一種減小壁面效應的吸附器的製作方法

2023-09-22 00:26:30

專利名稱：一種減小壁面效應的吸附器的製作方法
技術領域：
本發明涉及變壓吸附氣體分離與淨化領域，更具體的說涉及一種能夠減小 壁面效應的吸附器。
背景技術：
變壓吸附(Pressure Swing Adsorption,簡稱PSA)技術是指利用混合 氣中的不同組分在吸附劑上的吸附容量、吸附速度、吸附力等方面的差異以及 吸附劑對吸附組分隨壓力不同具有不同的吸附容量的特性來完成氣體分離與 淨化的技術。由於該技術具有工藝簡單、規模靈活、操作方便，自動化程度高， 投資少、能耗低等特點，因此，自PSA技術成功開發以來得到了快速的發展， 不斷趨向於成熟和完善，並廣泛應用於化工、冶金、環保等領域。
吸附器是氣體分離與淨化的核心設備，吸附器中存在的空隙率及其在附器 中的分布對吸附分離過程有著重要的影響，直接影響到原料氣的回收利用率， 產品的產率。在填充了吸附劑的吸附器中，吸附器內壁附近的空隙率大於中間 部位的空隙率。這種空隙率在吸附器中分布的變化使得壁面附近的流體速度大 於吸附床中間部位流體速度(數值研究表明，在吸附器壁面附近的速度約為吸 附器中間部分速度的6倍)，因此造成近壁區吸附床提前穿透。為了保證一定 的淨化與分離效果，即保證產品的純度，就必須提前結束吸附過程。然而此時 吸附器內部的氣體還沒有到達吸附床邊緣，這部分吸附劑還未充分吸附，這樣 就造成了吸附床沒有完全被利用，即造成吸附床的死空間增大。在裝置生產規 模一定的情況下，使得吸附劑裝填量大於實際所需，吸附器的體積也相應較大， 增加了生產成本。同時，由於吸附器體積的增加使得吸附結束時存在於吸附器 內部的原料氣量增加，導致原料氣的利用率(回收率)較低。這種壁面附近空 隙率的變化對吸附分離的影響通常稱為壁面效應。然而，在目前的吸附設備中， 還沒有採取任何措施來減小壁面效應，從而使得在現有吸附設備中，吸附劑的 利用率低，吸附器的體積大於實際所需，在一定程度上限制了吸附設備的規模 和效率。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術中存在的上述問題，提供一種減小壁面效應 的吸附器，以提高吸附劑的利用率，進而減小裝置的體積，提高裝置的效率， 節約成本，降低能耗。
為了實現上述目的，本發明採用了下述技術方案 一種減小壁面效應的吸 附器，包括吸附器塔身l,設置在塔身l上、下部的氣體分布器2和5，以及 上、下氣體分布器2和5之間的吸附床4，其特徵在於吸附器塔身1的內壁設 置有阻擋物3。
吸附器塔身1內壁設置的阻擋物3至少為1個。
所述阻擋物3可螺旋狀固連於吸附器塔身1的內壁，螺距最好為200 500mm;也可以環狀固連於塔身1內壁，所述環形阻擋物3可設置多個，環形 阻擋物3之間相距200 500mm。
所述阻擋物3在吸附床4軸向的截面可以為任意幾何形狀，最好為矩形、 梯形和邊角倒圓的梯形中的任意一種。所述截面在吸附床4軸向的最大高度為 吸附劑粒徑的5 10倍，徑向最大寬度為吸附劑粒徑的2 10倍。
本發明的阻擋物3上可以設通 L，使位於阻擋物3上面的吸附劑也能充分 發揮吸附作用。
本發明的吸附器可廣泛用於變壓吸附空氣制氧系統、變壓吸附空氣制氮系 統、多床變壓吸附製取高純氫的變壓吸附系統、變壓吸附提取一氧化碳系統、 變溫吸附氣體淨化系統等混合氣變壓吸附分離系統。
與現有技術相比，本發明的有益效果是本發明在吸附器塔身的內壁固連 一個或多個阻擋物以後，使得壁面附近的氣體在阻擋物的作用下改變氣流方 向，進入吸附床中部，與吸附床中部氣體混合，經過混合後的氣體的一部分再 次進入到壁面附近，從而使得壁面附近氣體的平均速度降低，延緩壁面附近氣 體穿透吸附床的時間，提高壁面附近的吸附床中吸附劑的利用率。數值研究表 明，本發明可有效降低壁面附近的氣流速度，減小壁面效應，提高吸附器中吸 附劑的利用率，進而提高裝置的效率，節約成本，降低能耗。


圖l、圖2為本發明的結構示意圖。
4圖3為圖1中的A向視圖。
圖4為本發明的阻擋物在吸附床4軸向的截面圖。
具體實施例方式
下面結合具體實施方式
對本發明作進一步的詳細描述。 實施例l:變壓吸附制氧裝置
變壓吸附制氧裝置，吸附器塔身1的直徑為lm，吸附器塔身1的下部為原
料氣進口端，分布有氣體分布器5;上部為出氣端，分布有氣體分布器2;上、
下氣體分布器2和5之間為填充了吸附劑的吸附床4，床層高度為1. 5m，吸附 劑粒徑為2. 0mm;在吸附器塔身1的內壁環形固連有4個與內壁相適配的阻擋 物3,阻擋物3在吸附床4軸向的截面為邊角倒圓的梯形，截面在吸附床4軸 向的最大高度為20 mm，徑向最大寬度為10 mm，阻擋物3均勻分布在吸附器 塔身1的內壁面，阻擋物3之間的距離為200mm。吸附器的設計空速為0.15m/s， 距壁面2mm處沿吸附床4軸向的平均氣流速度為0. 24m/s，而未設阻擋物3時 距吸附器壁面2mm處沿吸附床4軸向的平均氣流速度為0. 27m/s，增加阻擋物 3後距壁面2mm的平均氣流速度降低了 16.7%。同時，增加阻擋物3後使得壁 面附近氣流的方向發生改變，與吸附床4中部的氣體進行混合，使裝置中的吸 附劑得到充分利用。增加阻擋物3後使得壁面效應大為降低，提高了變壓吸附 制氧裝置吸附劑的產氧率，降低了裝置的單位能耗，提高了裝置的效率。
該新型吸附器可以用於所有的變壓吸附裝置，從而減小裝置的壁面效應， 提高裝置的經濟性能。
實施例2:變壓吸附空分制氮裝置
吸附器塔身1的直徑為0. 5m,吸附床4的高度為2. 4m，吸附劑粒徑為 2.5mm，吸附器塔身1的內壁固連有11個阻擋物3，阻擋物3之間的間距為 200mm，阻擋物3在吸附床4軸向的截面形狀為矩形，截面在吸附床4軸向的 高度為20咖，徑向的寬度為5 mm。吸附器的空速為0. 08m/s時，距壁面lmm 處沿吸附床4軸向的平均氣流速度為0. 31m/s，而吸附器內壁不設阻擋物3時 吸附器距壁面lmm處沿吸附床4軸向的平均流速為0. 40m/s，增加阻擋物3後， 距壁面lmin處沿吸附床4軸向的平均流速降低了 22%。同時阻擋物3使得壁面 附近的氣體與吸附床4中部的氣體進行徑向混合，從而大大降低了壁面效應，使得制氮裝置的性能指標大為提高。 實施例3:變壓吸附制氫裝置
吸附器塔身1的直徑為1. 2m，吸附床4的高度為4 m，吸附劑粒徑為2 mm， 吸附器塔身1的內壁固連有7個阻擋物3，阻擋物3之間的間距為200mm 500mm，阻擋物3在吸附床4軸向的截面形狀為梯形，截面在吸附床4軸向的 高度為10 mm，徑向最大寬度為16腿。吸附器的空速為0.04m/s時，距壁面 1.5ram處吸附床4軸向的平均氣流速度為0. 11m/s，未加阻擋物3時距壁面 1. 5腿處吸附床4軸向的平均氣流速度為0. 13m/s，吸附器塔身1內壁固連阻 擋物3後距壁面1. 5mm處軸向平均氣流速度降低了 15. 4%。同時，阻擋物3使 得壁面附近的氣體與吸附器中部的氣體混合，從而延長了吸附的時間，提高了 吸附劑的利用率，提高了制氫裝置的經濟性能。
實施例4:變壓吸附提純一氧化碳裝置
吸附器塔身1的直徑為1. 4m，吸附床4的高度為5m，吸附劑粒徑為2mm， 吸附器塔身1內壁螺旋狀固連有阻擋物3，阻擋物3在吸附床4軸向截面為矩 形，截面在吸附床4軸向的高度為15mm，徑向的寬度為20mm，螺距為400mm。 空速為0. 035m/s時，吸附器內距壁面1. 2mm處沿吸附床4軸向平均氣流速度 為0. 13m/s，而未設置阻擋物3時沿吸附床4軸向平均氣流速度為0. 158m/s， 速度降低了17.7%。同時，由於阻擋物3的加入，使得壁面附近的氣體與吸附 器中部的氣體混合，這樣可降低置換階段一氧化碳的損失，從而提高了一氧化 碳的回收率。
權利要求
1、 一種減小壁面效應的吸附器，包括吸附器塔身(1)，設置在塔身(1)上、下部的氣體分布器(2， 5)，以及上下氣體分布器(2， 5)之間的吸附床(4)， 其特徵在於所述吸附器塔身(1)的內壁設置有阻擋物(3)。
2、 根據權利要求1所述的減小壁面效應的吸附器，其特徵在於所述阻擋物(3) 至少為一個。
3、 根據權利要求1所述的減小壁面效應的吸附器，其特徵在於所述阻擋物(3) 螺旋狀固連於吸附器塔身(1)的內壁。
4、 根據權利要求3所述的減小壁面效應的吸附器，其特徵在於所述阻擋物(3) 的螺距為200 500mm。
5、 根據權利要求1所述的減小壁面效應的吸附器,其特徵在於所述阻擋物(3) 環形固連於吸附器塔身(1)的內壁。
6、 根據權利要求5所述的減小壁面效應的吸附器，其特徵在於所述阻擋物(3) 有多個，該環形阻擋物(3)之間相距200 500mm。
7、 根據權利要求1 6任意一項所述的減小壁面效應的吸附器，其特徵在於 所述阻擋物(3)上設有通孔。
8、 根據權利要求1 6任意一項所述的減小壁面效應的吸附器，其特徵在於 所述阻擋物(3)在吸附床(4)軸向的截面為任意幾何形狀。
9、 根據權利要求8所述的減小壁面效應的吸附器，其特徵在於所述截面為矩 形、梯形和邊角倒圓的梯形中的任意一種。
10、 根據權利要求1 6任意一項所述的減小壁面效應的吸附器，其特徵在於 所述截面在吸附床(4)軸向的最大高度為吸附劑粒徑的5 10倍，徑向最大 寬度為吸附劑粒徑的2 10倍。
11、 根據權利要9所述的減小壁面效應的吸附器，其特徵在於所述截面在吸 附床(4)軸向的最大高度為吸附劑粒徑的5 10倍，徑向最大寬度為吸附劑 粒徑的2 10倍。
全文摘要
本發明涉及一種吸附器，包括吸附器塔身，設置在塔身上、下端的氣體分布器，上、下氣體分布器之間的吸附床，其特點在於上下氣體分布器之間的塔身內壁固連有阻擋物。本發明由於在吸附器塔身內壁設置了阻擋物，改變了吸附器壁面附近氣體流動的路線，使得壁面附近的氣體在流動過程中與主流區的氣體多次混合，從而減小了因壁面附近氣體提前穿透吸附床而造成的吸附劑的利用率低的問題，降低了裝置的成本，提高了裝置的效率，並為裝置的大型化提供了保障。
文檔編號B01D53/047GK101310828SQ200810045379
公開日2008年11月26日 申請日期2008年2月20日 優先權日2008年2月20日
發明者卜令兵, 郜豫川 申請人:四川天一科技股份有限公司