[發明專利]模塊化緊湊吸附床

無效

• 申請號: 201010601631.0
• 申請日: 2010-12-23
• 公開（公告）號: CN102107111A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: A.德賽;C.E.切利克;M.W.阿克利;J.斯莫拉雷克
• 申請（專利權）人: 普萊克斯技術有限公司
• 主分類號: B01D53/04
• 分類號: B01D53/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張群峰;譚祐祥

技術領域

本發明總體涉及吸附床領域，尤其涉及用于氣體分離工藝中的吸附床。更具體來說，本發明涉及模塊化緊湊吸附床單元，其能夠被組合來提供用于吸附基的氣體分離工藝中的全尺寸吸附床結構。

背景技術

使用吸附床的氣體分離工藝在本領域中眾所周知。典型的吸附基工藝包括這些：其中在多組分供氣內的一種氣體組分被選擇性吸附。比較關心的是循環工藝，其中被吸附的氣體在逆向氣流中被從吸附材料去除，例如壓力擺動吸附（PSA）和真空壓力擺動吸附（VPSA）工藝。在最近這些年中，這些工藝已經有顯著進展，對吸附材料、吸附床和總體工藝參數和控制都有改進。競爭的市場壓力已經不斷地驅使這類工廠的構造和操作成本降低，通過減小床的尺寸以及使零件標準化來降低與設計、建造、運輸和操作這類工廠相關的成本已經變得非常重要。更小的床結構減少了吸附材料總量、工廠設備例如工藝容器和緩沖罐的尺寸以及包括滑道尺寸的總的工廠占地面積。更小的滑道又降低了運輸和安裝成本。

因此，希望設計用于吸附基氣體分離工藝中的新吸附床，其總體尺寸更小；所需構造成本更低；更易于運輸；具有更低的維護和修復要求；并且更易于裝載吸附材料。還同等重要的是設計這樣的吸附床，其不但更小，而且不會負面影響工藝氣流、循環速度、生產率和體積以及總的工藝能量要求。在吸附基氣體分離工廠中使用模塊化和/或緊湊吸附床結構可以實現顯著的基建費用節省。

在本發明中，術語“模塊化”指將傳統床的給定正面流動區域重新構造為安裝入殼體中的更小更能控制的分段，其中每個床單元或模塊更容易裝載吸附材料，更容易在殼體中處理和/或替換，并且總體上提供了整體吸附床結構的設計上的更大的靈活性。同樣，術語“緊湊”在本發明中指，當工藝快速循環時，通過減小用于給定供給流所需的吸附劑體積（通過減小床的深度），對工藝提供強化的分段或單元。在本發明中，用多個模塊化吸附床單元來代替氣體分離工廠中的傳統充填床。包含吸附材料的個體模塊化吸附床單元被組合來構造全尺寸吸附床結構或具有用于具體工廠要求所需的尺寸和維度的容器。當模塊化吸附床單元也被制成緊湊時，由于所需吸附材料的量減少，可以獲得額外的節約和設計靈活性。

本發明的吸附床結構還一起帶來模塊化緊湊設計的這些優點：利用了小的入口空隙體積、大的床正面區域以及短的床深（轉移長度）。它把這些因素一起帶入了模塊化和可伸縮吸附床和容器設計，所需吸附劑總量降低、工廠設備更小并因此尺寸更小。與從傳統充填床所獲得的相比，緊湊結構還提供了每單位體積的吸附材料具有更高的產品能力（即增加的吸附劑利用率）。通過任選地提供與較短的床深結合的非常大的流動區域（正面區域）以促進優選循環工藝中的更快的循環，本發明可以顯著降低吸附床中的壓力降。

發明內容

本發明提供了一種用于吸附基（adsorption-based）氣體分離工藝中的吸附床結構的新穎模塊化緊湊設計并且特別適用于循環工藝例如壓力擺動吸附（PSA）、真空擺動吸附（VSA）和真空壓力擺動吸附（VPSA）工藝。模塊化緊湊設計由個體模塊吸附床單元構成，其可以相連、層疊或以其它方式結合以形成可變尺寸和形狀的吸附床結構。如上所述，在吸附基氣體分離工廠中使用模塊化和緊湊吸附床單元可以實現顯著的基建費用節省。模塊化緊湊設計產生更小的模塊化吸附床單元，與大體積的傳統吸附床相比，其能夠使吸附材料裝載更容易。根據需要，模塊化緊湊設計還利于增加床的正面區域并減小床的深度。

模塊化緊湊設計的一種額外好處是用最小的努力和停機時間來改變已經使用中的吸附工廠的吸附床結構的能力。每個模塊化吸附床單元可以在野外被填充、安裝或替換，被運送的新模塊化吸附床單元可以已經充填有吸附材料并且可以隨時安裝。

根據本發明，用包含多個模塊化吸附床單元的吸附床結構來代替氣體分離工廠中使用的傳統充填吸附床。與從使用傳統吸附材料的傳統充填吸附床所獲得的相比，這些模塊化吸附床單元提供每單位吸附材料體積具有更高的氣體產品能力（即增大的吸附劑利用率），成為先進高品質吸附材料的保證。通過使用更短的床深以及任選增加的流動區域，它們還提供了通過吸附床結構的顯著減小的壓力降。

在本發明的一個實施例中，多個模塊化吸附床單元相連以形成吸附床結構而無需單獨的殼體或外殼。優選的實施例具有大致圓柱形設計，其緊湊并且易于以低成本進行構造。最后，本發明涵蓋由多個模塊化吸附床單元構成的吸附床結構以及模塊化吸附床單元自身。

在另一個實施例中，提供了一種吸附床結構，用于吸附劑基氣體分離工藝，該吸附床結構包括多個模塊化吸附床單元，每個模塊化吸附床單元具有：