[发明专利]负荷跟踪单床反向鼓风机吸附空气分离系统

说明书

一种基于示例性单床反向鼓风机吸附的空气分离单元构造成允许通过调节流经其的流量和功耗而跟踪位于其上的氧气负荷。至少一个并且优选地多个压力感测器感测位于吸附器容器下游处的氧气储存区域内的氧气压力。利用这些感测到的压力产生控制信号，所述控制信号控制位于压缩机上游位置处的流量，例如，位于反向鼓风机和输出压缩机处的流量。用于鼓风机和压缩机的控制环路彼此独立并且具有不同的时间常数。因此在不需要将空气分离单元驱动到处于设计范围外的操作条件而且保持制氧的最优功耗的条件下实现氧气负荷的有效跟踪，从而在大调节比范围保持效率。

技术领域

以下发明涉及一种空气分离单元，其用于例如利用基于单床反向鼓风机吸附的空气分离单元从空气中分离氧气。更具体地，本发明涉及基于单床反向鼓风机吸附的空气分离单元，所述空气分离单元能够有效调节从其供应的氧气，以匹配空气分离单元的氧气需求。

背景技术

使用真空变压吸附(VSA)生产氧气对于空气分离技术而言众所周知。VSA提供简单的非低温方法以生产纯度为80％至95％的气态氧。在最近20年，氧气VSA设备得以广泛应用并且在各种床构造中予以提供。通常在每天60吨(TPD)以及更高的规模范围内使用多床VSA。单床处理被采用作为针对通常介于1TPD至40TPD之间的较低生产范围的、较低成本且更简单的处理。一般地，单床系统通常由单个鼓风机机组构成，所述单个鼓风机组用于供气提供装置以及再生真空系统。该处理通常包含自动阀，以在循环期间引导空气和真空流。单床处理的更新的实施例使用反向鼓风机产生原料流并且施加真空，以用于再生步骤。这一最新实施例非常适于小至中等规模的氧气VSA生产设备(1TPD至10TPD)。在美国专利No.8,496,738中描述了这种类型的单床反向鼓风机(SBRB)VSA处理的一个示例。

尽管单床反向鼓风机(SBRB)VSA处理易于实践，但是当与多床系统相比时其简易性伴随着性能折中。首先，缺乏其它吸收器床未顾及到重要的床与床之间的平衡。压力平衡步骤对于降低能耗和增加产品氧气回收至关重要。本领域的技术人员通过向SBRB系统添加平衡罐(例如，由德克萨斯州的Air Liquide of Houston提供的SBRB系统中的平衡罐)克服了这个缺陷。

在任何吸附处理中所存在的另一种功率损耗是处理的欠佳调节比。在多床中，鼓风机必须保持通电的事实限制了双鼓风机系统的调节。这种系统中针对调节的一个选项是将供给鼓风机排气引入真空系统抽吸管，有效缩短了VSA处理的循环。尽管不是特别有效，但是允许鼓风机无载运行，从而节能。

发明内容

在单床系统中，能够针对电动机使用变频驱动装置，以实现显著和有效的调节比，通常调节成铭牌的25％至10％。然而，难以构造适当控制变频驱动装置以实现所需的有效调节比的算法。为了提供该控制算法，根据本发明，位于吸附器容器下游的产品缓冲储存罐监测其中的压力水平。通过根据接收自缓冲储存罐内的压力水平的反馈而调节进入到吸附容器中的入口流量来动态管理吸附平衡。

遵循这种算法，并且在来自产品缓冲储存罐的压力输入提供进入到吸附床的入口流量的控制的情况下，以更低的所需功率以及更低的产品气体(通常为氧气)输出提供了远远低于设计中心的容器流量和速度，而仍然保持高纯度和吸附平衡。这种系统还能够包括：来自操作者的控制，所述控制选择待提供的调节量；致使系统更接近或者远离设计中心运转，但是仍然保持吸附平衡和产品气体纯度，并且具有更低的功耗。