专利名称：一种减小壁面效应的吸附器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及变压吸附气体分离与净化领域，更具体的说涉及一种能够 减小壁面效应的吸附器。
背景技术：
变压吸附(Pressure Swing Adsorption,简称PSA)技术是指利用混合气 中的不同组分在吸附剂上的吸附容量、吸附速度、吸附力等方面的差异以及吸 附剂对吸附组分随压力不同具有不同的吸附容量的特性来完成气体分离与净化 的技术。由于该技术具有工艺简单、规模灵活、操作方便，自动化程度高，投 资少、能耗低等特点，因此，自PSA技术成功开发以来得到了快速的发展，不 断趋向于成熟和完善，并广泛应用于化工、冶金、环保等领域。吸附器是气体分离与净化的核心设备，吸附器中存在的空隙率及其在附器 中的分布对吸附分离过程有着重要的影响，直接影响到原料气的回收利用率， 产品的产率。在填充了吸附剂的吸附器中，吸附器内壁附近的空隙率大于中间 部位的空隙率。这种空隙率在吸附器中分布的变化使得壁面附近的流体速度大 于吸附床中间部位流体速度(数值研究表明，在吸附器壁面附近的速度约为吸 附器中间部分速度的6倍)，因此造成近壁区吸附床提前穿透。为了保证一定的 净化与分离效果，即保证产品的纯度，就必须提前结束吸附过程。然而此时吸 附器内部的气体还没有到达吸附床边缘，这部分吸附剂还未充分吸附，这样就 造成了吸附床没有完全被利用，即造成吸附床的死空间增大。在装置生产规模 一定的情况下，使得吸附剂装填量大于实际所需，吸附器的体积也相应较大， 增加了生产成本。同时，由于吸附器体积的增加使得吸附结束时存在于吸附器 内部的原料气量增加，导致原料气的利用率(回收率)较低。这种壁面附近空 隙率的变化对吸附分离的影响通常称为壁面效应。然而，在目前的吸附设备中， 还没有采取任何措施来减小壁面效应，从而使得在现有吸附设备中，吸附剂的 利用率低，吸附器的体积大于实际所需，在一定程度上限制了吸附设备的规模 和效率。发明内容本实用新型的目的是克服现有技术中存在的上述问题，提供一种减小壁面 效应的吸附器，以提高吸附剂的利用率，进而减小装置的体积，提高装置的效 率，节约成本，降低能耗。本实用新型所述的减小壁面效应的吸附器，包括吸附器塔身1，设置在塔身1上、下部的气体分布器2和5，以及上、下气体分布器2和5之间的吸附床4， 其特征在于吸附器塔身1的内壁设置有阻挡物3。 吸附器塔身1内壁设置的阻挡物3至少为1个。所述阻挡物3可螺旋状固连于吸附器塔身1的内壁，螺距最好为200 500mm;也可以环状固连于塔身1内壁，所述环形阻挡物3可设置多个，环形阻 挡物3之间相距200 500mm。所述阻挡物3在吸附床4轴向的截面可以为任意几何形状，最好为矩形、 梯形和边角倒圆的梯形中的任意一种。所述截面在吸附床4轴向的最大高度为 吸附剂粒径的5 10倍，径向最大宽度为吸附剂粒径的2 10倍。本实用新型的阻挡物3上可以设通孔，使位于阻挡物3上面的吸附剂也能 充分发挥吸附作用。本实用新型可广泛用于变压吸附空气制氧系统、变压吸附空气制氮系统、 多床变压吸附制取高纯氢的变压吸附系统、变压吸附提取一氧化碳系统、变温 吸附气体净化系统等混合气变压吸附分离系统。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是本实用新型在吸附器塔身的 内壁固连一个或多个阻挡物以后，使得壁面附近的气体在阻挡物的作用下改变 气流方向，进入吸附床中部，与吸附床中部气体混合，经过混合后的气体的一 部分再次进入到壁面附近，从而使得壁面附近气体的平均速度降低，延缓壁面 附近气体穿透吸附床的时间，提高壁面附近的吸附床中吸附剂的利用率。数值 研究表明，本实用新型可有效降低壁面附近的气流速度，减小壁面效应，提高 吸附器中吸附剂的利用率，进而提高装置的效率，节约成本，降低能耗。
图l、图2为本实用新型的结构示意图。图3为图1中的A向视图。图4为本实用新型的阻挡物在吸附床4轴向的截面图具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细描述。 实施例l变压吸附制氧装置，吸附器塔身1的直径为lm，吸附器塔身1的下部为原料气进口端，分布有气体分布器5;上部为出气端，分布有气体分布器2;上、下气体分布器2和5之间为填充了吸附剂的吸附床4，床层高度为1. 5m，吸附 剂粒径为2. 0mm;在吸附器塔身1的内壁环形固连有4个与内壁相适配的阻挡物 3，阻挡物3在吸附床4轴向的截面为边角倒圆的梯形，截面在吸附床4轴向的 最大高度为20 mm，径向最大宽度为10 mm，阻挡物3均匀分布在吸附器塔身1 的内壁面，阻挡物3之间的距离为200咖。吸附器的设计空速为0. 15m/s，距壁 面2mm处沿吸附床4轴向的平均气流速度为0. 24m/s，而未设阻挡物3时距吸附 器壁面2mm处沿吸附床4轴向的平均气流速度为0. 27m/s，增加阻挡物3后距壁 面2mm的平均气流速度降低了 16.7%。同时，增加阻挡物3后使得壁面附近气流 的方向发生改变，与吸附床4中部的气体进行混合，使装置中的吸附剂得到充 分利用。增加阻挡物3后使得壁面效应大为降低，提高了变压吸附制氧装置吸 附剂的产氧率，降低了装置的单位能耗，提高了装置的效率。该新型吸附器可以用于所有的变压吸附装置，从而减小装置的壁面效应， 提高装置的经济性能。实施例2:变压吸附空分制氮装置，吸附器塔身1的直径为0. 5m，吸附床4的高度为 2.4m，吸附剂粒径为2.5mm，吸附器塔身1的内壁固连有11个阻挡物3，阻挡 物3之间的间距为200mm，阻挡物3在吸附床4轴向的截面形状为矩形，截面在 吸附床4轴向的高度为20咖，径向的宽度为5咖。吸附器的空速为0.08m/s 时，距壁面hm处沿吸附床4轴向的平均气流速度为0.31m/s，而吸附器内壁不 设阻挡物3时吸附器距壁面lmm处沿吸附床4轴向的平均流速为0. 40m/s，增加 阻挡物3后，距壁面lmm处沿吸附床4轴向的平均流速降低了 22%。同时阻挡物3使得壁面附近的气体与吸附床4中部的气体进行径向混合，从而大大降低了壁 面效应，使得制氮装置的性能指标大为提高。 实施例3:变压吸附制氢装置，吸附器塔身1的直径为1. 2m，吸附床4的高度为4m， 吸附剂粒径为2 mm，吸附器塔身1的内壁固连有7个阻挡物3，阻挡物3之间 的间距为200mm 500mm，阻挡物3在吸附床4轴向的截面形状为梯形，截面在 吸附床4轴向的高度为lOram，径向最大宽度为16mm。吸附器的空速为0. 04m/s 时，距壁面1.5mm处吸附床4轴向的平均气流速度为0. 11m/s，未加阻挡物3时 距壁面1. 5mm处吸附床4轴向的平均气流速度为0. 13m/s，吸附器塔身1内壁固 连阻挡物3后距壁面1.5mm处轴向平均气流速度降低了 15.4%。同时，阻挡物3 使得壁面附近的气体与吸附器中部的气体混合，从而延长了吸附的时间，提高 了吸附剂的利用率，提高了制氢装置的经济性能。实施例4:变压吸附提纯一氧化碳装置，吸附器塔身1的直径为1.4m，吸附床4的高 度为5m，吸附剂粒径为2mm，吸附器塔身1内壁螺旋状固连有阻挡物3，阻挡物 3在吸附床4轴向截面为矩形，截面在吸附床4轴向的高度为15mm，径向的宽 度为20mm，螺距为400腿。空速为0. 035m/s时，吸附器内距壁面1. 2mm处沿吸 附床4轴向平均气流速度为0.13m/s，而未设置阻挡物3时沿吸附床4轴向平均 气流速度为0. 158m/s，速度降低了17.7%。同时，由于阻挡物3的加入，使得 壁面附近的气体与吸附器中部的气体混合，这样可降低置换阶段一氧化碳的损 失，从而提高了一氧化碳的回收率。
权利要求1、一种减小壁面效应的吸附器，包括吸附器塔身(1)，设置在塔身(1)上、下部的气体分布器(2，5)，以及上下气体分布器(2，5)之间的吸附床(4)，其特征在于所述吸附器塔身(1)的内壁设置有阻挡物(3)。
2、 根据权利要求1所述的减小壁面效应的吸附器，其特征在于所述阻挡物(3) 至少为一个。
3、 根据权利要求1所述的减小壁面效应的吸附器，其特征在于所述阻挡物(3) 螺旋状固连于吸附器塔身(1)的内壁。
4、 根据权利要求3所述的减小壁面效应的吸附器，其特征在于所述阻挡物(3) 的螺距为200 500mm。
5、 根据权利要求1所述的减小壁面效应的吸附器，其特征在于所述阻挡物(3) 环形固连于吸附器塔身(1)的内壁。
6、 根据权利要求5所述的减小壁面效应的吸附器，其特征在于所述阻挡物(3) 有多个，该环形阻挡物(3)之间相距200 500mm。
7、 根据权利要求1 6任意一项所述的减小壁面效应的吸附器，其特征在于所 述阻挡物(3)上设有通孔。
8、 根据权利要求1 6任意一项所述的减小壁面效应的吸附器，其特征在于所 述阻挡物(3)在吸附床(4)轴向的截面为任意几何形状。
9、 根据权利要求8所述的减小壁面效应的吸附器，其特征在于所述截面为矩 形、梯形和边角倒圆的梯形中的任意一种。
10、 根据权利要求1 6任意一项所述的减小壁面效应的吸附器，其特征在于 所述截面在吸附床(4)轴向的最大高度为吸附剂粒径的5 10倍，径向最大 宽度为吸附剂粒径的2 10倍。
11、 根据权利要9所述的减小壁面效应的吸附器，其特征在于所述截面在吸附 床(4)轴向的最大高度为吸附剂粒径的5 10倍，径向最大宽度为吸附剂粒 径的2 10倍。
专利摘要本实用新型涉及一种吸附器，包括吸附器塔身，设置在塔身上、下端的气体分布器，上、下气体分布器之间的吸附床，其特点在于上下气体分布器之间的塔身内壁固连有阻挡物。本实用新型由于在吸附器塔身内壁设置了阻挡物，改变了吸附器壁面附近气体流动的路线，使得壁面附近的气体在流动过程中与主流区的气体多次混合，从而减小了因壁面附近气体提前穿透吸附床而造成的吸附剂的利用率低的问题，降低了装置的成本，提高了装置的效率，并为装置的大型化提供了保障。
文档编号B01D53/047GK201168538SQ200820062199
公开日2008年12月24日 申请日期2008年2月20日 优先权日2008年2月20日
发明者卜令兵, 郜豫川 申请人:四川天一科技股份有限公司