一种提高吸附过程产品回收率的吸附器及其应用 【技术领域】
本发明属于吸附分离技术领域，更具体地是一种应用于各种流体的吸附分离过程的吸附器。背景技术
吸附分离技术作为新兴的化工分离单元操作，已迅速成为一门独立的学科，称为吸附工程。目前这一新型分离技术已在石油化工、化学工业、冶金工业、医药、轻工、农业以及环境保护等领域得到了越来越广泛的应用。
变压吸附(简称PSA)作为吸附分离过程的一项重要分支，主要用于各种工业气体混合物的分离与纯化。在二十世纪六十年代初，美国联合碳化物公司首先实现变压吸附的工业化，用于从含氢工业废气中回收高纯度氢气，四十年来，随着吸附剂、工艺过程以及自动控制等技术的开发研究工作的深入，变压吸附技术在气体分离与净化领域中发展迅速，应用范围不断扩大。
变压吸附的弱点就是产品回收率较低，主要原因在于现有的吸附器(见图1)吸附床死空间气体得不到有效回收与利用。吸附床死空间包括吸附床中吸附剂颗粒间的空隙和产品端封头空间两部分。为了提高回收率，开发出各种吸附性能优良的吸附剂，并采用了多床多次均压技术，将吸附过程结束后的一个吸附床与一个已完成解吸并等待升压的吸附床联通，实现两床压力平衡(简称均压)，这样既回收了一部分吸附床死空间中的有用组份，又利用了其中的能量。多床多次均压技术地采用，有效地提高了变压吸附过程的产品回收率。发明内容
本发明的目的是克服已知技术的上述不足，提供一种提高吸附过程产品回收率的，可应用于各种气体的变压吸附法净化或提纯和变温吸附以及其它气体或液体的吸附分离过程的吸附器。
本发明的主要技术方案：采用新型高效的分布器实现吸附床的良好流体分布，最大限度地消除吸附器产品端的死空间体积，以提高产品回收率。
本发明的吸附器根据产品端分布器形式和安装位置不同，可有多种结构，图2和图3为两种常用结构，通常由原料端、原料端分布器、原料端封头空间、吸附床、产品端、产品端分布器、产品端封头空间所构成。其特征在于：
1.产品端分布器采用工业填料塔或催化裂化(FCC)反应再生器常用的各种流体分布器包括高效多孔多管式分布器，多孔圆盘形分布器或分布板等中的一种，也可以采用两种或多种组合使用，组成组合式分布器。(参见刘乃鸿主编，《工业塔新型规整填料应用手册》，天津大学出版社，1993年12月，P133和石油工业部第二炼油设计院，《催化裂化工艺设计》，石油工业出版社，1983年2月)
2.产品端分布器还可以是固定床反应器或吸附器常用的各种流体分布器包括高效多孔圆台形分布器或其它型式的高效分布器等中的一种，也可以是上述工业固定床反应器或吸附器常用的流体分布器中的一种与工业填料塔或催化裂化(FCC)反应再生器常用的各种流体分布器包括高效多孔多管式分布器，多孔圆盘形分布器或分布板等中的一种，两种或多种组合使用，组成的组合式分布器。
由于上述分布器所需空间极少即可获得良好的流体分配，因而可在产品端封头空间处部分填充或填满吸附剂或其它惰性固体填充物，在消除产品端死空间的同时，可提高吸附器容积的利用率，从而减小吸附器尺寸，降低设备造价。
在产品端封头空间中部分填充或填满无吸附能力或低吸附能力的任何惰性固体填充物，包括金属和非金属材料。上述分布器和填充物可方便地通过人孔装填。
本发明的主要优点和效果：
本发明的吸附器结构可有效地减少吸附器产品端的死空间，提高吸附器的容积利用率，在提高回收率的同时，通过优化设计，还可以缩小吸附器的尺寸，减少均压次数，降低吸附器造价和工程投资。
由于本发明的吸附器产品端结构独特，流体分布性能优良，其结构形式包括分布器和惰性固体填充物及其相对位置等，也可用于吸附器原料端，以改进吸附器原料端的流体分配，从而提高吸附器的总效率，降低吸附器造价和工程投资。
本发明的吸附器可广泛应用于各种气体的变压吸附法净化或提纯过程如空气分离、二氧化碳和甲烷分离、一氧化碳回收、二氧化碳回收、氢气净化与提纯，正构与异构烷烃分离等，也可应用于各种气体或液体的其他吸附分离过程如变温吸附等。
对于采用本发明的吸附器的各种变压吸附法气体分离过程，工业变压吸附过程所采用的各种工艺和技术如设预处理床、弱吸附气体吹扫和抽真空再生、并流减压与均压、强吸附气体顺流吹扫或置换、逆流减压、温度均衡、变温再生以及多床多次均压等((美)R.T.扬著，《吸附法气体分离》，化学工业出版社，1991年11月)，均可使用。附图说明
图1为已知的吸附器结构示意图；
图2为本发明吸附器结构示意图；
图3为本发明吸附器另一结构示意图。具体实施方式
下面通过实例进一步说明本发明的特点。
实例1
本实例结合附图具体说明本发明吸附器结构特点并与已知的吸附器进行对比。
由图1所示，已知的吸附器由原料端1、产品端2、吸附床层3、原料端1分布器4、产品端2分布器5、产品端2封头空间6和原料端1封头空间7所构成。其中所述的原料端1分布器4为多孔圆台形或多孔圆柱形，产品端2分布器5一般为多孔圆柱形(参见叶振华编著，《化工吸附分离过程》，中国石化出版社，1992年12月，P309)。这种结构的吸附器产品端2封头空间6利用率很低，绝大部分未填充任何物质，这就增加了吸附器的总死空间体积，影响产品回收率。由于圆柱形分布器要求较大空间才能保证流体的良好分布，实现吸附剂床的良好吸附，所以在产品端2封头空间6不可能填满吸附剂，因此吸附器的产品端2封头空间6一般不填充或很少填充吸附剂或其它物质，大部分空间未得到利用。
由图2所示，本发明的吸附器包括原料端1、产品端2、吸附床3、原料端1分布器4、产品端2封头空间6、原料端1分布器4和吸附床3之间为原料端1封头空间7、产品端分布器8。分布器8位于吸附床3和产品端2封头空间6之间，在吸附器的原料端1分布器4和产品端2分布器8中间为装有吸附剂的吸附床3。
根据所分离的流体和所采用的工艺技术不同，吸附床3可以是单一吸附剂床层，也可以是不同吸附剂组成的两层或多层复合床，所用的吸附剂为工业上常用的吸附剂，包括分子筛、活性炭、活性氧化铝、硅胶等。
其特点是产品端分布器8采用工业填料塔或催化裂化(FCC)反应再生器常用的各种流体分布器包括高效多孔多管式分布器，多孔圆盘形分布器或分布板等中的一种，或采用两种或多种组成的组合式分布器。上述分布器为可拆卸式的，可以通过吸附器上的人孔(未划出)进行安装和检修。
产品端2和产品端2分布器8之间的产品端2封头空间6可部分填充或填满无吸附能力或低吸附能力的任何惰性固体填充物包括金属和非金属材料，以消除产品端2封头空间6内的死空间。上述惰性固体填充物也可以通过吸附器上的人孔(未划出)进行安装和检修。
上述产品端2分布器8及其封头空间6的结构与装填方式等也可以用于吸附器的原料端1。
由图3所示，本发明的吸附器的另一种结构，包括吸附器原料端1，产品端2，吸附床3，原料端1分布器4，产品端2封头空间6，原料端1分布器4和吸附床3之间为原料端1封头空间7，吸附器内设有位于产品端2封头空间6内的产品端2分布器9。分布器9和吸附床3之间为产品端2封头空间6。在吸附器的原料端1分布器4和产品端1分布器9之间为装有吸附剂的吸附床3。
根据所分离的流体和所采用的工艺技术不同，吸附床3可以是单一吸附剂床层，也可以是不同吸附剂组成的两层或多层复合床，所用的吸附剂为工业上常用的吸附剂，包括分子筛、活性炭、活性氧化铝、硅胶等。
其特点在于产品端2分布器9为固定床反应器或吸附器常用的各种流体分布器包括高效多孔圆台形分布器(与原料端1分布器4的结构相同)或其它型式的高效分布器等中的一种，或采用工业填料塔或催化裂化(FCC)反应再生器常用的各种流体分布器包括高效多孔多管式分布器，多孔圆盘形分布器或分布板等中的一种，两种或多种与其组合使用，组成组合式分布器。
上述产品端2分布器9为可拆卸的，可以通过吸附器上的人孔(未划出)进行安装和检修。
在产品端2封头空间6内部分填充或填满吸附剂或其它惰性固体填充物，以减少产品端2封头空间6的死空间，提高吸附器容积的利用率，从而减小吸附器的尺寸，降低设备造价。根据所分离的流体和所采用的工艺技术不同，上述吸附剂为工业上常用的吸附剂包括分子筛、活性炭、活性氧化铝、硅胶等中的一种。上述惰性固体填充物或吸附剂也可以通过吸附器上的人孔(未划出)进行安装和检修。
上述产品端2分布器9及其封头空间6的结构与装填方式等也可以用于吸附器的原料端1。
实例2
本实例是本发明吸附器的应用实例。
对于10床3次均压的变压吸附氢气净化装置，其产氢能力为43850Nm3/h，吸附器的直径为3.2米，吸附压力为2.4MPa，尾气压力为0.03Mpa.采用图2结构的本发明吸附器，产品端分布器采用高效多孔多管式分布器，产品端封头空间填满无吸附能力的惰性固体填充物，其他工艺流程和操作条件均不变，可使氢气回收率提高2％左右。