[发明专利]气液接触装置

说明书

本发明涉及一种气液接触装置，特别是一种能使气体有效地与液体接触的气液接触装置，例如用于通过使包含在废气中的CO₂气体与CO₂气体吸收液接触而从废气中除去CO₂气体的CO₂气体吸收装置。

最近，有人指出CO₂气体导致的温室效应是引起全球大气变暖现象的原因之一，为了保护全球大气环境，在世界范围内迫切需要采取措施解决温室效应。CO₂气体产生于每一个燃烧矿物燃料的人类活动领域中，将来将进一步加强对CO₂废气的控制。作为废气控制的一种措施，在使用大量矿物燃料的热电厂的发电设备中，已研究出从锅炉的燃烧废气中除去和收集CO₂的方法以及存储CO₂而不排到大气中的方法。

另一方面，在化工厂的吸收工艺中应用的气液接触技术中，使用了泡罩板塔和填充塔，从而尽可能实现气液接触。作为填充塔的填料，使用了具有各种形状的拉希格圈(Raschig rings)。

在用于吸收燃烧废气中的CO₂的气液接触装置中，需要在短时间内有效地处理大量气体。因此，需要一种气液接触装置，其中在气体通道中不会发生气流的膨胀、收缩、冲撞以及涡流，并几乎不会发生由于上述因素的不必要的压力损失。而且，需要结构尽可能简单的气液接触装置，它可增加气液接触面积和接触时间，从而提高接触效率。

作为从燃烧废气中除去CO₂的CO₂气体吸收装置，本发明的发明人先前提出过一种CO₂气体吸收装置，其中设置有许多填料，因而填料的气液接触表面可与气流平行，填料包括横截面可为各种形状且管部为直的管状结构，如图1所示(它示出也将用于本发明一个实施例中的CO₂气体吸收装置的总体结构视图)(参见日本专利申请公开No.4-21/809或No.271809/1992)，也就是说，在图1中标号1为CO₂气体吸收装置，标号2为包括其管部为直的管状结构的填料，这些填料沿大致垂直的方向以多层阶梯的形式设置。标号3为一用于输送CO₂吸收液的管线，标号4为一液体分散喷嘴，标号5为一吸收液存储空间，CO₂在其中被吸收，标号6为包含CO₂的燃烧废气，标号7为除去了CO₂的清洁的废气。

如上所述，包括管状结构的填料2的横截面可为各种形状，并且该横截面可由这些形状中的一个或其结合构成。在包括管状结构的填料2中，气体流平行于吸收表面(气液接触表面)。因而，在气流通道中，不会发生气流的膨胀、收缩和冲撞以及旋流，因此由于这些因素而产生的不必要的压力损失非常小。在这种情况下，吸收液由包括管状结构的填料2的吸收表面支承，该吸收液沿该表面向下流动时与气流接触以吸收CO₂。因此，根据这种结构，可显著减少压力损失，与通常的拉希格圈(Raschig rings)填料相反。

然而，上述CO₂气体吸收装置具有下述问题。

(a)当作为填料的管状结构的吸收表面为抛光成光滑的镜面时，则沿管状结构的吸收表面向下流动的吸收液由于表面张力或粘附力而成线形，因此液体不会膨胀至吸收表面的整个表面这样使浸湿面积减小。其结果，气液接触面积趋于减小，并使CO₂吸收效率趋于降低。

(b)每个管状结构填料沿气流方向的单位长度受到制造条件的限制。因此，如果填料的长度为大约20m，则需要堆积大约20级的管状结构填料。在这种情况下，在每一对管状结构之间形成间隙。当吸收液从上部管状结构流向下部管状结构时，液流由于上述间隙的存在而变成线形，因此损弱了其分散性。为了减小这种间隙，需要高的加工精度，但也增加了成本。

(c)当作为填料管状结构的内壁上的气液接触表面被镜面抛光时，CO₂气体吸收装置有一些需改进的地方。也就是说沿管状结构的气液接触表面向下流动的吸收液由于表面张力或粘附力而形成为线形，并不能膨胀至内壁的整个表面。因此浸湿面积(气液接触面积)减小，而向下流的液体在气液接触表面上的滞留时间缩短。其结果，不能获得需要的CO₂吸收效率。

(d)作为管状结构填料的水平截面的另一个例子，有一种截面，其中许多编织的凸纹(或凹纹)与竖直部分相互接触。