CN214598070U - 一种吸附塔和气体分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种吸附塔和气体分离装置，涉及气体分离技术领域，包括具有内腔的塔体，在塔体上分别设置有与内腔连通的进气口和出气口；内腔包括依次连通的多个吸附腔室，在每个吸附腔室中对应设置吸附剂；至少两个吸附腔室的内径不相等，且内径不相等的吸附腔室内设置的吸附剂不同，不同内径的吸附腔室内对应设置匹配气体流动线速度的吸附剂。通过改变对应的吸附腔室的内径来调整待处理气体流经该吸附腔室的气体流动线速度与该吸附腔室的吸附剂所对应的气体流动线速度匹配，进而可以有效的提高分离的效果、所需要回收的气体的回收率，降低装置投资及运行费用。

Description

一种吸附塔和气体分离装置

技术领域

本实用新型涉及气体分离技术领域，具体而言，涉及一种吸附塔和气体分离装置。

背景技术

随着环境污染问题的日益突出，一系列的环保净化技术得到了迅速发展，变压吸附气体分离技术就是其中的一种，其具有能耗低、投资小、流程简单、操作方便、可靠性高、自动化程度高以及环境效益好等特点，在工业上得到了广泛的应用。

现有变压吸附气体分离净化装置一般由若干台吸附塔组成，吸附塔的壳体都是采用等径形式，故对于气体流速无法进行控制，导致分离效果较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种吸附塔和气体分离装置，以通过控制流速的方式改善分离效果。

为实现上述目的，本实用新型实施例采用的技术方案如下：

本实用新型实施例的一方面，提供一种吸附塔，包括具有内腔的塔体，在塔体上分别设置有与内腔连通的进气口和出气口；内腔包括依次连通的多个吸附腔室，在每个吸附腔室中对应设置吸附剂；至少两个吸附腔室的内径不相等，且内径不相等的吸附腔室内设置的吸附剂不同，不同内径的吸附腔室内对应设置匹配气体流动线速度的吸附剂。

可选的，多个吸附腔室同轴设置。

可选的，进气口和出气口分别与多个吸附腔室同轴设置。

可选的，塔体包括两端贯通的塔身、上封头和下封头；上封头和下封头分别盖设于塔身的两端，多个吸附腔室位于塔身，进气口设置于下封头，出气口设置于上封头。

可选的，在塔体上还开设有人孔。

可选的，在内腔中还设置有气体分布器。

本实用新型实施例的另一方面，提供一种气体分离装置，包括多个分离塔，每个分离塔均采用上述任一种的吸附塔。

本实用新型的有益效果包括：

本实用新型提供了一种吸附塔，吸附塔内中空且具有内腔，同时，在塔体上设置有进气口和出气口，进气口和出气口分别与内腔连通，如此可以使得待处理气体能够顺畅的通过吸附塔。在实际净化处理过程中，待处理气体的组成成分较为复杂，通常包含有多组成分，为了能够充分净化处理掉不需要的组分，还可以将塔体内部的内腔划分为多个吸附腔室，即，内腔包括有多个吸附腔室，多个吸附腔室相互之间连通，以便于气体通过。在对待处理气体进行处理时，可以在每一个吸附腔室内都设置有吸附剂，多个吸附腔室中至少两个吸附腔室的内径不相等，即，当吸附腔室有两个或两个以上时，其中的至少两个吸附腔室的内径不相等，且内径不相等的吸附腔室内设置的吸附剂的种类也不同，在对吸附腔室的内径进行确定设置时，可以根据在该吸附腔室中所填充或设置的吸附剂的种类以及该种类的吸附剂所具有的最佳气体流动线速度确定，而吸附腔室的设置数量和在每一个吸附腔室中设置或填充的吸附剂的种类可以根据处理工艺流程决定。通过吸附剂的种类确定其所对应的气体流动线速度，进而通过改变对应的吸附腔室的内径来调整待处理气体流经该吸附腔室的气体流动线速度与该吸附腔室的吸附剂所对应的气体流动线速度匹配，进而可以有效的提高分离的效果、所需要回收的气体的回收率，降低装置投资及运行费用。

本实用新型提供了一种气体分离装置，气体分离装置可以是包括多个吸附塔组成串联的分离系统，通过多个吸附塔对待处理气体进行多阶段的处理，每个分离塔均采用上述的吸附塔，通过异径匹配不同吸附剂的气体流动线速度，便于有效提高气体分离的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种吸附塔的结构示意图之一；

图2为本实用新型实施例提供的一种吸附塔的结构示意图之二；

图3为本实用新型实施例提供的一种吸附塔的结构示意图之三。

图标：100-塔体；110-进气口；120-出气口；130-上封头；140-下封头；150-第一吸附腔室；160-第二吸附腔室；170-第三吸附腔室；180-人孔；190-气体分布器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例中的各个特征可以相互结合，结合后的实施例依然在本实用新型的保护范围内。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例的一方面，提供一种吸附塔，包括具有内腔的塔体100，在塔体100上分别设置有与内腔连通的进气口110和出气口120；内腔包括依次连通的多个吸附腔室，在每个吸附腔室中对应设置吸附剂；至少两个吸附腔室的内径不相等，且内径不相等的吸附腔室内设置的吸附剂不同，不同内径的吸附腔室内对应设置匹配气体流动线速度的吸附剂。

示例的，在对工业气体进行净化处理的过程中，不仅可以得到工业副产品，同时还可以降低环境污染。因此，可以设置有吸附塔对工业气体进行净化处理，为便于描述，以下将以待处理气体作为工业气体进行描述。

如图1所示，吸附塔可以通过固定装置设置于待设定位置，其设置位置可以根据厂区规划设计进行合理选择。吸附塔内中空且具有内腔，同时，在塔体100上设置有进气口110和出气口120，进气口110和出气口120分别与内腔连通，如此可以使得待处理气体能够顺畅的通过吸附塔。为了便于吸附塔对待处理气体进行充分处理，还可以使得进气口110位于塔体100的底端，出气口120位于塔体100的顶部，可以使得待处理气体能够充分的经过吸附塔的各阶段的处理。

在实际净化处理过程中，待处理气体的组成成分较为复杂，通常包含有多组成分，为了能够充分净化处理掉不需要的组分，还可以将塔体100内部的内腔划分为多个吸附腔室，即，内腔包括有多个吸附腔室，需要说明的是，本申请中的多个指两个以上(包含两个)。多个吸附腔室相互之间连通，以便于气体通过。

在对待处理气体进行处理时，可以在每一个吸附腔室内都设置有吸附剂，吸附剂与处理待处理气体的工艺流程相关，例如从甲醇驰放气提取氢气，综合经济效益和处理效果，可以使得甲醇驰放气依次通过氧化铝、活性炭和分子筛，最终得到较纯的氢气。

多个吸附腔室中至少两个吸附腔室的内径不相等，即，当吸附腔室有两个或两个以上时，其中的至少两个吸附腔室的内径不相等，且内径不相等的吸附腔室内设置的吸附剂的种类也不同，在对吸附腔室的内径进行确定设置时，可以根据在该吸附腔室中所填充或设置的吸附剂的种类以及该种类的吸附剂所具有的最佳气体流动线速度确定，而吸附腔室的设置数量和在每一个吸附腔室中设置或填充的吸附剂的种类可以根据处理工艺流程决定。而处理工艺流程则可以根据所处理的待处理气体的成分以及最终所要获得的成分结合实际的设置难度平衡经济效益进行合理设置。通过吸附剂的种类确定其所对应的气体流动线速度，进而通过改变对应的吸附腔室的内径来调整待处理气体流经该吸附腔室的气体流动线速度与该吸附腔室的吸附剂所对应的气体流动线速度匹配，进而可以有效的提高分离的效果、所需要回收的气体的回收率，降低装置投资及运行费用。

每种吸附剂所对应的最佳气体流动线速度可以由现有手册确定，本申请对其不做赘述。上述的工业气体还可以是水煤气、焦炉煤气、天然气重整气等等，回收的气体可以是高纯度的氢气，高纯度的氦气以及其它气体，通过吸附剂吸附不需要的气体组分，达到分离提纯的目的。

例如制取高纯氢的原料气可以是水煤气、焦炉煤气、天然气重整气或其它工业气体，上述气体一般都含有：氢气、氮气、甲烷、一氧化碳、氧气、氩气及水等杂质，各种杂质的脱除一般至少需要两种以上的吸附剂组合，各种吸附剂分层装填于吸附塔。通过本申请中的吸附塔可以分别控制各吸附腔室内的吸附剂的气体流速处于最佳范围内，进而提高吸附剂利用率，降低吸附剂装填量。

此外，还可以设置有控制器、传感器、增压装置，增压装置和进气口110连接，以便于通过传感器的气流检测，由控制器控制增压装置的功率，达到控制进入吸附塔内的气流的恒定，以便于使得待处理气体能够匹配各层吸附腔室所需要的气体流动线速度。吸附塔的塔体100可以是一体成型，也可以是分次成型，然后再进行连接固定密封处理。当采用分次成型时，相邻吸附腔室的分塔体100可以采用异径接头或者法兰进行连接组成塔体100。塔体100的外周可以是棱柱，也可以是圆柱等等，塔体100的内周，即内腔可以是圆柱形。

可选的，多个吸附腔室包括一个第一吸附腔，在第一吸附腔内设置的吸附剂为氧化铝，第一吸附腔的内径为1800毫米。

示例的，当吸附腔室中设置的吸附剂的种类为氧化铝时，对应的该吸附腔室的内径可以是1800毫米。

可选的，多个吸附腔室还包括一个第二吸附腔，第二吸附腔位于第一吸附腔和出气口120之间，在第二吸附腔内设置的吸附剂为活性炭，第二吸附腔的内径为2400毫米。

可选的，多个吸附腔室还包括一个第三吸附腔，第三吸附腔位于第二吸附腔和出气口120之间，在第三吸附腔内设置的吸附剂为分子筛，第三吸附腔的内径为1700毫米。

示例的，如图1所示，设置有三个吸附腔室，其可以用于采用变压吸附法处理甲醇驰放气以分离得到纯度较高的氢气。甲醇驰放气的成分一般包括有：6％的CO₂、82.5％的H₂、6％的N₂、1.5％的O₂和Ar、1.5％的CH₄以及2.5％的CO。

在设置时，采用8台吸附塔，2台吸附塔同时吸附的提纯工艺流程，操作压力可以为1.5MpaG，由10000Nm³/h的甲醇驰放气制取7000Nm³/h纯度为99.9％的产品氢气，单台吸附塔体100积为25m³，每台吸附塔由下至上依次装填三种吸附剂，采用三段异径吸附塔形式，即在第一吸附腔室150中填充氧化铝2m³，拟设计空塔气体流动线速度可以是0.03-0.04m/s，匹配的第一吸附腔室150的规格为内径1800mm，高度800mm；在第二吸附腔室160中填充活性炭8m³，拟设计空塔气体流动线速度可以是0.02-0.03m/s，匹配的第二吸附腔室160的规格为内径2400mm，高度1800mm；在第三吸附腔室170中填充分子筛15m³，拟设计空塔气体流动线速度可以是0.03-0.04m/s，匹配的第三吸附腔室170的规格为内径1700mm，高度6600mm。各段吸附腔室中吸附剂通过的气体流速均在适宜线速度范围内，还可以设置有气体分布器190使得气体流场分布均匀，吸附剂的利用率提高，采用相同的吸附塔数，异径吸附塔比常规吸附塔的氢气回收提高5-8％，吸附剂装填量降低10-15％。

可选的，多个吸附腔室同轴设置。

示例的，如图1所示，多个吸附腔室还可以采用同轴的方式设置，如此，可以进一步的提高气体流动的顺畅性，提高分离效果。当相邻段之间的吸附腔室的内径不同时，可以采用弧形过渡的形式进行设置，以便于进一步的降低气体流动至不同吸附腔室的连接处的阻力，提高吸附塔的使用寿命。

可选的，进气口110和出气口120分别与多个吸附腔室同轴设置。

示例的，如图1所示，进气口110和出气口120也分别处于吸附塔的中心轴上，即保持和各吸附腔室同轴线的设置方式，以便于提高进气后气体的均匀分布以及出气时的顺畅性。

可选的，塔体100包括两端贯通的塔身、上封头130和下封头140；上封头130和下封头140分别盖设于塔身的两端，多个吸附腔室位于塔身，进气口110设置于下封头140，出气口120设置于上封头130。

示例的，如图1所示，塔体100可以包括上下两端贯通的塔身，分别在塔身的上端开口固定设置有上封头130，在塔身的下端开口固定设置有下封头140，同时，进气口110设置于下封头140上，出气口120设置于上封头130上，以此组成一个完整的塔体100。为了降低气流阻力，还可以使得上封头130和下封头140分别采用圆锥形式的结构。

可选的，如图2所示，在塔体100上还可以开设有人孔180，通过设置人孔180，可以便于在设备处于检修时，方便检修人员的出入，提高检修的效率。

可选的，在内腔中还设置有气体分布器190。

示例的，如图3所示，可以是仅在最靠近进气口110的位置设置有气体分布器190，也可以是在每一层都设置有气体分布器190，如此，可以进一步的提高气体分布的均匀度，提高分离的效果。气体分布器190可以是通过特殊织物纤维织成的气体分布系统，通过纤维渗透和喷孔射流的独特出风模式，达到均匀送风的送出风末端系统。

本实用新型实施例的另一方面，提供一种气体分离装置，包括多个分离塔，每个分离塔均采用上述任一种的吸附塔。

示例的，气体分离装置可以是包括多个吸附塔组成串联的分离系统，通过多个吸附塔对待处理气体进行多阶段的处理，每个分离塔均采用上述的吸附塔，通过异径匹配不同吸附剂的气体流动线速度，便于有效提高气体分离的效果。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种吸附塔，其特征在于，包括具有内腔的塔体，在所述塔体上分别设置有与所述内腔连通的进气口和出气口；所述内腔包括依次连通的多个吸附腔室，在每个所述吸附腔室中对应设置吸附剂；至少两个所述吸附腔室的内径不相等，且内径不相等的所述吸附腔室内设置的吸附剂不同，不同内径的吸附腔室内对应设置匹配气体流动线速度的吸附剂。

2.如权利要求1所述的吸附塔，其特征在于，所述多个吸附腔室同轴设置。

3.如权利要求2所述的吸附塔，其特征在于，所述进气口和出气口分别与所述多个吸附腔室同轴设置。

4.如权利要求1所述的吸附塔，其特征在于，所述塔体包括两端贯通的塔身、上封头和下封头；所述上封头和所述下封头分别盖设于所述塔身的两端，所述多个吸附腔室位于所述塔身，所述进气口设置于所述下封头，所述出气口设置于所述上封头。

5.如权利要求1所述的吸附塔，其特征在于，在所述塔体上还开设有人孔。

6.如权利要求1所述的吸附塔，其特征在于，在所述内腔中还设置有气体分布器。

7.一种气体分离装置，其特征在于，包括多个分离塔，每个所述分离塔均采用如权利要求1至6任一项所述的吸附塔。

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