CN108926957B - 一种气体吸附装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气体吸附装置，包括依次连通的集气罩、汽液分离器、第一反应塔、第二反应塔、吸附器和烟囱；所述第一反应塔和第二反应塔具备相同的结构，均包括玻璃纤维增强聚苯乙烯构成的塔体，所述塔体上部安装不锈钢烟囱，所述第一反应塔的不锈钢烟囱与所述第二反应塔的入口通过吸附管连通，所述吸附管靠近第二反应塔的一侧设置有控制阀，所述控制阀受控于控制器。本发明使用第一反应塔和第二反应塔搭配吸附管和吸附器的组合能够显著提升对于氮氧化物的去除率，并且对于吸附管和吸附器的具体结构进行了独创性设计，从而显著提升吸附管和吸附器的吸附能力。

Description

一种气体吸附装置
技术领域
本发明涉及环保领域，尤其涉及一种气体吸附装置。
背景技术
工业废气中的氮氧化物是造成空气污染的主要原因之一。氮氧化物(nitrogenoxides)包括多种化合物，如一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(N0)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮(N203)、四氧化二氮(N204)和五氧化二氮(N205)等。除二氧化氮以外，其他氮氧化物均极不稳定，氮氧化物污染主要为一氧化氮和二氧化氮，并以二氧化氮为主。氮氧化物都具有不同程度的毒性。
氮氧化物主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2),它们在大气中的含量和存在的时间达到对人、动物、植物以及其他物质产生有害影响的程度，就形成污染。大气中还有其他形态的氮氧化物,如氧化亚氮(N2O)和三氧化二氮(N2O3)等。
目前工业上有很多氮氧化物处理的方法，但是各有利弊，并且自动化程度普遍偏低。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种气体吸附装置。
本发明是以如下技术方案实现的：
一种气体吸附装置，包括依次连通的集气罩、汽液分离器、第一反应塔、第二反应塔、吸附器和烟囱；所述第一反应塔和第二反应塔具备相同的结构，均包括玻璃纤维增强聚苯乙烯构成的塔体，所述塔体上部安装不锈钢烟囱，所述第一反应塔的不锈钢烟囱与所述第二反应塔的入口通过吸附管连通，所述吸附管靠近第二反应塔的一侧设置有控制阀，所述控制阀受控于控制器。
进一步地，第一反应塔和第二反应塔之间还设置有吸附管，所述吸附管为通过连续式隧道窑焙烧而成的圆柱形管道，其是由羟甲基纤维素和酚醛活性炭纤维单体构成的混合物烧结而成，所述酚醛活性炭纤维单体长度小于7毫米以便于于生成纤维状的微观结构。
进一步地，所述吸附管道总长度大于1米，所述吸附管道设置于第一反应塔和第二反应塔之间以吸附气体中的杂质和水汽。
进一步地，所述吸附器以丝光沸石作为吸附主体，所述丝光沸石微观结构为蜂窝状，在所述蜂窝状结构的巢室表面上形成包含氮氧化物吸附剂粉末的涂层。
进一步地，所述吸附主体使用下述方法制备而得：
混合硝酸铜、硝酸铈、硝酸锆和无水乙醇形成第一溶液；
混合去离子水和柠檬酸形成第二溶液；
将第一溶液倒入第一反应器中，并向所述第一反应器通入二氧化碳直至第一反应器中的压强达到15兆帕，控制所述第一反应器温度为150度；
将夹带有第二溶液的超临界二氧化碳缓慢通入第一反应器中并充分搅拌，得到混合液；
将具备蜂窝状微观结构的丝光沸石浸入所述混合液中1小时，然后在450度的环境下煅烧1小时，即可得到吸附主体。
所述吸附主体具有高吸附率，能够进一步吸收气体中的有害物质，从而使得经烟囱排出的气体达到规定的排放标准。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
本发明的有益效果是：
本发明中提供了一种气体吸附装置，本发明使用第一反应塔和第二反应塔搭配吸附管和吸附器的组合能够显著提升对于氮氧化物的去除率，并且对于吸附管和吸附器的具体结构进行了独创性设计，从而显著提升吸附管和吸附器的吸附能力。
附图说明
图1是本实施例提供的气体吸附装置示意图；
图2是本实施例提供的比色传感器逻辑结构示意图；
图3是本实施例提供的吸附主体的制备方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述。
本发明实施例提供一种气体吸附装置，如图1所示，包括依次连通的集气罩1、汽液分离器2、第一反应塔3、第二反应塔4、吸附器5和烟囱6。所述第一反应塔3和第二反应塔4具备相同的结构，均包括玻璃纤维增强聚苯乙烯构成的塔体，所述塔体上部安装不锈钢烟囱，所述第一反应塔的不锈钢烟囱与所述第二反应塔的入口通过吸附管连通，所述吸附管靠近第二反应塔4的一侧设置有控制阀，所述控制阀受控于控制器。
所述第一反应塔3和第二反应塔4具备相同结构，均由底至上分别为入口段、反应段和出口段，所述入口段包括进气口，气体由所述进气口进入后经过圆柱管，所述圆柱管与文丘里管连接以便于所述气体以垂直状态进入文丘里管。所述文丘里管与所述圆柱管相连接的一段为收缩段，与所述收缩段连接的一段为喉管，与所述喉管连接的一段为扩散管，气体经过所述扩散管进入反应段，所述反应段中设置有喷枪，所述喷枪喷射尿素溶液。所述第一反应塔和第二反应塔的出口段均设置有不锈钢烟囱。第一反应塔的喷枪通过第一流量控制阀与循环槽7连通，第二反应塔的喷枪通过第二流量控制阀与循环槽7连接，所述第一流量控制阀和第二流量控制阀均受控于所述控制器。所述第一反应塔和第二反应塔底部还设置有沉积池，所述沉积池与循环槽7连通，以便于参与反应后的低浓度尿素溶液回流至循环槽7中循环使用。
所述循环槽7与一溶解槽8连接，所述溶解槽8与尿素存储器通过第一调节阀连通，所述溶解槽8与PH调节液存储器通过第二调节阀连通。所述循环槽7中设置有PH传感器和浓度检测器，所述PH传感器、浓度检测器、第一调节阀和第二调节阀均与所述控制器连通。
所述吸附管靠近第一反应塔3的一侧设置有第一比色传感器，所述第二反应塔4靠近吸附器5的一侧设置有第二比色传感器，所述第一比色传感器和第二比色传感器均与所述控制器连接，以便于所述控制器根据比色结果自动控制所述第一流量控制阀和第二流量控制阀。所述第一比色传感器和所述第二比色传感器为本发明实施例为了实现氮氧化物脱除效果的监控而自主设计的传感器，其具备相同的逻辑结构，如图2所示，包括：
参考值存储模块，用于存储预设的比色参考值。所述比色参考值用于与实际获取的图片的颜色进行比较，比色参考值用于表征气体中氮氧化物的浓度。
气体颜色图片获取模块，用于获取气体图片，所述图片使用RGB描述。
图片区域分割模块，用于将得到的图片按照区域进行分割，得到N个区域的子图片，所述子图片中每个像素Xi均通过(ri，gi，bi)来表示。
区域特征值获取模块，用于获取每个子图片的特征值。
具体地，所述特征值的计算方法包括：
根据公式k1ri+k2g2+k3b3计算每个像素的表达值，其中k1，k2，k3为三原色在获取表达值上的权重系数，为常量，其中k1，k2均大于k3。在一个可选的实施例中k1，k2，k3取值分别为1.2，0.8，0。
获取表达值最大的像素Xs(rs，gs，bs)。
根据公式
Figure BDA0001757147790000051
获取特征值，其中t为相对色系数。
特征值选择模块，用于获取最大特征值。
比色结果输出模块，用于选取与最大特征值最为接近的比色参考值，并将所述比色参考值传输至所述控制器。
具体地，所述第一比色传感器向控制器输出的比色参考值为第一参考值，第二比色器向控制器输出的比色参考值为第二参考值，所述控制器根据所述第一参考值和第二参考值执行下述逻辑：
判断所述第一参考值是否大于第一预设值并且第二参考值大于第二预设值，若是，则增加第一流量控制阀和第二流量控制阀处的流量，开启第二调节阀和第一调节阀。
判断所述第一参考值是否大于第一预设值并且第二参考值不大于第二预设值，若是，则增加第一流量控制阀处的流量。
判断所述第一参考值是否不大于第一预设值并且第二参考值不大于第二预设值，若是，则维持第一流量控制阀和第二流量阀处的流量不变。
判断所述第一参考值是否不大于第一预设值并且第二参考值大于第二预设值，若是，则增加第二流量阀处的流量。
本发明实施例中比色参考值越大，则气体中氮氧化物浓度越高。第一预设值大于第二预设值。
在开启第一调节阀和第二调节阀之后，高浓度的尿素溶液和PH调节液会流入溶解槽，进而在循环槽内循环，当循环槽内尿素溶液浓度达到9％并且pH值小于3后，控制器关闭第一调节阀和第二调节阀，并且将第一流量控制阀和第二流量控制阀调整至预设流量值。
上述控制逻辑的作用在于能够实现循环槽内的液体成分的自动化控制，以及第一反应塔中喷枪和第二反应塔中喷枪喷出的液体的流量的自动控制，从而确保第一反应塔和第二反应塔中能够进行充分的脱硝反应，保证第二反应塔排出的气体中的氮氧化物的含量低于警戒值。
在本发明实施例中，第一反应塔和第二反应塔之间还设置有吸附管，所述吸附管为通过连续式隧道窑焙烧而成的圆柱形管道，其是由羟甲基纤维素和酚醛活性炭纤维单体构成的混合物烧结而成，所述酚醛活性炭纤维单体长度小于7毫米，使用酚醛活性炭纤维单体作为烧结成分的原因在于生成纤维状的微观结构，提升吸附率。所述吸附管道总长度大于1米，所述吸附管道设置于第一反应塔和第二反应塔之间以吸附气体中的杂质和水汽，提升第二反应塔中的脱硝效率。
在本发明实施例中，所述吸附器以丝光沸石作为吸附主体，所述丝光沸石微观结构为蜂窝状，在所述蜂窝状结构的巢室表面上形成包含氮氧化物吸附剂粉末的涂层。所述吸附主体的制备方法如图3所示，包括：
混合硝酸铜、硝酸铈、硝酸锆和无水乙醇形成第一溶液；
混合去离子水和柠檬酸形成第二溶液；
将第一溶液倒入第一反应器中，并向所述第一反应器通入二氧化碳直至第一反应器中的压强达到15兆帕，控制所述第一反应器温度为150度；
将夹带有第二溶液的超临界二氧化碳缓慢通入第一反应器中并充分搅拌，得到混合液；
将具备蜂窝状微观结构的丝光沸石浸入所述混合液中1小时，然后在450度的环境下煅烧1小时，即可得到吸附主体。
所述吸附主体具有高吸附率，能够进一步吸收气体中的有害物质，从而使得经烟囱排出的气体达到规定的排放标准。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种气体吸附装置，其特征在于，包括依次连通的集气罩、汽液分离器、第一反应塔、第二反应塔、吸附器和烟囱；所述第一反应塔和第二反应塔具备相同的结构，均包括玻璃纤维增强聚苯乙烯构成的塔体，所述塔体上部安装不锈钢烟囱，所述第一反应塔的不锈钢烟囱与所述第二反应塔的入口通过吸附管连通，所述吸附管靠近第二反应塔的一侧设置有控制阀，所述控制阀受控于控制器；
所述第一反应塔和第二反应塔具备相同结构，均由底至上分别为入口段、反应段和出口段，所述入口段包括进气口，气体由所述进气口进入后经过圆柱管，所述圆柱管与文丘里管连接以便于所述气体以垂直状态进入文丘里管；所述文丘里管与所述圆柱管相连接的一段为收缩段，与所述收缩段连接的一段为喉管，与所述喉管连接的一段为扩散管，气体经过所述扩散管进入反应段，所述反应段中设置有喷枪，所述喷枪喷射尿素溶液；所述第一反应塔和第二反应塔的出口段均设置有不锈钢烟囱；第一反应塔的喷枪通过第一流量控制阀与循环槽连通，第二反应塔的喷枪通过第二流量控制阀与循环槽连接，所述第一流量控制阀和第二流量控制阀均受控于所述控制器；所述第一反应塔和第二反应塔底部还设置有沉积池，所述沉积池与循环槽连通，以便于参与反应后的低浓度尿素溶液回流至循环槽中循环使用；
所述循环槽与一溶解槽连接，所述溶解槽与尿素存储器通过第一调节阀连通，所述溶解槽与PH调节液存储器通过第二调节阀连通；所述循环槽中设置有PH传感器和浓度检测器，所述PH传感器、浓度检测器、第一调节阀和第二调节阀均与所述控制器连通；
所述吸附管靠近第一反应塔的一侧设置有第一比色传感器，所述第二反应塔靠近吸附器的一侧设置有第二比色传感器，所述第一比色传感器和第二比色传感器均与所述控制器连接，以便于所述控制器根据比色结果自动控制所述第一流量控制阀和第二流量控制阀；所述第一比色传感器和所述第二比色传感器具备相同的逻辑结构，包括：
参考值存储模块，用于存储预设的比色参考值；所述比色参考值用于与实际获取的图片的颜色进行比较，比色参考值用于表征气体中氮氧化物的浓度；
气体颜色图片获取模块，用于获取气体图片，所述图片使用RGB描述；
图片区域分割模块，用于将得到的图片按照区域进行分割，得到N个区域的子图片，所述子图片中每个像素Xi均通过(ri，gi，bi)来表示；
区域特征值获取模块，用于获取每个子图片的特征值；
具体地，所述特征值的计算方法包括：
根据公式k1ri+k2gi+k3bi计算每个像素的表达值，其中k1，k2，k3为三原色在获取表达值上的权重系数，为常量，其中k1，k2均大于k3；
获取表达值最大的像素Xs(rs，gs，bs)；
根据公式
Figure FDA0002906420070000021
获取特征值，其中t为相对色系数；
特征值选择模块，用于获取最大特征值；
比色结果输出模块，用于选取与最大特征值最为接近的比色参考值，并将所述比色参考值传输至所述控制器；
具体地，所述第一比色传感器向控制器输出的比色参考值为第一参考值，第二比色器向控制器输出的比色参考值为第二参考值，所述控制器根据所述第一参考值和第二参考值执行下述逻辑：
判断所述第一参考值是否大于第一预设值并且第二参考值大于第二预设值，若是，则增加第一流量控制阀和第二流量控制阀处的流量，开启第二调节阀和第一调节阀；
判断所述第一参考值是否大于第一预设值并且第二参考值不大于第二预设值，若是，则增加第一流量控制阀处的流量；
判断所述第一参考值是否不大于第一预设值并且第二参考值不大于第二预设值，若是，则维持第一流量控制阀和第二流量阀处的流量不变；
判断所述第一参考值是否不大于第一预设值并且第二参考值大于第二预设值，若是，则增加第二流量阀处的流量；
比色参考值越大，则气体中氮氧化物浓度越高；第一预设值大于第二预设值；
在开启第一调节阀和第二调节阀之后，高浓度的尿素溶液和PH调节液会流入溶解槽，进而在循环槽内循环，当循环槽内尿素溶液浓度达到9％并且pH值小于3后，控制器关闭第一调节阀和第二调节阀，并且将第一流量控制阀和第二流量控制阀调整至预设流量值。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于：
第一反应塔和第二反应塔之间还设置有吸附管，所述吸附管为通过连续式隧道窑焙烧而成的圆柱形管道，其是由羟甲基纤维素和酚醛活性炭纤维单体构成的混合物烧结而成，所述酚醛活性炭纤维单体长度小于7毫米以便于生成纤维状的微观结构。
3.根据权利要求1所述装置，其特征在于：
所述吸附管总长度大于1米，所述吸附管设置于第一反应塔和第二反应塔之间以吸附气体中的杂质和水汽。
4.根据权利要求1所述装置，其特征在于：
所述吸附器以丝光沸石作为吸附主体，所述丝光沸石微观结构为蜂窝状，在所述蜂窝状结构的巢室表面上形成包含氮氧化物吸附剂粉末的涂层。
5.根据权利要求4所述装置，其特征在于，所述吸附主体使用下述方法制备而得：
混合硝酸铜、硝酸铈、硝酸锆和无水乙醇形成第一溶液；
混合去离子水和柠檬酸形成第二溶液；
将第一溶液倒入第一反应器中，并向所述第一反应器通入二氧化碳直至第一反应器中的压强达到15兆帕，控制所述第一反应器温度为150度；
将夹带有第二溶液的超临界二氧化碳缓慢通入第一反应器中并充分搅拌，得到混合液；
将具备蜂窝状微观结构的丝光沸石浸入所述混合液中1小时，然后在450度的环境下煅烧1小时，即可得到吸附主体。
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