专利名称：气液接触器和排放物清洁系统及方法
技术领域：
本发明涉及气液接触器和排放物清洁系统及方法，更具体地涉及被构建成能够产生均勻间隔的水平液体射流的喷嘴阵列，其形状能使来自气流的干扰最小化，同时又能迅速补充液体。
背景技术：
将气体吸收到液体中是许多气液接触系统的关键工艺步骤。气液接触器又称气液反应器，可以分成表面反应器和体积反应器，其中，分别在液体表面和液相本体内产生两相之间的界面表面积(interfacial surface area) 0有许多气液表面反应器的实例，如转盘接触器和液体射流接触器。转盘发生器是部分浸于液体中并且暴露于气体料流中的圆盘 (转子)。液体溶液的薄膜形成在转子表面上，并与共流试剂气流接触。旋转圆盘更新液体试剂与气体的接触。在体积气液反应器中，气相作为小气泡分散到本体液相中。气泡在形状上可以是球形或不规则的，并通过气体鼓泡器引入到液体中。可以对气泡进行机械搅拌， 以增强传质。在许多气液接触系统中，可通过本体流体和气液界面之间的液相传质系数k、界面表面积A和浓度梯度AC来控制气体输送至液相的速度。因而，气体吸收到液体中的速度的实用公式为Φ = φα = kGa(p — pi) = kLa(C*L -Cl)其中变量Φ为反应器单位体积的气体吸收速度(摩尔/cm3) ； Φ为单位界面面积的平均吸收速度(摩尔/cm2) ；a为单位体积的气液界面面积(cm2/cm3或cm—1) ；ρ和pi分别为气体本体中和界面上的试剂气体分压(巴)。Cl*为将要与存在的气相浓度Pi平衡的液体侧浓度(摩尔/cm3) ;CL(摩尔/cm3)为液体本体中溶解气体的平均浓度；而ke和&分别为气体侧和液体侧的传质系数(cm/s)。在现有技术中，有许多使气体接触器系统中的传质和比表面积进行最大化的方法。主要方法包括气体鼓泡器、湿壁喷射、和喷雾或雾化。气液接触器的选择取决于反应条件，包括气体/液体流动、传质和化学反应的性质。表1总结了一些现有技术的气液反应器的各种传质性能特征。为了优化气体吸收速度，必须要使参数h、和(Cj-Q)最大化。在许多气液反应体系中，溶解度Cj非常低，因此对浓度梯度的控制有限。这样，设计高效的气液流反应器时考虑的主要参数是传质和界面表面积与反应器的体积比，又称比表面积。表1 传统气液反应器的性能比较
权利要求
1.气液接触器模块，其包括 液体入口 ；气体入口 ； 气体出口 ；与液体入口和气体入口连通的喷嘴阵列，其中所述喷嘴阵列被构建成产生均勻间隔的水平液体射流，其形状使得来自气体的干扰最小化；能够允许液体通过、同时基本上阻止气体通过的气液分离器；和与气液分离器流体连通的液体出口。
2.权利要求1的模块，其还包括至少两个并联的气液接触器模块。
3.权利要求1的模块，其还包括至少两个串联的气液接触器模块。
4.权利要求1的模块，其中气液接触器模块包含选自以下组中的材料铜、镍、铬、钢、 铝、涂敷的金属、及它们的组合。
5.权利要求1的模块，其中气液接触器模块包含塑料材料。
6.权利要求1的模块，其中气液接触器模块包括结构聚合物、聚酰亚胺、复合材料、及它们的组合的至少一种。
7.权利要求1的模块，其中喷嘴阵列包括错位结构的喷嘴。
8.权利要求1的模块，其中气液接触器模块的大小调整为能够处理全部预先决定的处理要求的增加量。
9.权利要求1的模块，其中喷嘴阵列定向为提供错流的气液接触器模块。
10.权利要求1的模块，其中喷嘴阵列定向为提供共流的气液接触器模块。
11.权利要求1的模块，其中喷嘴阵列定向为提供逆流的气液接触器模块。
12.权利要求1的模块，其中喷嘴阵列包括至少两个以大于约0.2cm的距离分隔的喷嘴。
13.权利要求1的模块，其中喷嘴阵列包括至少一排喷嘴。
14.权利要求1的模块，其中喷嘴阵列包括至少三排以均勻的距离分隔的喷嘴。
15.权利要求1的模块，其中喷嘴阵列包括U形通道。
16.权利要求1的模块，其中喷嘴阵列包括V形通道。
17.权利要求1的模块，其中喷嘴阵列包括深度大于约2mm的通道。
18.权利要求1的模块，其中喷嘴阵列包括深度约2mm-约20mm的通道。
19.权利要求1的模块，其中液体入口被构建成能够以与喷嘴通道成约90度的角度向喷嘴阵列提供液体。
20.权利要求1的模块，其中喷嘴阵列包括第一排喷嘴、第二排喷嘴和第三排喷嘴，第二排喷嘴布置第一排和第三排喷嘴之间，并且第二排喷嘴相对于第一排喷嘴和第三排喷嘴偏置。
21.权利要求1的模块，其中喷嘴阵列包括至少一个短轴与长轴之比小于0.5的喷嘴。
22.权利要求1的模块，其中喷嘴阵列包括至少一个投影截面积为约0.25mm2-约20mm2 的喷嘴。
23.权利要求1的模块，其中气液分离器被构建成基本上使运转时液体的向后溅射最小化。
24.权利要求1的模块，其中气液分离器包括多个组件。
25.权利要求对的模块，其中多个组件包括彼此间隔排列的多个弯曲的叶片。
26.权利要求对的模块，其中多个组件包括彼此间隔排列的多个成角度的叶片。
27.权利要求1的模块，其还包括布置成与气液分离器相邻的液体排放正压室。
28.权利要求27的模块，其还包括被构建成除去气体中夹带的至少一部分液体的去雾ο
29.权利要求观的模块，其中去雾器包括多个挡板。
30.权利要求观的模块，其中去雾器布置成与气体出口相邻。
31.权利要求1的模块，其中液体水平射流包含以下至少一种水、氨、铵盐、胺、烷醇胺、碱金属盐、碱土金属盐、过氧化物和次氯酸盐。
32.权利要求1的模块，其中液体水平射流包括钙盐水溶液和镁盐水溶液的至少一种。
33.权利要求1的模块，其中液体水平射流包括海水。
34.权利要求1的模块，其中液体入口包括卤水。
35.用气液接触器处理气相分子的方法，其包括以下步骤形成多个基本上平面的液体射流，所述液体射流的每一个包括平面的液体层，所述多个液体射流以基本上平行的平面排列；提供含至少一种反应性的或可溶的气相分子的气体；以及通过气相分子和液体射流之间的传质相互作用而脱除至少一部分气相分子。
36.权利要求35的方法，其中传质相互作用包括体积传质系数为约lsec、约 250sec 1O
37.权利要求35的方法，其中传质相互作用包括体积传质系数为约^ec—1-约 150sec 1O
38.权利要求35的方法，其中传质相互作用包括体积传质系数为约lO-lOOsec—1。
39.权利要求35的方法，其中提供气体的步骤包括以气体流速与反应室体积之比为约 IOOmirT1-约 lOOOmirT1 提供气体。
40.权利要求35的方法，其中形成均勻间隔的水平液体射流阵列的步骤包括以约 2psig-约50psig的液体压力形成水平液体射流。
41.权利要求35的方法，其中阵列中水平液体射流的至少之一包括大于约Icm的宽度。
42.权利要求35的方法，其中阵列中水平液体射流的至少之一包括约Icm-约15cm的宽度。
43.权利要求35的方法，其中阵列中水平液体射流的至少之一包括约IOym-约 1000 μ m的厚度。
44.权利要求35的方法，其中阵列中水平液体射流的至少之一包括约IOym-约 250 μ m的厚度。
45.权利要求35的方法，其中阵列中水平液体射流的至少之一包括约IOym-约 IOOym的厚度。
46.权利要求35的方法，其中阵列中水平液体射流的至少之一包括约5cm-约30cm的长度。
47.权利要求35的方法，其中阵列中水平液体射流的至少之一包括约5cm-约20cm的长度。
48.权利要求35的方法，其中阵列中水平液体射流的至少之一的速度小于15m/sec。
49.权利要求35的方法，其中阵列中水平液体射流的至少之一的速度为约5m/sec-约 15m/sec。
50.用权利要求1的装置脱除气相分子的方法。
51.权利要求50的方法，其中气相分子至少包括以下之一硫氧化物、氮氧化物、二氧化碳、氨、酸性气体、胺、卤素和氧。
52.权利要求50的方法，其中气相分子包括硫氧化物。
53.权利要求50的方法，其中气相分子包括二氧化碳。
54.权利要求50的方法，其中气相分子包括氮氧化物。
55.权利要求50的方法，其中气相分子包括胺。
56.权利要求50的方法，其中气相分子包括氯。
57.权利要求35的方法，其中平面的液体射流至少包括以下之一水、氨、铵盐、胺、烷醇胺、碱金属盐、碱土金属盐、过氧化物和次氯酸盐。
58.权利要求35的方法，其中平面的液体射流至少包括以下之一钙盐溶液和镁盐溶液。
59.权利要求35的方法，其中平面的液体射流包含海水。
60.权利要求35的方法，其中平面的液体射流包含卤水。
61.气液接触系统，其包括反应室；与反应室连接的气体入口； 与反应室连接的气体出口； 与反应室连接的液体正压室；与液体正压室连接的喷嘴阵列，其中喷嘴阵列被构建成提供基本上平面的液体射流， 所述液体射流的每一个包含平面的液体层，所述多个液体射流位于基本上平行的平面中； 以及与反应室连接的气液分离器。
62.权利要求61的系统，其还包括与液体正压室流体接触的二次化学处理子系统。
63.权利要求61的子系统，其中气液接触系统被构建成将吸收的硫氧化物矿物化成亚硫酸盐或硫酸盐。
64.权利要求61的子系统，其中气液接触系统被构建成将吸收的CO2矿物化成碳酸盐。
65.权利要求61的子系统，其中气液接触系统被构建成释放纯CO2用于三次处理。
66.权利要求61的子系统，其中气液接触系统将吸收的氮氧化物反应成可溶性的硝酸Τττ . ο
67.权利要求61的系统，其还包括布置在气体出口的去雾器。
68.权利要求67的系统，其还包括与气体出口连接的气体出口正压室。
69.权利要求68的系统，其还包括与反应室流体连通的捕集槽。
70.权利要求61的系统，其中喷嘴阵列包括错位结构的多个喷嘴。
71.权利要求61的系统，其中喷嘴阵列定向为提供错流的气液接触系统。
72.权利要求61的系统，其中喷嘴阵列定向为提供共流的气液接触系统。
73.权利要求61的系统，其中喷嘴阵列定向为提供逆流的气液接触系统。
74.权利要求61的系统，其中喷嘴阵列包括至少一排喷嘴。
75.权利要求61的系统，其中喷嘴阵列包括U形通道。
76.权利要求61的系统，其中喷嘴阵列包括V形通道。
77.权利要求61的系统，其中喷嘴阵列包括深度约大于2mm的通道。
78.权利要求61的系统，其中喷嘴阵列包括深度为约2mm-约20mm的通道。
79.权利要求61的系统，其中喷嘴阵列包括至少一个短轴与长轴比例小于0.5的喷嘴。
80.权利要求61的系统，其中喷嘴阵列包括至少一个凸出截面积为约0.25mm2-约 20mm2的喷嘴。
81.气液接触器，其包括正压室，其被构建成提供接触液体的流体；接触室，其与流体正压室连通，并且被构建成接收来自流体正压室的接触液体； 气体入口，其与接触室连通；气体出口，其与接触室连通，其中气液接触器系统被构建成提供体积传质系数为约 Ssec—1-约ZSOsec-1的传质相互作用。
82.权利要求81的气液接触器，其还包括喷嘴阵列。
83.权利要求81的气液接触器，其中喷嘴阵列包括至少一排喷嘴。
84.权利要求81的气液接触器，其中喷嘴阵列包括U形通道。
85.权利要求81的气液接触器，其中喷嘴阵列包括V形通道。
86.权利要求81的气液接触器，其中喷嘴阵列包括深度约大于2mm的通道。
87.权利要求81的气液接触器，其中体积传质系数为约lOsef-lOOsec—1。
88.权利要求81的气液接触器，其中体积传质系数为约SsePlkec—1。
89.气相分子处理系统，其包括多个模块化的气液接触器，所述气液接触器被构建成并联或串联布置，以便能根据气相分子处理的需要调整大小。
90.权利要求89的系统，其中多个模块化气液接触器的每一个都包括喷嘴阵列，所述喷嘴阵列被构建成提供基本上平面的液体射流，每个所述的液体射流包含平面的液体层。
91.权利要求50的方法，其中气相分子包括挥发性有机化合物。
全文摘要
本发明涉及气液接触器和排放物清洁系统及方法，更具体地涉及被构建成能够产生均匀间隔的水平液体射流的喷嘴阵列，其形状能使来自气流的干扰最小化。本发明的一个实施方案涉及包括液体入口和出口以及气体入口和出口的气液接触器模块。喷嘴阵列与液体入口和气体入口连通。喷嘴阵列被构建成能够产生均匀间隔的水平液体射流，其形状能使来自气流的干扰最小化，并且能使气流和液流的相互作用最大化，同时又能迅速补充液体。
文档编号H01S3/095GK102217152SQ200980145932
公开日2011年10月12日 申请日期2009年7月6日 优先权日2008年9月26日
发明者A·R·阿乌特里, B·R·尼扎莫夫, D·K·诺依曼, J·A·托拜厄斯, J·K·布拉瑟尔, K·R·霍布斯, N·J·米勒, T·L·亨肖, W·E·麦克德莫特 申请人:诺依曼系统集团公司