一种碳纤维吸附剂快速换热装置及换热方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种碳纤维吸附剂快速换热装置，包括换热水箱、碳纤维吸附剂、多个有芯热管、热水发生器、冷水发生器和控制系统，换热水箱分别通过管道连通热水发生器和冷水发生器并形成热水循环系统和冷水循环系统，有芯热管的两端分别插入换热水箱和碳纤维吸附剂中，热水发生器和冷水发生器中设温度控制器，换热水箱中设有水位传感器，热水发生器、冷水发生器和水位传感器分别连接控制系统。与现有技术相比，本发明专利技术的有益效果是：解决了现有的利用变温吸附技术捕集电厂烟气中低浓度二氧化碳过程中吸附剂加热与冷却方式存在的缺陷，能够快速加热和冷却蜂窝状碳纤维吸附剂，装置构造简单，操作方便，安全系数高，易于实现自动控制。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维吸附剂快速换热装置及换热方法
本专利技术涉及二氧化碳、甲烷等温室气体捕集、有机溶剂气体净化领域，尤其涉及一种碳纤维吸附剂快速换热装置及换热方法。
技术介绍
变温吸附是利用气体组分在固体多孔材料上吸附性能的差异以及吸附容量在不同温度下的变化实现分离，采用温度升降的循环操作，使低温下被吸附的强吸附组分在高温下得以脱附，从而使吸附剂得到再生，经冷却后重新在低温下吸附强吸附组分。变温吸附技术尤其适合在常压状态下强吸附组分不能良好解吸的分离。碳纤维材料具有较大的比表面积，吸附剂加热和冷却速度直接影响到装置的投资、消耗及操作。为了降低吸附周期，需要对吸附剂进行快速的加热和冷却。国外的研究者曾经提出了4种不同的方案，(1)采用饱和蒸汽加热吸附剂，采用低温水冷却吸附剂；(2)采用高温热水加热吸附剂，采用低温水冷却吸附剂；(3)采用热烟气加热吸附剂，采用低温水冷却吸附剂；(4)采用电热方式加热吸附剂，采用热电制冷的方式冷却吸附剂。上述方案均存在一些问题和缺点：对于加热过程，最终温度在130℃左右，冷却过程最终温度是15℃；方案(3)采用烟气加热，烟气与管壁是对流换热方式，换热系数较小，加热时间长；方案(1)和方案(2)采用热水和蒸汽通过管道对吸附剂直接加热，虽然换热系数大，但是蒸汽和热水的压力需要达到0.7MPa以上，由于管路连接系统复杂，存在泄漏后高温伤人的安全隐患；方案(4)采用热电加热和制冷的方式，对于小容量的吸附剂比较适用，对于大规模的商业示范项目，吸附剂用量较大，难以满足快速加热和冷却的要求。经文献检索发现，申请号为CN99232616(申请日为1999年1月6日)的中国专利，公开了一种“海洋渔船柴油机尾气制冰机”，该专利采用氨为制冷剂，氯化钙为吸附剂。吸附床采用烟气直接加热，，冷却采用冷水直接冷却。该系统采用烟气直接加热，由于吸附床的加热与冷却是一个交变换热过程，烟气中的三氧化硫容易在吸附床内传热管路上凝结，形成酸蚀，另一方面该系统如果采用冷海水直接冷却，必然也会对吸附床产生腐蚀。经文献检索发现，申请号：CN200310108923.0(申请日为2003年11月27日)的中国专利，公开了一种“复合交变热管吸附床”，该专利采用氨为制冷剂，氯化钙为吸附剂。吸附床的加热与冷却形式采用复合交变热管，但由于其吸附床的加热部分采用烟气直接对热管进行加热，在吸附床冷却时，烟气阀门关闭，这样由于吸附床部分的热管加热段是处于冷热交变状态，这样烟气会在吸附床的热管的加热段管路上凝结，形成酸蚀。另一方面该系统在冷却状态下，控制热管加热段的阀门关闭，这样由于吸附床部分的热管与加热段的热管分别属于两个不同的密闭空间，同时两部分的温度也存在一定的差异，所以热管加热段的压力要高于吸附床内热管内部的压力，这样不利于系统的安全运行。
技术实现思路
本专利技术提供了一种碳纤维吸附剂快速换热装置及换热方法，解决了现有的利用变温吸附技术捕集电厂烟气中低浓度二氧化碳过程中吸附剂加热与冷却方式存在的缺陷，能够快速加热和冷却蜂窝状碳纤维吸附剂，所述装置构造简单，操作方便，安全系数高，易于实现自动控制。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：一种碳纤维吸附剂快速换热装置，包括换热水箱、碳纤维吸附剂、多个有芯热管、热水发生器、冷水发生器和控制系统，所述换热水箱分别通过管道连通热水发生器和冷水发生器并形成热水循环系统和冷水循环系统，有芯热管的两端分别插入换热水箱和碳纤维吸附剂中，热水发生器和冷水发生器中设温度控制器，换热水箱中设有水位传感器，热水发生器、冷水发生器和水位传感器分别连接控制系统。所述碳纤维吸附剂为蜂窝状碳纤维吸附剂，其制作过程为：将碳纤维材料制成规格相同的片状结构，表面通过粘接复合一层镍丝网，定型后再压制成同规格的梯形结构，将多层梯形碳纤维材料按一正一反交替放置，即形成蜂窝状碳纤维吸附剂。所述冷水循环系统还包括水泵一和循环冷水箱，其位于换热水箱进水口和出水口前的管道上还设有电动截止阀一和电动截止阀二，水泵一和电动截止阀一、二分别连接控制系统。所述热水循环系统还包括水泵二和循环热水箱，其位于换热水箱进水口和出水口前的管道上还设有电动截止阀三和电动截止阀四，水泵二和电动截止阀三、四分别连接控制系统。所述有芯热管的管壳为铜质材料，有芯热管位于换热水箱和碳纤维吸附剂之间的部分包裹有保温材料。基于一种碳纤维吸附剂快速换热装置的碳纤维吸附剂快速换热方法，包括如下步骤：1)开始吸附前，由冷水发生器制取低温水，温度为5～10℃，启动水泵一，打开电动截止阀一，低温水通过管道由冷水进水口注入换热水箱中，注水速度为2～4m/s,冷水达到设定高度后，关闭电动截止阀一停止注水；换热水箱中的冷水通过有芯热管将碳纤维吸附剂冷却到15℃以下，然后在此温度下通入燃煤电厂锅炉排放的烟气；2)烟气通入时间为15～20分钟，当吸附剂达到饱和时，打开电动截止阀二由冷水出水口排空低温水，排水速度为4～5m/s；3)在吸附剂通入烟气的同时利用热水发生器制取高温水，温度为180～200℃，打开电动截止阀三，将高温水通过管道由热水进水口注入换热水箱中，注水速度为2～4m/s,换热水箱中的高温水达到设定水位后，关闭电动截止阀三停止注水；换热水箱中的热水产生的热量通过有芯热管传递给碳纤维吸附剂，碳纤维吸附剂温度升高到150℃以上，此时碳纤维吸附剂在低温下吸附的二氧化碳气体会在高温下得以脱附；4)当气体全部脱附后，打开电动截止阀四由热水出水口排空高温水，排水速度为4～5m/s；5)重复步骤1)～4)，使碳纤维吸附剂在冷、热温度下切换，并循环完成吸附、脱附过程。从换热水箱中排出的冷水和热水分别通过循环冷水箱和循环热水箱收集储存，并分别进入冷水发生器和热水发生器循环利用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)采用热管作为碳纤维吸附剂快速冷却和加热的直接导体，具有传热效率高、结构紧凑、流体阻损小等优点，并可避免露点腐蚀；2)采用特殊工艺制作的蜂窝状碳纤维吸附剂，孔型保持性好，从而保证良好的吸附效率；3)采用冷热水循环系统，冷、热水分别循环利用，节能、减排、降耗；4)装置构造简单，操作方便，安全系数高，易于实现自动控制。附图说明图1是本专利技术所述装置的结构示意图。图2是图1中的A-A剖视图。图3是本专利技术实施例中的碳纤维吸附剂加热/冷却曲线图。图中：1.换热水箱2.水位传感器3.有芯热管4.保温材料5.碳纤维吸附剂6.冷水发生器7.循环冷水箱8.热水发生器9.循环热水箱10.水泵一11.水泵二12.电动截止阀一13.电动截止阀二14.电动截止阀三15.电动截止阀四16.温度控制器具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：见图1，是本专利技术所述装置的结构示意图，本专利技术一种碳纤维吸附剂快速换热装置，包括换热水箱1、碳纤维吸附剂5、多个有芯热管3、热水发生器8、冷水发生器6和控制系统，所述换热水箱1分别通过管道连通热水发生器8和冷水发生器6并形成热水循环系统和冷水循环系统，有芯热管3的两端分别插入换热水箱1和碳纤维吸附剂5中，热水发生器8和冷水发生器6中设温度控制器11，换热水箱1中设有水位传感器2，热水发生器8、冷水发生器6和水位传感器2分别连接控制系统。所述碳纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维吸附剂快速换热装置，其特征在于，包括换热水箱、碳纤维吸附剂、多个有芯热管、热水发生器、冷水发生器和控制系统，所述换热水箱分别通过管道连通热水发生器和冷水发生器并形成热水循环系统和冷水循环系统，有芯热管的两端分别插入换热水箱和碳纤维吸附剂中，热水发生器和冷水发生器中设温度控制器，换热水箱中设有水位传感器，热水发生器、冷水发生器和水位传感器分别连接控制系统。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维吸附剂快速换热装置，其特征在于，包括换热水箱、碳纤维吸附剂、多个有芯热管、热水发生器、冷水发生器和控制系统，所述换热水箱分别通过管道连通热水发生器和冷水发生器并形成热水循环系统和冷水循环系统，有芯热管的两端分别插入换热水箱和碳纤维吸附剂中，热水发生器和冷水发生器中设温度控制器，换热水箱中设有水位传感器，热水发生器、冷水发生器和水位传感器分别连接控制系统。2.根据权利要求1所述的一种碳纤维吸附剂快速换热装置，其特征在于，所述碳纤维吸附剂为蜂窝状碳纤维吸附剂，其制作过程为：将碳纤维材料制成规格相同的片状结构，表面通过粘接复合一层镍丝网，定型后再压制成同规格的梯形结构，将多层梯形碳纤维材料按一正一反交替放置，即形成蜂窝状碳纤维吸附剂。3.根据权利要求1所述的一种碳纤维吸附剂快速换热装置，其特征在于，所述冷水循环系统还包括水泵一和循环冷水箱，其位于换热水箱进水口和出水口前的管道上还设有电动截止阀一和电动截止阀二，水泵一和电动截止阀一、二分别连接控制系统。4.根据权利要求1所述的一种碳纤维吸附剂快速换热装置，其特征在于，所述热水循环系统还包括水泵二和循环热水箱，其位于换热水箱进水口和出水口前的管道上还设有电动截止阀三和电动截止阀四，水泵二和电动截止阀三、四分别连接控制系统。5.根据权利要求1所述的一种碳纤维吸附剂快速换热装置，其特征在于，所述有芯热管的管壳为铜质材料，有芯热管位于换热水箱和碳纤维吸附剂之间的部分包裹有保温材料。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：李先春，李艾霖，熊祖宁，董珍，窦金孝，余江龙，
申请(专利权)人：辽宁科技大学，李艾霖，
类型：发明
国别省市：辽宁;21