CN107045001A - 一种测量二氧化碳吸附热的装置 - Google Patents

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宋春风
苏赟
刘庆岭
纪娜
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Abstract

本发明公开了一种测量二氧化碳吸附热的装置，包括电阻加热炉和中间嵌套在电阻加热炉内部的固定床吸附柱，在电阻加热炉上安装有一根加热炉热电偶，在固定床吸附柱的中部、分子筛吸附剂的上部、下部分别设置有一根热电偶，固定床吸附柱的底部进气口通过第一管线顺次连接第一阀门以及第一质量流量计后分成两个支路，其中第一支路连接第二质量流量计和二氧化碳气瓶，第二支路连接第三质量流量计和氮气气瓶，固定床吸附柱的顶部出气口连接两个支管，其中在第一支管上安装有第二阀门，第二支管顺次连接第三阀门和气相色谱仪，温度记录仪通过控制线分别与数字记录仪以及电脑记录装置相连。利用本发明装置做出吸附穿透曲线即可计算求得吸附热。

Description

一种测量二氧化碳吸附热的装置
技术领域
本发明涉及测量吸附热的装置，特别涉及一种测量二氧化碳吸附热的装置。
背景技术
CO2的捕集与封存技术(Carbon Capture and Storage，CCS)是将化石燃料燃烧产生的CO2捕集之后运输至特定地点进行长期封存的一种综合技术，是最容易在短期内实现CO2减排的途径。这一技术可以在不减少化石燃料使用量的前提下大大降低排放至大气中CO2的量，综合考虑了环境因素和经济因素，成为了目前低成本缓解CO2排放的主要手段。
吸附法，属于CO2的捕集与封存技术的一种，是通过多孔的固体吸附剂将混合气体中的一种或多种组分吸附于材料之上，再通过加热吹扫等方式将气体组分脱附，达到分离富集的作用。吸附是气体分离、去除中最常用的一种方法，具有很好的去除效率。此法工艺成熟，效果可靠，易于回收有机溶剂，因此被广泛地应用于化工、喷漆、印刷、轻工等行业中的有机废气治理，尤其是苯类、酮类的处理。除此之外，吸附法也被大量应用于工业废气中CO2的处理，是当前的研究热点。
在吸附过程中，CO2在吸附剂上的吸附是一个放热过程，而脱附是一个吸热过程，需要外加能量才能达到较好的脱附效果。但是吸附热的测量非常困难，因为对一般的量热仪来说，吸附热过于微弱，对气固吸附体系来说尤其如此。目前常用于测量吸附热的方法有量热法、气相色谱法和BET法。量热法由于吸附过程中一般热效应较小，故设备要求较高，不易获得准确的吸附热数值；气相色谱法可在接近于催化反应的流动体系中进行吸附热的测量，并且可在高温时或反应条件下进行测量，但是其手续繁复，测量费时。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种将二氧化碳吸附时放出的热量利用到脱附过程中，实现能源消耗最小化的测量二氧化碳吸附热的装置。
本发明是通过以下技术方案实现：
本发明的一种测量二氧化碳吸附热的装置，包括电阻加热炉和中间嵌套在电阻加热炉内部的固定床吸附柱，在所述的电阻加热炉上安装有一根加热炉热电偶，所述的加热炉热电偶与温度控制器相连，所述的固定床吸附柱呈垂直设置，在所述的固定床吸附柱的中部且位于高度三分之一的区域内填充有分子筛吸附剂，在所述的分子筛吸附剂的上下两侧放置有与吸附柱内径相同的铁丝网圆片，在所述的固定床吸附柱的中部、分子筛吸附剂的上部、下部分别设置有一根热电偶以检测吸附过程中固定床吸附柱内部不同位置的温度变化，三根所述的热电偶与温度记录仪相连，所述的固定床吸附柱的底部进气口通过第一管线顺次连接第一阀门以及第一质量流量计后分成两个支路，其中第一支路连接第二质量流量计和二氧化碳气瓶，第二支路连接第三质量流量计和氮气气瓶，所述的固定床吸附柱的顶部出气口连接两个支管，其中在第一支管上安装有第二阀门，所述的第二支管顺次连接第三阀门和气相色谱仪，所述的温度记录仪通过控制线分别与数字记录仪以及电脑记录装置相连以进行数据记录与处理。
本发明的有益效果是：
1.利用本发明装置做出吸附穿透曲线即可计算求得吸附热。这种方法比常用的程序升温法测量吸附热简便。
2.本发明使用的是固定床反应器，固定床反应器的优点是：①返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性。②催化剂机械损耗小。③结构简单。
附图说明
图1为本发明的一种测量二氧化碳吸附热的装置的结构示意图；
图2为CO2的吸附平衡等温线用Langmuir等温线模型拟合图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
参见图1，本发明的一种测量二氧化碳吸附热的装置，包括电阻加热炉10和中间嵌套在电阻加热炉内部的固定床吸附柱9，在所述的电阻加热炉10上安装有一根加热炉热电偶17，所述的加热炉热电偶17与温度控制器12相连，电阻加热炉10的温度是由温度控制器12所控制的，温度控制仪12通过热电偶17接入电阻加热炉10来调节其吸附、脱附过程中的温度。
所述的固定床吸附柱9呈垂直设置，在所述的固定床吸附柱9的中部且位于高度三分之一的区域内填充有分子筛吸附剂8，在所述的分子筛吸附剂8的上下两侧放置有与吸附柱内径相同的铁丝网圆片7以防止吸附剂发生移动，在所述的固定床吸附柱9的中部、分子筛吸附剂8的上部、下部分别设置有一根热电偶11以检测吸附过程中固定床吸附柱9内部不同位置的温度变化，三根所述的热电偶11与温度记录仪13相连，记录在吸附过程中固定床吸附柱不同位置的温度变化情况。
所述的固定床吸附柱9的底部进气口通过第一管线顺次连接第一阀门以及第一质量流量计3-1后分成两个支路，其中第一支路连接第二质量流量计3-2和二氧化碳气瓶1，第二支路连接第三质量流量计3-3和氮气气瓶2，所述的固定床吸附柱9的顶部出气口连接两个支管，其中在第一支管上安装有第二阀门5，所述的第二支管顺次连接第三阀门和气相色谱仪16。
所述的温度记录仪13分别与数字记录仪14以及电脑记录装置15相连，以进行数据记录与处理。
采用本装置的工作过程如下：
CO2和N2分别通过第二质量流量计3-2、第三质量流量计3-3控制其通气流速以及气体比例，而后混合气体再经由第一质量流量计3-1来调整混合气体的流速；而后混合气体由下而上经过固定床吸附柱进行吸附。经过固定床吸附柱的气体被分为两部分，由于气相色谱仪16可以检测非常微量的气体，所以一部分大气量气体4直接通入排气罩中排出，另一部分小气量的气体6通入气相色谱仪16进行分析检测，气量大小的分配是通过第二阀门5和第三阀门控制的。待吸附进行一段时间后，分子筛吸附剂8逐渐饱和，待出口混合气体浓度与入口混合气体浓度相等时，认为吸附剂完全饱和被穿透，吸附过程结束。
本发明拟利用新型分子筛材料，搭建一套吸附装置，通过绘制CO2吸附/脱附过程中的穿透曲线计算其吸附热，由此研究CO2吸附/脱附过程中的传热特征，来探索CO2在吸附过程中吸附热再利用的潜在可能性。这一发明可以为工业CO2排放源(火力发电厂、水泥厂、钢铁厂等)的CO2捕集技术提高理论支撑，为降低CO2吸附过程整体能耗、提高CO2分离效率提供理论依据，最终达到减缓并控制全球变暖、气候变化等问题。
实施例1
本实施例中各设备选型如下：固定床吸附柱9采用世伟洛克3/4的不锈钢管，长度40cm。分子筛吸附剂8采用13X分子筛，产地为河南郑州，由巩义市腾龙水处理材料有限公司提供。该吸附剂的化学式为Na86[(AlO2)86(SiO2)106]·xH2O，属于钠型沸石，是X型的晶体结构。
气相色谱仪16采用GC9790Ⅱ型气相色谱仪，气相色谱仪所配置的检测器为热导检测器。
电阻加热炉10采用开启式管式电阻炉，耐高温为1000℃。
以CO2/N2的混合气体模拟不同浓度的烟气成分。采用本发明的固定床吸附装 置，用来计算分子筛吸附剂吸附二氧化碳的吸附热，具体实施过程如下：
通过温度控制器12控制电阻加热炉10为30℃。混合气体通过三个质量流量计调配成不同浓度(本发明案例中分别调节比例为10:90、20:80、30:70、40:60、50:50、60:40、70:30、80:20)，从下而上通过固定床内填充的吸附剂，吸附后的气体从固定床吸附柱的上端口排出。由于气相色谱仪16可以检测非常微量的气体，所以大部分气量直接排入通风橱，另一部分气体6进入气相色谱仪16。待吸附进行一段时间后，分子筛吸附剂8逐渐饱和，待出口混合气体浓度与入口混合气体浓度相等时，认为吸附剂完全饱和被穿透，吸附过程结束。通过同一温度下不同CO2/N2比例的二氧化碳吸附量画出该吸附过程在30℃的朗格缪尔吸附等温线。
然后通过温度控制器12控制电阻加热炉10为40℃，重复上述过程，画出该吸附过程在40℃的朗格缪尔吸附等温线(见图2所示)。
由下式可知：
式中，Qd为等量吸附热，R为气体常数，T为吸附温度，P为吸附压力。由该方程可知，绘制出两条吸附等温线，然后在两条吸附等温线上找到同一吸附量q所对应的两个不同的吸附质的平衡分压值，即可通过上式计算出所求的吸附热。
在图2上选取30℃和40℃时吸附量为10mol/kg时计算吸附热，T1＝303.15K，T2＝313.15K，p1＝24.5Kpa，p2＝32.5Kpa，R＝8.314J/mol·K，计算求得
这一数值与使用气相色谱法计算求得的吸附热相差不大，经由气相色谱法计算得到的二氧化碳吸附热值为21.9KJ/mol。

Claims (1)

1.一种测量二氧化碳吸附热的装置，包括电阻加热炉和中间嵌套在电阻加热炉内部的固定床吸附柱，其特征在于：在所述的电阻加热炉上安装有一根加热炉热电偶，所述的加热炉热电偶与温度控制器相连，所述的固定床吸附柱呈垂直设置，在所述的固定床吸附柱的中部且位于高度三分之一的区域内填充有分子筛吸附剂，在所述的分子筛吸附剂的上下两侧放置有与吸附柱内径相同的铁丝网圆片，在所述的固定床吸附柱的中部、分子筛吸附剂的上部、下部分别设置有一根热电偶以检测吸附过程中固定床吸附柱内部不同位置的温度变化，三根所述的热电偶与温度记录仪相连，所述的固定床吸附柱的底部进气口通过第一管线顺次连接第一阀门以及第一质量流量计后分成两个支路，其中第一支路连接第二质量流量计和二氧化碳气瓶，第二支路连接第三质量流量计和氮气气瓶，所述的固定床吸附柱的顶部出气口连接两个支管，其中在第一支管上安装有第二阀门，所述的第二支管顺次连接第三阀门和气相色谱仪，所述的温度记录仪通过控制线分别与数字记录仪以及电脑记录装置相连以进行数据记录与处理。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108007967A (zh) * 2017-12-11 2018-05-08 宁夏宝塔化工中心实验室(有限公司) 一种易挥发可燃性液体燃料热值的测定方法
CN109060591A (zh) * 2018-07-12 2018-12-21 天津大学 一种用于挥发性气体吸附剂性能的评价装置及评价方法
CN111272806A (zh) * 2020-01-21 2020-06-12 上海科技大学 一种吸附-量热联用装置及联用方法
CN112798358A (zh) * 2020-11-27 2021-05-14 华北电力科学研究院有限责任公司 实验室用材料热挥发气体取样装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101648082A (zh) * 2009-08-13 2010-02-17 同济大学 一种可实现h2/ch4/co2/h2s同时捕集的低温捕集装置及方法
CN102389683A (zh) * 2011-08-15 2012-03-28 西北核技术研究所 一种用活性炭分离氪和氙的方法和装置
CN202438245U (zh) * 2012-01-19 2012-09-19 中国矿业大学 变压吸附分离燃煤烟气中二氧化碳的装置
CN202562896U (zh) * 2012-05-11 2012-11-28 四川亚连科技有限责任公司 动态吸附测试装置
CN103055659A (zh) * 2012-12-25 2013-04-24 国电新能源技术研究院 一种捕集烟道气中二氧化碳系统和方法
CN103301805A (zh) * 2012-03-07 2013-09-18 苏州绿奇创环保科技有限公司 一种二氧化碳吸附剂及其制造方法
CN203396763U (zh) * 2013-06-24 2014-01-15 广东电网公司电力科学研究院 脱汞吸附剂性能评价装置
US20160166978A1 (en) * 2014-12-15 2016-06-16 Industrial Technology Research Institute Co2 adsorption and recovery system and method

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101648082A (zh) * 2009-08-13 2010-02-17 同济大学 一种可实现h2/ch4/co2/h2s同时捕集的低温捕集装置及方法
CN102389683A (zh) * 2011-08-15 2012-03-28 西北核技术研究所 一种用活性炭分离氪和氙的方法和装置
CN202438245U (zh) * 2012-01-19 2012-09-19 中国矿业大学 变压吸附分离燃煤烟气中二氧化碳的装置
CN103301805A (zh) * 2012-03-07 2013-09-18 苏州绿奇创环保科技有限公司 一种二氧化碳吸附剂及其制造方法
CN202562896U (zh) * 2012-05-11 2012-11-28 四川亚连科技有限责任公司 动态吸附测试装置
CN103055659A (zh) * 2012-12-25 2013-04-24 国电新能源技术研究院 一种捕集烟道气中二氧化碳系统和方法
CN203396763U (zh) * 2013-06-24 2014-01-15 广东电网公司电力科学研究院 脱汞吸附剂性能评价装置
US20160166978A1 (en) * 2014-12-15 2016-06-16 Industrial Technology Research Institute Co2 adsorption and recovery system and method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
钱旦: "纳米结构整体式多孔炭的制备及在CO2吸附分离中的应用研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技I辑》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108007967A (zh) * 2017-12-11 2018-05-08 宁夏宝塔化工中心实验室(有限公司) 一种易挥发可燃性液体燃料热值的测定方法
CN109060591A (zh) * 2018-07-12 2018-12-21 天津大学 一种用于挥发性气体吸附剂性能的评价装置及评价方法
CN111272806A (zh) * 2020-01-21 2020-06-12 上海科技大学 一种吸附-量热联用装置及联用方法
CN112798358A (zh) * 2020-11-27 2021-05-14 华北电力科学研究院有限责任公司 实验室用材料热挥发气体取样装置

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