(57)【要約】【課題】分離効率の向上による高性能化、省エネルギー化、省スペース化、メンテナンスフリー、低圧力損失化及び運転管理の容易化を図ることができる気体中の異種物質分離装置を提供する。【解決手段】長手方向を実質的に垂直にして配置された静止型混合器１と、静止型混合器１の上端側から液体を静止型混合器１内に供給する第１の供給手段と、静止型混合器１の下端側から異種物質を含む気体を静止型混合器１内に供給する第２の供給手段とを有し、静止型混合器１は流体が通流する通路管と通路管内に配設された螺旋状の１又は複数の羽根８体とからなる１又は複数のミキシングエレメント２をその長手方向に連続して組み立てられており、液体は静止型混合器１内を下降し、気体は静止型混合器１内を上昇して両者は静止型混合器１の内部で気液接触する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向を実質的に垂直にして配置された静止型混合器と、前記静止型混合器の下端側から異種物質を含む気体を前記静止型混合器内に供給する第１の供給手段と、前記静止型混合器の上端側から液体を前記静止型混合器内に供給する第２の供給手段とを有し、前記静止型混合器は流体が通流する通路管と前記通路管内に配設された螺旋状の１又は複数の羽根体からなる１又は複数のミキシングエレメントをその長手方向に連続的に又はスペーサを介して組み立てられており、前記気体は前記静止型混合器内を上昇し、前記液体は前記静止型混合器内を下降して両者は前記静止型混合器の内部で気液接触することを特徴とする気体中の異種物質分離装置。
【請求項２】
前記羽根体は右捩り又は左捩りに配設され、多孔板からなることを特徴とする請求項１に記載の気体中の異種物質分離装置。
【請求項３】
前記羽根体は前記通路管の中心部で欠落していることを特徴とする請求項１又は２に記載の気体中の異種物質分離装置。
【請求項４】
前記静止型混合器内における前記気体の流速（空塔速度）は１．０乃至１０ｍ／秒であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の気体中の異種物質分離装置。
【請求項５】
前記多孔板の開口率は５乃至８０％であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の気体中の異種物質分離装置。
【請求項６】
前記多孔板の孔径は５乃至３０ｍｍであることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の気体中の異種物質分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気相中の固体粒子又は液体粒子等を液相との気液接触により液相側に捕集又は溶解させて、異種物質を分離する気体中の異種物質分離装置に関し、特に、気相中の例えば、焼却灰、未燃カーボン、二酸化ケイ素、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、窒化ケイ素等の微細な固体粒子から成る異種物質と液相とを気液接触させて気相中の異種物質を液相側に捕集、分離させることによる気相の清浄化や精製若しくは異種物質の回収、又は気相中の水滴や硫酸等の同伴ミストの異種物質を液相側に捕集、溶解させて、気相の清浄化や精製に利用可能な気体中の異種物質分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、気体中の異種物質分離装置としては、重力式、慣性力式、遠心力式、洗浄式、濾過式、電気式、音波式等の集塵、分離装置が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、重力式、慣性式、遠心力式の装置は、１μ以下の微細な固体粒子の分離効率は低く、水分を含む気体の場合は、装置内部に固体粒子の付着成長による圧力損失の増加や目詰まり等が発生する。そのために、保守管理費が必要となる。
【０００４】
また、洗浄式の１種である高性能の集塵効率を有するベンチュリスクラバーがあるが、圧力損失が一般に３００〜８００ｍｍＨ２Ｏ（３〜８ｋＰａ）である。このために、動力費が高価となる。更に、濾布を使用した濾過式のバグフィルターがあるが、付着性の強い固体粒子や湿気を含む気体の場合は濾布が短時間で目詰まりを起こして、保守管理費が高価となる。更に又、電気式の電気集塵装置の場合は、高圧電源を使用する為に、電力費が高価となり、集塵極に付着した固体粒子の清掃、回収等の保守管理費が必要となる。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、集塵、分離効率の向上による高性能化、省エネルギー化、省スペース化、低圧力損失化、保守管理の低減化及び運転管理の容易化を図ることができる気体中の異種物質分離装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る気体中の異種物質分離装置は、長手方向を実質的に垂直にして配置された静止型混合器と、前記静止型混合器の下端側から異種物質を含む気体を前記静止型混合器内に供給する第１の供給手段と、前記静止型混合器の上端側から液体を前記静止型混合器内に供給する第２の供給手段とを有し、前記静止型混合器は流体が通流する通路管と前記通路管内に配設された螺旋状の１又は複数の羽根体からなる１又は複数のミキシングエレメントをその長手方向に連続的に又はスペーサを介して組み立てられており、前記気体は前記静止型混合器内を上昇し、前記液体は前記静止型混合器内を下降して両者は前記静止型混合器の内部で気液接触することを特徴とする。
【０００７】
本発明においては、異種物質を含有する気体は静止型混合器内を上昇し、液体は静止型混合器内を下降して両者は静止型混合器の内部で気液接触し、気体に含有される異種物質を液体側に捕集又は溶解させて、気体から異種物質の分離をすることができる。このため、清浄化された気体と異種物質を含有する液体とを夫々排出又は回収することができる。
【０００８】
また、従来の方式とは異なり、本発明においては螺旋状の１又は複数の羽根体が配設された１又は複数のミキシングエレメント内を流体が通流するので、圧力損失を低くすることができ、動力費及び保守管理費を低減することができると共に、液体は下降し、気体は上昇するので、気液の接触効率が高くなり、異種物質の分離効率が向上し、装置の高性能化を図ることができる。これにより、省エネルギー化を図ることができる。
【０００９】
更に圧力損失が低いので、装置内の気体の流速（空塔速度）を早くすることが可能となり装置を小型化することができる。更に又、気液接触効率が高いので液体と気体の比が大幅に変わった場合でも、気体から異種物質の分離又は回収ができるので、装置の運転管理が容易になる。。また、気液の接触効率が高いので、デッドスペースがなくなり、固体粒子の付着成長を防止して、保守点検を不要（メンテナンスフリー）とすることができる。
【００１０】
また、本発明においては、前記羽根体は右捩り又は左捩りに配置され、多孔板からなることが好ましい。
【００１１】
これにより、ミキシングエレメント全体に液体及び気体が均一に分散される。このため、静止型混合器内で更に効率良く、液体及び気体が接触することができる。また、流体は均一に分散されるので、更にデッドスペースをなくすことができる。更に又、流体の流速分布を均一にすることができる。
【００１２】
また、前記羽根体は前記通路管の中心部で欠落しているものであることが好ましい。この欠落部分は、軸方向でのせん断力を向上させて気液接触効率をより一層向上させる機能を有している。
【００１３】
更に、前記静止型混合器内における前記気体の流速（空塔速度）は１．０乃至１０ｍ／秒にすることが好ましい。
【００１４】
通路管の径を小さくすることができるので、装置全体をより一層小型化することができる。
【００１５】
更にまた、前記多孔板の開口率は５乃至８０％であることが好ましい。また、前記多孔板の孔径は５乃至３０ｍｍであることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係る気体中の異種物質分離装置について添付の図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る気体中の異種物質分離装置を示す模式図、図２（ａ）は本実施例に使用される静止型混合器のミキシングエレメントを示す横断面であり、（ｂ）はその斜視図である。
【００１７】
本実施例に使用される静止型混合器１のミキシングエレメント２は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、筒状の外筒管７（通路管）と、外筒管７内に設けられた羽根８（羽根体）と、この羽根８を外筒管７内に配設するために間欠的に設けられた内筒管１０とを有しており、羽根８は、例えば、多孔板からなる。なお、内筒管１０は羽根８の捩り応力に対して機械的強度を強くするために設置されている。
【００１８】
即ち、内筒管１０は羽根８の接続部に必要な長さ分だけ設けられ、それ以外のところには配置されていない。羽根８は内筒管１０の外周面に一端部が接続され、外筒管７の内周面に向かうにつれて、時計方向（右側）に捩られて他端部が外筒管７の内周面に接続されている。内筒管１０は中心部が開口されているので、羽根８は外筒管７の軸心部に存在せず、この部分が欠落している。これにより、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、内筒管１０の軸心部に羽根が存在しない開口部１１が形成されている。同様に、内筒管１０の外周面上に複数の羽根８が右捩りで接続され、流体通路が形成されている。１段又は複数段に亘って、ミキシングエレメント２をその長手方向に連続して配置することにより静止型混合器１が組み立てられる。なお、ミキシングエレメント２間にスペーサ（図示せず）を介在させてもよい。
【００１９】
このような静止型混合器１の流体通路を互いに逆向きに流れる２種の流体（液体及び気体）が通流する間に、流体の一部が羽根８に沿って螺旋状に回転し、右向きの旋回流になり、一部は羽根８の孔９を通過し、一部は羽根８にせん断され、この孔９を通過した流体と合流し、更に分割される。このように、回転、通過、せん断、合流又は分割が繰り返され、互いに逆向きの流れる２種類の流体が接触される。また、羽根８は多孔板により形成されているので、孔９を流体が通過し、外筒管７内の上下方向の流れが整流されると共に、旋回流によって移動する流体と接触して、ミキシングエレメント２全体に均一に流体が分散される。このため、気液接触効率が増加し、デッドスペースがなくなり、固体粒子の付着、成長が防止されて、保守点検が不要になる。なお、本発明の静止型混合器１の羽根８は右捩りに限定されるものではなく、左捩りであってもよい。
【００２０】
また、羽根８に使用される多孔板の開口率が５乃至８０％であると、製作加工上の容易性が図れ、生産コストの低減化が図れると共に、羽根の機械的強度、気液接触効率の優位性及び固体粒子の付着成長の防止が図れる。このため、多孔板の開口率は５乃至８０％であることが好ましい。なお、更に好ましい、多孔板の開口率は１０乃至４０％である。
【００２１】
更に、羽根８に使用される多孔板の孔９径が５乃至３０ｍｍであると、製作加工上の容易性が図れ、生産コストの低減が図れると共に、気液接触効率の優位性及び固体粒子の付着成長の防止が図れる。このため、多孔板の孔９径は５乃至３０ｍｍであることが好ましい。
【００２２】
本発明のミキシングエレメント２の構成としては、特にこれに限定されるものではなく、以下に示すミキシングエレメントの構造とすることができる。図３及び図４は右捩り及び左捩りの９０°回転型のミキシングエレメントの斜視図、図５はこのミキシングエレメントを使用した静止型混合器１ａの側断面図である。ミキシングエレメント１３、２０は図３乃至図５に示すように、夫々、円筒状の通路管１４、２１と、この通路管１４、２１内に夫々設けられた螺旋状の羽根１５、１６及び２２、２３とを有する。この羽根１５、１６及び２２、２３により夫々流体通路１７、１８及び流体通路２４、２５が形成されている。羽根１５、１６及び２２、２３は、通路管１４、２１の軸心部に依存せず、この部分が欠落している。これにより、平面視で通路管１４、２１の軸心部に羽根１５、１６及び２２、２３が存在しない開口部１９、２６が形成されている。従って、流体通路１７、１８及び流体通路２４、２５は、開口部１９、２６を介して、通路管１４、２１の全長に亘って相互に連通している。
【００２３】
このようなミキシングエレメント１３、２０を円筒状のケーシング２７内に交互に嵌入し、ミキシングエレメント１３、２０の夫々羽根１５、１６及び２２、２３の端縁どうしを直交させて配置すると静止型混合器１ａが組み立てられる。
【００２４】
図５に示すように、静止型混合器１ａの流体通路を液体ＦＡ及び気体ＦＢが夫々逆向きに通流する間に、液体の一部が螺旋状に９０°回転し、一部は開口部でせん断され、他方の流体通路を通流してきた液体と合流し更に分割された後、反対方向に螺旋状に９０°回転する。このように回転、せん断、合流及び分断が繰り返される。また、気体においても同様に、回転、せん断、合流及び分断が繰り返される。これにより、互いに逆向きに流れる液体及び気体が攪拌され、気液接触が行われる。なお、静止型混合器１ａとしては、９０°回転型の羽根体を使用する代わりに、１８０°回転型の羽根体を使用してもよい。また、いずれの羽根体も多孔板により形成することができる。更に、ミキシングエレメント１４、２１との間に、このミキシングエレメント１４、２１と同一内径を有するスペーサ（図示せず）を配置して、静止型混合器１ａを組み立ててもよい。
【００２５】
更にまた、羽根体の回転角度は、上述のものに限定されることなく、１５°、３０°、４５°、６０°、１３５°、２７０°又は３６０°回転型の羽根体で静止型混合器１ａを構成してもよい。なお、静止型混合器は上述のものに限定されることなく、種々の静止型混合器を適宜利用可能である。
【００２６】
本実施例の異種物質分離装置２８においては、上述の静止型混合器１を、図１に示すように、密閉された容器１２内にその長手方向を鉛直にして配置する。この場合、容器１２は上端及び下端は、例えば、縦断面形状が半円状に形成されている。容器１２の下部には、異種物質を含む気体を静止型混合器１内に供給する第１の供給手段（図示せず）が配置されている。また、容器１２の上部には、異種物質の分離回収等に使用される液体を静止型混合器１内に液体を供給する第２の供給手段（図示せず）が配置されている。
【００２７】
次に図１に示す気体中の異種物質分離装置２８の動作に付いて説明する。先ず、分離したい異種物質を含有する気体と、この異種物質の分離に使用する液体とを第１及び第２の供給手段により所定の割合で静止型混合器１内に供給する。気体は静止型混合器１内を上昇し、液体は静止型混合器１内を下降して、気体と液体とが攪拌接触され、気液が十分に接触する。そして、静止型混合器１内において、気液接触により、気体中の異種物質を分離させたり、微細な水滴を液体に溶解させたり、又は、化学反応を進行させたりして、液体側に異種物質を分離して気体を清浄又は精製する。この後、分離された気体として、容器１２上端からの排気ライン６から排気又は回収され、容器１２下端の排水ライン５からは液体が排出又は回収される。
【００２８】
本実施例においては、気体４中に微細な二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化亜鉛等の固体粒子である異種物質を含有する気体４（原ガス）を連続分離処理を行うことができる。例えば、微細な固体粒子を含有する気体４（原ガス）を静止型混合器１内に下端側から供給し、液体３（洗浄水）をスプレーノズル２９等を介して静止型混合器１内に上端側から供給して、静止型混合器１内で洗浄水３を下降させ、原ガス４を上昇させ２乃至８ｍ／秒の流速となるようにして、原ガス４中の固体粒子と洗浄水３とを、連続的に接触させて、原ガス４から固体粒子を分離して原ガス４を清浄化し、処理ガスとして排気ライン６から排気又は回収される。又、固体粒子を含有する洗浄水３は、排水ライン５から外部に排出又は回収される。なお、洗浄水３と原ガス４の液ガス比は０．０１〜３０Ｌ／ｍ３の範囲が好ましい。
【００２９】
従来、固体粒子の装置内での付着、成長（スケーリング）により、保守管理費が必要となるという問題点があったが、本実施例においては、常時、装置内は洗浄水３により洗浄されているので、固体粒子によるスケーリングの発生がないため、保守管理費が不要となると共に、メンテナンスが不要である。なお、スプレーノズル２９の噴射方向は、上向き、下向きどちらでも適宜選択使用できる。
【００３０】
次に、本発明の第２実施例に付いて説明する。図６は硫酸ミスト、水滴、塩酸ヒューム等の異種物質を含有する気体４の分離処理に適用した本発明の第２の実施例に係る気体中の異種物質分離装置２８を示す模式図である。図６において、図１に示す第１の実施例と同一構成物には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。第１実施例と同様に構成されており、原ガス４の上昇速度は１乃至１０ｍ／秒の流速とし、液ガス比は０．１〜１０Ｌ／ｍ３の範囲が好ましい。
【００３１】
図６に示す異種物質分離装置２８の静止型混合器１の大きさは、例えば直径が５００ｃｍで長さが２ｍである。気体４中の水滴濃度は、例えば３質量％である。この場合、原ガス４の処理量が８０ｍ３／分で、洗浄水３の供給量が１５Ｌ／分であれば、原ガス４中の水滴濃度を０．２質量％以下にすることができる。
【００３２】
従来、微生物や藻等の発生により装置内の目詰まりや圧力損失の上昇等の問題が生じていた。また、従来技術としては、ベンチュリスクラバー等が使用されている。このため、圧力損失が２００〜８００Ｐａと大きくなり、送風機等の電力消費量も大きくなる。これに対して、本装置２８は圧力損失は５０〜２００Ｐａと小さいので、省エネルギーとなる。
【００３３】
なお、洗浄水３を酸性又はアルカリ性水溶液を使用することで、原ガス４中のアンモニア、硫化水素、アミン等の化学物質を、これら水溶液と化学反応吸収させて、同時に分離、精製することも応用可能である。
【００３４】
次に、本発明の第３実施例について説明する。図７は本発明の第３の実施例に係る気体中の異種物質分離装置を示す模式図である。なお、図１に示す第１実施例と同一構成物には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３５】
本実施例の異種物質分離装置２８は第１実施例と比較して、分離効率を向上させている点で異なっている。その分離装置２８の構成は、容器１２内の静止型混合器１の上部側に洗浄水３ａの第１の供給手段と静止型混合器１の下部側に洗浄水３ｂの第２の供給手段とを配設している。この２段の洗浄水３の供給による気液接触の向上により、分離効率はより一層向上する。
【００３６】
次に、本発明の第４実施例に付いて説明する。図８は本発明の第４実施例に係る気体中の異種物質分離装置を示す模式図である。なお、図１に示す第１実施例と同一構成物には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３７】
本実施例の異種物質分離装置２８は第１の実施例と比較して、第３実施例同様に分離効率をより向上させている点で異なっている。その分離装置２８の構成は容器１２内に２段の静止型混合器１ｂ，１ｃと３段の洗浄水３ａ，３ｂ，３ｃの供給手段を配設している。この構成により、気体中の異種物質は高効率で分離され、気体は精製される。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、異種物質を含有する気体は静止型混合器内を上昇し、液体は静止型混合器内を下降して両者は静止型混合器の内部で気液接触し、気体に含有される異種物質を液体側に捕集又は溶解させて、気体から異種物質の分離又は気体を精製することができる。このため、清浄化された気体と異種物質を含有する液体とを夫々排出又は回収することができる。
【００３９】
また、従来の洗浄方式とは異なり、螺旋状の１又は複数の羽根体が配設された１又は複数のミキシングエレメント内を流体が通流するので、圧力損失を低くすることができ、動力費及び保守管理費を低減することができると共に、液体は下降し、気体は上昇するので、気液の接触効率が高くなり、異種物質の分離効率が向上し、装置の高性能化を図ることができる。
【００４０】
更に、圧力損失が低いので、装置内の気体の空塔速度を早くすることが可能となり、装置を小型化することができる。更に又、気液接触効率が高いので、液体と気体との比が大幅に変わった場合でも、気体から異種物質の分離又は気体の精製ができるので、装置の運転管理が容易になる。また、気液の接触効率が高いので、デッドスペースがなくなり、固体粒子の付着成長を防止して、保守点検を不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る気体中の異種物質分離装置を示す模式図である。
【図２】（ａ）は本実施例に使用される静止型混合器のミキシングエレメントを示す横断面であり、（ｂ）はその斜視図である。
【図３】９０°右回転型のミキシングエレメントの斜視図である。
【図４】９０°左回転型のミキシングエレメントの斜視図である。
【図５】このミキシングエレメントを使用した静止型混合器の側断面図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係る気体中の異種物質分離装置を示す模式図である。
【図７】本発明の第３実施例に係る気体中の異種物質分離装置を示す模式図である。
【図８】本発明の第４実施例に係る気体中の異種物質分離装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ  ：  静止型混合器
２，１３，２０：  ミキシングエレメント
３，３ａ，３ｂ，３ｃ  ：  洗浄水
４  ：  原ガス
５  ：  排水ライン
６  ：  排気ライン
７  ：  外筒管
８，１５，１６，２３，２４  ：  羽根
９  ：  孔
１０  ：  内筒管
１１，１９，２６  ：  開口部
１２  ：  容器
１４，２１  ：  通路管
１７，１８，２４，２５  ：  流体通路
２７  ：  ケーシング
２８  ：  異種物質分離装置
２９  ：  スプレーノズル
【図１】
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【図２】
2004181437.tif 000004
【図２】
2004181437.tif 000005
【図３】
2004181437.tif 000006
【図４】
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【図５】
2004181437.tif 000008
【図６】
2004181437.tif 000009
【図７】
2004181437.tif 000010
【図８】
2004181437.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成15年2月7日(2003.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004181437.tif 000012
【図２】
2004181437.tif 000013
【図３】
2004181437.tif 000014
【図４】
2004181437.tif 000015
【図５】
2004181437.tif 000016
【図６】
2004181437.tif 000017
【図７】
2004181437.tif 000018
【図８】
2004181437.tif 000019