專利名稱：：徑向逆流碳捕獲和煙道氣洗滌的制作方法徑向逆流碳捕獲和煙道氣洗滌
背景技術(shù)：
：本發(fā)明涉及移動的離心式氣體分離，并涉及對氣體排放流進(jìn)行的機(jī)械輔助的高湍流洗滌。不包括膜或其他死端過濾媒介(dead-endfiltrationmedia)，也不包括用于靜電分離的任何裝置。這是一種新的碳捕獲方法，適用于高容積的又熱又臟的低濃度廢氣流，諸如來自燃煤電廠的煙道氣。本發(fā)明的分離方法包括對輕餾分和重餾分進(jìn)行區(qū)別性徑向平流輸送。輕餾分(包括氮氣和水蒸汽)通過背壓和軸向抽吸徑向向內(nèi)平流輸送，而同時地，重餾分(包括二氧化碳、NOx、SOx以及微粒)通過離心式葉輪徑向向外平流輸送。來自燃煤電廠的煙道氣是主要的應(yīng)用，但是，其他工業(yè)廢氣以及天然氣都可以通過這里公開的裝置和方法離心地分離并清潔。在授予McCutchen的美國專利5,688,377(1997)中，我公開了一種用于流體混合物分離的外周地供給、機(jī)械地驅(qū)動的徑向逆流裝置(peripherallyfedmechanicallydrivenradialcounterflowdevice)。在諸如McCutchen‘377的外周地供給裝置(peripherallyfeddevice)中，對煙道氣的軸向供給和應(yīng)用以便去除微粒和其他洗滌的優(yōu)勢的改進(jìn)是不明顯的，已分離的重餾分將與進(jìn)入的原料混合。因此，碳捕獲將是不可能的。術(shù)語氣體排放流是指氣體流體混合物，諸如來自燃煤電站和工業(yè)鍋爐的煙道氣，來自天然氣、柴油或石油的燃燒的排氣，以及來自城市和醫(yī)療廢棄物焚化爐、水泥和石灰窯、金屬熔爐、石油煉廠、玻璃熔爐和硫酸制造設(shè)施的排放物。氣體排放流除了包括可凝結(jié)的氣體和懸浮微粒，還包括諸如二氧化碳和氮氣的不可凝結(jié)氣體。氣體排放流的各種組成物，不論氣體、液體或固體，都是餾分。濕法洗滌使用噴射液體以接觸氣體排放流中的洗滌目標(biāo)。在洗滌懸浮微粒的情況下，噴射液體可以是水，或者在洗滌SOx的情況下，噴射液體可以是諸如石灰石和水的含水洗滌漿。對于NOx和SOx洗滌，在噴射液體中的試劑和目標(biāo)餾分之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，結(jié)果產(chǎn)生無害的產(chǎn)物。通過噴射的含水胺類溶液洗滌二氧化碳是本領(lǐng)域已知的用于碳捕獲的一種方法。SOx的干洗滌將石灰石粉末噴射到煙道氣中。飛灰的濕法洗滌通過與水接觸而團(tuán)聚細(xì)小微粒，結(jié)果產(chǎn)生飛灰漿。洗滌的目的是將氣體排放流分離成不想要的濃縮的餾分流和想要的餾分的分離流。對于煙道氣洗滌，不想要的餾分包括飛灰和其他懸浮微粒、NOx、SOx以及二氧化碳；想要的餾分是氮氣、水蒸汽、氧氣和氬氣，所有這些可以被安全地排放到大氣。對于天然氣洗滌，想要的餾分是甲烷，而不想要的餾分包括二氧化碳、硫化氫、水、微粒、汞以及硫醇。平流輸送是響應(yīng)于壓力梯度或質(zhì)量力(bodyforce)的輸送。術(shù)語徑向表示相對于某點或線向外或向內(nèi)的方向。例如，離心泵從其轉(zhuǎn)動軸線徑向向外平流輸送流體。氣體排放流的區(qū)別性徑向平流輸送是徑向向外平流輸送重餾分并且同時徑向向內(nèi)平流輸送輕餾分。用于所述徑向流的參考線是所述至少一個離心式葉輪的轉(zhuǎn)動軸線。不同的平流輸送力作用在相反的方向上并作用在不同的組分上。重餾分通過來自離心式葉輪的動量輸送徑向向外平流輸送。同時地，輕餾分通過軸向抽吸并通過背壓徑向向內(nèi)平流輸送。因此，區(qū)別性徑向平流輸送與目前本領(lǐng)域已知的離心式氣體分離不同。兩種轉(zhuǎn)動結(jié)合產(chǎn)生了區(qū)別性徑向平流輸送一種轉(zhuǎn)動是至少一個離心式葉輪的轉(zhuǎn)動，另一種是在與葉輪垂直的平面中的渦流。兩種轉(zhuǎn)動的軸線大致正交。離心式氣體分離由于區(qū)別的離心力而根據(jù)轉(zhuǎn)動軸線周圍的密度徑向分層。共同徑向加速度(commonradialacceleration)影響所有餾分。該共同加速度當(dāng)乘以質(zhì)量時變成區(qū)別的離心力，該區(qū)別的離心力引起重餾分在外周處聚集，結(jié)果使得輕餾分徑向向內(nèi)移動至轉(zhuǎn)動軸線。盡管對于輕餾分和重餾分，離心力的大小不同，但對于所有餾分，離心力的方向相同。并非是離心力平流輸送重餾分而向心力平流輸送輕餾分。僅有一個力，其由一個轉(zhuǎn)動產(chǎn)生。煤煙含碳燃料燃燒產(chǎn)生被稱為煙的氣體排放流。該煙的每個組分是餾分。來自燃煤電廠的煙中的有毒餾分包括氧化硫(SOx，主要為SO2和SO3)、氧化氮(NOx，主要為NO和NO2)、懸浮微粒(飛灰、汞蒸氣、灰塵、痕量金屬)以及二氧化碳(CO2)。還有良性餾分(氮氣、氧氣和水蒸汽)，其按體積計大約組成85%的煙。用于燃燒的空氣包含大約79%的氣態(tài)氮(N2),該氣態(tài)氮是惰性的，因此煙道氣為大約75%的氮。水蒸汽(H2O)在燃燒期間由燃料中的氫和大氣氧結(jié)合而產(chǎn)生。來自煙道氣煙的大部分煙流是水蒸汽，當(dāng)水蒸汽與冷空氣接觸時形成云。煙中的良性餾分的密度比有毒餾分低(低摩爾質(zhì)量)。因此，氮氣、氧氣和水蒸汽共同地被稱為輕餾分，而有毒餾分(懸浮微粒、NOx、SOx以及二氧化碳)被稱為重餾分。碳捕獲是將輕餾分與二氧化碳分離，且本發(fā)明中洗滌煙道氣是將其他有毒餾分與二氧化碳分離，以便產(chǎn)生用于下游處理的可接受純度的二氧化碳流，該下游處理包括隔離(sequestration)或制造干冰。目前，煤是電力行業(yè)中的主要燃料，占2000年生產(chǎn)的電力的38%，同時水力17.5%，天然氣17.3%，核能16.8%，石油9%，以及非水力可再生能源(non-hydrorenewableS)1.6%。預(yù)計煤在2020年仍然是用于電力生產(chǎn)的主要燃料(大約36%)，而天然氣電力生產(chǎn)將變成第二大源，超過水力。為了對付全球變暖這個急需解決的問題，已知的燃燒后碳捕獲方法(post-combustioncarboncapturemethod)(化學(xué)吸附、膜分離、以及低溫蒸餾)將必須擴(kuò)大規(guī)模處理來自燃煤電廠和燃天然氣電廠的熱臟稀釋煙道氣的大型流。到目前為止，沒有方法被證明經(jīng)濟(jì)可行。碳捕獲根據(jù)IPCC關(guān)于碳捕獲報告(IPCCReportonCarbonCapture)(2005年9月)“電力和工業(yè)部門共同主導(dǎo)目前的全球CO2排放，占總CO2排放的大約60%。未來預(yù)測表示到2050年(IEA，2002)這些部門排放的份額將降低到全球CO2排放的大約50%。這些部門排放的CO2由燃燒礦物燃料的鍋爐和熔爐而產(chǎn)生并典型地從大型排氣煙囪排出。......從大型固定源排出的最大量的CO2源于用于生產(chǎn)電力的礦物燃料燃燒，其中每個源平均每年排放3.9MtC02。大量CO2在油和氣處理工業(yè)中產(chǎn)生，而水泥生產(chǎn)是工業(yè)部門中最大的排放器。......到2020年，技術(shù)捕獲潛能相對于總CO2排放的范圍是9-12%(或2.6-4.QGtCO2),而到2050年為21-45%(或4.7-37.5GtC02)。，，顯然，長期以來，對于從電廠的氣體排放流的改進(jìn)的碳捕獲具有緊要的但未滿足的需求。妨礙經(jīng)濟(jì)的碳捕獲的兩個障礙是(1)氮的高體積百分比(75%)，被認(rèn)為是氮鎮(zhèn)重物(nitrogenballast)；以及(2)懸浮微粒、NOx以及SOx的污染。盡管具有煙道氣洗滌領(lǐng)域或離心式氣體分離領(lǐng)域中的先進(jìn)技術(shù)的很多研究者做出了努力，但是，沒有發(fā)現(xiàn)對這兩個障礙的滿意回答。使用1997年公布的McCutchen‘377的教導(dǎo)的任何明顯的步驟，或用于解決該重要問題的其他現(xiàn)有技術(shù)，在很早以前已經(jīng)是明顯的。在本領(lǐng)域已知有三種碳捕獲過程低溫蒸餾、吸附以及膜。本發(fā)明引進(jìn)第四種。低溫蒸餾通過液化捕獲碳，并通過分餾分離出NOx和SOx。液化通過氮鎮(zhèn)重物被破壞，氮鎮(zhèn)重物在不液化的情況下壓縮。煙道氣中的NOx和SOx的小部分壓力(按體積計遠(yuǎn)小于)以及CO2的小部分壓力(按體積計10-15%)都是由于高氮鎮(zhèn)重物(75%)。對于吸附過程，氮鎮(zhèn)重物使得二氧化碳分子類似“汪洋中的一滴水”(needlesinahaystack)，因此，在接觸足夠目標(biāo)以實現(xiàn)滿意的收集效率時產(chǎn)生大量廢水。飛灰、細(xì)小的玻璃狀灰塵堵塞了吸附過程中使用的吸收器。NOx和SOx與水結(jié)合變成腐蝕酸和熱穩(wěn)定性鹽(heatstablesalt)，引起吸附能力的丟失以及回收設(shè)備管(reclaimertube)表面的涂覆。對來自天然氣的二氧化碳進(jìn)行的含水胺類洗滌比應(yīng)用到由飛灰、NOx和SOx污染的煙道氣的相同的過程容易得多。膜或其他死端過濾媒介對于來自煙道氣的大規(guī)模的碳捕獲是不實用的，因為存在堵塞孔口的飛灰。鑒于這些問題，存在對于一種用于碳捕獲以及用于已知的碳捕獲過程的改進(jìn)的洗滌上升流的替代裝置的需求。這是美國能源部的態(tài)度“低壓和稀釋濃度要求待處理的氣體的實際上高的體積。煙道氣中的痕量雜質(zhì)趨向于降低CO2吸收過程的效率。將捕獲的CO2從大氣壓力壓縮到管道壓力(1，200-2，000鎊/每平方英寸(PSi))表示大的寄生損失(parasiticload)0，，天然氣電廠和燃煤電廠都排放大量熱煙流，包括在大約大氣壓力下按體積計10-15%的二氧化碳(CO2)。這些是低濃度/低部分壓力源，其最難以碳捕獲。氮氣抽出沒有已知的用于從碳捕獲的煙道氣上升流抽出氮氣的裝置。氮氣(N2)是無害氣體，其組成來自燃煤電廠的煙道氣的體積的75%。其被稱為氮鎮(zhèn)重物。氮氣可能被安全地排到已經(jīng)有78%的氮氣的地球大氣中。煙道氣中的其他良性輕餾分是氧氣(O2)(4%)、水蒸汽(5%)以及氬氣(1%)。合計有大約85%的煙道氣除了抽出之外根本不需要任何處理。抽出碳捕獲的良性氣體上升流將使氣體排放流中二氧化碳的濃度從僅僅10-15%增加到對于下游碳捕獲過程的煙道氣中的90%以上。二氧化碳的濃縮可能使得碳捕獲經(jīng)濟(jì)可行。抽出氮氣以便濃縮二氧化碳理論上是可能的，因為與二氧化碳和其他重餾分相比，氮氣和其他輕餾分具有小的摩爾質(zhì)量。在開放系統(tǒng)中的離心式氣體分離可以理論上解決氮氣抽出的問題。離心式氣體分離氮氣(N2)的摩爾質(zhì)量僅為28g/mol(克/每摩爾氣體)；二氧化碳(CO2)是44g/mol，其比氮氣密度大36%。可能利用該36%的密度差的離心式氣體分離器分為兩種機(jī)械地驅(qū)動和壓力驅(qū)動。機(jī)械地驅(qū)動的氣體分離器可以利用低至1.5%的氣體密度差，遠(yuǎn)超過煙道氣分離的執(zhí)行要求。超速離心機(jī)是以極端速度轉(zhuǎn)動并產(chǎn)生非常高的引力的非常精致的平衡圓筒(verydelicatelybalancedcylinder)，該非常高的引力使氣體在圓筒內(nèi)根據(jù)密度徑向分層。這種轉(zhuǎn)動的圓筒離心式氣體分離器是危險的，因為它們極高的轉(zhuǎn)速。壓力驅(qū)動裝置(pressuredrivendevice)包括慣性收集器(也稱為旋流器(cyclone))以及渦流管。旋流器和渦流管都是軸向逆流裝置，其中，流在相反的方向上行進(jìn)，并且該裝置是靜態(tài)的。慣性收集器被廣泛地用于處理氣體排放流以移除大部分懸浮微粒。旋流器沒有移動部件。穿過罐的壁噴射的切向供給在第一渦流中沿著壁向下旋轉(zhuǎn)，然后在第一渦流內(nèi)的第二渦流中向上旋轉(zhuǎn)。這是軸向逆流。固體被離心出，靠著罐的壁，并且被收集在底部，且清潔的氣體隨著第二渦流從頂部出來。旋流器，即使是級聯(lián)的，甚至對于分離出2.5微米的飛灰這樣的相對容易的工作也是無效的。通過慣性收集器進(jìn)行氮氣抽出沒有被報道過并表現(xiàn)為不可能的。沒有移動部件的其他壓力驅(qū)動離心式氣體分離裝置是渦流管。渦流管的最終作用是將高壓流分離成兩個低壓流，其中一個比原始?xì)饬鞲鼰幔硪粋€更冷。加壓供給氣被切向地噴射到兩個端部都打開的靜態(tài)管的一個端部中。供給氣在第一渦流中盤旋到達(dá)相對的端部，在該處有錐形的中央流阻抗。熱氣體從圍繞流阻抗的管出來。再循環(huán)流在第一渦流內(nèi)的第二渦流中從流阻抗彈回并從比供給氣冷的供給端部出來。在渦流管中的停留時間大約為幾毫秒。關(guān)于渦流管如何根據(jù)溫度影響供給氣的分離有各種觀點。渦流管的應(yīng)用還被用在將液化空氣分離成氮氣和氧氣，用在從天然氣中移除可凝結(jié)的蒸汽，并用在改進(jìn)用于二氧化碳洗滌的吸附劑混合。煙道氣中存在飛灰、加壓供給物所需的高能量以及氣體/氣體分離(氣體分層)的低分離效率將使得渦流管不適用于從煙道氣中抽出氮氣。飛灰和其他懸浮微粒懸浮微粒包括飛灰、煙灰、可凝結(jié)的蒸氣、霧和灰塵。這些餾分是空氣中傳播的，因為它們非常小。洗滌懸浮微粒團(tuán)聚了這些餾分，因此它們可以在下游被更容易地分離。然而，來自粉末狀煙煤和次煙煤燃燒的微粒排放物按質(zhì)量計大約6%是以懸浮微粒的形式，該懸浮微粒太小而不能由已知的方法或裝置分離。飛灰是在煤燃燒期間形成的細(xì)小無機(jī)(主要是二氧化硅)微粒物質(zhì)。飛灰的最大麻煩是它們以直徑小于2.5百萬分之一米(微米)(PM-2.5)的微小的玻璃狀灰塵的形式。被收集的飛灰在用作混凝土添加劑方面以及用作用于制造不需要燃燒的耐久的且不能滲透的磚的材料方面是有價值的。因此，飛灰可以同時被看成是問題和未開發(fā)的資源。煙灰，另一種微粒排放物，是未燃燒的燃料，在電廠中，當(dāng)燃燒完全時，其通常不是一個問題。燃燒通常是不完全的，并且在來自船舶和交通工具的氣體排放流中，煙灰是一個嚴(yán)重的問題。其他懸浮微粒包括蒸氣、霧、灰塵以及痕量金屬。汞和VOC(揮發(fā)性有機(jī)化合物)是可凝結(jié)的蒸氣，其排放是有規(guī)定的，因為它們的已知的有害作用。霧是微小液滴，其包括硫酸滴、水滴以及來自凝結(jié)的可凝結(jié)的蒸氣的滴?；覊m是在空氣中傳播的無機(jī)材料碎片。煙道氣中的痕量金屬包括鈾、砷、鉛、鈷、鉻和釷。干式靜電沉淀器(ESP)是用于從燃煤煙道氣收集懸浮微粒的主要裝置。使用ESP進(jìn)行排放控制的其他產(chǎn)業(yè)是水泥(灰塵)、紙漿與造紙(芒硝和石灰粉塵)、石油化工(硫酸霧)以及鋼(灰塵和煙塵)。氣體排放流的流動路徑中的陰極對殘余微粒施加負(fù)電荷。流動路徑中的下游的正電荷收集器板(陽極)吸引負(fù)電荷。帶電荷的懸浮微粒附著到收集器板并團(tuán)聚在涂層中。該涂層通過敲擊而移到漏斗中。ESP,當(dāng)正確地工作且燃料正確時，可具有高達(dá)99.2%的總體收集效率。在收集小于2.5微米的飛灰和其他細(xì)小微粒時，ESP失效。在ESP中有效地收集懸浮微粒的尺寸限度是大約10微米。在使用慣性收集器，例如旋流器時發(fā)現(xiàn)了對于細(xì)小微粒的甚至更低的收集效率。多個旋流器級聯(lián)的預(yù)計的總體控制效率是94%，但是，細(xì)小微粒大多數(shù)沒有被收集。旋流器通常被用作ESP、織物過濾器或濕法洗滌器上游的預(yù)收集器，使得這些裝置可以專用于較小微粒負(fù)載(lowerparticleloading)，以降低資金和/或操作成本。用于NOx、SOx和懸浮微粒的濕法洗滌器現(xiàn)有技術(shù)濕法洗滌器中的94%的微粒的總體收集效率劣于ESP的最大收集效率。本領(lǐng)域已知的機(jī)械輔助的濕法洗滌器當(dāng)廢氣流動通過風(fēng)扇時將液體噴射到離心式風(fēng)扇葉片上。機(jī)械輔助的優(yōu)勢是使用更少的水和更小的覆蓋區(qū)。收集發(fā)生在噴射中以及在形成在風(fēng)扇葉片上的薄膜中。濕法微粒洗滌器具有將空氣污染問題換成水污染問題的劣勢。文丘里洗滌器，最大湍流的濕法洗滌器，具有最高的收集效率。文氏管是壓力驅(qū)動裝置，其通過噴嘴將廢氣和液體的結(jié)合流噴射到罐中。然而，文氏管具有湍流很快地散逸到壓力中的劣勢。湍流混合發(fā)生的時間是短的。對于NOx和SOx，噴射的洗滌液體是一種包括吸附劑(對于SOx是石灰或石灰石，對于NOx是氨水)的水溶液。這些吸附劑與目標(biāo)氣體反應(yīng)產(chǎn)生無害的產(chǎn)物?，F(xiàn)有技術(shù)濕法SOx洗滌的移除效率范圍為50-98%。與所有現(xiàn)有技術(shù)濕法洗滌器一樣，高移除效率的代價是大容量的稀釋廢水，該大容量的稀釋廢水需要儲存和處理并引起空間和資源的浪費。干式SOx洗滌器具有較低的移除效率，<80%，但不產(chǎn)生廢水。一種用于處理天然氣的已知的碳捕獲方法是使用胺水溶液的濕法洗滌。煙道氣中的NOx、SOx以及懸浮微粒使該已知的技術(shù)應(yīng)用于高容量熱的且臟的排出氣流時變得復(fù)雜。高容量的氮氣和其他良性餾分中的低濃度的SOx和NOx(按體積計小于1%)意味著必須噴射大量的液體以便接觸足夠的稀少洗滌目標(biāo)以實現(xiàn)滿意的移除效率。低濃度還意味著凝結(jié)更困難，這是由于低部分壓力。
發(fā)明內(nèi)容這是一種新的碳捕獲方法，其以徑向逆流動態(tài)地從氣體排放流中分離出濃縮的二氧化碳的清潔氣體流。級聯(lián)裝置實現(xiàn)了滿意的收集效率，以允許軸向抽出的氮氣和水蒸汽排出到大氣中。一種用于區(qū)別性徑向平流輸送來自燃煤電廠的煙道氣或其他氣體排放流中的重餾分和輕餾分的裝置包括用于在同軸反向轉(zhuǎn)動的離心式葉輪(coaxialcounter-rotatingcentrifugalimpeller)之間的軸向供給的裝置。高摩爾質(zhì)量餾分(重餾分)，諸如二氧化碳、N0x、S0x、汞以及飛灰，通過葉輪徑向向外平流輸送到罐中。低摩爾質(zhì)量餾分(輕餾分)，諸如氮氣和水蒸汽，通過背壓和軸向抽吸徑向向內(nèi)平流輸送，并被軸向地抽出以便排出或進(jìn)一步處理。葉輪之間的徑向渦流提供用于輕餾分徑向向內(nèi)流動通過軸向供給的導(dǎo)管。在葉輪之間的高剪切中的長的停留時間期間的高湍流機(jī)械輔助的混合和洗滌，與氮鎮(zhèn)重物的通過區(qū)別性徑向平流輸送的所述上升流軸向抽出結(jié)合，從煙道氣中分離出氣體二氧化碳的清潔流。飛灰和沉淀物通過在湍流中剪切增稠團(tuán)聚到污泥狀物塊中，并從罐中被回收。由吸附劑反應(yīng)產(chǎn)生的氣體從處于湍流渦流的外周的剪切反應(yīng)區(qū)域被連續(xù)地移除。從洗滌目標(biāo)連續(xù)地抽出惰性氣體以及湍流機(jī)械地輔助的混合使NOx、SOx和懸浮微粒的滿意的收集效率所需的噴射液體的體積最小化。該過程可被認(rèn)為是有組織的湍流。湍流漩渦中的微小離心式分離作用通過強(qiáng)制方式整合，以產(chǎn)生重餾分和輕餾分的徑向分散流，其中，重餾分具有高濃度的二氧化碳，而輕餾分具有高濃度的氮氣。圖1示出了優(yōu)選實施方式的一半的示意立面圖，其為一種包括用于碳捕獲和洗滌的反向轉(zhuǎn)動的離心式葉輪的裝置。圖2示出了圖1所示的優(yōu)選實施方式的工作空間的一半的俯視圖，其中頂部葉輪和擋板不可見，其示出了葉輪之間的同向轉(zhuǎn)動徑向渦流陣列、湍流環(huán)以及徑向渦流和葉輪之間的混合區(qū)域。圖3a示出了工作空間的一部分的側(cè)視圖的細(xì)節(jié)，其示出了重餾分和輕餾分的流動路徑以及葉輪之間的剪切層。圖3b示出了從轉(zhuǎn)動軸線進(jìn)入到湍流環(huán)中的截面圖。圖4示出了圖1中所示的優(yōu)選實施方式中的葉輪外周和罐的側(cè)視圖的細(xì)節(jié)。圖5示出了軸向排出口附近的帶有示出徑向逆流的矢量的徑向渦流的截面?zhèn)纫晥D。圖6示出了可選的實施方式，其包括殼內(nèi)的單個葉輪。圖7a示出了用于引起圖1中所示的優(yōu)選實施方式中的離心式葉輪反向轉(zhuǎn)動的優(yōu)選的驅(qū)動裝置的細(xì)節(jié)。圖7b示出了優(yōu)選實施方式及其優(yōu)選的驅(qū)動裝置的俯視圖。附圖參考數(shù)字I-軸向供給導(dǎo)管Ia-供給氣源2-軸向供給口3-工作空間4-底部葉輪5-頂部葉輪6-葉片7-驅(qū)動裝置8-連接裝置9-軸向排出口10-排出導(dǎo)管11-軸向泵、噴射器/排泄器12-葉輪組件外周13-罐14-擋板15-徑向供給導(dǎo)管16-用于洗滌液體的噴射口17-葉輪組件的收縮部分18-葉輪組件的擴(kuò)張部分19-葉輪組件20-用于洗滌液體的液體源21-徑向渦流、匯流導(dǎo)管22-徑向渦流之間的混合區(qū)域23-工作空間的層環(huán)24-工作空間的湍流環(huán)25-工作空間的膨脹環(huán)26-冷卻裝置27-排氣口28-凈化泵29-可移動的密封件30-邊界層31-剪切層32-再循環(huán)流壓力、背壓33-源流34-匯流35-殼36-驅(qū)動電動機(jī)37-驅(qū)動心軸38-驅(qū)動輪39-軸承密封件40-可移動的密封件41-離心式葉輪42-葉輪驅(qū)動心軸具體實施例方式圖1示出了優(yōu)選實施方式的示意性截面圖，其為一種用于濃縮和洗滌諸如來自煤燃燒的煙道氣的氣體排放流的裝置。對稱軸線和轉(zhuǎn)動軸線為軸線a-a。圖1的討論將集中在將優(yōu)選實施方式應(yīng)用于燃煤煙道氣處理上，但是其可以被用于其他氣體排放流。供給氣(燃煤電廠煙道氣)從源Ia連續(xù)地流動通過軸向供給導(dǎo)管1并通過葉輪組件19中的軸向供給口2進(jìn)入工作空間3。其他氣體排放流包括來自水泥廠、硫酸廠、醫(yī)療廢棄物焚燒、工業(yè)鍋爐、造紙廠、鋼廠、船舶、以及其他工業(yè)設(shè)施的氣體排放流。術(shù)語供給氣也將指這些氣體排放流。術(shù)語流體是指氣體、液體以及其混合物。術(shù)語流體混合物是指流體的混合物，其包括包含固體的混合物。煙道氣是包括重餾分(二氧化碳、懸浮微粒、氧化硫、汞蒸氣以及氧化氮)和輕餾分(氮氣、氧氣以及水蒸汽)的流體混合物。葉輪組件19包括可反向轉(zhuǎn)動的離心式葉輪4、5和外周12，所述葉輪具有公用轉(zhuǎn)動軸線a-a。葉輪優(yōu)選地由諸如鋼的剛性材料制成。葉輪的轉(zhuǎn)動使得流體在葉輪之間的工作空間3中徑向向外平流輸送。支撐葉輪的合適的裝置(未示出)將葉輪保持在相對的且間隔開的位置，以便保持它們之間的工作空間3。圖7中所示的優(yōu)選的驅(qū)動裝置通過驅(qū)動輪38保持葉輪分離。如圖所示，被支撐的葉輪之間的間隔從它們的轉(zhuǎn)動軸線a-a徑向向外變化，從而界定收縮部分17和擴(kuò)張膨脹部分18。優(yōu)選地，葉輪組件通過合適的裝置(未示出)支承以防止震動。葉輪組件19的離心式葉輪4、5通過合適的連接裝置8連接到驅(qū)動裝置7。用于引起大致精確的反向轉(zhuǎn)動的驅(qū)動裝置和連接裝置的優(yōu)選實施方式在圖7a和7b中示出。圖1中示出了連接到每個葉輪的可選的驅(qū)動裝置7。葉輪大約以相同的角速度但以相反的方向轉(zhuǎn)動。優(yōu)選地，為了大規(guī)模地處理煙道氣，每個葉輪的轉(zhuǎn)動速度小于1000轉(zhuǎn)/每分鐘(rpm)。本領(lǐng)域已知很多合適的驅(qū)動裝置7，包括用于每個葉輪的單獨電動機(jī)，并且已知很多合適的連接裝置8，以便引起葉輪的反向轉(zhuǎn)動，這些合適的連接裝置8包括帶傳動和齒輪機(jī)構(gòu)。例如，已知具有通過行星齒輪連接的反向轉(zhuǎn)動螺旋槳的飛行器和直升機(jī)。葉輪包括葉片6。本領(lǐng)域已知并可以使用各種葉片設(shè)計，包括如圖2所示的彎曲葉片或帶角度葉片(angledblade)。以疊置觀察，頂部葉輪和底部葉輪的葉片交叉。因此，在反向轉(zhuǎn)動期間，在工作空間中將有葉片之間的剪切是高的很多點，并且這些點連續(xù)地徑向向外移動。外周12處的擴(kuò)張部分18中的葉片用于壓縮通過外周流入環(huán)狀罐(annulartank)13的流體，并用于產(chǎn)生再循環(huán)流壓力32?？拷S向供給口2的葉片用于將供給氣徑向向外平流輸送到工作空間3中。靠近軸向排出口的葉片用于通過徑向向外平流輸送重餾分離開軸向排出口9來保護(hù)通過軸向排出口的流以免受到重餾分污染。參見圖5。由葉輪組件19的葉輪4、5驅(qū)動的供給氣從軸向供給口2在反向轉(zhuǎn)動離心式葉輪之間以徑向向外流動路徑流動通過工作空間3到達(dá)外周12并進(jìn)入罐13。從軸線a-a徑向向外的所述流將被稱為源流。源流包括重餾分、噴射液體以及未分離的輕餾分。源流由于高剪切而為湍流。葉輪之間的源流在收縮部分17受到阻礙，在該收縮部分17處，葉輪表面收斂并變得間隔很近。收縮部分實際上是收斂型噴嘴，因而源流流速降低。阻力與源流相對，并且增加供給氣在葉輪之間的高剪切環(huán)境中的停留時間。供給氣與噴射的洗滌液體的混合通過機(jī)械地強(qiáng)制的高湍流而被增強(qiáng)。源流在收縮部分的失速區(qū)別地影響輕餾分并輔助軸向抽出氮氣和水蒸汽以濃縮洗滌目標(biāo)，如下面將說明的。在經(jīng)過收縮部分17之后，軸向抽出輕餾分之后留下的供給氣流動到擴(kuò)張部分18中，在此處，葉輪之間的間隔增加。包括微粒、NOx和SOx的洗滌目標(biāo)已經(jīng)被濃縮，并且洗滌液體已經(jīng)被混合到煙道氣中。擴(kuò)張部分實際上是擴(kuò)張型噴嘴。葉輪在擴(kuò)張部分處的葉片6迫使流體徑向向外進(jìn)入罐13中。葉輪的轉(zhuǎn)動給罐加壓。罐13接收通過外周12的流。優(yōu)選地，罐是設(shè)置在葉輪外周并通過可移動的密封件29連接到葉輪4、5的環(huán)轉(zhuǎn)物。密封件保持罐壓力，并允許葉輪貼著靜態(tài)罐壁滑動。罐壓力輔助凝結(jié)罐內(nèi)的SOx和NOx，并凝結(jié)汞蒸氣和水蒸汽。葉輪組件的擴(kuò)張部分18處的葉輪給罐加壓。由于罐壓力而形成的再循環(huán)流壓力32由右指箭頭示出。罐包括排氣口27，該排氣口27與罐內(nèi)部相通并提供用于將二氧化碳釋放出加壓罐以便進(jìn)一步處理的裝置。排氣口可以是本領(lǐng)域已知的很多設(shè)計。排氣口27還可以是焦耳-湯姆遜膨脹閥。罐中的二氧化碳保持氣態(tài)，并且與排氣口相通的監(jiān)測裝置(未示出)調(diào)節(jié)允許通過排氣口27從罐逸出的流的純度。通過排氣口的流具有高濃度的二氧化碳并已經(jīng)被洗滌了NOx、SOx以及懸浮微粒。必要時，相同設(shè)計的第二裝置接收排氣口的輸出作為原料。級聯(lián)裝置從通過排氣口27的濃縮的二氧化碳流中去除氮氣、N0x、S0x以及懸浮微粒。罐還包括凈化泵28，該凈化泵與罐內(nèi)部相通并提供用于將固體和液體泵出罐的裝置。凈化泵可以是本領(lǐng)域已知的很多設(shè)計，包括螺桿泵(progressivecavitypump)或僅僅包括閥。通過凈化泵28的流是重餾分的濃縮流(concentratedstream)，包括噴射液體、凝結(jié)物(condensate)以及來自煙道氣的微粒。凝結(jié)物包括凝結(jié)的NOx和SOx以及汞。微粒包括團(tuán)聚的飛灰和其他懸浮微粒，以及由濕法洗滌產(chǎn)生的沉淀物。圖4示出了罐的細(xì)節(jié)。葉輪6的工作產(chǎn)生了再循環(huán)流壓力32或背壓，該再循環(huán)流壓力32或背壓對抗源流并還增加在收縮部分17中的停留時間。如圖所見，擴(kuò)張部分18對于來自罐13的背壓32實際上是收斂型噴嘴，而同時對于源流是擴(kuò)張型噴嘴。背壓32集中在剪切層并用于徑向向內(nèi)驅(qū)動輕餾分。重餾分在背壓周圍沿著葉輪的表面徑向向外流到罐中。罐13中的壓力凝結(jié)水蒸汽、未反應(yīng)的NOx、未反應(yīng)的SOx以及汞，這些與團(tuán)聚的懸浮微粒和來自洗滌的沉淀物一起流動通過凈化泵28以收集。葉輪之間的再循環(huán)流壓力和高剪切的結(jié)合在擴(kuò)張部分18中引起非常高的湍流，所述葉輪在外周具有高切向速度。對于在包括具有高縱橫比的精確的反向轉(zhuǎn)動的葉輪的緊密覆蓋的閉合系統(tǒng)裝置(closelyshroudedclosedsystemsetup)中的類似的馮卡門旋渦流(analogousvonKarmanswirlingflow)，已經(jīng)報道大約IO7等級的雷諾數(shù)。因此，在擴(kuò)張部分18中發(fā)生極好的混合。噴射液體與已經(jīng)通過軸向抽出氮氣被濃縮的氣體在擴(kuò)張部分中的混合使微粒變濕并接觸NOx和SOx以及C02。湍流漩渦允許徑向向內(nèi)抽取由吸附劑反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，從而有助于正向反應(yīng)并提高洗滌效率。機(jī)械地強(qiáng)制的湍流，與帶有文氏管的壓力強(qiáng)制湍流不同，不會消散并可以繼續(xù)，只要必要。停留時間優(yōu)于本領(lǐng)域已知的機(jī)械輔助離心式濕法洗滌可能的停留時間，該本領(lǐng)域已知的濕法洗滌是快速流動通過裝置(rapidflow-throughdevice)0在擴(kuò)張部分18和罐13中的停留時間可以通過調(diào)整葉輪速度和罐抽空來調(diào)節(jié)，以確保對給定的供給流的滿意的洗滌。使用第一裝置的輸出作為供給氣的第二裝置將允許罐抽空，如果高的供給流時，甚至在洗滌完成之前。NOx和SOx以及汞在加壓罐13中發(fā)生凝結(jié)，使得濃縮的二氧化碳的氣體流通過排氣口27。氮鎮(zhèn)重物已經(jīng)在壓縮的上游被軸向地抽出。二氧化硫的沸點高達(dá)-10°C(263K)，而三氧化硫更高達(dá)45°C。二氧化氮的沸點也高達(dá)21.1°C。通過在罐壓力下的凝結(jié)并通過由葉輪組件導(dǎo)致的湍流吸附劑混合來洗滌來自濃縮的二氧化碳流的NOx、SOx以及汞，產(chǎn)生了罐中具有高濃縮的這些有害餾分的液體。罐中的液體通過凈化泵28從罐排出。位于頂部葉輪5的中央的軸向排出口9與軸向排出導(dǎo)管10相通。軸向泵11和軸向排出導(dǎo)管相通，并在葉輪繞軸線a-a反向轉(zhuǎn)動的同時，提供用于從工作空間3排出流體的裝置。朝軸線a-a徑向向內(nèi)的所述流將被稱為匯流。匯流主要是輕餾分，包括氮氣、水蒸汽以及氧氣。這些氣體餾分大約組成煙道氣和其他工業(yè)氣體排放流的體積的85%。匯流通過軸向泵11的抽吸并通過由葉輪產(chǎn)生的再循環(huán)流壓力32而被驅(qū)動。輕餾分被徑向向內(nèi)區(qū)別地平流輸送的原因是，湍流漩渦流將輕餾分集中在微小的渦流軸線，并使其遠(yuǎn)離葉輪，并且徑向渦流21提供將這些毛細(xì)管連接成主干匯流的結(jié)合的低壓梯度(coherentlowpressuregradient)。剪切層31由于葉輪的反向轉(zhuǎn)動而存在于工作空間3中。剪切層處于一個平面中，該平面大致與葉輪等距并大致垂直于它們的轉(zhuǎn)動軸。靠著每個葉輪的是與葉輪一起轉(zhuǎn)動的流體的附著的邊界層30。這些邊界層彼此剪切。在剪切層中由邊界層的剪切產(chǎn)生的徑向渦流21是具有與葉輪的轉(zhuǎn)動軸線a-a成徑向的軸線的結(jié)合的湍流漩渦流陣列，類似軸線a-a作為輪軸的輪子中的輻條。為了了解更多的徑向渦流，請參見圖2、圖3a、圖3b以及圖5。徑向渦流21提供用于徑向向內(nèi)到軸向排出口9的流或匯流的導(dǎo)管。存在所述匯流導(dǎo)管，盡管供給氣在它們周圍流動，因為有足夠的物質(zhì)流動通過徑向渦流以維持連貫性。匯流通過軸向泵11的抽吸并通過將流體推入覆蓋罐(shroudingtank)13的葉輪組件產(chǎn)生的背壓32而被促進(jìn)。馮卡門旋渦流是給予圓筒狀容器中反向轉(zhuǎn)動盤之間的流的名稱。來自覆蓋圓筒壁(shroudingcylinderwall)的再循環(huán)流與葉輪之間的剪切一起，可以引起極高的湍流(Re^lO7)。然而，馮卡門旋渦流的調(diào)查研究僅考慮了帶有閉合的覆蓋壁和高縱橫比的閉合容器。沒有已經(jīng)被公開的用于執(zhí)行有用任務(wù)的流動通過裝置。擋板14保護(hù)軸向排出口9不受供給氣的侵入。擋板通過葉片6連接到底部葉輪4。擋板與底部葉輪一起轉(zhuǎn)動。葉片和擋板界定用于將流體引入工作空間3的螺旋供給導(dǎo)管15。螺旋供給導(dǎo)管中的噴射口16與液體源20相通，并提供用于將諸如水或吸附劑漿(sorbentslurry)或溶液的液體與供給氣一起引入工作空間3中的裝置。優(yōu)選地，噴射口包括Lobestar渦流混合噴嘴。通過噴射口的加壓液體噴射或通過供給氣流對來自液體源的液體的抽吸都可以被使用，但是，加壓噴射是優(yōu)選的。供給氣與噴射液體在螺旋供給導(dǎo)管中混合。圍繞徑向向外源流中的徑向渦流的軸線的混合漩渦與所述的徑向向內(nèi)匯流的輕餾分通過徑向渦流21同時發(fā)生?？赡苣撤N程度上進(jìn)入擋板和頂部葉輪之間的空間的供給氣被從徑向渦流和旋渦軸離心出去，并且收集在葉輪表面，在該葉輪表面，其被徑向向外平流輸送離開軸向排出口9。前述的同時發(fā)生的徑向源-匯流(radialsource-sinkflow)將被稱為徑向逆流。盡管逆流都圍繞相同的軸，但是徑向逆流與軸向逆流(如在旋流器或渦流管中實踐的)不同。區(qū)別在于，逆流渦流的軸線與驅(qū)動裝置的轉(zhuǎn)動軸線成徑向。此外，已知的軸向逆流裝置由供給壓力驅(qū)動，而如本發(fā)明所公開的徑向逆流為機(jī)械地驅(qū)動的。軸向泵11通過軸向排出導(dǎo)管10和軸向排出口9與工作空間3相通。在葉輪4、5轉(zhuǎn)動的同時，軸向泵11的抽吸引起流體從工作空間3流動通過軸向排出口9并通過軸向排出導(dǎo)管10。優(yōu)選地，軸向泵是蒸汽噴射器/排泄器，其可以是本領(lǐng)域已知的各種設(shè)計，其尺寸設(shè)計成當(dāng)通過軸向供給口2引入原料時確保通過軸向排出口9的恒定流。泄壓蒸汽(blowdownsteam)在燃煤電廠的場所是豐富的，并可被用于噴射器11，其不需要極高的技術(shù)來提供必要的匯流?？蛇x的軸向泵是氮氣噴射器或鼓風(fēng)機(jī)或本領(lǐng)域已知的用于氣體流的其他設(shè)計。循環(huán)流壓力32幫助軸向泵11從工作空間抽出輕餾分。流動通過軸向排出導(dǎo)管10的是具有高濃度的輕餾分的流，該高濃度的輕餾分包括氮氣、氧氣和水蒸汽，至少高于原料中的輕餾分的濃度。根據(jù)本發(fā)明，通過軸向排出導(dǎo)管的流可以供給用于另一個裝置，以便洗掉其余的污染物，或者如果在第一階段已經(jīng)實現(xiàn)足夠低的污染物濃度，則可能甚至被直接地排到大氣。根據(jù)圖1中示出的設(shè)計并使用軸向排出導(dǎo)管的輸出作為下一個階段供給的級聯(lián)洗滌器洗滌余留在輕餾分流中的足夠的重餾分，以允許將輕餾分流排到大氣。在輕餾分流中可能存在的氧化氮(N0，摩爾質(zhì)量30g/mol)在排出之前在催化轉(zhuǎn)化器(未示出)中被分解。催化轉(zhuǎn)化器的操作通過對微粒和其他有毒餾分的上游洗滌而被增強(qiáng)。優(yōu)選實施方式的操作湍流傳統(tǒng)上被認(rèn)為是機(jī)械能量的無用的降低，且因此除了作為有害物以外不值得感興趣。在本發(fā)明中，湍流被利用為煙道氣的碳捕獲和洗滌。強(qiáng)制以相反方向流動的軸向泵和離心式葉輪組件的強(qiáng)制方式使湍流漩渦流的微小的離心作用合并，以在氣體排放流中產(chǎn)生輕餾分和重餾分的區(qū)別性徑向平流輸送。同時發(fā)生的源_匯流可能通過工作空間，因為徑向渦流提供通過源流的匯流導(dǎo)管。反向轉(zhuǎn)動的葉輪之間的剪切層和高湍流中的漩渦提供了低壓梯度，在該低壓梯度，諸如氮氣、氧氣以及水蒸汽的低密度餾分聚集。所述低壓梯度與軸向排出導(dǎo)管10中的由軸向泵11的抽吸引起的低壓迂回地相通。徑向渦流21提供了用于大量流的徑向向內(nèi)輕餾分的匯流導(dǎo)管。匯流通過軸向泵11的抽吸并通過由增加罐壓力的離心流產(chǎn)生的再循環(huán)流壓力或背壓32而被促進(jìn)。因為在由背壓擠壓并由軸向泵抽吸的湍流漩渦流處具有高濃度的是輕餾分，而遠(yuǎn)離漩渦流軸并靠近離心式葉輪處具有高濃度的是重餾分，因此，具有重餾分和輕餾分的區(qū)別性徑向平流輸送。葉輪之間的徑向向外流或源流具有高濃度的二氧化碳、NOx,SOx以及懸浮微粒。徑向向內(nèi)流或匯流具有高濃度的氮氣、氧氣以及水蒸汽。不同的餾分以不同的方向被平流輸送，且因而根據(jù)密度被分開。同向轉(zhuǎn)動的徑向渦流21的陣列指向葉輪軸線a-a，類似于輪子中的輻條(比較，馮卡門旋渦流)。徑向渦流21是與漩渦流軸線處的低壓梯度迂回地相通的匯流導(dǎo)管，其用作毛細(xì)管供給匯流。每個徑向渦流包括同軸源和匯流。葉輪驅(qū)動源流漩渦圍繞徑向渦流軸并從葉輪軸徑向向外。來自葉輪的再循環(huán)流壓力32和軸向泵11的抽吸驅(qū)動所述源流內(nèi)漩渦并徑向向內(nèi)的匯流。參見圖5。每個漩渦外周處是重餾分的聚集，并且鄰近的漩渦在它們的外周處將重餾分旋轉(zhuǎn)到一起。當(dāng)噴射水、微粒以及NOx和SOx在漩渦外周處旋轉(zhuǎn)到一起時，噴射水(重餾分)接觸也都是重餾分的微粒以及NOx和SOx。被噴射水接觸的飛灰變成了飛灰漿。在渦流外周處的飛灰漿剪切增厚成團(tuán)聚的微粒塊。該塊掉入湍流中并吸收其他塊和懸浮微粒。罐中團(tuán)聚的懸浮微粒和沉淀物為大塊的泥狀物，且因而容易從廢水中分離。包圍洗滌目標(biāo)的氮氣和其他氣體被剝離到漩渦流軸中，從而改進(jìn)了微粒、NOx以及SOx的變濕。而且，由洗滌反應(yīng)產(chǎn)生的氣體通過徑向渦流從反應(yīng)區(qū)域移除，這通過移除反應(yīng)產(chǎn)物有利于向前的洗滌反應(yīng)。停留時間是長的，湍流是高的，因此，即使對于微小微粒而言，收集效率也是高的。識別徑向逆流和軸向逆流之間的區(qū)別是重要的。如通過渦流管和旋流器(都為壓力驅(qū)動靜態(tài)裝置)實現(xiàn)的軸向逆流是同軸源，并且匯流集中在管或錐形罐(conicaltank)的中心線上。徑向逆流(其由反向轉(zhuǎn)動離心式葉輪和軸向泵機(jī)械地驅(qū)動)是同軸源，并且匯流處于大致與離心式葉輪轉(zhuǎn)動軸線a-a垂直的平面。圖5示出了徑向逆流的正交軸特征。軸向泵11朝葉輪軸線徑向向內(nèi)拉動輕餾分(例如氮氣、氧氣和水蒸汽)通過徑向渦流并拉伸徑向渦流軸線。圍繞徑向渦流漩渦并在葉輪之間徑向向外的流動也拉伸渦流軸線。拉伸渦流軸線增加了渦度(vorticity)并維持了徑向渦流的結(jié)合性。軸向泵11不是必要特征，而是優(yōu)選的。軸向泵11的增加是優(yōu)選的，因為匯流的體積是大的，并且需要幫助物質(zhì)流動通過導(dǎo)管下游直到最終排出，以避免工作空間中的匯流的滯流。大約85%的供給物(按體積計)變成匯流，并且從工作空間抽出如此大的體積當(dāng)使用軸向泵以驅(qū)動匯流通過徑向渦流時更容易做到。除了燃煤煙道氣之外，來自供給氣源Ia的其他供給氣可以是來自諸如天然氣發(fā)生器、燃油鍋爐或內(nèi)燃機(jī)的礦物燃料發(fā)電廠，以及來自水泥廠、紙漿和造紙廠、石油化工廠、鋼廠、城市廢物設(shè)施、醫(yī)療廢棄物設(shè)施以及其他有毒氣體混合物源的氣體排放。也適用于供給物的是來自礦山和建筑物、天然氣或真空吸塵器的吸入的污染空氣。這些應(yīng)用都被權(quán)利要求所覆蓋。討論聚焦在優(yōu)選實施方式作為用于從燃煤電廠的煙道氣的供給流清潔和濃縮二氧化碳流的預(yù)處理裝置的使用。二氧化碳流將被供給用于碳捕獲過程。該討論借助于圖解，并且不意圖將優(yōu)選實施方式的應(yīng)用限制于其他氣體原料流。燃煤電廠煙道氣是全球變暖和空氣污染的主要原因。該煙是高溫的氣體排放流，其包括包含氮氣、水蒸汽和氧氣的良性餾分，該良性餾分按體積計占大約85%。良性餾分相對于煙道氣中的其他餾分具有低密度，且因此被稱為輕餾分。氮氣(N2)的摩爾質(zhì)量是28g/mol；水蒸汽(H2O)是18g/mol；以及氧氣(O2)是32g/mol。煙中的重餾分包括二氧化碳(CO2),其摩爾質(zhì)量是44g/mol；氧化氮(NOx，主要為NO2,其摩爾質(zhì)量是46g/mol)；氧化硫(S0x，主要為SO2，其為64g/mol，以及S03，其為80g/mol)；汞蒸汽(200g/mol)；霧；飛灰；煙灰以及灰塵。重餾分的密度顯著地高于輕餾分，因此得名為重餾分。為了進(jìn)一步解釋將摩爾質(zhì)量應(yīng)用到密度，摩爾是氣體分子的阿伏伽德羅常數(shù)(6.022XIO23)。應(yīng)用到氣體混合物，如煙道氣，該混合物的該很多分子根據(jù)它們的溫度和壓力占據(jù)一定的體積，并且無論體積是多少，氣體混合物中的每個組成部分貢獻(xiàn)一定的質(zhì)量，該一定的質(zhì)量即為其摩爾質(zhì)量。摩爾質(zhì)量表示排放流中的組成氣體的相對密度。氮氣的密度為28g/mol(即，無論每摩爾占據(jù)多大體積，每摩爾是28克)，其小于二氧化碳的密度44g/moL·其密度差為36%。當(dāng)葉輪組件19的離心式葉輪4、5繞它們的軸線a-a反向轉(zhuǎn)動時，流體流動同時發(fā)生，并且連續(xù)通過軸向供給口2、軸向排出口9以及外周12。換句話說，通過供給口2的供給氣在葉輪組件19內(nèi)被連續(xù)地分為兩個連續(xù)流(1)通過排出導(dǎo)管10的輕餾分(煙道氣中氮氣、水蒸汽和氧氣)的徑向向內(nèi)(朝軸線a-a)匯流，以及(2)通過外周12的重餾分(煙道氣中二氧化碳、液體、汞、飛灰、NOx以及SOx)的徑向向外源流。在接收通過外周12的流的罐13中，所述重餾分流分成通過排氣口27的濃縮的二氧化碳流和通過凈化泵28的濃縮的液體、固體、NOx以及SOx流。通過擋板14并還通過離心式葉輪的反向轉(zhuǎn)動來防止匯流被供給流污染，該離心式葉輪的反向轉(zhuǎn)動產(chǎn)生充當(dāng)保護(hù)性匯流導(dǎo)管的徑向渦流并產(chǎn)生源流和匯流的徑向逆流。參見圖2。葉輪之間的湍流的混合區(qū)域22中的每個漩渦流徑向分層輕餾分和重餾分并保持它們分開。通過葉輪組件的擴(kuò)張部分18，穿過軸向供給口2的供給氣的源流已經(jīng)變成濃縮的重餾分的湍流的和濃化的源流，該重餾分包括二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、飛灰、懸浮微粒以及噴射液體。氮氣、水蒸汽和氧氣的軸向抽出已經(jīng)濃縮了洗滌目標(biāo)，并且擴(kuò)張部分中的由葉輪之間的剪切引起的湍流以及來自覆蓋罐的背壓產(chǎn)生了極好的混合和由濕法洗滌產(chǎn)生的飛灰漿的剪切增稠。通過區(qū)別性徑向平流輸送捕獲在罐中并通過所述湍流洗滌的二氧化碳的冷卻通過輕餾分的軸向抽出伴隨著它們的熱通過軸向排出導(dǎo)管10、通過液體噴射、通過膨脹并通過與葉輪通過熱轉(zhuǎn)移裝置26、26a的熱轉(zhuǎn)移而發(fā)生。罐中的加壓二氧化碳通過排氣口27的膨脹進(jìn)一步使之冷卻。本領(lǐng)域已知的合適的裝置可使用流出通過排氣口的濃縮的、冷卻的并清潔的二氧化碳流，將該流改變成一種適用于隔離或其他處理的形式。葉輪之間的剪切應(yīng)該保持重餾分進(jìn)入罐的流動路徑暢通無阻。在葉輪處于反向轉(zhuǎn)動的同時，通過軸向供給導(dǎo)管1的諸如底灰(bottomash)的磨料微粒的周期噴射可以清潔葉輪表面。噴射液體取決于待執(zhí)行的濕法洗滌。對于SOx，該液體可以是本領(lǐng)域已知的吸附劑(例如，石灰或石灰石)漿，對于NOx，本領(lǐng)域已知的吸附劑是氨水，而對于飛灰則是淡水。反向轉(zhuǎn)動的葉輪4、5之間的高剪切在供給氣的通過工作空間3的流動路徑中產(chǎn)生高湍流。湍流引起降低徑向向外流的速度的阻力，從而增加可用于將液體與懸浮微粒以及NOx和SOx氣體混合的時間。來自覆蓋罐13的背壓32也增加用于湍流洗滌的停留時間。湍流引起懸浮微粒碰撞和結(jié)合，并提高由附著的氣體分子包圍的微粒的變濕。氣體(諸如由濕法洗滌吸附劑反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳)抽出到漩渦流中有利于向前的洗滌反應(yīng)。未反應(yīng)的SOx和NOx密度太大而不能加入到擴(kuò)張部分中的氮氣、氧氣、水蒸汽和二氧化碳的匯流中，并在擴(kuò)張部分18的湍流中翻滾，直到其被反應(yīng)。SOx通過高湍流在該再循環(huán)中的長停留時間引起高收集效率。罐13中的由葉輪組件19產(chǎn)生的壓力通過凝結(jié)未反應(yīng)的SOx和NOx而提高收集效率。水蒸汽中的潛熱以及被抽出的氮氣中的熱可通過軸向排出導(dǎo)管10而被回收到動力生產(chǎn)，諸如預(yù)加熱給水，而不是從煙出來加熱大氣，這可以提高動力生產(chǎn)效率多達(dá)10%。本發(fā)明的級聯(lián)的很多裝置可以進(jìn)一步冷卻、濃縮以及清潔從煙道氣捕獲的二氧化碳。第一裝置的輸出(通過排氣口27)是第二徑向逆流分離器的供給物，等等，同時二氧化碳的濃度和純度在每個階段增加。沒有噴射水的干洗滌也可以在本發(fā)明中被實線，其中細(xì)小微粒物質(zhì)通過在高湍流流中碰撞而團(tuán)聚并通過范德華力而結(jié)合。湍流中，尤其是漩渦流外周擠在一起(grindtogether)處的動能克服了靜電排斥并允許微粒在非彈性碰撞中粘到一起。通過將氣體抽出到漩渦流中幫助干洗滌，這移除了圍繞氣體的細(xì)小微粒的防護(hù)包封。然而，對于由燃煤電廠產(chǎn)生的氣體排放流而言，濕法洗滌是優(yōu)選的，因為水也捕獲SO3以及其他氣體，并且其提高通過剪切增稠的飛灰污泥的收集。優(yōu)選地，葉輪和罐通過本領(lǐng)域已知的合適的裝置26、26a來冷卻，例如，靠在葉輪組件19的外表面上的空氣或液體流，以便增強(qiáng)與工作空間3中的熱氣的熱交換。干的或濕的離心式吸附劑用于徑向向外拉動供給氣通過葉輪之間的收縮部分17中的湍流并進(jìn)入葉輪組件的擴(kuò)張部分18中，在該擴(kuò)張部分18處，由于反向轉(zhuǎn)動的葉輪的高切向速度和背壓32的結(jié)合而存在非常高的湍流。排放控制領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將能夠根據(jù)理論或?qū)嶒?，相對于供給導(dǎo)管直徑以及入口和出口的壓力和溫度條件調(diào)節(jié)葉輪間隔、直徑以及轉(zhuǎn)動速度，以實現(xiàn)各種流體餾分和流動速度的最有效的流體分離。然而，應(yīng)注意，由于氮氣和水蒸汽的軸向抽出通過軸向排出導(dǎo)管10，所以通過外周12的流與通過供給導(dǎo)管的流相比，其質(zhì)量將已經(jīng)被顯著地減小。圖2示出了向著底部葉輪4看時，在葉輪的反向轉(zhuǎn)動期間，圖1所示的優(yōu)選實施方式中的工作空間3的一半的俯視圖。葉輪轉(zhuǎn)動的方向由箭頭示出。討論聚焦在用于捕獲來自煙道氣的二氧化碳的優(yōu)選實施方式的使用。頂部葉輪5是不可見的且擋板14也是不可見的。這些在圖1中示出，而這里不示出。供給氣從軸向供給入口2進(jìn)入工作空間3，并且通過彎曲的葉片6從葉輪轉(zhuǎn)動軸線a_a被徑向向外離心地推動。示出了多個螺旋葉片，但可以使用本領(lǐng)域已知的多個葉片設(shè)計的離心式泵。噴射口16將液體引入到供給氣中。底部葉輪4的轉(zhuǎn)動方向由箭頭示出。底部葉輪及其葉片6的轉(zhuǎn)動將噴射液體和供給氣驅(qū)動到工作空間中并且徑向向外到達(dá)外周12。來自噴射口16的噴射液體霧化并且該離心滴徑向向外拉動供給氣。剪切層31存在于反向轉(zhuǎn)動的離心式葉輪之間，并且在剪切層內(nèi)的是同向轉(zhuǎn)動的徑向渦流21的陣列，該徑向渦流就像具有葉輪軸線a-a作為其輪轂的輪子中的輻條一樣指向轉(zhuǎn)動軸線a-a。徑向渦流被示出在大致?lián)醢?4處被截斷，因為徑向渦流延伸到軸向排出口9，這里沒有示出是因為頂部葉輪是不可見的。徑向渦流是用于輕餾分的匯流朝葉輪軸線a-a徑向向內(nèi)通過工作空間3的導(dǎo)管。工作空間3包括三個同心環(huán)層環(huán)23，其最靠近工作空間的中心以及葉輪的轉(zhuǎn)動軸線；湍流環(huán)24，其在層環(huán)的遠(yuǎn)側(cè)；以及膨脹環(huán)25，其在湍流環(huán)的遠(yuǎn)側(cè)并延伸至外周12。流在層環(huán)中具有比湍流環(huán)中相對低的湍流，但是所有環(huán)中都有湍流。湍流環(huán)23位于收縮部分17，而膨脹環(huán)18位于葉輪組件19的擴(kuò)張部分。膨脹環(huán)中的湍流可能比湍流環(huán)中甚至更大。將葉輪之間的湍流描述成重餾分殼(heavyfractionshell)和輕餾分空隙(lightfractionvoid)的混亂的海綿(chaoticsponge)是有用的。通過渦流內(nèi)的徑向密度分層作用的離心分離，大的和小的產(chǎn)生了殼和空隙。包括氮氣和水蒸汽的輕餾分沿著每個湍流漩渦流軸聚集，這形成了具有低密度和低壓力的空隙或空泡(vacuole)。重餾分被離心到每個渦流的外周，這形成了具有高密度的殼或結(jié)皮(crust)。高壓力存在于重餾分中，因為當(dāng)鄰近的渦流轉(zhuǎn)動時，它們被葉輪所限制并彼此旋轉(zhuǎn)。當(dāng)殼旋轉(zhuǎn)到一起時，飛灰、NOx以及SOx與噴射液體混合。殼可以擠在一起很長一段時間，因為湍流通過葉輪被機(jī)械地強(qiáng)制。鄰近的渦流之間的剪切使飛灰漿團(tuán)聚并且剪切增稠成容易分離的污泥狀物塊。供給氣還根據(jù)密度圍繞葉輪軸線a-a徑向分層，該葉輪軸線與剪切層中的渦流軸正交。區(qū)別性徑向平流輸送徑向向外驅(qū)動重餾分至外周12，并徑向向內(nèi)驅(qū)動輕餾分通過徑向渦流21至軸向排出口9。在湍流漩渦中和在松密度中(inthebulk)，從二氧化碳抽出氮氣和水蒸汽是連續(xù)的。本發(fā)明提供了用于將由湍流漩渦實現(xiàn)的迄今為止無用的離心分離與由離心式葉輪和軸向泵實現(xiàn)的離心分離連接起來的裝置。湍流的微小作用通過強(qiáng)制方式而合并，以根據(jù)密度產(chǎn)生氣體流體混合物的分離。圖3a示出了圖1所示的優(yōu)選實施方式的葉輪4、5之間的工作空間的層環(huán)23的詳細(xì)的示意性截面?？恐~輪的邊界層30之間的剪切層31具有高渦度，這是由于離心式葉輪4、5的反向轉(zhuǎn)動，如圖1和圖3b所示。供給氣被引導(dǎo)通過徑向供給導(dǎo)管15，如箭頭所示。高湍流混合發(fā)生在反向轉(zhuǎn)動的離心式葉輪4、5之間的混合區(qū)域22?；旌蠀^(qū)域22中的漩渦流離心重餾分(包括二氧化碳、N0x、S0x以及微粒)遠(yuǎn)離它們的渦流軸軸線，而在此處輕餾分(包括氮氣、水蒸汽和氧氣)聚集。重餾分聚集在靠著葉輪的邊界層30中。葉輪的轉(zhuǎn)動引起重餾分分子徑向向外流動。輕餾分通過圖1所示的軸向泵的抽吸以及通過如圖1下解釋的背壓32被朝葉輪軸線徑向向內(nèi)優(yōu)先地平流輸送到匯流中。輕餾分和重餾分的所述區(qū)別性徑向平流輸送因為剪切層的渦流中餾分根據(jù)密度的徑向分層而發(fā)生。參見圖5以便得到更詳細(xì)的說明。剪切層31中的徑向渦流21提供用于徑向向內(nèi)向著葉輪轉(zhuǎn)動軸a-a的輕餾分匯流34(箭頭所示)的結(jié)合導(dǎo)管。每個徑向渦流包括供給氣的外周漩渦源流33(第一渦流)和輕餾分的同軸的內(nèi)部漩渦匯流34(第二渦流)。源流和匯流都拉伸渦流軸，這增加了渦度并維持了結(jié)合性。與渦流管中的逆流不同，該逆流不是由供給壓力驅(qū)動，而是由離心式葉輪和同時操作的軸向泵驅(qū)動。剪切層中渦流軸線在剪切層31的平面中一般對齊。如果任何軸線伸出剪切層，則其將通過反向轉(zhuǎn)動的邊界層30被扭轉(zhuǎn)回剪切層平面中。在松密度中的很多微小的離心渦流的結(jié)合工作遠(yuǎn)離剪切層并向著葉輪表面最終聚集重餾分，在此處它們聚集在邊界層30中。在邊界層中由葉輪平流輸送的重餾分的聚集向著葉輪并遠(yuǎn)離葉輪軸線a-a增加。從軸線a-a徑向向外的平流輸送優(yōu)先地影響重餾分，該重餾分由于渦流離心作用而在邊界層30中處于高濃度。因此，源流包括高濃度的重餾分。一旦經(jīng)過湍流環(huán)，則聚集的重餾分流以及其二氧化碳、NOx,S0x、微粒、汞以及噴射液體在膨脹環(huán)25中的極端湍流被劇烈攪動。因為氮鎮(zhèn)重物通過徑向渦流被軸向地抽出，因此，洗滌目標(biāo)被聚集在該湍流中。由吸附劑反應(yīng)產(chǎn)生的氣體被抽離湍流渦流外周處的反應(yīng)區(qū)域進(jìn)入湍流渦流軸。沉淀物和團(tuán)聚的懸浮微粒被剪切增稠成塊，并且當(dāng)塊在湍流中翻滾時，它們滾雪球似地迅速增大，變成更大的塊。來自罐(未示出)的再循環(huán)流壓力32以及來自源流的湍流阻抗的阻力徑向向外對抗葉輪之間的源流，但是，重餾分從葉輪獲得足夠的動量來進(jìn)入罐，盡管存在該對抗。所述對抗優(yōu)先地平流輸送輕餾分，該輕餾分在剪切層中處于高濃度并因此從葉輪接收較少的動量。在膨脹環(huán)25處，葉輪之間具有高湍流，該高湍流將輕餾分聚集在渦流軸線。漩渦流為低壓力梯度，其用作用于由背壓32徑向向內(nèi)擠壓的匯流的毛細(xì)管。徑向渦流從在膨脹環(huán)以及湍流環(huán)24和層環(huán)23的混合區(qū)域22中的毛細(xì)管收集流。通過軸向排出口9和軸向排出導(dǎo)管10的匯流包括高濃度的輕餾分。該匯流可以變成用于相同設(shè)計的第二裝置的供給物，以級聯(lián)的方式，以便在排到大氣中之前凈化輕餾分流。本發(fā)明的優(yōu)選實施方式是一種簡單的、低技術(shù)的裝置，其容易擴(kuò)展成分離的高容量臟熱廢氣流。圖3b示出了如從葉輪軸線a-a看的工作空間3的另一個截面。邊界層30與葉輪4、5的表面接觸，并且邊界層源流由于葉輪反向轉(zhuǎn)動而進(jìn)入頁面中，箭頭所示。徑向渦流21共同順時針方向轉(zhuǎn)動，如箭頭所示。徑向渦流是用于匯流離開頁面的導(dǎo)管。鄰近渦流逆時針方向轉(zhuǎn)動，并且在徑向渦流21之間出現(xiàn)越來越小的渦流。徑向渦流之間的空間是混合區(qū)域22。所有渦流，無論大的還是小的，都由葉輪和軸向泵的強(qiáng)制方式驅(qū)動。在徑向渦流之間的混合區(qū)域22中，漩渦或小尺度的渦流以不同的方向轉(zhuǎn)動，如圖所示。混合區(qū)域22中的復(fù)雜的渦流結(jié)構(gòu)包括混亂的海綿中的殼和空隙；該圖中的顯示僅僅是該復(fù)雜性的粗略圖解。在每個渦流中，根據(jù)密度的徑向分層將輕餾分從供給氣的重餾分中分離。鄰近湍流漩渦流的外周擠在一起，從而接觸、加壓以及混合重餾分，諸如噴射液體以及微粒、N0x、S0x和可冷凝的蒸氣。當(dāng)渦流外周彼此相擠時，由噴射液體和微粒以及其他懸浮微?；旌系玫降臐{剪切增稠成污泥狀物塊。在湍流中翻滾的塊團(tuán)聚并附著懸浮微粒。被徑向向外平流輸送的塊的動量幫助源流通過湍流環(huán)24。兩個同時發(fā)生的徑向分層分離供給氣一個在湍流的渦流中，其位于與軸線a-a垂直的平面中，而另一個在相對于軸線a-a的源-匯流中。兩個同時發(fā)生的徑向分層的結(jié)合引起重餾分和輕餾分的區(qū)別性徑向平流輸送，其中，重餾分從葉輪轉(zhuǎn)動軸徑向向外行進(jìn)，而輕餾分通過徑向渦流徑向向內(nèi)行進(jìn)。參見圖5。圖4是圖1中所示的罐的細(xì)節(jié)。罐13的內(nèi)部與葉輪組件19的工作空間3相通。罐通過葉輪組件19加壓，該葉輪組件19迫使流體通過外周12進(jìn)入罐。罐壁和葉輪4、5之間的密封件29提供了用于保持罐壓力并用于使罐內(nèi)部與大氣隔離的裝置。葉輪4、5上的葉片6強(qiáng)迫流體進(jìn)入罐中并還在罐中產(chǎn)生高剪切。高剪切與背壓32結(jié)合產(chǎn)生高湍流，并因此引起洗滌目標(biāo)與吸附劑的極好的混合，以及飛灰與噴射液體的極好的混合。葉輪組件的擴(kuò)張部分18形成收斂型噴嘴，該收斂型噴嘴將再循環(huán)流壓力32聚集到葉輪之間的剪切層中。背壓擠壓匯流通過渦流，并增加重餾分在湍流中的停留時間。通過外周12進(jìn)入罐13中的流是二氧化碳的濃縮流。優(yōu)選地，合適的冷卻裝置26冷卻罐壁。所述冷卻裝置26可以是本領(lǐng)域已知的很多類型，包括連接到鹽水冷卻器(brinechiller)的水套以及用于鹽水循環(huán)通過水套和冷卻器的裝置。排氣口27使?jié)饪s的和加壓的二氧化碳流排出罐。必要時，圖1中所示的相同設(shè)計的下一個裝置接收排氣口的輸出作為其供給物，并進(jìn)一步濃縮和清潔二氧化碳流。通過外周12的液體和固體與二氧化碳一起收集在罐的底部并通過凈化泵28，以便由合適的裝置進(jìn)行處理。圖5示出了當(dāng)裝置處于操作中時，靠近圖1中所示的軸向排出口9的徑向渦流的剖面?zhèn)纫晥D。徑向渦流軸線b-b大致上位于與葉輪軸線a-a垂直的平面中并且位于葉輪之間的剪切層中。如果徑向渦流軸線的方向不與葉輪平行，則軸線b-b上的來自反向轉(zhuǎn)動的葉輪的扭矩將使其扭轉(zhuǎn)回剪切層的平面中。葉輪的精確的反向轉(zhuǎn)動保持徑向渦流軸線大致直的并與軸線a-a垂直。徑向渦流21是在開放系統(tǒng)中，在湍流中通過來自葉輪的轉(zhuǎn)動的動量輸送并通過軸向泵的抽吸而強(qiáng)制的結(jié)合的結(jié)構(gòu)。當(dāng)通過圖1所示的裝置發(fā)生流動時，徑向渦流的陣列建立在剪切層中。葉輪和軸向泵拉伸徑向渦流軸線b-b。源流，S卩，遠(yuǎn)離軸線a-a的流，其由指向左邊的箭頭示出。匯流，即，徑向向內(nèi)通過空間3向著軸線a-a的流，其由指向右邊的箭頭示出。矢量的大小由箭頭的長度指示。兩種流都是圍繞大致相同的轉(zhuǎn)動軸線b-b的螺旋流。流體元素(微粒)在徑向渦流中相對于軸線a-a徑向向內(nèi)流動還是徑向向外流動取決于其與徑向渦流軸線b-b的距離。遠(yuǎn)離軸線b-b的微粒從軸線a-a徑向向外流動到源流中，而接近軸線b-b的微粒從軸線a-a徑向向內(nèi)流動到匯流中。微粒遠(yuǎn)離軸線b-b還是接近軸線b-b由其密度確定。流體餾分根據(jù)密度的徑向分層發(fā)生在徑向渦流內(nèi)，而該徑向分層確定微粒相對于軸線a-a被徑向向內(nèi)平流輸送還是徑向向外平流輸送。包括二氧化碳的重餾分被離心遠(yuǎn)離軸線b-b并且被從軸線a-a徑向向外平流輸送到源流中。二氧化碳以氣態(tài)形式被捕獲在罐13中。離心式葉輪驅(qū)動源流。包括氮氣和水蒸汽的輕餾分聚集在徑向渦流軸線b-b附近并且被徑向向內(nèi)平流輸送到匯流中。壓力梯度驅(qū)動匯流，并且該壓力梯度由軸向泵11的抽吸以及背壓32產(chǎn)生。徑向渦流21是用于輕餾分軸向抽出通過軸向排出口9的匯流導(dǎo)管。輕餾分的更大的聚集是在匯流中而不是供給流中，使得重餾分聚集流遠(yuǎn)離軸線a-a流動。在煙道氣中，輕餾分的體積(>85%)比重餾分(<15%)的體積大得多，因此有足夠的質(zhì)量流來維持徑向渦流的結(jié)合性。當(dāng)通過工作空間的流接近軸向排出口9時，流中輸送的重餾分被離心離開徑向渦流軸線b-b到達(dá)葉輪，在該處，它們通過與頂部葉輪5和充當(dāng)離心式葉輪的擋板14接觸而結(jié)合被徑向向外平流輸送遠(yuǎn)離軸向排出口的流。區(qū)別性徑向平流輸送的強(qiáng)制方式產(chǎn)生圍繞軸線b-b的螺旋狀逆流(輕餾分在旋風(fēng)(tornado)中向著軸向排出口流動，重餾分在包圍的旋風(fēng)(envelopingtornado)中流動遠(yuǎn)離它)，該螺旋狀逆流為相對于葉輪軸線a-a的源-匯流。因此，名稱徑向逆流被應(yīng)用到本發(fā)明的方法。二氧化碳(44g/mol)和氮氣(28g/mol)之間的密度差是36%。水蒸汽(18g/mol)的密度甚至比氮氣還小，并且水蒸汽和二氧化碳之間的密度差是59%。N0x和S0x的密度甚至比二氧化碳還大，因此，它們和氮氣之間的密度差甚至更大。懸浮微粒的密度比所述氣體大得多，因此，懸浮微粒，尤其是團(tuán)聚的微粒，和氮氣之間的密度差非常非常大。流體餾分的密度越大，則其離軸線b-b越遠(yuǎn)并且其越容易被徑向向外平流輸送遠(yuǎn)離軸線a-a。氮氣、水蒸汽以及剩余的氧氣-輕餾分-占據(jù)在向著軸向排出口9的匯流中。從前述討論中，來自強(qiáng)制方式的最終分離作用是明顯的，并且可以通過由本領(lǐng)域技術(shù)人員所進(jìn)行的實驗或計算而被更精確地確定。徑向渦流存在于開放系統(tǒng)中，S卩，具有連續(xù)地或多或少流入和流出的物質(zhì)的系統(tǒng)。因此，其可區(qū)別于在某些情況下閉合系統(tǒng)馮卡門旋渦流中出現(xiàn)的徑向渦流。甚至在高湍流流中，持續(xù)的結(jié)合的渦流也是可能的，因為系統(tǒng)是開放的。木星的紅斑是一個例子。圖6示出了用于煙道氣洗滌的替換的實施方式，其包括在兩側(cè)上具有葉片6并設(shè)置在殼35內(nèi)的單個離心式葉輪41。連接到電動機(jī)7并通過軸承密封件39連接到殼的驅(qū)動心軸42引起離心式葉輪41在殼35內(nèi)轉(zhuǎn)動，并從而從源Ia平流輸送供給氣通過軸向供給導(dǎo)管1并進(jìn)入殼中。來自源20的洗滌液體通過噴射口16噴射到供給氣中。洗滌液體與供給氣在由葉輪和殼之間的流體的剪切引起的高湍流中混合。殼的外周處的罐13接收通過葉輪平流輸送的流。葉輪41的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生由指向右邊的箭頭示出的再循環(huán)流壓力或背壓32，該指向右邊的箭頭指向葉輪轉(zhuǎn)動軸線的方向。罐包括用于排空二氧化碳的排氣口27和用于排空凝結(jié)物、液體以及固體的凈化泵28。罐內(nèi)的壓力由將流體驅(qū)動到罐中的葉輪41產(chǎn)生，并且壓力引起汞、NOx以及SOx凝結(jié)并流動通過凈化泵。再循環(huán)流壓力32提供用于徑向向內(nèi)向著葉輪軸線a-a平流輸送匯流中的輕餾分并輸送到與軸向泵11相通的軸向排出導(dǎo)管10中的裝置。優(yōu)選地，軸向泵為由排氣(blowdown)提供能量的蒸汽噴射器/排泄器。軸向泵抽吸輕餾分通過軸向排出導(dǎo)管。因此，包括氮氣、水蒸汽以及剩余的氧氣的輕餾分被從殼內(nèi)的供給氣徑向地抽出，從而增加了罐13中的二氧化碳濃度。工作空間3中在葉輪葉片6和殼35之間的剪切引起工作空間3中的高湍流和很多小尺度的漩渦流。在所有渦流軸處是低壓梯度。在每個渦流中，輕餾分聚集在渦流軸處，而重餾分被離心到渦流外周。鄰近的渦流在它們的外周處旋轉(zhuǎn)到一起，引起液體與洗滌目標(biāo)接觸并剪切增稠洗滌漿。根據(jù)密度的徑向分層發(fā)生在每個小尺度的漩渦流中，并且再循環(huán)流壓力32驅(qū)動輕餾分徑向向內(nèi)沿著漩渦流軸線并最終進(jìn)入軸向排出導(dǎo)管10。無數(shù)的小尺度的渦流一起工作的最終作用是從輕餾分分離重餾分。該最終作用通過由軸向泵11和離心式葉輪41強(qiáng)制的區(qū)別性徑向平流輸送而被利用。軸向泵和再循環(huán)流壓力驅(qū)動匯流。軸向泵僅僅是用于驅(qū)動匯流的一種裝置，而僅僅再循環(huán)流壓力可以是足夠的。然而，對于大規(guī)模的氣體分離，諸如電廠的煙道氣，在此處，充足的泄壓蒸汽可用于蒸汽噴射器，并且要被抽出的氮氣和其他輕餾分的體積非常大，軸向泵是優(yōu)選的部件。葉輪41和殼35之間徑向向內(nèi)到軸向排出導(dǎo)管10的流將是非常湍流的，這是由于葉輪和殼之間流體中的剪切。然而，具有組織該空間中的流體的行為的宏觀的加壓?？拷~輪41的是邊界層，該邊界層通過葉輪轉(zhuǎn)動被徑向向外平流輸送遠(yuǎn)離軸線a-a。再循環(huán)流壓力32和軸向泵11的抽吸驅(qū)動輕餾分徑向向內(nèi)沿著殼進(jìn)入軸向排出導(dǎo)管10。當(dāng)氣體到達(dá)軸向排出口9時，氮氣和水蒸汽的濃度將比通過軸向供給口2的氣體更高。因此，氮氣和水蒸汽被從供給氣軸向地排出，使得濃縮的二氧化碳流通過排氣口27排出。圖7a示出了用于引起葉輪組件19的離心式葉輪4、5的反向轉(zhuǎn)動的優(yōu)選的驅(qū)動裝置。通過驅(qū)動心軸37連接到驅(qū)動電動機(jī)36的驅(qū)動輪38與葉輪在它們的外周處接合。驅(qū)動心軸延伸通過罐壁，并且罐和驅(qū)動心軸由可移動的密封件分開。連接到電動機(jī)和驅(qū)動心軸的變速器(未示出)提供用于高起動扭矩的裝置。優(yōu)選地，在該優(yōu)選的實施方式起動時，罐被允許自由地通風(fēng)并保持未加壓，并且具有高轉(zhuǎn)動慣量的葉輪在供給物被引入之前逐漸地提高速度，并且罐壓力通過關(guān)閉排氣口27而增加。優(yōu)選地，驅(qū)動輪具有防滑表面，使得驅(qū)動輪和葉輪之間具有高摩擦。示出的是具有在不同方向上的各種帶角的突出部的表面。另一個可選的是與葉輪中的槽配合的齒，葉輪槽是用于污泥徑向向外流動并進(jìn)入罐中的無阻礙通道。用于增加驅(qū)動輪和葉輪之間的摩擦的其他合適的裝置包括橡膠和研磨面。驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)動以相同的角速度在相反的方向上驅(qū)動葉輪。驅(qū)動心軸在軸承密封件39處與罐13接合。驅(qū)動輪提供用于使葉輪保持在某一間隔距離的裝置。圖7b示出了優(yōu)選實施方式的俯視圖，其包括三個等距離地間隔開的圖7a的優(yōu)選的反向轉(zhuǎn)動驅(qū)動裝置。三個或更多個驅(qū)動單元提供用于保持葉輪間隔開的裝置，并且更多的單元是優(yōu)選的，使得如果在操作期間，一個單元損壞，則可以進(jìn)入自由轉(zhuǎn)動模式，直到維修完成。具有由本發(fā)明的以上詳細(xì)描述提供的指示的后見之明中的益處，以及對待解決的問題和現(xiàn)有技術(shù)的闡述，排放控制或離心式氣體分離領(lǐng)域的技術(shù)人員將得出可以對本發(fā)明做出的明顯的修改。并沒有這樣的意圖該將來的修改的被承認(rèn)的可能性應(yīng)該暗示本發(fā)明者承認(rèn)實踐本發(fā)明的最佳模式?jīng)]有被公開。目前本發(fā)明者所知的對煙道氣聚集和洗滌的特定應(yīng)用的最佳模式已經(jīng)被公開。其他人所做的將來的改進(jìn)或修改不應(yīng)該改變權(quán)利要求的作用或使權(quán)利要求的作用無效。也不應(yīng)指示代表具體領(lǐng)域技術(shù)人員的由本發(fā)明所影響的后見之明被承認(rèn)為事后證明以影響本發(fā)明是明顯的，或者他們可以很容易地在他們所設(shè)想的那樣困擾，當(dāng)這么長時間，這么多煙道氣污染和全球變暖的嚴(yán)重問題仍未能解決。顯然，根據(jù)本發(fā)明的級聯(lián)裝置將提高收集效率。換句話說，來自軸向排出導(dǎo)管10的輕餾分流被供給到第二裝置中并被進(jìn)一步分離，等等，直到該輕餾分做好排出或使用的準(zhǔn)備。而且，來自罐排出口27的重餾分流成為用于第二裝置的供給物，等等。還應(yīng)該對各種其他領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，在給出本發(fā)明的公開內(nèi)容之后可以做出什么特定的應(yīng)用。包括干法洗滌和濕法洗滌。干微粒物質(zhì)通過范德華力而結(jié)合，這是因為在高湍流環(huán)境中很多的非彈性碰撞，其中氣體被連續(xù)地抽出，以便從洗滌目標(biāo)移除氣體微粒的包封。對于分離除了煙道氣以外的流體混合物的很多應(yīng)用的必要的修改是可能的并應(yīng)該是明顯的。例如，本發(fā)明可以完成天然氣洗滌，其中，甲烷是被軸向地抽出的輕餾分，而硫化氫、可凝結(jié)的蒸氣、二氧化碳以及水是被徑向向外平流輸送以在罐中壓縮并在高湍流中洗滌的重餾分。使用軸向供給反向轉(zhuǎn)動的離心式葉輪的真空凈化器將排出清潔的氣體，并在葉輪外周通過高湍流環(huán)境中的范德華力團(tuán)聚更加微小的干微粒。用于礦井或建筑物的通風(fēng)的改進(jìn)的空氣凈化器是這里的教導(dǎo)的另一個明顯的應(yīng)用。因此，并沒有這樣的意圖本發(fā)明的范圍被限制于所描述的具體實施方式，其只是本發(fā)明的示范，即，用于徑向逆流氣體分離和高湍流洗滌的公開的裝置和方法，且并不意圖具有限制本權(quán)利要求的范圍的作用，除非權(quán)利要求中明確陳述。權(quán)利要求一種機(jī)械碳捕獲以從氣體排放流中分離出二氧化碳?xì)怏w的方法，所述氣體排放流包括輕餾分和重餾分，所述方法包括以下同時發(fā)生的步驟將所述氣體排放流軸向地供給到在同軸反向轉(zhuǎn)動的離心式葉輪之間的工作空間中，引起包括二氧化碳?xì)怏w的重餾分徑向向外流動通過所述工作空間并進(jìn)入罐中，引起包括氮氣的輕餾分徑向向內(nèi)流動通過所述工作空間，以及從所述葉輪之間軸向地抽出所述輕餾分。2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括進(jìn)一步同時發(fā)生的步驟將洗滌液體噴射到所述氣體排放流中并且從所述罐清除液體和團(tuán)聚的固體。3.用于分離氣體流體混合物的裝置，所述混合物包括輕餾分和重餾分，所述裝置包括葉輪組件，所述葉輪組件包括同軸反向轉(zhuǎn)動的離心式葉輪，其連接到用于引起反向轉(zhuǎn)動的機(jī)械裝置并在它們之間界定工作空間，所述葉輪提供用于徑向向外平流輸送重餾分的裝置，軸向供給口，其提供用于在所述葉輪反向轉(zhuǎn)動的同時將所述氣體流體混合物引入到所述工作空間中的裝置，以及軸向排出口，其與用于從所述工作空間軸向地抽出輕餾分的裝置相通；用于在所述葉輪反向轉(zhuǎn)動的同時將流體徑向向內(nèi)平流輸送通過所述工作空間到達(dá)所述軸向排出口的裝置；以及靜態(tài)罐，其與所述工作空間相通并圍繞所述葉輪組件設(shè)置，所述罐提供用于加壓和收集包括二氧化碳?xì)怏w的重餾分的裝置。4.如權(quán)利要求3所述的裝置，還包括通過葉片連接到具有軸向供給口的葉輪的擋板。5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述葉輪組件的所述葉輪的間隔距離從所述葉輪的轉(zhuǎn)動軸線徑向向外變化，從而形成收縮部分和擴(kuò)張部分。6.如權(quán)利要求5所述裝置，其中，所述葉輪包括葉片。7.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述罐包括用于排空氣體二氧化碳的排氣口和用于排空液體和團(tuán)聚的固體的凈化泵。8.如權(quán)利要求3所述的裝置，還包括用于將洗滌液體噴射到所述氣體排放流中的裝置。9.用于分離氣體混合物的裝置，所述混合物包括輕餾分和重餾分，所述裝置包括殼，其包括軸向供給口和軸向排出口，所述殼還在其外周包括用于排空不可凝結(jié)的氣體的排氣口和用于排空液體和固體的凈化泵，離心式葉輪，其連接到用于引起轉(zhuǎn)動的機(jī)械裝置，所述葉輪被設(shè)置在所述殼內(nèi)，并在所述殼的具有所述軸向供給口的側(cè)面上界定所述葉輪和所述殼之間的徑向向外的流動路徑以及在所述殼的具有所述軸向排出口的側(cè)面上限定所述葉輪和所述殼之間的徑向向內(nèi)的流動路徑，所述離心式葉輪及其驅(qū)動裝置提供用于徑向向外平流輸送重餾分的裝置，以及用于在所述葉輪在所述殼內(nèi)轉(zhuǎn)動的同時將輕餾分平流輸送通過所述徑向向內(nèi)的流動路徑并通過所述軸向排出口的裝置。10.如權(quán)利要求9所述的裝置，還包括用于將洗滌液體噴射到所述氣體混合物中的裝置。11.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述葉輪在兩個側(cè)面上包括葉片。12.用于分離天然氣的裝置，其包括葉輪組件，所述葉輪組件包括同軸反向轉(zhuǎn)動的離心式葉輪，其連接到用于引起其反向轉(zhuǎn)動的裝置并在它們之間界定工作空間，所述葉輪提供用于徑向向外平流輸送天然氣的裝置，軸向供給口，其提供用于在所述葉輪反向轉(zhuǎn)動的同時將天然氣引入到所述工作空間中的裝置，以及軸向排出口，其與用于在所述葉輪反向轉(zhuǎn)動的同時從所述工作空間軸向地抽出甲烷的裝置相通；以及靜態(tài)罐，其與所述工作空間相通并圍繞所述葉輪組件設(shè)置，所述罐由通過所述工作空間的流加壓，并提供用于收集包括可凝結(jié)的蒸氣、水、汞、硫醇、硫化氫以及二氧化碳的濃縮的重餾分的裝置。13.用于湍流洗滌氣體混合物的裝置，所述氣體混合物包括洗滌目標(biāo)和輕餾分，所述輕餾分包括氮氣，所述裝置包括用于將洗滌吸附劑和/或液體噴射到所述氣體混合物中的裝置；葉輪組件，所述葉輪組件包括同軸反向轉(zhuǎn)動的離心式葉輪，其連接到用于其反向轉(zhuǎn)動的機(jī)械裝置并在它們之間界定工作空間，所述葉輪提供用于徑向向外平流輸送流體的裝置，軸向供給口，其提供用于在所述葉輪反向轉(zhuǎn)動的同時將所述氣體流體混合物引入到所述工作空間中的裝置，以及軸向排出口，其與用于在所述葉輪反向轉(zhuǎn)動的同時從所述工作空間軸向地抽出輕餾分的裝置相通；用于在所述葉輪反向轉(zhuǎn)動的同時將輕餾分徑向向內(nèi)平流輸送到所述軸向排出口的裝置；以及靜態(tài)罐，其具有與所述工作空間相通的內(nèi)部，所述罐圍繞所述葉輪組件設(shè)置，并且所述罐由通過所述工作空間的流加壓，并且來自所述罐的背壓與來自所述葉輪組件的剪切相結(jié)合提供用于在濃縮的洗滌目標(biāo)中引起高湍流的裝置，所述罐包括用于排空不可凝結(jié)的氣體的排氣口和用于排空液體和固體的凈化泵。14.如權(quán)利要求13所述的湍流洗滌器，包括用于剪切增稠飛灰漿的裝置。全文摘要這是一種用于經(jīng)由徑向逆流流將氣體或其它流體分離成重組分和輕組分的裝置。罐包括軸線，在該軸線之上，一對機(jī)動的葉輪盤在相反的方向上轉(zhuǎn)動，以向下引導(dǎo)重流體并向上引導(dǎo)較輕流體。較輕流體被泵出罐進(jìn)入環(huán)境中。較重流體被泵出并被收集在罐的下面。明顯地，葉輪包括葉片以更精確地引導(dǎo)流。葉輪相對于轉(zhuǎn)動軸向外擴(kuò)張，這增加從輕組分分離重組分的離心力。文檔編號B01D45/14GK101801496SQ200780053709公開日2010年8月11日申請日期2007年10月19日優(yōu)先權(quán)日2007年7月11日發(fā)明者W·H·麥卡欽申請人:麥卡欽公司