CN106492589A - Co2吸附/脱附循环处理装置、制备方法及其处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CO2吸附/脱附循环处理装置、制备方法及其处理方法，该装置包括动力驱动装置、转轮和气体导管，动力驱动装置驱动转轮转动，转轮上设有若干个气体进出孔，每个气体进出孔分别与气体导管连接；所述转轮内包括若干个吸附区和若干个脱附区，相邻的区域彼此密封；每个吸附区内设有若干层分割层，每一分割层中填塞有吸附剂，每一层分割层在左右两端分别设有用于待吸附气体或净化气体通过的气孔，待吸附气体或净化气体依次经过每一分割层的气孔后从气体进出孔排出。本发明使用MOF材料作为吸附剂，在转轮内部横向分层，层层相隔，保证气体充分通过吸附剂，使吸附剂得到充分利用，大大提高了二氧化碳的吸附效率。

Description

CO2吸附/脱附循环处理装置、制备方法及其处理方法
技术领域
本发明涉及气体吸附/脱附研究领域，特别涉及一种CO2吸附/脱附循环处理装置、制备方法及其处理方法。
背景技术
随着化石燃料大量使用和生态环境遭到持续破坏，空气中CO2浓度逐年升高，而这导致的全球变暖等一系列环境问题已对人类造成了极大的不良影响。故寻找并发明一种能高效吸附二氧化碳的技术是刻不容缓的。
目前大多数对于工业排放废气的处理方法过于单向且会产生二次污染，为了克服上述问题，已有研究人员提出利用吸附剂对二氧化碳进行吸附-脱附，并进一步将吸附材料与转轮结合来实现循环的吸附-脱附。但是目前的装置，普遍存在二氧化碳与吸附材料接触面积不够的缺点，导致效率较低，连续工作能力较差。
为此，研究一种可以高效、循环吸附/脱附二氧化碳的装置和方法具有重要的实用价值和研究意义。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种CO2吸附/脱附循环处理装置、制备方法及其处理方法，其大大提高了吸附材料的利用率，对二氧化碳的吸附与脱附集中于同一个转轮上，自动实现吸附-脱附过程，处理更趋于体系化和流程化。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种CO2吸附/脱附循环处理装置，包括动力驱动装置、转轮和气体导管，所述动力驱动装置驱动转轮转动，转轮上设有若干个气体进出孔，每个气体进出孔分别与气体导管连接；所述转轮内包括若干个吸附区和若干个脱附区，相邻的区域彼此密封；每个吸附区内设有若干层分割层，每一分割层中填塞有吸附剂，每一层分割层在左右两端分别设有用于待吸附气体或净化气体通过的气孔，待吸附气体或净化气体依次经过每一分割层的气孔后从气体进出孔排出。
优选的，所述吸附剂采用MOF材料。作为多孔材料的明日之星MOF材料具有比表面积大、孔道可调控、可功能化等特点，吸附性能较以往传统的吸附材料有大大提升。
优选的，所述转轮采用耐温500℃以上的陶瓷纤维纸制成。
优选的，所述每个吸附区内分割层之间采用陶瓷纤维纸分隔开来。
优选的，所有气体进出孔以及分割层内的气孔处均设有高分子膜。从而既能保证气流的顺利通过，又能有效防止吸附剂移位。
优选的，所述循环处理装置包括一控制器，同时在各个气体导管上均设有电动阀门，各个阀门以及动力驱动装置均分别与上述控制器连接。通过该方案，可以进一步实现自动循环控制。
一种CO2吸附/脱附循环处理装置的制备方法，包括步骤：
步骤1：以耐温500℃以上的陶瓷纤维纸，经由成型机制作成为载体，将该载体作为盛放吸附剂的容器，载体直径应与转轮规格相符；
步骤2：运用陶瓷纤维纸制作转轮，转轮为一个空心的圆柱体，并将内部空腔分为四个区，每个区上方和下方均开有气体进出孔；
步骤3：将已经盛放吸附剂的载体平均分割成四份，使之呈四分之一圆形；
步骤4：将已经切割好的载体放入转轮中的吸附区，形成多层结构，每一分割层之间由陶瓷纤维纸分隔开来；
步骤5：以纵切每四分之一个转轮为单位，每一层分割层上都开一个气孔，并且气孔的位置错开；
步骤6：每一层分隔层的气孔以及转轮上下端部的气体进出孔均用高分子膜封住。
一种CO2吸附/脱附循环处理装置的处理方法，包括步骤：
含一定CO2量的气体由其中一个气体进出孔通入其中一个吸附区，气体依次经过该吸附区中的各个分割层，气体中的CO2被分割层中的吸附剂吸附；
吸附饱和后，该吸附区转动进入脱附区，从该脱附区端部设置的气体进出孔中通入净化气体以脱去其中的CO2气体；
随后，该吸附区再次转动，开始下一轮的吸附，从而完成一个循环的吸附-脱附处理。
更进一步的，包括步骤：
(1)控制器根据输入指令发送控制信号到各个气体导管上的电动阀门，控制吸附区对应的气体导管上的电动阀门导通，脱附区对应的气体导管上的电动阀门闭合；
(2)控制待吸附气体进入当前吸附区，在吸附区内吸附待吸附气体中的CO2；
(3)控制器发送控制指令到动力驱动装置以使转轮发生旋转，使得当前的吸附区被旋转到脱附区；
(4)控制器控制吸附区对应的气体导管上的电动阀门闭合，脱附区对应的气体导管上的电动阀门导通；
(5)控制净化气体进入当前脱附区，在脱附区内将吸附剂吸附的CO2脱去；
(6)控制器重复执行步骤(1)-(5)。
优选的，所述净化气体采用氮气。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、现有技术中的转轮多为竖直圆截面的转轮，而本发明利用吸附材料受力特点采用横放模式，将圆截面置于水平平面，并在转轮内部分层，层层相隔，以保证气体充分通过吸附剂，使吸附剂得到充分利用，大大提高了二氧化碳的吸附效率。
2、本发明在转轮内设置若干个吸附区和脱附区，在一个位置吸附或脱附完成后，仅需旋转一定角度，就能循环工作，使得二氧化碳的吸附与脱附均在同一个转轮里完成，吸附效率高，能有效减少制作工序，节约制备成本。且设备的空间占用大大减小，适用于空间较小的场所。
3、本发明将吸附材料横放，不必考虑转轮运转时吸附材料的放置情况，只需利用陶瓷纤维纸与高分子膜将材料隔开放置即可。
4、本发明使用MOFs材料作为吸附剂，大大提高了吸附效果。
5、本发明具有较小的流动阻力，高热质传递系数，可连续循环吸附-脱附，具有良好的工业二氧化碳脱除应用潜力。
附图说明
图1为本实施例中转轮的结构示意图。
图2为本实施例中转轮的一横截面结构示意图。
图3为本实施例中转轮的另一横截面结构示意图。
图4是本实施例中其中一个吸附区中分割层的结构示意图。
图5为本实施例循环处理装置的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
参见图4，本实施例所述CO2吸附/脱附循环处理装置，包括动力驱动装置、转轮1和气体导管，所述动力驱动装置包括转轮电机2和传送带3，转轮电机转动带动传送带转动，进而驱动转轮转动，转轮上设有若干个气体进出孔，每个气体进出孔分别与气体导管连接。
参见图1，本实施例中转轮一个空心的圆柱体，内部空腔分为四个区，每个区上方和下方开有气体进出孔，用于待吸附气体或净化气体通过。气体进出孔的孔径大小视转轮规格及气体导管大小而定。
本实施例中，吸附剂选用了CU-BTC材料。CU-BTC材料属于多孔材料中的金属-有机骨架材料MOFs材料，
本实施例CO2吸附/脱附循环处理装置的制备方法，包括步骤：
步骤1：以耐温500℃以上的陶瓷纤维纸，经由成型机制作成为载体，将该载体作为盛放吸附剂的容器，载体直径应与转轮规格相符。
步骤2：运用陶瓷纤维纸制作如图1所示结构转轮，大体为一个空心的圆柱体，并将内部空腔分为四个部分，每个部分上方和下方开有气体进出孔。
步骤3：将已经盛放吸附剂的载体平均分割成四份，使之呈四分之一圆形。
步骤4：将已经切割好的载体放入转轮中的吸附区，形成多层结构，每一分割层之间由陶瓷纤维纸分隔开来。
步骤5：以纵切每四分之一个转轮为单位，每一层分割层上都开一个气孔，并且气孔的位置应错开，如图4所示，①层的小孔如果开在靠近圆周边缘的位置，那么②层的小孔开在靠近圆周中心的位置，③层的小孔又开在靠近圆周边缘，以此类推，以保证气体能充分通过绝大部分的吸附剂，达到预期的吸附效果。
步骤6：每一层分隔层的气孔以及转轮上下端部的气体进出孔均用高分子膜封住，既能保证气流的顺利通过，又能有效防止吸附剂移位。
本实施例CO2吸附/脱附循环处理装置的处理方法，包括步骤：
(1)控制器根据输入指令发送控制信号到各个气体导管上的电动阀门，控制吸附区对应的气体导管上的电动阀门导通，脱附区对应的气体导管上的电动阀门闭合；
(2)控制待吸附气体进入当前吸附区，气体依次经过该吸附区中的各个分割层，气体中的CO2被分割层中的吸附剂吸附；
(3)吸附饱和后，控制器发送控制指令到动力驱动装置以使转轮发生旋转，使得当前的吸附区被旋转到脱附区；
(4)控制器控制吸附区对应的气体导管上的电动阀门闭合，脱附区对应的气体导管上的电动阀门导通；
(5)控制氮气进入当前脱附区，在脱附区内将吸附剂吸附的CO2脱去；
(6)控制器重复执行步骤(1)-(5)。
图2、3分别为转轮不同横截面的结构示意图，其箭头表示了气体走向。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.CO2吸附/脱附循环处理装置，其特征在于，包括动力驱动装置、转轮和气体导管，所述动力驱动装置驱动转轮转动，转轮上设有若干个气体进出孔，每个气体进出孔分别与气体导管连接；所述转轮内包括若干个吸附区和若干个脱附区，相邻的区域彼此密封；每个吸附区内设有若干层分割层，每一分割层中填塞有吸附剂，每一层分割层在左右两端分别设有用于待吸附气体或净化气体通过的气孔，待吸附气体或净化气体依次经过每一分割层的气孔后从气体进出孔排出。
2.根据权利要求1所述的CO2吸附/脱附循环处理装置，其特征在于，所述吸附剂采用MOF材料。
3.根据权利要求1所述的CO2吸附/脱附循环处理装置，其特征在于，所述转轮采用耐温500℃以上的陶瓷纤维纸制成。
4.根据权利要求1所述的CO2吸附/脱附循环处理装置，其特征在于，所述每个吸附区内分割层之间采用陶瓷纤维纸分隔开来。
5.根据权利要求1所述的CO2吸附/脱附循环处理装置，其特征在于，所有气体进出孔以及分割层内的气孔处均设有高分子膜。
6.根据权利要求1所述的CO2吸附/脱附循环处理装置，其特征在于，所述循环处理装置包括一控制器，同时在各个气体导管上均设有电动阀门，各个阀门以及动力驱动装置均分别与上述控制器连接。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述的CO2吸附/脱附循环处理装置的制备方法，其特征在于，包括步骤：
步骤1：以耐温500℃以上的陶瓷纤维纸，经由成型机制作成为载体，将该载体作为盛放吸附剂的容器，载体直径与转轮规格相符；
步骤2：运用陶瓷纤维纸制作转轮，转轮为一个空心的圆柱体，并将内部空腔分为四个区，每个区上方和下方均开有气体进出孔；
步骤3：将已经盛放吸附剂的载体平均分割成四份，使之呈四分之一圆形；
步骤4：将已经切割好的载体放入转轮中的吸附区，形成多层结构，每一分割层之间由陶瓷纤维纸分隔开来；
步骤5：以纵切每四分之一个转轮为单位，每一层分割层上都开一个气孔，并且气孔的位置错开；
步骤6：每一层分隔层的气孔以及转轮上下端部的气体进出孔均用高分子膜封住。
8.一种基于权利要求1-6任一项所述的CO2吸附/脱附循环处理装置的处理方法，其特征在于，包括步骤：
含一定CO2量的气体由其中一个气体进出孔通入其中一个吸附区，气体依次经过该吸附区中的各个分割层，气体中的CO2被分割层中的吸附剂吸附；
吸附饱和后，该吸附区转动进入脱附区，从该脱附区端部设置的气体进出孔中通入净化气体以脱去其中的CO2气体；
随后，该吸附区再次转动，开始下一轮的吸附，从而完成一个循环的吸附-脱附处理。
9.根据权利要求8所述的处理方法，其特征在于，包括步骤：
(1)控制器根据输入指令发送控制信号到各个气体导管上的电动阀门，控制吸附区对应的气体导管上的电动阀门导通，脱附区对应的气体导管上的电动阀门闭合；
(2)控制待吸附气体进入当前吸附区，在吸附区内吸附待吸附气体中的CO2；
(3)控制器发送控制指令到动力驱动装置以使转轮发生旋转，使得当前的吸附区被旋转到脱附区；
(4)控制器控制吸附区对应的气体导管上的电动阀门闭合，脱附区对应的气体导管上的电动阀门导通；
(5)控制净化气体进入当前脱附区，在脱附区内将吸附剂吸附的CO2脱去；
(6)控制器重复执行步骤(1)-(5)。
10.根据权利要求8或9所述的处理方法，其特征在于，所述净化气体采用氮气。
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