CN106999835A - 用于检查变压吸附设备中的量和纯度的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于变压吸附设备的负载适配及量和纯度的监测的方法，其中所述变压吸附设备运行经过工作循环，并且所述工作循环包括至少一个生产阶段。在所述生产阶段期间，供应气体以非中断的方式提供给至少一个吸附器，并且所述生产阶段的结束时间借助于查明在所述生产阶段期间从所述至少一个吸附器抽取的所述产品气体的量M_A(t)来确定，其中所述生产阶段在所述量M_A(t)大于或等于预限定的量M_Design时结束，并且其中所述量M_A(t)由从所述产品缓冲器抽取的量Q(t)和所述产品缓冲器中的压力曲线来计算。本发明还涉及一种用于执行所述方法的变压吸附设备。

Description

用于检查变压吸附设备中的量和纯度的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的变压吸附设备的负载适配及量和纯度监测的方法并且还涉及一种根据权利要求9的用于执行方法的装置。

背景技术

变压吸附设备内的借助于测量装置和闭环式控制装置实施的产品量的量监测可以从现有技术知晓。在此，特别在具有产品缓冲器的设备的情况下，从产品缓冲器抽取的产品量以闭环的方式控制。所述闭环式控制装置也可以同时用作闭环式压力控制手段。如果抽取的产品量低于预限定的设计量，那么首先以闭环式的方式控制压力，其中，随后，当获取设计量时，闭环式量控制发挥作用并阻止设备的过度运行。

在PSA(变压吸附)设备的情况下，负载适配通常通过延长工作循环来实施。特别地，用于实施这种延长的两种替代方式在现有技术中是已知的。

在一种替代方式中，工作循环的延长通过供气量流的节流并产生减少的产品抽取来实施。所述节流可以借助于供气压缩机的闭环式旋转速度控制或借助于从存储缓冲器的量流的控制来实施。供应气体供给至吸附器的阶段被相应地延长。采用这种方式，并不常出现下述情况，大约绝对相同的供气量供给至吸附器并且绝对相同的产品量被抽取。供应和抽取相应地以更长时间段的时间上分布的方式实施。

在另一替代方式中，工作循环的延长被实施，同时目前的供气量流一开始保持不变。工作循环附加地具有所谓的空闲阶段。在空闲阶段期间，没有供应气体流向设备，并且没有产品生成。在使用这一替代方式的情况下，产品缓冲器被需要，在空闲阶段期间所需的产品量从产品缓冲器抽取。可能设置的供气压缩机在空闲阶段期间以减小的能量消耗运行。在这种情况下平均供气量与减少的产品抽取大约成正比的降低。

这种替代方式尤其在下述情况下执行：如果供气量的闭环式控制上困难或不被期待的，例如剧烈波动的抽取曲线的情况下，或者如果闭环式旋转速度控制涉及高成本。没有闭环式控制机构需要供气量，这是因为它仅仅在100％与零之间变化。特别地，所述替代方式相应地在需要产品缓冲器的情况下执行。这例如除了空闲阶段之外，还可以是下述情况：在没有产品生成的另外的阶段期间，或产品压力显著的波动的情况下，特别在利用只有一个或两个吸附器的方法的情况下。

在这两种替代方式中，需要阻止产品的抽取大于预限定的设计量。这例如在供给至设备的供应气体的量限制的情况下是需要的。所述限制包括供气压缩机的最大能力或床中最大允许的流速，或可以通过再生条件例如VPSA(真空变压吸附)设备中的真空泵的大小来限定。由此基本上存在可以从变压吸附设备抽取的最大产品量。

用于限制从产品缓冲器的产品流的量的已知方法的缺点在于：实际上需要闭环式控制阀，并由此，特别地，故障的可能性提高。此外，不能阻止在短暂的情况下、例如在设备的启动后吸附器的过度运行。获取特定水平的纯度的时间由此可观地增加。这尤其在大产品缓冲器的情况下具有显著的问题。而且，设计量的短暂过量是不可能的，即使在相对较短的时间段上的平均的产品量没有超过设计量并由此纯度的不下降是被期待的。如果抽取的产品量关于预限定的设计值相对强烈地波动，那么量限制手段将反复被启用，以使得在一些场合下，全设计量不能被传送。量限制手段或闭环式量控制手段有可能设定成相对迟钝。然而，这不再可靠地阻止设备的过度运行。

尽管在吸附器与产品缓冲器之间使用了闭环式量控制，对于上述缺点可能会绕开。例如，从缓冲器抽取的产品量在短暂的过程期间可能怎么都会超过设计量，并由此全设计量在平均上可能被传递，甚至在强烈的波动下也会被传递。

然而，这种闭环式量控制本身会带来其它缺点：

吸附器与产品缓冲器之间的量流是高度不连续的。基于所述方法，存在长度更大或更小的下述阶段：在这些阶段中，没有产品流入产品缓冲器。产品流入产品缓冲器的时间段可以非常短(本身只有若干秒)。所述量流由此难以以闭环的方式测量和控制。此外，通常而言，除了在产品缓冲器下游的第一量测量以外，吸附器与产品缓冲器之间的第二量测量必须实施，这是因为由于所述第二量测量存在强烈的波动并由此不适用与平衡或计算而无法代替第一量测量。

EP2181752A1描述了一种从吸附器进入产品缓冲器的产品流的限定，其中，产品从吸附器的抽取利用闭合的供气管路进行。吸附器的过度运行通过例如下述方式得到阻止：使吸附器在产品缓冲器的方向上仅仅一定压力差的程度上卸载。其缺点是生产阶段期间供气供应的中断会造成时间的显著损失。而且，生产步骤期间压力会下降，由此能力也降低。

发明内容

将这点作为起点，本发明的目的由此在于以简单的方式消除上文所述的缺点并限制抽取的产品量。

该目的是通过具有权利要求1的特征、用于变压吸附设备的负载适配(loadadaption)以及量和纯度监测的方法实现的。

根据所述权利要求，设置成，在变压吸附设备的负载适配和量和纯度监测的方法中，变压吸附设备的运行经过工作循环，并且所述工作循环包括至少一个生产阶段，其中，在生产阶段期间，供应气体以非中断的方式供给至至少一个吸附器中，并且生产阶段的结束的时间借助于

-在生产阶段期间从至少一个吸附器抽取的产品气体的量M_A(t)确定，其中，当量M_A(t)大于或等于预限定的量M_Design时，发生生产阶段的结束，并且其中，量M_A(t)由从产品缓冲器抽取的量Q(t)和产品缓冲器中的压力曲线计算。

根据本发明的方法适于具有仅仅一个吸附器的设备并适合于具有两个两个以上交替运行的吸附器的设备。

术语“量监测”在本发明中被理解成指的是能够防止产品抽取的量大于预限定的设计量的方法。由此，防止产品的不允许的高程度污染。

术语“负载适配”在本发明中被理解成指的是各工作步骤或供应物质对抽取产品量(消耗)的适配，这实现了对供应物质和能量的节约。例如，所使用的供气量的大小可以被适配。

术语“工作循环”在本发明中被理解成指的是变压吸附设备的不同的工作步骤，例如生产产品的生产步骤，或吸附器再生的再生步骤的顺序，其中，工作步骤相继以预限定的顺序实施。工作阶段在工作循环的最后的工作步骤结束后结束，并且新的工作循环可以随后以工作循环的第一工作步骤以新的开始实施。

术语“生产阶段”在本发明中被理解成指的是工作循环的下述工作步骤：纯化的产品气体被排出吸附器，其中，至少一种吸附性相对较强的组分从原料制品的分离在吸附器中被执行。

术语“床”在本发明中被理解成指的是吸附器内的吸附材料。床的总高度是供应气体进入床的进口与产品气体流出床的出口之间的间距。

术语“供应气体”在本发明中被理解成指的是气体的混合物(原料制品)，其除了至少一种吸附性相对较弱的组分(产品气体中所富含的)之外还具有至少一种另外的吸附性相对较强的组分(排气中所富含的)。

术语“加载前沿(loading front)”在本发明中被理解成指的是吸附器中的这样的位置，至所述吸附器已经在较大的程度上、例如在例如对所述组分最大承载能力的50％以上地被待分离的组分加载到的位置。在吸附过程进一步的进程期间，待分离的组分可以仅在较小的程度上至所述位置地被吸附，并且在相对较大的程度上仅仅被保持在加载前沿的当前位置之外。采用这种方式，吸附前沿在生产阶段期间在产品气体出口的方向上行进。

术语“产品气体”在本发明中被理解成指的是由一种化学元素(例如氧)组成的气体(“纯气体”)和具有不同化学元素的混合物的气体。在此，术语“纯气体”并非只涉及绝对纯化的(具有100％的对应的化学元素)的产品气体，而是涉及在期待的纯度上满足要求的产品气体。基于对应的产品的要求，产品气体具有不同的纯度。

术语“设计量”在本发明中被理解成指的是由设备在一个工作循环中在坚持期待的纯度的同时所提供的产品气体的限定量。

术语“产品缓冲器”在本发明中被理解成指的是设计成存储产品气体并根据需要将产品气体提供给客户的装置

根据本发明的方法允许这样的量限制，即所述量限制能够阻止变压吸附设备、尤其是PSA或VPSA设备的至少一个吸附器过度运行。在此，并非是使得从产品缓冲器抽取的量受限制的情况，而是使得生产阶段在时间方面受到限制，以阻止至少一个吸附器过载。采用这种方式，不再需要管路中位于产品缓冲器下游的闭环式控制阀，并且设备由此更简化并更不易出现故障。此外，甚至能够在启动设备期间避免所述至少一个吸附器过度运行，以使得能够在停机和产品缓冲器的排空后更快地获取所需的产品纯度。而且，实现了对顾客的需求的绝对地连续地可变的负载适配。

根据本发明的方法涉及生产阶段期间供应气体对吸附器的非中断地供给。采用这种方式，与如现有技术所述的利用闭合的供应气体管路的产品抽取对比，没有损失时间。在生产阶段期间供气供给中断的情况下，有必要使得供气压缩机设计成更大，这需要更大的空间需求和更高的成本。这尤其在非常大的设备的情况下是一个显著的缺陷。

此外，在供应气体的非中断供给的情况下，生产步骤以升高的压力进行，而在供应气体的供给中断的情况下，生产步骤期间的压力下降并由此变压吸附设备的能力减小。而且，在供应气体的非中断供给的情况下，供气压力与产品压力之间的平均压力差明显地低于现有技术已知的设备的情况，以使得对于同样的输出压力，能量需求被显著减小。

在一个实施例中，在生产阶段中，产品气体从至少一个吸附器向产品缓冲器的传输被执行，同时供应气体被导入吸附器。生产阶段的结束通过结束产品气体向产品缓冲器的传输和供应气体向吸附器的引入来实现。所述传输可以例如借助于合适的气体管路系统来试试，其中，结束通过关闭布置在气体管路系统上的阀来实现。

在一个实施例中，变压吸附设备具有工作循环，所述工作循环包括至少一个生产阶段，其中，供应气体对至少一个吸附器非中断的供给在生产阶段期间实施。在此，生产阶段的结束时间由在生产阶段期间从至少一个吸附器抽取的产品气体的量M_A(t)确定。当量M_A(t)大于或等于预限定的量M_Design时，生产阶段结束，其中，由从产品缓冲器抽取的量Q(t)和产品缓冲器中的压力曲线计算M_A(t)。

由此，在生产阶段期间，主要由相对弱吸附的组分组成的产品气体流入产品缓冲器。同时，特定在、但在某些情况下也是波动的量从产品缓冲器抽取出并供给至客户。产品气体的所述抽取的量例如借助于布置在产品缓冲器下游的量测量装置测量。从所述抽取的产品量和产品缓冲器中的压力曲线(例如借助于布置在产品缓冲器下游的压力测量装置测得的)，可以确定出在生产阶段期间已经从吸附器抽取的并供给至产品缓冲器的量M_A(t)。如果从吸附器抽取的所述量M_A(t)超过特定值M_Design(针对设备的尺寸常规设置的)，产品气体向产品缓冲器的流出和供应气体对吸附器的引入被结束。

在一个实施例中，量M_A(t)的确定根据下述公式来计算：

其中，

-t是生产阶段开始以来单位为秒的时间，

-M_A(t)是生产阶段开始以来从吸附器抽取的单位为千克的量，

-Q(t)是生产阶段期间从产品缓冲器抽取的单位为千克的量，

-M_p(0)是生产阶段开始时缓冲器中单位kg的产品气体的量，其中，Mp(0)是根据下述公式计算的：

Mp(0)＝V*ρ(t＝0)，

其中，

-V是单位为m³的产品缓冲器的体积，并且

-ρ是t＝0时缓冲器中单位为kg/m³的产品气体的密度，

-P(t)是时间t处的产品缓冲器中单位为bar的压力，

-P(0)是时间t＝0处的产品缓冲器中单位为bar的压力，并且

-K是从1至1.4的任何实数。

所记载的单位为bar的所有值涉及绝对压力(bar绝对)。在此，在等温条件下K是1并且在绝热条件下K是1.4。K以取决于变压吸附设备中占主导条件的方式适配于真实条件，以使得K选自1至1.4的范围。

特别地，因子K取决于提供产品的容器的绝热程度并取决所使用的缓冲器的尺寸。非常大的绝热缓冲器的值位于1.4的区域中，而相对较小的非绝热缓冲器的值更靠近1。

上述公式允许借助于产品缓冲器上的在任何情况下都会设置的压力测量装置和量测量装置来确定从吸附器抽取的量。吸附器上的其它测量装置，尤其是量测量装置不是必需的。设备由此更简化并不易于出现故障。借助于量测量装置和压力测量装置确定的数据的分析评估可以借助于连接至量测量装置和压力测量装置的开环式和闭环式控制装置来实施，所述开环式和闭环式控制装置在M_A(t)大于或等于预限定的量M_Design时将脉冲信号传送给供气阀和产品阀。供气阀和产品阀随即关闭，并且生产阶段由此结束。

借助于测量装置确定的数据的分析评估可以借助于连接至测量装置的开环式和闭环式控制装置实施，当通过测量装置检测到加载前沿位于预限定的位置，所述开环式和闭环式控制装置将脉冲信号传送给供气阀和产品阀。替代地，如果自从加载前沿的检测后经过预限定的时间段，那么开环式和闭环式控制装置可以传送脉冲信号。

在一个实施例中，所述方法在工作循环之前具有空闲阶段。产品气体可以在空闲阶段中从产品缓冲器抽取。空闲阶段的长度取决于负载状况，也就是说取决于从产品缓冲器抽取的量。在100％负载处，所述长度实际为零，并且一个工作循环的结束直接跟随着新的工作循环。在产品气体的相对较低水平的抽取的情况下，新的工作循环中断一定时间，其中，只有在中断一定时间后新的工作循环才开始，并且新的产品气体才导入产品缓冲器。所述空闲阶段的持续时间可以以多种方式确定。

例如，持续时间可以从目前抽取的量与设备的预期的设计量比较来确定。在取得设计量后空闲阶段结束。另一方法包括使用压力曲线和产品缓冲器和从产品缓冲器抽取的量来预先计算缓冲器中出现预限定的最小压力的时间。空闲阶段然后在正确时间结束以使得产品缓冲器在出现最小压力之前再次填充以新的产品。在此，必须考虑的是，在空闲阶段结束后，产品不可能立即再次流入缓冲器，这是因为吸附器必须首先再次获得缓冲压力。

在一个实施例中，工作循环在生产阶段之前具有压力累积阶段。在此，吸附器中的压力累积通过将供应气体引入吸附器来实施。供应气体例如可以从供气压缩器经由合适的气体管路系统通过打开布置在所述气体管路系统的阀(供气阀)而导入吸附器。吸附器中的压力大于或等于产品缓冲器中的压力时，压力累积结束。然后实施向生产阶段的过渡。供应气体在吸附器的一侧、例如在吸附器的下侧(供气引入管路)引入，所述下侧与吸附器的另一侧、例如吸附器的“上”侧(产品-气体出口)的相反地定位，以使得引入的供应气体(原料制品)必须经过吸附器的整个长度才能到达产品-气体出口。

在生产阶段中，实施产品气体从至少一个吸附器向产品缓冲器的传送。产品气体例如可以从吸附器经由合适的气体管路系统、通过打开布置在所述气体管路系统中的阀(产品阀)而在产品出口处导入产品缓冲器。供气阀在生产阶段期间保持打开。压力累积的结束由此通过打开产品阀来实现。采用这种方式，供应气体从一侧(供气引入管路)流入吸附器并且产品气体在相反的一侧(产品出口)流出吸附器，由此压力增加总体被减缓。

在一个实施例中，工作循环在生产阶段后具有同向流排料阶段，也就是说在供应气体流过吸附器的方向上的排料。在此，从吸附器的排料借助于压力平衡以同向流型式向压力缓冲器实施。压力缓冲器包括适合于接收预限定的压力下的部分纯化的产品气体的装置，其中，压力缓冲器经由合适的气体管路系统连接至吸附器，并且特别地，气体管路系统布置在产品出口处。在排料阶段中，供应气体引入吸附器和产品气体从吸附器流出被中断(生产阶段已经结束)，并且在气体管路系统中布置在压力缓冲器与吸附器之间的阀(排料阀)被打开。在打开排料阀之前，吸附器所处的压力高于压力缓冲器。由此，在打开排料阀后，部分纯化的产品气体流入压力缓冲器，其中，压力缓冲器中的压力升高并且吸附器中的压力降低。在使用有多个吸附器的情况下，还可能通过连接至相邻的吸附器来实施排料，其中，在从第一吸附器排料的过程中相邻的吸附器中的压力升高。

在一个实施例中，工作循环在同向流排料后具有再生阶段。排料阶段通过关闭排料阀而结束。吸附器的再生可以借助于以对向流型式向大气排料、在此通过气体排出管路系统来实施，气体排出管路系统尤其布置在吸附器的与产品出口相反的那侧上(供气引入管路)。通过打开所述气体排出管路系统中的阀(排气阀)，待分离的组分含量较大的气体从吸附器流出(排气)。与大气的压力平衡在此使得被吸附的组分还能够被“释放”并作为排气被排出，以使得吸附器被纯化并且可以用于新的分离过程。

为了再生，替代地或附加地能够使用净化-气体流。净化-气体流尤其包括部分纯化的产品气体并尤其在产品出口的位置处被引入吸附器。借助于净化-气体流，气体阶段中待分离的组分的分压被降低，并由此有助于分离。净化-气体流可以例如由净化-气体装置、由压力缓冲器或者在使用多个吸附器情况下由相邻的吸附器提供。在净化气体来自压力缓冲器或者来自所使用的相邻的吸附器(参见下文解释)的情况下，净化-气体流可以通过打开(至少部分打开)同向流排料阀来提供。

替代地或附加地，再生能够在低于环境压力的压力下通过利用真空泵排空吸附器来实施。

在一个实施例中，工作循环在再生阶段后具有对向流充料阶段。在此，吸附器以对向流型式、也就是说与供气方向相反地用原料制品、尤其用部分纯化的产品气体充料，其中，吸附器中的压力升高。

在一个实施例中，吸附器中的压力的升高和吸附器对部分纯化的原料制品的充料从压力缓冲器来实施。在此，布置在压力缓冲器与吸附器之间的气体管路系统中的合适的阀(尤其是排料阀)，其中，气体排出管路的排气阀被关闭。在再生后，压力缓冲器所处的压力高于吸附器。由此，例如在排料阶段中已经被导入压力缓冲器的部分纯化的产品气体流入吸附器。

在一个实施例中，工作循环以所记载的顺序包括下述阶段：带有供应气体的压力累积阶段、生产阶段、同向流排料、再生阶段和对向流充料阶段，其中，在一阶段开始之前，前面的阶段结束，并且其中，特别地，在两个工作循环之间、也就是说在压力累积阶段之前和对向流充料阶段之后设置空闲阶段。

在一个实施例中，变压吸附设备包括至少两个吸附器，其中，工作循环在生产阶段之前具有压力累积阶段。在此，压力累积通过将供应气体(第一供气阀打开)引入第一吸附器而在第一吸附器中实施，其中，同时，再生阶段在第二吸附器(第二排气阀)中执行。再生可以借助于以对向流型式向大气的排料来实施。替代地或附加地，净化-气体流可以被使用。此外，再生还可以借助于排空来实施。自证的是，在上文描述的替代例后附加的排空也是可能的。

在一个实施例中，工作循环具有生产阶段，产品气体在生产阶段中从第一吸附器导入产品缓冲器(第一产品阀打开)，其中，同时，再生阶段在第二吸附器中执行(第二排气阀打开)。对于再生的顺序，参考前述段落。在此，在生产阶段期间从第一吸附器抽取的产品气体的量M_A(t)大于或等于预限定的量M_Design时第一吸附器中的生产阶段结束。对于抽取的量M_A(t)的查明，参考前述段落。

再生阶段可以在生产阶段结束后结束，或替代地也可以继续进行某一特定时间段。例如，再生阶段被执行直至达到某一特定再生压力(尤其在VPSA设备的情况下)、已经以预限定的净化-气体量对第二吸附器冲击、或已达到预限定的最小再生时间。

在一个实施例中，工作循环在生产阶段后具有同向流排料阶段。在此，吸附器的排料借助于与第二吸附器的压力平衡来实施(参见上文解释)。

在一个实施例中，工作循环以所记载的顺序包括下述步骤：

-供应气体在第一吸附器中的同向流压力累积阶段，其中同时，再生阶段在第二吸附器中实施，

-第一吸附器中的生产阶段，其中，同时，再生阶段在第二吸附器中实施，

-第一吸附器中的同向流排料并且第二吸附器中的同时的对向流压力累积阶段，其中，排料和压力累积借助于第一吸附器(压力下降)与第二吸附器(压力升高)之间的压力平衡来实施，

-第一吸附器中的再生阶段，其中，同时，利用供应气体的同向流压力累积阶段在第二吸附器中实施，

-第一吸附器中的再生阶段，其中，同时，生产阶段在第二吸附器中实施，

-第一吸附器中的对向流压力累积阶段和第二吸附器中的同时的同向流排料阶段，其中，排料和压力累积借助于第一吸附器(压力升高)与第二吸附器(压力下降)之间的压力平衡实施，

-空闲阶段，所述空闲阶段尤其处在两个工作循环之间，也就是说在第一吸附器压力累积阶段与第二吸附器的排料阶段之间。

根据本发明的方法能够防止吸附器的过度运行而无需为此设置闭环式控制阀。由于所述方法限制从吸附器抽取的量，因此它还阻止污染物在启动阶段期间在缓冲器尚未达到它的标准压力水平时进入产品缓冲器。它还能够使产品量高于从缓冲器抽取的设计量而不会破坏产品的纯度，并且由此能够使短暂的需求高峰被更有效地覆盖。在本发明的情况下，吸附器与产品缓冲器之间的用于产品气体量的闭环式控制测量装置为此不是必需的。根据本发明，供应气体的供给在生产期间不会被中断。

例如，设计量设定成1000的值，并且抽取的量会逐秒在900至1100之间波动(其中，保持平均值是1000)。缓冲器下游的闭环式控制阀由此被连续启用，并由此最终阻止平均上从1000发生迁移。对比而言，根据本发明，如果缓冲器中的量被考虑，那么这种波动没有任何作用，以使得生产阶段实际上仅仅在达到设计量后才结束，向客户的量在任何时间均没有受到限制，并且缓冲器中的压力也保持稳定(只要客户在平均上仅仅抽取1000)。

特别地，在多个吸附器被使用的情况下，根据本发明的方法允许同时使用全部吸附器。借助于单独的设定值能考虑到吸附器之间能力的任何区别。

根据本发明的方法同样适合于具有两个以上吸附器的变压吸附设备。

本发明的另外的方面在于根据权利要求9的特征的变压吸附设备，其尤其适合于执行根据权利要求1至8的特征的方法。

在一个实施例中，变压吸附设备包括用于从原料制品分离吸附性相对较强组分的至少一个吸附器，其中，吸附器具有可以借助于供气阀关闭的供气引入管路和可以借助于产品阀关闭的产品-气体排出管路。变压吸附设备此外还包括用于通过产品-气体排出管路从吸附器接收纯化的产品气体的产品缓冲器、确定从产品缓冲器抽取的量的量测量装置、和用于确定吸附器中的压力的压力测量装置。在此，变压吸附设备具有开环式和闭环式控制装置，所述开环式和闭环式控制装置适于从压力测量装置和量测量装置接收测量值、处理所述测量值、并且基于所述值查明用于结束供应气体的引入和产品气体的排出的时间，其中，开环式和闭环式控制装置设计成在所述时间处向供气阀和产品阀传送控制脉冲。在根据本发明的实施例中，生产阶段在供气引入管路和产品-气体排出管路打开的情况下执行，以使得生产阶段在供气引入管路和产品-气体排出管路关闭的情况下结束。

开环式和闭环式控制装置确定在生产阶段期间从至少一个吸附器抽取的产品气体的量M_A(t)。该确定借助于从产品缓冲器抽取的量Q(t)和产品缓冲器中的压力曲线来实施，产品缓冲器抽取的量Q(t)借助于量测量装置来确定，产品缓冲器中的压力曲线借助于压力测量装置来确定。在此，量M_A(t)可以尤其根据下述公式来计算：

开环式和闭环式控制装置在M_A(t)大于或等于预限定的量M_Design时向供气阀和产品阀传送脉冲信号。供气阀和产品阀在此基础上关闭，并且生产阶段由此结束。

在另一实施例中，变压吸附设备包括用于从原料制品分离吸附性相对较强的组分的至少一个吸附器，其中，吸附器具有可以借助于供气阀关闭的供气引入管路和可以借助于产品阀关闭的产品-气体排出管路。在此，变压吸附设备在吸附器中的预限定的位置处具有测量装置，所述测量装置用于测量物理参数相对于时间的变化。

可以说，变压吸附设备可以尤其具有产品缓冲器、压力缓冲器、供气压缩机、真空装置和并联连接的另外吸附器，这些部件全部根据要求借助于相应的一个气体管路系统彼此连接，其中，每个气体管路系统可以具有至少一个阀。这些实施例是本领域技术人员熟知的。特别地，变压吸附设备具有上文针对方法所描述的构件以及在附图的描述中讨论的构件。

测量装置使得被抽取的产品量能够受到限制而无需为此在产品缓冲器上游或下游设置闭环式控制阀，能够可靠地阻止设备过度运行，并能够在短暂的阶段期间产品避免缓冲器的污染。

附图说明

本发明的更多细节和优点将基于附图在下文中基于对示例性实施例的以下图的描述而更详细地讨论，

其中：

图1展示了根据本发明的方法在单吸附器设备中的应用，并且

图2展示了根据本发明的方法在双吸附器设备中的应用。

具体实施方式

图1是适于执行根据本发明的方法的单吸附器设备的示意图。

变压吸附设备1包括吸附器2、产品缓冲器3、压力缓冲器6、量测量装置4、两个压力测量装置5、供气阀101、产品阀102、排料阀103、排气阀104和抽取阀105。

量测量装置4允许确定从产品缓冲器3抽取出的产品气体P的量。压力测量装置5允许确定吸附器2中和产品缓冲器3中的压力。

在当前情况下，所述方法具有工作循环，该工作循环包括压力累积阶段、生产阶段、排料阶段、再生阶段和充料阶段，其中，空闲阶段设置在两个工作循环之间，也就是说位于压力累积阶段之前和充料阶段之后。所述方法由此可以分成六个步骤。

空闲阶段位于第一步骤。阀101至104是关闭的，并且布置在产品缓冲器下游的抽取阀105打开。借助于抽取阀105，顾客能够从产品缓冲器3抽取产品气体P(经由在此为了清楚起见而未示出的抽取装置)。在这种情况下，抽取阀105在空闲阶段和工作循环期间是打开的。

空闲阶段的持续时间由抽取的量确定。例如，空闲阶段在产品缓冲器3中出现某一特定最小压力之前结束。由此，向工作循环的过渡在一良好的时间进行，以使得产品缓冲器3在所述压力出现之前被再次填充以新产品。替代地，空闲阶段的持续时间也可以由目前抽取的量、与设备的预期的设计量相关地确定。在产品气体P低水平抽取的情况下，新的工作循环中止直至预限定的量的产品气体已经从产品缓冲器抽取，以使得，随后，新的工作循环的开始被触发并且新的产品气体P被导入产品缓冲器3。在100％负载时，所述阶段的长度实际为零，并且一个工作循环的结束直接跟随着另外的工作循环。

在第二步骤中，工作循环包括压力累积阶段。在此，吸附器2中的压力累积借助于将供应气体F经由此时打开的供气阀101引入吸附器2而实施(同向流型式下的压力累积)。阀102至104保持关闭。压力累积在吸附器2中的压力大于或等于产品缓冲器3中的压力时结束。然后执行向生产阶段的过渡(步骤3)。

在第三步骤中，设备处于生产阶段。借助于打开允许产品气体从吸附器2供给至产品缓冲器3的产品阀102，第二步骤(压力累积阶段)结束并且生产阶段开始。供气阀101和产品阀102由此在生产阶段期间是打开的。阀103至104关闭。在生产阶段中，供应气体F由此经由供气阀101流入吸附器2，并且产品气体P经由产品阀102流入产品缓冲器3。

生产阶段被实施直至吸附器2对于待分离的一个或多个组分的保留能力已经耗尽。当在生产阶段期间从至少一个吸附器抽取的产品气体的量M_A(t)大于或等于预限定的量M_Design时，生产阶段结束，其中所述量M_A(t)从由产品缓冲器抽取的量Q(t)和产品缓冲器中的压力曲线计算。在此，量M_A(t)根据下述公式计算：

对于各缩写的含义，参考说明书。

借助于量测量装置和压力测量装置确定的数据的分析评估借助于连接至量测量装置和压力测量装置的开环式和闭环式控制装置8实施，当M_A(t)大于或等于预限定的量M_Design时，所述的开环式和闭环式控制装置传送脉冲信号给供气阀和产品阀。供气阀和产品阀由此被关闭，并且生产阶段由此结束。

替代地，生产阶段也可以在检测到至少一个吸附器2中的加载前沿到达预限定的终端位置(测量装置的对应于预限定的终端位置的位置)或预限定的位置(测量装置的位置)时结束，其中，当检测发生在所述预限定的位置时，生产阶段持续直至一特定的时间。参考上文的解释和关于图2的解释。

生产阶段借助于关闭供气阀101和产品阀102而结束。

在生产阶段结束后，同向流排料阶段在第四步骤中执行。排料阀103打开。供气阀101，产品-气体阀102和排气阀104关闭。在此，吸附器2的排料借助于与经由排料阀103连接至吸附器2的压力缓冲器6的压力平衡来实施。压力缓冲器6在排料之前的压力小于吸附器2。由于排料，部分纯化的(或实质上是纯化的)原料制品进入压力缓冲器6。在达到预限定的压力或经过预限定的时间后，所述排料阶段借助于关闭排料阀103而结束。

在排料阶段结束后，再生阶段在第五步骤中进行。供气阀101、产品-气体阀102和排料阀103被关闭。排气阀104打开。在此，吸附器2的再生借助于以对向流型式向大气的排料来实施，以使得富含有将分离出的组分的排气A被导出吸附器2。替代地，再生可借助于净化-气体流进行。净化-气体流例如可以由产品阀102的节流式打开和/或排料阀103的节流式打开提供。替代地，从净化-气体贮存器引入净化气体也是可能。在VSPA方法中，该步骤还包括利用真空装置的排空。在达到预限定的压力或经过预限定的时间后，再生阶段借助于关闭排气阀104(并且还可能是净化-气体流的阀或真空装置的阀)而结束。

在再生阶段后，对向流充料阶段在第六步骤中执行。充料在这种情况下借助于压力缓冲器6实施，其中，压力缓冲器6所处的压力高于吸附器2。排料阀103被打开。供气阀101、产品-气体阀102和排气阀104被关闭。采用这种方式，吸附器2中的压力的增加和以部分纯化的原料制品对吸附器2的充料从压力缓冲器6实施。在达到预限定的压力或已经过预限定的时间后，排料阶段结束。设备过渡至空闲阶段(步骤1)。所述方法由此再次开始。

各步骤总结在下述表1中。

表格1：X指代关闭的阀并且O指代打开的阀，P_A指代吸附器中的压力，P_P指代产品缓冲器中的压力。

图2是适于执行根据本发明的方法的双吸附器设备的示意图。对于具有相同命名或附图标记的装置和方法步骤，参考针对图1的解释。

图2的变压吸附设备1包括第一吸附器2'、第二吸附器2”、产品缓冲器3、三个压力测量装置5、两个供气阀111、121、两个产品阀112、122、排料阀103、两个排气阀114、124和抽取阀105。附加的量测量是可能的(类似于图1)。

在这种情况下，所述方法具有包括下述步骤的工作循环：

-第一吸附器2'中的同向流压力累积阶段，其中同时，再生阶段在第二吸附器2”中实施，

-第一吸附器2'中的生产阶段，其中，同时再生阶段在第二吸附器2”中实施，

-第一吸附器2'中的同向流排料阶段和第二吸附器2”中的同时的对向流压力累积阶段，其中，排料和压力累积借助于第一吸附器2'(压力降低)与第二吸附器2”(压力升高)之间的压力平衡来实施，

-第一吸附器2'中的再生阶段，其中，同时，同向流压力累积阶段在第二吸附器2”中实施，

-第一吸附器2'中的再生阶段，其中，同时，生产阶段在第二吸附器2”中实施，

-第一吸附器2'中的对向流压力累积阶段和第二吸附器2”中的同时的同向流排料阶段，其中，排料和压力累积借助于第一吸附器2'(压力升高)与第二吸附器2”(压力降低)之间的压力平衡来实施，

其中，特别地，空闲阶段设置在两个工作循环之间，也就是说设置在第一吸附器2'的压力累积阶段和第二吸附器2”的排料阶段之前。

空闲阶段出现在第一步骤中。阀111、112、114、121、122、124和103被关闭，并且抽取阀105在这种情况下被打开。空闲阶段的持续时间由被抽取的量确定。参考关于图1的说明。

在空闲阶段结束后，执行向工作循环的过渡。在第二步骤中，压力累积阶段在第一吸附器2'中实施，其中，同时，再生阶段在第二吸附器2”中实施。在此，第一吸附器2'中的压力累积借助于将供应气体F经由现在打开的供气阀111引入第一吸附器2'来实施(同向流型式的压力累积)。第二吸附器2”以对向流型式、在此通过打开的第二排气阀124向大气排料，其中，排气A被驱走且再生由此被执行。阀121、122和114保持关闭。第二吸附器2”的再生可以借助于来自第一吸附器2'的净化-气体流进行(103利用节流动作被打开)。压力累积在第一吸附器2'中的压力大于或等于产品缓冲器3中的压力时结束。然后实施向生产阶段的过渡(步骤3)。

在第三步骤中，设备处于生产阶段。第一吸附器2'的供气阀111和产品阀112被打开，并且阀121、122和114被关闭。供应气体F经由供气阀111流入第一吸附器2'，并且产品气体P经由产品-气体阀112流入产品缓冲器3。第二吸附器2”的再生经由排气阀124继续进行，并且能得到通过利用节流动作而打开的排料阀103、借助于净化-气体流的辅助。

生产阶段实施直至第一吸附器2'的保留能力被耗尽。生产阶段在检测到第一吸附器2'中的加载前沿已经沿着供应气体的流动方向达到预限定的终端位置时结束(终端位置对应于测量装置的位置)。替代地，可以检测加载前沿什么时候到达预限定的位置(测量装置的位置)并且第一吸附器2'的生产阶段和第二吸附器2”的再生阶段可以持续直至某一特定时间(步骤4a)。

借助于测量装置确定的数据的分析评估可以借助于连接至所述测量装置的开环式或闭环式控制装置(在此未示出)来进行，所述开环式或闭环式控制装置在终端位置已经被检测到时传送脉冲信号给对应的供气阀111、121和对应的产品阀112、122。替代地，开环式或闭环式控制装置可以在已经检测到预限定的位置并且经过预限定的时间段后传送脉冲信号。参考上文描述(参见前述段落)。

也可以想到在生产阶段期间从第一吸附器2'抽取出的产品气体P的量M_A(t)大于或等于预限定的量M_Design时结束生产阶段。关于M_A(t)的查明，参考上述解释。

再生阶段也可以在第一吸附器2'中的生产阶段结束后继续进行(步骤4b)。再生阶段例如可以被实施直至第二吸附器2”中达到特定的再生压力、第二吸附器2”已经被预限定的净化-气体量冲击、或者达到预限定的最小再生时间。

在生产阶段结束后，在第五步骤中，同向流排料阶段在第一吸附器2'中实施并且对向流充料阶段在第二吸附器2”中实施。排料阀103被打开。另外的阀(除了抽取阀105之外)被关闭。在此，第一吸附器2'的排料借助于与经由排料阀103连接至第一吸附器2'的第二吸附器2”的压力平衡来实施。在达到预限定的压力或已经过预限定的时间后，第一吸附器2'中的排料阶段和第二吸附器2”中的充料阶段结束。

空闲阶段在第六步骤中再次出现。阀111、112、114、121、122、124和103被关闭，并且抽取阀105在这种情况下被打开。空闲阶段的持续时间通过抽取的量来确定。参考关于图1的描述。

随后，在第七步骤中，压力累积阶段在第二吸附器2”中实施，其中，同时，再生阶段在第一吸附器2'中实施。在这种情况下，通向第二吸附器2”的供气阀121和第一吸附器2'的第一排气阀114被打开。为了协助第一吸附器2'的再生，净化-气体流可以从第二吸附器2”经由排料阀103(利用节流动作打开)导入第一吸附器(类似于步骤2)。

在第八步骤中，所述设备处于生产阶段。第二吸附器2”的供气阀121和产品阀122被打开，类似于步骤3。阀111、112和124是关闭的。第一吸附器2'的再生经由排气阀114持续，并且可以得到通过利用节流动作而打开的排料阀103、借助于净化-气体流的辅助。

生产阶段实施直至第二吸附器2”的保留能力被耗尽。有关于结束时间的确定，参考上文描述和关于图1的描述。

替代地，类似于步骤4a的步骤9a可以被实施，以使得生产阶段在加载前沿的检测后持续预限定的时间段。第一吸附器2'的再生阶段也可以与步骤4b类似地在第二吸附器2”中的生产阶段结束后(步骤9b)继续进行。参考关于步骤4a和4b的描述。

随后，在第十步骤中，同向流排料阶段在第二吸附器2”中实施并且对向流充料阶段在第一吸附器2'中实施。排料阀103被打开。另外的阀(除了抽取阀105之外)被关闭。在此，第二吸附器2”的排料借助于与第一吸附器2'的压力平衡进行(类似于步骤5)。在达到预限定的压力或经过预限定的时间后，第一吸附器2'中的排料阶段和第二吸附器2”中的充料阶段结束。

设备随后过渡至空闲阶段(步骤1)。所述方法由此再次开始。

各步骤总结在下述表格2中。

表格1：X指代关闭的阀，O指代打开的阀，(O)指代利用节流动作打开的阀(可选的)，P_A指代相应的吸附器中的压力，P_P指代产品缓冲器中的压力，Δp_M指代由用于检测加载前沿的测量装置7检测到的压力差，Δp_set指代关于压力差的预限定的值，并且Ad.指代吸附器。

附图标记列表

Claims (9)

1.一种用于变压吸附设备(1)的负载适配及量和纯度的监测的方法，其中所述变压吸附设备(1)运行经过工作循环，并且所述工作循环包括至少一个生产阶段，

其特征在于，在所述生产阶段期间，供应气体(F)以非中断的方式供给到至少一个吸附器(2)中，并且所述生产阶段的结束时间借助于以下而确定：

查明在所述生产阶段期间从所述至少一个吸附器(2)抽取的产品气体(P)的量M_A(t)，其中所述生产阶段的结束发生在所述量M_A(t)大于或等于预限定的量M_Design时，并且其中所述量M_A(t)由从所述产品缓冲器(3)抽取的量Q(t)和所述产品缓冲器(3)中的压力曲线来计算。

2.根据权利要求1所述的用于负载适配及量和纯度的监测的方法，其特征在于，所述生产阶段在M_A(t)≥M_Design时结束，其中所述量M_A(t)根据下述公式计算：

$M_A\left(t\right)={\∫}_0^{t}Q\left(t^{\′}\right){\mathrm{dt}}^{\′}+M_p\left(0\right)\left\{{\left(\frac{P\left(t\right)}{P\left(0\right)}\right)}^{\frac{1}{k}}-1\right\}$

其中

t是自从所述生产阶段开始以来的单位为秒的时间，

M_A(t)是自从所述生产阶段开始以来从所述吸附器(2)抽取的单位为千克的量，

Q(t)是在所述生产阶段期间从所述产品缓冲器(3)抽取的单位为千克的量，

M_p(0)是所述生产阶段开始时的所述吸附器(2)中的质量，

其中，M_p(0)是根据下述公式计算的：

M_p(0)＝V*ρ(t＝0)，

在此

V是所述产品缓冲器(3)的单位为m³的体积，并且

ρ是t＝0时缓冲器中的所述产品气体的单位为kg/m³的密度，

P(t)是时间t时所述产品缓冲器(3)中的单位为bar的压力，

P(0)是时间t＝0时所述产品缓冲器(3)中的单位为bar的压力，以及

K是从1至1.4的任何实数。

3.根据前述权利要求中任一项所述的用于负载适配及量和纯度的监测的方法，其特征在于，在所述生产阶段之前，所述吸附器(2)中的压力累积借助于将所述供应气体(F)引入所述吸附器(2)来实现。

4.根据权利要求3所述的用于负载适配及量和纯度的监测的方法，其特征在于，当所述吸附器(2)中的压力大于或等于所述产品缓冲器(3)中的压力时，所述吸附器中的所述压力累积结束并向所述生产阶段作出过渡。

5.根据前述权利要求中任一项所述的用于负载适配及量和纯度的监测的方法，其特征在于，在所述生产阶段结束后，从所述吸附器(2)的排料借助于压力平衡来实施，其中特别地，所述压力平衡借助于以同向流型式排料至压力缓冲器(6)中来实现，或者第一吸附器(2')中的所述压力平衡借助于排料至第二吸附器(2”)中来实现。

6.根据权利要求5所述的用于负载适配及量和纯度的监测的方法，其特征在于，在从所述吸附器(2)的排料结束后，所述吸附器(2)的再生借助于以下来实施：

以对向流型式向大气排料，和/或

使用净化气体流，和/或

排空装置。

7.根据权利要求6所述的用于负载适配及量和纯度的监测的方法，其特征在于，在所述再生结束后，所述吸附器(2)中的压力升高，并且所述吸附器(2)被用原料制品充料，尤其是用部分纯化的原料制品充料。

8.根据权利要求7所述的用于负载适配及量和纯度的监测的方法，其特征在于，所述充料利用来自压力缓冲器(6)或来自另外的吸附器(2”)的部分纯化的原料制品来实施。

9.一种变压吸附设备，尤其是用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法，所述变压吸附设备包括：

至少一个吸附器(2)，其用于从原料制品分离吸附性相对较强的组分，其中所述吸附器(2)具有能够借助于供气阀(101，111，121)关闭的供气引入管路和能够借助于产品阀(102，112，122)关闭的产品-气体排出管路，

产品缓冲器(3)，其用于通过所述产品-气体排出管路从所述吸附器(2)接收纯化的产品气体(P)，

量测量装置(4)，其用于确定从所述产品缓冲器(3)抽取的量，

压力测量装置(5)，其用于确定所述吸附器(2)中的压力，

其特征在于

所述变压吸附设备(1)具有开环式和闭环式控制装置(8)，所述开环式和闭环式控制装置适于接收来自所述压力测量装置(5)和所述量测量装置(4)的测量值、处理所述测量值并基于所述值查明供应气体的引入和产品气体的排出所结束的时间，其中所述开环式和闭环式控制装置(8)设计成在所述时间处向所述供气阀(101，111，121)和所述产品阀(102，112，122)传输控制脉冲。