TWI678229B - 潮濕氣體混合物之除濕方法 - Google Patents

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Abstract

本發明關於潮濕氣體混合物之除濕方法。本發明另外關於使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

潮濕氣體混合物之除濕方法
本發明關於潮濕氣體混合物之除濕方法。本發明另外關於使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。
使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，且亦需要使空氣除濕，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，使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使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。與吸附在固體吸收劑上相比，吸收於液體吸收介質的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乾燥，以及使用太 陽熱能更容易進行載水乾燥介質的再生。
另一採用潮濕氣體混合物之除濕的技術領域為吸收式冷卻器(absorption chiller)(原理說明於WO 2014/079675 A1；根據本發明，〝吸收式冷卻器〞與〝吸收式熱泵(absorption heat pump)〞係以同義詞性質使用)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。在此還有，吸收於液體吸收介質中比吸附在固體吸附介質上更有利。
最後，使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。
併入空氣或天然氣除濕設備及冷卻器中之材料的實例包含鈦、銅和貴重金屬。以鋁為底質的組件亦安裝於空氣除濕設備中。與另外的材料諸如鈦、銅或不鏽鋼相比，鋁的優點為其具有較高的導熱性。另外也更容易處理、更輕且更便宜。於是在汽車製造中，尤其由鋁製成的空調系統係比其他的材料更佳。
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空調系統中常用的建構材料具有腐蝕性，以及彼等因此需要使用昂貴的特定建構材料。鋁尤其遭遇到此問題。該等溶液會另造成由於自吸收介質結晶出鹽引起的問題。
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(1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)代替溴化鋰水溶液用於空氣乾燥。然而，此離子液體之缺點為僅有差的吸收能力。
Y.Luo等人之Solar Energy 86(2012)2718-2724提出使用離子液體乙酸1,3-二甲基咪唑(1,3-dimethyimidazolium acetate)作為四氟硼酸1-乙基-3-甲基咪唑之代替物用於空氣乾燥。然而，乙酸1,3-二甲基咪唑不穩定且在脫附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銨或乙酸1-乙基-3-甲基咪唑作為代替氯化鋰水溶液的液體乾燥劑。實施例3係以一系列其他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。據報導該吸收介質對鋼為非腐蝕性。所述之離子液體尤其為二甲基磷酸1,3-二甲基咪唑(1,3-dimethyimidazolium dimethylphosphate)、二甲基磷酸1-乙基-3-甲基咪唑(1-ethyl-3-methylimidazolium dimethylphosphate)和二甲基磷酸1-丁基-3-甲基咪唑(1-butyl-3-methylimidazolium dimethylphosphate)。然而，CN 102335545 A主要涉及以鋼為底質之空氣除濕器。與鋁相比，此材料還有出於上述理由的缺點。另外，以CN 102335545 A所列舉之離子液體達成的熱轉移(其對有 效的空氣除濕而言是重要的)為相對低的。
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，尤其容易使用確保在吸收介質本身與空氣除濕器的其他構件之間特別良好的熱轉移之吸收介質。在使用金屬組件(例如鋁)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，其在用於以鋁為底質之空調系統、空氣除濕器、吸收式冷卻器等時，確保與先前技術的吸收介質相比具有改進之熱轉移。
現已發現令人訝異地滿足此目的之吸收介質。
發明的詳細說明
在第一態樣中，本發明因此關於在設備V 1 中使潮濕氣體混合物G，尤其是潮濕空氣，除濕之方法，該方法包含下列步驟：(a)使潮濕氣體混合物G與液體吸收介質A VE 接觸，該液體吸收介質A VE 包含至少一種具有以下結構(I)之磷酸三烷酯
Figure TWI678229B_D0001
 與至少一種鹽S之混合物，該鹽S係選自由Q+A-、Q+(R1O)2PO2 -、(Q+)2R2OPO3 2-、Q+M+R3OPO3 2-所組 成之群組，其中，液體吸收介質A VE 至少部分吸收來自潮濕氣體混合物G的水，以獲得具有與液體吸收介質A VE 相比為提高的水含量之液體吸收介質A VE1 以及具有與潮濕氣體混合物G相比為相對低的水含量之氣體混合物G 1 ，(b)至少部分移除液體吸收介質A VE1 的水，以獲得具有與液體吸收介質A VE1 相比為相對低的水含量之液體吸收介質A VE2 ，其中，設備V 1 至少部分包含構造之鋁材料製成的表面O A1 ，且在設備V 1 中，選自由A VE 、A VE1 、A VE2 所組成之群組的至少一液體吸收介質係經由至少一接觸表面與構造之鋁材料製成的表面O A1 接觸，其特徵在於Q+為二烷基咪唑鎓陽離子(dialkylimidazolium cation)，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 -所組成之群組的陰離子；其中，R*、R'、R"、RA、RB、RC彼此各自獨立為特別是具有1至10個碳原子的烷基，其中，R1、R2、R3彼此各自獨立為特別是具有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+，更佳為 K+或Na+。
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，尤其是水蒸氣〞。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)，且其組成另外未受到特別的限制。此潮濕氣體混合物的水含量未受到特別的限制且尤其為0.01體積%至99.99體積%(〝體積%〞表示以潮濕氣體混合物G的總體積為基準計之水蒸氣體積)。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尤其選自潮濕天然氣、潮濕空氣(這可為室內潮濕空氣或是吸收式冷卻器中的水蒸發所致之潮濕空氣)，較佳為潮濕空氣。就潮濕天然氣而言，水含量尤其為0.01體積%至15.00體積%，就潮濕空氣而言，在室內潮濕空氣的例子中的水含量尤其為0.01體積%至15.00體積%，或於涉及吸收式冷卻器中的水蒸發所致之潮濕空氣時的水含量(較佳範圍)尤其為95.00體積%至99.99體積%。
根據本發明之方法係在設備V 1 中進行，該設備V 1 至少部分包含構造之鋁材料製成的表面O A1 (在本發明的上下文中，O A1 為〝構造之鋁材料製成的表面〞之簡稱)，且 其中，選自由A VE 、A VE1 、A VE2 所組成之群組的至少一液體吸收介質係經由至少一接觸表面與構造之鋁材料製成的表面O A1 接觸。
特別可使用具有下列組件的設備V 1 ：(i)至少一吸水單元W abs1 ，用以使潮濕氣體混合物與液體吸收介質A VE 接觸，(ii)至少一脫水單元W des1 ，其包含熱交換器W x1 且用以至少部分移除液體吸收介質A VE 的水，以及(iii)迴路(circuit)U 1 ，其連接吸水單元W abs1 與脫水單元W des1 ，且藉此使液體吸收介質A VE 可以循環。
吸水單元W abs1 為特別於其中進行根據本發明之方法的步驟a)之組件。可用作吸水單元W abs1 的是尤其為那些熟習本技術領域者已知的吸水器。該吸水器係建基於增加液體吸收介質A VE 的表面積及同時在吸水期間達成液體吸收介質A VE 於吸水器中最長可能的滯留時間之原則。在此尤其可使用選自下列群組的吸水器(water absorber)：填充床(packed bed)、噴霧塔(spray column)、降膜(falling-film)、泡罩塔(bubble column)、層板塔(tray column)、濕式洗滌器(wet scrubber)(例如文氏管洗滌器(Venturi scrubber))、攪拌槽(stirred tank)及該等吸收器之組合。尤其佳的是使用降膜作為吸水器，尤其為殼管式降膜(shell and tube falling-film)。吸水單元W abs1 亦可特別包含另外的熱交換器W z1 ，用以使液體吸收介質A VE 可冷卻。
包含熱交換器W x1 的脫水單元W des1 為特別於其中進行根據本發明之方法的步驟b)之單元。脫水單元W des1 係建基於供應熱至載水(water-laden)液體吸收介質A VE (特別為A VE1 )、增加載水液體吸收介質A VE (特別為A VE1 )的表面積及同時達成載水液體吸收介質A VE (特別為A VE1 )於脫水單元中最長可能的滯留時間(residence time)之原則。
可用作包含熱交換器W x1 之脫水單元W des1 的尤其為那些熟習本技術領域者已知的熱交換器與脫水器之組合，尤其為具有上游熱交換器(特別為殼管式熱交換器(shell and tube heat exchanger)、板框式熱交換器(plate and frame heat exchanger))之平管式蒸發器(horizontal tube evaporator)。另外，包含熱交換器W x1 之脫水單元W des1 亦可為具有整合之熱交換器(integrated heat exchanger)的脫水器。此具有整合之熱交換器的脫水器尤其為升膜蒸發器(climbing film evaporator)、長管垂直蒸發器(long tube vertical evaporator)、短管垂直蒸發器(short tube vertical evaporator)、強制循環蒸發器(forced circulation evaporator)、攪動式薄膜蒸發器(agitated thin film evaporator)。尤其佳的是使用降膜作為脫水單元W des1 ，尤其為殼管式降膜。
迴路U 1 特別將來自根據本發明之方法的步驟a)之A VE1 從吸水單元W abs1 通向脫水單元W des1 ，且更佳地-尤其是根據本發明之方法係以連續方式進行時-又將來自根據 本發明之方法的步驟b)之A VE2 從吸水單元W des1 通向脫水單元W abs1 。
迴路U 1 尤其為導管，尤其選自由管子(tube)、軟管(hose)所組成之群組。
在另一較佳的實施態樣中，迴路U 1 亦包含泵(pump)。
根據本發明之方法的第一步驟包含使潮濕氣體混合物G與液體吸收介質A VE 接觸，該液體吸收介質A VE 包含至少一種具有以下結構(I)之磷酸三烷酯
Figure TWI678229B_D0002
 與至少一種鹽S之混合物，該鹽S係選自由Q+A-、Q+(R1O)2PO2 -、(Q+)2R2OPO3 2-、Q+M+R3OPO3 2-所組成之群組。可以那些熟習本技術領域者已知的任何方式完成接觸，尤其在吸水單元W abs1 中。接觸使得吸收介質A VE 至少部分吸收潮濕氣流G的濕氣(亦即水)，以提供具有與液體吸收介質A VE 相比為提高的水含量之液體吸收介質A VE1 以及具有與潮濕氣體混合物G相比為相對低的水含量之氣體混合物G 1 。
較佳的是在潮濕氣體混合物G的接觸期間冷卻吸收介質A VE ，以便從潮濕氣體混合物G吸收儘可能多的濕氣。這可例如藉由在吸水單元W abs1 中另外的熱交換器W z1 達成。在潮濕氣體混合物G的接觸期間的吸收介質A VE 之溫度因此較佳地在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A VE 包含至少一種具有以下結構(I)之磷酸三烷酯
Figure TWI678229B_D0003
 與至少一種鹽S之混合物，該鹽S係選自由Q+A-、Q+(R1O)2PO2 -、(Q+)2R2OPO3 2-、Q+M+R3OPO3 2-所組成之群組，其中，Q+為1,3-二烷基咪唑鎓陽離子(1,3-dialkylimidazolium cation)，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 -所組成之群組的陰離子，其中，R*、R'、R"、RA、RB、RC彼此各自獨立為特別是具有1至10個碳原子的烷基，其中，R1、R2、R3彼此各自獨立為特別是具有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的一較佳實施態樣中，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的一更佳實施態樣中，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的又一更佳實施態樣中，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-dimethylimidazolium)、1,3-二乙基咪唑鎓(1,3-diethylimidazolium)、1-乙基-3-甲基咪唑鎓(1-ethyl-3-methylimidazolium)所組成之群組；RA、RB、RC、R1為甲基或乙基。
而且，在根據本發明之方法的所有前述實施態樣中，尤其佳的是當RA、RB、RC彼此獨立地選自甲基、乙基時，又更佳地RA=RB=RC=甲基或RA=RB=RC=乙基，尤其佳地RA=RB=RC=乙基。
這是因為現已驚訝地發現具有至少一乙基的咪唑鹽(imidazolium salt)具有特別小的接觸角，因此確保特別良好的表面濕潤(surface wetting)。這造成相對大的接觸面積，因此亦造成較少的非濕潤空間(nonwetted space)，因此造成設備V 1 內部改進的熱轉移，並因此得到非常有效的方法。
在根據本發明之方法中，液體吸收介質A VE 可以結構 (I)之磷酸三烷酯與鹽S之純混合物的形式使用。或者且更佳地，在根據本發明之方法中，液體吸收介質A VE 為水溶液，其中尤其是，所有結構(I)之磷酸三烷酯與所有鹽S的總重量是在以水溶液的總重量為基準計為65重量%至95重量%之範圍內。又更佳的是A VE 中所有結構(I)之磷酸三烷酯與所有鹽S的總重量係在以水溶液的總重量為基準計為70重量%至90重量%之範圍內、又更佳地在75重量%至87重量%之範圍內時。
根據本發明之方法中，在吸收介質A VE 中的所有結構(I)之磷酸三烷酯對鹽S之比並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的吸收介質A VE ，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具有與潮濕氣體混合物G相比為相對低的水含量之氣體混合物G 1 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，或在天然氣的例子中其可供應於發電。
在根據本發明之方法的第一步驟中所獲得之吸收介質A VE1 具有與液體吸收介質A VE 相比為提高的水含量。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，A VE1 與A VE 相同且較佳地僅以水含量彼此區別。
根據本發明之方法的第二步驟包含至少部分移除液體吸收介質A VE1 的水，以獲得具有與液體吸收介質A VE1 相比為相對低的水含量之液體吸收介質A VE2 。這特別另外包含供應熱至液體吸收介質A VE1 。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，尤其在包含熱交換器W x1 之脫水單元W des1 中。至少部分移除液體吸收介質A VE1 的水提供了具有與液體吸收介質A VE1 相比為相對低的水含量之液體吸收介質A VE2 。
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，液體吸收介質A VE2 與A VE1 相同且較佳地僅以水含量彼此區別。
根據本發明之方法的一基本特徵為設備V 1 至少部分包含構造之鋁材料製成的表面O A1 (在本發明的上下文中，O A1 為〝構造之鋁材料製成的表面〞之縮寫)。
在本發明的上下文中，應瞭解構造之鋁材料(aluminium material of construction)意指非合金之鋁(unalloyed aluminium)和鋁合金(aluminium alloy)二者，其中尤其是，鋁的質量分率(mass fraction)係大於每一其他元素的質量分率。構造之鋁材料較佳為非合金之鋁。
非合金之鋁尤其為具有純度為>80重量%、更佳為>85重量%、又更佳為>90重量%、還又更佳為>95重量%、還又更佳為>98重量%之鋁。其尤其是具有純度為>99.0重量%、更佳為>99.5重量%、更佳為>99.9重量%之最高純度的 鋁。
除了鋁以外，鋁合金包含特別是至少一選自由鎂、錳、矽、鋅、鉛、銅、鈦、鐵所組成之群組的合金金屬，更佳地選自由鎂、錳、矽、鋅、鉛、銅、鈦所組成之群組。構造之鋁材料於是可特別呈鍛軋合金(wrought alloy)或鑄造合金(cast alloy)的形式。
根據本發明之方法的另一基本特徵為在設備V 1 中，選自由A VE 、A VE1 、A VE2 所組成之群組的至少一液體吸收介質係經由至少一接觸表面與構造之鋁材料製成的表面O A1 接觸。應瞭解此意所論述的液體吸收介質A VE 、A VE1 或A VE2 係在此接觸表面與構造之鋁材料製成的表面O A1 直接接觸。在本發明的上下文中，應瞭解〝直接接觸(in direct contact)〞意指〝濕潤(wetting)〞。應理解選自由A VE 、A VE1 、A VE2 所組成之群組的液體吸收介質與包含於該接觸表面中的鋁因此為直接接觸。包含於該接觸表面中的鋁未受到特別的限制且特別地選自由元素鋁或鋁化合物所組成之群組，諸如尤其為鈍化鋁(passivated aluminium)(在此應瞭解鈍化鋁特別意指氧化鋁)。
在使用設備V 1 及設備V 1 包含下列組件的根據本發明之實施態樣中：(i)至少一吸水單元W abs1 ，用以使潮濕氣體混合物與液體吸收介質A VE 接觸，(ii)至少一脫水單元W des1 ，其包含熱交換器W x1 且用以至少部分移除液體吸收介質A VE 的水，以及 (iii)迴路U 1 ，其連接吸水單元W abs1 與脫水單元W des1 ，且藉此可使液體吸收介質A VE 循環，選自由A VE 、A VE1 、A VE2 所組成之群組的液體吸收介質與構造之鋁材料製成的表面O A1 接觸的接觸表面，特別設置於選自吸水單元W abs1 、脫水單元W des1 、迴路U 1 之群組的組件之至少一者中，較佳地於選自吸水單元W abs1 、脫水單元W des1 之群組的組件之至少一者中。
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之混合物顯示構造之鋁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構造之鋁材料製成的表面O A1 之設備V 1 中的液體吸收介質，其中選自由A VE 、A VE1 、A VE2 所組成之群組的吸收介質之一者係與構造之鋁材料製成的表面O A1 直接接觸。
在另一較佳的實施態樣中，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)，且在各例子中又進行的步驟a)中所使用之液體吸收介質A VE 至少部分為前面剛進行的步驟b)所獲得的液體吸收介質A VE2 ，亦即特別地在各例子中又進行的步驟a)中所使用之液體吸收介質A VE 的水含量與來自剛於之前的步驟b)之液體吸收介質A VE2 的水含量相同。
此實施態樣包含以來自液體吸收介質A VE2 的熱加熱液體吸收介質A VE1 時更佳。這可以另外的熱交換器W y1 進 行，其特別選自由殼管式熱交換器及板框式熱交換器所組成之群組。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，本發明亦關於使潮濕氣體混合物，尤其是潮濕空氣，除濕之設備V 2 ，其包含下列組件：(i)液體吸收介質A VO ，其包含至少一種具有以下結構(I)之磷酸三烷酯(ii)
Figure TWI678229B_D0004
與至少一種鹽S之混合物，該鹽S係選自由Q+A-、Q+(R1O)2PO2 -、(Q+)2R2OPO3 2-、Q+M+R3OPO3 2-所組成之群組，(iii)至少一吸水單元W abs2 ，用以使潮濕氣體混合物與液體吸收介質A VO 接觸，(iv)至少一脫水單元W des2 ，其包含熱交換器W x2 且用以至少部分移除液體吸收介質A VO 的水，以及(v)迴路U 2 ，其連接吸水單元W abs2 與脫水單元W des2 ，且藉此可使液體吸收介質A VO 循環，其中，組件吸水單元W abs2 、脫水單元W des2 、迴路U 2 中之至少一者係至少部分包含構造之鋁材料製成的表面O A1 ，且其中，在設備V 2 中設置有至少一接觸表面，液體吸收介質A VO 係在此與構造之鋁材料製成的表面O A1 接觸， 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 -所組成之群組的陰離子，其中，R*、R'、R"、RA、RB、RC彼此各自獨立為特別是具有1至10個碳原子的烷基，其中，R1、R2、R3彼此各自獨立為特別是具有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+，更佳為K+或Na+。
根據本發明之設備V 2 適合於潮濕氣體混合物，尤其是潮濕空氣，的除濕。該設備包含下列組件：根據本發明之設備V 2 包含液體吸收介質A VO 作為第一組件，其包含至少一種具有以下結構(I)之磷酸三烷酯
Figure TWI678229B_D0005
 與至少一種鹽S之混合物，該鹽S係選自由Q+A-、Q+(R1O)2PO2 -、(Q+)2R2OPO3 2-、Q+M+R3OPO3 2-所組成之群組，Q+為二烷基咪唑鎓陽離子，其中特別是，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 -所組成之群組的陰離子， 其中，R*、R'、R"、RA、RB、RC彼此各自獨立為特別是具有1至10個碳原子的烷基，其中，R1、R2、R3彼此各自獨立為特別是具有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V 2 的一較佳的實施態樣中，在吸收介質A VO 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V 2 的一更佳的實施態樣中，在吸收介質A VO 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V 2 的一又更佳的實施態樣中，在吸收介質A VO 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V 2 的所有前述實施態樣中，尤其佳的是當吸收介質A VO 中的RA、RB、RC彼此獨立地選自甲基、乙基時；又更佳地RA=RB=RC=甲基或 RA=RB=RC=乙基，尤其佳地RA=RB=RC=乙基。
這是因為現已驚訝地發現其中R=乙基的咪唑鹽具有特別小的接觸角(contact angle)，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，因此造成設備V 2 內部改進的熱轉移。
液體吸收介質A VE 可以結構(I)之磷酸三烷酯與鹽S之純混合物的形式用於根據本發明之設備V 2 中。或者且更佳地，在根據本發明之設備V 2 中，液體吸收介質A VO 為水溶液，其中尤其是，所有結構(I)之磷酸三烷酯與所有鹽S的總重量是在以水溶液的總重量為基準計為65重量%至95重量%之範圍內。又更佳的是A VO 中的所有結構(I)之磷酸三烷酯與所有鹽S的總重量係在以水溶液的總重量為基準計為70重量%至90重量%之範圍內、又更佳地在75重量%至87重量%之範圍內時。
在根據本發明之設備V 2 中，在吸收介質A VO 中的所有結構(I)之磷酸三烷酯對鹽S之比並未受到進一步的限制。然而，在根據本發明之設備V 2 中，較佳的是使用其中所有結構(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之範圍內的吸收介質A VO 。
根據本發明之設備V 2 包含吸水單元W abs2 作為第二組件，用以使潮濕氣體混合物與液體吸收介質A VO 接觸。吸水單元W abs2 可特別是包含另外的熱交換器W z2 ，用以使得液體吸收介質A VO 可冷卻。可用作此種吸水單元W abs2 的特 別為那些熟習本技術領域者已知的吸水器。該吸收器係建基於增加液體吸收介質A VO 的表面積及同時在吸水期間達成液體吸收介質A VO 於吸水器中最長可能的滯留時間之原則。在此特別可使用選自下列群組的吸水器：填充床、噴霧塔、降膜、泡罩塔、層板塔、濕式洗滌器(例如文氏管洗滌器)、攪拌槽及該等吸收器之組合。特別佳的是使用降膜作為吸水器，特別為殼管式降膜。
根據本發明之設備V 2 包含脫水單元W des2 作為第三組件，其包含熱交換器W x2 ，且用以至少部分移除液體吸收介質A VO 的水。為此可使用的特別是那些熟習本技術領域者已知的熱交換器與脫水器之組合。脫水單元W des2 係建基於供應熱至液體吸收介質A VO 、增加液體吸收介質A VO 的表面積及同時達成液體吸收介質A VO 於脫水單元中最長可能的滯留時間之原則。
可用作包含熱交換器W x1 之脫水單元W des2 的特別為那些熟習本技術領域者已知的熱交換器與脫水器之組合，特別為具有上游熱交換器(特別為殼管式熱交換器、板框式熱交換器)的平管式蒸發器。另外，包含熱交換器W x2 之脫水單元W des2 亦可為具有整合之熱交換器的脫水器。此等具有整合之熱交換器的脫水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。特別佳的是使用降膜，特別為殼管式降膜作為脫水單元W des2 。
根據本發明之設備V 2 包含迴路U 2 作為第四組件，其連 接吸水單元W abs2 與脫水單元W des2 ，且藉此可使液體吸收介質A VO 循環。迴路U 2 較佳為導管，更佳為選自由管子、軟管所組成之群組。在另一較佳的實施態樣中，迴路U 2 亦包含泵(pump)。
根據本發明之設備V 2 的一基本特徵為該設備至少部分包含構造之鋁材料製成的表面O A1 (在本發明的上下文中，O A1 為〝構造之鋁材料製成的表面〞之縮寫)。
在本發明的上下文中，應瞭解構造之鋁材料意指非合金之鋁和鋁合金二者，其中尤其是，鋁的質量分率係大於每一其他元素的質量分率。構造之鋁材料較佳為非合金之鋁。
非合金之鋁尤其為具有純度為>99.0重量%、更佳為>99.9重量%之最高純度的鋁。
除了鋁以外，鋁合金包含特別是至少一選自由鎂、錳、矽、鋅、鉛、銅、鈦、鐵所組成之群組的合金金屬，更佳地選自由鎂、錳、矽、鋅、鉛、銅、鈦所組成之群組。構造之鋁材料於是可特別為鍛軋合金或鑄造合金的形式。
根據本發明之設備V 2 的另一基本特徵為在該設備中設置有接觸表面，液體吸收介質A VO 係在此與構造之鋁材料製成的表面O A1 接觸。應瞭解此意指液體吸收介質A VO 係在此接觸表面與構造之鋁材料製成的表面O A1 直接接觸。在本發明的上下文中，應瞭解〝直接接觸〞意指〝濕潤〞。應理解液體吸收介質A VO 與包含於該接觸表面中的鋁因此 為直接接觸。包含於該接觸表面中的鋁未受到特別的限制且特別地選自由元素鋁或鋁化合物所組成之群組，諸如尤其為鈍化鋁(在此應瞭解鈍化鋁特別意指氧化鋁(aluminium oxide))。
在一較佳的實施態樣中，設備V 2 包含另一熱交換器W y2 (除了脫水單元W des2 所包含的熱交換器W x2 以外)。設立熱交換器W y2 使得液體吸收介質A VO ，從吸水單元W abs2 送至脫水單元W des2 ，可被供熱(來自液體吸收介質A VO (該介質係導離脫水單元W des2 ))。這可藉由使用熱交換器W y2 而確保，特別為選自殼管式熱交換器、板框式熱交換器的熱交換器。
在另一較佳的實施態樣中，設備V 2 為吸收式熱泵(absorption heat pump)的一部分。此吸收式熱泵於是包含冷凝器(condenser)、蒸發器及冷卻劑作為其他組件，其中冷卻劑為水。
冷凝器尤其經由導管連接至脫水單元W des2 ，且用於冷凝(condensing)脫水單元W des2 中從液體吸收介質A VO 至少部分移除的水。冷凝器較佳地亦包含冷卻水迴路。
蒸發器尤其經由導管(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吸水單元W abs2 ，且用以蒸發來自冷凝器之冷凝水。蒸發器較佳地亦包含<1巴(bar)、更佳為<0.1巴之壓力，以使得能在最低的可能溫度下蒸發冷凝水。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，冷卻劑於其中通向水被蒸發的空間)。
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的較佳實施態樣。
圖1(縮寫成〝圖1(Fig.1)〞)顯示根據本發明之設備V 2 /V 1 的實施態樣。
在圖1中所示之設備V 2 包含吸水單元W abs2 <103>(具有隨意地另外的熱交換器W z2 <104>)，導管<101>係通向該單元及導管<102>係自該單元離開；脫水單元W des2 ，其包含熱交換器W x2 <108>和脫水器<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U 2 (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W y2 <107>，導管<106>和<112>係通向彼及導管<105>和<111>係自彼離開。另外，設備亦包含液體吸收介質A VO 。該介質係設置在前述組件吸水單元W abs2 、脫水單元W des2 、迴路U 2 中之一或多者中。吸水單元W abs2 <103>亦可隨意地包含另外的熱交換器W z2 <104>。設備V 2 ，特別是選自由吸水單元W abs2 、脫水單元W des2 、迴路U 2 所組成之群組的至少一組件，係至少部分包含構造之鋁材料製成的表面O A1 ，且有至少一接觸表面，液體吸收介質A VO 係在此與構造之鋁材料製成的表面O A1 接觸。迴路U 2 亦可隨意地另外包含用於運送液體吸收介質之泵(pump)。
設備V 1 相當於沒有吸收介質A VO 之設備V 2 ，其中在圖1和圖2的圖式說明中，術語U 2 、W abs2 、W des2 、W x2 、W y2 、W z2 分別以U 1 、W abs1 、W des1 、W x1 、W y1 和W z1 替換。
根據本發明之方法現使用圖1參照設備V 1 例示說明之：潮濕氣體混合物G之流(該流可為潮濕空氣、潮濕天然氣或源自吸收式冷卻器之蒸發器的潮濕氣體混合物-亦參考圖2有關此選項)係經由導管<101>供應至吸水單元W abs1 <103>且在此與經由導管<105>或經由導管<113>供應至吸水單元W abs1 <103>的液體吸收介質A VE 接觸。吸水單元W abs1 <103>可為上文就W abs1 所列舉之任一吸水器，尤其是降膜。在吸水單元W abs1 <103>中，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>供應的液體吸收介質A VE 接觸，以提供具有與液體吸收介質A VE 相比為提高的水含量之液體吸收介質A VE1 及經由導管<102>排出之氣體混合物G 1 之流，G 1 具有與潮濕氣體混合物G相比為相對低的水含量。取決於應用而定，G 1 尤其為除濕之空氣或除濕之天然氣。吸水單元W abs1 <103>亦可隨意地包含另外的熱交換器W z1 <104>。液體吸收介質A VE1 接著較佳地經由導管<106>、<111>及熱交換器W y1 <107>(或當不使用熱交換器W y1 <107>時，則經由導管<106>、<111>和<114>)通向由熱交換器W x1 <108>及脫水器<109>所組成的脫水單元W des1 。可於隨意的熱交換器 W y1 <107>中另供熱予載水(water-laden)液體吸收介質A VE1 。接著在脫水器<109>中進行從液體吸收介質A VE1 移除至少部分的水，而提供具有與液體吸收介質A VE1 相比為相對低的水含量之液體吸收介質A VE2 。移除的水接著以液體或蒸氣(較佳為蒸氣)經由導管<110>從脫水器<109>排出。接著從脫水器<109>排出液體吸收介質A VE2 且返回吸水單元W abs1 <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>。或者且較佳地，液體吸收介質A VE2 亦可經由導管<112>供應至隨意的(optional)熱交換器W y1 <107>，接著於其中以來自經由導管<112>供應至隨意的熱交換器W y1 <107>之液體吸收介質A VE2 的熱供應經由導管<106>供應至隨意的熱交換器W y1 <107>之液體吸收介質A VE1 。一旦濃縮之液體吸收介質A VE2 已經由導管<105>或<113>供應至吸水單元W abs1 時，該介質在新循環中再用作為用於使氣流至少部分除濕的A VE 。本發明基本的是在此方法中，根據圖1之設備，較佳為選自由吸水單元W abs1 <103>(在圖1中，該單元包含熱交換器<104>)、脫水單元W des1 (在圖1中，該單元包含熱交換器<108>)、迴路U 1 (在圖1中，其係由導管<106>、<111>、<113>或<106>、<111>、<112>、<105>所構成，且在各情況中亦隨意地還有導管<114>)所組成之群組的至少一組件，係至少部分包含構造之鋁材料製成的表面O A1 ，且在設備中設置有至少一接觸表面，液體吸收介質A VE 、A VE1 、A VE2 中之至少一者係在此與構造之鋁材料製 成的表面O A1 接觸。
圖2(縮寫成〝圖2(Fig.2)〞)係以示意圖方式顯示整合了設備V 2 的吸收式冷卻器。構件<101>至<114>係如圖1所述之設備V 2 顯示。另外，在圖2中的吸收式冷卻器亦包含冷凝器<211>，其經由導管<110>連接至脫水單元W des2 <109>且用於冷凝在脫水單元W des2 中從液體吸收介質A VO 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所示之吸收式冷卻器亦包含蒸發器<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>與吸水單元W abs2 連接。蒸發器<214>係用於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，因此使冷凝水蒸發(例如尤其是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一實施態樣中(使用圖2參照設備V 1 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>通向吸水單元W abs1 <103>。在脫水單元W des1 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。亦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>，在其中尤其是於低壓下完成水蒸發，因而產生冷卻效應。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>返回吸水單元W abs1 <103>。
101,102,105,106,110,111,112,113,114,216‧‧‧導管
103‧‧‧吸水單元
104,107,108,212,215‧‧‧熱交換器
109‧‧‧脫水器
211‧‧‧冷凝器
213‧‧‧節流裝置
214‧‧‧蒸發器
圖1(縮寫成〝圖1(Fig.1)〞)顯示根據本發明之設備V 2 /V 1 的實施態樣。
圖2(縮寫成〝圖2(Fig.2)〞)係以示意圖方式顯示整合設備V 2 的吸收式冷卻器。
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。
進行本發明實施例I1至I6及比較例C1和C2。在試驗C1中使用I1至I3無水溶液。在試驗C2中使用I4至I6水溶液。
1.所使用的化學品
EMIM DEP(=二乙基磷酸乙基甲基咪唑(ethylmethylimidazolium diethylphosphate))係來自Iolitec。
TEP(=磷酸三乙酯(triethyl phosphate))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毫米最大厚度的鋁盤(最高純度的鋁，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為使用純EMIM DEP的比較試驗，而在試驗I1、I2和I3中則分析EMIM DEP分別與10重量%、1重量%和0.1重量%之TEP的混合物(重量%值係以混合物的總重量為基準計)。
C2為使用EMIM DEP與10重量%水之混合物的比較試驗，而在試驗I4、I5和I6中則分析EMIM DEP及10重量%水分別與10重量%、1重量%和0.1重量%之TEP的混合物(重量%值係以混合物的總重量為基準計)。
3.結果
結果顯示，與那些先前技術者(C1、C2)相比，根據本發明之吸收介質(I1至I3、I4至I6)展現對含鋁表面的小接觸角，因此確保在根據本發明之方法中/就根據本發明之設備，良好的熱傳導。使用咪唑鹽(imidazolium salt)與磷酸三烷酯(trialkyl phosphate)(在此例子中為磷酸三乙酯)因此驚訝地達成更好的含鋁表面之濕潤及因此更大且更有效的熱轉移。

Claims (15)

  1. 一種在設備V 1 中使潮濕氣體混合物G除濕之方法，該方法包含下列步驟：(a)使該潮濕氣體混合物G與液體吸收介質A VE 接觸，該液體吸收介質A VE 包含至少一種具有以下結構(I)之磷酸三烷酯與至少一種鹽S之混合物，該鹽S係選自由Q+(R1O)2PO2 -所組成之群組，其中該液體吸收介質A VE 至少部分吸收來自該潮濕氣體混合物G的水，以獲得具有與該液體吸收介質A VE 相比為提高的水含量之液體吸收介質A VE1 以及具有與該潮濕氣體混合物G相比為相對低的水含量之氣體混合物G 1 ，(b)至少部分移除該液體吸收介質A VE1 的水，以獲得具有與該液體吸收介質A VE1 相比為相對低的水含量之液體吸收介質A VE2 ，其中，該設備V 1 至少部分包含構造之鋁材料製成的表面O A1 ，且在該設備V 1 中，選自由A VE 、A VE1 、A VE2 所組成之群組的至少一液體吸收介質係經由至少一接觸表面與構造之鋁材料製成的表面O A1 接觸，其特徵在於Q+為二烷基咪唑鎓陽離子，其中，RA、RB、RC彼此各自獨立為烷基，其中，R1為烷基。
  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，其中烷基係彼此各自獨立地具有1至10個碳原子，且其中，RA、RB、RC、R1彼此各自獨立為具有1至10個碳原子的烷基。
  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+(R1O)2PO2 -，且Q+為二烷基咪唑鎓陽離子，其中烷基係彼此各自獨立地具有1至6個碳原子，其中，R1、RA、RB、RC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或2項之方法，其中，RA、RB、RC彼此獨立地選自甲基、乙基。
  5. 根據申請專利範圍第1或2項之方法，其中，該液體吸收介質A VE 為水溶液。
  6. 根據申請專利範圍第5項之方法，其中，在該液體吸收介質A VE 中，所有結構(I)之磷酸三烷酯與所有鹽S的總重量係在以該水溶液的總重量為基準計為65重量%至95重量%之範圍內。
  7. 根據申請專利範圍第1或2項之方法，其中，在該液體吸收介質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。
  8. 一種用於使潮濕氣體混合物除濕之設備V 2 ，其包含下列組件：(i)液體吸收介質A VO ，其包含至少一種具有以下結構(I)之磷酸三烷酯與至少一種鹽S之混合物，該鹽S係選自由Q+(R1O)2PO2 -所組成之群組，(ii)至少一吸水單元W abs2 ，用以使該潮濕氣體混合物與該液體吸收介質A VO 接觸，(iii)至少一脫水單元W des2 ，其包含熱交換器W x2 且用以至少部分移除液體吸收介質A VO 的水，以及(iv)迴路U 2 ，其連接該吸水單元W abs2 與該脫水單元W des2 ，且該液體吸收介質A VO 可藉由該迴路U 2 循環，其中，該等組件吸水單元W abs2 、脫水單元W des2 、迴路U 2 中之至少一者係至少部分包含構造之鋁材料製成的表面O A1 ，且其中，在該設備V 2 中設置有至少一接觸表面，該液體吸收介質A VO 係在此與構造之鋁材料製成的表面O A1 接觸，其特徵在於Q+為二烷基咪唑鎓陽離子，其中，RA、RB、RC彼此各自獨立為烷基，其中，R1為烷基。
  9. 根據申請專利範圍第8項之設備V 2 ，其中，Q+為二烷基咪唑鎓陽離子，其中烷基係彼此各自獨立地具有1至10個碳原子，且其中，RA、RB、RC、R1彼此各自獨立為具有1至10個碳原子的烷基。
  10. 根據申請專利範圍第8或9項之設備V 2 ，其中，該鹽S係選自Q+(R1O)2PO2 -之群組，且Q+為二烷基咪唑鎓陽離子，其中烷基係彼此各自獨立地具有1至6個碳原子，其中，R1、RA、RB、RC彼此各自獨立為具有1至6個碳原子的烷基。
  11. 根據申請專利範圍第8或9項之設備V 2 ，其中，RA、RB、RC彼此獨立地選自甲基、乙基。
  12. 根據申請專利範圍第8或9項之設備V 2 ，其中，該液體吸收介質A VO 為水溶液。
  13. 根據申請專利範圍第12項之設備V 2 ，其中，在該液體吸收介質A VO 中，所有結構(I)之磷酸三烷酯與所有鹽S的總重量係在以該水溶液的總重量為基準計為65重量%至95重量%之範圍內。
  14. 根據申請專利範圍第8或9項之設備V 2 ，其中，在該液體吸收介質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。
  15. 一種吸收式熱泵(absorption heat pump)，其包含根據申請專利範圍第8至14項中任一項之設備V 2 以及作為另外組件的冷凝器(condenser)、蒸發器和冷卻劑，其中，該冷卻劑為水。
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