CN1048416C - 气液接触装置 - Google Patents

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Abstract

一种气液接触装置，其中横截面可为各种形状且具有直管部分的管状结构填料以多层的形式沿大致垂直的方向设置(在该装置中)，从而使气液接触表面与气体流平行，因而气体与从填料之上供入的液体接触。其特征在于气液接触表面包括粗糙表面部分，多孔表面部分，网格或粘有网格的板，或在各级填料之间设置分散板以分散液体。

Description

气液接触装置
本发明涉及一种气液接触装置，特别是一种能使气体有效地与液体接触的气液接触装置，例如用于通过使包含在废气中的CO2气体与CO2气体吸收液接触而从废气中除去CO2气体的CO2气体吸收装置。
最近，有人指出CO2气体导致的温室效应是引起全球大气变暖现象的原因之一，为了保护全球大气环境，在世界范围内迫切需要采取措施解决温室效应。CO2气体产生于每一个燃烧矿物燃料的人类活动领域中，将来将进一步加强对CO2废气的控制。作为废气控制的一种措施，在使用大量矿物燃料的热电厂的发电设备中，已研究出从锅炉的燃烧废气中除去和收集CO2的方法以及存储CO2而不排到大气中的方法。
另一方面，在化工厂的吸收工艺中应用的气液接触技术中，使用了泡罩板塔和填充塔，从而尽可能实现气液接触。作为填充塔的填料，使用了具有各种形状的拉希格圈(Raschig rings)。
在用于吸收燃烧废气中的CO2的气液接触装置中，需要在短时间内有效地处理大量气体。因此，需要一种气液接触装置，其中在气体通道中不会发生气流的膨胀、收缩、冲撞以及涡流，并几乎不会发生由于上述因素的不必要的压力损失。而且，需要结构尽可能简单的气液接触装置，它可增加气液接触面积和接触时间，从而提高接触效率。
作为从燃烧废气中除去CO2的CO2气体吸收装置，本发明的发明人先前提出过一种CO2气体吸收装置，其中设置有许多填料，因而填料的气液接触表面可与气流平行，填料包括横截面可为各种形状且管部为直的管状结构，如图1所示(它示出也将用于本发明一个实施例中的CO2气体吸收装置的总体结构视图)(参见日本专利申请公开No.4-21/809或No.271809/1992)，也就是说，在图1中标号1为CO2气体吸收装置，标号2为包括其管部为直的管状结构的填料，这些填料沿大致垂直的方向以多层阶梯的形式设置。标号3为一用于输送CO2吸收液的管线，标号4为一液体分散喷嘴，标号5为一吸收液存储空间，CO2在其中被吸收，标号6为包含CO2的燃烧废气，标号7为除去了CO2的清洁的废气。
如上所述，包括管状结构的填料2的横截面可为各种形状，并且该横截面可由这些形状中的一个或其结合构成。在包括管状结构的填料2中，气体流平行于吸收表面(气液接触表面)。因而，在气流通道中，不会发生气流的膨胀、收缩和冲撞以及旋流，因此由于这些因素而产生的不必要的压力损失非常小。在这种情况下，吸收液由包括管状结构的填料2的吸收表面支承，该吸收液沿该表面向下流动时与气流接触以吸收CO2。因此，根据这种结构，可显著减少压力损失，与通常的拉希格圈(Raschig rings)填料相反。
然而，上述CO2气体吸收装置具有下述问题。
(a)当作为填料的管状结构的吸收表面为抛光成光滑的镜面时，则沿管状结构的吸收表面向下流动的吸收液由于表面张力或粘附力而成线形，因此液体不会膨胀至吸收表面的整个表面这样使浸湿面积减小。其结果，气液接触面积趋于减小，并使CO2吸收效率趋于降低。
(b)每个管状结构填料沿气流方向的单位长度受到制造条件的限制。因此，如果填料的长度为大约20m，则需要堆积大约20级的管状结构填料。在这种情况下，在每一对管状结构之间形成间隙。当吸收液从上部管状结构流向下部管状结构时，液流由于上述间隙的存在而变成线形，因此损弱了其分散性。为了减小这种间隙，需要高的加工精度，但也增加了成本。
(c)当作为填料管状结构的内壁上的气液接触表面被镜面抛光时，CO2气体吸收装置有一些需改进的地方。也就是说沿管状结构的气液接触表面向下流动的吸收液由于表面张力或粘附力而形成为线形，并不能膨胀至内壁的整个表面。因此浸湿面积(气液接触面积)减小，而向下流的液体在气液接触表面上的滞留时间缩短。其结果，不能获得需要的CO2吸收效率。
(d)作为管状结构填料的水平截面的另一个例子，有一种截面，其中许多编织的凸纹(或凹纹)与竖直部分相互接触。
如上所述，CO2气体吸收装置的填料具有图中所示的管状结构的水平截面，其中栅格或上述编织的凸纹(或凹纹)与竖直部分相互接触，根据这些填料，气液接触效率的效果得到某种程度的改善，但仍存在需要改进的地方。也就是说，从液体分散喷嘴4供入的管状结构的吸收液沿气液接触表面向下流动并由于表面张力或粘附力而不能膨胀至内壁的全部表面，因此，吸收液易于在栅格的四角处和由编织的凸纹和直线形成的角部聚集。其结果，浸湿面积(气液接触面积)减少，向下流的吸收液在气液接触表面上的滞留时间也缩短了。因而，需要进一步改善CO2吸收效率。
本发明为解决上述问题而设计。
本发明的一个目的是提供一能够解决上述问题(a)的气液接触装置，并通过增加管状结构填料的气液接触表面的单位面积的接触面积而提高气液接触效率。
本发明的进一步的目的是提供一种能够解决上述问题(b)并改善吸收液从管状结构填料的上级流向下级时的分散性。
本发明的再一目的是提供一种通过使用特殊材料作为管状结构填料气液接触表面而解决上述问题(c)的气液接触装置。
本发明的另一目的是提供一种通过使管状结构填料具有特殊的横截面而解决上述问题(d)的气液接触装置。
为达到上述目的，本发明提供了一种气液接触装置，其中横截面可为各种形状且具有直管部分的管状结构填料以多层的形式沿大致垂直的方向设置(在该装置中)，从而使气液接触表面与气体流平行，因而气体与从填料之上供入的液体接触，使液体沿填料表面向下流动，并从填料下部供入气体，这种装置的结构具有下述(1)至(12)的特征。
(1)其特征在于填料的气液接触表面包括中心线平均高度为50μm或更高的粗糙表面部分。
中心线平均高度在本说明书中定义为由下面的方程式所获得的微米值，见日本工业标准JISB0601-1982。当从粗糙度曲线沿中心线方向对测量长度为l的部分取样，取样部分的中心线为x轴，纵向放大方向为Y轴，粗糙度曲线为Y＝f(x)：
Figure C9410067500081
(2)其特征在于填料的气液接触表面包括设置多个小孔、其开孔率在20％以下的多孔表面部分。
(3)其特征在于填料包括网格。
(4)上述(1)、(2)或(3)项中所述的气液接触装置的特征在于气体为燃烧废气，而液体为CO2吸收液，使包含于上述燃烧废气中的CO2气体与上述CO2吸收液接触，以除去CO2气体。
本发明的功能使得有可能增加设置在气液接触装置中的管状结构填料的气液接触面积，并显著提高气液接触效率。
如上所述，根据本发明，管状结构的气液接触表面为粗糙的，或由多孔板或网格制成，因此可增加管状结构的气液接触面积，并能大大提高气液接触效率。
(5)气液接触装置的特征在于多层填料相互分开，其间设置有用于接纳从填料上部流下的液体，分散液体，并允许液体向下流的、具有开孔率为80％以上的多孔的分散板。
(6)上述(5)项中所述的气液接触装置的特征在于分散板具有网格部分。
(7)在(5)中所述的气液接触装置的特征在于分散板具有带许多小孔的多孔表面部分。
(8)在上面(5)项中所述的气液接触装置的特征在于气体为燃烧废气，而液体为CO2吸收液，使包含于上述燃烧废气中的CO2气体与上述CO2吸收液接触，以除去CO2气体。
根据本发明的功能，从上部管状结构流下的液体由分散板分散，然后送入下部管状结构。因此，可大幅度增加管状结构的气液接触面积，并显著提高气液接触效率。
如上所述，根据本发明，分散板置于管状结构之间，因此可对从上部管状结构流下的液体进行分散，然后送入下部管状结构。因此，可增加管状结构的气液接触面积，并提高气液接触效率。而且，由于在加工各管状结构时不需要高的精度，因而可降低制造成本。
(9)气液接触装置的特征在于填料的气液接触表面由网格粘接到板的表面上的材料制成。
(10)上面(9)项中所述的气液接触装置的特征在于气体为燃烧废气，而液体为CO2吸收液使包含于上述燃烧废气中的CO2气体与上述CO2吸收液接触，以除去该CO2气体。
本发明可增加设置在气液接触装置中的填料的内壁的气液接触面积，延长向下流的液体的滞留时间，并大幅度提高气液接触效率。
如上所述，根据本发明，液体不会沿气液接触表面以线形向下流动，而是在接触表面上膨胀得很宽，因此，可延长向下流的液体的滞留时间，其结果能够提高气液接触效率。
(11)在气液接触装置中，其特征在于填料的水平截面的形状可从包括图形(11)，圆弧或连续的圆弧的结合(B)和相互不交叉或接触的直线(c)的一组形状中选择，并且在所述填料的表面上贴着织成种种网格的网状体。
(12)上面(11)项中所述的气液接触装置的特征在于气体为燃烧废气，而液体为CO2吸收液，使包含于上述燃烧废气中的CO2气体与上述CO2吸收液接触，以除去该CO2气体。
根据本发明，可增加设置在气液接触装置中的填料的内壁的气液接触面积，延长向下流的液体的滞留时间，因而可显著地提高气液接触效率。
此外，根据本发明，液体不会沿气液接触表面以线形向下流，而是在接触表面上膨胀得很宽，因此可延长向下流的液体的滞留时间，其结果可显著地提高气液接触效率。
图1为用于本发明一个实施例中的CO2气体吸收装置及相关的CO2气体吸收装置的总体透视图。
图2为设置于CO2气体吸收装置中的管状结构的透视图；
图3为用于本发明第一实施例中的管状结构的粗糙表面的示意图；
图4为用于本发明第一实施例的另一管状结构的粗糙表面的示意图；
图5为用于本发明第一实施例的再一管状结构的粗糙表面的示意图；
图6为一通常的管状结构的挡水板的示意图；
图7为位于本发明第一实施例的管状结构上的吸收液的吸湿性的示意图；
图8为用于本发明第一实施例的另一种管状结构的示意图；
图9为用于本发明第一实施例的再一种管状结构的示意图；
图10为本发明第二实施例的结构示图，其中在管状结构之间设置一个分散板；
图11为在设有使用分散板的情况下的吸收液的通常液流的示意图；
图12为在本发明第二实施例中设置有分散板的情况下的吸收液的液流的示意图；
图13为设置在CO2气体吸收装置中的本发明第三实施例的填料的部分透视图；
图14为形成于图13所示的填料内壁上的气液接触表面的放大的视图；
图15为关于本发明第三实施例的填料的另一个实施例的示意图；
图16为关于本发明第三实施例的填料的再一个实施例的示意图；
图17为用于检查根据本发明的气液接触装置的第三实施例的效果的测试设备的示意图；
图18为显示说明由于用于气液接触表面的不同材料而具有不同的CO2吸收效率的测试结果的图表；
图19为显示说明由于用于气-液接触表面的不同材料而具有不同的被容纳的液体体积的测试结果的图表；
图20为应用了本发明的第四个实施例的气液接触装置的CO2气体吸收装置的整体透视图；
图21为本发明第四个实施例中的具有相互不交叉或接触的直线的管状结构的水平断面的示意图；
图22为本发明第四实施例中具有圆圈的管状结构的水平断面的示意图；
图23为本发明第四实施例中具有相连的半圆形弧线的管状结构的水平断面的示意图；
图24为本发明第四实施例中具有螺旋线的管状结构的水平断面的示意图；
图25为在本发明第四实施例中的包括一板和一固定到板上的网格的管状结构的示意图；
图26为用于检查本发明的气液接触装置的第四实施例的效果的测试设备的示意图；
图27为显示说明当使用具有不同水平截面形状的吸收管时，不同的CO2吸收效率的测试结果的图表；
图28为用于图1中的CO2气体吸收装置的另一种管状结构填料的水平截面形状的示意图。
下面参照附图对本发明的合适的实施例进行详细描述。第一实施例
参见图1至9，作为本发明的气-液接触装置的第一实施例，将对用于通过使包含CO2的燃烧废气与CO2吸收液接触而将CO2从燃烧废气中除去的CO2气体吸收装置进行说明。在图1中，管状结构填料2以多层的形式垂直安装在CO2吸收装置本体1中，这些过滤器具有形状可任意选择的水平截面，并具有垂直管状部分。
在图1中，管状结构填料2的水平截面为栅格形。装置本体1上装备有一用于连接位于本体1顶部的液体分配嘴4和位于本体1底部的吸收液储存空间5的CO2吸收液传输管线3。在传输管线3的中部可设置从吸收液体中除去CO2以改善吸收容量的吸收液体再生工序(未示出)。安装液体分配喷嘴4是为了通过传输管线3将CO2吸收液尽可能均匀地输送至填料2。在装置本体1的底部设置一用于储存CO2吸收液的吸收液储存空间5，当液体向下流过填料2时，该吸收液吸收CO2。在装置本体1的下部侧边设有一个开口，含有CO2的燃烧废气6通过该开口引入装置本体1中。在装置本体1的顶部设有一个开口，清洁的废气7从该开口排出到外侧，该清洁废气7是通过当气体向上流过填料2时用CO2吸收液除去燃烧废气中的CO2而获得的。
图2为管状结构填料2的部分放大视图。填料2制成为具有栅格状水平截面的管状结构。废气6可通过该管状结构填料2从装置本体1的底部向上流动，而送入的CO2吸收液也能通过该填料2从液体分配喷嘴4向下流动。管状部分的内壁构成吸收表面(气-液接触表面)，在该表面上燃烧废气6与CO2吸收液发生反应。
填料2由瓷管结构2′构成，瓷管结构一侧栅格长度De为例如15mm，它们横向设置，如图1中标号21，22，23，24…所示。这样构成的填料2具有例如300mm2的面积和500mm的长度。在装置本体1中设置例如20级垂直安装的填料2。
根据具有上述管状结构的填料2，气体平行于吸收表面流动，在气体通道中几乎不会发生气流的膨胀，收缩和冲撞以及旋流，因而可防止这些因素造成的压力损失。
管状结构2′的形状并不限于图2所示的栅格状，例如也可使用六边形、矩形、三角形和U形结构，只要它们能形成平行的气流。另外，关于管状结构2′的材料，可使用瓷料，金属，陶瓷纤维(例如二氧化硅纤维)和塑料(例如聚乙烯)，只要它们不会被CO2吸收液侵蚀或膨胀。至于制造方法，图2中所示的结构通常可用挤压模成形法制造，但也可应用一块平板和一块模压板的结合或波纹机模压方法。总之，可根据形状和材料来选择一种经济的制造方法。
本发明的一个特征是吸收表面，即管状结构2′的气-液接触表面，被处理成粗糙状态，其中心线平均高度为50μm或更多。根据管状结构的材料，可用喷砂进行粗糙表面处理。也就是说，通过在吸收表面上喷砂而增加吸收表面的粗糙度。该粗糙度可通过改变砂粒直径和喷砂时间而调节。除了砂子，根据吸收表面的材料还可用塑料、二氧化硅或金属颗粒。此外，除了向吸收表面喷砂外，根据需处理的气体和液体，还可在吸收表面上涂敷一层包括砂粒的涂料。上述中心线平均高度最好在50至100μm的范围内。根据吸收表面的材料，可用化学处理方法来进行粗糙表面处理。例如，当管状结构2′的材料为不锈钢时，可用FeCl3，HCl或HCl+H2O2作为化学处理的化学物质。吸收表面被这些化学物质腐蚀而变得粗糙。腐蚀度由化学物质的浓度×腐蚀时间×温度来确定。表1示出化学处理条件，处理结果和评价。
                 表1化学物质   浓度、温度和时间             表面    评价FeCl3     30％-40-60℃-2-10分钟        见图3    △HCl        30％-40-60℃-5-10分钟        见图4    ○HCl+H2O235+1％-100℃*-1分钟或更少   见图5    △
*由于热量的产生，温度升至100℃
当用30％的FeCl3在温度为40-60℃，时间为2-10分钟的条件下对吸收表面进行处理时，在吸收表面上形成孔2a和斜边2b，从而如图3所示，使吸收表面非常粗糙。其次，当在温度为20-40℃的条件下用35％的HCl对吸收表面进行时间为5-10分钟处理时，如图4所示，吸收表面适当地粗糙。而当在35％HCl中加入1％的H2O2以产生热量并在温度上升至100℃时对吸收表面处理1分钟或更短时间，则如图5所示，吸收表面不太粗糙。从这些结果看，很显然用HCl进行处理是最好的。
图6和7示出用上述化学物质中的HCl进行处理的吸收表面和通常吸收表面的效果之间的比较。图6示出当将包括含水单乙醇胺(aqueous monoethanolamine)的CO2吸收液喷射到一不锈钢(日本工业标准指标：SUS304；奥氏体)镜面(中心线平均高度＝1μm)板2c上，然后向下流时吸收表面的状态。在这种情况下，不可能增加气-液接触表面，因为吸收液2d被排斥只能在吸收表面上以线的形式流动。与此相反，当不锈钢板的吸收表面用上述方式而变得粗糙时，吸收液2d在粗糙成形的吸收表面2e上膨胀，从而如图7所示，可增加气液接触表面。
下面描述本发明的另一个实施例，在该实施例中，管状结构2′由其上形成有大量小孔的多孔板8构成，如图8所示，多孔板8的孔的面积的比例最好为20％或更少。管状结构2′可如上所述制成具有栅格状水平截面，或可制成为六边形，矩形，三角形或U形。图8示出水平截面为三角波浪形的一个实施例。根据该实施例，吸收液易于保留在多孔板的小孔中以延长滞留时间。因此，可防止吸收液的吸收表面上以线的形式流动，从而增加气液接触面积，并且可提高CO2吸收效率。
接下来描述本发明的再一个实施例，在该实施例中，管状结构2′，如图9所示，由包括丝网的网格构成。根据本实施例，吸收液由于表面张力或附着力可在网格中停留较长时间，从而吸收液易于在吸收表面上扩散。因此，本实施例也可增加气-液接触面积并提高CO2吸收效率。即使用塑料或其它材料代替金属丝网，也可获得相似的效果。对网格的编织方法没有特别的限制，可用平面编织、斜纹编织或其它类似方法。网格可设置成使丝网与地面成一适当的角度而网格的尺寸可选择为3目或更大，最好为8目或更大。第二实施例
下面参照附图1、2和10至12对本发明的用于气液接触的装置的第二实施例进行描述，该实施例的用于从燃烧废气中除去CO2的CO2气体吸收装置使包含CO2的燃烧废气与CO2吸收液接触。
在第一实施例中已对图1和2进行了描述，在此省略。
本发明的特征在于在以许多阶梯形垂直设置的管状结构填料2之间插入分散板10，如图10横截面所示。分散板10可由例如多孔板构成。多孔板的孔的面积的比率(即孔的面积与包括孔的面积的整个面积的比率)最好为80％或更大，以防止在气体通过时压力损失的增加。多孔板的孔的形状并不限于圆形，也可用例如星形的变形的形状。
图11示出当设有在垂直设置的管状结构填料2，2之间设置分散板的情况下的吸收液流。在这种情况下，吸收液以线形从填料2的最小端表面向下流出，因而削弱了吸收液的分散性。更具体地说，如果填料2，2之间的间距为5mm或更大，并且吸收液以线形下滴，则易于削弱其可分散性。
与之相反，图12示出在填料2，2之间设置分散板10的情形。从上部填料2的最下端表面向下流出的吸收液撞击分散板10，并由分散板10重新分散。因此，可增加填料2的吸收表面上的气液接触面积，从而提高CO2吸收效率。当多孔板的孔制成为星形时，通过孔11的吸收液的通道可防止通过孔11的气体通道扰动。在本发明的另一实施例中，分散板10由丝网构成。即使在该实施例中，也可获得和前述实施例大致相同的效果。在这种情况下，通过网格的气体通道的扰动几乎不能被通过网格的吸收液通道防止。除了丝网，还可使用塑料或其它类似材料制成的网格。
从上面的描述可明显看出本发明的效果，可在常温和大气压下观察从顶部流下的吸收液的分散性，这里使用30％单乙醇胺(monoethanolamine)水溶液作为CO2吸收液，瓷管结构的面积为300mm2，长度为500mm，De为15mm，并用丝网作分散板。其结果，当在两管状结构之间设置丝网并且这些管状结构垂直组装时，供入到上部管状结构中的吸收液在下部管状结构的出口处大致均匀地分散，然后向下流。因而，可以确认本发明可大大地提高CO2吸收效率。第三实施例
下面参照图1和13至19描述本发明的气液接触装置的第三实施例，该实施例应用于一种通过使含有CO2的燃烧废气与CO2吸收液接触而从燃烧废气中除去CO2的CO2气体吸收装置。
图1已在上述第一实施例中描述过，此处省略。在这种情况下，管状结构填料可具有各种形状的横截面，可使用一种形状或多种形状的结合。而且，可任意选择形状的横截面可为一封闭的或开口的圆形。
本发明的特征在于形成于每个管状结构填料12内壁上的气-液接触表面由粘在板13表面上的网格14构成。图13为一示出相应于图1中的管状结构填料2的管状结构填料12的部分透视图。图14为填料12的气液接触表面的放大的视图。在图14中，粘到板13表面上的网格的编织方法为平纹编织，但并不限于这种编织方法，包括斜纹编织在内的各种纺织方法均可使用。
对将网格14固定到板13上的方法没有特别的限制，例如焊接或粘接的任何方法均可使用，只要固定到具有可任意选择形状的水平截面的管状结构上的网格14在使用过程中不会从板13上分离。板13和体14应由不会被用于气液接触的气体和液体侵袭的材料制成。例如，可使用金属丝网，塑料网格和由其它材料制成的网格。可将网格设置成使其网丝与地面成一适当的角度。网格的尺寸最好为3目或3目以上，更好为8目或8目以上。
图15为示出本发明的填料12的另一个实施例的透视图。在图15中，由将其上粘有网格14的板13做成锯齿形而形成的条状填料15设置在气液接触装置中。
图16为本发明的上述填料12的再一个实施例的透视图。在该实施例中，填料17包括板13和固定到其表面上的网格14，填料以适当的间距设置在圆柱形CO2吸收装置的筒16中，从而使板13的气-液接触表面相互平行。网格14固定在每块板13的两侧上。如果需要，可在粘有网格14的相邻板13之间插入隔离物。板13之间的间距(设置密度)应选择成使沿相邻板13向下流的吸收液不会相互接触，因而燃烧废气的流动通道阻力不会减弱。在图16所示板填料17的情况下，从顶部供入的吸收液与板13上一点接触并向下流，同时由网格14作用而水平膨胀并与燃烧废气相接触。因此，增加了接触面积，延长了向下流动的吸收液的滞留时间，这将导致大幅度提高气液接触效率。测试实例、比较实例
为了在将由上述网格叠放在上述板的表面上而获得的部件用在气-液接触表面上时确定气-液接触效率，进行一种模型测试，并对形成有上述部件的圆柱形内表面的性能与形成有另外的部件的另一种圆柱形内表面的性能进行比较。
图17示出此处使用的一种测试设备。在图17中，标号21为一垂直设置的不锈钢吸收管，其长度为1.15m，内径为18mm。使用了三种试样：一种不锈钢管，其内表面通过在温度为30℃时浸在35％的盐酸溶液中10分钟而被进行化学处理(比较实例1)；一种由喷砂处理的不锈钢管(中心线平均高度＝1μm，比较实例2)；和一种附着有20目丝网的不锈钢管(实例)。标号22为盛有30％单乙醇胺(monoethanolamine)水溶液的吸收液箱，这种溶液在计量泵23作用下通过吸收液入口24送到吸收管21的顶部。吸收液被以4升/小时的流速送至吸收管21内表面上一点，当液体向下流动时，随着内表面的部件的不同，吸收液具有不同的膨胀度。向下流动并与测试气体相接触的吸收液被引至一液体储存箱27。另一方面，CO2浓度为9.7-9.8体积百分比(氮气浓度为90.2-90.3体积百分比)的测试气体通过设在吸收管21下部的气体入口25而被以2米3/小时的流速送至吸收管21。靠近吸收管21的气体入口25处的测试气体的CO2浓度由一个CO2连续测定器28进行测定，然后测试气体在上升通过吸收管21时与CO2吸收液相接触。在对气体出口29之前的测试气体的CO2浓度再次进行同样的测定之后，测试气体被排出系统。每次测试均在室温(25℃)下进行。
标号30、30、30为三个分别充有CO2气体、氮气和氧气的气缸。标号31为气体流速控制器，32为一开关旋塞。
测试结果如图18和19中所示。图18示出在气-液接触表面为不同部件时CO2吸收率(％，纵坐标)和液/气比率L/G(升/m3N，横坐标)之间的关系。另外，图19示出当使用各种接触表面部件时液体滞留体积(毫升/米，纵坐标)。
从图18和19可明显看出在不锈钢吸收管内表面上设有20目丝网时吸收比率和液体滞留体积均比使用其它部件时高。上述丝网即本发明的包括板和固定于其表面上的网格的部件。测试之后，对吸收管内壁进行检测。其结果，比较实例1，比较实例2和实例的湿比率分别为60％、26％和81％。第四实施例
下面参照图20至27对本发明的第四实施例进行描述，该实施例的气液接触装置应用于一种通过使包含CO2的燃烧废气与CO2吸收液接触而从燃烧废气中除去CO2的CO2气体吸收装置。
图20示出一种CO2气体吸收装置，其中用管状结构填料40取代了图1中的管状结构填料2，图20中其余部件的标号与图1中的相同，由于在第一实施例中已对它们进行了描述，此处省略。
为了重新分散向下流动的吸收液，在填料40的多层之间设置有一个例如丝网的网格状部件。
本发明的特征在于填料的水平截面的形状可从圆形(A)，圆弧或连续结合的圆弧(B)和既不相互相交也不接触的直线(C)中选择。通常，填料的水平截面只为三种形状中的一种，但也可包括这些形状中两种或更多，在图20中，管状结构填料40的水平截面的形状为用于本发明的形状中的一种，这种形状包括一组既不相互交叉也不接触的直线，具体说在这实例中包括一些平行的直线。在这种情况下，如图中明显示出，管状结构由多个垂直设置的板构成。这些板的设置密度应选择成使沿垂直或水平相邻板13向下流的吸收液不会相互接触，从而不会削弱燃烧废气的流道阻力。在考虑了这些要求后，板最好以较高的密度设置。这种设置密度可通过在相邻板之间设置间隔物而调节。
图21示出填料的另一个实例，即线性填料42，其水平截面形状包括既不相交也不接触的直线；图22示出圆形填料52；图23示出连续的半圆弧填料62；图24示出螺线形填料72，其似乎为具有逐渐增加(或减小)的半径的圆弧的连续结合。圆弧的连续结合还包括一光滑地形成的自由曲线。然而，本发明的连续结合不包括另一个圆弧与该圆弧在一点处结合。图21、22、23和24中的标号41、51、61和71均为CO2吸收装置。
当使用具有本实例的形状的填料时，从顶部供入的吸收液不会在某一位置聚合而以线的形式向下流，而是当吸收液沿管状结构内壁(气液接触表面)向下流动时趋于在内壁的水平方向膨胀。因而，可显著提高气液接触效率。
在本实例中，对气液接触表面的材料设有特别的限制，可使用的材料实例包括镜面抛光材料，由化学处理或喷砂处理而用粗糙的材料和粘有网格的填料材料。在这些材料中，具有粘接网格的填料材料是优选的。图25为这种填料材料的气-液接触表面的放大视图。在图25中，网格81的编织方法为平纹编织，但并不限于这种编织，可使用包括斜纹编织的任何一种编织方法。对将网格91固定到板82上的方法没有特别限定，可使用诸如焊接或粘接的任何一种方法，只要用这种方法固定到具有任意选择的水平截面形状的管状结构上的网格14在使用过程中不会从板上分离。至于网格，例如可使用金属丝网，塑料网格或由其它材料制成的网格。网格可设置成使其网丝与地面成一适当的角度。网格的尺寸最好选择为3目或更大，更好为8目或更大。
本实例的填料材料可使用不受用于气液接触的气体和液体的侵袭的材料。测试实例，比较实例1，2
为了在使用具有本实例的水平截面形状的填料时确定气液接触效率，进行一种CO2吸收测试，作为最简单的情形，使用一个圆形吸收管(实例)，一个三角形吸收管(比较实例1)和一个四边形吸收管(比较实例2)，这些吸收管为吸收装置的筒体，其内径为15mm，并由透明的丙烯酸树脂制成。这些具有各种形状的管设计成使其内壁的总面积相互相等。
图26示出此处使用的测试设备。在图26中，标号91为一长度为1.15m的垂直设置的吸收管。标号92为盛有30％单乙醇胺(monoethanolamine)水溶液的吸收液箱，CO2吸收液在计量泵93作用下通过吸收液入口94送至吸收管91的顶部。吸收液通过溢流被以4升/小时的流速不断地送至吸收管的内壁，如该图中所示，当液体向下流动时，随着上述吸收管91形状的不同，吸收液的膨胀度，内壁的湿度和CO2吸收效率也不同。向下流动与测试气体相接触的吸收液被引至一液体储存箱97。另一方面，CO2浓度为9.7-9.8体积百分比(氮气浓度＝90.2-90.3体积百分比)的测试气体通过设在吸收管91下部的气体入口95而被以2米3/小时的流速送入。靠近吸收管21的气体入口95处的测度气体的CO2浓度由一个CO2连续测定器98进行测定，然后测试气体在上升通过吸收管时与CO2吸收液接触。在对气体出口99之前的测试气体的CO2浓度再次进行同样的测定之后，测试气体被排出系统。每次测试均在室温(25℃)下进行。
标号100，100，100为三个分别充有CO2气体、氮气和氧气的气缸。标号101为气体流速控制器，102为一开关旋塞。
测试结果如图27所示，图27示出在气液接触表面具有不同形状时CO2吸收率(％，纵坐标)和液/气比率L/G(升/米3N，横坐标)之间关系。
从图27可明显看出，当使用具有本实例的填料水平截面形状的圆形吸收管时，CO2吸收率比使用四方形和三角形吸收管时的高。而且，在吸收测试过程中，可观测到吸收液的向下流动状态。其结果，很明显圆形吸收管内壁被吸收液完全浸湿，其浸湿比率为100％。与之相反，在四方形和三角形管中，吸收液趋于聚集并只在角部流动，这两种管的浸湿比率均为大约20％。

Claims (9)

1.一种气液接触装置，其中，横截面可为多种形状并具有直管部分的管状结构填料以多层的形式沿基本垂直的方向设置在该装置中，从而使气液接触表面与气流平行，因而气体与从填料之上供入的液体接触，液体沿填料表面向下流动，并从填料下部供入气体，所述装置的特征在于所述的填料的气液接触表面包括中心线平均高度为50μm或更大的粗糙表面部分。
2.一种气液接触装置，其中横截面可为各种形状且具有直管部分的管状结构填料以多层的形式沿基本垂直的方向设置在该装置中，从而使气液接触表面与气体流平行，因而气体与从填料之上供入的液体接触，使液体沿填料表面向下流动，并从填料下部供入气体，所述气液接触装置的特征在于所述填料包括网格。
3.根据权利要求1或2所述的气液接触装置，其特征在于，所述的气体为燃烧废气，而所述的液体为与该燃烧废气接触就可除去含于上述燃烧废气中的CO2气体的CO2吸收液。
4.一种气液接触装置，其中横截面可为各种形状且具有直管部分的管状结构填料以多层的形式沿基本垂直的方向设置在该装置中，从而使气液接触表面与气体流平行，因而气体与从填料之上供入的液体接触，使液体沿填料表面向下流动，并从填料下部供入气体，其特征在于：所述的多层填料相互分开，在各层之间设置一用于接受从填料上部向下流的液体的、具有开孔率为80％以上的多孔的分散板，使液体分散并允许液体向下流，并且所述的分散板具有网格部分。
5.根据权利要求4的气液接触装置，其特征在于，所述的分散板具有带许多小孔的多孔表面部分。
6.根据权利要求4的气液接触装置，其特征在于，所述的气体为燃烧废气，而所述的液体为与该燃烧废气接触就可除去含于上述燃烧废气中的CO2气体的CO2吸收液。
7.一种气液接触装置，其中横截面可为各种形状且具有直管部分的管状结构填料以多层的形式沿基本垂直的方向设置在该装置中，从而使气液接触表面与气体流平行，因而气体与从填料之上供入的液体接触，使液体沿填料表面向下流动，并从填料下部供入气体，其特征在于，所述的填料的气液接触表面由网格粘接到板的表面上的材料制成。
8.根据权利要求7的气液接触装置，其特征在于，所述的气体为燃烧废气，而所述的液体为与该燃烧废气接触就可除去含于上述燃烧废气中的CO2气体的CO2吸收液。
9.如权利要求7所述的气液接触装置，其特征在于，所述的填料的水平截面具有可从包括圆形、圆弧或圆弧的连续结合以及既不相交也不接触的直线的一组形状中选择的形状，并且在所述填料的表面上贴着织成种种网格的网状体。
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