一种旋转循环吸脱附一体化捕获器的制作方法

本实用新型属于一种旋转循环吸脱附一体化捕获器。

背景技术：

固体吸附法是利用固态吸附剂对原料混合气中的低浓度气体的选择性可逆吸附作用来分离回收的。在低温或高压下，这些固体吸附剂从混合气中吸附低浓度气体，在高温或低压下又将其脱附出来，从而可以分离低浓度气体，同时能将固体吸附剂再生。吸附法具有工艺操作简单、流程短、投资少、操作弹性大，环境效益好的优点，一直备受研究者的青睐。

目前大多数低浓度气体回收设备都是在两个及以上的固定床吸附器上，通过间歇式吸附－解吸工艺，以及常规的变压解吸或变温解吸，来实现低浓度气体回收。该吸附器吸附－解吸周期长，解吸不彻底，净化效率不稳定，操作要求高而且复杂，投资大，占地面积也大；尤其是利用变压解吸或变温解吸，系统的投资及能耗都很大。近几年，研究者提出了循环流化床吸附捕集装置，虽然能处理气量大的气体吸附，但操作相对比较复杂，而且吸附再生时间不易控制，因此，选择一种吸附再生吸附装置对于改善操作条件、降低运行能耗、绿色环保等方面具有重要的意义。黄维秋等人在专利201120435125.9中提到了在油气分离领域应用的旋转式吸附器装置，其实现内筒体的旋转来达到油气分离的目的，但在内筒内由于有大量固体吸附剂存在，导致传动装置能耗较大问题，再有其应用范围较窄，不具有普遍适用性。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种结构简单、处理量大、占地面积小、传热效果好、适用于各种常压低浓度气体的旋转循环吸附解吸一体化捕获器。

本实用新型技术方案为：

本实用新型一种旋转循环吸脱附一体化捕获器，它包括圆柱筒体，吸附气体进口、净化气体出口、冷却气体进口、冷却气体出口、脱附气体出口、固体吸附剂进口、固体吸附剂出口，在圆柱筒体中心处有中心转动轴，中心转动轴与圆柱筒体之间有三块隔板，由隔板将圆柱筒体等分成相同三个扇形筒体的吸附器、再生器和冷却器，圆柱筒体的上端面与上空心圆柱环固定板焊接连接，圆柱筒体的下端面与下空心圆柱环固定板焊接连接，在上空心圆柱环固定板与吸附器、再生器和冷却器之间与上旋转圆形挡板，在下空心圆柱环固定板与吸附器、再生器和冷却器之间有下旋转圆形挡板，上旋转圆形挡板和下旋转圆形挡板与中心转动轴连接，圆柱筒体与上旋转圆形挡板通过上活动密封凹圈连接，圆柱筒体与下旋转圆形挡板之间通过下活动密封凹圈连接，下空心圆柱环固定板有下空心圆柱外环、下空心圆柱中环和下空心圆柱内环，上空心圆柱环固定板有上空心圆柱外环、上空心圆柱中环、上空心圆柱内环、上空心圆柱外环、上空心圆柱中环、上空心圆柱内环分别与上旋转圆形挡板之间通过上活动O型密封圈连接，下空心圆柱外环、下空心圆柱中环和下空心圆柱内环分别与下旋转圆形挡板之间通过下活动O型密封圈连接，下旋转圆形挡板位于下空心圆柱外环处有第一圆孔,位于下空心圆柱内环处有第三圆孔, 第一圆孔和第三圆孔分属二个扇形筒体，下空心圆柱外环有吸附气体进口，下空心圆柱内环有冷却气体进口，吸附气体进口与第一圆孔相通，冷却气体进口与第三圆孔相通，上旋转圆形挡板位于上空心圆柱外环处有第二圆孔,位于上空心圆柱内环处有第五圆孔，位于上空心圆柱中环处第四圆孔，第二圆孔，第五圆孔和第四圆孔分属三个扇形筒体，上空心圆柱外环有净化气体出口、上空心圆柱中环有脱附气体出口、上空心圆柱内环有冷却气体出口、净化气体出口与第二圆孔相通，冷却气体出口与第四圆孔相通，脱附气体出口与第五圆孔相通，中心转动轴与驱动设备相连，圆柱筒体的内侧面布置3组加热棒，圆柱筒体的上部安装固体吸附剂进口，下部安装固体吸附剂出口。

进一步在下旋转圆形挡板与吸附器、再生器和冷却器之间安装下丝网，在上旋转圆形挡板与吸附器、再生器和冷却器之间安装上丝网，以防止吸附剂漏料。

吸附器（20）、再生器（21）和冷却器（22）是循环使用的。

通过调节驱动设备实现上下旋转圆形挡板的转速来实现气体的连续吸附、再生、冷却的循环。

进一步所述的吸附剂包括有机、有机-无机、无机类固体吸附剂。其中有机类吸附剂主要包括：四乙烯五胺（TEPA）、聚乙烯亚胺（PEI）、五乙烯六胺（PEHA）、六乙烯七胺等胺类材料；有机-无机吸附剂主要包含：TEPA负载型、PEI负载型、PEHA负载型、六乙烯七胺负载型（载体为MCM-41、SBA15、介孔硅等多孔材料）TEPA嫁接型、PEI嫁接型、PEHA嫁接型、六乙烯七胺嫁接型以及金属有机骨架（MOF）（Mg-MOF-74、Ni-MOF-74、嫁接胺型MOF材料）；无机类吸附剂主要包括：改性活性炭、分子筛、类水滑石、碱金属碳酸盐、碱土金属碳酸盐、钾/镁基负载型吸附剂（载体为Al2O3、介孔硅等材料）。

本实用新型适用于各种常压低浓度气体的净化处理，特别适用于含二氧化碳、二氧化硫、硫化氢、氮氧化物以及有机污染物（VOCs）等气体的净化处理。

如上所述的步骤吸附气体与吸附剂在圆柱筒体吸附器内吸附温度为50-80 ^oC；再生器内脱附温度为100-400 ^oC，温度可由加热棒的功率来控制；冷却器内的温度为50-80^oC，可由冷却气体的流量控制。

本实用新型具有如下优点：

（1）采用新型的旋转循环吸附解吸一体化捕获器可以实现气体的连续吸附、再生、冷却循环，实现了吸附操作的连续性，使吸附分离过程由间歇变为连续，缩短吸附解吸周期，自动化程度高。

（2）提供了一种普遍适用于气体净化的方法及装置，适用范围较广。

（3）通过调节驱动设备实现旋转圆形挡板的转速来实现设备的运行，使用方便简单，节省投资和降低运行能耗。

附图说明

图1为新型的旋转循环吸附解吸一体化捕获器结构示意图；

图2为图1中A-A视图；

图3为图1中B-B视图；

图4为采用旋转循环吸附解吸一体化捕获器进行气体净化的工艺流程简图。

如图中所示：

1是吸附气体进口、2是净化气体出口、3是冷却气体进口、4是冷却气体出口、5是脱附气体出口、6（7,8）是固体吸附剂进口、9（10,11）是固体吸附剂出口、12（13,14）是手孔、15是中心转动轴、16是电加热棒、17是支架、18是驱动设备、19是下旋转圆形挡板、20是吸附器、21是再生器、22是冷却器、23是下空心圆柱外环、24是下空心圆柱中环、25是下空心圆柱内环、26是上旋转圆形挡板、27是上空心圆柱外环、28是上空心圆柱中环、29是上空心圆柱内环、30是下空心圆柱环固定板、31是下活动密封凹圈、32是上活动密封凹圈、33（34）是轴承、35（36、37）是隔板、38是下活动O型密封圈、39是上活动O型密封圈、40是下筛网、41是上筛网组成、42是上空心圆柱环固定板。

a是混合气体、b是净化气体、c是冷却气体、d是出冷却气体、e是脱附气体、a1是第一圆孔、b2是第二圆孔、c3是第三圆孔、d4是第四圆孔、e5是第五圆孔。

具体实施方式

本发明的新型旋转循环吸附解吸一体化捕获器结合附图说明如下：

实施例1：

本实用新型一种旋转循环吸脱附一体化捕获器，它包括圆柱筒体43，吸附气体进口1、净化气体出口2、冷却气体进口3、冷却气体出口4、脱附气体出口5、固体吸附剂进口6（7,8）、固体吸附剂出口9（10,11），在圆柱筒体43中心处有中心转动轴15，中心转动轴15与圆柱筒体43之间有三块隔板35（36、37），由隔板35（36、37）将圆柱筒体43等分成相同三个扇形筒体的吸附器20、再生器21和冷却器22，圆柱筒体43的上端面与上空心圆柱环固定板42焊接连接，圆柱筒体43的下端面与下空心圆柱环固定板30焊接连接，在上空心圆柱环固定板42与吸附器20、再生器21和冷却器22之间与上旋转圆形挡板26，在下空心圆柱环固定板30与吸附器20、再生器21和冷却器22之间有下旋转圆形挡板19，上旋转圆形挡板26和下旋转圆形挡板19与中心转动轴15连接，圆柱筒体43与上旋转圆形挡板26通过上活动密封凹圈32连接，圆柱筒体43与下旋转圆形挡板19之间通过下活动密封凹圈31连接，下空心圆柱环固定板30有下空心圆柱外环23、下空心圆柱中环24和下空心圆柱内环25，上空心圆柱环固定板42有上空心圆柱外环27、上空心圆柱中环28、上空心圆柱内环29、

上空心圆柱外环27、上空心圆柱中环28、上空心圆柱内环29分别与上旋转圆形挡板26之间通过上活动O型密封圈39连接，下空心圆柱外环23、下空心圆柱中环24和下空心圆柱内环25分别与下旋转圆形挡板19之间通过下活动O型密封圈38连接，下旋转圆形挡板19位于下空心圆柱外环23处有第一圆孔a1,位于下空心圆柱内环25处有第三圆孔c3, 第一圆孔a1和第三圆孔c3分属二个扇形筒体，下空心圆柱外环23有吸附气体进口1，下空心圆柱内环25有冷却气体进口3，吸附气体进口1与第一圆孔a1相通，冷却气体进口3与第三圆孔c3相通，上旋转圆形挡板26位于上空心圆柱外环27处有第二圆孔b2,位于上空心圆柱内环29处有第五圆孔e5，位于上空心圆柱中环28处第四圆孔d4，第二圆孔b2，第五圆孔e5和第四圆孔d4分属三个扇形筒体，上空心圆柱外环27有净化气体出口2、上空心圆柱中环28有脱附气体出口5、上空心圆柱内环29有冷却气体出口4、净化气体出口2与第二圆孔b2相通，冷却气体出口4与第四圆孔d4相通，脱附气体出口5与第五圆孔e5相通，中心转动轴15与驱动设备18相连，圆柱筒体的内侧面布置3组加热棒16，圆柱筒体43的上部安装固体吸附剂进口6（7、8），下部安装固体吸附剂出口9（10、11）。

进一步在下旋转圆形挡板19与吸附器20、再生器21和冷却器22之间安装下丝网40，在上旋转圆形挡板26与吸附器20、再生器21和冷却器22之间安装上丝网41，以防止吸附剂漏料。

通过调节驱动设备18实现上下旋转圆形挡板的转速来实现气体的连续吸附、再生、冷却的循环。

本实例拟采用60 Nm³/h的烟气进行脱碳实验（CO2：15 vol%、空气：85vol%），吸附剂为五乙烯六胺负载型（PEHA）吸附剂，吸附温度为60 ^oC，再生器内脱附温度为100 ^oC，冷却气采用空气，冷却温度为60 ^oC。本实例外圆柱筒体直径为1500 mm，高度：1000 mm；上下空心圆柱环的高度为250 mm，上下空心圆柱环的内环、中环以及外环的直径依次为600 mm、900 mm和1200 mm；上下旋转圆形挡板旋转一圈的时间为15 min，即可连续进行吸附、再生和冷却的循环一体化操作。上下旋转圆形挡板的孔尺寸为a1、b2、c3、d4的直径为100 mm，e5的直径为50 mm。

60 Nm³/h的混合烟气a由吸附气体进口1进入下空心圆柱环外环23中，再通过下旋转圆形挡板19上开设的与吸附气体进口1相对应的圆孔a1进入圆柱筒体的吸附器20内，与PEHA型CO2固体吸附剂接触，吸附温度为60 ^oC，烟气中的CO2被吸附剂吸附，净化后的烟气b通过上旋转圆形挡板26上开设与净化气体出口2相对应的圆孔b2进入上空心圆柱环外环27中，通过净化气体出口2排空，此时的净化烟气中的CO2浓度小于1 vol%，吸附时间为5 min；此时吸附饱和的吸附剂进入再生阶段，再生热源由加热棒16提供，脱附温度控制在100 ^oC，吸附的CO2由于被加热脱离吸附剂，脱附的气体e通过上旋转圆形挡板26上孔e5排出进入上空心圆柱环中环28中，后经脱附气体出口5排出回收，此时的脱附气体中CO2浓度大于95 vol%，脱附时间为5 min；脱附完毕的吸附剂进入冷却阶段，冷却气体c通过冷却气体进口3进入下空心圆柱环内环25中，后经下旋转圆形挡板19上的孔c3进入冷却器22中，通过冷却吹扫吸附剂，通过调节冷却气体流量，使吸附剂的温度降低到60 ^oC，冷却后的气体d经上旋转圆形挡板26上的孔d4进入上空心圆柱环内环29中，后经冷却气体出口4排空，冷却时间为5 min；冷却后的吸附剂此时正好与旋转圆形挡板19、26上对应的圆孔a1、b2对上，重复进行循环连续吸附、冷却和脱附实验（见附图4）。

实施例2：

新型旋转循环吸附解吸一体化捕获器结构同实例1

本实例拟采用50 Nm³/h的烟气进行脱硫实验（SO2：2000 ppm、其余为空气），吸附剂为活性炭吸附剂，吸附温度为70 ^oC，再生器内脱附温度为120 ^oC，冷却温度为70 ^oC。旋转循环吸附解吸一体化捕获器外筒体直径根据混合气处理量来定，本实例外圆柱筒体直径为1000 mm，高度：600 mm；上下空心圆柱环的高度为200 mm，上下空心圆柱环的内环、中环以及外环的直径依次为400 mm、600 mm和800 mm；上下旋转圆形挡板旋转一圈的时间为24 min，即可连续进行吸附、再生和冷却的循环一体化操作。上下旋转圆形挡板的孔尺寸为a1、b2、c3、d4的直径为50 mm，e5的直径为25 mm。

50 Nm³/h的混合烟气a由吸附气体进口1进入下空心圆柱环外环23中，通过下旋转圆形挡板19上开设的与吸附气体进口1相对应的圆孔a1进入圆柱筒体的吸附器20内，与活性炭固体吸附剂接触，吸附温度为70 ^oC，烟气中的SO2被吸附剂吸附，净化后的烟气b通过上旋转圆形挡板26上开设与净化气体出口2相对应的圆孔b2进入上空心圆柱环外环27中，通过净化气体出口2排空，此时的净化烟气中的SO2浓度小于2 ppm，吸附时间为8 min；此时吸附饱和的吸附剂进入再生阶段，再生热源由加热棒16提供，脱附温度控制在120 ^oC，吸附的SO2由于被加热脱离吸附剂，脱附的气体e通过上旋转圆形挡板26上孔e5排出进入上空心圆柱中环28中，后经脱附气体出口5排出回收，此时的脱附气体中SO2浓度大于1995 ppm，脱附时间为8 min；脱附完毕的吸附剂进入冷却阶段，冷却气体c通过冷却气体进口3进入下空心圆柱内环25中，后经下旋转圆形挡板19上的孔c3进入冷却器22中，通过冷却吹扫吸附剂，通过调节冷却气体流量，使吸附剂的温度降低到70 ^oC，冷却后的气体d经上旋转圆形挡板26上的孔d4进入上空心圆柱内环29中，后经冷却气体出口4排空，冷却时间为8 min；冷却后的吸附剂此时正好与旋转圆形挡板19、26上对应的圆孔a1、b2对上，重复进行循环连续吸附、冷却和脱附实验（见附图4）。

实施例3：

新型旋转循环吸附解吸一体化捕获器结构同实例1

本实例拟采用20 Nm³/h的烟气进行脱硫实验（甲苯：1000 ppm、其余为氮气），吸附剂为分子筛MCM41，吸附温度为30 ^oC，再生器内脱附温度为150 ^oC，冷却温度为70 ^oC。旋转循环吸附解吸一体化捕获器外筒体直径根据混合气处理量来定，本实例外圆柱筒体直径为800 mm，高度：500 mm；上下空心圆柱环的高度为150 mm，上下空心圆柱环的内环、中环以及外环的直径依次为320 mm、480 mm和640 mm；上下旋转圆形挡板旋转一圈的时间为27 min，即可连续进行吸附、再生和冷却的循环一体化操作。上下旋转圆形挡板的孔尺寸为a1、b2、c3、d4的直径为40 mm，e5的直径为20 mm。

20 Nm³/h的混合VOCs气体a由吸附气体进口1进入下空心圆柱外环23中，通过下旋转圆形挡板19上开设的与吸附气体进口1相对应的圆孔a1进入圆柱筒体的吸附器20内，与分子筛MCM41固体吸附剂接触，吸附温度为30^oC，混合VOCs中的甲苯被吸附剂吸附，净化后的气体b通过上旋转圆形挡板26上开设与净化气体出口2相对应的圆孔b2进入上空心圆柱外环27中，通过净化气体出口2排空，此时的净化气体中的甲苯浓度小于5 ppm，吸附时间为9 min；此时吸附饱和的吸附剂进入再生阶段，再生热源由加热棒16提供，脱附温度控制在150 ^oC，吸附的甲苯由于被加热脱离吸附剂，脱附的气体e通过上旋转圆形挡板26上孔e5排出进入上空心圆柱中环28中，后经脱附气体出口5排出回收，此时的脱附气体中甲苯浓度大于990 ppm，脱附时间为9 min；脱附完毕的吸附剂进入冷却阶段，冷却气体c通过冷却气体进口3进入下空心圆柱内环25中，后经下旋转圆形挡板19上的孔c3进入冷却器22中，通过冷却吹扫吸附剂，通过调节冷却气体流量，使吸附剂的温度降低到30 ^oC，冷却后的气体d经上旋转圆形挡板26上的孔d4进入上空心圆柱内环29中，后经冷却气体出口4排空，冷却时间为9 min；冷却后的吸附剂此时正好与旋转圆形挡板19、26上对应的圆孔a1、b2对上，重复进行循环连续吸附、冷却和脱附实验（见附图4）。