[发明专利]具有旋转式干燥器的吸附器

说明书

本发明涉及一种吸附纯化单元，该吸附纯化单元包括再生部件和填充有颗粒吸附剂的吸附器的组合，该再生部件包括结构化吸附剂。

当要生产、分离或纯化气体时，可以使用吸附方法。通常使用几个填充有吸附性材料的吸附器，这些吸附性材料相对于进料流的至少一种成分是选择性的。存在两种主要的吸附器技术，一种是轴向床吸附器，并且另一种是径向床吸附器。在第一种情况下，气体竖直地流通通过吸附床，在第二种情况下，气体径向地流通，或者是从内向外(相对于吸附阶段)呈离心配置，或者从外向内呈向心配置。

在本发明的上下文中，将分别提及PSA(变压吸附)、VSA(真空变压吸附)和(V)PSA(表示这两种单元中的一种或另一种而且还有这两种单元的组合)。

轴向技术不是非常昂贵的，但是当处理高流速时，压降和摩擦的问题成为限制。因此，从待处理的一定流速开始，一种解决方案包括变为径向几何形状，该径向几何形状导致压降的限制而不增加吸附器的半径。确切地，径向吸附器对于给定体积的吸附器提供增加的流动面积，并且理论上不受到相对于磨损现象的限制。吸附剂的床可以悬挂在通过顶部悬挂的竖直穿孔的格栅之间。此径向技术的最知名的缺点是死体积的增加和高的制造成本。

然而，当相比于其他床，一个床具有更小尺寸时，与此径向技术关联的另一个缺点出现。

例如，PSA或TSA吸附方法将被认为是包括两种类型的吸附剂(A和B)，要求在吸附阶段使气体在B之前穿过A并且为此所需的吸附剂B的量相对于量A是非常大的。由于吸附器包括2个床，3个格栅通常用来保持颗粒材料。在向心径向配置中，材料A位于“外部”格栅与“中间”格栅之间，而材料B被保持在同一中间格栅与“内部”格栅之间。于是此A/B不均衡性一方面突出构建所述径向吸附器的困难，由于外和中间格栅的直径是相似的，并且因此使得难以维持床的均匀厚度，由于这些格栅的非理想的特征和可能的变形(可能导致在筛网厚度较小的区域中的优先路径)。

为了克服这些缺点，一种解决方案是反转气体的流动方向以及还有吸附剂的分布，这样使得吸附剂A是在内格栅与中间格栅之间并且吸附剂B是在该中间格栅与外格栅之间。随着在吸附阶段中气体从容器内部向外部的流动，吸附器因此呈“离心径向”的配置(图1)。

然而，这种离心配置可以证明是比向心的解决方案更低能效的。将提及，例如，O2 VSA方法的情况，其中这种离心配置大幅增加了压降并且因此不利于该方法的比能量，以及还有TSA方法的情况，其中从外向内的再生将增加热损失。

O2 VSA方法通常由两个床组成，第一个床为氧化铝的低体积层(硅胶或某些沸石也单独或组合地被使用)，其目的是阻止包含在进料空气中的水，并且第二个床是相对于氧气选择性地保留氮气的沸石层。

使得能够保持向心配置(被称为“蘑菇”配置)的一种几何结构已用于这些O2 VSA方法。它包括在吸附器的底部安装一层粒状的氧化铝，该氧化铝被保持在两个格栅之间(其中流体径向流通)、或更简单地放置呈轴向配置。虽然这种解决方案使得能够保留沸石的向心径向配置，然而它使构建大大复杂化并导致显著额外的成本。

还加入到这些流体动力学问题中的是与几种选择性吸附剂的存在关联的缺点。提及O2 VSA方法的情况，使用呈粒状形式的氧化铝(该氧化铝如上所述具有使待处理的气体脱湿的作用)现今限制了此类方法的性能水平，特别是比能量和生产率。确切地，将氧化铝层添加到吸附器中大大增加了死体积以及还有压降。最后，氧化铝，由于其物理特性，充当热绝缘体/储能器，导致在与筛网的界面处的制冷量的储存，一种大大不利于系统的比能量的现象。从使用的一种或多种其他吸附剂中分离氧化铝将因此使得有可能受益于泵送能量的显著节省。

从那里开始，面临的一个问题是提供一种新颖的配置，该配置使得能够克服所有这些缺点。

本发明的一种解决方案是一种用于纯化气体流的(V)PSA类型的吸附单元，该吸附单元在进料气体流的流动方向上依次包括：

-旋转结构化吸附剂轮，该吸附剂轮被配置为驱动该气体流以轴向方式从其中通过并且使得可能将进料气体干燥到对应于低于-30℃的露点的水平，(其随后将被描述为“干”流)；和

-向心径向配置的吸附器，该吸附器包括颗粒吸附剂床。

表述“颗粒吸附性材料”应理解为是指一种吸附剂，该吸附剂是呈具有毫米尺寸的颗粒、珠粒、棒等的形式，总体上具有在从0.5延伸到5毫米的范围内的等效直径(相当于相同体积的球体的直径)。