CN108404601A - 超重力移动吸附床吸附气体设备 - Google Patents
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Abstract
本发明属于固体吸附剂吸附气体的吸附、脱附技术领域，为解决传统吸附床吸附、脱附效果差，吸附剂利用率低等问题，提供了一种超重力移动吸附床吸附气体设备。本发明有三种模式，包括固定床模式、移动床模式和旋转床模式，所述设备包括吸附柱，吸附柱中装有吸附剂，通过改变吸附剂在吸附柱中的流速和吸附柱的转速来改变设备的模式。模式转换是在同一设备装置中进行，实现了高效、连续性操作。本发明可以大大提高吸附剂的利用率，缩短饱和吸附剂的脱附再生时间，处理效果高、运行成本低，提高了吸附剂寿命同时，改善了吸附设备的吸附性能，具有一定的工程实际应用意义和节能环保意义。
Description
技术领域
本发明属于固体吸附剂吸附气体的吸附、脱附技术领域，具体涉及一种超重力移动吸附床吸附气体设备。
背景技术
吸附是一种重要的化工单元操作过程，广泛应用于石油、化工、冶金、食品、医药等方面，在日常生活和工业生产中，吸附还应用于家用净水、冰箱除异味等方面。吸附是流动相与多孔的固体颗粒接触，使固体颗粒有选择性地累积和凝聚流动相中一定组分在其内外表面上，从而达到分离目的。常见的吸附剂有硅胶、活性氧化铝、活性炭和分子筛等，可以根据所处理的流动相进行合理选择。提高吸附率的主要手段是对吸附设备进行改进，通过改变流动相和吸附剂的接触方式，提高吸附剂的吸附及再生能力。工业上通常采用的吸附设备有吸附槽、固定床、流化床和移动床。
固定床属于间歇操作，整个吸附过程中非吸附时间较长，若吸附浆液或粘稠液时，很容易堵塞床层，吸附剂固定在床层中，靠吸附质穿梭其中，吸附剂的利用率较低。流化床中的吸附剂处于湍动状态，在吸附过程中吸附效率虽高，但返混严重，吸附剂磨损厉害，对吸附剂质量要求较高。移动床中吸附颗粒有序向下移动，与进料物系逆流接触，该装置操作连续化，提高了吸附剂的利用率，增加了原料处理。对高浓度的吸附介质仍具有一定的吸附能力。移动床具有吸附效率高、处理量大等优点，广泛应用于工业生产中。
吸附要有相应的脱附技术与之相对应，传统的吸附设备进行脱附工艺时，存在脱附效率低、脱附时间长等劣势，与相应的吸附过程不相匹配。旋转填料床是一种新型、高效气质传质设备，在强化传质方面有广泛的应用，可以提高脱附率，缩短脱附时间，为吸附提供充足的新鲜吸附剂。
寻求一种高效的吸附、脱附设备，并将其一体化，实现连续运行，对不同浓度的吸附介质采用与之匹配的吸附设备，是目前吸附工段方面急需迫切解决的问题，本发明所述的超重力移动吸附床吸附气体设备，可以有效解决吸附、脱附方面存在的问题，提升了生产效率。
发明内容
本发明为了解决各类型传统吸附床存在的一些问题，如固定床吸附剂利用率低，吸附效果差，流化床存在返混严重，吸附剂易磨损问题，工业吸附床属于间歇操作，造成工艺运行不稳定等问题；另一方面，对于饱和吸附剂的脱附过程，固定床脱附时间长、脱附效果极差。针对以上问题，提出了一种超重力移动吸附床吸附气体设备，有效解决吸附、脱附过程中存在的问题。
本发明采用如下技术方案实现：
一种超重力移动吸附床吸附气体设备，其特征在于所述设备有三种模式，包括固定床模式、移动床模式和旋转床模式，所述设备包括吸附柱，吸附柱中装有吸附剂，通过改变吸附剂在吸附柱中的流速和吸附柱的转速来改变设备的模式。
进一步的，所述吸附柱轴向连接电机，吸附柱底部有进气口、还有吸附剂出口，吸附柱顶部有加料口，所述固定床模式，电机关闭，吸附剂封闭在吸附柱内；所述移动床模式，电机低速转动、吸附剂出口打开、顶部加料口填加吸附剂，吸附剂在吸附柱内自上而下流动；所述旋转床模式，电机高速转动、吸附剂封闭在吸附柱内。
进一步的，所述设备底部设有吸附剂收集口，吸附柱底部的吸附剂出口至吸附剂收集口，由螺旋板顺式下滑，整个吸附和回收过程处在密封环境中。
进一步的，所述吸附柱底部装有气体分布器，气体经气体分布器进入吸附柱内部，其所述的气体分布器为圆锥形设计，锥面上设有微孔，所述的气体分布器与吸附柱同轴线。
进一步的，所述的吸附剂出口与吸附柱轴线呈角度设置，吸附剂出口位于气体分布器上方，吸附剂出口处设置有调节阀。
进一步的，所述的所述的设备两台串联使用，吸附、脱附连续化运行；其中一台完成吸附过程后，直接通入吹脱气，调高转速，直接进行脱附过程，同时另一台进行吸附过程。
所述的超重力移动吸附床吸附气体设备完成的气体处理过程，包括如下：
1）、所述设备为固定床模式，关闭电机，吸附剂出口为关闭状态，废气由下至上进入吸附柱进行吸附，适用于处理低浓度废气；
2）、所述设备为移动床模式，将电机转速调至低速状态，废气由下至上进入吸附柱，吸附剂缓慢地由上而下通过吸附柱，废气与吸附剂逆流接触，完成吸附过程，在整个过程中，新鲜吸附剂不断的从吸附柱上端的加料口中加入，完成吸附的吸附剂从吸附柱底部两侧的吸附剂出口甩出，由螺旋板导流入吸附剂收集口，适用于处理高浓度废气；
3）、旋转床模式，电机高速转动，吸附剂出口为关闭状态，吸附柱上端加料口也为关闭状态，废气由下至上进入吸附柱进行吸附；
4）、上述1）、2）、3）三种模式，将吸附剂更换为吸附饱和的吸附剂，废气更换为吹脱气，其他反应条件不变，进行脱附过程。
进一步的，所述脱附过程选用旋转床模式。
进一步的，所述移动床模式下电机转速为0-50r/min，所述旋转床模式下电机转速为100-500r/min。
进一步的，所述的吸附剂是活性炭、活性氧化铝、硅胶、分子筛等，所述的吹脱气是水蒸气、热空气、氮气等。
进一步的，所述的进气口包括吹脱气进口和废气进口。
本发明实现了不同类型吸附床一体化，包括固定床、移动床和旋转床的一体化，采用各种模式分别进行吸附和饱和吸附剂脱附过程，实现高效、连续的吸附、再脱附过程。本发明单台使用为间歇式操作；若两台串联使用，可以实现吸附、脱附连续化运行，吸附过程完成后，直接通入吹脱气，调高转速，直接进行脱附过程，减少了工序，提高了生产效率。脱附剂可采用工业上的水蒸气或者工业余热的热空气，即可以节省能源，又充分利用工业资源。本发明适合处理挥发性有机气体和一些有毒、有害恶臭气体等。采用本发明进行吸附，可以大大提高吸附剂的利用率，缩短饱和吸附剂的脱附再生时间，处理效果高、运行成本低，提高了吸附剂寿命同时，改善了吸附设备的吸附性能，具有一定的工程实际应用意义和节能环保意义。
附图说明
图1是本发明所述超重力移动吸附床吸附气体设备的装置示意图；
图2是本发明所述气体分布器以及气体分布器示意图；
图1中：1-吹脱气进口；2-废气进口；3-气封装置；4-吸附剂出口；5-气体分布器；6-吸附柱；7-密封盖；8-螺旋板；9-吸附剂收集口；10-电机。
具体实施方式
结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
超重力移动吸附床吸附气体设备，为固定床、移动床和旋转床一体化设备，吸附床模式的转换通过改变电机频率实现。固定床模式是在电机停滞状态下进行，吸附剂出口为关闭状态，废气从底部气体进口通入，由下至上完成气体吸附过程。移动床模式是在电机的低频率带动下低速旋转，吸附剂从吸附柱两侧吸附剂出口缓慢流出，由螺旋板引流至底部吸附剂收集口，新鲜吸附剂从吸附柱上端加料口加入，废气从进气口通入，由下向上进入吸附柱，与由上而下的吸附剂充分接触，完成吸附过程，整个吸附过程，在密闭环境下进行。旋转床模式是在吸附剂出口闭合，电机频率较高情况下进行吸附；吸附完成后，将吸附剂出口封闭，吸附柱上端加料口封住，底部进气口通入吹脱气，在电机的旋转带动下进行脱附过程。
待处理的气体经过除杂、净化后，利用本发明完成气体吸附过程，根据吸附介质浓度不同，选择合适的吸附床类型。包括如下：1）对于低浓度废气，关闭电机，设备保持为固定床模式，吸附柱内装填有吸附剂，吸附剂处于静止状态，待处理气体由下至上进入吸附柱进行吸附；2）对于高浓度废气，将转速调至低速状态，设备保持为移动床模式，待处理废气通入床内，吸附剂缓慢的由上而下通过吸附柱，与由下至上的气体逆流接触，完成吸附过程。在整个过程中，新鲜吸附剂不断的从上方加料口中加入，吸附完成的吸附剂从吸附柱两侧甩出，由螺旋板流入吸附剂收集口。吸附剂与废气逆流接触，极大地增加了接触面积，使气体和吸附剂吸附完全，提高了吸附剂利用率。3）对于高浓度废气，将转速调至高速状态，设备保持为旋转床，吸附剂出口为关闭状态，吸附柱上端加料口也为关闭状态，废气由下至上进入吸附柱进行吸附。
本发明完成的脱附过程，将吸附饱和的吸附剂装在吸附柱中，封闭吸附剂出口，吸附柱上方加料口封住，调节下方电机，让吸附柱保持在高速状态下旋转，保持旋转床模式，在底部进气口通入水蒸气/热空气，完成脱附过程。整个吸附床在高速状态下旋转，此时为旋转吸附床，在稳定、强大的超重力环境下，吹脱气与吸附剂逆流接触，增强了传质过程，提高了脱附效果，与此同时，本发明所述设备大大减小了脱附时间，及时为吸附过程提供新鲜的吸附剂。实验表明，在小试设备中，热空气流量为2.5 m3/h，转速为400 r/min，脱附时间15min，饱和吸附剂便可以达到新鲜吸附剂程度。
本发明的处理对象一般为常规有机气体，如氯仿、二氯甲烷、丙酮、硫化氢、甲醛等，也以为为挥发性有机气体，如甲苯、二甲苯、甲醛等，也可以为一些易于吸附的工业废气及生活中恶臭气体。所述的吸附剂为固体颗粒物，如活性炭、活性氧化铝、硅胶、分子筛等。所述的吹脱气可以是水蒸气、热空气、氮气等。所述移动吸附床电机的转速为0-50r/min，所述的旋转脱附床电机的转速为100-500r/min。
如图1、图2所示，一种超重力移动吸附床吸附气体设备，包括吸附床主体（固定床、移动床和旋转床一体化），用于固体吸附剂吸附气体，在一套装置中完成吸附、脱附过程。整个设备底部配备电机，底部电机10与上方吸附柱间设有气封装置3，避免由下方进入的有毒、易臭气体泄漏于空气中。吸附柱底部设置气体进口，气体进口可以共用一处，气体进口也设置两处，包括吹脱气进口和废气进口，一个进口使用，另一个进口封闭。废气通过废气进口2进入吸附柱6后，经过气体分布器5，废气体与吸附剂在吸附柱内完成吸附过程，整个吸附过程在密闭状态下进行。吸附剂由吸附剂出口4流出，通过螺旋板8流入吸附剂收集口9处，吸附剂收集口处有回收槽。脱附过程中，吹脱气由吹脱气进口1由下至上通过饱和吸附剂，整个吸附过程也在密闭状态下进行。。整个吸附、脱附过程中可调节电机频率，改变吸附柱转速，进而改变吸附床类型，选择合适吸附床进行吸附、脱附。
所述超重力移动吸附床，吸附柱底部进气处设有气体分布器，气体分布器根据实际需求，其为圆锥形设计，设计有夹角为60°、90°、120°三种类型，根据吸附剂颗粒大小选择，气体分布器板面冲有直径小于吸附剂的气体通孔，保证气体可以进入吸附柱，吸附剂不至于跌落。据需求选择不同的圆锥顶角角度和微孔的大小。
实施例1：针对气体发生器产生的甲苯气体，采用活性炭作为吸附剂，超重力移动吸附床作为吸附设备进行吸附试验。整个装置的设计处理量为0-15m3/h，吸附柱的直径为50mm，吸附柱的转速可在0-900r/min调节。气体发生器产生的甲苯气体的浓度维持在2000-3000ppm，进气量为5m3/h，实验过程中，通过调节转速，对三种吸附床的吸附性能进行研究，调节吸附柱的转速分别为0r/min、50r/min、500r/min，对应吸附床的模式为固定床、移动床和旋转床。
试验过程中，活性炭的装填量为300g，吸附时间为10 h。结果显示，固定床的吸附量为350mg/g，移动床的吸附量为450mg/g，旋转床的吸附量476.8mg/g。
实施例2：对于吸附饱和的活性炭，采用超重力移动吸附床进行脱附，脱附介质为80℃氮气，出口浓度维持在100ppm时，固定床所需的脱附时间为200min，移动床所需的脱附时间为140min，旋转所需的脱附时间为50min；同时测定了，脱附时间为30min，固定床的脱附率为23%，移动床脱附率为36%，旋转床的脱附率为76%，说明旋转床在饱和活性炭脱附方面有较优越的性能。
实施例3：针对浓度为1000ppm的甲苯气体，采用超重力移动吸附床进行吸附、脱附实验。调节转速为0r/min，整个吸附床处于固定床模式，通过气体进口通入10m3/h的甲苯气体，吸附柱中活性炭装填量为500g，吸附10h后，停止通入甲苯气体，换为80%的氮气，调节转速为500r/min，此时吸附床为旋转床模式，进行脱附实验，脱附50min后，在重复前面吸附甲苯气体试验，吸附8h，吸附量达到470mg/g，活性炭仍保持较优的吸附效果，说明超重力移动吸附床再进行吸附、脱附一体化时，保持良好的吸附、脱附效果。
Claims (11)
1.一种超重力移动吸附床吸附气体设备，其特征在于所述设备有三种模式，包括固定床模式、移动床模式和旋转床模式，所述设备包括吸附柱，吸附柱中装有吸附剂，通过改变吸附剂在吸附柱中的流速和吸附柱的转速来改变设备的模式。
2.根据权利要求1所述的超重力移动吸附床吸附气体设备，其特征在于所述吸附柱轴向连接电机，吸附柱底部有进气口、还有吸附剂出口，吸附柱顶部有加料口，所述固定床模式，电机关闭，吸附剂封闭在吸附柱内；所述移动床模式，电机低速转动、吸附剂出口打开、顶部加料口填加吸附剂，吸附剂在吸附柱内自上而下流动；所述旋转床模式，电机高速转动、吸附剂封闭在吸附柱内。
3.根据权利要求1所述的超重力移动吸附床吸附气体设备，其特征在于所述设备底部设有吸附剂收集口，吸附柱底部的吸附剂出口至吸附剂收集口，由螺旋板顺式下滑，整个吸附和回收过程处在密封环境中。
4.根据权利要求1所述的超重力移动吸附床吸附气体设备，其特征在于所述吸附柱底部装有气体分布器，气体经气体分布器进入吸附柱内部，其所述的气体分布器为圆锥形设计，锥面上设有微孔，所述的气体分布器与吸附柱同轴线。
5.根据权利要求1所述的超重力移动吸附床吸附气体设备，其特征在于所述的吸附剂出口与吸附柱轴线呈角度设置，吸附剂出口位于气体分布器上方，吸附剂出口处设置有调节阀。
6.根据权利要求1所述的超重力移动吸附床吸附气体设备，其特征在于所述的所述的设备两台串联使用，吸附、脱附连续化运行；其中一台完成吸附过程后，直接通入吹脱气，调高转速，直接进行脱附过程，同时另一台进行吸附过程。
7.根据权利要求1所述的超重力移动吸附床吸附气体设备，其特征在于所述设备完成的气体处理过程，包括如下：
1）、所述设备为固定床模式，关闭电机，吸附剂出口为关闭状态，废气由下至上进入吸附柱进行吸附，适用于处理低浓度废气；
2）、所述设备为移动床模式，将电机转速调至低速状态，废气由下至上进入吸附柱，吸附剂缓慢地由上而下通过吸附柱，废气与吸附剂逆流接触，完成吸附过程，在整个过程中，新鲜吸附剂不断的从吸附柱上端的加料口中加入，完成吸附的吸附剂从吸附柱底部两侧的吸附剂出口甩出，由螺旋板导流入吸附剂收集口，适用于处理高浓度废气；
3）、旋转床模式，电机高速转动，吸附剂出口为关闭状态，吸附柱上端加料口也为关闭状态，废气由下至上进入吸附柱进行吸附；
4）、上述1）、2）、3）三种模式，将吸附剂更换为吸附饱和的吸附剂，废气更换为吹脱气，其他反应条件不变，进行脱附过程。
8.根据权利要求7所述的超重力移动吸附床吸附气体设备，其特征在于所述脱附过程选用旋转床模式。
9.根据权利要求1所述的超重力移动吸附床吸附气体设备，其特征在于所述移动床模式下电机转速为0-50r/min，所述旋转床模式下电机转速为100-500r/min。
10.根据权利要求1所述的超重力移动吸附床吸附气体设备，其特征在于所述的吸附剂是活性炭、活性氧化铝、硅胶、分子筛等，所述的吹脱气是水蒸气、热空气、氮气等。
11.根据权利要求1所述的超重力移动吸附床吸附气体设备，其特征在于所述的进气口包括吹脱气进口和废气进口。
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