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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer
Anlage zur Behandlung eines Gases durch Adsorption, die N Adsorptionseinheiten
umfasst, wobei N größer oder
gleich zwei ist, die gemäß einem
Zyklus arbeiten, der gleichmäßig in höchstens
N Phasenzeiten unterteilt ist und bei dem während eines Teils desselben
mindestens eine der Adsorptionseinheiten dem Abfluss von mindestens
einer der anderen Adsorptionseinheiten ausgesetzt wird, in dem mindestens
ein Steuerungssequenzer verwendet wird, der die Steuerstufen der
N Adsorptionseinheiten in einem Zyklus festlegt und der in einer
Schleife auf sich selbst den zyklischen Betrieb der Behandlungsanlage
sicherstellt, und in dem mittels Steuerstufen der Behandlungsanlage,
die während
einer gegebenen Phasenzeit eines Zyklus eines Betriebsmodus der
Anlage erfolgen, durch Extrapolation zu den anderen Phasenzeiten
des Zyklus der Sequenzer des Betriebsablaufs erhalten wird.
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Sie
betrifft ebenfalls eine Anlage zur Behandlung eines Gases durch
Adsorption, die mittels eines solchen Verfahrens gesteuert wird.
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Ein
Verfahren dieser Art ist in den Dokumenten US-A-6 063 161 und DE-A-4 239 615 beschrieben. Das
Dokument US-B1-6 224 651 im Namen der Anmelderin beschreibt außerdem ein ähnliches
Verfahren mit periodischer Isolierung von Adsorbern.
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Um
den korrekten Betrieb einer Anlage zur Behandlung eines Gases durch
Adsorption, die mit mehreren Adsorbern im zyklischen Modus versehen
ist, sicherzustellen ist bekannt, einen Sequenzer einzusetzen, das
heißt
einen geordneten Satz von Vorgängen
zur Steuerung von Adsorbern. Diese Sequenzer erweisen sich als besonders
nützlich,
wenn die Anlage eine große
Anzahl von Adsorbern umfasst, die selektiv oder gleichzeitig einerseits
externen Zuführungs-
und Regenerierungsflüssen
und andererseits von anderen Adsorbern stammenden Flüssen ausgesetzt
werden, wobei ein Sequenzer auf gegliederte Weise Hunderte von Befehlen
zur Betätigung
von Ventilen dieser Adsorber zusammenfasst, mit dem Ziel, den zyklischen
Betrieb der Anlage sicherzustellen.
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Außerdem besteht
zunehmende Nachfrage nach Behandlungsanlagen mit Adsorbern, die
mit einem hohen Grad an Zuverlässigkeit
und Stabilität
arbeiten. Folglich ist es wünschenswert,
dass, selbst wenn aufgrund eines Wartungsvorgangs oder unvorhergesehenen
Ereignisses, wie eines Ventilbruchs, ein oder mehrere Adsorber außer Betrieb
sind, diese Anlagen weiter in einem Ausnahmemodus arbeiten, das
heißt
weiter einen Strom behandelten Gases mit einer Durchflussmenge und
einer Reinheit produzieren können,
die im Wesentlichen denen des Stroms behandelten Gases im Normalmodus ähnlich sind.
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Der Übergang
zwischen dem Normalmodus und einem Ausnahmemodus muss sehr schnell
vor sich gehen und so wenig Störungen
des austretenden Stroms behandelten Gases wie möglich verursachen, mit dem
Ziel, die Kontinuität
von stromabwärtigen
Anlagen, die das behandelte Gas verbrauchen, sicherzustellen.
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Die
Berücksichtigung
dieser verschiedenen Betriebsmodi für das Verfahren zur Steuerung
einer solchen Anlage erweist sich aufgrund der sehr großen Anzahl
der denkbaren Möglichkeiten
besonders komplex. Es ist daher erforderlich, alle Möglichkeiten
der Isolierung von Adsorbern und des plötzlichen Eintretens eines Produktionsereignisses
einzuplanen, ohne dabei die Reaktionszeit der Anlage zu verlängern.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur
Steuerung einer Anlage zur Behandlung eines Gases durch Adsorption
der oben genannten Art bereitzustellen, die es ermöglicht,
die Arbeit der Programmierung einer Steuereinheit, die dieses Verfahren reproduziert,
deutlich zu verringern und die Reaktionsfähigkeiten der entsprechenden
Anlage zu verbessern.
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Zu
diesem Zweck hat die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer
Behandlungsanlage mit N Adsorptionseinheiten der präzisierten
Art zur Aufgabe, in dem:
- – zunächst mit jeder aufeinander
folgenden Phasenzeit des Zyklus ein Parameter (beweglicher Parameter genannt)
zur Identifizierung des Betriebszustands der Adsorptionseinheit
assoziiert wird, der innerhalb der Phasenzeit liegt; anschließend für die gegebene
Phasenzeit eine parametrisierte Sequenz von Steuerstufen der Behandlungsanlage
während
der gegebenen Phasenzeit definiert wird, wobei jede Adsorptionseinheit,
die durch die Stufen der Sequenz gesteuert wird, durch den Parameter
zur Identifizierung des Betriebszustands der Adsorptionseinheit
bezeichnet wird; und schließlich
ein Steuerungssequenzer der Behandlungsanlage erzeugt wird, indem
während
jeder Phasenzeit des Zyklus eine Adsorptionseinheit jedem beweglichen
Parameter der parametrisierten Sequenz angeglichen wird, so dass
bewirkt wird, dass die Reihe von Phasenzeiten des Zyklus in allen
im Betrieb befindlichen Adsorptionseinheiten befolgt wird;
- – für N im Betrieb
befindliche Adsorptionseinheiten ein Normalmodus-Steuerungssequenzer
der Behandlungsanlage erzeugt wird;
- – jede
Stufe der parametrisierten Sequenz des Normalmodus-Sequenzers durch
einen beweglichen Parameter und eine Stufennummer bezeichnet wird;
- – vor
dem Definieren der parametrisierten Sequenz für jede Adsorptionseinheit,
die vorübergehend
von dem Rest der Anlage isoliert ist, ein feststehender Parameter
zur Identifizierung des isolierten Zustands der isolierten Einheit
eingeführt
wird und, wenn der Steuerungssequenzer der Behandlungsanlage erzeugt wird,
während
aller Phasenzeiten des Zyklus die oder eine der isolierten Adsorptionseinheiten
dem oder jedem feststehenden Parameter angeglichen wird, wodurch
ein Ausnahmemodus-Steuerungssequenzer der Behandlungsanlage erzeugt
wird;
- – jede
Stufe der parametrisierten Sequenz des Ausnahmemodus-Sequenzers
durch den oder die feststehenden Parameter, einen beweglichen Parameter
und eine Stufennummer bezeichnet wird;
- – eine
parametrisierte Sequenz für
den Übergang
zwischen der parametrisierten Sequenz des Normalmodus-Sequenzers und der
parametrisierten Sequenz des Ausnahmemodus-Sequenzers der Behandlungsanlage
vorgesehen wird;
- – jede
Stufe der parametrisierten Übergangssequenz
durch einen beweglichen Parameter der Sequenz des Normalmodus-Sequenzers,
den oder die feststehenden Parameter, einen beweglichen Parameter
der Sequenz des Ausnahmemodus-Sequenzers und eine Stufennummer bezeichnet
wird;
- – für etwa die
Hälfte
der isolierten Adsorber der Ausnahmemodus-Sequenzer ein Wartungsmodus-Steuerungssequenzer
der Behandlungsanlage ist;
- – der
erzeugte Sequenzer erhalten wird, indem er die parametrisierte Sequenz
so oft auf sich selbst in einer Schleife laufen lässt, wie
der Zyklus Phasenzeiten aufweist, und während jeder Schleife die entsprechende Adsorptionseinheit
jedem Parameter angeglichen wird; und
- – die
entsprechende Adsorptionseinheit mittels einer Entsprechungstabelle
jedem Parameter angeglichen wird.
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Die
Erfindung hat ebenfalls eine Anlage zur Behandlung eines Gases durch
Adsorption der Art zur Aufgabe, die einerseits N Einheiten umfasst,
wobei N größer oder
gleich 2 ist, die gemäß einem
Zyklus arbeiten, der gleichmäßig in höchstens
N Phasenzeiten unterteilt ist und bei dem während eines Teils desselben
mindestens eine der Adsorptionseinheiten dem Abfluss von mindes tens
einer der anderen Adsorptionseinheiten ausgesetzt wird, wobei die
N Adsorptionseinheiten mit einer Leitung zur Zuführung von zu behandelndem Gas, einer
Leitung zur Produktion von behandeltem Gas und einer Leitung zum
Sammeln eines Restgasstroms verbunden sind und mit Leitungen und
Ventilen zum gleichzeitigen Verbinden der Adsorptionseinheiten miteinander
und der Adsorptionseinheiten mit den Zufuhr-, Produktions- und Sammelleitungen
ausgestattet sind; und andererseits eine Einheit zur Steuerung der
Anlage, die mindestens einen Steuerungssequenzer der Adsorptionseinheiten
definiert, der den zyklischen Betrieb der Anlage sicherstellt, in
der mindestens ein Sequenzer der Steuereinheit durch Anwendung des
wie oben definierten Steuerungsverfahrens erhalten wird und zumindest
bestimmte Verbindungsventile jeweils durch einen Parameter der parametrisierten
Sequenz bezeichnet werden, wodurch der mindestens eine Sequenzer
der Steuereinheit erzeugt wird.
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Gemäß einem
vorteilhaften Merkmal dieser Anlage werden die Ventile, die durch
einen Parameter der parametrisierten Sequenz bezeichnet sind, in
Ventilsätze
entsprechend der Benutzung durch das Gas unterteilt, das die Ventile
ein und desselben Satzes durchströmt, und dass jedes der durch
einen Parameter bezeichneten Ventile ebenfalls durch die Nummer
des Satzes bezeichnet wird, zu dem das entsprechende Ventil gehört.
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Die
Erfindung wird durch Lesen der folgenden Beschreibung besser verstanden
werden, die lediglich beispielhaft gegeben ist und die auf die Zeichnungen
verweist, in denen:
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die 1 eine
schematische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Anlage zur Behandlung eines
Gases durch Adsorption ist;
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die 2 ein
Diagramm des Betriebszyklus von Adsorbern der Anlage der 1 ist,
in dem verschiedene Betriebszustände a, b, ..., j dargestellt
sind;
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die 3I bis 3X Diagramme
sind, die jeweils mit Adsorbern der Anlage der 1 verbunden sind
und ein und dieselbe Phasenzeit des Zyklus der 2 darstellen;
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die 4 ein
Organigramm ist, das eine parametrisierte Sequenz im Normalmodus
der Anlage der 1 verdeutlicht;
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die 5 ein
dem der 2 entsprechendes Diagramm ist,
das einen Betriebszyklus im Ausnahmemodus der Anlage der 1 darstellt;
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die 6 ein
Organigramm ist, das eine parametrisierte Sequenz im Ausnahmemodus
der Anlage der 1 verdeutlicht; und
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die 7 ein
Organigramm ist, das eine Sequenz für den Übergang zwischen dem Normalmodus
und einem Ausnahmemodus der Anlage der 1 verdeutlicht.
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In
der 1 ist eine Anlage 10 zur Behandlung eines
Stroms unreinen Wasserstoffs dargestellt, die diesen Wasserstoffstrom
von Verunreinigungen reinigen soll, die er enthält, wie Wasser, Kohlenmonoxid,
Stickstoff, Methan, Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffe usw.
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Zu
diesem Zweck umfasst die Anlage 10 eine Leitung 1 zur
Zuführung
von zu reinigendem Wasserstoff, eine Leitung 2 zur Produktion
von gereinigtem Wasserstoff und zehn Adsorber mit den jeweiligen
Referenzen R1, R2, R3, ..., R9 und R0. Jeder Adsorber umfasst eine
Flasche, die ein oder mehrere Adsorptionsmaterialien enthält, die
alle oder einen Teil der oben genannten Verunreinigungen zurückhalten
können,
wenn sie vom Strom zu behandelnden Wasserstoffs durchströmt werden.
Dieses Material bzw. diese Materialien sind regenerierbar, das heißt, sie
können
zuvor adsorbierte Verunreinigungen wieder abgeben. Zu diesem Zweck
umfasst die Anlage 10 einen Leitung 5 zum Sammeln
von Restgas, das mit desorbierten Verunreinigungen beladen ist,
die von den Adsorbern stammen, die sich regenerieren. Die Anlage 10 kann
gleichfalls eine Leitung zur Zuleitung eines Spülgases GE umfassen, beispielsweise
von der Produktionsleitung 2 abgezweigt oder von einem
Permeat einer nicht dargestellten Membraneinheit stammend.
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Die
Anlage 10 umfasst gleichfalls einerseits Leitungen zum
Verbinden, darunter die Leitung 7, der oben genannten Leitungen 1, 2 und 5 und
der Adsorber R1 bis R0 und andererseits Leitungen 3, 4 und 6 zum Verbinden
der Adsorber R1 bis R0 miteinander, wobei eine der Verbindungsleitungen, 4,
mit der Leitung zur Zuleitung eines Spülgases GE verbunden ist. Die
genaue Anordnung der Leitungen 3, 4, 6 und 7 wird
aus der Beschreibung des Betriebs der Anlage 10 deutlicher
hervorgehen. Des Weiteren sind all diese Verbindungsleitungen mit
Ventilen zur Regelung der Durchflussmenge des Gases, das diese durchfließt, ausgerüstet, deren
genaue Anordnung gleichfalls aus der Beschreibung des Betriebs der
Anlage hervorgehen wird.
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Die
Anlage 10 umfasst außerdem
eine Einheit 8 zur Steuerung von Adsorbern der Anlage.
Die Einzelheiten der Programmierung und des Betriebs dieser Einheit
werden im Folgenden dargelegt.
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Die 2 stellt
einen Betriebszyklus der Anlage 10 dar. In dieser Figur,
in der die Zeiten t auf Abszissen
und die Absolutdrücke
P auf Ordinaten aufgetragen sind, zeigen die mit Pfeilen ausgerichteten
Linien die Bewegungen und Ziele von Gasströmungen und außerdem die
jeweilige Zirkulationsrichtung in den Adsorbern R1 bis R0: wenn
ein Pfeil in der Richtung von zunehmenden Ordinaten ist (zum oberen
Teil des Diagramms hin), wird die Strömung als Gleichstrom im Adsorber
bezeichnet. Wenn sich der nach oben gerichtete Pfeil unter der den
Druck im Adsorber anzeigenden Linie befindet, dringt die Strömung über das
Einlassende des Adsorbers in diesen Adsorber ein; wenn sich der
nach oben gerichtete Pfeil über
der den Druck anzeigenden Linie befindet, tritt die Strömung über das
Auslassende des Adsorbers aus diesem Adsorber aus, wobei das Einlassende
und das Auslassende jeweils die des zu behandelnden Gases und des
in der Produktionsphase abgezogenen Gases sind; wenn ein Pfeil in
der Richtung von abnehmenden Ordinaten ist (zum unteren Teil des Diagramms
hin), wird die Strömung
als Gegenstrom im Adsorber bezeichnet. Wenn sich der nach unten
gerichtete Pfeil unter der den Druck des Adsorbers anzeigenden Linie
befindet, tritt die Strömung über das
Einlassende des Adsorbers aus dem Adsorber aus; wenn sich der nach
unten gerichtete Pfeil über
der den Druck anzeigenden Linie befindet, dringt die Strömung über das
Auslassende des Adsorbers in den Adsorber ein, wobei das Einlassende
und das Auslassende immer noch die des zu behandelnden Gases und
des in der Produktionsphase abgezogenen Gases sind.
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Jeder
Adsorber R1 bis R0 folgt dem Zyklus der 2, wobei
er in Bezug auf den ihm vorausgehenden Adsorber um eine „Phasenzeit" genannte Zeitdauer
verschoben wird und der Zeitdauer T des Zyklus, geteilt durch zehn,
das heißt
durch die Anzahl von im Betrieb befindlichen Adsorbern geteilt,
entspricht. Der Zyklus der 2 umfasst
somit zehn Phasenzeiten und stellt die „Phasenzeit/Adsorber"-Dualität dar, und
zwar befindet sich jeder Adsorber zu jedem Zeitpunkt des Betriebs
der Anlage 10 in einer anderen Phasenzeit, was auf die
Aussage hinausläuft,
dass der Betriebszustand eines Adsorbers zu jedem Zeitpunkt des
Betriebs der Anlage von der Phasenzeit festgelegt wird, innerhalb
der dieser Adsorber liegt.
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Zum
folgenden Verständnis
des von der Steuereinheit 8 umgesetzten Steuerungsverfahrens
wird zunächst
der Betrieb der Anlage 10 klar und deutlich dargestellt,
indem lediglich der Betrieb der Adsorber R1 bis R0 während einer
einzigen Phasenzeit beschrieben wird, wobei sich versteht, dass
der Betrieb der Adsorber während
des Rests des Zyklus durch Wiederholung mittels Versetzen der Reihenfolge
der Adsorber abgeleitet wird.
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Zu
diesem Zweck wird beispielsweise die Phasenzeit, während der
der Adsorber R1 als „Master" bezeichnet wird,
das heißt,
er beginnt seine Adsorptionsphase bei einem hohen Druck Pad, der höher
als der Atmosphärendruck
Patmo ist, betrachtet, wie in der 3I dargestellt.
Gleichzeitig folgt der Adsorber R2 dem Diagramm der 3II, der Adsorber R3 folgt dem Diagramm der 3III und so weiter bis zum Adsorber R0, der dem
Diagramm der 3X folgt.
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Um
die Lektüre
zu erleichtern, sind in den 1 und 3I bis 3X nur
die während
mindestens eines Teils dieser Phasenzeit geöffneten Ventile, der Einfachheit
halber zwischen den Zeiten t =
0 und t = T/10 bezeichnet,
dargestellt. Der Einfachheit der Nummerierung halber werden diese
Ventile im Folgenden stets mit dem Buchstaben V gekennzeichnet,
dem zwei Schriftzeichen X Y gemäß den folgenden
Bestimmungen folgen:
- – X ist die Nummer des Adsorbers,
mit dem das Ventil assoziiert ist, und
- – Y
ist die Nummer eines Satzes von Ventilen, die ein und dieselbe Funktion
aufweisen und mit einer der Leitungen der Anlage assoziiert sind,
wobei die Nummer 1 mit einer „Zuführungsfunktion" der Leitung 1 assoziiert
wird, die Nummer 2 mit einer „Produktionsfunktion" der Leitung 2 assoziiert
wird, die Nummer 3 mit einer „Niedriger
Druckausgleich"-Funktion
von Verbindungsleitungen 3 assoziiert wird, die Nummer
4 mit einer „Elutionsfunktion" von Verbindungsleitungen 4 assoziiert
wird, die Nummer 5 mit einer „Restgasevakuierungsfunktion" der Leitung 5 assoziiert
wird, die Nummer 6 mit einer „Hoher
Druckausgleich"-Funktion von
Verbindungsleitungen 6 assoziiert wird und die Nummer 7
mit einer „Enddruckausgleichsfunktion" der Verbindungsleitung 7 assoziiert
wird.
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Es
ist wichtig, anzumerken, dass die Anordnung von Ventilen zur Umsetzung
des Betriebs der Anlage 10 absichtlich vereinfacht ist,
der Einfachheit der Beschreibung sowie der Darstellung halber; bestimmte
Einrichtungen, die beispielsweise insbesondere weniger Ventile für Querleitungen
in der gesamten Anlage umfassen, liegen im Ermessen des Fachmanns,
ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
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Vor
dem Beginn der Phasenzeit, die in den 3I bis 3X dargestellt
ist, das heißt
vor dem Zeitpunkt t = 0, werden
die Ventile V01, V02, V45 und V55 während mindestens des Abschlusses
der Phasenzeit, die der in den 3I bis 3X dargestellten,
betreffenden Phasenzeit vorausgeht, geöffnet. Während der letzteren befinden
sich die Adsorber R1 und R0 in der Adsorptionsphase, die anderen
Adsorber befinden sich in der Regenerierungsphase.
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Genauer
gesagt, zum Zeitpunkt t = 0:
- – zusätzlich zu
den Ventilen V01 und V02 werden die Ventile V11 und V12 geöffnet, um
die Produktion eines Teils des Stroms gereinigten Wasserstoffs sicherzustellen;
- – die
Ventile V26, V27 und V96 werden geöffnet, um das Nachverdichten
des Adsorbers R2 durch mindestens einen Teil der jeweils von den
Adsorbern R1, R9 und R0 abgegebenen Ströme zu ermöglichen;
- – die
Ventile V33 und V83 werden geöffnet,
um das Nachverdichten des Adsorbers R3 durch den vom Adsorber R8
abgegebenen Strom zu ermöglichen;
- – die
Ventile V64 und V65 werden geöffnet,
um das Bringen des Drucks des Adsorbers R6 auf den niedrigen Druck
des Zyklus zu ermöglichen
und die Elution des Adsorptionsmaterials der Flasche R6 zu ermöglichen; und
- – zusätzlich zum
Ventil V55 werden die Ventile V54 und V74 geöffnet, um die Elution des Adsorbers
R5 durch den vom Adsorber R7 abgegebenen Strom zu ermöglichen.
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Des
Weiteren werden im Wesentlichen zeitgleich zu diesem Zeitpunkt t = 0 die Ventile zum Ingangsetzen
der Produktion des Adsorbers 9, der sich während der Phasenzeit, die der
in den 3I bis 3X detaillierten
Phasenzeit vorausgeht, in der Adsorptionsphase befand, geschlossen.
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Danach,
ab dem Zeitpunkt t = x1, zu dem der Druck im Adsorber R2 im Wesentlichen
dem Druck im Adsorber R9 entspricht:
- – werden
die Ventile V26 und V96 geschlossen, wobei die spätere Nachverdichtung
des Adsorbers R2 dann langsamer ist.
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Danach,
ab dem Zeitpunkt t = x2, zu dem der Druck im Adsorber R3 im Wesentlichen
dem Druck im Adsorber R8 entspricht:
- – wird das
Ventil V33 geschlossen und das Ventil V43 wird geöffnet, um
das Beginnen der erneuten Druckbeaufschlagung des Adsorbers R4 zu
ermöglichen;
- – werden
die Ventile V44 und V45 geschlossen, wobei der ganze vom Adsorber
R7 abgegebenen Stroms dem Adsorber R5 zugeführt wird; und
- – werden
die Ventile V36 und V96 geöffnet,
um das weitere Nachverdichten des Adsorbers R3 durch den von R9
abgegebenen Strom zu ermöglichen.
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Schließlich werden
zum Zeitpunkt
zu dem der Druck im Adsorber
R2 im Wesentlichen dem Druck im Adsorber R1 entspricht, die Ventile
V27, V96, V83, V74, V33, V43 und V36 geschlossen, um von der beschriebenen
Phasenzeit zur folgenden Phasenzeit zu gehen.
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Der
Betrieb der Anlage 10 während
der anderen Phasenzeiten des Zyklus leitet sich vom obigen Betrieb
ab, wobei während
der folgenden Phasenzeit der Adsorber R2 als Master angesehen wird,
danach der Adsorber R3 und so weiter bis zum Adsorber R0.
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Die
gesamten Vorgänge
zur Steuerung von Ventilen der Anlage für die zehn Phasenzeiten des
Zyklus bilden einen üblicherweise
als Steuerungssequenzer der Einheit 8 bezeichneten Sequenzer,
der von Hand für die
Anlagen, die in den Stand der Technik fallen, implementiert, das
heißt
erfasst wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht,
den Sequenzer der Einheit 8 auf sehr viel zuverlässiger und
sehr viel schneller zu erhalten, wie im Folgenden erläutert werden
wird.
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Dazu
werden Parameter eingeführt:
Mit jeder aufeinander folgende Phasenzeit des Zyklus wird ein Parameter
zur Identifizierung des Betriebszustands des Adsorbers assoziiert,
der innerhalb dieser Phasenzeit liegt.
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Somit
wird in der Zeit des Zyklus, die in der 2 dargestellt
ist, der Zustandsparameter j mit
der Phasenzeit assoziiert, in der der Adsorber seine Adsorptionsphase
beginnt, der Zustandsparameter i wird
mit der Phasenzeit assoziiert, die folgt und in der der Adsorber
seine Adsorptionsphase beendet, der Zustandsparameter h wird mit der Phasenzeit assoziiert, die
folgt und in der der Adsorber seine Druckangleichung beginnt, und
so weiter für
die Parameter g, f, e, d, c, b und a. Diese Zustandsparameter
sind auf Abszissen des Diagramms der 2 angezeigt.
Es ist folglich erforderlich, so viele Parameter einzuführen, wie
es Zeitphasen gibt.
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Des
Weiteren werden diese Parameter „beweglich" genannt, in dem Sinne, dass sie einem
beliebigen der zehn Adsorber entsprechen können, je nach dem betreffenden
Zeitpunkt des Zyklus. Folglich, wenn der Parameter j dem Adsorber R1 (j = 1) entspricht, entspricht
dieser Parameter j zu einem
gegebenen Zeitpunkt zum Ende einer Zeitdauer, die einem Fünftel der
Zykluszeit T entspricht (das heißt, dem Doppelten der Zeitdauer
einer Phasenzeit entspricht), dem Adsorber R3 (j = 3).
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Dann
wird eine parametrisierte Sequenz von Steuerstufen der Anlage 10 während lediglich
einer gegebenen Phasenzeit definiert, wobei jeder Adsorber nicht
durch seine Nummer, sondern durch den Parameter zur Identifizierung
des Betriebszustands dieses Adsorbers während des Zeitraums hinsichtlich
der gewählten Phasenzeit
bezeichnet wird. Anders ausgedrückt,
dies läuft
auf das Beschreiben des Betriebs der Anlage zu einer gegebenen Phasenzeit
auf dieselbe Art und Weise hinaus, wie sie in Bezug auf die 3I bis 3X beschrieben
wurde, wobei jedoch jeder Adsorber durch einen der variablen Parameter a, b, ..., j in
Abhängigkeit
von der gewählten
Phasenzeit bezeichnet wird.
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Folglich
ist in der 4 diese Sequenz, mit S vermerkt,
schematisch dargestellt. Sie umfasst sieben Stufen, die mit j1,
j2, ..., j7 bezeichnet sind, sowie drei Übergabebedingungen 9.
Vorteilhafterweise wird jede Stufe der Sequenz S mit dem Parameter j, der mit der Master-Phasenzeit
assoziiert ist, und einer zunehmenden Stufennummer vermerkt. Im
Folgenden wird der dem Parameter „x" entsprechende Adsorber der Einfachheit
der schriftlichen Ausfertigung halber mit Rx benannt.
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Genauer
gesagt, die Stufe j1 ist eine Stufe der Bewegung von Ventilen, die
Anweisungen zum Öffnen der
Ventile Vj1 und Vj2, was das Starten der Produktion des Adsorbers
Rj ermöglicht,
zum Öffnen
der Ventile der Ventile Ve4 und Ve5, was das Verbinden des Adsorbers
Re mit der Leitung zum Sammeln von Restgas ermöglicht, und zum Öffnen des
Ventils Va7, was die letzte erneute Druckbeaufschlagung des Adsorbers
Ra ermöglicht,
umfasst.
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Die
Stufe j2 ist eine Stufe der Bewegung von Ventilen, die Anweisungen
zum Schließen
der Ventile Vh1 und Vh2, was den Abschluss der Produktion des Adsorbers
Rh bringt, zum Öffnen
der Ventile der Ventile Vg3 und Vb3, was das Starten des Druckausgleichs
zwischen den Adsorbern R9 und Rb ermöglicht, und zum Öffnen der
Ventile Vf4 und Vd4, was die Elution der Adsorber Rd und Rc ermöglicht,
wobei die Ventile Vd5 und Vc5 bereits geöffnet sind, umfasst.
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Die
Stufe j3 ist eine Stufe des Wartens auf einen ungefähren Abgleich
der Drücke
des Adsorbers Rg und des Adsorbers Rh: Zum Beginn der Stufe j3 werden
die Ventile Vh6 und Va6 geöffnet,
um das Starten des Druckausgleichs zwischen diesen Adsorbern Ra
und Rh zu ermöglichen.
Die Stufe j3 läuft
folglich weiter, bis die Drücke
der Adsorber Ra und Rh im Wesentlichen gleich sind.
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Die
Stufe j4 ist gleichfalls eine Stufe des Wartens auf einen ungefähren Abgleich
der Drücke
des Adsorbers Rb und des Adsorbers Rg: Zum Beginn der Stufe j4 werden
die Ventile Vh6 und Va6 geschlossen; diese Stufe erstreckt sich
bis zu dem Punkt, an dem die Drücke
der Adsorber Rb und Rg im Wesentlichen gleich sind.
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Die
Stufe j5 ist eine Stufe des Wartens, bei deren Beginn:
- – der
Ausgleich zwischen den Adsorbern Rb und Rg erzielt worden ist, das
Ventil Vb3 geschlossen wird, wohingegen das Ventil Vc3 geöffnet wird,
was den Beginn des Ausgleichs zwischen den Adsorbern Rg und Rc ermöglicht;
- – die
Ventile Vh6 und Vb6 geöffnet
werden, was den Beginn des Ausgleichs zwischen den Adsorbern Rg und
Rc ermöglicht;
und
- – die
Ventile Vc4 und Vc5 geschlossen werden, was den Abschluss der Elution
des Adsorbers Rc bringt.
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Diese
Stufe j5 erstreckt sich bis zu dem Punkt, an dem die Drücke der
Adsorber Rh und Rb im Wesentlichen gleich sind, die Drücke der
Adsorber Rg und Rc gleichfalls im Wesentlichen gleich sind und der Druck
des Adsorbers Re im Wesentlichen dem niedrigen Druck des Zyklus
entspricht.
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Die
Stufe j6 ist eine Stufe der Bewegung von Ventilen, die Anweisungen
zum Schließen
des Ventils Va7, zum Schließen
der Ventile der Ventile Vh6 und Vb6, wobei der Ausgleich der Adsorber
Rh und Rb abgeschlossen wird, zum Schließen der Ventile Vg3 und Vc3,
wobei der Ausgleich der Adsorber Rg und Rc abgeschlossen wird, und
zum Schließen
des Ventils Vf4, was den Abschluss der Verwendung des vom Adsorber Rf
abgegebenen Stroms zur Elution des Adsorbers Rd bringt, umfasst.
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Es
sollte angemerkt werden, dass die Anweisungen der Stufe j6 in die
Stufe j1 eingegliedert werden können,
wobei diese letztere dann außerdem
die Anweisungen zum Schließen
der Ventile Vj7, Vg6, Va6, Vf3, Vb3 und Ve4 umfasst, die in der 2 nicht
dargestellt sind.
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Die Übergabebedingungen 9 der
Schritte j3 zu j4, j4 zu j5 und j5 zu j6 sind darauf eingestellt,
die korrekte Umschaltung von Ventilen, die in der laufenden Stufe
oder den diesen vorausgehenden gesteuert wird, zu prüfen. Da
all diese Umschaltungen ohne Ereignis durchgeführt werden, schreitet die Sequenz
von einer Stufe zur folgenden Stufe voran, wie durch die Pfeile
der 4 angezeigt. Im entgegengesetzten Fall wird die Sequenz
S unterbrochen und eine Übergangssequenz
S'', die im Folgenden
ausführlich
beschrieben werden wird, wird implementiert.
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Der
Normalmodus-Steuerungssequenzer der Anlage 10 wird anschließend erhalten,
indem jeder bewegliche Parameter der Adsorbernummer angeglichen
wird, der mit der Phasenzeit assoziiert ist, die tatsächlich abläuft. Zu
diesem Zweck wird die folgende Entsprechungstabelle verwendet, die
von links nach rechts, Zeile für
Zeile gelesen wird:
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Auf
willkürliche
Weise ist die in dieser Tabelle angezeigte erste Phasenzeit diejenige,
bei der der Adsorber R1 der Master ist, das heißt, dass während dieser ersten Phasenzeit j durch 1 ersetzt wird, ebenso a durch 2 ersetzt wird, b durch 3, usw., bis i durch
0 ersetzt wird. Die Stufen j1 bis j7 der Sequenz S werden ablaufen
gelassen, indem jeder Parameter seiner entsprechenden Adsorbernummer
gemäß der ersten
Zeile der Entsprechungstabelle angeglichen wird: Dann sind die gesamten
zuvor in Bezug auf die 3I bis 3X beschriebenen
Steuerstufen verfügbar.
Danach wird diese Sequenz S erneut ablaufen gelassen, indem jeder Parameter
seiner Adsorbernummer gemäß der zweiten
Zeile der Tabelle angeglichen wird, und so weiter bis zur zehnten
Zeile.
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Auf
diese Weise folgt jeder der Adsorber R1 bis R0 bei der Zeitdauer
T eines Zyklus der Folge der zehn Phasenzeiten des Zyklus, was den
zyklischen Betrieb der Anlage 10 sicherstellt.
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Folglich
bedingt das Erhalten des Normalmodus-Sequenzers der Steuereinheit 8 durch
das erfindungsgemäße Verfahren
die Implementierung der Steuerstufen von Adsorbern lediglich für eine einzige
Sequenz, das heißt
für eine
einzige Phasenzeit des Zyklus, im Gegensatz zum weiter oben erwähnten Sequenzer von
Anlagen, die in den Stand der Technik fallen, bei denen es notwendig
ist, die gesamten Steuerstufen von Adsorbern im gesam ten Zyklus
zu implementieren. Anders ausgedrückt, das erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht,
den Normalmodus-Sequenzer
durch Extrapolation auf Basis der Steuerstufen zu erhalten, die
während
einer einzigen Phasenzeit des Zyklus eintreten. Die Arbeitszeit
der Implementierung des Sequenzers wird dadurch in erheblichem Maße verringert,
und zwar um einen Faktor 10 bei einer Anlage, die zwei im Betrieb befindliche
Adsorber umfasst.
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Des
Weiteren schränkt
die Definition einer einzigen parametrisierten Sequenz die Fehlerrisiken
im Sequenzer der Steuereinheit 8 ein. In der Tat reicht
es, sicherzustellen, dass die parametrisierte Sequenz S keinen Fehler
umfasst, um sicherzustellen, dass die gesamten Stufen des für den Zyklus
erhaltenen Sequenzers gleichfalls keinen Fehler umfassen. Die Zuverlässigkeit
des Betriebs der erfindungsgemäßen Anlage
wird dadurch folglich verbessert.
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Darüber hinaus
kann das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren
vorteilhaft im Fall des Ausnahmemodus-Betriebs der Anlage der 1 angewendet
werden. Für
den Fall, dass beispielsweise einer von zehn Adsorbern der Anlage 10 isoliert
wird, beispielsweise der Adsorber R3, beispielsweise aufgrund von
Wartung oder mechanischen Ereignissen, arbeitet die Anlage nur noch
mit neun Adsorbern. Ihre Steuereinheit 8 muss dann der
Anlage einen Ausnahmemodus genanten Modus auferlegen. Der Zyklus
der Anlage ist dann beispielsweise der in der 5 schematisch
dargestellte Zyklus.
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Zu
diesem Zweck sieht das erfindungsgemäße Verfahren, um einen Ausnahmemodus-Sequenzer
zu erhalten, das Einführen
eines Parameters zur Identifizierung des isolierten Zustands eines
Adsorbers vor. Dieser Parameter wird in dem Sinne „feststehend" genannt, dass er
zeitlich nur einem einzigen Adsorber, der isoliert ist, entsprechen
kann. Im Folgenden wird dieser Parameter mit u vermerkt.
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Auf
dieselbe Art und Weise wie zuvor wird ein beweglicher Parameter
zur Identifizierung eines Betriebszustands des Adsorbers, der innerhalb
dieser Phasenzeit liegt, mit jeder Phasenzeit des Ausnahmemodus-Zyklus
assoziiert. Bei der Anlage 10 mit neun im Betrieb befindlichen
Adsorbern weist der Modus-Zyklus die Zeitdauer T' mit einem zur Zeitdauer T des Normalmodus-Zyklus der 2 unterschiedlichen
Wert auf und umfasst neun Phasenzeiten, wobei die neun assoziierten
Parameter, in der 5 auf Abszissen gezeigt, im Folgenden
mit k, l, m, n, p, q, r, s und t vermerkt
sind.
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Anschließend wird
eine Ausnahmemodus-Sequenz S' für eine einzige
gegebene Phasenzeit definiert, auf dieselbe Art und Weise, wie zuvor
für die
Sequenz S erläutert
wurde. Die Sequenz S' der 5 wird
definiert, die beispielsweise fünf
Stufen umfasst. Vorteilhafterweise sind die fünf Stufen mit ut1, ut2, ut3,
ut4 bzw. ut5 vermerkt, unter Anwendung der Notationsbestimmung,
dass das erste Schriftzeichen der Bezeichnung der Stufe der feststehende
Parameter eines isolierten Zustands ist, das zweite Schriftzeichen
der bewegliche Parameter eines „Master"-Zustands ist und das dritte Schriftzeichen
eine zunehmende Stufennummer ist.
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Dann
wird während
jeder Phasenzeit des Zyklus die betreffende Phasenzeit jedem Parameter
des assoziierten Adsorbers angeglichen, wodurch folglich am Ende
der neun aufeinander folgenden Sequenzen der Ausnahmemodus-Sequenzer erzeugt
wird. Zu diesem Zweck sind zehn mögliche Entsprechungstabellen
vorgesehen, je nach dem tatsächlich
isolierten Adsorber. Im Fall des isolierten Adsorbers R3 ist diese
Entsprechungstabelle die folgende Tabelle:
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-
Diese
Tabelle wird auf dieselbe Art und Weise wie die mit dem Normalmodus
der Anlage assoziierte Entsprechungstabelle gelesen. Es ist anzumerken,
dass der Parameter u für alle Phasenzeiten
des Zyklus stets dem Adsorber R3 entspricht.
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Das
erfindungsgemäße Steuerungsverfahren
ermöglicht
folglich, einen Ausnahmemodus-Sequenzer der Anlage 10 zu
erhalten, indem lediglich die Stufen hinsichtlich einer einzigen
Phasenzeit des Zyklus implementiert werden, im Gegensatz zu Sequenzern
des Standes der Technik, bei denen es erforderlich ist, die vollständigen Steuerstufen
des gesamten Zyklus und so für
die zehn denkbaren Ausnahmemodi von Hand zu implementieren.
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Mit
dem Beispiel einer Sequenz S' mit
fünf Stufen
erfordert das erfindungsgemäße Verfahren
lediglich die Definition der fünf
Steuerstufen der neun im Betrieb befindlichen Adsorber für die zehn
denkbaren Ausnahmemodi, im Gegensatz zu etwa 450 Stufen, die für einen
Sequenzer der Anlage des Standes der Technik erforderlich sind.
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Des
Weiteren ermöglicht
die Notation von Ausnahmemodus-Steuerstufen,
den von der Steuereinheit 8 isolierten Adsorber in dem
Fall zu kennen, in dem diese Isolierung aus einer automatisierten
Initiative dieser Steuereinheit resultiert, beispielsweise als Antwort
auf die automatische Erfassung einer Störung.
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Als
Variante ist es vorstellbar, den Fall einzukalkulieren, in dem zwei
Adsorber isoliert sind, wobei die Anlage 10 nur noch mit
acht Adsorbern arbeitet. Es reicht dann aus, zwei feststehende Parameter
zur Identifizierung von isolierten Zuständen dieser Adsorber einzuführen.
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Außerdem ist
es wünschenswert,
mit dem Ziel, eine bessere Zuverlässigkeit und eine bessere Reaktionsfähigkeit
der Steuereinheit 8 der Anlage 10 sicherzustellen, Übergangssequenzen
zwischen dem Normalmodus und einem Ausnahmemodus einzuführen, wie
die Übergangssequenz
S'', die in der 7 dargestellt ist.
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Diese
Sequenz S'' umfasst beispielsweise
drei Stufen, die zuvor in der Steuereinheit 8 implementiert werden
und die ermöglichen,
von der Stufe j3 der Normalmodus-Sequenz
S zur Stufe ut1 der Ausnahmemodus-Sequenz S' zu gehen.
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Obgleich
nicht dargestellt, können
andere Übergangssequenzen
gleichfalls für
jede der Übergabebedingungen 9 der
Sequenz S oder auch nur für
bestimmte Übergangsbedingungen
vorgesehen werden, wobei ein und dieselbe Übergangssequenz für mehrere
dieser Übergangsbedingungen 9 verwendet
werden kann, zumindest für
bestimmte Stufen dieser Sequenz. Folglich ist der Übergang
von der Stufe j5 der Sequenz S zu der Stufe ut1 der Sequenz S' in der 7 gestrichelt
dargestellt, wobei nur die Stufe jfa3 der dargestellten Sequenz
S'' gegangen wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
daher, nur die Übergangssequenz
oder die Übergangssequenzen
hinsichtlich der Umstellung von einer einzigen Phasenzeit des Normalmodus-Zyklus
zu einer einzigen Phasenzeit des Ausnahmemodus-Zyklus der Anlage
zu implementieren. Beim Beispiel der parametrisierten Sequenz S
der 4 ist es nur erforderlich, höchstens vier Übergangssequenzen
zu definieren.
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Vorteilhafterweise
hält die
Notation jeder Steuerstufe der Übergangssequenz
S'' die folgende Bestimmung
ein, bei der:
- – das erste Schriftzeichen
der bewegliche Parameter ist, der dem Master-Adsorber zum Zeitpunkt
der Auslösung
des Übergangs
entspricht;
- – das
zweite Schriftzeichen der feststehende Parameter ist, der dem isolierten
Adsorber entspricht, wobei dieser Parameter vor der Auslösung des Übergangs
beweglich ist;
- – das
dritte Schriftzeichen dem beweglichen Parameter entspricht, der
dem Adsorber entspricht, der beim Start des Ausnahmemodus S' Master sein wird;
und
- – das
vierte Schriftzeichen eine zunehmende Stufennummer ist.
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Auf
diese Weise ermöglicht
die Parametrisierung der Sequenzen S, S' und S'' der
Steuereinheit 8, stets durch die einzige Bezeichnung der
laufenden Steuerstufe zu wissen, in welchem Betriebszustand sich die
Behandlungsanlage 10 befindet, einschließlich des Übergangs modus,
da diese Nummerierung ermöglicht, zu
wissen, „wo
man herkommt und wo man hingeht".
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Als
nicht gezeigte Variante des Verfahrens ist es denkbar, dass die
Hälfte
der Adsorber isoliert werden (bei einer Anlage mit N Adsorbern,
wobei N eine ungerade Zahl ist, was darauf hinausläuft, dass
Adsorber isoliert werden),
insbesondere bei allgemeinen Wartungsvorgängen der Behandlungsanlage.
In diesem Fall ist der Ausnahmemodus-Sequenzer ein „Wartungssequenzer" genannter Sequenzer.
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Es
versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren sich auf eine
Behandlungsanlage anwenden lässt,
die mehrere Adsorptionseinheiten umfasst, wobei diese Einheiten
einen (im Fall der Anlage 10 der 10)
oder mehrere Adsorber umfassen, wobei jede Adsorptionseinheit gesteuert
wird, indem sie als ein Adsorber angesehen wird.