(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液孔を設けた平板に中空でガスを通す開口を有するガスライザーを複数本設け、前記液孔はガスライザーの開口より大きくしたガス逆流防止板で仕切られた充填層を二つ以上設けた充填塔を用い、充填塔の上部から被処理水を導入し、充填塔の下部からパージガスを導入して、被処理水とパージガスとをガス相を連続相とした状態で向流接触させることにより、被処理水中の溶存ガスを除去することを特徴とする液体中の溶存ガスの除去方法。
【請求項２】
除去すべき被処理水中の溶存ガスが酸素で、パージガスが窒素および／または二酸化炭素である請求項１記載の液体中の溶存ガスの除去方法。
【請求項３】
液孔を設けた平板に中空でガスを通す開口を有するガスライザーを複数本設け、前記液孔はガスライザーの開口より大きくしたガス逆流防止板で仕切られた充填層を二つ以上設けた充填塔を用い、充填塔の上部から被処理水を導入し、充填塔の下部からパージガスを導入して、被処理水とパージガスとをガス相を連続相とした状態で向流接触させることにより、被処理水中の溶存ガスを除去すると共に、パージガスを被処理水中に溶解させることを特徴とする液体中の溶存ガスの除去方法。
【請求項４】
除去すべき被処理水中の溶存ガスが酸素で、パージガスが二酸化炭素または二酸化炭素および窒素である請求項３記載の液体中の溶存ガスの除去方法。
【請求項５】
充填塔の上部に被処理水の導入口と排出ガスの出口、該充填塔の下部にパージガスの導入口と溶存ガスが低減された被処理水の取り出し口を備え、その間に、液孔を設けた平板に中空でガスを通す開口を有するガスライザーを複数本設け、前記液孔はガスライザーの開口より大きくしたガス逆流防止板で仕切られた充填層を二つ以上設け、被処理水とパージガスとをガス相を連続相とした状態で向流接触させるようにしたことを特徴とする液体中の溶存ガスの除去設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液体中に溶存しているガスの除去方法とその除去設備であり、特に溶存酸素を効率的に除去する方法と設備に関するものである。
本発明は、半導体や精密機械部品用の洗浄水、ボイラー等への供給水、発電設備等の冷却水、食品の洗浄水・加工用水、水道水や各種飲料水等の脱気、脱酸素等の用途に適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
これまでにも、ボイラー用水や冷却水中に溶存酸素が存在していると、装置や配管等に腐食が発生するために、かなり以前から化学的あるいは物理的な方法によって、水中の溶存酸素の除去が行なわれている。
また、半導体製造に用いる洗浄水においても、水中の溶存酸素が悪影響を及ぼすためにその低減が図られている。
水中から溶存酸素を除去する方法としては、還元剤の添加法、触媒の存在下に水素と接触させる方法、加熱・真空脱気法、窒素ガスバブリング法、分離膜による方法等が知られている。
【０００３】
【発明の目的】
本発明は、従来の脱気方法と異なり、充填塔方式による新しい液体中の溶存ガスの除去方法およびその設備を提供するものである。
別の目的としては、液体中の溶存ガスの除去と同時に、除去した溶存ガスと異なるガスを高濃度に溶解させることができる方法および設備を提供するものである。
また、これまでの脱気方法のような真空、加熱を行うこともなく、液体中の溶存ガスの除去が可能な方法および設備とし、できるだけ簡便な設備とすることを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液孔を設けた平板に中空でガスを通す開口を有するガスライザーを複数本設け、前記液孔はガスライザーの開口より大きくしたガス逆流防止板で仕切られた充填層を二つ以上設けた充填塔を用い、充填塔の上部から被処理水を導入し、充填塔の下部からパージガスを導入して、被処理水とパージガスとをガス相を連続相とした状態で向流接触させることにより、被処理水中の溶存ガスを除去することを特徴とする液体中の溶存ガスの除去方法、および、液孔を設けた平板に中空でガスを通す開口を有するガスライザーを複数本設け、前記液孔はガスライザーの開口より大きくしたガス逆流防止板で仕切られた充填層を二つ以上設けた充填塔を用い、充填塔の上部から被処理水を導入し、充填塔の下部からパージガスを導入して、被処理水とパージガスとをガス相を連続相とした状態で向流接触させることにより、被処理水中の溶存ガスを除去すると共に、パージガスを被処理水中に溶解させることを特徴とする液体中の溶存ガスの除去方法である。前者の方法においては、除去すべき被処理水中の溶存ガスが酸素で、パージガスが窒素および／または二酸化炭素であることが望ましい。後者の方法では、除去すべき被処理水中の溶存ガスが酸素で、バージガスが二酸化炭素または二酸化炭素および窒素であることが望ましい。さらに、上記発明を実施するための設備として、充填塔の上部に被処理水の導入口と排出ガスの出口、該充填塔の下部にパージガスの導入口と溶存ガスが低減された被処理水の取り出し口を備え、その間に、液孔を設けた平板に中空でガスを通す開口を有するガスライザーを複数本設け、前記液孔はガスライザーの開口より大きくしたガス逆流防止板で仕切られた充填層を二つ以上設け、被処理水とパージガスとをガス相を連続相とした状態で向流接触させるようにしたことを特徴とする液体中の溶存ガスの除去設備である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のように充填塔方式により液体中の溶存ガスを除去する場合には、被処理水の液量に比べてガス量が極めて少ない系となるために、普通の充填塔をそのまま使用したのでは期待するような性能とはなり得ない。これは、被処理水の液量に比べてガス流量が極めて小さい場合には、ガスのバックミキシングが起こり向流操作が実現しないためである。
すなわち、充填塔において充填物の間を液が流れる際にガスを吸引するが、一般の気液接触操作ではガス量が大きいためにこの効果は無視できる程度である。しかし、今回のように液量に比べてガス量が極めて少ない系においては、被処理水を大液量で流すとガスが下向きに流れるバックミキシングを生じて、液とガスが混合し塔内でパージガス濃度が均一化することになり、向流操作が実質的に不可能となる。この傾向は、充填塔の塔径が大きくなるとさらに顕著になり、ガス混合が起こり易くなる。
【０００６】
本発明では前記課題の解決を図るために、充填塔内に設置する充填層をガス逆流防止板で仕切り、バックミキシングを防止しつつ、被処理水とパージガスとをガス相を連続相とした状態で向流接触させることで、液中の溶存ガスの除去が効率的に行えるようにしたものである。
被処理水とパージガスとを向流接触させる際に、ガス相が連続相となる状態とは、充填塔内を流下する被処理水が充填層を通過する際に、充填物の表面で液膜状になって通過し、上昇してくるパージガスが連続相となっていることを指している。このような状態で気液接触が行われることにより、本発明の場合には、被処理水とパージガスとの接触が効率的になる。
【０００７】
本発明の２番目の発明は、上記の１番目の発明の液体中の溶存ガスの除去方法と基本的に同様の構成で、充填塔の上部から被処理水を下部からパージガスを導入し、被処理水とパージガスとを向流接触させる方法であるが、被処理水中の溶存ガスを除去すると共に、パージガスを被処理水中に溶解させるものである。
すなわち、本発明ではパージガスを用いて、被処理水に含まれている溶存ガスを除去・低減させているが、パージガスとして使用したガスの一部は、被処理水に溶解することになるので、ガスの種類によっては、積極的に液中に溶解させる必要があるために、この溶存ガスの除去とパージガスに利用したガス成分の溶解とを一つの操作によって達成させるようにしたものである。
例えば、パージガスとして二酸化炭素（炭酸ガス）を使用したときには、二酸化炭素は被処理液中に溶解するとともに、被処理液中に溶存していた酸素が除去される。除去された酸素は、二酸化炭素の過剰供給分に同伴して系外に排出される。さらに、パージガスとして二酸化炭素（炭酸ガス）と窒素を使用したときには、二酸化炭素はほとんど液中に溶解し、窒素ガスが液中から除去された酸素とともに充填塔の上部に排出されるため、導入された二酸化炭素の利用効率はほぼ１００％に近くなる。
【０００８】
液体中の溶存ガスで除去・低減する対象となるガスは、多くの場合酸素であるが、他のガスであっても差し支えはないし、原理的には酸素と同様に処理することができる。
本発明で用いるパージガスとしては、被処理水中の溶存ガスで除去・低滅する対象ガスと異なるガスであればよい。具体的にはヘリウム，アルゴン等の不活性ガス、窒素（Ｎ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）等である。この中でも、経済性、取扱い易さと使用目的に合致するものとして、窒素、二酸化炭素の使用が好ましい。
例えば炭酸飲料のように、缶・瓶に充填する前に、腐食性を軽減させ、風味を悪化させないために液中の酸素を除去しているが、本発明を利用してパージガスに二酸化炭素または二酸化炭素と窒素を使用すれば、脱酸素と共に、液中に二酸化炭素を溶解させることができる。
前記のようにパージガスとして複数のガスを使用する場合には、予め用いる複数のガスを混合してから供給してもよいし、別々に供給してもよい。例えば、二酸化炭素および窒素を使用する場合に、充填塔の下部から二酸化炭素を供給し、その少し上の充填層に窒素を供給するようにしてもよい。
これは、炭酸ガス（二酸化炭素）濃度をできるだけ高める一方で、脱ガスに利用するパージガスを別途作用するようにしても脱ガスの効果を得ることができるためである。
【０００９】
本発明について図面を基に説明する。
図１は、本発明の液体中の溶存ガスの除去設備の一例であり、基本的な構成を示す説明図である。
充填塔１の中には、ガス逆流防止板２で仕切られた充填層３が複数設置されている。充填塔１の上部には、被処理水の導入口４および排出ガスの出口５、充填塔の下流にはパージガスの導入口６と被処理水の取り出し口７が配置されている。
パージガスを充填塔下部のパージガスの導入口６から塔内に導入し、ガス逆流防止板２で仕切られ充填物の充填されている領域で、充填層３を通してパージガスが上昇する間に下降してくる被処理水とガス相を連続相とした状態で向流接触し、被処理水中の溶存ガスが除去され、被処理水の取り出し口７から系外に取り出される。
ガス逆流防止板２で仕切られている領域を順次通過する際に、上部にある被処理水の導入口４から導入された被処理水とパージガスとが向流的に接触し、被処理水中の溶存ガスが除去・低減されつつ下降し、パージガスは塔内を上昇して吸収されなかったパージガスの残部と放出されたガスが一緒になって排出ガスの出口５より排出される。
本発明の設備では、充填層を複数設け、運転条件を制御することで、目的に応じて溶存ガスの除去程度を調整することが可能である。
【００１０】
尚、充填塔の上部にある被処理水の導入口４と最上部の充填層の間には、ガス逆流防止板を設けなくともよいが、図１のガス逆流防止板２′のごとくに他の個所と同種もしくは異なる形のものを設けておくことが望ましい。これは、充填層の表面に水を均一に分散散布するためのものであり、くし型分散器等他の一般的な液分散器で代替することも可能である。
【００１１】
充填層３としては、テラレツト（日鉄化工機（株）の登録商標）、ラシヒリング、ポールリング等の不規則充填物、または周知の規則充填物を用いて構成すればよく、充填物はガス逆流防止板２の上に載せてもよいし、ガス逆流防止板とは別の目皿やサポートグリツド等で充填物を支持するような構造としてもよい。
【００１２】
ガス逆流防止板として最も簡単なものは、平板に孔を開けた形式のオリフィス板でよい。しかし、オリフィス板の場合にはガスと液の通るところが同じなため、液とガスの分散が不確実になり易いので、分散を確実にするためにはガスライザーを設置して、ガスはガスライザーを通して上昇させ、液は液孔から下降するように工夫することが合理的である。
このようにガスライザーを設けたガス逆流防止板の例を図２に示す。図２では液孔１２を設けた平板１０に、ガスライザー１１を複数本設けてある。ガスライザーは中空でガスを通すように直径１〜２ｍｍ程度の孔が貫通している。液を通すための液孔１２は、ガスライザーの開口よりやや大きくし４〜６ｍｍ程度であるが、これらの数値は固定的なものではなく、使用目的や利用状況によって適宜選定すればよい。
【００１３】
本発明では、大気圧で操作することが普通であるが、第２の発明のように積極的にパージガスの一部を被処理液に溶解させる場合には、充填塔内の圧力を加圧状態とすることが望ましい。
例えば本発明を利用して炭酸飲料のために溶存酸素の除去を行う場合には、パージガスに二酸化炭素と窒素との混合ガスを使用すれば、窒素が脱酸素に効果的に作用し、二酸化炭素を液中に溶解させることができ、結果的にパージガスの利用効率を向上させることが可能となる。
【００１４】
これまで説明してきた本発明は、単独で液体中に溶存しているガスの除去を効果的に実施できるし、従来の真空脱気法等の水中から溶存酸素を除去する方法と組み合わせてもよいことは当然である。
【００１５】
【実施例】
実施例１
図１に示した設備と同じ形式で、塔内の充填層を１０段とした溶存ガスの除去設備により、常圧にて水道水の脱酸素を行った。
塔径１０ｃｍφの塔内に、図２のガス逆流防止板１１枚を用いて１段あたりの高さを２０ｃｍとし、充填物としてラシヒスーパーリングを充填した充填層（充填高さ１９ｃｍ）を１０段設けた。
水道水（水温２５℃）を塔上部の被処理水の導入口４から供給し、塔下部のパージガスには窒素と二酸化炭素を用いた。結果を表１に示した。
【００１６】
【表１】
0003992891.tif 000002
（注）実験番号３の場合には、ＣＯ２が水に吸収・溶解されるため、出口ガスとして排出された量は約２５Ｎｌ／ｈであった。
【００１７】
実施例２
実施例１と同様の構成で段数１０段の設備を使用し、水道水を用いて脱酸素と二酸化炭素の溶解を行った。パージガスとしては、二酸化炭素と窒素を予め混合してから充填塔の下部から導入したケースと、二酸化炭素を充填塔の下部から導入し、窒素を充填塔の下から３番目の充填層領域に導入したケースを表２に示した。
【００１８】
【表２】
0003992891.tif 000003
（注）実験番号４、５の場合には、ＣＯ２がほとんど吸収・溶解され、出口ガスとして排出された量はごく少量であった。
【００１９】
また、前記と二酸化炭素と窒素を充填塔の下部から導入したケースと同じ条件で、塔内圧力をゲージ圧１ｋｇ／ｃｍ２、約２気圧とし、パージガスを二酸化炭素２４０ｌ／ｈと窒素６０ｌ／ｈとしたところ、二酸化炭素濃度０．３％、溶存酸素０．１ｐｐｍの炭酸水を得た。二酸化炭素の利用効率は約９９％であった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明により、充填塔方式による新しい液体中の溶存ガスの除去方法およびその設備を提供することが可能となった。
本発明の別の目的である液体中の溶存ガスの除去と同時に、除去した溶存ガスと異なるガスを高濃度に溶解させることができる方法および設備を提供することができる。
また、これまでの脱気方法のような真空、加熱を行うこともなく、液体中の溶存ガスの除去が可能な方法および設備で、簡便な設備とすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体中の溶存ガスの除去設備の一例である。
【図２】ガス逆流防止板の一例である。
１  充填塔                    １０  平板
２  ガス逆流防止板            １１  ガスライザー
２′  ガス逆流防止板          １２  液孔
３  充填層
４  被処理水の導入口
５  排出ガスの出口
６  パージガスの導入口
７  被処理水の取り出し口
【図１】
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【図２】
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