[發(fā)明專利]適應(yīng)粘性吸收劑的有壁與無壁液膜交替的規(guī)整填料

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210234334.6
• 申請(qǐng)日: 2012-07-06
• 公開（公告）號(hào): CN103191692A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴干策;胡劍光;于建國(guó);袁猛;李迎春;羅德勤;張家庭;劉佳特
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J19/32
• 分類號(hào): B01J19/32
• 代理公司: 上海三和萬國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31230
• 代理人: 朱小晶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及分離塔的填料，具體地說，是一種可實(shí)現(xiàn)粘性流體高效操作并能防堵塞的規(guī)整填料。

背景技術(shù)

規(guī)整填料因其具有高分離效率、高通量、低壓降等一系列優(yōu)點(diǎn)，在分離領(lǐng)域一直占有重要位置。然而，現(xiàn)有的波紋規(guī)整填料普遍要求吸收液的粘度要低，否則將無法正常使用。究其原因，波紋通道提供的是“Z”字形流道，當(dāng)氣液兩相在轉(zhuǎn)折點(diǎn)處逆流流動(dòng)時(shí)，需實(shí)現(xiàn)快速分離，這樣才能保持流道的暢通，保證吸收的效率。當(dāng)吸收劑粘度較低時(shí)，可以滿足上述要求，然當(dāng)吸收劑粘度增加時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)氣體在液層內(nèi)滯留，發(fā)生乳化，進(jìn)而產(chǎn)生泡沫，使得壓降急劇上升，傳質(zhì)明顯惡化。因此，為保證吸收的順利進(jìn)行，目前對(duì)于高粘度吸收劑普遍采用低粘溶液(如水)稀釋的辦法來降低吸收劑粘度。

然而，在某些情況下吸收劑粘度的增加又有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。以CO₂吸收為例，醇胺類吸收劑隨著濃度的增加，其粘度也逐漸增大，但其對(duì)CO₂的溶解度以及相對(duì)吸收速率也隨之增加。表1為CO₂溶解度及吸收速率隨N-甲基二乙醇胺(MDEA)濃度及粘度的變化關(guān)系。

表1??CO₂溶解度與吸收速率與MDEA溶解度之間的關(guān)系

此外，值得一提的是，吸收劑的濃度增加，單位體積吸收劑的吸收容量隨之加大，因而其用量可相應(yīng)減少，其投資成本以及后續(xù)的解吸操作成本將大幅減少。

離子液體作為綠色化學(xué)的代表之一，在氣體分離領(lǐng)域廣受關(guān)注，研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用潛力顯著。眾多研究表明離子液體具有良好的吸收和分離CO₂性能，然而離子液體的粘度較普通有機(jī)溶劑高2～3個(gè)數(shù)量級(jí)，高粘度是限制其在傳統(tǒng)傳質(zhì)設(shè)備中應(yīng)用的主要原因之一，但是對(duì)于本專利的有壁支承和無壁支承的附壁膜與自由膜交替共存的垂直板規(guī)整填料來講，恰恰需要吸收劑具有一定的粘度，因此，離子液體作為吸收CO₂的良好吸收劑，將在本規(guī)整填料中具有良好的應(yīng)用前景。

綜上所述，粘性吸收在某些情況下存在著顯著的經(jīng)濟(jì)效益，然波紋型規(guī)整填料難以實(shí)現(xiàn)高粘介質(zhì)的有效操作，若要拓寬規(guī)整填料對(duì)液體粘度的適應(yīng)性，就需要對(duì)波紋結(jié)構(gòu)做出根本性調(diào)整。早在1925年，美國(guó)專利號(hào)1561044就公開了一種垂直板規(guī)整填料的結(jié)構(gòu)，其基本構(gòu)成為一平直單片，在單片上開有距離不等、方向各異的方槽，來增強(qiáng)氣液兩相的接觸。在1936年美國(guó)專利號(hào)2042127公開的一種垂直板規(guī)整填料中，提出了相鄰兩層填料采取折片式的安裝方式，一方面保證了上下兩層填料片的緊密接觸，可使得液膜能夠順利地流經(jīng)上下兩層填料，有效地避免了液體在兩盤間的損失。此外，由于折片式安裝使得每片填料上端形成一個(gè)“V”型液體收集槽，可使液體在槽內(nèi)積聚，最終成膜式均勻流下。此外，美國(guó)專利號(hào)US5975503以及US6325360B1提到，波紋規(guī)整填料上的波紋、折疊、開槽等結(jié)構(gòu)與垂直方向以及塔的軸線方向成一定的角度，這樣會(huì)導(dǎo)致填料表面液體分布不均，為此提出了一種帶有舌形突起結(jié)構(gòu)的垂直板規(guī)整填料。與之前的垂直板填料相比，舌形突起結(jié)構(gòu)在相鄰兩填料片之間構(gòu)成“橋梁”，使得兩填料片間的液體可實(shí)現(xiàn)互通，加強(qiáng)了填料層液體的徑向混合。

通過液膜流動(dòng)形態(tài)或流動(dòng)方向反轉(zhuǎn)強(qiáng)化傳質(zhì)，近年來已成為新型規(guī)整填料開發(fā)的一個(gè)重要方向。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00910668166.6公開的“方孔型開槽導(dǎo)流式規(guī)整填料”，該波紋規(guī)整填料能夠起到液膜導(dǎo)流和液膜湍動(dòng)強(qiáng)化的雙重作用。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00920221677.2公開的“一種新型波紋規(guī)整填料”，通過在板波紋填料片的板面和棱線處開設(shè)矩形孔洞，使填料片兩側(cè)液體交換流動(dòng)，將原本處于填料片一側(cè)層流底層的液體換至另一側(cè)表面，從而提高了傳質(zhì)效率。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00810052976.8公開的“一種新型篩孔網(wǎng)板波紋填料”，采用一定結(jié)構(gòu)的網(wǎng)孔并控制液體初始分布，加劇氣液界面湍動(dòng)程度，提高傳質(zhì)效果。

上述專利從改進(jìn)液體分布、強(qiáng)化液相湍動(dòng)、液膜兩側(cè)利用等諸多方面調(diào)整填料結(jié)構(gòu)，改善填料性能，但是并未改變波紋填料的整體宏觀結(jié)構(gòu)，并未提出利用兩類液膜行為差異強(qiáng)化傳質(zhì)，因而粘性吸收劑的使用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，在于提供一種適應(yīng)粘性吸收劑的有壁支承與無壁支承液膜交替共存的垂直板規(guī)整填料，用以拓寬吸收劑的粘度范圍，同時(shí)借兩類膜的相互作用提高分離效率，增加通量，降低壓降，并且可有效地提高填料的抗堵塞性能。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過下述方案來實(shí)現(xiàn)的：