(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板表面にピット未発生部分の面積率が60％以下となるように高密度に電解ピットが形成され、かつオーバーハング部が存在するステンレス鋼板をガス吸収性液体で濡らしてなる液膜保持性に優れたガス吸収装置用濡壁。
ここで、オーバーハング部とはピット内壁面が鋼板板厚中央部側に傾いている部分をいう。
【請求項２】
下記(1)で定義されるオーバーハング密度Ｋが0.05〜1.50の範囲となる請求項１に記載の濡壁。
(1)オーバーハング密度Ｋ：鋼板断面の顕微鏡観察像において、50μm以上の長さの測定範囲を定め、当該測定範囲内におけるオーバーハング部の個数ｎを測定し、その個数ｎを測定範囲の長さ(μm)で除した値をＫとする。
【請求項３】
ガス吸収性液体がＣＯ2ガス吸収性のアルカノールアミン水溶液である請求項１または２に記載の濡壁。
【請求項４】
表面に電解ピットが形成され、かつオーバーハング部が存在するステンレス鋼板からなるＣＯ2ガス吸収用濡壁材であって、当該鋼板を30質量％モノエタノールアミン水溶液40℃中に浸漬して引き上げた後、60℃，95％R.H.湿潤雰囲気中に30日間放置し、その後再び30質量％モノエタノールアミン水溶液40℃中に浸漬して引き上げ鋼板表面が重力の方向と平行になる状態で静止させたとき、モノエタノールアミン水溶液が鋼板表面1m2あたり30g以上の割合で付着保持される性能を有する濡壁材。
ここで、オーバーハング部とはピット内壁面が鋼板板厚中央部側に傾いている部分をいう。
【請求項５】
鋼板表面にピット未発生部分の面積率が60％以下となるように高密度に電解ピットが形成され、かつオーバーハング部が存在するステンレス鋼板からなる濡壁材を、その壁面どうしの間にガス流路が形成されるように間隙をあけて配置し、当該壁面に回収目的物質のガス成分吸収性液体を供給して濡壁を形成させるとともに前記間隙に回収目的物質を含む被処理ガスを通すことによって、被処理ガスと液体を向流接触させるようにしたガス吸収装置。
ここで、オーバーハング部とはピット内壁面が鋼板板厚中央部側に傾いている部分をいう。
【請求項６】
下記(1)で定義されるオーバーハング密度Ｋが0.05〜1.50の範囲となる請求項５に記載のガス吸収装置。
(1)オーバーハング密度Ｋ：鋼板断面の顕微鏡観察像において、50μm以上の長さの測定範囲を定め、当該測定範囲内におけるオーバーハング部の個数ｎを測定し、その個数ｎを測定範囲の長さ(μm)で除した値をＫとする。
【請求項７】
請求項４に記載の濡壁材を、その壁面どうしの間にガス流路が形成されるように間隙をあけて配置し、当該壁面にＣＯ2ガス吸収性液体を供給して濡壁を形成させるとともに前記間隙にＣＯ2を含む被処理ガスを通すことによって、被処理ガスと液体を向流接触させるようにしたＣＯ2ガス吸収装置。
【請求項８】
板厚0.1〜0.6mmのフラットな形状の濡壁材を、その壁面どうしの間にガス流路が形成されるように間隙をあけて平行に配置した請求項５〜７に記載のガス吸収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回収除去目的のガス成分を含む被処理ガスと、その目的ガス成分を吸収する性質のある液体とを向流接触させるための濡壁、およびその濡壁材、並びにその濡壁材を用いたガス吸収装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
化学プラント，廃棄物焼却プラント等において発生する燃焼排ガス中にはＳＯX，ＮＯX，ＨCl等の有害物質が含まれており、現在多くのプラントではこれらの有害物質を大気中に放出させないよう、燃焼排ガスから有害物質の回収を行っている。また昨今、地球温暖化を招くＣＯ2ガスの排出を規制する動きが世界的に広まり、特に火力発電所等の大規模燃焼設備を有するプラントではＣＯ2ガス回収の対応を迫られている。
【０００３】
これら回収すべき物質を含む排ガスからその物質を回収除去する方法としては、ガス吸収塔と称される容器の中で回収目的のガス物質を液体中に吸収させる方法がよく用いられる。その際、液体とガスを効率よく接触させる手法として、内部に隙間のある充填物中にガス吸収性液体とガスを通して接触させる方法や、多孔板からなる棚段にガス吸収性液体を流しながらガスと接触させる方法や、板状体を一定間隔で多数枚並べたものにガス吸収性液体を噴霧等の手段により供給して濡壁を形成し、この濡壁上を伝う液膜とガスを向流接触させる方法が知られている。例えば特開昭56−24029号公報には、棚段と濡壁を組み合わせた構造を有するガス吸収塔が開示されており、その濡壁材としてポリスチレン製の板を使用した例が示されている。
【０００４】
ＣＯ2を回収除去する設備の例として、特開平4−161225号公報および特開平5−245339号公報には、燃焼排ガスをアルカノールアミン水溶液と向流接触させて吸収させる装置が示されている。このうち特開平5−245339号公報にはＣＯ2吸収性液体としてアルカノールアミンのうち、モノエタノールアミン水溶液が通常好んで用いられると記載されており  濡壁方式を用いた例が示されている。また、これらの公報には、脱ＣＯ2処理の他、ガス吸収性液体の再生処理，脱硫処理，スラッジ処理等を行う付帯設備が示されており、大規模なプラントではＣＯ2等のガス吸収装置は、排ガス処理設備の一部に組み込まれて使用されることがわかる。なお、これらの公報には濡壁材の材質や構造について特段の工夫を試みた記載はない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
充填物を用いて液体とガスを接触させる方式は吸収効率を高めるには有利である反面、圧損が大きく、装置の嵩および重量も大きくなるという欠点がある。このため、火力発電プラント等の大規模な排ガス処理設備においては濡壁方式を用いることが有利となる。また、耐久性の面からは濡壁材の材質を金属板とすることが望ましく、特に耐食性の観点からステンレス鋼板を用いることが好ましい。
【０００６】
しかし、従来の濡壁方式では、ブロアー等で吹き込まれた被処理ガスの流れによって壁面の液膜が部分的に途切れたり、あるいは長期間の使用によって濡壁材自体の濡れ性が低下して液膜の形成が不十分となる問題があった。その場合、回収目的ガスの吸収効率は低下し、目標どおりの回収が達成できないこともある。このため、濡壁を用いたガス吸収装置の設計においては、往々にして安全代を見込んだ大きいものを構築せざるを得なくなる。このような事情は、一般市販のステンレス鋼板を用いた場合においても同様である。
【０００７】
濡壁方式における上記のような吸収効率の低下は、濡壁材表面で均一な液膜が維持できなくなる現象に起因するものであり、多かれ少なかれ従来一般の濡壁方式に共通の欠点であると言える。そこで、濡壁材にステンレス鋼板を用いる場合を想定し、できるだけ均一な液膜が維持できる表面状態について考えてみると、以下のような点が挙げられる。
(i) 一般に、ステンレス鋼板表面を脱脂または酸洗することで液体との濡れ性は改善される。
(ii) ステンレス鋼板表面を粗面化すると液膜の保持性は向上する。粗面化手段としては、ダルロール仕上，ＨＬ（ヘアライン）仕上，ショットブラスト仕上，ホーニング仕上等が挙げられる。
【０００８】
しかし、(i)の脱脂または酸洗では一時的に濡れ性を向上させることはできるが、持続性に乏しい。
(ii)の粗面化手段のうちダルロール仕上およびＨＬ仕上は、アルカノールアミン水溶液等との濡れ性改善にあまり効果がない。ショットブラスト仕上，ホーニング仕上は、濡れ性改善には比較的有効である。しかし、薄ゲージ鋼板にショットブラストやホーニング処理を施すと鋼板に「反り」が生じ、フラットな形状の濡壁材が得られない。濡壁方式では限られたスペースに多数の濡壁材を並べることによって吸収効率を高める必要があり、また特に大規模装置においては嵩や質量をできるだけ小さく抑えることが重要となる。そのために、濡壁材はできるだけ薄ゲージで、かつフラットな形状であることが望ましい。したがって、「反り」の発生を伴うショットブラスト仕上やホーニング仕上は、濡壁材の製造に適していない。
【０００９】
本発明は、以上のような現状に鑑み、薄ゲージの鋼板に適用可能な新たな手法を用いてステンレス鋼板表面の液膜保持性を改善し、長期の使用においても高い吸収効率を維持しうるガス吸収装置用の濡壁を実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、ステンレス鋼板表面の液膜保持性を改善する手法について種々検討してきた。その結果、ステンレス鋼板の表面に、ピット開口部の大きさの割には内径が大きく深さも深い特異な形状の微細ピットを多数形成させたとき、アルカノールアミン等のガス吸収性液体に対して優れた液膜保持性を有する濡壁が実現できることを知見した。
【００１１】
すなわち、上記目的は、鋼板表面にピット未発生部分の面積率が60％以下となるように高密度に電解ピットが形成され、かつオーバーハング部が存在するステンレス鋼板をガス吸収性液体で濡らしてなる液膜保持性に優れたガス吸収装置用濡壁によって達成される。
【００１２】
ここで、ピット未発生部分の面積率とは、鋼板表面の垂直投影面積に占めるピット未発生部分の面積の割合(％)をいう。また、オーバーハング部とはピット内壁面が鋼板板厚中央部側に傾いている部分をいう。より厳密には、オーバーハング部の有無は、鋼板の断面を顕微鏡で観察することによって以下のようにして確かめられる。すなわち、鋼板断面に現れる該鋼板表面の輪郭を「断面曲線」と定義したとき、その断面曲線においてピット内壁面が「断面曲線の平均線」の方向より板厚中央部側を向いている部分があれば、その部分は本発明でいうオーバーハング部である（具体的には図３を用いて後述する）。ここで、断面曲線の平均線とは定めた測定範囲において、その断面曲線までの偏差の二乗和が最小になるように設定した直線または曲線をいう。
ここで定義した断面曲線および断面曲線の平均線は、表面粗さの定義と表示に関するJIS B 0601において定義されている「断面曲線」および「断面曲線又は粗さ曲線の平均線」と同様の概念である。
【００１３】
また、上記の好ましい態様として、特に下記(1)で定義されるオーバーハング密度Ｋが0.05〜1.50の範囲となるものを提供する。
(1)オーバーハング密度Ｋ：鋼板断面の顕微鏡観察像において、50μm以上の長さの測定範囲を定め、当該測定範囲内におけるオーバーハング部の個数ｎを測定し、その個数ｎを測定範囲の長さ(μm)で除した値をＫとする。
【００１４】
また、上記発明において、ガス吸収性液体がＣＯ2ガス吸収性のアルカノールアミン水溶液であるものを提供する。
【００１５】
また本発明では、表面に電解ピットが形成され、かつオーバーハング部が存在するステンレス鋼板からなるＣＯ2ガス吸収用濡壁材であって、当該鋼板を30質量％モノエタノールアミン水溶液40℃中に浸漬して引き上げた後、60℃，95％R.H.湿潤雰囲気中に30日間放置し、その後再び30質量％モノエタノールアミン水溶液40℃中に浸漬して引き上げ鋼板表面が重力の方向と平行になる状態で静止させたとき、モノエタノールアミン水溶液が鋼板表面1m2あたり30g以上の割合で付着保持される性能を有する濡壁材を提供する。
【００１６】
さらに本発明では、鋼板表面にピット未発生部分の面積率が60％以下となるように高密度に電解ピットが形成され、かつオーバーハング部を有し、好ましくは上記オーバーハング密度Ｋが0.05〜1.50の範囲となる濡壁材、または特に上記ＣＯ2ガス吸収用濡壁材を、その壁面どうしの間にガス流路が形成されるように間隙をあけて配置し、当該壁面に回収目的物質のガス成分吸収性液体を供給して濡壁を形成させるとともに前記間隙に回収目的物質を含む被処理ガスを通すことによって、被処理ガスと液体を向流接触させるようにしたガス吸収装置を提供する。
【００１７】
また特に、上記ガス吸収装置において、板厚0.1〜0.6mmのフラットな形状の濡壁材を、その壁面どうしの間にガス流路が形成されるように間隙をあけてほぼ平行に配置した構成のものを提供する。
ここで、板厚は、ピットが形成された鋼板の厚さをマイクロメータで測定することによって求めることができる。フラットな形状とは、鋼板に「反り」や「しわ」がほとんどないことを意味する。ミクロ的なピットが少なくて表面が平滑であることを意味するのではない。具体的には、例えば１枚の濡壁材を水平面上に置いたとき、水平面を基準とした表面高さの変動が板厚の３倍以下に収まるようなものを、ここではフラットな形状の濡壁材という。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は、濡壁材に特殊な粗面化表面を有するステンレス鋼板を用いることによって優れた液膜保持性を呈する濡壁を実現するものである。その特殊な粗面化表面とは、オーバーハング部を持つピットが数多く形成された形態のものである。
【００１９】
図１，図２に、本発明に適するステンレス鋼板濡壁材の表面と断面の電子顕微鏡（SEM）写真の一例を示す。鋼板表面にピットが高密度に形成されていることがわかる。各ピットの壁面は概ね球面状になっており、ピット開口部の大きさの割には深さのある半球状のピットが多く見られる。このようなピット形態は本発明の濡壁材に特徴的なものであり、これによって濡壁材表面への液体の付着性を高めているのである。
【００２０】
図３には、図２の断面写真の拡大スケッチを示してある。図３中、測定範囲75μmの範囲において矢印を付した箇所がオーバーハング部である。濡壁は、通常、鋼板表面が重力の方向とほぼ平行になるようにして（すなわち立てた状態で）使用される。このとき、オーバーハング部はダムのような役割を呈し、液体の溜まり場を形成する。鋼板表面に溜まり場が形成されると、溜まり場近傍のピット壁に付着していた液体は、溜まり場内の液体に接することによって生じる表面張力を利用して、溜まり場周辺のピット内部に一層とどまりやすくなる。このようにして本発明の濡壁では、液体が表面張力のみによって鋼板に付着しようとする場合に比べ、液体の付着性を著しく高めるものと考えられる。このため、液体の供給むらや、ガス流による吹き飛ばしによって通常なら部分的に液膜が途切れるような場合でも、本発明の濡壁においては液膜の下（下とは板厚中心方向）のピット内、なかでも特にオーバーハング部を有するピット内に豊富な液体が蓄えられているため、これが供給源となって、液膜は多くの場合途切れることなく維持される。そして、結果的にガス吸収効率の向上をもたらすのである。
【００２１】
後述するように、このオーバーハング部を持つピットはステンレス鋼板表面を特定の電解液中で電解することによって形成される。鋼板表面の一部を観察したとき、オーバーハング部を持つピットが形成されていれば、その電解条件で電解された鋼板表面には同様の形態のピットが他にも多数形成されていると見てよい。このため、その鋼板表面は高い液膜保持性を呈すると考えられる。
【００２２】
発明者らはさらに一歩踏み込んで研究し、アルカノールアミン水溶液等のガス吸収性液体の液膜保持性について、高い改善効果が得られる表面状態を特定することができた。すなわち、先に(1)で定義したオーバーハング密度Ｋを0.05〜1.50の範囲にするのが効果的であることを見出すに至ったのである。オーバーハング密度Ｋが0.05未満だと、立てた状態の濡壁材表面で液体の溜まり場を形成するオーバーハング部の数が少ないため、あまり大きな効果改善は得られない。一方、オーバーハング密度Ｋが1.50を超えるような場合は、ピット開口部の径が小さくなっており、かつピット内面の曲率もかなり小さくなっていることから、溜まり場の形成箇所は増えるものの、その溜め込み容量は低下し、液膜保持性の改善効果は却って小さくなる。したがって、オーバーハング密度Ｋが0.05〜1.50の範囲になるように粗面化された鋼板を用いることが好ましい。
【００２３】
なお、図３の例では、測定範囲75μmあたりオーバーハング部の数は23個であるから、前述の(1)の定義に従うと、オーバーハング密度Ｋは23個／75μm＝0.31と求められる。
【００２４】
また、ピットはできるだけ高密度に存在していることが望ましい。ピット未発生部分の面積率が60％以下となるように高密度にピットが存在するするとき、濡壁の液膜保持性は特に良好となることがわかった。これは、ピットがある程度以上高密度に存在していることによって、濡壁表面で液膜が途切れそうになった箇所に、近傍のピットから効果的に液体が供給されるためだと考えられる。
【００２５】
上記図１，図２に示した粗面化表面は、実質上ピットが隙間なく形成されている最も好ましい場合の例である。ここで、実質上隙間なくピットが形成されているとは、各ピットの間に粗面化前の表面（未電解部分）が残っていないことを意味する。換言すれば、各ピットは周囲全体が他のピット（ピットと呼べるかどうか疑わしい微小な凹部を含む）と接するようにして連続的につながっている状態を意味する。
【００２６】
本発明の濡壁は、基本的にどのようなガス吸収性液体を対象とした場合にも、上記の特殊な表面形態によって液膜保持性の改善効果を発揮する。ただし、本発明に従えば後述するように薄板でフラットな形状の濡壁材が作れるため、特に大規模なガス吸収装置に適する。この長所を活かすことのできる例として、大規模燃焼設備を有するプラントのＣＯ2ガス吸収装置が挙げられる。ＣＯ2ガス吸収性のアルカノールアミン水溶液としては、モノエタノールアミン，ジエタノールアミン，トリエタノールアミン，メチルジエタノールアミン，ジイソプロパノールアミン，ジグリコールアミン等の水溶液、あるいはこれらの混合水溶液を挙げることができ、通常、モノエタノールアミン水溶液が好んで用いられている（特開平5−245339号公報参照）。
【００２７】
ＣＯ2ガス吸収用の濡壁材に要求される特性としては、アルカノールアミン水溶液との付着性に優れた表面を有していることが必要であるとともに、その良好な付着性が長期間の使用によって劣化しないことも重要となる。種々検討した結果、そのような性能を有する濡壁材は以下のような一定条件の試験に供することによって判定することができる。
【００２８】
すなわち、
▲１▼電解によって表面にピットを形成させた被評価用鋼板から切り出した矩形のサンプルを用意し、そのサンプルの表面積を求める。ここでいう表面積はピットの凹凸形状を考慮した理論表面積ではなく、サンプル寸法から算出される表面積（厚さを無視したもの）であり、長辺×短辺×２(裏表)により求まる。
▲２▼付着させる液体として、30質量％モノエタノールアミン水溶液40℃を用意する。
▲３▼上記サンプルを上記水溶液中に浸漬して引き上げた後、60℃，95％R.H.湿潤雰囲気中に30日間放置する。
▲４▼湿潤雰囲気から取り出したサンプルの質量を測定する。
▲５▼その後、サンプルを再び上記と同じ濃度・温度のモノエタノールアミン水溶液に浸漬して、静かに引き上げ、そのまま鋼板表面が重力の方向と平行になる状態でほぼ静止させる。このとき、重力のみによって自然に液滴を滴下させる。そして、液滴の滴下が認められなくなったときのサンプルの質量（鋼板＋付着した水溶液）を測定する。ただし、余り長時間放置すると水溶液の蒸発が進むため、液滴が約10秒間滴下しなくなった時点で「滴下が認められなくなった」とみなしてよい。
▲６▼上記▲５▼で求めたサンプル質量と▲４▼で求めたサンプル質量の差から付着保持された水溶液の質量を求め、これを▲１▼で求めた表面積で除して鋼板表面1m2あたりの液体付着量を求める。
【００２９】
以上のようにして求めたモノエタノールアミン水溶液の付着量が30g/m2以上である鋼板は、ＣＯ2ガス吸収用の濡壁材として長期的安定的に優れた性能を維持するものである。したがって、例えば同一条件で電解処理された同一鋼帯から１つのサンプルを切り出し、これについて上記の方法でモノエタノールアミン水溶液の付着量を調べ、これが30g/m2以上であれば、その同一ロットの鋼帯はＣＯ2ガス吸収用濡壁材として優れた液膜保持性を呈するものであると判断することができ、品質管理の信頼性を高めることが可能となる。
なお、モノエタノールアミン水溶液に対して上記の優れた付着性を呈する鋼板は、他の各種アルカノールアミン水溶液に対しても優れた性能を発揮する。
【００３０】
本発明では、濡壁材の強度および耐食性の点から、ステンレス鋼板を使用する。ステンレス鋼は、Crを例えば10〜25質量％程度含有させて耐食性を付与した鋼であるが、本発明では用途に応じて種々のステンレス鋼種が使用できる。例えば、JIS G 4305に規定されている既存のステンレス鋼種が使用できる他、これらをベースに改良された特殊元素を含むものも使用できる。
【００３１】
前記のような特徴ある粗面化表面は、ステンレス鋼板をFe3+を含む水溶液中で交番電解処理することによって得ることができる。そのメカニズムを簡単に説明する。
電解液中でステンレス鋼板を交番電解すると、まずアノード電解によりピットが形成され、次のカソード電解でＨ2が発生する。このとき電解液中にFe3+が含まれていると、未だピットが形成されていないフラットな表面に比べピット内部では一時的にFe3+＋3ＯＨ-→Fe(ＯＨ)3の反応が起こる領域までpHが上昇し、この時にピット内壁はFe(ＯＨ)3に覆われ保護される。このため、次のアノード電解ではピット内部よりもＨ2発生により活性化されているフラットな表面が優先的に溶解され、この繰り返しによって比較的短時間に微細なピットがステンレス鋼板表面にほぼ均一に形成される。
【００３２】
電解液のエッチング力が弱いと浅めのピットが形成されやすく、エッチング力が増すにつれて半球状あるいは鍵穴状といったピット開口部の大きさの割には深さのあるピットが形成されるようになる。これは、エッチング力を強めるとステンレス鋼板の不動態化作用が低下し、深さ方向へのピット成長が促進されるためだと考えられる。
【００３３】
Fe3+を含まない塩化第一鉄，硝酸，塩酸，硫酸等の電解液中では、上記メカニズムを利用した電解粗面化が行えない。さらに、本発明ではステンレス鋼を対象とするので、電解液中にはステンレス鋼の酸化作用を促進するＮＯ3-，ＳＯ42-といったイオンが含まれていないことも、孔食、すなわちピット形成を容易にさせ、短時間での粗面化処理を可能にするための重要な条件となる。このような観点から、電解液としてはFe3+を含む塩化第二鉄水溶液を使用するのが好ましい。
【００３４】
電解液の濃度や電解条件は、ステンレス鋼種に応じて適正な範囲に設定する必要がある。例えば、フェライト系ステンレス鋼の場合、Fe3+濃度：1〜50g/L（Lはリットルを意味する）の塩化第二鉄水溶液中で、アノード電解時の電流密度：1.0〜10.0kA/m2，カソード電解時の電流密度：0.1〜3.0kA/m2とした0.5〜5Hzの交番電解を10〜120秒間施す条件範囲において、最適条件を定めるとよい。また、オーステナイト系ステンレス鋼の場合、Fe3+濃度：30〜120g/Lの塩化第二鉄水溶液中で、アノード電解時の電流密度：1.0〜10.0kA/m2，カソード電解時の電流密度：0.3〜3.0kA/m2とした0.5〜5Hzの交番電解を10〜120秒間施す条件範囲において、最適条件を定めるとよい。
【００３５】
以上説明したようなオーバーハング部を持つ電解ピットが形成されたステンレス鋼板は、優れた液膜保持性を呈するため、これを濡壁材として用いることによって、吸収効率の改善されたガス吸収装置を構成することができる。具体的には、この濡壁材を、その壁面どうしの間にガス流路が形成されるように間隙をあけて配置し、当該壁面に回収目的物質（例えばＣＯ2）を吸収する性質の液体を供給して濡壁を形成させるとともに前記間隙に回収目的物質を含む被処理ガスを通すことによって、被処理ガスと液体を向流接触させるようにしてガス吸収装置を構成する。
【００３６】
ガス流路となる間隙を設ける方法としては、平板を多数枚平行に並べる方法や、波板を並べる方法など、種々考えることができるが、大規模な装置においては前者が適していると考えられる。例えば、両面に上記の電解ピットを形成させた板厚0.1〜0.6mmのフラットな形状の濡壁材を、その壁面どうしの間に被処理ガスが通る間隙をあけて平行に配置する構造が望ましい。具体的には、１m角程度のサイズの濡壁材を各々が接触しないように10mm程度の間隔をあけて数百枚並べるような構造のものが、大規模なガス吸収装置には適している。このように大きなサイズの濡壁材を小さい間隔で多数枚平行に配置するには、できるだけ薄ゲージの鋼板を用いてフラットな形状の濡壁材を製造しなくてはならない。この点、本発明における前記粗面化表面はダルロール圧延やショットブラスト処理等の機械的手段ではなく、電解という化学的手段によって形成されるものであるから、鋼板が反るような心配はなく、大サイズでありながらフラットな形状の濡壁材を得ることができる。
【００３７】
このような濡壁材で構成されたガス吸収装置は、一般的にはガス吸収塔に組み込まれて使用される。また、既存のガス吸収塔においては、従来のガス吸収装置と置き換えることによって処理能力の向上を果たすことが可能であると考えられる。
【００３８】
【実施例】
〔実施例１〕
板厚0.15mmのSUS430のステンレス鋼板を用い、モノエタノールアミン水溶液の付着量に及ぼす表面仕上げの影響を調査した。供試材として、２Ｄ仕上（酸洗仕上），No.4仕上（＃150〜180研磨仕上），２ＤＲ仕上（酸洗後ダルスキンパス仕上）の各市販材と、２Ｄ仕上げ材をベースに塩化第二鉄水溶液中で交番電解処理を施してピットを形成させた３種類の粗面化仕上げ材を用意した。その３種類の粗面化仕上げ材は、電解条件を変えることで、以下の粗面化形態とした。
(a)材：ピット未発生部分の面積率が約80％で、オーバーハング密度Ｋが0.05未満のもの。
(b)材：ピット未発生部分の面積率が約30％で、オーバーハング密度Ｋが約0.16のもの。
(c)材：ピット未発生部分の面積率が約5％未満で、オーバーハング密度Ｋが約0.38のもの。
【００３９】
いずれの供試材も100×150mmの寸法に切り出し、表面の清浄性を合わせるために電解脱脂したものを試験片とした。
各試験片を、まず30質量％モノエタノールアミン水溶液40℃中に浸漬して引き上げ、水溶液の付着量を調べた。次いで60℃，95％R.H.湿潤雰囲気中に30日間放置した。その後再び上記と同様の水溶液中に浸漬して引き上げ、水溶液の付着量を調べた。具体的には本明細書中で先に記載した▲１▼〜▲６▼の手順に準じて実験を行った。ただし、ここでは湿潤試験前の水溶液付着量を測定するために▲３▼の前にもサンプルの質量を測定し、▲３▼で水溶液から引き上げた後にも▲６▼と同様の方法で水溶液の付着量を調べた。湿潤試験前・後の水溶液付着量を比較することで長期使用による濡れ性劣化の程度を評価することができる。
【００４０】
図４に試験結果を示す。市販材である２Ｄ，No.4，２ＤＲの各仕上げ材を比較すると、研磨仕上のNo.4が他より若干液体付着性に優れている。しかし、いずれも湿潤試験の後において液体付着量は大幅に低下しており、初期の濡れ性が維持できないことがわかる。一方、粗面化仕上げ材を見ると、ピット未発生部分が約80％残っている(a)材では、前記市販材と同レベルの液体付着性しか得られていない。これに対し、ピット未発生部分の少ない(b)材および(c)材では、飛躍的に付着性が向上しており、特に湿潤試験後においても高い液体付着性を維持していることがわかる。このような優れた特性は、前述のようにオーバーハング部に液体の溜まり場が形成されることによって生じる効果であると考えられる。特に、ピット未発生部分が5％未満と非常に少ない(c)材では湿潤試験前・後で液体付着性に差が生じなくなっていることから、湿潤試験後に高い液体付着性が維持される効果はこの特徴ある粗面化形態によるものであると考えることができる。つまり、本発明の濡壁材に形成された粗面化表面は、長期使用等により、通常の表面では液体濡れ性が低下するような状況下でも優れた液体付着性を維持することが確認された。
【００４１】
〔実施例２〕
濡壁型ガス吸収装置を組み込んだ小型吸収塔モデルを用いて、ＣＯ2ガスの吸収率を測定する実験を行った。実験装置の構成は図５に模式的に示してある。ガス吸収装置は、SUS304鋼板の両面にピット未発生部分の面積率が約30％，オーバーハング密度Ｋが約0.18の電解粗面化表面を形成させた濡壁材を用いたもの（発明例）および市販のSUS304鋼板２Ｂ仕上げ材をそのまま濡壁材として用いたもの（比較例）の２種類を作製した。いずれの装置も濡壁材の寸法は70×100×0.2mmで、20枚の濡壁材を隣りどうしが接触しないように5mm間隔で平行に並べて構成した。２種類のガス吸収装置のうちの１つを濡壁材壁面が重力の方向と平行になるように吸収塔に組み込んだ。ガス吸収装置の上部からモノエタノールアミン水溶液をノズルにより散布して濡壁を形成させるとともに、下部からはＣＯ2を含む被処理ガスをブロアーにより吹き込み、ガスと上記水溶液を向流接触させた。その際、被処理ガス中のＣＯ2濃度は一般的なボイラ燃焼排ガス濃度に調整した。
【００４２】
具体的実験条件は以下のとおりである。
・被処理ガスのＣＯ2濃度（入口濃度）：10体積％
・被処理ガス温度（入口温度）：55℃
・被処理ガスの流量：2.0m3N/h
・モノエタノールアミン水溶液濃度：30質量％
・モノエタノールアミン水溶液温度：40℃
・モノエタノールアミン水溶液供給量：3L/h
【００４３】
このような実験稼働を上記２種類のガス吸収装置ごとに行い、稼働開始から１時間経過後に、ガス吸収塔の頂上部から排出される精製ガスを採取してＣＯ2濃度を測定した。その結果、発明例のガス吸収装置を使用した場合のＣＯ2ガス吸収率は95％以上と高かったのに対し、比較例のガス吸収装置を使用した場合は約85％程度であった。この実験により、本発明の粗面化仕上げ材を用いたガス吸収装置はガス吸収効率の明らかな向上をもたらすことが確認された。なお、この実験ではピット未発生部分の面積率が約30％の濡壁材を用いたが、より高密度にピットが形成された濡壁材を用いると一層の改善効果が得られるものと考えられる。また、実際の大規模操業において液体供給の不均一やガス流による液膜の吹き飛ばしが生じる悪条件下に曝された場合には、本発明装置による高い液膜保持性が効果的に発揮されて、従来の装置との性能差は上記実験結果よりも一層大きくなるものと期待される。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば濡壁方式のガス吸収装置において吸収効率の向上を実現することができた。特に、単に濡壁材と液体との濡れ性のみによって液膜を保持する従来の方式に比べ、液体供給の不均一やガス流による吹き飛ばしに起因する液膜の途切れが減少し、また、長期使用での濡れ性劣化に起因する液膜保持性の低下も大幅に改善された。このため、初期の優れたガス吸収効率が長期安定的に維持される。さらに、本発明の濡壁材は薄ゲージのステンレス鋼板を用いて大面積でかつフラットな形状のものが製造できるので、ＣＯ2ガス吸収装置等の大規模装置に適しており、設備のコンパクト化にも寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に適用できるステンレス鋼板の粗面化表面を見た電子顕微鏡（SEM）写真である。
【図２】図１の試料の断面を見た電子顕微鏡（SEM）写真である。
【図３】図２の断面写真の拡大スケッチである。
【図４】  SUS304の各表面仕上げ材についてモノエタノールアミン水溶液の付着性を示したグラフである。
【図５】濡壁型ガス吸収装置を組み込んだ小型吸収塔モデルの構成を模式的に表した図である。
【図１】
0004413416.tif 000002
【図２】
0004413416.tif 000003
【図３】
0004413416.tif 000004
【図４】
0004413416.tif 000005
【図５】
0004413416.tif 000006