CN101961593A - 溶解式气体干燥材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种溶解式气体干燥材料及其制备方法。要解决的技术问题是在不使用有毒性化学原料的前提下，实现工艺简单、成本低廉、干燥效果优异的无毒性溶解式气体干燥材料的合成。本发明采用的技术手段是以氯化钠和氯化钾作为溶解式干燥材料的主要成分。气体干燥材料中添加适量的除氯化钠和氯化钾以外的碱金属氯化物或碱土金属氯化物之后，材料的干燥能力得到大幅增强。本发明中的溶解式气体材料具有突出的吸水效果。本发明适用于无动力溶解式空气干燥机中对压缩空气的精制、除水应用。

Description

溶解式气体干燥材料及其制备方法

技术领域

    本发明涉及一种适用于无动力溶解式空气干燥机中对压缩空气进行精制、除水应用的溶解式气体干燥材料，它具有无毒特性和优异的吸水性能，属于除湿、除水干燥材料技术领域。

背景技术

压缩空气作为一种重要的动力源和多用途工艺气源，广泛应用于石油、化工、冶金、电力、机械、轻工、纺织、汽车制造、电子、医药、国防、科研等行业和部门。众所周知，　从空压机输出的未经净化和干燥处理的压缩空气中含有大量的固体微粒子、油份、微生物和水分等有害杂质。固体微粒子、油份和水分的存在，一方面直接导致空压机系统部件的老化、磨损和腐蚀等副作用，另一方面也直接影响用气设备的用气质量和寿命。而微生物，如细菌和噬菌体在制药、生物工程、食品制造及包装过程中的污染也不容忽视。因此，在压缩空气系统中很有必要采用多级分离过滤装置来清除主要污染物，以提高压缩空气的清洁度和干燥度。

目前，用于压缩空气中杂质分离、过滤、干燥的装置主要包括冷冻式干燥机和吸附式干燥机。

冷冻式干燥机与家用冰箱是同样的原理，通过除去降低压缩空气温度时产生的冷凝水来使压缩空气变干燥。该类干燥机所有的排管只能安装在室内。露点一般在4～10摄氏度范围内，使用中有10%左右的空气损耗。该类干燥机能去除压缩空气中的水分并冷凝冷却过程中的微小油渍，但是对固体微粒没有任何清除作用。另外，冷冻剂如氟利昂等是造成温室效应的重要气体来源。

吸附式干燥机使用活性氧化铝等吸附剂吸收水分。水分被吸收后一直残留在吸附剂的表面，直到吸附剂再生为止。一般提供-40～80摄氏度的露点。该类干燥机所有的排管可以安装在室内或室外。使用中有15%左右的空气损耗。需要定期更换活性氧化铝吸附剂。该类干燥机只能去除压缩空气中的水分，但对尘埃和油分没有任何清除作用。

近几年来，国外出现了一种无动力溶解式气体净化机。由于其具有低能耗、环保、易于维护等特点，国内也有设备商开始引进制造。无动力溶解式气体净化的原理就是用具有吸水性的溶解剂将水分吸收后慢慢融化形成水溶液，从而降低压缩气体中的水份含量。而在溶解剂吸收水份形成水溶液的的过程中，在溶解剂颗粒之间与压缩气体一起传输的固体微粒子、油份和微生物非常容易被固体颗粒和溶液层所捕获而进入溶液中被除去。从基本原理上来说，这种技术不是强制除湿，而是采用引起化学反应来达到除湿的目的，同时净化气体，所以对空气干燥机本体不会带来任何损伤，也减少售后维护的负担。该类设备可安装于室内或室外，使用中基本无空气损耗。无动力溶解式气体净化机的工作流程包括：湿空气从位于容器底部中心的入口进入，在向容器上部的出口排出的过程中，空气与容器内的溶解剂层充分地接触，溶解剂将湿空气中的水分吸收。在这个干燥的过程中，溶解剂本身缓慢溶解，冷凝水和固体小颗粒等溶解物因为重力分离并掉落或下沉，落入容器的底部，而被干燥的压缩空气从容器上端的出口排出。在溶解式干燥机的使用过程中，溶解剂只需要添加即可，操作简单，维护非常简便。由该干燥机的原理可以看到，溶解剂是其实现空气干燥的关键。对溶解剂的开发要求其高效，且溶解物无毒、无污染，可以直接排放。目前，工业上和实验室里得到广泛应用的是以氯化钙为主要成份的干燥剂，如美国专利6559096和6506233都公开了以氯化钙为主的溶解式干燥剂的制备方法。但是，氯化钙废弃物的泄漏会造成环境的污染，因此，氯化钙作为溶解式干燥剂的主要成份使用时还必须考虑到废弃物的后处理，从而增加使用的成本和环境负担。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本并具有高效吸水能力的溶解式气体干燥材料及其合成方法，以应用于溶解式气体干燥机的气体干燥应用。发明者通过采用多种碱金属、碱土金属氯化物的混合、颗粒成型等工艺手段，综合试验后找到了提高其吸水性能的途径，从而完成了本发明。本发明中所说的干燥是指把压缩气体中的冷凝水用溶解剂吸收形成溶液，溶液对固体微粒和油分又具有相当的捕捉能力，从而达到干燥和净化气体的目的。本发明提供的溶解式干燥材料能够大幅度吸收潮湿气体中的冷凝水，并去除固体微粒和油分。

一种溶解式气体干燥材料，其特征在于该干燥材料的组成及重量百分比含量为：

氯化钠          82～95%，

氯化钾           4～15%，

碱土金属氯化物   0.1～3.0%。

所述的碱土金属氯化物为Mg、Ca、Sr、Ba的氯化物中的至少二种。

一种所述的溶解式气体干燥材料的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为：将各组成称量配料，经研磨、混合均匀和烘干后，将混合粉料放入金属模具内，用粉末压片机在1-8MPa压力范围内进行压片成型，得到白色片状干燥材料成型体。

 

本发明主要针对气体干燥材料的成分、制造方法和应用。本发明中的干燥材料是一种复合干燥材料，其中主要包含盐类吸水剂。该类干燥材料具有多孔结构，有高的孔容和可控的孔径分布。它具有很好的亲水性，并在压缩气体的除水应用领域具有很好的应用前景。

本发明中使用的盐类吸水剂主要包括氯化钠和氯化钾。除了氯化钠和氯化钾这两种基本的组成以外，还使用了其它的碱金属、碱土金属氯化物，例如氯化钙、氯化锂等作为吸水剂的辅助成分。

众所周知，有些晶体能自发吸收空气中的水蒸气，在它们的固体表面逐渐形成饱和溶液。如果饱和溶液的水蒸气压低于空气中的水蒸气压，则平衡向着形成水溶液的方向进行，水分子向固体物质表面移动。这种现象叫做潮解。无水氯化钙、氯化钾、氯化镁和氯化锶在空气中很容易潮解。有些无水晶体潮解后在表面形成饱和溶液，还变成水合物，如无水氯化钙潮解后变成CaCl₂??6H₂O；有些只在表面形成饱和溶液，如氢氧化钠固体。由于化合物饱和溶液的水蒸气压低于同温下空气中的水蒸气的分压，因而使该物质不断吸收水分而潮解。溶液的水蒸气压与溶液的浓度有关（当然还跟电解质的电离度有关），只有饱和溶液的浓度足够大，才能保证它的水蒸气压足够小（小于空气中的水蒸气压）。因此，能够发生潮解的都是那些溶解度特别大的物质。当然，潮解的发生还与空气的相对湿度有关。

在本发明的干燥材料配方中，氯化钠所占质量比很大。纯净的氯化钠晶体不潮解，但是它在水溶液中的饱和浓度非常大。前述易潮解的无水氯化钙、氯化钾、氯化镁和氯化锶等成分吸收水分以后在干燥剂表面发生化学反应而形成水合物，进而形成水溶液。而氯化钠作为干燥材料的主要成分，它也溶解到上述溶液中，由于其在水溶液中的饱和浓度非常高，这样就能保证该水溶液的水蒸气压足够小，导致水溶液的蒸气压低于同一温度下压缩空气中的水蒸气的分压，从而促使易潮解的化学成分不断吸收水分而潮解，潮解形成的水溶液又促进氯化钠的溶解，如此周而复始。在溶解式空气干燥机中使用该溶解剂干燥压缩空气的过程中，由于重力的作用，溶解剂的水溶液不断由溶解剂表面落入干燥机的底部，进而排出。而失去水溶液的干燥剂露出新鲜的干燥剂表面，从而开始新的吸水反应过程。该过程周而复始，逐渐降低压缩空气中冷凝水的含量，达到干燥气体的目的。

本发明中使用氯化钠作为干燥剂的主要成分，一方面是因为它具有重要的协同吸水干燥功能；其次是考虑到其价格便宜，它的使用可以大幅度降低干燥剂的成本，以利于产业应用；第三是考虑到氯化钠无毒，对环境无害，以利于冷凝水的直接排放，降低废水废液的无害化处理成本。

本发明的干燥剂材料主要含有氯化钠和氯化钾，两者混合使用效果比较理想。两者混合使用的情况下，氯化钠与氯化钾的使用比例在4～14:1(固体含量，质量比)时效果最好。在干燥剂中，其他碱金属、碱土金属氯化物的总含量在0.1～3%(质量百分比)时效果最好。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明不仅仅限定于实施例。

实施例1：取工业用氯化钠228克，氯化钾19克，无水氯化钙0.2克，氯化锶0.1克和无水氯化镁0.05克。把上述原料放入耐盐腐蚀的塑料容器内充分混合均匀，并用研磨设备研磨原料结晶体，使晶粒尺寸减小到0.2毫米以下。把研磨、混合均匀的原料粉体放入设定温度为105摄氏度的烘箱内进行30分钟的烘干处理。随后把原料粉末放入干燥器内冷却到室温。以约10克原料粉末为一个单元填入到耐盐腐蚀的金属模具内，然后用手动粉末压片机加压到1～5MPa的压力范围内进行压片成型，获得白色的干燥剂成型体。所获得的干燥剂成型体的密度是约1.15克/立方厘米，平均破坏压力是267～445牛顿，干燥剂溶液的平均PH值是6.5～7.5，临界相对湿度为55%。

实施例2：取工业用氯化钠177克，氯化钾19克，无水氯化钙0.2克，氯化锶0.1克和无水氯化镁0.05克。把上述原料放入耐盐腐蚀的塑料容器内充分混合均匀，并用研磨设备研磨原料结晶体，使晶粒尺寸减小到0.2毫米以下。把研磨、混合均匀的原料粉体放入设定温度为105摄氏度的烘箱内进行30分钟的烘干处理。随后把原料粉末放入干燥器内冷却到室温。以约10克原料粉末为一个单元填入到耐盐腐蚀的金属模具内，然后用手动粉末压片机加压到1～5MPa的压力范围内进行压片成型，获得白色的干燥剂成型体。所获得的干燥剂成型体的密度是约0.881克/立方厘米，平均破坏压力是267～445牛顿，干燥剂溶液的平均PH值是6.5～7.5，临界相对湿度为33%。

实施例3：取工业用氯化钠130克，氯化钾19克，无水氯化钙0.2克，氯化锶0.1克和无水氯化镁0.05克。把上述原料放入耐盐腐蚀的塑料容器内充分混合均匀，并用研磨设备研磨原料结晶体，使晶粒尺寸减小到0.2毫米以下。把研磨、混合均匀的原料粉体放入设定温度为105摄氏度的烘箱内进行30分钟的烘干处理。随后把原料粉末放入干燥器内冷却到室温。以约10克原料粉末为一个单元填入到耐盐腐蚀的金属模具内，然后用手动粉末压片机加压到1～5MPa的压力范围内进行压片成型，获得白色的干燥剂成型体。所获得的干燥剂成型体的密度是约0.881克/立方厘米，平均破坏压力是267～445牛顿，干燥剂溶液的平均PH值是6.5～7.5，临界相对湿度为23%。

实施例4：取工业用氯化钠100克，氯化钾19克，无水氯化钙0.2克，氯化锶0.1克和无水氯化镁0.05克。把上述原料放入耐盐腐蚀的塑料容器内充分混合均匀，并用研磨设备研磨原料结晶体，使晶粒尺寸减小到0.2毫米以下。把研磨、混合均匀的原料粉体放入设定温度为105摄氏度的烘箱内进行30分钟的烘干处理。随后把原料粉末放入干燥器内冷却到室温。以约10克原料粉末为一个单元填入到耐盐腐蚀的金属模具内，然后用手动粉末压片机加压到1～5MPa的压力范围内进行压片成型，获得白色的干燥剂成型体。所获得的干燥剂成型体的密度是约0.958克/立方厘米，平均破坏压力是444～533牛顿，干燥剂溶液的平均PH值是6.5～7，临界相对湿度为13%。

本发明提供的是主要含有氯化钠和氯化钾的溶解式吸水干燥材料，适用于无动力溶解式空气干燥机对压缩空气内的水分吸收，从而达到净化压缩空气的目的。该吸水材料中除了含有氯化钠和氯化钾以外，还含有少量的无水氯化钙、氯化锶、无水氯化镁等碱金属、碱土金属的氯化物。使用本发明提供的吸水材料在无动力运行的条件下工作，不需要能源消耗，运行费用大大减少。本发明的吸水干燥材料对空气压缩机行业实现低能耗、环保、设备小型化和低成本化都具有重要的意义。而且，本发明提供的吸水干燥材料使用于空气干燥机时，维护非常简单，只需要定期添加、补充干燥剂即可。本发明的溶解式吸水干燥材料符合当前环保、节能的市场主流需求。

Claims (3)

1.一种溶解式气体干燥材料，其特征在于该干燥材料的组成及重量百分比含量为：

氯化钠          82～95%，

氯化钾           4～15%，

碱土金属氯化物   0.1～3.0%。

2.根据权利要求1所述的溶解式气体干燥材料，其特征在于所述的碱土金属氯化物为Mg、Ca、Sr、Ba的氯化物中的至少二种。

3.一种根据权利要求1或2所述的溶解式气体干燥材料的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为：将各组成称量配料，经研磨、混合均匀和烘干后，将混合粉料放入金属模具内，用粉末压片机在1-8MPa压力范围内进行压片成型，得到白色片状干燥材料成型体。