JPH07194932A

JPH07194932A - 多管式気液接触装置に用いられるガス導入機構

Info

Publication number: JPH07194932A
Application number: JP5354251A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kimura; 隆志木村; Kazushige Kawamura; 和茂川村; Mamoru Iwasaki; 守岩▲崎▼; Ikuro Kuwabara; 育郎桑原
Original assignee: Chiyoda Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Chiyoda Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Priority date: 1993-12-31
Filing date: 1993-12-31
Publication date: 1995-08-01

Abstract

(57)【要約】【目的】下部周壁面に複数のガス噴出孔を有するガス
導入管を多数液体中に垂設した構造の多管式気液接触装
置に用いられるそのガス導入機構であって、液槽内フロ
ス層の大きな動揺の発生を防止させ、ガス処理性能に著
しくすぐれたガス導入機構を提供する。【構成】大型液槽内に下部周壁面に複数のガス噴出孔
を有するガス導入管の多数をそのガス噴出孔が液槽内静
止液面より下方に位置するように垂設した構造を有する
気液接触装置において用いられるガス導入機構であっ
て、ガス導入管と、それを包囲する外筒と、その外筒を
ガス導入管に支持させる支持体とからなり、該外筒の下
端はガス導入管のガス噴出孔と同一レベル又はその近傍
に位置し、ガス導入管の横断面積に対する外筒の横断面
積の比が１．５〜１０の範囲にあることを特徴とする多
管式気液接触装置に用いられるガス導入機構。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体と液体（スラリー
液を含む）とを接触させる多管式気液接触装置、特に排
煙脱硫装置として好適な多管式気液接触装置に用いられ
るガス導入機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】大型液槽内に液体を収容させ、その液体
内に下部周壁面に複数のガス噴出孔を有するガス導入管
（スパージャーパイプ）の多数を垂設し、そのガス導入
管内に導入させたガスをガス噴出孔から液体中に噴出さ
せて気液接触を行わせる装置は広く知られている（特公
昭５５−３７２９５号、特公昭５７−６３７５号、特公
昭５９−１１３２２号等）。

【０００３】図７に、排煙脱硫装置として用いられてい
る気液接触装置の模式図を示す。図７において、ＳＯ₂
を含む排煙は、導管１０１からガス導入管１０３を通
り、そのガス導入管１０３の下部周壁面に設けたガス噴
出口から炭酸カルシウムや水酸化カルシウム等のカルシ
ウム化合物のスラリー液中に噴出される。この場合のガ
ス導入管１０３は、図８に示すように、その下部周壁面
に配設されたガス噴出孔１０４を有する。液槽内のカル
シウム化合物のスラリー液中に噴出された排煙は、その
スラリー液と接触し、排煙中に含まれるＳＯ₂がカルシ
ウム化合物と反応してＣａＳＯ₃になる。そして、この
ＣａＳＯ₃は、液槽下部の空気導入管１０６から液中に
導入された空気中酸素と反応してＣａＳＯ₄（石こう）
になる。なお、１１２はガス中の液体を捕捉する気液分
離器を示し、１０５は攪拌羽根を示し、１０８は石こう
スラリー抜出管を示す。図７に示した排煙脱硫装置は、
実際には極めて大型の装置であり、その液槽１０２の内
径は１０ｍ以上、通常２５ｍ以上もあり、また、そのガ
ス導入管１０３の数も１，０００本以上という極めて多
い数である。

【０００４】このような気液接触装置においては、ガス
導入管のガス噴出孔からガスを液中に噴出させることか
ら、このことが原因となって、液槽内フロス層（泡沫
層）に全体として定常的で周期的な大きな動揺が生じる
場合がある。そして、そのフロス層の動揺により、液槽
内のフロス層上面が大きく変動するようになる。このフ
ロス層の定常的動揺は、液槽が大型のものになるに従っ
て大きなものとなり、気液接触効率悪化の原因となる等
の問題を生じる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、下部周壁面
に複数のガス噴出孔を有するガス導入管を多数液体中に
垂設した構造の多管式気液接触装置に用いられるそのガ
ス導入機構であって、液槽内フロス層の大きな動揺の発
生を防止させ、ガス処理性能に著しくすぐれたガス導入
機構を提供することをその課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、大型液槽内に下部周
壁面に複数のガス噴出孔を有するガス導入管の多数をそ
のガス噴出孔が液槽内静止液面より下方に位置するよう
に垂設した構造を有する気液接触装置において用いられ
るガス導入機構であって、ガス導入管と、それを包囲す
る外筒と、その外筒をガス導入管に支持させる支持体と
からなり、該外筒の下端はガス導入管のガス噴出孔と同
一レベル又はその近傍に位置し、ガス導入管の横断面積
に対する外筒の横断面積の比が１．５〜１０の範囲にあ
ることを特徴とする多管式気液接触装置に用いられるガ
ス導入機構が提供される。

【０００７】本発明で用いる外筒としては、液体中に垂
設したガス導入管に支持させることのできる形状であれ
ばよく、水平断面形状が円形の他、四角形、三角形等の
任意の形状のものを用いることができる。外筒の材質
は、金属の他、プラスチックやセラミック等であること
ができる。また、外筒は、多孔体（金網や多孔質板、繊
維板等）や、波板等で作成されたものであることができ
る。

【０００８】図１に、本発明のガス導入管の一例につい
ての説明図を示す。図１（ａ）はその斜視図を示し、図
１（ｂ）はその水平断面図を示す。図２に、本発明のガ
ス導入機構の使用状態の説明図を示す。

【０００９】これらの図において、１はガス導入管、２
はその下部周壁面に形成されたガス噴出孔、３は外筒、
４は支持体、５は液槽内の静止液面、６は気泡と液体と
の混合物からなるフロス層、７は液槽内のフロス層の上
面を示す。ａは外筒とガス導入管との間に形成された気
泡通過区画を示す。

【００１０】図１に示されたガス導入管は、外筒３の内
部にガス導入管１を挿入し、その外筒を支持体４を介し
てガス導入管に支持させて形成した例を示すものであ
り、そのガス導入管１の外周面と外筒３の内周面との間
に気泡通過区画ａが形成される。

【００１１】外筒３の下端はガス噴出孔２と同一レベル
又はその近傍に設置され、例えば、図１及び図２に示す
ように、ガス導入管１のガス噴出孔２よりやや上方に位
置するように配設してもよいし、ガス噴出孔２と同一レ
ベル又はそれよりやや下方に位置するように配設しても
よい。外筒３の上端の位置は特に制約されないが、ガス
噴出孔２のレベルからの距離が、ガス導入管１の外径
０．５倍以上、好ましくは１．０倍以上、さらに好まし
くは１．５〜３．０倍の範囲になるように規定するのが
よい。一般的には、外筒３の上端と下端との間の距離
は、５０〜２００ｍｍ程度である。

【００１２】本発明のガス導入機構において、その外筒
３の横方向の寸法は、その横方向断面積（外周壁面で囲
まれる空間の横断面積）のガス導入管の横断面積（外周
壁面で囲まれる空間の横断面積）に対する面積比が１．
５〜１０．０、好ましくは２．０〜５．０の範囲になる
ような寸法である。例えば、外筒が、図１に示すように
円筒体からなる場合、外筒３の外径Ｒ₂は、ガス導入管
１の外径Ｒ₁に対する比（Ｒ₂／Ｒ₁）で１．５〜１０、
好ましくは２．０〜５．０の範囲に規定するのがよい。
さらに具体的には、図１において、Ｒ₁の外径が１００
ｍｍのときには、外筒の外径Ｒ₂は、１５０〜２５０ｍ
ｍの範囲に規定するのがよい。

【００１３】本発明のガス導入機構には、各種の変更が
可能であり、その変更例を図３、図４及び図５に示す。
図３に示したものは、外筒３の周面が垂直ではなく、円
錐台形状の傾斜面に形成されている例を示す。図４に示
したものは、外筒３の上面に、多数の開口部１１を板面
に形成した中央部にガス導入管の挿通孔を有する板体１
０を配設するとともに、その板体１０の外周端部を外筒
３の上端部に接合させ、さらにその板体１０の中央部に
設置したガス導入管の挿通孔の周端部をガス導入管の外
周面に接合させた構造のものである。この場合、外筒３
は、板体１０が支持体となり、板体１０を介してガス導
入管１に支持させることができる。なお、板体１０は、
必要に応じ、外筒３の下面にも配設することができる。
開口部１１の開口面積は特に制約されず、充分広くとる
こともできる。

【００１４】図５に示したものは、外筒３の上面に、周
面に多数の開口１３を有する円錐台形状の短筒１２を配
設するとともに、その短筒１２の下端部を外筒３の上端
部に接合させ、必要に応じ、この短筒を支持体１４によ
りガス導入管１に支持させた構造を有するものである。
なお、短筒１２は、必要に応じ、外筒３の下面にも配設
することができる。図５においては、短筒１２の上端開
部の内径はガス導入管１の外径よりも大きくなっている
が、この開口部は、その内径をガス導入管の外径にほぼ
等しくして、ガス導入管の外周面に直接接合させること
もできる。

【００１５】本発明のガス導入機構において、外筒３を
ガス導入管１に支持固定化する方法としては、任意の方
法を採用することができ、特に制約されない。例えば、
図１に示すように、棒状又は板状の支持体４を介して筒
体３をガス導入管１に支持させることができる他、図４
に示すように板体１０を支持体として用い、この支持体
により支持させることもできる。また、図１において支
持体４の配設位置は、外筒３の上端部の他、外筒３の下
端部、外筒の上端部と下端部との間等であることができ
る。

【００１６】本発明のガス導入機構の原理を図２を参照
して示すと、ガス導入管１内にガスを導入し、そのガス
をガス導入管１のガス噴出孔２から噴出させると、その
ガス噴出により生じた微細気泡は、その噴出後、上方に
移動し、外筒３の内周面とガス導入管１の外周面との間
に形成された気泡通過区画ａ内に入り、区画ａ内を上昇
し、その区画ａのガス噴出孔２のレベルからその上方に
は気泡と液体の混合物からなるフロス層６が生じる。図
２において、５は、ガス導入管１内にガスを導入する以
前の静止液面を示し、７は、ガス導入管１内にガスを導
入した後に形成されるフロス層の上面（膨張液面）を示
す。液槽内の液体は、外筒３により形成される区画ａの
下端開口部からその区画ａに吸込まれ、区画ａ内の気泡
とともに上昇し、その区画ａの上端開口部から排出され
る。液槽内に噴出されたガスは、微細気泡となって区画
ａ内及び区画ａの上方のフロス層を上昇する間に液体と
効率的に接触する。そして、ガス導入管１のガス噴出孔
２から噴出されたガスの気泡は、区画ａ内に集合され、
区画ａ内を上昇することから、気泡の上昇に際して起る
液体流の運動エネルギーはその区画ａ内に封止され、他
の部分へ伝達することが防止され、その結果、液槽内の
フロス層の大きな動揺の発生が防止される。

【００１７】本発明のガス導入機構において、その外筒
３の上端をフロス層面７より下方、特に静止液面５より
下方に位置させることにより（図２参照）、その液槽内
に形成したフロス層の上部を水平方向に連絡させること
ができる。フロス層上部をこのようにして水平方向に連
絡させることにより、液体の流動をその１つのガス導入
機構によって形成された気泡通過区画内のみならず、同
様にして他のガス導入機構によって形成された区画との
間において行わせることができるので、液槽内に収容さ
せた液体中に含まれる溶解成分の濃度を全体的に均一化
させることができる。また、このようにして、フロス層
上部を水平方向に連絡させても、ガス噴出孔付近には外
筒３が存在し、ガス噴出孔からガスが噴出する際に起る
液体の急激な流動エネルギーの他の部分への伝達が防止
されることから、液槽内におけるフロス層の大きな動揺
の発生は防止される。

【００１８】本発明のガス導入機構において、ガス導入
管１に配設するガス噴出孔２は、図８に示すように、通
常、円形であるが、四辺形や三角形等の他の形状であっ
てもよい。本発明のガス導入機構の場合、ガス噴出孔２
からのガス噴出に起因するフロス層の大きな動揺の発生
は、その外筒の作用により防止されているので、ガス噴
出孔２の全開孔面積は、従来の場合に比較して、大きく
することもできる。即ち、本発明の場合、ガス噴出孔２
の全開孔面積ｎＳ（Ｓはガス噴出孔１個の面積、ｎはガ
ス噴出孔の数）を、ガス導入管１の水平断面積に対する
面積比で、０．８〜５、好ましくは１．５〜３の範囲に
することができる。従来のガス噴出孔の場合、ガス導入
管の水平断面積に対するそのガス噴出孔の全開孔面積比
は、通常、０．８以下である。本発明の場合、この面積
比は、従来の場合に比べて大きくすることが可能で、こ
の場合には、ガス導入管の内圧を同一条件に保持したと
きに、より多い量のガスが液中に噴出され、単位時間当
りのガス処理量が高められる。しかも、本発明の場合、
このようにガス流量を高めても、前記したように、外筒
３の配設により、液槽内のフロス層の大きな動揺の発生
が防止されていることから、気液接触効率の悪化は防止
される。

【００１９】本発明における前記ガス導入管の水平断面
積に対するガス噴出孔２の全開孔面積比の上限は、前記
範囲内に保持するのが好ましく、余りにも大きくなる
と、外筒による大きなフロス層の動揺の発生の防止が困
難になる。また、前記面積比が前記範囲内に保持するの
が好ましく、これにより小さくなると、従来の場合に比
して、ガス流量の格別の向上が得られない。ガス導入管
１に対して従来のガス噴出孔２の全開口面積よりも大き
な全開口面積を与えるガス噴出孔を開設する場合、その
ガス噴出孔の面積と数は、ガス導入管の水平断面積に対
するガス噴出孔の全開孔面積比が前記範囲内になるよう
に行えばよい。このための方法としては、（１）従来の
ガス噴出孔と同じ寸法の孔を、ガス導入管の周壁に横方
向に複数列配設する方法、（２）従来のガス噴出孔と同
じ寸法の孔をガス導入管の周壁に横一列に配設する際
に、その孔の数を増加する方法、（３）ガス導入管の周
壁にガス噴出孔を横一列に配設する際に、その１個当り
の孔の面積を増加する方法等の各種の方法を採用するこ
とができる。本発明においては、前記（３）の方法の採
用が好ましく、この場合には、従来の場合のガス噴出孔
の数と同じでありながら、ガス噴出孔の全開孔面積を高
めることができる。図６（ａ）、（ｂ）に、ガス噴出孔
の形状の具体例を示す。図６に示した形状のガス噴出孔
は、いずれも、その孔面積が従来の円形の孔面積に比較
して増加されている非円形状のものである。即ち、孔の
水平方向の最大長さＲを有する孔の面積が、円形の場合
の面積π（０．５Ｒ）²よりも大きくなっている。従っ
て、従来のガス噴出孔の場合と同じ孔数であり、また、
その水平方向の最大長さが同じでありながら、その全開
孔面積は増加されたものとなっている。

【００２０】

【発明の効果】本発明のガス導入機構を用いた気液接触
装置によりガスと液体との気液接触を行うときには、ガ
ス導入管１の外側に外筒３を配設し、そのガス導入管１
の外周面と外筒３の内周面との間に気泡通過区画ａを形
成させたことから、ガス導入管のガス噴出孔２から液体
中にガスを噴出させる際に起る液体の急激な流動エネル
ギーは、一次的にその区画内に封止され、その液体の流
動エネルギーが他の区画に伝達されることが非常に少な
くなり、その結果、液槽内での大きなフロス層の動揺の
発生が防止される。従来の気液接触装置においては、各
ガス導入管のガス噴出孔から液体中にガスを噴出させる
際に起る液体の各流動エネルギーは、外筒が存在しない
ことから、相互に干渉しあって、全体として定常的で周
期的な大きなフロス層の動揺を生じさせ、フロス層面を
変動させて気液接触効率の悪化を生じさせる等の問題を
生じるが、本発明のガス導入機構を用いる場合には、前
記したように、ガス噴出により起る急激な液体の流動エ
ネルギーは、ガス導入管と外筒との間の区画内に封止さ
れ、他の区画への伝達が防止されているため、従来の気
液接触装置に見られた如き大きなフロス層の動揺の発生
は防止される。その上、気泡通過区画においては、噴出
ガスによるリフト効果が得られるため、気泡通過区画内
にはガス導入管の下方に存在する新鮮な液体が上方にす
い込まれ、区画内において気泡と混合されるという利点
がある。

【００２１】さらに、本発明のガス導入機構において、
従来の場合に比較してそのガス噴出孔の全開孔面積を増
加させるときには、ガス噴出孔から液体中に導入させる
ガス流量を増加させることができる。例えば、従来のガ
ス導入管の場合よりもガス噴出孔２の全開口面積が２〜
３倍に増加されたガス導入管にガスを導入し、そのガス
噴出孔よりガスを液中に噴出させる場合、従来の場合と
同じ圧損でガス流量を２〜３倍に高めることができる。
従って、本発明のガス導入機構を有する装置は、従来の
場合と同じガス処理量を達成する場合には、ガス導入管
の数は、従来の場合よりも著しく少ない数でよく、装置
コストを著しく減少させることが可能となる。しかも、
本発明の場合には、そのガス噴出孔の静止液面下の深さ
を従来の場合と同じにしても、ガス噴出孔からのガス噴
出量が多くなるため、液面上に形成されるフロス層の高
さも高くなり、その結果、ガスのフロス層通過時間も長
くなり、より効率的な気液接触を達成させることができ
る。しかも、この場合の装置は、従来の装置の場合より
もガス噴出孔の全開口面積が増加され、ガス導入管の内
圧が同じであっても従来の装置の場合よりも大きなガス
流量が得られることから、従来の装置と同一規模におい
て同一ガス処理量で運転する場合には、そのガス導入管
の内圧を下げることができる。その結果、ガスをガス導
入管に供給し、ガス噴出孔から液中に噴出させるのに必
要なエネルギー量が少なくてすむという利点がある。

【００２２】本発明のガス導入機構は、各種の気液接触
を伴う反応装置、例えば、亜硫酸ガスを含む排ガスと炭
酸カルシウムスラリー液等のアルカリ性液体との接触を
行う排煙脱硫装置や、炭酸ガスを含む排ガスとアルカリ
性液体との接触を行う脱炭酸ガス装置等に対して好まし
く適用される。特に、本発明のガス導入機構は、液槽の
直径が１０ｍ以上、特に２０ｍ以上という大型の排煙脱
硫装置として有利に適用することができる。

【００２３】

【実施例】次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。

【００２４】実施例１縦０．６５ｍ、横１．１５ｍ、高さ３ｍの槽型液槽内
に、図１に示した構造のガス導入機構の８個を、横方向
２列、縦方向４列で垂設した構造のテスト装置を用い
た。この場合、ガス導入管１としては、長さ：２０００
ｍｍ、内径：１００ｍｍの円筒管の下端から１５０ｍｍ
の位置の周壁面に、水平方向長さ：２５ｍｍ、高さ：５
０ｍｍの図５（ａ）に示した長方形の孔を横一列に穿設
した構造のものを用いた。この場合、ガス導入管の水平
断面積に対するガス噴出孔の全開孔面積の比は１．４３
であった。また、この機構は、そのガス導入管のガス噴
出孔が水面下１０〜２５ｃｍの深さになるように配設し
た。また、外筒３としては、外径が２００ｍｍ、高さが
１００ｍｍの短筒体を使用した。この外筒３の下端はガ
ス噴出孔２のレベルからやや上方に位置させた。この外
筒３は、６個の支持棒を介してガス導入管に支持させ
た。このようなテスト装置の液槽内に液体として水を高
さ１００ｃｍの位置まで入れ、ガス導入管１本当りのガ
ス流量（Ａ）を種々変化させて、空気をそのガス導入管
のガス噴出口から噴出させて気液接触を行った。このよ
うな気液接触においては、ガス流量（Ａ）を４００ｍ³
／時と高い流量に保持しても、液槽内のフロス層には大
きな動揺は生じず、また、フロス層面の大きな変動も実
質上生じなかった。

【００２５】一方、前記テスト装置において、外筒３を
配設しないで同様の実験を行ったところ、この場合に
は、ガス流量（Ａ）が２００ｍ³／時という低い流量で
あっても、液槽内のフロス層の大きな動揺が起り、フロ
ス層面の変動を生じた。このフロス層面の変動は、静止
水面に対し、水面の最も高い位置で＋約４０ｃｍ、水面
の最も低い位置で−約４０ｃｍであった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガス導入機構の１例についての説明図
を示す。ａ：斜視図ｂ：水平断面図

【図２】本発明のガス導入機構の使用状態の説明図を示
す。

【図３】本発明のガス導入機構の変更図を示す。

【図４】本発明のガス導入機構の他の変更図を示す。

【図５】本発明のガス導入機構のさらに他の変更例を示
す。

【図６】ガス噴出孔の形状説明図を示す。

【図７】排煙脱硫装置として用いられている従来の気液
接触装置の模式図を示す。

【図８】ガス導入管の構造説明図を示す。

【符号の説明】

１、１０３ガス導入管２、１０４ガス噴出孔３外筒４支持体５静止液面６フロス層７フロスの上層１０１ガス導管１０２液槽１０５攪拌羽根１０６空気導入管１０８石こうスラリー抜出管ａ気泡通過区画Ｒガス噴出孔の水平方向最大長さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ０１Ｄ 53/77 Ｂ０１Ｄ 53/34 １２５Ｅ (72)発明者岩▲崎▼ 守神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番１号千代田化工建設株式会社内 (72)発明者桑原育郎神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番１号千代田化工建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】大型液槽内に下部周壁面に複数のガス噴
出孔を有するガス導入管の多数をそのガス噴出孔が液槽
内静止液面より下方に位置するように垂設した構造を有
する気液接触装置において用いられるガス導入機構であ
って、ガス導入管と、それを包囲する外筒と、その外筒
をガス導入管に支持させる支持体とからなり、該外筒の
下端はガス導入管のガス噴出孔と同一レベル又はその近
傍に位置し、ガス導入管の横断面積に対する外筒の横断
面積の比が１．５〜１０の範囲にあることを特徴とする
多管式気液接触装置に用いられるガス導入機構。