本發(fā)明屬于吸附塔技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于變壓吸附的吸附塔，具體為一種用于變壓吸附的新型徑向流吸附塔。

背景技術(shù)：

變壓吸附技術(shù)是利用吸附劑對(duì)氣體混合物中各組份的吸附與解吸性能隨著壓力變化而呈現(xiàn)明顯差異性的特性，對(duì)混合氣中不同氣體組份進(jìn)行選擇性吸附，并實(shí)現(xiàn)對(duì)不同氣體組分進(jìn)行分離與凈化的目的。考慮到吸附與解吸壓力的不同，其主要包括變壓吸附(pressureswingadsorption，簡(jiǎn)稱psa)、真空變壓吸附(vacuumpressureswingadsorption，簡(jiǎn)稱vpsa或vsa)和變溫吸附(temperatureswingadsorption，簡(jiǎn)稱tsa)。對(duì)于壓力為常壓或略高于常壓的氣源一般多采用vpsa或vsa方式。其中，變壓吸附空氣分離制氧，多采用vpsa方式，尤其是中、大規(guī)模制氧裝置(≥1000nm³/h)。

吸附塔是變壓吸附技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵要件之一。目前，在變壓吸附技術(shù)應(yīng)用中，除vpsa空分制氧裝置外，其吸附塔皆采用立式軸向流塔設(shè)計(jì)。vpsa空分制氧裝置中絕大多數(shù)使用立式軸向流塔，也還有立式徑向流吸附塔的發(fā)明專利和應(yīng)用。

相對(duì)于軸向流吸附塔，徑向流塔突出的先進(jìn)性主要表現(xiàn)在：一是氣流通過吸附劑床層流通的截面積大，流速較低、吸附劑床層壓損較小，單位能耗較低，二是吸附塔徑較小而塔可更高，裝置占地面積較小；三是裝置處理氣量大，更具有規(guī)模效應(yīng)。但是，徑向流吸附塔涉及到多層圓筒通道，需考慮氣流分布的均勻性，其塔內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度和承重壓力大，具有較高的建造成本。

按徑向流流動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，徑向流塔內(nèi)氣流流動(dòng)可分為u型和z型。在常壓和低壓徑向流塔中，環(huán)形內(nèi)外通道的截面積較大，環(huán)形外、內(nèi)流道常呈現(xiàn)動(dòng)量交換控制流體模型。氣流在環(huán)形外流道的軸向靜壓是隨流動(dòng)方向而升高，而在環(huán)形內(nèi)流道的軸向靜壓卻隨流動(dòng)方向而降低，而氣流采用u型流動(dòng)方式時(shí)，塔內(nèi)環(huán)形外通道與環(huán)形內(nèi)通道靜壓變化趨勢(shì)相一致，其環(huán)形外、內(nèi)通道靜壓差較小，能有效控制氣流在吸附劑層內(nèi)的偏流，使流體更容易實(shí)現(xiàn)均勻分布。故此，徑向流吸附塔中，氣流多采用u型流動(dòng)方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于變壓吸附的新型徑向流吸附塔，本發(fā)明吸附塔中的原料氣從塔底進(jìn)入，通過塔內(nèi)中心管至塔頂部，再通過分流管從塔頂部由垂直向下流入環(huán)形外通道，并由水平徑向方向?qū)胛絼樱ㄟ^吸附劑分離后進(jìn)入環(huán)形內(nèi)通道，最后通過產(chǎn)品氣出氣管和輸出管輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的分離凈化。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種用于變壓吸附的新型徑向流吸附塔，所述吸附塔包括上封頭、下封頭以及由外向內(nèi)依次按同心圓布置的塔筒體、隔離圓筒以及中心管，所述隔離圓筒外筒壁與塔筒體之間形成環(huán)形外通道，所述隔離圓筒內(nèi)筒壁與中心管外壁之間形成環(huán)形內(nèi)通道；所述吸附塔內(nèi)頂部設(shè)置有用于連通中心管與環(huán)形外通道的分流管以及與環(huán)形內(nèi)通道連接相通的出氣管；所述隔離圓筒的筒體上分布有氣流孔道，筒體內(nèi)用于裝填吸附劑。

作為本發(fā)明所述一種用于變壓吸附的新型徑向流吸附塔的一個(gè)具體實(shí)施例，所述吸附塔內(nèi)氣流流動(dòng)方式為：原料氣由中心管通道經(jīng)分流管導(dǎo)入環(huán)形外通道，并徑向流入吸附劑層，經(jīng)吸附分離后進(jìn)入環(huán)形內(nèi)通道，氣體在吸附塔外、內(nèi)通道之間實(shí)現(xiàn)u型流動(dòng)，使外、內(nèi)通道中的靜壓變化趨勢(shì)在氣流的軸向流動(dòng)方向上相同，其靜壓差較小，可控制吸附劑層中偏流發(fā)生，實(shí)現(xiàn)氣流的均勻分布。

作為本發(fā)明所述一種用于變壓吸附的新型徑向流吸附塔的一個(gè)具體實(shí)施例，所述上封頭與下封頭分別設(shè)置有原料氣進(jìn)氣管和產(chǎn)品氣輸出管，所述原料氣進(jìn)管與中心管連通，所述產(chǎn)品氣輸出管與出氣管連通。

作為本發(fā)明所述一種用于變壓吸附的新型徑向流吸附塔的一個(gè)具體實(shí)施例，所述中心管的管徑不小于原料氣進(jìn)氣管管徑，進(jìn)一步，所述中心管的管徑為原料氣進(jìn)氣管管徑的1.0～1.5倍。

作為本發(fā)明所述一種用于變壓吸附的新型徑向流吸附塔的一個(gè)具體實(shí)施例，所述分流管位于隔離圓筒上方，所述分流管的為多個(gè)，且所述分流管的總流通面積不小于原料氣進(jìn)氣管的流通面積，分流管數(shù)量越多，管徑越?。贿M(jìn)一步，所述分流管為2～12個(gè)。

作為本發(fā)明所述一種用于變壓吸附的新型徑向流吸附塔的一個(gè)具體實(shí)施例，所述隔離圓筒為多層，且其中裝填的吸附劑可以相同也可以不同，所述吸附劑一般裝填1～3種。

作為本發(fā)明所述一種用于變壓吸附的新型徑向流吸附塔的一個(gè)具體實(shí)施例，所述隔離圓筒由頂板、筒體以及底板構(gòu)成，所述隔離筒體的底板與中心管及塔內(nèi)壁連接，且與下封頭之間設(shè)置有支撐件。

作為本發(fā)明所述一種用于變壓吸附的新型徑向流吸附塔的一個(gè)具體實(shí)施例，所述吸附劑層的軸向高度與吸附塔的塔徑比為1.7～3.3；所述吸附劑層的軸向高度與吸附劑層的徑向厚度比為6.0～12.0；所述氣流徑向通過吸附劑層壓差δp與環(huán)形外通道靜壓pf的比值δp/pf為31～103；所述吸附劑層壓差δp與環(huán)形外內(nèi)通道壓差(pp-pf)的比值δp/(pp-pf)優(yōu)選為110～520。

作為本發(fā)明所述一種用于變壓吸附的新型徑向流吸附塔的一個(gè)具體實(shí)施例，所述吸附劑層的軸向高度與吸附塔的塔徑比為2.0～2.6；所述吸附劑層的軸向高度與吸附劑層的徑向厚度比為8.0～10.5；所述氣流徑向通過吸附劑層壓差δp與環(huán)形外通道靜壓pf的比值δp/pf為42～72；所述吸附劑層壓差δp與環(huán)形外內(nèi)通道壓差(pp-pf)的比值δp/(pp-pf)優(yōu)選為166～305。

本發(fā)明一種用于變壓吸附的新型徑向劉吸附塔的用途，所述徑向流吸附也適用于變溫吸附。

本發(fā)明徑向流吸附塔采用塔內(nèi)中心管和塔頂分流管，原料氣從塔底原料氣進(jìn)氣管進(jìn)入中心管并輸送至塔頂，通過分流管流至環(huán)形外通道，并徑向均勻地進(jìn)入吸附劑層；經(jīng)吸附劑吸附分離后，產(chǎn)品氣流入環(huán)形內(nèi)通道，經(jīng)塔頂?shù)某鰵夤芗爱a(chǎn)品氣輸出管輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)原料氣的分離凈化。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明原料氣經(jīng)分流管進(jìn)入環(huán)形外通道，并徑向均勻進(jìn)入吸附劑層，經(jīng)吸附分離后流入環(huán)形內(nèi)通道，整個(gè)氣體在吸附塔內(nèi)環(huán)形外通道、吸附劑層和環(huán)形內(nèi)通道之間的流動(dòng)構(gòu)成了u型流動(dòng)方式。通過該氣流方式，塔外、內(nèi)通道內(nèi)的靜壓變化趨勢(shì)在氣流的軸向流動(dòng)方向上相同，可明顯降低了氣流通過吸附劑層的偏流發(fā)生，實(shí)現(xiàn)氣流的均勻分布。同時(shí)，降低了內(nèi)外通道之間的靜壓差，實(shí)現(xiàn)氣流在塔內(nèi)吸附劑層的良好流動(dòng)性。

2、本發(fā)明徑向流吸附塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，承重能力強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)較高的吸附劑層軸向高度與吸附塔塔徑比，又滿足氣流通過吸附劑層均勻分布的要求。

3、本發(fā)明徑向流吸附塔的環(huán)形外通道和環(huán)形內(nèi)通道底部封閉，塔內(nèi)隔離圓筒的底板與塔內(nèi)壁和中心管相連，且底板與下封頭之間設(shè)置有支撐件，使整個(gè)塔內(nèi)結(jié)構(gòu)更牢固，承重和穩(wěn)定性更強(qiáng)，在保障氣流分布均勻性的前提下，吸附塔可以建得更高、塔徑更小，更加適合公路運(yùn)輸，裝置處理氣量規(guī)模也可更大。

4、本發(fā)明將吸附劑層的軸向高度與吸附塔的塔徑比為1.7～3.3；吸附劑層的軸向高度與吸附劑層的徑向厚度比為6.0～12.0；氣流徑向通過吸附劑層壓差δp與環(huán)形外通道靜壓pf的比值δp/pf為31～103；吸附劑層壓差δp與環(huán)形外內(nèi)通道壓差(pp-pf)的比值δp/(pp-pf)優(yōu)選為110～520。上述設(shè)計(jì)比例可以更好地控制氣流進(jìn)出吸附劑層出現(xiàn)的偏流情況，使其均勻分布，從而實(shí)現(xiàn)氣流在塔內(nèi)吸附劑層的良好流動(dòng)性。

5、本發(fā)明的徑向流吸附塔采用塔內(nèi)中心管將原料氣輸送至塔頂后通過分流管分流，從塔頂流入環(huán)形外通道，其突出表現(xiàn)為：一、中心管能有效實(shí)現(xiàn)環(huán)形外、內(nèi)通道之間的u型流動(dòng)方式，控制偏流現(xiàn)象發(fā)生，實(shí)現(xiàn)氣流在吸附劑層內(nèi)徑向均勻分布，提高了該徑向流吸附塔的使用效能；二、中心管在塔內(nèi)可加強(qiáng)承重作用，且與圓筒底板和塔內(nèi)壁相連接，進(jìn)一步加強(qiáng)了塔內(nèi)結(jié)構(gòu)承重能力，可使吸附塔建造更高，氣體處理能力更大，更能體現(xiàn)變壓吸附裝置的規(guī)模效應(yīng)；三、使用中心管可使徑向流吸附塔內(nèi)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單且實(shí)用，能有效降低建造成本；四、采用不同中心管管徑，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)產(chǎn)品氣通道尺寸，使現(xiàn)有的產(chǎn)品氣通道建造簡(jiǎn)單，且有效降低產(chǎn)品氣通道的空隙體積，可提高裝置的效能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種用于變壓吸附的新型徑向流吸附塔的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為示例1中吸附劑層軸向高度/塔徑比與環(huán)形內(nèi)外通道靜壓及其靜壓差之間的關(guān)系圖。

圖3為示例2中吸附劑層軸向高度/徑向厚度比與環(huán)形內(nèi)外通道靜壓及其靜壓差之間的關(guān)系圖。

附圖標(biāo)記：1-下封頭，2-塔筒體，3-上封頭，4-原料氣進(jìn)氣管，5-產(chǎn)品氣輸出管，6-隔離圓筒，7-中心管，8-底板，9-頂板，10-分流管，11-環(huán)形外通道，12-吸附劑層，13-環(huán)形內(nèi)通道，14-出氣管，15-支撐件。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合具體原理及步驟對(duì)本發(fā)明一種用于變形吸附的新型徑向流吸附塔進(jìn)行進(jìn)一步解釋說明。

一種用于變壓吸附的新型徑向流吸附塔，所述吸附塔包括下封頭1、上封頭3以及由外向內(nèi)依次按同心圓布置的塔筒體2、隔離圓筒6以及中心管7，所述隔離圓筒6外筒壁與塔筒體2之間形成環(huán)形外通道11，所述隔離圓筒6內(nèi)筒壁與中心管7外壁之間形成環(huán)形內(nèi)通道13；所述吸附塔內(nèi)頂部設(shè)置有用于連通中心管7與環(huán)形外通道11之間的分流管10以及與環(huán)形內(nèi)通道13連接相通的出氣管14；所述隔離圓筒6的筒體上分布有氣流孔道，筒體內(nèi)用于裝填吸附劑。

本發(fā)明吸附塔內(nèi)氣流流動(dòng)方式為：原料氣由中心管7通道經(jīng)分流管10導(dǎo)入環(huán)形外通道11，并徑向流入吸附劑層12，經(jīng)吸附分離后進(jìn)入環(huán)形內(nèi)通道13，氣體在吸附塔外、內(nèi)通道之間實(shí)現(xiàn)u型流動(dòng)，使外、內(nèi)通道中的靜壓變化趨勢(shì)在氣流的軸向流動(dòng)方向上相同，實(shí)現(xiàn)氣流的均勻分布。

具體地，本發(fā)明吸附塔的塔筒體2為圓筒形，與隔離圓筒6、中心管7由外向內(nèi)依次按同心圓的方式布置。所述下封頭1位于塔底，所述上封頭2位于塔頂，隔離圓筒6的下部和上部分別有底板8和頂板9隔離，隔離圓筒6的內(nèi)壁安裝有相配套的多層不銹鋼絲網(wǎng)，保證不同吸附劑之間隔離，從而保證氣流通過環(huán)形外通道徑向進(jìn)入筒體內(nèi)吸附劑層12，進(jìn)行吸附分離后進(jìn)入環(huán)形內(nèi)通道13，并通過產(chǎn)品氣管道輸出，實(shí)現(xiàn)塔內(nèi)氣體的有序u型流動(dòng)。

中心管7的目的是實(shí)現(xiàn)原料氣從塔底輸送至塔頂，從而實(shí)現(xiàn)從分流管10流入環(huán)形外通道11。出氣管14與環(huán)形內(nèi)通道13連通，將經(jīng)過吸附劑分離凈化后的氣體從吸附塔塔頂輸出。

隔離圓筒6用于實(shí)現(xiàn)吸附劑的放置，其筒體上開設(shè)有分布均勻的氣流孔道實(shí)現(xiàn)原料氣流向吸附劑層12，并通過吸附劑層12，從而實(shí)現(xiàn)原料氣的分離凈化。

進(jìn)一步，所述隔離圓筒6可為多層，其中放置的吸附劑可以相同也可以不同。具體隔離圓筒6的層數(shù)以及存放吸附劑的種類可以根據(jù)實(shí)際使用情況來設(shè)計(jì)，對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員來說是常規(guī)和易于實(shí)現(xiàn)的，在此不做具體說明和限制。

應(yīng)當(dāng)申明，當(dāng)隔離圓筒6為多層時(shí)，所述環(huán)形外通道11為最外一層隔離圓筒6的外筒壁與塔筒體2之間形成的環(huán)形通道；所述環(huán)形內(nèi)通道13為最內(nèi)一層隔離圓筒6的內(nèi)筒壁與中心管7外壁之間形成的環(huán)形通道。

進(jìn)一步，所述隔離圓筒6的筒體由多個(gè)附有不銹鋼絲網(wǎng)、規(guī)則分布的多孔板構(gòu)成。隔離圓筒6筒體采用此種多孔板可以在實(shí)現(xiàn)氣流通過其孔道進(jìn)入吸附劑層12，實(shí)現(xiàn)對(duì)原料氣的分離凈化，同時(shí)多孔板上附有不銹鋼絲網(wǎng)可以防止不同隔離筒體6中裝填的吸附劑之間混合，有效保障不同吸附劑的功效以及整個(gè)裝置的效能。

分流管10的作用是將從中心管7送至塔頂?shù)脑蠚廨斔椭镰h(huán)形外通道11，其一側(cè)與中心管7的頂部連接，另一側(cè)與環(huán)形外通道11連接。進(jìn)一步，所述分流管10可以為多個(gè)，其具體數(shù)量、管徑大小及分布可以根據(jù)實(shí)際需求來進(jìn)行設(shè)定。所述分流管10位于隔離圓筒6的上方，可以使整個(gè)吸附塔內(nèi)結(jié)構(gòu)更加緊湊，安裝方便。

出氣管14與環(huán)形內(nèi)通道13連通，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品氣從塔內(nèi)向塔外的輸出。

隔離圓筒6分別與塔筒體2之間形成的環(huán)形外通道11以及與中心管7之間形成的環(huán)形內(nèi)通道13，構(gòu)成了塔內(nèi)氣流流動(dòng)的通道，使氣流在塔內(nèi)軸向流動(dòng)，并與吸附劑層12的徑向流動(dòng)共同構(gòu)成了u型流動(dòng)方式。通過該氣流方式，塔內(nèi)環(huán)形外、內(nèi)通道中氣流以u(píng)型流動(dòng)，通道內(nèi)的靜壓變化趨勢(shì)在氣流的軸向流動(dòng)方向上相同，其靜壓差較小，明顯降低了氣流通過吸附劑層的偏流發(fā)生，實(shí)現(xiàn)氣流的均勻分布。同時(shí)，降低了內(nèi)外通道之間的靜壓差，實(shí)現(xiàn)氣流在塔內(nèi)吸附劑層12的良好流動(dòng)性。

進(jìn)一步，所述下封頭1與上封頭2分別設(shè)置有原料氣進(jìn)氣管4和產(chǎn)品氣輸出管5，所述原料氣進(jìn)管4與中心管7連通，所述產(chǎn)品氣輸出管5與出氣管14連通。原料氣進(jìn)氣管4實(shí)現(xiàn)原料氣從塔外向塔內(nèi)的輸送，并通過中心管7輸送至塔頂；產(chǎn)品氣輸出管5實(shí)現(xiàn)將吸附分離后的產(chǎn)品氣從塔內(nèi)向塔外輸出。

進(jìn)一步，所述中心管7的管徑不小于原料氣進(jìn)氣管4管徑。進(jìn)一步優(yōu)選為原料氣進(jìn)氣管4管徑的1.0～1.5倍。更進(jìn)一步優(yōu)選為原料氣進(jìn)氣管4管徑的1.3倍以內(nèi)(含1.3倍)。將中心管7的管徑設(shè)置比原料氣進(jìn)氣管4管徑大，將減低管道阻力和壓降，更有利于原料氣的輸送和氣體流通；同時(shí)，可調(diào)節(jié)環(huán)形內(nèi)通道內(nèi)靜壓，降低環(huán)形外、內(nèi)通道靜壓差，減少內(nèi)通道的空間容積。

進(jìn)一步，所述分流管10的總流通面積不小于原料氣進(jìn)氣管4的流通面積，分流管10管徑越小，其數(shù)量越多。更進(jìn)一步，所述分流管10的數(shù)量為2～12個(gè)，進(jìn)一步優(yōu)選為4～8個(gè)。分流管10的總流通面積不小于原料氣進(jìn)氣管4的流通面積，將減低管道阻力和壓降，可以保障氣流通暢，加快原料氣向吸附劑層的輸送，提高整個(gè)裝置的工作效率。

進(jìn)一步，所述隔離圓筒6由頂板9、筒體以及底板8構(gòu)成，所述隔離筒體的底板8與中心管7及塔內(nèi)壁連接，與下封頭1之間設(shè)置有支撐件15。隔離筒體的底板8與中心管7及塔內(nèi)壁連接，使本發(fā)明徑向流吸附塔的環(huán)形外通道11和環(huán)形內(nèi)通道13底部封閉，使氣體只能通過隔離圓筒6筒體上的孔道徑向進(jìn)入吸附劑層12，從而實(shí)現(xiàn)塔內(nèi)氣流的u型流動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)塔內(nèi)氣流的均勻分布。隔離底板8與中心管7及塔內(nèi)壁連接，優(yōu)選以焊接的方實(shí)現(xiàn)，并在底板8與下封頭1之間設(shè)置有支撐件15，使整個(gè)塔內(nèi)結(jié)構(gòu)更牢固，承重和穩(wěn)定性更強(qiáng)，在保障氣流分布均勻性的前提下，吸附塔可以建造更高、塔徑更小，更加適合公路運(yùn)輸，裝置處理氣量規(guī)模也可更大。

進(jìn)一步，所述吸附劑層12的軸向高度與吸附塔的塔徑比為1.7～3.3；所述吸附劑層12的軸向高度與吸附劑層的徑向厚度比為6.0～12.0；所述氣流徑向通過吸附劑層12壓差δp與環(huán)形外通道11靜壓pf的比值δp/pf為31～103；所述吸附劑層12壓差δp與環(huán)形外內(nèi)通道壓差(pp-pf)的比值優(yōu)選為110～520。更進(jìn)一步，所述吸附劑層12的軸向高度與吸附塔的塔徑比為2.0～2.6；所述吸附劑層12的軸向高度與吸附劑層的徑向厚度比為8.0～10.5；所述氣流徑向通過吸附劑層12壓差δp與環(huán)形外通道11靜壓pf的比值δp/pf為42～72；吸附劑層12壓差δp與環(huán)形外內(nèi)通道壓差(pp-pf)的比值δp/(pp-pf)優(yōu)選為166～305。上述設(shè)計(jì)比例可以更好地控制氣流進(jìn)出吸附劑層12出現(xiàn)的偏流情況，使其均勻分布，從而實(shí)現(xiàn)氣流在塔內(nèi)吸附劑層12的良好流動(dòng)性。

本發(fā)明徑向流吸附塔采用塔內(nèi)中心管7和塔頂分流管10，原料氣從塔底原料氣進(jìn)氣管4進(jìn)入中心管7并輸送至塔頂，通過分流管10流至環(huán)形外通道11，并徑向均勻地進(jìn)入吸附劑層12；經(jīng)吸附劑吸附分離后，產(chǎn)品氣流入環(huán)形內(nèi)通道13，經(jīng)塔頂?shù)某鰵夤?4及產(chǎn)品氣輸出管5輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)原料氣的分離凈化。

本發(fā)明一種用于變壓吸附的新型徑向流吸附塔的具體工作過程如下：

原料氣從原料氣進(jìn)氣管4進(jìn)入中心管7，由中心管7輸送至吸附塔塔頂，通過塔頂?shù)姆至鞴?0從垂直方向向下流入至環(huán)形外通道11，然后通過隔離圓筒6筒體上的孔道徑向?qū)胛絼?2，經(jīng)多層吸附劑的吸附分離凈化后，產(chǎn)品氣進(jìn)入環(huán)形內(nèi)通道13，通過環(huán)形內(nèi)通道13進(jìn)入出氣管14，最后從吸附塔頂部的產(chǎn)品氣輸出管5輸出，即完成本發(fā)明原料氣的吸附分離凈化。

下面結(jié)合具體示例對(duì)本發(fā)明吸附劑層的軸向高度與吸附塔的塔徑比，吸附劑層的軸向高度與吸附劑層的徑向厚度比，以及氣流徑向通過吸附劑層壓差δp與環(huán)形外通道靜壓pf、環(huán)形內(nèi)外通道靜壓差之比進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明具體示例采用真空變壓吸附空分制氧(vpsa-o2)裝置，塔內(nèi)含有兩種吸附劑，其中，第一層(外層)吸附劑選用13x分子篩(也可選活性氧化鋁)，第二層(內(nèi)層)吸附劑選用li-lsx分子篩。其中13x分子篩用于吸附空氣中水分、co2和有機(jī)氣體等(活性氧化鋁主要用于吸附空氣中水分等)，吸附劑li-lsx主要是吸附空氣中的氮?dú)猓沟獨(dú)馀c氧氬分離而得到所需高濃度的富氧氣(產(chǎn)品氣)。

實(shí)例1吸附劑層軸向高度與吸附塔直徑比設(shè)定為0.9～3.8范圍

本實(shí)例中選擇vpsa-o2兩塔流程，進(jìn)塔氣量范圍為29100m³/h～100200m³/h原料空氣，其中，產(chǎn)品氣流量3200nm³/h～11000nm³/h，選擇適合高速公路運(yùn)輸?shù)膹较蛄魑剿M(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和計(jì)算。

所選的徑向流吸附塔尺寸，適合高速公路運(yùn)輸最大限高4.2m范圍內(nèi)的吸附塔，則選擇其塔徑不大于3.4m。

如上所述，原料空氣從徑向流吸附塔底部依次進(jìn)入至中心管、分流管，分流至環(huán)形外通道中，從塔徑向方向進(jìn)入兩種吸附劑層，吸附分離后的產(chǎn)品氣流入環(huán)形內(nèi)通道7，通過出氣管及產(chǎn)品氣輸出管從塔頂輸出。

在變壓吸附過程中，吸附過程氣流流量和流速最大，在塔吸附劑層內(nèi)又涉及原料氣進(jìn)氣和產(chǎn)品氣輸出，最能反應(yīng)出塔內(nèi)氣流分布的效果。本實(shí)施方式中選擇吸附過程中氣流進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。

表1不同吸附劑層軸向高度與吸附塔塔徑比時(shí)吸附塔內(nèi)靜壓及壓差數(shù)據(jù)

如上表1，在一定塔徑的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同流量的氣流，通過增加徑向流塔的塔高，調(diào)整吸附劑層軸向高度與塔徑比，計(jì)算出不同條件下，吸附塔環(huán)形內(nèi)外通道的靜壓及其之間的靜壓差大小、吸附劑層壓差與內(nèi)外通道靜壓等之比，控制氣流進(jìn)出吸附劑層時(shí)的偏流，盡量使氣流能均勻分布。

其中，吸附劑層軸向高度與塔徑比選擇在0.9～3.8內(nèi)，在此范圍內(nèi)，該比值越大，塔吸附劑層壓差δp越小，內(nèi)外通道靜壓及其之間的靜壓差(pp-pf)越大，δp/pf值越小；δp/(pp-pf)值也變小。

圖2為一定塔徑下，不同產(chǎn)品氣量(3200nm³/h～11000nm³/h)時(shí)，吸附劑層軸向高度/塔徑比與環(huán)形內(nèi)外通道靜壓及其靜壓差之間的關(guān)系圖。從圖2可以看出，氣流通過環(huán)形外通道中的靜壓與環(huán)形內(nèi)通道中的靜壓變化趨勢(shì)一致，符合氣流u型流動(dòng)特征，且隨吸附劑層軸向高度/塔徑比的增加而增大。環(huán)形外通道與環(huán)形內(nèi)通道靜壓差的變化趨勢(shì)一致，且也隨吸附劑層軸向高度/塔徑比的增加而增大。

吸附劑層的壓差δp為氣流通過床層時(shí)的壓力損失，其越小，動(dòng)力消耗越少；徑向流塔內(nèi)床層壓差需明顯低于軸向流塔內(nèi)床層，為了平衡氣流通過床層的壓力損失，同時(shí)滿足徑向流塔內(nèi)床層壓差明顯低于軸向流塔內(nèi)床層，將δp優(yōu)選小于2800pa。

在上述δp優(yōu)選小于2800pa條件下，徑向流吸附塔內(nèi)吸附劑層軸向高度與吸附塔塔徑比優(yōu)選為1.7～3.3。所述氣流徑向通過吸附劑層壓差δp與環(huán)形外通道靜壓pf的比值δp/pf優(yōu)選為27～103。氣流徑向通過吸附劑層壓差δp與環(huán)形外內(nèi)通道壓差(pp-pf)的比值δp/(pp-pf)優(yōu)選為100～520。

實(shí)例2吸附劑層軸向高度與吸附劑層徑向厚度比設(shè)定為4.0～12.0范圍

本實(shí)例中選擇vpsa-o2兩塔流程，進(jìn)塔氣量為59200m³/h原料空氣，其產(chǎn)品氣流量6500nm³/h，選擇塔徑為2.8m～4.2m范圍，對(duì)其吸附過程進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。

本實(shí)例中氣流在徑向流吸附塔內(nèi)進(jìn)出方向如上所述。本實(shí)施方式中還是選擇對(duì)氣流分布具有代表性的吸附過程中流體進(jìn)行。

表2不同吸附劑層軸向高度與其徑向厚度比下吸附塔內(nèi)靜壓及壓差數(shù)據(jù)

如上表2，針對(duì)59200m³/h原料氣空氣和6500nm³/h產(chǎn)品氣，選擇不同塔徑(2.8～4.2m范圍內(nèi))進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，通過改變吸附劑層軸向高度和吸附劑層徑向厚度，調(diào)整吸附劑層軸向高度與吸附劑層徑向厚度比，計(jì)算出不同條件下，塔內(nèi)環(huán)形外、內(nèi)通道的靜壓及其之間的靜壓差大小、吸附劑層壓差與內(nèi)外通道靜壓等之比，控制氣流進(jìn)出吸附劑層時(shí)的偏流和氣流能均勻分布。

其中，吸附劑層軸向高度與吸附劑層徑向厚度選擇在4.0～12.0內(nèi)，在此范圍內(nèi)，該比值越小，塔吸附劑層壓差δp越大，而環(huán)形外通道靜壓及內(nèi)外通道的靜壓差(pp-pf)越小，δp/pf)值越大；δp/(pp-pf)也變大。

圖3為不同塔徑(2.8～4.2m)下，一定產(chǎn)品氣量(6500nm³/h)時(shí)，吸附劑層軸向高度/徑向厚度比與環(huán)形內(nèi)外通道靜壓及其靜壓差之間的關(guān)系圖。從圖3中可以看出，環(huán)形外通道氣流的靜壓與環(huán)形內(nèi)通道的靜壓變化趨勢(shì)一致，符合氣流u型流動(dòng)特征，且隨吸附劑層軸向高度/徑向厚度比的減少而減小。環(huán)形外通道與環(huán)形內(nèi)通道靜壓差的變化趨勢(shì)一致，且也隨吸附劑層軸向高度/徑向厚度比的減少而減小。

吸附劑層的壓差δp為氣流通過床層時(shí)的壓力損失，其越小，動(dòng)力消耗越少，為了平衡氣流通過床層的壓力損失，同時(shí)滿足徑向流塔內(nèi)床層壓差明顯低于軸向流塔內(nèi)床層，將δp優(yōu)選小于2800pa。

在上述δp優(yōu)選小于2800pa條件下，本發(fā)明徑向流吸附塔內(nèi)吸附劑層軸向高度與吸附劑層徑向厚度比優(yōu)選6.0～12.0；所述氣流徑向通過吸附劑層壓差δp與環(huán)形外通道靜壓pf的比值δp/pf優(yōu)選為31～130，氣流徑向通過吸附劑層壓差δp與環(huán)形外內(nèi)通道壓差(pp-pf)的比值δp/(pp-pf)優(yōu)選為110～730。

因此，綜合示例1及示例2的結(jié)果，為了達(dá)到進(jìn)一步降低氣流通過床層的壓力損失，更加有效控制吸附劑層中氣流的偏流發(fā)生，實(shí)現(xiàn)氣流在吸附劑層中的均勻分布，將吸附劑層的軸向高度與吸附塔的塔徑比優(yōu)選為1.7～3.3；吸附劑層的軸向高度與吸附劑層的徑向厚度比優(yōu)選為6.0～12.0；氣流徑向通過吸附劑層壓差δp與環(huán)形外通道靜壓pf的比值δp/pf優(yōu)選為31～103；吸附劑層壓差δp與環(huán)形外內(nèi)通道壓差(pp-pf)的比值δp/(pp-pf)優(yōu)選為110～520。

更進(jìn)一步，將徑向流吸附塔內(nèi)吸附劑層軸向高度與吸附塔塔徑比進(jìn)一步優(yōu)選為2.0～2.6；徑向流吸附塔內(nèi)吸附劑層軸向高度與吸附劑層徑向厚度比進(jìn)一步優(yōu)選8.0～10.5；氣流徑向通過吸附劑層壓差δp與環(huán)形外通道靜壓pf的比值δp/pf進(jìn)一步優(yōu)選為42～72；氣流徑向通過吸附劑層壓差δp與環(huán)形外內(nèi)通道壓差(pp-pf)的比值優(yōu)選為166～305。

本發(fā)明的徑向流吸附塔常用于變壓吸附技術(shù)的工程應(yīng)用，也可用于變溫吸附技術(shù)中。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。