CN114814087B - 一种吸附剂对于氨气的循环吸附性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种吸附剂对于氨气的循环吸附性能测试装置，用于对氨气吸附剂的吸附性能进行测试，所述测试装置包括放置待测的氨气吸附剂的吸附装置，还包括与吸附装置输入端相连的多个原料气装置；各原料气装置的输出端处设有用于控制原料气出口压力的压力控制装置，还设有用于检测和控制原料气出口流量的流量控制装置；吸附装置的输出端处设有用于检测通过吸附装置后的氨气浓度的氨气浓度检测装置；所述吸附装置包括温度控制装置；所述温度控制装置可对氨气吸附剂进行活化处理，或是在氨气吸附剂再生过程时进行温度控制；本发明能解决现有的氨气吸附性能测试方式的测试结果的准确性较差速度较慢的问题，同时还能测试其循环吸附性能。

Description

一种吸附剂对于氨气的循环吸附性能测试装置

技术领域

本发明涉及氨气吸附检测技术领域，尤其是一种吸附剂对于氨气的循环吸附性能测试装置。

背景技术

氨气是一种重要的化工原料，在生产生活中应用十分广泛。氨气是一种危害人们身体健康的有害气体，目前，有很多种氨气治理方法，其中一种方法为吸附法，利用吸附材料(比如活性氧化铝、活性炭、分子筛等)对氨气进行吸附。吸附材料的氨气吸附性能决定着氨气的吸附量，因此，需要对吸附材料的氨气吸附性能进行测试。现有的吸附材料的氨气吸附性能测试方式是：在吸附材料吸附氨气之后，将吸附材料放入相应的化学溶液中，吸附材料中的氨气与化学溶液产生化学反应，依据化学反应进行氨气吸附量的检测。这种氨气吸附性能测试方式虽然能够进行氨气吸附量的检测，但是，测试精度较低。由于需要用到化学溶液进行化学反应，所以，整个测试过程比较复杂。而且，在将吸附材料放入化学溶液这一过程中，外界中的氨气以及其他相关气体会被吸附材料吸附，在与化学溶液进行化学反应时会影响到测试结果，导致测试结果出现较大误差。因此，现有的氨气吸附性能测试方式的测试结果的准确性较差。

发明内容

本发明提出一种吸附剂对于氨气的循环吸附性能测试装置，能解决现有的氨气吸附性能测试方式的测试结果的准确性较差速度较慢的问题，同时还能测试其循环吸附性能。

本发明采用以下技术方案。

一种吸附剂对于氨气的循环吸附性能测试装置，用于对氨气吸附剂的吸附性能进行测试，所述测试装置包括放置待测的氨气吸附剂的吸附装置，还包括与吸附装置输入端相连的多个原料气装置；各原料气装置的输出端处设有用于控制原料气出口压力的压力控制装置，还设有用于检测和控制原料气出口流量的流量控制装置；吸附装置的输出端处设有用于检测通过吸附装置后的氨气浓度的氨气浓度检测装置；所述吸附装置包括温度控制装置；所述温度控制装置可对氨气吸附剂进行活化处理，或是在氨气吸附剂再生过程时进行温度控制；

所述测试装置的吸附装置包括通过氨的循环吸附来防止氨排放至外界的气体内循环装置，测试装置还包括多个用于控制气路管道通断的电磁阀。

所述吸附装置包括吸附柱(10)，吸附柱的输出端处还设有尾气吸收装置，用于吸收未被氨气吸附剂完全吸收的氨气；

所述吸附柱包括以气路管道连接的第一吸附柱装置(21)、第二吸附柱装置(22)；第一吸附柱装置、第二吸附柱装置之间的气路管道处设有气体内循环装置(29)、第一电磁阀(14)和第二电磁阀(15)；当对氨进行循环吸附时，第一电磁阀(14)和第二电磁阀(15)导通，使第一吸附柱装置、第二吸附柱装置通过气路管道形成闭合的循环气路；所述气体内循环装置位于循环气路处并驱动氨气在循环气路内流动并被循环吸附；

所述温度控制装置包括第一温控装置(27)和第二温控装置(28)；第一温控装置通过加热方式对第一吸附柱装置的氨气吸附剂进行活化处理；第二温控装置通过加热方式对第二吸附柱装置的氨气吸附剂进行活化处理。

所述温度控制装置(11)包括温控仪、温度监测器和马弗炉；所述吸附柱包括装载待测氨气吸附剂的化学吸附管，还包括以及用于将化学吸附管固定在马弗炉中央的紧固件；

所述氨气浓度检测装置(12)包括用于检测吸附柱出口气氨气浓度的氨气检测器；

所述尾气吸收装置(13)内贮有用于吸收氨气的水或酸。

所述原料气装置的种类包括氨氮混合气存储装置、空气存储装置、纯氮气存储装置；所述氨氮混合气存储装置的氨氮混合气用于氨气吸附剂吸附以检测吸附剂性能；所述空气存储装置的空气用于氨气载气；所述纯氮气存储装置的纯氮气用于氨气吸附剂的活化及脱附过程。

所述氨氮混合气存储装置(1)、空气存储装置(2)、纯氮气存储装置(3)并联后，再与吸附装置输入端相连。

所述流量控制装置通过流量计、模拟控制器来检测和控制原料气出口的流量；所述流量计为转子流量计或质量流量计。

所述氨氮混合气存储装置、空气存储装置输出端处的流量计为质量流量计；纯氮气存储装置输出端处的流量计为转子流量计。

所述压力控制装置通过减压阀来实现对出口压力的控制；氨氮混合气存储装置输出端处的压力控制装置包括氨氮混合气减压阀(4)；空气存储装置输出端处的压力控制装置包括空气减压阀(5)；纯氮气存储装置输出端处的压力控制装置包括纯氮气减压阀(6)；

所述吸收柱的输入端和输出端处并联有旁路管道，旁路管道、吸收柱的输入端、吸收柱的输出端处均设有电磁阀；当吸附测试完成后，关闭吸收柱的输入端口并使旁路管道导通，使输入的气体不通入吸收柱，而直接进入测试装置的管道对氨气进行清理。

所述测试装置的测试过程包括以下步骤；

步骤S1、把同种的待测氨气吸附剂放在第一吸附柱装置、第二吸附柱装置内，向第一吸附柱装置内通入预设浓度的氨氮混合气，以及用于检测气载气的空气；

步骤S2、以氨气浓度检测装置对第一吸附柱装置的出口气体进行浓度检测；

步骤S3、通过包括各原料气流量、各原料气浓度，以及出口气浓度，吸附穿透时间，吸附饱和时间的测试数据来绘制相应的氨气吸附穿透曲线，再结合数学公式计算出其氨气的穿透吸附量及氨气的饱和吸附量；

步骤S4、使第一吸附柱装置、第二吸附柱装置通过气路管道形成闭合的循环气路；启动气体内循环装置和第一温控装置进行第一次循环，使第一吸附柱装置对氨气的脱附过程、第二吸附柱装置对氨气的吸附过程同时进行；

步骤S5、当第二吸附柱装置出入口气浓度相同时，视为第二吸附柱装置的吸附剂已达到饱和的状态，以达到该状态所需的时长数据、内循环流量数据、第二吸附柱装置出口气氨气浓度、第二吸附柱装置入口气氨气浓度，结合数学公式计算出第二吸附柱在第一次循环中的氨气的饱和吸附量；

步骤S6、关闭第一温控装置，待第一吸附柱装置内气体降至常温后，启动第二温控装置，循环气路进行第二次循环，使第二吸附柱装置对氨气的脱附过程、第一吸附柱装置对氨气的吸附过程同时进行；当第一吸附柱装置出入口气浓度相同时，视为第一吸附柱装置的吸附剂已达到饱和的状态，以达到该状态所需的时长数据、内循环流量数据、第一吸附柱装置出口气氨气浓度、第一吸附柱装置入口气氨气浓度，结合数学公式计算出第一吸附柱装置在第二次循环中的氨气的饱和吸附量；

步骤S7、重复执行步骤S4、S5、S6，在内循环中对吸附剂的循环吸附量进行测试。

测试过程中，禁止外界中的氨气以及其他相关气体接触到待测的氨气吸附剂；

测试过程中，吸附剂均于室温下进行吸附；吸附剂的吸附进度以吸附尾气的浓度作为衡量标准，具体为：

吸附穿透过程：从吸附流体开始接触吸附剂到流体流出吸附剂时吸附质组分浓度明显增加所经历的过程，要求氨气浓度维持5ppm以下；

吸附饱和过程：从吸附流体开始接触吸附剂到吸附剂达到吸附平衡所经历的过程；

设吸附穿透时间：到达吸附穿透所用的时间，其符号表示为Tp，相应吸附量称为穿透吸附量，表示为Ap；

设吸附饱和时间：到达吸附饱和所用的时间，即当尾气浓度等于87ppm时视作吸附饱和，符号表示为Ts，相应吸附量称为饱和吸附量，表示为As；吸附穿透过程的吸附量可按下式计算：

式中，Q_NH3+N2为氨氮标准气的流量，单位为mL/min，c₀为氨氮标准气的氨气浓度，单位为ppm，Q_total为氨氮标准气和空气混合为氧氮混合气后的流量，单位为mL/min，c_t为吸附尾气在t时刻所检测到的氨气浓度，单位为ppm；

在内循环测试吸附剂循环吸附量的过程中，吸附剂的循环吸附量可按下式计算

式中，A_c为该次循环的循环吸附量。Q_c为内循环流量，单位为mL/min，c_in为t时刻进入吸附柱前的氨气浓度，单位为ppm。c_out为t时刻通过吸附柱后的氨气浓度，单位为ppm。

本发明与现有技术相比存在的优势在于:待测吸附剂放在吸附柱内，向吸附柱内通入一定浓度的氨氮混合气，以及当作检测器载气的空气。通过各原料气的流量、浓度，以及出口气浓度，吸附穿透时间，吸附饱和时间等数据可以绘制相应的氨气吸附穿透曲线，再结合数学公式可以算出其氨气的穿透吸附量及氨气的饱和吸附量。经过纯氮气的脱附后，再重复上述步骤可以得出该吸附剂的循环吸附效果。相较于通过与化学溶液进行化学反应测量待测吸附物的氨气吸附量，测试精度较高，整个测试过程比较便捷。而且，整个测试过程中，外界中的氨气以及其他相关气体无法接触到待测吸附剂，也就无法被待测吸附剂吸附，不会对测试结果造成任何影响，测试结果不会出现较大误差。因此，该氨气吸附性能测试装置利用数学运算的方式进行待测吸附物的氨气吸附量的测试，测试精度较高。

本发明的显著优点在于：

(1)本发明整个测试过程简单便捷，能较快且准确的测试待测吸附剂的吸附性能。

(2)本发明可以测试吸附剂的循环吸附性能，较好地评估该吸附剂的循环利用能力。

(3)本发明整个过程绿色无污染，原料耗用少，大大提高了原料利用率及环保效能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1是本发明的原理示意图；

附图2是本发明的循环气路的结构示意图；

附图3是吸附穿透过程和吸附饱和过程的数据曲线示意图；

附图4是本发明的一种实施结构示意图；

图中：1-氨氮混合气存储装置；2-空气存储装置；3-纯氮气存储装置；4-氨氮混合气减压阀；5-空气减压阀；6-纯氮气减压阀；7-质量流量计(用于计量氨氮混合气)；8-质量流量计(用于计量空气)；9-转子流量计；10-吸附柱；11-温度控制装置；12-氨气浓度检测装置；13-尾气吸收装置；14-第一电磁阀；15-第二电磁阀；

21-第一吸附柱装置；22-第二吸附柱装置；27-第一温控装置；28-第二温控装置；29-气体内循环装置；30-单向阀；

107-电磁阀a；108-电磁阀b；109-电磁阀c；110-电磁阀d；111-电磁阀e；112-电磁阀f；113-电磁阀g；119-电磁阀h；122-电磁阀i。

具体实施方式

如图所示，一种吸附剂对于氨气的循环吸附性能测试装置，用于对氨气吸附剂的吸附性能进行测试，所述测试装置包括放置待测的氨气吸附剂的吸附装置，还包括与吸附装置输入端相连的多个原料气装置；各原料气装置的输出端处设有用于控制原料气出口压力的压力控制装置，还设有用于检测和控制原料气出口流量的流量控制装置；吸附装置的输出端处设有用于检测通过吸附装置后的氨气浓度的氨气浓度检测装置；所述吸附装置包括温度控制装置；所述温度控制装置可对氨气吸附剂进行活化处理，或是在氨气吸附剂再生过程时进行温度控制；

所述测试装置的吸附装置包括通过氨的循环吸附来防止氨排放至外界的气体内循环装置，测试装置还包括多个用于控制气路管道通断的电磁阀。

所述吸附装置包括吸附柱10，吸附柱的输出端处还设有尾气吸收装置，用于吸收未被氨气吸附剂完全吸收的氨气；

所述吸附柱包括以气路管道连接的第一吸附柱装置(21)、第二吸附柱装置(22)；第一吸附柱装置、第二吸附柱装置之间的气路管道处设有气体内循环装置(29)、第一电磁阀(14)和第二电磁阀(15)；当对氨进行循环吸附时，第一电磁阀(14)和第二电磁阀(15)导通，使第一吸附柱装置、第二吸附柱装置通过气路管道形成闭合的循环气路；所述气体内循环装置位于循环气路处并驱动氨气在循环气路内流动并被循环吸附；

所述温度控制装置包括第一温控装置(27)和第二温控装置(28)；第一温控装置通过加热方式对第一吸附柱装置的氨气吸附剂进行活化处理；第二温控装置通过加热方式对第二吸附柱装置的氨气吸附剂进行活化处理。

所述温度控制装置11包括温控仪、温度监测器和马弗炉；所述吸附柱包括装载待测氨气吸附剂的化学吸附管，还包括以及用于将化学吸附管固定在马弗炉中央的紧固件；

所述氨气浓度检测装置12包括用于检测吸附柱出口气氨气浓度的氨气检测器；

所述尾气吸收装置13内贮有用于吸收氨气的水或酸。

所述原料气装置的种类包括氨氮混合气存储装置、空气存储装置、纯氮气存储装置；所述氨氮混合气存储装置的氨氮混合气用于氨气吸附剂吸附以检测吸附剂性能；所述空气存储装置的空气用于氨气载气；所述纯氮气存储装置的纯氮气用于氨气吸附剂的活化及脱附过程。

所述氨氮混合气存储装置1、空气存储装置2、纯氮气存储装置3并联后，再与吸附装置输入端相连。

所述流量控制装置通过流量计、模拟控制器来检测和控制原料气出口的流量；所述流量计为转子流量计或质量流量计。

所述氨氮混合气存储装置、空气存储装置输出端处的流量计为质量流量计；纯氮气存储装置输出端处的流量计为转子流量计。

所述压力控制装置通过减压阀来实现对出口压力的控制；氨氮混合气存储装置输出端处的压力控制装置包括氨氮混合气减压阀4；空气存储装置输出端处的压力控制装置包括空气减压阀5；纯氮气存储装置输出端处的压力控制装置包括纯氮气减压阀6；

所述吸收柱的输入端和输出端处并联有旁路管道，旁路管道、吸收柱的输入端、吸收柱的输出端处均设有电磁阀；当吸附测试完成后，关闭吸收柱的输入端口并使旁路管道导通，使输入的气体不通入吸收柱，而直接进入测试装置的管道对氨气进行清理。

所述测试装置的测试过程包括以下步骤；

步骤S1、把同种的待测氨气吸附剂放在第一吸附柱装置、第二吸附柱装置内，向第一吸附柱装置内通入预设浓度的氨氮混合气，以及用于检测气载气的空气；

步骤S2、以氨气浓度检测装置对第一吸附柱装置的出口气体进行浓度检测；

步骤S3、通过包括各原料气流量、各原料气浓度，以及出口气浓度，吸附穿透时间，吸附饱和时间的测试数据来绘制相应的氨气吸附穿透曲线，再结合数学公式计算出其氨气的穿透吸附量及氨气的饱和吸附量；

步骤S4、使第一吸附柱装置、第二吸附柱装置通过气路管道形成闭合的循环气路；启动气体内循环装置和第一温控装置进行第一次循环，使第一吸附柱装置对氨气的脱附过程、第二吸附柱装置对氨气的吸附过程同时进行；

步骤S5、当第二吸附柱装置出入口气浓度相同时，视为第二吸附柱装置的吸附剂已达到饱和的状态，以达到该状态所需的时长数据、内循环流量数据、第二吸附柱装置出口气氨气浓度、第二吸附柱装置入口气氨气浓度，结合数学公式计算出第二吸附柱在第一次循环中的氨气的饱和吸附量；

步骤S6、关闭第一温控装置，待第一吸附柱装置内气体降至常温后，启动第二温控装置，循环气路进行第二次循环，使第二吸附柱装置对氨气的脱附过程、第一吸附柱装置对氨气的吸附过程同时进行；当第一吸附柱装置出入口气浓度相同时，视为第一吸附柱装置的吸附剂已达到饱和的状态，以达到该状态所需的时长数据、内循环流量数据、第一吸附柱装置出口气氨气浓度、第一吸附柱装置入口气氨气浓度，结合数学公式计算出第一吸附柱装置在第二次循环中的氨气的饱和吸附量；

步骤S7、重复执行步骤S4、S5、S6，在内循环中对吸附剂的循环吸附量进行测试。

测试过程中，禁止外界中的氨气以及其他相关气体接触到待测的氨气吸附剂；

测试过程中，吸附剂均于室温下进行吸附；吸附剂的吸附进度以吸附尾气的浓度作为衡量标准，具体为：

吸附穿透过程：从吸附流体开始接触吸附剂到流体流出吸附剂时吸附质组分浓度明显增加所经历的过程，要求氨气浓度维持5ppm以下；

吸附饱和过程：从吸附流体开始接触吸附剂到吸附剂达到吸附平衡所经历的过程；

设吸附穿透时间：到达吸附穿透所用的时间，其符号表示为Tp，相应吸附量称为穿透吸附量，表示为Ap；

设吸附饱和时间：到达吸附饱和所用的时间，即当尾气浓度等于87ppm时视作吸附饱和，符号表示为Ts，相应吸附量称为饱和吸附量，表示为As；吸附穿透过程的吸附量可按下式计算：

式中，Q_NH3+N2为氨氮标准气的流量，单位为mL/min，c₀为氨氮标准气的氨气浓度，单位为ppm，Q_total为氨氮标准气和空气混合为氧氮混合气后的流量，单位为mL/min，c_t为吸附尾气在t时刻所检测到的氨气浓度，单位为ppm。

在内循环测试吸附剂循环吸附量的过程中，吸附剂的循环吸附量可按下式计算

式中，A_c为该次循环的循环吸附量。Q_c为内循环流量，单位为mL/min，c_in为t时刻进入吸附柱前的氨气浓度，单位为ppm。c_out为t时刻通过吸附柱后的氨气浓度，单位为ppm。

实施例1

如图2所示，本例中，测试装置的测试过程包括以下步骤。

步骤S1、关闭电磁阀d(110)、电磁阀f(113)、第一电磁阀(14)、第二电磁阀(15)，打开电磁阀a(107)、电磁阀b(108)、电磁阀c(109)、电磁阀e(111)、电磁阀f(112)把同种待测的氨气吸附剂放在第一吸附柱装置(21)、第二吸附柱装置(22)内，向第一吸附柱装置(21)内通入预设浓度的氨氮混合气，以及用于检测气载气的空气；

步骤S2、以出口浓度检测装置对第一吸附柱装置(21)的出口气体进行浓度检测；

步骤S3、通过包括各原料气流量、各原料气浓度，以及出口气浓度，吸附穿透时间，吸附饱和时间的测试数据来绘制相应的氨气吸附穿透曲线，再结合数学公式计算出其氨气的穿透吸附量及氨气的饱和吸附量；

步骤S4、关闭电磁阀d(110)、电磁阀e(111)、电磁阀f(112)、电磁阀g(113)，打开第一电磁阀(14)、第二电磁阀(15)，使得第一吸附柱装置(21)、第二吸附柱装置(22)之间形成闭合的气循环回路。同时打开气体内循环装置(29)，第一温控装置(27)，第一温控装置(27)对第一吸附柱装置(21)加热以使吸附剂脱附活化，气体内循环装置驱动气体在气循环回路内流动，以实现第一吸附柱装置(21)的脱附过程以及第二吸附柱装置(22)的吸附过程同时进行。

步骤S5、通过内循环流量、第二吸附柱装置(22)出口气及入口气氨气浓度，以及出入口气浓度相同即达到吸附剂达到饱和的时间结合数学公式计算出其氨气的饱和吸附量；

步骤S6、关闭第一温控装置(27)，待第一吸附柱装置(21)内气体降至常温，打开第二温控装置(28)对第二吸附柱装置加热。以实现第二吸附柱装置(22)的脱附过程以及第一吸附柱装置(21)的吸附过程同时进行。通过内循环流量、第一吸附柱装置(21)出口气及入口气氨气浓度，以及出入口气浓度相同即达到吸附剂达到饱和的时间结合数学公式计算出该吸附剂在第二次循环中的氨气的饱和吸附量。

步骤S7、重复步骤S5、S6，可以在内循环中实现对该吸附剂的循环吸附量的测试。

实施例2

参见图4，是本申请实施例提供的氨气吸附性能测试装置的第二种结构示意图。为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。

氨气循环吸附性能测试装置用于对待测吸附物的氨气吸附性能进行测试，其中，待测吸附剂一般为常见吸附材料，比如活性氧化铝、活性炭、分子筛等。

如图4所示，氨气吸附性能测试装置包括吸附柱2-16、氨气浓度检测部分2-24、温度控制部分2-18和气体质量流量控制器2-10、2-11、2-12。

本实施例中吸附柱除了包括腔室之外，还包括氨氮混合气输入口，空气输入口，纯氮气输入口和尾气输出口，氨氮混合气、空气、纯氮气通过各自输入口进入到吸附柱内，经过吸附柱后的尾气通过尾气输出口进行输出。而且，为了便于测量，氨氮混合气输入口连接有氨氮混合气输入管道2-13，空气输入口连接有空气输入管道2-14，纯氮气输入口连接有纯氮气输入管道2-15，尾气输出口连接有尾气输出管道2-21。

氨气浓度检测部分2-24能够检测到从吸附柱输出的尾气中的氨气的浓度，输入吸附柱内的浓度可由氨氮混合气和空气的流量，以及氨氮混合气中氨气的浓度来计算确定。氨气浓度检测部分2-24可以为常规的氨气浓度检测仪。氨气浓度检测部分2-24设置在尾气输出管道2-21上；。本实施例中，氨气浓度检测部分2-24的量程为0～100ppm，精度不低于1％。

气体质量流量控制器2-10、2-11、2-12具有两个功能，分别是流量检测功能以及流量调节功能，即气体质量流量控制器2-10、2-11、2-12除了能够检测输入到腔室的氨气流量之外，还能够根据实际需要调节输入到腔室的氨气流量。

本实施例中，氨气吸附性能测试装置还包括控制模块(图中未画出)，控制模块可以是单片机等控制芯片，也可以是嵌入式采集控制电路单元，实现数据处理以及控制功能，还可以是计算机设备。而且，氨气吸附性能测试装置还包括触摸屏(图4中未画出)，触摸屏实现数据的显示功能，显示的数据可以有：待测吸附物的氨气吸附量、吸附前后氨气浓度、各原料气流量、氨气浓度随时间变化曲线图等等。而且，触摸屏还能够向气体质量流量控制器2-10、2-11、2-12输出控制指令，以根据实际需要调节氨气流量，以及控制开启/关闭图中的各电磁阀。

氨气浓度检测部分2-24的信号输出端连接控制部分，控制模块连接气体质量流量控制器2-10、2-11、2-12，控制模块的信号交互端连接触摸屏。

温度控制部分主要由温控仪，马弗炉，热电偶组成，可以实现对吸附柱温度的检测与控制，从而实现循环吸附过程的活化与脱附步骤。

本实施例中，氨氮气输入管道2-13设置有电磁阀2-7，控制模块的信号输出端连接电磁阀2-7，空气气输入管道2-14设置有电磁阀2-8，控制模块的信号输出端连接电磁阀2-8。纯氮气输入管道2-15设置有电磁阀2-9，控制模块的信号输出端连接电磁阀2-9。并且，尾气输出管道2-21设置有单向阀2-17。

本实施例中，氨气循环吸附性能测试装置还包括电磁阀2-19和2-22，电磁阀2-22用于连接吸附柱2-16的混合气输入口和尾气输出口，可以直接连接氨气输入口和氨气输出口，也可以间接连接氨气输入口和氨气输出口，图中给出一种间接连接方式：电磁阀2-22的一端连接电磁阀2-19，电磁阀2-22的另一端连接单向阀2-17和氨气浓度检测部分2-24之间。当吸附测试完成后，可以控制电磁阀2-19关闭，电磁阀2-22打开，则输入的含氨混合气不经过吸附柱2-16，而是直接通过电磁阀2-22输出，便于快速清除管道内的氨气。

本实施例中，氨气循环吸附性能测试装置还包括氨气源2-1，根据用户要求定制一定浓度的氨氮混合气，当然，氨气源2-1还可以是外部设备，不是氨气吸附性能测试装置的一部分。氨气源2-1的输出口连接吸附柱2-16的氨气输入管道。而且，如图所示，在氨气源2-1的氨气输出口与气体质量流量控制器2-10之间依次设置有减压器2-4和电磁阀2-7。其中，减压器2-4的减压压力为0～0.2MPa，精度不低于1％。

本实施例中，氨气循环吸附性能测试装置还包括空气源2-2，当然，氨气源2-2还可以是外部设备，不是氨气循环吸附性能测试装置的一部分。空气源2-2的输出口连接吸附柱2-16的空气输入管道。而且，如图所示，在空气源2-2的空气输出口与气体质量流量控制器2-11之间依次设置有减压器2-5和电磁阀2-8。其中，减压器2-5的减压压力为0～0.2MPa，精度不低于1％。

本实施例中，氨气循环吸附性能测试装置还包括纯氮气源2-3，当然，纯氮气源2-3还可以是外部设备，不是氨气循环吸附性能测试装置的一部分。纯氮气源2-3的输出口连接吸附柱2-16的纯氮气输入管道。而且，如图所示，在氨气源2-3的纯氮气输出口与气体质量流量控制器2-12之间依次设置有减压器2-6和电磁阀2-9。其中，减压器2-6的减压压力为0～0.2MPa，精度不低于1％。

本实施例中，氨气吸附性能测试装置还包括氨气吸收部分2-26，尾气输出管道2-21连接氨气吸收部分2-26，用于吸收由吸附柱2-16的尾气输出口输出的含氨尾气。当然，氨气吸收部分2-26还可以是外部设备，不是氨气吸附性能测试装置的一部分。氨气吸收部分2-26具体为吸收瓶，吸收瓶内有用于溶解氨气的液体或者用于与氨气产生化学反应的液体。而且，氨气输出管道2-21与氨气吸收部分2-26之间设置有单向阀2-25，防止气体倒流。

本实施例中，在进行脱附和活化过程时，只打开纯氮气源的电磁阀2-9和与吸附柱连接的电磁阀2-19。同时通过温度控制部分2-18实行程序升温步骤来实现吸附剂的活化与再生。

另外，为了实现氨气循环吸附性能测试装置的多功能性，氨气吸附性能测试装置还包括另外一个气体输出管道2-23，气输出管道2-23的一端连接混合气输入口，气体输出管道2-23的另一端为气体输出端，气体输出管道2-23设置有电磁阀2-20。

控制模块的信号输出端连接电磁阀2-7、2-8、2-9、2-19、2-20、2-22。本实施例中，电磁阀2-7、2-8、2-9、2-19、2-20、2-22均具体为电磁截止阀。

浓度检测部分能够检测到从吸附柱输出的尾气中的氨气的浓度，输入吸附柱内的浓度可由氨氮混合气和空气的流量，以及氨氮混合气中氨气的浓度来计算确定。另外，通过计时器或者其他的时间信息检测设备(比如秒表)能够得到待测吸附物的吸附时间，即开始进行吸附测试到吸附测试结束之间的时间间隔。计时器或者其他的时间信息检测设备可以是外部设备，不是氨气吸附性能测试装置的一部分。

那么，根据输入到吸附柱的氨气浓度、从吸附柱输出的氨气浓度、吸附时间以及输入到吸附柱的混合气流量计算待测吸附物的氨气吸附量。氨气吸附性能测试装置可以内置有控制模块(即数据处理模块，比如单片机等数据处理器)，根据上述几个参数计算待测吸附物的氨气吸附量，当然，氨气吸附性能测试装置还可以不包括控制模块，利用外部的数据处理设备，比如计算机计算待测吸附物的氨气吸附量，或者获取到上述几个参数之后人为计算待测吸附物的氨气吸附量。

吸附剂的吸附进度以吸附尾气的浓度作为衡量标准。

吸附穿透过程：从吸附流体开始接触吸附剂到流体流出吸附剂时吸附质组分浓度明显增加所经历的过程(本发明要求氨气浓度维持5ppm以下)。

吸附饱和过程：从吸附流体开始接触吸附剂到吸附剂达到吸附平衡所经历的过程(即吸附尾气的氨浓度和吸附进料的氨浓度相同)。

本次实验中吸附均于室温下进行吸附。

吸附穿透时间：到达吸附穿透所用的时间，其符号表示为Tp，相应吸附量称为穿透吸附量，表示为Ap。吸附饱和时间：到达吸附饱和所用的时间，即当尾气浓度等于87ppm(此浓度是当氨氮标准气流量为110.8mL/min时计算得到)时视作吸附饱和，符号表示为Ts，相应吸附量称为饱和吸附量，表示为As。吸附量可按下式计算：

式中，Q_NH3+N2为氨氮标准气的流量(mL/min)，c₀为氨氮标准气的氨气浓度(ppm)，Q_total为氨氮标准气和空气(氧氮混合气)混合后的流量(mL/min)，c_t为吸附尾气在t时刻所检测到的氨气浓度(ppm)。

Claims (7)

1.一种吸附剂对于氨气的循环吸附性能测试装置，用于对氨气吸附剂的吸附性能进行测试，其特征在于：所述测试装置包括放置待测的氨气吸附剂的吸附装置，还包括与吸附装置输入端相连的多个原料气装置；各原料气装置的输出端处设有用于控制原料气出口压力的压力控制装置，还设有用于检测和控制原料气出口流量的流量控制装置；吸附装置的输出端处设有用于检测通过吸附装置后的氨气浓度的氨气浓度检测装置；所述吸附装置包括温度控制装置；所述温度控制装置可对氨气吸附剂进行活化处理，或是在氨气吸附剂再生过程时进行温度控制；

所述测试装置的吸附装置包括通过氨的循环吸附来防止氨排放至外界的气体内循环装置，测试装置还包括多个用于控制气路管道通断的电磁阀；

所述吸附装置包括吸附柱(10)，吸附柱的输出端处还设有尾气吸收装置，用于吸收未被氨气吸附剂完全吸收的氨气；

所述吸附柱包括以气路管道连接的第一吸附柱装置(21)、第二吸附柱装置(22)；第一吸附柱装置、第二吸附柱装置之间的气路管道处设有气体内循环装置(29)、第一电磁阀(14)和第二电磁阀(15)；当对氨进行循环吸附时，第一电磁阀(14)和第二电磁阀(15)导通，使第一吸附柱装置、第二吸附柱装置通过气路管道形成闭合的循环气路；所述气体内循环装置位于循环气路处并驱动氨气在循环气路内流动并被循环吸附；

所述温度控制装置包括第一温控装置(27)和第二温控装置(28)；第一温控装置通过加热方式对第一吸附柱装置的氨气吸附剂进行活化处理；第二温控装置通过加热方式对第二吸附柱装置的氨气吸附剂进行活化处理；

所述测试装置的测试过程包括以下步骤；

步骤S1、把同种的待测氨气吸附剂放在第一吸附柱装置、第二吸附柱装置内，向第一吸附柱装置内通入预设浓度的氨氮混合气，以及用于检测气载气的空气；

步骤S2、以氨气浓度检测装置对第一吸附柱装置的出口气体进行浓度检测；

步骤S3、通过包括各原料气流量、各原料气浓度，以及出口气浓度，吸附穿透时间，吸附饱和时间的测试数据来绘制相应的氨气吸附穿透曲线，再结合数学公式计算出其氨气的穿透吸附量及氨气的饱和吸附量；

步骤S4、使第一吸附柱装置、第二吸附柱装置通过气路管道形成闭合的循环气路；启动气体内循环装置和第一温控装置进行第一次循环，使第一吸附柱装置对氨气的脱附过程、第二吸附柱装置对氨气的吸附过程同时进行；

步骤S5、当第二吸附柱装置出入口气浓度相同时，视为第二吸附柱装置的吸附剂已达到饱和的状态，以达到该状态所需的时长数据、内循环流量数据、第二吸附柱装置出口气氨气浓度、第二吸附柱装置入口气氨气浓度，结合数学公式计算出第二吸附柱在第一次循环中的氨气的饱和吸附量；

步骤S6、关闭第一温控装置，待第一吸附柱装置内气体降至常温后，启动第二温控装置，循环气路进行第二次循环，使第二吸附柱装置对氨气的脱附过程、第一吸附柱装置对氨气的吸附过程同时进行；当第一吸附柱装置出入口气浓度相同时，视为第一吸附柱装置的吸附剂已达到饱和的状态，以达到该状态所需的时长数据、内循环流量数据、第一吸附柱装置出口气氨气浓度、第一吸附柱装置入口气氨气浓度，结合数学公式计算出第一吸附柱装置在第二次循环中的氨气的饱和吸附量；

步骤S7、重复执行步骤S4、S5、S6，在内循环中对吸附剂的循环吸附量进行测试；

测试过程中，禁止外界中的氨气以及其他相关气体接触到待测的氨气吸附剂；测试过程中，吸附剂均于室温下进行吸附；吸附剂的吸附进度以吸附尾气的浓度作为衡量标准，具体为：

吸附穿透过程：从吸附流体开始接触吸附剂到流体流出吸附剂时吸附质组分浓度明显增加所经历的过程，要求氨气浓度维持5ppm以下；

吸附饱和过程：从吸附流体开始接触吸附剂到吸附剂达到吸附平衡所经历的过程；

设吸附穿透时间：到达吸附穿透所用的时间，其符号表示为Tp，相应吸附量称为穿透吸附量，表示为Ap；

设吸附饱和时间：到达吸附饱和所用的时间，即当尾气浓度等于87ppm时视作吸附饱和，符号表示为Ts，相应吸附量称为饱和吸附量，表示为As；吸附穿透过程的吸附量可按下式计算：

式中，Q_NH3+N2为氨氮标准气的流量，单位为mL/min，c₀为氨氮标准气的氨气浓度，单位为ppm，Q_total为氨氮标准气和空气混合为氧氮混合气后的流量，单位为mL/min，c_t为吸附尾气在t时刻所检测到的氨气浓度，单位为ppm；

在内循环测试吸附剂循环吸附量的过程中，吸附剂的循环吸附量可按下式计算

式中，A_c为该次循环的循环吸附量；Q_c为内循环流量，单位为mL/min，c_in为t时刻进入吸附柱前的氨气浓度，单位为ppm；c_out为t时刻通过吸附柱后的氨气浓度，单位为ppm。

2.根据权利要求1所述的一种吸附剂对于氨气的循环吸附性能测试装置，其特征在于：所述温度控制装置(11)包括温控仪、温度监测器和马弗炉；所述吸附柱包括装载待测氨气吸附剂的化学吸附管，还包括以及用于将化学吸附管固定在马弗炉中央的紧固件；

所述氨气浓度检测装置(12)包括用于检测吸附柱出口气氨气浓度的氨气检测器；所述尾气吸收装置(13)内贮有用于吸收氨气的水或酸。

3.根据权利要求1所述的一种吸附剂对于氨气的循环吸附性能测试装置，其特征在于：所述原料气装置的种类包括氨氮混合气存储装置、空气存储装置、纯氮气存储装置；所述氨氮混合气存储装置的氨氮混合气用于氨气吸附剂吸附以检测吸附剂性能；所述空气存储装置的空气用于氨气载气；所述纯氮气存储装置的纯氮气用于氨气吸附剂的活化及脱附过程。

4.根据权利要求3所述的一种吸附剂对于氨气的循环吸附性能测试装置，其特征在于：所述氨氮混合气存储装置(1)、空气存储装置(2)、纯氮气存储装置(3)并联后，再与吸附装置输入端相连。

5.根据权利要求4所述的一种吸附剂对于氨气的循环吸附性能测试装置，其特征在于：所述流量控制装置通过流量计、模拟控制器来检测和控制原料气出口的流量；所述流量计为转子流量计或质量流量计。

6.根据权利要求5所述的一种吸附剂对于氨气的循环吸附性能测试装置，其特征在于：所述氨氮混合气存储装置、空气存储装置输出端处的流量计为质量流量计；纯氮气存储装置输出端处的流量计为转子流量计。

7.根据权利要求5所述的一种吸附剂对于氨气的循环吸附性能测试装置，其特征在于：所述压力控制装置通过减压阀来实现对出口压力的控制；氨氮混合气存储装置输出端处的压力控制装置包括氨氮混合气减压阀(4)；空气存储装置输出端处的压力控制装置包括空气减压阀(5)；纯氮气存储装置输出端处的压力控制装置包括纯氮气减压阀(6)；

所述吸附柱的输入端和输出端处并联有旁路管道，旁路管道、吸附柱的输入端、吸附柱的输出端处均设有电磁阀；当吸附测试完成后，关闭吸附柱的输入端口并使旁路管道导通，使输入的气体不通入吸附柱，而直接进入测试装置的管道对氨气进行清理。

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