KR20220093220A - 직접 구동 고속 원심 압축기를 사용하는 에너지 효율적인 vpsa 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 보다 낮은 에너지 소비 및 보다 낮은 유닛 기체 생성물 생산 비용을 달성하기 위해 공급, 진공, 및 원심형 생성물 압축기를 최적하는 것을 통해 감소된 생산 수요 기간 동안의 PSA/VPSA 플랜트 에너지 효율 및 자산 효율을 향상시키는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 원하는 생산을 달성하기 위해 고속 직접 구동 원심형 생성물 압축기를 이용하는 새로운 에너지 효율적인 PSA/VPSA 턴 다운 공정 및 시스템에 관한 것이다. 보다 낮은 생산 범위에서 보다 낮은 유동, 및 보다 낮은 흡착 상부 압력을 이용함으로써 상당히 더 낮은 에너지 소비가 달성될 수 있다.
Description
본 발명은 일반적으로 직접 구동 가변 고속 원심 압축기를 이용하여 흡착제 용기를 가압 및/또는 배기시키고 추가로 흡착식 기체 분리 시스템 내에서 생성 가스를 가압하는 에너지 효율적인 기체 분리 공정 및 시스템에 관한 것이다.
다른 기체와의 혼합물로부터의 기체의 분리는 중요한 산업 공정이다. 그러한 공정에서, 목적은 기체 내 증강된 생성 가스를 얻는 것 또는 그로부터 그 생성 가스에는 원치 않는 성분이 제거되어 있는 것일 수 있다. 예를 들어, 질소, 산소 및 아르곤을 얻기 위해 공기를 그의 구성성분 기체들로 분리시키는 공정 및 공기를 그의 구성성분 기체들로 극저온 분리시키는 것과 같은 다른 공정에 사용하기 전 공기를 전처리하는 공기 사전-정화 공정을 위한 상업적 규모의 공정이 있다.
공기 분리는 흡착 공정, 특히 압력 스윙 흡착(pressure swing adsorption; PSA) 및 진공 압력 스윙 흡착(vacuum pressure swing adsorption; VPSA) 유형의 공정을 사용하여 달성될 수 있다. PSA 및 VPSA 공정에서, 압축 공기는 주 성분들 중 하나에 대한 흡착 선호도를 나타내는 흡착제의 고정층을 통해 펌핑되며, 여기서 비흡착된 (또는 더 적게 흡착된) 성분이 증강되어 있는 유출 생성물 스트림이 얻어진다. 보다 전통적인 극저온 공기 분리 공정과 비교하여, 공기 분리를 위한 흡착 공정은 비교적 간단한 장비를 필요로 하며, 유지하기가 비교적 용이하다. 그러나, 흡착 공정은 전형적으로 많은 극저온 공정보다 생성물 회수가 낮다. 이러한 이유로, 흡착 공정의 효율 개선은 중요한 목표를 유지한다. 하나의 주요 개선 수단은 보다 우수한 흡착제의 발견 및 개발이다. 일부 그러한 흡착제는 주어진 흡착 공정 내에서의 감소된 사이클 시간을 유도하였다. 따라서, 감소된 사이클 시간의 요구를 충족시킬 수 있는 새로운 장비가 요구된다.
또한, 더 낮은 전력 소비를 갖는 PSA 및 VPSA 플랜트에 대한 요구가 계속 존재한다. 기본 공정은 4개의 기본 공정 단계, 즉 (1) 흡착, (2) 감압, (3) 퍼징 및 (4) 재가압을 이용하여, 기체 혼합물 중 적어도 하나의 구성성분을 제거하는 선택적 흡착제를 이용한다. 보다 더 용이하게 흡착가능한 구성성분과 덜 용이하게 흡착가능한 구성성분을 함유하는 기체 혼합물은 사전결정된 (상부) 흡착 압력에서 보다 더 용이하게 흡착가능한 구성성분을 선택적으로 흡착할 수 있는 적어도 하나의 흡착제 베드를 통과한다. 이러한 상부 압력에서 베드를 빠져나가는 기체 스트림은 이제 덜 용이하게 흡착가능한 구성성분으로 농축되고, 이는 예를 들어 생성물로서 제거된다. 베드가 용이하게 흡착가능한 구성성분으로 포화될 때, 그 후에 베드는 용이하게 흡착가능한 구성성분의 탈착을 위해 더 낮은 탈착 압력으로 감압되고, 이어서 이 기체는 시스템으로부터 배출된다. 일부 공정은 등화 및 생성물 가압과 같은 추가 단계를 포함할 수 있다.
종래의 PSA 및 VPSA 공정은 흡착제 베드 내의 기체 가압 또는 배기 중 어느 하나를 위한 회전형 양변위 송풍기를 이용한다. 이들 종래의 회전식 로브 송풍기는 전형적으로 원심 압축기보다 효율이 낮고 유지 비용은 높지만, 이들은 압력 스윙 사이클의 진동 특성에 매우 잘 적응한다. 흡착 공정에 관련된 회전식 로브 송풍기의 매력적인 특징은 전력 소비가 시스템 압력 요건에 비례한다는 것이다. 송풍기의 이론적인 동력 소비는 시스템 압력차에 정비례한다(즉, 전력 소비와 압력 간에 선형 관계를 가진다). 시스템 압력 요건에 대한 이러한 선형 전력 응답에 의해 회전식 로브 송풍기를 PSA 및 VPSA 산업용 압축 장비에 대해 선택하게 되었다. 그러나, 회전식 로브 송풍기는 시스템 내에 강한 압력 맥동을 생성한다. 적절한 완화 없이, 회전식 로브 송풍기로부터의 압력 맥동은 하류 공정 장비에 심각한 구조적 손상을 야기하는 것으로 알려져 있다. 맥동 댐퍼 용기가 통상 회전식 로브 송풍기와 함께 사용되지만, 이들은 불일치를 완전히 없애지 못하여, 상당한 압력 맥동 수준이 항상 시스템에 존재한다.
과거에는, 입구 가이드 베인(inlet guide vane; IGV)들을 갖는 그리고 IGV를 갖지 않는 또한 가변 주파수 드라이브(variable-frequency drive; VFD)를 갖는 고정 속도의 원심 압축기가 종래의 회전식 로브 송풍기와 비교할 때 그들의 더 높은 효율로 인해 PSA 및 VPSA 공정에 대해 고려되어 왔다. 원심 압축기는 전형적으로 고속으로 가동될 수 있어야 하고, 높은 단열 기계 효율을 레버리징하기 위해 최적의 효율을 유지하면서 고도의 동적 압력 스윙 사이클을 따를 필요가 있다. 가변 속도 제어 및/또는 IGV, 또는 이들 둘의 조합을 이용하여 가변 압력 조건을 충족시키는 것이 필요하다. PSA 또는 VPSA 사이클 압력이 고정 속도 원심 압축기의 설계 압력 조건으로부터 벗어남에 따라, 스테이지 효율은, 특히 1에 가까운 압력 비로 작동할 때, 실질적으로 열화된다(쵸킹). 이는 PSA 또는 VPSA 사이클에 걸쳐 증가된 평균 전력 소모 및 전체 평균 압축기 효율의 열화를 야기한다.
여전히, 이 기술은 과거에 성공적으로 이용되지 못하였다. IGV를 갖는 그리고 IGV를 갖지 않는 종래의 고정 속도 원심 압축기의 사용은 주기적 압력 스윙 흡착 공정에 의해 요구되는 빠른 속도의 램프 업 및 다운을 따르는 것이 불가능하기 때문에 이상적이지 않다. 종래의 가변 속도 원심 압축기는 유동의 감소와 함께 IGV의 사용에 비해 개선된 작동 범위 및 개선된 에너지 절감을 가질 수 있지만 PSA 또는 VPSA 사이클의 일시적인 유동 조건에 신속하게 적응하지 못한다(기어의 큰 관성 및 많이 느리게 운행하는 종래의 유도 모터로 인해).
PSA 및 VPSA 공정에 대한 몇몇 진전이 최근 몇 년동안 이루어졌다. 이러한 진전들 중 일부로는, (a) 하부 탈착 압력에 대한 상부 흡착 압력의 비의 상당한 감소, 및 (b) 흡착제 재고의 감소로 이어지는 사이클 시간의 감소(전형적으로 1 분 미만)를 포함한다. PSA 또는 VPSA 공정의 총 에너지 요건에 대한 중요 인자는 이러한 탈착 압력에 대한 흡착 압력의 비이다. 공급 공기 압축 장치에 의한 베드의 흡착 기간 동안의 송출 압력 뿐만 아니라 배기 장치에 의한 탈착 기간 동안의 흡입 압력은 사이클이 진행됨에 따라 일정하게 변화한다. 이와 같은 사이클에 대한 가능한 가장 낮은 총 전력 소비를 달성하기 위해서는, 공급 압축 및 배기 장치가 광범위한 압력 비에 걸쳐 최대 효율로 작동되는 것이 바람직하다.
VPSA 플랜트는 전형적으로 최고 주위 온도 조건에서 최대 생산 요건을 충족시키도록 설계되고 크기 설정된다. 그러나, VPSA 플랜트는 종종 고객 요구 및 주위 조건의 변화로 인해 설계 용량보다 더 낮게 운행된다. 전형적인 VPSA 턴 다운 작동은 공급 유동 및 흡탈착 압력 범위를 변화시키지 않고서 사이클 단계 시간을 연장시킴으로써 달성된다. 또한, 생성물 재순환 스트림이 기계 작동을 보장하기 위해 사용된다. 따라서, 턴 다운 모드에서의 VPSA 작동은 설계점에서만큼 에너지 효율적이지는 않다. 본 발명의 목적은 초기의 플랜트 자산 투자를 최소화하고 플랜트의 수명에 걸쳐 낮은 유닛 생산 비용을 달성하기 위하여, 직접 구동 가변 속도 원심형 공급, 진공, 및 생성물 압축기들을 최적화하는 것을 통해 VPSA 플랜트 에너지 및 자산 효율을 개선하는 것이다.
미국 특허 제4,197,096호는 재순환 라인 및 조절기 밸브를 통해 일정 변위 압축기를 통해 요구되는 압력에서 가변 생성물을 고객에게 전달하는 방법을 교시한다.
미국 특허 제4,197,096호는 양변위 기계 또는 가변 속도 모터 구동식 원심형 기계를 통해 진공 펌프의 속도를 조절함으로써 감소된 생산 수요에서의 VPSA 시스템의 에너지 소비를 개선할 수 있다는 것을 개시한다. VPSA 사이클 후에 가변 속도 원심 압축기를 작동시키는 것으로부터의 관성 손실이 상당한 데, 이는 양변위 기계로부터의 효율 이득을 덜어낸다. 미국 특허 제4197096호는 줄어든 생산 수요에 도달하기 위해 VPSA 흡착 상부 압력을 변화시키지 않는다. 제안된 새로운 더 낮은 상부 흡착 압력 턴-다운 방법은 공개된 발명 계획인 미국 특허 제4,197,096호에서는 간단히 작용하지 않을 것인데, 그 이유는 사용된 양변위 압축기가 VPSA로부터 상부 흡착 압력을 낮추고 재순환 라인 없이는 요구되는 최종 압력을 전달하는 것이 가능하지 않을 것이기 때문이다. 생성물 압축기를 위한 재순환 라인을 통해 더 낮은 생산이 달성되며, 결과적으로, 생성물 압축기는 완전 유동에 대해서와 같이 감소 유동에 대해서도 동일한 양의 전력을 항상 소비할 것이다. 감소 생산에 대한 VPSA 흡착 상부 압력은 완전 생산과 동일하게 유지되며, 공급 압축기에 대해 예상되는 전력 절감이 없다. 따라서, 미국 특허 제4,197,096호로부터의 턴 다운 에너지 소비는 새로운 턴-다운 방법의 본 발명보다 상당히 더 높을 것으로 예상된다.
미국 특허 제5,258,056호는 주어진 불순물 수준을 위해 공급 유량을 조정함으로써 가변 생산 수요를 제조하기 위한 압력 스윙 흡착 공정 및 시스템을 교시한다. 생산의 턴 다운은 측정된 생성물 순도의 피드백에 기초하여 제어 밸브를 통해 공급 유동을 변화시키는 것에 의해서만 달성된다. 흡착 압력 및 또는 흡탈착 압력 비에 대한 변화가 없다. 이는 생성물 순도 요건을 충족시키면서 감소 생산에서 최저 에너지 분리 전력을 실현하도록 공급 유동, 흡착 압력, 흡탈착 압력 비를 조정하는 제안된 턴 다운 방법과는 상이하다.
미국 특허 제6,030,435호는 PSA 최적 성능을 달성하기 위한 압력 스윙 흡착 공정에 대한 조절 방법을 교시한다. 주요 발명은 흡착 시스템이 최대 성능을 위한 최적 온도를 유지하도록 공급 유동 온도를 조절하는 것이다. 공급 온도를 조절하는 하나의 접근법은 동일한 생산 수요를 유지하면서 흡착 압력을 변화시키는 것이다. US6030435호에서의 조절 방법은 흡착 압력을 조정하여 PSA 성능을 미약하게 개선시킬 수 있었음을 예시한다. 그러나, 상부 흡착 압력을 변화시키는 것만으로 생성물 순도 요건을 충족시키면서 감소된 생산 수요에 대해 제한된 에너지 효율을 제공하고 있다. 공급 유동, 흡착 압력, 흡탈착 압력 비를 동시에 조절하는 제안은 상당히 더 개선된 에너지 효율을 제공한다.
미국 특허 제7,641,716호는 일정한 공급을 유지하기 위한 스로틀링(throttling) 방법을 기술한다. 이는 시스템에 대한 최대 성능을 달성하도록 최적 속도로 유량을 유지하기 위해 시스템 이전에 위치된 밸브로 이루어진다. 이 특허는 최적 성능을 유지하기 위해 시스템 내로의 공급 유동을 일정하게 제어하는 (V)PSA에서의 일반적인 작동 실시를 교시한다.
본 발명은 보다 낮은 에너지 소비 및 보다 낮은 유닛 기체 생성물 생산 비용을 달성하기 위해 공급, 진공, 및 원심형 생성물 압축기들을 최적화함으로써 감소된 생산 용량에서의 VPSA 플랜트 에너지 및 자산 효율을 향상시키는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 원하는 생산을 달성하기 위해 고속 직접 구동 원심형 생성물 압축기를 이용하는 새로운 에너지 효율적 VPSA 턴 다운 공정 및 시스템에 관한 것이다. 보다 낮은 생산 범위에서 보다 낮은 유동, 및 보다 낮은 흡착 상부 압력을 이용함으로써 상당히 더 낮은 에너지 소비가 달성될 수 있다.
도 1은 VPSA 공정 흐름도를 도시한다.
도 2는 산소 생성물 압축기에 대한 압축기 맵을 나타낸다.
도 2는 산소 생성물 압축기에 대한 압축기 맵을 나타낸다.
원심 기술은 동적 압축에 기초한다. 동적 압축기에서, 기체, 예컨대 공기, 산소, 질소, 또는 다른 기체들은 빠르게 회전하는 임펠러의 블레이드들 사이에서 흡인되고 고속으로 가속된다. 이어서, 공기는 동역학적 에너지가 정압(static pressure)으로 변환되는 확산기를 통해 배출된다. 대부분의 동적 압축기는 축방향 또는 반경방향 유동 패턴을 갖는 터보 압축기이고, 큰 체적의 유량을 위해 설계된다. 동적 압축기의 성능은 하기와 같은 환경 조건에 매우 많이 좌우된다:
1) 입구 온도
2) 입구 압력
3) 상대 습도(RH)
4) 냉각수 온도
공기의 입구 온도를 감소시키는 것은 공기 밀도를 증가시켜, 더 높은 자유 공기 전달(Actual Cubic per Minute, ACFM), 압축기의 더 높은 전력 소비 및 더 높은 이용가능한 턴다운 범위를 초래한다. 마찬가지로, 공기의 입구 온도를 증가시키는 것은 공기 밀도를 감소시켜, 더 낮은 자유 공기 전달(ACFM), 압축기의 더 낮은 전력 소비 및 더 작은 이용가능한 턴다운 범위를 초래한다.
입구 압력의 감소는 압축기 흡입에서의 공기의 밀도를 감소시킬 것이다. 더 높은 온도에서와 같이, 이는 더 낮은 자유 공기 전달, 더 낮은 전력 소비 및 더 작은 이용가능한 턴다운을 초래할 것이다. 그리고 입구 압력의 증가는 압축기 흡입에서의 공기의 밀도를 증가시켜, 더 높은 자유 공기 전달, 더 높은 전력 소비 및 더 높은 이용가능한 턴다운의 결과를 초래할 것이다.
공기에 대한 수증기의 첨가는 공기를 습하게 만들고 공기의 밀도를 감소시킨다. 이는 공기의 몰 질량보다 작은 물의 몰 질량으로 인한 것이다. 따라서, 상대 습도의 증가는 유동 및 전력을 감소시키고, RH의 감소는 유동 및 전력을 증가시킬 것이다.
마지막으로, 냉각수 온도는 흡입에 영향을 미치는 데, 더 차가운 물은 유동 및 전력을 증가시키고, 더 따뜻한 물은 유동 및 전력을 감소시킨다.
PSA/VPSA 플랜트는 전형적으로 최고 주위 온도 조건에서 최대 생산 요건을 충족시키도록 설계되고 크기 설정된다. 그러나, PSA/VPSA 플랜트는 종종 고객 수요 및 주위 조건의 변화로 인해 설계 용량보다 더 낮게 운행하여, 턴 다운 작동 효율을 감소시킨다.
고객 수요가 설계 용량보다 낮을 때 플랜트 에너지 효율을 개선하기 위해, 본 발명은 유동 및 상부 흡착 압력을 낮추어 더 낮은 유닛 에너지 소비를 달성하는 새로운 턴 다운 방법을 제안한다. 생성물 압축기에 대한 더 낮은 유동 및 더 낮은 입구 흡입 압력에서, 고속 영구 자석 모터 또는 유도 모터에 의해 구동되는 가변 속도 제어식 원심 압축기를 이용한 모터 속도의 증가 및 스테이지 압력 비(들)의 증가를 통해 최종 원하는 생성물 압력이 달성될 수 있다. 제안된 공정 및 시스템은 루츠(Roots) 또는 원심형 공급 및/또는 진공 압축기 중 어느 하나를 이용하는 PSA/VPSA 플랜트에 유익하지만, 대부분의 유익함은 원심형 기계를 이용하는 플랜트로부터 예상된다.
일 실시 형태에서, 청구된 발명은 감소된 생성물 수요 기간 동안 흡착성 기체 분리 시스템의 에너지 효율을 개선하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 시스템은
a. 적어도 하나의 흡착 재료를 포함하는 적어도 하나의 흡착 베드(adsorption bed)를 수용하는 적어도 하나의 용기, 및
b. 적어도 하나의 압축기를 포함하며,
상기 적어도 하나의 흡착 베드는, 공급 기체 혼합물의 구성성분들을 적어도 하나의 흡착제를 포함하는 상기 흡착 베드 내로 제1 구성성분을 선택적으로 흡착시킴으로써 적어도 상기 제1 구성성분 및 제2 구성성분으로 분리하기 위하여 작동 동안 주기적인 가압 및 감압을 위해 구성되고, 상기 방법은 하기의 단계들을 주기적인 방식으로 포함하며:
I.
상기 사이클의 흡착 단계 동안 상기 베드에 대한 공급 기체의 압력을 흡착 압력으로 상승시켜 상기 흡착제에 의한 상기 제1 구성성분의 흡착을 가능하게 하는 단계로서, 상기 흡착제는 1.5 bar 및 300 k에서 >=12/s의 물질 전달 계수 및 3.5 x 10-6 m2/s의 고유 N2 확산도를 나타내는, 단계,
II.
상기 사이클의 탈착 단계 동안 상기 베드를 탈착 압력으로 감압시켜 상기 흡착제로부터 상기 제1 구성성분을 탈착시키는 단계로서, 상기 탈착 압력에 대한 상기 흡착 압력의 압력 비가 약 1.5 내지 6.0의 범위인, 단계;
감소된 생성물 수요 기간 동안, 상기 방법은 더 높은 에너지 효율을 달성하면서 생산 용량을 낮추기 위해 상기 적어도 하나의 흡착 용기의 설계 최대 작동 압력의 약 75% 내지 90%의 범위로 상부 흡착 압력을 낮추는 단계를 포함한다.
표 1로부터, 설계 작동 상부 압력의 90%까지 상부 압력을 감소시키는 것이 정상적인 생산의 80%로 생산을 감소시킨다는 것을 알 수 있다. 정상적인 생산은 시스템의 계약 명시된 산소 생산을 말한다.
설계 작동 상부 압력은 계약 명시된 주위 조건(온도+/-2 C, 압력+/-0.05 bar, 습도+/-15% 등) 동안 계약 명시된 전력 소비(5% 차액 이내)에서 계약 명시된 산소 생산(5% 차액 이내)을 달성하기 위해 사이클 동안 임의의 용기에 의해 달성되는 최대 압력으로서 정의된다. 이는 통상적으로 주어진 장비 세트를 갖는 산소의 최저 생산 비용에 해당한다. 본 발명에서, 신규한 이득은 감소된 소비의 기간 동안, 청구된 방법이 시스템 자산을 완전히 이용함으로써 시스템의 상대적 전력 소비를 감소시킨다는 것이다. 작동 비용은 이제 이러한 새로운 방법에 의해 더 낮으며, 계약 설계 케이스와 비교하여 감소 생산에서 작동하는 전통적인 방법보다 상당히 낮다.
공급물 언로딩 시간은 공급 압축기가 대기로 통기하는 시간이다. 공급물 언로딩 단계는 공급 압축기가 대기로 통기하는 단계이다. 일반적인 작동에서, 흡착제 용기는 전형적으로 등화 단계에서 관여하며, 이 때에 한 용기로부터의 기체가 제2 용기로 또는 기체를 보유할 수 있는 탱크로 통과된다.
VPSA의 압력 비는 2.3 내지 6이며, 전형적으로는 2.5 내지 3.5의 범위이다. PSA의 압력 비는 3 내지 8이며, 전형적으로는 4 내지 6의 범위이다.
일부 실시 형태에서, 적어도 하나의 흡착제 베드는 적어도 하나의 공급 압축기에 의해 주기적으로 가압되고 때때로 적어도 하나의 진공 압축기에 의해 배기되며, 적어도 하나의 공급 압축기 또는 적어도 하나의 진공 압축기는 가변 고속 작동을 위해 설계된 관련 고속 유도 모터에 의해 구동되는 원심 압축기이다. 그러한 실시 형태에서, 원심 압축기가 아닌 압축기는 유도 모터에 의해 구동되는 회전식 로브 송풍기일 수 있다.
본 발명의 일부 실시 형태에서, 흡착제 베드는 관련 고속 유도 가변 속도 모터에 의해 구동되는 적어도 하나의 공급 원심 압축기에 의해 주기적으로 가압되고, 관련 고속 유도 가변 속도 모터에 의해 구동되는 적어도 하나의 진공 원심 압축기에 의해 배기된다. 더욱 구체적으로, 그리고 본 발명에 따르면, 원심형 공급 압축기(들) 및/ 또는 원심형 진공 압축기(들)는 가변 속도 작동을 위한 직접 구동 고속 유도 모터에 의해 구동되어, 압축기 및 고속 유도 모터 조합(들)이 현재의 PSA 또는 VPSA 시스템 및 공정의 더 짧은 사이클 시간에 의해 요구되는 빠른 속도로 저속에서 고속으로 가속할 수 있고 고속에서 저속으로 감속할 수 있도록 한다.
가변 속도 제어식 고속 영구 자석 또는 유도 모터의 사용은, PSA 또는 VPSA 공정에서 원심 압축기를 가속시키고 늦추는 능력에 있어서 종래의 저속 유도 모터/기어박스 시스템에 비해 10배 정도 개선시킬 수 있다. 고속 모터를 사용하는 것은 기어박스가 필요하지 않을 수 있으며, 따라서 마찬가지로 윤활유 시스템이 필요하지 않을 수 있다. 따라서, 원심 압축기(들)는 무오일 베어링 상에 지지될 수 있다. 또한, 일부 실시 형태에서, 본 발명의 제안된 구동 시스템은 기어와 베어링 오일 마찰 손실, 윤활유 시스템 손실을 없애고 전력 진상/지상(lead/lag) 능력을 개선시키며 7 퍼센트 포인트를 넘을 만큼 보다 효율적일 것으로 예상된다.
원심 압축기의 높은 효율을 달성하기 위해, 압축기는 피크 효율 라인을 따라 작동되는 것이 필수적이다. 피크 효율 라인은 압축기 성능 맵 상에 그려진 선이다. 본 명세서에 논의된 바와 같이, 압축기 성능 맵(다양한 속도에서의 압력 비 대 질량 유동)은 압축기에 대한 특정 입구 온도에 대해 다양한 속도에서 등엔트로픽 작업 계수(isentropic work coefficient)로부터 생성된다. 피크 효율 라인은 상이한 속도에서의 압축기 작동 곡선의 모든 피크 효율 지점에 대응하는 지점의 위치를 나타낸다. 피크 효율 라인을 따라 작동함으로써, 압축기(들)는 전력 소비의 관점에서 그의 가장 효율적인 모드로 작동될 수 있다.
성능 맵(들)은 또한 등엔트로피 작업 계수로부터 생성된 검색(lookup) 또는 참조 테이블의 형태일 수 있다. 성능 맵 및 생성된 최상의 효율 라인은 프로그램가능 논리 제어기(PLC)에 저장되고 PSA 및/또는 VPSA 시스템과 통합될 수 있다.
제한하는 것으로 해석되어서는 안되지만, 본 발명은 기체, 예를 들어 공기를 산소 및 질소로 분리하는 PSA 또는 VPSA 흡착 공정에서 구현된다. 본 발명의 사용으로부터 유익을 얻을 수 있는 다른 기체 분리 공정은 O2, N2, CO2, H2 또는 He와 같은 기체의 회수를 수반하는 PSA 및 또는 VPSA 분리를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
VPSA 플랜트는 전형적으로 도 1에 예시된 바와 같이 3개의 회전 장비를 갖는다. 공급 기계(22)가 공기를 플랜트에 제공한다. 공기는 분리되어 산소를 생성한다. 진공 기계(50)는 플랜트로부터 폐기물 질소를 제거한다. 생성물 압축기(73)가 플랜트로부터의 산소 압력을 고객이 원하는 공급 압력으로 승압시킨다. 전형적으로, 공급 및 진공 기계는 루츠 스타일(roots style) 회전식 송풍기이다. 이들 기계는 고정 속도로 작동하며, 일단 설치되면 유동 용량은 변경될 수 없다. 따라서, 일단 VPSA가 설계되고 구축되면, 생성되는 산소의 양은 증가될 수 없다. 전형적으로, 단일 스테이지 압축의 경우, 생성물 압축기는 왕복 압축기 또는 고정 속도 원심 압축기 중 어느 하나이다. 전통적인 공급 및 진공 기계와 마찬가지로, 전통적인 생성물 압축기는 일단 선택되고 설치되면 산소 용량을 증가시키기 위해 조정될 수 없다. 더 적은 산소 생성물이 필요한 경우, 압축기는 재순환 제어 밸브(75,76)와 함께 재순환 라인(77)을 통해 재순환 모드로 작동될 것이고, 기계는 그것이 용량의 100%를 생성하는 것처럼 동일한 양의 전력을 소비할 것이다. 다시 말하면, 용량 턴 다운은 생성물 압축기로부터의 어떠한 전력 절약도 제공하지 않을 것이다.
VPSA 플랜트는 통상적으로 고객이 대부분 흔히 더 적은 양의 산소 생산을 필요로 할지라도 최대 생산 요건을 충족시키도록 설계된다. 결과적으로, VPSA 플랜트는 일상적으로 턴 다운 모드에서 작동된다. 에너지 효율적 턴 다운 방법을 이용하면 VPSA 플랜트가 플랜트의 작동 윈도우에 걸쳐 높은 에너지 효율을 달성할 수 있게 하며 에너지 비용을 감소시킨다.
전형적인 VPSA 플랜트 턴 다운 작동은 공급 유동, 흡탈착 압력 범위를 변화시키지 않고서 소정의 사이클 단계 시간을 연장시킴으로써 플랜트를 단속적으로 가동시킴으로써 달성된다. 이러한 작동 모드는 본질적으로 더 높은 유닛 전력을 갖는데, 그 이유는 시스템이 생성물을 생성하지 않는 동안에도 여전히 모터 및 압축기가 가동하고 있기 때문이다. 대안은 플랜트가 가동하지 않을 때 모터 및 압축기를 끄는 것이지만, 이는 짧은 VPSA 사이클 단계로 인해 빈번한 시동 및 셧다운으로부터의 기계 제어 및 마모로 인해 실시되지도 않고 바람직하지도 않다.
종래의 VPSA 턴 다운은 동일한 양의 유동을 공급하고 사이클 시간을 연장시킴으로써 달성된다. 80%의 산소 생성물을 생산하는 것이 목표라면, 공급 유동 및 상부 압력을 동일하게 유지하면서 단순히 사이클 시간을 연장시킴으로써 종래의 VPSA 턴 다운 방법을 사용할 수 있으며, 턴 다운으로부터의 에너지 소비 및 산소 회수는 정상적인 생산보다 더 적다. 다시 말하면, 턴 다운 성능은 플랜트가 100% 생산을 생성하는 경우만큼 효율적이지 않다.
예로서, 80% 산소 생성물을 생성하는 개선된 보다 더 에너지 효율적인 방법은 상부 흡착 압력을 낮추는 것이다. 당업자는 전형적으로 낮은 상부 압력이 음의 VPSA 성능 결과를 생성할 것으로 예상할 것인데, 그 이유는 더 낮은 상부 흡착 압력에서 흡착 용량이 감소되기 때문이다. 보다 낮은 상부 압력으로부터의 보다 낮은 흡착 용량을 보상하기 위해서는, 공급 유동을 증가시키고 사이클을 단축시켜야 하는 데, 둘 모두 음의 회수 충격에 기여할 것이다. 그러나, 보다 낮은 상부 압력으로부터의 에너지 절감 이점은 놀랍게도 증가된 공급 유동 및 더 짧은 사이클로부터의 회수 강하의 부정적인 충격을 덜어낸다.
턴 다운 방법에 대한 추가 개선은, 보다 낮은 공급 유동을 제공하고 상부 압력을 감소시켜 흡착제 용기에 대한 공급 속도 감소의 이점을 활용하여 회수를 극대화하는 것이다. 흡착제 용기로부터의 보다 낮은 상부 압력은 산소 생성물 압축기의 보다 낮은 흡입 압력으로 변환된다. 직접 구동 가변 고속 원심형 생성물 압축기를 사용함으로써, 압축기로부터의 압력 비를 증가시키기 위해 모터를 가속시킬 수 있으며, 따라서 흡입 압력이 동일한 수준으로 유지되는 것처럼 동일한 생성물 압력을 달성할 수 있다.
VPSA 시스템에서, 시스템 내의 압력 제한을 감소시킴으로써 생성물 유량에 대한 제어를 유지하면서 흡착제 용기의 상부 압력은 낮아질 수 있다. 이는 생성물 제어 밸브(68)(항상), 밸브(62/64)(대응하는 베드의 생성물 제조 동안) 또는 밸브(60)(생성물 제조 동안)의 개방을 추가로 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 이는 본질적으로 유량을 증가시킬 것이며 이는 공급물 언로딩 시간을 증가시킴으로써 균형을 이룰 수 있다. 이는 총 흡착/생성물 제조 단계 시간을 감소시키거나 공급물 언로딩 단계 시간을 증가시킴으로써 행해질 수 있다. 공급물 언로딩 단계 시간을 증가시키는 것은 진공 압력을 낮추는 부작용을 가지는 데, 이는 시스템이 더 효율적으로 가동될 수 있는 일부 상황에서는 바람직할 수 있다. 이는 플랜트 특이적이며, 흡착제 특성, 로딩 절차, 용기 구성, 플랜트 배관 레이아웃 등에 의해 영향을 받을 수 있기 때문에 케이스마다 각각 평가된다. 생성물 원심 압축기가 사용되고 있는 경우, 이러한 생성물 기계 속도는 더 낮은 흡입 압력을 가능하게 하도록 증가될 수 있다. 이는 밸브(68, 62/64 또는 60)의 압력 제한을 변화시키는 것과 함께 또는 그 전에 사용될 수 있다. 유량 밸런싱은 공급물 언로딩 시간을 조정함으로써 여전히 달성될 필요가 있을 것이다.
VPSA 공급/진공 압축기가 가변적인 경우 추가의 상부 압력 및 유량 조절이 달성될 수 있으며, 일례로 가변 주파수 드라이브를 갖는 원심 압축기가 있다. 이러한 경우에, 압축기(들)는 더 낮은 압력 비를 생성하기 위해 더 느려지면서 여전히 일정한 유량을 유지할 수 있다. 보다 낮은 상부 압력을 밸런싱하기 위해, 밸브(68, 62/64 또는 60) 또는 원심형 생성물 압축기 중 하나 또는 이의 일부 조합이 여전히 조정되어야 한다. 그러나, 사이클 타이밍은 유량을 밸런싱하기 위해 변경될 필요가 없는데 이는 기계가 유량을 이미 조정하고 있기 때문이다. PSA 시스템의 조정은 PSA 시스템이 진공 압축기를 갖지 않는 것을 제외하고는 실질적으로 동일하다.
VPSA 공급/진공 압축기가 가변적인 경우 추가의 상부 압력 및 유량 조절이 달성될 수 있으며, 일례로 가변 주파수 드라이브를 갖는 원심 압축기가 있다. 이러한 경우에, 압축기(들)는 더 낮은 압력 비를 생성하기 위해 더 느려지면서 여전히 일정한 유량을 유지할 수 있다.
생성물 원심 압축기가 사용되고 있는 경우, 이러한 생성물 기계 속도는 더 낮은 흡입 압력을 가능하게 하도록 증가될 수 있다. 이는 도 1에 도시된 밸브(68, 62/64 또는 60)의 압력 제한을 변화시키는 것과 함께 또는 그 전에 사용될 수 있다. 유량 밸런싱은 공급물 언로딩 시간을 조정함으로써 여전히 달성될 필요가 있을 것이다.
새로운 제안된 턴 다운 방법은 표 1의 시뮬레이션 결과들에 의해 예시된 바와 같이 종래의 일정한 공급 유동 턴 다운 방법에 비해 상당한 에너지 소비 감소를 달성한다.
[표 1]
본 발명은 다양한 PSA/VSA/VPSA 사이클을 갖는(진공) 압력 스윙 흡착 시스템에서 구현될 수 있다. 압력 스윙 흡착 시스템은 공급 기체 혼합물의 구성성분들을 흡착 베드 내로 제1 구성성분을 선택적으로 흡착시킴으로써 적어도 상기 제1 구성성분 및 제2 구성성분으로 분리시킨다. 압력 스윙 흡착 사이클은 흡착 단계 동안 공급 기체의 압력을 흡착 상부 압력으로 상승시켜 제1 구성성분의 흡착을 가능하게 하고, 탈착 단계 동안 상기 베드를 탈착 압력으로 감압시키는 기본 단계로 이루어진다.
원하는 낮은 압력은 약 0.1 atm 초과이고, 원하는 높은 압력은 약 100 atm 미만이다. 다른 실시 형태에서, 사이클의 낮은 압력은 0.3 atm 이상이고, 사이클의 높은 압력은 6 atm 이하이다.
본 발명에서 언급된 산소 VPSA에 대한 상기 흡착 압력 대 상기 탈착 압력의 압력 비는 전형적으로 6.0 미만, 일 실시 형태에서 약 1.5 내지 약 6, 다른 실시 형태에서 약 1.5 내지 약 3.5의 범위이다.
제안된 턴 다운 방법이 유익한 PSA/VPSA 시스템은 단일 흡착 베드, 하나의 흡착 베드가 공급 모드에 있는 반면 다른 흡착 베드는 재생 모드에 있는 단일 트레인 내의 2개의 흡착 베드, 또는 2개의 베드를 넘어서는 다수의 흡착 베드를 포함할 수 있다.
다양한 흡착제가 본 발명의 공정에 사용될 수 있다.
일 실시 형태에서, LiX 흡착제가 사용될 수 있다. 다른 실시 형태에서, Li, Ca, Na, K의 임의의 양이온 또는 혼합된 양이온 구성을 갖는 임의의 파우자사이트(faujasite) 유형이 채용될 수 있다. 본 발명은 이들 속도는 1.5 bar 및 300k에서 >=12/s의 물질 전달 계수 및 ≥3.5 x 10-6 m2/s의 고유 N2 확산도로서 정의되는 고율 흡착제를 사용하여 실행된다.
에너지 개선율(%)은 기본 시스템 구성 및 참조된 흡착제, 및 압축 기계 효율에 의해 영향을 받을 것이다. 상기 시뮬레이션 결과는 공기 공급으로부터 산소 생성물을 달성하기 위해 1.5 bar 및 300k에서 >= 12/s의 물질 전달 계수 및 ≥3.5 x 10-6 m2/s의 고유 N2 확산도를 나타내는 LiX 흡착제를 사용하는 본 발명을 예시한 것이다.
본 발명으로부터 벗어남이 없이 다양한 대안 및 변경이 당업자에 의해 고안될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범주 내에 속하는 모든 그러한 대안, 변경 및 변형을 포함하고자 한다.
흡착제 용기로부터의 보다 낮은 상부 압력에 의해, 생성물 압축기로의 흡입 압력은 VPSA가 종래의 일정한 공급 및 일정한 상부 흡착 압력 방법을 이용하는 경우보다 낮을 것이다.
생성물 압축기 내로의 보다 낮은 유동 및 입구 흡입 압력에 의해, 원하는 최종 압력은 증가된 모터 속도 및 증가된 스테이지 압력 비를 통해 달성될 수 있다. 고속 모터 및 VFD를 갖는 원심형 생성물 압축기의 경우, 압축기는 압축기의 설계점(압력, 유동, 및 속도)에서 작동한다. 동일한 출구 압력을 유지하면서 속도를 증가시킴으로써 이러한 기계로부터의 유동을 증가시킬 수 있다.
도 2는 산소 생성물 압축기에 대한 압축기 맵을 도시한다. 압축기에 대한 설계점이 맵 상에 나타나 있다. 설계점은 공정 요건을 충족시키기 위해 휠이 작동하도록 설계된 유동, 압력 비, 및 속도를 포함한다. 고정 속도 모터 및 기어 박스를 사용하는 전형적인 압축기의 경우, 압축기는 이러한 설계점에서 또는 그 부근에서 작동한다. 특허에 기술된 바와 같이 고속 모터 및 VFD에 의해 구동하는 압축기의 경우, 압축기는 전체 맵에 걸쳐 작동할 수 있다. 압축기는 또한 모터의 속도를 증가시킴으로써 동일한 헤드에서 더 높은 유량으로 작동될 수 있다. 이는 압축기를 소정의 유동 및 압력에 대해 설계하지만 생산 요건이 변화하면 더 높은 유동에서 작동하는 유연성을 제공한다.
고속 모터 및 VFD를 갖는 원심 압축기의 경우, 압축기는 보다 낮은 유동에 의해 가속되어 압력 비를 증가시키고 원하는 보다 높은 최종 압력을 달성할 수 있다. 이러한 개념이 도 2에 도시되어 있다. 유동의 80%에서, 90% 속도를 갖는 압축기는 1.85의 압력 비를 전달할 수 있다. 압축기 속도가 110%로 증가되는 경우, 압력 비는 2.22로 증가될 수 있다. 모터의 증가하는 속도를 통해 압력 비를 증가시킴으로써, 최종 생성물 압력이 달성될 수 있다. 보다 낮은 유동에서 압력 비를 증가시키는 이러한 턴 다운의 방법은 생성물의 일부를 재순환시키는 전통적인 턴 다운 방법보다 기본적으로 보다 더 에너지 효율적이다.
단일 스테이지 직접 구동 고속 원심 압축기의 경우, 턴 다운의 범위는 감소된 공급 유동 및 보다 낮은 흡입 압력에 대처하기 위해 압축기 속도를 변화시키는 것과 재순환 유동을 변화시키는 것의 조합을 통해 확장될 수 있다.
턴 다운 범위는 입구 가이드 베인을 이용하고 입구 가이드 베인의 각도를 변화함으로써 확장될 수 있다.
모터 속도를 증가시키고 압축기 스테이지 압력 비를 증가시키는 기재된 턴 방법은 추가로 확장된 작동 범위를 갖는 다중 스테이지 압축기로 확장될 수 있다.
보다 낮은 공급 유동 및 보다 낮은 흡입 압력에 의해, 제1 스테이지 압력 비를 낮추고 제2 스테이지 및/또는 제3 스테이지에 대한 압력 비를 증가시켜 원하는 최종 압력을 달성할 수 있다. 압력 비 변화는 직접 구동 고속 모터를 통해 압축기 속도를 변화시킴으로써 달성될 수 있다.
Claims (24)
- 감소된 생성물 수요 기간 동안 흡착성 기체 분리 시스템의 에너지 효율을 개선하기 위한 방법으로서, 상기 시스템은
a. 적어도 하나의 흡착 재료를 포함하는 적어도 하나의 흡착 베드(adsorption bed)를 수용하는 적어도 하나의 용기, 및
b. 적어도 하나의 압축기를 포함하며,
상기 적어도 하나의 흡착 베드는, 공급 기체 혼합물의 구성성분들을 적어도 하나의 흡착제를 포함하는 상기 흡착 베드 내로 제1 구성성분을 선택적으로 흡착시킴으로써 적어도 상기 제1 구성성분 및 제2 구성성분으로 분리하기 위하여 작동 동안 주기적인 가압 및 감압을 위해 구성되고, 상기 방법은 하기의 단계들을 주기적인 방식으로 포함하며:
I. 상기 사이클의 흡착 단계 동안 상기 베드에 대한 공급 기체의 압력을 흡착 압력으로 상승시켜 상기 흡착제에 의한 상기 제1 구성성분의 흡착을 가능하게 하는 단계로서, 상기 흡착제는 1.5 bar 및 300 k에서 >=12/s의 물질 전달 계수 및 ≥3.5 x 10-6 m2/s의 고유 N2 확산도를 나타내는, 단계,
II. 상기 사이클의 탈착 단계 동안 상기 베드를 탈착 압력으로 감압시켜 상기 흡착제로부터 상기 제1 구성성분을 탈착시키는 단계로서, 상기 탈착 압력에 대한 상기 흡착 압력의 압력 비가 약 1.5 내지 6.0의 범위인, 단계;
감소된 생성물 수요 기간 동안, 상기 방법은 더 높은 에너지 효율을 달성하면서 생산 용량을 낮추기 위해 상기 적어도 하나의 흡착 용기의 설계 최대 작동 압력의 약 75% 내지 90%의 범위로 상기 상부 흡착 압력을 낮추는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 시스템은 O2, N2, CO2, H2, Ar, 또는 헬륨을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 기체를 회수하도록 구성된 PSA 또는 VPSA 시스템인, 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 제1 구성성분을 위한 상기 흡착제의 상기 고유 확산도는 4.0 x 10-6 m2/s 이상이고, 상기 탈착 압력에 대한 흡착 압력의 비는 VPSA 시스템의 경우 약 1.5 내지 약 3.5 범위이고, PSA 시스템에서는 약 3.0 내지 약 6.0 범위인, 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 공급 기체는 공기이고, 상기 제1 구성성분은 질소이고, 상기 제2 구성성분은 산소인, 방법.
- 제4항에 있어서, 상기 흡착제는 SiO2/Al2O3 비가 2.5 이하이고 Li(> 70%)로 교환된 X형 제올라이트, 및 또는 혼합 양이온 제올라이트인, 방법.
- 제1항에 있어서, 직렬 또는 병렬로 된 하나 이상의 베드를 포함하며, 여기서 적어도 하나의 베드는 공급 모드에 있는 반면 다른 베드들은 재생 모드에 있는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압축기는 양변위형 압축기, 회전동력(rotodynamic)형 압축기 또는 원심 압축기인, 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압축기는 양변위형 압축기이고, 상기 시스템 내의 압력 제한을 감소시킴으로써 상기 적어도 하나의 흡착제 용기의 상부 흡착제 용기 압력은 낮아지면서 생성물 유량에 대한 제어는 생성물 제어 생성물 제조 밸브 및/또는 등화 밸브의 개방을 증가시킴으로써 유지하는, 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압축기는 관련 모터에 의해 구동되고, 상기 적어도 하나의 압축기는 회전식 로브 송풍기이고, 상기 관련 모터는 유도 모터인, 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압축기는 입구 가이드 베인들을 선택적으로 포함하는 원심형 공급 압축기이고, 상기 적어도 하나의 흡착제 용기의 상부 압력은 상기 흡착 용기에 대한 공급 유동을 낮춤으로써 낮아지고, 상기 보다 낮은 공급 유동은 상기 원심 압축기의 압축기 속도를 낮춤으로써, 또는 상기 압축기의 입구 가이드 베인들의 각도를 조정함으로써, 또는 이들 둘 모두의 조합에 의해 달성되는, 방법.
- 기체 분리를 위한 흡착 시스템을 작동시키기 위한 방법으로서, 상기 시스템은
a. 적어도 하나의 흡착 재료를 포함하는 적어도 하나의 흡착 베드를 수용하는 적어도 하나의 용기로서, 상기 적어도 하나의 베드는 작동 동안 주기적인 가압 및 감압을 위해 구성되는, 상기 용기;
b. 가변 속도 작동을 위해 설계된 직접 구동 고속 영구 자석 또는 고속 유도 모터를 포함하는 관련 모터에 의해 구동되도록 구성되는 적어도 하나의 압축기; 및
c. 상기 시스템 내의 조건에 대한 데이터 신호를 수신하고, 적어도 하나의 원심 압축기가 지정된 속도로 작동할 수 있도록 하는 조건에 응답하여 상기 적어도 하나의 원심 압축기를 구동시키는 고속 유도 모터에 전달하기 위한 수단; 및
d. 평균 및 최대 생산 용량에서 원하는 생성물 압력을 전달하도록 구성된 생성물 압축기를 포함하고,
감소된 생성물 수요 기간 동안, 상기 방법은 더 높은 에너지 효율을 달성하면서 생산 용량을 낮추기 위해 상기 적어도 하나의 흡착 용기의 설계 작동 압력의 약 75% 내지 90%의 범위로 상부 흡착 압력을 낮추는 단계를 포함하는, 방법. - 제11항에 있어서, 상기 생성물 압축기는 직접 구동, 고속 영구 자기 모터 또는 고속 유도 모터에 의해 구동되는 원심 압축기이고, 상기 압축기의 속도 및 압력 비는 상기 원하는 생성물 압력 및 유동을 달성하도록 증가될 수 있는, 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압축기는 양변위형 압축기이고, 상기 시스템 내의 압력 제한을 감소시킴으로써 상기 적어도 하나의 흡착제 용기의 상부 흡착제 용기 압력은 낮아지면서 생성물 유량에 대한 제어는 생성물 제어 생성물 제조 밸브 및/또는 등화 밸브의 개방을 증가시킴으로써 유지하는, 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압축기는 입구 가이드 베인들을 선택적으로 포함하는 원심형 공급 압축기이고, 생성물 수요가 상기 시스템의 평균 생산 요건보다 낮은 경우 상기 적어도 하나의 흡착제 용기의 상부 압력은 상기 흡착 용기에 대한 공급 유동을 낮춤으로써 낮아지고, 상기 보다 낮은 공급 유동은 상기 원심 압축기의 압축기 속도를 낮춤으로써, 또는 상기 압축기의 입구 가이드 베인들의 각도를 조정함으로써, 또는 이들 둘 모두의 조합에 의해 달성되는, 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 원심 압축기 및/또는 상기 생성물 압축기는 직접 구동 고속 영구 자기 모터 또는 고속 유도 모터에 의해 구동되는, 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 원심 압축기 및/또는 생성물 압축기의 관련 모터는 적어도 하나의 관련 가변 주파수 드라이브와 연통하고 있고, 상기 적어도 하나의 관련 가변 주파수 드라이브는 데이터 신호를 수신하기 위한 수단과 연통하고 있고, 상기 적어도 하나의 원심 압축기 및/또는 생성물 압축기의 관련 모터는 상기 적어도 하나의 관련 가변 주파수 드라이브와 연통하고 있고, 상기 적어도 하나의 관련 가변 주파수 드라이브는 상기 데이터 신호를 수신하기 위한 수단과 연통하고 있는, 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 데이터 신호를 수신하기 위한 수단은 상기 적어도 하나의 원심 압축기 및/또는 생성물 압축기에 대한 압력 비(출구 압력/입구 압력)를 결정하도록 구성되는, 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 데이터 신호를 수신하기 위한 수단은 상기 적어도 하나의 원심 압축기 및/또는 생성물 압축기에 대한 압력 비 및 입구 온도에 응답하여 작동하는 속도로 상기 적어도 하나의 원심 압축기 및/또는 생성물 압축기의 관련 고속 영구 자기 모터 또는 고속 유도 모터에게 작동 동안 연통하는, 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 관련 고속 영구 자석 또는 유도 모터는 상기 적어도 하나의 공급 원심 압축기에 직접 결합되어, 상기 적어도 하나의 공급 원심 압축기가 사전결정된 효율 라인에서 또는 그 부근에서 작동될 수 있도록 하는, 방법.
- 제19항에 있어서, 상기 사전결정된 효율 라인은 상기 적어도 하나의 공급 원심 압축기의 상이한 속도 및 공정 조건에서 압축기 작동 곡선의 피크 효율 지점에 대응하는 지점의 자리들로 나타내어지는 최상의 효율 라인인, 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 시스템은 PSA 또는 VPSA 시스템을 포함하는, 방법.
- 제21항에 있어서, 상기 PSA 또는 VPSA 시스템은 O2, N2, CO2, H2, Ar, 또는 헬륨을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 기체를 회수하기 위한 시스템을 포함하는, 방법.
- 제21항에 있어서, 상기 시스템은 VPSA 시스템이고, 상기 VPSA 공정에 대한 턴 다운 에너지 효율은 상기 시스템 내 상부 흡착 압력을 낮추고/낮추거나 상기 시스템에 대한 공급 유동을 증가시키고/시키거나 사이클 시간을 낮춤으로써 개선되는, 방법.
- 제23항에 있어서, 턴 다운 범위는 직접 구동 고속 직접 구동 VFD 제어식 다중 스테이지 원심 압축기, 입구 가이드 베인의 이용, 입구 가이드 베인 각도의 제어, 스테이지 속도를 변화시키는 것을 통한 스테이지 압력 비를 변화시키는 것, 또는 상기 임의의 것의 조합을 통해 확장되는, 방법.
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