(57)【要約】【課題】予冷塔及び洗浄塔を含む系内におけるガスの圧力損失を低減する。【解決手段】排ガス処理装置１００は、排ガスの洗浄及び冷却を行う予冷塔１２と、予冷塔１２から排出された排ガスを洗浄する洗浄塔１４と、を備えており、予冷塔１２と洗浄塔１４は、空塔２０、３０と、空塔内に循環液を散布するスプレー２１、３１とを有し、予冷塔１２から排出されたガスは、洗浄塔１４に対して側壁から導入されるとともに、上部から排出される。そして、排ガス処理装置１００では、洗浄塔１４から排出される排ガスにおける循環液の飛沫同伴量を低減するように、空塔２０、３０の径、循環液の散布量、前記循環液の散布位置が定められている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温以上の不純物を含むガスを洗浄及び冷却するガスの処理装置であって、
前記ガスの洗浄及び冷却を行う第１の装置と、前記第１の装置から排出されたガスを洗浄する第２の装置と、を備え、
前記第１、第２の装置は、空塔と、前記空塔内に洗浄液を散布するスプレーとを有し、
前記第１の装置から排出されたガスは、前記第２の装置に対して側壁から導入されるとともに、上部から排出され、
前記第２の装置から排出されるガスにおける前記洗浄液の飛沫同伴量の挙動に基づいて、前記第１、第２の装置の空塔の径、前記洗浄液の散布量、前記洗浄液の散布位置の少なくとも１つが決定された、ことを特徴とするガスの処理装置。
【請求項２】
前記第１の装置の（（液ガス比［Ｌ／ｍ３］）０．５×（空塔速度［ｍ/ｓ］））を７以下、前記第２の装置の（（液ガス比［Ｌ／ｍ３］）０．５×（空塔速度［ｍ／ｓ］））を５以下とすることを特徴とする請求項１に記載のガスの処理装置。
【請求項３】
前記第１の装置において洗浄液を空塔内で循環する量は、前記第２の装置において洗浄液を空塔内で循環する量よりも多いことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスの処理装置。
【請求項４】
前記第１の装置の液ガス比は、前記第２の装置の液ガス比よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスの処理装置。
【請求項５】
前記第２の装置から排出されたガスを、充填物を用いて前記洗浄液と接触させることによりガスを冷却する第３の装置を備え、
前記第３の装置の（（液ガス比［Ｌ／ｍ３］）０．５×（空塔速度［ｍ／ｓ］））を３以下とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のガスの処理装置。
【請求項６】
前記第２の装置の前記洗浄液の散布位置は、前記洗浄液の散布角度及び前記第２の装置の空塔内におけるガスの速度分布に基づいて決定された位置である、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のガスの処理装置。
【請求項７】
前記ガスの処理装置で処理するガスが非鉄製錬排ガスであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のガスの処理装置。
【請求項８】
常温以上の不純物を含むガスを洗浄及び冷却するガスの処理方法であって、
空塔内に洗浄液を散布する第１の装置に前記ガスを導入して、前記ガスの洗浄及び冷却を行う工程と、
空塔内に洗浄液を散布する第２の装置に前記第１の装置から排出されたガスを導入して、前記ガスの洗浄を行う工程と、を有し、
前記第１の装置において洗浄液を循環する量は、前記第２の装置において洗浄液を循環する量よりも多い、ことを特徴とするガスの処理方法。
【請求項９】
前記第２の装置の前記洗浄液の散布位置は、前記洗浄液の散布角度及び前記第２の装置の空塔内におけるガスの速度分布に基づいて決定された位置である、ことを特徴とする請求項８に記載のガスの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスの処理装置及びガスの処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非鉄製錬設備における硫化鉱の燃焼により排出されるＳＯ2ガスは、洗浄冷却設備、湿式電気集塵機等を用いて精製された後、硫酸製造工程へ送られる。洗浄冷却設備では、循環液スプレーでＳＯ2ガスに含まれるＳＯ3ガス、およびＦ、Ｃｌ等のハロゲンやＳｅ、Ｐｂ等の不純物を除去し、循環液中に捕集するとともに、ＳＯ2ガスの冷却を行っている。
【０００３】
特許文献１には、このような非鉄製錬設備の洗浄冷却塔内壁の劣化を抑制し、塔本体の寿命を延長し、洗浄冷却スプレー装置の着脱手入れが容易な排ガス洗浄冷却塔が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２５５５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
洗浄塔や冷却塔には、下流側に設けられた導入ファンの作用により、非鉄製錬設備から排ガスが導入されるようになっている。しかしながら、既存設備においては、排ガスの圧力損失が設計値よりも大きくなる傾向にあり、想定していたガス導入能力を発揮できない場合があった。
【０００６】
本明細書に記載のガスの処理装置及びガスの処理方法は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、第１の装置及び第２の装置を含む系内におけるガスの圧力損失を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書に記載のガスの処理装置は、常温以上の不純物を含むガスを洗浄及び冷却するガスの処理装置であって、前記ガスの洗浄及び冷却を行う第１の装置と、前記第１の装置から排出されたガスを洗浄する第２の装置と、を備え、前記第１、第２の装置は、空塔と、前記空塔内に洗浄液を散布するスプレーとを有し、前記第１の装置から排出されたガスは、前記第２の装置に対して側壁から導入されるとともに、上部から排出され、前記第２の装置から排出されるガスにおける前記洗浄液の飛沫同伴量の挙動に基づいて、前記第１、第２の装置の空塔の径、前記洗浄液の散布量、前記洗浄液の散布位置の少なくとも１つが決定された、ガスの処理装置である。
【０００８】
本明細書に記載のガスの処理方法は、常温以上の不純物を含むガスを洗浄及び冷却するガスの処理方法であって、空塔内に洗浄液を散布する第１の装置に前記ガスを導入して、前記ガスの洗浄及び冷却を行う工程と、空塔内に洗浄液を散布する第２の装置に前記第１の装置から排出されたガスを導入して、前記ガスの洗浄を行う工程と、を有し、前記第１の装置において洗浄液を循環する量は、前記第２の装置において洗浄液を循環する量よりも多い、ガスの処理方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本明細書に記載のガスの処理装置及びガスの処理方法は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、第１の装置及び第２の装置を含む系内におけるガスの圧力損失を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る排ガス処理装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】排ガス処理装置の各塔の仕様について、改善前と改善後に分けて示す表である。
【図３】図３（ａ）は、改善前の洗浄塔のスプレー配置を示す図であり、図３（ｂ）は、改善後の洗浄塔のスプレー配置を示す図である。
【図４】改善前後における、自溶炉内内圧、予冷塔入口、洗浄塔出口、導入ファン入口の圧力損失推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、一実施形態に係る排ガス処理装置１００について、図１〜図４に基づいて詳細に説明する。図１には、排ガス処理装置１００の構成が概略的に示されている。本実施形態の処理対象となる排ガスは、例えば、ＳＯ2濃度が１〜５０ｖｏｌ％、排ガス温度が２００〜４００℃の排ガスである。更にダスト、Ｆ、Ｃｌ等の不純物が含まれていてもよい。例えば、ダストは、０．１〜２．０ｇ／Ｎｍ３、Ｆは０．０１〜１．０ｖｏｌ％、Ｃｌは０．００１〜１．０ｖｏｌ％、ＳＯ３は０．０３〜１．５ｖｏｌ％、含んでいてもよい。この組成、温度の排ガスは、非鉄製錬の排ガスにおいて発生する場合が多い。例えば銅乾式製錬における自溶炉あるいは転炉の排ガスである。排ガス処理量としては例えば５００〜３５００Ｎｍ３／ｍｉｎであってもよい。排ガス処理装置１００は、非鉄製錬設備（例えば自溶炉）において硫化鉱の燃焼により排出されるＳＯ2ガスを処理する装置である。
【００１２】
排ガス処理装置１００は、図１に示すように、第１の装置としての予冷塔１２と、第２の装置としての洗浄塔１４と、第３の装置としての冷却塔１６とを備えている。排ガス処理装置１００には、自溶炉（図示しない）からＳＯ2ガス（排ガス）が流入する。なお、冷却塔１６の下流側には導入ファンが設けられており、導入ファンの作用により排ガスが排ガス処理装置１００内に流入するようになっている。排ガスは、予冷塔１２、洗浄塔１４、冷却塔１６の順に通過し、その間に、冷却、洗浄されて、硫酸製造工場（図示しない）へ送られる。排ガス処理装置１００通過前後の排ガスの温度は約２００〜４００℃から約４０℃へ低下する。
【００１３】
予冷塔１２は、空塔２０と、空塔２０内に流入する排ガスに向けて洗浄液としての循環液を噴きかけ、排ガスを洗浄及び冷却するスプレー２１とを備える。排ガスは、空塔２０の上部から流入し、空塔２０の側壁部から排出されるようになっている。循環液は、循環ポンプ３２を介してスプレー２１に供給される。自溶炉から排出された排ガス中にはＳｅ、Ｐｂ主体の有価金属を含む粒子状の不純物が含まれている。スプレー２１から循環液を噴射することにより、粒子状の不純物が循環液に懸濁してＳＳ（Suspended Solids）となって、洗浄塔１４の下部に溜まる。なお、予冷塔１２に導入される排ガスの温度が約３００℃の場合、予冷塔１２を通過した後には約１００℃へ低下する。ここで、２００〜４００℃の製錬排ガスを処理する場合、予冷塔１２は内面を煉瓦張りした構造とし、次の洗浄塔１４へ製錬排ガスを導入する際には１１０℃以下となるように設計し、洗浄塔１４は煉瓦張りをしていないＦＲＰ製の空塔とすることが望ましい。
【００１４】
洗浄塔１４は、予冷塔１２と同様、空塔３０と、空塔３０内に流入する排ガスに向けて循環液を噴きかけ、排ガスを洗浄するスプレー３１とを備える。スプレー３１は、上下２段に設けられ、各段のスプレー３１の本数は例えば８本（合計１６本）とすることができる。洗浄塔１４のスプレー３１から循環液を噴射することにより、予冷塔１２内において排ガス中から除去されなかった粒子状の不純物が、循環液に懸濁してＳＳとなり、洗浄塔１４の下部に溜まる。循環液は、洗浄塔１４の下部から循環ポンプ３２を介してスプレー３１に供給される。
【００１５】
なお、循環ポンプ３２の圧送によりスプレー２１に対しては、循環液が４３３３（Ｌ／ｍｉｎ）で供給され、スプレー３１に対しては、循環液が３５００（Ｌ／ｍｉｎ）で供給される。なお、循環ポンプ３２によりスプレー２１に向けて圧送された循環液の一部は、図１に示すように、廃酸として廃棄される。なお、洗浄塔１４に導入する排ガスの温度を約１００℃とした場合、洗浄塔１４通過後には約６５℃へ低下する。
【００１６】
冷却塔１６は、予冷塔１２及び洗浄塔１４と同様に、排ガスを洗浄及び冷却するスプレー４１を有する。また、冷却塔１６の内部には、充填部（充填物）４２が設けられている。スプレー４１から充填部４２上部に向けて噴射された循環液は、充填部４２で拡散される。そして、充填部４２下部から流入する洗浄塔１４を通過した排ガスは、充填部４２で拡散され、充填部４２では循環液による排ガスの冷却が行われる。なお、冷却塔１６に導入する排ガスの温度を約６５℃とした場合、冷却塔１６通過後には約４０℃へ低下する。
【００１７】
また、冷却塔１６内の循環液は排ガス中の不純物を補足し、冷却塔１６の下部に溜まる。冷却塔１６の下部に溜まった循環液は、循環ポンプ４５により、クーラ４４に導入され、クーラ４４で冷却された後、循環酸配管４３を通りスプレー４１へ供給される。スプレー４１に対しては、循環液が９０００（Ｌ／ｍｉｎ）で供給される。
【００１８】
次に、本実施形態における予冷塔１２、洗浄塔１４、冷却塔１６の仕様について、詳細に説明する。図２は、排ガス処理装置１００の各塔の仕様について、改善前と改善後に分けて示す表である。
【００１９】
ここで、排ガス処理装置１００を改善する前においては、圧力損失の設計値が２０７ｍｍＡｑ（２．０３ｋＰａ）であったにも関わらず、圧力損失の実績値は、４４０ｍｍＡｑ（４．３１ｋＰａ）となることがあった。このように圧力損失の実績値が設計値よりも大きくなった原因について、発明者が鋭意研究を行った結果、排ガスへの循環液の飛沫同伴によって、圧力損失が増大した可能性が高いという結論に至った。したがって、本実施形態では、冷却塔１６内への循環液の飛沫同伴を抑制することに着目して、排ガス処理装置１０の仕様を変更した。
【００２０】
（１）塔径について
例えば、本実施形態では飛沫同伴を抑制するために次のように設計する。液ガス比が高くなるほど排ガスに同伴する飛沫も多くなりやすく、さらに空塔速度が上がるほど粒径の大きな飛沫も増えることが予想される。このことから、液ガス比と空塔速度を用いて飛沫同伴低減のための条件について改善前後での液ガス比と空塔速度の結果を基に検討した結果、（液ガス比[Ｌ／ｍ３]）０．５×（空塔速度[ｍ／ｓ]）というパラメータを設定することを見出した。本実施形態では、予冷塔１２の塔径を、（（液ガス比［Ｌ／ｍ３］）０．５×(空塔速度)）を８以下、好ましくは７以下、より好ましくは６．６以下となるように設計する。一方で空塔速度を下げるために塔径を大きくし過ぎるとスプレーの本数が多く必要となったり、スプレー液が遠方へ届くようにスプレー圧を高める必要が生じることから、塔径は５ｍ以下にすることが望ましい。また、液ガス比を下げ過ぎても洗浄及び冷却が十分にできないため、液ガス比は１以上とすることが望ましい。これに対し、洗浄塔１４の塔径については（（液ガス比［Ｌ／ｍ３］）０．５×(空塔速度)）を５以下、好ましくは４以下、より好ましくは３．５以下とする。その一方で塔径を大きくし過ぎるとスプレーの本数が多く必要となったり、スプレー液が遠方へ届くようにスプレー圧を高める必要が生じることから、塔径は５ｍ以下にすることが望ましい。また、液ガス比を下げ過ぎても洗浄及び冷却が十分にできないため、液ガス比は１．５以上とすることが望ましい。また、冷却塔の塔径については（（液ガス比［Ｌ／ｍ３］）０．５×(空塔速度)）を３以下、好ましくは２．５以下、より好ましくは２以下とする。
【００２１】
なお、塔高は、予冷塔１２では予冷塔１２での冷却能力を高めて洗浄塔１４の洗浄液量を抑えるためにガスの滞留時間を１秒以上、好ましくは１．２秒以上、さらに好ましくは１．４秒以上となるようにする。洗浄塔１４では洗浄能力を保ちながら洗浄塔での液飛沫分離性を向上させるため、ガスの滞留時間が４秒以上、好ましくは４．２秒以上、さらに好ましくは４．５秒以上となるような塔高にする。冷却塔１６では液飛沫分離性を向上させるため、ガスの滞留時間が８秒以上、好ましくは１０秒以上、より好ましくは１１秒以上となるような塔高にする。
【００２２】
（２）循環酸量について
また、本実施形態では、予冷塔１２と洗浄塔１４にスプレー噴射される循環液の量（循環酸量）についても変更した。例えば、改善前には、洗浄塔１４の循環酸量（６０００（Ｌ／ｍｉｎ））の方が予冷塔１２の循環酸量（１８３３（Ｌ／ｍｉｎ））よりも多かったのに対し、改善後においては、予冷塔１２の循環酸量（４３３３（Ｌ／ｍｉｎ））を洗浄塔１４の循環酸量（３５００（Ｌ／ｍｉｎ））よりも多くした。これにより、改善前後の予冷塔１２の液ガス比（排ガス１ｍ3に対する循環液の量）は、１．１（Ｌ／ｍ3）から２．１（Ｌ／ｍ3）に増加し、改善前後の洗浄塔１４の液ガス比は、３．９（Ｌ／ｍ3）から１．９（Ｌ／ｍ3）に減少した。その一方で、予冷塔１２と洗浄塔１４の循環酸量の合計は、改善前と改善後で変更なし（７８３３（Ｌ／ｍｉｎ））とした。
【００２３】
なお、洗浄効率や冷却能力を維持するうえでは、ガスと液の接触効率が重要であるが、液ガス比や循環酸量を調整する前提条件としてスプレー液を塔の断面全体に散布できるような状態にする必要がある。そのためには操業を開始する前に塔上部から目視でスプレーの散布範囲を確認し、断面の９５％以上スプレーが散布されていることを確認する。
【００２４】
（３）スプレー３１の位置について
さらに、本実施形態では、洗浄塔１４におけるスプレー３１の位置を変更した。図３（ａ）には、改善前の洗浄塔１４におけるスプレー３１の位置が示され、図３（ｂ）には、改善後の洗浄塔１４におけるスプレー３１の位置が示されている。図３（ａ）、図３（ｂ）からわかるように、改善後においては、改善前に空塔３０の上端部近傍（排ガスの排出口近傍）に設けられていたスプレー３１’を廃止することとした。また、スプレー３１の位置を洗浄塔１４（空塔３０）の上端部から遠ざけることとした。これにより、改善前において洗浄塔１４の上端部から最も近いスプレーまでの距離がＨａであったのに対し、改善後には、洗浄塔１４の上端部から最も近いスプレーまでの距離をＨｂ（Ｈｂ＞Ｈａ）とした。改善後においては、洗浄塔１４の上端部の空塔３０の径が小さくなる部分（ガス流が早くなる部分）近傍からスプレー３１が離れているため、洗浄塔１４から排出される直前の排ガスに、循環液を噴射しないようにすることができるようになった。なお、スプレー３１の位置は、スプレー３１による循環液の噴射範囲（散布角度）と、洗浄塔１４内における排ガスの速度分布とに基づいて設定することができる。すなわち、排ガスが所定速度以上になる範囲に循環液が噴射されないように、スプレー３１の位置を設定するなどすることができる。このように洗浄塔排出部とスプレー位置とを調整することにより洗浄塔出口の飛沫を捕捉するためのミスト除去装置の設置をしなくても飛沫同伴を抑制することができる。
【００２５】
なお、本実施形態では、改善後の洗浄塔１４においてもスプレー３１’を改善前と同様の位置に設けてもよい。ただし、この場合には、通常時にはスプレー３１’を使用しないようにし、緊急時にのみスプレー３１’を使用することが好ましい。
【００２６】
ここで、図４には、改善前後における、自溶炉内内圧、予冷塔入口、洗浄塔出口、導入ファン入口の圧力損失推移のグラフが示されている。図４からわかるように、改善後においては、改善前よりも圧力損失が低減されていることがわかる。具体的には、図４では、改善前の予冷塔入口と導入ファン入口との間の圧力損失（符号Ａ）が３８３ｍｍＡｑであったのに対し、改善後の圧力損失（符号Ｂ）が改善前のおよそ１／５程度（８４ｍｍＡｑ）となっている。
【００２７】
以上のように、本実施形態では、上記（１）のように、予冷塔１２、洗浄塔１４及び冷却塔１６の塔径を大きくすることで、排ガス処理装置１００内におけるガス流速を低減することができたため、ガス流速の低減に伴って飛沫同伴量を低減することができた。また、上記（２）のように、予冷塔１２において用いる循環酸量を多くし、洗浄塔１４において用いる循環酸量を少なくしたこと、及び、上記（３）のように、洗浄塔１４のスプレー３１の位置を排ガスの排出口から遠ざけたこと、により、洗浄塔１４から排出されるガスにおける飛沫同伴量を低減することができた。これらにより、本実施形態では、図４に示すように、飛沫同伴量の影響による圧力損失を低減することができた。
【００２８】
なお、本実施形態では、予冷塔１２の液ガス比を洗浄塔１４の液ガス比よりも大きくしているが、前述したように予冷塔１２の循環酸量と洗浄塔１４の循環酸量の合計は、改善前から変更していない。このため、改善後の排ガス処理装置１００における排ガスの洗浄効果は、改善前から低下しないことが確認されている。
【００２９】
以上、詳細に説明したように、本実施形態によると、排ガス処理装置１００は、排ガスの洗浄及び冷却を行う予冷塔１２と、予冷塔１２から排出された排ガスを洗浄する洗浄塔１４と、を備えており、予冷塔１２と洗浄塔１４は、空塔２０、３０と、空塔内に循環液を散布するスプレー２１、３１とを有し、予冷塔１２から排出されたガスは、洗浄塔１４に対して側壁から導入されるとともに、上部から排出される。そして、排ガス処理装置１００では、洗浄塔１４から排出される排ガスにおける循環液の飛沫同伴量を低減するように、飛沫同伴量の挙動を考慮して、空塔２０、３０の径、循環液の散布量、前記循環液の散布位置を定めることとしている。これにより、本実施形態では、冷却塔１６に導入される排ガスの飛沫同伴量を低減することができるため、排ガス処理装置１００における圧力損失を低減することができる。
【００３０】
また、本実施形態では、予冷塔１２の（（液ガス比［Ｌ／ｍ３］）０．５×（空塔速度［ｍ/ｓ］））を７以下、洗浄塔１４の（（液ガス比［Ｌ／ｍ３］）０．５×（空塔速度［ｍ／ｓ］））を５以下としている。これにより、排ガスの飛沫同伴量を低減することができる。また、本実施形態では、洗浄塔１４から排出されたガスを、充填部４２を用いて液と接触させることによりガスを冷却する冷却塔１６を備えており、冷却塔１６の（（液ガス比［Ｌ／ｍ３］）０．５×（空塔速度［ｍ／ｓ］））を３以下としている。この点からも、排ガスの飛沫同伴量を低減することができる。
【００３１】
また、本実施形態では、予冷塔１２において循環液を空塔２０内で循環する量は、洗浄塔１４において循環液を空塔３０内で循環する量よりも多くしている。これにより、洗浄塔１４から排出される排ガスにおける飛沫同伴量を効果的に低減することができる。また、予冷塔１２と洗浄塔１４において循環させるトータルの循環液の量を改善前と同一にすることで、改善前後における排ガス処理装置１００による排ガスの洗浄能力を維持することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、循環液の散布位置（スプレー３１の位置）は、循環液の散布角度及び洗浄塔１４の空塔３０内におけるガスの速度分布に基づいて決定する。このようにすることで、飛沫同伴量を低減することが可能な適切な位置にスプレー３１を配置することが可能である。
【００３３】
なお、上記実施形態では、排ガス処理装置１００の改善において、洗浄塔１４から排出される排ガスにおける循環液の飛沫同伴量を低減するように、空塔２０、３０の径、循環液の散布量、前記循環液の散布位置を変更する場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、排ガス処理装置１００の改善においては、循環液の飛沫同伴量を低減するように、空塔２０、３０の径、循環液の散布量、前記循環液の散布位置の少なくとも１つを変更することとしてもよい。
【００３４】
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１２  予冷塔（第１の装置）
１４  洗浄塔（第２の装置）
１６  冷却塔（第３の装置）
２０  空塔
２１  スプレー
３０  空塔
３１  スプレー
４２  充填部（充填物）
１００  排ガス処理装置
【図１】
2019205973.tif 000003
【図２】
2019205973.tif 000004
【図３】
2019205973.tif 000005
【図４】
2019205973.tif 000006