用于变压吸附设备的缓冲罐设计制造技术

本发明专利技术提供了一种用于变压吸附设备的低成本缓冲罐设计，所述低成本缓冲罐设计不含内部结构，实现了良好混合，并且比常规设计便宜15％‑20％。所述缓冲罐的特征在于具有位于所述缓冲罐的上四分之一中的第一入口以及位于所述缓冲罐的下四分之一中的第二入口，其中所述入口被构造成使所述缓冲罐的内部与所述缓冲罐的外部流体地联接；并且其中所述第一入口和所述第二入口被相切地构造成允许流沿直径上相反的方向进入所述缓冲罐。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于变压吸附设备的缓冲罐设计
本专利技术整体涉及一种用于变压吸附设备的新型缓冲罐设计。
技术介绍
典型的制氢变压吸附系统(PSA)由含有吸附剂的多个容器组成，这些吸附剂选择性地从通常来自蒸汽甲烷重整炉的进料流吸附杂质，并且产生99.9％纯的氢气流。通过变压使床再生，在此期间杂质被解吸。床的吸附和解吸被排序以使PSA单元的效率最大化。因此废物流的压力和组成并不恒定；而是在PSA循环的每个步骤期间有所改变。该废物流仍然含有一些热值，并且在发送气体以便为重整炉的燃烧器供以燃料之前，将该废物流发送到缓冲罐以抑制压力和组成波动。有必要使废气流的单独组分的组成波动保持尽可能低以确保该炉的有效操作。这需要缓冲罐内快速而有效的混合。实现快速而有效的混合的一种方式是使用搅拌器对罐内的流进行机械搅拌。然而，这会消耗大量功率并且在经济上是不利的。实现强混合的另一种方式是在容器内包括内部结构，这些内部结构有助于引起强混合，从而减少浓度波动。容器内构件可为非常昂贵的，因此需要开发实现近乎完美的混合的低成本装置。本专利技术提供了一种用于变压吸附设备的低成本缓冲罐设计，该低成本缓冲罐设计不含内部结构，实现了良好混合，并且比常规设计便宜15％-20％。
技术实现思路
本专利技术整体涉及一种用于改进混合的缓冲罐设计。缓冲罐的特征在于具有位于所述缓冲罐的上四分之一中的第一入口以及位于所述缓冲罐的下四分之一中的第二入口，其中所述入口被构造成使所述缓冲罐的内部与所述缓冲罐的外部流体地联接；并且其中所述第一入口和所述第二入口被相切地构造成允许流沿直径上相反的方向进入所述缓冲罐。附图说明图1是本专利技术的缓冲罐设计的顶视图。图2是本专利技术的缓冲罐设计的侧视图。图3是本专利技术的缓冲罐设计的输出响应与充分混合的罐的输出响应的比较。图4描绘了缓冲罐内的引起强混合的涡旋运动。具体实施方式本专利技术提供了一种用于变压吸附设备的低成本缓冲罐设计，该低成本缓冲罐设计不含内部结构，实现了良好混合，并且比常规设计便宜15％-20％。本专利技术的缓冲罐主要被设计用于制氢变压吸附应用。本专利技术的缓冲罐可在垂直、水平的轴线上对准，或以垂直对准与水平对准之间的任何角度在轴线上对准。这两个入口位于罐的直径上相反的两端上，并且这两个入口之间的垂直线、法线和/或直线间距是缓冲罐的直径的约5倍至约8倍。当垂直地对准时，这两个入口(一个位于罐的顶部且一个位于底部)均沿直径上相反的方向以从顶部观察时与垂直线相切的方式进入缓冲罐。在一个实施方案中，一个入口位于罐的上半部中，并且另一个入口位于罐的下半部中。在另一个实施方案中，一个入口位于罐的上三分之一中，并且另一个入口位于罐的下三分之一中。在又一个实施方案中，一个入口位于罐的上四分之一中，并且另一个入口位于罐的下四分之一中。无论缓冲罐取向如何，这些入口都应在罐的相反两端上，并且它们应被取向成使得它们将流沿相反方向引导。本专利技术的缓冲罐也可以呈水平或大致水平对准。这两个入口位于罐的直径上相反的两端上，并且这两个入口之间的垂直线、法线和/或直线间距是缓冲罐的直径的约5倍至约8倍。当呈水平对准时，这两个入口以从罐的侧端观察时与水平线相切的方式在罐的相反两端处进入罐。在一个实施方案中，一个入口位于罐的左半部中，并且另一个入口位于罐的右半部中。在另一个实施方案中，一个入口位于罐的左三分之一中，并且另一个入口位于罐的右三分之一中。在又一个实施方案中，一个入口位于罐的左四分之一中，并且另一个入口位于罐的右四分之一中。出口通常位于缓冲罐的中心，垂直于罐的水平直径。所述入口中的每一者独立地以将流沿直径上相反的方向引导的与对准轴线成约20°至约40°度、在另一个实施方案中将流沿直径上相反的方向引导的与对准轴线成25°至约35°度、以及在又一个实施方案中将流沿直径上相反的方向引导的与对准轴线成大约30°度的角度相切地进入缓冲罐。当呈垂直对准时，如从所述罐的顶部观察时，所述入口中的每一者独立地以将流沿直径上相反的方向引导的与垂直轴线成约20°至约40°、在另一个实施方案中将流沿直径上相反的方向引导的与垂直轴线成25°至约35°度、以及在又一个实施方案中将流沿直径上相反的方向引导的与垂直轴线成大约30°度的角度相切地进入缓冲罐。当呈水平对准时，在从所述罐的侧端观察时，所述入口中的每一者独立地以将流沿直径上相反的方向引导的与水平线成约20°至约40°度；在另一个实施方案中将流沿直径上相反的方向引导的与水平线成约25°至约35°度；以及在又一个实施方案中将流沿直径上相反的方向引导的与水平线成大约30°度的角度相切地进入缓冲罐。通过使入口以这种方式取向，流相切地进入这两个入口并且在通过出口离开之前沿相反方向涡旋。这引起了强烈混合，而无需复杂而昂贵的内部结构。缓冲罐的出口一般位于罐的中心，垂直于罐的水平直径(参见图1和图2的取向)，但其可根据设计要求位于罐的几乎任何四分之一中。流通过这两个入口相切地进入并且在通过出口离开之前沿相反方向涡旋。这引起了强烈混合，使得缓冲罐的混合效果非常类似于完全混合的罐的混合效果。在一个实施方案中，本专利技术的缓冲罐呈垂直对准并且包括：侧壁，该侧壁包括内表面和外表面；缓冲罐的顶部和缓冲罐的底部，它们各自联接到所述侧壁，其中顶部、底部和侧壁限定所述缓冲罐的内部和外部；位于所述缓冲罐的上区段中的第一入口和位于所述缓冲罐的下区段中的第二入口，所述入口被构造成使所述缓冲罐的内部与所述缓冲罐的外部流体地联接；以及至少一个出口，所述至少一个出口被构造成使所述缓冲罐的所述内部和所述外部流体地联接。第一入口和第二入口被相切地构造成允许流沿直径上相反的方向进入所述缓冲罐，使得它们将流沿相反方向引导。在另一个实施方案中，本专利技术的缓冲罐呈水平对准并且包括：侧壁，该侧壁包括内表面和外表面；缓冲罐的左侧和缓冲罐的右侧，它们各自联接到所述侧壁，其中左侧、右侧和侧壁限定所述缓冲罐的内部和外部；位于所述缓冲罐的左手区段中的第一入口和位于所述缓冲罐的右手区段中的第二入口，所述入口被构造成使所述缓冲罐的内部与所述缓冲罐的外部流体地联接；以及至少一个出口，所述至少一个出口被构造成使所述缓冲罐的所述内部和所述外部流体地联接。第一入口和第二入口被相切地构造成允许流沿直径上相反的方向进入所述缓冲罐，使得它们将流沿相反方向引导。在另一个实施方案中，本专利技术的缓冲罐具有两个入口，一个位于罐的上四分之一中且一个位于罐的下四分之一中，它们各自以从顶部观察时与垂直线相切的方式进入罐，并且被构造成面向直径上相反的方向，使得流沿相反方向引入和引导。这两个入口以从罐的顶部往下看时与垂直线成大约30°的角度相切地进入罐。这两个入口位于罐的直径上相反的两端上，并且这两个入口之间的垂直线、法线和/或直线间距是缓冲罐的直径的约5倍至约8倍。出口位于缓冲罐的中心，垂直于罐的水平直径。为了证实该新型设计的混合效果与完全混合的罐的混合效果有多接近，在进料流的组分之一的浓度中引入阶跃变化并且使用计算流体动力学(CFD)建模获得缓冲罐的输出响应。完全混合的罐的输出响应由以下公式给出：其中：X＝相关物质的摩尔分数τ＝物质在罐内的停留时间(对于处于较低且大致恒定的压力下的气体混合罐而言，该时间常数是罐体积除以入口流和出口流的体积流量)将模拟的缓冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种缓冲罐，包括至少第一入口和第二入口，所述第一入口和所述第二入口被构造成使所述缓冲罐的内部与所述缓冲罐的外部流体地联接；其中所述第一入口和所述第二入口位于所述缓冲罐的相反的两端处，并且所述入口中的每一者独立地沿直径上相反的方向相切地进入所述缓冲罐，使得它们将流沿相反方向引导。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.10 US 62/2533731.一种缓冲罐，包括至少第一入口和第二入口，所述第一入口和所述第二入口被构造成使所述缓冲罐的内部与所述缓冲罐的外部流体地联接；其中所述第一入口和所述第二入口位于所述缓冲罐的相反的两端处，并且所述入口中的每一者独立地沿直径上相反的方向相切地进入所述缓冲罐，使得它们将流沿相反方向引导。2.根据权利要求1所述的缓冲罐，其中所述缓冲罐在垂直轴线上、在水平轴线上、或在所述垂直轴线和所述水平轴线之间的任何轴线上对准。3.根据权利要求2所述的缓冲罐，其中所述入口中的每一者相切地与所述缓冲罐的所述对准轴线成约20°至约40°度的角度。4.根据权利要求3所述的缓冲罐，其中所述入口中的每一者相切地与所述缓冲罐的所述对准轴线成约25°至约35°度的角度。5.根据权利要求4所述的缓冲罐，其中所述入口中的每一者相切地与所述缓冲罐的所述对准轴线成大约30°度的角度。6.根据权利要求1所述的缓冲罐，其中所述两个入口之间的直线间距是所述缓冲罐的直径的约5倍至约8倍。7.一种缓冲罐，包括：侧壁，所述侧壁包括内表面和外表面；所述缓冲罐的顶部和所述缓冲罐的底部，它们各自联接到所述侧壁，其中所述顶部、所述底部和所述侧壁限定所述缓冲罐的内部和外部；位于所述缓冲罐的上四分之一中的第一入口和位于所述缓冲罐的下四分之一中的第二入口，所述入口被构造成使所述缓冲罐的所述内部与所述缓冲罐的所述外部流体地联接；以及至少一个出口，所述至少一个出口被构造成使所述缓冲罐的所述内部和所述外部流体地联接；其中所述第一入口和所述第二入口被相切地构造成允许流沿直径上相反的方向进入所述缓冲罐，使得它们将流沿相反方向引导。8.根据权利要求7所述的缓冲罐，其中当从所述罐的所述顶部观察时，所述入口中的每一者独立地以与垂直线成约2...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·阿亚斯坎塔，P·W·贝朗格，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US