(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスを、隔板に形成された多数の透孔に垂設された下端部側壁に排ガス噴出孔を有する排ガス分散管を通して、撹拌機を有する反応槽内に収容されている吸収液中に吹込む工程を含む排ガスの脱硫方法において、
（ｉ）各排ガス分散管の排ガス噴出孔の位置を水平面からほぼ一定の高さに揃えること、
（ii）各排ガス分散管の隣接する２つの排ガス噴出孔をそれぞれの排ガス噴出孔の面積と等しい面積を有する円孔に置き換えたときに、その隣接する２つの円孔の中心間距離Ｐと、円孔直径Ｄ（２つの円孔の直径が異なる場合には、小さい方の円孔直径）との比Ｐ／Ｄを１．１５〜６に設定すること、
（iii）排ガス噴出孔を通過する排ガスの最大流速値Ｖ（ｍａｘ）を、下記式（１）、（２）、（３）及び（４）
Ｙ≧４．５Ｓ                  （１）
Ｙ≦２４Ｓ                    （２）
０．０５≦Ｙ≦１．０          （３）
０．００５≦Ｓ≦０．０６      （４）
（但し、Ｓは排ガス噴出孔をＶ（ｍａｘ）の流速値で噴出する排ガスの動圧を吸収液の密度で除した値を示し、Ｙは脱硫に必要な圧力を示す）
を満足するＳ値範囲の中から選ばれる１つの値Ｓ（ａ）に対応するように設定すること、
（iv）１つの排ガス分散管とこれを隣接して取り囲む複数の排ガス分散管との平均的な相互間隔Ｌ（Ｉ）とＳ（ａ）値との比Ｌ（Ｉ）／Ｓ（ａ）を１．５〜１０．０に設定すること、
（ｖ）排ガス噴出孔中心点の吸収液の静止液面からの平均的深さＬ（II）とＳ（ａ）値との比Ｌ（II）／Ｓ（ａ）を２〜２０に設定すること、
を特徴とする排ガスの脱硫方法。
【請求項２】
排ガス噴出孔を通過する排ガスの最大流速値Ｖ（ｍａｘ）を、下記一般式（１’）、（２’）、（３）及び（４）
Ｙ≧６．５Ｓ                  （１’）
Ｙ≦２２Ｓ                    （２’）
０．０５≦Ｙ≦１．０          （３）
０．００５≦Ｓ≦０．０６      （４）
を満足するＳ値範囲の中から選ばれる１つの値Ｓ（ａ）に対応するように設定する請求項１の方法。
【請求項３】
Ｌ（Ｉ）の範囲が０．０５〜０．６ｍであり、Ｌ（II）の範囲が０．０５〜０．９ｍである請求項１又は２の方法。
【請求項４】
Ｌ（II）／Ｓ（ａ）を、反応槽の吸収液量によりコントロールする請求項１〜３のいずれかの方法。
【請求項５】
Ｌ（II）／Ｓ（ａ）を、反応槽の吸収液中への空気を吹込み、その空気吹込量によってコントロールする請求項１〜３のいずれかの方法。
【請求項６】
吸収液１ｍ3当りの攪拌に消費される攪拌機の軸動力の合計が０．０５〜０．２ｋｗである請求項１〜５のいずれかの方法。
【請求項７】
反応槽内の上部空間を上昇する浄化排ガスの平均上昇速度を０．５〜５ｍ／ｓ及び平均水平速度を８ｍ／ｓ以下に保持する請求項１〜６のいずれかの方法。
【請求項８】
排ガス分散管の相当内直径を２５〜３００ｍｍ及び排ガス分散管の排ガス噴出孔の相当直径を３〜１００ｍｍに設定する請求項１〜７のいずれかの方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかの方法で浄化され、反応槽内の上部空間に存在する浄化排ガスを、排ガス上昇筒を介して排ガス排出口を有する上方の室内に導き、該排出口から排出させる排ガスの脱硫方法。
【請求項１０】
排ガス排出口を側壁に有する室内を水平方向に移動する浄化排ガスの平均水平速度を１０ｍ／ｓ以下に保持する請求項９の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、亜硫酸ガスを含む排ガスの脱硫方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内部を２室又は３室に区画された密閉槽内の最下室に吸収液を収容させ、排ガスを最下室とその上室とを区画する隔板に取り付けられた多数の排ガス分散管を通じて吸収液中に吹き込んで脱硫し、浄化された排ガスを最下室から排出させるか又は最下室から最上室へ導いて排出させる脱硫方法は既に知られている（特公平３−７０５３２号、特開平３−７２９１３号、特開平３−２６２５１０号等）。
このような脱硫方法に関しては、これまでに、装置におけるスケーリングトラブルの発生防止、装置の自動制御化、装置の耐久性向上等の装置運転に際して直面する技術上の問題点や、装置の大型化において生じる問題点等の解決に多くの研究が向けられ、格段の技術的進歩が得られている。しかしながら、装置コストの低減化や装置運転コストの低減化等の経済性の点や、装置運転の安定化等の点ついては、未だ満足すべき段階までには至ってはいない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、亜硫酸ガスを含む排ガスの脱硫方法において、その脱硫コストの低減化を可能にし、さらに装置の安定運転を可能とする方法を提供することをその課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明によれば、排ガスを、隔板に形成された多数の透孔に垂設された下端部側壁に排ガス噴出孔を有する排ガス分散管を通して、撹拌機を有する反応槽内に収容されている吸収液中に吹込む工程を含む排ガスの脱硫方法において、
（ｉ）各排ガス分散管の排ガス噴出孔の位置を水平面からほぼ一定の高さに揃えること、
（ii）各排ガス分散管の隣接する２つの排ガス噴出孔をそれぞれの排ガス噴出孔の面積と等しい面積を有する円孔に置き換えたときに、その隣接する２つの円孔の中心間距離Ｐと、円孔直径Ｄ（２つの円孔の直径が異なる場合には、小さい方の円孔直径）との比Ｐ／Ｄを１．１５〜６に設定すること、
（iii）排ガス噴出孔を通過する排ガスの最大流速値Ｖ（ｍａｘ）を、下記式（１）、（２）、（３）及び（４）
Ｙ≧４．５Ｓ                  （１）
Ｙ≦２４Ｓ                    （２）
０．０５≦Ｙ≦１．０          （３）
０．００５≦Ｓ≦０．０６      （４）
（但し、Ｓは排ガス噴出孔をＶ（ｍａｘ）の流速値で噴出する排ガスの動圧を吸収液の密度で除した値を示し、Ｙは脱硫に必要な圧力を示す）
を満足するＳ値範囲の中から選ばれる１つの値Ｓ（ａ）に対応するように設定すること、
（iv）１つの排ガス分散管とこれを隣接して取り囲む複数の排ガス分散管との平均的な相互間隔Ｌ（Ｉ）とＳ（ａ）値との比Ｌ（Ｉ）／Ｓ（ａ）を１．５〜１０．０に設定すること、
（ｖ）排ガス噴出孔中心点の吸収液の静止液面からの平均的深さＬ（II）とＳ（ａ）値との比Ｌ（II）／Ｓ（ａ）を２〜２０に設定すること、
を特徴とする排ガスの脱硫方法が提供される。
【０００５】
次に本発明を図面を参照して説明する。
図１は３室構造の排ガス脱硫装置の１例についての模式図を示す。この図において、１は脱硫装置、２は密閉槽、３は第１隔板、４は第１室、５は第２室、６は排ガス導入口、７は排ガス分散管、８は排ガス噴出孔、９は排ガス排出口、１０は攪拌機、１０’は攪拌軸、１１は吸収剤供給管、１２は酸化用空気供給管、１３は吸収液抜出管、１４は第２隔板、１５は第３室、１６は排ガス上昇筒、１７は洗浄液供給管、１８は洗浄液排出管、Ｌは吸収液、Ｗは吸収液の静止液面、Ａは気液混合相、Ｂは固液体分離空間を各々示す。
【０００６】
図１に示す排ガス脱硫装置は、密閉槽２の内部を第１隔板３及び第２隔板１４によって区画して、第１室４、第２室５及び第３室１５の３室構造に形成されている。第１隔板３及び第２隔板１４は、水平板、階段状板、傾斜板等のいずれでもよく、第２隔板１４は通常傾斜板からなる。第１室４はその内部に吸収液を収容し、脱硫反応槽を形成する。第２室５には排ガス導入口６が配設され、ここから導入された排ガスは、排ガス分散管７を通じて排ガス噴出孔８から吸収液Ｌの静止液面Ｗより下の部分に吹き込まれる。排ガス噴出孔８より上方には、気液混合相Ａが形成され、ここで排ガス中の亜硫酸ガスが吸収される。吸収液Ｌとしては、カルシウム化合物又はカルシウム化合物含有物、例えば石灰石及び／又は消石灰を吸収剤として含む石こうスラリーが用いられる。
【０００７】
第１室４内の気液混合相Ａの上方に放散された浄化排ガスは、第１室４の上部空間Ｂ（固液体分離空間）を上昇しながらかつ水平方向に移動する。このようにして浄化排ガスが流動する間に、排ガス中のミスト及び固体粒子は固液体分離空間Ｂにおいて重力沈降及び排ガス分散管７との衝突によりその大部分は浄化排ガスから分離される。固液体の分離された浄化排ガスは、排ガス上昇筒１６を上昇し、第３室１５に導入される。第３室１５において、浄化排ガスは上昇流から略水平流に方向転換し、浄化排ガスに同伴されるミスト及び固体粒子が分離された後に排ガス排出口９から排出される。
【０００８】
第３室１５の底面（第２隔板１４）上に堆積した固体粒子は、洗浄液、例えば石こう含有スラリー、石こうを分離した吸収液、水、海水などの液体を間欠的又は連続的に洗浄液供給管１７から供給して第２隔板１４の表面から剥離させ、洗浄液とともに１箇所以上の洗浄液排出口１８から排出させる。
【０００９】
第１室４における浄化排ガスの平均上昇速度は、気液混合相Ａより上方の空間Ｂにおける水平断面積から排ガス分散管７の水平断面積などの浄化排ガスの通過できない構造物の水平断面積の合計を差し引いた水平断面積に基づく速度であり、０．５〜５ｍ／ｓ、好ましくは０．７〜４ｍ／ｓとすることが望ましい。排ガスの平均上昇速度が０．５ｍ／ｓ未満では第１室が大きくなり過ぎるので経済的でなく、５ｍ／ｓを超えると排ガス中のミスト及び固体粒子が分離されにくく、分離されても再飛散するという問題がある。
また、第１室４における浄化排ガスの平均水平速度は、気液混合相Ａより上方の空間Ｂにおける排ガス上昇筒１６の下端部開口周辺の垂直断面積に基づく速度であり、８ｍ／ｓを超えると気液混合相Ａに波を引き起こし安定な脱硫の障害となるので、８ｍ／ｓ以下、好ましくは６ｍ／ｓ以下とするとよい。
【００１０】
排ガス上昇筒１６を上昇する浄化排ガスの速度は、６〜２０ｍ／ｓ、好ましくは８〜１５ｍ／ｓとするのがよい。浄化排ガスの速度を６ｍ／ｓより小さくすると第１室が大きくなり過ぎるので経済的でなく、２０ｍ／ｓを超えると浄化排ガス中にミスト及び固体粒子が巻き込まれるという問題がある。
排ガス上昇筒１６から第３室１５に導入された浄化排ガスは、第３室１５の天板に衝突した後、略水平流に方向転換するため、排ガスに同伴されるミスト及び固体粒子がその衝突及び重力沈降により浄化排ガスから分離される。このときの浄化排ガスの平均水平速度は、排ガス排出口９から水平方向に約２ｍ離れた位置における第３室４の垂直断面積に基づく速度である。この平均水平速度は、１０ｍ／ｓ以下、好ましくは８ｍ／ｓ以下とするのがよい。１０ｍ／ｓを超えると浄化排ガス中のミスト及び固体粒子が分離されにくく、また分離されたものが再飛散するという問題がある。
【００１１】
排ガス分散管７は、円形、三角形、四角形、六角形などの多角形若しくはトラフなどの任意の断面形状のものとすることができる。また、排ガス分散管７の側壁には、水平面からほぼ一定の高さの位置に複数の排ガス噴出孔８が開いており、その排ガス噴出孔の形状は円形、三角、四角、六角、星型など任意の形状とすることができるし、スリット状にすることも可能である。この排ガス噴出孔は、排ガス分散管に対し、高さ一定の一列に配列してもよいし、高さの異なる二列または三列以上に配列してもよい。
排ガス分散管７の相当内直径は、排ガス噴出孔面積と相関させて定めるのがよく、排ガス噴出孔面積の平方根の２〜６倍、好ましくは３〜５倍にするのがよい。この相当内直径は、一般的には、２５〜３００ｍｍ、好ましくは５０〜３００ｍｍである。排ガス噴出孔８の相当直径は３〜１００ｍｍ、好ましくは５〜５０ｍｍである。３ｍｍ未満では、閉塞の問題がある。
なお、排ガス分散管の相当内直径及び排ガス噴出孔の相当直径は次式で示される。
0003734291.tif 000002
Ａ：排ガス分散管の排ガス噴出孔の配設位置における内部空間の水平断面積
Ｂ：排ガス分散管の排ガス噴出孔の配設位置における内部空間の水平断面を囲む周辺の長さ
0003734291.tif 000003
Ｃ：排ガス噴出孔の面積
Ｄ：排ガス噴出孔の周辺の長さ
排ガス分散管７の下端開口部の形状は、単純な水平端面をもつもの、任意の傾斜端面をもつもの、鋸の刃状または複数のノッチを切った形状をもつものなどいずれでもよい。
また、排ガス分散管７の側壁に設けた複数の排ガス噴出孔８の中心点の平均的な位置から、その排ガス分散管の開口下端までの距離は、最大処理量の排ガスが通過するときにも、排ガス分散管の下部内に液面が存在し、排ガス分散管の下端開口から排ガスが吸収液中に殆ど吹き出さない程度の長さにするのがよい。この距離は、後記するように、排ガス噴出孔を通過する排ガスの最大流速値Ｖ（ｍａｘ）に基づいた動圧を吸収液の密度で除した値Ｓ（ａ）の３〜８倍、望ましくは４〜７倍とするとよい。
本発明においては、排ガス分散管７としては、内径２５〜３００ｍｍの円筒管からなり、その側壁のほぼ一定の高さに一定間隔で開口した直径５〜１００ｍｍの円形孔を形成したものの使用が好ましい。このような排ガス分散管は、市販の低廉なプラスチック円筒管を使用して容易に作製することができる。
【００１２】
排ガス上昇筒１６の横断面形状は、円形や正方形、長方形等の各種の形状であることができる。
【００１３】
本発明者らは、脱硫を効率よく行うためには、排ガス分散管７における隣接する２つの排ガス噴出孔を、それぞれその排ガス噴出孔の面積と等しい円孔に置き換えたとき、その２つの円孔の中心間距離Ｐと円孔直径Ｄとの比Ｐ／Ｄを１．１５〜６．０、好ましくは１．２〜５とする必要があることを見いだした。図２に排ガス分散管の１例について、それを長手方向に切開した展開図を示す。また、図３に排ガス分散管の他の例についての同様の展開図を示す。これらの図において、Ｄは円形状の排ガス噴出孔の直径、Ｐはその中心間距離を示す。もしＰ／Ｄが１．１５未満となると、工作、保守上の支障が生じるとともに、隣接する２つの排ガス噴出孔から噴出する排ガスが互いに会合・合体する頻度が高くなるため、脱硫率の急速な減少を生じることがわかった。すなわち、Ｐ／Ｄが１．１５より小さくなると、隣接する２つの排ガス分散管に配設された排ガス噴出孔から水平方向に噴出される排ガスの噴出ジェットの干渉が起り、フロス相の安定性が欠けるため望ましくない。一方、Ｐ／Ｄが１．１５以上では脱硫効率にほとんど影響ないが、６を超えると容積効率が悪くなり、装置を大きくしなければならない。例えば、直径３０ｍｍの円形の排ガス噴出孔を等間隔で一列に配列した排ガス分散管を用いる場合、隣接する２つの排ガス噴出孔の中心間距離Ｐは、３６ｍｍ以上１５０ｍｍ以下とすることが好ましい。
相互に隣接する２つの円孔の直径が相違する場合には、前記のＰ／Ｄにおける円孔直径Ｄとしては、小さい方の円孔直径が採用される。
排ガス分散管の隔板に対する配置については、その分散管上端の隔板上の配列状態が、三角、四角、六角等の均一な状態であるかあるいは不均一の状態であるかを問わない。
【００１４】
本発明者らは、脱硫を効率よく行うためには、排ガス分散管の排ガス噴出孔を通過する排ガスの最大流速値Ｖ（ｍａｘ）を、下記式（１）、（２）、（３）及び（４）
Ｙ≧４．５Ｓ                    （１）
（好ましくはＹ≧６．５Ｓ）
Ｙ≦２４Ｓ                      （２）
（好ましくはＹ≦２２Ｓ）
０．０５≦Ｙ≦１．０            （３）
０．００５≦Ｓ≦０．０６        （４）
（但し、Ｓは排ガス噴出孔をＶ（ｍａｘ）で噴出する排ガスの動圧を吸収液の密度で除した値を示し、Ｙは脱硫に要する圧力を示す）
を満足するＳ値範囲の中から選ばれる１つの値Ｓ（ａ）に対応するように設定する必要のあることを見出した。
【００１５】
図５に、脱硫に要する圧力Ｙ（ｍ）と、前記Ｓ値と、脱硫率Ｚとの関係の具体例を示す。この図は、Ｓ値との関連において、同じ脱硫率Ｚを得るのに必要な圧力Ｙに最低値があることを示している。
図５における脱硫に要する圧力Ｙ（吸収液柱基準圧力）（単位：ｍ）は、排ガスの噴出孔を通過する排ガスの圧力損失（単位：ｋｇ／ｍ2）を吸収液の密度（単位：ｋｇ／ｍ3）で除した値Ｔ（ｍ）に、排ガス噴出孔中心点の吸収液の静止液面からの平均的深さ（吸収液の静止液面から排ガス噴出孔の中心点までの平均的な距離）Ｌ（II）（単位：ｍ）を加えた値であり、排ガスが、排ガス分散管の排ガス噴出孔を通過して吸収液面を出るまでに必要な圧力（単位：ｋｇ／ｍ2）を吸収液の密度（単位：ｋｇ／ｍ3）で除した値に相当する。前記Ｔ値は、実際には、Ｓ値に２．５〜４．０の範囲の一定の係数を乗じた値となっており、この場合の係数は排ガス噴出孔の形状と流速に依存する。従って、前記脱硫に要する圧力Ｙは以下の式で表わされる。
Ｙ＝Ｔ＋Ｌ（II）＝（２．５〜４．０）Ｓ＋Ｌ（II）     （５）
一方、Ｌ（II）とＳ値との比Ｌ（II）／Ｓは、後記するように、脱硫を効率よくかつ低脱硫コストで行うためには、Ｌ（II）／Ｓ＝２〜２０、好ましくは４〜１８の範囲に設定することが必要である。この関係を用いて前記脱硫に要する圧力Ｙを求めると、次式の通りである。
（ｉ）Ｌ（II）／Ｓ＝２〜２０の場合：
0003734291.tif 000004
（ii）Ｌ（II）／Ｓ＝４〜１８の場合：
0003734291.tif 000005
排ガスの脱硫率Ｚは、通常、５０〜１００％、好ましくは７０〜１００％の範囲に設定される。従って、図５における脱硫に要する圧力Ｙは、０．０５〜１．０ｍ、好ましくは０．０７５〜１．０ｍの範囲内の値となる。また、Ｓの値は、通常、０．００５〜０．０６ｍの範囲である。
【００１６】
図５における直線ａは、Ｙ＝４．５Ｓ、直線ｂはＹ＝２４Ｓを示したものであり、直線ａ’はＹ＝６．５Ｓ、直線ｂ’はＹ＝２２Ｓを示したものである。また、直線ｃはＹ＝０．０５ｍ、直線ｄはＹ＝１．０ｍを示したものであり、直線ｅはＳ＝０．００５ｍ、直線ｆはＳ＝０．０６ｍを示したものである。
また、Ｖ（ｍａｘ）とＳ（ａ）値との関係は次式で表わされる。
0003734291.tif 000006
前記式において、ρ（Ｉ）は排ガスの密度（ｋｇ／ｍ3）、ρ（II）は吸収液の密度（ｋｇ／ｍ3）、ｇは重力の加速度＝９．８（ｍ／ｓ2）を示す。
図５に関して示した以上の説明からわかるように、本発明で用いるＳ値の範囲は、前記式（１）、（２）、（３）及び（４）を満足する範囲であり、本発明における排ガス噴出孔を通過する排ガスの最大流速値Ｖ（ｍａｘ）は、前記Ｓ値範囲の中から選ばれる１つのＳ値であるＳ（ａ）に対応して設定される。
Ｓ（ａ）値を選ぶ場合、図５からわかるように、排ガス脱硫操作を、常に脱硫率Ｚ＝９０％の条件で行う場合には、Ｓが約０．０１７のときにＹが最低となることから、Ｓ（ａ）としては０．０１７を選定すればよい。そして、Ｖ（ｍａｘ）としては、そのＳ（ａ）＝０．０１７に対応するＶ（ｍａｘ）を採用すればよい。また、排ガスの脱硫操作を、常に脱硫率Ｚ＝７０％の条件で行う場合には、Ｓが約０．００９のときにＹが最低となることから、Ｓ（ａ）としては０．００９を選定すればよい。そして、Ｖ（ｍａｘ）としては、そのＳ（ａ）＝０．００９に対応するＶ（ｍａｘ）を採用すればよい。
一方、排ガスの脱硫操作において、その１日（２４時間）の半分の時間を脱硫率Ｚ＝７０％で行い、残りの半分の時間を脱硫率Ｚ＝９９％で行う場合には、Ｓが約０．０３５のときに脱硫率Ｚ＝９９％の条件でのＹが最低になることから、Ｓ（ａ）としては０．０３５を選定すればよい。そして、Ｖ（ｍａｘ）としては、そのＳ（ａ）＝０．０３５に対応するＶ（ｍａｘ）を採用すればよい。
前記のようにしてＶ（ｍａｘ）が設定されると、そのＶ（ｍａｘ）の設定値に応じて、排ガス分散管の数と、各排ガス分散管に設定する排ガス噴出孔の細孔面積（即ち、細孔の寸法と数）が決められる。
【００１７】
本発明者らは、脱硫を効率よく行うためには、１つの排ガス分散管７とこれを隣接して取り囲む複数の排ガス分散管との間の平均的な相互間隔Ｌ（Ｉ）（単位：ｍ）と前記Ｓ（ａ）値との比Ｌ（Ｉ）／Ｓ（ａ）を、１．５〜１０、好ましくは２〜８に保持する必要のあることを見いだした。
もし、Ｌ（Ｉ）／Ｓ（ａ）の値が１．５未満となると、隣接する排ガス分散管７のガス噴出孔から水平方向に噴出される排ガスが互いに会合・合体する頻度が高くなるため、脱硫率が急速に低下する。一方、Ｌ（Ｉ）／Ｓ（ａ）の値が１０を超えると容積効率が悪くなり、装置を大きくしなければならない。
例えば、Ｖ（ｍａｘ）＝３０ｍ／ｓで排ガスの密度ρ（Ｉ）＝１．１ｋｇ/ｍ3、吸収液の密度ρ（II）＝１１００ｋｇ/ｍ3とするとき、動圧を吸収液の密度で除した値Ｓ（ａ）は、重力の加速度ｇ＝９．８ｍ／ｓ2であるから、以下のように計算できる。
0003734291.tif 000007
このようなＳ（ａ）においては、排ガス分散管間の平均的な相互間隔Ｌ（Ｉ）は、２×０．０４６ｍ＝０．０９２ｍ以上とし、８×０．０４６ｍ＝０．３６８ｍ以下とすることが好ましい。
【００１８】
Ｌ（Ｉ）の一般的範囲は、０．０５〜０．６ｍ、好ましくは０．０７５〜０．４５ｍである。Ｓ（ａ）の一般的範囲は、０．００５〜０．０６ｍである。本発明においては、Ｌ（Ｉ）及びＳ（ａ）は、Ｌ（Ｉ）／Ｓ（ａ）が前記範囲になるように適当に選定すればよい。この場合、隔板１ｍ2当りの排ガス処理量を高める点からは、Ｌ（Ｉ）はできるだけ小さい方が好ましい。また、脱硫装置の運転コスト（排ガス処理コスト）を低減させる点からは、Ｓ（ａ）はできるだけ小さい方が好ましい。しかし、Ｓ（ａ）が小さすぎると隔板１ｍ2当りの排ガス処理量が低くなるため、脱硫装置が大きくなり、脱硫装置建設コストが高くなるので好ましくない。Ｖ（ｍａｘ）の一般的範囲は、８〜３５ｍ／ｓであり、排ガスの密度ρ（Ｉ）の一般的範囲は０．９〜１．２ｋｇ／ｍ3及び吸収液の密度ρ（II）の一般的範囲は１０００〜１３００ｋｇ／ｍ3である。
【００１９】
前記からわかるように、Ｌ（Ｉ）を小さくして、即ち、隔板の単位面積当りの排ガス分散管の数を多くして脱硫率Ｚを高く保持しようとすると、Ｓ（ａ）の値を小さくしないと、脱硫コストの点で良好な結果を得ることができない。Ｓ（ａ）の値を小さくするには、ガス噴出孔からの排ガス速度を小さくしなければならない。この排ガス速度を小さくするには、ガス噴出孔の相当直径を大きくするか排ガス噴出孔の数を増加させればよい。本発明の場合、排ガス噴出孔の直径は、３〜１００ｍｍ、好ましくは５〜５０ｍｍの範囲にするのがよい。
Ｌ（Ｉ）／Ｓ（ａ）の値を前記のようにして、特定範囲にコントロールすることにより、低い脱硫コストで排ガスを脱硫処理することができる。Ｌ（Ｉ）の具体的値は、Ｌ（Ｉ）／Ｓ（ａ）の値が前記の範囲になるように決められるが、例えば、排ガス噴出孔を通過する排ガスの最大流速値Ｖ（ｍａｘ）を３０ｍ／ｓとした場合のＬ（Ｉ）は、前記計算式（１０）の結果から、０．０９２〜０．３６８ｍの範囲である。
【００２０】
本発明者らは、脱硫を効率よくかつ脱硫コストが経済的に最適であるように行うためには、排ガス噴出孔中心点の吸収液の静止液面からの平均的深さ（吸収液の静止液面から排ガス噴出孔の中心点までの平均的な距離）Ｌ（II）と前記Ｓ（ａ）との比Ｌ（II）／Ｓ（ａ）を、２〜２０、好ましくは４〜１８に保持する必要のあることを見いだした。
もし、このＬ（II）／Ｓ（ａ）値が２未満となると、排ガスの一部が吸収液と十分に接触することなく、気液混合相Ａをショートパスして脱硫効率が低下する。また、Ｌ（II）／Ｓ（ａ）値が２０を超える場合には気液混合相Ａに分散された排ガスの気泡が上昇するにつれて会合・合体して大きな気泡となるため、気液接触効率が低下し、同様に脱硫効率が悪化する。
Ｌ（II）／Ｓ（ａ）値は、２〜２０、好ましくは４〜１８の範囲に規定するのがよく、これにより、脱硫効率とエネルギー効率を向上させることができる。また、Ｌ（II）は、一般的には０．０５〜０．９ｍ、好ましくは０．０７５〜０．７５ｍの範囲である。
【００２１】
脱硫効率に関しては、前記Ｌ（II）を大きくしても、前記Ｓ（ａ）値を大きくしても排ガス分散管に供給する排ガスの圧力Ｙは高くなり、いずれの場合にも脱硫率は上昇するが、脱硫コストは、逆に、排ガス分散管に供給する排ガスの圧力Ｙに大きく依存するため、排ガスの圧力Ｙが高くなるにつれて上昇する。
しかし、本発明者らは、前記Ｌ（II）／Ｓ（ａ）の値を前記の特定範囲に保持するときには、同じ脱硫率を得るのに必要な排ガス分散管に供給する圧力Ｙ、即ち、脱硫に必要なエネルギーが小さくてすみ、脱硫コストが大きく低減されることを見出した。
図５において直線ａと直線ｂに囲まれた範囲内、好ましくは直線ａ’と直線
ｂ’に囲まれた範囲内にあるようにＬ（II）を設定すれば、Ｌ（II）／Ｓ（ａ）は２〜２０、好ましくは４〜１８の範囲に設定されることになり、この範囲では必要な脱硫率Ｚが異なっても同じ脱硫率を得るのに必要なエネルギーが少なくてすむことになる。
図５における脱硫率Ｚが一定の曲線１（Ｚ＝９９％）、曲線２（Ｚ＝９０％）及び曲線３（Ｚ＝７０％）は、排ガス分散管の内径、排ガス分散管１本当りの排ガス流量、吸収液のｐＨ、流入する排ガス中の亜硫酸ガス濃度等を一定とした場合の例であり、これらの影響を受けて曲線の形状及び位置は若干変化する。
前記Ｓ（ａ）値の一般的範囲は０．００５〜０．０６ｍであるが、必要な脱硫率ＺによってＳ値の最適範囲が変わることが図５から分かる。また、脱硫装置を高範囲の運転条件で運転する場合において、できるだけ低いエネルギーで脱硫したい場合には、Ｓ（ａ）値を前記の範囲内のなかで大きめに設定するのが好ましい。
【００２２】
脱硫装置の性能をコントロールするための因子として新しく見出された前記Ｌ（II）／Ｓ（ａ）値は、設定された脱硫率Ｚを最小の運転コストで実現するための有効な手段となり得るものである。
Ｌ（II）／Ｓ（ａ）の値は、Ｌ（II）及び／又はＳ（ａ）を変化させることによってコントロールすることができる。Ｌ（II）は反応槽内の吸収液の静止液面Ｗを変化させることによってコントロールすることができるが、このためには、反応槽内の吸収液量を変化させたり、吸収液中に吹込む酸化用空気量を変化させればよい。吸収液中への空気吹込み量を多くすると吸収液面Ｗは、上昇し、一方、空気吹込み量を少なくすると吸収液面は降下する。
【００２３】
同じ脱硫率Ｚを低運転コストで実現するＬ（II）の範囲を求めると、例えば、Ｖ（ｍａｘ）＝２０ｍ／ｓで排ガス密度ρ（Ｉ）＝１．１ｋｇ/ｍ3、吸収液の密度ρ（II）＝１１００ｋｇ/ｍ3とするとき、前記と同様の計算方法でＳ（ａ）＝動圧／吸収液の密度＝０．０２０ｍとなる。このようなＳ（ａ）の値においては、必要な脱硫率Ｚに対応してＬ（II）は、好ましくは４×０．０２０ｍ＝０．０８０ｍ以上、１８×０．０２０＝０．３６０ｍ以下、また、より好ましくは６×０．０２０ｍ＝０．１２０ｍ以上、１６×０．０２０＝０．３２０ｍ以下の範囲となる。また、Ｖ（ｍａｘ）が３０ｍ／ｓの場合には、Ｓ＝０．０４６ｍであり、この値に基づいてＬ（II）の範囲を求めると、Ｌ（II）の範囲は、好ましくは４×０．０４６ｍ＝０．１８４ｍ以上、１８×０．０４６ｍ＝０．８２８ｍ以下、より好ましくは、６×０．０４６ｍ＝０．２７６ｍ以上、１６×０．０４６ｍ＝０．７３６ｍ以下である。
【００２４】
本発明者らは、第１室において排ガスの脱硫を効率よく行うためには、吸収液Ｌを１基以上の撹拌機１０によって撹拌し、吸収液１ｍ3当りに消費される攪拌軸１０’を回転させる動力（軸動力）の合計が０．０５〜０．２ｋｗ、好ましくは０．０８〜０．１５ｋｗとするとよいことを見出した。
この場合、撹拌機１０は図１に示すように吸収液中にその攪拌軸を縦方向に挿入し、その先端に角度付き平羽根式撹拌翼を装着した構造のものや、吸収液中にその攪拌軸を横または斜め方向から挿入し、その先端にプロペラ式撹拌翼を装着した構造のもの等であることができる。
もし１基以上の撹拌機１０によって撹拌して、吸収液１ｍ3当りに消費される軸動力の合計が０．０５ｋｗより小さくなると、気液混合相Ａへの吸収液Ｌの撹拌乱流による拡散が弱まり、脱硫率が低下すると共に気液混合相Ａにおける排ガス分散管などの構造物上へのスケーリングが生成し易くなる問題がある。
またもしこの消費軸動力の合計が０．２ｋｗを超えるようになると撹拌流によって生成する吸収液の表面波の波高が大きくなり、排ガス分散管７の側面に設けた複数の排ガス噴出孔８の中心点の平均的な深さ（浸液深）がガス噴出孔毎に大きく異なるようになるため、排ガス分散管の排ガス噴出孔からの排ガス噴出量に片寄りができて安定な脱硫が得にくく、むだなエネルギー消費となる問題がある。
この消費軸動力の合計を吸収液１ｍ3当り０．０８〜０．１５ｋｗとすることにより、安定な脱硫率が得られ、排ガス分散管表面等へのスケーリング生成の問題も生じない。
【００２５】
本発明者らは、第１室に収容されている吸収液Ｌを撹拌する撹拌機１０によって形成される図１に示すような吸収液の主循環流Ｒ中の１ヵ所以上の点に吸収剤を注入すると、吸収剤の均一拡散が速やかに得られることを見いだした。
吸収液の主循環流は、撹拌翼を貫流する循環流で、第１室において最大のものを示し、２次的、３次的に発生する撹拌乱流に伴われて吸収液Ｌが気液混合相Ａへ均一に供給される。また主循環流Ｒの流速が速いので循環時間が短く、吸収した亜硫酸ガスの量に応じた吸収剤を注入するときに、気液混合相Ａを一定のｐＨを保持するための時間的応答性もよい。
吸収剤の注入は循環流が撹拌翼を貫流する前でも後でもよく、また、その注入点の数は、装置の大きさに応じた数にするとよい。
【００２６】
本発明者らは、脱硫を効率よく行うためには、第１室に収容されている吸収液Ｌを撹拌する撹拌機１０によって形成される吸収液の主循環流Ｒ中の１ヵ所以上の点に、吸収された亜硫酸ガスを酸化するための空気を注入することにより、吸収液Ｌ中に吸収された亜硫酸ガスを効率よく酸化することを見いだした。
酸化用空気の注入は主循環流Ｒが撹拌翼を貫流した後に注入するのが好ましい。また、その酸化用空気の注入点の数は、装置の大きさに応じた数にするとよい。
酸化用空気は、吸収剤の場合と同様に主循環流Ｒ中に注入し、吸収液Ｌに吸収された亜硫酸ガスを吸収と同時に酸化反応する酸化剤として、２次的、３次的に発生する撹拌乱流により拡散させて気液混合相Ａへ均一に供給する。このようにして安定した脱硫を行うことができる。
【００２７】
図１に示した第１室４内においては、亜硫酸ガスと吸収剤と酸素との反応が起り、この反応で生成した石こうは、これを吸収液中から系外へ除去し、一方、その反応で消費した吸収剤に相当する吸収剤を吸収液中へ供給する。吸収剤は、第１室５から抜出された吸収液の一部に混入させて吸収液中へ供給させるのが好ましい。
吸収剤を混入した吸収液を吸収液Ｌ中に供給させるためには、吸収剤噴出部材が用いられる。この吸収剤噴出部材としては、その先端に液噴出孔を有する通常の液噴出部材が用いられる。この場合、液噴出孔の直径は、２０〜１００ｍｍ、好ましくは２５〜７５ｍｍである。吸収液中に配設する吸収剤噴出部材の数はできるだけ多い方が好ましく、一般的には、第１室４内に収容されている吸収液２０〜５００ｍ3当り、好ましくは３０〜３００ｍ3当り１個の割合である。また、吸収剤噴出孔から噴出させる吸収剤の量は、吸収剤噴出部材１個当り０．５〜２０ｋｇモル／ｈ、好ましくは１〜１０ｋｇモル／ｈにするのがよい。このように、複数の吸収剤噴出部材を配設し、その吸収剤噴出孔から吸収剤を吸収液との混合物として噴出させるときには、吸収剤を短時間で吸収液中に分散させることができるので、吸収液の局部的ｐＨ上昇に伴う吸収剤噴出孔や排ガス分散管等へのスケール発生と、脱硫性能の低下を防止することができる。
【００２８】
第１室４から抜出された吸収液に混入する吸収剤の混入量は、吸収剤混入吸収液中の石こう（ＣａＳＯ4・２Ｈ2Ｏ）Ａと吸収剤Ｂとのモル比Ａ／Ｂが０．１〜２０、好ましくは１〜１０の範囲になるような割合にするのがよい。このような吸収剤混入液を吸収剤噴出孔から吸収液Ｌ中に噴出させるときには、その噴出孔近傍におけるｐＨの局部的上昇がないために、微細な石こう結晶粒子の析出や、排ガス中のＣＯ2とカルシウムイオンの反応によるＣａＣＯ3の微細結晶粒子の析出が防止されるとともに、これらの微細結晶が析出しても、これらの微細結晶は石こう結晶表面に析出し、粗結晶となるため、吸収剤噴出孔の閉塞トラブル及び排ガス分散管へのスケーリングが防止される。
【００２９】
気液混合相Ａにおいては、以下の反応式で示される亜硫酸ガスと吸収剤と酸素との反応が起り、排ガス中の亜硫酸ガスは石こうとして固定化される。
0003734291.tif 000008
排ガスの脱硫率を向上させるためには、気液混合相Ａにおける前記反応を効率よく行わせることが必要となる。１時間当りに吸収液中へ導入される空気中の酸素と亜硫酸ガスとのモル比（Ｏ2／ＳＯ2）を０．５〜６、好ましくは１〜５の範囲に設定し、これにより、前記反応を効率よく行わせることができる。
【００３０】
吸収液中へ吹込む空気量を多くするにつれて空気を吸収液へ吹込むエネルギー量も増大することから、過剰の空気量の吹込みは好ましいものではない。
従って、経済的な観点からは、空気吹込み量は、前記Ｏ2／ＳＯ2モル比が特にが１〜５の範囲になるように規定するのがよい。
【００３１】
図４は、２室構造の排ガス脱硫装置の１例についての模式図を示す。この図において、図１に示された符号と同一の符号は同一の意味を有する。
図４に示した脱硫装置においては、第１室４内の吸収液と接触して浄化された排ガスは、その平均上昇速度を０．５〜５ｍ／ｓ、好ましくは０．７〜４ｍ／ｓ、平均水平速度を８ｍ／ｓ以下、好ましくは６ｍ／ｓ以下に保持され、第１室４（反応槽）の上部空間Ｂを上昇しながらかつ水平方向に移動する。このようにして浄化排ガスが流動する間に、排ガス中のミスト及び固体粒子は、固液体分離空間Ｂにおいて重力沈降及び排ガス分散管７との衝突分離により排ガス中から分離され、ミスト及び固体の分離された浄化排ガスは排ガス排出口９から排出される。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の排ガス脱硫方法は、ボイラー、加熱炉などからの排ガスの脱硫処理に有利に適用することができる。本発明によれば、低められた脱硫コストにおいて、排ガス中の亜硫酸ガスを効率よくかつ安定的に連続除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は３室構造の脱硫装置の１例についての模式図を示す。
【図２】排ガス分散管の１例についてこれを長手方向に切開した展開図を示す。
【図３】排ガス分解管の他の例についてこれを長手方向に切開した展開図を示す。
【図４】図４は２室構造の脱硫装置の１例についての模式図を示す。
【図５】脱硫に要する圧力ＴとＳ値と脱硫率Ｚとの関係を示す。
【符号の説明】
１：脱硫装置
２：密閉槽
３：第１隔板
４：第１室
５：第２室
６：排ガス導入口
７：排ガス分散管
８：排ガス噴出孔
９：排ガス排出口
１０：撹拌機
１１：吸収剤供給管
１２：酸化用空気供給管
１３：吸収液抜出管
１４：第２隔板
１５：第３室
１６：排ガス上昇筒
１７：洗浄液供給管
１８：洗浄液排出口
Ａ：気液混合相
Ｂ：固液体分離空間
Ｄ：排ガス噴出孔の直径
Ｌ：吸収液
Ｐ：隣接する２つの円孔の中心間距離
Ｗ：吸収液の静止液面
【図１】
0003734291.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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