低压力比vpsa调整和平衡系统的利记博彩app

专利名称：低压力比vpsa调整和平衡系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及变压气体分离过程的控制，更具体来说，涉及基于观测到的压力和纯度来调整吸附/解吸的步骤时间(step time)和容器回流步骤时间和流量的方法，以保持容器压力略低于或处于预定的数值，从而使生产最优化并达到最大产量。
价格有竞争性的PSA(变压吸附)系统依赖于良好匹配的系统部件的高效利用来设计，所述系统部件包括进料和排空鼓风机、容器床和吸附剂、阀门和其它设备。关键的是这些设备的安全、稳定、有效使用和控制。为保持对这种高度不稳定过程的控制，设备中安装有程序逻辑控制器(PLC)和运行控制和监测软件的计算机。具有短的床长度的径流吸附器的最新进展、具有高吸附速率的先进吸附剂、和系统的其它增益已起到了缩短循环时间的作用，对PSA操作的瞬时性进一步增加了过程的灵敏性。
另外，低压力比VPSA循环的发展促进了向单阶段旋转叶片真空泵的转换。为发挥效用，这些泵必须细心地确定尺寸以与系统的其它部件如床体积和进料空气鼓风机相匹配。这些真空鼓风机在从机械角度来看接近其最大值的压差下进行操作，且其空气动力学上的操作点位于随真空值增加而使效率急剧下降的点。
理论上，一旦对系统建立了适当的操作压力后，它们不需再进行调整。问题是，如环境温度和压力、控制阀位置、设备调整参数、操作温度、冷却回路、鼓风机和压缩机机械磨损和阀泄露的变化会影响这些压力值，时常通过使系统部件以偏离其设计点进行操作从而造成非峰值操作。在极端的情况下，甚至可发生设备停车。因而，为安全和有效地进行操作，在设备操作过程中必须对系统的整体压力值进行细心地监控，且当需要时，进行调整以接近于达到所需的值。
在系统中采用多于一个吸附容器的情况下，会产生另一个问题。这一问题源于对所述容器的单独操作进行匹配以产生最佳系统性能的困难，所述最佳系统性能以最小设备功率、最小产物纯度变化、最大产量等来度量。如同系统总体压力值控制一样，床与床的平衡也是需要的，因为有干扰进入系统并时常导致改变系统稳定性。这类干扰可通过环境温度、环境压力、工艺设备、工艺阀位置、工艺阀响应时间、设备计算机控制功能及其它因素的变化来引入。可通过监控关键工艺参数、然后经工艺控制系统进行调整以使系统恢复到接近设计操作来使这些干扰的影响最小化。除上述的总体压力值控制以外，这种床与床的平衡是需要的。
Haslett等人的US专利4747853叙述了在阀失效情况下过压控制方法，其中采用了压敏装置、限流孔和常开阀。如果压敏装置检测到不可接受的压力，则将信号传送到常开阀，使其关闭。从而以与市售的安全阀或防爆膜相似的方式保护下游系统不受高压作用。
在Schaub等人的US专利5407465中叙述了床平衡/调整。这一专利确认需要保持床与床平衡，并且做出的结论是对具有相似轴向温度分布的各床有一个平衡系统进行操作。如有干扰进入所述系统，各床的轴向温度分布发生改变，提供存在不平衡的指示。采用设备控制计算机来监控床温度并对平衡和进入及排出各容器的吹扫气流进行调整，以使各床恢复相似的温度分布。
Ziming Tan的US专利5,529607指出，对在以循环PSA方法异相操作的各床的吹扫气排出气流中测量的最大O2浓度可进行监控。然后可确定所述浓度的绝对差并对各床的吹扫过程的步骤时间进行调整，以减少所述浓度差的绝对值。
Ross等人的US专利5486226使用了氧分析仪来测量在设计制备N2的碳PSA中的杂质。如果O2杂质增加到高于可接受的极限，则引发由缓冲罐向吸附容器的产物高纯气体流动，以恢复产物纯度。这提供了在预留容量或其它干扰后进行快速起动的一种途径。
Shirley等人的US专利5258056叙述了通过测量产物需求的变化、然后调整原料气流来补偿产物需求的改变，对设备的生产产量进行控制的方法。原料气流的调整方式为使得保持恒定的产物纯度。系统控制原料空气是用于调节容量控制和纯度控制。
Gunderson的US专利4725293叙述了通过监控产物物流的纯度值、然后调整原料气流以保持所需的产物纯度，来控制产物物流中杂质数量的系统。
Miller等人的US专利4693730提出了一种控制在PSA产物物流中气体组分的纯度的方法。在并流降压或平衡气体中监测杂质的浓度以确定是否存在干扰条件。如检测到问题，则对过程进行调整。校正纯度问题可采取的主要途径是a)改变吸附步骤时间以控制传质前沿的前沿位置。
b)改变最终并流减压步骤的端点使得不发生传质前沿的穿透。
c)增加对各容器的吹扫气体的数量。
实质上，Miller等人的系统监控的是在循环中变化最快及最易检测到干扰时的纯度。因而它可在有可能完全传播并表现在产物纯度中之前检测出事件。
本发明监控系统压力，将监控数据传送到PLC，基于控制逻辑的所述PLC调整方法步骤时间以保持所述方法在所需最佳压力下安全地进行操作。本发明与顶部压力无关、单独地控制底部压力，从而提供使原料鼓风机和真空鼓风机有些互相独立的最佳途径。由于真空鼓风机是单阶段机器，维持最优化循环压力比比较困难的。这是因为在升高的吸引压力下要处理较大量的空气的事实(当与先前采用两阶段真空鼓风机时相比)。现有技术试图将吸附和解吸压力控制到固定的、分立的数值。调整到在这些离散的数值下操作导致方法的效率低，因为对一件设备所进行的调整会影响到另一个设备，这是经所述过程流动在其两者之间的耦合作用的事实所致。本发明的关键特征在于对一个循环内的单一步骤的时间和内部回流流量同时进行调整。这些调整进行的方式是使所述循环的操作在接近所需压力比的压力比下进行，而顶部吸附和底部解吸压力处于不断变化的数值，对于给定的方法和设备操作条件对所述不断变化的数值进行优化。
在具有多于一个吸附容器的PSA系统中，因为需要保持近于平衡的容器与容器性能，在总体压力值优化以内需要附加的控制。当各吸附容器的出口物流以相似的氧纯度值操作时达到了平衡的PSA容器性能。理想的是，在所述系统中的各连续的容器经历自吸附到解吸的主要的工艺步骤时，关键的过程指标如容器内温度、容器压力值、排出气体组成、步骤时间长度、和其它指标在幅度和频率上相同。换言之，在所述容器的操作上没有变化。来自所述系统的产物气体流动在纯度上是一致的，无论生产它的运转容器是哪一个。
平衡的容器操作使系统整体的产量最大化，进一步减少了总体生产费用。为达到这种最佳化，现有技术已采用了纯度、压力或温度测量值作为检测不平衡状态的途径，并由此对工艺进行调整使得恢复平衡。本发明通过监控在完整排气半循环过程中的单独的容器排出物流(废物流)并记录(logging)在这一段时间内观察到的最小氧浓度，使所述容器的进和出流量达到平衡。然后，相应地调整平衡的流量(从目前处于循环的吸附状态的床转移到目前处于解吸状态的床的容器排出物流)使得在容器的废物物流中达到相似的O2浓度。
本发明的一个关键特征在于它系统地调整单独的循环步骤时间(进料时间、吹扫时间、平衡时间)来使系统整体保持在其最佳压力值。无论因何目的改变步骤时间、而不具体选定时间来保持系统压力和总体的回流要求会导致非最佳的性能。本发明不需记录O2浓度的精确时间。它只简单地监控各循环的最小纯度，然后将其对比。
现有技术也已试图记录各容器的压力，然后以固定的间隔进行对比，或者最典型的是，记录步骤时间。这已证实是无效的，因为在床之间的温度改变和固有的吸附物质的差别可导致在各床中压力匹配、但床自身明显不一致且产量达不到最佳化的情况。在各容器的平衡步骤过程中进行的床差压的测量也已用来进行过程调整。这一步骤的现场测验表明，它不能产生与最小废物物流纯度相匹配相同的有效结果。
保持设计点附近的最佳循环压力比、以及吸附容器排出物流的平衡提供了显著的经济上的优点。通过监控循环压力并随后改变循环步骤时间来保持最佳值，设备性能最大化并避免了不必要的关车。另外，保持系统最佳的压力比保证了设备生产的最优化以及能量消耗的最小化。使用相应的废物纯度，使吸附容器排出物流平衡导致设备产量显著的改进。


图1A是VPSA循环步骤简图。
图1B是VPSA工艺条件和内部通道压力列表。
图1C是用于进行本发明的VPSA设备简图。
图2是对于单一和两阶段真空鼓风机部件的真空鼓风机效率与真空鼓风机吸引压力的关系图。
图3图示了在现场(in the field)收集的废物(排出物流)O2痕量。
本发明，如下所述，控制VPSA系统以使能量消耗最小化并使系统保持连续和有效益的操作。这种控制是通过在使设备产量最大化的同时来保持循环压力比(Pmax/Pmin)接近于设计值来实现的。通过调控循环步骤时间和调整平衡和吹扫流动来实现控制。这些操作有助于保持循环压力比接近于设计值，同时通过使进入和离开各吸附容器的物流的组成平衡来使产量最大化。
总的循环时间通过改变各步骤时间(吹扫步骤、平衡步骤和总的加料时间)来调控，以达到循环压力比的所需的控制。各吸附容器的生产通过监控容器排出物流的组成来进行平衡。通过平衡吸附排出物流，所述设备的效率和产量得到增加。所述容器排出物流的平衡通过调整平衡和吹扫气体流来实现。
两床VPSA系统的低压力比PPPOE(用吹扫和重叠平衡进行产物加压(Product Pressurzation with Purge and Overlap Equlization))循环由12步骤组成，并采用了连续方式的真空鼓风机。通常，这种循环从空气中产生的氧气纯度为90-94％，并以短的循环时间和低的床尺寸因子来进行操作。以下对床“A”的循环步骤进行说明。床A和B经历完全相同的步骤，但相差为180度。图1A(VPSA循环步骤图)、1B(VPSA工艺条件和内部通道压力)和1C(VPSA设备图)有助于理解所述工艺步骤。
步骤1伴随重叠平衡的升压进料在这一步骤过程中给进料鼓风机加载。床A(举例来说)由原料空气从底部和由来自降压容器(即床B)的平衡气体从顶部同时进行加压。
步骤2伴随重叠产物加压的升压进料现在将高纯产物由氧缓冲罐加入到床A的顶部，同时通过进料鼓风机提供原料空气。这一步骤用来使吸附前沿尖锐，同时增加床的压力。
步骤3升压进料原料经进料鼓风机持续不断进入床A。在所述过程允许产生产物之前，床A积累压力接近预定压力值。在这一步骤结束时的压力尽可能接近所给定的产物罐体积和压力控制系统的最大吸附压力。
步骤4伴随产物产生的恒压进料在这一步骤过程中通过使进入容器的原料空气与从容器顶部排出的产物相匹配来保持床A中压力相对恒定。产物气体输送到氧缓冲罐。
步骤5伴随产物产生和吹扫一起进行的恒压进料原料空气持续进入床A容器的底部，同时将氧产物输送到产物缓冲罐和降压容器(床B)作为氧吹扫气体。使流量匹配以保持容器压力近于恒定。在这一步骤中氧产物的纯度保持相对恒定，且这一步骤在纯度前沿穿透床A顶部之前终止。
步骤6降压平衡在这一步骤中，通过关闭进料阀使流向床A容器的原料气体流中断。通过打开位于所述系统排料侧的排气孔使原料空气鼓风机卸载。将存在于加压床A顶部的较低纯度气体输送到降压容器(床B)，从而使两个容器中的压力近于平衡。这一步骤是一增益过程，因为它可回收压力能量和在所述容器顶部所含的较高O2浓度的气体。
步骤7伴随重叠平衡的降压排气在这一步骤中起动通过真空鼓风机进行的氮废气的排出，同时通过向升压吸附容器(床B)的平衡降压流动，使床A容器从顶部降压。
步骤8、9和10降压排气这三个步骤是连续的排气阶段。从床A容器的底部排出氮废气，同时在所述容器的顶部没有排出或进入的气流。
步骤11伴随氧吹扫的恒压排气真空鼓风机持续从床A容器的底部排出氮气，同时氧吹扫气体加入到所述容器的顶部。在这一步骤中压力保持相对恒定，因为氧吹扫气流量控制在与排气流量相等。
步骤12升压平衡真空鼓风机持续排出氮，同时将来自加压床(床B)的平衡氧加入到降压容器(床A)的顶部。在这一步骤中床A中的压力上升，因为进入所述容器的平衡气流量大于流出所述容器的排气流量。在这一步骤中使给床B进料的进料鼓风机卸载。
通过将进料鼓风机的最大排气压力(出现在床A步骤5的终点；床B的步骤11)除以真空鼓风机的最小吸引压力(出现在床A的步骤11的终点；床B的步骤5)来计算所述循环的压力比。
标准压力比VPSA循环采用了两阶段真空鼓风机并在真空鼓风机组件产生了较大的差压(真空鼓风机抽吸相对于排气，差压～10.5psid)。低压力比VPSA循环仅由单阶段的真空鼓风机构成，并且经真空鼓风机达到了相当小的差压(～8psid)。所得到的压力比与两阶段真空鼓风机组件相比小得多(～3vs.～5)。
在VPSA设备上使用的单阶段真空鼓风机可实现～8.5psid的最大差压。对于标准压力比方法来说，为达到其需的差压，必须使用两个真空鼓风机。但通过采用低压力比循环，费用降低，因为仅需要一个真空鼓风机。另外，所述过程压力比(其与真空吸引差压内在关联)需精确控制以使得能够使用单一的真空鼓风机。
为保持压力比进行的调整对于低压力比VPSA循环来说，压力控制是关键的。本发明采用一个进料鼓风机和一个单阶段的真空鼓风机。所述真空鼓风机在接近其设计最大值的差压和增加真空值效率明显下降的压力值下进行操作。图2图示了真空鼓风机效率相对于单阶段和两阶段真空鼓风机组件的真空鼓风机吸引压力图。当吸引压力由8psia(真空鼓风机差压～6.5psid)的吸引压力下降至6psia(～8.5psid)时，压力比增加，同时机器的效率降低。机器的设计吸引压力极限约为6psia，当吸引压力降至接近这一极限时，效率快速下降。因而重要的是将吸引压力保持在真空效率值可接受且设备生产使用该压力比时达到最佳化的数值。环境条件、设备选择、调整参数、操作温度、冷却系统和阀泄露的改变均会影响操作压力值和总体的系统操作。
对于固定条件(无任何干扰)，PSA过程压力会随时间而保持恒定。对各循环来说，它们可达到的实际数值取决于系统气体贮存容量、所述系统中采用的设备、和单步时间。
一般，原料空气机向系统中添加气体，使其压力增加到较高的数值，而真空鼓风机从系统中除去气体达到较低的数值。只要保持这种平衡，所述过程压力会以某种平均压力重复。这种平均压力的定义为顶部与底部压力之和除以2。如果自系统中流出的气体多于流入的气体；顶、底部压力和平均压力会下降，反之亦然。类似的，延长循环会增加顶部压力并减小底部压力。缩短循环会减小顶部压力并增加底部压力。这是因为有更多的总的流量进入或排出固定的系统，但以成比例的方式。
对于各种情况，平均值会稍微改变，但相对于顶部和底部压力变动来说，其变动要小得多。因而，可通过延长或缩短步骤时间来改变循环操作所经历的压力范围。事实上，对顶部或底部压力中至少一项的控制可通过监控压力并改变循环时间，使压力维持在可接受的或低于最大/最小的数值。
在实际的操作中，会遇到另外的因素。这包括系统内的气流，如平衡和吹扫、和产物气流。在所述系统中进和出各个容器的这些气流的每一个的数量会影响容器压力。这些气流通过步骤时间和/或控制阀位置来控制。它们的步骤时间可在固定的总循环时间内调整。它们的阀位置可进行控制以对固定的步骤时间来改变流量。另外，对于各单独的容器设有一个平衡控制阀，可使得各容器对于给定的步骤时间具有不同的流量。这些附加的控制变量使得可将所述过程调整到在上述顶部和底部控制压力值之间的所需压力值，因为它们实现了容器与容器的操作，它们还可用来保持容器间的适当的平衡。
当在步骤6和12过程中，由于进料鼓风机卸载的同时真空泵持续操作而影响到压力值时，步骤6和12的循环步骤时间，如下所述，具有特别的重要性。另外，还存在从容器至容器的内部平衡气流。因而，在所述步骤过程中，所述系统进和出的两种气流以及系统内的气流可进行调节以对系统压力提供最大的作用。
选择典型的真空和进料鼓风机来为所需的中间平衡、吹扫、重叠平衡和产物加压步骤提供标称的6-7.5psia底部压力和21-23psia顶部压力。中试和实地试验均证实，可采用由各种数量的平衡、重叠平衡和吹扫构成的一些回流组合来获得所需的特定操作性能。然后通过将平衡数量改变至较高和较低的数值，并随后分别采用较低或较高的吹扫和重叠平衡速率，可实现顶部和底部压力范围而无需改变鼓风机的排量。
因而，在保持近于恒定的顶部压力的同时，底部压力可升高或降低。另外，在保持近于恒定的底部压力的同时，通过采用这一概念并同时采用较长或较短的吸附时间，所述顶部压力也可升高或降低。
为保持吸附容器排出物流间平衡而进行的调整先前的多床PSA系统采用床温度和压力值来保持床平衡。具有高级高速吸附剂、小球珠、小床尺寸因素和短床长度的径向床(radial bed)的使用使这种调整复杂化。未来的VPSA系统将具有带较短床的更尖锐的吸附前沿，且不良平衡作用会对设备性能产生更大的损害。
对于两床O2VPSA来说，床平衡的关键度量(key measure)可通过监控各容器在其再生步骤中的排出气流中的O2浓度来确定。这可采用在各床出口的分析仪或优选采用在废气转换阀正下游的共用管道中的单一分析仪来实现。通过将传感器直接设置在离开容器的流动通道中，可除去从排气通道中抽取气流而需的采样泵。当系统检测到干扰时，调整平衡气流量以恢复平衡状态。所述流量通过将计算机计算的设定值输送给控制平衡气流量的自动阀来变化。阀的设定值越高，可流过的气体越多。各床具有独立的控制阀来用于平衡，从而各床可具有不同的流量。
仅需要相对浓度差来提供平衡。试验表明，通过监控整个吸附步骤过程中排出气流浓度并确定各床的最小O2浓度或转换极限，所述床可达到最佳平衡。对各床的它们的阀进行对比，并按照它们的差别来进行平衡调整。
试验还表明，平衡的废气穿透值会导致平衡的顶部产物穿透值并对总的循环条件实现最佳的产量。逻辑会增加具有较低废氧气纯度的床的平衡速率，同时降低具有较高废气纯度的床的平衡。
图3图示了现场收集的废O2痕量。注意，床“A”以4.1％O2的最小废气纯度来运行，床“B”以5.0％O2的最小废气纯度来运行。对于这种情况，适当的调整是增加排出床B和进入床A的平衡流速。床与床间的流速调整应谨慎进行，一次仅以几个百分点来改变自动阀设置。如果这些流速猛烈地改变，设备会变得不稳定且床不再能达到平衡态。
当所述两个床中的每一个均具有相同的最小值时或当它们的差的绝对值接近零时，则出现已调整好的设备。图3图示了在床平衡过程中所使用的逻辑关系
对于单阶段的真空泵系统来说，其调整比两阶段真空泵系统更关键。在VPSA氧系统中使用的吸附剂的性能随着总的压力比的增加(由真空吸引压力降低而引起)而持续改进。由于在VPSA方法中使用的吸附剂的性能对所述方法的总的压力比极为敏感，所以使单阶段真空泵系统的设备性能最大化是重要的。与两阶段系统相比，在低压力比方法中的不平衡对系统能力的损害要大的多。
实验数据表1列出了由现场和中试设备中收集的工艺数据。所述数据证实各种回流步骤和它们对VPSA操作参数的影响表1
这一数据显示了回流步骤(吹扫和平衡步骤)的改变，底部压力由5.8PSIA改变为7.1 PSIA，对应的压力比从3.85改变为3.35。该数据证实了本发明在保持相同顶部压力的同时来影响底部压力的能力。该数据还表明，在所有的现场条件下，总的设备能力和单元能量消耗相对恒定。注意这些试验是以2阶段真空泵来进行的。对于5.8PSIA的较低底部压力值，如果使用单阶段真空泵则会导致较高的单元功率。
真空鼓风机效率在图2中图示了真空鼓风机组件(单和两阶段)效率与真空吸引压力之间的关系曲线。图2中图示了真空鼓风机组件效率是如何随组件的差压的增加(由于吸引压力的降低)而变化的。所述图线表明对于2阶段真空组件，在大段图线上，效率保持相对恒定，直到吸引压力达到～5psia才开始明显降低。
单阶段机器，虽然在提高的吸引压力下，它具有较高的效率，但效率在～10psia时开始降低。单阶段鼓风机效率在～8psia时变得比两阶段机器效率更差，且随着吸引压力降低，效率继续快速下降。两阶段机器当其失去吸引压力时耐受力大的多。所述图线表明，当使低压力比PPPOE循环的性能最佳化时，按总压力比精确控制真空鼓风机吸引压力是重要的。
典型的调整应用实施例对一给定的系统调整到如下条件6.5PSIA底部压力、21.5PSIA顶部压力、4秒的吹扫步骤、2秒的平衡步骤、2秒的重叠平衡步骤、30秒的循环时间、并在80F环境下操作。
干扰以诸如环境温度变化、用户需求波动或其它的形式进入系统。对于本实施例，温度降低至30°F。在这些条件下，固定排量的原料空气鼓风机会以质量计输送大约10％以上的原料空气，且如果不改变循环时间，流量的增加会改变设备的顶部压力以与新的温度条件一致。
如果减少吸附步骤时间，可将顶部压力保持在本实施例所设定的值。环境温度变化不会明显地影响真空泵，结果，底部压力会偏离所需的6.5psia值而达到较高的压力。
这种情况的一个可能的结果是，环境温度对进料鼓风机的影响、新的较冷的床温度和调整后吸附时间互相作用，其互相作用的方式使得底部压力升到需要的6.5PSIA值之上。如果这种情况出现，通过将吹扫步骤缩短至～3秒并将平衡步骤增加至～2.5秒且伴以～1.5秒的重叠步骤和略长的吸附步骤，可使所述底部压力恢复至最佳范围而不影响顶部压力。系统的操作可再次接近所需的条件，即顶部和底部压力分别为21.5psia和6.5psia。
类似的，如果底部压力过低，可将吹扫步骤增加至～5秒并伴以较短的～1.5秒平衡步骤和～2秒的重叠步骤和略短的吸附步骤。
两床O2VPSA循环压力自动调整控制系统参照图1b所示的12步骤O2VPSA PPPOE循环对自动调整进行讨论。目的是，在设备操作条件范围内，使VPSA/PSA系统的操作接近但不超过较高和较低压力极限。
顶部压力给定值建立在恰好低于原料卸载压力值(由制造商所建议的最大鼓风机差压来设定)。这通过在不使进料鼓风机排气孔打开的情况下，以近可能接近所需的顶部压力来操作所述系统而实现，从而使原料空气机卸载。原料鼓风机卸载将使原料空气排出，导致方法效率降低并对系统产生控制干扰。
底部压力给定值建立在恰好高于真空警报压力值(使用制造商建议的最大鼓风机差压在VPSA系统上设定)。这种作法是为防止真空泵在过高的差压下操作从而导致关车和造成设备关车。从效率的角度来看，它还可防止设备在偏离设计点处运行真空鼓风机。
自动调整工艺循环时间来操作所述系统，使得两床顶部压力中的较高者(床A和床B中的一个)处于顶部压力给定值或两床压力的较低者处于底部压力给定值。
为保持压力比进行的调整通过延长或缩短一个床在进料(吸附时间)而另一个床在排空的时间段的长度，来增加或降低在床中压力波动的总幅度。当因有更多的气体添加到“固定”体积中、从而提高顶部压力、并有更多的气体从同一“固定”体积中排出从而降低底部压力，而使总的循环时间延长时，出现压力波动幅度的增加。
为平衡吸附容器排出气流而进行的调整通过改变进料鼓风机卸载的时间量同时对真空鼓风机加载来将压力范围(profile)移动至较高或较低的压力。这通过增加或减少平衡步骤时间来实现。这不仅改变了进料和排空的相对数量；还改变了从一个床流向另一床的平衡气体的数量。通过向相反方法改变吹扫步骤时间来抵销这种变化。换言之，平衡时间(流量)的减少伴随着吹扫时间(和流量)的增加。最终结果是，平衡时间的增加与吹扫时间的减少会降低顶部和底部循环压力。平衡时间的减少和吹扫时间的增加会提高顶部和底部压力。
在应用中，为保持压力比进行的调整将循环调整至使两床之中的一个达到顶部或底部压力给定值，而另一床压力停留在这两个给定值之间。然后为平衡容器排出气流进行的调整将循环调整至使顶部和底部压力位于给定值之间。以回路的方式来作用，两种调整概念均可保持总的压力比并延长循环，使得进料和排空给定值各被一个床达到，而两床的任一个都不超越所述给定值。
对各床检测顶部和底部压力(在平衡步骤6和12起始时)。这些数值与给定值进行对比并计算补偿量。
步骤6床A顶部补偿量=顶部压力给定值-顶部压力A床B底压力补偿量=底部压力B-底部压力给定值步骤12床B顶部补偿量=顶部压力给定值-顶部压力B床A底部补偿量=底部压力A-底部压力给定值进料时间自动调整全部四个补偿量幅度最大者(绝对值)用作进料时间补偿。这可转化为离给定值最近(或最远)的压力。在逻辑过程中存在补偿的盲区。
在步骤12的各个循环中，进料时间的调整量计算如下进料时间增量×补偿量=进料时间调整量实施例床A顶部补偿量=0.5床B顶部补偿量=0.3床A底部补偿量=0.25 床B底部补偿量=0.3进料时间增量×补偿量=进料时间调整量1000×(0.5psia×校正因子)=+0.3秒
***注校正因子是逻辑程序内部的，其用来将压力值转变为对于控制逻辑更易操作的数值。
这种调整量根据补偿量可是正值或负值。计算的调整量不允许超过1/2秒(+或-)。
如果任一个床压力达到了压料卸载压力给定值或真空警报给定值，则忽略上述计算，并将进料时间减去最大调整量(1/2秒)。这种时间的减少可在任一个半循环中发生。最大和最小进料时间极限使得自动调整量不能达到不实际的数值。
回流自动调整回流补偿量通过从吹扫和平衡步骤(回流步骤)的两个顶部补偿量中的最大(幅度)者中减去两个底部补偿量中的最大(幅度)者来计算。
在步骤12中的每个第六循环，计算吹扫和平衡时间调整量吹扫增量×补偿量=吹扫时间调整量-1×平衡增量×补偿量=平衡时间调整量实施例床A顶部补偿量=0.35床B顶部补偿量=0.2床A底部补偿量=0.2； 床B底部补偿量=0.150.35-0.2=0.15(回流补偿量)吹扫增量×补偿量=吹扫时间调整量1000×(0.15psia×校正因子)=+0.1秒-1×平衡增量×补偿量=平衡时间调整量-1×1000×(0.15psia×校正因子)=-0.1秒这些调整量也可是正值或负值，并且极限为+1/2或-1/2秒。对吹扫和平衡时间提供有最大和最小极限。
应理解，前面的说明仅是对本发明的例举说明。本领域普通技术人员在不偏离本发明的前提下可设计出各种替代和改进方案。因此，本发明应包含属于所附权利要求书范围内的全部这些替代、改进和变化方案。
权利要求
1．用于从气体混合物中除去优选气体的变压吸附(PSA)方法，所述方法通过按多循环操作的至少一个第一吸附床和一个第二吸附床来进行，各循环包括多个步骤，其中各床经过吸附和解吸作用，所述方法包括以下步骤a)在循环中，监控在吸附过程中进入各所述床的所述气体混合物的最大进料压力；b)在循环中，监控在解吸过程中自各所述床排出的所述气体混合物的最小排出压力；和c)按照在步骤a)和b)中监控的压力，在循环内改变单个步骤时间，以控制进入所述第一吸附床和第二吸附床及在所述两床之间的流量，使得达到最佳化并获得最大产量。
2．如权利要求1所述的方法，其中步骤c)对期间在所述第一吸附床和第二吸附床之间发生流动的平衡步骤时间、吹扫时间和重叠平衡步骤时间的至少一种进行控制。
3．如权利要求1所述的方法，其中步骤c)通过选择性地调整影响各所述压力的步骤时间，基本上独立地使所述最大进料压力和最小排出压力保持在预定的设定值范围内。
4．如权利要求1所述的方法，其中各所述床通过压力泵装置来进料并通过真空泵装置来排空，且其中所述压力泵装置在超出大气压的压力下进行操作，所述真空泵装置在低于大气压的压力下进行操作。
5．如权利要求1所述的方法，其中所述优选气体是氧。
6．用于从气体混合物中除去优选气体的变压吸附(PSA)方法，所述方法通过按多循环操作的至少一个第一吸附床和一个第二吸附床来进行，各循环包括多个步骤，其中各床经过吸附和解吸作用，所述方法包括以下步骤a)在循环过程中的任何时间，监控所述两床的排出气流中所述优选气体的最小浓度；b)在所述排出气流之间的所述最小浓度中检测出不平衡的情况下，调整所述两床之间的平衡气流量以达到监控的最小浓度的平衡。
7．如权利要求6所述的方法，其中所述优选气体是氧。
8．用于从气体混合物中除去优选气体的变压吸附(PSA)方法，所述方法通过按多循环操作的一个吸附床来进行，各循环包括多个步骤，其中所述床经过吸附和解吸作用，所述床通过压力泵装置来进料并通过真空泵装置来排气，所述方法包括以下步骤a)在循环中，监控在吸附过程中进入所述床的所述气体混合物的最大进料压力；b)在循环中，监控在解吸过程中自所述床排出的所述气体混合物的最小排出压力；和c)按照在步骤a)和b)中监控的压力，在循环内改变单个步骤时间，以控制进入所述床和自所述床排出的流量，使得达到最佳化并获得最大产量。
9．如权利要求8所述的方法，其中所述优选气体是氧。
10．用于从气体混合物中除去优选气体的变压吸附(PSA)方法，所述方法通过按多循环操作的至少一个第一吸附床和一个第二吸附床来进行，各循环包括多个步骤，其中各床经过吸附和解吸作用，所述方法包括以下步骤a)在循环中，监控在吸附过程中进入各所述床的所述气体混合物的最大进料压力；b)在循环中，监控在解吸过程中自各所述床排出的所述气体混合物的最小排出压力；和c)按照在步骤a)和b)中监控的压力，在循环内改变单个步骤时间，以控制进入所述第一吸附床和第二吸附床及在所述两床之间的流量；d)在循环过程中的任何时间，监控所述两床的排出气流中所述优选气体的最小浓度；和e)在所述排出气流之间的所述最小浓度中检测出不平衡的情况下，调整所述两床之间的平衡气流量以达到监控的最小浓度的平衡。
全文摘要
本发明在变压吸附方法中保持近于恒定的循环压力比以及吸附容器排出气流的平衡。本发明监控循环压力比,并随后改变循环步骤时间和流量以维持其数值,从而使设备性能最大化并避免不必要的关车。保持近于恒定的压力比保证了设备生产的最佳化并使能量消耗最小化。使用相应的废气纯度进行的吸附容器排出气流的平衡用来进一步改进设备产量。
文档编号B01D53/047GK1323648SQ0110139
公开日2001年11月28日 申请日期2001年1月5日 优先权日2000年1月7日
发明者B·T·纽, J·斯莫拉雷克, M·K·罗甘 申请人:普莱克斯技术有限公司