Реактор с радиальным пространством

Реактор с радиальным пространством

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в основном относится к области реакторных емкостей с радиальным потоком, используемых в способах очистки газа, сепарации и проведения химической реакции и имеющих внутренний корзинный узел для удерживания активного материала, используемого для удаления и/или конверсии одного или более компонентов в сырьевом потоке посредством адсорбции и/или каталитической или некаталитической реакции. Точнее говоря, данное изобретение относится к реактору с радиальным потоком, имеющим съемную секцию во внутренней корзине для обеспечения компактной загрузки одного или более слоев активных материалов между двумя структурными концентрическими корзинами.

Предпосылки создания изобретения

Запрос на более высокую производительность реактора продолжает возрастать для многих производственных процессов, связанных с добычей нефти и газа, производством альтернативного топлива, устойчивостью окружающей среды и технологическими выбросами. Такие запросы частично определяются все возрастающей стоимостью топлива и необходимостью в различном химическом исходном сырье. Одним примером этого является запрос на большие криогенные установки для разделения воздуха (air separation units, ASU), отвечающие потребностям роста качества кислорода и азота, используемых в различных промышленных видах обрабатывающей промышленности. ASU требуют наличия входных очистительных реакторов (адсорбционных емкостей) для очистки потока сырьевого воздуха путем удаления диоксида углерода, воды, остаточных углеводородов и других загрязнителей перед попаданием в ASU. Большие ASU, как известно, требуют наличия больших «блоков предварительной очистки» для обработки входящего сырьевого воздуха перед процессом криогенной дистилляции. Это представляет собой задачу для проектировщиков реакторов при попытке регулировать размер реактора, поскольку повышенный расход сырьевого воздуха требует пропорционального повышения поперечного сечения входного потока, обеспеченного емкостями, что приводит к созданию более крупных и более дорогостоящих емкостей.

Способы газоочистки, сепарации или проведения реакции с использованием активных материалов, таких как адсорбенты и/или катализаторы, хорошо известны из уровня техники, и в настоящее время для этих типов способов применяются различные конструкции реакторных емкостей. Примеры включают в себя как вертикально, так и горизонтально ориентированные цилиндрические емкости с потоками воздуха, выходящими вверх через пространство адсорбирующего материала или реагента и/или каталитического материала в ходе очистки, сепарации или химической реакции. Третий тип емкости, используемый в настоящей работе, ориентирован по вертикальной центральной или продольной оси и имеет внутреннюю конструкцию, которая направляет поток технологического газа радиально через пространство. Эта конструкция с радиальным потоком состоит из емкости высокого давления, окружающего газопроницаемые концентрические внутренние и внешние корзины, содержащие пространство из одного или более слоев активного материала. Такая конструкция радиального потока дает возможность повышать площадь поперечного сечения путем увеличения высоты емкости без существенного изменения опорной поверхности (требования к земельной площади). Кроме того, конструкция радиального потока делает более эффективным средство для повышения площади поперечного сечения по сравнению с горизонтальной или аксиальной конструкцией проточного реактора.

Реакторы с радиальным потоком обычно функционируют непрерывно или в циклическом режиме в зависимости от способа обработки газа. Многие способы, такие как способ адсорбции, функционируют циклически в режиме сдвига давления (PSA), сдвига вакуума (VSA), сдвига температуры (TSA) или при сочетании этих режимов, причем один или более компонентов сырьевого потока адсорбируется на этапе адсорбции, а затем десорбируется или иным образом высвобождается из адсорбента на этапе регенерации. Тепловые изменения, сопровождающие эти циклические процессы, например при режиме TSA, воздействуют на компоненты пространства и емкости. Внутренние компоненты в зависимости от их конфигурации, а также способа их соединения с емкостью расширяются и сжимаются, когда подвергаются изменениям температуры и, таким образом, претерпевают воздействие нагрузок, вызванных этими изменениями температуры. Такие термические нагрузки порождают значительные механические напряжения во всех элементах внутреннего корзинного узла, и величина таких напряжений, вызванных тепловыми нагрузками, возрастает с повышением перепада температур. Осевое и радиальное смещение стенок корзины также может привести к сжатию пространства активного материала, и частицы материала могут мигрировать или повреждаться в результате смещения стенки корзины и особенно при неплотной упаковке таких материалов. В худшем случае эти эффекты могут вызвать физическое разрушение активного материала и/или механическое повреждение корзинного узла.

Свободно текущий активный материал в виде частиц обычно загружают в пространство такими способами, как заливка, засыпка или «загрузка из дозирующего мешка», создавая неплотно и неоднородно упакованное пространство с избыточными пустотами между частицами. Пространства, загруженные с использованием этих способов, подвергаются уменьшению объема максимум на 10% или более за счет оседания частиц. Такое оседание становится возможным из-за избыточного объема пустот и оно обеспечивается путем сочетания циклирования потока и температуры, расширения и сжатия корзин и действия обычных сил гравитации. Является желательным ослабить эти эффекты путем максимизации плотности упаковки и в то же время путем минимизации объема избыточных пустот. Таким образом, является предпочтительным заполнение емкости таким образом, чтобы это привело к равномерной и плотной упаковке пространства активного материала (материалов), в котором возможность оседания минимизирована или даже устранена. Этот способ известен как способ «плотной загрузки» или «плотной упаковки», и здесь его также называют «плотной загрузкой» или «плотной упаковкой». Возможные преимущества плотной загрузки включают в себя повышенную мощность или производительность реактора, повышенный выход и/или качество продукта и исключение участков перегрева. Кроме того, автоматизированная плотная загрузка является более безопасной, поскольку она исключает наличие персонала внутри реактора при загрузке.

Кроме того, желательной является одновременная загрузка нескольких дискретных радиальных слоев различными активными материалами. Такие способы загрузки обычно известны для радиальных проточных емкостей, используемых для способов PSA, например см. Патент США № 5836362. В таких способах какие-либо значительные индуцированные тепловые нагрузки отсутствуют. Структура внутренней корзины таких емкостей из данного уровня техники спроектирована таким образом, чтобы внутренняя корзина не была прикреплена непосредственно к верхней насадке емкости. В результате облегчается описанный выше способ загрузки, в котором вращающийся загрузочный рукав или рукава могут простираться от центральной оси емкости (и корзин) к внутренней стенке внешней корзины. При заполнении формы пространства активным материалом (материалами) загрузочные рукава можно легко поворачивать на все 360 градусов кольцевидного пространства между корзинами. Такой способ загрузки нельзя легко применять для емкостей, сконструированных для тепловых циклических нагрузок, в которых внутренняя корзина прикреплена или иным способом соединена с верхней насадкой емкости, т.е. свободное вращение загрузочных рукавов вокруг центральной оси емкости предотвращается наличием непрерывно простирающейся внутренней корзины. Таким образом, первая проблема, к которой необходимо обратиться, состоит в желании плотно загружать активный материал в реактор с радиальным потоком, сконструированный для способа термоциклирования, в котором внутренняя корзина жестко и непрерывно прикреплена к верхней насадке емкости.

Реакторы с радиальными потоками обычно требуют наличия нескольких слоев активных материалов. Например, несколько слоев адсорбента используют в способах предварительной очистки воздуха, например оксид алюминия для первичного удаления H₂O и молекулярные сита для первичного удаления CO₂, для снижения энергопотребления путем снижения требуемой максимальной температуры регенерации и/или путем уменьшения количества регенерационного газа. Дополнительные слои адсорбентов, катализаторов или другого активного материала также могут потребоваться тогда, когда другие загрязнители должны быть удалены, например, загрязнители, для которых первичные активные материалы в пространстве не обладают никакой селективностью, вместимостью или реакционно-способностью.

Для вмещения нескольких слоев материалов можно использовать несколько корзин. При использовании более двух структурных корзин как изготовление емкости, так и загрузка активного материала (материалов) становится значительно более сложной и более дорогостоящей. Кроме того, жестко закрепленные внутренние корзины передают дополнительные напряжения пространства, содержащего активные материалы, из-за индуцированных термических нагрузок, воздействующих на эти внутренние корзины. Таким образом, вторая проблема, к которой следует обратиться, состоит в необходимости удалить дополнительные корзины, находящиеся между самой внутренней и самой внешней корзиной.

Таким образом, существует значительная мотивация к улучшению механической конструкции реакторов с радиальным потоком для достижения большей технической надежности, меньшей себестоимости и повышенной эксплуатационной гибкости при все еще существующих ограничениях на общую опорную поверхность реактивной емкости. Кроме того, настоящий реактор спроектирован для обеспечения простого и эффективного средства для решения структурных проблем, вызванных термическими эффектами от использования только внутренней и внешней структурной корзины, и обеспечением средства для плотной упаковки нескольких слоев адсорбента между этими корзинами.

Учения согласно уровню техники бывают различными и не соотносящимися с конструкцией реакторов с радиальным потоком, в частности для емкостей, претерпевающих тепловые циклические нагрузки. Конструкции стандартных цилиндрических реакторов обычно включают в себя внутренний комплект по меньшей мере из двух концентрических корзин с пористыми стенками, с активным материалом, содержащимся в кольцевом пространстве, образованном между этими корзинами. Корзины и оболочка емкости обычно имеют общую продольную ось. Когда в таких реакторах с радиальным потоком требуется несколько слоев активного материала, в соответствии с существующим уровнем техники используются дополнительные структурные пористые сепараторы, расположенные между слоями активного материала, т.е. используются три или более концентрические корзины. В настоящее время нет никаких теорий, предполагающих достижение плотной упаковки адсорбентов в реакторах с радиальным потоком, функционирующих в условиях термоциклирования, при наличии корзин, непрерывно прикрепленных к верху реактивной емкости. В патентах согласно уровню техники обычно описывается заливка или засыпка активного материала через дозирующий мешок или непосредственно через верхние загрузочные отверстия в емкости.

В Патенте США № 4541851 раскрыт первый вариант воплощения емкости, имеющий два концентрических слоя адсорбента, где каждый слой находится между двумя концентрическими цилиндрическими решетками. Три цилиндрические решетки являются концентрическими и расположены вокруг той же продольной оси, что и у емкости, окружающей их. Промежуточная решетка является аксиально жесткой и радиально гибкой, тогда как внутренняя и внешняя решетки являются аксиально гибкими и радиально жесткими. Все три решетки жестко соединены с оболочкой емкости на их верхних концах и жестко соединены с твердой плавающей нижней плитой на их нижнем конце.

Во втором варианте воплощения описана емкость, имеющая три концентрических слоя адсорбента и четыре проницаемые решетки. Внутренние и внешние решетки являются жесткими как в осевом, так и в радиальном направлении, а две промежуточные решетки являются жесткими в осевом направлении и гибкими в радиальном направлении. Все четыре решетки жестко соединены с оболочкой на своих нижних концах. В этой конфигурации можно использовать два или более слоев адсорбента. В обоих вариантах воплощения емкость имеет отверстия, используемые для заполнения и опорожнения пространств адсорбента. Дополнительные подробности, связанные с этой конструкцией, описаны в работе Grenier, M., J-Y Lehman, P. Petit, «Adsorption Purification for Air Separation Units», in Cryogenic Processes и Equipment, ed. By P.J. Kerney, et al. ASME, New York (1984) («Адсорбционная очистка для установок разделения воздуха», в криогенных процессах и оборудовании).

В Патенте США № 5827485 раскрыта емкость, содержащая кольцевую адсорбционную пространство, которая ограничена внутренней и внешней корзиной. Предполагается, что одиночный слой адсорбента содержится между двумя проницаемыми концентрическими корзинами, обе из которых являются гибкими в осевом направлении и жесткими в радиальном направлении. По меньшей мере одну из корзин жестко прикрепляют к верхнему концу емкости. Внутреннюю корзину на ее нижнем конце жестко соединяют с опорным элементом дна и дополнительно устанавливают таким образом, чтобы она опиралась на нижнюю полусферическую крышку оболочки посредством ребер, расположенных в виде звезды. Внешняя корзина опирается непосредственно на свой нижний конец нижней крышкой. Отверстия создают для надлежащей загрузки (и удаления) адсорбента, хотя там нет никакого обсуждения отверстий или заполнения. Дополнительные подробности также описаны в работе U. Von Gemmingen, «Designs of Adsorptive Dryers in Air Separation Plants», Reports on Science & Technology, 54:8-12 (1994) («Конструкции адсорбционных сушильных камер в воздухоразделительных установках»).

В Патенте США № 6086659 раскрыта адсорбционная емкость с радиальным потоком, которая имеет множество решеток, в которых по меньшей мере одна из решеток является гибкой как в осевом, так и в радиальном направлениях. Решетки жестко прикреплены как к верху емкости, так и к нижней опорной плите. Нижняя опорная плита может быть плавающей или полужестко или жестко прикрепленной к днищу емкости. Одна или более промежуточных решеток раскрыты в качестве средства, содержащего различные слои адсорбентов в емкости. Емкость имеет заливные отверстия для введения и удаления адсорбента, но никакого обсуждения способа заполнения не было обнаружено.

В Германском Патенте № DE-3939517-A1 раскрыта емкость с радиальным потоком, имеющим один слой адсорбента, содержащегося между двумя концентрическими проницаемыми решетками, обе из которых выглядят жесткими как в осевом, так и в радиальном направлении. Внешняя корзина жестко соединена с верхним концом емкости и с плавающей плитой основания. Внутренняя корзина гибко соединена с верхним концом емкости за счет использования сильфонного компенсатора или направляющей рамы. Нижний конец внутренней корзины жестко соединен с плавающей плитой основания. Весь корзинный узел, таким образом, свешивается с верхнего конца емкости с внешней корзиной, несущей на себе вес корзинного узла, и адсорбентом, содержащимся в ней. Отверстия используют для введения и удаления адсорбента.

В патентах согласно уровню техники исследовано много вариантов в рамках основной конфигурации конструкции, в которой внутренняя, внешняя и/или промежуточная корзины, обладающие различной гибкостью, прикреплены к верхней части, нижней части или обеим частям емкости. В исследованиях для многослойных пространств использована дополнительная промежуточная корзина для каждого дополнительного слоя материала или адсорбента. Эти промежуточные корзины являются структурными компонентами, которые претерпевают нагрузки и напряжения, индуцированные термоциклированием. Из-за присутствия этих дополнительных корзин осложнено не только проектирование конструкции и изготовление корзинного узла, но и становится сложной загрузка адсорбентов и доступ к компонентам и их поддержание в пределах каждого кольцевого пространства. Такие конструкции ограничивают загрузку адсорбентов засыпкой, заливкой или «загрузкой из дозирующего мешка» через отверстия наверху емкости, что приводит к неплотной упаковке материалов, подвергающихся перемещению и оседанию в ходе эксплуатации. Присутствие промежуточных корзин приводит к меньшим пространствам объема для загрузки активных материалов, что дополнительно увеличивает пустоты и снижает плотность упаковки при заливке или засыпке активных материалов в эти пространства. В результате, использование узких или лежащих на небольшой глубине слоев при опоре на способы загрузки с неплотной упаковкой ограничено. Таким образом, в области техники, относящейся к конструкции реактора с радиальным потоком, не существует четкого учения или направления, связанного с ослаблением или устранением этих проблем.

Настоящий реактор с радиальным потоком сконструирован таким образом, чтобы внутренняя корзина или корзинный узел, содержащий пространство активного материала, был жестко закреплен как на верхнем, так и на нижнем конце емкости. Стенки корзины являются аксиально гибкими и радиально жесткими для минимизации термически индуцированного движения и для регулирования напряжений и нагрузок, что, таким образом, ослабляет осевой и радиальный прогиб внешней и внутренней корзины. Съемный внутренний рукав вблизи верхней части внутренней корзины можно временно удалять для создания небольшой открытой секции в корзине. Такое отверстие обеспечивает использование вращающегося загрузочного рукава (рукавов) для плотной загрузки либо одного слоя, либо одновременно нескольких слоев активного материала. Съемный рукав затем возвращают обратно для нормальной эксплуатации реактора. Когда это является желательным для разделения соседних слоев активного материала для предотвращения малейшего перемешивания материалов в ходе загрузки, например когда желательными являются очень тонкие слои, такое разделение достигается с использованием гибкого, неструктурированного пористого материала, установленного на границе между слоями.

Настоящее изобретение не только обеспечивает равномерную плотную загрузку активных материалов в один или несколько слоев, но также устраняет необходимость в дополнительных структурных корзинах. Изобретенная конструкция реактора с радиальным пространством позволяет осуществлять плотную загрузку и является более надежной для эксплуатации и менее дорогостоящей для изготовления.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение представляет собой реактор с радиальным потоком, используемый в способах газоразделения и, в частности, для очистки воздуха путем адсорбции и/или каталитических или некаталитических реакций. Реактор имеет две концентрические пористые внутренние корзины, которые ограничивают активный материал, обычно свободно текущие твердые частицы в пределах корзин и в пределах цилиндрической оболочки. Корзины жестко закрепляют как на верхнем, так и на нижнем конце емкости, и является предпочтительным, чтобы они имели стенки, которые являются аксиально гибкими для минимизации термически индуцированных напряжений и нагрузок и радиально жесткими для содержания и удерживания активного материала. Реактор имеет съемный внутренний рукав, добавленный к верхней части внутренней корзины, который можно удалять для облегчения использования технологии плотной загрузки. Технологию плотной загрузки с использованием вращающегося загрузочного рукава или рукавов можно применять для загрузки одиночного слоя активного материала или одновременной загрузки нескольких слоев активных материалов между внутренней и внешней корзиной.

Согласно одному варианту воплощения настоящего изобретения обеспечен реактор с радиальным пространством, содержащий:

(a) по существу цилиндрическую оболочку емкости, имеющую вертикальную продольную ось, верхнюю крышку и нижнюю крышку;

(b) нижнюю опорную плиту, расположенную внутри оболочки и соединенную с верхней крышкой;

(c) почти цилиндрическую пористую внешнюю корзину, расположенную концентрически внутри оболочки вдоль продольной оси и прикрепленную к верхней крышке и нижней опорной плите; и

(d) почти цилиндрическую пористую внутреннюю корзину, расположенную концентрически внутри пористой внешней корзины вдоль продольной оси и имеющую почти сплошную секцию, прикрепленную к верхней крышке емкости, почти пористую секцию, прикрепленную к нижней опорной плите, и съемную секцию, закрепленную между ними.

Краткое описание чертежей

Для более полного понимания настоящего изобретения следует обратиться к следующему подробному описанию, приведенному в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг.1 представляет собой поперечный разрез реактивной емкости с радиальным потоком согласно одному варианту воплощения этого изобретения;

фиг.2 представляет собой схему реактивной емкости с радиальным потоком по фиг.1, показывающую пути потока через реактор;

фиг.3 представляет собой иллюстрацию внутренних корзин и пространства в реактивной емкости, как показано на фиг.1;

фиг.4 представляет собой вырезанную часть из изображения стенки корзины, показанного на фиг.2;

фиг.5 представляет собой частичную иллюстрацию одной стенки корзины с ситом и пространством;

фиг.6 представляет собой поперечный разрез реактивной емкости с радиальным потоком согласно второму варианту воплощения этого изобретения, показывающий два слоя адсорбента;

фиг.7 представляет собой поперечный разрез реактивной емкости с радиальным потоком согласно одному варианту воплощения этого изобретения, с удаленными секциями внутреннего рукава и погрузочным устройством и загрузочными рукавами, установленными для осуществления плотной загрузки нескольких слоев; и

фиг.8a представляет собой поперечный разрез сбоку съемного внутреннего рукава внутренней корзины, а фиг.8b представляет собой вид сверху внутреннего рукава, показывающий три соединенные между собой секции внутреннего рукава.

Подробное описание изобретения

Фиг.1-8 иллюстрируют основную структуру одного варианта воплощения емкости высокого давления с радиальным потоком согласно данному изобретению и некоторых из его компонентов. Поперечное сечение фиг.1 иллюстрирует основные признаки данного варианта воплощения изобретения, но не показывает все детали крепления, трубопроводы и детали устройства или другие особенности изобретения, которые понятны и ясны для специалистов в данной области техники. Фиг.2 представляет собой схему емкости, показывающую в основном те же признаки, что и на фиг.1, и дополнительно - путь потока через емкость. Фигуры не отображают реальных размеров.

Обратимся к фиг.1, где показан по существу цилиндрический реактор (1) с радиальным потоком, с вертикальной продольной осью (20). Емкость имеет внешнюю оболочку (2) с верхней (3) и нижней (4) полусферической крышкой (или головками, как обычно известно в промышленности). Нижняя крышка (4) имеет впуск (6) для приема сырьевого газа, а верхняя крышка (3) имеет выпуск (5) для выпуска получаемого газа при нормальном режиме адсорбции/реакции. В способах предварительной очистки атмосферный воздух можно вводить через впуск (6), а обработанный или очищенный воздух может выходить из выпуска (5).

Внутри оболочки (2) находится пространство (8), содержащее активный материал, который ограничен двумя концентрическими цилиндрическими герметичными элементами, называемыми далее внутренней и внешней «корзинами» (9, 10). Внутренняя корзина (9) имеет две секции (9a и 9b), и внешняя корзина 10 имеет две секции (10a и 10b), как будет описано ниже. Расположение корзины можно лучше всего понять, рассматривая фиг.3, которая иллюстрирует пространственное расположение внутренней корзины (9), внешней корзины (10) и пространства (8). Термин «пространство», используемый в настоящем документе, описывается как пространство между корзинами (9, 10), которые содержат активный материал (материалы), и пространство с имеющимся активным материалом (материалами). Является предпочтительным использовать только две корзины, ориентированные концентрически вокруг одной первичной продольной оси (20) реакторной емкости (1), как показано, поскольку это упрощает проектирование конструкций корзин (9, 10) и позволяет осуществить легкий доступ ко всему кольцевому пространству пространства (8) между внутренней и внешней корзиной для загрузки и удаления активного материала. При эксплуатации технологический газ подают почти в радиальном направлении через пространство (8) относительно продольной оси симметрии реакторной емкости.

Обратимся теперь снова к фиг.1, где корзины (9, 10) жестко закреплены и закрыты на своих донных или нижних концах нижней опорной плиты (7), причем комбинированные компоненты (7, 9 и 10) образуют корзинный узел, содержащий пространство (8). Нижняя опорная плита (7) прикреплена к опорным стойкам (12). Опорные стойки (12) могут представлять собой одинарные структуры или могут быть разделены или состоят из нескольких элементов со средством для облегчения движения корзин (9, 10) вниз для обеспечения натяжения стенок корзин. Такие опорные стойки с разделяемыми элементами, а также способ создания предварительного напряжения, в котором используются такие стойки, описаны в сопутствующей патентной заявке, поданной одновременно с данной заявкой. В конструкции, показанной на фиг.1, использовано восемь опорных стоек (на поперечном разрезе показано пять), хотя можно использовать и меньше или больше опорных стоек. Предпочтительным является использование по меньшей мере трех опорных стоек.

Снаружи внутренней корзины (9) и внутри внешней корзины (10) отображены граничные стенки пространства (8). Стенки корзин (9, 10) являются перфорированными и проницаемыми на большей части своей длины (обычно по меньшей мере 50% длины корзины) для обеспечения течения потока через пространство активного материала и через весь реактор. Части длины корзины, которая является проницаемой, не следует путать с долей открытой поверхности проницаемых секций, например открытая поверхность перфорированных частей стенок может составлять больше или меньше 50%. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что эти проницаемые секции корзин (9, 10) могут быть ограничены выше и/или ниже сплошными непроницаемыми секциями в структурных целях (например, путем приваривания к верхней и нижней крышке) для определения начала и конца области радиального потока через пространство и для ослабления обходного потока вокруг концов пространства. Настоящее изобретение вводит в верхнюю часть внутренней корзины (9) съемные секции для обеспечения плотной загрузки активного материала (материалов).

Внутренняя корзина (9) состоит из по существу сплошной секции (9a) и по существу газопроницаемой секции (9b) с образованием общей структуры внутренней корзины. Сплошная секция (9a) внутренней корзины (9) прикреплена к верхней крышке (3) емкости (1) на своем верхнем конце и к газопроницаемой секции (9b) внутренней корзины (9) на своем нижнем конце, и между ними находится съемная секция (22). Как показано на фиг.6 и описано более подробно ниже, съемная секция (22) состоит из трех по существу жестких отдельных внутренних рукавов (22a, 22b, 22c), которые, будучи соединенными друг с другом, образуют цилиндр, предпочтительно перекрывая секции 9a выше и ниже съемной секции 22, облегчая соединение с ней. Тогда как съемная секция (22) показана здесь в виде трех отдельных и жестких элементов (22a, 22b, 22c), что является предпочтительным, можно использовать большее или меньшее количество элементов. Сплошная секция (22) внутренней корзины (9) является съемной, облегчая использование вращающихся загрузочных рукавов через пространство, образующееся при ее удалении. Верхняя крышка (3) имеет отверстия (14) и лаз (16), как показано на фиг.1, расположенный и рассредоточенный равномерно поверх кольцевого пространства (8), «увенчивая» пространство активного материала (материалов) сразу после удаления загрузочных рукавов и обеспечивая доступ для обслуживающего персонала. Множество отверстий или лазов можно использовать в любой подходящей конфигурации.

Внешняя корзина (10) состоит из по существу сплошной секции (10a) и по существу газопроницаемой секции (10b) с образованием общей структуры внешней корзины, как показано на фиг.1. Сплошная секция (10a) внешней корзины (10) прикреплена к верхней крышке (3) емкости (1) на своем верхнем конце и к газопроницаемой секции (10b) внешней корзины (10) на своем нижнем конце.

Вертикальные стенки корзин (9, 10) являются перфорированными на большей части своей длины, что делает их проницаемыми для газового потока и придает им такие структурные характеристики, что корзины приобретают осевую гибкость и радиальную жесткость для минимизации перемещений и для контроля напряжений и нагрузок, которые являются термически индуцированными в ходе эксплуатации. Является предпочтительным, чтобы проницаемые секции стенки корзины были изготовлены с использованием листов перфорированного металла, прокатанных и приваренных внутри цилиндров. Металл обычно представляет собой сталь или легированную сталь, выбранную исходя из требований физических свойств, возможности перфорирования, коррозионной стойкости, свариваемости и стоимости. Толщина материалов стенок корзин зависит от нескольких соображений, связанных со структурой, как должно быть понятно специалистам в данной области техники, и выбранный материал и его толщина не должны быть одинаковыми для внутренней и внешней корзины. Однако типичная толщина стенок корзины составляет 3-35 мм.

Обратимся теперь к фиг.8a и 8b, где внутренний рукав (22a) и два идентичных внутренних рукава (22b, 22c) содержат сплошную съемную секцию (22) сплошной секции внутренней корзины (9a) и сконструированы таким образом, чтобы они входили в центральный канал во внутренней корзине (9) между пористой секцией (9b) и верхней крышкой (3). Внутренние рукава (22a, 22b, 22c) являются искривленными, вследствие чего, будучи скрепленными вместе, они образуют однородный концентрический цилиндр, который может быть съемным образом прикреплен к секции (9a) с образованием нераздельной структурной части внутренней корзины (9). Каждый из внутренних рукавов (22a, 22b, 22c) имеет грузоподъемные скобы (необязательные) (23) и средства крепления, такие как болты для их соединения. Как показано на вырезанном поперечном сечении, представленном на фиг.8b, является предпочтительным, чтобы каждый внутренний рукав, в данном случае 22a, имел приподнятый край (24) на одном удаленном конце для перекрывания удаленного конца сопряженного элемента (22c) и для обеспечения плотного соединения с сопряженным элементом во избежание пустот или зазоров.

Как должно быть понятно специалистам в данной области техники, можно использовать варианты этой проиллюстрированной конструкции. Например, притом что предпочтительным является наличие элементов их трех рукавов, можно использовать один или более элементов, таких как скользящий цельный элемент. Кроме того, можно использовать альтернативные средства соединения или конфигурации, совместимые с рукавами, а различные подъемные средства можно использовать для маневрирования рукавами. Более того, тогда как является предпочтительным иметь съемные элементы рукава, прикрепленные к внутренней поверхности сопряженных секций внутренней корзины и внутри центрального канала для простоты использования, съемные рукава могут быть съемным образом прикреплены к внешней поверхности сопряженных секций или могут составлять одно целое с внешней поверхностью внутренней корзины с подходящим средством соединения без отступления от концепции изобретения. Кроме того, должно быть понятно, что все сочленения между рукавами и между рукавами и секцией внутренней корзины (9a) должны быть уплотнены для предотвращения утечки газа между пространством и центральным каналом внутренней корзины с использованием таких способов герметизации и материалов, которые обычно известны из уровня техники, таких как, например, высокотемпературные прокладки, герметики и т.д.

Обратимся теперь снова к общей структуре корзины, и специалистам в данной области техники должно быть понятно, что притом что стенки корзины должны быть газопроницаемыми или пористыми (перфорированными) для обеспечения потока текучей среды, конкретный размер, форма и ориентация отверстий или перфораций должны повлиять на ориентированную гибкость стенок корзины. Хотя с использованием данного изобретения можно использовать различные перфорационные рисунки, установлена геометрия перфораций для одновременного обеспечения: (1) достаточной открытой зоны для равномерной проходимости потока с низким сопротивлением потоку газа, (2) достаточной осевой гибкости и радиальной жесткости для поддержания конструктивной целостности под влиянием термически индуцированных нагрузок и (3) поддержания стабильности внутренней корзины со съемными секциями, отсоединяемыми во время плотной загрузки емкости.

Например, и как лучше всего проиллюстрировано на фиг.2 и 4, известно, что конструкция с вытянутыми щелями (40), расположенными в шахматном порядке и ориентированными горизонтально или тангенциально относительно вертикальной (продольной) оси емкости, обеспечивает аксиальную гибкость (см. стрелку 42) и радиальную жесткость (см. стрелку 41). Радиальная жесткость достигается вследствие наличия повторяющихся непрерывных зон или перемычек из сплошного металла, которые простираются по окружности стенки корзины. С другой стороны, не существует никаких непрерывных полос или перемычек из сплошного металла, принадлежащих стенке корзины, в аксиальном (вертикальном) направлении из-за расположения горизонтально ориентированных щелей (40) в шахматном порядке. Такая конфигурация очень важна, когда внутренняя (9) и внешняя (10) корзины прикреплены как к верху, так и к низу емкости, как в настоящем изобретении. Таким образом, при более высоких температурах щели (40) сжимаются для поглощения осевого расширения, ослабляя часть осевого напряжения при сжатии, которое может возникнуть в противном случае. Однако эта осевая гибкость (определяемая эффективным модулем упругости) не должна быть такой большой, как для обеспечения прогиба стенки корзины, вызываемого осевыми напряжениями сжатия, называемого здесь также «осевым прогибом». Тогда как возможны самые различные геометрические формы перфораций, специалисты в данной области техники знают, что геометрия должна быть выбрана таким образом, чтобы обеспечить достаточное проходное сечение, одновременно порождая эффективный модуль упругости материала корзины, что приводит к желаемой осевой гибкости и радиальной жесткости. В целях настоящего изобретения является предпочтительной обычная конфигурация прорезанных перфораций, показанная на фиг.4, но конкретные размеры и интервалы между щелями выбирают исходя из конкретного материала корзины и уровня желаемой структурной гибкости.

Путем структурного анализа было также обнаружено, что является предпочтительным, чтобы ребра жесткости (32) были добавлены и прикреплены к внутренней корзине (9) для ослабления прогиба, вызванного внешним давлением, прилагаемым активным материалом, здесь также называемым «радиальным прогибом». Ребра (32) жесткости обычно представляют собой опорные конструкции, изготовленные из металла или другого жесткого материала (предпочтительно с теми же характеристиками термического расширения, что и материал внутренней корзины), который помещают на внутреннюю стенку внутренней корзины (9) таким образом, чтобы каждое ребро жесткости лежало в горизонтальной плоскости и простиралось непрерывно вокруг окружност