低压降填充材料结构制造技术

填充床包含容器，所述容器包含外壳、入口和出口，其中所述外壳内部的在所述入口和出口之间的空间形成内部体积；多个填充材料结构，其填满所述内部体积的至少一部分进而形成填充体积，其中所述填充体积具有空隙分率，并且所述填充材料结构提供总表面面积；以及所述容器在所述容器入口和容器出口之间具有压降，其中所述压降不到具有相同横截面的非扭曲形状填充床的压降的1.0倍。

Low pressure drop filling material structure

The packed bed includes a container, the container comprises a shell, entrance and exit, wherein the inside of the housing between the entrance and exit of the space form internal volume; a plurality of filling material structure, which fills the internal volume and at least a portion of the form filling volume, wherein the volume filled with void fraction the filling, and the total surface area to provide material and structure; the container between the container and the container outlet has the entrance pressure drop, drop 1 times in which the pressure drop is not to have the same cross section not distort the shape of the packed bed.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请案主张2014年6月26日申请的第62/017,611号美国临时申请案的优先权，所述申请案的内容以全文引用的方式并入到本专利技术中。
本专利技术的原理和实施例大体上涉及成形填充结构，所述成形填充结构至少部分地由于形状对填充结构主体的嵌套的阻力，而提供增加的表面面积和横跨填充空间的较低压降。
技术介绍
各种形状和类型的填充材料已经用于化学处理。例如，在管柱和反应器中已经采用球形、拉西环、鲍尔环、贝尔鞍、环矩鞍和各种其它随机填料，以增加液体和气体的接触表面面积和分布。例如在1987年6月16日向Bambrick授权的美国专利案第4,673,664号中，也已经揭示了各种多凸角颗粒，其中一些颗粒具有螺旋形状。在某些过程中，仅有单个流体相流动穿过具有固定固体颗粒的管柱，例如在固定床催化反应器和吸附操作(例如，吸附、离子交换和离子排斥)中。在其它情况下，存在包含气体和液体的两相流动，例如在分离(例如，蒸馏、吸收和汽提)中。液体可填满填料中的一些空隙空间，而气体以逆流方式前行穿过其余的空隙空间。例如，在用于气体-液体接触的填充管柱中，液体在填充的表面上方向下流动，气体在填充材料的空隙空间中向上流动。对于此类填充塔的性能来说，低压降和用于质量转移的极大的表面面积至关重要。填充材料提供用于质量转移相互作用的增加的表面面积和用于过程流的流动的空隙空间，所述流动可产生压降。遍及填充床的压降可由移动流体和填充材料之间的惯性转移和摩擦力两者导致。虽然已经研究了许多不同形状的随机填充材料，但是仍然存在对提供更大表面面积和较低压降以提供填充床效率和性能的总体增加的填充材料结构的需要。
技术实现思路
本专利技术的原理和实施例提供三维结构，所述三维结构对在先前形状和结构的情况下已发生的堆叠、嵌套和啮合具有抵抗性。本专利技术的原理和实施例涉及通过一种方式提供形状和填充材料配置与尺寸之间的关系，所述方式减少或消除填充材料结构通过堆叠或嵌套而填满开放通道或邻近结构的凹槽的倾向，以及维持产生较低压降的最近路径的较大距离。本专利技术的原理和实施例涉及具有扭曲、弯曲、一个或多个通道或其组合的填充材料，所述填充材料降低邻近填充材料结构呈现有利于堆叠和嵌套的定向的可能性，并阻止两个或更多个填充材料结构的嵌套和啮合，所述嵌套和啮合可能会使所述结构的开放空间填满。本专利技术的原理和实施例还涉及维持多个填充材料结构的总表面面积，同时降低横跨随机填充床、反应器、槽、转鼓、管柱、塔、管道、管槽或导管的压降。本专利技术的原理和实施例还涉及维持横跨随机填充床、反应器、槽、管柱、塔、管道、管槽或导管的压降，同时增加多个填充材料结构的活性表面面积的总量。本专利技术的原理和实施例涉及填充床，其包括容器和多个填充材料结构，所述容器包括外壳、入口和出口，其中外壳内部的在入口和出口之间的空间形成内部体积，所述填充材料结构填满内部体积的至少一部分进而形成填充体积，其中填充体积具有空隙分率，并且填充材料结构提供总表面面积，并且容器在容器入口和容器出口之间具有压降，其中压降不到具有相同或类似横截面的非扭曲形状填充床的压降的1.0倍。在各种实施例中，压降不到具有相同或类似横截面的非扭曲形状填充床的压降的0.8倍。在各种实施例中，空隙分率小于约0.8，并且压降不到具有相同或类似横截面的非扭曲形状填充床的压降的0.95倍。在填充床的各种实施例中，空隙分率小于约0.8且大于约0.45，并且压降不到具有相同或类似横截面的非扭曲形状填充床的压降的0.95倍且大于具有相同或类似横截面的非扭曲形状填充床的压降的约0.3倍，其中所述填充床包括具有一个或多个螺旋通道的多个填充材料结构。在填充床的各种实施例中，空隙分率小于约0.8且大于约0.55，并且压降不到具有相同或类似横截面的非扭曲形状填充床的0.8倍且大于具有相同或类似横截面的非扭曲形状填充床的压降的约0.3倍，其中所述填充床包括具有一个或多个螺旋通道的多个填充材料结构。在填充床的各种实施例中，容器是塔、管柱、槽、转鼓、导管、管道或管槽。本专利技术的原理和实施例还涉及填充材料结构，其包括主体，所述主体具有：外部表面，所述外部表面具有长度(L)和外径(OD)，它们界定高宽比L/OD，其中高宽比大于1且小于10；以及在外部表面中形成的至少一个连续凹部，其中所述结构具有化学活性，以吸收或催化接触载体的表面的化学部分。在填充材料结构的各种实施例中，针对每一等于OD的单位主体长度，凹部围绕主体的中心轴线旋转旋转角度θl，其中θl在约45°和180°之间。在填充材料结构的各种实施例中，主体进一步包括穿过主体的具有直径Db的至少一个空心孔，所述空心孔形成内表面，其中Db≤OD-4mm。在填充材料结构的各种实施例中，凹部具有小于Dr的深度，其中Dr＝(OD-(Db+2))/2。在填充材料结构的各种实施例中，空心孔的横截面具有非圆形形状。在填充材料结构的各种实施例中，Db在OD的约10％和50％之间。在填充材料结构的各种实施例中，在OD和Db之间的壁的厚度Tw在OD的约10％和40％之间。本专利技术的原理和实施例还涉及包括多个填充材料结构的填充床，其中所述多个填充材料结构具有在约1.0mm和约15.0mm之间的OD。在各种实施例中，填充床具有不到具有相同或类似横截面的非扭曲形状填充床的压降的0.8倍的压降和大于500m2/m3的几何表面面积与反应器体积比。在填充床的各种实施例中，填充材料结构由以下各者组成：氧化铝、二氧化硅、活性碳、石墨碳、单壁碳纳米管、二氧化钛、碳酸钙、硫酸钡、沸石、氧化铈、氧化镁或氧化锌。本专利技术的原理和实施例还涉及包括挤压主体的填充材料结构，所述挤压主体包括具有Nf条边和Nv个顶点的几何横截面和长度为Lb的挤压轴线，其中顶点与所述轴线相隔距离Rv，并且挤压轴线追踪从挤压主体的第一表面到挤压主体的第二表面的路径，其中催化剂载体具有催化活性。在填充材料结构的各种实施例中，挤压主体具有大于1而小于约10的高宽比(L/OD)。在填充材料结构的各种实施例中，挤压主体进一步包括穿过挤压主体的内部的空心孔。在填充材料结构的各种实施例中，Nf条边是凹形的，以使得挤压主体进一步包括在Nv个顶点之间的Nc个通道，其中载体的横截面的周长大于具有半径Rv的圆形的圆周长。在填充材料结构的各种实施例中，Nf条边是凸形的，以使得挤压主体进一步包括在Nv个顶点之间的Nl个凸角，其中凸角与轴线相隔最大距离RL，并且载体的横截面的周长大于具有半径RL的圆形的圆周长。在填充材料结构的各种实施例中，Nv＝2x，并且x＝3到8，并且其中偶数编号的顶点位于奇数编号的顶点之间，且与挤压轴线相隔距离Ri，奇数编号的顶点与挤压轴线相隔距离Ro，其中顶点之间的边形成其中通道深度Dc＝Ro-Ri的Nc/2个通道。在填充材料结构的各种实施例中，挤压主体进一步包括穿过挤压主体的内部的空心孔，并且在空心孔的直径Rb和Ri之间的壁厚Tw为至少1mm。在填充材料结构的各种实施例中，通道深度Dc在约0.1mm到约3.0mm之间。在填充材料结构的各种实施例中，沿着弯曲的挤压轴线挤压主体，其中催化剂载体是C形的。在填充材料结构的各种实施例中，Nf条边和Nv个顶点围绕挤压轴线进行扭曲，以使得它们针对每一单位主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种填充床，其包括：容器，其包括外壳、入口和出口，其中所述外壳内部的在所述入口和所述出口之间的空间形成内部体积；多个填充材料结构，其填充所述内部体积的至少一部分进而形成填充体积，其中所述填充体积具有空隙分率，并且所述填充材料结构提供总表面面积；以及所述容器在所述容器入口和容器出口之间具有压降，其中所述压降不到具有相同横截面的非扭曲形状填充床的压降的1.0倍。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.26 US 62/017,6111.一种填充床，其包括：容器，其包括外壳、入口和出口，其中所述外壳内部的在所述入口和所述出口之间的空间形成内部体积；多个填充材料结构，其填充所述内部体积的至少一部分进而形成填充体积，其中所述填充体积具有空隙分率，并且所述填充材料结构提供总表面面积；以及所述容器在所述容器入口和容器出口之间具有压降，其中所述压降不到具有相同横截面的非扭曲形状填充床的压降的1.0倍。2.根据权利要求1所述的填充床，其中所述空隙分率小于约0.8，并且所述压降不到具有相同横截面的非扭曲形状填充床的压降的0.95倍。3.根据权利要求2所述的填充床，其中所述空隙分率小于约0.8且大于约0.45，并且所述压降不到具有相同横截面的非扭曲形状填充床的压降的0.95倍且大于具有相同横截面的非扭曲形状填充床的压降的约0.3倍。4.根据权利要求2所述的填充床，其中所述空隙分率小于约0.8且大于约0.55，并且所述压降不到具有相同横截面的非扭曲形状填充床的压降的0.8倍且大于具有相同横截面的非扭曲形状填充床的压降的约0.3倍。5.根据权利要求1到4中任一项所述的填充床，其中所述容器是塔、管柱、槽、转鼓、导管、管道或管槽。6.一种填充材料结构，其包括：主体，所述主体具有：外部表面，所述外部表面具有限定出高宽比L/OD的长度(L)和外径(OD)，其中所述高宽比大于1且小于10；以及在所述外部表面中形成的至少一个连续凹部，其中所述填充材料结构具有化学和/或物理活性，以吸收和/或催化接触载体的表面的化学部分。7.根据权利要求6所述的填充材料结构，其中针对每一单位主体长度OD，所述凹部围绕所述主体的中心轴线旋转了旋转角度θl，其中θl在约45°和180°之间。8.根据权利要求6或7所述的填充材料结构，其中所述主体进一步包括穿过所述主体的具有直径Db的至少一个空心孔，所述空心孔形成内表面，其中Db≤OD-4mm。9.根据权利要求8所述的填充材料结构，其中所述凹部具有小于Dr的深度，其中Dr＝(OD-(Db+2))/2。10.根据权利要求9所述的填充材料结构，其中所述空心孔的横截面具有非圆形形状。11.根据权利要求9所述的填充材料结构，其中Db在所述OD的约10％和50％之间。12.根据权利要求9所述的催化剂载体结构，其中在所述OD和所述Db之间的壁的厚度Tw在所述OD的约10％和40％之间。13.一种填充床，其包括根据权利要求8所述的多个填充材料结构，其中多个催化剂载体具有在约1.0mm和约15.0mm之间的OD。14.根据权利要求13所述的填充床，其中所述填充床具有不到具有相同横截面的非扭曲形状填充床的压降的0.8倍的压降和大于500m2/m3的几何表面面积与反应器体积比。15.根据权利要求13所述的填充床，其中所述催化剂载体由以下各者组成：氧化铝、二氧化硅、活性碳、石墨碳、单壁碳纳米管、二氧化钛、碳酸钙、硫酸钡、沸石、氧化铈、氧化镁或氧化锌。16.一种填充材料结构，其包括：主体，该主体包括具有Nf条边和Nv个顶点的几何横截面和...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·G·冯迪克，S·利普，CA·温克勒，W·格林格，
申请(专利权)人：巴斯夫公司，
类型：发明
国别省市：美国;US