采用膜的气体分离装置的气体组成控制的制作方法_2

文档序号:8476006阅读:来源:国知局
物分离级2和渗透物分离级3,以及至少一个压缩机4和/或至少一个,优选一个或两个真 空泵,
[0036] 其中
[0037] 所述进料流分离级1将由至少两种组分构成的进料流5分离成第一渗透物流6和 第一渗余物流7,
[0038] 所述渗余物分离级2将所述第一渗余物流7分离成第二渗透物流9a+9b和作为产 物取出或进一步加工的第二渗余物流8,其中9a代表在所述控制装置18上游和在所述渗余 物分离级2下游的分流且9b代表在所述控制装置18下游的分流,并将所述分流9b供应至 所述进料流5,
[0039] 所述渗透物分离级3将所述第一渗透物流6分离成第三渗余物流10a+10b和作为 产物取出或进一步加工或弃置的第三渗透物流11,其中IOa代表在所述控制装置19上游并 在所述渗透物分离级3下游的分流且IOb代表在所述控制装置19下游的分流,并将所述分 流IOb供应至所述进料流5。
[0040] 本发明的装置的特征在于
[0041] -所述第二渗透物流9a+9b包含至少一个渗透物控制装置18,借此可以提高或降 低所述渗余物分离级2的渗透物压力并基于所述第一渗余物流7中的一个或多个测量装置 20a和/或所述第二渗余物流8中的一个或多个测量装置20b的测量值控制,
[0042] 和 / 或
[0043] -所述第三渗余物流10a+10b包含至少一个渗余物控制装置19,借此可以提高或 降低所述渗透物分离级3的渗余物压力并基于所述第一渗透物流6中的一个或多个测量装 置21a和/或所述第三渗透物流11中的一个或多个测量装置21b的测量值控制。
[0044] 本发明的方法或本发明的装置的特征在于将其设计使得甚至在与第二渗透物流 9b和第三渗余物流IOb -起供应至进料流5的粗气流17的组成或量或压力变动的情况下, 通过本发明的控制系统也能确保两个产物气流8和11的保持不变的收率和品质。在此必 须特别强调的是,可以彼此独立地调控产物气流8和11的纯度;即不同于现有技术的方法, 对这两个产物流的纯度和收率的调控成功地脱开。布置在回流9a+9b和10a+10b中的根据 本发明使用的控制装置18和19用于此目的。
[0045] "控制装置"在本发明的上下文中应被理解为是指能够提高或降低回流9a和IOa 中的压力的仪器、结构部件、装置或装置部件。可能的控制装置的非排他性列举包括:降压 或升压阀、气体卸压装置、真空泵、鼓风机、压缩装置,尤其是压缩机。
[0046] 用测量装置20a、20b、21a和21b测定的测量值调节控制装置18和19。
[0047] 在本发明的第一个优选实施方案中,测量装置20b和21b测定产物流8和11的参 数,例如气流中的一种或多种组分的含量。根据所用测量装置而定,可以用测量装置20b和 21b在线或离线测定产物气流8和/或11的参数。在线测量是优选的,因为调节可因此更 快进行。本领域技术人员知道合适的测量装置。但是,它们优选是能够就一种或多种组分 测量气流的组成的气体测量仪器,尤其是在气流中直接测量的在线测量仪器(例如通过红 外吸收或声速、密度、Coreolis (科里奥利)),和根据相同测量原理的外部测量仪器,其从 料流中取样并连续或非连续地对其测量。这些具有可非常快测定组成并可即时将其用作调 控系统中的输入变量的优点。
[0048] 如果发生粗气体的组成改变或粗气流17和/或进料流5的量或压力改变,则在不 存在任何反控制的情况下,产物流8和11的性质,例如组成也会改变。通过测量装置20b 和21b记录相应的变化并经由控制装置18和19引发反控制装置,因此可以调控本发明的 装置以使得产物气流8和11的性质,尤其是组成,再次回到预定范围/区域。本发明的装 置在此允许同时调控这两个产物气流8和11,但是也允许使这两个料流中的仅一个保持在 预定区域内。
[0049] 因此,在本发明的这种第一个优选实施方案中,本发明提供如下方法,其中根据一 个或多个下列备选方案控制本发明的装置:
[0050] i.所述第二渗余物流8的较难渗透组分B的浓度(任选也通过与其相关的参数测 定)落到低于预定的规定值,因此通过所述渗透物控制装置18降低所述第二渗透物流9a 的压力直至所述参数,特别是所需浓度,再次回到规定范围内。
[0051] ii.所述第二渗余物流8的较难渗透组分B的浓度(任选也通过与其相关的参数 测定)升到高于预定的规定值,因此通过所述渗透物控制装置18提高所述第二渗透物流9a 的压力直至所述参数,特别是所需浓度,再次回到规定范围内。
[0052] iii.所述第三渗透物流11的较难渗透组分B的浓度(任选也通过与其相关的参 数测定)落到低于预定的规定值,因此通过所述渗余物控制装置19提高所述第三渗余物流 IOa的压力直至所述参数,优选所需浓度,再次回到规定范围内。
[0053] iv.所述第三渗透物流11的较难渗透组分B的浓度(任选也通过与其相关的参 数测定)升到高于预定的规定值,因此通过所述渗余物控制装置19降低所述第三渗余物流 IOa的压力直至所述参数,特别是所需浓度,再次回到规定范围内。
[0054] 在第二个优选实施方案中,本发明的装置包括测量装置20a和21a。测量装置20a 和21a分别测定第一渗余物流7和第一渗透物流6的参数,例如体积流量。在这一实施方 案中,因此不分析产物流8和11的性质,而是向第二或第三膜分离级供应的气流的性质。
[0055] 如果发生粗气流17或进料流5的组成波动或量或压力改变,则在不存在任何反控 制的情况下,这会分别影响第一渗透物流6和第一渗余物流7的性质,例如组成或量和压 力。测量装置20a和21a记录相应的变化。通过装置的校准能将第一渗透物流6的这些性 质与第三渗透物流11 (第二产物流)的性质相关联和将第一渗余物流7的性质与第二渗余 物流8 (第一产物流)的性质相关联。因此,也可采用测量装置20a和21a调控这两个产物 流8和11的性质,尤其是组成和收率。这又利用控制装置18和19实现。对产物气流8和 11的组成的控制在这一实施方案中也脱开,并且可以彼此独立地调控。第二渗余物流8(第 一产物流)和第三渗透物流11 (第二产物流)的性质在这种情况下应被理解为是指可在相 应料流上测量并要借助本发明的装置保持在一定范围内或调节至其中的参数。特别优选涉 及相应产物流的组成和/或压力和/或量或体积流量,因为这些参数必须在一定界限范围 内以将产物气体送入管道。这些性质或参数在本文中也被称作与第一渗余物流7或第一渗 透物流6的各自体积流量相关的性质。
[0056] 如已经解释的那样,在本发明的这一实施方案中首先必须一次性校准该装置。但 是,这种最初的多花费和不便通过在校准后例如可实现料流6和7的简单流量测量(这比 例如连续监测产物气流8和11的组成更快且更便宜)而过度补偿。
[0057] 下文使用带有本发明的三级互连布置的生物气装置作为一个实例阐释校准的基 本原理。本发明的装置的校准可以如下进行:
[0058] 首先,确定第三渗透物流11和第二渗余物流8中的较慢渗透组分B的规定浓度。 然后,改变例如粗气流17的组成,并使用测量装置20a和21a测定第一渗余物流7和第一 渗透物流8的目标参数(在这种示例性校准中为体积流量)的变化。平行地,使用测量装 置20b和21b经由例如气体传感器测定第三渗透物流11和第二渗余物流8的组成变化。此 外,测量渗余物分离级2的渗透物压力和渗透物分离级3的渗余物压力。利用控制装置18 和19,可以改变所述渗透物或渗余物压力直至再次达到第三渗透物流11和第二渗余物流 8中的组分B的规定浓度。这时可以将第一渗余物流7的测得体积流量对照渗余物分离级 2的渗透物压力绘图和将第一渗透物流6的体积流量对照渗透物分离级3的渗余物压力绘 图。图2中举例显示必须如何调节渗余物分离级2的渗透物中的压力以保持渗余物流8中 的较难渗透组分B的浓度恒定。必须提到,粗气流的气体组成在此造成这些曲线的平行移 位。这在图2中也可看出,其中标示对于三种不同的粗气体组成(44、55和65%组分B)渗 余物分离级2的必要渗透物压力对第一渗余物流7的体积流量的曲线轨迹。如可以看出的 那样,结果是对于各粗气体组成得到各自分开的曲线。
[0059] 如果分离的目标仅是确保第二渗余物流8中的较差渗透组分B的最低限度的品 质,则为简化本发明的方法,可免去测定对于粗气体的较差渗透物的不同浓度的各种曲线 并仅使用采用更易渗透组分A的最高浓度的操作曲线操作。或者,可以仅使用采用较差渗 透组分B的最低浓度的操作曲线。当粗气体中的较差渗透组分B的浓度提高时,实际上必 须提高级2的渗透物压力以使级2的渗余物气体中的较差渗透组分B的浓度保持恒定。当 没有适应性调节该压力时,级2的渗余物中组分B的浓度提高,但在使用在粗气体中组分B 的最低浓度下的校准直线时它总是高于指定的最低规定值。尽管在渗余物流8的情况中产 生多个在不同粗气体组成下的曲线,但渗透物分离级3的渗余物压力对第一渗透物流6的 体积流量的数据可以在一个曲线上(例如见图3)。
[0060] 通过使用对所得曲线推导的数学函数,在此可以仅通过使用测量装置20a和/或 2Ia测量体积流量,也在不使用测量装置20b和2Ib进行产物流中的浓度的更昂贵和不方便 的测量的情况下,确保该装置的快速控制,即使粗气体组成改变或要处理更多的粗气体。
[0061] 对于处理变动量的粗气体有利的是,压缩机的控制系统(控制装置)接收来自生 物气装置的料位计(例如气袋或发酵罐中的压力)或来自粗气流17中的传感器的信号。随 后也可以控制压缩机以保持粗制生物气的规定料
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