CN114272720B - 一种干冰制备用二氧化碳废气提纯用吸附塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干冰制备用二氧化碳废气提纯用吸附塔，包括用于分离二氧化碳的吸附罐，用于改变吸附罐内部压力变化的压力控制泵，吸附罐的中部活动安装有能够充分吸附二氧化碳的吸附装置，吸附装置的外壁对称设置有使得吸附装置可以在吸附罐的内部一定范围内活动的活动限位机构，吸附装置由若干个吸附床紧密连接组合而成，每个吸附床的一端均固定连接有用于使得吸附装置在工作时产生振动的振动发生机构。通过内流道与分流块能够缓流以及扰乱气流的独特的结构设计，气流缓慢均匀地穿过吸附装置，经过分流块、吸附片充分吸附后排出，排出的气流吹动振动发生机构，在活动限位机构与振动发生机构的配合下，通过振动加速吸附装置内气体的通过。

Description

一种干冰制备用二氧化碳废气提纯用吸附塔

技术领域

本发明属于废气提纯技术领域，具体涉及一种干冰制备用二氧化碳废气提纯用吸附塔。

背景技术

二氧化碳广泛存在于大气，水和岩层中。在加工煤炭、石油和碳酸盐以及燃烧燃料过程中，都产生二氧化碳，在工业上，工业生产，工业发电都会产生大量的二氧化碳废气，同时还存在一些氮气等其他产物，不管何种二氧化碳气源，都要经过分离提纯才能加以利用。

其中，变压吸附技术是近年来在工业上新崛起的气体分离技术，主要是利用气体组分在固体吸附剂上吸附特性的差异以及吸附量随压力变化的特性，通过改变压力来实现气体的分离或提纯，因而再生速度快、能耗低，是一种节能型气体分离技术，分子筛因其含有大量直径均一的微孔而具备较好的吸附能力；且选择性很强；分子直径小于分子筛微孔的分子被吸附；分子直径大于微孔的分子不被吸附；通过此方式来实现混合气体的净化、分离。变压吸附操作由于吸附剂的热导率较小，吸附热和解吸热所引起的吸附剂床层温度变化不大，故可将其看成等温过程，它的工况近似地沿着常温吸附等温线进行，在较高压力下吸附，在较低压力下解吸。

对于碳分子筛的变压吸附，一般采用片状的较薄的碳分子筛，以达到快速吸附的效果，但是较薄的碳分子筛容易损坏，且一次变压吸附所解吸的二氧化碳的含量较低，而较厚的碳分子筛层不能够充分地吸附，即使采取弯曲的结构，经过吸附的废气里面还存在较多的二氧化碳，难以吸附充分。

发明内容

本发明的目的在于提供一种干冰制备用二氧化碳废气提纯用吸附塔，以解决上述背景技术中提出的问题，具有吸附充分，生产效率高的效果。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种干冰制备用二氧化碳废气提纯用吸附塔，包括：

用于分离二氧化碳的吸附罐；

用于改变吸附罐内部压力变化的压力控制泵；

用于压缩二氧化碳的二氧化碳压缩泵，所述吸附罐的中部活动安装有能够充分吸附二氧化碳的吸附装置，所述吸附装置的外壁对称设置有使得吸附装置可以在吸附罐的内部一定范围内活动的活动限位机构，所述吸附装置两端的边缘处均固定连接有用于吸附装置与吸附罐之间密封的密封垫圈，所述吸附装置由若干个吸附床紧密连接在一起组合而成，每个所述吸附床的一端均固定连接有用于使得吸附装置在工作时产生振动的振动发生机构，每个所述吸附床的内部均开设有流道，所述流道包括三个用于导流的弧形导流通道，所述流道由三个串联在一起并相连通的弧形导流通道构成，每个所述弧形导流通道的内侧均设置有用于分流的分流块，所述流道的内壁固定连接有吸附片。

优选的，所述吸附罐的底部固定连接且连通有废气进管，所述压力控制泵的输出端固定连接且连通有压力结构连通管，所述压力结构连通管的另一端与吸附罐的底部相连通，所述二氧化碳压缩泵的输入端固定连接且连通有二氧化碳压缩进管，所述二氧化碳压缩进管的另一端与吸附罐的底部相连通，所述吸附罐的顶部固定连接且连通有氮气回收管道，所述氮气回收管道的另一端固定连接且连通有氮气储罐，所述二氧化碳压缩泵的输出端固定连接且连通有二氧化碳回收，所述二氧化碳回收的另一端固定连接且连通有二氧化碳储罐。

具体的，二氧化碳压缩进管、废气进管、氮气回收管道、压力结构连通管上都设置有用于启闭的电磁阀，工作时的启闭都受控制中心控制。

优选的，所述二氧化碳压缩泵的输出端固定连接有二氧化碳回流管，所述吸附罐顶部的内壁固定连接有连通结构，所述二氧化碳回流管远离二氧化碳压缩泵的一端贯穿吸附罐的顶部与连通结构的内部相连通，所述连通结构的底部固定连接且连通有多个喷头，每个所述喷头均设置于振动发生机构的上方。

具体的，二氧化碳回流管上也设置有电磁阀，工作时的启闭受控制中心控制。

优选的，所述活动限位机构包括限位槽、滑柱、第一弹簧和固定耳，所述限位槽开设于吸附罐的内壁，所述固定耳的外壁与吸附装置的外壁固定连接，所述固定耳的外壁与限位槽的内壁滑动连接，所述滑柱的两端与限位槽的内壁固定连接，所述滑柱的外壁与固定耳活动连接，所述第一弹簧套设于滑柱的外侧，所述第一弹簧的一端与限位槽的内壁固定连接，所述第一弹簧的另一端与固定耳的外壁固定连接。

优选的，所述振动发生机构包括下漏斗和上漏斗，所述下漏斗、上漏斗开口范围小的一端朝内且相互固定连接在一起，所述下漏斗、上漏斗的连接处固定连接有挡条，所述挡条的开口朝下，所述挡条的两侧与上漏斗之间留有漏槽。

优选的，所述挡条的下方设置有两个对称分布的挡片，每个所述挡片的一端均于下漏斗的外壁固定连接，所述挡片自上而下向着下漏斗的中心处倾斜设置。

优选的，所述下漏斗的底部固定连接有若干个第二弹簧，所述第二弹簧的下端与吸附装置的顶部固定连接。

优选的，所述分流块、吸附片均为碳分子筛吸附剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过设置的吸附床，气体从吸附装置的下方穿过吸附床内部的流道，进入到吸附装置的上方，由于流道由三个弧形导流通道组成，在气体经过弧形导流通道后，会被分流块分流成两股，沿着弧形导流通道的内壁流动，而由于气体流动时气体的惯性，其中一股气流沿着弧形导流通道的弧面运动会发生运动方向的改变并与另一股气流发生冲撞并抵触，使得吹入的气流翻涌起来，造成一定的能量损耗的同时，让气体变得更加均匀，而又紧接着进入下一个弧形导流通道内，再次经过分流块的分流以及弧形导流通道的导流，再次消耗气流的能量，使得后续气流所携带的能量降低，流速降低，高压，低流速下，且气体又被冲击翻涌地更加均匀，即使吸附片较厚，也能够使得吸附片以及分流块更好地吸收废气中的二氧化碳，使得气体穿过流道后，内部的二氧化碳就会被吸附完全，实现了吸附完全的效果。

2、通过设置的吸附床，压力控制泵降低吸附罐内部气压，使得吸附装置内部被分流块、吸附片所吸附的二氧化碳被释放出来，通过二氧化碳压缩泵吸收并压缩成二氧化碳液体，送入二氧化碳储罐的内部储存起来，另一部分送入连通结构内分流后穿过振动发生机构滴入流道的内部，液体的二氧化碳蒸发吸收大量的热，使得分流块和吸附片温度降低，对二氧化碳的解吸效率更高，且气体从吸附装置的上方流到吸附装置的下方几乎不受阻力，解吸及压缩二氧化碳更为轻松高效。

3、通过设置的振动发生机构，在废气进管不断注入废气时，吸附装置底部的气压大于吸附装置上方的气压，使得吸附装置被向上推，其中振动发生机构由于第二弹簧的限制，使得振动发生机构贴近流道处，使得流道被阻挡，减缓了气体排出的速度，对流道内气体的排出有一定的阻碍，而随着压力增大，排出的气体将会吹向振动发生机构，将振动发生机构向着远离吸附床的方向吹去，使得第二弹簧被拉伸，使得气体排出不再受到振动发生机构的阻挡，吸附装置向上的力小于第一弹簧的弹力，且吸附装置下方的气体被排出了一部分到吸附装置的上方，压力降低，使得吸附装置整体会收回一部分，第二弹簧也会拉紧振动发生机构收回，再次阻碍流道的排气，如此往复，使得吸附装置在活动限位机构和振动发生机构的配合下振动起来，而在振动下，能够提高气体流体的运动速度，从而提高废气在吸附二氧化碳的时的吸附速度。

4、通过设置的氮气储罐，气体穿过吸附装置后，二氧化碳被吸附，剩余的氮气被回收进入氮气储罐的内部，使得废气资源被充分利用。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的剖视结构示意图；

图3为本发明的吸附装置结构示意图；

图4为本发明的吸附装置另一方向的结构示意图；

图5为本发明的吸附床的整体结构示意图；

图6为本发明的吸附床的剖视结构示意图；

图7为本发明的图2中A处的结构放大示意图；

图8为本发明的图5中B处的结构放大示意图；

图9为本发明的图6中C处的结构放大示意图。

图中：1、吸附罐；2、吸附装置；3、活动限位机构；4、振动发生机构；5、连通结构；6、二氧化碳压缩泵；7、二氧化碳储罐；8、氮气储罐；9、压力控制泵；10、废气进管；11、氮气回收管道；12、二氧化碳压缩进管；13、二氧化碳回流管；14、二氧化碳回收；15、吸附床；16、流道；17、分流块；18、吸附片；19、密封垫圈；20、固定耳；21、滑柱；22、第一弹簧；23、限位槽；24、弧形导流通道；25、下漏斗；26、上漏斗；27、挡条；28、漏槽；29、挡片；30、第二弹簧；31、压力结构连通管；32、喷头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：一种干冰制备用二氧化碳废气提纯用吸附塔，包括：

用于分离二氧化碳的吸附罐1；

用于改变吸附罐1内部压力变化的压力控制泵9；

用于压缩二氧化碳的二氧化碳压缩泵6，吸附罐1的中部活动安装有能够充分吸附二氧化碳的吸附装置2，吸附装置2的外壁对称设置有使得吸附装置2可以在吸附罐1的内部一定范围内活动的活动限位机构3，吸附装置2两端的边缘处均固定连接有用于吸附装置2与吸附罐1之间密封的密封垫圈19，吸附装置2由若干个吸附床15紧密连接在一起组合而成，每个吸附床15的一端均固定连接有用于使得吸附装置2在工作时产生振动的振动发生机构4，每个吸附床15的内部均开设有流道16，流道16包括三个用于导流的弧形导流通道24，流道16由三个串联在一起并相连通的弧形导流通道24构成，每个弧形导流通道24的内侧均设置有用于分流的分流块17，流道16的内壁固定连接有吸附片18。

其中，为了实现分离废气中二氧化碳同时收集氮气的目的，本装置采用如下技术方案实现的：吸附罐1的底部固定连接且连通有废气进管10，压力控制泵9的输出端固定连接且连通有压力结构连通管31，压力结构连通管31的另一端与吸附罐1的底部相连通，二氧化碳压缩泵6的输入端固定连接且连通有二氧化碳压缩进管12，二氧化碳压缩进管12的另一端与吸附罐1的底部相连通，吸附罐1的顶部固定连接且连通有氮气回收管道11，氮气回收管道11的另一端固定连接且连通有氮气储罐8，二氧化碳压缩泵6的输出端固定连接且连通有二氧化碳回收14，二氧化碳回收14的另一端固定连接且连通有二氧化碳储罐7。

其中，为了实现加速二氧化碳解吸附的目的，本装置采用如下技术方案实现的：二氧化碳压缩泵6的输出端固定连接有二氧化碳回流管13，吸附罐1顶部的内壁固定连接有连通结构5，二氧化碳回流管13远离二氧化碳压缩泵6的一端贯穿吸附罐1的顶部与连通结构5的内部相连通，连通结构5的底部固定连接且连通有多个喷头32，每个喷头32均设置于振动发生机构4的上方。

其中，为了实现吸附装置2可以在吸附罐1内部活动的目的，本装置采用如下技术方案实现的：活动限位机构3包括限位槽23、滑柱21、第一弹簧22和固定耳20，限位槽23开设于吸附罐1的内壁，固定耳20的外壁与吸附装置2的外壁固定连接，固定耳20的外壁与限位槽23的内壁滑动连接，滑柱21的两端与限位槽23的内壁固定连接，滑柱21的外壁与固定耳20活动连接，第一弹簧22套设于滑柱21的外侧，第一弹簧22的一端与限位槽23的内壁固定连接，第一弹簧22的另一端与固定耳20的外壁固定连接。

其中，为了实现吸附装置2在排出气流时产生振动的目的，本装置采用如下技术方案实现的：振动发生机构4包括下漏斗25和上漏斗26，下漏斗25、上漏斗26开口范围小的一端朝内且相互固定连接在一起，下漏斗25、上漏斗26的连接处固定连接有挡条27，挡条27的开口朝下，挡条27的两侧与上漏斗26之间留有漏槽28。

其中，为了实现可以通过振动发生机构4可以注入液态二氧化碳的目的，本装置采用如下技术方案实现的：挡条27的下方设置有两个对称分布的挡片29，每个挡片29的一端均于下漏斗25的外壁固定连接，挡片29自上而下向着下漏斗25的中心处倾斜设置。

其中，为了实现振动发生机构4可以相对于吸附装置2活动的目的，本装置采用如下技术方案实现的：下漏斗25的底部固定连接有若干个第二弹簧30，第二弹簧30的下端与吸附装置2的顶部固定连接。

其中，为了实现对废气中的二氧化碳吸附分离的目的，本装置采用如下技术方案实现的：分流块17、吸附片18均为碳分子筛吸附剂。

本发明中碳分子筛充分吸附的工作原理：吸附时，吸附罐1内部加压，气体从吸附装置2的下方穿过吸附床15内部的流道16，进入到吸附装置2的上方，由于流道16由三个弧形导流通道24组成，在气体经过弧形导流通道24后，会被分流块17分流成两股，沿着弧形导流通道24的内壁流动，而由于气体流动时气体的惯性，其中一股气流沿着弧形导流通道24的弧面运动会发生运动方向的改变并与另一股气流发生冲撞并抵触，使得吹入的气流翻涌起来，造成一定的能量损耗的同时，让气体变得更加均匀，而又紧接着进入下一个弧形导流通道24内，再次经过分流块17的分流以及弧形导流通道24的导流，再次消耗气流的能量，使得后续气流所携带的能量降低，流速降低，高压，低流速下，且气体又被冲击翻涌地更加均匀，即使吸附片18较厚，也能够使得吸附片18以及分流块17更好地吸收废气中的二氧化碳，使得气体穿过流道16后，内部的二氧化碳就会被吸附完全，实现了吸附完全的效果。

本发明中碳分子筛解吸效率高的工作原理：压力控制泵9降低吸附罐1内部气压，使得吸附装置2内部被分流块17、吸附片18所吸附的二氧化碳被释放出来，通过二氧化碳压缩泵6吸收并压缩成二氧化碳液体，送入二氧化碳储罐7的内部储存起来，另一部分送入连通结构5内分流后穿过振动发生机构4滴入流道16的内部，液体的二氧化碳蒸发吸收大量的热，使得分流块17和吸附片18温度降低，对二氧化碳的解吸效率更高，且气体从吸附装置2的上方流到吸附装置2的下方几乎不受阻力，解吸及压缩二氧化碳更为轻松高效。

本发明中利用振动提高吸附装置2吸附二氧化碳时效率的工作原理：首先，气体能够穿过流道16，但是穿过后流速降低，其次，吸附装置2可以根据活动限位机构3，在吸附罐1内部作一定范围内的运动，在废气进管10不断注入废气时，吸附装置2底部的气压大于吸附装置2上方的气压，使得吸附装置2被向上推，其中振动发生机构4由于第二弹簧30的限制，使得振动发生机构4贴近流道16处，使得流道16被阻挡，减缓了气体排出的速度，对流道16内气体的排出有一定的阻碍，而随着压力增大，排出的气体将会吹向振动发生机构4，将振动发生机构4向着远离吸附床15的方向吹去，使得第二弹簧30被拉伸，使得气体排出不再受到振动发生机构4的阻挡，吸附装置2向上的力小于第一弹簧22的弹力，且吸附装置2下方的气体被排出了一部分到吸附装置2的上方，压力降低，使得吸附装置2整体会收回一部分，第二弹簧30也会拉紧振动发生机构4收回，再次阻碍流道16的排气，如此往复，使得吸附装置2在活动限位机构3和振动发生机构4的配合下振动起来，而在振动下，能够提高气体流体的运动速度，从而提高废气在吸附二氧化碳的时的吸附速度。

本发明在使用过程中的工作流程：使用时，废气从废气进管10注入吸附罐1的内部，压力控制泵9对吸附罐1内部加压，废气穿过吸附装置2，由于流道16与分流块17能够缓流以及扰乱气流的独特的结构设计，气流缓慢均匀地穿过吸附装置2，经过分流块17、吸附片18充分吸附后排出，排出的气流吹动振动发生机构4，在活动限位机构3与振动发生机构4的配合下，使得吸附装置2发生小幅度的振动，从而能够通过振动加速吸附装置2内气体的通过，气体穿过吸附装置2后，二氧化碳被吸附，剩余的氮气被回收进入氮气储罐8的内部，使得废气资源被充分利用，当氮气被排空后，压力控制泵9控制吸附罐1内部压力降低，使得分流块17、吸附片18解吸附，将二氧化碳释放出来，经过二氧化碳压缩泵6将二氧化碳压缩成液体，由二氧化碳储罐7储存起来，而一部分的二氧化碳液体会经过二氧化碳回流管13回流，穿过振动发生机构4后流入流道16，蒸发后对分流块17、吸附片18进行降温，加速解吸附的速度，同时由于吸附床15内部结构的设计，类似于单向导通，不对流体在一个方向上的流动提供任何阻力，除了表面摩擦之外，对相反方向的流动构成较大的障碍，使得在吸附时更加充分，而在解吸附时速度又不受影响。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种干冰制备用二氧化碳废气提纯用吸附塔，其特征在于，包括：

用于分离二氧化碳的吸附罐(1)；

用于改变吸附罐(1)内部压力变化的压力控制泵(9)；

用于压缩二氧化碳的二氧化碳压缩泵(6)，所述吸附罐(1)的中部活动安装有能够充分吸附二氧化碳的吸附装置(2)，所述吸附装置(2)的外壁对称设置有使得吸附装置(2)可以在吸附罐(1)的内部一定范围内活动的活动限位机构(3)，所述吸附装置(2)两端的边缘处均固定连接有用于吸附装置(2)与吸附罐(1)之间密封的密封垫圈(19)，所述吸附装置(2)由若干个吸附床(15)紧密连接在一起组合而成，每个所述吸附床(15)的一端均固定连接有用于使得吸附装置(2)在工作时产生振动的振动发生机构(4)，每个所述吸附床(15)的内部均开设有流道(16)，所述流道(16)包括三个用于导流的弧形导流通道(24)，所述流道(16)由三个串联在一起并相连通的弧形导流通道(24)构成，每个所述弧形导流通道(24)的内侧均设置有用于分流的分流块(17)，所述流道(16)的内壁固定连接有吸附片(18)，所述吸附罐(1)的底部固定连接且连通有废气进管(10)，所述压力控制泵(9)的输出端固定连接且连通有压力结构连通管(31)，所述压力结构连通管(31)的另一端与吸附罐(1)的底部相连通，所述二氧化碳压缩泵(6)的输入端固定连接且连通有二氧化碳压缩进管(12)，所述二氧化碳压缩进管(12)的另一端与吸附罐(1)的底部相连通，所述吸附罐(1)的顶部固定连接且连通有氮气回收管道(11)，所述氮气回收管道(11)的另一端固定连接且连通有氮气储罐(8)，所述二氧化碳压缩泵(6)的输出端固定连接且连通有二氧化碳回收(14)，所述二氧化碳回收(14)的另一端固定连接且连通有二氧化碳储罐(7)，所述二氧化碳压缩泵(6)的输出端固定连接有二氧化碳回流管(13)，所述吸附罐(1)顶部的内壁固定连接有连通结构(5)，所述二氧化碳回流管(13)远离二氧化碳压缩泵(6)的一端贯穿吸附罐(1)的顶部与连通结构(5)的内部相连通，所述连通结构(5)的底部固定连接且连通有多个喷头(32)，每个所述喷头(32)均设置于振动发生机构(4)的上方。

2.根据权利要求1所述的一种干冰制备用二氧化碳废气提纯用吸附塔，其特征在于：所述活动限位机构(3)包括限位槽(23)、滑柱(21)、第一弹簧(22)和固定耳(20)，所述限位槽(23)开设于吸附罐(1)的内壁，所述固定耳(20)的外壁与吸附装置(2)的外壁固定连接，所述固定耳(20)的外壁与限位槽(23)的内壁滑动连接，所述滑柱(21)的两端与限位槽(23)的内壁固定连接，所述滑柱(21)的外壁与固定耳(20)活动连接，所述第一弹簧(22)套设于滑柱(21)的外侧，所述第一弹簧(22)的一端与限位槽(23)的内壁固定连接，所述第一弹簧(22)的另一端与固定耳(20)的外壁固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种干冰制备用二氧化碳废气提纯用吸附塔，其特征在于：所述振动发生机构(4)包括下漏斗(25)和上漏斗(26)，所述下漏斗(25)、上漏斗(26)开口范围小的一端朝内且相互固定连接在一起，所述下漏斗(25)、上漏斗(26)的连接处固定连接有挡条(27)，所述挡条(27)的开口朝下，所述挡条(27)的两侧与上漏斗(26)之间留有漏槽(28)。

4.根据权利要求3所述的一种干冰制备用二氧化碳废气提纯用吸附塔，其特征在于：所述挡条(27)的下方设置有两个对称分布的挡片(29)，每个所述挡片(29)的一端均于下漏斗(25)的外壁固定连接，所述挡片(29)自上而下向着下漏斗(25)的中心处倾斜设置。

5.根据权利要求3所述的一种干冰制备用二氧化碳废气提纯用吸附塔，其特征在于：所述下漏斗(25)的底部固定连接有若干个第二弹簧(30)，所述第二弹簧(30)的下端与吸附装置(2)的顶部固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种干冰制备用二氧化碳废气提纯用吸附塔，其特征在于：所述分流块(17)、吸附片(18)均为碳分子筛吸附剂。