WO2013015415A1 - ガス分離装置及び充填材 - Google Patents

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健 黄
伸介 松野
篤志 村上
良行 磯
加藤　真理子
健司 高野
藤原　直樹
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株式会社Ihi
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Definitions

  • the present invention relates to a gas separation device that absorbs and separates a specific target gas component contained in a gas to be treated into an absorbent, and a filler used therefor, and in particular, a gas to be treated such as exhaust gas is brought into gas-liquid contact with the absorbent.
  • a gas purification device for removing harmful gases, or a mixed gas that absorbs a target gas component such as carbon dioxide contained in the gas to be processed into an absorption liquid and separates or recovers it from the gas to be processed The present invention relates to a gas separation device useful as a separation device for separating a specific gas component and a filler used therefor.
  • gas separation devices that separate, remove, or recover a specific gas from a gas to be treated such as exhaust gas containing various types of gas using gas-liquid contact are used in chemical plants, thermal power plants, and the like.
  • a carbon dioxide recovery device carbon dioxide is separated by absorbing and absorbing an absorption liquid such as an aqueous solution of monoethanolamine and a gas containing carbon dioxide, and the gas-liquid is heated while heating the absorption liquid after absorption. By contacting, carbon dioxide is released into the gas phase and recovered.
  • absorption of the specific gas components by the absorbing liquid is achieved using gas-liquid contact.
  • the apparatus for performing gas-liquid contact has a filler for increasing the contact area between the absorbing liquid and the gas, and makes the absorbing liquid and the gas contact with the gas on the surface of the filler so that the specific gas component in the gas. Is absorbed.
  • the absorption liquid may not flow uniformly on the surface of the filler due to the effect of surface tension, the liquid film of the absorption liquid flowing on the surface of the filler converges, and the contact area between the absorption liquid and the gas decreases. .
  • the gas-liquid contact area is reduced, even if the supply flow rate of the absorbing liquid is the same, the absorbing liquid converges on the filler and the flow rate of the absorbing liquid increases. Becomes shorter. As a result, there is a problem that the amount of absorption through contact between the absorbing liquid and the gas is reduced.
  • the gas-liquid contact surface of the filler in order to increase the gas-liquid contact area, has a rough surface portion having a center line average roughness of 50 ⁇ m or more and a plurality of perforated holes. It is comprised so that it may consist of either the porous surface part which has, or a net-like material.
  • the gas-liquid contact surface is made of a material in which a net-like body is attached to the surface of a plate-like body in order to increase the gas-liquid contact area.
  • the gas-liquid contact unit is configured by gas-liquid contact units in which a large number of three-dimensional fabric knitted fabrics are arranged in a vertical or substantially vertical direction.
  • a plurality of mesh bodies having a size sufficient to cover the cross section of the gas-liquid contact area are arranged and fixed at intervals in the traveling direction of the mixed gas.
  • the mesh body may be composed of expanded metal. According to this document, a part of the jetting liquid collides and scatters on the surface of the linear part forming the mesh of the net-like body, and the remaining part of the jetting liquid covers the side face of the linear part in a thin film shape and travels along the side face In contact with the gas mixture during flow down to produce an aerosol.
  • Patent Documents 1 to 3 have a problem that the processing of the filler takes time and the cost is significantly increased.
  • a mesh body such as a wire mesh or a three-dimensional knitted fabric is structurally soft, so it is difficult to stand alone, or the shape tends to be distorted when standing and processing, and a support member such as a plate body is required. Therefore, there has been a problem that the weight of the whole filler increases. As the weight of the filler increases, the support structure for the filler also increases in weight and size.
  • the direction in which the gas flows is horizontal in the filler, or the filler is stacked so as to be substantially perpendicular to the direction in which the gas flows. Therefore, there is a problem that the filler obstructs the gas flow, the pressure loss increases, and the energy efficiency decreases.
  • the present invention was devised in view of the above-described problems, and can achieve good gas-liquid contact and absorption while suppressing an increase in pressure loss in gas-liquid contact, and a shape when standing and performing processing.
  • An object of the present invention is to provide a gas separation device and a filler used therefor, which can reduce the manufacturing cost and the operation cost by suppressing the distortion of the gas and reducing the weight.
  • the gas separation device causes the absorbent to flow down along the surface of the filler disposed in the processing tank, and the target gas in the processing tank.
  • a gas to be treated containing a component is supplied, and a gas component in the gas to be treated is brought into contact with the gas to be treated by bringing the gas to be treated into contact with the gas to be treated, which flows down along the surface of the filler.
  • a gas separation device that separates or recovers the gas to be treated from the gas to be treated, wherein the filler has at least one filling unit constituted by a plurality of expanded metal plates that are vertically arranged in parallel.
  • the absorption liquid in the gas processing apparatus for absorbing the target gas component contained in the gas to be processed into the absorption liquid, is used to sufficiently contact the absorption liquid and the gas to be processed. Is provided so as to flow down along the surface, and has at least one filling unit composed of a plurality of expanded metal plates that are vertically arranged in parallel.
  • the filling unit includes a bundling member that collects the plurality of expanded metal plates in parallel, a spacer for providing a fixed interval between the plurality of expanded metal plates, and a circumference of the plurality of expanded metal plates.
  • You may have an annular member which fixes a some expanded metal board integrally.
  • a penetrating member that penetrates the plurality of expanded metal plates can be used as the consolidating member, and a plurality of the expanded metal plates are formed by forming through holes for penetrating the penetrating member in the plurality of expanded metal plates.
  • An upright portion formed by bending a part of the strand constituting the wire so as to stand upright in the thickness direction at the edge of the through hole can be used as the spacer.
  • the plurality of expanded metal plates are composed of strands inclined at an angle ⁇ (provided that 0 ° ⁇ ⁇ 90 °) with respect to the vertical direction, and those having the angle ⁇ of 48 to 73 ° can be suitably used.
  • the gas separation device can be applied to an absorption tower of a carbon dioxide recovery device by using carbon dioxide as the target gas and, for example, an amine compound aqueous solution as the absorption liquid.
  • a plate-like filler having a certain strength while having a large number of openings can be configured. Since the distortion of the shape can be suppressed even if it is erected and processed, it is not necessary to use a member that supports the self-supporting body of the filler, and the weight can be reduced, the size can be reduced, and the cost can be reduced. In addition, since the processing and assembly are easy, a gas separation device having a low absorption cost and good absorption efficiency is provided.
  • an energy efficient gas separation apparatus is provided, the apparatus can be reduced in weight, and the manufacturing cost and the processing cost can be reduced.
  • FIG. 1st Embodiment of the gas separation apparatus which concerns on this invention is shown, (a) is a whole block diagram, (b) is the elements on larger scale of a filler. It is a disassembled perspective view of the filler shown in FIG. It is explanatory drawing of the filler shown in FIG. 1, (a) is a horizontal sectional view, (b) is a vertical sectional view, (c) shows the modification of a spacer. It is a graph which shows the relationship between the flow volume of the liquid which flows down a filler, and the ratio of the liquid film width with respect to the introduction liquid width. It is a schematic block diagram of a thermal power plant provided with the gas-liquid contact apparatus which concerns on this invention.
  • FIGS. 1 to 5 are views showing a gas separation device according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is an overall configuration diagram, and FIG. 1B is a partially enlarged view of a filler.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the filler shown in FIG. 3A and 3B are explanatory diagrams of the filler shown in FIG. 1, in which FIG. 3A is a horizontal sectional view, FIG. 3B is a vertical sectional view, and FIG.
  • This embodiment is configured as a gas separation device when used as an absorption tower of a carbon dioxide recovery device, and carbon dioxide contained in the exhaust gas is absorbed into the absorption liquid through gas-liquid contact between the exhaust gas and the absorption liquid. .
  • the absorbent L is caused to flow down on the surface of the filler 3 disposed in the processing tank 2, A gas to be treated (untreated gas) G containing a target gas component is supplied into the treatment tank 2, and the liquid film of the absorbing liquid L formed on the surface of the filler 3 and the gas to be treated G are brought into gas-liquid contact.
  • the target gas component is absorbed in the absorption liquid L and separated or recovered from the gas G to be processed.
  • the filler 3 at least one filling unit constituted by a plurality of expanded metal plates 31 that are vertically arranged and arranged in parallel is used.
  • one filling unit is used, but a plurality of filling units may be arranged in parallel or stacked vertically depending on the design of the device structure.
  • the parallel direction of the expanded metal plate 31 may be arranged so that the upper unit and the lower unit intersect each other.
  • the treatment tank 2 has a substantially cylindrical shape and forms an outer shell of the gas separation device 1.
  • An absorption liquid supply line 21 is connected to the upper portion of the processing tank 2 as a supply unit that supplies the absorption liquid L into the gas separation apparatus 1.
  • the absorbing liquid L may be refined (regenerated) in equipment such as a chemical plant or a thermal power plant and supplied directly to the absorbing liquid supply line 21, or a storage liquid that temporarily stores the purified absorbing liquid L. You may make it supply to the absorption liquid supply line 21 from a tank. Further, the absorbing liquid supply line 21 is connected to the spray pipe 4 that is horizontally disposed on the top of the filler 3.
  • the sprinkling tube 4 is formed in the upper part of the filler 3 in a shape capable of distributing the absorbing liquid in a spiral shape, a ring shape, a parallel shape (meandering) or a lattice shape, and has an opening for releasing the absorbing liquid L on the lower surface. Many are formed.
  • the spray tube 4 is not limited to the illustrated structure, and conventionally used spraying means such as a shower head, a spray nozzle, and a straw nozzle can be used as appropriate.
  • a gas supply pipe 22 provided for introducing the gas G to be processed into the gas separation apparatus 1 and supplying it to the filler 3 is connected to the lower part of the processing tank 2.
  • the gas G to be treated is a gas containing carbon dioxide, such as a combustion waste gas (exhaust gas) generated in facilities such as a chemical plant or a thermal power plant, or a reaction gas after being used for fuel gasification of coal.
  • the gas supply pipe 22 is supplied from the above equipment.
  • the absorption liquid L is configured to flow downward from the upper side of the processing tank 2 and the gas G to be processed is sent from the lower side to the upper side of the processing tank 2, but is limited to this configuration.
  • the gas G to be processed may be a co-current type in which the processing tank 2 is sent from the upper side to the lower side.
  • a discharge line 23 for collecting the used absorbent L ′ is connected to the bottom of the treatment tank 2.
  • the used absorbent L ′ after passing through the filler 3 and coming into contact with the gas to be processed G is temporarily stored at the bottom of the processing tank 2 and appropriately discharged from the discharge line 23 and collected.
  • the collected used absorbent L ′ can be regenerated and reused by a diffusion tower (regeneration tower) that releases carbon dioxide by heating using a heat source such as steam.
  • a gas discharge line 24 for discharging the processed gas G ′ from which the target gas component has been removed is connected to the ceiling of the processing tank 2.
  • the treated gas G ′ that has passed through the filler 3 and has come into contact with the absorbing liquid L can be discharged from the chimney into the atmosphere, or can be transported to other processing equipment prepared as necessary for further processing. it can.
  • the filler 3 is constituted by a diamond-shaped expanded metal plate 31 as shown in FIG.
  • FIG. 1B the left figure is a perspective view of the mesh, and the right figure is a cross-sectional view in the plate thickness direction of the mesh.
  • the expanded metal plate 31 is a plate material that is processed into a mesh shape by making zigzag cuts (slits) in a metal plate material such as stainless steel, aluminum, nickel, titanium, or carbon steel and stretching the plate.
  • the expanded metal mesh shape includes not only a rhombus but also a turtle shell shape, but a rhombus shape is preferably used.
  • the expanded metal plate 31 has an opening 31b formed by the strand 31a, and the mesh is defined by the center distance SW in the mesh short direction, the center distance LW in the mesh long direction, the plate thickness T, and the step width W.
  • the structure can be specified.
  • a large number of openings 31b can be formed while maintaining a certain strength, and the weight can be reduced, and irregularities can be formed on the surface. Therefore, even if the expanded metal plate 31 is erected and processed, the distortion of the shape can be suppressed, and there is no need to use a member that supports the filler 3 of the self-standing body. Therefore, the filler 3 can be reduced in weight and size.
  • the material of the expanded metal plate 31 may be appropriately selected and used from a metal that does not react (corrode) with the absorbing solution, and is made of brass, copper, monel, silver, tin, niobium, etc. in addition to the metals exemplified above Some are available and can be selected according to the situation.
  • resin-made plate materials having a network structure similar to that of expanded metal are manufactured and marketed using ductile resins such as polyethylene, polypropylene, PTFE, and the like. It can also be used as the metal plate 31. When such a resin-made mesh-like plate material is used, the range of application to gas-liquid contact / gas separation treatment using an acidic absorbing liquid that corrodes metal can be expanded according to the material characteristics of the resin.
  • the width (step width) W of the strand 31a and the size of the opening 31b are the slit widths when the expanded metal plate is manufactured. It can be arbitrarily adjusted depending on the tensile strength.
  • the plate thickness T can be arbitrarily set when selecting the raw metal plate. Then, a suitable expanded metal is used so that the absorbing liquid L flowing down along the expanded metal plate 31 has a size (mesh size) and a plate thickness T of an opening that can form a sufficient amount of liquid film on the surface. It is appropriately selected and used.
  • the wetting and spreading of the absorbing liquid L flowing down the expanded metal plate 31 varies depending on the mesh shape, and is formed between the angle ⁇ (the vertical direction and the strand 31a) at which the strand 31a of the expanded metal plate is inclined with respect to the vertical direction.
  • the wetting area where the liquid film is formed on the expanded metal plate 31 varies depending on the angle, 0 ⁇ ⁇ 90 °.
  • the wetting spread in the mesh shape with an angle ⁇ of about 48 to 73 ° is good, and preferably the one with an angle ⁇ of about 50 to 70 ° is used.
  • the diamond-shaped expanded metal is more advantageous than a general wire mesh in which the wire rods intersect vertically and horizontally.
  • the center-to-center distance SW in the short mesh direction is preferably about 0.6 to 8.5 mm, and more preferably about 1.8 to 3.0 mm.
  • the center-to-center distance LW in the mesh length direction is preferably about 1.0 to 11 mm, more preferably about 3.0 to 6.0 mm.
  • the plate thickness T is preferably about 0.2 to 0.3 mm. Although the plate thickness T affects the wet area, the degree is not so large that a suitable liquid film can be formed at the plate thickness T in the above range.
  • the unevenness of the expanded metal 31 has the effect of promoting mass transfer and mass exchange in the liquid film. found. Specifically, when the streamline distribution in the vertical cross section in the thickness direction of the liquid film formed when the liquid flows down along the vertical plate material, the liquid flows down along the flat plate and the plate whose surface is uneven. In this case, the streamline distribution is generally uniform, whereas when the expanded metal flows down, the flow of liquid flowing from the convex portion to the concave portion is disturbed, and a vortex is generated in the streamline distribution in the liquid film of the concave portion. .
  • the liquid is stirred and mixed, and the diffusion and homogenization of the components contained in the liquid is promoted. Therefore, it is possible to improve the contact efficiency between the absorption liquid L and the gas to be processed G, and to reduce the proportion of the absorption liquid L that does not contribute to the absorption of the target gas component because it stays away from the liquid film surface. it can. Therefore, the processing cost can be reduced. Furthermore, in the comparison between expanded metal and wire mesh, there is a possibility that in the wire mesh, liquid may stay in the gap between the vertical line and horizontal line where they intersect, and only the surface part of the liquid film flows down due to capillary action.
  • the filler 3 using the expanded metal 31 can secure a sufficient gas-liquid contact area and contact time on the surface, and can improve the absorption efficiency without increasing the size of the apparatus.
  • the filling unit used as the filler 3 can be configured, for example, as shown in FIG. 2 (in the drawing, the expanded metal plate is simply described in a plate shape with the mesh notated). Specifically, it has a fixing member 32 that integrates a plurality of expanded metal plates 31, and the fixing member 32 includes an annular portion 33 that is fixed integrally by circling the outer periphery of the plurality of expanded metal plates 31, and A penetrating portion 34 that penetrates through the plurality of expanded metal plates 31 and a spacer 35 that is disposed between each of the plurality of expanded metal plates 31 and maintains the inter-plate spacing are provided.
  • an expanded metal plate having a shape corresponding to each of a plurality of cross sections obtained by cutting a cylindrical shape corresponding to the loading space in the processing tank 2 at a predetermined interval parallel to the axial direction is substantially cylindrical. It is integrated with the filler 3 so that it can be tightly loaded into the cylindrical processing tank 2, but the integrated shape is formed in a filling unit that is substantially semicircular or quadrant.
  • One block may be configured so that two or four blocks are combined to form a substantially cylindrical shape.
  • the overall shape of the filling unit can be appropriately changed according to the shape of the treatment tank 2, and for example, when the shape of the treatment tank 2 is an elliptical column shape, a quadrangular prism shape, or other polygonal column shape, it corresponds to it. Then, the entire shape of the filling unit may be changed to an elliptical column shape, a quadrangular column shape, or another polygonal column shape so that the filling unit 3 can be closely packed in the treatment tank 2.
  • the loaded filling unit is positioned and fixed, for example, by providing a projection for locking the lower end edge of the filling unit on the inner peripheral wall of the processing tank 2 or by using a mesh shelf for placing the filling unit. 2 may be provided, or the filling unit may be suspended in the processing tank 2.
  • the expanded metal plate 31 takes into consideration the inter-plate spacing and the plate thickness so as to form a cylindrical outer shape that can be accommodated in the processing tank 2 when combined.
  • the width of each expanded metal plate is set.
  • the expanded metal plate 31 is divided into a plurality of parts in the plate width direction so as to form a substantially semi-cylindrical block or a substantially quadrangular columnar block, the combined inside of the processing tank 2 is obtained when combined.
  • Each plate width is set so as to constitute a cylindrical outer shape that can be accommodated in the housing.
  • the filler 3 is comprised by the filling unit which combined the some expanded metal board 31 which has a fixed plate
  • the annular portion 33 is formed by combining a pair of semi-annular portions in which an annular ring is divided into two parts, and connecting the flange portion 33a with a fastener such as a bolt. It is comprised so that the outer periphery of the expanded metal board 31 can be fixed (In the figure, description of an expanded metal board is abbreviate
  • the annular portion 33 is combined to form a circular shape is illustrated, but the annular portion 33 is combined to form a square corresponding to the shape in the processing tank 2. Alternatively, it may be divided into three or more, and it is not necessary to be divided equally.
  • the annular portion 33 includes, for example, two connecting portions 33 b that are arranged at two locations, the upper portion and the lower portion, and connect the upper annular portion 33 and the lower annular portion 33. Also good. With this configuration, the expanded metal plate 31 can be supported at a plurality of locations, and an integrated shape can be maintained.
  • the annular part 33 may be arrange
  • the penetrating part 34 is inserted into a through hole 31 c formed in each expanded metal plate 31.
  • the penetration part 34 is comprised by the axial part formed in each of a pair of semi-annular part, for example, one axial part is formed in hollow, and the other axial part is hollow in one axial part. It is formed in a shape that can be inserted.
  • the penetrating portion 34 may be constituted by one shaft portion. In that case, the shaft portion of one semi-annular portion is inserted into the through hole 31c and the other semi-annular portion is inserted. What is necessary is just to make it insert and support a part.
  • the plurality of expanded metal plates 31 constituting the filler 3 are vertically arranged and integrated at regular intervals.
  • the spacers 35 are inserted into the gaps between the expanded metal plates 31.
  • the interval between the expanded metal plates 31, that is, the flow path cross-sectional area through which the processing gas G of the filler 3 passes can be set arbitrarily.
  • the spacer 35 is described as a circular tube, but is not limited to this shape, and may be a polygonal tube such as a triangular tube, a square tube, a diamond tube, or an elliptic tube. Instead of the spacer 35, as shown in FIG.
  • the strands at the portions where the through holes 31c of the expanded metal 31 are provided are bent so that the cut ends are raised (refracted or bent).
  • the through hole 31c may be formed, and the standing portion formed at the peripheral edge of the through hole 31c may function as the spacer 35.
  • the position where the standing part is formed is not limited to the edge part of the through hole 31c.
  • a part of the strand end part is bent to form the standing part. It may be formed.
  • the standing height h of the end portion of the strand of the expanded metal plate 31 is defined, and the flow path cross-sectional area through which the processing gas G of the filler 3 passes is arbitrarily set. Can do.
  • the distance between the expanded metal plates 31 is preferably set to be about 5 to 15 mm. Based on this, the length of the spacer 35 or the height of the upright portion is set. The length h can be set as appropriate.
  • the penetration part 34 (namely, penetration bar) which penetrates the expanded metal plate 31 in parallel functions as a bundling member which collects the expanded metal plate 31 in parallel
  • the annular part 33 is omitted from the fixing member 32 and used. It is also possible to do. That is, since the expanded metal plates 31 can be gathered in parallel using only the penetrating bar and the spacer 35 and the interval between the plates can be maintained, they can be loaded and fixed in the processing tank 2 as they are. Further, if a bent portion obtained by bending the cut end portion of the strand where the through-hole 31c is provided as shown in FIG. 3C is used instead of the spacer 35, a plurality of expands using only at least one through-rod.
  • the filling unit can be configured by collecting the metal plates 31 in parallel.
  • a locking member acting as a stopper is attached to both ends of the penetrating bar penetrating the expanded metal plate 31, it can be handled in the same manner as the filling unit of FIG.
  • the penetrating bar only needs to have a thickness sufficient to support the expanded metal plate 31 and is appropriately selected according to the design of the filling unit.
  • a metal rod having a thickness of about 5 to 10 mm is preferably used, and the size of the through hole 31c is appropriately set according to the thickness of the through rod to be used.
  • the expanded metal plate that is erected is less likely to be distorted when the processing is performed, and therefore, blockage of the flow path of the gas G to be processed can be avoided. Therefore, the flow path of the gas G to be treated can be secured stably, and an increase in pressure loss can be suppressed, so that a decrease in energy efficiency can be suppressed.
  • the expanded metal plate 31 is arranged in one direction, for example, an expanded metal plate having a vertical cut in the upper half and an expanded metal having a vertical cut in the lower half
  • the two expanded metal plates can be combined so that they intersect, so that the expanded metal plate 31 is arranged upright in a lattice shape by applying this combination method. Can do.
  • the above-described fixing member 32 and the like are not necessary.
  • FIG. 4 shows the flow rate of the liquid when the liquid (water) is introduced to the upper end of the filler and allowed to flow down with a constant width, and the width of the liquid film formed on the filler by the flowing liquid with respect to the introduced liquid width.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a thermal power plant equipped with a gas separation device according to an embodiment of the present invention.
  • the thermal power plant 10 combusts a fossil fuel such as coal to convert it into thermal energy, a turbine 12 that converts thermal energy into kinetic energy, and converts kinetic energy into electrical energy.
  • Generator 13 exhaust gas denitration device 14 for removing nitrogen oxides from the exhaust gas discharged from the boiler 11, an electrostatic precipitator 15 for removing dust from the exhaust gas, and an exhaust gas desulfurization device for removing sulfur oxides from the exhaust gas 16, a pretreatment tower 17 for further removing sulfur oxide from the exhaust gas, an absorption tower 18 for removing carbon dioxide from the exhaust gas, and a diffusion tower 19 for recovering carbon dioxide from the liquid after absorption by the absorption tower 18.
  • the illustrated thermal power plant 10 burns fossil fuels such as heavy oil and LNG (liquefied natural gas) coal, generates high-temperature and high-pressure steam with the boiler 11, and drives the turbine 12 with this steam to generate the generator 13. It is of the steam power generation system that generates electricity by rotating.
  • fossil fuels such as heavy oil and LNG (liquefied natural gas) coal
  • LNG liquefied natural gas
  • the exhaust gas discharged from the boiler 11 is sequentially conveyed to the exhaust gas denitration device 14, the electrostatic precipitator 15, the exhaust gas desulfurization device 16, the pretreatment tower 17, and the absorption tower 18, and impurities and contamination contained in the exhaust gas. It is processed so that the amount of substances, etc. is below a certain reference value, and finally released into the atmosphere.
  • the exhaust gas denitration apparatus 14 removes nitrogen oxides in the exhaust gas using, for example, an ammonia catalytic reduction method, a non-catalytic reduction method, an activated carbon method, an electron beam irradiation method, an oxidation reduction method, or the like.
  • the electrostatic precipitator 15 removes the dust in the exhaust gas by generating corona discharge by a direct current, charging the dust in the exhaust gas and passing it through the electric field, for example.
  • the exhaust gas desulfurization apparatus 16 removes sulfur oxides in the exhaust gas by using, for example, an alkali solution absorption method, a lime slurry absorption method, a magnesium hydroxide slurry method, a spray dryer method, an activated carbon adsorption method, or the like.
  • the pretreatment tower 17 removes sulfur oxide (SOx) in the exhaust gas that has not been removed by the preceding process.
  • the absorption tower 18 removes carbon dioxide in the exhaust gas that has not been removed by the preceding process.
  • the gas separation device 1 can be applied to the absorption tower 18.
  • the gas G to be treated is exhaust gas supplied from the pretreatment tower 17, the target gas component is carbon dioxide, and the absorbing liquid L is an amine compound aqueous solution.
  • the absorbing liquid L is, for example, a monoethanolamine (MEA) aqueous solution, and carbamate / amine salt (carbamate), carbonate, bicarbonate, and the like are generated by absorption of carbon dioxide.
  • MEA monoethanolamine
  • carbamate / amine salt carbamate / amine salt
  • carbonate bicarbonate, and the like
  • the spent absorbent containing these salts is recovered and supplied to the stripping tower 19.
  • the gas separation device 1 described above can also be applied to the pretreatment tower 17.
  • the gas to be treated G is exhaust gas discharged from the exhaust gas desulfurization device 16, and the target gas component is sulfur oxide.
  • the absorbing liquid L is a basic aqueous liquid.
  • the above-described amine compound aqueous solution may be used.
  • an aqueous solution of an alkali metal hydroxide such as sodium hydroxide or potassium hydroxide is used.
  • the stripping tower 19 releases the carbon dioxide separated from the exhaust gas from the used absorbent L. Specifically, the stripping tower 19 heats the supplied used absorbing liquid L to 100 ° C. or higher to release carbon dioxide, cools and condenses water vapor released together with the released carbon dioxide, The condensed water is removed by gas-liquid separation, and then compressed and recovered. Further, the absorption liquid after releasing the carbon dioxide is supplied to the absorption tower 18 as the regenerated absorption liquid L and reused. The recovered liquid CO 2 is stored on the ground or on the seabed as carbon dioxide capture and storage (CCS) or used for other purposes.
  • the gas separation device 1 described above can be applied to the stripping tower 19, but in this case, a heating device for heating the absorption liquid is necessary.
  • the target gas component to be absorbed and separated is not limited to carbon dioxide, and may be an oxidizing gas such as NOx or SOx, or may be separated by the gas separation device 1 according to the present embodiment. Any possible gas can be selected.
  • the absorbing liquid L is not limited to the amine compound aqueous solution, and a reaction liquid L suitable for the separation target gas can be arbitrarily selected.
  • the target gas component is a hydrophilic substance
  • water or a hydrophilic liquid medium can be used as the absorbing liquid
  • an oleophilic liquid medium can be used as the absorbing liquid. is there.
  • the gas separation device of the present invention may also be applied to a gas treatment in which the target gas component absorbed in the absorption liquid L is changed to another substance as a result of a chemical reaction in the absorption liquid.
  • FIG. 5 demonstrated the case where the gas separation apparatus 1 which concerns on this embodiment is applied to the thermal power station 10, the filler 3 which concerns on this invention is small and lightweight and can perform gas-liquid contact efficiently. Therefore, the present invention can also be applied to fillers in apparatuses (distillation towers, purification towers, etc.) used in various chemical plants including physicochemical processes such as distillation and purification.
  • Example> Evaluation of expanded metal plate as filler
  • Test method 1 Prepare an inclined flat plate for liquid introduction, stand the filler vertically, abut the lower end of the inclined plate and the upper end of the filler, and supply liquid (water) to the inclined flat plate at a constant flow rate. Were uniformly introduced with a width of 380 mm (introducing liquid width) and allowed to flow down along the filler. A liquid film (liquid) formed by liquid flowing down on the filler by photographing the filler with the camera from the front side (the wire mesh side of the specimen C) at a photographing angle perpendicular to the filler (that is, horizontal). The image of the part that flows and gets wet) was created.
  • the flow rate of the liquid is gradually reduced from 2.0 L / min to 1.2 L / min, 0.8 L / min, 0.4 L / min, and 0.25 L / min in a stepwise manner, and imaging is repeated. Images of the liquid film at each flow rate were taken. Using the obtained image, the liquid film width (lateral width of the portion wetted with liquid) at a position 200 mm below the upper end of the filler was measured for each flow rate, and the ratio of the liquid film width to the introduced liquid width (380 mm) [ %] was calculated, and the change due to the flow rate of the liquid was examined. The results are shown in FIG. In the figure, the results for the specimen A are indicated by triangles, the results for the specimen B are indicated by square marks, the results for the specimen C are indicated by circles, and the results for the specimen D are indicated by diamonds.
  • the expanded metal plate does not need to limit the flow rate in order to maintain the gas-liquid contact area, and is an extremely advantageous filler for reducing the flow rate and increasing the liquid absorption efficiency.
  • the specimen A has a narrower liquid film width than the other specimens B to D even when the liquid flow rate is large, and distortion and deflection are observed in the shape of the wire mesh during observation during the test.
  • a gap was generated between the lower end of the inclined flat plate and the upper end of the wire mesh. That is, it is understood that a soft metal mesh with low strength is easily deformed by the weight of the liquid (particularly in the bias direction), and the liquid does not easily flow down. This point is improved by attaching a metal mesh to the flat plate as in the test body C, and the liquid film width when the flow rate is lower in the test body C is maintained due to the flow down along the flat plate. Conceivable. According to FIG.
  • the test body C and the test body D have substantially the same function in forming a liquid film, and the ratio of the liquid film width to the introduced liquid width is generally maintained in the range of 90 to 100%.
  • the specimen C needs to be structurally thick and requires a sticking process, it is obvious that the specimen D is advantageous. Therefore, the expanded metal plate is an excellent filler that can maintain excellent wettability regardless of the flow rate of the liquid, and does not require a reinforcing member. It is a useful material that can contribute to reduction in weight and weight.
  • Test method 2 A thin plate-like filler having a width of 500 mm ⁇ length of 645 mm was arranged vertically, and a string was connected to both ends of the upper end, and the string was suspended from the load cell.
  • a metal tube inner diameter: 23.3 mm, length: 200 mm
  • the nozzle is arranged vertically above the center of the upper end of the filler, and the liquid is passed through the nozzle.
  • the filler was supplied at a constant flow rate and allowed to flow down (falling distance: 645 mm).
  • an image of a liquid film (a portion where the liquid flows and gets wet) formed on the filler by the flowing liquid was created.
  • the area of the liquid film formed on the filler (the area of the portion wetted with the liquid) was measured and used as the wet area of the filler.
  • the weight of the filler is measured using a load cell, and the weight of the liquid that wets the filler is obtained by the difference in weight before and after the liquid is supplied. The validity was confirmed.
  • test bodies D1 and D2 were prepared, and these were each used as a filler in the above test method 2 to measure the wet area of each test body.
  • D1 Expanded metal plate made of SUS304 with rhombus mesh (plate thickness T: 0.2 mm, short direction central distance SW: 1.8 mm, long direction central distance LW: 3.0 mm); Used.
  • D2 Expanded metal plate made of SUS304 with rhombus mesh (thickness T: 0.3 mm, short direction central distance SW: 1.8 mm, long direction central distance LW: 3.0 mm); Used.
  • FIG. 6 there is a difference of about 5% in the wetted area between the specimen D1 having a thickness of 0.2 mm and the specimen D2 having a thickness of 0.3 mm.
  • the error in the comparative evaluation including the specimens having different thicknesses is about this level. From the viewpoint of weight reduction and strength of the filler, an expanded metal plate having the above thickness is preferable.
  • E1 Expanded metal plate made of SUS304 with rhombus mesh (specimen D4, plate thickness T: 0.2 mm, short direction center distance SW: 2.5 mm, long direction center distance LW: 6.0 mm) Affixed to the surface of a SUS plate by diffusion bonding; used with the long direction arranged vertically.
  • E2 An expanded metal plate of the test specimen D1 attached to the surface of the SUS board of the test specimen B by diffusion bonding; used with the long direction arranged vertically.
  • E3 An expanded metal plate of the test body D1 attached to the surface of the SUS plate of the test body B by diffusion bonding; used with the short direction arranged vertically.
  • E4 Expanded metal plate made of SUS304 with rhombus mesh (specimen D5, plate thickness T: 0.2 mm, short direction center distance SW: 2.25 mm, long direction center distance LW: 4.0 mm) Affixed to the surface of a SUS plate by diffusion bonding; used with the short direction oriented vertically.
  • E5 Expanded metal plate of the test specimen D4 attached to the surface of the SUS board of the test specimen B by diffusion bonding; used with the short direction arranged vertically.
  • FIG. 7 shows a bar graph for examining the relationship between the obtained angle ⁇ and the relative wetted area obtained above.
  • D3: ⁇ 63.4 °
  • E1: ⁇ 22.6 °
  • E2: ⁇ 31.0 °
  • E3: ⁇ 59.0 °
  • E4: ⁇ 60.6 °
  • E5: ⁇ 67.4 °
  • the test body E1 and the test body E5 use expanded metal plates having the same mesh in a vertically long or horizontally long arrangement, and have different mesh sizes from the expanded metal plates used in the test bodies E2 to E4 and D3.
  • the correlation between the angle ⁇ and the relative wetting area is clearly seen, and it is understood that the influence by the angle ⁇ (mesh orientation) is clearly larger than the influence by the mesh size.
  • the relative wetting area increases rapidly as the strand angle ⁇ increases from 22.6 ° to 59.0 °, and ranges from 59.0 ° to 67.4 ° (especially 60 ° Clearly high wettability at around (°).
  • the relative wetting area is 80% or more when the angle ⁇ is in the range of 48 to 73 °, and 90% or more can be expected to be maintained in the range of 50 to 70 °.
  • the specimens E1 to E5 are obtained by sticking a SUS board to an expanded metal plate, but the expanded metal plate alone is the same as the specimens E1 to E5 in relation to the angle ⁇ and the wet area. There is a tendency, and it can be confirmed in the evaluation 2 of the mesh of the expanded metal plate described below that the wetted area becomes the largest in the vicinity of 60 °.
  • FIG. 8 shows a bar graph for examining the relationship between the angle ⁇ with respect to the vertical direction of the strand of the expanded metal plate and the relative wetted area for the test specimens D2, D2 ′, and D3.
  • angle (theta) in each test body is D2: 59.0 degrees, D2 ': 31.0 degrees, D3: 63.4 degrees.
  • D2 ′ Expanded metal plate of test body D2; used with the long direction arranged vertically.
  • the angle ⁇ at which the wetted area is maximized is considered to be slightly larger in the case of the expanded metal plate alone than in the case where the SUS plate is attached, but there is no great difference in the angle range for obtaining a suitable wetted area. it is conceivable that.
  • the gas separation apparatus of the present invention has a high processing efficiency in the filler and can be configured to be light and small, a gas separation apparatus that is small and lightweight and can be reduced in manufacturing cost and processing cost can be provided.
  • a carbon dioxide recovery device that separates and recovers carbon dioxide from combustion exhaust gas to prevent global warming, an exhaust gas purification device that removes harmful gases from exhaust gas, and gas separation that separates specific gas components contained in the mixed gas This is very advantageous when applied to an apparatus or the like.

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Abstract

　圧力損失の増大を抑制しつつ、小型化、軽量化を図る上で有利であり、コストを低減することができるガス分離装置が提供される。ガス分離装置は、処理槽内に配置された充填材の表面に沿って吸収液を流下させるとともに、処理槽内に対象ガス成分を含む被処理ガスを供給し、充填材の表面に沿って流下する吸収液と被処理ガスとを気液接触させることによって被処理ガスに含まれる対象ガス成分を吸収液に吸収させて被処理ガスから分離又は回収する。充填材は、鉛直に立設され並列する複数のエキスパンドメタル板により構成される少なくとも１つの充填ユニットを有する。

Description

ガス分離装置及び充填材
　本発明は、被処理ガスに含まれる特定の対象ガス成分を吸収液に吸収させて分離するガス分離装置及びそれに用いる充填材に関し、特に、排ガス等の被処理ガスを吸収液と気液接触させて、被処理ガスに含まれる二酸化炭素等の対象ガス成分を吸収液に吸収させて被処理ガスから分離又は回収する、二酸化炭素回収装置や有害ガスを除去するためのガス浄化装置、混合ガスから特定ガス成分を分離する分離装置として有用な、ガス分離装置及びそれに用いる充填材に関する。
　従来、化学プラントや火力発電所等において、気液接触を利用して様々な種類のガスを含む排ガス等の被処理ガスから特定のガスを分離、除去又は回収するガス分離装置が使用されている。例えば、二酸化炭素回収装置では、モノエタノールアミン水溶液等の吸収液と二酸化炭素を含むガスとを気液接触させて吸収させることによって二酸化炭素を分離し、吸収後の吸収液を加熱しながら気液接触させることによって二酸化炭素を気相に放出させて回収する。また、排ガスから有害ガス成分を除去するためのガス浄化装置や、混合ガスから特定ガス成分を分離するためのガス分離装置においても、気液接触を利用して吸収液による特定ガス成分の吸収が行われる。気液接触を行う装置は、吸収液とガスとの接触面積を増大させるための充填材を有し、該充填材表面で吸収液とガスとを気液接触させて、ガス中の特定ガス成分を吸収させている。
　しかしながら、表面張力の影響により、吸収液が充填材の表面を均一に流れない場合があり、充填材表面を流れる吸収液の液膜が収束して、吸収液とガスとの接触面積が減少する。気液接触面積が減少すると、吸収液の供給流量が同量であっても、充填材上で吸収液が収束して吸収液の流速が増加してしまい、充填材表面における吸収液の滞留時間が短くなる。その結果、吸収液とガスとの接触を通じた吸収量が少なくなるという問題があった。
　そこで、特許文献１に記載された気液接触装置では、気液接触面積を増加させるために、充填材の気液接触面が中心線平均粗さ５０μｍ以上の粗面部、複数の穿設孔を有する多孔面部、又は、網状物、の何れかからなるように構成されている。
　また、特許文献２に記載された気液接触装置では、気液接触面積を増加させるために、気液接触面が板状体の表面に網状体を貼着した素材により構成されている。
　また、特許文献３に記載された気液接触装置では、繊維製の立体編物を垂直又は略垂直方向に多数列設された気液接触ユニットにより気液接触部を構成している。
　また、特許文献４に記載された気液接触装置では、気液接触領域の横断面を覆うに足る大きさの網状体を混合ガスの進行方向に間隔をおいて複数、配設固定している。また、前記網状体はエキスパンドメタルによって構成してもよい旨が記載されている。この文献によれば、噴射液の一部は網状体の網目を形成する線状部表面に衝突して飛散し、噴射液の残部は線状部の側面を薄膜状に覆って該側面を伝って流下する間に混合ガスと接触してエアロゾルを生成することが記載される。
特開平６－２１０１２１号公報 特開平６－２６９６２８号公報 特公平７－１２１３５７号公報 特開平７－１００３２４号公報
　しかしながら、特許文献１～特許文献３に記載される技術では、充填材の加工に手間が掛かり、コストが大幅に増加するという問題があった。特に、金網や立体編物等の網状体では構造的に柔らかいため、単体で自立させることが難しかったり、立設して処理を行う際に形状が歪み易く、板状体等の支持部材が必要となるために充填材全体としての重量が増加してしまうという問題があった。充填材の重量が増加すると、充填材の支持構造も重量増加、大型化してしまうこととなる。
　また、特許文献３又は特許文献４に記載される技術では、気体が流れる方向が充填材中では水平になったり、充填材を気体の流れる方向に対して略垂直となるように積層しているため、充填材が気体の流れを阻害し、圧力損失が増大してしまい、エネルギー効率が低下してしまうという問題があった。
　本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、気液接触における圧力損失の増大を抑制しつつ良好な気液接触及び吸収を実現でき、立設して処理を行う際の形状の歪みが抑制できると共に軽量化を図ることができることにより、製造コスト及び操業コストを低減することができる、ガス分離装置及びそれに用いる充填材を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、ガス分離装置は、処理槽内に配置された充填材の表面に沿って吸収液を流下させるとともに、前記処理槽内に対象ガス成分を含む被処理ガスを供給し、前記充填材の表面に沿って流下する前記吸収液と前記被処理ガスとを気液接触させることによって前記被処理ガスに含まれる対象ガス成分を前記吸収液に吸収させて前記被処理ガスから分離又は回収するガス分離装置であって、前記充填材は、鉛直に立設され並列する複数のエキスパンドメタル板により構成される少なくとも１つの充填ユニットを有する。
　又、本発明の一態様によれば、被処理ガスに含まれる対象ガス成分を吸収液に吸収させるガス処理装置において、前記吸収液と前記被処理ガスとを十分に接触させるために前記吸収液を表面に沿って流下させるように使用される充填材であって、鉛直に立設され並列する複数のエキスパンドメタル板で構成される少なくとも１つの充填ユニットを有する充填材が提供される。
　前記充填ユニットは、前記複数のエキスパンドメタル板を並列状に纏める纏め部材と、前記複数のエキスパンドメタル板の間に一定の間隔を設けるためのスペーサと、前記複数のエキスパンドメタル板の外周を周回して前記複数のエキスパンドメタル板を一体的に固定する環状部材を有してもよい。前記纏め部材として、前記複数のエキスパンドメタル板を貫通する貫通部材を用いることができ、前記複数のエキスパンドメタル板に前記貫通部材を貫通させるための貫通孔を形成して、前記複数のエキスパンドメタル板を構成するストランドの一部を前記貫通孔の縁部において板厚方向に起立するように曲折させて形成される起立部を前記スペーサとして利用することができる。
　前記複数のエキスパンドメタル板は、鉛直方向に対して角度θ（但し、０°＜θ≦９０°）で傾斜するストランドによって構成され、前記角度θは４８～７３°であるものを好適に使用できる。
　前記対象ガスを二酸化炭素とし、前記吸収液を、例えば、アミン化合物水溶液とすることによって、上記ガス分離装置を二酸化炭素回収装置の吸収塔に適用することができる。
　上述した本発明のガス分離装置によれば、充填材にエキスパンドメタルを採用したことにより、多数の開口を有しながら一定の強度を有する板状の充填材を構成することができ、これを単体で立設させて処理を行っても形状の歪みを抑制できるので、充填材の自立状体をサポートする部材を使用する必要がなく、軽量化、小型化及びコストの低減を図ることができる。又、加工、組み立てが容易であるので、低い製造コストで吸収効率のよいガス分離装置が提供される。
　また、液膜内の物質移動及び物質交換を促進することが可能であるので、吸収液の吸収効率の向上を図ることができるだけでなく、対象ガス成分の吸収に寄与しない吸収液の量を低減することができ、処理コストの低減を図ることができる。さらに、十分な気液接触面積及び接触時間を確保することができ、装置を大型化することなく吸収効率を向上させることができる。
　また、薄板状の充填材を立設させて処理を行う際の形状の歪みを防止できるため、充填材の変形でガスの流路が塞がることがなく、ガスの流路を常に確保することができるので、ガス流通における圧力損失の増大を抑制することができ、エネルギー効率の低下を抑制することができる。
　したがって、エネルギー効率がよいガス分離装置が提供され、装置の軽量化を図ることができ、製造コスト及び処理コストを低減することができる。
本発明に係るガス分離装置の第一実施形態を示し、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は充填材の部分拡大図である。 図１に示す充填材の分解斜視図である。 図１に示す充填材の説明図であり、（ａ）は水平断面図、（ｂ）は垂直断面図であり、（ｃ）はスペーサの変形例を示す。 充填材を流下する液体の流量と、導入液幅に対する液膜幅の割合との関係を示すグラフである。 本発明に係る気液接触装置を備える火力発電所の概略構成図である。 エキスパンドメタルの厚さによる相対濡れ面積の変化を示す棒グラフである。 エキスパンドメタルのストランドの角度θと相対濡れ面積との関係を示す棒グラフである。 エキスパンドメタル単体におけるストランドの角度θと相対濡れ面積との関係を示す棒グラフである。
　以下、本発明の第一実施形態について図１乃至図５を用いて説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係るガス分離装置を示す図であり、（ａ）は全体構成図、（ｂ）は充填材の部分拡大図、を示している。図２は、図１に示した充填材の分解斜視図である。図３は、図１に示した充填材の説明図であり、（ａ）は水平断面図、（ｂ）は垂直断面図、（ｃ）はスペーサの変形例を示している。尚、この実施形態は、二酸化炭素回収装置の吸収塔として使用する場合のガス分離装置として構成され、排ガスと吸収液との気液接触を通じて、排ガスに含まれる二酸化炭素が吸収液に吸収される。
　本発明の第一実施形態のガス分離装置１では、図１（ａ）～（ｂ）に示すように、処理槽２内に配置された充填材３の表面に吸収液Ｌを流下させるとともに、処理槽２内に対象ガス成分を含む被処理ガス（未処理ガス）Ｇを供給し、充填材３の表面に形成される吸収液Ｌの液膜と被処理ガスＧとを気液接触させることによって対象ガス成分を吸収液Ｌに吸収させて被処理ガスＧから分離又は回収する。充填材３としては、鉛直に立設されて並列に配置された複数のエキスパンドメタル板３１により構成される少なくとも１つの充填ユニットが用いられる。この実施形態では１つの充填ユニットを用いるが、装置構造の設計に応じて、複数の充填ユニットを並列したり縦に積層するように配置して用いてもよい。縦に積載する場合は、エキスパンドメタル板３１の並列方向が、上側のユニットと下側のユニットとで交差するように配置するとよい。
　前記処理槽２は、略筒状の形状を有し、ガス分離装置１の外殻を形成する。処理槽２の上部には、吸収液Ｌをガス分離装置１内に供給する供給部として、吸収液供給ライン２１が接続されている。吸収液Ｌは、化学プラントや火力発電所等の設備内で精製（再生）して直接吸収液供給ライン２１に供給するようにしてもよいし、精製された吸収液Ｌを一旦貯留する貯液槽から吸収液供給ライン２１に供給するようにしてもよい。また、吸収液供給ライン２１は、充填材３の上部に水平に配置される散布管４に接続されている。散布管４は、充填材３の上部に、渦巻き状、環状、並列状（蛇行）又は格子状に吸収液を分配可能な形状に形成されており、下面に吸収液Ｌを放出させる開口部が多数形成されている。なお、散布管４は図示した構造に限定されるものではなく、シャワーヘッド、スプレーノズル、ストローノズル等のような従来から一般に使用されている散液手段を適宜使用することができる。
　また、処理槽２の下部には、被処理ガスＧをガス分離装置１内に導入して充填材３へ供給するために設けられるガス供給管２２が接続されている。被処理ガスＧは、例えば、化学プラントや火力発電所等の設備内で発生した燃焼廃ガス（排ガス）や石炭の燃料ガス化に利用した後の反応ガスなどの、二酸化炭素を含むガスであり、上記設備からガス供給管２２に供給される。なお、ここでは、吸収液Ｌを処理槽２の上方から下方に流下させ、被処理ガスＧを処理槽２の下方から上方に送流する向流型に構成しているが、かかる構成に限定されるものではなく、例えば、被処理ガスＧも処理槽２の上方から下方に送流する並流型にしてもよい。
　また、処理槽２の底部には、使用済みの吸収液Ｌ’を回収するための排出ライン２３が接続されている。充填材３を通過して被処理ガスＧと接触した後の使用済みの吸収液Ｌ’は、処理槽２の底部に一時的に貯留され、適宜、排出ライン２３から外部に排出され回収される。回収された使用済み吸収液Ｌ’は、蒸気等の熱源を利用した加熱によって二酸化炭素を放出させる放散塔（再生塔）によって再生し、再利用することができる。
　また、処理槽２の天井部には、対象ガス成分が除かれた処理済みガスＧ’を排出するガス排出ライン２４が接続されている。充填材３を通過して吸収液Ｌと接触した処理済みガスＧ’は、煙突から大気中に放出したり、必要に応じて用意される他の処理設備に搬送して更に処理を施すことができる。
　なお、処理槽２には、必要に応じて、処理済みガスから蒸気状の吸収液を凝縮して回収する冷却装置等を配置するようにしてもよい。
　前記充填材３は、図１（ｂ）に示すような菱形の網目形状のエキスパンドメタル板３１によって構成される。図１（ｂ）において、左図は網目の斜視図、右図は網目の板厚方向断面図を示している。エキスパンドメタル板３１は、ステンレス、アルミニウム、ニッケル、チタン、炭素鋼等の金属製の板材に千鳥状の切れ目（スリット）を入れ、引き伸ばすことによって網目状に加工した板材である。エキスパンドメタルの網目形状は、菱形だけでなく亀甲形もあるが、菱形のものが好適に使用される。エキスパンドメタル板３１は、ストランド３１ａによって形成される開口部３１ｂを有し、網目短目方向の中心間距離ＳＷ、網目長目方向の中心間距離ＬＷ、板厚Ｔ、及び、刻み巾Ｗによって網目構造を特定することができる。金属製板材をかかる網目構造の板材に成形することによって、一定の強度を保ったまま多数の開口部３１ｂを形成して重量を軽くすることができ、表面に凹凸を形成することができる。したがって、エキスパンドメタル板３１単体で立設して処理を行っても形状の歪みを抑制でき、自立状体の充填材３をサポートする部材を使用する必要がない。従って、充填材３の軽量化、小型化を図ることができる。又、エキスパンドメタル板は容易に加工できるので、充填材３の製造コストを低減可能である。
　エキスパンドメタル板３１の素材は、吸収液によって反応（腐食）しない金属を適宜選択して使用すればよく、上記で例示する金属以外に、真鍮、銅、モネル、銀、錫、ニオブ等で製造したものもあり、状況に応じて選択することができる。尚、エキスパンドメタルと同様の網目構造を有する樹脂製の板材が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＴＦＥ等の延性を有する樹脂を用いて製造、市販されており、このような樹脂製の網目状板材を上記エキスパンドメタル板３１として使用することも可能である。このような樹脂製の網目状板材を用いると、樹脂の材料特性に応じて、金属を腐食させる酸性の吸収液を用いる気液接触／ガス分離処理へ適用範囲を広げることができる。
　ストランド３１ａの幅（刻み巾）Ｗや開口部３１ｂの大きさ（網目短目方向の中心間距離ＳＷ及び網目長目方向の中心間距離ＬＷの長さ）は、エキスパンドメタル板の製造時にスリット幅及び引っ張り強さによって任意に調整することができる。また、板厚Ｔは原料金属板の選定時に任意に設定することができる。そして、エキスパンドメタル板３１を伝って流下する吸収液Ｌが表面で十分な量の液膜を形成可能な開口部の大きさ（メッシュ寸法）及び板厚Ｔを有するように、好適なエキスパンドメタルを適宜選択して使用される。吸収液Ｌがエキスパンドメタル板３１の表面で薄く広がって液膜を形成することにより、気液接触面積を十分に確保することができる。
　エキスパンドメタル板３１を流下する吸収液Ｌの濡れ広がりは、網目形状によって変化し、エキスパンドメタル板のストランド３１ａが鉛直方向に対して傾斜する角度θ（鉛直方向とストランド３１ａとの間に形成される角度、０＜θ≦９０°）によって、エキスパンドメタル板３１上に液膜が形成される濡れ面積が異なる。角度θが４８～７３°程度となる網目形状における濡れ広がりが良好であり、好ましくは、角度θが５０～７０°程度となるものを用いるとよい。従って、網目の短目方向が鉛直になる配置で使用することが好ましい。この点において、線材が縦横に垂直に交差する一般的な金網等に比べて、菱形目のエキスパンドメタルの方が有利である。気液接触効率が高い液膜形成の観点から、網目短目方向の中心間距離ＳＷは、０．６～８．５ｍｍ程度が好ましく、１．８～３．０ｍｍ程度がより好ましい。網目長目方向の中心間距離ＬＷは、１．０～１１ｍｍ程度が好ましく、３．０～６．０ｍｍ程度がより好ましい。強度等の観点から、板厚Ｔは０．２～０．３ｍｍ程度が好ましい。板厚Ｔは濡れ面積に影響を与えるが、その程度は大きくはなく、上記の範囲の板厚Ｔにおいて好適な液膜形成が可能である。
　また、ＣＦＤ（数値流体力学）解析によってエキスパンドメタル板を流下する液体の流線分布を調べることによって、エキスパンドメタル３１の凹凸は、液膜内の物質移動及び物質交換を促進する効果があることが判明した。詳細には、鉛直な板材に沿って液体が流下する時に形成される液膜の厚さ方向鉛直断面における流線分布を調べると、平板や表面が波形に凹凸する板に沿って液体が流下する場合は、流線分布は概して均等であるのに対して、エキスパンドメタルを流下する場合には、凸部から凹部へ流れ込む液体の流れが乱れて凹部の液膜中の流線分布に渦巻きが生じる。これにより液体の攪拌混合が進み、液体に含まれる成分の拡散・均一化が促進される。従って、吸収液Ｌと被処理ガスＧとの接触効率の向上を図ることができ、液膜表面から離れて滞留するために対象ガス成分の吸収に寄与しない吸収液Ｌの割合を低減することができる。故に、処理コストの低減を図ることができる。さらに、エキスパンドメタルと金網との比較において、金網では、縦線と横線とが接触交差する部分の隙間において毛管現象によって液体が滞留して液膜の表面部分のみが流下する可能性があるのに対し、ストランドが連続しているエキスパンドメタルでは液体が滞留する隙間はなく、液体は、傾斜するストランド表面に沿って流動する間に収束と分岐とを繰り返して均一に混合される。しかも、傾斜するストランドに沿った液体の流下は、常に液体の横方向への流動を伴うので、表面張力の影響による液体の収束が起こり易い条件においても濡れ広がりを維持し易い構造である。従って、エキスパンドメタルの方が有利である。故に、エキスパンドメタル３１を用いた充填材３は、表面における十分な気液接触面積及び接触時間を確保することができ、装置を大型化することなく吸収効率を向上させることができる。
　充填材３として用いられる充填ユニットは、例えば、図２に示すように構成することができる（図中、エキスパンドメタル板は、網目の表記を省略して単に板状に記載する）。具体的には、複数のエキスパンドメタル板３１を一体化する固定部材３２を有し、固定部材３２は、複数のエキスパンドメタル板３１の外周を周回することによって一体的に固定する環状部３３と、複数のエキスパンドメタル板３１を貫通する貫通部３４と、複数のエキスパンドメタル板３１の各間に配置されて板間間隔を維持するスペーサ３５とを備えている。係る固定部材３２を使用することによって、薄形の複数のエキスパンドメタル３１を一体化すると共にそれらの立設状体を維持することができ、運搬時や据付時における取り扱いを容易にすることができる。なお、図２では、処理槽２内の装填空間に対応する円柱形を軸方向に平行に一定間隔で切断した複数の断面に各々対応した形状を有するエキスパンドメタル板を、全体形状が略円柱形状となるように充填材３に一体化し、円柱形の処理槽２内に密着装填できるようにしているが、一体化した形状が略半円柱形状や略四分円柱形状になる充填ユニットに形成して１つのブロックとし、２つ又は４つのブロックを組み合わせて略円柱形状となるように構成してもよい。
　充填ユニットの全体形状は、処理槽２の形状に応じて適宜変更することができ、例えば、処理槽２の形状が楕円柱形、四角柱形又は他の多角柱形である場合は、それに対応して充填ユニットの全体形状を楕円柱形、四角柱形又は他の多角柱形に変更し、充填材３として処理槽２内に密着装填できるようにすればよい。装填した充填ユニットの位置決め及び固定は、例えば、充填ユニットの下端縁部を係止するための突起を処理槽２の内周壁に設けたり、充填ユニットを載置するための網状棚板を処理槽２内に設けることによって可能であり、或いは、充填ユニットを処理槽２内に吊り下げるように構成してもよい。
　従って、処理槽２が円筒形状の場合には、エキスパンドメタル板３１は、組み合わせたときに、処理槽２内に収容できる円柱形の外形を構成するように板間間隔及び板厚を考慮して、各エキスパンドメタル板の横幅が設定される。また、略半円柱形状や略四分円柱形状のブロックに構成するためにエキスパンドメタル板３１が板幅方向に複数に分割される場合には、組み合わされたときに、全体として、処理槽２内に収容できる円柱形の外形を構成するように各板幅が設定される。なお、処理槽２が角柱形状の場合には、それに対応した一定の板幅を有する複数のエキスパンドメタル板３１を角柱状に組み合わせた充填ユニットによって充填材３が構成される。
　環状部３３は、例えば、図３（ａ）に示したように、円環が二分割された一対の半環状部を組み合わせ、フランジ部３３ａをボルト等の締結具によって連結することによって、複数のエキスパンドメタル板３１の外周を固定することができるように構成されている（図中、エキスパンドメタル板は、凹凸の記載を省略して単に板状に記載する）。なお、ここでは、環状部３３は組み合わされて円形を構成する場合を図示しているが、環状部３３は、処理槽２内の形状に対応して、組み合わされて角形を構成するものであってもよいし、三分割以上に分割されていてもよいし、均等割である必要もない。
　また、環状部３３は、図２に示したように、例えば、上部及び下部の二箇所に配置されて、上部の環状部３３及び下部の環状部３３を接続する連結部３３ｂを有していてもよい。かかる構成により、複数箇所でエキスパンドメタル板３１を支持することができ、一体化した状体を維持することができる。なお、環状部３３は、例えば、三箇所以上に配置されていてもよいし、連結部３３ｂを省略するようにしてもよい。
　貫通部３４は、各エキスパンドメタル板３１に形成された貫通孔３１ｃに挿通される。また、貫通部３４は、例えば、一対の半環状部のそれぞれに形成された軸部により構成されており、一方の軸部は中空に形成され、他方の軸部は一方の軸部の中空に嵌挿可能な形状に形成される。かかる構成により、半環状部を組み合わせたときに、貫通部３４の一方の軸部に他方の軸部が挿通されて、エキスパンドメタル板３１の支持及び固定に必要な強度を得ることができる。勿論、貫通部３４は、十分な強度が得られる限り、１本の軸部で構成してよく、そのときは、一方の半環状部の軸部を貫通孔３１ｃに挿通し、他方の半環状部に挿通させて支持させるようにすればよい。
　充填材３を構成する複数のエキスパンドメタル板３１は、図２に示すように、一定の間隔で鉛直に配置され一体化される。このとき、各エキスパンドメタル板３１の隙間には、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、スペーサ３５が挿入される。スペーサ３５の軸方向長さを調整することにより、エキスパンドメタル板３１間の間隔、つまり、充填材３の処理ガスＧが通過する流路断面積を任意に設定することができる。図２において、スペーサ３５は円管状に記載されるが、この形状に限定されず、三角管状、正方管状、菱管状等の多角管状や楕円管状であってもよい。かかるスペーサ３５の代わりに、図３（ｃ）に示したように、エキスパンドメタル３１の貫通孔３１ｃを設ける箇所のストランドを切断して切断端部を板厚方向に起立させるように曲折（屈折又は湾曲）させることよって、貫通孔３１ｃを形成すると共に、貫通孔３１ｃの周縁部に形成される起立部がスペーサ３５として機能するようにしてもよい。かかる構成により、別部品であるスペーサ３５を製造する必要はなく、複数のエキスパンドメタル板３１を組みあわせる時に、交互にスペーサ３５を挿入する手間を省略することができ、製造コストを低減することができる。また、起立部を形成する位置は、貫通孔３１ｃの縁部に限定されず、例えば、エキスパンドメタル板３１の上下端部又は両側端部において、一部のストランド端部を曲折して起立部を形成してもよい。エキスパンドメタル板３１のストランド端部の起立高さｈを調整することにより、エキスパンドメタル板３１間の間隔が規定され、充填材３の処理ガスＧが通過する流路断面積を任意に設定することができる。ガス供給の圧力損失の低減及び接触効率の観点から、エキスパンドメタル板３１間の間隔は、概して５～１５ｍｍ程度となるように設定すると好ましく、これに基づいてスペーサ３５の長さ又は起立部の高さｈを適宜設定することができる。
　又、並列するエキスパンドメタル板３１を貫通する貫通部３４（つまり、貫通棒）は、エキスパンドメタル板３１を並列状に纏める纏め部材として機能するので、固定部材３２から環状部３３を省略して使用することも可能である。つまり、貫通棒及びスペーサ３５のみを用いてエキスパンドメタル板３１を並列状に纏めて板間間隔を維持することができるので、そのまま処理槽２内に装填して固定することができる。更に、図３（ｃ）のように貫通孔３１ｃを設ける箇所のストランドの切断端部を曲げた曲折部をスペーサ３５の代わりに使用すれば、少なくとも１本の貫通棒のみを用いて複数のエキスパンドメタル板３１を並列状に纏めて充填ユニットを構成することができる。加えて、エキスパンドメタル板３１を貫通する貫通棒の両端にストッパとして作用する係止部材を取り付ければ、図２の充填ユニットと同様に取り扱うことができる。貫通棒は、エキスパンドメタル板３１を支持可能な強度を保持する太さであればよく、充填ユニットの設計に応じて適宜選定される。概して、５～１０mm程度の太さの金属製棒が好適に使用され、使用する貫通棒の太さに応じて貫通孔３１ｃの大きさが適宜設定される。
　上述した充填材３によれば、立設したエキスパンドメタル板は処理を行う際に形状が歪み難いため、被処理ガスＧの流路の閉塞を避けることができる。従って、被処理ガスＧの流路を安定的に確保することができ、圧力損失の増大を抑制することができるので、エネルギー効率の低下を抑制することができる。なお、ここでは、エキスパンドメタル板３１を一方向に配置した場合を図示しているが、例えば、上半分に鉛直な切り目を入れたエキスパンドメタル板と、下半分に鉛直な切り目を入れたエキスパンドメタル板とを、切り目において互いを挟むように噛み合わせると、２つのエキスパンドメタル板が交差するように組み合わせられるので、この組み合わせ方を応用して、格子状にエキスパンドメタル板３１を立設配置することができる。この場合、前述の固定部材３２等は不要である。
　充填材として金網を用いた場合に、通常は金網を支持するために平板が添設され、この場合、平板の併用によって濡れ性も向上する。充填材３にエキスパンドメタル板３１を使用した本発明の場合には、エキスパンドメタル板単体での濡れ性が高く、金網に平板を添設した場合と同等の濡れ性を発揮することができる。この点は、図４のグラフから容易に理解される。図４は、一定の幅で液体（水）を充填材上端に導入して流下させた時の、液体の流量と、流下する液体が充填材上に形成する液膜の幅の導入液幅に対する割合［％］との関係を示す図である（詳細については後述する）。図４によれば、金網又は平板（ＳＵＳ板）を単独で使用した場合は、流下させる液量が減少するに従って液膜の幅が減少し、金網に平板を添設すると、液量が減少しても液膜の幅は維持される。これに比べて、エキスパンドメタル板を単独で用いた場合には、液量が減少しても液膜の幅は維持され、金網に平板を添設した場合と同等の濡れ性を示す。従って、濡れ性の改善を目的として平板を添設する必要がなく、エキスパンドメタル板の利用は、充填材の軽量化、小型化において極めて有利である。
　上述した実施形態に係るガス分離装置１を火力発電所１０に適用した場合について、図５を参照して説明する。図５は、本発明の実施形態に係るガス分離装置を備えた火力発電所の概略構成図である。
　火力発電所１０は、図５に示すように、石炭等の化石燃料を燃焼させて熱エネルギーに変換するボイラー１１と、熱エネルギーを運動エネルギーに変換するタービン１２と、運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機１３と、ボイラー１１が排出する排ガスから窒素酸化物を取り除く排ガス脱硝装置１４と、排ガスからダストを取り除く電気集塵装置（Electrostatic Precipitator）１５と、排ガスから硫黄酸化物を取り除く排ガス脱硫装置１６と、排ガスからさらに硫黄酸化物を取り除く前処理塔１７と、排ガスから二酸化炭素を取り除く吸収塔１８と、吸収塔１８の吸収後の液から二酸化炭素を回収する放散塔１９とを有している。
　図示した火力発電所１０は、重油、ＬＮＧ（液化天然ガス）石炭等の化石燃料を燃焼して、ボイラー１１で高温高圧の蒸気を生成し、この蒸気でタービン１２を駆動させることによって発電機１３を回転させて発電する汽力発電方式のものである。
　ボイラー１１から排出された排ガスは、排ガス脱硝装置１４、電気集塵装置１５、排ガス脱硫装置１６、前処理塔１７及び吸収塔１８の各装置に順次搬送されて、排ガス中に含まれる不純物や汚染物質などの分量が一定の基準値以下となるように処理され、最終的に大気中に放出される。
　排ガス脱硝装置１４は、例えば、アンモニア接触還元法、無触媒還元法、活性炭法、電子線照射法、酸化還元法等を用いて、排ガス中の窒素酸化物を取り除く。また、電気集塵装置１５は、例えば、直流電流によってコロナ放電を発生させ、排ガス中のダストを帯電させて電界中に通過させることによって、排ガス中のダストを取り除く。また、排ガス脱硫装置１６は、例えば、アルカリ溶液吸収法、石灰スラリー吸収法、水酸化マグネシウムスラリー法、スプレードライヤー法、活性炭吸着法等を用いて、排ガス中の硫黄酸化物を取り除く。また、前処理塔１７は、先行する工程により取り除かれなかった排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を取り除く。また、吸収塔１８は、先行する工程により取り除かれなかった排ガス中の二酸化炭素を取り除く。
　上述した実施形態に係るガス分離装置１は、吸収塔１８に適用することができる。被処理ガスＧは前処理塔１７から供給される排ガスであり、対象ガス成分は二酸化炭素であり、吸収液Ｌはアミン化合物水溶液である。具体的には、吸収液Ｌは、例えば、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）水溶液であり、二酸化炭素の吸収によって、カルバミン酸塩・アミン塩（カーバメート）、炭酸塩、重炭酸塩等が生じる。これらの塩を含む使用済み吸収液は、回収され放散塔１９に供給される。
　又、上述のガス分離装置１は、前処理塔１７にも適用可能であり、この場合、被処理ガスＧは、排ガス脱硫装置１６から排出される排ガスであり、対象ガス成分は硫黄酸化物であり、吸収液Ｌは塩基性水性液である。吸収液Ｌとして、上述のアミン化合物水溶液を用いてもよいが、通常、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物の水溶液が用いられる。
　放散塔１９は、排ガスから分離された二酸化炭素を使用済み吸収液Ｌから放出させる。具体的には、放散塔１９は、供給された使用済み吸収液Ｌを１００℃以上に加熱して二酸化炭素を放出させ、放出された二酸化炭素と共に放出される水蒸気を冷却凝縮し、二酸化炭素は気液分離によって凝縮水を除去した後、圧縮されて回収される。また、二酸化炭素を放出した後の吸収液は、再生吸収液Ｌとして吸収塔１８に供給されて再利用される。なお、回収された液体ＣＯ２は、二酸化炭素回収・貯留（ＣＣＳ：Carbon dioxide Capture and Storage）として、地中や海底に貯留されたり、他の用途に利用されたりする。
　上述したガス分離装置１は、放散塔１９に適用することも可能であるが、この場合は、吸収液を加熱するための加熱装置が必要である。例えば、図１の処理槽２の底部に貯留される吸収液を加熱することによって、底部の吸収液から二酸化炭素が放出されて上昇し、それによって充填材３も加熱される。上部から供給される吸収液が充填材３を流下する間に、加熱されつつ気液接触するので、吸収液中の二酸化炭素の放出が促進される。
　上述のように、吸収分離する対象ガス成分は、二酸化炭素に限定されるものではなく、ＮＯｘ、ＳＯｘ等の酸化ガスであってもよいし、その他、本実施形態に係るガス分離装置１によって分離可能なガスであれば任意に選択することができる。また、吸収液Ｌは、アミン化合物水溶液に限定されるものではなく、分離対象ガスに適した反応液Ｌを任意に選択することができる。例えば、対象ガス成分が親水性物質であれば、吸収液として水又は親水性液媒が使用可能であり、対象ガス成分が親油性物質であれば、吸収液として親油性液媒が使用可能である。又、対象ガス成分が酸性物質であれば、吸収液として塩基性液又は中性液が使用され、対象ガス成分が塩基性物質であれば、吸収液として酸性液又は中性液が使用される。更に、吸収液Ｌに吸収された対象ガス成分が結果として吸収液中での化学反応により他の物質に変化するような形態のガス処理にも、本発明のガス分離装置を適用してもよい。
　図５では、本実施形態に係るガス分離装置１を火力発電所１０に適用する場合について説明したが、本発明に係る充填材３は、小型且つ軽量で効率よく気液接触を行うことができるので、蒸留、精製等の物理化学的プロセスを含む種々の化学プラントにおいて使用される装置（蒸留塔、精製塔等）における充填材にも適用することができる。
　＜実施例＞
　（充填材としてのエキスパンドメタル板の評価）
　以下の４つの試験体Ａ～Ｄを用意し、これらを以下の試験方法１における充填材として使用して各試験体の評価を行った。
　Ａ：２０メッシュのＳＵＳ３０４製金網（線径：０．２ｍｍ、線方向：鉛直及び水平、目寸法：１．２５ｍｍ×１．２５ｍｍ）
　Ｂ：サンドプラストで平滑に表面研磨したＳＵＳ板（平均粗さ：約５μｍ）
　Ｃ：試験体Ａの金網を試験体ＢのＳＵＳ板の表面に粘着剤で貼り付けたもの
　Ｄ：菱形網目のＳＵＳ３０４製エキスパンドメタル板（板厚Ｔ：０．３ｍｍ、短目方向中心距離ＳＷ：１．８ｍｍ、長目方向中心距離ＬＷ：３．０ｍｍ）；短目方向を鉛直に配置して使用。
　（試験方法１）
　液体導入用の傾斜平板を用意し、充填材を鉛直に立てて、傾斜平板の下端と充填材の上端とを当接し、液体（水）を一定流量で傾斜平板に供給して充填材の上端に３８０ｍｍの幅（導入液幅）で均一に導入して充填材に沿って流下させた。充填材に対して垂直な（つまり水平な）撮影角度で充填材を正面側（試験体Ｃの金網側）からカメラで撮影することによって、流下する液体が充填材上に形成する液膜（液体が流れて濡れる部分）の画像を作成した。この操作において、液体の流量を２．０Ｌ／分から１．２Ｌ／分、０．８Ｌ／分、０．４Ｌ／分及び０．２５Ｌ／分へ段階的に順次減少させて撮影を繰り返すことによって、各流量における液膜の画像を撮影した。
　得られた画像を用いて、充填材の上端から２００ｍｍ下の位置における液膜幅（液体で濡れた部分の横幅）を各流量について測定し、導入液幅（３８０ｍｍ）に対する液膜幅の割合［％］を算出して、その液体の流量による変化を調べた。結果を図４に示す。図中、試験体Ａにおける結果を三角印で、試験体Ｂにおける結果を四角印で、試験体Ｃにおける結果を丸印で、試験体Ｄにおける結果を菱形印で示す。
　図４によれば、試験体Ａ（金網）及びＢ（ＳＵＳ板）においては、液体の流量が低下するにつれて、導入液幅に対する液膜幅の割合が急激に減少し、流下する液体の横幅が著しく狭まる。つまり、濡れ難くなり、液膜の表面積（気液接触面積）が激減する。これは、流量が少ない場合には表面張力の影響で液膜が収束し易いことに起因すると考えられる。これに対して、試験体Ｄ（エキスパンドメタル板）では、液体の流量が低下しても液膜幅の割合は減少せず、流下する液体はさほど狭まらない。つまり、濡れが維持され、液膜の表面積（気液接触面積）が維持される。これは、連続するストランドの傾斜に沿って液体が流下することにより、液体の横方向への濡れ広がりを維持し易い構造であるためと理解される。このことから、エキスパンドメタル板は、気液接触面積を維持するために流量を限定する必要がなく、流量を減少させて液体の吸収効率を高める上で極めて有利な充填材であることが分かる。
　又、試験体Ａにおいては、液体の流量が多い場合でも、他の試験体Ｂ～Ｄに比べて液膜幅が狭く、試験中の観察において、金網の形状に歪み・撓みの発生が見られ、傾斜平板の下端と金網の上端との間に隙間が生じた。つまり、強度が低く柔らかい金網は、液体の重量によって変形し易く（特にバイアス方向）、液体が均一に流下し難い状態になると理解される。この点は、試験体Ｃのように金網を平板に貼り付けることによって改善され、試験体Ｃにおいて更に流量が少ない場合の液膜幅も維持される点は、平板に沿った流下に因ると考えられる。図４によれば、試験体Ｃ及び試験体Ｄは、液膜の形成において概ね同程度の機能を有し、導入液幅に対する液膜幅の割合は概して９０～１００％の範囲に維持されるが、試験体Ｃは構造的に厚みが必要であり、貼着加工が必要である点を考慮すると、試験体Ｄが有利であることは明らかである。故に、エキスパンドメタル板は、液体の流量に関わらず単体で優れた濡れを維持し得る優れた充填材であり、補強用の部材を必要としないので、充填材を利用して構成する装置の小型化・軽量化に寄与し得る有益な素材である。
　（試験方法２）
　横幅５００mm×長さ６４５mmの薄板状の充填材を鉛直に配置してその上端の両端に紐を繋げ、その紐を用いてロードセルに吊り下げた。更に、液体（水）を供給するためのノズルとして金属管（内径：２３．３ｍｍ、長さ：２００ｍｍ）を用意し、充填材上端の中央上方に鉛直にノズルを配置して、ノズルを通じて液体を一定流量で充填材に供給して流下させた（流下距離：６４５ｍｍ）。充填材に対して垂直な撮影角度で充填材をカメラで撮影することによって、流下する液体が充填材上に形成する液膜（液体が流れて濡れる部分）の画像を作成した。
　得られた画像を用いて、充填材上に形成される液膜の面積（液体で濡れた部分の面積）を測定し、充填材の濡れ面積とした。尚、この間にロードセルを用いて充填材の重量を測定し、液体の供給前後における重量差によって、充填材を濡らしている液体の重量を得ることで、画像から測定される液膜の面積値の妥当性を確認した。
　（エキスパンドメタル板の厚さの影響）
　以下の２つの試験体Ｄ１，Ｄ２を用意し、これらを各々上記の試験方法２において充填材として使用して、各試験体における濡れ面積を測定した。得られた測定値を、試験体Ｄ１の濡れ面積を基準（１００％）とする相対濡れ面積［％］に換算して、試験体Ｄ１及びＤ２の厚さに基づいて比較するための棒グラフを図６に記載する。
　Ｄ１：菱形網目のＳＵＳ３０４製エキスパンドメタル板（板厚Ｔ：０．２ｍｍ、短目方向中心距離ＳＷ：１．８ｍｍ、長目方向中心距離ＬＷ：３．０ｍｍ）；短目方向を鉛直に配置して使用。
　Ｄ２：菱形網目のＳＵＳ３０４製エキスパンドメタル板（板厚Ｔ：０．３ｍｍ、短目方向中心距離ＳＷ：１．８ｍｍ、長目方向中心距離ＬＷ：３．０ｍｍ）；短目方向を鉛直に配置して使用。
　図６によれば、厚さが０．２ｍｍの試験体Ｄ１と０．３ｍｍの試験体Ｄ２とでは、濡れ面積に約５％程度の差が生じる。後述するエキスパンドメタル板の評価において、厚さの異なる試験体を含む比較評価における誤差は、この程度であると考えてよい。充填材の軽量化及び強度の観点において、上記の厚さを有するエキスパンドメタル板は好ましい。
　（エキスパンドメタル板の網目の評価１）
　以下の試験体Ｄ３，Ｅ１～Ｅ５を用意し、これらを各々上記の試験方法２において充填材として使用して、各試験体における濡れ面積を測定した。得られた測定値を、試験体Ｅ３の濡れ面積を基準（１００％）とする相対濡れ面積［％］に換算した。
　Ｄ３：菱形網目のＳＵＳ３０４製エキスパンドメタル板（板厚Ｔ：０．３ｍｍ、短目方向中心距離ＳＷ：３．０ｍｍ、長目方向中心距離ＬＷ：６．０ｍｍ）；短目方向を鉛直に配置して使用。
　Ｅ１：菱形網目のＳＵＳ３０４製エキスパンドメタル板（試験体Ｄ４、板厚Ｔ：０．２ｍｍ、短目方向中心距離ＳＷ：２．５ｍｍ、長目方向中心距離ＬＷ：６．０ｍｍ）を試験体ＢのＳＵＳ板の表面に拡散接合で貼り付けたもの；長目方向を鉛直に配置して使用。
　Ｅ２：試験体Ｄ１のエキスパンドメタル板を試験体ＢのＳＵＳ板の表面に拡散接合で貼り付けたもの；長目方向を鉛直に配置して使用。
　Ｅ３：試験体Ｄ１のエキスパンドメタル板を試験体ＢのＳＵＳ板の表面に拡散接合で貼り付けたもの；短目方向を鉛直に配置して使用。
　Ｅ４：菱形網目のＳＵＳ３０４製エキスパンドメタル板（試験体Ｄ５、板厚Ｔ：０．２ｍｍ、短目方向中心距離ＳＷ：２．２５ｍｍ、長目方向中心距離ＬＷ：４．０ｍｍ）を試験体ＢのＳＵＳ板の表面に拡散接合で貼り付けたもの；短目方向を鉛直に配置して使用。
　Ｅ５：試験体Ｄ４のエキスパンドメタル板を試験体ＢのＳＵＳ板の表面に拡散接合で貼り付けたもの；短目方向を鉛直に配置して使用。
　上記試験体Ｄ３，Ｅ１～Ｅ５の各々について、エキスパンドメタル板のストランドが鉛直方向に対して傾斜する角度θ（０＜θ≦９０°）を求めると、以下のようになる。求めた角度θと、上述で得られる相対濡れ面積との関係を調べるための棒グラフを図７に示す。
　Ｄ３：θ＝６３．４°、Ｅ１：θ＝２２．６°、Ｅ２：θ＝３１．０°
　Ｅ３：θ＝５９．０°、Ｅ４：θ＝６０．６°、Ｅ５：θ＝６７．４°
　試験体Ｅ１及び試験体Ｅ５は、同一網目のエキスパンドメタル板を縦長目又は横長目の配置で使用し、試験体Ｅ２～Ｅ４及びＤ３で使用するエキスパンドメタル板とは網目寸法が異なるが、図７の結果においては、角度θと相対濡れ面積との相関性が明確に見られ、網目寸法による影響よりも角度θ（網目の配向）による影響の方が明らかに大きいことが理解される。
　試験体Ｅ１～Ｅ５について比較すると、ストランドの角度θが２２．６°から５９．０°に増加するに従って相対濡れ面積が急激に増加し、５９．０°～６７．４°の範囲（特に６０°前後）において明らかに高い濡れ性を示す。この結果から、角度θが４８～７３°程度の範囲においては相対濡れ面積が８０％以上となることが明らかに期待でき、５０～７０°程度の範囲では９０％以上を維持できると期待できる。尚、試験体Ｅ１～Ｅ５は、エキスパンドメタル板にＳＵＳ板を貼着したものであるが、エキスパンドメタル板単体であっても、角度θと濡れ面積との関係において試験体Ｅ１～Ｅ５と同様の傾向があり、６０°近辺において濡れ面積が最も大きくなることが、以下に記載するエキスパンドメタル板の網目の評価２において確認することができる。
　（エキスパンドメタル板の網目の評価２）
　以下の試験体Ｄ２’を用意し、上記の試験方法２において充填材として使用して、各試験体における濡れ面積を測定した。前述において測定した試験体Ｄ２の濡れ面積を基準（１００％）として、得られた試験体Ｄ２’の測定値及び前述で得た試験体Ｄ３の測定値を相対濡れ面積［％］に換算した。試験体Ｄ２，Ｄ２’，Ｄ３について、エキスパンドメタル板のストランドの鉛直方向に対する角度θと相対濡れ面積との関係を調べるための棒グラフを図８に示す。尚、各試験体における角度θは、Ｄ２：５９．０°、Ｄ２’：３１．０°、Ｄ３：６３．４°である。
　Ｄ２’：試験体Ｄ２のエキスパンドメタル板；長目方向を鉛直に配置して使用。
　図８は、エキスパンドメタル板を単体で用いた時の結果であり、図７と同様に、角度θが約３０°から約６０°へ増加するにつれて相対濡れ面積が増加し、図７と類似の傾向を示すことが明らかである。この点は、試験体Ｄ３（θ＝６３．４°）における値が図７と図８とで一致するように図８の結果を相対換算して図７の結果に重ね合わせることで確かめられる。図７と図８とを比較すると、エキスパンドメタル板単体における角度θによる相対濡れ面積の変動は、ＳＵＳ板の貼着によって強調される傾向が見られる。又、濡れ面積が最大になる角度θは、ＳＵＳ板を貼着した場合よりエキスパンドメタル板単体の場合の方が若干大きいと思われるが、好適な濡れ面積が得られる角度範囲としては大差はないと考えられる。
　（ＣＦＤ解析による濡れ評価）
　平滑板、表面が波形に凹凸する板（凹凸振幅２ａ＝０．６ｍｍ、波長λ＝２．８ｍｍ、凸部が水平になるように配置）及びエキスパンドメタル板（板厚Ｔ：０．３ｍｍ、短目方向中心距離ＳＷ：１．８ｍｍ、長目方向中心距離ＬＷ：３．０ｍｍ）を充填材（寸法：５０mm×６０ｍｍ）として用いて、充填材を鉛直に配置して液体を充填材の上端全体から一定流量で流下させた時に液体が形成する液膜の挙動を、ＣＦＤ（数値流体力学）解析によるシミュレーションによって調べた。解析の結果、平滑板においては、液体が流下するに従って、液体が中央に収束して液膜幅が急激に狭くなった。波形の凹凸板の場合には、平滑板の場合に比べて液体の収束は穏やかになるが、ある程度流下すると、やはり中央に収束した。エキスパンドメタル板の場合は、波形の凹凸板と同様に緩慢になった。
　上記解析において、充填材に沿って流下する液体が形成する液膜の厚さ方向の鉛直断面における液体の流線分布を充填材の中央において調べると、平滑板及び波形の凹凸板においては、流下する液体の流線分布は概して均等であるのに対して、エキスパンドメタル板を流下する場合には、凸部から凹部へ流れ込む液体の流れが乱れ、凹部の液膜中の流線分布に渦巻きが生じた。渦巻きの発生は、液体の攪拌混合に有効であり、液体に含まれる成分の拡散・均一化を促進可能である。
　本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
　本発明のガス分離装置は、充填材における処理効率が高く、軽量且つ小型に構成することができるので、小型・軽量で製造コスト及び処理コストの削減が可能なガス分離装置が提供することができ、温暖化防止のために燃焼排ガス等から二酸化炭素を分離回収する二酸化炭素回収装置や、排ガスから有害ガスを除去するための排ガス浄化装置、混合ガス中に含まれる特定ガス成分を分離するガス分離装置等に適用する上で非常に有利である。

Claims (13)

  1. 　処理槽内に配置された充填材の表面に沿って吸収液を流下させるとともに、前記処理槽内に対象ガス成分を含む被処理ガスを供給し、前記充填材の表面に沿って流下する前記吸収液と前記被処理ガスとを気液接触させることによって前記被処理ガスに含まれる対象ガス成分を前記吸収液に吸収させて前記被処理ガスから分離又は回収するガス分離装置であって、
    　前記充填材は、鉛直に立設され並列する複数のエキスパンドメタル板により構成される少なくとも１つの充填ユニットを有するガス分離装置。
  2. 　前記充填材が装填される処理槽と、前記処理槽に前記被処理ガスを導入するガス導入部と、前記充填材に前記吸収液を供給する吸収液供給部とを有し、
    　前記充填ユニットにおいて、前記複数のエキスパンドメタル板は、一定の間隔で並列する請求項１に記載のガス分離装置。
  3. 　前記充填ユニットは、前記複数のエキスパンドメタル板を並列状に纏める纏め部材と、前記複数のエキスパンドメタル板の間に一定の間隔を設けるためのスペーサとを有する請求項１又は２に記載のガス分離装置。　
  4. 　前記纏め部材は、前記複数のエキスパンドメタル板を貫通する貫通部材を有する請求項３に記載のガス分離装置。
  5. 　前記複数のエキスパンドメタル板は、前記貫通部材を貫通させるための貫通孔を有する請求項４に記載のガス分離装置。
  6. 　前記スペーサは、前記複数のエキスパンドメタル板の間に配置されて前記貫通部材が貫通する管状部材を有する請求項４～５の何れかに記載のガス分離装置。
  7. 　前記スペーサは、前記複数のエキスパンドメタル板を構成するストランドの一部を曲折させて形成される起立部を有する請求項３～５の何れかに記載のガス分離装置。
  8. 　前記スペーサは、前記複数のエキスパンドメタル板を構成するストランドの一部を前記貫通孔の縁部において板厚方向に起立するように曲折させて形成される起立部を有する請求項５に記載のガス分離装置。
  9. 　前記充填ユニットは、更に、前記複数のエキスパンドメタル板の外周を周回して前記複数のエキスパンドメタル板を一体的に固定する環状部材を有する請求項１～８の何れかに記載のガス分離装置。
  10. 　前記複数のエキスパンドメタル板は、鉛直方向に対して角度θ（但し、０°＜θ≦９０°）で傾斜するストランドによって構成され、前記角度θは４８～７３°である請求項１～９の何れかに記載のガス分離装置。
  11. 　前記対象ガス成分は二酸化炭素であり、前記吸収液はアミン化合物水溶液であり、排ガスから二酸化炭素を分離し回収するための二酸化炭素回収装置として使用される請求項１～４の何れかに記載のガス分離装置。
  12. 　被処理ガスに含まれる対象ガス成分を吸収液に吸収させるガス処理装置において、前記吸収液と前記被処理ガスとを十分に接触させるために前記吸収液を表面に沿って流下させるように使用される充填材であって、
    　鉛直に立設され並列する複数のエキスパンドメタル板で構成される少なくとも１つの充填ユニットを有する充填材。
  13. 　前記複数のエキスパンドメタル板は、鉛直方向に対して角度θ（但し、０°＜θ≦９０°）で傾斜するストランドによって構成され、前記角度θは４８～７３°である請求項１２に記載の充填材。
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