气体吸附装置的制作方法

本发明涉及气体分离领域，具体而言，涉及一种气体吸附装置。

背景技术：

空气分离是以空气为原料，通过压缩循环深度冷冻的方法把空气变成液态，再经过精馏而从液态空气中逐步分离生产出氧气、氮气及氩气等惰性气体的设备。空分设备主要包括：动力系统、净化系统、制冷系统、热交换系统、精馏系统、产品输送系统、液体贮存系统和控制系统等。随着科学技术的发展，各行各业对氧、氮、氩产品的需求量急剧增加，特别是煤化工的生产对空气产品需求与日剧增。这也造成空分设备相应单元的尺寸也越来越大，如常规的卧式或立式吸附器(净化系统)就存在占地面积大、运输困难及死区较大等弊端。

传统吸附器大多采用单进单出的结构，其运作分为吸附和再生两个过程：吸附过程，气流从吸附器底部进入，以一定的速度流过吸附剂床层，最后从吸附器出气口排出；在这种情况下，气流在吸附床内部床层的分布不均匀，吸附效果不理想；再生过程，再生气从顶部管口直接流入，流经吸附剂床层后从吸附器底部流出，再生气进入吸附剂床层的速度不均，从而使气流在吸附剂内部的流场分布并不均匀、死区增大，同时会降低吸附剂再生后的吸附效果。

在此基础上，传统的吸附器存在气流阻力大、吸附剂用量大以及气流分布不均等缺陷。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种气体吸附装置，以解决现有气体吸附器存在的气流阻力大、吸附剂用量大以及气流分布不均的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种气体吸附装置，包括：壳体，壳体设置有待吸附气入口和净化气出口；吸附单元，设置于壳体内部，且分别与待吸附气入口及净化气出口相连通；吸附单元包括轴向流吸附单元，设置于壳体的内部；径向流吸附单元，设置于壳体的内部；及轴向流吸附单元第一隔层，设置于轴向流吸附单元和径向流吸附单元之间，且第一隔层上设置有第一通孔；沿壳体的轴线方向，轴向流吸附单元和径向流吸附单元通过第一通孔相连通。

进一步地，气体吸附装置还包括第一再生气入口，设置于壳体上，且吸附单元与第一再生气入口相连通。

进一步地，气体吸附装置还包括第二再生气入口，设置壳体上，优选沿壳体的轴线的垂直方向，第二再生气入口与第一再生气入口对称分布。

进一步地，径向流吸附单元包括：第二隔层，第二隔层上设置有第二通孔，且第二隔层围绕壳体的轴线形成第一空腔；第三隔层，第二隔层上设置有第三通孔，且第三隔层与第二隔层之间形成第二空腔，第三隔层与壳体形成第三空腔；第一通孔设置在与第三空腔相对应的第一隔层上；及第一吸附剂，设置于第二空腔中。

进一步地，轴向流吸附单元用于净化沿壳体轴线方向流动的气体，且轴向流吸附单元内部设置有第四空腔，轴向流吸附单元包括第二吸附剂，设置于第四空腔内部。

进一步地，轴向流吸附单元还包括多根换热管道，多根换热管道设置于第四空腔中，且第二吸附剂设置于多根换热管道之间。

进一步地，气体吸附装置还包括导叶，设置于第一隔层的靠近径向流吸附单元的一侧。

进一步地，导叶与壳体的轴线方向的夹角为30°～75°。

进一步地，第二吸附剂的粒径大于第一吸附剂。

进一步地，第一吸附剂为分子筛，第二吸附剂为氧化铝吸附剂。

进一步地，气体吸附装置还包括气体分布器，气体分布器设置在壳体内部，且气体分布器与待吸附气入口相连通。

进一步地，气体分布器的材质为疏水性材料，优选为不锈钢材料。

进一步地，壳体还包括第一封头和第二封头，且待吸附气入口设置于第一封头上，净化气出口设置于第二封头上，且径向流吸附单元与第二封头的连接处为固定端，径向流吸附单元的另一端为自由端。

应用本发明的技术方案，吸附单元同时包括轴向流吸附单元和径向流吸附单元。这有利于提高吸附装置的吸附效率，从而降低吸附装置的体积，进而有利于降低吸附剂的用量；同时还有利于解决单一设置轴向流吸附单元存在的吸附床气流阻力大，单一设置径向流吸附单元存在的气体分布不均等问题，从而达到提高吸附剂的使用效率，减小吸附器的尺寸，降低能耗，并降低成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明提供的一种优选的气体吸附装置的结构示意图；

图2示出了本发明提供的一种优选的第一封头的俯视结构示意图；以及

图3示出了本发明提供的一种优选的第二封头的俯视结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、壳体；11、待吸附气入口；12、净化气出口；13、第一再生气入口；14、第二再生气入口；15、第一封头；16、第二封头；20、吸附单元；21、轴向流吸附单元；22、径向流吸附单元；23、第一隔层；221、第二隔层；222、第三隔层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如背景技术所描述的，现有气体吸附器存在的气流阻力大、吸附剂用量大以及气流分布不均的问题。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种气体吸附装置，如图1所示，包括：壳体10和吸附单元20，其中吸附单元20包括轴向流吸附单元21、径向流吸附单元22以及第一隔层23。壳体10设置有待吸附气入口11和净化气出口12；吸附单元20设置于壳体10的内部，且分别与待吸附气入口11及净化气出口12相连通。第一隔层23设置于轴向流吸附单元21和径向流吸附单元22之间，且第一隔层23上设置有第一通孔，沿壳体10的轴线方向，轴向流吸附单元21和径向流吸附单元22通过第一通孔相连通。

本实施例提供的气体吸附装置中，如图1所示，吸附单元20同时包括轴向流吸附单元21和径向流吸附单元22。这有利于提高吸附装置的吸附效率，从而降低吸附装置的体积，进而有利于降低吸附剂的用量；同时还有利于解决单一设置轴向流吸附单元21存在的吸附床气流阻力大，单一设置径向流吸附单元22存在的气体分布不均等问题，从而达到提高吸附剂的使用效率，减小吸附器的尺寸，降低能耗，并降低成本。上述气体吸附装置可用于除去空气中的水和二氧化碳。

上述气体吸附装置中采用轴向流吸附单元与径向流吸附单元相结合方式就能够减小吸附床气体阻力、降低吸附剂用量和抑制气体分布不均的现象。本实施例中，气体吸附装置还包括第一再生气入口13，设置于壳体10上，且吸附单元20与第一再生气入口13相连通。上述气体吸附装置中同时设置待吸附气入口11、净化气出口12、第一再生气入口13。

再生过程中，气体从第一再生气入口13进入气体吸附装置，然后分别从待吸附气入口11和净化气出口12排出气体吸附装置，完成再生过程。这使得气体吸附过程或再生过程的气体可以采用双进双出的方式在气体吸附装置中形成对流，从而进一步抑制了气体吸附装置中的气流分布不均的情况，提高了气体吸附效率。

上述气体吸附装置中，仅设置第一再生气入口13就能够起到进一步抑制气体分布不均的的效果。本实施例中，气体吸附装置还包括第二再生气入口14，设置于所述壳体10上。第二再生气入口14的设置有利于在抑制气体吸附装置中气流分布不均的同时，进一步提高再生效率。优选地，沿壳体10的轴线的垂直方向，第二再生气入口14与第一再生气入口13对称分布。同时相比于非对称时，第一再生气入口和第二再生气入口对称分布有利于更进一步提高再生效率。

上述轴向流吸附单元21可以是多个串联的轴向流吸附器，径向流吸附单元22也可以是多个串联的径向流吸附器。

上述气体吸附装置中，径向流吸附单元可以采用常用的结构。本实施例中，如图1所示，径向流吸附单元22包括第二隔层221、第三隔层222和第一吸附剂。第二隔层221上设置有第二通孔，且第二隔层221围绕壳体10的轴线形成第一空腔。第三隔层222，第二隔层221上设置有第三通孔，且第三隔层222与第二隔层221之间形成第二空腔，第三隔层222与壳体10形成第三空腔；第一通孔设置在与第三空腔相对应的第一隔层23上；及第一吸附剂，设置于第二空腔中。这有利于将需要在径向流吸附单元22进行吸附的气体在第三空腔中进行缓冲，然后使第三空腔中的气体以较为均匀的速度经过第二空腔中的吸附剂，从而有利于提高气体吸附装置的吸附效率。

在实际使用过程中，上述第二隔层221和第三隔层222可以使用丝网。

上述气体吸附装置中，轴向流吸附单元可以采用常用的结构。本实施例中，如图1所示，轴向流吸附单元21用于净化沿壳体10轴线方向流动的气体且轴向流吸附单元21内部设置有第四空腔。轴向流吸附单元21包括第二吸附剂，且第二吸附剂设置于第四空腔中。为了减少轴向流吸附单元21的床层阻力，通常情况下第二吸附剂使用大颗粒催化剂。

通常情况下，待净化的空气中的含水量大于二氧化碳的含量，而轴向流吸附单元21的吸附效率也较优于径向流吸附单元22，因而将采用轴向流吸附单元21与待吸附气入口11相连通有利于提高水分的吸收效率。

本实施例中，轴向流吸附单元21还包括多根换热管道，多根换热管道设置于第四空腔中，且第二吸附剂设置于多根换热管道之间。由于利用吸附剂除去水分的过程为放热过程，因而在第四空腔中设置换热管道能够提高轴径向流吸附装置的散热效果，这不仅有利于减少吸附器的因热量造成的轴向位移，特别是在采用卧式安装方式的情况，同时还有利于减少吸附器内的热量提高吸附剂的吸附容量。实际使用过程中也可以在径向吸附单元的第二空腔中设置多根换热管道。

本实施例中，气体吸附装置还包括导叶，设置于第一隔层23的靠近径向流吸附单元22的一侧。导叶的设置有利于降低待吸附气体的流体阻力。

本发明提供的气体吸附装置中，设置导叶有利于降低吸附剂床层的流体阻力。本实施例中，导叶与壳体10的轴线方向的夹角包括但不限于30°～75°。导叶与壳体10之间的夹角包括但不限于上述范围，但是限定在上述范围内有利于进一步降低吸附剂床层的流体阻力。

在实际使用过程中，本领域技术人员可以采用本领域常用的吸附剂及其用量。本实施例中，第二吸附剂的粒径大于第一吸附剂。这有利于降低减少第一吸附剂的用量，同时上述进一步提高吸附效率。优选地，第一吸附剂包括但不限于分子筛，第二吸附剂包括但不限于氧化铝吸附剂。上述吸附剂具有较好的吸附效率，且价格较为低廉。

本实施例中，气体吸附装置还包括气体分布器，该气体分布器设置在壳体10的内部，且气体分布器与待吸附气入口11相连通。这有利于使待吸附的气体进入气体吸附装置后更加均匀和平稳，有利于更进一步提高气体吸附装置的净化效率。优选地，气体分布器的材质为疏水性材料。采用疏水性材料有利于除去气体中部分含油的组分，进而有利于提高气体吸附装置的安全性。更优选气体分布器的材质为不锈钢材料。在实际生产过程中，可以在吸附剂层之间设置气体分布器，这有利于进一步降低吸附剂床层的压力降，同时降低待吸附气的流体阻力。优选在吸附剂床层内部每间隔10cm设置气体分布器。

本实施例中，壳体10还包括第一封头15和第二封头16，如图1所示，待吸附气入口11设置于第一封头15上，净化气出口12设置于第二封头16上，且径向流吸附单元22与第二封头16的连接处为固定端，径向流吸附单元22的另一端为自由端。由于径向流吸附单元22的一端为自由端，在进行再生加热时，径向流吸附单元22可以向下自由膨胀，从而有利于抑制因膨胀引起气体吸附装置破损的现象。第一封头15和第二封头16的俯视图分别见图2和图3所示。

本实施例中，壳体10底部设置有裙座。这有利于提高气体吸附装置的稳定性。

本实施例中，在待吸附气进气口和/或净化气出气口设置空隙小于1mm的不锈钢丝网填料。这能够对进入气体吸附装置或从气体吸附装置排出的气体起到过滤作用，同时有利于抑制气体的壁流效应。

此外，在实际使用过程中，上述气体吸附装置可以是立式的也可以是卧式的。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。