专利名称：通过吸附进行气体分离的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及到用于通过吸附进行气体分离的设备，具体地说，本发明涉及到PSA或VSA(压力/真空回转式吸附)型设备，这种类型的设备包括外罩内的由至少一种吸附物质构成的至少一个垂直的区域；以及，气体循环装置，该装置用于提供气流，使气流基本上水平地穿过前述吸附物质并且将气流排入和排出所说的外罩。
就气体的循环和分布而言，这种能按快速循环过程来处理较高气体流速的分离设备存在着问题，在使气流水平地穿过吸附物质的设备中，所述问题更加突出，这里，情况就是这样。
本发明的目的是提供通过吸附进行气体分离的设备的新结构，以便能以较低的生产成本和最小的能耗获得气体在整个小型结构内有所改善的分布。
为此，依照本发明的一个特征，所说的循环装置在吸附物质的至少一个垂直侧面上包括有一配气空间，此配气空间包括一第一子空间，它与吸附物质相邻；以及，一第二子空间，它通过一设置有气体通路的壁面与第一子空间相分隔，所说的气体通路具有多种横截面和/或一配气装置，对这些横截面和/或配气装置加以选择以减少吸附物质上述侧面上的局部流速的垂直变化同时形成最小的压力损失。
依照本发明的另一些特征-所述第一和第二子空间具有基本上相同的轴向长度；-所述第一子空间与第二子空间的容积比小于4，通常大于0.25；-所述通路的整个表面积与第二子空间的入口/出口表面积之比小于5，通常大于0.5；-所述循环装置包括垂直的供气和排气部分；-所述吸附物质是环形的；-所述供气和排气部分在外罩的同一轴向侧面上与气体回路相连。
本发明的其它特征及优点将从以下连同附图对实施例所作的说明中体现出来，这些实施例是说明性的并不意味着有任何限制，在附图中
图1是本发明设备的垂直剖面的概略图；以及图2是本发明设备的一个特定实施例的垂直剖面图。
在以下的说明中以及在附图中，相同或相似的部件具有相同的标号。
在图1所示的实施例中，一由吸附物质3构成的环形块设置在位于一轴对称的外罩内的环形基体2上，所说的外罩则一般用标号1来表示，同轴网格在内部和外部限定了所说的环形块。一有孔表面4将吸附物质3内部的空间分成了一第一子空间5以及一第二子空间6，上述有孔表面4在这里呈锥形的几何形状并具有由按角度轴向分布的小孔40所构成的结构，第一子空间5与吸附物质相邻，而第二子空间6则与中心导管7相连通，中心导管7用于将所要分离的混合气体输入进吸附物质3。在图1所示的实施例中，一在这里呈锥形的有孔表面8以相似的方式将外罩1的环形外壳与吸附物质3的外缘之间的环形空间分成了一第一子空间9以及一第二子空间10，第一子空间9与吸附物质相邻，而第二子空间10则通过基体2的外缘与外罩的环形外壳之间的通路而与形成在上述外罩内的下部箱室相连通同时与出气管11相连通，出气管11用于未被吸附物质3拦住从而与经由管道7所输入的混合气体分离开来的气体。
依照本发明的一个方面，容积5与容积6(或容积9与容积10)之比小于4、最好在0.4至1.5之间。依照本发明的另一个方面，小孔40的整个表面积与进气管7的横截面之比小于5，最好在1至2.5之间(对壁面8上的小孔40的横截面与空间10的环形入口的横截面之比来说，也是如此)。
利用上述结构，所说的小孔可以在很低的压力损失从而没有能量损失的情况下确保一定的基本分布，因而，向所述子空间供气的局部流速之间的偏差通常会小于30％。通过形成可变的小孔和/或通过使前述有孔表面的几何形状最佳化和/或通过按能量要求略有增加的成本用至少某些上述小孔来增加压力损失，可以将上述变化减少至15％或更少。
下游的子空间(按气体循环方向是5或9)可以通过吸附物质填充物内下游的压力损失以及由小孔所输出的射流的扩散来确保前述局部流速的重新平衡，以便避免因吸附物质的保护网格处的射流动能所引起的局部压力变化。
利用上述结构，保证所述压力在系统轴向方向上有几乎理想重新平衡的纵向流速会低于供气流速，这就可以使用较小尺寸的圆环，从而能生产出具有小型结构的设备。
图2中的实施例也包含有业已说明过的中央配气装置，它由一平直的有孔导管4构成，导管4使轴向供气管7延伸。所示的设备并不带有外部配气装置，而是只具有一薄的环形箱室12，它形成在箱室1的环形外壳与环形吸附物质3的外缘之间。在这一实施例中，外罩1具有穹形上端和下端，下端与基体2一道限定了一环形下部箱室，此箱室与导管7和4共轴并包括一环形分隔件13，该分隔件上设置有成角度分布的开孔4，以调节来自和到达导管11的气流。上部穹顶包括一中央通筒，以便能够装载由密封膜14所轴向挤压的吸附物质，而密封膜14则固定在外罩的环形外壳与用来封住导管的中心凸缘15之间并且受到例如输入进上部穹顶内的压缩气体的主动挤压，以便防止吸附物质3在箱室5与12之间迂回的危险。
在所示的实施例中，为了能保证由中央导管4的小孔40所输出的射流在到达吸附物质3之前更好地分散开来，应在吸附物质3与子空间5之间设置环形物16，该环形物由金属衬片构成，由陶瓷球构成，或者，在所要分离的混合气体包含有水蒸气时最好由有助于阻挡水蒸气的氧化铝球构成。
图2中实施例的设备带有高度H为5m的吸附物质，外径为1.54m的吸附物质，内径为40cm的吸附物质、直径为30cm的有孔导管4，此导管具有2.4％的小孔率，即整个小孔表面积约6倍于导管4横截面，通过比较，这种设备能在第一子空间与第二子空间(6)之比为0.78的情况下提供与外径为1.74的环形吸附物质以及直径为90cm的单一中央供气通路在整个吸附物质体积约为8.65m3情况下相同的配气质量和效率。应注意，与那些因尺寸及成本而不可接受的多孔材料的配气装置型方案相比，本发明的结构能提供小型化并能减少无用的空间，而所说的不可接受的方案则总是涉及到按较大的横截面来安装配气空间，以便防止因摩擦压力损失和气体动能的变化所引起的压力变化或防止能产生较大压力损失的压力变化。
权利要求
1.通过吸附进行气体分离的设备，它包括外罩(1)内的由至少一种吸附物质(3)构成的至少一个垂直的区域；以及，气体循环装置，该装置用于提供气流、使气流水平地穿过前述吸附物质并且排放气流，所述设备的特征在于，前述循环装置在所述吸附物质(3)的至少一个垂直侧面上包括有一配气空间，此配气空间包括一第一子空间(5；9)，它与吸附物质相邻；以及，一第二子空间(6；10)，它通过一设置有通路(40)的壁面与第一子空间相分隔，所说的通路(40)具有一些横截面和/或一配气装置，对这些横截面和/或配气装置加以选择以减少吸附物质上述侧面上的局部流速的垂直变化。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，第一(5；9)和第二(6；10)子空间具有基本上相同的轴向长度。
3.如权利要1或2所述的设备，其特征在于，所述第一子空间与第二子空间的容积比不大于4。
4.如前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，通路(40)的整个横截面与第二子空间(6；10)的入口/出口横截面之比不大于5。
5.如前述权利要求之一所述的设备，其特征在于，所述循环装置包括垂直的供气和排气部分。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述吸附物质(3)是环形的。
7.如权利要求5或6所述的设备，其特征在于，所述供气和排气部分在外罩的同一轴向侧面上与气体回路(7；11)相连。
8.如权利要求6和7之一所述的设备，其特征在于，前述设置有通路的壁面包括有管道(4)，该管道以共轴的方式设置在吸附材料(3)内并配备有成角度轴向分布的小孔(40)。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，该设备包括由分隔材料构成的环形薄层(16)，而所说的分隔材料则径向地设置在吸附物质(3)的内侧。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述分隔材料(16)包括氧化铝球。
11.如权利要求7至10之一所述的设备，其特征在于，所说的外罩包括侧部环形外壳和一基体并包括一横向分隔件(2)，此分隔件支承着吸附物质(3)并同上述基体一道限定了一下部箱室，该箱室与一环形空间(12)相连通，而环形空间(12)则位于前述环形外壳与吸附物质(3)的外缘之间。
12.如权利要求7至11之一所述的设备，其特征在于，该设备包括一隔膜(14)，此隔膜被挤压在吸附物质(3)的上部。
13.将前述权利要求之一所述的设备用于分离气体和空气。
全文摘要
例如PSA型设备，它包括用于使气体水平穿过吸附物质的气体循环装置，该装置在吸附物质的至少一个垂直侧面上包括有一配气空间，此空间包括一第一子空间，它与吸附物质相邻；以及一第二子空间，它通过一设置有通路的壁面与第一子空间相分隔，所说的通路具有多种横截面和/或一配气装置，对这些横截面和/或配气装置加以选择以减少沿吸附物质的局部流速的变化。
文档编号B01D53/047GK1153076SQ9611114
公开日1997年7月2日 申请日期1996年8月21日 优先权日1996年8月21日
发明者菲力普·安德烈亚尼, 克里斯蒂安·莫内罗 申请人:乔治·克劳德方法的研究开发空气股份有限公司