專利名稱：絕熱反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括一個(gè)帶有絕熱件的圓柱形容器的絕熱反應(yīng)器，具體地說涉及一種用于純化送入空氣蒸餾設(shè)備中的空氣的吸附器。
空氣蒸餾設(shè)備通常包括吸附器，使進(jìn)入設(shè)備的高壓空氣在冷卻前得到干燥和除碳處理，然后進(jìn)入蒸餾塔。為此，通常絕對(duì)壓力為5巴左右的需處理的空氣流過吸附器中的吸附劑床。一旦床失去吸附能力，利用干燥和經(jīng)除碳的氣體對(duì)吸附劑進(jìn)行再生處理。這種氣體可以是從蒸餾塔中回收的排氣，以逆流方向?qū)⒃摎怏w噴入到吸附器中。為了提高再生能力，將這種排氣加熱到約200℃。該吸附器被稱之為“TSA(變溫吸附)吸附器”，在這種吸附器中，吸附劑的溫度進(jìn)行周期變化。
加熱氣體以及吸附劑意味著蒸餾設(shè)備消耗大部分能量，所以為了減少這種消耗，要求降低吸附器和周圍進(jìn)行的熱交換。
由吸附器壁外套組成的絕熱件已為眾所周知。這種絕熱對(duì)整個(gè)吸附器很有效，但當(dāng)吸附器的溫度周期地進(jìn)行變化時(shí)，就存在一些問題。這是因?yàn)?，由于吸附器的壁通常是由金屬制成的，根?jù)循環(huán)周期，這些壁就構(gòu)成儲(chǔ)熱器或吸熱裝置，溫度變化后，這種儲(chǔ)熱器或吸熱裝置就使穩(wěn)定狀態(tài)延遲建立。在再生期間，壁吸收一部分熱氣體提供的熱，所以延遲吸附劑的加熱，特別是在靠近壁的地方更是如此。在吸附期間，壁儲(chǔ)存熱，這樣就降低了吸附劑的吸附效果。所以壁的作用與循環(huán)不同步，這就大大地減低了吸附器的效果。
對(duì)于恒定流速來講，通過增加吸附器的尺寸和大幅度地減少循環(huán)頻率，就可以克服這種現(xiàn)象。但是，當(dāng)前蒸餾設(shè)備的發(fā)展致力于減少吸附器的尺寸以減少吸附劑量和降低吸附器的成本。由于減少了吸附劑量，所以循環(huán)頻率也就大大增加了。
為了提高現(xiàn)有吸附器的效率，公知技術(shù)是使吸附器設(shè)置內(nèi)絕熱件。這種內(nèi)部絕熱件必須滿足下面的特殊要求不能使吸附器壁和吸附劑床之間的氣體旁流，以便使需處理氣體和已處理過的氣體一直分開；必須經(jīng)得起循環(huán)操作施加的反復(fù)加壓和反復(fù)降壓，并能夠?qū)崿F(xiàn)約10巴的壓力變化；和必須承受周期性的水壓試驗(yàn)，這通常是工作地區(qū)的當(dāng)局所要求的。
美國專利US-A-3925041提出TSA吸附器設(shè)置內(nèi)絕熱件。這種吸附器包括一個(gè)垂直設(shè)置的圓柱形殼體，殼體兩端用分別形成頂和底的橢圓件封住。將吸附劑床設(shè)置在圓柱形殼體中。
在吸附劑床的區(qū)域內(nèi)，由剛性絕熱板材構(gòu)成內(nèi)部絕熱件，這些板材頭尾相連地貼在殼體上，并把一層纖維絕熱材料壓到該殼體上。所以該絕熱材料處在殼體和吸附劑床之間。為了在運(yùn)行期間防止氣體旁流過該絕熱件，將一些金屬板材裝到殼體上，蓋住絕熱板材的各邊，這樣就使氣體轉(zhuǎn)向流到吸附劑床中。
此外，用螺釘把纖維絕熱材料裝到吸附器的圓頂和底的內(nèi)部構(gòu)件上。
盡管這種內(nèi)部絕熱件可以大大提高吸附器的性能，但它不適于進(jìn)行水壓試驗(yàn)。其原因在于，這種試驗(yàn)結(jié)束后，絕熱材料變濕失效。所以必須進(jìn)行長期艱苦的、費(fèi)用極大的干燥過程。另外，需花費(fèi)很長時(shí)間才能困難地將絕熱板材和金屬板材裝到吸附劑床區(qū)域中，所以只有專業(yè)人員才能將這種絕熱材料裝到吸附器的內(nèi)壁上。因此已知的這種絕熱方法大大增加了吸附器的制造成本。
本發(fā)明旨在通過對(duì)吸附器進(jìn)行絕熱來解決上述各種問題，以使吸附器滿足上述要求，安裝費(fèi)用不高，而且安裝也方便。
為此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于使氣體通過活性材料床來處理氣體的絕熱反應(yīng)器，這種反應(yīng)器包括一個(gè)帶有絕熱裝置的圓柱形殼體，具體地說，絕熱裝置有一個(gè)與所述殼體平行的壁，該壁與殼體一起限定出一個(gè)充裝氣體的腔室，因此所述壁和所述充裝氣體的腔室處在殼體內(nèi)，并在殼體和殼體內(nèi)的活性材料床之間，其特征在于充裝氣體的腔室與裝有待處理氣體的反應(yīng)器的一部分連通和/或與裝有已處理過的氣體的反應(yīng)器的一部分連通，并且該設(shè)備包括用于阻止任何氣體流過充裝氣體的腔室的阻擋裝置，以便使待處理的氣體與已處理過的氣體分開。
本發(fā)明的反應(yīng)器可以具有下面的一個(gè)或多個(gè)特征所述阻擋裝置包括至少一個(gè)設(shè)置在所述壁和所述殼體之間的隔板；反應(yīng)器包括使所述充裝氣體的腔室中的自然對(duì)流減少的裝置；所述的使所述充裝氣體的腔室中的自然對(duì)流減少的裝置包括一塊板材，特別是一塊金屬板材，該板材設(shè)置在所述壁和殼體之間的充裝氣體的腔室中，以便獲得兩個(gè)充裝氣體的腔室；所述板材相對(duì)所述壁和所述殼體居中；所述板件和所述壁之間的間隔及所述板材和所述殼體之間的間隔為10到40mm之間，優(yōu)選為20mm；反應(yīng)器包括一些元件，具體地說包括一些點(diǎn)狀或線狀元件，這些元件一方面在所述板材和所述壁之間構(gòu)成一些隔離件，另一方面在所述板材和所述殼體之間構(gòu)成一些隔離件；在所述板材和所述壁之間構(gòu)成一些隔離件的元件相對(duì)于所述板材和所述殼體之間構(gòu)成一些隔離件的元件偏置；形成隔離件的元件最好是在所述的板件上壓紋后制成的凹部和突部，特別是這些凹部和突部有一些點(diǎn)狀端部；板件的凹部和突部在板件尺寸的整個(gè)長度上與殼體的軸平行地延伸，板件也與該軸平行，板件的凹部和突部的截面大體為三角形；所述凹部和突部在板件的每一面交替出現(xiàn)；對(duì)于具有一個(gè)延伸到構(gòu)成圓頂?shù)牟考械臍んw的反應(yīng)器來講，反應(yīng)器至少包括一層，優(yōu)選的是包括兩層粘到圓頂內(nèi)部的纖維氈；尤其對(duì)于變壓運(yùn)行的反應(yīng)器來講，上述纖維氈是陶瓷纖維，纖維氈的防水性和楊氏彈性模量之比小于1s/m2；該層氈或每一層氈的厚度為20至30mm之間，優(yōu)選約為25mm；利用可拆卸的固定構(gòu)件將各層氈固定到圓頂?shù)膬?nèi)部；所述的可拆卸固定構(gòu)件包括一些安裝到圓頂上的桿和一些墊片，這些桿用以穿透各層氈，所述的墊片用于將氈固定到圓頂上，通過一個(gè)內(nèi)夾構(gòu)件將墊片與桿配合；和反應(yīng)器是一種吸附器，特別是用于純化送入空氣蒸餾設(shè)備中的空氣的吸附器，活性材料是一種吸附劑。
從下面結(jié)合附圖的描述中可以理解本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點(diǎn)，這種描述通過舉例給出，但并不是對(duì)特征作任何限定，附圖中

圖1是沿本發(fā)明圖2反應(yīng)器的I-I線作的剖視圖；圖2是沿圖1反應(yīng)器的II-II線作的剖視圖；和圖3是圖1的細(xì)節(jié)III的放大圖。
圖1所示的是本發(fā)明的反應(yīng)器1。在該實(shí)施例中，反應(yīng)器1是一種用于對(duì)空氣蒸餾設(shè)備的環(huán)境空氣進(jìn)行干燥和除碳的吸附器。
反應(yīng)器1包括一個(gè)沿垂直軸Y-Y設(shè)置的圓柱形容器3。容器3由圓柱形殼體5構(gòu)成，該殼體向上延伸到構(gòu)成圓頂7的部件和向下延伸到構(gòu)成底9的部件。圓頂7和底9均為橢圓形或球形。部件5，7和9均由鋼材制成。
在反應(yīng)器的下端，底9有一個(gè)中心開口11，在吸附期間，該開口用作需處理氣體的入口，而在再生期間，該開口用作出口。
在反應(yīng)器的上端，圓頂7有一個(gè)中心開口13，在吸附期間，該開口用作已處理氣體的出口，而在再生期間，該開口用作已加熱過的氣體的入口。
將吸附劑床15設(shè)置在殼體5的內(nèi)部。該床15包括留在支座19上的吸附劑17，座例如是網(wǎng)，以允許氣體流過吸附劑17。吸附劑床15的高度通常為1至1.5m之間，這取決于需處理空氣量的多少，床的直徑為0.5至5m之間。
為了減少吸附器1在運(yùn)行期間的能量消耗，吸附器裝有內(nèi)絕熱裝置21。
絕熱件21包括設(shè)置在吸附劑17和殼體5之間的第一絕熱件23和施加到圓頂7內(nèi)側(cè)的第二絕熱件24。
絕熱件23包括一個(gè)與殼體5平行并固定到支座19上的圓柱形壁25。該壁25限定出一個(gè)處在殼體5和壁25之間的充氣腔室27。將一個(gè)減少自然對(duì)流的裝置29設(shè)置在充氣腔室27中，以便減少殼體5和吸附劑17之間的熱交換。
在所述的實(shí)施例中，裝置29包括一個(gè)板件31，具體地說該板件是金屬板，其厚度約為0.5mm，將該板件設(shè)置在壁25和殼體5之間。板件31為圓柱形，板件最好與壁25和殼體5對(duì)中，以便得到兩個(gè)充氣腔室33，35。板件31和壁25之間的間隔及板件31和殼體5之間的間隔為10至40mm之間，最好為20mm。
從圖2可以看到，反應(yīng)器包括元件37和39，這兩個(gè)元件一方面在壁25和板件31之間構(gòu)成隔離件，另一方面在板件31和殼體5之間構(gòu)成隔離件，這樣就可使板件31定位。
構(gòu)成隔離件的元件37和39最好是通過在板件31上壓紋后構(gòu)成的內(nèi)肋和外肋。外肋37和內(nèi)肋39沿著平行于殼體5的軸在板件31的整個(gè)范圍內(nèi)延伸，板件平行于上述垂直軸Y-Y。
肋37與肋39偏置，具體地說，肋37與肋39交替出現(xiàn)。這樣按排隔離件可以加長殼體5和吸附劑17之間熱傳導(dǎo)的傳熱通道，因而也就減少了殼體和吸附劑之間的換熱。
為了進(jìn)一步減少殼體5和吸附劑17之間的換熱，可以減少板件和殼體之間的接觸面積及板件和壁之間的接觸面積。為此，肋37和39的截面均為具有頂端41和43的三角形。頂端41和43分別頂靠著殼體5和壁25。
從圖1可以看到，圍繞網(wǎng)19的環(huán)形隔板43可封住充氣腔室27的下端42。隔極43避免了氣體的任何旁流，這樣在運(yùn)行期間，通過開口11或通過開口13進(jìn)入的氣體都必須流過吸附劑床15。
另一方面，充氣腔室27的上端44是打開的，這樣就可使充氣腔室中的壓力和吸附器1上端的壓力達(dá)到平衡。
第二內(nèi)絕熱件24由至少一層，但最好由陶瓷纖維氈50的兩層51和52制成，將這兩層纖維氈施加到圓頂7上。每層的厚度為20至30mm之間，最好等于25mm。
為了經(jīng)受得住吸附器運(yùn)行循環(huán)產(chǎn)生的反復(fù)加壓和減壓，本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)一種能滿足吸附器運(yùn)行循環(huán)的需要的氈。這種氈50的防水性約為60000Pa.s/m2。一方面，防水性由單位面積氈引起的壓降ΔP和大氣下的單位氣流密度之間的比值限定，另一方面防水性由通過該氈的氣體的流速限定。此外，該氈50的楊氏彈性模量E大于4×106Pa，這種氈50具有優(yōu)良的機(jī)械性能。本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，防水性和揚(yáng)氏彈性模量之比小于1s/m2的氈更適于用在TSA吸附器中，并可以大大減少將氈固定到圓頂壁上的固定點(diǎn)數(shù)，而且不影響氈的機(jī)械性能。
利用可拆卸的固定構(gòu)件53將該氈50固定到頂7的內(nèi)側(cè)，上述固定構(gòu)件的細(xì)節(jié)示于圖3中。各可拆卸的固定構(gòu)件包括一個(gè)焊接到頂7上并大體與圓頂?shù)谋诖怪睏U54。桿54穿破氈50的兩層51和52，該桿包括利用內(nèi)夾機(jī)構(gòu)與墊片58嚙合的突出件56，以便將氈固定到圓頂7上。
下面描述本發(fā)明反應(yīng)器的運(yùn)行情況，其中反應(yīng)器是上述的吸附器。
吸附階段在吸附循環(huán)期間，使需處理的空氣經(jīng)開口11進(jìn)入吸附器1。尚有水和二氧化碳的空氣通過吸附劑床15，得到干燥和除碳以后再通過開口13離開吸附器進(jìn)行純化。封住充氣腔室27下部的隔板43可避免需處理氣體旁流過充氣腔室。吸附周期的壓力通常為高壓，例如5巴(絕對(duì)壓力)。
再生階段當(dāng)從高壓狀態(tài)變成再生時(shí)的大氣壓力狀態(tài)時(shí)，已經(jīng)聚集在氈50中及氈和圓頂7之間的空氣很容易流出進(jìn)入反應(yīng)器1的內(nèi)部，這是因?yàn)闅?0的阻力很小。由于對(duì)彈性模數(shù)進(jìn)行了選擇，所以氈只是稍微升高了一點(diǎn)，并易于恢復(fù)其初始狀態(tài)。
在吸附劑17再生期間，將被加熱到200℃左右的約1巴絕對(duì)壓力的不純干燥無碳氮?dú)馔ㄟ^開口13噴到吸附器1中。
由于熱氣體進(jìn)入到兩個(gè)充氣腔室33和35中，也因?yàn)闊釟怏w的氣體低密度，所以進(jìn)一步增加了該雙層腔室的絕熱效果。板件31可以減少自由對(duì)流引起的流動(dòng)，所以在殼體5和吸附劑17之間只有極小的熱交換。
本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)只需要對(duì)圓頂7和吸附劑17之間進(jìn)行絕熱。這就是吸附器1的底9不進(jìn)行絕熱的原因，由此大大地減少了吸附器的費(fèi)用。
水壓試驗(yàn)在水壓試驗(yàn)期間，因?yàn)楣潭?gòu)件53是可拆卸的，所以能方便地卸除氈50。試驗(yàn)結(jié)束以后，所需要的只是更換一、二層新氈50，這很便宜，而且非專業(yè)人員也能完成。
權(quán)利要求
1.一種用于使氣體通過活性材料床(15)來處理氣體的絕熱反應(yīng)器(1)，這種反應(yīng)器包括一個(gè)帶有絕熱裝置(21)的圓柱形殼體(5)，該絕熱裝置(21)有一個(gè)與所述殼體(5)平行的壁(25)，該壁與殼體一起限定出一個(gè)充裝氣體的腔室(27)，所述壁(25)和所述充裝氣體的腔室(27)處在殼體(5)內(nèi)，并在殼體和殼體(5)內(nèi)的活性材料床(15)之間，其特征在于充裝氣體的腔室(27)與裝有待處理氣體的反應(yīng)器(1)的一部分連通和/或與裝有已處理過的氣體的反應(yīng)器的一部分連通，并且該反應(yīng)器包括用于阻止任何氣體流過充裝氣體的腔室的阻擋裝置(43)，以便使待處理的氣體與已處理過的氣體分開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于所述阻擋構(gòu)件包括至少一個(gè)設(shè)置在所述壁(25)和所述殼體(5)之間的隔板(43)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的反應(yīng)器，其特征在于該反應(yīng)器包括使所述充裝氣體的腔室(27)中的自然對(duì)流減少的裝置(29)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的反應(yīng)器，其特征在于所述的使所述充裝氣體的腔室中的自然對(duì)流減少的構(gòu)件(29)包括一塊板材(31)一塊金屬板材，該板材設(shè)置在所述壁(25)和殼體(5)之間的充裝氣體的腔室(27)中，以便獲得兩個(gè)充裝氣體的腔室(33，35)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的反應(yīng)器，其特征在于所述板材(31)相對(duì)于所述壁(25)和所述殼體(5)居中。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的反應(yīng)器，其特征在于所述板件(31)和所述壁(25)之間的間隔及所述板材(31)和所述殼體(5)之間的間隔為10到40mm之間，優(yōu)選為20mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6的任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)器包括一些元件(37，39)，具體地說包括一些點(diǎn)狀或線狀元件，這些元件一方面在所述壁(25)和所述板件(31)之間構(gòu)成一些隔離件，另一方面在所述板材(31)和所述殼體(5)之間構(gòu)成一些隔離件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的反應(yīng)器，其特征在于在所述板材(31)和所述壁(25)之間構(gòu)成的一些隔離件的元件(39)與在所述板材(31)和所述殼體(5)之間構(gòu)成的一些隔離件的元件(37)偏置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的反應(yīng)器，其特征在于形成隔離件的元件(37，39)最好是在所述的板件(31)上壓紋后制成的凹部和突部，特別是這些凹部(39)和突部(37)有一些點(diǎn)狀端部。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的反應(yīng)器，其特征在于板件(31)的凹部(39)和突部(37)在板件(31)尺寸的整個(gè)長度上與殼體(5)的軸(Y-Y)平行地延伸，板件也與該軸平行，板件的凹部和突部的截面基本為三角形。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的反應(yīng)器，其特征在于所述凹部(39)和突部(37)在板件(31)的兩面交替出現(xiàn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11的任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中所述殼體(5)延伸到構(gòu)成圓頂(7)的部件中，其特征在于圓頂至少包括一層，優(yōu)選包括兩層(51，52)施加到圓頂(7)內(nèi)部的纖維絕熱氈(50)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的反應(yīng)器，用于在變壓下運(yùn)行，其特征在于纖維氈(50)是陶瓷纖維，纖維氈的防水性和楊氏彈性模量之比小于1s/m2。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的反應(yīng)器，其特征在于氈(50)的氈或每一層氈(51，52)的厚度為20至30mm之間，優(yōu)選約為25mm。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14的任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于利用可拆卸的固定裝置(53)將氈(50)的各層固定到圓頂(7)的內(nèi)部。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的反應(yīng)器，其特征在于所述可拆卸固定裝置(53)包括一些安裝到圓頂(7)上的桿(54)和一些墊片(58)，這些桿用以穿透氈(50)，所述的墊片(58)用于將氈固定到圓頂上，通過一個(gè)內(nèi)夾構(gòu)件將墊片與桿(54)嚙合。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16的任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，該反應(yīng)器由一個(gè)吸附器(1)組成，特別是用于純化送入空氣蒸餾設(shè)備中的空氣的吸附器，活性材料是一種吸附劑。
全文摘要
一種用于使氣體通過活性材料床來處理氣體的絕熱反應(yīng)器,包括一個(gè)帶有絕熱件的圓柱形殼體,絕熱件有一個(gè)與所述殼體平行的壁,該壁與殼體一起限定出一個(gè)充裝氣體的腔室,所述壁和所述充裝氣體的腔室處在殼體內(nèi),并在殼體和殼體內(nèi)的活性材料床之間,充裝氣體的腔室與裝有待處理氣體的反應(yīng)器的一部分連通/與裝有已處理過的氣體的反應(yīng)器的一部分連通,還包括用于阻止任何氣體流過充裝氣體的腔室的阻擋構(gòu)件,使待處理的氣體與已處理過的氣體分開。
文檔編號(hào)F16L59/06GK1195570SQ9712085
公開日1998年10月14日 申請(qǐng)日期1997年12月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月24日
發(fā)明者讓－伊夫·萊曼, 讓－皮埃爾·古比爾 申請(qǐng)人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司