CN112334224A - 由织物制成的用于限制或防止颗粒在两层之间迁移的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于插入位于圆柱形壳体中的下颗粒层与上颗粒层之间以便限制或防止颗粒在这些层之间迁移的设备，所述设备包括织物环，该织物环具有：当量直径小于这些颗粒的当量直径的网眼；等于该圆柱形壳体的基部的内周长的长度；上部部分，该上部部分具有上端，该上端旨在沿其整个长度被附接到该圆柱形壳体的内壁；以及下部部分，该下部部分包括至少六个相同的刀形褶，每个褶由在点处会合的两个边缘形成，并且这些褶彼此分开，使得当这些刀形褶处于折叠位置时，该下部部分大致垂直于该上部部分。

Description

由织物制成的用于限制或防止颗粒在两层之间迁移的设备

本发明涉及一种旨在插入布置在圆柱形壳体内的下颗粒层与上颗粒层之间以便限制或防止颗粒在这些层之间迁移的设备。

位于两个颗粒介质之间的界面处的该设备针对可能在壳体内流通的任何流体是能渗透的。该设备被设计为保持与上层和下层两者的接触，即使是在沉降这些层的情况下。该设备可以被用于反应器、吸附器中，或更一般地用于任何储存容量中，在该存储容量中，希望将各个颗粒层完全分开，同时又使流体能够自由流通。所述壳体的截面可以是任意的，但一般将是圆形的，该壳体则采取竖直轴线圆柱体的形式。

在许多工业工艺中经常需要叠置各个颗粒层并且防止这些层之间的任何混合。使用PSA(变压吸附法)生产纯氢的工艺就是这样的典型示例。在这种工艺中使用的吸附器一般采用竖直轴线圆柱体的形式。因此，从下至上，壳体可以具有用于流通流体(待处理的气体、残留气体等)的入口/出口、栅格类型的载体，例如促进气体在吸附器(陶瓷珠粒或任何其他形状相异的产品以及为此用途而开发的产品)的整个截面上正确分布且然后彼此上下地布置的各个惰性颗粒层，各个吸附剂层经选择以优化氢气与杂质的分离。如果待处理的气体源自蒸汽重整工艺，则可能会依次存在活性氧化铝、活性炭和数种类型的沸石(5A、13X、LiLSX……)以依次阻止水、次级杂质、CO2、甲烷、一氧化碳和氮气。在最后的吸附剂层上方，可能会再次出现惰性珠粒，以旨在减小吸附器的上圆顶的死体积，促进气体的良好分布，防止吸附剂颗粒移动等。各层将具有各种不同的特性。因此，它们可以按以下进行区分：

-按形状：珠粒、鞍状、棍、丸、片、微粒、压碎的材料、桶(穿孔丸)，等。

-按尺寸：从承载元件的几厘米到例如某些沸石层的不到一毫米，等。

-按密度：从活性炭的每升少于500克到在将钢珠粒作为惰性元件使用的情况下的数千克，等。

-按表面条件：从光滑的壁(陶瓷、某些吸附剂等)到粗糙的壁(活性炭等)，或甚至是成角度的或具有粗糙度的。

应当指出，可能希望将相同产品的两个相继层分开。某些吸附剂(活性炭、沸石)例如可以在首次使用后由供应商进行再生，在首次使用期间它们一般被水分污染。在处理之后，它们则几乎恢复其全部初始容量，但出于安全预防措施的考虑，一般将它们用作新鲜或未污染状态下的同一种吸附剂下方的保护层，而不是与其混合。

将理解的是，例如在PSA H2的情况下，层之间的任何混合将对工艺产生负面影响。它可能会导致局部的部分堵塞，从而导致流通流体的分布不良、厚度不均匀的层、在不应存在吸附剂的区域中存在该吸附剂(如果它比预期的更靠近进给口并且使其存在与其正确操作不相容的杂质，则存在毒害的风险；另一方面，如发现吸附剂本身处在比预期的更靠近出口的区域中，则存在失效的风险，这次是在存在其仅表现出非常有限亲和力的杂质的情况下)。

尽可能地，本领域技术人员将使用一系列本质上无法混合的颗粒材料。此最佳示例就是承载吸附剂或催化剂并且使流体分布的珠粒。供应商已经开发出多系列产品，这些产品的分层相继使用即使在壁处也避免了任何混合的可能性。

在讨论颗粒材料层时，应当立即注意两个要点：

-同一层内的颗粒的相互排列取决于该层是如何填充的。因此所形成的床的空隙率是可变的，并且对于具有一致尺寸的珠粒的床，该空隙率实际上将能够在例如0.34至0.39的范围内，而理论上，在几何上可能的堆叠极限之间的潜在范围将会更大。在珠粒群体在直径上表现出一定程度的分散的情况下，该空隙率可能会更低。同样，在球形度上的分散可能会导致床表现出或多或少的沉降量。这对床的密度具有直接影响，该床被称为密实填充床，或者在相反情况下被称为松散填充床。这些效应是众所周知的，并且尤其是针对给定的群体，可以确定自由截面区域，较小尺寸的颗粒本身能够通过该自由截面区域渗入，并且因此逐步地向下穿过床。这种方法在形状相异的颗粒的情况下更加不适合，且可能需要进行测试以确定空隙率和极限互渗。

-壁在床的颗粒分布中产生不连续性。因为壁的表面一般是平坦的，所以局部空隙率不同于床内的空隙率。在这一点上，该空隙率一般非常大，并且这在数个颗粒的距离上具有连锁效应。如前所述，这些效应已经进行了研究并且对本领域技术人员而言是已知的。

因此，为了承载由平均直径为3.0mm的近球形珠粒(球形度大于0.95)和不到1％的直径小于2.7mm的珠粒所组成的吸附剂床，可以在承载格栅的顶部上依次放置10cm的直径为20mm的陶瓷珠粒、然后10cm的10mm珠粒、最后10cm的5mm珠粒。然后，这将确保流通流体的正确分布并且提供承载，即使在壁处也没有互渗的风险。

不幸的是，这种高度有利的教科书情形在工业应用中并不十分理想，因此经常有必要提供一种防止彼此上下铺设的两个颗粒群体混合的系统。安装这种系统的需求可以与相接触的两层的各自物理特性和/或材料的使用相关联。

物理特性包括两层颗粒的各自尺寸和密度。例如，可能必须使用相对较大尺寸的第一吸附剂层以限制压降，然后在正面区域中使用较小尺寸的薄层以改善工艺性能。在尺寸增加2到2.5倍时，存在较小的珠粒特别是在壁附近将向下进入下层的风险。表现出混合风险的另一种情形是其中上层由密度高于下层的密度的颗粒构成的情形。由于它们的重量较大，顶部处的颗粒由于材料的相对移动性而可能局部地分开下部床的颗粒并且逐渐向下穿过该层。还存在一些事件可能导致看似稳定的层混合。这些事件可以包括在运输过程中或穿过机器附近而引起的爆震或振动。流通穿过各个床的流体也可能由于其高速或由于条件变化而引起混合。这些可能是在正常操作期间(例如，每次打开阀时)或偶然(不合时宜地打开阀等)发生的事件。

应当注意，在某些情况下，可以在已经被确定为就该工艺而言最佳的两个相继层之间添加中间层，该中间层的作用将是防止颗粒的任何迁移。该层就该工艺而言可以是惰性的，或者仅仅是非最佳的。例如，在包含直径为2mm的活性氧化铝层、通常顶部为直径为0.6mm的沸石层的堆叠体中，可以在它们之间插入几厘米厚的直径为1.2mm的沸石缓冲层，以避免发生迁移的风险。除了与较慢的动力学有关的稍微不利的效果外，考虑到要安装的最小高度，这会由于添加必须仔细引入的另一种材料而使填充变得复杂。

以此为出发点，出现的一个问题是提供一种用于限制或防止颗粒在不同颗粒材料的至少两层之间迁移的改进的装置。

本发明的解决方案是一种旨在插入布置在圆柱形壳体内的下颗粒层与上颗粒层之间以便限制或防止颗粒在这些层之间迁移的设备，所述设备包括织物环，该织物环具有：

-当量直径小于这些颗粒的当量直径的网眼，

-等于该圆柱形壳体的基部的内周长的长度，

-上部部分，该上部部分具有上端，该上端旨在沿其整个长度被附接到该圆柱形壳体的内壁，以及

-下部部分，该下部部分包括至少六个相同的刀形褶，每个褶由在点处会合的两个折边形成，并且这些褶以如下方式彼此分开，即，使得当这些刀形褶处于折叠位置时，该下部部分大致垂直于该上部部分。

颗粒的“当量直径”是具有相同比表面积的球的直径，该比表面积是就所涉及的颗粒的体积而言的面积。

实际上，织物的网眼尺寸小于颗粒的当量直径确切地是指小于上层和下层的颗粒的当量直径中的最小者。在颗粒尺寸分散的情况下，甚至可能期望具有不小于当量直径而是小于最小颗粒的网眼尺寸。

术语“织物”在本文中具有非常上位的含义，限定了一种由丝构成的并且具有允许流体、更特别地是气体流通的自由通道的柔性材料。织物将优选地是编织物。在此优选地，“编织物”是指通过使丝交织并且具有规则开口而获得的元件。可以通过使用合适的工具(梭、夹持器、片梭织机等)交织平行的绷紧丝(经丝)和垂直于它们延伸的丝(纬丝)来编织和获得织物。根据丝交织的方式以及经丝和纬丝的特性(平纹方形编织、方形交叉编织、交叉编织、浮纹编织、人字形图案等)，可以获得很多可能的编织物。

织物覆盖了相当宽的领域，其中丝的直径可以在从一毫米到数十微米的数量级范围内，大多数包括在0.5mm与40微米之间。开口(空隙)一般包括在数毫米与约一百微米之间。空隙率本身的范围为从20％至80％、更通常地为30％至70％。

在根据本发明的设备中，织物环的材料将选自金属、更特别地是不锈钢，聚合物、例如尼龙，或更一般地，纺织品(亚麻、各种合成材料)等。

举例来说，在本发明的上下文中使用的织物可以是由直径为0.2mm的交织不锈钢丝制成的织物，其开口尺寸为0.45mm乘0.45mm。在保持同等柔韧性的同时，可以使用合成材料制成直径更大的丝。

当说环的下部部分“大致”垂直于壳体环(virole)的竖直轴线时，这是指即使下颗粒层的上表面并不呈完美的水平盘形式，本发明也适用。众所周知，尽管在填充时采取了预防措施，但是在所述层的最高点与最低点之间仍将存在残余水平高度差。关于平均高度，这种水平高度差可以高达几厘米，例如对于直径为2m的壳体环，为+或-5cm。因此，贴附至该表面的织物将形成与理论90°略有不同的角度。

同样，关于褶，虽然产生的平面对应于具有在点处会合的折边的均匀间隔开的褶，但是实际上这些褶在某些方面可能偏离其理论定义。本文涉及的是在相应尺寸及其端点上的几毫米的差异，这些差异由制造公差和材料(织物)的性质引起。这对本发明的原理没有影响。

如下所指明的，关于褶的数量和尺寸的选择取决于多个参数，特别是取决于要被所述环覆盖的总截面的百分比、环与壳体环之间的接触质量等，但是对于在可接受的条件下实现所需的密封功能而言，最少要有六个褶。一般地，如下文将解释的，将采用更多数量的褶。

通过其特征，根据本发明的设备可以被认为是浮动系统。具体地，“浮动系统”是指即使在床(“床”意指“层”)沉降、特别是下床沉降的情况下也与上层和下层保持接触的设备。在一段时间内的这种沉降(运输、操作等)将或多或少地取决于颗粒初始填充的质量，但是一般保持在低范围。对于初始高度为一米的床，它例如最大可以为1至5厘米。另外，这种沉降一般影响颗粒材料的整体质量，这意味着经受该现象的层的上界面保持近似水平。因此，所采用的用于实现分离的、伴随有颗粒的向下运动的设备(该设备搁置在颗粒上)保持与下层接触，该设备跟随该下层运动，并且当然该设备与上层保持接触，该上层始终搁置在该设备上并且促进这种接触。浮动系统的益处之一是上颗粒层向与下层的界面施加压力，从而限制了颗粒运动的可能性。因此，减少了磨损的风险，并且一般可以将较高的流速用于流通的流体。这通常是正好位于壳体顶部处的层的作用，因此，为此选择了高密度的材料(陶瓷、金属等)。

“包括刀形褶”是指最初呈条带形式的织物已经局部变形以产生多个刀形褶，这些刀形褶根据如何处置该织物而保持自由打开或合拢。“刀形褶”是指由两个折边形成的褶，这些褶在折叠的、即合拢位置是平放的。在本发明的上下文中，刀形褶具有以下特定特征：具有在点处会合的两个折边。

图2.a是一件织物10的简单描绘，折角11使得可以使用不同的颜色来区分顶部(浅色)和下侧(阴影)。图2.b用虚线(12、13)示出了要产生的折边的线。图2.c是织物的透视图，其中已经形成了由两个折边12和13形成的褶。因此，褶仍然部分打开。图2.d对应于在刀形褶已经被平放、即完全折叠后的同一件织物。在该位置，织物被认为处于折叠位置。具体地，在这样的设备中，织物的最大厚度约为其基础厚度的三倍，即在该示例的情况下，约为1.2mm。因此，一旦将织物打褶，则在织物上各个点之间的厚度大约会发生毫米级的变化，并且这例如相较于无论采用何种手段确保壳体的最佳填充都可能在颗粒层的自由表面处发现缺乏水平度而是忽略不计的。

图1中揭示的第一个要点是打褶不是不可逆的，并且很容易从构型1.a转到构型1.d，以及从构型1.d转到构型1.a。可以说，褶处于展开位置1.a或折叠位置1.d。稍后将回到这一点。

第二个要点是所产生的刀形褶非常明显地改变了织物的几何形状：这意味着条带的取向可以改变图1.d中标识为x的角度，并且设备的上部长度保持不变，因为尺寸14和15恰好与条带的初始长度相对应，而另一方面，下部长度由于褶而被缩短了。应了解的是，如果以更长的条带以相同的方式继续打褶(在图1.d中虚线所示的附加长度16)，条带的每个单位长度14、15、16将最终对应于大致较短的长度17。

实际上，这意味着对于给定内直径的圆柱形壳体，可以预先确定织物的尺寸、褶的数量和尺寸，以便织物环的一侧可以沿着圆柱形壳体贴附，而另一侧几乎可以以圆形并基本上水平地覆盖截面的一部分，而丝毫不需要在织物上进行任何切割，因此，丝毫没有位于下方和上方的颗粒相混合的风险。

根据本发明的设备使得既可以实现完全密封(即使在圆柱形壳体的内壁处)又可以实现经由所述设备使上颗粒层与下颗粒层之间的永久接触(即使在该下层沉降的情况下)、在流通穿过这些层的流体的整个截面上具有良好分布，同时易于且快速实施。

视情况而定，根据本发明的设备可以具有以下一个或多个特征：

-当这些刀形褶处于该折叠位置时，在该环的中心处留出的空间形成正多边形，该正多边形优选地具有8、10、12、14、16、18或20条边、且更优选地具有12或16条边；

-这些刀形褶沿着该织物环的下部部分彼此分开大致相同的距离；如上文所提及的，“大致”旨在涵盖褶的理论定义与实际实施例之间的偏差，这些偏差是由于容许的制造公差引起的，并且可能归因于由材料的柔韧性引起的变形。这些偏差代表仅几毫米或理论尺寸的仅百分之几。

-该设备包括由织物或网状物制成的密封盘，该密封盘的直径小于或大致等于该圆柱形壳体的内直径，该盘和该织物环的下部部分被叠置。

再一次，“大致”等于旨在意指，为了考虑构造公差，明智的做法可以是采用略大于壳体环直径的盘直径，例如，对于1m的壳体环直径，盘直径要大10mm。

本发明的另一个主题是一种单元，该单元包括：

-圆柱形壳体，

-下颗粒层和上颗粒层，这些层被叠置在所述壳体中，

-插入该下颗粒层与该上颗粒层之间的根据本发明的设备。

视情况而定，根据本发明的单元可以具有以下一个或多个特征：

-当这些刀形褶处于该折叠位置时，该织物环的下部部分覆盖该下层的5％与95％之间的表面；

-该单元包括插入该下颗粒层与该上颗粒层之间的根据本发明的设备，并且包括该织物盘和该织物环的下部部分的组件覆盖该圆柱形壳体的整个截面；

-该单元包括放置在根据本发明的设备上的格栅；

-这些颗粒选自充当载体、用于分配这些流体或用于填充死体积的吸附剂颗粒、催化性颗粒和惰性颗粒；

-该单元是催化反应器或吸附器。

本发明的另一个主题是一种用于制造根据本发明的设备的方法，该方法包括以下步骤：

a)制备织物条带，该织物条带的网眼的当量直径小于这些颗粒的当量直径，并且长度等于该圆柱形壳体的基部的内周长，

b)通过将该织物条带的两个宽度边连结在一起，由该织物条带形成织物环，

c)将该织物环分隔成上部部分和下部部分，

d)在该下部部分上形成至少六个相同的刀形褶，每个褶由在点处会合的两个折边形成，并且这些褶以如下方式彼此分开，即，使得当这些刀形褶处于折叠位置时，该下部部分大致垂直于该上部部分。

优选地，刀形褶的数量将通过使用软件，特别是通过输入圆柱形壳体的内直径来确定。

本发明的最后一个主题是一种用于制造根据本发明的单元的方法，该方法包括以下步骤：

a)制造根据本发明的设备，

b)将步骤a)中获得的设备的上部部分的上端沿其整个长度附接至该圆柱形壳体的内壁，

c)展开这些刀形褶，将在步骤a)中获得的设备的下部部分升高，并且将所述下部部分保持牢固地抵靠该圆柱形壳体的内壁贴附，

d)将颗粒引入该圆柱形壳体中以便形成下颗粒层，

e)释放步骤a)中获得的设备的下部部分而不再保持牢固地贴附至该圆柱形壳体的内壁，并且折叠这些刀形褶，使得该下部部分大致垂直于该上部部分，以及

f)将颗粒引入该圆柱形壳体中以便在步骤a)中获得的设备的顶部上形成上颗粒层。

视情况而定，用于制造根据本发明的单元的方法可以具有以下一个或多个特征：

-在步骤c)中，通过优选地选自磁体和粘合剂的临时固定件，将所述下部部分保持牢固地贴附至该圆柱形壳体的内壁；

-该方法在步骤e)与步骤f)之间包括将格栅定位在步骤a)中获得的设备上的步骤；

-将在步骤a)中获得的设备的上部部分的上端沿其整个长度附接至该圆柱形壳体的内壁是使用弯曲的固位杆来实现的。注意，“固位杆”也可以被称为“扁平杆”。它们优选地以扇区方式进行组织。

-这些固位杆被焊接、经由螺柱旋拧而附接至该圆柱形壳体和/或被粘结到该圆柱形壳体。

根据第二替代方案，用于制造根据本发明的单元的方法包括以下步骤：

a)制造根据本发明的设备，

b)将颗粒引入该圆柱形壳体中以便形成下颗粒层，

c)将步骤a)中获得的设备的上部部分沿其整个长度附接至该圆柱形壳体的内壁，d)折叠这些刀形褶，使得该设备的下部部分大致垂直于该设备的上部部分，以及

e)将颗粒引入该圆柱形壳体中以便形成上颗粒层。

视情况而定，根据第二替代方案的方法可以具有以下一个或多个特征：

-该方法在步骤c)与步骤d)之间包括将格栅定位在步骤a)中获得的设备上的步骤；

-将在步骤a)中获得的设备的上部部分的上端沿其整个长度附接至该圆柱形壳体的内壁是使用呈预弯曲扇区形式的固位杆(通常也称为扁平杆)来实现的；

-这些固位杆被焊接、经由螺柱旋拧而附接至该圆柱形壳体和/或被粘结到该圆柱形壳体。

-在步骤a)中获得的设备的上部部分的上端的附接是通过以下方式实现的：使该织物在被焊接至该圆柱形壳体的内壁的圆周的多个螺柱上滑动，然后使用由螺母夹持就位的固位杆将该织物牢固地贴附至所述壳体的壁。

现在将使用图2至图7更详细地描述本发明。

图2示出了根据本发明的设备，该设备处于半径为R的圆柱形壳体中。在不考虑织物的任何可能的重叠的情况下，使用长度为L＝2*Pi*R且宽度为l＝h+d的矩形织物条带，其中h对应于牢固地贴附到壳体环的织物的高度，并且d对应于密封环的厚度，即就正多边形而言，对应于外部多边形的边心距A与内部多边形的边心距a之间的差，d＝A-a，d实际上也等于R-r，R是壳体的半径，并且r是内部多边形的半径。

本文针对织物的水平部分采用的几何形状是正六边形。这样就可以使用16个扇区来非常接近一个圆，周长之间的差异约为百分之一。

在实践中，在要由织物覆盖的周缘区域(也称为壁密封区域或密封环)的尺寸固定之后，可以选择符合此标准的例如具有8、10、12、16、20条边的多边形，然后在通过简单的几何计算得知其所有的尺寸的情况下，可以确定沿织物的一侧制作褶以便获得相应的几何形状，并且选择最合适的解决方案。

图3描绘了在相同直径的壳体环(圆柱形壳体)中就位的根据本发明的两个设备的俯视图，并且采用了打褶规则来对织物条带进行打褶以达到这些构型。

在图3.a中，织物环的厚度约为壳体环半径的38％，而在图3.c中，该厚度约占该同一半径的75％。在这两种情形下，织物的其余部分被牢固地抵靠壳体环固持，因此正交于壳体环的截面。该部分由周缘处的粗线指示。

在这种情况下采用的基础多边形是正十二边形。一旦已经采用打褶方法并且知晓尺寸，就很容易得到要使用的条带的特性、以及自动地计算和设计出的褶的尺寸和位置。

将注意的是，如果仅期望该设备在周缘处形成密封，则图3.a中的密封环的厚度可以减小例如二分之一。本文所谓的“密封”是指消除颗粒在下颗粒层与上颗粒层之间的迁移。

从图3.d中可以看出，另一方面，将密封环扩大到超出所描绘的变得困难。如果要采取更进一步措施，各个褶会相互重叠，从而造成安装困难，并且由于多个厚度的织物会相互重叠，存在与流通流体均匀分布有关的风险(通道截面的局部限制变大)。

因此，在期望利用用于限制或防止颗粒迁移的装置覆盖壳体环的整个截面的情况下，不能单独使用织物环。织物环被设计为从周缘测量时仅覆盖百分之几的表面积，例如从5％到约95％。在这种情况下，由织物或网状物制成的密封盘将被叠置在织物环上。这种小直径盘将能够一体地穿过出口孔口。

然而，另一方面应注意，当仅期望在周缘处实现密封时，可以单独使用织物环。如先前所解释的，这可以是例如当相互接触的两层中的颗粒的相应大小使得背离边缘没有任何混合而壁处的空隙率的增加足以允许局部渗透的情况。振动还可以再次在壁处引起较小的运动，易于促进这种类型的渗透。

因此，在变体中，根据本发明的设备可以包括织物，该织物的网眼也小于颗粒的尺寸，该织物的形式为直径小于或基本上等于圆柱形壳体的直径的盘，该盘被定位在织物环的顶部或下方，包括盘和织物环的组件然后覆盖圆柱形壳体的整个截面。

图4描绘了这样的组件。附图标记30和31表示圆柱形壳体的截面以及织物环32的上部部分的截面，该织物环的上部部分被牢固地抵靠圆柱形壳体固持的内壁。织物盘33被放置在密封环上，使得在包括盘和织物环的组件中、在圆柱形壳体的整个截面上存在重叠。为了限制该盘的后续移动的任何可能性，确保该盘的直径大致等于圆柱形壳体的内直径可能是有利的。确定织物环与织物盘之间的重叠是非常重要的方面。该重叠的目的是防止颗粒的任何迁移。在壳体是满的时，期望防止颗粒从顶部向下迁移和/或颗粒从下部层向上层迁移，如图5的图5.a中所描绘的。织物环和织物盘以夸张的方式故意彼此间隔开，以显示要避免的颗粒路径。在实践中，由于织物环和织物盘彼此上下地搁置，因此大大降低了这种迁移的可能性，特别是因为这将在层内需要离心力或向心力，这在大多数应用中都是不太可能的，特别是在距边缘的距离增大时。

然而，还需要考虑颗粒层随时间的潜在沉降。从图5.b可以看出，下层的沉降将引起织物环的移位，其方式为使得根据本发明的设备的、被牢固地抵靠圆柱形壳体的壁固持的上部部分的高度的增加对应于沉降量。织物环的下部部分的运动将是离心型运动，在周缘处的褶打开以返回到织物的初始尺寸，即壳体环的圆周的尺寸。应当牢记的是，该分离系统所要用于的气体生产或气体分离工艺旨在需要具有最大的填充密度，以便很好地执行、并且为了使它们装满颗粒材料(催化剂、吸附剂等)而采用合适方法以使颗粒如雨点般落下并达到此致密填充效果。因此，可能发生的残余沉降是小的，例如约为0.5％至2％。因此，2m厚的层一般只沉降10mm至40mm。该长度应当被加到上面估计的最小重叠上。应当注意，如果单元已经被正确填充并根据现有技术规则操作，则密封设备的织物的运动一般将非常缓慢，否则对于织物环和织物盘的织物而言，将必须选择其表面外观允许这种滑移的材料。一般地，使用标准织物是这种情况。还应了解的是，密封织物的材料需要足够柔韧以能够折叠然后容易地展开。

注意，根据本发明的单元还可以具有直接搁置在根据本发明的设备上的格栅(或栅格)。

图6示出了安装在根据本发明的设备41上方的部分中的栅格的一部分40。该元件的目的是帮助将织物环的织物固持就位并且使褶变平。它将比织物坚硬得多，并且更重，但是优选具有宽的开口，因为该装备本身不需要对颗粒而言不可渗透。形状可以是任何提供的形状，只要它覆盖织物环的大部分表面及其所包括的褶即可。将注意的是，在此没有描述允许覆盖壳体的整个截面的织物盘。

关于用于制造根据本发明的设备的方法，制备步骤a)将优选包括切出织物条带。然而，在切出之前，优选地使用能够自动地跟踪处于扁平状态(即处于其展开构型)的(基本上矩形的)条带的线的软件，根据褶的位置，以及设备一旦被打褶的图形，建立设备的制造图纸，仅根据壳体环的内直径、对要获得的正多边形(优选地是十二边形或十六边形)的选择、以及织物环的初始尺寸进行操作即可。

基本上的意思是指织物不必在严格的几何意义上是绝对矩形的，而是无论在尺寸方面还是在角度方面都可以偏离该理想几何形状几个百分点。关于长度，取决于用于将织物附接到壳体环的方法，在末端允许几厘米的重叠可能是适当的。然后使用模板和/或合适的工具在织物上预先标记出褶。这样产生的刀形褶不能通过任何方法(粘接、焊接等)保持固定在折叠位置的平放状态，而是可以自由移动。

根据一个特定实施例，用于制造根据本发明的单元的方法还包括以下步骤，在该步骤中被预先弯曲到壳体环的尺寸的多个(N大于或等于1)固位杆被附接至织物的未打褶边缘。最常见的方法是将此边缘夹在织物的每一侧一个的两个相同的杆之间。在实践中，此步骤允许使织物更容易处置，并使其更易于安装在壳体环中，同时导致可以通过小尺寸开口(比如，流体出口喷嘴或检修孔)引入壳体中的小体积设备。一般将复制以便实现上述夹合的4至6个固位杆在处置与附接之间提供了良好的折衷。

根据另一个实施例，沿壳体环的整个圆周在要附接环的预期高度处焊接多个螺柱。螺柱的数量基本上取决于壳体的直径。这些螺柱将被均匀地间隔开例如50mm至200mm。然后，使用这些螺柱作为支撑件，装配于是包括相应孔的环。预弯曲的固位杆扇区然后以相同的方式进行装配并且均使用螺母夹持就位。密封所需的垫圈和垫片构成系统的一部分。

根据补充实施例，该方法接下来包括：

-将根据本发明的设备的上部部分的上端沿其整个长度附接至圆柱形壳体的内壁，然后

-展开这些刀形褶，将根据本发明的设备的下部部分升高，并且将所述下部部分保持牢固地抵靠该圆柱形壳体的内壁贴附。

以此方式，由于整个织物抵靠壁，因此壳体环的截面基本上是空置的，并且将允许非常有效的填充，通过使用合适的填充方法，颗粒如雨点般下落，而不会在它们下落时遇到任何障碍。

一旦圆柱形壳体已被形成下层的颗粒填充到预定水平，则根据本发明的设备的下部部分就被释放而不再牢固地抵靠圆柱形壳体的内壁固持，并且折叠刀形褶，其方式为使得下部部分大致垂直于上部部分。

然后，利用位于已经引入的层的顶部上的颗粒材料，可以继续填充壳体，该新材料直接搁置在根据本发明的设备上。

如先前根据第二替代方案所解释的，根据本发明的设备可以在将第一颗粒层引入圆柱形壳体之后被引入。

应当注意，生产方法允许不改变本发明的实际原理的变体。

因此，根据最常见的实施例，下颗粒层的上层面位于对应于环与壳体环的附接位置的下方。因此，环的上部部分从其附接点向下延伸至该层的层面。然而，有可能使颗粒层的上层面高于所述附接点。牢固地抵靠壳体环固持的环部分则位于其附接点上方。正是下层的颗粒使它保持抵靠壁按压。尽管术语“环的上部部分”不再适用于这种安装形式，但是为简单起见，保留了该术语，因为它对应于基本情形。下部部分也是如此，无论构型如何，下部部分都是指包括褶的部分。

也可以从一开始就在织物中形成褶，并且遍及整个壳体，以使环的与壳体环壁接触的部分具有一定程度的弹性。这可以使得至少部分地补偿下层的沉降而不需要织物的中央部分移动。

本发明更具体地涉及采用圆柱形壳体的气体生产或气体净化工艺，这些壳体基本上是催化反应器或吸附器。

吸附器是指实施吸附方法的设备。TSA吸附器与PSA吸附器之间具有区别。

吸附循环首先在吸附剂再生的方式上不同。如果再生基本上是通过提高温度来进行的，则该方法是变温吸附(TSA)工艺。另一方面，如果通过降低压力来执行再生，则该方法为变压吸附(PSA)工艺；总体上，术语PSA表示用于采用压力的循环变化来净化或分离气体的任何工艺，吸附剂在被称为吸附压力的高压与被称为再生压力的低压之间经历该变化。因此，这种通用名称PSA被无差别地用于指示以下循环工艺，还常见的是取决于所采用的压力水平或吸附器返回到其起始点所必要的时间(循环时间)给予其更多的特定名称：-VSA工艺，其中吸附实质上在大气压、优选地在0.95与1.25巴绝对值之间下进行，并且解吸压力低于大气压、典型地从50至400毫巴绝对值；-MPSA或VPSA工艺，其中吸附在大于大气压、典型地在1.35与6巴绝对值之间的高压下进行，并且解吸在低于大气压、总体上在200与650毫巴绝对值的低压下进行；-适当的PSA工艺，其中高压实质上大于大气压、典型地在3与50巴绝对值之间，并且低压实质上等于或大于大气压，总体上在1与9巴绝对值之间；-RPSA(快速PSA)工艺，其中压力循环的持续时间典型地小于一分钟；-URPSA(超快速PSA)工艺，其中压力循环的持续时间是最多约几秒钟。应注意，这些不同的名称不是标准化的，并且特别地根据作者，所指出的限制经受变化。绝大多数的吸附工艺采用数个颗粒床，无论这些颗粒床是惰性(载体等)颗粒还是吸附剂，并且一般存在使用合适的系统使至少两个相继层分开的情况。

更具体地，本发明将被应用于使用变压吸附从大气空气中生产氧气的工艺，包括N个(N大于或等于1)竖直轴线圆柱形吸附器，在其每个吸附器中采用至少一个根据本发明的设备，该设备位于惰性载体床与基本上旨在阻止大气中的水分的第一吸附剂层(硅胶、活性氧化铝、X型沸石等)之间、和/或位于两个连续的吸附剂层(例如，活性氧化铝和LiLSX等)之间、和/或位于上吸附剂层与用于填充上圆顶的材料之间(例如，在LiLSX与陶瓷珠粒之间)。

大气空气中所含的水分和CO2对本申请中使用的沸石是有毒害的，特别是当该沸石在分离O2/N2表现出色时。吸附剂充量需要被快速地引入，以最大程度地减少它们与大气的接触。根据本发明的设备完全满足该要求。

现在将关于所用材料的选择、它们的尺寸和它们的安装来更详细地描述这种单元的吸附器。虽然最大的氧气生产单元(例如，每天生产100公吨以上的O2的氧气生产单元)使用径向吸附器，但是中型单元(例如，每天生产20公吨与100公吨之间)代替较大的单个吸附器而使用并行操作的小数量的多组小型或中型竖直轴线圆柱形吸附器。然后将这些称为簇(或组)，基础元件则被称为模块。在本文示例的情况下，所使用的模块均与外径为2100mm且高度为1300mm的圆柱形壳体环相同。因此，通过举例的方式考虑到的单元是中等尺寸的单元，该单元的每个吸附器(在循环过程的意义上)由具有三个模块的簇组成。根据期望的纯度(从90mol％到93.5mol％)以及采用的机器，氧气的产量每天约为33吨至略超40吨。

我们将集中于在其模块中的一个模块、并且更具体地在安装在下载体层与干燥剂层之间的模块中实施的根据本发明的设备。载体层由直径相对较大(约10mm)的惰性珠粒组成，以便特别是在再生阶段期间在真空下在泵送期间产生最小的压降。相反，干燥剂颗粒的尺寸很小，使得吸附动力学足够快并且适合于大大低于一分钟的循环时间。根据现场条件(污染、温度等)选择吸附剂。在这种情况下，吸附剂是直径为2mm的活性氧化铝的珠粒。因此，在两层之间存在互渗的可能性，特别是在壁处的风险非常高。因此，使用所描述的且形成本发明的主要主题的设备实现了在壁处的密封。

给定壳体环的厚度(10mm)和测得的内周长(6535mm)，为了确保当织物条带的两个宽度边会合以形成织物环时宽度边重叠，织物条带的长度所采取的长度为6600mm。所采用的宽度为500mm，知晓的是大约100mm的宽度将对应于条带的上部部分，并且大约400mm的宽度将对应用于条带的下部部分，该上部部分将被牢固地贴附至壳体环，该下部部分将具有刀形褶。

所采用的织物是由直径为0.2mm的不锈钢丝制成的编织金属织物。所采用的开口为0.45mm乘0.45mm，其不仅比活性氧化铝的尺寸小得多，而且还避免了任何堵塞风险。在织物条带的下部部分中将形成十二个均匀间隔开的折叠部(不考虑末端处的重叠)。

可以使用三角板形状的模板来执行每个基本折叠，该模板的基部已经根据要在折叠之后获得的正多边形的尺寸计算出。如果我们对圆周进行大致估算，并且将正多边形比作圆形，其精度在百分之几以内，特别是如果选择了具有多个边的多边形，则针对每个褶需要为105mm的底边，因此，针对折叠后的每个褶减去210mm，使得这样做12次就意味着从条带的长度中减去2520mm。剩余长度为4015mm(6535-2520)的圆周对应于我们正在寻找的直径约为1280mm的圆。实际上，对于设想的精确几何形状，更精确的计算得出的底部长度为107mm。

被弯曲到壳体环的尺寸并且被切成四个相同的1634mm长的扇区的3mm厚且25mm宽的固位杆被焊接到条带的未打褶上部部分的每一侧。折叠后的环被插入壳体环中，并且经由固位杆焊接到3mm厚且50mm宽的加强条带，该加强条带本身预先以适当高度焊接到壳体环。密封焊接完成附接。在该步骤期间，褶被展开，并且织物环具有与壳体环的几何形状相符的圆柱形状。

图7的图7.a以截面描绘了处于该位置的织物环，其中50标识出壳体环，51标识出焊接到壳体环的壁的加强件，52标识出织物，53和54标识出附接至织物的杆，外杆本身被焊接到加强件51，以及55标识出圆形密封焊缝。所有这些步骤都在车间中执行。在示例的情况下，填充也可以在车间中进行，并且模块被完整运输。填充可能在现场进行，但是这不是此处采用的解决方案。

在进行填充之前，如图8.b中所描绘的，环52的下部部分抵靠壁进行折叠，并且通过磁体56固持就位，这些磁体附着到壳体环的碳钢。载体珠粒被引入达到预期高度。以卷的形式引入的直径为2000mm的盘然后通过展卷来安装。用于盘的织物与密封设备的织物相同，即由直径为0.2mm的丝制成的编织织物，其开口的尺寸为0.45mm乘0.45mm。磁体然后被移除，并且织物在刚安装好的盘上方的壳体环的周缘处展开。为了使褶保持适当地平整，已经选择在其顶部安装由直径2mm的金属丝制成的格栅，其开口的尺寸为10mm乘10mm，先前被切成可以通过上部开口配合的部分。此后，其余全部是针对用相同的程序继续用活性氧化铝填充的壳体环。

应当注意的是，本文关于各种装备所提及的特征仅作为示例给出，并且可以根据应用使用其他材料。主要思想是使用一种织物环，该织物环的一端附接至壳体环，而一部分可以按照几何上设计成最终水平的方式向内折叠，而根本无需进行任何切割，从而获得完美密封且基本上平坦的设备。如果事先没有制作适当的褶，并且如果织物以不够精确的程序折叠，那么所得到的是一些具有数个重叠的褶的任意表面，并且可能形成“隧道”，颗粒可以沿着这些隧道行进并从一层进入另一层。

如上文已经陈述的，本发明的范围限于构成特别是在化学或石油化学工艺中使用的大多数壳体的圆柱形壳体。如果需要，可以通过确定更合适的折叠方案来使本发明适合于其他几何形状。

Claims (19)

1.一种旨在插入布置在圆柱形壳体内的下颗粒层与上颗粒层之间以便限制或防止颗粒在这些层之间迁移的设备，所述设备包括织物环，该织物环具有：

-当量直径小于这些颗粒的当量直径的网眼，

-等于该圆柱形壳体的基部的内周长的长度，

-上部部分，该上部部分具有上端，该上端旨在沿其整个长度被附接到该圆柱形壳体的内壁，以及

-下部部分，该下部部分包括至少六个相同的刀形褶，每个褶由在点处会合的两个折边形成，并且这些褶以如下方式彼此分开，即，使得当这些刀形褶处于折叠位置时，该下部部分大致垂直于该上部部分。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，当这些刀形褶处于该折叠位置时，在该环的中心处留出的空间形成正多边形，该正多边形优选地具有8、10、12、14、16、18或20条边、且更优选地具有12或16条边。

3.如权利要求1和2之一所述的设备，其特征在于，这些刀形褶沿着该织物环的下部部分彼此分开大致相同的距离。

4.如权利要求1至3之一所述的设备，其特征在于，该设备包括由织物或网状物制成的密封盘，该密封盘的直径小于或大致等于该圆柱形壳体的内直径，该盘和该织物环的下部部分被叠置。

5.一种单元，包括：

-圆柱形壳体，

-下颗粒层和上颗粒层，这些层被叠置在所述壳体中，

-插入该下颗粒层与该上颗粒层之间的如权利要求1至4之一中限定的设备。

6.如权利要求5所述的单元，其特征在于，当这些刀形褶处于该折叠位置时，该织物环的下部部分覆盖该下层的5％与95％之间的表面。

7.如权利要求5和6之一所述的单元，其特征在于，该单元包括插入该下颗粒层与该上颗粒层之间的如权利要求4中限定的设备，并且包括该盘和该织物环的下部部分的组件覆盖该圆柱形壳体的整个截面。

8.如权利要求5至7之一所述的单元，其特征在于，该单元包括放置在如权利要求1至4之一中限定的设备上的格栅。

9.如权利要求5至8之一所述的单元，其特征在于，这些颗粒选自充当载体、用于分配流体或用于填充死体积的吸附剂颗粒、催化性颗粒和惰性颗粒。

10.如权利要求5至9之一所述的单元，其特征在于，该单元是催化反应器或吸附器。

11.一种用于制造如权利要求1至4之一所述的设备的方法，包括以下步骤：

a)制备织物条带，该织物条带的网眼的当量直径小于这些颗粒的当量直径，并且长度等于该圆柱形壳体的基部的内周长，

b)通过将该织物条带的两个宽度边连结在一起，由该织物条带形成织物环，

c)将该织物环分隔成上部部分和下部部分，

d)在该下部部分上形成至少六个相同的刀形褶，每个褶由在点处会合的两个折边形成，并且这些褶以如下方式彼此分开，即，使得当这些刀形褶处于折叠位置时，该下部部分大致垂直于该上部部分。

12.一种用于制造如权利要求5至10之一所述的单元的方法，包括以下步骤：

a)制造如权利要求1至4之一中限定的设备，

b)将步骤a)中获得的设备的上部部分的上端沿其整个长度附接至该圆柱形壳体的内壁，

c)展开这些刀形褶，将在步骤a)中获得的设备的下部部分升高，并且将所述下部部分保持牢固地抵靠该圆柱形壳体的内壁贴附，

d)将颗粒引入该圆柱形壳体中以便形成下颗粒层，

e)释放步骤a)中获得的设备的下部部分而不再保持牢固地贴附至该圆柱形壳体的内壁，并且折叠这些刀形褶，使得该下部部分大致垂直于该上部部分，以及

f)将颗粒引入该圆柱形壳体中以便在步骤a)中获得的设备的顶部上形成上颗粒层。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在步骤c)中，通过优选地选自磁体和粘合剂的临时固定件，将所述下部部分保持牢固地贴附至该圆柱形壳体的内壁。

14.如权利要求12和13之一所述的方法，其特征在于，该方法在步骤e)与步骤f)之间包括将格栅定位在步骤a)中获得的设备上的步骤。

15.一种用于制造如权利要求5至10之一所述的单元的方法，包括以下步骤：

a)制造如权利要求1至4之一中限定的设备，

b)将颗粒引入该圆柱形壳体中以便形成下颗粒层，

c)将步骤a)中获得的设备的上部部分的上端沿其整个长度附接至该圆柱形壳体的内壁，

d)折叠这些刀形褶，使得该设备的下部部分大致垂直于该设备的上部部分，以及

e)将颗粒引入该圆柱形壳体中以便形成上颗粒层。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，该方法在步骤c)与步骤d)之间包括将格栅定位在步骤a)中获得的设备上的步骤。

17.如权利要求12至15之一所述的方法，其特征在于，将在步骤a)中获得的设备的上部部分的上端沿其整个长度附接至该圆柱形壳体的内壁是使用弯曲的固位杆来实现的。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，这些固位杆被焊接、经由螺柱旋拧而附接至该圆柱形壳体和/或被粘结到该圆柱形壳体。

19.如权利要求17或18所述的方法，其特征在于，在步骤a)中获得的设备的上部部分的上端的附接是通过以下方式实现的：使该织物在被焊接至该圆柱形壳体的内壁的圆周的多个螺柱上滑动，然后使用由螺母夹持就位的固位杆将该织物牢固地贴附至所述壳体的壁。

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