CN114505014B - 一种压力容器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及工业设备技术领域，特别涉及一种压力容器。该压力容器包括：壳体，内设置有用于容纳填料的空腔；其中，填料包括催化剂或吸附剂；两个封头，分别与壳体两端的端面连接，封头与端面的连接部分的面积小于端面的面积；每个封头均设置有至少两个管口，管口与空腔连通，其中一个管口用于使填料通过，另一个管口用于使气体通过。本申请提供的压力容器，封头与壳体端面的连接部分的面积小于壳体端面的面积，而不是采用全封头形式，可以有效缩小封头的容积，减少填料的装填量，节约填料成本。

Description

一种压力容器

技术领域

本申请涉及工业设备技术领域，特别涉及一种压力容器。

背景技术

在工业生产中，尤其在气体或液体制备的过程中，需要在参与制备的压力容器内填装催化剂或吸附剂，以保证制备效率以及制备出的产品的洁净度。

一般而言，压力容器由壳体以及两个封头组成。其中，壳体为主反应段，即气体或液体在压力容器内的催化反应或者吸附反应主要发生在壳体内，而在两个封头内的反应很小甚至不反应。但是，在实际应用中，需要在壳体以及两个封头内均填满催化剂或者吸附剂。然而，现有技术中，封头均采用全封头形式，即封头开口尺寸与壳体端面的开口尺寸相等，封头体积较大，造成催化剂或者吸附剂的浪费，经济成本较高。

因此，需要设计一种具有特殊封头的压力容器，以减少催化剂或吸附剂的装填量。

发明内容

本申请提供了一种压力容器，能够减少催化剂或吸附剂的装填量。

本申请实施例提供了一种压力容器，包括：

壳体，内设置有用于容纳填料的空腔；其中，所述填料包括催化剂或吸附剂；

两个封头，分别与所述壳体两端的端面连接，所述封头与所述端面的连接部分的面积小于所述端面的面积；

每个所述封头均设置有至少两个管口，所述管口与所述空腔连通，其中一个所述管口用于使所述填料通过，另一个所述管口用于使气体通过。

在一种可能的设计中，还包括：

两个导流段，分别连接于所述壳体和所述封头之间，所述导流段内设置有导流件，所述导流件用于对经过所述导流段的气体或填料进行导流；

所述封头与所述导流段的连接部分的面积小于所述导流段远离所述壳体的一端的端面面积。

在一种可能的设计中，所述导流段内设置有用于使所述填料和所述气体通过的有效区域，所述有效区域为所述壳体的端面的边界到所述封头与所述导流段的连接部分的边界的连线所围成的区域；

所述导流段内除所述有效区域外的区域不允许所述填料和所述气体通过。

在一种可能的设计中，还包括：

过滤组件，所述过滤组件包括滤芯和滤芯安装管；

所述滤芯安装管的一端连接于所述封头上，另一端封闭；所述滤芯套设于所述滤芯安装管与所述封头连接的一端的内部，用于对通过所述封头的气体中的固体杂质进行过滤；

所述用于使气体通过的管口设置于所述滤芯安装管上。

在一种可能的设计中，所述滤芯为管状结构；

所述滤芯的侧面和所述滤芯远离所述滤芯安装管的一端的端面上设置有孔洞，所述孔洞允许气体通过，气体中粒径尺寸大于所述孔洞尺寸的固体杂质无法通过。

在一种可能的设计中，所述滤芯与所述滤芯安装管可拆卸连接。

在一种可能的设计中，在所述压力容器为换热器时，所述壳体的一端设置有用于使换热介质流入的管口，另一端设置有用于使换热介质流出的管口。

在一种可能的设计中，所述用于使换热介质流入的管口与用于使气体流入的管口设置于所述换热器的同一端，所述用于使换热介质流出的管口与用于使气体流出的管口设置于所述换热器的另一端，以使所述换热介质与所述气体顺流换热。

在一种可能的设计中，所述用于使换热介质流入的管口与用于使气体流出的管口设置于所述换热器的同一端，所述用于使换热介质流出的管口与用于使气体流入的管口设置于所述换热器的另一端，以使所述换热介质与所述气体逆流换热。

在一种可能的设计中，所述封头和所述导流段内设置有铝球或瓷球。

本申请提供了一种压力容器，包括壳体和两个封头。其中，壳体内设置有用于容纳填料的空腔；该填料包括催化剂或吸附剂，可分别用于催化反应和吸附反应；两个封头分别与该壳体两端的端面连接，每个封头与壳体端面的连接部分的面积小于该端面的面积；每个封头均设置有至少两个管口，每个管口均与壳体空腔连通，其中一个管口用于使所述填料通过，另一个管口用于使气体通过。本实施例中，封头与壳体端面的连接部分的面积小于壳体端面的面积，而不是采用全封头形式（即封头与壳体端面的连接部分的面积等于该端面的面积），如此可以有效缩小封头的容积，减少填料的装填量，节约填料成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有压力容器示意图；

图2是本发明实施例一提供的压力容器示意图；

图3是本发明实施例二提供的压力容器示意图；

图4是本发明实施例三提供的压力容器示意图；

图5是本发明实施例四提供的压力容器示意图；

图6是本发明实施例四提供的压力容器中过滤组件的P向视图；

图7是本发明实施例五提供的压力容器示意图。

附图标记：

1-壳体；

11-空腔；

12-端面；

2-封头；

3-导流段；

31-导流件；

32-有效区域；

33-无效区域；

4-过滤组件；

41-滤芯；

42-滤芯安装管。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

以下结合附图及实施例，对本申请进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

图1为现有技术中压力容器的结构示意图，从图中可以看出，压力容器为全封头形式，封头体积较大。

如前所述，气体的催化反应或吸附反应主要发生在壳体内，而在封头内的反应很小甚至不反应，因此，采用全封头形式会导致填料的浪费。尤其当壳体内有其他内件时，比如翅片式换热器，由于分隔板和翅片占用了较多的壳体内空间，导致壳体内的有效通道容积减小，甚至小于封头容积。该种情况下，较大的封头会造成更大的填料浪费。

为了解决该技术问题，发明人提出可以通过缩小两个封头体积的方法来减少填料的装填量，避免能源的浪费。

如图2所示，其为本申请实施例一提供的压力容器示意图。该压力容器包括：

壳体1，内设置有用于容纳填料的空腔11；其中，填料包括催化剂或吸附剂；

两个封头2，分别与壳体1两端的端面12连接，封头与端面12的连接部分的面积小于端面12的面积；

每个封头2均设置有至少两个管口，管口与空腔11连通，其中一个管口用于使填料通过，另一个管口用于使气体通过。

在该实施例中，封头2与壳体1端面的连接部分的面积小于壳体1端面的面积，而不是采用全封头形式，如此可以有效缩小封头2的容积，减少填料的装填量，节约填料成本。尤其在氢能源领域，由于需要使用进口催化剂，投资成本很高，有时填满一个压力容器，造价高达百万元，那么当采用本申请方案时，可以将催化剂的填装量降低至原来的二分之一，进而极大地降低催化剂的采购成本。

需要说明的是，本实施例仅给出了压力容器的主要结构，在其它可能的设计中，压力容器还可以包括用于安装的支耳或者支腿等部件，壳体内可以是光滑的空腔，也可以包括板翅或者管道等能够将壳体内的空腔进行分隔的组件，本申请不做具体限定。另外，壳体的形状可以是柱体或长方体等，本申请不做具体限定。

从图2可以看出，由于结构原因，气体在流动的过程中很难在空腔11内均匀的分布和流动，从而导致催化反应或吸附反应不均匀，影响制备出的气体的质量。因此，如图3所示，在实施例二中，该压力容器还可以包括导流段3，分别连接于壳体1和封头2之间，导流段3内设置有导流件31，导流件31用于对经过导流段3的气体或填料进行导流；

封头2与导流段3的连接部分的面积小于导流段3远离壳体1的一端的端面面积。

在该实施例中，导流段3优选为中心对称结构。从图3可以看出，导流件31将导流段3分隔成了若干个通道，当气体从封头2进入导流段时，气体在各通道导流的作用下能够更均匀地进入到空腔11内，并从空腔11均匀的进入到另一端的封头内。如此，可以保证更好的催化效果和吸附效果。

需要说明的是，图3中的导流件31只是一种示意，不能理解为对导流件31结构的限定，在其它实施方式中，只要能实现将空腔11分割为若干个互不相通的通道，能够实现气体导流功能的组件均都属于本申请的保护范围。另外，导流件31可以是导流片或者其它具有分隔功能的部件，本申请不做具体限定。

从图3中还可以看出，导流段3与封头2连接部分的直角处并不能起到导流作用，且在装填填料时，还会占用空间，增加填料的用量。

因此，如图4所示，在实施三中，可以在导流段3内设置用于使填料和气体通过的有效区域32，有效区域32为壳体1的端面的边界到封头2与导流段3的连接部分的边界的连线所围成的区域；

导流段3内除有效区域32外的区域不允许填料和气体通过。

在该实施例中，有效区域32外的区域为无效区域33，如图4中阴影部分所示，该区域可以使用封板进行封堵，使气体和填料无法通过，如此可以进一步的降低催化剂或吸附剂的装填量。同时对无效区域33进行封堵可以保证在进行催化剂或吸附剂卸料时，可以卸出所有的催化剂或吸附剂。

如前所述，氢能源作为重要的能源，已经被广泛应用于国防、航空航天、大科学工程研究、低温超导、电子芯片、能源化工、冶金及能源运输领域。氢能的利用可以解决可持续性、污染排放和能源安全问题。

然而，目前在氢能的应用中，氢能源的储存和运输使得氢能源的商业化应用成本居高不下。我们知道，液化氢（LH2）的能量密度几乎是200bar的压缩氢的4.5倍，如果将大量氢能从偏远地区运输到城市的加氢站，液态的储存和运输方式就变得特别有吸引力。

但是由于氢气的液化温度很低，因此，在氢气液化的过程中，除氦气之外，其他气体杂质均已固化，而当固体杂质超过其在液氢中的溶解度时，有可能堵塞液化系统管路，尤其当固氧阻塞在节流部位时，极易引起爆炸。根据实验数据和文献研究，在低温下采用分子筛或活性炭等吸附剂对氧、氮、氩等杂质有极好的脱附性能，因此在氢气降温、液化的过程中需要设置吸附器脱除这些杂质。但是，吸附器脱除固体杂质后气体中可能还会残留部分固体杂质，并且固体在流动过程中，不可避免的会有一部分吸附剂附着于气体分子表面，造成气体中携带少量吸附剂。

因此，为了得到更洁净的气体，装填了吸附剂或催化剂的压力容器，在其上游或下游管道上必不可少的需要设置过滤器。但增加额外的过滤器设备容易增加系统冷箱内的设备数量，导致整个液化系统需要扩大，严重增加液化系统的投资成本。

因此，如图5和图6所示，在实施四中，还包括：

过滤组件4，过滤组件4包括滤芯41和滤芯安装管42；

滤芯安装管42的一端连接于封头2上，另一端封闭；滤芯41套设于滤芯安装管42与封头2连接的一端的内部，用于对通过封头2的气体中的固体杂质进行过滤；

用于使气体通过的管口设置于滤芯安装管42上。

在该实施例中，将过滤组件4集成到压力容器的封头2上，充分利用封头2的空间，在封头2内设置内置的滤芯41，可以避免在压力容器的上、下游设置过滤器，从而减少气体制备系统的设备数量，降低装置的投资成本，并提高气体的洁净度。

在一些实施方式中，如图5所示，滤芯41为管状结构；

滤芯41的侧面和滤芯41远离滤芯安装管42的一端的端面设置有孔洞，孔洞允许气体通过，气体中粒径尺寸大于孔洞尺寸的固体杂质无法通过。

在该实施例中，滤芯41设计为管状结构有利于增加过滤面积，在该种情况下，入口的滤芯41气体流向为由内向外，即从滤芯的中心向径向流动，出口的滤芯气体流向为由外向内，即从滤芯的径向向中心流动。

需要说明的是，滤芯41上孔洞的大小本申请不做具体限定，用户可以根据自身需求确定。

在一些实施方式中，如图5和图6所示，滤芯41与滤芯安装管42可拆卸连接，通过封头2侧面的滤芯安装管42进行滤芯41的安装和拆卸，避免更换滤芯41时对压力容器整体造成破坏。

需要说明的是，滤芯安装管42封闭的一端可以使用法兰盖进行封堵，如此当需要更换滤芯时，只需要将法兰盖拆除，待滤芯更换完毕后再将法兰盖重新装紧即可。当然，当留给压力容器的空间较为小时，滤芯安装管42封闭的一端也可以直接焊死，如此当需要更换滤芯时，只需要割除部分管道，待滤芯更换完毕后再重新焊接新的管道即可，本申请不对封闭方式做具体限定。

一般而言，氢存在正氢和仲氢两种状态，正常气氢的稳定状态中含75%的正氢，但在液氢中，仲氢的浓度需要达到95%以上才能达到稳定状态。由正氢向仲氢的转化是一个放热过程，为防止在液氢中由于正氢向仲氢的自发转化放出的热量导致大量的液氢气化，在降温和液化过程中需要逐步进行正-仲氢转化。而采用催化剂将大大推进这一转化，降低能耗，提高㶲效率。

将氢气从气态变为液态这一过程需要在换热器中进行，同时在降温液化的过程中，需要增加催化剂进行正仲氢转化。如图7所述，在实施五中，压力容器为换热器，壳体1的一端设置有用于使换热介质流入的管口，另一端设置有用于使换热介质流出的管口。

需要说明的是，用于使换热介质流入或流出的管口可以设置于壳体1上，也可以设置于导流段3上，本申请不做具体限定。

此外，当原料气体和换热介质种类不同，且需要保证原料气体不被污染时，换热介质和原料气体分别在不同的通道内流通，反之，可以选择混合式换热器，本申请不做具体限定，用户可以根据实际需求确定换热器形式。

如图7所述，在一些实施方式中，用于使换热介质流入的管口与用于使气体流入的管口设置于换热器的同一端，用于使换热介质流出的管口与用于使气体流出的管口设置于换热器的另一端，以使换热介质与气体顺流换热。

在该实施例中，由于气体和换热介质顺流换热，介质间温差较大，换热效果稍差。

因此，为了减小管热介质之间的温度差，提高换热效果，在一些实施方式中，用于使换热介质流入的管口与用于使气体流出的管口设置于换热器的同一端，用于使换热介质流出的管口与用于使气体流入的管口设置于换热器的另一端，以使换热介质与气体逆流换热。

需要说明的是，本申请不对换热介质和介质温度做具体限定，只要能达到换热要求即可。

在一些实施方式中，封头2和导流段3内设置有铝球或瓷球。如此可以进一步减少催化剂或吸附剂的装填量，并降低催化剂的粉化程度，降低气体流通过程中的阻力和压降。在该实施方式中，当压力容器确定之后，可以计算出封头2和导流段3的有效容积，然后通过填料入口向封头和导流段内装填铝球或瓷球，当铝球或瓷球装填量与计算出的有效容积相同时，停止装填铝球或瓷球，改为向壳体1的空腔11内装填催化剂或吸附剂。

需要说明的是，铝球或瓷球的粒径可以略大于催化剂或吸附剂的粒径，如此在同等装填体积下，可以降低铝球或瓷球的质量并增加填装速度。当然，用户也可以根据自身需要确定铝球或瓷球的粒径，本申请不做具体限定。

还需要说明的是，用户可以根据实际需要选择在封头2和导流段3内装填铝球或瓷球，例如在一般的化工生产中，换热器的工作温度为普通温度（例如10~65℃）或者高温（例如200~300℃），则可以选择装填瓷球。而在氢液化系统中，由于换热器的工作温度较低（例如-196℃），则装填更耐低温的铝球。当然，铝球或瓷球只是一种优选方式，用户也可以根据实际需求将铝球或瓷球更换为其它质量轻且具有一定强度的材料，本申请不做具体限定。

综上分析，本发明实施例至少具有如下有益效果：

1、封头2与壳体1端面的连接部分的面积小于壳体1端面的面积，而不是采用全封头形式，可以有效缩小封头2的容积，减少填料的装填量，节约填料成本。

2、通过设置导流段3，并在导流段3内设置用于使填料和气体通过的有效区域32，导流段3内除有效区域32外的区域不允许填料和气体通过，可以进一步的降低催化剂或吸附剂的装填量；同时对无效区域33进行封堵可以保证在进行催化剂或吸附剂卸料时，可以卸出所有的催化剂或吸附剂。

3、通过在封头2上设置过滤组件4，可以避免在压力容器的上、下游设置过滤器，从而减少气体制备系统的设备数量，降低装置的投资成本，并提高气体的洁净度。

4、通过在封头2和导流段3内设置有铝球或瓷球，可以进一步减少催化剂或吸附剂的装填量，并降低催化剂的粉化程度，降低气体流通过程中的阻力和压降。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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因素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种压力容器，其特征在于，包括：

壳体（1），内设置有用于容纳填料的空腔（11）；其中，所述填料包括催化剂或吸附剂；

两个封头（2），分别与所述壳体（1）两端的端面（12）连接，所述封头与所述端面（12）的连接部分的面积小于所述端面（12）的面积；

每个所述封头（2）均设置有至少两个管口，所述管口与所述空腔（11）连通，其中一个所述管口用于使所述填料通过，另一个所述管口用于使气体通过；

还包括：

两个导流段（3），分别连接于所述壳体（1）和所述封头（2）之间，所述导流段（3）内设置有导流件（31），所述导流件（31）用于对经过所述导流段（3）的气体和填料进行导流；

所述封头（2）与所述导流段（3）的连接部分的面积小于所述导流段（3）远离所述壳体（1）的一端的端面面积；

所述导流段（3）内设置有用于使所述填料和所述气体通过的有效区域（32），所述有效区域（32）为所述壳体（1）的端面的边界到所述封头（2）与所述导流段（3）的连接部分的边界的连线所围成的区域；

所述导流段（3）内除所述有效区域（32）外的区域不允许所述填料和所述气体通过；其中，所述导流段（3）内除所述有效区域（32）外的区域为无效区域（33），所述无效区域（33）使用封板进行封堵。

2.根据权利要求1所述的压力容器，其特征在于，还包括：

过滤组件（4），所述过滤组件（4）包括滤芯（41）和滤芯安装管（42）；

所述滤芯安装管（42）的一端连接于所述封头（2）上，另一端封闭；所述滤芯（41）套设于所述滤芯安装管（42）与所述封头（2）连接的一端的内部，用于对通过所述封头（2）的气体中的固体杂质进行过滤；

所述用于使气体通过的管口设置于所述滤芯安装管（42）上。

3.根据权利要求2所述的压力容器，其特征在于，所述滤芯（41）为管状结构；

所述滤芯（41）的侧面和所述滤芯远离所述滤芯安装管（42）的一端的端面设置有孔洞，所述孔洞允许气体通过，气体中粒径尺寸大于所述孔洞尺寸的固体杂质无法通过。

4.根据权利要求3所述的压力容器，其特征在于，所述滤芯（41）与所述滤芯安装管（42）可拆卸连接。

5.根据权利要求1所述的压力容器，其特征在于，在所述压力容器为换热器时，所述壳体（1）的一端设置有用于使换热介质流入的管口，另一端设置有用于使换热介质流出的管口。

6.根据权利要求5所述的压力容器，其特征在于，所述用于使换热介质流入的管口与用于使气体流入的管口设置于所述换热器的同一端，所述用于使换热介质流出的管口与用于使气体流出的管口设置于所述换热器的另一端，以使所述换热介质与所述气体顺流换热。

7.根据权利要求6所述的压力容器，其特征在于，所述用于使换热介质流入的管口与用于使气体流出的管口设置于所述换热器的同一端，所述用于使换热介质流出的管口与用于使气体流入的管口设置于所述换热器的另一端，以使所述换热介质与所述气体逆流换热。

8.根据权利要求1所述的压力容器，其特征在于，所述封头（2）和所述导流段（3）内设置有铝球或瓷球。

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