[发明专利]用于两个或更多个压缩机的防喘振速度控制

说明书

本发明提供了用以控制在真空变压吸附过程中操作并由电动马达(4，5)直接驱动的离心式压缩机(4，5)的速度的方法和控制系统，以避免可能发生喘振的操作，电动马达继而由变频驱动器(12，13)控制，而随后在最高吸附压力和最低解吸压力的设定极限之间对真空变压过程进行操作。确定用于操作压缩机的最佳速度，在最佳速度下，压缩机将沿着其压缩机特性线图的峰值效率操作线操作。该速度在通过压缩机的流量或与流量有关的其他参数低于最小值时由反馈速度乘数调整，并且在排空和排空加吹扫步骤期间由前馈乘数调整，前馈乘数乘以反馈乘数以增加压缩机的速度，从而避免喘振。然后通过全局速度因子调整速度，全局速度因子用于在重复循环的所有步骤中调整马达的平均速度，使得过程在高压力极限和低压极限内操作。

技术领域

本发明提供了用于控制在真空变压吸附设备内操作并由电动马达直接驱动的两个或更多个离心式压缩机的速度的方法和控制系统，以在设备的操作中优化压缩机的效率并避免压缩机进入喘振。更具体地讲，本发明涉及这样的方法和系统，其中在由真空变压吸附设备执行的重复循环的至少某些步骤期间使速度增加，在那些步骤中，压缩机可能遇到喘振，并且速度增加的量根据正在进行的步骤而变化。此外，本发明涉及这样的方法和系统，其中在由真空变压吸附设备执行的重复循环的所有步骤期间，使压缩机的相对速度增加或减小，以便设备内的压力不超过给定限度，并且使得设备中每个容器的压力遵循相同的重复模式以确保设备的稳定操作。

背景技术

在真空变压吸附过程中，使用一种或多种吸附剂来吸附进料流的一种或多种组分，从而产生经纯化的产物流。典型的过程根据重复循环具有一系列连续执行的步骤。在重复循环中，交替使用包含吸附剂的吸附床以产生纯化产物，然后进行再生。在再生期间，吸附的组分从吸附剂解吸，然后将吸附床恢复到可产生产物的条件。

在设计用于从进料空气中制备产物氧气的典型真空变压吸附过程中，吸附床经受在重复循环中进行的十步过程。为了获得最高的氧气回收，通常进行两床工艺。在第一步骤中，将第一床同时从底部排空并用从第二床递送的均衡气体从顶部加压。然后，将高纯度产物从氧气缓冲罐添加到床的顶部，而进料空气由进料压缩机(通常为罗茨型鼓风机)供应。在第三步骤中，通过鼓风机将床继续从底部加压。现在，床已准备好制备产物，并且进料空气被进料至容器的底部，在步骤4期间将产物从顶部移除。在步骤5中，将产物气体递送到氧气缓冲罐，并且将一些产物作为吹扫物回流到第二床。在生产完成后，在步骤6期间卸载鼓风机，并将剩余在加压床顶部的较低纯度气体作为均衡气体转移至第二床。在随后的排空步骤7、8和9中，在没有流量离开或进入容器顶部的同时，通过真空压缩机从容器的底部移除废氮气。在最后的步骤中，真空压缩机继续从容器底部移除氮气，同时将吹扫气体从第二床添加到容器的顶部。由于氧气吹扫流量被控制为等于排空流量的事实，在该步骤期间压力保持相对恒定。

如U.S.7,785,405中所公开，由直接驱动式高速永磁马达直接驱动的离心式压缩机已有利地用于真空变压吸附过程中。此类马达的使用允许变速操作，使得压缩机和高速永磁马达组合可根据过程的需要从低速加速至高速并且迅速地从高速减速至低速。已发现，这提供了与由常规电感马达/齿轮箱系统驱动的离心式压缩机的使用相比的重大改进，离心式压缩机由于电感马达的高惯性而不能快速地加速和减速。通过连续改变压缩机速度以匹配因加压和排空吸附床而变化的压缩机的压力比要求，在这样的循环中使用的离心式压缩机可在其峰值效率附近并且优选地以其峰值效率从100％的设计速度或更高的速度到大幅降低的速度(通常低至设计速度的30％)进行操作。

压缩机被设计成在操作包络内操作，该操作包络可绘制在被称为出口压力与入口压力之间的压力比与通过压缩机的流量的压缩机特性线图中。在这样的曲线图上，绘制峰值或最佳效率操作线，其中对于给定的流量和压力比而言，压缩机的能量消耗为最小。该压缩机特性线图可被编程在控制器内，该控制器用于控制马达的速度，并由此控制压缩机的速度。根据真空变压吸附过程中的将需要离心式压缩机上的特定压力比的特定步骤，控制器将与由压缩机特性线图确定的最佳速度相关的信号发送到控制高速永磁马达速度的变速驱动器。