專利名稱：自動補償與純度優(yōu)化吸附塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固定床變壓吸附(PSA)氣體分離設(shè)備的吸附塔，其具有防止吸附劑粉化和提高產(chǎn)品氣純度的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
變壓吸附氣體分離技術(shù)是一項應(yīng)用非常廣泛的綜合性技術(shù)，涉及機械、自動控制、化工工藝和材料科學(xué)，對該技術(shù)的研究也包括許多專題。本發(fā)明所要解決的是工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計中十分重要的問題，即如何有效防止吸附劑的粉化失效，以及如何提高產(chǎn)品氣的純度?，F(xiàn)在具有代表性的防粉化技術(shù)，基本上如專利CN2286427Y和CN2409197Y所提及的方法。在專利CN2286427Y提到的方法如附圖2所示，其防粉化裝置包括上封頭(22)、壓緊彈簧(23)、活動塔板及篩網(wǎng)(24)等，靠彈簧的預(yù)緊力來防止吸附劑的松動。代替壓緊彈簧，有的廠家利用絲杠或瓷球等作為壓緊機構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的缺陷在于，由于活動塔板與吸附劑接觸面積大，在設(shè)備的長期運行中，吸附劑會在氣流作用下不斷蠕動，堆體積不斷減少，活動塔板下會出現(xiàn)吸附劑的空洞。在空洞區(qū)吸附劑顆粒會在氣流作用下相互劇烈碰撞而粉化，造成吸附劑不斷消耗，產(chǎn)品氣中粉塵增加，產(chǎn)品氣質(zhì)量下降。
如何提高產(chǎn)品氣的純度和回收率，現(xiàn)有如下幾種技術(shù)方案(1)采用多塔流程，充分利用純度較高的中間氣，如US091889，JP121015/94，CN1061578A，CN2361367Y等所揭示的。這種方法的缺點在于流程復(fù)雜，成本很高；(2)設(shè)置輔助儲罐，如US4263018，但該專利所提供方法的效果不十分理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種固定床變壓吸附(PSA)氣體分離設(shè)備的吸附塔，該吸附塔具有吸附劑自動補償和產(chǎn)品氣純度優(yōu)化功能。
本發(fā)明的內(nèi)容如附

圖1所示，各部分名稱如下(1)產(chǎn)品氣出口、(2)壓緊墊、(3)補償氣囊、(4)氣體緩沖室、(5)側(cè)濾板、(6)外吸附塔、(7)內(nèi)吸附塔、(8)精吸附劑、(9)下濾板、(10)主吸附室、(11)空氣入口、(12)干燥室、(13)干燥劑入口、(14)產(chǎn)品氣輸出管、(15)上濾板、(16)粗吸附劑輸入管、(17)隔板、(18)粗吸附劑入口、(19)軟氣管、(20)快速接頭、(21)補償室。
本發(fā)明的吸附劑自動補償功能是通過下述方案實現(xiàn)的如附圖1所示，吸附塔包括外吸附塔(6)、內(nèi)吸附塔(7)、補償氣囊(3)等幾個大型部件，而外吸附塔(6)內(nèi)部從上至下又分為補償室(21)、氣體緩沖室(4)、主吸附室(10)和干燥室(12)等部分，各腔室之間由隔板隔開。需要通氣的腔室，其間的隔板上均布小孔并覆蓋有絲網(wǎng)。隔板(17)上部與外吸附塔(6)的上封頭內(nèi)部及內(nèi)吸附塔(7)上封頭外部之間形成一個補償室(21)。補償室(21)上部裝有粗吸附劑入口(18)，補償室(21)通過若干根粗吸附劑輸入管(16)與主吸附室(10)連通，粗吸附劑可從入口(18)裝入主吸附室(10)。隔板(17)與上濾板(15)以及側(cè)濾板之間的空間，形成一個氣體緩沖室(4)，用于使內(nèi)、外吸附塔之間的交換氣流保持均勻。外吸附塔(6)下部在其下封頭上面通過兩塊固定濾板分割成一個干燥室(12)，干燥劑可通過干燥劑入口(13)裝入干燥室(12)。外吸附塔(6)下封頭底部裝有原料氣入口(11)。
設(shè)備在長期運行過程中，吸附劑在氣流作用下蠕動，堆體積不斷減少。當(dāng)補償氣囊(3)中的氣體壓力大于外吸附塔(6)內(nèi)工作壓力時，補償氣囊會膨脹以補償吸附劑移出的空間，這樣就不會出現(xiàn)吸附劑的空洞，進而造成粉化現(xiàn)象。
本發(fā)明的氣體純化功能是通過下述方案實現(xiàn)的內(nèi)吸附塔(7)通過產(chǎn)品氣出口管(1)、隔板(17)、上濾板(15)與外吸附塔(6)固定連接。內(nèi)吸附塔(7)上封頭上部裝有一個產(chǎn)品氣出口(1)，與裝在內(nèi)吸附塔(7)中心的產(chǎn)品氣輸出管(14)相通。產(chǎn)品氣輸出管(14)通過下濾板(9)，與內(nèi)吸附塔(7)中的氣體相通。內(nèi)吸附塔(7)內(nèi)部裝有精吸附劑(8)，產(chǎn)品氣輸出管(14)和產(chǎn)品氣出口(1)構(gòu)成的環(huán)形空間內(nèi)，安裝有壓緊墊(2)，用于密封和壓緊精吸附劑。原料氣通過主吸附室(10)預(yù)吸附，在氣體緩沖室(4)中得到中等純度的初級產(chǎn)品氣。初級產(chǎn)品氣再通過內(nèi)吸附塔，由精吸附劑(8)進一步提高純度而形成產(chǎn)品氣。產(chǎn)品氣通過產(chǎn)品氣輸出管(14)和產(chǎn)品氣出口(1)排出吸附塔。如上所述的產(chǎn)品氣純度優(yōu)化方法，在原理上和多塔流程相似。
本發(fā)明的優(yōu)點是1、可以從根本上消除了吸附劑的粉化現(xiàn)象。2、可制取大氣量、高純度的產(chǎn)品氣。因粗吸附劑顆粒大，床層阻力小，利于原料氣通過，缺點是顆粒之間空隙率大，原料氣容易穿透床層。而精吸附劑的優(yōu)點是顆粒之間空隙率小，原料氣不會穿透床層，但缺點是床層阻力大。本發(fā)明剛好利用了粗吸附劑與精吸附劑的優(yōu)點，而避免了其缺點，因而可制取大流量高純度產(chǎn)品氣。
實施例說明如附圖1所示，按如下步驟裝配吸附塔一、清潔內(nèi)、外吸附塔，達到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
二、通過干燥劑入口(13)往干燥室(12)加入干燥劑，直至加滿并蓋好入口蓋子。
三、通過粗吸附劑入口(18)往外吸附塔(6)的主吸附室內(nèi)裝填粗吸附劑，直到補償室(21)內(nèi)也裝滿粗吸附劑為止，再蓋好蓋子。
四、用堵頭堵好產(chǎn)品氣輸出管(14)上端口，通過產(chǎn)品氣出口(1)往內(nèi)吸附塔(7)內(nèi)裝填精吸附劑，裝滿為止。
五、把吸附塔安裝在振動平臺上振動規(guī)定時間。
六、打開干燥劑入口(13)蓋子，繼續(xù)往干燥室(12)裝填干燥劑，直到加滿，再蓋好蓋子。
七、打開粗吸附劑入口(18)蓋子，往補償室(21)內(nèi)安裝補償氣囊(3)，把補償氣囊(3)的快速接頭(20)放置粗吸附劑入口(18)的外面，再往補償室內(nèi)裝填粗吸附劑，直到加滿。
八、通過快速接頭(20)，往補償氣囊(3)充氣直至規(guī)定壓力，再把軟氣管(19)密封好后置于補償室(21)內(nèi)，并蓋好入口蓋子。
九、通過產(chǎn)品氣出口(1)再往內(nèi)吸附塔(7)內(nèi)裝填精吸附劑(8)，直到規(guī)定位置。拔出堵頭，在產(chǎn)品氣輸出管(14)和產(chǎn)品氣出口(1)構(gòu)成的環(huán)形空間內(nèi)安裝用于密封和壓緊精吸附劑的壓緊墊。至此吸附塔裝配完畢。
本發(fā)明的吸附塔是這樣運行原料氣由外吸附塔(6)的下部空氣入口(11)進入外吸附塔內(nèi)，氣流方向是由下往上先經(jīng)過干燥室(12)；干燥后的原料氣進入外吸附塔(6)的吸附室而形成初級產(chǎn)品氣，通過上濾板(15)進入氣體緩沖室(4)；初級產(chǎn)品氣由側(cè)濾板(5)進入內(nèi)吸附塔(7)的吸附室，這時氣流方向改由上往下經(jīng)過內(nèi)吸附室而形成產(chǎn)品氣；產(chǎn)品氣通過下濾板(9)，由產(chǎn)品氣輸出管(14)和產(chǎn)品氣出口(1)排出吸附塔。
權(quán)利要求
1.一種用于固定床變壓吸附(PSA)氣體分離設(shè)備的吸附塔，其特征在于包含內(nèi)裝粗吸附劑的外吸附塔，內(nèi)裝精吸附劑內(nèi)吸附塔，以及裝置于外吸附塔上端內(nèi)部的補償氣囊，補償氣囊內(nèi)可充入高壓氣體，其體積變化可以壓緊吸附劑并補償其損耗，外吸附塔與內(nèi)吸附塔從氣流上看構(gòu)成串聯(lián)，外吸附塔進行預(yù)吸附，內(nèi)吸附塔提升產(chǎn)品氣的純度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述外吸附塔，其特征在于其內(nèi)有一個氣體緩沖室，通過上濾板和側(cè)濾板，連通外吸附塔和內(nèi)吸附塔中的氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述外吸附塔，其特征在于上部有一個補償室，上有粗吸附劑入口，可以填裝粗吸附劑，補償室內(nèi)儲存的粗吸附劑用于補償消耗。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述補償室，其特征在于它是通過若干根粗吸附劑輸入管與外吸附塔的吸附室相連，并通過這些粗吸附劑輸入管往塔內(nèi)填裝粗吸附劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述補償氣囊，其特征是安裝在補償室內(nèi)，其上裝有軟氣管和快速接頭，通過快速接頭可以向氣囊內(nèi)充入高壓氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述內(nèi)吸附塔，其特征在于塔內(nèi)有一根產(chǎn)品氣輸出管，產(chǎn)品氣輸出管下部通過下濾板與精吸附劑相連，上部與產(chǎn)品氣出口相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述產(chǎn)品氣輸出管和產(chǎn)品氣出口構(gòu)成的環(huán)形空間內(nèi)，安裝有用于密封和壓緊精吸附劑的壓緊墊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述外吸附塔，其特征在于下部是一裝有干燥劑的干燥室，用于預(yù)處理原料空氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述吸附塔，其特征在于外吸附塔和內(nèi)吸附塔中的氣流方向是相反的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于固定床變壓吸附(PSA)氣體分離設(shè)備的吸附塔，由外吸附塔(6)、內(nèi)吸附塔(7)、補償氣囊(3)等部分組成，外吸附塔又包括補償室(21)、氣體緩沖室(4)、主吸附室(10)和干燥室(12)等部分。該吸附塔具有吸附劑自動補償和產(chǎn)品氣純度優(yōu)化的功能，其特征在于外吸附塔(6)內(nèi)裝填粗吸附劑，進行預(yù)吸附，補償室(21)內(nèi)部安裝的補償氣囊(3)用于壓緊吸附劑和補償吸附劑損耗。內(nèi)吸附塔(7)內(nèi)裝填精吸附劑，與外吸附塔構(gòu)成串聯(lián)，用于提升產(chǎn)品氣的純度。利用這種結(jié)構(gòu)可以從根本上消除吸附劑的粉化現(xiàn)象，同時可以生產(chǎn)大流量、高純度的產(chǎn)品氣。
文檔編號B01D53/047GK1644236SQ200410015968
公開日2005年7月27日 申請日期2004年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月19日
發(fā)明者辜英求, 顏小建, 辜英會 申請人:上海綠的科技有限公司