一种模拟活性炭吸附气体中氮氧化物的实验教学装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种模拟活性炭吸附气体中氮氧化物的实验教学装置，包括配气系统、活性炭吸附柱和废气吸收池；所述配气系统包括压缩空气钢瓶、NO气体钢瓶和缓冲罐；所述压缩空气钢瓶和NO气体钢瓶分别通过连接管与缓冲罐连通；所述活性炭吸附柱从上到下依次由上空心柱、活性炭填充柱和下空心柱组成，上空心柱顶部设有混合气体入口，所述混合气体入口通过连接管与缓冲罐连通，混合气体入口上设有阀门；所述活性炭填充柱内设有撑托网；所述下空心柱底部设有混合气体出口，混合气体出口通过阀门与废气吸收池连通；混合气体出口与混合气体入口间设有压差计。其优点为：装置结构紧凑，占地面积小，可拆卸，组装便捷，有利于学生的实践技能的培养。
【专利说明】一种模拟活性炭吸附气体中氮氧化物的实验教学装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于高等学校环境工程专业实验教学领域，具体涉及一种模拟活性炭吸附气体中氮氧化物的实验教学装置。
【背景技术】
[0002]氮氧化物是大气中常见的污染物之一，对人体、植物以及生态环境存在着不可忽视的危害。其主要危害是:氮氧化物与空气中的水结合会转化成硝酸和硝酸盐，而硝酸是酸雨的成因之一；谈氧化物还可与碳氢化合物等一次污染物在阳光(紫外光)作用下发生光化学反应产生光化学烟雾污染。我国以化石燃料为主的能源结构在目前及今后很长一段时间将不会发生根本改变，但是随着我国经济的快速发展，由此带来的氮氧化物气体污染也势必越来越严重，因此怎样减少氮氧化物的污染引起了国内外学者的广泛关注。2011年初，我国出台了《火电厂大气污染物排放标准》，从2012年I月I日开始，重点地区所有新建火电机组NOx排放量必须达到100mg/Nm3以下，从2014年I月I日开始，重点地区所有火电机组NOx排放量必须达到100mg/Nm3以下，非重点地区2003年以前投放的机组NOx排放量必须达至Ij 200mg/Nm3 以下。
[0003]目前，国内关于烟气脱硝的研究较多，形成了一些具有推广价值的方法，如SCR、SNCR、等离子体法同步脱硫脱硝、液体吸收法等。其中，活性炭吸附法在有害气体净化领域已得到广泛应用，特别是对硝酸生产尾气、烟道气、工业废气中的NOx的治理，有着一定的优越性。但是，目前用于活性炭吸附法的装置体积较大，不可拆卸，在教学和科研中有诸多不便:不利用学生实践技能培养，学生缺少动手机会；工厂所使用的大型设备不适于小规模以及中试实验研究，不利于科研工作者改进优化活性炭吸附处理工艺和企业降低生产成本。
实用新型内容
[0004]针对现有技术的需要，本实用新型的目的在于提供一种模拟活性炭吸附气体中氮氧化物的实验装置，可用于混合气体中NOx气体的吸附与脱附实验，能够在小规模以及中试实验研究水平对NOx气体活性炭吸附净化进行模拟研究，在本实用新型的实验装置上可以采用连续进样法进行实验，装置占地面积小，可拆卸，组装简便，性能可靠，可以较好地连续性模拟活性炭吸附气体中氮氧化物的相关过程，不会产生环境污染，绿色环保。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0006]一种模拟活性炭吸附气体中氮氧化物的实验教学装置，包括配气系统34、活性炭吸附柱28和废气吸收池20 ;所述配气系统34包括压缩空气钢瓶1、NO气体钢瓶4和缓冲罐5，所述压缩空气钢瓶I和NO气体钢瓶4分别通过连接管42、43与缓冲罐5连通；所述活性炭吸附柱28从上到下依次包括上空心柱31、活性炭填充柱40和下空心柱36，上空心柱31顶部设有混合气体入口 29，混合气体入口 29通过连接管26与缓冲罐5连通，混合气体入口 29上设有阀门14 ;所述活性炭填充柱40内设有撑托网32 ;所述下空心柱36底部设有混合气体出口 38，混合气体出口 38通过阀门15与废气吸收池20连通。
[0007]上述模拟活性炭吸附气体中氮氧化物的实验教学装置还包括蒸汽加热系统37和冷凝系统35，所述蒸汽加热系统37包括储水器23和加热器25 ;所述储水器23位于加热器25上，储水器23通过阀门16与下空心柱36底部连通；所述冷凝系统35包括冷凝器6和冷凝水储箱41 ;所述冷凝器6 —端通过阀门13与上空心柱31顶部连通，冷凝器6另一端通过冷凝水储箱41与废气吸收池20连通。
[0008]所述活性炭填充柱40为2个或2个以上活性炭填充柱串联而成。
[0009]所述上空心柱与活性炭填充柱之间，活性炭填充柱与活性炭填充柱之间，活性炭填充柱与下空心柱之间通过衬垫和螺丝固定，形成可拆卸的整体。
[0010]所述蒸汽加热系统37还包括集水槽22，所述集水槽22底部通过进水阀24与储水器23顶部连通。
[0011]所述活性炭吸附柱28为2个或2个以上活性炭吸附柱并联而成。
[0012]所述连接管42上设有气体流量计2，连接管43上设有气体流量计3 ;所述混合气体出口 38与混合气体入口 29间设有压差计21。
[0013]所述连接管26上设有采样口 7 ;所述活性炭吸附柱的混合气体出口处均设有采样Π 8、9。
[0014]所述连接管26、42、43为的PVC管、橡胶管或玻璃管。
[0015]所述采样口 7、8、9为玻璃三通。
[0016]本实用新型的结构图如图1所示，本装置的示意图如图2所示，由图1-2可知，空气源与一氧化氮气体源通过连接管连接到缓冲罐，缓冲罐通过连接管连接到气体吸收系统，所述缓冲罐将来自空气源的空气和一氧化氮气源的NO气体进行预先混合，混合气体进入气体吸附处理系统由内部的颗粒活性炭进行净化吸收，所述的气体吸附处理系统为两个并联的活性炭吸附柱，工作时二者进行切换工作，期间由蒸汽加热系统对效率降低的活性炭吸附柱进行再生活化处理，实现对模拟混合气体的连续净化处理，末端尾气进入尾气吸收池槽彻底处理后排出。
[0017]一氧化氮气体源为压缩NO气体钢瓶，一氧化氮气体源出口处设有气体转子流量计，通过气体转子流量计读数调节NO输入量。
[0018]空气源为压缩空气钢瓶，空气源出口处设有气体转子流量计，通过气体转子流量计读数调节压缩空气输入量。
[0019]气体吸附处理系统为两个并联连接的活性炭吸附柱，通过开关气体进出口阀门可以达到吸附柱的切换工作实现连续性处理，每个活性炭吸附柱均为三层布置，填充有粒径为200目左右的颗粒活性炭，活性炭吸附柱直径为100mm，高为800mm。
[0020]活性炭吸附柱在气体进出口处均设有气体采样口，所述的气体采样口为玻璃三通(如图9所示)，其中一端设有胶皮塞，用医用注射器可以直接扎入进行取样。
[0021]所述的活性炭吸附柱在气体进出口处之间连有压差计，压差计为U型管压差计，与气体进出口管道直径相等。
[0022]蒸汽加热系统包括集水槽、储水器和加热源，冷凝系统包括冷凝器和冷凝水储箱，加热器加热储水器产生水蒸气进入失活的活性炭吸附柱进行热解吸再生，产生的水蒸气及NO混合气体通过冷凝器冷凝，水蒸气转化为液态水留存在冷凝水储箱中，NO气体进入尾气吸收池槽进行吸收处理。
[0023]尾气处理系统可以为NaOH吸收池槽，用于吸收活性炭吸附反应时残留的氮氧化物气体和水蒸气热再生过程中产生的氮氧化物气体以免污染大气环境，同时产生NaNO3进行回收。
[0024]实验装置中的连接管可以为耐腐蚀的PVC管、橡胶管或玻璃管。
[0025]本实验装置可通过连接管连接自行组装，可以根据不同实验目的和要求调整装置配置。如只需要简单模拟活性炭吸附气体氮氧化物时，连接配气系统、第一活性炭吸附柱、尾气吸收池即可便捷实现；当需要模拟活性炭吸附饱和后热再生处理时，可将蒸汽加热系统和冷凝系统通过连接管连入，进行实验；当需要模拟活性炭吸附柱对气体中氮氧化物的连续处理和活性炭吸附柱的切换运行时，则可以将配气系统、气体吸附处理系统(包含2个活性炭吸附柱、蒸汽加热系统、冷凝系统和尾气吸收池按照图2方式连接组装并进行实验；本实验装置不限于对气体中氮氧化物的吸附处理，通过更换配气系统中的气体源钢瓶也可以实现对SO2等气体的活性炭模拟吸附实验。
[0026]本实用新型公开的活性炭吸附气体中氮氧化物的实验教学装置有助于教学以及科学研究。
[0027]本实用新型的优点是:
[0028](I)本实用新型的实验装置可以开设综合性、设计性和创新性实验，强化学生自主学习和独立思考能力的训练。
[0029](2)本实用新型的实验装置采用连续进样法进行实验教学，通过开关气体进出口阀门可以达到吸附柱的切换工作实现连续性处理，可以较好地模拟活性炭吸附气体中氮氧化物的相关过程，能够有效测定其吸附效率、压降、穿透时间等重要参数。本实用新型的实验装置气体采样口设计可以做到即时取样，能更准确得得到气体相关模拟参数。
[0030](3)本实用新型的实验装置在实验过程中不会产生环境污染物，绿色环保。水蒸气热再生过程产生的冷凝水可以继续作为蒸汽水源，尾气吸收池富集得到的NaNO3可以回收利用。
[0031](4)装置结构紧凑，占地面积小，可拆卸，组装便捷，根据不同实验目的和要求调整装置配置，通过学生自行组装实验系统进行实验，可以锻炼学生的操作技能和工程设计能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是本实用新型装置系统框架图。
[0033]图2是本实用新型装置系统的示意图。
[0034]图3是本实用新型装置的上空心柱的纵剖面图。
[0035]图4是上空心柱的俯视图。
[0036]图5是活性炭填充柱的纵剖面图。
[0037]图6是活性炭填充柱的俯视图。
[0038]图7是下空心柱的纵剖面图。
[0039]图8是下空心柱的俯视图。
[0040]图9是气体采样口的示意图
[0041]其中，1-压缩空气钢瓶；2，3-气体转子流量计；4-N0压缩气体钢瓶；5_缓冲罐；6-冷凝器;;7，8，9 -气体采样口；10，11，12，13，14，15，16，17，18，19-阀门；20-尾气吸收池；21_压差计；22_集水槽；23_储水器；24_进水阀;25_加热器；26、42、43_连接管；27-第二活性炭吸附柱；28_第一活性炭吸附柱；29_混合气体入口 ；30_水蒸气出口 ；31_上空心柱；32_撑托网33-螺丝孔；34_配气系统；35_冷凝系统；36_下空心柱；37_加热蒸汽系统；39_混合气体出口 ；40_活性炭填充柱；41_冷凝水储箱。
【具体实施方式】
[0042]如图1-9所示，一种模拟活性炭吸附气体中氮氧化物的实验教学装置，包括配气系统34、活性炭吸附柱28和废气吸收池20 ;所述配气系统34包括压缩空气钢瓶1、N0气体钢瓶4和缓冲罐5，所述压缩空气钢瓶I和NO气体钢瓶4分别通过连接管42、43与缓冲罐5连通；所述活性炭吸附柱28从上到下依次包括上空心柱31、活性炭填充柱40和下空心柱36，上空心柱31顶部设有混合气体入口 29，混合气体入口 29通过连接管26与缓冲罐5连通,混合气体入口 29上设有阀门14 ;所述活性炭填充柱40内设有撑托网32 ;所述下空心柱36底部设有混合气体出口 38，混合气体出口 38通过阀门15与废气吸收池20连通。
[0043]上述模拟活性炭吸附气体中氮氧化物的实验教学装置还包括蒸汽加热系统37和冷凝系统35，所述蒸汽加热系统37包括储水器23和加热器25 ;所述储水器23位于加热器25上，储水器23通过阀门16与下空心柱36底部连通；所述冷凝系统35包括冷凝器6和冷凝水储箱41 ;所述冷凝器6 —端通过阀门13与上空心柱31顶部连通，冷凝器6另一端通过冷凝水储箱41与废气吸收池20连通。
[0044]所述活性炭填充柱40为2个或2个以上活性炭填充柱串联而成。
[0045]所述上空心柱与活性炭填充柱之间，活性炭填充柱与活性炭填充柱之间，活性炭填充柱与下空心柱之间通过衬垫和螺丝固定，形成可拆卸的整体。
[0046]所述蒸汽加热系统37还包括集水槽22，所述集水槽22底部通过进水阀24与储水器23顶部连通。
[0047]所述活性炭吸附柱28为2个或2个以上活性炭吸附柱并联而成。
[0048]所述连接管42上设有气体流量计2，连接管43上设有气体流量计3 ;所述混合气体出口 38与混合气体入口 29间设有压差计21。
[0049]所述连接管26上设有采样口 7 ;所述活性炭吸附柱的混合气体出口处均设有采样Π 8、9。
[0050]所述连接管26、42、43为的PVC管、橡胶管或玻璃管。
[0051]所述采样口 7、8、9为玻璃三通。
[0052]所述阀门为气体阀门。所述加热器可以为电磁炉，储水器为加热高压锅。
[0053]活性炭吸附柱可以是一体化的吸附柱，也可由上空心柱、活性炭填充柱和下空心柱组装而成，其中图3-4分别为上空心柱的纵剖面图和俯视图，从图中可看到在上空心柱的下边缘设有螺丝孔，图中30为水蒸气出口；图5-6分别为活性炭填充柱的纵剖面图和俯视图，从图中可看到在活性炭填充柱的上边缘设有螺丝孔，其下边缘也设有螺丝孔，图7-8分别为下空心柱的纵剖面图和俯视图，下空心柱的上边缘设有螺丝孔，图中39为水蒸气入口，在其连接处设有衬垫，螺栓穿过螺丝孔，可以依次将上空心柱、活性炭填充柱和下空心柱组装固定，形成整体。
[0054]本实用新型装置模拟活性炭吸附气体氮氧化物的工作的过程是这样的:打开气体球阀12、18、19，气体球阀10、11、13、14、15、16、17处于关闭状态，来自压缩空气钢瓶I的空气与NO压缩气体钢瓶4的NO气体在缓冲罐5进行预先混合后进入第二活性炭吸附柱27进行净化，然后经废弃吸收池吸收残留的NO后排出，其中气体转子流量计2和3分别指示调节空气和NO气体流量。两个活性炭吸附柱的吸附与脱附再生切换过程是如下实现的:当第二活性炭吸附柱接近穿透时，关闭气体球阀12、13、16、18，打开气体球阀10、11、14、15、17、19，将处于预工作状态的水蒸汽产生装置22、23、24、25开启，产生的水蒸气通过气体球17进入第二活性炭吸附柱对其进行热再生，产生的NO气体及蒸汽依次通过气体球门11、10进入冷凝器6冷凝，水蒸气转化为液态水留存在冷凝水储箱中，NO气体进入尾气吸收池20，其间模拟混合气体由气体球阀14进入第二活性炭吸附柱28进行净化，残余气体通过气体球阀15、19进入尾气吸收池彻底处理；当第一活性炭吸附柱接近穿透时，关闭气体球阀11、14、15、17，打开气体球阀10、12、13、16、18、19，水蒸气通过气体球阀16进入第一活性炭吸附柱对其进行热再生，产生的NO气体及蒸汽通过气体球阀13、10进入冷凝器冷凝，水蒸气转化为液态水留存在冷凝水储箱中，NO气体进入尾气吸收池槽，其间模拟混合气体由气体球阀12进入第二活性炭吸附柱进行净化，残余气体通过气体球阀18、19进入尾气吸收池槽彻底处理；在气体入出口处分别设有气体采样口 7、8、9，用来对模拟混合气体进出活性炭吸附柱前后进行即时采样以监测NOx浓度变化，混合气体入出口之间连有U型管压差计21，可以直观反应活性炭吸附柱工作时的压降变化；整个过程中活性炭吸附反应时残留的氮氧化物气体和水蒸气热再生过程中产生的氮氧化物气体均进入尾气吸收池槽进行吸收富集，得到的NaNO3进行回收。
[0055]本实施例中活性炭吸附柱不限于2个，可以为多个，而活性炭吸附柱中活性炭填充柱不限于3个，可以为多个。
[0056]另外，2个或多个活性炭吸附柱同时用于模拟活性炭吸附气体氮氧化物的过程，也可同时模拟脱附再生的相关过程。
【权利要求】
1.一种模拟活性炭吸附气体中氮氧化物的实验教学装置，其特征在于:包括配气系统(34)、活性炭吸附柱(28)和废气吸收池(20);所述配气系统(34)包括压缩空气钢瓶(1)、N0气体钢瓶(4)和缓冲罐(5)，所述压缩空气钢瓶(I)和NO气体钢瓶(4)分别通过连接管(42、43)与缓冲罐(5)连通；所述活性炭吸附柱(28)从上到下依次包括上空心柱(31)、活性炭填充柱(40 )和下空心柱(36 )，上空心柱(31)顶部设有混合气体入口( 29 )，混合气体入口( 29 )通过连接管(26)与缓冲罐(5)连通，混合气体入口(29)上设有阀门(14);所述活性炭填充柱(40)内设有撑托网(32);所述下空心柱(36)底部设有混合气体出口(38)，混合气体出口(38)通过阀门(15)与废气吸收池(20)连通。
2.根据权利要求1所述一种模拟活性炭吸附气体中氮氧化物的实验教学装置，其特征在于:还包括蒸汽加热系统(37)和冷凝系统(35)，所述蒸汽加热系统(37)包括储水器(23)和加热器(25);所述储水器(23)位于加热器(25)上，储水器(23)通过阀门(16)与下空心柱(36)底部连通；所述冷凝系统(35)包括冷凝器(6)和冷凝水储箱(41);所述冷凝器(6)一端通过阀门(13)与上空心柱(31)顶部连通，冷凝器(6)另一端通过冷凝水储箱(41)与废气吸收池(20)连通。
3.根据权利要求1或2所述一种模拟活性炭吸附气体中氮氧化物的实验教学装置，其特征在于:所述活性炭填充柱(40)为2个或2个以上活性炭填充柱串联而成。
4.根据权利要求3所述一种模拟活性炭吸附气体中氮氧化物的实验教学装置，其特征在于:所述上空心柱与活性炭填充柱之间，活性炭填充柱与活性炭填充柱之间，活性炭填充柱与下空心柱之间通过衬垫和螺丝固定，形成可拆卸的整体。
5.根据权利要求2所述一种模拟活性炭吸附气体中氮氧化物的实验教学装置，其特征在于:所述蒸汽加热系统(37)还包括集水槽(22)，所述集水槽(22)底部通过进水阀(24)与储水器(23)顶部连通。
6.根据权利要求1或2所述一种模拟活性炭吸附气体中氮氧化物的实验教学装置，其特征在于:所述活性炭吸附柱(28)为2个或2个以上活性炭吸附柱并联而成。
7.根据权利要求1所述一种模拟活性炭吸附气体中氮氧化物的实验教学装置，其特征在于:所述连接管(42)上设有气体流量计(2)，连接管(43)上设有气体流量计(3);所述混合气体出口(38)与混合气体入口(29)间设有压差计(21)。
8.根据权利要求1或6所述一种模拟活性炭吸附气体中氮氧化物的实验教学装置，其特征在于:所述连接管(26)上设有采样口(7);所述活性炭吸附柱的混合气体出口处均设有采样口(8、9)。
9.根据权利要求1或2所述一种模拟活性炭吸附气体中氮氧化物的实验教学装置，其特征在于:所述连接管(26、42、43)为的PVC管、橡胶管或玻璃管。
10.根据权利要求8所述一种模拟活性炭吸附气体中氮氧化物的实验教学装置，其特征在于:所述采样口(7、8、9)为玻璃三通。
【文档编号】B01D53/04GK203944270SQ201420328275
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】胡将军, 李鸿鹄 申请人:武汉大学