PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69815428T2 19.05.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0000870538
Titel Adsorptionsreaktor mit radialer Strömung
Anmelder Air Products and Chemicals, Inc., Allentown, Pa., US
Erfinder Tentarelli, Stephen Clyde, Fogelsville, US
Vertreter Schwabe, Sandmair, Marx, 81677 München
DE-Aktenzeichen 69815428
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 07.04.1998
EP-Aktenzeichen 983027251
EP-Offenlegungsdatum 14.10.1998
EP date of grant 11.06.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.05.2004
IPC-Hauptklasse B01J 8/02
IPC-Nebenklasse B01J 8/04   B01J 8/00   B01D 53/04   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Adsorptions-Behälter mit radialer Strömung des Typs, bei dem die Gasströmung durch den Behälter einem im allgemeinen U-förmigen Strömungsmuster folgt, das dadurch erreicht wird, dass die Einlass- und Auslass-Rohrleitungen an demselben Ende des Behälters liegen.

Adsorptions-Behälter mit radialer Strömung haben besondere Anwendung bei einer herkömmlichen kryogenen bzw. Tieftemperatur-Luftzerlegungsanlage gefunden, bei der sie als eingangsseitiges Reinigungssystem verwendet werden, um bestimmte, unerwünschte Verunreinigungen aus dem Einspeisungs-Luftstrom zu entfernen, bevor der Einspeisungs-Luftstrom in eine kryogene bzw. Tieftemperatur-Zerlegungseinheit eintritt.

F. G. Kerry beschreibt solche Systeme in einem Artikel mit dem Titel "Front-Ends for Air Separation Plants-The Cold Facts" (Eingangslösungen für Luftzerlegungsanlagen – die kalten Tatsachen), aus Chemical Engineering Progress, August 1991. Weitere Beschreibungen der Verwendung von Adsorptions-Behältern bei Luftzerlegungsanlagen finden sich in einer Veröffentlichung mit dem Titel "Adsorption Purification For Air Separation Units" (Adsorptions-Reinigung für Luftzerlegungseinheiten) von M. Grenier, J. Y. Lehman, P. Petit and D. V. Eyre, Cryogenic Process and Equipment, Buch Nummer 000283, American Society of Mechanical Engineers (1984). Eine weitere Erörterung der Luftzerlegung und der Verwendung von Adsorbern mit radialer Strömung findet sich in einem Artikel von Dr. Ulrich von Gemmingen mit dem Titel "Designs of Adsorptive Dryers in Air Separation Plants" (Auslegung von Adsorpions-Trocknern in Luftzerlegungsanlagen), Linde AG, Reports on Science and Technology (1994).

Die US-A 4,541,851 offenbart zwei verschiedene Adsorptions-Behälter mit radialer Strömung. Bei einem ersten Behälter folgt die Strömungs-Konfiguration des Gases durch den Absorber der allgemeinen Konfiguration des Buchstaben "Z", wobei die Einführung und die Entnahme des Gases aus dem Behälter sich an gegenüberliegenden Enden eines langgestreckten, zylindrischen Behälters befinden.

Das Verfahrens-Fluid (Gas) tritt durch eine Düse an einem Ende (Boden-Düse) ein, fließt axial nach oben durch einen äußeren Ring in dem Behälter, der das adsorbierende Material enthält, fließt dann radial nach innen durch das adsorbierende Material und ein Filterelement und dann in einen zentralen Kanal, wo es axial nach oben und durch eine Düse an dem oberen Ende des Behälters aus dem Behälter herausfließt, wobei der Behälter in einer vertikalen Richtung orientiert ist. Diese Ausführungsform der Vorrichtung ermöglicht die Umkehr der Strömungsrichtung durch den Behälter. Bei einer anderen Ausführungsform hat der Behälter mit radialer Strömung Einlass- und Auslass-Düsen, die an dem Boden des Behälters angeordnet sind, der in einer im allgemeinen aufrechten Position orientiert ist. Das Verfahrens-Fluid tritt durch eine Düse ein, fließt axial durch den äußeren Ring nach oben, fließt radial durch das Adsorptionsmittel-Bett nach innen und in einen zentralen Kanal, wo es dann axial nach unten und aus dem Behälter herausfließt. Perforierte Wände definieren die Strömungskanäle, die ein im allgemeinen U-förmiges Strömungsmuster erzeugen, wenn das fluide Medium durch den Behälter fließt.

Die AU-A-57158/90 offenbart einen Adsorptions-Behälter mit radialer Strömung, bei dem das Strömungsmuster von einem Einlass an einem Ende des Behälters zu einem Auslass, der sich an dem gegenüberliegenden Ende des Behälters befindet, der allgemeinen Form eines Buchstabens "Z" folgt. Der Strömungspfad durch diesen Behälter ist ähnlich der des ersten Behälters, der oben in Bezug auf US-A 4,541,851 diskutiert wurde. Das Verfahrens-Fluid tritt durch eine Boden-Düse ein, fließt in einem äußeren Ring axial nach oben, fließt dann radial durch ein Adsorptionsmittel-Bett und ein Staubsiebelement und dann in einen zentralen Tunnel, wo es axial nach oben und durch eine Düse, die sich an dem oberen Ende des Behälters befindet, aus dem Behälter herausfließt, wobei der Behälter in einer im allgemeinen vertikalen Position orientiert ist.

Die Behälter sowohl nach dem US-Patent als auch nach dem australischen Patent enthalten ein konisches Element in dem zentralen Tunnel des Behälters mit dem im allgemeinen Z-förmigen Strömungsmuster, um die Gleichförmigkeit der Strömung durch das Adsorptionsmittel-Bett zu verbessern, weil die Rohrtechnik mit Z-Strömung (Einlass und Auslass an gegenüberliegenden Enden des Behälters) eine inhärent schlechte Strömungs-Verteilung im Vergleich mit einer U-förmigen Strömungs-Rohrtechnik erzeugt, und zwar für die Abmessungen, die typisch für Adsorptions-Behälter mit radialer Strömung für eingangsseitige Systeme sind. Das konische Element funktioniert nicht für eine Strömung in beiden Richtungen. Es korrigiert eine fehlerhafte Verteilung für die Strömung in einer Richtung, verschlechtert sie jedoch für die Strömung in der entgegengesetzten Richtung.

Bei den Behältern nach dem Stand der Technik, die ein Z-förmiges Strömungsmuster verwenden, lagen die primären Methoden zur Verringerung der Strömungs-Fehlverteilung bei Strömungen in beiden Richtungen darin, entweder die Strömungsfläche in den internen Kanälen zu erhöhen, was wiederum zu einer Erhöhung der Behälter-Größe und der Kosten des Behälters führt, oder den Druckabfall durch das Bett zu erhöhen, wodurch die Energiekosten für den Betrieb dem Prozesses vergrößert werden.

Die Firma U.S. Filter/Johnson Screens aus St. Paul, Minnesota, bietet Reaktorsiebe mit radialer Strömung für Behälter mit radialer Strömung (Reaktoren) an, die ein im allgemeinen Z-förmiges Strömungsmuster für die Verfahrens-Fluide verwenden.

Die US-A-1,682,787 offenbart ein katalytisches Gerät, bei dem eine Katalysator-Kammer, die zwischen perforieren, ringförmigen Wänden definiert ist, mit Reaktionsgasen gespeist wird, die von einem inneren, koaxialen Einspeisungsrohr über einen serpentinenförmigen Pfad fließen, der durch radial im Abstand angeordnete, koaxiale, gasundurchlässige Prallwände definiert wird. Das Ende des serpentinenförmigen Pfades erstreckt sich in der axialen Richtung längs der radial inneren perforierten (Wände), und die Reaktionsgase fließen durch die Katalysator-Kammer in näherungsweise rechten Winkeln zu der Achse.

Die US-A-4,880,603 offenbart eine katalytische Vorrichtung, bei der ein ringförmiger Katalysator-Korb mit perforierten, zylindrischen Wänden in einem ringförmigen Behälter mit einer gasdichten, zylindrischen Wand angeordnet ist, wodurch ein erster ringförmiger Raum zwischen den jeweiligen äußeren zylindrischen Wänden und ein zweiter ringförmiger Raum zwischen den jeweiligen inneren Wänden definiert werden. Reaktionsgas wird einem der ringförmigen Räume zugeführt, während reagiertes Gas von dem anderen ringförmigen Raum abgezogen wird. Die Querschnittsfläche des ringförmigen Raums, aus dem das reagierte Gas abgezogen wird, ist gleich der oder größer als die des ringförmigen Raumes, dem das Gas zugeführt wird. Bei beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen erstreckt sich ein zentrales Gasrohr koaxial durch den ringförmigen Behälter.

EP-A-0820798 (veröffentlicht am 28. Januar 1998 entsprechend einer Anmeldung, die am 22. Juli 1997 eingereicht wurde unter Beanspruchung eines Prioritätsdatums vom 23. Juli 1996) offenbart einen Adsorber mit radialem Bett für Vakuum bzw. Unterdruck/Druckwechseladsorption, bei dem ein ringförmiges Adsorptions-Bett mit porösen inneren und äußeren Wänden in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei die äußere Wand im Abstand von dem Gehäuse vorgesehen ist, um einen Gaseinspeisungskanal zu definieren, und die innere Wand im Abstand von einem inneren Tank angeordnet ist, um einen Kanal für die Produktströmung zu definieren. Bei der beispielhaft beschriebenen Ausführungsform ist die Strömung durch den Produktkanal in der entgegengesetzten Richtung zu der Strömung in dem Gaseinspeisungskanal, und ein Auslassrohr, das mit dem Kanal für die Produktströmung in Verbindung steht, erstreckt sich axial durch den inneren Tank.

Gemäß einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung einen Behälter des Typs mit einer zylindrischen, langgestreckten äußeren Umhüllung mit ersten und zweiten Enden, die durch Stirn-Platten oder -Köpfe verschlossen werden, mit wenigstens einem ringförmigen Bett, das partikelförmiges Material enthält, das in Längsrichtung zwischen der äußeren Umhüllung und einer zentralen Rotationsachse der Umhüllung angeordnet ist, mit einer Einlassanordnung an einem Ende des Behälters, um ein fuides Medium in den Behälter einzuführen, so dass es das Bett passieren kann, und mit einer Auslassanordnung an einem gegenüberliegenden Ende des Behälters, um das fluide Medium aus dem Behälter nach Passieren des Bettes zu entnehmen, mit einer Ablenkanordnung in dem Behälter, um dem fluiden Medium ein im wesentlichen U-förmiges Strömungsmuster zu geben, wodurch die Strömung des fluiden Mediums durch den Behälter von der Einlassanordnung zu der Auslassanordnung ein im allgemeinen serpentinenartiges Muster hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkanordnung eine zylindrische Ablenkplatte ist, die zwischen der äußeren Umhüllung und dem Bett oder zwischen dem Bett und der zentralen Rotationsachse angeordnet ist, und dass die Ablenkplatte eine Bypass-Anordnung enthält, die zulässt, dass ein kleiner Teil der Strömung des fluiden Mediums durch den Behälter die Ablenkplatte umgeht, um eine Fehlverteilung der Strömung zu korrigieren, die primär auf Reibungsdruckverluste in den Strömungspassagen zurückgeht, die zwischen der Ablenkplatte und dem Bett definiert sind.

Der Einbau von zylindrischen, internen Ablenkplatten in einen zylindrisch geformten Adsorptions-Behälter mit radialer Strömung wandelt das, was vorher ein im allgemeinen Z-förmiges Strömungsmuster war, zu einem im allgemeinen U-förmigen Strömungsmuster im Inneren des Behälters um, während die Verwendung von Einlass- und Auslass-Düsen an gegenüberliegenden Enden des Behälters nach wie vor möglich bzw. zugelassen ist. Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Ablenkplatte zwischen einer äußeren Wand des Behälters und einem inneren, ringförmigen Bett oder Betten des Adsorptionsmittels angeordnet, um dem Verfahrens-Fluid eine umgekehrte U-Form oder ein serpentinenartiges Strömungsmuster zu geben, wenn es von der äußeren Wand zu der zentralen Leitung des Behälters gefördert wird. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Ablenkplatte zwischen dem Adsorptionsmittel-Bett und der zentralen Längsachse des Behälters eingebaut, um dem Verfahrens-Gas während seines Fortschreitens von dem Adsorptions-Bett zu der Auslassdüse des Behälters das umgekehrte U-förmige oder serpentinenartige Strömungsmuster zu geben.

Ein Adsorptions-Behälter mit radialer Strömung gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit einer Strömung des fluiden Mediums in beiden Richtungen betrieben werden, d. h., einer Strömung am Boden und am oberen Ende heraus oder einer Strömung im oberen Bereich und am Boden heraus. Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung ermöglichen eine Korrektur einer Strömungs-Fehlverteilung für eine Strömung in beiden Richtungen. Eingangsseitige Reinigungs-Zyklen benötigen eine Strömung in beiden Richtungen.

Wie oben erwähnt wurde, ist nach einer Ausführungsform die Ablenkplatte zwischen einer äußeren Wand des Behälters und dem Bett angeordnet. In geeigneter Weise ist diese Ablenkplatte eine für das fluide Medium undurchdringliche, zylindrische Ablenkplatte, die auf einer undurchlässigen Bodenplatte angeordnet ist, die das ringförmige Bett trägt und sich in Längsrichtung längs eines größeren Teils des Bettes erstreckt, wobei die Ablenkplatte einen Strömungsdurchgang zwischen sich selbst und der äußeren Wand sowie zwischen sich selbst und dem Bett definiert. Die Ablenkplatte kann in der Nähe der undurchlässigen Bodenplatte sein, und die Bodenplatte kann als Strömungs-Richtungselement wirken, um das fluide Medium zu dem Durchgang zwischen der äußeren Wand und der Ablenkplatte zu leiten.

Der Strömungspfad bei dieser Ausführungsform enthält die Umgehungs- bzw. Bypass-Anordnung, so dass ein kleiner Teil der Strömung des fluiden Mediums durch den Behälter die Ablenkplatte umgehen kann, um eine Strömungs-Fehlverteilung zu korrigieren, die primär den Reibungsdruckverlusten in den Strömungsdurchgängen in der Nähe des Bettes zugeschrieben wird. Die Bypass-Anordnung enthält in geeigneter Weise Durchgänge durch die Ablenkplatte, die mehr Bypass-Fluid an einem Ende der Ablenkplatte gegenüber einem Ende der Ablenkplatte ermöglichen, welches bewirkt, dass die Strömung des fluiden Mediums ihre Richtung umkehrt. Diese Durchgänge weisen nach einer bevorzugten Ausführungsform eine Folge von kreisförmigen Öffnungen auf, die im Durchmesser und im räumlichen Abstand von dem Ende der Ablenkplatte, das von der Bodenplatte gehaltert wird, zu einem gegenüberliegenden Ende der Ablenkplatte variieren, wobei der Durchmesser größer und der Abstand näher bei dem Ende, das von der Bodenplatte gehaltert wird, also an dem gegenüberliegenden Ende der Ablenkplatte sind.

Nach einer zweiten Ausführungsform ist die Ablenkanordnung zwischen dem Bett und der Rotationsachse der Umhüllung angeordnet. Diese Ablenkplatte ist in geeigneter Weise eine für das fluide Medium undurchdringliche, konzentrische Ablenkplatte, die zwischen dem Bett und der Rotationsachse der Umhüllung vorgesehen ist. Die Ablenkplatte ist nach einer bevorzugten Ausführungsform zylindrisch und erstreckt sich längs eines größeren Teils des Bettes von einem oberen Ende des Behälters zu einem Boden des Behälters, wobei die Ablenkplatte Strömungsdurchgänge zwischen sich selbst und der Rotationsachse sowie zwischen sich selbst und dem Bett definiert.

Der Strömungspfad dieser Ausführungsform enthält auch eine Umgehungs- bzw. Bypass-Anordnung, damit ein kleiner Teil der Strömung des fluiden Mediums durch den Behälter die Ablenkplatte umgehen kann, um eine Fehlverteilung der Strömung zu korrigieren, die primär durch Reibungsdruckverluste in den Strömungspassagen in der Nähe des Bettes verursacht wird. Die Bypass-Anordnung enthält in geeigneter Weise Durchgänge durch die Ablenkplatte, die ein stärkeres Umgehen des fluiden Mediums an einem Ende der Ablenkplatte gegenüber einem Ende der Ablenkplatte ermöglichen, was bewirkt, dass die Strömung des fluiden Mediums ihre Richtung umkehrt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Durchgänge eine Folge von kreisförmigen Öffnungen auf, die im Durchmesser und im räumlichen Abstand von dem Ende der Ablenkplatte, das sich in der Nähe des oberen Endes des Behälters befindet, zu einem gegenüberliegenden Ende der Ablenkplatte variieren, wobei der Durchmesser größer und der Abstand näher an dem Ende der Ablenkplatte in der Nähe des oberen Endes des Behälters sind.

Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Verfahren zur Erzeugung bzw. Erteilung eines im allgemeinen U-förmigen Strömungsmusters für fluide Medien, die im Inneren eines Behälters des Typs mit einem langgestreckten, geschlossenen, zylindrischen Gehäuse strömen, in dem wenigstens ein ringförmiges Bett aus einem Adsorptionsmittel-Material angeordnet ist, wobei das Gehäuse eine Einlassanordnung und eine Auslassanordnung in den jeweiligen, gegenüberliegenden Enden aufweist, um das fluide Medium zu dem Bett zuzulassen und aus dem Bett zu entnehmen, wobei das Verfahren aufweist: Einbauen einer zylindrischen Ablenkplatte im Inneren des Behälters zwischen dem Gehäuse bzw. der äußeren Umhüllung und dem Bett oder zwischen dem Bett und der zentralen Rotationsachse, um dem fluiden Medium vor seinem Eintritt in das Bett und/oder nach seinem Austritt aus dem Bett ein im allgemeinen U-förmiges Strömungsmuster zu geben, wodurch die Fluid-Strömung durch den Behälter von der Einlassanordnung zu der Auslassanordnung ein im allgemeinen serpentinenförmiges Muster hat, wobei die Ablenkplatte eine Bypass- bzw. Umgehungs-Anordnung enthält, die es ermöglicht, dass ein kleiner Teil der Fluid-Strömung durch den Behälter die Ablenkplatte umgeht, um eine Strömungs-Fehlverteilung zu korrigieren, die primär auf Reibungsdruckverluste in den Strömungsdurchgängen zurückzuführen ist, die zwischen der Ablenkplatte und dem Bett definiert sind.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung weist die Installation bzw. das Einbauen den Einbau einer zylindrischen Ablenkplatte zwischen einer äußeren Wand des Gehäuses und dem Bett auf, wobei die Ablenkplatte das fluide Medium, das durch das Gehäuse strömt, längs eines Pfades leitet, der durch die Ablenkplatte und die äußere Wand des Gehäuses definiert wird, und in umgekehrter Richtung längs eines Pfades, der durch die Ablenkplatte und das Bett definiert wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung weist das Einbauen die Installation einer zylindrischen Ablenkplatte zwischen einer Rotationsachse des Gehäuses und dem Bett auf, wobei die Ablenkplatte das fluide Medium, das durch das Bett strömt, längs eines Pfades, der durch die Ablenkplatte und das Bett des Gehäuses definiert wird, und in umgekehrter Richtung längs eines Pfades leitet, der durch die Ablenkplatte definiert wird, um die Fluid-Strömung aus dem Behälter herauszuleiten.

Bei jeder dieser beiden Ausführungsformen des Verfahrens weist die Ablenkplatte eine Bypass-Anordnung auf, damit eine kleine Menge der Fluid-Strömung durch den Behälter die Ablenkplatte umgehen kann.

Es folgt eine beispielhafte Beschreibung, bei der auf die beiliegenden Zeichnungen der derzeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen wird. In den Zeichnungen:

1 ist eine Längs-Querschnittsansicht eines Adsorptions-Behälter mit radialer Strömung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

2 ist eine Ansicht, genommen längs der Linie 2-2 von 1;

3 ist eine longifudinale Querschnittsansicht eines Adsorptions-Behälter mit radialer Strömung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

4 ist eine Querschnittsansicht des Behälters nach 1, der die Anordnung eines zusätzlichen, ringförmigen Adsorptionsmittel-Bettes zeigt;

5 ist eine fragmentarische Ansicht eines Teils der Wand einer Ablenkplatte gemäß der vorliegenden Erfindung, die den Einbau des Strömungs-Bypasses in die Ablenkplatte darstellt.

Bezugnehmend auf die Zeichnungen zeigt 1 einen Behälter 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Behälter 10 hat eine äußere Umhüllung bzw. ein äußeres Gehäuse 12, ein erstes oder Bodenende 14, das durch einen im allgemeinen halbkugelförmigen Kopf verschlossen wird, und ein zweites oder oberes Ende 16, das ebenfalls durch einen im allgemeinen halbkugelförmigen Kopf verschlossen wird. Das erste Ende 14 enthält eine Einlassleitung oder Düse 18. Das zweite Ende 16 enthält eine Auslassleitung oder Düse 20.

Der Kopf 16 enthält auch Füllöffnungen 22, 24 für die Einführung und die Entnahme des Adsorptionsmittels aus dem Inneren des Behälters 10, wie im Folgenden vollständig beschrieben werden wird.

In dem Inneren des Behälters 10 ist ein starrer, undurchlässiger, aufgehängter Boden 26 angeordnet, der durch eine Folge von Trägern 28, 30 und Stützen 32, 33 gehaltert wird, wie er auf diesem Gebiet bekannt ist. Die aufgehängte Bodenplatte 26 trägt eine erste, konzentrische Leitung 34, die mit der Auslassdüse 20 in Verbindung steht. Konzentrisch um und im Abstand von der zentralen Leitung 34 ist eine zweite zylindrische Wand oder eine Leitung 36 angeordnet, die einen Ringraum 38 definiert, in den das Adsorptionsmittel-Material über Zugangsöffnungen 22, 24 eingebracht werden kann. Als Alternative hierzu kann die Bodenplatte 26 durch eine zentrale Leitung 34 und eine zylindrische Leitung 36 gehalten werden. Die Wände der zylindrischen Leitung 34 und die zylindrische Leitung 36 sind sieb- bzw. schirmartige Konstruktionen, wie sie beispielsweise von dem Unternehmen Johnson Filtration Systems zum Verkauf angeboten werden, damit das Verfahrens-Fluid (Gas) durch das Bett 38 strömen kann, wie durch die Pfeile 40 angedeutet wird.

Zwischen der Wand oder dem Schirm 36 und der äußeren Wand 12 des Behälters 10 ist eine die Strömung leitende Ablenkplatte 42 angeordnet, die eine zylindrische Form hat und von der Bodenplatte 36 getragen wird. Die Ablenkplatte 42 dient dazu, das Verfahrens-Fluid, das durch die Pfeile 39 beim Eintritt in die Einlassdüse 18 und im Inneren des Behälters durch die Pfeile 40 angedeutet wird, durch einen serpentinenartigen Pfad zu lenken, der sich vertikal längs der äußeren Wand 12 des Behälters 10 erstreckt und dann eine im allgemeinen U-förmige Wende über der Ablenkplatte 42 ausführt, sich längs des Durchganges, der durch die Ablenkplatte 42 und die Wand 36 definiert wird, nach unten erstreckt und dann durch das Adsorptionsmittel-Bett 38 in die zentrale Leitung 34 strömt und den Behälter 10 durch die Düse oder den Auslass 20 verlässt, wie durch die Pfeile 41 angedeutet wird.

4 ist eine ähnliche Querschnittsansicht wie 2 mit der Ausnahme, dass eine zweite innere Wand oder Schirm bzw. Sieb 35 mit einer ringförmigen Konfiguration zwischen der zentralen Leitung 34 und dem Schirm 36 angeordnet wird, wodurch zwei distinkte Kammern 37 und 38 gebildet werden, so dass zwei unterschiedliche Adsorptionsmittel in dem Behälter angeordnet werden können, um das Verfahrens-Fluid zu behandeln.

3 offenbart einen alternativen Behälter 50 mit einer äußeren Wand 52, einem ersten oder halbkugelförmigen Boden-Ende 54 und einem zweiten oder halbkugelförmigen oberen Ende 56, einer Adsorptionsmittel-Füllung und Entnahmeöffnungen 58, 60, einer Einlassleitung oder Düse 62 und einer Auslassleitung oder Düse 64, die alle ähnlich den entsprechenden Komponenten bei der Vorrichtung nach der 1 sind. Auf eine Weise, die der Vorrichtung nach 1 ähnelt, wird eine aufgehängte Bodenplatte 66 verwendet, um konzentrische innere Schirme 68, 70 zu haltern, die ein ringförmiges Adsorptionsmittel-Bett 72 bilden. Das ringförmige Adsorptionsmittel-Bett 72 kann in mehrere unterschiedliche Adsorptionsmittel-Betten auf ähnliche Weise aufgeteilt werden, wie in Bezug auf 1 beschrieben wurde.

Der Behälter 50 enthält eine zentrale Leitung oder Ablenkplatte 74, die sich von der zweiten oder Auslassdüse 64 zu dem aufgehängten Boden 66 hin erstreckt, wobei das Ende 76 der Leitung 74 auf eine Weise endet, um einen Durchgang zwischen dem aufgehängten Boden 66 und der Leitung oder Ablenkplatte 74 zu definieren. Die Pfeile 78 zeigen das Verfahrens-Fluid, das in den Behälter 50 eintritt, während die Pfeile 79 die Bahn des Verfahrens-Fluids darstellen, während es durch den Reaktor 50 fließt. Wie in 3 dargestellt ist, strömt das Verfahrens-Fluid 78, das in den Reaktor eintritt, längs der äußeren Wand 52 des Behälters 50 nach oben, radial durch das Bett 72 und längs der inneren Leitung 70 in einem im allgemeinen Uförmigen Strömungsmuster nach unten. Das Verfahrens-Fluid strömt dann rund um den Boden der zentralen Leitung oder Ablenkplatte 74, kehrt seine Richtung um, so dass es axial nach oben durch die Ablenkplatte 74 strömt, und wird dann über die Düse 64 aus dem Behälter 50 herausgeleitet. Damit strömt auf ähnliche Weise zu der Strömung nach 1 das Prozessgas in einem serpentinenartigen Muster durch den Behälter 50.

5 ist eine schematische Darstellung eines Teils der Wand entweder der Ablenkplatte 42 (1) oder der Ablenkplatte 74 (3), die die in der Ablenkplatte enthaltene Anordnung zeigt, damit eine kleine Menge einer Bypass-Strömung durch die Ablenkplatte strömen kann, um eine Strömungs-Fehlverteilung zu korrigieren, die durch Reibungsdruckverluste in den Strömungskanälen in der Nähe der Adsorptions-Betten verursacht werden (d. h., der Kanal, der durch die zentrale Leitung 34 gebildet wird, sowie der Kanal zwischen dem Schirm 36 und der Ablenkplatte 42 in 1 oder die Kanäle zwischen der Ablenkplatte 74 und dem Schirm 20 und zwischen dem Schirm 68 und der Wand 52 in 3). Im Falle von 1 könnte die Anordnung eine Folge von kleinen Löchern sein, die sich von dem Boden zu dem oberen Ende der Ablenkplatte hin erstrecken, wobei die Löcher an dem Boden größer und näher beieinander angeordnet sind, während sie am oberen Ende der Ablenkplatte kleiner und weiter voneinander entfernt sind. Das Ziel dieser Art von Anordnung ist es, eine stärkere Bypass-Strömung durch den Boden und eine geringere Bypass-Strömung durch das obere Ende der Ablenkplatte zu ermöglichen. Eine Beziehung zwischen den Löchern ist schematisch in 5 dargestellt. Wenn dies in geeigneter Weise ausgelegt wird, ist es unwahrscheinlich, dass die Bypass-Strömung 10% der Gesamtströmung übersteigen wird, um die (Strömungs-) Fehlverteilung zu korrigieren, die durch einen Reibungsdruckabfall verursacht wird.

Im Falle der Vorrichtung nach 3 würden sich die größeren Löcher an dem oberen Ende der Ablenkplatte 74 in der Nähe der Auslassdüse 64 befinden, die zu den kleineren und in einem größeren Abstand voneinander angeordneten Löchern an dem zweiten oder Bodenende 76 der Ablenkplatte 74 hin fortschreiten, wobei hier die Absicht darin liegt, mehr Bypass-Strömung durch das obere Ende und weniger Bypass-Strömung durch den Boden zu ermöglichen.

Bei jeder Ausführungsform der Erfindung kann der Behälter auch "up-side-down", also mit der Oberseite nach unten, ausgehend von der Art orientiert werden, in der die Orientierung in den 1 und 3 gezeigt wird. Orientierung der Behälter auf diese Weise würde bedingen, dass sich die Füllöffnungen 22, 24, 58, 60 an dem gegenüberliegenden Ende des Behälters befinden.

Damit wird gemäß der Erfindung ein Adsorptions-Behälter mit radialer Strömung erzeugt, der eine Leitungsanordnung mit U-Strömung hat, wobei sich jedoch die Einlass- und Auslassdüsen an den gegenüberliegenden Enden des Behälters befinden. Die konzentrische, zylindrische Ablenkplatte, die Ablenkplatte 42 mit dem äußeren Kanal nach 1 und die Ablenkplatte 74 mit dem zentralen Kanal nach 3 bewirkt, dass das Verfahrens-Fluid seine axiale Strömungsrichtung bei seinem Verlauf durch den Behälter umkehrt, um eine gleichmäßige Verteilung der Strömung durch das Adsorptionsmittel-Bett oder die Betten zu erzielen.

Die vorliegende Erfindung erreicht eine insgesamt U-förmige Strömung durch den Behälter, wobei eine U-Strömung eine bessere Strömungsverteilung als eine Z-Strömung hat, ohne dass es erforderlich wird, dass sich die Einlass- und Auslassdüsen an dem gleichen Ende des Behälters befinden. Ordnet man die Einlass- und Auslassdüsen an dem gleichen Ende des Behälters an, so werden dadurch üblicherweise die Kosten des Reaktors sowie der externen Rohrleitungen erhöht, die mit dem Behälter verbunden sind.


Anspruch[de]
  1. Behälter (10; 50) des Typs mit einer zylindrischen, langgestreckten äußeren Umhüllung (12; 50) mit ersten und zweiten Enden, die durch Stirn-Platten oder – Köpfe verschlossen werden (14, 16; 54, 56), mit wenigstens einem ringförmigen Bett (38; 72), das partikelförmiges Material enthält, das in Längsrichtung zwischen der äußeren Umhüllung (12; 50) und einer zentralen Rotationsachse der Umhüllung angeordnet ist, mit einer Einlassanordnung (18; 62) an einem Ende des Behälters, um ein fluides Medium in den Behälter einzuführen, so dass es das Bett passieren kann, und mit einer Auslassanordnung (20; 64) an einem gegenüberliegenden Ende des Behälters, um das fluide Medium aus dem Behälter nach Passieren des Bettes (38; 72) zu entfernen, mit einer Ablenkanordnung (42; 74) in dem Behälter, um dem fluiden Medium ein im Wesentlichen U-förmiges Strömungsmuster zu geben, wodurch die Strömung des fluiden Mediums durch den Behälter von der Einlassanordnung (18; 62) zu der Auslassanordnung (20; 64) ein im Allgemeinen serpentinenartiges Muster hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkanordnung eine zylindrische Ablenkplatte (42; 74) ist, die zwischen der äußeren Umhüllung (12) und dem Bett (38) oder zwischen dem Bett (72) und der zentralen Rotationsachse angeordnet ist, und dass die Ablenkplatte eine Bypass-Anordnung enthält, die zulässt, dass ein kleiner Teil der Strömung des fluiden Mediums durch den Behälter die Ablenkplatte (42, 74) umgeht, um eine Fehlverteilung der Strömung zu korrigieren, die primär auf Reibungsdruckverluste in den Strömungspassagen zurückgeht, die zwischen der Ablenkplatte (42; 74) und dem Bett (38; 72) definiert sind.
  2. Behälter nach Anspruch 1, wobei die Bypass-Anordnung Durchgänge durch die Ablenkplatte (42; 74) enthält, die an einem Ende der Ablenkplatte gegenüberliegend zu einem Ende der Ablenkplatte mehr Bypass-Fluid ermöglicht, so dass die Strömung des fluiden Mediums ihre Richtung umkehrt.
  3. Behälter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Ablenkplatte (42) zwischen der äußeren Umhüllung (12) und dem Bett (38) angeordnet ist.
  4. Behälter nach Anspruch 2, wobei die Ablenkplatte eine für das fluide Medium undurchdringliche, zylindrische Ablenkplatte (42) ist, die auf einer undurchlässigen Bodenplatte (26) angeordnet ist, die das ringförmige Bett (38) haltert und sich in Längsrichtung über einen größeren Teil des Bettes erstreckt, wobei die Ablenkplatte (42) einen Strömungsdurchgang zwischen sich selbst und der äußeren Wand (12) sowie zwischen sich selbst und dem Bett definiert.
  5. Behälter nach Anspruch 4, wobei die Einlassanordnung sich in der Nähe der undurchlässigen Bodenplatte (26) befindet und die Bodenplatte (26) als Strömungs-Richtungseinrichtung („Strömungs-Direktor") wirkt, um das fluide Medium zu dem Durchgang zwischen der äußeren Wand (12) und der Ablenkplatte (42) zu leiten.
  6. Behälter nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei die Bypass-Anordnung eine Folge von kreisförmigen Öffnungen enthält, die im Durchmesser und im räumlichen Abstand von dem Ende der Ablenkplatte (42), das von der Bodenplatte (26) gehaltert wird, zu einem gegenüberliegenden Ende der Ablenkplatte variieren, wobei der Durchmesser größer und der Abstand näher bei dem Ende, das von der Bodenplatte gehaltert wird, als an dem gegenüberliegenden Ende der Ablenkplatte ist, wodurch mehr Bypass-Fluid an einem Ende der Ablenkplatte gegenüber dem Ende der Ablenkplatte ermöglicht wird, so dass die Strömung des fluiden Mediums ihre Richtung umkehren kann.
  7. Behälter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Ablenkplatte (74) zwischen dem Bett (72) und der Rotationsachse der Umhüllung (50) angeordnet ist.
  8. Behälter nach Anspruch 7, wobei die Ablenkplatte eine für das fluide Medium undurchlässige, konzentrische Ablenkplatte (74) ist, die zwischen dem Bett (72) und der Rotationsachse der Umhüllung (50) angeordnet ist.
  9. Behälter nach Anspruch 8, wobei die Ablenkplatte (74) zylindrisch ist und sich über einen größeren Teil des Bettes (72) von dem oberen Teil bzw. der Spitze des Behälters zu dem Boden des Behälters erstreckt und die Ablenkplatte einen Strömungsdurchgang zwischen sich selbst und der Rotationsachse sowie zwischen sich selbst und dem Bett (72) definiert.
  10. Behälter nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei die Bypass-Anordnung eine Folge von kreisförmigen Öffnungen enthält, deren Durchmesser und Abstand von dem Ende der Ablenkplatte (74) in der Nähe der Spitze bzw. des oberen Endes des Behälters bis zu einem gegenüberliegenden Ende der Ablenkplatte variieren, wobei der Durchmesser größer und der Abstand näher bei dem Ende der Ablenkplatte in der Nähe der Spitze des Behälters ist, wodurch mehr Bypass-Fluid an einem Ende der Ablenkplatte gegenüber einem Ende der Ablenkplatte ermöglicht wird, das ermöglicht, dass die Strömung des fluiden Mediums ihre Richtung umkehren kann.
  11. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bypass-Strömung nicht 10% der Gesamtströmung übersteigt.
  12. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das teilchenförmige Material ein Adsorptionsmittel ist.
  13. Verfahren zur Erzeugung bzw. Erteilung eines im Allgemeinen U-förmigen Strömungsmusters für fluide Medien, die im Inneren eines Behälters des Typs mit einem langgestreckten, geschlossenen, zylindrischen Gehäuse strömen, in dem wenigstens ein ringförmiges Bett aus einem Adsorptionsmittel-Material angeordnet ist, wobei das Gehäuse eine Einlassanordnung und eine Auslassanordnung an den jeweiligen gegenüberliegenden Enden aufweist, um das fluide Medium zu dem Bett zuzulassen und aus dem Bett zu entnehmen, aufweisend:

    Einbauen einer zylindrischen Ablenkplatte im Inneren des Behälters zwischen dem Gehäuse bzw. der äußeren Umhüllung und dem Bett oder zwischen dem Bett und der zentralen Rotationsachse, um dem fluiden Medium vor seinem Eintritt in das Bett und/oder nach seinem Austritt aus dem Bett ein im Allgemeinen U-förmiges Strömungsmuster zu geben, wodurch die Fluid-Strömung durch den Behälter von der Einlassanordnung zu der Auslassanordnung ein im Allgemeinen serpentinenförmiges Muster hat, wobei die Ablenkplatte eine Bypass-Anordnung enthält, die es ermöglicht, dass ein kleiner Teil der Fluid-Strömung durch den Behälter die Ablenkplatte umgeht, um eine Strömungs-Fehlverteilung zu korrigieren, die primär auf Reibungsdruckverluste in den Strömungsdurchgängen zurückzuführen ist, die zwischen der Ablenkplatte und dem Bett definiert sind.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Einbauen das Einbauen einer zylindrischen Ablenkplatte zwischen einer äußeren Wand des Gehäuses und dem Bett aufweist, wobei die Ablenkplatte das fluide Medium, das durch das Gehäuse strömt, längs eines Pfades leitet, der durch die Ablenkplatte und die äußere Wand des Gehäuses definiert ist, und in umgekehrter Richtung längs eines Pfades, der durch die Ablenkplatte und das Bett definiert ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Einbauen aufweist das Einbauen einer zylindrischen Ablenkplatte zwischen einer Rotationsachse des Gehäuses und dem Bett, wobei die Ablenkplatte das fluide Medium, das durch das Bett strömt, längs eines Pfades, der durch die Ablenkplatte und das Bett des Gehäuses definiert wird, und in umgekehrter Richtung längs eines Pfades leitet, der durch die Ablenkplatte definiert wird, um die Fluid-Strömung aus dem Behälter heraus zu leiten.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Bypass-Strömung 10% der Gesamtströmung nicht übersteigt.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com