(57)【要約】例えば化石燃料発電所からの煙道を流れる気体流から、溶媒泡沫を利用して、選択された成分、例えばＣＯ２を吸収するアブソーバを提供する。一実施形態において、チューブ横溢型気体アブソーバは、反応チャンバを横切って延在する隔壁プレートを利用する。この隔壁プレートは複数個の垂直方向の吸収チューブを担持し、各チューブは互いに離れた複数個のスクリーンを担持する。入来する気体流はチューブ内に等しい速度で下方に流れ込む。このチューブ内に溶媒が注入される。スクリーンアレイは泡沫を形成し、泡沫気泡を急激にかつ反復して破裂させ、急激に変化する吸収表面を形成する。第２実施形態は隔壁プレートを設けることなく、全直径にわたり設けたスクリーンを使用する。任意で、溶媒脈動を生じて効率が増大する隆起部付きスクリーンを使用する。垂直方向型及び水平方向型双方の反応容器を開示する。【選択図】図１
2014508037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入来する気体流から選択された成分を吸収する方法であり、前記吸収は前記選択された成分のための液体溶媒を含む水性泡沫表面を通じて生じ、前記泡沫は、前記泡沫内の気泡が破裂することから形成される多数の微細液滴と混ざり合っているものである、方法であって、前記気体流を反応容器の第１チャンバに流入させるステップを備え、前記第１チャンバは、前記気体流の入口端部及び前記気体流の出口端部を有し、前記出口端部は、前記反応容器を横切って延在して前記第１チャンバを隣接する前記反応容器の第２チャンバから分離する隔壁プレートを有し、また複数個の吸収チューブが前記隔壁プレートに貫通して前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間に流体連通をもたらす、該方法において、
前記吸収チューブそれぞれの中を横切る複数個のメッシュ組立体を準備するステップであって、各吸収チューブにおける前記複数個のメッシュ組立体は、対応する吸収チューブの長さに沿って順次互いに離して配置される、ステップと、
前記第１チャンバ内を流れる前記気体流を、前記各吸収チューブ内にほぼ同一の流量率で流れ込む複数の個別気体流に分割するに十分な程度に加圧する、ステップと、
前記各吸収チューブ内に液体溶媒を注入して、前記気体流が前記各吸収チューブを流れるとき、各吸収チューブ内で前記水性泡沫を形成するステップであって、これにより前記メッシュ組立体のスクリーンが、前記泡沫内の気泡を破裂させ、異なる半径の多数の微細液滴を形成して、前記吸収のための急激に変化する表面積を形成する、ステップと
を有する、方法。
【請求項２】
前記メッシュ組立体は隆起部付きのスクリーンを有し、前記方法は、
前記吸収チューブのうち少なくとも若干内で周期的溶媒脈動を生ぜしめ、この周期的溶媒脈動に応答して、前記選択した成分の吸収が増大するようにしたステップをさらに有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記反応容器は垂直方向に指向する容器であり、前記気体流は前記反応容器を下方に流れる、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記液体溶媒は前記反応容器を下方に移動する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記反応容器は水平方向容器である、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記メッシュ組立体は、それぞれ波形スクリーンのアレイを有する、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記波形スクリーンそれぞれは波形の軸線を有し、互いに隣接する波形スクリーンの軸線がオフセットされる、請求項６記載の方法。
【請求項８】
互いに隣接する波形スクリーンの前記軸線は６０゜〜８０゜の間における角度オフセットされる、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記スクリーンはフィラメントを有し、複数の隆起部を有し、前記スクリーンの前記フィラメントの軸線は前記隆起部の軸線から４５゜の角度オフセットされる、請求項２記載の方法。
【請求項１０】
前記吸収チューブそれぞれは、ベンチュリ形状であり、前記ベンチュリのスロート部に形成された孔を有し、前記液体溶媒は前記孔から前記吸収チューブ内に注入される、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
吸収が前記選択された成分のための液体溶媒を含む泡沫表面を通じて生じ、前記泡沫は、前記泡沫内の気泡が破裂することから形成される多数の微細液滴と混ざり合っているものである方法により、気体流から選択された成分を吸収する装置であって、反応容器を横切って延在する隔壁プレートによって互いに分離した第１チャンバ及び第２チャンバを有し、前記チャンバは、前記気体流を前記第１チャンバに流れ込ませる気体流入口に流体接続した前記反応容器を備える、該装置において、
前記隔壁プレートに貫通させて形成した各流通ポートに担持した、互いに個別の垂直方向に指向する吸収チューブのアレイであって、前記各吸収チューブは、前記隔壁プレートを貫通して前記第１チャンバ内に突入し、前記気体流を前記第１チャンバから前記第２チャンバに流入させるための各導管を画定し、前記流通ポート及び吸収チューブのサイズ決め及び位置決めは、前記各吸収チューブを経て前記第１チャンバから第２チャンバに向かって下方に流れる前記気体流の流速を等しくするように行う、該アレイと、
前記各吸収チューブ内に互いに垂直方向に離して設けた複数個のメッシュスクリーンであって、各吸収チューブ内でチューブ側壁間を横切って延在する、該メッシュスクリーンと、
前記吸収チューブ内に前記液体溶媒を注入する注入手段と、
前記第１チャンバ内の前記気体流を加圧して前記第１チャンバに背圧を生ぜしめる加圧手段であって、前記背圧によって前記気体流が前記吸収チューブを経てほぼ等しい流量率で前記第２チャンバ内に流れ込ませるようにする、該加圧手段と
を備える、装置。
【請求項１２】
前記反応容器は垂直容器であり、前記気体流は前記容器を下方に流れる、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
液体溶媒を各吸収チューブに注入する前記注入手段は、液体溶媒を各吸収チューブ内に下方に注入する、請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
液体溶媒を注入する前記注入手段は、前記隔壁プレートの上方で前記吸収チューブ相互間に位置するリザーバを有する、請求項１１記載の装置。
【請求項１５】
前記反応容器は水平方向容器である、請求項１１記載の装置。
【請求項１６】
前記複数個のメッシュスクリーンは、それぞれ波形スクリーンである、請求項１１記載の装置。
【請求項１７】
前記波形スクリーンそれぞれは波形の軸線を有し、互いに隣接する波形スクリーンの軸線がオフセットされる、請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
互いに隣接する波形スクリーンの軸線が６０゜〜８０゜の間における角度オフセットされる、請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
前記複数個のメッシュスクリーンそれぞれは隆起部付きのスクリーンであり、
前記反応容器内で溶媒脈動を生ぜしめ、前記選択された成分の吸収効率を増大する手段をさらに有する、請求項１１記載の装置。
【請求項２０】
入来する気体流から選択された成分を吸収する方法であり、前記吸収は前記選択された成分のための液体溶媒を含む水性泡沫表面を通じて生じ、前記泡沫は、前記泡沫内の気泡が破裂することから形成される多数の微細液滴と混ざり合っているものである方法であって、前記気体流を反応容器の第１チャンバに流入させるステップを備え、前記第１チャンバは、前記気体流の入口端部及び前記気体流の出口端部を有し、前記出口端部は、前記反応容器を横切って延在して前記第１チャンバを隣接する前記反応容器の第２チャンバから分離する隔壁プレートを有し、複数個の吸収チューブが前記隔壁プレートに貫通して、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間に流体連通をもたらし、前記吸収チューブそれぞれは、垂直方向に延在し、前記吸収チューブを横切って延在して互いに垂直方向に離れる一連の複数個の隆起部付きスクリーンを担持する、該方法において、
前記第１チャンバ内を流れる前記気体流を、前記各吸収チューブ内にほぼ同一の流量率で流れ込む複数の個別気体流に分割するに十分な程度に加圧するステップと、
前記各吸収チューブそれぞれの中に前記液体溶媒を注入して、前記気体流が前記各吸収チューブを流れるとき、各吸収チューブそれぞれの中で前記水性泡沫を形成するステップと、
前記溶媒を前記隆起部付きスクリーン上に蓄積させて、前記スクリーンの開放部分を通過する気体流の速度を増大させて前記スクリーン下方の乱流を増大するステップと、
前記蓄積した溶媒を周期的に前記隆起部付きスクリーンから剥落させ、前記乱流気体流内に進入させて、前記乱流気体流内に進入する溶媒の脈動を生ぜしめ、これにより選択された成分の吸収効率を増大させるステップと
を有する、方法。
【請求項２１】
入来する気体流から選択された成分を吸収する方法であり、前記吸収は前記選択された成分のための液体溶媒を含む水性泡沫表面を通じて生じ、前記泡沫は、前記泡沫内の気泡が破裂することから形成される多数の微細液滴と混ざり合っているものである、方法であって、前記気体流を垂直方向に延在する反応容器内に下方に流すステップを備え、前記反応容器は、流れる前記気体流のための上側流入口及び流れる前記気体流のための下側流出口を有し、また前記反応容器は、前記反応容器を横切って延在し、互いに垂直方向に離れる一連の複数個の隆起部付きスクリーンを担持する、該方法において、
前記反応容器内を流れる気体流を加圧するステップと、
前記液体溶媒を前記反応容器内に注入して、前記気体流が前記隆起部付きスクリーンを通して流れるとき、前記隆起部付きスクリーンの表面に隣接して前記溶媒よりなる前記水性泡沫を形成するステップと、
前記液体溶媒を前記隆起部付きスクリーン上に蓄積させて、前記スクリーンの開放部分を通過する気体流の速度を増大させて前記スクリーン下方の乱流を増大するステップと、
前記蓄積した溶媒を周期的に前記隆起部付きスクリーンから剥落させ、前記スクリーン下方の乱流気体流内に進入させて、前記乱流気体流内に進入する溶媒の脈動を生ぜしめ、これにより選択された成分の吸収効率を増大させるステップと
を有する、方法。
【請求項２２】
前記隆起部付きスクリーンは、矩形波断面形状を有する、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記隆起部付きスクリーンは、長方形断面形状を有する、請求項２１記載の方法。
【請求項２４】
前記隆起部付きスクリーンは、ドーム型断面形状を有する、請求項２１記載の方法。
【請求項２５】
前記隆起部付きスクリーンは、台形断面形状を有する、請求項２１記載の方法。
【請求項２６】
前記隆起部付きスクリーンは、倒立台形断面形状を有する、請求項２１記載の方法。
【請求項２７】
吸収が前記選択された成分のための液体溶媒を含む泡沫表面を通じて生じ、前記泡沫は、前記泡沫内の気泡が破裂することから形成される多数の微細液滴と混ざり合っているものである、方法により、気体流から選択された成分を吸収する装置であって、頂部、底部及び側壁を有して反応チャンバを形成する垂直方向に指向する反応容器を備え、前記チャンバは、前記気体流を前記反応チャンバに下方に流れ込ませる気体流入口に流体接続された、該装置において、
液体溶媒を前記反応チャンバ内に下方に分配する手段と、
前記反応チャンバ内で互いに垂直方向に離して配置され、前記反応チャンバの断面を横切って側壁から側壁まで水平方向に延在する、スクリーンと
を備えることを特徴とする、装置。
【請求項２８】
前記反応容器は円柱形とし、また前記各スクリーンは、前記反応容器の全直径にわたって延在する、請求項２７記載の装置。
【請求項２９】
前記各スクリーンは、隆起部付きスクリーンである、請求項２８記載の装置。
【請求項３０】
前記反応容器内に溶媒脈動を周期的に生ぜしめる手段をさらに備える、請求項２９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年２月１４日に出願された米国特許仮出願第６１／４６３，１９４号及び２０１１年９月２７日に出願された米国特許仮出願第６１／６２６，４９３号の恩典及び優先権を主張する。
本発明は、アブソーバに関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な従来のアブソーバは、本明細書で記載する静的固定表面積を利用し、この静的固定表面積で吸収を生ずる。例えば、共通するアブソーバの設計は「型押しパッキング」設計である。この設計において、複雑な表面形状を有するパッキング素子を固定サイズのチャンバ内に配置する。液状の溶媒が、一般的に下方に流れ落ちるように仕向けられて、この素子における固定サイズの外面を濡らす。このことにより溶媒と気体との間の物質移動の大きな表面積を生ずる。つぎに、気体を上方に駆動してパッキングを通過させ、また気体の選択した成分が溶媒の表面に吸収される。パッキングの表面積は固定の静的状態に留まる。３種類の商業的パッキングタイプとしては、ランダムタイプ、構造化トレイタイプ及びスプレータワータイプがある。固定かつ静的な表面積は従来技術の大きな限界である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
既知のアブソーバにおける他の共通した限界としては、２つの流体が互いに表面接触する時間量が比較的短いことである。従来技術の設計は、一般的に対向流構成を使用し、上述した特別形状のパッキングの例での溶媒が下方に流れ、また気体が上方に流れる。対向流技術は２種類の流体間の濃度勾配を最大化しようとして使用するが、２種類の流体の表面が接触する時間が最小化してしまうという限界が内在する。
【０００４】
これら従来のパッキングにおける他の限界としては、吸収プロセスを促進するに必要なパッキングの高さが相当大きくなる点がある。多くの従来技術のアブソーバにおける他の限界は、それらアブソーバが構造において、比較的高価な材料を必要とする点である。吸収を促進するに必要なこれらパッキングの大きな表面積は、表面が塵埃、気体又は液体からの不純物又は吸収物自体からの沈殿生成物で詰まるという堆積（ファウリング）を受け易くなる。
【０００５】
本発明は従来技術の上述した限界のすべてを克服することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、従来技術の限界を克服するだけでなく、本出願人は、以下に「溶媒脈動」と記載する流体力学的現象を認識した。この現象は、本明細書に記載するアブソーバの吸収効率を大きく向上する。
【０００７】
本発明は、従来の静的な固定表面積を使用するのと比較して、動的にかつ急激に変動する、大きな表面積を所定量にわたって生成する。溶媒の気泡及び液滴を意図的に激しく発生させ、また急激に粉砕させる。目標とするのは最小の気泡、液滴及び微細（マイクロ）液滴のできるだけ密度の高いアレイを形成し、またそれらを繰り返し、急激にかつ激しく破砕又は断片化させることである。物質移動表面は増大し、また定期的にリフレッシュし、したがって、所定容積のアブソーバ反応チャンバ内での物質移動（又は吸収）を最大化する。接触環境としては、高頻度で再形成される微細泡マトリクスを有する水泡コラムから、微細泡マトリクスから高頻度で破裂する気泡により発射される飛沫、個別化した薄膜の破裂及び衝突破砕による剪断泡沫に変化する遷移泡沫に及ぶ。これら動的物質移動プロセスそれぞれは、従来の気体／液体アブソーバに比べて高反応表面積及び吸収効率の飛躍的増大をもたらす。
【０００８】
本発明は、溶媒泡沫を、物質移動のための極めて大きな表面積（表面積の表面は溶媒自体で形成する）を生ずる無数の液滴に断片化するスクリーン又はベンチュリを使用する。従来技術の装置に類似の比較的静的で固定した表面積で生ずる限定空間内で小液滴がそのままに残存する代わりに、本発明によれば、連続的に及び激しく液滴を細分化及び再形成する。気泡も生じ、この気泡が破裂させられると各破裂した気泡から何千もの微視的な微細液滴を形成し、これにより液状溶媒の有効表面積が一層増大する。この高い頻度での連続した液状溶媒の表面再生は、本発明の重要な態様である。膨大な表面が小さい体積で生ずる。反応表面は連続的に激しく破裂し、また再形成されて物質移動の効率を最大化する。
【０００９】
本発明は、対向流と異なる並流を使用して気体と溶媒との間の接触時間を最大化する点で従来技術とは大きく異なる。接触時間を最大化することにより、吸収プロセスの効率を本来的に最大化する。接触時間は、このプロセスに多段式を使用することによってさらに延長することができる。
【００１０】
本発明は、溶媒の表面積を連続的かつ急激に再生することによって、物質移動の目的を達成するため、気体及び溶媒が互いに接触する全期間の時間における溶媒の表面全体にわたって最大の濃度勾配を維持する。任意の液滴又は気泡がその表面全体にわたり時々刻々気体と相互反応し、次いで気泡が破裂し、多くの液滴が微細液滴に断片化し、若干の液滴が凝集し、液体がスクリーンを強制的に通過させられるとき再形成される。このプロセスが繰り返される度毎に、新たに形成された表面が、気体と相互反応する新たな溶媒表面積に最大化した濃度勾配を付与し、なぜなら、気泡、液滴及び微細液滴の表面が、気体から除去又は吸収している成分で飽和されるに十分長くそのままでいられないからである。
【００１１】
上述の利点に加えて、さらに本出願人は、吸収効率を大幅に増大する、以下に本明細書で「溶媒脈動」と称する流体力学的現象を認識した。全体的液体‐気体モル流量比は従来の接触器（コンタクタ）に匹敵するが、本発明アブソーバにおける溶媒の流量率は一定ではない。むしろ、溶媒の流量率は初期的には低く、溶媒の一部が本明細書に記載する脈動スクリーンに蓄積する。臨界的飽和状態に達する際に、蓄積した溶媒の大部分は、パルス状に高い流量率で下流に移行する。そのパルス後には、他のパルスが発生するまでは溶媒の流量率は再び低くなる。このことを無限に繰り返す。この脈動は有益であり、なぜなら従来の液柱に類似の流量及び液体‐気体比で、液体のレイノルズ数が層流型に正確に収まるからである。しかし、アブソーバは脈動現象を受けるため、パルスがより乱流と同程度にする間に、パルス中の流量率は大幅に上昇する。乱流が混合をより促進することを示す文献は多数存在する。さらに、高速度撮影写真は、脈動が微細泡沫形成を促進することを示している。泡沫及び気泡構造が接触面積を拡大することを示す文献も存在する。並流の使用及びスクリーンのジオメトリが、これら重要な溶媒脈動を発生させる。
【００１２】
本発明は、さらに、本発明アブソーバを作製に使用される材料が少なくて済む点で、従来技術とは大きく異なる。
【００１３】
本発明は、さらに、既存のアブソーバシステムに対して大きな改善をもたらす。このようなアブソーバに固有の限界はアブソーバの効率及び物理的サイズである。液体流がパッキングを経て下方に滴り落ちるとき、パッキングにおける何らかの不均一性、又はパッキングにおける液体の不均衡分布、又はアブソーバ自体が完全に水平でない状態にあることが、液体のチャネリングを生ずることがある。このチャネリング又は不均衡分布は、物質移動に利用可能なパッキングの有効表面積を減少し、したがって、アブソーバの効率を減退させる。このことを防止するため、パッキング床の高さを５〜１０ｍに制限し、パッキング区域間で気体及び液体を再配分する必要がある。
【００１４】
本発明は、「チャネリング」を排除し、同時にアブソーバの効率を高め、またアブソーバを任意の形状にすることができる技術を含む。本発明は、反応チャンバに計略的に配置したチューブのアレイを利用し、チューブは気体流を強制的により小さく、等しいサイズのサブ流にしてチューブのアレイに通過させるよう駆動する。この技術は、気体流及び流体流のすべての部分を均等に分布させ、したがって、従来のアブソーバに関連するチャネリング又は不均衡分布の問題を排除し、また従来パッキングを使用するアブソーバよりも相当大きな直径のアブソーバにすることができるようになる。これらチューブは、丸型、方形、多面形又はほとんどあらゆる幾何学的形状にすることができる。
【００１５】
本発明技術の他の実施形態は、スクリーン又は上述した他の技術の代わりに、ベンチュリのチューブを使用することを含む。ベンチュリのチューブの場合、気体がベンチュリのスロートを通過するとき、圧力低下が生ずる。スロートにおけるこの低圧力領域は、包囲する溶媒リザーバから溶媒を引き込ませる。ベンチュリを通過する気体の速度は溶媒をベンチュリ内に吹き込ませる。液体を液滴又は微細液滴にさらに断片化又は細分化することは、ベンチュリのスロートに固定ブレード又はスクリーンを配置することによって誘発することができる。このことは液体が衝突しまた液滴及び微細液滴に細分化又は破砕する表面領域を提供する。気体がベンチュリを抜け出るとき、速度は減少し、また圧力低下の若干が回復する。
【００１６】
さらに他の実施形態において、チューブは、アブソーバ容器の直径全体を埋める波形及び／又は平坦なスクリーンの連続パックとともに交換することができる。これら「パック」は支持リング及びグリッドによって所定位置に保持され、溶媒は、多数の従来の液体分配器のうち任意なものを使用して、パックの頂部に均等に分配される。
【００１７】
上述の技術を共に組み合わせて使用し、ほぼいかなる気体及び液体にも利用できる、本出願人が知る限り最初の汎用アブソーバにすることができる。組み合わせの使用として、以下のもの、すなわち、
・急激かつ連続的に液滴及び気泡を形成し、気泡を破裂させまた液滴を断片化又は細分化して微細液滴を形成することによって生じた連続的に再生する反応表面積、
・反応期間の全体時間中、反応表面全体にわたり最大化した濃度勾配を維持し、並流を使用して反応期間の時間を最大化すること、また
・「溶媒脈動」を利用して効率を高めること
により、上述した従来技術のアブソーバの限界を克服する、新規な汎用アブソーバを形成することができる。
【００１８】
本発明の目的は、吸収効率を改善する上述した段落で説明した特徴の若干又はすべてを利用したアブソーバを得るにある。
【００１９】
代替的実施形態において、適切に配置したチューブのアレイを反応チャンバに使用し、プルーム（柱状流れ）のチャネリングを防止し、全体効率を向上し、また大形で効率のよい泡沫反応チャンバ（円柱形チャンバとして１５メートルを越える直径）を使用できる。
【００２０】
本発明の他の目的は、大形の反応チャンバに使用することができ、しかもチャネリングを排除するアブソーバを得ることにある。他の目的は、以下の説明及び図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本明細書で「チューブ横溢型気体アブソーバ（flooded tube gas absorber）」（ＦＴＧＡ）と称するアブソーバの線図的断面図である。
【図２】単独の波形スクリーンを示す。
【図３Ａ】単独の波形又は隆線形スクリーンを示す。
【図３Ｂ】複数個の波形スクリーンを示す。
【図３Ｃ】２個のベンチュリ形状の吸収チューブを示す。
【図３Ｄ】吸収チューブ内における複数の正弦波形状のスクリーンを示す。
【図３Ｅ】波形スクリーンと矩形断面形状スクリーンをともに使用したスクリーンパックを示す。
【図３Ｆ】不整列状態にした正弦波形スクリーンのスクリーンパックを示す。
【図３Ｇ】各スクリーンにおけるフィラメントの間隔を可変にしたスクリーンパックを示す。
【図３Ｈ】ドーム状波形スクリーンを有するスクリーンパックを示す。
【図３Ｋ】台形断面形状を有するスクリーンの斜視図である。
【図３Ｌ】３個の垂直方向に離れるスクリーンによるアセンブリを有する吸収チューブの断面図である。
【図４Ａ】長方形形状の孔列を有する吸収チューブを示す。
【図４Ｂ】頂部が整列した２個のチューブを示す。
【図４Ｃ】溶媒が流れ込む切欠き付きの頂部を有する吸収チューブを示す。
【図４Ｄ】側壁に水平ライン上で形成した一連の孔を有し、これら孔から溶媒が流れ込む吸収チューブを示す。
【図４Ｅ】垂直方向に互いに離れた２つの水平方向孔列を有するアブソーバを示す。
【図５】「全直径」スクリーンパックを利用した代案的なアブソーバの線図的断面図である。
【図６】図５に示すアブソーバに使用するスクリーンパックを示す。
【図７】水平式反応チャンバを有する代案的なアブソーバの線図的断面図である。
【図８】代案的な水平式反応チャンバを示す他の実施形態の線図的断面図である。
【図９】加圧溶媒を利用する代案的なアブソーバの設計を示す。
【図１０Ａ】吸収チューブ又は隔壁プレートを利用せず、むしろ従来型の溶媒分配器が溶媒を複数個の互いに離れた方形波形状のスクリーンに供給する代案的実施形態の線図的断面図である。
【図１０Ｂ】吸収チューブ又は隔壁プレートを利用せず、むしろ従来型の溶媒分配器が溶媒を複数個の互いに離れた方形波形状のスクリーンに供給する代案的実施形態の線図的断面図である。
【図１１Ａ】「溶媒脈動」技術がどのように吸収表面を動的に急激変化させるかの段階を示す。
【図１１Ｂ】「溶媒脈動」技術がどのように吸収表面を動的に急激変化させるかの段階を示す。
【図１１Ｃ】「溶媒脈動」技術がどのように吸収表面を動的に急激変化させるかの段階を示す。
【図１１Ｄ】「溶媒脈動」技術がどのように吸収表面を動的に急激変化させるかの段階を示す。
【図１１Ｅ】「溶媒脈動」技術がどのように吸収表面を動的に急激変化させるかの段階を示す。
【図１１Ｆ】「溶媒脈動」技術がどのように吸収表面を動的に急激変化させるかの段階を示す。
【図１２】本明細書に記載するアブソーバに利用するスクリーン断面形状デザインを示す。
【図１３】本明細書に記載するアブソーバに利用するスクリーン断面形状デザインを示す。
【図１４】本明細書に記載するアブソーバに利用するスクリーン断面形状デザインを示す。
【図１５】本明細書に記載するアブソーバに利用するスクリーン断面形状デザインを示す。
【図１６】本明細書に記載するアブソーバに利用するスクリーン断面形状デザインを示す。
【図１７】本明細書に記載するアブソーバに利用するスクリーン断面形状デザインを示す。
【図１８】本明細書に記載するアブソーバに利用するスクリーン断面形状デザインを示す。
【図１９Ａ】どのように溶媒が蓄積し、またどのように溶媒パルスを生ずるかの理論を説明する段階を示す。
【図１９Ｂ】どのように溶媒が蓄積し、またどのように溶媒パルスを生ずるかの理論を説明する段階を示す。
【図１９Ｃ】どのように溶媒が蓄積し、またどのように溶媒パルスを生ずるかの理論を説明する段階を示す。
【図１９Ｄ】どのように溶媒が蓄積し、またどのように溶媒パルスを生ずるかの理論を説明する段階を示す。
【図１９Ｅ】どのように溶媒が蓄積し、またどのように溶媒パルスを生ずるかの理論を説明する段階を示す。
【図１９Ｆ】どのように溶媒が蓄積し、またどのように溶媒パルスを生ずるかの理論を説明する段階を示す。
【図２０Ａ】どのように溶媒が蓄積し、またどのように溶媒パルスを生ずるかの第２の理論を説明する段階を示す。
【図２０Ｂ】どのように溶媒が蓄積し、またどのように溶媒パルスを生ずるかの第２の理論を説明する段階を示す。
【図２０Ｃ】どのように溶媒が蓄積し、またどのように溶媒パルスを生ずるかの第２の理論を説明する段階を示す。
【図２０Ｄ】どのように溶媒が蓄積し、またどのように溶媒パルスを生ずるかの第２の理論を説明する段階を示す。
【図２０Ｅ】どのように溶媒が蓄積し、またどのように溶媒パルスを生ずるかの第２の理論を説明する段階を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明の第１実施形態を示し、この実施形態は、本明細書で「チューブ横溢型気体アブソーバ（flooded tube gas absorber）」(ＦＴＧＡ）と称する。ＦＴＧＡは、反応容器又は吸収容器２０を有し、この容器は図示のように円柱形の垂直方向に延びる容器であり、場合によっては直径が１５メートルを超える。反応容器又は吸収容器２０は、実際には任意な形状とすることができ、また、円形、楕円形、長方形、多面形又は他の形状の断面形状にすることができる。
【００２３】
入来する気体流３０、例えば、化石燃料発電所からの燃料ガスが、容器２０の頂端部又は上端部の入口ポート３３に接続した流入ダクト３１に流入する。気体流３０は吸収すべき選択した成分、例えば、燃料ガス流の場合にはＣＯ２を含む。入来する気体流３０は、反応容器又は吸収容器２０を下方に流れ落ち、本明細書において説明する吸収プロセスを経た後、出口ダクト３２から排出される。
【００２４】
反応容器２０は第１チャンバ２５及び第２チャンバ２６を有し、これらチャンバは、垂直方向反応容器２０を水平方向に横切って延在する隔壁プレート２１によって分離される。第１チャンバ２５は気体流入ダクト３１に流体接続し、加圧気体流３０が第１チャンバ２５に流入できるようにする。隔壁プレート２１は、第１チャンバ２５の出口端部２５ｂを横切って延在し、第１チャンバ２５を隣接の第２チャンバ２６から分離する。
【００２５】
互いに離散した垂直方向に指向する複数個の又はアレイの吸収チューブ４０は、隔壁プレート２１に貫通させて形成したそれぞれに対応する流れポート４０ａに担持する。各吸収チューブ４０は、隔壁プレート２１を貫通して第１チャンバ２５内に突入し、気体流３０が第１チャンバ２５から第２チャンバ２６内に流入するための導管それぞれを画定する。これらチューブは、多数のあり得る幾何学的形状のうち任意な１つの形状とすることができる。流れポート４０ａ及び吸収チューブ４０は、気体流３０が各吸収チューブ４０を経て第１チャンバ２５から第２チャンバ２６に下方に流れ込む流速を均一化するようにサイズ決め及び位置決めする。
【００２６】
ファン９７は、第１チャンバ２５における気体流３０を加圧してチャンバ２５に背圧を生ぜしめ、この背圧が気体流３０をほぼ同一の等しい流量率で各吸収チューブ４０を経て第２チャンバ２６内に流れ込ませる。
【００２７】
図１に示すように、随意的な第２隔壁プレート２３（隔壁プレート２１と同一）を第１隔壁プレート２１の下方に配置し、チャンバ２５、２６と同一の付加的なチャンバ２７、２８のセットを形成する。
【００２８】
互いに離散した垂直方向に指向するチューブ４０のアレイは、隔壁プレート２１、２３における流れポート４０ａに緊密に取付けて担持する。気体吸収チューブ４０は、プレート２１、２３に直交させ、容器２０の垂直方向軸線に平行に取付ける。各段に必要な気体吸収チューブ４０の個数は気体流及び液体流に依存する。各段において、１個のチューブ又は何千ものチューブを設けることができる。各吸収チューブ４０は隔壁プレート２１を貫通し、気体流３０が第１チャンバから第２チャンバ２６に流入するそれぞれに対応する導管それぞれを画定する。チューブ４０及びチューブ４０を担持するポート４０ａは、各吸収チューブ４０を経て第１チャンバ２５から第２チャンバ２６に下方に流れ込む流速を均一化するようサイズ決め及び位置決めする。
【００２９】
リーン液体溶媒を、流入ライン５１によってプレート２１の上方のアブソーバ内に供給し、隔壁プレート２１の上方で、溶媒リザーバ５６を形成するチューブ４０相互間における空間に横溢させる。液体溶媒５０は、選択した成分、例えば、或る例の場合、ＣＯ２を吸収できる任意の溶媒とすることができる。各チューブ４０は、以下に説明するスクリーン組立体６０を担持する。この場合、溶媒は、孔及び／又は溝孔４１から各チューブ４０内のスクリーン組立体（又は泡沫発生器）６０上に注入し、気体流３０と混合され、泡沫の液滴又は気泡（簡略化のため双方とも図示しない）を発生させる。代案として、溶媒は、孔又は溝孔の必要なしに、単に吸収チューブの頂部上に注ぎ込むことができる。これらの場合、チューブの頂部に切欠きを設け（図４Ｃ参照）、溶媒が設定したポイントからチューブ内に流れ落ちるように、又はチューブのリップがチューブの頂部全体にわたり均一な溶媒流れを生ずるように構成することができる。これら技術のそれぞれは、液体溶媒を各吸収チューブ４０内に注入し、各チューブ４０内に設けた複数個のメッシュスクリーン６０を介して、気体流３０がチューブ４０を流れて通過するとき、各吸収チューブ４０内で液体溶媒から水性の気泡沫を形成する。各メッシュスクリーンは各チューブ４０の側壁間で横方向に延在する。
【００３０】
各チューブには、後に説明するようなスクリーンのアレイを装着する。これらスクリーンは水性泡沫における気泡を、破裂、細分化、断片化又は破砕し、異なる半径を有する無数の液滴及び微細液滴にし、米国特許第７，８５４，７９１号（参照により本明細書に組み込まれるものとする）に詳細に記載されているような、極めて大きなかつ急激に変化する溶媒表面を生ずる。図３Ｂ，３Ｄ〜３Ｌ，６，１０Ａに示すスクリーン組立体をチューブ４０に使用することができる。各スクリーン組立体は、垂直方向に互いに離れた複数個のメッシュスクリーンを有する。各スクリーンは、図１２〜１８に示す任意な断面を有するものとすることができ、並びに以下に説明するような任意の隆線形形状をしたスクリーンとすることもできる。
【００３１】
溶媒を各吸収チューブ内に注入することは、本明細書に記載の種々の技術によって行うことができ、これらすべての技術は、各吸収チューブ内で水性の泡沫を形成し、この場合、スクリーン組立体は、泡沫における気泡を破裂させ、再形成させ、また繰り返し破裂させて、半径の異なる多数の微細液滴を形成し、これにより吸収のための急激に変化する表面積を生ずる。
【００３２】
場合によって、最も希薄なリーン溶媒を各段に配給するために、リーン溶媒は直接各段に供給される（ライン５２）。この場合、各段にいたる個別のリーン溶媒供給ラインと、各吸収段の下方における個別の脱水段を設ける。
【００３３】
気体及び液体の分離が必要な場合、複数の液体／気体分離器をチューブ下方に直接取付ける。これら分離器の１つのあり得る形式のものを示すが、他のものも設けることができる。液体／気体分離器を通過する通路は、吸収容器の初期脱水チャンバ２６と次段における吸収段２７との間での流体（気体）連通を確立する。このステップにおいて、液体は分離器相互間の空間内に落下及び沈殿し、リッチ溶媒排出ライン５３を経る連続液流として引き出され、リーン溶媒に再生されうる。気体３０は分離器チューブを経て次の吸収段に流入する。各吸収段が各用途の要件に依存する場合、各吸収段後に液体吸収剤（溶媒）を除去する必要がある。
【００３４】
他の場合、すべてのリーン溶媒はアブソーバにアブソーバ頂部の単独のラインから流入し、またアブソーバの多段部分を通過して、底部又はアブソーバ貯留槽で取り出される。
【００３５】
チューブから流出する気体及び液体は、アブソーバにおける次の段に流入する。
【００３６】
液体吸収剤取り出しが不要な用途では、第１段で部分的に使われた吸収剤は、次の段における液体吸収剤リザーバに流れ落ち、また気体吸収チューブに進入する。
【００３７】
最終脱水段２８は、容器２０の底部におけるリッチ溶媒リザーバ２９を有する。水平方向の気体出口ダクト３２が最終脱水チャンバにおける容器壁を貫通することにより、気体３０が吸収容器２０から退出することができる。
【００３８】
フレッシュ溶媒又はリーン溶媒５０は、流入ライン５１から、また多段の場合には流入ライン５２等から、アブソーバに分配される。
【００３９】
リッチ溶媒５５（気体からの成分を吸収するのに既に使用された溶媒）は、容器２０の底部におけるドレイン５７から流出し、本発明の主題ではない溶媒再生システムに導かれる。
【００４０】
溶媒再生システムは、熱及び／又は真空を使用して、気体流から除去された成分を溶媒から剥離し、再生された溶媒は、つぎにアブソーバで再利用することができる。
【００４１】
図２は、単独の円形の波形スクリーン６７を示し、このスクリーンは以下に図示及び説明する平坦スクリーンの代替物として使用することができる。
【００４２】
図３Ａは、円形スクリーン６８を示す。メッシュフィラメント６８ａ及び６８ｂは互いに直交させて織り成され、線形軸線Ａ−Ａ及びＢ−Ｂを有する。隆起部６８ｃ，６８ｄ，６８ｅはスクリーン６８に形成され、それぞれ軸線Ｃ−Ｃを有する。隆起部６８ｃ〜６８ｅの軸線Ｃ−Ｃは、好適には、スクリーンフィラメント６８ａ及び６８ｂの線形軸線Ａ−Ａ及びＢ−Ｂに対してそれぞれ４５゜の角度をなす。
【００４３】
図３Ｂは波形スクリーン１６７ａ〜１６７ｅを使用するスクリーン組立体１６０を示す。この組立体は、平坦若しくは波形のスクリーン、又は両タイプの組み合わせで構成することができる。重要なことは、波形スクリーン１６７ａ〜１６７ｅの波形の軸線が互いに回転方向にずれている点である。例えば、スクリーン１６７ｂの軸線Ｘ−Ｘは、スクリーン１６７ａの波形の軸線Ｙ−Ｙに対して反時計方向に約４５゜回転している。隣接するスクリーンは、好適には、オフセット又は回転され、軸線の回転は４５゜〜９０゜、最も好適には、６０゜〜８０゜の間の角度でオフセットする。
【００４４】
図３Ｃは、ベンチュリチューブ９５とともに使用するスクリーンの他の変更例を示す。ベンチュリはスロート９６の内側で低圧領域を生ずる。スロート周りの孔９７により蓄積した溶媒５０はスロート領域内にスプレー状に引き込まれる。付加的なデバイスをベンチュリのスロートに取付け、このスプレー効果を促進するようにすることができる。このことは無数の液滴を生じ、したがって、物質移動の大きな表面積を生ずる。スクリーン６０のアレイはベンチュリチューブ９５の下方部分９８の内側に取付けられる。
【００４５】
図３Ｄ〜３Ｌは、各吸収チューブ４０に担持するスクリーン組立体又はスクリーンパックの種々の設計概念を示す。重要なことは、スクリーン組立体の設計が特定用途に応じて変化する点に留意することである。設計変更要因の幾つかを以下に説明及び図示する。
【００４６】
図３Ｄは複数個の波形メッシュスクリーンを示し、各メッシュスクリーン６１ａ、６１ｂ、６１ｃはほぼ正弦波断面形状を有し、アレイにおける各スクリーンは同一であり、波形は整列され、スクリーン相互は周縁スペーサ６６によって分離し（孔付きプレートに対して）、各スクリーンにおけるスクリーンフィラメントの間の間隔は均一である。
【００４７】
図３Ｅはスクリーンパック６０ａを示し、このパックにおいて、正弦波状の波形スクリーン６１ｄ、６１ｅは矩形波状の波形スクリーン６１ｆを介在させてスクリーンをスペーサ６６によって分離するために使用される。
【００４８】
図３Ｆはスクリーンパック６０ｂを示し、このパックにおいて、正弦波状の波形スクリーン６１ｇ、６１ｈ及び６１ｋは意図的に気体流３０に対して不整列又はオフセット状態にされ、周縁スペーサ６６によって分離される。
【００４９】
図３Ｇはスクリーンパック６０ｃを示し、このパックにおいて、正弦波状の波形スクリーン６１ｍ、６１ｎ及び６１ｐを整列させるが、スクリーンフィラメント間の間隔を吸収チューブの中心付近で互いに密集させ、吸収チューブの側壁付近で互いに離散させ、各吸収チューブ断面にわたり気体流３０の流量率を均等化する支援を行う。
【００５０】
図３Ｈは、ほぼ「ドーム型」の波形スクリーン６１ｑ、６１ｒ及び６１ｓを使用するスクリーンパック６０ｄを示し、これら波形スクリーンは周縁スペーサ６６によって分離される。
【００５１】
図３Ｋ及び３Ｌは他のスクリーン設計を示し、図３Ｋのスクリーン６９の断面を図３Ｌに示す。この断面は、台形形状６９ａ、６９ｂのパターンを有し、この台形形状は強度並びに大きな表面積をもたらし、気泡又は液滴の破砕又は断片化を最大化する。
【００５２】
図２〜３Ｌに示すスクリーン（又はメッシュ）及びスクリーン（又はメッシュ）組立体は、溶媒泡沫を形成又は生成し、また泡沫における気泡を破裂させ、そして異なる半径の多数の微細液滴を形成し、吸収の表面積を急激に変化させる。
【００５３】
図４Ａ〜４Ｅは、様々な吸収チューブの設計を示す。これら吸収チューブのそれぞれを、吸収チューブ内側の様々なスクリーン組立体設計とともに使用する。溶媒リザーバ５６（図１参照）とともに動作し、これら吸収チューブ設計のそれぞれは、液体溶媒５０を下向きに各吸収チューブ４０内に注入する手段を構成する。
【００５４】
図４Ａは、側壁に形成した長方形溝孔９４１の列を有するチューブ９４０を示す。溶媒はこれら溝孔からチューブ９４０内に流入する。スクリーン組立体９６０は溝孔９４１の列の下方でチューブ９４０の内側に取付けられる。
【００５５】
図４Ｂは、吸収チューブ５４０の設計を示し、チューブ５４０の頂部は水平方向に整列し、また溶媒は、図４Ｂの吹き出しによって示すように、各チューブの頂部に単純に流れ込む設計である。
【００５６】
図４Ｃは２個の吸収チューブ５４０を示し、切欠きをチューブの頂部に形成し、溶媒がこれら切欠きからチューブ内に流入することができる。チューブ５４０は反応容器５２０における隔壁５２１にわたり延在する。
【００５７】
図４Ｄは、チューブの側壁に形成した孔７４１を有する吸収チューブ７４０を示し、溶媒は孔７４１からチューブ７４０内に流入する。３個の波形スクリーン７６１ａ、７６１ｂ及び７６１ｃを有するスクリーン組立体７６０は、孔７４１の下方でチューブ７６０の内側に取付けられる。
【００５８】
図４Ｅは、垂直方向に互いに離れた２つの水平方向孔列８４１ａ、８４１ｂを有するチューブ８４０を示す。スクリーン組立体８６０ａ及び８６０ｂは、それぞれ孔列８４１ａ及び８４１ｂの下方でチューブ８４０の内側に取付けられる。
【００５９】
さらに他の実施形態において、チューブは、吸収容器の全直径を埋める波形及び／又は平坦スクリーンによる連続パックと一緒に交換することができる。これら「パック」は、支持リング及びグリッドによって所定位置に保持され、また溶媒は、多数の従来型液体分配器のうち任意な１つを使用してパックの頂部に均等に分散される。この実施形態は、本明細書では「全直径スクリーン」と称し、以下のように図５に示される。
【００６０】
図５は反応容器２２０を示し、この容器内に気体流２３０が流れる。図１に示すような吸収チューブ４０のアレイを使用する代わりに、図５の実施形態では「スクリーンパック」２６０を使用し、このスクリーンパック内では個別スクリーンが側壁２２０ａから側壁２２０ｂまで延在する。液体分配器２８０が溶媒を「スクリーンパック」２６０の頂部にわたり均等に分配する。他の点では、吸収容器２２０は図１の容器２０と同一である。ファン２９７が容器２２０に流れる気体２３０を加圧する。
【００６１】
図６は、どのように「スクリーンパック」２６０が、図５に示す容器２２０の側壁２２０ａ、２２０ｂ間に配置されるかを線図的に示す。各スクリーン２６１ａ〜２６１ｅは波形にするのが好ましく、また波形の軸線は隣接スクリーンに対して９０゜の角度でオフセットされる。スクリーン２６０は支持体２６６によって所定位置に保持される。
【００６２】
図７に示す水平流アブソーバ（horizontal-flow absorber：ＨＦＡ）３１０は、図１に示すＦＴＧＡの代替的実施形態である。ＨＦＡは、水平方向線形軸線を有する吸収容器３２０で構成される。線形軸線に直交して取付けた隔壁プレート３２１、３２２は吸収容器を複数の反応チャンバ３２４、３２５、３２７、又は複数段に分割する。ファン３９７は容器３２０の内部を加圧する。
【００６３】
複数の気体吸収チューブ３４０は各隔壁プレート３２１、３２２に直交させて互いに密にして、また容器３２０の線形軸線に平行となるよう取付けられ、２個の気体吸収チューブプレート３９１、３９２を形成する。各吸収チューブプレート３９１、３９２は、吸収容器３２０の線形軸線に沿って付加的な反応チャンバ３２５、３２７又は反応段を形成する。各段に必要な気体吸収チューブ３４０の個数は、気体流及び流体流に基づく。各段には、１個のチューブ又は何千ものチューブを設けることができる。吸収チューブは、吸収容器の線形軸線に沿って第１反応チャンバ３２４と、第２の又は後続反応チャンバ３２５との間で流体連通を生ずる。
【００６４】
リーン溶媒は流入ライン３５１からライン３５２、３５３を経てアブソーバの各段の供給ヘッダに供給する。
【００６５】
図７及び８には、２つの潜在的な水平構成が示される。図７では、垂直型アブソーバの場合と同様に水平平面上に取付けられた横溢型チューブ３４０が使用される。チューブ３４０は隔壁ヘッダ３２１、３２２に装着され、Ｏリングシール３９０が気密及び液密シールを生ずる。しかし、従来既知の他のシールを使用することもできる。このヘッダは、溶媒を流入ライン３５１から、加圧されるチューブ内に供給することができ、チューブが水平平面内に配置されているにも係わらず、チューブ３４０の断面での溶媒の均一スプレー注入が得られる。
【００６６】
これと同一の加圧構成を垂直型アブソーバにも使用できる。
【００６７】
リッチ溶媒貯留槽３９５は各段の直ぐ下流に配置される。リッチ溶媒ドレインパイプ３９６は貯留槽３９５に接続され、各段を結合する。アブソーバが低圧で動作する場合、リッチ溶媒ポンプ（図示せず）によりリッチ溶媒を再生システム（図示せず）にポンプ送給する必要がある。アブソーバが加圧状態で動作する場合、リッチ溶媒は、アブソーバ圧力の下で再生システムに流れることができる。
【００６８】
消霧器３８５は最終吸収チューブプレートの下流域に配置される。消霧器３８５の断面領域は吸収容器の線形軸線に直交するよう取付けられる。溶媒ドレインポートは吸収容器の底部に、消霧器の真下に配置される。消霧器貯留槽３９８が消霧器に取付けられる。この貯留槽３９８はリッチ溶媒ドレインパイプ３９６に接続される。
【００６９】
図８は、水平取付けされたチューブ４４０を有する第１段４９１を使用する水平流アブソーバ４１０を示し、これらチューブの各端部はＯリング（又は従来既知の他のシール）でシールされる。隔壁プレート４２１及び４２２は、水平反応チャンバ４２０の断面を垂直方向に延在する。フレッシュ溶媒又はリーン溶媒はライン４５１から隔壁プレート４２１及び４２２間の領域に供給される。ファン４９７が反応チャンバ４２０を加圧する。第１反応チャンバ４２５は吸収チューブ４４０の上流側であり、第２反応チャンバはチューブ４４０の下流側である。
【００７０】
第１段４９１と同一の、第２段４９２を利用すると好適である。
【００７１】
ドレイン４９５はリッチ溶媒をドレインライン４９６に搬送する。消霧器４８５のメッシュが第２段４９２の下流側に取付けられる。消霧器４８５からのリッチ溶媒がドレイン４９８に捕集され、ついでドレインライン４９６に捕集される。
【００７２】
図９は、図８の吸収チューブ４４０の垂直配列を変更した代替的実施形態を示し、この場合、図９に示す垂直型容器１４２０にチューブ１４４０を使用する。Ｏリングシール（又は従来既知の他のシール）１４９０が各吸収チューブ１４４０と隔壁プレート１４２１ａ及び１４２１ｂの間に配置又は溶接される。隔壁プレート１４２１ａ及び１４２１ｂ間のチャンバ１４８５は加圧される。加圧したリーン溶媒は、ライン１４５１からチャンバ１４８５内に、及びチューブ１４４０の壁に形成した開口１４４１から吸収チューブ１４４０内に供給される。
【００７３】
溶媒脈動現象
図１０Ａは溶媒脈動現象を利用して吸収効率を高める本発明の実施形態を示す。参照符号１３１０で全体的に示すアブソーバは、垂直方向に延びる反応容器１３２０を有する（図１０Ａには容器１３２０の上方部分のみ示す）。反応容器１３２０は、入来する気体流１３３０が流れ込む上部流入口１３３１を有する。ファン１３９９は容器１３２０を流れて通過する気体流１３３０を加圧する。気体流１３３０は反応容器１３２０を下方に流れて通過し、この反応容器１３２０内で処理された後に下部流出口（図示せず）から排出される。
【００７４】
入来する気体流は任意な従来のファン１３９９又は他の既知のデバイスによって加圧される。
【００７５】
反応容器１３２０は、垂直方向に互いに離して配置した複数個の隆起部付きのスクリーン１３６０を担持し、各スクリーンは反応容器を横方向に横切って延在する。スクリーンは側壁１３２１から側壁１３２２まで、反応容器１３２０の断面全体にわたり延在する。スクリーンはスペーサ１３６６によって垂直方向に互いに離れて配置される。スクリーンは、簡略化のため整列した状態を示すが、互いの位置関係をオフセットすることが好ましい。
【００７６】
容器頂部近傍で容器１３２０の内部に取付けた溶媒インジェクタ１３５５は、流入ライン１３５１を介して供給される液体溶媒１３５０を分配する。図１０Ａに示すように、分配器はスパイダ型ヘッド１３５６を有し、これにより液体溶媒１３５０ａを反応容器１３２０内にむけて下方に分配する。
【００７７】
液体溶媒１３５０ａは気体流１３３０と並流的に反応容器１３２０を通過して下方に流れる。
【００７８】
入来する気体流１３３０が液体溶媒１３５０ａ及びスクリーン１３６０と相互反応することにより、上述しまた米国特許第７，８５４，７９１号に詳細に記載されているように（ただし、簡潔のためここでは説明しない）、泡沫内の気泡が破裂することにより形成される多数の微細液滴と混ざり合った水性気泡沫を形成する。
【００７９】
図１０Ｂは、図１０Ａの反応容器１３２０と同一の２個の反応容器であって、共通流入ダクト１３３１ａによって供給される反応容器の上方部分を示す。溶媒分配器１３５５ａ、１３５５ｂは図１０Ａの分配器１３５５と同一であり、供給ライン１３５１ａによって溶媒が供給される。図１０Ｂは、図１０Ａのアブソーバ１３１０のようなアブソーバのアレイが、共通のダクト及び供給ラインからの入来する気体流及び溶媒を供給されることを示す。ファン１３９９は気体流１３３０を加圧する。
【００８０】
特別な設計の「隆起部付きスクリーン」を、入来する気体流の所定流量率とともに利用することによって、本明細書で「溶媒脈動」と称する現象を本発明者らは認識した。この現象を、以下に線図的に示しまた説明し、図１０Ａ及び１０Ｂに示されるアブソーバに使用する。溶媒脈動は、本明細書に記載するすべてのアブソーバにおける随意的な特徴として使用される。
【００８１】
図１１Ａ〜１１Ｆは、図１０Ａに示す上方部分１３２１内で生ずる「溶媒脈動」現象の概念スケッチであり、縮尺通りには描いていない。反応容器１３２０頂部近傍における区域のスクリーン１３６０を図１１Ａ〜１１Ｆに示す。スクリーン１３６０は、簡略化のため整列した状態を示すが、本明細書に記載されるように互いの位置関係をオフセットすることが好ましい。
【００８２】
図１１Ａは、システム内における初期的な溶媒流れ１３５５を示す。この溶媒流れは、層流状のコラムとして流れ落ちる溶媒伝搬である。
【００８３】
図１１Ｂは、スクリーン１３６０ａ及び１３６０ｂ上の溶媒蓄積１３５６の初期を示す。蓄積はコラムの極頂部近傍で生じ、溶媒流量率１３５５ａは、流れる溶媒の蓄積部分だけ減少する。
【００８４】
図１１Ｃは、スクリーン１３６０ａ、１３６０ｂが溶媒泡沫１３５６ａでほぼ飽和で溶媒の流量率が最低となった状態を示す。
【００８５】
図１１Ｄは、蓄積した全ての溶媒１３５６ｂがスクリーン１３６０ａ及び１３６０ｂから釈放されて、高速の乱流パルスとして下流域に移動する状況を示す。
【００８６】
図１１Ｅは、図１１Ａと同様な状態に復帰し、再び層流による溶媒伝播の流れを示す。
【００８７】
図１１Ｆは、再度図１４Ｂと同様の蓄積初期状態となり、サイクルを繰り返す状況を示す。
【００８８】
スクリーン
図１０Ａ及び１０Ｂに示す実施形態のスクリーンは、ワイヤ織成メッシュ又はスクリーンから作製する。スクリーンの断面積は吸収チューブの線形軸線に直交するよう配置され、したがって、気体流及び流体流は各スクリーンを順次に流れて通過する。矩形波断面形状のスクリーンは、垂直隆起壁、平坦隆起頂部及び平坦谷床により構成され、圧力低下を少なくし、また液体−気体界面領域を増大する。スクリーンメッシュの線形軸線は、先に図３Ａで示したように、隆起部の線形軸線に対して４５゜の角度をなして整列される。矩形波断面形状スクリーンは液体滞留を増大し、また流動場に乱流をもたらす。矩形波断面形状スクリーンは、液体構造部の脈動、液体パルスに対する通気、及び泡沫マトリクス形成を可能とする。各スクリーンの隆起部の線形軸線は、各上流側スクリーンの隆起部に対して４５゜〜９０゜の間における角度、好適には、６０゜〜８０゜の間における角度ずらして回転し、これにより反応容器全体を通してスクリーンの断面積にわたり液相が均一に分布するのを維持できるようにする。間隔を密にしたスクリーンは反応物表面を高頻度で再形成し、目標気体に曝されるフレッシュな反応物表面を最大化する。
【００８９】
図１０Ａの実施形態において、１平方インチあたり１６×１６個の開口を有し、開孔１．０１６ｍｍ（０．０４０インチ）、ワイヤ直径０．５８４２ｍｍ（０．０２３インチ）、及び開放領域４０％の矩形波断面形状スクリーンを１０個有する組立体は、厚さ６．３５ｍｍ（０．２５インチ）の環状スペーサによってスクリーン相互を分離し、これらスペーサはスクリーンを吸収チューブの周縁にわたり支持する。この「パルス生成」スクリーン組立体によれば、流体をスクリーンに滞留させ、また動作条件の下で反応チャンバを通過する液体構造部の脈動を開始させることができる。
【００９０】
１平方インチあたり１４×１４個の開口を有し、開孔１．１６８ｍｍ（０．０４６インチ）、ワイヤ直径０．６３５ｍｍ（０．０２５インチ）、及び開放領域４２％の矩形波断面形状スクリーンは、パルス生成スクリーンよりもより低い圧力低下で反応チャンバを介してパルスを伝播させ、また気相と液相との間の接触時間を最適にすることができる。
【００９１】
脈動を得る方法
全体液体−気体モル流量率比は従来のコンタクタに匹敵するが、アブソーバにおける溶媒流量率は本明細書に記載するように一定ではない。むしろ溶媒流量率は初期的には低く、溶媒の一部が上述したようにスクリーンに蓄積する。臨界飽和状態に達したとき、蓄積した溶媒の大部分は、パルス状に高い流量率で下方に移行する。パルス後に溶媒流量率は再び低くなり、この状態は他のパルスを発生するまで持続する。このことを無限に繰り返す。
【００９２】
脈動のスクリーン仕様（図１０Ａ参照）：
開口個数／平方インチ      ワイヤ直径        開口サイズ      開口面積比
１６×１６        ０．０２３インチ  ０．０４０インチ    ４０％  
【００９３】
垂直方向気体流速２．５ｍ／ｓのでのパルス周波数：
生成周波数  −  約２回／秒
再生周波数  −  約６０回／秒
【００９４】
脈動による吸収プロセスの促進度合い
この脈動は有益であり、なぜなら通常コラムに類似の流量率及び液体−気体比で液体のレイノルズ数が脈動を層流体型にぴったりと当てはめるからである。しかし、アブソーバは脈動現象を受けるので、脈動中の流量率は大きく増大し、脈動はより一層乱流に沿うようになる。乱流が良好な撹拌を生じて物質移動率を増大させることを示す文献は多数存在する。さらに、高速度撮影写真は、脈動が微細泡沫形成を促進することを示している。泡沫及び気泡構造が接触面積を拡大することを示す文献も存在する。並流の使用及びスクリーンのジオメトリが、これら重要な溶媒脈動を発生させることができる。  
【００９５】
伝播のスクリーン仕様（図１０Ａ参照）：
１４×１４個／平方インチの開口、ワイヤ直径０．６３５ｍｍ（０．０２５インチ）、開孔１．１６８ｍｍ（０．０４６インチ）、及び開放領域比４２％
スクリーンの直径にわたり約４個／インチの隆起部：１／８インチの隆起部及び１／８インチの谷部
例えば、直径１０１．６ｍｍ（４インチ）のスクリーンは１６個の隆起部を有する
隆起部高さ・・・６．９８５ｍｍ〜９．５２５ｍｍ（０．２７５インチ〜０．３７５インチ）
スクリーンは６．３５ｍｍ（０．２５インチ）スペーサによって分離される。
【００９６】
図１２〜１８は、本発明者らが「溶媒脈動」を引き起こすと信じる「隆起部付きスクリーン」の種々の断面形状デザインを示す。
【００９７】
図１２は、矩形波パターンであり、ほぼ水平方向の、又は気体流をほぼ横方向に横切るセグメント１６６２と同一長さのほぼ垂直方向セグメント１６６１を有する。
【００９８】
図１３は、垂直方向セグメント１７６１が水平方向セグメント１７６２よりも短い長さの長方形パターンを有するスクリーン１７６０を示す。
【００９９】
図１４は、垂直方向セグメント１８６１が水平方向セグメント１８６２よりも長い長方形パターンを有するスクリーン１８６０を示す。
【０１００】
図１５は、ドーム形状パターンを有するスクリーン１９６０を示し、このパターンは、垂直方向、又は垂線に対して±２０゜傾いたほぼ垂直方向のセグメント１９６１及びセグメント１９６１の長さに対して種々の長さを有する水平方向セグメント１９６２を有する。
【０１０１】
図１６は、台形パターンを有するスクリーン２０６０を示し、ほぼ垂直方向のセグメントは、気体流２０３０の方向に対して０゜〜２０゜の角度Ａをなす範囲にある。
【０１０２】
図１７は、倒立台形形状のスクリーン２１６０を示し、ほぼ垂直方向のセグメント２１６１が気体流の流れ方向に対して２０゜の範囲内にあり、水平方向セグメント２１６２は、セグメント２１６２と２個の隣接するセグメント２１６１とにより形成される隆起部のスロート部２１６３より長さが長い。
【０１０３】
図１８は、複合断面形状を利用したスクリーンを示し、幾つかの矩形波状セグメント２２６１，２２６２と倒立台形セグメント２２６３，２２６４とを使用する。
【０１０４】
図１２〜１８は、例として示したもので、多くの他の「隆起部付き」スクリーンを利用することができることが理解される。スクリーンは、隆起部の側壁を形成して、隆起部の下方に溶媒が蓄積しようとする、幾分垂直方向の表面領域（すなわち、気体流の方向に対して２０゜以内の平面上に存在する領域）と、気体流の流れ方向をほぼ横切って気体流の速度を大幅に増大させる開放表面領域とを有していなければならない。
【０１０５】
本発明者らには、この時点では、どのようにして又はなぜ「溶媒脈動」を生ずるかは定かではない。
【０１０６】
図１９Ａ〜１９Ｆは、どのようにまたなぜ脈動が生ずるのかに関する１つの理論を示す。
【０１０７】
図１９Ａ〜１９Ｆは、図１０に示すスクリーン１３６０で生ずる「溶媒脈動」を示す。図１９Ａ〜１９Ｆに単独のスクリーン１３６０を示し、この単独スクリーン内で生ずる溶媒脈動を示す。
【０１０８】
図１９Ａに示すように、スクリーン１３６０は、本明細書で「隆起部付きスクリーン」と称する。本明細書及び特許請求の範囲で使用する用語「隆起部付きスクリーン」は、スクリーン表面の領域が入来する気体流の方向に対してほぼ平行な方向、すなわち、２０゜の範囲内にある方向に延在する断面を有するスクリーンについて言及するものである。図１９Ａに示すように、スクリーン１３６０は、気体流１３３０の方向に平行な垂直方向に延在する垂直方向領域１３６０Ａを有する。さらに、スクリーン１３６０の表面における領域１３６０ｂは、気体流１３３０が流れる方向を横切る方向に延在する表面を有する。
【０１０９】
図１９Ａは「溶媒脈動」現象の第１ステップを示す。溶媒気泡及び微細液滴を含む水性泡沫が、スクリーン１３６０の「隆起部」領域１３６０ａに蓄積又は滞留していく。気体流１３３０は、スクリーン１３６０の開放又は横方向領域１３６０ｂを通常速度で流れる。スクリーン１３６０の下側又は下流域における気体流１３３０ａは乱流である。
【０１１０】
図１９Ｂに示すように、より多くの溶媒泡沫１３９０が「隆起部」領域１３６０ａに蓄積し、開放領域１３６０ｂを制限し、このことが入来する気体流１３３０の速度を一層上昇させる。この速度上昇については、気体流１３３０がより太い矢印１３９９で示される。スクリーン１３６０の下方の気体流１３３０の乱流も上昇する。
【０１１１】
図１９Ｃはスクリーン１３６０上の溶媒泡沫の最大滞留又は蓄積状態を示す。溶媒泡沫は、図１９Ｃに示すように、隆起部領域１３６０ａに沿って、「隆起部」１３６９の下方に蓄積する傾向がある。隆起部１３６９は、２個のほぼ垂直方向の隆起部領域１３６０ａと、隆起部領域１３６０ａの頂部間に延在する開放領域１３６０ｂを有する。気体速度及びスクリーン１３６０の下方の乱流は最大化している。
【０１１２】
図１９Ｄは「溶媒脈動」の初期フェーズ（段階）を示す。溶媒泡沫の凝集体１３９５が隆起部１３６９の下側から崩落し、スクリーン１３６０の下方の激しい乱流に向かって流下する。図１９Ｄに示す「溶媒脈動」は、気体流１３３０と溶媒凝集体１３９５との間、並びに気体流１３３０と凝集体１３９５の部分ではない気泡及び微細液滴との間の２フェーズ混合を最大化する。
【０１１３】
図１９Ｅは「溶媒脈動」の第２フェーズを示し、この場合、溶媒泡沫凝集体がスクリーン１３６０の下方に十分な距離移動し、気体流１３３０ｂが開放領域１３６０ｂに流れ込み始めるようになる。溶媒の凝集体又はパルス１３９５が下流域で数珠つなぎになり、下流域での溶媒乱流及び２フェーズ混合を増大する。
【０１１４】
図１９Ｆは、溶媒パルス又は凝集体１３９５が下流域に移動した後、気体流の流れ及び溶媒泡沫の状態が図１９Ａに示す状態に復帰していることを示す。図１９Ａ〜１９Ｆに示すサイクルは、気体流の流れ及び溶媒泡沫の流れの必要条件が実際に維持されている限り、連続的に繰り返す。
【０１１５】
図２０Ａ〜２０Ｅは、どのように溶媒パルスを生ずるかの第２理論を示す。この理論は、基本的に溶媒がスクリーン１３６０の谷区域１３６０ｖに表面張力で蓄積することを提案するものである。溶媒蓄積１３９０が増大するにつれ、気体流がスクリーン１３６０の減少した開放領域を通過するとき、気体流速度が矢印１３９９で示すように上昇する。図２０Ｄは、どのように溶媒パルス１３９５がスクリーン１３６０から分離し、反応チャンバ内で下方に移動するかを示す。図２０Ｅに示すように、溶媒パルス又はパルス列がスクリーン１３６０から分離した後、気体流及び溶媒の流れが図２０Ａに示す通常状態に復帰する。この後このサイクルを繰り返す。
【０１１６】
プロセスの技術的説明
気体／流体吸収は、気体流から成分を除去する又はその逆に流体流から成分を除去するための液体吸収剤を使用する極めて一般的な化学的プロセスである。アブソーバは天然ガス処理、石油精製、化学及び石油化学工業、製薬、肥料等に使用される。用途としては、以下のものを含む。
・気体流からのＣＯ２，Ｈ２Ｏ、又はＨ２Ｓのような汚染物質を除去
・気体を吸収剤として使用して液体流からの汚染物質を除去
【０１１７】
図示しまた本明細書に記載したアブソーバはあらゆるすべての気体／液体吸収用途に使用できる。
【０１１８】
従来型のアブソーバは、吸収剤としての溶媒及びパッキングを使用して物質移動を生ずる表面を作製する。液体吸収剤はアブソーバ容器の頂部に進入し、機械的分配器を使用してパッキングの全断面領域にわたり均等に分配される。パッキングには、ランダム型及び構造化型を含めて数タイプある。ランダム型パッキングは、個別にプレス加工された金属、セラミック又はプラスチックの整形材からなり、これら整形材をアブソーバにおける支持トレイ上にランダムにばら撒いて「押し固めベッド」にする。構造化型パッキングは、入り組んだ表面積を有し、アブソーバ内部に配置する構造体となるよう形成された金属又はプラスチックの波形セグメントである。
【０１１９】
代案として、アブソーバは目標気体と溶媒との間で強制接触させるトレイ又はプレートを使用する。トレイ付きアブソーバは孔付きのプレート、バブルキャップ又はバルブトレイを使用し、気体が吸収液体を介して泡立ち、物質移動を促進できるようにする。物質移動は、頂部から下方に排出される液体吸収剤が、下側から上方に流れる目標気体に接触し、気体が孔を通して泡立つときに生ずる。第３タイプのアブソーバは「スプレータワー」タイプであり、この場合、液体吸収剤を下方にスプレーして小さい液滴を生じ、これにより物質移動のための表面を形成する。気体流がタワーを上昇するとき、溶媒液滴は下降する。
【０１２０】
気体／液体吸収用の大直径（１５ｍ）アブソーバは、アブソーバの断面積にわたる均一かつ一定の気体流及び液体流を維持するのが困難である。この結果、流下する液体吸収剤を経て上方に流れる気体のチャネリングを生じ、これにより物質移動が貧弱になる。
【０１２１】
気体はスクリーンを通過するとき液体と混合し、溶媒を破砕又は破裂させて無数の液滴にし、これら無数の液滴が物質移動の極めて大きな表面積を生ずる。しかし、小液滴を制約された空間内でそのままにすることは、従来技術のデバイスと同様の比較的静的な固定した表面積を生ずるものであり、この代わりに、本発明は、急激に液滴を連続的かつ激しく破裂又は断片化し、そして再形成する。若干の気泡も生じ、この気泡は破裂し、破裂した気泡から何千もの微細液滴を形成し、これにより液体溶媒の有効表面積が一層増大する。液体溶媒表面のこの高頻度かつ連続的な再生は、本発明の重要な態様である。膨大な反応表面が小さい体積で生じる。反応表面は連続的に激しく破裂し、また再形成されて物質移動の効率を最大化する。
【０１２２】
アブソーバの実施形態は、モジュール型設計にした気体吸収チューブを多数組み込む。吸収チューブはチューブ断面積にわたり気体流及び液体流が一様になるよう最適化される。吸収チューブの断面積は、円柱形、方形、長方形、三角形又は多面形にすることができる。正確な形状は用途毎に最適化される。気体吸収チューブは、金属、プラスチック、セラミックから形成し、プロセス条件に適合される。個別の気体吸収チューブは、反応チャンバを垂直方向の段に分割する水平方向の隔壁プレート上に又は貫通するよう密度を高くして取付けられる。流れの一部は各吸収チューブを通過し、反応チャンバの断面積にわたり一貫した一様な流れを維持する。これはこの設計の特徴の１つである。
【０１２３】
本明細書に記載するアブソーバの１つの用途は、気体流からのＣＯ２ 除去である。この用途において、沈殿化溶媒の方が大規模ＣＯ２ 捕集用の非沈殿化溶媒よりも経済的であることが予想されるが、従来の押し固めベッド式アブソーバにおいては、ランダムパッキングを経る複雑構造及び曲がりくねった通路が沈殿化溶媒の使用を阻む。 
【０１２４】
すべての実施形態において、液体と気体が接触する表面積は、複雑な機械的構体の代わりに、液滴及び気泡の形成を介して増大する。液滴、破裂気泡、及び微細液滴は、溶媒と目標気体との間の大きな液体−気体界面表面積を生ずる。渦巻きチューブ、分離渦、及び剥離剪断層は、泡沫生成器プレート間における乱流型内の目標気体に溶媒を混合する。液滴及び気泡構造の微細混合は、目標気体の効率的な吸収を促進する。
【０１２５】
沈殿化溶媒を使用するとき、本発明のアブソーバはアブソーバを詰まらせる凝結物なく動作する。
【０１２６】
目的及び利点
液体−気体界面表面積は、スクリーン又はベンチュリを使用して増大し、スクリーン又はベンチュリは溶媒を無数の液滴に破砕又は破裂させ、これら無数の液滴が溶媒自体で形成した物質移動用の極めて大きな表面積を生ずる。しかし、小液滴を制約された空間内でそのままにすることは、従来技術のデバイスと同様の比較的静的な固定した表面積を生ずるものであり、この代わりに、本発明は、急激に液滴を連続的かつ激しく破裂又は断片化し、そして再形成する。気泡も生じ、この気泡は破裂し、破裂した気泡から何千もの微細液滴を形成し、これにより液体溶媒の有効表面積が一層増大する。液体溶媒表面のこの高頻度かつ連続的な再生は、本発明の重要な態様である。膨大な反応表面が小さい体積で生じる。反応表面は連続的に激しく破裂し、また再形成されて物質移動の効率を最大化する。これら液滴及び気泡により生ずる、不安定な性質のものと結びつく、物質移動のための膨大な表面積は、物質移動均衡状態に達する前に液滴及び気泡が再形成されることを意味する。
【０１２７】
換言すれば、溶媒に吸収される成分の濃度は、液滴が再形成されるときは依然として低い。したがって、濃度勾配、すなわち、気体内の目標成分の溶媒と比較した濃度相互間の差は依然として高い。動的反応表面積は、リーン溶媒（すなわち、吸収される成分濃度が低い溶媒）で再形成され、目標気体と溶媒との間における高い濃度勾配を生ずる。この高い濃度勾配は、物質移動のための駆動力を最大化する。
【０１２８】
反応物表面は高い頻度間隔で再形成される。リッチ溶媒は、チューブを流下するより希薄なリーン溶媒と交換される。反応物表面は流体が１つのスクリーンを通り抜ける毎に再形成及び交換される。
【０１２９】
アブソーバは、様々な粘度、表面張力及び比重を有する種々の市販の一般的な沈殿化及び非沈殿化吸収溶媒における最適気体吸収に必要なパラメータ内で動作するよう設計される。
【０１３０】
個別の気体吸収チューブは、ＦＴＧＡの実施形態の各段に密に詰め込まれる。段には、気体吸収チューブの複数個の溶媒注入ポート上方の所定レベル、又はチューブ自体の頂部まで溶媒を横溢され、溶媒が各段における気体吸収チューブ内に所定流量率で導入されるようにする。
【０１３１】
スクリーンは溶媒分配プレートと組み合わせて使用することができる。これらプレートは、溶媒及び気体がチューブを下方に通過するとき、溶媒及び気体を再分配する補助を行う。
【０１３２】
混合した気体及び溶媒の流れが、各泡沫発生器アセンブリに高い頻度間隔に配置されたスクリーニングプレートを通過し、液滴、気泡及び微細液滴の反応物表面を再形成できるようにする。反応物表面からのリッチ溶媒は、流動場における流体構造からのより希薄なリーン溶媒に入れ換わる。これら液滴、気泡及び微細液滴は、溶媒と目標気体との間における大きな液体−気体接触領域を生ずる。
【０１３３】
液体／気体分離器は流れからリッチ溶媒の一部を除去する。次のアブソーバ段に導入されるリーン溶媒が、液体／気体分離器によって除去されたリッチ溶媒の部分と入れ替わる。
【０１３４】
様々な粘度、表面張力及び比重を有する種々の市販の一般的な溶媒を使用できるようにするため、アブソーバは、特定溶媒の最適気体吸収に必要なパラメータ内で動作するよう設計することができる。
【０１３５】
ＦＴＧＡチューブのサイズ及び個数、スクリーンのメッシュサイズ、並びにスクリーンの開口面積比を選択して、圧力低下と効率とのバランスをとるようにする。
【０１３６】
スクリーンと分配プレートとの間の距離は、気体速度及び圧力低下とのバランスをとり、システム性能及び気体流からの目標不純物除去を最適化する。
【０１３７】
同様に、スクリーン相互間の距離も反応率とバランスをとり、高い反応率で目標気体を吸収する反応物表面を形成する乱流構造にするための多少の時間及び距離をもたらすようにする。
【０１３８】
上述のアブソーバでは以下のことが起こると考えられる。押し固めベッドでは、ランダム型パッキング又は構造化型パッキングにわたる拡散流は、パッキングの境界層湿潤表面、中間流型及び気体に曝される自由表面流よりなる。流体分子流の層が流体分子の他の層に沿って流れ、また乱流が固体表面間の流れ内に生ずるとき、適度な混合が表面層と中間層との間に生ずるが、中間層と境界層との間では混合はほとんど生じない。固体分子の分子引力は流体分子の引力よりも強く、したがって、境界層は比較的静止状態に留まる。自由表面層における反応物が目標気体に曝されると、反応率は、中間層と自由表面層との間における適度な混合に曝されるフレッシュな反応物表面の再生に制限され、この混合は乱流と拡散流の力学によって駆動される。
【０１３９】
スプレータワーにおいては、落下する液滴の自由表面における電流が、気体分子と流体分子との間の摩擦によって生じ、またより少ない程度に、マランゴニ効果が自由表面層分子相互間の混合を駆動し、自由表面層分子は目標気体及び液滴内側からのフレッシュ反応物と反応する。
【０１４０】
本発明の上述の説明は、例示目的のために提示したものであり、記載した通りのものに本発明を限定することは意図しない。上述の教示内で変更及び改変が可能である。実施形態は、本発明の原理をうまく説明する上で選択及び記載したものであり、実際の用途では、当業者が特定の意図した使用に適合する種々の実施形態にすることができる。
【図１】
2014508037.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図３Ｋ】
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【図３Ｌ】
2014508037.tif 000014
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
2014508037.tif 000027
【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
2014508037.tif 000041
【図１９Ｃ】
2014508037.tif 000042
【図１９Ｄ】
2014508037.tif 000043
【図１９Ｅ】
2014508037.tif 000044
【図１９Ｆ】
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【図２０Ａ】
2014508037.tif 000046
【図２０Ｂ】
2014508037.tif 000047
【図２０Ｃ】
2014508037.tif 000048
【図２０Ｄ】
2014508037.tif 000049
【図２０Ｅ】
2014508037.tif 000050
【手続補正書】
【提出日】平成25年10月17日(2013.10.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入来する気体流から選択された成分を吸収する方法であり、前記吸収は前記選択された成分のための液体溶媒を含む水性泡沫表面を通じて生じ、前記泡沫は、前記泡沫内の気泡が破裂することから形成される多数の微細液滴と混ざり合っているものである、方法であって、
前記気体流を反応容器に流入させるステップと、
前記反応容器内を横切る複数個のメッシュ組立体を準備するステップであって、前記複数個のメッシュ組立体は、気体流の方向に対して２０°の角度範囲内の平面上に存在して幾分垂直方向の領域を有する隆起部付きスクリーンを有し、前記反応容器の長さに沿って順次互いに離して配置される、ステップと、
前記隆起部付きスクリーン上に前記溶媒の泡沫及び微細液滴を急激かつ周期的に蓄積させ、これにより前記隆起部付きスクリーンの部分を通過して流れる前記気体流の速度を増大させる、ステップと、
前記溶媒の泡沫及び微細液滴の急激かつ周期的な蓄積を突然前記隆起部付きスクリーンから剥落させ、前記隆起部付きスクリーンから下方に流れるようにする、ステップと、
前記蓄積した溶媒の泡沫及び微細液滴の前記隆起部付きスクリーンからの急激で周期的な剥落によって、前記隆起部付きスクリーンの下流域における前記気体流の乱流を最大化する、ステップと
を有し、
これにより、入来する気体流と溶媒の泡沫及び微細液滴との間の物質移動を最大化する、方法。
【請求項２】
前記複数個のメッシュ組立体は吸収チューブのアレイに取付けられ、前記吸収チューブは前記反応容器を横切って延在する隔壁プレートに取付けられ、前記隔壁プレートは前記反応容器を第１チャンバ及び第２チャンバに分割し、
前記第１チャンバ内を流れる気体流を、前記各吸収チューブ内にほぼ同一の流量率で流れ込む複数の個別気体流に分割するに十分な程度に加圧するステップをさらに有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記反応容器は垂直方向に指向する容器であり、前記気体流は前記反応容器を下方に流れる、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記反応容器は水平方向容器である、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記液体溶媒を前記各吸収チューブ内に注入し、これにより前記気体流が前記吸収チューブを通過して流れるとき、前記各吸収チューブそれぞれの中に前記水性泡沫を形成するステップをさらに有する、請求項２記載の方法。
【請求項６】
吸収が選択された成分のための液体溶媒を含む泡沫表面を通じて生じ、前記泡沫は、前記泡沫内の気泡が破裂することから形成される多数の微細液滴と混ざり合っているものである方法により、気体流から選択された成分を吸収する装置であって、反応容器を横切って延在する隔壁プレートによって互いに分離した第１チャンバ及び第２チャンバを有し、前記チャンバは、前記気体流を前記第１チャンバに流れ込ませる気体流入口に流体接続した前記反応容器を備える、該装置において、
前記隔壁プレートに貫通させて形成した各流通ポートに担持した、互いに個別の垂直方向に指向する吸収チューブのアレイであって、前記各吸収チューブは、前記隔壁プレートを貫通して前記第１チャンバ内に突入し、前記気体流を前記第１チャンバから前記第２チャンバに流入させるための各導管を画定し、前記流通ポート及び吸収チューブのサイズ決め及び位置決めは、前記各吸収チューブを経て前記第１チャンバから第２チャンバに向かって下方に流れる前記気体流の流速を等しくするように行う、該アレイと、
前記各吸収チューブ内に互いに垂直方向に離して設けた複数個のメッシュスクリーンであって、各吸収チューブ内でチューブ側壁間を横切って延在する、該メッシュスクリーンと、
前記吸収チューブ内に前記液体溶媒を注入する注入手段と、
前記第１チャンバ内の前記気体流を加圧して前記第１チャンバに背圧を生ぜしめる加圧手段であって、前記背圧によって前記気体流が前記吸収チューブを経てほぼ等しい流量率で前記第２チャンバ内に流れ込ませるようにする、該加圧手段と
を備える、装置。
【請求項７】
前記反応容器は垂直容器であり、前記気体流は前記容器を下方に流れる、請求項６記載の装置。
【請求項８】
液体溶媒を各吸収チューブに注入する前記注入手段は、液体溶媒を各吸収チューブ内に下方に注入する、請求項６記載の装置。
【請求項９】
液体溶媒を注入する前記注入手段は、前記隔壁プレートの上方で前記吸収チューブ相互間に位置するリザーバを有する、請求項６記載の装置。
【請求項１０】
前記反応容器は水平方向容器である、請求項６記載の装置。
【請求項１１】
前記複数個のメッシュスクリーンは、それぞれ波形スクリーンである、請求項６記載の装置。
【請求項１２】
前記複数個のメッシュスクリーンそれぞれは、気体流の方向に対して２０°の角度範囲内の平面上に存在して幾分垂直方向の領域を有する隆起部付きのスクリーンであり、
前記反応容器内で溶媒脈動を生ぜしめ、前記選択された成分の吸収効率を増大する手段をさらに有する、請求項６記載の装置。
【国際調査報告】
2014508037.tif 000051