CN102728334B - 一种颗粒状吸附剂解吸附、活化再生系统及工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种颗粒状吸附剂解吸附、活化再生系统和工艺方法，系统由上至下依次设有进料仓（1）、预热仓（2）、解吸附活化再生仓（3）、降温仓（4）、冷却仓（5）、卸料单元（6）。吸附剂物料在系统内的运动，全部依赖于自身的重力，所述的物料在仓段内的分布通过物料的自然堆积实现；气体的流动、扩散、封闭、混合，全部依赖于物料层厚度不同与气体通道大小不同造成的阻力差异以及气体自身压力的差异来实现。本发明的吸附剂解吸附活化再生过程中吸收的物理热得以回收，系统热利用效率得到提高，解吸附活化再生过程的能耗减少。
Description
技术领域
本发明涉及一种颗粒状吸附剂的解吸附、活化再生领域，更具体地说，涉及一种以化学吸附为主导的颗粒状吸附剂的解吸附、活化再生系统和工艺方法。
背景技术
常见的吸附剂按其制造原料分有炭基吸附剂、硅基吸附剂和无机吸附剂几种，其中炭基吸附剂的应用最为广泛，典型的活性炭、活性焦就属于炭基吸附剂；硅基吸附剂典型代表是硅藻土；无机吸附剂在化工行业应用广泛，AL2O3分子筛是其典型代表。
吸附剂的吸附原理主要依赖其丰富的孔隙对吸附物质实现物理吸附，和巨大的比表面积上极性功能键和氧化性或还原性基团的作用实现对吸附物质的化学吸附。在工程应用上，物理吸附和化学吸附是共同作用的。针对某种吸附物质，因其自身的分子特性和吸附反应环境(温度、压力、成份组成等)的差异，吸附剂对其吸附表现出以物理吸附或化学吸附为主导。
吸附剂解吸附过程，应吸附物质的吸附形态的不同，解吸附、活化再生所需的条件也不尽相同；物理吸附为主导的吸附剂的解吸附、活化再生过程相对简单，典型的物理吸附如分子筛，仅需改变环境压力即可完成解吸附，活化再生仅需要热空气吹脱即可完成。而化学吸附的解吸附过程属于化学反应，反应条件有严格的限制；而以化学吸附为主的吸附剂的活化再生过程需要激活或重造吸附剂自身巨大比表面积上的极性功能键和氧化性或还原性基团，其反应条件更为苛刻。由于工程应用中物理吸附和化学吸附过程是同时作用的，因此解吸附过程中必定有部分吸附性能得到再生。
吸附剂的解吸附方法一般都基于等温吸附理论或等压吸附理论，如分子筛的解吸附过程就是基于等温吸附理论，通过改变吸附环境压力，达到解吸附的目的；而应用最多的解吸附工艺还属于基于等压吸附理论的热解吸附方式。还有如溶剂萃取解吸附、生物降解解吸附等多种方式。
由于工程应用中物理吸附和化学吸附过程是同时作用的，因此解吸附过程中必定有部分吸附性能得到再生。对于解吸附后的吸附剂其吸附性能的恢复情况直接反应出其活化再生的程度，对于物理吸附为主导的吸附剂，解吸附过程中主导吸附性能的孔隙被释放出来后，吸附性能就基本恢复了，同步完成了活化再生过程；而对于化学吸附为主导的吸附剂，解吸附后的对化学吸附性能取到关键作用的极性功能键和氧化性或还原性基团数量并不能恢复到原有的水平，需要在吸附剂巨大比表面积上活化或再生这些极性功能键和氧化性或还原性基团，甚至生成新的孔隙和极性功能键和氧化性或还原性基团。对于那些吸附难降解的有机物大分子的吸附剂来说，虽然属于物理吸附为主导的范畴，但只有再生出新的孔隙才能恢复吸附性能。
吸附剂的主要活化再生方法主要有热再生、湿式氧化再生、光催化氧化、电化学再生等方法。电化学再生方法和光催化氧化方法主要是以活化或再生极性功能键和氧化性或还原性基团，并不能产生巨量的新生极性功能键和氧化性或还原性基团，随着再生次数的增加，其再生的效果逐渐下降；而湿式氧化和热再生可生成新的孔隙，从而生成新的极性功能键和氧化性或还原性基团，其再生的效果更佳。但由于湿式氧化的危险性和能耗影响其工业化，因此基于成本与效果等几方面的因素目前采用吸附剂再生方法的主要还是以热解再生为主。
热解吸附、活化再生有下面这些优点：1、解吸附完全，在达到一定得温度后，炭基吸附剂吸附物质几乎全部是可以解吸附的。2、适用面广，不受限于炭基吸附剂物质的类型、种类、数量等。3、活化再生效果好，在一定温度下，炭基吸附剂会形成新的吸附位(极性功能键和氧化性或还原性基团和孔隙)，有效的保持了吸附剂的吸附性能，再生后甚至能提高吸附剂的吸附性能。4、解吸附、活化再生建设成本低，运行能耗大，但其相对于其他几种解析方法相比设备投资少，原材料耗用少，运行维护简单，综合考虑的话热解析在经济上还是最优的方案。因此解吸附与活化再生过程考虑在同一装置内进行时，尤其是针对以化学吸附为主导的吸附剂，采用热解吸附、活化再生是最佳的方式。
热解吸附、活化再生除上述的优点外，还存在以下的问题：
1、热解吸附、活化再生过程中产生的气体不安全、处置难度大，尤其是采用高温蒸汽直接加热时，反应生成气体是含有吸附物质的高温水蒸气，使得后续的处置变得困难。尤其在热解吸附、活化再生的吸附剂是炭基吸附剂(如活性炭、活性焦)，而吸附剂吸附的是也有机物时，产生了大量的CO和H2。
2、热解吸附、活化再生过程反应温度较高，吸附剂的反应活性高，易于外界环境中的物质发生反应，产生危害解吸附、活化再生效果和运行安全的不利影响，因此热解吸附活化再生装置的密封性能有严格要求。尤其采用水蒸气直接加热时炭基吸附剂，系统内还需要保持一定压力环境，反应生成气体中含有大量的CO和H2时，密封性的要求更为严格。
3、换热气体用量大，解吸附出来的气体浓度低，回收难度大，造成这个问题的主要原因在于常规的直接换热过程中，气流分配无法均衡，不得不采用大量的换热气体来满足换热均衡性问题。而使用换热气体量过大的也造成了出于成本考虑，目前工程应用多采用水蒸气而非惰性气体。
4、换热效率低下。除了气流分配不均造成的气量过大而引发的换热效率低下问题外，还有采用间壁换热时热能损失大，因此实际工程应用中很少采用间壁换热。
目前通常采用的热解吸附、活化再生方案一般采用电自加热(主要是针对具有导电性质的活性炭、活性焦)或高温蒸汽作为热源，能耗大，吸附剂损失大。最常规的活性炭吸附剂热解吸附、活化再生损失率达到10％左右，其使用高温蒸汽作为热源直接换热，因为水蒸气与碳的反应，炭基吸附剂的损失量更大，不但对吸附剂的结构强度产生影响，其反应产生的CO与H2使得系统安全成为难点。而使用间壁换热时的换热效率低下，使得热能损失、系统体积都变得庞大。采用电炉加热时，因为电阻丝内置在套管内，置于热解吸附、活化再生装置内部，其运行维护都是难点。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种颗粒状吸附剂解吸附、活化再生工艺，其工艺流程简单，结构简便，运行安全、稳定，能耗小，解吸附、活化再生过程损失小，解吸附出来的吸附物质可实现高浓度回收，实现热回收的新型吸附剂解吸附、活化再生工艺。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种颗粒状吸附剂解吸附、活化再生系统，由上至下依次设有进料仓、预热仓、解吸附活化再生仓、降温仓、冷却仓、卸料单元。
所述的进料仓包括进料管与物料储存仓，进料管设置在物料储存仓上方，物料储存仓配有出气口，位于物料层上部的出气口压力略小于预热仓出气口压力，物料储存仓下部有漏斗通过直管将物料与预热仓直接连通。
所述的预热仓包括有至少二层布气装置，以及进气口和出气口，预热仓下部有漏斗通过直管将物料与解吸附活化再生仓直接连通。
所述的解吸附活化再生仓用于加热吸附剂，实现解吸附、活化再生，包括直管、物料层、解吸附气体复热装置、至少三层布气装置，以及进气口和出气口，所述的解吸附活化再生仓下部有漏斗通过直管将物料与降温仓直接连通。
所述的降温仓包括有至少二层布气装置，以及进气口和出气口，所述的降温仓下部有漏斗通过直管将物料与冷却仓直接连通。
所述的冷却仓包括有至少二层布气装置，以及进气口和出气口，所述的冷却仓下部有漏斗与卸料单元相连；所述的卸料单元由卸料管和卸料装置组成。
所述的预热仓布气装置位于预热仓物料床层内，处于预热仓物料漏斗之上，与布气装置连通的预热仓进气口与冷却仓出气口相连；所述的预热仓出气口位于预热仓物料床层上部的无物料空仓内。
所述的解吸附活化再生仓的布气装置位于解吸附活化再生物料床层内，处于解吸附活化再生仓物料漏斗之上；所述的解吸附活化再生仓进气口与复热装置出口相连；位于解吸附活化再生仓物料床层上部的无物料空仓内的解吸附活化再生仓出气口，与降温仓进气口连接。
所述的解吸附活化再生仓还包括解吸附气体循环风机和解吸附气体排气阀，所述带有入口调节阀的解吸附气体循环风机的入口连接降温仓出气口，所述解吸附气体循环风机出口与复热装置进气口连接；所述解吸附气体排气阀连接解吸附活化再生仓出气口与降温仓进气口。
进一步，所述的降温仓进气口位于降温仓物料床层内，处于降温仓物料漏斗之上；所述的降温仓出气口，位于降温仓物料床层上部的无物料空仓内。
进一步，所述冷却仓进气口位于冷却仓物料床层内、物料漏斗之上；所述的冷却仓出气口，位于冷却仓物料床层上部的无物料空仓内。
进一步，所述冷却仓还包括热回收循环风机、惰性气体补充阀，所述热回收循环风机出口与冷却仓进气口连接，所述热回收循环风机入口与预热仓出气口相连，所述热回收循环风机入口设置热回收循环风机入口阀；所述惰性气体补充阀与热回收循环风机相连。
进一步，所述的布气装置采用多层分部布置的方式，根据解吸附区域和活化再生区域简单区分开来，并利用布气装置的多少来设定两个区域内的热介质气的流量。
进一步，所述的冷却仓包括二层布气装置，所述的二层布气装置呈上下布置，相邻的布气装置之间在层高度上有间隔，使物料从上至下运动过程中被重新分割排布。
进一步，所述的二层布气装置的布气单元平面方向平行，轴线方向垂直。
进一步，所述的三层及以上布气装置的布气单元，相间的二层布气装置的布气单元平面方向平行，轴线方向平行，单元之间相间布置。
进一步，所述的布气装置包括至少一个布气单元，每个布气单元呈三角折板形式，折板水平倾斜角度大于颗粒状吸附剂自然堆积角，两端为布气装置的进气断面，气流与物料的接触面为折板边沿下物料自然堆积面，气流在折板与物料堆积面组成的空腔内流动，均匀分布。
一种颗粒状吸附剂解吸附、活化再生的工艺方法，吸附剂物料在所述系统内的运动，全部依赖于自身的重力运动，所述的物料在仓段内的分布通过物料的自然堆积实现；所述系统内气体的流动、扩散、封闭、混合，全部依赖于物料层厚度不同与气体通道大小不同造成的阻力差异以及气体自身压力的差异来实现。包括以下步骤：
1)吸附饱和的颗粒状吸附剂，经由如权利要求1所述的颗粒状吸附剂解吸附、活化再生系统的进料管进入所述的物料储存仓，所述的进料管拥有足够的长度并保证其中物料一直处于满料状态，在物料储存仓内物料下落后，可随之补充等体积的物料储存仓下落物料，在所述的物料储存仓内始终具有相同的一定的物料高度，在预热仓物料下落后，可随之补充等体积的预热仓内下落物料；
2)进入预热仓物料被经由冷却仓加热后的惰性气体介质加热；所述预热仓内始终具有相同的一定的物料高度，在解吸附活化再生仓物料下落后，可随之补充等体积的解吸附活化再生仓内下落物料；
3)进入解吸附活化再生仓的被预热的物料，被经降温仓由解吸附气体复热装置加热后的解吸附气体与惰性气体的混合气加热；所述解吸附活化再生仓内始终具有相同的一定的物料高度，在降温仓物料下落后，可随之补充等体积的降温仓内下落物料；解吸附活化再生仓出气口排放的解吸附气体经降温仓，同步实现对降温仓内吸附剂的降温，和解吸附气体自身的升温过程；
4)进入降温仓的被解吸附活化再生仓复热的物料，被经由解吸附活化再生仓产生的解吸附气体与惰性气体的混合气降温；所述降温仓内始终具有一定的物料高度，在冷却仓内物料下落后，可随之补充等体积的冷却仓下落物料；
5)进入冷却仓的被降温后的吸附剂在冷却仓内被经由预热仓换热后的惰性气体与补充的惰性气体的混合气进一步冷却，所述冷却仓内始终具有相同的一定的物料高度；惰性气体在冷却仓被加热后送至预热仓，对温度较低的未解吸再生吸附剂进行预热，预热后的未解吸再生吸附剂进入解吸附活化再生仓解吸附再生，热量交换后的低温惰性气体重新返回冷却仓与热的降温仓外排吸附剂换热升温；
6)进入卸料单元的被冷却后的吸附剂，在卸料装置上呈自然堆积状态，通过卸料管排出如权利要求1所述的颗粒状吸附剂解吸附、活化再生系统；所述的卸料管具有足够的长度并一直处于满料状态；卸料管出口与卸料装置之间有足够卸料装置动作空间；所述的卸料管的卸料过程是通过卸料装置的连续动作或间歇动作实现物料的连续卸料动作或间歇卸料动作。
进一步，冷却仓内自上而下的温度分布是由解吸附温度区间向吸附温度区间递减过程。
进一步，预热仓自上而下的温度分布是由吸附温度区间向解吸附温度区间递增过程。
进一步，解吸附活化再生仓出气口解吸附气体温度稍高于吸附温度区间最大值。
进一步，降温仓内自上而下的温度分布是由活化再生温度区间至解吸附温度区间的递减过程。
本发明的有益效果是：
1、吸附剂解吸附活化再生过程中吸收的物理热得以回收，系统热利用效率得到提高。
2、吸附剂解吸附活化再生过程的能耗减少。解吸附和活化再生过程分段布置热源气体减少了系统的床层阻力；采用解吸附气体复热作为热介质，直接与吸附剂像接触，比间壁式换热提高了热效率，比常规蒸气加热相比减少了化学热损失；采用解吸附气体复热循环携带热量，减少了惰性气体的用量。
3、吸附剂活化再生过程损失小。采用解吸附气体作为热源与吸附剂接触，与吸附剂之间不产生激烈的化学反应，热源气部分进入活化再生段，再生活化反应产生的物质量少。
4、运行安全。本工艺采用解吸附气体和惰性气体的混合气作为热源，加热，热源气部分进入高温活化再生段，产生的副产品量较少，危险性大幅降低。解吸附气与外界空气不接触，由惰性气体封闭，且封闭区域足够长，惰性气体与外界空气接触面属正压环境，保证了系统的安全性。
5、运行简单稳定。通过控制卸料装置的运行工况可实时控制进料装置内的进料速度，保证工艺系统的长期稳定运行；通过控制吸附气复热循环风机的出口流量与吸附气复热装置出口的吸附气复热温度可自由调节颗粒状吸附剂解吸附、活化再生工艺系统的解吸附、活化再生处理能力；从而使得整个工艺系统的运行变得简单稳定。
6、结构简便。整个系统由多个通过管道连接的仓段组成，系统内无转动设备、阀门，物料的移动通过物料的自身重力实现；物料在仓段内的分布通过物料的自然堆积实现；所述装置内气体的流动、扩散、封闭、混合，全部依赖于物料层厚度不同与气体通道大小不同造成的阻力差异以及气体自身压力的差异来实现。
附图说明
图1为本发明的工艺系统示意图，
图2为本发明的布气装置示意图，
其中，
1 为进料仓、11 为进料管、12 为物料储存仓、121 为进料仓出气口；
2 为预热仓、21 为直管、22 为物料层、221 为预热仓进气口、222 为预热仓出气口；
3 为解吸附活化再生仓、31 为直管、32 为物料层、33 为解吸附气体复热装置、34 为解吸附气体复热循环风机、35 为解吸附气体排放阀、321 为解吸附活化再生仓进气口、322 为解吸附活化再生仓出气口、341 为入口调节阀；
4 为降温仓、41 为直管、42 为物料层、421 为降温仓进气口、422 为降温仓出气口；
5 为冷却仓、51 为直管、52 为物料层、53 为热回收循环风机、54 为惰性气体补充阀、521 为冷却仓进气口、522 为冷却仓出气口、531 为热回收循环风机入口阀；
6 为卸料单元、61 为卸料管、62 为卸料装置；
7 为布气装置、71、72、73 均为布气单元。
具体实施方式
以下结合附图对发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
吸附剂的吸附作用机理可分为物理吸附和化学吸附两种，一般常见的吸附剂为物理吸附和化学吸附两种都有，如常见的炭基吸附剂活性炭或活性焦；也有吸附剂仅为物理吸附或化学吸附，如气体提纯的变压吸附工艺吸附剂即为单纯的物理吸附，如气体干燥工艺使用的吸附剂一般即为单纯的化学吸附。
吸附剂的吸附能力在不同环境下是不尽相同的，并遵循“等温吸附理论”和“等压吸附理论”。由于一般的以物理吸附机理为主导的吸附性能遵循“等温吸附理论”，因此一般其解吸附过程仅需要简单的升温和减压即可实现；而对于以化学吸附为主导的吸附剂，其解吸附过程一般不仅需要较高的温度环境，还需要对吸附剂用于化学吸附的极性键、含氧官能团或晶格缺陷等进行再生，才能真正的实现吸附剂的解吸附再生。实现这一过程就需要一种能与吸附剂反应实现再生极性键、含氧官能团或晶格缺陷等化学吸附用途吸附位的物质，这种物质在解吸再生过程中一般成为活化剂，常用的活化剂为高温水蒸气。
吸附剂的吸附能力遵循“等压吸附理论”，即某一压力环境中的特定温度下，吸附剂的吸附能力与解吸附速度平衡，此时吸附剂即可视为在此温度即为吸附剂的开始解吸温度。一般以物理吸附为主的吸附剂，实际解吸温度与开始解吸温度差异不大。而化学吸附为主的吸附剂，其实际解吸附温度与开始解吸温度差异很大，因为化学吸附为主的吸附剂化学吸附的物质与原被吸附物质已经出现了质的区别。以活性炭吸附SO2为例，当常压下温度达到170℃时，活性炭对SO2的吸附速度与解吸速度基本平衡，活性炭即失去了对SO2的吸附能力，而被吸附的SO2此时已经成为SO2*(*表示吸附态)或SO3*、H2SO4*、H2SO4·H2O等，如果需要实现吸附剂内吸附物质的解吸就必须达到276℃以上才能实现SO2的解吸附，而需要对活性炭进行再生则需要更高的温度，达到420℃以上才能实现。因此可见实现了解吸附、再生后的吸附剂的温度很高，而其在降温到吸附解吸平衡温度，重新拥有吸附能力前，还有一部分热能是可回收利用的。
惰性气体一般是指吸附剂对其吸附性能较差，或对其的吸附不破坏吸附剂的吸附性能的，不与吸附剂产生化学反应的气体。使用惰性气体可将解吸附气隔绝在降温仓与解吸附活化再生仓内，防止解吸附气与温度较低的冷却仓内的已解吸附吸附剂接触，造成吸附剂的反吸附。惰性气体还可以防止对吸附剂有害的如O2等气体进入高温的解吸附活化再生仓，造成吸附剂的损失，危害解吸附活化再生系统的安全运行。
本发明所述的颗粒状吸附剂解吸附活化再生系统更适用于以化学吸附为主导的吸附剂的解吸附、活化再生，尤其是在吸附剂的解吸附温度与活化再生温度差异较大时，其解吸附、活化再生效果好，能耗少，经济性佳。以典型的活性焦干法脱硫工艺的饱和活性焦的解吸附活化再生为例，饱和活性焦中存在少量以物理吸附形式存在孔隙中的SO2分子，绝大部分是以化学吸附为主，在活性焦表面基团的催化氧化作用下形成H2SO4或H2SO4·H20吸附。
吸附饱和活性焦的进料温度约为90℃，通过预热仓与冷却仓组成的热回收循环后，离开预热仓进入解吸附活化再生仓的活性焦温度可达到150℃以上；
饱和活性焦在220℃以上时已进入解吸附温度区间，此时活性焦已失去吸附性能，解吸附活化再生仓出口的解吸附气体温度大于220℃时经过降温仓并不会造成活化再生后的活性焦的吸附性能降低，仅仅实现降温仓内再生后活性焦的降温和循环解吸附气体的升温；
在365℃左右时，绝大部分以化学吸附形态的H2SO4分解；而在420℃温度下，H2SO4与C之间的活化再生反应速率，所制造出的新的孔隙与极性功能键和氧化性或还原性基团已经满足恢复活性焦吸附性能的要求。由于将饱和活性焦温度从150℃加热到365℃实现解吸附所需的热量远大于，将活性焦温度从365℃加热到420℃实现活化再生所需的热量，因此将高温热源解吸附气体分段布置在解吸附活化再生仓内，大部分气体在解吸附区域内实现对活性焦的加热升温解吸附，少部分气体在活化再生段为活性焦的再生提供热源。常规的做法是将热源从活化再生段一次性直接加入解吸附活化再生仓内活化再生段，由于高温下气体粘度系数大，造成系统阻力的过大，影响解吸附活化再生过程的经济性。而分段布气的做法把大部分热源解吸附气体布置在床层厚度较小的解吸附区域大幅降低了系统的阻力，高温气与周围处于解吸附区域的活性焦温差大，有利于热量的传导，提高了热传质效率。
如图1，图2所示，一种颗粒状吸附剂解吸附、活化再生工艺，所述工艺系统由上至下依次设有进料仓1、预热仓2、解吸附活化再生仓3、降温仓4、冷却仓5、卸料单元6。预热仓2与冷却仓5组成的以惰性气体为传热介质的热回收循环，所述的预热仓2和冷却仓5都处于吸附温度区间内。解吸附活化再生仓3与降温仓4组成的以吸附解析气和惰性气体组成的混合气为传热介质的解吸附气体复热循环。
在所述的进料仓1由进料管11、物料储存仓12组成，进料管11设置在物料储存仓12上方。进料管11拥有足够的长度并保证其中物料一直处于满料状态，在物料储存仓12内物料下落后，可随之补充等体积的物料储存仓下落物料；在所述的物料储存仓12内始终具有相同的一定的物料高度，在物料层上部设有出气口121；在物料储存仓12下部有漏斗通过直管21将物料与预热仓2直接连通，在预热仓2的物料下落后，可随之补充等体积的预热仓内下落物料。出气口121压力略小于预热仓出气口222压力，并使二者之间的差值越小越好，保证热回收循环介质的惰性气体向上部进料仓1运动，且惰性气体气量尽可能的少。利用进料管11、物料储存仓内12的物料层，将外界环境与热回收循环的惰性气体环境相对的隔绝起来，利用惰性气体环境的正压确保外界环境气体不能大量进入惰性气体内，维持惰性气体的纯度。
预热仓2由直管21、物料层22组成；预热仓2内始终具有相同的一定的物料高度，物料层上部有预热仓出气口222，物料层下部有至少二层布气装置7；布气装置7与预热仓2的进气口221联通；运行时预热仓进气口221压力略大于解吸附活化再生仓3出气口322压力，并使二者之间的差值满足，热回收循环介质的惰性气体向下部解吸附活化再生仓运动，且惰性气体气量尽可能的少。所述的预热仓2下部有漏斗通过直管31将物料与解吸附活化再生仓3直接连通，在解吸附活化再生仓3物料下落后，可随之补充等体积的解吸附活化再生仓3内下落物料；所述的预热仓2内用于预热吸附剂的热源是经由冷却仓5加热后的惰性气体介质。
所述的预热仓布气装置7位于预热仓物料床层内，处于预热仓物料漏斗之上，布气装置7对应设置的进气口221；进气口221与冷却仓出气口522相连；预热仓出气口222与热回收循环风机53入口连接。
在所述的解吸附活化再生仓3由直管31、物料层32、解吸附气体复热装置33、解吸附气体复热循环风机34、解吸附气体排放阀35组成；解吸附活化再生仓内3始终具有相同的一定的物料高度；所述的解吸附活化再生仓3下部有漏斗通过直管41将物料与降温仓4直接连通，在降温仓4物料下落后，可随之补充等体积的降温仓4内下落物料。
解吸附活化再生仓进气口321通过主管与解吸附气体复热装置33出气口连接；解吸附气体复热装置33进气口与解吸附气体复热循环风机34出气口连接；解吸附气体复热循环风机34进气口连接降温仓出气口422。所述的解吸附气体复热循环风机34的入口还连接有入口调节阀341。
解吸附活化再生仓出气口322与降温仓进气口421连接，而且均与解吸附气体排放阀35连接。当降温仓进气口421压力等于或大于解吸附活化再生仓出气口322时，开启解吸附气体排放阀35，至降温仓进气口421压力小于解吸附活化再生仓出气口322时关闭；调整解吸附气体复热循环风机34的入口调节阀341，可控制解吸附气体复热循环风机34出口流量，灵活调整解吸附活化再生工艺系统的处理能力。所述的解吸附活化再生仓3内用于加热吸附剂，实现解吸附、活化再生的热源是经降温仓4由解吸附气体复热装置复热后的解吸附气体与惰性气体的混合气。
解吸附活化再生仓布气装置7位于解吸附活化再生物料床层内，处于解吸附活化再生仓物料漏斗之上，物料层内至少布置有二段布气装置7，每段至少三层布气装置7，每段布气装置分别与解吸附活化再生仓进气口321联通。
在所述的降温仓4由直管41、物料层42组成。降温仓内始终具有相同的一定的物料高度；所述的降温仓下部有漏斗通过直管51将物料与冷却仓5直接连通，在冷却仓5内物料下落后，可随之补充等体积的冷却仓下落物料；所述的直管51还作为降温仓内惰性气体补充的入口。所述的降温仓进气口421位于降温仓物料床层内，处于降温仓物料漏斗之上；所述的降温仓上部设置降温仓出气口422，位于降温仓物料床层上部的无物料空仓内。
物料层下部有至少二层布气装置7，布气装置7与降温仓进气口421联通；运行时降温进气口421压力小于冷却仓出气口522压力，并使二者之间的差值满足，热回收循环介质的惰性气体向上部降温仓运动，且惰性气体气量尽可能的少；运行时直管41的过流面积尽可能小，长度尽可能长，避免吸附气体复热循环形成解吸附气体复热循环风机进出口之间的短路，满足至少90％的解吸附气体由外部大循环运动。所述的降温仓内用于解吸附活化再生后的吸附剂降温的冷源是经由解吸附活化再生仓产生的解吸附气体与惰性气体的混合气。
在所述的冷却仓5由直管51、物料层52、热回收循环风机53、惰性气体补充阀54组成；冷却仓上部设置冷却仓出气口522，其位于预热仓物料床层上部的无物料空仓内，冷却仓出气口522与预热仓进气口221连接；物料层下部有至少二层布气装置7；布气装置7与冷却仓进气口521联通；所述的冷却仓进气口521位于预热仓物料床层内，处于预热仓物料漏斗之上；冷却仓进气口521与热回收循环风机53出口连接；热回收循环风机53入口设置热回收循环风机入口阀531，用于调整冷却仓出气口522处的惰性气体温度，及预热仓出气口222的压力；热回收循环风机53还连接着惰性气体补充阀54，用于补充惰性气体的入口，及时补充解吸附活化再生排放、溢出的惰性气体；冷却仓5内始终具有相同的一定的物料高度；所述的冷却仓5下部有漏斗与卸料管61直接连接，实现装置的卸料过程。所述的冷却仓内用于吸附剂降温的冷源是经由预热仓换热后的惰性气体与补充的惰性气体的混合气。
在所述的卸料单元6由卸料管61和卸料装置62组成。卸料管61具有足够的长度并一直处于满料状态，卸料管出口与卸料装置62之间有足够卸料装置动作空间，物料在卸料装置62上呈自然堆积状态；卸料管61的过流面积尽可能小，长度尽可能长，减少惰性气体的溢出，可保证惰性气体与空气的隔离，保证作为热回收循环介质的惰性气体纯度；控制卸料装置62的卸料速度可保证解吸附活化再生装置的稳定运行；所述的卸料单元6的卸料过程是通过卸料装置的连续动作或间歇动作实现物料的连续卸料动作或间歇卸料动作。
所述的布气装置7采用多层分部布置的方式，根据解吸附区域和活化再生区域简单区分开来，并利用布气装置的多少来设定两个区域内的热介质气的流量，实现热的合理分配和降低系统的阻力，提高热传质效率。所述的一层布气装置包括至少一个布气单元，二层布气装置至少包括二个布气单元。
如图2所示，在所述的布气装置7由布气单元71、72、73间隔排列而成；布气单元71、72、73的断面与解吸附活化再生装置进气口四周塔壁的开孔74相连；所述的每个布气单元71、72、73呈三角折板形式，折板水平倾斜角度大于颗粒状吸附剂自然堆积角，两端为布气装置的进气断面，气流与物料的接触面为折板边沿下物料自然堆积面，气流在折板与物料堆积面组成的空腔内流动，均匀分布。
所述的二层布气装置呈上下布置，相邻的二层布气装置的布气单元71和72或72和73平面方向平行，轴线方向垂直。所述的二层布气装置上下布置有间隔时可在不影响物料的垂直向下的运动方向的基础上，将物料沿布气单元折板方向作水平方向的动作，造成物料的扰动，提高物料与热源的气体的接触效果，避免死区、穿孔等不利的热源气体分布形式的出现。
所述的三层及以上布气装置的布气单元，相间的二层布气装置的布气单元71、73平面方向平行，轴线方向平行，单元之间相间布置；装置所述的二层布气单元71和72或72和73上下布置有间隔时可在不影响物料的垂直向下的运动方向的基础上，将物料沿布气单元折板方向作水平方向的动作，造成物料的扰动，提高物料与热源的气体的接触效果，提高布气的均匀性。
工艺方法：
利用本发明所述的吸附剂解吸附活化再生系统进行解吸附活化再生的吸附剂物料在系统内的运动，经由相邻的仓段之间的直管，从进料管11到卸料管61出口全部依赖于自身的重力运动，所述的物料在仓段内的分布通过物料的自然堆积实现。所述系统内气体的流动、扩散、封闭、混合，全部依赖于物料层厚度不同与气体通道大小不同造成的阻力差异以及气体自身压力的差异来实现。本发明包括以下工艺步骤：
1)吸附饱和的颗粒状吸附剂，经由如权利要求1所述的颗粒状吸附剂解吸附、活化再生系统的进料管11进入所述的物料储存仓12，所述的进料管11拥有足够的长度并保证其中物料一直处于满料状态，在物料储存仓12内物料下落后，可随之补充等体积的物料储存仓12下落物料，在所述的物料储存仓内始终具有相同的一定的物料高度，在预热仓2物料下落后，可随之补充等体积的预热仓2内下落物料；
2)进入预热仓2物料被经由冷却仓5加热后的惰性气体介质加热；所述预热仓2内始终具有相同的一定的物料高度，在解吸附活化再生仓3物料下落后，可随之补充等体积的解吸附活化再生仓3内下落物料；
3)进入解吸附活化再生仓3的被预热的物料，被经降温仓4由解吸附气体复热装置33加热后的解吸附气体与惰性气体的混合气加热；所述解吸附活化再生仓3内始终具有相同的一定的物料高度，在降温仓4物料下落后，可随之补充等体积的降温仓4内下落物料；解吸附活化再生仓出气口322排放的解吸附气体经降温仓，同步实现对降温仓内吸附剂的降温，和解吸附气体自身的升温过程；
4)进入降温仓4的被解吸附活化再生仓3复热的物料，被经由解吸附活化再生仓3产生的解吸附气体与惰性气体的混合气降温；所述降温仓4内始终具有一定的物料高度，在冷却仓5内物料下落后，可随之补充等体积的冷却仓下落物料；
5)进入冷却仓5的被降温后的吸附剂在冷却仓5内被经由预热仓换热后的惰性气体与补充的惰性气体的混合气进一步冷却，所述冷却仓5内始终具有相同的一定的物料高度；惰性气体在冷却仓5被加热后送至预热仓2，对温度较低的未解吸再生吸附剂进行预热，预热后的未解吸再生吸附剂进入解吸附活化再生仓3解吸附再生，热量交换后的低温惰性气体重新返回冷却仓5与热的降温仓4外排吸附剂换热升温；
6)进入卸料单元6的被冷却后的吸附剂，在卸料装置62上呈自然堆积状态，通过卸料管61排出如权利要求1所述的颗粒状吸附剂解吸附、活化再生系统；所述的卸料管61具有足够的长度并一直处于满料状态；卸料管出口与卸料装置62之间有足够卸料装置62动作空间；所述的卸料管61的卸料过程是通过卸料装置62的连续动作或间歇动作实现物料的连续卸料动作或间歇卸料动作。
解吸附段与活化再生段所用的热源温度、成份组成一致，气量的分配由上部解吸附段的吸附剂物料层高度和解吸附段与活化再生段布气装置进气断面面积控制；所述的物料在仓段内的分布通过物料的自然堆积实现；所述的相邻仓段的压力差由风机、物料层高度、气体流速差异来实现；
吸附剂解吸附活化再生过程采用自身解吸附气作为吸附剂解吸附、活化再生的热载体和活化剂。在解吸附活化再生段与降温段之间实现解吸附气体复热再循环，实现对解吸附活化再生后物料的降温热回收。
预热仓2与冷却仓5组成的以惰性气体为传热介质的热回收循环。所述的预热仓2和冷却仓5都处于吸附温度区间内，冷却仓5内自上而下的温度分布是由解吸附温度区间向吸附温度区间递减过程，预热仓自上而下的温度分布是由吸附温度区间向解吸附温度区间递增过程，满足实现热传质的温度分布要求，可以实现热回收，提高整个装置的热利用效率，减少系统能耗。
解吸附活化再生仓3与降温仓4组成的以吸附解析气和惰性气体组成的混合气为传热介质的解吸附气体复热循环。所述的解吸附活化再生仓出口322解吸附气体温度处于解吸附区间内，稍高于吸附温度区间最大值；所述的降温仓4内自上而下的温度分布是由活化再生温度区间至解吸附温度区间的递减过程；所述的吸附气体复热循环，即解吸附活化再生仓出气口排放的解吸附气体经降温仓，同步实现对降温仓内吸附剂的降温，和解吸附气体自身的升温过程，减少解吸附气体复热装置的能耗，提高吸附剂解吸附活化再生装置的热利用效率。
在进行吸附剂解吸附活化再生过程中，系统内不同温度、成份气体的流动、混合通过，通过相邻的仓段之间的直管在相邻仓段间的压力差自然实现；所述的相邻仓段的压力差由风机、物料层高度、气体流速差异来实现。
所述的颗粒状吸附剂解吸附活化再生工艺的卸料速度由卸料装置62的运行工况决定，通过控制卸料装置62的运行工况可实时控制进料装置内的进料速度，保证装置的长期稳定运行。
所述的颗粒状吸附剂解吸附活化再生工艺的解吸附活化再生处理能力由解吸附气体复热循环风机34的出口流量与解吸附气体复热装置33出口的吸附气复热温度决定，通过控制解吸附气体复热循环风机34的出口流量与解吸附气体复热装置33出口的吸附气复热温度可自由调节颗粒状吸附剂解吸附活化再生装置的解吸附活化再生处理能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种颗粒状吸附剂解吸附、活化再生系统，其特征在于，由上至下依次设有进料仓(1)、预热仓(2)、解吸附活化再生仓(3)、降温仓(4)、冷却仓(5)、卸料单元(6)，
所述的进料仓(1)包括进料管(11)与物料储存仓(12)，进料管(11)设置在物料储存仓(12)上方，物料储存仓(12)配有出气口，位于物料层上部的出气口(121)压力略小于预热仓出气口(222)压力，物料储存仓(12)下部有漏斗通过直管(21)将物料与预热仓(2)直接连通，
所述的预热仓(2)包括至少二层布气装置(7)，以及进气口(221)和出气口(222)，预热仓(2)下部有漏斗通过直管(31)将物料与解吸附活化再生仓(3)直接连通，
所述的解吸附活化再生仓(3)包括直管(31)、物料层(32)、解吸附气体复热装置(33)、至少三层布气装置(7)，以及进气口(321)和出气口(322)，所述的解吸附活化再生仓(3)下部有漏斗通过直管(41)将物料与降温仓(4)直接连通，
所述的降温仓(4)包括有至少二层布气装置(7)，以及进气口(421)和出气口(422)，所述的降温仓(4)下部有漏斗通过直管(51)将物料与冷却仓(5)直接连通，
所述的冷却仓(5)包括有至少二层布气装置(7)，以及进气口(521)和出气口(522)，所述的冷却仓(5)下部有漏斗与卸料单元(6)相连，
所述的卸料单元(6)由卸料管(61)和卸料装置(62)组成；
所述的预热仓布气装置(7)位于预热仓物料床层内，处于预热仓物料漏斗之上，与布气装置(7)连通的预热仓进气口(221)与冷却仓出气口(522)相连；所述的预热仓出气口(222)位于预热仓物料床层上部的无物料空仓内；
所述的解吸附活化再生仓(3)的布气装置(7)位于解吸附活化再生物料床层内，处于解吸附活化再生仓物料漏斗之上；所述的解吸附活化再生仓进气口(321)与复热装置(33)出口相连；位于解吸附活化再生仓物料床层上部的无物料空仓内的解吸附活化再生仓出气口(322)，与降温仓进气口(421)连接；
所述的解吸附活化再生仓(3)还包括带有入口调节阀的解吸附气体循环风机(34)和解吸附气体排气阀(35)，所述带有入口调节阀的解吸附气体循环风机(34)入口连接降温仓出气口(422)，所述带有入口调节阀的解吸附气体循环风机(34)出口与复热装置(33)进气口连接；所述解吸附气体排气阀(35)连接解吸附活化再生仓出气口(322)与降温仓进气口(421)。
2.如权利要求1所述的一种颗粒状吸附剂解吸附、活化再生系统，其特征在于，所述的降温仓进气口(421)位于降温仓物料床层内，处于降温仓物料漏斗之上；所述的降温仓出气口(422)，位于降温仓物料床层上部的无物料空仓内。
3.如权利要求1所述的一种颗粒状吸附剂解吸附、活化再生系统，其特征在于，所述冷却仓进气口(521)位于冷却仓物料床层内、物料漏斗之上；所述的冷却仓出气口(522)，位于冷却仓物料床层上部的无物料空仓内。
4.如权利要求1所述的一种颗粒状吸附剂解吸附、活化再生系统，其特征在于，所述冷却仓(5)还包括热回收循环风机(53)、惰性气体补充阀(54)，所述热回收循环风机(53)出口与冷却仓进气口(521)连接，所述热回收循环风机(53)入口与预热仓出气口(222)相连，所述热回收循环风机(53)入口设置热回收循环风机入口阀(531)；所述惰性气体补充阀(54)与热回收循环风机(53)相连。
5.如权利要求1所述的一种颗粒状吸附剂解吸附、活化再生系统，其特征在于，所述的布气装置(7)采用多层分部布置的方式，根据解吸附区域和活化再生区域简单区分开来，并利用布气装置(7)的多少来设定两个区域内的热介质气的流量。
6.如权利要求1所述的一种颗粒状吸附剂解吸附、活化再生系统，其特征在于，所述的冷却仓(5)包括二层布气装置(7)，所述的二层布气装置(7)呈上下布置，相邻的布气装置之间在层高度上有间隔，使物料从上至下运动过程中被重新分割排布。
7.如权利要求1或6所述的一种颗粒状吸附剂解吸附、活化再生系统，其特征在于，所述的二层布气装置(7)的布气单元平面方向平行，轴线方向垂直。
8.如权利要求1或6所述的一种颗粒状吸附剂解吸附、活化再生系统，其特征在于，所述的三层及以上布气装置的布气单元，相间的二层布气装置的布气单元平面方向平行，轴线方向平行，单元之间相间布置。
9.如权利要求1或5所述的一种颗粒状吸附剂解吸附、活化再生系统，其特征在于，所述的布气装置(7)包括至少一个布气单元，每个布气单元呈三角折板形式，折板水平倾斜角度大于颗粒状吸附剂自然堆积角，两端为布气装置的进气断面，气流与物料的接触面为折板边沿下物料自然堆积面，气流在折板与物料堆积面组成的空腔内流动，均匀分布。
10.一种颗粒状吸附剂解吸附、活化再生的工艺方法，其特征在于，吸附剂物料在系统内的运动，全部依赖于自身的重力，所述的物料在仓段内的分布通过物料的自然堆积实现；气体的流动、扩散、封闭、混合，全部依赖于物料层厚度不同与气体通道大小不同造成的阻力差异以及气体自身压力的差异来实现，包括以下步骤：
1)吸附饱和的颗粒状吸附剂，经由如权利要求1所述的颗粒状吸附剂解吸附、活化再生系统的进料管(11)进入所述物料储存仓(12)，所述的进料管(11)拥有足够的长度并保证其中物料一直处于满料状态，在物料储存仓(12)内物料下落后，可随之补充等体积的物料储存仓(12)下落物料，在所述的物料储存仓(12)内始终具有相同的一定的物料高度，在预热仓(2)物料下落后，可随之补充等体积的预热仓(2)内下落物料；
2)进入预热仓(2)物料被经由冷却仓(5)加热后的惰性气体介质加热；所述预热仓(2)内始终具有相同的一定的物料高度，在解吸附活化再生仓(3)物料下落后，可随之补充等体积的解吸附活化再生仓(3)内下落物料；
3)进入解吸附活化再生仓(3)的被预热的物料，被经降温仓(4)由解吸附气体复热装置加热后的解吸附气体与惰性气体的混合气加热；所述解吸附活化再生仓(3)内始终具有相同的一定的物料高度，在降温仓(4)物料下落后，可随之补充等体积的降温仓(4)内下落物料；解吸附活化再生仓出气口(322)排放的解吸附气体经降温仓(4)，同步实现对降温仓(4)内吸附剂的降温，和解吸附气体自身的升温过程；
4)进入降温仓(4)的被解吸附活化再生仓(3)复热的物料，被经由解吸附活化再生仓(3)产生的解吸附气体与惰性气体的混合气降温；所述降温仓(4)内始终具有一定的物料高度，在冷却仓(5)内物料下落后，可随之补充等体积的冷却仓(5)下落物料；
5)进入冷却仓(5)的被降温后的吸附剂在冷却仓(5)内被经由预热仓(2)换热后的惰性气体与补充的惰性气体的混合气进一步冷却，所述冷却仓(5)内始终具有相同的一定的物料高度；惰性气体在冷却仓(5)被加热后送至预热仓(2)，对温度较低的未解吸再生吸附剂进行预热，预热后的未解吸再生吸附剂进入解吸附活化再生仓(3)解吸附再生，热量交换后的低温惰性气体重新返回冷却仓(5)与热的降温仓(4)外排吸附剂换热升温；
6)进入卸料单元(6)的被冷却后的吸附剂，在卸料装置(62)上呈自然堆积状态，通过卸料管(61)排出如权利要求1所述的颗粒状吸附剂解吸附、活化再生系统；所述的卸料管(61)具有足够的长度并一直处于满料状态；卸料管(61)出口与卸料装置(62)之间有足够卸料装置(62)动作空间；所述的卸料管(61)的卸料过程是通过卸料装置(62)的连续动作或间歇动作实现物料的连续卸料动作或间歇卸料动作。
11.如权利要求10所述的一种颗粒状吸附剂解吸附、活化再生的工艺方法，其特征在于，冷却仓(5)内自上而下的温度分布是由解吸附温度区间向吸附温度区间递减过程。
12.如权利要求10所述的一种颗粒状吸附剂解吸附、活化再生的工艺方法，其特征在于，预热仓(2)自上而下的温度分布是由吸附温度区间向解吸附温度区间递增过程。
13.如权利要求10所述的一种颗粒状吸附剂解吸附、活化再生的工艺方法，其特征在于，解吸附活化再生仓出气口(322)解吸附气体温度稍高于吸附温度区间最大值。
14.如权利要求10所述的一种颗粒状吸附剂解吸附、活化再生的工艺方法，其特征在于，降温仓(4)内自上而下的温度分布是由活化再生温度区间至解吸附温度区间的递减过程。
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