[发明专利]流量分配装置

说明书

技术领域

本文中公开的实施方式总体涉及用于将流量分配到容器中的装置。更具体地说，本文中公开的实施方式涉及用于在变压或变温吸附系统中的流量分配装置。

背景技术

变压吸附(PSA)是用于分馏气体混合物以提供至少一种纯化产物气和提余副产物混合物的技术。PSA已经成功地用于从其他气体分离氢气、从空气分离氧气和氮气、以及从天然气分离氦气等。

PSA系统可以包括多个含有分离所述气体的吸附剂的容器。所述容器可以包括顶和底封头，贯穿它们布置流量管道或喷嘴。

在PSA过程期间，吸附容器经历循环过程的各种阶段，包括进料、压力均衡、产物加压、逆流放空和吹扫等。所述循环过程期间的流量包括向上穿过吸附床以及向下穿过吸附床的气体流量。所述循环过程期间的流量还经历迅速的变压和/或变温；例如，容器喷嘴处的流量可以在一个方向上是高压然后在相反方向上是低压。

为了防止吸附剂通过所述吸附容器的顶封头和底封头中的喷嘴的损失，使用了筛网或其他装置。现有的筛网的一个例子包括以“篮子”的形状排列的焊接金属棒系统。作为另一个例子，钢板以圆锥形或圆柱形的形状焊接到压力壳并切出孔或通路以容许流量。另外，已经使用了被线网覆盖的塔盘，在所述塔盘下面有大的死空间。这些和其他各种设计可以给所述吸附容器带来应力，可以侵蚀或腐蚀，例如由于因焊接引起的液体蓄积和瑕疵所致，等等。在一些情况下，刚性流量分配装置产生高局部化弯曲应力，其导致吸附容器破裂。这种弯曲约束的问题在处理脆化流体、例如含有氢气、硫化氢、氰 化氢和氨等的混合物的系统中特别明显。此外，一旦在野外安装所述容器，所述各种设计可能是不切实际的或难以替换的。这种进一步的局限性在缺乏应对高瞬间压力梯度的抗压强度的设计中特别有害，而所述高瞬间压力梯度可以由于所述分配器内细筛网堵塞、与所述分配器相邻的珠子填充床介质堵塞、与所述容器相连的阀或管路突然故障，或由于这些原因的组合而发生。特别令人烦恼的是，例如焊接到吸附容器的圆顶端盖(在压力容器领域称为封头)的内表面的刚性足以抵抗破损的分配构件，还特别倾向于产生局部化弯曲应力，所述应力不仅在所述流量分配装置中、而且在所述压力容器的主要压力保持表面——即所述封头或壳中产生裂缝。这样的裂缝不利地容许渗漏，如果正被处理的流体由于可燃性、毒性或窒息造成风险以及其他示例性的风险的话，这可以形成显著的安全性风险。

发明内容

在一个方面，本文中公开的实施方式涉及一种系统，所述系统包括容器和将流量分配到所述容器下部的分配器。所述系统可以包括：包含顶封头和底封头的容器；和底封头进给/流出喷嘴。具有至少一个流动容许表面的下分配器布置在所述容器内并包围所述底封头进给/流出喷嘴的入口。在所述下分配器的底部部分与所述底封头进给/流出喷嘴之间形成流动间隙。

在一些实施方式中，所述下分配器布置在所述容器内以提供流动间隙，所述流动间隙具有的尺寸足以容许液体从所述容器排入所述底封头进给/流出喷嘴中并保留紧邻下分配器的所述容器内布置的固体介质，例如吸附剂或催化剂。

在一些实施方式中，所述至少一个流动容许表面被构造成在与所述底封头进给/流出喷嘴的轴正交的方向分配至少一部分气体流量。所述至少一个流动容许表面可以被构造成在与所述底封头进给/流出喷嘴的轴平行的方向分配至少一部分气体流量。

所述下分配器还可以包括至少一个结构支撑翅片，所述结构支撑翅片被构造成在所述流动容许表面的最接近底封头进给流出喷嘴开口的最下边缘下面延伸。在一些实施方式中，所述结构支撑翅片与所述底封头进给/流出喷嘴相连，例如可卸式连接。

在一些实施方式中，所述下分配器被构造成提供75％至100％的质量流量与所述底封头进给/流出喷嘴的轴正交，和0％至25％的质量流量与所述底封头进给/流出喷嘴的轴平行。在其他实施方式中，所述下分配器布置在所述容器内并被构造成通过所述至少一个流动容许表面提供75％至95％的质量流量和通过所述流动间隙提供5％至25％的质量流量。

所述系统还可以包括顶封头进给/流出喷嘴；和布置在所述容器中紧邻所述顶封头进给/流出喷嘴的上分配器。所述上分配器可以包含与所述顶封头进给/流出喷嘴流体连通的流动管道，所述管道包含一个或多个流动容许特征，所述特征被构造成在与所述顶封头进给/流出喷嘴的轴正交的方向分配至少一部分气体流量。