CN110201488A

CN110201488A - 一种径向均流变压吸附塔

Info

Publication number: CN110201488A
Application number: CN201910593108.9A
Authority: CN
Inventors: 冯明杰; 徐凤森; 周帅磊; 郭奕; 毛成
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2019-07-03
Filing date: 2019-07-03
Publication date: 2019-09-06

Abstract

一种径向均流变压吸附塔，包括外壳、封盖、导流筒、布风筒及通气管；外壳底部设有通气口，通气管插装在封盖中心且延伸至外壳内部，导流筒同心设于外壳内，导流筒与外壳的底板之前设有支撑块，支撑块与导流筒之间通过定位销和定位孔进行定位；布风筒同心设于导流筒内，布风筒通过定位卡块固装在封盖与导流筒底板之间，布风筒表面均布透气孔洞；布风筒数量若干且直径各不相同，若干布风筒同心设置，若干布风筒之间的环向间隙分别设为吸附室和气室，吸附室与气室在径向方向上交替分布，吸附室内填充有吸附剂；在吸附阶段和反吹阶段，吸附塔内部的流场分布更加均匀，产气时气流分配更加合理，反吹时吹扫更加干净彻底，可有效提升产气效率和产气质量。

Description

一种径向均流变压吸附塔

技术领域

本发明属于工业气体分离技术领域，特别是涉及一种径向均流变压吸附塔。

背景技术

变压吸附工艺主要用于制取富氧、脱硫、除CO₂等，因其具有流程简单、操作方便、可常温运行、设备维修率低、能耗低、自动化程度高、制气纯度高的特点，其在工业气体分离领域得到广泛应用。

变压吸附塔作为变压吸附工艺中的核心设备，可分为轴向流吸附塔和径向流吸附塔。对于轴向流吸附塔来说，气体流经吸附剂填充区需要花费较长的时间，导致压降较大，从而引起的流动阻力较大，如此容易造成出入口端的吸附剂破碎，因此不适合大负荷运行工况。对于径向流吸附塔来说，气体流经吸附剂填充区花费的时间更短，具有较高的循环速率，产气量也较高，但是传统的径向流吸附塔仍存在一些缺陷。

以变压吸附循环制氧为例，当其采用了传统的(Z型或Π型)径向流吸附塔后，在吸附阶段和反吹阶段，极易出现流场分布不均的问题，从而会引起局部流动死区，导致产气时气流分配不合理以及反吹时吹扫不彻底，进而影响产气效率和产气质量。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种径向均流变压吸附塔，在吸附阶段和反吹阶段，流场分布更加均匀，产气时气流分配更加合理，反吹时可使吸附室的吹扫更加干净彻底，可有效提升产气效率和产气质量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种径向均流变压吸附塔，包括外壳、封盖、导流筒、布风筒及通气管；所述外壳采用圆柱筒形结构，外壳竖直设置，外壳的底板中心开设有通气口，外壳顶部为敞口结构，所述封盖密封固装在外壳的顶部敞口处；在所述封盖中心开设有通气管插孔，所述通气管竖直插装在通气管插孔中，通气管管体与通气管插孔之间密封固定连接，通气管下端管口位于外壳内部，通气管上端管口位于封盖外部；在所述外壳底板的上表面设置有若干支撑块，每个支撑块的上表面均开设有定位孔；所述导流筒采用圆柱筒形结构，导流筒竖直设置，导流筒顶部为敞口结构，在导流筒的底板下表面设置有若干定位销，定位销与定位孔数量相等且位置一一对应，定位销与定位孔插接配合；所述导流筒位于外壳内部，导流筒放置在支撑块上，导流筒上的定位销插装在支撑块上的定位孔中，导流筒与外壳同心设置，在导流筒底板与外壳底板之间、在导流筒侧筒壁与外壳侧筒壁之间、在导流筒顶部筒口与封盖之间均留有气流通道；所述布风筒采用圆柱筒形结构，布风筒竖直设置，在布风筒表面均布开设有透气孔洞，布风筒的上下两端均为敞口结构，在所述封盖下表面设置有布风筒顶端定位卡块，在所述导流筒底板上表面设置有布风筒底端定位卡块，布风筒固装在布风筒顶端定位卡块与布风筒底端定位卡块之间，布风筒与导流筒同心设置；所述布风筒数量若干，若干布风筒直径各不相同，若干布风筒同心设置，若干布风筒之间的环向间隙分别设为吸附室和气室，且吸附室与气室在径向方向上交替分布，在吸附室内填充有吸附剂。

所述布风筒数量为六个，依次为第一布风筒、第二布风筒、第三布风筒、第四布风筒、第五布风筒及第六布风筒，第一布风筒至第六布风筒的直径依次递减，所述通气管位于第六布风筒内；所述第一布风筒与第二布风筒之间的环向间隙设为第一吸附室，第二布风筒与第三布风筒之间的环向间隙设为第一气室，第三布风筒与第四布风筒之间的环向间隙设为第二吸附室，第四布风筒与第五布风筒之间的环向间隙设为第二气室，第五布风筒与第六布风筒之间的环向间隙设为第三吸附室。

当所述外壳的直径设为D时，当所述通气口的直径设为d时，则所述导流筒的直径为0.85D～0.95D，第一布风筒的直径为0.75D～0.85D，第二布风筒的直径为0.65D～0.75D，第三布风筒的直径为0.6D～0.65D，第四布风筒的直径为3.5d～4d，第五布风筒的直径为2.5d～3.5d，第六布风筒的直径为1.8d～2.2d。

当所述外壳与封盖的轴向总长度为H时，则通气管插入外壳内部的长度为0.8H～0.9H。

所述通气口的进气量为44.8L/min～224L/min，所述通气管的反吹比为0.45～0.65。

本发明的有益效果：

本发明的径向均流变压吸附塔，在吸附阶段和反吹阶段，流场分布更加均匀，产气时气流分配更加合理，反吹时可使吸附室的吹扫更加干净彻底，可有效提升产气效率和产气质量。

附图说明

图1为本发明的一种径向均流变压吸附塔的结构示意图；

图2为图1中A-A剖视图；

图3采用了本发明的径向均流变压吸附塔的双塔变压吸附循环系统的结构示意图；

图中，1—外壳，2—封盖，3—导流筒，4—布风筒，5—通气管，6—通气口，7—通气管插孔，8—支撑块，9—定位孔，10—定位销，11—布风筒顶端定位卡块，12—布风筒底端定位卡块，13—吸附室，14—气室，15—鼓风机，16—原料气预处理装置，17—第一吸附塔，18—第二吸附塔，19—缓冲罐，20—第一电磁阀门，21—第二电磁阀门，22—第三电磁阀门，23—第四电磁阀门，24—第五电磁阀门，25—第六电磁阀门，26—第七电磁阀门。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1、2所示，一种径向均流变压吸附塔，包括外壳1、封盖2、导流筒3、布风筒4及通气管5；所述外壳1采用圆柱筒形结构，外壳1竖直设置，外壳1的底板中心开设有通气口6，外壳1顶部为敞口结构，所述封盖2密封固装在外壳1的顶部敞口处；在所述封盖2中心开设有通气管插孔7，所述通气管5竖直插装在通气管插孔7中，通气管5管体与通气管插孔7之间密封固定连接，通气管5下端管口位于外壳1内部，通气管5上端管口位于封盖2外部；在所述外壳1底板的上表面设置有若干支撑块8，每个支撑块8的上表面均开设有定位孔9；所述导流筒3采用圆柱筒形结构，导流筒3竖直设置，导流筒3顶部为敞口结构，在导流筒3的底板下表面设置有若干定位销10，定位销10与定位孔9数量相等且位置一一对应，定位销10与定位孔9插接配合；所述导流筒3位于外壳1内部，导流筒3放置在支撑块8上，导流筒3上的定位销10插装在支撑块8上的定位孔9中，导流筒3与外壳1同心设置，在导流筒3底板与外壳1底板之间、在导流筒3侧筒壁与外壳1侧筒壁之间、在导流筒3顶部筒口与封盖2之间均留有气流通道；所述布风筒4采用圆柱筒形结构，布风筒4竖直设置，在布风筒4表面均布开设有透气孔洞，布风筒4的上下两端均为敞口结构，在所述封盖2下表面设置有布风筒顶端定位卡块11，在所述导流筒3底板上表面设置有布风筒底端定位卡块12，布风筒4固装在布风筒顶端定位卡块11与布风筒底端定位卡块12之间，布风筒4与导流筒3同心设置；所述布风筒4数量若干，若干布风筒4直径各不相同，若干布风筒4同心设置，若干布风筒4之间的环向间隙分别设为吸附室13和气室14，且吸附室13与气室14在径向方向上交替分布，在吸附室13内填充有吸附剂。

所述布风筒4数量为六个，依次为第一布风筒、第二布风筒、第三布风筒、第四布风筒、第五布风筒及第六布风筒，第一布风筒至第六布风筒的直径依次递减，所述通气管5位于第六布风筒内；所述第一布风筒与第二布风筒之间的环向间隙设为第一吸附室，第二布风筒与第三布风筒之间的环向间隙设为第一气室，第三布风筒与第四布风筒之间的环向间隙设为第二吸附室，第四布风筒与第五布风筒之间的环向间隙设为第二气室，第五布风筒与第六布风筒之间的环向间隙设为第三吸附室。

所述的第一吸附室、第二吸附室和第三吸附室不但可以实现对原料气的三级吸附提纯，而且可以起到对气流进行减速的作用，同时由于第一气室和第二气室的存在，每一级吸附提纯后的气体均可以通过气室进行扩散均流，从而保证气流可以更加均匀的进入下一级的吸附室，同时可以保证气流的径向扩散速度均匀一致，并可以降低吸附剂颗粒破碎的几率，有效提高吸附剂颗粒的使用寿命。

当所述外壳1的直径设为D时，当所述通气口6的直径设为d时，则所述导流筒3的直径为0.85D～0.95D，第一布风筒的直径为0.75D～0.85D，第二布风筒的直径为0.65D～0.75D，第三布风筒的直径为0.6D～0.65D，第四布风筒的直径为3.5d～4d，第五布风筒的直径为2.5d～3.5d，第六布风筒的直径为1.8d～2.2d。

当所述外壳1与封盖2的轴向总长度为H时，则通气管5插入外壳1内部的长度为0.8H～0.9H。

所述通气口6的进气量为44.8L/min～224L/min，所述通气管5的反吹比为0.45～0.65。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

本实施例中，外壳1和封盖2的直径均为φ1100mm，外壳1的轴向长度为9920mm，封盖2的轴向长度为80mm，外壳1和封盖2的轴向高度为10000mm，外壳1和封盖2之间通过法兰结构和螺栓进行连接，法兰结构直径为φ1200mm，外壳1和封盖2的壁厚均为10mm；导流筒3的直径为φ900mm，导流筒3的轴向长度为900mm，导流筒3的壁厚为5mm；布风筒4的壁厚为3mm，布风筒4表面开设的透气孔洞的直径为8mm，第一布风筒的直径为φ780mm，第二布风筒的直径为φ660mm，第三布风筒的直径为φ560mm，第四布风筒的直径为φ375mm，第五布风筒的直径为φ275mm，第六布风筒的直径为φ155mm；通气管5的直径为φ50mm，通气管5的壁厚为3mm，通气管5的轴向长度为1000mm，通气管插孔7的直径为52mm，通气管5与外壳1之间通过法兰结构和螺栓进行连接，通气管5上的法兰结构直径为100mm；通气口6的直径为φ100mm，通气口6的壁厚为5mm，通气口6的轴向长度为100mm；支撑块8为圆柱形，支撑块8的高度为50mm，定位孔9的直径为8mm，定位孔9的深度为50mm；定位销10的直径为8mm，定位销10的轴向长度为40mm，支撑块8与定位销10的数量均为12个，每6个为一组且呈圆周分布；布风筒顶端定位卡块11与布风筒底端定位卡块12均为圆柱状结构，高度为10mm，数量均为6个；吸附室13内填充的吸附剂为型号CEGE-G5000的沸石分子筛，吸附剂为颗粒状。

本实施例中，以双塔变压吸附循环系统为例，该系统中采用了本发明的径向均流变压吸附塔，其中，原料气为空气，吸附压力设定为2个大气压，需要制备的气体为纯度90％以上的富氧。

如图3所示，为双塔变压吸附循环系统，该系统包括鼓风机15、原料气预处理装置16、第一吸附塔17、第二吸附塔18及缓冲罐19，鼓风机15的出风口与原料气预处理装置16的进风口相连通，原料气预处理装置16的出风口分两路输出，第一路与第一吸附塔17的通气口6相连通，在第一路管路上安装有第一电磁阀门20，第二路与第二吸附塔18的通气口6相连通，在第二路管路上安装有第二电磁阀门21，第一吸附塔17与第二吸附塔18的通气口6之间单独连接有一根管路，在该管路上分别安装有第三电磁阀门22和第四电磁阀门23，位于第三电磁阀门22和第四电磁阀门23中间的管路上外接一根排气管路，该排气管路直接接入大气或者接入后续处理设备；缓冲罐19的出气口直接输出制得的高纯度气体，缓冲罐19的进气口分两路输入，第一路与第一吸附塔17的通气管5相连通，在第一路管路上安装有第五电磁阀门24，第二路与第二吸附塔18的通气管5相连通，在第二路管路上安装有第六电磁阀门25，第一吸附塔17与第二吸附塔18的通气管5之间也单独连接有一根管路，在该管路上安装有第七电磁阀门26；在第一吸附塔17与第二吸附塔18的通气管5外端管口处分别安装有压力传感器；鼓风机15的额定流量为0.3kg/s。

开始运行双塔变压吸附循环系统，首先，使第一吸附塔17进入注气加压阶段，此时需要启动鼓风机15，同时将第一电磁阀门20和第四电磁阀门23打开，其他电磁阀门处于关闭状态，原料气(空气)以0.3kg/s的流量进入原料气预处理装置16进行干燥，干燥后的原料气通过第一电磁阀门20进入第一吸附塔17内，先经导流筒3实现阻流和分流，使气体由轴向流动变为径向流动，再依次注入均匀注入三个吸附室，直到压力传感器检测到吸附压力达到设定值(2个大气压)，持续时间为8s。

接下来，使第一吸附塔17进入吸附产气阶段，并将第五电磁阀门24和第七电磁阀门26打开，原料气经过三个吸附室后完成最终的提纯，而提纯后的气体则经第一吸附塔17的通气管5一路进入缓冲罐19中，以保证在吸附阶段时第一吸附塔17内的吸附压力不变，而另一路气体直接由第二吸附塔18的通气管5进入第二吸附塔18内部，以对第二吸附塔18的吸附室和气室进行吹扫，以使吸附剂中析出和残留的氮气通过其通气口6排出，持续时间为5s。

然后，使第一吸附塔17进入泄压解吸阶段，并将第一电磁阀门20、第四电磁阀门23、第五电磁阀门24和第七电磁阀门26全部关闭，同时将第二电磁阀门21和第三电磁阀门22打开，此时第一吸附塔17内部的压力高于大气压，第一吸附塔17通过其通气口6进行自动排气，持续时间为8s，此时第二吸附塔18进入注气加压阶段，原料气(空气)以0.3kg/s的流量进入原料气预处理装置16进行干燥，干燥后的原料气通过第三电磁阀门22进入第二吸附塔18内，先经导流筒3实现阻流和分流，使气体由轴向流动变为径向流动，再依次注入均匀注入三个吸附室，直到压力传感器检测到吸附压力达到设定值(2个大气压)，持续时间为8s。

最后，使第一吸附塔17进入反向吹扫阶段，同时将第六电磁阀门25和第七电磁阀门26打开，并保证第六电磁阀门25和第七电磁阀门26的开度相同，即反吹比为0.5，此时反吹气流直接由第一吸附塔17的通气管5进入第一吸附塔17内部，以对第一吸附塔17的吸附室和气室进行吹扫，以使吸附剂中析出和残留的氮气通过其通气口6排出，持续时间为5s。

将第一吸附塔17及第二吸附塔18所经历的注气加压阶段、吸附产气阶段、泄压解吸阶段和反向吹扫阶段进行循环，循环次数设定为15次，此时制得的富氧浓度值可达94％，说明已经达到目标浓度，之后再经过20次循环，就可以将缓冲罐19内部的氧气浓度提升到90％以上，此时就可以通过缓冲罐19的出气口对富氧进行收集，而产气量可达207.07kg/h，且BFS值仅为80.98。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims

1.一种径向均流变压吸附塔，其特征在于：包括外壳、封盖、导流筒、布风筒及通气管；所述外壳采用圆柱筒形结构，外壳竖直设置，外壳的底板中心开设有通气口，外壳顶部为敞口结构，所述封盖密封固装在外壳的顶部敞口处；在所述封盖中心开设有通气管插孔，所述通气管竖直插装在通气管插孔中，通气管管体与通气管插孔之间密封固定连接，通气管下端管口位于外壳内部，通气管上端管口位于封盖外部；在所述外壳底板的上表面设置有若干支撑块，每个支撑块的上表面均开设有定位孔；所述导流筒采用圆柱筒形结构，导流筒竖直设置，导流筒顶部为敞口结构，在导流筒的底板下表面设置有若干定位销，定位销与定位孔数量相等且位置一一对应，定位销与定位孔插接配合；所述导流筒位于外壳内部，导流筒放置在支撑块上，导流筒上的定位销插装在支撑块上的定位孔中，导流筒与外壳同心设置，在导流筒底板与外壳底板之间、在导流筒侧筒壁与外壳侧筒壁之间、在导流筒顶部筒口与封盖之间均留有气流通道；所述布风筒采用圆柱筒形结构，布风筒竖直设置，在布风筒表面均布开设有透气孔洞，布风筒的上下两端均为敞口结构，在所述封盖下表面设置有布风筒顶端定位卡块，在所述导流筒底板上表面设置有布风筒底端定位卡块，布风筒固装在布风筒顶端定位卡块与布风筒底端定位卡块之间，布风筒与导流筒同心设置；所述布风筒数量若干，若干布风筒直径各不相同，若干布风筒同心设置，若干布风筒之间的环向间隙分别设为吸附室和气室，且吸附室与气室在径向方向上交替分布，在吸附室内填充有吸附剂。

2.根据权利要求1所述的一种径向均流变压吸附塔，其特征在于：所述布风筒数量为六个，依次为第一布风筒、第二布风筒、第三布风筒、第四布风筒、第五布风筒及第六布风筒，第一布风筒至第六布风筒的直径依次递减，所述通气管位于第六布风筒内；所述第一布风筒与第二布风筒之间的环向间隙设为第一吸附室，第二布风筒与第三布风筒之间的环向间隙设为第一气室，第三布风筒与第四布风筒之间的环向间隙设为第二吸附室，第四布风筒与第五布风筒之间的环向间隙设为第二气室，第五布风筒与第六布风筒之间的环向间隙设为第三吸附室。

3.根据权利要求2所述的一种径向均流变压吸附塔，其特征在于：当所述外壳的直径设为D时，当所述通气口的直径设为d时，则所述导流筒的直径为0.85D～0.95D，第一布风筒的直径为0.75D～0.85D，第二布风筒的直径为0.65D～0.75D，第三布风筒的直径为0.6D～0.65D，第四布风筒的直径为3.5d～4d，第五布风筒的直径为2.5d～3.5d，第六布风筒的直径为1.8d～2.2d。

4.根据权利要求1所述的一种径向均流变压吸附塔，其特征在于：当所述外壳与封盖的轴向总长度为H时，则通气管插入外壳内部的长度为0.8H～0.9H。

5.根据权利要求1所述的一种径向均流变压吸附塔，其特征在于：所述通气口的进气量为44.8L/min～224L/min，所述通气管的反吹比为0.45～0.65。