TW201815458A - 將潮濕氣體混合物除濕之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明關於將潮濕氣體混合物除濕之方法。本發明另外關於將潮濕氣體混合物除濕之設備及該設備在根據本發明之方法中的用途。

Description

將潮濕氣體混合物除濕之方法
本發明關於將潮濕氣體混合物除濕之方法。本發明另外關於將潮濕氣體混合物除濕之設備及該設備在根據本發明之方法中的用途。
將潮濕氣體混合物除濕為眾多技術領域中必要的。
例如，建築物或車輛的通風及空調通常不僅需要冷卻，且亦需要將空氣除濕，因為欲冷卻之空氣通常很潮濕，以致於在冷卻至所欲溫度期間使溫度下降至低於露點溫度。於是在習知的空調系統中，將空氣除濕佔電力消耗的很大一部分。
降低建築物的空調系統之電力消耗係藉由以乾燥介質吸附或吸收水而將空氣除濕及接著藉由加熱至再脫水之溫度而使載水(water-laden)之乾燥介質再生。相較於固體吸收劑上的吸附，液體吸收介質的吸收優點為可以降低的裝置複雜性及較少的乾燥介質進行空氣除濕，以及使用太 陽熱能更容易進行載水乾燥介質的再生。
另一用於將潮濕氣體混合物除濕的技術領域為吸收式急冷器(absorption chiller)(亦稱為〝吸收熱幫浦〞，原理說明於WO 2014/079675 A1)的領域。在此潮濕氣體混合物係在低壓下於水蒸發期間形成。因此形成的水蒸氣必須自潮濕氣體混合物移除，使得該混合物接著可返回水蒸發而經歷新的循環。在此同樣地以液體吸收介質中的吸收比固體吸附介質上的吸附更有利。
最後，將潮濕氣體混合物除濕在天然氣開採領域中亦為重要的，如例如在DE 10 2010 004 779 A1中所述。
典型地併入空氣或天然氣除濕廠及急冷器中之材料的實例包含鈦、銅和貴重金屬。
迄今用作為商業空調系統中的液體吸收介質之溴化鋰、氯化鋰或氯化鈣水溶液具有的缺點為彼等對典型用於空調系統中的構造金屬材料具有腐蝕性及彼等因此需要使用昂貴的特定構造材料。鋼及不銹鋼亦遭遇到此問題。由於自吸收介質結晶出鹽而使該等溶液可另外引起問題。
Y.Luo等人之Appl.Thermal Eng.31(2011)2772-2777提出使用離子液體四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓代替溴化鋰水溶液用於空氣除濕。然而，此離子液體具有僅吸收能力差的缺點。
Y.Luo等人之Solar Energy 86(2012)2718-2724提出離子液體乙酸1,3-二甲基咪唑鎓作為四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓之代替物用於空氣儲濕。然而，乙酸1,3-二甲基 咪唑鎓不穩定且在脫水期間分解成不足取的程度。
在US 2011/0247494 A1，段落[0145]中提出之離子液體亦遭遇到此問題。此文件提出使用乙酸三甲基銨或乙酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓作為代替氯化鋰水溶液的液體乾燥劑。實施例3係以一系列更多的離子液體比較自潮濕空氣吸取的水。
CN 102335545 A說明未遭受前述問題的離子液體水溶液作為空氣除濕的吸收介質。CN 102335545 A主要說明以鋼為底質之空氣除濕器。所述之離子液體尤其為二甲基磷酸1,3-二甲基咪唑鎓、二甲基磷酸1-乙基-3-甲基咪唑鎓和二甲基磷酸1-丁基-3-甲基咪唑鎓。據報導該吸收介質對鋼為非腐蝕性。然而，以CN 102335545 A所列舉之離子液體在以鋼為底質之裝置中具有相對低的熱轉移，該熱轉移對有效的空氣除濕而言是重要。
然而，熱轉移為選擇吸收介質時必須考慮的重要參數。因此，在空氣除濕領域中，特別容易使用確保在吸收介質本身與空氣除濕器的更多構件之間特別良好的熱轉移之吸收介質。在其中使用金屬組件(例如鋼)的空氣除濕器中，此熱轉移至少部分發生在吸收介質與金屬表面之間。
因此，本發明之目的係提供吸收介質，當用於以鋼為底質之空調系統、空氣除濕器、吸收急冷器等時，其確保比先前技術之吸收介質更好的熱轉移。
現已驚訝地發現達成此目的吸收介質。
101、102、105、106、110、111、112、113、114、216‧‧‧導管
103‧‧‧水吸收單元
104、107、108、212、215‧‧‧熱交換器
109‧‧‧水脫吸單元
211‧‧‧冷凝器
213‧‧‧節流裝置
214‧‧‧蒸發器
在下文闡述之圖1和2顯示根據本發明之方法及根據本發明之設備較佳的實施態樣。
【發明內容】及【實施方式】
在第一態樣中，本發明因此關於在設備V1中將潮濕氣體混合物G(特別是潮濕空氣)除濕之方法，該方法包含下列步驟：(a)將潮濕氣體混合物G與水性液體吸收介質AVE接觸，該水性液體吸收介質包含至少一種具有結構(I)之磷酸三烷酯 與至少一種選自由Q+A-、Q+(R1O)2PO2 -、(Q+)2R2OPO3 2-、Q+M+R3OPO3 2-所組成群組之鹽S的混合物，其中AVE至少部分吸收來自該潮濕氣體混合物G的水，以得到相較於AVE具有升高的水含量之水性液體吸收介質AVE1及相較於該潮濕氣體混合物G具有相對低水含量之氣體混合物G1，(b)部分移除AVE1的水，以獲得相較於AVE1具有相 對低水含量之水性液體吸收介質AVE2，其中設備V1至少部分包含由構造鋼材料製成的表面Ost，且在設備V1中，AVE、AVE1、AVE2中之至少一者經由至少一個接觸表面接觸該由構造鋼材料製成的表面Ost，其特徵在於Q+為二烷基咪唑鎓陽離子，其中特別地烷基彼此各自獨立地具有1至10個碳原子，其中A-為選自由R*COO-、R'SO3 -、HSO4 -、R"SO4 -所組成群組之陰離子，其中R*、R'、R"、RA、RB、RC、R1、R2、R3彼此各自獨立為特別具有1至10，較佳為1至8，更佳為1至6，又更佳為1至4，還更佳為1至2個碳原子的烷基，且其中M+為鹼金屬離子，較佳為Li+、K+或Na+，又更佳為K+或Na+。
本發明所使用之潮濕氣體混合物G未受到特別的限制。應瞭解〝潮濕〞在本發明的上下文中意指〝包含水，特別是水蒸氣〞。
應瞭解〝水性(aqueous)〞意指特別的溶液(亦即在水性液體吸收介質之例子中的該吸收介質)包含水。
應瞭解〝除濕〞意指至少部分移除水。
應瞭解〝至少部分〞在本發明的上下文中意指〝部分或完全〞。
因此，應瞭解〝潮濕氣體混合物G〞在本發明的上下文中意指氣體混合物G包含水，較佳為水蒸氣(應瞭解 〝水蒸氣〞意指呈氣體物理狀態之水)且其組成未另外受到特別的限制。此潮濕氣體混合物的水含量未受到特別的限制且特別為0.01體積%至99.99體積%(〝體積%〞表示以潮濕氣體混合物G的總體積為基礎之水蒸氣體積)。潮濕氣體G的組成可另外取決於根據本發明之方法的應用而改變。潮濕氣體混合物G特別選自潮濕天然氣、潮濕空氣(這可為室內潮濕空氣或起因於吸收式急冷器中的水蒸發之潮濕空氣)，較佳為潮濕空氣。潮濕天然氣的水含量特別為0.01體積%至15.00體積%，在室內潮濕空氣的例子中，潮濕空氣的水含量特別為0.01體積%至15.00體積%，或當涉及起因於吸收式急冷器中的水蒸發之潮濕空氣時，則該水含量特別為95.00體積%至99.99體積%，其為較佳的範圍。
根據本發明之方法係在設備V1中進行，該設備V1至少部分包含由構造鋼材料製成的表面Ost(在本發明的上下文中，Ost為〝由構造鋼材料製成的表面〞之簡稱)，且在設備V1中，選自由AVE、AVE1、AVE2所組成群組的水性液體吸收介質中之至少一者經由至少一個接觸表面接觸該由構造鋼材料製成的表面Ost。
特別地可使用具有下列組件的設備V1：(i)至少一個水吸收單元Wabs1，其經設立用於將潮濕氣體混合物與水性液體吸收介質AVE接觸，(ii)至少一個水脫吸單元Wdes1，其包含熱交換器 Wx1且經設立用於至少部分移除水性液體吸收介質AVE的水，及(iii）迴路U1，其連接水吸收單元Wabs1與水脫吸單元Wdes1，且水性液體吸收介質AVE可藉該迴路循環。
水吸收單元Wabs1為特別於其中進行根據本發明之方法的步驟a)之組件。可使用的水吸收單元Wabs1特別包括那些熟習本技術領域者已知的水吸收器。該吸收器係建基於增加水性液體吸收介質AVE的表面積及同時在吸水期間達成水性液體吸收介質AVE於水吸收器中最長可能的滯留時間之原理。在此特別有可能使用選自下列群組的水吸收器：填充床、噴霧塔(spray column)、下降膜(falling-film)、氣泡塔(bubble column)、層板塔(tray column)、濕式洗滌器(wet scrubber)(例如Venturi洗滌器)、攪拌槽及該等吸收器之組合。特別佳的是使用下降膜作為水吸收器，特別是殼與管下降膜(shell and tube falling-film)。水吸收單元Wabs1亦可特別包含附加的熱交換器Wz1，其經設立而使水性液體吸收介質AVE可冷卻。
包含熱交換器Wx1的水脫吸單元Wdes1為特別於其中進行根據本發明之方法的步驟b)之組件。水脫吸單元Wdes1係建基於供應熱至載水液體吸收介質AVE(特別為AVE1)、增加載水液體吸收介質AVE(特別為AVE1)的表面積及同時達成載水液體吸收介質AVE(特別為AVE1)於水脫吸單元中最長可能的滯留時間之原理。
可使用的包含熱交換器Wx1之水脫吸單元Wdes1特別包括那些熟習本技術領域者已知的熱交換器與水脫吸器之組合，特別是具有上游熱交換器之水平管蒸發器，特別是殼與管熱交換器、板框式熱交換器。另外，包含熱交換器Wx1之水脫吸單元Wdes1亦可為具有整合之熱交換器的水脫吸器。具有整合之熱交換器的此等水脫吸器特別為升膜(climbing film)蒸發器、長管垂直蒸發器、短管垂直蒸發器、強制循環(forced circulation)蒸發器、攪動式薄膜(agitated thin film)蒸發器。特別佳的是使用下降膜，特別為殼與管下降膜作為水脫吸單元Wdes1。
迴路U1特別使來自根據本發明之方法的步驟a)之AVE1自水吸收單元Wabs1通向水脫吸單元Wdes1，且更佳地，特別當根據本發明之方法係以連續方式進行時-將來自根據本發明之方法的步驟b)之AVE2另外自水吸收單元Wdes1通向水脫吸單元Wabs1。
迴路U1特別為導管，特別地選自由管子、軟管所組成群組。
在更佳的實施態樣中，迴路U1亦包含幫浦。
根據本發明之方法的第一步驟包含將潮濕氣體混合物G與水性液體吸收介質AVE接觸，該水性液體吸收介質AVE包含至少一種具有結構(I)之磷酸三烷酯 與至少一種選自由Q+A-、Q+(R1O)2PO2 -、(Q+)2R2OPO3 2-、Q+M+R3OPO3 2-所組成群組之鹽S的混合物。該接觸可以那些熟習本技術領域者已知的任何方式完成，尤其在水吸收單元Wabs1中。該接觸引起吸收介質AVE至少部分吸收潮濕氣流G的濕氣(亦即水)，以得到相較於水性液體吸收介質AVE具有提高的水含量之水性液體吸收介質AVE1及相較於潮濕氣體混合物G具有相對低水含量之氣體混合物G1。
較佳的是在潮濕氣體混合物G的接觸期間冷卻吸收介質AVE，以便自潮濕氣體混合物G吸收儘可能多的濕氣。這可例如經由在水吸收單元Wabs1中附外的熱交換器Wz1達成。在潮濕氣體混合物G的接觸期間的吸收介質AVE溫度因此較佳地在2℃至100℃，較佳地在3℃至80℃，更佳地在4℃至50℃，最佳地在5℃至30℃之範圍內。
吸收介質AVE包含水及至少一種具有結構(I)之磷酸三烷酯 與至少一種選自由Q+A-、Q+(R1O)2PO2 -、(Q+)2R2OPO3 2-、Q+M+R3OPO3 2-所組成群組之鹽S的混合物，其中Q+為1,3-二烷基咪唑鎓陽離子，其中特別地烷基彼此各自獨立地具有1至10個碳原子，其中A-為選自由R*COO-、R'SO3 -、HSO4 -、R"SO4 -所組成群組之陰離子，其中R*、R'、R"、RA、RB、RC、R1、 R2、R3彼此各自獨立為特別具有1至10個碳原子的烷基，且其中M+為鹼金屬離子，較佳為Li+、K+或Na+，又更佳為K+或Na+。
在根據本發明之方法較佳的實施態樣中，鹽S係選自由Q+A-、Q+(R1O)2PO2 -所組成之群組，且Q+為二烷基咪唑鎓陽離子，其中烷基彼此各自獨立地具有1至6，較佳為1或4，更佳為1或2個碳原子，且A-為選自由R*COO-、R'SO3 -、R"SO4 -所組成之群組的陰離子，其中R*、R1、R'、R"、RA、RB、RC彼此各自獨立為具有1至6，較佳為1至4，更佳為1或2個碳原子的烷基。
在根據本發明之方法更佳的實施態樣中，鹽S具有通式Q+(R1O)2PO2 -，且Q+為二烷基咪唑鎓陽離子，其中烷基彼此各自獨立為甲基或乙基，且R1、RA、RB、RC彼此各自獨立為甲基或乙基。
在根據本發明之方法還更佳的實施態樣中，鹽S具有通式Q+(R1O)2PO2 -，且Q+係選自由1,3-二甲基咪唑鎓、1,3-二乙基咪唑鎓、1-乙基-3-甲基咪唑鎓所組成群組；RA、RB、RC、R1為甲基或乙基。
而且，在根據本發明之方法的所有前述實施態樣中，特別佳的是當RA、RB、RC彼此獨立地選自甲基、乙基時，則還更佳地RA=RB=RC=甲基或RA=RB=RC=乙基，特別佳地RA=RB=RC=乙基。
這是因為目前已驚訝地發現具有至少一個乙基的咪唑鎓具有特別小的接觸角，且因此確保特別良好的表面濕 潤。這造成相對大的接觸面積，因此亦造成較少的非濕潤空間及因此造成設備V1內部改進的熱轉移，並因此得到非常有效的方法。
液體吸收介質AVE為水性，亦即其包含水及因此為水溶液。
特別地在水性液體吸收介質AVE中，所有結構(I)之磷酸三烷酯與所有鹽S的總重量以水溶液總重量為基準計係在65重量%至95重量%之範圍內。又更佳地在AVE中，所有結構(I)之磷酸三烷酯與所有鹽S的總重量以水溶液總重量為基準計係在70重量%至90重量%之範圍內，又更佳地在75重量%至87重量%之範圍內。
在根據本發明之方法，在吸收介質AVE中的所有結構(I)之磷酸三烷酯對鹽S之比未受到進一步的限制。然而，較佳的是在根據本發明之方法中使用吸收介質AVE，其中所有結構(I)之磷酸三烷酯的總重量對所有鹽S的總重量之比係在1：9999至1：9，更佳地在1：9999至1：99，又更佳地在1：9999至1：999之範圍內。
在根據本發明之方法的第一步驟中所獲得且相較於潮濕氣體混合物G具有相對低水含量之氣體混合物G1於是代表除濕之氣流，其可取決於應用而以除濕之空氣形式返回生活或工作空間中，或其在天然氣的例子中可供應於發電。
在根據本發明之方法的第一步驟中所獲得水性液體吸收介質AVE1相較於水性液體吸收介質AVE具有提高的水含 量。應理解就其所包含的結構(I)之磷酸三烷酯而言及就其所包含的鹽S而言，AVE1與AVE相同且較佳地僅以其水含量彼此區別。
根據本發明之方法的第二步驟接著包含部分移除水性液體吸收介質AVE1的水，以獲得相較於水性液體吸收介質AVE1具有相對低水含量之水性液體吸收介質AVE2。
這特別另外包含供應熱至水性液體吸收介質AVE1。熱供應及至少部分移除可以那些熟習本技術領域者已知的任何方式完成，特別在包含熱交換器Wx1之水脫吸單元Wdes1中。部分移除水性液體吸收介質AVE1的水以得到相較於水性液體吸收介質AVE1具有相對低水含量之水性液體吸收介質AVE2。
應理解就其所包含的結構(I)之磷酸三烷酯而言及就其所包含的鹽S而言，水性液體吸收介質AVE2與AVE1相同且較佳地僅以其水含量彼此區別。
根據本發明之方法的本質特徵為設備V1至少部分包含由構造鋼材料製成的表面Ost(在本發明的上下文中，Ost為〝由構造鋼材料製成的表面〞之簡稱)。
在本發明的上下文中，應瞭解〝構造鋼材料〞特別意指任何鐵合金，其中鐵之質量分率(mass fraction)大於每一存在的其他元素之質量分率。在構造鋼材料中的鐵之比例較佳為>50wt%，更佳為60wt%，又更佳為70wt%，又更佳為80wt%，又更佳為99wt%。
依照本發明，除了鐵以外，構造鋼材料特別包含至少 一種選自由鎳、鉻、釩、鉬、鈮、鎢、鈷、鎂、錳、矽、鋅、鉛、銅、鈦所組成群組，更佳為選自由鎳、鉻、釩、鉬、鈮、鎢、鈷、鎂、錳、鈦所組成群組之合金金屬，特別為鉻，其中該合金金屬又更佳地在構造鋼材料中具有大於10.5重量%，但小於50重量%之質量分率。
又更佳的是在同時在構造鋼材料中的碳含量另外總是<2.06重量%，又更佳為1.2重量%。
應理解在構造鋼材料中的鐵、合金金屬(例如鉻)與碳的總含量一定不超過100重量%。
構造鋼材料可特別呈鍛造合金或鑄造合金的形式。
根據本發明之方法的另一本質特徵為在設備V1中，選自由AVE、AVE1、AVE2所組成群組的水性液體吸收介質中之至少一者經由至少一個接觸表面接觸該由構造鋼材料製成的表面Ost。此意指特別的水性液體吸收介質AVE、AVE1或AVE2係與該由構造鋼材料製成的表面Ost在此接觸表面上直接接觸。在本發明的上下文中，應瞭解〝直接接觸(in direct contact)〞特別意指〝濕潤(wetting)〞。應理解選自由AVE、AVE1、AVE2所組成群組之水性液體吸收介質與包含在接觸表面內的構造鋼材料因此為直接接觸。這是因為已驚訝地發現根據本發明之吸收介質的接觸角特別小且因此確保在其中該介質為水性的例子中特別良好的熱轉移。
在根據本發明之使用及包含下列組件之設備V1的實施態樣中： (i)至少一個水吸收單元Wabs1，其經設立用於將潮濕氣體混合物與水性液體吸收介質AVE接觸，(ii)至少一個水脫吸單元Wdes1，其包含熱交換器Wx1且經設立用於至少部分移除水性液體吸收介質AVE的水，及(iii)迴路U1，其連接水吸收單元Wabs1與水脫吸單元Wdes1，且水性液體吸收介質AVE可藉該迴路循環迴路U1，其連接水吸收單元Wabs1與水脫吸單元Wdes1，且水性液體吸收介質AVE可藉該迴路循環，選自由AVE、AVE1、AVE2所組成群組之水性液體吸收介質與該由構造鋼材料製成的表面Ost接觸的接觸表面特別配置於選自水吸收單元Wabs1、水脫吸單元Wdes1、迴路U1之群組的組件中之至少一者中，較佳地在選自水吸收單元Wabs1、水脫吸單元Wdes1之群組的組件中之至少一者中。
這是因為現已驚訝地發現根據本發明之至少一種結構(I)之磷酸三烷酯與至少一種鹽S的混合物顯示構造鋼材料特別良好的濕潤，因此確保特別良好的熱轉移且因此特別適合作為在具有由構造鋼材料製成的表面Ost之設備V1中的吸收介質，其中選自由AVE、AVE1、AVE2所組成群組之水性液體吸收介質中之一者係與該由構造鋼材料製成的表面Ost直接接觸。
在更佳的實施態樣中，根據本發明之方法係以連續方式進行。應瞭解這特別意指在步驟b)之後再進行至少一次步驟a)和b)，且在各例子中另外進行的步驟a)中所使用之水性液體吸收介質AVE至少部分為事先剛進行的步驟b)所獲得的水性液體吸收介質AVE2，亦即特別地在各例子中另外進行的步驟a)中所使用之水性液體吸收介質AVE的水含量與來自剛於之前的步驟b)之水性液體吸收介質AVE2的水含量相同。
當此實施態樣包含以來自水性液體吸收介質AVE2的熱加熱水性液體吸收介質AVE1時又更佳。這可以附加的熱交換器Wy1進行，其特別選自由殼與管熱交換器及板框式熱交換器所組成群組。這使得有可能以特別節能的方式進行根據本發明之方法。
在另一態樣中，本發明亦關於將潮濕氣體混合物(特別是潮濕空氣)除濕之設備V2，其包含下列組件：(i)水性液體吸收介質AVO，其包含至少一種具有結構(I)之磷酸三烷酯 與至少一種選自由Q+A-、Q+(R1O)2PO2 -、(Q+)2R2OPO3 2-、Q+M+R3OPO3 2-所組成群組之鹽S的混合物，(ii)至少一個水吸收單元Wabs2，其經設立用於將 潮濕氣體混合物與水性液體吸收介質AVO接觸，(iii)至少一個水脫吸單元Wdes2，其包含熱交換器Wx2且經設立用於至少部分移除水性液體吸收介質AVO的水，及(iv)迴路U2，其連接水吸收單元Wabs2與水脫吸單元Wdes2，且水性液體吸收介質AVO可藉該迴路循環，其中組件水吸收單元Wabs2、水脫吸單元Wdes2、迴路U2中之至少一者至少部分包含由構造鋼材料製成的表面Ost，且其中在設備V2中配置至少一個接觸表面，水性液體吸收介質AVO係在此接觸表面接觸該由構造鋼材料製成的表面Ost，其特徵在於Q+為二烷基咪唑鎓陽離子，其中特別地烷基彼此各自獨立地具有1至10個碳原子，其中A-為選自由R*COO-、R'SO3 -、HSO4 -、R"SO4 -所組成群組之陰離子，其中R*、R'、R"、RA、RB、RC、R1、R2、R3彼此各自獨立為特別具有1至10，較佳為1至8，更佳為1至6，又更佳為1至4，還更佳為1至2個碳原子的烷基，且其中M+為鹼金屬離子，較佳為Li+、K+或Na+，又更佳為K+或Na+。
根據本發明之設備V2適合於將潮濕氣體混合物(特別是潮濕空氣)除濕。該設備包含下列組件：根據本發明之設備V2包含水性液體吸收介質AVO作為第一組件，其包含至少一種具有結構(I)之磷酸三烷酯 與至少一種選自由Q+A-、Q+(R1O)2PO2 -、(Q+)2R2OPO3 2-、Q+M+R3OPO3 2-所組成群組之鹽S的混合物，其中Q+為二烷基咪唑鎓陽離子其中特別地烷基彼此各自獨立地具有1至10個碳原子，其中A-為選自由R*COO-、R'SO3 -、HSO4 -、R"SO4 -所組成群組之陰離子，其中R*、R'、R"、RA、RB、RC、R1、R2、R3彼此各自獨立為特別具有1至10個碳原子的烷基，且其中M+為鹼金屬離子，較佳為Li+、K+或Na+，又更佳為K+或Na+。
在根據本發明之設備V2較佳的實施態樣中，在吸收介質AVO中，鹽S係選自由Q+A-、Q+(R1O)2PO2 -所組成之群組，且Q+為二烷基咪唑鎓陽離子，其中烷基彼此各自獨立地具有1至6，較佳為1或4，更佳為1或2個碳原子，且A-為選自由R*COO-、R'SO3 -、R"SO4 -所組成之群組的陰離子，其中R*、R1、R'、R"、RA、RB、RC彼此各自獨立為具有1至6，較佳為1至4，更佳為1或2個碳原子的烷基。
在根據本發明之設備V2更佳的實施態樣中，在吸收介 質AVO中，鹽S具有通式Q+(R1O)2PO2 -，且Q+為二烷基咪唑鎓陽離子，其中烷基彼此各自獨立為甲基或乙基，且R1、RA、RB、RC彼此各自獨立為甲基或乙基。
在根據本發明之設備V2又更佳的實施態樣中，在吸收介質AVO中，鹽S具有通式Q+(R1O)2PO2 -，且Q+係選自由1,3-二甲基咪唑鎓、1,3-二乙基咪唑鎓、1-乙基-3-甲基咪唑鎓所組成之群組；RA、RB、RC、R1為甲基或乙基。
而且，在根據本發明之設備V2的所有前述實施態樣中，特別佳的是當吸收介質AVO中的RA、RB、RC彼此獨立地選自甲基、乙基時；則又更佳地RA=RB=RC=甲基或RA=RB=RC=乙基，特別佳地RA=RB=RC=乙基。
這是因為目前已驚訝地發現其中R=乙基的咪唑鎓具有特別小的接觸角，且因此確保特別良好的表面濕潤。這造成相對大的接觸面積，因此亦造成較少的非濕潤空間及因此造成設備V2內部改進的熱轉移。
液體吸收介質AVO為水性，亦即其包含水及因此為水溶液。
在根據本發明之設備V2中，特別地在水性液體吸收介質AVO中，所有結構(I)之磷酸三烷酯與所有鹽S的總重量以水溶液總重量為基準計係在65重量%至95重量%之範圍內。又更佳地在AVO中，所有結構(I)之磷酸三烷酯與所有鹽S的總重量以水溶液總重量為基準計係在70重量%至90重量%之範圍內，又更佳地在75重量%至87重量%之範圍內。
在根據本發明之設備V2中，在吸收介質AVO中的所有結構(I)之磷酸三烷酯對鹽S之比未受到進一步的限制。然而，較佳的是在根據本發明之設備V2中使用吸收介質AVO，其中所有結構(I)之磷酸三烷酯的總重量對所有鹽S的總重量之比係在1：9999至1：9，更佳地在1：9999至1：99，又更佳地在1：9999至1：999之範圍內。
根據本發明之設備V2包含水吸收單元Wabs2作為第二組件，其經設立用於將潮濕氣體混合物與水性液體吸收介質AVO接觸。水吸收單元Wabs2可特別包含附加的熱交換器Wz2，其經設立而使得水性液體吸收介質AVO可冷卻。可使用的此種類之水吸收單元Wabs2特別包括那些熟習本技術領域者已知的水吸收器。該水吸收器係建基於增加水性液體吸收介質AVO的表面積及同時在吸水期間達成水性液體吸收介質AVO於水吸收器中最長可能的滯留時間之原理。在此特別有可能使用選自下列群組的水吸收器：填充床、噴霧塔、下降膜、氣泡塔、層板塔、濕式洗滌器(例如Venturi洗滌器)、攪拌槽及該等水吸收器之組合。特別佳的是使用下降膜作為水吸收器，特別為殼與管下降膜。
根據本發明之設備V2包含水脫吸單元Wdes2作為第三組件，其包含熱交換器Wx2，且經設立用於至少部分移除水性液體吸收介質AVO的水。可特別為此使用那些熟習本技術領域者已知的熱交換器與水脫吸器之組合。水脫吸單元Wdes2係建基於供應熱至水性液體吸收介質AVO、增加水性液體吸收介質AVO的表面積及同時達成水性液體吸收介 質AVO於水脫吸單元中最長可能的滯留時間之原理。
可使用的包含熱交換器Wx2之水脫吸單元Wdes2特別包括那些熟習本技術領域者已知的熱交換器與水脫吸器之組合，特別為具有上游熱交換器(特別為殼與管熱交換器、板框式熱交換器)的水平管蒸發器。另外，包含熱交換器Wx2之水脫吸單元Wdes2亦可為具有整合之熱交換器的水脫吸器。此等具有整合之熱交換器的水脫吸器特別為升膜蒸發器、長管垂直蒸發器、短管垂直蒸發器、強制循環蒸發器、攪動式薄膜蒸發器。特別佳的是使用下降膜作為水脫吸單元Wdes2，特別為殼與管下降膜。
根據本發明之設備V2包含迴路U2作為第四組件，其連接水吸收單元Wabs2與水脫吸單元Wdes2，且水性液體吸收介質AVO可藉該迴路循環。迴路U2較佳為導管，更佳為選自由管子、軟管所組成之群組。在更佳的實施態樣中，迴路U2亦包含幫浦。
根據本發明之設備V2的本質特徵為該設備至少部分包含由構造鋼材料製成的表面Ost(在本發明的上下文中，Ost為〝由構造鋼材料製成的表面〞之簡稱)。
根據本發明之設備V2的另一本質特徵為在該設備中配置接觸表面，水性液體吸收介質AVO係在此接觸表面接觸該由構造鋼材料製成的表面Ost。應瞭解此意指水性液體吸收介質AVO係與該由構造鋼材料製成的表面Ost在此接觸表面上直接接觸。在本發明的上下文中，應瞭解〝直接接觸〞意指〝濕潤〞。應理解水性液體吸收介質AVO與包含 在該接觸表面內的構造鋼材料因此為直接接觸。
在較佳的實施態樣中，設備V2包含另一熱交換器Wy2(附加至水脫吸單元Wdes2所包含的熱交換器Wx2)。設立熱交換器Wy2使得來自水性液體吸收介質AVO(該介質係自水脫吸單元Wdes2導出)的熱可供應自水吸收單元Wabs2送至水脫吸單元Wdes2的水性液體吸收介質AVO。這可藉由使用熱交換器Wy2而確保，特別為選自殼與管熱交換器、板框式熱交換器的熱交換器。
在更佳的實施態樣中，設備V2為吸收熱幫浦的一部分。此吸收熱幫浦於是包含冷凝器、蒸發器及冷卻劑作為其他組件，其中冷卻劑為水。
冷凝器特別經由導管連接至水脫吸單元Wdes2，且其經設立用於在水脫吸單元Wdes2中冷凝自水性液體吸收介質AVO至少部分移除的水。冷凝器較佳地亦包含冷卻水迴路。
蒸發器特別經由導管(其可包含節流裝置(throttling means))連接至冷凝器且經由另一導管連接至水吸收單元Wabs2，且其經設立用於蒸發來自冷凝器之冷凝水。蒸發器較佳地亦包含<1巴，更佳為<0.1巴之壓力，能使冷凝水在最低的可能溫度下蒸發。蒸發器更佳地可另外包含一設備，可自該設備引出熱且可使得冷凝水蒸發(例如冷卻劑導管，冷卻劑於其中通向使水蒸發的空間)。
圖1(縮寫成〝圖1(Fig.1)〞)顯示根據本發明之設備V2/V1的實施態樣。
在圖1中所示之設備V2包含水吸收單元Wabs2<103>(具有隨意附加的熱交換器Wz2<104>)，導管<101>係通向該單元及導管<102>係自該單元離開；水脫吸單元Wdes2，其包含熱交換器Wx2<108>和水脫吸器<109>，且導管<111>係通向該單元及導管<110>、<112>和<113>係自該單元離開；以及由導管<106>、<111>和<113>或<106>、<111>、<112>和<105>所構成的迴路U2(在各情況中隨意地具有導管<114>)。在圖1中的設備亦可隨意地包含另一熱交換器Wy2<107>，導管<106>和<112>係通向該熱交換器及導管<105>和<111>係自該熱交換器離開。另外，設備V2亦包含水性液體吸收介質AVO。該介質係配置在前述組件水吸收單元Wabs2、水脫吸單元Wdes2、迴路U2中之一或多者中。水吸收單元Wabs2<103>亦可隨意地包含附加的熱交換器Wz2<104>。設備V2，特別為選自由水吸收單元Wabs2、水脫吸單元Wdes2、迴路U2所組成群組的組件中之至少一者至少部分包含由構造鋼材料製成的表面Ost，且有至少一個接觸表面，水性液體吸收介質AVO係在此接觸表面接觸該由構造鋼材料製成的表面Ost。迴路U2亦可隨意地另外包含用於運送水性液體吸收介質之幫浦。
設備V1相當於沒有吸收介質AVO之設備V2，其中在圖1和圖2的圖式說明中，術語U2、Wabs2、Wdes2、Wx2、Wy2、Wz2分別經U1、Wabs1、Wdes1、Wx1、Wy1和Wz1替代。
根據本發明之方法現使用圖1以例證方式參考設備V1說明： 潮濕氣體混合物流G(該氣流可為例如潮濕空氣、潮濕天然氣或源自吸收式急冷器之蒸發器的潮濕氣體混合物-亦參考圖2有關的此選項)係經由導管<101>供應至水吸收單元Wabs1<103>且在此與經由導管<105>或經由導管<113>供應至水吸收單元Wabs1<103>的水性液體吸收介質AVE接觸。水吸收單元Wabs1<103>可為上文就Wabs1所列舉之水吸收器中任一者，特別為下降膜。經由導管<101>供應的氣體混合物G與經由導管<105>或經由導管<113>供應的水性液體吸收介質AVE在水吸收單元Wabs1<103>中接觸以得到相較於水性液體吸收介質AVE具有提高的水含量之水性液體吸收介質AVE1及經由導管<102>排出之氣體混合物流G1，G1相較於潮濕氣體混合物G具有相對低的水含量。取決於應用而定，G1特別為除濕之空氣或除濕之天然氣。水吸收單元Wabs1<103>亦可隨意地包含附加的熱交換器Wz1<104>。水性液體吸收介質AVE1接著較佳地經由導管<106>、<111>及熱交換器Wy1<107>(或當不使用熱交換器Wy1<107>時，則經由導管<106>、<111>和<114>)通向由熱交換器Wx1<108>及水脫吸器<109>所構成的水脫吸單元Wdes1。可另外以隨意的熱交換器Wy1<107>中的熱供應載水液體吸收介質AVE1。接著在水脫吸器<109>中進行自水性液體吸收介質AVE1移除至少部分的水，以得到相較於水性液體吸收介質AVE1具有相對低水含量之水性液體吸收介質AVE2。移除的水接著以液體或蒸氣(較佳為蒸氣)經由導管<110>自水脫吸器<109>排出。接著自水脫 吸器<109>排出水性液體吸收介質AVE2且返回水吸收單元Wabs1<103>。這可直接進行，亦即經由圖1中以虛線形式所示之導管<113>。另一選擇地且較佳地，水性液體吸收介質AVE2亦可經由導管<112>供應至隨意的熱交換器Wy1<107>，接著於其中以來自經由導管<112>供應至隨意的熱交換器Wy1<107>之水性液體吸收介質AVE2的熱供應經由導管<106>供應至隨意的熱交換器Wy1<107>之水性液體吸收介質AVE1。一旦濃縮之水性液體吸收介質AVE2已經由導管<105>或<113>供應至水吸收單元Wabs1時，該介質在新循環中再用作為將氣流至少部分除濕的AVE。本發明的本質為在此方法中，根據圖1之設備，較佳地選自由水吸收單元Wabs1<103>(在圖1中，該單元包含熱交換器<104>)、水脫吸單元Wdes1(在圖1中，該單元包含熱交換器<108>)、迴路U1(在圖1中，其係由導管<106>、<111>、<113>，或<106>、<111>、<112>、<105>，及在各情況中隨意之導管<114>所構成)所組成群組的組件中之至少一者至少部分包含由構造鋼材料製成的表面Ost，且在設備中配置至少一個接觸表面，水性液體吸收介質AVE1、AVE、AVE2中之至少一者係在此接觸表面接觸該由構造鋼材料製成的表面Ost。
圖2(縮寫成〝圖2(Fig.2)〞)係以示意圖方式顯示整合至設備V2中的吸收式急冷器。構件<101>至<114>係如圖1所述之設備V2顯示。另外，在圖2中的吸收式急冷器亦包含冷凝器<211>，其經由導管<110>連接至水脫吸 單元Wdes2<109>且經設立用於在水脫吸單元Wdes2中冷凝自水性液體吸收介質AVO至少部分移除的水。冷凝器<211>較佳地亦包含熱交換器<212>，其可供應冷卻水。
以圖2所示之吸收式急冷器亦包含蒸發器<214>，其經由導管<216>(其可隨意地包含節流裝置<213>)連接至冷凝器<211>及經由導管<101>與水吸收單元Wabs2連接。設立蒸發器<214>以蒸發來自冷凝器的冷凝水。另外，蒸發器<214>更佳地亦可包含熱交換器<215>，其供應一介質，自該介質引出熱，因此將冷凝水蒸發(例如特別以水作為冷卻劑的冷卻劑導管，此冷卻劑通向蒸發器<214>)。
在根據本發明之方法的實施態樣中(使用圖2參考設備V1於下文說明)，源自蒸發器<214>的潮濕氣體混合物G係經由導管<101>通向水吸收單元Wabs1<103>。在水脫吸單元Wdes1移除的水係經由導管<110>供應至冷凝器<211>，該水於其中再冷凝。同樣隨意地為此使用安裝在冷凝器中的冷卻水迴路作為熱交換器<212>。接著冷凝水經由導管<216>供應至蒸發器<214>，在其中特別於低壓下完成水蒸發，因此導致冷卻效應。這亦可隨意地使用節流裝置<213>完成。這在蒸發器<214>中達成冷卻作用，且例如冷卻劑可經由熱交換器<215>冷卻。所產生的水蒸氣接著經由導管<101>返回水吸收單元Wabs1<103>。
隨後的實施例意欲闡述本發明，而不以任何方式限制本發明。
[實施例]
進行本發明實施例I1至I3及比較例C1。
1. 所使用的化學品
EMIM DEP(=二乙基磷酸乙基甲基咪唑鎓)係自Iolitec獲得。
TEP(=磷酸三乙酯)係自Sigma Aldrich獲得。
2. 試驗程序
將3滴個別溶液滴在具有3公分×7公分尺寸及3毫米最大厚度的鋼板(鋼，純度>99.0%)上。根據SOP 1827進行接觸角測定。結果顯示於下表中。
C1為以EMIM DEP與10重量%之水的混合物之比較試驗，且分析在實施例I1、I2和I3中的EMIM DEP、10重量%之水與分別10重量%、1重量%和0.1重量%之TEP的混合物(重量%值總是以混合物總重量為基準計)。
3. 結果
結果顯示包含磷酸三烷酯(在此例子中為磷酸三乙酯)的本發明之吸收介質(I1至I3)相較於那些先前技術者(C1)展現與含鋼表面小的接觸角。這在根據本發明之方法及根據本發明之設備中得到改進的表面濕潤，且因此得到更大且更有效的熱交換。

Claims (13)

  1. 一種在設備V 1中將潮濕氣體混合物G(特別是潮濕空氣)除濕之方法，該方法包含下列步驟：(a)將該潮濕氣體混合物G與水性液體吸收介質A VE接觸，該水性液體吸收介質包含至少一種具有結構(I)之磷酸三烷酯 與至少一種選自由Q +A -、Q +(R 1O) 2PO 2 -、(Q +) 2R 2OPO 3 2-、Q +M +R 3OPO 3 2-所組成群組之鹽S的混合物，其中A VE至少部分吸收來自該潮濕氣體混合物G的水，以得到相較於A VE具有升高的水含量之水性液體吸收介質A VE1及相較於該潮濕氣體混合物G具有相對低水含量之氣體混合物G 1，(b)部分移除A VE1的水，以獲得相較於A VE1具有相對低水含量之水性液體吸收介質A VE2，其中該設備V 1至少部分包含由構造鋼材料製成的表面O st，且在該設備V 1中，A VE、A VE1、A VE2中之至少一者經由至少一個接觸表面接觸該由構造鋼材料製成的表面O st， 其特徵在於：Q +為二烷基咪唑鎓陽離子，其中A -為選自由R*COO -、R'SO 3 -、HSO 4 -、R"SO 4 -所組成群組之陰離子，其中R*、R'、R"、R A、R B、R C、R 1、R 2、R 3彼此各自獨立為烷基，且其中M +為鹼金屬離子。
  2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中Q +為二烷基咪唑鎓陽離子，其中該等烷基彼此各自獨立地具有1至10個碳原子，且其中R*、R'、R"、R A、R B、R C、R 1、R 2、R 3彼此各自獨立為具有1至10個碳原子的烷基，且其中M +=Li +、K +或Na +。
  3. 根據申請專利範圍第1或2項之方法，其中該鹽S係選自Q +A -、Q +(R 1O) 2PO 2 -之群組，且Q +為二烷基咪唑鎓陽離子，其中該等烷基彼此各自獨立地具有1至6個碳原子，且A -為選自由R*COO -、R'SO 3 -、R"SO 4 -所組成群組之陰離子，其中R*、R 1、R'、R"、R A、R B、R C彼此各自獨立為具有1至6個碳原子的烷基。
  4. 根據申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中R A、R B、R C彼此獨立地選自甲基、乙基。
  5. 根據申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中在 該水性液體吸收介質A VE中，所有結構(I)之磷酸三烷酯與所有鹽S的總重量以該水溶液總重量為基準計係在65重量%至95重量%之範圍內。
  6. 根據申請專利範圍第1至5項中任一項之方法，其中在該水性液體吸收介質A VE中，所有結構(I)之磷酸三烷酯的總重量對所有鹽S的總重量之比係在1：9999至1：9之範圍內。
  7. 一種用於將潮濕氣體混合物除濕之設備V 2，其包含下列組件：(i)水性液體吸收介質A VO，其包含至少一種具有結構(I)之磷酸三烷酯 與至少一種選自由Q +A -、Q +(R 1O) 2PO 2 -、(Q +) 2R 2OPO 3 2-、Q +M +R 3OPO 3 2-所組成群組之鹽S的混合物，(ii)至少一個水吸收單元W abs2，其經設立用於將該潮濕氣體混合物與該水性液體吸收介質A VO接觸，(iii)至少一個水脫吸單元W des2，其包含熱交換器W x2且經設立用於至少部分移除水性液體吸收 介質A VO的水，及(iv)迴路U 2，其連接該水吸收單元W abs2與該水脫吸單元W des2，且該水性液體吸收介質A VO可藉該迴路循環，其中該等組件水吸收單元W abs2、水脫吸單元W des2、迴路U 2中之至少一者至少部分包含由構造鋼材料製成的表面O st，且其中在該設備V 2中配置至少一個接觸表面，該水性液體吸收介質A VO係在此接觸表面接觸該由構造鋼材料製成的表面O st，其特徵在於Q +為二烷基咪唑鎓陽離子，其中A -為選自由R*COO -、R'SO 3 -、HSO 4 -、R"SO 4 -所組成群組之陰離子，其中R*、R'、R"、R A、R B、R C、R 1、R 2、R 3彼此各自獨立為烷基，且其中M +為鹼金屬離子。
  8. 根據申請專利範圍第7項之設備V 2，其中Q +為二烷基咪唑鎓陽離子，其中該等烷基彼此各自獨立地具有1至10個碳原子，且其中R*、R'、R"、R A、R B、R C、R 1、R 2、R 3彼此各自獨立為具有1至10個碳原子的烷基，且其中M +=Li +、K +或Na +。
  9. 根據申請專利範圍第7或8項之設備V 2，其中該鹽S係選自Q +A -、Q +(R 1O) 2PO 2 -之群組，且Q +為二烷基咪唑鎓陽 離子，其中該等烷基彼此各自獨立地具有1至6個碳原子，且A -為選自由R*COO -、R'SO 3 -、R"SO 4 -所組成群組之陰離子，其中R*、R 1、R'、R"、R A、R B、R C彼此各自獨立為具有1至6個碳原子的烷基。
  10. 根據申請專利範圍第7至9項中任一項之設備V 2，其中R A、R B、R C彼此獨立地選自甲基、乙基。
  11. 根據申請專利範圍第7至10項中任一項之設備V 2，其中在該水性液體吸收介質A VO中，所有結構(I)之磷酸三烷酯與所有鹽S的總重量以該水溶液總重量為基準計係在65重量%至95重量%之範圍內。
  12. 根據申請專利範圍第7至11項中任一項之設備V 2，其中在該水性液體吸收介質A VO中，所有結構(I)之磷酸三烷酯的總重量對所有鹽S的總重量之比係在1：9999至1：9之範圍內。
  13. 一種吸收熱幫浦，其包含根據申請專利範圍第7至12項中任一項之設備V 2及作為另外組件的冷凝器、蒸發器和冷卻劑，其中該冷卻劑為水。
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