JPS5915688B2 - 気液接触装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は−の反応器で気液接触及び固体の析出を連続的
に行なわせる固−気一液異相系反応装置に関する。

気液接触及び固体の析出を連続して行なう方式は、従来
ボイラー等の排煙をアルカリ成るいは酸を含む水溶液で
処理してＳ０２ を吸収除去する湿式排煙脱硫方法、コ
ークス炉ガス中に含まれるアンモニアガスを硫酸で処理
して硫安を製造する方法、アンモニアを空気酸化して生
成した酸化窒素を水に吸収させ、これと亜硫安・と反応
させるヒドロキシルアミン製造方法、アンモニア・ソー
ダ法によるソーダ灰製造方法等において採用されて来た
。

従来方式において大容量のガスを処理する場合、気液接
触装置としては、塔屋で気液を向流接触させる型式、充
填塔、棚段塔、スプレー塔等が使用され、又固体の析出
装置としてはその目的に応じて多種類の装置があるが、
いずれも固体の懸濁を必要とするため、攪拌手段を備え
た種型容器が使用される。

したがって、大容量のガスと液との接触及び固体の析出
を連続して行なう場合には各装置の機能及び構造が異な
るため気液接触装置と固体析出装置をそれぞれ別個に設
置し、その間をポンプを駆動源として酸管で連結する方
式がとられるのが一般的手法であった。

本発明者等は前記の気液接触装置及び固体析出装置を集
約し、一体化することについて多角的に検討して来たが
、単に従来の方式を組み合せただけでは装置が複雑化し
、大型化するのみで集約化の利益がないことに鑑みて、
固体が存在することを許容する新しい気液接触方式を採
用することによりこの問題が解決されることを知見した
。

本発明はこの知見に基いてなされたもので、その目的は
単一槽において気液接触及び固体析出を連続的に実施で
きるコンパクトかつ高性能の反応装置を提供することで
ある。

本発明について概説すると、本発明は（ａ）固体の存在
及び（又は）析出下に気液接触を行なわせる反応装置に
おいて飛沫分離部、固気液混相接触部及び固体析出部の
三帯域から構成され、（ｂ）固気液混相接触部下面に開
口部を有し、その内壁面に濡れ壁を形成する液供給部を
上部に設けた気体導入管（ｃ）気体導入管の開口部に設
けられ、表層に固気液混相接触部の形成をもたらす側壁
を有する多孔板、ネット、グリッド又は目皿のうちの少
くとも−からなる気体分散器（至）下部の固体析出部に
設けられ、固体懸濁相を形成させ、かつ、上部の固気液
混和と下部の固体懸濁相との液の交換を強制循環により
行なわしめる攪拌機及び（又は）空気導入ｍｅ）固体析
出部に設けられた液体導入口より成ることを特徴とする
気液接触装置に関する。

本発明の装置においては、気液接触装置と固体析出装置
とは単一の槽として一体化され、この槽内においては槽
の上方より下部に飛沫分離部及び固−気一液−の混合層
により形成される固気液混相接触部とこれに連続した固
−液懸濁液層により形成される固体析出部の三帯域が生
成され、これにより気液接触及び固体析出が連続的に達
成される。

したがって、槽は飛沫分離部、固気液混相接触部及び固
体析出部を構成するに足る高さを有しなければならない
。

気体導入管の開口部は所要性能（反応率）から決定され
る固気液混相接触部の下面すなわち固体懸濁相の液相表
面下に達し、開口部には下方向に延びる側壁並びに気体
泡出口を有する気体分散器が設げられる。

気体導入管より圧送された気体は側壁により横方向の散
逸が抑制されて気体泡出口より固体懸濁液相に高速で噴
き出され、微細な気泡に***し、気体分散器面上に液相
連続の均一な気泡層（フロス層）すなわち固気液混相接
触部を形成する。

固気液混相接触部での物質移動及び反応を高速のガス流
が液流に衝突し、気泡***する際の激しい攪乱接触と表
層部に形成されるクロス層での攪乱接触により行なわせ
る点は本発明の特徴の−である。

本明細書では、この気泡層の高さが占める帯域を固気液
混相接触部というが、気泡層からは未吸収の気体が液体
の飛沫を同伴するのでこの飛沫を分離し、又飛沫に併存
することのある固体分の飛沫が槽壁に耐着することを防
止するために充分な高さの空間部を設ける必要があり、
この空間部を本明細書では飛沫分離部という。

気体分散器及びそれに設けられた側壁により形成される
帯域の上部では圧送される気体により液面が低下される
ので気体分散器のノツチ又はオリフィスは固体により閉
塞されることがなく、気液接触と固体析出とを単一槽で
行なうことを可能にする。

反応器上部の固気液混相接触部で所定の物質移動及び反
応を連続的に行なわせるにはこの固気液混相接触部から
の物質移動及び反応を終了した固液を抜き出し、かわり
に物質移動及び反応の推進力を有する新しい固液を供給
することが必要であり、これは反応器上部と下部の比重
差による自然循環及び機械及び（又は）空気攪拌手段に
よる強制循環により行なわせる。

すなわち固体析出部の固体懸濁液は気体分散器を閉塞す
ることなく、気体分散器の側壁の外側を通って上昇せし
められ、固気液混和接触部において気体と充分に接触し
た後たとえばダウン・テーク（降液管）を通って下部の
固体析出部に循環せしめられる。

そしてダウン・テークは固液の循環をより効率的に行な
わせる機能を有する。

したがって、気泡層の下部の液層部分（気体分散器の水
準以下の部分）を本明細書では固体析出部という。

槽の固体析出部には、吸収した気体を化学反応させるこ
とにより反応生成物として固定し、固体として析出させ
るための化合物を溶解した液体、場合によりスラリーを
供給する液体導入口が設けられる。

前述から明らかなように本発明における固気液混和接触
部と固体析出部の液（懸濁液）の循環はポンプを使用す
ることなく、従来の固体の析出装置において必要とされ
る固液の混合、反応の促進及び固体の懸濁のための攪拌
手段を、ダウン・テークを介しての槽の上部と下部との
比重差による自然循環と合せて有効に利用することによ
り行なわれ、気液接触と固体析出との両操作を単一槽で
機器を閉塞することな（連続的に実施できる点が本発明
の特徴の−である。

更に本発明の装置においては固気液混相接触部における
接触界面積の増加を計り、吸収及び反応効率を高めるこ
とが可能である。

固気液異相系反応において、物質移動及び総括反応速度
が接触界面積に依存することは、よく知られるところで
ありそのため、本発明の装置においては上記の気体分散
器として一般には多孔板が使用されるが、更にその上部
に、もしくは多孔板のかわりに１段もしくは複数段のネ
ット・グリッド、目皿等を設は気泡を更に分断すること
により、物質移動及び反応をより効率的に行なわせるこ
とができる。

従来の気液接触装置においては固体を懸濁させた液と気
体を接触させ物質移動及び反応を行なわせる場合、一般
的には、ネット、グリッド、目皿等の設置はこれら器具
に対する固体の付着、閉塞が発生するために好ましくな
いが、本発明の装置では固気液の流動が極めて激しい接
触方式を採用しているので、これらに固体が付着して閉
塞することはない。

また固体析出部に設置される攪拌機及び（又は）空気導
入管の外側に１個又は複数個の同心円筒状のバッフルを
設けてより効率的に混合及び上下の循環を行なわせるこ
とができる。

更に本発明の他の特徴の−としては、固体の付着に基因
するトラブルを根絶することにある。

従来技術においては、気体と液体との最初に接触する部
位において、固体が析出する場合、気体の流動エネルギ
ーでは、到底付着固体を剥離することはできず、付着厚
さは時間と共に増大しついには、気体の流路を完全に閉
塞して、運転が不可能となることが多かったが、本発明
の装置においては、気体が液と接触して固体が生じても
、反応器内又は外部からの液により、気体導入部位に液
膜を構成させることにより、固体は壁に付着することな
く流下し、さらに下部の気体分散器部位で激しい接触を
行なうことを可能とすることができる。

固体の付着を防止する方法としては上記濡れ壁を形成す
る方法の他に、機械的に掻き取る方法、種晶を添加する
方法、付着しにくい材質を使用する方法等があり、最も
有効かつ確実なのは機械的に掻き取る方法であるが、気
体導入管本数が多くなると、現実に採用しがたい欠点が
ある。

これに対して、濡れ壁による方法は、効果的かつ気体導
入管本数が多い場合でも容易に実施できる長所を有する
ものである。

次に本発明を添付図面を参照して説明すると、第１図は
本発明の一具体例を示す装置の縦断面図であり、併せて
使用時の状態及び気体並びに液体の流れを点線で示す。

第１図において１は槽、２は気体導入管、３は気体分散
器、４は気体分散器３の周囲に設けられた下向きの側壁
、５は攪拌機、６はバッフル、Ｉはダウン・テーク、８
は導管壁に濡れ壁を形成する液供給部、９は気体排出口
、１０．１１は懸濁液排出口、１２は空気導入管、１３
は固定剤−供給管である。

第１図では気体導入管は２個であるが１個もしくは複数
個であってもよい。

又気体分散器としては第１図に記載したものは、導入管
開口部上部に、垂直な側壁を有する水平多孔板を設けた
ものであるが、第２図は本発明の他の具体例を示す装置
の縦断面図であり、第２図に図示するように、傾斜多孔
板３及び傾斜側壁４を使用することもできる。

また、多孔板のかわりに、ネット、グリッド等を使用す
ることも可能であり、またこれらを組み合わせて使用す
ることもできる。

加圧下に気体導入管から導入された気体は気体分散器３
と側壁４により液面を押下げると共に気体分散器３より
６〜８０ｍ／秒、望ましくは、７．５〜１５ｍ／秒の流
速で泡出し、固−液態濁液と撹乱的に接触し気泡層（固
気液混相接触部）１を形成して吸収され、未吸収の気体
は飛沫分離部１′を経て、気体排出口９より排出される
。

固気液混相接触部のガス空塔速度は０．５〜４ｍ／秒、
望ましくは０．５〜２ｍ／秒とする。

気体導入管２の上部には固体の析出により気体導入管が
閉塞することを防止するために濡れ壁を形成するための
液供給部８が設けられているので、機械的掻取手段を必
要とすることなく連続運転が可能であり、この手段は特
に細い気体導入管を多数使用する場合には更に有効であ
る。

液膜を形成させるには、種種の方法があるが、その中の
１例を第１図に示す。

固体析出部１″′において固定剤は固定剤供給管１３か
ら攪拌機５及び（又は）空気導入口１２より導入される
空気による上昇流中に供給され、吸収された気体と反応
することにより、固体を生成する。

バッフル６内を上昇した懸濁液は気体分散器の側壁によ
り、その外側を通って固気液混相接触部に供給され、ガ
スと充分に接触し、物質移動及び反応を終了した後ダウ
ン・テークを通り下降する。

この液の循環は攪拌機及びダウン・テーク外の気泡を含
む液とダウン・テーク内の気泡を含まない液との比重差
により維持される。

ダウン・テーク７は第１図に記載のものは、反応器中心
部に設けであるが第２図に図示するように反応器外周部
に沿って設けることもでき、また本発明の他の具体例を
示す装置の縦断面図である第３図に図示するように断面
当り均等に複数個設けることもできる。

反応器下部は反応と共に必要な固体懸濁濃度が維持され
、固体の析出が行なわれる。

さらに液及び（又は）固体の酸化を必要とする場合はこ
れを行なわせることも可能である。

気液接触装置より排出口１１を介して排出された懸濁液
はそのまま遠心分離器等により固液分離を行なうことが
できる。

次に本発明装置の効果を説明するために実験例を示す。

実験例 １ 断面円形の槽１の直径は８００龍、液面の深さ１８００
ｍｍとし気体導入管２として直径３インチ管２本を使用
し、その開口部に半円形の多孔板３を対向して設けると
共に深さ４００ｍｍの側壁４を付した。

気体導入管の浸液深さは３００１１Ｌｍとした。この槽
内に攪拌機５及び直径５００１ｍの円筒状バッフル６及
び多孔バイブスパージャ−（空気導入管１２に相当）並
びに硫化水素ガス固定剤としてのＮａ２ＣＯ３溶液導入
管１３をそれぞれ設けた。

Ｈ２Ｓ １１０００ｐｐ を含むガス１０１００ＯＮ／
時を圧送し、多孔板上に高さが５００〜９００１ｍの気
泡層を形成させた。

１２７ ｋｐ／時の流量で、それぞれの管に液供給部８
から水を流下して濡れ壁を形成した。

なお以下の実験例も同様である。

一方液導入管よりアンスラキノン・ジ・スルホン酸ソー
ダ、ナフトキノン・ジ・スルホン酸ソーダ等のキノン類
のジ・スルホン酸ソーダを含むＮａ ２ ＣＯａ溶液を
供給し、又空気導入管より空気を１５Ｎｍｆ／時供給し
た。

槽上部の気体排出口から排出されたガス中のＨ２Ｓ濃度
は１１００ｐｐ 以下であり、槽底部の懸濁液排出口か
らの懸濁液をそのままフィルター・プレスに送り固体硫
黄を得た。

実験例 ２ 実施例１と同じ装置においてＳＯ２１０ｏ。

ｐｐｍ を含むガス１１００ＯＮ”／時を圧送し、ク
エン酸、リンゴ酸等の有機酸の塩を含む水溶液を１３よ
り供給し、又気体導入管により、硫化水素ガスを含む空
気１１００Ｎ’／時を供給したところ脱硫率は７５％以
上に達した。

析出した固体硫黄は槽底部の懸濁液排出口１１かも抜き
出し、フィルター・プレスで分離した。

実験例 ３ 実験例１と同じ装置においてＳＯ２１ｏｏＯｐｐｍ
を含むガス５００〜１２００Ｎ７７１”／時を圧送し、
ＣａＣＯ３スラリーを１３より供給し、又空気導入管１
２より空気を５〜１５Ｎｍ？／時供給したところ脱硫率
は８５〜９０％に達した。

析出したＣａＳＯ４・２Ｈ２０は槽底部の懸濁液排出口
１１から抜き出し遠心分離機で分離した。

又、運転中に固体の析出による多孔板の閉塞の障害は全
く認められなかった。

以上の実験例からみて気液接触と固体析出とを単一槽内
で行なう方式の装置として本発明の装置は極めて許容範
囲が広く、又小型化できるという効果を奏することが明
らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一具体例を示す装置の縦断面
図であり併せて使用時の状態を示す。 １・・・・・・反応器、１′・・・・・・飛沫分離部、
ｆ′・・・・・・固気液混相接触部、１″′・・・・・
・固体析出部、２・・・・・・気体導入管、３・・・・
・・気体分散板、４・・・・・・気体分散板の側壁、５
・・・・・・攪拌機、６・・・・・・案内円筒（バッフ
ル）、７・・・・・・ダウン・テーク、８・・・・・・
濡れ壁形成用液導入口、９・・・・・・ガス排出口、１
ｏ・・曲溢流液排出口、１１・・・・・・懸濁液排出口
、１２・・曲空気導入管、１３・・・・・・固定剤導入
管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １（ａ）固体の存在及び（又は）析出下に気液接触を行
   なわせる反応装置において飛沫分離部、固気液混相接触
   部及び固体析出部の三帯域から構成され、（ｂ）固気液
   混相接触部下面に開口部を有し、その内壁面に漏れ壁を
   形成する液供給部を上部に設けた気体導入＆）気体導入
   管の開口部に設けられ、表層に固気液混相接触部の形成
   をもたらす側壁を有する多孔板、ネット、グリッド又は
   目皿のうちの少（とも−からなる気体分散Ｑｄ）下部の
   固体析出部に設けられ、固体懸濁相を形成させ、かつ上
   部の固気混相と下部の固体懸濁相との液の交換を強制循
   環により行なわしめる攪拌機及び（又は）空気導入管（
   ｅ）固体析出部に設けられた液体導入口より成ることを
   特徴とする気液接触装置。 ２ 反応器上部の固気液混相接触部と下部の固体析出部
   との両端に開口したダウン・テークを設ける特許請求の
   範囲第１項記載の装置。 ３ 攪拌機及び（又は）空気導入管の外周にバッフルを
   設ける特許請求の範囲第１項記載の装置。