具有水平軸向基床和填料清潔系統(tǒng)的吸附器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有水平軸向基床和填料清潔系統(tǒng)的吸附器。提供了一種用于凈化至少一種流體的裝置，該裝置在水平筒節(jié)(1)的筒節(jié)段中至少包括：-填充體積(V2)的至少一種第一顆粒材料；-至少一個(gè)導(dǎo)流板，其包括兩個(gè)體積(V3a)和(V3b)，這兩個(gè)體積由筒節(jié)內(nèi)殼且另一方面由下表面(S3a)和(S3b)限定，所述下表面與水平面之間形成大于第一顆粒材料的休止角的角度(α)；-由在筒節(jié)段的整個(gè)長(zhǎng)度上支承在導(dǎo)流板的兩個(gè)體積(V3a)和(V3b)上的膜和密度大于用以填充體積(V2)的第一顆粒材料的密度的第二顆粒材料形成的至少一個(gè)體積(V4)，第二顆粒材料容納在由膜和筒節(jié)內(nèi)殼形成的空間內(nèi)，體積(V3a)、(V3b)和(V4)位于水平筒節(jié)的橫截面的上半部中。
【專利說(shuō)明】具有水平軸向基床和填料清潔系統(tǒng)的吸附器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于處理至少一種流體的裝置，其包括至少一團(tuán)顆粒材料，流體沿水平軸線方向流經(jīng)該顆粒材料。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)要生產(chǎn)、分離或凈化氣體時(shí)，可采用吸附方法。這些方法一般采用若干填充有材料的吸附器，這些材料有選擇性地吸收原料流的組分中的至少一者。存在兩種主要的吸附器類型，即軸向基床吸附器和徑向基床吸附器。
[0003]軸向基床吸附器提供針對(duì)保持基床和死體積的問(wèn)題的經(jīng)濟(jì)的解決方案。通過(guò)對(duì)t匕，當(dāng)使用高流速時(shí)，壓降和磨損問(wèn)題變成該技術(shù)的限制性因素。這是因?yàn)?，為了降低最終導(dǎo)致吸附劑顆粒物被破壞的流化極限，主要的解決方案有:
[0004]-增大吸附器的直徑(出于運(yùn)輸考慮，必須保證最大直徑)，這需要減小基床的長(zhǎng)度，其缺點(diǎn)在于引起吸附劑上游和下游的分配問(wèn)題以及死體積增大和基床厚度減少的問(wèn)題，因而使得這些方法對(duì)吸附劑的基床表面的不均勻性更加敏感，
[0005]-增加吸附器以分離開(kāi)穿過(guò)基床的流，
[0006]-增加吸附劑球粒的大小，盡管這對(duì)吸附動(dòng)力學(xué)且因而對(duì)裝置的性能不利，以及
[0007]-增加吸附劑上部的重量，例如采用通過(guò)柔性篩從吸附劑中分離出來(lái)的金屬球粒。
[0008]最后兩種解決方案允許軸向構(gòu)型中的磨損的理論極限僅降低一點(diǎn)點(diǎn)。
[0009]應(yīng)注意的是，現(xiàn)在采用的軸向吸附器幾何結(jié)構(gòu)包括“直立瓶”和“平臥瓶”幾何結(jié)構(gòu)，兩者中氣體均垂直地流過(guò)吸附劑基床。雖然后一種幾何結(jié)構(gòu)相對(duì)于前一種提供了更大的孔截面積，但其以較差的分配一特別是在吸附器邊緣處一和更大的死體積而使性能惡化。
[0010]徑向基床吸附器允許壓力降受限制而無(wú)需增大吸附器半徑，因?yàn)槠涮峁┝藢?duì)于給定的吸附器體積而言增大的孔截面積且理論上不受磨損方面的任何極限的影響。吸附劑的基床通常懸在從頂部懸垂的豎直多孔篩之間。可通過(guò)如美國(guó)專利5，882，385中所述的粘附在堆積角上的錐系統(tǒng)(主要用于TSA)或通過(guò)其上擱有金屬或陶瓷球粒的膜(此系統(tǒng)目前用于02VSA中)來(lái)防止在吸附劑的基床頂部處出現(xiàn)排空體積。該徑向技術(shù)的主要缺點(diǎn)在于死體積的增多和高昂的制造成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是提出一種改進(jìn)的流體處理裝置，在該裝置中減少了區(qū)段或不良分配和死體積。
[0012]本發(fā)明的一個(gè)解決方案為一種用于處理至少一種流體的裝置，該裝置在水平筒節(jié)I的筒節(jié)段中至少包括:
[0013]-填充在筒節(jié)段的每側(cè)上開(kāi)口的體積V2的至少一種第一顆粒材料，流體沿水平方向流經(jīng)該體積，第一顆粒材料通過(guò)兩個(gè)布置在筒節(jié)段的兩端處的多孔篩被保持在體積V2中，
[0014]-至少一個(gè)導(dǎo)流板,所述導(dǎo)流板包括兩個(gè)體積V3a和V3b,所述體積具有支承在位于筒節(jié)段的兩端處的兩個(gè)所述多孔篩上的四個(gè)側(cè)面S3-C、S3-d、S3-e和S3_f，并且一方面由筒節(jié)內(nèi)殼且另一方面由下表面S3a和S3b限定，所述下表面與水平面之間形成大于第一顆粒材料的休止角的角度α，
[0015]-至少一個(gè)體積V4，其由
[0016].在筒節(jié)段的整個(gè)長(zhǎng)度上將導(dǎo)流板的兩個(gè)體積V3a和V3b接合到一起的膜，以及
[0017].密度大于用以填充體積V2的第一顆粒材料的密度的第二顆粒材料形成，所述第二顆粒材料容納在由膜和筒節(jié)內(nèi)殼形成的空間中，
[0018]所述體積V3a、V3b和V4處于水平筒節(jié)的橫截面的上半部中。
[0019]“顆粒材料的休止角”是指顆粒材料在重力作用下翻倒在接收支承件上的休止角度，該接收支承件的表面相對(duì)于水平線測(cè)得的角度在0°和90°之間，且對(duì)于顆粒直徑在0.5mm和5mm之間的吸附材料而言，更常規(guī)地在15°和35 °之間。
[0020]應(yīng)該注意:
[0021]-所述膜補(bǔ)償豎向壓實(shí)度；且
[0022]-如本發(fā)明的解決方案中所限定的導(dǎo)流板使得可以避免在所述表面下方的顆粒材料中形成帶有自由團(tuán)的空穴；
[0023]導(dǎo)流板優(yōu)選焊接到筒節(jié)。
[0024]依環(huán)境而定，本發(fā)明的裝置可具有以下特征中的一個(gè)或多個(gè):
[0025]-導(dǎo)流板的兩個(gè)體積V3a和V3b在其位于筒節(jié)的下游側(cè)的端部具有孔口，使得位于所述端部的表面S3-e和S3-f具有在5%到80%之間、優(yōu)選在5%到50%之間的穿孔率；所述孔口允許體積V3a和V3b處于與體積V2相同的壓力之下，使得可以避免錨固點(diǎn)處的疲勞，體積V3a和V3b在該錨固點(diǎn)處被錨固到筒節(jié)上，
[0026]-兩個(gè)體積V3a和V3b容納具有小于10%的外通孔的材料；
[0027]-容納在兩個(gè)體積V3a和V3b中的材料為能以其聚氨酯的形式膨脹的泡沫；
[0028]_筒節(jié)是圓筒形的；
[0029]-所述裝置為吸附凈化裝置。
[0030]優(yōu)選地，金屬網(wǎng)被緊緊壓靠在多孔篩上且通過(guò)適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)(樁，墊圈，螺母，夾子等)被固定在所述多孔篩上。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的在容納有吸附劑的筒節(jié)區(qū)段內(nèi)的總體裝配。
[0032]圖2示出了筒節(jié)上游側(cè)的橫截面視圖。
[0033]圖3示出了筒節(jié)下游側(cè)的橫截面視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0034]現(xiàn)將借助于圖1至3更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
[0035]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置在容納有吸附劑的筒節(jié)區(qū)段內(nèi)的總體裝配?？梢钥闯鋈菁{有用于凈化或分離氣體混合物的至少一種第一顆粒材料(體積V2)——例如吸附劑一的水平筒節(jié)I的輪廓。為了保持顆粒材料且避免磨損和壓降的問(wèn)題，位于筒節(jié)上部的導(dǎo)流板與由連接分配器的兩個(gè)體積的且容納密度大于顆粒物密度的材料的條帶V4形成的膜相結(jié)合，所述導(dǎo)流板包括在筒節(jié)每側(cè)上開(kāi)口的且一方面通過(guò)筒節(jié)內(nèi)殼另一方面通過(guò)下表面S3a和S3b限定的兩個(gè)體積V3a和V3b，所述下表面與水平面之間形成一個(gè)大于顆粒材料休止角的角度ct。
[0036]圖2示出了筒節(jié)上游側(cè)的橫截面視圖。該視圖示出:
[0037]-導(dǎo)流板的兩個(gè)側(cè)面S3-C和S3_d，這兩個(gè)側(cè)面為位于筒節(jié)上游端的表面；
[0038]-導(dǎo)流板的下表面S3_a和S3_b的橫截面，其具有基本V形的橫截面；以及
[0039]-容納在兩個(gè)體積V3a和V3b內(nèi)的用陰影區(qū)指示的材料。
[0040]應(yīng)該注意，該材料防止了體積V3a和V3b成為死體積。
[0041]圖3示出了筒節(jié)下游側(cè)的橫截面視圖。其示出了位于體積V3a和V3b的“下游”端的在表面S3-e和S3-f上的孔口。這些孔口防止了在流體流通時(shí)的任何背壓。
[0042]為使用根據(jù)本發(fā)明的裝置，第一顆粒材料將經(jīng)由位于筒節(jié)上部且提供通向體積V2的入口的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)料孔(charging orifices)引入。
[0043]體積V2被填充直至第一吸附顆粒材料占用了很大部分由體積V3a、V3b和筒節(jié)頂部限定的體積V2。占用該體積V2的第一顆粒材料的體積需使得能夠補(bǔ)償由當(dāng)在凈化或分離方法處于運(yùn)行中時(shí)發(fā)生的顆粒材料的壓實(shí)而帶走的體積V2的第一顆粒材料的體積損失。然后安裝上例如由彈性材料制成的柔性密封膜S4,該膜與體積V3-a和V3-b的垂直壁側(cè)向地結(jié)合在一起且擱靠在顆粒材料上。然后，密度大于第一顆粒材料的密度的第二顆粒材料經(jīng)由之前用以引入顆粒吸附劑的進(jìn)料孔翻倒在分隔壁上。當(dāng)?shù)谝活w粒材料壓實(shí)時(shí)，柔性密封壁將因此變形并提供在較密實(shí)材料的壓力下的密封。
[0044]本發(fā)明的另一個(gè)主題為根據(jù)本發(fā)明的裝置的用于分離氣體混合物中的至少一種組分的應(yīng)用，例如用于干燥或凈化氣體和/或用于從氣體混合物中分離至少一種組分，例如凈化將要被蒸餾的空氣流或從空氣流中產(chǎn)生氧氣和/或氮?dú)狻?br> [0045]根據(jù)本發(fā)明的裝置優(yōu)選為PSA(變壓吸附)裝置。
[0046]本發(fā)明提出的解決方案并非旨在避免壓降，而是旨在由于不再存在磨損的任何理論極限而使得能夠不使基床流化。磨損指的是顆粒通過(guò)摩擦或相互碰撞而磨耗的現(xiàn)象。在變壓吸附方法或變溫吸附方法中以傳統(tǒng)方式使用的顆?；仓?，這種磨損主要發(fā)生在當(dāng)顆粒在流體的作用下開(kāi)始移動(dòng)且其然后產(chǎn)生“粉末”時(shí)，由于顆粒在不斷變小且這可能導(dǎo)致該方法完全停用，這些“粉末”突顯了該現(xiàn)象。在本發(fā)明的背景下，如果流速被處理至超過(guò)磨損極限，則壓降將不可避免地必須大于軸向吸附器的壓降值，該軸向吸附器將已使其自身的尺寸加工到不超過(guò)該極限且將具有較大的直徑…因此對(duì)于其中壓降不是關(guān)鍵的方法來(lái)說(shuō)，所提出的解決方案提供了以下優(yōu)點(diǎn):相比于垂直軸向瓶更大的壓實(shí)率，和相比于徑向基床更低的投資。
【權(quán)利要求】
1.一種用于處理至少一種流體的裝置，該裝置在水平筒節(jié)(I)的筒節(jié)段中至少包括: -填充在所述筒節(jié)段的每側(cè)上開(kāi)口的體積(V2)的至少一種第一顆粒材料，流體沿水平方向流經(jīng)所述體積，所述第一顆粒材料通過(guò)兩個(gè)布置在所述筒節(jié)段的兩端處的多孔篩被保持在所述體積(V2)中， -至少一個(gè)導(dǎo)流板，該導(dǎo)流板包括兩個(gè)體積(V3a)和(V3b)，這兩個(gè)體積具有支承在位于所述筒節(jié)段的兩端處的兩個(gè)所述多孔篩上的四個(gè)側(cè)面(S3-C)、(S3-d)、(S3-e)和(S3-f)，并且一方面由筒節(jié)內(nèi)殼且另一方面由下表面(S3a)和(S3b)限定，所述下表面(S3a)和(S3b)與水平面之間形成大于第一顆粒材料的休止角的角度(α)， -至少一個(gè)體積(V4)，其由 ?在所述筒節(jié)段的整個(gè)長(zhǎng)度上將所述導(dǎo)流板的兩個(gè)體積(V3a)和(V3b)接合到一起的膜，以及 ?密度大于用以填充所述體積(V2)的所述第一顆粒材料的密度的第二顆粒材料形成，所述第二顆粒材料容納在由所述膜和所述筒節(jié)內(nèi)殼形成的空間中， 所述體積(V3a)、(V3b)和(V4)處于所述水平筒節(jié)的橫截面的上半部中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)流板的兩個(gè)體積(V3a)和(V3b)在其位于筒節(jié)的下游側(cè)的端部具有孔口，使得位于所述端部的表面(S3-e)和(S3-f)具有在5%到80%之間、優(yōu)選在5%到50%之間的穿孔率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述兩個(gè)體積(V3a)和(V3b)容納具有小于10%的外通孔的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，容納在所述兩個(gè)體積(V3a)和(V3b)中的材料為能以其聚氨酯形式膨脹的泡沫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述筒節(jié)為圓筒形的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述裝置為吸附凈化裝置。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置的用于分離氣體混合物的至少一種組分的應(yīng)用。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置的應(yīng)用，其中所述氣體混合物為空氣。
【文檔編號(hào)】B01J8/02GK104275067SQ201410311908
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月2日
【發(fā)明者】C·歷克斯, G·羅德里格斯 申請(qǐng)人:喬治洛德方法研究和開(kāi)發(fā)液化空氣有限公司