CN101518706A - 吸附装置以及吸附剂再生方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种吸附装置以及吸附剂再生方法。该吸附装置包括吸附塔以及解吸气供给装置，该解吸气供给装置包括：吸收塔、发生器及吸收剂结晶器，该吸收剂结晶器具有吸收溶液导入口，吸收溶液导出口和吸收剂结晶导出口，该吸收溶液导入口连接于吸收塔底部，该吸收溶液导出口连接于发生器顶部，该吸收剂结晶导出口连接于吸收塔顶部；在上述的吸收塔顶部设有干解吸气管道，向吸附塔提供干燥的解吸气，在上述的吸附塔底部设有湿解吸气管道，将完成脱附过程的解吸气导入吸收塔内。该吸附剂再生方法主要包括解吸气循环和吸收溶液循环，吸收溶液循环为吸收式热泵循环，其可以利用低温余热作为热源来完成解吸气的升温和干燥，从而更加适于实用。

Description

吸附装置以及吸附剂再生方法

技术领域

本发明涉及一种与热能工程领域的吸收式热泵技术相结合的吸附分离技术，特别涉及一种能够循环利用解吸气体并回收吸附质资源的吸附装置以及吸附剂再生方法。

背景技术

乙醇与水的混合物，在1大气压下进行蒸馏，当温度达78.15℃时，蒸馏后产生的蒸汽与液体，其组成均为96％的乙醇与4％的水，此共沸温度低於乙醇的沸点(78.3℃)与水的沸点(100℃)，故又称为最低共沸混合物。对于制备可作为车用燃料的无水乙醇(>99％)来说，传统的精馏方法已无能为力，一般是采用吸附分离的方式来获得高纯度的乙醇，即，通过使用吸附剂来吸附乙醇蒸气合水蒸气的水，从而使乙醇浓度提高。当吸附剂的水吸附量达到饱和吸附量之后，要对吸附剂进行再生。请参阅图4所示，是现有吸附装置的流程图。现有的吸附装置在进行吸附剂再生时，一般是采用高温干燥空气或者氮气作为解吸气体，使其通过吸附剂床层，在高温状态下，水在吸附剂上发生解吸脱附，并被解吸气带走，从而达到吸附剂再生的目的。所以，现有的吸附装置需要为吸附塔20配套有专门的高温干燥空气或者氮气的制备装置160，上述的高温空气或者氮气从吸附床层出来后通常被排放，如果选择循环使用，则必须对解吸气进行冷却以冷凝去除解吸其中的水并再加热。因此，现有吸附剂再生技术的能耗较高。

可见，提供一种能够高效率地循环利用解吸气的吸附装置和吸附剂再生方法对节能减排是有益的。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有的吸附装置以及吸附剂再生方法存在的问题，而提供一种新的吸附装置以及吸附剂再生方法，所要解决的技术问题是采用低温余热来制备高温干燥的解吸气，并能够回收吸收剂所吸附的吸附质资源，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种吸附装置，其包括：吸附塔，内设有吸附剂床层；以及解吸气供给装置，其内部循环有吸收溶液，该解吸气供给装置包括：吸收塔，内置有填料层；发生器，内置有换热器，用于提高吸收溶液的浓度；及吸收剂结晶器，具有吸收溶液导入口，吸收溶液导出口和吸收剂结晶导出口，该吸收溶液导入口连接于吸收塔，该吸收溶液导出口连接于发生器，该吸收剂结晶导出口连接于吸收塔；在上述的吸收塔顶部设有干解吸气管道，并连接于吸附塔的顶部，用于向吸附塔提供的干解吸气，在上述的吸附塔底部设有湿解吸气管道，并连接于吸收塔的底部，用于将完成脱附过程的解吸气导入吸收塔内。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述吸附装置，其中所述的解吸气供给装置还包括吸收溶液自换热器，设置于吸收塔和吸收剂结晶器之间，用于进行从吸收塔导出的吸收溶液与从吸收剂结晶器导出的结晶后吸收溶液及含结晶溶液的热交换。

优选的，前述吸附装置，其中所述的解吸气供给装置还包括混合器，用于将从所述吸收剂结晶导出口导出的含结晶溶液和从发生器底部导出的吸收溶液进行混合。

优选的，前述吸附装置，其中所述的解吸气供给装置还包括冷凝器，其通过蒸气通路与发生器相连，在冷凝器中设有冷凝器换热器。

优选的，前述吸附装置，其中所述的发生器为塔状，在该发生器内设有填料层、喷淋设备、空气入口和空气出口，所述填料层设置在发生器内部的中段位置，所述喷淋设备设置在该填料层上部空间；所述空气入口位于填料层的下方，所述空气出口位于喷淋设备的上方。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种吸附剂再生方法，采用前述的吸附装置，对吸附塔内的吸附剂进行再生，该方法包括以下步骤：

向吸附塔内通入干解吸气，该干解吸气通过吸附剂床层，使吸附剂所吸附的吸附质解吸脱附，干解吸气含有吸附质成为湿解吸气；

从吸附塔导出的湿解吸气通入吸收塔与吸收溶液接触，吸收溶液吸收湿解吸气中的吸附质并放热，解吸气的温度得到升高而形成干解吸气；

吸收塔底部的吸收溶液导出到吸收剂结晶器中，并进行冷却结晶及固液分离，结晶后溶液导出到发生器中，含结晶溶液导入吸收塔顶部；以及

在发生器中加热吸收溶液，产生吸附质蒸气同时浓缩吸收溶液，并将浓缩后的吸收溶液导入吸收塔顶部。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，前述的吸附剂再生方法，对所述的从吸收塔底部导出的吸收溶液与从吸收剂结晶器导出的结晶后溶液及含结晶溶液进行换热。

优选的，前述的吸附剂再生方法，对其中所述的发生器中产生的蒸气进行冷凝，回收冷凝吸附质。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种吸附剂再生方法，采用前述的吸附装置，对吸附塔内的吸附剂进行再生，该方法包括以下步骤：

向吸附塔内通入干解吸气，该干解吸气通过吸附剂床层，使吸附剂所吸附的吸附质解吸脱附，干解吸气含有吸附质成为湿解吸气；

从吸附塔导出的湿解吸气通入吸收塔与吸收溶液接触，吸收溶液吸收湿解吸气中的吸附质并放热，解吸气的温度得到升高而形成干解吸气；

吸收塔底部的吸收溶液导出到吸收剂结晶器中，并进行冷却结晶及固液分离，结晶后溶液导出到发生器中，含结晶溶液导入吸收塔顶部；以及

在发生器中加热吸收溶液并通入空气，使空气与发生器中的吸收溶液接触后排出携带有吸附质的空气，同时浓缩吸收溶液，将浓缩后的吸收溶液导入吸收塔顶部。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的吸附装置以及吸附剂再生方法，其能够使解吸气循环利用从而避免了解吸气的浪费，以及解吸气所携带热量的浪费，节约了资源。另外，本发明的解吸气供给装置可以利用低温余热作为热源动力来提供温度更高的解吸气，使低温热源得到有效的利用。由于解吸气为循环状态，所以可以回收吸附剂中所吸附的吸附质资源。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明吸附装置的实施例1的流程图。

图2是本发明吸附装置的实施例2的流程图。

图3是本发明吸附装置的实施例3的流程图。

图4是现有吸附装置的流程图。

10：解吸气供给装置                    11：发生器

110：发生器换热器                     12：吸收塔

121、221：填料层

122、222：喷淋设备                    123：干解吸气管道

124：湿解吸气管道                     13：冷凝器

130：冷凝器换热器                     141：吸收剂结晶器

142：混合器                           150：吸收溶液自换热器

19：蒸气通路

20：吸附塔                            21：吸附剂床层

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的吸附装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图1所示，是本发明实施例1提出的吸附装置的流程图。该吸附装置采用吸附剂对含吸附质混合物料进行分离，混合物料中的吸附质被吸附在吸附剂中，从而达到分离效果。该吸附装置主要包括：吸附塔20和解吸气供给装置10。该吸附塔20内设有吸附剂床层21，吸附剂床层21可充填活性炭、分子筛、硅胶、活性氧化铝以及聚合物等吸附剂，优选其中对吸附质具有较强吸收能力的吸附剂。在进行吸附分离时，混合物料从吸附塔20底部通入，在吸附剂床层21处吸附剂对混合物料中的吸附质进行吸附，完成吸附过程后，被分离的物料从吸附塔20塔顶部输出。所述的解吸气供给装置10，用于向吸附塔10提供高温干燥的解吸气(以下称为干解吸气)，并对完成解吸脱附过程的解吸气(由于其中含有解吸脱附下来的吸附质，以下称为湿解吸气)重新进行干燥和升温，同时分离其中的吸附质。该解吸气供给装置10包括发生器11、吸收塔12以及吸收剂结晶器141。

该发生器11，内置有发生器换热器110用于提供热源对发生器内的吸收溶液进行加热，使吸收溶液中的吸附质蒸发形成蒸气，同时吸收溶液得到浓缩。该发生器11还设有蒸气通路19用于排出所述蒸气，所排出的蒸气待用。发生器11得到的浓缩后的吸收溶液通过管道143输送到吸收塔12中。

该吸收剂结晶器141，具有吸收溶液导入口、吸收溶液导出口和吸收剂结晶导出口，该吸收溶液导入口连接于吸收塔12的底部，该吸收溶液导出口连接于发生器11的顶部，该吸收剂结晶导出口通过管道143连接于吸收塔12的顶部。在吸收剂结晶器141中采用低温冷源对吸收溶液进行冷却结晶，由于吸收溶液达到凝固点时会出现结晶，温度越低液相的吸收溶液的平衡浓度就越低，因此，通过冷却结晶，无论冷却结晶前的吸收溶液度有多高，结晶后液相的吸收剂浓度可达到或接近冷却温度下的吸收剂平衡浓度。对吸收溶液进行冷却结晶，并进行固液分离后将吸收剂结晶通过管道142输送到吸收塔12，而将结晶后的吸收溶液通过管道输送到发生器11中进行浓缩。上述的吸收剂结晶器141所采用的冷源温度可以为-18～60℃。设置吸收剂结晶器对吸收塔输出的吸收溶液进行冷却结晶，其效果之一在于，在保持较低的发生器吸收溶液工作浓度，从而可以利用低温余热作为发生器的驱动热源对吸收溶液进行浓缩再生的前提下，可显著提高吸收塔的吸收溶液的浓度，从而可在吸收塔中得到温度更高的吸收热，使得干解吸气具有更高的温度和更低的吸附质含量，有利于解吸脱附过程的进行，从而提高解吸效率。

该吸收塔12，内置有填料层121，在填料层121下部设有湿解吸气管道124，该湿解吸气管道123连接于吸附塔20的底部。在吸收塔12的顶部设有干解吸气管道123，所述的干解吸气管道123连接到吸附塔20的顶部；在填料层121的上部设有喷淋设备122，用于向下喷洒从管道143输送过来的高浓度的吸收溶液；吸附塔20输出的湿解吸气从吸收塔底部进入向上流动，湿解吸气与高浓度的吸收溶液接触时其中包含的吸附质被吸收，同时释放出吸收热使解吸气温度升高。填料层121用于使湿解吸气与高浓度的吸收溶液能充分接触。解吸气从塔底向塔顶流动过程中吸附质不断地被吸收而解吸气的温度也不断地升高，到达喷淋设备122时，解吸气的吸附质含量达到最低而温度达到最高，成为干解吸气并被输送到吸附塔20中。经过解吸脱附过程，干解吸气变为湿解吸气，然后再次被输送到吸收塔中，湿解吸气变为干解吸气，从而形成解吸气的干湿循环过程。

本实施例的吸附装置，在进行吸附分离时，吸附塔20内进行吸附分离过程，而解吸气供给装置10不工作；吸附塔20内的吸附剂达到饱和吸附量后，就需要对吸附剂进行解吸脱附的再生过程。此时由干解吸气管道123提供高温干燥的解吸气(如氮气或者空气)，由于脱附过程一般为吸热过程，所以温度高的解吸气有利于吸附质的解吸。

请参阅图2所示，是本发明实施例2提出的吸附装置的流程图。该吸附装置与实施例1相比，其还具有吸收溶液自换热器150以及混合器142，该吸收溶液自换热器150设置于吸收塔12和吸收剂结晶器141之间，用于对从吸收塔12输出的吸收溶液与从吸收剂结晶器141输出的结晶后吸收溶液及含结晶溶液进行热交换，从而降低进入吸收剂结晶器141的吸收溶液的温度，有利于吸收溶液的结晶，同时提高从吸收剂结晶器输出到发生器11的吸收溶液以及输出到吸收器的含结晶溶液的温度。混合器142，用于将所述吸收剂结晶器141的导出口输出的含结晶溶液和发生器11输出的吸收溶液混合，并通过管道143将混合后的吸收溶液输送到吸收塔12。经过混合，可以使吸收剂结晶溶解并提高温度，易于输送。较佳的，所述的解吸气供给装置10还包括冷凝器13，其通过蒸气通路19与发生器11相连，在冷凝器中设有冷凝器换热器130，从而可以将蒸气冷却为液体加以回收。

请参阅图3所示，是本发明实施例3提出的吸附装置的流程图。该吸附装置与上实施例1相比，其中所述的发生器11被设计为塔状，在该发生器11内设有填料层221、换热器110和喷淋设备222，该填料层设置在发生器11内部的中段位置，在该填料层221之上为所述的喷淋设备用于喷洒来自吸收剂结晶器141的结晶后吸收溶液，使该溶液通过重力自上而下穿过填料层222。在发生器11上还设置有空气入口和空气出口，该空气入口开设在填料层之下，用于向发生器11内通入空气；该空气出口开设在喷淋设备222之上，从而使通入发生器11的空气可以与从喷淋设备221喷洒的结晶后吸收溶液相接触。填料层221是用于使结晶后溶液与空气有较大的接触面积以及延长接触时间，从而可以使结晶后溶液中的吸附质能更多地扩散到空气中，并从空气出口被携带出发生器，从而提高吸收溶液的浓度。

上述各个实施例中的填料层的具体实施方式可以采用现有技术来实现，例如填料的选择以及填充方式，较佳的，选择现有技术中具有较小阻力以及较大接触面积的填料层。

本发明的实施例4还提出一种吸附剂再生方法，采用上述实施例1所述的吸附装置，对吸附塔内的吸附剂进行再生，该方法主要包括解吸气循环和吸收溶液循环。所述的解吸气循环包括以下步骤：由吸收塔产生高温干燥的干解吸气，并向吸附塔内通入该解吸气，该干解吸气通过吸附剂床层，使吸附剂所吸附的吸附质解吸脱附，解吸气含有吸附质成为湿解吸气；以及从吸附塔导出的湿解吸气通入吸收塔与吸收溶液接触，吸收溶液吸收湿解吸气中的吸附质并放热，解吸气的温度得到升高而成为干解吸气；

所述的吸收溶液循环包括以下步骤：吸收塔底部的吸收溶液导出到吸收剂结晶器中，并进行冷却结晶及固液分离，结晶后溶液导出到发生器中，含结晶溶液导入吸收塔顶部；以及在发生器中利用低温余热加热吸收溶液，产生蒸气同时浓缩吸收溶液，并将浓缩后的吸收溶液导入吸收塔顶部。

本发明实施例5还提出一种吸附剂再生方法，采用实施例2所述的吸附装置。与实施例4的方法相比，本实施例还包括：

从吸收塔底部导出的吸收溶液与从吸收剂结晶器导出的结晶后的吸收溶液及含结晶溶液进行换热，来提高进入发生器的吸收溶液的温度，有利于蒸发浓缩，节约发生器的供热；同时降低进入吸收剂结晶器的吸收溶液温度，有利于冷却结晶，从而减少冷量的供应。

较佳的，在本实施例中还包括对发生器中产生的蒸气进行冷凝的过程，从而回收液态吸附质。

本发明实施例6还提出一种吸附剂再生方法，采用实施例3所述的吸附装置。与实施例4的方法相比，其区别在于在发生器内进行的吸收溶液浓缩过程为，在发生器加热吸收溶液并向发生器中通入空气，使空气与发生器中的吸收溶液接触后排出携带有吸收溶液溶剂的空气，同时浓缩吸收溶液，将浓缩后的吸收溶液导入吸收塔顶部。在发生器中设置填料层，使空气与吸收溶液能够更加充分的接触，从而有利于吸收溶液中的吸附质扩散到空气中，有利于提高空气携带吸附质的量，从而提高对吸收溶液的浓缩效率。

本发明上述实施例提出的吸附装置中仅包含有一个吸附塔，在具体实施中本发明的吸附装置还包含两个或者多个吸附塔的实施方式，每个吸附塔与解吸气供给装置的连接方式相同。当其中的一个吸附塔达到饱和吸附量时按照上述的吸附剂再生方法进行吸附剂的再生，同时，被分离物料切换到另外的吸附塔进行吸附过程。如此构成的吸附装置可以连续进行吸附分离过程，从而更加适于实用。

本发明的上述实施例所述的技术方案对所采用吸收溶液的种类并无特别的限制，上述实施例皆以吸附质-吸收剂为工质对的吸收溶液为例进行说明，吸收剂可采用LiBr，LiCl，NaBr，KBr，CaCl₂，MgBr₂及其混合物等。

本发明的解吸气供给装置的工艺条件可根据吸附塔所采用吸附剂的种类及其再生条件等来决定。当解吸气体为空气、吸收剂为LiBr时，作为解吸气供给装置的工艺条件范围，吸收塔顶部吸收溶液的LiBr浓度为：62～78wt％；吸收塔顶部干空气温度为：70～220℃；吸收塔顶部干空气的吸附质含量为：0～50wt％；发生器工作温度为65℃以上；吸收剂结晶器的冷却温度为：-18～37℃；发生器顶部吸收溶液的LiBr浓度为：56～62wt％。

以下通过具有具体参数的实例来说明上述实施例的可实施性。

实例1

根据实施例4所述的方法在常压下进行吸附剂的再生，吸附塔所采用的吸附剂为活性碳，吸附质为水，采用水-LiBr作为工质对、75℃的热水作为发生器的驱动热源、15℃冷却水作为结晶器的冷源。

实例2

根据实施例5所述的方法在常压下进行吸附剂的再生，吸附塔所采用的吸附剂为活性氧化铝，吸附质为水，采用水-LiBr作为工质对、100℃的饱和水蒸气作为发生器的驱动热源、32℃冷却水作为结晶器以及冷凝器的冷源。

实例3

根据实施例6所述的方法在常压下进行吸附剂的再生，吸附塔所采用的吸附剂为活性碳，吸附质为水，采用水-LiBr作为工质对、75℃的热水作为发生器的驱动热源、露点10℃的空气作为发生器空气、15℃冷却水作为结晶器的冷源。

实例4

根据实施例4所述的方法在常压下进行吸附剂的再生，吸附塔所采用的吸附剂为活性碳，吸附质为甲醇，采用甲醇-LiBr作为工质对、75℃的热水作为发生器的驱动热源、15℃冷却水作为结晶器的冷源。

表1为上述实例1-4的工作参数和性能。

表1

如果采用现有的吸附剂再生技术进行吸附剂再生，为了实现上述实例的解吸再生效果，作为热源必须投入电能或压力0.4MPa以上的蒸汽等高品位能量。由此可见，本发明可收到大幅度降低所需能量的品位，从而为有效利用低温余热提供手段的显著效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1、一种吸附装置，其特征在于其包括：

吸附塔，内设有吸附剂床层；以及

解吸气供给装置，其内部循环有吸收溶液，该解吸气供给装置包括：

吸收塔，内置有填料层；

发生器，内置有换热器，用于提高吸收溶液的浓度；及

吸收剂结晶器，具有吸收溶液导入口，吸收溶液导出口和吸收剂结晶导出口，该吸收溶液导入口连接于吸收塔，该吸收溶液导出口连接于发生器，该吸收剂结晶导出口连接于吸收塔；

在上述的吸收塔顶部设有干解吸气管道，并连接于吸附塔的顶部，用于向吸附塔提供干解吸气；在上述吸附塔底部设有湿解吸气管道，并连接于吸收塔的底部，用于将完成脱附过程的解吸气导入吸收塔内。

2、根据权利要求1所述的吸附装置，其特征在于其中所述的解吸气供给装置还包括吸收溶液自换热器，设置于吸收塔和吸收剂结晶器之间，用于进行从吸收塔导出的吸收溶液与从吸收剂结晶器导出的结晶后吸收溶液的热交换。

3、根据权利要求1所述的吸附装置，其特征在于其中所述的解吸气供给装置还包括混合器，用于将从所述吸收剂结晶导出口导出的含结晶溶液和从发生器底部导出的吸收溶液进行混合。

4、在权利要求1-3任一项所述的吸附装置，其特征在于其中所述的解吸气供给装置还包括冷凝器，其通过蒸气通路与发生器相连，在冷凝器中设有冷凝器换热器。

5、根据权利要求1所述的吸附装置，其特征在于其中所述的发生器为塔状，在该在该发生器内设有填料层、喷淋设备、空气入口和空气出口，所述填料层设置在发生器内部的中段位置，所述喷淋设备设置在该填料层上部空间；所述空气入口位于填料层的下方，所述空气出口位于喷淋设备的上方。

6、一种吸附剂再生方法，采用上述权利要求1-5任一项所述的吸附装置，对吸附塔内的吸附剂进行再生，其包括以下步骤：

向吸附塔内通入干解吸气，该干解吸气通过吸附剂床层，使吸附剂所吸附的吸附质解吸脱附，干解吸气含有吸附质成为湿解吸气；

从吸附塔导出的湿解吸气通入吸收塔与吸收溶液接触，吸收溶液吸收湿解吸气中的吸附质并放热，解吸气的温度得到升高而形成干解吸气；

吸收塔底部的吸收溶液导出到吸收剂结晶器中，并进行冷却结晶及固液分离，结晶后溶液导出到发生器中，含结晶溶液导入吸收塔顶部；以及

在发生器中加热吸收溶液，产生吸附质蒸气的同时浓缩吸收溶液，并将浓缩后的吸收溶液导入吸收塔顶部。

7、根据权利要求6所述的吸附剂再生方法，其特征在于对所述的从吸收塔底部导出的吸收溶液与从吸收剂结晶器导出的结晶后溶液及含结晶溶液进行换热。

8、一种吸附剂再生方法，采用上述权利要求1-5任一项所述的吸附装置，对吸附塔内的吸附剂进行再生，其包括以下步骤：

向吸附塔内通入干解吸气，该干解吸气通过吸附剂床层，使吸附剂所吸附的吸附质解吸脱附，干解吸气含有吸附质成为湿解吸气；

从吸附塔导出的湿解吸气通入吸收塔与吸收溶液接触，吸收溶液吸收湿解吸气中的吸附质并放热，解吸气的温度得到升高而形成干解吸气；

吸收塔底部的吸收溶液导出到吸收剂结晶器中，并进行冷却结晶及固液分离，结晶后溶液导出到发生器中，含结晶溶液导入吸收塔顶部；以及

在发生器中加热吸收溶液并通入空气，使空气与发生器中的吸收溶液接触后排出携带有吸附质的空气，同时浓缩吸收溶液，将浓缩后的吸收溶液导入吸收塔顶部。

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