專利名稱：氣液接觸器及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣液接觸器和排出物凈化系統(tǒng)及方法，并且更具體地涉及配置成產(chǎn)生均勻間隔開的扁平液體射流的噴嘴排列，所述射流被成形成使來自氣流的破環(huán)最小并且使氣流液流的相互作用最大，同時(shí)迅速地補(bǔ)充液體。
背景技術(shù)：
氣體到液體的吸收是各種氣液接觸式系統(tǒng)的關(guān)鍵處理步驟。氣液接觸器(也稱為氣液反應(yīng)器)可以被分成表面和體積反應(yīng)器，其中分別在液面上和大量液體的內(nèi)部形成兩相之間的界面表面積。存在例如轉(zhuǎn)盤式和液體射流式接觸器的多個(gè)表面氣液反應(yīng)器的實(shí)例。轉(zhuǎn)盤式發(fā)生器是局部地浸入液體中并且暴露于氣流中的圓盤(轉(zhuǎn)子)。在轉(zhuǎn)子表面上形成液體溶液的薄膜并且其與伴流的反應(yīng)物氣體流接觸。轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤以更新液體反應(yīng)物與氣體的接觸。在體積式氣液反應(yīng)器中，氣相作為小氣泡被分散到大量的液體中。氣泡可能是球形的或者不規(guī)則的形狀并且可以被氣體鼓泡攪拌器引導(dǎo)到液體中?？梢杂脵C(jī)械方法來攪動(dòng)氣泡以增加質(zhì)量的傳遞。在多個(gè)氣液接觸系統(tǒng)中，通過液相質(zhì)量傳遞系數(shù)k、界面表面積A和大量流體與氣液交界面之間的濃度梯度德耳塔C來控制氣體輸送至液相的速率。則，吸收到液體中的氣體的速率的實(shí)用形式為φ = φ α = kG α (P-Pi) = kL α (CL*_CL)其中變量是反應(yīng)器的每單位體積的氣體吸收的速率(mole/(Cm3S)) ； Φ是單位界面面積的平均吸收率(mole/(Cm2S)) ； α是每單位體積的氣液體的界面面積(cm2/cm3或者 cm-1) ；ρ和Pi分別是大量氣體中和界面處的反應(yīng)物氣體的分壓力(巴)；Cji是應(yīng)當(dāng)與現(xiàn)有的氣相分壓Pi平衡的液體側(cè)的濃度(mole/cm3) ；Cl (mole/cm3)是大量液體中溶解氣體的平均濃度；并且ke(mole/(cm2*訴bar))和kjcm/s)分別是氣體側(cè)和液體側(cè)的質(zhì)量傳遞系數(shù)。在現(xiàn)有技術(shù)中，存在多個(gè)使氣體接觸器系統(tǒng)中的質(zhì)量傳遞和比表面積最大的方法。主要方法包括氣體噴霧器、濕式貼壁射流和噴霧或者霧化。氣液接觸器的選擇取決于包括氣體/液體的流量、質(zhì)量傳遞和化學(xué)反應(yīng)性質(zhì)的反應(yīng)條件。表1概述了某些現(xiàn)有技術(shù)的氣液反應(yīng)器的各種質(zhì)量傳遞性能的特征。為了優(yōu)化氣體吸收率，必須使參數(shù)h、α和(CJn-Q) 最大。在多個(gè)氣液反應(yīng)系統(tǒng)中，C^的可溶性是非常低的并且因此限制了濃度梯度的控制。 因此，在設(shè)計(jì)高效的氣液流量反應(yīng)器中認(rèn)為主要的參數(shù)是質(zhì)量傳遞和界面表面積與反應(yīng)器體積的比，其也被稱為比表面積。表1 傳統(tǒng)的氣液反應(yīng)器性能的對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括 室；連接到所述室上的氣體入口； 連接到所述室上的氣體出口； 連接到所述反應(yīng)室上的流體增壓間；單獨(dú)供給的噴嘴組，其包括連接到所述液體增壓間上的噴嘴排列，其中所述噴嘴排列被配置成提供實(shí)質(zhì)上平面狀液體射流，所述液體射流中的每一個(gè)包括平面片狀液體，所述多個(gè)液體射流位于實(shí)質(zhì)上平行的平面；以及連接到所述反應(yīng)室上的氣體流體分離器。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述流體增壓間包括連接到至少一個(gè)側(cè)面通道上的主供給通道，其中所述至少一個(gè)側(cè)面通道被連接到單獨(dú)供給的噴嘴組上。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括多個(gè)單獨(dú)供給的噴嘴組。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述噴嘴組包括 噴嘴組；連接到所述噴嘴組上的供給室，其中所述室包括 連接到所述噴嘴組上的第一側(cè)壁； 連接到所述噴嘴組和所述第一側(cè)壁上的第二側(cè)壁； 連接到所述噴嘴組和所述第二側(cè)壁上的第三側(cè)壁；以及連接到所述噴嘴組、所述第三側(cè)壁和所述第一側(cè)壁上的第四側(cè)壁，其中所述第一、第二、第三與第四側(cè)壁和所述噴嘴組形成了室，該室在與所述噴嘴組相反的端部處具有開口， 并且其中所述開口連接到配置成接收流體的供給管上。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述供給室還包括插入件。
6.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述供給室還包括配置成向所述噴嘴排列中的每個(gè)噴嘴提供單獨(dú)的液體流的多個(gè)供給通道。
7.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述室具有在大約1厘米或者更大范圍的厚度。
8.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述室在所述噴嘴組上方具有在從大約1厘米到大約8厘米范圍內(nèi)的高度。
9.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述供給管在至少一端處具有開口并且連接到所述至少一個(gè)側(cè)面通道上。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述供給管利用0形環(huán)密封件或者焊接連接到所述至少一個(gè)側(cè)面通道上。
11.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)側(cè)面通道包括第一側(cè)面通道和第二側(cè)面通道。
12.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)側(cè)面通道包括第一和第二側(cè)面通道， 其中所述第一側(cè)面通道連接到所述供給管的第一端，并且所述第二側(cè)面通道連接到所述供給管的第二端。
13.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述噴嘴排列包括橢圓形的噴嘴。
14.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述橢圓形的噴嘴具有在從大約0.5毫米到大約 1. 5毫米范圍內(nèi)的短軸和在從大約0. 75毫米到大約5毫米范圍內(nèi)的長(zhǎng)軸。
15.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述橢圓形的噴嘴具有在從大約0.6毫米到大約 1. 0毫米范圍內(nèi)的短軸和在從大約1. 5毫米到大約2. 5毫米范圍內(nèi)的長(zhǎng)軸。
16.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述噴嘴具有選自一組中的切口深度，該組包括 0. 054英寸、0. 056英寸、0. 058英寸及其組合。
17.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備包括模塊化的氣液接觸器。
18.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述噴嘴排列包括多個(gè)噴嘴，所述噴嘴之間具有均勻的間隔。
19.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中來自所述氣體入口的氣體被配置成按同向流動(dòng)方向流動(dòng)。
20.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中來自所述氣體入口的氣體被配置成按反向流動(dòng)方向流動(dòng)。
21.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備選自于一組，該組包括氣液接觸器、蒸餾單元和射流泵設(shè)備。
22.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述噴嘴組和流量室包括選自于一組的材料，該組包括銅、鎳、鉻、鋼、鋁、涂層金屬及其組合。
23.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述噴嘴組和流量室包括結(jié)構(gòu)性的聚合物、聚酰亞胺、復(fù)合材料及其組合中的至少一個(gè)。
24.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括多個(gè)單獨(dú)供給的噴嘴組，其中每個(gè)噴嘴組包括噴嘴排列，并且其中兩個(gè)相鄰噴嘴組的所述噴嘴處于交錯(cuò)結(jié)構(gòu)。
25.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述噴嘴排列包括至少兩個(gè)由大于大約0.1厘米的間隔分開的噴嘴。
26.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述噴嘴排列包括單排噴嘴。
27.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述噴嘴排列包括至少一個(gè)噴嘴，所述噴嘴具有在從大約0. 25平方毫米到大約20平方毫米范圍內(nèi)的投影橫截面積。
28.一種單獨(dú)供給的噴嘴組設(shè)備，包括 配置成提供實(shí)質(zhì)上平面狀液體射流的多個(gè)噴嘴，所述液體射流中的每一個(gè)包括平面片狀液體，所述多個(gè)液體射流位于實(shí)質(zhì)上平行的平面；連接到所述多個(gè)噴嘴上的供給室；以及連接到所述供給通道上的至少一個(gè)入口。
29.如權(quán)利要求觀所述的設(shè)備，其中所述多個(gè)噴嘴中的至少一個(gè)是橢圓形的。
30.如權(quán)利要求觀所述的設(shè)備，其中所述供給室包括連接到所述噴嘴組上的第一側(cè)壁；連接到所述噴嘴組和所述第一側(cè)壁上的第二側(cè)壁；連接到所述噴嘴組和所述第二側(cè)壁上的第三側(cè)壁；以及連接到所述噴嘴組、所述第三側(cè)壁和所述第一側(cè)壁上的第四側(cè)壁，其中所述第一、第二、第三與第四側(cè)壁和所述噴嘴組形成了室，該室在與所述噴嘴組相反的端部處具有開口， 并且其中所述開口連接到配置成接收流體的供給管上。
31.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中所述供給室還包括插入件。
32.如權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中所述供給室還包括配置成向所述噴嘴排列中的每個(gè)噴嘴提供單獨(dú)的液體流的多個(gè)供給通道。
33. 一種利用氣液接觸器來處理氣相分子的方法，包括步驟利用包括噴嘴排列的多個(gè)單獨(dú)供給的噴嘴組來形成多個(gè)實(shí)質(zhì)上平面狀液體射流，其中所述液體射流中的每一個(gè)包括平面片狀液體，所述多個(gè)液體射流設(shè)置在實(shí)質(zhì)上平行的平提供具有至少一種反應(yīng)性的或者可溶性的氣相分子的氣體；以及通過所述氣相分子和所述液體射流之間的質(zhì)量傳遞的相互作用移除至少一部分所述氣相分子。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述質(zhì)量傳遞的相互作用包括在從大約lsec—1到大約KOOsec—1范圍內(nèi)的體積質(zhì)量傳遞系數(shù)。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述質(zhì)量傳遞的相互作用包括在從大約^ecT1到大約KOsec—1范圍內(nèi)的體積質(zhì)量傳遞系數(shù)。
36.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述質(zhì)量傳遞的相互作用包括在從大約lOsec—1到大約lOOsec—1范圍內(nèi)的體積質(zhì)量傳遞系數(shù)。
37.如權(quán)利要求33所述的方法，其中提供所述氣體的步驟包括按在從大約IOOmirT1 到大約lOOOmirT1的范圍內(nèi)的體積比的氣體流速來向反應(yīng)室提供氣體。
38.如權(quán)利要求33所述的方法，其中形成均勻間隔的扁平液體射流排列的步驟包括 在從大約2磅/平方英寸到大約30磅/平方英寸范圍內(nèi)的液體壓力下形成所述扁平的液體射流。
39.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述排列中的所述扁平的液體射流中的至少一個(gè)包括大于大約1厘米的寬度。
40.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述排列中的所述扁平的液體射流中的至少一個(gè)包括在從大約1厘米到大約15厘米范圍內(nèi)的寬度。
41.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述排列中的所述扁平的液體射流中的至少一個(gè)包括在從大約10 μ m到大約1000 μ m范圍內(nèi)的厚度。
42.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述排列中的所述扁平的液體射流中的至少一個(gè)包括在從大約IOym到大約250 μ m范圍內(nèi)的厚度。
43.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述排列中的所述扁平的液體射流中的至少一個(gè)包括在從大約IOym到大約IOOym范圍內(nèi)的厚度。
44.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述排列中的所述扁平的液體射流中的至少一個(gè)包括在從大約5厘米到大約30厘米范圍內(nèi)的長(zhǎng)度。
45.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述排列中的所述扁平的液體射流中的至少一個(gè)包括在從大約5厘米到大約20厘米范圍內(nèi)的長(zhǎng)度。
46.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述排列中的所述扁平的液體射流中的至少一個(gè)具有小于15米/秒的速度。
47.如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述排列中的所述扁平的液體射流中的至少一個(gè)具有在從大約5米/秒到大約15米/秒范圍內(nèi)的速度。
48.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述氣相分子包括硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳、氨、酸性氣體、胺、鹵素和氧中的至少一種。
49.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述氣相分子包括硫氧化物。
50.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述氣相分子包括二氧化碳。
51.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述氣相分子包括氮氧化物。
52.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述氣相分子包括胺。
53.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述氣相分子包括氯。
54.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述平面狀液體射流包括水、氨、銨鹽、胺、鏈烷醇胺、堿金屬鹽、堿土鹽、過氧化物和次氯酸鹽中的至少一種。
55.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述平面狀液體射流包括鈣鹽溶液和鎂鹽溶液中的至少一種。
56.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述平面狀液體射流包括海水。
57.如權(quán)利要求38所述的方法，其中所述平面狀液體射流包括鹽水。
58.一種利用氣液接觸器來處理氣相分子的方法，包括步驟利用包括噴嘴排列的多個(gè)單獨(dú)供給的噴嘴組來形成多個(gè)實(shí)質(zhì)上平面狀液體射流，其中所述液體射流中的每一個(gè)包括平面片狀液體，所述多個(gè)液體射流設(shè)置在實(shí)質(zhì)上平行的平面，其中所述實(shí)質(zhì)上平面狀液體射流是由含水的泥漿形成的；提供具有至少一種反應(yīng)性的或者可溶性的氣相分子的氣體；以及通過所述氣相分子和液體射流之間的質(zhì)量傳遞的相互作用移除至少一部分氣相分子。
59.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述排列中的所述扁平的液體射流中的至少一個(gè)包括在從大約10 μ m到大約1000 μ m范圍內(nèi)的厚度。
60.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述排列中的所述扁平的液體射流中的至少一個(gè)包括在從大約IOym到大約250 μ m范圍內(nèi)的厚度。
61.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述排列中的所述扁平的液體射流中的至少一個(gè)包括在從大約5厘米到大約30厘米范圍內(nèi)的長(zhǎng)度。
62.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述排列中的所述扁平的液體射流中的至少一個(gè)包括在從大約5厘米到大約20厘米范圍內(nèi)的長(zhǎng)度。
63.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述排列中的所述扁平的液體射流中的至少一個(gè)具有小于15米/秒的速度。
64.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述排列中的所述扁平的液體射流中的至少一個(gè)具有在從大約5米/秒到大約10米/秒范圍內(nèi)的速度。
65.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述泥漿包括尺寸達(dá)到大約500微米的顆粒。
66.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述泥漿包括尺寸達(dá)到大約300微米的顆粒。
67.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述泥漿包括尺寸達(dá)到大約80微米的顆粒。
68.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述泥漿包括在從大約0.2%(w/w)到大約30% (w/w)范圍內(nèi)的固體濃度。
69.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述固體濃度處于從大約10%(w/w)到大約25% (w/w)的范圍內(nèi)。
70.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述氣相分子包括硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳、氨、酸性氣體、胺、鹵素和氧中的至少一種。
71.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述氣相分子包括硫氧化物。
72.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述氣相分子包括二氧化碳。
73.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述氣相分子包括氮氧化物。
74.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述氣相分子包括胺。
75.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述氣相分子包括氯。
76.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述平面狀液體射流包括水、氨、銨鹽、胺、鏈烷醇胺、堿金屬鹽、堿土鹽、過氧化物和次氯酸鹽中的至少一種。
77.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述平面狀液體射流包括鈣鹽溶液和鎂鹽溶液中的至少一種。
78.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述平面狀液體射流包括海水。
79.如權(quán)利要求58所述的方法，其中所述平面狀液體射流包括鹽水。
80.一種利用氣液接觸器來處理氣相分子的方法，包括步驟形成多個(gè)不穩(wěn)定的液體射流包括利用包括噴嘴排列的多個(gè)單獨(dú)供給的噴嘴組來形成液滴的分布；提供具有至少一種反應(yīng)性或者可溶性氣相分子的氣體；以及通過所述氣相分子和所述液滴的分布之間的質(zhì)量傳遞的相互作用來移除至少一部分氣相分子。
81.如權(quán)利要求80所述的方法，其中所述液滴的分布包括具有尺寸在從大約50微米到大約2毫米范圍內(nèi)的液滴。
82.如權(quán)利要求80所述的方法，其中所述液滴的分布包括實(shí)質(zhì)上均勻的液滴的分布。
83.如權(quán)利要求80所述的方法，其中形成多個(gè)不穩(wěn)定的液體射流的步驟包括以在從大約13磅/平方英寸到大約75磅/平方英寸范圍內(nèi)增壓壓力來操作。
84.如權(quán)利要求80所述的方法，其中所述多個(gè)不穩(wěn)定的液體射流中的至少一個(gè)具有大于15米/秒的速度。
全文摘要
本發(fā)明涉及氣液接觸器和排出物凈化系統(tǒng)及方法，并且更具體涉及單獨(dú)供給的噴嘴組，所述噴嘴組包括配置成產(chǎn)生均勻間隔的扁平的液體射流以使來自氣體破環(huán)最小的噴嘴排列。本發(fā)明的一實(shí)施例涉及一種具有多個(gè)包括液體入口及出口和氣體入口及出口的模塊的氣液接觸器。一排噴嘴與液體入口和氣體入口處于連通。所述噴嘴排列配置成產(chǎn)生均勻間隔開的扁平液體射流，以使來自氣流的破環(huán)最小并且使氣流和液體流的相互作用最大，同時(shí)迅速地再裝滿液體。
文檔編號(hào)C10J1/12GK102215935SQ200980145726
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者D·K·諾依曼, J·L·考特賴特, K·R·霍布斯 申請(qǐng)人:諾依曼系統(tǒng)集團(tuán)公司