CN105413395B - 气体吸收降膜反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种气体吸收降膜反应器，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。夹套具有内壁、外壁、内壁形成容置腔以及外壁围绕内壁中部形成第一空腔，第一空腔设有导热介质进口和导热介质出口；湿壁柱具有壁部以及由壁部围绕形成的中空部；液体分布机构包括螺旋分布器以及顶帽；上固定机构具有与夹套的容置腔连通的出气口；下固定机构具有允许湿壁柱穿过的第一开口；气体分布机构包括下盖、环形腔部以及气液隔离板，下盖具有侧壁以及底壁，侧壁设有多个内进气孔，底壁设有第二开口和排液口；环形腔部设有与外部带压气体连通的外进气孔；密封机构具有供湿壁柱穿过且固定连接于下盖的第二开口。

Description

气体吸收降膜反应器
技术领域
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
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。
气液相反应器按气液相接触形态可分为：
(1)气体以气泡形态分散在液相中的鼓泡塔反应器、搅拌鼓泡釜式反应器和板式反应器；
(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；
(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。
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：
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热；
b.降膜反应器还具有压降小和无轴向返混的优点；
c.降膜反应器中液体停留时间很短；
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。
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。
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CO2、H2S等气体的动力学参数等，有助于测定吸收剂的传质效用。
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CO2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CO2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CO2减排新技术的推广，对生态环保与经济发展都具有十分重要的意义。
CO2吸收动力学研究，是CO2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CO2吸收反应动力学有重要影响。
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CO2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。
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。
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。
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。
作为研究包括CO2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：
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
气体分布机构包括下盖、环形腔部以及气液隔离板。
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。
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。
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。
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。
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；外部的供气装置提供的带压气体经由外进气孔、环形腔部的中空内部、内进气孔以及气液隔离板流入到夹套的容置腔内，以向上流动而与液膜逆流接触，从而使气体被溶液吸收；沿湿壁柱的壁部的外表面从上向下流动的溶液吸收气体后经由气液隔离板与进入夹套的容置腔内的气体分隔开，蓄积于下盖的侧壁、下盖的底壁、密封机构形成的空间内，并作为废液从底壁的排液口向外排出；向上流动的被液膜吸收过的气体经由上固定机构的出气口排出。
本发明的有益效果如下：
在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，沿湿壁柱的中空部轴向向上运动的溶液经由顶帽的阻挡而流入螺旋分布器，溶液在螺旋分布器的作用下能够在湿壁柱的壁部形成均匀稳定的螺旋式液流，进而在重力作用下沿湿壁柱的壁部向下形成平稳均匀的液膜，保证气体吸收液膜的稳定性和均匀性。
在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，外部的带压气体的流向经由外进气孔、环形腔部的中空内部、内进气孔以及气液隔离板的调整和导向，改变带压气体的流场分布，可最大限度减少气体对液膜的冲击，从而避免破坏液膜的稳定性，同时也提高了气体的稳定性和均匀性，提高了气液传质效率。
在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，沿湿壁柱的壁部的外表面从上向下流动的溶液吸收气体后经由气液隔离板与进入夹套的容置腔内的气体分隔开，并经由密封机构的阻挡蓄积于下盖的侧壁、下盖的底壁、密封机构形成的空间内，并作为废液从底壁的排液口向外排出，通过控制经由湿壁柱的中空部进入的来自外部的溶液供给装置提供的溶液的流量、经由排液口向外排出的废液的流量，可以保证下盖中的废液的液面保持不变，进而可以控制液膜的形成，从而有效地消除了沿湿壁柱的壁部的外表面向下流动的波动性，提高了液膜的稳定性和均匀性，从而有利于利用本发明的气体吸收降膜反应器进行气体化学溶剂吸收的测试和研究。
附图说明
图1为根据本发明的气体吸收降膜反应器的主视图；
图2为根据本发明的气体吸收降膜反应器的气体分布机构的主视图；
图3为根据本发明的气体吸收降膜反应器的密封壳的主视图。
其中，附图标记说明如下：
1 夹套 52 下垫片
11 内壁 53 下垫圈
111 上凹槽 54 下活套法兰
112 下凹槽 6 气体分布机构
12 容置腔 61 下盖
13 外壁 611 侧壁
131 导热介质进口 6111 内进气孔
132 导热介质出口 612 底壁
14 第一空腔 6121 第二开口
2 湿壁柱 6122 排液口
21 壁部 62 环形腔部
22 中空部 621 外进气孔
3 液体分布机构 63 气液隔离板
31 螺旋分布器 631 环形水平部
32 顶帽 632 环形斜部
4 上固定机构 633 环形立部
41 上法兰 7 密封机构
411 第一通孔 71 密封壳
42 上垫片 711 顶壁
43 上垫圈 7111 第三开口
44 上活套法兰 712 侧壁
5 下固定机构 713 第二空腔
51 下法兰 72 填料
511 第二通孔
具体实施方式
下面参照附图来详细说明本发明的气体吸收降膜反应器。
参照图1至图3，根据本发明的气体吸收降膜反应器包括夹套1、湿壁柱2、液体分布机构3、上固定机构4、下固定机构5、气体分布机构6以及密封机构7。
夹套1具有：内壁11，内壁11形成容置腔12；以及外壁13，围绕内壁11中部并与内壁11形成第一空腔14，设置有与第一空腔14连通的导热介质进口131和导热介质出口132，导热介质进口131、第一空腔14以及导热介质出口132形成供导热介质(未示出)流动的通路，经由该通路流动的导热介质对容置腔12进行保温或加热。
湿壁柱2收容于夹套1的容置腔12，具有壁部21以及由壁部21围绕形成的中空部22，中空部22的底部用于连通外部的溶液供给装置(未示出)，以接收溶液供给装置提供的溶液。
液体分布机构3收容于夹套1的容置腔12，且包括：螺旋分布器31，为空心圆筒，位于湿壁柱2的顶部外侧并超出湿壁柱2的顶部且与湿壁柱2的顶部处的壁部21接触；以及顶帽32，为倒U形的圆筒，位于湿壁柱2的上方且覆盖整个螺旋分布器31。
上固定机构4设置于夹套1上部并将夹套1的顶部固定并密封，具有与夹套1的容置腔12连通的出气口。
下固定机构5设置于夹套1下部并将夹套1的底部固定并密封，具有允许湿壁柱2穿过的第一开口。
气体分布机构6包括下盖61、环形腔部62以及气液隔离板63。
下盖61为U形圆筒，固定连接于下固定机构5下方，具有：侧壁611，设置有多个分布在侧壁611的同一径向平面上的内进气孔6111；以及底壁612，设置有位于底壁612中央的第二开口6121以及位于底壁612一侧的排液口6122。
环形腔部62内部中空，固定连接于下盖61的侧壁611外部，且封闭侧壁611上的内进气孔6111，设置有与外部带压气体连通的外进气孔621。
气液隔离板63呈环形，固定连接于侧壁611内部，且连接处位于内进气孔6111所在径向平面的下方，用于对经由内进气孔6111进入的气体进行流向调整并引导到夹套1的容置腔12内。
密封机构7供湿壁柱2穿过且固定连接于下盖61的第二开口6121，并将容置腔12从下部密封。
其中，外部的溶液供给装置提供的溶液经由湿壁柱2的中空部22的底部沿轴向向上运动并在湿壁柱2的顶部上方经由顶帽32的阻挡而流入螺旋分布器31，溶液在螺旋分布器31中螺旋式向下流动且从螺旋分布器31流出的溶液在湿壁柱2的壁部21形成均匀稳定的螺旋式液流，后经重力作用沿湿壁柱2的壁部21向下形成平稳均匀的液膜；外部的供气装置(未示出)提供的带压气体经由外进气孔621、环形腔部62的中空内部、内进气孔6111以及气液隔离板63流入到夹套1的容置腔12内，以向上流动而与液膜逆流接触，从而使气体被溶液吸收；沿湿壁柱2的壁部21的外表面从上向下流动的溶液吸收气体后经由气液隔离板63与进入夹套1的容置腔12内的气体分隔开，蓄积于下盖61的侧壁611、下盖61的底壁612、密封机构7形成的空间内，并作为废液从底壁612的排液口6122向外排出；向上流动的被液膜吸收过的气体经由上固定机构4的出气口排出。
在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，沿湿壁柱2的中空部22轴向向上运动的溶液经由顶帽32的阻挡而流入螺旋分布器31，溶液在螺旋分布器31的作用下能够在湿壁柱2的壁部21形成均匀稳定的螺旋式液流，进而在重力作用下沿湿壁柱2的壁部21向下形成平稳均匀的液膜，保证气体吸收液膜的稳定性和均匀性。
在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，外部的带压气体的流向经由外进气孔621、环形腔部62的中空内部、内进气孔6111以及气液隔离板63的调整和导向，改变带压气体的流场分布，可最大限度减少气体对液膜的冲击，从而避免破坏液膜的稳定性，同时也提高了气体的稳定性和均匀性，提高了气液传质效率。
在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，沿湿壁柱2的壁部21的外表面从上向下流动的溶液吸收气体后经由气液隔离板63与进入夹套1的容置腔12内的气体分隔开，并经由密封机构7的阻挡蓄积于下盖61的侧壁611、下盖61的底壁612、密封机构7形成的空间内，并作为废液从底壁612的排液口6122向外排出，通过控制经由湿壁柱2的中空部22进入的来自外部的溶液供给装置(未示出)提供的溶液的流量、经由排液口6122向外排出的废液的流量，可以保证下盖61中的废液的液面保持不变，进而可以控制液膜的形成，从而有效地消除了沿湿壁柱2的壁部21的外表面向下流动的波动性(即液膜流动存在扰动)，提高了液膜的稳定性和均匀性，从而有利于利用本发明的气体吸收降膜反应器进行气体化学溶剂吸收的测试和研究。
在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，夹套1的外壁13从外部加热保温或外壁13设置有导电导热镀膜。
在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，夹套1的内壁11为耐高压玻璃，外壁13为耐常压玻璃。玻璃的透明性便于观察湿壁塔的工作情况，内壁11的耐高压性能可以使本发明的气体吸收降膜反应器在规定压力下工作。
在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，所述导热介质为水或导热油。
在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，参照图1，在一实施例中，夹套1的内壁11具有：上凹槽111，沿轴向位于第一空腔14的上方外部且设置于内壁11的上部；以及下凹槽112，沿轴向位于第一空腔14的下方外部且设置于内壁11的下部。
在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，参照图1，在一实施例中，上固定机构4包括：上法兰41，设置于夹套1的顶部并从上方遮蔽容置腔12，其上设置有第一通孔411，作为上固定机构4的出气口；上垫片42，设置于上法兰41与夹套1的顶部之间；上垫圈43，设置于上凹槽111内；上活套法兰44，沿径向位于上垫圈43的外侧并通过螺栓(未示出)固定连接于上法兰41，且在上活套法兰44通过螺栓固定连接于上法兰41时，上活套法兰44从轴向下方和径向接触并挤压上垫圈43。其中，上法兰41与上活套法兰44的固定连接，上活套法兰44经由上垫圈43向上挤压夹套1，而夹套1顶部经由上垫片42抵靠在上法兰41上，进而上法兰41、上垫片42、上垫圈43以及上活套法兰44将夹套1的顶部紧固和密封。
在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，参照图1，在一实施例中，下固定机构5包括：下法兰51，设置于夹套1底部且固定连接于下盖61，其上设置有第二通孔511，作为下固定机构5的第一开口；下垫片52，设置于下法兰51与夹套1底部之间；下垫圈53，设置于下凹槽112内；下活套法兰54，沿径向位于下垫圈53的外侧并通过螺栓(未示出)固定连接于下法兰51，且在下活套法兰54通过螺栓固定连接于下法兰51时，下活套法兰54从轴向上方和径向接触并挤压下垫圈53。其中，下法兰51与下活套法兰54的固定连接，下活套法兰54经由下垫圈53向下挤压夹套1，而夹套1底部经由下垫片52抵靠在下法兰51上，进而下法兰51、下垫片52、下垫圈53以及下活套法兰54将夹套1的底部紧固和密封。
在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，环形腔部62通过焊接而固定连接于下盖61的侧壁611外部。
在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，参照图1和图2，在一实施例中，多个内进气孔6111以与外进气孔621不在同一径向平面内的偏心方式设置，且多个内进气孔6111沿轴向在高度上高于外进气孔621。多个内进气孔6111中距外进气孔621近的内进气孔6111小且分布稀疏，而距外进气孔621远的内进气孔6111大且分布密集。外部的供气装置(未示出)提供的带压气体经由外进气孔621进入环形腔部62内部，由于多个内进气孔6111以与外进气孔621不在同一径向平面内的偏心方式设置，同时多个内进气孔6111中距外进气孔621近的内进气孔6111小且分布稀疏，而距外进气孔621远的内进气孔6111大且分布密集，由于距外进气孔621近的内进气孔6111处气压大，而距外进气孔621远的内进气孔6111的气压小，而内进气孔6111的这种疏密、大小的设置可以有效的提高带压气体经由多个内进气孔6111进入夹套1的容置腔12的均匀性。
在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，下盖61焊接在下法兰51上。
在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，参照图2，在一实施例中，气液隔离板63具有：环形水平部631，位于内进气孔6111所在径向平面的下方并固定连接于侧壁611的内表面；环形斜部632；从环形水平部631的末端沿径向向内并沿轴向向上延伸超过密封机构7的顶部；以及环形立部633，从环形斜部632的末端以与湿壁柱2间隔地平行于轴线延伸。其中，经由内进气孔6111进入的气体经由环形斜部632和环形立部633进行流向调整并引导到夹套1的容置腔12内。通过环形水平部631、环形斜部632以及环形立部633，使得从经由内进气孔6111进入的气体分段向上导引，逐渐调整气体的轴向速度，环形立部633最终将具有接近单一轴向速度的气体引导至夹套1的容置腔12，而不会像背景技术一样形成回流区，从而使得气体分布均匀，进而保证湿壁柱的气体与液膜逆流吸附过程的稳定性。在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，参照图1和图2，在一实施例中，气液隔离板63的环形水平部631的末端沿径向位于排液口6122外侧。
在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，参照图1，在一实施例中，密封机构7为填料函且包括密封壳71和填料72。填料72具有弹性密封的作用，使得湿壁柱2能够沿后述的密封壳71的顶壁711的第三开口7111上下伸缩，并进行有效密封。参照图3，在一实施例中，密封壳71为倒U形的圆筒，具有：顶壁711，设置有供湿壁柱2穿过的第三开口7111；以及侧壁712，围绕湿壁柱2形成第二空腔713，且固定连接于下盖61的第二开口6121。参照图1，在一实施例中，填料72，填充于第二空腔713，以将容置腔12从下部密封。顶壁711接触液膜的末端，顶壁711和侧壁712形成流动阶梯，可消除降膜时由静止液膜产生的端末效应。填料函采用将填料72填充到密封壳71内进行密封，而填充的方式对密封壳71的结构要求低，使得填料函的结构简单，制造成本低，同时又便于密封壳71和填料72的更换。
在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，参照图1和图3，在一实施例中，湿壁柱2能够沿密封壳71的顶壁711的第三开口7111上下伸缩，以改变气体和液膜之间的接触面积。气体和的液膜之间的接触面积的自由改变，更加便于针对实验情况沿轴向调整湿壁柱2，有利于实验数据测定，扩展了因接触面积无法改变导致的实验限度。
在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，湿壁柱2的壁部21的外表面采用超微喷砂粗糙度处理，以改变壁部21的外表面对溶液的润湿性。经过改变湿壁柱2的壁部21的外表面对溶液的润湿性，可增加湿壁柱2的壁部21的外表面亲水性，有利于形成均匀稳定的液膜。相对先前研究，液体在湿壁柱2的壁部21的外表面流下时容易形成直流、断流或撕裂、湍动等，不仅因为降膜设计不合理，与湿壁柱2的壁部21的外表面表面处理也有很大关系。润湿性良好的湿壁柱2不仅易于形成均匀稳定连续的液膜，更可使得气液传质面积等数据更加可靠。
在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，所述溶液为醇胺溶液、砜胺溶液、氨基酸盐溶液、络合铁溶液、Lo-cat溶液、本菲尔溶液、氢氧化钠任意、碳酸钠溶液、氨水溶液、碳酸钾溶液、或氢氧化钙溶液。
在根据本发明的气体吸收降膜反应器中，所述气体为CO2、N2O、H2S、SO2或它们的混合。所述气体为干气或湿气。所述气体为单一组分或混合组分。

Claims (8)

1.一种气体吸收降膜反应器，其特征在于，包括：
夹套(1)，具有：
内壁(11)，内壁(11)形成容置腔(12)；以及
外壁(13)，围绕内壁(11)中部并与内壁(11)形成第一空腔(14)，设置有与第一空腔(14)连通的导热介质进口(131)和导热介质出口(132)，导热介质进口(131)、第一空腔(14)以及导热介质出口(132)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(12)进行保温或加热；
湿壁柱(2)，收容于夹套(1)的容置腔(12)，具有壁部(21)以及由壁部(21)围绕形成的中空部(22)，中空部(22)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；
液体分布机构(3)，收容于夹套(1)的容置腔(12)，且包括：
螺旋分布器(31)，为空心圆筒，位于湿壁柱(2)的顶部外侧并超出湿壁柱(2)的顶部且与湿壁柱(2)的顶部处的壁部(21)接触；以及
顶帽(32)，为倒U形的圆筒，位于湿壁柱(2)的上方且覆盖整个螺旋分布器(31)；
上固定机构(4)，设置于夹套(1)上部并将夹套(1)的顶部固定并密封，具有与夹套(1)的容置腔(12)连通的出气口；
下固定机构(5)，设置于夹套(1)下部并将夹套(1)的底部固定并密封，具有允许湿壁柱(2)穿过的第一开口；
气体分布机构(6)，包括：
下盖(61)，为U形圆筒，固定连接于下固定机构(5)下方，具有：
侧壁(611)，设置有多个分布在侧壁(611)的同一径向平面上的内进气孔(6111)；以及
底壁(612)，设置有位于底壁(612)中央的第二开口(6121)以及位于底壁(612)一侧的排液口(6122)；
环形腔部(62)，内部中空，固定连接于下盖(61)的侧壁(611)外部，且封闭侧壁(611)上的内进气孔(6111)，设置有与外部带压气体连通的外进气孔(621)，所述多个内进气孔(6111)以与外进气孔(621)不在同一径向平面内的偏心方式设置，且多个内进气孔(6111)沿轴向在高度上高于外进气孔(621)；
气液隔离板(63)，呈环形，固定连接于侧壁(611)内部，且连接处位于内进气孔(6111)所在径向平面的下方，用于对经由内进气孔(6111)进入的气体进行流向调整并引导到夹套(1)的容置腔(12)内；
以及
密封机构(7)，供湿壁柱(2)穿过且固定连接于下盖(61)的第二开口(6121)，并将容置腔(12)从下部密封；
密封机构(7)为填料函且包括密封壳(71)以及填料(72)；
密封壳(71)为倒U形的圆筒，具有：顶壁(711)，设置有供湿壁柱(2)穿过的第三开口(7111)；以及侧壁(712)，围绕湿壁柱(2)形成第二空腔(713)，且固定连接于下盖(61)的第二开口(6121)；
填料(72)填充于第二空腔(713)，以将容置腔(12)从下部密封；
其中，
外部的溶液供给装置提供的溶液经由湿壁柱(2)的中空部(22)的底部沿轴向向上运动并在湿壁柱(2)的顶部上方经由顶帽(32)的阻挡而流入螺旋分布器(31)，溶液在螺旋分布器(31)中螺旋式向下流动且从螺旋分布器(31)流出的溶液在湿壁柱(2)的壁部(21)形成均匀稳定的螺旋式液流，后经重力作用沿湿壁柱(2)的壁部(21)向下形成平稳均匀的液膜；
外部的供气装置提供的带压气体经由外进气孔(621)、环形腔部(62)的中空内部、内进气孔(6111)以及气液隔离板(63)流入到夹套(1)的容置腔(12)内，以向上流动而与液膜逆流接触，从而使气体被溶液吸收；
沿湿壁柱(2)的壁部(21)的外表面从上向下流动的溶液吸收气体后经由气液隔离板(63)与进入夹套(1)的容置腔(12)内的气体分隔开，蓄积于下盖(61)的侧壁(611)、下盖(61)的底壁(612)、密封机构(7)形成的空间内，并作为废液从底壁(612)的排液口(6122)向外排出；
向上流动的被液膜吸收过的气体经由上固定机构(4)的出气口排出。
2.根据权利要求1所述的气体吸收降膜反应器，其特征在于，夹套(1)的内壁(11)具有：
上凹槽(111)，沿轴向位于第一空腔(14)的上方外部且设置于内壁(11)的上部；以及
下凹槽(112)，沿轴向位于第一空腔(14)的下方外部且设置于内壁(11)的下部。
3.根据权利要求2所述的气体吸收降膜反应器，其特征在于，上固定机构(4)包括：
上法兰(41)，设置于夹套(1)的顶部并从上方遮蔽容置腔(12)，其上设置有第一通孔(411)，作为上固定机构(4)的出气口；
上垫片(42)，设置于上法兰(41)与夹套(1)的顶部之间；
上垫圈(43)，设置于上凹槽(111)内；
上活套法兰(44)，沿径向位于上垫圈(43)的外侧并通过螺栓固定连接于上法兰(41)，且在上活套法兰(44)通过螺栓固定连接于上法兰(41)时，上活套法兰(44)从轴向下方和径向接触并挤压上垫圈(43)；
其中，上法兰(41)与上活套法兰(44)的固定连接，上活套法兰(44)经由上垫圈(43)向上挤压夹套(1)，而夹套(1)顶部经由上垫片(42)抵靠在上法兰(41)上，进而上法兰(41)、上垫片(42)、上垫圈(43)以及上活套法兰(44)将夹套(1)的顶部紧固和密封。
4.根据权利要求2所述的气体吸收降膜反应器，其特征在于，下固定机构(5)包括：
下法兰(51)，设置于夹套(1)底部且固定连接于下盖(61)，其上设置有第二通孔(511)，作为下固定机构(5)的第一开口；
下垫片(52)，设置于下法兰(51)与夹套(1)底部之间；
下垫圈(53)，设置于下凹槽(112)内；
下活套法兰(54)，沿径向位于下垫圈(53)的外侧并通过螺栓固定连接于下法兰(51)，且在下活套法兰(54)通过螺栓固定连接于下法兰(51)时，下活套法兰(54)从轴向上方和径向接触并挤压下垫圈(53)；
其中，下法兰(51)与下活套法兰(54)的固定连接，下活套法兰(54)经由下垫圈(53)向下挤压夹套(1)，而夹套(1)底部经由下垫片(52)抵靠在下法兰(51)上，进而下法兰(51)、下垫片(52)、下垫圈(53)以及下活套法兰(54)将夹套(1)的底部紧固和密封。
5.根据权利要求1所述的气体吸收降膜反应器，其特征在于，多个内进气孔(6111)中距外进气孔(621)近的内进气孔(6111)小且分布稀疏，而距外进气孔(621)远的内进气孔(6111)大且分布密集。
6.根据权利要求1所述的气体吸收降膜反应器，其特征在于，气液隔离板(63)具有：
环形水平部(631)，位于内进气孔(6111)所在径向平面的下方并固定连接于侧壁(611)的内表面；
环形斜部(632)；从环形水平部(631)的末端沿径向向内并沿轴向向上延伸超过密封机构(7)的顶部；以及
环形立部(633)，从环形斜部(632)的末端以与湿壁柱(2)间隔地平行于轴线延伸；
其中，经由内进气孔(6111)进入的气体经由环形斜部(632)和环形立部(633)进行流向调整并引导到夹套(1)的容置腔(12)内。
7.根据权利要求1所述的气体吸收降膜反应器，其特征在于，湿壁柱(2)能够沿密封壳(71)的顶壁(711)的第三开口(7111)上下伸缩，以改变气体和液膜之间的接触面积。
8.根据权利要求1所述的气体吸收降膜反应器，其特征在于，湿壁柱(2)的壁部(21)的外表面采用超微喷砂粗糙度处理，以改变壁部(21)的外表面对溶液的润湿性。
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