专利名称：一种径流式空分纯化器的制作方法
技术领域：
本发明属于气体净化领域，涉及的是一种主要用于吸收空气中的二氧化碳、水蒸汽及乙炔等杂质的吸附器，具体为一种径流式空分纯化器。
背景技术：
随着大型钢铁冶炼、大型石化、大型煤化工项目等的规模和技术的不断发展，其对空气分离系统的需求也在不断提高，为满足此需求并达到节能减排的目的，目前空分领域正在研究制造最大等级的空分装置已经达到10-12万NmVh规模。空分装置规模的急剧提升对其关键部机的规模也提出了更高的要求。空分纯化器作为净除空气中杂质的核心设备，其空气处理规模与技术水平直接关系到整个空分装置的规模、产品气体的质量和节能效果。 常规的卧式、立式的纯化器均存在占地面积大、运输困难等弊端，难以用于大规模空分系统。目前较大容量空分装置采用的径流式纯化器，由一个外壳、三层格栅和中心筒组成，活性氧化铝装于外层格栅和中间格栅之间的夹层，分子筛装于中间格栅和内层格栅之间的夹层，所有的活性氧化铝、分子筛的重量由三层格栅悬挂在上封头来支撑，筒体上部设有装料管供填装活性氧化铝和分子筛用。当空气纯化器工作时，空气由纯化器底部进入，先通过活性氧化铝层，除去空气中水分，再经过分子筛层，除去二氧化碳和乙炔及其它碳氢化合物，通过过滤器由容器顶部排出，再生时，来自冷箱的污氮由容器顶部进入，从底部排出，方向与吸附时正好相反。由于径流式纯化器充分利用了空间位置，因而占地面积将大大减小。但对于大型和超大型空分系统，传统径流式纯化器依然面临着体积将急剧增大、高度增高、气流均布困难、吸附不均匀等问题。可见，进一步改善纯化器结构，进而解决纯化器占地大、高度增大、吸附均匀性不足、运输困难等问题，已经成为空分领域亟待进行的重要工作。
发明内容
本发明针对以上技术问题，提供体积小、重量轻的径流式空分纯化器，用以高效、低阻力地进行大型和超大型空分系统中空气的纯化。本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案实现的一种径流式空分纯化器，包括活性氧化铝填料和分子筛填料，其特征在于，该纯化器采用多层独立气流通道，各气流通道均采用径流式环形结构，所述活性氧化铝和分子筛填料均采用多层环形结构。空气通过进气管经封头缓冲进入各流道之后，空气在压力的驱动下径向穿过活性氧化铝填料和分子筛填料，此种结构设计有效地减小了流动阻力。与常规径流式纯化器的唯一的气流通道和一层活性氧化铝和一层分子筛填料层相比，该设计极大地提高了空气与填料层的接触面积，使得单位体积设备的吸附能力得到极大提升。作为上述技术方案的改进，所述径流式空分纯化器包括筒体，筒体两端分别设置有下封头和上封头，下封头上设置有工作气体进气管，工作气体进气管也作为再生气体的出气管，上封头上设置有工作气体排气管，工作气体排气管也作为再生气体的进气管，工作气体进气管位于下封头内的管口处设置有均流板，同样工作气体排气管位于上封头内管口处也设置有均流板；筒体内设置有至少二层直径不同的环形填料层，每一层环形填料层又包括一层环形活性氧化铝填料层和一层环形分子筛填料层，且环形分子筛填料层位于环形活性氧化铝填料层内，最内层的环形分子筛填料层内的空间为中间气流通道，中间气流通道内安装有尖端朝上的圆锥体，作为第一气体均流结构；第i层环形填料层位于第i+1层环形填料层内，其中，i大于等于1，相邻两层环形填料层之间留有间隙作为外层气流通道，各外层气流通道内均设置有中空的圆台，作为第二气体均流结构，第二气体均流结构将外层气流通道分成二个相互隔离的二个子气流流道，筒体与上、下封头之间分别设置有上封板和下封板，筒体与上、下封头之间通过中间气流通道和子气流通道连通。作为上述技术方案的进一步改进，在每一个气体流道中都设有气体均流结构，气体流道中若不设置气体均流结构，在进气通道中空气会优先从靠近下封头的区域穿过填料层，远离下封头区域空气处理量变少，气流的不均匀性会阻碍填料层处理能力的充分释放，在气体流道设置的气体均流结构，由于在靠近下封头区域挤占了较大的气体通道，从而使得进气通道中气体适量向上迁移，使气流变均匀。 作为上述技术方案的再进一步改进，活性氧化铝注料管和分子筛注料管的底部套有双层自紧式密封圈，该双层自紧式密封圈紧密贴合在上封板的两侧。该设计的目的是为了阻止气体通过注料管与填料层的间隙发生泄漏，双层自紧式密封圈包含两层，上层密封圈能有效阻止上封头的空气向填料层和气流通道泄漏，下层密封圈能有效组织气流通道和填料层的空气向上封头泄漏，密封圈贴合的力量会随着压差的增大而增大，实现其自紧功能。总之，本发明的优点在于气流通道采用径流式结构，减小了流动阻力；多层活性氧化铝和分子筛填料层以及多层独立气流通道的设计，极大地增加了空气与填料层的吸附面积，空间利用率高；各独立气流通道配置的楔形气体均流结构，可很好地均衡气流，提升填料层的吸附效率；注料管末端的双向自紧式密封圈，可有效防止双方向的气体泄漏，保证了吸附的质量。本发明由于其结构的优越性，可以很好地满足超大规模空分系统空气纯化的需求。
图I是本发明的结构示意图。图2是本发明所述的多层气体流道、多层填料层与楔形气体均流结构的结构示意图。图3是图2的A-A局部剖视图。图4是本发明所述的填料注料管末端的双层自紧式密封层的结构示意图。图5是本发明所述的上封头俯视结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图I所示，本发明提供的径流式空分纯化器包括筒体9，筒体9两端分别设置有下封头11和上封头12，下封头11上设置有工作气体进气管1，工作气体进气管I也作为再生气体的出气管，上封头12上设置有工作气体排气管6，工作气体排气管6也作为再生气体的进气管，工作气体进气管I位于下封头11内的管口处设置有均流板13，同样工作气体排气管6位于上封头12内管口处也设置有均流板13。筒体9内设置有至少二层直径不同的环形填料层，如图2、图3所示，每一层环形填料层又包括一层环形活性氧化铝填料层4和一层环形分子筛填料层3，且环形分子筛填料层3位于环形活性氧化铝填料层4内，最内层的环形分子筛填料层3内的空间为中间气流通道，中间气流通道内安装有尖端朝上的圆锥体，作为第一气体均流结构。第i层环形填料层位于第i+Ι层环形填料层内，相邻两层环形填料层之间留有间隙作为外层气流通道，各外层气流通道内均设置有中空的圆台，作为第二气体均流结构10，第二气体均流结构10将外层气流通道分成二个相互隔离的二个子气流流道，筒体9与上、下封头之间分别设置有上封板和下封板，筒体9与上、下封头之间通过中间气流通道和子气流通道连通。这种结构与常规径流式纯化器的唯一的气流通道和一层活性氧化铝和一层分子筛填料层相比，本发 明极大地提高了空气与填料层的接触面积，使得单位体积设备的吸附能力得到极大提升。工作气体排气管6最好位于上封头12顶部的中间位置，工作气体进气管I最好位于下封头11底部的中间位置。 各分子筛填料层3均设置有分子筛注料管7，各活性氧化铝填料层4均设置有活性氧化铝注料管5，在下封头11上设置有填料排出管2，本发明提供的纯化器中，其气流通道为径流式结构，空气或其它工作气体通过进气管I经均流板13和下封头11缓冲进入各气流通道之后，空气在压力的驱动下径向穿过环形活性氧化铝填料层4和环形分子筛填料层3，此种结构设计有效地减小了流动阻力。如图4所示，本发明的活性氧化铝注料管5和分子筛注料管7的底部套有双层自紧式密封圈8，该双层自紧式密封圈8紧密贴合在上封板的两侧，该设计的目的是为了阻止气体通过注料管5、7与填料层3、4的间隙发生泄漏，双层自紧式密封圈包含两层，上层密封圈能有效阻止上封头12的空气向填料层3、4和气流通道泄漏，下层密封圈能有效组织气流通道和填料层3、4的空气向上封头12泄漏，密封圈贴合的力量会随着压差的增大而增大，实现其自紧功能。由于采用双层自紧式密封圈8，活性氧化铝注料管5和分子筛注料管7与上封板之间不需要焊接。本发明的每一个气体流道中都设有楔形气体均流结构10，气体流道中若不设置楔形气体均流结构，在进气通道中空气会优先从靠近下封头的区域穿过填料层3、4，远离下封头11区域空气处理量变少，气流的不均匀性会阻碍填料层处理能力的充分释放，在气体流道设置的楔形气体均流结构10，由于在靠近下封头11区域挤占了较大的气体通道，从而使得进气通道中气体适量向上迁移，使气流变均匀。如图5所示为注料管的分布形式，筒体9中包含有三层环形的填料层与气流通道，每层填料层包含活性氧化铝填料层与分子筛填料层，各自使用单独地注料口，外层环形填料层的活性氧化铝填料层和分子筛填料层各使用了 6根注料管，且错开一定角度以免相互干涉；中层各使用了 5根注料管，内层各使用了 4根注料管。筒体内设置的填料层与气流通道的层次，以及各层使用注料管的根数均可以根据需要予以改变。本发明的下封头11上设置有填料排出管2，当空分纯化器的填料需要更换时，可以从该口排出填料，使得填料更换工作变得简洁易行。下面具体说明本发明的工作过程吸附过程气流从进气管I进入下封头11，对于大型空分装置，下封头空间足够大，使得进气可以在下封头11中进行良好的缓冲，随后气流分别进入三层环形气流通道，在压力的驱动下，空气会穿过环形活性氧化铝填料层4和环形分子筛填料层3进行水分、二氧化碳、碳氢化合物的吸附，经过吸附的气体进入环形气体流道，由于环形气体流道中设置有楔形气体均流结构10，使得环形进气通道中的空气能够均匀地从各个区域穿越填料层，使得填料层得到均匀地吸附，有效抑制靠近下封头11区域的填料层过早达到吸附饱和，避免杂质进入下游。环形气体流道中的气体进入上封头12，随后从排气管6离开纯化器，完成吸附过程。·再生过程本发明在吸附达到饱和之后需要进行在成过程，以便纯化器重新获取吸附能力。再生过程首先要进行泄压与加温解析，在高温低压状态下填料层中吸附的水分、二氧化碳与碳氢化合物等会解析出来进入筒体空间中，进行足够时间的解析后，便可采用污氮气进行冷吹，空分精馏塔抽取的污氮从排气管6注入筒体上封头12，从环形气体流道穿越环形分子筛填料层3与环形活性氧化铝填料层4，进入环形吸气通道，最终进入下封头11经由进气管I排出纯化器，冷吹结束后进行均匀，随后即可进行切换，开始新周期的吸附过程。填料注入与排出环形活性氧化铝填料层的填料可以通过注料口 5注入，环形分子筛填料层的填料可以通过注料口 7注入，本实施方式中外层环形各含6个注料口，中层环形各含5个，内层环形各含4个，以保证填料均匀注入。当填料需要更换时，打开填料排出管2，工人可通过排出管2进入下封头11，进行相应操作，使填料从排出管2排出，方便易行。本发明不仅局限于上述具体实施方式
，凡是采用本发明的设计结构和思路，或进行一些简单的变化或更改的设计，均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种径流式空分纯化器，包括位于筒体内的活性氧化铝填料和分子筛填料，其特征在于，该纯化器采用多层独立气流通道，各气流通道均采用径流式环形结构，所述活性氧化铝填料和分子筛填料均采用多层环形结构。
2.根据权利要求I所述的径流式空分纯化器，其特征在于，它包括筒体，筒体两端分别设置有下封头和上封头，下封头上设置有工作气体进气管，工作气体进气管也作为再生气体的出气管，上封头上设置有工作气体排气管，工作气体排气管也作为再生气体的进气管，工作气体进气管位于下封头内的管口处设置有均流板，同样工作气体排气管位于上封头内管口处也设置有均流板； 筒体内设置有至少二层直径不同的环形填料层，每一层环形填料层又包括一层环形活性氧化铝填料层和一层环形分子筛填料层，且环形分子筛填料层位于环形活性氧化铝填料层内，最内层的环形分子筛填料层内的空间为中间气流通道，中间气流通道内安装有尖端朝上的圆锥体，作为第一气体均流结构；第i层环形填料层位于第i+Ι层环形填料层内，其中，i大于等于1，相邻两层环形填料层之间留有间隙作为外层气流通道，各外层气流通道内均设置有中空的圆台，作为第二气体均流结构，第二气体均流结构将外层气流通道分成二个相互隔离的二个子气流流道，筒体与上、下封头之间分别设置有上封板和下封板，筒体与上、下封头之间通过中间气流通道和子气流通道连通。
3.根据权利要求2所述的径流式空分纯化器，其特征在于，筒体中包含有三层环形的填料层，各活性氧化铝填料层与分子筛填料层均使用单独的注料口，并使用多根注料管，且相互错开以免互相干涉。
4.根据权利要求2或3所述的径流式空分纯化器，其特征在于，活性氧化铝注料管和分子筛注料管的底部套有双层自紧式密封圈，该双层自紧式密封圈紧密贴合在上封板的两侧。
5.根据权利要求2或3所述的径流式空分纯化器，其特征在于，在所述下封头上设置填料排出管。
全文摘要
本发明公开了一种径流式空气纯化器，包括位于筒体内的活性氧化铝填料和分子筛填料，其特征在于，该纯化器采用多层独立气流通道，各气流通道均采用径流式环形结构，所述活性氧化铝填料和分子筛填料均采用多层环形结构。气流通道采用径流式结构，极大减小了流动阻力；设置有多层氧化铝和分子筛填料层以及多层独立的气流通道，极大地增加了吸附面积，降低了纯化器的高度，改善了气体流动状况；各独立气流通道均配置有气体均流结构，可很好地均衡气流；注料管末端的双向自紧式密封层，可有效防止气体泄漏。本发明由于其结构的优越性，可以很好地满足大型和超大型空分系统空气纯化需求。
文档编号B01D53/04GK102872676SQ20121034660
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者何国庚, 田奇琦, 王志平, 陈立平 申请人:华中科技大学