CN1253030A - 采用具有长而不均匀工作时间的阀门的psa设备 - Google Patents

采用具有长而不均匀工作时间的阀门的psa设备 Download PDF

Info

Publication number
CN1253030A
CN1253030A CN99123437A CN99123437A CN1253030A CN 1253030 A CN1253030 A CN 1253030A CN 99123437 A CN99123437 A CN 99123437A CN 99123437 A CN99123437 A CN 99123437A CN 1253030 A CN1253030 A CN 1253030A
Authority
CN
China
Prior art keywords
valve
equipment
oxygen
time
psa
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN99123437A
Other languages
English (en)
Inventor
多米尼克·鲁热
斯特凡娜·尚塔格雷尔
孙廉明
塞利娜·格拉西安奈特
伊夫·托尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Publication of CN1253030A publication Critical patent/CN1253030A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption
    • B01D53/0476—Vacuum pressure swing adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40007—Controlling pressure or temperature swing adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40013—Pressurization
    • B01D2259/40016—Pressurization with three sub-steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/4002—Production
    • B01D2259/40022—Production with two sub-steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
    • B01D2259/40028—Depressurization
    • B01D2259/4003—Depressurization with two sub-steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/402—Further details for adsorption processes and devices using two beds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/403—Further details for adsorption processes and devices using three beds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/047—Pressure swing adsorption

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • External Artificial Organs (AREA)
  • Medicines Containing Plant Substances (AREA)

Abstract

本发明涉及了一种分离气体流的PSA设备,特别是VSA设备,它在一个生产循环中工作,并至少包括一个吸收器,最好是两个或三个吸收器,以及几个具有长而不均匀工作时间的阀门。更具体地说,阀门的平均工作时间(μ)为0.5s< μ< 2s,每个阀门的工作时间(Δt)为μ－x< Δt< μ+x,其中0.1s< x< 0.5s。本发明还涉及了采用这种PSA设备来生产富氧、富氮或富氢的气体流,尤其是包含大于80%氧的气体流,然后把它送入从燃烧炉、纸浆制造装置和水处理装置中选取的耗氧设备中。

Description

采用具有长而不均匀工作时间的阀门 的PSA设备
本发明涉及了PSA型尤其是VSA型的设备和过程，它采用具有长而不均匀工作时间的阀门来分离气体流，特别是分离主要含有氧和氮的气体流，如空气。
空气中的气体，特别是氧和氮，具有重大的工业价值，特别是在造纸和制造玻璃领域中。
用于生产这些气体的非深冷技术之一是称为“PSA”(代表压力变动吸收)的技术，该技术不仅包括严格意义上的PSA过程，而且也包括相似的过程，如VSA(真空变动吸收)和MPSA(混合压力变动吸收)过程。
按照该PSA技术，如果要分离的混合气体是空气和要回收的成分是氧，则依靠在至少优先吸收氮的材料上至少优先吸收氮来把氧从上述混合气体中分离出来，并在分离区中经受给定的压力循环。
未被吸收或仅略被吸收的氧作为上述分离区的输出而被回收；一般说，它具有大于90％，甚至大于93％的纯度。
更一般地说，一种混合气体包括在吸收材料上被优先吸收的第一成分，以及在上述吸收材料上不如上述第一成分那样被优先吸收的第二成分，为了生产上述第二成分，非深冷分离该混合气体的PSA过程在一个循环中包括：
-在称为“高压”的吸收压力下，在上述吸收材料上至少优先吸收上述第一成分的步骤，而至少回收由此生产的某些第二成分；
-在称为“低压”的低于吸收压力的解吸压力下，解吸由此被吸收材料捕获的第一成分的步骤；
-对包含吸收材料的分离区再压缩的步骤，从上述低压回到上述高压。
但是，已知混合气体，如空气的分离效率与许多参数有关，特别是高压、低压、所用吸收材料的类型和吸收材料对被分离成分的亲和力、被分离混合气体的组成，被分离混合气体的吸收温度、吸收材料颗粒的尺寸、这些颗粒的组成以及在吸收层内建立的温度梯度。
目前，沸石是在PSA过程中用得最多的吸收材料。沸石颗粒通常包含一价、二价和/或三价金属阳离子，例如碱金属、碱土金属、过渡金属和/或镧系元素的阳离子，这些阳离子在沸石颗粒合成时被结合，和/或接着采用离子交换技术被插入，也就是说，一般把未交换或原始的沸石颗粒与一种或几种金属盐的溶液相接触，溶液包含将结合到沸石结构中的阳离子，接着回收已交换的沸石颗粒，也就是说，回收包含给定金属阳离子量的沸石颗粒。例如，可以提及X或LSX(低硅X)类型的沸石，它含有大于80％，甚至大于90％的金属阳离子，特别是如锂、钙和/或锌的阳离子。
在文件EP-A-486,384、EP-A-606,848、EP-A-589,391、EP-A-589,406、EP-A-548,755、US-A-268,023、EP-A-109,063和EP-A-760,248中对这种沸石作了专门的描述。
从理论上说，PSA，特别是VSA过程的循环仅由顺序明确的各步骤所组成，各步骤完全确定了循环中每个瞬时上的气体流。
但是，在实际上这些气体流由一系列的阀门开闭工作造成，开闭工作当然不是瞬时的。
因此，存在暂时的过渡状态，在此期间，进行这些过程的设备的某些部分将不适当地相互连通。
例如，在氧再压缩阶段开始时，会有非故意产生的空气进入，它必然会影响到过程的整个性能。
可以理解到，熟悉该技术的人员依靠尽可能地在工业规模上把PSA或VSA装置中阀门的开闭时间限制到一般低于0.5秒左右，一直在设法限制这些过渡状态的范围。
压力循环中各步骤的时间间隔愈短，这个要求尤其显得重要。
此外，一旦过程要求采用具有一个以上吸收器的PSA或VSA装置，也就是说，例如两个或三个吸收器，则在PSA或VSA装置的一组阀门中，开闭时间的太宽分配会非常容易产生过程的很大不平衡，并且使性能非常明显地下降。
所以，如果要尽量减小或减轻这些问题，通常要对PSA装置的所有阀门，设法得到尽可能均匀的启动时间。
与工作的快速要求一样，在短循环情形中，也就是说，在例如小于60秒的循环中，这个要求尤其重要。
至今，依靠寻求具有尽可能接近瞬时或几乎瞬时工作的阀门系统，来设法满足这两个条件。
因此，文件US-A-4,360,362建议一种PSA系统，它使用非常快速的阀门和采取单个气压控制，来消除在工作时间中的任何不均匀性。
更一般地说，在极短的平均时间附近，PSA或VSA装置通常具有非常窄的阀门工作时间的分配，如附图1中简化表示，它表示了在VSA装置中开闭时间的常规分配。
在图1中可以看出，通常阀门的平均开闭时间等于0.3秒±0.1秒左右。
为了避免在PSA循环步骤改变期间的这种不希望的气体转移或流动，已经建议了阀门控制系统，特别是在文件US-A-4,322,228中，它在开闭指令中强加了一个延迟，使得在要打开的阀门之前启动要关闭的阀门，这里设想的目的是为了完全消除任何瞬时的气体转移。
但是，这种方法大大影响了在VSA装置中所采用阀门技术的选择。
因此，某些文件，如US-A-4,877,429、JP-A-05,192,526或GB-A-2,190,014，建议采用新颖的阀门，尤其是应用了转动技术的阀门，使得与更成熟技术的阀门如蝶形阀相比，有可能加速工作时间。
所以，本发明的目的是要减轻上述问题，并提出一种PSA设备，它改进了采用快速阀门的设备，也就是说，改进了采用先前技术推荐的开闭时间尽可能均匀的阀门的设备。
因此本发明涉及了一种分离气体流的PSA设备，它在一种生产循环中工作，并至少包括一个吸收器和几个阀门，其特征在于：上述阀门的平均工作时间(μ)为：
                  0.5s＜μ＜2s
以及每个阀门的工作时间(Δt)为；
      μ-x＜Δt＜μ+x，其中0.1s＜x＜0.5s
但是应该注意到，在本发明的范围内，不必担心所有或某些阀门打开和/或关闭时间的可能上升。
与先前技术的说法不同，本发明论证了：采用PSA，尤其是VSA的工业设备或装置可以容易地与比先前技术推荐的阀门慢而不均匀的阀门相配合。
另外，按照本发明，PSA过程的总经济比较表明：采用这种阀门非常有利，它们不太花钱、更加可靠和寿命更长。
视情况而定，本发明的设备可包括如下特征的一个或几个：
-阀门的平均工作时间(μ)为：
0.5s＜μ＜1.5s
平均工作时间(μ)最好为0.5s＜μ＜1s；
-0.1s＜x＜0.5s最好为0.1s＜x＜0.3s；
-至少包括3个阀门，最好至少包括5个阀门；
-至少包括两个吸收器，最好包括两个或三个吸收器；
-为VSA型；
-还包括气体管道；
-还包括控制阀门工作时间的系统；
-还包括一个系统，可根据由控制系统测出的工作时间而修改阀门工作指令的顺序；
-为具有气体径向环流的类型，并且/或者采用一种或几种吸收材料，例如多层过程；
-被分离的气体流包括氮和至少一种不太极化的气体成分，特别是氧和/或氢，气体流最好是空气，第一气体成分是氮和第二气体成分是氧，在本发明范围内，空气是包含在建筑物内或者加热或不加热封闭物内的空气，或者是外部空气，也就是说，是在大气条件下取得的空气，它已作了或可能作了预处理；
-第一气体成分是氮和第二气体成分是氧，生产出富氧气体流，也就是说，生产出一般至少包括90％氧；
-吸收的高压在105巴到107巴之间，最好是105巴到106巴的量级，并且/或者吸收的低压在104巴到106巴之间，最好是104巴到105巴的量级；
-送气温度在10℃到80℃之间，最好是在25℃到60℃之间。
本发明还涉及了采用本发明设备来生产一种气体流，它包括了大于50％，最好大于80％的从氧、氮、氢组合中选取的至少一种气体。
更具体地说，本发明的设备可用于生产包括大于80％氧，最好大于90％氧的气体流，把上述氧送入从燃烧炉、纸浆制造装置和水处理装置中选取的耗氧设备中。
现在借助例子(作为举例说明，但不受此限制)和参照附图来更详细地描述本发明。
一般说，以下提出的研究由动力仿真来完成，依靠了基于质量守恒、热焓守恒和动量守恒原理的仿真程序，并采用了线性驱动力模型(参见D.M.Ruthven的“吸收原理和吸收过程”，p.242-243，John Wiley &Sons，1984)来估计在吸收材料质量内固体-气体转移的运动学。在Ruthven，Farooq和Knaebel的“压力变动吸收”，p.172-209，VCHPublishers，1994；以及在S.Ergun的“通过填充塔的流体流动”，化学工程进展，48(2)，89(1952)中专门描述了这种仿真模型。例如，可根据MicrosoftTM出售的IMSL(国际数学和统计图书馆)的DIVPAG程序，或者根据AspentechTM出售的ADSIM程序来求解方程。熟悉该技术的人员完全能从市面上现有的许多程序中选取适当的仿真程序，并能把上述数据输入。如果需要，也可参照D.G.Hartzog和S.Sircar的文章“PSA过程性能对输入变量的灵敏度”，吸收，1，133-151(1955)，它描述了一个相似的程序。
为了简化，在进行以下研究时假设了：被分离的气体流是空气，但优先在吸收材料上吸收的第一成分是氮，在吸收材料上不优先吸收并要被回收的第二成分是氧。
此外，在两种VSA型系统或装置上进行研究，一种具有两个吸收器，另一种具有三个吸收器。
第一个目的是识别VSA装置对阀门开闭时间分配的灵敏度或性能，从而在第二步中得到在工业观点上可以最经济接受的分配。
例1：具有2个吸收器和10个阀门的VSA装置
在该例子中，模型化的VSA系统采用了两个吸收器A1，A2和十个阀门，如图2中简化表示。
更具体地说，该VSA系统在图2中被说明并包括：
-2个吸收器A1和A2；
-1个真空泵PAV；
-1个空气或罗茨压缩机R；
-2个送气阀门VA1和VA2，分别控制着流入吸收器A1和A2的空气；
-2个生产阀门VP1和VP2，在生产阶段分别控制着从吸收器A1和A2流出的气体(氧)；
-2个放气阀门VPU1和VPU2，在放气阶段分别控制着从吸收器A1和A2流出的气体(氮)；
-1个平衡和淘析阀门VE；
-1个网络阀门VR，与所生产气体的分配网络连通；
-1个旁通阀门VBP，使真空泵PAV旁通；
-1个旁通阀门VBR，使压缩机R旁通；以及
-1个生产容器CP。
图2的VSA系统中10个阀门的每一个的特征在于构成本研究参数的开闭(O/C)时间。
VSA系统经受了图3中简化表示的压力循环，图中说明了在整个时间上循环高压(P高)和循环低压(P低)之间的压力(P)变化，以及进入和离开每个吸收器A1和A2的气体流。
显然，在从一个步骤转移到另一个步骤期间，阀门的非零工作时间影响着气体流。
首先对常压循环进行了一系列的仿真，可以确定在优化一个循环和建立工业装置的设计数据时可能有的活动余地。
由此，对于74s的生产循环，直到2s的开闭(O/C)时间，VSA装置的性能不变，而对于40s的循环，极限为1秒。
作为例子，图4说明了在40s的循环情形下，当阀门工作时间，也就是说，当开闭(O/C)时间变化时，作为给定循环指标的比能量(SE)的改变。
图4可以使操作人员可根据情况来优化循环到0s，0.5s或1.0s，从而提供在不管什么情况下任何工业装置的设计数据。
但是，在该阶段，没有考虑到启动时间的“不平衡”分配；这可如下进行。
现在假设，操作人员已对开闭(O/C)时间均为0.5s量级的阀门完成了VSA装置的设计研究，但由此设计的工业装置最终将有一组具有较长和/或不均匀启动时间的阀门。
具有给定“机械和吸收器”的这种VSA系统类型将根据以下假设进行研究：
-设计点为40秒的生产循环，阀门在0.5秒中启动；以及
-工业装置采用开闭时间为1秒±0.5秒的阀门。
考虑所有的组合，凭直觉事先考虑了最不合适的情形，也就是说，对每个吸收器专用的或对大于1秒平均启动时间专用的阀门中可能产生最明显不平衡的情形，看来，如果不修改各步骤的顺序，性能将大大降低，以下表I给出的结果清楚地表明了这点。
从表I可明显看出，放气阀门(VPU1和VPU2)的不平衡尤其不利。
如果此时产生不希望的气体转移，特别是在平衡步骤期间产生气体的转移，最坏的情形似乎是在放气阀门(VPU1和VPU2)和送气阀门(VA1和VA2)中不平衡的组合，以及在同一吸收器(A1或A2)的放气阀门(VPU1和VPU2)和送气阀门(VA1和VA2)之间。表I：未修改阀门的顺序时O/C时间的分配对VSA装置性能的影响
阀门的开闭时间(秒)
VA1/VA2 VP1/VP2 VPU1/VPU2 VE VBP VBR 生产指标 SE指标
0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 100 100
1 1 1 1 1 1 97 102
1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 98 104
1 1 0.5/1.5 1 1 1 88 114
1 1 1.5 1 1.5 1 95 105
0.5/1.5 1 1 1 1 1 95 105
1.5 1 1 1 1 1.5 97 104
1.5 1 1.5 1 1.5 1.5 95 106
1.5/0.5 1 0.5/1.5 1 1 1 82 121
0.5/1.5 1 0.5/1.5 1 1 1 96 105
1.5/0.5 0.5/1.5 0.5/1.5 1 1 1 81 124
图5说明了在每个吸收器A1和A2中的这种现象，此时得到比能量SE指标为121(参见表I)，简化表示了对于循环的每个阶段和对于两个吸收器A1和A2，阀门开闭(0/C)时间分配对瞬时流率的影响。
图5中的曲线清楚地表明了(画圆区内)：不希望的气体转移产生了对两吸收器的PSA装置不利的不平衡。
但是，对于阀门的每种组合，稍稍修改阀门的开闭顺序就有可能阻止这些材料转移的扰动。
因此，仍在上述考虑的情形中，由图6简化表示的阀门顺序的修改，足以消除不希望的转移，并且足以恢复压力图的平衡和装置的预计性能。
更具体地说，从由控制器对阀门给出的开闭指令顺序中，图6分离出了一个细节部分，它相应于生产/淘析步骤的终了和平衡步骤的开始。
在图6中采用的约定如下：空心框/实心框转移＝阀门打开指令；实心框/空心框转移＝阀门闭合指令。
因此，所建议的修改是提前进行打开阀门的指令，该阀门通常在生产/淘析步骤终了时必须闭合。
但是，应该注意到，在此情形下，如果显著地延迟闭合吸收器A1的送气阀门和吸收器A2的放气阀门，则在真空泵PVA的进气口和在空气或罗茨压缩机R的出气口上不出现压力峰值，它保证了工作的安全性和比能量(SE)的恒定。
以下表II重复了表I中几个较不利的情形，并给出了依靠简单修改阀门顺序，也就是说，依靠提前打开或关闭主要阀门所得到的性能。表II：修改阀门的顺序时O/C时间的分配对VSA装置性能的影响
阀门的开闭时间(秒)
VA1/VA2 VP1/VP2 VPU1/VPU2 VE VBP VBR 生产指标 SE指标
0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 100 100
1.5/0.5 1 0.5/1.5 1 1 1 98 99
0.5/1.5 1 0.5/1.5 1 1 1 100 99
1.5/0.5 0.5/1.5 0.5/1.5 1 1 1 99 99
从表II可明显看出，考虑O/C时间不均匀分配所需的一切仅是简单调整在装置启动时的控制器。
因此可以表明，只要阀门的O/C时间保持在范围[μ-0.5s；μ+0.5s]内，则性能可以保持，这里μ表示所讨论的时间平均值，并且μ在0.5s和1.5s之间。
例2：具有3个吸收器和14个阀门的VSA装置
上述研究也在具有3个吸收器的系统上进行，其中，由于每个吸收器的单独启动时间造成循环中扰动的风险甚至更大。
在图7中模型化和说明的VSA系统包括：
-3个吸收器A1、A2和A3；
-1个真空泵PAV；
-1个空气或“吹气”压缩机R；
-3个送气阀门VA1、VA2和VA3，分别控制着流入吸收器A1、A2和A3的空气；
-3个生产阀门VP1、VP2和VP3，在生产阶段分别控制着从吸收器A1、A2和A3流出的气体(氧)；
-3个放气阀门VPU1、VPU2和VPU3，在放气阶段分别控制着从吸收器A1、A2和A3流出的气体(氮)；
-3个再压缩阀门VRC1、VRC2和VRC3，在再压缩阶段分别控制着吸收器A1、A2和A3的再压缩；
-1个中间再压缩阀门VIR；
-1个网络阀门VR，与所生产气体的分配网络连通。
图7中VSA系统的14个阀门的每一个的特征在于构成研究参数的开闭(O/C)时间。
VSA系统经受了图8简化表示的压力循环，图中说明了整个时间上循环高压(P高)和循环低压(P低)之间的压力(P)变化，以及进入和离开每个吸收器A1、A2和A3的气体流。
图7中在生产一侧简化表示的比较复杂的阀门系统的功能仅是依靠顺序的打开，容许由生产气体来逐步地再压缩，而不采用调节器控制的阀门。
这是由于控制阀门启动器的调节器往往是VSA装置中的一个不可靠性因素。
如同在与两吸收器的VSA装置有关的例1情形，对常压循环进行的仿真结论清楚地表明：采用比较慢的阀门，性能没有明显的改变。
例如，对于45秒的循环，只要阀门的打开或关闭时间不超过1秒，性能就可保持非常相近。
在此阶段，已对常压循环作了仿真，未对系统的阀门开闭顺序作任何修改。
如前面所述那样，现在适于设法识别采用取自一组阀门中的阀门的后果，这组阀门具有不均匀的开闭时间和比VSA装置设计点大的平均值。
这里同样可表明：对阀门顺序稍作修改，可以几乎全部地补偿由于阀门“不良”分配造成的性能损失。
在这里，对顺序的这种修改同样依靠在所讨论的步骤期间，提前打开或关闭“不平衡”的阀门，从而消除了在吸收器之间任何不合适的材料转移。
以下表III和IV表示了在放气阀门中的主要分配情形，性能对此非常敏感(与两吸收器系统的情形相同)，根据图6的原理来修改阀门的顺序(表IV)，可以完全补偿这个分配。表III：未修改阀门的顺序时O/C时间的分配对VSA装置性能的影响
阀门的开闭时间(秒)
VA1/VA2/VA3 VPU1/VPU2/VPU3 VP1/VP2/VP3 VC1/VC2/VC3 生产指标 比能量指标
0.5/0.5/0.5 0.5/0.5/0.5 0.5/0.5/0.5 0.5/0.5/0.5 100 100
1/1/1 0.5/1/0.5 1/1/1 1/1/1 87 117
表IV：修改阀门的顺序时O/C时间的分配对VSA装置性能的影响
阀门的开闭时间(秒)
VA1 / VPU1 / VP1 / VC1 /
VA2/VA3 VPU2/VPU3 VP2/VP3 VC2/VC3 生产指标 比能量指标
0.5/0.5/0.5 0.5/0.5/0.5 0.5/0.5/0.5 0.5/0.5/0.5 100 100
1/1/1 0.5/1/0.5 1/1/1 1/1/1 99 101
显然，其结论与两吸收器的装置相同，即只要阀门的O/C时间保持在范围[μ-0.5s；μ+0.5s]内，性能就可被保持，这里μ表示所讨论的时间平均值，并且在0.5s和1.5s之间。
上述例子表明：可以有一定程度的活动余地来进行阀门的选择，并且意想不到的是，可以采用仅保证很慢(到1.5s)和非常不均匀(±0.5s)开闭时间的阀门，而同时保持了从工业观点看可以接受的性能。
换句话说，简单地调节控制器，可以使阀门的不均匀性对VSA装置的性能无关紧要。
另外，采用较慢的阀门可以改进阀门的寿命，寿命是VSA装置不可靠性的主要来源。
因而，“较温和地”启动用于开闭阀门的机械部分，当然可降低这些机械失效的风险。
此外，对阀门供应部门规定了开闭时间分配的较大活动余地，可降低阀门的成本，因为可以简化生产的控制。
因此，增加启动时间和这些时间分配的活动余地，一方面可以提高装置的可靠性和降低投资，另一方面，可以仅在一定值以上，即分别大于1.5s和±0.5s时性能才会明显的下降。
这个方法可以在从一组阀门中选取阀门情形中，得到最好的经济折衷方式，这组阀门具有平均开闭时间μ在0.5s和2s之间，以及开闭时间的分配在[μ-0.2s；μ+0.2s]和[μ-0.5s；μ+0.5s]之间。
本发明不限于从空气生产氧的领域，因此可以用于其它气体流的分离，特别是例如包含氢、二氧化碳和/或一氧化碳的气体流，尤其是合成气体的生产。

Claims (10)

1.分离气体流的PSA设备，它在一个生产循环中工作，并至少包括一个吸收器和几个阀门，其特征在于：上述阀门的平均工作时间(μ)为
                0.5s＜μ＜2s
以及每个阀门的工作时间(Δt)为：
μ-x＜Δt＜μ+x，其中0.1s＜x＜0.5s
2.按照权利要求1的设备，其特征在于：阀门的平均工作时间(μ)为0.5s＜μ＜1.5s，平均工作时间(μ)最好为0.5s＜μ＜1s。
3.按照权利要求1和2之一的设备，其特征在于：0.1s＜x＜0.4s，最好为0.1s＜x＜0.3s。
4.按照权利要求1到3之一的设备，其特征在于：它至少包括3个阀门，最好是至少包括5个阀门。
5.按照权利要求1到4之一的设备，其特征在于：它至少包括两个吸收器，最好是包括两个或三个吸收器。
6.按照权利要求1到5之一的设备，其特征在于：它是VSA型。
7.按照权利要求1到6之一的设备，其特征在于：它还包括一个控制阀门工作时间的系统。
8.按照权利要求1到7之一的设备，其特征在于：它还包括一个系统，该系统用于根据上述控制系统测出的工作时间而修改阀门工作指令的顺序。
9.采用按照权利要求1到8之一的设备来生产气体流，气体流包括大于50％，最好大于80％的从氧、氮、氢组合中选取的至少一种气体。
10.采用按照权利要求1到8之一的设备来生产气体流，气体流包括大于80％的氧，最好是大于90％的氧，把上述氧送入从燃烧炉、纸浆制造装置和水处理装置中选取的耗氧设备中。
CN99123437A 1998-11-06 1999-11-05 采用具有长而不均匀工作时间的阀门的psa设备 Pending CN1253030A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9814026 1998-11-06
FR9814026A FR2785553B1 (fr) 1998-11-06 1998-11-06 Installation psa utilisant des vannes a durees de manoeuvre importantes et heterogenes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1253030A true CN1253030A (zh) 2000-05-17

Family

ID=9532484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN99123437A Pending CN1253030A (zh) 1998-11-06 1999-11-05 采用具有长而不均匀工作时间的阀门的psa设备

Country Status (9)

Country Link
US (1) US6332915B1 (zh)
EP (1) EP0998969B1 (zh)
JP (1) JP2000140551A (zh)
CN (1) CN1253030A (zh)
AT (1) ATE271415T1 (zh)
CA (1) CA2286885A1 (zh)
DE (1) DE69918773T2 (zh)
ES (1) ES2226310T3 (zh)
FR (1) FR2785553B1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109647131A (zh) * 2019-02-27 2019-04-19 大连大学 一种脉动射流变压吸附净化气体的装置
CN109789286A (zh) * 2016-07-08 2019-05-21 阿克希吉尔公司 用于清净和富氧化空气的设备和方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8136369B2 (en) 2006-07-14 2012-03-20 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude System and apparatus for providing low pressure and low purity oxygen
US20080151535A1 (en) * 2006-12-26 2008-06-26 De Castris Pierre LED lighting device for refrigerated food merchandising display cases
WO2017134535A1 (en) * 2016-02-02 2017-08-10 Sabic Global Technologies B.V. Process for separation of hydrogen and oxygen

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4101298A (en) * 1977-04-05 1978-07-18 The Bendix Corporation Pressure cycling control for fluid separator mechanism
US4194891A (en) * 1978-12-27 1980-03-25 Union Carbide Corporation Multiple bed rapid pressure swing adsorption for oxygen
IT1121117B (it) * 1979-06-06 1986-03-26 Lattuada Sergio Metodo per automatizzare ed ottimizzare il ciclo operativo di impianti di disidratazione ad adsorbimento
US4449990A (en) * 1982-09-10 1984-05-22 Invacare Respiratory Corp. Method and apparatus for fractioning oxygen
US4512781A (en) * 1983-11-14 1985-04-23 Pittsburgh Brass Manufacturing Company Shuttle valves and system for fluid control
US4877429A (en) * 1989-03-06 1989-10-31 Hunter Donald W Valve device for P.S.A. or R.P.S.A. systems
EP0449448B1 (en) * 1990-03-29 1997-01-22 The Boc Group, Inc. Process for producing oxygen enriched product stream
US5344474A (en) * 1993-04-28 1994-09-06 Air Dry Corporation Of America Gas separation device
US5389125A (en) * 1993-08-20 1995-02-14 Daniel D. Thayer Automated system for recovery of VOC's from process air

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109789286A (zh) * 2016-07-08 2019-05-21 阿克希吉尔公司 用于清净和富氧化空气的设备和方法
CN109647131A (zh) * 2019-02-27 2019-04-19 大连大学 一种脉动射流变压吸附净化气体的装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP0998969A1 (fr) 2000-05-10
FR2785553B1 (fr) 2000-12-22
DE69918773T2 (de) 2005-08-25
CA2286885A1 (en) 2000-05-06
EP0998969B1 (fr) 2004-07-21
US6332915B1 (en) 2001-12-25
FR2785553A1 (fr) 2000-05-12
DE69918773D1 (de) 2004-08-26
JP2000140551A (ja) 2000-05-23
ES2226310T3 (es) 2005-03-16
ATE271415T1 (de) 2004-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1281295C (zh) 氦气回收用控制系统
CN1238090C (zh) 变压吸附方法及装置
CN1196512C (zh) 低压力比vpsa调整和平衡系统
CN1091630C (zh) 压力变动吸附分离方法
CN1246068C (zh) 气体分离方法及装置
CN1182634A (zh) 含氧与氮的气体混合物的分离方法
CN1148255C (zh) 具有不均匀交换率的吸附剂和采用此吸附剂的psa法
CN1703265A (zh) 高回收率的psa循环及复杂性降低的设备
CN1812827A (zh) 在加速的tsa循环中预净化空气的方法
US20060042462A1 (en) Method of recycling fluorine using an adsorption purification process
CN1291910A (zh) 用高本征扩散率吸附剂及低压力比的变压吸附气体分离法
CN1758957A (zh) 氢气提纯用工艺和装置
CN1290188A (zh) 组件式加压摆动吸附装置
CN1139586A (zh) 动态清洗控制的变压吸附法
CN1820839A (zh) 用于脱硫的沸石吸附剂及其制备方法
CN1604812A (zh) 从气流中吸附污染物以及吸附剂的就地再生
CN1200949A (zh) 用来制造－富氧气体的真空/压力变动吸附方法
CN1253030A (zh) 采用具有长而不均匀工作时间的阀门的psa设备
EP1832329A1 (en) Method for processing organic solvent-containing air
KR20160055754A (ko) 활성탄카트리지 연속식 열재생장치 및 운전방법
CN1036336A (zh) 从流体料流中脱除硫化氢的组合方法
CN1153609C (zh) 净化空气的方法和装置
CN1230453A (zh) 通过可改变生产率的吸附进行气体分离的方法
CN1091993A (zh) 体内微热再生气体干燥净化方法及其装置
CN1071601A (zh) 含大量氧的气体生产方法

Legal Events

Date Code Title Description
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C06 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication