專利名稱：一種提高吸附過程產(chǎn)品回收率的吸附器及其應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于吸附分離技術(shù)領(lǐng)域，更具體地是一種應用于各種流體的吸附分離過程的吸附器。
變壓吸附(簡稱PSA)作為吸附分離過程的一項重要分支，主要用于各種工業(yè)氣體混合物的分離與純化。在二十世紀六十年代初，美國聯(lián)合碳化物公司首先實現(xiàn)變壓吸附的工業(yè)化，用于從含氫工業(yè)廢氣中回收高純度氫氣，四十年來，隨著吸附劑、工藝過程以及自動控制等技術(shù)的開發(fā)研究工作的深入，變壓吸附技術(shù)在氣體分離與凈化領(lǐng)域中發(fā)展迅速，應用范圍不斷擴大。
變壓吸附的弱點就是產(chǎn)品回收率較低，主要原因在于現(xiàn)有的吸附器(見圖1)吸附床死空間氣體得不到有效回收與利用。吸附床死空間包括吸附床中吸附劑顆粒間的空隙和產(chǎn)品端封頭空間兩部分。為了提高回收率，開發(fā)出各種吸附性能優(yōu)良的吸附劑，并采用了多床多次均壓技術(shù)，將吸附過程結(jié)束后的一個吸附床與一個已完成解吸并等待升壓的吸附床聯(lián)通，實現(xiàn)兩床壓力平衡(簡稱均壓)，這樣既回收了一部分吸附床死空間中的有用組份，又利用了其中的能量。多床多次均壓技術(shù)的采用，有效地提高了變壓吸附過程的產(chǎn)品回收率。
本發(fā)明的主要技術(shù)方案采用新型高效的分布器實現(xiàn)吸附床的良好流體分布，最大限度地消除吸附器產(chǎn)品端的死空間體積，以提高產(chǎn)品回收率。
本發(fā)明的吸附器根據(jù)產(chǎn)品端分布器形式和安裝位置不同，可有多種結(jié)構(gòu)，圖2和圖3為兩種常用結(jié)構(gòu)，通常由原料端、原料端分布器、原料端封頭空間、吸附床、產(chǎn)品端、產(chǎn)品端分布器、產(chǎn)品端封頭空間所構(gòu)成。其特征在于1.產(chǎn)品端分布器采用工業(yè)填料塔或催化裂化(FCC)反應再生器常用的各種流體分布器包括高效多孔多管式分布器，多孔圓盤形分布器或分布板等中的一種，也可以采用兩種或多種組合使用，組成組合式分布器。(參見劉乃鴻主編，《工業(yè)塔新型規(guī)整填料應用手冊》，天津大學出版社，1993年12月，P133和石油工業(yè)部第二煉油設計院，《催化裂化工藝設計》，石油工業(yè)出版社，1983年2月)2.產(chǎn)品端分布器還可以是固定床反應器或吸附器常用的各種流體分布器包括高效多孔圓臺形分布器或其它型式的高效分布器等中的一種，也可以是上述工業(yè)固定床反應器或吸附器常用的流體分布器中的一種與工業(yè)填料塔或催化裂化(FCC)反應再生器常用的各種流體分布器包括高效多孔多管式分布器，多孔圓盤形分布器或分布板等中的一種，兩種或多種組合使用，組成的組合式分布器。
由于上述分布器所需空間極少即可獲得良好的流體分配，因而可在產(chǎn)品端封頭空間處部分填充或填滿吸附劑或其它惰性固體填充物，在消除產(chǎn)品端死空間的同時，可提高吸附器容積的利用率，從而減小吸附器尺寸，降低設備造價。
在產(chǎn)品端封頭空間中部分填充或填滿無吸附能力或低吸附能力的任何惰性固體填充物，包括金屬和非金屬材料。上述分布器和填充物可方便地通過人孔裝填。
本發(fā)明的主要優(yōu)點和效果本發(fā)明的吸附器結(jié)構(gòu)可有效地減少吸附器產(chǎn)品端的死空間，提高吸附器的容積利用率，在提高回收率的同時，通過優(yōu)化設計，還可以縮小吸附器的尺寸，減少均壓次數(shù)，降低吸附器造價和工程投資。
由于本發(fā)明的吸附器產(chǎn)品端結(jié)構(gòu)獨特，流體分布性能優(yōu)良，其結(jié)構(gòu)形式包括分布器和惰性固體填充物及其相對位置等，也可用于吸附器原料端，以改進吸附器原料端的流體分配，從而提高吸附器的總效率，降低吸附器造價和工程投資。
本發(fā)明的吸附器可廣泛應用于各種氣體的變壓吸附法凈化或提純過程如空氣分離、二氧化碳和甲烷分離、一氧化碳回收、二氧化碳回收、氫氣凈化與提純，正構(gòu)與異構(gòu)烷烴分離等，也可應用于各種氣體或液體的其他吸附分離過程如變溫吸附等。
對于采用本發(fā)明的吸附器的各種變壓吸附法氣體分離過程，工業(yè)變壓吸附過程所采用的各種工藝和技術(shù)如設預處理床、弱吸附氣體吹掃和抽真空再生、并流減壓與均壓、強吸附氣體順流吹掃或置換、逆流減壓、溫度均衡、變溫再生以及多床多次均壓等((美)R.T.揚著，《吸附法氣體分離》，化學工業(yè)出版社，1991年11月)，均可使用。


圖1為已知的吸附器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明吸附器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明吸附器另一結(jié)構(gòu)示意圖。
實例1本實例結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明吸附器結(jié)構(gòu)特點并與已知的吸附器進行對比。
由圖1所示，已知的吸附器由原料端1、產(chǎn)品端2、吸附床層3、原料端1分布器4、產(chǎn)品端2分布器5、產(chǎn)品端2封頭空間6和原料端1封頭空間7所構(gòu)成。其中所述的原料端1分布器4為多孔圓臺形或多孔圓柱形，產(chǎn)品端2分布器5一般為多孔圓柱形(參見葉振華編著，《化工吸附分離過程》，中國石化出版社，1992年12月，P309)。這種結(jié)構(gòu)的吸附器產(chǎn)品端2封頭空間6利用率很低，絕大部分未填充任何物質(zhì)，這就增加了吸附器的總死空間體積，影響產(chǎn)品回收率。由于圓柱形分布器要求較大空間才能保證流體的良好分布，實現(xiàn)吸附劑床的良好吸附，所以在產(chǎn)品端2封頭空間6不可能填滿吸附劑，因此吸附器的產(chǎn)品端2封頭空間6一般不填充或很少填充吸附劑或其它物質(zhì)，大部分空間未得到利用。
由圖2所示，本發(fā)明的吸附器包括原料端1、產(chǎn)品端2、吸附床3、原料端1分布器4、產(chǎn)品端2封頭空間6、原料端1分布器4和吸附床3之間為原料端1封頭空間7、產(chǎn)品端分布器8。分布器8位于吸附床3和產(chǎn)品端2封頭空間6之間，在吸附器的原料端1分布器4和產(chǎn)品端2分布器8中間為裝有吸附劑的吸附床3。
根據(jù)所分離的流體和所采用的工藝技術(shù)不同，吸附床3可以是單一吸附劑床層，也可以是不同吸附劑組成的兩層或多層復合床，所用的吸附劑為工業(yè)上常用的吸附劑，包括分子篩、活性炭、活性氧化鋁、硅膠等。
其特點是產(chǎn)品端分布器8采用工業(yè)填料塔或催化裂化(FCC)反應再生器常用的各種流體分布器包括高效多孔多管式分布器，多孔圓盤形分布器或分布板等中的一種，或采用兩種或多種組成的組合式分布器。上述分布器為可拆卸式的，可以通過吸附器上的人孔(未劃出)進行安裝和檢修。
產(chǎn)品端2和產(chǎn)品端2分布器8之間的產(chǎn)品端2封頭空間6可部分填充或填滿無吸附能力或低吸附能力的任何惰性固體填充物包括金屬和非金屬材料，以消除產(chǎn)品端2封頭空間6內(nèi)的死空間。上述惰性固體填充物也可以通過吸附器上的人孔(未劃出)進行安裝和檢修。
上述產(chǎn)品端2分布器8及其封頭空間6的結(jié)構(gòu)與裝填方式等也可以用于吸附器的原料端1。
由圖3所示，本發(fā)明的吸附器的另一種結(jié)構(gòu)，包括吸附器原料端1，產(chǎn)品端2，吸附床3，原料端1分布器4，產(chǎn)品端2封頭空間6，原料端1分布器4和吸附床3之間為原料端1封頭空間7，吸附器內(nèi)設有位于產(chǎn)品端2封頭空間6內(nèi)的產(chǎn)品端2分布器9。分布器9和吸附床3之間為產(chǎn)品端2封頭空間6。在吸附器的原料端1分布器4和產(chǎn)品端1分布器9之間為裝有吸附劑的吸附床3。
根據(jù)所分離的流體和所采用的工藝技術(shù)不同，吸附床3可以是單一吸附劑床層，也可以是不同吸附劑組成的兩層或多層復合床，所用的吸附劑為工業(yè)上常用的吸附劑，包括分子篩、活性炭、活性氧化鋁、硅膠等。
其特點在于產(chǎn)品端2分布器9為固定床反應器或吸附器常用的各種流體分布器包括高效多孔圓臺形分布器(與原料端1分布器4的結(jié)構(gòu)相同)或其它型式的高效分布器等中的一種，或采用工業(yè)填料塔或催化裂化(FCC)反應再生器常用的各種流體分布器包括高效多孔多管式分布器，多孔圓盤形分布器或分布板等中的一種，兩種或多種與其組合使用，組成組合式分布器。
上述產(chǎn)品端2分布器9為可拆卸的，可以通過吸附器上的人孔(未劃出)進行安裝和檢修。
在產(chǎn)品端2封頭空間6內(nèi)部分填充或填滿吸附劑或其它惰性固體填充物，以減少產(chǎn)品端2封頭空間6的死空間，提高吸附器容積的利用率，從而減小吸附器的尺寸，降低設備造價。根據(jù)所分離的流體和所采用的工藝技術(shù)不同，上述吸附劑為工業(yè)上常用的吸附劑包括分子篩、活性炭、活性氧化鋁、硅膠等中的一種。上述惰性固體填充物或吸附劑也可以通過吸附器上的人孔(未劃出)進行安裝和檢修。
上述產(chǎn)品端2分布器9及其封頭空間6的結(jié)構(gòu)與裝填方式等也可以用于吸附器的原料端1。
實例2本實例是本發(fā)明吸附器的應用實例。
對于10床3次均壓的變壓吸附氫氣凈化裝置，其產(chǎn)氫能力為43850Nm3/h，吸附器的直徑為3.2米，吸附壓力為2.4MPa，尾氣壓力為0.03Mpa.采用圖2結(jié)構(gòu)的本發(fā)明吸附器，產(chǎn)品端分布器采用高效多孔多管式分布器，產(chǎn)品端封頭空間填滿無吸附能力的惰性固體填充物，其他工藝流程和操作條件均不變，可使氫氣回收率提高2％左右。
權(quán)利要求
1.一種提高吸附過程產(chǎn)品回收率的吸附器，包括吸附器原料端，產(chǎn)品端，吸附床，原料端分布器，產(chǎn)品端分布器，產(chǎn)品端封頭空間，原料端封頭空間，其特征在于吸附器內(nèi)產(chǎn)品端分布器為工業(yè)上常用的新型高效分布器，產(chǎn)品端封頭空間中部分填充或填滿無吸附能力或低吸附能力的任何惰性固體填充物；或者部分填充或填滿工業(yè)上常用的，包括分子篩、活性炭、活性氧化鋁、硅膠在內(nèi)的吸附劑。
2.按照權(quán)利要求1所述的吸附器，其特征在于吸附器內(nèi)設有位于吸附床和產(chǎn)品端封頭空間之間的產(chǎn)品端分布器，該分布器為工業(yè)填料塔或催化裂化反應再生器常用的流體分布器包括高效多孔多管式分布器，多孔圓盤形分布器或分布板；在產(chǎn)品端分布器和產(chǎn)品端之間的產(chǎn)品端封頭空間中部分填充或填滿無吸附能力或低吸附能力的任何惰性固體填充物。
3.按照權(quán)利要求1所述的吸附器，其特征在于吸附器內(nèi)設有位于產(chǎn)品端封頭空間內(nèi)的產(chǎn)品端分布器，該分布器為固定床反應器或吸附器常用的的流體分布器包括高效多孔圓臺形分布器等，在產(chǎn)品端分布器和吸附床之間的產(chǎn)品端封頭空間內(nèi)部分填充或填滿吸附劑或其它惰性固體填充物。
4.按照權(quán)利要求2所述的吸附器，其特征在于產(chǎn)品端分布器可以為工業(yè)填料塔或催化裂化反應再生器常用的各種流體分布器包括高效多孔多管式分布器、多孔圓盤形分布器或分布板等中的一種、兩種或多種組成的組合式分布器。
5.按照權(quán)利要求3所述的吸附器，其特征在于產(chǎn)品端分布器可以為工業(yè)固定床反應器或吸附器常用的的流體分布器包括高效多孔圓臺形分布器中的一種，或者是工業(yè)固定床反應器或吸附器常用的的流體分布器中的一種與工業(yè)填料塔或催化裂化反應再生器常用的各種流體分布器包括高效多孔多管式分布器、多孔圓盤形分布器或分布板等中的一種、兩種或多種組成的組合式分布器。
6.按照權(quán)利要求2或4所述的吸附器，其產(chǎn)品端的結(jié)構(gòu)形式包括分布器和惰性固體填充物及其相對位置可用于吸附器原料端。
7.按照權(quán)利要求3或5所述的吸附器，其產(chǎn)品端的結(jié)構(gòu)形式包括分布器和惰性固體填充物及其相對位置可用于吸附器原料端。
8.權(quán)利要求1，2，3，4，5，6或7所述的吸附器，可應用于各種氣體的變壓吸附法分離過程包括變壓吸附、變真空吸附、真空再生的變壓吸附以及各種氣體或液體的吸附分離過程包括變溫吸附。
全文摘要
本發(fā)明是一種提高吸附過程產(chǎn)品回收率的吸附器，包括原料端、產(chǎn)品端、原料端分布器、吸附床、原料端封頭空間，其特征在于產(chǎn)品端分布器為高效多孔多管式分布器，多孔圓盤形分布器或分布板，在產(chǎn)品端封頭空間裝有無吸附能力或低吸附能力的填充物；或者產(chǎn)品端分布器為高效多孔圓臺分布器為高效多孔圓臺形分布器，在產(chǎn)品端封頭空間裝有吸附劑。本發(fā)明的吸附器可有效地減少吸附器產(chǎn)品端的死空間，提高吸附器容積利用率，在提高產(chǎn)品回收率的同時還可縮小吸附器尺寸，降低其造價；本發(fā)明的吸附器可應用于各種流體的吸附分離過程。
文檔編號B01D53/047GK1463788SQ0212111
公開日2003年12月31日 申請日期2002年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月7日
發(fā)明者李群柱 申請人:李群柱