本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的變壓吸附設(shè)備的負載適配及量和純度監(jiān)測的方法并且還涉及一種根據(jù)權(quán)利要求9的用于執(zhí)行方法的裝置。
背景技術(shù):
變壓吸附設(shè)備內(nèi)的借助于測量裝置和閉環(huán)式控制裝置實施的產(chǎn)品量的量監(jiān)測可以從現(xiàn)有技術(shù)知曉。在此,特別在具有產(chǎn)品緩沖器的設(shè)備的情況下,從產(chǎn)品緩沖器抽取的產(chǎn)品量以閉環(huán)的方式控制。所述閉環(huán)式控制裝置也可以同時用作閉環(huán)式壓力控制手段。如果抽取的產(chǎn)品量低于預限定的設(shè)計量,那么首先以閉環(huán)式的方式控制壓力,其中,隨后,當獲取設(shè)計量時,閉環(huán)式量控制發(fā)揮作用并阻止設(shè)備的過度運行。
在psa(變壓吸附)設(shè)備的情況下,負載適配通常通過延長工作循環(huán)來實施。特別地,用于實施這種延長的兩種替代方式在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。
在一種替代方式中,工作循環(huán)的延長通過供氣量流的節(jié)流并產(chǎn)生減少的產(chǎn)品抽取來實施。所述節(jié)流可以借助于供氣壓縮機的閉環(huán)式旋轉(zhuǎn)速度控制或借助于從存儲緩沖器的量流的控制來實施。供應(yīng)氣體供給至吸附器的階段被相應(yīng)地延長。采用這種方式,并不常出現(xiàn)下述情況,大約絕對相同的供氣量供給至吸附器并且絕對相同的產(chǎn)品量被抽取。供應(yīng)和抽取相應(yīng)地以更長時間段的時間上分布的方式實施。
在另一替代方式中,工作循環(huán)的延長被實施,同時目前的供氣量流一開始保持不變。工作循環(huán)附加地具有所謂的空閑階段。在空閑階段期間,沒有供應(yīng)氣體流向設(shè)備,并且沒有產(chǎn)品生成。在使用這一替代方式的情況下,產(chǎn)品緩沖器被需要,在空閑階段期間所需的產(chǎn)品量從產(chǎn)品緩沖器抽取??赡茉O(shè)置的供氣壓縮機在空閑階段期間以減小的能量消耗運行。在這種情況下平均供氣量與減少的產(chǎn)品抽取大約成正比的降低。
這種替代方式尤其在下述情況下執(zhí)行:如果供氣量的閉環(huán)式控制上困難或不被期待的,例如劇烈波動的抽取曲線的情況下,或者如果閉環(huán)式旋轉(zhuǎn)速度控制涉及高成本。沒有閉環(huán)式控制機構(gòu)需要供氣量,這是因為它僅僅在100%與零之間變化。特別地,所述替代方式相應(yīng)地在需要產(chǎn)品緩沖器的情況下執(zhí)行。這例如除了空閑階段之外,還可以是下述情況:在沒有產(chǎn)品生成的另外的階段期間,或產(chǎn)品壓力顯著的波動的情況下,特別在利用只有一個或兩個吸附器的方法的情況下。
在這兩種替代方式中,需要阻止產(chǎn)品的抽取大于預限定的設(shè)計量。這例如在供給至設(shè)備的供應(yīng)氣體的量限制的情況下是需要的。所述限制包括供氣壓縮機的最大能力或床中最大允許的流速,或可以通過再生條件例如vpsa(真空變壓吸附)設(shè)備中的真空泵的大小來限定。由此基本上存在可以從變壓吸附設(shè)備抽取的最大產(chǎn)品量。
用于限制從產(chǎn)品緩沖器的產(chǎn)品流的量的已知方法的缺點在于:實際上需要閉環(huán)式控制閥,并由此,特別地,故障的可能性提高。此外,不能阻止在短暫的情況下、例如在設(shè)備的啟動后吸附器的過度運行。獲取特定水平的純度的時間由此可觀地增加。這尤其在大產(chǎn)品緩沖器的情況下具有顯著的問題。而且,設(shè)計量的短暫過量是不可能的,即使在相對較短的時間段上的平均的產(chǎn)品量沒有超過設(shè)計量并由此純度的不下降是被期待的。如果抽取的產(chǎn)品量關(guān)于預限定的設(shè)計值相對強烈地波動,那么量限制手段將反復被啟用,以使得在一些場合下,全設(shè)計量不能被傳送。量限制手段或閉環(huán)式量控制手段有可能設(shè)定成相對遲鈍。然而,這不再可靠地阻止設(shè)備的過度運行。
盡管在吸附器與產(chǎn)品緩沖器之間使用了閉環(huán)式量控制,對于上述缺點可能會繞開。例如,從緩沖器抽取的產(chǎn)品量在短暫的過程期間可能怎么都會超過設(shè)計量,并由此全設(shè)計量在平均上可能被傳遞,甚至在強烈的波動下也會被傳遞。
然而,這種閉環(huán)式量控制本身會帶來其它缺點:
吸附器與產(chǎn)品緩沖器之間的量流是高度不連續(xù)的?;谒龇椒?,存在長度更大或更小的下述階段:在這些階段中,沒有產(chǎn)品流入產(chǎn)品緩沖器。產(chǎn)品流入產(chǎn)品緩沖器的時間段可以非常短(本身只有若干秒)。所述量流由此難以以閉環(huán)的方式測量和控制。此外,通常而言,除了在產(chǎn)品緩沖器下游的第一量測量以外,吸附器與產(chǎn)品緩沖器之間的第二量測量必須實施,這是因為由于所述第二量測量存在強烈的波動并由此不適用與平衡或計算而無法代替第一量測量。
ep2181752a1描述了一種從吸附器進入產(chǎn)品緩沖器的產(chǎn)品流的限定,其中,產(chǎn)品從吸附器的抽取利用閉合的供氣管路進行。吸附器的過度運行通過例如下述方式得到阻止:使吸附器在產(chǎn)品緩沖器的方向上僅僅一定壓力差的程度上卸載。其缺點是生產(chǎn)階段期間供氣供應(yīng)的中斷會造成時間的顯著損失。而且,生產(chǎn)步驟期間壓力會下降,由此能力也降低。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
將這點作為起點,本發(fā)明的目的由此在于以簡單的方式消除上文所述的缺點并限制抽取的產(chǎn)品量。
該目的是通過具有權(quán)利要求1的特征、用于變壓吸附設(shè)備的負載適配(loadadaption)以及量和純度監(jiān)測的方法實現(xiàn)的。
根據(jù)所述權(quán)利要求,設(shè)置成,在變壓吸附設(shè)備的負載適配和量和純度監(jiān)測的方法中,變壓吸附設(shè)備的運行經(jīng)過工作循環(huán),并且所述工作循環(huán)包括至少一個生產(chǎn)階段,其中,在生產(chǎn)階段期間,供應(yīng)氣體以非中斷的方式供給至至少一個吸附器中,并且生產(chǎn)階段的結(jié)束的時間借助于
-在生產(chǎn)階段期間從至少一個吸附器抽取的產(chǎn)品氣體的量ma(t)確定,其中,當量ma(t)大于或等于預限定的量mdesign時,發(fā)生生產(chǎn)階段的結(jié)束,并且其中,量ma(t)由從產(chǎn)品緩沖器抽取的量q(t)和產(chǎn)品緩沖器中的壓力曲線計算。
根據(jù)本發(fā)明的方法適于具有僅僅一個吸附器的設(shè)備并適合于具有兩個兩個以上交替運行的吸附器的設(shè)備。
術(shù)語“量監(jiān)測”在本發(fā)明中被理解成指的是能夠防止產(chǎn)品抽取的量大于預限定的設(shè)計量的方法。由此,防止產(chǎn)品的不允許的高程度污染。
術(shù)語“負載適配”在本發(fā)明中被理解成指的是各工作步驟或供應(yīng)物質(zhì)對抽取產(chǎn)品量(消耗)的適配,這實現(xiàn)了對供應(yīng)物質(zhì)和能量的節(jié)約。例如,所使用的供氣量的大小可以被適配。
術(shù)語“工作循環(huán)”在本發(fā)明中被理解成指的是變壓吸附設(shè)備的不同的工作步驟,例如生產(chǎn)產(chǎn)品的生產(chǎn)步驟,或吸附器再生的再生步驟的順序,其中,工作步驟相繼以預限定的順序?qū)嵤9ぷ麟A段在工作循環(huán)的最后的工作步驟結(jié)束后結(jié)束,并且新的工作循環(huán)可以隨后以工作循環(huán)的第一工作步驟以新的開始實施。
術(shù)語“生產(chǎn)階段”在本發(fā)明中被理解成指的是工作循環(huán)的下述工作步驟:純化的產(chǎn)品氣體被排出吸附器,其中,至少一種吸附性相對較強的組分從原料制品的分離在吸附器中被執(zhí)行。
術(shù)語“床”在本發(fā)明中被理解成指的是吸附器內(nèi)的吸附材料。床的總高度是供應(yīng)氣體進入床的進口與產(chǎn)品氣體流出床的出口之間的間距。
術(shù)語“供應(yīng)氣體”在本發(fā)明中被理解成指的是氣體的混合物(原料制品),其除了至少一種吸附性相對較弱的組分(產(chǎn)品氣體中所富含的)之外還具有至少一種另外的吸附性相對較強的組分(排氣中所富含的)。
術(shù)語“加載前沿(loadingfront)”在本發(fā)明中被理解成指的是吸附器中的這樣的位置,至所述吸附器已經(jīng)在較大的程度上、例如在例如對所述組分最大承載能力的50%以上地被待分離的組分加載到的位置。在吸附過程進一步的進程期間,待分離的組分可以僅在較小的程度上至所述位置地被吸附,并且在相對較大的程度上僅僅被保持在加載前沿的當前位置之外。采用這種方式,吸附前沿在生產(chǎn)階段期間在產(chǎn)品氣體出口的方向上行進。
術(shù)語“產(chǎn)品氣體”在本發(fā)明中被理解成指的是由一種化學元素(例如氧)組成的氣體(“純氣體”)和具有不同化學元素的混合物的氣體。在此,術(shù)語“純氣體”并非只涉及絕對純化的(具有100%的對應(yīng)的化學元素)的產(chǎn)品氣體,而是涉及在期待的純度上滿足要求的產(chǎn)品氣體。基于對應(yīng)的產(chǎn)品的要求,產(chǎn)品氣體具有不同的純度。
術(shù)語“設(shè)計量”在本發(fā)明中被理解成指的是由設(shè)備在一個工作循環(huán)中在堅持期待的純度的同時所提供的產(chǎn)品氣體的限定量。
術(shù)語“產(chǎn)品緩沖器”在本發(fā)明中被理解成指的是設(shè)計成存儲產(chǎn)品氣體并根據(jù)需要將產(chǎn)品氣體提供給客戶的裝置
根據(jù)本發(fā)明的方法允許這樣的量限制,即所述量限制能夠阻止變壓吸附設(shè)備、尤其是psa或vpsa設(shè)備的至少一個吸附器過度運行。在此,并非是使得從產(chǎn)品緩沖器抽取的量受限制的情況,而是使得生產(chǎn)階段在時間方面受到限制,以阻止至少一個吸附器過載。采用這種方式,不再需要管路中位于產(chǎn)品緩沖器下游的閉環(huán)式控制閥,并且設(shè)備由此更簡化并更不易出現(xiàn)故障。此外,甚至能夠在啟動設(shè)備期間避免所述至少一個吸附器過度運行,以使得能夠在停機和產(chǎn)品緩沖器的排空后更快地獲取所需的產(chǎn)品純度。而且,實現(xiàn)了對顧客的需求的絕對地連續(xù)地可變的負載適配。
根據(jù)本發(fā)明的方法涉及生產(chǎn)階段期間供應(yīng)氣體對吸附器的非中斷地供給。采用這種方式,與如現(xiàn)有技術(shù)所述的利用閉合的供應(yīng)氣體管路的產(chǎn)品抽取對比,沒有損失時間。在生產(chǎn)階段期間供氣供給中斷的情況下,有必要使得供氣壓縮機設(shè)計成更大,這需要更大的空間需求和更高的成本。這尤其在非常大的設(shè)備的情況下是一個顯著的缺陷。
此外,在供應(yīng)氣體的非中斷供給的情況下,生產(chǎn)步驟以升高的壓力進行,而在供應(yīng)氣體的供給中斷的情況下,生產(chǎn)步驟期間的壓力下降并由此變壓吸附設(shè)備的能力減小。而且,在供應(yīng)氣體的非中斷供給的情況下,供氣壓力與產(chǎn)品壓力之間的平均壓力差明顯地低于現(xiàn)有技術(shù)已知的設(shè)備的情況,以使得對于同樣的輸出壓力,能量需求被顯著減小。
在一個實施例中,在生產(chǎn)階段中,產(chǎn)品氣體從至少一個吸附器向產(chǎn)品緩沖器的傳輸被執(zhí)行,同時供應(yīng)氣體被導入吸附器。生產(chǎn)階段的結(jié)束通過結(jié)束產(chǎn)品氣體向產(chǎn)品緩沖器的傳輸和供應(yīng)氣體向吸附器的引入來實現(xiàn)。所述傳輸可以例如借助于合適的氣體管路系統(tǒng)來試試,其中,結(jié)束通過關(guān)閉布置在氣體管路系統(tǒng)上的閥來實現(xiàn)。
在一個實施例中,變壓吸附設(shè)備具有工作循環(huán),所述工作循環(huán)包括至少一個生產(chǎn)階段,其中,供應(yīng)氣體對至少一個吸附器非中斷的供給在生產(chǎn)階段期間實施。在此,生產(chǎn)階段的結(jié)束時間由在生產(chǎn)階段期間從至少一個吸附器抽取的產(chǎn)品氣體的量ma(t)確定。當量ma(t)大于或等于預限定的量mdesign時,生產(chǎn)階段結(jié)束,其中,由從產(chǎn)品緩沖器抽取的量q(t)和產(chǎn)品緩沖器中的壓力曲線計算ma(t)。
由此,在生產(chǎn)階段期間,主要由相對弱吸附的組分組成的產(chǎn)品氣體流入產(chǎn)品緩沖器。同時,特定在、但在某些情況下也是波動的量從產(chǎn)品緩沖器抽取出并供給至客戶。產(chǎn)品氣體的所述抽取的量例如借助于布置在產(chǎn)品緩沖器下游的量測量裝置測量。從所述抽取的產(chǎn)品量和產(chǎn)品緩沖器中的壓力曲線(例如借助于布置在產(chǎn)品緩沖器下游的壓力測量裝置測得的),可以確定出在生產(chǎn)階段期間已經(jīng)從吸附器抽取的并供給至產(chǎn)品緩沖器的量ma(t)。如果從吸附器抽取的所述量ma(t)超過特定值mdesign(針對設(shè)備的尺寸常規(guī)設(shè)置的),產(chǎn)品氣體向產(chǎn)品緩沖器的流出和供應(yīng)氣體對吸附器的引入被結(jié)束。
在一個實施例中,量ma(t)的確定根據(jù)下述公式來計算:
其中,
-t是生產(chǎn)階段開始以來單位為秒的時間,
-ma(t)是生產(chǎn)階段開始以來從吸附器抽取的單位為千克的量,
-q(t)是生產(chǎn)階段期間從產(chǎn)品緩沖器抽取的單位為千克的量,
-mp(0)是生產(chǎn)階段開始時緩沖器中單位kg的產(chǎn)品氣體的量,其中,mp(0)是根據(jù)下述公式計算的:
mp(0)=v*ρ(t=0),
其中,
-v是單位為m3的產(chǎn)品緩沖器的體積,并且
-ρ是t=0時緩沖器中單位為kg/m3的產(chǎn)品氣體的密度,
-p(t)是時間t處的產(chǎn)品緩沖器中單位為bar的壓力,
-p(0)是時間t=0處的產(chǎn)品緩沖器中單位為bar的壓力,并且
-k是從1至1.4的任何實數(shù)。
所記載的單位為bar的所有值涉及絕對壓力(bar絕對)。在此,在等溫條件下k是1并且在絕熱條件下k是1.4。k以取決于變壓吸附設(shè)備中占主導條件的方式適配于真實條件,以使得k選自1至1.4的范圍。
特別地,因子k取決于提供產(chǎn)品的容器的絕熱程度并取決所使用的緩沖器的尺寸。非常大的絕熱緩沖器的值位于1.4的區(qū)域中,而相對較小的非絕熱緩沖器的值更靠近1。
上述公式允許借助于產(chǎn)品緩沖器上的在任何情況下都會設(shè)置的壓力測量裝置和量測量裝置來確定從吸附器抽取的量。吸附器上的其它測量裝置,尤其是量測量裝置不是必需的。設(shè)備由此更簡化并不易于出現(xiàn)故障。借助于量測量裝置和壓力測量裝置確定的數(shù)據(jù)的分析評估可以借助于連接至量測量裝置和壓力測量裝置的開環(huán)式和閉環(huán)式控制裝置來實施,所述開環(huán)式和閉環(huán)式控制裝置在ma(t)大于或等于預限定的量mdesign時將脈沖信號傳送給供氣閥和產(chǎn)品閥。供氣閥和產(chǎn)品閥隨即關(guān)閉,并且生產(chǎn)階段由此結(jié)束。
借助于測量裝置確定的數(shù)據(jù)的分析評估可以借助于連接至測量裝置的開環(huán)式和閉環(huán)式控制裝置實施,當通過測量裝置檢測到加載前沿位于預限定的位置,所述開環(huán)式和閉環(huán)式控制裝置將脈沖信號傳送給供氣閥和產(chǎn)品閥。替代地,如果自從加載前沿的檢測后經(jīng)過預限定的時間段,那么開環(huán)式和閉環(huán)式控制裝置可以傳送脈沖信號。
在一個實施例中,所述方法在工作循環(huán)之前具有空閑階段。產(chǎn)品氣體可以在空閑階段中從產(chǎn)品緩沖器抽取??臻e階段的長度取決于負載狀況,也就是說取決于從產(chǎn)品緩沖器抽取的量。在100%負載處,所述長度實際為零,并且一個工作循環(huán)的結(jié)束直接跟隨著新的工作循環(huán)。在產(chǎn)品氣體的相對較低水平的抽取的情況下,新的工作循環(huán)中斷一定時間,其中,只有在中斷一定時間后新的工作循環(huán)才開始,并且新的產(chǎn)品氣體才導入產(chǎn)品緩沖器。所述空閑階段的持續(xù)時間可以以多種方式確定。
例如,持續(xù)時間可以從目前抽取的量與設(shè)備的預期的設(shè)計量比較來確定。在取得設(shè)計量后空閑階段結(jié)束。另一方法包括使用壓力曲線和產(chǎn)品緩沖器和從產(chǎn)品緩沖器抽取的量來預先計算緩沖器中出現(xiàn)預限定的最小壓力的時間??臻e階段然后在正確時間結(jié)束以使得產(chǎn)品緩沖器在出現(xiàn)最小壓力之前再次填充以新的產(chǎn)品。在此,必須考慮的是,在空閑階段結(jié)束后,產(chǎn)品不可能立即再次流入緩沖器,這是因為吸附器必須首先再次獲得緩沖壓力。
在一個實施例中,工作循環(huán)在生產(chǎn)階段之前具有壓力累積階段。在此,吸附器中的壓力累積通過將供應(yīng)氣體引入吸附器來實施。供應(yīng)氣體例如可以從供氣壓縮器經(jīng)由合適的氣體管路系統(tǒng)通過打開布置在所述氣體管路系統(tǒng)的閥(供氣閥)而導入吸附器。吸附器中的壓力大于或等于產(chǎn)品緩沖器中的壓力時,壓力累積結(jié)束。然后實施向生產(chǎn)階段的過渡。供應(yīng)氣體在吸附器的一側(cè)、例如在吸附器的下側(cè)(供氣引入管路)引入,所述下側(cè)與吸附器的另一側(cè)、例如吸附器的“上”側(cè)(產(chǎn)品-氣體出口)的相反地定位,以使得引入的供應(yīng)氣體(原料制品)必須經(jīng)過吸附器的整個長度才能到達產(chǎn)品-氣體出口。
在生產(chǎn)階段中,實施產(chǎn)品氣體從至少一個吸附器向產(chǎn)品緩沖器的傳送。產(chǎn)品氣體例如可以從吸附器經(jīng)由合適的氣體管路系統(tǒng)、通過打開布置在所述氣體管路系統(tǒng)中的閥(產(chǎn)品閥)而在產(chǎn)品出口處導入產(chǎn)品緩沖器。供氣閥在生產(chǎn)階段期間保持打開。壓力累積的結(jié)束由此通過打開產(chǎn)品閥來實現(xiàn)。采用這種方式,供應(yīng)氣體從一側(cè)(供氣引入管路)流入吸附器并且產(chǎn)品氣體在相反的一側(cè)(產(chǎn)品出口)流出吸附器,由此壓力增加總體被減緩。
在一個實施例中,工作循環(huán)在生產(chǎn)階段后具有同向流排料階段,也就是說在供應(yīng)氣體流過吸附器的方向上的排料。在此,從吸附器的排料借助于壓力平衡以同向流型式向壓力緩沖器實施。壓力緩沖器包括適合于接收預限定的壓力下的部分純化的產(chǎn)品氣體的裝置,其中,壓力緩沖器經(jīng)由合適的氣體管路系統(tǒng)連接至吸附器,并且特別地,氣體管路系統(tǒng)布置在產(chǎn)品出口處。在排料階段中,供應(yīng)氣體引入吸附器和產(chǎn)品氣體從吸附器流出被中斷(生產(chǎn)階段已經(jīng)結(jié)束),并且在氣體管路系統(tǒng)中布置在壓力緩沖器與吸附器之間的閥(排料閥)被打開。在打開排料閥之前,吸附器所處的壓力高于壓力緩沖器。由此,在打開排料閥后,部分純化的產(chǎn)品氣體流入壓力緩沖器,其中,壓力緩沖器中的壓力升高并且吸附器中的壓力降低。在使用有多個吸附器的情況下,還可能通過連接至相鄰的吸附器來實施排料,其中,在從第一吸附器排料的過程中相鄰的吸附器中的壓力升高。
在一個實施例中,工作循環(huán)在同向流排料后具有再生階段。排料階段通過關(guān)閉排料閥而結(jié)束。吸附器的再生可以借助于以對向流型式向大氣排料、在此通過氣體排出管路系統(tǒng)來實施,氣體排出管路系統(tǒng)尤其布置在吸附器的與產(chǎn)品出口相反的那側(cè)上(供氣引入管路)。通過打開所述氣體排出管路系統(tǒng)中的閥(排氣閥),待分離的組分含量較大的氣體從吸附器流出(排氣)。與大氣的壓力平衡在此使得被吸附的組分還能夠被“釋放”并作為排氣被排出,以使得吸附器被純化并且可以用于新的分離過程。
為了再生,替代地或附加地能夠使用凈化-氣體流。凈化-氣體流尤其包括部分純化的產(chǎn)品氣體并尤其在產(chǎn)品出口的位置處被引入吸附器。借助于凈化-氣體流,氣體階段中待分離的組分的分壓被降低,并由此有助于分離。凈化-氣體流可以例如由凈化-氣體裝置、由壓力緩沖器或者在使用多個吸附器情況下由相鄰的吸附器提供。在凈化氣體來自壓力緩沖器或者來自所使用的相鄰的吸附器(參見下文解釋)的情況下,凈化-氣體流可以通過打開(至少部分打開)同向流排料閥來提供。
替代地或附加地,再生能夠在低于環(huán)境壓力的壓力下通過利用真空泵排空吸附器來實施。
在一個實施例中,工作循環(huán)在再生階段后具有對向流充料階段。在此,吸附器以對向流型式、也就是說與供氣方向相反地用原料制品、尤其用部分純化的產(chǎn)品氣體充料,其中,吸附器中的壓力升高。
在一個實施例中,吸附器中的壓力的升高和吸附器對部分純化的原料制品的充料從壓力緩沖器來實施。在此,布置在壓力緩沖器與吸附器之間的氣體管路系統(tǒng)中的合適的閥(尤其是排料閥),其中,氣體排出管路的排氣閥被關(guān)閉。在再生后,壓力緩沖器所處的壓力高于吸附器。由此,例如在排料階段中已經(jīng)被導入壓力緩沖器的部分純化的產(chǎn)品氣體流入吸附器。
在一個實施例中,工作循環(huán)以所記載的順序包括下述階段:帶有供應(yīng)氣體的壓力累積階段、生產(chǎn)階段、同向流排料、再生階段和對向流充料階段,其中,在一階段開始之前,前面的階段結(jié)束,并且其中,特別地,在兩個工作循環(huán)之間、也就是說在壓力累積階段之前和對向流充料階段之后設(shè)置空閑階段。
在一個實施例中,變壓吸附設(shè)備包括至少兩個吸附器,其中,工作循環(huán)在生產(chǎn)階段之前具有壓力累積階段。在此,壓力累積通過將供應(yīng)氣體(第一供氣閥打開)引入第一吸附器而在第一吸附器中實施,其中,同時,再生階段在第二吸附器(第二排氣閥)中執(zhí)行。再生可以借助于以對向流型式向大氣的排料來實施。替代地或附加地,凈化-氣體流可以被使用。此外,再生還可以借助于排空來實施。自證的是,在上文描述的替代例后附加的排空也是可能的。
在一個實施例中,工作循環(huán)具有生產(chǎn)階段,產(chǎn)品氣體在生產(chǎn)階段中從第一吸附器導入產(chǎn)品緩沖器(第一產(chǎn)品閥打開),其中,同時,再生階段在第二吸附器中執(zhí)行(第二排氣閥打開)。對于再生的順序,參考前述段落。在此,在生產(chǎn)階段期間從第一吸附器抽取的產(chǎn)品氣體的量ma(t)大于或等于預限定的量mdesign時第一吸附器中的生產(chǎn)階段結(jié)束。對于抽取的量ma(t)的查明,參考前述段落。
再生階段可以在生產(chǎn)階段結(jié)束后結(jié)束,或替代地也可以繼續(xù)進行某一特定時間段。例如,再生階段被執(zhí)行直至達到某一特定再生壓力(尤其在vpsa設(shè)備的情況下)、已經(jīng)以預限定的凈化-氣體量對第二吸附器沖擊、或已達到預限定的最小再生時間。
在一個實施例中,工作循環(huán)在生產(chǎn)階段后具有同向流排料階段。在此,吸附器的排料借助于與第二吸附器的壓力平衡來實施(參見上文解釋)。
在一個實施例中,工作循環(huán)以所記載的順序包括下述步驟:
-供應(yīng)氣體在第一吸附器中的同向流壓力累積階段,其中同時,再生階段在第二吸附器中實施,
-第一吸附器中的生產(chǎn)階段,其中,同時,再生階段在第二吸附器中實施,
-第一吸附器中的同向流排料并且第二吸附器中的同時的對向流壓力累積階段,其中,排料和壓力累積借助于第一吸附器(壓力下降)與第二吸附器(壓力升高)之間的壓力平衡來實施,
-第一吸附器中的再生階段,其中,同時,利用供應(yīng)氣體的同向流壓力累積階段在第二吸附器中實施,
-第一吸附器中的再生階段,其中,同時,生產(chǎn)階段在第二吸附器中實施,
-第一吸附器中的對向流壓力累積階段和第二吸附器中的同時的同向流排料階段,其中,排料和壓力累積借助于第一吸附器(壓力升高)與第二吸附器(壓力下降)之間的壓力平衡實施,
-空閑階段,所述空閑階段尤其處在兩個工作循環(huán)之間,也就是說在第一吸附器壓力累積階段與第二吸附器的排料階段之間。
根據(jù)本發(fā)明的方法能夠防止吸附器的過度運行而無需為此設(shè)置閉環(huán)式控制閥。由于所述方法限制從吸附器抽取的量,因此它還阻止污染物在啟動階段期間在緩沖器尚未達到它的標準壓力水平時進入產(chǎn)品緩沖器。它還能夠使產(chǎn)品量高于從緩沖器抽取的設(shè)計量而不會破壞產(chǎn)品的純度,并且由此能夠使短暫的需求高峰被更有效地覆蓋。在本發(fā)明的情況下,吸附器與產(chǎn)品緩沖器之間的用于產(chǎn)品氣體量的閉環(huán)式控制測量裝置為此不是必需的。根據(jù)本發(fā)明,供應(yīng)氣體的供給在生產(chǎn)期間不會被中斷。
例如,設(shè)計量設(shè)定成1000的值,并且抽取的量會逐秒在900至1100之間波動(其中,保持平均值是1000)。緩沖器下游的閉環(huán)式控制閥由此被連續(xù)啟用,并由此最終阻止平均上從1000發(fā)生遷移。對比而言,根據(jù)本發(fā)明,如果緩沖器中的量被考慮,那么這種波動沒有任何作用,以使得生產(chǎn)階段實際上僅僅在達到設(shè)計量后才結(jié)束,向客戶的量在任何時間均沒有受到限制,并且緩沖器中的壓力也保持穩(wěn)定(只要客戶在平均上僅僅抽取1000)。
特別地,在多個吸附器被使用的情況下,根據(jù)本發(fā)明的方法允許同時使用全部吸附器。借助于單獨的設(shè)定值能考慮到吸附器之間能力的任何區(qū)別。
根據(jù)本發(fā)明的方法同樣適合于具有兩個以上吸附器的變壓吸附設(shè)備。
本發(fā)明的另外的方面在于根據(jù)權(quán)利要求9的特征的變壓吸附設(shè)備,其尤其適合于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至8的特征的方法。
在一個實施例中,變壓吸附設(shè)備包括用于從原料制品分離吸附性相對較強組分的至少一個吸附器,其中,吸附器具有可以借助于供氣閥關(guān)閉的供氣引入管路和可以借助于產(chǎn)品閥關(guān)閉的產(chǎn)品-氣體排出管路。變壓吸附設(shè)備此外還包括用于通過產(chǎn)品-氣體排出管路從吸附器接收純化的產(chǎn)品氣體的產(chǎn)品緩沖器、確定從產(chǎn)品緩沖器抽取的量的量測量裝置、和用于確定吸附器中的壓力的壓力測量裝置。在此,變壓吸附設(shè)備具有開環(huán)式和閉環(huán)式控制裝置,所述開環(huán)式和閉環(huán)式控制裝置適于從壓力測量裝置和量測量裝置接收測量值、處理所述測量值、并且基于所述值查明用于結(jié)束供應(yīng)氣體的引入和產(chǎn)品氣體的排出的時間,其中,開環(huán)式和閉環(huán)式控制裝置設(shè)計成在所述時間處向供氣閥和產(chǎn)品閥傳送控制脈沖。在根據(jù)本發(fā)明的實施例中,生產(chǎn)階段在供氣引入管路和產(chǎn)品-氣體排出管路打開的情況下執(zhí)行,以使得生產(chǎn)階段在供氣引入管路和產(chǎn)品-氣體排出管路關(guān)閉的情況下結(jié)束。
開環(huán)式和閉環(huán)式控制裝置確定在生產(chǎn)階段期間從至少一個吸附器抽取的產(chǎn)品氣體的量ma(t)。該確定借助于從產(chǎn)品緩沖器抽取的量q(t)和產(chǎn)品緩沖器中的壓力曲線來實施,產(chǎn)品緩沖器抽取的量q(t)借助于量測量裝置來確定,產(chǎn)品緩沖器中的壓力曲線借助于壓力測量裝置來確定。在此,量ma(t)可以尤其根據(jù)下述公式來計算:
開環(huán)式和閉環(huán)式控制裝置在ma(t)大于或等于預限定的量mdesign時向供氣閥和產(chǎn)品閥傳送脈沖信號。供氣閥和產(chǎn)品閥在此基礎(chǔ)上關(guān)閉,并且生產(chǎn)階段由此結(jié)束。
在另一實施例中,變壓吸附設(shè)備包括用于從原料制品分離吸附性相對較強的組分的至少一個吸附器,其中,吸附器具有可以借助于供氣閥關(guān)閉的供氣引入管路和可以借助于產(chǎn)品閥關(guān)閉的產(chǎn)品-氣體排出管路。在此,變壓吸附設(shè)備在吸附器中的預限定的位置處具有測量裝置,所述測量裝置用于測量物理參數(shù)相對于時間的變化。
可以說,變壓吸附設(shè)備可以尤其具有產(chǎn)品緩沖器、壓力緩沖器、供氣壓縮機、真空裝置和并聯(lián)連接的另外吸附器,這些部件全部根據(jù)要求借助于相應(yīng)的一個氣體管路系統(tǒng)彼此連接,其中,每個氣體管路系統(tǒng)可以具有至少一個閥。這些實施例是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。特別地,變壓吸附設(shè)備具有上文針對方法所描述的構(gòu)件以及在附圖的描述中討論的構(gòu)件。
測量裝置使得被抽取的產(chǎn)品量能夠受到限制而無需為此在產(chǎn)品緩沖器上游或下游設(shè)置閉環(huán)式控制閥,能夠可靠地阻止設(shè)備過度運行,并能夠在短暫的階段期間產(chǎn)品避免緩沖器的污染。
附圖說明
本發(fā)明的更多細節(jié)和優(yōu)點將基于附圖在下文中基于對示例性實施例的以下圖的描述而更詳細地討論,
其中:
圖1展示了根據(jù)本發(fā)明的方法在單吸附器設(shè)備中的應(yīng)用,并且
圖2展示了根據(jù)本發(fā)明的方法在雙吸附器設(shè)備中的應(yīng)用。
具體實施方式
圖1是適于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的單吸附器設(shè)備的示意圖。
變壓吸附設(shè)備1包括吸附器2、產(chǎn)品緩沖器3、壓力緩沖器6、量測量裝置4、兩個壓力測量裝置5、供氣閥101、產(chǎn)品閥102、排料閥103、排氣閥104和抽取閥105。
量測量裝置4允許確定從產(chǎn)品緩沖器3抽取出的產(chǎn)品氣體p的量。壓力測量裝置5允許確定吸附器2中和產(chǎn)品緩沖器3中的壓力。
在當前情況下,所述方法具有工作循環(huán),該工作循環(huán)包括壓力累積階段、生產(chǎn)階段、排料階段、再生階段和充料階段,其中,空閑階段設(shè)置在兩個工作循環(huán)之間,也就是說位于壓力累積階段之前和充料階段之后。所述方法由此可以分成六個步驟。
空閑階段位于第一步驟。閥101至104是關(guān)閉的,并且布置在產(chǎn)品緩沖器下游的抽取閥105打開。借助于抽取閥105,顧客能夠從產(chǎn)品緩沖器3抽取產(chǎn)品氣體p(經(jīng)由在此為了清楚起見而未示出的抽取裝置)。在這種情況下,抽取閥105在空閑階段和工作循環(huán)期間是打開的。
空閑階段的持續(xù)時間由抽取的量確定。例如,空閑階段在產(chǎn)品緩沖器3中出現(xiàn)某一特定最小壓力之前結(jié)束。由此,向工作循環(huán)的過渡在一良好的時間進行,以使得產(chǎn)品緩沖器3在所述壓力出現(xiàn)之前被再次填充以新產(chǎn)品。替代地,空閑階段的持續(xù)時間也可以由目前抽取的量、與設(shè)備的預期的設(shè)計量相關(guān)地確定。在產(chǎn)品氣體p低水平抽取的情況下,新的工作循環(huán)中止直至預限定的量的產(chǎn)品氣體已經(jīng)從產(chǎn)品緩沖器抽取,以使得,隨后,新的工作循環(huán)的開始被觸發(fā)并且新的產(chǎn)品氣體p被導入產(chǎn)品緩沖器3。在100%負載時,所述階段的長度實際為零,并且一個工作循環(huán)的結(jié)束直接跟隨著另外的工作循環(huán)。
在第二步驟中,工作循環(huán)包括壓力累積階段。在此,吸附器2中的壓力累積借助于將供應(yīng)氣體f經(jīng)由此時打開的供氣閥101引入吸附器2而實施(同向流型式下的壓力累積)。閥102至104保持關(guān)閉。壓力累積在吸附器2中的壓力大于或等于產(chǎn)品緩沖器3中的壓力時結(jié)束。然后執(zhí)行向生產(chǎn)階段的過渡(步驟3)。
在第三步驟中,設(shè)備處于生產(chǎn)階段。借助于打開允許產(chǎn)品氣體從吸附器2供給至產(chǎn)品緩沖器3的產(chǎn)品閥102,第二步驟(壓力累積階段)結(jié)束并且生產(chǎn)階段開始。供氣閥101和產(chǎn)品閥102由此在生產(chǎn)階段期間是打開的。閥103至104關(guān)閉。在生產(chǎn)階段中,供應(yīng)氣體f由此經(jīng)由供氣閥101流入吸附器2,并且產(chǎn)品氣體p經(jīng)由產(chǎn)品閥102流入產(chǎn)品緩沖器3。
生產(chǎn)階段被實施直至吸附器2對于待分離的一個或多個組分的保留能力已經(jīng)耗盡。當在生產(chǎn)階段期間從至少一個吸附器抽取的產(chǎn)品氣體的量ma(t)大于或等于預限定的量mdesign時,生產(chǎn)階段結(jié)束,其中所述量ma(t)從由產(chǎn)品緩沖器抽取的量q(t)和產(chǎn)品緩沖器中的壓力曲線計算。在此,量ma(t)根據(jù)下述公式計算:
對于各縮寫的含義,參考說明書。
借助于量測量裝置和壓力測量裝置確定的數(shù)據(jù)的分析評估借助于連接至量測量裝置和壓力測量裝置的開環(huán)式和閉環(huán)式控制裝置8實施,當ma(t)大于或等于預限定的量mdesign時,所述的開環(huán)式和閉環(huán)式控制裝置傳送脈沖信號給供氣閥和產(chǎn)品閥。供氣閥和產(chǎn)品閥由此被關(guān)閉,并且生產(chǎn)階段由此結(jié)束。
替代地,生產(chǎn)階段也可以在檢測到至少一個吸附器2中的加載前沿到達預限定的終端位置(測量裝置的對應(yīng)于預限定的終端位置的位置)或預限定的位置(測量裝置的位置)時結(jié)束,其中,當檢測發(fā)生在所述預限定的位置時,生產(chǎn)階段持續(xù)直至一特定的時間。參考上文的解釋和關(guān)于圖2的解釋。
生產(chǎn)階段借助于關(guān)閉供氣閥101和產(chǎn)品閥102而結(jié)束。
在生產(chǎn)階段結(jié)束后,同向流排料階段在第四步驟中執(zhí)行。排料閥103打開。供氣閥101,產(chǎn)品-氣體閥102和排氣閥104關(guān)閉。在此,吸附器2的排料借助于與經(jīng)由排料閥103連接至吸附器2的壓力緩沖器6的壓力平衡來實施。壓力緩沖器6在排料之前的壓力小于吸附器2。由于排料,部分純化的(或?qū)嵸|(zhì)上是純化的)原料制品進入壓力緩沖器6。在達到預限定的壓力或經(jīng)過預限定的時間后,所述排料階段借助于關(guān)閉排料閥103而結(jié)束。
在排料階段結(jié)束后,再生階段在第五步驟中進行。供氣閥101、產(chǎn)品-氣體閥102和排料閥103被關(guān)閉。排氣閥104打開。在此,吸附器2的再生借助于以對向流型式向大氣的排料來實施,以使得富含有將分離出的組分的排氣a被導出吸附器2。替代地,再生可借助于凈化-氣體流進行。凈化-氣體流例如可以由產(chǎn)品閥102的節(jié)流式打開和/或排料閥103的節(jié)流式打開提供。替代地,從凈化-氣體貯存器引入凈化氣體也是可能。在vspa方法中,該步驟還包括利用真空裝置的排空。在達到預限定的壓力或經(jīng)過預限定的時間后,再生階段借助于關(guān)閉排氣閥104(并且還可能是凈化-氣體流的閥或真空裝置的閥)而結(jié)束。
在再生階段后,對向流充料階段在第六步驟中執(zhí)行。充料在這種情況下借助于壓力緩沖器6實施,其中,壓力緩沖器6所處的壓力高于吸附器2。排料閥103被打開。供氣閥101、產(chǎn)品-氣體閥102和排氣閥104被關(guān)閉。采用這種方式,吸附器2中的壓力的增加和以部分純化的原料制品對吸附器2的充料從壓力緩沖器6實施。在達到預限定的壓力或已經(jīng)過預限定的時間后,排料階段結(jié)束。設(shè)備過渡至空閑階段(步驟1)。所述方法由此再次開始。
各步驟總結(jié)在下述表1中。
表格1:x指代關(guān)閉的閥并且o指代打開的閥,pa指代吸附器中的壓力,pp指代產(chǎn)品緩沖器中的壓力。
圖2是適于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的雙吸附器設(shè)備的示意圖。對于具有相同命名或附圖標記的裝置和方法步驟,參考針對圖1的解釋。
圖2的變壓吸附設(shè)備1包括第一吸附器2'、第二吸附器2”、產(chǎn)品緩沖器3、三個壓力測量裝置5、兩個供氣閥111、121、兩個產(chǎn)品閥112、122、排料閥103、兩個排氣閥114、124和抽取閥105。附加的量測量是可能的(類似于圖1)。
在這種情況下,所述方法具有包括下述步驟的工作循環(huán):
-第一吸附器2'中的同向流壓力累積階段,其中同時,再生階段在第二吸附器2”中實施,
-第一吸附器2'中的生產(chǎn)階段,其中,同時再生階段在第二吸附器2”中實施,
-第一吸附器2'中的同向流排料階段和第二吸附器2”中的同時的對向流壓力累積階段,其中,排料和壓力累積借助于第一吸附器2'(壓力降低)與第二吸附器2”(壓力升高)之間的壓力平衡來實施,
-第一吸附器2'中的再生階段,其中,同時,同向流壓力累積階段在第二吸附器2”中實施,
-第一吸附器2'中的再生階段,其中,同時,生產(chǎn)階段在第二吸附器2”中實施,
-第一吸附器2'中的對向流壓力累積階段和第二吸附器2”中的同時的同向流排料階段,其中,排料和壓力累積借助于第一吸附器2'(壓力升高)與第二吸附器2”(壓力降低)之間的壓力平衡來實施,
其中,特別地,空閑階段設(shè)置在兩個工作循環(huán)之間,也就是說設(shè)置在第一吸附器2'的壓力累積階段和第二吸附器2”的排料階段之前。
空閑階段出現(xiàn)在第一步驟中。閥111、112、114、121、122、124和103被關(guān)閉,并且抽取閥105在這種情況下被打開??臻e階段的持續(xù)時間由被抽取的量確定。參考關(guān)于圖1的說明。
在空閑階段結(jié)束后,執(zhí)行向工作循環(huán)的過渡。在第二步驟中,壓力累積階段在第一吸附器2'中實施,其中,同時,再生階段在第二吸附器2”中實施。在此,第一吸附器2'中的壓力累積借助于將供應(yīng)氣體f經(jīng)由現(xiàn)在打開的供氣閥111引入第一吸附器2'來實施(同向流型式的壓力累積)。第二吸附器2”以對向流型式、在此通過打開的第二排氣閥124向大氣排料,其中,排氣a被驅(qū)走且再生由此被執(zhí)行。閥121、122和114保持關(guān)閉。第二吸附器2”的再生可以借助于來自第一吸附器2'的凈化-氣體流進行(103利用節(jié)流動作被打開)。壓力累積在第一吸附器2'中的壓力大于或等于產(chǎn)品緩沖器3中的壓力時結(jié)束。然后實施向生產(chǎn)階段的過渡(步驟3)。
在第三步驟中,設(shè)備處于生產(chǎn)階段。第一吸附器2'的供氣閥111和產(chǎn)品閥112被打開,并且閥121、122和114被關(guān)閉。供應(yīng)氣體f經(jīng)由供氣閥111流入第一吸附器2',并且產(chǎn)品氣體p經(jīng)由產(chǎn)品-氣體閥112流入產(chǎn)品緩沖器3。第二吸附器2”的再生經(jīng)由排氣閥124繼續(xù)進行,并且能得到通過利用節(jié)流動作而打開的排料閥103、借助于凈化-氣體流的輔助。
生產(chǎn)階段實施直至第一吸附器2'的保留能力被耗盡。生產(chǎn)階段在檢測到第一吸附器2'中的加載前沿已經(jīng)沿著供應(yīng)氣體的流動方向達到預限定的終端位置時結(jié)束(終端位置對應(yīng)于測量裝置的位置)。替代地,可以檢測加載前沿什么時候到達預限定的位置(測量裝置的位置)并且第一吸附器2'的生產(chǎn)階段和第二吸附器2”的再生階段可以持續(xù)直至某一特定時間(步驟4a)。
借助于測量裝置確定的數(shù)據(jù)的分析評估可以借助于連接至所述測量裝置的開環(huán)式或閉環(huán)式控制裝置(在此未示出)來進行,所述開環(huán)式或閉環(huán)式控制裝置在終端位置已經(jīng)被檢測到時傳送脈沖信號給對應(yīng)的供氣閥111、121和對應(yīng)的產(chǎn)品閥112、122。替代地,開環(huán)式或閉環(huán)式控制裝置可以在已經(jīng)檢測到預限定的位置并且經(jīng)過預限定的時間段后傳送脈沖信號。參考上文描述(參見前述段落)。
也可以想到在生產(chǎn)階段期間從第一吸附器2'抽取出的產(chǎn)品氣體p的量ma(t)大于或等于預限定的量mdesign時結(jié)束生產(chǎn)階段。關(guān)于ma(t)的查明,參考上述解釋。
再生階段也可以在第一吸附器2'中的生產(chǎn)階段結(jié)束后繼續(xù)進行(步驟4b)。再生階段例如可以被實施直至第二吸附器2”中達到特定的再生壓力、第二吸附器2”已經(jīng)被預限定的凈化-氣體量沖擊、或者達到預限定的最小再生時間。
在生產(chǎn)階段結(jié)束后,在第五步驟中,同向流排料階段在第一吸附器2'中實施并且對向流充料階段在第二吸附器2”中實施。排料閥103被打開。另外的閥(除了抽取閥105之外)被關(guān)閉。在此,第一吸附器2'的排料借助于與經(jīng)由排料閥103連接至第一吸附器2'的第二吸附器2”的壓力平衡來實施。在達到預限定的壓力或已經(jīng)過預限定的時間后,第一吸附器2'中的排料階段和第二吸附器2”中的充料階段結(jié)束。
空閑階段在第六步驟中再次出現(xiàn)。閥111、112、114、121、122、124和103被關(guān)閉,并且抽取閥105在這種情況下被打開。空閑階段的持續(xù)時間通過抽取的量來確定。參考關(guān)于圖1的描述。
隨后,在第七步驟中,壓力累積階段在第二吸附器2”中實施,其中,同時,再生階段在第一吸附器2'中實施。在這種情況下,通向第二吸附器2”的供氣閥121和第一吸附器2'的第一排氣閥114被打開。為了協(xié)助第一吸附器2'的再生,凈化-氣體流可以從第二吸附器2”經(jīng)由排料閥103(利用節(jié)流動作打開)導入第一吸附器(類似于步驟2)。
在第八步驟中,所述設(shè)備處于生產(chǎn)階段。第二吸附器2”的供氣閥121和產(chǎn)品閥122被打開,類似于步驟3。閥111、112和124是關(guān)閉的。第一吸附器2'的再生經(jīng)由排氣閥114持續(xù),并且可以得到通過利用節(jié)流動作而打開的排料閥103、借助于凈化-氣體流的輔助。
生產(chǎn)階段實施直至第二吸附器2”的保留能力被耗盡。有關(guān)于結(jié)束時間的確定,參考上文描述和關(guān)于圖1的描述。
替代地,類似于步驟4a的步驟9a可以被實施,以使得生產(chǎn)階段在加載前沿的檢測后持續(xù)預限定的時間段。第一吸附器2'的再生階段也可以與步驟4b類似地在第二吸附器2”中的生產(chǎn)階段結(jié)束后(步驟9b)繼續(xù)進行。參考關(guān)于步驟4a和4b的描述。
隨后,在第十步驟中,同向流排料階段在第二吸附器2”中實施并且對向流充料階段在第一吸附器2'中實施。排料閥103被打開。另外的閥(除了抽取閥105之外)被關(guān)閉。在此,第二吸附器2”的排料借助于與第一吸附器2'的壓力平衡進行(類似于步驟5)。在達到預限定的壓力或經(jīng)過預限定的時間后,第一吸附器2'中的排料階段和第二吸附器2”中的充料階段結(jié)束。
設(shè)備隨后過渡至空閑階段(步驟1)。所述方法由此再次開始。
各步驟總結(jié)在下述表格2中。
表格1:x指代關(guān)閉的閥,o指代打開的閥,(o)指代利用節(jié)流動作打開的閥(可選的),pa指代相應(yīng)的吸附器中的壓力,pp指代產(chǎn)品緩沖器中的壓力,δpm指代由用于檢測加載前沿的測量裝置7檢測到的壓力差,δpset指代關(guān)于壓力差的預限定的值,并且ad.指代吸附器。
附圖標記列表