專利名稱：考慮進(jìn)氣條件的空氣預(yù)凈化器的操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空氣預(yù)凈化器，它與低溫空氣分離裝置一起使用，更具體地說(shuō)，涉及一種用于控制空氣預(yù)凈化器的改進(jìn)方法，它考慮到各種空氣進(jìn)入條件并因此調(diào)節(jié)空氣預(yù)凈化器的操作。
低溫空氣分離裝置需要干凈、干燥的空氣源，以便能夠持續(xù)和安全地操作。這意味著裝置內(nèi)的進(jìn)料空氣中的水分和CO2必須清除到相當(dāng)?shù)偷乃健＿@種去除操作減少了熱交換器被冰和固體CO2堵塞的問(wèn)題，該問(wèn)題往往引起裝置過(guò)早停車的事故。另外，包含在進(jìn)料空氣中的一些碳?xì)浠衔镆脖仨毘ァ?br> 進(jìn)料空氣可通過(guò)吸附作用除去雜質(zhì)。變溫吸附(TSA)和，在最近，變壓吸附(PSA)系統(tǒng)已經(jīng)被用來(lái)除雜質(zhì)。用于空氣分離裝置中的TSA空氣預(yù)凈化器系統(tǒng)具有相對(duì)較長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間(以小時(shí)計(jì))，因此循環(huán)之間的換氣損失相對(duì)不顯著。相反，PSA循環(huán)時(shí)間相對(duì)短(以分鐘計(jì))，并且它們較頻繁的換氣意味著壓縮進(jìn)料空氣的相對(duì)明顯的損失。此外，在循環(huán)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，伴隨產(chǎn)生一種失?，F(xiàn)象。該失常需要一定的時(shí)間來(lái)抵消，從而造成效率的進(jìn)一步損失。
PSA預(yù)凈化器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般基于具體應(yīng)用的給定條件，或更具體地說(shuō)，基于設(shè)計(jì)中給定的空氣分離裝置。保守地選擇設(shè)計(jì)條件，以便在大多數(shù)期望的環(huán)境條件下獲得理想的產(chǎn)率。一般選擇盡可能適合于這些條件的固定循環(huán)時(shí)間。當(dāng)然，操作的實(shí)際條件將隨白天到晚上、一天到另一天、一季到另一季而變化。
所有這些變化都會(huì)影響PSA凈化器的操作性能和效率。循環(huán)時(shí)間可隨時(shí)做一些調(diào)整。然而，這在實(shí)際操作中往往行不通或者恰好被忽略。因此，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將經(jīng)常要提供比正?；蚱骄刻鞂?shí)際所需更大的床層厚度。因此，在經(jīng)過(guò)多次循環(huán)后將有一定量的床料沒(méi)有用上而被留下。由于較高的循環(huán)頻率，和較大的換氣損失，導(dǎo)致了較高的基建成本以及較高的操作費(fèi)用。
用于低溫空氣分離裝置的PSA空氣預(yù)凈化器的應(yīng)用已被有效地建立。如上所述，預(yù)凈化器循環(huán)時(shí)間一般是固定的，并基于對(duì)有關(guān)環(huán)境和設(shè)備參數(shù)的假設(shè)。因此，基于空氣總流量和關(guān)鍵是CO2的穿透算出的吸附容量常被用來(lái)確定具體應(yīng)用的循環(huán)時(shí)間。另外，為保險(xiǎn)起見(jiàn)，計(jì)算是基于最熱天氣的溫度這一假設(shè)。這種計(jì)算導(dǎo)致固定一個(gè)循環(huán)時(shí)間，而在循環(huán)時(shí)間內(nèi)僅僅用了床料的一部分吸附容量。一旦固定循環(huán)時(shí)間確定下來(lái)，此后它就保持不變。
定時(shí)循環(huán)PSA系統(tǒng)的實(shí)例可見(jiàn)于美國(guó)專利US5,042,994,Smolarek,J.,“PSA操作的改進(jìn)控制”(“Improved Control of PSAOperations”)。Smolarek過(guò)程使用一個(gè)可變體積的氮產(chǎn)物貯存容器，該容器被監(jiān)測(cè)以便決定按要求的變化。循環(huán)在降低需求的期間內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，從而保持期望的產(chǎn)物純度和壓力，以及在停車條件下實(shí)現(xiàn)動(dòng)力消耗的降低和能量的節(jié)省。
另一個(gè)時(shí)間控制型PSA系統(tǒng)的實(shí)例可見(jiàn)美國(guó)專利US4,810,265,Lagree等，“用于氣體分離的變壓吸附方法”(“Pressure SwingAdsorption Proceess for Gas Separation”)。這是一個(gè)改進(jìn)的PSA方法，它能使進(jìn)料氣體中更容易吸附的成分經(jīng)濟(jì)地被回收，例如從空氣中回收氮。更容易吸附的成分在較高吸附壓力時(shí)用做順流清洗氣(Copurge),而不容易吸附的成分用于在低于大氣壓的吸附壓力下的逆流清洗和在逆流再充氣步驟中用于初始再增壓。操作順序是按時(shí)間控制的。
美國(guó)專利US5,258,056,Shirley,A.I.,“具有產(chǎn)物調(diào)節(jié)和純度控制的PSA系統(tǒng)”(“PSA System With Product Turndown and PurityControl”)描述一個(gè)控制系統(tǒng)，當(dāng)為了改變PSA系統(tǒng)中所需產(chǎn)物而進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，該控制系統(tǒng)能保持期望的純度。一個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)所需產(chǎn)品氣體的變化，測(cè)得的信號(hào)與一標(biāo)準(zhǔn)比較，然后改變進(jìn)入系統(tǒng)的氣體進(jìn)料速率。
美國(guó)專利US4,725,293,Gunderson,J.,“自動(dòng)控制變壓吸附系統(tǒng)”(“Automatic Control for Pressure Swing Adsorption System”)描述一個(gè)PSA系統(tǒng)，它使用一個(gè)恒定的循環(huán)時(shí)間和一個(gè)控制系統(tǒng)來(lái)調(diào)整空氣輸入流量，以便確保產(chǎn)生的氮只含有預(yù)定范圍的雜質(zhì)(實(shí)質(zhì)上只是氧)并保持相對(duì)較高的氮產(chǎn)出流量。
美國(guó)專利US4,693,730,Miller G.Q.,“變壓吸附產(chǎn)物純度控制方法和裝置”(“Pressure Swing Adsomtion Product Purity Control Methodand Apparatus”)描述一種用于在PSA過(guò)程中自動(dòng)控制產(chǎn)物純度的方法，從而當(dāng)原料變化時(shí)可以防止雜質(zhì)穿透。該方法是檢測(cè)來(lái)自順流減壓流出物的特性并采取正確的措施。其中合適的正確措施是①調(diào)節(jié)吸附步驟時(shí)間以控制每個(gè)床中的雜質(zhì)量；②調(diào)節(jié)順流減壓終端壓力，從控制在每個(gè)床的產(chǎn)物端的雜質(zhì)穿透，和/或③調(diào)節(jié)每個(gè)床接受的清洗氣體的量，以控制再生的程度。
EPA250235,Armond,J.W.等人，“對(duì)PSA氧發(fā)生系統(tǒng)的改進(jìn)”(“Improvements in and Relating to PSA Oxygen Generating System”)描述一個(gè)系統(tǒng)，當(dāng)產(chǎn)生氧時(shí)，該系統(tǒng)能檢測(cè)出吸附床出口處氧的濃度。處于每個(gè)床出口處附近的氧傳感器的輸出隨著作為床排出函數(shù)的時(shí)間而變。該控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)隨時(shí)間變化的氧濃度，以決定接通或關(guān)斷床的時(shí)間。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于控制PSA空氣預(yù)凈化器循環(huán)時(shí)間的改進(jìn)方法。
本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供一種用于控制PSA空氣預(yù)凈化器循環(huán)時(shí)間的方法，在該方法中，基本上根據(jù)入口處空氣進(jìn)料的參數(shù)而進(jìn)行連續(xù)控制。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種用于控制PSA空氣預(yù)凈化器循環(huán)時(shí)間的方法，該方法能使得吸附劑床在循環(huán)期內(nèi)獲得最大限度的利用。
變壓吸附(PSA)空氣預(yù)凈化器包括至少一個(gè)第一吸附器和一個(gè)第二吸附器及用于控制進(jìn)入第一吸附器和第二吸附器的空氣進(jìn)料的控制器。本發(fā)明是一種“實(shí)時(shí)”方法，用于控制每個(gè)吸附器的循環(huán)時(shí)間，包括如下步驟。在一段確定時(shí)間內(nèi)，測(cè)量進(jìn)入與空氣入口相連的吸附器的空氣流量。到在線吸附器的實(shí)際總流量根據(jù)測(cè)得的流量值累加。該段時(shí)間內(nèi)，監(jiān)測(cè)空氣的進(jìn)料條件(例如溫度、壓力、相對(duì)濕度)，同時(shí)，至少部分地，根據(jù)監(jiān)測(cè)的空氣進(jìn)料條件定期地計(jì)算和確定流入吸附器的最大總流量。定期地將實(shí)際總流量值與當(dāng)時(shí)計(jì)算出的最大總流量值比較，當(dāng)它們之間達(dá)到預(yù)定關(guān)系時(shí)，把在線吸附器從空氣入口脫開(kāi)，并將另一個(gè)吸附器與空氣入口相連。用于控制每個(gè)吸附器循環(huán)時(shí)間的方法也將予以考慮所需負(fù)載的變化，清洗氣與進(jìn)料的比例和在吸附器床轉(zhuǎn)換時(shí)發(fā)生的失?，F(xiàn)象。


圖1A是本發(fā)明中PSA預(yù)凈化器的簡(jiǎn)圖。
圖1B是一個(gè)用于解釋本發(fā)明方法的高水平邏輯流程圖。
圖2A是在固定的時(shí)間控制循環(huán)結(jié)束時(shí)負(fù)載對(duì)床長(zhǎng)度的曲線圖。
圖2B是在按本發(fā)明方法控制的循環(huán)結(jié)束時(shí)負(fù)載對(duì)床長(zhǎng)度的曲線圖。
圖3A是在固定的時(shí)間控制循環(huán)結(jié)束時(shí)流入床中的空氣流量對(duì)時(shí)間的曲線圖。
圖3B是在按本發(fā)明方法控制的循環(huán)結(jié)束時(shí)流入床中的空氣流量對(duì)時(shí)間的曲線圖。
圖4A是在固定時(shí)間控制的循環(huán)結(jié)束時(shí)床入口處的壓力對(duì)時(shí)間的曲線圖。
圖4B是在按本發(fā)明方法控制的循環(huán)結(jié)束時(shí)床入口處的壓力對(duì)時(shí)間的曲線圖。
圖5A是在預(yù)凈化器入口處的平均高溫隨季節(jié)變化的曲線圖。
圖5B是在預(yù)凈化器入口處的平均高溫隨每天時(shí)間變化的曲線圖。
圖6是在穩(wěn)定的負(fù)載操作中，進(jìn)料溫度與到達(dá)CO2穿透時(shí)的循環(huán)時(shí)間之間的關(guān)系曲線圖。
根據(jù)本發(fā)明的PSA預(yù)凈化系統(tǒng)示于圖1A中。來(lái)自空氣壓縮機(jī)后冷卻器(未示出)的空氣經(jīng)過(guò)管道101進(jìn)入系統(tǒng)，并經(jīng)由管道102進(jìn)入控制閥103。空氣經(jīng)過(guò)管道106進(jìn)入吸附器A。進(jìn)料空氣中的水、CO2和碳?xì)浠衔锉晃狡鰽中的吸附劑除去，上述的每種雜質(zhì)皆優(yōu)選小于1ppmv。清潔的空氣然后流經(jīng)管道107，止逆閥108，管道109和管道110而進(jìn)入低溫裝置的熱交換系統(tǒng)。
同時(shí)，來(lái)自熱交換系統(tǒng)的與周圍環(huán)境大致等溫的低壓清洗用氣體經(jīng)過(guò)管道119,120和止逆閥121而進(jìn)入PSA系統(tǒng)。然后它進(jìn)入吸附器B,雜質(zhì)在吸附器B中被解吸。廢氣經(jīng)由管道115,113和控制閥114離開(kāi)吸附器B并排入大氣中。當(dāng)循環(huán)改變時(shí)，吸附器B從進(jìn)料空氣中除去雜質(zhì)，同時(shí)吸附器A被再生。
本發(fā)明提供一種通過(guò)改變循環(huán)時(shí)間來(lái)使PSA預(yù)凈化器中壓力降損失達(dá)到最小的方法，以便每個(gè)預(yù)凈化器床的全部吸附容量得以充分利用。床的吸附容量取決于吸附材料和需要從空氣中除去的雜質(zhì)的數(shù)量和特性、流經(jīng)床層的空氣流量和物理參數(shù)，以及清洗用氣對(duì)空氣的流量比。對(duì)于任何給定的含有已知量吸附材料，或者吸附材料的混合物的PSA系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在給定通過(guò)床層的氣體流量、已知床入口處的溫度、壓力和濕度的條件下可以測(cè)得其吸附容量。然后可在特定的時(shí)間點(diǎn)(即“穿透點(diǎn)”)測(cè)得總流量，在穿透點(diǎn)時(shí)，一種關(guān)鍵的成分(如，CO2)將開(kāi)始在出口流出物中以明顯低于允許操作極限的濃度出現(xiàn)，一般小于1ppmv。
根據(jù)本發(fā)明，流入吸附器床的最大總流量(它將為給定大小的PSA預(yù)凈化器決定循環(huán)時(shí)間)可根據(jù)空氣進(jìn)料溫度、壓力和相對(duì)濕度來(lái)調(diào)節(jié)。另外，它也受清洗氣對(duì)進(jìn)料氣之比以及空氣進(jìn)料流中碳?xì)浠衔锖虲O2濃度的影響。使用一種基于這些變化來(lái)測(cè)定總流量的經(jīng)驗(yàn)方法來(lái)確定在床料必須被再生之前允許流過(guò)床層的最大總流量。
為了能根據(jù)上述情況進(jìn)行控制，可使控制器130接受由裝在管道101入口處的傳感器組件132輸入的有關(guān)溫度(T)，壓力(P)，和相對(duì)濕度(H)的信號(hào)。流量計(jì)134提供輸入控制器130的氣體流量值。另外，控制器130具有許多輸出端136，這些輸出端連接到各個(gè)不同的控制閥(未示出)，以便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)控制。
如下面的圖1B所示，操作過(guò)程中，控制器130基于主要操作條件(箱體150)來(lái)計(jì)算(例如)每分鐘的最大總流量。這一分鐘內(nèi)由控制器130累計(jì)的實(shí)際流量值被儲(chǔ)存起來(lái)(箱體152)。當(dāng)實(shí)際流量的運(yùn)行總和大約等于最大總流量的運(yùn)行總和時(shí)，或達(dá)到具有預(yù)定的關(guān)系(決定箱體154)時(shí)，在線吸附器床由于來(lái)自控制器130(箱體156)施加在輸出端136上的信號(hào)而從生產(chǎn)線脫開(kāi)。此時(shí)，閥門動(dòng)作把入口空氣流轉(zhuǎn)向原來(lái)是非在線的吸附器床，這時(shí)它就變成了在線吸附器床(箱體158)，現(xiàn)在的非在線床被再生，并再次進(jìn)行循環(huán)。
本發(fā)明的方法能在5到25分鐘的循環(huán)時(shí)間內(nèi)適應(yīng)空氣進(jìn)料溫度、空氣壓力和相對(duì)濕度的變化，盡管變化數(shù)值相對(duì)較小，同時(shí)還允許隨每天和季節(jié)的不同而發(fā)生相當(dāng)明顯的溫度變化。因此，本發(fā)明方法考慮到所需的操作條件和裝置每天及季節(jié)性的變化，并在所有條件下提高經(jīng)濟(jì)效益。監(jiān)測(cè)空氣進(jìn)料條件，以查明進(jìn)入吸附器的空氣中的水分含量。通過(guò)利用吸附器床的最大吸附容量，循環(huán)改變的頻率相應(yīng)降至最低值。這樣一來(lái)，減少了排空時(shí)空氣損失量并提高了操作效率。
根據(jù)空氣流量和吸附塔的再生來(lái)控制清洗氣對(duì)空氣流之比，以便使其符合裝置的具體需要。這保證了吸附床合適并有效地再生，以便用于下一次循環(huán)。
每次循環(huán)換向時(shí)，導(dǎo)入空氣分離器的壓力都會(huì)發(fā)生變化。該變化影響分離器尤其是蒸餾系統(tǒng)的工作。需要一定的時(shí)間來(lái)使蒸餾塔克服掉干擾，而所造成的失常就必須通過(guò)調(diào)節(jié)產(chǎn)物流量和純度來(lái)補(bǔ)償。通過(guò)預(yù)測(cè)循環(huán)改變和跟著而來(lái)的擾動(dòng)，控制器130能使被裝置利用的空氣達(dá)到最大值，從而使循環(huán)改變所帶來(lái)的影響變得最小。這種作用有助于在循環(huán)改變時(shí)穩(wěn)定空氣流量。
本發(fā)明能夠很好適合于對(duì)產(chǎn)物要求的變化。如果加給空氣分離裝置的負(fù)載減少，則控制器130發(fā)出感知減少要求的信號(hào)，做為響應(yīng)，延長(zhǎng)在線吸附器床的循環(huán)時(shí)間直至吸附器床被加負(fù)載到最大，這一點(diǎn)可由總空氣流量確定。這又使排空造成的損失減少到最小，并從而降低了成本。
本發(fā)明得到的操作改進(jìn)由下面的附圖來(lái)圖示。圖2A示出了在固定時(shí)間控制的循環(huán)結(jié)束時(shí)吸附器床的條件，象現(xiàn)有技術(shù)中一樣。該縱軸給出了吸附劑上負(fù)載的水和CO2，相對(duì)于代表床長(zhǎng)度的橫軸作圖。負(fù)載曲線的左手部分表示床的飽和條件，相對(duì)于從床的入口到活性區(qū)的水和CO2。負(fù)載曲線陡峭地下降，然后漸近地接近0。
床的使用壽命由CO2的負(fù)載量決定。CO2曲線的活性區(qū)的右邊區(qū)域代表在循環(huán)結(jié)束時(shí)還未使用的吸附劑。如圖所示，未使用的部分占全部床相當(dāng)大的一部分。
圖2B代表具有根據(jù)本發(fā)明控制的一個(gè)循環(huán)的PSA系統(tǒng)的操作。進(jìn)入床的進(jìn)口條件與圖2A中所給出的條件相同。循環(huán)時(shí)間由進(jìn)入床入口的空氣流量，壓力，溫度和濕度控制。在此情況下，床的未用部分明顯地減少。本發(fā)明的方法允許吸附器床負(fù)載到最大值，結(jié)果使得負(fù)載曲線的下端仍然處于排出物流中CO2的濃度極限之下。
通過(guò)合計(jì)流入預(yù)凈化器的空氣，本方法允許吸附器床的全部入口條件達(dá)到最佳操作，包括空氣流量的變化。因此，裝置負(fù)載的變化可以很容易地被觀察到，雖然它仍然維持著同樣高效率的狀態(tài)。按照這種操作模式，循環(huán)改變的頻率變?yōu)樽钚。虼伺趴論p失同樣減到最小。因此也可獲得能耗的相應(yīng)降低。
圖3A和3B代表進(jìn)入PSA吸附器床的空氣流量。圖3A給出在一個(gè)固定時(shí)間控制循環(huán)中的空氣流量，與現(xiàn)有技術(shù)一樣。在兩次循環(huán)改變之間，從預(yù)凈化器流出的空氣相對(duì)穩(wěn)定。然而，在循環(huán)改變時(shí)，由于要對(duì)幾個(gè)床中的一個(gè)床增壓，因此使得空氣流量突然降低。這些壓縮機(jī)向預(yù)凈化器供給更多的空氣以作出反應(yīng)。為使這一反應(yīng)發(fā)生需要有限量的時(shí)間。因此，初始獲得的結(jié)果是流量降低，跟著是流量迅速上升，最后是期望流量的過(guò)調(diào)(overshooting)。接著所需的流量又重新建立了。這種順序引起空氣分離裝置的蒸餾部分的不穩(wěn)定狀態(tài)，這種狀態(tài)必須進(jìn)行補(bǔ)償。
本發(fā)明帶來(lái)的改進(jìn)由圖3B示出。進(jìn)入床中的輸入條件與圖3A給定的條件相同。第一個(gè)顯著的變化是循環(huán)時(shí)間的增加。這引起蒸餾系統(tǒng)中潛在失常現(xiàn)象的減少。控制器130制定一個(gè)能使空氣壓縮機(jī)的氣流恰好在循環(huán)改變之前增加的程序。因此，較多的空氣可以用來(lái)在循環(huán)改變時(shí)使吸附器床再增壓。類似地，控制器130制定一個(gè)用于使流量降低到原來(lái)所需值的程序，以便過(guò)調(diào)現(xiàn)象被限制到最小程度。因此，最小的流量擾動(dòng)伴隨循環(huán)時(shí)間的增加保證了較為平穩(wěn)和更有效的操作模式。
增壓操作的順序示于圖4A和4B中。這兩個(gè)圖基于進(jìn)入吸附器床的相同輸入條件。圖4A示出基于現(xiàn)有技術(shù)的固定時(shí)間控制循環(huán)的吸附器床入口處的壓力。吸附器床最初被迅速加壓到操作壓力。然后在線吸附器床在循環(huán)的吸附階段保持穩(wěn)定的壓力。在固定時(shí)間的循環(huán)結(jié)束時(shí)，壓力迅速下降到一個(gè)低值，這時(shí)可將清洗氣用于再生。在清洗期結(jié)束時(shí)，吸附器床被再次增壓以便重復(fù)進(jìn)行循環(huán)。
圖4A中的曲線可以直接與圖4B進(jìn)行比較，圖4B示出在根據(jù)本發(fā)明的連續(xù)控制循環(huán)情況下的操作。進(jìn)行了相同的操作，但是，由于床中的吸附劑被充分利用，因此循環(huán)持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)了。
當(dāng)用于控制循環(huán)次數(shù)時(shí)，本發(fā)明的方法可以基于壓力、溫度、濕度或進(jìn)入PSA預(yù)凈化器的空氣流量這些參數(shù)中的任一項(xiàng)或多項(xiàng)來(lái)進(jìn)行控制。但是，當(dāng)所有四項(xiàng)參數(shù)都包括在控制方法中時(shí)，可以獲得最大的改進(jìn)(和最優(yōu)選的方法)。
本發(fā)明中PSA預(yù)凈化器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般按下述方法進(jìn)行。正?；蚱骄h(huán)境條件考慮到裝置所處的地理位置。也考慮了所能想到的最熱天的環(huán)境條件。裝置必須能在這些相對(duì)惡劣的條件下，生產(chǎn)出設(shè)計(jì)量的所需產(chǎn)物。然后為PSA預(yù)凈化器的設(shè)計(jì)確定溫度、壓力、濕度和CO2參數(shù)。這些條件可以使吸附器床的尺寸確定下來(lái)。
本發(fā)明避免了現(xiàn)有技術(shù)中存在的吸附器床的一大部分未被利用(當(dāng)它的操作基于固定時(shí)間循環(huán)時(shí))的問(wèn)題。未用床的量將隨未被固定時(shí)間循環(huán)考慮的操作條件的改變而改變。利用一種基于考慮到進(jìn)料空氣流量、其壓力、溫度和濕度的方法進(jìn)行循環(huán)操作，可以在不危及裝置的安全和連續(xù)工作的情況下，使最大量的床料被有效利用。這就延長(zhǎng)了循環(huán)時(shí)間，從而降低了排空頻率。由于空氣損失較少，所以操作費(fèi)用減少。本發(fā)明還允許PSA系統(tǒng)具有符合經(jīng)濟(jì)的規(guī)模，從而基建投資和操作費(fèi)用二者都減少到最低程度。實(shí)驗(yàn)下面的實(shí)例以寬范圍的條件下在PSA預(yù)凈化器上進(jìn)行的實(shí)際試驗(yàn)為基礎(chǔ)。PSA預(yù)凈化器的吸附床由活性氧化鋁和鈉Y分子篩組成。收集到的參數(shù)包括入口溫度和壓力，比負(fù)載率，即每小時(shí)通過(guò)每平方英尺床橫截面的進(jìn)料體積(立方英尺)、清洗氣對(duì)進(jìn)料氣的比例、床中不同高度處CO2和乙炔的濃度、在床出口處達(dá)到穿透時(shí)所獲的循環(huán)時(shí)間。
使用本發(fā)明方法帶來(lái)的操作方面的改進(jìn)是基于進(jìn)入床中的進(jìn)料的溫度隨著每天時(shí)間和季節(jié)的變化而變化。這兩種溫度變化取決于具體裝置所處的地理位置，盡管如此，下面的數(shù)據(jù)代表一個(gè)具有每天12°F溫度變化，和52°F的季節(jié)性溫度變化的典型裝置，兩種溫度變化，每天的和季節(jié)性的，性質(zhì)上基本是正弦形，并示于圖5A和5B中。圖5B反映了在七月份的最熱天所經(jīng)歷的每天的溫度變化。
應(yīng)注意，圖中示出的溫度是進(jìn)入預(yù)凈化器的空氣的實(shí)際溫度而不是環(huán)境溫度。進(jìn)入預(yù)凈化器的空氣在進(jìn)入預(yù)凈化器之前已經(jīng)被壓縮和再冷卻。進(jìn)料溫度反映了用于處理空氣的后冷卻器和冷卻系統(tǒng)的性能。
下面的表描述了在穩(wěn)定的負(fù)載條件下的操作，并列出了操作數(shù)據(jù)，從這些數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的改進(jìn)操作。
設(shè)計(jì)條件利用本發(fā)明的最 利用本發(fā)明的平大改進(jìn)值均改進(jìn)值進(jìn)入預(yù)凈化器的115 57 85空氣入口溫度°F(每天平均值)循環(huán)時(shí)間(分鐘)17.6 32.228.2圖6示出了在穩(wěn)定的負(fù)載操作條件下，進(jìn)料溫度與到達(dá)CO2穿透(0.5ppm)時(shí)的循環(huán)時(shí)間之間的關(guān)系。
當(dāng)考慮季節(jié)變化時(shí)，使用本發(fā)明的方法確定循環(huán)時(shí)間來(lái)操作PSA預(yù)凈化器系統(tǒng)將使吸附器床得到最佳的使用。根據(jù)本發(fā)明方法計(jì)算的循環(huán)時(shí)間，如圖5A所示是根據(jù)平均每天的溫度和季節(jié)性溫度變化，而不是為最熱天的操作設(shè)定循環(huán)時(shí)間，這就表明，一年時(shí)間內(nèi)的平均循環(huán)時(shí)間將延長(zhǎng)38％。
本方法精確地遵循每日情況的變化。示于圖5B中遵循每日變化的本方法在操作上的改進(jìn)引起循環(huán)時(shí)間在上述季節(jié)性改進(jìn)的基礎(chǔ)上再附加11％的改進(jìn)。
影響吸附器床負(fù)載的另一個(gè)參數(shù)是清洗氣對(duì)進(jìn)料氣之比。該參數(shù)也被包括在該方法中以便用于控制循環(huán)時(shí)間。如果把清洗氣對(duì)進(jìn)料氣之比由40％提高到50％來(lái)進(jìn)行操作，隨之而來(lái)的改進(jìn)是循環(huán)時(shí)間大約增加30％。還有，如果吸附床的溫度高(如在夏季)，則可用較少的清洗氣流來(lái)除去吸附床上的雜質(zhì)，或者如果需要進(jìn)一步減少循環(huán)時(shí)間，則不變的清洗氣進(jìn)料將導(dǎo)致更短的循環(huán)時(shí)間。清洗氣流的利用率可以容易地由控制器130控制。
負(fù)載的改變也將影響吸附器床的壽命。例如，如果空氣分離裝置在大約80％的負(fù)載下工作，那么在控制循環(huán)時(shí)間的條件下使用該方法，則可使循環(huán)時(shí)間延長(zhǎng)大約20％。
應(yīng)該理解，前面的描述只是為了解釋本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的條件下可以設(shè)計(jì)出各種替代的和改進(jìn)的方法。因此，本發(fā)明將包含落入所附權(quán)利要求范圍的所有這類替代的、改進(jìn)的和變化的方法。
權(quán)利要求
1．一種用于控制變壓吸附(PSA)空氣預(yù)凈化器的方法，該預(yù)凈化器包括至少一個(gè)第一吸附器和一個(gè)第二吸附器及用于控制進(jìn)入第一吸附器和第二吸附器的空氣進(jìn)料的控制器裝置，所說(shuō)方法包括如下步驟a)測(cè)量在一段確定的時(shí)間內(nèi)流入與空氣入口連在一起的一個(gè)所說(shuō)吸附器的流量；b)根據(jù)從步驟a)中測(cè)得的流量值，累計(jì)進(jìn)入所說(shuō)的一個(gè)吸附器的實(shí)際總流量；c)監(jiān)測(cè)空氣進(jìn)料條件；d)定期地計(jì)算進(jìn)入所說(shuō)的一個(gè)吸附器的最大總流量，所說(shuō)的最大總流量至少部分地取決于所說(shuō)的空氣進(jìn)料條件；和e)定期地將實(shí)際總流量值與計(jì)算出的最大總流量值比較，在達(dá)到它們之間的預(yù)定關(guān)系時(shí)，將一個(gè)所說(shuō)吸附器從所說(shuō)的空氣入口脫開(kāi)，并將第二個(gè)所說(shuō)吸附器與所說(shuō)空氣入口連起來(lái)。
2．權(quán)利要求1所述的方法，其中所說(shuō)的確定的時(shí)間小于向一個(gè)吸附器輸入空氣的一個(gè)循環(huán)周期。
3．權(quán)利要求2所述的方法，其中所說(shuō)的被監(jiān)測(cè)的空氣進(jìn)料條件包括進(jìn)入所說(shuō)吸附器中的空氣的溫度、進(jìn)入所說(shuō)吸附器中的空氣的壓力和進(jìn)入所說(shuō)吸附器中的空氣的相對(duì)濕度中的至少一項(xiàng)參數(shù)。
4．權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟e)中所說(shuō)的預(yù)定關(guān)系是它們之間大致相等。
5．用于控制接受來(lái)自空氣入口的空氣的變壓吸附(PSA)空氣預(yù)凈化器的循環(huán)時(shí)間的系統(tǒng)，它包括一個(gè)第一吸附器和一個(gè)第二吸附器；用于在一段確定時(shí)間內(nèi)測(cè)量進(jìn)入一個(gè)與所說(shuō)空氣入口相連的所說(shuō)吸附器流量的裝置；用于監(jiān)測(cè)進(jìn)入所說(shuō)第一吸附器和所說(shuō)第二吸附器的空氣進(jìn)料條件的裝置；用于控制進(jìn)入所說(shuō)第一吸附器和所說(shuō)第二吸附器的空氣進(jìn)料的控制器，所說(shuō)的控制器包括(ⅰ)根據(jù)由所說(shuō)測(cè)量裝置的輸入來(lái)決定的測(cè)定流量值，累計(jì)進(jìn)入一個(gè)所說(shuō)吸附器的實(shí)際總流量；(ⅱ)定期地計(jì)算進(jìn)入所說(shuō)的一個(gè)吸附器的最大總流量，所說(shuō)的最大總流量至少部分地取決于所說(shuō)的空氣進(jìn)料條件；和(ⅲ)定期地比較實(shí)際總流量值，在達(dá)到它們之間的預(yù)定關(guān)系時(shí)，發(fā)出一個(gè)信號(hào)，以使所說(shuō)的一個(gè)吸附器從所說(shuō)空氣入口脫離，并使第二個(gè)所說(shuō)的吸附器與所說(shuō)的空氣入口相連。
6．一種用于控制變壓吸附(PSA)空氣預(yù)凈化器的循環(huán)時(shí)間的方法，該預(yù)凈化器包括至少一個(gè)第一吸附器和一個(gè)第二吸附器以及用于控制進(jìn)入所說(shuō)第一吸附器和所說(shuō)第二吸附器的空氣進(jìn)料的控制裝置，所說(shuō)方法包括如下步驟a)測(cè)量在一段確定的時(shí)間內(nèi)流入與空氣入口連在一起的一個(gè)所說(shuō)吸附器的流量；b)根據(jù)從步驟a)中測(cè)得的流量值，累計(jì)進(jìn)入所說(shuō)的一個(gè)吸附器的實(shí)際總流量；c)監(jiān)測(cè)空氣進(jìn)料條件；d)至少部分地根據(jù)所說(shuō)的總流量，將所說(shuō)的一個(gè)吸附器從所說(shuō)空氣入口脫離，并將第二個(gè)所說(shuō)的吸附器與所說(shuō)的空氣入口相連；和e)根據(jù)所說(shuō)的一個(gè)吸附器的條件，調(diào)節(jié)進(jìn)入所說(shuō)的一個(gè)吸附器的清洗氣流，以減少為下一個(gè)循環(huán)準(zhǔn)備所說(shuō)的一個(gè)吸附器所需的時(shí)間。
7．權(quán)利要求6所述的方法，其中步驟e)監(jiān)測(cè)所述的一個(gè)吸附器的溫度并據(jù)此調(diào)節(jié)所說(shuō)的清洗氣流。
8．權(quán)利要求6所述的方法，其中步驟e)如果確定所說(shuō)的溫度降低，則使所說(shuō)的清洗氣流量增加，而如果確定所說(shuō)的溫度提高，則減少所說(shuō)的清洗氣流量。
9．權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括如下步驟f)監(jiān)測(cè)作為用戶所需產(chǎn)品的空氣；和g)至少部分地根據(jù)所說(shuō)的用戶需要，調(diào)節(jié)進(jìn)入所說(shuō)的一個(gè)吸附器的所說(shuō)空氣進(jìn)料的流量，來(lái)延長(zhǎng)在將所說(shuō)的一個(gè)吸附器從所說(shuō)的空氣入口脫離和將所說(shuō)的第二個(gè)吸附器連接到空氣入口的操作之前的時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明是控制變壓吸附器空氣預(yù)凈化器的方法,包括:在一段確定時(shí)間內(nèi)測(cè)量進(jìn)入與空氣入口相連的吸附器的氣體流量。據(jù)此把進(jìn)入在線吸附器的實(shí)際總流量累加。監(jiān)測(cè)空氣進(jìn)料條件,同時(shí)至少部分地根據(jù)監(jiān)測(cè)的空氣進(jìn)料條件定期計(jì)算、確定流入吸附器的最大總流量。定期地將實(shí)際總流量值與當(dāng)時(shí)算出的最大總流量值比較,在達(dá)到二者預(yù)定關(guān)系時(shí),將在線吸附器從空氣入口脫開(kāi),并將另一個(gè)吸附器與空氣入口相連。
文檔編號(hào)B01D53/047GK1223167SQ98125588
公開(kāi)日1999年7月21日 申請(qǐng)日期1998年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月17日
發(fā)明者J·B·麥澤 申請(qǐng)人:普拉塞爾技術(shù)有限公司