Радиальный адсорбер с u-образной конфигурацией

Изобретение относится к радиальному адсорбционному блоку с U-образным потоком и может быть использовано для очистки воздуха перед криогенной дистилляцией. Радиальный адсорбционный блок содержит внешнюю трубчатую боковую стенку, продолговатый кольцевой слой с адсорбирующим материалом, по меньшей мере одну перегородку для уменьшения неравномерности распределения газового потока в кольцевом слое и непроницаемую кольцевую юбку для поддержания кольцевого слоя. Верхний и нижний концы внешней боковой стенки закрыты соответственно верхней и нижней концевыми стенками. Продолговатый кольцевой слой расположен коаксиально внутри внешней боковой стенки, в результате этого образуется первое кольцевое пространство между боковой стенкой и кольцевым слоем. Кольцевая юбка расположена внутри внешней боковой стенки, в результате этого образуется второе кольцевое пространство между боковой стенкой и юбкой, которое сообщается с первым кольцевым пространством. На нижнем конце внешней боковой стенки расположен по меньшей мере один газовый впуск. Обеспечивается упрощение конструкции и уменьшение нагрузки от газовых впусков на верхнюю часть адсорбера. 3 н. и 45 з.п. ф-лы, 12 ил., 1 табл., 1 пр.

 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение предлагает радиальные адсорбционные блоки для отделения газообразного компонента от газовой смеси и, в частности, для очистки воздуха перед криогенной дистилляцией. Настоящее изобретение предлагает, в первую очередь, блоки, предназначенные для работы в условиях U-образного потока.

Согласно стандартной практике, в отрасли криогенного разделения воздуха используются радиальные адсорбционные блоки для удаления загрязняющих веществ, таких как вода, диоксид углерода, следы углеводородов и оксидов азота, из воздуха, поступающего в установку криогенного разделения воздуха, чтобы предотвращать проблемы эксплуатации и безопасности установки.

Радиальный адсорбционный блок для очистки воздуха, как правило, представляет собой резервуар, имеющий внешнюю трубчатую боковую стенку, которая является закрытой с каждого конца соответствующей концевой стенкой, и содержащий продолговатый кольцевой слой, по меньшей мере, одного адсорбирующего материала, который располагается коаксиально во внутреннем пространстве резервуара. Обычно присутствует кольцевое пространство, которое определяют внутренняя поверхность внешней стенки и внешняя поверхность кольцевого слоя. Кольцевой слой определяет центральный канал. Имеется газовый впуск, через который подлежащий обработке газ поступает в кольцевое пространство, и газовый выпуск, через который обработанный газ выходит из центрального канала.

В процессе работы воздух обычно поступает в кольцевое пространство, окружающее кольцевой слой. Воздух проходит через адсорбирующий материал (материалы) внутри кольцевого слоя в центральный канал. Используя адсорбирующий материал (материалы), селективно адсорбируют из воздуха, по меньшей мере, одно загрязняющее вещество и в результате этого производят очищенный воздух, который выводится из резервуара.

В менее частых случаях подлежащий очистке воздух может поступать в центральный канал, определяемый кольцевым слоем, и очищенный воздух выводится из кольцевого пространства, окружающего кольцевой слой. В такой конфигурации воздух проходит через кольцевой слой в противоположном радиальном направлении, т.е. выходит из центрального канала в кольцевое пространство.

Адсорбирующие слои, как правило, регенерируют, пропуская регенерирующий газ через адсорбирующий слой в противоположном направлении по отношению к направлению воздуха, когда блок находится в рабочем состоянии, т.е. в режиме «действия» или «включения».

Как правило, радиальные адсорбционные блоки можно эксплуатировать, осуществляя процесс адсорбции при переменной температуре (TSA), процесс адсорбция при переменном давлении (PSA), процесс вакуумной короткоцикловой адсорбции (VSA) или процесс вакуумной адсорбции при переменном давлении (VPSA) или используя модификации таких способов, которые являются известными в технике. Однако блоки, используемые для очистки воздуха, как правило, эксплуатируются с использованием процесса адсорбции при переменной температуре, а блоки, используемые для объемного разделения воздуха, как правило, эксплуатируются с использованием процесса PSA или VPSA. Примерный способ очистки воздуха, производящий исходный материал для криогенной установки разделения воздуха (ASU), в которой осуществляется радиальная технология TSA, описывает патент США № 5855685 A.

Радиальные адсорбционные блоки могут предназначаться для работы в конфигурации U-образного потока или Z-образного потока. В конфигурации U-образного потока пути газа на любой стороне кольцевого слоя проходят в противоположных направлениях. В литературе U-образный поток также называется термином «п-образный поток». В конфигурации Z-образного потока пути газа на любой стороне кольцевого слоя проходят в одинаковом направлении. Система фронтальной очистки воздуха в отрасли разделения воздуха сосредоточена, главным образом, на использовании радиальных адсорбционных блоков, предназначенных для работы в конфигурации Z-образного потока. Каждый из документов, таких как патент США № 4541851 A, патент США № 5827485 A, патент США № 8313561 B, патентная заявка США № 2010/0058804 A и патентная заявка США № 2011/0206573 A, описывает радиальные адсорбционные блоки для очистки воздуха, причем данные блоки предназначаются для работы в конфигурации Z-образного потока. Отличительный признак таких блоков состоит в том, что газовые впуски и газовые выпуски обычно находятся на противоположных концах блоков.

Отличительный признак типичной Z-образной конфигурации потока в радиальном адсорбционном блоке представляет собой неравномерный перепад давления в направлении длины адсорбирующего слоя, который приводит к неравномерному распределению потока. Попытки устранения неравномерного перепада давления включают использование в центральном канале внутренних компонентов, таких как конические перегородки. Однако введение таких внутренних компонентов, как правило, усложняет конструкцию блока, и в результате этого увеличиваются общие капитальные расходы и увеличивается суммарный перепад давления в резервуаре, что приводит к увеличению общих эксплуатационных расходов.

U-образная конфигурация потока представляет собой привлекательную альтернативу для радиальных адсорбционных блоков, поскольку перепад давления, как правило, является постоянным в направлении длины адсорбирующего слоя, и результате этого получается более равномерное распределение потока без необходимости дополнительных внутренних компонентов, что обеспечивает потенциальное сокращение общих капитальных и эксплуатационных расходов.

Патент США № 5814129 A описывает радиальный адсорбционный блок для предварительной очистки воздуха. Данный блок имеет газовый впуск в нижней части резервуара и газовый выпуск в верхней части резервуара, но предназначается для работы в конфигурации U-образного потока с использованием цилиндрической перегородки, установленной в кольцевом пространстве между боковой стенкой резервуара и адсорбирующим слоем (см. фиг. 1) или в центральном канале, определяемом кольцевым адсорбирующим слоем (см. фиг. 3). Данная перегородка заставляет газ перемещаться в кольцевое пространство по направлению к верхней части резервуара от впуска перед прохождением через слой (см. фиг. 1) или по направлению к нижней части резервуара после прохождения через слой и перед выходом через выпуск (см. фиг. 3). Аналогичную конфигурацию описывает патент США № 5759242 A (см. фиг. 1).

Хотя радиальные адсорбционные блоки, которые описывает патент США № 5814129 A, представляют собой усовершенствование по сравнению с типичными блоками, предназначенными для работы в конфигурации Z-образного потока, вследствие улучшенного распределения потока через адсорбирующий слой, конструкция блока оказывается еще более усложненной по сравнению с идеальной, и присутствие цилиндрической перегородки увеличивает суммарный перепад давления через резервуар. Таким образом, по-прежнему существует необходимость новых конструкций радиальных адсорбционных блоков.

В целях равномерного распределения потока идеальная конфигурация для радиального адсорбционного блока теоретически представляет собой U-образную конфигурацию потока с коаксиальными газовым впуском и газовым выпуском на одном конце блока, поскольку такая конфигурация потенциально обеспечивает наиболее равномерное распределение потока. Примеры документов, описывающих такие конфигурации, включают патент США № 5759242 A (см. фиг. 4). Блоки предназначаются, главным образом, для работы в процессе PSA или VPSA в кислородном цикле, но в литературе упоминается, что блоки можно модифицировать для использования в предварительной очистке воздуха в процессе PSA. Однако блоки усложняются механически, что увеличивает капитальные расходы.

Кроме того, радиальные адсорбционные блоки для очистки воздуха, которые предназначаются для работы в конфигурации U-образного потока, описывает патент США № 8313561 B (см. фиг. 2(e)). В этом документе упоминается, что блок может иметь такую конфигурацию, что воздушный впуск и выпуск одновременно находятся в верхней стенке или нижней стенке резервуара и что подлежащий очистке воздух может поступать в центральный канал, определяемый кольцевым слоем, или в кольцевое пространство между кольцевым слоем и внешней стенкой резервуара.

Помимо радиальных адсорбционных блоков, предназначенных для работы в конфигурации Z-образного потока, патент США № 4541851 A также описывает (см. фиг. 4) такой блок для очистки воздуха, который предназначается для работы в конфигурации U-образного потока. Данный блок имеет воздушный впуск в нижней стенке блока, через который воздух поступает в центральный канал, определяемый кольцевым слоем адсорбирующего материала. Воздух проходит через адсорбирующий слой в кольцевое пространство между слоем и боковой стенкой блока. Очищенный воздух выводят из блока, используя газовый выпуск, также находящийся в нижней стенке блока.

Пример радиального адсорбционного резервуара, который предназначается для работы в конфигурации U-образного потока для объемного разделения воздуха и в котором газовый впуск и газовый выпуск располагаются отдельно в нижней стенке резервуара, описывает патент США № 5232479 A (см. фиг. 1).

Как правило, радиальные адсорбционные блоки должны иметь большие размеры, в частности, для некоторых приложений, в которых требуется переработка газа в большом количестве. Пример такого приложения представляет собой фронтальная очистка воздуха для криогенной установки разделения воздуха (ASU). Такие блоки могут иметь общую высоту/длину вплоть до 25 м, и соединенные с ними трубопроводы могут иметь диаметр, составляющий вплоть до 72 дюймов (1,8 м) для установок больших размеров, например, 56 дюймов (1,4 м) для газового впуска и 42 дюйма (1 м) для газового выпуска.

Как правило, блоки ориентированы вертикально для уменьшения занимаемой ими площади. Высота представляет собой особую проблему для блоков, которые предназначаются для работы в конфигурации Z-образного потока, поскольку такие блоки, как правило, имеют впуски и выпуски на противоположных концах блоков. Это означает, что должен существовать трубопровод, выходящий из верхней части резервуара и проходящий вниз к основанию. Трубопровод на низком уровне легче и дешевле сооружать, эксплуатировать и обслуживать, чем трубопровод на высоком уровне. Блоки, которые предназначаются для работы в конфигурации U-образного потока, как правило, имеют впуски и выпуски на одной и той же концевой стенке, что в некоторой степени устраняет проблемы, обусловленные высотой. Однако размер трубопровода означает, что верхняя часть, имеющая впуск и выпуск, может быть очень перегруженной, что ограничивает варианты прокладки трубопровода.

Как правило, радиальные адсорбционные блоки способны выдерживать давление, составляющее, по меньшей мере, 5 бар (0,5 МПа) и, возможно, вплоть до 40 бар (4 МПа). Таким образом, оказывается необходимым упрочнение верхней части вокруг каждого газового впуска и газового выпуска посредством увеличения толщины стенки. В том случае, где газовый впуск и газовый выпуск одновременно находятся в верхней части, упрочняющие элементы могут перекрываться, и в результате этого дополнительно увеличивается толщина концевой стенки.

Стенки радиального адсорбционного блока, как правило, изготовлены из углеродистой стали. Если толщина стенки, изготовленной из этого материала, превышает приблизительно 38 мм, то блок необходимо подвергать после сварки термической обработке, в которой вся оболочка блока или только более толстые составляющие части нагреваются в печи до высокой температуры, составляющей, например, от приблизительно 550 до приблизительно 600°C, в течение периода времени (в зависимости от толщины), составляющего, например, 0,5 часа, что определяется соответствующими условиями производителя работающего при повышенном давлении резервуара. Кроме того, скорости нагревания и охлаждения необходимо тщательно регулировать вместе с составом атмосферы внутри печи. Размер блоков является таким, что печь часто должна сооружаться вокруг блока. Таким образом, термическая обработка после сварки представляет собой дорогостоящий процесс, которого желательно следует избегать, если это возможно.

Авторы настоящего изобретения также отмечают, что концевая стенка или верхняя часть радиального адсорбционного блока обычно имеет больший диаметр, если здесь располагаются два или более газовых впускных/выпускных сопел. Поскольку радиальные адсорбционные блоки обычно изготавливают на заводе, а затем транспортируют на место использования, по меньшей мере, частично автомобильным транспортом, используя грузовой автомобиль с безбортовой платформой, транспортировка имеющих больший диаметр блоков, как правило, оказывается более затруднительной, например, на узких дорогах с низкими мостами. В качестве альтернативы, если концевая стенка имеет оптимальный диаметр, то может потребоваться некоторая регулировка в отношении размеров впускных и выпускных сопел (возможно, они должны быть меньшего размера, чем это желательно, что приводит к увеличению перепада давления).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно первому аспекту настоящего изобретения, предлагается радиальный адсорбционный блок с U-образным потоком для удаления, по меньшей мере, одного газообразного компонента из газовой смеси, причем вышеупомянутый блок составляют:

внешняя трубчатая боковая стенка, включающая первый конец и второй конец, противоположный вышеупомянутому первому концу, причем вышеупомянутые первый и второй концы закрываются, соответственно, первой и второй концевыми стенками;

продолговатый кольцевой слой, содержащий, по меньшей мере, один селективно адсорбирующий материал, причем вышеупомянутый кольцевой слой располагается коаксиально внутри вышеупомянутой внешней трубчатой боковой стенки, и в результате этого определяется первое кольцевое пространство между вышеупомянутой боковой стенкой и вышеупомянутым кольцевым слоем, причем вышеупомянутый кольцевой слой определяет центральный канал в сообщении по текучей среде с вышеупомянутым первым кольцевым пространством через вышеупомянутый кольцевой слой;

по меньшей мере, один газовый впуск, расположенный в вышеупомянутой боковой стенке в сообщении по текучей среде с вышеупомянутым первым кольцевым пространством; и

газовый выпуск, расположенный в концевой стенке вышеупомянутого блока и в сообщении по текучей среде с вышеупомянутым центральным каналом.

Газовый впуск или, если присутствует более чем один газовый впуск, каждый газовый впуск предпочтительно располагается у конца боковой стенки вблизи концевой стенки, включающей газовый выпуск.

Настоящее изобретение предлагает радиальный адсорбционный блок упрощенной конструкции, которая может обеспечивать значительное сокращение расходов на изготовление и эксплуатацию блока. Кроме того, можно избежать перегрузки верхней части, имеющей газовый выпуск, приводя к уменьшению вероятности того, что после сварки может потребоваться термическая обработка, в частности, для некоторых блоков большого размера. Кроме того, уменьшение нагрузки вокруг газовых впусков и газовых выпусков должно обеспечивать большую свободу в разработке схемы соответствующего трубопровода. Кроме того, настоящее изобретение предоставляет возможность конструирования блоков, имеющих оптимальный диаметр, высоту и массу, что должно упрощать транспортировку блоков.

Блок согласно настоящему изобретению имеет газовый впуск (впуски) и газовый выпуск на одном конце, предпочтительно на «нулевом уровне» (т.е. на уровне земли), что упрощает сооружение трубопровода и доступ для обслуживания клапанов. Кроме того, посредством использования конфигурации U-образного потока, которая описана в данном документе, настоящее изобретение обеспечивает конструирование упрощенного адсорбционного блока, который является более простым, дешевым и безопасным в изготовлении и более надежным в эксплуатации, что, таким образом, обеспечивает сокращение производственных и эксплуатационных расходов.

Согласно предпочтительным вариантам осуществления, кольцевой адсорбирующий слой поддерживается непосредственно на концевой стенке, как правило, на нижней стенке, когда блок ориентирован вертикально.

Данный блок идеально сконструирован и сооружен таким образом, что не требуются внутренние перегородки для уменьшения неравномерности распределения газового потока. Однако блок может также включают одну или несколько перегородок, дефлекторов и/или выпрямителей потока для улучшения распределения поступающего газового потока внутри блока.

Настоящее изобретение можно использовать для объемного разделения газовой смеси, такой как воздух, например, чтобы производить кислород, хотя настоящее изобретение предназначается, в первую очередь, для очистки газа, такого как воздух, посредством удаления, по меньшей мере, одного загрязняющего вещества, как правило, выбранного из группы, которую составляют диоксид углерода, вода, углеводороды и оксиды азота. Очищенный воздух затем представляет собой подходящий исходный материал для ASU.

Термин «NO_x», который используется в настоящем документе, означает оксиды азота и включает один или несколько оксидов, таких как оксид азота(II) (NO), оксид азота(IV) (NO₂), димерный оксид азота(IV) (N₂O₄), оксид азота(V) (N₂O₅) и оксид азота(I) или закись азота (N₂O). Присутствие закиси азота в качестве загрязняющего вещества представляет собой особую проблему в очистке воздуха, поскольку его отделение является затруднительным.

Таким образом, согласно второму аспекту настоящего изобретения, предлагается способ удаления, по меньшей мере, одного газообразного компонента из газовой смеси, причем вышеупомянутый способ включает:

изготовление радиального адсорбционного блока согласно первому аспекту;

введение газовой смеси в вышеупомянутый, по меньшей мере, один газовый впуск; и

выведение газообразного продукта из вышеупомянутого газового выпуска.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения, предлагается использование радиального адсорбционного блока согласно первому аспекту для очистки воздуха посредством удаления загрязняющего вещества, выбранного из группы, которую составляют вода, диоксид углерода, углеводороды и NO_x.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 представляет упрощенную схему, иллюстрирующую первый вариант осуществления настоящего изобретения в вертикальном разрезе, в котором кольцевой слой поддерживается на нижней концевой стенке блока, а газовый впуск и газовый выпуск располагаются в нижней части блока;

фиг. 2 представляет более подробную схему первого варианта осуществления, проиллюстрированного на фиг. 1;

фиг. 3 иллюстрирует альтернативную модификацию варианта осуществления, проиллюстрированного на фиг. 2, имеющую два газовых впуска;

фиг. 4 иллюстрирует альтернативную модификацию варианта осуществления, проиллюстрированного на фиг. 3, в горизонтальном разрезе вдоль линии A-A;

фиг. 5 иллюстрирует более подробно одну из продольных перегородок, проиллюстрированных на фиг. 3;

фиг. 6 иллюстрирует альтернативную модификацию варианта осуществления, проиллюстрированного на фиг. 2, имеющую кольцевые перегородки;

фиг. 7 представляет более подробную схему конфигурации кольцевых перегородок, проиллюстрированных на фиг. 6;

фиг. 8A иллюстрирует пример перфорированной кольцевой перегородки для использования с блоком согласно настоящему изобретению в частичном горизонтальном разрезе;

фиг. 8B иллюстрирует вариант осуществления, представленный на фиг. 8A, в частичном вертикальном разрезе;

фиг. 9 представляет вертикальный частичный разрез еще одного блока согласно настоящему изобретению, имеющего перевернутую усеченную коническую перегородку на впуске;

фиг. 10A представляет вертикальный частичный разрез блока, проиллюстрированного на фиг. 9, в котором усеченная коническая перегородка заменена перфорированной газовой впускной перегородкой;

фиг. 10B иллюстрирует перфорированную газовую впускную перегородку, представленную на фиг. 10A, при наблюдении по стрелке A;

фиг. 11 представляет частичный разрез еще одного блока согласно настоящему изобретению, имеющего цилиндрическую перегородку на впуске; и

фиг. 12A представляет частичный вертикальный разрез еще одного блока согласно настоящему изобретению, имеющего продольные перегородки в первом кольцевом пространстве; и

фиг. 12B представляет упрощенный горизонтальный разрез блока, проиллюстрированного на фиг. 12A.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Во всех случаях упоминания давления в настоящем документе оно представляет собой абсолютное давление, а не манометрическое давление, если не определено другое условие. Кроме того, при упоминании единственное число следует истолковывать как включающее множественное число, и наоборот, если контекст четко не показывает, что подразумевается только единственное или множественное число. Кроме того, если не определено другое условие, составы текучей среды вычисляются в молярных процентах в расчете на сухую массу, т.е. из вычислений исключается любое содержание воды.

Общий обзор

Настоящее изобретение представляет собой радиальный адсорбционный блок с U-образным потоком для удаления, по меньшей мере, одного газообразного компонента из газовой смеси. Блок составляют внешняя трубчатая боковая стенка, включающая первый конец и второй конец, противоположный первому концу, причем первый и второй концы закрывают, соответственно, первая и вторая концевые стенки или «головки». Блок также включает продолговатый кольцевой слой, содержащий, по меньшей мере, один селективно адсорбирующий материал, расположенный коаксиально внутри внешней трубчатой боковой стенки, и в результате этого определяется первое кольцевое пространство между боковой стенкой и кольцевым слоем. Кольцевой слой определяет центральный канал в сообщении по текучей среде с первым кольцевым пространством через кольцевой слой. По меньшей мере, один газовый впуск располагается в боковой стенке в сообщении по текучей среде с первым кольцевым пространством, и газовый выпуск располагается в концевой стенке блока в сообщении по текучей среде с центральным каналом.

Отличительный признак согласно предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения заключается в том, что газовый впуск располагается (газовые впуски располагаются) в боковой стенке блока. Этот отличительный признак обеспечивает упрощенные конструкции радиальных адсорбционных блоков, которые являются в меньшей степени перегруженными газовыми впускными/выпускными трубопроводами и, следовательно, менее дорогостоящими в производстве и эксплуатации.

Согласно предпочтительным вариантам осуществления, единственный или каждый газовый впуск находится у края боковой стенки вблизи концевой стенки, которая включает газовый выпуск. Эта новая конфигурация является выгодной, потому что она обеспечивает конструкцию радиальных адсорбционных блоков, в которых газовые впуски/выпуски находятся в одном конце, что может уменьшать общую высоту устройства над землей по сравнению с типичными блоками с Z-образным потоком и упрощать доступ к впуску (впускам) и выпуску и присоединенному трубопроводу в целях обслуживания и т.д. Диаметр блока можно также уменьшать в зависимости от данного приложения по сравнению с другими блоками известной конструкции, имеющими газовый впуск (впуски) и газовый выпуск (выпуски) в одной концевой стенке, что упрощает перевозку блока автомобильным транспортом.

Термины «впуск» и «выпуск» используются, чтобы обозначать направление газового потока через блок. Согласно некоторым вариантам осуществления, этот газовый поток осуществляется в процессе работы для удаления компонента из газовой смеси (т.е. при введении исходного материала), и в таком случае направление потока изменяется на противоположное в процессе регенерации. Согласно другим вариантам осуществления, этот газовый поток осуществляется в процессе регенерации кольцевого слоя, и в таком случае направление потока изменяется на противоположное в процессе введения исходного материала.

Приведенные ниже термины, используемые в настоящем описании, определяются следующим образом:

«радиальный» представляет собой технический термин, означающий направление потока газа внутри блока по отношению к центральной продольной оси блока;

«U-образный поток» представляет собой технический термин, означающий конфигурацию, в которой поток газа на одной стороне адсорбирующего слоя изменяет свое направление на противоположное на другой стороне;

«трубчатый» представляет собой стандартный термин, означающий наличие формы трубы;

«продолговатый» представляет собой стандартный термин, означающий такое соотношение размеров кольцевого слоя, при котором длина является больше, чем ширина;

«коаксиально» представляет собой стандартный термин, означающий наличие одинаковой оси или приблизительно одинаковой оси; данный термин используется в отношении центральной продольной оси блока; и

«сообщение по текучей среде» представляет собой стандартный термин, означающий, что текучая среда может протекать между предметами, определяемыми данным термином. В данном случае текучая среда представляет собой газ, т.е. подразумевается соединение газового потока.

Кольцевой слой, как правило, включает плиту основания и, по меньшей мере, две коаксиальные трубчатые газопроницаемые сетки, например, внутреннюю сетку, расположенную внутри внешней сетки. Плита основания может быть плоской или, по меньшей мере, в существенной степени выпуклой и имеющей сферическую, тороидально-сферическую, эллипсоидальную или аналогичную геометрическую форму. Однако, согласно некоторым предпочтительным вариантам осуществления, плита основания представляет собой усеченный конус. Сетки определяют кольцевое пространство, которое заполняет, по меньшей мере, один селективно адсорбирующий материал.

Для некоторых приложений кольцевой слой включает, по меньшей мере, еще одну газопроницаемую сетку, расположенную коаксиально между внутренней и внешней сетками, и в результате этого кольцевое пространство разделяется на внутреннее кольцевое пространство и внешнее кольцевое пространство. Различные селективно адсорбирующие материалы могут заполнять внутреннее и внешнее кольцевые пространства, определяемые сетками, в зависимости от устройства. В устройствах для очистки воздуха, например, осушающее вещество, имеющее высокую способность регенерации по отношению к воде, может находиться в одном из кольцевых пространств, определяемых сетками, например, во внешнем кольцевом пространстве, и селективный по отношению к CO₂ адсорбент может находиться в другом кольцевом пространстве, определяемом сетками, например, во внутреннем кольцевом пространстве. Примерные подходящие селективные по отношению к CO₂ адсорбенты включают молекулярные сита, такие как NaX, NaLSX, CaX и CaLSX.

Кроме того, предусматривается возможность распространения настоящего изобретения на радиальные адсорбционные блоки с U-образным потоком, имеющие адсорбирующий слой, включающий, по меньшей мере, два кольцевых слоя с различными адсорбирующими материалами без газопроницаемой сетки для разделения кольцевых слоев. Загрузку адсорбирующего слоя со съемной средней сеткой обсуждают патент США № 5931980 A, патент США № 5836362 A и патент США № 8101133 B.

Ориентация

Могут существовать определенные приложения, где оказывается желательной эксплуатация блока в ориентации, которая не является вертикальной. Например, может оказаться желательной горизонтальная ориентация блока. Однако в большинстве случаев блок ориентирован вертикально. Согласно таким вариантам осуществления, блок имеет верхнюю часть и нижнюю часть, причем, например, первый конец соответствует верхней части блока, и второй конец соответствует нижней части блока.

Если блок ориентирован вертикально, газовый впуск (впуски) и газовый выпуск могут находиться в верхней части блока. Однако, согласно предпочтительным вариантам осуществления, газовый впуск (впуски) и газовый выпуск находятся в нижней части блока. Таким образом, впуск (впуски)/выпуск и соответствующие трубопроводы находятся на «нулевом уровне», что делает блок более доступным и безопасным для целей обслуживания.

Множество газовых впусков

Блок может иметь единственный газовый впуск или множество газовых впусков. Единственный газовый впуск или, если их несколько, по меньшей мере, один и предпочтительно каждый газовый впуск ориентирован радиально по отношению к продольной оси блока. Радиальная ориентация газового впуска обеспечивает поступление в блок начального газового потока, который направлен перпендикулярно по отношению к продольной оси блока.

Если блок имеет более чем один газовый впуск, число газовых впусков ограничивается, по меньшей мере, в некоторой степени диаметром блока. Однако, согласно большинству вариантов осуществления, число газовых впусков может составлять от одного до шести, например, от одного до четырех, в том числе один или два.

Если блок имеет более чем один газовый впуск, газовые впуски располагаются с интервалами вдоль окружности внешней трубчатой боковой стенки, поскольку такая конфигурация, как правило, уменьшает неравномерность распределения газового потока внутри блока. Термин «по окружности» в данном контексте используется для обозначения того, что газовые впуски располагаются вдоль окружности внешней трубчатой боковой стенки, предпочтительно на одинаковом или практически одинаковом уровне.

Впуски могут быть разнесены на равные и неравные расстояния, если это требуется, для того, чтобы сделать газовый поток через блок максимально равномерным, насколько это возможно. Например, согласно вариантам осуществления, где блок включает первый газовый впуск и второй газовый впуск, второй газовый впуск, как правило, располагается прямо напротив первого газового впуска.

Опора для кольцевого слоя

Блок предпочтительно включает непроницаемую кольцевую юбку, поддерживающую кольцевой слой на одной из концевых стенок. Согласно таким вариантам осуществления, кольцевая юбка, как правило располагается коаксиально внутри внешней трубчатой боковой стенки, и в результате этого определяется второе кольцевое пространство в сообщении по текучей среде с первым кольцевым пространством.

Слой может поддерживать непроницаемая кольцевая юбка на первой концевой стенке в верхней части блока. Однако, согласно предпочтительным вариантам осуществления, слой поддерживает кольцевая юбка на второй концевой стенке в нижней части блока.

Газовый выпуск предпочтительно располагается во второй концевой стенке в нижней части блока. Согласно вариантам осуществления, где слой поддерживает кольцевая юбка на второй концевой стенке в нижней части блока, газовый выпуск располагается предпочтительно во второй концевой стенке. Согласно таким вариантам осуществления, единственный газовый впуск или, если присутствует более чем один газовый впуск, каждый газовый впуск располагается в боковой стенке у конца вблизи второй концевой стенки в нижней части блока.

Перегородки

Блоки согласно настоящему изобретению предпочтительно конструируют и эксплуатируют таким образом, что отсутствует значительная неравномерность распределения газа в первом кольцевом пространстве. В идеальном случае, согласно таким вариантам осуществления, перегородки не устанавливают, чтобы сократить до минимума перепад давления через резервуар.

Однако исследования потока с использованием программного обеспечения для гидродинамических вычислений (CFD) Fluent® от компании Ansys Inc. показывают, что может существовать некоторый газовый поток по окружности и/или вихри, которые развиваются в первом кольцевом пространстве блока. Эти нежелательные формы газового потока вызываются неравномерным распределением газового потока между газовым впуском (впусками) и первым кольцевым пространством, например, во втором кольцевом пространстве. Неравномерный газовый поток в кольцевой слой приводит к недостаточно оптимальному использованию адсорбирующего материала в составе кольцевого слоя и, следовательно, неэффективности процесса и даже «прорыву» в некоторых областях. Таким образом, авторы настоящего изобретения предлагают использовать регулирующие газовый поток поверхности или «перегородки», чтобы уменьшать неравномерность распределения газового потока в первом кольцевом пространстве блока, насколько это необходимо.

Таким образом, блок предпочтительно включает, по меньшей мере, одну перегородку. Задача перегородки заключается в том, чтобы уменьшать неравномерность распределения газового потока через блок и в результате этого обеспечивать оптимизацию эксплуатации блока.

Предпочтительные перегородки включают кольцевые перегородки, продольные перегородки, усеченные конические перегородки, цилиндрические перегородки и газовые впускные перегородки, причем конкретные сочетания перегородок двух или более из этих типов можно выбирать, чтобы оптимизировать распределение газового потока через блок согласно требованиям.

Единственная перегородка или, если присутствует более чем одна перегородка, каждая перегородка может быть сплошной, т.е. неперфорированной. Согласно другим вариантам осуществления, единственная или, по меньшей мере, одна из перегородок может быть перфорированной, чтобы модифицировать газовый поток через блок. Перегородки могут быть перфорированными равномерно, т.е. иметь равномерный рисунок и/или распределение перфорационных отверстий, или они могут быть перфорированными неравномерно согласно требованиям. Размер, форму и/или распределение перфорационных отверстий можно выбирать, чтобы дополнительно выравнивать распределение газового потока.

Перфорированная перегородка имеет «площадь пропускного сечения», т.е. процентную долю полной площади поверхности перегородки, которая является открытой для пропускания газа через перегородку. Перфорированные перегородки, как правило, имеют площадь пропускного сечения, составляющую от приблизительно 10% до приблизительно 60%.

Кольцевые перегородки

Блок может включать, по меньшей мере, одну кольцевую перегородку, расположенную коаксиально внутри блока между газовым впуском (впусками) и кольцевым слоем. Единственная или каждая кольцевая перегородка проходит через второе кольцевое пространство, по меньшей мере, частично.

Кольцевая перегородка имеет внутренний периметр и внешний периметр. Расстояние между внутренним и внешним периметрами может быть одинаковым по всему периметру кольцевой перегородки. В качестве альтернативы, это расстояние может изменяться, возможно, в зависимости от расстояния от газового впуска (впусков). Другими словами, в то время как внешний периметр, как правило, представляет собой окружность, внутренний периметр может быть круглым или некруглым, например, овальным или синусоидальным, в зависимости от требований распределения газового потока.

Конструкция кольцевой перегородки зависит от требуемого уменьшения неравномерности распределения газового потока в данном блоке. Вышеупомянутая единственная или каждая кольцевая перегородка, как правило, присутствует в форме кольца. Однако перегородка может состоять из множества секций, возможно, с интервалами между соседними секциями. По существу, соседние секции могут не находиться в одной плоскости.

Единственная кольцевая перегородка или, если присутствуют несколько кольцевых перегородок, по меньшей мере, одна из кольцевых перегородок может выступать из внешней трубчатой боковой стенки. В качестве дополнения или в качестве альтернативы, единственная кольцевая перегородка или, если присутствуют несколько кольцевых перегородок, по меньшей мере, одна из кольцевых перегородок может выступать из кольцевой юбки. Поскольку кольцевая перегородка (перегородки), по меньшей мере, частично проходит через второе кольцевое пространство, подразумевается, что следует устанавливать кольцевую перегородку (перегородки) на внутренней поверхности внешней трубчатой боковой стенки и/или на внешней поверхности кольцевой юбки.

Согласно некоторым вариантам осуществления, блок включает перфорированную кольцевую перегородку, которая проходит через второе кольцевое пространство, по меньшей мере, в существенной части и предпочтительно полностью. Задача такой перфорированной кольцевой перегородки, как правило, заключается в том, чтобы выпрямлять поток газа через второе кольцевое пространство в первое кольцевое пространство.

Перфорированная кольцевая перегородка может выступать перпендикулярно между внешней трубчатой боковой стенкой и кольцевой юбкой. Однако, согласно некоторым предпочтительным вариантам осуществления, перфорированная кольцевая перегородка выступает под углом к кольцевой юбке, чтобы предотвращать накопление на поверхности перегородки жидкости на водной основе, которая может вызывать коррозию. Угол перфорированной кольцевой перегородки может составлять от приблизительно 45° до приблизительно 90°, например, от приблизительно 60° до приблизительно 80°.

Перфорированная кольцевая перегородка может представлять собой единую пластину или может включать множество отдельных секций, например, трапециевидных секций.

Согласно предпочтительным вариантам осуществления, блок включает первую кольцевую перегородку, выступающую радиально из кольцевой юбки между газовым впуском (впусками) и кольцевым слоем, и вторую кольцевую перегородку, выступающую радиально из внешней трубчатой боковой стенки между первой кольцевой перегородкой и кольцевым слоем. Перегородки располагаются коаксиально внутри блока и частично проходят через второе кольцевое пространство. Последовательность первой и второй кольцевых перегородок можно также изменять на обратную согласно требованиям.

Продольные перегородки

Блок может включать, по меньшей мере, одну продольную перегородку, установленную в блоке параллельно по отношению к продольной оси блока и проходящую через первое кольцевое пространство, по меньшей мере, частично.

Блок может включать множество таких продольных перегородок. Согласно таким вариантам осуществления, продольные перегородки обычно располагаются с интервалами по окружности внутри блока. Перегородки могут быть разнесены на равные и неравные расстояния вдоль окружности блока.

Единственная или каждая продольная перегородка может выступать из кольцевого слоя, но обычно она выступает из внешней трубчатой боковой стенки.

В качестве дополнения или в качестве альтернативы, блок может включать, по меньшей мере, одну продольную перегородку, установленную в блоке параллельно по отношению к продольной оси блока, причем единственная или каждая продольная перегородка проходит через второе кольцевое пространство, по меньшей мере, частично.

Блок может включать множество таких продольных перегородок. Согласно таким вариантам осуществления, продольные перегородки, как правило, располагаются с равными интервалами по окружности в блоке. Перегородки могут быть разнесены на равные и неравные расстояния вокруг окружности блока.

Продольные перегородки могут быть установлены на внешней трубчатой боковой стенке и частично проходить через второе кольцевое пространство по направлению к кольцевой юбке. В качестве дополнения или в качестве альтернативы, продольные перегородки могут устанавливаться на кольцевой юбке и частично проходить через второе кольцевое пространство по направлению к внешней трубчатой боковой стенке.

Единственная или каждая продольная перегородка может входить в первое или второе кольцевое пространство в такой же степени в направлении длины перегородки. В качестве альтернативы, степень, в которой одна или несколько перегородок входят в кольцевое пространство, может изменяться в направлении длины перегородки. Согласно другим вариантам осуществления, длина одной или нескольких перегородок может, в качестве дополнения или в качестве альтернативы, изменяться в зависимости от расстояния от газового впуска (впусков).

Блок обычно включает такое число продольных перегородок, которое требуется для обеспечения приемлемого баланса между уменьшением неравномерности распределения газового потока и увеличением перепада давления для данного применения. Например, блок может включать в сумме вплоть до 300 продольных перегородок, которые составляют вплоть до 6 наборов, причем каждый набор располагается на определенном «уровне» или расстоянии в направлении длины блока, которое измеряется от одного конца, согласно требованиям. Каждый набор может содержать вплоть до 50, например, от 2 до 24 или от 4 до 12 продольных перегородок.

Впускные перегородки

Согласно вариантам осуществления, в которых кольцевая юбка используется, чтобы поддерживать кольцевой слой на концевой стенке, и газовый впуск (впуски) направляют газ во второе кольцевое пространство, газовый поток через газовый впуск (впуски) попадает непосредственно на кольцевую юбку. Часть впускаемого исходного газа направляется непосредственно в первое кольцевое пространство и кольцевой слой. Остальная часть исходного газа проходит вокруг кольцевой юбки в направлении по окружности перед поворотом потока по направлению к первому кольцевому пространству. Такая сложная конфигурация впуска может приводить к неравномерному распределению газового потока по направлению к первому кольцевому пространству и через него. Авторы настоящего изобретения предлагают использование впускных перегородок для уменьшения неравномерного распределения газового потока из впускных конфигураций блока.

Перфорированная впускная перегородка

Согласно другим вариантам осуществления, блок может включать газовую впускную перегородку. Газовый впуск включает, по отношению к кольцевому слою, ближнюю сторону и дальнюю сторону. Газовая впускная перегородка, как правило, располагается на ближней стороне газового впуска и проходит через второе кольцевое пространство, по меньшей мере, частично. Газовая впускная перегородка может быть сплошной, но предпочтительно она является перфорированной, чтобы предотвращать застойное пространство непосредственно над перегородкой.

Согласно предпочтительным вариантам осуществления, газовая впускная перегородка окружает, по меньшей мере, часть ближней стороны газового впуска. Согласно таким вариантам осуществления, газовая впускная перегородка может иметь, по меньшей мере, в существенной части U-образное поперечное сечение. Например, газовая впускная перегородка может составлять плоские секции, образующие часть открытого многоугольника, или, согласно предпочтительным вариантам осуществления, может присутствовать полукруглое поперечное сечение.

Перфорированная перегородка может быть установлена на внешней трубчатой боковой стенке или на кольцевой юбке, или она может быть установлена одним концом на внешней боковой стенке и другим концом на кольцевой юбке.

Перфорированная перегородка ограничивает начальный газовый поток в первое кольцевое пространство и отклоняет поток в некоторой степени от первого кольцевого пространства по направлению к концевой стенке резервуара, обеспечивая время и пространство для перераспределения газа в направлении по окружности. Такое перераспределение улучшает газовый поток в первом кольцевом пространстве.

Усеченная коническая перегородка

Согласно некоторым вариантам осуществления, блок включает усеченную коническую перегородку, расположенную коаксиально во втором кольцевом пространстве. Усеченная коническая перегородка располагается спереди и на расстоянии от газового впуска (впусков). Цель усеченной конической перегородки заключается в том, чтобы создавать по окружности неочищенный газовый поток и рассеивающую камеру или сужающуюся камеру, через которую проходит, по меньшей мере, часть газа перед поступлением в первое кольцевое пространство.

Термин «усеченный конический» в данном контексте означает имеющий форму усеченного конуса. Усеченная коническая перегородка включает первый конец и второй конец, противоположный первому концу. Первый конец, как правило, имеет меньшую окружность, чем второй конец.

Усеченная коническая перегородка может включать, по отношению к кольцевому слою, ближний конец и дальний конец, и перегородка может быть установлена по окружности ближним концом на внешней трубчатой боковой стенке. Ближний конец может включать кольцевой фланец, который может быть перфорированным или неперфорированным.

Усеченная коническая перегородка предпочтительно является перевернутой, но может быть неперевернутой.

Термин «перевернутый» в данном контексте означает, что конец, имеющий большую окружность, находится ближе к кольцевому слою, чем конец, имеющий меньшую окружность. Согласно таким вариантам осуществления, газ, который выходит из кольцевого слоя, сначала направляется вокруг второго кольцевого пространства, поворачивается вокруг первого конца перегородки и поступает в рассеивающую камеру перед движением по направлению к первому кольцевому пространству. Скорость газа уменьшается, что обеспечивает более равномерный поток.

Термин «неперевернутый» в данном контексте означает, что конец, имеющий меньшую окружность, находится ближе к кольцевому слою, чем конец, имеющий большую окружность. Согласно таким вариантам осуществления, газ, который выходит из кольцевого слоя, сначала направляется вокруг второго кольцевого пространства, поворачивается вокруг второго конца перегородки, поступает в сужающуюся камеру перед движением по направлению к первому кольцевому пространству.

Конец усеченной конической перегородки вблизи кольцевого слоя обычно установлен по окружности на внешней трубчатой боковой стенке, как правило, с кольцевым фланцем. Усеченная коническая перегородка или кольцевой фланец, или одновременно перегородка и фланец могут быть перфорированными.

В качестве альтернативы, конец усеченной конической перегородки вблизи кольцевого слоя может быть установлен по окружности на кольцевой юбке, как правило, с кольцевым фланцем. Согласно таким вариантам осуществления, обычно имеется отверстие в перегородке напротив газового впуска, и газовый впуск может включать трубопровод в сообщении по текучей среде с отверстием. Одна или несколько перегородок, фланец и трубопровод могут быть перфорированными.

Цилиндрическая перегородка

Согласно другим вариантам осуществления, радиальный адсорбционный блок имеет цилиндрическую перегородку, расположенную коаксиально во втором кольцевом пространстве. Цилиндрическая перегородка располагается спереди и на расстоянии, по меньшей мере, от одного газового впуска. Аналогично усеченной конической перегородке, цель цилиндрической перегородки заключается в том, чтобы первоначально направлять исходный газовый поток по окружности и в результате этого увеличивать расстояние и время достижения газом первого кольцевого пространства, что улучшает распределение газового потока.

Цилиндрическая перегородка, как правило, включает, по отношению к кольцевому слою, ближний конец и дальний конец. Ближний конец может находиться по окружности на кольцевой юбке с кольцевым фланцем. Согласно таким вариантам осуществления, цилиндрическая перегородка, как правило, включает отверстие напротив газового впуска. Кроме того, газовый впуск может включать трубопровод в сообщении по текучей среде с отверстием. Одна или несколько перегородок, кольцевой фланец и трубопровод могут быть перфорированными.

В качестве альтернативы, ближний конец может находиться на внешней трубчатой боковой стенке с кольцевым фланцем, который может быть перфорированным.

Давление

Как правило, блок предназначается для очистки воздуха, например, в процессе TSA. В таких процессах блок должен быть устойчивым к высокому давлению, т.е. способным выдерживать давления, значительно превышающие атмосферное давление. В связи с этим блок предпочтительно предназначается для работы при давлении, составляющем, по меньшей мере, приблизительно 3 бар (0,3 МПа), например, по меньшей мере, приблизительно 4 бар (0,4 МПа) или, по меньшей мере, приблизительно 5 бар (0,5 МПа). Блок может предназначаться для работы при давлении, составляющем вплоть до приблизительно 40 бар (4 МПа), например, вплоть до приблизительно 30 бар (3 МПа), возможно, типичнее, вплоть до приблизительно 20 бар (2 МПа) или возможно, еще типичнее, вплоть до приблизительно 10 бар (1 МПа). Согласно предпочтительным вариантам осуществления, блок предназначается для давления на впуске, составляющего от приблизительно 4 бар (0,4 МПа) до приблизительно 7 бар (0,7 МПа).

Фильтр

Блок может включать внутренний фильтр, расположенный на газовом выпуске, чтобы улавливать тонкодисперсные частицы, которые увлекаются в газовый поток из адсорбирующего слоя. Закупоренные или загрязненные фильтры можно извлекать и заменять, возможно, после очистки. В качестве альтернативы, может присутствовать «самоочищающийся» фильтр, и тогда тонкодисперсные частицы выдуваются из фильтра в процессе регенерации адсорбирующего слоя.

Размеры

Примерный блок, представленный на фиг. 2, может иметь следующие размеры:

A - внутренний диаметр блока,

B - расстояние между краем боковой стенки и краем адсорбирующего слоя,

C - внутренний диаметр кольцевой юбки,

D - диаметр центрального канала, определяемый кольцевым слоем,

E - диаметр фильтра,

F - расстояние от внутренней поверхности внешней трубчатой боковой стенки до внешней поверхности кольцевого слоя, т.е. ширина первого кольцевого пространства,

G - высота фильтра.

Для настоящего изобретения были определены следующие предпочтительные геометрические соотношения:

соотношение A и B составляет предпочтительно от приблизительно 2:1 (например, 2) до приблизительно 1:2 (например, 0,5), предпочтительнее от приблизительно 3:2 (например, 1,5) до приблизительно 2:3 (например, 0,66) и наиболее предпочтительно приблизительно 1:1 (например, 1);

соотношение A и C составляет предпочтительно от приблизительно 3:1 (например, 3) до приблизительно 11:10 (например, 1,1), предпочтительнее от приблизительно 5:2 (например, 2,5) до приблизительно 21:20 (например, 1,05) и наиболее предпочтительно приблизительно 3:2 (например, 1,5);

соотношение D и E составляет предпочтительно от приблизительно 2:1 (например, 2) до приблизительно 11:10 (например, 1,1), предпочтительнее от приблизительно 3:2 (например, 1,5) до приблизительно 11:10 (например, 1,1) и наиболее предпочтительно приблизительно 6:5 (например, 1,2); и

соотношение B и G составляет предпочтительно от приблизительно 3:1 (например, 3) до приблизительно 11:10 (например, 1,1), предпочтительнее от приблизительно 2:1 (например, 2) до приблизительно 5:4 (например, 1,25) и наиболее предпочтительно приблизительно 3:2 (например, 1,5).

Были также определены следующие предпочтительные размеры:

D составляет предпочтительно от приблизительно 1 м до приблизительно 2,5 м и предпочтительнее от приблизительно 1,5 м до приблизительно 2 м;

F составляет предпочтительно от приблизительно 0,05 м до приблизительно 0,6 м и предпочтительнее от приблизительно 0,1 м до приблизительно 0,3 м; и

A составляет предпочтительно от приблизительно 3 м до приблизительно 6 м и предпочтительнее от приблизительно 4 м до приблизительно 5 м.

Суммарная длина блока зависит от диаметра колонны A и применения, для которого предназначается блок. Однако в случае очистки воздуха длина, как правило, составляет от приблизительно 15 м до приблизительно 30 м.

Настоящее изобретение предназначается для применения в блоках, имеющих любые подходящие размеры, приспособленных для работы при любом подходящем давлении и изготовленных из любого подходящего материала. Однако являются особенно предпочтительными некоторые варианты осуществления, согласно которым внешняя трубчатая боковая стенка и концевые стенки изготовлены из углеродистой стали. Согласно этим конкретным вариантам осуществления, отсутствие перекрывающихся упрочняющих элементов в верхней части может означать, что толщина верхней части может сохраняться на уровне ниже приблизительно 38 мм, и в результате этого после сварки исключается термическая обработка, которая потребовалась бы в случае отсутствия настоящего изобретения.

Пример разделительного блока, который можно выгодно использовать благодаря этому конкретному преимуществу, представляет собой блок AP9 от компании Air Products and Chemicals, Inc. Данный конкретный блок имеет внутренний диаметр 4,4 м. Толщина боковой стенки составляет 17 мм, за исключением нижней части, имеющей воздушный впуск, которая имеет толщину, увеличенную до 32 мм. Блок имеет полуэллипсоидальные головки с соотношением размеров 2:1 и толщиной 30 мм. Расстояние между точками перехода в кривую, где начинается кривизна каждой головки (длина цилиндрической части), составляет приблизительно 18,6 м, и длина активного слоя составляет приблизительно 12,7 м. Стенки, содержащие воздушный впуск и отверстия для удаления фильтра, имеют толщину 37 мм. Блок предназначается для работы при давлении, составляющем приблизительно 6 бар (0,6 МПа).

Применения

Радиальный адсорбционный блок является подходящим для использования в отделении газообразного компонента от газовой смеси, в результате которого производится газообразный продукт. Газообразный компонент может представлять собой существенный компонент смеси, и в таком случае блок можно использовать для объемного разделения газов, например, для производства кислорода из воздуха. Однако, согласно предпочтительным вариантам осуществления, газообразный компонент представляет собой загрязняющее вещество в газовом потоке, и в таком случае блок можно использовать для очистки газов, например, для очистки воздуха, поступающего в криогенную установку разделения воздуха (ASU). В таких случаях газообразный компонент может представлять собой одно или несколько веществ, таких как вода, диоксид углерода, следовые углеводороды или оксиды азота (NO_x).

Блок можно эксплуатировать, осуществляя процесс TSA, процесс PSA, процесс VSA или процесс VPSA, или модификации этих процессов, которые известны в технике, например, такие как термически усиленная адсорбция при переменном давлении (TEPSA) или термическая адсорбция при переменном давлении (TPSA). Для очистки воздуха блок предпочтительно эксплуатируется в процессе TSA. Подходящий процесс TSA описывает патент США № 5855650 A.

Блок предназначается, в первую очередь, для устройств очистки воздуха, в которых скорость воздушного потока в каждом блоке составляет вплоть до приблизительно 0,5 млн Нм³/ч и даже вплоть до 0,8 млн Нм³/ч, и, таким образом, они имеют соответствующие размеры.

Кольцевой слой может также содержать катализатор, например катализатор окисления, чтобы ускорялась реакция, по меньшей мере, одного из газообразных компонентов газовой смеси, например, окисление монооксида углерода до диоксида углерода.

Аспекты включают:

1. Радиальный адсорбционный блок с U-образным потоком для удаления, по меньшей мере, одного газообразного компонента из газовой смеси, причем вышеупомянутый блок составляют:

внешняя трубчатая боковая стенка, включающая первый конец и второй конец, противоположный вышеупомянутому первому концу, причем вышеупомянутые первый и второй концы закрываются, соответственно, первой и второй концевыми стенками;

продолговатый кольцевой слой, содержащий, по меньшей мере, один селективно адсорбирующий материал, причем вышеупомянутый кольцевой слой располагается коаксиально внутри вышеупомянутой внешней трубчатой боковой стенки, и в результате этого определяется первое кольцевое пространство между вышеупомянутой боковой стенкой и вышеупомянутым кольцевым слоем, причем вышеупомянутый кольцевой слой определяет центральный канал в сообщении по текучей среде с вышеупомянутым первым кольцевым пространством через вышеупомянутый кольцевой слой;

по меньшей мере, один газовый впуск, расположенный в вышеупомянутой боковой стенке и в сообщении по текучей среде с вышеупомянутым первым кольцевым пространством; и

газовый выпуск, расположенный в концевой стенке вышеупомянутого блока и в сообщении по текучей среде с вышеупомянутым центральным каналом.

2. Адсорбционный блок по пункту 1, в котором вышеупомянутый, по меньшей мере, один газовый впуск располагается на вышеупомянутом конце вышеупомянутой боковой стенки вблизи вышеупомянутой концевой стенки, которая включает вышеупомянутый газовый выпуск.

3. Адсорбционный блок по пункту 1 или 2, причем вышеупомянутый блок ориентирован вертикально, и в результате этого вышеупомянутый блок имеет верхнюю часть и нижнюю часть, причем вышеупомянутый первый конец находится в верхней части вышеупомянутого блока, и вышеупомянутый второй конец находится в нижней части вышеупомянутого блока.

4. Адсорбционный блок по пункту 3, в котором вышеупомянутый, по меньшей мере, один газовый впуск и вышеупомянутый газовый выпуск находятся в нижней части вышеупомянутого блока.

5. Адсорбционный блок по любому из пунктов 1-4, причем вышеупомянутый блок включает множество газовых впусков.

6. Адсорбционный блок по пункту 5, в котором вышеупомянутые газовые впуски располагаются с интервалами вдоль окружности вышеупомянутой внешней трубчатой боковой стенки.

7. Адсорбционный блок по пункту 6, в котором вышеупомянутые газовые впуски располагаются с равными интервалами.

8. Адсорбционный блок по пункту 6 или 7, в котором каждый газовый впуск располагается на расстоянии от вышеупомянутого кольцевого слоя, причем вышеупомянутое расстояние является одинаковым для каждого газового впуска.

9. Адсорбционный блок по любому из пунктов 1-8, причем вышеупомянутый блок включает первый газовый впуск и второй газовый впуск.

10. Адсорбционный блок по пункту 9, в котором вышеупомянутый второй газовый впуск располагается напротив вышеупомянутого первого газового впуска.

11. Адсорбционный блок по любому из пунктов 1-4, причем вышеупомянутый блок включает единственный газовый впуск.

12. Адсорбционный блок по любому из пунктов 1-11, причем вышеупомянутый блок имеет продольную ось, и вышеупомянутый, по меньшей мере, один газовый впуск ориентирован радиально по отношению к вышеупомянутой продольной оси.

13. Адсорбционный блок по любому из пунктов 1-12, причем вышеупомянутый блок включает непроницаемую кольцевую юбку, поддерживающую вышеупомянутый кольцевой слой на одной из вышеупомянутых концевых стенок, причем вышеупомянутая кольцевая юбка располагается коаксиально внутри вышеупомянутой внешней трубчатой боковой стенки, и в результате этого определяется второе кольцевое пространство в сообщении по текучей среде с вышеупомянутым первым кольцевым пространством.

14. Адсорбционный блок по пункту 13, в котором вышеупомянутая непроницаемая кольцевая юбка поддерживает вышеупомянутый кольцевой слой на вышеупомянутой второй концевой стенке в нижней части вышеупомянутого блока.

15. Адсорбционный блок по пункту 13 или 14, в котором вышеупомянутый газовый выпуск располагается в вышеупомянутой второй концевой стенке в нижней части вышеупомянутого блока.

16. Адсорбционный блок по пункту 15, в котором вышеупомянутый, по меньшей мере, один газовый впуск располагается на вышеупомянутом конце вышеупомянутой боковой стенки вблизи вышеупомянутой второй концевой стенки в нижней части вышеупомянутого блока.

17. Адсорбционный блок по любому из пунктов 1-16, причем вышеупомянутый блок включает, по меньшей мере, одну перегородку для уменьшения неравномерности распределения газового потока в вышеупомянутом первом кольцевом пространстве.

18. Адсорбционный блок по пункту 17, в котором вышеупомянутая, по меньшей мере, одна перегородка выбирается из группы, которую составляют кольцевые перегородки, продольные перегородки, усеченные конические перегородки, цилиндрические перегородки и газовые впускные перегородки.

19. Адсорбционный блок по пункту 17 или 18, в котором вышеупомянутая перегородка или, если присутствует более чем одна перегородка, по меньшей мере, одна из вышеупомянутых перегородок является перфорированной.

20. Адсорбционный блок по пункту 19, в котором вышеупомянутая перфорированная перегородка имеет площадь пропускного сечения от приблизительно 10% до приблизительно 60%.

21. Адсорбционный блок по любому из пунктов 1-20, причем вышеупомянутый блок включает, по меньшей мере, одну кольцевую перегородку, расположенную коаксиально внутри вышеупомянутого блока между вышеупомянутым, по меньшей мере, одним газовым впуском и вышеупомянутым кольцевым слоем, причем вышеупомянутая, по меньшей мере, одна кольцевая перегородка перекрывает, по меньшей мере, частично вышеупомянутое второе кольцевое пространство.

22. Адсорбционный блок по пункту 21, в котором вышеупомянутая кольцевая перегородка или, если присутствуют несколько кольцевых перегородок, по меньшей мере, одна из вышеупомянутых кольцевых перегородок выступает из вышеупомянутой внешней трубчатой боковой стенки.

23. Адсорбционный блок по пункту 21 или 22, в котором вышеупомянутая кольцевая перегородка или, если присутствуют несколько кольцевых перегородок, по меньшей мере, одна из вышеупомянутых кольцевых перегородок выступает из вышеупомянутой кольцевой юбки.

24. Адсорбционный блок по любому из пунктов 21-23, в котором вышеупомянутая кольцевая перегородка или, если присутствуют несколько кольцевых перегородок, по меньшей мере, одна из вышеупомянутых кольцевых перегородок является перфорированной и перекрывает, по меньшей мере, в существенной степени вышеупомянутое второе кольцевое пространство.

25. Адсорбционный блок по любому из пунктов 1-24, причем вышеупомянутый блок включает первую кольцевую перегородку, выступающую радиально из вышеупомянутой кольцевой юбки между вышеупомянутым, по меньшей мере, одним газовым впуском и вышеупомянутым кольцевым слоем, и вторую кольцевую перегородку, выступающую радиально из вышеупомянутой внешней трубчатой боковой стенки между вышеупомянутой первой кольцевой перегородкой и вышеупомянутым кольцевым слоем, причем вышеупомянутые перегородки располагаются коаксиально внутри вышеупомянутого блока и частично перекрывают вышеупомянутое второе кольцевое пространство.

26. Адсорбционный блок по любому из пунктов 1-25, причем вышеупомянутый блок имеет продольную ось и включает, по меньшей мере, одну продольную перегородку, установленную в вышеупомянутом блоке параллельно по отношению к вышеупомянутой продольной оси и перекрывающую, по меньшей мере, частично вышеупомянутое первое кольцевое пространство.

27. Адсорбционный блок по пункту 26, причем вышеупомянутый блок включает множество вышеупомянутых продольных перегородок.

28. Адсорбционный блок по пункту 27, в котором вышеупомянутые продольные перегородки располагаются с интервалами вдоль окружности внутри вышеупомянутого блока.

29. Адсорбционный блок по пункту 28, в котором вышеупомянутые продольные перегородки располагаются с равными интервалами.

30. Адсорбционный блок по любому из пунктов 26-29, в котором вышеупомянутая, по меньшей мере, одна продольная перегородка выступает из вышеупомянутой внешней трубчатой боковой стенки.

31. Адсорбционный блок по любому из пунктов 1-30, причем вышеупомянутый блок имеет продольную ось и включает, по меньшей мере, одну продольную перегородку, установленную в вышеупомянутом блоке параллельно по отношению к вышеупомянутой продольной оси и перекрывающую, по меньшей мере, частично вышеупомянутое второе кольцевое пространство.

32. Адсорбционный блок по пункту 31, причем вышеупомянутый блок включает множество вышеупомянутых продольных перегородок.

33. Адсорбционный блок по пункту 32, в котором вышеупомянутые продольные перегородки располагаются с интервалами вдоль окружности внутри вышеупомянутого блока.

34. Адсорбционный блок по пункту 33, в котором вышеупомянутые продольные перегородки располагаются с равными интервалами.

35. Адсорбционный блок по любому из пунктов 30-34, в котором вышеупомянутая продольная перегородка или, если присутствует более чем одна из вышеупомянутых продольных перегородок, по меньшей мере, одна из вышеупомянутых продольных перегородок выступает из вышеупомянутой внешней трубчатой боковой стенки.

36. Адсорбционный блок по любому из пунктов 30-35, в котором вышеупомянутая продольная перегородка или, если присутствует более чем одна из продольных перегородок, по меньшей мере, одна из вышеупомянутых продольных перегородок выступает из вышеупомянутой кольцевой юбки.

37. Адсорбционный блок по любому из пунктов 1-36, причем вышеупомянутый блок включает усеченную коническую перегородку, расположенную коаксиально в вышеупомянутом втором кольцевом пространстве, причем вышеупомянутая усеченная коническая перегородка располагается спереди и на расстоянии от вышеупомянутого, по меньшей мере, одного газового впуска.

38. Адсорбционный блок по пункту 37, в котором вышеупомянутая усеченная коническая перегородка включает, по отношению к вышеупомянутому кольцевому слою, ближний конец и дальний конец, причем вышеупомянутая усеченная коническая перегородка установлена по окружности у вышеупомянутого ближнего конца на вышеупомянутой внешней трубчатой боковой стенке.

39. Адсорбционный блок по пункту 38, в котором вышеупомянутый ближний конец вышеупомянутой усеченной конической перегородки включает кольцевой фланец.

40. Адсорбционный блок по пункту 39, в котором вышеупомянутый кольцевой фланец является перфорированным.

41. Адсорбционный блок по любому из пунктов 37-40, в котором вышеупомянутая усеченная коническая перегородка является перевернутой.

42. Адсорбционный блок по любому из пунктов 1-36, причем вышеупомянутый блок включает цилиндрическую перегородку, расположенную коаксиально в вышеупомянутом втором кольцевом пространстве, причем вышеупомянутая цилиндрическая перегородка располагается спереди и на расстоянии от вышеупомянутого, по меньшей мере, одного газового впуска.

43. Адсорбционный блок по пункту 42, в котором вышеупомянутая цилиндрическая перегородка включает, по отношению к вышеупомянутому кольцевому слою, ближний конец и дальний конец, причем вышеупомянутый ближний конец включает кольцевой фланец, установленный по окружности на вышеупомянутой кольцевой юбке.

44. Адсорбционный блок по пункту 43, в котором вышеупомянутый кольцевой фланец является перфорированным.

45. Адсорбционный блок по любому из пунктов 42-44, в котором вышеупомянутая цилиндрическая перегородка включает, по меньшей мере, одно отверстие, причем вышеупомянутое, по меньшей мере, одно отверстие расположено напротив вышеупомянутого, по меньшей мере, одного газового впуска.

46. Адсорбционный блок по пункту 45, в котором вышеупомянутый, по меньшей мере, один газовый впуск включает трубопровод в сообщении по текучей среде с вышеупомянутым соответствующим отверстием.

47. Адсорбционный блок по пункту 46, в котором вышеупомянутый трубопровод включает стенку, причем, по меньшей мере, часть вышеупомянутой стенки является перфорированной.

48. Адсорбционный блок по любому из пунктов 1-47, в котором вышеупомянутый газовый впуск включает, по отношению к вышеупомянутому кольцевому слою, ближнюю сторону и дальнюю сторону, причем вышеупомянутый блок включает газовую впускную перегородку, расположенную на вышеупомянутой ближней стороне вышеупомянутого газового впуска и перекрывающую, по меньшей мере, часть вышеупомянутого второго кольцевого пространства.

49. Адсорбционный блок по пункту 48, в котором вышеупомянутая газовая впускная перегородка имеет, по меньшей мере, в существенной части U-образное поперечное сечение.

50. Адсорбционный блок по любому из пунктов 1-16, в котором в вышеупомянутом блоке отсутствуют перегородки.

51. Адсорбционный блок по любому из пунктов 1-50 для очистки воздуха посредством удаления, по меньшей мере, одного загрязняющего вещества, выбранного из группы, которую составляют вода, диоксид углерода, углеводороды и NO_x.

52. Адсорбционный блок по любому из пунктов 1-51, причем вышеупомянутый блок способен выдерживать повышенное давление.

53. Адсорбционный блок по любому из пунктов 1-52, причем вышеупомянутый блок предназначается для работы при давлении, составляющем, по меньшей мере, приблизительно 3 бар (0,3 МПа).

54. Адсорбционный блок по любому из пунктов 1-53, причем вышеупомянутый блок предназначается для работы при давлении, составляющем вплоть до 40 бар (4 МПа).

55. Адсорбционный блок по пункту 54, в котором вышеупомянутая внешняя трубчатая боковая стенка и вышеупомянутые концевые стенки содержат углеродистую сталь и имеют толщину, составляющую не более чем приблизительно 38 мм.

56. Радиальный адсорбционный блок с U-образным потоком для очистки воздуха посредством удаления, по меньшей мере, одного загрязняющего вещества, выбранного из группы, которую составляют вода, диоксид углерода, углеводороды и NO_x, причем вышеупомянутый блок составляют:

внешняя трубчатая боковая стенка, включающая верхний конец и нижний конец, противоположный вышеупомянутому верхнему концу, причем вышеупомянутые верхний и нижний концы закрываются, соответственно, верхней и нижней концевыми стенками;

продолговатый кольцевой слой, содержащий, по меньшей мере, один селективно адсорбирующий материал, причем вышеупомянутый кольцевой слой располагается коаксиально внутри вышеупомянутой внешней трубчатой боковой стенки, и в результате этого определяется первое кольцевое пространство между вышеупомянутой боковой стенкой и вышеупомянутым кольцевым слоем, причем вышеупомянутый кольцевой слой определяет центральный канал в сообщении по текучей среде с вышеупомянутым первым кольцевым пространством через вышеупомянутый кольцевой слой;

непроницаемая кольцевая юбка, поддерживающая вышеупомянутый кольцевой слой на вышеупомянутой нижней концевой стенке, причем вышеупомянутая кольцевая юбка располагается коаксиально внутри вышеупомянутой внешней трубчатой боковой стенки, и в результате этого определяется второе кольцевое пространство между вышеупомянутой боковой стенкой и вышеупомянутой кольцевой юбкой, причем вышеупомянутое второе кольцевое пространство находится в сообщении по текучей среде с вышеупомянутым первым кольцевым пространством;

по меньшей мере, один газовый впуск, расположенный в вышеупомянутой боковой стенке у вышеупомянутого нижнего конца и в сообщении по текучей среде с вышеупомянутым первым кольцевым пространством через вышеупомянутое второе кольцевое пространство; и

газовый выпуск, расположенный в вышеупомянутой нижней стенке вышеупомянутого блока и в сообщении по текучей среде с вышеупомянутым центральным каналом.

57. Способ удаления, по меньшей мере, одного газообразного компонента из газовой смеси, причем вышеупомянутый способ включает:

изготовление радиального адсорбционного блока с U-образным потоком по пункту 1;

введение газовой смеси в вышеупомянутый, по меньшей мере, один газовый впуск; и

выведение газообразного продукта из вышеупомянутого газового выпуска.

58. Способ по пункту 57 для очистки воздуха посредством удаления загрязняющего вещества, выбранного из группы, которую составляют вода, диоксид углерода, углеводороды и NO_x.

59. Применение радиального адсорбционного блока с U-образным потоком по пункту 1 для очистки воздуха посредством удаления загрязняющего вещества, выбранного из группы, которую составляют вода, диоксид углерода, углеводороды и NO_x.

Далее предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны со ссылками на чертежи.

Фиг. 1 иллюстрирует радиальный адсорбционный блок 10 для удаления из воздуха примесей, таких как вода и диоксид углерода. Блок 10 ориентирован вертикально и имеет внешнюю трубчатую боковую стенку 12 с верхней концевой стенкой 14 и нижней концевой стенкой 16, и содержит кольцевой слой 18 адсорбирующих материалов, расположенный коаксиально внутри боковой стенки 12. Боковая стенка 12 и кольцевой слой 18 определяют первое кольцевое пространство 20.

Кольцевой слой 18 имеет плиту 22 основания, на которую установлены внешняя трубчатая сетка 24, промежуточная трубчатая сетка 26 и внутренняя трубчатая сетка 28. Каждая из этих трубчатых сеток является газопроницаемой, и трубчатые сетки совместно определяют кольцевые пространства внутри кольцевого слоя 18, который заполнен адсорбирующим материалом. Согласно проиллюстрированному варианту осуществления, кольцевой слой 18 включает слой 30 осушающего вещества, имеющего высокую регенерируемую способность поглощения воды, и слой 32 адсорбента, селективно поглощающего CO₂. Кольцевые пространства между трубчатыми листами можно заполнять адсорбирующими материалами через отверстия 34 в верхней стенке 14 блока 10, который можно также использовать, чтобы удалять и заменять адсорбирующие материалы.

Кольцевой слой 18 поддерживается внутри блока 10 на непроницаемой кольцевой юбке 36, которая вместе с боковой стенкой 12 определяет второе кольцевое пространство 38, которое находится в сообщении по текучей среде с первым кольцевым пространством 20.

Блок 10 на фиг. 1 имеет газовый впуск 40, расположенный в боковой стенке 12, и газовый выпуск 42, расположенный в концевой стенке. Газовый выпуск 42 располагается в нижней стенке 16 блока 10, и газовый впуск 40 располагается у конца боковой стенки 12 рядом с нижней концевой стенкой 16.

В процессе работы подлежащий очистке воздух поступает в газовый впуск 40 блока 10, проходит в первое кольцевое пространство 20 и через кольцевой слой 18 адсорбирующих материалов, которые удаляют из воздуха воду, CO₂ и необязательно N₂O. Очищенный газ проходит в центральный канал 44, определяемый кольцевым слоем 18, и затем выходит из блока 10 через газовый выпуск 42. Поскольку направление потока газа становится противоположным после пропускания через кольцевой слой 18, блок 10 предназначается для U-образного потока.

В процессе регенерации слоя 18 направление потока газа становится противоположным. Таким образом, регенерирующий газ поступает в блок 10 через газовый выпуск 42, проходит в центральный канал 44 и через кольцевой слой 18, чтобы регенерировать слой. Отработавший регенерирующий газ проходит в первое кольцевое пространство 20 и затем выходит из блока 20 через газовый впуск 40.

Фиг. 2 представляет более подробную иллюстрацию варианта осуществления, проиллюстрированного на фиг. 1. Отличительные признаки, которые присутствуют на обоих чертежах, имеют одинаковые условные номера. Далее представлено обсуждение несовпадающих отличительных признаков.

Блок 10 содержит фильтр 46, установленный внутри на газовый выпуск 42. Цель фильтра 46 заключается в том, чтобы улавливать частицы, которые увлекает поток газа. Эти частицы могут представлять собой твердые частицы из адсорбирующего слоя 18.

Фильтр является самоочищающимся. Однако может оказаться необходимой периодическая очистка или замена фильтра 46. Таким образом, существует отверстие 48 в верхней части стенки 14 блока 10, которое обеспечивает доступ к фильтру 46.

Продольные перегородки 50 располагаются на кольцевой юбке 36, которая способствует уменьшению неравномерности распределения воздушного потока через блок 10. Продольные перегородки проиллюстрированы как находящиеся на одной линии с газовым впуском 40. Однако следует понимать, что перегородка может располагаться также на окружности кольцевой юбки 36, как проиллюстрировано на фиг. 4.

Существует также сточная система 52 для удаления из блока 10 водной текучей среды, например, воды, содержащей растворенный диоксид углерода.

Кроме того, присутствует внешняя опорная юбка 54, которая поддерживает блок 10 на опоре.

Наконец, присутствует трубопровод 56, присоединенный к газовому выпуску 42.

Фиг. 3 представляет более подробную иллюстрацию нижнего конца блока 10, который аналогичен блоку, проиллюстрированному на фиг. 2, но имеет другой газовый впуск 40. Отличительные признаки, которые присутствуют на обоих чертежах, имеют одинаковые условные номера.

Фиг. 4 представляет изображение поперечного сечения нижнего конца блока 10, который аналогичен блоку, проиллюстрированному на фиг. 3. Отличительные признаки, которые присутствуют на обоих чертежах, имеют одинаковые условные номера.

Присутствуют шесть продольных перегородок 50, установленных на кольцевой юбке 36 на фиг. 4. Перегородки 50 располагаются с равными интервалами вдоль окружности кольцевой юбки 36, хотя ни одна из перегородок не находится на одной линии с двумя воздушными впусками 40, как проиллюстрировано на фиг. 3.

Когда блок 10 транспортируется, его укладывают горизонтально таким образом, что один из газовых впусков 40 и трубопровод 56 ориентированы по диагонали и направлены вниз, как проиллюстрировано на чертеже. Таким образом, сторона блока 10, которая обращена вниз, может называться термином «сторона транспортировки».

Фиг. 5 представляет более подробную иллюстрацию продольной перегородки 50, проиллюстрированной на фиг. 3. Некоторые отличительные признаки блока 10, проиллюстрированного на фиг. 2, для ясности не представлены. Отличительные признаки, которые присутствуют на обоих чертежах, имеют одинаковые условные номера.

Фиг. 6 и 7 иллюстрируют модифицированный вариант блока 10, проиллюстрированного на фиг. 2. Отличительные признаки, которые присутствуют на обоих чертежах, имеют одинаковые условные номера. Далее представлено обсуждение несовпадающих отличительных признаков.

Присутствует пара горизонтальных кольцевых перегородок 58, 60. Первая кольцевая перегородка 58 установлена по окружности на внешней поверхности кольцевой юбки 36 между газовым впуском 40 и кольцевым слоем 18. Вторая кольцевая перегородка 60 установлена по окружности на внутренней поверхности боковой стенки 12 между первой кольцевой перегородкой 58 и кольцевым слоем 18. Обе кольцевых перегородки 58, 60 являются неперфорированными и выступают во второе кольцевое пространство 38.

Фиг. 8A и 8B иллюстрируют конструкцию кольцевой перегородки 58, которая отличается от того, что проиллюстрировано на фиг. 6 и 7. Перегородка 58 изготовлена из множества отдельных трапециевидных перфорированных пластин, причем каждая пластина установлена на кольцевую юбку с помощью зажима 62. Перегородка наклонена, что обеспечивает сток жидкости на водной основе, например, воды, содержащей растворенный диоксид углерода, которая собирается на поверхности перегородки.

Фиг. 9 иллюстрирует перевернутую усеченную коническую перегородку 64, установленную коаксиально внутри второго кольцевого пространства 38 на боковой стенке 12 посредством неперфорированного кольцевого фланца 65. Поступающий воздух сначала направляется перегородкой вниз и по окружности, а затем воздух изменяет направление и движется вверх в рассеивающую камеру, где скорость уменьшается, и в результате этого выравнивается воздушный поток перед первым кольцевым пространством 20.

Фиг. 10A и 10B иллюстрируют перфорированную газовую впускную перегородку 66, которая выступает из боковой стенки 12 над газовым впуском 40 и имеет U-образное поперечное сечение. Основная масса поступающего воздуха сначала отклоняется от кольцевого слоя, что способствует выравниванию воздушного потока в первое кольцевое пространство 30.

Фиг. 11 иллюстрирует цилиндрическую перегородку 68, установленную коаксиально внутри второго кольцевого пространства 38 на кольцевой юбке 36 посредством перфорированного кольцевого фланца 65. Перегородка 68 имеет отверстие 70, которое присоединяется к газовому впуску 40 через перфорированный трубопровод 72. Основная масса поступающего воздуха сначала отклоняется от кольцевого слоя 18 и вместо этого движется вокруг кольцевой юбки 36 перед поворотом вверх вокруг нижнего конца перегородки, и в результате этого выравнивается воздушный поток в первое кольцевое пространство 20.

Фиг. 12A и 12B иллюстрируют пример продольных перегородок 76, выступающих из внешней трубчатой боковой стенки 12 и перекрывающих основную часть первого кольцевого пространства 20. Эти перегородки предназначаются для уменьшения неравномерности распределения газового потока внутри первого кольцевого пространства 20.

Пример

Компьютерное моделирование способа очистки воздуха согласно патенту США № 5855650A в условиях, которые представлены в таблице 1 этого патента, осуществляли, используя фирменное программное обеспечение и данные, и были определены следующие предпочтительные условия работы блока, которые проиллюстрированы на фиг. 2:

		Описанное устройство и способ
Технологические условия	Единицы измерения	Предпочтительные	Наиболее предпочтительные
Продолжительность рабочего цикла	мин	100-250	120-200
Коэффициент продувания по воздуху	-	0,1-0,5	0,1-0,3
Воздушный поток	кг/с	50-300	100-250
Концентрация CO2 в исходном потоке	ч/млн	100-2000	300-600
Температура исходного потока	С	5-50	10-30
Давление исходного потока	бар (0,1 МПа)	1-40	4-7
Температура горячей регенерации	С	100-300	140-200
Продолжительность горячего продувания	мин	20-70	25-50

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, которые проиллюстрированы на чертежах, следует понимать, что являются возможными разнообразные модификации в пределах идеи или объема настоящего изобретения.

В настоящем описании, если не определены другие условия, слово «или» используется в смысле оператора, который возвращает истинное значение, когда одно или оба заявленных условия выполняются, в отличие от оператора «исключающее или», для которого требуется выполнение только одного из данных условий. Слово «включающий» используется в смысле «содержащий», а не в смысле «состоящий из». Все процитированные выше документы предшествующего уровня техники включаются в настоящий документ посредством соответствующей ссылки. Никакое упоминание какого-либо ранее опубликованного документа в настоящем документе не следует принимать как признание или представление того, что приведенная информация была общеизвестной в Австралии или какой-либо другой стране по состоянию на дату соответствующего документа.

1. Радиальный адсорбционный блок с U-образным потоком для очистки воздуха посредством удаления по меньшей мере одного загрязняющего вещества, выбранного из группы, которую составляют вода, диоксид углерода, углеводороды и NOx, содержащий:

внешнюю трубчатую боковую стенку, содержащую верхний конец и нижний конец, противоположный верхнему концу, причем верхний конец закрыт верхней концевой стенкой, а нижний конец закрыт нижней концевой стенкой, причем внешняя трубчатая боковая стенка имеет продольную ось;

продолговатый кольцевой слой, содержащий по меньшей мере один селективно адсорбирующий материал, причем вышеупомянутый кольцевой слой расположен коаксиально внутри внешней трубчатой боковой стенки, и в результате этого образуется первое кольцевое пространство между вышеупомянутой боковой стенкой и вышеупомянутым кольцевым слоем, причем вышеупомянутый кольцевой слой образует центральный канал в сообщении по текучей среде с первым кольцевым пространством через вышеупомянутый кольцевой слой;

по меньшей мере одну перегородку для уменьшения неравномерности распределения газового потока в вышеупомянутом первом кольцевом пространстве;

непроницаемую кольцевую юбку, поддерживающую кольцевой слой на нижней концевой стенке, причем кольцевая юбка расположена коаксиально внутри внешней трубчатой боковой стенки, и в результате этого определяется второе кольцевое пространство между внешней трубчатой боковой стенкой и кольцевой юбкой, причем второе кольцевое пространство находится в сообщении по текучей среде с первым кольцевым пространством;

по меньшей мере один газовый впуск, расположенный в внешней трубчатой боковой стенке на упомянутом нижнем конце и в сообщении по текучей среде с первым кольцевым пространством через второе кольцевое пространство; и

газовый выпуск, расположенный в нижней концевой стенке вышеупомянутого блока и в сообщении по текучей среде с центральным каналом.

2. Адсорбционный блок по п.1, в котором внешняя трубчатая боковая стенка имеет внутренний диаметр А, причем кольцевая юбка имеет внутренний диаметр С и причем соотношение внутреннего диаметра А внешней трубчатой боковой стенки к внутреннему диаметру С кольцевой юбки составляет от 3:1 до 11:10.

3. Адсорбционный блок по п.1, содержащий единственный газовый впуск.

4. Адсорбционный блок по п.1, содержащий множество газовых впусков.

5. Адсорбционный блок по п.4, в котором вышеупомянутые газовые впуски разнесены по окружности вокруг вышеупомянутой внешней трубчатой боковой стенки.

6. Адсорбционный блок по п.5, в котором вышеупомянутые газовые впуски разнесены на равные расстояния.

7. Адсорбционный блок по п.5, в котором каждый газовый впуск располагается на расстоянии от вышеупомянутого кольцевого слоя, причем вышеупомянутое расстояние является одинаковым для каждого газового впуска.

8. Адсорбционный блок по п.4, причем вышеупомянутый блок включает первый газовый впуск и второй газовый впуск.

9. Адсорбционный блок по п.8, в котором вышеупомянутый второй газовый впуск расположен напротив вышеупомянутого первого газового впуска.

10. Адсорбционный блок по п.1, в котором вышеупомянутый по меньшей мере один газовый впуск ориентирован радиально по отношению к вышеупомянутой продольной оси внешней трубчатой боковой стенки.

11. Адсорбционный блок по п.1, в котором вышеупомянутая по меньшей мере одна перегородка выбирается из группы, которую составляют кольцевые перегородки, продольные перегородки, усеченные конические перегородки, цилиндрические перегородки и газовые впускные перегородки.

12. Адсорбционный блок по п.1, в котором вышеупомянутая перегородка или, если присутствует более чем одна перегородка, по меньшей мере одна из вышеупомянутых перегородок является перфорированной.

13. Адсорбционный блок по п.12, в котором вышеупомянутая перфорированная перегородка имеет площадь пропускного сечения от приблизительно 10% до приблизительно 60%.

14. Адсорбционный блок по п.1, причем вышеупомянутая по меньшей мере одна перегородка включает по меньшей мере одну кольцевую перегородку, расположенную коаксиально внутри вышеупомянутого блока между вышеупомянутым по меньшей мере одним газовым впуском и вышеупомянутым кольцевым слоем, причем вышеупомянутая по меньшей мере одна кольцевая перегородка проходит по меньшей мере частично через вышеупомянутое второе кольцевое пространство.

15. Адсорбционный блок по п.14, в котором вышеупомянутая кольцевая перегородка или, если присутствует более чем одна кольцевая перегородка, по меньшей мере одна из вышеупомянутых кольцевых перегородок выступает из вышеупомянутой внешней трубчатой боковой стенки.

16. Адсорбционный блок по п.14, в котором вышеупомянутая кольцевая перегородка или, если присутствует более чем одна кольцевая перегородка, по меньшей мере одна из вышеупомянутых кольцевых перегородок выступает из вышеупомянутой кольцевой юбки.

17. Адсорбционный блок по п.14, в котором вышеупомянутая кольцевая перегородка или, если присутствует более чем одна кольцевая перегородка, по меньшей мере одна из вышеупомянутых кольцевых перегородок является перфорированной и проходит по меньшей мере по существу через вышеупомянутое второе кольцевое пространство.

18. Адсорбционный блок по п.1, причем вышеупомянутая по меньшей мере одна перегородка содержит первую кольцевую перегородку, проходящую радиально из вышеупомянутой кольцевой юбки между вышеупомянутым по меньшей мере одним газовым впуском и вышеупомянутым кольцевым слоем, и вторую кольцевую перегородку, проходящую радиально из вышеупомянутой внешней трубчатой боковой стенки между вышеупомянутой первой кольцевой перегородкой и вышеупомянутым кольцевым слоем, причем вышеупомянутые перегородки расположены коаксиально внутри вышеупомянутого блока и частично проходят через вышеупомянутое второе кольцевое пространство.

19. Адсорбционный блок по п.1, в котором по меньшей мере одна перегородка содержит по меньшей мере одну продольную перегородку, установленную в вышеупомянутом блоке параллельно по отношению к вышеупомянутой продольной оси и проходящую по меньшей мере частично через вышеупомянутое первое кольцевое пространство.

20. Адсорбционный блок по п.19, содержащий множество вышеупомянутых продольных перегородок.

21. Адсорбционный блок по п.20, в котором вышеупомянутые продольные перегородки разнесены по окружности внутри вышеупомянутого блока.

22. Адсорбционный блок по п.21, в котором вышеупомянутые продольные перегородки разнесены на равные расстояния.

23. Адсорбционный блок по п.19, в котором вышеупомянутая по меньшей мере одна продольная перегородка проходит из вышеупомянутой внешней трубчатой боковой стенки.

24. Адсорбционный блок по п.1, в котором упомянутая по меньшей мере одна перегородка содержит по меньшей мере одну продольную перегородку, установленную в вышеупомянутом блоке параллельно по отношению к вышеупомянутой продольной оси и проходящую по меньшей мере частично через вышеупомянутое второе кольцевое пространство.

25. Адсорбционный блок по п.24, содержащий множество вышеупомянутых продольных перегородок.

26. Адсорбционный блок по п.25, в котором вышеупомянутые продольные перегородки разнесены по окружности внутри вышеупомянутого блока.

27. Адсорбционный блок по п.26, в котором вышеупомянутые продольные перегородки разнесены на равные расстояния.

28. Адсорбционный блок по п.24, в котором вышеупомянутая продольная перегородка или, если присутствует более чем одна продольная перегородка, по меньшей мере одна из вышеупомянутых продольных перегородок проходит из вышеупомянутой внешней трубчатой боковой стенки.

29. Адсорбционный блок по п.24, в котором вышеупомянутая продольная перегородка или, если присутствует более чем одна продольная перегородка, по меньшей мере одна из вышеупомянутых продольных перегородок проходит из вышеупомянутой кольцевой юбки.

30. Адсорбционный блок по п.1, в котором упомянутая по меньшей мере одна перегородка содержит усеченную коническую перегородку, расположенную коаксиально в вышеупомянутом втором кольцевом пространстве, причем вышеупомянутая усеченная коническая перегородка расположена спереди и на расстоянии от вышеупомянутого по меньшей мере одного газового впуска.

31. Адсорбционный блок по п.30, в котором вышеупомянутая усеченная коническая перегородка содержит, по отношению к вышеупомянутому кольцевому слою, ближний конец и дальний конец, причем вышеупомянутая усеченная коническая перегородка установлена по окружности у вышеупомянутого ближнего конца на вышеупомянутой внешней трубчатой боковой стенке.

32. Адсорбционный блок по п.31, в котором вышеупомянутый ближний конец вышеупомянутой усеченной конической перегородки включает кольцевой фланец.

33. Адсорбционный блок по п.32, в котором вышеупомянутый кольцевой фланец является перфорированным.

34. Адсорбционный блок по п.30, в котором вышеупомянутая усеченная коническая перегородка является перевернутой.

35. Адсорбционный блок по п.1, в котором вышеупомянутый газовый впуск содержит, по отношению к вышеупомянутому кольцевому слою, ближнюю сторону и дальнюю сторону, причем вышеупомянутый блок содержит газовую впускную перегородку, расположенную на вышеупомянутой ближней стороне вышеупомянутого газового впуска и проходящую через по меньшей мере часть вышеупомянутого второго кольцевого пространства.

36. Адсорбционный блок по п.35, в котором вышеупомянутая газовая впускная перегородка имеет по меньшей мере по существу U-образное поперечное сечение.

37. Адсорбционный блок по п.1, в котором упомянутая по меньшей мере одна перегородка содержит цилиндрическую перегородку, расположенную коаксиально в вышеупомянутом втором кольцевом пространстве, причем вышеупомянутая цилиндрическая перегородка расположена спереди и на расстоянии от вышеупомянутого по меньшей мере одного газового впуска.

38. Адсорбционный блок по п.37, в котором вышеупомянутая цилиндрическая перегородка включает, по отношению к вышеупомянутому кольцевому слою, ближний конец и дальний конец, причем вышеупомянутый ближний конец содержит кольцевой фланец, установленный по окружности на вышеупомянутой кольцевой юбке.

39. Адсорбционный блок по п.38, в котором вышеупомянутый кольцевой фланец является перфорированным.

40. Адсорбционный блок по п.38, в котором вышеупомянутая цилиндрическая перегородка содержит по меньшей мере одно отверстие, причем вышеупомянутое по меньшей мере одно отверстие расположено напротив вышеупомянутого по меньшей мере одного газового впуска.

41. Адсорбционный блок по п.40, в котором вышеупомянутый по меньшей мере один газовый впуск содержит трубопровод в сообщении по текучей среде с вышеупомянутым соответствующим отверстием.

42. Адсорбционный блок по п.41, в котором вышеупомянутый трубопровод включает стенку, причем по меньшей мере часть вышеупомянутой стенки является перфорированной.

43. Адсорбционный блок по п.1, причем вышеупомянутый блок выполнен с возможностью выдерживания давления.

44. Адсорбционный блок по п.1, причем вышеупомянутый блок предназначается для работы при давлении, составляющем по меньшей мере приблизительно 3 бар.

45. Адсорбционный блок по п.44, причем вышеупомянутый блок предназначается для работы при давлении, составляющем вплоть до 40 бар.

46. Адсорбционный блок по п.45, в котором вышеупомянутая внешняя трубчатая боковая стенка и вышеупомянутые концевые стенки содержат углеродистую сталь и имеют толщину, составляющую не более чем 38 мм.

47. Способ для очистки воздуха посредством удаления загрязняющего вещества, выбранного из группы, которую составляют вода, диоксид углерода, углеводороды и NOx, содержащий:

обеспечение радиального адсорбционного блока с U-образным потоком по п.1;

подачу воздуха в вышеупомянутый по меньшей мере один газовый впуск и

удаление газообразного продукта из вышеупомянутого газового выпуска.

48. Применение радиального адсорбционного блока с U-образным потоком по п.1 для очистки воздуха посредством удаления загрязняющего вещества, выбранного из группы, которую составляют вода, диоксид углерода, углеводороды и NO_x.