專利名稱：氣液接觸器和排放物清潔系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣液接觸器和排放物清潔系統(tǒng)及方法，更具體地涉及被構(gòu)建成能夠產(chǎn)生均勻間隔的水平液體射流的噴嘴陣列，其形狀能使來自氣流的干擾最小化，同時又能迅速補(bǔ)充液體。
背景技術(shù)：
將氣體吸收到液體中是許多氣液接觸系統(tǒng)的關(guān)鍵工藝步驟。氣液接觸器又稱氣液反應(yīng)器，可以分成表面反應(yīng)器和體積反應(yīng)器，其中，分別在液體表面和液相本體內(nèi)產(chǎn)生兩相之間的界面表面積(interfacial surface area) 0有許多氣液表面反應(yīng)器的實(shí)例，如轉(zhuǎn)盤接觸器和液體射流接觸器。轉(zhuǎn)盤發(fā)生器是部分浸于液體中并且暴露于氣體料流中的圓盤 (轉(zhuǎn)子)。液體溶液的薄膜形成在轉(zhuǎn)子表面上，并與共流試劑氣流接觸。旋轉(zhuǎn)圓盤更新液體試劑與氣體的接觸。在體積氣液反應(yīng)器中，氣相作為小氣泡分散到本體液相中。氣泡在形狀上可以是球形或不規(guī)則的，并通過氣體鼓泡器引入到液體中?？梢詫馀葸M(jìn)行機(jī)械攪拌， 以增強(qiáng)傳質(zhì)。在許多氣液接觸系統(tǒng)中，可通過本體流體和氣液界面之間的液相傳質(zhì)系數(shù)k、界面表面積A和濃度梯度AC來控制氣體輸送至液相的速度。因而，氣體吸收到液體中的速度的實(shí)用公式為Φ = φα = kGa(p — pi) = kLa(C*L -Cl)其中變量Φ為反應(yīng)器單位體積的氣體吸收速度(摩爾/cm3) ； Φ為單位界面面積的平均吸收速度(摩爾/cm2) ；a為單位體積的氣液界面面積(cm2/cm3或cm—1) ；ρ和pi分別為氣體本體中和界面上的試劑氣體分壓(巴)。Cl*為將要與存在的氣相濃度Pi平衡的液體側(cè)濃度(摩爾/cm3) ;CL(摩爾/cm3)為液體本體中溶解氣體的平均濃度；而ke和&分別為氣體側(cè)和液體側(cè)的傳質(zhì)系數(shù)(cm/s)。在現(xiàn)有技術(shù)中，有許多使氣體接觸器系統(tǒng)中的傳質(zhì)和比表面積進(jìn)行最大化的方法。主要方法包括氣體鼓泡器、濕壁噴射、和噴霧或霧化。氣液接觸器的選擇取決于反應(yīng)條件，包括氣體/液體流動、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)。表1總結(jié)了一些現(xiàn)有技術(shù)的氣液反應(yīng)器的各種傳質(zhì)性能特征。為了優(yōu)化氣體吸收速度，必須要使參數(shù)h、和(Cj-Q)最大化。在許多氣液反應(yīng)體系中，溶解度Cj非常低，因此對濃度梯度的控制有限。這樣，設(shè)計高效的氣液流反應(yīng)器時考慮的主要參數(shù)是傳質(zhì)和界面表面積與反應(yīng)器的體積比，又稱比表面積。表1 傳統(tǒng)氣液反應(yīng)器的性能比較
權(quán)利要求
1.氣液接觸器模塊，其包括 液體入口 ；氣體入口 ； 氣體出口 ；與液體入口和氣體入口連通的噴嘴陣列，其中所述噴嘴陣列被構(gòu)建成產(chǎn)生均勻間隔的水平液體射流，其形狀使得來自氣體的干擾最小化；能夠允許液體通過、同時基本上阻止氣體通過的氣液分離器；和與氣液分離器流體連通的液體出口。
2.權(quán)利要求1的模塊，其還包括至少兩個并聯(lián)的氣液接觸器模塊。
3.權(quán)利要求1的模塊，其還包括至少兩個串聯(lián)的氣液接觸器模塊。
4.權(quán)利要求1的模塊，其中氣液接觸器模塊包含選自以下組中的材料銅、鎳、鉻、鋼、 鋁、涂敷的金屬、及它們的組合。
5.權(quán)利要求1的模塊，其中氣液接觸器模塊包含塑料材料。
6.權(quán)利要求1的模塊，其中氣液接觸器模塊包括結(jié)構(gòu)聚合物、聚酰亞胺、復(fù)合材料、及它們的組合的至少一種。
7.權(quán)利要求1的模塊，其中噴嘴陣列包括錯位結(jié)構(gòu)的噴嘴。
8.權(quán)利要求1的模塊，其中氣液接觸器模塊的大小調(diào)整為能夠處理全部預(yù)先決定的處理要求的增加量。
9.權(quán)利要求1的模塊，其中噴嘴陣列定向?yàn)樘峁╁e流的氣液接觸器模塊。
10.權(quán)利要求1的模塊，其中噴嘴陣列定向?yàn)樘峁┕擦鞯臍庖航佑|器模塊。
11.權(quán)利要求1的模塊，其中噴嘴陣列定向?yàn)樘峁┠媪鞯臍庖航佑|器模塊。
12.權(quán)利要求1的模塊，其中噴嘴陣列包括至少兩個以大于約0.2cm的距離分隔的噴嘴。
13.權(quán)利要求1的模塊，其中噴嘴陣列包括至少一排噴嘴。
14.權(quán)利要求1的模塊，其中噴嘴陣列包括至少三排以均勻的距離分隔的噴嘴。
15.權(quán)利要求1的模塊，其中噴嘴陣列包括U形通道。
16.權(quán)利要求1的模塊，其中噴嘴陣列包括V形通道。
17.權(quán)利要求1的模塊，其中噴嘴陣列包括深度大于約2mm的通道。
18.權(quán)利要求1的模塊，其中噴嘴陣列包括深度約2mm-約20mm的通道。
19.權(quán)利要求1的模塊，其中液體入口被構(gòu)建成能夠以與噴嘴通道成約90度的角度向噴嘴陣列提供液體。
20.權(quán)利要求1的模塊，其中噴嘴陣列包括第一排噴嘴、第二排噴嘴和第三排噴嘴，第二排噴嘴布置第一排和第三排噴嘴之間，并且第二排噴嘴相對于第一排噴嘴和第三排噴嘴偏置。
21.權(quán)利要求1的模塊，其中噴嘴陣列包括至少一個短軸與長軸之比小于0.5的噴嘴。
22.權(quán)利要求1的模塊，其中噴嘴陣列包括至少一個投影截面積為約0.25mm2-約20mm2 的噴嘴。
23.權(quán)利要求1的模塊，其中氣液分離器被構(gòu)建成基本上使運(yùn)轉(zhuǎn)時液體的向后濺射最小化。
24.權(quán)利要求1的模塊，其中氣液分離器包括多個組件。
25.權(quán)利要求對的模塊，其中多個組件包括彼此間隔排列的多個彎曲的葉片。
26.權(quán)利要求對的模塊，其中多個組件包括彼此間隔排列的多個成角度的葉片。
27.權(quán)利要求1的模塊，其還包括布置成與氣液分離器相鄰的液體排放正壓室。
28.權(quán)利要求27的模塊，其還包括被構(gòu)建成除去氣體中夾帶的至少一部分液體的去霧ο
29.權(quán)利要求觀的模塊，其中去霧器包括多個擋板。
30.權(quán)利要求觀的模塊，其中去霧器布置成與氣體出口相鄰。
31.權(quán)利要求1的模塊，其中液體水平射流包含以下至少一種水、氨、銨鹽、胺、烷醇胺、堿金屬鹽、堿土金屬鹽、過氧化物和次氯酸鹽。
32.權(quán)利要求1的模塊，其中液體水平射流包括鈣鹽水溶液和鎂鹽水溶液的至少一種。
33.權(quán)利要求1的模塊，其中液體水平射流包括海水。
34.權(quán)利要求1的模塊，其中液體入口包括鹵水。
35.用氣液接觸器處理氣相分子的方法，其包括以下步驟形成多個基本上平面的液體射流，所述液體射流的每一個包括平面的液體層，所述多個液體射流以基本上平行的平面排列；提供含至少一種反應(yīng)性的或可溶的氣相分子的氣體；以及通過氣相分子和液體射流之間的傳質(zhì)相互作用而脫除至少一部分氣相分子。
36.權(quán)利要求35的方法，其中傳質(zhì)相互作用包括體積傳質(zhì)系數(shù)為約lsec、約 250sec 1O
37.權(quán)利要求35的方法，其中傳質(zhì)相互作用包括體積傳質(zhì)系數(shù)為約^ec—1-約 150sec 1O
38.權(quán)利要求35的方法，其中傳質(zhì)相互作用包括體積傳質(zhì)系數(shù)為約lO-lOOsec—1。
39.權(quán)利要求35的方法，其中提供氣體的步驟包括以氣體流速與反應(yīng)室體積之比為約 IOOmirT1-約 lOOOmirT1 提供氣體。
40.權(quán)利要求35的方法，其中形成均勻間隔的水平液體射流陣列的步驟包括以約 2psig-約50psig的液體壓力形成水平液體射流。
41.權(quán)利要求35的方法，其中陣列中水平液體射流的至少之一包括大于約Icm的寬度。
42.權(quán)利要求35的方法，其中陣列中水平液體射流的至少之一包括約Icm-約15cm的寬度。
43.權(quán)利要求35的方法，其中陣列中水平液體射流的至少之一包括約IOym-約 1000 μ m的厚度。
44.權(quán)利要求35的方法，其中陣列中水平液體射流的至少之一包括約IOym-約 250 μ m的厚度。
45.權(quán)利要求35的方法，其中陣列中水平液體射流的至少之一包括約IOym-約 IOOym的厚度。
46.權(quán)利要求35的方法，其中陣列中水平液體射流的至少之一包括約5cm-約30cm的長度。
47.權(quán)利要求35的方法，其中陣列中水平液體射流的至少之一包括約5cm-約20cm的長度。
48.權(quán)利要求35的方法，其中陣列中水平液體射流的至少之一的速度小于15m/sec。
49.權(quán)利要求35的方法，其中陣列中水平液體射流的至少之一的速度為約5m/sec-約 15m/sec。
50.用權(quán)利要求1的裝置脫除氣相分子的方法。
51.權(quán)利要求50的方法，其中氣相分子至少包括以下之一硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳、氨、酸性氣體、胺、鹵素和氧。
52.權(quán)利要求50的方法，其中氣相分子包括硫氧化物。
53.權(quán)利要求50的方法，其中氣相分子包括二氧化碳。
54.權(quán)利要求50的方法，其中氣相分子包括氮氧化物。
55.權(quán)利要求50的方法，其中氣相分子包括胺。
56.權(quán)利要求50的方法，其中氣相分子包括氯。
57.權(quán)利要求35的方法，其中平面的液體射流至少包括以下之一水、氨、銨鹽、胺、烷醇胺、堿金屬鹽、堿土金屬鹽、過氧化物和次氯酸鹽。
58.權(quán)利要求35的方法，其中平面的液體射流至少包括以下之一鈣鹽溶液和鎂鹽溶液。
59.權(quán)利要求35的方法，其中平面的液體射流包含海水。
60.權(quán)利要求35的方法，其中平面的液體射流包含鹵水。
61.氣液接觸系統(tǒng)，其包括反應(yīng)室；與反應(yīng)室連接的氣體入口； 與反應(yīng)室連接的氣體出口； 與反應(yīng)室連接的液體正壓室；與液體正壓室連接的噴嘴陣列，其中噴嘴陣列被構(gòu)建成提供基本上平面的液體射流， 所述液體射流的每一個包含平面的液體層，所述多個液體射流位于基本上平行的平面中； 以及與反應(yīng)室連接的氣液分離器。
62.權(quán)利要求61的系統(tǒng)，其還包括與液體正壓室流體接觸的二次化學(xué)處理子系統(tǒng)。
63.權(quán)利要求61的子系統(tǒng)，其中氣液接觸系統(tǒng)被構(gòu)建成將吸收的硫氧化物礦物化成亞硫酸鹽或硫酸鹽。
64.權(quán)利要求61的子系統(tǒng)，其中氣液接觸系統(tǒng)被構(gòu)建成將吸收的CO2礦物化成碳酸鹽。
65.權(quán)利要求61的子系統(tǒng)，其中氣液接觸系統(tǒng)被構(gòu)建成釋放純CO2用于三次處理。
66.權(quán)利要求61的子系統(tǒng)，其中氣液接觸系統(tǒng)將吸收的氮氧化物反應(yīng)成可溶性的硝酸Τττ . ο
67.權(quán)利要求61的系統(tǒng)，其還包括布置在氣體出口的去霧器。
68.權(quán)利要求67的系統(tǒng)，其還包括與氣體出口連接的氣體出口正壓室。
69.權(quán)利要求68的系統(tǒng)，其還包括與反應(yīng)室流體連通的捕集槽。
70.權(quán)利要求61的系統(tǒng)，其中噴嘴陣列包括錯位結(jié)構(gòu)的多個噴嘴。
71.權(quán)利要求61的系統(tǒng)，其中噴嘴陣列定向?yàn)樘峁╁e流的氣液接觸系統(tǒng)。
72.權(quán)利要求61的系統(tǒng)，其中噴嘴陣列定向?yàn)樘峁┕擦鞯臍庖航佑|系統(tǒng)。
73.權(quán)利要求61的系統(tǒng)，其中噴嘴陣列定向?yàn)樘峁┠媪鞯臍庖航佑|系統(tǒng)。
74.權(quán)利要求61的系統(tǒng)，其中噴嘴陣列包括至少一排噴嘴。
75.權(quán)利要求61的系統(tǒng)，其中噴嘴陣列包括U形通道。
76.權(quán)利要求61的系統(tǒng)，其中噴嘴陣列包括V形通道。
77.權(quán)利要求61的系統(tǒng)，其中噴嘴陣列包括深度約大于2mm的通道。
78.權(quán)利要求61的系統(tǒng)，其中噴嘴陣列包括深度為約2mm-約20mm的通道。
79.權(quán)利要求61的系統(tǒng)，其中噴嘴陣列包括至少一個短軸與長軸比例小于0.5的噴嘴。
80.權(quán)利要求61的系統(tǒng)，其中噴嘴陣列包括至少一個凸出截面積為約0.25mm2-約 20mm2的噴嘴。
81.氣液接觸器，其包括正壓室，其被構(gòu)建成提供接觸液體的流體；接觸室，其與流體正壓室連通，并且被構(gòu)建成接收來自流體正壓室的接觸液體； 氣體入口，其與接觸室連通；氣體出口，其與接觸室連通，其中氣液接觸器系統(tǒng)被構(gòu)建成提供體積傳質(zhì)系數(shù)為約 Ssec—1-約ZSOsec-1的傳質(zhì)相互作用。
82.權(quán)利要求81的氣液接觸器，其還包括噴嘴陣列。
83.權(quán)利要求81的氣液接觸器，其中噴嘴陣列包括至少一排噴嘴。
84.權(quán)利要求81的氣液接觸器，其中噴嘴陣列包括U形通道。
85.權(quán)利要求81的氣液接觸器，其中噴嘴陣列包括V形通道。
86.權(quán)利要求81的氣液接觸器，其中噴嘴陣列包括深度約大于2mm的通道。
87.權(quán)利要求81的氣液接觸器，其中體積傳質(zhì)系數(shù)為約lOsef-lOOsec—1。
88.權(quán)利要求81的氣液接觸器，其中體積傳質(zhì)系數(shù)為約SsePlkec—1。
89.氣相分子處理系統(tǒng)，其包括多個模塊化的氣液接觸器，所述氣液接觸器被構(gòu)建成并聯(lián)或串聯(lián)布置，以便能根據(jù)氣相分子處理的需要調(diào)整大小。
90.權(quán)利要求89的系統(tǒng)，其中多個模塊化氣液接觸器的每一個都包括噴嘴陣列，所述噴嘴陣列被構(gòu)建成提供基本上平面的液體射流，每個所述的液體射流包含平面的液體層。
91.權(quán)利要求50的方法，其中氣相分子包括揮發(fā)性有機(jī)化合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及氣液接觸器和排放物清潔系統(tǒng)及方法，更具體地涉及被構(gòu)建成能夠產(chǎn)生均勻間隔的水平液體射流的噴嘴陣列，其形狀能使來自氣流的干擾最小化。本發(fā)明的一個實(shí)施方案涉及包括液體入口和出口以及氣體入口和出口的氣液接觸器模塊。噴嘴陣列與液體入口和氣體入口連通。噴嘴陣列被構(gòu)建成能夠產(chǎn)生均勻間隔的水平液體射流，其形狀能使來自氣流的干擾最小化，并且能使氣流和液流的相互作用最大化，同時又能迅速補(bǔ)充液體。
文檔編號H01S3/095GK102217152SQ200980145932
公開日2011年10月12日 申請日期2009年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者A·R·阿烏特里, B·R·尼扎莫夫, D·K·諾依曼, J·A·托拜厄斯, J·K·布拉瑟爾, K·R·霍布斯, N·J·米勒, T·L·亨肖, W·E·麥克德莫特 申請人:諾依曼系統(tǒng)集團(tuán)公司