模块化紧凑吸附床制造技术

模块化紧凑吸附床，用于吸附基气体分离工厂。气体分离工厂中的传统吸附床被形成吸附床结构的多个相连的模块化吸附床单元所取代。模块化设计所需的构造和维护成本更低；更易于运输；并且更易于装载吸附材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体涉及吸附床领域，尤其涉及用于气体分离工艺中的吸附床。更具体来 说，本专利技术涉及模块化紧凑吸附床单元，其能够被组合来提供用于吸附基的气体分离工艺 中的全尺寸吸附床结构。
技术介绍
使用吸附床的气体分离工艺在本领域中众所周知。典型的吸附基工艺包括这些 其中在多组分供气内的一种气体组分被选择性吸附。比较关心的是循环工艺，其中被吸 附的气体在逆向气流中被从吸附材料去除，例如压力摆动吸附(PSA)和真空压力摆动吸附 (VPSA)工艺。在最近这些年中，这些工艺已经有显著进展，对吸附材料、吸附床和总体工艺 参数和控制都有改进。竞争的市场压力已经不断地驱使这类工厂的构造和操作成本降低， 通过减小床的尺寸以及使零件标准化来降低与设计、建造、运输和操作这类工厂相关的成 本已经变得非常重要。更小的床结构减少了吸附材料总量、工厂设备例如工艺容器和缓冲 罐的尺寸以及包括滑道尺寸的总的工厂占地面积。更小的滑道又降低了运输和安装成本。因此，希望设计用于吸附基气体分离工艺中的新吸附床，其总体尺寸更小；所需构 造成本更低；更易于运输；具有更低的维护和修复要求；并且更易于装载吸附材料。还同等 重要的是设计这样的吸附床，其不但更小，而且不会负面影响工艺气流、循环速度、生产率 和体积以及总的工艺能量要求。在吸附基气体分离工厂中使用模块化和/或紧凑吸附床结 构可以实现显著的基建费用节省。在本专利技术中，术语“模块化”指将传统床的给定正面流动区域重新构造为安装入壳 体中的更小更能控制的分段，其中每个床单元或模块更容易装载吸附材料，更容易在壳体 中处理和/或替换，并且总体上提供了整体吸附床结构的设计上的更大的灵活性。同样，术 语“紧凑”在本专利技术中指，当工艺快速循环时，通过减小用于给定供给流所需的吸附剂体积 (通过减小床的深度)，对工艺提供强化的分段或单元。在本专利技术中，用多个模块化吸附床单 元来代替气体分离工厂中的传统充填床。包含吸附材料的个体模块化吸附床单元被组合来 构造全尺寸吸附床结构或具有用于具体工厂要求所需的尺寸和维度的容器。当模块化吸附 床单元也被制成紧凑时，由于所需吸附材料的量减少，可以获得额外的节约和设计灵活性。本专利技术的吸附床结构还一起带来模块化紧凑设计的这些优点利用了小的入口空 隙体积、大的床正面区域以及短的床深(转移长度)。它把这些因素一起带入了模块化和可 伸缩吸附床和容器设计，所需吸附剂总量降低、工厂设备更小并因此尺寸更小。与从传统充 填床所获得的相比，紧凑结构还提供了每单位体积的吸附材料具有更高的产品能力(即增 加的吸附剂利用率)。通过任选地提供与较短的床深结合的非常大的流动区域(正面区域) 以促进优选循环工艺中的更快的循环，本专利技术可以显著降低吸附床中的压力降。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于吸附基(adsorption-based)气体分离工艺中的吸附床结构的新颖模块化紧凑设计并且特别适用于循环工艺例如压力摆动吸附(PSA)、真空摆动吸 附(VSA)和真空压力摆动吸附(VPSA)工艺。模块化紧凑设计由个体模块吸附床单元构成， 其可以相连、层叠或以其它方式结合以形成可变尺寸和形状的吸附床结构。如上所述，在吸 附基气体分离工厂中使用模块化和紧凑吸附床单元可以实现显著的基建费用节省。模块化 紧凑设计产生更小的模块化吸附床单元，与大体积的传统吸附床相比，其能够使吸附材料 装载更容易。根据需要，模块化紧凑设计还利于增加床的正面区域并减小床的深度。模块化紧凑设计的一种额外好处是用最小的努力和停机时间来改变已经使用中 的吸附工厂的吸附床结构的能力。每个模块化吸附床单元可以在野外被填充、安装或替换， 被运送的新模块化吸附床单元可以已经充填有吸附材料并且可以随时安装。根据本专利技术，用包含多个模块化吸附床单元的吸附床结构来代替气体分离工厂中 使用的传统充填吸附床。与从使用传统吸附材料的传统充填吸附床所获得的相比，这些模 块化吸附床单元提供每单位吸附材料体积具有更高的气体产品能力(即增大的吸附剂利用 率)，成为先进高品质吸附材料的保证。通过使用更短的床深以及任选增加的流动区域，它 们还提供了通过吸附床结构的显著减小的压力降。在本专利技术的一个实施例中，多个模块化吸附床单元相连以形成吸附床结构而无需 单独的壳体或外壳。优选的实施例具有大致圆柱形设计，其紧凑并且易于以低成本进行构 造。最后，本专利技术涵盖由多个模块化吸附床单元构成的吸附床结构以及模块化吸附床单元 自身。在另一个实施例中，提供了一种吸附床结构，用于吸附剂基气体分离工艺，该吸附 床结构包括多个模块化吸附床单元，每个模块化吸附床单元具有a)用于接收供气的供给入口集管，b)第一气体通道，用于从供给入口集管接收供气，c)内部空间，用于使供气移动通过限制在该空间内的吸附材料，d)第二气体通道，用于接收离开吸附材料的产品气体，和e)产品出口集管，用于从产品气体通道接收产品气体，其中第一模块化吸附床单元通过共用气体通道与至少另一个模块化吸附床单元气流 连通，所述共用气体通道由第一模块化吸附床与所述另一个模块化吸附床单元的连接部所 形成。在又一个实施例中，提供了一种循环吸附基气体分离工艺，用于从多组分供气中 去除至少一种可吸附气体组分，包括将供气送入吸附床结构，该吸附床结构包括a)多个串连的模块化吸附床单元，每个模块化吸附床单元从共用的供给集管接收供 气并具有用于将供气分配给吸附材料的入口通道，b)内部空间，用于接收供气并使供气移动通过限制在该空间内的吸附材料，以及c)出口通道，用于接收产品气体并将产品气体移至共用的产品气体集管，其中当供气通过内部空间时，供气的可吸附气体组分优先被吸附材料吸附，被去除组 分的产品气体通过出口通道离开模块化吸附床。附图说明为了更加全面地理解本专利技术，应当结合附图来参照以下的具体实施方式，其中图1示出了本专利技术的一个实施例，多个模块化紧凑吸附床单元具有大致环形设计并相 连以形成全尺寸吸附床结构。图2是图1的实施例的示意图，示出了在典型的循环吸附工艺的一个阶段通过组 装好的吸附床结构的气流分布。图3a是本专利技术图1所示的吸附床结构内的模块化吸附单元的示意图。图北是图3a中所示模块化单元的分解图。具体实施例方式本专利技术涉及模块化紧凑吸附床结构和工艺，采用模块化紧凑吸附床单元并用于包 括但不限于PSA、VSA和VPSA循环过程的气体分离工艺。在此所用的术语“模块化吸附床单 元”或“模块化单元”是个体单元，包含具有吸附材料的吸附床并设计成与一个或多个其它 模块化吸附床单元相组合。在此所用的术语“吸附床结构”是完全组装后的床或容器结构， 由多个个体模块化吸附床单元构成。吸附床结构通常包括容纳模块化吸附床单元的壳体部 件。在此所用的术语“正面区域”是模块化单元的透气侧壁之一的表面区域。在此所用的 术语“床的深度”是包含吸附材料的吸附床的深度，沿经过床的气流方向测量。床的深度在 本领域有时也称作床的转移长度或床的长度。在此所用的术语“吸附材料”指粒状吸附材 料，物理形式为圆柱形球、球状珠、压碎的颗粒或常用于吸附工艺中的例如合成或天然的沸 石分子筛、活性炭、活性氧化铝、硅胶等类型的任何聚集物。用于“传统”吸附工艺所需的循 环时间取决于具体的分离和吸附剂。在此所用的术语“快速循环”指相对本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　一种吸附床结构，用于吸附剂基气体分离工艺，该吸附床结构包括多个模块化紧凑吸附床单元，每个模块化吸附床单元具有：ａ）　用于接收供气的供给入口集管，ｂ）　第一气体通道，用于从供给入口集管接收供气，ｃ）　内部空间，用于使供气移动通过限制在该空间内的吸附材料，ｄ）　第二气体通道，用于接收离开吸附材料的产品气体，和ｅ）　产品出口集管，用于从产品气体通道接收产品气体，其中第一模块化吸附床单元通过共用气体通道与至少另一个模块化吸附床单元气流连通，所述共用气体通道由第一模块化吸附床与所述另一个模块化吸附床单元的连接部所形成。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A德赛，CE切利克，MW阿克利，J斯莫拉雷克，
申请(专利权)人：A德赛，CE切利克，MW阿克利，J斯莫拉雷克，
类型：发明
国别省市：US