CN110292829A - 用于径向流容器的粒子加载的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

用于将颗粒装载到容器中以形成包括颗粒内层和颗粒外层的密集包装的颗粒床的颗粒装载组件和方法。颗粒内层径向布置并与颗粒外层同心。颗粒内层含有至少第一类型的不同粒度或组成范围的颗粒，或者包含在外层中的第二种颗粒的粒度和组成范围。

Description

用于径向流容器的粒子加载的方法和装置
背景技术
本公开涉及将两个或更多个单独的颗粒层(例如，不同组成和/或粒度的吸附剂颗粒)加载到“径向流”容器中。径向流容器用于许多不同的过程，最值得注意的是采用变温吸附(TSA)，变压吸附(PSA)，真空变压吸附(VSA)或真空变压吸附(VPSA)工艺的工艺，用于从空气中分离流体组分，例如氧气或氮气。径向流容器也可用于含有两个或多个单独催化剂颗粒层的反应器。
在任何吸附容器中，通常希望将不同类型的吸附剂装载到容器的吸附床的各个区域上，以在流体通过吸附剂床时除去或处理流体的不同组分。在轴流式容器中，这涉及将吸附剂放置在容器中的水平层中，这很容易实现。在径向流容器中(即，在待处理的流体径向(通常径向向内)流过吸附床的容器中)，这种颗粒负载更加困难，因为在径向流容器中，颗粒层径向设置，颗粒层之间的界面与重力平行。
工业需要方便且成本有效的解决方案来解决装载容器(特别是大容器)的问题，该容器具有两个或更多个不同的、同心的、径向布置的颗粒层。在空气分离领域中特别需要其中使用大容器保持吸附剂颗粒以在通过低温蒸馏进一步处理之前从空气中除去二氧化碳和水。在空气分离领域中特别需要其中使用大容器保持吸附剂颗粒以在各种吸附过程中从空气中分离氧气或氮气。这些过程对成本考虑特别敏感。在这样的方法中，始终存在降低资本和/或操作成本的需要，以降低总成本而不损害产品质量，特别是纯度。
工业上希望通过同时用两种(或所有)颗粒类型填充容器并且基本上不间断地继续填充操作来以足够的速度进行容器填充操作。
工业上需要一种颗粒装载组件和方法来形成径向设置的颗粒层，而没有设置在颗粒层之间的筛网或其他屏障。这种筛网或屏障可有助于在装载期间隔离颗粒层，但增加了容器的资金成本，并且对填充的容器设计用于执行的操作的效率是无用的或有害的。
工业上需要一种颗粒装载组件和方法，其在容器中的两个(或所有)颗粒层中提供均匀且高填充密度的颗粒。
工业需要一种颗粒装载组件和方法，其在相邻的颗粒层之间实现清洁(垂直)而不是锯齿状的界面。
工业需要一种颗粒装载组件和方法，其实现了尖锐的界面，即包含来自两个颗粒层的颗粒的界面区域的窄宽度。
相关的公开内容包括美国专利3,620,685、美国专利3,972,686、美国专利4,159,785、美国专利4,541,851、美国专利4,698,072、美国专利5,232,479、美国专利5,324,159、美国专利5,819,820、美国专利5,836,362、美国专利5,837,021、美国专利5,931,980、美国专利5,964,259、美国专利6,276,408、美国专利6,866,075、美国专利8,101,133、欧洲专利3,061,514和WO99/20384，每个都通过引用整体并入，附带条件是，在冲突的情况下，本说明书适用。
发明概述
本发明涉及一种颗粒装载组件和一种用于将颗粒装载到容器中的方法。更具体地，本公开涉及在径向流容器中装载两个或更多个单独的同心颗粒层。
如下概述的本发明有几个方面。在下文中，概述了本发明的具体方面。括号中设置的附图标记和表达是指下面参考附图进一步解释的示例实施例。然而，附图标记和表达仅是说明性的，并不将该方面限制于示例实施例的任何特定组件或特征。这些方面可以表述为权利要求，其中在括号中设置的附图标记和表达被省略或者在适当时由其他表示。
在第一方面，一种用于将颗粒装载到容器(10)中以形成颗粒床(20)的颗粒装载组件，所述颗粒床包括颗粒的内层(22)和颗粒的外层(24)，颗粒内层(22)径向排列并与颗粒外层(24)同心，内层(22)含有含有至少不同粒度或组成范围的第一种颗粒，或者包含在外层(24)中的第二种颗粒的粒度和组成范围，包括：
滑动屏障(30)(即滑动形式)，用于在装载期间将内层(22)的颗粒与外层(24)的颗粒隔离，滑动屏障(30)具有顶端(32)和底端(34)；
内部颗粒分配器(40)，用于分配内层(22)的颗粒，内部颗粒分配器(40)与滑动屏障(30)固定间隔开，内部颗粒分配器(40)具有最下面的颗粒排出位置,其中穿过内部颗粒分配器(40)的最下面的颗粒排出位置的水平面在滑动屏障(30)的顶端(32)和底端(34)之间穿过滑动屏障(30)；
外部颗粒分配器(50)，用于分配外层(24)的颗粒，外部颗粒分配器(50)与滑动屏障(30)固定间隔开，外部颗粒分配器(50)具有最下面的颗粒排出位置,其中穿过外部颗粒分配器(50)的最下面的颗粒排出位置的水平面在滑动屏障(30)的顶端(32)和底端(34)之间穿过滑动屏障(30)；
升降机在装载内层和外层的颗粒期间提升(60)滑动屏障(30)、内部颗粒分配器(40)、外部颗粒分配器(50)；
其中第一垂直高度h1在内部颗粒分配器(40)的最下面的颗粒排出位置和滑动屏障(30)的底端(34)之间定义，其中第一垂直高度h1至少100mm；
其中第二垂直高度h2在外部颗粒分配器(50)的最下面的颗粒排出位置和滑动屏障(30)的底端(34)之间定义，其中第二垂直高度h2至少100mm。
在第二方面，颗粒装载组件包括根据第一方面的特征，其中内部颗粒分配器(40)包括用于分散颗粒的构件(42)，其中用于分散颗粒的构件(42)包括穿孔板、丝网、多孔金属网、或限定多个孔的板中的至少一种，所述多个孔具有与所述多个孔中的每个孔相关联的伴随的颗粒分散组件。
在第三方面，颗粒装载组件包括根据第二方面的特征，其中用于分散颗粒的构件(42)包括限定多个孔的板中的至少一种，所述多个孔具有与所述多个孔中的每个孔相关联的伴随的颗粒分散组件，其中每个颗粒分散组件邻近所述板中多个孔的相应孔设置，其中每个颗粒分散组件包括相对于其相应的孔设置的偏转表面，使得所述颗粒能够从相应的孔垂直流动并且被所述偏转表面分散.
在第四方面，颗粒装载组件包括根据第三方面的特征，其中伴随的颗粒分散组件的每个颗粒分散组件包括邻近所述多个孔的每个相应孔设置的分布表面，其中与所述偏转表面上的任何点相切的平面和与所述分散表面上的任何点相切的平面以约30和约60度之间的夹角相交，由此颗粒能够被所述偏转表面偏转，从而撞击所述分散表面，并被所述分散表面进一步分散。
在第五方面，颗粒装载组件包括根据第二至第四方面中任一方面的特征，其中内颗粒分配器(40)包括撒料机(44)，其中撒料机(44)包括穿孔板、丝网、多孔金属网、颗粒装载臂、或限定多个孔的板(其具有与多个孔的每个孔相关联的伴随的颗粒分散组件)中的至少一个，其中内部颗粒分配器(40)的撒料机(44)位于内部颗粒分配器(40)的用于分散颗粒的构件(42)上方的高度处。
在第六方面，颗粒装载组件包括根据第五方面的特征，其中内部颗粒分配器(40)的撒料机(44)包括颗粒装载臂，其中颗粒装载臂包括
具有第一端和第二端的导管部分，其中所述第一端与所述颗粒内层的颗粒供给颗粒流相通(22)，并且其中所述导管部分具有设置在所述第一端和所述第二端之间的多个孔；和
多个颗粒分散组件，每个颗粒分散组件设置在所述导管部分的相应孔附近，其中每个颗粒分散组件包括相对于其相应的孔设置的偏转表面，使得所述颗粒能够从相应的孔垂直流动并且被所述偏转表面分散。
在第七方面，颗粒装载组件包括根据第一方面的特征，其中内部颗粒分配器(40)包括颗粒装载臂(46)，其中颗粒装载臂(46)包括
具有第一端和第二端的导管部分，其中所述第一端与所述颗粒内层的颗粒供给颗粒流相通(22)，并且其中所述导管部分具有设置在所述第一端和所述第二端之间的多个孔；和
多个颗粒分散组件，每个颗粒分散组件设置在所述导管部分的相应孔附近，其中每个颗粒分散组件包括相对于其相应的孔设置的偏转表面，使得所述颗粒能够从相应的孔垂直流动并且被所述偏转表面分散。
在第八方面，颗粒装载组件包括根据第七方面的特征，其中内部颗粒分配器(40)的颗粒装载臂(46)的每个颗粒分散组件还包括邻近所述孔设置的分散表面,其中与所述偏转表面上的任何点相切的平面和与所述分散表面上的任何点相切的平面以约30和约60度之间的夹角相交，由此颗粒能够被所述偏转表面偏转，从而撞击所述分散表面，并被所述分散表面进一步分散。
在第九方面中，颗粒装载组件包括根据第一至第八方面中任一方面的特征，其中外部颗粒分配器(50)包括用于分散颗粒的构件(52)，其中外部颗粒分配器(50)的用于分散颗粒的构件(52)包括穿孔板、丝网、多孔金属网、或限定多个孔的板中的至少一种，所述多个孔具有与所述多个孔中的每个孔相关联的伴随的颗粒分散组件。
在第十方面，颗粒装载组件包括根据第九方面的特征，其中外部颗粒分配器(50)的用于分散颗粒的构件(52)包括限定多个孔的板中的至少一种，所述多个孔具有与所述多个孔中的每个孔相关联的伴随的颗粒分散组件，其中每个颗粒分散组件邻近所述板中多个孔的相应孔设置，其中每个颗粒分散组件包括相对于其相应的孔设置的偏转表面，使得所述颗粒能够从相应的孔垂直流动并且被所述偏转表面分散。
在第十一方面，颗粒装载组件包括根据第十方面的特征，其中外部颗粒分配器(50)的用于分散颗粒的构件(52)的伴随的颗粒分散组件的每个颗粒分散组件包括邻近所述多个孔的每个相应孔设置的分布表面，其中与所述偏转表面上的任何点相切的平面和与所述分散表面上的任何点相切的平面以约30和约60度之间的夹角相交，由此颗粒能够被所述偏转表面偏转，从而撞击所述分散表面，并被所述分散表面进一步分散。
在第十二方面，颗粒装载组件包括根据第九方面至第十一方面中任一方面的特征，其中外部颗粒分配器(50)包括撒料机(54)，其中外部颗粒分配器(50)的撒料机(54)包括穿孔板、丝网、多孔金属网、颗粒装载臂、或限定多个孔的板(其具有与所述多个孔的每个孔相关联的伴随的颗粒分散组件)中的至少一个，其中外部颗粒分配器(50)的撒料机(54)位于外部颗粒分配器(50)的用于分散颗粒的构件(52)上方的高度。
在第十三方面，颗粒装载组件包括根据第十二方面的特征，其中外部颗粒分配器(50)的撒料机(54)包括颗粒装载臂，其中外部分配器的颗粒装载臂包括
具有第一端和第二端的导管部分，其中第一端与颗粒的外层(24)的颗粒供应颗粒流动连通，并且其中所述导管部分具有设置在所述第一端和所述第二端之间的多个孔；和
多个颗粒分散组件,每个颗粒分散组件设置在外部颗粒分配器(50)的颗粒装载臂的导管部分中的相应孔附近，其中每个颗粒分散组件包括相对于其相应的孔设置的偏转表面，使得所述颗粒能够从相应的孔垂直流动并且被所述偏转表面分散.
在第十四方面，颗粒装载组件包括根据第一至第五方面中任一方面的特征，其中外部颗粒分配器(50)包括颗粒装载臂(56)，其中外部颗粒分配器(50)的颗粒装载臂(56)包括
具有第一端和第二端的导管部分，其中所述第一端与所述颗粒外层的颗粒供给颗粒流相通(24)，其中所述导管部分具有设置在所述第一端和所述第二端之间的多个孔；和
多个颗粒分散组件,每个颗粒分散组件设置在所述导管部分的相应孔附近，其中每个颗粒分散组件包括相对于其相应的孔设置的偏转表面，使得所述颗粒能够从相应的孔垂直流动并且被所述偏转表面分散.
在第十五方面，颗粒装载组件包括根据第八方面的特征，其中外部颗粒分配器(50)的颗粒装载臂(56)的每个颗粒分散组件还包括邻近所述孔设置的分散表面,其中与所述偏转表面上的任何点相切的平面和与所述分散表面上的任何点相切的平面以约30和约60度之间的夹角相交，由此颗粒能够被所述偏转表面偏转，从而撞击所述分散表面，并被所述分散表面进一步分散。
在第十六方面，一种将颗粒装载到容器(10)中以形成颗粒床(20)的方法，所述颗粒床包括颗粒内层(22)和颗粒外层(24)，颗粒内层(22)径向排列并与颗粒外层(24)同心，内层(22)含有至少第一种不同粒度或组成的颗粒，或者包含在外层(24)中的第二种颗粒的粒度和组合物，包括：
将内层(22)的颗粒从内部颗粒分配器(40)排放到内层(22)的上表面上，以当颗粒被排出时形成高度增加的颗粒的内层(22)，内部颗粒分配器(40)具有最下面的颗粒排出位置；
将外层(24)的颗粒从外部颗粒分配器(50)排放到外层(24)的上表面上，以当颗粒被排出时形成高度增加的颗粒的外层(24)，外部颗粒分配器(50)具有最下面的颗粒排出位置；
使用滑动屏障(30)将用于内层(22)的颗粒与用于外层(24)的颗粒分离，同时排出用于内层的颗粒和用于外层的颗粒，滑动屏障(30)具有顶端(32)和底端(34)；和
将滑动屏障(30)从容器(10)的下部提升到容器(10)的上部，从而将位于穿过滑动屏障(30)的底端的水平面下方的颗粒的内层(22)沿着界面区域直接接触，其中位于水平面下方的颗粒外层(24)穿过滑动屏障(30)的底端；
其中内部颗粒分配器(40)的最下面的颗粒排出位置在排出内层(22)的颗粒的步骤中，在内层(22)的上表面上方保持70mm至2500mm；
其中外部颗粒分配器(50)的最下面的颗粒排出位置在排出外层(24)的颗粒的步骤中，在外层(24)的上表面上方保持70mm至2500mm；和
其中滑动屏障的底端保持在从内层上表面下方到内层上表面上方不超过20mm或不超过10mm的位置，并且在提升滑动屏障的步骤期间从外层的上表面下方到外层的上表面上方不超过20mm或不超过10mm。
在第十七方面，该方法包括根据第十六方面的特征，其中在提升滑动屏障(30)的步骤期间，滑动屏障(30)的底端(34)保持在内层(22)的上表面下方和外层(24)的上表面下方。
在第十八方面，该方法包括根据第十六方面或第十七方面的特征，其中在释放用于内层(22)的颗粒期间，滑动屏障(30)的顶端(32)保持在内层(22)的上表面上方，在排出外层(24)的颗粒期间，滑动屏障(30)保持在外层(24)的上表面上方。
在第十九方面，该方法包括根据第十六方面至第十八方面中任一方面的特征，其中在排出内层(22)的颗粒期间滑动屏障(30)的顶端(32)保持在内部颗粒分配器(40)的最下面的颗粒排出位置之上，在排出外层(24)的颗粒期间，滑动屏障(30)的顶端(32)保持在外部颗粒分配器(50)的最下面的颗粒排出位置之上。
在第二十方面，该方法包括根据第十六方面至第十八方面中任一方面的特征，其中内部颗粒分配器(40)具有在高于内部颗粒分配器(40)的最下面的颗粒排出位置的高度处的最高颗粒排出位置，其中外部颗粒分配器(50)具有最高颗粒排出位置，其高度高于外部颗粒分配器(50)的最下面的颗粒排出位置，其中滑动屏障(30)的顶端保持在内部颗粒分配器(40)的最高颗粒排出位置上方和外部颗粒分配器(50)的最高颗粒排出位置的上方。
在第二十一方面，该方法包括根据第十六至第二十六方面中任一方面的特征，其中容器的下部位于容器(10)的下半部分中，容器的上部位于容器(10)的上半部分中。
在第22方面，该方法包括根据第16至第21方面中任一方面的特征，其中滑动屏障(30)被提升至容器(10)和内部颗粒分配器(40)的最终高度，在将颗粒装入容器(10)中之后，将外部颗粒分配器(50)和滑动屏障(30)留在容器中。
在第二十三方面，该方法包括根据第十六方面至第二十二方面中任一方面的特征，其中内部颗粒分配器(40)的最下面的颗粒排出位置在排出内层(22)的颗粒期间保持在内层(22)的上表面上方70mm至2500mm处，外部颗粒分配器(50)的最下面的颗粒排出位置排出外层(24)的颗粒期间保持在外层(24)的上表面上方70mm至2500mm处，滑动屏障(30)的底端(34)在提升滑动屏障(30)的步骤期间通过下列方式保持在内层(22)的上表面下方和外层(24)的上表面下方：
使用第一探针(72)感测内层的颗粒是否低于内层的下限水平并响应于此产生信号；
使用第二探针(74)检测内层的颗粒是否高于内层的上限水平，并响应于此产生信号；
使用第三探针(82)检测外层的颗粒是否低于外层的下限水平，并响应于此产生信号；
使用第四探针(84)检测外层的颗粒是否高于外层的上限水平，并响应于此产生信号；和
向内部颗粒分配器(40)提供颗粒，向外部颗粒分配器(50)提供颗粒，并响应来自第一探针(72)、第二探针(74)第三探针(82)和第四探针(84)的信号提升滑动屏障(30)。
在第24方面，该方法包括根据第23方面的特征，其中颗粒以大于向外层提供颗粒的体积速率的体积速率提供给内层，响应于用于所述内层的第一探针(72)，从而产生指示内层的颗粒低于所述内层下限水平的信号，同时所述第三探针(82)产生指示外层的颗粒高于所述外层下限水平的信号。
在第25方面，该方法包括根据第23方面或第24方面的特征，其中颗粒以大于向内层提供颗粒的体积速率的体积速率提供给外层，响应于第一探针(72)，从而产生指示内层的颗粒高于所述内层下限水平的信号，同时所述第三探针(82)产生指示外层的颗粒低于所述外层下限水平的信号。
在第二十六方面，该方法包括根据第二十三方面至第二十五方面中任一方面的特征，其中滑动屏障(30)响应于第二探针(74)提升，从而产生指示内层的颗粒高于所述内层上限水平的信号，同时第四探针(84)产生指示外层的颗粒高于外层的上限水平的信号，滑动屏障被提升直到下列中的至少一个：(i)第二探针(74)产生指示内层的颗粒低于所述内层上限水平的信号或(ii)第四探针(84)产生指示外层的颗粒低于所述外层的上限水平的信号。
在第二十七方面，该方法包括根据第二十三方面至第二十六方面中任一方面的特征，其中滑动屏障(30)的提升减慢或停止，响应于第一探针(72)产生指示内层的颗粒低于所述内层的下限水平的信号，同时第三探针(82)产生指示外层的颗粒的低于所述外层的下限水平的信号。
在第28方面，一种用于将颗粒装载到容器(110)中以形成颗粒床(120)的颗粒装载组件，所述颗粒床包括颗粒的内层(122)和颗粒的外层(124)，所述颗粒内层(122)径向排列并与颗粒外层(124)同心，内层(122)含有不同粒度或组成范围的第一种颗粒，或者包含在外层(124)中的第二种颗粒的粒度和组成范围、具有上端(111)和下端(112)的容器(110)，包括：
滑动屏障(130)(即滑动形式)，用于在装载期间将用于内层(122)的颗粒与用于外层(124)的颗粒隔离，滑动屏障(130)具有顶端(132)和底端(134)，滑动屏障(130)具有内层侧(131)和外层侧(133)；
用于在装载用于内层和外层的颗粒期间提升(160)滑动屏障(130)的升降机；
内部颗粒分配器(140)，用于分配内层(122)的颗粒，内部颗粒分配器(140)与容器(110)的上端(111)固定间隔开；
外部颗粒分配器(150)，用于分配外层(124)的颗粒，外部颗粒分配器(150)与容器(110)的上端(111)固定间隔开；和
分隔帘(170)与容器(110)的上端(111)固定间隔开，其可操作地设置成将从内部颗粒分配器(140)排出的颗粒引导到滑动屏障(130)的内层侧(131)并将从外部颗粒分配器(150)排出的颗粒引导到滑动屏障(130)的外层侧(133)。
在第二十九方面，一种将颗粒加载到容器(110)中以形成颗粒床(120)的方法，所述颗粒床包括颗粒的内层(122)和颗粒的外层(124)，颗粒内层(122)径向排列并与颗粒外层(124)同心，内层(122)含有至少不同粒度或组成的第一种颗粒或者包含在外层(124)中的第二种颗粒的粒度和组成，容器(110)具有上端(111)和下端(112)，包括：
将内层(122)的颗粒从内部颗粒分配器(140)排放到内层(122)的上表面上，以在颗粒排出时形成高度增加的颗粒的内层(122)，其中内部颗粒分配器(140)与容器(110)的上端(111)固定间隔开；
将外层(124)的颗粒从外部颗粒分配器(150)排放到外层(124)的上表面上，以在颗粒排出时形成高度增加的颗粒外层(124)，其中外部颗粒分配器(150)与容器(110)的上端(111)固定间隔开；
使用滑动屏障(130)将用于内层(122)的颗粒与用于外层(124)的颗粒隔离，同时排出用于内层的颗粒和用于外层的颗粒，滑动屏障(130)具有顶端(132)和底端(134)；和
将滑动屏障(130)从容器(110)的下部提升到容器(110)的上部，从而将位于穿过滑动屏障(130)的底端的水平面下方的颗粒的内层(122)沿着界面区域直接接触，位于水平面下方的颗粒外层(124)穿过滑动屏障(130)的底端；
其中滑动屏障的底端保持在从内层上表面下方到内层上表面上方不超过20mm或不超过10mm的位置，并且在提升滑动屏障的步骤期间从外层的上表面下方到外层的上表面上方不超过20mm或不超过10mm。
附图简述
图1描绘了根据本公开的颗粒装载组件的第一实施例的轴向剖视图。
图2描绘了根据本公开的颗粒装载组件的第二实施例的轴向剖视图。
图3显示了用于感测容器中的颗粒水平的探针。
图4描绘了颗粒装载组件的第三实施例的轴向剖视图。
发明详述
随后的详细描述仅提供优选的示例性实施例，并且不旨在限制本发明的范围、适用性或配置。相反，随后对优选示例性实施例的详细描述将为本领域技术人员提供用于实现本发明的优选示例性实施例的使能描述，应理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。
当应用于说明书和权利要求中描述的本发明的实施例中的任何特征时，这里使用的冠词“一”和“一个”表示一个或多个。除非特别说明这种限制，否则“一”和“一个”的使用不限制单个特征的含义。单数或复数名词或名词短语之前的冠词“该”表示特定的特定特征或特定的特定特征，并且取决于使用它的上下文可以具有单数或复数含义。
形容词“任何”意味着任意数量的一个、一些或全部。
在第一实体和第二实体之间放置的术语“和/或”包括(1)仅第一实体，(2)仅第二实体，以及(3)第一实体和第二实体的任何含义。在3个或更多个实体的列表的最后两个实体之间放置的术语“和/或”意味着列表中的至少一个实体包括该列表中的实体的任何特定组合。例如，“A、B和/或C”具有与“A和/或B和/或C”相同的含义，并且包括A、B和C的以下组合：(1)仅A，(2)仅B，(3)仅C，(4)A和B而不是C，(5)A和C而不是B，(6)B和C而不是A，以及(7)A和B和C。
在特征或实体列表之前的短语“至少一个”表示实体列表中的一个或多个特征或实体，但不一定包括实体列表中明确列出的每个实体中的至少一个，并且不排除实体列表中实体的任何组合。例如，“A、B或C中的至少一个”(或等效地“A、B和C中的至少一个”或等效地“A、B和/或C中的至少一个”)具有与“A和/或B和/或C”相同的的含义并包括以下A、B和C的组合：(1)仅A，(2)仅B，(3)仅C，(4)A和B而不是C，(5)A和C而不是B，(6)B和C而不是A，和(7)A和B和C。
术语“多个”表示“两个或多于两个”。
如本文所用，“垂直”和“垂直地”具有其惯常含义。垂直方向与重力对齐。“垂直”表示铅垂，即直上或下。垂直方向可以用铅垂线确定。
“水平面”是垂直于垂直的平面。
术语“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“最上部”和“最下部”各自具有与每个术语的上下文一致的正常和习惯含义。为了避免任何疑问，物体的“顶部”是远离地球中心的末端而不是物体的“底部”末端，物体的“上”端比物体的“下”端更远离地球的中心，“最上层”比“最下层”更远离地球中心。“最低”位置意味着相对于与重力对齐的垂直线的最低位置，即铅垂线。“最上”位置意味着相对于与重力对齐的垂直线的最高位置。
术语“粒度”是指颗粒性质，例如尺寸范围、形状(例如球形、圆柱形或挤出形和/或不均匀形)、孔隙度范围和纹理。
如本文所用，“不同的吸附剂”、“不同的颗粒类型”或“不同的颗粒材料”是指两种或更多种吸附剂或颗粒(其中至少一种可以是吸附剂混合物或颗粒混合物的形式)在粒度和/或组成范围内彼此不同。“组合物”是指材料的化学组成。材料的组成范围是指构成材料的每种化学物质的重量％范围。术语“不同类型的颗粒”是指两组或更多组颗粒在物理性质、化学性质和尺寸分布中的一种或多种方面不同。例如，一种颗粒类型的颗粒可以是100重量％的氧化铝，另一种不同颗粒类型的颗粒可以是100重量％的氧化硅，另一种不同颗粒类型的颗粒可以是8至40重量％的氧化铝、40至90重量％氧化硅、0至7重量％锂阳离子、0至17重量％钠阳离子和0至10重量％钙阳离子。
在权利要求中，字母可用于识别要求保护的步骤(例如(a)、(b)和(c))。这些字母用于帮助引用方法步骤，并不旨在表示执行所要求保护的步骤的顺序，除非且仅在权利要求中具体陈述这种顺序的程度。
本发明涉及一种颗粒装载组件和用于将颗粒装载到容器中的方法。
参考附图描述颗粒装载组件和方法。
尽管该描述描述了颗粒装载组件和用于形成两层颗粒的方法，但是本公开不限于两层颗粒。术语“内部”和“外部”是指径向流容器中两个相邻颗粒层之间的关系。可以在颗粒的内层22内部并且邻近颗粒的内层22形成附加的颗粒层。同样地，可以在颗粒的外层24外部并与其相邻地形成附加的颗粒层。
颗粒装载组件用于将颗粒装载到容器10中以形成颗粒床20，该颗粒床20包括颗粒的内层22和颗粒的外层24。颗粒的内层22径向排列并与颗粒的外层24同心。颗粒的内层22和颗粒的外层24在加载后沿着界面区域直接接触。
如本文所用，“沿着界面区域的直接接触”是指没有混合来自由界面区域分开的不同颗粒层的颗粒的界面区域，或具有包含来自相邻层的颗粒的混合物的窄径向宽度的界面区域，没有任何结构屏障，例如屏幕，介于两个相邻的颗粒层之间。对于完美隔离的颗粒层，界面区域的宽度可以为0mm至平均颗粒直径的10倍，其中平均颗粒直径是具有较大平均颗粒直径的层的颗粒。
内层22含有至少第一种不同粒度或组成范围的颗粒，或者包含在外层24中的第二种颗粒的粒度和组成范围。
例如，内层可含有表面积为100-300m2/g的活性氧化铝颗粒或表面积为200-800m2/g的硅胶，外层可含有具有锂、钠、镁、钾和/或钙阳离子的沸石材料颗粒。
如本领域中已知的，径向流床的最内表面和最外表面可由圆柱形隔板支撑。圆柱形隔板可以是穿孔金属板或本领域已知的其他合适结构。
颗粒装载组件包括滑动屏障30(即滑动形式)，用于在装载期间将内层22的颗粒与外层24的颗粒分离。滑动屏障30在装载期间使颗粒分离，并且在颗粒装载期间被提升，使得形成每个层的颗粒沿着界面区域直接接触。滑动屏障30具有顶端32和底端34。滑动屏障可由金属制成。滑动屏障的厚度可以在1mm至20mm的范围内，其中选择厚度以便支撑滑动屏障的内表面和外表面上的吸附材料的重量。滑动形式是已知的，例如，参考公开号为No.2001/002600的美国专利申请。
颗粒装载组件包括内部颗粒分配器40，用于分配内层22的颗粒。内部颗粒分配器40与滑动屏障30固定间隔开。内部颗粒分配器40连接到滑动屏障30，使得当滑动屏障30在装载颗粒期间被抬起时，内部颗粒分配器40与滑动屏障30共同提升。内部颗粒分配器40具有最下面的颗粒排出位置。穿过内部颗粒分配器的最下面的颗粒排出位置的水平面在位于滑动屏障30的顶端32和底端34之间的位置穿过滑动屏障30。一个、多于一个或全部颗粒的排放位置可位于穿过最下面的颗粒排出位置的水平面。
如图1所示，内部颗粒分配器40可以包括用于分散颗粒的构件42，其中用于分散颗粒的构件包括穿孔板、丝网、多孔金属网、或限定多个孔的板中的至少一种，所述多个孔具有与所述多个孔中的每个孔相关联的伴随的颗粒分散组件。在图1中，用于分散颗粒的构件42的所有排出位置都位于通过最下面的颗粒排出位置的水平面中(即，所有的颗粒排出位置处于相同的高度并且对应于最下面的的颗粒排出位置)。
用于分散颗粒的构件42中的开口的尺寸设计成允许形成内层的颗粒通过并在用于分散颗粒的构件的区域下将颗粒分布到内层的顶部上。开口的横截面可以是任何形状。有效直径与平均颗粒直径的比率可以在约2至约12的范围内，并且优选地至少约为5。在开口不是圆形的情况下，该比率的开口直径是开口的等效直径，在本文中，其定义为给出相同横截面积的直径(即，例如，对于用于分散颗粒的构件42的开口，其为正方形具有长度a的边，等效直径为)。无需过多实验即可容易地确定穿孔板或丝网或多孔金属网的合适尺寸。分散颗粒的装置的开口面积可以大于撒料机的开口面积。
对于用于分散颗粒的构件42包括限定多个孔的板中的至少一种的情况，所述多个孔具有与所述多个孔中的每个孔相关联的伴随的颗粒分散组件，每个颗粒分散组件邻近所述板中多个孔的相应孔设置，其中每个颗粒分散组件包括相对于其相应的孔设置的偏转表面，使得所述颗粒能够从相应的孔垂直流动并且被所述偏转表面分散.
伴随的颗粒分散组件的每个颗粒分散组件还可以包括设置在多个孔的每个相应孔附近的分散表面，其中与所述偏转表面上的任何点相切的平面和与所述分散表面上的任何点相切的平面以约30和约60度之间的夹角相交，由此颗粒能够被所述偏转表面偏转，从而撞击所述分散表面，并被所述分散表面进一步分散。分散表面可以布置成使得每个相应孔的投影不与分散表面相交。
偏转表面和分散表面美国专利申请No.6,866,075 B2所述，通过引用并入本文。
如图1所示，内部颗粒分配器40可以包括撒料机44。撒料机44可以包括穿孔板、丝网、多孔金属网或限定多个的孔板中的至少一个，所述孔具有与所述多个孔中的每个孔相关联的伴随的颗粒分散组件。撒料机44位于用于分散颗粒的构件42的上方，用于将颗粒从伸缩管16散布在用于分散颗粒的构件42的表面上。伸缩管16与颗粒的流动连通，用于内层的颗粒供应。撒料机中的开口的尺寸设计成允许形成内层的颗粒通过并将颗粒分配到用于分散颗粒的构件42上。撒料机中的开口的横截面可以是任何的形状。撒料机44的有效直径与平均粒径之比通常可大于用于分散颗粒的构件42的有效直径与平均粒径之比。有效直径与有效直径的比率撒料机44的平均粒径可以优选为至少约2，并且可以在约2至约12的范围内。适合于撒料机44的穿孔板或丝网或多孔金属网的尺寸无需过度实验即可轻松确定。
可替代地，内部颗粒分配器40的撒料机44可以包括颗粒装载臂。内部颗粒分配器40的撒料机44可以包括多于一个颗粒装载臂。颗粒装载臂包括具有第一端和第二端的导管部分。所述第一端与所述颗粒内层的颗粒供给颗粒流相通22。所述导管部分具有设置在所述第一端和所述第二端之间的导管部分的多个孔。颗粒装载臂还包括多个颗粒分散组件。每个颗粒分散组件设置在导管部分的相应孔附近。每个颗粒分散组件包括相对于其相应的孔设置的偏转表面，使得所述颗粒能够从相应的孔垂直流动并且被所述偏转表面分散。
如图2所示，内部颗粒分配器40可以包括颗粒装载臂46。内部颗粒分配器40可以包括多于一个颗粒装载臂46。颗粒装载臂46包括具有第一端和第二端的导管部分。所述第一端与所述颗粒内层的颗粒供给颗粒流相通。导管部分在导管部分的第一端和第二端之间的导管部分的一部分的下表面中具有多个孔。孔可以是任何形状，但可以方便地是圆孔。孔口直径与平均粒径的比率可以优选为至少约4，并且可以在约4至约16的范围内。在孔口不是圆形的情况下，该比例的孔口直径是孔口的当量直径，其在本文中定义为给出相同横截面积的直径(即例如，对于正方形的孔具有长度边a，等效直径为)。每个颗粒装载臂包括导管部分，该导管部分可由具有圆形横截面的管、具有任何所需横截面形状的管、或在上侧开口的通道或其组合形成。颗粒装载臂优选地是自支撑的，但是根据需要可以包括加强支架或支撑。形成每个颗粒装载臂的导管的轴线通常与垂直方向成约45度和70度之间。已发现有用角度为60度。
颗粒装载臂还包括多个颗粒分散组件，其从孔口分配颗粒以形成致密、均匀的颗粒床。每个颗粒分散组件与导管部分中的相应孔相邻设置。每个颗粒分散组件包括偏转表面，该偏转表面相对于相应孔固定，使得从相应孔流出的颗粒可以撞击并且可以被偏转表面分散。
每个颗粒分散组件还可以包括设置在孔口附近的分散表面，其中一个与分散表面上任何一点相切的平面以约30°和60°之间的夹角相交，由此颗粒能够被所述偏转表面偏转，从而撞击所述分散表面，并被所述分散表面进一步分散。偏转和分散表面可以是平面的。分散表面可以定向成使得孔的投影不与分散表面相交。
内部颗粒分配器40的最下面的颗粒排出位置对应于偏转表面的底部的下部或分散表面的底部(如果存在的话)。
适用于本发明颗粒装载组件的颗粒装载臂从U.S.6,866,075已知，该专利在此引用作为参考。
颗粒装载组件包括外部颗粒分配器50，用于分配外层24的颗粒。外部颗粒分配器50与滑动屏障30固定间隔关系。外部颗粒分配器50连接到滑动屏障30，使得当滑动屏障30在装载用于外层的颗粒的过程中被抬起时，外部颗粒分配器50与滑动屏障30共同提升。外部颗粒分配器50具有最下面的颗粒排出位置。穿过外部颗粒分配器50的最下面的颗粒排出位置的水平面在位于滑动屏障30的顶端32和底端34之间的位置穿过滑动屏障30。一个、多于一个或全部颗粒的排出位置可以位于水平面中，该水平面穿过外部颗粒分配器50的最下面的颗粒排出位置。
如图1所示，外部颗粒分配器50可包括用于分散颗粒的构件52，其中用于分散颗粒的构件包括穿孔板、丝网、多孔金属网、限定多个孔的板(其具有与多个孔的每个孔相关联的伴随的颗粒分散组件)中的至少一个。在图1中，用于分散颗粒的构件52的所有排出位置都位于穿过最下面的颗粒排出位置的水平面(即，所有的颗粒排出位置处于相同的高度并且对应于最下面的的颗粒排出位置)。
用于分散颗粒的构件52中的开口的尺寸设计成允许形成外层的颗粒通过并在用于分散颗粒的构件的区域下将颗粒分布到外层的顶部上。开口的横截面可以是任何形状。有效直径与平均粒径之比可以优选为至少约2，并且可以在约2至约12的范围内。在孔不是圆形的情况下，该比例的孔口直径是开口的当量直径。无需过多实验即可容易地确定穿孔板或丝网或多孔金属网的合适尺寸。
对于其中外部颗粒分配器50的用于分散颗粒的构件52包括限定多个孔的板中的至少一种的情况，所述多个孔具有与所述多个孔中的每个孔相关联的伴随的颗粒分散组件，每个颗粒分散组件邻近所述板中多个孔的相应孔设置，其中每个颗粒分散组件包括相对于其相应的孔设置的偏转表面，使得所述颗粒能够从相应的孔垂直流动并且被所述偏转表面分散。
伴随的颗粒分散组件的每个颗粒分散组件还可以包括设置在多个孔的每个相应孔附近的分散表面，其中与所述偏转表面上的任何点相切的平面和与所述分散表面上的任何点相切的平面以约30和约60度之间的夹角相交，由此颗粒能够被所述偏转表面偏转，从而撞击所述分散表面，并被所述分散表面进一步分散。分散表面可以布置成使得每个相应孔的投影不与分散表面相交。
如图1所示，外部颗粒分配器50可以包括撒料机54。撒料机54可以包括穿孔板、丝网、多孔金属网或限定多个孔的板(具有与多个孔口中的每个孔口相关联的伴随的颗粒分散组件)中的至少一个。撒料机54位于用于分散颗粒的构件52的上方，用于将颗粒从伸缩管17散布在用于分散颗粒的构件52的表面上。伸缩管17与用于外层的颗粒供应颗粒流动连通。
可替代地，外部颗粒分配器50的撒料机54可以包括颗粒装载臂。外部颗粒分配器50的撒料机54可以包括多于一个颗粒装载臂。颗粒装载臂包括具有第一端和第二端的导管部分。所述第一端与所述颗粒外层的颗粒供给颗粒流相通24。所述导管部分具有设置在所述第一端和所述第二端之间的导管部分的多个孔。颗粒装载臂还包括多个颗粒分散组件。每个颗粒分散组件设置在导管部分的相应孔附近。每个颗粒分散组件包括相对于其相应的孔设置的偏转表面，使得所述颗粒能够从相应的孔垂直流动并且被所述偏转表面分散.
如图2所示，外部颗粒分配器50可以包括颗粒装载臂56。外部颗粒分配器50可以包括多于一个颗粒装载臂56。颗粒装载臂56包括具有第一端和第二端的导管部分。所述第一端与所述颗粒外层的颗粒供给颗粒流相通。导管部分在导管部分的第一端和第二端之间的导管部分的一部分的下表面中具有多个孔。孔可以是任何形状，但可以方便地是圆孔。孔口直径与平均粒径的比率可以优选为至少约4，并且可以在约4至约16的范围内。在孔口不是圆形的情况下，该比例的孔口直径是孔口的当量直径。每个颗粒装载臂56包括导管部分，该导管部分可由具有圆形横截面的管、具有任何所需横截面形状的管、或在上侧开口的通道或其组合形成。颗粒装载臂优选地是自支撑的，但是根据需要可以包括加强支架或支撑。形成每个颗粒装载臂56的导管的轴线通常与垂直方向成约45度和70度之间。已发现有用角度为60度。
颗粒装载臂56还包括多个颗粒分散组件，其从孔中分配颗粒以形成致密、均匀的颗粒床。每个颗粒分散组件与导管部分中的相应孔相邻设置。每个颗粒分散组件包括偏转表面，该偏转表面相对于相应孔固定，使得从相应孔流出的颗粒可以撞击并且可以被偏转表面分散。
每个颗粒分散组件还可以包括设置在孔口附近的分散表面，其中一个与分散表面上任何一点相切的平面以约30°和60°之间的夹角相交，由此颗粒能够被所述偏转表面偏转，从而撞击所述分散表面，并被所述分散表面进一步分散。偏转和分散表面可以是平面的。分散表面可以定向成使得孔的投影不与分散表面相交。
外部颗粒分配器50的最下面的颗粒排出位置对应于偏转表面的底部的下部或分散表面的底部(如果存在的话)。
通常，内部颗粒分配器40和外部颗粒分配器50将类似于用于分散颗粒的构件42或颗粒装载臂使用。然而，可以使用用于内部颗粒分配器40的用于分部颗粒的构件42、用于外部颗粒分配器50的颗粒装载臂56、或用于内部颗粒分配器40的颗粒装载臂46、用于外部颗粒分配器50的用于分散颗粒的构件52。
如图所示，可以在内部颗粒分配器40的最下面的颗粒排出位置和滑动屏障30的底端34之间定义第一垂直高度h1。第一垂直高度h1是穿过内部颗粒分配器40的最下面的颗粒排出位置的水平面与穿过滑动屏障30的底端34的水平面之间的距离。
选择第一垂直高度h1，以提供从最下面的颗粒排出位置到内层表面的足够的下落高度，这导致密集堆积。密集填料是指通过允许颗粒达到足够的速度来有意和可控地分配颗粒，从而在撞击时将单个颗粒驱入床的顶部表面，从而在整个床中实现均匀的颗粒填充，同时具有最小的空隙空间粒子之间。通过控制诸如颗粒的流速和分布之类的材料加载参数，并保持加载分配器和床顶部之间的最小距离来实现密集填充。这种密集的加载方法与典型的现有技术“松散包装”方法形成对比，其中颗粒通过端口或袜子倾倒，并通过沿床的表面流动而扩散。与本公开的致密加载方法相比，这种松散填料的特征在于较低的填充密度(低至多10％)和较高的空隙率。密集的吸附剂填料是理想的，因为它是在整个容器中径向、周向和轴向确保均匀颗粒填充密度的手段。均匀的颗粒填料将提供恒定的阻力以流过容器。在不均匀的颗粒堆积密度容器中，低密度区域将允许优先流过该区域，这将降低预期过程的效率。
在颗粒加载期间，只有相对较短的滑动屏障30部分需要保留在内层和外层之间，尽管较长的部分可以是可接受的。
第一垂直高度h1，至少为100毫米。第一垂直高度h1通常小于约2500毫米。
如图所示，可以在外部颗粒分配器50的最下面的颗粒排出位置和滑动屏障30的底端34之间定义第二垂直高度h2。第二垂直高度h2是通过外部颗粒分配器50的最下面的颗粒排出位置的水平面与穿过滑动屏障30的底端34的水平面之间的距离。
选择第二垂直高度h2，以提供从最下面的颗粒排出位置到外层表面的足够的下落高度，这导致密集堆积。在颗粒加载期间，只有相对较短的滑动屏障30部分需要保留在内层和外层之间，尽管较长的部分可以是可接受的。
第二垂直高度h2，至少为100毫米。第二垂直高度h2，通常小于约2500毫米。
颗粒装载组件包括升降机60，用于在装载内层和外层的颗粒期间提升滑动屏障30、内部颗粒分配器40和外部颗粒分配器50。如本文所用，“升降机”是能够提升滑动屏障和颗粒分配器的任何装置。
本公开还涉及一种用于将颗粒装载到容器10中以形成颗粒床20的方法，所述颗粒床20包括颗粒的内层22和颗粒的外层24。颗粒的内层22径向排列并与颗粒的外层24同心。在完成加载颗粒的方法时，颗粒的内层22和颗粒的外层24沿着界面区域直接接触。
内层22含有至少第一种不同粒度或组成范围的颗粒，或者包含在外层24中的第二种颗粒的粒度和组成范围。
该方法包括将内层22的颗粒从内部颗粒分配器40排放到内层22的上表面上，以在颗粒排出时形成高度增加的颗粒的内层22。内层22的上表面由内层22中的颗粒床中静止的最上面的颗粒限定。
内部颗粒分配器40可以如上所述用于颗粒装载组件的内部颗粒分配器40。内部颗粒分配器40具有最下面的颗粒排出位置。内部颗粒分配器40的最下面的颗粒排出位置在排出内层22的颗粒的步骤期间保持在内层22的上表面上方70mm至2500mm处。通过保持内部颗粒分配器40的最下面的颗粒排出位置至少比内层22的上表面高70毫米，颗粒的内层22可以形成致密填料。
该方法包括将外层24的颗粒从外部颗粒分配器50排放到外层24的上表面上，以在颗粒排出时形成高度增加的颗粒的外层24。外层24的上表面由外层24中的颗粒床中静止的最上面的颗粒限定。
用于内层22的排放颗粒可以与排出外层24的颗粒同时进行。
或者，在第一步骤过程中，内层22的颗粒可以排放到内层，直到内层22达到选定的中间高度，其次是外层24的颗粒排出外层，直到外层24达到基本相同的中间高度，然后提升滑动屏障。可以重复该第一步骤过程，直到达到所需的床高度。
或者，在第二步骤过程中，外层24的颗粒可以排放到外层，直到外层24达到选定的中间高度，接下来是内层22的颗粒被排放到内层，直到内层22达到基本相同的中间高度，然后提升滑动屏障。可以重复该第二步骤过程，直到达到所需的床高度。
或者，第一步进过程和第二逐步过程可以以任何期望的方式交替使用。
用于该方法的外部颗粒分配器50可以如上所述用于颗粒装载组件。外部颗粒分配器50具有最下面的颗粒排出位置。外部颗粒分配器50的最下面的颗粒排出位置在外层24的颗粒排出步骤中保持在外层24上表面70毫米至2500毫米之间。通过将外部颗粒分配器的最下面的颗粒排出位置保持在外层24的上表面上方至少70mm处，颗粒的外层24可以形成为致密填料。2500mm的上限与滑动屏障30的高度相关。滑动屏障30的高度是根据施工成本及其在装载颗粒后在容器顶部的方向来选择的，以限制容器的额外高度，只需容纳滑动屏障30。
用于装载颗粒的方法包括用滑动屏障30将用于内层22的颗粒与用于外层24的颗粒分离，同时排出用于内层的颗粒和用于外层24的颗粒。滑动屏障30具有顶端32和底端34。
该方法包括将滑动屏障30从容器的下部提升到容器10的上部，从而将位于通过滑动屏障30的底端34的水平面下方的颗粒内层沿着界面区域直接接触，颗粒外层位于水平面下方，穿过滑动屏障30的底端34。容器的下部可以位于容器的下半部分，容器的上部可以位于容器的上半部分。在提升滑动屏障30时，滑动屏障30的底端34保持在从内层22的上表面下方到内层22的上表面上方不超过20mm或在内层22的上表面上方不超过10mm的位置以及在升高滑动屏障30的步骤期间，从外层24的上表面下方到外层上表面上方不超过20mm或在外层上表面上方不超过10mm的位置。滑动屏障30的底端34可以保持在内层22的上表面下方和外层24的上表面下方的任何合适位置，例如，从1500mm或1000mm或500mm或者100mm到恰好位于内层22的上表面和外层24的上表面的下方。
在装载方法期间，期望在排出内层22的颗粒期间将滑动屏障30的顶端32保持在内层22的上表面上方以及在排出外层24的颗粒期间将滑动屏障30保持在外层24的上表面上方。
在为内层22排放颗粒期间，滑动屏障30的顶端32可以保持在内部颗粒分配器40的最下面的颗粒排出位置上方。在为外层24排放颗粒期间，滑动屏障的顶端32可以保持在外部颗粒分配器50的最下面的颗粒排出位置上方。
内部颗粒分配器40可以在高于最下面的颗粒排出位置的高度处具有最高颗粒排出位置。外部颗粒分配器50可以在高于最下面的颗粒排出位置的高度处具有最高颗粒排出位置。滑动屏障30的顶端可以保持在内部颗粒分配器40的最高颗粒排出位置之上并且在外部颗粒分配器50的最高颗粒排出位置之上。
为了方便起见，在完成将颗粒装载到容器10中之后，可以将滑动屏障30提升到容器10中的最终高度，并且内部颗粒分配器40、外部颗粒分配器50和滑动屏障30留在容器中。在滑动屏障30处于其最终高度处的情况下，可以将颗粒添加到容器中，使得颗粒的水平到达滑动屏障的顶端并且甚至超过滑动屏障130的顶端。
参考图3，在排出内层22的颗粒的步骤期间，内颗粒分配器40的最下面的颗粒排出位置可以保持在内层22的上表面上方70mm至2500mm，在排出外层24的颗粒的步骤期间，外部颗粒分配器50的最下面的颗粒排出位置可以保持在外层24的上表面上方70mm至2500mm，并且滑动屏障30的底端34可以是在通过使用探针72、74、82和84提升滑动屏障30的步骤期间，保持在内层22的上表面下方和外层24的上表面下方。这些探针检测颗粒的存在在特定的位置。这种探针是可商购的，并且例如可从BinMaster division ofGarner Industries,Inc.获得，包括PROCAP电容探针、BMRX或MR旋转探针，以及VR或CVR振动棒探针。
该方法可以进一步包括使用第一探针72感测内层22的颗粒是否低于内层22的下限水平并响应于此产生信号，使用第二探针74检测内层22的颗粒是否高于内层22的上限水平并响应于此产生信号，使用第三探针82感测外层24的颗粒是否低于外层的下限水平并响应于此产生信号，使用第四探针84感测外层24的颗粒是否高于外层的上限水平并响应于此产生信号；向内颗粒分配器40提供颗粒，向外颗粒分配器50提供颗粒，并响应来自第一探针72、第二探针74、第三探针82和第四探针84的信号提升滑动屏障30。
颗粒可以以大于响应于用于内层的第一探针72向外层提供颗粒的速率的速率提供给内层22，同时产生指示内层22的颗粒低于内层22的下限水平的信号，同时第三探针82产生指示外层24的颗粒高于外层24的下限水平的信号。
颗粒可以以大于响应于第一探针72向内层提供颗粒的速率的速率提供给外层，同时产生指示内层22的颗粒高于内层22的下限水平的信号，同时第三探针82产生指示外层24的颗粒低于外层24的下限水平的信号。
响应于第二探针74产生指示内层22的颗粒高于内层22的上限水平的信号，同时第四探针84产生指示外层24的颗粒高于外层24的上限水平的信号，可以提升滑动屏障30，滑动屏障被提升直到(i)第二探针74产生指示内层22的颗粒低于内层22的上限水平的信号，或者(ii)第四探针84产生指示外层24的颗粒低于外层24的上限水平的信号中的至少一个。
响应于第一探针72产生指示内层22的颗粒低于内层22的下限水平的信号，同时第三探针82产生指示外层24的颗粒低于外层24的下限水平的信号，可以减慢或停止提升滑动屏障30。
图4示出了颗粒装载组件的替代实施例。替代实施例中的颗粒装载组件用于将颗粒加载到容器110中以形成颗粒床120，颗粒床120包括颗粒内层122和颗粒外层124。颗粒内层122径向布置并与颗粒外层124同心。在装载之后，颗粒内层122和颗粒外层124沿着界面区域直接接触。容器110具有上端111和下端112。
内层122至少包含不同粒度或组成范围的第一类颗粒，或者包含在外层124中的第二类颗粒的粒度和组成范围。
如本领域中已知的，径向流动床的最内表面和最外表面可由圆柱形隔板支撑。圆柱形隔板可以是穿孔金属板或本领域已知的其他合适结构。
图4所示的替代实施例的颗粒装载组件包括滑动屏障130(即滑动形式)，用于在装载期间将内层122的颗粒与外层124的颗粒分离。滑动屏障130在装载期间使颗粒分离，并且在装载颗粒期间被提升，使得形成每个层的颗粒沿着界面区域直接接触。滑动屏障130具有顶端132和底端134。滑动屏障130具有内层侧131和外层侧133。滑动屏障可以由金属制成。滑动屏障的厚度可以在1mm至20mm的范围内，其中选择厚度以便支撑吸附材料在滑动屏障130的内表面和外表面上的重量。
图4中所示的替代实施例的颗粒装载组件包括用于分配内层122的颗粒的内部颗粒分配器140。内部颗粒分配器140与容器110的上端111固定间隔开。
内部颗粒分配器140可具有如上面针对内部颗粒分配器40所描述的任何特征，考虑到内部颗粒分配器140与容器110的上端111处于固定空间关系的差异，同时内部颗粒分配器40与滑动屏障30固定间隔开。
图4中的用于分散颗粒的构件142对应于图1中的用于分散颗粒的构件42。图4中的撒料机144对应于图1中的撒料机44。图4中的固定管116替换了图1中的实施例中的伸缩管16。
可选实施例的内部颗粒分配器140可包括一个或多个颗粒装载臂(未示出)。
图4中所示的替代实施例的颗粒装载组件包括用于分配外层124的颗粒的外部颗粒分配器150。外部颗粒分配器150与容器110的上端111固定间隔开。
外部颗粒分配器150可以具有如上面针对外部颗粒分配器50所描述的任何特征，考虑到外部颗粒分配器150与容器110的上端111处于固定空间关系的差异，而外部颗粒分配器50与滑动屏障30固定间隔开。
图4中的用于分散颗粒的构件152对应于图1中的用于分散颗粒的构件52。图4中的撒料机154对应于图1中的撒料机54。图4中的固定管117取代了图1中的实施例的伸缩管17。
可选实施例的外部颗粒分配器150可包括一个或多个颗粒装载臂(未示出)。
图4中所示的替代实施例的颗粒装载组件包括升降机160，用于在装载用于内层和外层的颗粒期间提升滑动屏障130。升降机160可以是能够提升滑动屏障130的任何装置。
图4所示的替代实施例的颗粒装载组件包括与容器110的上端111固定间隔开的分隔帘170，其可操作地设置成将从内部颗粒分配器140排出的颗粒引导到滑动屏障130的内层侧，并将从外部颗粒分配器150排出的颗粒引导到滑动屏障130的外层侧。
分隔帘170可以是任何合适的结构。分隔帘可以是实心金属板、穿孔金属板、金属屏或其他类似结构。
本公开还涉及使用图4中所示的替代实施例的替代方法，用于将颗粒装载到容器110中以形成颗粒床120，颗粒床120包括颗粒内层122和径向和同心布置的颗粒外层124。容器110具有上端111和下端112。内层122至少包含不同粒度或组成范围的第一类颗粒，或者包含在外层124中的第二类颗粒的粒度和组成范围。在完成加载颗粒的替代方法时，颗粒的内层122和颗粒的外层124沿着界面区域直接接触。
该方法包括将内层122的颗粒从内部颗粒分布器140排放到内层122的上表面上，以在颗粒排出时形成高度增加的颗粒内层122。内部颗粒分配器140与容器110的上端111固定间隔开。
该方法包括将外层124的颗粒从外部颗粒分布器150排放到外层124的上表面上，以在颗粒排出时形成高度增加的颗粒外层124。外部颗粒分配器150与容器110的上端111固定间隔开。
用于内层122的排出颗粒可以与排出外层124的颗粒同时进行。或者，可以采用逐步过程，其中内部和外部的颗粒交替排出。
用于装载颗粒的替代方法包括利用滑动屏障130将用于内层122的颗粒与用于外层124的颗粒分离，同时用于内层的颗粒和用于外层124的颗粒被排出。滑动屏障130具有顶端132和底端134。
替代方法包括将滑动屏障130从容器的下部提升到容器110的上部，从而将位于穿过滑动屏障130的底端134的水平面下方的颗粒内层沿着界面区域直接接触，其中位于水平面下方的颗粒外层穿过滑动屏障130的底端134。容器的下部可以位于容器的下半部分，容器的上部可以位于容器的上半部分。在提升滑动屏障130期间，滑动屏障130的底端134保持在从内层122的上表面下方到内层122的上表面上方不超过20mm或者在内层122的上表面上方不超过10mm的位置，并且在提升滑动屏障130的步骤期间保持在从外层124的上表面下方到外层上表面上方不超过20mm或者在外层上表面上方不超过10mm的位置。滑动屏障130的底端134可以保持在内层122的上表面下方和外层124的上表面下方的任何合适位置，例如，从1500mm或1000mm或500mm或100mm到恰好在内层122的上表面和外层124的上表面的下方。
在替代装载方法期间，期望在排出内层122的颗粒期间将滑动屏障130的顶端132保持在内层122的上表面上方，并且在排出外层124的颗粒期间将滑动屏障130保持在外层124的上表面上方。
为了方便起见，在完成将颗粒装载到容器110中之后，可以将滑动屏障130提升到容器110中的最终高度，并且内部颗粒分配器140、外部颗粒分配器150和滑动屏障130留在容器中。在滑动屏障130处于其最终高度的情况下，可以将颗粒添加到容器中，使得颗粒的水平到达滑动屏障的顶端并且甚至超过滑动屏障130的顶端。
该方法与上述装载颗粒的方法类似，考虑到内颗粒分配器140和外颗粒分配器150与容器110的上端111固定间隔开。
如上面用于上述加载方法的图3所述的探针也可用于在替代加载方法中控制滑动屏障130相对于颗粒内层122和外层颗粒124的高度的高度。
例子
构造直径为461mm的圆柱形接收器以收集下落的吸附剂颗粒。将接收器刻度以测量收集的吸附剂颗粒的体积。在该接收器上方放置穿孔板和筛网以控制流动并将吸附剂颗粒分配到接收器中。使用7×12US网筛的氧化铝颗粒来测试系统的包装效率。在穿孔板中制造具有5个直径12.7mm的孔的撒料机，以控制颗粒流入系统。12.7毫米的孔位于半径127毫米；每个孔之间的直线距离约为140毫米；开放区域约为0.44％。对于密集的填料结果，通过撒料机的颗粒流量为每分钟3.8升。约35升吸附剂的分布在约9分钟内完成。由154×6.4mm直径的孔构成的撒料机不提供颗粒流动。由12×9.5毫米直径的孔构成的撒料机有时提供流动，但通常颗粒流过一些孔停止。在撒料机下方，安装丝网筛或穿孔板作为用于分散颗粒的构件，以产生降雪装载模式。颗粒从用于分散颗粒的构件筛或板上弹开，以在装载区域上展开。
表1总结了测试和结果的参数。
通过在30秒的时间内将颗粒倒入接收器中来完成测试0和19，以在没有使用密集填充方法时测量填充密度。测量的密度是基密度，在该基密度上比较密集填充测试的结果以确定“相对”密度。
通过使颗粒通过撒料机的12.7mm孔落入接收器中来完成测试9和15。在试验9中，撒料机在试验开始时放置在接收器底部上方610mm处。在试验15中，撒料机在试验开始时放置在接收器底部上方1219mm处。测试中得到的颗粒填充密度与倾卸加载试验0和19中得到的相同。接收器上方的高度对所得密度没有影响。
在测试10、12、13和14中，将由1.2mm线材和7.2mm方形开口(7％开口面积)构成的丝网筛网放置在撒料机下方，作为降雪模式下用于分散颗粒的构件。在测试开始时，撒料机和用于分散颗粒的构件之间的距离、撒料机下面的用于分散颗粒的构件的数量、以及从最低的用于分散颗粒的构件到接收器底部的距离是变化的。所有配置提供的颗粒填充密度比没有使用密集加载装置时测得的颗粒密度高8％。
在试验11、16和17中，将由0.8mm金属丝和5.5mm方形开口(76％开口面积)构成的金属丝网放置在撒料机下方，作为降雪模式下用于分散颗粒的构件。撒料机和用于分散颗粒的构件之间的距离为50毫米或160毫米。发现50mm是合适的间隔以实现密集负载。所有配置提供的颗粒填充密度比未使用密集加载装置时测得的颗粒填充密度高6至8％。
在试验18中，将具有6.4mm孔(0.81mm厚度，79％开口面积)的薄穿孔板放置在撒料机下方作为降雪模式下用于分散颗粒的构件。在这种配置中，颗粒填充密度比没有使用密集加载装置时测得的颗粒填充密度高5％。
在测试期间，观察到在通过撒料机孔落下并从网筛A或网筛B反弹之后，在撒料机下方约70mm处，从一个孔开始的颗粒下落模式已经扩散到与下一个最近的孔中的颗粒下落模式重叠。观察结果表明，提供密集包装的颗粒床所需的垂直高度大于70毫米。
表1
网筛A对应于具有1.2毫米线和7.2毫米方形开口的网筛。
网筛B对应于具有0.8毫米线和5.5毫米方形开口的网筛。
测试18的穿孔板具有6.4mm的圆孔，其中板是79％开口的。

Claims (20)

1.一种用于将颗粒装载到容器中以形成颗粒床的颗粒装载组件，所述颗粒床包括颗粒内层和颗粒外层，所述颗粒内层径向布置并与所述颗粒外层同心，所述内层含有至少第一类型的不同粒度或组成范围的颗粒，或者包含在所述外层中的第二类型颗粒的粒度和组成范围，所述组件包括：
滑动屏障，用于在装载过程中将所述内层的颗粒与所述外层的颗粒分离，所述滑动屏障具有顶端和底端；
内部颗粒分配器，用于分配所述内层的颗粒，所述内部颗粒分配器与所述滑动屏障固定间隔的关系，所述内部颗粒分配器具有最下面的颗粒排出位置，其中穿过所述内部颗粒分配器的最下面的颗粒排出位置的水平面在位于所述滑动屏障的顶端和底端之间的位置穿过所述滑动屏障；
外部颗粒分配器，用于分配所述外层的颗粒，所述外部颗粒分配器与所述滑动屏障固定间隔的关系，所述外部颗粒分配器具有最下面的颗粒排出位置，其中穿过所述外部颗粒分配器的最下面的颗粒排出位置的水平面在位于所述滑动屏障的顶端和底端之间的位置穿过所述滑动屏障；和
升降机，用于在装载所述内层和外层的颗粒时提升所述滑动屏障、所述内部颗粒分配器和所述外部颗粒分配器；
其中第一垂直高度h1限定在所述内部颗粒分配器的最下面的颗粒排出位置和所述滑动屏障的底端之间，其中所述第一垂直高度h1至少为100mm；和
其中第二垂直高度h2限定在所述外部颗粒分配器的最下面的颗粒排出位置和所述滑动屏障的底端之间，其中所述第二垂直高度h2至少为100mm。
2.根据权利要求1所述的颗粒装载组件，其中所述内部颗粒分配器包括用于分散颗粒的构件，其中所述用于分散颗粒的构件包括穿孔板、丝网、多孔金属网、或限定多个孔的板中的至少一种，所述多个孔具有与所述多个孔中的每个孔相关联的伴随的颗粒分散组件。
3.根据权利要求2所述的颗粒装载组件，其中所述用于分散颗粒的构件包括限定多个孔的板中的至少一种，所述多个孔具有与所述多个孔中的每个孔相关联的伴随的颗粒分散组件，其中每个颗粒分散组件邻近所述板中多个孔的相应孔设置，其中每个颗粒分散组件包括相对于其相应的孔设置的偏转表面，使得所述颗粒能够从相应的孔垂直流动并且被所述偏转表面分散。
4.根据权利要求2所述的颗粒装载组件，其中所述内部颗粒分配器包括撒料机，其中所述撒料机包括穿孔板、丝网、多孔金属网、颗粒装载臂、或限定多个孔的板中的至少一种，所述多个孔具有与所述多个孔中的每个孔相关联的伴随的颗粒分散组件，其中所述内部颗粒分配器的撒料机位于所述内部颗粒分配器的用于分散颗粒的构件上方的高处。
5.根据权利要求4所述的颗粒装载组件，其中所述内部颗粒分配器的撒料机包括颗粒装载臂，其中所述颗粒装载臂包括
具有第一端和第二端的导管部分，其中所述第一端与所述颗粒内层的颗粒供给颗粒流相通，并且其中所述导管部分具有设置在所述第一端和所述第二端之间的多个孔；和
多个颗粒分散组件，每个颗粒分散组件设置在所述导管部分的相应孔附近，其中每个颗粒分散组件包括相对于其相应的孔设置的偏转表面，使得所述颗粒能够从相应的孔垂直流动并且被所述偏转表面分散。
6.根据权利要求1所述的颗粒装载组件，其中所述内部颗粒分配器包括颗粒装载臂，其中所述颗粒装载臂包括：
具有第一端和第二端的导管部分，其中所述第一端与所述颗粒内层的颗粒供给颗粒流相通，并且其中所述导管部分具有设置在所述第一端和所述第二端之间的多个孔；和
多个颗粒分散组件，每个颗粒分散组件设置在所述导管部分的相应孔附近，其中每个颗粒分散组件包括相对于其相应的孔设置的偏转表面，使得所述颗粒能够从相应的孔垂直流动并且被所述偏转表面分散。
7.根据权利要求6所述的颗粒装载组件，其中所述内部颗粒分配器的颗粒装载臂的每个颗粒分散组件还包括邻近所述孔设置的分散表面，其中与所述偏转表面上的任何点相切的平面和与所述分散表面上的任何点相切的平面以约30和约60度之间的夹角相交，由此颗粒能够被所述偏转表面偏转，从而撞击所述分散表面，并被所述分散表面进一步分散。
8.根据权利要求1所述的颗粒装载组件，其中所述外部颗粒分配器包括用于分散颗粒的构件，其中所述外部颗粒分配器的用于分散颗粒的构件包括穿孔板、丝网、多孔金属网、或限定多个孔的板中的至少一种，所述多个孔具有与所述多个孔中的每个孔相关联的伴随的颗粒分散组件。
9.根据权利要求8所述的颗粒装载组件，其中所述外部颗粒分配器的用于分散颗粒的构件包括限定多个孔的板中的至少一种，所述多个孔具有与所述多个孔中的每个孔相关联的伴随的颗粒分散组件，其中每个颗粒分散组件邻近所述板中多个孔的相应孔设置，其中每个颗粒分散组件包括相对于其相应的孔设置的偏转表面，使得所述颗粒能够从相应的孔垂直流动并且被所述偏转表面分散。
10.根据权利要求9所述的颗粒装载组件，其中所述外部颗粒分配器的用于分散颗粒的构件的伴随的颗粒分散组件的每个颗粒分散组件包括邻近所述多个孔的每个相应孔设置的分布表面，其中与所述偏转表面上的任何点相切的平面和与所述分散表面上的任何点相切的平面以约30和约60度之间的夹角相交，由此颗粒能够被所述偏转表面偏转，从而撞击所述分散表面，并被所述分散表面进一步分散。
11.根据权利要求8所述的颗粒装载组件，其中所述外部颗粒分配器包括撒料机，其中所述外部颗粒分配器的撒料机包括穿孔板、丝网、多孔金属网、颗粒装载臂、或限定多个孔的板中的至少一种，所述多个孔具有与所述多个孔中的每个孔相关联的伴随的颗粒分散组件，其中所述外部颗粒分配器的撒料机位于所述外部颗粒分配器的用于分散颗粒的构件之上的高度。
12.根据权利要求11所述的颗粒装载组件，其中所述外部颗粒分配器的撒料机包括颗粒装载臂，其中所述外部分配器的颗粒装载臂包括
具有第一端和第二端的导管部分，其中所述第一端与所述颗粒外层的颗粒供给颗粒流相通，并且其中所述导管部分具有设置在所述第一端和所述第二端之间的多个孔；和
多个颗粒分散组件，每个颗粒分散组件与所述外部颗粒分配器的颗粒装载臂的导管部分中的相应孔相邻设置，其中每个颗粒分散组件包括相对于其相应的孔设置的偏转表面，使得所述颗粒能够从相应的孔垂直流动并且被所述偏转表面分散。
13.根据权利要求1所述的颗粒装载组件，其中所述外部颗粒分配器包括颗粒装载臂(56)，其中所述外部颗粒分配器的颗粒装载臂(56)包括：
具有第一端和第二端的导管部分，其中所述第一端与所述颗粒外层的颗粒供给颗粒流相通，并且其中所述导管部分具有设置在所述第一端和所述第二端之间的多个孔；和
多个颗粒分散组件，每个颗粒分散组件与所述导管部分中的相应孔相邻设置，其中每个颗粒分散组件包括相对于其相应的孔设置的偏转表面，使得所述颗粒能够从相应的孔垂直流动并且被所述偏转表面分散。
14.一种用于将颗粒装载到容器中以形成颗粒床的方法，所述颗粒床包括颗粒内层和颗粒外层，所述颗粒内层径向布置并与所述颗粒外层同心，所述内层含有至少第一类型的不同粒度或组成范围的颗粒，或者包含在所述外层中的第二类型颗粒的粒度和组成范围，该方法包括：
将内层的颗粒从内部颗粒分配器排出到内层的上表面上，以形成随着颗粒排出而增加高度的颗粒内层，所述内部颗粒分配器具有最下面的颗粒排出位置；
将外层的颗粒从外部颗粒分配器排出到外层的上表面上，以形成随着颗粒排出而增加高度的颗粒外层，所述外部颗粒分配器具有最下面的颗粒排出位置；
使用滑动屏障将内层的颗粒与外层的颗粒隔离，同时内层的颗粒和外层的颗粒被排出，所述滑动屏障具有顶端和底端；和
将所述滑动屏障从所述容器的下部提升到所述容器的上部，从而使位于穿过所述滑动屏障的底端的水平面的下面的颗粒内层沿着界面区域直接接触位于穿过所述滑动屏障的底端的水平面的下面的颗粒外层；
其中在内层的颗粒排出步骤中，所述内部颗粒分配器的最下面的颗粒排出位置保持在内层的上表面上方70mm至2000mm；
其中在外层的颗粒排出步骤中，所述外部颗粒分配器的最下面的颗粒排出位置保持在外层的上表面上方70mm至2000mm；和
其中在提升所述滑动屏障的步骤中，所述滑动屏障的底端保持在内层的上表面以下至内层的上表面以上不超过20mm的范围内，并且在外层的上表面下方到外层的上表面上方不超过20mm的范围内。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在内层的颗粒排出期间所述滑动屏障的顶端保持在内层的上表面上方，并且在外层的颗粒排出期间所述滑动屏障保持在外层的上表面上方。
16.根据权利要求14所述的方法，其中在内层的颗粒排出期间所述滑动屏障的顶端保持在所述内部颗粒分配器的最下面的颗粒排出位置上方，并且在外层的颗粒排出期间所述滑动屏障的顶端保持在所述外部颗粒分配器的最下面的颗粒排出位置上方。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述内部颗粒分配器的最高颗粒排出位置的高度高于所述内部颗粒分配器的最下面的颗粒排出位置，其中所述外部颗粒分配器的最高颗粒排出位置的高度高于所述外部颗粒分配器的最下面的颗粒排出位置，其中所述滑动屏障的顶端保持在所述内部颗粒分配器的最高颗粒排出位置的上方和所述外部颗粒分配器的最高颗粒排出位置的上方。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述滑动屏障被提升到所述容器中的最终高度，并且所述内部颗粒分配器、所述外部颗粒分配器和所述滑动屏障在完成将颗粒装载到所述容器中之后保留在所述容器中。
19.根据权利要求14所述的方法，其中通过下列方式在内层的颗粒排出步骤中所述内部颗粒分配器的最下面的颗粒排出位置保持在所述内层的上表面的上方70mm至2000mm、在外层的颗粒排出步骤中所述外部颗粒分配器的最下面的颗粒排出位置保持在所述外层的上表面的上方70mm至2000mm、和在提升所述滑动屏障的步骤中所述滑动屏障的底端保持在所述内层的上表面的下方和在所述外层的上表面的下方：
使用第一探针感测内层的颗粒是否低于内层的下限水平并响应于此产生信号；
使用第二探针感测内层的颗粒是否高于内层的上限水平并响应于此产生信号；
使用第三探针感测外层的颗粒是否低于外层的下限水平并响应于此产生信号；
使用第四探针感测外层的颗粒是否高于外层的上限水平并响应于此产生信号；和
向所述内部颗粒分配器提供颗粒、向所述外部颗粒分配器提供颗粒，并响应来自所述第一探针、所述第二探针、所述第三探针和所述第四探针的信号提升所述滑动屏障。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括以下步骤(a)至(d)中的至少一个：
(a)颗粒以大于向外层提供颗粒的体积速率的体积速率提供给内层，响应于用于所述内层的第一探针，从而产生指示内层的颗粒低于所述内层下限水平的信号，同时所述第三探针产生指示外层的颗粒高于所述外层下限水平的信号，
(b)颗粒以大于向内层提供颗粒的体积速率的体积速率提供给外层，响应于第一探针，从而产生指示内层的颗粒高于所述内层上限水平的信号，同时所述第三探针产生指示外层的颗粒低于所述外层下限水平的信号，
(c)所述滑动屏障响应于第二探针提升，从而产生指示内层的颗粒高于所述内层上限水平的信号，同时所述第四探针产生指示外层的颗粒高于外层的上限水平的信号，所述滑动屏障被提升直到下列中的至少一个：(i)所述第二探针产生指示内层的颗粒低于所述内层上限水平的信号或(ii)所述第四探针产生指示外层的颗粒低于所述外层的上限水平的信号，或
(d)所述滑动屏障的提升减慢或停止，响应于所述第一探针产生指示内层的颗粒低于所述内层的下限水平的信号，同时所述第三探针产生指示外层的颗粒的低于所述外层的下限水平的信号。
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