JP3958035B2 - Polymer material filling for gas-liquid contact and gas-liquid contact device - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスを液体中に吸収させる目的で用いられる気液接触装置に関する。さらに詳しくは、ガス及び液体の接触面積を増大させて効率的なガス吸収を実現する気液接触装置、並びに、前記気液接触装置に装填して用いる気液接触用の充填物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有害または有益なガスを吸収するための装置として、吸収液を利用した気液接触装置が知られている。主に化学プラント等では、排出される二酸化炭素（ＣＯ2）等のガスの吸収効率を向上させるために、例えば円筒状や矩形塔状の吸収塔を用い、塔の内部に気液接触充填物を充填してガス及び吸収液の接触面積を増やすことが行われている。気液接触充填物は、たとえば規則充填物と不規則充填物とに大別される。規則充填物は低い圧力損失が求められる場合、すなわちガスの送り込み動力を減らしたい場合に有利である。規則充填物の圧力損失をさらに減らす目的で並列濡れ壁方式を採用した規則充填物も開発されている。
【０００３】
一般に、気液接触性能は、液膜の総表面積に依存することが知られている。高い気液接触性能を得るためには、気液接触用の充填物の表面において、液ができるだけ濡れ広がることが好ましい。液が広く濡れ広がることを、濡れ性能が良好である、と表現する。良好な濡れ性能を発揮できる並列濡れ壁方式としては、例えば、金属製の平板と金属製の金網とを接合した気液接触板を利用した吸収塔が知られている。
【０００４】
しかし、前記した気液接触板は金属製であるため、気液接触塔全体としての重量が大きくなり、気液接触塔を支える構造部品も大型化してしまうといった問題がある。
【０００５】
金属に代わる気液接触用の充填物の材料としては、たとえば高分子材料が考えられる。高分子材料は軽量で、かつ加工性がよく、さらに安価である。
【０００６】
しかし、工業用材料として用いられる高分子材料はほとんどが疎水性であり、前記した濡れ性能が得られにくいといった問題がある。
【０００７】
また、最近では高分子材料でありながら親水性を有する、いわゆる親水性ポリマーも知られている。親水性ポリマーを気液接触板の材料として使用すれば、軽量で、かつ加工性がよく、しかも前記した濡れ性能が得やすい。
【０００８】
しかし、親水性ポリマーは、疎水性の高分子材料に比べて一般に高価であるといった問題がある。また、親水性ポリマーは水と接触すると水分を吸収して、強度の低下することが知られている点も問題である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、軽量で、加工性に優れ、安価で、濡れ性能が良く、水と接触しても強度が低下しにくい気液接触用の充填物を提供することを目的とする。
また、本発明は、ＣＯ2吸収性能の高い気液接触装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高分子材料の表面の少なくとも一部に表面加工を施してなる気液接触用の充填物を提供する。前記の気液接触用の充填物は、高い濡れ性能を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明による気液接触用の充填物を詳細に説明する。
【００１２】
本発明にかかる実施の形態のひとつは、高分子材料の表面の少なくとも一部にプラズマ接触処理を施してなることを特徴とする、気液接触用の充填物である。
【００１３】
プラズマ接触処理は、低圧気体中の放電現象を利用する表面処理である。プラズマ接触処理としては、例えば低温プラズマ（ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｌａｓｍａ， ＬＴＰ）が知られている。たとえば、ポリエチレンを酸素低温プラズマ接触処理すると水接触角が９０度から４３度に、アルゴン低温プラズマ接触処理すると水接触角が９０度から６０度に、ポリエチレンテレフタレートを酸素低温プラズマ接触処理すると水接触角が７７度から３２度に変化するなど、濡れ性能が向上する（高分子学会編、“高分子新素材便覧”、丸善（１９８９）、ｐ．５１３）ことが知られている。このように、プラズマ接触処理によれば、高い濡れ性能を有する高分子材料が得られるので、気液接触用の充填物として好適となる。また、プラズマ接触処理は材料の表面を処理する技術であるので、材料全体としての機械的強度はほぼ保たれる。
【００１４】
高分子材料の種類には限定はなく、たとえばポリプロピレン、ナイロン、塩化ビニル、ポリエステル等が利用できる。
【００１５】
本発明の気液接触用の充填物を板状で用いる場合の板厚は、例えば自重やガスの圧力変動に耐える程度の適度な剛性を確保するためには一定の厚みが必要である一方で、厚すぎる板は充填物の単位重量あたりの表面積が少なくなって不利である。これらを考慮した好ましい板厚は０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。これらの板厚で製造された気液接触板の単位表面積あたりの質量はたとえば１ｋｇ／ｍ2以下となる。従来の金属製の気液接触板では同じく２ないし４ｋｇ／ｍ2程度であったので、半分以下あるいは４分の１以下の軽量化を達成できる。
【００１６】
本発明における過不足のないプラズマ接触処理としては、５０ｍＮ／ｍ（ミリニュートン毎メートル）以上１００ｍＮ／ｍ以下のエネルギーを、高分子材料から５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の距離で、１秒以上５秒以下照射することが好ましい。前記した距離が５ｍｍ未満であると高分子表面がプラズマにより発熱・変形し、電極が接触してしまうので好ましくなく、１０ｍｍを超えても十分な量のエネルギーを照射するのに時間がかかり、結果的にコスト高となるので好ましくない。また、前記したエネルギーが５０ｍＮ／ｍ未満であると所望の表面エネルギーを有する表面を作成できない、表面エネルギーが持続しない等の問題があるので好ましくなく、１００ｍＮ／ｍを超えても表面エネルギーが飽和し、また、処理しすぎると材料表面が化学的に劣化するので好ましくない。さらに、前記した時間が１秒未満であると所望の表面エネルギーを有する表面を作成できない、また表面エネルギーが持続しない等の問題があるので好ましくなく、５秒を超えても結果的に表面エネルギーが飽和してコスト高となり、また処理しすぎると材料表面が化学的に劣化するので好ましくない。なお、電極の出力・形状により、照射距離、条件等のパラメータが変化するが、本発明はこれに限定されない。
【００１７】
Ｎ／ｍとは表面張力の単位であり、その１０００分の１が前記したｍＮ／ｍである。プラズマなどのレーザのエネルギーは、格子間隔や液体の密度、波数などを使って表面張力に換算できるものである。この換算式は当業者に広く知られているので詳細な説明は省略する。
【００１８】
ここで、より高い濡れ性能が必要な場合は高分子材料の表及び裏の両面全部にプラズマ接触処理を施せばよい。一方、比較的低い濡れ性能で足りる場合はプラズマ接触処理しない部分を残して、施工を簡略化することができる。
【００１９】
また、本発明にかかる別の実施の形態は、高分子材料の表面の少なくとも一部にグロー放電処理またはコロナ放電処理を施してなることを特徴とする気液接触用の充填物である。
【００２０】
グロー放電処理は、プラズマをつくるのにグローを利用するものであり、その効果はプラズマ接触処理と同様である。また、コロナ放電処理は、プラズマを作るのにコロナを利用するものであり、その効果はプラズマ接触処理と同様である。
【００２１】
本発明における過不足のないコロナ放電処理としては、１０ｍＮ／ｍ（ミリニュートン毎メートル）以上５０ｍＮ／ｍ以下のエネルギーを、高分子材料から５ｍｍ以上２０ｍｍ以下の距離で、１０秒以上２０秒以下照射することが好ましい。前記したエネルギーが１０ｍＮ／ｍ未満であると所望の表面エネルギーを有する表面を作成できない、また表面エネルギーが持続しない等の問題があるので好ましくなく、５０ｍＮ／ｍを超えても表面エネルギーが飽和し、また処理しすぎると材料表面が化学的に劣化するので好ましくない。また、前記した距離が５ｍｍ未満であると高分子表面がコロナ放電により発熱・変形し、電極が接触してしまうので好ましくなく、２０ｍｍを超えても十分な量のエネルギーを照射するのに時間がかかり、結果的にコスト高となるので好ましくない。さらに、前記した時間が１０秒未満であると所望の表面エネルギーを有する表面を作成できない、また表面エネルギーが持続しない等の問題があるので好ましくなく、２０秒を超えても結果的に表面エネルギーが飽和しコスト高となり、また処理しすぎると材料表面が化学的に劣化するので好ましくない。なお、電極の出力・形状により、照射距離、条件等のパラメータが変化するが、本発明はこれに限定されない。
【００２２】
また、本発明にかかる別の実施の形態は、高分子材料の表面の少なくとも一部に粗面加工を施してなる気液接触用の充填物である。
【００２３】
高分子材料の表面に粗面加工を施すことにより、粗面の凹部に水滴を保持しやすくなり、水接触角が大きくても比較的多くの水を表面上に滞留させることができる。この現象は水に限らず、溶質が溶け込んだ溶液であっても同様にあらわれる。
【００２４】
粗面加工の方法としては、例えば凹凸を設けたローラを高分子材料の板に押圧して表面を変形させる方法が利用できる。また、砂粒を吹き付けるサンドブラスタなどによって機械的に粗面化する方法も利用できる。
【００２５】
凹凸の形状に特に制限はなく、たとえば網目状、連続波状、溝切り状、不規則凹凸などとすることができる。また、網目形状を与える場合の凹凸のピッチも特に制限はないが、メッシュ数としては例えば５０以上１００以下が好ましい。前記したメッシュ数が５０未満であると粗面の凹部に水滴を保持しにくく、水を表面上に滞留させにくいので好ましくなく、１００を超えても粗面の凹部に強固に保持した水滴を、新しい水滴に逐次置換しながら表面上に滞留させることが難しいので好ましくない。
【００２６】
ここで、メッシュ数とは、篩の粗さを表す呼び方であり、２５．４ｍｍあたりの目数を表す。
【００２７】
また、本発明にかかる別の実施形態は、高分子材料の表面の少なくとも一部に高分子繊維不織布を定着処理してなる気液接触用の充填物である。
【００２８】
高分子材料の表面に不織布を定着することにより、不織布相当分の表面積が増加するので、前記した粗面加工と同等の効果を奏する。
【００２９】
高分子繊維不織布の種類には特に制限はなく、たとえばポリプロピレン、アクリル、ナイロン等が利用できる。また、高分子繊維不織布の定着処理の方法にも特に制限はなく、たとえば接着剤を使用した接着処理や、熱を使った溶着処理が利用できる。さらに、高分子繊維不織布の定着量にも特に制限はないが、好ましい定着量は５０ｇ／ｍ2以上１００ｇ／ｍ2以下である。ここで、ｇは高分子繊維不織布の質量、ｍ2は基材となる高分子材料の表面積である。
【００３０】
また、本発明にかかる別の実施形態は、高分子材料の表面の少なくとも一部に親水性を有する高分子繊維不織布を定着してなる気液接触用の充填物である。
【００３１】
親水性を有する高分子繊維不織布を定着することにより、物理化学的に濡れ性能を改善する効果と、前記した粗面加工による効果との両方が得られる。そのため、気液接触性能は著しく向上する。
【００３２】
親水性を有する高分子繊維不織布の種類には特に制限がなく、たとえば高分子繊維不織布に親水性ポリマーを塗布処理または浸漬処理または吹き付け処理したものを利用することができる。塗布処理または含浸処理または吹き付け処理は、前記した定着処理よりも前、後いずれの時期でも行うことができる。親水性ポリマーの種類にも特に制限はなく、分子構造内に−ＣＯ−、−ＣＯＯ−、−ＯＨ、−ＳＯ3Ｈなどの親水性の官能基を有するポリマーであることが好ましい。具体的な処理方法としては、たとえば親水性ポリマーを適切な溶剤に溶解させた液を調製し、この液を高分子繊維不織布に塗布したのちに乾燥させて溶媒を除去する方法を用いることができる。
【００３３】
また、本発明にかかる別の実施形態は、高分子材料の表面の少なくとも一部に酸化アクリル製不織布を定着してなる気液接触用の充填物である。
【００３４】
酸化アクリル製不織布を高分子材料の片面または両面に接着することにより、濡れ性の改善と、液との接触面積の増大と、両方が実現される。酸化アクリルは、他の高分子不織布に比べて酸化アクリル自体が濡れ性を有しているので、特に優れた効果を奏する。
【００３５】
本発明の別の実施形態は、前記した高分子材料が板状を形成してなる気液接触用の充填物である。
【００３６】
一般に、板状を形成してなる気液接触用の充填物は不規則充填物に比べて、ガスの圧力損失が少ないのでガスの送り込みに要する動力が少なくすむ利点がある。逆に、気液の接触面積は不規則充填物よりも小さいので、ガス吸収性能が低くなる欠点がある。しかし、本発明によれば、物理化学的な濡れ性の向上及び物理的な表面積増大の一方または両方の効果が得られるため、板状であってもガス吸収性能の高い気液接触用の充填物が得られる。すなわち、従来の板状充填物の利点と、従来の不規則充填物の利点とを併せもつ気液接触用の充填物を得ることができる。
【００３７】
前記した板の形状には特に制限がなく、断面が直線状の平板や、断面が連続Ｗ字状やクランク状の屏風板や、断面が正弦曲線や、半円が対向して連続する連続半円断面などの波板であってもよい。また、前記した板は中実のものに限らず、円形や矩形などの孔をあけたものであってもよい。また、前記した板は広げた状態に限らず、たとえば気液接触塔の内径に合わせて渦巻状に丸め込んだものであっても良い。また、前記した板はヒダ状に折り込んだものであっても良い。
【００３８】
さらに、前記した板は複数を同時に使用しても良い。たとえば、平板や波板を一定の間隔で平行に配置することができる。また、平板及び波板を交互に配置することができる。特に、平板と平板の間に波板がちょうど入り込むように、すなわちダンボールの断面を模して配置すると、波板が平板の位置決めをする機能を併せ持つようになって、さらに有利である。また、平板の集合体として格子を形成した充填物としても良い。
【００３９】
本発明にかかる別の実施の形態は、気体の流れに対して概ね平行に設置された、前記各項の気液接触用の充填物をひとつ以上含んでなる気液接触装置である。
【００４０】
本発明の気液接触用の充填物をひとつ以上含んでなる気液接触装置は、従来の板状充填物を使用した気液接触装置におけるガス送り込み動力低減効果と、従来の不規則充填物を使用した気液接触装置における大きな気液接触面積増大効果とを併せもつので、たとえば同じ性能を省動力で、かつ小型の装置によって実現できるので有利である。
【００４１】
気液接触用の充填物はなるべく多数を設置することによって大きな気液接触面積を確保できるが、前記した渦巻状に丸め込んだ気液接触用の充填物によれば、ひとつだけを設置することによっても大きな気液接触面積を確保できる。なお、気液接触用の充填物は、気体の流れに対して概ね平行に設置することにより、気液の偏りを防ぐことができる。ここで、概ね平行とは、製作誤差程度のものを指す。
【００４２】
本発明の気液接触装置は、たとえばガス中に含まれるハロゲン化水素やアンモニアなどの水溶性ガス成分を水による吸収で浄化するための、吸収塔あるいは脱臭装置として有利に使用することができる。また、これらのガス成分を水中に溶かして水溶液を製品として得るための溶かし込み装置としても使用することができる。
【００４３】
また、本発明にかかる別の実施の形態は、鉛直に設けられた筒状体と、前記筒状体の底部付近に設けられた液排出手段と、前記液排出手段の上方に設けられたガス供給手段と、前記充填物の上方に設けられた液供給手段と、前記筒状体の頂部付近に設けられたガス排出手段とをさらに含み、前記充填物は前記ガス供給手段と前記液供給手段の中間に設置してなることを特徴とする気液接触装置である。
【００４４】
また、本発明にかかる別の実施形態は、前記充填物を高さ方向に二以上に分割して配置してなる気液接触装置である。
【００４５】
本発明にかかる別の実施の形態は、燃焼排ガスを導入する燃焼排ガス導入工程と、炭酸ガス吸収液を導入する吸収液導入工程と、前記各項に示す気液接触用の充填物の表面において前記炭酸ガス吸収液に液膜を形成させて前記液膜の表面に前記燃焼排ガスを接触させる気液接触工程とを含んでなる気液接触方法である。
【００４６】
本発明にかかる気液接触方法によれば、燃焼排ガス中に含まれる炭酸ガスを高効率で炭酸ガス吸収液に吸収させることができるので、排煙脱炭の分野で有利に使用できる。炭酸ガス吸収液としては公知のアミン水溶液系のものが使用できる。
【００４７】
本発明の気液接触用の充填物は、たとえば図１に示す吸収塔１の内部に設置することができる。吸収塔１の内部では、本発明の気液接触用の充填物を板状に成形してなる気液接触板２を、ガス及び液体の流れ方向に沿って、竪に複数並べて配置している。気液接触板２は、支持体３によって固定されている。
【００４８】
ガスは、吸収塔１の塔底に設置されたガス供給口４から導入されて、吸収塔１の内部を下から上に流れ、吸収塔１の塔頂に設置されたガス排出口５から塔外へ出る。一方、液は、吸収塔の塔頂に設置された液供給口６から導入されて、水平方向に伸びた供給管を通り、ノズル７によって図面上においては８箇所から分散される。ノズル７は、塔内での各々の気液接触板２に対してまんべんなく液を散布するために設ける装置であり、供給間の軸方向に間隔をおいて両側に配列されている。液は吸収塔１の内部を上から下に流れ、吸収塔１の塔底に設置された液溜め８に溜められたのち、液排出口９から塔外へ出る。液溜め８は、吸収塔１と同じ径を有する円盤や漏斗状の逆円錐である。ここで、液は気液接触板２の表面及び裏面並びに吸収塔１の内面に沿って流下する。気液接触板２及び吸収塔１の内面全体に液が均一な膜を形成して流下すると、気液が接触する界面を広く確保できるので、効果的な気液接触が行われる。
【００４９】
ガス及び液を流す方向は図１に示した対向流以外でもよく、たとえば直交流であってもよい。ただし、ガスの液体に対する溶解平衡を考慮すると、対向流の形態が好ましい。さらに、液は重力を利用して流すことが有利である。以上を考慮すれば、液を鉛直下向きに、ガスを上向きに流す形態が好ましい。
【００５０】
前記した気液接触板２の形状、大きさ及び枚数は特に限定されるものではなく、組み合わせる吸収塔１の形状、大きさ及び設置箇所等を考慮して好ましく定められるものである。
【００５１】
また、前記した気液接触板２を多数設置する場合においては、一部の気液接触板２に代えて、表面処理を行っていない高分子製の板や、金属製の板や棒からなる補強材を設けることができる。補強材を設けることにより、充填層全体としての強度を高めることができる。補強材を設ける枚数や間隔は特に制限されるものではないが、枚数が多すぎると充填層全体としての濡れ性が悪化するので、好ましい枚数は設計的に定められるものである。補強材の形状に特に制限はないが、気液接触板２と略同等の形状を与えておけば、気体を整流する観点において有利である。
【００５２】
【実験例】
次に、本発明の実験例を詳細に説明する。
【００５３】
（実験例１）
実験例１は、濡れ性評価試験である。実験室での試験に用いた装置の概略外観を図２に示す。アクリル製ダクト１０は、吸収塔１を模したものであり、形状は幅３００ｍｍ、奥行き５０ｍｍ、高さ４００ｍｍの角筒であって、天面及び底面は開放されている。アクリル製ダクト１０の中央部には幅１００ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ、高さ２００ｍｍの気液接触板２を垂直に一枚設置している。気液接触板２はポリプロピレンのシートであり、比較材として表面処理を行わないものと、実施例として各種の表面処理を行ったものとを供試した。気液接触板２の直上には内径１ｍｍのノズル７を設けている。液としては５５℃の蒸留水を用い、ポンプ１１を使用して２ｍｌ／ｍｉｎの速度で供給し、気液接触板２の表面および裏面を流下させた。また、排ガスの代わりとして空気を使用し、アクリル製ダクト１０の内部を線速度２．５ｍ／ｓで下から上に向けて流した。蒸留水を流し始めてから１０分後に、前記した蒸留水の水平方向の流路幅を測定して、濡れ性の評価とした。表１に濡れ性評価試験の結果を示す。
【表１】
Ｒｕｎ−Ｎｏ．１１は、気液接触板２としてポリプロピレンシート２１にコロナ放電処理を施したものを利用した実施例である。コロナ放電処理は、表面エネルギー４０ｍＮ／ｍ、照射距離１０ｍｍ、照射時間１２秒で行った。Ｒｕｎ−Ｎｏ．１２は、気液接触板２としてポリプロピレンシート２１にプラズマ接触処理を施したものを利用した実施例である。プラズマ接触処理は表面エネルギー７２ｍＮ／ｍ、照射距離６ｍｍ、照射時間２秒で行った。Ｒｕｎ−Ｎｏ．１１及び１２は、比較材に対して５倍の濡れ性を示した。
【００５４】
Ｒｕｎ−Ｎｏ．２１および２２は、気液接触板２としてポリプロピレンシート２１にメッシュ加工を施したメッシュ加工シート２３を利用した実施例である。Ｒｕｎ−Ｎｏ．２１は縦目、すなわち垂直方向のメッシュ加工であり、Ｒｕｎ−Ｎｏ．２２は横目、すなわち水平方向のメッシュ加工である。メッシュ加工は図３に示すとおり、ポリプロピレンシート２１を凹凸つきのロール２２で押圧する押出ロール法で行った。なお、メッシュ加工は平板熱プレス法で行うこともできる。メッシュの凹凸の深さは０．５ｍｍであり、凹凸の間隔は１．０ｍｍであり、凹凸の形状は半球状であり、凹凸の配列は碁盤目状である。縦目のＲｕｎ−Ｎｏ．２１では比較材に対して５倍、横目のＲｕｎ−Ｎｏ．２２では比較材に対して１０倍の濡れ性を示した。
【００５５】
Ｒｕｎ−Ｎｏ．３１から３６は、気液接触板２としてポリプロピレンシート２１にポリプロピレン不織布２６の定着処理を施した不織布加工シート２８を利用した実施例である。定着処理は図４に示すとおり、ボビン２５から不織布２６を供給してポリプロピレンシート２１に重ね、ホットメルト接着剤２７を載せてロール２４で押圧するラミネート処理によって行った。
【００５６】
Ｒｕｎ−Ｎｏ．３１から３６はポリプロピレン不織布２６の定着量を１０ないし５００ｇ／ｍ2の間で区々に設定したものであり、それぞれ、比較材に対して３倍ないし２５倍の濡れ性を示した。これらは表１及び後述の表２において「ポリプロピレン不織布ラミネート処理」と表記している。なお、ポリプロピレン不織布２６の好ましい定着量については、ＣＯ2吸収率評価試験の項を設けて後述する。
【００５７】
Ｒｕｎ−Ｎｏ．４１から４６は、気液接触板２として、前記した図３に示す方法でポリプロピレンシート２１にポリプロピレン不織布２６の定着処理を施して不織布加工シート２８となし、さらに親水性ポリマー溶液２９に浸漬させ、これを乾燥して前記溶液の溶媒成分を除去し、親水性ポリマーを付着させる、親水性ポリマー処理を施した親水性ポリマー加工シート３０を利用した実施例である。親水性ポリマー処理は、図５に示す装置を用い、水酸基を有する親水性ポリマーを、溶媒としてはエタノールを用い、溶液の温度は５０℃、浸漬する時間は３０秒とし、浸漬後、風乾により乾燥した。
【００５８】
Ｒｕｎ−Ｎｏ．４１から４６はポリプロピレン不織布２６の定着量を１０ないし５００ｇ／ｍ2の間で区々に設定したものであり、それぞれ、比較材に対して１０倍ないし１１０倍の濡れ性を示した。これらは表１及び後述の表２において「ポリプロピレン不織布ラミネート処理＋親水性ポリマー処理」と表記している。Ｒｕｎ−Ｎｏ．３１から３６と比較すると、Ｒｕｎ−Ｎｏ．４１から４６は親水性ポリマー処理を追加することにより、さらに高い濡れ性能を発揮していることがわかる。なお、ポリプロピレン不織布２６の好ましい定着量については、ＣＯ2吸収率評価試験の項を設けて後述する。
【００５９】
Ｒｕｎ−Ｎｏ．５１から５６は、Ｒｕｎ−Ｎｏ．３１から３６におけるポリプロピレン不織布２６に代えて酸化アクリル不織布を用いたものであり、その余はＲｕｎ−Ｎｏ．３１から３６と同一の構成からなる実施例である。これらは表１及び後述の表２において「酸化アクリル不織布ラミネート処理」と表記している。Ｒｕｎ−Ｎｏ．５１から５６は、比較例に対して７倍ないし１００倍の濡れ性を示した。なお、酸化アクリル不織布の好ましい定着量については、ＣＯ2吸収率評価試験の項を設けて後述する。
【００６０】
（実験例２）
実験例２は、ＣＯ2吸収率評価試験である。実験室での試験に用いた装置のプロセスフローを図６に示す。試験には模擬排ガス１２を使用した。模擬排ガス１２の原料としては、ＣＯ2ガス及び空気並びに工業用水を使用し、図示しない模擬排ガス調製装置によってＣＯ2濃度を９．４容量％、空気を８０容量％、Ｈ2Ｏを９．８容量％とした。また、模擬排ガス１２の温度は４６℃、圧力は１０１．３ｋＰａ（絶対圧）、流量は６０ｍ3／ｈ（標準状態換算流量）とした。
【００６１】
模擬排ガス１２は、吸収塔１３の塔底に設けられたガス供給口４に導かれて、吸収塔１３の内部を上向きに流れる。吸収塔１３は、直径１００ｍｍの円柱形状であり、垂直に立てて設置されている。吸収塔１３の内部には、本発明の気液接触板２の群からなる充填層１４を６層に分けて配置した。各々の充填層１４の底部には支持体３を配置して、気液接触板１の群を固定している。支持体３は開口部を有しており、気液が流通するような形状を与えている。各充填層１４の高さは６層とも７５０ｍｍである。なお、隣り合う充填層１４の層と層との間は２５０ｍｍの間隔が空けられている。また、支持体３は気液分配器を兼ねている。
【００６２】
充填層１４を複数、この場合は６層に分けて配置することにより、気液の流れの偏りを防ぐ効果が現れる。また、気液接触板２の一枚一枚を高さを短くできるので製作や組み立てが簡単となり、さらに気液接触板２の剛性を確保する効果も現れる。剛性を確保することによって、気液接触板２がガス流によって振動させられることを防ぐことができる。
【００６３】
模擬排ガス１２はこれら充填層１４において後述のフレッシュ吸収液１５と効率的に気液接触し、ＣＯ2の少なくとも一部がフレッシュ吸収液１５に除去され、残りが吸収塔１３の塔頂に設けられたガス排出口５から塔外へ出る。
【００６４】
一方、ＣＯ2を吸収するための吸収液として、アミン水溶液からなる未使用のフレッシュ吸収液１５が、別途設けたフレッシュ吸収液タンク１６に貯留されている。フレッシュ吸収液１５は供給ポンプ１７によって位置エネルギー及び圧力損失に相当する圧力を与えられて、配管を通じて吸収塔１３の塔頂付近に開口したノズル７によって、充填層１４の最上段に散布される。実験におけるフレッシュ吸収液１５の温度は３８℃である。図示したノズル７は、フレッシュ吸収液１５を放射状に分散させるための分散機能を有する。散布されたフレッシュ吸収液１５は、気液接触板２の表面に液膜を形成しながら、液膜の表面で模擬排ガス１２と接触し、模擬排ガス１２に含まれているＣＯ2の少なくとも一部を液膜中に吸収する。吸収液は重力によって、順次下の充填層１４へ移行する。
【００６５】
このようにして、フレッシュ吸収液１５は下に進むにしたがってＣＯ2濃度が高められ、最下段の充填層を通過すると使用済み吸収液１８となり、使用済み吸収液タンク１９に払い出される。ＣＯ2を吸収する率は後述の表２で実験値を示す。
【００６６】
ガス排出口５とノズル７の間には、デミスタ２０が設けられている。この装置においては、ガスの流れによってフレッシュ吸収液１５の液滴が持ち出されて不要に消費される、いわゆる飛沫同伴の起こることがある。デミスタ２０は前記した飛沫同伴を防ぐために設けられているものである。
【００６７】
デミスタ２０は重ねられた金網で構成されており、吸収塔１３とほぼ同じ径を有する。フレッシュ吸収液１５の液滴と、気体成分である模擬排ガス１２との混合物がデミスタ２０に衝突すると、模擬排ガス１２はデミスタ２０を通過してガス排出口５に到達する。一方、前記液滴は金網に捕捉されて、表面張力によって一時的に金網の表面上にとどまる。金網の表面に一定以上の液滴が捕捉されると、重力が表面張力に打ち勝って、液滴が落ちて充填層１４へ向かう。このようにして、デミスタ２０が飛沫同伴を防ぐ。
【００６８】
なお、デミスタ２０に代えて、例えば吸収塔１３の内径より小さい中実の円盤を邪魔板として備えることによっても、飛沫同伴を防ぐことができる。
【００６９】
図６は実験装置であるため、使用済み吸収液タンク１９がいっぱいになる前に使用済み吸収液１８は別途に廃棄している。ただし、アミン系の水溶液からなる吸収液は一般に加熱操作によって再生が可能であることはいうまでもない。吸収液を再生して利用する場合は、使用済み吸収液タンク１９とフレッシュ吸収液タンク１６の間に図示しない加熱器及びポンプを、配管を通じて接続し、吸収液の循環流路を形成すればよい。吸収液の循環流路を形成する場合は、使用済み吸収液タンク１９とフレッシュ吸収液タンク１６のうち一方を省略することができる。
【００７０】
前記した図６に示す装置及び条件によって、ＣＯ2の吸収性能を評価した。ＣＯ2の吸収性能はＣＯ2吸収率によって比較した。ＣＯ2吸収率（％）は、次に示す（１）式によって求めた。
ＣＯ2吸収率（％）＝｛（Ｃin−Ｃout）／Ｃin（１−Ｃout）｝×１００ ……（１）
ここで、Ｃinは模擬排ガス１２の入口におけるＣＯ2濃度、は同じく出口におけるＣＯ2濃度であり、いずれもによってＣＯ2分析計によって測定した。
【００７１】
ひとつの実験条件について３回ずつの測定を行い、その平均値を表２にまとめて示す。なお、表１と表２でＲｕｎ−Ｎｏ．が一致するもの同士は、気液接触板２の原料及び製造方法が同一であることを示すので、前記製造方法の説明は省略する。
【表２】
Ｒｕｎ−Ｎｏ．０１は比較材であり、ＣＯ2吸収率は１５．０％である。
Ｒｕｎ−Ｎｏ．１１はコロナ放電処理を施した実施例であり、ＣＯ2吸収率は７５．０％を示した。Ｒｕｎ−Ｎｏ．１２はプラズマ接触処理を施した実施例であり、ＣＯ2吸収率は７５．２％を示した。いずれも、比較材に対して約５倍のＣＯ2吸収性能である。
【００７３】
Ｒｕｎ−Ｎｏ．２１は縦目のメッシュ加工を施した実施例であり、ＣＯ2吸収率は７５．１％を示したので、比較材に対して約５倍のＣＯ2吸収性能である。Ｒｕｎ−Ｎｏ．２２は横目のメッシュ加工を施したメッシュ加工シート２３を利用した実施例であり、ＣＯ2吸収率は８６．２％を示したので、比較材に対して約５．７倍のＣＯ2吸収性能である。
【００７４】
Ｒｕｎ−Ｎｏ．３１から３６はポリプロピレン不織布ラミネート処理を施した不織布加工シート２８を利用した実施例であり、ＣＯ2吸収率は４６．８％ないし９２．０％を示した。ここで、Ｒｕｎ−Ｎｏ．３２は不織布の目付け量が２５ｇ／ｍ2でＣＯ2吸収率が５２．６％であるところ、Ｒｕｎ−Ｎｏ．３３は不織布の目付け量が５０ｇ／ｍ2でＣＯ2吸収率は９１．５％と、比較材に対して約６．１倍の性能を示した。不織布２６の目付け量を１００ｇ／ｍ2としても、ほぼ同じＣＯ2吸収率が得られる。しかし、それ以上、たとえばＲｕｎ−Ｎｏ．３５や３６のように不織布２６の目付け量を２５０ｇ／ｍ2以上としても、ＣＯ2吸収率は横ばい傾向となる。
【００７５】
よって、不織布２６の好ましい目付け量は５０ｇ／ｍ2以上１００ｇ／ｍ2以下となる。もちろん、不織布２６の目付け量が１０ｇ／ｍ2のＲｕｎ−Ｎｏ．３１においてもＣＯ2吸収率は４６．８％を示したので、比較材に対して約３倍の性能である。
【００７６】
Ｒｕｎ−Ｎｏ．４１から４６は、ポリプロピレン不織布ラミネート処理に加えて親水性ポリマー処理を施した親水性ポリマー加工シート３０を利用した実施例であり、ＣＯ2吸収率は９１．５％ないし９２．７％を示したので、比較材に対して６倍以上の性能である。親水性ポリマー処理を行うことによって、不織布の目付け量が１０ｇ／ｍ2と少量であっても、高いＣＯ2吸収率を示したものと考えられる。
【００７７】
Ｒｕｎ−Ｎｏ．５１から５６は、酸化アクリル不織布ラミネート処理を施した親水性ポリマー加工シート３０を利用した実施例であり、ＣＯ2吸収率は９１．３％ないし９２．６％を示したので、比較材に対して６倍以上の性能である。不織布２６の材質として酸化アクリルを選択することによって、不織布の目付け量が１０ｇ／ｍ2と少量であっても、高いＣＯ2吸収率を示したものと考えられる。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、高い濡れ性を有する気液接触用の充填物を提供できる。
また、本発明によれば、軽量かつ加工が簡単な気液接触用の充填物を提供できる。
また、本発明の気液接触用の充填物によれば、ＣＯ2吸収性能の高いＣＯ2吸収装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる気液接触用の充填物を板状で用いて組み込んでなる吸収塔の構成図である。
【図２】比較材及び実施例の気液接触板の濡れ性評価試験に用いた装置の概観図である。
【図３】本発明にかかるメッシュ加工を施してなる気液接触板の製造工程を示す模式図である。
【図４】本発明にかかる不織布ラミネート処理を施してなる気液接触板の製造工程を示す模式図である。
【図５】本発明にかかる親水性ポリマー処理を施してなる気液接触板の製造工程を示す模式図である。
【図６】比較材または実施例の気液接触板を組み込んでなるＣＯ2吸収性能評価試験に用いた装置のプロセスフロー図である。
【符号の説明】
１ 吸収塔
２ 気液接触板
３ 支持体
４ ガス供給口
５ ガス排出口
６ 液供給口
７ ノズル
８ 液溜め
９ 液排出口
１０ アクリル製ダクト
１１ ポンプ
１２ 模擬排ガス
１３ 吸収塔
１４ 充填層
１５ フレッシュ吸収液
１６ フレッシュ吸収液タンク
１７ 供給ポンプ
１８ 使用済み吸収液
１９ 使用済み吸収液タンク
２０ デミスタ
２１ ポリプロピレンシート
２２ ロール
２３ メッシュ加工シート
２４ ロール
２５ ボビン
２６ 不織布
２７ ホットメルト接着剤
２８ 不織布加工シート
２９ 親水性ポリマー溶液
３０ 親水性ポリマー加工シート[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas-liquid contact device used for the purpose of absorbing a gas into a liquid. More specifically, the present invention relates to a gas-liquid contact device that realizes efficient gas absorption by increasing the contact area between gas and liquid, and a gas-liquid contact packing that is used by being loaded into the gas-liquid contact device.
[0002]
[Prior art]
As a device for absorbing harmful or beneficial gas, a gas-liquid contact device using an absorbing liquid is known. Carbon dioxide (CO 2 In order to improve the absorption efficiency of gas such as), for example, a cylindrical or rectangular absorption tower is used, and the inside of the tower is filled with gas-liquid contact packing to increase the contact area between the gas and the absorption liquid. Has been done. The gas-liquid contact packing is roughly classified into, for example, regular packing and irregular packing. Regular packing is advantageous when low pressure loss is required, that is, when it is desired to reduce the gas feed power. In order to further reduce the pressure loss of the regular packing, regular packing using a parallel wetting wall system has also been developed.
[0003]
In general, it is known that the gas-liquid contact performance depends on the total surface area of the liquid film. In order to obtain high gas-liquid contact performance, it is preferable that the liquid spreads as much as possible on the surface of the filling for gas-liquid contact. When the liquid spreads widely, it is expressed that the wetting performance is good. As a parallel wetting wall system capable of exhibiting good wetting performance, for example, an absorption tower using a gas-liquid contact plate in which a metal flat plate and a metal wire net are joined is known.
[0004]
However, since the gas-liquid contact plate described above is made of metal, there is a problem in that the weight of the gas-liquid contact tower as a whole is increased, and the structural parts that support the gas-liquid contact tower are also increased in size.
[0005]
For example, a polymer material can be considered as a filling material for gas-liquid contact instead of metal. The polymer material is lightweight, has good processability, and is inexpensive.
[0006]
However, most polymer materials used as industrial materials are hydrophobic, and there is a problem that it is difficult to obtain the above-mentioned wetting performance.
[0007]
In recent years, so-called hydrophilic polymers that are hydrophilic although they are polymer materials are also known. If a hydrophilic polymer is used as a material for the gas-liquid contact plate, it is lightweight and has good workability, and the above-described wetting performance is easily obtained.
[0008]
However, there is a problem that hydrophilic polymers are generally more expensive than hydrophobic polymer materials. Another problem is that hydrophilic polymers are known to absorb water and reduce strength when in contact with water.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a filler for gas-liquid contact that is lightweight, excellent in workability, inexpensive, has good wettability, and does not easily decrease in strength when contacted with water.
The present invention also provides CO 2 An object of the present invention is to provide a gas-liquid contact device with high absorption performance.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a filler for gas-liquid contact formed by subjecting at least a part of the surface of a polymer material to surface treatment. The gas-liquid contact filler has high wettability.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Below, the filling for gas-liquid contact by this invention is demonstrated in detail.
[0012]
One of the embodiments according to the present invention is a gas-liquid contact filler characterized in that plasma contact treatment is performed on at least a part of the surface of the polymer material.
[0013]
The plasma contact treatment is a surface treatment that utilizes a discharge phenomenon in a low-pressure gas. As the plasma contact treatment, for example, low temperature plasma (LTP) is known. For example, when oxygen is subjected to oxygen low temperature plasma contact treatment, the water contact angle is 90 to 43 degrees, when argon low temperature plasma contact treatment is performed, the water contact angle is 90 degrees to 60 degrees, and when polyethylene terephthalate is subjected to oxygen low temperature plasma contact treatment, the water contact angle is It is known that the wetting performance is improved, such as a change from 77 degrees to 32 degrees (edited by the Society of Polymer Science, “New Polymer Handbook”, Maruzen (1989), p. 513). Thus, according to the plasma contact treatment, a polymer material having high wettability can be obtained, which is suitable as a filling material for gas-liquid contact. Moreover, since the plasma contact process is a technique for processing the surface of the material, the mechanical strength of the entire material is substantially maintained.
[0014]
There are no limitations on the type of polymer material, and for example, polypropylene, nylon, vinyl chloride, polyester, and the like can be used.
[0015]
The plate thickness when the gas-liquid contact material of the present invention is used in the form of a plate, for example, needs a certain thickness to ensure an appropriate rigidity enough to withstand its own weight and gas pressure fluctuation. A plate that is too thick is disadvantageous because it reduces the surface area per unit weight of the packing. A preferable plate thickness considering these is 0.5 mm or more and 2.0 mm or less, more preferably 0.5 mm or more and 1.0 mm or less. The mass per unit surface area of the gas-liquid contact plate manufactured with these plate thicknesses is, for example, 1 kg / m. 2 It becomes as follows. In the case of a conventional metal gas-liquid contact plate, it is also 2 to 4 kg / m. 2 Therefore, it is possible to achieve a weight reduction of half or less or a quarter or less.
[0016]
As the plasma contact treatment without excess or deficiency in the present invention, energy of 50 mN / m (millinewton per meter) or more and 100 mN / m or less is irradiated at a distance of 5 mm or more and 10 mm or less from the polymer material for 1 second or more and 5 seconds or less. It is preferable to do. If the distance is less than 5 mm, the polymer surface is heated and deformed by plasma, and the electrodes come into contact with each other. This is not preferable, and it takes time to irradiate a sufficient amount of energy even if the distance exceeds 10 mm. This is not preferable because it increases the cost. In addition, if the energy is less than 50 mN / m, it is not preferable because a surface having a desired surface energy cannot be created or the surface energy does not last. Moreover, since the material surface will deteriorate chemically when it processes too much, it is unpreferable. Furthermore, if the time is less than 1 second, it is not preferable because a surface having a desired surface energy cannot be created, and the surface energy is not sustained. Saturation increases the cost, and excessive treatment is not preferable because the material surface is chemically deteriorated. Although parameters such as irradiation distance and conditions vary depending on the output and shape of the electrode, the present invention is not limited to this.
[0017]
N / m is a unit of surface tension, and 1/1000 of the unit is mN / m. Laser energy such as plasma can be converted into surface tension using the lattice spacing, liquid density, wave number, and the like. Since this conversion formula is widely known to those skilled in the art, a detailed description thereof will be omitted.
[0018]
Here, when higher wettability is required, plasma contact treatment may be performed on both the front and back surfaces of the polymer material. On the other hand, when a relatively low wettability is sufficient, the construction can be simplified by leaving a portion not subjected to the plasma contact treatment.
[0019]
In another embodiment of the present invention, there is provided a gas-liquid contact filling characterized by performing glow discharge treatment or corona discharge treatment on at least a part of the surface of the polymer material.
[0020]
The glow discharge treatment uses glow to create plasma, and the effect is similar to that of the plasma contact treatment. Corona discharge treatment uses corona to produce plasma, and the effect is the same as plasma contact treatment.
[0021]
As the corona discharge treatment without excess or deficiency in the present invention, an energy of 10 mN / m (millinewton per meter) or more and 50 mN / m or less is irradiated at a distance of 5 mm or more and 20 mm or less from the polymer material for 10 seconds or more and 20 seconds or less. It is preferable to do. If the energy is less than 10 mN / m, it is not preferable because a surface having a desired surface energy cannot be created, and the surface energy is not sustained, and the surface energy is saturated even if it exceeds 50 mN / m. Moreover, since the material surface will deteriorate chemically when it processes too much, it is unpreferable. In addition, if the distance is less than 5 mm, the polymer surface generates heat and deforms due to corona discharge, and the electrodes come into contact with each other, which is not preferable. Even if the distance exceeds 20 mm, it takes time to irradiate a sufficient amount of energy. This is undesirable because it results in high costs. Furthermore, if the time is less than 10 seconds, it is not preferable because a surface having a desired surface energy cannot be created, and the surface energy is not sustained. Saturation increases the cost, and excessive treatment is not preferable because the material surface is chemically deteriorated. Although parameters such as irradiation distance and conditions vary depending on the output and shape of the electrode, the present invention is not limited to this.
[0022]
Another embodiment according to the present invention is a gas-liquid contact filler obtained by subjecting at least a part of the surface of a polymer material to roughening.
[0023]
By subjecting the surface of the polymer material to roughening, water droplets can be easily retained in the concave portions of the rough surface, and relatively large amounts of water can be retained on the surface even when the water contact angle is large. This phenomenon occurs not only in water but also in a solution in which a solute is dissolved.
[0024]
As a rough surface processing method, for example, a method of deforming the surface by pressing a roller provided with unevenness against a plate of polymer material can be used. Further, a method of mechanically roughening with a sandblaster or the like for spraying sand particles can also be used.
[0025]
The shape of the unevenness is not particularly limited, and can be, for example, a mesh shape, a continuous wave shape, a groove shape, an irregular unevenness, or the like. The pitch of the unevenness in the case of giving a mesh shape is not particularly limited, but the number of meshes is preferably 50 or more and 100 or less, for example. When the number of meshes is less than 50, it is difficult to retain water droplets in the rough surface recesses, and it is difficult to retain water on the surface, which is not preferable. It is not preferable because it is difficult to stay on the surface while sequentially replacing with new water droplets.
[0026]
Here, the number of meshes is a term that represents the roughness of the sieve, and represents the number of eyes per 25.4 mm.
[0027]
Another embodiment according to the present invention is a gas-liquid contact filler formed by fixing a polymer fiber nonwoven fabric on at least a part of the surface of a polymer material.
[0028]
By fixing the non-woven fabric on the surface of the polymer material, the surface area corresponding to the non-woven fabric increases, so that the same effect as the rough surface processing described above can be obtained.
[0029]
There is no restriction | limiting in particular in the kind of polymeric fiber nonwoven fabric, For example, a polypropylene, an acryl, nylon etc. can be utilized. Also, there is no particular limitation on the method for fixing the polymer fiber nonwoven fabric, and for example, an adhesive treatment using an adhesive or a welding treatment using heat can be used. Further, the fixing amount of the polymer fiber nonwoven fabric is not particularly limited, but the preferable fixing amount is 50 g / m. 2 100 g / m or more 2 It is as follows. Here, g is the mass of the polymer fiber nonwoven fabric, m 2 Is the surface area of the polymeric material that is the substrate.
[0030]
Another embodiment according to the present invention is a gas-liquid contact filler obtained by fixing a hydrophilic polymer fiber nonwoven fabric on at least a part of the surface of a polymer material.
[0031]
By fixing the polymer fiber nonwoven fabric having hydrophilicity, both the effect of improving the physicochemical wetting performance and the effect of the rough surface processing described above can be obtained. Therefore, the gas-liquid contact performance is remarkably improved.
[0032]
There is no restriction | limiting in particular in the kind of polymeric fiber nonwoven fabric which has hydrophilicity, For example, what applied the hydrophilic polymer to the polymeric fiber nonwoven fabric, the immersion process, or the spraying process can be utilized. The coating process, the impregnation process or the spraying process can be performed at any time before or after the fixing process. There is no particular limitation on the type of hydrophilic polymer, and -CO-, -COO-, -OH, -SO are included in the molecular structure. Three A polymer having a hydrophilic functional group such as H is preferred. As a specific treatment method, for example, a method can be used in which a solution in which a hydrophilic polymer is dissolved in an appropriate solvent is prepared, the solution is applied to a polymer fiber nonwoven fabric, and then dried to remove the solvent. .
[0033]
Another embodiment according to the present invention is a gas-liquid contact filler formed by fixing an acrylic nonwoven fabric on at least a part of the surface of a polymer material.
[0034]
By adhering the oxidized acrylic nonwoven fabric to one or both surfaces of the polymer material, both improvement in wettability and increase in the contact area with the liquid are realized. Oxidized acrylic has a particularly excellent effect because the oxidized acrylic itself has wettability compared to other polymer nonwoven fabrics.
[0035]
Another embodiment of the present invention is a gas-liquid contact filling material in which the above-described polymer material forms a plate shape.
[0036]
In general, the gas-liquid contact filling formed in the form of a plate has an advantage that less power loss is required for gas feeding because there is less gas pressure loss than irregular packing. On the contrary, since the contact area of the gas and liquid is smaller than that of the irregular packing, there is a disadvantage that the gas absorption performance is lowered. However, according to the present invention, one or both of an improvement in physicochemical wettability and an increase in physical surface area can be obtained. Things are obtained. That is, it is possible to obtain a filling for gas-liquid contact that has both the advantages of the conventional plate-like packing and the advantages of the conventional irregular packing.
[0037]
The shape of the plate is not particularly limited, and the cross section is a straight flat plate, the cross section is a continuous W-shaped or crank-shaped folding screen, the cross section is a sine curve, or a continuous half with a semicircle facing each other. It may be a corrugated plate such as a circular cross section. In addition, the above-described plate is not limited to a solid plate, and may be a plate having a hole such as a circle or a rectangle. Further, the above-described plate is not limited to a spread state, and may be one rolled up in a spiral shape in accordance with the inner diameter of the gas-liquid contact tower, for example. The plate described above may be folded in a pleat shape.
[0038]
Further, a plurality of the above-described plates may be used simultaneously. For example, flat plates and corrugated plates can be arranged in parallel at regular intervals. Moreover, a flat plate and a corrugated plate can be arrange | positioned alternately. In particular, when the corrugated sheet is inserted between the flat plates, that is, by simulating the cross section of the corrugated cardboard, it is more advantageous that the corrugated sheet has a function of positioning the flat plate. Moreover, it is good also as a filler which formed the grid | lattice as a flat aggregate.
[0039]
Another embodiment according to the present invention is a gas-liquid contact device including one or more fillers for gas-liquid contact as described in the above items, which are installed substantially parallel to the gas flow.
[0040]
The gas-liquid contact device comprising one or more fillers for gas-liquid contact according to the present invention has the effect of reducing the gas feeding power in the gas-liquid contact device using the conventional plate-like filler, and the conventional irregular packing. Since it has the large gas-liquid contact area increase effect in the used gas-liquid contact apparatus, it is advantageous because the same performance can be realized by a power saving and small apparatus.
[0041]
By installing as many gas-liquid contact packings as possible, a large gas-liquid contact area can be secured. However, according to the gas-liquid contact packing rolled up in a spiral shape, only one can be installed. Can ensure a large gas-liquid contact area. In addition, the filling for gas-liquid contact can prevent the bias of gas-liquid by installing in parallel with the gas flow. Here, the term “substantially parallel” refers to a manufacturing error.
[0042]
The gas-liquid contact device of the present invention can be advantageously used as an absorption tower or a deodorization device for purifying water-soluble gas components such as hydrogen halide and ammonia contained in gas by absorption with water. It can also be used as a device for dissolving these gas components in water to obtain an aqueous solution as a product.
[0043]
Further, another embodiment of the present invention includes a cylindrical body provided vertically, a liquid discharge means provided near the bottom of the cylindrical body, and a gas provided above the liquid discharge means. The apparatus further comprises supply means, liquid supply means provided above the filling, and gas discharge means provided near the top of the cylindrical body, wherein the filling is the gas supply means and the liquid supply means. It is the gas-liquid contact apparatus characterized by installing in the middle of.
[0044]
Moreover, another embodiment concerning this invention is a gas-liquid contact apparatus formed by dividing | segmenting the said packing into two or more in the height direction.
[0045]
Another embodiment according to the present invention includes a combustion exhaust gas introduction process for introducing combustion exhaust gas, an absorption liquid introduction process for introducing a carbon dioxide gas absorption liquid, and a surface of the gas-liquid contact packing shown in each of the above items. A gas-liquid contact method including a gas-liquid contact step of forming a liquid film on the carbon dioxide absorbing liquid and bringing the combustion exhaust gas into contact with the surface of the liquid film.
[0046]
According to the gas-liquid contact method according to the present invention, carbon dioxide contained in combustion exhaust gas can be absorbed by the carbon dioxide-absorbing liquid with high efficiency, and can be advantageously used in the field of flue gas decarburization. As the carbon dioxide absorbing solution, a known amine aqueous solution can be used.
[0047]
The packing for gas-liquid contact of this invention can be installed in the inside of the absorption tower 1 shown, for example in FIG. Inside the absorption tower 1, a plurality of gas-
[0048]
The gas is introduced from the gas supply port 4 installed at the bottom of the absorption tower 1, flows from the bottom to the inside of the absorption tower 1, and flows from the gas discharge port 5 installed at the top of the absorption tower 1 to the tower. Go out. On the other hand, the liquid is introduced from a liquid supply port 6 installed at the top of the absorption tower, passes through a supply pipe extending in the horizontal direction, and is dispersed from eight locations on the drawing by the nozzle 7. The nozzles 7 are devices provided for evenly spraying the liquid on each gas-
[0049]
The flow direction of the gas and liquid may be other than the counter flow shown in FIG. 1, and may be, for example, a cross flow. However, when the dissolution equilibrium of the gas with respect to the liquid is taken into consideration, the counterflow mode is preferable. Furthermore, it is advantageous to flow the liquid using gravity. In consideration of the above, a mode in which the liquid flows vertically downward and the gas flows upward is preferable.
[0050]
The shape, size, and number of the gas-
[0051]
Further, in the case where a large number of the gas-
[0052]
[Experimental example]
Next, experimental examples of the present invention will be described in detail.
[0053]
(Experimental example 1)
Experimental Example 1 is a wettability evaluation test. A schematic appearance of the apparatus used for the laboratory test is shown in FIG. The
[Table 1]
Run-No. 11 is an example using a gas-
[0054]
Run-No. 21 and 22 are examples using a mesh processed
[0055]
Run-No. Reference numerals 31 to 36 are examples using the nonwoven fabric processed
[0056]
Run-No. 31 to 36 indicate the fixing amount of the polypropylene nonwoven fabric 26 to 10 to 500 g / m. 2 The wettability was 3 to 25 times that of the comparative material. These are described as “polypropylene nonwoven fabric laminate treatment” in Table 1 and Table 2 described later. In addition, about the preferable fixing amount of the polypropylene nonwoven fabric 26, it is CO. 2 An absorptivity evaluation test section is provided and described later.
[0057]
Run-No. 41 to 46, as the gas-
[0058]
Run-No. Nos. 41 to 46 indicate the fixing amount of the polypropylene nonwoven fabric 26 of 10 to 500 g / m. 2 The wettability was 10 to 110 times that of the comparative material. These are described as “polypropylene nonwoven fabric lamination treatment + hydrophilic polymer treatment” in Table 1 and Table 2 described later. Run-No. Compared with 31-36, Run-No. It can be seen that Nos. 41 to 46 exhibit higher wettability by adding a hydrophilic polymer treatment. In addition, about the preferable fixing amount of the polypropylene nonwoven fabric 26, it is CO. 2 An absorptivity evaluation test section is provided and described later.
[0059]
Run-No. 51 to 56 are Run-No. In this example, an oxidized acrylic non-woven fabric was used in place of the polypropylene non-woven fabric 26 in Nos. 31 to 36. This is an embodiment having the same configuration as 31-36. These are described as “oxidized acrylic nonwoven fabric laminating treatment” in Table 1 and Table 2 described later. Run-No. 51 to 56 showed wettability 7 to 100 times that of the comparative example. For the preferred fixing amount of the acrylic oxide nonwoven fabric, CO 2 An absorptivity evaluation test section is provided and described later.
[0060]
(Experimental example 2)
Experimental example 2 is CO 2 Absorption rate evaluation test. The process flow of the apparatus used for the laboratory test is shown in FIG. Simulated exhaust gas 12 was used for the test. The raw material for the simulated exhaust gas 12 is CO 2 Using gas and air and industrial water, CO 2 Concentration is 9.4 vol%, air is 80 vol%, H 2 O was 9.8% by volume. The simulated exhaust gas 12 has a temperature of 46 ° C., a pressure of 101.3 kPa (absolute pressure), and a flow rate of 60 m. Three / H (standard state converted flow rate).
[0061]
The simulated exhaust gas 12 is guided to the gas supply port 4 provided at the bottom of the absorption tower 13 and flows upward in the absorption tower 13. The absorption tower 13 has a cylindrical shape with a diameter of 100 mm, and is installed vertically. Inside the absorption tower 13, the packed bed 14 consisting of the group of gas-
[0062]
By arranging the packed bed 14 in a plurality of layers, in this case, 6 layers, the effect of preventing the deviation of the gas-liquid flow appears. Moreover, since the height of each gas-
[0063]
The simulated exhaust gas 12 efficiently comes into gas-liquid contact with a fresh absorbent 15 described later in these packed beds 14, and
[0064]
On the other hand, CO 2 As an absorbent for absorbing water, an unused fresh absorbent 15 made of an aqueous amine solution is stored in a fresh absorbent tank 16 provided separately. The fresh absorbing liquid 15 is given a potential energy and a pressure corresponding to a pressure loss by a supply pump 17, and is sprayed on the uppermost stage of the packed bed 14 by a nozzle 7 opened near the top of the absorbing tower 13 through a pipe. The temperature of the fresh absorbent 15 in the experiment is 38 ° C. The illustrated nozzle 7 has a dispersion function for radially dispersing the fresh absorbent 15. The sprayed fresh absorbent 15 is in contact with the simulated exhaust gas 12 on the surface of the liquid film while forming a liquid film on the surface of the gas-
[0065]
In this way, the fresh absorbent 15 is CO2 as it goes down. 2 When the concentration is increased and it passes through the lowermost packed bed, it becomes the used absorbent 18 and is discharged to the used absorbent tank 19. CO 2 The rate of absorbing water shows experimental values in Table 2 described later.
[0066]
A demister 20 is provided between the gas outlet 5 and the nozzle 7. In this apparatus, the so-called entrainment of droplets may occur where the droplets of the fresh absorbent 15 are taken out by the gas flow and are consumed unnecessarily. The demister 20 is provided to prevent the entrainment of the above-described droplets.
[0067]
The demister 20 is composed of an overlapped wire mesh and has substantially the same diameter as the absorption tower 13. When the mixture of the droplets of the fresh absorbent 15 and the simulated exhaust gas 12 that is a gas component collides with the demister 20, the simulated exhaust gas 12 passes through the demister 20 and reaches the gas outlet 5. On the other hand, the droplet is trapped by the wire mesh and temporarily stays on the surface of the wire mesh due to surface tension. When a certain amount or more of droplets are captured on the surface of the wire mesh, gravity overcomes the surface tension, the droplets fall and go to the packed bed 14. In this way, the demister 20 prevents entrainment of droplets.
[0068]
In addition, it can replace with the demister 20, for example, can provide a solid disk smaller than the internal diameter of the absorption tower 13 as a baffle, and can prevent splash entrainment.
[0069]
Since FIG. 6 is an experimental device, the used absorbent 18 is separately discarded before the used absorbent tank 19 is filled. However, it is needless to say that an absorbing solution composed of an amine-based aqueous solution can generally be regenerated by a heating operation. When the absorbent is regenerated and used, a heater and a pump (not shown) may be connected between the used absorbent tank 19 and the fresh absorbent tank 16 through a pipe to form a circulation path for the absorbent. . When forming the absorption liquid circulation channel, one of the used absorption liquid tank 19 and the fresh absorption liquid tank 16 can be omitted.
[0070]
Depending on the apparatus and conditions shown in FIG. 2 The absorption performance of was evaluated. CO 2 Absorption performance of CO 2 Comparison was made by absorption rate. CO 2 The absorption rate (%) was determined by the following equation (1).
CO 2 Absorption rate (%) = {(C in -C out ) / C in (1-C out )} × 100 (1)
Where C in Is the CO at the inlet of the simulated exhaust gas 12 2 Concentration, also CO at outlet 2 Concentration, both depending on CO 2 It was measured by an analyzer.
[0071]
Measurements were performed three times for each experimental condition, and the average values are summarized in Table 2. In Tables 1 and 2, the Run-No. Since those having the same value indicate that the raw material and the manufacturing method of the gas-
[Table 2]
Run-No. 01 is a comparative material, CO 2 The absorption rate is 15.0%.
Run-No. 11 is an example in which corona discharge treatment was performed, and CO 2 The absorption rate was 75.0%. Run-No. 12 is an example in which a plasma contact treatment was applied, and
[0073]
Run-No. 21 is an embodiment in which vertical mesh processing is performed, and CO 2 Since the absorption rate was 75.1%, CO was about 5 times that of the comparative material. 2 Absorption performance. Run-No. 22 is an embodiment using a mesh processed
[0074]
Run-No. 31 to 36 are examples using a nonwoven fabric processed
[0075]
Therefore, the preferred basis weight of the nonwoven fabric 26 is 50 g / m. 2 100 g / m or more 2 It becomes as follows. Of course, the basis weight of the nonwoven fabric 26 is 10 g / m. 2 Run-No. 31 also CO 2 Since the absorption rate was 46.8%, the performance was about three times that of the comparative material.
[0076]
Run-No. Nos. 41 to 46 are examples using the hydrophilic polymer processed
[0077]
Run-No. Nos. 51 to 56 are examples using the hydrophilic polymer processed
[0078]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the filling material for gas-liquid contacts which has high wettability can be provided.
Moreover, according to this invention, the filling material for gas-liquid contacts which is lightweight and easy to process can be provided.
Further, according to the filling for gas-liquid contact of the present invention, CO 2 CO with high absorption performance 2 Absorber can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an absorption tower in which a gas-liquid contact packing according to the present invention is incorporated in a plate shape.
FIG. 2 is a schematic view of an apparatus used for a wettability evaluation test of a comparative material and a gas-liquid contact plate of an example.
FIG. 3 is a schematic view showing a manufacturing process of a gas-liquid contact plate formed by performing mesh processing according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing a manufacturing process of a gas-liquid contact plate obtained by performing a nonwoven fabric laminating process according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic view showing a manufacturing process of a gas-liquid contact plate that has been subjected to a hydrophilic polymer treatment according to the present invention.
FIG. 6 is a view showing CO incorporating a gas-liquid contact plate of a comparative material or an example. 2 It is a process flow figure of the apparatus used for the absorption performance evaluation test.
[Explanation of symbols]
1 Absorption tower
2 Gas-liquid contact plate
3 Support
4 Gas supply port
5 Gas outlet
6 Liquid supply port
7 Nozzles
8 Liquid reservoir
9 Liquid outlet
10 Acrylic duct
11 Pump
12 Simulated exhaust gas
13 Absorption tower
14 packed bed
15 Fresh absorbent
16 Fresh absorbent tank
17 Supply pump
18 Used absorbent
19 Used absorbent tank
20 demister
21 Polypropylene sheet
22 rolls
23 Mesh processed sheet
24 rolls
25 bobbins
26 Nonwoven fabric
27 Hot melt adhesive
28 Nonwoven fabric processed sheet
29 Hydrophilic polymer solution
30 Hydrophilic polymer processed sheet
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