CN1798598A - 压力摆动吸附系统中的流量控制 - Google Patents

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Abstract

一种用于在流体流动于第一容器与第二容器之间期间减少冲击的方法，该方法包括下列步骤：在较高压力容器与较低压力容器之间设置一条管道；以及使由于来自较高压力容器的流体沿着管道流动所导致的较低压力容器之内压力变化的比率最小化。最小化步骤包括在预定持续时间控制第一容器与第二容器之间流体的流率。

Description

压力摆动吸附系统中的流量控制
技术领域
本发明一般涉及流体处理系统，且尤其涉及压力摆动吸附系统(pressure swing adsorption system)中的流量控制。
背景技术
压力摆动吸附通常用于气体净化过程。在其他用途中，压力摆动吸附用于从空气中分离氧和氮，从天然气中分离纯氦，以及从“重整”气体混合物中净化氢。最有效的压力摆动吸附过程是利用经由许多阶段而相互作用的多个容器(也称为“床”)持续地在高压下生产产品。
典型的压力摆动吸附周期包括一个生产步骤，其中气体流入高压容器中，且某些种类的气体被吸附，而产品种类(product species)穿过座架(column)。在生产步骤之后，就用压力均衡步骤把存在于高压容器空隙空间中的产品气体传送给系统中的其他容器。这些压力均衡步骤保持系统中的压力能量，且改进产品的回收(recovery)。也可以用一个容器中的产品气体吹扫(purge)另一个容器。来自提供吹扫气体(purge gas)容器的纯净产品扫过将进行吹扫的低压容器，并在这一过程中，脱附和去除生产步骤期间被吸附的污染气体，从而清洗容器。当容器已经提供吹扫气体而清洗另一容器之后，就经受一个“吹风”步骤，在该步骤中，容器中的压力迅速降低，以便脱附一些污染气体。这样，该容器被来自其他容器的气体吹扫及重新加压。于是，吸附床就完成了其压力摆动周期，且准备再度开始生产气体。已经设计了使用两个以上吸附床的多个压力摆动周期，且所有这些周期均使用了上述各个步骤的一些变型。
在压力摆动吸附周期的所有步骤中，重要的是要控制气体流入及流出容器的流率，并在每个容器之内形成良好的流量分布。需要控制容器中的流率，以使吸附动力及扩散动力和生产率相等，并防止容器内的吸附颗粒流化以及压力冲击(shock)。此外，所有压力摆动吸附过程中与流量相关的最重要因素之一是净化进料比(purge-to-feedrate)。这一比率通常被定义为所用净化气体实际体积与进料气体实际体积之比。净化进料比既影响着产品纯度，也影响着产品的回收，因为较高的净化进料比表示有较多气体用于清洗吸附床且因此产品纯度以产品回收为代价而增加。
增加净化进料比并保持产品回收的一个方式就是降低被吹扫容器中的压力。降低压力就减少了污染物的平衡曲面(equilibrium surface)浓度，并在被吹扫容器中为同样摩尔数量(moles)的净化气体提供较多容积交换。所以，在正在吹扫的容器中保持低压是有利的，这样便于获得高回收率的良好产品纯度。由于提供吹扫气体的容器处于高压下，所以如果不采取措施控制从这一容器进入被吹扫容器的流量，吹扫步骤就会具有高的初始压力，并因此降低效率。
有些压力摆动吸附系统采用了比例阀(proportional valve)、压力调节阀或手动调节阀，以便调节提供吹扫气体的容器与被吹扫容器之间的流量。因此，在气体进入被吹扫容器之前其压力就被降低。调节阀增加了压力摆动吸附系统的额外费用，且它们需要大范围的调节来优化性能。因为阀升程(valve lift)中微小的变化会导致流率巨大变化，所以调节阀的调节对于例如氢之类的低分子量的产品气体尤其困难，并非常耗时。
在某些压力摆动吸附系统中不使用减压阀的情况下，提供吹扫气体容器中的气体迅速流入被吹扫容器中，通常该气体经由一次或多次流体冲击而膨胀，并最终由容器管道系统进行调节。这样就能不利地导致两个容器中的压力均衡，因而导致两种各自独立的不良现象。首先，被吹扫容器中所产生的高压限制了被吸附杂质的脱附的热力学可行程度。其次，提供吹扫气体容器中压力的迅速降低会导致被吸附杂质特别不合要求地突然脱附，这些杂质不可避免地会被带进被吹扫容器中。然后，这些杂质在被吹扫容器的临界产品(critical product)出口末端附近被吸附，并在后续生产步骤中进行释放，因此就大大降低产品纯度。
所以，不希望让吹扫气体容器迅速将其内容排放到被吹扫容器中。同样，也不希望使用某些压力摆动吸附系统中所描述的压力调节阀，因为这些阀增加了该系统的复杂性。节流阀虽然比压力调节阀简单一些，但是因为此种阀要求每个压力摆动吸附系统都具有良好的调节度，所以也不符合要求。这种旋转不利于顺次生产的压力摆动吸附系统，因为生产过程需要进行长时间测试及校准。这些问题对于氢净化压力摆动吸附系统来说，格外复杂，因为氢的粘度极低，而且氢有很高的声速。这些系统要求很小的小孔尺寸，以便达到与其他气体相关的流量调节。此种微小的小孔在调节中受到吸附颗粒及孔颈侵蚀的阻塞，并随后发生偏移。这些问题在每天处理不到一吨氢的压力摆动吸附系统中尤其严重，因为节流所要求的喷嘴尺寸小于单个吸附颗粒，且甚至可以小得不能由普通技术来加工。
此种采用流经小孔的节流装置，其另一个缺点是所发送的流量从吹扫步骤开始到其结束发生急剧变化。这是流经小孔的本质特征，即限制速度与压差的平方成比例。因此，流率在记时步骤开始记时步骤结束之间显著降低，在记时步骤开始时，提供吹扫气体的容器中压力高，在记时步骤结束时，压力低。流率的此种迅速变化不但能导致被吹扫容器中的不利压力上升，而且能导致提供吹扫气体容器中的杂质脱附。另外，如果解除吸附动力相对较低，则能够降低吹扫步骤中从被吹扫容器中去除被吸附杂质种类的功效，因为许多吹扫气体在吹扫步骤早期就移动穿过容器。
尤其是当要求使用紧凑的压力摆动吸附系统时，由于复杂的流体歧管装置(fluid manifolding)要求连接节流阀或调压阀，所以这些问题非常复杂。此种歧管装置不利地增加了生产压力摆动吸附系统所要求的制造及组装时间。
发明内容
因此，本发明有利地提供一种花费低廉且有效的方法，其用于控制如压力摆动吸附系统之类的流体处理装置中的气流。
根据本发明的第一个方面，提供一种方法，其用于减小第一容器与第二容器之间的流体流动期间的冲击。该方法包括在第一容器与第二容器之间设置一条管道，并使因来自第一容器的流体沿着管道流动而导致的第二容器内的压力变化率最小化。该最小化步骤还包括在预定持续时间控制第一容器与第二容器之间流体的流率。
根据本发明的另一个方面，提供一种方法，其用于控制气体的流量。该方法包括把气体从第一容器导向第二容器，并在第一容器与第二容器之间的气流中获得预定流率曲线(profile)，其中，获得步骤包括通过以交替方式打开和关闭第一阀而把第一脉冲引入气流中。
根据本发明的又一个方面，提供一种方法，该方法用于控制气体的流量。该方法包括把气体从第一容器导向第二容器，并在第一容器与第二容器之间的气流中获得预定流率曲线，其中，获得步骤包括在第一容器与第二容器之间的气流中设置流量限制器，该流量限制器使流率与压差之间呈线性关系。
根据本发明的又一个方面，提供一种气体处理装置。该装置包括第一容器和第二容器，每个容器均包括气体处理材料、使第一容器与第二容器相连接以便使第一容器与第二容器之间的气体通联的歧管，以及设置在第一容器与第二容器之间的第一歧管装置。歧管装置包括第一活塞阀，以及第一多孔流量限制器。
根据本发明的又一个方面，提供一种气体处理装置。该装置包括第一容器和第二容器、使第一容器与第二容器相连接以便使第一容器与第二容器之间的气体通联的歧管，以及第一装置，该装置用于使因来自第一容器的流体沿着管道流动而导致的第二容器内的压力变化率最小化。第一最小化装置在预定持续时间控制着第一容器与第二容器之间气流的比率。
附图说明
合并到其中并构成本说明书一部分的附图显示了本发明的当前优选实施例，且与上述概述及下文中对优选实施例的详细说明一起，起到解释本发明原理的作用。
图1是本发明一个示范实施例所述的处理组件的示意性视图；
图2是本发明另一实施例所述的处理组件的示意性视图；
图3是本发明又一实施例所述的、包括流量限制部件在内的处理装置的示意性视图；
图4是图3所示歧管装置的横截剖视图。
具体实施方式
现在参照附图，描述本发明的几个实施例，其中，相同的附图标记表示多个视图中同样的或对应的部分。
图1示出了容器10和20，该容器是处理装置1A的组成部分。每个容器10和20均能包括流体处理材料，例如吸附材料。在本公开中，所说明的处理装置1A用于压力摆动吸附过程；然而，处理装置1A也能用于各种各样的流体处理用途。例如，处理装置1A可用于处理气体形式或液体形式的流体，这要依据处理装置1A中所包括的流体处理部件的功能而定。而且，处理装置1A可用于范围广泛的工作条件，例如高压气体条件。
容器10包括口子12与14，容器20则包括口子22与24。口子12与14经由管道16与18而分别连接着阀10A与10B。口子22与24经由管道26与28而连接着阀20A与20B。阀10A与20A可连接着料源歧管或废料歧管，且阀10B与20B可连接着产品歧管。容器10与20被设有阀10C的歧管100连接在一起，该阀10C充当流量控制部件。在压力摆动吸附的一个周期步骤期间，当阀10C处于打开状态时，流体可以在容器10与20之间流动。当阀10C处于关闭状态时，气流就不可能在容器10与20之间穿过歧管100。
阀10C可布置为一个活塞阀，如图4所示那样。可选的是，阀10C还可布置成现有技术已知的任何其他部件，此种部件可精确地控制而在相对较低粘度与较高声速的流体(例如氢)流中产生脉冲。阀10C可用气动方式或以螺线管驱动，或以现有技术所知的、以脉动方式启动阀门的其他任何装置来驱动。
在一个压力摆动吸附周期中，容器10开始一个步骤，即以第一升高压力(elevated pressure)提供吹扫气体，此时，容器20处于较低的第二压力下。阀10C起初是关闭的。在容器10为容器20提供吹扫气体这一吹扫步骤中，不允许气体穿过阀10A而流入容器10中，且不容许穿过阀10B而流动。不容许气体穿过阀20B而流入容器20中，但吹扫气体穿过阀20A排出。当阀10C在吹扫步骤中打开时，来自容器10的吹扫气体就穿过阀10C而流入容器20中且流出阀20A，所述气体在那里被处置。此种气体的流率是由这一流动路径中的流体摩擦所支配的，且该流率通常在初始条件下极高，并由于容器10中的压力减小而使该流率随后大大降低。
脱离容器20的流体摩擦通常会在容器20中产生升高压力，该压力处于该容器初始压力与容器10的初始压力之间。如果脱离容器的流动逼近临界条件即声速，则压力就会变得很大，且容器10和20可能实际上达到基本上相同的居中压力。
从本发明的一个方面来看，阀10C交替地被打开与关闭，以容许来自容器10的流体流动脉冲在吹扫步骤期间进入容器20中。该脉冲的频率和持续时间可以变动，以便在压力摆动吸附周期的吹扫步骤期间输送基本上恒稳的流率曲线，或者任何其他流率曲线，例如按时间顺序增大的流率或减小的流率。阀10C的驱动可由计算机处理单元控制，该处理单元运行程序而对阀10C进行操作，从而达到预定驱动模式。
上述流量控制方法有许多重要优点。首先，可以有利地选择脉冲的频率和持续时间，从而使容器20内部的平均压力保持在最小程度。其次，所提供的吹扫程度可以与吹扫步骤的整个时间量无关。因此，如果压力摆动吸附周期要求适当长度的吹扫步骤，但在吹扫步骤中仅仅要把少量吹扫气体传入那两个容器中，则可以有利地控制传送气体的持续时间。例如，控制阀10C可以利用把吹扫气体由一个容器导引到另一容器而分配的整个时间期间，进行气体传送。对于这一文件，“整个时间期间……可用来”指的是一种条件，在该条件下，执行流体处理步骤占用在分配给该步骤的整个时间期间，使斜升(ramp-up)和斜降(ramp-down)所用时间最少，如业界所认识的那样。
最后，本发明的第一实施例不需要压力摆动吸附装置中的辅助设备，这有利于减小该装置的尺寸、重量、复杂性以及制造成本。
图2显示容器10、20及30，这些容器都是处理装置1A的组成部分，而且经由流体歧管100联通。作为非限制的例子，流体歧管100可布置成如美国专利申请No.10/269064所述的那种平行流体歧管，该专利申请整体在此一并作为参考。容器10、20及30分别带有阀10C、20C及30C，每个阀都控制着流体歧管100与对应容器之间的流量。阀10C、20C及30C如同图1所示实施例中的阀10C那样以同样方式布置。容器30包括口子32与34，这些口子分别经由管道36与38连接到阀30A与30B上。
在压力摆动吸附周期期间，当启动吹扫步骤而使容器10为容器20提供吹扫气体(如图1所示)时，使容器30与歧管100相连接的阀30C通常处于关闭条件下。阀10A、10B、20A及20B的流动状态则如上文所述。在吹扫步骤期间，阀10C与20C均完全打开。然而，此种条件会导致本发明背景技术中所述的问题。
脉动阀(pulsing valve)10C与20C的同样方法可以用于控制吹扫气体从容器20流向容器20，如图1所示系统中所用方法那样。阀10C与20C的打开与关闭既可以是同步的，也可以是异步的，而异步打开的优点在于可利用流体歧管100的容积来缓冲压力脉冲，否则就要用本发明所述阀脉动方法。
因此，通过交替地把来自容器10的吹扫气体充入歧管100的容积中，然后把所述气体排放到容器20中，使压力脉冲的大小变为最小。在一个例子中，阀20C与30C关闭，同时来自容器10的吹扫气体从阀10C被导入歧管100中。当整个预期数量的气体从容器10传送给歧管100时，阀10C关闭。为了随后把吹扫气体导向容器20，接着就被以交替方式将阀20C打开和关闭，以向容器20提供脉动的、已计量的气流，如图1所示对阀10C的操作那样。在另一个例子中，以交替方式(即同步地)持续且同时地打开和关闭阀10C与20C，以便在吹扫期间让脉动的、已计量的吹扫气体从容器10流向容器20。也可以在吹扫期间持续地异步操作阀10C与20C，使得在阀20C关闭时打开10C，以及反之亦然。而且，阀10C或20C能保持在持续打开的位置上，同时，另外那个阀如图1所示那样操作。
可以通过使阀的打开时间略微重叠而获得压力变化的变体，从而可以获得基本恒稳的压力衰减比率。
本发明的流量控制方法的一个特殊优点在于，在压力摆动吸附周期的一个既定步骤中，可以计量通过从处于第一最大压力的一个或更多个容器到处于一个或更多个较低压力下的一个或更多个容器的歧管的流体。每个容器之间所传送的流体的流率和流量比例，可通过改变控制阀脉冲的持续时间和频率而变化。尽管已知压力摆动吸附周期是根据一种设想而设计成的，该设想就是，在压力均衡步骤和吹扫步骤期间流量是在各个截然不同的容器之间发送的，但使用本发明的流量控制方法可让更为复杂的流量分布得以执行。这样就可以有利地用于分离复杂混合物，或用于在周期期间改变各容器之间所传送气体的纯度。
图3说明了图2所示容器，其中带有流量限制部件11、21及31(下文称其为“流量限制器”)。每个流量限制器11、21及31均具有流率与压差之间的线性关系，或者具有流率与压差之间的预定非线性关系。与所述流量限制器相比，大多数阀门在本质上都是非线性的(例如带有伯努利流量〔Bernoulli flow〕)。当使用这些流量限制器执行前述吹扫步骤时，可以实现许多优点。首先，可以有利地减少获得预期流量曲线所要求的阀脉冲的数量，因为避免了常规计量阀的高度非线性流状态。这样就会延长阀密封寿命，并且，如果在脉动期间阀的响应时间是限制因素，则对于既定的阀响应时间可以执行更快的压力摆动吸附周期。恰当选择流量限制件能够完全消除对于阀脉动的需求，同时依然提供改进了的压力以及本发明的流量控制。
具有压差与流率之间线性关系的一个零件的例子，就是多孔流量零件(flow element)，例如使用烧结金属纤维或金属粉末制作的此种零件。每个流量限制器11、21及31均能布置为这种多孔流量零件。还可有利地采用由其他材料例如纸、陶瓷或聚合体制作的多孔体。特别优选的多孔流量限制器材料是用例如Mott Corporation所供应的烧结金属粉末制成的。
图3显示的处理装置1C包括流量限制器11、21及31，这些流量限制器安装在容器10、20及30与它们附带的控制阀10C、20C及30C之间。例如，流量限制器11安装在容器10及其相关控制阀10C之间。流量限制器11则可选地位于控制阀10C与平行的歧管100之间。在图1所示系统中，流量限制器可位于连接容器10与容器20的歧管100上的任何地方。在图3所示处理装置1C的各个容器经由平行的歧管100而联通的布置中，在两个容器之间的流动会穿过两个流量限制器。因此，如果容器10向容器20提供吹扫气体，则该气体就会穿过流量限制器11，然后穿过流量限制器21。在类似于图1所示例子的系统中，仅要求设置一个流量限制器。对于图3所示例子可选的是，处理装置1C可以包括比图中所示者更多或更少的流量限制器，且可以包括任何构造的流量限制器，以便产生合乎要求的流动周期。
由于流量限制器所产生的流阻(flow resistance)，其数量可以用本领域技术人员已知的技术进行选择，以确保在既定压力摆动吸附周期步骤期间流体流动的比率适当。可以根据期望的流率，改进期望的脉动频率，以及人们所关心的压力摆动吸附周期步骤的期望长度、各种标准。
图4是歧管装置40的剖视图，该装置包括流量限制器11、阀10C以及一部分管道18，该管道连接着口子14。歧管装置14可布置为美国专利申请第10/269067号(U.S.Patent Application No.10/269,067)所述那种压力摆动吸附流动歧管，该专利申请整体在此一并作为参考。歧管装置40包括与阀室42流体通联的一部分流体歧管100，该阀室设置了阀10C，该阀布置成活塞阀并包括阀杆(stem)44以及密封表面41。阀杆44被布置成沿着孔45线性移动。图中所示阀10C处于打开位置上，其中，密封表面41脱离了与阀座46的密封接触。在阀座46与流体管道18(该管道与容器10通联)之间插入了多孔流量限制器11。流量限制器11由定位环48(retaining ring)定位而抵靠着肩部43。定位环48可以由螺纹、粘合剂、压配合或专业人员熟知的任何其他方式而固定。可选的是，定位环48可布置为卡环。定位环48最好可让多孔流量限制器11由于检查或替换而被卸除。
流量限制器11和定位环48定位使得塞阀10C可以自由启动，使密封表面移动而与阀座46相密封接触以及相脱离。流体歧管100与管道18之间的流量根据上述方法而受到流量限制器11的限制。如果有任何吸附纤细物或其他颗粒夹带在流动的流体中，它们就会沉积在流量限制器11的表面上。当在压力摆动吸附周期期间，反向流过流量限制器11时，任何沉积的颗粒就会被流体压力从流量限制器11的表面上逐出。因此，流量限制器11是高度抗颗粒阻塞的。同样的，假如有冷凝物(condensate)形成于流量限制器11的表面上，就会在后续的反向流动步骤中被吹扫掉。
应当注意的是，任何所要求数量的压力摆动吸附容器都可以与图4所示流体歧管100相连接。每个容器均有其自己相关的流动管道18及其自己的阀、阀座以及流量限制器的组合。于是由此形成的装置就可有利地用于在两个或更多个吸附容器之间实施任何压力摆动吸附周期，而此种周期牵涉到一个周期步骤，该步骤因本发明的流量控制特性而获益。此种压力摆动吸附周期步骤的一个重要例子就是设置从一个容器到另一个容器的吹扫气体。
专业人员都会意识到，只要不背离本发明的宗旨或基本特征，就能够以其他特定方式实施本发明。所以，已考虑到现在公开的这些实施例全都是说明性的，且并非限制性的。本发明的范围由随附的权利要求书而非由上述说明所表示，且符合其含义及范围及对等者的所有变化均包含在权利要求书中。

Claims (44)

1.一种用于在流体流动于第一容器与第二容器之间期间减少冲击的方法，该方法包括下列步骤：
在第一容器与第二容器之间设置一条管道；以及
使因流体从第一容器沿着管道流动而导致的第二容器内的压力变化比率最小化；
其中，最小化步骤包括在预定持续时间控制第一容器与第二容器之间流体的流率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：控制流率的步骤包括下列步骤：
在管道中设置一个阀；以及
控制该阀而使该阀脉动打开与关闭，以便在预定持续时间获得预定流率曲线。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：控制流率的步骤包括在管道中设置流量限制器，以便在预定持续时间获得预定流率曲线。
4.一种控制气体流率的方法，包括下列步骤：
把气体从第一容器导向第二容器；以及
在第一容器与第二容器之间的流体流中获得预定流率曲线；
其中，获得步骤包括以交替方式打开与关闭第一阀而把第一脉冲引入流体流中。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：第一阀是活塞阀。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于：获得步骤还包括把第一多孔流量控制部件定位于第一容器与第二容器之间，从而使第一脉冲与多孔流量控制部件的流量限制效果相结合而达到预定流率曲线。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：第一多孔流量控制部件使流率与压差之间呈线性关系。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：第一多孔流量控制部件由烧结金属粉末制成。
9.如权利要求4所述的方法，还包括把预定流率曲线设定为恒稳流率这样一个步骤。
10.如权利要求4所述的方法，还包括把预定流率曲线设定为按时间顺序增大流率这样一个步骤。
11.如权利要求4所述的方法，还包括把预定流率曲线设定为按时间顺序减小这样一个步骤。
12.如权利要求4所述的方法，其特征在于：预定流率曲线设定使得分配于完成导向步骤的时间期间完全用于执行导向步骤。
13.如权利要求4所述的方法，其特征在于：获得步骤包括以交替方式打开与关闭第二阀而把第二脉冲引入第一容器与第二容器之间的流体流中，并使第一脉冲与第二脉冲的组合达到预定流率曲线。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：获得步骤还包括把第二多孔流量控制部件定位于第一容器与第二容器之间，其中第一脉冲、第二脉冲以及第二流率控制部件流量控制效果的组合达到预定流率曲线。
15.如权利要求14所述的方法，还包括以异步方式打开与关闭第一阀与第二阀这样一个步骤。
16.如权利要求14所述的方法，还包括以同步方式打开与关闭第一阀与第二阀这样一个步骤。
17.一种控制气体流率的方法，包括下列步骤：
把气体从第一容器导向第二容器；以及
在第一容器与第二容器的流体流中获得预定流率曲线；
其中，获得步骤包括在第一容器与第二容器之间的流体流中设置流量限制器，该流量限制器使流率与压差之间呈线性关系。
18.如权利要求17所述的方法，获得步骤还包括以交替方式打开与关闭第一阀而把第一脉冲引入流体流中，从而使第一脉冲与流量限制器的流量限制效果的组合达到预定流率曲线。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于：第一阀是活塞阀。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于：流量限制器是多孔的。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于：流量限制器由烧结金属粉末制成。
22.如权利要求17所述的方法，还包括把预定流率曲线设定为恒稳流率这样一个步骤。
23.如权利要求17所述的方法，还包括把预定流率曲线设定为按时间顺序增大流率这样一个步骤。
24.如权利要求17所述的方法，其特征在于：还包括把预定流率曲线设定为按时间顺序减小这样一个步骤。
25.如权利要求17所述的方法，其特征在于：预定流率曲线设定使得分配于完成导向步骤的时间期间完全用于执行导向步骤。
26.如权利要求18所述的方法，其特征在于：获得步骤包括以交替方式打开与关闭第二阀而把第二脉冲引入第一容器与第二容器之间的流体流中，并使第一脉冲与第二脉冲的组合达到预定流率型面。
27.如权利要求17所述的方法，其特征在于：获得步骤还包括把第二多孔流量控制部件定位于第一容器与第二容器之间，其中第一脉冲、第二脉冲以及第二流率控制部件流量控制效果的组合达到预定流率曲线。
28.如权利要求26所述的方法，还包括以异步方式打开与关闭第一阀与第二阀这样一个步骤。
29.如权利要求26所述的方法，还包括以同步方式打开与关闭第一阀与第二阀这样一个步骤。
30.一种气体处理组件，包括：
第一容器与第二容器，每个该容器均包括气体处理材料；
第一歧管，该歧管连接着第一与第二容器，以便在第一与第二容器的气体之间形成联通；以及
设置在第一容器与歧管之间的第一歧管装置，该歧管组件包括：
第一活塞阀，以及
第一多孔流量限制器。
31.如权利要求30所述的组件，其特征在于：流量限制器使流率与压差之间呈线性关系。
32.如权利要求30所述的组件，其特征在于：流量限制器由烧结金属粉末制成。
33.如权利要求30所述的组件，还包括设置在第二容器与歧管之间的第二歧管装置，该歧管装置包括第二活塞阀。
34.如权利要求33所述的组件，其特征在于：第二歧管装置包括第二多孔流量限制器。
35.如权利要求30所述的组件，其特征在于：气体处理材料是吸附材料。
36.一种气体处理装置，包括：
第一与第二容器；
歧管，该歧管连接着第一与第二容器，以便在第一与第二容器之间的气体中形成联通；以及
第一装置，其用于使因气体从第一容器沿着歧管流动而导致的第二容器之内压力变化的比率最小化；
其中，第一最小化装置控制着在预定持续时间第一容器与第二容器之间气流的比率。
37.如权利要求36所述的装置，其特征在于：第一最小化装置控制着气流比率，以便在预定持续时间获得预定流率曲线。
38.如权利要求36所述的装置，其特征在于：第一最小化装置通过把第一脉冲引入气流中而控制着气流比率。
39.如权利要求38所述的装置，还包括第二装置，其用于使气流所引起的第二容器之内压力变化的比率最小化，该第二最小化装置通过把第二脉冲引入气流中而控制着气流比率。
40.如权利要求36所述的装置，其特征在于：第一最小化装置根据流率与压差之间线性关系来限制流量而控制着气流比率。
41.如权利要求37所述的装置，其特征在于：预定流率曲线被设定为恒稳流率。
42.如权利要求37所述的装置，其特征在于：预定流率曲线被设定为按时间顺序增大的流率。
43.如权利要求37所述的装置，其特征在于：预定流率曲线被设定为按时间顺序减小的流率。
44.如权利要求36所述的装置，其特征在于：第一最小化装置控制气流的流率，从而使第一容器中内部压力保持为比第二容器内部压力更高的压力。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103785271A (zh) * 2008-04-21 2014-05-14 气体产品与化学公司 循环摆动吸附方法的改进
CN109794143A (zh) * 2019-02-27 2019-05-24 大连大学 一种脉动射流变压吸附净化气体的方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7879138B2 (en) 2006-07-20 2011-02-01 Air Products And Chemicals, Inc. Pressure swing adsorption method and system with multiple-vessel beds
US7763102B2 (en) * 2007-02-05 2010-07-27 Lummus Technology Inc. Pressure swing adsorption modules with integrated features
KR102175560B1 (ko) * 2019-04-23 2020-11-06 한국조선해양 주식회사 가스 처리 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2363362A1 (fr) * 1976-09-07 1978-03-31 Air Liquide Procede de traitement, par adsorption, d'un melange gazeux
US4197095A (en) * 1978-08-31 1980-04-08 Pall Corporation Heatless adsorbent fractionators with microprocessor cycle control and process
JPS55104623A (en) * 1979-02-07 1980-08-11 Hitachi Ltd Fractionation of gaseous mixture
ZA811931B (en) * 1980-03-31 1982-05-26 African Oxygen Ltd Process and apparatus for the separation of gaseous mixture
GB2086258A (en) * 1980-10-30 1982-05-12 Boc Ltd Process and apparatus for separation of a gaseous mixture
JPH0683776B2 (ja) * 1988-03-28 1994-10-26 ニューマテック インコーポレーテッド ガス乾燥装置及び方法
JP2691991B2 (ja) * 1988-05-12 1997-12-17 豊 野口 気体分離方法
JPH0352615A (ja) * 1989-07-20 1991-03-06 Yutaka Noguchi 気体分離方法
CA2054199A1 (fr) * 1990-03-02 1991-09-03 Sylvie Eteve Procede de production d'oxygene par separation d'air par adsorption
EP0449448B1 (en) * 1990-03-29 1997-01-22 The Boc Group, Inc. Process for producing oxygen enriched product stream
JPH04334521A (ja) * 1991-05-10 1992-11-20 Nippon Shinku Kogaku Kk 高純度ガスの製造方法
US5340381A (en) * 1993-05-17 1994-08-23 Vorih Marc L Operating system for dual-sieve oxygen concentrators
GB2286135A (en) * 1994-01-26 1995-08-09 Boc Group Plc Pressure swing adsorption apparatus
US5474595A (en) * 1994-04-25 1995-12-12 Airsep Corporation Capacity control system for pressure swing adsorption apparatus and associated method
US5593478A (en) * 1994-09-28 1997-01-14 Sequal Technologies, Inc. Fluid fractionator
US5704964A (en) * 1994-12-27 1998-01-06 Nippon Sanso Corporation Pressure swing adsorption process
JP3646238B2 (ja) * 1997-01-30 2005-05-11 独立行政法人科学技術振興機構 パルス流制御式圧力スイング吸着法
JP3654477B2 (ja) * 1997-02-17 2005-06-02 独立行政法人科学技術振興機構 パラメトリックガスクロマトグラフィーによる気体のバルク分離方法
FR2788993B1 (fr) * 1999-01-29 2001-02-23 Air Liquide Procede d'epuration d'un gaz par adsorption
US6558451B2 (en) * 2000-05-10 2003-05-06 Airsep Corporation Multiple bed pressure swing adsorption method and apparatus
US6342090B1 (en) * 2000-05-16 2002-01-29 Litton Systems, Inc. Gas generating system with multi-rate charging feature
US6755895B2 (en) * 2002-04-09 2004-06-29 H2Gen Innovations, Inc. Method and apparatus for pressure swing adsorption
US6699307B1 (en) * 2002-10-11 2004-03-02 H2Gen Innovations, Inc. High recovery PSA cycles and apparatus with reduced complexity

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103785271A (zh) * 2008-04-21 2014-05-14 气体产品与化学公司 循环摆动吸附方法的改进
CN109794143A (zh) * 2019-02-27 2019-05-24 大连大学 一种脉动射流变压吸附净化气体的方法
CN109794143B (zh) * 2019-02-27 2022-02-22 大连大学 一种脉动射流变压吸附净化气体的方法

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JP4855927B2 (ja) 2012-01-18
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KR20110046547A (ko) 2011-05-04
CN100391576C (zh) 2008-06-04
EP1628739A4 (en) 2006-10-25
CA2523127A1 (en) 2004-12-16

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