專利名稱：用于吸附器床的限制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及吸附床，特別是涉及用來限制吸附床中經(jīng)受氣流或流體流作用力的微粒的系統(tǒng)。這些微粒得到限制避免其移動(dòng)而導(dǎo)致例如吸附床的流化。更具體地說，在一個(gè)圓筒形吸附床中，在吸附床的一端有一個(gè)氣囊，用來對(duì)吸附床的吸附劑填料施加壓力從而抑制填料，即使吸附劑填料不再移動(dòng)使之不會(huì)流化。
背景技術(shù)：
在吸附器裝置中，吸附床的流量是受到吸附床變?yōu)榱骰癄顟B(tài)的流量的限制。當(dāng)吸附床變?yōu)榱骰癄顟B(tài)時(shí)，吸附劑開始退化，溝流使得吸附過程的效率顯著地降低。如果適當(dāng)?shù)匾种莆酱?，則流化就不會(huì)發(fā)生，吸附過程的能力因而就不會(huì)受到此因素的限制。所以，抑制吸附床可顯著地提高流量，從而相應(yīng)地降低了投資成本。
改進(jìn)氣體分離過程的性能，通常是由提高吸附率來實(shí)現(xiàn)的。而且，吸附率的考慮導(dǎo)致多個(gè)結(jié)構(gòu)需要較小微粒貫穿吸附器以及層或具有不同的平均顆粒尺寸的混合物。例如，已知的采用具有較大尺寸的顆?？山档土骰⒛軠p小壓降。另一方面，較小的顆粒有利于克服工藝性能的局限如吸附率。但是，當(dāng)顆粒尺寸減小時(shí)，在降低的流速時(shí)更容易發(fā)生流化，因此，對(duì)在給定流速下進(jìn)行的工藝限定顆粒的尺寸，即特定尺寸的顆粒確立一個(gè)流化界限，最大流速，當(dāng)超過時(shí)需要降低流速或者限制顆粒在床的一端或兩端。如果床空閑吸附劑表面得到抑制，則所有顆粒尺寸在軸流吸附器內(nèi)的流化可以避免或是得到減弱。抑制軸流吸附器內(nèi)的吸附劑的其它理由包括省去床頂部的沖洗，這是由于高速凈化或回壓流動(dòng)的緣故，吸附容器的車間裝載，和避免“暴沸”或臨時(shí)性的提升，這是由于閥操作的壓力擾動(dòng)而引起的。
用于變壓吸附循環(huán)的裝置一般是采用適合徑流或軸流模式的圓筒形容器。適合于軸流模式的容器通常是優(yōu)選的，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，這樣可避免存在采用適合徑流方式的容器本身所固有的問題或設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。但是，對(duì)于軸流模式，床的流化限制必須要解決。
當(dāng)流向相對(duì)于垂直軸是側(cè)向時(shí)，則吸附劑顆粒固有地是約束在絕大部分垂直取向的徑流吸附器中。這可使得重力矢量垂直于流速矢量，并使得吸附劑限制組件變得相對(duì)易于安裝。
相反，軸流吸附器的速度矢量與重力矢量成一直線，這使得吸附劑限制組件的安裝至今都相對(duì)困難。所以，例如在上流軸流容器中，吸附床的頂端表面通常是不受阻隔的，使得吸附劑顆粒在足夠的提升條件下能自由地流化，舉例來說，流體的體積或速度足以克服施加在該顆粒上的重力的影響。流化的這種性質(zhì)也關(guān)系到向下流軸向床，其中的再生和解吸附流可使顆粒經(jīng)受可能的流化。
較快的循環(huán)和較小的床尺寸也是所希望的，尤其是在真空變壓吸附(VPSA)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。為了實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)目的，要提高進(jìn)料速度。目前的軸向床氧氣VPSA系統(tǒng)的操作，例如，對(duì)于床尺寸為600-800磅吸附劑每天每噸氧氣，平均表觀進(jìn)料速度為0.15-0.3m/sec。這種進(jìn)料速度和相應(yīng)的床設(shè)計(jì)導(dǎo)致系統(tǒng)操作是在接近流化水平進(jìn)行的。事實(shí)上，在進(jìn)料步驟的初始時(shí)候，在過程中業(yè)已經(jīng)存在了交疊逆流均衡流步驟，以幫助在高的初始進(jìn)料流量下抑制吸附劑。
在接近流化水平條件下操作的結(jié)果是，由于閥不合格或選用的循環(huán)調(diào)整參數(shù)不合適，有些工業(yè)用床已經(jīng)經(jīng)受了床流化。這種流化擾亂了吸附床中大部分區(qū)域的均勻密集填料，使得隨后的氣流非均勻分配，隨之而來的是差的操作性能。這樣，就需要一種簡(jiǎn)便有效的抑制系統(tǒng)用于具有軸流模式吸附器中的微粒吸附劑床的頂部表面，以提高吸附速率。
除了在吸附容器室內(nèi)的顆粒抑制之外，提供均勻流過吸附床的流動(dòng)以消除不必要的空隙容積和提供充滿的達(dá)到容器內(nèi)部的通路，也是所希望的。均勻流過吸附床可以保證經(jīng)受處理的氣體或流體物質(zhì)是均勻地與吸附劑顆粒接觸。消除不必要的空隙容積可降低處理后產(chǎn)物或未處理進(jìn)料的損失，它們?cè)谖竭^程結(jié)束之后是截留在裝置中的。滿通路流到容器的內(nèi)部，可使裝置得到維護(hù)，并能維護(hù)、裝填或更換濾網(wǎng)材料。
先有技術(shù)說明為解決或繞過吸附床流化問題，已經(jīng)采用或提出了許多方法。在先有技術(shù)中這個(gè)問題的解決辦法是流動(dòng)方向、特定的填料和各種不同設(shè)計(jì)的抑制方法。相關(guān)的先有技術(shù)包括下述專利。
在US5492684中，Buchanan等人公開了一種采用分級(jí)床系統(tǒng)從廢氣中除雜質(zhì)如硫氧化物的方法和系統(tǒng)。該分級(jí)床系統(tǒng)是采用多個(gè)在床的分離的區(qū)域具有二種或多種顆粒尺寸的固體吸附劑的床。在一個(gè)實(shí)施例中，固體吸附劑的排列可使得較大的吸附劑顆粒是布置在該分級(jí)床系統(tǒng)的入口區(qū)域。在操作過程中，廢氣流流過該固體吸附劑，這樣雜質(zhì)如硫氧化物和/或氮氧化物被吸附。吸附床接著與一種還原氣接觸以解吸硫氧化物。為保證床層的穩(wěn)定性而用于該床的可膨脹裝置卻沒有公開。
Prior的US4337153公開了一種用于水的軟化裝置的改進(jìn)的樹脂罐，包括一種可膨脹室，它在流體流過該罐時(shí)可擴(kuò)大，以置換罐中的所有自由空間，這樣，可維持水軟化材料的緊密性。該可膨脹室是由彈性的套管所形成的，它被固定并環(huán)繞在一個(gè)向下延伸的流體導(dǎo)管部分的周圍，并躺在至少一個(gè)在該導(dǎo)管壁上所形成的縫隙之上，通過該縫隙流體的流通才可得以建立。在流體流過該罐時(shí)通常會(huì)有壓降發(fā)生，它會(huì)在套管壁上產(chǎn)生壓力差，如果在該管中存在自由空間，則該壓力差可使之?dāng)U大。在一個(gè)替代的實(shí)例方案中，導(dǎo)管和該室之間的流體流通，是通過皮托管實(shí)現(xiàn)的，它是設(shè)置在導(dǎo)管流體流動(dòng)路徑之中，用來連通流體下流導(dǎo)管到該室的速度壓力。
在Hermann的US4294699中的微粒離子交換材料床，它是限定在一個(gè)容器的內(nèi)腔中，是由該容器的壁部分所圍成的，該容器可移動(dòng)到該內(nèi)腔中。供料和排放導(dǎo)管分別與該腔的某個(gè)部分相連通，用來供給有待凈化的液體，和用來從該內(nèi)腔中排放出通過與微粒材料接觸已經(jīng)凈化的液體。一種偏置設(shè)備使該容器位于該內(nèi)腔的外部，并偏置該可向內(nèi)腔內(nèi)部移動(dòng)的壁部分，這樣，微粒材料就可處于壓縮應(yīng)力之下，就可避免由床的收縮而引起的溝流。
在US4247987中，Coulaloglou和Siegell公開了一種與磁穩(wěn)定化流化床連續(xù)逆流接觸的方法。該專利涉及帶有連續(xù)固體添加和去除的磁穩(wěn)定化床的操作。該床顆粒，它包括一種能磁化的組分，在逆流接觸過程中，通過采用外加磁場(chǎng)，它在氣體走旁路和固體返混(可能地，除了入口附近或出口部位或流體注射區(qū)附近的固體的時(shí)間流或運(yùn)動(dòng))時(shí)是穩(wěn)定的。這特別適合于實(shí)施分離過程。在這類方法中，采用外加磁場(chǎng)，就可以使用小尺寸的可流化吸附劑顆粒，而不會(huì)遇到高的壓降問題。這種具有磁性組分的小的吸附劑顆粒，比較大的吸附劑顆粒能更快地從接觸的流體中遷移走吸附的物種，為平衡提供了一條捷徑。
一種環(huán)繞中央管狀部件的可伸長(zhǎng)套管，用來防止吸附床中的流化，公開在Stanford的US4997465之中。一種流體放大器將系統(tǒng)氣體的流體壓力放大，以擴(kuò)展可延展的套管。通過固定可延展套管和容器外壁之間的壓力，沸石吸附劑顆粒受到阻礙，就不能變?yōu)榱骰癄顟B(tài)與流體流一起移動(dòng)。
Hay等人在US5176721中，公開了一種帶有一個(gè)直立圓筒的吸附設(shè)備，其中微粒吸附器是以直立取向?qū)臃绞剑帕性趦蓚€(gè)延伸到容器內(nèi)部的直立取向的帶孔的平行板之間，并相互隔離從而形成一個(gè)吸附劑室。吸附劑是以兩個(gè)垂直層排列的，第一層為細(xì)小顆粒，第二層為較大顆粒。有待處理的氣體水平地從一個(gè)帶孔板，流過吸附劑層，循環(huán)到另一個(gè)帶孔板。位于該壁一端的撓性隔膜形成一個(gè)由吸附器室密封的隔離端室。一個(gè)小的管道向該隔離端室提供壓力或真空。當(dāng)該端室中的壓力維持在至少等于吸附循環(huán)中吸附室的最高壓力時(shí)，采用隔膜或橫隔膜，在壓縮作用下，吸附器室內(nèi)的顆粒被限制在相對(duì)固定位置的直立板之間。
本發(fā)明的目的是在軸流吸附床中提供吸附劑顆粒的均勻限制器，從而在維持高的加工效率時(shí)能防止顆粒的移動(dòng)和隨后的退化。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是減小吸附容器的空隙容積，從而提高吸附循環(huán)效率，這是通過在吸附步驟結(jié)束之后減小殘留在吸附容器中的產(chǎn)物質(zhì)量氣體的體積來實(shí)現(xiàn)的。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，提供了一種吸附設(shè)備，它包括一個(gè)容器，具有由一個(gè)外圍壁和第一和第二端壁限定的室，該外圍壁限定該室的截面，該室具有一個(gè)鄰近于第一端壁的入口端和一個(gè)鄰近于第二端壁的出口端，并限定一個(gè)由該壁的入口端延伸到出口端的縱向軸。該裝置具有一個(gè)入口端口與其入口端能流體連通，用來向容器供給流體混合物，和一個(gè)出口端口與其出口端能流體連通，用來將分離的氣體排出容器。
將一定量的微粒吸附劑(珠狀、擠出物或粒狀)輸入并裝填在位于吸附容器的入口端和出口端之間的該室的大部分，該一定量的微粒吸附劑的表面在尺寸上對(duì)應(yīng)于該室的橫截面，并面向其出口端，該表面是由眾多的單獨(dú)顆粒所形成的，每個(gè)顆粒具有最小的尺寸。多孔的隔板基本上覆蓋該表面，該隔板與該表面一起可沿著該室的縱向軸移動(dòng)，且該隔板適合用來抑制單獨(dú)的顆粒，使其不能進(jìn)入到出口端，并適合用來使分離的氣體產(chǎn)物進(jìn)入到該室的出口端。
在位于該隔板和第二端壁之間的出口端中，還安裝有多個(gè)分級(jí)尺寸的球狀物(或類似物)。最后，在所述的多個(gè)球狀物和第二端壁之間設(shè)置有一個(gè)氣囊，該氣囊是適合用來受壓以偏置隔板遠(yuǎn)離該表面，這樣，該一定量的的微粒吸附劑受到足夠的壓縮力，從而阻止該吸附劑的流化。
采用本發(fā)明的吸附器，吸附容器的空隙容積得到減小，從而提高了吸附循環(huán)的效率。在吸附床上方以一定方式安裝的抑制氣囊，可消除上蓋下的不必要的空隙，在該吸附床正上方采用的分級(jí)球狀物可使軸向床容器中的頂端空隙最小化。不希望的空隙，由于在吸附器中貯存產(chǎn)物質(zhì)量氣體，而降低了過程的效率，所述產(chǎn)物質(zhì)量氣體在吸附步驟完成之后，作為效率差的回流氣體在排空步驟中排出。
本發(fā)明提供了流過吸附床的均勻氣流。在上蓋下壓緊氣囊的設(shè)計(jì)是這樣的，使得必要的壓緊力施加在吸附劑上，而其形狀是這樣的，能使均勻氣流維持流過頂部空間和隨后流過吸附床。在氣囊下方的分級(jí)球狀物是這樣的，可使得壓力梯度設(shè)計(jì)成能夠產(chǎn)生流過吸附床的均勻氣流。
這種氣囊設(shè)計(jì)具有滿通路到達(dá)容器，以便裝填或更換篩網(wǎng)材料。
為了維持均勻的壓降和相應(yīng)的流過吸附床的均勻物流，適量裝填吸附材料是必需的。為了獲得這一裝填特性，該頂部空間在裝填期間必須是可以接近的，是采用顆粒裝貨設(shè)備進(jìn)行的，如Nowobilski等人在US5324159中所述。這種氣囊系統(tǒng)和分級(jí)球狀物系統(tǒng)提供了這種可接近性。
附圖的簡(jiǎn)要說明本發(fā)明的其它特征和另外的目的和優(yōu)點(diǎn)，通過參考下述的優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明，并結(jié)合附圖考慮，將會(huì)更加易于理解，其中

圖1為本發(fā)明吸附裝置的截面正視圖2為安裝有非膨脹氣囊的該裝置出口端的局部截面圖；圖3為帶有處于膨脹狀態(tài)氣囊的圖2的出口端的局部截面圖；圖4為位于容器外圍壁和多孔隔板邊緣間的密封墊的局部截面圖；圖5為本發(fā)明的吸附設(shè)備的側(cè)視截面圖，所示為被星輪組件所偏置的固定環(huán)；圖6為所述星輪組件的俯視圖；圖7為吸附設(shè)備的側(cè)視截面圖，所示為被典型的彈簧元件所偏置的固定環(huán)；圖8為帶有固定環(huán)的吸附裝置的俯視截面圖，配帶有以固定腳和固定法蘭盤形式的扣壓元件；圖9為沿圖8線9-9方向的側(cè)視截面圖；詳細(xì)說明現(xiàn)在參照?qǐng)D1，軸流吸附設(shè)備通常如2所示，它具有垂直取向的由外圍壁6和頂端壁8和底端壁10所圍成的室4。所述的外圍壁6限定室4的截面。所述的外圍壁6和端壁8和10是由已知材料例如金屬、玻璃增強(qiáng)聚酯或其它材料、樹脂等采用已知方法制成的。所述的室4在鄰近底端壁10處具有一個(gè)入口端12，在鄰近頂端壁8處具有一個(gè)出口端14?？v向軸16從入口端12延伸到出口端14。入口端口18設(shè)置在底端壁10上。入口端口18與入口端12是流體連通的，使得流體混合物能夠供給至所述室4的入口端12中。
流體混合物為一種需要通過與吸附劑接觸以分離、純化或改變的液體或氣體。所述的流體混合物從入口端口18流進(jìn)位于室4中的吸附床22中。流體是按箭頭32所示的方向流動(dòng)的。當(dāng)流體流過吸附床22時(shí)，流體中的組分被吸附劑吸附，混合流體就轉(zhuǎn)變?yōu)榉蛛x的流體產(chǎn)物，它流進(jìn)所述室的出口端14中。在頂端壁8上設(shè)置有一個(gè)出口端口20，使得它與出口端14是流體連通的，這樣，可將所述的分離的流體產(chǎn)物從所述的室4中排放出來。分離的流體產(chǎn)物是一種進(jìn)入室4中的吸附床22中與其接觸，經(jīng)處理的液體或氣體。
所述的床22中的一定量微粒的吸附劑裝填在位于所述入口端12和所述出口端14間的室4的大部分。床22中的微粒吸附劑可設(shè)置在一層或多層24、26中，每層具有不同的物理或化學(xué)性能，例如粗糙度、吸附量等。所述的微粒吸附劑是裝載在位于入口端12的第一載體42上，它有足夠多的孔隙能夠允許混合流體的通路從入口端12流進(jìn)到床22中的微粒吸附劑中，但是能夠阻止微粒吸附劑進(jìn)入到入口端12。
在入口端12中的眾多的陶瓷球46是直接裝載在位于第一載體42之下的第二載體44上，它也是多孔的。球44有利于混合流體在微粒吸附劑上的分配通過在球之間所形成的空隙和溝槽。球46還可為第一載體提供附加的支撐。第一和第二載體優(yōu)選是帶孔的涂有金屬篩網(wǎng)的薄片材料。第一和第二載體應(yīng)該是選擇具有足夠的強(qiáng)度，以支撐微粒吸附劑和入口端12上方結(jié)構(gòu)的其它成分。
微粒吸附床22的上表面28與所述室4的截面在尺寸上是一致的。表面28正對(duì)所述室的出口端。表面28優(yōu)選是由經(jīng)選擇的顆粒構(gòu)成的，這些顆粒都不小于某個(gè)最小尺寸。
微粒吸附床上的限制器包括一個(gè)多孔隔板30，用來大體上覆蓋床22中所述一定量微粒吸附劑的頂表面28，以阻止微粒吸附劑流失到出口端14之中。所述的多孔隔板30還可用來允許分離后的流體產(chǎn)物從微粒吸附劑中滲透并進(jìn)入到出口端14中。優(yōu)選地，所述的隔板30可沿著縱向軸16與頂表面28一起移動(dòng)。所述的多孔隔板可為已知組成和結(jié)構(gòu)的織物篩網(wǎng)、纖維墊或開孔狀材料，只要它能夠阻止頂表面28的顆粒進(jìn)入到所述室4的出口端14中就可以。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，如圖3和4所示，隔板30包括一種織物篩網(wǎng)或帶孔的薄片金屬的第一層31，其位于第二層72的纖維墊或開孔材料之上。所選用的隔板30的材料和/或結(jié)構(gòu)，特別是所述的層72，其孔隙小于組成吸附床22的頂表面28的顆粒的最小尺寸。所選用的多孔隔板30的材料和結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步地，可使分離后的流體產(chǎn)物從吸附床22到出口端14的通道最優(yōu)化。為了達(dá)到這一目的，所選用的織物篩網(wǎng)或帶孔薄片31，是有利于流體流(即氣體或液體)流到出口端8的。一種可替代的方案是，所述的隔板可包含一層或多層織物篩網(wǎng)(機(jī)織的或?qū)訅旱?，如由金屬、尼龍、玻璃纖維或其它樹脂等制成的帶孔薄片網(wǎng)，纖維樹脂墊，或開孔狀材料如彈性體，或上述材料的組合。例如，多孔隔板30可包括帶有金屬篩網(wǎng)的以機(jī)織織物或帶孔薄片形式的層壓制品，和纖維墊或開孔狀材料層?？梢匀菀桌斫猓m當(dāng)?shù)膯畏N材料隔板或多種材料的層狀結(jié)合，可以選用來優(yōu)化分離后的流體產(chǎn)物的通道，同時(shí)使吸附劑流失到出口端14最小化。
眾多的球36是放置在所述隔板的上部，優(yōu)選是以幾個(gè)層34、38、40進(jìn)行放置的。所述的球36層有多個(gè)用途。第一，球36有利于分離后的流體產(chǎn)物從隔板30流過自球36至出口端口20的空間。第二，球36占據(jù)了出口端的空隙空間，即通常是被分離后的流體產(chǎn)物所占據(jù)的空間，使得流體產(chǎn)物不能從空隙空間中進(jìn)行回收。這樣，所述的球提高了每個(gè)吸附循環(huán)中可回收的分離后流體產(chǎn)物的體積。最后，由于它們的重量，所述的球可作為一種元件，用來使多孔隔板30偏向吸附床22的頂表面28。優(yōu)選球的排列包括第一層34的一英寸陶瓷球，其直接放置在所述多孔隔板30之上。第二層38的二英寸陶瓷球是放置在所述的一英寸陶瓷球?qū)?4和容器2的頂端壁8部分之間。第三層40的二英寸鋼球是放置在出口端口20附近的二英寸陶瓷球的上方，增加大部分的重量，從而使所述的多孔隔板偏向微粒吸附床22的表面28。
如在前面段落中所指出的，設(shè)置在多孔隔板30上的球36的重量，使得隔板偏向于床22中的微粒吸附劑。如果多孔隔板30偏向微粒吸附劑具有足夠的力，則該床中的微粒吸附劑在高的流速時(shí)就不會(huì)發(fā)生流化。對(duì)于較高的流速，隔板30上的球36的重量可能不足以提供足夠的向下力，以阻止微粒吸附劑的流化。因此，在較高流速時(shí)，要配置一種元件以對(duì)隔板30產(chǎn)生足夠的向下壓力，從而阻止微粒吸附劑的流化。
阻止微粒吸附劑流化的向下力，可由一種非彈性結(jié)構(gòu)提供，它是固定在外圍壁上或延伸至頂端壁8與隔板30之間，例如，一個(gè)或多個(gè)剛性構(gòu)件、剛性構(gòu)架或多個(gè)環(huán)或墊圈，它們把隔板30下壓向表面28至相對(duì)于裝置的縱向軸某一固定位置。所述的非彈性結(jié)構(gòu)，在裝置的裝填過程中，可從其頂部安置在隔板之上，當(dāng)頂端壁8固定在外圍壁6上時(shí)，它被緊固。一種可替代的方案是，所述的非彈性結(jié)構(gòu)可經(jīng)出口端口進(jìn)行安裝，并用力壓入位于頂端壁8和隔板30間的某一位置，使它靠在隔板上承受足夠的力，以阻止所述床的流化。
優(yōu)選地，為了對(duì)隔板30施加足夠的力，以阻止所述床的流化，一種彈性結(jié)構(gòu)，例如彈簧或彈性構(gòu)件，直接靠在隔板30上，或靠在裝載在隔板30上的球36上。優(yōu)選的彈性結(jié)構(gòu)為可膨脹的氣囊50(圖2和3)，它可設(shè)置在球36和頂端壁8之間，它通過從出口端至出口端口所述的球靠在隔板30上。管子或圓筒56由出口端口20延伸。所述的氣囊50為環(huán)形，以便經(jīng)環(huán)形氣囊50的中心提供進(jìn)入出口端14的通道。在圖2中，所示的氣囊50是處于放氣狀態(tài)。在圖3中，所示的氣囊50是處于膨脹狀態(tài)。氣囊50配置有一個(gè)閥52，用來與加壓的氣體或液體源相連接。放氣狀態(tài)優(yōu)選是有利于在裝置中安裝，在安裝之后，有利于微粒吸附床22和球36的裝填和維護(hù)。所述的氣囊50也可選擇地膨脹至某一期望的壓力，以使隔板30偏向表面28，這樣，微粒吸附床22就處于預(yù)定的壓縮力之下，從而就可阻止流化。
通過調(diào)節(jié)氣囊50經(jīng)球36至隔板30偏向，就可沿縱向軸方向，即沿著與流體流過所述軸流吸附裝置路徑的同軸方向，對(duì)吸附床22施加一定的力。盡管球36將氣囊50的偏向力基本上均勻地傳送到隔板30上，但是，在球36間的空隙和溝槽還是為流出吸附床22的分離后流體產(chǎn)物提供了更多的足夠空間，使之能夠流向出口端口。所述的球和氣囊占據(jù)了出口端的大量空隙容積，否則，它們就會(huì)截留一定量的分離流體產(chǎn)物，這些流體產(chǎn)物通常認(rèn)為是難以回收的。結(jié)合環(huán)形氣囊，所述的球和多孔隔板，可提供一種軸流吸附裝置床抑制系統(tǒng)，它易于裝配，且能產(chǎn)生更為有效的結(jié)果。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，隔板30為一種開孔的材料，它是設(shè)置在吸附顆粒床22的上部，在產(chǎn)物端可允許氣體流過。一個(gè)分配擋板，是由篩網(wǎng)材料或帶孔板所制成，安裝在所述的開孔材料的上方，以幫助引導(dǎo)氣流。陶瓷球隨后安裝在所述的篩網(wǎng)材料之上。所述的球根據(jù)尺寸進(jìn)行分級(jí)，然后選用和排列，以引導(dǎo)流體以均勻方式流過所述床的截面。隔板的樣式和孔尺寸，即篩網(wǎng)材料、纖維墊或開孔材料，作類似的選擇，以引導(dǎo)流體均勻地流過吸附床。所述的球分級(jí)和篩網(wǎng)選擇，還提供了需要的壓降梯度，它可允許流體(優(yōu)選為氣體)流出出口端口。
管56嵌入到頂端壁中并由氣囊50和出口端口20固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。第二擋?8比出口端口20寬，它是漂浮在出口端口20正下方的球36中。第二擋板可阻止所述的球從出口端口逸出。向下抑制開孔材料從而抑制吸附床所必需的強(qiáng)大壓力，是由如上所述的內(nèi)管狀環(huán)形氣囊所提供。所述的氣囊以相對(duì)穩(wěn)定和均勻的向下的抑制壓力補(bǔ)償吸附床的膨脹或收縮。因此，在操作過程中，吸附劑高度或安裝的變化是可以接受的，盡管所述系統(tǒng)的約束系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是用來使這類床的移動(dòng)最小化。
隔板30中的孔，即織物篩網(wǎng)、帶孔板、纖維墊或開孔材料中的孔，也必須仔細(xì)地選擇，使之具有足夠小的尺寸以保留最小的吸附劑顆粒，同時(shí)能防止堵塞或避免開口流動(dòng)面積明顯地減小，因?yàn)檫@種情況會(huì)導(dǎo)致極大地增加壓降。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述的裝置包括吸附材料床22，開孔材料形式的隔板30與一個(gè)分配篩網(wǎng)或擋板(織物或帶孔薄片)結(jié)合，分級(jí)球36，和撓性的氣囊50。當(dāng)然，吸附材料床是在是分離過程中必需的活性吸附劑。所述的隔板把開孔材料與分配篩網(wǎng)結(jié)合在一起，所述開孔材料能為所有的吸附材料提供均勻的保持力，所述的分配篩網(wǎng)能在流過所述床時(shí)提供均勻的流動(dòng)和壓力分配。所述的分級(jí)球供給均勻的床支撐，同時(shí)減少空隙容積并用來引導(dǎo)氣流進(jìn)入容器的上端。所述的撓性的氣囊可在所述的床上維持均勻的壓力，同時(shí)還能消除圓筒容器頂部的大部分空隙容積。
所述微粒吸附床頂表面上的每個(gè)顆粒，都必須要安裝在適當(dāng)?shù)奈恢?，以防止顆粒磨損和長(zhǎng)期的床層的退化。為了更好地實(shí)現(xiàn)這一目的，隔板30為一種撓性多孔墊，安裝在緊密裝載吸附床例如篩網(wǎng)床的頂部。所述的墊可為一種纖維材料或一種具有高的流動(dòng)滲透性的開孔泡沫材料。最為重要的特征是所述墊中的孔小于吸附床中單獨(dú)的顆粒，即，一般地，該墊孔的最大尺寸是低于0.7mm。該墊的尺寸略大于所述室的截面，這樣，所述的邊緣就可壓緊在所述室的外圍壁上，這樣就可確保在該墊的邊緣具有合適的密封。所選用的整個(gè)墊的厚度要較小，這樣，其附加的壓降也最小。接著，用致密(鋼或陶瓷)的分級(jí)球覆蓋所述的墊。較小的球使得墊的壓力均勻，它可將每個(gè)吸附珠均勻地裝載在所述床的頂部。
具有最小壓降的均勻流動(dòng)分配，是通過控制球的尺寸和布置和通過入口擋板的位置而實(shí)現(xiàn)的，它可以是實(shí)心的或帶孔的。所述的擋板是設(shè)計(jì)成裝載在頂端氣囊之上。由頂端氣囊所施加的壓力，作用于所述的球，它又控制擋板在適當(dāng)?shù)奈恢?，這樣，均勻的控制壓力就作用于包括在擋板正下方床面積在內(nèi)的整個(gè)床的截面。此外，擋板的底部可用致密墊覆蓋，以確保球的頂層均勻地裝填在擋板的正下方。
氣囊也可用來降低頂部空隙容積，是通過選擇地移走位于頂部中間部分的一些分級(jí)球并使氣囊填充空隙實(shí)現(xiàn)的。需要仔細(xì)地選用和安裝組件，以減小容積而不會(huì)阻礙流動(dòng)分配，這是由于空隙容積的過分減小會(huì)導(dǎo)致溝流并提高壓降。
在所述裝置的另一個(gè)可供選用的實(shí)施方案中，隔板30可以是固定安裝在所述室的外圍壁上，第一載體42相對(duì)于縱向軸是可以移動(dòng)的。安裝在球46之下的氣囊，可以膨脹以壓迫吸附床22靠緊隔板30。但是，這種排列不利于裝置的裝載和維護(hù)。
一種可供選用的方案是，本發(fā)明可應(yīng)用于一種利用以向下方向流動(dòng)的進(jìn)料流的工藝中，即，流動(dòng)方向與圖1所示的方向相反。在這種應(yīng)用方式中，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是有利于循環(huán)中的解吸或再生階段。通常地，在解吸階段的低壓狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致非常高的流速，這種狀態(tài)表示在循環(huán)的這個(gè)階段中向下流使床得不到抑制。因此，本發(fā)明提供了從吸附器的頂部或底部引入進(jìn)料流的靈活性。
無論是那種情形，所述室的入口端都可配置一個(gè)環(huán)形氣囊，以占據(jù)入口端的空隙空間。一種相似的開孔材料也與氣囊結(jié)合使用，以幫助獲得流向吸附床流體的均勻分配。在容器的底部采用這種系統(tǒng)，容器的空隙容積也可類似地得到減小。
這種簡(jiǎn)便系統(tǒng)的費(fèi)用相對(duì)較低，并且，其安裝方法也相對(duì)簡(jiǎn)單。
本發(fā)明非常適合用來翻新改造現(xiàn)有的軸向床裝置。例如，具有金屬篩網(wǎng)形式隔板的現(xiàn)有裝置，可在出口端安裝一個(gè)隔板、一堆球和一個(gè)氣囊。所述的氣囊向隔板提供均勻的控制壓力。氣囊固定在所述頂端壁的底側(cè)，它在常規(guī)的吸附劑裝載完成之后發(fā)生膨脹。這樣，就不存在附加裝載復(fù)雜化問題。
圖4所示為一種可能的滑動(dòng)密封60組件，它可用在隔板外圍邊緣，在此它與所述室的圓周壁接合。所述的篩網(wǎng)組件是固定在所述的滑動(dòng)密封的剛性墊板62上，位于所述床表面界面，以防止吸附材料在此交叉點(diǎn)處發(fā)生滲漏。一種軟材料或泡沫材料附著在所述的滑動(dòng)密封板上，它與容器壁的內(nèi)徑直接接觸。這種接觸可防止在密封組件與容器壁的連接處發(fā)生漏氣。這種滑動(dòng)密封組件的典型設(shè)計(jì)，將與所述的壁接觸長(zhǎng)度為0.1-10cm。這種密封的其它改動(dòng)也可包括在本發(fā)明的范圍中。這一區(qū)域其局部的流化是最為關(guān)心的問題。在這一區(qū)域的流化會(huì)導(dǎo)致吸附劑滲漏到所述容器的頂部分級(jí)球區(qū)域。
上述設(shè)計(jì)固有的進(jìn)一步改進(jìn)，是通過位于通常可截留分離后流體產(chǎn)物的空隙空間中的所述球和所述氣動(dòng)氣囊的結(jié)合，從而使位于吸附床上方容器頂部的過多空隙空間得到基本消除或使之最小化。消除所述床上方的過多空隙空間，可強(qiáng)迫更多的分離后流體產(chǎn)物自出口端口流出，從而提高裝置的整體效率。需要強(qiáng)調(diào)的是，采用撓性氣囊減小端部空間，可象在新設(shè)計(jì)中一樣，很適于進(jìn)行翻新改造，同樣地，還可用來降低容器底部的端部空間。
所述的裝置必須安裝有氣囊和球載體，這樣，流向和來自所述床的均勻流動(dòng)就可維持在最小的壓降。在最小壓降下的流向和來自所述床的均勻流動(dòng)分配，是通過選擇吸附劑上方所述球的尺寸和安裝、入口擋板的位置和設(shè)計(jì)、和通過所述膨脹氣囊的形狀和尺寸而實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際上，隔板30上方容積的100％是被氣囊50或球36所占據(jù)的，這樣就減小該區(qū)域的空隙容積至堆集的球之間所含空隙空間的容積。氣囊50優(yōu)選是占據(jù)所述床上方即“上部”容積的10-70％。分級(jí)球優(yōu)選是占據(jù)上部?jī)?nèi)剩余容積。在吸附床表面，所述球的尺寸是選用具有直徑在1/8"-1"范圍之間，在吸附器出口端口處其范圍在"-3"之間。這種部件的典型設(shè)計(jì)壓降占整個(gè)床壓降的0.05-50％。采用所述的氣囊和球組件一般可減小吸附劑上方的空隙空間多達(dá)30-80％。
第二擋板58是設(shè)計(jì)成裝載頂部氣囊的。這可控制該擋板在適當(dāng)位置，還可在該擋板下方裝載球。第二擋板的底部可用致密墊覆蓋，以使在該擋板的正下方提供更為均勻的球裝載。
端部空間容積的封閉可以多種方法完成。
(1)如上所述的撓性氣囊，可嵌入到端部空間，接著膨脹以閉塞端部空間的容積。另外，所述的氣囊設(shè)備在過程中可循環(huán)地膨脹和放氣，象泵一樣地強(qiáng)迫端部空間氣體通過所述床或流出容器。
(2)一個(gè)剛性構(gòu)架，可構(gòu)造在端空間的內(nèi)部，是采用管狀、網(wǎng)狀或塑料構(gòu)件，它們可用不透氣體的結(jié)構(gòu)織物或隔膜(圖中未給出)覆蓋。所述的構(gòu)架限定，所述的織物限定了要封閉的容積；流動(dòng)分配以與使用球和擋板所述的相似方式保持在組件中。附加的結(jié)構(gòu)剛性和消除來自封閉容積中的氣體，可通過采用適當(dāng)?shù)某尚尾牧蟻慝@得。
(3)較小的中空構(gòu)件可用來替代所述的固體陶瓷球。中空形狀的殼體可由聚合物、金屬或織物材料制成。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)包括易于翻新改造；允許使用輕質(zhì)的撓性材料；易于構(gòu)造；具有定制形狀復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的潛力以控制流動(dòng)分配；在頂端空間和底端空間都可使用。
本發(fā)明優(yōu)選的取向是采用如圖1所述的軸流吸附器的方式。本發(fā)明的吸附劑限制組件可用在水平流吸附容器中。吸附床現(xiàn)包含在水平取向的圓筒容器中，彼此兩端接近。流入和流出吸附容器的流動(dòng)，是通過位于此圓筒容器頂部和底部的噴嘴實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明優(yōu)選取向是采用垂直軸軸流式吸附器的方式。如本發(fā)明所述的限制器也可允許圖1的容器傾斜與垂直方向成90度。
一個(gè)由安裝在容器的外圍并壓緊撓性開口篩網(wǎng)或帶孔板30的剛性剖分式固定環(huán)101組成的剛性固定系統(tǒng)(圖5-9)，它也可結(jié)合到所述的裝置中。這種環(huán)可分成兩個(gè)或多個(gè)部件103、105(圖8-9)，這樣，當(dāng)容器裝載完吸附劑之后，它就可嵌入到容器中。該環(huán)部件103、105在法蘭107、108處接合，并通過采用永久固定在容器壁6或8內(nèi)部并直接靠在該環(huán)表面上的固定板109而固定在容器的周圍，這樣，該環(huán)組件就可對(duì)所述的撓性篩網(wǎng)施加剛性。這種剛性固定環(huán)也可設(shè)計(jì)成一個(gè)分配擋板。非必須地，一個(gè)可壓縮的部件115(圖7)也可嵌入在該環(huán)部件和該固定板109之間，以促進(jìn)裝配和操作。
所述篩網(wǎng)或帶孔板上的開孔，要仔細(xì)地選擇以保留最小的顆粒，同時(shí)避免發(fā)生阻塞或敞開面積的明顯降低-這種狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致壓降極大地提高。
一個(gè)剛性構(gòu)架類的固定器組件150(圖5-6)，可用來替代所述的氣囊，或者是與所述的氣囊結(jié)合使用，從而為固定組件提供附加的壓緊力。這種星輪狀的固定器150，可以在裝載完吸附劑之后，嵌入并裝配在容器的內(nèi)部。類似地，也可使用一個(gè)活動(dòng)的裝有彈簧的固定器115(圖7)(例如，片簧或貝氏墊圈)。一個(gè)可供替代的方案是，所述的偏置元件可含有一種簡(jiǎn)單的被動(dòng)壓板，是由惰性的陶瓷球或類似的材料所組成的(圖1)。在后面的這種情形中，上端空間空隙得到降低，有利于增進(jìn)過程的性能。所有這些附加的限制器必須在吸附劑裝載之后增添，這是由于目前的裝載方法要求在容器頂部是無阻礙的空間。
本發(fā)明的裝置和方法可用于多種流體的分離應(yīng)用。
由于前述的和其它的變動(dòng)可在本發(fā)明上述的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行，應(yīng)該能夠理解，前述的公開內(nèi)容可用來涵蓋沒有遠(yuǎn)離本發(fā)明精神和范圍的變動(dòng)和改進(jìn)，其范圍如所附的權(quán)利要求書所述。
權(quán)利要求
1．一種吸附裝置，包括一個(gè)由一個(gè)外圍壁和進(jìn)料端壁和末端壁所限定的室，所述的外圍壁限定該室的截面，該室在所述的進(jìn)料端壁和末端壁的一個(gè)壁鄰近處具有一個(gè)出口端，在所述的進(jìn)料端壁和末端壁的另一個(gè)壁鄰近處具有一個(gè)入口端，并有一個(gè)軸由該入口端延伸到該出口端；一個(gè)與所述入口端流體連通的入口端口，用來向所述的室中供給流體混合物，并從所述室中移走氣體；一個(gè)與所述出口端流體連通的出口端口，分離的流體產(chǎn)物通過該端口從所述室中流出；一個(gè)基本填充所述室部分的微粒床，它位于所述的入口端和所述的出口端之間，所述床的表面面向所述的出口端，它是由眾多的每個(gè)具有最小尺寸的顆粒形成的，所述的表面在尺寸上相應(yīng)于所述的截面；一個(gè)位于所述的表面之上的多孔隔板，所述的多孔隔板適合用來抑制所述的具有所述最小尺寸的顆粒，使其不能進(jìn)入到所述的出口端，并適合用來使分離的流體產(chǎn)物能進(jìn)入到所述的出口端，其中，所述的多孔隔板和所述的床中至少有一個(gè)沿著所述的軸是可以向所述的多孔隔板和所述的床中的另一個(gè)進(jìn)行移動(dòng)的；和用來使所述的多孔隔板和所述的床中的一個(gè)向所述的多孔隔板和所述的床中的另一個(gè)偏置從而使所述的床受到抑制不再流化的元件。
2．權(quán)利要求1所述的吸附裝置，還包括位于所述的多孔隔板和所述的出口端口之間的分配元件，用來允許分離后的氣體從該多孔元件中流到該出口端口。
3．權(quán)利要求1所述的吸附裝置，其中所述的多孔隔板具有眾多的縫隙，每個(gè)縫隙的尺寸小于所述顆粒的最小尺寸。
4．權(quán)利要求1所述的吸附裝置，其中所述的用來偏置的元件為一種可膨脹的氣囊或一種彈簧。
5．一種用于一種吸附裝置的床限制器，該吸附裝置具有一個(gè)由一個(gè)外圍壁和進(jìn)料端壁和末端壁所限定的室，所述的外圍壁限定該室的截面，該室在所述的端壁的一個(gè)壁鄰近處具有一個(gè)入口端，在所述的端壁的另一壁鄰近處具有一個(gè)出口端，并有一個(gè)軸由該入口端延伸到該出口端，一個(gè)入口端口與所述入口端流體連通，用來向所述的室中供給流體混合物，一個(gè)出口端口與所述出口端流體連通，用來將分離的氣體從所述室中排出，一個(gè)填充所述室絕大部分的微粒床，它位于所述的入口端和所述的出口端之間，所述吸附床的表面尺寸與所述的截面相當(dāng)并面向所述的出口端，所述的表面是由眾多的單獨(dú)的每個(gè)都具有最小尺寸的顆粒所形成的，所述的限制器包括一個(gè)用來基本覆蓋所述表面的多孔的隔板，所述的隔板沿著所述的軸可與所述的表面一起移動(dòng)，所述的隔板用來抑制所述的單獨(dú)的顆粒，使其不能進(jìn)入到所述的出口端中，并適合用來使分離的氣體產(chǎn)物能進(jìn)入到所述的出口端；用來使所述的多孔隔板向所述的床偏置從而使所述的顆粒受到抑制不再流化的元件；位于所述的多孔隔板和所述的出口端口之間的分配元件，用來允許分離的氣體從所述的多孔隔板流到該出口端口。
6．權(quán)利要求5所述的床限制器，其中所述的多孔隔板具有眾多的縫隙，每個(gè)縫隙的尺寸小于所述顆粒的最小尺寸。
7．權(quán)利要求5所述的床限制器，其中所述的用來偏置的元件為一種可膨脹的氣囊或一種彈簧。
8．權(quán)利要求5所述的床限制器，其中所述的分配元件為多個(gè)球，它們放置在所述氣囊和所述多孔隔板之間。
9．一種用來限制吸附裝置的微粒床的方法，該吸附裝置具有一個(gè)由一個(gè)外圍壁和進(jìn)料端壁和末端壁所限定的室，所述的外圍壁限定該室的截面，該室在所述的端壁的鄰近處具有一個(gè)入口端，在所述的端壁的另一端壁的鄰近處具有一個(gè)出口端，并有一個(gè)軸由該入口端延伸到該出口端，一個(gè)入口端口與所述入口端流體連通，用來向所述的室中供給流體混合物，一個(gè)出口端口與所述出口端流體連通，用來將分離的氣體從所述室中排出，一個(gè)填充所述室大部分的微粒床，它位于所述的入口端和所述的出口端之間，所述微粒床的表面尺寸與所述的截面相當(dāng)并面向所述的出口端，所述的表面是由眾多的單獨(dú)的每個(gè)都具有最小尺寸的顆粒所形成的，該方法包括采用一個(gè)多孔的隔板覆蓋所述的表面，所述的隔板沿著所述的軸可與所述的表面一起移動(dòng)，所述的隔板用來抑制所述的單獨(dú)的顆粒，使其不能進(jìn)入到所述的出口端中，并適合用來使分離的氣體產(chǎn)物能進(jìn)入到所述的出口端；使所述的多孔隔板向所述的微粒偏置，從而使所述的顆粒受到抑制不再流化；在所述的多孔隔板和所述的出口端口之間安裝分配元件，所述的分配元件用來允許分離的氣體從所述的多孔元件流到該出口端口。
10．權(quán)利要求9所述的方法，還包括在所述的多孔隔板和所述的出口端之間安裝多個(gè)球，使分離的氣體能夠經(jīng)這些球間的空隙從所述的多孔隔板流到所述的出口端口；在所述的出口端和所述的多個(gè)球之間安裝一個(gè)氣囊；和膨脹所述的氣囊，使所述的隔板向所述的表面偏置。
全文摘要
軸流吸附裝置,包括吸附材料床、與分配篩網(wǎng)或擋板結(jié)合的呈開孔材料形式的隔板、分級(jí)球和可膨脹氣囊。吸附床為分離過程必需的活性吸附劑。隔板與開孔材料和分配篩網(wǎng)結(jié)合,基本覆蓋吸附床的頂部表面以阻止床流化,且其上的分級(jí)球可進(jìn)一步抑制流化。球還用來引導(dǎo)容器上端的氣流并減小裝置中會(huì)截留產(chǎn)物氣體的空隙容積。撓性氣囊維持床上的均勻壓力并消除吸附裝置頂部的大部分空隙容積。
文檔編號(hào)B01J8/02GK1286131SQ0012631
公開日2001年3月7日 申請(qǐng)日期2000年8月30日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月1日
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