本發(fā)明涉及測(cè)量吸附熱的裝置，特別涉及一種測(cè)量二氧化碳吸附熱的裝置。

背景技術(shù)：

co2的捕集與封存技術(shù)(carboncaptureandstorage，ccs)是將化石燃料燃燒產(chǎn)生的co2捕集之后運(yùn)輸至特定地點(diǎn)進(jìn)行長(zhǎng)期封存的一種綜合技術(shù)，是最容易在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)co2減排的途徑。這一技術(shù)可以在不減少化石燃料使用量的前提下大大降低排放至大氣中co2的量，綜合考慮了環(huán)境因素和經(jīng)濟(jì)因素，成為了目前低成本緩解co2排放的主要手段。

吸附法，屬于co2的捕集與封存技術(shù)的一種，是通過(guò)多孔的固體吸附劑將混合氣體中的一種或多種組分吸附于材料之上，再通過(guò)加熱吹掃等方式將氣體組分脫附，達(dá)到分離富集的作用。吸附是氣體分離、去除中最常用的一種方法，具有很好的去除效率。此法工藝成熟，效果可靠，易于回收有機(jī)溶劑，因此被廣泛地應(yīng)用于化工、噴漆、印刷、輕工等行業(yè)中的有機(jī)廢氣治理，尤其是苯類(lèi)、酮類(lèi)的處理。除此之外，吸附法也被大量應(yīng)用于工業(yè)廢氣中co2的處理，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

在吸附過(guò)程中，co2在吸附劑上的吸附是一個(gè)放熱過(guò)程，而脫附是一個(gè)吸熱過(guò)程，需要外加能量才能達(dá)到較好的脫附效果。但是吸附熱的測(cè)量非常困難，因?yàn)閷?duì)一般的量熱儀來(lái)說(shuō)，吸附熱過(guò)于微弱，對(duì)氣固吸附體系來(lái)說(shuō)尤其如此。目前常用于測(cè)量吸附熱的方法有量熱法、氣相色譜法和bet法。量熱法由于吸附過(guò)程中一般熱效應(yīng)較小，故設(shè)備要求較高，不易獲得準(zhǔn)確的吸附熱數(shù)值；氣相色譜法可在接近于催化反應(yīng)的流動(dòng)體系中進(jìn)行吸附熱的測(cè)量，并且可在高溫時(shí)或反應(yīng)條件下進(jìn)行測(cè)量，但是其手續(xù)繁復(fù)，測(cè)量費(fèi)時(shí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種將二氧化碳吸附時(shí)放出的熱量利用到脫附過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)能源消耗最小化的測(cè)量二氧化碳吸附熱的裝置。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明的一種測(cè)量二氧化碳吸附熱的裝置，包括電阻加熱爐和中間嵌套在電阻加熱爐內(nèi)部的固定床吸附柱，在所述的電阻加熱爐上安裝有一根加熱爐熱電偶，所述的加熱爐熱電偶與溫度控制器相連，所述的固定床吸附柱呈垂直設(shè)置，在所述的固定床吸附柱的中部且位于高度三分之一的區(qū)域內(nèi)填充有分子篩吸附劑，在所述的分子篩吸附劑的上下兩側(cè)放置有與吸附柱內(nèi)徑相同的鐵絲網(wǎng)圓片，在所述的固定床吸附柱的中部、分子篩吸附劑的上部、下部分別設(shè)置有一根熱電偶以檢測(cè)吸附過(guò)程中固定床吸附柱內(nèi)部不同位置的溫度變化，三根所述的熱電偶與溫度記錄儀相連，所述的固定床吸附柱的底部進(jìn)氣口通過(guò)第一管線順次連接第一閥門(mén)以及第一質(zhì)量流量計(jì)后分成兩個(gè)支路，其中第一支路連接第二質(zhì)量流量計(jì)和二氧化碳?xì)馄?，第二支路連接第三質(zhì)量流量計(jì)和氮?dú)鈿馄浚龅墓潭ù参街捻敳砍鰵饪谶B接兩個(gè)支管，其中在第一支管上安裝有第二閥門(mén)，所述的第二支管順次連接第三閥門(mén)和氣相色譜儀，所述的溫度記錄儀通過(guò)控制線分別與數(shù)字記錄儀以及電腦記錄裝置相連以進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄與處理。

本發(fā)明的有益效果是：

1.利用本發(fā)明裝置做出吸附穿透曲線即可計(jì)算求得吸附熱。這種方法比常用的程序升溫法測(cè)量吸附熱簡(jiǎn)便。

2.本發(fā)明使用的是固定床反應(yīng)器，固定床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是：①返混小，流體同催化劑可進(jìn)行有效接觸，當(dāng)反應(yīng)伴有串聯(lián)副反應(yīng)時(shí)可得較高選擇性。②催化劑機(jī)械損耗小。③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種測(cè)量二氧化碳吸附熱的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為co2的吸附平衡等溫線用langmuir等溫線模型擬合圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的一種測(cè)量二氧化碳吸附熱的裝置，包括電阻加熱爐10和中間嵌套在電阻加熱爐內(nèi)部的固定床吸附柱9，在所述的電阻加熱爐10上安裝有一根加熱爐熱電偶17，所述的加熱爐熱電偶17與溫度控制器12相連，電阻加熱爐10的溫度是由溫度控制器12所控制的，溫度控制儀12通過(guò)熱電偶17接入電阻加熱爐10來(lái)調(diào)節(jié)其吸附、脫附過(guò)程中的溫度。

所述的固定床吸附柱9呈垂直設(shè)置，在所述的固定床吸附柱9的中部且位于高度三分之一的區(qū)域內(nèi)填充有分子篩吸附劑8，在所述的分子篩吸附劑8的上下兩側(cè)放置有與吸附柱內(nèi)徑相同的鐵絲網(wǎng)圓片7以防止吸附劑發(fā)生移動(dòng)，在所述的固定床吸附柱9的中部、分子篩吸附劑8的上部、下部分別設(shè)置有一根熱電偶11以檢測(cè)吸附過(guò)程中固定床吸附柱9內(nèi)部不同位置的溫度變化，三根所述的熱電偶11與溫度記錄儀13相連，記錄在吸附過(guò)程中固定床吸附柱不同位置的溫度變化情況。

所述的固定床吸附柱9的底部進(jìn)氣口通過(guò)第一管線順次連接第一閥門(mén)以及第一質(zhì)量流量計(jì)3-1后分成兩個(gè)支路，其中第一支路連接第二質(zhì)量流量計(jì)3-2和二氧化碳?xì)馄?，第二支路連接第三質(zhì)量流量計(jì)3-3和氮?dú)鈿馄?，所述的固定床吸附柱9的頂部出氣口連接兩個(gè)支管，其中在第一支管上安裝有第二閥門(mén)5，所述的第二支管順次連接第三閥門(mén)和氣相色譜儀16。

所述的溫度記錄儀13分別與數(shù)字記錄儀14以及電腦記錄裝置15相連，以進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄與處理。

采用本裝置的工作過(guò)程如下：

co2和n2分別通過(guò)第二質(zhì)量流量計(jì)3-2、第三質(zhì)量流量計(jì)3-3控制其通氣流速以及氣體比例，而后混合氣體再經(jīng)由第一質(zhì)量流量計(jì)3-1來(lái)調(diào)整混合氣體的流速；而后混合氣體由下而上經(jīng)過(guò)固定床吸附柱進(jìn)行吸附。經(jīng)過(guò)固定床吸附柱的氣體被分為兩部分，由于氣相色譜儀16可以檢測(cè)非常微量的氣體，所以一部分大氣量氣體4直接通入排氣罩中排出，另一部分小氣量的氣體6通入氣相色譜儀16進(jìn)行分析檢測(cè)，氣量大小的分配是通過(guò)第二閥門(mén)5和第三閥門(mén)控制的。待吸附進(jìn)行一段時(shí)間后，分子篩吸附劑8逐漸飽和，待出口混合氣體濃度與入口混合氣體濃度相等時(shí)，認(rèn)為吸附劑完全飽和被穿透，吸附過(guò)程結(jié)束。

本發(fā)明擬利用新型分子篩材料，搭建一套吸附裝置，通過(guò)繪制co2吸附/脫附過(guò)程中的穿透曲線計(jì)算其吸附熱，由此研究co2吸附/脫附過(guò)程中的傳熱特征，來(lái)探索co2在吸附過(guò)程中吸附熱再利用的潛在可能性。這一發(fā)明可以為工業(yè)co2排放源(火力發(fā)電廠、水泥廠、鋼鐵廠等)的co2捕集技術(shù)提高理論支撐，為降低co2吸附過(guò)程整體能耗、提高co2分離效率提供理論依據(jù)，最終達(dá)到減緩并控制全球變暖、氣候變化等問(wèn)題。

實(shí)施例1

本實(shí)施例中各設(shè)備選型如下：固定床吸附柱9采用世偉洛克3/4的不銹鋼管，長(zhǎng)度40cm。分子篩吸附劑8采用13x分子篩，產(chǎn)地為河南鄭州，由鞏義市騰龍水處理材料有限公司提供。該吸附劑的化學(xué)式為na86[(alo2)86(sio2)106]·xh2o，屬于鈉型沸石，是x型的晶體結(jié)構(gòu)。

氣相色譜儀16采用gc9790ⅱ型氣相色譜儀，氣相色譜儀所配置的檢測(cè)器為熱導(dǎo)檢測(cè)器。

電阻加熱爐10采用開(kāi)啟式管式電阻爐，耐高溫為1000℃。

以co2/n2的混合氣體模擬不同濃度的煙氣成分。采用本發(fā)明的固定床吸附裝置，用來(lái)計(jì)算分子篩吸附劑吸附二氧化碳的吸附熱，具體實(shí)施過(guò)程如下：

通過(guò)溫度控制器12控制電阻加熱爐10為30℃?；旌蠚怏w通過(guò)三個(gè)質(zhì)量流量計(jì)調(diào)配成不同濃度(本發(fā)明案例中分別調(diào)節(jié)比例為10:90、20:80、30:70、40:60、50:50、60:40、70:30、80:20)，從下而上通過(guò)固定床內(nèi)填充的吸附劑，吸附后的氣體從固定床吸附柱的上端口排出。由于氣相色譜儀16可以檢測(cè)非常微量的氣體，所以大部分氣量直接排入通風(fēng)櫥，另一部分氣體6進(jìn)入氣相色譜儀16。待吸附進(jìn)行一段時(shí)間后，分子篩吸附劑8逐漸飽和，待出口混合氣體濃度與入口混合氣體濃度相等時(shí)，認(rèn)為吸附劑完全飽和被穿透，吸附過(guò)程結(jié)束。通過(guò)同一溫度下不同co2/n2比例的二氧化碳吸附量畫(huà)出該吸附過(guò)程在30℃的朗格繆爾吸附等溫線。

然后通過(guò)溫度控制器12控制電阻加熱爐10為40℃，重復(fù)上述過(guò)程，畫(huà)出該吸附過(guò)程在40℃的朗格繆爾吸附等溫線(見(jiàn)圖2所示)。

由下式可知：

式中，qd為等量吸附熱，r為氣體常數(shù)，t為吸附溫度，p為吸附壓力。由該方程可知，繪制出兩條吸附等溫線，然后在兩條吸附等溫線上找到同一吸附量q所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)不同的吸附質(zhì)的平衡分壓值，即可通過(guò)上式計(jì)算出所求的吸附熱。

在圖2上選取30℃和40℃時(shí)吸附量為10mol/kg時(shí)計(jì)算吸附熱，t1＝303.15k，t2＝313.15k，p1＝24.5kpa，p2＝32.5kpa，r＝8.314j/mol·k，計(jì)算求得

這一數(shù)值與使用氣相色譜法計(jì)算求得的吸附熱相差不大，經(jīng)由氣相色譜法計(jì)算得到的二氧化碳吸附熱值為21.9kj/mol。