專利名稱：徑向流動的吸附容器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種徑向流動的吸附容器，在這種容器中，氣體處于大致為U形的流型流過該容器，這是通過把進氣歧管和出氣岐管放在容器的同一端而實現的。
徑向流動的吸附容器已經在常規的深冷吹離裝置中找到其特殊用途，它們可以用來作為前端凈化裝置，以便在進給氣流進入深冷分離裝置以前把某些有害雜質從該進給氣流中除去。
F.G.Kerry在一篇題為“Front-Ends for Air Separation Plants-TheCold Facts，”的論文中介紹了這種裝置，此文刊載在1991年8月的“化學工程進展”中。吸附容器在吹離裝置中的用途的其他說明在一篇由M.Grenier，J.Y.Lehman，P.Petit and D.V.Eyre等人撰寫的題為“用于吹離裝置的吸附凈化”的論文中作了描述，該論文刊載在美國機械工程師協會出版的“深冷工藝和設備”一書(書號為G00283)中。吹氣分離和徑向流動吸附器的應用的另外的說明在一篇由Ulrich vonGemmingen博士撰寫的題為“吹離裝置中的吸附干燥器的設計”的論文中作了描述，該論文刊載在林德股份公司(Linde AG)的1994年的“關于科學和技術方面的報告”中。
在美國專利4541851中公開了兩種不同的徑向流動吸附容器。在第一種容器中，氣體通過該吸附器的流動型式是大致的Z形，其中氣體的導入和從容器中排出在一個大致為長圓筒形的容器的對置端進行。工作流體(氣體)通過在某一端的一個連接管(底部連接管)進入，沿軸向向上流過該容器中的一個裝有吸附材料的外環狀空間，然后沿徑向向內流過吸附材料和一個過濾件，然后再進入中心通道沿軸向向上流動并且通過一個在容器頂部的連接管離開該容器，該容器被定向在豎直方向。專利權人裝置的該實施例允許通過容器的流動方向成反向。在另一個實施例中，專利權人描述了一種徑向流動的容器，其中的進口和出口連接管都位于該定向在大致豎直方向的容器的底部。工作流體通過一個連接管進入，沿軸向向上流過該外環狀空間，沿徑向向內流過該吸附層并且進入一個中心通道，然后在該通道中沿軸向向下流動并且離開該容器。多孔壁限定了流動通道，該通道當流體流過該容器時產生一個大致為U形的流型。
在澳大利亞專利申請57158/90中，申請人公開了一種徑向流動的吸附容器，其中從位于容器的某一端的一個進口到位于容器的對置端的一個出口的流型大致為Z形。通過該容器的流動通道與上述’851專利中的第一殼體的通道相類似。申請人公開了一種容器，其中工作流體通過一個底部連接管進入，沿軸向向上流入一個外環狀空間，沿徑向通過一個吸收層和一個灰塵過篩件，然后進入一個中心管并在該管中沿軸向向上流動，最后通過一個位于該容器的頂部的連接管離開容器，該容器被定向在大致為豎直的方向。
美國專利權人和澳大亞的申請人都在該大致為Z形流型的容器的中心通道中包括一個錐形件，以用來改進通過吸附層的流量的均勻性，因為Z形流動的歧管技術(進口和出口位于該容器的對置端)與U形流動的歧管技術相比較，在徑向流動的吸附容器處于給定的標準尺寸的情況下，將對前端裝置產生固有的不良的流量分布。該錐形件不能在流動的兩個方向上都起作用。它只能校正在一個方向上的流量的不均勻分布，而使在該對置方向上的流量分布更加不均勻。
在使用Z形流型的現有技術的容器中，為減少在兩個方向流動的流量不均勻分布的主要方法是或者增加在內部通道中的流動面積，但這樣也就增加了容器的尺寸和成本，或者增加通過該層的壓力降，但這樣也就增加了實行該工藝的能源費用。
美國St.Paul Minnesota的Filter/Johnson Screens公司為徑向流動的容器(反應器)提供了徑向流動的反應器篩，該容器對工作流體使用了一種大致為Z形的流型。
業已發現，通過把大致圓筒形的內隔板結合在一個大致圓筒形的徑向流動的吸附容器中，可以使迄今為止的一個大致為Z形的流型在該容器內轉變成一個大致為U形的流型，而同時仍可以允許使用位于該容器的對置端上的進口和出口連接管。在本發明的一個實施例中，該隔板被放在容器的外壁與吸附劑的內環形層(一層或幾層)之間，以便當工作流體從外壁輸送到容器的中心管中時，使工作流體產生一個倒U形或S形的流型。在本發明的另一個實施例中，隔板被結合在吸附層與容器的縱向中心軸線之間，以便當工作氣體從吸附層向容器的出口連接管前進時，使工作氣體產生倒U形或S形的流型。
本發明的徑向流動的吸附容器在流動的兩個方向上(即底部流入和頂部流出或者頂部流入和底部流出)都能夠工作。因此本發明的方法和裝置可以對兩個方向上的流動進行流量不均勻分布的校正。前端的凈化循環就需要沿兩個方向的流動。
圖1是本發明的一個實施例的徑向流動吸附容器的縱向剖視圖；圖2是一個沿圖1的2-2線截取的視圖；圖3是本發明的第二個實施例的徑向流動吸附容器的縱向剖視圖；圖4是圖1的容器的一個剖面圖，圖中示出了一個附加的環形吸附層；以及圖5是本發明的一部分隔板壁的片斷視圖，圖中示出了流量旁路裝置結合在隔板上的情況。
參看附圖，圖1示出了本發明的一個容器10。容器10具有一個外殼12，一個由一個大致為半球形封頭所封閉的第一端或底端14，以及一個也由一個大致為半球形封頭所封閉的第二端或頂端16。第一端14也包括一個進口管或連接管18。第二端16包括一個出口管或連接管20。封頭16包括用來在容器10的內部導入和排出吸附劑的加注口22，24，這將在下面充分說明。
設置在容器10內部的是一個不可滲透的剛性懸浮底板26，該底板由一系列的幅板28，30和支桿32，33所支承，這在本技術領域是眾所周知的。懸浮底板26支承著與出口連接管20相連通的一個第一同心管34。同心地圍繞著中心管34但與其相隔開放置的是一個第二圓筒壁或管36，該壁限定了吸附劑材料可通過入口孔22，24放入其中的環形空間。或者，底板26可以由中心管34和圓筒形管36所支承。中心管34和圓筒形管36的壁都是例如由Johnson FiltrationSystems公司出售的篩筒式結構，以便允許工作流體(氣體)通過層38流動，如箭頭40所示。
設置在壁或篩36與容器10的外壁12之間并且由底板26所支承的是一個圓筒形的導流隔板42。隔板42用來導引用箭頭39代表的工作流體進入進口管18，用箭頭40表示的工作流體則通過沿著容器10的外壁12豎直地延伸的一條S形通路進入容器內部，然后在隔板42的上方作出一個大致為U形的轉彎，再沿著由隔板42和壁36所形成的通道向下延伸，穿過吸附層38進入中心管34，并且通過管或出口20從容器10排出，如箭頭41所示。
圖4是除去一個具有環形結構的第二內壁或篩筒35以外與圖2相似的剖視圖，該第二內壁設置在中心管34與篩筒36之間從而產生了兩個不同的腔37和38，使得兩種不同的吸附劑可以放在容器中以便處理工作流體。
圖3公開了另外一種容器50，該容器具有一個外壁52，第一端或半球形底端54，第二端或半球形頂端56，吸附劑加注或排出孔58，60，進口管或連接管62，以及出口管或連接管64，所有這些部分都與圖1中的裝置相類似。一個懸浮底板66以與圖1中的裝置相同的方式配置，該底板用來支承同心的內篩筒68，70，該些內篩筒限定了一個環形的吸附層72。環形吸附層72可以用與對圖1所述的類似方式分成多個不同的吸附層。
容器50包括一個中心管或隔板74，該管從第二或出口管64朝著懸浮底板66延伸，并使管74的末端76以在懸浮底板66與管或板74之間以形成一個通道的方式終止。箭頭78示出了進入容器50的工作流體，而箭頭79示出了當工作流體流過反應器50時該工作流體的通路。如圖3中所示，進入反應器的工作流體78沿著容器50的外壁52向上流動，沿徑向穿過層72，再以一種大致為U形的流型沿內管70向下流動。然后工作流體圍繞中心管或隔板74的底部流動并且倒轉方向，從而使它沿軸向向上流過隔板74并且通過管64流出容器50。因此，工作氣體可以以與圖1中相似的流動方式沿著S形通路流過容器50。
圖5是隔板42(圖1)或者隔板74(圖3)的一部分壁的簡圖，其中包括在該隔板中的裝置可以允許小量的旁路流量通過該隔板，以便校正由于在鄰接吸附層的流動通道(即圖1中由中心管34形成的通道和在篩筒36與隔板42之間的通道，或者圖3中在隔板74與篩筒70之間以及在篩筒68與壁52之間的通道)中的磨擦壓力損失而造成的流量的不均勻分布。在圖1的情況下，該裝置可以是一系列從該隔板的底部向頂部延伸的小孔，其中在隔板底部的孔較大但間隔較小，而在隔板頂部的孔較小但間隔較大。這種布置形式的目的是使較多的旁路流量通過隔板的底部和較少的旁路流量通過隔板的頂部。圖5中示意地示出了這些孔之間的一種關系。如果設計正確，旁路流量不可能會超過總流量的10％，以便校正由于摩擦壓力降造成的分布不均勻。
在圖3中的裝置的情況下，該較大的孔位于與出口管64相鄰接的隔板74的頂端并且向著位于隔板74的底端或第二端76的尺寸較小但間隔較大的孔發展，其目的在于可使較多的旁路流量通過頂端而較少的旁路流量通過底端。
在本發明的任一實施例中，容器的取向可以與圖1和3中所示的取向相倒置。以這種方式取向的該容器將要求把加注孔22，24，58，60設置在該容器的對置端。
因此，根據本發明就可以產生一個徑向流動的吸附容器，該容器具有一個U形流動的多管結構，并且把進口管和出口管放在容器的對置端。圖1中的同心的圓筒形隔板，外通道隔板42和圖3中的中心通道隔板74都可使工作流體在它穿過容器行進時倒轉其軸向流動的方向，從而通過該一個或幾個吸附層實現均勻的流量分布。
本發明實現了通過容器的全部U形流動，U形流動具有比Z形流動更好的流量分布，并且無需把進口和出口管放在容器的同一端。把進口和出口管放在容器的同一端通常將增加反應器的成本和連接在容器上的外部管道。
上面介紹的本發明通過美國專利證書所要求保護的內容列入在附屬的權利要求書中。
權利要求
1.在一個具有用端板或端頭所封閉的第一端和第二端的大致為長圓筒形的外殼的容器中，至少一個裝有顆粒材料的環形層沿縱向設置在所述外殼與所述外殼的轉動中心軸線之間，在所述容器的一端上的裝置用來導引流體進入該容器并穿過所述層的裝置和在所述容器的一個對置端上的裝置用來在所述流體穿過所述層以后把所述流體排出所述容器，改進措施包括在所述流體進入所述層以前或者在所述流體排出所述層以后這兩種情況中的一種情況下使所述流體在所述容器中產生一個大致為U形的流型的裝置；由此，通過所述容器的流體從把流體導入所述容器的所述裝置流動到把所述流體從所述容器中排出的所述裝置是沿著一條大致S形的流型流動的。
2.如權利要求1所述的容器，其特征在于，用來產生所述大致為U形流型的所述裝置設置在所述容器的外壁與所述層之間。
3.如權利要求2所述的容器，其特征在于，用來產生所述大致為U形流型的所述裝置是設置在一個不可滲透的底板上的大致為圓筒形的通常流體不能滲透的隔板，該底板支承著所述環形層并且在縱向沿所述層的主要部分延伸，所述隔板在其自身與所述容器的所述外壁之間以及在其自身與所述環形層之間限定了一個流動通道。
4.如權利要求3所述的容器，其特征在于，所述把所述流體導引到所述容器中的裝置是鄰近于所述不可滲透的底板的，所述底板作為一個流動導向器，用來把流體導入在所述容器的所述外壁與所述隔板之間的所述通道中。
5.如權利要求3所述的容器，其特征在于，所述流體通道包括允許一小部分流過所述容器的流體從所述隔板旁路，以校正主要由于在鄰近所述層的所述流體通道中的摩擦壓力損失而引起的流量的不均勻分布。
6.如權利要求5所述的容器，其特征在于，在所述流體通道中用來校正流量不均勻分布的所述裝置包括穿過所述隔板的多個通道，該多個通道允許在所述隔板的一端旁路較多的流體，該端與引起所述流體倒轉其流動方向的所述隔板的這一端相對置。
7.如權利要求6所述的容器，其特征在于，在所述流體通道中用來校正流量不均勻分布的所述裝置包括一系列大致為圓形的孔，該些孔的直徑和間距從由所述底板支承的所述隔板的所述端到所述隔板的一個對置端都是各不相同的，其中在由所述底板支承的所述端處的所述孔與在所述隔板的所述對置端處的孔相比，其直徑較大而其間距則較小。
8.如權利要求2所述的容器，其特征在于，用來產生所述大致為U形流型的所述裝置設置在所述層與所述外殼的所述轉動軸線之間。
9.如權利要求8所述的容器，其特征在于，用來產生所述大致為U形流型的所述裝置是設置在所述層與所述外殼轉動軸線之間的一個通常流體不能滲透的同心隔板。
10.如權利要求9所述的容器，其特征在于，用來產生所述大致為U形流型的所述裝置是一個從所述容器的頂部到所述容器的底部沿著所述層的主要部分延伸的大致為圓筒形的隔板，所述隔板在其自身與所述轉動軸線之間以及在其自身與所述環形層之間限定了流動通道。
11.如權利要求8所述的容器，其特征在于，所述流體通道包括允許小量流過所述容器的流體從所述隔板旁路的裝置，以校正由在鄰近所述層的所述流體通道中的摩擦壓力損失所造成的流量的不均勻分布。
12.如權利要求8所述的容器，其特征在于，在所述流體通道中用來校正流量不均勻分布的所述裝置包括穿過所述隔板的多個通道，該多個通道允許在所述隔板的一端旁路較多的流體，該端與引起所述流體倒轉其流動方向的所述隔板的這一端相對置。
13.如權利要求12所述的容器，其特征在于，在所述流體通道中用來校正流量不均勻分布的所述裝置包括一系列大致為圓形的孔，該些孔的直徑和間距從鄰近所述容器的所述頂部的所述隔板的所述端到所述隔板的一個對置端都是各不相同的，其中在鄰近所述容器的所述頂部的所述隔板的所述端處的所述孔的直徑較大而其間距則較小。
14.一種用于使在一個容器中流動的流體產生大致為U形流型的方法，該容器具有一個封閉的長圓筒形外殼，至少一個具有某種吸附劑材料的環形層設置在該外殼中，所述外殼在其對置端具有用來允許流體進入所述層和從所述層排出的裝置，該方法包括把裝置安裝在所述容器內部，所述裝置在所述流體進入所述層以前或在所述流體排出所述層以后這兩種情況中的一種情況下可使所述流體產生一個大致為U形的流型；由此，通過所述容器的流體從把流體導入所述容器的所述裝置流動到把所述流體從所述容器中排出的所述裝置是沿著一條大致為S形的流型流動的。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，該方法包括把一個大致為圓筒形的隔板安裝在所述外殼的外壁與所述層之間，所述隔板導引流體沿著一條由所述隔板和所述外殼的所述外壁所限定的通道以及以反方向沿著一條由所述隔板和所述層限定的通道流過所述外殼。
16.如權利要求14所述的方法，其特征在于，該方法包括把一個大致為圓筒形的隔板安裝在所述外殼的轉動軸線與所述層之間，所述隔板導引流體沿著一條由所述隔板和所述外殼的所述層所限定的通道流過所述層并且以反方向沿著一條由所述隔板所限定的通道以便導引流體從所述容器流出。
17.如權利要求15所述的方法，其特征在于，在所述隔板中設置允許小量流過所述容器的流體從所述隔板旁路的裝置。
18.如權利要求14所述的方法，其特征在于，該方法包括把流體導入所述容器的任何一端以及把流體從所述容器的對置端排出。
全文摘要
用來改進流體在一個徑向流動的處理容器中通過一個環形層的流動的設備和方法。一個長環形隔板設置在反應器內鄰近該層的位置,用來在流體進入該層以前或排出該層以后使流體產生大致為U形的流動,從而實現一個大致為S形或倒U形的流型。設置在隔板中的裝置允許小量流體從U形通道旁路以校正流體通過該層時的流量不均勻分布。本發明的容器可以在流體沿任一方向通過容器的情況下工作。
文檔編號B01J8/00GK1196272SQ9810690
公開日1998年10月21日 申請日期1998年4月10日 優先權日1997年4月11日
發明者S·C·滕塔雷利 申請人:氣體產品與化學公司