一种基于热流体的吸附装置支架

摘要

本发明公开了一种基于热流体的吸附装置支架，能够使吸附装置的填料受热均匀，提升装置加热传热效率，同时结构拆装简单，容易布置，适用范围广泛。包括加热支撑框架和多个填料层支撑支架；其中，所述加热支撑框架水平布置在吸附装置的内壁上，所述加热支撑框架的一端设置有热流体入口，另一端设置有冷凝水/废气出口，所述加热支撑框架的内壁上开设有多个通孔，所述加热支撑框架的两侧内壁依次交替布置填料层支撑支架，所述填料层支撑支架的表面开设有多个气孔，所述填料层支撑支架与加热支撑框架的内壁之间的连接角度为锐角、直角或者钝角。

权利要求

1.一种基于热流体的吸附装置支架，其特征在于，包括加热支撑框架（3）和多个填料层支撑支架（5）；

其中，所述加热支撑框架（3）水平布置在吸附装置的内壁上，所述加热支撑框架（3）的一端设置有热流体入口（1），另一端设置有冷凝水/废气出口（2），所述加热支撑框架（3）的内壁上开设有多个通孔（6），所述加热支撑框架（3）的两侧内壁依次交替布置填料层支撑支架（5），所述填料层支撑支架（5）的表面开设有多个气孔，所述填料层支撑支架（5）与加热支撑框架（3）的内壁之间的连接角度（4）为锐角、直角或者钝角；

两侧内壁上相邻的填料层支撑支架（5）之间同向平行或者逆向相交；

同侧内壁上相邻的填料层支撑支架（5）之间相互平行；

所述填料层支撑支架（5）的上表面和下表面呈间隔均匀开设有多个气孔；

所述加热支撑框架（3）和填料层支撑支架（5）均采用不锈钢材质制作，所述加热支撑框架（3）通入的热流体为加热后的气体介质或者饱和蒸汽。

2.根据权利要求1所述的一种基于热流体的吸附装置支架，其特征在于，所述填料层支撑支架（5）的长度不小于所述加热支撑框架（3）的宽度。

3.根据权利要求1所述的一种基于热流体的吸附装置支架，其特征在于，所述加热支撑框架（3）的内部垂直布置有垂直支管（7），所述垂直支管（7）的顶部连通吸附装置的安全泄压阀（10），所述垂直支管（7）的底部连通吸附装置的排污口（8）。

4.根据权利要求1所述的一种基于热流体的吸附装置支架，其特征在于，所述冷凝水/废气出口（2）设置在所述加热支撑框架（3）一端的底部。

说明书

一种基于热流体的吸附装置支架

技术领域

[0001] 本发明属于二氧化碳捕捉吸附装置设备技术领域，具体涉及一种基于热流体的吸附装置支架。

背景技术

[0002] 二氧化碳捕集、利用与封存技术(CCUS)是最有效实现大规模CO2减排技术的有效途径之一。其中，CO2捕集技术环节因能耗和成本均较高，成为CCUS技术中需要改进的重要环节。空气直接捕集技术(DAC)以空气为CO2的输运媒介，直接从低浓度(400ppm)的空气中将CO2进行富集，处理灵活、操作方便，可以处理移动源CO2的排放问题，避免CO2运输的成本问题。

[0003] 其中，空气捕集吸附/吸收技术通过在常温下捕集空气中的低浓度CO2，在80℃左右的温度下进行脱附再生。脱附再生过程需要提供大量的热量，约占整个系统能耗的75％以上。尽管研发获得的吸附剂活性基团负载含量高，且材料稳定性高，但作为吸附材料，其再生脱附过程仍然需要采用变温、变压等相互耦合的技术来实现，使空气直捕CO2的再生温度仍然较高，甚至达到150kJ/mol的能耗，大大制约了该技术的大规模发展。

[0004] 目前现有的空气捕集吸附装置存在的技术问题是：

[0005] 对二氧化碳吸附剂的脱附再生过程，提供热量的方法仍沿用传统的材料加热技术，导致加热效率低，受热不均匀，同时吸附装置的拆装较为困难，布置空间受限。

发明内容

[0006] 针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于热流体的吸附装置支架，能够使吸附装置的填料受热均匀，提升装置加热传热效率，同时结构拆装简单，容易布置，适用范围广泛。

[0007] 本发明是通过以下技术方案来实现：

[0008] 一种基于热流体的吸附装置支架，包括加热支撑框架和多个填料层支撑支架；

[0009] 其中，所述加热支撑框架水平布置在吸附装置的内壁上，所述加热支撑框架的一端设置有热流体入口，另一端设置有冷凝水/废气出口，所述加热支撑框架的内壁上开设有多个通孔，所述加热支撑框架的两侧内壁依次交替布置填料层支撑支架，所述填料层支撑支架的表面开设有多个气孔，所述填料层支撑支架与加热支撑框架的内壁之间的连接角度为锐角、直角或者钝角。

[0010] 优选地，两侧内壁上相邻的填料层支撑支架之间同向平行或者逆向相交。

[0011] 优选地，同侧内壁上相邻的填料层支撑支架之间相互平行。

[0012] 优选地，所述填料层支撑支架的上表面和下表面呈间隔均匀开设有多个气孔。

[0013] 优选地，所述填料层支撑支架的长度不小于所述加热支撑框架的一般宽度。

[0014] 优选地，所述加热支撑框架的内部垂直布置有垂直支管，所述垂直支管的顶部连通吸附装置的安全泄压阀，所述垂直支管的底部连通吸附装置的排污口。

[0015] 优选地，所述加热支撑框架和填料层支撑支架均采用不锈钢材质制作，所述加热支撑框架通入的热流体为加热后的气体介质或者饱和蒸汽。

[0016] 优选地，所述冷凝水/废气出口设置在所述加热支撑框架一端的底部。

[0017] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

[0018] 本发明提供一种基于热流体的吸附装置支架，通过设计特殊的吸附装置支架结构，将支撑结构的作用与加热结构的作用相结合，利用加热支架框架结构，通过两端开设的热流体入口和冷凝水/废气出口，满足了气态和蒸汽模式的热流体在加热支撑框架的内部流通将热量输送到吸附装置整个内部，并通过与之相连的填料层支撑支架作为热流体介质的流通通道，填料层支撑支架的气孔与加热支撑框架的通孔配合将热量传递至填料层支撑支架上支撑固定的填料单元内，保证其内部的吸附材料能够受热均匀且传热方式简单。加热支撑框架内部布置有多组填料层支撑支架，在内部空间中均匀分布，提升传热效率，保证传热效果。本发明所述的支架结构不仅能及时为吸附脱附材料提供热量，促使吸附的二氧化碳更好的脱附下来，也同时能够起到整个吸附装置的支撑作用，且结构简单，容易布置，填料受热均匀，加热效率高，适用范围广。

[0019] 进一步地，本发明所述的加热支架框架与吸附装置的横截面保持一致，且具有一定的厚度，采用中空结构，中空部分为热流体提供了流动空间和流动路径，所述热流体介质从吸附装置的一端通入，通过热流体入口进入后分别沿着加热支撑框架的边框流动并流向填料层支撑支架，沿途从加热支撑框架表面开设的多个通孔喷出，一部分热流体进入吸附装置的填料层热流体介质中进行热交换，后不断在填料层内部扩散后逸出，与另一部分的热流体碰撞传热，通过填料层支撑支架上均匀开设的气孔使得填料层内的吸附材料受热均匀，从而实现传热换热效率的提高。

[0020] 进一步地，本发明中，所述加热支撑框架的内部垂直布置有垂直支管，可以实现吸附换热过程中的废气污水处理，支撑框架一端的热流体入口进入的热流体介质，经过气孔进入吸附装置内部和填料层内部进行传热后，产生的废气/汽由支撑框架另一端的废气/冷凝水出口排出，通过与支撑框架相连且垂直布置的两根垂直支管，其顶部连通吸附装置的安全阀，起到泄压排气的安全作用，其底部连通吸附装置的排污阀，可定期排除吸附装置内的固体废物及冷凝水，起到定期清除废物污水的作用。

附图说明

[0021] 图1为本发明所述加热支撑框架内填料层支撑支架的直角布置方式结构示意图；

[0022] 图2为本发明所述加热支撑框架内填料层支撑支架的逆向相交布置方式结构示意图；

[0023] 图3为本发明所述加热支撑框架内填料层支撑支架的同向平行布置方式结构示意图；

[0024] 图4为本发明所述吸附装置支架中热流体路径示意图。

[0025] 图5为本发明所述加热支撑框架与垂直支管的侧视图；

[0026] 图6为本发明所述加热支撑框架与垂直支管的俯视图。

[0027] 图中，1‑热流体入口，2‑冷凝水/废气出口，3‑加热支撑框架，4‑连接角度，5‑填料层支撑支架，6‑通孔，7‑垂直支管，8‑排污口，9‑热流体流向，10‑安全泄压阀，11‑热流体路径。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图对本发明的原理和特征做进一步的详细说明，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

[0029] 需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

[0030] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0031] 本发明提供一种基于热流体的吸附装置支架，如图1、2和3所示，包括加热支撑框架3和多个填料层支撑支架5；

[0032] 其中，所述加热支撑框架3水平布置在吸附装置的内壁上，所述加热支撑框架3的一端设置有热流体入口1，另一端设置有冷凝水/废气出口2，所述加热支撑框架3的内壁上开设有多个通孔6，所述加热支撑框架3的两侧内壁依次交替布置填料层支撑支架5，所述填料层支撑支架5的表面开设有多个气孔，所述填料层支撑支架5与加热支撑框架3的内壁之间的连接角度4为锐角、直角或者钝角。

[0033] 本发明设计了一种基于热流体的吸附装置支架，与传统的加热方式相比，通过设计特殊的吸附装置支架结构，将支撑结构的作用与加热结构的作用相结合，利用加热支架框架结构，通过两端开设的热流体入口1和冷凝水/废气出口2，满足了气态和蒸汽模式的热流体在加热支撑框架3的内部流通将热量输送到吸附装置整个内部，并通过与之相连的填料层支撑支架5作为热流体介质的流通通道，填料层支撑支架5的气孔与加热支撑框架3的通孔6配合将热量传递至填料层支撑支架5上支撑固定的填料单元内，保证其内部的吸附材料能够受热均匀且传热方式简单。加热支撑框架3内部布置有多组填料层支撑支架5，在内部空间中均匀分布，提升传热效率，保证传热效果。本发明所述的支架结构不仅能及时为吸附脱附材料提供热量，促使吸附的二氧化碳更好的脱附下来，也同时能够起到整个吸附装置的支撑作用，且结构简单，容易布置，填料受热均匀，加热效率高，适用范围广。

[0034] 本发明中，填料层支撑支架5是由加热支撑框架3向内侧延伸出的若干小支，起到支撑填料层的作用，同时在填料层支撑支架5的表面开设气孔，为热流体介质提供路径，使热量分布更为均匀，在支撑填料层的同时为吸附装置内部特供热量，作为热流体的流通通道。

[0035] 优选地，两侧内壁上相邻的填料层支撑支架5之间同向平行或者逆向相交。

[0036] 优选地，同侧内壁上相邻的填料层支撑支架5之间相互平行。

[0037] 本发明所述的加热支架框架与吸附装置的横截面保持一致，且具有一定的厚度，采用中空结构，中空部分为热流体提供了流动空间和流动路径，所述热流体介质从吸附装置的一端通入，通过热流体入口1进入后分别沿着加热支撑框架3的边框流动并流向填料层支撑支架5，沿途从加热支撑框架3表面开设的多个通孔6喷出，一部分热流体进入吸附装置的填料层热流体介质中进行热交换，后不断在填料层内部扩散后逸出，与另一部分的热流体碰撞传热，通过填料层支撑支架5上均匀开设的气孔使得填料层内的吸附材料受热均匀，从而实现传热换热效率的提高。

[0038] 优选地，所述填料层支撑支架5的长度不小于所述加热支撑框架3的一般宽度，可以增加加热支架框架内部热量之间的热传递，同时保证填料层支撑支架5的支撑作用。

[0039] 本发明中，如图5和图6所示，所述加热支撑框架3的内部垂直布置有垂直支管7，可以实现吸附换热过程中的废气污水处理，支撑框架一端的热流体入口1进入的热流体介质，经过气孔进入吸附装置内部和填料层内部进行传热后，产生的废气/汽由支撑框架另一端的废气/冷凝水出口排出，通过与支撑框架相连且垂直布置的两根垂直支管7，其顶部连通吸附装置的安全泄压阀10，起到泄压排气的安全作用，其底部连通吸附装置的排污口8，可定期排除吸附装置内的固体废物及冷凝水，起到定期清除废物污水的作用。

[0040] 优选地，所述加热支撑框架3、填料层支撑支架5和垂直支管7均采用不锈钢材质制作，某一实施例中，为304不锈钢。

[0041] 优选地，所述加热支撑框架3通入的热流体为加热后的气体介质或者饱和蒸汽等具有一定温度的流体介质，起到为吸附装置的填料层提供热量的作用。

[0042] 优选地，所述冷凝水/废气出口2设置在所述加热支撑框架3一端的底部，便于废水从底部排出。

[0043] 实施例

[0044] 如图1和4所示，本发明所述的基于热流体的吸附装置支架的结构以及在使用时的工作原理如下：

[0045] 热流体介质(如携带一定热量的加热气体或饱和蒸汽)由吸附装置外部通过加热支撑框架3一端的热流体入口1进入吸附装置内部，分别按照框架内的热流体流向9进入填料层支撑支架5，一部分热流体介质进入填料层后为填料材料提供热量，扩散后进入吸附装置内部；另一部分热流体介质由沿途的加热支撑框架3表面布置的通孔6进入吸附装置内部，与填料层扩散后的流体介质充分混合，补偿温度后继续与填料层发生热交换；废气/废汽由加热支撑框架3的另一端的冷凝水/废气出口2(废气/废汽出口)排出装置；较轻的气体根据需要可由加热支撑框架3两侧相通的垂直支管7的顶部，经安全泄压阀10排出；较重的热交换产物，如冷凝水，以及填料层散落的固体材料及吸附装置内部的固体杂质等，由吸附装置的排污口8排出装置外；最终完成基于热流体形式的热量提供方式。

[0046] 如图2和图3所示，分别为本发明加热支撑框架内填料层支撑支架的多种不同布置方式的结构示意图。其中，加热支撑框架与填料层支撑支架之间的连接角度，可以选择直角形式(如图1所示)，加工方便，直接美观，便于操作；也可以选择同向的非直角形式(如图3所示)，甚至两排支撑支管逆向相错的非直角形式(如图2所示)，具体可根据实际工况需求进行布置。

[0047] 如图4所示，提供了本发明所述支架内部的热流体路径11示意图。其中，热流体介质从吸附装置外由加热支撑框架3的一端进入，分按照热流体流向9分别沿着加热支撑框架3得到边框流向填料层支撑支架5，沿途从加热支撑框架3表面布置的通孔6喷出，部分进入填料层的热流体介质，不断在填料层内部扩散后逸出，与另一部分热流体介质碰撞传热，填料层支撑支架5表面上均匀开设的气孔使填料层受热均匀，热流体在吸附装置内停留时间增加，达到提高热效率的目的。

[0048] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。