提供することが望まれる 。

発明の概要 本発明は改良されたミスト除去器を存する気液接触カラム及び、液体、特には気 液充填カラム中の腐食性液体のしぶき及びミストの発生を低減する方法に関する 。特に本発明はしぶき及びミスト発生についての問題を低減し、低廉で耐腐食性 の分溜器の使用を可能にする液体分溜器を備えたプレート型充填物を有する気液 接触カラムの構造に関する。

本発明の気液充填カラムはその上部に構造的な充填物層及び複数のトラフ型液体 分溜器を含み、分溜器の底面は構造的充填物層の頂面に直接配置され、分溜器は 液体を分溜器から構造的充填物の流路に直接供給するために、その底面に孔を有 する１通常、トラフ型分溜器は平坦で水平な底部にほぼ等間隔をおいて形成され た複数の孔を有し、プラスチックやセラミック材料などの耐腐食性材料からなり 、その平坦な底面は構造的充填物層の支持ベッドの頂部に直接配置されている。

充填物上の分溜器は充填物頂面の一部を閉塞し、よって上昇ガス流は分溜器の底 面から退くとき、分溜器からの液体が構造的充填物に進入する閉塞領域から逸ら され、それにより、第一の気液接触が数インチ、例えば、２インチ以上、例えば 、２から６インチにねったって構造的充填物層の内部で生じる。上昇ガス流が構 造的充填物層の頂面に退くまでの途中にある間、充填物内の液体分溜によって形 成されたミストやしぶきは上昇ガス流と混合される。従って、上部充填物層の上 部はミスト及びしぶきの除去器として機能する。

任意に及び必要により、より深いミスト除去器が要求される場合、トラフ型分溜 器間の間隙及び分溜器とカラム側部との間の間隙には、同一もしくはサイズの異 なる構造的充填物を適合させることが可能である。それにより、上方へのガス流 が分溜器の直下において構造的充填物層の頂面から退き、かつ分溜器トラフ間の 間隙を通って流れるとき、それは再び、しぶき及びミストの除去のために特に設 けた充填物を通過する。気液カラム及び方法はしぶき及びミストの除去、特には 気液接触中の腐食性液体の除去、及び、酸または酸含有物質、例えば硫酸の製造 に際して、腐食性液体の除去という課題に対し明確でユニークなアプローチを提 供する。

構造的充填物の上部層を使用すると、初期の気体及び液体の接触が構造的充填物 層の頂面のほぼ下方で最初に生じることは確実である。この方法によれば、小さ なランダム型充填物およびそれに伴う問題、例えば、小さな充填物が下方の充填 物内へ移動して、生産を減少させたり、圧力降下を増大させるなどの問題が回避 される。気液カラム及び方法は充填物の使用、すなわち、板あるいは薄板などの 構造的な充填物層の使用を許容し、質、すなわち、ミストやしぶきの除去のため の特別な設計を許容し、一方では、充填物の残りの層及び下部の層を構造的、ラ ンダムあるいはその組み合わせのいずれかにして、気液塔、すなわち気液カラム を設計することができる。また、気液カラム及び方法を使用すると、妥当なコス トで真に耐腐食性の分溜器を使用でき、現在腐食性液体の気液接触操作に使用さ れている高価で重い鋳鉄または外来金属製の分溜器の使用を回避でき、その使用 に伴うダウンタイム（ｄｏｗｎｔ　ｉｍｅ）及びコストを減少できる。

本発明の実施に当たっては広範な液体分溜器を使用でき、例えば、耐腐食性の液 体分溜器、好ましくは七うミック製、すなわち、磁器、石器、またはプラスチッ ク製のものを使用できる。それらは一般に、主分溜器と、はぼ等間隔を隔てて配 置されるとともに、その主分溜器から延び、構造的充填物層の頂部をその下に置 いて上面はぼ全体を横切って延びる平行な複数の分溜トラフと、を有する。それ により、使用される液体が下方に流れ、構造的充填物層をほぼ均一に横切ってそ の頂面に直接到達して分溜される。液体分溜器はほぼ矩形状の平坦な底面を有す るべきであり、その底面には間隔を隔てて位置する複数の孔を有する。孔は下方 に向かう液体の流れが構造的充填層に直接導入されて、その内部のほぼ垂直な流 路に導入されるように、下方に向かって整列して延びている。平坦で水平な底面 に孔を備えた広範なトラフ型分溜器を使用でき、その好適な一例としてセラミッ ク製トラフ型分溜器が、ここに参照文献として編入された１９９０年３月１日出 願の米国特許出願第０７／４８７，１９１号（特に、図１及び３参照）に開示さ れている。

孔の数、形状、位置及びサイズは特定の操作及び所望される液体流に依存して変 更可能である。

構造的充填物層は最上部充填物層としてカラム内に配設され、ミストあるいは飛 沫を除去するか又は減らすように設計する必要がある。さらに充填物層は耐腐食 性材料、特にプラスチックあるいはセラミック材料で形成される必要がある。

液体分溜器の底面から流れ出る液体は充填物層の上部領域内での気液接触を避け るために、充填物層の流体通路に直接入らなければならない６分溜器及び整列さ れた充填物は気液接触を、例えば構造的充填物層の最上面から２〜４インチある いはそれより低い位置で行う必要があり、これによって腐食飛沫、あるいはミス トの形成を避けることができる。構造的充填物層の深さは一定でなく、例えば約 ２〜２４インチに制限されることはなく、４〜１２インチであることもある。そ して、その構造的充填物層はカラム内の下方に使用されている構造的充填物層と 同様であったり、また異なる場合もあり、または、カラムはもし必要なら、ラン ダムな湿った充填物を含まないこともある。一般に、気液接触カラムは数層の構 造的充填物を備えており、良好な気液接触を提供するために順序及び配置が変え られている。

本発明の目的に合致した構造的充填物層の１つの形態は、隣接するプレートの波 型を互いに違った方向に配向して置かれており、はぼ軸方向に、垂直な流路を形 成している複数の波型のラメラ（薄板）あるいはプレートからなる構造的充填物 を備える。隣接する充填物は角度方向に互いにオフセットが与えられており、こ の内容に間しては、例えば米国特許３，７８５，６２０に記載されており、ここ にその全内容を備えるものとする。一般に、トラフ分溜器を載置する層で構成さ れる前述のような構造的充填物は、流路がほぼ垂直になるように、さらに、液体 を水平トラフの底面から流出させ、垂直に延びる流路中へ直接流れ込むように設 計されている。一方、隣接した下方の層は改善された気液接触用の典型的なオフ セットとして使用されることがある。好ましい構造的充填物はセラミックで波状 に形成されたフレクサーラミンク（ＦＬＥＸＥＲＡＭＩＣ）　（カンサス州ウィ チタのコツホ・エンジニアリング・インコーホレイテッドの商標（Ｋｏｃｈ　Ｅ ｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、　Ｉｎｋ、　Ｗｉｃｈｉｔａ、　Ｋａｎｓａｓ）　）で ある。

さらなる選択として、しかし望ましくは、上部の構造的充填物層による飛沫及び ミストの除去効率に基づいて、さらなる充填物及び、分溜器が載置されている構 造的充填物と同様の、あるいは同じ型の構造的充填物を、分溜器と分溜器との間 及び、分溜器とカラムの側部との間に、例えば１〜１２インチあるいはそれ以上 の深さでミスト及び飛沫を低減するように配設してもよい、トラフ間、及びトラ フとカラムの側部との間に、その他のタイプのミスト除去装置を使用してもよい ことが知られている。これは例えば、異なる構造の充填物、ランダム充填物、フ ァイバー及び耐腐食性材料のメツシュ等であり、適合する流体圧容量を有してい る。

トラフ分溜器の縦軸及び、構造的充填物のラメラあるいはシートの平面は、互い に色々な角度を有している。しかしながら一般的に、分溜する目的として好まし い配置は、トラフ分溜器の軸がほぼ充填物の上部層の構造的充填物の平面と直角 であることである。一方、機械的及び流体的な目的として、トラフ分溜器間のラ メラ充填物の平面はトラフの軸に平行であることが好ましい。

分溜基管がランダム充填物内に埋め込まれている従来技術において、埋め込ま− れた管内に存在する液体は、管の端部及び同端部に隣接する充填物のランダムな 物理的配置によって、まちまちの障害に遭遇することとなり、分溜の質は変化し 、悪影響を生じる。整列されたトラフ分溜器を使用することは、液体の進路を構 造的充填物の流路内に変え、分溜の変動を回避することができる。さらに、液体 が管の端部に存在する時、その液体はランダム充填物に色々な角度で衝突する。

水平面に衝突する液体はミストを発生し、一方、垂直面においては、液体はトラ フ分溜器内の孔から垂直流路内に流れ込み、ミストの発生は抑えられる。

気液カラム及びその方法は、各種の操作に、例えば、腐食あるいは有毒ガス及び それらの液体に限られることなく、さらに、硫酸吸収、塩化水素吸収、メッキ溶 剤濃縮、塩素化装置、酸性ガスの除去及び浄化、有機酸の浄化、臭素及び塩素の テスト除去操作等に限られることはない。

本発明は説明のために、ある特定の実施例に関連してのみ述べられているが、当 業者によってなされる、実施例に対する色々な変更、付加及び改良は発明の範囲 内に含まれるものとする。

簡単な図面の説明 図１は本発明の気液接触の垂直方向の断面図である。

図２は図１の気液カラムの上部層を示す要部拡大断面図である。

実施例の説明 図１に示すように、気液接触塔１０は三酸化イオウＳＯｓガスを導入する下部流 入口１４と、液状の稀硫酸Ｈ，ＳＯ，を導入し、メインの液体予備分溜器２０に 濃縮して集める上部流入口１８とを有するカラムシェル１２からなる。予備分溜 器２孔３８を備え、流入口１８から下方に流れる稀硫酸の分溜を制御する。カラ ムシェル１２は濃縮された硫酸Ｈ，ＳＯ４を排出する下部流出口１６を備え、そ の硫酸Ｈ＊ＳＯｔは、三酸化イオウＳＯ５を含むガスから三酸化イオウＳＯ５を 稀硫酸に吸収させて生成される。さらに、カラムシェル１２は、はとんど三酸化 イオウＳＯｓを含まないガスを放出する上部ガス放出口４０を備えている。

カラムシェル１２は下部充填物支持格子３４及び、複数の構造的充填物２４゜２ ６．２８．３０及び３２を備えており、各々の層の深さは６〜１２インチであり 、互いに隣接する層とで異なる流路方向を有している。それぞれの層は複数の波 状のラメラからなるセラミックの構造的充填物で、例えば、フレフサ−ラミック （ＦＬＥＸＥＲＡＭＩＣ）という名で知られる構造的充填物である。構造的充填 物２４は、はぼ垂直な直立部内のラメラの波状のシートの間に、はぼ垂直で波状 に形成された流路と、構造的充填層２４の上部面上に直接載置され、水平の底面 が平らな四角形のトラフ分溜器２２として示されている０分溜器２２の縦方向の 軸は充填物層２４のプレートに対して垂直である。構造的充填物の孔３８は充填 物層の直角流路全体にわたって配設されている０例えば２〜６インチの深さにフ レフサ−ラミック（ＦＬＥＸＥＲＡＭＩＣ）等のセラミック材で構成された、付 加的な構造的充填物３６は、そのプレートをトラフ２２の縦方向軸に平行にする ように、個々のトラフ分溜器２２間に、さらにカラムシェル１２の内壁との間に ミスト除去部として配設されている。

作用時、上方に昇って（る三酸化イオウ５（Ｉｓを含むガスは流入口１４から導 入され、支持格子３４及び構造的充填物層３２−２４を経てカラム内を上方に移 動する。そして、そのガスは、流入口１８から予備分溜器２０及び孔３８を通っ て導入される下方に流れる稀硫酸と接触する。こうして、下方に流れる液体は上 方に昇ってくる三酸化イオウＳＯ２を含むガスと気液接触を行う、稀硫酸に三酸 化イオウＳＯ５が吸収されることにより、より濃縮された硫酸が生産される。濃 縮された硫酸は流出口１６から排出される、一方、はとんど二酸化イオウＳＯ５ 含まないガスが上部ガス放出口４０から放出される０分溜器２２の底面は構造的 充填物層２４の上面に直接載置されているため、分溜器は直接分溜点の数を増加 させ１図２の矢印で示すようにガスをトラフ分溜器２２の側方へ導くことにより 、液滴同伴を減少することができ、初期の気液接触を層内のある深さから始める ことができる。これにより、飛沫あるいはミストを除去するために、より小さな ランダム充填物を使用し、液体分溜管を埋め込むといった現状の技術の問題点を 回避することができる。

図２は図１の気液カラムの一部を拡大した部分図で、はぼ垂直の流路を有し、ト ラフ分溜器２２の底面に形成された孔３８を有する充填物層２４を示し、稀硫い て、上昇するガス流パターンを示しており、ガスを分溜器の側方へ導いているこ とを示している。そのため、トラフ分溜器２２のいずれかの側方に配設された構 造的充填物層３６はさらなるミスト除去機能を提供することができる。

図に開示されているように、トラフ型の液体分溜器２２は構造的充填物の上面に 直接載置されており、硫酸ミスト及び飛沫の形成が減少されるため、安価な耐腐 食性分溜器を使用することが可能で、従来技術における腐食性液体の気液接触に 伴う問題を回避することができる。

図１ 国際調査報告

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．ａ）上方へ向かって流れるガス流を導入するための入口を下端部に有するカ ラムと、 ｂ）下方へ向かって流れる液体を導入するためのカラム上部における入口と、ｃ ）液処理されたガス流を回収するためのカラム上部における出口と、ｄ）ガス処 理された液流を回収するためのカラム下部における出口と、当該カラムは気液接 触を促進するための充填エレメントを含むことと、ｅ）前記液体の入口から前記 充填エレメントへ液体を分配するための液体分溜器と、を備えた気液接触カラム において、ｉ）カラム径をほぼ横切るように配置されると共に、上面と、この上 面へ延びるほぼ直立したフローチャネルを形成する複数のラメラとを有する構造 的充填物を備えた上部充填層と、 ｉｉ）略平行で、間隔を隔てて設けられた複数のトラフ型液体分溜器と、を備え ており、 前記各分溜器は、構造的充填物層の上面に直接液体を分配するためにカラム直径 をほぼ横切って配置された、液体分溜孔を備えた略平らな底面を有しており、液 体分溜器の前記底面は構造的充填物層の上面にあり、液体分溜器の孔は前記分溜 器のフローチャネルと一致し、 このために、前記入口に導入され、かつ、前記底面の孔を介して前記液体分溜器 から分配された液体が、直接、前記構造的充填物層の流通路面に導入され、液体 及び蒸気が最初に接触するときのミストやしぶきの発生を低減してなる気液接触 カラム。
2. ２．前記カラムは、カラムの充填エレメントとしての複数の構造的充填物層から なっている請求項１に記載の気液接触カラム。
3. ３．前記液体分溜器は、上部構造的充填物層の頂面上に乗っている平坦な底面を 有するところの、複数の略矩形状のセラミック又はプラスチック製の液体分溜ト ラフを備えてなる請求項１に記載の気液接触カラム。
4. ４．耐腐食性の構造的充填物の上部層は、約２インチ〜２４インチの厚みを有し てなる請求項１に記載の気液接触カラム。
5. ５．前記充填エレメントは、互いに接触する複数のラメラから構成された構造的 充填物の複数層からなり、各ラメラはうねりを有しており、隣接するラメラのう ねりは異なる方向に配向し、かつ、各層におけるラメラは隣接するラメラ層に対 してある角度で配置されている請求項１に記載の気液接触カラム。
6. ６．トラフ分溜器の縦軸は、ラメラ面に対して略垂直である請求項１に記載の気 液接触カラム。
7. ７．液体分溜トラフの側面間、及び、前記トラフとカラムの側面との間に、ミス ト除去層を提供する充填物質の層を更に備えてなる請求項１に記載の気液接触カ ラム。
8. ８．分溜器の縦軸に略平行なラメラ面を備えた、略直立の流通路を形成する複数 のラメラを含んでなるセラミックタイプの構造的充填物質を、前記充填物質が備 えてなる請求項７に記載の気液接触カラム。
9. ９．セラミックの構造的充填物質は、約２インチ〜１２インチの深さを有してな る請求項８に記載の気液接触カラム。
10. １０．ａ）上方へ向かって流れるガス流を導入するための入口を下端部に有する カラムと、 ｂ）下方へ向かって流れる液体を導入するためのカラム上部における入口と、ｃ ）ガス処理された液流を回収するためのカラム下部における出口と、当該カラム は気液接触を促進するための充填エレメントを含むことと、ｄ）前記液体の入口 から前記充填エレメントへ液体を分配するための液体分溜器と、を備えた気液接 触カラムにおいて、ｉ）カラム径をほぼ横切るように配置されると共に、上面と 、互いに接触する複数のラメラとを有する構造的充填物を備えた上部充填層であ って、各ラメラはうねりを有しており、隣接するラメラのうねりが異なる方向に 配向し、かつ、各層におけるラメラが隣接するラメラ層に対してある角度で配置 されて、略直立の流通路を区画する上部充填層と、 ｉｉ）略平行で、間隔を隔てて設けられた複数のトラフ型液体分溜器であって、 各分溜器は、カラム直径をほぼ横切って配置された、複数の液体分溜孔を備えた 略平らな底面を有しており、液体分溜器の前記底面は構造的充填物層の上面にあ り、液体分溜器の孔は前記構造的充填物層の流通路と略一致し、前記構造的充填 物層の流通路に直接液体を分配するという液体分溜器と、ｉｉｉ）液体分溜トラ フの縦軸は、前記構造的充填物層のラメラ面に対して略垂直であることと、 ｉｖ）液体分溜トラフの側面間、及び、前記トラフとカラムの側面との間にある 、追加のミスト除去を提供する構造的充填物質の層と、を備えてなる気液接触カ ラム。
11. １１．気液接触塔におけるにおけるしぶきとミストの発生を低減する方法であっ て、 ａ）略直立の複数の流通路を形成する複数のラメラを備えてなる耐腐食性の構造 的充填物質の上部層の頂面上に、底面において孔を有する１以上のトラフ型液体 分溜器の底面を直接に載置することと、ｂ）前記分溜器の孔を前記流通路と一致 させることと、ｃ）液体が流通路の内側に導かれるように構造的充填物層を通っ て上昇するガス流を通過させつつ、前記底面の孔を介してのトラフ型分溜器から の液体を、前記構造的充填物の直立した流通路内に直接に流すことと、とを備え てなり、上に向かって流れるガスによって下へ向かって流れる液体のしぶきとミ ストの形成が低減されると共に、下へ向かう液体と上に向かうガスとは、構造的 充填物層の内部で最初に接触するという方法。
12. １２．トラフ型分溜器の側面間、及び、トラフ型分溜器とカラム側壁との間にお けるミストの発生を低減するために充填物質を配置することを含んでなる請求項 １１に記載の方法。
13. １３．前記構造的充填物層は、互いに接触する複数のラメラを備えており、各ラ メラはうねりを有しており、隣接するラメラのうねりは異なる方向に配向し、か つ、各層におけるラメラは隣接するラメラ層に対してある角度で配置されている 請求項１１に記載の方法。
14. １４．前記構造的充填物層は、約２インチ〜２４インチの厚みを有してなる請求 項１１に記載の方法。
15. １５．ラメラ面に対して略垂直である前記分溜器の縦軸と、前記流通路とを一致 させることを含んでなる請求項１１に記載の方法。
16. １６．上へ向かう腐食性酸性ガスをカラムの底部に導入することと、下へ向かう 液体腐食酸を液体分溜器に導入することと、処理された濃縮液体流をカラムの底 部から回収することを含んでなる請求項１１に記載の方法。
17. １７．前記ガス流は三酸化硫黄含有ガス流であり、下へ向かう前記液体は希硫酸 であり、前記回収された処理流は濃縮された硫酸である請求項１６に記載の方法 。
18. １８．構造的充填物質の上層の頂面上、並びに、分溜器の側面間、及び、分溜器 の側面と気液カラムの側面との間に第２の構造的充填物質を載置し、ミスト除去 層を形成することを含んでなる請求項１１に記載の方法。
19. １９．前記第２の構造的充填物質は直立した流通路を区画するための複数のラメ ラを備えており、前記ラメラの面は分溜器の縦軸に対して略平行に位置決めされ ている請求項１８に記載の方法。