166-羽葉分離捕滴器は、コークス炉・高炉ガス装置の湿式脱硫塔における目詰まり防止と高効率な分離を目的とした専用捕滴器の設計案である

コークス炉ガスや高炉ガスプラントにおいて、ガスの脱硫は主要な装置の一つです。コークス炉ガスや高炉ガスは酸素遮断または欠乏状態で生成されるため、その中の硫黄は主に硫化水素および少量のカルボニル硫黄の形で存在する。ガス中の硫黄の大部分は、一般的に従来の湿式脱硫プロセスによって除去され、残った微量の硫黄については、後段の装置で状況に応じて乾式脱硫が適用される。 ガス中の硫黄の大部分が湿式脱硫塔で除去されるため、脱硫塔の上部から排出されるガスが、詰まりに強く効率的な液滴捕捉装置を適切に選定・設計することによって、下流のガス処理装置が長期間安定して稼働し続けられるかどうかは、産業機器の技術的な観点から重要な課題である。

ここでは、当社が手掛けたあるプロジェクトにおける50,000Nm3/hのガス処理施設用の湿式脱硫塔の目詰まり防止・高効率分離用の専用羽根式分離滴捕捉装置の設計案を例に、詳細に分析します。下図は、当該プロジェクトの発注者が羽葉式分離滴捕捉器の採用を指定した文書の抜粋です：

まず、プロジェクトの概要を記載します：
プロジェクト名：5×10^4 m3/h規模のガス処理施設における脱硫システムの外注プロジェクト
★プロジェクト概要
1. この処理施設における最大ガス処理量は50,000 Nm3/hです。
2. 操作温度：40℃～45℃
3. 操作圧力：常圧
4. 石炭中の硫黄含有量は1％以下でなければならず、硫化水素としてガス中に含まれる量は、入力されるH2S濃度の2.1g/m3となります。
5. 脱硫後のガス中のH2S濃度は100mg/m3以下でなければなりません。
6. 脱硫のための技術としては湿式脱硫が採用されます。
★設計上の要件
1. 生産能力を満たしつつ、硫黄を含むガスの純度を向上させること。 2、長期間の運転において塔が詰まらず、かつシステムの抵抗をできるだけ低減するという要件を満たすこと。

所有者は、このプロジェクトのガス湿式脱硫技術として、従来のコルクガム法を採用しました。 湿式脱硫塔の脱硫剤は、TM-Sチタンシアノコバルト硫酸塩系です。所有者がこの方法を選んだのは、操作が簡単で運用コストが低いといった利点を重視したためと推測されるが、それに伴い脱硫塔の上部における気相中の液体や硫黄の泡が多く発生し、滴捕捉技術の実施が非常に困難になるという技術的課題も生じている。

カシタンによる脱硫とは、アルカリ性のカシタン水溶液を用いてガス中から硫化水素を除去するもので、二成分の酸化還元反応に属します。 クロロゲン酸はフェノール構造を持つ多価アルコール化合物で、優れた酸素運搬体であると同時に、さまざまな重金属イオンとキレート結合を形成する作用も持っています。その脱硫反応の機構は以下の通りである：(1)アルカリ性溶液がH2Sを吸収する反応　Na2CO3+H2S——NaHS+NaHCO3 (2)NaHSがナトリウムパイロヴァン酸と反応してナトリウムジオキソヴァン酸を生成する　2NaHS+4NaVO3+H2O—Na2V4O9+4NaOH+2S↓ (3)Na2V4O9をナトリウムパイロヴァン酸に酸化する　Na2V4O9+2還元剤（酸化状態）+2NaOH+2H2O—4NaVO3+2還元剤（還元状態） (4)還元状態の還元剤の酸化　還元剤（還元状態）+O2—還元剤（酸化状態）+H2O さらに、製造過程では硫酸ナトリウムが生成される副反応も存在する　2NaHS+2O2—Na2S2O3+H2O 還元剤法によってガスから除去された硫黄は、脱硫塔の作業液内、特に液面付近に浮遊しやすく、ガスによって大量の液滴や泡として運ばれやすい。粘性の高い硫黄膜は、塔の頂部の内壁や内部部品の表面に容易に付着し、さらには気流の通路を塞いでしまうことがある。

次に、発注者が外部に委託して完成させた脱硫塔の設計条件を見てみましょう：脱硫塔設計案 1、脱硫システムは湿式脱硫方式を採用しています。脱硫塔は充填塔であり、ガス中の硫化水素濃度を2100mg/m3から500mg/m3未満まで除去する。 2、脱硫塔は充填塔構造を採用しており、その直径は￠5200mm、高さは28mである。 充填塔の内部構造は以下の通りです：（1）充填塔内には2段の充填材が設置されており、各段の充填材の高さは8mで、充填材の種類は規則的な充填材です。 （2）タワー内には2組の液体分配器が設置されている。 （3）気相の入口・出口には圧力差計のインターフェースを設け、操作室に接続する。 （4）一般的に、脱硫操作の温度は40℃～45℃に制御される。

当社はその脱硫塔のパラメータに基づき、工程データを以下のように算出しました：1、空塔内の気流速度は0.6～0.7m/sです。 2、脱硫ポンプは2基運転、1基予備とし、各ポンプの流量は400 m3/h、揚程は45mである。 循環溶液の硫黄容量は、業界の運用基準である0.15g/lの要求を満たすことができる。 3、脱硫塔の液気比およびスプレー密度は業界の運用慣例である10～20L/m3の下限付近にあり、その脱硫効果は上限付近にあると推測され、変動する運転条件への対応力が不足している。

一方、タンニン法による湿式脱硫塔の塔頂ガス相からの泡除去・液滴捕捉技術装置においては、従来、コストが安く、構造や性能が劣るメッシュ型泡除去・液滴捕捉器、充填材型泡除去・液滴捕捉器、簡易なシェブロン型折り返し板などが選ばれることが多い。また、本プロジェクトで外部に設計を委託した脱硫塔の液気比は下限付近にあり、運転条件の変動に対する適応性が低い。運転条件が変動して液気比を増やす必要が生じると、必然的に脱硫塔の上部における気流中の液相の混入量がさらに増加する；さらに、硫黄膜は作業液中で浮遊しており、気流によって容易に気液分離部品内に運ばれてしまう。この実情を踏まえ、発注者は脱硫塔における投資削減がもたらす負の影響を痛感し、構造性能が粗悪でコストの安い従来の滴捕捉装置を引き続き使用すると運用上のトラブルが生じると判断し、本プロジェクトの脱硫塔にノーワイ・エナジー・テクノロジー社の特許技術である羽根板式滴捕捉装置を採用することにした。

羽根板分離技術装置は、構造や性能が簡素な従来の消泡・除霧・捕滴装置と比べて、以下のような顕著な優位性を有しています。1、羽根板分離特許技術装置は、気流によって運ばれる粒径分布が広範囲に及ぶ液滴や液しぶきに対して、高い分離除去効率を発揮し、5～8マイクロメートル以上のサイズの液滴や液しぶきを99.99％という高い効率で定量的に除去することができます。メッシュ式の遮断型消泡器、充填材式消泡器、簡易なシェブロン型折り返し板、高圧静電気消泡器、および（双曲面）旋回流管式消泡器などは、それぞれの分離技術や内部構造に致命的な欠点があるため、複雑で変動の多い運転条件のもとで定量的かつ効率的に分離することが難しく、その結果、専門の設計者や発注者によって、より優れた技術的・経済的性能を持つ羽根式分離器に置き換えられている。 2、羽葉分離特許技術装置は、複雑で変動の多い作業環境下でもより大きな操作柔軟性を持ち、その操作柔軟性の範囲は15％～130％です。一方、スクリーンなどの格子型遮断式除泡器、充填材式除泡器、簡易シェブロン光板折り返し板、高圧静電除泡器、および（双曲面）旋回流管式除泡器の場合、その運転許容範囲の上限値は110％であり、運転条件が大きく変動して過負荷となることで「液逆流」「液噴出」の故障が発生しやすく、液滴や泡、粉塵粒子が大量に漏れ出て、排出ガスの濃度が著しく基準を超過することになる。 3、羽根枚数分離型の特許技術を搭載した装置は、通常の運転状態においても非常に長い周期で低圧力損失のまま安定して運転することができ、その通常運転時の圧力損失は500Paを超えません。これは、羽根が分離するという本質的な原理と構造上の利点により、優れた詰まり防止性能、低圧損での運転、気流による自己清掃機能、そして長期間にわたる安定した運転が可能になるからです。特に、石油化学、石炭コークス製造、石油・ガス採掘業界において、気流に含まれる多量の溶解塩や煙塵粒子が原因でシステムが結晶化したり、粒子によって詰まってしまうといった問題が発生する状況において、非常に有効です。さらに、羽根板分離装置では、オンラインスプレー洗浄システムを標準装備とし、オフラインで取り外しが可能な羽根板モジュール構造を選択可能な第三の安全対策として採用している。これにより、所有者は大規模なメンテナンス時にコアとなる羽根板分離モジュールを洗浄塔から取り出して外部で清掃することができ、羽根板分離装置が極めて長期間にわたり、高効率かつ連続的に安定して動作し、メンテナンスコストを極限まで抑えることが可能となる。これは、他の形態の消泡器では及ばない特許取得済みの分離技術装置です。 4、羽根板分離特許技術装置は、同じ運転条件および分離効率のもとで、セパレーターのサイズと占有面積がより小さい。同じ運転条件および分離効率の要件の下で、羽根付き分離器の直径と壁厚の比率は、従来の分離器に比べて30～40％小さくなる。同じ直径の旧装置にリユース技術によるアップグレードを施すと、処理能力が1/3以上向上し、生産能力の拡大効果は顕著である。 5、羽根の分離を可能にする特許技術を搭載した装置で、すべてステンレスSS316L材質を使用して製造されている。-180℃から+520℃の範囲内で、冷たい空気と暖かい空気が交互に流れるような過酷な条件でも正常に動作し続けることができ、事故時の状況に対しても優れた耐性、変形防止性能、破壊防止性能を持っている。 6、羽葉分離用の特許技術を備えた装置の動作曲線を見ると、この分離器は非常に長い使用寿命の間、圧力降下が安定しており、分離効率も安定している。また、その動作曲線はほぼ直線であり、品質管理システムの要求を満たす理想的な選択肢である；一方、他のタイプの脱泡器は、新しい装置が稼働を開始した当初は、運転時の圧力上昇や分離効率がまだ許容範囲内であるが、運転時間が経つにつれて目詰まりが悪化し、運転時の圧力上昇が急激になり、分離効率も大幅に低下してしまう。その結果、新しい内部部品に交換するしかなくなる。その動作曲線は、多くの大きな振動が見られる波打った線となり、品質管理システムではできるだけ避けるべきとされている従来の技術的な装置である。

当社の羽根付き分離滴捕捉装置は、脱硫塔の頂部空間に簡単に設置でき、別途羽根付き分離滴捕捉装置のケースを設置する必要がないため投資を節約できます。ここで、このプロジェクトの脱硫塔頂部における気液分離の状況を再検討してみましょう：1、運転温度：40～45℃； 2、動作圧力：0-5kPaG； 3、気相流量：50000Nm^3/h； 4、気相粘度：0.020cp； 5、液相密度：984.05kg/m^3; 6、液相粘度：0.561cp； 7、液相表面張力：44.34ダイン/cm。

ここに、所有者が提供した脱硫塔の頂部における気相組成（v%）も記載する：
ガス成分：H₂、CH₄、CO、N₂、CO₂、C₂H₆、H₂S、H₂O
VOL%：11.61、4.97、5.43、50.22、25.73、1.70、0.05、0.3

この投稿は、2020年10月16日10時21分にgoldliyangによって最終的に編集されました。オーナーから提供された脱硫塔の頂部における気液分離の条件をもとに、過酷な条件を選定し、精密な動力学的分離技術を用いてシステムプラットフォームを設計することで、上記のガス脱硫塔の目詰まり防止および高効率な分離を実現するための専用の羽根型分離滴捕捉装置に関する技術情報は以下の通りです：1. 滴捕捉装置のタイプ：羽根型分離滴捕捉装置； 2、捕滴器の型式：NOVEL G50 D-BANK-205/72.5；3、予分布凝集内部部品セットの型式：NOVEL G50D； 4、精密羽根板式分離内部部品セットの型番：NOVEL G50-D BANK-160/1250；5、サイフォン防止・短絡防止用降下液内部部品セットの型番：NOVEL G50LD8P； 6、スクリュー噴射システム内部部品セットの型番：NOV-100/4-120
7、分離効率：6.87ミクロン以上で99.99%； 8、運転圧力降下：0.035psi。

この投稿は、2024年4月7日11時11分にluoli519によって最終的に編集されました。当社では、独自の精密な動力学分離技術を用いて、上記の脱硫塔の目詰まり防止および高効率な分離を実現するための専用の羽根状分離・液滴捕捉装置の設計を行っています。その詳細は「数値データと図表」に記載されています

この投稿は、2021年3月3日09時52分にluoli519によって最終的に編集されました。下の図は、ノウェイ・エネルギー技術社が精密動力学分離技術を用いて計算し、システムプラットフォーム上で設計した、上記の脱硫塔の目詰まり防止用高効率分離装置「羽根型分離滴捕捉器」の「分離効率曲線図」です

この投稿は、2021年3月3日09時52分にluoli519によって最終的に編集されました。下の図は、ノウェイ・エナジー・テクノロジー社が精密動力学分離技術を用いて計算・設計したシステムプラットフォームから出力された、上記の脱硫塔の目詰まり防止用高効率分離装置である「羽根型分離滴捕捉器」の「運転時の圧力降下曲線図」です

この投稿は最後にluoli519によって2024年4月7日11時11分に編集され、羽根の分離式滴捕捉装置の底部に接続されているサイフォン防止型短絡降液システムの内部部品群の写真がもう一枚追加されました：

ここで採用されているサイフォン防止型降下液システムは、特殊な運転状況によってセパレーターの運転圧力が数十から数百キロパスカル、あるいはそれ以上まで急上昇しても、スムーズな排出を実現します。また、分離された液相が高圧差によって「サイフォン作用」を起こし、物質が一瞬で浄化用の気流中に逆流して二次的な「巻き込み」が発生し、下流の配管機器に被害を与えるのを完全に防ぎます。

ガス湿式脱硫塔の閉塞防止および高効率分離用の専用羽根型分離滴捕捉器に関する詳細な技術情報については、ノウェイ・エナジー・テクノロジー社の分離技術専用サイトにアクセスしてご確認いただき、直接同社に技術サポートをご依頼ください。