[发明专利]一种可实现酸性气体高效吸收的微反应方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可实现酸性气体高效吸收的微反应技术，具体说是一种可强化酸性气体吸收的微通道反应器技术。本发明为烟道气、合成氨、天然气化工等工业气体的脱碳脱硫提供了一种高效吸收的微反应器技术。

背景技术

酸性气体特别是CO₂、H₂S等气体排放已对全球气候环境产生了严重影响，截至2009年12月全球已有184个国家签署了旨在限制温室气体排放量以抑制全球变暖的《京都议定书》，可见温室气体减排意义重大，从集中排放源如燃煤电厂尾气中分离吸收CO₂是最具操作性的减排方法。在诸如合成氨(以天然气为原料)以及天然气化工等的工业气体中含有大量的酸性气体，脱除其中的酸性气体以净化原料气是这些大型装置的必要环节。

目前，酸性气体净化主要以活化的MDEA为溶剂的化学吸收法为主，净化装置普遍采用填料塔作为吸收塔。而填料塔的最大弊病是易发生液泛、雾沫夹带及塔腐蚀等现象，以及单位体积的塔设备能力低。

专利CN 101612510A公开了一种吸收CO₂的微通道吸收器，以类似于蜂窝状的规整微通道取代常规吸收塔上的填料，提高了设备处理能力。美国专利US 20100024645涉及采用离子液体作为吸收剂在微通道中分离气体的方法，以及提高热效率方式——将吸收反应热用于解吸过程，减少附加能量。US 20060073080论述了微通道混合器中多相混合，通过微通道上的孔使两相之一在微通道中形成一种非连续相分散于连续相之中，以获得较高的气液相接触面积。

上述专利所涉及的微通道反应器中，规整微通道吸收器采用喷淋分散方式实现气液两相流体的混合，虽较常规塔式反应器效率高，但并不能保证各通道中的气液两相配比均匀一致，导致吸收效率降低，且从所公开的内容看，这种规整微通道无论从选材上还是制备上都将成为其大规模应用的主要制约因素，即难以满足大规模生产的要求；专利US 20100024645强调微通道分离系统的能量利用，US 20060073080则单一从孔大小或孔延伸的长度上强化混合，并且也涉及到与微通道热沉的热量交换，但对这种孔分布与微通道结构协同强化传质的研究并未涉及，或至少没有公开协同强化传质的微反应器几何结构特征。

发明内容

本发明的目的是强化微通道中气液两相混合，特别是涉及酸性气体化学吸收的两相反应过程。本发明通过微通道上的孔分布与微通道结构的协同作用强化这一传质过程。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种可实现酸性气体高效吸收的微反应方法，该方法采用一种微反应器，使待吸收的酸性气体或其混合物与吸收液在反应压力0.1-7MPa下流经该微反应器，并在该微反应器中的并行微反应通道中停留0.001-10秒钟，完成吸收；

所述微反应器包括一片或一片以上微混合板、和一片或一片以上微分布板，微混合板和微分布板相叠合；每片微混合板上均设有并行微反应通道，在每一条微反应通道中垂直于板面方向含有一个或一个以上的微孔；每片微分布板上均设有与上述微孔相互对应、且相连通的并行分布微通道；所述流经该微反应器的酸性气体或其混合物与吸收液分别流经微分布板与微混合板，并通过微通道上的微孔接触；接触混合后的气液两相流体在微通道中发生至少一次折线流动和/或至少一次曲线流动。

本发明提供的方法中，并行微反应通道间的微孔有规律的成排分布，且至少含有一排微孔；至少含有一排孔的并行微反应通道构成吸收液或酸性气体通道、及两者混合的混合板(M板)，即所述的微混合板；而所述微分布板上不含微孔、仅包含有并行分布微通道，或简称分布板(D板)，由这样的一片微混合板与一片微分布板可以构成一小型微反应器，由上述多片微混合板与微分布板可以构成并行放大的微反应器。装配时，每一片或多片混合板介于相邻两片分布板之间，而每一片或两片微分布板介于相邻两片微混合板间。所述微分布板上的并行分布微通道数与微混合板上的单排孔的数目相同；且分布通道延伸至微混合板上靠近并行微反应通道轴向尾部的一排孔处。

在优选的实施方案中所述并行微反应通道轴向上包含有多排有规律的微孔，最后一排微孔的位置在第一排微孔(物料入口处)至通道中心以内。在构成微反应器的每个微混合板和微分布板上的并行微通道含有壁(本发明中所说的壁不包含单片板上并行通道间的棱壁，可理解为并行通道的底面)，每相间布置的微混合板与微分布板上的并行微通道由壁分隔，所述并行微通道上的单排孔或多排孔位于壁上，并行微反应通道与并行分布微通道通过壁上的微孔连通。