气体吸收方法、气体吸收装置及其用途与流程

本发明涉及化工领域，尤其是涉及一种气体吸收方法、气体吸收装置及其用途。

背景技术：

在化工工程中，通常用液体对气体进行吸收处理，以达到纯化或净化的目的。在液体吸收气体的过程中，影响气体吸收效果的因素有：溶解度、温度、吸收压力、理论板数(气-液充分混合达到平衡又分开算一块理论板)等。吸收压力越高对吸收越有利，也就是说，在吸收过程中气体的压力损失要小。理论板数越多，越多的待吸收物质从气相进入液相。一般来说溶解度随温度升高而降低，而溶解又是放热过程，所以在吸收的同时冷却移热，可促进吸收的进行。

目前，化工工业中实际应用的气体吸收方式有：板式塔/填料塔吸收、立式换热管内气液逆流吸以及立式换热管内气液并流向下吸收等。

1)板式塔/填料塔吸收：其优点是气液逆流接触，相当于多块理论板，理论上可以达到较高的吸收程度；缺点是塔内很难设置换热装置。初期吸收升温后，液体失去继续吸收能力，吸收效率反而不高。改进方法是设置外循环系统，使用循环泵，循环冷却器，部分塔底液循环降温后重新返回塔顶。这样做虽然能降低塔内温度，但返回的液体相当于塔底液，浓度很高，严重破坏了塔内从上到下的液相浓度梯度，使吸收理论板数降低到接近一块，而且泵的使用必须消耗电能。

2)立式换热管内气液逆流吸收，该吸收方式中存在的问题为，上升的气体对液体的向下流动产生摩擦力，导致液体流动变慢，液膜增厚，气体流动通道缩小，气速增加，对液体的作用力进一步增加，恶性循环，最终造成液膜完全阻塞通道，液体被气体拱推向上运动，即液泛状态，吸收完全失效。

3)立式换热管内气液并流向下吸收：气液并流向下，不存在液泛问题，气体流速可以很高，可根据吸收液的体积流量合理设置换热管数量和流通截面积。但是该吸收方式中气液并流，无法形成吸收浓度梯度，最终的吸收效果仅相当于一块理论板，吸收效果很差。

技术实现要素：

本发明的第一目的在于提供一种气体吸收方法，以至少缓解上述所提及技术问题中的一个。

本发明的第二目的在于提供一种气体吸收装置，以缓解上述现有气体吸收装置中存在的至少一个问题。

本发明的第三目的在于提供一种气体吸收装置的用途，以提高气体的净化效果。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种气体吸收方法，包括以下步骤：

吸收液依次经过第一吸收单元、……、第n吸收单元，待吸收气依次经过第n吸收单元、……、第一吸收单元，在每个吸收单元内，所述吸收液与所述待吸收气并流向下流动；其中，n为大于等于2的自然数。

进一步的，n取值3-6之间的自然数。

进一步的，所述吸收液在自重作用下依次经过第一吸收单元、……、和第n吸收单元。

进一步的，所述第一吸收单元、……、至所述第n吸收单元在高度方向以阶梯排列方式连接，其中，所述第一吸收单元的水平高度高于所述第n吸收单元的水平高度。

进一步的，所述第一吸收单元、……、所述第n吸收单元，每个吸收单元均包括一立式列管换热器。

进一步的，所述立式列管换热器的上部分别设置吸收液入口和待吸收气入口，所述立式列管换热器的下部分别设置吸收液出口和待吸收气出口，所述立式列管换热器中管程的底部设有气液分离器；其中，

所述第一吸收单元的吸收液出口的水平高度≥第二吸收单元的吸收液入口的水平高度，

依次类推，

所述第n-1吸收单元的吸收液出口的水平高度≥第n吸收单元的吸收液入口的水平高度。

一种气体吸收装置，包括：

n个吸收单元，其中，

吸收液依次经过第一吸收单元、……、第n吸收单元，待吸收气依次经过第n吸收单元、……、第一吸收单元，在每个吸收单元内，所述吸收液与所述待吸收气并流向下流动；n为大于等于2的自然数。

进一步的，所示气体吸收装置包括：在高度方向依次呈阶梯排布连接的第一吸收单元、……、第n吸收单元其中，所述第一吸收单元的水平高度高于所述第n吸收单元的水平高度。

进一步的，每个吸收单元均包括一立式列管换热器，所述立式列管换热器中管程的底部设有气液分离器；

优选地，所述立式列管换热器的上部分别设置吸收液入口和待吸收气入口，每个吸收单元下部分别设置吸收液出口和待吸收气出口；

第一吸收单元的吸收液出口的水平高度≥第二吸收单元的吸收液入口的水平高度，依次类推，第n-1吸收单元的吸收液出口的水平高度≥第n吸收单元的吸收液入口的水平高度。

上述气体吸收装置在气体净化处理中的用途。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的气体吸收方法，属于多级吸收方法。从每个吸收单元内部看，属于气液并流向下吸收方式，气流速度可以很高，不存在液泛问题；从整个吸收过程看，气液，吸收液依次经过第一吸收单元、……、第n吸收单元，而待吸收气则从反方向依次经过第n吸收单元、……、第一吸收单元，气液两相形成逆流运动，吸收效果接近于多级理论板的吸收极限，吸收效果非常好。该吸收方法属于同向和反向相结合的全新的气体处理方法，吸收液流动方向单一，具有较好的浓度梯度，同时，在每个吸收单元内，吸收液和待吸收气并流向下运动，待吸收气可以具备较高的气体流速，而不会发生堵塞和泛液等问题，具有较好的吸收效果。

本发明提供的气体吸收装置创新性地将气液同向流动和气液逆向流动有机结合在一起，相对于传统单纯的立式换热管内气液逆流吸收设备而言，解决了其易发生液泛导致堵塞的问题；相对于传统的立式换热管内气液并流向下吸收设备而言，解决了其吸收的理论板数低，吸收效果差的问题。利用本发明提供的气体吸收装置能够同时具备气液并流向下吸收和气液并流向上吸收的双重效果，进而提高了气体吸收的效率和效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中的处理工艺流程示意图；

图2为本发明对比例1中的处理工艺流程示意图；

图3为本发明对比例2中的处理工艺流程示意图。

图标：10-第一吸收单元；20-第二吸收单元；30-第三吸收单元。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一方面，本发明提供了一种气体吸收方法，包括以下步骤：

吸收液依次经过第一吸收单元、……、第n吸收单元，待吸收气依次经过第n吸收单元、……、第一吸收单元，在每个吸收单元内，吸收液与待吸收气并流向下流动；其中，n为大于等于2的自然数。

本发明提供的气体吸收方法，属于多级吸收方法。从每个吸收单元内部看，属于气液并流向下吸收方式，气流速度可以很高，不存在液泛问题；从整个吸收过程看，气液，吸收液依次经过第一吸收单元、……、第n吸收单元，而待吸收气则从反方向依次经过第n吸收单元、……、第一吸收单元，气液两相形成逆流运动，吸收效果接近于多级理论板的吸收极限，吸收效果非常好。该吸收方法属于同向和反向相结合的全新的气体处理方法，吸收液流动方向单一，具有较好的浓度梯度，同时，在每个吸收单元内，吸收液和待吸收气并流向下运动，待吸收气可以具备较高的气体流速，而不会发生堵塞和泛液等问题，具有较好的吸收效果。

为了提高气体的吸收效果，可以设置多级吸收单元。在本发明的一些实施方式中，n为取自3-6之间的自然数。当待处理气的纯度相对较高时，可以设置两级，也可以设置成三级或四级或五级吸收单元，相应的，n的取值可以为2、3和4；当待处理气有较多的杂质气或需要大幅降低其中某一成分气体的含量时，可以设置更多级数的处理单元，相应的，n的取值可以为5和6等。

在本发明的一些实施方式中，吸收液在自重作用下依次经过第一吸收单元、……、和第n吸收单元。吸收液不管是在级间还是级内，都靠重力自流，可有效避免使用泵等耗能设备，节约能源，降低运行成本。

在本发明的一些实施方式中，第一吸收单元、……、至第n吸收单元在高度方向以阶梯排列方式连接，其中，第一吸收单元的水平高度高于第n吸收单元的水平高度。

以阶梯排列方式连接是指，第一吸收单元、……、第n吸收单元位于不同的高度位置，高度位置从第一吸收单元至第n吸收单元依次降低，这样，吸收液从第一吸收单元开始，可以利用自身的重力向下流动，并可以从第一吸收单元逐渐流向第n吸收单元。

在本发明的一些实施方式中，第一吸收单元、……、第n吸收单元，每个吸收单元均包括一立式列管换热器。采用立式列管换热器，吸收液和待吸收气在换热器的管程内流动，而在换热器的壳程内可以通入导热介质，例如循环水等介质以带走热量，对吸收液进行降温处理，以减少温升造成的吸收效率的下降。

在本发明的一些实施方式中，立式列管换热器的上部分别设置吸收液入口和待吸收气入口，立式列管换热器的下部分别设置吸收液出口和待吸收气出口，立式列管换热器中管程的底部设有气液分离器；其中，

第一吸收单元的吸收液出口的水平高度≥第二吸收单元的吸收液入口的水平高度，

依次类推，

第n-1吸收单元的吸收液出口的水平高度≥第n吸收单元的吸收液入口的水平高度。

其中，第一吸收单元的吸收液出口的水平高度≥第二吸收单元的吸收液入口的水平高度是指，第一吸收单元的吸收液出口的水平位置与第二吸收单元的吸收液入口的水平位置平齐，或高于第二吸收单元的吸收液入口的水平位置；同理，第n-1吸收单元的吸收液出口的水平高度≥第n吸收单元的吸收液入口的水平高度是指，第n-1吸收单元的吸收液出口的水平位置与第n吸收单元的吸收液入口的水平位置平齐，或高于第n吸收单元的吸收液入口的水平位置。

使用时，吸收液入口和吸收液出口之间按照吸收液依次流经第一吸收单元、第二吸收单元和第三吸收单元的顺序连接；例如，第一吸收单元的吸收液出口与第二吸收单元的吸收液入口连接，依次类推，第n-1吸收单元的吸收液出口与第n吸收单元的吸收液入口连接。

同时，每个吸收单元中，待吸收气入口和待吸收气出口之间按照待吸收气依次流经第三吸收单元、第二吸收单元和第一吸收单元的顺序连接；例如，第n吸收单元的待吸收气出口与第n-1吸收单元的待吸收气入口连接，依次类推，第二吸收单元的待吸收气出口与第一吸收单元的待吸收气入口连接。

立式列管换热器的上部分别设有吸收液入口和待吸收气入口，例如，吸收液入口和待吸收气入口可以设置在立式列管换热器的顶部或顶部附近，立式列管换热器的下部分别设置吸收液出口和待吸收气出口，例如，吸收液出口和待吸收气出口可以设置在立式列管换热器的底部或底部附件。该设置结构可以保证立式列管换热器中的吸收液在重力作用下从上至下流动，而待吸收气则在本申请气体压力下从上到下流动，经设置于立式列管换热器底部的气液分离器后，吸收液从吸收液出口流出，而待吸收气则从带吸收气出口流出。

连接关系中，第一吸收单元的吸收液出口与第二吸收单元的吸收液入口连接，依次类推，第n-1吸收单元的吸收液出口与第n吸收单元的吸收液入口连接，从而保证吸收液按照第一吸收单元、第二吸收单元、……、第n吸收单元的顺序流动。而在高度方向，第一吸收单元的吸收液出口位置高于第二吸收单元的吸收液入口位置，……，第n-1吸收单元的吸收液出口位置高于第n吸收单元的吸收液入口位置，可以保证吸收液在每个吸收单元内的流通的畅通性。

第二方面，本发明提供了一种气体吸收装置，包括：

n个吸收单元，其中，

吸收液依次经过第一吸收单元、……、第n吸收单元，待吸收气依次经过第n吸收单元、……、第一吸收单元，在每个吸收单元内，吸收液与待吸收气并流向下流动；n为大于等于2的自然数。例如，n的取值可以为3-6之间的自然数。

本发明提供的气体吸收装置创新性地将气液同向流动和气液逆向流动有机结合在一起，相对于传统单纯的立式换热管内气液逆流吸收设备而言，解决了其易发生液泛导致堵塞的问题；相对于传统的立式换热管内气液并流向下吸收设备而言，解决了其吸收的理论板数低，吸收效果差的问题。利用本发明提供的气体吸收装置能够同时具备气液并流向下吸收和气液并流向上吸收的双重效果，进而提高了气体吸收的效率和效果。

在本发明的一些实施方式中，气体吸收装置包括：在高度方向依次呈阶梯排布连接的第一吸收单元、……、第n吸收单元，其中，第一吸收单元的水平高度高于第n吸收单元的水平高度。

第一吸收单元、……、第n吸收单元在高度方向依次呈阶梯排布连接是指，第一吸收单元、……、第n吸收单元位于不同的高度位置，高度位置从第一吸收单元至第n吸收单元依次降低。其中，第一吸收单元的吸收液出口与第二吸收单元的吸收液入口连接，依次类推，第n-1吸收单元的吸收液出口与第n吸收单元的吸收液入口连接。这样，吸收液从第一吸收单元开始，可以利用自身的重力向下流动，并可以从第一吸收单元逐渐流向第n吸收单元。

该设置结构可以保证立式列管换热器中的吸收液在重力作用下从上至下流动，而待吸收气则在本申请气体压力下从上到下流动，实现气液在吸收单元内的并流向下运动。

在本发明的一些实施方式中，每个吸收单元均包括立式列管换热器，立式列管换热器中管程的底部设有气液分离器。气液分离器例如可以是旋风式气液分离器或沉降式气液分离器或折流式气液分离器。

采用立式列管换热器，吸收液和待吸收气在换热器的管程内流动，而在换热器的壳程内可以通入导热介质，例如循环水等介质以带走热量，对吸收液进行降温处理，以减少温升造成的吸收效率的下降。立式列管换热器中的吸收液在重力作用下从上至下流动，而待吸收气则在本申请气体压力下也从上到下流动，经设置于立式列管换热器底部的气液分离器后，吸收液从吸收液出口流出，而待吸收气则从带吸收气出口流出。

在本发明进一步的实施方式中，立式列管换热器的顶部分别设置吸收液入口和待吸收气入口，每个吸收单元下部分别设置吸收液出口和待吸收气出口；

第一吸收单元的吸收液出口的水平高度≥第二吸收单元的吸收液入口的水平高度，依次类推，第二吸收单元的吸收液出口的水平高度≥第n吸收单元的吸收液入口的水平高度。

在高度方向，第一吸收单元的吸收液出口位置高于第二吸收单元的吸收液入口位置，……，第n-1吸收单元的吸收液出口位置高于第n吸收单元的吸收液入口位置，可以保证吸收液在每个吸收单元内的流通的畅通性。

连接时，吸收液入口和吸收液出口之间按照吸收液依次流经第一吸收单元、第二吸收单元和第三吸收单元的顺序连接；例如，第一吸收单元的吸收液出口与第二吸收单元的吸收液入口连接，依次类推，第n-1吸收单元的吸收液出口与第n吸收单元的吸收液入口连接。

同时，待吸收气入口和待吸收气出口之间按照待吸收气依次流经第三吸收单元、第二吸收单元和第一吸收单元的顺序连接；例如，第n吸收单元的待吸收气出口与第n-1吸收单元的待吸收气入口连接，依次类推，第二吸收单元的待吸收气出口与第一吸收单元的待吸收气入口连接。

实施例1

本实施例是一种气体吸收装置，包括3个吸收单元，分别为第一吸收单元10、第二吸收单元20和第三吸收单元30。利用该气体吸收装置处理待吸收气的工艺流程如图1所示。图中，实线箭头方向为吸收液的流动方向，虚线箭头方向为待吸收气的流动方向。

每个吸收单元均包括一个立式列管换热器，每个立式列管换热器的顶部设有一个吸收液入口和一个待吸收气入口，且每个立式列管换热器的底部设有一个吸收液出口，在每个立式列管换热器的底部附近的侧壁上设有一个待吸收气出口。每个立式列管换热器底部空间内还设有一个旋风式气液分离器。

第一吸收单元的吸收液出口与第二吸收单元的吸收液入口连接，第二吸收单元的吸收液出口与第三吸收单元的吸收液入口连接。且，第一吸收单元的吸收液出口的位置高度高于第二吸收单元的吸收液入口的位置高度，第二吸收单元的吸收液出口的位置高度高于第三吸收单元的吸收液入口的位置高度。吸收液从第一单元的吸收液入口注入，然后在自身重力的作用下依次流经第一吸收单元、第二吸收单元和第三吸收单元，最后从第三吸收单元的吸收液出口流出。

第三吸收单元的待吸收气出口与第二吸收单元的待吸收气入口连接，第二吸收单元的待吸收气出口与第一吸收单元的待吸收气入口连接。待吸收气从第三吸收单元的待吸收气入口流入，然后在待吸收气本身气体压力的作用下，依次流经第三吸收单元、第二吸收单元和第一吸收单元。

对比例1

本对比例是一种气体吸收装置，该气体吸收装置为一单个立式气液并流向下流动的吸收装置，具体的，本对比例中的气体吸收装置与实施例1中的一个吸收单元的结构相同。利用该气体吸收装置处理待吸收气的工艺流程如图2所示。图中，实线箭头方向为吸收液的流动方向，虚线箭头方向为待吸收气的流动方向。

对比例2

如图3所示，本对比例是一种气体吸收装置，该气体吸收装置为填料吸收塔。处理待吸收气时，待吸收气从填料塔的底部通入，并从下到上流动，而吸收液则从填料塔的顶部通入，并从上到下流动。利用该气体吸收装置处理待吸收气的工艺流程如图3所示。图中，实线箭头方向为吸收液的流动方向，虚线箭头方向为待吸收气的流动方向。

分别利用实施例1和对比例1-2提供的气体吸收装置处理相同的待吸收气。试验过程中，所用的吸收液的成分相同，所用的待吸收气的成分也完全相同。具体的吸收液成分、待吸收气成分、处理工艺以及处理结果列于表1。

表1

从表1中可看出，对相同氨含量的待吸收气进行处理后，实施例1得到的吸收液中氨浓度最高，同时吸收后残余气体中氨含量最低，，吸收效果非常明显。由于初始的待吸收气体中氨的含量均为96％，吸收完成后，实施例1中的残余气体中的氨的含量降为80.6％，氨的含量减少了15.4％，而对比例1中的残余气体中的氨的含量降为92.5％，氨的含量减少了3.5％，从实施例1和对比例1的减少量中可以看出，实施例1中的吸收量＞对比例1中的吸收量，因此，本发明的效果并不是简单的三个单个立式气液并流移热吸收装置的吸收效果的叠加。同时，实施例1的吸收效果要远远高于对比例2中的填料塔的吸收效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。