制氧吸附塔

技术领域

本发明本涉及气体分离净化领域，具体涉及一种制氧吸附塔。

背景技术

相关技术中，为了低能耗、低成本获得富氧，一般采用变压吸附制氧装置制氧。随着大量冶炼项目的需要，对变压吸附制氧装置的规模需求也越来越大，进而促进了变压吸附制氧装置朝着大型化方向发展，而吸附塔是变压吸附制氧装置的关键设备。

相关技术中，行业内的制氧吸附塔有两种：轴向流吸附塔和径向流吸附塔。国内制氧规模大于1000标立米每小时的制氧装置一般采用径向流吸附塔。常规径向流吸附塔采用原料气底进顶出的结构，存在“死空间”，影响制氧系统运行效率；另外，径向流吸附塔较高，对大口径管道和阀门的安装与检修带来麻烦。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明实施例提出一种制氧吸附塔，该制氧吸附塔能够减小“死空间”，提高了系统运行效率。

根据本发明实施例的制氧吸附塔包括塔体，所述塔体的底部设有进气通道，所述塔体的顶部设有填料通道；环形吸附仓，所述环形吸附仓设在所述塔体内，所述环形吸附仓的顶部与所述塔体的顶部相连，且所述环形吸附仓与所述填料通道连通，所述环形吸附仓的外周壁与所述塔体的侧周壁间隔布置以在所述环形吸附仓的外周壁和所述塔体的侧周壁之间形成进气腔，所述进气腔与所述进气通道连通，所述环形吸附仓的内周壁内形成出气腔；所述出气腔内设有支撑柱，且所述支撑柱的顶端与塔体的顶部相连，所述支撑柱的底端与所述塔体的底部相连或与出气通道的内壁相连；出气通道，所述出气通道设在所述塔体的底部，至少部分所述出气通道设在所述进气通道内，且所述出气通道与所述出气腔的底部密封连通以供制取的氧气排出。

根据本发明实施例的制氧吸附塔，能够减小“死空间”，提高了系统运行效率。

在一些实施例中，所述支撑柱的顶部延伸至所述出气腔的外侧并伸入所述填料通道内，所述填料通道包括第一段和第二段，所述第一段为圆环柱形，所述第二段为锥环柱形，所述第二段连接在所述第一段和所述环形吸附仓之间。

在一些实施例中，所述出气通道包括出气段和多个支管段，所述出气段的顶端与所述出气腔连通，多个支管段均设在所述出气段的底部并均与所述出气段连通，多个支管段沿着所述塔体的周向方向间隔布置，且多个支管段密封穿过所述塔体的底壁或密封穿过所述进气通道的通道壁。

在一些实施例中，所述出气通道还包括汇流段，所述汇流段套设在所述进气通道的外周侧以在所述进气通道的外周壁和所述汇流段的内周之间形成汇流腔，所述汇流段上设有与所述汇流腔连通的出气口，多个所述支管段均与所述汇流腔连通。

在一些实施例中，所述出气段的径向尺寸小于所述出气腔的径向尺寸。

在一些实施例中，所述环形吸附仓的内周壁和外周壁均包覆有丝网。

在一些实施例中，所述进气通道包括第三段和第四段，所述第三段为截锥形，所述第三段的径向尺寸沿着从下至上的方向逐渐变大，所述第四段为圆柱形，所述第三段连接在所述塔体和所述第四段之间。

在一些实施例中，所述塔体的外周侧设有多个支座，多个支座沿着所述塔体的周向方向间隔布置。

在一些实施例中，所述塔体的顶部设有人孔。

在一些实施例中，所述支撑柱的轴线和所述出气腔的轴线同轴布置。

附图说明

图1是根据本发明实施例的制氧吸附塔示意图。

图2是根据本发明另一实施例的制氧吸附塔示意图。

图3是根据本发明另一实施例的出气通道支管段分布图。

图4是根据本发明实施例的空气流动示意图。

附图标记：

塔体1；筒体11；上封头12；下封头13；

进气通道2；第三段21；第四段22；

填料通道3；第一段31；第二段32；

环形吸附仓4；

进气腔5；

出气腔6；

出气通道7；出气段71；支管段72；汇流段73；

支撑柱8；

丝网9；

人孔10；

支座011。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，根据本发明实施例的制氧吸附塔包括塔体1、环形吸附仓4和出气通道2。

塔体1的底部设有进气通道2，塔体1的顶部设有填料通道3。具体地，如图1所示，塔体1可以由筒体11、上封头12、下封头13组成。上封头13焊接在筒体11上端部，下封头13焊接在筒体11下端部，塔体1内部形成腔体。进气通道2设在塔体1下封头处，并与塔体1的内部腔体连通，通过进气通道2可以向塔体1内通入原料空气。填料通道3设在塔体的上封头处，并与塔体1内部的环形吸附仓4连通，通过填料通道3可以向环形吸附仓4内供入吸附剂。

环形吸附仓4设在塔体1内，环形吸附仓4的顶部与塔体1的顶部相连，且环形吸附仓4与填料通道3连通，环形吸附仓4的外周壁与塔体1的侧周壁间隔布置以在环形吸附仓4的外周壁和塔体1的侧周壁之间形成进气腔5，进气腔5与进气通道2连通，环形吸附仓4的内周壁内形成出气腔6。出气腔6内设有支撑柱8，且支撑柱8的顶端与塔体1的顶部相连，支撑柱8的底端与塔体1的底部相连或与出气通道7的内壁相连。

具体地，如图1所示，环形吸附仓4设在塔体1内，环形吸附仓4的顶端与上封头12焊接连接。环形吸附仓4包括多个吸附剂框架，多个吸附剂框架成环形排布，且相邻两个吸附剂框架焊接连接，吸附件框架内填充有吸附剂。

环形吸附仓4的外周壁与塔体1的内壁间隔布置并在两者之间形成进气腔5，进气腔5为圆环柱状。进气腔5与进气通道2连通，通入进气通道内的原料气体可以直接流入进气腔5内。填料通道3贯穿塔体1的上封头，环形吸附仓4的顶部与填料通道3连通，填料通道3上端部可以设有法兰盖。环形吸附仓4底部为密闭结构，由此，原料气体仅能够从环形吸附仓4的外周壁和环形吸附仓4的内周壁穿过。

环形吸附仓4内周壁内形成出气腔6，出气腔6为圆环柱状。从环形吸附仓4内周壁流出的气体会直接汇聚在出气腔6内。

支撑柱8可以是中空柱，也可以是实心柱，。支撑柱的顶端与塔体1顶部焊接连接，其底端与塔体1底部焊接连接，例如，支撑柱的底端可以设有多个连杆，多个连杆沿着支撑柱的周向方向等间隔布置，各连杆均支撑在支撑柱和塔体底部的下封头之间，相邻两个连杆之间的间隙则可以供出气腔内的氧气流入出气通道内。可以理解的是，在其他的实施例中，支撑柱8底端也可以通过连杆与出气通道7的内壁连接。

出气通道7设在塔体1的底部，至少部分出气通道7设在进气通道2内，且出气通道7与出气腔6的底部密封连通以供制取的氧气排出。

如图1所示，出气通道7设在塔体1下端部，出气通道7穿过进气通道2的侧壁，出气通道7的顶端与出气腔连通。出气通道的一端与出气腔6连通，出气通道的另一端从塔体的下端穿出。

如图4所示，图4中箭头方向即为制氧吸附塔内气体流动方向。制氧吸附塔使用过程中，原料气体从进气通道2进入塔体1，在进气腔5内流动并穿过环形吸附仓4，通过环形吸附仓4内的吸附剂可以将水蒸气、氮气、二氧化碳等组分吸附掉，氧气则会穿过环形吸附仓并进入出气腔6内，制得的氧气可以通过出气仓6底部的出气通道7流出。

根据本发明实施例的制氧吸附塔，由于塔体1内设有支撑柱8，支撑柱一方面可以支撑在塔体的顶部和底部之间，起到了增强塔体结构强度的作用，另一方面支撑柱会占据吸附塔的内部空间，使得吸附塔内供气体流动的空间变小，从而使得“死空间”的体积也相应减少，有利于吸附塔工作效率的提高。

由于进气通道和出气通道均设在塔体的底部，从进气通道流入进气腔的原料气体由于相对分子质量小，原料气体会自行向上流动并在上下方向上充满整个进气腔，然后原料气体会在水平方向上径向流动并向内侧穿过环形吸附仓，从环形吸附仓内流出的氧气会在上下方向上布满整个出气腔，由此，进一步减少了塔体内的“死空间”，进一步提高了工作效率。

另外，由于进气通道和出气通道均设在塔体的底部，进气通道和出气通道上的阀门可以设在地面上或者靠近地面的位置处，从而方便了检修维护，避免了相关技术中操作人员需要攀爬至塔体的顶部而存在安全隐患的情况。

在一些实施例中，支撑柱8的顶部延伸至出气腔6的外侧并伸入填料通道1内，填料通道3包括第一段31和第二段32，第一段31为圆环柱形，第二段32为锥环柱形，第二段32连接在第一段31和环形吸附仓4之间。

具体地，如图1所示，填料通道在水平方向的横截面为圆环形，填料通道环绕在支撑柱的外周侧，按照形状的不同，填料通道在上下方向上可以分为第一段和第二段，其中第一段整体为圆环柱形，第二段整体为锥环柱形，且第二段径向尺寸较小的顶端与第一段连通，第二段径向尺寸较大的底端与环形吸附仓的顶部连通。填料作业时，吸附剂可以经由第一段、第二段被导入环形吸附仓内。

填料通道的设置方便了对吸附剂的充填，另外，由于第二段具有一定的倾斜角度，填料作业时，第二段具有减缓吸附剂滑落速度的作用，避免了吸附剂下降速度较快容易对环形吸附仓造成较大冲击的情况。

在一些实施例中，出气通道7包括出气段71和多个支管段72，出气段71的顶端与出气腔6连通，多个支管段72均设在出气段71的底部并均与出气段71连通，多个支管段72沿着塔体1的周向方向间隔布置，且多个支管段72密封穿过塔体1的底壁或密封穿过进气通道2的通道壁。

具体地，如图2所示，出气段71是中空圆柱管，与出气腔6同轴布置，设在支管段72和出气腔6之间。支管段有两个，两个支管段72的顶端均与出气段71底部连通，并关于出气段71的轴线呈对称分布。两个支管段72的底端均密封穿过下封头13。

对称分布的支管段72可以避免塔体1内部气流分布不均、气压不均以及气体流入环形吸附仓4时的流速不均。气体穿过环形吸附仓4的流速过高使得吸附剂吸附杂质能力下降，造成出气腔6内氧气纯度下降，降低产品质量。

可以理解的是，在其他的实施例中，支管段72可以是4个，如图3所示，4个支管段72沿塔体1的周向均匀分布。支管段还可以是3个、5个等。在其他一些实施例中，各支管段的底端可以穿过进气通道的通道壁。

在一些实施例中，出气通道7还包括汇流段73，汇流段73套设在进气通道2的外周侧以在进气通道2的外周壁和汇流段73的内周之间形成汇流腔，汇流段73上设有与汇流腔连通的出气口，多个支管段72均与汇流腔连通。

如图2所示，汇流段可以是底端封闭的方管，其方管的管身上设有出气口。汇流段73套设在进气通道2的外周。各支管段72底端均与汇流段的内腔连通。氧气可通过支管段72流入汇流段，再经由汇流段上的出气口流出制氧吸附塔。

汇流段的设置起到了汇聚从各支管段流出的氧气的作用，通过在汇流段上设置一个出气口即可实现对氧气的收集，方便了氧气的收集。

在一些实施例中，出气段71的径向尺寸小于出气腔6的径向尺寸。

如图2所示，在水平方向上，出气段71的横截面尺寸小于出气腔6的横截面尺寸，使得氧气流经出气段71时流速变快，便于氧气流出制氧吸附塔。

在一些实施例中，环形吸附仓的内周壁和外周壁均包覆有丝网9。

如图2所示，丝网9包括内层丝网和外层丝网，内层丝网覆盖在环形吸附仓的内周壁上，外层丝网覆盖在环形吸附仓的外周壁上，内层丝网的上下边沿和外层丝网的上下边沿可以通过定位销固定连接在上封头12或下封头上。丝网9可以分离气体中的雾沫，减少制得的氧气中的杂质。

在一些实施例中，进气通道2包括第三段21和第四段22，第三段21为截锥形，第三段21的径向尺寸沿着从下至上的方向逐渐变大，第四段22为圆柱形，第三段21连接在塔体1和第四段22之间。

如图2所示，第四段22与塔体1同轴。第三段21下端部与第四段22上端部连通，第三段的上端部与上封头13密封连接。第三段与进气腔连通。设置第三段21和第四段22有助于气体均匀流入进气腔5内，有利于气体在进气腔5内均匀分布。第三段21的横截面尺寸逐渐变大，起到缓冲作用和减缓流速的作用，避免了进气通道和塔体之间容积的差异较大而容易加剧气流紊乱的情况。。

在一些实施例中，塔体1的外周侧设有多个支座011，多个支座011沿着塔体1的周向方向间隔布置。

具体地，如图1和图2所示，支座011可以是直角三角板，支座011的侧边与塔体1外壁焊接连接，底边与塔体1外壁垂直。支座011用于固定制氧吸附塔，防止其倾斜倒塌。可以理解的是，在其他的一些实施例中，支座011可以是方板。

在一些实施例中，塔体1的顶部设有人孔10。

人孔10是中空圆管，人孔10顶部设有阀门，底部连通塔体的内腔。阀门处可以设有压力传感器，压力传感器与报警装置电连接。当吸附塔内压力过高时，传感器会拉响警报器。人孔用于防止制氧吸附塔内气压太高，引起爆炸。可以理解的是，在其他的实施例中，人孔还可以是方管。

在一些实施例中，支撑柱8的轴线和出气腔6的轴线同轴布置。

具体的，如图1和图2所示，支撑柱是圆柱状，出气腔6由环形吸附仓4内壁形成，二者同轴布置使得出气腔6空间均匀分布，从而使得氧气在出气腔6内分布均匀，防止出气腔6局部形成压差而扰乱制氧吸附塔内气体的流动。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征 “上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。