(57)【要約】  ガスから被吸収物質を取り除くためのデバイスおよび方法が説明される。回転式吸収デバイスは、ガス入口、ガス出口、吸収性液体入口、および吸収性液体出口を有するハウジングと、回転するように前記ハウジング内に取り付けられかつ入口および出口に接続する回転子であって、軸方向にかつ共通の回転軸に平行に延在する複数の洗浄チャネルを含む回転子と、回転子を回転させるための手段とを備える。デバイスおよび方法は、ガスの洗浄に改善された選択性および効率を提供する。
2020523196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスから被吸収物質を取り除くための回転式吸収デバイスであって、ガス入口、ガス出口、吸収性液体入口、および吸収性液体出口を有するハウジングと、回転するように前記ハウジング内に取り付けられかつ前記入口および前記出口に接続する回転子と、を備え、前記回転子が、軸方向にかつ共通の回転軸に平行に延在する複数の洗浄チャネルを含み、前記チャネルが、前記吸収性液体入口と前記吸収性液体出口との間で前記回転子の全軸方向長さにわたる壁により円周方向に囲まれ、前記デバイスが、前記回転子を回転させるための手段、および、前記吸収性液体入口への吸収性液体の持続的な流れを提供するための手段をさらに備える、回転式吸収デバイス。
【請求項２】
前記ガス入口および前記吸収性液体入口が、前記回転子の上流に配置され、前記ガス出口および前記吸収性液体出口が、前記回転子の下流に配置される、請求項１に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項３】
入口ガスの圧力を高めるように適合された加圧手段をさらに備える、請求項１または２に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項４】
前記複数の洗浄チャネルが、合計で少なくとも１０本、より好ましくは少なくとも１００本、最も好ましくは少なくとも１０００本に達する、請求項１または２に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項５】
前記吸収性液体出口に接続する吸収性液体収集器をさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項６】
前記ハウジングが、どちらも回転するように前記ハウジング内に取り付けられた第１および第２の回転子を含み、前記第２の回転子が、前記第１の回転子の軸方向下流に設けられる、請求項１から５のいずれか一項に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項７】
前記第１および第２の回転子の上流にそれぞれ配置された第１および第２の吸収性液体入口を備える、請求項６に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項８】
前記第１および第２の回転子の下流にそれぞれ配置された第１および第２の吸収性液体出口を備える、請求項６または７に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項９】
前記第１および第２の吸収性液体出口のうちの少なくとも一方が、第１および第２の吸収性液体入口のうちの少なくとも一方に再び接続する、請求項８に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項１０】
前記第２の吸収性液体出口が、前記第１の吸収性液体入口に再び接続する、請求項９に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項１１】
前記回転子の上流および／または下流に設けられた流れ案内手段をさらに備え、それにより、選択的な上流の流れ案内手段が、前記回転子を回転させるための手段として機能する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項１２】
前記流れ案内手段が、渦形室、静翼、もしくはインペラ、またはそれらの組合せを含む、請求項１１に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項１３】
ガスから被吸収物質を取り除くための方法であって、請求項１から１２のいずれか一項に記載の回転式吸収デバイスを用意するステップと、前記ガス入口にガスを供給するステップと、前記吸収性液体入口に吸収性液体を供給するステップと、前記ハウジング内の前記回転子を回転させ、それにより前記吸収性液体を前記洗浄チャネルの内側止水壁に拘束して前記内側止水壁に膜を形成して、前記ガスから前記吸収性液体への被吸収物質の分子輸送を可能にするステップと、前記ガス出口を通じて前記ガスを退出させ、また、前記吸収性液体出口を通じて前記吸収性液体を退出させるステップと、を含む方法。
【請求項１４】
前記ガスおよび前記吸収性液体が、前記回転子の上流で供給され、前記ガスおよび前記吸収性液体が、前記回転子の下流で退出する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
入口ガスが、１バールから２０バールの間、より好ましくは１バールから１０バールの間の圧力まで加圧される、請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記吸収性液体が、前記吸収性液体出口を通じて前記吸収性液体を退出させるステップの前に収集される、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ガスおよび前記吸収性液体が、どちらも回転するように前記ハウジング内に取り付けられた第１および第２の回転子に供給され、前記第２の回転子が、前記第１の回転子から軸方向下流に設けられる、請求項１３から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
吸収性液体が、前記第１および第２の回転子の上流にそれぞれ配置された第１および第２の吸収性液体入口に供給される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記吸収性液体が、前記第１および第２の回転子の下流にそれぞれ配置された第１および第２の吸収性液体出口を通じて退出する、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１および第２の吸収性液体出口のうちの少なくとも一方において退出する吸収性液体が、第１および第２の吸収性液体入口のうちの少なくとも一方に送り返される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２の吸収性液体出口から退出する吸収性液体が、第１の吸収性液体入口に送り返される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記回転子が、入来ガス流を前記ハウジングに対しておおよそ接線方向に向けることによって駆動される、請求項１３から２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記洗浄チャネルの水力直径および平均軸方向ガス速度が、前記チャネルにおけるレイノルズ数が１８００よりも大きくなりかつ前記ガスが前記洗浄チャネルを乱流で通過するように選択される、請求項１３から２２のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスから被吸収物質を取り除くための回転式吸収デバイスに関する。本発明は、ガスから被吸収物質を取り除くための方法にさらに関する。
【背景技術】
【０００２】
排ガスから不要な成分（被吸収物質）を取り除くこと（洗浄）は、以前から行われてきた。典型的な洗浄処理設備は、特定のガス状成分の形態をした被吸収物質がガスから液体へ移ることを可能にすることを目的として、ガス流をいわゆる吸収性液体（absorbent liquid）と接触させる。洗浄は、例えば、排出を制限するために使用され得る。洗浄はまた、当技術分野では吸収と呼ばれる。
【０００３】
洗浄中、ガスから吸収性液体への成分の移行が生じる。実際に吸収性液体に移るガス状成分の度合いは、特に、被吸収物質が吸収性液体に溶ける能力によって決定される。低濃度および分圧が＜１ａｔｍの成分の場合、ヘンリーの法則が、液体におけるガスの溶解度に適用可能である：
ｐ＝Ｈ．ｘ
式中、
ｐ＝分圧（Ｐａ）であり、
ｘ＝モル分率であり、
Ｈ＝ヘンリー定数（Ｐａ）である。
これは、任意の所望の最終濃度に対する吸収性液体中の被吸収物質の最大濃度を計算することを可能にする。
【０００４】
ガスを洗浄する慣例的な方法は、液体噴霧、濡れトレー塔（wetted tray column）、および濡れ充填塔（wetted packed column）によるものである。既知のデバイスは十分に動作し得るが、それらのデバイスは、特に効率に関して改善の余地がある。効率は、例えば、ある量の被吸収物質を取り込むのに必要とされる吸収性液体の量に関連し得る。
【０００５】
特許文献１は、マルチセルラ分別デバイス（multicellular fractionation device）を開示している。その目的は、入来媒体を様々な成分に分別することであり、これは、別に加えられた液体に成分を溶解させることによりそれらの成分をガスから除去することが実際の目的である洗浄とは、全く異なる。分留および洗浄は、プロセス技術の異なる単位操作であり、また、設計および操作手順の違いを伴うそれらの物理学は、実質的に異なる。特許文献１の塔は、軸方向に配置された回転要素と、それらの間の固定板とを備え、それらのどちらにもチャネルが設けられている。したがって、回転に続いて、軸方向に連続する複数の段の非回転があり、それにより、各段は、伝統的な分留塔におけるトレーに相当する。その構成は、濃度および温度の径方向の混合を強化して水平方向の不均等性を低下させると言われている。段平衡に達することが、実際に分留塔の望ましい特徴である。しかし、回転要素および非回転要素の構成は、特許文献１のデバイスを洗浄には不向きにする。各回転要素と非回転要素との間の垂直空間は間隙を提供し、吸収性液体は、液体に作用する遠心力の結果として、この間隙を通って径方向に運ばれる。したがって、導入される吸収液は、デバイスの上流端（上端部）からの垂直距離によりますます塔の径方向外側部分に移動することになる。これは、チャネルにわたる吸収性液体の不均一な分布を引き起こすことになり、望ましい洗浄は生じないであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第２，６６２，７５９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、最新技術のデバイスに優る改善された効率を有する、ガスから被吸収物質を取り除くための吸収デバイスを提供することである。さらなる目的は、ガスから被吸収物質を取り除くためのより小型の吸収デバイスを提供することである。なおも別の目的は、ガスから被吸収物質を取り除くためのより効率的な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記その他の目的は、請求項１に記載のデバイスによって実現される。本発明は、ガスから被吸収物質を取り除くための回転式吸収デバイスを提供し、このデバイスは、ガス入口、ガス出口、吸収性液体入口、および吸収性液体出口を有するハウジングと、回転するように前述のハウジング内に取り付けられかつ入口および出口に接続する回転子であって、垂直にかつ共通の回転軸に平行に延在する複数の洗浄チャネルを含む回転子と、回転子を回転させるための手段と、を備える。チャネルは、吸収性液体入口と吸収性液体出口との間で回転子の全軸方向長さにわたる壁により円周方向に囲まれ、また、デバイスは、吸収性液体入口への吸収性液体の持続的な流れを提供するための手段をさらに備える。
【０００９】
本発明のデバイスは、ガスから被吸収物質を効率的に吸収することを可能にする。それに加えて、ガスから被吸収物質を取り除くことを目的としている本発明による方法は、本発明による回転式吸収デバイスを用意するステップと、ガス入口にガスを供給するステップと、吸収性液体入口に吸収性液体を供給するステップと、前述のハウジング内の回転子を回転させ、それにより吸収性液体を洗浄チャネルの内側止水壁（inward facing wall）に拘束して内側止水壁に膜を形成するステップと、ガスから吸収性液体への被吸収物質の分子輸送を可能にするステップと、ガス出口を通じてガスを退出させ、また、吸収性液体出口を通じて吸収性液体を退出させるステップと、を含む。ハウジングおよび回転する回転子の洗浄チャネルに入るガスは、吸収剤または吸収性液体と呼ばれる液体によって吸収される、被吸収物質と呼ばれる化合物を含む。典型的な運用では、チャネル壁上に形成される膜は、被吸収物質の少なくとも一部を吸収し、また、被吸収物質（の一部）を含む膜は、一実施形態では、洗浄チャネル内のガスと平行に流れ、最終的にはチャネルから離れるときに分散して液滴になる。回転子の回転により、吸収性液体の液滴は、ハウジングの吸収性液体出口に向かって回転子の回転の中心軸に対して径方向外向きに推進され、吸収性液体出口において、液体は廃棄されかつ／または収集される。
【００１０】
本発明の回転式吸収デバイスは、特に例えば噴霧塔などの既知の吸収デバイスに対して、相対的に小さいサイズで設計され得るという利点を有する。小さなサイズは、好ましくは平行な小さなサイズの複数のチャネルを回転子内に設けることによって達成される。洗浄チャネルの断面サイズは、具体的な用途に応じて、大きな範囲内で選択され得る。チャネルの適切な断面幅は、１ｍｍほどの小ささ、さらには０．１ｍｍほどの小ささとされる場合があり、また、好ましくは１０ｍｍまで、より好ましくは５ｍｍまでに制限される。吸収性液体は、回転子の回転により各チャネルの内側止水壁に向かって移動して、最終的には内側止水壁に拘束され、この内側止水壁において、吸収性液体は、０．００１から１ｍｍ、より好ましくは０．０１０から０．１ｍｍの間ほどの薄さであり得る厚みを有する膜を形成する。チャネルの小さな断面幅および膜の薄さは、ガスから吸収性液体への被吸収物質の分子輸送に対する低い抵抗を助長する。
【００１１】
回転する回転子のさらなる有利な効果は、吸収性液体が、液体出口に向かって推進される液滴の形で少なくとも部分的に分離されることである。この回転に起因する分離は、当技術分野において典型的になされるように実際の吸収デバイスの下流に別個の液体分離器を設置せざるを得ない状態を回避する。
【００１２】
本発明のデバイスを使用することの結果は、ガス中の構成物質（被吸収物質）を吸収によって除去するための小型かつ効率的なシステムである。本発明のデバイスはまた、ガスを冷却するため、および、液体膜に吸収された凝縮成分を除去するために使用され得る。
【００１３】
遠心力の作用により、回転子の洗浄チャネルを通されるときに回転させられる液体およびガスは、回転軸に平行に延在しかつ回転子内のチャネルの境界を形成する径方向境界に向かって、回転軸から離れるように径方向に移動する。洗浄チャネルの外側境界は、この境界に到達して定着することができた液体部分を収集するための手段として働き、それらの液体部分は、続いて、収集境界に沿って平行に流れるガスから除去され得る。液体が収集境界に到達しかつガス被吸収物質を吸収するように働くことができる限度は、滞留時間、つまりガスがチャネルを通過するのにかかる時間と一緒に、液体分子が収集境界に到達するのにかかる時間から算定され得る。当業者は、液体膜形成およびガス構成成分の吸収の望ましい効果を得るために、ガスの適切な軸方向速度を採用することができるであろう。回転子および洗浄チャネルの適切な軸方向範囲は、チャネルの断面幅の１００〜５０００倍の大きさとされ得る。
【００１４】
回転式吸収デバイスの一実施形態におけるガスおよび液体は、回転子の上流に導入され、ここで、デバイスは、どちらも回転子の上流に配置されたガス入口および吸収性液体入口を備えている。この実施形態におけるガスおよび吸収性液体は、同じ方向に流れ、すなわち、並流を示す。液体に対するガスの流れ方向を異なって定めることも可能であり得る。向流の一実施形態では、吸収性液体および清浄にされるべきガスは、反対方向に流れる。向流洗浄の主な利点は、ガスがきれいになるほど、吸収性液体中の汚染物濃度が低くなることである。
【００１５】
回転式吸収デバイスの別の実施形態では、ガス出口および吸収性液体出口は、回転子の下流に配置される。
【００１６】
洗浄チャネルの数は、用途に応じて広い範囲内で選択され得る。回転式吸収デバイスの適切な実施形態は、少なくとも１０本、より好ましくは少なくとも１００本、最も好ましくは少なくとも１０００本の洗浄チャネルを備える。数を増やすことにより、回転子をわたる圧力降下を犠牲にして効率が高められ得る。回転する１つの回転子内に多数のチャネルを結合させることにより、清浄すべき大量のガスを取り扱うための手段が提供される。
【００１７】
チャネルは、任意の可能な方法で、例えばシリンダの回転軸に平行に配置される所望の数のチャネルを塊状シリンダに穿孔することにより、回転子内に設けられ得る。別の可能性は、間隔の狭い複数の同心のシリンダを設け、隣接する２つのシリンダ間の各環帯が、方位角的に設置されて軸方向に延在する少なくとも１つの隔壁によって分割されることである。回転子を作る他の手段も想定され得る。
【００１８】
チャネルは、吸収性液体入口と吸収性液体出口との間で回転子の全軸方向長さにわたる壁により円周方向に完全に囲まれる。チャネル壁に穴または開口部がないことにより、遠心力の作用に起因する吸収液の径方向における漏出が効率的に防止される。これは、吸収液の均一な分布を回転要素の全長にわたって維持することを支持する。遠心力は、下（下流）端部において、吸収性液体が回転要素すなわち回転子を離れるときに吸収性液体を径方向に推進する手段として作用する。したがって、被吸収物質が詰め込まれた液体は、ガスから効率的に分離され、このガスは、動作方法に応じて、下（下流）端部において回転要素すなわち回転子に入るまたはそこから離れる。
【００１９】
吸収性液体入口への吸収性液体の持続的な流れを提供するための手段は、ポンプを含んでもよく、または、吸収性液体が水を含む場合には、例えば給水システムによって提供されてもよい。
【００２０】
導入された吸収性流体は、各洗浄チャネルの収集境界において流体膜を築く。回転する回転子がその回転軸を垂直にして設置される場合、収集された流体は、重力を受けて下方に流れずに、せん断力により洗浄チャネル内のガス流に同伴されることが好ましい。チャネル内のせん断力の水準は、洗浄チャネル内の圧力勾配によって影響され得る。この圧力勾配は、上流のガスの圧力、すなわちガス入口におけるガスの圧力によって決定され得る。
【００２１】
チャネル内のせん断力を任意の好ましい水準まで高めることを可能にするために、本発明の一実施形態は、入口（供給）ガスのための加圧手段をさらに備えるデバイスに関する。方法の対応する実施形態では、入口（供給）ガスは、１から２０バールの間、より好ましくは最良の結果を出すための１から１０バールの間の圧力まで加圧される。
【００２２】
遠心力により、液体は、回転子およびその洗浄チャネルから離れるときに、外向きに推進される。回転そのものは、分子輸送および吸収に対して大きな影響を有し得ない。しかし、回転子の回転は、形成された液体膜をチャネル壁に接触させておく傾向があり、かつ、この膜が前述の壁から離れるのを遅らせるまたは妨げる。その結果、吸収が達成されることのほかに、ガスおよび液体の良好な分離が、吸収デバイスに本質的に備わる。したがって、液体は、チャネルから出て行くときにガス流からうまく分離されて、収集され得る。ハウジング内には、吸収性流体の連続的な輸送のための手段が設けられ得る。
【００２３】
チャネルは、回転軸に実質的に平行に設けられることが好ましい。回転軸に非平行に位置決めされる収集壁を適用すると、遠心力の成分が収集境界に平行に作用することになり、また、収集された流体膜のチャネル壁に沿った連続的な輸送のためのまたはそれを強化するための手段として機能し得る。しかし、そのような傾斜壁は、特に層流条件下では、コリオリの力に起因する二次流れなどの二次流れを生じさせ得る。これらの二次的な力は、液体粒子の径方向の移動および沈降の過程を妨害する可能性がある。０．１〜１ラジアン程度のわずかな傾斜が、有益であり得る。
【００２４】
回転式吸収デバイスの一実施形態は、回転子の上流および／または下流に設けられた流れ案内手段をさらに備え、場合により上流の流れ案内手段は、回転子を回転させるための手段として機能する。
【００２５】
回転式吸収デバイスの適切な実施形態は、渦形室、静翼、もしくはインペラ、またはそれらの組合せを含む流れ案内手段を有する。これらは、入口ガスを回転させることができ、また、特に回転子の洗浄チャネルの上流および／または下流に設置される被動流れ案内手段を設ける場合には、デバイスにわたる圧力損失を最小限に抑えることができる。流れ案内手段は、いくつかの実施形態では、回転子を回転させるための手段として機能し得る。
【００２６】
被吸収物質（の一部）を含有する吸収性液体を効率的に収集するために、回転式吸収デバイスの一実施形態は、吸収性液体出口に接続する吸収性液体収集器をさらに備える。この収集器は、デバイスのハウジング内に設けられることが好ましく、また、例えば、ハウジングの側壁に接触して設けられた円周方向の隆起部またはトレーとして具体化され得る。
【００２７】
回転子内のチャネルの比較的小さい断面幅により、チャネル内のガスは、チャネルの境界壁上に堆積した液体膜にかなり強いせん断力を及ぼすことができる。それにより、液体は、ガス流と同じ方向に流され得る。すると、ガスと液体とが同じ方向に流れ、回転子が連続して設けられる本デバイスの好ましい実施形態によれば、そのような並流による吸収のさらなる向上が達成され得る。この点において適切な実施形態は、ハウジングが、どちらも回転するように前述のハウジング内に取り付けられた第１および第２の回転子を含み、第２の回転子が、第１の回転子から軸方向下流に設けられる、回転式吸収デバイスを提供する。
【００２８】
一実施形態による回転式吸収デバイスは、第１および第２の回転子の上流にそれぞれ配置された第１および第２の吸収性液体入口を備えるが、第１の実施形態と組み合わせられ得る別の実施形態は、第１および第２の回転子の下流にそれぞれ配置された第１および第２の吸収性液体出口を備える。
【００２９】
回転式吸収デバイスのさらに別の実施形態では、第１および第２の吸収性液体出口のうちの少なくとも一方が、第１および第２の吸収性液体入口のうちの少なくとも一方に再び接続し、また、第２の吸収性液体出口が第１の吸収性液体入口に再び接続するデバイスが、特に好ましい。互いに対して連続して位置決めされた２つの回転子がある場合、第１の回転子から出るガスは、第２の回転子に入り、それと同時に、新鮮な吸収性液体が、第２の回転子に供給される。部分的に使用された吸収性液体は、第２の回転子から離れるときに、第１の回転子に供給され、より徹底的に、さらには完全に利用された吸収性液体として、この回転子から離れる。
【００３０】
動作時には、ガス中の被吸収物質の濃度が減少する一方で、液体中の被吸収物質の濃度が増大する。液体における特定の濃度に相当する、ガスにおける平衡濃度は、温度を含む複数の要因によって決定される。液体の温度が高くなるほど、ガスにおける平衡濃度が高くなる。したがって、温度の低下が、回転式吸収デバイスの収量に好ましい影響を有し、回転式吸収デバイスは、好ましくは５０℃未満、より好ましくは４０℃未満、より好ましくは室温、最も好ましくは１０℃未満の温度で動作される。
【００３１】
吸収された成分を変質させるのに役立つ化学薬品を吸収性液体に追加することにより、収量、すなわち液体による被吸収物質の取込みを増加させることが可能である。したがって、吸収されたガスと反応する化学薬品を追加することは、吸収収量への好ましい効果を有する。
【００３２】
水のほかに、有機液体が、吸収性液体として使用され得る。適切な事例では、化学薬品または微生物が、吸収性液体に追加されて、液体中に溶解しているガスを変質または中和させ得る。この変質の結果として、液体中の濃度が減少し、それにより、ヘンリーの法則に従って、より多くのガスが溶解することが可能になる。
【００３３】
回転式洗浄デバイスにおける液体−ガス比は、吸収性液体の流量とガス流の流量との関係を含む。本発明のデバイスは、従来のデバイスと比較すると、望ましい残余排出量を実現するのに、ガス１ｍ３当たりの液体の量がより少なくて済む場合がある。
【００３４】
遠心力によって生じるチャネル内の流体粒子の径方向速度は、非常に小さいものであり得るが、ガスおよび液体の流れにおける微小摂動が、ガス状構成成分の吸収および外側境界壁における液体膜の形成の過程に有益であり得る。したがって、チャネルにおけるレイノルズ数が１８００、より好ましくは２０００を超えるように洗浄チャネルの水力直径および平均軸方向ガス速度が選択され、かつ、ガスが（潜在的に）乱流で洗浄チャネルを通過する方法の実施形態が好ましい。乱流は一般に、チャネルを通る流れのレイノルズ数が１８００よりも大きい場合、好ましくは２０００よりも大きい場合に達成される。レイノルズ数は、よく知られたものであり、また、チャネルを通るガス流の平均軸方向速度、キャリヤガスの動粘性率、および、チャネルの水力直径に依存する。水力直径は、よく知られた原理に従って決定することができ、また、円形のチャネル断面の場合、その直径に等しい。ガスの平均軸方向速度は、洗浄チャネルをわたる圧力勾配によって影響され得る。洗浄チャネル内の優勢な乱流は、おそらく吸収性液体へのガス分子のより良好な輸送により、吸収効率を改善することが分かっている。液体に作用するせん断力は、乱流条件下では、層流条件下のせん断力と比べて増大する。増大したせん断力は、ガスおよび液体の並流を生じさせることができ、また、洗浄チャネル内でガスおよび液体の乱流および並流が生じる方法の一実施形態が、特に好ましい。
【００３５】
チャネル内の乱流のガス流は、レイノルズ数が十分に大きいときに優勢になる。実際に現実的な値の流速およびチャネル径の場合、結果的に乱流となる十分に大きな値のガス密度を有するために、チャネル内には、２バールの圧力、または５バールの圧力すら必要とされる。乱流と組み合わせられた増大した圧力および密度において、ガスにより液体膜に作用するせん断力は、ガスおよび液体の流れが少なくとも部分的に同じ方向に生じる程度まで大きくなる。また、チャネルの垂直姿勢に対して、重力は、ガスの上昇流とは反対の重力による液体の下降流をもたらすのに十分な大きさにはなり得ない。よって、チャネル内の向流は可能とされ得ない。一方で、２バールまたは５バール未満のより適度な圧力では、ガス流は、優勢に層流となり、また、せん断力は、もはや重力をしのぐことができない。よって、向流動作は、底部（デバイスの下流端）において注入されたガスが上方に流れている間に、下方に流れる液体を頂部（デバイスの上流端）において注入することにより、可能とされ得る。上方へのガス流を引き起こすために必要な必須の圧力差を課すために、送風機が設けられてもよい。この実施形態では、洗浄されたガスは、頂部において回転子から離れ、被吸収物質を含んだ液体は、底部において回転子から離れる。
【００３６】
本願において開示される実施形態はそれらの実施形態の任意の可能な組合せで組み合わせられ得ること、および、独立した各実施形態は分割出願の主題であり得ることが、明示的に言及される。
【００３７】
上記の簡単な説明、ならびに本発明の他の目的、特徴、および利点は、目下好ましいがそれでもなお例示的なものである実施形態に関する以下の詳細な説明を添付の図面と併せて参照することにより、より十分に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による回転式吸収デバイスの概略上面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示された実施形態の平面Ａ−Ａに沿った断面の概略横断側面図である。
【図２】本発明による回転式吸収デバイスの別の実施形態の横断側面図である。
【図３】本発明による回転式吸収デバイスのさらに別の実施形態の概略側面図である。
【図４Ａ】本発明の別の実施形態による回転式吸収デバイスの概略上面図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示された実施形態の平面Ａ−Ａに沿った断面の概略横断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、本発明の一実施形態による回転式吸収デバイス１００が示されている。デバイス１００は、円筒形ハウジング１６を備え、ハウジング１６内では、軸受１９によって支持されたシャフト１８に回転子１７が取り付けられる。回転子１７は、回転軸２０に平行に配置された、軸方向に延在する多数の洗浄チャネル１で構成される。チャネル１は、潜在的な乱流がチャネル１において達成され得るように寸法取りされる。
【００４０】
回転子１７は、シャフト１８に固定され、シャフト１８は、軸受１９内に回転可能に取り付けられており、また、シャフト１８は、所望されるならば外部から駆動され得る。回転子１７とハウジング１６との間での漏出の可能性は、適切な封止装置によって防がれる。ハウジング１６は、ガス入口２およびガス出口３を備える。ガス入口２は、導管で構成され、この導管は、ハウジング１６内で入来ガスの渦巻く回転運動を生じさせるために、円筒形ハウジング１６の上流端において円筒形ハウジング１６内の位置４に接線方向に位置決めされる。渦巻くガスの運動は、回転モータなどのいかなる外部駆動手段も伴わずに、ハウジング１６内での回転子１７の回転を生じさせる。
【００４１】
ガス出口構造３は、ガス入口構造２の鏡像であり、かつ、導管を備え、この導管は、出てくるガスが位置５においてハウジング１６から離れるときにそのガスを渦巻く回転運動から並進運動に導くために、円筒形ハウジング１６の下流端において円筒形ハウジング１６内の位置５に接線方向に位置決めされる。
【００４２】
接線方向の入口２および出口３のほかに、回転するガスの運動はまた、回転子１７の上流端および下流端に設けられた動かない曲面羽根（図示せず）によって生成されかつ無効にされ得る。固定羽根構造の内側部は、回転子１７の軸受１９を含み得る。
【００４３】
ハウジング１６の上流端におけるハウジング１６の頂部には、（新鮮な）吸収性液体２１のための入口６が設けられる。示された実施例では、液体２１は、適切な噴霧機構により、矢印２３に従って回転子１７の頂部に噴霧される。液体２１は、回転子１７の頂部に噴霧され、軸２０の周りでの回転子の回転が、チャネル１上での液体２１の一様な分布を実現する。回転子１７の下流側では、今や被吸収物質を含有する吸収液２１（被吸収物質含有液体２２として示される）は、回転子１７の外側境界壁の軸方向延長部を形成する円筒形シェル７の止水壁から離れる。円筒形シェル７壁の内側では、被吸収物質含有液体２２の新たな膜が生じ、この膜は、円筒形シェル７壁の外側端部において崩れて、ハウジング１６内に設けられた円筒形の水切りの形態の液体収集チャンバ８へ液滴として推進される。吸収性液体は、出口１３においてハウジング１６から離れる。
【００４４】
図１Ａおよび図１Ｂに示された垂直配置の代替形態として、一実施形態による回転式吸収デバイス１００は、水平に位置決めされ得る。チャネル１内の液体２１の流れは、遠心力と、回転子１７のチャネル１内を流れるガスによって及ぼされるせん断力とによって制御される。回転子１７のチャネル１から離れる際、被吸収物質含有液体２２および液滴の運動は、遠心力によって支配される。重力は、液体流が回転式吸収デバイスの外側に設けられた収集タンク（図示せず）に入れられるときにのみ、重要になる。
【００４５】
ガス流とは無関係に回転子１７を回転させる必要がある場合、外部の駆動装置または機関が使用され得る。回転子を回転させるためのそのような手段は、そのような実施形態では、例えば電磁継手を介して回転子１７に接続され得る。そのような実施形態では、ハウジング１６を貫通するシャフトは必要とされず、したがって、ガスの漏出を防ぐための複雑な封止機構の使用を回避するという利点が維持される。
【００４６】
チャネル１の小さな断面幅により、ガスは、上流端から下流端へと回転子１７を下りながら、かなり強いせん断力を液体２１に及ぼす。それにより、液体２１は、ガスと同じ（下流）方向２４に流される。洗浄動作の効率を改善するために、また、図２を参照すると、回転式吸収デバイス１００の一実施形態が、どちらも共通のシャフト１８上に設けられた第１の回転子１７ａおよび第２の回転子１７ｂの上流にそれぞれ配置された、吸収性液体２１ａのための第１の吸収性液体入口６と吸収性液体２１ｂのための第２の吸収性液体入口１４とを備え得る。第１の吸収性液体出口１３が、第１の回転子１７ａの下流端に設けられ、第２の吸収性液体出口１５が、第２の回転子１７ｂの下流に設けられ、この出口１５は、第１の入口６に再び接続する。ガスは、デバイス１００の頂部の入口９において接線方向にデバイス１００に入り、底部において出口１０を通ってデバイス１００から離れる。回転子１７ａおよび１７ｂは、上端部１１および下端部１２において共通のシャフト１８に取り付けられている。回転子１７ａおよび１７ｂは、第１の回転子１７ａから出る液体を除去するための出口１３の提供を可能にするために、また、新鮮な液体２１ｂを入口１４から第２の回転子１７ｂの上流端に注入するために、互いに軸方向距離を保たれる。第１の回転子１７ａから出るガスは、第２の回転子１７ｂに入り、それと同時に、新鮮な吸収性液体２１ｂが、入口１４を通じて第２の回転子１７ｂに供給される。部分的に使用された吸収性液体は、第２のロータ１７ｂから離れるときに第１の回転子１７ａに戻されて、より徹底的に、さらには完全に利用された吸収性液体２２ｂとして、この回転子１７ａから離れる。
【００４７】
場合により共通のシャフト上に連続して取り付けられる回転子の数は、向流吸収の構成をより詳細に見積もるために、３つ以上に増大され得る。したがって、連続した少なくとも２つの回転子、より好ましくは連続した少なくとも３つの回転子、さらにより好ましくは連続した少なくとも５つの回転子を備える回転式吸収デバイスを採用することが可能である。
【００４８】
回転式吸収装置１００の第３の実施形態が、図３に示されている。入来するガス流２６のガス圧は、圧縮機２５の形態の圧縮手段によって高められ、加圧されたガスは、ガス入口２を介して、本発明による回転式吸収装置１００の回転子のハウジング１６に入る。新鮮な洗浄流体または吸収性液体が、ガス内の汚染物質を除去するために、入口６を介してハウジング１６に入る。清浄ガスは、ガス出口３を介して出て行き、利用された吸収流体は、出口１３を介して出て行く。圧縮機２５は、回転式吸収装置１００の回転子の洗浄チャネル内に乱流を確立するために使用される。
【００４９】
図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、本発明のさらに別の実施形態による回転式吸収デバイス１００が示されている。デバイス１００は、２つの違いを除けば、図１Ａおよび図１Ｂに示された実施形態に似ている。第１に、ハウジング１６はガス入口２を備えるが、このガス入口２は、ハウジング１６内での入来ガスの渦巻く回転運動を生じさせるために、円筒形ハウジング１６の下流端において円筒形ハウジング１６内の位置４に接線方向に位置決めされた導管で構成される。ガス出口構造３は、ガス入口構造２の鏡像であり、かつ、導管を含み、この導管は、出てくるガスが位置５においてハウジング１６から離れるときにそのガスを渦巻く回転運動から並進運動に導くために、円筒形ハウジング１６の上流端において円筒形ハウジング１６内の位置５に接線方向に位置決めされる。
【００５０】
図１Ａおよび図１Ｂの実施形態と同様に、（新鮮な）吸収性液体２１のための入口６が、ハウジング１６の上流端におけるハウジング１６の頂部に設けられる。回転子１７の下流側では、今や被吸収物質を含有する吸収液２１（被吸収物質含有液体２２として示される）は、回転子１７の外側境界壁の軸方向延長部を形成する円筒形シェル７の止水壁から離れる。円筒形シェル７壁の内側では、被吸収物質含有液体２２の新たな膜が生じ、この膜は、円筒形シェル７壁の外側端部において崩れて、ハウジング１６内に設けられた円筒形の水切りの形態の液体収集チャンバ８へ液滴として推進される。吸収性液体は、出口１３においてハウジング１６から離れる。
【００５１】
図４Ａおよび図４Ｂの実施形態は、デバイスの底部（下流端）において注入されたガスが上方に流れている間に下方に流れる吸収性液体をデバイスの頂部（上流端）において注入することにより、洗浄デバイスの向流動作を可能にする。圧力差を課してガス流を支援するために、送風機が設けられ得る。洗浄されたガスは、頂部において回転要素から離れ、被吸収物質を含んだ液体は、底部において回転要素から離れる。
【００５２】
図１Ａおよび図１Ｂの実施形態と図４Ａおよび図４Ｂの実施形態との間の第２の違いは、後者の実施形態が、吸収性液体のオーバーフローのための戻し導管２７を備えることである。戻し導管２７は、回転子１７の上方端部においてハウジング１６に接続し、かつ、ハウジング１６の上流端においてハウジング１６の頂部に設けられた入口６に接続する。オーバーフローする吸収性液体は、導管２７を通じて入口６に戻される。
【００５３】
吸収性液体のオーバーフローは、以下で説明されるように、向流条件および乱流条件においてデバイスを動作させるときに起こり得る。チャネル内の乱流のガス流は、レイノルズ数が十分に大きい場合に優勢となる。実際に現実的な流速およびチャネル径の値の場合、乱流となるのに十分な大きさのガス密度の値を有するには、２バール、３バール、４バール、また最大で５バールのチャネル内の圧力が必要とされ得る。乱流と組み合わせられる高められた圧力および密度において、上方に流動するガスによりチャネル内に形成された液体膜に作用するせん断力は、ガスおよび液体の流れが同じ方向に流れ得る程度まで、すなわちどちらも上方に流れ得る程度まで、大きくなる。チャネルが垂直方向に配向される場合でも、チャネル内の吸収性液体に作用する重力は、ガスの上昇流とは反対の吸収性液体の下降流をもたらすのに十分な大きさにはなり得ない。チャネル内の向流すら、場合によっては不可能であり得る。一方で、例えば５バール未満、より好ましくは４バール未満、さらにより好ましくは３バール未満、最も好ましくは２バール未満のより適度な圧力では、上向きのガス流は、優勢に層流となり、また、上方に流動するガスによりチャネル内の吸収性液体膜に及ぼされるせん断力は、もはや重力をしのぐことができない。
【００５４】
回転式吸収デバイスは、不要なガス状成分をガスから除去するために適用され得る。一例は、メタノール製造プラントのガス流中に存在する、洗浄残留ガス状メタノール（scrubbing residual gaseous methanol）である。ガス状メタノールの量は、典型的には、５５バールかつ周囲温度での４５Ｎｍ３／ｓのガス流中に０．８％である。回転式吸収デバイス１００は、図１に示された構成では、８００ｒｅｖｓ／分で回転する回転子１７の頂部に２ｌ／ｓの割合で噴霧される吸収性液体として水を使用して、メタノールの濃度を０．０４％に低下させる。回転子１７は、直径が０．４５ｍで０．３５ｍの軸方向長さを有する円筒形シェル内で互いにろう付けされた、直径が１．８ｍｍで肉厚が０．１ｍｍの毛管円筒形チャネル１を４５０００本備える。
【００５５】
本発明による回転式吸収デバイスは、製造業において頻繁に使用される噴霧塔およびウェットカラムに基づく従来の洗浄デバイスおよび方法に対する改善点として機能する。本発明に対する用途の非限定的な例には、ＣＯ２、アンモニア、水蒸気、メタノール、ＳＯ２、Ｈ２Ｓ、などを含有するガスの洗浄が含まれる。本発明のデバイスは、比較的小さなガス出口からのガス状汚染物質の除去および屋内ガス清浄に対して、有利な寸法および動作条件を有する。デバイスはまた、燃焼排ガスからＳＯ２を取り除くために使用され得る。本発明のデバイスの比較的小さなサイズは、船舶上での適用、および他の海上用途に特に有利である。
【符号の説明】
【００５６】
１  洗浄チャネル
２  ガス入口
３  ガス出口
６  入口
７  円筒形シェル
８  液体収集チャンバ
９  入口
１０  出口
１１  上端部
１２  下端部
１３  出口
１４  第２の吸収性液体入口
１５  第２の吸収性液体出口
１６  円筒形ハウジング
１７  回転子
１８  シャフト
１９  軸受
２０  回転軸
２１  吸収性液体
２１ａ  吸収性液体
２１ｂ  吸収性液体
２２  被吸収物質含有液体
２５  圧縮機
２６  ガス流
２７  戻し導管
１００  回転式吸収デバイス
【図１Ａ】
2020523196.tif 000003
【図１Ｂ】
2020523196.tif 000004
【図２】
2020523196.tif 000005
【図３】
2020523196.tif 000006
【図４Ａ】
2020523196.tif 000007
【図４Ｂ】
2020523196.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月11日(2019.3.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスから被吸収物質を取り除くための回転式吸収デバイスであって、ガス入口、ガス出口、吸収性液体入口および前記吸収性液体入口への吸収性液体の持続的な流れを提供するための手段、ならびに吸収性液体出口を有するハウジングと、回転するように前記ハウジング内に取り付けられかつ前記入口および前記出口に接続する回転子と、を備え、前記回転子が、軸方向にかつ共通の回転軸に平行に延在する複数の洗浄チャネルを含み、前記チャネルが、前記吸収性液体入口と前記吸収性液体出口との間で前記回転子の全軸方向長さにわたる壁により円周方向に囲まれ、前記デバイスが、回転子を回転させるための手段をさらに備え、前記回転子の回転により、前記回転子に供給された前記吸収性液体が、前記回転子に供給された前記ガスから少なくとも部分的に分離されて、前記吸収性液体出口に向かって前記回転子の回転の中心軸に対して径方向外方に推進される吸収性液体小滴の形で、前記回転子から退出させられ、前記吸収性液体出口において、前記吸収性液体が廃棄される、回転式吸収デバイス。
【請求項２】
前記回転子および前記洗浄チャネルの軸方向長さが、前記チャネルの断面幅の１００〜５０００倍に及ぶ、請求項１に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項３】
前記ガス入口および前記吸収性液体入口が、前記回転子の上流に配置され、前記ガス出口および前記吸収性液体出口が、前記回転子の下流に配置される、請求項１または２に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項４】
入口ガスの圧力を高めるように適合された加圧手段をさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項５】
前記複数の洗浄チャネルが、合計で少なくとも１０本、より好ましくは少なくとも１００本、最も好ましくは少なくとも１０００本に達する、請求項１から４のいずれか一項に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項６】
前記吸収性液体出口に接続する吸収性液体収集器をさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項７】
前記ハウジングが、どちらも回転するように前記ハウジング内に取り付けられた第１および第２の回転子を含み、前記第２の回転子が、前記第１の回転子の軸方向下流に設けられる、請求項１から６のいずれか一項に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項８】
前記第１および第２の回転子の上流にそれぞれ配置された第１および第２の吸収性液体入口を備える、請求項７に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項９】
前記第１および第２の回転子の下流にそれぞれ配置された第１および第２の吸収性液体出口を備える、請求項７または８に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項１０】
前記第１および第２の吸収性液体出口のうちの少なくとも一方が、第１および第２の吸収性液体入口のうちの少なくとも一方に再び接続する、請求項９に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項１１】
前記第２の吸収性液体出口が、前記第１の吸収性液体入口に再び接続する、請求項１０に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項１２】
前記回転子の上流および／または下流に設けられた流れ案内手段をさらに備え、それにより、選択的な上流の流れ案内手段が、前記回転子を回転させるための手段として機能する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項１３】
前記流れ案内手段が、渦形室、静翼、もしくはインペラ、またはそれらの組合せを含む、請求項１２に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項１４】
船舶上で使用するための、請求項１から１３のいずれか一項に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項１５】
燃焼排ガスからのＳＯ２の除去において使用するための、請求項１から１４のいずれか一項に記載の回転式吸収デバイス。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一項に記載の回転式吸収デバイスを備える船舶。
【請求項１７】
ガスから被吸収物質を取り除くための方法であって、請求項１から１５のいずれか一項に記載の回転式吸収デバイスを用意するステップと、前記ガス入口にガスを供給するステップと、前記吸収性液体中に溶解する前記被吸収物質の能力により吸収性液体を選択するステップと、前記吸収性液体入口に吸収性液体の持続的な流れを供給するステップと、前記ハウジング内の前記回転子を回転させ、それにより前記吸収性液体を前記洗浄チャネルの内側止水壁に拘束して前記内側止水壁に膜を形成して、前記ガスから前記吸収性液体への被吸収物質の分子輸送を可能にするステップと、前記回転子に供給された前記吸収性液体を、前記回転子に供給された前記ガスから少なくとも部分的に分離させて、前記吸収性液体出口に向かって前記回転子の回転の中心軸に対して径方向外方に推進される吸収性液体小滴の形で前記回転子から退出させるステップと、前記ガス出口を通じて前記ガスを退出させ、また、前記吸収性液体出口を通じて前記吸収性液体を退出させるステップと、を含む方法。
【請求項１８】
前記ガスおよび前記吸収性液体が、前記回転子の上流で供給され、前記ガスおよび前記吸収性液体が、前記回転子の下流で退出する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
入口ガスが、１バールから２０バールの間、より好ましくは１バールから１０バールの間の圧力まで加圧される、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記吸収性液体が、前記吸収性液体出口を通じて前記吸収性液体を退出させるステップの前に収集される、請求項１８または１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記ガスおよび前記吸収性液体が、どちらも回転するように前記ハウジング内に取り付けられた第１および第２の回転子に供給され、前記第２の回転子が、前記第１の回転子から軸方向下流に設けられる、請求項１７から２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
吸収性液体が、前記第１および第２の回転子の上流にそれぞれ配置された第１および第２の吸収性液体入口に供給される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記吸収性液体が、前記第１および第２の回転子の下流にそれぞれ配置された第１および第２の吸収性液体出口を通じて退出する、請求項２１または２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１および第２の吸収性液体出口のうちの少なくとも一方において退出する吸収性液体が、第１および第２の吸収性液体入口のうちの少なくとも一方に送り返される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２の吸収性液体出口から退出する吸収性液体が、第１の吸収性液体入口に送り返される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記回転子が、入来ガス流を前記ハウジングに対しておおよそ接線方向に向けることによって駆動される、請求項１７から２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
前記洗浄チャネルの水力直径および平均軸方向ガス速度が、前記チャネルにおけるレイノルズ数が１８００よりも大きくなりかつ前記ガスが前記洗浄チャネルを乱流で通過するように選択される、請求項１７から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記被吸収物質が、ＳＯ２を含み、前記ガスが、燃焼排ガスを含む、請求項１７から２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
前記被吸収物質が、メタノールを含み、前記ガスが、メタノール含有ガスを含む、請求項１７から２７のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
2020523196.tif 000009
2020523196.tif 000010
2020523196.tif 000011