徑向型吸附容器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種徑向型吸附容器，該徑向型吸附容器以簡單的結(jié)構(gòu)抑制氣體的偏流并減少壓力損失，從而能夠?qū)崿F(xiàn)分離性能的提高、消耗動力的減少，且該徑向型吸附容器的制作、維護容易。所述徑向型吸附容器包括：原料氣體流路(2)，其以環(huán)狀配置在圓筒狀容器(1)的內(nèi)周部；產(chǎn)品氣體流路(3)，其配置在圓筒狀容器(1)的中心部；以及吸附劑層(4)，其形成在原料氣體流路(2)與產(chǎn)品氣體流路(3)之間，將原料氣體導入圓筒狀容器(1)中的導入口(5)在圓筒狀容器(1)的軸向上的一端側(cè)與所述原料氣體流路(2)連通，將產(chǎn)品氣體從圓筒狀容器(1)排出的排出口(6)在圓筒狀容器(1)的所述一端側(cè)與所述產(chǎn)品氣體流路(3)連通，原料氣體流路(2)的流路截面積與產(chǎn)品氣體流路(3)的流路截面積之比設(shè)定為1.2～3.3。由此，無需使用錐形狀、圓錐狀結(jié)構(gòu)體等復雜的結(jié)構(gòu)就能夠有效地抑制偏流，提高氣體的流動的均勻性。
【專利說明】徑向型吸附容器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及為了從空氣等混合氣體中將氧氣等作為產(chǎn)品氣體分離出而使用的徑向型吸附容器。

【背景技術(shù)】
[0002]作為從空氣等混合氣體中將氧氣等作為產(chǎn)品氣體分離出的有用的方法，存在使用吸附劑的壓力擺動吸附法。在壓力擺動吸附法中，存在加壓吸附-大氣壓再生方式的PSA(Pressure Swing Adsorpt1n)式、常壓吸附-真空再生方式的 VSA(Vacuum SwingAdsorpt1n)、以及加壓吸附-真空再生方式的PVSA (Pressure vacuum Swing Adsorpt1n)式，一般將它們通稱為PSA方式。
[0003]在為了獲得高純度氧的PSA方式中，向填充有選擇性地吸附氮的吸附劑的吸附容器中導入原料空氣，在加壓下吸附氮氣氣體并使氧濃縮。另一方面，被吸附劑吸附的氮氣在減壓下從吸附劑脫附并進行再生。通過反復進行該吸附/脫附操作，從而高效地分離并生產(chǎn)高純度的氧氣。
[0004]圖6示出現(xiàn)有的吸附容器。(A)是立式吸附容器。這樣的吸附容器例如被專利文獻I (日本特開平8-99012號公報)公開。(B)是枕型吸附容器。
[0005]若因吸附容器內(nèi)的壓力損失而在吸附劑中產(chǎn)生流動，則吸附劑彼此相互摩擦而發(fā)生粉化。為了防止該情況，在這些吸附容器中，對氣體的流速以及吸附劑的填充高度設(shè)置限制。
[0006]所述立式吸附容器是最通用的吸附容器。在日本國內(nèi)進行陸運的情況下，由于存在道路交通法規(guī)方面的尺寸限制，因此吸附容器的最大直徑大約被限制在3.6m以內(nèi)。對于吸附容器，由于因上述理由而在氣體的流速以及吸附劑的填充高度方面存在限制，因此產(chǎn)品氣體的生產(chǎn)能力產(chǎn)生極限。若想要使裝置大型化，則必須進一步增大吸附容器的直徑，無法保持原樣地進行陸運。因此，在這樣的大型裝置中，需要在裝置的設(shè)置現(xiàn)場進行組裝，導致大幅度的成本增加。
[0007]對于上述枕型吸附容器，通過將上述立式吸附容器平放而沿水平方向伸長，由此將最大直徑與吸附劑的填充高度抑制在限制內(nèi)的高度，同時能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品氣體產(chǎn)生量的增量。然而，在該類型中，需要設(shè)法在沿水平方向延伸的容器內(nèi)使原料氣體均勻地擴散。另外，裝置的設(shè)置面積也增大。
[0008]通常，在PSA方式中，在吸附容器中產(chǎn)生的壓力損失會導致系統(tǒng)的低效，成為消耗動力增加的因素之一。為了減少壓力損失，需要增加吸附容器的截面積并降低氣體的流速，或者降低吸附劑的填充高度。然而，若這樣做，則會引起設(shè)置面積的增加、設(shè)備成本的增加。
[0009]為此，PSA方式的吸附容器要求進一步的改進，作為其解決對策，提出了被稱作徑向型(徑向落地型、徑向流型)的吸附容器。
[0010]面向這樣的PSA裝置的徑向型吸附容器例如被專利文獻2(日本特開平
10-66820)、專利文獻3 (日本特開平5-237327)以及專利文獻4(日本特開平11-128646)公開。
[0011]對于徑向型吸附容器，向吸附容器內(nèi)以形成環(huán)狀的方式填充吸附劑，從外側(cè)朝向內(nèi)側(cè)使氣體沿徑向通過并進行吸附。在該類型中，使氣體相對于填充為環(huán)狀的吸附劑沿徑向通過，因此原料氣體入口的截面積增大，能夠降低氣體的流速。因此，若與立式吸附容器、枕型吸附容器吸附劑的填充量相同，則能夠通過氣體的流速降低來減少壓力損失。其結(jié)果，能夠提高分離性能或減少消耗動力。另外，在使容器大型化的情況下，能夠通過使吸附容器沿縱向伸長來增加產(chǎn)品產(chǎn)生量，還能夠縮小設(shè)置面積。
[0012]在先技術(shù)文獻
[0013]專利文獻
[0014]專利文獻1:日本特開平8-99012號公報
[0015]專利文獻2:日本特開平10-66820號公報
[0016]專利文獻3:日本特開平5-237327號公報
[0017]專利文獻4:日本特開平11-128646號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]發(fā)明要解決的課題
[0019]然而，對于徑向型吸附容器，在結(jié)構(gòu)方面，在吸附容器的上下方向上容易產(chǎn)生流量偏差，存在氣體的流動變得不均勻的問題。當存在該偏流時，產(chǎn)生氣體偏向地流動的部位。因此，在與氣體不易流動的部位相比而言氣體容易流動的部位，吸附性能提前達到極限，吸附容器整體的氣體的分離性能降低。因此，在前述的各在先技術(shù)文獻中，為了抑制偏流而對吸附容器的結(jié)構(gòu)實施了各種設(shè)計。
[0020]在專利文獻2(日本特開平10-66820號公報)中，為了抑制吸附容器的上下方向上的流量偏差，將供原料氣體流動的吸附容器的外側(cè)部分的流路空間設(shè)為錐狀。進而，采用如下復雜的配管形狀:通過吸附容器后的產(chǎn)品氣體在吸附容器中心部暫時流下并堆積在吸附容器下部，之后向上方流動并向吸附容器外送出。
[0021]在專利文獻3(日本特開平5-237327號公報)以及專利文獻4(日本特開平
11-128646號公報)中，在吸附容器的供產(chǎn)品氣體流動的配管內(nèi)配置圓錐狀的結(jié)構(gòu)體，將流路空間形成為錐狀。這樣，為了抑制吸附容器的上下方向上的流量偏差而采用復雜的結(jié)構(gòu)。
[0022]在任一在先技術(shù)中，氣體的偏流均被某種程度地抑制，但存在結(jié)構(gòu)復雜，吸附容器的制作極其困難，設(shè)備成本增加的問題。另外，受這樣的復雜形狀的影響，吸附劑的填充作業(yè)、維護等作業(yè)極其煩瑣，工作人員的負擔增大。
[0023]因此，在面向PSA方式的徑向型的吸附容器中，無需錐形狀、圓錐狀結(jié)構(gòu)體等復雜結(jié)構(gòu)就能夠抑制氣體的偏流，要求結(jié)構(gòu)簡單且制作、維護容易的吸附容器。
[0024]本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于提供一種徑向型吸附容器，該徑向型吸附容器的結(jié)構(gòu)簡單，能抑制氣體的偏流并減少壓力損失，能夠?qū)崿F(xiàn)分離性能的提高、消耗動力的減少，制作、維護變?nèi)菀住?br> [0025]用于解決課題的手段
[0026]為了實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明的徑向型吸附容器的主旨在于，包括:原料氣體流路，其以環(huán)狀配置在圓筒狀容器的內(nèi)周部；產(chǎn)品氣體流路，其配置在圓筒狀容器的中心部；以及吸附劑層，其形成在原料氣體流路與產(chǎn)品氣體流路之間，
[0027]將原料氣體導入圓筒狀容器中的導入口在圓筒狀容器的軸向上的一端側(cè)與所述原料氣體流路連通，
[0028]將產(chǎn)品氣體從圓筒狀容器排出的排出口在圓筒狀容器的所述一端側(cè)與所述產(chǎn)品氣體流路連通，
[0029]原料氣體流路的流路截面積與產(chǎn)品氣體流路的流路截面積之比設(shè)定為1.2?
3.3。
[0030]發(fā)明效果
[0031]對于本發(fā)明的徑向型吸附容器，原料氣體從圓筒狀容器的軸向上的一端側(cè)的導入口被導入，從內(nèi)周部的原料氣體流路朝向中心部的產(chǎn)品氣體流路在吸附劑層內(nèi)通過，從所述一端側(cè)的排出口排出產(chǎn)品氣體。通過氣體以此方式流動，從而使圓筒狀容器的軸向上的原料氣體流路與產(chǎn)品氣體流路的靜壓梯度的傾斜方向為相同的傾向，偏流受到抑制。
[0032]此外，通過將原料氣體流路的流路截面積與產(chǎn)品氣體流路的流路截面積之比設(shè)定為1.2?3.3，由此，圓筒狀容器的軸向上的原料氣體流路與產(chǎn)品氣體流路的靜壓差的變動幅度處于規(guī)定的范圍內(nèi)，有效地抑制了偏流。這樣，無需使用錐形狀、圓錐狀結(jié)構(gòu)體等復雜的結(jié)構(gòu)就能夠有效地抑制偏流，提高氣體的流動的均勻性。
[0033]因此，根據(jù)本發(fā)明的徑向型吸附容器，不需要錐形狀、圓錐狀結(jié)構(gòu)體等復雜的結(jié)構(gòu)，因此吸附容器的制作變?nèi)菀?，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備成本的降低。另外，維護等也變?nèi)菀住Ａ硗?，吸附劑層中的壓力損失降低，消耗動力大幅減少。能夠?qū)毫p失抑制在規(guī)定范圍內(nèi)，并且能夠使吸附容器沿縱向伸長并大型化，能夠預料到單系列的產(chǎn)品產(chǎn)生量的增加。并且，與偏流的減少相應地，吸附劑的利用效率增高，分離效率提高。
[0034]在本發(fā)明中，在吸附劑層的徑向上的壓差是產(chǎn)品氣體流路的軸向上的壓差的50倍以上的情況下，能夠更有效地抑制偏流。
[0035]在本發(fā)明中，在產(chǎn)品氣體流路的流路截面直徑設(shè)定為吸附劑層的軸向長度的6%以上且22%以下的情況下，能夠更有效地抑制偏流。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1是表示本發(fā)明的一實施方式的徑向型吸附容器的圖。
[0037]圖2是表示實施例與比較例的氣體的流動以及靜壓差的圖。
[0038]圖3是表示比較例的偏流率的變化的圖。
[0039]圖4是表示實施例的偏流率的變化的圖。
[0040]圖5是表示實施例的偏流率的變化的圖。
[0041 ]圖6是表示現(xiàn)有例的圖。

【具體實施方式】
[0042]接下來，對用于實施本發(fā)明的方式進行說明。
[0043]圖1表示本發(fā)明的第一實施方式的徑向型吸附容器。
[0044]該徑向型吸附容器構(gòu)成為包括:原料氣體流路2，其呈環(huán)狀配置在圓筒狀容器I的內(nèi)周部；產(chǎn)品氣體流路3，其配置在圓筒狀容器I的中心部；以及吸附劑層4，其形成在原料氣體流路2與產(chǎn)品氣體流路3之間。
[0045]若詳細說明，上述圓筒狀容器I以圓筒狀的軸朝向上下方向的方式豎立地配置，上側(cè)的開放部被蓋部件11蓋住。在圓筒狀容器I的底部設(shè)置有雙層管結(jié)構(gòu)的配管。雙層管的外側(cè)管13的端部形成為導入原料氣體的導入口 5。雙層管的內(nèi)側(cè)管14在外側(cè)管13的中途彎曲并貫穿外側(cè)管13的管壁。貫穿外側(cè)管13的管壁并向外部暴露的端部形成為排出產(chǎn)品氣體的排出口 6。
[0046]在上述內(nèi)側(cè)管14的容器內(nèi)側(cè)的端部安裝有內(nèi)底部件12。在上述內(nèi)底部件12的外周部與圓筒狀容器I的內(nèi)周部之間形成有規(guī)定的間隙。在上述內(nèi)底部件12的中心部形成有開口 18，該開口 18用于使內(nèi)側(cè)管14的中空流路與內(nèi)底部件12的上側(cè)空間連通。
[0047]沿著所述內(nèi)底部件12的外周部形成有第一網(wǎng)壁15。另外，沿著形成在內(nèi)底部件12的中心部的開口 18的內(nèi)周部形成有第二網(wǎng)壁16。進而，在第一網(wǎng)壁15與第二網(wǎng)壁16之間形成有第三網(wǎng)壁17。上述第一網(wǎng)壁15、第二網(wǎng)壁16、第三網(wǎng)壁17分別設(shè)置在從內(nèi)底部件12到圓筒狀容器I的上部開口附近的按壓部件19的范圍內(nèi)。
[0048]并且，第一網(wǎng)壁15與圓筒狀容器I內(nèi)周部之間的間隙作為原料氣體流路2而發(fā)揮功能。另外，筒狀的第二網(wǎng)壁16的內(nèi)側(cè)空間作為產(chǎn)品氣體流路3而發(fā)揮功能。另外，向第一網(wǎng)壁15與第二網(wǎng)壁16之間的空間填充吸附劑，在該部分形成吸附劑層4。原料氣體流路2的流路截面積在圓筒狀容器I的軸向上是恒定的。另外，產(chǎn)品氣體流路3的流路截面積也在圓筒狀容器I的軸向上是恒定的。
[0049]在本例中，吸附劑層4包括第一網(wǎng)壁15與第三網(wǎng)壁17之間的外側(cè)層21、以及第三網(wǎng)壁17與第二網(wǎng)壁16之間的內(nèi)側(cè)層22。外側(cè)層21與內(nèi)側(cè)層22通過填充不同的吸附劑而形成。例如，外側(cè)層21能夠通過填充活性氧化鋁而形成，內(nèi)側(cè)層22能夠通過填充沸石而形成。
[0050]根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，將原料氣體導入到圓筒狀容器I的導入口 5在圓筒狀容器I的軸向上的一端側(cè)與所述原料氣體流路2連通。另外，將產(chǎn)品氣體從圓筒狀容器I排出的排出口 6在圓筒狀容器I的所述一端側(cè)與所述產(chǎn)品氣體流路3連通。
[0051]S卩，從導入口 5導入的原料氣體通過外側(cè)管13被導入到圓筒狀容器I的底部。被導入到內(nèi)底部件12的下側(cè)空間的原料氣體通過內(nèi)底部件12的外周部的外側(cè)的間隙而被導入到原料氣體流路2。原料氣體流路2形成為沿著圓筒狀容器I的內(nèi)周部的環(huán)狀，被導入到原料氣體流路2的原料氣體從吸附劑層4的外側(cè)朝向內(nèi)側(cè)沿徑向流動。在此期間，吸附對象的氣體成分被吸附，剩余的氣體成分被分離而成為產(chǎn)品氣體。產(chǎn)品氣體向設(shè)置在吸附劑層4的中心部的產(chǎn)品氣體流路3流出。向產(chǎn)品氣體流路3流出的產(chǎn)品氣體通過內(nèi)底部件12的開口 18以及內(nèi)側(cè)管14從排出口 6排出。
[0052]在本實施方式中，通過實現(xiàn)上述的氣體的流動來抑制偏流。
[0053]另外，在本實施方式中，除了上述結(jié)構(gòu)之外還采用以下結(jié)構(gòu)。
[0054](I)將原料氣體流路2的流路截面積與產(chǎn)品氣體流路3的流路截面積之比設(shè)定為1.2 ?3.3。
[0055](2)將吸附劑層4的徑向上的壓差設(shè)定為產(chǎn)品氣體流路3的軸向上的壓差的50倍以上。
[0056](3)將產(chǎn)品氣體流路3的流路截面直徑設(shè)定為吸附劑層4的軸向長度的6%以上且22%以下。
[0057]以下，詳細說明對此進行驗證而得到的結(jié)果。在以下的說明中，研究了使用空氣作為原料氣體并得到氧氣作為產(chǎn)品氣體的情況。
[0058](I)將原料氣體流路2的流路截面積與產(chǎn)品氣體流路3的流路截面積之比設(shè)定為
1.2 ?3.3。
[0059]圖2是示出為了確認氣體的流動方向的差異對偏流造成影響而使用的模型的圖。(A-1)是本發(fā)明的實施例，是原料氣體從圓筒狀容器I的下部導入并沿徑向通過吸附劑層4，產(chǎn)品氣體從圓筒狀容器I的下部排出的結(jié)構(gòu)(以下稱作“實施例”或者“RU-flow”)。(B-1)是比較研究例，是原料氣體從圓筒狀容器I的下部導入并沿徑向通過吸附劑層4，產(chǎn)品氣體從圓筒狀容器I的上部排出的結(jié)構(gòu)(以下稱作“比較例”或者“RZ-f low”)。
[0060]根據(jù)表I所示的模擬條件，使用通用的熱流體解析軟件、即CD-adapco社制的“STAR CCM+”來模擬吸附容器內(nèi)的氣體的流動。在表I中，產(chǎn)品配管流速(PV)表示產(chǎn)品氣體流路3中的氣體的流速。
[0061]需要說明的是，在下表中，“原料配管”、“產(chǎn)品配管”分別表示原料氣體流路2以及產(chǎn)品氣體流路3。因此，“配管流速”表示原料氣體流路2或者產(chǎn)品氣體流路3中的氣體的流速。需要說明的是，該氣體的流速并非徑向上的流速，而是軸向上的流速。
[0062]表I
[0063]
一項目單位設(shè)定值
丨.-.-■: , —I NmVhr — -.42, -1
產(chǎn)品__7__5￡00_
原料組成(Ν2/02)_ -0.79/0.21
琢涵涵_一 ~Wbed~.Υ3.7~ ————
產(chǎn)品配管流速(PV) ~~ m/sec ~2.5, 3.0, 5.0, 7.5
結(jié)構(gòu)__:__RZ-flow, RU-flow_
_面積比 -.-.1?7.
[0064]產(chǎn)品流量:在5000Nm3/hr時，以利用下述的式⑴表示的截面積比作為參數(shù)，實施吸附容器內(nèi)的偏流率的驗證。
[0065]截面積比=原料氣體流路的流路截面積(m2)/產(chǎn)品氣體流路的流路截面積(m2)..?式⑴
[0066]偏流率指的是利用下述的式(2)賦予的數(shù)值。
[0067]偏流率)=[通過吸附劑層的氣體的最大流速(m/sec)/通過吸附劑層的氣體的平均流速(m/sec)-l] X 100..?式(2)
[0068]圖3是表示比較例(RZ-flow)中的偏流率相對于截面積比的變化的圖。
[0069]圖4是表示實施例(RU-flow)中的偏流率相對于截面積比的變化的圖。
[0070]在比較例(RZ-flow)中，若增大截面積比，則顯示出偏流率減少的趨勢，但沒有下降至O。另一方面，在實施例(RU-flow)中，在截面積比=2.55前后的區(qū)域中，能夠使偏流率下降到幾乎接近O %。
[0071]圖5是表示實施例(RU-flow)中的偏流率相對于截面積比的變化的圖。表示原料流量/產(chǎn)品流量為8.5的情況與6.5的情況。根據(jù)其結(jié)果可知，優(yōu)選將原料氣體流路2的流路截面積相對于產(chǎn)品氣體流路3的流路截面積之比設(shè)定為1.2?3.3。另外，更優(yōu)選該截面積比是1.95?2.55。
[0072]在徑向型吸附容器中，對偏流造成影響的重要因素之一是原料氣體流路2與產(chǎn)品氣體流路3的壓力差。該壓力差引發(fā)原料氣體流路2以及產(chǎn)品氣體流路3中的壓力損失與靜壓梯度。
[0073]如圖2(B_2)所示，在比較例(RZ-flow)中，相對于圓筒狀容器I的軸向高度，原料氣體流路2與產(chǎn)品氣體流路3的靜壓梯度的傾斜逆行。因此，容易在容器上部產(chǎn)生偏流。
[0074]如圖2 (A-2)所示，在實施例(RU-flow)中，原料氣體流路2與產(chǎn)品氣體流路3的靜壓梯度的傾向相同。因此，通過以使靜壓梯度的值恒定的方式設(shè)置原料氣體流路2與產(chǎn)品氣體流路3的截面積比，能夠?qū)崿F(xiàn)偏流的抑制。
[0075]在根據(jù)表2所示的設(shè)計條件而制作的徑向型吸附容器的試驗機中，實施性能確認試驗。
[0076]表2
[0077]
項目單位I設(shè)計值
曰 I 原料,425
流量 ^- NmVhr ---
_產(chǎn)品___50_



0^37
填充里 tvft- --------------------------------- t0n/bed ~^4,-—
截面積比_ ….二「.r..............2.55
I原料配管(Pf) ~一1.1.壓差盧品配管(Pp)Pa1.6 —
_I填充 K 遠UpT —一I 135.2
[0078]表3表示初步試驗的結(jié)果。
[0079]表4表示流體解析模擬中的偏流的大小所導致的壓差的值。
[0080]表3
[0081]
11.........................................................單位設(shè)計值實測值................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................——— ~NffiVhr....................50.052J......戶品氧純度...............................................%一............................93.0...................................: 93.1...一
沸石填充量——.............................一 ton/bed.0.337__0.358
?= I 原料配管(pf) 一.........................................L1............................................................................^?！?br> 壓- Pa 1.62.5 — _f填充區(qū)域 ￠2? I_ 135.2 159.5 ~"
[0082]※吸附壓力(2OkPaG)時
[0083]表4
[0084] _項目__單位__條件α__條件β
"結(jié)構(gòu)-_ RU-flowRZ-flow
產(chǎn)品流量__Nm3Zhr__50.0_
系石填充量——........................—~t^/bed0-337
I 面積比-2.557.53
~I原料配管(Pf) ~~ ~1.1 ~ 1.ο~ 一壓差產(chǎn)品配管(Pp)Pa1.6 ~ 37.5 —
_ 區(qū)域(Z^) I__135.287.6
怕、扛古 —:~ 0.2129.6
鋪率_ I % I (偏流小) (偏流大)
[0085]※吸附壓力(2OkPaG)時
[0086]如表3的初步試驗結(jié)果所示，基于模擬的設(shè)計值沒有嚴重偏離實測值。在流體解析模擬中，如表4所示，靜壓差因偏流的大小而大幅變動。即，在偏流小的情況下，原料配管壓差Pf (原料氣體流路2的壓差)為1.1，相對于此，產(chǎn)品配管壓差Ρρ(產(chǎn)品氣體流路2的壓差)為1.6。另一方面，在偏流大的情況下，原料配管壓差Pf(原料氣體流路2的壓差)為1.0，相對于此，產(chǎn)品配管壓差Pp(產(chǎn)品氣體流路2的壓差)為37.5。對于表3所示的原料氣體流路2與產(chǎn)品氣體流路3的靜壓差，在實測值中，原料配管壓差Pf (原料氣體流路2的壓差)為4.1，相對于此，產(chǎn)品配管壓差Pp(產(chǎn)品氣體流路2的壓差)為2.5。這即便與表4的偏流大的情況相比，也能夠判斷為是足夠小的值，能夠確認到偏流受到抑制。
[0087]如上，在用于有效地抑制偏流的結(jié)構(gòu)中，流動結(jié)構(gòu)是RU-flow，將原料氣體流路2的流路截面積與產(chǎn)品氣體流路3的流路截面積之比設(shè)定為1.2?3.3。
[0088](2)將吸附劑層4的徑向上的壓差設(shè)為產(chǎn)品氣體流路3的軸向上的壓差的50倍以上。
[0089]接下來，驗證因工序變化/流量變動以及制作方面的問題而引起的偏流的抑制效果O
[0090]在PSA法中，通常并列設(shè)置多個吸附容器，反復進行導入原料氣體后進行吸附從而獲得產(chǎn)品氣體的吸附工序、在吸附工序后使被吸附的氣體成分脫附并再生吸附劑的再生工序、一邊從其他吸附容器接收吹洗氣體一邊進行真空排氣的吹洗工序、以及接收來自其他吸附容器的均壓氣體以及原料氣體并進行復壓的復壓工序。
[0091]此時，在吸附工序以及復壓工序、再生工序以及吹洗工序中，氣體的流動方向相反。即，在吸附工序以及復壓工序中，如上所述，氣體從原料氣體流路2朝向產(chǎn)品氣體流路沿徑向朝內(nèi)流動。另一方面，在再生工序以及吹洗工序中，相反地，氣體從產(chǎn)品氣體流路3朝向原料氣體流路沿徑向朝外流動。
[0092]另外，在工序中，隨著容器內(nèi)的壓力升降，原料氣體的流量以及產(chǎn)品氣體的流量也變動。
[0093]考慮這樣的氣體的流動方向的變化以及氣體流量的變動給偏流帶來的影響。
[0094]使用與前述相同的流體解析軟件來模擬吸附工序中發(fā)生流量變動的情況下的吸附容器內(nèi)的氣體的流動。
[0095]表5表示模擬條件。以吸附劑層4的徑向上的壓差(ΛΡ)相對于產(chǎn)品氣體流路3的軸向上的壓差(Pp)、即ΛΡ/Ρρ作為參數(shù)。其他條件恒定，驗證吸附容器內(nèi)的偏流狀態(tài)。
[0096]表5
[0097]
~~~ 項目I單位丨設(shè)定值 I設(shè)定值(最大流量時)_
I原料..42,500 50,915
流量Nm/hr----5,6-00---?；Ι?----
原料組成(N2ZO2)__-__0.79/0.21__
辣石填充量ton/be^l —33.7
截面積比— -2.55
Z3P/PP~70,53,38
[0098]表6表示模擬結(jié)果。在條件(I)中，吸附工序中發(fā)生流量變動的情況下的最大偏流率為0.68%。另外，若減小ΛΡ/Ρρ的值，則相對于產(chǎn)品氣體流路3的軸向上的壓差，吸附劑層4的徑向上的壓差減少，結(jié)果是偏流率增加。
[0099]表 6
[0100]
項目單位條性⑴ 條件⑵條件⑶
ZlP/Pp" 70 I 5338
I 原料流量Nm3/hr _42500_
聲品流量"~NmVhr 5000
吸附工序沸石填$量__ton/bed__33.7_
(20kPaG 時) P 涵#W13.7 13.212.1
壓差產(chǎn)品配管(Pp)Pa 13.8 — 13.8 "13.8
_I填充域(ZlP)______964.4 ~ 729.3 ~~ 530.1
_偏流率_——Q05.1 0.u0.24 —
原料流量Nm3Ar __50915_
產(chǎn)品流量IfaiVhr 15100
吸附工序沸石填充量ton/bed 33.7
(最大流量時) I原料配管(Pf)~ 20.4 19.4 I 18.2
壓差產(chǎn)品排管(Pp)Pa 33.4__^__32.7
_I 填充區(qū)域(Z]P)‘ _ 1134.2 ~ 853.0616.8
_I偏流率I % 丨 0.68 1.011.49
[0101]另外，如下述表7所示，在條件(I)中，在吹洗工序中氣體的流動反轉(zhuǎn)的情況下的最大偏流率為0.44%，是比吸附工序中發(fā)生流量變動的情況下的最大偏流率0.68%小的值。
[0102]表7
[0103]
_項目__單位__條件(I).吹洗工序(最大流量時) ~^m3/hr 14,238

ωη/bed 33.7
~ 丨原砸昏涵14.7 ~
壓差產(chǎn)品配管(Pp)Pa44.2 ~
_j 填充區(qū)域 GdP) _ 2398.5 ~
麗率丨 ％ 丨 0.44
[0104]通過充分增大ΛΡ/Ρρ，能夠抑制因氣體的流動方向的變化以及流量變動而產(chǎn)生的原料氣體流路2與產(chǎn)品氣體流路3的靜壓梯度的偏差所導致的偏流的增加。在20kPaG時的吸附工序中，在ΛΡ/Ρρ為70倍的條件(I)下，偏流率為0.05，在ΛΡ/Ρρ為53倍的條件
(2)下，偏流率為0.11，相對于此，在ΛΡ/Ρρ為38倍的條件(3)下，偏流率增加至0.24。因此，作為有效地抑制偏流的條件，優(yōu)選將ΛΡ/Ρρ設(shè)為50倍以上的足夠大的值。
[0105](3)將產(chǎn)品氣體流路3的流路截面直徑設(shè)定為吸附劑層4的軸向長度的6%以上且22%以下。
[0106]如下述的表8所示，以使產(chǎn)品氣體流路3的流路截面直徑與吸附劑層4的軸向上的填充長度的比率變化的方式進行模擬。在上述比率為6?24%時，偏流率為0.02?
0.11，相對于此，若上述比率為5%，則偏流率增加至0.24。另外，在上述比率為24%時，填充區(qū)域的壓差超過4000Pa，形成為與現(xiàn)有的立式相同的程度，喪失采用徑向型的效果。因此，上述比率設(shè)定為6%以上且22%以下。上述比率的更適合的范圍是8%以上且12%以下。
[0107]表8
[0108]
~項目單位燊件A '條件B條件C糸件D條件E條件P
產(chǎn)點配管直徑/填充髙度XlOO %2422 ~ 12865
2lP/Pp— — _314 I 276— T 了21 — | 7053 一 38
~~WMΓΤ7"42500
流量盧品…—Nm/hr — — ~■■ ■ ' " 505Γ--------------------
沸石填$量_ ton/bed—:33.7——- - - -
誠16.1— I 16.116.1 I ?3.7 一 | 一 13了2 I 12.1
壓差地配管(?)Pa13.913.9?4:0 ——13.813.8 ~ 13.8
_~4371.4T829.5—1694.5964.6 — 729.3 ?一 53θΓ? 一偏龠率I % I 0.02 I ^>-02 I 0.03 I 0,05 | 0.11— 0.24
[0109]如上，對于本實施方式的徑向型吸附容器，原料氣體從圓筒狀容器I的軸向上的一端側(cè)的導入口 5被導入，從內(nèi)周部的原料氣體流路2朝向中心部的產(chǎn)品氣體流路3在吸附劑層4內(nèi)通過，從上述一端側(cè)的排出口 6排出產(chǎn)品氣體。通過氣體以此方式流動，由此，圓筒狀容器I的軸向上的原料氣體流路2與產(chǎn)品氣體流路3的靜壓梯度的傾斜方向為相同的傾向，偏流受到抑制。
[0110]此外，通過將原料氣體流路2的流路截面積與產(chǎn)品氣體流路3的流路截面積之比設(shè)定為1.2?3.3，從而圓筒狀容器I的軸向上的原料氣體流路2與產(chǎn)品氣體流路3的靜壓差的變動幅度處于規(guī)定的范圍內(nèi)，有效地抑制了偏流。這樣，無需使用錐形狀、圓錐狀結(jié)構(gòu)體等復雜的結(jié)構(gòu)就能夠有效地抑制偏流，提高氣體的流動的均勻性。
[0111]因此，根據(jù)本實施方式的徑向型吸附容器，由于不需要錐形狀、圓錐狀結(jié)構(gòu)體等復雜的結(jié)構(gòu)，因此吸附容器的制作變?nèi)菀?，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備成本的降低。另外，維護等也變?nèi)菀?。另外，吸附劑?中的壓力損失降低，消耗動力大幅減少。能夠?qū)毫p失抑制在規(guī)定范圍內(nèi)，并且能夠使吸附容器沿縱向伸長并大型化，能夠預料到單系列的產(chǎn)品產(chǎn)生量的增加。此夕卜，與偏流的減少相應地，吸附劑的利用效率增高，分離效率提高。
[0112]另外，由于吸附劑層4的徑向上的壓差是產(chǎn)品氣體流路3的軸向上的壓差的50倍以上，因此能夠更有效地抑制偏流。
[0113]另外，由于產(chǎn)品氣體流路3的流路截面直徑設(shè)定為吸附劑層4的軸向長度上的6%以上且22%以下，因此能夠更有效地抑制偏流。
[0114]附圖標記說明
[0115]1:圓筒狀容器
[0116]2:原料氣體流路
[0117]3:產(chǎn)品氣體流路
[0118]4:吸附劑層
[0119]5:導入口
[0120]6:排出口
[0121]11:蓋部件
[0122]12:內(nèi)底部件
[0123]13:外側(cè)管
[0124]14:內(nèi)側(cè)管
[0125]15:第一網(wǎng)壁
[0126]16:第二網(wǎng)壁
[0127]17:第三網(wǎng)壁
[0128]18:開口
[0129]19:按壓部件
[0130]21:外側(cè)層
[0131]22:內(nèi)側(cè)層
[0132]25:填充口
【權(quán)利要求】
1.一種徑向型吸附容器，其特征在于， 該徑向型吸附容器包括:原料氣體流路，其以環(huán)狀配置在圓筒狀容器的內(nèi)周部；產(chǎn)品氣體流路，其配置在圓筒狀容器的中心部；以及吸附劑層，其形成在原料氣體流路與產(chǎn)品氣體流路之間， 將原料氣體導入圓筒狀容器中的導入口在圓筒狀容器的軸向上的一端側(cè)與所述原料氣體流路連通， 將產(chǎn)品氣體從圓筒狀容器排出的排出口在圓筒狀容器的所述一端側(cè)與所述產(chǎn)品氣體流路連通， 原料氣體流路的流路截面積與產(chǎn)品氣體流路的流路截面積之比設(shè)定為1.2?3.3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向型吸附容器，其中， 吸附劑層的徑向上的壓差是產(chǎn)品氣體流路的軸向上的壓差的50倍以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的徑向型吸附容器，其中， 產(chǎn)品氣體流路的流路截面直徑設(shè)定為吸附劑層的軸向長度的6%以上且22%以下。
【文檔編號】C01B13/02GK104136095SQ201380009906
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月20日
【發(fā)明者】田中真子, 安田貴彥 申請人:愛沃特株式會社