[發(fā)明專利]低壓力比VPSA調(diào)整和平衡系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 01101391.5
• 申請日: 2001-01-05
• 公開（公告）號: CN1323648A
• 公開（公告）日: 2001-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: B·T·紐;J·斯莫拉雷克;M·K·羅甘
• 申請（專利權(quán)）人: 普萊克斯技術(shù)有限公司
• 主分類號: B01D53/047
• 分類號: B01D53/047
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 吳大建,邰紅

本發(fā)明涉及變壓氣體分離過程的控制，更具體來說，涉及基于觀測到的壓力和純度來調(diào)整吸附/解吸的步驟時間(step?time)和容器回流步驟時間和流量的方法，以保持容器壓力略低于或處于預(yù)定的數(shù)值，從而使生產(chǎn)最優(yōu)化并達(dá)到最大產(chǎn)量。

價格有競爭性的PSA(變壓吸附)系統(tǒng)依賴于良好匹配的系統(tǒng)部件的高效利用來設(shè)計，所述系統(tǒng)部件包括進(jìn)料和排空鼓風(fēng)機(jī)、容器床和吸附劑、閥門和其它設(shè)備。關(guān)鍵的是這些設(shè)備的安全、穩(wěn)定、有效使用和控制。為保持對這種高度不穩(wěn)定過程的控制，設(shè)備中安裝有程序邏輯控制器(PLC)和運(yùn)行控制和監(jiān)測軟件的計算機(jī)。具有短的床長度的徑流吸附器的最新進(jìn)展、具有高吸附速率的先進(jìn)吸附劑、和系統(tǒng)的其它增益已起到了縮短循環(huán)時間的作用，對PSA操作的瞬時性進(jìn)一步增加了過程的靈敏性。

另外，低壓力比VPSA循環(huán)的發(fā)展促進(jìn)了向單階段旋轉(zhuǎn)葉片真空泵的轉(zhuǎn)換。為發(fā)揮效用，這些泵必須細(xì)心地確定尺寸以與系統(tǒng)的其它部件如床體積和進(jìn)料空氣鼓風(fēng)機(jī)相匹配。這些真空鼓風(fēng)機(jī)在從機(jī)械角度來看接近其最大值的壓差下進(jìn)行操作，且其空氣動力學(xué)上的操作點(diǎn)位于隨真空值增加而使效率急劇下降的點(diǎn)。

理論上，一旦對系統(tǒng)建立了適當(dāng)?shù)牟僮鲏毫螅鼈儾恍柙龠M(jìn)行調(diào)整。問題是，如環(huán)境溫度和壓力、控制閥位置、設(shè)備調(diào)整參數(shù)、操作溫度、冷卻回路、鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)機(jī)械磨損和閥泄露的變化會影響這些壓力值，時常通過使系統(tǒng)部件以偏離其設(shè)計點(diǎn)進(jìn)行操作從而造成非峰值操作。在極端的情況下，甚至可發(fā)生設(shè)備停車。因而，為安全和有效地進(jìn)行操作，在設(shè)備操作過程中必須對系統(tǒng)的整體壓力值進(jìn)行細(xì)心地監(jiān)控，且當(dāng)需要時，進(jìn)行調(diào)整以接近于達(dá)到所需的值。

在系統(tǒng)中采用多于一個吸附容器的情況下，會產(chǎn)生另一個問題。這一問題源于對所述容器的單獨(dú)操作進(jìn)行匹配以產(chǎn)生最佳系統(tǒng)性能的困難，所述最佳系統(tǒng)性能以最小設(shè)備功率、最小產(chǎn)物純度變化、最大產(chǎn)量等來度量。如同系統(tǒng)總體壓力值控制一樣，床與床的平衡也是需要的，因?yàn)橛懈?!-- SIPO -->擾進(jìn)入系統(tǒng)并時常導(dǎo)致改變系統(tǒng)穩(wěn)定性。這類干擾可通過環(huán)境溫度、環(huán)境壓力、工藝設(shè)備、工藝閥位置、工藝閥響應(yīng)時間、設(shè)備計算機(jī)控制功能及其它因素的變化來引入。可通過監(jiān)控關(guān)鍵工藝參數(shù)、然后經(jīng)工藝控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整以使系統(tǒng)恢復(fù)到接近設(shè)計操作來使這些干擾的影響最小化。除上述的總體壓力值控制以外，這種床與床的平衡是需要的。

Haslett等人的US專利4747853敘述了在閥失效情況下過壓控制方法，其中采用了壓敏裝置、限流孔和常開閥。如果壓敏裝置檢測到不可接受的壓力，則將信號傳送到常開閥，使其關(guān)閉。從而以與市售的安全閥或防爆膜相似的方式保護(hù)下游系統(tǒng)不受高壓作用。

在Schaub等人的US專利5407465中敘述了床平衡/調(diào)整。這一專利確認(rèn)需要保持床與床平衡，并且做出的結(jié)論是對具有相似軸向溫度分布的各床有一個平衡系統(tǒng)進(jìn)行操作。如有干擾進(jìn)入所述系統(tǒng)，各床的軸向溫度分布發(fā)生改變，提供存在不平衡的指示。采用設(shè)備控制計算機(jī)來監(jiān)控床溫度并對平衡和進(jìn)入及排出各容器的吹掃氣流進(jìn)行調(diào)整，以使各床恢復(fù)相似的溫度分布。

Ziming?Tan的US專利5,529607指出，對在以循環(huán)PSA方法異相操作的各床的吹掃氣排出氣流中測量的最大O₂濃度可進(jìn)行監(jiān)控。然后可確定所述濃度的絕對差并對各床的吹掃過程的步驟時間進(jìn)行調(diào)整，以減少所述濃度差的絕對值。

Ross等人的US專利5486226使用了氧分析儀來測量在設(shè)計制備N₂的碳PSA中的雜質(zhì)。如果O₂雜質(zhì)增加到高于可接受的極限，則引發(fā)由緩沖罐向吸附容器的產(chǎn)物高純氣體流動，以恢復(fù)產(chǎn)物純度。這提供了在預(yù)留容量或其它干擾后進(jìn)行快速起動的一種途徑。

Shirley等人的US專利5258056敘述了通過測量產(chǎn)物需求的變化、然后調(diào)整原料氣流來補(bǔ)償產(chǎn)物需求的改變，對設(shè)備的生產(chǎn)產(chǎn)量進(jìn)行控制的方法。原料氣流的調(diào)整方式為使得保持恒定的產(chǎn)物純度。系統(tǒng)控制原料空氣是用于調(diào)節(jié)容量控制和純度控制。

Gunderson的US專利4725293敘述了通過監(jiān)控產(chǎn)物物流的純度值、然后調(diào)整原料氣流以保持所需的產(chǎn)物純度，來控制產(chǎn)物物流中雜質(zhì)數(shù)量的系統(tǒng)。

Miller等人的US專利4693730提出了一種控制在PSA產(chǎn)物物流中氣體組分的純度的方法。在并流降壓或平衡氣體中監(jiān)測雜質(zhì)的濃度以確定是否存在干擾條件。如檢測到問題，則對過程進(jìn)行調(diào)整。校正純度問題可采取的主要途徑是：

a)改變吸附步驟時間以控制傳質(zhì)前沿的前沿位置。