流量分配裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本文中公開的實施方式總體涉及用于將流量分配到容器中的裝置。更具體地說， 本文中公開的實施方式涉及用于在變壓或變溫吸附系統中的流量分配裝置。
【背景技術】
[0002] 變壓吸附（PSA)是用于分餾氣體混合物以提供至少一種純化產物氣和提余副產 物混合物的技術。PSA已經成功地用于從其他氣體分離氫氣、從空氣分離氧氣和氮氣、以及 從天然氣分離氦氣等。
[0003] PSA系統可以包括多個含有分離所述氣體的吸附劑的容器。所述容器可以包括頂 和底封頭，貫穿它們布置流量管道或噴嘴。
[0004] 在PSA過程期間，吸附容器經歷循環過程的各種階段，包括進料、壓力均衡、產物 加壓、逆流放空和吹掃等。所述循環過程期間的流量包括向上穿過吸附床以及向下穿過吸 附床的氣體流量。所述循環過程期間的流量還經歷迅速的變壓和/或變溫；例如，容器噴嘴 處的流量可以在一個方向上是高壓然后在相反方向上是低壓。
[0005] 為了防止吸附劑通過所述吸附容器的頂封頭和底封頭中的噴嘴的損失，使用了篩 網或其他裝置。現有的篩網的一個例子包括以"籃子"的形狀排列的焊接金屬棒系統。作為 另一個例子，鋼板以圓錐形或圓柱形的形狀焊接到壓力殼并切出孔或通路以容許流量。另 外，已經使用了被線網覆蓋的塔盤，在所述塔盤下面有大的死空間。這些和其他各種設計可 以給所述吸附容器帶來應力，可以侵蝕或腐蝕，例如由于因焊接引起的液體蓄積和瑕疵所 致，等等。在一些情況下，剛性流量分配裝置產生高局部化彎曲應力，其導致吸附容器破裂。 這種彎曲約束的問題在處理脆化流體、例如含有氫氣、硫化氫、氰化氫和氨等的混合物的系 統中特別明顯。此外，一旦在野外安裝所述容器，所述各種設計可能是不切實際的或難以 替換的。這種進一步的局限性在缺乏應對高瞬間壓力梯度的抗壓強度的設計中特別有害， 而所述高瞬間壓力梯度可以由于所述分配器內細篩網堵塞、與所述分配器相鄰的珠子填充 床介質堵塞、與所述容器相連的閥或管路突然故障，或由于這些原因的組合而發生。特別 令人煩惱的是，例如焊接到吸附容器的圓頂端蓋（在壓力容器領域稱為封頭）的內表面的 剛性足以抵抗破損的分配構件，還特別傾向于產生局部化彎曲應力，所述應力不僅在所述 流量分配裝置中、而且在所述壓力容器的主要壓力保持表面一一即所述封頭或殼中產生裂 縫。這樣的裂縫不利地容許滲漏，如果正被處理的流體由于可燃性、毒性或室息造成風險以 及其他示例性的風險的話，這可以形成顯著的安全性風險。
【發明內容】
[0006] 在一個方面，本文中公開的實施方式涉及一種系統，所述系統包括容器和將流量 分配到所述容器下部的分配器。所述系統可以包括：包含頂封頭和底封頭的容器；和底封 頭進給/流出噴嘴。具有至少一個流動容許表面的下分配器布置在所述容器內并包圍所述 底封頭進給/流出噴嘴的入口。在所述下分配器的底部部分與所述底封頭進給/流出噴嘴 之間形成流動間隙。
[0007] 在一些實施方式中，所述下分配器布置在所述容器內以提供流動間隙，所述流動 間隙具有的尺寸足以容許液體從所述容器排入所述底封頭進給/流出噴嘴中并保留緊鄰 下分配器的所述容器內布置的固體介質，例如吸附劑或催化劑。
[0008] 在一些實施方式中，所述至少一個流動容許表面被構造成在與所述底封頭進給/ 流出噴嘴的軸正交的方向分配至少一部分氣體流量。所述至少一個流動容許表面可以被構 造成在與所述底封頭進給/流出噴嘴的軸平行的方向分配至少一部分氣體流量。
[0009] 所述下分配器還可以包括至少一個結構支撐翅片，所述結構支撐翅片被構造成在 所述流動容許表面的最接近底封頭進給流出噴嘴開口的最下邊緣下面延伸。在一些實施方 式中，所述結構支撐翅片與所述底封頭進給/流出噴嘴相連，例如可卸式連接。
[0010] 在一些實施方式中，所述下分配器被構造成提供75%至100%的質量流量與所述 底封頭進給/流出噴嘴的軸正交，和〇%至25%的質量流量與所述底封頭進給/流出噴嘴 的軸平行。在其他實施方式中，所述下分配器布置在所述容器內并被構造成通過所述至少 一個流動容許表面提供75 %至95%的質量流量和通過所述流動間隙提供5%至25 %的質 量流量。
[0011] 所述系統還可以包括頂封頭進給/流出噴嘴；和布置在所述容器中緊鄰所述頂封 頭進給/流出噴嘴的上分配器。所述上分配器可以包含與所述頂封頭進給/流出噴嘴流體 連通的流動管道，所述管道包含一個或多個流動容許特征，所述特征被構造成在與所述頂 封頭進給/流出噴嘴的軸正交的方向分配至少一部分氣體流量。
[0012] 在另一個方面，本文中公開的實施方式涉及變壓或變溫吸附系統。所述系統可以 包括：包含頂封頭和底封頭的容器；底封頭進給/流出噴嘴；布置在所述容器中的吸附介 質；布置在所述容器內并包圍所述底封頭進給/流出噴嘴的入口的下分配器。所述下分配 器可以包括：至少一個流動容許表面；和與所述底封頭進給/流出噴嘴可卸式連接的至少 一個結構支撐翅片。
[0013] 所述結構支撐翅片可以被構造成在所述流動容許表面的最接近底封頭進給/流 出噴嘴開口的最下部分的下面延伸到所述底封頭進給/流出噴嘴中并將所述下分配器相 對于所述底封頭進給/流出噴嘴中心化。所述結構支撐翅片的頂部也可以為所述至少一個 流動容許表面提供結構支撐。
[0014] 在一些實施方式中，所述下分配器包括：兩個或更多個穿孔板區，所述穿孔板區包 括頂凸緣區、底凸緣區、和限定垂直區周緣的兩個垂直凸緣區；和與所述兩個或更多個穿孔 板區的頂凸緣區相連的上穿孔板區。所述兩個或更多個穿孔板區和所述水平穿孔板區的穿 孔直徑可以小于吸附介質的直徑。
[0015] 所述結構支撐翅片可以被構造成在所述底凸緣區的下面延伸到所述底封頭進給/ 流出噴嘴中并將所述下分配器相對于所述底封頭進給/流出噴嘴中心化。所述結構支撐翅 片也可以被構造成將負荷從所述分配器分配到所述容器和/或所述進給/流出噴嘴。所述 結構支撐翅片的頂部也可以為所述上穿孔板區提供結構支撐。
[0016] 在一些實施方式中，所述系統包括在所述兩個或更多個穿孔板區的底凸緣區與所 述容器的底封頭的內表面之間的流動間隙。所述底封頭與下分配器之間的流動間隙的尺寸 可以被構造成將所述吸附介質保留在容器中并提供將液體從所述容器通過所述底封頭進 給/流出噴嘴排出的流動面積。
[0017] 在一些實施方式中，所述下分配器被構造成提供：0%至25%的質量流量通過所 述水平穿孔板區；50%至95%的質量流量通過所述垂直區；和5%至25%的質量流量通過 所述間隙；其中基于從所述底封頭進給/流出噴嘴通向所述容器內部以與所述吸附介質接 觸或反之的總質量流量，所述范圍總計達100%。在一些實施方式中，所述下分配器可以被 構造成在所述容器中在所述管嘴下游的5個底封頭進給/流出噴嘴內徑內提供均勻性指數 至少0. 9的流量。在其他實施方式中，所述下分配器可以被構造成提供75 %至99 %的質量 流量與所述底封頭進給/流出噴嘴的軸正交，和1%至25%的質量流量與所述底封頭進給 /流出噴嘴的軸平行。
[0018] 所述系統還可以包括：頂封頭進給/流出噴嘴；和布置在所述容器中緊鄰所述頂 封頭進給/流出噴嘴的上分配器。所述上分配器可以包括與所述頂封頭進給/流出噴嘴流 體連通的流動管道，所述管道包含一個或多個流動容許特征，所述特征被構造成在與所述 頂封頭進給/流出噴嘴的軸正交的方向分配至少一部分氣體流量。所述上分配器也可以包 括下蓋區，其包含一個或多個穿孔以容許液體從上分配器排入所述容器中。
[0019] 在另一個方面，本文中公開的實施方式涉及用于容器的下封頭內的分配器。所述 分配器可以包括：至少一個流動容許表面；和至少一個結構支撐翅片，其被構造成為所述 至少一個流動容許表面提供結構支撐、將負荷從所述分配器傳遞到在其中布置所述分配器 的容器噴嘴、以及與所述容器噴嘴可卸式連接。
[0020] 在另一個方面，本文中公開的實施方式涉及用于容器的下封頭內的分配器。所述 下分配器可以包括：兩個或更多個穿孔板區，所述穿孔板區包括頂凸緣區、底凸緣區、和限 定垂直區周緣的兩個垂直凸緣區；和與所述兩個或更多個穿孔板區的頂凸緣區相連的上穿 孔板區。
[0021] 所述分配器也可以包括布置在所述相連的垂直凸緣區之間的結構支撐翅片。所述 結構支撐翅片可以被構造成在所述底凸緣區的下面延伸到容器的底封頭進給/流出噴嘴 中并將所述下分配器相對于所述底封頭進給/流出噴嘴中心化。所述結構支撐翅片的頂部 可以為所述上穿孔板區提供結構支撐。
[0022] 在另一個方面，本文中公開的實施方式涉及用于分配流量進入容器的分配器。所 述分配器可以包括：包含容許流過所述分配器的一個或多個開口的垂直區；與所述垂直區 相連并包含容許流過所述分配器的一個或多個開口的上板區；與所述垂直區和所述上板區 相連的一個或多個結構支撐翅片，所述結構支撐翅片被構造成為所述分配器提供結構支撐 并將負荷從分配器傳遞到在其中布置所述分配器的容器噴嘴。
[0023] 在另一個方面，本文中公開的實施方式涉及容器。所述容器可以包括：具有流動開 口的底封頭和包圍所述開口的噴嘴；其中所述噴嘴向所述開口傾斜以容許液體從所述容器 自由排出。
[0024] 其他方面和優點從以下的描述和所附的權利要求中將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0025] 圖1是根據本文中公開的實施方式，分配器裝置的等軸測圖。
[0026] 圖2是根據本文中公開的實施方式，分配器的一部分的示意圖。
[0027] 圖3是根據本文中實施方式，分配器裝置的頂視圖。圖3還提供了通過所述分配 器裝置頂部部分的流體流量的計算流體動力學（CFD)分析結果。
[0028] 圖4是根據本文中公開的實施方式，分配器裝置的另一個型面圖。
[0029] 圖5是根據本文中實施方式，包括分配裝置的吸附系統的示意圖。
[0030] 圖6