用于气体转化的利用超声波的设备和方法技术

用于气体转化的利用超声波的设备和方法，所述设备包括：用于将工艺气体引入柱中的液体介质内的器件；以及被设置成生成超声波能量的超声波能量发生器，该设备被构造成将由发生器生成的超声波能量投入液体介质内，使得工艺气体暴露于超声波能量，该设备被设置成允许收集已经暴露于超声波能量的工艺气体。该设备也优选地包括微气泡发生器，以生成工艺气体的微气泡，以便暴露于超声波能量。超声波能量发生器可以被构造成由于从中通过的驱动气体的流动生成超声波能量。

Ultrasound Equipment and Method for Gas Conversion

The apparatus and method for utilizing ultrasonic wave for gas conversion include: a device for introducing process gas into a liquid medium in a column; and an ultrasonic energy generator set up to generate ultrasonic energy, which is constructed to input the ultrasonic energy generated by the generator into the liquid medium so that the process gas is exposed to the ultrasonic energy. Set to allow the collection of process gases that have been exposed to ultrasonic energy. The device also preferably includes a microbubble generator to generate microbubbles of process gas for exposure to ultrasonic energy. The ultrasonic energy generator can be constructed to generate ultrasonic energy due to the flow of driving gas passing through it.

【技术实现步骤摘要】
用于气体转化的利用超声波的设备和方法本申请是申请号为201480068047.X、国际申请日为2014年10月14日的同名的专利技术专利申请的分案申请。通过引用合并WO2013/093527的内容特此通过引用并入本文。Wangetal,J.Phys.Chem.Lett.2010,1,48-53的内容特此通过引用并入本文。
本专利技术涉及温室气体的处置和处理。具体地但不排他地，本专利技术涉及处置和处理温室气体，诸如从工业来源（诸如煤、油或燃气发电站）或者从一个或多个其它来源（诸如内燃发动机）排出的燃烧气体。在某些方面，本专利技术也涉及存储容器中的液体的处理。
技术介绍
应该理解的是，来自工业厂房（诸如煤、油或燃气发电站）和其它来源（包括内燃发动机）的燃烧气体的排放对环境是有害的。二氧化碳的排放是受到特别关注的，并且对于减少排放到大气中的二氧化碳的量存在大量的兴趣。减少排放的一种方法是捕集并且存储二氧化碳直到可用经济的处理方法将二氧化碳转化成害处更少的或甚至有益的形式，诸如碳和氧（O2）。不过，二氧化碳的存储是昂贵的并且仅仅推迟了气体的转化的问题。本专利技术的目标是解决与现有技术相关联的缺点。
技术实现思路
参考所附权利要求，可以理解本专利技术的实施例。本专利技术的方面提供一种设备和一种方法。在本专利技术要求保护的方面中，提供用于将工艺气体所包含的一种或多种反应物化学物种转化成一种或多种产物化学物种的气体转化设备，其包括：用于将工艺气体引入载体液体介质内的器件；以及设置成生成超声波能量的超声波能量发生器，该设备构造成将由发生器生成的超声波能量投入液体介质内，使得工艺气体暴露于超声波能量，该设备设置成允许收集一种或多种产物化学物种。本专利技术的实施例具有如下特征：工艺气体可以经受超声波能量，从而导致工艺气体或其一种或多种化学物种转化成一种或多种其它化学物种（诸如一种或多种其它气体）。通过将超声波能量投入已经引入工艺气体的液体介质内，工艺气体可以经受溃灭气泡（collapsingbubble）中的空化（cavitation），从而导致工艺气体从一种化学物种（诸如二氧化碳）向一种或多种其它化学物种（诸如一种或多种碳氢化合物和/或可选地一种或多种其它物种）的转化。例如，在一些实施例中，工艺气体可以是或者可以包括二氧化碳作为反应物化学物种，二氧化碳被转化成产物化学物种甲烷和氧。也可以使用其它转化反应。例如在一些实施例中，二氧化碳可以额外地或替代地转化成不同的碳氢化合物，诸如乙烷、丙烷或者碳氢化合物中的任意其它合适的碳氢化合物。在一些实施例中，二氧化碳可以被转化成非碳氢化合物材料。在一些实施例中，除了二氧化碳之外的一种或多种化合物可以被转化成一种或多种其它形式，无论是元素形式、化合物形式还是任意其它形式。此外，本专利技术的一些实施例提供在用在工业中的化学化合物的生产中采用替代性能源（诸如可再生能源）的可能性，该化学化合物例如当反应时（例如当被氧化时，可选地通过在含氧气氛中燃烧）用作进料材料或用作化学能量源的化合物。因此，本专利技术的一些实施例在提供用于存储由可再生能源（诸如太阳能、风能、波能和/或潮汐能）所生成的能量的器件方面可以是有用的。这种可再生能量可以例如用于对压缩机提供动力以便驱动超声波能量发生器，和/或对分离器提供动力以便在工艺气体暴露于超声波能量之后分离化学物种。在一些实施例中，工艺气体可以包括二氧化碳，其通过暴露于超声波能量而转化成一种或多种碳氢化合物。碳氢化合物随后可以用作进料材料，或者当需要时作为燃料燃烧。在一些实施例中，一种或多种碳氢化合物可以转化成一种或多种其它化合物，诸如一种或多种高级烷烃（higheralkane）、一种或多种烷烃、醇或者任意其它合适的化合物。在一些实施例中，一种或多种催化剂材料可以用于促进一种或多种反应物化学物种向一种或多种产物化学物种（诸如铜、氧化锌、氧化铝（矾土、Al2O3））的转化。在一些实施例中，可以采用这些催化剂中的一种或多种以促进甲醇的合成。在一些实施例中，二氧化碳工艺气体可以或者直接地或者经由一种或多种中间化合物（诸如甲醇）转化成短链烯烃（诸如乙烯和丙烯）。应该理解的是，短（1-4）C-链长度的烷烃碳氢化合物（甲烷、乙烷、丙烷、丁烷）在室温和常压下是气态，并且在这种温度和压力下仅C-5（戊烷）或C-5以上的烷烃会变成液体。在这些条件下，在C16或C-16以上它们通常是固态。本专利技术的一些实施例可以可选地通过使用合适的催化剂生成C-n烷烃，其中n大于1。如果产生呈液体或固体形式的一种或多种碳氢化合物，则可以采用用于将碳氢化合物与液体介质或者其它气体或固体介质分离的合适手段。有利地，超声波发生器可以被构造成响应于从中通过的驱动气体的流动生成超声波能量。这具有如下优势：工艺气体可以以极高效的方式经受超声波能量。应该理解的是，可以借助于驱动气体通过合适的发生器的流动来生成相对高强度的超声波能量，该发生器可以例如包括气哨装置（whistledevice）。需要输入发生器以便生成相对高强度的超声波能量的能量的量可以少于如果采用其它超声波能量生成技术（诸如发电技术，诸如基于压电装置技术的超声波生成技术）时将需要的能量的量。该设备可以被构造成引起载体液体介质中的工艺气体通过导管的流动，并且将工艺气体暴露于导管中的超声波能量。在一些实施例中。导管可以具有任意所需要的取向，诸如实质上水平。该设备可以被构造成在其中，当工艺气体沿实质上水平的方向行进通过导管时，工艺气体暴露于超声波辐射。在沿实质上竖直的方向安装的导管的情况下，可以引起工艺气体根据需要向上或向下行进。在一些实施例中，可以采用具有既非水平也非竖直的取向的导管。在一些实施例中也可以使用其它设置。有利地，超声波能量发生器可以包括气哨装置，气哨装置被设置成当驱使驱动气体通过该装置时生成超声波能量。该设备可以设置成在驱动气体通过超声波能量发生器之后将驱动气体馈送到液体介质内。该设备可以被设置成其中，工艺气体提供或构成驱动气体。即，可以引起工艺气体穿过超声波能量发生器来生成超声波能量，从而提供或构成驱动气体，随后通过进入液体介质，在该处气体经受由超声波能量发生器生成的超声波能量。在一些替代性实施例中，驱动气体和工艺气体可以是不同的或者可以来自不同的源。例如，在一些实施例中，可以在闭合环路设置中供应驱动气体，由此已被迫通过气哨装置的驱动气体可以在实质上连续的环路中被再次压缩并被迫通过气哨装置。驱动气体可以是任意合适的气体，诸如空气、氮气、二氧化碳、氩气或者任意其它合适的气体或者气体混合物。该设备可以包括微气泡发生器，该设备被构造成引起工艺气体的微气泡将在液体介质中生成并且将经受由超声波能量发生器所生成的超声波能量的照射。这个特征的优点在于，可以引起工艺气体的微气泡的空化。已经发现，如果工艺气体呈包含二氧化碳的微气泡的形式，则由于超声波能量以高度有效的方式照射，二氧化碳可以转化成碳氢化合物和氧。该设备可以可操作成使已暴露于超声波能量的气体通过分离器（诸如气体分离器），以根据化学物种分离气体分子。分离器可以是任意合适的分离器，诸如中空纤维膜分离器。应该理解的是，以上文所描述的方式暴露于超声波能量的工艺气体可以不再具有与暴露于超声波能量之前的工艺气体相同的化学物种或者组分。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在处理设备中的液体介质中生成气体的气泡的气泡发生器，所述气泡发生器包括：涡旋诱发部分；用于将所述气体的输入流动递送到所述涡旋诱发部分的输入部分；以及用于发射气体气泡的输出流动的输出部分；其中，所述涡旋诱发部分包括一个或多个涡旋诱发元件，其被构造成在从中通过的气体的流动中诱发涡旋。

【技术特征摘要】
2013.10.14 GB 1318187.0;2014.09.18 GB 1416538.51.一种用于在处理设备中的液体介质中生成气体的气泡的气泡发生器，所述气泡发生器包括：涡旋诱发部分；用于将所述气体的输入流动递送到所述涡旋诱发部分的输入部分；以及用于发射气体气泡的输出流动的输出部分；其中，所述涡旋诱发部分包括一个或多个涡旋诱发元件，其被构造成在从中通过的气体的流动中诱发涡旋。2.根据权利要求1所述的气泡发生器，其中，所述一个或多个涡旋诱发元件包括位于所述输入部分和所述输出部分之间的气体流动路径内的一个或多个涡旋诱发叶片元件。3.根据权利要求2所述的气泡发生器，其中，所述叶片元件或每个叶片元件包括冲击面，并且所述叶片元件或每个叶片元件的所述冲击面被定向成不平行于所述输入部分中输入气体流动的方向。4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的气泡发生器，其中，提供多个叶片元件，并且所述叶片元件围绕正交于所述输入部分中的输入气体流动的方向的纵轴线相对于彼此等间距地分开，优选地呈环形设置。5.根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的气泡发生器，其中，所述涡旋诱发部分包括圆顶构件，以便将流入所述涡旋诱发部分的气体通导向所述涡旋诱发元件。6.根据权利要求5所述的气泡发生器，其中，所述圆顶构件具有辐射状内部形状，其被构造成用于当气体在其内的所述气体流动路径中流动时减少涡流的生成。7.根据权利要求1-6中任一项权利要求所述的气泡发生器，还包括在所述一个或多个涡旋诱发元件的下游的加速器部分，以便使所述气体气泡朝向所述输出部分的所述输出流动加速。8.根据权利要求7所述的气泡发生器，其中，所述加速器部分限定所述气体流动路径的一部分，其包括锥形通路，所述通路具有朝向其出口径向向内逐渐变细的内部形状。9.根据权利要求1-8中任一项权利要求所述的气泡发生器，其中，用于将所述气体的输入流动递送到所述涡旋诱发部分的所述输入部分包括导管，所述导管经由其近端安装在所述设备中，并且在其远端承载所述涡旋诱发部分。10.根据权利要求9所述的气泡发生器，其中，所述导管在所述设备中的安装由一个或多个支撑构件或腹板增强。11.根据权利要求9或权利要求10所述的气泡发生器，其中，所述导管中的气体流动的纵向方向和所述涡旋诱发部分中的气体流动的纵向方向被定向成实质上彼此垂直。12.根据权利要求1-11中任一项权利要求所述的气泡发生器，所述气泡发生器是微气泡发生器。13.根据权利要求12所述的气泡发生器，其被构造并且设置成生成具有50微米或更小的直径的气体气泡。14.根据权利要求1-13中任一项权利要求所述的气泡发生器，其中，所述处理设备是气体转化设备，并且所述气体是用于由所述设备转化成一种或多种其它气体的工艺气体。15.根据权利要求1-14中任一项权利要求所述的气泡发生器，其中，所述处理设备是气举泵设备。16.一种气举泵设备，包括：柱，其具有在使用中实质上直立的部分，可以由气举将液体介质泵送通过所述实质上直立的部分；气体递送装置，其用于在所述柱的第一位置处将气体流动递送到所述柱内，以引起气举泵送液体介质；以及根据权利要求1-15中任一项权利要求所述的气泡发生器，其用于在所述液体介质中生成所述气体的气泡。17.根据权利要求16所述的气举泵设备，还包括至少一个超声波能量发生器，其被构造成向由所述气泡发生器形成的气体气泡施加超声波能量。18.根据权利要求16或权利要求17所述的气举泵设备，其中，所述气泡发生器的气泡形成部分定位成在所述柱内实质上同轴。19.包括或包含根据权利要求16-18中任一项权利要求所述的气举泵设备的液体存储槽。20.包括或包含根据权利要求16-18中任一项权利要求所述的气举泵设备的船舶的液体存储槽或压舱槽。21.包括根据权利要求20所述的液体存储槽或压舱槽的船舶。22.一种超声波能量发生器，包括环形壳体和多个气哨装置，其中一部分气哨装置沿周向布置，另外的气哨装置沿直径布置在间隔分开的位置处，每个气哨装置包括气哨主体和通过螺纹联接到所述气哨主体的喷嘴构件和接受器...

【专利技术属性】
技术研发人员：M威尔斯，A马沙尔，
申请(专利权)人：科尔德哈勃船舶有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB