CN104275067A - 具有水平轴向基床和填料清洁系统的吸附器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有水平轴向基床和填料清洁系统的吸附器。提供了一种用于净化至少一种流体的装置，该装置在水平筒节(1)的筒节段中至少包括：-填充体积(V2)的至少一种第一颗粒材料；-至少一个导流板，其包括两个体积(V3a)和(V3b)，这两个体积由筒节内壳且另一方面由下表面(S3a)和(S3b)限定，所述下表面与水平面之间形成大于第一颗粒材料的休止角的角度(α)；-由在筒节段的整个长度上支承在导流板的两个体积(V3a)和(V3b)上的膜和密度大于用以填充体积(V2)的第一颗粒材料的密度的第二颗粒材料形成的至少一个体积(V4)，第二颗粒材料容纳在由膜和筒节内壳形成的空间内，体积(V3a)、(V3b)和(V4)位于水平筒节的横截面的上半部中。

Description

具有水平轴向基床和填料清洁系统的吸附器
技术领域
本发明涉及用于处理至少一种流体的装置，其包括至少一团颗粒材料，流体沿水平轴线方向流经该颗粒材料。
背景技术
当要生产、分离或净化气体时，可采用吸附方法。这些方法一般采用若干填充有材料的吸附器，这些材料有选择性地吸收原料流的组分中的至少一者。存在两种主要的吸附器类型，即轴向基床吸附器和径向基床吸附器。
轴向基床吸附器提供针对保持基床和死体积的问题的经济的解决方案。通过对比，当使用高流速时，压降和磨损问题变成该技术的限制性因素。这是因为，为了降低最终导致吸附剂颗粒物被破坏的流化极限，主要的解决方案有：
-增大吸附器的直径(出于运输考虑，必须保证最大直径)，这需要减小基床的长度，其缺点在于引起吸附剂上游和下游的分配问题以及死体积增大和基床厚度减少的问题，因而使得这些方法对吸附剂的基床表面的不均匀性更加敏感，
-增加吸附器以分离开穿过基床的流，
-增加吸附剂球粒的大小，尽管这对吸附动力学且因而对装置的性能不利，以及
-增加吸附剂上部的重量，例如采用通过柔性筛从吸附剂中分离出来的金属球粒。
最后两种解决方案允许轴向构型中的磨损的理论极限仅降低一点点。
应注意的是，现在采用的轴向吸附器几何结构包括“直立瓶”和“平卧瓶”几何结构，两者中气体均垂直地流过吸附剂基床。虽然后一种几何结构相对于前一种提供了更大的孔截面积，但其以较差的分配——特别是在吸附器边缘处——和更大的死体积而使性能恶化。
径向基床吸附器允许压力降受限制而无需增大吸附器半径，因为其提供了对于给定的吸附器体积而言增大的孔截面积且理论上不受磨损方面的任何极限的影响。吸附剂的基床通常悬在从顶部悬垂的竖直多孔筛之间。可通过如美国专利5,882,385中所述的粘附在堆积角上的锥系统(主要用于TSA)或通过其上搁有金属或陶瓷球粒的膜(此系统目前用于O2VSA中)来防止在吸附剂的基床顶部处出现排空体积。该径向技术的主要缺点在于死体积的增多和高昂的制造成本。
发明内容
本发明的目的是提出一种改进的流体处理装置，在该装置中减少了区段或不良分配和死体积。
本发明的一个解决方案为一种用于处理至少一种流体的装置，该装置在水平筒节1的筒节段中至少包括：
-填充在筒节段的每侧上开口的体积V2的至少一种第一颗粒材料，流体沿水平方向流经该体积，第一颗粒材料通过两个布置在筒节段的两端处的多孔筛被保持在体积V2中，
-至少一个导流板，所述导流板包括两个体积V3a和V3b，所述体积具有支承在位于筒节段的两端处的两个所述多孔筛上的四个侧面S3-c、S3-d、S3-e和S3-f，并且一方面由筒节内壳且另一方面由下表面S3a和S3b限定，所述下表面与水平面之间形成大于第一颗粒材料的休止角的角度α，
-至少一个体积V4，其由
·在筒节段的整个长度上将导流板的两个体积V3a和V3b接合到一起的膜，以及
·密度大于用以填充体积V2的第一颗粒材料的密度的第二颗粒材料形成，所述第二颗粒材料容纳在由膜和筒节内壳形成的空间中，
所述体积V3a、V3b和V4处于水平筒节的横截面的上半部中。
“颗粒材料的休止角”是指颗粒材料在重力作用下翻倒在接收支承件上的休止角度，该接收支承件的表面相对于水平线测得的角度在0°和90°之间，且对于颗粒直径在0.5mm和5mm之间的吸附材料而言，更常规地在15°和35°之间。
应该注意：
-所述膜补偿竖向压实度；且
-如本发明的解决方案中所限定的导流板使得可以避免在所述表面下方的颗粒材料中形成带有自由团的空穴；
导流板优选焊接到筒节。
依环境而定，本发明的装置可具有以下特征中的一个或多个：
-导流板的两个体积V3a和V3b在其位于筒节的下游侧的端部具有孔口，使得位于所述端部的表面S3-e和S3-f具有在5％到80％之间、优选在5％到50％之间的穿孔率；所述孔口允许体积V3a和V3b处于与体积V2相同的压力之下，使得可以避免锚固点处的疲劳，体积V3a和V3b在该锚固点处被锚固到筒节上，
-两个体积V3a和V3b容纳具有小于10％的外通孔的材料；
-容纳在两个体积V3a和V3b中的材料为能以其聚氨酯的形式膨胀的泡沫；
-筒节是圆筒形的；
-所述装置为吸附净化装置。
优选地，金属网被紧紧压靠在多孔筛上且通过适当的系统(桩，垫圈，螺母，夹子等)被固定在所述多孔筛上。
附图说明
图1示出了根据本发明的装置的在容纳有吸附剂的筒节区段内的总体装配。
图2示出了筒节上游侧的横截面视图。
图3示出了筒节下游侧的横截面视图。
具体实施方式
现将借助于图1至3更详细地描述本发明。
图1示出了根据本发明的装置在容纳有吸附剂的筒节区段内的总体装配。可以看出容纳有用于净化或分离气体混合物的至少一种第一颗粒材料(体积V2)——例如吸附剂——的水平筒节1的轮廓。为了保持颗粒材料且避免磨损和压降的问题，位于筒节上部的导流板与由连接分配器的两个体积的且容纳密度大于颗粒物密度的材料的条带V4形成的膜相结合，所述导流板包括在筒节每侧上开口的且一方面通过筒节内壳另一方面通过下表面S3a和S3b限定的两个体积V3a和V3b，所述下表面与水平面之间形成一个大于颗粒材料休止角的角度α。
图2示出了筒节上游侧的横截面视图。该视图示出：
-导流板的两个侧面S3-c和S3-d，这两个侧面为位于筒节上游端的表面；
-导流板的下表面S3-a和S3-b的横截面，其具有基本V形的横截面；以及
-容纳在两个体积V3a和V3b内的用阴影区指示的材料。
应该注意，该材料防止了体积V3a和V3b成为死体积。
图3示出了筒节下游侧的横截面视图。其示出了位于体积V3a和V3b的“下游”端的在表面S3-e和S3-f上的孔口。这些孔口防止了在流体流通时的任何背压。
为使用根据本发明的装置，第一颗粒材料将经由位于筒节上部且提供通向体积V2的入口的一个或多个进料孔(charging orifices)引入。
体积V2被填充直至第一吸附颗粒材料占用了很大部分由体积V3a、V3b和筒节顶部限定的体积V2。占用该体积V2的第一颗粒材料的体积需使得能够补偿由当在净化或分离方法处于运行中时发生的颗粒材料的压实而带走的体积V2的第一颗粒材料的体积损失。然后安装上例如由弹性材料制成的柔性密封膜S4，该膜与体积V3-a和V3-b的垂直壁侧向地结合在一起且搁靠在颗粒材料上。然后，密度大于第一颗粒材料的密度的第二颗粒材料经由之前用以引入颗粒吸附剂的进料孔翻倒在分隔壁上。当第一颗粒材料压实时，柔性密封壁将因此变形并提供在较密实材料的压力下的密封。
本发明的另一个主题为根据本发明的装置的用于分离气体混合物中的至少一种组分的应用，例如用于干燥或净化气体和/或用于从气体混合物中分离至少一种组分，例如净化将要被蒸馏的空气流或从空气流中产生氧气和/或氮气。
根据本发明的装置优选为PSA(变压吸附)装置。
本发明提出的解决方案并非旨在避免压降，而是旨在由于不再存在磨损的任何理论极限而使得能够不使基床流化。磨损指的是颗粒通过摩擦或相互碰撞而磨耗的现象。在变压吸附方法或变温吸附方法中以传统方式使用的颗粒基床中，这种磨损主要发生在当颗粒在流体的作用下开始移动且其然后产生“粉末”时，由于颗粒在不断变小且这可能导致该方法完全停用，这些“粉末”突显了该现象。在本发明的背景下，如果流速被处理至超过磨损极限，则压降将不可避免地必须大于轴向吸附器的压降值，该轴向吸附器将已使其自身的尺寸加工到不超过该极限且将具有较大的直径…因此对于其中压降不是关键的方法来说，所提出的解决方案提供了以下优点：相比于垂直轴向瓶更大的压实率，和相比于径向基床更低的投资。

Claims (8)

1.一种用于处理至少一种流体的装置，该装置在水平筒节(1)的筒节段中至少包括：
-填充在所述筒节段的每侧上开口的体积(V2)的至少一种第一颗粒材料，流体沿水平方向流经所述体积，所述第一颗粒材料通过两个布置在所述筒节段的两端处的多孔筛被保持在所述体积(V2)中，
-至少一个导流板，该导流板包括两个体积(V3a)和(V3b)，这两个体积具有支承在位于所述筒节段的两端处的两个所述多孔筛上的四个侧面(S3-c)、(S3-d)、(S3-e)和(S3-f)，并且一方面由筒节内壳且另一方面由下表面(S3a)和(S3b)限定，所述下表面(S3a)和(S3b)与水平面之间形成大于第一颗粒材料的休止角的角度(α)，
-至少一个体积(V4)，其由
·在所述筒节段的整个长度上将所述导流板的两个体积(V3a)和(V3b)接合到一起的膜，以及
·密度大于用以填充所述体积(V2)的所述第一颗粒材料的密度的第二颗粒材料形成，所述第二颗粒材料容纳在由所述膜和所述筒节内壳形成的空间中，
所述体积(V3a)、(V3b)和(V4)处于所述水平筒节的横截面的上半部中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导流板的两个体积(V3a)和(V3b)在其位于筒节的下游侧的端部具有孔口，使得位于所述端部的表面(S3-e)和(S3-f)具有在5％到80％之间、优选在5％到50％之间的穿孔率。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的装置，其特征在于，所述两个体积(V3a)和(V3b)容纳具有小于10％的外通孔的材料。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，容纳在所述两个体积(V3a)和(V3b)中的材料为能以其聚氨酯形式膨胀的泡沫。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述筒节为圆筒形的。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置为吸附净化装置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置的用于分离气体混合物的至少一种组分的应用。
8.根据权利要求7所述的装置的应用，其中所述气体混合物为空气。
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