ВЕРТИКАЛЬНАЯ ПЕРЕГОРОДКА В ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ АДСОРБЕРНЫХ ЕМКОСТЯХ Российский патент 2015 года по МПК B01D53/04 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Установки для разделения воздуха, как правило, включают адсорберы, или адсорберные емкости, для удаления загрязнений, таких как диоксид углерода, вода, углеводороды, и т.д., из воздуха, прежде чем он поступит в установки для дистилляции воздуха. В классической конструкции адсорбера используют цилиндрические емкости, где минимальное поперечное сечение цилиндрической адсорберной емкости определяется максимально допустимой величиной расхода восходящего газообразного потока (например воздуха). Цилиндрическая абсорберная емкость может быть позиционирована вертикально или горизонтально, в зависимости от предъявляемых к емкости требований. Для обеих вертикальной и горизонтальной конфигураций адсорбера максимально допустимая величина расхода восходящего газообразного потока обусловливается флюидизацией (то есть, скоростью, с которой подводимый сырьевой газ может поднимать адсорбент). Это в особенности имеет место у поверхности слоя, и в случае горизонтальной конфигурации емкости поблизости от поверхности слоя рядом с внутренней стенкой емкости.

[0002] Как иллюстрировано на Фигуре 1А, традиционные горизонтальные адсорберы 100 содержат стенку 102 цилиндрической емкости, которая содержит адсорбент 104. Адсорбент 104 располагается на верху опоры 116 адсорбентного слоя. Адсорбент имеет верхний поверхностный слой 114 адсорбента, который проходит вдоль ширины и длины адсорберной емкости 102. Как иллюстрировано на Фигуре 1В, небольшие «дюны» 108 начинают формироваться на поверхностном слое 114 адсорбента вблизи внутренней поверхности 106 стенки емкости в результате действия усилий, прикладываемых к адсорбенту газообразными потоками, поднимающимися через адсорбент.

[0003] В традиционных конструкциях адсорбера, и как иллюстрировано на Фигуре 1А и 1В, наклон внутренней поверхности 106 стенки емкости и форма адсорбента 104 обусловливают создание мелких пространств или пустот 120 вблизи внутренней поверхности 106 стенки емкости, которые адсорбент 104 не может заполнить. Восходящие газообразные потоки, выискивающие путь с наименьшим сопротивлением, склонны протекать скорее через эти мелкие пространства или пустоты 120 вдоль внутренней поверхности 106 стенки емкости, нежели протекать сквозь секции с более высоким сопротивлением, заполненные адсорбентом 104. Так как адсорбент 104 вблизи внутренней поверхности 106 стенки емкости не «заперт» так же хорошо, как адсорбент 104, расположенный вблизи центра адсорбера 100, и поскольку усилия, с которыми восходящие газообразные потоки воздействуют на адсорбент 104, находящийся поблизости как от внутренней поверхности 106 стенки емкости, так и от мелких пространств или пустот 120, являются более значительными, чем противодействующий им вес адсорбента 104, проявляется тенденция к формированию этих маленьких дюн 108. Когда адсорбер выводят из технологического цикла на регенерацию и возвращают обратно в рабочий режим, небольшие зоны адсорбента, приближенные к дюнам 108 и находящиеся вблизи внутренней поверхности 106 стенки емкости, начинают перемещаться, тем самым вызывая флюидизацию. Флюидизация является нежелательной, поскольку она ведет к перемешиванию адсорбента, истиранию адсорбента и образованию пыли. В результате перемешивания, истирания и пылеобразования адсорберы будут испытывать большие потери давления и потерю производительности вследствие сокращения диаметра адсорбента и уменьшения активной площади поверхности адсорбента. Поэтому сырьевой газ проходит через пустотные области 120 и 122, что приводит к преждевременному проскоку загрязнений. Флюидизация вдоль внутренней поверхности стенки емкости зависит от поверхностной скорости, так как высокая поверхностная скорость означает более высокое направленное вверх усилие под адсорбентным слоем. Флюидизация происходит, когда это направленное вверх усилие превышает направленное вниз усилие, создаваемое весом адсорбента. Как иллюстрировано на Фигуре 1С, в месте самой большой ширины горизонтальной емкости угол наклона стенки или угол (α) между касательной к внутренней стенке емкости (или плоскостью А) и горизонтальной плоскостью В составляет приблизительно девяносто (90°) градусов. В этом месте горизонтальной емкости поток является однородным. Однако когда поток перемещается вверх через горизонтальную емкость, угол наклона стенки или угол (β) между касательной к внутренней стенке емкости (или плоскостью D) и горизонтальной плоскостью С уменьшается. Траектории течения потока вблизи внутренней стенки емкости начинают сближаться, тогда как в центре горизонтальной емкости траектории течения остаются равномерными. Это сближение траекторий течения у стенки емкости или вблизи нее ведет к повышению скоростей течения и тем самым преждевременной флюидизации у стенки емкости или вблизи нее. Когда угол наклона стенки уменьшается, схождение траекторий течения дополнительно возрастает, приводя к более высоким скоростям и флюидизации в локализованной области 122.

[0004] Для подавления флюидизации, тем самым ограничения потери производительности адсорбера, были разработаны и применены способы, в которых заменяли верхний слой адсорбента на слой из «тяжелого» адсорбента или шариков носителя. Однако эти способы имеют ряд недостатков. Во-первых, тяжелый адсорбент или шарики носителя повышают термическую нагрузку на адсорбер при регенерации, тем самым требуя большего расхода энергии на регенерацию. Во-вторых, тяжелый адсорбент или шарики носителя склонны мигрировать в адсорбере. Для предотвращения миграции тяжелого адсорбента или шариков носителя может быть использован промежуточный слой из сплетенной из тонкой проволоки сетки, чтобы остановить миграцию; однако само введение промежуточного слоя из сплетенной из тонкой проволоки сетки в адсорбер создает дополнительную проблему в том отношении, что такая сетка не годится для надлежащей продувки вблизи стенки адсорберной емкости. Таким образом, небольшая пустотная область существует между промежуточным слоем из сплетенной из тонкой проволоки сетки и ближайшей стенкой адсорберной емкости. Такие пустотные области могут быть такими малыми, как с размером, например, в несколько сантиметров, но такая пустотная область может быть достаточно значительной, чтобы адсорбент поступал в эти пустотные области. Попадая в эти пустотные области, адсорбент начнет перемещаться, и будет происходить флюидизация. Фактически в таких случаях флюидизация может вызывать укрупнение пустотных областей, создавая дополнительные проблемы в отношении производительности адсорбера.

[0005] Патент США № 4353716 на имя Rohde представлял способ и устройство для регенерации адсорбера. Представленное устройство включало в себя перегородку, размещенную в зоне стенки емкости для отделения адсорбента, расположенного в зоне рядом со стенкой емкости, от остального адсорбента в емкости. Однако пространство между стенкой емкости и перегородкой было заполнено адсорбентным материалом, и также было предусмотрено вторичное подающее или выпускное устройство для регенерирующего газа. Раскрытая конструкция представляла собой попытку улучшить регенеративную продувку вблизи стенки емкости для обеспечения оптимальной регенерации всего адсорбента, что в результате снижает стоимость изготовления и повышает эксплуатационную надежность.

[0006] Конструкция с перегородкой, раскрытая в Патенте США № 4353716, проявила серьезные недостатки. Маленькая площадь поперечного сечения зоны, созданной перегородкой и стенкой емкости, ведет к более крупным пустотам или пустому пространству для протекающего через них газа. Такие увеличенные пустоты могут вызывать образование проточных каналов, которые фактически могут усиливать флюидизацию и пылеобразование в локальной зоне. Таким образом, в технологии существует потребность в усовершенствованном способе работы и конструкции адсорбционного устройства, которые предотвращают флюидизацию адсорбента в адсорбере, тем самым обеспечивая более эффективную работу адсорберов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0007] Представленные варианты исполнения удовлетворяют потребность в технологии созданием улучшенного способа работы и конструкции адсорбера, который включает стеночную перегородку/регулятор потока, размещенную в горизонтальной или вертикальной адсорберной емкости с поперечным течением для улучшения распределения потока, тем самым обеспечивая более интенсивное течение через данную адсорберную емкость без флюидизации адсорбента. Такая примерная конструкция может создавать, например, по меньшей мере на 10% больший поток через адсорберную емкость, не вызывая начала флюидизации и последующего пылеобразования и проскока загрязнений. Такие примерные варианты исполнения могут быть применены как в новых емкостях, позволяющих лучше использовать объем адсорбента и тем самым снижать расходы, так и в существующих емкостях, чтобы устранять препятствия адсорбционных процессов для повышения производительности. Например, вертикальная перегородка частично преобразует геометрическую форму традиционной горизонтальной адсорберной емкости в геометрическую форму традиционной вертикальной адсорберной емкости. Тем самым преимущества традиционных вертикальных адсорберных емкостей, такие как повышенная продолжительность эффективной эксплуатации, переносятся на усовершенствованную адсорберную емкость. Использование вертикальной стеночной перегородки также ведет к улучшенной регенерации благодаря сокращению теплопотерь и соответственно улучшенным радиальным профилям распределения температур. Кроме того, использование вертикальных стеночных перегородок ведет к сокращению или устранению изоляции емкости благодаря сокращению теплопотерь.

[0008] В одном варианте исполнения представлена адсорберная емкость для адсорбции газообразных загрязнений из газового потока, включающая вертикальную стеночную перегородку, позиционированную на внутренней поверхности стенки абсорберной емкости, и опору слоя, размещенную ниже вертикальной стеночной перегородки и закрепленную на внутренней поверхности стенки адсорберной емкости для поддержания адсорбентного материала, где адсорбентный материал удерживается внутри опорой слоя, стенкой адсорберной емкости и вертикальной стеночной перегородкой таким образом, что по меньшей мере 90% объема, созданного между вертикальной стеночной перегородкой и внутренней поверхностью адсорберной емкости, занимает газ.

[0009] В еще одном варианте исполнения устройство для адсорбции газообразных загрязнений из газового потока включает емкость, имеющую стенку емкости, причем стенка емкости включает внутреннюю поверхность, слой адсорбентного материала, имеющий верхнюю поверхность и размещенный поверх опоры слоя, и перегородку, расположенную внутри емкости и выше опоры слоя, причем перегородка включает в себя верхнюю часть, имеющую верхний конец, и нижнюю часть, имеющую нижний конец, причем нижний конец позиционирован обращенным к внутренней поверхности стенки емкости, причем по меньшей мере часть перегородки находится на расстоянии от внутренней поверхности стенки, тем самым определяя пустотную область между перегородкой и внутренней поверхностью стенки, причем верхняя часть является протяженной выше верхней поверхности слоя адсорбентного материала, причем нижняя часть погружена в слой адсорбентного материала, и при этом выполнена с возможностью предотвращения поступления воздуха или адсорбентного материала в пустотную область через перегородку или между нижним концом перегородки и внутренней поверхностью стенки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЖЕЙ

[0010] Вышеизложенное обобщение, а также нижеследующее подробное описание примерных вариантов исполнения будут лучше поняты по прочтении в сочетании с сопроводительными чертежами. Для целей иллюстрирования вариантов исполнения в чертежах показаны примерные конструкции; однако изобретение не ограничивается конкретными раскрытыми способами и оборудованием. На чертежах:

[0011] Фигура 1А представляет вид в разрезе традиционного адсорбера;

[0012] Фигура 1В представляет увеличенный вид фрагмента, иллюстрирующий флюидизацию, которая происходит в традиционном адсорбере Фигуры 1А;

[0013] Фигура 1С представляет вид в разрезе традиционного адсорбера, иллюстрирующий угол стенки;

[0014] Фигура 2А представляет вид в разрезе усовершенствованного адсорбера в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

[0015] Фигура 2В представляет альтернативный вид в разрезе усовершенствованного адсорбера в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

[0016] Фигура 3 представляет увеличенный вид фрагмента усовершенствованного адсорбера из Фигуры 2А в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

[0017] Фигура 4 представляет вид в разрезе альтернативного усовершенствованного адсорбера в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

[0018] Фигура 5 представляет вид в разрезе альтернативного усовершенствованного адсорбера в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения; и

[0019] Фигура 6 представляет технологическую схему примерной адсорбентной системы, в которой используют адсорберную емкость, содержащую усовершенствованный адсорбер в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0020] Как иллюстрировано на Фигуре 2А, один вариант осуществления настоящего изобретения включает в себя адсорбер 200, который содержит вертикальную перегородку 208 в адсорберной емкости 200 для повышения величины расхода потока сырьевого газа через емкость, не вызывая при этом флюидизацию. Вертикальная перегородка 208, встроенная в адсорберную емкость 200, включает вертикальную часть или пластину, 212, прикрепленную к горизонтальной или полунаклоненной горизонтальной части, или пластине, 210. Вертикальная часть или пластина, 212 может быть приварена, например, или прикреплена к горизонтальной, или полунаклоненной горизонтальной части, или пластине, 210 с использованием любого другого пригодного способа скрепления сходных материалов друг с другом. Краткости ради, традиционное устройство для сварки следовало бы назвать в дальнейшем, однако ничто не должно ограничивать изобретение только сваркой. Вертикальная перегородка 208 также может представлять собой единую пластину 211, которая была согнута или иным образом отформована с образованием изогнутой формы, например, как иллюстрировано на Фигуре 2В. С привлечением Фигуры 2А, вертикальная пластина 212 упирается во внутреннюю поверхность 206 стенки емкости и может быть загерметизирована, например, высокотемпературным силиконовым адгезивом, или же просто оставлена без уплотнения. В предпочтительных вариантах исполнения стык вертикальной пластины 212 с внутренней поверхностью 206 стенки емкости не герметизируют. В горизонтальной или полунаклоненной горизонтальной пластине 210 могут быть проделаны дренажные отверстия (не показаны), чтобы обеспечить возможность стекания любой воды, например, которая может накапливаться во время гидростатического испытания адсорберной емкости. Дренажные отверстия могут иметь размеры, например, приблизительно шесть (6) миллиметров в диаметре. После любого гидростатического испытания дренажные отверстия могут быть затем закупорены резьбовыми пробками, пробочными сварными швами, герметизирующей привариваемой пластиной, эластомерным герметиком (например силиконом), или другим способом уплотнения, например, во избежание обходного течения технологического газа. Любой технологический газ, протекающий через дренажные отверстия перегородки, может проходить мимо секции адсорбентного слоя 200, содержащегося в пределах высоты вертикальной перегородки 208, приводя к преждевременному проскоку загрязнений в адсорберной емкости 200, эта адсорберная емкость 200 предназначена для удаления этих самых загрязнений. Углы 218 вертикальной перегородки 208 могут быть скруглены или иметь прямоугольную кромку. Горизонтальная или полунаклоненная горизонтальная пластина 210, например, может иметь толщину 25 мм и ширину 75 мм. Угол между вертикальной пластиной 212 и горизонтальной или полунаклоненной горизонтальной пластиной 210 может составлять, например, девяносто градусов (90°), как проиллюстрировано на Фигурах 2 и 3. Угол между вертикальной пластиной 212 и горизонтальной или полунаклоненной горизонтальной пластиной 210 может быть меньшим, чем девяносто градусов (90°) (не показано), или большим, чем девяносто градусов (90°), как проиллюстрировано на Фигуре 4. Например, адсорберная емкость 200 может включать в себя горизонтальную пластину 210 и вертикальную пластину 212, где угол между указанными пластинами составляет больше, чем девяносто градусов (90°). Кроме того, адсорберная емкость 200 может включать в себя горизонтальную пластину 210 и вертикальную пластину 212, где угол между указанными пластинами является меньшим, чем девяносто градусов (90°).

[0021] Вертикальную пластину 212 прикрепляют (например приваривают) к горизонтальной или полунаклоненной горизонтальной пластине 210. Сварной шов может представлять собой, например, шов с полным или частичным проникновением, или угловой сварной шов. Затем горизонтальную или полунаклоненную горизонтальную пластину 210 прикрепляют (например приваривают) к внутренней поверхности 206 стенки емкости. Также могут быть использованы другие типы сварки или подходящие способы для крепления вертикальной пластины 212 к горизонтальной или полунаклоненной горизонтальной пластине 210, или горизонтальной или ролунаклоненной горизонтальной пластины 210 к внутренней поверхности 206 стенки емкости.

[0022] Как было указано ранее, вертикальную стеночную перегородку 208 размещают таким образом, что верх вертикальной пластины 212 упирается во внутреннюю поверхность 206 стенки емкости, как иллюстрировано на Фигурах 2 и 3. Таким образом, адсорбентный материал 204 помещается, поддерживается или содержится в объеме, ограниченном опорой 216 адсорбентного слоя, или опорой слоя, стенкой адсорберной емкости и, более конкретно, внутренней поверхностью 206 стенки адсорбентного емкости, и вертикальной стеночной перегородкой 208. Пустотная область, объем или пространство, созданные между вертикальной стеночной перегородкой 208 и внутренней поверхностью 206 стенки адсорбентной емкости, являются открытыми и остаются по существу свободными от любого адсорбентного материала 204. Некоторый очень тонкодисперсный адсорбентный материал 204 может проникать в этот объем в результате того, что вертикальная стеночная перегородка 208 позиционирована так, что верх вертикальной пластины 212 только упирается во внутреннюю поверхность 206 стенки емкости, однако объем должен быть по меньшей мере на 90% свободным от адсорбента, и может быть заполнен газом, изоляционным материалом (например ячеистым стеклом, минеральной ватой, силиконом, перлитобетоном, и т.д.), или неадсорбентным материалом (бетоном, и т.д.).

[0023] На днищах адсорберной емкости 200 к вертикальной стеночной перегородке 208 может быть добавлена дополнительная горизонтальная пластина или покровная пластина (не показана), чтобы перекрыть зазор между вертикальной пластиной 212 и внутренней поверхностью 206 стенки емкости, поскольку профиль стенки днищ адсорберной емкости 200 является непостоянным и варьирует вдоль днищ. Эта горизонтальная или покровная пластина упирается во внутреннюю поверхность 206 стенки емкости подобно тому, как вертикальная пластина 212 упирается во внутреннюю поверхность 206 стенки емкости, как иллюстрировано на Фигурах 2 и 3. Хотя горизонтальная или покровная пластина является необязательной, горизонтальная или покровная пластина создает дополнительную опору для верхней кромки вертикальной пластины 212, и также способствует удержанию адсорбента 204 от попадания в зону позади вертикальной стеночной перегородки 208, например, во время загрузки. Вертикальные пластины 212 могут быть размещены вокруг всей внутренней периферии адсорберной емкости 200, или, например точно вдоль длины цилиндрической части адсорберной емкости 200. В альтернативном варианте, «изогнутая» перегородка, иллюстрированная на Фигуре 2В, может быть использована вдоль длины цилиндрической части адсорберной емкости 200, тогда как перегородка, иллюстрированная на Фигуре 2А, может быть применена в днищах адсорберной емкости 200.

[0024] Вертикальную стеночную перегородку 208 предпочтительно позиционируют таким образом, чтобы часть вертикальной пластины 212 была покрыта на одной стороне адсорбентом 204, и часть вертикальной пластины 212 проходила вверх за пределы поверхности 214 адсорбента 204. Как было разъяснено выше, предпочтительно, чтобы вертикальная стеночная перегородка 208 была конфигурирована для предотвращения прохода газа через вертикальную стеночную перегородку 208 таким путем, который позволяет газу обходить секцию слоя адсорбентного материала 204. Соответственно этому, часть вертикальной стеночной перегородки 208, которая погружена в слой адсорбентного материала 204 (или покрыта им), и стык между горизонтальной пластиной 210 и внутренней поверхностью 206 стенки емкости, предпочтительно являются по существу непроницаемыми для газа в пределах диапазона давлений газа, на которые рассчитана работа адсорбера 200.

[0025] Вертикальная стеночная перегородка 208 предотвращает свободное протекание восходящих газообразных потоков (например воздуха) через маленькие промежутки или пустотной области 120 (как иллюстрировано на Фигурах 1А и 1В) вблизи стенки емкости адсорбера 200. Вертикальная стеночная перегородка 208 также изменяет профили течения и скорости восходящих газообразных потоков вблизи внутренней поверхности 206 стенки емкости. Вертикальная стеночная перегородка 208 заставляет восходящие газообразные потоки отходить от внутренней поверхности 206 стенки емкости и двигаться по направлению к центру адсорбентного слоя. Применение вертикальной стеночной перегородки 208 также повышает среднюю скорость восходящих газообразных потоков, которые перемещаются мимо вертикальной пластины 212. В результате размещения вертикальной стеночной перегородки 208 локализованные высокоскоростные зоны вблизи стенок 206 адсорберной емкости перемещаются вертикально вниз в адсорберную емкость 200 и горизонтально еще дальше от стенки 206 адсорберной емкости. Это обеспечивает возможность течения восходящих газообразных потоков с более равномерным распределением, когда они выходят из адсорбента 204, тем самым снижая опасность флюидизации, что позволяет пропускать больший поток через адсорберную емкость 200. Локализованная высокоскоростная зона, где сходятся горизонтальная или полунаклоненная горизонтальная пластина 210 и вертикальная пластина 212, может быть сведена к минимуму с использованием скругленной кромки, в противоположность прямоугольной кромке, и/или увеличением угла на стыке между горизонтальной или полунаклоненной горизонтальной пластины 210 и вертикальной пластины 212. Наконец, введение вертикальной стеночной перегородки 208, в некоторых ситуациях, устраняет наклоны внутренней поверхности 206 стенки емкости, которые содействуют возникновению маленьких пространств или пустот 120.

[0026] В одном альтернативном варианте исполнения и как иллюстрировано на Фигуре 4 дополнительная горизонтальная или полунаклоненная горизонтальная пластина 418 может быть встроена ниже вертикальной стеночной перегородки 408 для дополнительного подавления флюидизации в адсорбере 400. Между дополнительной горизонтальной или полунаклоненной горизонтальной пластиной 418 и вертикальной стеночной перегородкой 408 может находиться маленькое пространство 420, заполненное адсорбентом 404.

[0027] В одном альтернативном варианте исполнения вертикальная стеночная перегородка 508 может быть прикреплена (например приварена) к опоре 516 адсорбентного слоя, как иллюстрировано на Фигуре 5. Когда вертикальная стеночная перегородка 508 приварена к опоре 516 адсорбентного слоя, участок опоры 516 адсорбентного слоя между стенкой 506 адсорберной емкости и вертикальной пластиной 512 представляет собой неперфорированный материал, чтобы предотвратить течение восходящих газообразных потоков через вертикальную стеночную перегородку 508. Для предотвращения такого течения может быть использована, например, горизонтальная пластина 510.

[0028] Для преодоления недостатков применения горизонтальной конфигурации емкости, включающих, но не ограничивающихся таковыми, неоднородное распределение сырьевого потока, ограничение максимального расхода потока, который может быть обработан с помощью данной системы, флюидизацию, пылеобразование из адсорбента и утечку загрязнений, вертикальная стеночная перегородка 208, 408, 508 при применении действует как выпрямитель течения для выравнивания распределения сырьевого потока в адсорберной емкости 200, 400, 500, сводя к минимуму обходное течение вблизи стенки и тем самым возникновение флюидизации на поверхности слоя. Вертикальная стеночная перегородка 208, 408, 508 во время стадии реактивации в адсорбционном процессе также действует как теплоизоляционная гильза для адсорбентов вблизи стенки. Это позволяет создавать однородные температурные профили по всей ширине адсорберной емкости 200, 400, 500 во время стадии реактивации, приводя к более равномерному графику регенерации и экономии тепловой энергии.

[0029] В типичной конструкции емкости для выполнения циклической адсорбции при переменной температуре (TSA), например вертикальная стеночная перегородка, стенки адсорбционной емкости и любой опорный экран будут испытывать воздействие переменных температур и давлений на всем протяжении технологического цикла. Таким образом, варианты осуществления настоящего изобретения рассматривают только примыкание вертикальной стеночной перегородки 208, 408, 508 к внутренней поверхности 206, 406, 506 стенки емкости, чтобы обеспечивалась возможность свободного перемещения газа для целей выравнивания давления, то есть, чтобы исключить образование любого замкнутого объема между вертикальной стеночной перегородкой 208, 408, 508 и внутренней поверхностью 206, 406, 506 стенки емкости. В еще одном варианте исполнения вертикальная стеночная перегородка 208, 408, 508 может быть позиционирована на небольшом расстоянии от внутренней поверхности 206, 406, 506 стенки емкости.

[0030] Верх вертикальной стеночной перегородки 208, 408, 508 размещают выше поверхности 214, 414, 514 адсорбента приблизительно на 0-100 мм и предпочтительно на 25 мм выше поверхности 214, 414, 514 адсорбента. Нижний участок вертикальной перегородки погружен в адсорбент.

[0031] Некоторые элементы адсорберов с кодовыми номерами 400 и 500 позиций, также присутствующие в адсорбере 200, которые специально не обсуждаются в описании, в целях ясности содержатся на Фигурах 4 и 5. Такие элементы будут иметь номера ссылочных позиций, которые увеличены на 200 или 300, соответственно. Например, опора обозначена ссылочной позицией 216 при ссылке на адсорбер 200. Ссылочные позиции 416 и 516 обозначают опору слоя адсорберов 400 и 500, соответственно.

[0032] Варианты осуществления настоящего изобретения могут быть использованы в любой горизонтальной адсорберной емкости. Варианты осуществления настоящего изобретения могут быть также применены для обеспечения более равномерного распределения потока. Технология с использованием вертикальной стеночной перегородки может быть применена в любой адсорбционной системе независимо от используемых давлений, температур, адсорбентов или адсорбатов.

[0033] Таблица 1 перечисляет граничные условия процесса для примерной системы разделения воздуха с использованием конструкции адсорбера.

[0034] Вертикальные стеночные перегородки 208, 408, 508, как иллюстрированные на Фигурах 2-5, могут быть использованы в примерной адсорбентной системе 600, проиллюстрированной на Фигуре 6. Как проиллюстрировано на Фигуре 6, подводимый очищаемый сырьевой воздух 602 подают в основной воздушный компрессор (МАС) 604, где подводимый сырьевой воздух может быть подвергнут сжатию в многоступенчатом режиме. В сочетании с основным воздушным компрессором 604 также могут быть использованы промежуточные охладители и вторичные охладители (не показаны). Охладитель 608 может быть в сообщении по текучей среде с основным воздушным компрессором 604 по трубопроводу 606 для конденсации по меньшей мере некоторых паров воды из охлажденного сжатого воздуха, выходящего из основного воздушного компрессора 604. Сепаратор 612, сообщающийся по текучей среде с охладителем 608 по трубопроводу 610, удаляет капельки воды из сжатого охлажденного воздуха, выходящего из охладителя 608.

[0035] Сепаратор 612 сообщается по текучей среде с впускным трубопроводом 616, содержащим впускные регулирующие клапаны 618 и 620, через линию 614. Впускной трубопровод 616 сообщается по текучей среде с парой адсорберных емкостей 622, 624. Впускной трубопровод 616 ниже по потоку относительно регулирующих клапанов 618 и 620 соединен вентиляционным трубопроводом 626, содержащим спускные клапаны 628 и 630, которые служат для закрывания и открывания соединений между находящимся выше по потоку концом соответствующих адсорберных емкостей 622 и 624, и выходом 634 через глушитель 632. Каждая из двух адсорберных емкостей 622 и 624 включает в себя адсорбентный слой, предпочтительно содержащий многослойные адсорбенты (не показаны). Расположенная выше по потоку часть адсорбентных слоев содержит адсорбент для удаления воды, например активированный оксид алюминия или модифицированный оксид алюминия, и размещенная ниже по потоку часть адсорбентных слоев содержит адсорбент для удаления диоксида углерода, например цеолит, для удаления СО₂, N₂O, и остаточной воды, и углеводородов.

[0036] Примерная адсорбентная система 600 имеет выпуск 636, соединенный с находящимися ниже по потоку концами двух адсорберных емкостей 622 и 624 выпускным трубопроводом 638, содержащим выпускные регулирующие клапаны 640 и 642. Выпуск 636 сообщается по текучей среде с размещенным ниже по потоку обрабатывающим устройством, например криогенным воздушным сепаратором (не показан). Выпускной трубопровод 638 соединен трубопроводом 644 для регенерирующего газа, содержащим регулирующие клапаны 646 и 648 для регенерирующего газа. Выше по потоку относительно трубопровода 644 для регенерирующего газа трубопровод 650, содержащий регулирующий клапан 652, также соединяет выпускной трубопровод 638.

[0037] В месте 654 предусмотрен впуск для регенерирующего газа, который через регулирующие клапаны 658 и 660 подсоединен для пропускания регенерирующего газа в трубопровод 644 либо через нагреватель 662, либо через обходную линию 664. Газ для регенерации, надлежащим образом полученный из находящейся ниже по потоку технологического устройства, подается через выпуск 636.

[0038] При работе подводимый очищаемый сырьевой воздух 602 подают в основной воздушный компрессор 604, где его подвергают сжатию, например, на многочисленных этапах. Подводимый воздух 602 может быть дополнительно охлажден с использованием промежуточных охладителей и вторичных охладителей (не показаны), которые производят теплообмен, например, с водой. Сжатый подаваемый воздух в линии 606, необязательно, может быть затем переохлажден в охладителе 608, чтобы сконденсировать по меньшей мере некоторую часть паров воды из охлажденного сжатого воздуха. Затем сжатый охлажденный воздух в трубопроводе 610 подают в сепаратор 612, который удаляет капельки воды из сжатого охлажденного воздуха в трубопроводе 610. Сухой сырьевой воздух в трубопроводе 614 затем подают во впускной трубопровод 616, где он проходит через одну из двух адсорберных емкостей 622, 624, содержащих адсорбент. Начнем с положения, в котором воздух проходит через открытый клапан 618 в адсорберную емкость 622, и через открытый клапан 640 к выпускному каналу 636, при этом клапан 620 во впускном трубопроводе 616 будет закрытым для отключения адсорберной емкости 624 от подачи сухого воздуха из линии 614, для очистки. Клапан 642 также будет закрыт.

[0039] На этом этапе все клапаны 646, 648, 652, 628 и 630 закрыты. Адсорберная емкость 622 находится в эксплуатационном режиме, и адсорберная емкость 624 должна быть подвергнута регенерации.

[0040] Для регенерации адсорберной емкости 624 в адсорберной емкости 624 сначала сбрасывают давление открыванием клапана 630. Как только давление в адсорберной емкости 624 упало до желательного уровня, клапан 630 держат открытым, тогда как клапан 648 открывают для начала течения регенерирующего газа. Регенерирующий газ типично будет представлять собой поток азота, который является сухим и не содержащим диоксид углерода, и получен из криогенного блока установки для разделения воздуха (не показан), возможно, содержащий аргон, кислород и другие газы, в которую пропускается воздух, очищенный в показанной установке. Клапан 660 закрывают, и открывают клапан 658, чтобы регенерирующий газ нагрелся до температуры, например 100°С перед пропусканием в емкость 624. Хотя регенерирующий газ поступает в адсорберную емкость 624 при выбранной повышенной температуре, он очень незначительно охлаждается, отдавая тепло для десорбции диоксида углерода из верхней части адсорбентного слоя в адсорберной емкости 624, и дополнительно охлаждается, отдавая тепло для десорбции воды в нижней части адсорберной емкости 624. Молекулярные сита в адсорберных емкостях 622, 624 могут быть любыми из известных в технологии для этой цели, например представлять собой цеолит СаХ, цеолит NaY, цеолит 4А, или цеолит 13Х, например. Может быть использован единственный адсорбент типа, описанного, например, в Патенте США № 5779767 на имя Golden и др. (то есть, абсорбент, включающий смесь цеолита и оксида алюминия), например.

[0041] В то время как раскрытые здесь устройство, система и способ сосредоточены на применении в содержимом емкости, которое предпочтительно используется в адсорберных емкостях с горизонтальной геометрической формой, ничто из указанного здесь не ограничивает установки, системы и способы для такого применения. Например, это равным образом пригодно для использования в конструкции вертикальной емкости с поперечным течением или емкости каталитического реактора.

ПРИМЕРЫ

[0042] Крупногабаритная горизонтальная адсорберная емкость промышленного масштаба была смоделирована применением метода вычислительной гидродинамики (CFD). Размеры модельной емкости перечислены в Таблице 2. Вычислительные моделирования методом CFD были выполнены для традиционной горизонтальной адсорберной емкости без вертикальной перегородки (Ситуация 1) и с вертикальной перегородкой (Ситуация 2). Результаты приведены в Таблице 2.

[0043] Как проиллюстрировано в Таблице 2, Заявители обнаружили с неожиданным результатом, что введение вертикальной стеночной перегородки позволяет приблизительно на 10% повысить расход потока газа (воздуха), обрабатываемого в адсорбере, прежде чем наблюдалась подобная скорость или величина расхода потока на поверхности слоя вблизи внутренней стенки. Как было отмечено ранее, когда скорость или величина расхода потока повышается, возрастает вероятность начала флюидизации. Присутствие вертикальной перегородки позволяет обеспечить пропускание газа с большей величиной расхода потока через адсорбер без повышения скорости или величины расхода потока, и тем самым без опасности начала флюидизации. Следует отметить, что существуют другие варианты конструкции вертикальной перегородки, как здесь обсуждалось и показано в разнообразных фигурах, которые дают в результате улучшение течения газа с различными процентными значениями до вышеуказанного процентного значения.

[0044] В то время как аспекты настоящего изобретения были описаны в связи с предпочтительными вариантами исполнения в разнообразных фигурах, должно быть понятно, что могут быть использованы другие подобные варианты исполнения, или модификации и добавления могут быть сделаны в желательном варианте исполнения для выполнения такой же функции согласно настоящему изобретению без отклонения от него. Поэтому заявленное изобретение не должно быть ограничено любым отдельным вариантом осуществления, но, скорее, должно толковаться по охвату и объему в соответствии с прилагаемыми пунктами патентной формулы. Например, нижеследующие аспекты также должны пониматься как часть настоящего изобретения:

[0045] Аспект 1. Адсорберная емкость для адсорбции газообразных загрязнений из газового потока, содержащая: вертикальную стеночную перегородку, размещенную на внутренней поверхности стенки абсорберной емкости, и опору слоя, размещенную ниже вертикальной стеночной перегородки и прикрепленную к внутренней поверхности стенки адсорберной емкости для поддерживания адсорбентного материала, причем адсорбентный материал удерживается внутри по меньшей мере опорой слоя и вертикальной стеночной перегородкой таким образом, что по меньшей мере 90% объема, созданного между вертикальной стеночной перегородкой и внутренней поверхностью адсорберной емкости, не содержат адсорбентный материал.

[0046] Аспект 2. Адсорберная емкость согласно Аспекту 1, в которой вертикальная стеночная перегородка включает в себя первую секцию, имеющую первый конец и второй конец, причем первый конец первой секции закреплен вдоль периферии внутренней поверхности стенки адсорберной емкости, и причем второй конец первой секции проходит в наружном направлении от периферии внутренней поверхности стенки адсорберной емкости и вторую секцию, имеющую первый конец и второй конец, причем первый конец второй секции закреплен вблизи второго конца первой секции, и причем второй конец второй секции проходит вертикально вверх в адсорберной емкости таким образом, что второй конец второй секции находится на определенном расстоянии от части внутренней поверхности стенки адсорберной емкости выше второй секции, создавая объем между вертикальной стеночной перегородкой и внутренней поверхностью стенки адсорберного емкости.

[0047] Аспект 3. Адсорберная емкость согласно Аспекту 2, в которой угол между первой секцией и второй секцией является большим или равным 90°.

[0048] Аспект 4. Адсорберная емкость согласно Аспекту 2, в которой угол между первой секцией и второй секцией является меньшим или равным 90°.

[0049] Аспект 5. Адсорберная емкость согласно любому из Аспектов 2-4, дополнительно содержащая третью секцию, имеющую первый конец и второй конец, причем первый конец третьей секции закреплен вдоль периферии внутренней поверхности стенки адсорберной емкости ниже первой секции, и причем второй конец третьей секции проходит в наружном направлении от периферии внутренней поверхности стенки адсорберной емкости.

[0050] Аспект 6. Адсорберная емкость согласно любому из Аспектов 2-5, дополнительно содержащая покровную пластину, имеющую первый конец и второй конец, причем первый конец покровной пластины прикреплен ко второму концу второй секции вертикальной стеночной перегородки, и второй конец покровной пластины обращен к внутренней поверхности стенки адсорберной емкости таким образом, что второй конец покровной пластины находится на расстоянии от части внутренней поверхности стенки адсорберной емкости.

[0051] Аспект 7. Адсорберная емкость согласно любому из Аспектов 2-6, в котором первая секция вертикальной стеночной перегородки состоит из неперфорированного материала, и в котором первая секция вертикальной стеночной перегородки контактирует с опорой слоя.

[0052] Аспект 8. Адсорберная емкость согласно любому из Аспектов 2-7, в котором второй конец второй секции вертикальной стеночной перегородки размещен выше верхней поверхности объема адсорбентного материала.

[0053] Аспект 9. Адсорберная емкость согласно любому из Аспектов 2-7, в которой второй конец второй секции вертикальной стеночной перегородки находится по меньшей мере на 25 мм выше верхней поверхности объема адсорбентного материала.

[0054] Аспект 10. Адсорберная емкость согласно любому из Аспектов 2-9 или 11, в которой объем, созданный между вертикальной стеночной перегородкой и внутренней поверхностью адсорберной емкости, заполнен газом, изоляционным материалом или неадсорбентным материалом.

[0055] Аспект 11. Адсорберная емкость согласно Аспекту 1, в которой вертикальная стеночная перегородка изогнута таким образом, что первый конец вертикальной стеночной перегородки проходит горизонтально и закреплен вдоль периферии внутренней поверхности стенки адсорберной емкости, и второй конец вертикальной стеночной перегородки проходит вертикально вверх в адсорберную емкость таким образом, что второй конец находится на расстоянии от части внутренней поверхности стенки адсорберной емкости выше второго конца вертикальной стеночной перегородки, создавая объем между вертикальной стеночной перегородкой и внутренней поверхностью стенки адсорберной емкости.

[0056] Аспект 12. Адсорберная емкость согласно Аспекту 11, в которой второй конец вертикальной стеночной перегородки позиционирован на или выше верхней поверхности объема адсорбентного материала.

[0057] Аспект 13. Адсорберная емкость согласно Аспекту 11, в которой второй конец вертикальной стеночной перегородки расположен по меньшей мере на 25 мм выше верхней поверхности объема адсорбентного материала.

[0058] Аспект 14. Устройство для адсорбции газообразных загрязнений из газового потока, содержащее:

емкость, имеющую стенку, причем стенка емкости включает в себя внутреннюю поверхность;

слой адсорбентного материала, имеющий верхнюю поверхность и позиционированный поверх опоры слоя; и

перегородку, размещенную внутри емкости и выше опоры слоя, причем перегородка включает в себя верхнюю часть, имеющую верхний конец, и нижнюю часть, имеющую нижний конец, причем нижний конец размещен обращенным к внутренней поверхности стенки емкости, причем по меньшей мере часть перегородки находится на определенном расстоянии от внутренней поверхности стенки, тем самым определяя пустотную область между перегородкой и внутренней поверхностью стенки, причем верхняя часть проходит выше верхней поверхности слоя адсорбентного материала, причем нижняя часть погружена в слой адсорбентного материала и выполнена с возможностью предотвращения поступления воздуха или адсорбентного материала в пустотную область через перегородку или между нижним концом перегородки и внутренней поверхностью стенки.

Аспект 15. Устройство согласно Аспекту 14, в котором верхний конец перегородки размещен вблизи внутренней поверхности стенки емкости.

Аспект 16. Устройство согласно Аспекту 14 или 15, в котором стенка емкости имеет периферию, и перегородка по существу проходит вокруг периферии стенки емкости.

Аспект 17. Устройство согласно любому из Аспектов 14-16, в котором пустотная область по существу не содержит адсорбентный материал.

Адсорберная емкость для адсорбции газообразных загрязнений из газового потока, включающая вертикальную стеночную перегородку, размещенную на внутренней поверхности стенки абсорберной емкости, и опору слоя, размещенную ниже вертикальной стеночной перегородки и прикрепленную к внутренней поверхности стенки адсорберной емкости для поддерживания адсорбентного материала, где адсорбентный материал удерживается внутри опорой слоя, стенкой адсорберной емкости и вертикальной стеночной перегородкой таким образом, что по меньшей мере 90% объема, созданного между вертикальной стеночной перегородкой и внутренней поверхностью адсорберной емкости, не содержат адсорбентный материал. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Адсорберная емкость для адсорбции газообразных загрязнений из газового потока, содержащая:
вертикальную стеночную перегородку, размещенную на внутренней поверхности стенки абсорберной емкости, причем вертикальная стеночная перегородка содержит первую секцию, имеющую первый конец и второй конец, причем первый конец первой секции закреплен вдоль периферии внутренней поверхности стенки адсорберной емкости, и причем второй конец первой секции проходит в наружном направлении от периферии внутренней поверхности стенки адсорберной емкости, и вторую секцию, имеющую первый конец и второй конец, причем первый конец второй секции закреплен вблизи второго конца первой секции, и причем второй конец второй секции проходит вертикально вверх в адсорберной емкости таким образом, что второй конец второй секции находится на расстоянии от части внутренней поверхности стенки адсорберной емкости выше второй секции, создавая объем между вертикальной стеночной перегородкой и внутренней поверхностью стенки адсорберной емкости, и
опору слоя, находящуюся на расстоянии, и размещенную ниже вертикальной стеночной перегородки, и прикрепленную к внутренней поверхности стенки адсорберной емкости для поддержания адсорбентного материала,
причем адсорбентный материал удерживается внутри по меньшей мере опорой слоя и вертикальной стеночной перегородкой таким образом, что по меньшей мере 90% объема, образованного между вертикальной стеночной перегородкой и внутренней поверхностью адсорберной емкости, не содержит адсорбентный материал.

2. Адсорберная емкость по п. 1, в которой угол между первой секцией и второй секцией является большим или равным 90°.

3. Адсорберная емкость по п. 1, в которой угол между первой секцией и второй секцией является меньшим или равным 90°.

4. Адсорберная емкость по п. 1, дополнительно содержащая третью секцию, имеющую первый конец и второй конец, причем первый конец третьей секции закреплен вдоль периферии внутренней поверхности стенки адсорберной емкости ниже первой секции, и причем второй конец третьей секции проходит в наружном направлении от периферии внутренней поверхности стенки адсорберной емкости.

5. Адсорберная емкость по п. 1, дополнительно содержащая покровную пластину, имеющую первый конец и второй конец, причем первый конец покровной пластины прикреплен ко второму концу второй секции вертикальной стеночной перегородки, и второй конец покровной пластины обращен к внутренней поверхности стенки адсорберной емкости таким образом, что второй конец покровной пластины находится на расстоянии от части внутренней поверхности стенки адсорберной емкости.

6. Адсорберная емкость по п. 1, в которой первая секция вертикальной стеночной перегородки состоит из неперфорированного материала, и в котором первая секция вертикальной стеночной перегородки контактирует с опорой слоя.

7. Адсорберная емкость по п. 1, в которой второй конец второй секции вертикальной стеночной перегородки размещен выше верхней поверхности объема адсорбентного материала.

8. Адсорберная емкость по п. 7, в которой второй конец второй секции вертикальной стеночной перегородки находится по меньшей мере на 25 мм выше верхней поверхности объема адсорбентного материала.

9. Адсорберная емкость по п. 1, в которой объем, созданный между вертикальной стеночной перегородкой и внутренней поверхностью адсорберной емкости, заполнен газом, изоляционным материалом или неадсорбентным материалом.

10. Адсорберная емкость по п. 1, в которой вертикальная стеночная перегородка изогнута таким образом, что первый конец вертикальной стеночной перегородки проходит горизонтально и закреплен вдоль периферии внутренней поверхности стенки адсорберной емкости, и второй конец вертикальной стеночной перегородки проходит вертикально вверх в адсорберную емкость таким образом, что второй конец находится на расстоянии от части внутренней поверхности стенки адсорберной емкости выше второго конца вертикальной стеночной перегородки, создавая объем между вертикальной стеночной перегородкой и внутренней поверхностью стенки адсорберной емкости.

11. Адсорберная емкость по п. 10, в которой второй конец вертикальной стеночной перегородки позиционирован на или выше верхней поверхности объема адсорбентного материала.

12. Адсорберная емкость по п. 10, в которой второй конец вертикальной стеночной перегородки расположен по меньшей мере на 25 мм выше верхней поверхности объема адсорбентного материала.

13. Устройство для адсорбции газообразных загрязнений из газового потока, содержащее:
емкость, имеющую стенку, причем стенка емкости включает в себя внутреннюю поверхность;
слой адсорбентного материала, имеющий верхнюю поверхность и позиционированный поверх опоры слоя; и
перегородку, размещенную внутри емкости и выше опоры слоя, причем перегородка включает в себя верхнюю часть, имеющую верхний конец, и нижнюю часть, имеющую нижний конец, причем нижний конец размещен обращенным к внутренней поверхности стенки емкости, причем по меньшей мере часть перегородки находится на расстоянии от внутренней поверхности стенки, тем самым определяя пустотную область между перегородкой и внутренней поверхностью стенки, причем верхняя часть проходит выше верхней поверхности слоя адсорбентного материала, причем нижняя часть погружена в слой адсорбентного материала, но находится на расстоянии и размещена выше опоры слоя, и выполнена с возможностью предотвращения поступления воздуха или адсорбентного материала в пустотную область через перегородку или между нижним концом перегородки и внутренней поверхностью стенки.

14. Устройство по п. 13, в котором верхний конец перегородки размещен вблизи внутренней поверхности стенки емкости.

15. Устройство по п. 13, в котором стенка емкости имеет периферию, и перегородка по существу проходит вокруг периферии стенки емкости.

16. Устройство по п. 13, в котором пустотная область по существу не содержит адсорбентный материал.