一種利用吸附劑作為濃度緩沖層的汽化爐及其配氣方法與流程

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導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>測(cè)量裝置的制造及其應(yīng)用技術(shù)

本發(fā)明屬于吸附技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用吸附劑作為濃度緩沖層的汽化爐及其配氣方法。

背景技術(shù)：

隨著人類工業(yè)活動(dòng)的強(qiáng)度增加，大量的揮發(fā)性有機(jī)物(volatileorganiccompound，簡(jiǎn)稱vocs)排放到大氣環(huán)境中，通過(guò)系列化學(xué)反應(yīng)引發(fā)環(huán)境污染。例如，一些活性強(qiáng)的vocs可以與另一種大氣污染物氮氧化物(nox)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，引起地表臭氧濃度升高，形成光化學(xué)煙霧污染；一些蒸汽壓低的vocs也可以經(jīng)過(guò)復(fù)雜過(guò)程成核長(zhǎng)大形成二次有機(jī)氣溶膠，而二次有機(jī)氣溶膠正是細(xì)顆粒物pm2.5的重要組成部分?？梢妚ocs是形成光化學(xué)污染和大氣灰霾的重要前驅(qū)物質(zhì)。除此之外，vocs本身對(duì)人體健康也能構(gòu)成巨大威脅。例如，常見的vocs如甲醛、苯、甲苯等具有致癌、致畸的危害。因此，要去除光化學(xué)煙霧，降低顆粒物污染，提高城市空氣質(zhì)量，保護(hù)民眾的身體健康，vocs排放控制和去除勢(shì)在必行。

vocs的來(lái)源廣泛，主要包括了石油、化工、醫(yī)藥、包裝、印刷、涂裝等，以涂裝行業(yè)為例，其vocs排放量將近700萬(wàn)噸/年，約占vocs總排放量的1/3。在涂裝行業(yè)vocs消除凈化領(lǐng)域，西方主要發(fā)達(dá)國(guó)家以及日本起步較早。在1955年美國(guó)就已頒布了《空氣污染控制法》，對(duì)空氣污染物排放類別和總量做了詳細(xì)的規(guī)定，后來(lái)又頒布了《潔凈空氣法》，并于1970年和1990年做了兩次修訂；在1966年還專門為涂裝行業(yè)的vocs排放制定了專門性法規(guī)，即“66法規(guī)”。在法律的強(qiáng)制約束和企業(yè)利益的推動(dòng)下，不同消除vocs的技術(shù)被研發(fā)和使用。

目前我國(guó)高度重視vocs的污染問(wèn)題，要求到2020年，基本實(shí)現(xiàn)vocs從原料到產(chǎn)品、從生產(chǎn)到消費(fèi)的全過(guò)程減排。因此，vocs的減排技術(shù)得到了廣泛的研究探索。但實(shí)驗(yàn)室模擬vocs排放污染的技術(shù)和手段還相對(duì)單一?，F(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)吹脫鼓泡的方法配置的vocs，即將高純n2通入吹脫洗瓶鼓泡器，吹脫洗瓶鼓泡器中盛裝有有機(jī)污染物液體，將吹脫洗瓶鼓泡器置于恒溫水浴中，調(diào)整水浴的溫度即可定量生成vocs。但是，常規(guī)的吹脫鼓泡的方法配置的vocs濃度范圍較窄、且氣體流量較小，在模擬工業(yè)污染時(shí)尺度差異太大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種利用吸附劑作為濃度緩沖層的汽化爐，配置的vocs濃度范圍大、氣體流量大、vocs濃度穩(wěn)定。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種利用吸附劑作為濃度緩沖層的汽化爐，包括設(shè)置于所述汽化爐內(nèi)部的氣體混合罐與汽化室，所述氣體混合罐設(shè)置于所述汽化室的上部，所述氣體混合罐的底部設(shè)置有混合氣進(jìn)口管，所述氣體混合罐與所述汽化室通過(guò)所述混合氣進(jìn)口管相連通，所述氣體混合罐的底部設(shè)置有固體材料填充層，所述固體材料填充層設(shè)置于所述混合氣進(jìn)口管的上部，所述固體材料填充層中的固體材料為吸附劑。

本發(fā)明通過(guò)注射泵將各種有機(jī)污染物揮發(fā)性液體推流進(jìn)入汽化室，再經(jīng)過(guò)汽化室熱交換達(dá)到適宜溫度，揮發(fā)性液體得到汽化并經(jīng)吹流進(jìn)入有機(jī)污染物氣體混合室進(jìn)行其他配比平衡，待液體進(jìn)入穩(wěn)流且汽化壓力平衡后，將配置的氣氛通入填裝吸附劑的固體材料填充層進(jìn)行濃度波動(dòng)削減及穩(wěn)流。

所述固體材料填充層中的固體材料為吸附劑，所述吸附劑選自活性碳、分子篩、氧化鋁、硅膠中的一種或至少兩種的混合物。所述混合物典型但非限制的實(shí)施例為活性炭、分子篩的混合物，活性炭、氧化鋁的混合物，活性炭、硅膠的混合物，分子篩、氧化鋁的混合物，分子篩、硅膠的混合物，活性碳、分子篩、氧化鋁的混合物，活性碳、分子篩、硅膠的混合物，分子篩、氧化鋁、硅膠的混合物，活性碳、分子篩、氧化鋁、硅膠的混合物。

所述吸附劑的質(zhì)量為0.2～100g，例如0.2g、1g、10g、20g、30g、40g、50g、60g、70g、80g、90g、100g，所述吸附劑的粒徑為0.3mm～5mm，例如0.3mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm。

所述汽化室的內(nèi)部設(shè)置有有機(jī)污染物液體汽化管、氮?dú)膺M(jìn)氣管和有機(jī)污染物氣體混合室，所述有機(jī)污染物液體汽化管、所述氮?dú)膺M(jìn)氣管分別與所述有機(jī)污染物氣體混合室的底端相連接，所述有機(jī)污染物氣體混合室的頂端設(shè)置有出氣管，所述出氣管穿過(guò)所述混合氣進(jìn)口管與所述氣體混合罐相連通。

優(yōu)選地，所述有機(jī)污染物液體汽化管與所述氮?dú)膺M(jìn)氣管均為螺旋管。

優(yōu)選地，所述有機(jī)污染物氣體混合室的內(nèi)部設(shè)置有若干擋板，所述擋板垂直于所述有機(jī)污染物氣體混合室的側(cè)壁，且與所述有有機(jī)污染物液體汽化管、所述氮?dú)膺M(jìn)氣管的進(jìn)氣氣流方向垂直。

所述氣體混合罐的底部設(shè)置有若干個(gè)不銹鋼管，所述不銹鋼管與所述氣體混合罐的接口處通過(guò)焊接密封連接。

所述不銹鋼管的尾端由魯爾接頭連接。

優(yōu)選地，所述魯爾接頭連接有微量注射泵，所述微量注射泵將有機(jī)污染物液體注入所述有機(jī)污染物液體汽化管。

優(yōu)選地，所述不銹鋼管的尺寸為1/16英寸。

所述汽化室的內(nèi)部填充有鋼球或陶瓷球，優(yōu)選地，所述鋼球或陶瓷球的粒徑為2mm。

優(yōu)選地，所述汽化爐的溫度為30～300℃，例如30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種利用如上所述的汽化爐的配氣方法，所述配氣方法包括如下步驟：

1)配制有機(jī)污染物揮發(fā)氣體：將有機(jī)污染物液體泵入汽化爐的汽化室制備有機(jī)污染物揮發(fā)氣體；

2)配制混合氣：將高純氮?dú)饣蚩諝馔ㄈ霘怏w混合罐，與步驟1)制得的有機(jī)污染物揮發(fā)氣體混合為混合氣；

3)所述混合氣經(jīng)固體材料填充層的濃度緩沖后由汽化爐進(jìn)入固體床反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行催化反應(yīng)評(píng)價(jià)。

步驟1)中，在所述有機(jī)污染物液體汽化管由裝載注射器的微量注射泵注入有機(jī)污染物液體，所述有機(jī)污染物液體經(jīng)推流進(jìn)入汽化室的高溫區(qū)中汽化為有機(jī)污染物揮發(fā)氣體，在所述氮?dú)膺M(jìn)氣管通入由質(zhì)量流量計(jì)控制的n2對(duì)有機(jī)污染物揮發(fā)氣體進(jìn)行吹掃，使n2攜帶有機(jī)污染物揮發(fā)氣體進(jìn)入所述有機(jī)污染物氣體混合室，n2與有機(jī)污染物揮發(fā)氣體的混合氣由出氣管進(jìn)入所述氣體混合罐。

步驟2)中，所述高純氮?dú)饣蚩諝獾臍怏w流量為100～2000ml，例如100ml、200ml、300ml、400ml、500ml、600ml、700ml、800ml、900ml、1000ml、1100ml、1200ml、1300ml、1400ml、1500ml、1600ml、1700ml、1800ml、1900ml、2000ml；步驟2)中，還可以通入其他污染物氣體以配制不同濃度、不同組分的混合污染物揮發(fā)氣氛。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明的汽化爐，通過(guò)固體材料填充層的設(shè)置，利用固體材料填充層中的固體材料作為濃度緩沖層，緩沖由泵推流或氣流波動(dòng)導(dǎo)致的揮發(fā)物濃度波動(dòng)，使推流汽化的液體對(duì)象更為廣泛，配套設(shè)備也更為便捷；配置的氣氛參數(shù)更容易調(diào)控。

(2)本發(fā)明利用吸附劑作為濃度緩沖層的汽化爐的配氣方法，有效提升了汽化液體前體物的穩(wěn)定性，汽化濃度配置更便捷和高效。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的利用吸附劑作為濃度緩沖層的汽化爐的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的配氣方法配置vocs的工藝流程圖；

圖3為本發(fā)明的實(shí)施例1的吸附作用層緩沖氣氛濃度前后對(duì)比圖；

圖4為本發(fā)明的實(shí)施例2的吸附作用層緩沖氣氛濃度前后對(duì)比圖；

圖5為本發(fā)明的實(shí)施例3的吸附作用層緩沖氣氛濃度前后對(duì)比圖；

圖6為本發(fā)明的實(shí)施例4的吸附作用層緩沖氣氛濃度前后對(duì)比圖；

圖7為本發(fā)明的實(shí)施例5的吸附作用層緩沖氣氛濃度前后對(duì)比圖；

圖8為本發(fā)明的實(shí)施例6的吸附作用層緩沖氣氛濃度前后對(duì)比圖；

圖9為本發(fā)明的實(shí)施例7的吸附作用層緩沖氣氛濃度前后對(duì)比圖；

圖10為本發(fā)明的實(shí)施例8的吸附作用層緩沖氣氛濃度前后對(duì)比圖；

圖11為本發(fā)明的實(shí)施例9的吸附作用層緩沖氣氛濃度前后對(duì)比圖；

圖12為本發(fā)明的實(shí)施例10的吸附作用層緩沖氣氛濃度前后對(duì)比圖。

附圖標(biāo)記如下：

1-氣體混合罐；2-汽化室；21-有機(jī)污染物液體汽化管；22-氮?dú)膺M(jìn)氣管；23-有機(jī)污染物氣體混合室；3-混合氣進(jìn)口管；4-固體材料填充層；5-反應(yīng)器；6-氣相色譜儀。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖1-12并通過(guò)具體實(shí)施方式來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。

如圖1所示，本發(fā)明的利用吸附劑作為濃度緩沖層的汽化爐，包括設(shè)置于汽化爐內(nèi)部的氣體混合罐1與汽化室2，氣體混合罐1設(shè)置于汽化室2的上部，氣體混合罐1的底部設(shè)置有混合氣進(jìn)口管3，氣體混合罐1與汽化室2通過(guò)混合氣進(jìn)口管3相連通，氣體混合罐1的底部設(shè)置有固體材料填充層4，固體材料填充層4設(shè)置于混合氣進(jìn)口管3的上部，固體材料填充層4中的固體材料為吸附劑。

有機(jī)污染物液體泵入汽化爐的汽化室后汽化為有機(jī)污染物揮發(fā)氣體，若不設(shè)置本發(fā)明的固體材料填充層4，由泵推流的有機(jī)污染物液體量多、量少變化時(shí)，由汽化室汽化后的有機(jī)污染物揮發(fā)氣體會(huì)有氣流波動(dòng)，導(dǎo)致的揮發(fā)物的濃度產(chǎn)生波動(dòng)，設(shè)置了固體材料填充層4后，其中填充的吸附劑通過(guò)吸附脫附機(jī)理，當(dāng)由泵推流的有機(jī)污染物液體量多時(shí)，吸附劑就會(huì)吸附較多的氣體，持續(xù)的泵入有機(jī)污染物揮發(fā)液體汽化成有機(jī)污染物揮發(fā)氣體后，會(huì)帶動(dòng)吸附到吸附劑上的氣體脫附，脫附后的氣體持續(xù)的進(jìn)入固體床反應(yīng)系統(tǒng)；當(dāng)由泵推流的有機(jī)污染物液體量少時(shí)，吸附劑就會(huì)吸附較少的氣體，持續(xù)的泵入有機(jī)污染物揮發(fā)液體汽化成有機(jī)污染物揮發(fā)氣體后，會(huì)帶動(dòng)吸附到吸附劑上的氣體脫附，脫附后的氣體持續(xù)的進(jìn)入固體床反應(yīng)系統(tǒng)；因此，固體材料填充層4中的吸附劑持續(xù)的吸附脫附起到緩沖的作用，不會(huì)因泵推流的有機(jī)污染物液體量多、量少變化而產(chǎn)生氣流變化，使得汽化的濃度更穩(wěn)定，讓配置更便捷高效。

本發(fā)明的固體材料填充層4中的吸附劑選自活性碳、分子篩、氧化鋁、硅膠中的一種或至少兩種的混合物。優(yōu)選地，吸附劑的質(zhì)量為0.2～100g，吸附劑的粒徑為0.3mm～5mm。

汽化室2的內(nèi)部設(shè)置有有機(jī)污染物液體汽化管21、氮?dú)膺M(jìn)氣管22和有機(jī)污染物氣體混合室23，有機(jī)污染物液體汽化管21、氮?dú)膺M(jìn)氣管22分別與有機(jī)污染物氣體混合室23的底端相連接，有機(jī)污染物氣體混合室23的頂端設(shè)置有出氣管，出氣管穿過(guò)混合氣進(jìn)口管3與氣體混合罐1相連通；優(yōu)選地，有機(jī)污染物液體汽化管21與氮?dú)膺M(jìn)氣管22均為螺旋管，可以增大受熱面積，使通入的n2迅速加熱，有機(jī)污染物液體迅速汽化并加熱。進(jìn)一步優(yōu)選地，有機(jī)污染物氣體混合室23的內(nèi)部設(shè)置有若干擋板，擋板垂直于有機(jī)污染物氣體混合室23的側(cè)壁，且與有有機(jī)污染物液體汽化管21、氮?dú)膺M(jìn)氣管22的進(jìn)氣氣流方向垂直，擋板的設(shè)置使n2與有機(jī)污染物揮發(fā)氣體混合地更均勻。

汽化室2的底部設(shè)置有若干個(gè)不銹鋼管，不銹鋼管與汽化室2的接口處通過(guò)焊接密封連接。不銹鋼管的尾端由魯爾接頭連接；魯爾接頭可以密封不通氣，也可以通氣。進(jìn)一步地，魯爾接頭通氣時(shí)連接有微量注射泵，微量注射泵將有機(jī)污染物液體注入有機(jī)污染物液體汽化管21；優(yōu)選地，不銹鋼管的尺寸為1/16英寸。本發(fā)明的氣體混合罐1、有機(jī)污染物氣體混合室23均可以為耐高溫的不銹鋼氣體混合罐。

進(jìn)一步優(yōu)選地，汽化室2的內(nèi)部填充有鋼球或陶瓷球，鋼球或陶瓷球的設(shè)置便于汽化室2的傳熱與保溫，使有機(jī)污染物液體汽化管21、氮?dú)膺M(jìn)氣管22和有機(jī)污染物氣體混合室23的溫度迅速上升且保溫效果好；鋼球或陶瓷球的粒徑為2mm；汽化爐的溫度可控可調(diào)，為30～300℃，精確度為±1℃。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式，本發(fā)明的配氣方法的具體步驟為：

1)配制有機(jī)污染物揮發(fā)氣體：有機(jī)污染物液體汽化管21由裝載注射器的微量注射泵注入有機(jī)污染物液體，有機(jī)污染物液體經(jīng)推流進(jìn)入汽化室2的高溫區(qū)中汽化為有機(jī)污染物揮發(fā)氣體，在氮?dú)膺M(jìn)氣管22通入由質(zhì)量流量計(jì)控制的n2對(duì)有機(jī)污染物揮發(fā)氣體進(jìn)行吹掃，使n2攜帶有機(jī)污染物揮發(fā)氣體進(jìn)入有機(jī)污染物氣體混合室23，n2與有機(jī)污染物揮發(fā)氣體的混合氣由出氣管進(jìn)入氣體混合罐1；

2)配制混合氣：將高純氮?dú)饣蚩諝馔ㄈ霘怏w混合罐1，與步驟1)制得的有機(jī)污染物揮發(fā)氣體混合為混合氣；

3)混合氣經(jīng)固體材料填充層4的濃度緩沖后由汽化爐進(jìn)入固體床反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行催化反應(yīng)評(píng)價(jià)。

如圖2所示，本發(fā)明的汽化爐應(yīng)用于催化反應(yīng)工藝。有機(jī)污染物液體由裝載注射器的微量注射泵注入有機(jī)污染物液體汽化管21，進(jìn)入汽化室2的高溫區(qū)中汽化為有機(jī)污染物揮發(fā)氣體，通入由質(zhì)量流量計(jì)控制的n2對(duì)有機(jī)污染物揮發(fā)氣體進(jìn)行吹掃，使n2攜帶有機(jī)污染物揮發(fā)氣體進(jìn)入有機(jī)污染物氣體混合室23，n2與有機(jī)污染物揮發(fā)氣體的混合氣由出氣管進(jìn)入氣體混合罐1，氣體混合罐1還可以通入其他氣體，如n2、o2，以便更好模擬現(xiàn)實(shí)中的污染物氣氛，有機(jī)污染物揮發(fā)氣體與n2混合后經(jīng)氣體混合罐1底部的固體材料填充層4中吸附劑的吸附脫附后濃度緩沖，經(jīng)緩沖后的混合氣進(jìn)入反應(yīng)器5中，由反應(yīng)器中的催化劑對(duì)混合氣進(jìn)行催化，反應(yīng)后的尾氣進(jìn)入氣相色譜儀6進(jìn)行組分及濃度的分析。

下面通過(guò)具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。

實(shí)施例1

a.用2.5ml玻璃注射器(hamilton)盛裝分析純二氯甲烷試劑，連接到系統(tǒng)設(shè)備的微量注射泵(或機(jī)械泵)處，首先注射0.25ml二氯甲烷試劑填充慢系統(tǒng)的管路死體積，再定量設(shè)定二氯甲烷的泵入速度為2.86微升每分鐘。有質(zhì)量流量計(jì)設(shè)定吹掃n2的為50毫升，吹掃泵入汽化室的二氯甲烷液體(汽化室溫度為50攝氏度)。液體得到充分揮發(fā)，再由49毫升n2平衡。配置出總流量為100ml的二氯甲烷體積濃度為1vol％的氣氛。

b.配置好的氣氛可以通過(guò)旁路進(jìn)入過(guò)程質(zhì)譜儀進(jìn)行物種和濃度檢測(cè)，也可以通過(guò)裝入0.2g吸附劑的濃度緩沖器(濃度緩沖層)進(jìn)行配氣濃度緩沖。本次實(shí)驗(yàn)使用的吸附劑為nax型分子篩；二氯甲烷的質(zhì)譜信號(hào)取mass/charge＝49。

c.對(duì)比進(jìn)入旁路和吸附緩沖器的氣流，可以發(fā)現(xiàn)由微量注射泵(或機(jī)械泵)泵入導(dǎo)致的濃度偏差較大，再加上溶劑本身汽化導(dǎo)致的不穩(wěn)定，導(dǎo)致這種微量注射泵(或機(jī)械泵)注入液體進(jìn)行汽化的方式很難達(dá)到長(zhǎng)期重復(fù)穩(wěn)定的要求。而經(jīng)由吸附劑作用層緩沖，氣流濃度穩(wěn)定性得到強(qiáng)化。吸附作用層緩沖氣氛濃度前后對(duì)比如圖3所示。

實(shí)施例2