專利名稱：溶解式氣體干燥材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于無動力溶解式空氣干燥機(jī)中對壓縮空氣進(jìn)行精制、除 水應(yīng)用的溶解式氣體干燥材料，它具有無毒特性和優(yōu)異的吸水性能，屬于除濕、除水干燥材 料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
壓縮空氣作為一種重要的動力源和多用途工藝氣源，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶 金、電力、機(jī)械、輕工、紡織、汽車制造、電子、醫(yī)藥、國防、科研等行業(yè)和部門。眾所周知，從 空壓機(jī)輸出的未經(jīng)凈化和干燥處理的壓縮空氣中含有大量的固體微粒子、油份、微生物和 水分等有害雜質(zhì)。固體微粒子、油份和水分的存在，一方面直接導(dǎo)致空壓機(jī)系統(tǒng)部件的老 化、磨損和腐蝕等副作用，另一方面也直接影響用氣設(shè)備的用氣質(zhì)量和壽命。而微生物，如 細(xì)菌和噬菌體在制藥、生物工程、食品制造及包裝過程中的污染也不容忽視。因此，在壓縮 空氣系統(tǒng)中很有必要采用多級分離過濾裝置來清除主要污染物，以提高壓縮空氣的清潔度 和干燥度。目前，用于壓縮空氣中雜質(zhì)分離、過濾、干燥的裝置主要包括冷凍式干燥機(jī)和吸附 式干燥機(jī)。冷凍式干燥機(jī)與家用冰箱是同樣的原理，通過除去降低壓縮空氣溫度時(shí)產(chǎn)生的冷 凝水來使壓縮空氣變干燥。該類干燥機(jī)所有的排管只能安裝在室內(nèi)。露點(diǎn)一般在4 10 攝氏度范圍內(nèi)，使用中有10%左右的空氣損耗。該類干燥機(jī)能去除壓縮空氣中的水分并冷 凝冷卻過程中的微小油漬，但是對固體微粒沒有任何清除作用。另外，冷凍劑如氟利昂等是 造成溫室效應(yīng)的重要?dú)怏w來源。吸附式干燥機(jī)使用活性氧化鋁等吸附劑吸收水分。水分被吸收后一直殘留在吸附 劑的表面，直到吸附劑再生為止。一般提供-40 80攝氏度的露點(diǎn)。該類干燥機(jī)所有的排 管可以安裝在室內(nèi)或室外。使用中有15%左右的空氣損耗。需要定期更換活性氧化鋁吸附 劑。該類干燥機(jī)只能去除壓縮空氣中的水分，但對塵埃和油分沒有任何清除作用。近幾年來，國外出現(xiàn)了一種無動力溶解式氣體凈化機(jī)。由于其具有低能耗、環(huán)保、 易于維護(hù)等特點(diǎn)，國內(nèi)也有設(shè)備商開始引進(jìn)制造。無動力溶解式氣體凈化的原理就是用具 有吸水性的溶解劑將水分吸收后慢慢融化形成水溶液，從而降低壓縮氣體中的水份含量。 而在溶解劑吸收水份形成水溶液的的過程中，在溶解劑顆粒之間與壓縮氣體一起傳輸?shù)墓?體微粒子、油份和微生物非常容易被固體顆粒和溶液層所捕獲而進(jìn)入溶液中被除去。從基 本原理上來說，這種技術(shù)不是強(qiáng)制除濕，而是采用引起化學(xué)反應(yīng)來達(dá)到除濕的目的，同時(shí)凈 化氣體，所以對空氣干燥機(jī)本體不會帶來任何損傷，也減少售后維護(hù)的負(fù)擔(dān)。該類設(shè)備可安 裝于室內(nèi)或室外，使用中基本無空氣損耗。無動力溶解式氣體凈化機(jī)的工作流程包括濕 空氣從位于容器底部中心的入口進(jìn)入，在向容器上部的出口排出的過程中，空氣與容器內(nèi) 的溶解劑層充分地接觸，溶解劑將濕空氣中的水分吸收。在這個干燥的過程中，溶解劑本身 緩慢溶解，冷凝水和固體小顆粒等溶解物因?yàn)橹亓Ψ蛛x并掉落或下沉，落入容器的底部，而被干燥的壓縮空氣從容器上端的出口排出。在溶解式干燥機(jī)的使用過程中，溶解劑只需要 添加即可，操作簡單，維護(hù)非常簡便。由該干燥機(jī)的原理可以看到，溶解劑是其實(shí)現(xiàn)空氣干 燥的關(guān)鍵。對溶解劑的開發(fā)要求其高效，且溶解物無毒、無污染，可以直接排放。目前，工 業(yè)上和實(shí)驗(yàn)室里得到廣泛應(yīng)用的是以氯化鈣為主要成份的干燥劑，如美國專利6559096和 6506233都公開了以氯化鈣為主的溶解式干燥劑的制備方法。但是，氯化鈣廢棄物的泄漏會 造成環(huán)境的污染，因此，氯化鈣作為溶解式干燥劑的主要成份使用時(shí)還必須考慮到廢棄物 的后處理，從而增加使用的成本和環(huán)境負(fù)擔(dān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低成本并具有高效吸水能力的溶解式氣體干燥材料及 其合成方法，以應(yīng)用于溶解式氣體干燥機(jī)的氣體干燥應(yīng)用。發(fā)明者通過采用多種堿金屬、堿 土金屬氯化物的混合、顆粒成型等工藝手段，綜合試驗(yàn)后找到了提高其吸水性能的途徑，從 而完成了本發(fā)明。本發(fā)明中所說的干燥是指把壓縮氣體中的冷凝水用溶解劑吸收形成溶 液，溶液對固體微粒和油分又具有相當(dāng)?shù)牟蹲侥芰Γ瑥亩_(dá)到干燥和凈化氣體的目的。本發(fā) 明提供的溶解式干燥材料能夠大幅度吸收潮濕氣體中的冷凝水，并去除固體微粒和油分。一種溶解式氣體干燥材料，其特征在于該干燥材料的組成及重量百分比含量為 氯化鈉82 95%，
氯化鉀4 15%，
堿土金屬氯化物 0. 1 3. 0%。所述的堿土金屬氯化物為Mg、Ca、Sr、Ba的氯化物中的至少二種。一種所述的溶解式氣體干燥材料的制備方法，其特征在于該方法的具體步驟為 將各組成稱量配料，經(jīng)研磨、混合均勻和烘干后，將混合粉料放入金屬模具內(nèi)，用粉末壓片 機(jī)在I-SMPa壓力范圍內(nèi)進(jìn)行壓片成型，得到白色片狀干燥材料成型體。
本發(fā)明主要針對氣體干燥材料的成分、制造方法和應(yīng)用。本發(fā)明中的干燥材料是一種 復(fù)合干燥材料，其中主要包含鹽類吸水劑。該類干燥材料具有多孔結(jié)構(gòu)，有高的孔容和可控 的孔徑分布。它具有很好的親水性，并在壓縮氣體的除水應(yīng)用領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。本發(fā)明中使用的鹽類吸水劑主要包括氯化鈉和氯化鉀。除了氯化鈉和氯化鉀這兩 種基本的組成以外，還使用了其它的堿金屬、堿土金屬氯化物，例如氯化鈣、氯化鋰等作為 吸水劑的輔助成分。眾所周知，有些晶體能自發(fā)吸收空氣中的水蒸氣，在它們的固體表面逐漸形成飽 和溶液。如果飽和溶液的水蒸氣壓低于空氣中的水蒸氣壓，則平衡向著形成水溶液的方向 進(jìn)行，水分子向固體物質(zhì)表面移動。這種現(xiàn)象叫做潮解。無水氯化鈣、氯化鉀、氯化鎂和氯 化鍶在空氣中很容易潮解。有些無水晶體潮解后在表面形成飽和溶液，還變成水合物，如無 水氯化鈣潮解后變成CaCl2？ 6H20 ；有些只在表面形成飽和溶液，如氫氧化鈉固體。由于化 合物飽和溶液的水蒸氣壓低于同溫下空氣中的水蒸氣的分壓，因而使該物質(zhì)不斷吸收水分 而潮解。溶液的水蒸氣壓與溶液的濃度有關(guān)(當(dāng)然還跟電解質(zhì)的電離度有關(guān))，只有飽和溶 液的濃度足夠大，才能保證它的水蒸氣壓足夠小(小于空氣中的水蒸氣壓)。因此，能夠發(fā)生 潮解的都是那些溶解度特別大的物質(zhì)。當(dāng)然，潮解的發(fā)生還與空氣的相對濕度有關(guān)。
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在本發(fā)明的干燥材料配方中，氯化鈉所占質(zhì)量比很大。純凈的氯化鈉晶體不潮解， 但是它在水溶液中的飽和濃度非常大。前述易潮解的無水氯化鈣、氯化鉀、氯化鎂和氯化鍶 等成分吸收水分以后在干燥劑表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成水合物，進(jìn)而形成水溶液。而氯化 鈉作為干燥材料的主要成分，它也溶解到上述溶液中，由于其在水溶液中的飽和濃度非常 高，這樣就能保證該水溶液的水蒸氣壓足夠小，導(dǎo)致水溶液的蒸氣壓低于同一溫度下壓縮 空氣中的水蒸氣的分壓，從而促使易潮解的化學(xué)成分不斷吸收水分而潮解，潮解形成的水 溶液又促進(jìn)氯化鈉的溶解，如此周而復(fù)始。在溶解式空氣干燥機(jī)中使用該溶解劑干燥壓縮 空氣的過程中，由于重力的作用，溶解劑的水溶液不斷由溶解劑表面落入干燥機(jī)的底部，進(jìn) 而排出。而失去水溶液的干燥劑露出新鮮的干燥劑表面，從而開始新的吸水反應(yīng)過程。該 過程周而復(fù)始，逐漸降低壓縮空氣中冷凝水的含量，達(dá)到干燥氣體的目的。本發(fā)明中使用氯化鈉作為干燥劑的主要成分，一方面是因?yàn)樗哂兄匾膮f(xié)同吸 水干燥功能；其次是考慮到其價(jià)格便宜，它的使用可以大幅度降低干燥劑的成本，以利于產(chǎn) 業(yè)應(yīng)用；第三是考慮到氯化鈉無毒，對環(huán)境無害，以利于冷凝水的直接排放，降低廢水廢液 的無害化處理成本。本發(fā)明的干燥劑材料主要含有氯化鈉和氯化鉀，兩者混合使用效果比較理想。兩 者混合使用的情況下，氯化鈉與氯化鉀的使用比例在4 14:1 (固體含量，質(zhì)量比)時(shí)效果 最好。在干燥劑中，其他堿金屬、堿土金屬氯化物的總含量在0.1 3%(質(zhì)量百分比)時(shí)效 果最好。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不僅僅限定于實(shí)施例。實(shí)施例1 取工業(yè)用氯化鈉228克，氯化鉀19克，無水氯化鈣0. 2克，氯化鍶0. 1克 和無水氯化鎂0. 05克。把上述原料放入耐鹽腐蝕的塑料容器內(nèi)充分混合均勻，并用研磨設(shè) 備研磨原料結(jié)晶體，使晶粒尺寸減小到0.2毫米以下。把研磨、混合均勻的原料粉體放入設(shè) 定溫度為105攝氏度的烘箱內(nèi)進(jìn)行30分鐘的烘干處理。隨后把原料粉末放入干燥器內(nèi)冷 卻到室溫。以約10克原料粉末為一個單元填入到耐鹽腐蝕的金屬模具內(nèi)，然后用手動粉末 壓片機(jī)加壓到1 5MPa的壓力范圍內(nèi)進(jìn)行壓片成型，獲得白色的干燥劑成型體。所獲得的 干燥劑成型體的密度是約1. 15克/立方厘米，平均破壞壓力是267 445牛頓，干燥劑溶 液的平均PH值是6. 5 7. 5，臨界相對濕度為55%。實(shí)施例2 取工業(yè)用氯化鈉177克，氯化鉀19克，無水氯化鈣0. 2克，氯化鍶0. 1克 和無水氯化鎂0. 05克。把上述原料放入耐鹽腐蝕的塑料容器內(nèi)充分混合均勻，并用研磨設(shè) 備研磨原料結(jié)晶體，使晶粒尺寸減小到0.2毫米以下。把研磨、混合均勻的原料粉體放入設(shè) 定溫度為105攝氏度的烘箱內(nèi)進(jìn)行30分鐘的烘干處理。隨后把原料粉末放入干燥器內(nèi)冷 卻到室溫。以約10克原料粉末為一個單元填入到耐鹽腐蝕的金屬模具內(nèi)，然后用手動粉末 壓片機(jī)加壓到1 5MPa的壓力范圍內(nèi)進(jìn)行壓片成型，獲得白色的干燥劑成型體。所獲得的 干燥劑成型體的密度是約0. 881克/立方厘米，平均破壞壓力是267 445牛頓，干燥劑溶 液的平均PH值是6. 5 7. 5，臨界相對濕度為33%。實(shí)施例3 取工業(yè)用氯化鈉130克，氯化鉀19克，無水氯化鈣0. 2克，氯化鍶0. 1克 和無水氯化鎂0. 05克。把上述原料放入耐鹽腐蝕的塑料容器內(nèi)充分混合均勻，并用研磨設(shè)
5備研磨原料結(jié)晶體，使晶粒尺寸減小到0.2毫米以下。把研磨、混合均勻的原料粉體放入設(shè) 定溫度為105攝氏度的烘箱內(nèi)進(jìn)行30分鐘的烘干處理。隨后把原料粉末放入干燥器內(nèi)冷 卻到室溫。以約10克原料粉末為一個單元填入到耐鹽腐蝕的金屬模具內(nèi)，然后用手動粉末 壓片機(jī)加壓到1 5MPa的壓力范圍內(nèi)進(jìn)行壓片成型，獲得白色的干燥劑成型體。所獲得的 干燥劑成型體的密度是約0. 881克/立方厘米，平均破壞壓力是267 445牛頓，干燥劑溶 液的平均PH值是6. 5 7. 5，臨界相對濕度為23%。實(shí)施例4 取工業(yè)用氯化鈉100克，氯化鉀19克，無水氯化鈣0. 2克，氯化鍶0. 1克 和無水氯化鎂0. 05克。把上述原料放入耐鹽腐蝕的塑料容器內(nèi)充分混合均勻，并用研磨設(shè) 備研磨原料結(jié)晶體，使晶粒尺寸減小到0.2毫米以下。把研磨、混合均勻的原料粉體放入設(shè) 定溫度為105攝氏度的烘箱內(nèi)進(jìn)行30分鐘的烘干處理。隨后把原料粉末放入干燥器內(nèi)冷 卻到室溫。以約10克原料粉末為一個單元填入到耐鹽腐蝕的金屬模具內(nèi)，然后用手動粉末 壓片機(jī)加壓到1 5MPa的壓力范圍內(nèi)進(jìn)行壓片成型，獲得白色的干燥劑成型體。所獲得的 干燥劑成型體的密度是約0. 958克/立方厘米，平均破壞壓力是444 533牛頓，干燥劑溶 液的平均PH值是6. 5 7，臨界相對濕度為13%。本發(fā)明提供的是主要含有氯化鈉和氯化鉀的溶解式吸水干燥材料，適用于無動力 溶解式空氣干燥機(jī)對壓縮空氣內(nèi)的水分吸收，從而達(dá)到凈化壓縮空氣的目的。該吸水材料 中除了含有氯化鈉和氯化鉀以外，還含有少量的無水氯化鈣、氯化鍶、無水氯化鎂等堿金 屬、堿土金屬的氯化物。使用本發(fā)明提供的吸水材料在無動力運(yùn)行的條件下工作，不需要能 源消耗，運(yùn)行費(fèi)用大大減少。本發(fā)明的吸水干燥材料對空氣壓縮機(jī)行業(yè)實(shí)現(xiàn)低能耗、環(huán)保、 設(shè)備小型化和低成本化都具有重要的意義。而且，本發(fā)明提供的吸水干燥材料使用于空氣 干燥機(jī)時(shí)，維護(hù)非常簡單，只需要定期添加、補(bǔ)充干燥劑即可。本發(fā)明的溶解式吸水干燥材 料符合當(dāng)前環(huán)保、節(jié)能的市場主流需求。
權(quán)利要求
一種溶解式氣體干燥材料，其特征在于該干燥材料的組成及重量百分比含量為氯化鈉 82～95%，氯化鉀 4～15%，堿土金屬氯化物 0.1～3.0%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶解式氣體干燥材料，其特征在于所述的堿土金屬氯化物為 Mg、Ca、Sr、Ba的氯化物中的至少二種。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的溶解式氣體干燥材料的制備方法，其特征在于該方 法的具體步驟為將各組成稱量配料，經(jīng)研磨、混合均勻和烘干后，將混合粉料放入金屬模 具內(nèi)，用粉末壓片機(jī)在I-SMPa壓力范圍內(nèi)進(jìn)行壓片成型，得到白色片狀干燥材料成型體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種溶解式氣體干燥材料及其制備方法。要解決的技術(shù)問題是在不使用有毒性化學(xué)原料的前提下，實(shí)現(xiàn)工藝簡單、成本低廉、干燥效果優(yōu)異的無毒性溶解式氣體干燥材料的合成。本發(fā)明采用的技術(shù)手段是以氯化鈉和氯化鉀作為溶解式干燥材料的主要成分。氣體干燥材料中添加適量的除氯化鈉和氯化鉀以外的堿金屬氯化物或堿土金屬氯化物之后，材料的干燥能力得到大幅增強(qiáng)。本發(fā)明中的溶解式氣體材料具有突出的吸水效果。本發(fā)明適用于無動力溶解式空氣干燥機(jī)中對壓縮空氣的精制、除水應(yīng)用。
文檔編號B01J20/04GK101961593SQ20101052771
公開日2011年2月2日 申請日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月2日
發(fā)明者陳益鋼, 陳銀兒 申請人:上海大學(xué)