[发明专利]冷-热颗粒循环移动床连续式冷冻净化气体的方法

权利要求书

1.一种冷-热颗粒循环移动床连续逆流冷冻净化气体的方法，其特征在于利用重力作用下球形颗粒在直立容器中下降移动特性，构建冷、热颗粒循环的连续式冷颗粒移动床和热颗粒移动床，冷颗粒移动床对压力低于1.0MPa、温度低于373K、含尘粒和H₂O与CO₂的气体进行逆流传热传质净化，使其从床底上行冷却降温净化至床顶出口析出H₂O和CO₂的含量降低到床顶加入的冷颗粒温度下的平衡浓度，从床顶加入的冷颗粒下行过程回收上行气体的热量、颗粒升温并携带从气体中沉积到颗粒表面的尘粒和H₂O、CO₂下行至床底移出、使颗粒表面冲刷渗沥后提升至热颗粒移动床顶；热颗粒移动床中颗粒从床顶下行、被从床底自下而上逆流穿过颗粒层的低温洁净冷气冷却、热颗粒降温至床底出口处的温度比冷颗粒移动床顶部气体出口温度低至少1.5K，提升加入冷颗粒移动床顶部，构成冷-热颗粒循环移动床逆流冷冻净化气体的连续流程；低温洁净气体通过热颗粒移动床逆流上升吸取下行热颗粒的热量、升温至床顶出口，然后进一步调温、调湿、供空调或工业干燥循环热风使用； 至少有两种产生低温洁净气体的方法，一种方法是使冷颗粒移动床冷冻净化后的气体通过膨胀机绝热膨胀降温，膨胀过程对外输出动力；另一种方法是使冷颗粒移动床冷冻净化后的气体通过空分过程分离成纯氧、纯氮、污氮气及环流气，其中污氮气与热颗粒移动床中的颗粒直接接触逆流传热冷却颗粒，纯氧、纯氮及环流气各自通过预置于热颗粒移动床内的盘管内流动、间壁吸热冷却管外下行流动的颗粒；所述球形颗粒，直径0.003~0.01m，密度大于500kg/m³，导热系数大于0.8W/(m.K)，比热容大于0.5kJ/(kg.K)，颗粒表面光滑且不具有吸附气体分子的性质，具有适当的耐磨性和耐蚀性。

2.根据权利要求1所述一种冷-热颗粒循环移动床连续逆流冷冻净化气体的方法，其特征在于进入冷颗粒移动床进行冷冻净化的含尘湿热气体是干燥尾气；温度331~336K，压力0.094~0.105MPa，粉尘含量20 mg/Nm³，湿含量0.080~0.09 kg/kg-air的干燥尾气，首先用热颗粒移动床出口288~299K的洁净气体间壁传热回收其热量，使其降温至310~320K，再通过水洗使其降温至298~308K、湿含量0.020~0.037 kg/kg-air，然后进入冷颗粒移动床逆流上升、与下行冷颗粒对流放热降温、析出粉尘和H₂O，净化后气体温度265~269K、压力0.082~0.093MPa、湿含量0.002~0.003 kg/kg-air、通过膨胀机绝热膨胀，膨胀比2.05~2.91，膨胀后低温洁净气体温度200~220K、压力0.032~0.040MPa进入热颗粒移动床底部，逆流上升吸收颗粒热量而升温到顶部出口气体温度288~299K，该气体吸收含尘湿热尾气热量后升温到321~326K，再用空压机绝热压缩到0.115~0.120MPa、温度440~448K，满足洁净循环热风供气要求； 干燥尾气净化后膨胀过程按单位质量等熵膨胀功计输出动力50~65kJ/kg；以0℃大气为基准，175℃供气的洁净热风循环系统理论制热性能系数大于2.5。

3.根据权利要求1所述一种冷-热颗粒循环移动床连续逆流冷冻净化气体的方法，其特征在于进入冷颗粒移动床的湿热气体是严寒地区热风空调系统室内置换排出空气、经放热降温后的275~278K、湿含量4.3~5.4 g/kg-air的饱和湿气体，通过冷颗粒移动床进一步降温、放热、析出凝结性H₂O后出口气体降温到215~220K、湿含量0.02 g/kg-air、排出到大气环境；进入热颗粒移动床的低温洁净气体是由环境新风通过膨胀机绝热膨胀降温到205~210K、压力0.068~0.078MPa，逆流通过热颗粒移动床升温到265~270K后，再通过间壁传热回收温度290~295K、湿含量9.1~11.2 g/kg-air的室内置换排出空气的热量，进一步升温到280~288K、增湿到9.1~11.2 g/kg-air，然后绝热压缩到0.085~0.099MPa、升温到295~300K，满足热风空调条件；以严寒地区-50℃环境大气为基准，采用该方法25℃供风的空气源热风空调理论制热性能系数7。

4.根据权利要求1所述一种冷-热颗粒循环移动床连续逆流冷冻净化气体的方法，其特征在于进入冷颗粒移动床的湿热气体是低压型低温精馏空分装置的原料空气，加压到0.595MPa、等压降温到292K、湿含量2.3 g/kg-air后，逆流上升通过冷颗粒移动床降温、冷却、析出H₂O和CO₂杂质，净化后气体出口温度101K、压力0.575MPa，达到低温精馏空分要求；温度99K的冷颗粒从冷颗粒移动床顶下行到床底，将压缩空气的热量和H₂O、CO₂杂质移出床外，颗粒温度升高到290K；升温到290K的热颗粒从顶部加入热颗粒移动床降温，冷源是从底部进入热颗粒移动床逆流上升的低温洁净气体，包括空分产生的93.5K低温氧、94K低温氮和98.8K低温环流膨胀气各自通过热颗粒移动床中的盘管间壁吸热、以及98K低温污氮与逆流穿过颗粒层直接接触吸热，使热颗粒下行到床底出口时温度降低到99K，加入冷颗粒移动床顶，构成冷-热颗粒循环移动床连续逆流冷冻净化气体流程；98K的低温绝干污氮为冷冻净化提供冷量、从热颗粒移动床出口温度达到288K，继续作为冷却介质吸热增湿，使温度308K、湿含量6.2 g/kg-air的压缩空气进一步冷却到温度292K、湿含量2.3 g/kg-air后进入冷颗粒移动床冷冻净化。