一种超重力耦合超声抽提再生装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及一种超重力耦合超声抽提再生装置及其使用方法，属于吸收剂再生技术领域。


背景技术：

2.吸收剂再生过程是吸收的逆过程，也是液相中的溶质组分向与之接触的气相转移的传质分离过程。该过程一方面可回收溶质，获得纯度较高的气体溶质；另一方面可使吸收剂得以循环使用。凡对吸收不利的条件皆有利于吸收剂再生，因此常用的再生方法是通过减压、升温或吹气实现，如多级压力再生工艺、闪蒸再生工艺、贫液闪蒸工艺、再生塔顶压缩工艺和直接蒸汽再生工艺等。然而，吸收剂再生过程的能耗占气体吸收能耗的一半以上，因此对吸收剂再生过程的优化极为重要，也是实现节能降耗的必然趋势。
3.吸收剂再生过程中气液两相流体相互接触与传质传热，因而存在过程热力学或化学平衡的极限问题，直接蒸汽再生工艺中的水蒸汽主要作用是提供气体再生的传质推动力，而不直接给吸收剂的再生过程提供热量。此外，采用水蒸汽直接吹扫进行汽提再生的过程中，部分水蒸汽冷凝会降低吸收剂的吸收效果，再生效率低、能耗较高。同时，传统吸收剂再生设备通常使用塔设备，依靠重力作用实现传递，液膜较厚且流动缓慢，气液两相的传递速率不高，造成再生设备体积庞大且数量多，能耗和运行成本高等问题。由此可见，提高传质效率、降低再生能耗是吸收剂再生过程的关键所在，也是实现吸收剂再生工艺工业化的重要因素。因此，急需开发一种低能耗高效率再生吸收剂的装置及方法。


技术实现要素：

4.本发明旨在提供一种超重力耦合超声抽提再生装置及方法。
5.本发明将超声波和超重力过程强化技术相耦合，使流体在超重力环境中受到巨大的剪切力变成液体微元，并历经数次分散-聚集过程，有效增大气液相间接触面积，与此同时，超声波在液体中的空化效应、力学效应和热学效应会对流体产生直接、间接的作用，协同提高传递速率的同时能够有效避免因纳米流体分散不均而造成的颗粒沉积堵塞问题。此外，本发明的夹套式结构设计提高了热能利用率，有效降低能耗。
6.本发明提供的一种超重力耦合超声抽提再生装置，包括多级旋转填料装置、超声波震板装置、夹套式机壳和转轴；所述多级旋转填料装置包括：同轴连接的两级或多级转子，每级转子中设有各自的液体分布器，结构相对独立；在多级转子间设有倾斜放置的隔离板，隔离板为喇叭筒状，上端与壳体内壁接触，下端与转子底部接触，在隔离板内设置有若干个超声波发生器震子构成超声波震板装置，超声波发生器震子通过高频线与控制器相连。
7.所述夹套式机壳，其内层壳体具有多个进气管，分别对应于每级转子而设，并设有气体止逆阀防止气体逆向流动，在内层机壳上端设有气体开口，其下端设有出液管；其外层
壳体包覆所述内层壳体，且与内层壳体之间为中空腔体，中空腔体与所述气体开口相互连通，在外层壳体下端设有气体出口。
8.进一步地，所述两级或多级转子设于所述内层壳体内，所述转子结构可以是固体填充件填料，分割式填料，也可以是由一定数量规则排列的同心动、静折流圈组成。流体在填料间隙或动静圈之间经历了多次分散-聚集过程，增大了气液相间的接触面积，提高了传递效率。
9.进一步地，在同一装置中所述不同级的转子结构可根据不同体系的再生过程进行任意排列组合，从而起到不同的强化作用。
10.进一步地，所述转轴贯穿所述内层壳体，并与所述两级或多级转子耦合，使所述转子可相对于所述内层壳体进行旋转，转速在0~2200 r/min之间。
11.进一步地，所述转子中设有液体分布器，且每级转子中的液体分布器结构相对独立，位于顶层转子中的液体分布器与进液管相连，其余转子中的液体分布器分别位于与之相邻的隔离板中心下方。
12.进一步地，进液管穿过所述气体开口，与下方液体分布器相连，所述进液管和液体分布器设置于整个装置的中央。所述液体分布器上均匀开孔，开孔形状可以是圆形、矩形、三角形、锯齿形等构型。
13.进一步地，所述气体开口设在内层机壳上端，使反应后的吹扫气体从内层壳体进入夹套式中空腔体，起到设备保温的作用，提高了热能利用率。
14.进一步地，所述隔离板位于多级转子之间，并向轴中心向下倾斜25~60
°
的角度，液体经上一级转子反应后被离心力甩在内层壳体内壁，并沿倾斜的隔离板流向中心位置，在此过程中隔离板内的超声作用进一步强化吸收剂富液再生过程，最后液体流至中心位置，并进入下一级转子的液体分布器。
15.进一步地，所述多个进气管、出液管及进液管都穿过外层壳体。
16.进一步地，所述超重力耦合超声抽提再生装置可用于溶液吸收剂、离子液体、纳米流体等吸收剂的再生过程。用于再生过程的吹扫气可以是水蒸汽，也可以是沸点更低的戊烷、己烷、环己烷等有机蒸汽。
17.本发明提供了一种超重力耦合超声抽提再生装置的使用方法，吸收剂富液经泵输送至预热器加热至再生温度后通入进液管，液体首先进入上层的旋转填料装置中，经液体分布器由喷射孔喷出，进入旋转填料层，吹扫气由吹扫气发生器产生，并被加热至一定的过热度后通入进气管，与上层旋转填料层内的吸收剂富液逆流，并流或者错流接触后，液体被离心力甩在内壳内壁，经隔离板收集导流到中心位置，与此同时，液体受到隔离板内超声波发生器的空化效应，进一步强化吸收剂富液再生过程，来自上层旋转填料装置的液体由隔离板汇集中心后流入下层旋转填料装置的液体分布器，经过液体分布器将其分布于填料中，液体与进入下层填料的新鲜吹扫气接触得到再次处理，液体沿径向通过填料层，然后从底部的出液管流出，气体则与液体接触后从内层壳体进入中空腔体，起到保温作用，最后由气体出口处排出。
18.本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明提供的超重力耦合超声抽提再生装置，采用超声波和超重力技术协同强化吸收剂再生过程，以低沸点、低蒸发潜热的有机抽提工质为吹扫气，流体
在高速旋转的多级填料间隙或动静圈之间经历了数次分散-聚集过程，增大了气液相间的接触面积，提高了传递效率，与此同时，超声波的空化效应进一步加快传质与反应的进程，对于纳米流体而言，能有效破碎颗粒团聚体避免颗粒的沉积，起到防止通道堵塞的作用。此外，本发明中的夹套式结构设计利用吹扫气自身的余温起到设备保温作用，使得吸收剂再生效率提高的同时大大降低了再生能耗，且本装置处理量大，能够连续操作，可实现大规模生产。
附图说明
19.图1是超重力耦合超声抽提再生装置结构示意图；图2是实施例1抽提再生的工艺流程图；图3是旋转分割式转子结构示意图；图4是旋转丝网填料式转子结构示意图；图5是旋转固体填充式转子结构示意图；图6是旋转折流式转子结构示意图；图7是超声波震板的结构示意图；图8是实施例2抽提再生的工艺流程图；图9是实施例3抽提再生的工艺流程图。
20.图中，1-转轴；2-轴密封；3-气体出口；4-第一进气管；5-下层旋转填料装置；6-下层液体分布器；7-第二进气管；8-上层旋转填料装置；9-气体开口；10-进液管；11-上层液体分布器；12-外层壳体；13-中空腔体；14-内层壳体；15-隔离板；16-气体止逆阀；17-液体分布器开孔；18-出液管；19-气体流量计；20-活性炭吸收塔；21-分液器；22-冷凝器；23-第一阀门；24-吹扫气罐；25-吹扫气泵；26-吹扫气加热器；27-超重力耦合超声抽提再生装置；28-吸收剂预热器；29-液体流量计；30-第二阀门；31-富液罐；32-吸收剂泵；33-吸收剂富液槽；34-超声波发生器震子。
具体实施方式
21.下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
22.由图1~7所示，一种超重力耦合超声抽提再生装置，包括多级旋转填料装置、超声波震板装置、夹套式机壳和转轴1；所述多级旋转填料装置包括：同轴连接的两级或多级转子，每级转子中设有各自的液体分布器，结构相对独立；在多级转子间设有倾斜放置的隔离板15，隔离板15为喇叭筒状，上端与壳体内壁接触，下端与转子底部接触，在隔离板15内设置有若干个超声波发生器震子34构成超声波震板装置，超声波发生器震子通过高频线与控制器相连。
23.所述夹套式机壳，其内层壳体14具有多个进气管，分别对应于每级转子而设，并设有气体止逆阀16防止气体逆向流动，在内层壳体14上端设有气体开口9，其下端设有出液管18；其外层壳体12包覆所述内层壳体，且与内层壳体之间为中空腔体13，中空腔体13与所述气体开口9相互连通，在外层壳体12下端设有气体出口3。
24.进一步地，所述两级或多级转子设于所述内层壳体14内，所述转子结构可以是固
体填充件填料，分割式填料，也可以是由一定数量规则排列的同心动、静折流圈组成。流体在填料间隙或动静圈之间经历了多次分散-聚集过程，增大了气液相间的接触面积，提高了传递效率。
25.进一步地，在同一装置中所述不同级的转子结构可根据不同体系的再生过程进行任意排列组合，从而起到不同的强化作用。
26.进一步地，所述转轴1贯穿所述内层壳体14，并与所述两级或多级转子耦合，使所述转子可相对于所述内层壳体14进行旋转，转速在0~2200 r/min之间。
27.进一步地，所述转子中设有液体分布器，且每级转子中的液体分布器结构相对独立，位于顶层转子中的上层液体分布器11与进液管10相连，其余转子中的液体分布器分别位于与之相邻的隔离板中心下方。
28.进一步地，进液管10穿过所述气体开口，与下层液体分布器6相连，所述进液管10和液体分布器设置于整个装置的中央。所述液体分布器上均匀开孔，液体分布器开孔17形状可以是圆形、矩形、三角形、锯齿形等构型。
29.进一步地，所述气体开口设在内层机壳上端，使反应后的吹扫气体从内层壳体进入夹套式中空腔体，起到设备保温的作用，提高了热能利用率。
30.进一步地，所述隔离板15位于多级转子之间，并向轴中心向下倾斜25~60
°
的角度，液体经上一级转子反应后被离心力甩在内层壳体内壁，并沿倾斜的隔离板流向中心位置，在此过程中隔离板内的超声作用进一步强化吸收剂富液再生过程，最后液体流至中心位置，并进入下一级转子的液体分布器。
31.进一步地，所述多个进气管、出液管18及进液管10都穿过外层壳体。
32.进一步地，所述超重力耦合超声抽提再生装置可用于溶液吸收剂、离子液体、纳米流体等吸收剂的再生过程。用于再生过程的吹扫气可以是水蒸汽，也可以是沸点更低的戊烷、己烷、环己烷等有机蒸汽。
33.以下通过具体实施例来说明本发明的超重力耦合超声抽提再生工艺：实施例1：蒸汽汽提法治理氨氮废水如图2所示，上述超重力耦合超声抽提再生装置的使用方法如下：氨氮废水经吸收剂泵32输送至吸收剂预热器28加热至再生温度后通入进液管10，在0~2200r/min范围内调节转速，液体首先进入上层旋转填料装置8中，经上层液体分布器11由喷射孔喷出，进入旋转填料层，水蒸汽由吹扫气加热器26产生，并被加热至一定的过热度后通入第二进气管7和第一进气管4，与上层旋转丝网填料式转子装置内的液体逆流或者错流接触后，液体被离心力甩在内层壳体14内壁，经隔离板15收集导流到中心位置，与此同时，液体受到隔离板内超声波的空化效应，进一步强化吸收剂富液再生过程，来自上层旋转转丝网填料式转子装置的液体由隔离板15汇集中心后流入下层旋转分割式转子装置的液体分布器，经过液体分布器将其分布于填料中，液体与进入下层填料的新鲜水蒸汽接触得到再次处理，液体沿径向通过填料层，然后从底部的出液管18流出，气体则与液体接触后从内层壳体14进入中空腔体13，起到保温作用，最后由气体出口3处排出。与传统再生工艺相比，汽提率提高20%左右，能耗下降30%左右。
34.实施例2：纳米流体捕碳的再生过程如图5所示，上述超重力耦合超声抽提再生装置的使用方法如下：
吸收co2后的纳米流体经吸收剂泵32输送至吸收剂预热器28加热至再生温度后通入进液管10，在0~2200 r/min范围内调节转速，液体首先进入上层的旋转填料装置中，经上层液体分布器11由喷射孔喷出，进入旋转填料层，环己烷由吹扫气加热器26产生，并被加热至一定的过热度后通入进气管，与上层旋转折流式转子装置内的液体逆流或者错流接触后，液体被离心力甩在内层壳体14内壁，经隔离板15收集导流到中心位置，与此同时，液体受到隔离板内超声波的空化效应，进一步强化吸收剂富液再生过程，来自上层旋转折流式转子装置的液体由隔离板15汇集中心后流入下层旋转固体填充式转子装置的液体分布器，经过液体分布器将其分布于填料中，液体与进入下层填料的新鲜环己烷蒸汽接触得到再次处理，液体沿径向通过填料层，然后从底部的出液管18流出，气体则与液体接触后从内层壳体14进入中空腔体13，起到保温作用，最后由气体出口3处排出。与传统再生工艺相比，纳米流体再生后可获得98%的抽提气回收率，能耗下降20%左右。
35.实施例3：离子液体脱硫的再生过程如图6所示，上述超重力耦合超声抽提再生装置的使用方法如下：吸收so2后的离子液体经吸收剂泵32输送至吸收剂预热器28加热至再生温度后通入进液管10，在0~2200 r/min范围内调节转速，液体首先进入上层的旋转填料装置中，经上层液体分布器11由喷射孔喷出，进入旋转填料层，戊烷由吹扫气加热器26产生，并被加热至一定的过热度后通入进气管，与上层旋转折流式转子装置内的液体逆流或者错流接触后，液体被离心力甩在内层壳体14内壁，经隔离板15收集导流到中心位置，与此同时，液体受到隔离板内超声波的空化效应，进一步强化吸收剂富液再生过程，来自上层旋转折流式转子装置的液体由隔离板15汇集中心后流入下层旋转分割式转子装置的下层液体分布器6，经过液体分布器将其分布于填料中，液体与进入下层填料的新鲜戊烷蒸汽接触得到再次处理，液体沿径向通过填料层，然后从底部的出液管18流出，气体则与液体接触后从内层壳体14进入中空腔体13，起到保温作用，最后由气体出口3处排出。与传统再生工艺相比，纳米流体再生后可获得95%的抽提气回收率，能耗下降25%左右。