TWI777085B - 包含柔性篩網之徑向流吸附容器及使用其之吸附程序 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種徑向流吸附容器及使用該徑向流吸附容器之吸附程序，容器包含圓柱外殼、同軸設置於殼體內之至少一圓柱多孔牆，其中，殼體內至少一流體可通透篩網藉由複數個獨立之支撐元件牢固連接於至少一圓柱多孔牆，使篩網具有與殼體同軸之圓柱外型。

Description

包含柔性篩網之徑向流吸附容器及使用其之吸附程序
本發明係關於一種徑向流吸附容器及使用該容器之吸附程序，容器包含圓柱外殼、同軸設置於殼體內之至少一圓柱多孔牆，及至少一流體可通透之篩網，該篩網牢固連接於至少一圓柱多孔牆。
以吸附程序純化氣體通常需要自氣體流中移除複數雜質。儘管吸附程序有時可使用單一吸附劑層執行，但通常較經濟之操作係為使用至少兩相異之吸附劑以最佳化吸附程序。於習用之軸向流容器中，依序填充顆粒材料建立垂直於流體流動路徑之相異層體係容易達成。然而，徑向流吸附容器需要環狀區段，才可使相異層體垂直於流體流動路徑，環狀區段通常由設置於容器內之圓柱擋件形成。
徑向流吸附容器通常包含外殼及多孔牆，如內多孔牆及外多孔牆，其通常由金屬製之穿孔板組成，為了強度與剛度，通常以金屬細絲網覆蓋 並將吸附劑粒子留存於該等多孔牆之間。該等多孔牆形成可填充粒子之環狀區段。當設計具有至少兩環狀吸附劑層之容器時，需要額外牆體使各吸附劑層可經獨立填充及留存。額外牆體通常以近似內多孔牆及外多孔牆之方式建構，其使用穿孔(金屬)板且以金屬細絲網覆蓋達成外型之穩定性，並且固定於容器之頂部及/或底部支持板。
US 6,086,659揭露一種徑向流吸附容器、容器組裝之方法及製造具有雙向柔性封閉式篩網之方法。該徑向流吸附容器包括圓柱殼體及同心設置於殼體內之複數個圓柱多孔牆。支持板之孔洞/開口經設計以提供軸向與徑向之柔性。
US 6,770,120揭露一種容器、容器內之徑向吸附床，及徑向吸附床內徑內之內吸附床或儲藏槽。該內吸附床係為軸向吸附床或內徑向吸附床。US 6,770,120以多孔牆界定該等吸附床。
US 7,829,038揭露一種徑向流反應器，其包括固定於殼體即反應器外殼之複數支持件，以及複數篩網，其中，各篩網固定於一對相鄰支持件之間。設置於反應器殼體之間之該等篩網及該等支持件之流體流動通道係沿著反應器殼層之內側圓周排列。
於徑向流吸附容器及其習用結構設置多孔牆之需求，其第一個問題係為容器總成本之增加。此外，該等牆體因為顆粒床體增加壓力降，且因為非穿孔區域之遮蔽效應減少吸附劑之利用性。更進一步，穿孔板由剛性且非柔性材料製成，如金屬，其通常經壓製且焊接平板狀之該等穿孔板而呈圓柱型態。 由於打孔設備之限制，需要許多小平板才可形成完整之圓柱體。各平板之尺寸容許偏差及製造過程之焊接形變，導致圓柱體成品之瑕疵。圓柱體於焊接處可能非圓形、非線形或突起。當具有上述瑕疵之兩圓柱體彼此嵌套時，可造成其等環狀寬度之間之巨大差異。上述瑕疵造成徑向容器內流體流動路徑中非一致之吸附層深度，其導致汙染物提早穿透，並且降低分離程序性能及效率。
最後，於具有複數多孔牆之徑向流吸附容器中，為了提供用於相異吸附劑之複數環狀區段，則形成維修問題，舉例而言，最外層之多孔牆係難以維修，因為操作上必須切離中間之牆體再重新焊接。
本發明旨在提供一種徑向流吸附容器，其可以解決或是減輕上述問題，且於其中，用於填充吸附劑粒子之環狀區段經設置以形成吸附劑層，可確實地維持吸附劑層外型，並且盡可能地使流體流動方向之深度一致。
本發明係基於下列發現，為維持徑向流吸附容器中至少一多孔牆之外型穩定性，該多孔牆通常包含穿孔牢固板材，其可提供至少一篩網之必要強度及外型穩定性，該篩網透過複數支撐元件固定於該至少一多孔牆，藉此形成環狀區段之部分邊界，可用於填充及留存吸附劑粒子。
因此，本發明提供一種徑向流吸附容器，其包含圓柱外殼及同軸設置於殼體內之至少一圓柱多孔牆，其中，殼體內至少一流體可通透之篩網透 過複數個獨立之支撐元件牢固連接於至少一圓柱多孔牆，藉此使篩網具有與殼體同軸之圓柱外型。
固接於容器之多孔牆之該等支撐元件提供篩網之必要結構支持，可在擺盪吸附程序中維持篩網之外型，使輕量之柔性材料可作為篩網使用，藉此限制環狀區段且於其中留存吸附劑粒子。支撐元件彼此獨立設置，即彼此間並無連接。該等支撐元件可透過焊接、接著劑、螺栓，或習知技藝者明顯得知及近似之其他結合方式中任一者，獨立固接篩網及多孔牆之每一端。
此外，篩網透過複數獨立之支撐元件連接於多孔牆，其可補償設置於殼體內之多孔牆與理想圓柱外型之尺寸偏差，及/或透過調整各別支撐元件之長度補償同軸設置之多孔牆的偏差，因此，可使環狀區段具有一致之寬度，即，於流體流動方向中，使顆粒吸附劑層之厚度一致。藉此，當該環狀區段填充吸附劑粒子時，可避免汙染物提早穿透層體，維持吸附程序之性能。
最後，本發明中篩網之設計與固定方式，在操作上使其便於移除或置換，因此有助於維修吸附容器，舉例而言，有助於取用容器最外層之多孔牆。
本發明之徑向流吸附容器中，篩網係為圓柱外型，即指其沿著整體圓周及軸向延伸封閉。篩網可由複數獨立部分組成，其等並未沿著整體圓周延伸。該等獨立部分經彼此連接，形成完整之圓柱篩網。舉例而言，該等獨立部分可重疊形成圓柱篩網。該等獨立部分未必彼此連接。
篩網開口之材料通常經選擇，因此填充於環狀區段之吸附劑粒子，其至少部分受篩網限制，無法穿透篩網。
較佳地，篩網包含，更佳地由金屬絲網、金屬織網或多孔金屬組成。該等材料通常用於穿孔板之覆蓋層，以形成多孔牆，其特別適用於本發明之篩網，因為其輕量且開口小到足以留存吸附劑粒子。
篩網通常包含，更佳地由開口區域達45%之材料組成。較佳實施例中，開口區域可等於或小於30%。
更佳地，篩網包含，或由開口之間細線厚度(t)小於吸附劑粒子直徑(d)之材料組成。較佳地，厚度(t)等於或小於0.9d，更佳地，t等於或小於0.75d。粒子直徑透過與粒子具有相同體積球體之等效直徑界定，其由等式
Figure 108131480-A0305-02-0007-1
界定，其中，V係為粒子體積，d係為給定粒子之等效球體直徑。
篩網通常包含，或由剛度小於35Nm，更佳地少於10Nm之材料組成。
如上所述，徑向流吸附容器包含同軸設置於殼體內之至少一圓柱多孔牆，及透過複數獨立支撐元件牢固連接於多孔牆之流體可通透篩網。
該多孔牆通常包含穿孔(金屬)板，其具有足夠之剛度，在不需其他支持下，可維持擺盪吸附程序條件下外型之穩定性。因此，此板材亦可稱為「結構」板。穿孔板通常具有500至5000Nm之剛度。舉例而言，可透過厚度6mm之穿孔鋼板取得此範圍之剛度。
穿孔板之開口通常過大以至於吸附劑粒子穿透其中。因此，除了穿孔板之外，多孔牆通常使用如本發明之篩網作為多孔板之覆蓋層。
藉此，置於本發明容器內之多孔牆較佳地包含，更佳地由穿孔板及上述任一實施例中作為篩網使用之材料之覆蓋層組成。
本發明進一步之實施例中，徑向流吸附容器包含同軸設置於殼體內之至少一內圓柱多孔牆、同軸設置於殼體內之至少一外圓柱多孔牆，及透過複數獨立支撐元件牢固連接於其中一多孔牆之流體可通透篩網。
「內」圓柱多孔牆係指相對於「外」圓柱多孔牆，具有較小之直徑。
本發明更進一步之實施例中，徑向流吸附容器中第二流體可通透篩網透過複數之第二支撐元件牢固連接於第一流體可通透篩網，且透過將各第二支撐元件之第一端固接至將第一篩網牢固連接於多孔牆之複數第一支撐元件之其中一支撐元件，使第二篩網具有與殼體同軸之圓柱外型。該等支撐元件可固接於篩網之每一端、多孔牆及/或其他支撐元件，其透過焊接、接著劑、螺栓或習知技藝者明顯得知及近似之其他結合方式中任一者獨立連接。
本發明徑向流吸附容器使用之支撐元件普遍包含第一端、第二端及連接於第一端與第二端之接腳。支撐元件之長度由第一端外表面至第二端外表面之延伸界定，其通常等於該元件設置時徑向方向之總延伸。元件之高度及寬度以垂直於長度方向延伸，且互相垂直。
徑向流吸附容器經設計之環狀區段通常藉由重力自容器頂部填充吸附劑。為了盡量降低對填充過程之損害，較佳地，支撐元件經設置使其在垂直吸附劑粒子填充方向之平面具有最小延伸(通常指稱其「寬度」)。此方向通常係為自容器之頂部至底部之方向，其平行於篩網之軸。
於垂直接腳之軸之平面中，接腳之橫截面為矩形。
支撐元件指向吸附劑粒子之填充方向之邊緣係可為漸縮狀。藉此，可避免位於支撐元件下方之吸附劑層中形成空隙。較佳地，用於漸縮之角度經水平(即與殼體軸垂直之平面)測量，其大於吸附劑材料之休止角。自水平(即與殼體軸垂直之平面)測量，該角度較佳地可大於30度，更佳地大於45度。
此外，支撐元件指向相反於吸附劑粒子之填充方向之邊緣係可為漸縮狀。
該等獨立之支撐元件較佳地設置於篩網形成之圓柱體的圓周方向及長度方向，即平行於篩網軸之方向。此指於長度方向及圓周方向皆具有該等獨立支撐元件。
該等支撐元件之長度可經選擇，使篩網與相鄰篩網或多孔牆之間具有一致之徑向距離。此案例中，該等支撐元件應具有相同長度。
在篩網與相鄰篩網或多孔牆之間具有一致之徑向距離，但第一篩網並未透過支撐元件固接於多孔牆情況下，個別支撐元件之長度可經調整以補償圓柱外型之瑕疵，或相鄰篩網或多孔牆之軸性。
較佳地，該等支撐元件沿著長度方向彼此等距設置。
於長度方向，該等支撐元件之間的距離通常係為10至150公分，較佳地，係為15至100公分，更佳地，係為20至75公分。
於長度方向上之該等支撐元件通常設置於線上，該等線平行篩網形成之圓柱體之軸。
較佳地，該等支撐元件沿著圓周方向彼此等距設置。
較佳地，於圓周方向，該等支撐元件之間的距離係為10至150公分，較佳地，係為15至100公分，更佳地，係為20至75公分。
於圓周方向，該等支撐元件通常設置於平面上，該等平面垂直於篩網形成之圓柱體之軸。
篩網之頂端可以或可不連接於容器之其他元件。然而，未必需要將篩網之頂端連接於容器之其他元件，以對篩網提供進一步之結構支持。
於本發明徑向流吸附容器之一實施例中，容器內最外層及最內層之環狀區段形成流體流動進出吸附床之通道。
於進一步之實施例中，本發明徑向流吸附容器之至少一，通常係為全體環狀區段，經設計以吸附劑填充，其中，除了最外層及最內層(中心的)之環狀區段，通常皆以吸附劑粒子填充。可使用不同種類之材料作為吸附劑，如氧化鋁、二氧化矽、沸石、活性碳、金屬氧化物類吸附劑或包含/不包含金屬之有機框架晶體，如金屬有機框架(MOFs)、沸石咪唑框架(ZIFs)及共價有 機框架(COFs)。徑向流吸附容器經環狀區段界定之吸附劑粒子層，其每一層具有，或由相異材料組成；或其每一層具有，或由相異粒子尺寸之相同材質組成。
更進一步，可於殼體底部設置支持板，其牢固連接於多孔牆之底端及篩網。置於殼體底部之支持板可在其中心具有一開口或是一通道，其與最內層之環狀區段流體連通。
殼體之頂端及底端通常以半球體狀、準球體狀、錐狀、平坦或其他幾何形狀之頭部獨立封閉。
此外，容器頂端處通常具有用於提供吸附劑粒子之入口，因此吸附劑粒子可藉由重力流填充進入經設計之環狀區段。
本發明之徑向流吸附容器可經設計用於U型流、逆向U型流或Z型幾何流。於U型幾何流，流動以相同端進出容器。於Z型幾何流，流動以相反端進出容器。於逆向U型幾何流，流動自容器之同一端進出吸附床，但於其一流動通道中逆向，形成以相反端離開容器之兩氣流。
因此，本發明提供吸附程序，其使用上述徑向流吸附容器實施例之任一者。此吸附程序係可為變壓吸附及/或真空變壓吸附程序。
本文使用之術語「長度」方向及「圓周」方向，普遍係關於由殼體、多孔牆或篩網所界定圓柱之相對方向。
本文使用之術語「剛度」係為材料單位寬度彎曲時之剛度，其算法為E*I/b，其中E係為材料之彈性模數(單位為N/m2)，b係為試樣之寬度(單位為m)，及I係為寬度b之試樣中，其截面積之轉動慣量(單位為m4)。對寬度為b、厚度為t，且截面為矩形之固體平板而言，其轉動慣量為b*t3/12，因此其剛度為E*t3/12。於複雜幾何形狀，如金屬絲網及穿孔板，剛度大多經測量取得，而非透過計算取得。將寬度為b之樣品放置於彼此相距L之兩簡易支持物(不具力矩承載力之支持)之間，並以已知力量F推動樣品中心，使樣品於中心處向下偏轉一距離y，即可測得樣品之剛度。其剛度可依據中心負載之簡支樑，其偏轉公式計算而得，等式為E*I/b=F*L3/(48*y*b)。
本發明徑向流吸附容器或其任一部分，皆可透過積層製造方法(additive manufacturing method)生產。
1:容器
3:第一端
5:第二端
7:導管
9:導管
11:導管
13:殼體
15:外環
17:中心環
19:外多孔牆
21:中間篩網
23:內多孔牆
25:環狀區段
27:環狀區段
29:支撐元件
31:對稱軸
33:支持板
35:第一端
37:第二端
39:接腳
41:頂面
43:底面
525:環狀區段
527:環狀區段
529:第一支撐元件
547:第二中間篩網
549:環狀區段
551:第二支撐元件
625:環狀區段
627:環狀區段
629:支撐元件
647:第二中間篩網
649:環狀區段
651:支撐元件
919:外多孔牆
923:篩網
925:環形區段
929:支撐元件
1019:篩網
1021:中間多孔牆
1023:篩網
1025:環狀區段
1029:第一支撐元件
1049:環狀區段
1051:第二支撐元件
下文將結合附圖說明本發明，其中，相同符號表示相同元件：圖1為本發明徑向吸附容器之第一實施例之截面圖，該截面包含圓柱殼體之軸。
圖2為本發明其一實施例中使用之支撐元件之示意圖。
圖3為圖2支撐元件其中一端之俯視圖。
圖4為多孔牆之局部截面圖，該多孔牆包含穿孔金屬板及透過複數支撐元件固接於牆體之篩網，且該截面垂直於牆體/篩網形成之圓柱之軸。
圖5為本發明徑向吸附容器之第二實施例之截面圖，該截面包含圓柱殼體之軸。
圖6為本發明徑向吸附容器之第三實施例之截面圖，該截面包含圓柱殼體之軸。
圖7為本發明徑向吸附容器之第一實施例第一變體之截面圖，該截面包含圓柱殼體之軸。
圖8為本發明徑向吸附容器之第一實施例第二變體之截面圖，該截面包含圓柱殼體之軸。
圖9為本發明徑向吸附容器之第四實施例之截面圖，該截面包含圓柱殼體之軸。
圖10為本發明徑向吸附容器之第五實施例之截面圖，該截面包含圓柱殼體之軸。
圖1至圖10描繪本發明徑向流吸附容器之實施例，及其部分元件。圖1、圖5至圖10之截面圖描繪柔性篩網整合於徑向流吸附容器中之方式，但不包括所有連接方式，如導管、配管及對該領域習知技藝者顯而易見之其他態樣。圖1、圖5至圖10描繪U型流徑向吸附容器，其流體自容器底部進入後，由 最外層往中心環狀區段徑向流動，隨後透過導管自容器底部離開中心環。本發明不限於U型流徑向容器，該領域習知技藝者可根據本發明之容器，輕易地設計出其他徑向流幾何形狀(即逆向U型流及Z型流)之容器。
於圖1及圖5至圖10描繪之所有徑向流吸附容器實施例及下文敘述中，容器1具有第一端/頂端3及第二端/底端5，兩者通常以半球體狀、準球體狀、錐狀、平坦或其他幾何形狀之頭部獨立封閉。第一端3具有至少一導管7，其作為導入或移除容器內吸附劑之端口使用。第二端5具有兩導管9、11，其作為徑向流容器之進氣口及出氣口使用。殼體13及外多孔牆19形成外環15之流動通道，其透過第二端5連通於導管11。內多孔牆23形成中心環17，其流體連通於導管9。
此外，於圖1及圖5至圖10描繪之所有徑向流吸附容器實施例及下文敘述中，普遍可使用不同種類之材料作為吸附劑，如氧化鋁、二氧化矽、沸石、活性碳、金屬氧化物類吸附劑及包含/不包含金屬之有機框架晶體，如金屬有機框架(MOFs)、沸石咪唑框架(ZIFs)及共價有機框架(COFs)，吸附劑通常以顆粒形式填充於經設計之環狀區段。若容器具有複數此等區段，則該等區段可填充相異吸附劑，或是於不同環狀區段中填充相異粒子尺寸及/或形狀之相同顆粒形式吸附劑。
於圖1及圖5至圖10描繪之所有徑向流吸附容器實施例及下文敘述中，如圖1所示之外多孔牆19及內多孔牆23，其近似於先前技術中封閉式篩網之設計。舉例而言，該等多孔牆可由穿孔板組成，該穿孔板具有可供流體流動 之較大開口，並以網篩或多孔金屬覆蓋，該等材料開口之尺寸小於環狀區段內之吸附劑粒子。
於圖1及圖5至圖10描繪之所有徑向流吸附容器實施例及下文敘述中，該(中間)篩網由柔性材料，如金屬絲網、金屬織網或多孔金屬組成。此篩網材料之柔性使中間篩網之形狀匹配多孔牆於壓製程序可能形成之不一致輪廓，因此在流體流動方向中形成具有一致深度之環狀區段。
最後，於圖1及圖5至圖10描繪之所有徑向流吸附容器實施例及下文敘述中，支撐元件可透過焊接、接著劑、螺栓或該領域習知技藝者明顯得知及近似之其他結合方式中任一者，獨立固接於篩網/牆體之每一端。
圖1描繪本發明徑向流吸附容器之第一實施例，圓柱容器1包含圓柱殼體13，殼體內具有三個流體可通透之圓柱擋件(19、21及23)，形成經設計可供填充吸附劑之環狀區段25及27。流體可通透之擋件可為外多孔牆19、內多孔牆23及中間篩網21。殼體、多孔牆及篩網以相同之對稱軸31同軸設置。
複數支撐元件29之第一端與外多孔牆19固接，及其第二端與中間篩網21固接。複數支撐元件29提供中間篩網21必要強度及剛度，藉此維持其圓柱外型且於填充吸附劑及吸附程序中將吸附劑留存於環狀區段25及/或27中。
此外，該等支撐元件當由第一端往第二端測量時皆具有相同長度，形成外多孔牆19與中間篩網21之間之一致距離。因此，環狀區段25經控制於流體流動方向上具有一致深度，當環狀區段25填充吸附劑粒子時，可避免因床體深度不一致造成之汙染物提早穿透，藉此維持吸附程序之性能。
中間篩網透過複數支撐元件固接於容器，因此無需以其上端及/或下端連接於容器。中間篩網21之上端可為自立式，如圖中所示，或可固接於容器之頂端。鄰近支持板33之中間篩網之下端，其可獨立於或藉由焊接、接著劑及其他方式固接於支持板33。
於實務上，殼體13及多孔牆例如外多孔牆19及內多孔牆23，可能具有外型瑕疵，如圓度(圓柱度)、直線性及/或與容器中其他元件之共軸性。上述瑕疵由製造殼體及/或多孔牆/穿孔板過程中產生，其包括製造多孔牆圓柱結構時，壓製及連接複數穿孔板之步驟，及組裝容器之程序。
圖1描繪上述第一實施例之容器之理想型態；圖7及8則具有上述之瑕疵。圖7所示之容器，其外多孔牆19之外型偏離理想圓柱型態，因為牆體之半徑於其整體長度延伸方向上並非固定。詳言之，該半徑由容器頂部至中部逐漸增加，並由中部至底部逐漸減少。
於容器之第一實施例之變體中，如圖7所示，支撐元件之長度可經調整，使中間篩網21與內多孔牆23之間具有一致之距離。因此，環狀區間27於流體流動方向經控制具有一致之深度。
此外，圖8所示之容器中，除了圖7描繪之由圓柱外型偏差產生之變體外，其內多孔牆19及外多孔牆23之軸，相對於殼體13之軸傾斜。於此容器第一實施例之變體中，如圖8所示，支撐元件之長度可經調整，使中間篩網21與內多孔牆23之間具有一致之距離。
對習知技藝者而言顯而易見地，上述於容器第一實施例之調整，若有需要，亦可於本發明容器之其他實施例中進行。
圖2及圖3描繪支撐元件設計之一實施例，其適用於如圖1及圖5至圖10所示之所有徑向流吸附容器實施例。支撐元件可由擠製槽鋁、壓製槽鋼、成型鋼板或其他材料製成。材料與產品形式可基於程序之冶金需求進行選擇，或是維持支撐元件第一端至第二端之間距離之嚴密誤差容許值，其中，擠製或壓製之產品，較手工成型或焊接產品精準。
參照圖2，支撐元件29包括第一端35、第二端37及接腳39。接腳39之長度可經選擇以匹配於徑向流容器中環狀區段所需之空間。接腳於垂直其長度之方向具有一厚度(寬度)，其厚度遠小於其高度。支撐元件其端部之厚度(寬度)亦(遠)小於其他維度，因此，沿著接腳及元件之端部形成具有較小寬度之頂面41及底面43(圖中銳緣)。支撐元件之頂面朝向容器之頂部，底面朝向其底部。
支撐元件以頂面41垂直於填充吸附劑粒子之方向設置，該填充方向通常與容器軸31一致，因此，可盡量避免填充吸附劑粒子過程中，吸附劑層於支撐元件下形成空隙。第一端35、第二端37及接腳39可具有一致之厚度，或可於頂面及/或底面具有漸縮邊緣43。於圖2及圖3描繪之實施例中，底面具有漸縮邊緣43，其進一步避免支撐元件下形成之空隙。
如圖3所示，該斜角自水平面測量，即垂直於殼體軸之平面。該角度大於徑向容器中填充之吸附劑材料之休止角。藉由大於其休止角，使吸附 劑緊密填充於支撐元件29，並去除支撐元件於底面43下形成之任何空隙。空隙造成流動旁道及局部流體化，其可能降解吸附劑粒子。於其他實施例中，可在支撐元件之頂面41及底面43皆具有漸縮邊緣。
不具漸縮邊緣43時，必須最小化第一端35、第二端37及接角39之寬度，以避免於支撐元件下形成空隙。於此案例，必須在支撐元件之強度與剛度，及形成空隙傾向之間做取捨。
支撐元件必須具有足夠強度及剛度支持吸附床之重量，使其於填充吸附劑材料過程不會發生破損或嚴重形變。該等端35及37之尺寸經最小化以降低遮蔽效應，流動係受該等端局部阻隔。支撐元件之外型可異於圖2及圖3描繪之範例。其關鍵特徵係於支撐元件之兩端之間具有一固定腳。於操作上，該等端及腳係可為任意幾何外型。
參照圖4，複數支撐元件29固接於多孔牆19之第一端。各支撐元件可透過焊接、接著劑、螺栓或其他結合方式，連接至多孔牆19。支撐元件經設置使其頂面41垂直於多孔牆19，及其接腳39於徑向方向平行於通過容器之流體流動。中間篩網21可透過焊接、螺栓、接著劑或其他結合方式，固接至各支撐元件之第二端。中間篩網21可為單一之柔性金屬絲網、金屬織網或多孔金屬。亦可使用上述材料任一者之複數重疊板材。使用複數金屬絲網之板材時，各別板材可沿長度、圓周或其他方向延伸，因此有助於簡化篩網之設置。透過接著劑或其他結合方式可封閉中間篩網21上金屬絲網縫隙及/或重疊板材之各板材，藉以連接各板材以形成完整之圓柱篩網。
支撐元件之數量及間隔可經選擇以提供篩網之強度及剛度。較多的柔性中間篩網需要較多的支撐元件，然而，較大且較多數量之支撐元件會增加氣體流動路徑之總遮蔽效應。
支撐元件可使用任意間距設置，如正方形或三角形。
圖5描繪本發明徑向流吸附容器之第二實施例。圓柱容器1包含圓柱殼體13，殼體內具有四個流體可通透之圓柱擋件(19、21、547及23)，形成經設計可供填充吸附劑之環狀區段525、549及527。流體可通透之擋件可為外多孔牆19、內多孔牆23及中間篩網21、547。殼體、多孔牆及篩網以相同之對稱軸31同軸設置。
複數之第一支撐元件529之第一端與外多孔牆19固接，及其第二端與第一中間篩網21連接。複數之第一支撐元件529提供第一中間篩網21必要強度及剛度。此外，該等支撐元件當由第一端往第二端測量時具有相同長度，於外多孔牆19與第一中間篩網21之間形成一致距離，因此，環狀區段525於流體流動方向上具有一致深度。
複數之第二支撐元件551之第一端與複數之第一支撐元件529固接，即各第二支撐元件於第一中間篩網置於兩者間之情況下，連接於各第一支撐元件；及其第二端與第二中間篩網547連接。複數之第二支撐元件551提供第二中間篩網547必要強度及剛度。此外，該等支撐元件第一端與第二端之間具有相同長度，形成第一中間篩網21與第二中間篩網547之間之一致距離，因此，環 狀區段549經控制具有流體流動方向之一致深度。複數第二支撐元件之尺寸、外型及數量可異於複數第一支撐元件。
中間篩網21及547形成三個環狀區段525、549及527，可用於填充吸附劑粒子。
第一中間篩網21之上端並未連接於容器。鄰近支持板33之第一中間篩網之下端可獨立於或藉由焊接、接著劑及其他方式固接於支持板33。同樣地，第二中間篩網547之上端並未連接於容器。鄰近支持板33之第二中間篩網之下端可獨立於或藉由焊接、接著劑及其他方式固接於支持板33。
圖6描繪本發明徑向流吸附容器之第三實施例。圓柱容器1包含圓柱殼體13，殼體內具有四個流體可通透之圓柱擋件(19、21、647及23)，形成可供填充吸附劑之環狀區段625、627及649。流體可通透之擋件可為外多孔牆19、內多孔牆23及中間篩網21、647。殼體、多孔牆及篩網以相同之對稱軸31同軸設置。
複數之支撐元件629之第一端與外多孔牆19固接，及其第二端與第一中間篩網21固接。複數之支撐元件629提供第一中間篩網21必要強度及剛度。此外，該等支撐元件當由第一端往第二端測量時具有相同長度，於外多孔牆19與第一中間篩網21之間形成一致距離，因此，環狀區段625經控制於流體流動方向上具有一致深度。
複數之支撐元件651之第一端與內多孔牆23固接，及其第二端與第二中間篩網647固接。複數之支撐元件651提供第二中間篩網647必要強度及剛 度。此外，該等支撐元件當由第一端往第二端測量時具有相同長度，於內多孔牆23與第二中間篩網647之間形成一致距離，因此，環狀區段649於流體流動方向上具有一致深度。中間篩網21及647形成三個環狀區段25、27及649，其等可經設計用於填充吸附劑粒子。
第一中間篩網21之上端並未連接於容器。鄰近支持板33之第一中間篩網之下端可獨立於或藉由焊接、接著劑及其他方式固接於支持板33。同樣地，第二中間篩網647之上端並未連接於容器。鄰近支持板33第二中間篩網之下端可獨立於或藉由焊接、接著劑及其他方式固接於支持板33。
圖9描繪本發明徑向流吸附容器之第四實施例。圓柱容器1包含圓柱殼體13，殼體內具有兩個流體可通透之圓柱擋件(919及923)，形成可供填充吸附劑之環狀區段925。流體可通透之擋件可為外多孔牆919及篩網923。殼體、多孔牆及篩網以相同之對稱軸31同軸設置。
複數之支撐元件929之第一端與外多孔牆919固接，及其第二端與篩網923固接。複數之支撐元件929提供篩網923維持其圓柱外型之必要強度及剛度，並可在吸附程序及填充吸附劑過程中於環狀區段925中留存吸附劑。此外，篩網923用於形成中心環17。於此實施例中，篩網923之上端經封閉，用於界定中心環17之上端。可選地，篩網923之上端可固定於容器之頂端。
此外，該等支撐元件當由第一端往第二端測量時具有相同長度，於外多孔牆919與篩網923之間形成一致距離，因此，環狀區段925經控制於流體流動方向上具有一致深度。
篩網923透過複數支撐元件固接於容器，因此不需要將其上端及/或下端連接於容器。篩網923之上端並未連接於容器。鄰近支持板33之篩網之下端可獨立於或藉由焊接、接著劑及其他方式固接於支持板33。
圖10描繪本發明徑向流吸附容器之第五實施例。圓柱容器1包含圓柱殼體13，殼體內具有三個流體可通透之圓柱擋件(1019、1021及1023)，形成可供填充吸附劑之環狀區段1029、1049。流體可通透之擋件可為中間多孔牆1021及篩網1019、1023。殼體、多孔牆及篩網以相同之對稱軸31同軸設置。
複數之第一支撐元件1029之第一端與中間多孔牆1021固接，及其第二端與篩網1019固接。複數之支撐元件1029提供篩網1019維持其圓柱外型之必要強度及剛度，並可在吸附程序及填充吸附劑過程中於環狀區段1025中留存吸附劑。此外，篩網1019用於形成外環15。
複數之第二支撐元件1051之第一端與中間多孔牆1021固接，及其第二端與篩網1023固接。複數之支撐元件1051提供篩網1023維持其圓柱外型之必要強度及剛度，並可在吸附程序及填充吸附劑過程中於環狀區段1049中留存吸附劑。此外，篩網1023用於形成中心環17。
此外，該等支撐元件當由第一端往第二端測量時具有相同長度，於中間多孔牆1021與篩網1019、1023之間形成一致距離，因此，環狀區段1029、1051經控制於流體流動方向上具有一致深度。
篩網1019以其上端連接於殼體13，及其下端連接於底部支持板33。篩網1023之上端經封閉，用於界定中心環17之上端。
本發明其他實施例包括上述實施例對習知技藝者顯而易見之變化。舉例而言，圖1描繪之第一實施例中，中間篩網21並非透過複數之支撐元件29連接至外多孔牆19，而是透過複數之支撐元件29連接至內多孔牆23。
圖5描繪之第二實施例中，中間篩網21並非透過複數之第一支撐元件29連接至外多孔牆19，而是透過複數之第一支撐元件29將中間篩網547連接至內多孔牆23。
圖9所示之實施例中，流體可通透擋件923之外多孔牆可經設計改為內多孔牆，且擋件919可經設計改為柔性篩網，其亦可界定出外環15。
於上述任一實施例中，至少二複數之支撐元件可結合於徑向容器，使篩網連接至其他篩網或多孔牆。舉例而言，支持其他篩網之其他複數支撐元件，可用於形成未填充吸附劑之環狀區段。此開放環狀區段可用於補償多孔牆之間不一致之距離。
範例
如圖1所示之徑向流吸附容器結構，包括直徑為4m之外多孔牆，其固接至支撐元件，支撐元件於0.3m x 0.3m方格之長度為0.20m，且其支持直徑為3.6m之中間篩網。容器進一步包含直徑為1m之內多孔牆，其並未連接於外多孔牆或中間篩網。該等多孔牆及篩網之總高度，即其長度延伸，係為4.5m。該等多孔牆由厚度為6mm且開口區域為45%之穿孔鋼板組成、，且以金屬絲網覆蓋。該等多孔牆具有1000Nm之剛度，且中間篩網具有1Nm之剛度。
中間篩網由金屬織網材料組成，其開口小到足以留存最小之過濾粒子。
支撐元件由槽鋼組成，其焊接於外多孔牆，且以螺絲連接於中間篩網。
於具有支撐元件之篩網建構小型刻度裝置以測試支撐概念之強度及剛度。測試裝置之長度為4英吋(10.16cm)，寬度為5英吋(12.7cm)，其篩網經壓製形成一致之半徑，如實際產品之設計。其底部及邊緣以鋁板及膠合板封閉。刻度計嵌入篩網底部之基座。於填充時，可讀取於向下壓在刻度計之壓力。於填充前後以輪廓規測量中間篩網之曲度。床體填充高度達6至12英吋(15.24cm至30.48cm)時，刻度計之負載達到定值。此為非常有利的結果，且可透過使用支撐件及金屬絲網之粗糙構造改善該結果。篩網並無可測得之形變(於輪廓規1/32〔1/12.6cm〕英吋之準確度內)。
1:容器
3:第一端
5:第二端
7:導管
9:導管
11:導管
13:殼體
15:外環
17:中心環
19:外多孔牆
21:中間篩網
23:內多孔牆
25:環狀區段
27:環狀區段
29:支撐元件
31:對稱軸
33:支持板

Claims (15)

  1. 一種徑向流吸附容器，其包含一圓柱外殼及同軸設置於該殼體內之至少一內圓柱多孔牆及至少一外圓柱多孔牆，其中，在該殼體內流體可通透之一或多個篩網透過複數個獨立之支撐元件牢固連接於該等多孔牆的至少一個，藉此使該一或多個篩網具有與該殼體同軸之圓柱外型。
  2. 如請求項1所述之徑向流吸附容器，其中，該一或多個篩網包含一金屬絲網、一金屬織網或一多孔金屬。
  3. 如請求項1或2所述之徑向流吸附容器，其中，該一或多個篩網包含剛度小於35Nm之一材料。
  4. 如請求項1或2所述之徑向流吸附容器，其中，該等支撐元件經設置使其於垂直於吸附劑粒子的一填充方向之一平面上具有最小延伸。
  5. 如請求項1或2所述之徑向流吸附容器，其中，該等支撐元件指向填充吸附劑粒子方向之邊緣係為漸縮狀。
  6. 如請求項1或2所述之徑向流吸附容器，其中，獨立之該等支撐元件係沿著由該一或多個篩網所形成之圓柱之長度與圓周方向設置於一網格中。
  7. 如請求項1或2所述之徑向流吸附容器，其中，各該支撐元件之長度可經選擇使一第一篩網與至少一相鄰之篩網或多孔牆之間具有相同徑向距離。
  8. 如請求項1或2所述之徑向流吸附容器，其中，該等支撐元件沿著長度及/或圓周方向彼此等距設置。
  9. 如請求項1或2所述之徑向流吸附容器，其中，該容器所界定之一最外層及一最內層之環狀區段形成流體流動進出該容器之通道。
  10. 如請求項1或2所述之徑向流吸附容器，其中，被界定於該容器中之至少一環狀區段係填充有吸附劑粒子。
  11. 如請求項1或2所述之徑向流吸附容器，其中，於該殼體底部提供一支持板，其牢固連接至該一或多個篩網及該多孔牆之底端。
  12. 如請求項1或2所述之徑向流吸附容器，其中，流體可通透之該一或多個篩網係自立於該容器之頂端。
  13. 如請求項1或2所述之徑向流吸附容器，其中，流體可通透之該一或多個篩網連接於該容器之頂端。
  14. 一種吸附程序，其中，該程序使用前述請求項1至13中任一項所述之徑向流吸附容器。
  15. 如請求項14所述之吸附程序，其中，該程序為一變壓吸附程序、一真空變壓吸附程序、或一變壓吸附程序及一真空變壓吸附程序。
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