JP3592733B2 - 気液接触装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は湿式排煙脱硫装置などに適用でき、被処理排ガス中の有害成分を吸収液で洗浄したり、被処理ガス中の可溶成分を吸収液で捕集したりする気液接触装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気液接触方法としては、従来、スプレー塔、充填塔、ベンチュリースクラバー、気泡塔方式など多種多様のものが開発され実用に供されているが、それぞれの性能、特徴においては一長一短があり、それらの長所を兼ね備えた高性能の気液接触方法の開発が望まれていた。
【０００３】
本出願人らは高性能の気液接触を可能とする気液接触装置を先に提案した。（実願昭５７−１４６８６０号参照）以下、この気液接触装置を図３によって説明する。該気液接触装置は塔本体に被処理ガスの入口と出口とを一方が同塔上部に他方が下部になるように配設し、前記塔本体内部にガス吸収液を液柱状でほぼ上方に向かって吐出させる吐出管を複数個設置してなることを特徴とし、液柱状でほぼ上方に向かって吐出されるガス吸収液の液柱高さを調整することによって、気液接触効率を効果的に変化させることのできる新規な気液接触装置である。
すなわち、図３において、１、２は被処理ガスの入口または出口、６は垂直吸収部であり、垂直吸収部６内部にはガス吸収液を液柱状でほぼ上方に向かって吐出させる吐出管８がヘッダーパイプ１０に複数個配置されている。
そしてヘッダーパイプ１０も通常複数本配置されるが、必ずしも同一平面上に配置しなくてもよい。吐出管８から液柱状に吐出せられるガス吸収液は垂直吸収部６下部の吸収液タンク１２からポンプ１３で送入されるが、その吐出液量を調整することによって液柱高さを任意に変えられる。
吐出されたガス吸収液は液柱の最高位に達した後、重力作用によって落下し、垂直吸収部６下部の吸収液タンク１２に入る。被処理ガスは符号１または２で示される部分のどちらか一方を入口とし、他方を出口とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前記図３に示す気液接触装置では、高脱硫率（例えば９５％以上）を得る際には液柱状で上方に吐出されたガス吸収液と被処理ガスの効率よい接触を行うため、ヘッダーより上方に高く吐出させる必要があり吸収部を長くする必要があった。吸収部が長くなると、吸収塔に加えて吸収塔前後の機器と接続するダクトも長くせざるを得ず、このため建設コストが上昇する欠点を有していた。
さらに、吸収塔前流の高温ガスによって吸収塔後流の低温ガスを昇温し、これを煙突に導いて良好なガス拡散を計るため、いわゆるガス・ガス熱交換器を通常付設するが、該ガス・ガス熱交換器を地上に設置する場合にはダクトの引き回し距離が長くなるのに加えて、設置スペースに限りのある場合も多く、建設敷地の確保が問題であった。加えて、石炭焚き排ガスを処理する際には排ガス中のフッ化水素ガス（ＨＦ）とフライアッシュのガス吸収液への混入により、吸収剤である石灰石（ＣａＣＯ_３ ）の溶解を阻害して脱硫性能を低下させてしまうことが知られており（例えば、特開昭５５−１６７０２３号公報参照）、この場合にはこれを補償するため一層のガス吸収液の高さが必要であり、吸収部長さはさらに長くする必要があると共に、ポンプ１３の消費動力のますますの増加が避けられない。
【０００５】
本発明は上記技術水準に鑑み、上述したような不具合のない気液接触装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述したような型式の気液接触装置において、吸収部を２分割して最適配置し、良好な気液接触状態を得ることにより、従来装置の技術課題を解決するものである。
すなわち、本発明は２分割した吸収液タンクと、吸収液タンクの分割部のそれぞれの上部に設けた２つの垂直吸収部と、該吸収部上部に各々連なる垂直ダクトからなり、該ダクトの一方をガスの入口側ダクトとなし、他方を出口側ダクトとし、該２つの吸収部下部に、それぞれの吸収液分割部からの吸収液を上方に液柱状に吐出してガスと吸収液を接触させるための複数のノズルを設置し、かつ該両垂直ダクトに、ガス・ガス熱交換器を組み入れてなることを特徴とする気液接触装置である。
【０００７】
【作用】
図１により本発明装置の吸収部の基本構成と機能を説明する。
図１において１、２は各々被処理ガスの入口、出口であり、垂直ダクト部３、４の中間にはガス・ガス熱交換器５が組み込まれている。このガス・ガス熱交換器５により、垂直ダクト部３の高温排ガスと垂直ダクト部４の低温排ガスを熱交換し低温排ガスを昇温する。
第１の垂直吸収部６と第２の垂直吸収部７の下部には各々ガス吸収液を液柱状でほぼ上方に向かって吐出させる吐出管８、９がヘッダーパイプ１０、１１に複数個配置されている。
吐出管８から液柱状に吐出せられるガス吸収液は第１の垂直吸収部６底部の吸収液タンク１２からポンプ１３で送入される。一方吐出管９にも同様にガス吸収液がポンプ１４で送入される。なお、両ポンプ１３、１４からの送入吸収液量を調整することによって液柱高さを任意に変えられる。
【０００８】
被処理ガスは被処理ガスの入口１より導入され、垂直ダクト３に組み込んだガス・ガス熱交換器５の高温部を通過し、第１の垂直吸収部６において液柱状態となった吸収液と接触しＳＯ_２ が部分的に除去されたのち、吸収液タンク１２上の空間部１５を通過してもう一方の第２の垂直吸収部７の下部に導かれ、この吸収部を上昇する際に吐出管９より液柱状に吐出せられるガス吸収液と接触して被処理ガス中に残留したＳＯ_２ を吸収する。浄化後のガスは垂直ダクト４を通ってガス・ガス熱交換器５の低温部を通過し系外に排出される。
【０００９】
本発明装置では吸収部を２分割することにより次の作用をもつ。すなわち、第１の垂直吸収部６ではガス吸収液が最高位に達し拡がって液滴として落下する際に被吸収ガスと接触する。この際、後段に第２の垂直吸収部７を有するので第１の垂直吸収部６ではそれほど高い脱硫率を要せず、従ってガス吸収液の最高位も低くすることができる。また、第２の垂直吸収部７では第１の垂直吸収部６での脱硫があるためそれほど高い脱硫率を要しない。
【００１０】
一般に吸収塔でのガス成分の吸収性能には次の関係がある。ＳＯ_２ ガスについても下記式が成立する。
ｌｎ ｙ_１ ／ｙ_２ ＝（Ｋｇａ・Ｐ・Ｚ／Ｇ） （１）
ここで、ｙ_１ ，ｙ_２ ：被吸収ガスの塔入口及び出口におけるモル分率 〔−〕
Ｋｇａ：吸収塔の総括容量係数 〔 ｋｇｍｏｌ／ｍ^３ ・ｈ・ａｔｍ 〕
Ｐ：吸収塔内の全圧 〔 ａｔｍ〕
Ｇ：吸収塔断面積あたりのガス流量 〔 ｋｇｍｏｌ／ｍ^２ ・ｈ〕
Ｚ：吸収部の長さ 〔ｍ〕
但し（１）式は簡単のため、ＳＯ_２ を水酸化ナトリウムで吸収する系にみられるように、吸収液がこれに平衡なＳＯ_２ 分圧をもたないと仮定している。
Ｋｇａは装置と操作条件が決まれば与えられる装置定数である。
【００１１】
今、仮にＫｇａが第１の垂直吸収部６と第２の垂直吸収部７で同一とすれば、同じ脱硫率を得るための各吸収部の長さ（Ｚ）の合計は、第１または第２の垂直吸収塔単独で吸収した場合のそれぞれの吸収部長さと同じとなることは（１）式をもとに、下記のとおり導ける。
ｌｎ ｙ_１ ／ｙ_ｍ ＝（Ｋｇａ・Ｐ・Ｚ_１ ／Ｇ） （２）
ｌｎ ｙ_ｍ ／ｙ_２ ＝（Ｋｇａ・Ｐ・Ｚ_２ ／Ｇ） （３）
ここで、ｙ_ｍ ：被吸収ガスの第１の塔出口におけるモル分率 〔−〕
Ｚ_１ ，Ｚ_２ ：第１の垂直吸収部及び第２の垂直吸収部の液柱高さ〔ｍ〕
他は（１）式の記号説明と同一である。
（２）、（３）式を各々加算すると、
ｌｎ ｙ_１ ／ｙ_２ ＝Ｋｇａ・Ｐ／Ｇ・（Ｚ_１ ＋Ｚ_２ ） （４）
（１）式と（４）式を比較すると
Ｚ＝Ｚ_１ ＋Ｚ_２ （５）
（５）式よりガス吸収液の吐出高さを第１の垂直吸収部６と第２の垂直吸収部７で同一することにより、液柱高さを単独の液柱高さの１／２にできることとなる。
【００１２】
上記のとおり液柱高さを従来の単独液柱高さの１／２にすることにより、ガス・ガス熱交換器５を垂直吸収部６と７の上部の垂直ダクト３、４に組み込むことが、容易に可能となる。垂直吸収部が低くできることにより、ガス・ガス熱交換器５を組み込んでも、従来の吸収塔の高さよりもむしろ低くすることが可能であり、かつ、ガス・ガス熱交換器５との接続ダクトも極限まで短くすることができる。
さらに第１の垂直吸収部６、第２の垂直吸収部７とも内部に何ら充填物を有しないため、吸収塔自体の軽量化が計れる。また吸収液を吐出するノズルを両垂直吸収部の下部に設置することによりポンプ１３と１４との接続配管が短くなり、この点でも吸収塔の軽量化に寄与する。
【００１３】
次に、吸収液タンクを２分割することによる作用について石灰石膏脱硫法を例に述べる。
図２において、タンク仕切り板１６を隔てて、吸収液タンク１２はＡ部１７とＢ部１８の２つの分割部に分けられる。各々の分割部内のガス吸収液はポンプ１３とポンプ１４によって第１の垂直吸収部６下部と第２の垂直吸収部７下部のノズルに供給される。
石炭焚き排ガス中にはＨＦガスとフライアッシュが含まれているが、これらの大部分は最初にガス吸収液と接触する第１の垂直吸収部６で吸収除去され、第１の垂直吸収部に吐出するタンク中のＡ部１７の吸収液中に混入する。一方、タンク中のＢ部１８の吸収液に混入するＨＦガスとフライアッシュの混入量は極端に少ない。
【００１４】
以上より第１の垂直吸収部６では吸収剤であるＣａＣＯ_３ の溶解阻害が起きて脱硫性能が低下してしまうものの、第２の垂直吸収部７ではこのような不都合が起きるのを回避でき、従来のように一つの垂直吸収部で同一のガス吸収液を使用する場合に比較して、著しい性能改善が可能となる。
なお、ガス吸収液はタンクＢ部１８よりタンクＡ部１７にオーバーフローさせることでＡ部１７へ供給する。またＢ部１８には石灰石スラリーを供給（図示なし）する。
さらに垂直吸収部６を通過後のガスに、吸収液の一部が同伴されてタンクＢ部の吸収液に混入するのを防止するため、タンク仕切り板１６の上部空間に、ミストエリミネータ（図示なし）を設置する場合もあり得る。
なお、図２において、記号、番号の意味は図１と同一である。
【００１５】
【実施例】
（参考例１）
本発明の一参考例を以下に示す。
微粉炭焚きボイラー（図示なし）の排ガスをバグフィルター（図示なし）でフライアッシュ除去後、２００ｍ^３ Ｎ／ｈ分取して、図１に示す気液接触装置によって処理した。被処理排ガスの温度はガス・ガス熱交換器（図示なし）によって入口温度１３０℃、ダスト濃度８０ｍｇ／ｍ^３ Ｎに調整されている。入口ＳＯ_２ 濃度は２５００ｐｐｍ 、ＨＦ濃度は２６ｐｐｍ であった。
垂直吸収部６及び７における塔底のノズルからの吸収液吐出高さは両者とも４ｍに調整した。ガス・ガス熱交換器５としては高温側と低温側に伝熱チューブを備え、その間を熱媒を循環させるいわゆる熱媒循環型の熱交換器を用いた。
【００１６】
上記排ガスに気液接触装置に導入されるＳＯ_２ モル量の１．０４倍（モル基準）の石灰石量を供給したところ次の結果を得た。
脱硫率 ９８％
被処理ガス出口でのガス温度 ７５℃
また処理後の排ガスは小型煙突より排出したが、水蒸気による白煙の発生は認められず、煙の拡散は良好であった。
【００１７】
（比較例１）
参考例１と全く同じ条件の排ガスを図３に示した従来の気液接触装置で処理した。垂直吸収部及びノズルの仕様は参考例１の第１の垂直吸収部と同一とした。但し液柱高さは参考例１の２倍とし、塔底のノズルからの吸収液吐出高さは８ｍに調整した。
【００１８】
石灰石の供給量を参考例１と同一として以下の結果を得た。
脱硫率 ９３％
被処理ガス出口でのガス温度 ５２℃
参考例１と同様に、排ガスは小型煙突より排出したが、この際水蒸気による白煙の発生が認められた。
参考例１と比較例１より、本発明になる気液接触装置の吸収部及び熱交換器の性能、すなわち吸収液の吐出高さが低いにもかかわらず、高い脱硫性能が得られること及びガス・ガス熱交換器の組み入れにより排ガスの昇温が可能であることを確認した。
【００１９】
（実施例１）
参考例１の吸収塔タンクに、図２に示した態様でタンク仕切り板１６を入れた。排ガス中のフライアッシュ濃度は排ガスの一部をバイパスすることによりあえて３００±３０ｍｇ／ｍ^３ Ｎの高濃度に調整した。
他の運転条件は参考例１と全く同一としたところ以下の結果を得た。
脱硫率 ９５％
【００２０】
（参考例２）
タンク仕切り板１６をとり除いた参考例１の態様で、実施例１と同一条件下で運転したところ、次の結果を得た。
脱硫率 ８８％
実施例１と参考例２を比較すると、フライアッシュを多量に含んだ排ガスを処理する際のタンク仕切り板の効果が明らかである。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は気液接触部を２分割して最適配置することにより、吸収部の長さを極力短くし、ガス・ガス熱交換器を吸収部の上部に組み込むスペースを確保することにより、垂直吸収部に接続するダクトの短縮を計り、もって吸収塔の軽量化と建設コストの低減が可能となる。さらに、吸収液タンクを２分割し、２分割したそれぞれの気液接触へそれぞれの気液接触部下部のタンクからの吸収液を吐出させることにより、排ガス中のＨＦガスとフライアッシュによる悪影響を低減し、著しい性能改善が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一参考例の気液接触装置の説明図。
【図２】本発明の一実施例の気液接触装置の説明図。
【図３】従来の気液接触装置の一態様の説明図。

Claims (1)

1. ２分割した吸収液タンクと、吸収液タンクの分割部のそれぞれの上部に設けた２つの垂直吸収部と、該吸収部上部に各々連なる垂直ダクトからなり、該ダクトの一方をガスの入口側ダクトとなし、他方を出口側ダクトとし、該２つの吸収部下部に、それぞれの吸収液分割部からの吸収液を上方に液柱状に吐出してガスと吸収液を接触させるための複数のノズルを設置し、かつ該両垂直ダクトに、ガス・ガス熱交換器を組み入れてなることを特徴とする気液接触装置。

Images