采用膜的气体分离装置的气体组成控制的制作方法_3

文档序号:8476006阅读:来源:国知局
位。该装置随后自己根据上述调节机理调 节。下文中提供关于这一优选实施方案的细节。
[0062] 优选流量计(质量或体积)用作测量装置20a和/或21a。可以由测量装置20a 和21a在线或离线测定参数。在线测量是优选的。本领域技术人员知道合适的测量装置。 [0063] 本发明在这一实施方案中因此提供如下方法,其中优选根据一个或多个下列备选 方案控制本发明的装置:
[0064] V.所述第一渗余物流7的体积流量(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降低所述第二渗透物流9a的压力直至根 据校准曲线达到必需压力且因此所述第二渗余物流8的所需性质,优选所述第二渗余物流 8的组成,再次回到规定范围内,
[0065] vi.所述第一渗余物流7的体积流量(任选也通过与其相关的参数测定)降到低 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 基于校准曲线达到必需压力且因此所述第二渗余物流8的所需性质,优选所述第二渗余物 流8的组成,再次回到规定范围内,
[0066] vii.所述第一渗透物流6的体积流量(任选也通过与其相关的参数测定)升到高 于预定的规定值上,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 至基于校准曲线达到必需压力且因此所述第三渗透物流11的所需性质,优选所述第三渗 透物流11的组成,再次回到规定范围内,
[0067] viii.所述第一渗透物流6的体积流量(任选也通过与其相关的参数测定)降到 低于预定的规定值,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 至基于校准曲线达到必需压力且因此所述第三渗透物流11的所需性质,优选所述第三渗 透物流11的组成,再次回到规定范围内。
[0068] 本发明的装置和本发明的方法的一个巨大优点在于最高度可变的装置产能,即可 变地控制装置生产能力并使其顺应对产物气体的需求的可能性。如已提到,这可以在不开 通或关闭膜面的情况下实现。在本发明的一个优选实施方案中,为此通过改变所述压缩机4 的输送体积来提高或降低本发明的装置的装置生产能力,并根据方法备选方案i或ii抵消 所述第二渗余物流8中所述较难渗透组分B的浓度的由此引起的改变,和/或根据方法备 选方案iii或iv抵消所述第三渗透物流11中所述较难渗透组分B的浓度的由此引起的改 变,和/或根据方法备选方案V或vi抵消所述第一渗余物流7的流量的由此引起的改变, 和/或根据方法备选方案vii或viii抵消所述第一渗透物流6的流量的由此引起的改变。
[0069] 上述方法i至viii可以互相组合,和/或可以使用混合形式。测量装置20a、20b、 21a或21b是指独立的测量仪器、设备等,以及多个仪器、设备等的组合或组合连接体。测量 装置20a、20b、21a或21b可以在各种方法备选方案中以灵活方式互相组合。例如,测量装 置20a可以与测量装置20b -起使用以调节渗透物控制装置18。在这种情况中,存在备用 测量系统,其使得可以互相监控并保护测量系统。由此可以确定例如测量装置何时已失效。 本发明的相应实施方案也可以由本领域技术人员从本发明的说明书和实施例中容易找出, 并且也包含在本发明内。
[0070] 根据所用测量和/或控制装置及其数量,可以有利地在测量和控制装置之间连接 至少一个数据处理装置(未显示在附图中),优选至少一个计算机。由此可容易地中央调控 本发明的装置或本发明方法和记录和协调各种测量值或调节步骤。相应的技术解决方案可 购得和/或是本领域技术人员已知的并共同包括在本发明的范围内。
[0071] 在本发明的方法中特别优选在所述第一渗余物流7和/或所述第一渗透物流6中 使用流量计作为测量装置20a和/或21a。
[0072] 同样特别优选在所述第二渗余物流8和/或所述第三渗透物流11中使用在线或 离线测量装置20b和/或21b测定相应的气体混合物的组成。除如上所述通过控制装置18 和19控制料流9a+9b和10a+10b外,本发明还包括在该装置或在该方法中进行再另外的控 制或调节的实施方案。
[0073] 在另一优选实施方案中,本发明的装置包括控制装置24 (未显示在附图中),其调 节压缩机4的性能(Leistung),优选其转速和因此其输送体积。变频器是对此的一个实例。
[0074] 采用该控制装置优选调节压缩机的性能以适应要分离的粗气体的量(例如发酵 罐中的生物气产量)或要生产的产物气体(例如渗余物流8中的甲烷流)的量。可以例如 在粗气体中间存储器的料位指示计上或以发酵罐中的粗气体压力读出粗气体(例如来自 生物气装置的粗生物气)的产量变化。如果发酵罐中的料位或压力上升,则可以通过提高 压缩装置的转速来提高该膜分离装置的分离能力。由此可以使发酵罐中的压力或中间存 储器中的料位保持恒定或降低。如果与此相反,中间存储器中的料位或发酵罐中的压力降 低,则可以通过降低压缩机的转速来降低该膜分离装置的分离能力并由此使中间存储器中 的料位或发酵罐中的压力保持恒定或降低。在由压缩机的转速改变得到的进料体积流量5 改变的情况下,得到渗余物流8和渗透物流11的组成改变。本发明的一个巨大优点在于, 可通过本发明中的上文所述调节机理预防这种改变。通过为了产物气体的产量和品质的这 种根据本发明的装置控制,在此能够彼此独立地控制该装置的分离能力和产物气流8和11 的组成。因此,在不必适应性调节分离级1和2中的渗余物压力并且不必开通或关掉膜面 的情况下,可经由控制装置18和19借助压缩机的控制装置在一定范围内改变该装置的产 能,而不改变料流8和11中的产物气体品质。
[0075] 这种产能灵活性可局限于一定范围的压缩机转速和因此粗气体输送体积,其取决 于该装置的设计,尤其是在分离级中的压力、各分离级1、2和3中的膜的面积比方面,特别 是在控制装置18和19和它们的与各自的气流9a和IOa中的压力调节中的带宽方面。如 果例如渗透物流9a中的最小可能的压力为0· 3巴(绝对)(bara),则这是进料气体积流量 5的限制性参数。进料气体积流量5的进一步提高意味着渗余物流8中较慢组分B的浓度 会降到低于规定值并因此不再可保持该装置的所需操作点。在渗透物9a中的压力不再能 比例如环境压力更进一步提高的情况中同样如此。这种压力在此限制进料体积流量5的降 低,因为进料体积流量5的进一步降低的情况下较难渗透组分B在渗余物8中的含量升到 高于规定值。
[0076] "控制装置"在本文中应被理解为是指压缩机的控制单元,其控制压缩机的性能, 优选其转速。可以构造这种控制装置以使其处理来自粗气流17和/或上游的存储器或生 产装置中的传感器的测量数据。例如,来自测量装置的信号然后可以控制压缩装置的变频 器。相应的压缩机和检查或控制装置可购得并且是本领域技术人员已知的。
[0077] 采用上述实施方案,即压缩机性能控制和适应性调节,可确保该膜分离装置的分 离能力顺应粗气体产量和/或产物气体8和11的必要量的要求。通过控制装置18和19 补偿由粗气体17的不同加工量及其组成变动得出的料流8和11的气体组成波动。
[0078] 在另一优选实施方案中,构造本发明的装置以通过调节来自粗气流17的粗气体 的供应量来平衡(优选自动地)来自所述第二渗透物流9b和/或所述第三渗余物流IOb 的再循环气体的变化量。这特别优选在在此不改变所述压缩机的转速的情况下进行。这允 许使用更简单且更便宜的不可调节压缩机。
[0079] 这一实施方案中在此可以使用第二渗透物流9b和/或第三渗余物流IOb中的气 体传感器、体积或质量流量计或压力计作为测量装置22和23。优选通过粗气流中的粗气 流控制装置25控制粗气体的进料量。粗气流控制装置必须能够替代缺失量(=压缩装置 的吸气量与再循环流9b和IOb总量之差)。这例如通过将粗气流控制装置构造为压缩装 置4吸入侧上的压力测量装置来实现。通过这种压力测量装置控制的剂量装置(例如可调 节的模拟阀或鼓风机或压缩单元)随后可通过粗气体17的不同进给量保持压力恒定。如 果粗气体处于符合压缩机的吸气压力规格的压力下,则也可以由压缩机直接吸入除回流9b 和IOb外还需要的粗气体量,而不需要额外的粗气体控制装置17。在此也可以在测量装置 22和23以及粗气流控制装置25之间连接数据处理装置。
[0080] 原则上,上述数据处理装置可涉及不同装置,即在本发明的方法中可以使用多个 数据处理装置。这些数据处理装置可任选联网在一起。但是,优选仅使用一个中央数据处 理装置,采用其在中央监督和调节所有测量和控制步骤。
[0081] 本发明的装置,例如参见图1,如上文所提到包含至少三个膜分离级的链接。各级 由一个或多个物理气体分离组件构成,它们并联和/或串联互连在一个级内。该组件中的 气体分离驱动力是在各自的膜分离级中在渗余物侧和渗透侧之间产生的分压差。该分压差 由布置在进料流分离级1的进料侧上的压缩机4并任选地由在进料流分离级1下游,优选 在渗余物分离级2的渗透侧上在第二渗透物流9a+9b中和/或在渗透物分离级3的渗透侧 上在第三渗透物流11中的至少一个,优选一个或两个真空泵(未描绘在图1中)产生。任 选地,在一个或多个膜分离级中使用渗透侧吹扫气流产生或增强分压差是有利的。
[0082] 在本发明的一个优选实施方案中,压缩机4使粗气体混合物或来自粗气流17和第 二渗透物流9b和/或第三渗余物流IOb的气体混合物达到5至100巴的所需压力,但优选 达到9至75巴的压力。如果粗气流17已具有所需压力,则压缩装置4只再需使第二渗透物 流9b和/或第三渗余物流IOb达到5至100巴的所需压力,但
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