[发明专利]气体吸收降膜反应器

说明书

技术领域

本发明涉及气体捕集设备，具体而言涉及一种气体吸收降膜反应器。

背景技术

气体吸收按性质可分为物理吸收和化学吸收两大类，用适当的吸收剂处理气体混合物以去除其中一种或多种组分，是典型的化工单元操作。气体吸收技术已广泛应用在合成氨、石油化工及废气处理等领域，吸收相态主要是气液吸收。气液吸收工艺可能会很简单，也可能会复杂庞大，但其采用的最主要最核心的设备都是气液吸收反应器。

气液相反应器按气液相接触形态可分为：

(1)气体以气泡形态分散在液相中的鼓泡塔反应器、搅拌鼓泡釜式反应器和板式反应器；

(2)液体以液滴状分散在气相中的喷雾反应器、喷射反应器和文氏反应器等；

(3)液体以膜状运动与气相进行接触的填料塔反应器和降膜反应器等。

以上反应器在不同行业中均有应用。对于实验室研究气液反应动力学，要求气流和液流分布稳定均匀，并且能够实现单一轴向反应，无返混，所以主要采用降膜反应器。降膜反应器具有如下特点：

a.通常借助管内的流动液膜进行气液反应，管外使用载热流体导入或导出反应热；

b.降膜反应器还具有压降小和无轴向返混的优点；

c.降膜反应器中液体停留时间很短；

d.降膜管的安装垂直度要求较高，液体成膜和均匀分布是降膜反应器的关键，工程使用时必须注意。

降膜反应器可用于瞬间、界面和快速反应，它特别适用于产生较大热效应的气液反应过程；不适用于慢反应，也不适用于处理含固体物质以及能析出固体物质或粘性很大的液体的气液反应过程。

目前应用最多的降膜反应器采用湿壁柱进行气液吸收反应，称为湿壁塔，主要用来研究气液吸收反应动力学，例如测量溶剂吸收CO2、H₂S等气体的动力学参数等，有助于测定吸收剂的传质效用。

如今，在“十二五”国家科技支撑计划项目“大规模燃煤电厂烟气CO2捕集、驱油及封存技术(CCUS)开发及应用示范”的大背景下，开展烟气CO₂捕集新技术及动力学传质特性研究，指导大规模碳捕集工程工艺包设计和工程设计，有利于CO₂减排新技术的推广，对生态环保与经济发展都具有十分重要的意义。

CO₂吸收动力学研究，是CO₂捕集过程研究的重要基础研究，是为了获得计算过程设备的参数，以及对某一种吸收模型进行校核或揭示出各种因素的影响。动力学直接影响到吸收剂的选择和测试、过程工艺的选择和反应器的设计优化。由于溶剂种类的多样化、混合物的不同组合，对CO2吸收反应动力学有重要影响。

在实验室研究方面，科研人员已经对湿壁塔用于气体吸收进行了大量的研究工作。在上世纪七八十年代，国内已经有学者研究采用湿壁塔进行包括CO₂在内的气体化学溶剂吸收动力学数据测量。采用湿壁柱为反应器，使液体通过中空的不锈钢柱溢流在外壁形成一层液膜，而气体与液体逆流接触，接触面为不锈钢柱外表面积。气液反应阻力主要集中在气膜、液膜中。它的流动行为更接近工业装置的实际生产情况，更有利于化学吸收的理论研究。可测定化学吸收过程的反应速率系数，建立吸收速率系数关联式，从而计算吸收反应活化能。湿壁塔作为气液相际传质机理的实验装置，早为人们采用。在长期的研究过程中，曾对湿壁塔进行了各种改进，最简单的是在湿壁塔的下端接一引流棒，可消除操作时由静止液膜产生的端末效应。

正如前面所提到的湿壁塔的优点，降膜式反应器压降小、无轴向返混，并且液体停留时间很短。因此采用湿壁塔设备，使得气液接触面积和停留时间精确描述，准确得到气液反应的动力学参数。常压湿壁塔实验装置可进行反应器设计和制造工艺改进，获得高温加压湿壁塔装置。

湿壁塔还具有下列特点：气膜和液膜之间互不渗透，仅在表面进行传质，可以允许较高的气速通过，设备阻力降较小。液膜较薄，成膜所需的静压液位较低。借助气流通过降膜时，在液膜表面产生特殊的波动所造成不稳定的分子扩散，进行高效的传质。