(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に通路を形成する壁を有するタワーと、
排煙ガスが前記通路内を垂直方向に且つ上方へ流動するように、該排煙ガスが前記タワー内に導入される前記通路への入口と、
複数のノズルを有するスプレー手段を備え、液が前記通路内で前記排煙ガスと接触するように、該液を前記通路内に導入するための手段と、
前記複数のノズルのうちの最外周ノズルと前記壁との間にあって、前記スプレー手段からの前記液の濃度が、前記通路の他の領域より低くなる、前記通路の環状外周領域と、
前記タワーの前記壁上に設けられ、前記壁の周囲に沿って連続し、前記壁に対し傾斜角をなして該壁から前記通路内に突出し、かつ、前記環状外周領域内に配される、少なくとも１つの多孔板または多孔トレーを備え、前記壁に接触し、該壁上を流動する前記液の一部を該壁から転向させ且つ前記通路内に再導入する転向手段とを含み、
前記転向手段が、前記液が液滴として通過可能なサイズを有する複数の細孔を備えることにより、前記液が液滴として前記環状外周領域内に再導入されることを可能とするとともに、前記排煙ガスが上方に流動することを可能としており、該細孔内を前記排煙ガスが上方へ流動する際に、該排煙ガスが前記液の少なくとも一部と接触するとともに、該液の少なくとも一部を液滴として前記環状外周領域内に導入するようになっている、気液接触器。
【請求項２】
前記転向手段が前記壁から前記通路内に突出する多段装置からなり、該装置が垂直方向に相互に間隔をなして配置されている請求項１の気液接触器。
【請求項３】
前記スプレー手段から吐出された液が、前記壁と接触する前に前記多孔板または多孔トレーに衝突するように、該多孔板または多孔トレーが該スプレー手段に対して位置決めされている請求項１の気液接触器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、一般的に、ユーティリティ燃焼ガスおよび工業燃焼ガスから粒状物質および酸性ガスを除去するのに使用される気液接触器に関するものである。さらに詳細には、本発明は、タワー内を流動するガス内に、タワー壁に付着したいかなる液をも再導入することにより、接触器の効率を向上させる内部構造物を備えたスプレー・タワー（噴霧塔）を有するオープン・スプレー・アブソーバ（開放形噴霧吸収器）に関するものである。
【０００２】
発明の背景
気液接触器は、ユーティリティ・プラントおよび工業プラントにより発生される燃焼ガスまたは排煙ガスからガスおよび粒状物質のような物質を除去するために広く使用されている。特に、化石燃料の燃焼および種々の工業運転により発生される二酸化硫黄（ＳＯ2）およびその他の酸性ガスにしばしば関心が高まっている。このようなガスは環境に対し有害であることが周知であり、したがって大気中へのこれらのガスの排出が大気汚染防止法により厳しく規制されている。排煙ガスがスプレー・タワーまたは他のタイプの気液接触器内を流動する間に排煙ガスから酸性ガスが除去される方法が、湿式排煙ガス脱硫（ＦＧＤ）として知られている。
【０００３】
気液接触器により形成される洗浄作用は、一般的に、降下する液に対し向流をなしてタワー内を上方に排煙ガスを流動させることにより得られ、このときに、降下する液は排煙ガスと接触し且つ酸性ガスおよび粒状物質を吸収する。典型的には、湿式排煙ガス脱硫プロセスは、カルシウムをベースとしたスラリー、またはナトリウムをベースとした溶液、あるいはアンモニアをベースとした溶液の使用を含む。ここで使用されるように、スラリーは固体と液体との混合物であり、この混合物内の固体含有量は任意の希望するレベルであってもよく、このレベルは、スラリーが湿り固体と呼ばれるような極端な状態も含む。カルシウムをベースとしたスラリーの例は、石灰石（炭酸カルシウム；ＣａＣＯ3）スラリーおよび石灰（酸化カルシウム；ＣａＯ）への水の作用により形成される消石灰（水酸化カルシウム；Ｃａ（ＯＨ）2）スラリーである。このようなスラリーは酸性ガスと反応して硫酸塩および亜硫酸塩のスラリーを形成し、この硫酸塩および亜硫酸塩のスラリーは廃棄またはリサイクルのために回収することができる。アルカリ性スラリーと、排煙ガス中に存在する、二酸化硫黄、塩化水素（ＨＣｌ）およびフッ化水素（ＨＦ）のような酸性ガスとの間の緊密な接触により、ガスがスラリーにより吸収される。その後、スラリーをタンクに蓄積させることができる。
【０００４】
オープン・スプレー・アブソーバとして既知の気液接触器に対して、スプレー・タワー１０が、図１および２に縦断面図および横断面図として略図で表わされている。タワー１０は、概して、垂直方向通路を形成する壁１４を有する直立管状構造物である。入口ダクト１２は、燃焼ガスをタワー１０内に導入するために使用される。入口ダクト１２の上方に多段スプレー・ノズル１６が存在し、多段スプレー・ノズル１６は各々、上記のスラリーまたは溶液のいずれかの洗浄液のスプレー１８を、壁１４により形成された通路内に導入する。設けられたノズル１６の段数は与えられた適用の要求に応じて異なってくる。スプレー１８とタワー１０内を上昇する排煙ガスとの間の緊密な接触により洗浄作用が得られ、この洗浄作用により液および捕集または反応されたガスがタワー１０の底部においてタンク（図示されていない）内に回収される。次に、タワー１０内を上昇し続ける洗浄されたガスは、典型的には、ミスト・エリミネータ（図示されていない）内を通過し、その後に加熱され、または大気中に直接排出される。
【０００５】
ノズル１６により導入される液は、典型的には微細な液滴の形であり、典型的には直径が約０．５−５ｍｍの範囲である。図１および２から明らかなように、ある段内のノズル１６により形成されたスプレー１８は、同じ段の隣接ノズル１６からのスプレー１８とオーバラップする。各ノズル１６からのスプレー１８もまた、スプレー１８が重力の作用によりタワー１０内を下方に流動するときに、それより下の段のノズル１６により放出されるスプレー１８とオーバラップする。図１から、多段ノズル１６を使用した場合においても、壁面効果により、タワー１０内に真に均一なスラリー分配が達成されないことがわかる。壁１４に最も近いノズル１６からのスプレー１８は壁１４に衝突するので液は、壁１４の表面上を下方に流動し、したがってこの液は酸性ガスおよび粒子の除去には有効に働かない。したがって、概して最外周ノズル１６と壁１４との間で示される、通路の環状外周領域２２内のスプレーの濃度または密度は、タワー１０の中央領域内のスプレーの濃度または密度より低くなる。外周領域２０内のスプレー密度が低いことによりガス流れに対する抵抗が小さくなるので、排煙ガスはタワー１０の壁１４に沿って比較的高い速度で上方に流動する。壁１４の付近の低いスプレー濃度および高いガス濃度の組み合わせにより、液体／気体比（Ｌ／Ｇ）が低くなり、排煙ガスのバイパス（貫通）量が高くなり、およびアブソーバの効率が低減される。
【０００６】
上記の観点から、図１および２に示すタイプの気液接触器の効率はスプレー・タワー内の液の不均一分配により低減され、したがって、より均一な分配が達成されるかまたはその他の手段で保証された場合に、効率の向上が得られることがわかる。
【０００７】
発明の要約
ユーティリティ設備および工業設備により発生される排煙ガスから酸性ガスおよび／または粒状物質を除去するために、より効率のよい気液接触器を提供することが本発明の課題である。
【０００８】
排煙ガスからのガスおよび粒状物質の吸収および除去を向上させるために、接触器内に液を再分配するように接触器の形状を形成することが本発明の他の課題である。
【０００９】
排煙ガスからのガスおよび粒状物質の吸収および除去を向上させるために、接触器の壁に沿ったガスのバイパス（貫通）量を低減させるように接触器の形状を形成することが本発明のさらに他の課題である。
【００１０】
本発明は、ユーティリティ・プラントまたは工業プラントにおいて実行されるタイプのプロセス運転により発生される排煙ガスからガスおよび粒状物質を除去するための気液接触器を提供する。接触器は一般にスプレー・タワーを有するオープン・スプレー・アブソーバであり、スプレー・タワーの壁はタワー内に通路を形成している。
【００１１】
排煙ガスは入口からタワー内に導入され、前記入口から排煙ガスは、通路内を垂直方向上方または下方に流動する。通路内に、液を通路に導入するためのヘッドが設けられ、これにより液は排煙ガスと接触する。ここに使用されているように、用語「液」は気液接触器を備えた工業において使用される任意のスラリーおよび溶液を含む。ヘッドにより導入された液の一部はタワーの壁と接触し、したがって液の一部は壁に沿って下方に流動する。最後に、タワーに転向装置が設けられ、転向装置は壁上または壁の付近に配置され、これにより液の一部を壁から転向させ、その後に液の一部を通路内に再導入して通路内を流動するガスと接触させる。転向装置は、壁の付近のガスのバイパス（貫通）量を低減し且つガスを通路の中央方向に転向させるために、壁に沿ったガスの流れを遮るような形状を有していることが好ましく、これにより液とのより効率的な接触が形成される。好ましい実施態様においては、転向装置は、壁から転向された液の一部を液滴として通路内に再導入し、これにより再導入された液の吸収効率を向上させる。
【００１２】
上記の説明から、本発明の優れた利点は、転向装置が、タワーの壁に付着した液、即ち転向装置がない場合に排煙ガスからガスおよび粒状物質を除去するために有効に働かない液のいかなる部分をもガス流れ内に再導入するように働くことであることがわかる。タワーの壁に沿った排煙ガス流れを遮ることにより、転向装置は壁の付近の液体／気体比を著しく改善する。この結果、タワー内を通過するガスのバイパス（貫通）量が著しく低減され且つ気液接触器の総括効率が著しく向上される。
【００１３】
本発明のその他の課題および利点が以下の詳細説明からより明らかになる。
【００１４】
発明の詳細説明
図３および４は、本発明による、気液接触器、さらに詳細にはオープン・スプレー・アブソーバのスプレー・タワー１１０を示す。図示のように、タワー１１０は、図１および２に示す従来技術によるタワー１０の基本構造形状に類似の基本構造形状を有している。しかしながら、本発明により、タワー１１０は、タワー１１０内を流動するガスから好ましくないガス状物質および／または粒状物質を除去することに関して、タワー１１０の効率を著しく向上させる内部構造物または内部装置を含む。タワー１１０は特定の構造として図示されているが、当業者は、本発明の教示は、一定量のガスからガス、ミスト、ダスト、ヒューム、スモークおよび／または特定物質を除去するように働く異なる形状の装置にも容易に適応可能であることを認めるであろう。
【００１５】
図３および４に示したスプレー・タワー１１０は、概して、壁１１４がほぼ垂直な通路を形成するタイプのものであり、前記通路内を排煙ガスが流動して洗浄される。したがって、タワー１１０は入口ダクト（図示されていない）を備え、入口ダクトを介して排煙ガスがタワー１１０内に流入する。排煙ガスの発生源は、それにより好ましくないガスまたは粒状物質が発生される化石燃料の燃焼または種々の工業運転を含むプロセスであってもよい。図１および２に示すタイプの従来技術によるスプレー・タワーと同様に、図３に示すスプレー・タワー１１０は、液がノズル１１６から通路内に吐出される前記多数のノズル１１６を備えたスプレー・ヘッダ１２０を有するものとして図示されている。図３に示すヘッダ１２０は、タワー１１０内の好ましくは多段ヘッダ１２０の１つである。図３にはヘッダ１２０およびノズル１１６に対する特定の形状が示されているが、液をタワー１１０に導入するために、アトマイザーおよびトレーを含む、他の形状および他のタイプの装置が使用可能であることがわかる。
【００１６】
排煙ガスから酸性ガスおよび／または粒状物質を除去するために、典型的には、液はしばしば消石灰（水酸化カルシウム；Ｃａ（ＯＨ）2）または水の中に懸濁された石灰石（ＣａＣＯ3）からなるアルカリ性スラリー、およびこれらと反応して形成された硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウムのような物質であるが、他のタイプの洗浄スラリーおよび洗浄溶液が既知であり、且つそれらが使用可能である。典型的には、ポンプ（図示されていない）がスラリーを容器またはタンク（図示されていない）からヘッダ１２０およびノズル１１６に供給してタワー１１０内に溶液またはスラリーのスプレー１１８を形成し、したがってスラリーとタワー１１０内を上昇する排煙ガスとの間の緊密な接触を提供する。この結果、洗浄作用が行われ、洗浄作用により、スラリーおよび捕集または反応されたガスがタワー１１０の底部に回収され、この場合に、ガスは反応されて安全に処理またはリサイクル可能な化合物を形成する。
【００１７】
前記のように、多段ノズル１１６を用いた場合においても、壁面効果により、タワー１１０内に真に均一なスラリー分配を達成することができない。壁１１４に最も近いノズル１１６からのスプレー１１８は壁１１４に衝突し、これによりスラリーは壁１１４の表面上を下方に流動し、したがってこのスラリーはガスの吸収および除去には有効に働かない。したがって、ここでは概して最外周ノズル１１６と壁１１４との間に形成される、通路の環状外周領域内のスプレーの濃度または密度は、タワー１１０の中央付近のスプレーの濃度または密度より低くなる。もしこれを補償しない場合、壁１１４の付近のスプレー密度が低いことにより、ガス流れに対する抵抗が小さくなるので、排煙ガスは壁１１４に沿って比較的高い速度で流動し、この結果、壁において液体／気体比（Ｌ／Ｇ）が低くなり、タワー１１０内の排煙ガスバイパス（貫通）量が高くなり、およびアブソーバの効率が低減される。
【００１８】
本発明を研究している間に、アブソーバ・タワー内で二酸化硫黄を含む排煙ガスが脱硫される前記アブソーバ・タワーにおいて、センサを用いて、上記の現象の発生程度が定量化された。タワーは約１０ｍ（約３３フィート）の直径を有していた。タワー壁から約１．５ｍ（約５フィート）離れた内部で且つ液スプレーの上方に位置するタワー通路の領域において、タワーから排出される排煙ガス内の平均ＳＯ2濃度の約２倍の濃度が測定され、およびタワーの残りの部分内のＳＯ2濃度より約５０倍高い濃度が測定された。これらの結果は、アブソーバ内をバイパス（貫通）するＳＯ2の大部分がタワー壁に最も近い通路の環状領域内で発生していることを示している。本発明により、壁１１４上を下方に流動するスラリーおよび／またはノズル１１６から吐出されたときに通常壁１１４に衝突するスラリーを通路内に転向させることが可能な構造物、１つまたは複数の装置が、壁１１４上またはその付近に存在することにより、上記の好ましくない影響が解消される。
【００１９】
図３および４に示すように、本発明の好ましい実施態様による転向装置１２２は、壁１１４から通路内に突出する多孔板または多孔トレーの形状を有している。装置１２２は環状であり且つ壁１１４の全周に沿って含まれていることが好ましい。図３には単段装置１２２のみが示されているが、タワー１１０に、垂直方向に相互に間隔配置された多段装置１２２を設けることが好ましく、これにより壁１１４を流れ落ちる液が通路内に再分配される場を複数箇所に形成することができる。
【００２０】
図３に示すように、装置１２２は、通路を貫通する排煙ガス流れをほぼ横断する水平な平面内に配置されるように示されているが、装置１２２は、図４に示すように、壁１１４に対して傾斜角をなして通路内に突出していてもよい。適切な範囲は垂直方向から約９０°以下であり、好ましい範囲は約４０−５０°であるが、それより小さい角度またはそれより大きい角度を使用してもよいことは明らかである。装置１２２は、壁１１４に装着されたパッド１２４により上方から支持され、且つ壁１１４に固定されたビーム１２４または他の適切な支持構造物により下から支持されているように示されている。装置１２２のための他の取付手段、製作手段および支持手段が可能である。図示の形状により、壁１１４に沿って下方に流動するスラリーは装置１２２上に流入し、ここではまだ下方方向に流動しているが、タワー１１０の中央方向に流動している。
【００２１】
装置１２２内の細孔１２６はスラリーがその中を液滴として通過可能なサイズを有していることが重要であり、これにより、スラリーは液滴として通路の環状外周領域内に再分配される。細孔１２６はまた、壁１１４の付近の通路内を流動する多少の排煙ガスを、装置１２２の周りに完全に転向させる代わりに、装置１２２内を通過させる。このようにして、装置１２２内を上方に（または下方に）流動する排煙ガスは多少のスラリーと接触し且つスラリーは液滴として環状領域内に再導入される。この結果、装置１２２内の細孔１２６は、壁１１４の付近の通路の環状領域においてスラリーと排煙ガスとの接触を著しく向上させ、したがって、再導入されたスラリーの能力を向上し、壁１１４の付近の環状外周領域を通過して流動する排煙ガス内に同伴されたガスおよび／または粒状物質を吸収する。
【００２２】
図４からわかるように、細孔１２６内を通過して再導入されなかったスラリーは、その結果として、壁１１４から多少離れた装置１２２の端部を通り抜ける。効果を高めるために、最大の壁面効果を示し、即ち最小のＬ／Ｇ比を示す壁１１４の付近の通路領域を貫通して突出するように、装置１２２は壁１１４から十分な距離だけ突出していることが好ましい。図３および４に示すように、本発明の装置１２２は、必ずしも最外周ノズル１１６の位置まで内方に完全に伸長させなくても有効であることがわかった。図４に示すように、装置１２２はノズル１１６の段の下側に配置されてもよく、これにより、最外周ノズル１１６からのスプレー１１８が装置１２２に直接衝突し、これによりスラリーは最初に壁１１４に衝突することなく、スラリーを通路の環状領域内に分配させることができる。
【００２３】
上記のように、本発明の装置１２２は、壁１１４の表面を遮り、および／または壁１１４に衝突する前にスプレー１１８を遮るように働き、これにより壁１１４の付近の通路の環状領域内で十分に液の密度を上昇させ且つガスの流れを低減させることができる。この壁１１４の付近の通路の環状領域は、もし装置１２２がなかった場合には、液の密度を低くさせ且つタワー１１０内のガスのバイパス（貫通）量を高くさせることになろう。このように、装置１２２は、タワー１１０内の排煙ガスの分配に極めてよく対応するように、タワー１１０内のスラリーの分配を提供する。この結果として、本発明による形状を有する気液接触器は、類似設計の従来技術による気液接触器よりもより大きい効率を示す。
【００２４】
図３および４においては、装置１２２は板として示されているが、種々の他の構造および形状を使用することができる。壁１１４に最も近い通路の環状領域内のガス流れ内に転向されまたはその他の方法で再導入された液滴の形成および分配を行う望ましい機能を保持できるならば、例えば、装置１２２は、細孔１２６以外の、または細孔１２６と組み合わせた面または不規則構造を含むように修正してもよく、またはバーあるいは金網の形状であってもよい。
【００２５】
本発明を好ましい実施態様について説明してきたが、図に示したものとは構造的に異なるスプレー・タワーおよび他の気液接触器内に本発明の新規な特徴を組み込むことにより、当業者によって他の形状を取り入れることが可能であることは明らかである。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来技術から既知のタイプのスプレー・タワーの略縦断面図を示す。
【図２】  従来技術から既知のタイプのスプレー・タワーの略横断面図を示す。
【図３】  本発明によるスプレー・タワーの横断面図を示す。
【図４】  図３のスプレー・タワーの壁部分の断面図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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