一种用于吸附分离性能测试的评估装置和测试方法

技术领域

本申请涉及吸附分离领域，尤其涉及一种用于吸附分离性能测试的评估装置和测试方法。

背景技术

吸附分离是指流动相的气体与多孔的固体相接触，该固体相一般为多孔的固体颗粒，能够有选择性地吸附气体流动相中的一种或者多种组分在其内表面或者外表面上，通过吸附能力的差异实现分离的目的。由于低温吸附的应用处于初步阶段，相关的研究较少，尤其是对于吸附剂的吸附分离性能的测量和评估相当缺乏，亟待建立解决吸附分离性能的评估手段。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例期望提供一种用于吸附分离性能测试的评估装置和测试方法，能够获取吸附剂的吸附分离性能。

为了达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本申请实施例一方面公开了一种用于吸附分离性能测试的评估装置，包括：

吸附组件，包括吸附容器、进气管道和排气管道，所述吸附容器形成有净化腔，所述进气管道和所述排气管道均与所述净化腔连通，所述净化腔用于容设吸附剂，所述进气管道用于将原料气送入所述净化腔中，所述排气管道用于排出目标气体；

温控组件，用于调节所述净化腔中的温度；

评估组件，包括处理仪、分析仪和压力检测仪，所述分析仪设置在所述排气管道上以检测所述目标气体的纯度，所述进气管道上设置有所述压力检测仪，所述处理仪与所述分析仪和所述压力检测仪通信连接。

一实施例中，所述温控组件包括外壳、冷媒介质、冷媒加注管道和冷媒排放管道，所述外壳形成有空腔，所述吸附容器设置在所述空腔内，所述冷媒加注管道和所述冷媒排放管道均与所述空腔连通，所述冷媒加注管道用于将所述冷媒介质送入所述空腔内，所述冷媒排放管道用于将气化的所述冷媒介质排出至所述空腔外。

一实施例中，所述评估组件包括压力传感器，所述压力传感器与所述处理仪通信连接，所述冷媒加注管道内和所述冷媒排放管道内均设置有所述压力传感器。

一实施例中，所述净化腔的底表面呈中间低边缘高的弧面。

一实施例中，所述进气管道位于所述净化腔中的尾端与所述净化腔的底表面之间距离大于0。

一实施例中，所述进气管道的外周面被所述吸附剂包围，所述吸附剂与所述进气管道的外周面之间的间隙小于预设值。

本申请实施例另一方面公开了一种用于吸附性能测试的测试方法，用于上述的评估装置，所述测试方法包括：

在所述净化腔内的温度为预设温度的条件下，调节原料气的进气压力，并检测所述目标气体的纯度；

根据不同所述进气压力下对应的所述纯度，建立所述原料气的进气压力和所述纯度的映射关系。

一实施例中，所述温控组件包括外壳、冷媒介质、冷媒加注管道和冷媒排放管道，所述外壳形成有空腔，所述吸附容器设置在所述空腔内，所述冷媒加注管道和所述冷媒排放管道均与所述空腔连通，所述冷媒加注管道用于将所述冷媒介质送入所述空腔内，所述冷媒排放管道用于将气化的所述冷媒介质排出至所述空腔外，所述测试方法包括：

调节所述冷媒加注管道内冷媒介质的流速和所述冷媒排放管道内冷媒介质的流速，以使所述净化腔内的温度为所述预设温度。

一实施例中，所述测试方法包括：

根据吸附质的沸点，选择对应的所述冷媒介质。

一实施例中，所述原料气包括一氧化碳原料气、氢气原料气、氧气原料气或三氟化硼原料气，所述吸附质为二氧化硫、二氧化碳或水，所述目标气体为一氧化碳、氧气或三氟化硼。

一实施例中，所述吸附剂为分子筛、活性炭、金属有机框架材料和碳纳米管中的一种或多种的组合。

本申请实施例公开的一种用于吸附分离性能测试的评估装置和测试方法，通过吸附组件和温控组件，可以将含有目标气体的原料气在精馏之前，预先对其中的吸附质进行分离和脱附，这样，一方面，可以提高目标气体的纯度和吸附质的分离效率；另一方面，可以避免吸附质在精馏装置中堵塞其管道的情况，提高分离效率和精馏装置的使用寿命。通过压力检测仪获取进气管道的原料气的进气压力，采用分析仪来获取目标气体的纯度，采用处理仪与分析仪和压力检测仪两者通信连接，以将进气压力与目标气体的纯度一一对应，建立原料气在不同进气压力下的吸附剂的吸附分离性能曲线，这样，便可以获得最优吸附分离性能下的目标气体的进气压力，为后续吸附分离装置的工程设计提供数据支撑。

附图说明

图1为本申请实施例一方面提供的一种用于吸附分离性能测试的评估装置的结构示意图；

图2为本申请实施例另一方面提供的一种用于吸附分离性能测试的测试方法的流程示意图。

附图标记

评估装置100；吸附组件1；吸附容器11；净化腔11a；容器本体111；聚集体112；进气管道12；排气管道13；吸附剂14；第一开关阀15；第二开关阀16；第三开关阀17；温控组件2；外壳21；空腔21a；冷媒介质22；冷媒加注管道23；冷媒排放管道24；评估组件3；压力检测仪31；压力传感器32；温度检测器33；第一温度检测器331；第二温度检测器332；第三温度检测器333；压力检测器34；真空箱4；密闭空间4a；真空管道5；第四开关阀6；压力检测表7。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

下面结合附图及具体实施例对本申请再做进一步详细的说明。本申请实施例中的“第一”、“第二”等描述，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含地包括至少一个特征。

本申请实施例一方面提供了一种用于吸附性能测试的评估装置，请参阅图1，评估装置100包括吸附组件1、温控组件2和评估组件3。吸附组件1包括吸附容器11、进气管道12和排气管道13，吸附容器11形成有净化腔11a，进气管道12和排气管道13均与净化腔11a连通，净化腔11a用于容设吸附剂14，进气管道12用于将原料气送入净化腔11a中，排气管道13用于排出目标气体。温控组件2用于调节净化腔11a中的温度。评估组件3包括处理仪、分析仪和压力检测仪31，分析仪设置在排气管道13上以检测目标气体的纯度，进气管道12上设置有压力检测仪31，处理仪与分析仪和压力检测仪31通信连接。

本实施例通过吸附组件1和温控组件2，可以将含有目标气体的原料气在精馏之前，预先对其中的吸附质进行分离和脱附，这样，一方面，可以提高目标气体的纯度和吸附质的分离效率；另一方面，可以避免吸附质在精馏装置中堵塞其管道的情况，提高分离效率和精馏装置的使用寿命。通过压力检测仪31获取进气管道12的原料气的进气压力，采用分析仪来获取目标气体的纯度，采用处理仪与分析仪和压力检测仪31两者通信连接，以将进气压力与目标气体的纯度一一对应，建立原料气在不同进气压力下的吸附剂14的吸附分离性能曲线，这样，便可以获得最优吸附分离性能下的目标气体的进气压力，为后续吸附分离装置的工程设计提供数据支撑。

需要说明的是，分离性能的评价是以原料气的进口与出口之间的吸附质的脱离程度为依据，也可以是以原料气的进口与出口之间的目标气体的纯度为依据。

需要说明的是，这里所述的吸附质指的是原料气中能够被吸附剂14吸附的杂质气体。

示例性的，一实施例中，进气管道12内也可以设置有分析仪，用于获取目标气体吸附分离之前的纯度。

示例性的，一实施例中，处理仪与分析仪和压力检测仪31的通信连接方式可以是无线方式如WIFI(无线保真)或蓝牙，也可以是有线方式如网线等。

一实施例中，请参阅图1，温控组件2包括外壳21、冷媒介质22、冷媒加注管道23和冷媒排放管道24，外壳21形成有空腔21a，吸附容器11设置在空腔21a内，冷媒加注管道23和冷媒排放管道24均与空腔21a连通，冷媒加注管道23用于将冷媒介质22送入空腔21a内，冷媒排放管道24用于将气化的冷媒介质22排出至空腔21a外。这样，冷媒介质22的运输较为安全，且容易对其的冷媒介质22的流量、流速和压力等参数进行控制。这里，通过在空腔21a内设置冷媒介质22，通过冷媒介质22汽化吸热，带走净化腔11a内的热量，以达到降温的效果，这样，当温度降至吸附质的沸点时，吸附质便会液化，落至净化腔11a底或者被吸附剂14吸收，如此，便可以使原料气中的吸附质与目标气体分离，达到净化的效果。

需要说明的是，沸点较高的杂质气体具有较大的吸附量，沸点较高的杂质气体越容易液化，液体相较于气体更容易被吸附剂14吸附，因此吸附量更大，例如，CO

示例性的，一实施例中，请参阅图1，评估组件3包括压力传感器32，压力传感器32与处理仪通信连接，冷媒加注管道23内和冷媒排放管道24内均设置有压力传感器32。示例性的，吸附组件1包括第一开关阀15和第二开关阀16，第一开关阀15与第二开关阀16均与处理仪通信连接，第一开关阀15设置在进气管道12上，可以选择性地打开或者关闭进气管道12，以对原料气的进料量进行控制，第二开关阀16分别设置在冷媒加注管道23内和冷媒排放管道24内，用于控制冷媒介质22的进液量和气化的冷媒介质22的排气量，这样，便可以通过调节第一开关阀15控制进气压力，处理仪根据进气压力，调节第二开关阀16以调节冷媒加注管道23内的进液量和冷媒排放管道24内的排气量，可以达到调节冷媒加注管道23内的压力和冷媒排放管道24内的压力的目的，以对净化腔11a内的冷媒介质22的液位实现精确控制，一方面可以使净化腔11a内的温度达到吸附质的沸点，实现分离效果，如此，便可以对不同进气压力下净化腔11a内的温度的自适应调节，实现吸附质的不同程度上的分离，自动化程度高；另一方面，通过精确控制冷媒介质22的液位的精确控制，可以在分离温度条件较为苛刻的情况下，例如，分离温度特别低如-190℃和吸附质与目标气体的沸点较接近时，仍然有效的实现吸附质与目标气体的分离。

需要说明的是，进料量、进液量和排气量均与其对应的压力相关，如原料气的进料量变大，进气管道12的进气压力也会变大。

示例性的，一实施例中，请参阅图1，吸附组件1包括第三开关阀17，评估组件3包括压力检测器34，第三开关阀17和压力检测器34均设置在排气管道13上，第三开关阀17用于打开或者关闭排气管道13，以控制目标气体的排放量，压力检测器34用于检测排气管道13中目标气体的排放压力。

示例性的，一实施例中，通过不断的调试进气压力和冷媒介质22的自适合温度调节，可以获得最佳吸附分离性能下原料气的进气压力与冷媒介质22的进、出口压力、进液量和排气量的一套相匹配的参数，为吸附分离的公差设计与工程化提供重要的支撑。

一实施例中，请参阅图1，评估组件3包括温度检测器33，进气管道12、冷媒加注管道23和冷媒排放管道24均设置有温度检测器33，温度检测器33与处理仪通信连接。示例性的，温度检测器33的数量可以为三个，分别为第一温度检测器331、第二温度检测器332和第三温度检测器333，第一温度检测器331设置在进气管道12位于净化腔11a内的部位上，用于检测净化腔11a内温度和进气管道12内的温度，第二温度检测器332设置在冷媒加注管道23上位于空腔21a外的部位上，用于检测冷媒介质22的温度，第三温度检测器333设置在冷媒排放管道24上位于空腔21a外的部位上，用于检测气化后的冷媒介质22的温度，通过三者的温度检测，然后再控制第二开关阀16调节冷媒介质22的进液量和排气量，可以确保净化腔11a内的温度在目标气体的沸点和吸附质的沸点之间，使得目标气体与吸附质分离，以达到净化的效果，分离目标准确，效率高，这样，便可以获得原料气的不同进气压力与冷媒介质22进、出口温度的相匹配的参数，进一步扩充吸附分离性能评价的数据库和吸附分离的工程设计与工程化提供重要的支撑。

一实施例中，请参阅图1，净化腔11a的底表面呈中间低边缘高的弧面。示例性的，吸附容器11包括容器本体111和聚集体112，容器本体111的下方开口，聚集体112封闭容器本体111的下方开口，以共同限定出净化腔11a，净化腔11a的底表面位于聚集体112上，沿上下方向，聚集体112沿垂直于上下方向的截面面积逐渐减小，这样，当吸附质液化或者凝固后可以导向至净化腔11a的底部，避免堵塞进气管道12的尾端管口。

示例性的，一实施例中，容器本体111的形状不限，例如，可以为圆柱体等；聚体体的形状也不限，例如，可以为半球形、圆锥体或者其他不规则形状。

示例性的，一实施例中，吸附容器11的下端可以做封头式设计。

一实施例中，请参阅图1，进气管道12位于净化腔11a中的尾端与净化腔11a的底表面之间的距离大于0。这样，将进气管道12的尾端高于净化腔11a的底表面一定距离，一方面，可以防止在极端条件如温度特别低导致原料气在尾端凝结堵塞情况；另一方面，在运行一定时间后，可以防止位于净化腔11a底部的吸附质液化的液体或者凝固的固体向下堆积堵塞进气管道12的尾端。

需要说明的是，越靠近吸附容器11的壁面，温度越低。

一实施例中，请参阅图1，进气管道12的外周面被吸附剂14包围，吸附剂14与进气管道12的外周面之间的间隙小于预设值。示例性的，吸附剂14的形状不限，预设值的大小具体以吸附剂14的形状为依据，例如，当吸附剂14为颗粒状形状时，预设值可以为0，即吸附剂14与进气管道12的外周面之间不存在间隙，当吸附剂14为规整形状时，如长方体或者球形等时，预设值可以为0.3nm或0.5nm等，这样，可以避免原料气中的吸附质从间隙中逃逸出去，以提高目标气体的纯度。

一实施例中，请参阅图1，评估装置100包括真空箱4和真空泵，真空箱4内形成有密闭空间4a，外壳21设置在密闭空间4a内。真空泵用于将密闭空间4a抽至真空。这样，可以避免冷媒介质22的能量向真空箱4外的环境进行交换而造成大量的能量损失，低温保持效果好。

示例性的，一实施例中，真空箱4的内壁和/或外壁上可以贴装反射薄膜，这样，可以进一步减少冷媒介质22的能量向外传递，低温保持效果进一步提升。

示例性的，一实施例中，请参阅图1，评估装置100包括真空管道5、第四开关阀6和压力检测表7，真空管道5与密闭空间4a连通，第四开关阀6和压力检测表7均设置在真空管道5上，第四开关阀6用于打开或关闭控制真空管道5，压力检测表7用于真空管道5内的压力，真空泵与真空管道5远离真空箱4的一端连通，以将密封空间内抽至真空。在一些实施例中，第四开关阀6、压力检测表7和真空泵均可以与处理仪通信连接，以实现自动控制，自动化程度高。

本申请实施例另一方面提供了一种用于吸附性能测试的测试方法，请参阅图2，用于上述的评估装置100，测试方法包括：

S1、在所述净化腔内的温度为预设温度的条件下，调节原料气的进气压力，并检测所述目标气体的纯度。

示例性的，可以通过温控组件2将净化腔11a内的温度调至预设温度，然后通过第一开关阀15和压力检测仪31调节原料气的进气压力，最后通过排气管道13上的分析仪测得目标气体的纯度。

S2、根据不同所述进气压力下对应的所述纯度，建立所述原料气的进气压力和所述纯度的映射关系。

本实施首先在净化腔11a内的温度为预设温度的条件下，调节原料气的进气压力，并检测目标气体的纯度，然后根据不同进气压力下对应的纯度，建立原料气的进气压力和纯度的映射关系，以将进气压力与目标气体的纯度一一对应，从而建立原料气在不同进气压力下的吸附剂14的分离性能曲线，这样，便可以获得最优分离性能下的目标气体的进气压力，为后续吸附分离装置的工程设计提供数据支撑。

一实施例中，请参阅图1，温控组件2包括外壳21、冷媒介质22、冷媒加注管道23和冷媒排放管道24，外壳21形成有空腔21a，吸附容器11设置在空腔21a内，冷媒加注管道23和冷媒排放管道24均与空腔21a连通，冷媒加注管道23用于将冷媒介质22送入空腔21a内，冷媒排放管道24用于将气化的冷媒介质22排出至空腔21a外，测试方法包括：

S3、调节所述冷媒加注管道内冷媒介质的流速和所述冷媒排放管道内冷媒介质的流速，以使所述净化腔内的温度为所述预设温度。

这样，通过调节冷媒加注管道23内进液量和冷媒排放管道24内的排气量，可以使净化腔11a内的冷媒介质22的液位达到预设液位，以实现净化腔11a内的温度达到预设温度如吸附质的沸点，一方面，可以实现目标气体与吸附质的分离，分离效率高；另一方面，可以避免冷媒介质22的能量的浪费，经济性好。

一实施例中，测试方法包括：根据吸附质的沸点，选择对应的冷媒介质22。这样，通过选择对应的冷媒介质22，在冷媒介质22气化后的温度可以较为快速使对应的吸附质液化，以达到分离目标气体和吸附质的目的，也就是说，冷媒介质22的沸点因低于吸附质的沸点，这样，当冷媒介质22的气化后吸收的热量可以使的净化腔11a内的温度降低至吸附质的沸点之下，以使其液化。

一实施例中，原料气包括一氧化碳(CO)原料气、氢气(H

一实施例中，吸附剂14为分子筛、活性炭、金属有机框架材料和碳纳米管中的一种或者多种的组合。这样，将每一种吸附剂14均进行上述测试方法步骤，可以获得不同吸附剂14对多种原料气的吸附分离性能的数据，以扩充吸附分离性能的数据库，为吸附分离装置的工程设计提供数据支撑。

示例性的，一实施例中，以BF

示例性的，一实施例中，以一氧化碳的原料气为例，在没有进行吸附分离前一氧化碳原料中目标气体即一氧化碳气体的纯度为99.0％，待评价的吸附质主要为CO

以上所述，仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所有的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围之内。