CN109364692A - 一种一体化的集装吸附器及其一体化控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体化的集装吸附器及其一体化控制设备，属于吸附器技术领域，包括至少一个具有直棱柱结构的模块单元，每个所述模块单元内部开设有至少两个吸附通道，每个所述吸附通道的两端分别设置有与外界连接的连接件，每个所述吸附通道内设置有吸附剂。通过多个模块单元以及每个模块单元内至少两个吸附通道的设置，使多个吸附器占地面积小，现场安装简便，便于产业化生产；单个模块单元结构简单，加工方便，安全性高，可靠性高，压力损失小，密封性好；总体加工成本低下；节省了大量的筒体和连接件，无焊缝焊渣；多塔阵列设置，极大的抵消了塔之间的应力，此外便于组装和使用，便于标准化、撬装化、装备化、车载化。

Description

一种一体化的集装吸附器及其一体化控制设备

技术领域

本发明涉及吸附器技术领域，具体涉及一种一体化的集装吸附器及其一体化控制设备。

背景技术

吸附分离过程是利用多孔固体(吸附剂)处理混合物流体(气体或液体)，使其中所含的一种或多种组分集聚或凝缩在其表面，达到分离目的的化工单元操作，在石油化工、煤化工、精细化工、冶金、电子、医药、环境保护，以及气体工业等领域广泛应用，其中，液相吸附主要处理液体分离，气相吸附主要处理混合气体的分离提纯与净化。气体吸附主要包括变压吸附(PSA)与变温吸附(TSA)两大类，也有其他类型的吸附，包括变压变温吸附

(TPSA)及吸附与其他分离技术耦合。气体吸附分离往往被认为是终极的单元操作，可以提取高纯度的产品气体以及深度脱除一些杂质。变压吸附(Pressure SwingAdsorption.简称PSA)是指，在一定的温度下，通过加压吸附与减压(抽真空)或常压解吸或冲洗置换再生的循环过程，将混合物气体实现分离提纯与净化。吸附剂对吸附质的吸附量随着压力的升高而增加，并随着压力的降低而减少，同时在减压(降至常压或抽真空)过程中，放出被吸附的气体，使吸附剂再生，且压力变化在吸附-再生循环操作中可以通过多塔的均压方法得到部分补偿，降低了压力降损失；变温吸附(Temperature SwingAdsorption.简称TSA)是在压力一定时，在常温或低温下吸附，用高温解吸的方法，称为变温吸附(TSA)。显然，TSA是通过改变温度来进行吸附和解吸的。

吸附塔(Absorber)是吸附工艺中的大型关键设备。随着吸附技术的诞生，吸附塔在其领域的应用已有几十年。在变压吸附工艺中，每个吸附塔在一个循环周期内都要经历吸附、降压、升压、终充等多个环节。在变温吸附工艺中，每个吸附塔在一个循环周期内都要经历吸附、降压、热吹、冷吹、升压等多个环节。基于原料处理能力和收率的要求，确保吸附、解吸过程的同时进行，保证连续性生产，吸附塔通常采用多塔设置，例如，四塔并列，吸附塔之间以及进气和出气均通过管道连接，管道上设置有控制阀门，然而，受塔体高度尺寸的限制，现有吸附塔的设计具有以下不足之处：1、多塔的设置使吸附塔占地面积大，且现场安装施工难度大，无法适应产业化标准生产；2、吸附塔的结构复杂，加工精度不高；3、总体加工制造成本居高不下；4、在高温高压差恶劣环境中寿命短，高气速流体对塔内主要部件产生的冲刷、气蚀等作用；5、焊缝多法兰多等弊病，安全性差，可靠性差；6、不便于防腐保温和伴热。

发明内容

本发明目的是提供一种一体化的集装吸附器及其一体化控制设备，包括至少一个具有直棱柱结构的模块单元，每个所述模块单元内部开设有至少两个吸附通道，每个所述吸附通道的两端分别设置有与外界连接的连接件，每个所述吸附通道内设置有吸附剂。

工作原理：在现场施工时，多个模块单元可以进行堆叠排列布置、并排布置或阵列布置，占地面积小，现场安装简便；每个模块单元内设置的至少两个吸附通道，可以满足吸附和解析过程的同时进行，以保证连续性生产，连接件方便每个模块单元上的吸附通道之间相互连接，也方便各个模块单元之间相互集成连接，吸附剂便于吸附和解析。通过多个模块单元以及每个模块单元内至少两个吸附通道的设置，使多个吸附器占地面积小，现场安装简便，便于产业化生产；单个模块单元结构简单，加工方便，且加工精度高，安全性高，可靠性高，压力损失小，密封性好；总体加工成本低下；每个模块单元，相当于多个吸附器的集成，多个模块单元的各种布置，相当于更多吸附器的集成，便于组装和使用，便于标准化、撬装化、装备化、车载化；吸附器内部通道为光滑洁净的流体通道，从而大幅度缩小塔径，缩小流体通道，便于塔区集成，此外完全消除因高气速气流摩擦引起的火花和冲刷气蚀等安全性问题；节省了大量的筒体和连接件，无焊缝焊渣，再者，将泄漏量和不平衡力同时减到最小，使密封性好；多塔阵列设置，极大的抵消了塔之间的应力，使吸附器安全性能高；将保温材料及伴热材料统一集成在模块单元中，尤其适用于严寒地区工况恶劣的情况。

优选的，每个所述模块单元的一端设置有与每个所述吸附通道一一对应的进口管嘴，每个所述模块单元的另一端设置有与每个所述吸附通道一一对应的出口管嘴，每个所述进口管嘴处设置有固接在所述模块单元底部的下固定件，每个所述出口管嘴处设置有固接在所述模块单元顶部的上固定件。通过进口管嘴、出口管嘴、下固定件及上固定件的设置，方便将每个吸附通道与外界连通，安装方便。

优选的，每个所述模块单元为正方体或长方体。通过正方形或长方形的模块单元可以便于将多个模块单元进行紧密堆放，以减少占地面积。

更为优选的，每个所述模块单元的顶部和底部均设置有凹槽，所述上固定件和所述下固定件通过相应的紧固件分别固定在与其相对应的所述凹槽内。凹槽的底部上设置有穿装孔，紧固件可将上固定件和下固定件固定在各自对应的凹槽内，紧固件可以是螺钉或螺栓；穿装孔方便紧固件穿过。

更为优选的，所述上固定件和所述下固定件为法兰、卡箍或螺纹连接件。操作简单，方便固定。

优选的，至少两个所述吸附通道相互平行。通过相互平行设置的吸附通道，一方面便于制造，另一方面可以充分利用模块单元的空间。

更为优选的，至少两个所述吸附通道均匀分布在所述模块单元内。吸附通道之间彼此间距相等，使吸附器承载的力均匀，重心稳定，便于安装，吸附器使用寿命长。

更为优选的，每个所述吸附通道内均集成有温度传感器和压力传感器，所述温度传感器与所述压力传感器分别与外界的控制器电连接。集成化的温度传感器和压力传感器实时监测每个吸附通道内各部位的温度和压力，并将信息传递给控制器，方便监控与操作。

优选的，所述吸附剂为活性氧化铝、活性炭、硅胶、分子筛中的一种或多种。也可以有其他的吸附剂。

一体化的控制设备，包括所述的一种一体化的集装吸附器，还包括与所述集装吸附器配合使用的集装板阀。

本发明的有益效果如下：(1)通过多个模块单元以及每个模块单元内至少两个吸附通道的设置，使多个吸附器占地面积小，现场安装简便，便于产业化生产；(2)单个模块单元结构简单，加工方便，且加工精度高，安全性高，可靠性高，压力损失小，密封性好；

(3)总体加工成本低下；(4)每个模块单元，相当于多个吸附器的集成，多个模块单元的各种布置，相当于更多吸附器的集成，便于组装和使用，便于标准化、撬装化、装备化、车载化；(5)吸附器内部通道为光滑洁净的流体通道，从而大幅度缩小塔径，缩小流体通道，便于塔区集成，此外完全消除因高气速气流摩擦引起的火花和冲刷气蚀等安全性问题；(6)节省了大量的筒体和连接件，无焊缝焊渣，再者，将泄漏量和不平衡力同时减到最小，使密封性好；(7)多塔阵列设置，极大的抵消了塔之间的应力，使吸附器安全性能高；(8)将保温材料及伴热材料统一集成在模块单元中，尤其适用于严寒地区工况恶劣的情况。

附图说明

图1本发明一种具体实施方式所提供的一种集装吸附器的结构示意图；

图2为本发明一种具体实施方式所提供的一种具有两个模块单元的集装吸附器的结构示意图；

图3为本发明一种具体实施方式所提供的一种具有六个吸附通道的集装吸附器的结构示意图；

图4为本发明另一种具体实施方式所提供的一种具有九个吸附通道的集装吸附器的结构示意图；

图5为本发明中一体化程控阀组的立体透视示意图。

附图标记如下：1-模块单元，2-吸附通道，3-上固定件，4-出口管嘴，5-下固定件，6-进口管嘴，7-紧固件，8-凹槽，9-穿装孔，10-吸附剂，11-单元块，12-支流道，13-汇集流道，16-进气流道，19-出气流道，20-外部动作机构，21-角阀。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

实施例1

如图1-4所示，一种一体化的集装吸附器及其一体化控制设备，包括至少一个具有直棱柱结构的模块单元1，每个所述模块单元1内部开设有至少两个吸附通道2，每个所述吸附通道2的两端分别设置有与外界连接的连接件，每个所述吸附通道2内设置有吸附剂10。

本实施例中，在现场施工时，多个模块单元1可以进行堆叠排列布置、并排布置或阵列布置，占地面积小，现场安装简便；每个模块单元1内设置的至少两个吸附通道2，可以满足吸附和解析过程的同时进行，以保证连续性生产，连接件方便每个模块单元1上的吸附通道2之间相互连接，也方便各个模块单元1之间相互集成连接，吸附剂10便于吸附和解析。通过多个模块单元1以及每个模块单元1内至少两个吸附通道2的设置，使多个吸附器占地面积小，现场安装简便，便于产业化生产；单个模块单元1结构简单，加工方便，且加工精度高，安全性高，可靠性高，压力损失小，密封性好；总体加工成本低下；每个模块单元1，相当于多个吸附器的集成，多个模块单元1的各种布置，相当于更多吸附器的集成，吸附器内部通道为光滑洁净的流体通道，从而大幅度缩小塔径，缩小流体通道，便于塔区集成，此外完全消除因高气速气流摩擦引起的火花和冲刷气蚀等安全性问题；节省了大量的筒体和连接件，无焊缝焊渣，再者，将泄漏量和不平衡力同时减到最小，使密封性好；多塔阵列设置，极大的抵消了塔之间的应力，使吸附器安全性能高，此外便于组装和使用，便于标准化、撬装化、装备化、车载化；将保温材料及伴热材料统一集成在模块单元1中，尤其适用于严寒地区工况恶劣的情况。

实施例2

基于实施例1，如图1-4所示，每个所述模块单元1的一端设置有与每个所述吸附通道2一一对应的进口管嘴6，每个所述模块单元1的另一端设置有与每个所述吸附通道2一一对应的出口管嘴4，每个所述进口管嘴6处设置有固接在所述模块单元1底部的下固定件5，每个所述出口管嘴4处设置有固接在所述模块单元1顶部的上固定件3。

通过进口管嘴6、出口管嘴4、下固定件5及上固定件3的设置，方便将每个吸附通道2与外界连通，安装方便。

实施例3

基于实施例1，如图1-4所示，每个所述模块单元1为正方体或长方体。

通过正方形或长方形的模块单元1可以便于将多个模块单元1进行紧密堆放，以减少占地面积。

实施例4

基于实施例1，如图1-4所示，每个所述模块单元1的顶部和底部均设置有凹槽8，所述上固定件3和所述下固定件5通过相应的紧固件7分别固定在与其相对应的所述凹槽8内。

凹槽8的底部上设置有穿装孔9，紧固件7可将上固定件3和下固定件5固定在各自对应的凹槽8内，紧固件7可以是螺钉或螺栓。凹槽8直接设置的模块单元1上，方便加工，可靠牢固；穿装孔9方便紧固件7穿过。

实施例5

基于实施例1，如图1-4所示，所述上固定件3和所述下固定件5为法兰、卡箍或螺纹连接件。

操作简单，方便固定。法兰可以通过螺钉或螺栓紧固，法兰连接使管道与吸附通道2之间密封性好，连接牢固，强度高，方便操作；卡箍连接，在施工中不需要焊接，安装简易快捷，安全经济，占用空间小，维护简单；螺纹连接件通过螺栓、螺柱或螺钉连接，操作方便、快捷、施工速度快，可大大缩短工期。

实施例6

基于实施例1，如图1-4所示，至少两个所述吸附通道2相互平行。

通过相互平行设置的吸附通道2，一方面便于制造，另一方面可以充分利用模块单元1的空间。

实施例7

基于实施例1，如图1-4所示，至少两个所述吸附通道2均匀分布在所述模块单元1内。

吸附通道2之间彼此间距相等，使吸附器承载的力均匀，重心稳定，便于安装，吸附器使用寿命长。

实施例8

基于实施例1，如图1-4所示，每个所述吸附通道2内均集成有温度传感器和压力传感器，所述温度传感器与所述压力传感器分别与外界的控制器电连接。

集成化的温度传感器和压力传感器实时监测每个吸附通道2内各部位的温度和压力，并将信息传递给控制器，方便监控与操作。

实施例9

基于实施例1，如图1-4所示，所述吸附剂10为活性氧化铝、活性炭、硅胶、分子筛中的一种或多种。

也可以有其他的吸附剂10。

实施例10

基于实施例1，如图1-2所示，至少两个模块单元1并排布置，每个模块单元1内的吸附通道2之间以及相邻模块单元1之间的吸附通道2之间可以用本领域常规的阀门和管道相连接，其余同实施例1所述。

本实施例中，吸附通道2吸附、解吸过程的同时进行，以保证连续性生产，便于对多个模块单元1并排加工，需要多少安装多少，组装和使用方便，便于标准化、撬装化、装备化、车载化，此外还便于对模块单元1进行流水线加工，现场施工时依次叠加组装固定即可。相对于传统单个塔体，可降低现场制造施工的难度，提升了作业安全可靠性，而且标准化的生产也大大降低了吸附器的加工制造成本。

实施例11

基于实施例1，如图1和3所示，每个模块单元1内设置有六个吸附通道2，根据不同的废气处理量设置不同的大小的模块和吸附通道2，方便使用，应用范围广泛，不浪费原料，吸附效果好。

实施例12

基于实施例1，如图1和4所示，每个模块单元1内设置有九个吸附通道2，根据不同的废气处理量设置不同的大小的模块和吸附通道2，方便使用，应用范围广泛，不浪费原料，吸附效果好。

实施例13

基于实施例1-12，如图1-5所示，一体化的控制设备，包括所述的一种一体化的集装吸附器，还包括与所述集装吸附器配合使用的集装板阀，所述集装板阀包括阀组本体；所述阀组本体上设置有若干个单元块11，底部设置有若干个左右贯通与单元块11的汇集流道13；所述单元块11内开设有前后贯通于单元块11的进气流道16和出气流道19，以及若干个与汇集流道13一一对应的支流道12；每一所述支流道12的一端均与出气流道19连通，另一端均与相应的汇集流道13连通，所有支流道12之间相互平行，且每一支流道12均为直角形流道，所述直角形流道的直角处设置有角阀21，所述角阀21连接有外部动作机构20；所述直角形流道包括竖直设置于单元块11内且与相应的汇集流道13连通的竖直流道、水平设置于单元块11内且与出气流道19相连通的水平流道。

所述阀组本体上设置的单元块11与吸附通道2之间为一一对应关系，即一个单元块11所提供的流道以及角阀21与一个吸附通道2对应，用于取代现有设计中对应用于该吸附通道2的大部分连接管道和全部程控阀。具体连接和对应关系为，进气流道16的一端与吸附通道2的进口管嘴6、管道通过法兰固定连通，另一端与原料气供给管线连通或者再通过三通阀同时与解析/冲洗管线连通，从而部分替代原有的原料气供给管线和解析/冲洗管线；出气管线的一端与吸附通道2的出口管嘴4、管道通过法兰固定连通另一端则设置封堵部件密封，进而与阀组本体内的众多支流道12和汇集流道13一起，从而替代现有设计中出气管线以及若干均压管线所组成的管线网络，然后通过设置与支流道12上的角阀21替代原有的管线之间的程控阀起到对管线网络内部连通状态的调节；其余存在的吸附通道2则与阀组本体上的单元块11按照上述方式一一连接。各吸附通道2通过本实施例中一体化程控阀组接入后，根据实际使用需要，对阀组本体上的汇集流道13进行功能划分，如取其中一个汇集流道13作为产品收集流道而与外部的产品收集管线连通，取若干个汇集流道13，每个汇集管道的两端均使用封堵部件密封以形成若干个均压管道；其中，均压管道的数量需要根据吸附通道2的数量和设计中均压过程的数量确定。

通过将复杂繁多的管道和阀门部件以单元块11的模式集成于所述一体化程控阀组中，使得阀区结构紧凑、体积减少，便于模块化、撬装化、装备化以及车载化；还节省了大量管道和管道接头，节约成本，密封性好，可靠性强，安全性高。

前述中已经记载清楚了本实施例所提供的一体化程控阀组在吸附处理系统中的安装连接方式，而安装好的一体化程控阀组的在系统中的工作过程如下：

原料气通过外部设置的原料气管线经一体化程控阀组内的进气流道16从模块单元1底部的吸附通道2进气管嘴泵送入吸附通道2内，原料气经吸附通道2内的吸附剂10处理后，自吸附通道2顶部的出气管嘴进入到一体化程控阀组的出气流道19中，然后一体化阀门上安装的若干个角阀21在预设时序程序下有有规律的进行打开，使得进入到出气流道19中的吸附后原料气有选择地进入到特定的支流道12中，并通过支流道12进入到汇集流道13中。如果该汇集流道13与外界产品气管线连通，则可以通过该汇集流道13对产品气进行收集；同样的，为了增加单位时间的原料气处理量，可以在吸附通道2采取与上述过程相同的处理模式下，设置同时打开于产品气管线相连通的汇集流道13上的多个单元块11中与该汇集流道13连通的支流道12上的角阀21，从而使被多个吸附通道2同时吸附处理得原料气通过同一汇集管道进行汇集并通过产品气管线实现。除了产品气收集外，为了提高产品气的收率，需要进行均压操作来进一步释放残留在吸附通道2死空间内的残留气体，此时，则可以选择两个可以进行均压操作的吸附通道2，然后选择一体化程控阀组上预设为均压管线用的一个汇集流道13流道，然后控制与该汇集流道13连通且与两个吸附通道2分别对应的支流道12上的角阀21打开，并控制前述两个支流道12以外的支流道12上的角阀21关闭，从而使得被选择的两个吸附通道2之间连通，从而进行均压操作。当吸附通道2完成吸附和均压过程后需要进行解析以为下一次吸附循环做准备，则可以控制被解析的吸附通道2在选择作为解析管线的汇集流道13上所对应的角阀21单独开启，然后通过与该汇集流道13向连接的外界减压回收装置的减压作用，使得待解析吸附通道2能够单独完成解析过程；当然，若有多个吸附通道2需要同时进行解析，则可以同时开启被选做，解析管线的汇集流道13上这些吸附通道2各自对应的支流道12上的角阀21，从而使得多个吸附通道2能够同时进行解析过程，而解析出来的废气则通过各自的支流道12汇聚于该汇集流道13总并最终通过外界减压回收装置实现废气回收。为了方便理解，上述描述中，将变压/变温吸附过程中的典型过程进行了拆解，并以拆解后的过程对本实施例中一体化程控阀组的工作原理和过程做了独立说明，但在实际吸附处理系统中，由于通常采用多个吸附通道2进行组合，所以上述过程通常是同时存在且受预设控制程序控制的，而这一预设控制程序与现有技术中采用一般管道和程控阀所组成的阀控系统的设置和控制方式一致，因此可以参考现有技术，在此不做赘述。

所述技术领域的人员应当理解，本方案所述温度传感器，压力传感器和控制器均属于现有技术可根据具体需求在市场上采购到不同型号和规格的产品，例如本发明中，温度传感器的型号均为CWDZ15，压力传感器的型号为PT500，控制器的型号为FKQ640-7。

以上为本方案的主要特征及其有益效果，本行业的技术人员应该了解，本方案不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本方案的原理，在不脱离本方案精神和范围的前提下，本方案还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本方案要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种一体化的集装吸附器，其特征在于：包括至少一个具有直棱柱结构的模块单元(1)，每个所述模块单元(1)内部开设有至少两个吸附通道(2)，每个所述吸附通道(2)的两端分别设置有与外界连接的连接件，每个所述吸附通道(2)内设置有吸附剂(10)。

2.根据权利要求1所述的一种一体化的集装吸附器，其特征在于：每个所述模块单元(1)的一端设置有与每个所述吸附通道(2)一一对应的进口管嘴(6)，每个所述模块单元(1)的另一端设置有与每个所述吸附通道(2)一一对应的出口管嘴(4)，每个所述进口管嘴(6)处设置有固接在所述模块单元(1)底部的下固定件(5)，每个所述出口管嘴(4)处设置有固接在所述模块单元(1)顶部的上固定件(3)。

3.根据权利要求1或2所述的一种一体化的集装吸附器，其特征在于：每个所述模块单元(1)为正方体或长方体。

4.根据权利要求2所述的一种一体化的集装吸附器，其特征在于：每个所述模块单元(1)的顶部和底部均设置有凹槽(8)，所述上固定件(3)和所述下固定件(5)通过相应的紧固件(7)分别固定在与其相对应的所述凹槽(8)内。

5.根据权利要求4所述的一种一体化的集装吸附器，其特征在于：所述上固定件(3)和所述下固定件(5)为法兰、卡箍或螺纹连接件。

6.根据权利要求1所述的一种一体化的集装吸附器，其特征在于：至少两个所述吸附通道(2)相互平行。

7.根据权利要求6所述的一种一体化的集装吸附器，其特征在于：至少两个所述吸附通道(2)均匀分布在所述模块单元(1)内。

8.根据权利要求7所述的一种一体化的集装吸附器，其特征在于：每个所述吸附通道(2)内均集成有温度传感器和压力传感器，所述温度传感器与所述压力传感器分别与外界的控制器电连接。

9.根据权利要求1所述的一种一体化的集装吸附器，其特征在于：所述吸附剂(10)为活性氧化铝、活性炭、硅胶、分子筛中的一种或多种。

10.一种一体化的控制设备，其特征在于：包括权利要求1至9任一项所述的一体化的集装吸附器，还包括与所述集装吸附器配合使用的集装板阀。