CN102274645A - 在颗粒床中具有有限浸没度的模拟移动床塔中的流体分配装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在颗粒床中具有有限浸没度的模拟移动床塔中的流体分配装置。本发明描述一种用于在以模拟移动床（SMB）模式操作的多级塔中的流体的分配装置，其在主流体的流动方向上包括用于辅助流体的分配系统（6）以及分配器板（10），所述分配器板（10）被位于所述板（10）下面的加固元件（7）支撑，所述装置被插入到颗粒固体（2）的两个连续床之间，所述两个连续床表示为上游床和下游床，分配系统和加固元件浸没在上游和下游颗粒床中达到具有浸没度上限值的稍微程度。

Description

在颗粒床中具有有限浸没度的模拟移动床塔中的流体分配装置

技术领域

本发明涉及一种用于在多级塔中分配和收集流体的新式装置，所述多级塔采用所述流体的处于称为颗粒介质的固态颗粒介质的流。术语“多级塔”用于包括沿着基本上竖直轴线设置的颗粒固体的多个床的塔。每个颗粒床由支撑板支撑。

背景技术

各种连续床由用于塔中的一种或多种流体串联地横穿。横穿连续床的流体称为主流体，以将其与其它辅助流体区分开，所述辅助流体可经由通常位于两个连续床之间的板（已知为分配器板）添加到主流体。

每个床可由位于所述床上游的分配器板供应。

本发明涉及由分配器板、颗粒床和一些内部装置占用的体积的分配，所述内部机构连接到分配器板，这将在下文更详细地描述。

在本文的剩余部分，当使用简要术语“板”时，这意味着分配器板。

分配器板通常包括称为所述分配系统的流体供应或收集系统；以及一个或多个混合腔，用于将经由分配系统注入或收回的流体与主流体混合。

为了加固分配器板，可使用主梁。于是，板可放置在主梁上。其它系统是可能的，以便加固板；它们通常称为加固元件。

在本发明的上下文中，术语“内部装置”是指流体分配系统和用于加固分配器板的主梁或任何其它元件。

本发明主要在于，使得颗粒床免受任何阻碍物。

在该目的中，内部装置、分配系统和加固元件或者该两者中的至少一个集成到分配器板自身中。

更具体地，根据本发明的分配器板优选的是这样的板，其中用于流体和加固元件的分配系统定位在所述板自身内部。

一般而言，内部装置在分配器板自身内部的所述集成伴随有所述板体积的增加。因此，本发明得到与现有技术相比在颗粒床所占用的体积、板的体积以及内部装置的体积之间改良的体积分配。

本发明的目的是至少部分地避免存在嵌在颗粒介质中的元件，从而具有改进在颗粒介质中流体流以及因此装置总体上性能的作用，但是可能减少对应于颗粒床的体积百分比。

现有技术的检查

在分离反应器或塔类型的多级处理中，所采用的分配装置可具有若干功能，例如在所述塔的任何高度上在反应器或塔中注入流体流或从反应器或塔收回流体流。通常期望的是，所述注入或收回功能以平衡的方式在塔区段的各个区域之间实施。

事实上，塔的区段通常被划分为一定数量的扇区，每个扇区必须相对于其它扇区以均匀的方式被灌溉。

这暗示使用具有特定几何尺寸的分配器，在扇区具有相等的表面面积时，分配器可到达每个扇区并且在每个扇区上传输（或收回）大致相等的流量。如果扇区具有不同的表面面积，注入或收回的流量与相关扇区的表面面积大致成比例。

当所涉及的塔具有大尺寸（例如，直径在3至15米之间），使用具有一定数量分支的线路的系统通常用于将流体从塔的外部引导到多级塔的各个板，接着从给定板朝向所述板的每个扇区。

板还完成在塔中的主流和系统所注入的流之间的混合功能，以便用均匀浓度的流体供应位于所述板下游的颗粒床。

涉及通过在层析或SMB类型的多级塔上吸附来分离的过程的专利示例是WO 2006/027118A1、US 2006/0108274A1、EP 0074815、FR 93/09593，它们提供用于分配系统的配置示例，所述分配系统供应在塔中不同高度定位的板。

分配系统可相当笨重，这种系统定位在颗粒固体（催化剂或吸附剂）的床中以便最小化塔的总体积是惯例。

迄今为止，技术人员已经最大化反应腔中颗粒介质的体积；这通常通过最小化分配器板的高度以及将分配和/或收集系统定位在颗粒介质自身内来完成。

此外，在专利WO 09/133254中，将系统定位在分配器板自身内被示出为不恰当的，因为这导致分配器板体积太大。这也是用于分配器板的加固装置的情形，其通常至少部分地浸没在颗粒床中。例如，惯例是使用主梁，该主梁部分或全部地嵌在颗粒介质中。在法国专利申请FR 09/02803中可发现这种加固装置的描述。

附图说明

图1示出了包括分配器板的现有技术的装置，所述分配器板被划分成面板（panel）并且经由定位在位于分配器板上游的颗粒床中的分配系统供应。

图2示出了本发明的装置。分配系统此时定位在板自身中。

图3示出了另一现有技术的实施例。分配器板放置在部分嵌入到颗粒床中的主梁上。

图4示出了根据本发明的装置，主梁和分配系统定位在分配器板自身内。

具体实施方式

本发明涉及使用分配器板，其中分配和固化内部装置被部分或完全包括在分配器板自身中。Augier F, Laroche C, Brehon E的评论文章（“Separation and purification technology”，63, 2, 466-474, Oct 22 2008）最近表明，在颗粒介质生成轴向扩散中存在阻碍物，其恶化颗粒介质中的流并且可有害地影响该过程（尤其是在吸附的情形中）的性能。在该文章中还提出一种用于估计嵌在颗粒介质中的内部分配装置的效果的方法。该方法用于证明本发明的优势。

如果接受板的高度将增加并且塔中有用体积的比例将损失，则在分配器板中定位分配系统和加固装置是可能的。在具有固定容积的给定塔中，这意味着板所占用的体积增加且因此颗粒介质的体积部分减少。

然而，出人意料地发现，通过改进颗粒介质的流，颗粒介质体积的损失不止被补偿，这是由于缺少嵌入其中的阻碍物或者减少了该阻碍物的体积。

因此在一些情形中，在分配器板中定位内部分配和加固装置总体上改进了该过程的性能。

更精确地，本发明可限定为一种流体的分配装置，所述分配装置在主流体流动方向上包括用于辅助流体的分配系统；由位于所述板下面的加固元件支撑的分配器板，所述装置被插入颗粒固体的两个连续床之间，分配系统和加固元件被浸没在颗粒介质中的按体积计百分比在从0至3%的范围内、优选地在0至2%的范围内。该按体积计百分比针对上游和下游床来表述。

对应于0%的情形意味着，分配系统和加固元件完全集成到板自身中。因此，塔的有用体积被划分为颗粒床的体积和分配器板的体积。

对应于x%（其中，x%小于3%）的百分比的情形精确地意味着，分配系统和加固元件具有对应于颗粒床体积x%的总体体积比例。它们以x%的比例浸没到颗粒床中，其中，x%小于3%。

浸没体积x%的极限值对应于分配系统和加固元件的浸没体积的总和。

如果装置不具有加固元件，那么3%的极限值单独应用到分配系统。

在本发明的优选变型中，用于分配在以模拟移动床（SMB）模式操作的多级塔中流体的装置使得分配器板的高度小于0.3 m，优选地小于0.2 m。

本发明的优势在大型多级装置中尤其明显。实际上，当吸附器的直径足够大（即，大于3米、且优选地大于7米）时，有必要将分配器板划分为扇区或面板。这种将板划分为扇区在专利WO2006/055222A1、US2009/0321359A1、WO2008/125751A1和US2008/0217232A1中被详细描述。面板可以是径向扇区或者沿着塔的直径对齐的平行扇区。

当分配器板划分为面板时，每个面板由分配系统供应，所述分配系统使得必须使用包括多个线路的复杂系统。

将板划分为各种面板是有必要的，以便确保良好的分配质量，尤其是在吸附器的直径超过大于3米、优选地大于7米的临界尺寸时。因此，对于超过3米的直径，将分配器板分区为面板实际上是不可避免的，且随之发生的是，分配系统所占用的体积变得很大（当其超过7米时甚至更加如此）。

此外，使用划分为面板并且经由具有多条线路的复杂分配系统供应的板增加了分配装置（分配系统和板）的总重量。因此，主梁类型的加固元件用于限制板的弯曲以及可能出现的在板和颗粒床中流量的降级。因此，加固元件在限制板的弯曲方面是重要的，更具体地在限制大直径吸附器的弯曲是重要的。

由于这些原因，本发明对于大直径吸附器具有极大的益处，并且直径越大，本发明的就更有优势。

对附图的描述

将参照图1-4来描述本发明的详细说明。

图1：

容器1代表根据现有技术的具有分配器板的多级塔。塔被划分为一定数量的颗粒床2。分配器板10被插入到两个连续颗粒床（表示为上游床和下游床）之间。每个分配器板10被划分为由竖直隔块5分离的不同面板。上部格栅4支撑颗粒介质2同时允许流体进入到板的内部。

板包括分配系统6和穿孔注入腔8，所述穿孔注入腔8用于将辅助流体注入到板中或从板收回辅助流体。在注入的情形中，被注入的辅助流体随后与来自于上游床的主流体混合。

分配器板10还包括下部格栅3或穿孔板，或者可将所述流在下游颗粒床上分配的任何其它装置。

下部格栅3还可划分为面板。于是，每面板具有一个下部格栅。注入腔8经由分配系统6供应，这意味着流体可从容器之外带至每个面板。系统6还可从每个面板收集流体。在现有技术中，系统6嵌入到颗粒介质2中。

图2：

图2具有与图1的元件相同的附图标记并且示出了本发明的实施例，其中分配系统6此时定位在分配器板10自身内部。

取决于所述情形，分配器板10于是可具有增加的高度。颗粒床2在其中不再具有阻碍物且因此流体可不受干扰地流动。

图3：

根据现有技术，图3代表分配器板10，在该情形中所述分配器板仅具有放置在主梁7上的一个面板。主梁被部分嵌入颗粒介质2中，从而限制上部格栅4和下部格栅3之间的高度。

分配系统6也嵌入到颗粒床2中。在板5的底部与下游颗粒床的上表面之间存在腾空空间（empty space）。该空间9常规地形成分配器板10的一部分。

图4：

图4代表本发明的实施例。附图标记与图3的相同。分配系统6和主梁7现集成到分配器板10中并且被包括在上部格栅4和下部格栅3之间。为此，两个格栅4和3之间的空间与现有技术相比增大。该空间9完全包含主梁7。上游和下游颗粒床免受任何阻碍物。

本发明的优势在于，由于床中缺少阻碍物而改进颗粒床中的流量，并且该改进补偿与所述分配器板的高度增加相关的体积损失。

改进床的总体性能的效果在伴随的比较示例中描述。

比较示例

下述示例将比较根据现有技术（参考示例）和根据本发明（示例1, 2, 3）的模拟移动床（SMB）吸附塔的分离性能。

该性能按照在吸附塔中存在的每床理论板的数量（NTP）来比较。该性能使用在现有技术部分中引用的文章中描述的数值方法来计算。NTP表示吸附的分离质量，即，与分离相关的纯度和产量。

所有的计算按照下述条件来实施：

具有8米直径的15米有用长度吸附塔，其被划分为12个床。

根据现有技术，参考示例对应于0.05 m高的分配器板，所述分配器板由嵌入颗粒床中并且占用总体积1.2%的分配系统供应。

板被放置在主梁上，从而占据总体积的2.41%。

液体流率QL是0.729 m³/s。因此，在参考示例中流体的平均表面速度是0.015 m/s。

因此，在现有技术示例中每颗粒床的总NTP被计算是10.98。

将表示本发明的不同变型的其它示例1-3与参考示例进行比较，在该示例1-3中，内部装置（系统或主梁）的体积分数减少。

根据计算，该减少伴随着板高度（H板）的更大或更小增加以及因而颗粒床所占用的体积分数的减少（%体积筛网）。

下面的表1总结了针对参考示例和本发明的示例1、2、3的板高度（H板）、颗粒床高度（H床）的值以及内部装置、板和筛网的按体积计%的分配。

表1：在同一液体流率下不同配置之间的比较

可以看出根据本发明的所有配置（示例1、2、3）都比参考示例更佳，因为每床总NTP恒定地大于10.98。

- 示例1（内部装置体积 = 0%）的板体积是参考示例的板体积（8%）的两倍。颗粒床的体积稍微减少（92%对比92.39%）。

NTP变为11.93，与参考示例中的10.98形成对比。

- 示例2（内部装置体积 = 0%）的板体积比示例1中的更高，因为板高度增加至19 cm。NTP稍微增加至11.0，但颗粒介质所占用的体积十分明显地减少（84.8%对比参考示例中的92.39%）。

- 示例3对应于这样的情形：颗粒床中内部装置的浸没体积是1.84%。分配器板的体积保持在8%且颗粒床的体积是90.2%，即小于参考示例中的（92.39%）。同样，在该示例中NTP增加至11.18。

表2再次示出了表1中的三个示例，但是液体流率QL被修改以将筛网每床NTP调节至参考值（NTP = 10.98）。

这意味着，在生产能力增益方面可理解本发明的全部益处。因此，按照相同质量（iso-quality）实施分离，但是液体流率的增加总体上对应于装置分离能力的按比例增加。

表2：相同数量的理论板的不同配置之间的比较

还要注意的是，本发明可用于增加液体流率以及因此装置的生产能力（其与液体流率成比例）。取决于实施例，能力的增加在0.1%与8.6%之间，最佳结果从示例1中得到。

Claims (3)

1. 一种用于在以模拟移动床（SMB）模式操作的多级塔中的流体的分配装置，所述分配装置在主流体的流动方向上包括用于辅助流体的分配系统（6）以及分配器板（10），所述分配器板划分为沿着塔直径对齐的平行面板，所述分配器板（10）被位于所述板（10）下面的加固元件（7）支撑，所述分配装置被插入到颗粒固体（2）的两个连续床之间，所述两个连续床表示为上游床和下游床，分配和加固内部装置（7）被部分或全部包括在分配器板（10）自身内部，浸没在上游床和下游床中的分配系统和加固元件（7）的体积百分比在从0至3%的范围内，所述百分比针对所述上游床和下游床表述，所述分配器板（10）的高度小于0.3 m、优选地小于0.2 m，塔直径大于3米、优选地大于7米。

2. 根据权利要求1所述的用于在以模拟移动床（SMB）模式操作的多级塔中的流体的分配装置，其中，浸没在上游床和下游床中的分配系统和加固元件（7）的体积百分比在从0至2%的范围内，所述分配器板（10）的高度小于0.2 m，塔直径大于7米。

3. 根据权利要求1所述的用于在以模拟移动床（SMB）模式操作的多级塔中的流体的分配装置，其中，当塔直径大于3米时，分配器板（10）被划分为面板，所述面板可以是径向扇区或者沿着塔直径对齐的平行扇区。

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