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。与从传统的吸附床所获得的相比，本发明专利技术的模块化吸附床单元提供了每单位体积的吸附材料具有更高的产品能力（即增大的吸附剂利用率）。模块化设计所需的构造成本更低；更易于运输；具有更低的维修要求；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)、真空摆动吸附(VSA)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。模块化和紧凑吸附床结构可以减少吸附材料总量、 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。但是，如果不显著降低工厂的产量通常就很难减小吸附床结构的尺寸。床几何形 状以及工艺参数的改变带来了另外的挑战，例如合适设计床或容器的形状，合适分配气流， 控制空隙体积，吸附剂装载和容纳限制，以及以更快速率运行工厂组件。浅床(具有减小的 床深度)以更快的循环运行。因此，希望设计用于吸附基气体分离工艺中的新吸附床，其被模块化并且尺寸更 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系统，其不但更小或至少具有更小的占地面积，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。美国专利No. 6533847公开了一种吸附床装置以用多个V形吸附元件去除空气传 播的污染物，吸附元件具有两层吸附剂、壳体和垫圈部件。美国专利No. 6802889公开了快速循环PSA系统、工艺和设备，设计用于低空隙体 积、比较短的床的长度和快速循环，并且使用更细的吸附剂颗粒。该单元具有小的产品产量 和小于10的纵横比(L3/VP，其中L是床深度，是床体积。美国专利No. 7122073公开了低空隙压力摆动吸附系统，包括至少一个含有吸附 剂的密封容器。入口和出口的空隙体积被限制为小于吸附床体积的20%。美国专利No. 4969936公开的气体过滤系统具有高压间，高压间具有入口、出口、 顶部和底部以及在高压腔内的V形壳体，壳体具有多个允许气体流动的孔。该过滤系统具 有用于过滤大量空气的模块化设计。美国专利No. 6436175公开了模块化吸附PSA或VPSA工厂，包括一个或多个可运 输的货物集装箱，其容纳各种吸附床和泵设备。该工厂设计成用于不超过3巴绝对压力以 及近似于环境压力的小的绝对压力摆动(即低压力吸附工艺)。该专利还教导了限定单个吸4附床的矩形容器设备的细节。现有技术的教导都没有描述本专利技术的模块化紧凑设计。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。根据所使用的具体模块化单元，本专利技术的一个好处是吸附床结构的总能力可以 通过简单地包含更多或更少的模块化吸附床单元而增加或减小，即不同产品能力的工厂要 求总体相同的吸附床结构，但根据所需供给和产品流来选择模块化吸附床单元的数目。这 种模块化和/或紧凑床还允许更大的灵活性来使吸附床要求匹配具体的吸附材料效率和 具体工厂的输出要求。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、大的床正面面积以及短的床深度(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度结合的非常大的流动面积(正面面 积)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面积并减小床的深度。根据本专利技术，用包含多个模块化吸附床单元的模块化紧凑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)。通过 使用更短的床深度以及任选增加的流动面积，它们还提供了通过吸附床结构的显著减小的 压力降。本专利技术的完全组装的吸附床结构由多个模块化吸附床单元构成。模块化单元装配 入合适的外壳或壳体以形成吸附床结构。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。在一个实施例中，提供了一种吸附床结构，包括a)具有入口装置和出口装置的封闭壳体，b)在所述壳体内的多个模块化紧凑吸附床单元，每个单元包括封闭在周边侧壁内的 两个基本平行相对的可透气面，周边侧壁连接于所述面，其中模块化吸附床单元之间的距 离等于或小于模块化吸附床单元深度的一半，c)紧密充填在所述单元内的吸附材料，具有小于40%的颗粒间空隙率，d)与每个单元的一个面相邻的供给通道，e)与每个单元的相反面相邻的产品通道，其中产品气体通过入口装置流入壳体穿过吸附床单元并通过产品通道流至出口装置 离开吸附床单元，以及包含供给通道和产品通道的吸附床单元之间的距离等于或小于床深度的一半并且每 个吸附床单元的入口空隙体积比小于30%。在另一个实施例中，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，包括将供气传送通过吸附床结构，该吸附床结构包括a)多个模块化紧凑吸附床单元，每个模块化单元具有两个相对的可透气面，所述两个 相对的可透气面封闭在围绕所述面的周边的四个不透气侧壁内，b)紧密充填并且保持本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　一种吸附床结构，包括：ａ）　具有入口装置和出口装置的封闭壳体，ｂ）　在所述壳体内的多个模块化紧凑吸附床单元，每个单元包括封闭在周边侧壁内的两个基本平行相对的可透气面，周边侧壁连接于所述面，其中模块化吸附床单元之间的距离等于或小于模块化吸附床单元深度的一半，ｃ）　紧密充填在所述单元内的吸附材料，具有小于４０％的颗粒间空隙率，ｄ）　与每个单元的一个面相邻的供给通道，ｅ）　与每个单元的相反面相邻的产品通道，其中产品气体通过入口装置流入壳体穿过吸附床单元并通过产品通道流至出口装置离开吸附床单元，以及包含供给通道和产品通道的吸附床单元之间的距离等于或小于床深度的一半并且床的空隙体积比小于３０％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：C·E·切利克，M·W·阿克利，J·斯莫拉雷克，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US