CN210604253U - 一种用于高温二氧化碳吸附剂的流化热态磨损测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于高温二氧化碳吸附剂的流化热态磨损测试装置。该装置包括磨损测试机构以及进风机构；其中：进风机构包括空气压缩机、气动压力控制器、耐压管、进风腔和预热器；所述空气压缩机、气动压力控制器与耐压管和进风腔依次相连，进风腔壁面设有预热器；磨损测试机构包括测试腔，进风腔以切向或者接近切向的角度与测试腔相连，测试腔的靠近进风腔一端的外侧腔壁上设有料口，另一端的外侧腔壁上设置标准筛；测试腔与压力传感器相连。本实用新型的装置结构简单、设计巧妙、测试效率高，能提供更接近工业应用过程的测试环境，测试结果更具有工业应用的指导意义，大大促进高温CO₂吸附剂循环流化脱碳的工业化应用。

Description

一种用于高温二氧化碳吸附剂的流化热态磨损测试装置

技术领域

本实用新型属于吸附剂的性能测试设备技术领域，更具体地，涉及一种用于高温二氧化碳吸附剂的流化热态磨损测试装置。

背景技术

全球变暖问题正给人类的生活带来各种各样的负面影响，而CO₂气体的大量排放被认为是造成全球变暖的罪魁祸首。因此，减排CO₂成为了全人类的共识。2005年，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）向全世界特别推荐了碳捕集与封存（CCS）技术。该技术路线主要利用各种捕集技术将CO₂气体从工业烟气中固定下来，获得高浓度的CO₂气体后将其封存或者利用。

其中，利用高温吸附剂捕集CO₂的技术受到了全世界学者的广泛关注。高温CO₂吸附剂主要包括锂基及钙基吸附剂，其CO₂吸附容量大、吸附速率快，展现出了良好的工业化应用前景。高温吸附剂循环捕集CO₂的主要实现途径之一就是采用成熟的循环流化床技术。吸附剂在吸附炉和脱附炉之间循环流化，在吸附炉内将混合气体中的CO₂组分固定下来，在脱附炉内通过再生获得高浓度CO₂气体进行后续处理或利用。吸附剂颗粒在循环流化床循环流化过程中，吸附剂颗粒与颗粒之间、吸附剂颗粒与设备壁面之间在气流的携带下不断发生碰撞、摩擦，由此产生的吸附剂颗粒磨损产生了大量活性吸附剂碎片，这些碎片随着气流被携带出捕集系统，造成吸附剂浪费和系统捕集效率的下降。因此，制备具有良好抗磨损性能的高温CO₂吸附剂是其工业化应用的重要前提。

如何表征成型吸附剂颗粒的抗磨损性能具有重要意义。目前报道的关于钙基和锂基高温CO2吸附剂颗粒磨损测试主要通过脆碎度测试仪进行最常见的手段是采用脆碎度测试仪对吸附剂颗粒的磨损性能进行测定（Energy Fuels 2012, 26, 154–161；Fuel 2019，236，1043–1049；Chemical Engineering Journal 2016, 285, 293–303）。脆碎度测试仪通常由一对对称的圆形转鼓组成，测试样品颗随着转鼓旋转，这个过程中吸附剂颗粒发生碰撞、跌落，以此来模拟吸附剂颗粒的磨损过程。在旋转达到设定的圈数或者时间后，将样品连同磨损碎片一起取出，在通过标准筛将碎片筛出，进而计算吸附剂颗粒的抗磨损特性。然而，通过这种脆碎度测试仪来表征高温CO₂吸附剂颗粒磨损特性主要存在着以下缺点：

（1）高温CO₂吸附剂颗粒在实际流化床应用过程中，由气流携带着吸附剂颗粒在吸附炉、脱附炉以及相连的管道中流动，在流动过程中吸附剂颗粒之间以及吸附剂颗粒与管道之间不断发生摩擦、碰撞，而脆碎度测试仪只能由转鼓的机械转动带动吸附剂颗粒旋转、跌落，此过程与实际磨损过程相去甚远，难以模拟真实磨损过程；

（2）脆碎度测试仪均是在常温下测试吸附剂颗粒的磨损性能，而实际流化床应用过程中吸附剂是在高温下进行流化，因此这种磨损测试装置不足以表征工业应用过程的实际磨损过程；

（3）测试过程中，吸附剂颗粒和磨损产生的碎片需要单独经历一步筛分过程，不仅造成测试过程时间的消耗、效率的下降，而且跟流化床实际情况不符（流化床使用过程中，吸附剂颗粒的磨损和碎片随气流的析出过程是同时进行的）。这些缺陷都严重制约该技术表征高温CO₂吸附剂颗粒磨损性能的准确性，进而制约了其工业化应用。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种用于高温二氧化碳吸附剂的流化热态磨损测试装置；其结构简单，操作方便，磨损测试过程更加接近真实工业流化床使用过程。

为实现上述目的，本实用新型提供一种用于高温二氧化碳吸附剂的流化热态磨损测试装置，其包括磨损测试机构以及进风机构；其中：

所述进风机构包括空气压缩机、气动压力控制器、耐压管、进风腔和预热器；空气压缩机的出风管接入气动压力控制器的进气端，气动压力控制器的出气端与耐压管的一端相连，耐压管的另一端直接与进风腔相连，进风腔的壁面上设有预热器；所述磨损测试机构包括测试腔，测试腔整体呈环形结构，进风腔以切向或者接近切向的角度与测试腔相连，测试腔的靠近进风腔一端的外侧腔壁上设有料口，料口上设有料口密封开关，测试腔的靠近进风腔另一端的外侧腔壁上设置标准筛；测试腔与压力传感器相连，压力传感器与气动压力控制器连接。

本实用新型中，气动压力控制器上设有自动调节阀。

本实用新型中，预热器为一个或若干个。

本实用新型中，测试腔的径向截面为圆形或者矩形。

本实用新型中，测试腔通过卡套固定在支架上。

本实用新型 中，压力传感器为一个或若干个。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点：

1、本实用新型的装置主要通过气流带动吸附剂颗粒流化产生碰撞、磨损来模拟真实循环流化床内的磨损过程，相比于常用的脆碎度测试仪通过机械旋转过程模拟磨损测试的手段，本装置的流化测试更加接近高温CO₂吸附剂真实应用环境，其测试结果也更能反映吸附剂特性。

2、本实用新型的装置测试可以在热态下测试吸附剂颗粒磨损性能，而以往用的脆碎度测试仪只能在常温下模拟测试，而高温CO₂吸附剂颗粒在应用过程中均是在热态下进行，因此本实用新型装置测试环境更接近实际过程，测试结果也更能反映吸附剂颗粒的真实特性。

3、本实用新型中，吸附剂颗粒和磨损产生的碎片可实现自动筛分分离，而常用的脆碎度测试仪需将样品取出进行单独的筛分过程，步骤复杂，因此本装置简化了测试步骤，提升了磨损测试效率。

附图说明

图1为本实用新型的用于高温二氧化碳吸附剂的流化热态磨损测试装置的结构示意图。

图中标号：1-空气压缩机，2-气动压力控制器，3-耐压管，4-进风腔，5-预热器，6-料口，7-料口密封开关， 8-测试腔，9-压力传感器，10-卡套，11-标准筛。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本实用新型实施例的用于高温二氧化碳吸附剂的流化热态磨损测试装置的结构示意图。如图1所示，该装置包括磨损测试机构以及进风机构。

进风机构包括空气压缩机1、气动压力控制器2、耐压管3、进风腔4和预热器5，其中，空气压缩机1主要为吸附剂颗粒的流化提供气流，空气压缩机1的出风口管接入气动压力控制器2的进气一端，气动压力控制器2接收到压力反馈信号后通过自动调节阀来调节气体流量，气动压力控制器2型号为SSNS-C102X。气动压力控制器2的出气一端管路通过反扣形式接入耐压管3，耐压管3与进风腔4螺纹密封连接，耐压管3与进风腔4之间采用可拆卸方式，便于零部件的清洗和更换。

进风腔4的壁面设置有预热器5，其用于将进入的空气加热到合适的温度，以此来模拟实际工业应用过程中吸附剂颗粒所处的热态流化过程，预热器5可以是一个或者若干个，各预热器5可以分布在进风腔4的同一侧壁面，或者对称分布在两侧壁面，也可以不对称分布在两侧壁面。

磨损测试机构包括测试腔8、料口6、压力传感器9、卡套10以及标准筛11。测试腔8用于模拟循环流化床管道，测试腔整体呈环形结构，其径向截面可以为圆形或者矩形。测试腔8通过卡套10来进行固定，在竖直平面内可进行任意角度的旋转固定。进风腔4以切向或者接近切向的角度与测试腔8相连。测试腔8的靠近进风腔4一端的外侧腔壁上设有料口6，空气经进风腔4切向进入测试腔8，空气首先经过料口6沿着环形流动；料口6用于向测试腔8内添加测试的吸附剂颗粒或者收集测试后的吸附剂颗粒，料口6上设置有料口密封开关7，流化测试过程中用来关闭料口6，添加或者收集样品时则用来打开料口6。

磨损测试机构中的测试腔8靠近进风腔4另一端的外侧腔壁为标准筛11筛网，标准筛目数为45-100目，主要用于将热态流化测试产生的吸附剂碎片及时从测试腔中筛分出来，避免了单独筛分步骤。

测试腔8上设置有压力传感器9，型号为CYYZ3051，压力传感器9可以是一个、两个或者三个，各压力传感器9应分散布置在测试腔8上。压力传感器9与气动压力控制器2相连，压力传感器9用于监测测试腔8内的压力变化，同时将压力信号反馈到气动压力控制器2上来调节进气量的大小，从而使得测试腔内压力保持在合适范围内。

通过上述方案，高温CO₂吸附剂颗粒在热气流携带下在测试腔8内流化运动，吸附剂颗粒与颗粒之间、吸附剂颗粒与测试腔8壁面之间不断发生碰撞、摩擦，进而造成磨损，一次来模拟测试吸附剂颗粒在实际循环流化床中的磨损过程。同时，流化过程中，磨损产生的碎片即时通过标准筛11筛分出来，避免了单独筛分步骤，提高了测试效率，而且这种热态、流化的磨损测试环境更加接近真实工业应用过程。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于高温二氧化碳吸附剂的流化热态磨损测试装置，其特征在于，其包括磨损测试机构以及进风机构；其中：

所述进风机构包括空气压缩机、气动压力控制器、耐压管、进风腔和预热器；空气压缩机的出风管接入气动压力控制器的进气端，气动压力控制器的出气端与耐压管的一端相连，耐压管的另一端直接与进风腔相连，进风腔的壁面上设有预热器；所述磨损测试机构包括测试腔，测试腔整体呈环形结构，进风腔以切向或者接近切向的角度与测试腔相连，测试腔的靠近进风腔一端的外侧腔壁上设有料口，料口上设有料口密封开关，测试腔的靠近进风腔另一端的外侧腔壁上设置标准筛；测试腔与压力传感器相连，压力传感器与气动压力控制器连接。

2.如权利要求1所述的用于高温二氧化碳吸附剂的流化热态磨损测试装置，其特征在于，气动压力控制器上设有自动调节阀。

3.如权利要求1所述的用于高温二氧化碳吸附剂的流化热态磨损测试装置，其特征在于，预热器为一个或若干个。

4.如权利要求1所述的用于高温二氧化碳吸附剂的流化热态磨损测试装置，其特征在于，测试腔的径向截面为圆形或者矩形。

5.如权利要求4所述的用于高温二氧化碳吸附剂的流化热态磨损测试装置，其特征在于，测试腔通过卡套固定在支架上。

6.如权利要求1所述的用于高温二氧化碳吸附剂的流化热态磨损测试装置，其特征在于，压力传感器为一个或若干个。

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