構造化充填物用の充填層
【課題】同じ数か又は少ない数の接触点を有する安定性を改善した構造化充填物の提供。
【解決手段】波形を有する構造化充填物用の充填層１０は、複数の開放チャネル１２、１４、１６が波形によって形成され、それらのチャネルが第１の波形谷２２、第１の波形ピーク３２、および第２の波形ピーク４２を含む。第１の波形ピーク３２及び第２の波形ピーク４２は、第１の波形谷２２を境界とし、第１及び第２の波形ピークは、それぞれ第１の頂部３３及び第２の頂部４３を有する。第１の頂部３３の方向に延在するスペーサ要素３４は、第１の波形ピーク３２の第１の頂部３３に形成される。第１の波形谷２２は谷底２３を有し、スペーサ要素３４はエッジ３５を有し、波形谷２２の谷底２３からの、エッジ３５の鉛直方向間隔は、第１の波形ピーク３２の頂部３３の鉛直方向距離よりも大きい。
【解決手段】波形を有する構造化充填物用の充填層１０は、複数の開放チャネル１２、１４、１６が波形によって形成され、それらのチャネルが第１の波形谷２２、第１の波形ピーク３２、および第２の波形ピーク４２を含む。第１の波形ピーク３２及び第２の波形ピーク４２は、第１の波形谷２２を境界とし、第１及び第２の波形ピークは、それぞれ第１の頂部３３及び第２の頂部４３を有する。第１の頂部３３の方向に延在するスペーサ要素３４は、第１の波形ピーク３２の第１の頂部３３に形成される。第１の波形谷２２は谷底２３を有し、スペーサ要素３４はエッジ３５を有し、波形谷２２の谷底２３からの、エッジ３５の鉛直方向間隔は、第１の波形ピーク３２の頂部３３の鉛直方向距離よりも大きい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造化充填物、及びこのような構造化充填物を収容する塔、具体的には吸収塔に関するものである。とりわけ、本発明は、圧力損失を低減させ、特に、煙道ガスからのＣＯ２吸収などの、水性吸収剤を用いた吸収の用途に適した構造化充填物に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
構造化充填物の原理は、数十年にわたり吸収で用いられている（ザッター「熱分離プロセス」、ＶＣＨ出版社、バインハイム、１９９５年（Ｋ．Ｓａｔｔｅｒ「Ｔｈｅｒｍｉｓｃｈｅ Ｔｒｅｎｎｖｅｒｆａｈｒｅｎ」、ＶＣＨ Ｖｅｒｌａｇ、Ｗｅｉｎｈｅｉｍ １９９５）参照）。なぜならば、入力エネルギー、及び吸収塔の構築高さをそれよりも節減できるからである。
【０００３】
構造化充填物は、具体例としては次々に配置した折り畳んだ金属薄板として商用に作製され、その構造は、互いに連続して交差する傾斜したチャネルを有する。これらのチャネルは、充填物内の気相及び液相の流れに好影響を与え、相間の物質移動を促進する。すなわち、気相及び液相が、充填物のチャネル内で接触し、相間の物質移動が促進される。
【０００４】
通常、構造化充填物の分離能力を向上させるには、構造化充填物の表面を大きくする。これは、通常、層の数を増やし及び／又はチャネルの幾何形状を狭くすることによって実現される。充填層の幾何学上の合計表面を計算することにより全表面が得られる。しかし、これらの対策は、構造化充填物中の圧力降下を増大させることになる。しかし、圧力降下を減らすために充填物表面を小さくしなければならず、それにより、分離能力、すなわち充填物の効率が低下する。さらに、より開放した交差チャネルを設けることができる。より開放した交差チャネルとは、チャネルの傾斜角が流れの主方向に対して小さくなるように選択されることを意味する。これは、用途に応じて圧力降下と最良の可能な分離能力との間の最適条件を見つけなければならないことを意味する。
【０００５】
しかし、交差チャネルは、多数の接触点を有し、それらの接触点は、いくつかの用途では好影響を与える可能性があるが、他の用途では悪影響を及ぼす虞がある。
【０００６】
有機流体による精留プロセスなど、良好な濡れを伴う液体流の用途では、接触点は、衝突する液体流を分け、チャネルの側方に偏向させる効果がある。それにより、液体の横断方向への分布が増幅され、効率が改善される。さらに、接触点は、ガス流が主として、流れの主方向に平行でなく、チャネルの方向に走り、それによりガス側の物質移動を改善できる効果がある。
【０００７】
デッド・ゾーンが接触点の周りに形成されることがある。そうしたデッド・ゾーンでは、液体は、構造化充填物上に位置する残りの液体よりも物質移動に関係する程度が低い。この現象は、米国特許第６，３７８，３３２号（Ｂ１）により既に知られており、この文献では、こうしたデッド・ゾーンの発生の低減を意図した極低温精留の充填物が記載されている。米国特許第６，３７８，３３２号による解決策は、個々の充填層のそれぞれの高い折り目及び平坦な折り目を交互に配置することによって、充填層間の接触点の数を減らすことにある。しかし、それでもその表面張力が小さいと、この点で全表面の理想的な濡れが生じ、すなわち接触点の背後のゾーンはまだ液体で濡れているようなシステムが考えられる。そのことから、実質的に利用可能な物質移動面積は、理想的な事例では接触点が必要とする接触面の分だけ単に異なることになる。その結果、接触点のみが、実質的に利用可能な物質移動面積の損失になる。その実質的に利用可能な物質移動面積は、全表面のうち、より揮発性の低い流体、ほとんどの場合液体によって濡れている部分である。
【０００８】
このように、精留プロセスは、米国特許第６，３７８，３３２Ｂ１号により知られており、この文献では、交差チャネル構造を有し、すなわち互いに交差して配置された波状の又は折り畳んだ金属薄板から作製された構造化充填物が用いられている。隣接する金属薄板は、波形ピーク又はエッジに沿って互いに接触する。より揮発性の高い液体が、より揮発性の低い流体に対して逆流して折り畳んだ金属薄板間を流れることができ、物質移動が起きることが可能になる。米国特許第６，３７８，３３２号では、隣接する２つの金属薄板間の接触点の数を減らすプロセスが示される。そのために、各金属薄板の波形ピーク又はエッジの一部のみが最大高さを有するように、いろいろな波形ピーク又はエッジの高さを有する。したがって、金属薄板は、波形ピーク又はエッジに沿って最大高さのところでのみ互いに接触する。
【０００９】
物質移動は、液体制御系の物質移動面積によって決定的に影響される。これは、特に、液相で化学反応が起きるときに当てはまる。そのために、欧州特許０６７１９６３号（ＥＰ０６７１９６３Ｂ１）は、単位体積当たり通常の慣例より多くの充填層を収容するために、さらに狭く充填層を組み合わせることを提案している。材料の消費が高く圧力損失が増えるためにこの点では不利になる。
【００１０】
驚くべきことに、異なるように配置されたより少ない接触点を有し、一方でガス側で圧力損失を低減させ、他方で全表面を減らす充填物が、液体制御系で、特に液相で化学反応が起きる場合に、吸収能力に好影響をもたらすことが今や分かっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６，３７８，３３２号明細書
【特許文献２】欧州特許０６７１９６３号明細書
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】ザッター「熱分離プロセス」、ＶＣＨ出版社、バイムハイム、１９９５年（Ｋ．Ｓａｔｔｅｒ「Ｔｈｅｒｍｉｓｃｈｅ Ｔｒｅｎｎｖｅｒｆａｈｒｅｎ」、ＶＣＨ Ｖｅｒｌａｇ、Ｗｅｉｎｈｅｉｍ １９９５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、このような充填物の構造は、好ましくは液体制御系で、ガス流からＣＯ２を吸収するシステムで用いられることが有利である。この系では、物質移動は、液相での化学反応に決定的に影響を受ける。このＣＯ２は、例えば発電所で生じる排気ガス中で発生するものである。ＣＯ２は、下流の吸収システムで吸収によって排ガス流から分離され、分離したＣＯ２は圧縮され、例えばその後地下で保管される。生じる圧力降下ができるだけ小さく、さらに高い分離能力が可能になる、吸収のための構造化充填物が必要である。
【００１４】
したがって、本発明の目的は、同じ数か又は少ない数の接触点を有する安定性を改善した構造化充填物を提供することである。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、接触点による物質移動の微小変化があるように接触点の配置を選択することである。
【００１６】
本発明のさらなる目的は、充填物内の圧力損失を低減することである。この理由は、ガス流を生じるエネルギーを節減することのできることであり、実現可能な分離能力の最適条件からできるだけ離れるべきではない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
これらの目的は、スペーサ要素の使用、及び具体的には吸収の用途で全表面の液体による濡れを最大にできる接触点の配置によって実現される。構造化充填物の充填層は波形を有し、それらの波形によって複数の開放チャネルが形成される。チャネルは、第１の波形谷、第１の波形ピークおよび第２の波形ピークを含み、第１の波形ピーク及び第２の波形ピークは、第１の波形谷を境界とし、それぞれ第１の頂部及び第２の頂部を有する。第１の頂部の方向に延在するスペーサ要素が、第１の波形ピークの第１の頂部に形成され、第１の波形谷は谷底を有し、スペーサ要素はエッジを有し、波形谷の谷底からのエッジの鉛直方向間隔は、第１の波形ピークの第１の頂部の鉛直方向間隔よりも大きい。
【００１８】
好ましい具体例によれば、第２のスペーサ要素が第２の頂部に配置される。或いは又はさらに、第３のスペーサ要素を第１の谷底に配置できる。当然、複数の第１、第２又は第３のスペーサ要素を充填層に設けることができる。
【００１９】
各充填層は、第１の縁部境界及び第２の縁部境界を有することができ、第１の縁部境界は、第２の縁部境界に対して実質的に平行に配置される。具体的には、スペーサ要素を、第１の縁部境界の近傍及び／又は第２の縁部境界の近傍に配置できる。
【００２０】
したがって、本発明のさらなる目的は、接触点の数が同じか又は少ない、安定性の改善された構造化充填物を提供することである。充填層は、安定性を改善するために波形を有し、波形の高さは実質的に一定である。
【００２１】
好ましい実施例によれば、頂部の少なくとも一部分がエッジとして作製され、及び／又は波形谷の少なくとも一部がＶ字形に作製される。
【００２２】
したがって、構造化充填物は、上記の具体例の１つによる第１の充填層、及び第２の充填層を含み、第２の充填層は第１の充填層のように波形を有し、第１の充填層及び第２の充填層は、第１の充填層のチャネルが第２の充填層のチャネルと交差するように配置される。第１の充填層は、第２の充填層とスペーサ要素を介して接触している。
【００２３】
スペーサ要素を第１及び第２の充填層のそれぞれに配置することができる。第１の充填層のスペーサ要素は、第２の充填層のスペーサ要素と接触することができる。
【００２４】
第１及び第２の充填層を上下（鉛直方向）に位置合わせすると、スペーサ要素を、具体的には互いの下に配置できる。
【００２５】
第１及び第２の充填層を上下（鉛直方向）に位置合わせすると、スペーサ要素を互いに隣接して配置できる。
【００２６】
本発明による充填層は構造化充填層から作製され、その折り目は全て高さが等しい。それにより、安定性の高い充填物が生産される。これは、特に大径の塔で重要である。個々の充填層間の交点の数は、本発明により充填層間にスペーサ要素を導入することによって実現される。
【００２７】
これらのスペーサ要素を例えばワイヤ又は細いシート・メタル・ストリップ製の棒材として作製することができ、それらの棒材は、折り畳んだ充填層に特定の点に付けられる。したがって、定められた間隔で且つ定められた点で充填層を互いに分離させる。
【００２８】
スペーサ要素を充填層と一体にし、したがって製造の際に実行しなければならないプロセス・ステップの数が少ないことがさらに有利であることが明らかである。そのために、スペーサ要素は、定められた点、例えば充填層の上側エッジ及び下側エッジで深絞りによって金属薄板から加工できる。個々の充填層が互いに上下に配置される場合は、チャネルは、充填層の上側エッジ及び下側エッジの縁部領域のスペーサ要素でのみ互いに接触する。したがって、接触点を大幅に減らし、且つ濡れる充填物表面を最大にし、同時に個々の充填層、したがって、複数の充填層から作製される充填物本体も安定化させる。
【００２９】
上記の具体例のいずれかによる充填層は、具体的には水性吸収剤での吸収のために用いることができる。
【００３０】
流体の精製のための装置は物質移動装置を含み、その物質移動装置は、より揮発性の高い流体及びより揮発性の低い流体を含み、構造化充填物を含み、その構造化充填物は、第１の充填層及び第２の充填層を含み、第１の充填層及び第２の充填層は、波形を有し、波形によって開放チャネルが形成され、第１の充填層のチャネルが、第２の充填層のチャネルと交差し、より揮発性の低い流体が、チャネル中を通ることができ、そのため膜としてのより揮発性の低い流体によってチャネルを濡らすことができ、より揮発性の高い流体は、膜内に位置し、より揮発性の高い流体とより揮発性の低い流体との間の物質移動によって、より揮発性の高い流体又はより揮発性の低い流体の精製を実行することができる。第１の充填層は、スペーサ要素を介して第２の充填層と接触する。
【００３１】
スペーサ要素は、好ましくは棒材として作製される。今そのようなスペーサ要素が設けられる場合は、特に棒材が開放チャネルを境界とする頂部に位置する場合に、隣接する充填層の間隔を大きくすることができる。頂部は、波形ピーク又はエッジとして、すなわち、チャネルの隣接する２つの側面によって形成された先端部として理解できる。充填層間の間隔が大きくなると、充填物によって吸収される全体積を変更すべきではない場合は、より少ない充填層を物質移動装置に配置できる。しかし、そのことから、充填物の全表面が減少することになる。
【００３２】
このことは明らかに全表面に当てはまる。しかし、この記載は特定の用途の物質移動領域に移すことができないことが示される。より揮発性の高い流体、具体的には気体の精製のために連続して行う複数の部分ステップで物質移動が起きる。分離しなければならない気体に含まれる成分は、液体の界面に拡散によって運ばれる。その後、これらの成分は、界面を通り、液体に吸収されなければならない。具体的には液体中でも化学反応が起きることができ、そのため、成分が液体中で結合したままであり液体と共に排出することができる。今や液体中の拡散速度又は反応速度が前述の部分ステップと比べてより時間がかかる場合は、こうした拡散速度又は反応速度は、全物質移動に関する制限要因を表す。物質移動を改善できるようにできるだけ大きい液体の物質移動領域を提供することが必要である。交点の数が減ったことにより低下したガス側物質移動が、言及した液体制御用途では決定的な役割を果たさない。
【００３３】
本発明のさらなる目的は、接触点による物質移動の好ましくない変化が最小であるように接触点の配置を選択することである。
【００３４】
スペーサ要素は、具体的には、上記前述の具体例のいずれか１つによる装置の第１の充填層の縁部領域に配置される。今なお接触点の一様の分布が望まれる従来技術とは対照的に、接触点の数が減り、全表面にわたるこうした接触点の一様の分布は、本発明では完全に不要である。数個の接触点がより狭く一緒に配置される場合は、流れの制限により接触点の背後で逆流を生じ、それにより、接触点の背後の濡れない領域は大幅に減る。したがって、濡れない表面が少ない数個の接触点が生じ、すなわち全表面に対する物質移動領域の比が最大になる。
【００３５】
この装置の有利な具体例によれば、スペーサ要素は、充填層のそれぞれに位置する。この場合は、全ての充填層は、製造の手間及び／又はコストを削減する同じ構造を有する。バンドが連続して折り畳まれ、その間にスペーサ要素も生産されるという点で、充填層をこの形態で連続して製造できる。スペーサ要素を備える折り畳んだバンドは、所望の寸法に切断される。バンドの寸法を切断した部分は、充填層を生産し、互いに隣接して配置される際に充填層の交差する配置が生じるように第２の充填層をそれぞれ回転する。
【００３６】
スペーサ要素は、充填層を上下に位置合わせすると、互いの下に又は互いの隣に配置されることが有利である。スペーサ要素は、具体的には上下又は水平に延在する接触点の列を形成する。
【００３７】
したがって、本発明のさらなる目的は、接触点の数が同じか又は少ない、安定性の改善された構造化充填物を提供することである。波形は、安定性を改善するために波高が一定である。
【００３８】
この装置は、特に好ましくは、吸収塔又は脱着塔で用いられる。
【００３９】
構造化充填物を含む物質移動装置における流体の精製方法は、より揮発性の低い流体を物質移動装置に供給するステップと、供給したより揮発性の低い流体を全表面にわたって分布させるステップと、より揮発性の高い流体を物質移動装置中に流体入口領域に供給するステップと、より揮発性の高い流体が液体の逆流中で流れて、ガス入口領域のより揮発性の高い流体を全表面にわたって分布させるステップと、流体出口領域の充填物から出るより揮発性の高い流体を収集するステップとを含む。構造化充填物が第１の充填層及び第２の充填層を含み、第１の充填層及び第２の充填層が、波高が一定の波形を有し、それらの波形によって開放チャネルが形成され、第１の充填層のチャネルが第２の充填層のチャネルと交差し、より揮発性の高い流体が、流体入口領域から流体出口領域の方向にチャネル中を通って流れ、より揮発性の低い流体が、チャネル中を通って流れるより揮発性の高い流体を囲み、チャネルの壁に沿って流れる。第１の充填層は、第２の充填層とスペーサ要素を介して接触して、チャネルによって形成された物質移動領域にわたってより揮発性の高い流体とより揮発性の低い流体との間で物質移動が起きる。
【００４０】
精製は、物質移動によって起き、その物質移動は、より揮発性の高い流体が精製されるべきときには、より揮発性の高い流体の流れから除去する成分がより揮発性の低い流体によって吸収される速度に応じて変わるか、又はより揮発性の低い流体が精製されるべきとき、すなわち分離が起きるときには、より揮発性の低い流体から除去する成分がより揮発性の低い流体から解放される速度に応じて変わる。
【００４１】
より揮発性の高い流体は、具体的には気体である。例えばＣＯ２を含むガスの精製でそのプロセスを用いることができる。より揮発性の低い流体は、化学反応が起き得る液体である。
【００４２】
スペーサ要素の使用及び接触点の配置によって、物質移動装置での全表面の最大の液体による濡れが可能になる。
【００４３】
構造化充填物は、好ましくは、折り目が全て一定の高さである充填層から作製される。それにより充填物の高い安定性がもたらされる。これは、具体的には大径の塔で特に重要である。個々の充填層の間の接触点の数は、本発明によって充填層間にスペーサ要素を導入することによって実現される。これらのスペーサ要素を棒材として作製でき、その棒材は、例えばワイヤ又は細い金属薄板のストリップ製であり、特定の点で折り畳んだ充填層に用いられ、したがって、定められた間隔及び定められた点で充填層を互いから分離する。金属製の充填層から深絞り又は打抜き加工によって、又は折り目高さが低くなるようにスペーサ要素の所望の位置の間の波形層及び谷状のくぼみを変形して、スペーサ要素を生産することができる。
【００４４】
スペーサ要素は、定められた点、例えば充填層の上側エッジ及び下側エッジに設けられる。個々の充填層が互いに上に配置される場合は、チャネルは、充填層の上側エッジ及び下側エッジの縁部領域でスペーサ要素の位置でのみ接触する。したがって、接触点が大幅に減り、物質移動領域が最大になり、同時に個々の充填層の安定性がもたらされる。
【００４５】
以下で図面を参照して本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】複数の充填層を含む、本発明による装置の図。
【図２ａ】図１による、隣接する２つの充填層を通る断面図。
【図２ｂ】波形を有する、隣接する２つの充填層の図。
【図３】より揮発性の低い流体の流路を示す、従来の充填層の図。
【図４】米国特許第６，３７８，３３２号の解決策による交点の図。
【図５】本発明の第１の実施例の交点の図。
【図６】本発明のさらなる実施例の交点の図。
【図７】本発明によるスペーサ要素の配置の変形形態の図。
【図８ａ】スペーサ要素の寸法に関する図。
【図８ｂ】図８ａの実施例に関する三角関数の図。
【図９ａ】横断方向の荷重下の、従来技術による充填物の変形の図。
【図９ｂ】横断方向の荷重下の、本発明による充填物の変形の図。
【図１０】吸収システムの図。
【図１１】物質移動が液側で制御された吸収に関するスペーサ要素がある場合とない場合の充填物の比較。
【実施例】
【００４７】
図１に、充填物本体を形成する構造化充填物７のいくつかの充填層を含む、本発明による装置１を示す。２つの流体相間の物質移動の手段は、構造化充填物７として理解される。構造化充填物７は、物質移動装置２で用いられる。具体的には、物質移動装置を塔５として作製できる。
【００４８】
構造化充填物７は、複数の充填層から作製される。これらの充填層は、互いに規則的に反復する幾何形状の関係を有する。こうした幾何形状の関係に関する一例として、隣接する充填層の間隔を選択することができる。その幾何形状の関係によれば、隣接する充填層の互いの間隔に周期的に同じ値を用いることができ、そのため、同じか又は少なくとも周期的に同じ間隔によって特徴付けられる構造物が、充填層を合計することにより生じる。周期性は構造化充填物中で見られ、それにより、充填物には規則的な構造が付与される。具体的には、この構造を波形として作製できる。
【００４９】
それとは対照的に、バルク充填体（ｂｕｌｋ−ｆｉｌｌ）本体充填物は、バルク充填体本体から、すなわち同じ幾何形状構造の要素から作製される。バルク充填体本体はそれぞれ、隣接するバルク充填体本体から所望の間隔を有することができ、そのため間隔の周期性の見分けがつかない。バルク充填体本体は、充填体として塔中に導入される。それらは塔のベース上に山を形成する。その山は、個々のバルク充填体本体の不規則な配置によって特徴付けられる。
【００５０】
図１による充填層は、波形を有する薄い壁の要素から作製される。波形部分は、周期的に反復する連続した隆起部分、すなわち波形ピークと、谷状のくぼみ、すなわち波形谷とによって特徴付けられる。これらの波形は、具体的には、エッジが鋭く集まるジグザグ部分を有する折り目として作製できる。充填層は、隣接する２つの充填層の波形が流れの主方向に対してある角度で傾斜するように互いに関して配置される。隣接する充填層の波形は、互いに交差するように配置される。
【００５１】
図２ａに、図１による構造化充填物７の隣接する２つの充填層１０、１００を示す。第１の充填層１０は、第２の充填層１００に隣接して配置される。第１の充填層１０及び第２の充填層１００は、具体的には、金属薄板又は金属構造物でできた要素を含むことができる。しかし、代わりにプラスチック又はセラミック材料製の要素を含むこともできる。この点において、要素が全充填層を含むことができるが、単に全充填層の一部を形成することもできる。この要素の形状はプレートとすることができ、そのプレートは、波形、具体的にはジグザグ部分、又は丸いピーク及び谷底を有する波形を含む。その要素は、腐食などの化学的影響、又は温度など熱の影響、又は圧力など、より長く続く機械的影響に対する充填層の抵抗をもたらすためにプラスチック又はセラミックの被覆を有することができる。
【００５２】
図２ａで、充填物７の第１の面８の詳細を示す図に、第１の充填層１０及び第２の充填層１００を示す。充填物７の第１の面８は、流れの主方向６に実質的に鉛直方向（上下）に位置する。流れの方向は流れの主方向６と呼ばれ、こうした流れの主方向６では、塔５のうち設置物のない部分で、より揮発性の高い流体、具体的には気体が、上方向、すなわち塔５の上部の方向に流れる。その代わりに、反対方向を流れの主方向として定義することもできる。その場合は、流れの主方向は、より揮発性の低い流体、すなわち通常液体が、塔のうち設置物のない部分を通って、すなわち自由落下して流れる方向に対応する。充填物中では、流れが充填物の充填層によって偏向するので、流れの方向は流れの主方向から局部的にずれる。
【００５３】
構造化充填物７の第１の充填層１０は波形を有し、それらの波形によって複数の開放チャネル１２、１４、１６が形成される。それらのチャネルは、第１の波形谷２２、第１の波形ピーク３２、及び第２の波形ピーク４２を含む。第１の波形ピーク３２及び第２の波形ピーク４２は、第１の波形谷２２を境界としている。第１の波形ピーク３２及び第２の波形ピーク４２は、それぞれ第１の頂部３３及び第２の頂部４３を有する。第２の頂部４３の方向に延在し棒材として作製されたスペーサ要素４４が、第２の波形ピーク４２の第２の頂部４３に形成される。第１の波形谷２２は谷底２３を有する。スペーサ要素４４はエッジ４５を有し、波形谷２２の谷底２３からの、エッジ４５の鉛直（上下）方向間隔２７は、波形谷２２の谷底２３から第２の波形ピーク４２の第２の頂部４３よりも大きい。同じことがスペーサ要素３４のエッジ３５に当てはまる。
【００５４】
第１の波形ピーク３２の第１の頂部３３と第１の波形谷２２の谷底２３との間の鉛直方向間隔は、波高２８と呼ばれる。したがって、その波高２８は鉛直方向間隔２７よりも小さい。本発明の充填層では、谷の高さ２８は、具体的には実質的に一定であり、すなわち通常の公差の範囲にあり、公差は０．５ｍｍの範囲内である。
【００５５】
棒材３４を第１の頂部３３に配置することもできる。棒材２４を第１の谷底２３に選択的に配置することもできる。
【００５６】
構造化充填物７の第２の充填層１００は波形を有し、それらの波形によって複数の開放チャネル１１２、１１４、１１６が形成される。チャネルは、第１の波形谷１２２と、第１の波形ピーク１３２と、第２の波形ピーク１４２とを含む。第１の波形ピーク１３２及び第２の波形ピーク１４２は、第１の波形谷１２２を境界としている。第１の波形ピーク１３２及び第２の波形ピーク１４２は、それぞれ第１の頂部１３３及び第２の頂部１４３を有する。第１の頂部１３３の方向に延在する棒材１３４が、第１の波形ピーク１３２の第１の頂部１３３に形成される。第２の頂部１４３の方向に延在する棒材１４４が、第２の波形ピーク１４２の第２の頂部１４３に形成される。第１の波形谷１２２は谷底１２３を有する。棒材１３４はエッジ１３３を有し、棒材１４４はエッジ１４５を有し、波形谷１２２の谷底１２３からの、エッジ１４５の鉛直方向間隔は、波形谷１２２の谷底１２３から第２の波形ピーク１４２の第２の頂部１４３よりも大きい。頂部の少なくとも一部分をエッジとして作製できる。波形谷の少なくとも一部分をＶ字形に作製できる。谷底と頂部との間の鉛直方向間隔は、図２ａによる充填層の全ての波形ピークに関して本質的に同じである。
【００５７】
図２ｂに、波形を有する構造化充填物の隣接する２つの充填層を示す。それらの充填層によれば、頂部は鋭角のエッジを形成しないが、その代わりに丸い部分として作製される。他の点は図２ａの説明を参照されたい。
【００５８】
図３に、物質移動面積、例えば図２ａ又は図２ｂに示す充填物の充填層１０上の接触点の配置の影響を示す。この点で、図３の従来技術による配置を示す。充填層１０は充填層１００を覆い、充填層１００は図面の平面では背後にあるので見えない。充填層１０の第１の頂部３３、第２の頂部４３、並びにそれらの間に配置された谷底２３を一例として示す。第１及び第２の頂部３３、４３、及び谷底２３は、折り目のエッジを形成する。頂部３３、４３は、充填層１００に属する谷底１２３にある。充填層１０及び充填層１００はそれぞれ、元々さらなる複数の頂部及び谷底をそれぞれ含み、それらの頂部及び谷底は、明示した頂部及び谷底と違いがないのでより詳細には示さない。図３では、波形ピークの頂部に属する線は、谷底に属する線よりも太くなっている。さらに、長い破線は、第２の充填層１００の波形ピークの頂部に用いられる。短い一点鎖線は、充填層１００の谷底に用いられる。接触点４８は、図３では円によって印を付けており、充填層１０の谷底と充填層１００の頂部とが出合う点に生じる。接触点４８は、図示の２つの充填層１０、１００の全体の表面にわたって一様に分布している。
【００５９】
接触点が互いに非常に近接して配置されると、それにより、より揮発性の低い流体によって濡れない小さいゾーン４６が非常に多くなり、したがって全表面に対する物質移動面積が比較的小さくなることが図３から理解することができる。図３では、ゾーン４６を１つしか示していない。矢印４７はより揮発性の低い流体の流れを表す。
【００６０】
図４に、米国特許第６，３７８，３３２号で提案されているように、例えば充填層の折り目によって接触点を減らした事例を示す。矢印４７で表したより揮発性の低い流体の流れにより、濡れないゾーン４６は全体に、確かに大幅に減ったが、それと引替えに大きくもなった。要するに、全表面での物質移動面積が小さくなった。図４による充填層の幾何形状は図９で詳細に考察する。
【００６１】
図５に、本発明による隣接する２つの充填層１０と１００との間の接触点４８の配置を示す。充填層１００は、充填層１０の背後に配置される。この図に関して図３を参照する。充填層１０の表面に関して接触点の数が減らされている。それらの接触点は、具体的には全表面にわたって一様に分布していない。
【００６２】
充填層１０は、第１の縁部境界５０及び第２の縁部境界６０を含み、第１の縁部境界５０は、第２の縁部境界６０に実質的に平行に配置される。充填層を鉛直方向（上下）に位置合わせすると、縁部境界５０は上側の境界に及び、第２の縁部境界６０は下側の境界に及ぶ。充填層１０はさらに、第１の縁部境界５１及び第２の縁部境界６１を含む。第１の縁部境界５１及び第２の縁部境界６１は、充填物の充填層を鉛直方向（上下）に位置合わせすると、物質移動装置、具体的には塔の内壁に隣接するか、又はセグメントの境界に沿って延在し、大型の物質移動装置では、さらなる充填物のセグメントが、それに隣接する。直径の大きい、例えば１ｍ以上の物質移動装置では、充填物を分割して充填物セグメントにすることが、生産及び組立ての単純化に関して成功することが証明されている。充填物セグメントが、単に物質移動装置の断面の一部分にわたって延在するだけである。これらの複数の充填物セグメントは、充填物セグメントの総数が物質移動装置の全断面を覆うように互いに隣に配置される。接触点４８は、第１及び／又は第２の縁部境界５０、５１、６０、６１の近傍に配置される。接触点は、スペーサ要素を有することが好ましい。それらのスペーサ要素をへこみ又は棒材として作製することができる。図２ａ又は図２ｂによるスペーサ要素３４、４４の１つと同じ構造を有することのできる複数のスペーサ要素が、第１の縁部境界５０、５１の近傍に配置される。
【００６３】
或いは又はさらに、複数のスペーサ要素２４を第２の縁部境界６０、６１の近傍に配置することができる。スペーサ要素は、当然、少なくとも第１及び第２の縁部境界のいずれか１つの近傍に配置することもできる。
【００６４】
図６ではさらに、接触点が互いに隣に配置されないが互いに上に配置された、さらなる変形形態を示す。ここでも、接触点に沿って下る液体の流れが、接触点間の濡れない領域を最小にする。
【００６５】
図５による接触点の水平な配置は、互いの上に配置された２つの充填物間の境界に液体が保持されるので、縁部の近くのより低い接触点の背後に濡れないゾーンを形成できないという利点を有する。ここで、他の妨げとなる影響により、濡れることは既に好ましくないので、一般に、接触点を縁部境界５０、６０、５１、６１の近傍に配置することが有利である。対照的に、充填層の内側に接触点を配置する場合は、それにより、そうでなければ妨げのないままであったであろう全表面のさらなる部分の濡れが不十分になる。
【００６６】
図７に、本発明による充填層１０の図を示す。充填層１０をさらに図７に投影して示す。関連の構造化充填物１は、第１の充填層１０及び第２の充填層１００を含み、第２の充填層１００は好ましくは第１の充填層１０のような波形を有する。第１の充填層１０及び第２の充填層１００は、第１の充填層１０のチャネルが第２の充填層１００のチャネルと交差するように配置される。第１の充填層１０は、少なくとも１つの棒材２４、４４を介して第２の充填層１００と接触する。棒材は、第１及び第２の充填層１０、１００のいずれかの上に配置される。それらの棒材は、好ましくは図５又は図６のように配置される。第２の充填層１００は、単純にするために図７には示さない。第１の充填層１０の棒材は、第２の充填層１００の棒材と接触している。棒材４４は、第２の縁部境界６０の近傍に配置され、好ましくは、充填層１０の第１の側面１１に隆起部分として作製されるように配置される。棒材２４は、第１の縁部境界５０の近傍に配置され、充填層１０の第２の側面の１３に隆起部分として作製される。充填層１０の第１の側面１１は、第２の側面１３の反対側に配置され、充填層のそれぞれの１つの面を形成する。
【００６７】
第１及び第２の充填層１０、１００を鉛直方向（上下）に位置合わせすると、具体的には、棒材を互いの下に配置することができる。その代わりに、又はそれと組み合わせて、第１及び第２の充填層を鉛直方向（上下）に位置合わせすると、棒材を互いに隣に配置することができる。
【００６８】
棒材として作製されていないか又は排他的に棒材として作製されていない他のスペーサ要素を、充填層１０、１００の頂部に沿って配置することもできる。鉛直方向の折り目高さを越えて突出する所望の隆起部分によってこうしたスペーサ要素を形成できる。折り目高さは、波形ピークと隣接する波形谷との間の間隔として理解される。波形谷の頂部の曲率が有限の場合は、間隔は、互いに平行に配置された２つの頂部点の接線の鉛直方向間隔として定義される。曲率が無限大の場合、すなわち頂部が鋭角であり従って高さの点が明確な接線で定義されない場合は、充填層の片側の全ての頂部点を含む最も高い点を通るように平面を配置する。同様に、波形谷及びさらなる波形谷の全ての点を含む波形谷の最も低い点を通るように平面を配置する。これらの２つの平面は、互いに平行になるはずである。そのことから、折り目の高さはそれら２つの平面間の鉛直方向間隔になる。こうしたスペーサ要素は、頂部又はエッジの一部分にわたって延在する。スペーサ要素は、充填層のブランクから、例えば充填物金属薄板から深絞りによって製造することもでき、上側エッジに沿って配置することによって、より糸状の要素、例えばワイヤ要素又は棒材要素の形状にすることができる。それらのスペーサ要素は、有利には、折り目の波形ピーク又は谷の頂部上の片側に付与される。スペーサ要素は、好ましくは、反対の又は同じ縁部領域５０、６０に沿って付与される。
【００６９】
こうした配置の利点は、ブランクを際限なく長く製造できる点である。こうしたブランクを、帯状材料から、例えばプレート様の金属薄板として作製できる。その後、特定の長さの部分を帯状材料から切断する。これらの部分は、例えば曲げ加工によって波形に変えられる。その代わりに、既に波形を有する帯状材料が用いられる。次いで、長さを切断され波形を有する部分が充填層を形成する。曲げ加工中にこれらの波形に深絞り手順を併せて、曲げ加工中に深絞りによってスペーサ要素を製造できる。或いは、棒材の間の領域は、異なるように曲げられるか、又は棒材に対して異なる高さを有するように少し押し下げられる生産プロセスが可能である。次に、第１の充填層１０及び第２の充填層１００を、第２の波形を全て回転することによって適合するようにして互いの上に配置する。スペーサ要素の各列は、上側及び下側縁部境界の近傍並びに／又は横方向の縁部境界の近傍の全ての充填層の間に配置される。
【００７０】
図８に、第１の充填層１０の波形の頂部３３、４３の深絞りしたスペーサ要素の長さの決定を示す。頂部３３、４３は、流れの主方向６に対して角度Φ（ファイ）だけ傾斜して配置され、第１の頂部３３から第２の頂部４３までの間隔ｂ０を有する。間隔ｂ０は、具体的にはこの点で一定である。さらに、間隔ｂ０は第１の谷底２３と第２の谷底２６との間であると分かっている。図８では、第１の谷底２３は第１の波形谷２２と一致し、第２の谷底２６は第２の波形谷２５と一致する。スペーサ要素２４、３４、４４の長さを図８では「ａ」とする。長さ「ａ」は、関連する頂部の方向のスペーサ要素の長手方向の範囲である。長さ「ａ」は、好ましくは、第１の充填層１０の各頂部が、スペーサ要素が配置された位置に正確に、隣接する第２の充填層１００の頂部との交点を有するように選択される。充填層１０のスペーサ要素は、第２の充填層１００の頂部の接触点と接触している。接触点は、第２の充填層１００のスペーサ要素の一部分とすることができるが、必ずしもそうである必要はない。
ａ＝ｂ０／ｓｉｎ（２Φ）
【００７１】
この関係式は、第１の充填層の傾斜角ファイ（Φ）が第２の充填層の傾斜角と同じ大きさであるという仮定の下で得られた。
【００７２】
図８はこの仮定に基づいている。スペーサ要素の長さａは、第２の充填層の１つのスペーサ要素又はその波形ピークと正確に交差する程度に単に大きくなければならない。したがって、交点Ａが第１のスペーサ要素のまさに端点に配置される場合は、交点Ｂは第２のスペーサ要素の長さａの少し外側になる。こうした極めて小さい違いを図面に示すことができないので、２つの交点を図８ｂの第２の充填層の第１の波形ピークに関して描いた。
【００７３】
第２の充填層が図８ｂの充填層の位置に関して水平に左に移動する場合は、交点Ａは、スペーサ要素の長さａに沿って、スペーサ要素のうち点Ａの反対側に位置する端部まで移動する。
【００７４】
図示の場合では、第２の充填層は、スペーサ要素との交点が点Ａに存在するが実際にスペーサ要素との交点が点Ｂには存在しないというボーダーラインの事例がちょうど生じるように配置される。隣接する２つの充填層１０、１００の傾斜角が同じ大きさなので、第２の充填層の波形ピークの頂部に沿った間隔ＡＢは同様にスペーサ要素の長さａに対応する。
【００７５】
したがって、辺の長さがｘ、ａ、ａの三角形ＡＢＣは二等辺三角形である。さらに、２つの辺ａの間の角度がちょうど２Φになる。ｂ０、波長、すなわち第１の充填層の波形ピークの隣接する２つの頂部の間の鉛直方向間隔を同様に描く。この三角形は、直角を有しエッジＢで角度２Φを含まなければならない。
【００７６】
したがって、傾斜角Φ及び波長ｂ０を用いる、ａに関する所望の関係が得られる。
ａ＝ｂ０／ｓｉｎ（２Φ）
【００７７】
スペーサ要素の高さは、好ましくは、層の高さの１０〜３０％であり、そのため、ちょうどこの値の範囲の隙間が個々の充填層の間に生じる。それらの隙間は、水系の場合、最小で１．５ｍｍになる。隙間が狭いと、液体、具体的には水が、隣接する２つのエッジ間に捕捉され、そこに留まり、液体ブリッジを形成する可能性があるので、不利になる虞がある。
【００７８】
図９ａに、接触点を減らすために折り目の高さが異なる周知の構築形状による充填層を示す。この構築形状の欠点は、矢印２０、２１で力の方向を示す、充填層を圧縮する上側及び下側の荷重がないことである。折り目は、第１の頂部６５及び第２の頂部８５並びにそれらの間に配置された波形谷７５を含む。第１及び第２の頂部６５、８５は、図示していない隣接する充填層と接触できる。中間の波形谷６６及び中間の波形ピーク６７が、折り目を形成し、これらは第１の頂部６５と谷底７５との間に配置される。中間の波形谷６６は中間の谷底６８を有し、中間の波形ピーク６７は中間の頂部６９を有する。中間の谷底６８と中間の頂部６９との間の鉛直方向間隔７０は、頂部６５と谷底７５との間の鉛直方向間隔７１よりも小さい。鉛直方向間隔７０は、図９ａに示す実施例の鉛直方向間隔７１のほぼ半分の大きさである。したがって、半分の高さの折り目が、中間の波形谷６６及び中間の波形ピーク６７によって形成される。このような高さが半分の折り目は、クランプル・ゾーンとして働き、変形することができる。一方では、こうした変形により、安定した充填物本体を構築することができないが、他方では、充填物の固定した層の高さの実測は不可能である。層の高さは、前に定義した鉛直方向間隔７１に対応する。
【００７９】
本発明による構築形状によってこの問題を避けることができる。図９ｂに示すように、各折り目にスペーサ要素を有する充填層を圧縮してずっと小さくすることができる。したがって、充填層の上側及び下側により高い荷重を掛けることができる。これにより、安定した充填物本体の設計が可能になり、層の高さを確実に実質的に一定にする。
【００８０】
図１０に吸収システム９０を示す。吸収システム９０は、２つの物質移動装置、吸収装置９１及び脱着装置９２を含み、それらの吸収装置９１及び脱着装置９２は、具体的には塔として作製される。ガス流からの１つ又は複数の成分を、吸収システムの吸収装置９１中で分離する。このために、液体溶剤又は吸収剤が用いられる。脱着装置９２では、吸収した成分を除去して溶剤又は吸収剤を清浄にする。
【００８１】
吸収と精留は両方とも、現在の供給流９３から１つ又は複数の成分を分離するための別々のプロセスである。精留は、個々の成分の異なる沸点に基づいて液体混合物を分離するために用いられる。精留とは、具体的には別々の複数の段を含む連続蒸留として理解すべきである。対照的に、吸収では、１つ又は複数の成分を、適切な溶剤又は吸収剤９４の助けでガス流から分離する。したがって、吸収装置９１の塔頂生成物は精製したガス流９５である。吸収装置９１の塔底生成物９６は、１つ又は複数の成分を担持する吸収剤又は溶剤である。経済的、エネルギー的又は環境学的理由から、吸収剤又は溶剤を清浄にし、精製した溶剤又は吸収剤９４としてそれを再度吸収装置に供給することが賢明なことがある。吸収剤又は溶剤の精製は、脱着装置９２で行われる。担持吸収剤又は溶剤、すなわち吸収装置の塔底生成物９６は、脱着装置の供給流を成す。この供給流は、図１０によれば液体として脱着装置に供給される。脱着装置９２は、上記の実施例のいずれか１つによる１つ又は複数の充填物を含むことができる。担持溶剤又は吸収剤は、水溜め９７の方向に流れる。吸収剤又は溶剤は、少なくとも部分的に水溜め中で蒸発し、そのために、水溜め蒸発装置９８が設けられる。水溜め蒸発装置で蒸発した吸収剤又は溶剤は、水溜めの方向に流れる担持吸収剤又は溶剤の供給流から塔の中で上昇する間に、分離する成分を含み、分離する成分を吸収する。したがって、分離する成分が濃縮したガス状部分の流れ９９が、脱着装置中で上昇する。熱によって、すなわち凝縮によって、又は他の下流の分離ステップによって、ガス状部分の流れ９９からこれらの分離する成分を分離することができる。
【００８２】
その代わりに又はそれに加えて、吸収装置よりも低い圧力で脱着装置を動作させなければならない場合は膨張装置を設けることもでき、吸収装置より高い圧力で脱着装置を動作させなければならない場合は圧縮装置を設けることもできる。
【００８３】
気液間の物質移動は、一般に、水溜めから塔頂まで精留の両方向での温度降下に基づいて起きる。沸点がより高い流体は、気相から凝縮し液体に吸収され、沸点がより低い流体は、液相から蒸発して気相になる。吸収の際には、物質移動は１方向にしか起きず、ここでは気体が液体によって吸収される。
【００８４】
精留と吸収との違いは、精留ではガス流と液体流が互いに結合し、対照的に吸収では両方の流れを互いから独立させることができ、精留では特定の量の液体が蒸発し塔を塔頂の方向に上昇することである。全ての蒸気が塔頂で凝縮され、やはり少なくとも部分的に液体の流れとして塔中に戻るように案内される。したがって、考えられる液体の最大量は、塔頂に到達する蒸気の全凝縮量になるはずである。水溜め中でより多くの液体が蒸発する場合は、やはりより多くの液体が戻るように流れることができる。この点で両方の流れが互いに結合し、物質移動は、蒸気の流れに決定的に依存する。したがって、精留の用途は一般にガス側で制御される。
【００８５】
これとは対照的に、ポンプ及びファンの助けで、吸収の用途で異なる動作条件を設定することができる。大きい吸収剤の流れを比較的小さいガス流に接触させることもでき、その逆も可能である。さらに、吸収剤は、それらにガス成分を、様々な形で、物理的に、化学反応によって、又は物理的にも化学的にも結合させることができる。この点で、特定のガス成分、及びガスの濃度、並びに液体に関する吸収剤又は溶剤の選択は、物質移動が制御されるのはガス側か又は液側かに対して決め手となる。
【００８６】
スペーサ要素を含む充填物のプロトタイプを製造して、本発明による充填物の実用性をチェックした。従来の充填物からいくつかの充填層を取り除き、他の充填層間の厚さと同じ厚さのスペーサ要素を挿入して、空いた空間を均一化した。したがって、各充填層は、隣接する２つの充填層までの、固定的に規定された間隔を含み、それにより幅の規定された隙間が全ての充填層の間に生じることになる。試験した事例では、幅は１．５ｍｍである。さらに、このプロトタイプの接触点の数は、７９，５００ｍ−３から１８，０００ｍ−３まで減り、全表面は２０５ｍ２／ｍ３から１９０ｍ２／ｍ３まで減った。他の対策が重ねてこうした損失を生じることがない場合は、分離能力又は充填物の効率を低減することによって全表面を減少させなければならない。米国特許第６，３７８，３２２号によれば、全表面が減少しても精留で有利な分離効果を示す実施例は可能である。
【００８７】
上記で説明したプロトタイプは、精留の用途で最初に試験したものである。そのために、内径２５０ｍｍの試験用の塔に充填物を設置し、試験系のクロロベンゼン／エチルベンゼンを用いて測定した。これらの試験は、あらかじめ想定したものを記録する。隙間が原因で生じるより開放した断面により、充填物全体にわたる圧力損失はスペーサ要素なしの充填物と比較してわずかに減る。対照的に、全表面の減少により分離能力が低下する。スペーサ要素を有する充填物は、スペーサ要素なしのものよりも、１メートル当たりの分離段（ＮＴＳＭ（ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｓｔａｇｅｓ ｐｅｒ ｍｅｔｅｒ）：１メートル当たりの理論段数）が少ない。装填する点よりも下、この例ではＦ因子が３Ｐａ０．５よりも下の点は比較に対して決め手となる。Ｆ因子は、気体密度の根を乗じた、空の塔の平均気体速度の尺度である。Ｆ因子は、気体の運動エネルギーに比例する。装填する点は、気液相互作用が増大する点として理解される。
【００８８】
対応するＮＴＳＭ値は、スペーサ要素のある充填物では１．６／ｍであり、スペーサ要素のない充填物では１．７／ｍである。ＮＴＳＭ値は分離能力に関する指標である。ＮＴＳＭ値が高いと、充填物の分離能力が高い。したがって、分離能力は全表面に関して改善されなかった。
【００８９】
したがって、これらの現在の所見によると、接触点を減らし充填層間の間隔を大きくした本発明による充填物は明らかに圧力損失を低減するが、さらに精留では分離能力も低下する。その結果、このような充填物は、精留では用いず、したがって、精留の場合に明らかに有利な米国特許第６，３７８，３２２Ｂ１号で提供された充填物とは根本的に異なるものである。
【００９０】
驚くべきことに、本発明による充填物により全表面当たりの分離能力が改善される物質系（ｍａｓｓ ｓｙｓｔｅｍ）があることがさらなる実験で分かった。この点の主な焦点は、一般に全表面の濡れが不十分な傾向がある、表面張力が大きい系、通常水系である。水溶液は、表面張力が高いため、利用可能な表面を非常に大量の流れで液膜として完全に濡らすだけなので、とりわけますます吸収で用いられている。対照的に、充填物の全表面の濡れが不十分だと、分離能力が低下することになる。したがって、構造化充填物は、吸収剤の用途では、充填物に対する圧力損失が小さいこと、及び液体によってできるだけ完全に濡らさなければならない全表面をできるだけ大きくすることという特性を有するべきである。
【００９１】
したがって、接触点を減らすと吸収能力が改善される理由の仮説によると、使用する液体の不十分な濡れの特性により、液体によって全く濡れないゾーンが充填層上の接触点の背後に形成される。したがって、全表面を全範囲にわたって液体によって濡らすことはできない。液体は、接触点で流れることが防止され、保持され、偏向する。水が膜のような平面を流れ落ちるときに同様の現象を確認することもでき、その流れは、導入した物体（例えばその平面上に置いた指）によって突然乱される。膜状の流れは、その物体の背後で開き、乾いた、濡れていない表面が生じ、その物体を流れから取り除いて初めて濡れる。
【００９２】
検査した物質系は、液側で制御される水系である。周囲空気にあるＣＯ２は、吸収され、苛性アルカリ液によって化学結合する。液体中の化学反応がこの点で非常に速く起きるので、吸収は、原則的に気相と液相との間の界面に限定される。これは、全表面の物質移動面積の部分がここでは決定的に重要であることを意味する。他の全ての機構は副次的な役割を果たすに過ぎない。
【００９３】
適切な対応関係（ダス他「液負荷の大きいＮｕｔｔｅｒリングの有効界面および液体貯蔵」ケミカル・エンジニアリング・アンド・テクノロジー、第２４巻第７号、２００１年、第７１６〜７２３頁（Ｄｕｓｓ ｅｔ ａｌ：「Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ Ａｒｅａ ａｎｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｈｏｌｄ−ｕｐ ｏｆ Ｎｕｔｔｅｒ Ｒｉｎｇｓ ａｔ Ｈｉｇｈ Ｌｉｑｕｉｄ Ｌｏａｄｓ」、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２４（７）、２００１、７１６〜７２３）で、実質的に利用可能な物質移動面積を、得られた測定結果から直接決定することができる。図１１に示すように、スペーサ要素を有し接触点を減らした充填物は、スペーサ要素がなく全表面がより小さいにもかかわらず多数の接触点を有する充填物よりも物質移動面積が大きくなる。これは、接触点を減らし接触点を適切に配置することによって、液側で制御される物質系の分離能力を実際に改善できることを意味する。スペーサ要素を使用して圧力損失を同様に低減することができ、より少ない数の充填層しか必要ないので材料の量を減らすことができる。図１１の下側の曲線は、市販の構造化充填物、タイプＭｅｌｌａｐａｋ（商標）の場合の物質移動面積を示し、より揮発性の低い流体に関する物質移動装置の荷重を増大し、荷重Ｌをｘ軸上に単位ｍ３／ｍ２ｈで示す。図１１の上側の曲線は、それに対して、本発明による構造化充填物の場合の全表面に対する物質移動面積の比較を示す。その結果、全ての測定点で、スペーサ要素を有する充填物用いる方がスペーサ要素のない充填物よりも上記の比が大きいと考えられる。
【００９４】
こうした系は主に、問題となる成分を反応性水溶液の助けで排ガス流から除去しなければならない排気ガスの吸収剤供給で用いられる。ＭＥＡ又はカリなど、有機又は無機の塩基性物質を含むことのできる水性吸収剤の助けで発電所の排気ガスから環境に有害なＣＯ２を吸収することが、本明細書での一例である。
【００９５】
こうした物質系では、接触点を減らした充填物によると、多数の接触点を有し充填層間に隙間がない類似の充填物に関して圧力降下が大幅に低減され、同様に分離能力が非常に増大される。
【００９６】
このように、この充填物は、基本的な水溶液を用いて特に発電所の排気ガスからＣＯ２吸収で用いるのに非常に適している。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造化充填物、及びこのような構造化充填物を収容する塔、具体的には吸収塔に関するものである。とりわけ、本発明は、圧力損失を低減させ、特に、煙道ガスからのＣＯ２吸収などの、水性吸収剤を用いた吸収の用途に適した構造化充填物に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
構造化充填物の原理は、数十年にわたり吸収で用いられている（ザッター「熱分離プロセス」、ＶＣＨ出版社、バインハイム、１９９５年（Ｋ．Ｓａｔｔｅｒ「Ｔｈｅｒｍｉｓｃｈｅ Ｔｒｅｎｎｖｅｒｆａｈｒｅｎ」、ＶＣＨ Ｖｅｒｌａｇ、Ｗｅｉｎｈｅｉｍ １９９５）参照）。なぜならば、入力エネルギー、及び吸収塔の構築高さをそれよりも節減できるからである。
【０００３】
構造化充填物は、具体例としては次々に配置した折り畳んだ金属薄板として商用に作製され、その構造は、互いに連続して交差する傾斜したチャネルを有する。これらのチャネルは、充填物内の気相及び液相の流れに好影響を与え、相間の物質移動を促進する。すなわち、気相及び液相が、充填物のチャネル内で接触し、相間の物質移動が促進される。
【０００４】
通常、構造化充填物の分離能力を向上させるには、構造化充填物の表面を大きくする。これは、通常、層の数を増やし及び／又はチャネルの幾何形状を狭くすることによって実現される。充填層の幾何学上の合計表面を計算することにより全表面が得られる。しかし、これらの対策は、構造化充填物中の圧力降下を増大させることになる。しかし、圧力降下を減らすために充填物表面を小さくしなければならず、それにより、分離能力、すなわち充填物の効率が低下する。さらに、より開放した交差チャネルを設けることができる。より開放した交差チャネルとは、チャネルの傾斜角が流れの主方向に対して小さくなるように選択されることを意味する。これは、用途に応じて圧力降下と最良の可能な分離能力との間の最適条件を見つけなければならないことを意味する。
【０００５】
しかし、交差チャネルは、多数の接触点を有し、それらの接触点は、いくつかの用途では好影響を与える可能性があるが、他の用途では悪影響を及ぼす虞がある。
【０００６】
有機流体による精留プロセスなど、良好な濡れを伴う液体流の用途では、接触点は、衝突する液体流を分け、チャネルの側方に偏向させる効果がある。それにより、液体の横断方向への分布が増幅され、効率が改善される。さらに、接触点は、ガス流が主として、流れの主方向に平行でなく、チャネルの方向に走り、それによりガス側の物質移動を改善できる効果がある。
【０００７】
デッド・ゾーンが接触点の周りに形成されることがある。そうしたデッド・ゾーンでは、液体は、構造化充填物上に位置する残りの液体よりも物質移動に関係する程度が低い。この現象は、米国特許第６，３７８，３３２号（Ｂ１）により既に知られており、この文献では、こうしたデッド・ゾーンの発生の低減を意図した極低温精留の充填物が記載されている。米国特許第６，３７８，３３２号による解決策は、個々の充填層のそれぞれの高い折り目及び平坦な折り目を交互に配置することによって、充填層間の接触点の数を減らすことにある。しかし、それでもその表面張力が小さいと、この点で全表面の理想的な濡れが生じ、すなわち接触点の背後のゾーンはまだ液体で濡れているようなシステムが考えられる。そのことから、実質的に利用可能な物質移動面積は、理想的な事例では接触点が必要とする接触面の分だけ単に異なることになる。その結果、接触点のみが、実質的に利用可能な物質移動面積の損失になる。その実質的に利用可能な物質移動面積は、全表面のうち、より揮発性の低い流体、ほとんどの場合液体によって濡れている部分である。
【０００８】
このように、精留プロセスは、米国特許第６，３７８，３３２Ｂ１号により知られており、この文献では、交差チャネル構造を有し、すなわち互いに交差して配置された波状の又は折り畳んだ金属薄板から作製された構造化充填物が用いられている。隣接する金属薄板は、波形ピーク又はエッジに沿って互いに接触する。より揮発性の高い液体が、より揮発性の低い流体に対して逆流して折り畳んだ金属薄板間を流れることができ、物質移動が起きることが可能になる。米国特許第６，３７８，３３２号では、隣接する２つの金属薄板間の接触点の数を減らすプロセスが示される。そのために、各金属薄板の波形ピーク又はエッジの一部のみが最大高さを有するように、いろいろな波形ピーク又はエッジの高さを有する。したがって、金属薄板は、波形ピーク又はエッジに沿って最大高さのところでのみ互いに接触する。
【０００９】
物質移動は、液体制御系の物質移動面積によって決定的に影響される。これは、特に、液相で化学反応が起きるときに当てはまる。そのために、欧州特許０６７１９６３号（ＥＰ０６７１９６３Ｂ１）は、単位体積当たり通常の慣例より多くの充填層を収容するために、さらに狭く充填層を組み合わせることを提案している。材料の消費が高く圧力損失が増えるためにこの点では不利になる。
【００１０】
驚くべきことに、異なるように配置されたより少ない接触点を有し、一方でガス側で圧力損失を低減させ、他方で全表面を減らす充填物が、液体制御系で、特に液相で化学反応が起きる場合に、吸収能力に好影響をもたらすことが今や分かっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６，３７８，３３２号明細書
【特許文献２】欧州特許０６７１９６３号明細書
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】ザッター「熱分離プロセス」、ＶＣＨ出版社、バイムハイム、１９９５年（Ｋ．Ｓａｔｔｅｒ「Ｔｈｅｒｍｉｓｃｈｅ Ｔｒｅｎｎｖｅｒｆａｈｒｅｎ」、ＶＣＨ Ｖｅｒｌａｇ、Ｗｅｉｎｈｅｉｍ １９９５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、このような充填物の構造は、好ましくは液体制御系で、ガス流からＣＯ２を吸収するシステムで用いられることが有利である。この系では、物質移動は、液相での化学反応に決定的に影響を受ける。このＣＯ２は、例えば発電所で生じる排気ガス中で発生するものである。ＣＯ２は、下流の吸収システムで吸収によって排ガス流から分離され、分離したＣＯ２は圧縮され、例えばその後地下で保管される。生じる圧力降下ができるだけ小さく、さらに高い分離能力が可能になる、吸収のための構造化充填物が必要である。
【００１４】
したがって、本発明の目的は、同じ数か又は少ない数の接触点を有する安定性を改善した構造化充填物を提供することである。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、接触点による物質移動の微小変化があるように接触点の配置を選択することである。
【００１６】
本発明のさらなる目的は、充填物内の圧力損失を低減することである。この理由は、ガス流を生じるエネルギーを節減することのできることであり、実現可能な分離能力の最適条件からできるだけ離れるべきではない。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
これらの目的は、スペーサ要素の使用、及び具体的には吸収の用途で全表面の液体による濡れを最大にできる接触点の配置によって実現される。構造化充填物の充填層は波形を有し、それらの波形によって複数の開放チャネルが形成される。チャネルは、第１の波形谷、第１の波形ピークおよび第２の波形ピークを含み、第１の波形ピーク及び第２の波形ピークは、第１の波形谷を境界とし、それぞれ第１の頂部及び第２の頂部を有する。第１の頂部の方向に延在するスペーサ要素が、第１の波形ピークの第１の頂部に形成され、第１の波形谷は谷底を有し、スペーサ要素はエッジを有し、波形谷の谷底からのエッジの鉛直方向間隔は、第１の波形ピークの第１の頂部の鉛直方向間隔よりも大きい。
【００１８】
好ましい具体例によれば、第２のスペーサ要素が第２の頂部に配置される。或いは又はさらに、第３のスペーサ要素を第１の谷底に配置できる。当然、複数の第１、第２又は第３のスペーサ要素を充填層に設けることができる。
【００１９】
各充填層は、第１の縁部境界及び第２の縁部境界を有することができ、第１の縁部境界は、第２の縁部境界に対して実質的に平行に配置される。具体的には、スペーサ要素を、第１の縁部境界の近傍及び／又は第２の縁部境界の近傍に配置できる。
【００２０】
したがって、本発明のさらなる目的は、接触点の数が同じか又は少ない、安定性の改善された構造化充填物を提供することである。充填層は、安定性を改善するために波形を有し、波形の高さは実質的に一定である。
【００２１】
好ましい実施例によれば、頂部の少なくとも一部分がエッジとして作製され、及び／又は波形谷の少なくとも一部がＶ字形に作製される。
【００２２】
したがって、構造化充填物は、上記の具体例の１つによる第１の充填層、及び第２の充填層を含み、第２の充填層は第１の充填層のように波形を有し、第１の充填層及び第２の充填層は、第１の充填層のチャネルが第２の充填層のチャネルと交差するように配置される。第１の充填層は、第２の充填層とスペーサ要素を介して接触している。
【００２３】
スペーサ要素を第１及び第２の充填層のそれぞれに配置することができる。第１の充填層のスペーサ要素は、第２の充填層のスペーサ要素と接触することができる。
【００２４】
第１及び第２の充填層を上下（鉛直方向）に位置合わせすると、スペーサ要素を、具体的には互いの下に配置できる。
【００２５】
第１及び第２の充填層を上下（鉛直方向）に位置合わせすると、スペーサ要素を互いに隣接して配置できる。
【００２６】
本発明による充填層は構造化充填層から作製され、その折り目は全て高さが等しい。それにより、安定性の高い充填物が生産される。これは、特に大径の塔で重要である。個々の充填層間の交点の数は、本発明により充填層間にスペーサ要素を導入することによって実現される。
【００２７】
これらのスペーサ要素を例えばワイヤ又は細いシート・メタル・ストリップ製の棒材として作製することができ、それらの棒材は、折り畳んだ充填層に特定の点に付けられる。したがって、定められた間隔で且つ定められた点で充填層を互いに分離させる。
【００２８】
スペーサ要素を充填層と一体にし、したがって製造の際に実行しなければならないプロセス・ステップの数が少ないことがさらに有利であることが明らかである。そのために、スペーサ要素は、定められた点、例えば充填層の上側エッジ及び下側エッジで深絞りによって金属薄板から加工できる。個々の充填層が互いに上下に配置される場合は、チャネルは、充填層の上側エッジ及び下側エッジの縁部領域のスペーサ要素でのみ互いに接触する。したがって、接触点を大幅に減らし、且つ濡れる充填物表面を最大にし、同時に個々の充填層、したがって、複数の充填層から作製される充填物本体も安定化させる。
【００２９】
上記の具体例のいずれかによる充填層は、具体的には水性吸収剤での吸収のために用いることができる。
【００３０】
流体の精製のための装置は物質移動装置を含み、その物質移動装置は、より揮発性の高い流体及びより揮発性の低い流体を含み、構造化充填物を含み、その構造化充填物は、第１の充填層及び第２の充填層を含み、第１の充填層及び第２の充填層は、波形を有し、波形によって開放チャネルが形成され、第１の充填層のチャネルが、第２の充填層のチャネルと交差し、より揮発性の低い流体が、チャネル中を通ることができ、そのため膜としてのより揮発性の低い流体によってチャネルを濡らすことができ、より揮発性の高い流体は、膜内に位置し、より揮発性の高い流体とより揮発性の低い流体との間の物質移動によって、より揮発性の高い流体又はより揮発性の低い流体の精製を実行することができる。第１の充填層は、スペーサ要素を介して第２の充填層と接触する。
【００３１】
スペーサ要素は、好ましくは棒材として作製される。今そのようなスペーサ要素が設けられる場合は、特に棒材が開放チャネルを境界とする頂部に位置する場合に、隣接する充填層の間隔を大きくすることができる。頂部は、波形ピーク又はエッジとして、すなわち、チャネルの隣接する２つの側面によって形成された先端部として理解できる。充填層間の間隔が大きくなると、充填物によって吸収される全体積を変更すべきではない場合は、より少ない充填層を物質移動装置に配置できる。しかし、そのことから、充填物の全表面が減少することになる。
【００３２】
このことは明らかに全表面に当てはまる。しかし、この記載は特定の用途の物質移動領域に移すことができないことが示される。より揮発性の高い流体、具体的には気体の精製のために連続して行う複数の部分ステップで物質移動が起きる。分離しなければならない気体に含まれる成分は、液体の界面に拡散によって運ばれる。その後、これらの成分は、界面を通り、液体に吸収されなければならない。具体的には液体中でも化学反応が起きることができ、そのため、成分が液体中で結合したままであり液体と共に排出することができる。今や液体中の拡散速度又は反応速度が前述の部分ステップと比べてより時間がかかる場合は、こうした拡散速度又は反応速度は、全物質移動に関する制限要因を表す。物質移動を改善できるようにできるだけ大きい液体の物質移動領域を提供することが必要である。交点の数が減ったことにより低下したガス側物質移動が、言及した液体制御用途では決定的な役割を果たさない。
【００３３】
本発明のさらなる目的は、接触点による物質移動の好ましくない変化が最小であるように接触点の配置を選択することである。
【００３４】
スペーサ要素は、具体的には、上記前述の具体例のいずれか１つによる装置の第１の充填層の縁部領域に配置される。今なお接触点の一様の分布が望まれる従来技術とは対照的に、接触点の数が減り、全表面にわたるこうした接触点の一様の分布は、本発明では完全に不要である。数個の接触点がより狭く一緒に配置される場合は、流れの制限により接触点の背後で逆流を生じ、それにより、接触点の背後の濡れない領域は大幅に減る。したがって、濡れない表面が少ない数個の接触点が生じ、すなわち全表面に対する物質移動領域の比が最大になる。
【００３５】
この装置の有利な具体例によれば、スペーサ要素は、充填層のそれぞれに位置する。この場合は、全ての充填層は、製造の手間及び／又はコストを削減する同じ構造を有する。バンドが連続して折り畳まれ、その間にスペーサ要素も生産されるという点で、充填層をこの形態で連続して製造できる。スペーサ要素を備える折り畳んだバンドは、所望の寸法に切断される。バンドの寸法を切断した部分は、充填層を生産し、互いに隣接して配置される際に充填層の交差する配置が生じるように第２の充填層をそれぞれ回転する。
【００３６】
スペーサ要素は、充填層を上下に位置合わせすると、互いの下に又は互いの隣に配置されることが有利である。スペーサ要素は、具体的には上下又は水平に延在する接触点の列を形成する。
【００３７】
したがって、本発明のさらなる目的は、接触点の数が同じか又は少ない、安定性の改善された構造化充填物を提供することである。波形は、安定性を改善するために波高が一定である。
【００３８】
この装置は、特に好ましくは、吸収塔又は脱着塔で用いられる。
【００３９】
構造化充填物を含む物質移動装置における流体の精製方法は、より揮発性の低い流体を物質移動装置に供給するステップと、供給したより揮発性の低い流体を全表面にわたって分布させるステップと、より揮発性の高い流体を物質移動装置中に流体入口領域に供給するステップと、より揮発性の高い流体が液体の逆流中で流れて、ガス入口領域のより揮発性の高い流体を全表面にわたって分布させるステップと、流体出口領域の充填物から出るより揮発性の高い流体を収集するステップとを含む。構造化充填物が第１の充填層及び第２の充填層を含み、第１の充填層及び第２の充填層が、波高が一定の波形を有し、それらの波形によって開放チャネルが形成され、第１の充填層のチャネルが第２の充填層のチャネルと交差し、より揮発性の高い流体が、流体入口領域から流体出口領域の方向にチャネル中を通って流れ、より揮発性の低い流体が、チャネル中を通って流れるより揮発性の高い流体を囲み、チャネルの壁に沿って流れる。第１の充填層は、第２の充填層とスペーサ要素を介して接触して、チャネルによって形成された物質移動領域にわたってより揮発性の高い流体とより揮発性の低い流体との間で物質移動が起きる。
【００４０】
精製は、物質移動によって起き、その物質移動は、より揮発性の高い流体が精製されるべきときには、より揮発性の高い流体の流れから除去する成分がより揮発性の低い流体によって吸収される速度に応じて変わるか、又はより揮発性の低い流体が精製されるべきとき、すなわち分離が起きるときには、より揮発性の低い流体から除去する成分がより揮発性の低い流体から解放される速度に応じて変わる。
【００４１】
より揮発性の高い流体は、具体的には気体である。例えばＣＯ２を含むガスの精製でそのプロセスを用いることができる。より揮発性の低い流体は、化学反応が起き得る液体である。
【００４２】
スペーサ要素の使用及び接触点の配置によって、物質移動装置での全表面の最大の液体による濡れが可能になる。
【００４３】
構造化充填物は、好ましくは、折り目が全て一定の高さである充填層から作製される。それにより充填物の高い安定性がもたらされる。これは、具体的には大径の塔で特に重要である。個々の充填層の間の接触点の数は、本発明によって充填層間にスペーサ要素を導入することによって実現される。これらのスペーサ要素を棒材として作製でき、その棒材は、例えばワイヤ又は細い金属薄板のストリップ製であり、特定の点で折り畳んだ充填層に用いられ、したがって、定められた間隔及び定められた点で充填層を互いから分離する。金属製の充填層から深絞り又は打抜き加工によって、又は折り目高さが低くなるようにスペーサ要素の所望の位置の間の波形層及び谷状のくぼみを変形して、スペーサ要素を生産することができる。
【００４４】
スペーサ要素は、定められた点、例えば充填層の上側エッジ及び下側エッジに設けられる。個々の充填層が互いに上に配置される場合は、チャネルは、充填層の上側エッジ及び下側エッジの縁部領域でスペーサ要素の位置でのみ接触する。したがって、接触点が大幅に減り、物質移動領域が最大になり、同時に個々の充填層の安定性がもたらされる。
【００４５】
以下で図面を参照して本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】複数の充填層を含む、本発明による装置の図。
【図２ａ】図１による、隣接する２つの充填層を通る断面図。
【図２ｂ】波形を有する、隣接する２つの充填層の図。
【図３】より揮発性の低い流体の流路を示す、従来の充填層の図。
【図４】米国特許第６，３７８，３３２号の解決策による交点の図。
【図５】本発明の第１の実施例の交点の図。
【図６】本発明のさらなる実施例の交点の図。
【図７】本発明によるスペーサ要素の配置の変形形態の図。
【図８ａ】スペーサ要素の寸法に関する図。
【図８ｂ】図８ａの実施例に関する三角関数の図。
【図９ａ】横断方向の荷重下の、従来技術による充填物の変形の図。
【図９ｂ】横断方向の荷重下の、本発明による充填物の変形の図。
【図１０】吸収システムの図。
【図１１】物質移動が液側で制御された吸収に関するスペーサ要素がある場合とない場合の充填物の比較。
【実施例】
【００４７】
図１に、充填物本体を形成する構造化充填物７のいくつかの充填層を含む、本発明による装置１を示す。２つの流体相間の物質移動の手段は、構造化充填物７として理解される。構造化充填物７は、物質移動装置２で用いられる。具体的には、物質移動装置を塔５として作製できる。
【００４８】
構造化充填物７は、複数の充填層から作製される。これらの充填層は、互いに規則的に反復する幾何形状の関係を有する。こうした幾何形状の関係に関する一例として、隣接する充填層の間隔を選択することができる。その幾何形状の関係によれば、隣接する充填層の互いの間隔に周期的に同じ値を用いることができ、そのため、同じか又は少なくとも周期的に同じ間隔によって特徴付けられる構造物が、充填層を合計することにより生じる。周期性は構造化充填物中で見られ、それにより、充填物には規則的な構造が付与される。具体的には、この構造を波形として作製できる。
【００４９】
それとは対照的に、バルク充填体（ｂｕｌｋ−ｆｉｌｌ）本体充填物は、バルク充填体本体から、すなわち同じ幾何形状構造の要素から作製される。バルク充填体本体はそれぞれ、隣接するバルク充填体本体から所望の間隔を有することができ、そのため間隔の周期性の見分けがつかない。バルク充填体本体は、充填体として塔中に導入される。それらは塔のベース上に山を形成する。その山は、個々のバルク充填体本体の不規則な配置によって特徴付けられる。
【００５０】
図１による充填層は、波形を有する薄い壁の要素から作製される。波形部分は、周期的に反復する連続した隆起部分、すなわち波形ピークと、谷状のくぼみ、すなわち波形谷とによって特徴付けられる。これらの波形は、具体的には、エッジが鋭く集まるジグザグ部分を有する折り目として作製できる。充填層は、隣接する２つの充填層の波形が流れの主方向に対してある角度で傾斜するように互いに関して配置される。隣接する充填層の波形は、互いに交差するように配置される。
【００５１】
図２ａに、図１による構造化充填物７の隣接する２つの充填層１０、１００を示す。第１の充填層１０は、第２の充填層１００に隣接して配置される。第１の充填層１０及び第２の充填層１００は、具体的には、金属薄板又は金属構造物でできた要素を含むことができる。しかし、代わりにプラスチック又はセラミック材料製の要素を含むこともできる。この点において、要素が全充填層を含むことができるが、単に全充填層の一部を形成することもできる。この要素の形状はプレートとすることができ、そのプレートは、波形、具体的にはジグザグ部分、又は丸いピーク及び谷底を有する波形を含む。その要素は、腐食などの化学的影響、又は温度など熱の影響、又は圧力など、より長く続く機械的影響に対する充填層の抵抗をもたらすためにプラスチック又はセラミックの被覆を有することができる。
【００５２】
図２ａで、充填物７の第１の面８の詳細を示す図に、第１の充填層１０及び第２の充填層１００を示す。充填物７の第１の面８は、流れの主方向６に実質的に鉛直方向（上下）に位置する。流れの方向は流れの主方向６と呼ばれ、こうした流れの主方向６では、塔５のうち設置物のない部分で、より揮発性の高い流体、具体的には気体が、上方向、すなわち塔５の上部の方向に流れる。その代わりに、反対方向を流れの主方向として定義することもできる。その場合は、流れの主方向は、より揮発性の低い流体、すなわち通常液体が、塔のうち設置物のない部分を通って、すなわち自由落下して流れる方向に対応する。充填物中では、流れが充填物の充填層によって偏向するので、流れの方向は流れの主方向から局部的にずれる。
【００５３】
構造化充填物７の第１の充填層１０は波形を有し、それらの波形によって複数の開放チャネル１２、１４、１６が形成される。それらのチャネルは、第１の波形谷２２、第１の波形ピーク３２、及び第２の波形ピーク４２を含む。第１の波形ピーク３２及び第２の波形ピーク４２は、第１の波形谷２２を境界としている。第１の波形ピーク３２及び第２の波形ピーク４２は、それぞれ第１の頂部３３及び第２の頂部４３を有する。第２の頂部４３の方向に延在し棒材として作製されたスペーサ要素４４が、第２の波形ピーク４２の第２の頂部４３に形成される。第１の波形谷２２は谷底２３を有する。スペーサ要素４４はエッジ４５を有し、波形谷２２の谷底２３からの、エッジ４５の鉛直（上下）方向間隔２７は、波形谷２２の谷底２３から第２の波形ピーク４２の第２の頂部４３よりも大きい。同じことがスペーサ要素３４のエッジ３５に当てはまる。
【００５４】
第１の波形ピーク３２の第１の頂部３３と第１の波形谷２２の谷底２３との間の鉛直方向間隔は、波高２８と呼ばれる。したがって、その波高２８は鉛直方向間隔２７よりも小さい。本発明の充填層では、谷の高さ２８は、具体的には実質的に一定であり、すなわち通常の公差の範囲にあり、公差は０．５ｍｍの範囲内である。
【００５５】
棒材３４を第１の頂部３３に配置することもできる。棒材２４を第１の谷底２３に選択的に配置することもできる。
【００５６】
構造化充填物７の第２の充填層１００は波形を有し、それらの波形によって複数の開放チャネル１１２、１１４、１１６が形成される。チャネルは、第１の波形谷１２２と、第１の波形ピーク１３２と、第２の波形ピーク１４２とを含む。第１の波形ピーク１３２及び第２の波形ピーク１４２は、第１の波形谷１２２を境界としている。第１の波形ピーク１３２及び第２の波形ピーク１４２は、それぞれ第１の頂部１３３及び第２の頂部１４３を有する。第１の頂部１３３の方向に延在する棒材１３４が、第１の波形ピーク１３２の第１の頂部１３３に形成される。第２の頂部１４３の方向に延在する棒材１４４が、第２の波形ピーク１４２の第２の頂部１４３に形成される。第１の波形谷１２２は谷底１２３を有する。棒材１３４はエッジ１３３を有し、棒材１４４はエッジ１４５を有し、波形谷１２２の谷底１２３からの、エッジ１４５の鉛直方向間隔は、波形谷１２２の谷底１２３から第２の波形ピーク１４２の第２の頂部１４３よりも大きい。頂部の少なくとも一部分をエッジとして作製できる。波形谷の少なくとも一部分をＶ字形に作製できる。谷底と頂部との間の鉛直方向間隔は、図２ａによる充填層の全ての波形ピークに関して本質的に同じである。
【００５７】
図２ｂに、波形を有する構造化充填物の隣接する２つの充填層を示す。それらの充填層によれば、頂部は鋭角のエッジを形成しないが、その代わりに丸い部分として作製される。他の点は図２ａの説明を参照されたい。
【００５８】
図３に、物質移動面積、例えば図２ａ又は図２ｂに示す充填物の充填層１０上の接触点の配置の影響を示す。この点で、図３の従来技術による配置を示す。充填層１０は充填層１００を覆い、充填層１００は図面の平面では背後にあるので見えない。充填層１０の第１の頂部３３、第２の頂部４３、並びにそれらの間に配置された谷底２３を一例として示す。第１及び第２の頂部３３、４３、及び谷底２３は、折り目のエッジを形成する。頂部３３、４３は、充填層１００に属する谷底１２３にある。充填層１０及び充填層１００はそれぞれ、元々さらなる複数の頂部及び谷底をそれぞれ含み、それらの頂部及び谷底は、明示した頂部及び谷底と違いがないのでより詳細には示さない。図３では、波形ピークの頂部に属する線は、谷底に属する線よりも太くなっている。さらに、長い破線は、第２の充填層１００の波形ピークの頂部に用いられる。短い一点鎖線は、充填層１００の谷底に用いられる。接触点４８は、図３では円によって印を付けており、充填層１０の谷底と充填層１００の頂部とが出合う点に生じる。接触点４８は、図示の２つの充填層１０、１００の全体の表面にわたって一様に分布している。
【００５９】
接触点が互いに非常に近接して配置されると、それにより、より揮発性の低い流体によって濡れない小さいゾーン４６が非常に多くなり、したがって全表面に対する物質移動面積が比較的小さくなることが図３から理解することができる。図３では、ゾーン４６を１つしか示していない。矢印４７はより揮発性の低い流体の流れを表す。
【００６０】
図４に、米国特許第６，３７８，３３２号で提案されているように、例えば充填層の折り目によって接触点を減らした事例を示す。矢印４７で表したより揮発性の低い流体の流れにより、濡れないゾーン４６は全体に、確かに大幅に減ったが、それと引替えに大きくもなった。要するに、全表面での物質移動面積が小さくなった。図４による充填層の幾何形状は図９で詳細に考察する。
【００６１】
図５に、本発明による隣接する２つの充填層１０と１００との間の接触点４８の配置を示す。充填層１００は、充填層１０の背後に配置される。この図に関して図３を参照する。充填層１０の表面に関して接触点の数が減らされている。それらの接触点は、具体的には全表面にわたって一様に分布していない。
【００６２】
充填層１０は、第１の縁部境界５０及び第２の縁部境界６０を含み、第１の縁部境界５０は、第２の縁部境界６０に実質的に平行に配置される。充填層を鉛直方向（上下）に位置合わせすると、縁部境界５０は上側の境界に及び、第２の縁部境界６０は下側の境界に及ぶ。充填層１０はさらに、第１の縁部境界５１及び第２の縁部境界６１を含む。第１の縁部境界５１及び第２の縁部境界６１は、充填物の充填層を鉛直方向（上下）に位置合わせすると、物質移動装置、具体的には塔の内壁に隣接するか、又はセグメントの境界に沿って延在し、大型の物質移動装置では、さらなる充填物のセグメントが、それに隣接する。直径の大きい、例えば１ｍ以上の物質移動装置では、充填物を分割して充填物セグメントにすることが、生産及び組立ての単純化に関して成功することが証明されている。充填物セグメントが、単に物質移動装置の断面の一部分にわたって延在するだけである。これらの複数の充填物セグメントは、充填物セグメントの総数が物質移動装置の全断面を覆うように互いに隣に配置される。接触点４８は、第１及び／又は第２の縁部境界５０、５１、６０、６１の近傍に配置される。接触点は、スペーサ要素を有することが好ましい。それらのスペーサ要素をへこみ又は棒材として作製することができる。図２ａ又は図２ｂによるスペーサ要素３４、４４の１つと同じ構造を有することのできる複数のスペーサ要素が、第１の縁部境界５０、５１の近傍に配置される。
【００６３】
或いは又はさらに、複数のスペーサ要素２４を第２の縁部境界６０、６１の近傍に配置することができる。スペーサ要素は、当然、少なくとも第１及び第２の縁部境界のいずれか１つの近傍に配置することもできる。
【００６４】
図６ではさらに、接触点が互いに隣に配置されないが互いに上に配置された、さらなる変形形態を示す。ここでも、接触点に沿って下る液体の流れが、接触点間の濡れない領域を最小にする。
【００６５】
図５による接触点の水平な配置は、互いの上に配置された２つの充填物間の境界に液体が保持されるので、縁部の近くのより低い接触点の背後に濡れないゾーンを形成できないという利点を有する。ここで、他の妨げとなる影響により、濡れることは既に好ましくないので、一般に、接触点を縁部境界５０、６０、５１、６１の近傍に配置することが有利である。対照的に、充填層の内側に接触点を配置する場合は、それにより、そうでなければ妨げのないままであったであろう全表面のさらなる部分の濡れが不十分になる。
【００６６】
図７に、本発明による充填層１０の図を示す。充填層１０をさらに図７に投影して示す。関連の構造化充填物１は、第１の充填層１０及び第２の充填層１００を含み、第２の充填層１００は好ましくは第１の充填層１０のような波形を有する。第１の充填層１０及び第２の充填層１００は、第１の充填層１０のチャネルが第２の充填層１００のチャネルと交差するように配置される。第１の充填層１０は、少なくとも１つの棒材２４、４４を介して第２の充填層１００と接触する。棒材は、第１及び第２の充填層１０、１００のいずれかの上に配置される。それらの棒材は、好ましくは図５又は図６のように配置される。第２の充填層１００は、単純にするために図７には示さない。第１の充填層１０の棒材は、第２の充填層１００の棒材と接触している。棒材４４は、第２の縁部境界６０の近傍に配置され、好ましくは、充填層１０の第１の側面１１に隆起部分として作製されるように配置される。棒材２４は、第１の縁部境界５０の近傍に配置され、充填層１０の第２の側面の１３に隆起部分として作製される。充填層１０の第１の側面１１は、第２の側面１３の反対側に配置され、充填層のそれぞれの１つの面を形成する。
【００６７】
第１及び第２の充填層１０、１００を鉛直方向（上下）に位置合わせすると、具体的には、棒材を互いの下に配置することができる。その代わりに、又はそれと組み合わせて、第１及び第２の充填層を鉛直方向（上下）に位置合わせすると、棒材を互いに隣に配置することができる。
【００６８】
棒材として作製されていないか又は排他的に棒材として作製されていない他のスペーサ要素を、充填層１０、１００の頂部に沿って配置することもできる。鉛直方向の折り目高さを越えて突出する所望の隆起部分によってこうしたスペーサ要素を形成できる。折り目高さは、波形ピークと隣接する波形谷との間の間隔として理解される。波形谷の頂部の曲率が有限の場合は、間隔は、互いに平行に配置された２つの頂部点の接線の鉛直方向間隔として定義される。曲率が無限大の場合、すなわち頂部が鋭角であり従って高さの点が明確な接線で定義されない場合は、充填層の片側の全ての頂部点を含む最も高い点を通るように平面を配置する。同様に、波形谷及びさらなる波形谷の全ての点を含む波形谷の最も低い点を通るように平面を配置する。これらの２つの平面は、互いに平行になるはずである。そのことから、折り目の高さはそれら２つの平面間の鉛直方向間隔になる。こうしたスペーサ要素は、頂部又はエッジの一部分にわたって延在する。スペーサ要素は、充填層のブランクから、例えば充填物金属薄板から深絞りによって製造することもでき、上側エッジに沿って配置することによって、より糸状の要素、例えばワイヤ要素又は棒材要素の形状にすることができる。それらのスペーサ要素は、有利には、折り目の波形ピーク又は谷の頂部上の片側に付与される。スペーサ要素は、好ましくは、反対の又は同じ縁部領域５０、６０に沿って付与される。
【００６９】
こうした配置の利点は、ブランクを際限なく長く製造できる点である。こうしたブランクを、帯状材料から、例えばプレート様の金属薄板として作製できる。その後、特定の長さの部分を帯状材料から切断する。これらの部分は、例えば曲げ加工によって波形に変えられる。その代わりに、既に波形を有する帯状材料が用いられる。次いで、長さを切断され波形を有する部分が充填層を形成する。曲げ加工中にこれらの波形に深絞り手順を併せて、曲げ加工中に深絞りによってスペーサ要素を製造できる。或いは、棒材の間の領域は、異なるように曲げられるか、又は棒材に対して異なる高さを有するように少し押し下げられる生産プロセスが可能である。次に、第１の充填層１０及び第２の充填層１００を、第２の波形を全て回転することによって適合するようにして互いの上に配置する。スペーサ要素の各列は、上側及び下側縁部境界の近傍並びに／又は横方向の縁部境界の近傍の全ての充填層の間に配置される。
【００７０】
図８に、第１の充填層１０の波形の頂部３３、４３の深絞りしたスペーサ要素の長さの決定を示す。頂部３３、４３は、流れの主方向６に対して角度Φ（ファイ）だけ傾斜して配置され、第１の頂部３３から第２の頂部４３までの間隔ｂ０を有する。間隔ｂ０は、具体的にはこの点で一定である。さらに、間隔ｂ０は第１の谷底２３と第２の谷底２６との間であると分かっている。図８では、第１の谷底２３は第１の波形谷２２と一致し、第２の谷底２６は第２の波形谷２５と一致する。スペーサ要素２４、３４、４４の長さを図８では「ａ」とする。長さ「ａ」は、関連する頂部の方向のスペーサ要素の長手方向の範囲である。長さ「ａ」は、好ましくは、第１の充填層１０の各頂部が、スペーサ要素が配置された位置に正確に、隣接する第２の充填層１００の頂部との交点を有するように選択される。充填層１０のスペーサ要素は、第２の充填層１００の頂部の接触点と接触している。接触点は、第２の充填層１００のスペーサ要素の一部分とすることができるが、必ずしもそうである必要はない。
ａ＝ｂ０／ｓｉｎ（２Φ）
【００７１】
この関係式は、第１の充填層の傾斜角ファイ（Φ）が第２の充填層の傾斜角と同じ大きさであるという仮定の下で得られた。
【００７２】
図８はこの仮定に基づいている。スペーサ要素の長さａは、第２の充填層の１つのスペーサ要素又はその波形ピークと正確に交差する程度に単に大きくなければならない。したがって、交点Ａが第１のスペーサ要素のまさに端点に配置される場合は、交点Ｂは第２のスペーサ要素の長さａの少し外側になる。こうした極めて小さい違いを図面に示すことができないので、２つの交点を図８ｂの第２の充填層の第１の波形ピークに関して描いた。
【００７３】
第２の充填層が図８ｂの充填層の位置に関して水平に左に移動する場合は、交点Ａは、スペーサ要素の長さａに沿って、スペーサ要素のうち点Ａの反対側に位置する端部まで移動する。
【００７４】
図示の場合では、第２の充填層は、スペーサ要素との交点が点Ａに存在するが実際にスペーサ要素との交点が点Ｂには存在しないというボーダーラインの事例がちょうど生じるように配置される。隣接する２つの充填層１０、１００の傾斜角が同じ大きさなので、第２の充填層の波形ピークの頂部に沿った間隔ＡＢは同様にスペーサ要素の長さａに対応する。
【００７５】
したがって、辺の長さがｘ、ａ、ａの三角形ＡＢＣは二等辺三角形である。さらに、２つの辺ａの間の角度がちょうど２Φになる。ｂ０、波長、すなわち第１の充填層の波形ピークの隣接する２つの頂部の間の鉛直方向間隔を同様に描く。この三角形は、直角を有しエッジＢで角度２Φを含まなければならない。
【００７６】
したがって、傾斜角Φ及び波長ｂ０を用いる、ａに関する所望の関係が得られる。
ａ＝ｂ０／ｓｉｎ（２Φ）
【００７７】
スペーサ要素の高さは、好ましくは、層の高さの１０〜３０％であり、そのため、ちょうどこの値の範囲の隙間が個々の充填層の間に生じる。それらの隙間は、水系の場合、最小で１．５ｍｍになる。隙間が狭いと、液体、具体的には水が、隣接する２つのエッジ間に捕捉され、そこに留まり、液体ブリッジを形成する可能性があるので、不利になる虞がある。
【００７８】
図９ａに、接触点を減らすために折り目の高さが異なる周知の構築形状による充填層を示す。この構築形状の欠点は、矢印２０、２１で力の方向を示す、充填層を圧縮する上側及び下側の荷重がないことである。折り目は、第１の頂部６５及び第２の頂部８５並びにそれらの間に配置された波形谷７５を含む。第１及び第２の頂部６５、８５は、図示していない隣接する充填層と接触できる。中間の波形谷６６及び中間の波形ピーク６７が、折り目を形成し、これらは第１の頂部６５と谷底７５との間に配置される。中間の波形谷６６は中間の谷底６８を有し、中間の波形ピーク６７は中間の頂部６９を有する。中間の谷底６８と中間の頂部６９との間の鉛直方向間隔７０は、頂部６５と谷底７５との間の鉛直方向間隔７１よりも小さい。鉛直方向間隔７０は、図９ａに示す実施例の鉛直方向間隔７１のほぼ半分の大きさである。したがって、半分の高さの折り目が、中間の波形谷６６及び中間の波形ピーク６７によって形成される。このような高さが半分の折り目は、クランプル・ゾーンとして働き、変形することができる。一方では、こうした変形により、安定した充填物本体を構築することができないが、他方では、充填物の固定した層の高さの実測は不可能である。層の高さは、前に定義した鉛直方向間隔７１に対応する。
【００７９】
本発明による構築形状によってこの問題を避けることができる。図９ｂに示すように、各折り目にスペーサ要素を有する充填層を圧縮してずっと小さくすることができる。したがって、充填層の上側及び下側により高い荷重を掛けることができる。これにより、安定した充填物本体の設計が可能になり、層の高さを確実に実質的に一定にする。
【００８０】
図１０に吸収システム９０を示す。吸収システム９０は、２つの物質移動装置、吸収装置９１及び脱着装置９２を含み、それらの吸収装置９１及び脱着装置９２は、具体的には塔として作製される。ガス流からの１つ又は複数の成分を、吸収システムの吸収装置９１中で分離する。このために、液体溶剤又は吸収剤が用いられる。脱着装置９２では、吸収した成分を除去して溶剤又は吸収剤を清浄にする。
【００８１】
吸収と精留は両方とも、現在の供給流９３から１つ又は複数の成分を分離するための別々のプロセスである。精留は、個々の成分の異なる沸点に基づいて液体混合物を分離するために用いられる。精留とは、具体的には別々の複数の段を含む連続蒸留として理解すべきである。対照的に、吸収では、１つ又は複数の成分を、適切な溶剤又は吸収剤９４の助けでガス流から分離する。したがって、吸収装置９１の塔頂生成物は精製したガス流９５である。吸収装置９１の塔底生成物９６は、１つ又は複数の成分を担持する吸収剤又は溶剤である。経済的、エネルギー的又は環境学的理由から、吸収剤又は溶剤を清浄にし、精製した溶剤又は吸収剤９４としてそれを再度吸収装置に供給することが賢明なことがある。吸収剤又は溶剤の精製は、脱着装置９２で行われる。担持吸収剤又は溶剤、すなわち吸収装置の塔底生成物９６は、脱着装置の供給流を成す。この供給流は、図１０によれば液体として脱着装置に供給される。脱着装置９２は、上記の実施例のいずれか１つによる１つ又は複数の充填物を含むことができる。担持溶剤又は吸収剤は、水溜め９７の方向に流れる。吸収剤又は溶剤は、少なくとも部分的に水溜め中で蒸発し、そのために、水溜め蒸発装置９８が設けられる。水溜め蒸発装置で蒸発した吸収剤又は溶剤は、水溜めの方向に流れる担持吸収剤又は溶剤の供給流から塔の中で上昇する間に、分離する成分を含み、分離する成分を吸収する。したがって、分離する成分が濃縮したガス状部分の流れ９９が、脱着装置中で上昇する。熱によって、すなわち凝縮によって、又は他の下流の分離ステップによって、ガス状部分の流れ９９からこれらの分離する成分を分離することができる。
【００８２】
その代わりに又はそれに加えて、吸収装置よりも低い圧力で脱着装置を動作させなければならない場合は膨張装置を設けることもでき、吸収装置より高い圧力で脱着装置を動作させなければならない場合は圧縮装置を設けることもできる。
【００８３】
気液間の物質移動は、一般に、水溜めから塔頂まで精留の両方向での温度降下に基づいて起きる。沸点がより高い流体は、気相から凝縮し液体に吸収され、沸点がより低い流体は、液相から蒸発して気相になる。吸収の際には、物質移動は１方向にしか起きず、ここでは気体が液体によって吸収される。
【００８４】
精留と吸収との違いは、精留ではガス流と液体流が互いに結合し、対照的に吸収では両方の流れを互いから独立させることができ、精留では特定の量の液体が蒸発し塔を塔頂の方向に上昇することである。全ての蒸気が塔頂で凝縮され、やはり少なくとも部分的に液体の流れとして塔中に戻るように案内される。したがって、考えられる液体の最大量は、塔頂に到達する蒸気の全凝縮量になるはずである。水溜め中でより多くの液体が蒸発する場合は、やはりより多くの液体が戻るように流れることができる。この点で両方の流れが互いに結合し、物質移動は、蒸気の流れに決定的に依存する。したがって、精留の用途は一般にガス側で制御される。
【００８５】
これとは対照的に、ポンプ及びファンの助けで、吸収の用途で異なる動作条件を設定することができる。大きい吸収剤の流れを比較的小さいガス流に接触させることもでき、その逆も可能である。さらに、吸収剤は、それらにガス成分を、様々な形で、物理的に、化学反応によって、又は物理的にも化学的にも結合させることができる。この点で、特定のガス成分、及びガスの濃度、並びに液体に関する吸収剤又は溶剤の選択は、物質移動が制御されるのはガス側か又は液側かに対して決め手となる。
【００８６】
スペーサ要素を含む充填物のプロトタイプを製造して、本発明による充填物の実用性をチェックした。従来の充填物からいくつかの充填層を取り除き、他の充填層間の厚さと同じ厚さのスペーサ要素を挿入して、空いた空間を均一化した。したがって、各充填層は、隣接する２つの充填層までの、固定的に規定された間隔を含み、それにより幅の規定された隙間が全ての充填層の間に生じることになる。試験した事例では、幅は１．５ｍｍである。さらに、このプロトタイプの接触点の数は、７９，５００ｍ−３から１８，０００ｍ−３まで減り、全表面は２０５ｍ２／ｍ３から１９０ｍ２／ｍ３まで減った。他の対策が重ねてこうした損失を生じることがない場合は、分離能力又は充填物の効率を低減することによって全表面を減少させなければならない。米国特許第６，３７８，３２２号によれば、全表面が減少しても精留で有利な分離効果を示す実施例は可能である。
【００８７】
上記で説明したプロトタイプは、精留の用途で最初に試験したものである。そのために、内径２５０ｍｍの試験用の塔に充填物を設置し、試験系のクロロベンゼン／エチルベンゼンを用いて測定した。これらの試験は、あらかじめ想定したものを記録する。隙間が原因で生じるより開放した断面により、充填物全体にわたる圧力損失はスペーサ要素なしの充填物と比較してわずかに減る。対照的に、全表面の減少により分離能力が低下する。スペーサ要素を有する充填物は、スペーサ要素なしのものよりも、１メートル当たりの分離段（ＮＴＳＭ（ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｓｔａｇｅｓ ｐｅｒ ｍｅｔｅｒ）：１メートル当たりの理論段数）が少ない。装填する点よりも下、この例ではＦ因子が３Ｐａ０．５よりも下の点は比較に対して決め手となる。Ｆ因子は、気体密度の根を乗じた、空の塔の平均気体速度の尺度である。Ｆ因子は、気体の運動エネルギーに比例する。装填する点は、気液相互作用が増大する点として理解される。
【００８８】
対応するＮＴＳＭ値は、スペーサ要素のある充填物では１．６／ｍであり、スペーサ要素のない充填物では１．７／ｍである。ＮＴＳＭ値は分離能力に関する指標である。ＮＴＳＭ値が高いと、充填物の分離能力が高い。したがって、分離能力は全表面に関して改善されなかった。
【００８９】
したがって、これらの現在の所見によると、接触点を減らし充填層間の間隔を大きくした本発明による充填物は明らかに圧力損失を低減するが、さらに精留では分離能力も低下する。その結果、このような充填物は、精留では用いず、したがって、精留の場合に明らかに有利な米国特許第６，３７８，３２２Ｂ１号で提供された充填物とは根本的に異なるものである。
【００９０】
驚くべきことに、本発明による充填物により全表面当たりの分離能力が改善される物質系（ｍａｓｓ ｓｙｓｔｅｍ）があることがさらなる実験で分かった。この点の主な焦点は、一般に全表面の濡れが不十分な傾向がある、表面張力が大きい系、通常水系である。水溶液は、表面張力が高いため、利用可能な表面を非常に大量の流れで液膜として完全に濡らすだけなので、とりわけますます吸収で用いられている。対照的に、充填物の全表面の濡れが不十分だと、分離能力が低下することになる。したがって、構造化充填物は、吸収剤の用途では、充填物に対する圧力損失が小さいこと、及び液体によってできるだけ完全に濡らさなければならない全表面をできるだけ大きくすることという特性を有するべきである。
【００９１】
したがって、接触点を減らすと吸収能力が改善される理由の仮説によると、使用する液体の不十分な濡れの特性により、液体によって全く濡れないゾーンが充填層上の接触点の背後に形成される。したがって、全表面を全範囲にわたって液体によって濡らすことはできない。液体は、接触点で流れることが防止され、保持され、偏向する。水が膜のような平面を流れ落ちるときに同様の現象を確認することもでき、その流れは、導入した物体（例えばその平面上に置いた指）によって突然乱される。膜状の流れは、その物体の背後で開き、乾いた、濡れていない表面が生じ、その物体を流れから取り除いて初めて濡れる。
【００９２】
検査した物質系は、液側で制御される水系である。周囲空気にあるＣＯ２は、吸収され、苛性アルカリ液によって化学結合する。液体中の化学反応がこの点で非常に速く起きるので、吸収は、原則的に気相と液相との間の界面に限定される。これは、全表面の物質移動面積の部分がここでは決定的に重要であることを意味する。他の全ての機構は副次的な役割を果たすに過ぎない。
【００９３】
適切な対応関係（ダス他「液負荷の大きいＮｕｔｔｅｒリングの有効界面および液体貯蔵」ケミカル・エンジニアリング・アンド・テクノロジー、第２４巻第７号、２００１年、第７１６〜７２３頁（Ｄｕｓｓ ｅｔ ａｌ：「Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ Ａｒｅａ ａｎｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｈｏｌｄ−ｕｐ ｏｆ Ｎｕｔｔｅｒ Ｒｉｎｇｓ ａｔ Ｈｉｇｈ Ｌｉｑｕｉｄ Ｌｏａｄｓ」、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２４（７）、２００１、７１６〜７２３）で、実質的に利用可能な物質移動面積を、得られた測定結果から直接決定することができる。図１１に示すように、スペーサ要素を有し接触点を減らした充填物は、スペーサ要素がなく全表面がより小さいにもかかわらず多数の接触点を有する充填物よりも物質移動面積が大きくなる。これは、接触点を減らし接触点を適切に配置することによって、液側で制御される物質系の分離能力を実際に改善できることを意味する。スペーサ要素を使用して圧力損失を同様に低減することができ、より少ない数の充填層しか必要ないので材料の量を減らすことができる。図１１の下側の曲線は、市販の構造化充填物、タイプＭｅｌｌａｐａｋ（商標）の場合の物質移動面積を示し、より揮発性の低い流体に関する物質移動装置の荷重を増大し、荷重Ｌをｘ軸上に単位ｍ３／ｍ２ｈで示す。図１１の上側の曲線は、それに対して、本発明による構造化充填物の場合の全表面に対する物質移動面積の比較を示す。その結果、全ての測定点で、スペーサ要素を有する充填物用いる方がスペーサ要素のない充填物よりも上記の比が大きいと考えられる。
【００９４】
こうした系は主に、問題となる成分を反応性水溶液の助けで排ガス流から除去しなければならない排気ガスの吸収剤供給で用いられる。ＭＥＡ又はカリなど、有機又は無機の塩基性物質を含むことのできる水性吸収剤の助けで発電所の排気ガスから環境に有害なＣＯ２を吸収することが、本明細書での一例である。
【００９５】
こうした物質系では、接触点を減らした充填物によると、多数の接触点を有し充填層間に隙間がない類似の充填物に関して圧力降下が大幅に低減され、同様に分離能力が非常に増大される。
【００９６】
このように、この充填物は、基本的な水溶液を用いて特に発電所の排気ガスからＣＯ２吸収で用いるのに非常に適している。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の波形を有する第１の充填層（１０）を有する構造化充填物（１）であって、複数の開放チャネル（１２、１４、１６）が、前記第１の波形によって形成され、前記チャネルが、第１の波形谷（２２）、第１の波形ピーク（３２）及び第２の波形ピーク（４２）を含み、前記第１の波形ピーク（３２）と前記第２の波形ピーク（４２）が、前記第１の波形谷（２２）を境界とし、前記第１の波形ピーク及び前記第２の波形ピークが、それぞれ第１の頂部（３３）及び第２の頂部（４３）を有する、構造化充填物（７）において、
前記第１の頂部（３３）の方向に延在するスペーサ要素（３４）が、前記第１の波形ピーク（３２）の前記第１の頂部（３３）に形成され、前記第１の波形谷（２２）が谷底（２３）を有し、前記スペーサ要素（３４）がエッジ（３５）を有し、前記波形谷（２２）の前記谷底（２３）からの、前記エッジ（３５）の鉛直方向間隔が、前記第１の波形ピーク（３２）の前記第１の頂部（３３）よりも大きく、
それにより、前記構造化充填物が、第２の波形を有する第２の充填層（１００）を有し、
それにより、前記第１の充填層（１０）の前記第１の波形が、前記第２の充填層（１００）の前記第２の波形と交差する配置が生じるように位置付けられていることを特徴とする、構造化充填物。
【請求項２】
第２のスペーサ要素（４４）が前記第２の頂部（４３）に配置される、請求項１に記載された構造化充填物。
【請求項３】
第３のスペーサ要素（２４）が前記第１の谷底（２３）に配置される、請求項１又は請求項２に記載された構造化充填物。
【請求項４】
前記構造化充填物（１）が第１の縁部境界（５０、５１）及び第２の縁部境界（６０、６１）を含み、前記第１の縁部境界（５０、５１）が、前記第２の縁部境界（６０、６１）に対して実質的に平行に配置される、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載された構造化充填物。
【請求項５】
前記スペーサ要素（４４）が、前記第１の縁部境界（５０、５１）の近傍に配置され、及び／又は前記スペーサ要素（２４）が、前記第２の縁部境界（６０、６１）の近傍に配置される、請求項４に記載された構造化充填物。
【請求項６】
波高（２８）が実質的に一定である、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載された構造化充填物。
【請求項７】
前記頂部の少なくとも一部分がエッジになっている、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載された構造化充填物。
【請求項８】
前記波形谷の少なくとも一部がＶ字形になっている、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載された構造化充填物。
【請求項９】
前記第１の充填層（１０）及び前記第２の充填層（１００）が、前記第１の充填層（１０）の前記チャネルが前記第２の充填層（１００）の前記チャネルと交差するように配置され、前記第１の充填層（１０）が前記スペーサ要素（２４、４４）を介して前記第２の充填層（１００）と接触することを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載された構造化充填物。
【請求項１０】
前記スペーサ要素が、前記第１及び第２の充填層（１０、１００）のそれぞれに配置される、請求項９に記載された構造化充填物。
【請求項１１】
前記第１の充填層（１０）の前記スペーサ要素が、前記第２の充填層（１００）の前記スペーサ要素と接触する、請求項１０に記載された構造化充填物。
【請求項１２】
前記第１及び第２の充填層（１０、１００）が上下に配置され、前記スペーサ要素が互いの下に配置される、請求項９から請求項１１までのいずれか一項に記載された構造化充填物。
【請求項１３】
前記スペーサ要素が互いに隣接するか、又は前記第１及び第２の充填層（１０、１００）が上下に配置されて前記スペーサ要素が互いに隣接して配置される、請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載された構造化充填物。
【請求項１４】
請求項９から請求項１３までのいずれか一項に記載された構造化充填物（１）を含む、具体的には塔である、物質移動装置。
【請求項１５】
水性吸収剤を用いる吸収のための、請求項１から請求項１４までのいずれか一項に記載された構造化充填物（１）の使用。
【請求項１】
少なくとも第１の波形を有する第１の充填層（１０）を有する構造化充填物（１）であって、複数の開放チャネル（１２、１４、１６）が、前記第１の波形によって形成され、前記チャネルが、第１の波形谷（２２）、第１の波形ピーク（３２）及び第２の波形ピーク（４２）を含み、前記第１の波形ピーク（３２）と前記第２の波形ピーク（４２）が、前記第１の波形谷（２２）を境界とし、前記第１の波形ピーク及び前記第２の波形ピークが、それぞれ第１の頂部（３３）及び第２の頂部（４３）を有する、構造化充填物（７）において、
前記第１の頂部（３３）の方向に延在するスペーサ要素（３４）が、前記第１の波形ピーク（３２）の前記第１の頂部（３３）に形成され、前記第１の波形谷（２２）が谷底（２３）を有し、前記スペーサ要素（３４）がエッジ（３５）を有し、前記波形谷（２２）の前記谷底（２３）からの、前記エッジ（３５）の鉛直方向間隔が、前記第１の波形ピーク（３２）の前記第１の頂部（３３）よりも大きく、
それにより、前記構造化充填物が、第２の波形を有する第２の充填層（１００）を有し、
それにより、前記第１の充填層（１０）の前記第１の波形が、前記第２の充填層（１００）の前記第２の波形と交差する配置が生じるように位置付けられていることを特徴とする、構造化充填物。
【請求項２】
第２のスペーサ要素（４４）が前記第２の頂部（４３）に配置される、請求項１に記載された構造化充填物。
【請求項３】
第３のスペーサ要素（２４）が前記第１の谷底（２３）に配置される、請求項１又は請求項２に記載された構造化充填物。
【請求項４】
前記構造化充填物（１）が第１の縁部境界（５０、５１）及び第２の縁部境界（６０、６１）を含み、前記第１の縁部境界（５０、５１）が、前記第２の縁部境界（６０、６１）に対して実質的に平行に配置される、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載された構造化充填物。
【請求項５】
前記スペーサ要素（４４）が、前記第１の縁部境界（５０、５１）の近傍に配置され、及び／又は前記スペーサ要素（２４）が、前記第２の縁部境界（６０、６１）の近傍に配置される、請求項４に記載された構造化充填物。
【請求項６】
波高（２８）が実質的に一定である、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載された構造化充填物。
【請求項７】
前記頂部の少なくとも一部分がエッジになっている、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載された構造化充填物。
【請求項８】
前記波形谷の少なくとも一部がＶ字形になっている、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載された構造化充填物。
【請求項９】
前記第１の充填層（１０）及び前記第２の充填層（１００）が、前記第１の充填層（１０）の前記チャネルが前記第２の充填層（１００）の前記チャネルと交差するように配置され、前記第１の充填層（１０）が前記スペーサ要素（２４、４４）を介して前記第２の充填層（１００）と接触することを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載された構造化充填物。
【請求項１０】
前記スペーサ要素が、前記第１及び第２の充填層（１０、１００）のそれぞれに配置される、請求項９に記載された構造化充填物。
【請求項１１】
前記第１の充填層（１０）の前記スペーサ要素が、前記第２の充填層（１００）の前記スペーサ要素と接触する、請求項１０に記載された構造化充填物。
【請求項１２】
前記第１及び第２の充填層（１０、１００）が上下に配置され、前記スペーサ要素が互いの下に配置される、請求項９から請求項１１までのいずれか一項に記載された構造化充填物。
【請求項１３】
前記スペーサ要素が互いに隣接するか、又は前記第１及び第２の充填層（１０、１００）が上下に配置されて前記スペーサ要素が互いに隣接して配置される、請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載された構造化充填物。
【請求項１４】
請求項９から請求項１３までのいずれか一項に記載された構造化充填物（１）を含む、具体的には塔である、物質移動装置。
【請求項１５】
水性吸収剤を用いる吸収のための、請求項１から請求項１４までのいずれか一項に記載された構造化充填物（１）の使用。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図９ａ】
【図９ｂ】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２１４３６９（Ｐ２０１０−２１４３６９Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６０８８６（Ｐ２０１０−６０８８６）
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（５０５１５００９５）スルザー ケムテック アクチェンゲゼルシャフト (40)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（５０５１５００９５）スルザー ケムテック アクチェンゲゼルシャフト (40)
【Ｆターム（参考）】
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