(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
揮発性酸液を含有する水溶液を蒸発濃縮することにより濃縮酸液および酸性ガス含有蒸気を生成する蒸発器と、導入された蒸気を凝縮することにより凝縮水を生成する凝縮器とを備え、流路を介して前記蒸発器で生成された酸性ガス含有蒸気を前記凝縮器に導くように構成されている濃縮処理装置であって、
前記流路は、アルカリ液を散布するアルカリ液散布装置と、前記アルカリ液散布装置の下流側で前記凝縮器で生成された凝縮水を還流して散布する補助散布装置とを備える濃縮処理装置。
【請求項２】
前記凝縮器は、前記流路が接続される開口部を有する凝縮器本体と、前記凝縮器本体の内部に設置される伝熱管とを備えており、
前記開口部と前記伝熱管との間には、前記補助散布装置から散布され前記開口部から前記伝熱管に向けて流れる凝縮水が前記伝熱管に直接衝突するのを防ぐ緩衝部材が設けられている請求項１に記載の濃縮処理装置。
【請求項３】
揮発性酸液を含有する水溶液を蒸発濃縮することにより濃縮酸液および酸性ガス含有蒸気を生成する蒸発器と、導入された蒸気を凝縮することにより凝縮水を生成する凝縮器とを備え、流路を介して前記蒸発器で生成された酸性ガス含有蒸気を前記凝縮器に導くように構成されている濃縮処理装置において、前記流路を流れる酸性ガス含有蒸気を中和する中和処理方法であって、
前記流路を流れる酸性ガス含有蒸気に、アルカリ液を散布するアルカリ液散布ステップと、
前記流路のアルカリ液散布エリアの下流側で、前記凝縮器で生成された凝縮水を還流して散布する補助散布ステップとを備える中和処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩酸やリン酸などの揮発性酸液を含む水溶液を濃縮処理する濃縮処理装置および中和処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、塩酸やリン酸などの揮発性酸液を含む水溶液を濃縮処理する装置として、特許文献１に開示されているような濃縮処理装置が知られている。
【０００３】
この特許文献１に開示されている濃縮処理装置は、図３の概略構成図に示すように、蒸発器１１０、蒸気ダクト１２０および凝縮器１３０を備えている。蒸発器１１０は、底部に貯留される揮発性酸液を含む水溶液を管路１０３および散布ノズル１０５を介して間接式加熱管１０７の表面に散布して蒸発させることにより濃縮酸液および酸性ガス含有蒸気を生成する装置である。蒸気ダクト１２０は、蒸発器１１０で生成された酸性ガス含有蒸気を凝縮器１３０に導く流路であり、その内部にアルカリ液供給管路１４０から供給されるアルカリ液を散布するアルカリ液散布ノズル１２５を備えている。凝縮器１３０は、蒸気ダクト１２０を通過した蒸気を凝縮することにより凝縮水を生成する装置である。
【０００４】
このように構成された濃縮処理装置１００は、蒸発器１１０において水蒸気と共に生成された酸性ガスを蒸気ダクト１２０内においてアルカリ液散布ノズル１２５から散布されるアルカリ液と接触させることにより中和し、除去するというものである。
【特許文献１】特開平７−２４２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されている濃縮処理装置により揮発性酸液を含む水溶液を濃縮処理する場合、十分な中和反応を行うことが難しく、蒸気ダクトや凝縮器において生成される凝縮水に酸性ガスが溶け込んでしまい、蒸気ダクトや凝縮器に酸性の凝縮水による腐食が発生するという問題があった。
【０００６】
また、十分な中和反応を行うためには、酸性ガスとアルカリ液との接触時間を長くする必要があることから、ダクトが大型化して設備コストが増大すると共に、濃縮処理を行う装置の設置場所が制限されるという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決すべくなされたものであって、内部腐食を防止しつつ、コンパクトな構成で揮発性酸液を濃縮処理することができる濃縮処理装置および中和処理方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、揮発性酸液を含有する水溶液を蒸発濃縮することにより濃縮酸液および酸性ガス含有蒸気を生成する蒸発器と、導入された蒸気を凝縮することにより凝縮水を生成する凝縮器とを備え、流路を介して前記蒸発器で生成された酸性ガス含有蒸気を前記凝縮器に導くように構成されている濃縮処理装置であって、前記流路は、アルカリ液を散布するアルカリ液散布装置と、前記アルカリ液散布装置の下流側で前記凝縮器で生成された凝縮水を還流して散布する補助散布装置とを備える濃縮処理装置により達成される。
【００１０】
また、前記凝縮器は、前記流路が接続される開口部を有する凝縮器本体と、該凝縮器本体の内部に設置される伝熱管とを備えており、前記開口部と前記伝熱管との間には、前記補助散布装置から散布され前記開口部から前記伝熱管に向けて流れる凝縮水が前記伝熱管に直接衝突するのを防ぐ緩衝部材が設けられていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の上記目的は、揮発性酸液を含有する水溶液を蒸発濃縮することにより濃縮酸液および酸性ガス含有蒸気を生成する蒸発器と、導入された蒸気を凝縮することにより凝縮水を生成する凝縮器とを備え、流路を介して前記蒸発器で生成された酸性ガス含有蒸気を前記凝縮器に導くように構成されている濃縮処理装置において、前記流路を流れる酸性ガス含有蒸気を中和する中和処理方法であって、前記流路を流れる酸性ガス含有蒸気に、アルカリ液を散布するアルカリ液散布ステップと、前記流路のアルカリ液散布エリアの下流側で、前記凝縮器で生成された凝縮水を還流して散布する補助散布ステップとを備える中和処理方法により達成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、内部腐食を防止しつつ、コンパクトな構成で揮発性酸液を濃縮処理することができる濃縮処理装置および中和処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る揮発性酸液を含む水溶液の濃縮処理装置について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る濃縮処理装置の概略構成図である。図１に示すように、濃縮処理装置１は、蒸発器１０、蒸気ダクト２１および凝縮器３０を備えている。
【００１４】
蒸発器１０は、密閉型の蒸発室１１、原液散布ノズル１２および間接式加熱器１３を備えている。蒸発室１１は、その底部において図示しない原液タンクから延びる原液供給管路６１が接続されており、原液タンクから供給される揮発性酸液を含む水溶液を蒸発室１１内の底部に貯留することができるように構成されている。また、蒸発室１１の上部には、蒸発器１０において生成される酸性ガス含有蒸気を凝縮器３０に導く流路である蒸気ダクト２１が接続している。
【００１５】
原液散布ノズル１２は、後述するように、蒸発室１１内の底部に貯留されている揮発性酸液を含む水溶液を複数の加熱管１４の外表面に向けて供給する供給手段であり、蒸発室１１内の上部に設けられている。この原液散布ノズル１２と蒸発室１１の底部とは、循環ポンプを有する循環管路６２により接続されており、蒸発室１１内の底部に貯留されている水溶液が循環管路６２を介して原液散布ノズル１２に供給されるように構成されている。また、循環管路６２の途中には、揮発性酸液を含む水溶液の濃縮処理終了時において、蒸発室１１内の底部に溜まった濃縮酸液を外部に排出する濃縮酸液排出管路６３が接続されている。
【００１６】
間接式加熱器１３は、蒸発室１１内に設けられる複数の加熱管１４と、これら複数の加熱管１４の両端にそれぞれ接続されている第１ヘッダ１５および第２ヘッダ１６とを備えている。これら複数の加熱管１４は、上下方向に沿って配置されている。第１ヘッダ１５の下部には、加熱蒸気が供給される加熱蒸気供給管路６４が接続しており、この加熱蒸気供給管路６４と第１ヘッダ１５との接続部よりも上方には、第１ヘッダ１５内を仕切る第１仕切部材１５ａが設けられている。第２ヘッダ１６の上部には、加熱管１４内を流れる加熱蒸気を外部に排出する加熱蒸気排出管路６５が接続しており、この加熱蒸気排出管路６５と第２ヘッダ１６との接続部よりも下方には、第２ヘッダ１６内を仕切る第２仕切１６ａ部材が設けられている。この第２仕切１６ａ部材は、加熱蒸気供給管路６４から第１ヘッダ１５内に導入された加熱蒸気が、加熱管１４ａ，１４ａを介して第２ヘッダ１６に導かれた後、加熱管１４ｂを介して第１ヘッダ１５内に導かれ、更に、加熱管１４ｃを介して第２ヘッダ１６に導かれた後、加熱蒸気排出管路６５を介して外部に排出されるように第２ヘッダ１６内に設けられている。
【００１７】
蒸気ダクト２１は、蒸発器１０において生成された酸性ガス含有蒸気を凝縮器３０に導く流路であり、その内部にアルカリ液散布装置２２と補助散布装置２３とを備えている。
【００１８】
アルカリ液散布装置２２は、アルカリ液供給管路６６を介して図示しないアルカリ液貯留タンクに接続している。アルカリ液散布装置２２から散布されるアルカリ液としては、例えば、水酸化ナトリウム水溶液や、水酸化カルシウム水溶液などを例示することができる。
【００１９】
補助散布装置２３は、アルカリ液散布装置２２よりも下流側（凝縮器３０側）に配置されており、凝縮水循環管路６７を介して凝縮器３０の凝縮水貯留部３３に接続し、凝縮器３０で生成される凝縮水を還流して散布できるように構成されている。
【００２０】
凝縮器３０は、蒸発器１０で生成され蒸気ダクト２１を通過して導かれる蒸気を凝縮することにより凝縮水を生成する装置であり、凝縮器本体３１、伝熱管３２、凝縮水貯留部３３および緩衝部材３４を備えている。凝縮器本体３１の上部には、蒸気ダクト２１が接続する開口部３５が形成されている。
【００２１】
伝熱管３２は、凝縮器本体３１の内部に複数設けられており、図示しない冷却塔等で冷却された工業用水や冷凍装置で冷却された冷水（チラー水）が、冷却水管路６８を介して伝熱管３２の内部を流れるように構成されている。蒸発器１０から導かれる蒸気は、複数の伝熱管３２の外表面において、伝熱管３２内部を流れる冷却水との間で熱交換を行い、熱を奪われて凝縮水に変換される。
【００２２】
凝縮水貯留部３３は、伝熱管３２の熱交換作用により凝縮される凝縮水を貯留する部材であり、凝縮器本体３１の下部に設けられている。この凝縮水貯留部３３には、貯留される凝縮水を上述の補助散布装置２３に導くための凝縮水循環管路６７が接続している。また、凝縮水循環管路６７の途中には、凝縮水を外部に排出する凝縮水排出管路６９が接続している。
【００２３】
緩衝部材３４は、平板状部材であり、図示しない支持部材によって凝縮器本体３１内に設置されている。この緩衝部材３４の平面視形状は、特に限定されず、例えば、円形状や矩形状であってもよい。また、緩衝部材３４は、凝縮器本体３１の開口部３５の直下であって、当該開口部３５と伝熱管３２との間に配置されている。平板状の緩衝部材３４の大きさは、補助散布装置２３から散布されて蒸気ダクト２１を通過し、開口部３５から伝熱管３２に向けて流れる凝縮水が直接伝熱管３２に衝突することを回避することができる大きさに形成されている。また、緩衝部材３４に衝突した凝縮水が緩衝部材３４の上面に溜まることを防止して下方に向けてスムーズに流すために、図２の断面図に示すように平板状の緩衝部材３４の各辺を斜め下方に向けて屈曲させることが好ましい。
【００２４】
このように構成された濃縮処理装置１を用いて、塩酸やリン酸などに代表される揮発性酸液を含む水溶液を濃縮処理する方法を以下に説明する。
【００２５】
蒸発室１１内の底部に貯留された揮発性酸液を含む水溶液は、循環ポンプの作用により循環管路６２を通過して原液散布ノズル１２に供給される。原液散布ノズル１２に供給された水溶液は、当該原液散布ノズル１２により間接式加熱器１３における各加熱管１４の外表面に散布され、ここで加熱されることによって水溶液中の水の一部が蒸発し、水蒸気が生成される。このとき、揮発性酸液の一部も水の蒸発と一緒に気化し酸性ガスが生成される。
【００２６】
各加熱管１４の外表面において蒸発しなかった水溶液は、各加熱管１４の外表面に沿って流下して蒸発室１１内の底部に貯留されている水溶液に戻り、再び循環管路６２を通過して原液散布ノズル１２に供給される。蒸発室１１内の底部における水溶液は、蒸発濃縮による処理が終了するまで循環管路６２を循環することとなる。なお、蒸発室１１内の底部における水溶液を蒸発濃縮することにより生成された濃縮酸液は、濃縮処理終了時に濃縮酸液排出管路６３を介して外部に排出される。
【００２７】
上記間接式加熱器１３の各加熱管１４の加熱作用により蒸発室１１内において生成された酸性ガス含有蒸気は、蒸発室１１の上部に接続している蒸気ダクト２１に導かれる。
【００２８】
蒸気ダクト２１に導かれた酸性ガス含有蒸気は、アルカリ液散布装置２２によるアルカリ液散布エリアを通過した後、補助散布装置２３による凝縮水散布エリアを通過して、酸性ガスが除去されて凝縮器３０に導入される。アルカリ液散布装置２２から散布されるアルカリ液の流量やアルカリ濃度は、凝縮水排出管路６９を介して凝縮器３０から外部に排出される凝縮水のＰＨ値が、例えば、水汚濁防止法に規定されている排水規制値の範囲内となるように、揮発性酸液を含む水溶液の酸濃度に基づいて計算により求める。特に酸露点腐食を防止する観点からは、ＰＨ値が７以上排水規制値の上限値以下となるように設定して散布することが好ましい。また、補助散布装置２３から散布する凝縮水の流量は、凝縮器３０の凝縮能力にもよるが、例えば、凝縮水排出管路６９を介して凝縮器３０から排出される凝縮水の流量の５０％以上であることが好ましい。
【００２９】
蒸気ダクト２１に導かれた酸性ガス含有蒸気の一部は、蒸気ダクト２１を通過する間に外気との熱交換により冷やされ、蒸気ダクト２１内において酸性の凝縮水として凝縮することになるが、アルカリ液散布装置２２からアルカリ液が散布されているので、蒸気ダクト２１内において生成された酸性の凝縮水はアルカリ液により中和され中和液となる。これにより、蒸気ダクト２１内における酸露点腐食を防止することが可能になる。中和された凝縮水は、酸性ガス含有蒸気の流れに伴って凝縮器３０に導かれ、凝縮水貯留部３３に貯留される。
【００３０】
また、酸性ガス含有蒸気を構成する酸性ガスの一部は、アルカリ液散布エリアを通過する際に、直接アルカリ液中に溶け込み中和される。
【００３１】
アルカリ液散布装置２２から散布されたアルカリ液は、このアルカリ液により中和されず残留した酸性ガスを含む水蒸気と共に凝縮水散布エリアに導かれる。この凝縮水散布エリアにおいては、アルカリ液散布装置２２から散布されたアルカリ液、及び、このアルカリ液によって中和されず残留した酸性ガスを含む水蒸気に、補助散布装置２３から凝縮水が散布されることになるが、この凝縮水の散布により、酸性ガスとアルカリ液との中和反応の反応面積が増大することになる。この結果、中和反応が促進され、アルカリ液と酸性ガスとの接触時間を短縮して、酸性ガスを含む水蒸気から酸性ガスを効率良く除去することができる。
【００３２】
次に、酸性ガスが除去された水蒸気は、凝縮器本体３１の開口部３５から凝縮器３０内に導入され、伝熱管３２の熱交換作用により伝熱管３２の外表面において凝縮水に変換され、凝縮水貯留部３３に貯留される。凝縮水貯留部３３に貯留された凝縮水の一部は、凝縮水循環管路６７を介して補助散布装置２３へと導かれて蒸気ダクト２１内において散布される。残りの凝縮水は、凝縮水排出管路６９を介して外部に排出される。
【００３３】
また、仮に、上記アルカリ液散布装置２２と補助散布装置２３との作用により中和されなかった酸性ガスが水蒸気と共に凝縮器３０に流入し、伝熱管３２の外表面において酸性の凝縮水が生成されたとしても、補助散布装置２３から散布された大量の凝縮水が、伝熱管３２の外表面に付着し当該表面を覆う液膜を形成することになるため、伝熱管３２の表面において凝縮する酸性の凝縮水の酸濃度を低く押えることができる。また、伝熱管３２の外表面を覆う液膜には、アルカリ液散布装置２２から散布されるアルカリ液が含まれているため、伝熱管３２の表面においても中和反応が行われ、伝熱管３２の酸露点腐食を効果的に防止することができる。
【００３４】
凝縮器３０の内部には、緩衝部材３４が設けられているため、補助散布装置２３から散布され、凝縮器本体３１の開口部３５から伝熱管３２に向けて流れる水の衝撃を受け止めることができる。この結果、開口部３５から流入する水の衝撃により伝熱管３２が損傷することを防止することができる。更に、補助散布装置２３から散布される凝縮水が、緩衝部材３４に衝突した後、凝縮器本体３１の内部に分散することになるため、当該凝縮器３０の内部に設置される各伝熱管３２の外表面の広い範囲に亘って、アルカリ液を含む凝縮水の液膜を形成することが可能になる。この結果、仮に、アルカリ液散布装置２２及び補助散布装置２３の作用により中和されなかった酸性ガスが水蒸気と共に凝縮器３０に流入し、伝熱管３２の外表面において酸性の凝縮水が生成されたとしても、この酸性の凝縮水は伝熱管３２の広い範囲に亘って中和されるため、伝熱管３２において酸露点腐食が発生することをより一層効果的に防止することができる。
【００３５】
このように、本実施形態に係る濃縮処理装置１によれば、蒸気ダクト２１や凝縮器３０の伝熱管３２などが、酸露点腐食により損傷することを防止できる。この結果、蒸気ダクト２１や伝熱管３２の材料として耐腐食性を有するチタンなどの高級材料を採用することなく、例えば、ステンレス（ＳＵＳ３１６）などの安価なものを採用することができ、設備コストの削減を図ることもできる。
【００３６】
また、アルカリ液散布装置２２から散布されたアルカリ液、およびこのアルカリ液によって中和されず残留した酸性ガスを含む水蒸気に補助散布装置２３から水を散布することにより、酸性ガスとアルカリ液との中和反応の反応面積を増大させて、中和反応を促進させ、酸性ガスとアルカリ液との接触時間を短縮することができる結果、効率的に揮発性酸液の濃縮処理を行うことができると共に、蒸気ダクトを小型化することができ濃縮処理装置のコンパクト化が可能になる。
【００３７】
また、アルカリ液散布装置２２から散布されるアルカリ液の流量やアルカリ濃度は、凝縮器３０から外部に排出される凝縮水のＰＨ値が、例えば、７以上水汚濁防止法に規定されている排水規制値の上限値以下の範囲となる量に設定されているため、凝縮器３０において生成された凝縮水のＰＨ値を調整することなく凝縮水排出管路６９から外部にそのまま排出することができ、効率的に揮発性酸液を含む水溶液の濃縮処理を行うことが可能になる。また、アルカリ液散布装置２２から過剰なアルカリ液を散布することもないので、アルカリ液の使用量を削減でき、中和処理に要するコストの低減を図ることもできる。
【００３８】
また、本実施形態においては、補助散布装置２３から散布される水として、凝縮器３０で生成された凝縮水を還流して再利用しているため、中和処理に要するコストの低減を図ることができると共に、水を散布するシステムを簡略・小型化することができる。
【００３９】
発明者らは、ステンレス（ＳＵＳ３１６）により形成される伝熱管３２を有する凝縮器３０を備えた濃縮処理装置１を用いて、リン酸を含む水溶液の濃縮処理を行い、蒸気ダクト２１や凝縮器３０において酸露点腐食が発生しているか否かについて確認する実験を行った。アルカリ液として水酸化ナトリウム水溶液を用い、凝縮器３０から外部に排出される凝縮水のＰＨ値が、原液のリン酸濃度に基づいて計算上７．６となる量をアルカリ液散布装置２２から散布した。また、補助散布装置２３から散布する凝縮水の流量については、凝縮水排出管路６９を介して凝縮器３０から外部に排出される流量の５０％とした。
【００４０】
この結果、蒸気ダクト２１や凝縮器３０において、酸露点腐食の発生が効果的に防止されていることを確認した。また、凝縮器３０で生成され凝縮水貯留部３３に貯留される凝縮水のＰＨ値は、７．２であり、排水に際してＰＨ調整を行うことなく外部に排出できる値であった。なお、凝縮水貯留部３３に貯留される凝縮水のＰＨ値が、計算値（ＰＨ値＝７．６）と一致しないのは、原液供給管路６１から蒸発室１１の底部に供給される原液のリン酸濃度が一定しないためであると思われる。
【００４１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されない。例えば、本実施形態において、補助散布装置２３は、凝縮器３０で生成される凝縮水を還流して散布するように構成されているが、例えば、別途設けられる図示しない貯水タンクから供給される清水を散布するように構成してもよい。なお、清水とは、水道水又は工業用水などの水であってＰＨ値が略７を示す水をいう。
【００４２】
また、補助散布装置２３からアルカリ液を散布するように構成してもよい。このような構成を採用する場合、アルカリ液散布装置２２および補助散布装置２３からそれぞれ散布されるアルカリ液の流量や濃度を適宜調整して、蒸気ダクト２１や凝縮器３０に酸露点腐食が発生することなく、更に、凝縮水排出管路６９を介して凝縮器３０から外部に排出される凝縮水のＰＨ値が、例えば、７以上水汚濁防止法に規定されている排水規制値の上限値以下となるように設定する。また、補助散布装置２３から散布されるアルカリ液の流量は、補助散布装置２３から凝縮水を散布する場合と同程度とすることが好ましい。
【００４３】
また、本実施形態において、凝縮器本体３１の内部に設けられる緩衝部材３４として、平板状部材を採用しているが、このような構成に特に限定されず、例えば、断面視において、凝縮器本体３１に形成される開口部３５に向けて突となる湾曲状部材やＶ字状部材を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る濃縮処理装置を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す濃縮処理装置を構成する凝縮器のＡ−Ａ断面図である。
【図３】従来の濃縮処理装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
１    濃縮処理装置
１０  蒸発器
２１  蒸気ダクト
２２  アルカリ液散布装置
２３  補助散布装置
３０  凝縮器
３１  凝縮器本体
３２  伝熱管
３３  凝縮水貯留部
３４  緩衝部材
【図１】
0004592555.tif 000002
【図２】
0004592555.tif 000003
【図３】
0004592555.tif 000004