專利名稱：變壓吸附制氫系統(tǒng)中的多塔的自動切換方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種變壓吸附(PSA)制氫系統(tǒng)中的多塔的自動切換方法，具體地講， 涉及這樣一種方法在利用PSA從焦爐煤氣中提取氫氣的過程中，如果多塔中的特定塔發(fā)生故障，則PSA制氫系統(tǒng)控制進行多塔的自動切換。
背景技術：
氫氣是生產過程中不可缺少的原料和保護氣體，隨著社會經濟的快速發(fā)展及人們對環(huán)保意識的增強，對氫能源的需求量也越來越大。在制氫原料價格不斷上漲的新形勢下， 為降低氫氣成本，增強市場競爭能力，國內外研究者在制氫方法及凈化方面做了大量的研究工作。在化學制氫、電解水制氫、生物制氫和PSA制氫這4種制氫模式中，PSA制氫因其工藝流程簡單、產品純度高、規(guī)模變化靈活以及生產成本低等特點而成為當前制氫方式的首選。目前國內外運行的PSA制氫系統(tǒng)一般采用4塔、5塔、6塔運行方式，6塔運行方式一般完成6塔到5塔、6塔到4塔的切換，生產的產品純度一般為99. 9%。然而，當6塔中的某一塔出現(xiàn)故障時，如何根據出現(xiàn)的故障在多塔之間進行自動切換是需要解決的問題。因此，需要一種用于PSA制氫的多塔自動切換方法。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明的示例性實施例，提供了一種變壓吸附制氫系統(tǒng)中的多塔的自動切換方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟當變壓吸附制氫系統(tǒng)在初始運行模式下運行時，根據每個塔的程控閥的信息來確定該塔是否存在故障；如果確定所述多塔中的至少一個塔存在故障，則根據預先存儲的時間參數在合適的時間將變壓吸附制氫系統(tǒng)自動切換到另一運行模式，在所述另一運行模式下，不運行存在故障的所述至少一個塔。根據每個塔的程控閥的信息來確定該塔是否存在故障的步驟可包括當打開該塔的程控閥時，確定在預定時間內是否接收到指示所述程控閥開到位的閥體開限位信號；如果在預定時間內接收到閥體開限位信號，則確定所述該塔不存在故障；如果在預定時間內沒有接收到閥體開限位信號，則確定所述該塔存在故障。根據每個塔的程控閥的信息來確定該塔是否存在故障的步驟可包括當關閉該塔的程控閥時，則確定在預定時間內是否接收到指示所述程控閥關到位的閥體關限位信號； 如果在預定時間內接收到閥體關限位信號，則確定所述該塔不存在故障；如果在預定時間內沒有接收到閥體關限位信號，則確定所述該塔存在故障。所述方法還可包括如果所述至少一個塔的故障被排除，則將變壓吸附制氫系統(tǒng)從所述另一運行模式自動切換到所述初始運行模式。所述多塔可以是6塔，所述初始運行模式可以是6-2-3/P運行模式。可根據存在故障的至少一個塔的數量來確定所述另一運行模式。如果存在故障的至少一個塔的數量是1，則所述另一運行模式可以是5塔運行的運行模式或4塔運行的運行模式。
如果存在故障的至少一個塔的數量是2，則所述另一運行模式可以是4塔運行的運行模式。5塔運行的運行模式可以是5-2-2/P運行模式。4塔運行的運行模式可以是4-1-2/P運行模式。所述時間參數可以是對變壓吸附制氫系統(tǒng)在制氫過程中的每個步位在不同的工作方式下設置的不同的時間值。所述步位可包括吸附、第1級壓力均衡降、第2級壓力均衡降、順放、第3級壓力均衡降、逆向放壓、沖洗、第3級壓力均衡升、第2級壓力均衡升、第1級壓力均衡升和最終升壓中的至少一個。根據本發(fā)明的示例性實施例的PSA制氫系統(tǒng)中的多塔的自動切換方法，當檢測到某個程控閥存在故障，而導致與該程控閥相應的塔不能正常工作時，就會切除該塔，其余塔正常工作，從而保證生產不間斷。類似地，可切除多個塔，PSA制氫系統(tǒng)仍能正常運行。這是提高PSA制氫系統(tǒng)的可靠性的一個關鍵因素，也是PSA控制技術的核心。根據本發(fā)明的示例性實施例的PSA制氫系統(tǒng)中的多塔的自動切換方法，可準確控制在制氫過程中各種運行模式之間的切換，使得在吸附塔發(fā)生故障的情況下可切換到其他可行的運行模式，從而降低了 PSA制氫系統(tǒng)的故障停機率，保障生產的連續(xù)性。


通過下面結合附圖進行的詳細描述，本發(fā)明的上述和其它目的、特點和優(yōu)點將會變得更加清楚，其中圖1是示出根據本發(fā)明示例性實施例的PSA制氫系統(tǒng)中的多塔的自動切換方法的流程圖；圖2是示出多塔之間的切換關系的示圖。
具體實施例方式圖1是示出根據本發(fā)明示例性實施例的PSA制氫系統(tǒng)中的多塔的自動切換方法的流程圖。根據本發(fā)明的示例性實施例，如圖1所示，在步驟S110，對PSA制氫系統(tǒng)進行初始化。經初始化后的PSA制氫系統(tǒng)在初始運行模式下運行。在步驟S120，根據每個塔的程控閥的信息來確定該塔是否存在故障。如果在步驟S120確定所述多塔中的至少一個塔存在故障，則進行到步驟S130，根據預先存儲的時間參數在合適的時間將PSA制氫系統(tǒng)自動切換到另一運行模式，在所述另一運行模式下，不運行存在故障的所述至少一個塔。另外，根據本發(fā)明的另一示例性實施例，如果在步驟S120確定所述多塔中的每個塔都不存在故障，則PSA制氫系統(tǒng)在所述初始運行模式下運行。根據本發(fā)明的另一示例性實施例，所述方法還可包括步驟S140 如果所述至少一個塔的故障被排除，則將PSA制氫系統(tǒng)從所述另一運行模式自動切換到所述初始運行模式，即返回步驟S110。根據本發(fā)明的另一示例性實施例，可通過以下方式來執(zhí)行步驟S120 當打開該塔的程控閥時，則確定在預定時間內是否接收到指示所述程控閥開到位的閥體開限位信號；如果在預定時間內接收到閥體開限位信號，則確定所述該塔不存在故障；如果在預定時間內沒有接收到閥體開限位信號，則確定所述該塔存在故障。根據本發(fā)明的另一示例性實施例，可通過以下方式來執(zhí)行步驟S120 當關閉該塔的程控閥時，則確定在預定時間內是否接收到指示所述程控閥關到位的閥體關限位信號； 如果在預定時間內接收到閥體關限位信號，則確定所述該塔不存在故障；如果在預定時間內沒有接收到閥體關限位信號，則確定所述該塔存在故障。下面，將以多塔是6塔為例給出更為詳細的描述。圖2是示出多塔之間的切換關系的示圖。如圖2所示，最初PSA制氫系統(tǒng)以6塔運行。在6塔的情況下，運行模式只有6_2_3/ P這一種運行模式，即采用6個吸附床，兩塔同時進料，三次均壓的工藝，提純的氫氣純度可達 99. 999% ο如果檢測到6塔中的一個塔出現(xiàn)故障，則PSA制氫系統(tǒng)切換到5塔運行，或直接切換到4塔運行。這里，可根據對產品氣產量的需求來確定是切換到5塔運行還是切換到4 塔運行。5塔運行的5-2-2/P是指5個吸附床，兩個塔進料，兩次均壓。4塔運行的4-1-2/ P運行模式是4個吸附床，一個塔進料，兩次均壓。按需要切出的故障塔5塔運行方式有6 種組合，即 5AP、5BP、5CP、5DP、5EP、5FP，4 塔運行方式有 3 種組合，即 4ABP、4CDP、4EFP。這里，需要指出的是，程控閥與吸附床相連接，程控閥出現(xiàn)故障導致吸附床出現(xiàn)故障，從而包括該吸附床的塔出現(xiàn)故障。在確定存在有故障塔的情況下，根據本發(fā)明的PSA制氫系統(tǒng)自動切換到其他運行模式，從而能不間斷地提供原料氣，保證生產需要。在排除了故障塔中的故障的情況下，可將PSA制氫系統(tǒng)從5塔運行或4塔運行的運行模式切換回6塔運行的運行模式。此外，如果檢測到2個故障塔，則將PSA制氫系統(tǒng)從6塔運行的運行模式切換到4 塔運行的運行模式。同樣，在排除了這2故障塔中的故障的情況下，可將PSA制氫系統(tǒng)從4 塔運行的運行模式切換回6塔運行的運行模式。以上參照圖2僅描述了 6塔運行、5塔運行和4塔運行之間的切換，但本發(fā)明不限于此。例如，當3個塔出現(xiàn)故障時，需要切換到3塔運行模式，這是所需要的切換操作與之前描述的切換操作類似，在此不再詳細描述。下面將對如何檢測故障塔進行更為詳細的描述。在本發(fā)明的示例性實施例中，根據塔的程控閥的信息來檢測塔是否存在故障，這里，故障主要包括程控閥該開未開以及程控閥該關未關。例如，如果需要打開塔的程控閥， 而在預定時間內沒有接收到指示所述程控閥開到位的閥體開限位信號，即表明程控閥該開未開，則可確定該塔存在故障。另外，如果需要關閉塔的程控閥，而在預定時間內沒有接收到閥體關限位信號，即表明程控閥該關未關，則可確定該塔存在故障。根據本發(fā)明示例性實施例，可通過計數器來實現(xiàn)所述預定時間。下面將對模式切換給出較為詳細的描述。根據本發(fā)明的示例性實施例，如果確定所述多塔中的至少一個塔存在故障，則根據預先存儲的時間參數將變壓吸附制氫系統(tǒng)自動切換到另一運行模式，在所述另一運行模式下，不運行存在故障的所述至少一個塔。這里，PSA制氫系統(tǒng)在制氫過程中，每臺吸附器在不同時間要依次經歷吸附㈧、第1級壓力均衡降(ElD)、第2級壓力均衡降(E2D)、順放 (PP)、第3級壓力均衡降(E3D)、逆向放壓(D)、沖洗(P)、第3級壓力均衡升(E3R)、第2級壓力均衡升(E2R)、第1級壓力均衡升(ElR)和最終升壓(FR)等步驟，其中，每一步驟被稱為“步位”。因此，步位可包括吸附、第1級壓力均衡降、第2級壓力均衡降、順放、第3級壓力均衡降、逆向放壓、沖洗、第3級壓力均衡升、第2級壓力均衡升、第1級壓力均衡升和最終升壓中的至少一個。而時間參數是對PSA制氫系統(tǒng)在制氫過程中的多個步位中的每個步位在不同的運行模式下設置的不同的時間值。PSA制氫系統(tǒng)可根據時間參數在不同運行模式之間進行切換。例如，以6塔切換到5塔為例。假設在6塔運行過程中，6塔中的F塔在第一分周期的第3步位出現(xiàn)故障，此時各塔正處在穩(wěn)定的步驟，所以此時不會馬上切換到5塔運行的運行模式，而是根據時間參數在6塔切換5塔的預定的切換時序來控制最佳步位，在6塔第一分周期的第5步位時切換到5塔運行的第一分周期第8步位。因為在第一分周期第4步除了 A塔和F塔在吸附狀態(tài)外其他塔都在等待狀態(tài)，第5步是最靠近第3步發(fā)生吸附塔狀態(tài)變化的點，而且在第5 步的運行狀態(tài)與5塔運行時第一分周期第8步吻合度好，只是把F塔切除，E塔切到吸附狀態(tài)，D塔由逆放切換到第二級壓力均衡降，其他塔按原切換狀態(tài)進行，這樣的選擇最大限度的減少了切塔對系統(tǒng)產生的波動影響，使系統(tǒng)平穩(wěn)過渡到另一種運行方式。根據本發(fā)明的示例性實施例的PSA制氫系統(tǒng)中的多塔的自動切換方法，當檢測到某個程控閥存在故障，而導致與該程控閥相應的塔不能正常工作時，就會切除該塔，其余塔正常工作，從而保證生產不間斷。類似地，可切除多個塔，PSA制氫系統(tǒng)仍能正常運行。這是提高PSA制氫系統(tǒng)的可靠性的一個關鍵因素，也是PSA控制技術的核心。根據本發(fā)明的示例性實施例的PSA制氫系統(tǒng)中的多塔的自動切換方法，可準確控制在制氫過程中各種運行模式之間的切換，使得在吸附塔發(fā)生故障的情況下可切換到其他可行的運行模式，從而降低了 PSA制氫系統(tǒng)的故障停機率，保障生產的連續(xù)性。
權利要求
1.一種變壓吸附制氫系統(tǒng)中的多塔的自動切換方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟當變壓吸附制氫系統(tǒng)在初始運行模式下運行時，根據每個塔的程控閥的信息來確定該塔是否存在故障；如果確定所述多塔中的至少一個塔存在故障，則根據預先存儲的時間參數在合適的時間將變壓吸附制氫系統(tǒng)自動切換到另一運行模式，在所述另一運行模式下，不運行存在故障的所述至少一個塔。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，根據每個塔的程控閥的信息來確定該塔是否存在故障的步驟包括當打開該塔的程控閥時，確定在預定時間內是否接收到指示所述程控閥開到位的閥體開限位信號；如果在預定時間內接收到閥體開限位信號，則確定所述該塔不存在故障；如果在預定時間內沒有接收到閥體開限位信號，則確定所述該塔存在故障。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，根據每個塔的程控閥的信息來確定該塔是否存在故障的步驟包括當關閉該塔的程控閥時，則確定在預定時間內是否接收到指示所述程控閥關到位的閥體關限位信號；如果在預定時間內接收到閥體關限位信號，則確定所述該塔不存在故障；如果在預定時間內沒有接收到閥體關限位信號，則確定所述該塔存在故障。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括如果所述至少一個塔的故障被排除，則將變壓吸附制氫系統(tǒng)從所述另一運行模式自動切換到所述初始運行模式。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述多塔是6塔，所述初始運行模式是 6-2-3/P運行模式。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，根據存在故障的至少一個塔的數量來確定所述另一運行模式。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，如果存在故障的至少一個塔的數量是1，則所述另一運行模式是5塔運行的運行模式或4塔運行的運行模式。
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，如果存在故障的至少一個塔的數量是2，則所述另一運行模式是4塔運行的運行模式。
9.如權利要求7所述的方法，其特征在于，5塔運行的運行模式是5-2-2/P運行模式。
10.如權利要求7或8所述的方法，其特征在于，4塔運行的運行模式是4-1-2/P運行模式。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述時間參數是對變壓吸附制氫系統(tǒng)在制氫過程中的每個步位在不同的工作方式下設置的不同的時間值。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述步位包括吸附、第1級壓力均衡降、第 2級壓力均衡降、順放、第3級壓力均衡降、逆向放壓、沖洗、第3級壓力均衡升、第2級壓力均衡升、第1級壓力均衡升和最終升壓中的至少一個。
全文摘要
一種變壓吸附制氫系統(tǒng)中的多塔的自動切換方法，所述方法包括以下步驟當變壓吸附制氫系統(tǒng)在初始運行模式下運行時，根據每個塔的程控閥的信息來確定該塔是否存在故障；如果確定所述多塔中的至少一個塔存在故障，則根據預先存儲的時間參數在合適的時間將變壓吸附制氫系統(tǒng)自動切換到另一運行模式，在所述另一運行模式下，不運行存在故障的所述至少一個塔。根據該方法可準確控制在制氫過程中各種運行模式之間的切換，使得在吸附塔發(fā)生故障的情況下可切換到其他可行的運行模式，從而降低了PSA制氫系統(tǒng)的故障停機率，保障生產的連續(xù)性。
文檔編號C01B3/50GK102344119SQ20111017066
公開日2012年2月8日 申請日期2011年6月23日 優(yōu)先權日2011年6月23日
發(fā)明者亓愛峰, 吳曉峰, 孔德恩, 張艷艷, 徐志明, 李濤, 林同剛, 段方民, 王亮, 王彩琴, 章博, 韓笑 申請人:萊蕪鋼鐵集團電子有限公司