[发明专利]整合吸附器头以及与其相关的阀设计和变化吸附法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求与2011年3月1日提交的、题目为“整合吸附器头以及与其相关的阀设计和变化吸附法(INTEGRATED ADSORBER HEAD AND VALVE DESIGN AND SWING ADSORPTION METHODS RELATED THERETO)”的美国临时专利申请号61/448,160，和于2010年5月28日提交的、题目为“具有反应器头和整合阀的反应器”的美国临时专利申请号61/349,464，和于2011年5月6日提交的、题目为“具有反应器头和整合阀的反应器”的PCT专利申请号PCT/US2011/035553的权益，其整体通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及吸附器，其构造包括与吸附器头相关的阀，其使阀和吸附器床之间的不连通体积(dead volume)最小化并且提供耐用的阀布置。本发明也广泛地涉及使用这种吸附器的方法。

背景技术

逆流型反应器(Reverse-flow reactor,RFR)和吸附单元是本领域已知的。典型的RFR包括，例如，伍尔夫热解和再生反应器以及其他再生反应器，其包括再生热氧化剂(RTO)。这些反应器通常用于执行循环的、分批产生的、高温化学。再生反应器循环是对称的(两个方向上相同的化学或反应)或非对称的(循环中随步骤改变的化学或反应)。对称的循环通常用于相对温和的放热化学，例子为再生热氧化(RTO)和自热重整(ATR)。非对称的循环通常用于执行吸热化学，并且期望的吸热化学与放热的不同化学(典型地燃烧)成对，以提供用于吸热反应的反应热。非对称的循环的例子为伍尔夫热解法和变压重整法(PSR)。

为了操作RFR，可考虑各种操作特征。例如，RFR的一个特征是气体小时空间速度，其是气体经过给定反应器体积的空间速度。典型地，高的气体小时空间速度(并因此反应器生产力)具有小的反应器循环时间，而低的气体小时空间速度具有较长的反应器循环时间。对于使用RFR的热解方法，需要高的速度以实现促进向优选产物转化的短的停留时间。第二个特征是在一个循环结束时留在RFR中的气体体积(空隙体积)应当被管理，例如，清除，然后开始下一个循环，其气体体积管理可导致低效和另外的成本。第三个特征是提供快速传热(用于陡的热梯度并且产生高效率)需要的床结构(填充物，packing)也导致高的压降。因此，RFR设计应当考虑空间速度、空隙体积和填充物性能以适当管理系统。因此，常规RFR中的某些缺点，比如常规填充物的性能和长的循环时间，已经阻止这些反应器广泛地用在能源和石油化学领域。

RFR历史上在床结构中利用不同的填充物材料。典型地，这些逆流型反应器利用格子砖、卵石床或其他可用的填充物。该类型的床结构通常具有低的几何表面积(a_v)，其使每单位反应器长度的压降最小化，但也降低体积的传热速率。非对称的逆流型反应器的一个基本原则是热储存在一个步骤中并且用于完成第二步骤中期望的吸热化学。因此，每体积的反应器可实现的期望的化学的量直接涉及体积的传热速率。较低的传热速率相应地需要较大的反应器体积，以实现相同量的期望的化学产量。较低的传热速率可能不足以捕获来自RFR流的热，导致较大的明显热损失和随后较低的效率。较低的传热速率也可导致较长的循环时间，因为储存的热被更缓慢地使用，并且因此持续更长时间用于给定的床温度规定。具有低a_v格子砖或卵石床填充物的历史上的RFR是较大的(例如，较长的并且更资金密集的)并且循环时间为两分钟或更长。这样，这些反应器限制反应器效率和实际的反应器尺寸。

作为增强，一些RFR在床结构内可利用工程化的填充物。工程化的填充物可包括以具体构造提供的材料，比如蜂巢、多孔陶瓷或类似结构。与其他床结构相比，这些工程化的填充物具有较高的几何表面积(a_v)。该类型填充物的使用允许较高的气体小时空间速度、较高的体积反应器生产力、较高的热效率，和较小的、更经济的反应器。但是，这些更经济的反应器更快速地使用热并且从而可能需要减少循环时间。变压重整方法(PSR)是这种优选的RFR的例子。