一种溶剂液相低温冒泡吸收气体的设备及方法与流程

本申请涉及气体吸收分离，具体涉及一种溶剂液相低温冒泡吸收气体的设备及方法。

背景技术：

1、在生物、化工及医药生产过程中，通常会伴随各类气相组分产生，其中部分为具有回收价值的目标产物，部分为需净化处理的有害组分，高效吸收分离此类气体是工业生产的关键环节。目前工业常用的气体吸收工艺包括顶空溶剂冒泡法、喷淋塔吸收法、冷凝法等。

2、顶空溶剂冒泡法与喷淋塔吸收法均依托溶剂与气相组分的极性相容特性实现吸收分离，工艺运行稳定，设备结构简单，但吸收效果受溶剂饱和容量与气液交换效率双重限制；常温工况下对低沸点组分吸收推动力不足，整体回收率偏低，若降低体系温度以强化吸收效果，常规极性溶剂粘度会急剧上升，甚至出现凝固现象，进而导致鼓泡传质受阻、气液接触效率下降，无法适配低温工况下的连续运行。

3、冷凝法依托冷环境降低气相组分饱和蒸气压，实现组分凝聚捕集，对高沸点组分回收效果优异，但无法有效适配含水汽的气相体系，尤其针对反应后的高温高湿反应气体，水汽易在冷媒换热面快速结霜结垢，造成换热效率持续衰减，需频繁停机开展除霜作业，无法实现长周期连续运行；同时该工艺对低沸点轻组分的凝聚捕集效率有限，难以实现全组分高效回收。

4、综上，现有技术无法同时兼顾低温工况下对高湿、含低沸点组分气体的高效气液传质与稳定凝聚捕集效果。

5、申请内容

6、本申请提供了一种溶剂液相低温冒泡吸收气体的设备及方法，旨在解决现有技术中无法同时兼顾低温工况下对高温、高湿、含低沸点组分气体工况下的高效气液传质与稳定凝聚捕集效果的技术问题。

7、本申请第一方面提供了一种溶剂液相低温冒泡吸收气体的设备，包括壳体，所述壳体底部固设有冷媒热交换盘管，所述冷媒热交换盘管浸没于所述壳体内的吸收溶剂中；进气管延伸至所述冷媒热交换盘管下方的溶剂区域底部；所述壳体中部设有稳流截留层；所述壳体顶部设有抽气出气口与温度传感器入口，所述壳体顶部设有冷媒进出口、溶剂抽出管道及抽气口。

8、优选地，所述冷媒热交换盘管为螺旋盘管。

9、优选地，所述壳体外侧包覆有真空保温层。

10、优选地，所述稳流截留层内装填有玻璃球。

11、优选地，采用至少两个设备并联连接，各设备独立通入含目标组分的待处理气体，并将尾气排出。

12、本申请第二方面提供了一种溶剂液相低温冒泡吸收气体的方法，向壳体内充入混合吸收溶剂至液面浸没冷媒热交换盘管，向冷媒热交换盘管通入冷媒，将溶剂温度预冷至-20℃至-100℃范围内的设定温度并保持稳定；通入含目标组分的待处理气体，调控进气压力与抽气端负压，使进气端气相压力大于抽气端气相压力与进气出口处溶剂液柱静压力之和，驱动气体自溶剂底部鼓泡上升，与溶剂进行气液传质交换，同步完成溶剂溶解吸收与凝聚捕集；尾气由壳体顶部排出，当溶剂吸收饱和度达到预设值时导出饱和溶剂；饱和溶剂经后处理回收目标气体组分。

13、优选地，与溶剂进行气液传质交换后未被完全吸收的气体上升进入稳流截留层，与填料表面形成的溶剂液膜进行二级气液传质交换与低温凝聚捕集，完成二级吸收。

14、优选地，所述混合吸收溶剂由乙醇与乙酸乙酯复配而成，乙醇与乙酸乙酯的质量比为(1.2~2.5):1，所述混合吸收溶剂在-20℃至-100℃温度区间内保持稳定粘度与气液传质吸收能力；所述溶剂温度预冷至-40℃并保持稳定。

15、优选地，所述混合吸收溶剂中添加有丙二醇，丙二醇的质量占比为15%～20%。

16、优选地，采用壳体外侧包覆有真空保温层的溶剂液相低温冒泡吸收气体的设备，所述混合吸收溶剂温度预冷至-50℃至-80℃范围内的设定温度并保持稳定。

17、优选地，所述后处理包括脱水、过滤和蒸发步骤，所述脱水步骤采用3a分子筛吸收溶剂中的水分，得到只含目标气体成份的溶剂，再通过过滤和蒸发步骤得到含目标气体混合物和乙醇、乙酸乙酯和pg辅助溶剂。

18、本申请可实现的有益效果包括：1、低温工况下溶剂仍保持良好的流动性与传质性能，避免了常规溶剂低温下粘度急剧上升、凝固的问题；2、同步实现溶解吸收与低温凝聚捕集，对低沸点轻组分的回收效率显著提升；3、可适配高温、高湿的气相体系，避免了传统冷凝法的结霜结垢问题，可实现长周期连续运行；4、设备结构简单，运行稳定，可通过多台并联进一步提升处理能力与吸收效率。

19、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本申请的关键或重要特征，也不用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术实现思路

1.一种溶剂液相低温冒泡吸收气体的设备，其特征在于，包括壳体，所述壳体底部固设有冷媒热交换盘管，所述冷媒热交换盘管浸没于所述壳体内的吸收溶剂中；进气管延伸至所述冷媒热交换盘管下方的溶剂区域底部；所述壳体中部设有稳流截留层；所述壳体顶部设有抽气出气口与温度传感器入口，所述壳体顶部设有冷媒进出口、溶剂抽出管道及抽气口。

2.根据权利要求1所述的溶剂液相低温冒泡吸收气体的设备，其特征在于，所述冷媒热交换盘管为螺旋盘管。

3.根据权利要求2所述的溶剂液相低温冒泡吸收气体的设备，其特征在于，所述壳体外侧包覆有真空保温层。

4.根据权利要求3所述的溶剂液相低温冒泡吸收气体的设备，其特征在于，所述稳流截留层，所述稳流截留层内装填有玻璃球，所述稳流截留层填充高度为壳体直径的0.3~1.0倍，玻璃球直径为5~15mm。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，采用至少两个设备并联连接，各设备独立通入含目标组分的待处理气体，并将尾气排出。

6.一种溶剂液相低温冒泡吸收气体的方法，其特征在于，向壳体内充入混合吸收溶剂至液面浸没冷媒热交换盘管，向冷媒热交换盘管通入冷媒，将溶剂温度预冷至-20℃至-100℃范围内的设定温度并保持稳定；通入含目标组分的待处理气体，调控进气压力与抽气端负压，使进气端气相压力大于抽气端气相压力与溶剂液柱静压力之和，驱动气体自溶剂底部鼓泡上升，与溶剂进行气液传质交换，同步完成溶剂溶解吸收与低温凝聚捕集；尾气由壳体顶部排出，当溶剂吸收饱和度达到预设值时导出饱和溶剂；饱和溶剂经后处理回收目标气体组分。

7.根据权利要求6所述的溶剂液相低温冒泡吸收气体的方法，其特征在于，与溶剂进行气液传质交换后未被完全吸收的气体上升进入稳流截留层，与玻璃球填料表面形成的溶剂液膜进行二级气液传质交换与低温凝聚捕集，完成二级吸收。

8.根据权利要求7所述的溶剂液相低温冒泡吸收气体的方法，其特征在于，所述混合吸收溶剂由乙醇与乙酸乙酯复配而成，乙醇与乙酸乙酯的质量比为(1.2~2.5):1，所述混合吸收溶剂在-20℃至-100℃温度区间内仍具有良好的流动性，保持稳定粘度与气液传质吸收能力；所述溶剂温度预冷至-40℃并保持稳定。

9.根据权利要求8所述的溶剂液相低温冒泡吸收气体的方法，其特征在于，所述混合吸收溶剂中添加有丙二醇，丙二醇的质量占比为15%～20%。

10.根据权利要求9所述的溶剂液相低温冒泡吸收气体的方法，其特征在于，采用壳体外侧包覆有真空保温层的溶剂液相低温冒泡吸收气体的设备，所述混合吸收溶剂温度预冷至-50℃至-80℃范围内的设定温度并保持稳定。

11.根据权利要求7所述的溶剂液相低温冒泡吸收气体的方法，其特征在于，所述后处理包括脱水、过滤和蒸发步骤，所述脱水步骤采用3a分子筛吸收溶剂中的水分，得到只含目标气体成份的溶剂，再通过过滤和蒸发步骤得到含目标气体混合物和乙醇、乙酸乙酯和pg辅助溶剂。