CN105032117A - 一种重金属蒸汽与吸附剂气固反应的装置 - Google Patents

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本发明公开了一种重金属蒸汽与固体吸附剂的气固反应装置，该装置包括上进气口、下出料口、外壳、保温层、上下两段式电加热、温控装置、外反应管、內反应管、重金属放置架等。其中两段式加热，可分别控制重金属化合物挥发的温度和重金属蒸汽与吸附剂反应的温度。内反应管放置在外反应管内可在高温下被取出，实现高温下放置和取出重金属及吸附剂，节省反应管升温降温所耗费的时间和电能，与内管连接的法兰上下均设置垫片，可实现内反应管和外反应管之间的密封。同时内反应管内的重金属放置架也可从内反应管中方便得取出，便于添加重金属化合物固体。本装置可有效研究吸附剂对重金属的吸附效率和吸附机理。

Description

一种重金属蒸汽与吸附剂气固反应的装置
技术领域
本发明涉及一种高温气固反应装置，属于化工设备技术领域。
背景技术
随着经济的发展，城镇化的提高，到2010年为止中国城镇人口已经达到六亿多人，城镇化人口比例已经从1980年的19％提高到2010年的50％。与此同时，我国的垃圾产生率已经从0.5kg/(人·天)增长到1.1kg/(人·天)。中国面临垃圾围城的威胁前所未有，以前较为常用的垃圾处理方式——填埋法已无法适应当前巨大的垃圾量，可供填埋的场地越来越少，焚烧法已经成为现今垃圾处理的主流方式，“十二五”计划要大力发展建设垃圾焚烧电厂，然而解决垃圾问题的同时也给环境带来了巨大压力，烟气中的重金属污染不容忽视。
城市人口增多，经济飞速发展，污泥的产生量也大幅增加，焚烧污泥的处理量也大幅增加，而烟气中的重金属同样会产生污染。为减少垃圾、污泥焚烧过程中的烟气中重金属含量，可在焚烧垃圾和污泥时添加一些无机矿物作为吸附剂，使烟气中的亚微米重金属颗粒向粗颗粒迁移，随后被除尘设备捕集下来，以减少向大气中排放含有重金属的颗粒物。
然而目前实验室并没有适合研究吸附剂高温下捕集重金属蒸汽过程的实验装置，本发明针对重金属蒸汽与吸附剂高温下反应的特点，既可实现对重金属蒸汽发生的温度控制，又可实现对吸附剂与重金属蒸汽反应的温度控制，还可实现高温下添加更换重金属蒸汽发生剂和吸附剂，节省现有实验台每次升温降温所需时间和耗费的电能，从而实现经济高效的研究重金属蒸汽与吸附剂反应机理与效率。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种重金属蒸汽与吸附剂气固反应的装置，可研究重金属在高温下与吸附剂的反应机理及吸附剂的吸附效率，也可应用于类似的气固反应。
技术方案：本发明的重金属蒸汽与吸附剂气固反应的装置顶部设置进气口，底部设置出气口，气流由上往下流动，该装置包括外壳和保温层，保温层内设置两段式电加热器，上段电加热器控制重金属化合物挥发的温度，下段电加热器控制重金属蒸汽与吸附剂反应的温度，两段的温度分别由第一热电偶和第二热电偶测量，并将测量信号反馈给控制柜；电加热器紧密包裹外反应管，紧贴外反应管内壁设置内反应管，内反应管底部为吸附剂放置板，内反应管内紧贴管壁放置重金属放置架，该重金属放置架由不锈钢钢丝和重金属放置板组成，重金属放置板位于重金属放置架中间，内反应管与外反应管用法兰连接，内反应管法兰上下均放置垫片，保证反应器密封。
所述的重金属蒸汽与吸附剂气固反应的装置，其特征在于：所述的上部法兰与法兰盖之间，以及下部外反应管与出气口的两个法兰之间均有耐高温的石棉垫片，法兰与法兰盖之间、法兰与法兰之间均由螺栓连接。
所述内反应管与外反应管的管径相差2-5mm,与内反应管相连的法兰半径应比与外反应管相连的法兰半径大10cm以上，两法兰穿过螺栓的开孔的位置及大小应相同，在与内反应管相连的法兰上关于中心对称开两个孔，两孔穿入钢丝绳后在两绳头处打结，便于高温下打开法兰，将内反应管提出，更换吸附剂和加入新的重金属化合物。
所述的重金属支撑架由一块均布小孔的不锈钢钢板即重金属放置板和上下各两根不锈钢钢丝组成，上面两个钢丝相连便于从内反应管内提出或放入盛有重金属化合物的坩埚或方舟，便于添加重金属化合物。
所述的电加热器为硅钼棒加热或者硅碳棒加热，与热电偶相连的温控装置由电压表、电流表、可编程的调节器组成，显示管内重金属化合物挥发段和重金属蒸汽与吸附剂反应段的加热电流、电压及其实际温度。
所述的出气口由一个异径直通、两段直径不同长5cm的钢管焊接而成，管径较小钢管通过皮管接头螺纹连接后，接皮管后通入含有稀硝酸的洗气瓶，以便吸收尾气中的重金属。
所述的内反应管、外反应管、重金属放置架均采用耐高温的2520不锈钢。
所述的两段式加热，上加热段温度控制在400-1000摄氏度，下加热段控制温度为700-1000摄氏度。
所述的内反应管底部焊接一块均布小孔的不锈钢钢板。
有益效果：
(1)结构简单，操作方便，节约能源，节约时间。
(2)采用两段式加热，可分别控制重金属发生物质的挥发温度和重金属蒸汽与吸附剂反应的温度。
(3)可实现在高温下连续实验，采用两套完全相同的内反应管及重金属放置架交替放入外反应管中进行反应，其中一套冷却，另一套进行实验。可以避免反应管每次实验升温降温过程。
(4)采用立式反应管，可使吸附剂均匀分布，便于吸附剂与重金属蒸汽接触反应。
附图说明
图1为一种重金属蒸汽与吸附剂气固反应的装置结构示意图；
图中有：进气口1、第一热电偶2、垫片3、法兰4、支撑板5、内反应管6、电加热器7、重金属放置板8、外反应管9、吸附剂放置板10、出气孔11、保温层12、重金属放置架13、控制柜14、第二热电偶15，钢丝绳穿出孔16。
图2为重金属放置板的结构示意图；
图3位吸附剂放置板的结构示意图。
具体实施方式
本发明的一种重金属蒸汽与吸附剂气固反应的装置顶部设置进气口1，底部设置出气口11，气流由上往下流动，该装置包括外壳和保温层12，保温层内设置两段式电加热器7，上段电加热器控制重金属化合物挥发的温度，下段电加热器控制重金属蒸汽与吸附剂反应的温度，两段的温度分别由第一热电偶2和第二热电偶15测量，并将测量信号反馈给控制柜14；电加热器7紧密包裹外反应管9，紧贴外反应管9的内壁设置内反应管6，内反应管6底部为吸附剂放置板10，内反应管6内紧贴管壁放置重金属放置架13，该重金属放置架13由不锈钢钢丝和重金属放置板8组成，重金属放置板8位于重金属放置架13中间，内反应管6与外反应管9用法兰4连接，内反应管法兰上下均放置垫片3，保证反应器密封。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明所保护范围不限于本实施例。
由于氯化铅的挥发温度为500多摄氏度，可以设定上端温度为650摄氏度，下端温度为900摄氏度，可研究900摄氏度下氯化铅与高岭土在高温下的反应机理和吸附效率。先称量2g高岭土(粒径应大于吸附剂放置板的孔径)放入内反应管底部的吸附剂放置板上，使其分布均匀。然后将内反应管放入外反应管内；称量1g氯化铅固体放入方舟中，将方舟放在重金属放置板上，将重金属放置架放入内反应管中，放置好垫片后，连接法兰，保证密封。装置下端连接法兰后出口用皮管子接装有稀硝酸的洗气瓶，吸收烟气中的重金属。用空压机从进气口鼓入流量为1L/min的空气，设定温控装置，使下一段先加热到900摄氏度，再加热上半段到650摄氏度，当上半段加热到650摄氏度后停留10min，然后降温到450摄氏度，拆除上端法兰，移出内反应管，换上另外一套相同的内反应管及重金属支撑架，连接法兰，进行下一组实验。当取出的内反应管冷却后，将重金属支撑架从内反应管中取出，然后将吸附剂从内反应管中取出，取一部分吸附剂对其进行表面形态分析，另一部分进行消解，测量消解后溶液中重金属离子的含量，从而计算出吸附剂吸附的重金属含量，同时测得洗气瓶中溶液的重金属离子含量，对整个过程做重金属的质量平衡。

Claims (9)

1.一种重金属蒸汽与吸附剂气固反应的装置，其特征在于该装置顶部设置进气口(1)，底部设置出气口(11)，气流由上往下流动，该装置包括外壳和保温层(12)，保温层内设置两段式电加热器(7)，上段电加热器控制重金属化合物挥发的温度，下段电加热器控制重金属蒸汽与吸附剂反应的温度，两段的温度分别由第一热电偶(2)和第二热电偶(15)测量，并将测量信号反馈给控制柜(14)；电加热器(7)紧密包裹外反应管(9)，紧贴外反应管(9)内壁设置内反应管(6)，内反应管(6)底部为吸附剂放置板(10)，内反应管(6)内紧贴管壁放置重金属放置架(13)，该重金属放置架(13)由不锈钢钢丝和重金属放置板(8)组成，重金属放置板(8)位于重金属放置架(13)中间，内反应管(6)与外反应管(9)用法兰(4)连接，内反应管法兰上下均放置垫片(3)，保证反应器密封。
2.如权利要求1所述的重金属蒸汽与吸附剂气固反应的装置，其特征在于：所述的上部法兰与法兰盖之间，以及下部外反应管(9)与出气口的两个法兰之间均有耐高温的石棉垫片，法兰与法兰盖之间、法兰与法兰之间均由螺栓连接。
3.如权利要求1所述的重金属蒸汽与吸附剂气固反应的装置，其特征在于：所述内反应管(6)与外反应管(9)的管径相差2-5mm,与内反应管相连的法兰半径应比与外反应管相连的法兰半径大10cm以上，两法兰穿过螺栓的开孔的位置及大小应相同，在与内反应管相连的法兰上关于中心对称开两个孔，两孔穿入钢丝绳后在两绳头处打结，便于高温下打开法兰，将内反应管提出，更换吸附剂和加入新的重金属化合物。
4.如权利要求1所述的重金属蒸汽与吸附剂气固反应的装置，其特征在于：所述的重金属支撑架(13)由一块均布小孔的不锈钢钢板即重金属放置板(8)和上下各两根不锈钢钢丝组成，上面两个钢丝相连便于从内反应管内提出或放入盛有重金属化合物的坩埚或方舟，便于添加重金属化合物。
5.如权利要求1所述的重金属蒸汽与吸附剂气固反应的装置，其特征在于：所述的电加热器(7)为硅钼棒加热或者硅碳棒加热，与热电偶相连的温控装置由电压表、电流表、可编程的调节器组成，显示管内重金属化合物挥发段和重金属蒸汽与吸附剂反应段的加热电流、电压及其实际温度。
6.如权利要求1所述的重金属蒸汽与吸附剂气固反应的装置，其特征在于：所述的出气口由一个异径直通、两段直径不同长5cm的钢管焊接而成，管径较小钢管通过皮管接头螺纹连接，接皮管后通入含有稀硝酸的洗气瓶，以便吸收尾气中的重金属。
7.如权利要求1所述的重金属蒸汽与吸附剂气固反应的装置，其特征在于：所述的内反应管、外反应管、重金属放置架均采用耐高温的2520不锈钢。
8.如权利要求1所述的重金属蒸汽与吸附剂气固反应的装置，其特征在于：所述的两段式加热，上加热段温度控制在400-1000摄氏度，下加热段控制温度为700-1000摄氏度。
9.如权利要求1所述的重金属蒸汽与吸附剂气固反应的装置，其特征在于：所述的内反应管底部焊接一块均布小孔的不锈钢钢板。
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