[发明专利]吸附床结构及过程

说明书

技术领域

本发明大体上涉及用于气体分离过程的吸附床结构的领域。更具体而言，本发明涉及包括独立的模块化紧凑吸附床单元的用于基于吸附的气体分离过程的吸附床结构。

背景技术

使用吸附床的气体分离过程是本领域中公知的。典型的基于吸附的过程包括从多组分进气选择性吸附至少一个或多个可吸附的气体组分来产生包含一个或多个吸附性较小的气体组分的产品气体的那些。特别相关但不限于其的是循环吸附过程，其中至少一个经吸附的气体组分使用诸如在变压吸附(PSA)过程、变真空吸附(VSA)过程、变真空压力吸附(VPSA)过程或变温(TSA)过程中进行的反向气流来从吸附剂材料中除去。这些过程近几年发展显著，其中对吸附剂材料、吸附床和总体过程参数和控制进行了改善。与此设备的构造和操作相关联的成本由竞争市场压力不断驱使而降低，且变得最重要的是通过减小床尺寸和使构件标准化来降低与设计、构筑、运输和操作此设备相关联的成本。期望的是使用较小或紧凑的床结构来降低吸附剂材料的要求；减小工厂设备如过程容器和调压室的尺寸；以及还减小包括运输垫木大小的总体设备占地面积。较小的垫木继而又降低了运输和安装成本。

本吸附床结构汇集了设计使用的利益；模块化且可规模改变的吸附床设计中的低的入口空隙容积、大的床面积，以及短的床深度(传送长度)需要减少吸附剂存量和具有较小总体大小的较小工厂设备。这些模块化紧凑设计更适于相比常规床构造减小的传送长度几何形状，因为较大的容器难以制造，且在此传统构造中具有高度和尺寸限制。这对于径向床设计别是如此。另外，提供现在结合现代过程强化要求使用的较短循环时间的能力由于高空隙损失和缩短的阀寿命而很难在传统较大的构造中实施。例如，常规径向或轴向构造将需要若干单独的容器，这将使得它们的构造和维护不经济。

因此，期望设计用于基于吸附的气体分离过程的新的吸附床系统，其大体上尺寸较小；需要较低制造成本；容易运输；具有较少维护和修理要求；以及容易装载吸附剂材料。同样重要的是设计较小的吸附床，但不会不利地影响过程流；循环速度；生产率和生产量；以及可能增加更新的更强化的过程的总体功率需求。这些较小的设计导致了基于吸附的气体分离设备的显著成本节省。

已经提出了现有的模块化紧凑床设计。例如，美国专利8,361,205和8,268,043公开了两种此类设计。本发明公开了独特的模块化设计，其具有关于制造和操作成本的优点。一方面，本文教导的单独的进料和产品通道提供更一致的流动分布和较小的压降，导致更平衡的进料和产品流。本发明的另一方面涉及的事实是内部构件的组装使得总体结构更坚固，且比之前的设计需要更少的总体构造材料(一般是碳钢，且通常是不锈钢)。本文公开的外部产品歧管还使得了使用廉价的焊接或其它技术来密封，且使得有可能使用廉价的阀或其它限流装置或几何形状来调整进入各个模块化紧凑吸附床单元的气流，导致了更平衡的过程气流。

发明内容

本发明提供了一种用于基于吸附的气体分离过程中使用的吸附床容器的新颖模块化紧凑设计，且特别适于循环吸附过程，如，PSA、VSA、VPSA和TSA过程。模块化紧凑设计包括独立模块化(吸附)床单元，其可以以排成一行(in-line)的顺序连接来形成集成模块化吸附床，其在本文中称为具有变化的尺寸和长度的"模块化床结构"。模块化紧凑床设计便于增大床正面(frontal)流动区域、较短床深度和优化的传送长度。

本发明的一个实施例包括用于从包含至少一个可吸附组分的进气除去至少一个可吸附气体组分的基于吸附的气体分离过程，其包括：将进气传递到包括一个或多个连接的模块化紧凑吸附床单元的吸附床结构中，其中各个单元均允许进气进入和产品气体流出，其与单元内的流动通道流动连通，且包括：

a)由第一外壁和第二外壁构成的两个末端的大致平行的气体不可透过的外壁，

b)定位在外壁内的两个大致平行的气体可透过内壁，其由邻近第一外壁的第一内壁和邻近第二外壁的第二内壁构成；

c)外部壁，其包围内壁和外壁的周缘，且形成第一外壁与第一内壁之间的第一隔间，以及第二外壁与第二内壁之间的第二隔间；

d)允许进气穿过内壁和外壁且拒绝气体进入第一隔间的进料流动通道；

e)密集地填装在第一内壁与第二内壁之间且围绕流动通道的外周的吸附剂材料；以及

f)允许除去产品气体的出口通道；