專利名稱：通過吸附進行氣體分離的設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及到用于通過吸附進行氣體分離的設備，具體地說，本發明涉及到PSA或VSA(壓力/真空回轉式吸附)型設備，這種類型的設備包括外罩內的由至少一種吸附物質構成的至少一個垂直的區域；以及，氣體循環裝置，該裝置用于提供氣流，使氣流基本上水平地穿過前述吸附物質并且將氣流排入和排出所說的外罩。
就氣體的循環和分布而言，這種能按快速循環過程來處理較高氣體流速的分離設備存在著問題，在使氣流水平地穿過吸附物質的設備中，所述問題更加突出，這里，情況就是這樣。
本發明的目的是提供通過吸附進行氣體分離的設備的新結構，以便能以較低的生產成本和最小的能耗獲得氣體在整個小型結構內有所改善的分布。
為此，依照本發明的一個特征，所說的循環裝置在吸附物質的至少一個垂直側面上包括有一配氣空間，此配氣空間包括一第一子空間，它與吸附物質相鄰；以及，一第二子空間，它通過一設置有氣體通路的壁面與第一子空間相分隔，所說的氣體通路具有多種橫截面和/或一配氣裝置，對這些橫截面和/或配氣裝置加以選擇以減少吸附物質上述側面上的局部流速的垂直變化同時形成最小的壓力損失。
依照本發明的另一些特征-所述第一和第二子空間具有基本上相同的軸向長度；-所述第一子空間與第二子空間的容積比小于4，通常大于0.25；-所述通路的整個表面積與第二子空間的入口/出口表面積之比小于5，通常大于0.5；-所述循環裝置包括垂直的供氣和排氣部分；-所述吸附物質是環形的；-所述供氣和排氣部分在外罩的同一軸向側面上與氣體回路相連。
本發明的其它特征及優點將從以下連同附圖對實施例所作的說明中體現出來，這些實施例是說明性的并不意味著有任何限制，在附圖中
圖1是本發明設備的垂直剖面的概略圖；以及圖2是本發明設備的一個特定實施例的垂直剖面圖。
在以下的說明中以及在附圖中，相同或相似的部件具有相同的標號。
在圖1所示的實施例中，一由吸附物質3構成的環形塊設置在位于一軸對稱的外罩內的環形基體2上，所說的外罩則一般用標號1來表示，同軸網格在內部和外部限定了所說的環形塊。一有孔表面4將吸附物質3內部的空間分成了一第一子空間5以及一第二子空間6，上述有孔表面4在這里呈錐形的幾何形狀并具有由按角度軸向分布的小孔40所構成的結構，第一子空間5與吸附物質相鄰，而第二子空間6則與中心導管7相連通，中心導管7用于將所要分離的混合氣體輸入進吸附物質3。在圖1所示的實施例中，一在這里呈錐形的有孔表面8以相似的方式將外罩1的環形外殼與吸附物質3的外緣之間的環形空間分成了一第一子空間9以及一第二子空間10，第一子空間9與吸附物質相鄰，而第二子空間10則通過基體2的外緣與外罩的環形外殼之間的通路而與形成在上述外罩內的下部箱室相連通同時與出氣管11相連通，出氣管11用于未被吸附物質3攔住從而與經由管道7所輸入的混合氣體分離開來的氣體。
依照本發明的一個方面，容積5與容積6(或容積9與容積10)之比小于4、最好在0.4至1.5之間。依照本發明的另一個方面，小孔40的整個表面積與進氣管7的橫截面之比小于5，最好在1至2.5之間(對壁面8上的小孔40的橫截面與空間10的環形入口的橫截面之比來說，也是如此)。
利用上述結構，所說的小孔可以在很低的壓力損失從而沒有能量損失的情況下確保一定的基本分布，因而，向所述子空間供氣的局部流速之間的偏差通常會小于30％。通過形成可變的小孔和/或通過使前述有孔表面的幾何形狀最佳化和/或通過按能量要求略有增加的成本用至少某些上述小孔來增加壓力損失，可以將上述變化減少至15％或更少。
下游的子空間(按氣體循環方向是5或9)可以通過吸附物質填充物內下游的壓力損失以及由小孔所輸出的射流的擴散來確保前述局部流速的重新平衡，以便避免因吸附物質的保護網格處的射流動能所引起的局部壓力變化。
利用上述結構，保證所述壓力在系統軸向方向上有幾乎理想重新平衡的縱向流速會低于供氣流速，這就可以使用較小尺寸的圓環，從而能生產出具有小型結構的設備。
圖2中的實施例也包含有業已說明過的中央配氣裝置，它由一平直的有孔導管4構成，導管4使軸向供氣管7延伸。所示的設備并不帶有外部配氣裝置，而是只具有一薄的環形箱室12，它形成在箱室1的環形外殼與環形吸附物質3的外緣之間。在這一實施例中，外罩1具有穹形上端和下端，下端與基體2一道限定了一環形下部箱室，此箱室與導管7和4共軸并包括一環形分隔件13，該分隔件上設置有成角度分布的開孔4，以調節來自和到達導管11的氣流。上部穹頂包括一中央通筒，以便能夠裝載由密封膜14所軸向擠壓的吸附物質，而密封膜14則固定在外罩的環形外殼與用來封住導管的中心凸緣15之間并且受到例如輸入進上部穹頂內的壓縮氣體的主動擠壓，以便防止吸附物質3在箱室5與12之間迂回的危險。
在所示的實施例中，為了能保證由中央導管4的小孔40所輸出的射流在到達吸附物質3之前更好地分散開來，應在吸附物質3與子空間5之間設置環形物16，該環形物由金屬襯片構成，由陶瓷球構成，或者，在所要分離的混合氣體包含有水蒸氣時最好由有助于阻擋水蒸氣的氧化鋁球構成。
圖2中實施例的設備帶有高度H為5m的吸附物質，外徑為1.54m的吸附物質，內徑為40cm的吸附物質、直徑為30cm的有孔導管4，此導管具有2.4％的小孔率，即整個小孔表面積約6倍于導管4橫截面，通過比較，這種設備能在第一子空間與第二子空間(6)之比為0.78的情況下提供與外徑為1.74的環形吸附物質以及直徑為90cm的單一中央供氣通路在整個吸附物質體積約為8.65m3情況下相同的配氣質量和效率。應注意，與那些因尺寸及成本而不可接受的多孔材料的配氣裝置型方案相比，本發明的結構能提供小型化并能減少無用的空間，而所說的不可接受的方案則總是涉及到按較大的橫截面來安裝配氣空間，以便防止因摩擦壓力損失和氣體動能的變化所引起的壓力變化或防止能產生較大壓力損失的壓力變化。
權利要求
1.通過吸附進行氣體分離的設備，它包括外罩(1)內的由至少一種吸附物質(3)構成的至少一個垂直的區域；以及，氣體循環裝置，該裝置用于提供氣流、使氣流水平地穿過前述吸附物質并且排放氣流，所述設備的特征在于，前述循環裝置在所述吸附物質(3)的至少一個垂直側面上包括有一配氣空間，此配氣空間包括一第一子空間(5；9)，它與吸附物質相鄰；以及，一第二子空間(6；10)，它通過一設置有通路(40)的壁面與第一子空間相分隔，所說的通路(40)具有一些橫截面和/或一配氣裝置，對這些橫截面和/或配氣裝置加以選擇以減少吸附物質上述側面上的局部流速的垂直變化。
2.如權利要求1所述的設備，其特征在于，第一(5；9)和第二(6；10)子空間具有基本上相同的軸向長度。
3.如權利要1或2所述的設備，其特征在于，所述第一子空間與第二子空間的容積比不大于4。
4.如前述權利要求之一所述的設備，其特征在于，通路(40)的整個橫截面與第二子空間(6；10)的入口/出口橫截面之比不大于5。
5.如前述權利要求之一所述的設備，其特征在于，所述循環裝置包括垂直的供氣和排氣部分。
6.如權利要求5所述的設備，其特征在于，所述吸附物質(3)是環形的。
7.如權利要求5或6所述的設備，其特征在于，所述供氣和排氣部分在外罩的同一軸向側面上與氣體回路(7；11)相連。
8.如權利要求6和7之一所述的設備，其特征在于，前述設置有通路的壁面包括有管道(4)，該管道以共軸的方式設置在吸附材料(3)內并配備有成角度軸向分布的小孔(40)。
9.如權利要求8所述的設備，其特征在于，該設備包括由分隔材料構成的環形薄層(16)，而所說的分隔材料則徑向地設置在吸附物質(3)的內側。
10.如權利要求9所述的設備，其特征在于，所述分隔材料(16)包括氧化鋁球。
11.如權利要求7至10之一所述的設備，其特征在于，所說的外罩包括側部環形外殼和一基體并包括一橫向分隔件(2)，此分隔件支承著吸附物質(3)并同上述基體一道限定了一下部箱室，該箱室與一環形空間(12)相連通，而環形空間(12)則位于前述環形外殼與吸附物質(3)的外緣之間。
12.如權利要求7至11之一所述的設備，其特征在于，該設備包括一隔膜(14)，此隔膜被擠壓在吸附物質(3)的上部。
13.將前述權利要求之一所述的設備用于分離氣體和空氣。
全文摘要
例如PSA型設備，它包括用于使氣體水平穿過吸附物質的氣體循環裝置，該裝置在吸附物質的至少一個垂直側面上包括有一配氣空間，此空間包括一第一子空間，它與吸附物質相鄰；以及一第二子空間，它通過一設置有通路的壁面與第一子空間相分隔，所說的通路具有多種橫截面和/或一配氣裝置，對這些橫截面和/或配氣裝置加以選擇以減少沿吸附物質的局部流速的變化。
文檔編號B01D53/047GK1153076SQ9611114
公開日1997年7月2日 申請日期1996年8月21日 優先權日1996年8月21日
發明者菲力普·安德烈亞尼, 克里斯蒂安·莫內羅 申請人:喬治·克勞德方法的研究開發空氣股份有限公司