Спосіб регулювання ряду пристроїв для розділення повітря кріогенною дистиляцією

1. Спосіб регулювання ряду пристроїв для розділення повітря кріогенною дистиляцією, який має N пристроїв для розділення повітря (1, 2, 3, 4), де N>1, у якому газ, який має по суті однаковий склад, подають від N пристроїв до споживального блока (5), при цьому кожен з пристроїв має систему колон для дистиляції повітря (1В, 2В, 3В, 4В) і адсорбційний блок для адсорбції повітря (1А, 2А, 3А, 4А), у якому використовуються принаймні два адсорбери, кожен з яких має зсув фази, і які працюють в одному циклі, у якому фаза адсорбції з високим циклічним тиском і фаза регенерації із зниженням тиску, виконуються одна за іншою, закінчуючись відновленням тиску в адсорбері, при цьому спосіб включає етап, у якому адсорбери блока розміщують паралельно, при цьому кожен пристрій має певну тривалість циклу адсорбції, причому роботу принаймні деяких з адсорбційних блоків регулюють так, що етап відновлення тиску для одного пристрою починається в момент часу, відмінний від моменту початку етапу відновлення тиску для іншого пристрою, який відрізняється тим, що роботу адсорбційних блоків (1А, 2А, 3А, C2 2 (19) 1 3 Для кріогенної дистиляції, оброблений газ повинен бути сухим і декарбонізованим для перешкоджання формуванню льоду в теплоізольованому кожусі. Однією з найбільш ефективних систем для очищення повітря є обробка газу в очисному блоці з кінцевою насадкою. Система має два резервуари, один з яких працює на етапі адсорбції, а інший на етапі регенерації. На певних місцях встановлюється певна кількість кріогенних дистиляційних блоків для одержання необхідної кількості газу. За допомогою очищення в кінцевій насадці, один з етапів послідовності регенерації полягає у відновленні тиску в резервуарі, який був регенерований перед переходом на етап адсорбції. Для усього циклу тривалістю 120 - 300 хвилин, етап підвищення тиску головним чином займає 520 хвилин. Цей період залежить від додаткового повітряного потоку, доступного для повторного відновлення тиску. Головним чином, 2 - 10% повітряного потоку (стосовно номінальної витрати потоку) використовуються для відновлення тиску в резервуарі. Тому, кількість повітря, поданого до пристрою для розділення повітря, зменшується відповідним чином під час підвищення тиску. На місцях з декількома пристроями для розділення повітря, етапи послідовності видалення вологи виконуються незалежно один від одного. На місці з N повітряними блоками (N>=2), існує ймовірність одночасного застосування до N етапів підвищення тиску. Однією задачею представленого винаходу є надання найменш можливої кількості одночасних етапів підвищення тиску. Згідно з однією задачею винаходу, надається спосіб за п. 1 формули винаходу. Згідно з іншими довільними аспектами: - газову суміш очищають в адсорбційному блоці зверху по ходу технологічної лінії від системи колон для кожного пристрою, - роботу адсорбційних блоків регулюють так, що принаймні деякі з них працюють принаймні час від часу з різною тривалістю циклів, - тривалість циклу принаймні одного адсорбційного блоку змінюють під час роботи так, що етапи відновлення тиску не є одночасними, - принаймні два пристрої подають газоподібний кисень і/або газоподібний азот, який переважно стискають, до споживального блоку, - адсорбційні блоки регулюють так, що часовий період, кратний M/N секундам, минає між кінцем циклу одного пристрою і кінцем циклу іншого пристрою, де М є середньою тривалістю циклу для N пристроїв, - тривалість циклу принаймні одного адсорбційного блоку змінюють, тоді як цикл все ще триває, - тривалість циклу принаймні одного адсорбційного блоку змінюється згідно з температурою газу, який випускається з адсорбційного блоку, і/або згідно зі складом газу, який випускається з адсорбційного блоку, 95938 4 - етап відновлення тиску для одного пристрою починається принаймні через 90 хвилин, переважно принаймні через 75 хвилин, насправді принаймні через 50 хвилин, насправді принаймні через 40 хвилин, до або після початку відновлення тиску для іншого пристрою, - для кожного пристрою адсорбційний блок має тільки два адсорбери. Винахід описується більш детально з посиланням на додані фігури, на яких: Фігура 1 зображає ряд одночасних етапів підвищення тиску в заданий момент часу без використання винаходу. Фігура 2 зображає ряд одночасних етапів підвищення тиску в заданий момент з використанням винаходу. Фігури 3 і 4 зображають зміни тривалостей циклу для ряду з чотирьох пристроїв для розділення повітря згідно з винаходом. Фігура 5 зображає зміну температур потоків, які надходять і виходять з адсорбційного резервуару. Фігура 6 зображає ряд з чотирьох пристроїв для розділення повітря згідно з винаходом. Фігура 1, де ряд одночасних етапів підвищення тиску вказаний на осі у, а час - на осі х, показує, що на місці з чотирма блоками для розділення повітря, які живлять одного і того ж клієнта, може бути 2, 3 або 4 одночасних етапи підвищення тиску, які призводять до зниження чистоти і/або кількості продукту для кінцевого клієнта, який живиться декількома пристроями. Винахід застосовується до усіх способів розділення повітря з принаймні колоною двократної дистиляції (колона середнього тиску і колона низького тиску) з одержанням кисню, названого закачаним: тобто, рідкий кисень, який засмоктується на дні колони низького тиску, закачується під тиском, більшим 10 бар, перед випарюванням в одному або більшій кількості теплообмінників. Винахід також застосовується до пристрою, який виробляє неочищений кисень за допомогою принципу змішувальної колони. Винахід полягає у визначенні для кожного циклу кожного блоку для розділення повітря, чи повинен цей цикл трохи збільшуватися або, на противагу до цього, трохи зменшуватися для забезпечення, врешті решт, десинхронізації усіх послідовностей різних блоків для розділення повітря. За нормального кінця циклу в резервуарі, стан виконання циклу в інших блоках служить для обрахунку кількості хвилин, на яку цикл розглядуваного резервуара повинен збільшуватися або зменшуватися. Наприклад, для резервуара, який вже перебуває на стадії відновлення тиску, тривалість циклу іншого(их) блоку(ів) збільшується (в розумних межах, наприклад на 10 хвилин) для очікування, по можливості, кінця етапу відновлення тиску іншої системи. Як це зображено на Фігурах 3 і 4, оператор визначає експериментальний блок - тут блок 4. Обрахунок здійснюється для усіх блоків, коли в екс 5 периментальному блоці цикл близький до закінчення (тобто при CycleTime - DeltaMax). DeltaMax є максимальною допустимою зміною циклу для регулювання його тривалості. Кожен блок перебуває на одному етапі циклу (за необхідністю коротший за етап експериментального блоку). Тому, ми маємо: - блок 1 в момент часу О, - блок 2 в момент часу Р, - блок 3 в момент часу Q, і експериментальний блок 4 в момент часу R, де R = (CycleTime) - (DeltaMax) = 4М -(DeltaMax) Давайте припустимо, що М = (CycleTime)/4. Тепер ми можемо обрахувати невідомі А, В, С і D, що будуть обмежувати або збільшувати цикли блоку 1, 2, 3 або 4 для того, щоб мати М хвилин між двома кінцями циклу. Система повинна вирішувати наступні рівняння: 4M-R+O+A-D = М Р-О+В-А = М Q-P+C-B = М R-Q+D-C = М Нехай: А = R-O-3*M+D В = R-P-2*M+D С = R-Q-M+D Будь яке D; ця система має нескінчену кількість розв'язків, проте ми знаємо, що А, В, С і D повинні знаходитися між -DeltaMax і +DeltaMax. Припустимо, що D таке, що A+B+C+D = 0 (коли система стійка, то розв'язком повинно бути A=B=C=D=0). Це надає D = (-3*R+O+P+Q+6*M)/ 4. Потім розв'язком системи є: D = Максимум(-DeltaМах; Miнімум(+DeltaMax; (-3*R+O+P+Q+6*M)/4)) С = Maксимум(-DeltaMax; Miнімум(+DeltaMax; (-3*Q+R+O+P+2*M)/4)) В = Maксимум(-DeltaMax; Мінімум(+DeltaМах; (-3*P+Q+R+O-2*M)/4)) A = Maксимум(-DeltaMax; Мінімум (+DeltaMax; (-3*O+P+Q+R-6*M)/4)) Спосіб обрахунку, описаний вище, є просто одним із багатьох; очевидно можуть розглядатися інші більш складні способи. Дякуючи винаходу, максимальна потреба в енергії відповідає загальній вимозі до конструкції плюс додатковій вимозі, яка відповідає єдиному етапу підвищення тиску. Це допомагає значно зменшити розмір і, тому, вартість системи підведення енергії. Наприклад, з чотирма пристроями для розділення повітря, вимога 5% підвищення тиску повітря і енергії стиснення повітря, яка отримується з розширення водяної пари, максимальне споживання пари для чотирьох пристроїв повинно становити 4*Конструкція + 5%*Конструкція = 405 Конструкція замість 4*Конструкція + 4*5%*Конструкція = 420 Конструкція згідно з попереднім рівнем техніки. Максимальний період часу, який може використовувати система, залежить від завантаженості блоку. Тому, при високому навантаженні, система 95938 6 може збільшувати або зменшувати тривалість циклу на 5 хвилин (наприклад). При зниженому навантаженні, (послідовність довша) система може збільшувати або зменшувати тривалість циклу на 10 хвилин. При зниженому навантаженні, тривалість циклу може також збільшуватися на 10 хвилин і зменшуватися на 20 хвилин (згідно з ходом етапу охолодження, тобто, температура відхідного газу, який залишає резервуар на етапі охолодження, є досить низькою). Як це зображено на Фігурі 5, температура на виході резервуара спадає на початку циклу, потім зростає до моменту досягання максимальної величини нагрівання приблизно через 105 хвилин на фігурі. Після проходження цього максимуму тривалість циклу може зменшуватися, наприклад, якщо температура відхідного газу нижча за нормальну температуру відхідного газу + 10°С або за температуру навколишнього середовища +10°С. Межа для максимального збільшення тривалості циклу може встановлюватися підвищенням вмісту діоксиду вуглецю, який залишає резервуар при перевищенні заданої порогової величини. Наприклад, якщо вміст зростає з перевищенням порогової величини на 1 проміле діоксиду вуглецю, то резервуар потрібно міняти. У цей спосіб, різниця між початками двох етапів відновлення тиску для двох пристроїв системи становить приблизно 37 хвилин. Ця система також служить для використання одного і того ж нагрівника для двох або більшої кількості блоків. Саме через це періоди регенерації для гарячого газу також десинхронізуються. Оскільки загальна витрата стисненого потоку в усіх повітряних компресорах змінюється менше ніж у пристроях попереднього рівня техніки, їх споживання енергії змінюється менше, таким чином надаючи додаткову перевагу: - Коли енергія стиснення одержується розширенням водяної пари, то споживання пари змінюється слабше (менше збурення у паровій мережі, тому відсутній ризик зниження тиску паропроводу). - Коли компресор приводиться в дію електродвигуном, то набагато легше передбачити споживання електроенергії блоку і, таким чином, оптимізувати витрату (особливо, якщо витрати на енергію базуються на фіксованій частині і змінній частині). Фігура 6 зображає ряд з чотирьох пристроїв для розділення повітря. Пристрій 1 приймає стиснене повітря 1С. Це повітря очищається в адсорбційному блоці 1А, завдяки чому цикл встановлюється згідно з винаходом і адсорбційний блок виробляє потік відхідного газу 1W, який служить для регенерації, цей потік 1R випускається з системи дистиляційних колон 1В. Очищене повітря 1Е подається до системи колон 1В і розділяється для формування потоку газоподібного кисню 1GOX шляхом випарювання закачаного рідкого кисню або будь-якими іншими відомими засобами. Кожен з пристроїв 2, 3 і 4 працює по суті у той же спосіб що й описаний для пристрою 1, і вони детально не описуються. Пристрої 1 - 4 можуть, наприклад, бути насосними пристроями, як це 7 описано в роботі "The Technology of Catalytic Oxidations", Editions Technip, Arpentinier et al, або змішувальними колонними пристроями. Потоки 1GOX, 2GOX, 3GOX і 4GOX подаються до споживального блоку 5, такого як блок газифікації або блок часткового окислення. 95938 8 Загальний нагрівник служить для нагрівання регенераційних потоків 1R, 2R через те, що повторне нагрівання двох потоків не відбуваються одночасно. 9 95938 10 11 95938 12 13 Комп’ютерна верстка М. Мацело 95938 Підписне 14 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601