CN113828101A - 具有一体装载装置的径流吸附容器 - Google Patents

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Abstract

一种径流吸附容器，包括具有顶端和底端的圆柱形外壳，顶端由容器头封闭，所述容器头设有可用作将吸附剂颗粒引入所述容器或从所述容器移除的端口的中心开口；至少一个环形吸附空间，其设置在外壳内，所述至少一个环形吸附空间由同轴地设置在外壳内的外和内圆柱形多孔壁限定；以及装载装置，其用于吸附剂颗粒并且位于容器的顶端的所述至少一个环形吸附空间上方，装载装置包括至少一个径向延伸到外圆柱形多孔壁的锥形元件，所述至少一个锥形元件具有多个至少布置在位于所述至少一个环形吸附空间上方的区域中的孔口。

Description

具有一体装载装置的径流吸附容器
技术领域
本发明涉及包括用于吸附剂的一体装载装置的径流吸附容器，以及用于用吸附剂填充本发明的径流吸附容器的方法。在进一步的方面中，本发明涉及一种吸附方法。
背景技术
通过吸附净化气体通常需要从气流中去除多种杂质。虽然有时可以使用单个吸附剂层来实现，但使用至少两种不同的吸附剂来优化吸附过程通常更经济。在传统的轴流容器中，这很容易通过依次装载颗粒材料以形成垂直于流体流动路径的不同层来实现。然而，径流吸附容器需要环形吸附空间以使得不同层垂直于流体流动路径，而环形吸附空间通常由容器内设置的圆柱形屏障形成。
典型地，径流吸附容器包括外壳和多孔壁，例如内和外多孔壁，所述多孔壁由穿孔板形成，所述穿孔板通常由金属制成以获取刚性和强度，并且具有细金属丝网覆盖层以在多孔壁之间保持吸附剂颗粒。这些多孔壁形成其中可装载吸附剂颗粒的环形吸附空间。
这种径流吸附容器的装载过程通常需要专门的设备以及现场装载操作的重要专业知识，而且这些设备必须储存、维护以及运输到不同的地点。
大多数用于装载操作的装置都是旋转装置。当与径流容器一起使用时，这种向外抛筛的旋转装置会受到内多孔壁遮蔽的影响，因为当吸附剂颗粒离开装载机时，它们具有最小的径向速度以避免撞击所述壁的顶部。吸附剂颗粒继续向外移动，从而在内多孔壁的外侧周围留下未填充的空间或阴影。
进一步地，所述旋转装置很难安装在容器头内，并且无论何时安装都必须对齐以保持其在容器内的同心度。
美国专利US 5,296,202公开了一种用于通过单个转子同时在催化剂床的整个直径上分布催化剂颗粒的设备。通过形成多个与容器或床中心同心的催化剂环形环，所述床具有基本均匀的高密度。通过将催化剂从进料斗偏转到旋转圆盘状构件上的多个不同径向长度的弧形扇部或部分，可在不改变转子速度的情况下实现这种作用。优选地，每个弧形部分的体积与容器的横截面积内的床的环形区域之一成比例。所需的体积由弧形扇部的径向长度、其在圆盘上的夹角以及分隔相邻扇部的叶片的高度形成。通过将催化剂以一定的速率流入扇部来保持体积，以在圆盘状构件恒定的旋转速度下保持这些体积充满，使得每个环以最小的重叠同时形成在整个床上。
美国专利US 5,324,159公开了一种颗粒装载机，其适于在吸附容器的横截面积上提供均匀的吸附剂颗粒流。
美国专利US 5,836,362和US 5,964,259分别公开了一种颗粒装载机组件，用于将颗粒装载到容器中以形成颗粒床，该颗粒床包括内部的和外部的径向布置的同心颗粒层，所述内层含有至少一种粒度或组成或两者都与所述外层中含有的颗粒类型不同的颗粒类型。
美国专利US 6,866,075 B2公开了一种用于分散从孔口流出的颗粒的装置，该装置包括相对于孔口布置的偏转面，其中偏转面相对于孔口固定，由此从孔口流出的颗粒可以撞击偏转面并且可以通过偏转面分散，其中孔口是设置在导管壁上的多个孔口中的一个，其中导管具有一个轴线，该轴线与垂直方向成约45度到约70度的夹角，使得颗粒可以利用重力流过导管和孔口。
美国专利US 5,232,479公开了一种包括环形叠床的吸附器，其中吸附器的上部区域中包含维持和压缩上部床的装置，中间区域中包含将下部床与上部床分离的柔性不透水膜，并且下部区域中包含限定用于下部床的内部环形管道的圆柱形壁。
中国专利CN 103357243 A公开了一种制氧吸附塔，其包括圆柱形塔体、设置在塔体底部的进气组件、设置在吸附组件顶部的出气组件、设置在塔体中的吸附组件以及形成在塔体的内壁与吸附壁的外壁之间的圆形气体输送腔，其中所述进气组件设有设置在所述吸附组件下端***的圆形排气口。
在这方面，已经发现，仍然需要提供一种改进的径流吸附容器，特别是提供一种能够通过减少在容器内安装和对齐任何装备的需要而在吸附剂材料的填充操作期间节省时间的容器。此外，容器应允许均匀的高密度吸附剂颗粒堆积。堆积的吸附剂层中的流量分布强烈地取决于堆积密度，因此均匀的流量分布对吸附***的性能至关重要。而且，密集堆积的吸附剂层在运行中的沉降量要小得多。如果吸附剂层松散堆积，流体力会使颗粒在操作过程中移动到空隙中。即使吸附剂颗粒的大小和形状均匀，这也会导致吸附剂层顶部出现不希望的沉降。
发明内容
本发明旨在提供一种解决或至少缓解上述问题的径流吸附容器。
本发明基于这样一个基本发现，即为了在吸附剂层内实现均匀的密度，必须允许每个吸附剂颗粒在被另一个下落的颗粒撞击之前下落并停止。这防止了颗粒被其他大空隙颗粒支撑起来。为了实现这一点，颗粒必须分散，即颗粒必须单独落下，而不是在以大的群组落下，颗粒必须以低于吸附剂层表面颗粒通量临界速率的受控速率落下，并且必须均匀分布在吸附剂层的整个表面上。
因此，本发明提供了一种径流吸附容器，其包括具有顶端和底端的圆柱形外壳，其中顶端由容器头封闭，所述容器头设有可用作将吸附剂颗粒引入所述容器或从所述容器移除的端口的中心开口；至少一个环形吸附空间，其设置在外壳内并且可填充有吸附剂颗粒，其中所述至少一个环形吸附空间由同轴地设置在外壳内的外和内圆柱形多孔壁限定；以及装载装置，其用于吸附剂颗粒并且位于容器的顶端的所述至少一个环形吸附空间上方，其中装载装置包括至少一个径向延伸到外圆柱形多孔壁的圆锥形元件，其中所述至少一个圆锥形元件设有多个至少布置在位于所述至少一个环形吸附空间上方的区域中的孔口。
将装载装置集成到径流吸附容器中，通过消除安装和对齐所述装载装置的需要，从而在装载操作期间节省了时间。进一步地，装载装置的至少一个圆锥形元件径向延伸到外圆柱形多孔壁并且具有多个至少布置在位于至少一个环形吸附空间上方的区域中的孔口，从而可以在装载期间控制吸附剂颗粒的流速，并确保颗粒以足够慢的速率在吸附空间的整个表面上均匀分布，以实现密集负载。
径流吸附容器包括外和内圆柱形多孔壁，两者同轴地设置在外壳内部。这种径流吸附容器诸如在美国专利US2020078722(A1)中描述，其内容通过引用并入本文。如美国专利US2020078722(A1)所述的径流吸附容器的任何一个实施例都可以配备如本文所述的装载装置。
这种多孔壁通常包括穿孔(金属)板。穿孔板上的开口通常很大，吸附剂颗粒可以穿过。因此，穿孔板通常设有细金属丝网覆盖层以保持吸附剂颗粒。
所述装载装置的圆锥形元件通常具有大于吸附剂休止角的锥角。这里定义的锥角是锥基部与锥分支之间的角。
圆锥形元件可以由多个连接在一起的金属片形成。金属片的优选材料可为钢，但也可以是其他金属，诸如不锈钢和/或铝。
除了设有如本文所述的多个孔口之外，圆锥形元件可以是实心壁，或者可以穿孔以允许加压和降压期间容器头与圆锥形元件之间形成的空间内发生更快和更均匀的压力变化。因此，这些穿孔的目的是允许在环形吸附空间中压力突然变化的方法步骤中，在圆锥形元件上实现压力均衡。如果使用穿孔，通常圆锥形元件的整个表面外壳可以设有由孔形成的穿孔。穿孔可以具有不同的孔尺寸，但穿孔的中心间距应保持为直径的3倍。进一步地，孔尺寸必须小于吸附剂颗粒，或者孔必须用开口小于吸附剂颗粒的编织金属网等材料覆盖。
至少一个圆锥形元件设有至少布置在位于至少一个环形吸附空间上方的区域中的孔口。多个孔口在吸附剂装载期间控制吸附剂颗粒的流速，并确保颗粒以足够慢的速率均匀分布在吸附剂层表面上，以实现密集负载。
取决于待填充的颗粒吸附材料的性质，孔口必须满足不同的尺寸标准。一方面，所述孔口必须足够大以防止在填充吸附剂材料期间堵塞。另一方面，孔口应确保吸附剂颗粒的流速足够慢，以便在待填充的吸附空间内实现均匀的密集负载。进一步地，总流速必须足够慢，以便工作人员始终能够使圆锥形元件上方的空间充满吸附剂。最后，孔口的间距必须足够近，以便分别将吸附剂颗粒均匀地分散在相应吸附空间或吸附剂层的整个表面上。
优选地，圆锥形元件的多个孔口由圆孔形成。
多个孔口还可以由围绕圆锥元件边缘区域的交错的细长槽形成。槽可以比圆孔窄而不堵塞，并且基本上可以更好地分散吸附剂材料。长槽，例如5mm宽乘以75mm长的槽，允许吸附剂材料可靠流动而不堵塞，但总流速过高。在吸附剂材料的填充操作期间，较短的槽反而会趋向于堵塞关闭。
至少一个圆锥形元件可通过多个隔离元件与容器头刚性连接。这些隔离元件应设有尖锐的横截面，其尖端向下朝向容器外部，以允许筛子在所述隔离元件周围流动，而不会在其后面形成空隙。因此，在垂直于支腿轴线的平面内，隔离元件的连接支腿的横截面可能为矩形。
指向吸附剂颗粒填充方向的隔离元件的边缘可以是锥形的。这样，可以有效地避免在隔离元件后面的吸附剂层中形成空隙。
此外，指向与吸附剂颗粒的填充方向相反的方向的隔离元件的边缘也可以是锥形的。
可选择隔离元件的长度，以便圆锥形元件的上侧与圆锥形容器头的下侧之间具有均匀的轴向距离。在这种情况下，隔离元件都应该具有相同的长度。
隔离元件的每一端可单独通过焊接、胶黏、螺栓或任意其他本领域技术人员所熟悉和显而易见的紧固方法附到容器头和圆锥形元件上。
通常，外壳的顶端和底端都由半球形、准球形、圆锥形、平坦或其他几何形状的头单独封闭。
根据优选实施例，容器头设为锥角优选大于吸附剂休止角的圆锥形几何形状，并且其可以与至少一个圆锥形元件的锥角相同，使得容器头和圆锥形元件优选地具有略大于吸附剂休止角的锥角。这使得吸附剂材料能够完全填充头，并仅通过重力作用使其紧靠头，从而约束了吸附层，防止其流态化，并防止空气绕过吸附层的顶部。
根据本发明的径流吸附容器被指定为填充有吸附剂颗粒。不同类型的材料可用作吸附剂，诸如氧化铝、二氧化硅、沸石、活性炭、金属氧化物吸附剂、或含有或不含有金属的结晶有机框架，诸如金属有机框架(MOF)、沸石咪唑盐框架(ZIF)或共价有机框架(COF)。
根据本发明的径流吸附容器可设计为U流、反U流或Z流几何形状。在U流几何形状中，流体从容器的同一端进出。在Z流几何形状中，流体从容器的相对端进出。在反向U流几何形状中，流体从容器的同一端进入和离开吸附剂床，但在其中一个流道中方向相反，使得两股流体从相对端离开容器。
此外，容器的顶端通常设有用于提供吸附剂颗粒的中心开口，使得吸附剂颗粒可通过重力流填充到容器的指定环形吸附空间中。
另外，至少一个圆锥形元件具有中心端口，以用于将吸附剂颗粒送进环形吸附空间中。所述中心端口可由盖元件封闭。
至少一个圆锥形元件可与外圆柱形多孔壁优选地通过圆锥形架元件密封连接。在具有大间隙以便于制造的同时，此为适合于防止固体吸附剂泄露的松散密封。圆锥形架元件可预装配到外圆柱形多孔壁上，而圆锥形元件可预装配到容器头上。然后，头总成可附接到容器上而无需完全匹配或在圆锥形元件与架元件之间安装紧密密封。
在优选实施例中，径流吸附容器包括同轴设置在外与内圆柱形多孔壁之间的至少一个流体可渗透筛，其中至少一个流体可渗透筛将至少一个环形吸附空间分割成外环形吸附空间和内环形吸附空间。
径流吸附容器中的流体可渗透筛可为圆柱形，这意味着所述流体可渗透筛沿其整个圆周封闭并轴向延伸。流体可渗透筛可由几个不沿整个圆周延伸的个体部分制成。然后所述个体部分彼此连接形成完整的圆柱筛。例如，个体部分可重叠形成所述圆柱筛。所述个体部分可彼此接合或不接合。
通常要选择形成所述流体可渗透筛的材料的开口以使得装载到环形吸附空间中的吸附剂颗粒不能通过所述材料。
优选地，所述流体可渗透筛包括金属丝网、金属丝编织网或钢板网，更优选地只由这些组成。这些材料通常也用作此应用中全部穿孔板的覆盖层，并且因为其重量轻且具有足够小以保持吸附剂颗粒的开口，在本发明中尤其适用于用作流体可渗透筛。
更优选地，流体可渗透筛包括开口之间的纽带厚度t小于吸附剂的颗粒直径d的一种材料，或只由其组成。优选地，厚度t等于或小于0.9d，更优选地，t等于或小于0.75d。根据方程
Figure BDA0003125080830000061
颗粒直径d定义为与颗粒同体积的球体的等效直径，其中V是颗粒的体积，而d是给定颗粒的等效球面直径。
流体可渗透筛通常包括过流面积高达45％的材料，更优选地只由其组成。在优选实施例中，所述过流面积可等于或小于30％。
同轴设置在外与内圆柱形多孔壁之间的可渗透筛将一个环形吸附空间分割成外环形吸附空间和内环形吸附空间。本发明的径流吸附容器中的外环形吸附空间设有狭窄吸附剂层，由于所述狭窄吸附剂层是远离中心开口的小目标，所以很难穿过它。装载装置的圆锥形元件大大简化了装载过程。
优选地，圆锥形元件至少设有位于外环形吸附空间上方区域中的孔口，进一步优选地仅设有这些孔口。
至少一个流体可渗透筛可与至少一个圆锥形元件轴向间隔，从而形成流体可渗透筛的近端与圆锥形元件的下侧之间的间隙。
孔口优选地径向向外偏离于流体可渗透筛，从而在填充吸附剂颗粒时，在吸附剂溢流过所述筛之前堵塞关闭。
通常，取决于过程需要，设置在圆锥形元件上方的外圆柱多孔壁筛可透过或不可透过气体。
装载装置可包括设置在第一圆锥形元件下方的至少一个其他圆锥形元件，其径向延伸或连接到流体可渗透筛，其中至少一个其他圆锥形元件设有多个第二孔口，所述第二孔口至少(优选地仅仅)设置在位于内环形吸附空间上方的区域中。
径流吸附容器可进一步包括同轴设置在第一流体可渗透筛与内环形多孔壁之间的至少一个其他流体可渗透筛，其中所述至少一个其他流体可渗透筛将内环形吸附空间分割成第一和第二内环形吸附空间。在这方面，装载装置可另外包括设置在第二圆锥形元件下方的至少一个其他圆锥形元件，其径向延伸或连接到第二可渗透筛，其中所述至少一个其他圆锥形元件具有多个第三孔口，所述第三孔口至少(优选地仅仅)设置在位于第二内环形吸附空间上方的区域中。
一个或多个的其他圆锥形元件可以示出所述至少一个圆锥形元件的配置的任何一个此处所述实施例的特征(如适用)，例如关于其锥角和多个孔口的性质。
特别地，为了填充本发明容器内的特定环形吸附空间，所提供的圆锥形元件优选地设有多个孔口，所述孔口仅仅设置在位于各自环形空间上方的区域中。此外，所述孔口优选地设置以在吸附剂溢流到相邻吸附剂空间中之前堵塞关闭。
在第二方面，本发明提供了一种用于填充径流吸附容器的方法，所述方法包括以下步骤：提供本发明径流吸附容器；和用吸附剂颗粒填充环形吸附空间。
根据优选实施例，在主吸附剂材料加入前将预处理吸附剂材料装载到容器中，所述容器包括内环形吸附空间和外环形吸附空间。盖元件可置于中心端口之上以防止预处理吸附剂材料进入内环形吸附空间。可将预处理吸附剂材料倒入中心开口，直到充满圆锥形元件上方的空间。吸附剂材料流过孔口，所述孔口控制流速并将吸附剂材料分布到外吸附剂层周围。只要圆锥形元件上方的空间是空的，可以持续地添加吸附剂材料。因为主吸附剂材料比预处理吸附剂材料更贵，所以用预处理吸附剂材料填充圆锥形元件上方的空间可节省资金并且利于性能。
预处理吸附剂材料装载后，可移除盖元件，并优选地利用旋转装置将主吸附剂材料填充到内环形吸附空间中。一旦主吸附剂材料的填充步骤完成，可移除旋转装置，并通过倾倒或冲击装载的方式填充容器头。
在第三方面，本发明提供了一种吸附方法，其中上述实施例中的任意一项所述的径流吸附容器填充有吸附剂颗粒并使用。本吸附方法可以为变压吸附方法、变温吸附方法和/或真空变压吸附方法。
附图说明
下文将结合附图来描述本发明，其中相似的数字表示相似的元件：
图1示出了根据本发明的径流吸附容器的上部的第一实施例的截面图；
图2示出了根据本发明的径流吸附容器的上部的第二实施例的截面图；
图3示出了根据本发明的径流吸附容器的上部的第三实施例的截面图；
图4示出了根据本发明的径流吸附容器的上部的第四实施例的截面图；
图5示出了根据本发明的径向吸附容器的上部的第五实施例的截面图；
图6示出了根据本发明的径向吸附容器的上部的第六实施例的截面图；
图7示出了根据本发明的径向吸附容器的上部的第七实施例的截面图；
图8示出了具有进一步可选特征的图3中第三实施例的截面图；
图9示出了填充有预处理吸附剂材料的图3中第三实施例的截面图；并且
图10示出了填充有预处理和主吸附剂材料的图3中第三实施例的截面图。
具体实施方式
图1至图7示出了本发明的径流吸附容器的不同实施例和其选择的组件，其中只描述了说明本发明所必需的那些方式和特征。
图1至图7示出了U流径向吸附容器，其中流体由容器的底部进入，从最外侧径向流动到中心环形吸附空间，并通过容器底部的导管离开中心环。然而，应该注意，由于根据本发明的容器也可以容易地设计成本领域技术人员显而易见的其他径流几何形状(即反U流和Z流)，因此本发明不仅限于此U流径向容器。
在图1至图7及以下所描述的径流吸附容器的所有实施例中，容器1设有具有第一端或顶端3和第二端或底端(未示出)的圆柱形外壳2，所述两端都可由半球形、准球形、圆锥形、平坦或其他几何形状的容器头4围合。容器头4具有用作将吸附剂引入容器1或从容器中移除的端口的中心开口5。进一步地，容器1包括外圆柱形多孔壁6和内圆柱形多孔壁7。圆柱形多孔壁6、7均同轴设置在外壳2内部并限定环形吸附空间8。圆柱形外壳2与外圆柱形多孔壁6限定最外侧环形流道9，所述最外侧环形流道与从容器(未示出)底部进入的流体流体连通。内圆柱形多孔壁7形成中心环10，所述中心环转而与位于容器1底部的导管(未示出)流体连通。此外，径流吸附容器1的所有实施例均设有一体化装载装置11，所述装载装置为容器1的永久性部分。
在图1至图7及以下所描述的径流吸附容器1的所有实施例中，通常，不同类型的材料可用作吸附剂，诸如氧化铝、二氧化硅、沸石、活性炭、金属氧化物吸附剂以及带有或不带有金属的结晶有机框架(诸如金属有机框架(MOF)、沸石咪唑酯框架(ZIF)及共价有机框架(COF))，所述框架以颗粒态填入指定的环形吸附空间8、19、20、29、30。如果几种此空间8形成在容器1中，这些空间可填充有不同的吸附剂，或者，由于吸附剂是颗粒态，具有不同粒径和/或形状的相同吸附剂也可以填入不同的环形吸附空间8、19、20、29、30。
另外，在图1至图7及以下所描述的径流吸附容器的所有实施例中，圆柱形多孔壁6、7，诸如外圆柱形多孔壁6和内圆柱形多孔壁7，与现有技术中的控制筛的设计相似。例如，圆柱形多孔壁6、7可由带有用于流体流动的大开口的穿孔板以及覆盖穿孔板的网筛或钢板网组成，所述网筛或钢板网的开口尺寸小于环形吸附空间8、19、20、29、30内的吸附剂颗粒。
参照图1，其描述了本发明的径流吸附容器1的上部的第一实施例。径流吸附容器1包括圆柱形外壳2，所述外壳2具有设置在其内的单个环形吸附空间8，环形吸附空间用于填充吸附剂。所述环形吸附空间8由同轴(具有相同的对称轴12)设置在外壳2内的外圆柱形多孔壁6和内圆柱形多孔壁7限定。
装载装置11位于容器1顶端3的单个环形吸附空间8上方。装置11一方面设有将吸附剂均匀和密集地装载进容器1的功能，另一方面设有将容器头4内的吸附剂分离到多层中的功能。此种装载装置11包括单个圆锥形元件13，所述圆锥形元件径向延伸到外圆柱形壁6并且设有分布在待装载环形吸附空间8上方的多个孔口14。孔口14在装载期间控制筛子流速并确保筛子以足够慢的速度均匀分布在环形吸附空间8的整个表面之上，以实现密集负载。意在填满装载装置11，直到孔口14堵塞并且容器头4的下侧15与圆锥形元件14的上侧16之间的空间填满吸附剂。圆锥形元件13的由圆孔形成的多个此种孔口14只设置在位于环形吸附空间8上方的环形区域17中。孔径足够大以防止填充操作期间的堵塞。进一步地，圆锥形元件13设有中心端口18，其可由图9所示的盖元件35关闭。
实际上，圆锥形元件13由接合在一起的多个单金属片形成，例如通过焊接或螺纹接头。单金属片可由钢制成。
从图1可看出，此种容器1的容器头4为与圆锥形元件13锥角相同的圆锥形几何形状，其中所选锥角大于吸附剂休止角。因此吸附剂可仅通过重力作用完全填充容器头4与圆锥形元件13之间的空间。
参照图2，其示出了根据本发明的径流吸附容器1的上部的第二实施例的截面图。容器1设有基本相同的整体布局，但是带有延伸过整个环形吸附空间8和内圆柱形多孔壁7上方的圆锥形元件13。此种圆锥形元件13的设计将导致容器1中心处的过量筛子，其中内筛上方的填充高度非常小。由于不包括如图1中所示实施例的中心端口18，圆锥形元件13防止吸附剂从中心开口5进入容器1。
图3示出了根据本发明的径流吸附容器1的上部的第三实施例的截面图。径流吸附容器1包括带有外环形吸附空间19和内环形吸附空间20的圆柱形外壳2。外环形吸附空间19设置在外圆柱形多孔壁6与流体可渗透筛21之间，所述流体可渗透筛同轴设置在外圆柱形多孔壁6与内圆柱形多孔壁7之间。内环形吸附空间20设置在内圆柱形多孔壁7与流体可渗透筛21之间。
图3至图7中描述的径流吸附容器1的所有实施例中的流体可渗透筛由柔性材料制成，诸如金属丝网、金属丝编织网或钢板网。流体可渗透筛材料的柔性使得所述筛成形为匹配滚动过程中形成的可能的非均匀轮廓，因而形成在流体流动方向具有均匀深度的相应的环形吸附空间。
装载装置11也位于容器1的顶端3。在此形式下，装载装置11包括一个径向延伸到外圆柱形壁6并且设有多个孔口14的单圆锥形元件13。与图1和图2所示的形式相比，多个孔口14布置在位于外环形吸附空间19上方的环形区域23中，并且简化了狭窄的外环形吸附空间19的装载过程。圆锥形元件13的多个孔口14也由圆孔形成。孔径足够大以防止填充过程中的堵塞。孔口14之间的距离足够近以将吸附剂颗粒均匀地分散在外环形吸附空间19的整个表面上。通过以下方式，另外选择圆锥形元件13的圆周环形区域23周围的多个孔口14的数量、尺寸和分布：整体流速足够慢以实现空间19内的密集负载，整体流速足够慢以使工作人员总是可以保持圆锥形元件13上方的空间内装满吸附剂。进一步地，圆锥形元件13还设有中心端口18，其可由图9所示的盖元件19关闭。
从图3中可看出，流体可渗透筛21的上端不与圆锥形元件13连接，从而在近端与圆锥形元件13的下侧之间形成间隙22。对于将不同吸附剂填充到相应吸附空间19和20中的过程，间隙22的尺寸很重要。因此，流体可渗透筛21的近端应该足够高以防止第一吸附剂溢流进内环形吸附空间20。在另一端，间隙22应该足够大以允许第二吸附剂从内环形吸附空间20溢流进外环形吸附空间19，如下文将进一步所述。
图4示出了根据本发明的径流吸附容器1的上部的第四实施例的截面图。与图3示出的前述实施例相比，容器1包括半球形的容器头4。容器头4的这种盘形几何形状是更标准的压力容器几何形状，因此成本更低。然而，当不考虑流体化时并且如果可以证明流体绕过受限，所述几何形状更加合适。
在图5所示实施例中，装载装置11包括进一步的圆锥形元件24。因而此种装载装置11包括径向延伸到外圆柱形壁6并且设有多个孔口14的第一圆锥形元件13，所述孔口设置在位于外环形吸附空间19上方的环形区域23中，并且简化了通常难以进入的狭窄外环形吸附空间19的装载过程。第二圆锥形元件24设置在第一圆锥形元件13的下方并且径向延伸到流体可渗透筛21。第二圆锥形元件具有多个孔口25。第二圆锥形元件24的多个孔口25由圆孔形成，并且仅设置在位于内环形吸附空间20上方的环形区域26中。孔口14、25在装载期间控制筛子流速并确保筛子以足够慢的速度均匀分布在相应环形吸附空间19、20的整个表面上，以实现密集负载。进一步地，圆锥形元件24也设有中心端口27，其可由盖元件(未示出)关闭。
图6示出了根据本发明的径流吸附容器1的上部的第六实施例的截面图。与图5示出的前述实施例相比，容器1包括设置在内圆柱形多孔壁7与第一流体可渗透筛21之间的与所述壁7同轴的第二流体可渗透筛28。第二流体可渗透筛28将内环形吸附空间20分割成第一内环形吸附空间29和第二内环形吸附空间30。
图7示出了根据本发明的径流吸附容器1的上部的第七实施例的截面图，其中装载装置11包括进一步的圆锥形元件，即第三圆锥形元件31。此种装载装置11包括径向延伸到外圆柱形壁6并且具有设置在位于外环形吸附空间19上方的环形区域23中的多个孔口14的第一圆锥形元件13。第二圆锥形元件24设置在第一圆锥形元件13的下方并且径向延伸到第一流体可渗透筛21，第二圆锥形元件具有分布在第一内环形吸附空间29上方的多个孔口25。第三圆锥形元件31设置在第二圆锥形元件24的下方并且径向延伸到第二流体可渗透筛28，具有分布在第二内环形吸附空间30上方的多个孔口32。第三圆锥形元件31的多个孔口30由圆孔形成，并且仅布置在位于第二内环形吸附空间30上方的环形区域33中。孔口14、25、32在装载期间控制筛子流速并确保筛子以足够慢的速度均匀分布在相应环形吸附空间19、29、30的整个表面上，以实现密集负载。进一步地，第三圆锥形元件31也设有中心端口34，其可由盖元件(未示出)关闭。
图8示出了带有进一步可选特征的图3中第三实施例的截面图。从所述图中可以看出，圆锥形元件13或每个其他圆锥形元件24、31可通过圆锥形架元件36密封连接到外圆柱形多孔壁6或相应流体可渗透筛21、28。此架元件36为适合于防止固体吸附剂泄露的松散密封，并且具有大间隙以便于制造。圆锥形架元件36可预组装到外多孔壁6或相应的流体可渗透筛21、28上。
圆锥形元件13可通过多个隔离元件37预组装并刚性连接到容器头4上，使得相应的头总成可附接到容器1上而无需完全匹配或在圆锥形元件13与架元件36之间安装紧密密封。固体吸附剂将不会越过架元件36往上流，因此几种粒径的间隙是允许的并且不会造成填充期间的泄露。
多个隔离元件37可由挤压槽型铝材、轧制槽钢、成形钢板或其他材料制成。可以基于对过程的冶金需求或维持从隔离元件37的第一端至第二端的距离内的紧密度容限来选择材料和产品形式，其中挤压或轧制产品将比手工成型或焊接产品更准确。
参照图8，隔离元件37包含连接到圆锥形元件13的上侧16的第一端38、连接到圆锥形容器头4的下侧15的第二端39以及连接支腿40。选择连接支腿40的长度以使得圆锥形元件13与圆锥形容器头4之间的轴向距离均匀。指向吸附剂颗粒填充方向的隔离元件37的边沿是圆锥形的(未示出)。这样的形状允许筛子在吸附剂颗粒装载期间绕隔离元件37流动，从而可以尽可能地避免在隔离元件37后面形成空隙。
隔离元件37必须具有足够的强度和刚度以在吸附剂材料装载期间自容器头4支撑锥形元件13。隔离元件37可采用任意形状布局，诸如方形或三角形。
进一步参照图8，每个环形反应空间19、20、29、30可包括一个或多个靠近孔口14、25、32的粗孔筛41以偏转吸附剂颗粒并帮助将吸附剂颗粒更均匀地分散到相应的环形吸附空间19、20、29、30的表面之上。
实施例
提供了如图3所示配置的径流吸附容器1，包括直径为4m的外圆柱形多孔壁6和直径为3.6m的流体可渗透筛21。容器还包括直径为1m的内圆柱形多孔壁7，并且内圆柱形多孔壁不与外多孔壁或流体可渗透筛连接。多孔壁6、7以及筛21的总高度(即纵向延伸)为4.5m。多孔壁6、7均由6mm厚的覆盖有金属丝网的穿孔钢板制成，所述穿孔钢板的过流面积为45％。
流体可渗透筛21由编织金属网材料组成，编织金属网材料的开口足够小以包含最小的筛颗粒。
容器1由设有圆锥形元件13的圆锥形容器头4围合。圆锥形元件13由多个钢板形成并且设有30°的锥角。圆周区域包括多个孔口14。孔口14为直径11.1mm的圆孔。128个孔口分布在位于外环形吸附空间19上方的圆周区域之上。
参照图9和图10，在主吸附剂材料之前装载预处理吸附剂材料(直径为1.7mm至2.4mm的8x12目球形颗粒；平均粒径为2mm)。将临时盖元件35放置在圆锥形元件13中的中心端口18之上，以防止预处理吸附剂材料进入内环形吸附空间20。预处理吸附剂材料倒入中心开口5直到填满圆锥形元件13上方的空间。吸附剂材料流过孔口14，所述孔口控制流速并将吸附剂分布到空间的圆周周围。只要圆锥形元件13上方的空间是空的，就持续添加吸附剂材料。当外环形吸附空间19填满时，孔口14堵塞关闭，吸附剂材料停止流入空间19中。孔口19下方的一堆吸附剂材料以其休止角从孔口14的外边沿向流体可渗透筛21倾斜。装载了预处理吸附剂材料后，移除盖元件35，使用由吸附剂装载承包商提供并操作的典型旋转装置(未示出)用主吸附剂材料填充内环形吸附空间20。当内环形吸附空间20填满时，主吸附剂材料溢流过间隙22并进入外环形吸附空间19。因为主吸附剂材料可实现预处理吸附剂材料的功能，所以主吸附剂材料可占据此空间而不影响过程。由于主吸附剂材料比预处理吸附剂材料贵得多，所以仍然需要维持两个分离的层。流体可渗透筛21与圆锥形元件13之间的间隙22至关重要。如果此间隙22过大，预处理吸附剂材料可溢流过流体可渗透筛21并进入内环形吸附空间20。流体可渗透筛21必须足够高，使得吸附剂可以其休止角填充孔口14到流体可渗透筛21而不溢流过顶部并进入内环形吸附空间20。间隙22也必须足够大以允许主吸附剂材料自由流过间隙，从而使得主吸附剂材料填充预处理吸附剂材料层顶部的所有空隙。对于氧VSA应用，此间隙为43mm+/-15mm。
当吸附剂材料填充到头空间中时，移除旋转装置，通过倾倒或冲击装载的方式填充头。头空间中的密度不似内空间20中主床的密度那样关键，此区域中较低的密度证明是有益的。主吸附剂材料填充到人孔的顶部。可以在不到顶部的时候停止填充主吸附剂材料并且转换回填充预处理吸附剂材料或惰性材料，以进一步地益于性能。
因为主吸附剂材料比预处理吸附剂材料更贵，所以用预处理吸附剂材料填充圆锥形元件13上方的空间可节省资金并且利于性能。氮气容量更低，从而改善了性能。方法不使用顶部头中的吸附剂，但是吸附剂必须与容器1一起加压和减压。加压主吸附剂材料需要大量的氮气，从而需要额外的进给空气并且耗费动力和加压时间。当头减压时，释放的氮气经过内环形吸附空间20，引起分布不均及性能退化。最大化顶部头与圆锥形元件13之间的距离以限制整体吸附剂并优化性能。
附图标记
1 容器
2 圆柱形外壳
3 顶端
4 容器头
5 中心开口
6 外圆柱形多孔壁
7 内圆柱形多孔壁
8 环形吸附空间
9 最外侧环形流道
10 中心环
11 装载装置
12 对称轴
13 第一圆锥形元件
14 孔口
15 容器头下侧
16 圆锥形元件上侧
17 环形区域
18 中心端口
19 外环形吸附空间
20 内环形吸附空间
21 第一流体可渗透筛
22 间隙
23 环形区域
24 第二圆锥形元件
25 孔口
26 环形区域
27 中心端口
28 第二流体可渗透筛
29 第一内环形吸附空间
30 第二内环形吸附空间
31 第三圆锥形元件
32 孔口
33 环形区域
34 中心端口
35 盖元件
36 圆锥形架元件
37 隔离元件
38 第一端
39 第二端
40 连接支腿
41 粗孔筛

Claims (19)

1.一种径流吸附容器，包括：
-圆柱形外壳，所述圆柱形外壳具有顶端和底端，其中所述顶端由容器头封闭，所述容器头提供用作将吸附剂颗粒引入所述容器或从所述容器移除的端口的中心开口；
-至少一个环形吸附空间，所述至少一个环形吸附空间设置在所述壳内，其可填充有所述吸附剂颗粒，其中所述至少一个环形吸附空间由均同轴设置在所述壳内的外和内圆柱形多孔壁限定；以及
-装载装置，所述装载装置用于所述吸附剂颗粒并且位于所述容器的顶端处所述至少一个环形吸附空间上方，其中所述装载装置包括径向延伸到所述外圆柱形多孔壁的至少一个锥形元件，其中所述至少一个锥形元件提供多个孔口，所述孔口至少布置在位于所述至少一个环形吸附空间上方的区域中。
2.根据权利要求1所述的径流吸附容器，其中所述至少一个锥形元件提供大于吸附剂休止角的锥角。
3.根据权利要求1所述的径流吸附容器，其中所述至少一个锥形元件通过多个隔离元件刚性连接到所述容器头。
4.根据权利要求3所述的径流吸附容器，其中指向所述吸附剂颗粒的填充方向的所述隔离元件的边沿是锥形的。
5.根据权利要求1所述的径流吸附容器，其中所述容器头设为半球形、准球形、圆锥形、平坦或其他几何形状。
6.根据权利要求5所述的径流吸附容器，其中所述容器头设为具有大于吸附剂休止角的锥角的圆锥形几何形状。
7.根据权利要求3所述的径流吸附容器，其中选择所述隔离元件的长度，以便所述圆锥形元件的上侧与所述圆锥形容器头的下侧之间具有均匀的轴向距离。
8.根据权利要求1所述的径流吸附容器，其中所述至少一个圆锥形元件提供可由盖元件关闭的中心端口。
9.根据权利要求1所述的径流吸附容器，其中所述至少一个圆锥形元件优选地通过圆锥形架元件密封连接到所述外圆柱形多孔壁。
10.根据权利要求1所述的径流吸附容器，包括至少一个流体可渗透筛，所述流体可渗透筛同轴设置在所述外与内圆柱形多孔壁之间，其中所述至少一个流体可渗透筛将所述至少一个环形吸附空间分割成外环形吸附空间和内环形吸附空间，并且其中所述圆锥形元件提供仅位于所述外环形吸附空间上方的区域中的孔口。
11.根据权利要求10所述的径流吸附容器，其中所述至少一个流体可渗透筛与所述至少一个圆锥形元件轴向间隔，从而形成所述流体可渗透筛的近端与所述圆锥形元件的下侧之间的间隙。
12.根据权利要求10所述的径流吸附容器，其中所述孔口径向向外偏离于所述流体可渗透筛，从而在填充吸附剂颗粒时，在吸附剂溢流过所述筛之前堵塞关闭。
13.根据权利要求10所述的径流吸附容器，其中所述外环形吸附空间包括一个或多个设置在其上部区域中的粗孔筛。
14.根据权利要求10所述的径流吸附容器，其中所述装载装置包括至少一个其他圆锥形元件，所述至少一个其他圆锥形元件设置在所述第一圆锥形元件下方并径向延伸或连接到所述流体可渗透筛，其中所述至少一个其他圆锥形元件提供多个孔口，所述孔口至少布置在位于所述内环形吸附空间上方的区域中。
15.根据权利要求14所述的径流吸附容器，包括至少一个其他流体可渗透筛，所述至少一个其他流体可渗透筛同轴设置在所述第一流体可渗透筛与所述内圆柱形多孔壁之间，其中所述至少一个其他流体可渗透筛将所述内环形吸附空间分割成第一和第二内环形吸附空间。
16.根据权利要求15所述的径流吸附容器，其中所述装载装置包括至少一个其他圆锥形元件，所述至少一个其他圆锥形元件设置在所述第二圆锥形元件下方并径向延伸或连接到所述第二可渗透筛，其中所述至少一个其他圆锥形元件提供多个孔口，所述孔口至少设置在位于所述第二内环形吸附空间上方的区域中。
17.一种用于填充径流吸附容器的方法，包括以下步骤：
-提供根据权利要求1所述的径流吸附容器；和
-用吸附剂颗粒填充所述环形吸附空间。
18.一种吸附方法，其中根据权利要求1所述的径流吸附容器填充有吸附剂颗粒并使用。
19.根据权利要求18所述的吸附方法，其中所述方法为变温吸附方法、变压吸附方法和/或真空变压吸附方法。
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