BR112019012708B1 - Vaso adsorvente de fluxo radial para separação de gás e método para carregamento de um vaso adsorvente para um sistema de separação de gás à base de adsorção - Google Patents

Abstract

O vaso adsorvente é configurado para fluxo radial entre uma coluna central e um coletor de perímetro. O espaço entre a coluna central e o coletor de perímetro contém meio de adsorção. Tampas de extremidade fecham as extremidades do vaso. Uma entrada e uma saída são configuradas dentro de uma das tampas de extremidade para alimentar gás de partida na coluna central ou coletor de perímetro, e retirar gás de produto a partir do coletor de perímetro ou coluna central. Uma tampa de extremidade pode ser removida para proporcionar acesso para carregamento de meio entre a coluna central e o coletor de perímetro. O meio é, de preferência, provido dentro de cartuchos que podem deslizar neste espaço de meio. Os cartuchos podem ser concêntricos com um cartucho interno do outro, ou podem ser empilhados verticalmente. Uma placa de mola pode ser provida em uma extremidade aberta para reter o meio em posição, enquanto que veda a extremidade aberta do vaso adsorvente.

Description

Campo Técnico

[0001] A presente invenção refere-se à separação de gás à base de adsorção, tal como absorção de balanço de vácuo ou adsorção de balanço de pressão, e, especialmente, separação de ar para produção de oxigênio. Mais particularmente, esta invenção se relaciona a configurações de vaso adsorvente para uso dentro dos sistemas de separação de gás à base de adsorção, e especialmente vasos que acomodam fluxo radial entre uma coluna central vazada e um coletor de perímetro.

Técnica Antecedente

[0002] Produção de oxigênio do ar, e outras separações de gás podem ocorrer pelo uso de um material adsorvedor apropriado que seletivamente adsorve certos constituintes de gás, de modo que uma separação de constituintes dentro do gás pode ocorrer. Tipicamente, tal material adsorvedor está contido dentro de vasos que incluem uma entrada e uma saída dispostas de vários modos associados com o vaso. Ar (ou outro gás a ser separado) é alimentado na entrada, e oxigênio (ou outro gás de produto) é produzido de uma saída em relação àquele vaso.

[0003] Esta invenção é direcionada a otimizações relacionadas ao vaso adsorvente. Técnica anterior associada com esta invenção inclui vasos adsorventes de fluxo radial, tais como aqueles revelados nas Patentes dos Estados Unidos Nos. 4.541.857 e 5.814.129. Além disso, a Patente dos Estados Unidos No. 8.496.738 é ilustrativa de um sistema para tal separação de gás utilizando material ad- sorvedor dentro do vaso, e esta patente é aqui incorporada por referência em sua totalidade.

[0004] Existe uma necessidade de vasos adsorventes que são de uma variedade de fluxo radial, e que são mais fáceis de produzir, e que podem potencialmente serem formados em um modo modular para permitir flexivelmente vasos de capacidades diferentes, especialmente dentro de sistemas de adsorção de soprador de reversão de leito simples (SBRB). Também, o tamanho e dimensões do meio de adsorvedor do próprio vaso, ou porções modulares do vaso, podem ser otimizadas para ajustar capacidade do sistema e/ou maximizar a eficiência e, de outro modo, aperfeiçoar o processo, de acordo com detalhes da invenção proporcionada aqui abaixo.

Descrição da Invenção

[0005] Com esta invenção, uma série de aperfeiçoamentos aos projetos de vaso adsorvente de fluxo radial da técnica anterior são descritos. Como uma característica benéfica desta invenção, o vaso adsorvente é configurado com subpartes separadas que deslizam juntas em um modo simples, que pode ser conveniente para equiparação de características internas diferentes do vaso adsorvente com parâmetros de projeto ótimos, de modo que um projeto de vaso customizado ou semi-customizado pode ser alcançado em um modo simples. O vaso tem partes múltiplas, mas pode ser geralmente considerado para incluir três subpartes maiores. Uma parede de contenção externa proporciona uma primeira subparte. Estruturas de contenção internas proporcionam uma segunda subparte. Meio de adsorção proporciona uma terceira subparte.

[0006] A parede de contenção externa compreendendo a primeira subparte geralmente tem três componentes incluindo uma tampa de extremidade inferior, uma tampa de extremidade superior, e uma parede lateral cilíndrica. Estes componentes são todos designados para ter uma resistência desejada de modo que eles podem suportar o vácuo (ou pressão se usada nas variações de adsorção de balanço de pressão do sistema) que será encontrado de acordo com o projeto do sistema. Tipicamente a tampa de extremidade inferior incluem estruturas de entrada e saída que passam através desta (embora em projetos alternativos a entrada e/ou saída possa estar na tampa de extremidade superior). Esta tampa de extremidade inferior é, de preferência, geralmente semiesférica, ou semi-elipsoidal em forma com furos e encanamento que passam através para acomodar a entrada e saída.

[0007] Uma borda de perímetro desta tampa de extremidade infe rior, de preferência, tem um diâmetro similar àquele da parede lateral cilíndrica. Geralmente, a tampa de extremidade inferior pode ser considerada estar em uma extremidade inferior com a parede lateral cilíndrica estendendo-se acima da tampa de extremidade inferior. Contudo, a orientação do vaso pode ser alterada, de modo que a tampa de extremidade inferior não está necessariamente em um lado inferior, mas o vaso total pode ser orientado lateralmente ou invertido relativo à orientação aqui discutida.

[0008] Esta parede lateral cilíndrica se extende até uma borda su perior. Uma tampa de extremidade superior então se fixa à borda superior da parede lateral cilíndrica. Mais de preferência, a tampa de extremidade inferior e parede lateral cilíndrica são permanentemente acopladas juntas, tal como por soldagem, ou por aparafusamento juntas através de flanges em um modo mais permanente. Contudo, a tampa de extremidade superior é, de preferência, fixada à parede lateral cilíndrica em uma maneira em que facilita a remoção da tampa de extremidade superior a partir da parede lateral cilíndrica. Tal removabilidade pode ser através da remoção de parafusos que passam através dos flanges, ou por produção da tampa de extremidade superior com um flange cilíndrico que meramente se encaixa dentro de uma extremidade superior da parede lateral cilíndrica, visto que pressões diferenciais envolvem maior pressão fora do vaso de pressão do que dentro do vaso de pressão, estas pressões tendendo a manter a tampa terminal com tal um flange cilíndrico hermeticamente encaixado dentro da extremidade superior da parede lateral cilíndrica. Vedações apropriadas podem também serem providas. Esta tampa de extremidade superior é removível de modo que um interior do vaso pode ser totalmente acessado durante produção e potencialmente também em seguida.

[0009] Estruturas de contenção internas dentro do vaso proporcio nam uma segunda maior subparte da configuração total do vaso. Estas estruturas de contenção internas são, de preferência, configuradas para deslizarem na parede lateral cilíndrica do vaso em uma direção descendente vertical linear para instalação destas estruturas de contenção internas. Estas estruturas de contenção internas, em uma concretização mais simples, meramente incluem uma coluna central cilíndrica permeável a gás alinhada com uma entrada (ou saída) na tampa de extremidade inferior, e uma parede de perímetro externa permeável à gás no interior da parede lateral cilíndrica do próprio vaso, e adjacente a um coletor de perímetro que pode alimentar à saída (ou entrada).

[0010] Um componente final do vaso adsorvente é na forma de meio de adsorção que pode então ser colocado entre a coluna central cilíndrica e a parede de perímetro. Estas paredes permeáveis à gás das estruturas de contenção internas geralmente também incluem uma placa de mola superior que é de forma anular, e coberta sobre um espaço entre a coluna central cilíndrica e as paredes cilíndricas externas, cujas paredes permeáveis à gás ligam o espaço de meio de adsorve- dor, de modo que esta placa de mola anular completa o encerramento para o material adsorvedor. De preferência, molas são interpostas acima desta placa de mola e estruturas acopladas à tampa de extremidade superior, de modo que estas molas mantêm as estruturas de divisão de fluxo e/ou meio adsorvedor mantido firmemente no lugar dentro da estrutura de contenção externa do vaso, e acomoda alguma variação na altura das estruturas de contenção internas.

[0011] Em formas mais complexas da invenção, é desejável ter material adsorvedor de dois estágios com um primeiro estágio sendo provido em uma forma tal como um material de meio de alumina, tal como na forma de contas esféricas (ou outra forma), e um segundo material adsorvedor na forma de material de peneira molecular, geralmente também na forma de contas esféricas. A alumina seria provida em uma coluna cilíndrica adjacente ao coletor de entrada central e o material de peneira molecular seria provido em um cilindro externo fora do cilindro de alumina e dentro do coletor de perímetro. Este arranjo com a alumina adjacente à entrada central seria revertido se o sistema fosse configurado para fluxo de entrada radial preferivelmente do que fluxo de saída radial.

[0012] Em uma concretização, um coco mat (ou outra membrana permeável a gás) é provido em uma linha de divisão entre o espaço de alumina e o espaço de peneira molecular para manter a alumina e peneira molecular separadas. A placa de mola pode tampar ambos o espaço de peneira molecular e o espaço de alumina na extremidade superior desta. Membranas internas cilíndricas interna e externa são (em uma concretização) providas na forma de malha de feltro perfurada com um tamanho suficientemente pequeno para manter a alumina e/ou meio de peneira molecular de migração das colunas cilíndricas onde elas são desejadas serem mantidas. Esta malha perfurada ou outra membrana tem aberturas suficientemente grandes para maximizar o fluxo através destas sem resistência, enquanto que mantendo o meio em uma posição desejada.

[0013] Esta configuração para o vaso é vantajosa em que deta lhes, tais como uma quantidade de alumina e uma quantidade de ma terial de peneira molecular, podem ser ajustados sem afetar o projeto da parede de contenção externa, ou a placa de mola. Além disso, outras porções da estrutura de contenção interna, tal como a malha perfurada, permaneceriam em muitos projetos as mesmas, mas o coco mat pode mudar em diâmetro, por exemplo, para acomodar uma maior ou menor quantidade de alumina relativa ao material de peneira molecular. De tal maneira, projeto ótimo de um vaso adsorvente pode ser provido para cada instalação, preferivelmente do que tendo usuários necessidade de ajustar um projeto subótimo por causa da complexidade associada com a customização de um vaso adsorvente.

[0014] Após produção inicial, tal queda na configuração para os componentes dentro do vaso adsorvente permite reorientação do vaso adsorvente, mudança de objetivos operacionais, e também permite manutenção, ou substituição de alumina e/ou material de peneira molecular, e também permite inspeção conveniente.

[0015] Em uma concretização da invenção, a estrutura de conten ção externa do vaso permanece aproximadamente a mesma, mas as estruturas de contenção internas e meio de adsorção são modularizadas. Pacotes modulares são providos, que incluem as membranas cilíndricas para meio de adsorção, cada potencialmente pré-carregada (ou não pré-carregada) com material de adsorção, tal como, por exemplo, uma combinação de alumina e material de peneira molecular com uma barreira divisora de coco mat. Estas seções modulares separadas, de preferência, cada tem uma forma e tamanho similares que tem um diâmetro similar a um diâmetro total utilizável dentro da parede de contenção externa, mas com uma altura que é alguma fração de uma altura disponível dentro do vaso. Por exemplo, o interior do vaso pode ser rompido em uma porção inferior, intermediário, e superior com componentes modulares de uma forma similar, um do qual pode ser colocado na região inferior, um colocado em uma região intermedi- ária, e um colocado em uma região superior, cada sendo um terço da altura do vaso.

[0016] Tal modularidade adicionalmente facilita a customização e construção rápida e modificação de vasos adsorventes para conveniência ambos na produção, e também deve a modificação de um vaso adsorvente existente ser desejada, e também facilita manuseio mais fácil do material adsorvedor em que ele está contido dentro de componentes modulares menores. Os componentes modulares individuais, de preferência, se encaixam juntos um tanto em suas interfaces, de modo que eles podem convenientemente manter cada outro em posição. Uma malha de feltro perfurada é tipicamente provida nas porções superior e/ou inferior de tais componentes modulares para conter o material adsorvedor nestes. Tal malha de feltro perfurada é orientada em uma maneira anular perpendicular a um eixo central do vaso ad- sorvente, de modo que esta malha de feltro perfurada não se opõe ao fluxo geralmente radial dentro do vaso adsorvente. Enquanto que esta malha de feltro perfurada pode ser substituída com uma estrutura sólida e impermeável, o vaso adsorvente geralmente se beneficia da facili- tação da capacidade do gás fluir um tanto lateral para uma direção de fluxo radial primário, de modo que a pressão cai dentro do vaso, e meio adsorvedor dentro do vaso é muito uniformemente utilizado.

[0017] A pesquisa da Requerente mostrou que vários parâmetros de projeto de leito de adsorvedor podem ser ajustados para proporcionar desempenho ótimo. Parâmetros típicos a serem ajustados incluem diâmetro de material de peneira molecular, profundidade de leito, velocidade de gás linear superficial (SLGV), e vários detalhes geométricos do vaso adsorvente. A pesquisa tem mostrado que uma velocidade de gás linear superficial de entre 5.000 e 7.500 pés por hora é ótima, pelo menos para muitos sistemas de soprador de reversão de leito único (SBRB). Objetivos tais como capacidade de produção de oxigênio (ou outro gás de produção) pode estar correlacionado com a velocidade de gás linear superficial ótima para desenvolver uma geometria do vaso adsorvente de configuração ótima. Com tais parâmetros de projeto selecionados para desempenho ótimo, pode-se então construir um vaso adsorvente utilizando a queda única nos componentes, e potencialmente também a modularidade de componentes, de modo que um número relativamente pequeno de subcomponentes de vaso separados podem conduzir a um número relativamente grande de projetos diferentes, cada otimizado para as necessidades particulares de um usuário.

Breve Descrição dos Desenhos

[0018] A Figura 1 é uma vista em corte total em elevação frontal de um vaso de adsorção, de acordo com uma primeira concretização, com cartuchos de meio de adsorção concêntricos localizados no mesmo.

[0019] A Figura 2 é um detalhe de uma porção daquela que é mostrada na Figura 1 revelando detalhes de como uma placa de mola veda uma extremidade que pode ser aberta do vaso adsorvente, e fi- xadamente retém meio de adsorção no mesmo.

[0020] A Figura 3 é uma vista em corte total em elevação frontal de uma concretização alternativa daquela que é mostrada na Figura 1, com cartuchos de meio de forma similar empilhados verticalmente e com cada cartucho caracterizando um divisor que divide dois tipos diferentes de meio de adsorção contido dentro de cada cartucho.

[0021] A Figura 4 é um detalhe de uma porção daquela que é mostrada na Figura 3, revelando como cartuchos adjacentes são configurados para encaixarem juntos quando cada um dos cartuchos têm uma forma similar e tamanho.

Melhores Modos para Efetuar a Invenção

[0022] Referindo-se aos desenhos, no qual numerais de referência similares representam partes similares através de todas as várias figuras de desenho, o numeral de referência 10 (Figuras 1 e 3) é direcionado a um vaso adsorvente para uso dentro de um sistema de separação de gás que opera no princípio de adsorção seletiva de vários gases, tal como um sistema de separação de ar de balanço à vácuo, e, particularmente, um sistema de leito único alimentado por um so- prador de reversão. O vaso 10 é configurado para ser uma variedade de fluxo radial e abrível para ter cartuchos de meios que deslizam no mesmo, que, em uma concretização, inclui cartuchos de meio concêntricos 70, 80 (Figura 1) ou, em outra concretização, incluem cartuchos de meio verticalmene empilháveis 170 (Figura 3).

[0023] Em essência, e com referência particular à Figura 1, deta lhes básicos do vaso adsorvente 10 são descritos, de acordo com uma concretização exemplar. O vaso 10 inclui um encerramento externo formado de uma tampa de extremidade inferior 20 oposta a uma extremidade superior 30, e com uma parede lateral cilíndrica 40 que atua como uma parede de contenção externa entre a tampa de extremidade inferior 20 e a tampa de extremidade superior 30. Uma coluna central vazada 50 se extende verticalmente ao longo de um eixo central do vaso 10 e a bordo da parede lateral cilíndrica 40, de preferência, centrada a bordo da parede lateral cilíndrica 40.

[0024] A coluna central 50 atua junto com um coletor de perímetro 45 para proporcionar limites em qualquer lado de um espaço do meio de adsorção para o meio M1, M2 que está, de preferência, contido no interior dos cartuchos, tal como um cartucho de meio de primeiro estágio 70 e um cartucho de meio de segundo estágio 80. Estes cartuchos 70, 80 são concêntricos nesta concretização. Alternativamente, cartuchos de meio empilháveis 170 podem ser providos (Figura 3) que são similares em forma, e incluem uma parede divisora 175 que separa estágio de um meio M1 do estágio de dois meios M2. Uma placa de mola 60 é, de preferência, provida imediatamente abaixo da tampa de extremidade superior 30, e pressionando contra as extremidades superiores dos cartuchos de meio 70, 80, 170 adjacentes à placa de mola 60. A placa de mola 60 é carregada por mola para pressionar para baixo contra o meio M1, M2, retendo a mesma no lugar, e fechando as porções superiores de uma trajetória de gás entre a coluna central 50 e o coletor de perímetro 45.

[0025] Mais especificamente, e com referência continuada à Figu ra 1, detalhes particulares da tampa de extremidade inferior 20 são descritos, de acordo com uma concretização preferida. A tampa de extremidade inferior 20 é, de preferência, radialmente simétrica sobre uma linha de centro alinhada com o eixo central, e semiesférica ou semi-ovoide na forma. A tampa de extremidade inferior 20 tem uma parede de encurvamento que é "côncava para cima", e termina em uma borda de perímetro 29. A tampa de extremidade inferior 20 assenta em um suporte 28 que suporta a tampa de extremidade inferior 20 acima do solo.

[0026] Uma entrada 22 passa através da tampa de extremidade inferior 20, de preferência, ao longo de uma linha de centro desta, para alimentar ar, ou outro gás de fonte a ser separado na coluna central vazada 50. Em concretizações alternativas, esta entrada 22 pode ser trocada com uma saída, de modo que a entrada 22 atualmente seria uma descarga para gás de produto. Um interior da tampa de extremidade inferior 20 é grandemente formado de um coletor de saída 24 em comunicação de fluido com o coletor de perímetro 45 a bordo da parede lateral cilíndrica 40. Um conduto de saída 26 conduz deste coletor de saída 24, para descarga de gás de produto a partir do vaso adsor- vente 10 (por exemplo, oxigênio sendo separado do ar).

[0027] Uma placa retentora inferior 25 está localizada dentro de um plano horizontal geralmente alinhado com a borda de perímetro 29 e ligando um lado superior do coletor de saída 24. Esta placa retentora inferior 25 atua como um suporte inferior para cartuchos 70, 80, 170 de meio M1, M2 que são deslizados verticalmente descendentemente sobre a coluna central vazada 50 até que eles encostam na placa retentora inferior 25 da tampa de extremidade inferior 20. A placa retentora inferior 25 pode ser suportada no lugar por placas verticais que se es-tendem acima das porções da extremidade inferior 20. Em uma concretização, estas placas são atualmente uma placa cilíndrica única localizada aproximadamente a meio caminho entre a entrada 22 e a borda de perímetro 29. Um volume deste coletor de saída 24 pode ser tornado maior ou menor, dependendo de quanto "espaço de tampão" é desejado, por produção de tais placas para suporte de uma placa retentora inferior 25 posicionada para aumentar ou diminuir um tamanho deste espaço de coletor de saída 24 dentro da tampa de extremidade inferior 20. A extremidade inferior 20 é descrita como aquela porção que suporta a entrada 22 e o conduto de saída 26. Tal uma orientação pode ser revertida de modo que a entrada 22 e conduto de saída 26 podem acessar o vaso 10 através da tampa de extremidade superior 30, ou a entrada 22 pode estar na tampa de extremidade inferior 20, enquanto que o conduto de saída 26 pode estar na tampa de extremidade superior 30 (ou vice-versa). Enquanto que a extremidade inferior 20 é descrita como sendo adjacente ao suporte 28 e em uma porção inferior do vaso 10, com esta parede lateral cilíndrica 40 se estendendo verticalmente para cima a partir da tampa de extremidade inferior 20, como uma alternativa, o vaso 10 pode estar assentando em seu lado ou invertido, de modo que a tampa de extremidade inferior 20 não está necessariamente em uma porção inferior do vaso 10.

[0028] Com referência continuada à Figura 1, detalhes da tampa de extremidade superior 30 são descritos, de acordo com esta concretização exemplar. A tampa de extremidade superior 30 é, de preferên- cia, similar à tampa de extremidade inferior 20, exceto que ela é invertida de modo que um flange de perímetro 32 similar à borda de perímetro 29, se extende descendentemente a partir da tampa de extremidade superior 30, geralmente alinhada com esta parede lateral cilíndrica 40. A tampa de extremidade superior 30 é, de preferência, abrível para permitir que os cartuchos 70, 80, 170 de meio M1, M2 sejam deslizados para baixo no vaso 10 quando a tampa de extremidade superior 30 é removida. A tampa de extremidade superior 30 também, de preferência, suporta postes 66 que ajudam no posicionamento da placa de mola 60, descrito em detalhe abaixo. Enquanto que a tampa de extremidade superior 30, bem como a tampa de extremidade inferior 20 são descritas como sendo semiesféricas ou ovoides, de modo que o vaso completo 10 pode ter uma forma geralmente cilíndrica com extremidades redondas, o vaso 10 pode concebivelmente ter outras for-mas e configurações de seção transversal, e ainda acomodam muitas, se não todas, das características distintivas desta invenção.

[0029] Com referência continuada à Figura 1, detalhes da parede lateral cilíndrica 40 são descritos, de acordo com esta concretização exemplar. A parede lateral cilíndrica 40 é, de preferência, formada de um material similar do qual a tampa de extremidade inferior 20 e tampa de extremidade superior 30 são formadas, que é tipicamente um aço tendo resistência suficientemente alta e espessura de parede para permitir que forças de resistência associadas com um diferencial de pressão se equiparem à pressão atmosférica em um exterior do vaso 10, e vácuo total em um interior do vaso 10. O material do qual a pare-de lateral cilíndrica 40 é formada, e tipicamente também as tampas de extremidade 20, 30 é tipicamente também selecionada para ser não- reativa com o gás de produto, tal como para ser não-reativa com oxigênio gasoso. Como uma alternativa, esta parede lateral cilíndrica 40 pode ser revestida para impedir oxidação.

[0030] Esta parede lateral cilíndrica 40 se extende de uma extre midade superior 42 adjacente à tampa de extremidade superior 30 para baixo a um aro inferior 44 adjacente à tampa de extremidade inferior 20. Mais de preferência, a parede lateral cilíndrica 40 é cilíndrica na forma, de modo que o aro superior 42 tem uma forma circular e o aro inferior 44 tem uma forma circular. Em concretizações alternativas, a parede lateral 40 pode ter uma forma outra do que cilíndrica, tal como com uma seção transversal quadrada ou seção transversal retangular. O coletor de perímetro 45 está, de preferência, imediatamente dentro da parede lateral cilíndrica 40, e define uma região onde o gás de produto é coletado após passagem através do meio de adsorção M1, M2.

[0031] Com referência continuada à Figura 1, detalhes da coluna central vazada 50 são descritos, de acordo com esta concretização exemplar. A coluna central 50 se extende verticalmente ao longo de um eixo central do vaso 10 e, de preferência, tem uma forma cilíndrica (embora ela possa ter uma seção transversal outra do que circular), e se extende para cima a partir da placa retentora inferior 25 para uma extremidade distal 54 oposta à entrada 52 adjacente à placa retentora inferior 25. A coluna central 50 caracteriza uma parede de entrada cilíndrica 56 nos lados laterais desta que é permeável a gás. Em uma concretização, esta parede lateral cilíndrica é formada de uma placa perfurada rígida para suporte estrutural que também suporta uma ca-mada de feltro adjacente a esta. A camada de feltro permite que o gás passe através, mas impede o meio, tal como meio de um estágio M1, de escapar na coluna central 50. Qualquer forma de placa perfurada pode efetivamente ser utilizada, provido que as perfurações são menores, e as esferas médias. Como uma alternativa, esta estrutura pode ser formada por uma peneira. A coluna central 50 é, de preferência, estrutural para pelo menos suportar seu próprio peso, e resistir às forças exercidas na mesma pelos cartuchos 70, 80, 170, mas pode ser suportada principalmente pelas tampas de extremidade 20, 30, e ter pouca ou nenhuma estrutura. Além disso, para impedir a coluna central 50 de colapsar em si própria, a coluna central 50 pode incluir apoios que se estendem lateralmente desta para suportar a parede de entrada cilíndrica 56 em uma posição desejada.

[0032] Com referência continuada à Figura 1, bem como com refe rência à Figura 2, detalhes da placa de mola 60 são descritos, de acordo com esta concretização exemplar. A placa de mola 60 inclui a placa de referência 62 fixada acima da placa de mola 60. A placa de referência 62 é suportada pelos postes de suporte 66 que se estendem para baixo a partir da tampa de extremidade superior 30. As molas 64 se estendem entre a placa de referência 62 e a placa de mola 60. A placa de mola 60 é enviesada descendentemente pelas molas 64 distantes da placa de referência 62. Enquanto que as molas 64 são, de preferência, providas como um elemento de enviesamento, outras estruturas, tal como uma massa resiliente de borracha ou outro material resiliente, podem alternativamente serem utilizadas. É também concebível que gás pressurizado pode enviesar a placa de mola 60 distante da placa de referência 62 em uma forma de placa de mola 60 para esta invenção.

[0033] A placa de mola 60, de preferência, tem uma forma anular plana com um furo central similar em tamanho à coluna central 50, e com um perímetro externo tendo um diâmetro similar àquele do flange de perímetro 32 da tampa de extremidade superior 30. As porções do flange de perímetro 32 da tampa de extremidade superior 30, ou apenas partes da tampa de extremidade superior 30 adjacente ao flange de perímetro 32, ou porções do aro superior 42 da parede lateral cilíndrica 40, ou porções da parede lateral cilíndrica 40 adjacente ao aro superior 42, são, de preferência, orientados verticalmente e com um diâmetro (ou outro tamanho e forma) se equiparam intimamente aque- las do perímetro externo da placa de mola 60.

[0034] Uma vedação 68 é, de preferência, transportada por esta borda externa da placa de mola 60 que pode suportar contra a superfície adjacente formada dentro da tampa de extremidade superior 30 (ou estruturas adjacentes) e, desse modo, manter uma vedação hermética à medida que a placa de mola 60 se move verticalmente. Desse modo, os gases são impedidos de migrarem ao redor da placa de mola 60, e acima na tampa de extremidade superior 30, enquanto que a placa de mola 60 pode também deslizar para baixo, e manter o meio no lugar. Desse modo, o gás que passa através do meio M1, M2 é confinado ao espaço do meio entre a coluna central 50 e o coletor de perímetro 45. A placa de mola 60 também permite que os cartuchos de meio 70, 80 variem levemente em capacidade e não afetem o desempenho do vaso 10, em que a placa de mola 60 pressiona contra os cartuchos de meio 70, 80 para tornar sua altura geralmente uniforme.

[0035] Com referência continuada à Figura 1, detalhes do cartucho de primeiro meio 70 e do cartucho de segundo meio 80 são descritos, de acordo com esta concretização exemplar. Nesta concretização, o meio está, de preferência, contido dentro dos cartuchos, e podem ser prontamente gotejado no vaso 10, por deslizamento para baixo paralelo ao eixo central ao redor da coluna central 50 entre o coletor de perímetro 45 e a coluna central 50. O cartucho de meio de primeiro estágio 70 está localizado adjacente à coluna central 50. O cartucho de meio de segundo estágio 80 está localizado adjacente ao coletor de perímetro 45. Cada dos cartuchos de meio 70, 80 são concêntricos em forma com o cartucho de meio de primeiro estágio 70 se encaixando a bordo do cartucho de meio de segundo estágio 80. Em uma concretização, o cartucho de meio de primeiro estágio 70 contém alumina, en-quanto que o cartucho de meio de segundo estágio 80 contém material de peneira molecular.

[0036] O cartucho de meio de primeiro estágio 70 inclui uma pare de externa 72 oposta a uma parede interna 74 que define uma distância radial que o cartucho de meio de primeiro estágio 70 se extende distante da coluna central 50. Este cartucho de meio de primeiro estágio 70 também inclui um lado superior 76 oposto a um lado inferior 78. Mais de preferência, a parede externa 72 é formada por um coco mat e atua como um divisor para manter o meio de primeiro estágio M1 dentro do cartucho de meio de primeiro estágio 70. A parede interna 74 é perfeitamente formada de malha de feltro perfurada, e está localizada adjacente à coluna central 50, e mantém o meio de primeiro estágio M1 dentro do cartucho de meio de primeiro estágio 70 preferivelmente do que derramando na coluna central 50.

[0037] O lado superior 76 e lado inferior 78 podem ser não conti dos ou meramente contidos por algum material de malha com aberturas pequenas bastante para manter o meio de primeiro estágio M1 contido neste. Enquanto que um cartucho de meio de primeiro estágio único é representado (Figura 1) estendendo-se todo o caminho a partir da placa retentora inferior 25 até a placa de mola 60, é concebível que cartuchos de meio de primeiro estágio similares separados múltiplos 70 podem ser empilhados juntos para proporcionar altura total entre a placa retentora inferior 25 e a placa de mola 60. Por exemplo, três tais cartuchos de meio de primeiro estágio, cada tendo um terço da altura do cartucho de meio de primeiro estágio 70, representado na Figura 1, podem ser empilhados juntos adjacentes à coluna central 50.

[0038] O cartucho de meio de segundo estágio 80 está localizado fora do cartucho de meio de primeiro estágio 70 entre uma parede externa 82 oposta a uma parede interna 84. A parede interna 84 está localizada adjacente ao cartucho de meio de primeiro estágio 70, e é tipicamente formado do material de coco mat para atuar como uma parede divisora entre o cartucho de meio de primeiro estágio 70 e o cartucho de meio de segundo estágio 80, e para manter o meio de primeiro estágio M1 separado do meio de segundo estágio M2. O cartucho de meio de segundo estágio 80 também inclui um lado superior 86 oposto a um lado inferior 88. A parede externa 82 é, de preferência, formada de malha de feltro perfurada, e é adjacente ao coletor de perímetro 45. O cartucho de meio de segundo estágio 80 é mostrado como um cartucho único, mas pode ter cartuchos similares múltiplos que seriam empilhados verticalmente entre a placa retentora inferior 25 e a placa de mola 60. O lado superior 86 e lado inferior 88 podem ser não contidos ou meramente providos com uma malha que mantém o meio de segundo estágio M2 contudo no interior do cartucho de meio de segundo estágio 80.

[0039] Com referência particular à Figura 3, uma concretização alternativa é representada onde cartuchos de meio empilháveis 170 são providos. Os cartuchos de meio empilháveis 170 são, em uma concretização, providos com uma forma um tanto toroidal, e com dois compartimentos contidos nestes, um para o meio de primeiro estágio M1 adjacente à coluna central 50, e um para o meio de segundo estágio M2 adjacente ao coletor de perímetro 45. Em uma concretização exemplar, os cartuchos de meio empilháveis 170 têm uma altura de menos do que a distância entre a placa retentora inferior 25 (Figura 1) e a placa de mola 60.

[0040] Cada cartucho de meio empilhável 170 inclui uma parede de topo 172 espaçada a partir da parede de fundo 174, e com esta parede de topo 172 assentada com uma junta superior 176, enquanto que a parede de fundo 174 é enchida com uma junta inferior 178 (ver Figura 4). A junta superior 176 é configurada para se unir com a junta inferior 178. Cada cartucho 170 tem ambas uma junta superior 176 e uma junta inferior 178, de modo que cada cartucho 170 é similar, e eles podem empilhar juntos com uma junta superior 176 de um inferior um de um par de cartuchos 170 unindo com uma junta inferior 178 de uma superior um de um par de cartuchos 170.

[0041] Cada cartucho 170 também, de preferência, inclui uma late ral interna 173 adjacente à coluna central 50, e parede externa 177 adjacente ao coletor de perímetro 45, bem como uma parede divisora 175 entre a parede interna 173 e a parede externa 177, e dividindo o meio de primeiro estágio M1 do meio de segundo estágio M2. Esta parede divisora 175 é perfeitamente formada de material de coco mat, enquanto que a parede interior 173 e a parede exterior 177 são, de preferência, formados de material de malha de feltro perfurada.

[0042] Os cartuchos de meio empilháveis 170 são deslizados ver ticalmente (paralelos com o eixo central) para baixo sobre a coluna central 50, quando a tampa de extremidade superior 30 é removida, até que o espaço de meio seja enchido. A tampa de extremidade superior 30 é então posta no lugar, e a placa de mola 60 pressiona para baixo na pilha de cartuchos de meio 170. O meio é, desse modo, mantido hermético e o espaço de fluxo de gás é limitado a, ou a coluna central 50, coletor de perímetro 45, ou espaço contido pelos cartuchos de meio empilháveis 170 entre a placa retentora inferior 25 e a placa de mola 60.

[0043] Esta descrição é proporcionada para revelar uma concreti zação preferida da invenção e um melhor modo para praticar a invenção. Tendo desse modo descrito a invenção desse modo, deve ser aparente que várias modificações diferentes podem ser feitas à concretização preferida sem fugir do escopo e espírito desta descrição da invenção. Quando estruturas são identificadas como um meio para realizar uma função, a identificação é prevista para incluir todas as estruturas que podem realizar a função especificada. Quando estruturas desta invenção são identificadas como sendo acopladas juntas, tal linguagem deve ser interpretada amplamente para incluir as estruturas sendo acopladas diretamente juntas, ou acopladas juntas através de estruturas de intervenção. Tal acoplamento pode ser permanente ou temporário, e ou em um modo rígido, ou em um modo que permite articulação, deslizamento, ou outro movimento relativo, enquanto que ainda proporcionando alguma forma de fixação, a menos que especificamente restrita.

Aplicabilidade Industrial

[0044] Esta invenção exibe aplicabilidade industrial em que ela proporciona um vaso adsorvente de fluxo radial que pode ser prontamente modificado para otimizar o desempenho, tal como por troca de tipos diferentes de cartuchos de meio de dentro de um interior do vaso adsorvente.

[0045] Outro objetivo da presente invenção é proporcionar um va so adsorvente de fluxo radial que pode ser facilmente produzido de partes padronizadas incluindo cartuchos de meio de adsorção, e ainda tem desempenho ótimo após um projeto desejado particular.

[0046] Outro objetivo da presente invenção é proporcionar um mé todo para carregamento de um vaso de adsorção com meio de adsor- ção que seja fácil de realizar e permitir configuração flexível do Sistema de adsorção para desempenho ótimo.

[0047] Outro objetivo da presente invenção é proporcionar um vaso adsorvente que pode ser adaptado a parâmetros de projeto particulares sem requerer customização de grandes porções do vaso adsorvente.

[0048] Outro objetivo da presente invenção é proporcionar um va so adsorvente para um sistema de separação de gás de adsorção que facilita modificação de manutenção e/ou desempenho após comissionamento inicial.

[0049] Outro objetivo da presente invenção é proporcionar um va so de adsorção que utiliza eficientemente uma maior percentagem de volume disponível para adsorção durante operação, para utilização de espaço eficiente e custos de capital econômico.

[0050] Outros objetivos adicionais desta invenção que demons tram sua aplicabilidade industrial, tornar-se-ão aparentes de uma leitura cuidadosa da descrição detalhada incluída, de uma revisão dos desenhos em anexo e de revisões das reivindicações aqui incluídas.

Claims (20)

1. Vaso adsorvente para um sistema de separação de gás à base de adsorção, caracterizado pelo fato de que compreende: uma contenção externa incluindo uma parede lateral, e um par de tampas de extremidade em extremidades opostas da referida parede lateral; uma coluna central vazada (50) a bordo da referida parede lateral, e estendendo-se pelo menos parcialmente entre referido par de tampas de extremidade; um coletor de perímetro (45) mais próximo à referida parede lateral do que à referida coluna central vazada (50); uma entrada de gás acoplada a uma das referidas colunas centrais vazadas ou referido coletor de perímetro (45); uma saída de gás de produto acoplada a um dos referidos coletores de perímetro ou referida coluna central vazada (50); pelo menos dois cartuchos de meio de adsorção dimensionado para deslizar paralelo a um eixo central da referida coluna central e em um espaço entre referida coluna central e referido coletor de perímetro (45) para encher pelo menos uma porção de espaço entre referida coluna central vazada (50) e referido coletor de perímetro (45); em que os referidos cartuchos incluem uma parede externa permeável e uma parede interna permeável (74, 84, 173) com meio de adsorção entre as mesmas, a referida parede externa mais próxima ao referido coletor de perímetro (45) do que referida parede interna (74, 84, 173); em que cada um dos referidos cartuchos é cilíndrico na forma, com referida parede externa formando uma superfície externa de referida forma cilíndrica, e com referida parede interna (74, 84, 173) formando uma superfície interna de referida forma cilíndrica; e em que pelo menos dois cartuchos de meio de adsorção se encaixam concentricamente incluindo um primeiro cartucho interno e um segundo cartucho externo, referido primeiro cartucho interno se encaixando a bordo de referido segundo cartucho externo.

2. Vaso, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ambos referido primeiro cartucho interno e referido segundo cartucho externo se estendem sobre uma maioria de uma altura de referida coluna central vazada (50).

3. Vaso, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma malha de feltro perfurada é provida para referida parede externa de referido segundo cartucho externo e para referida parede interna (74, 84, 173) de referido primeiro cartucho interno.

4. Vaso, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos dois cartuchos de meio de adsorção que se encaixam concentricamente têm diâmetros similares e empilham verticalmente entre referida coluna central vazada (50) e referido coletor de perímetro (45).

5. Vaso, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que cada cartucho inclui duas câmaras incluindo uma câmara externa adjacente à referida parede externa e uma câmara interna adjacente à referida parede interna (74, 84, 173), e com um divisor permeável entre as mesmas.

6. Vaso, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que referido divisor é formado de material de coco mat, e em que referida parede interna (74, 84, 173) e referida parede externa são formadas de malha de feltro perfurada.

7. Vaso, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma placa de mola é orientada ao redor de referida coluna central vazada (50), e estendendo-se perpendicular em relação ao referido eixo central de referida coluna central vazada (50) a uma parede de perímetro externa que é também perpendicular à referida placa de mola, referida placa de mola carregada por mola para exercer uma força descendente no meio de adsorção localizado dentro do espaço entre referida coluna central vazada (50) e referido coletor de perímetro (45).

8. Vaso, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que referida placa de mola inclui pelo menos uma mola adjacente a uma superfície superior desta, e com uma vedação interna e uma vedação externa nas bordas interna e externa de referida placa de mola, referidas vedações deslizando ao longo de superfícies adjacentes para conter o gás e referido meio abaixo de referida placa de mola.

9. Método para carregamento de um vaso adsorvente para um sistema de separação de gás à base de adsorção, caracterizado pelo fato de o método incluir as etapas de: colocar pelo menos dois cartuchos de meio de adsorção em um vaso de adsorção, o vaso tendo uma contenção externa incluindo uma parede lateral, e um par de tampas de extremidade em extremidades opostas da parede lateral, uma coluna central vazada (50) interna de referida parede lateral, e estendendo-se pelo menos parcialmente entre o par de tampas de extremidade, um coletor de perímetro (45) mais próximo à parede lateral do que à coluna central vazada (50), a entrada de gás acoplada a uma das colunas centrais vazadas ou ao coletor de perímetro (45), e uma saída de gás de produto acoplada a um dos coletores de perímetro ou à coluna central vazada (50); fechar uma das tampas de extremidade após referida etapa de colocação; e em que a etapa de colocação inclui a colocação de cartuchos separados múltiplos encaixados concentricamente entre a coluna central vazada (50) e o coletor de perímetro (45).

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que referidos cartuchos separados múltiplos são empilhados verticalmente, com cada um dos cartuchos circundando a coluna central vazada (50).

11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de incluir a etapa adicional de reter o meio no lugar por colocação de uma placa de mola adjacente às porções mais superiores de pelo menos um cartucho de meio, a placa de mola enviesada para baixo contra porções mais superiores de pelo menos um cartucho de meio.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que referida etapa de retenção inclui suporte da placa de mola por inclusão de vedações entre uma borda de perímetro externa da placa de mola e porções do vaso posicionadas externas da placa de mola, a placa de mola tendo uma forma anular com um centro vazado que circunda referida coluna central vazada (50).

13. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que cada de referidos cartuchos contêm meio interno de uma parede externa de feltro perfurada adjacente ao coletor de perímetro (45), e uma parede interna (74, 84, 173) de feltro perfurada adjacente à coluna central vazada (50).

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que cada dos cartuchos contém dois tipos diferentes de meio divididos por um divisor de coco mat com uma primeira câmara adjacente à coluna central, e uma segunda câmara adjacente ao coletor de perímetro (45).

15. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que referida etapa de colocação inclui deslizamento dos cartuchos ao longo de uma trajetória paralela com um eixo central da coluna central no espaço entre a coluna central e o coletor de perí- metro (45).

16. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de incluir uma etapa adicional de localizar meio de alumina em um cartucho de meio de primeiro estágio adjacente à coluna central, e meio de peneira molecular em um cartucho de meio de segundo estágio externo do cartucho de meio de primeiro estágio, e adjacente ao coletor de perímetro (45).

17. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que inclui ainda as etapas de: alimentar ar dentro do vaso a partir de um soprador de reversão localizado a montante da coluna central e operando em uma direção da frente; e extrair um vácuo do vaso pelo soprador de reversão operando em uma direção reversa.

18. Vaso adsorvente para um sistema de separação de gás à base de adsorção, caracterizado pelo fato de que compreende: uma contenção externa incluindo uma parede lateral, e um par de tampas de extremidade em extremidades opostas de referida parede lateral; uma coluna central vazada (50) dentro da referida parede lateral, e estendendo-se pelo menos parcialmente entre o referido par de tampas de extremidade; um coletor de perímetro (45) mais próximo à referida parede lateral do que à referida coluna central vazada (50); uma entrada de gás acoplada a uma dentre a referida coluna central vazada ou o referido coletor de perímetro (45); uma saída de gás de produto acoplada a um dentre o referido coletor de perímetro ou a referida coluna central vazada (50); pelo menos um cartucho de meio de adsorção dimensionado para deslizar paralelamente a um eixo central da coluna central e em um espaço entre a coluna central e o coletor de perímetro (45) para preencher pelo menos uma parte do espaço entre a coluna central vazada (50) e o coletor de perímetro; e a referida coluna central vazada (50) localizada a jusante de um soprador de reversão para empurrar ar para dentro do referido vaso através da referida coluna central quando operando em uma direção para frente e puxando um vácuo no referido vaso através da referida coluna central quando operando na direção reversa.

19. Vaso, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o cartucho inclui uma parede externa permeável e uma parede interna (74, 84, 173) permeável com meio adsorvente entre elas, a parede externa mais próxima do coletor de perímetro (45) do que parede interna (74, 84, 173); em que o cartucho tem forma cilíndrica com a referida parede externa formando uma superfície externa da referida forma cilíndrica e com a referida parede interna (74, 84, 173) formando uma superfície interna da referida forma cilíndrica; e em que pelo menos dois cartuchos de meio de adsorção se aninham concentricamente incluindo um primeiro cartucho interno e um segundo externo, o referido primeiro cartucho interno aninhando interno ao segundo cartucho externo.

20. Vaso, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que pelo menos dois cartuchos de meio de adsorção se aninham concentricamente incluindo um primeiro cartucho interno e um segundo cartucho externo, o referido primeiro cartucho interno aninhando interno ao segundo cartucho externo.