[发明专利]考虑进气条件的空气预净化器的操作方法

说明书

本发明涉及空气预净化器，它与低温空气分离装置一起使用，更具体地说，涉及一种用于控制空气预净化器的改进方法，它考虑到各种空气进入条件并因此调节空气预净化器的操作。

低温空气分离装置需要干净、干燥的空气源，以便能够持续和安全地操作。这意味着装置内的进料空气中的水分和CO2必须清除到相当低的水平。这种去除操作减少了热交换器被冰和固体CO2堵塞的问题，该问题往往引起装置过早停车的事故。另外，包含在进料空气中的一些碳氢化合物也必须除去。

进料空气可通过吸附作用除去杂质。变温吸附(TSA)和，在最近，变压吸附(PSA)系统已经被用来除杂质。用于空气分离装置中的TSA空气预净化器系统具有相对较长的循环时间(以小时计)，因此循环之间的换气损失相对不显著。相反，PSA循环时间相对短(以分钟计)，并且它们较频繁的换气意味着压缩进料空气的相对明显的损失。此外，在循环转换过程中，伴随产生一种失常现象。该失常需要一定的时间来抵消，从而造成效率的进一步损失。

PSA预净化器系统的设计一般基于具体应用的给定条件，或更具体地说，基于设计中给定的空气分离装置。保守地选择设计条件，以便在大多数期望的环境条件下获得理想的产率。一般选择尽可能适合于这些条件的固定循环时间。当然，操作的实际条件将随白天到晚上、一天到另一天、一季到另一季而变化。

所有这些变化都会影响PSA净化器的操作性能和效率。循环时间可随时做一些调整。然而，这在实际操作中往往行不通或者恰好被忽略。因此，系统的设计将经常要提供比正常或平均每天实际所需更大的床层厚度。因此，在经过多次循环后将有一定量的床料没有用上而被留下。由于较高的循环频率，和较大的换气损失，导致了较高的基建成本以及较高的操作费用。

用于低温空气分离装置的PSA空气预净化器的应用已被有效地建立。如上所述，预净化器循环时间一般是固定的，并基于对有关环境和设备参数的假设。因此，基于空气总流量和关键是CO2的穿透算出的吸附容量常被用来确定具体应用的循环时间。另外，为保险起见，计算是基于最热天气的温度这一假设。这种计算导致固定一个循环时间，而在循环时间内仅仅用了床料的一部分吸附容量。一旦固定循环时间确定下来，此后它就保持不变。

定时循环PSA系统的实例可见于美国专利US5,042,994,Smolarek,J.,“PSA操作的改进控制”(“Improved Control of PSAOperations”)。Smolarek过程使用一个可变体积的氮产物贮存容器，该容器被监测以便决定按要求的变化。循环在降低需求的期间内进行调整，从而保持期望的产物纯度和压力，以及在停车条件下实现动力消耗的降低和能量的节省。

另一个时间控制型PSA系统的实例可见美国专利US4,810,265,Lagree等，“用于气体分离的变压吸附方法”(“Pressure SwingAdsorption Proceess for Gas Separation”)。这是一个改进的PSA方法，它能使进料气体中更容易吸附的成分经济地被回收，例如从空气中回收氮。更容易吸附的成分在较高吸附压力时用做顺流清洗气(Copurge),而不容易吸附的成分用于在低于大气压的吸附压力下的逆流清洗和在逆流再充气步骤中用于初始再增压。操作顺序是按时间控制的。

美国专利US5,258,056,Shirley,A.I.,“具有产物调节和纯度控制的PSA系统”(“PSA System With Product Turndown and PurityControl”)描述一个控制系统，当为了改变PSA系统中所需产物而进行调节时，该控制系统能保持期望的纯度。一个传感器监测所需产品气体的变化，测得的信号与一标准比较，然后改变进入系统的气体进料速率。

美国专利US4,725,293,Gunderson,J.,“自动控制变压吸附系统”(“Automatic Control for Pressure Swing Adsorption System”)描述一个PSA系统，它使用一个恒定的循环时间和一个控制系统来调整空气输入流量，以便确保产生的氮只含有预定范围的杂质(实质上只是氧)并保持相对较高的氮产出流量。