一種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統及工藝方法
2024-02-05 04:50:15
專利名稱：一種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統及工藝方法
技術領域：
本發明涉及一種顆粒狀吸附劑的解吸附、活化再生領域，更具體地說，涉及一種以化學吸附為主導的顆 粒狀吸附劑的解吸附、活化再生系統和工藝方法。
背景技術：
常見的吸附劑按其製造原料分有炭基吸附劑、矽基吸附劑和無機吸附劑幾種，其中炭基吸附劑的應用最為廣泛，典型的活性炭、活性焦就屬於炭基吸附劑；矽基吸附劑典型代表是硅藻土 ；無機吸附劑在化工行業應用廣泛，AL2O3分子篩是其典型代表。吸附劑的吸附原理主要依賴其豐富的孔隙對吸附物質實現物理吸附，和巨大的比表面積上極性功能鍵和氧化性或還原性基團的作用實現對吸附物質的化學吸附。在工程應用上，物理吸附和化學吸附是共同作用的。針對某種吸附物質，因其自身的分子特性和吸附反應環境(溫度、壓力、成份組成等)的差異，吸附劑對其吸附表現出以物理吸附或化學吸附為主導。吸附劑解吸附過程，應吸附物質的吸附形態的不同，解吸附、活化再生所需的條件也不盡相同；物理吸附為主導的吸附劑的解吸附、活化再生過程相對簡單，典型的物理吸附如分子篩，僅需改變環境壓力即可完成解吸附，活化再生僅需要熱空氣吹脫即可完成。而化學吸附的解吸附過程屬於化學反應，反應條件有嚴格的限制；而以化學吸附為主的吸附劑的活化再生過程需要激活或重造吸附劑自身巨大比表面積上的極性功能鍵和氧化性或還原性基團，其反應條件更為苛刻。由於工程應用中物理吸附和化學吸附過程是同時作用的，因此解吸附過程中必定有部分吸附性能得到再生。吸附劑的解吸附方法一般都基於等溫吸附理論或等壓吸附理論，如分子篩的解吸附過程就是基於等溫吸附理論，通過改變吸附環境壓力，達到解吸附的目的；而應用最多的解吸附工藝還屬於基於等壓吸附理論的熱解吸附方式。還有如溶劑萃取解吸附、生物降解解吸附等多種方式。由於工程應用中物理吸附和化學吸附過程是同時作用的，因此解吸附過程中必定有部分吸附性能得到再生。對於解吸附後的吸附劑其吸附性能的恢復情況直接反應出其活化再生的程度，對於物理吸附為主導的吸附劑，解吸附過程中主導吸附性能的孔隙被釋放出來後，吸附性能就基本恢復了，同步完成了活化再生過程；而對於化學吸附為主導的吸附齊U，解吸附後的對化學吸附性能取到關鍵作用的極性功能鍵和氧化性或還原性基團數量並不能恢復到原有的水平，需要在吸附劑巨大比表面積上活化或再生這些極性功能鍵和氧化性或還原性基團，甚至生成新的孔隙和極性功能鍵和氧化性或還原性基團。對於那些吸附難降解的有機物大分子的吸附劑來說，雖然屬於物理吸附為主導的範疇，但只有再生出新的孔隙才能恢復吸附性能。吸附劑的主要活化再生方法主要有熱再生、溼式氧化再生、光催化氧化、電化學再生等方法。電化學再生方法和光催化氧化方法主要是以活化或再生極性功能鍵和氧化性或還原性基團，並不能產生巨量的新生極性功能鍵和氧化性或還原性基團，隨著再生次數的增加，其再生的效果逐漸下降；而溼式氧化和熱再生可生成新的孔隙，從而生成新的極性功能鍵和氧化性或還原性基團，其再生的效果更佳。但由於溼式氧化的危險性和能耗影響其工業化，因此基於成本與效果等幾方面的因素目前採用吸附劑再生方法的主要還是以熱解再生為主。熱解吸附、活化再生有下面這些優點1、解吸附完全，在達到一定得溫度後，炭基吸附劑吸附物質幾乎全部是可以解吸附的。2、適用面廣，不受限於炭基吸附劑物質的類型、種類、數量等。3、活化再生效果好，在一定溫度下，炭基吸附劑會形成新的吸附位(極性功能鍵和氧化性或還原性基團和孔隙)，有效的保持了吸附劑的吸附性能，再生後甚至能提高吸附劑的吸附性能。4、解吸附、活化再生建設成本低，運行能耗大，但其相對於其他幾種解析方法相比設備投資少，原材料耗用少，運行維護簡單，綜合考慮的話熱解析在經濟上還是最優的方案。因此解吸附與活化再生過程考慮在同一裝置內進行時，尤其是針對以化學吸附為主導的吸附劑，採用熱解吸附、活化再生是最佳的方式。
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熱解吸附、活化再生除上述的優點外，還存在以下的問題
I、熱解吸附、活化再生過程中產生的氣體不安全、處置難度大，尤其是採用高溫蒸汽直接加熱時，反應生成氣體是含有吸附物質的高溫水蒸氣，使得後續的處置變得困難。尤其在熱解吸附、活化再生的吸附劑是炭基吸附劑(如活性炭、活性焦)，而吸附劑吸附的是也有機物時，產生了大量的CO和h2。2、熱解吸附、活化再生過程反應溫度較高，吸附劑的反應活性高，易於外界環境中的物質發生反應，產生危害解吸附、活化再生效果和運行安全的不利影響，因此熱解吸附活化再生裝置的密封性能有嚴格要求。尤其採用水蒸氣直接加熱時炭基吸附劑，系統內還需要保持一定壓力環境，反應生成氣體中含有大量的CO和H2時，密封性的要求更為嚴格。3、換熱氣體用量大，解吸附出來的氣體濃度低，回收難度大，造成這個問題的主要原因在於常規的直接換熱過程中，氣流分配無法均衡，不得不採用大量的換熱氣體來滿足換熱均衡性問題。而使用換熱氣體量過大的也造成了出於成本考慮，目前工程應用多採用水蒸氣而非惰性氣體。4、換熱效率低下。除了氣流分配不均造成的氣量過大而引發的換熱效率低下問題夕卜，還有採用間壁換熱時熱能損失大，因此實際工程應用中很少採用間壁換熱。目前通常採用的熱解吸附、活化再生方案一般採用電自加熱(主要是針對具有導電性質的活性炭、活性焦)或高溫蒸汽作為熱源，能耗大，吸附劑損失大。最常規的活性炭吸附劑熱解吸附、活化再生損失率達到10%左右，其使用高溫蒸汽作為熱源直接換熱，因為水蒸氣與碳的反應，炭基吸附劑的損失量更大，不但對吸附劑的結構強度產生影響，其反應產生的CO與H2使得系統安全成為難點。而使用間壁換熱時的換熱效率低下，使得熱能損失、系統體積都變得龐大。採用電爐加熱時，因為電阻絲內置在套管內，置於熱解吸附、活化再生裝置內部，其運行維護都是難點。
發明內容
本發明的目的在於避免現有技術的不足提供一種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生工藝，其工藝流程簡單，結構簡便，運行安全、穩定，能耗小，解吸附、活化再生過程損失小，解吸附出來的吸附物質可實現高濃度回收，實現熱回收的新型吸附劑解吸附、活化再生工藝。
為實現上述目的，本發明採取的技術方案為一種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統，由上至下依次設有進料倉、預熱倉、解吸附活化再生倉、降溫倉、冷卻倉、卸料單元。所述的進料倉包括進料管與物料儲存倉，進料管設置在物料儲存倉上方，物料儲存倉配有出氣口，位於物料層上部的出氣口壓力略小於預熱倉出氣口壓力，物料儲存倉下部有漏鬥通過直管將物料與預熱倉直接連通，
所述的預熱倉包括有至少二層布氣裝置，以及進氣口和出氣口，預熱倉下部有漏鬥通過直管將物料與解吸附活化再生倉直接連通；
所述的解吸附活化再生倉用於加熱吸附劑，實現解吸附、活化再生，包括直管、物料層、解吸附氣體復熱裝置、至少三層布氣裝置，以及進氣口和出氣口，所述的解吸附活化再生倉下部有漏鬥通過直管將物料與降溫倉直接連通；
所述的降溫倉包括有至少二層布氣裝置，以及進氣口和出氣口，所述的降溫倉下部有漏鬥通過直管將物料與冷卻倉直接連通；
所述的冷卻倉包括有至少二層布氣裝置，以及進氣口和出氣口，所述的冷卻倉下部有漏鬥與卸料單元相連；所述的卸料單元由卸料管和卸料裝置組成。進一步，所述的預熱倉布氣裝置位於預熱倉物料床層內，處於預熱倉物料漏鬥之上，與布氣裝置連通的預熱倉進氣口與冷卻倉出氣口相連；所述的預熱倉出氣口位於預熱倉物料床層上部的無物料空倉內。進一步，所述的解吸附活化再生倉的布氣裝置位於解吸附活化再生物料床層內，處於解吸附活化再生倉物料漏鬥之上；所述的解吸附活化再生倉進氣口與復熱裝置出口相連；位於解吸附活化再生倉物料床層上部的無物料空倉內的解吸附活化再生倉出氣口，與降溫倉進氣口連接。進一步，所述的解吸附活化再生倉還包括解吸附氣循環風機和解吸附氣體排氣閥，所述帶有入口調節閥的解吸附氣循環風機的入口連接降溫倉出氣口，所述解吸附氣循環風機出口與復熱裝置進氣口連接；所述解吸附氣體排氣閥連接解吸附活化再生倉出氣口與降溫倉進氣口。進一步，所述的降溫倉進氣口位於降溫倉物料床層內，處於降溫倉物料漏鬥之上；所述的降溫倉出氣口，位於降溫倉物料床層上部的無物料空倉內。進一步，所述冷卻倉進氣口位於冷卻倉物料床層內、物料漏鬥之上；所述的冷卻倉出氣口，位於冷卻倉物料床層上部的無物料空倉內。進一步，所述冷卻倉還包括熱回收循環風機、惰性氣體補充閥，所述熱回收循環風機出口與冷卻倉進氣口連接，所述熱回收循環風機入口與預熱倉出氣口相連，所述熱回收循環風機入口設置熱回收循環風機入口閥；所述惰性氣體補充閥與熱回收循環風機相連。進一步，所述的布氣裝置包括至少一個布氣單元，每個布氣單元呈三角折板形式，折板水平傾斜角度大於顆粒狀吸附劑自然堆積角，兩端為布氣裝置的進氣斷面，氣流與物料的接觸面為折板邊沿下物料自然堆積面，氣流在折板與物料堆積面組成的空腔內流動，均勻分布。
進一步，所述的布氣裝置採用多層分部布置的方式，根據解吸附區域和活化再生區域簡單區分開來，並利用布氣裝置的多少來設定兩個區域內的熱介質氣的流量。進一步，所述的二層布氣裝置呈上下布置，相鄰的布氣裝置之間在層高度上有間隔，使物料從上至下運動過程中被重新分割排布。進一步，所述的二層布氣裝置的布氣單元平面方向平行，軸線方向垂直。進一步，所述的三層及以上布氣裝置的布氣單元，相間的二層布氣裝置的布氣單元平面方向平行，軸線方向平行，單元之間相間布置。一種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生的工藝方法，吸附劑物料在所述系統內的運動，全部依賴於自身的重力運動，所述的物料在倉段內的分布通過物料的自然堆積實現；所述系統內氣體的流動、擴散、封閉、混合，全部依賴於物料層厚度不同與氣體通道大小不同造成的阻力差異以及氣體自身壓力的差異來實現。包括以下步驟 1)吸附飽和的顆粒狀吸附劑，經由如權利要求I所述的顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統的進料管進入所述的物料儲存倉，所述的進料管擁有足夠的長度並保證其中物料一直處於滿料狀態，在物料儲存倉內物料下落後，可隨之補充等體積的物料儲存倉下落物料，在所述的物料儲存倉內始終具有相同的一定的物料高度，在預熱倉物料下落後，可隨之補充等體積的預熱倉內下落物料；
2)進入預熱倉物料被經由冷卻倉加熱後的惰性氣體介質加熱；所述預熱倉內始終具有相同的一定的物料高度，在解吸附活化再生倉物料下落後，可隨之補充等體積的解吸附活化再生倉內下落物料；
3)進入解吸附活化再生倉的被預熱的物料，被經降溫倉由解吸附氣體復熱裝置加熱後的解吸附氣體與惰性氣體的混合氣加熱；所述解吸附活化再生倉內始終具有相同的一定的物料高度，在降溫倉物料下落後，可隨之補充等體積的降溫倉內下落物料；解析活化倉出氣口排放的解吸附氣體經降溫倉，同步實現對降溫倉內吸附劑的降溫，和解吸附氣體自身的升溫過程；
4)進入降溫倉的被解吸附活化再生倉復熱的物料，被經由解吸附活化再生倉產生的解吸附氣體與惰性氣體的混合氣降溫；所述降溫倉內始終具有一定的物料高度，在冷卻倉內物料下落後，可隨之補充等體積的冷卻倉下落物料；
5)進入冷卻倉的被降溫後的吸附劑在冷卻倉內被經由預熱倉換熱後的惰性氣體與補充的惰性氣體的混合氣進一步冷卻，所述冷卻倉內始終具有相同的一定的物料高度；惰性氣體在冷卻倉被加熱後送至預熱倉，對溫度較低的未解吸再生吸附劑進行預熱，預熱後的未解吸再生吸附劑進入解吸附活化再生倉解吸附再生，熱量交換後的低溫惰性氣體重新返回冷卻倉與熱的降溫倉外排吸附劑換熱升溫；
6)進入卸料單元的被冷卻後的吸附劑，在卸料設備上呈自然堆積狀態，通過卸料管排出如權利要求I所述的顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統；所述的卸料管具有足夠的長度並一直處於滿料狀態；卸料管出口與卸料設備之間有足夠卸料設備動作空間；所述的卸料管的卸料過程是通過卸料設備的連續動作或間歇動作實現物料的連續卸料動作或間歇卸料動作。進一步，冷卻倉內自上而下的溫度分布是由解吸附溫度區間向吸附溫度區間遞減過程。
進一步，預熱倉自上而下的溫度分布是由吸附溫度區間向解吸附溫度區間遞增過程。
進一步，解吸附活化再生倉出氣口解吸附氣體溫度稍高於吸附溫度區間最大值。進一步，降溫倉內自上而下的溫度分布是由活化再生溫度區間至解吸附溫度區間的遞減過程。本發明的有益效果是
I、吸附劑解吸附活化再生過程中吸收的物理熱得以回收，系統熱利用效率得到提高。2、吸附劑解吸附活化再生過程的能耗減少。解吸附和活化再生過程分段布置熱源氣體減少了系統的床層阻力；採用解吸附氣體復熱作為熱介質，直接與吸附劑像接觸，比間壁式換熱提高了熱效率，比常規蒸氣加熱相比減少了化學熱損失；採用解吸附氣體復熱循環攜帶熱量，減少了惰性氣體的用量。3、吸附劑活化再生過程損失小。採用解吸附氣體作為熱源與吸附劑接觸，與吸附劑之間不產生激烈的化學反應，熱源氣部分進入活化再生段，再生活化反應產生的物質量少。4、運行安全。本工藝採用解吸附氣體和惰性氣體的混合氣作為熱源，加熱，熱源氣部分進入高溫活化再生段，產生的副產品量較少，危險性大幅降低。解吸附氣與外界空氣不接觸，由惰性氣體封閉，且封閉區域足夠長，惰性氣體與外界空氣接觸面屬正壓環境，保證了系統的安全性。5、運行簡單穩定。通過控制卸料設備的運行工況可實時控制進料裝置內的進料速度，保證工藝系統的長期穩定運行；通過控制吸附氣復熱循環風機的出口流量與吸附氣復熱裝置出口的吸附氣復熱溫度可自由調節顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生工藝系統的解吸附、活化再生處理能力；從而使得整個工藝系統的運行變得簡單穩定。6、結構簡便。整個系統由多個通過管道連接的倉段組成，系統內無轉動設備、閥門，物料的移動通過物料的自身重力實現；物料在倉段內的分布通過物料的自然堆積實現；所述裝置內氣體的流動、擴散、封閉、混合，全部依賴於物料層厚度不同與氣體通道大小不同造成的阻力差異以及氣體自身壓力的差異來實現。
圖I為本發明的工藝系統示意圖，
圖2為本發明的布氣裝置示意圖，
其中，
I為進料倉、11為進料管、12為物料倉、121為進料倉出氣口 ；
2為預熱倉、21為直管、22為物料層、221為預熱倉進氣口、222為預熱倉出氣口 ；
3為解吸附活化再生倉、31為直管、32為物料層、33為解吸附氣體復熱裝置、34為解吸附氣體復熱循環風機、35為解吸附氣體排放閥、321為解吸附活化再生倉進氣口、322為解吸附活化再生倉出氣口、341為入口調節閥；
4為降溫倉、41為直管、42為物料層、421為降溫倉進氣口、422為降溫倉出氣口 ；
5為冷卻倉、51為直管、52為物料層、53為熱回收循環風機、54為惰性氣體補充閥、521為冷卻倉進氣口、522為冷卻倉出氣口、531為熱回收循環風機入口閥；
6為卸料單元、61為卸料管、62為卸料裝置；
7為布氣裝置 、71、72、73均為布氣單元。
具體實施例方式以下結合附圖對發明的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本發明，並非用於限定本發明的範圍。吸附劑的吸附作用機理可分為物理吸附和化學吸附兩種，一般常見的吸附劑為物理吸附和化學吸附兩種都有，如常見的炭基吸附劑活性炭或活性焦；也有吸附劑僅為物理吸附或化學吸附，如氣體提純的變壓吸附工藝吸附劑即為單純的物理吸附，如氣體乾燥工藝使用的吸附劑一般即為單純的化學吸附。吸附劑的吸附能力在不同環境下是不盡相同的，並遵循「等溫吸附理論」和「等壓吸附理論」。由於一般的以物理吸附機理為主導的吸附性能遵循「等溫吸附理論」，因此一般其解吸附過程僅需要簡單的升溫和減壓即可實現；而對於以化學吸附為主導的吸附劑，其解吸附過程一般不僅需要較高的溫度環境，還需要對吸附劑用於化學吸附的極性鍵、含氧官能團或晶格缺陷等進行再生，才能真正的實現吸附劑的解吸附再生。實現這一過程就需要一種能與吸附劑反應實現再生極性鍵、含氧官能團或晶格缺陷等化學吸附用途吸附位的物質，這種物質在解吸再生過程中一般成為活化劑，常用的活化劑為高溫水蒸氣。吸附劑的吸附能力遵循「等壓吸附理論」，即某一壓力環境中的特定溫度下，吸附劑的吸附能力與解吸附速度平衡，此時吸附劑即可視為在此溫度即為吸附劑的開始解吸溫度。一般以物理吸附為主的吸附劑，實際解吸溫度與開始解吸溫度差異不大。而化學吸附為主的吸附劑，其實際解吸附溫度與開始解吸溫度差異很大，因為化學吸附為主的吸附劑化學吸附的物質與原被吸附物質已經出現了質的區別。以活性炭吸附S02為例，當常壓下溫度達到170°C時，活性炭對S02的吸附速度與解吸速度基本平衡，活性炭即失去了對S02的吸附能力，而被吸附的S02此時已經成為S02*(*表示吸附態)或S03*、H2S04*、H2S04 -H20等，如果需要實現吸附劑內吸附物質的解吸就必須達到276°C以上才能實現S02的解吸附，而需要對活性炭進行再生則需要更高的溫度，達到420 1以上才能實現。因此可見實現了解吸附、再生後的吸附劑的溫度很高，而其在降溫到吸附解吸平衡溫度，重新擁有吸附能力前，還有一部分熱能是可回收利用的。惰性氣體一般是指吸附劑對其吸附性能較差，或對其的吸附不破壞吸附劑的吸附性能的，不與吸附劑產生化學反應的氣體。使用惰性氣體可將解吸附氣隔絕在降溫倉與解吸附活化再生倉內，防止解吸附氣與溫度較低的冷卻倉內的已解吸附吸附劑接觸，造成吸附劑的反吸附。惰性氣體還可以防止對吸附劑有害的如02等氣體進入高溫的解吸附活化再生倉，造成吸附劑的損失，危害解吸附活化再生系統的安全運行。本發明所述的顆粒狀吸附劑解吸附活化再生系統更適用於以化學吸附為主導的吸附劑的解吸附、活化再生，尤其是在吸附劑的解吸附溫度與活化再生溫度差異較大時，其解吸附、活化再生效果好，能耗少，經濟性佳。以典型的活性焦幹法脫硫工藝的飽和活性焦的解吸附活化再生為例，飽和活性焦中存在少量以物理吸附形式存在孔隙中的SO2分子，絕大部分是以化學吸附為主，在活性焦表面基團的催化氧化作用下形成H2SO4或H2SO4 -H2O吸附。吸附飽和活性焦的進料溫度約為90°C，通過預熱倉與冷卻倉組成的熱回收循環後，離開預熱倉進入解吸附活化再生倉的活性焦溫度可達到150°C以上；
飽和活性焦在220°C以上時已進入解吸附溫度區間，此時活性焦已失去吸附性能，解吸附活化再生倉出口的解吸附氣體溫度大於220°C時經過降溫倉並不會造成活化再生後的活性焦的吸附性能降低，僅僅實現降溫倉內再生後活性焦的降溫和循環解吸附氣體的升溫；在365°C左右時，絕大部分以化學吸附形 態的H2SO4分解；而在420°C溫度下,H2SO4與C之間的活化再生反應速率，所製造出的新的孔隙與極性功能鍵和氧化性或還原性基團已經滿足恢復活性焦吸附性能的要求。由於將飽和活性焦溫度從150°C加熱到365°C實現解吸附所需的熱量遠大於，將活性焦溫度從365°C加熱到420°C實現活化再生所需的熱量，因此將高溫熱源解吸附氣體分段布置在解吸附活化再生倉內，大部分氣體在解吸附區域內實現對活性焦的加熱升溫解吸附，少部分氣體在活化再生段為活性焦的再生提供熱源。常規的做法是將熱源從活化再生段一次性直接加入解吸附活化再生倉內活化再生段，由於高溫下氣體粘度係數大，造成系統阻力的過大，影響解吸附活化再生過程的經濟性。而分段布氣的做法把大部分熱源解吸附氣體布置在床層厚度較小的解吸附區域大幅降低了系統的阻力，高溫氣與周圍處於解吸附區域的活性焦溫差大，有利於熱量的傳導，提高了熱傳質效率。如圖1，圖2所示，一種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生工藝，所述工藝系統由上至下依次設有進料倉I、預熱倉2、解吸附活化再生倉3、降溫倉4、冷卻倉5、卸料單元6。預熱倉與冷卻倉組成的以惰性氣體為傳熱介質的熱回收循環，所述的預熱倉和冷卻倉都處於吸附溫度區間內。解吸附活化再生倉與降溫倉組成的以吸附解析氣和惰性氣體組成的混合氣為傳熱介質的解吸附氣體復熱循環。在所述的進料倉I由進料管11、物料倉12組成，進料管11設置在物料儲存倉上方。進料管11擁有足夠的長度並保證其中物料一直處於滿料狀態，在物料儲存倉12內物料下落後，可隨之補充等體積的物料儲存倉下落物料；在所述的物料儲存倉12內始終具有相同的一定的物料高度，在物料層上部設有出氣口 121 ;在物料儲存倉12下部有漏鬥通過直管21將物料與預熱倉2直接連通，在預熱倉2的物料下落後，可隨之補充等體積的預熱倉內下落物料。出氣口 121壓力略小於預熱倉出氣口 222壓力，並使二者之間的差值越小越好，保證熱回收循環介質的惰性氣體向上部進料倉運動，且惰性氣體氣量儘可能的少。利用進料管、物料儲存倉內的物料層，將外界環境與熱回收循環的惰性氣體環境相對的隔絕起來，利用惰性氣體環境的正壓確保外界環境氣體不能大量進入惰性氣體內，維持惰性氣體的純度。預熱倉2由直管21、物料層22組成；預熱倉內始終具有相同的一定的物料高度，物料層上部有預熱倉出氣口 222，物料層下部有至少二層布氣裝置7 ;布氣裝置7與預熱倉2的進氣口 221聯通；運行時預熱倉進氣口 221壓力略大於解吸附活化再生倉3出氣口 322壓力，並使二者之間的差值滿足，熱回收循環介質的惰性氣體向下部解吸附活化再生倉運動，且惰性氣體氣量儘可能的少。所述的預熱倉2下部有漏鬥通過直管31將物料與解吸附活化再生倉3直接連通，在解吸附活化再生倉物料下落後，可隨之補充等體積的解吸附活化再生倉內下落物料；所述的預熱倉內用於預熱吸附劑的熱源是經由冷卻倉5加熱後的惰性氣體介質。
所述的預熱倉布氣裝置7位於預熱倉物料床層內，處於預熱倉物料漏鬥之上，布氣裝置對應設置的進氣口 221 ;進氣口 221與冷卻倉出氣口 522相連；預熱倉出氣口 222與熱回收循環風機53入口連接。在所述的解吸附活化再生倉3由直管31、物料層32、解吸附氣體復熱裝置33、解吸附氣體復熱循環風機34、解吸附氣體排放閥35組成；解吸附活化再生倉內始終具有相同的一定的物料高度；所述的解吸附活化再生倉下部有漏鬥通過直管41將物料與降溫倉4直接連通，在降溫倉4物料下落後，可隨之補充等體積的降溫倉4內下落物料。解吸附活化再生倉進氣口 321通過主管與解吸附氣體復熱裝置33出氣口連接；解吸附氣體復熱裝置33進氣口與解吸附氣體復熱循環風機34出氣口連接；解吸附氣體復熱循環風機34進氣口連接降溫倉出氣口 422。所述的解吸附氣復熱循環風機34的入口還連
接有入口調節閥341。解吸附活化再生倉出氣口 322與降溫倉進氣口 421連接，而且均與解吸附氣體排放閥35連接。當降溫倉進氣口 421壓力等於或大於解吸附活化再生倉出氣口 322時，開啟解吸附氣體排放閥35，至降溫倉進氣口 421壓力小於解吸附活化再生倉出氣口 322時關閉；調整解吸附氣體復熱循環風機34的入口調節閥341，可控制解吸附氣體復熱循環風機34出口流量，靈活調整解吸附活化再生工藝系統的處理能力。所述的解吸附活化再生倉3內用於加熱吸附劑，實現解吸附、活化再生的熱源是經降溫倉4由解吸附氣體復熱裝置復熱後的解吸附氣體與惰性氣體的混合氣。解吸附活化再生倉布氣裝置7位於解吸附活化再生物料床層內，處於解吸附活化再生倉物料漏鬥之上，物料層內至少布置有二段布氣裝置7，每段至少三層布氣裝置7，每段布氣裝置分別與解吸附活化再生倉進氣口 321聯通。在所述的降溫倉4由直管41、物料層42組成。降溫倉內始終具有相同的一定的物料高度；所述的降溫倉下部有漏鬥通過直管51將物料與冷卻倉5直接連通，在冷卻倉5內物料下落後，可隨之補充等體積的冷卻倉下落物料；所述的直管51還作為降溫倉內惰性氣體補充的入口。所述的降溫倉進氣口 421位於降溫倉物料床層內，處於降溫倉物料漏鬥之上；所述的降溫倉上部設置降溫倉出氣口 422，位於降溫倉物料床層上部的無物料空倉內。物料層下部有至少二層布氣裝置7，布氣裝置7與降溫倉進氣口 421聯通；運行時降溫進氣口 421壓力小於冷卻倉出氣口 522壓力，並使二者之間的差值滿足，熱回收循環介質的惰性氣體向上部降溫倉運動，且惰性氣體氣量儘可能的少；運行時直管41的過流面積儘可能小，長度儘可能長，避免吸附氣體復熱循環形成解吸附氣體復熱循環風機進出口之間的短路，滿足至少90%的解吸附氣體由外部大循環運動。所述的降溫倉內用於解吸附活化再生後的吸附劑降溫的冷源是經由解吸附活化再生倉產生的解吸附氣體與惰性氣體的混合氣。在所述的冷卻倉5由直管51、物料層52、熱回收循環風機53、惰性氣體補充閥54組成；冷卻倉上部設置冷卻倉出氣口 522，其位於預熱倉物料床層上部的無物料空倉內，冷卻倉出氣口 522與預熱倉進氣口 221連接；物料層下部有至少二層布氣裝置7 ;布氣裝置7與冷卻倉進氣口 521聯通；所述的冷卻倉進氣口 521位於預熱倉物料床層內，處於預熱倉物料漏鬥之上；冷卻倉進氣口 521與熱回收循環風機53出口連接；熱回收循環風機53入口設置熱回收循環風機入口閥531，用於調整冷卻倉出氣口 522處的惰性氣體溫度，及預熱倉出氣口 222的壓力；熱回收循環風機53還連接著惰性氣體補充閥54，用於補充惰性氣體的入口，及時補充解吸附活化再生排放、溢出的惰性氣體；冷卻倉5內始終具有相同的一定的物料高度；所述的冷卻倉下部有漏鬥與卸料管61直接連接，實現裝置的卸料過程。所述的冷卻倉內用於吸附劑降溫的冷源是經由預熱倉換熱後的惰性氣體與補充的惰性氣體的混合氣。
在所述的卸料單元6由卸料管61和卸料裝置62組成。卸料管61具有足夠的長度並一直處於滿料狀態，卸料管出口與卸料設備62之間有足夠卸料設備動作空間，物料在卸料設備62上呈自然堆積狀態；卸料管61的過流面積儘可能小，長度儘可能長，減少惰性氣體的溢出，可保證惰性氣體與空氣的隔離，保證作為熱回收循環介質的惰性氣體純度；控制卸料裝置62的卸料速度可保證解吸附活化再生裝置的穩定運行；所述的卸料單元6的卸料過程是通過卸料設備的連續動作或間歇動作實現物料的連續卸料動作或間歇卸料動作。所述的布氣裝置7採用多層分部布置的方式，根據解吸附區域和活化再生區域簡單區分開來，並利用布氣裝置的多少來設定兩個區域內的熱介質氣的流量，實現熱的合理分配和降低系統的阻力，提高熱傳質效率。所述的一層布氣裝置包括至少一個布氣單元，二層布氣裝置至少包括二個布氣單元。如圖2所示，在所述的布氣裝置7由布氣單元71、72、73間隔排列而成；布氣單元71、72、73的斷面與解吸附活化再生裝置進氣口四周塔壁的開孔74相連；所述的每個布氣單元71、72、73呈三角折板形式，折板水平傾斜角度大於顆粒狀吸附劑自然堆積角，兩端為布氣裝置的進氣斷面，氣流與物料的接觸面為折板邊沿下物料自然堆積面，氣流在折板與物料堆積面組成的空腔內流動，均勻分布。所述的二層布氣裝置呈上下布置，相鄰的二層布氣裝置的布氣單元71和72或72和73平面方向平行，軸線方向垂直。所述的二層布氣裝置上下布置有間隔時可在不影響物料的垂直向下的運動方向的基礎上，將物料沿布氣單元折板方向作水平方向的動作，造成物料的擾動，提高物料與熱源的氣體的接觸效果，避免死區、穿孔等不利的熱源氣體分布形式的出現。所述的三層及以上布氣裝置的布氣單元，相間的二層布氣裝置的布氣單元71、73平面方向平行，軸線方向平行，單元之間相間布置；裝置所述的二層布氣單元71和72或72和73上下布置有間隔時可在不影響物料的垂直向下的運動方向的基礎上，將物料沿布氣單元折板方向作水平方向的動作，造成物料的擾動，提高物料與熱源的氣體的接觸效果，提高布氣的均勻性。工藝方法
利用本發明所述的吸附劑解吸附活化再生系統進行解吸附活化再生的吸附劑物料在系統內的運動，經由相鄰的倉段之間的直管，從進料管11到卸料管61出口全部依賴於自身的重力運動，所述的物料在倉段內的分布通過物料的自然堆積實現。所述系統內氣體的流動、擴散、封閉、混合，全部依賴於物料層厚度不同與氣體通道大小不同造成的阻力差異以及氣體自身壓力的差異來實現。本發明包括以下工藝步驟
I)吸附飽和的顆粒狀吸附劑，經由如權利要求I所述的顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統的進料管進入所述的物料儲存倉，所述的進料管擁有足夠的長度並保證其中物料一直處於滿料狀態，在物料儲存倉內物料下落後，可隨之補充等體積的物料儲存倉下落物料，在所述的物料儲存倉內始終具有相同的一定的物料高度，在預熱倉物料下落後，可隨之補充等體積的預熱倉內下落物料；
2)進入預熱倉物料被經由冷卻倉加熱後的惰性氣體介質加熱；所述預熱倉內始終具有相同的一定的物料高度，在解吸附活化再生倉物料下落後，可隨之補充等體積的解吸附活化再生倉內下落物料；
3)進入解吸附活化再生倉的被預熱的物料，被經降溫倉由解吸附氣體復熱裝置加熱後的解吸附氣體與惰性氣體的混合氣加熱；所述解吸附活化再生倉內始終具有相同的一定的物料高度，在降溫倉物料下落後，可隨之補充等體積的降溫倉內下落物料；解析活化倉出氣口排放的解吸附氣體經降溫倉，同步實現對降溫倉內吸附劑的降溫，和解吸附氣體自身的升溫過程；
4)進入降溫倉的被解吸附活化再生倉復熱的物料，被經由解吸附活化再生倉產生的解吸附氣體與惰性氣體的混合氣降溫；所述降溫倉內始終具有一定的物料高度，在冷卻倉內物料下落後，可隨之補充等體積的冷卻倉下落物料；·
5)進入冷卻倉的被降溫後的吸附劑在冷卻倉內被經由預熱倉換熱後的惰性氣體與補充的惰性氣體的混合氣進一步冷卻，所述冷卻倉內始終具有相同的一定的物料高度；惰性氣體在冷卻倉被加熱後送至預熱倉，對溫度較低的未解吸再生吸附劑進行預熱，預熱後的未解吸再生吸附劑進入解吸附活化再生倉解吸附再生，熱量交換後的低溫惰性氣體重新返回冷卻倉與熱的降溫倉外排吸附劑換熱升溫；
6)進入卸料單元的被冷卻後的吸附劑，在卸料設備上呈自然堆積狀態，通過卸料管排出如權利要求I所述的顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統；所述的卸料管具有足夠的長度並一直處於滿料狀態；卸料管出口與卸料設備之間有足夠卸料設備動作空間；所述的卸料管的卸料過程是通過卸料設備的連續動作或間歇動作實現物料的連續卸料動作或間歇卸料動作。解吸附段與活化再生段所用的熱源溫度、成份組成一致，氣量的分配由上部解吸附段的吸附劑物料層高度和解吸附段與活化再生段布氣裝置進氣斷面面積控制；所述的物料在倉段內的分布通過物料的自然堆積實現；所述的相鄰倉段的壓力差由風機、物料層高度、氣體流速差異來實現；
吸附劑解吸附活化再生過程採用自身解吸附氣作為吸附劑解吸附、活化再生的熱載體和活化劑。在解吸附活化再生段與降溫段之間實現解吸附氣體復熱再循環，實現對解吸附活化再生後物料的降溫熱回收。預熱倉與冷卻倉組成的以惰性氣體為傳熱介質的熱回收循環。所述的預熱倉和冷卻倉都處於吸附溫度區間內，冷卻倉內自上而下的溫度分布是由解吸附溫度區間向吸附溫度區間遞減過程，預熱倉自上而下的溫度分布是由吸附溫度區間向解吸附溫度區間遞增過程，滿足實現熱傳質的溫度分布要求，可以實現熱回收，提高整個裝置的熱利用效率，減少系統能耗。解吸附活化再生倉與降溫倉組成的以吸附解析氣和惰性氣體組成的混合氣為傳熱介質的解吸附氣體復熱循環。所述的解吸附活化再生倉出口解吸附氣體溫度處於解吸附區間內，稍高於吸附溫度區間最大值；所述的降溫倉內自上而下的溫度分布是由活化再生溫度區間至解吸附溫度區間的遞減過程；所述的吸附氣體復熱循環，即解析活化倉出氣口排放的解吸附氣體經降溫倉，同步實現對降溫倉內吸附劑的降溫，和解吸附氣體自身的升溫過程，減少解吸附氣體復熱裝置的能耗，提高吸附劑解吸附活化再生裝置的熱利用效率。在進行吸附劑解吸附活化再生過程中，系統內不同溫度、成份氣體的流動、混合通過，通過相鄰的倉段之間的直管在相鄰倉段間的壓力差自然實現；所述的相鄰倉段的壓力差由風機、物料層聞度、氣體流速差異來實現。所述的顆粒狀吸附劑解吸附活化再生工藝的卸料速度由卸料設備的運行工況決定，通過控制卸料設備的運行工況可實時控制進料裝置內的進料速度，保證裝置的長期穩定運行。所述的顆粒狀吸附劑解吸附活化再生工藝的解吸附活化再生處理能力由解吸附氣復熱循環風機的出口流量與吸附氣復熱裝置出口的吸附氣復熱溫度決定，通過控制吸附氣復熱循環風機的出口流量與吸附氣復熱裝置出口的吸附氣復熱溫度可自由調節顆粒狀吸附劑解吸附活化再生裝置的解吸附活化再生處理能力。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統，其特徵在於，由上至下依次設有進料倉(I)、預熱倉(2)、解吸附活化再生倉(3)、降溫倉(4)、冷卻倉(5)、卸料單元(6)， 所述的進料倉包括進料管(11)與物料儲存倉(12)，進料管設置在物料儲存倉上方，物料儲存倉配有出氣口，位於物料層上部的出氣口(121)壓力略小於預熱倉出氣口(222)壓力，物料儲存倉下部有漏鬥通過直管(21)將物料與預熱倉直接連通， 所述的預熱倉包括至少二層布氣裝置(7)，以及進氣口(221)和出氣口(222)，預熱倉下部有漏鬥通過直管將物料與解吸附活化再生倉直接(31)連通， 所述的解吸附活化再生倉包括直管(31)、物料層(32)、解吸附氣體復熱裝置(33)、至少三層布氣裝置(7)，以及進氣口(321)和出氣口(322)，所述的解吸附活化再生倉下部有漏鬥通過直管(41)將物料與降溫倉直接連通，、 所述的降溫倉包括有至少二層布氣裝置(7)，以及進氣口(421)和出氣口(422)，所述的降溫倉下部有漏鬥通過直管(51)將物料與冷卻倉直接連通， 所述的冷卻倉包括有至少二層布氣裝置(J)，以及進氣口(521)和出氣口(522)，所述的冷卻倉下部有漏鬥與卸料單元相連， 所述的卸料單元由卸料管(61)和卸料裝置(62 )組成。
2.如權利要求I所述的一種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統，其特徵在於，所述的預熱倉布氣裝置位於預熱倉物料床層內，處於預熱倉物料漏鬥之上，與布氣裝置連通的預熱倉進氣口與冷卻倉出氣口相連；所述的預熱倉出氣口位於預熱倉物料床層上部的無物料空倉內。
3.如權利要求I所述的一種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統，特徵在於，所述的解吸附活化再生倉的布氣裝置位於解吸附活化再生物料床層內，處於解吸附活化再生倉物料漏鬥之上；所述的解吸附活化再生倉進氣口與復熱裝置出口相連；位於解吸附活化再生倉物料床層上部的無物料空倉內的解吸附活化再生倉出氣口，與降溫倉進氣口連接。
4.如權利要求1、3所述的一種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統，其特徵在於，所述的解吸附活化再生倉還包括解吸附氣循環風機和解吸附氣體排氣閥，所述帶有入口調節閥的解吸附氣循環風機的入口連接降溫倉出氣口，所述解吸附氣循環風機出口與復熱裝置進氣口連接；所述解吸附氣體排氣閥連接解吸附活化再生倉出氣口與降溫倉進氣口。
5.如權利要求I所述的一種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統，其特徵在於，所述的降溫倉進氣口位於降溫倉物料床層內，處於降溫倉物料漏鬥之上；所述的降溫倉出氣口，位於降溫倉物料床層上部的無物料空倉內。
6.如權利要求I所述的一種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統，其特徵在於，所述冷卻倉進氣口位於冷卻倉物料床層內、物料漏鬥之上；所述的冷卻倉出氣口，位於冷卻倉物料床層上部的無物料空倉內。
7.如權利要求1、2、6所述的一種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統，其特徵在於，所述冷卻倉還包括熱回收循環風機、惰性氣體補充閥，所述熱回收循環風機出口與冷卻倉進氣口連接，所述熱回收循環風機入口與預熱倉出氣口相連，所述熱回收循環風機入口設置熱回收循環風機入口閥；所述惰性氣體補充閥54與熱回收循環風機相連。
8.如權利要求1、3所述的一種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統，其特徵在於，所述的布氣裝置包括至少一個布氣單元，每個布氣單元呈三角折板形式，折板水平傾斜角度大於顆粒狀吸附劑自然堆積角，兩端為布氣裝置的進氣斷面，氣流與物料的接觸面為折板邊沿下物料自然堆積面，氣流在折板與物料堆積面組成的空腔內流動，均勻分布。
9.如權利要求1、3、8所述的ー種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統，其特徵在於，所述的布氣裝置採用多層分部布置的方式，根據解吸附區域和活化再生區域簡單區分開來，並利用布氣裝置的多少來設定兩個區域內的熱介質氣的流量。
10.如權利要求1、9所述的ー種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統，其特徵在於，所述的ニ層布氣裝置呈上下布置，相鄰的布氣裝置之間在層高度上有間隔，使物料從上至下運動過程中被重新分割排布。
11.如權利要求1、9、10所述的ー種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統，其特徵在幹，所述的ニ層布氣裝置的布氣單元平面方向平行，軸線方向垂直。
12.如權利要求1、9所述的ー種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統，其特徵在於，所述的三層及以上布氣裝置的布氣單元，相間的ニ層布氣裝置的布氣單元平面方向平行，軸線方向平行，単元之間相間布置。
13.ー種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生的エ藝方法，其特徵在於，吸附劑物料在系統內的運動，全部依賴於自身的重力，所述的物料在倉段內的分布通過物料的自然堆積實現；氣體的流動、擴散、封閉、混合，全部依賴於物料層厚度不同與氣體通道大小不同造成的阻力差異以及氣體自身壓カ的差異來實現，包括以下步驟 吸附飽和的顆粒狀吸附劑，經由如權利要求I所述的顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統的進料管進入所述物料儲存倉，所述的進料管擁有足夠的長度並保證其中物料一直處於滿料狀態，在物料儲存倉內物料下落後，可隨之補充等體積的物料儲存倉下落物料，在所述的物料儲存倉內始終具有相同的一定的物料高度，在預熱倉物料下落後，可隨之補充等體積的預熱倉內下落物料； 進入預熱倉物料被經由冷卻倉加熱後的惰性氣體介質加熱；所述預熱倉內始終具有相同的一定的物料高度，在解吸附活化再生倉物料下落後，可隨之補充等體積的解吸附活化再生倉內下落物料； 進入解吸附活化再生倉的被預熱的物料，被經降溫倉由解吸附氣體復熱裝置加熱後的解吸附氣體與惰性氣體的混合氣加熱；所述解吸附活化再生倉內始終具有相同的一定的物料高度，在降溫倉物料下落後，可隨之補充等體積的降溫倉內下落物料；解析活化倉出氣ロ排放的解吸附氣體經降溫倉，同步實現對降溫倉內吸附劑的降溫，和解吸附氣體自身的升溫過程； 進入降溫倉的被解吸附活化再生倉復熱的物料，被經由解吸附活化再生倉產生的解吸附氣體與惰性氣體的混合氣降溫；所述降溫倉內始終具有一定的物料高度，在冷卻倉內物料下落後，可隨之補充等體積的冷卻倉下落物料； 進入冷卻倉的被降溫後的吸附劑在冷卻倉內被經由預熱倉換熱後的惰性氣體與補充的惰性氣體的混合氣進一歩冷卻，所述冷卻倉內始終具有相同的一定的物料高度；惰性氣體在冷卻倉被加熱後送至預熱倉，對溫度較低的未解吸再生吸附劑進行預熱，預熱後的未解吸再生吸附劑進入解吸附活化再生倉解吸附再生，熱量交換後的低溫惰性氣體重新返回冷卻倉與熱的降溫倉外排吸附劑換熱升溫； 進入卸料単元的被冷卻後的吸附劑，在卸料設備上呈自然堆積狀態，通過卸料管排除如權利要求I所述的顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統；所述的卸料管具有足夠的長度並一直處於滿料狀態；卸料管出口與卸料設備之間有足夠卸料設備動作空間；所述的卸料管的卸料過程是通過卸料設備的連續動作或間歇動作實現物料的連續卸料動作或間歇卸料動作。
14.如權利要求13所述的一種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生的工藝方法，其特徵在於，冷卻倉內自上而下的溫度分布是由解吸附溫度區間向吸附溫度區間遞減過程。
15.如權利要求13所述的一種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生的工藝方法，其特徵在於，預熱倉自上而下的溫度分布是由吸附溫度區間向解吸附溫度區間遞增過程。
16.如權利要求13所述的一種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生的工藝方法，其特徵在於，解吸附活化再生倉出氣口解吸附氣體溫度稍高於吸附溫度區間最大值。
17.如權利要求13所述的一種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生的工藝方法，其特徵在於，降溫倉內自上而下的溫度分布是由活化再生溫度區間至解吸附溫度區間的遞減過程。
全文摘要
本發明涉及一種顆粒狀吸附劑解吸附、活化再生系統和工藝方法，系統由上至下依次設有進料倉(1)、預熱倉(2)、解吸附活化再生倉(3)、降溫倉(4)、冷卻倉(5)、卸料單元(6)。吸附劑物料在系統內的運動，全部依賴於自身的重力，所述的物料在倉段內的分布通過物料的自然堆積實現；氣體的流動、擴散、封閉、混合，全部依賴於物料層厚度不同與氣體通道大小不同造成的阻力差異以及氣體自身壓力的差異來實現。本發明的吸附劑解吸附活化再生過程中吸收的物理熱得以回收，系統熱利用效率得到提高，解吸附活化再生過程的能耗減少。
文檔編號B01J20/34GK102728334SQ20121024015
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月12日 優先權日2012年7月12日
發明者張開元, 賈雙燕, 採有林 申請人:北京國電清新環保技術股份有限公司