混合气体的分离装置及分离方法

479 编辑：中冶有色技术网来源：济南海能仪器股份有限公司

2023-11-30 11:08:24

权利要求书： 1.一种混合气体的分离装置，其特征在于，包括吸附管路、气体吸附结构和加热机构；

多个所述吸附管路依次连通，其中一个吸附管路设有供混合气体进入的气体进口，另一个吸附管路设有排出气体的气体出口；

多个气体吸附结构一一对应安装在多个所述吸附管路内，各所述气体吸附结构分别对应吸附混合气体中多种气体中的其中一种；

多个所述加热机构与多个所述吸附管路一一对应配合，并用于加热所述吸附管路。

2.根据权利要求1所述的混合气体的分离装置，其特征在于，多个所述吸附管路包括依次连通的第一吸附管路、第二吸附管路和第三吸附管路；

所述第一吸附管路设有所述气体进口，所述第三吸附管路设有气体出口，所述气体出口连接有排气管路；

所述第一吸附管路和所述第二吸附管路之间设有第一阀体，所述第一阀体用于开闭所述第一吸附管路和所述第二吸附管路之间的连通；

所述第二吸附管路与所述第三吸附管路之间设有第二阀体，所述第二阀体用于开闭所述第二吸附管路与所述第三吸附管路之间的连通；

所述排气管路上设有第三阀体，所述第三阀体同于开闭所述排气管路。

3.根据权利要求2所述的混合气体的分离装置，其特征在于，所述第一阀体通过第一出气管路与所述第三阀体连接，所述第一阀体用于开闭所述第一出气管路的进口，所述第三阀体用于开闭所述第一出气管路的出口。

4.根据权利要求2所述的混合气体的分离装置，其特征在于，所述排气管路上设有第四阀体，所述第二阀体通过第二出气管路与所述第四阀体连接，所述第二阀体用于开闭所述第二出气管路的进口，所述第四阀体用于开闭所述第二出气管路的出口。

5.根据权利要求2所述的混合气体的分离装置，其特征在于，所述排气管路具有进气端和出气端，所述进气端与所述气体出口连通，所述出气端连接有气体检测器。

6.根据权利要求1-5任一项所述的混合气体的分离装置，其特征在于，所述吸附管路的数量为X，混合气体待分离的气体种类为Y，其中，Y＝X+1。

7.根据权利要求1-5任一项所述的混合气体的分离装置，其特征在于，所述吸附管路为U型管。

8.根据权利要求1-5任一项所述的混合气体的分离装置，其特征在于，还包括温度检测机构和控制机构；

多个所述温度检测机构分别与多个所述吸附管路一一对应连接，并用于检测所述吸附管路的温度；

所述控制机构分别与所述温度检测机构和所述加热机构相连接，所述控制机构用于开闭所述加热机构。

9.根据权利要求1-5任一项所述的混合气体的分离装置，其特征在于，还包括散热机构，所述散热机构用于为所述吸附管路降温。

10.一种混合气体的分离方法，其特征在于，包括以下步骤：气体吸附：将混合气体依次通过多个气体吸附结构，各所述气体吸附结构分别对应吸附混合气体中多种气体中的其中一种；

气体排出：先排出被吸附过滤后的混合气体，然后再加热排出被吸附的气体。

说明书：混合气体的分离装置及分离方法技术领域[0001] 本发明涉及混合气体分离检测技术领域，尤其是涉及一种混合气体的分离装置及分离方法。

背景技术[0002] 现有的混合气体的分离装置是在色谱柱内填充或喷涂特殊材料，这些特殊材料对不同气体分子的吸引力不同，因此混合气体在管路中流动过程中，不同气体的流速慢慢发

生变化，通过较长管路的流动后，不同气体逐渐被分离开。

[0003] 由于现有的色谱柱是通过不同气体在管路中的流动速度不同来分离，因此分离效果并不理想，经常会出现分离不完全的情况；而且需要在有限的体积内，使气体流过尽量长

的长度，因此管路直径很细，不仅使得气体流量低，造成分离效率低下，而且气体通过时容

易造成管路堵塞，只能允许少量的被测气体进入，影响检测效率。

发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种混合气体的分离装置以及应用该装置的分离方法，以解决现有的色谱柱分离效果不佳，分离效率低下，影响检测效率的问题。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明首先提供了一种混合气体的分离装置，具体技术方案如下：

[0006] 一种混合气体的分离装置，包括吸附管路、气体吸附结构和加热机构；多个所述吸附管路依次连通，其中一个吸附管路设有供混合气体进入的气体进口，另一个吸附管路设

有排出气体的气体出口；多个气体吸附结构一一对应安装在多个所述吸附管路内，各所述

气体吸附结构分别对应吸附混合气体中多种气体中的其中一种；多个所述加热机构与多个

所述吸附管路一一对应配合，并用于加热所述吸附管路。

[0007] 进一步的，多个所述吸附管路包括依次连通的第一吸附管路、第二吸附管路和第三吸附管路；所述第一吸附管路设有所述气体进口，所述第三吸附管路设有气体出口，所述

气体出口连接有排气管路；所述第一吸附管路和所述第二吸附管路之间设有第一阀体，所

述第一阀体用于开闭所述第一吸附管路和所述第二吸附管路之间的连通；所述第二吸附管

路与所述第三吸附管路之间设有第二阀体，所述第二阀体用于开闭所述第二吸附管路与所

述第三吸附管路之间的连通；所述排气管路上设有第三阀体，所述第三阀体同于开闭所述

排气管路。

[0008] 进一步的，所述第一阀体通过第一出气管路与所述第三阀体连接，所述第一阀体用于开闭所述第一出气管路的进口，所述第三阀体用于开闭所述第一出气管路的出口。

[0009] 进一步的，所述排气管路上设有第四阀体，所述第二阀体通过第二出气管路与所述第四阀体连接，所述第二阀体用于开闭所述第二出气管路的进口，所述第四阀体用于开

闭所述第二出气管路的出口。

[0010] 进一步的，所述排气管路具有进气端和出气端，所述进气端与所述气体出口连通，所述出气端连接有气体检测器。

[0011] 进一步的，所述吸附管路的数量为X，混合气体待分离的气体种类为Y，其中，Y＝X+1。

[0012] 进一步的，所述吸附管路为U型管。[0013] 进一步的，还包括温度检测机构和控制机构；多个所述温度检测机构分别与多个所述吸附管路一一对应连接，并用于检测所述吸附管路的温度；所述控制机构分别与所述

温度检测机构和所述加热机构相连接，所述控制机构用于开闭所述加热机构。

[0014] 进一步的，还包括散热机构，所述散热机构用于为所述吸附管路降温。[0015] 另外，本发明还提供了一种气体分离方法，包括以下步骤：气体吸附：将混合气体依次通过多个气体吸附结构，各所述气体吸附结构分别对应吸附混合气体中多种气体中的

其中一种；气体排出：先排出被吸附过滤后的混合气体，然后再加热排出被吸附的气体。

[0016] 根据本发明提供的混合气体的分离装置和分离方法，通过依次对混合气体中的各类待分离气体进行吸附，实现分离目的，并且能够通过加热释放被吸附的气体，分离过程无

需气体经过较长且细的管路，不仅气体分离效果优于现有的色谱柱分离方式，而且分离效

率显著提高，有利于后续的检测。

附图说明[0017] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的

附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前

提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0018] 图1为本发明实施例提供的混合气体的分离装置的工作原理及各部件连接示意图；

[0019] 图2为本发明实施例提供的混合气体的分离装置的部分结构示意图；[0020] 图3为本发明实施例提供的混合气体的分离装置的U型管的结构示意图；[0021] 图4为本发明实施例提供的混合气体的分离方法的流程示意图。[0022] 图标：[0023] 1-第一吸附管路；101-气体进口；2-第二吸附管路；3-第三吸附管路；301-气体出口；4-气体吸附结构；5-排气管路；501-进气端；502-出气端；6-气体检测器；7-第一阀体；8-

第二阀体；9-第三阀体；10-第四阀体；11-第一干燥器；12-第二干燥器；13-第三干燥器；14-

温度检测机构；15-散热机构；16-壳体；17-夹持机构；

具体实施方式[0024] 下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技

术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范

围。

[0025] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了

便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、

以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、

“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0026] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可

以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是

两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本

发明中的具体含义。

[0027] 由于色谱柱是通过不同气体在管路中的流动速度不同来分离，因此分离效果并不理想，经常会出现分离不完全的情况；而且色谱柱需要在有限的体积内，使气体流过尽量长

的长度，因此管路直径很细，气体通过时容易造成管路堵塞；而由于管路直径细，气体流量

低，因此气体分离需要的时间较长，约为15min；并且管路只能允许少量的被测气体进入，

气体量大时容易造成分离装置过载，无法完成分离，最大允许的被测气体体积不大于1mL。

有鉴于此，本实施例提供了一种混合气体的分离装置，通过改变混合气体的分离原理来实

现对混合气体的分离，以达到更好的分离效果和效率。

[0028] 结合附图1所示(图中的箭头为混合气体的流动方向)，本实施例的混合气体的分离装置，包括吸附管路、气体吸附结构4和加热机构(图中未示出)；本实施例的多个吸附管

路依次连通，其中一个吸附管路设有供混合气体进入的气体进口101，另一个吸附管路设有

排出气体的气体出口301，该气体出口301通过排气管路5连接有检测器，经过检测器检测后

的气体最终排出装置外，具体的，是本实施例的排气管路5具有进气端501和出气端502，本

实施例的进气端501与气体出口301连通，出气端502连接有气体检测器6。

[0029] 本实施例的多个气体吸附结构4一一对应安装在多个吸附管路内，气体吸附结构4的材料优选为吸附效果好的高分子材料，例如A沸石，Y沸石，beta沸石，ZSM-5，FER，MEL等沸

石，各气体吸附结构4分别对应吸附混合气体中多种气体中的其中一种，并且每个吸附结构

具有不同的吸附功能，或者说各吸附结构吸附的气体种类不同。

[0030] 本实施例的多个加热机构与多个吸附管路一一对应配合，并用于加热吸附管路，在具体应用时，加热步骤一般是在混合气体被完全吸附后，然后再依次对各个吸附管路进

行加热，来释放吸附后的气体。具体的，加热机构可以是安装在吸附管路内的绝缘加热丝。

[0031] 在应用本实施例的混合气体的分离装置进行气体分离时，需要通过依次对混合气体中的各类待分离气体进行吸附，或者说使得混合气体依次经过多个吸附管路，实现气体

逐个分离的目的，并且能够通过加热释放被吸附的气体，分离过程无需气体经过细长的管

路，不仅气体分离效果优于现有的色谱柱分离方式，而且分离效率显著提高，有利于后续的

检测。另外，由于使用了吸附原理进行混合气体分离，因此不同气体的分离时间间隔可以自

由设定，能实现不同气体的完全分离。通过上述结构设计，本实施例的分离装置管路直径最

高可以做到10mm，不易造成管路堵塞，并可以允许较大的载气流量，使分离时间最低降至

5min，且最大允许的被测气体体积最大可达20mL。

[0032] 再结合附图1所示，为了更好的理解本实施例的混合气体分离装置，本实施例将图示中的多个吸附管路定义为依次连通的第一吸附管路1、第二吸附管路2和第三吸附管路3，

当然具体的吸附管路数量根据分离需求来确定；本实施例的第一吸附管路1设有上述的气

体进口101，本实施例的第三吸附管路3设有上述的气体出口301。

[0033] 而为了便于控制气体的流动和暂存，防止被吸附到吸附结构内的混合气体直接由管路再次混合到过滤后的混合气体中，本实施例在第一吸附管路1和第二吸附管路2之间设

有第一阀体7，第一阀体7用于开闭第一吸附管路1和第二吸附管路2之间的连通；并且本实

施例的第二吸附管路2与第三吸附管路3之间设有第二阀体8，第二阀体8用于开闭第二吸附

管路2与第三吸附管路3之间的连通；另外，为了便于控制出气，本实施例的排气管路5上设

有第三阀体9，第三阀体9同于开闭排气管路5。

[0034] 优选的，本实施例的第一阀体7和第三阀体9均为三通阀，并且第一阀体7通过第一出气管路与第三阀体9连接，即第一阀体7的三个接口分别连接第一吸附管路1的出口、第二

吸附管路2的进口和第一出气管路的进口，第三阀体9的三个接口分别连接排气管路5的出

口、检测器的进口和第一出气管路的出口，当第一吸附管路1完成吸附后，第一阀体7关闭第

一吸附管路1和第二吸附管路2的连通，防止第一吸附管路1内的气体再次回到混合气体内，

待气体分离完成后，通过加热机构来加热第一吸附管路1和其中的气体吸附结构4，此时通

过第一阀体7打开第一吸附管路1和第一出气管路的连通，进而排出吸附的气体。

[0035] 同理，本实施例的第二阀体8也是三通阀，并且在排气管路5上设有第四阀体10，第四阀体10也为三通阀；第二阀体8通过第二出气管路与第四阀体10连接，具体的，是本实施

例的第二阀体8的三个接口分别连接第二吸附管路2、第三吸附管路3和第二出气管路的进

口，本实施例的第四阀体10的三个接头分别连接排气管路5的一部分、排气管路5的另一部

分和第二出气管路的出口。通过第二阀体8的切换能够开闭第二吸附管路2和第三吸附管路

3的连通，通过第四阀体10的切换能够开闭第二吸附管路2和排气管路5的连通。当然本实施

例的阀体结构和布设形式不限于此，只要能够实现上述切换功能即可。

[0036] 优选的，为了实现出气的干燥，本实施例还在第一出气管路上设有第一干燥器11，另外，还在第二吸附管路2和第三吸附管路3之间设有第二干燥器12，在第三吸附管路3和排

气管路5之间设有第三干燥器13。

[0037] 基于上述结构，作为本实施例的一个优选实施方式，本实施例还对吸附管路的数量进行了设计，当吸附管路的数量为X，混合气体待分离的气体种类为Y时，其中，Y＝X+1，或

者说是X＝Y-1。此种设计是考虑到如果有Y种待分离气体，那么只需要分离Y-1种，而剩下的

一种待分离气体可以直接自行排出，无需进行吸附设计，以简化结构，降低成本。

[0038] 具体的，以混合气体包括CO2、SO2、气态H2O、N2为例，CO2、SO2、气态H2O、N2均通过稳定的载气气流来实现流通，也就是说载气气流(可以是He或Ar)带动上述几种气体在分离装

置内流通，基于上述气体种类，本实施例可以将第一吸附管路1内的气体吸附结构4选择为

针对SO2的吸附材料，将第二吸附管路2内的气体吸附结构4选择为针对气态H2O的吸附材料，

将第三吸附管路3内的气体吸附结构4选择为针对气态CO2的吸附材料，其中的N2由于没有被

吸附，直接从出口排出。

[0039] 基于上述结构，结合附图2所示(图中仅示出装置的部分结构)，本实施例的混合气体的分离装置还包括温度检测机构14和控制机构(图中未示出)；温度检测机构14可以是温

度传感器，多个温度检测机构14分别与多个吸附管路一一对应连接，并用于检测吸附管路

的温度；本实施例的控制机构分别与温度检测机构14和加热机构相连接，控制机构用于开

闭加热机构，并且控制机构可以接收温度检测机构14检测到的信息，根据检测到的温度数

据来提高或降低加热机构的加热温度。本实施例的控制机构可以是现有的控制器或处理

器，只要是任意一种能够接收信号、数据处理分析和发送控制指令的结构均可以作为本实

施例的控制机构。

[0040] 另外，为了提高加热后各管路的冷却效率，本实施例的分离装置还包括散热机构15，散热机构15可以是散热风扇灯，通过散热机构15用于为吸附管路降温，使得各吸附管路

快速降温，便于后续气体分离作业的进行。并且为了提高装置的整体性，本实施例的多个吸

附管路同一安装在一个壳体16内，并且通过夹持机构17对吸附管路进行固定限位。需要说

明的是，关于此处并非本实施例的混合气体的分离装置的主要改进之处，因此本实施例对

此不进行过多描述。

[0041] 另外，结合附图3所示，本实施例将吸附管路为设计为U型管，U型管在同等体积下能够提供更长的气体流路，进而提高吸附效果。

[0042] 结合附图4所示，基于上述分离装置，本发明还提供了一种应用该分离装置的气体分离方法，包括以下步骤：

[0043] 气体吸附：将混合气体依次通过多个气体吸附结构4，各所述气体吸附结构4分别对应吸附混合气体中多种气体中的其中一种；

[0044] 气体排出：先排出被吸附过滤后的混合气体，然后再加热排出被吸附的气体。[0045] 其中，在本实施例的气体吸附中，是通过上述的气体吸附结构4来依次进行吸附，多种气体的吸附的顺序是根据各吸附管路内的气体吸附结构4来确定的，没有过多要求。

[0046] 本实施例的分离方法的具体过程如下：在常温环境下，通过稳定的载气气流将混合气体依次通过多个填充有气体吸附结构4的吸附管路中，各气体吸附结构4有选择性的吸

附作用，然后将过滤后的气体排出。当需要释放已经被吸附的气体时，通过单独加热吸附管

路，使得每个吸附管路中被吸附的气体被单独的释放，从而实现了不同气体的分离。所有气

体排出后，散热机构15对吸附管路进行降温处理，使装置恢复到室温状态，准备再一次对气

体进行吸附释放，如此循环往复。

[0047] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依

然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进

行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术

方案的范围。