一种吸附剂低温吸附性能测试评估装置及方法

摘要

一种吸附剂低温吸附性能测试评估装置，包括吸附气源、再生气源、预冷杜瓦、吸附加热器、吸附器、复热器、再生加热器、分析仪，相互之间通过管道相连接，所述吸附气源依次与预冷杜瓦、吸附加热器、吸附器、复热器、分析仪连接，并在复热器后设置尾气处理系统；再生气源依次与再生加热器、吸附器、冷却器、分析仪连接，并在冷却器后设置尾气处理系统，吸附器外还配备有一个真空泵，用于吸附器的真空再生。本发明流程简单、操作便捷、比静态吸附实验更接近实际工业情况，且能够轻松实现吸附剂种类、吸附质种类和含量、吸附温度和再生温度的调节，应用范围广阔。

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸附剂低温吸附性能测试的装置及方法，属于低温吸附领域。

背景技术

吸附提纯是工业上应用最广泛的纯化手段之一，包括变压吸附和变温吸附。目前，实际工业应用的吸附提纯主要局限在常温或高温吸附，但存在吸附量低、吸附剂用量大、难以脱除氮气、甲烷杂质等缺点。低温吸附是在很低温度下进行吸附的新型吸附提纯方式。在低温状态下，吸附剂对杂质气体的吸附能力得到显著提升，更重要的是能够吸附氮气、甲烷等常温下无法脱除的杂质。由于低温吸附的推广应用仍处于起步阶段，相关研究较少，尤其对吸附剂的低温吸附性能测定和评估相当缺乏，亟需建立吸附剂低温吸附性能评价手段。

本发明介绍了一种吸附剂低温吸附性能测试评估装置及方法，可以测定各种吸附剂在指定低温下对指定吸附质含量的吸附气源的动态吸附曲线和动态吸附量等数据，深入评估吸附剂在实际工业场景下的应用潜力，为低温吸附在工业应用的推广奠定基础。本发明流程简单、操作便捷、比静态吸附实验更接近实际工业情况，且能够轻松实现吸附剂种类、吸附质种类和含量、吸附温度和再生温度的调节，应用范围广阔。

发明内容

本发明旨在提供一种吸附剂低温吸附性能测试评估装置。通过该装置能够测定各种吸附剂在指定低温下对指定吸附质含量的吸附气源的动态吸附曲线和动态吸附量等数据，深入评估吸附剂在实际工业场景下的应用潜力，为其工业应用提供数据支撑和指导。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现： 本发明公开了一种吸附剂低温吸附性能测试评估装置，包括吸附气源、再生气源、预冷杜瓦、吸附加热器、吸附器、复热器、再生加热器、分析仪，相互之间通过管道相连接，所述吸附气源依次与预冷杜瓦、吸附加热器、吸附器、复热器、分析仪连接，并在复热器后设置尾气处理系统；再生气源依次与再生加热器、吸附器、冷却器、分析仪连接，并在冷却器后设置尾气处理系统，该尾气处理系统可采用高点放空、高点燃烧、无害化处理，所述吸附器外还配备有一个真空泵，用于吸附器的真空再生，所述吸附气源出口设置有压力计、流量计，预冷杜瓦内设置有液位计，在吸附器进出口设置有温度计、压力计和压差计，再生气源出口设置有压力计、流量计，再生加热器出口设置有温度计。 作为优选：所述吸附气源为两种及以上吸附质组成的混合气，再生气源选用氮气、氩气、氦气。 作为优选：所述预冷杜瓦包含杜瓦罐和预冷盘管，采用的预冷介质根据不同的温度要求可以是液氮、液氩、液氧、液氖、液氢、液氦、混合冷剂中的一种。作为优选：所述吸附器外部包裹绝热材料，避免冷量损失，该绝热材料可拆卸的安装在吸附器的外部，方便拆卸和更换，该吸附器内可同时填充一种或多种吸附剂。

一种应用上述吸附剂低温吸附性能测试评估装置的使用方法，具体步骤包括： 1）根据吸附剂性能测试需求配置吸附气源和再生气源，吸附器装填吸附剂后安装至装置对应位置。用分析仪检测并记录吸附气源的初始组成。 2）吸附过程：吸附气源在预冷杜瓦内被低温介质冷却至低温，低温气体经吸附加热器调整至所需温度后进入吸附器，低温气体经吸附器内的吸附剂吸附后，经复热器复温至常温，大部分进入尾气处理系统，小部分进入分析仪进行组分分析。分析仪每隔一定时间取样一次，记录并观察吸附剂吸附情况，待尾气组成与吸附气源初始组成一致时，认为吸附剂吸附饱和。通过动态吸附曲线可以获取吸附剂的吸附性能和动态吸附量。 3）再生过程：吸附剂达到饱和后，需将吸附剂再生。吸附剂再生可采用变温再生和变压再生。采用变温再生时，再生气源经再生加热器加热至指定温度，热再生气从吸附器出口反向进入，完成吸附质的脱附并将其带出吸附器，再生尾气经冷却器冷却至常温后，大部分进入尾气处理系统，小部分进入分析仪进行组分分析。采用变压再生时，关闭吸附器出口和吸附加热器出口阀门，打开真空泵对吸附器抽真空，用分析仪检测并记录真空泵尾气组成变化。分析仪每隔一定时间取样一次，记录并观察吸附剂脱附情况，待尾气中检测不出吸附质时，认为吸附剂再生完全。通过动态脱附曲线可以获取吸附剂的再生性能。 4）测试完成后，需排空装置内气体，并用氮气或氩气进行置换，保证装置安全。

本发明通过吸附剂低温吸附性能测试评估装置，可以测定各种吸附剂在指定低温下对指定吸附质含量的吸附气源的动态吸附曲线和动态吸附量等数据，深入评估吸附剂在实际工业场景下的应用潜力。

本发明流程简单、操作便捷、比静态吸附实验更接近实际工业情况，且能够轻松实现吸附剂种类、吸附质种类和含量、吸附温度和再生温度的调节，应用范围广阔。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细的介绍：下面将结合附图对本发明作详细的介绍：如图1所示，一种吸附剂低温吸附性能测试评估装置，包括吸附气源1、再生气源2、预冷杜瓦3、吸附加热器4、吸附器5、复热器6、再生加热器7、分析仪8，相互之间通过管道相连接，所述吸附气源1依次与预冷杜瓦3、吸附加热器4、吸附器5、复热器6、分析仪8连接，并在复热器6后设置尾气处理系统；再生气源2依次与再生加热器7、吸附器5、冷却器9、分析仪8连接，并在冷却器9后设置尾气处理系统，该尾气处理系统可采用高点放空、高点燃烧、无害化处理等方式，所述吸附器5外还配备有一个真空泵10，用于吸附器5的真空再生，所述吸附气源1出口设置有压力计、流量计，预冷杜瓦3内设置有液位计，在吸附器5进出口设置有温度计、压力计和压差计，再生气源2出口设置有压力计、流量计，再生加热器7出口设置有温度计。所述吸附气源1为两种及以上吸附质组成的混合气，再生气源2选用氮气、氩气、氦气等。

该实施例中，吸附气源2优选为含ppm甲烷/氮气/氧气中的一种或多种吸附质的氢气，再生气源2优选为氩气。吸附气源2出预冷杜瓦3的温度约为80K，吸附加热器4不开启。

所述预冷杜瓦3包含杜瓦罐和预冷盘管，采用的预冷介质根据不同的温度要求可以是液氮、液氩、液氧、液氖、液氢、液氦、混合冷剂中的一种。所述吸附器5外部包裹绝热材料，避免冷量损失，该绝热材料可拆卸的安装在吸附器的外部，方便拆卸和更换，该吸附器5内可同时填充一种或多种吸附剂。

一种应用上述吸附剂低温吸附性能测试评估装置的使用方法，具体步骤包括： 1）根据吸附剂性能测试需求配置吸附气源1和再生气源2，吸附器5装填吸附剂后安装至装置对应位置。用分析仪8检测并记录吸附气源的初始组成。 2）吸附过程：吸附气源1在预冷杜瓦3内被低温介质冷却至低温，低温气体经吸附加热器调整至所需温度后进入吸附器，低温气体经吸附器内的吸附剂吸附后，经复热器复温至常温，大部分进入尾气处理系统，小部分进入分析仪8进行组分分析。分析仪每隔一定时间取样一次，记录并观察吸附剂吸附情况，待尾气组成与吸附气源初始组成一致时，认为吸附剂吸附饱和。通过动态吸附曲线可以获取吸附剂的吸附性能和动态吸附量。 3）再生过程：吸附剂达到饱和后，需将吸附剂再生。吸附剂再生可采用变温再生和变压再生。采用变温再生时，再生气源2经再生加热器加热至指定温度，热再生气从吸附器5出口反向进入，完成吸附质的脱附并将其带出吸附器，再生尾气经冷却器9冷却至常温后，大部分进入尾气处理系统，小部分进入分析仪进行组分分析。采用变压再生时，关闭吸附器5出口和吸附加热器4出口阀门，打开真空泵10对吸附器5抽真空，用分析仪8检测并记录真空泵尾气组成变化。分析仪8每隔一定时间取样一次，记录并观察吸附剂脱附情况，待尾气中检测不出吸附质时，认为吸附剂再生完全。通过动态脱附曲线可以获取吸附剂的再生性能。 4）测试完成后，需排空装置内气体，并用氮气或氩气进行置换，保证装置安全。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。