CN217466816U - 一种二氧化碳吸附选择性测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种二氧化碳吸附选择性测试装置，包括气体钢瓶、烟气加热装置、混合器、吸附装置和尾气处理装置，所述气体钢瓶设有若干个，气体钢瓶的出口通过管路依次连接烟气加热装置、混合器和吸附装置，吸附装置的出口通过管路分别连接尾气处理装置和气相色谱分析仪。本实用新型可以准确模拟吸附剂测试需要的气体条件，通过配置的气体流量控制装置调控模拟气体流量，以及反应中各种组分气体的浓度；能将降温产生的热量加以回用，可以达到节约能源，进而节约成本的效果；测试后的混合气经过自然降温后，经过尾气净化装置排出室外，不会造成大气污染。

Description

一种二氧化碳吸附选择性测试装置

技术领域

本实用新型涉及测试装置领域，尤其涉及一种二氧化碳吸附选择性测试装置。

背景技术

二氧化碳(CO₂)是一种非极性的酸性温室气体，工业过程排放量贡献了全球的25％。我国煤电行业面临着清洁低碳转型，燃煤电厂加装CO₂捕集装置可有效缓解化石燃料使用与脱碳减排之间的矛盾，成为我国当前碳捕集技术示范的重点领域。由于二氧化碳吸附剂性能是决定CO₂捕集率和回收率的核心，对CO₂吸附剂性能进行准确科学评估亟需建立一系列评价方法，既有助于对层出不穷的新型吸附剂进行高效筛选，也有助于指导CO₂捕集装置工艺的设计与开发，是规模化应用吸附法捕集烟气CO₂的重要技术储备。

传统的CO₂吸附剂包括沸石、活性氧化铝、硅胶和活性炭等，这些材料对混合气体中的CO₂具有较高的选择性，可以通过周期性改变压力或温度，来实现CO₂的吸附与解吸循环。对于一般的物理吸附分离过程，CO₂在高压或低温条件下具有更高的吸附容量，因此在高压或低温条件下对CO₂进行吸附，再通过降压或者升温来将CO₂解吸，实现CO₂与其它组分的分离。

CO₂吸附剂的选择是一个非常复杂的问题，吸附分离过程的成功与失败取决于吸附剂在吸附平衡以及吸附动力学上的表现。如果吸附剂仅具有高的吸附容量但吸附速率低，这意味着吸附质分子需要很长时间才能进入到吸附剂的内部，整个吸附过程的效率低。反之，如果吸附剂具有高吸附速率和低吸附容量，则需要大量的吸附剂来完成分离任务。总而言之，两个方面必须同时兼顾。除此之外，将CO₂吸附剂应用到工业生产中还要考虑一些其他因素，包括吸附剂的制备成本、机械性能、稳定性、再生能耗等。

高性能CO₂吸附剂研发种类繁多，利用固态多孔材料吸附剂对烟气中CO₂的选择性可逆吸附性来捕集分离CO₂。吸附剂对CO₂的吸附量、吸附选择性、吸附循环稳定性能、耐水性能等为吸附剂筛选的关键指标。对CO₂吸附剂建立吸附剂性能评估技术方法很有必要。

由于实际烟气条件的复杂性，多种气体会影响到吸附剂对CO₂的吸附性能，所以开发一种测试吸附剂对多种组分吸附选择性的装置尤为必要。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种二氧化碳吸附选择性测试装置，可以准确模拟吸附剂测试需要的气体条件，通过配置的气体流量控制装置调控模拟气体流量，以及反应中各种组分气体的浓度。

本申请实施例提出一种二氧化碳吸附选择性测试装置，包括气体钢瓶、烟气加热装置、混合器、吸附装置和尾气处理装置，所述气体钢瓶设有若干个，气体钢瓶的出口通过管路依次连接烟气加热装置、混合器和吸附装置，吸附装置的出口通过管路分别连接尾气处理装置和气相色谱分析仪。

在一些实施例中，所述吸附装置包括吸附柱、石棉和铁丝网，吸附柱内装载有待测吸附剂样品，石棉和铁丝网均设于吸附柱内且位于待测吸附剂样品的下端，石棉位于铁丝网和待测吸附剂样品之间。

在一些实施例中，所述吸附柱的外侧包覆有保温棉。

在一些实施例中，所述吸附柱内安装有用于测量吸附柱侧壁温度的外侧热电偶和用于测量待测吸附剂样品温度的内侧热电偶，外侧热电偶的探头接触吸附柱侧壁，内侧热电偶的探头插入至待测吸附剂样品内。

在一些实施例中，所述气体钢瓶与烟气加热装置之间连接有换热器，换热器还连接于吸附装置的出口与尾气处理装置之间。

在一些实施例中，所述气体钢瓶上设置有稳压阀，气体钢瓶在连接换热器的管路上连接有阀门和质量流量控制器。

在一些实施例中，所述吸附柱的入口管路和出口管路上均连接有转子流量计。

在一些实施例中，所述吸附柱的出口管路上并联设有真空泵，真空泵的出口和入口处均连接有阀门。

在一些实施例中，所述吸附柱的出口管路上连接有背压调节器和控制阀，背压调节器设于控制阀和出口管路的转子流量计之间。

在一些实施例中，所述吸附柱的高度为200mm，直径为25mm，吸附柱由不锈钢管制成，吸附柱内的待测吸附剂样品的高度不高于150mm。

本实用新型的有益效果为：

1、该装置可以准确模拟吸附剂测试需要的气体条件，通过配置的气体流量控制装置调控模拟气体流量，以及反应中各种组分气体的浓度；

2、能将降温产生的热量加以回用，可以达到节约能源，进而节约成本的效果；

3、测试后的混合气经过自然降温后，经过尾气净化装置排出室外，不会造成大气污染。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，

其中：

图1为本申请实施例中的二氧化碳吸附选择性测试装置的结构示意图；

附图标记：

1-气体钢瓶；2-稳压阀；3-阀门；4-质量流量控制器；5-尾气处理装置；6-换热器；7-烟气加热装置；8-混合器；9-入口转子流量计；10-外侧热电偶；11-内侧热电偶；12-真空泵；13-吸附柱；14-待测吸附剂样品；15-石棉；16-铁丝网；17-保温棉；18-控制阀；19-背压调节器；20-出口转子流量计；21-气相色谱分析仪。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图描述本实用新型实施例的二氧化碳吸附选择性测试装置。

如图1所示，本申请实施例提出一种二氧化碳吸附选择性测试装置，包括气体钢瓶1、烟气加热装置7、混合器8、吸附柱13、换热器6和尾气处理装置5，气体钢瓶1设有3个，可以分别装载CO₂、N₂、NO_x、SO₂等气体。气体钢瓶1上设置有稳压阀2。

气体钢瓶1的出口通过管路依次连接换热器6、烟气加热装置7、混合器8和吸附柱13，吸附柱13的出口通过管路分别连接尾气处理装置5和气相色谱分析仪21。换热器6还连接于吸附装置的出口与尾气处理装置5之间。

吸附柱13内装载有待测吸附剂样品14、石棉15和铁丝网16，铁丝网16固定连接或可拆卸连接于吸附柱13内壁，石棉15和铁丝网16位于待测吸附剂样品14的下端，石棉15位于铁丝网16和待测吸附剂样品14之间。吸附柱13的外侧包覆有保温棉17。吸附柱13内安装有外侧热电偶10和内侧热电偶11，外侧热电偶10的探头接触吸附柱13侧壁，用于测量吸附柱13侧壁的温度，内侧热电偶11的探头插入至待测吸附剂样品14内，用于测量待测吸附剂样品14的温度。

每个气体钢瓶1在连接换热器6的管路上均连接有阀门3和质量流量控制器4。

吸附柱13的入口管路上连接有入口转子流量计9，吸附柱13的出口管路上连接有出口转子流量计20。入口转子流量计9设于吸附柱13和混合器8之间。吸附柱13的出口管路上并联设有真空泵12，真空泵12的出口和入口处均连接有阀门3。

吸附柱13的出口管路上依次连接有控制阀18、背压调节器19、出口转子流量计20和真空泵12。真空泵12设于出口转子流量计20和气相色谱分析仪21之间。

在一些具体的实施例中，吸附柱13的高度为200mm，直径为25mm，吸附柱13由不锈钢管制成，吸附柱13内的待测吸附剂样品14的高度不高于150mm。

在一些具体的实施例中，烟气加热装置7可以为电加热器。

该装置可以准确模拟吸附剂测试需要的气体条件。通过配置的气体流量控制装置调控模拟气体流量，以及反应中各种组分气体的浓度。通过烟气加热装置7对调配好的烟气进行升温，到达温度后将烟气经过混合器8整流后通入吸附柱13，进行吸附剂的吸附性能测试。测试后的混合气经过自然降温后，经过尾气处理装置5排出室外。

吸附剂的检测工艺需要将气体加热到30℃～200℃，需要对吸附剂进行气体吹扫活化过程，温度为200℃；对吸附剂进行动态吸附过程，温度为30-80℃不等；对吸附剂进行脱附过程，温度为200℃。动态吸附需要循环几个测试流程，吸附剂及烟气在降温时，会将大量的热量白白浪费掉；而测试前的气体加热需要热量，如果能将这些降温产生的热量加以回用，可以达到节约能源，进而节约成本的效果。所以本专利设计了出口烟气的回热利用环节。但余热的热量不足以加热烟气至200℃的温度，所以还需要烟气加热装置7的辅助加热，以精确控温。

烟气加热装置7和混合器8之间的管路上可设置有控制阀门，当烟气加热装置7内的气体温度达到之后，再打开控制阀门，气体进入混合器8，为了使不同组分的气体混合均匀，热量分布均匀，不出现气体测点波动等情况，尽可能保持气体组分构成的稳定分布。

CO₂及混合气体的流量分别由三个质量流量控制器4进行调节，通过控制2-3种气体的流量来得到不同比例的混合气体。动态吸附实验过程中，CO₂混合气体在吸附柱13内自上而下通过吸附床(即待测吸附剂样品14)。待测吸附剂样品14在进行吸附实验之前需要在N₂气氛下和200℃高温下活化4h。

实验装置流出的尾气一部分通入一台具有自动进样系统的气相色谱分析仪21(GC-950Shanghai,China)，色谱柱型号为CP-PoraPLOT Q，载气为氦气，检测器为热导检测器。吸附穿透曲线根据CO₂的色谱峰面积对时间作图得到。根据电脑设定程序，分析出吸附剂的动态吸附性能。实验装置流出的尾气的其余部分进入尾气处理装置5。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种二氧化碳吸附选择性测试装置，其特征在于，包括气体钢瓶、烟气加热装置、混合器、吸附装置和尾气处理装置，所述气体钢瓶设有若干个，气体钢瓶的出口通过管路依次连接烟气加热装置、混合器和吸附装置，吸附装置的出口通过管路分别连接尾气处理装置和气相色谱分析仪。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳吸附选择性测试装置，其特征在于，所述吸附装置包括吸附柱、石棉和铁丝网，吸附柱内装载有待测吸附剂样品，石棉和铁丝网均设于吸附柱内且位于待测吸附剂样品的下端，石棉位于铁丝网和待测吸附剂样品之间。

3.根据权利要求2所述的二氧化碳吸附选择性测试装置，其特征在于，所述吸附柱的外侧包覆有保温棉。

4.根据权利要求2所述的二氧化碳吸附选择性测试装置，其特征在于，所述吸附柱内安装有用于测量吸附柱侧壁温度的外侧热电偶和用于测量待测吸附剂样品温度的内侧热电偶，外侧热电偶的探头接触吸附柱侧壁，内侧热电偶的探头插入至待测吸附剂样品内。

5.根据权利要求1～4任一项所述的二氧化碳吸附选择性测试装置，其特征在于，所述气体钢瓶与烟气加热装置之间连接有换热器，换热器还连接于吸附装置的出口与尾气处理装置之间。

6.根据权利要求5所述的二氧化碳吸附选择性测试装置，其特征在于，所述气体钢瓶上设置有稳压阀，气体钢瓶在连接换热器的管路上连接有阀门和质量流量控制器。

7.根据权利要求2所述的二氧化碳吸附选择性测试装置，其特征在于，所述吸附柱的入口管路和出口管路上均连接有转子流量计。

8.根据权利要求7所述的二氧化碳吸附选择性测试装置，其特征在于，所述吸附柱的出口管路上并联设有真空泵，真空泵的出口和入口处均连接有阀门。

9.根据权利要求8所述的二氧化碳吸附选择性测试装置，其特征在于，所述吸附柱的出口管路上连接有背压调节器和控制阀，背压调节器设于控制阀和出口管路的转子流量计之间。

10.根据权利要求2所述的二氧化碳吸附选择性测试装置，其特征在于，所述吸附柱的高度为200mm，直径为25mm，吸附柱由不锈钢管制成，吸附柱内的待测吸附剂样品的高度不高于150mm。

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