气体吸收降膜反应器的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]气液相反应器按气液相接触形态可分为:
[0004](1)气体以气泡形态分散在液相中的鼓泡塔反应器、搅拌鼓泡爸式反应器和板式反应器；
[0005](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；
[0006](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。
[0007]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:
[0008]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执.nw ，
[0009]b.降膜反应器还具有压降小和无轴向返混的优点；
[0010]c.降膜反应器中液体停留时间很短；
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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C02、H2S等气体的动力学参数等，有助于测定吸收剂的传质效用。
[0014]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C02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C02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ay咸排新技术的推广，对生态环保与经济发展都具有十分重要的意义。
[0015]C02吸收动力学研究，是C0 2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C02吸收反应动力学有重要影响。
[0016]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0)2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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]湿壁塔的设计关键点在于液体和气体分布装置，其结构设计是否合理，液体成膜是否均匀，气流分布是否平稳以及安装是否正确等，都会直接影响塔的传质效率和塔的操作稳定性。液膜分布不均匀会导致液膜在湿壁柱表面厚度不一，受流速等因素影响会发生侧流或撕裂。为达到均匀分布的目的，在顶端采用不同形式的分布器。分布器的结构好坏将直接影响液体能否迅速在湿壁柱的壁部成膜。液体在重力作用下经顶端流下，受限会形成一个不均匀的层流膜，开始的这一段不稳定的层流膜叫做过渡段，如果分布器结构合理，则过渡段较短，反之则过渡段较长。
[0020]作为研究包括C02在内的气体化学溶剂吸收动力学数据测量的核心装置，目前的湿壁塔存在如下不足:
[0021]传统湿壁塔从顶部出液，在实际使用中，液膜表面上的波纹会增大气液接触面积，改变传质过程。流下液膜的末端均会形成静止膜，这部分的吸收速率明显小于上面的流动部分。在物理吸收时，静止膜部分的吸收作用可以忽略，但在化学吸收中，静止膜的吸收作用还随着反应机理的不同而不同。传统湿壁塔没有设计底部缓冲段，无法排除静止膜对测定精度的影响。
[0022]同时，气体分布的均匀性是保证每根降膜管稳定操作的必要条件。当前普遍采用的多孔型气体分布器流速不均匀，靠近入口处的气体轴向速度过大，在高速气流的抽吸作用下，靠近入口处形成回流区，致使气体分布不均匀。
【发明内容】
[0023]鉴于【背景技术】中存在的问题，本发明的目的在于提供一种气体吸收降膜反应器，其能保证气体吸收降膜反应器在工作过程中液膜和气体分布的稳定性和均匀性。
[0024]为了实现上述目的，本发明提供了一种气体吸收降膜反应器，其包括夹套、湿壁柱、液体分布机构、上固定机构、下固定机构、气体分布机构以及密封机构。
[0025]夹套具有:内壁，内壁形成容置腔；以及外壁，围绕内壁中部并与内壁形成第一空腔，设置有与第一空腔连通的导热介质进口和导热介质出口，导热介质进口、第一空腔以及导热介质出口形成供导热介质流动的通路，经由该通路流动的导热介质对容置腔进行保温或加热。
[0026]湿壁柱收容于夹套的容置腔，具有壁部以及由壁部围绕形成的中空部，中空部的底部用于连通外部的溶液供给装置，以接收溶液供给装置提供的溶液。
[0027]液体分布机构收容于夹套的容置腔，且包括:螺旋分布器，为空心圆筒，位于湿壁柱的顶部外侧并超出湿壁柱的顶部且与湿壁柱的顶部处的壁部接触；以及顶帽，为倒U形的圆筒，位于湿壁柱的上方且覆盖整个螺旋分布器。
[0028]上固定机构设置于夹套上部并将夹套的顶部固定并密封，具有与夹套的容置腔连通的出气口。
[0029]下固定机构设置于夹套下部并将夹套的底部固定并密封，具有允许湿壁柱穿过的第一开口。
[0030]气体分布机构包括下盖、环形腔部以及气液隔离板。
[0031]下盖为U形圆筒，固定连接于下固定机构下方，具有:侧壁，设置有多个分布在侧壁的同一径向平面上的内进气孔；以及底壁，设置有位于底壁中央的第二开口以及位于底壁一侧的排液口。
[0032]环形腔部内部中空，固定连接于下盖的侧壁外部，且封闭侧壁上的内进气孔，设置有与外部带压气体连通的外进气孔。
[0033]气液隔离板呈环形，固定连接于侧壁内部，且连接处位于内进气孔所在径向平面的下方，用于对经由内进气孔进入的气体进行流向调整并引导到夹套的容置腔内。
[0034]密封机构供湿壁柱穿过且固定连接于下盖的第二开口，并将容置腔从下部密封。
[0035]其中，外部的溶液供给装置提供的溶液经由湿壁柱的中空部的底部沿轴向向上运动并在湿壁柱的顶部上方经由顶帽的阻挡而流入螺旋分布器，溶液在螺旋分布器中螺旋式向下流动且从螺旋分布器流出的溶液在湿壁柱的壁部形成均匀稳定的螺旋式液流，后经重力作用沿湿壁柱的壁部向下形成平稳均匀的液膜；外部的