(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
槽内に収容されている吸収液中に、ガス分散管を通して不純物を含む気体を吹き込むことにより、前記槽内にフロス層を形成する工程を有する不純物除去方法であって、
前記フロス層におけるガスの占める割合をガスホールドアップとすると、
（ｉ）前記フロス層におけるガスホールドアップを０．４〜０．９に設定すること、
（ｉｉ）前記フロス層の高さを０．２〜１．８ｍに設定すること、
（ｉｉｉ）前記フロス層の単位体積当たりの気液接触面積を１５００〜２５００ｍ２／ｍ３に設定することを特徴とする不純物除去方法。
【請求項２】
前記不純物が前記気体中のばいじんを含むことを特徴とする請求項１に記載の不純物除去方法。
【請求項３】
前記気体中に、粒径が０．１〜１０μｍの不純物を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の不純物除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス等の気体中に含まれているばいじん等の不純物を除去する不純物除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＳＯ２やばいじん等の環境汚染物質（不純物）を含む排出ガスから、それらの不純物を除去するために、排ガスを吸収液と接触させる方法は、いわゆる湿式排ガス処理法として広く知られている。
例えば、内部を２室または３室に区画された密閉槽内の最下室に吸収液を収容させ、排ガスを最下室とその上室とを区画する隔板に取り付けられた多数の排ガス分散管を通じて吸収液中に吹き込んで脱硫し、浄化された排ガスを最下室から排出させるか、または最下室から最上室へ導いて排出させる脱硫方法は既に知られている（特許文献１〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７３４２９１号公報
【特許文献２】特許第４６１６１４２号公報
【特許文献３】特公平４−９５７０号公報
【特許文献４】特公平３−７０５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような脱硫方法に関しては、これまでに、装置におけるスケーリングトラブルの発生防止、装置の自動制御化、装置の耐久性向上等の装置運転に際して直面する技術上の問題点や、装置の大型化において生じる問題点等の解決に多くの研究が向けられ、格段の技術的進歩が得られている。しかしながら、装置コストの低減化や装置運転コストの低減化等の経済性の点や、装置運転の安定化等の点ついては、未だ満足すべき段階までには至ってはいない。
また、前記特許文献１〜４には、気液接触領域である気泡泡沫層（フロス層）の詳細については明記されておらず、また、ＰＭ２．５に代表されるサブミクロンオーダーの微細な粒子を含むばいじん等の除去についても、未だ、十分な性能が得られていない。
【０００５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、排ガス等の気体中に含まれるばいじん等の不純物を効率よく、低コストで除去することができる不純物除去方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために本発明に係る不純物除去方法は、槽内に収容されている吸収液中に、ガス分散管を通して不純物を含む気体を吹き込むことにより、前記槽内にフロス層を形成する工程を有する不純物除去方法であって、
（ｉ）前記フロス層におけるガスホールドアップを０．４〜０．９に設定すること、
（ｉｉ）前記フロス層の高さを０．２〜１．８ｍに設定すること、
を特徴とする。
さらに、前記ガスホールドアップは０．５〜０．８に、前記フロス層の高さは０．４〜１．２ｍにそれぞれ設定することが好ましい。
【０００７】
ここで、フロス層におけるガスホールドアップを０．４〜０．９に設定したのは、以下の理由による。
すなわち、ガスホールドアップが０．４未満では十分な気液接触面積がとれず、除去性能（不純物除去率）の低下が著しく、所定の性能が出せないからである。
また、ガスホールドアップが０．９を超えると、フロス層内でガスのショートパスが発生し、安定したフロス層が形成しなくなることから、好ましくなく、また、ガスを大量に吹き込むことになり、ガス分散管へ投入するエネルギーも過大となるからである。
【０００８】
また、フロスの層高さを０．２〜１．８ｍに設定したのは、以下の理由による。
すなわち、フロス層の高さが０．２ｍ未満では、十分な気液接触時間がとれず、除去性能（不純物除去率）の低下が著しく、所定の性能が出せないからである。
また、フロス層の高さが１．８ｍを超えると、浄化排ガス中に固体粒子を含むミストが同伴されて系外に排出されることを避けるために、フロス層上端からガス出口開口部までの距離を大きくとる必要が生じ、装置高さが高くなってしまうことから、経済的にもあまりメリットがなく、またガス吹込みに要するエネルギーも過大となるため、好ましくないからである。
【０００９】
本発明においては、フロス層におけるガスホールドアップを０．４〜０．９に設定し、フロス層の高さを０．２〜１．８ｍに設定することで、排ガス等の気体中に含まれるばいじんや、ＳＯｘや塩化水素に代表されるガス状有毒物質等の不純物を効率よく、低コストで除去することができる。
特に、通常のスプレー式の液分散型の除去装置では捕集が困難なサブミクロンオーダーの微粒子を有するばいじんを捕集して除去できる。
【００１０】
本発明の前記構成において、さらに、（ｉｉｉ）前記フロス層の単位体積当たりの気液接触面積を１０００〜３０００ｍ２／ｍ３に設定することが好ましい。
また、フロス層の単位体積当たりの気液接触面積は、１５００〜２５００ｍ２／ｍ３に設定することがより好ましい。
【００１１】
フロス層の単位体積当たりの気液接触面積を１０００〜３０００ｍ２／ｍ３に設定することが好ましいのは、以下の理由による。
すなわち、気液混合層（フロス層）の単位体積当たりの気液接触面積が１０００ｍ２／ｍ３以上とすることにより、さらに十分な気液接触面積を確保し、除去性能（不純物除去率）を安定して維持することができるからであり、また、ガス分散管の排ガス噴出孔からのガス噴出速度が大きいほど、気泡が細かく、また気泡径の分布も狭くすることができ除去性能（不純物除去率）を向上することができるが、ガス噴出速度を大きくすることは、ガス分散管にかけるエネルギー消費（噴出しに伴う圧力損失が大きくなる）も増大するため、気液接触面積を３０００ｍ２／ｍ３以下とすることにより、除去性能（不純物除去率）を安定して維持しつつ過分なエネルギー消費を抑制することが可能となるからである。
【００１２】
このような構成によれば、十分な気液接触面積をとることができるので、不純物を効率よく、低コストで除去することができ、また、ガス分散管にかけるエネルギー消費を抑制できる。
【００１３】
本発明の前記構成において、不純物が前記気体中のばいじんを含んでいたり、前記気体中に、粒径が０．１〜１０μｍの不純物を含んでいてもよい。
【００１４】
このような構成によれば、気体中から特にばいじんや粒径が０．１〜１０μｍの不純物を除去する目的において、従来技術に比べて高い除去効率を発揮する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、排ガス等の気体中に含まれるばいじんや、ＳＯｘや塩化水素に代表されるガス状有毒物質等の不純物を効率よく、低コストで連続除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る不純物除去装置の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態の不純物除去方法を説明するためのもので、不純物の除去率とガスホールドアップとの関係を示すグラフである。
【図３】同、不純物除去率とフロス層の高さとの関係を示すグラフである。
【図４】同、不純物除去率とフロス層単位体積あたりの気液接触面積との関係を示すグラフである。
【図５】同、排ガス中のばいじん粒子の粒子径ごとの捕集効率（不純物除去率）を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態に係る不純物除去装置の他の例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は３室構造の不純物除去装置の一例についての模式図を示す。この図において、符号１は脱硫装置、２は密閉槽、３は第１隔板、４は第１室、５は第２室、６は排ガス導入口、７は排ガス分散管、８は排ガス噴出孔、９は排ガス排出口、１０は攪拌機、１０´は撹拌軸、１１は吸収剤供給管、１２は酸化用空気供給管、１３は吸収液抜出管、１４は第２隔板、１５は第３室、１６は排ガス上昇筒、１７は洗浄液供給管、１８は洗浄液排出管、Ｌは吸収液、Ｗは吸収液の静止液面、Ａは気液混合層（フロス層）、Ｂは固液体分離空間を各々示す。
【００１８】
図１に示す不純物除去装置は、密閉槽２の内部を第１隔板３および第２隔板１４によって区画して、第１室４、第２室５および第３室１５の３室構造に形成されている。第１隔板３および第２隔板１４は、水平板、階段状板、傾斜板等のいずれでもよいが、特に傾斜板を用いることが好ましい。また、第１室４は、ガス分散管７を通して不純物を含む気体を吹き込む吸収液を収容する室であり、密閉槽２の下部に設けられる。
第２室５には排ガス導入口６が配設され、ここから導入された排ガスは、排ガス分散管７を通じて排ガス噴出孔８から吸収液Ｌの静止液面Ｗより下の部分に吹き込まれる。排ガス噴出孔８より上方には、気液混合層（フロス層）Ａが形成され、ここで排ガス中のばいじんや亜硫酸ガスが吸収される。吸収液Ｌとしては、カルシウム化合物またはカルシウム化合物含有物、例えば石灰石および／または消石灰を吸収剤として含む石こうスラリーが用いられる。
【００１９】
第１室４内の気液混合層（フロス層）Ａの上方に放散された浄化排ガスは、第１室４の上部空間Ｂ（固液体分離空間）を上昇しながらかつ水平方向に移動する。このようにして浄化排ガスが流動する間に、排ガス中のミストおよび気液混合層（フロス層）Ａで除去できなかった比較的粒径の大きい固体粒子は固液体分離空間Ｂにおいて重力沈降および排ガス分散管７との衝突によりその大部分は浄化排ガスから分離される。固液体の分離された浄化排ガスは、排ガス上昇筒１６を上昇し、第３室１５に導入される。第３室１５において、浄化排ガスは上昇流から略水平流に方向転換し、浄化排ガスに同伴されるミストおよび固体粒子が分離された後に排ガス排出口９から排出される。
【００２０】
第３室１５の底面（第２隔板１４）上に堆積した固体粒子は、洗浄液、例えば石こう含有スラリー、石こうを分離した吸収液、水、海水などの液体を間欠的または連続的に洗浄液供給管１７から供給して第２隔板１４の表面から剥離させ、洗浄液とともに１箇所以上の洗浄液排出口１８から排出させる。
【００２１】
本発明者は、上述したように密閉槽１の第１室４に収容されている吸収液中に、排ガス分散管７を通して排ガスを吹き込むことにより、第１室４に気液混合層（フロス層）Ａを形成するに際し、気液混合層（フロス層）Ａの気液構成要素を以下の（ｉ）および（ｉｉ）のように設定することによって、排ガス中に含まれるばいじん等の不純物を効率よく、低コストで連続除去することができることを見出した。
【００２２】
（ｉ）前記フロス層におけるガスホールドアップを０．４〜０．９に設定する。
（ｉｉ）前記フロス層の高さを０．２〜１．８ｍに設定する。
【００２３】
ガスホールドアップとは、気液混合層（フロス層）Ａにおけるガスの占める割合のことをいい、このガスホールアップφと、気液混合層（フロス層）Ａの高さＨと、ガス吹込深さＬとの関係は、以下の式で示すことができる。なお、気液混合層（フロス層）Ａの高さＨとは、排ガス噴出孔８の中心から気液混合層（フロス層）Ａの上端までの鉛直方向の長さのことをいい、ガス吹込深さＬとは、ガスを吹き込む前における、排ガス噴出孔８の中心から吸収液Ｌの静止液面Ｗまでの鉛直方向における長さのことをいう。
Ｈ＝Ｌ×１／（１−φ）
【００２４】
ここで、気液混合層（フロス層）Ａの気液構成要素を以下の（ｉ）および（ｉｉ）のように設定した理由は以下のとおりである。
すなわち、ガスホールドアップが０．４未満では十分な気液接触面積がとれず、除去性能（不純物除去率）の低下が著しく、所定の性能が出せない。一方、ガスホールドアップが０．９を超えると、気液混合層（フロス層）Ａ内でガスのショートパスが発生し、安定した気液混合層（フロス層）Ａが形成しなくなることから、好ましくなく、また、ガスを大量に吹込むことになり、排ガス分散管７へ投入するエネルギーも過大となる。したがって、前記ガスホールドアップは０．４~０．９に設定する。
また、図２に示すように、ガスホールドアップが０．５を超えたあたりから、除去性能（不純物除去率）の上昇率が低下し始め、０．８を超えたあたりから、除去性能（不純物除去率）が頭打ちとなる。
したがって、図２およびエネルギー消費の観点からガスホールドアップは、０．５〜０．８に設定するのがより好ましい。
【００２５】
また、気液混合層（フロス層）Ａの高さが０．２ｍ未満では、十分な気液接触時間がとれず、除去性能（不純物除去率）の低下が著しく、所定の性能が出せない。一方、気液混合層（フロス層）Ａの高さが１．８ｍを超えると、固体粒子を含むミストが浄化排ガスに同伴されて不純物除去装置１の外に排出されることを避けるために、フロス層上端からガス出口開口部（排ガス排出口９）までの距離を大きくとる必要が生じ、装置高さが高くなってしまうことから、経済的にもあまりメリットがなく、またガス吹込みに要するエネルギーも過大となるため、好ましくない。したがって、前記フロス層の高さを０．２〜１．８ｍに設定する。
また、図３に示すように、フロス層の高さが０．４ｍを超えたあたりから、除去性能（不純物除去率）の上昇率が低下し始め、１．２ｍを超えたあたりから、除去性能（不純物除去率）が頭打ちとなる。
したがって、図３およびエネルギー消費の観点から気液混合層（フロス層）Ａの高さは、０．４〜１．２ｍに設定するのがより好ましい。
【００２６】
また、本発明者は、（ｉｉｉ）前記フロス層の単位体積当たりの気液接触面積を１０００〜３０００ｍ２／ｍ３に設定することによっても、排ガス中に含まれるばいじん等の不純物を効率よく、低コストで連続除去することができることを見出した。
このようにフロス層の単位体積当たりの気液接触面積を規定したのは気液混合層（フロス層）Ａの単位体積当たりの気液接触面積が１０００ｍ２／ｍ３以上とすることにより、さらに十分な気液接触面積を確保し、除去性能（不純物除去率）を安定して維持することができるからであり、また、排ガス分散管７の排ガス噴出孔８からのガス噴出速度が大きいほど、気泡が細かく、また気泡径の分布も狭くすることができ除去性能（不純物除去率）を向上することができるが、ガス噴出速度を大きくすることは、排ガス分散管７にかけるエネルギー消費（噴出に伴う圧力損失が大きくなる）も増大するため、気液接触面積を３０００ｍ２／ｍ３以下とすることにより、除去性能（不純物除去率）を安定して維持しつつ過分なエネルギー消費を抑制することが可能となるからである。
また、図４に示すように、フロス層単位体積あたりの気液接触面積が１５００ｍ２／ｍ３を超えたあたりから、除去性能（不純物除去率）の上昇率が低下し始め、２５００ｍ２／ｍ３超えたあたりから、除去性能（不純物除去率）が頭打ちとなる。
したがって、図４およびエネルギー消費の観点から、フロス層の単位体積当たりの気液接触面積は、１５００〜２５００ｍ２／ｍ３に設定するのがより好ましい。
【００２７】
フロス層単位体積当たりの気液接触面積ＳＡは、以下のようにして計算する。
ＳＡ＝Ｓｂ・Ｎ／Ｖｆ
Ｓｂ：フロス層を形成する平均的な単一気泡の表面積
Ｓｂ＝π・ｄｂ２
ｄｂ：気泡径
Ｎ：フロス層内の気泡数
Ｖｆ：フロス層体積
Ｖｆ＝Ｌ・１／（１−φ）・Ｓ
Ｎ＝Ｖｆ・φ／Ｖｂ
Ｖｂ＝１／６・π・ｄｂ３（単一気泡の体積）
Ｌ：ガス吹込深さ（ガスを吹込む前における、ガス分散管のガス噴出孔中心から静止液面までの深さ）
φ：ガスホールドアップ
Ｓ：フロス層断面積（気液混合層（フロス層）Ａの水平断面積から排ガス分散管７の水平断面積などの浄化排ガスの通過できない構造物の水平断面積の合計を差し引いた水平断面積）
【００２８】
なお、気液混合層（フロス層）Ａの気液構成要素を上述の（ｉ）〜（ｉｉｉ）のように設定するには、例えば、排ガス分散管７の相当内直径、排ガス噴出孔８の相当直径、排ガス噴出孔８からの噴出速度、複数の排ガス噴出孔８の中心点の平均的な位置から、その排ガス分散管７の開口下端までの距離、第１室４における浄化排ガスの平均上昇速度、第１室４における浄化排ガスの平均水平速度、排ガス上昇筒１６を上昇する浄化排ガスの速度等を適宜設定することによって行う。
排ガス分散管の相当内直径および排ガス噴出孔の相当直径は次式で示される。
排ガス分散管の相当内直径＝（４×Ａ）／Ｂ
Ａ：排ガス分散管の排ガス噴出孔の配設位置における内部空間の水平断面積
Ｂ：排ガス分散管の排ガス噴出孔の配設位置における内部空間の水平断面を囲む周辺の長さ
排ガス噴出孔の相当直径＝（４×Ｃ）／Ｄ
Ｃ：排ガス噴出孔の面積
Ｄ：排ガス噴出孔の周辺の長さ
【００２９】
また、第１室４における浄化排ガスの平均上昇速度とは、気液混合層（フロス層）Ａより上方の空間Ｂにおける水平断面積から排ガス分散管７の水平断面積などの浄化排ガスの通過できない構造物の水平断面積の合計を差し引いた水平断面積に基づく速度である。
第１室４における浄化排ガスの平均水平速度とは、気液混合層Ａより上方の空間Ｂにおける排ガス上昇筒１６の下端部開口周辺の垂直断面積に基づく速度である。
【００３０】
排ガス分散管７は、円形、三角形、四角形、六角形などの多角形若しくはトラフなどの任意の断面形状のものとすることができる。また、排ガス分散管７の側壁には、水平面からほぼ一定の高さの位置に複数の排ガス噴出孔８が開いており、その排ガス噴出孔の形状は円形、三角、四角、六角、星型など任意の形状とすることができるし、スリット状にすることも可能である。この排ガス噴出孔は、排ガス分散管に対し、高さ一定の一列に配列してもよいし、高さの異なる二列または三列以上に配列してもよい。
排ガス分散管７の下端開口部の形状は、単純な水平端面をもつもの、任意の傾斜端面をもつもの、鋸の刃状または複数のノッチを切った形状をもつものなどいずれでもよい。
また、排ガス上昇筒１６の横断面形状は、円形や正方形、長方形等の各種の形状であってもよい。
【００３１】
次に実験例を説明する。
フロス層Ａの気液構成要素を前記（ｉ）〜（ｉｉ）のように設定した。
この場合の排ガス分散管（スパージャ）のサイズ、排ガス噴出孔の径（ホール径）やその他の条件は以下の表１通りとした。
【００３２】
なお、表１において入口は、本実験において、排ガスを実験装置に導入する導入口、出口は不純物等が除去された排ガスを実験装置から排出する排出口のことである。
ホール径は排ガス噴出孔の相当直径、ホール数は排ガス分散管１本当たりの排ガス噴出孔の数、ホール噴出速度は、排ガス噴出孔から噴出される排ガスの流速である。
浸液深はガス吹込深さのことであり、ガスを吹き込む前における、排ガス噴出孔の中心から吸収液の静止液面までの鉛直方向における長さのことである。フロス層高さは排ガス噴出孔の中心からフロス層の上端までの鉛直方向の長さである。
フロス層ガス空塔速度は図１に示す第１室４における浄化排ガスの平均上昇速度である。
【００３３】
【表１】
0005997311.tif 000002
【００３４】
その結果を図５に示す。
図５に示すように、本実験により、通常の液分散型の除去装置では捕集が困難なサブミクロンオーダーの微粒子を有するばいじんを捕集して除去できることが分かる。
【００３５】
以上のように、本実施の形態によれば、気液混合層（フロス層）Ａにおけるガスホールドアップを０．４〜０．９に設定し、気液混合層（フロス層）Ａの高さを０．２〜１．８ｍに設定したので、排ガス等の気体中に含まれるばいじんや、ＳＯｘや塩化水素に代表されるガス状有毒物質等の不純物を効率よく、低コストで連続除去することができる。
【００３６】
図６は、２室構造の不純物除去装置の一例についての模式図を示す。この図において、図１に示された符号と同一の符号は同一の意味を有する。
図６に示した不純物除去装置においては、第１室４内の吸収液と接触して浄化された排ガスは、その平均上昇速度を０．５〜５ｍ／ｓ、好ましくは０．７〜４ｍ／ｓ、平均水平速度を８ｍ／ｓ以下、好ましくは６ｍ／ｓ以下に保持され、第１室４の上部空間Ｂを上昇しながらかつ水平方向に移動する。このようにして浄化排ガスが流動する間に、排ガス中のミストおよび固体粒子は、固液体分離空間Ｂにおいて重力沈降および排ガス分散管７との衝突分離により排ガス中から分離され、ミストおよび固体の分離された浄化排ガスは排ガス排出口９から排出される。
このような不純物除去装置においても、上述した場合と同様に、気液混合層（フロス層）Ａの気液構成要素を前記（ｉ）〜（ｉｉｉ）のように設定することによって、排ガス中に含まれるばいじんや、ＳＯｘ等の不純物を効率よく、低コストで連続除去することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  不純物除去装置
２  密閉槽（槽）
３  第１隔板
４  第１室
５  第２室
６  排ガス導入口
７  排ガス分散管
８  排ガス噴出孔
９  排ガス排出口
１０  撹拌機
１１  吸収剤供給管
１２  酸化用空気供給管
１３  吸収液抜出管
１４  第２隔板
１５  第３室
１６  排ガス上昇筒
１７  洗浄液供給管
１８  洗浄液排出口
Ａ  気液混合層（フロス層）
Ｂ  固液体分離空間
Ｄ  排ガス噴出孔の直径
Ｌ  吸収液
Ｗ  吸収液の静止液面
【要約】
【課題】排ガス等の気体中に含まれるばいじん等の不純物を効率よく、低コストで除去することができる不純物除去方法を提供する。
【解決手段】槽１内に収容されている吸収液中に、排ガス分散管７を通して排ガスを吹き込むことにより、槽１内にフロス層Ａを形成する工程を有する排ガス中の不純物を除去する不純物除去方法であって、フロス層Ａにおけるガスホールドアップを０．４〜０．９に設定すること、フロス層Ａの高さを０．２〜１．８ｍに設定することによって、排ガス等の気体中に含まれるばいじん等の不純物を効率よく、低コストで除去することができる。
【選択図】図１【図１】
0005997311.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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