[发明专利]模块化紧凑吸附床

说明书

技术领域

本发明总体涉及吸附床领域，尤其涉及用于气体分离工艺中的吸附床。更具体来说，本发明涉及模块化紧凑吸附床单元，其能够被组合来提供用于吸附基的气体分离工艺中的全尺寸吸附床结构。

背景技术

使用吸附床的气体分离工艺在本领域中众所周知。典型的吸附基工艺包括这些：其中在多组分供气内的一种气体组分被选择性吸附。比较关心的是循环工艺，其中被吸附的气体在逆向气流中被从吸附材料去除，例如压力摆动吸附（PSA）、真空摆动吸附（VSA）和真空压力摆动吸附（VPSA）工艺。在最近这些年中，这些工艺已经有显著进展，对吸附材料、吸附床和总体工艺参数和控制都有改进。竞争的市场压力已经不断地驱使这类工厂的构造和操作成本降低，通过减小床的尺寸以及使零件标准化来降低与设计、建造、运输和操作这类工厂相关的成本已经变得非常重要。模块化和紧凑吸附床结构可以减少吸附材料总量、工厂设备例如工艺容器和缓冲罐的尺寸以及包括滑道尺寸的总的工厂占地面积。更小的滑道又降低了运输和安装成本。

但是，如果不显著降低工厂的产量通常就很难减小吸附床结构的尺寸。床几何形状以及工艺参数的改变带来了另外的挑战，例如合适设计床或容器的形状，合适分配气流，控制空隙体积，吸附剂装载和容纳限制，以及以更快速率运行工厂组件。浅床（具有减小的床深度）以更快的循环运行。

因此，希望设计用于吸附基气体分离工艺中的新吸附床，其被模块化并且尺寸更小；所需构造成本更低；更易于运输；具有更低的维护和修复要求；并且更易于装载吸附材料。还同等重要的是设计这样的吸附床系统，其不但更小或至少具有更小的占地面积，而且不会负面影响工艺气流、循环速度、生产率和体积以及总的工艺能量要求。

美国专利No.6533847公开了一种吸附床装置以用多个V形吸附元件去除空气传播的污染物，吸附元件具有两层吸附剂、壳体和垫圈部件。

美国专利No.6802889公开了快速循环PSA系统、工艺和设备，设计用于低空隙体积、比较短的床的长度和快速循环，并且使用更细的吸附剂颗粒。该单元具有小的产品产量和小于10的纵横比（L3/V_床），其中L是床深度，V_床是床体积。

美国专利No.7122073公开了低空隙压力摆动吸附系统，包括至少一个含有吸附剂的密封容器。入口和出口的空隙体积被限制为小于吸附床体积的20%。

美国专利No.4969936公开的气体过滤系统具有高压间，高压间具有入口、出口、顶部和底部以及在高压腔内的V形壳体，壳体具有多个允许气体流动的孔。该过滤系统具有用于过滤大量空气的模块化设计。

美国专利No.6436175公开了模块化吸附PSA或VPSA工厂，包括一个或多个可运输的货物集装箱，其容纳各种吸附床和泵设备。该工厂设计成用于不超过3巴绝对压力以及近似于环境压力的小的绝对压力摆动（即低压力吸附工艺）。该专利还教导了限定单个吸附床的矩形容器设备的细节。

现有技术的教导都没有描述本发明的模块化紧凑设计。

在吸附基气体分离工厂中使用模块化和/或紧凑吸附床结构可以实现显著的基建费用节省。在本发明中，术语“模块化”指将传统床的给定正面流动区域重新构造为安装入壳体中的更小更能控制的分段，其中每个床单元或模块更容易装载吸附材料，更容易在壳体中处理和/或替换，并且总体上提供了整体吸附床结构的设计上的更大的灵活性。同样，术语“紧凑”在本发明中指，当工艺快速循环时，通过减小用于给定供给流所需的吸附剂体积（通过减小床的深度），对工艺提供强化的分段或单元。在本发明中，用多个模块化吸附床单元来代替气体分离工厂中的传统充填床。包含吸附材料的个体模块化吸附床单元被组合来构造全尺寸吸附床结构或具有用于具体工厂要求所需的尺寸和维度的容器。当模块化吸附床单元也被制成紧凑时，由于所需吸附材料的量减少，可以获得额外的节约和设计灵活性。

根据所使用的具体模块化单元，本发明的一个好处是：吸附床结构的总能力可以通过简单地包含更多或更少的模块化吸附床单元而增加或减小，即不同产品能力的工厂要求总体相同的吸附床结构，但根据所需供给和产品流来选择模块化吸附床单元的数目。这种模块化和/或紧凑床还允许更大的灵活性来使吸附床要求匹配具体的吸附材料效率和具体工厂的输出要求。