一种低温吸附床及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种低温吸附床及其使用方法，该低温吸附床在低温容器与吸附床之间设置了保温筒，保温筒由导热效果良好的金属材料制成，其顶部与外部的低温容器腔体联通，以使低温容器中的液氮可以进入保温筒内部，从而浸没吸附床。当吸附床再生时，加热器开始工作，保温筒中的液氮蒸发至完全蒸干，保温筒的外侧仍然处于液氮环境中，因此保温筒的温度仍然保持在液氮温度，因此本发明专利技术的低温吸附床只要维持保温筒外侧的液位，就能使保温筒始终保持在77K，进而可给吸附床提供一个稳定的外部低温环境或冷源。在吸附床外部冷源稳定的条件下，便可通过成熟的PID调节很容易地实现吸附床在77K到室温范围内任意温度的精确、稳定控温。稳定控温。稳定控温。

【技术实现步骤摘要】
一种低温吸附床及其使用方法


[0001]本专利技术属于化工领域，尤其属于低温吸附技术，具体涉及一种低温吸附床及其使用方法。

技术介绍

[0002]低温吸附床被广泛用于气体的分离或净化工艺中。低温吸附床一般包括盛装液氮的低温容器和填充吸附剂的吸附床两个主要组成部分，其中吸附床置于低温容器内。低温吸附床“吸附”时，向低温容器中灌满液氮，使吸附床浸没于液氮中，从而将吸附床维持在液氮温度(77K)；低温吸附床“再生”时，通过吸附床内部或外表面的加热器对吸附床进行加热，加热吸附床的同时使低温容器中的液氮蒸发(排空)，直至吸附床的温度上升至室温或更高温度，或者先将低温容器中的液氮排空，然后再对吸附床进行加热。实际上在很多情况下，低温吸附床再生时并不需要加热至室温。例如，5A分子筛在液氮温度下吸附氢气后，只需要将温度升至100K左右即可将氢气释放出来。因此，对于循环吸附
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再生来说，如果可以在77K到室温下的某个设定温度(如100K)之间进行控温，将显著缩短循环周期，并且减少液氮的消耗量。另外，对于混合气体的吸附分离，往往也需要根据不同组分气体的吸附特性对吸附床的再生温度进行控制。然而，普通低温吸附床由于固有结构问题，难以实现吸附床在77K到室温范围内的精确、稳定控温。
[0003]一种改进型的低温吸附床结构，它可以实现吸附床在77K到室温范围内控温。这种改进型低温吸附床结构与普通低温吸附床结构大体相似，只是在吸附床的外表面缠绕了冷却盘管，冷却盘管紧贴在吸附床的外表面。当低温吸附床再生时，向冷却盘管中通入一定流量的冷氮气，使吸附床的外表面维持一个稳定的冷源，再通过调节和控制吸附床内置加热器的输出功率(即PID控制)，即可将吸附床维持在77K到室温范围内的某个设定温度(如100K)。虽然上述改进型低温吸附床实现了吸附床在77K到室温范围内的控温，但是它需要提供额外的冷氮气并控制其流量，控温过程较为复杂，控温精度和稳定性难以保证。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术公开了低温吸附床及其使用方法，旨在对现有低温吸附床进行改进，使其能够方便地实现吸附床在77K到室温内的精确、稳定控温。
[0005]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种低温吸附床，所述吸附床包括低温容器、保温筒和吸附床；
[0006]所述低温容器位于最外侧，其顶部设置法兰组件A，法兰组件A上设有液氮注入口、氮气排放口、吸附床进气口、吸附床出气口和电气接口；所述低温容器内设置液位监测元件；
[0007]所述保温筒置于低温容器内；保温筒的顶部与低温容器联通，低温容器中的液氮可由保温筒顶部进入保温筒内，并浸没吸附床；
[0008]所述吸附床置于保温筒内，所述吸附床上安装加热器A以及吸附床测温元件，所述
吸附床与吸附床进气口和吸附床出气口通过管道连接。
[0009]优选的，所述低温容器上部腔体设置多层防辐射屏层，其法兰组件A的液氮注入口连接液氮注入管道，且液氮注入管道延伸至低温容器的底部。
[0010]优选的，所述保温筒，其顶部设置法兰组件B，法兰组件B上设有开孔；保温筒通过吊杆组件B固定在低温容器顶部的法兰组件A上；吸附床通过吊杆组件A固定在保温筒顶部法兰组件B上，所述吊杆组件A和吊杆组件B均为绝热吊杆。
[0011]优选的，所述保温筒与低温容器的底部固定，且保温筒与低温容器一体式设计；所述吸附床直接通过吊杆组件A固定在低温容器顶部法兰组件A上。
[0012]优选的，所述保温筒外壁绕有预冷盘管，所述预冷盘管一端连接在吸附床进气口，一端连接吸附床，吸附床的进气通过该预冷盘管进行预冷后再进入吸附床的内部。
[0013]优选的，所述加热器A设置于吸附床的内部。
[0014]优选的，所述加热器A设置于吸附床的外部。
[0015]优选的，所述低温吸附床还包括用于低温容器内液氮快速蒸发和排空的加热器B，所述加热器B设置于保温筒外部靠底端的位置。
[0016]优选的，所述液位监测元件采用连续式液位计，或者采用多个布置在不同高度的铂电阻。
[0017]一种如上所述的低温吸附床的使用方法，所述方法包括：
[0018]S1：通过加热器A将吸附床加热至设定温度，保温一定时间后停止加热，使吸附床自然降温；
[0019]S2：通过低温容器顶部法兰组件A上的液氮注入口向低温容器中注入液氮，使液氮液位高于保温筒顶部法兰组件B上开孔的高度，保证保温筒2内充满液氮；
[0020]S3：通过低温容器顶部法兰组件A上的吸附床进气口向吸附床通入一定流量的目标气体，吸附床进行低温吸附，未被吸附气体从低温容器顶部法兰组件A上的吸附床出气口流出；在低温吸附过程中，监测低温容器中液位的高度变化并及时向低温容器中补液氮，始终保证液氮液位始终高于法兰组件B上的开孔位置；
[0021]S4：当吸附床吸附饱和或者根据实际需要，停止向吸附床中通入目标气体后，通过加热器A对吸附床进行控温再生，控温再生过程中，对低温容器中的液位进行监测并及时向低温容器中补液氮，保证再生过程中低温容器中的液位位于保温筒顶部法兰组件B的下沿处，吸附床再生释放的气体通过吸附床出气口流出并收集；
[0022]S5：吸附床控温再生结束后，重复低温吸附以及控温再生过程，直至目标气体分离完成；
[0023]S6：开启加热器B使低温容器内剩余的液氮快速蒸发、排空，当液位监测元件指示低温容器内的液氮已经排空时，及时停止加热。
[0024]本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的低温吸附床在低温容器与吸附床之间设置了保温筒，保温筒由导热效果良好的金属材料制成，其顶部与外部的低温容器腔体联通，以使低温容器中的液氮可以进入保温筒内部，从而浸没吸附床。当吸附床再生时，加热器开始工作，保温筒中的液氮将逐渐蒸发，直至完全蒸干，虽然保温筒的内侧没有了液氮，但是保温筒的外侧仍然处于液氮环境中，因此保温筒的温度仍然保持在液氮温度，故只要维持保温筒外侧的液位，就能使保温筒始终保持在77K，进而可给吸附床提供一个稳定的外部低温环
境或冷源。在吸附床外部冷源稳定的条件下，便可通过成熟的PID调节很容易地实现吸附床在77K到室温范围内任意温度的精确、稳定控温。
[0025]因此本专利技术的低温吸附床及其使用方法可以方便地实现吸附床在77K到室温内的精确和稳定控温。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例中低温吸附床的结构示意图；
[0027]图2为本专利技术实施例中低温吸附床的吸附床与法兰组件A和法兰组件B之间的连接结构示意图；
[0028]图中：1.低温容器 2.保温筒 3.吸附床 4.吊杆组件A 5.法兰组件B 6.预冷盘管 7.加热器A 8.加热器B 9.防辐射屏层 10.法兰组件A 11.吊杆组件B 12.开孔 13.液氮注入管。
具体实施方式
[0029]本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本专利技术的原理，应被理解为本专利技术的保护范本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温吸附床，其特征在于，所述吸附床包括低温容器、保温筒和吸附床；所述低温容器位于最外侧，其顶部设置法兰组件A，法兰组件A上设有液氮注入口、氮气排放口、吸附床进气口、吸附床出气口和电气接口；所述低温容器内设置液位监测元件；所述保温筒置于低温容器内；保温筒的顶部与低温容器联通，低温容器中的液氮可由保温筒顶部进入保温筒内，并浸没吸附床；所述吸附床置于保温筒内，所述吸附床上安装加热器A以及吸附床测温元件，所述吸附床与吸附床进气口和吸附床出气口通过管道连接。2.根据权利要求1所述的低温吸附床，其特征在于，所述低温容器上部腔体设置多层防辐射屏层，其法兰组件A的液氮注入口连接液氮注入管道，且液氮注入管道延伸至低温容器的底部。3.根据权利要求1所述的低温吸附床，其特征在于，所述保温筒，其顶部设置法兰组件B，法兰组件B上设有开孔；保温筒通过吊杆组件B固定在低温容器顶部的法兰组件A上；吸附床通过吊杆组件A固定在保温筒顶部法兰组件B上，所述吊杆组件A和吊杆组件B均为绝热吊杆。4.根据权利要求1所述的低温吸附床，其特征在于，所述保温筒与低温容器的底部固定，且保温筒与低温容器一体式设计；所述吸附床直接通过吊杆组件A固定在低温容器顶部法兰组件A上。5.根据权利要求1所述的低温吸附床，其特征在于，所述保温筒外壁绕有预冷盘管，所述预冷盘管一端连接在吸附床进气口，一端连接吸附床，吸附床的进气通过该预冷盘管进行预冷后再进入吸附床的内部。6.根据权利要求1所述的低温吸附床，其特征在于，所述加热器A设置于吸附床的内部。7.根据权利要求1所述的低温吸附床，其特征在于，所述加热器A设置于吸附床...

【专利技术属性】
技术研发人员：冉光明，肖成建，王和义，龚宇，杨茂，王鑫，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院核物理与化学研究所，
类型：发明
国别省市：