一种立式模块化分子筛吸附器

摘要

本发明涉及一种立式模块化分子筛吸附器，主要用于空分系统中。本发明包括立式壳体，立式壳体内形成密封空腔，在立式壳体上安装有至少一个吸附模块，吸附模块由原料气进口、产品气出口、吸附层组成，两个以上的吸附模块上下设置，各吸附模块并联工作；两个吸附模块之间由固定在立式壳体内的分腔封头分隔，分腔封头将密封空腔上下分隔成互不相通的密封隔腔，每个吸附模块均与一个密封隔腔相对应；一个吸附模块的吸附层固定于一个密封隔腔中，该吸附模块的原料气进口和产品气出口固定在立式壳体上，并与该密封隔腔相通。本发明使立式吸附结构的应用范围扩大到大型设备上去，从而可以避免卧式吸附器、径向流吸附器的复杂结构和高事故率。

权利要求

1.一种立式模块化分子筛吸附器，包括立式壳体，立式壳体内形成密封空腔，其特征在于：在所述的立式壳体上安装有至少一个吸附模块，所述的吸附模块由原料气进口、产品气出口、吸附层组成，两个以上的吸附模块上下设置，各吸附模块并联工作；两个吸附模块之间由固定在立式壳体内的分腔封头分隔，分腔封头将所述的密封空腔上下分隔成互不相通的密封隔腔，每个吸附模块均与一个密封隔腔相对应；一个吸附模块的吸附层固定于一个密封隔腔中，该吸附模块的原料气进口和产品气出口固定在立式壳体上，并与该密封隔腔相通。

2.根据权利要求1所述的立式模块化分子筛吸附器，其特征在于：所述的吸附模块的原料气进口和产品气出口固定在立式壳体的侧面。

3.根据权利要求1所述的立式模块化分子筛吸附器，其特征在于：在所述的立式壳体的底部固定有裙座。

说明书

一种立式模块化分子筛吸附器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种立式模块化分子筛吸附器，主要用于空分系统中。

背景技术

[0002] 在应用于石化、天然气等领域的空分系统中，分子筛吸附器属于关键设备。分子筛吸附器工作时，常常一台工作，另一台再生，互为备用。在再生的过程中，容器的工作温度的变化范围达150°C以上，往复循环。在特定条件下，这种周期出现的热胀冷缩效应，会在容器内部产生交变应力，恶化了容器的受力工况，增加了设计难度。

[0003] 从结构形式上区分，分子筛吸附器主要有立式、卧式、径向流式三种类型。其中立式吸附器结构简单、吸附层流场均匀、性能可靠；卧式吸附器结构工作容量大，但是受力工况恶劣、占地面积大、需要承受热胀冷缩引起的复杂交变应力、吸附层容易故障率高；径向流式吸附器结构复杂、对内件材质要求高、吸附层事故率高。

[0004] 图2为立式分子筛吸附器结构示意图。在立式吸附器器内，气流在吸附层内分布对称均匀，吸附层的高度可根据需要自由选择，故吸附剂的功能可得到充分的发挥。但是，随着工艺流程对吸附器处理原料气能力要求的增加，吸附器的规格会越来越大，主要体现在吸附器的直径的加大，以增加吸附层的通流面积，但是，其直径的加大受到运输条件的限制，故其工作容量受到限制。到目前为止，立式分子筛吸附器属于制造工艺最成熟、受力性能最好，可靠性最高、占地面积最小的结构形式。

[0005] 图3为卧式分子筛吸附器结构示意图，为分子筛吸附器的另一种常见形式。卧式吸附器在直径满足运输条件的前提下，可通过调整容器的长度，增加吸附床层的通流面积，从而使分子筛吸附器的工作容量等比增加。但是，卧式吸附器在工作时，其鞍式支座部分受力工况恶劣，故壳体厚度加大；由于热胀冷缩的影响，第二鞍式支座7会周期性的往返移动，容器的壳体内会产生相应的交变应力，其强度与支座移动时的阻力相当，设计时需要考虑该工况引起的疲劳破坏；受几何形状的影响，其床层高度受限制，吸附效率低；在移动的过程中，如果壳体的变形和吸附床层的变形不同步产生，还会造成床层泄漏的事故。

[0006] 申请号为201010601631.0、名称为模块化紧凑吸附床的中国发明专利申请公开了一种模块化设计的吸附装置，该吸附床结构包括多个模块化吸附床单元。其存在以下几个缺点：

[0007] 1、多个模块化吸附床单元在吸附床内是相通的，并共用内置于吸附床的共用气体通道，

[0008] 在实际应用中，多个模块化吸附床单元之间干扰大，模块化吸附床单元的流量不均匀，前方模块化吸附床单元的流量大，后方模块化吸附床单元的流量小，误差较大，不利于前期根据需求流量而进行的模块数量设计计算。

[0009] 2、该吸附床不适合立式安装，需卧式安装，就如该专利申请图1和图2所示，工作时也存在卧式分子筛吸附器的众多缺点。

[0010] 3、结构较为复杂，增加了设计和制造成本。

发明内容

[0011] 本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足而提供一种结构设计合理的立式模块化分子筛吸附器，该立式模块化分子筛吸附器在保留立式分子筛吸附器的结构特点上，使立式吸附结构的应用范围扩大到大型设备上去，从而可以避免卧式吸附器、径向流吸附器的复杂结构和高事故率。

[0012] 本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种立式模块化分子筛吸附器，包括立式壳体，立式壳体内形成密封空腔，其特征在于：在所述的立式壳体上安装有至少一个吸附模块，所述的吸附模块由原料气进口、产品气出口、吸附层组成，两个以上的吸附模块上下设置，各吸附模块并联工作；两个吸附模块之间由固定在立式壳体内的分腔封头分隔，分腔封头将所述的密封空腔上下分隔成互不相通的密封隔腔，每个吸附模块均与一个密封隔腔相对应；一个吸附模块的吸附层固定于一个密封隔腔中，该吸附模块的原料气进口和产品气出口固定在立式壳体上，并与该密封隔腔相通。

[0013] 本发明所述的吸附模块的原料气进口和产品气出口固定在立式壳体的侧面。

[0014] 本发明在所述的立式壳体的底部固定有裙座。

[0015] 本发明与现有技术相比，具有如下优点和效果：本发明对吸附结构进行模块化，并将这些吸附模块叠加安装，保留了立式分子筛吸附器的立式结构；由于吸附模块可并联工作，故其吸附能力不受限制，其吸附能力理论上与模块的数量成正比，根据其工作容量的要求选择吸附模块的数量即可，而且各吸附模块的工作温度周期性变化、受热胀冷缩效应作用时，其内应力一直与自身负荷相等，故不会产生相应的交变应力；该结构保留了立式吸附器的优点，又解决了其工作容量的限制问题，同时避免了卧式吸附层和径向流吸附层的复杂结构。

附图说明

[0016] 图1为本发明实施例的结构示意图。

[0017] 图2为立式分子筛吸附器结构示意图。

[0018] 图3为卧式分子筛吸附器结构示意图。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步说明。

[0020] 参见图1，本发明实施例包括立式壳体1，立式壳体1为受压壳体。立式壳体1内形成密封空腔2。

[0021] 在立式壳体1上安装有至少一个吸附模块3，吸附模块3由原料气进口31、产品气出口32、吸附层33组成，两个以上的吸附模块3上下设置，各吸附模块3并联工作。两个吸附模块3之间由固定在立式壳体1内的分腔封头4分隔，分腔封头4将密封空腔2上下分隔成互不相通的密封隔腔21，每个吸附模块3均与一个密封隔腔21相对应。一个吸附模块3的吸附层33固定于一个密封隔腔21中，该吸附模块3的原料气进口31和产品气出口32固定在立式壳体1的侧面，并与该密封隔腔21相通。

[0022] 各吸附模块3共用一套受压的立式壳体1。各吸附模块3并联工作，即在工作时，一股在吸附器外需处理的原料气分成数份经原料气进口31分别进入各吸附模块3，各吸附模块3独立处理进入其内的原料气，相互之间不干扰，处理后生成的产品气经产品气出口32排出后在吸附器外又合成一股。

[0023] 分腔封头4只承受各密封隔腔21的最大压差，是非受压元件。

[0024] 在立式壳体1的底部固定有裙座5。裙座5支撑替代图2中的支腿6，可有效承受多模块组合后的负荷。

[0025] 吸附层33与立式吸附器的吸附层一致。

[0026] 吸附模块3的原料气进口31和产品气出口32固定在立式壳体1的侧面，可方便多个吸附模块3的上下叠加设计。

[0027] 水力学校核：本发明的工作性能通过fluent计算流体力学进行了以下校核，计算结果十分满意：

[0028] 1、管系偏流校核。在设定压力、温度、流量的前提下，流过上下两个吸附模块3中的吸附层33的流量误差不到1%，利于前期根据需求流量而进行的模块数量设计计算。

[0029] 2、吸附层流场校核。利用多孔介质模拟吸附层，现有吸附模块通过合理布置，吸附层内的流场均匀，无偏流、回流、涡流发生，故可确保吸附效率。

[0030] 3、分腔封头4负荷校核。假设原料气进口31处于设计压力状态，产品气出口32处于常压状态，该工况类似于极端失压工况，此时分腔封头4承受的压差不到10KPa，故分腔封头4可采用平板、椭圆、球面等各种样式。采用椭圆和球面封头时，其计算厚度仅4mm，故安全性极高。

[0031] 在本实施例中，在立式壳体1上安装有两个吸附模块3，为第一吸附模块3a和第二吸附模块3b，第一吸附模块3a由第一原料气进口31a、第一产品气出口32a、第一吸附层33a组成，第二吸附模块3b由第二原料气进口31b、第二产品气出口32b、第二吸附层33b组成，第一吸附模块3a和第二吸附模块3b上下设置，第一吸附模块3a和第二吸附模块3b并联工作。第一吸附模块3a和第二吸附模块3b之间由固定在立式壳体1内的分腔封头4分隔，由于本实施例中为两个吸附模块，因此设置了一个分腔封头4，该分腔封头4将密封空腔2上下分隔成互不相通的第一密封隔腔21a和第二密封隔腔21b，第一吸附模块3a与第一密封隔腔21a相对应，第二吸附模块3b与第二密封隔腔21b相对应。第一吸附模块3a的第一吸附层33a固定于第一密封隔腔21a中，该第一吸附模块3a的第一原料气进口31a和第一产品气出口32a固定在立式壳体1的侧面，并与该第一密封隔腔21a相通。第二吸附模块3b的第二吸附层33b固定于第二密封隔腔21b中，该第二吸附模块3b的第二原料气进口31b和第二产品气出口32b固定在立式壳体1的侧面，并与该第二密封隔腔21b相通。

[0032] 为了直观地了解发明产品的性能优势，现列举一实例设计进行性能对比。类型13
是本实施例结构，以一套8000型空分设备用、空气量处理能力为40000Nm/h的立式分子筛吸附器为基础，通过对该立式分子筛吸附器的模块化设计和组装，其对空气流量的处理流量加倍，可用于15000空分设备；类型2为一套15000型空分设备用的卧式分子筛吸附器，
3
其空气处理能力为80000Nm/h。

[0033] 现将类型1和类型2两种设备的一些特性参数进行对比，详细结果见表1：

[0034] 表1：15000型空分设备用分子筛吸附器参数对比

[0035]

[0036] 从表1可知，本发明产品的设备重量比卧式分子筛吸附器要轻，吸附剂使用量节省达25%左右。更重要的是，本发明使用产品结构简单，性能可靠。由于缺乏径向流吸附器的详细资料，故不作详细比较，但是本发明结构简单、材料要求低、安全性好这些优点，是径向流吸附器无法比拟的。