变压吸附剂再生控制装置及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于吸附剂再生技术领域，具体涉及一种变压吸附剂再生控制装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002]变压吸附技术(Pressure Swing Adsorpt1n.简称PSA)是近几十年来在工业上新崛起的气体分离技术，是物理化学渗流理论在工业上的具体应用。
[0003]目前，变压吸附技术已经形成一个重要产业，在气体分离和净化领域有广泛的应用。在今后的一个时期内，变压吸附技术仍将占有很大的比例。吸附剂再生是变压吸附技术一个重要的过程，在再生方式上可采用抽空和冲洗等方式，抽空工艺再生彻底，但是能耗高；冲洗工艺能耗低，但是对冲洗介质纯度和吸附性要求高且有部分残留等问题给企业带来很大困扰。因此如何将抽空和冲洗工艺的工艺优点相结合的节能变压吸附工艺系统成为企业的迫切需求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷而提供一种设计合理，吸附剂再生方式多样化，自动化控制能力强，有效气体回收量大，适合大型化生产的变压吸附剂再生控制装置及其控制方法。
[0005]本发明的目的是这样实现的:该再生控制装置包括多介质进气装置、冲洗装置、排空装置和控制系统，
[0006]a、多介质进气装置包括氮气进气口，氢气进气口和合格净化气进气口 ；氮气进气口通过管道依次与氮气进气压力传感器、氮气进气调节阀及冲洗装置上的氮气缓冲罐进口相连，氢气进气口通过管道依次与氢气进气压力传感器、氢气进气调节阀及冲洗装置上的氢气缓冲罐进口相连，合格净化气进气口通过管道依次与合格净化气进气压力传感器、合格净化气进气调节阀及冲洗装置上的合格净化气缓冲罐进口相连；
[0007]b、冲洗装置包括氮气缓冲罐，氢气缓冲罐和合格净化气缓冲罐；氮气缓冲罐出口通过管道依次与氮气冲洗调节阀、氮气流量计和氮气压力传感器相连，氮气压力传感器分别与至少两组吸附塔单元吸附剂再生阶段进气口上设置的氮气冲洗程控阀相连，氢气缓冲罐出口通过管道依次与氢气冲洗调节阀、氢气流量计和氢气压力传感器，氢气压力传感器分别与至少两组吸附塔单元吸附剂再生阶段进气口上设置的氢气冲洗程控阀相连，合格净化气缓冲罐出口通过管道依次与合格净化气冲洗调节阀、合格净化气流量计和合格净化气压力传感器，合格净化气压力传感器分别与至少两组吸附塔单元吸附剂再生阶段进气口上设置的合格净化气冲洗程控阀相连，至少两组吸附塔单元吸附剂再生阶段进气口上设置的合格净化气出气程控阀分别与合格净化气出气成份分析仪相连，所述合格净化气出气成份分析仪通过管道与合格净化气进气口相连；所述至少两组吸附塔单元吸附剂再生阶段出气口上设置有原料气程控阀分别与原料气进口相连，至少两组吸附塔单元吸附剂再生阶段出气口分别与相对应的原料气程控阀之间设有第一三通，第一三通的第三端通过冲洗气出气程控阀与排空装置中的放空总管相连，第一三通的第三端与冲洗气出气程控阀之间设有第二三通，第二三通的第三端通过抽空气程控阀和排空装置中的真空泵相连，所述合格净化气进气口与后段净化气使用工段相连；所述至少两组吸附塔单元内分别至少设有一个吸附塔，所述吸附塔上设有吸附塔压力传感器；
[0008]C、排空装置包括设在真空泵和放空总管，所述真空泵和放空总管通过管道相连；
[0009]d、控制系统包括模型预测控制器、DCS主控卡和DCS数据库，所述氮气进气压力传感器、氢气进气压力传感器、合格净化气进气压力传感器、氮气流量计、氮气压力传感器、氢气流量计、氢气压力传感器、合格净化气流量计、合格净化气压力传感器、吸附塔压力传感器和合格净化气出气成份分析仪分别通过数据线与DCS数据库相连，DCS数据库通过DCS主控卡与模型预测控制器相连，模型预测控制器通过DCS主控卡来控制氮气进气调节阀、氢气进气调节阀、合格净化气进气调节阀、氮气冲洗调节阀、氮气冲洗程控阀、氢气冲洗调节阀、氢气冲洗程控阀、合格净化气冲洗调节阀、合格净化气冲洗程控阀、冲洗气出气程控阀、真空泵和抽空气程控阀。所述每组吸附塔单元之间采用并联的方式相连。
[0010]一种变压吸附剂再生控制装置的控制方法，该控制方法中至少有两组吸附塔单元，其中一组吸附塔单元处于运行吸附阶段，另外一组吸附塔单元用于吸附剂再生阶段，当其中一组吸附塔单元由运行吸附阶段转为吸附剂再生阶段时，采用氮气冲洗再生方法，氢气冲洗再生方法，合格净化气冲洗再生方法，混合冲洗再生方法，冲洗和抽空混合再生方法或抽真空再生法进行再生:
[0011]a、氮气冲洗再生方法包括如下步骤:
[0012]步骤一:氮气冲洗准备阶段，氮气进气压力传感器检测到氮气压力在0.2?0.4MPa之间时，氮气进气压力传感器将检测到氮气压力通过DCS数据库和DCS主控卡反馈给模型预测控制器，模型预测控制器通过DCS主控卡控制氮气进气调节阀和氮气冲洗调节阀开启；所述氮气进气调节阀开度为80%，氮气冲洗调节阀开度为80%，氮气的流量为4000Nm3/h ；
[0013]步骤二:进入氮气冲洗阶段，当上述步骤一中所述氮气进气调节阀和氮气冲洗调节阀开启后，模型预测控制器通过DCS主控卡控制氮气冲洗程控阀开启，所述氮气冲洗程控阀的开度为100%，氮气开始冲洗吸附剂对吸附剂再生阶段的吸附塔单元中的吸附塔进行吸附剂再生；其冲洗吸附剂持续时间为:488s ;
[0014]步骤三:进入氮气排空阶段，当上述步骤二中所述冲洗吸附剂再生结束后，模型预测控制器通过DCS主控卡控制氮气进气调节阀，氮气冲洗调节阀和氮气冲洗程控阀关闭，同时打开冲洗气出气程控阀，使氮气冲洗气通过放空总管送往吹风气回收热量；
[0015]步骤四:上述吸附剂再生阶段的吸附塔单元中的吸附塔进入吸附阶段，打开原料气程控阀和合格净化气出气程控阀，原料气通过原料气程控阀进入上述吸附阶段的吸附塔单元中，经过吸附塔吸附后合格净化气通过合格净化气出气程控阀和合格净化气出气成份分析仪进入合格净化气进气口，此时合格净化气出气成份分析仪对合格净化气进行气体分析；
[0016]步骤五:当上述步骤四中所述的合格净化气出气成份分析仪对合格净化气进行气体分析，其中氮气含量小于20%且二氧化碳含量小于1.5%时，步骤四中所述进入吸附阶段的吸附塔单元中的吸附塔进入吸附剂再生阶段后，采用氮气冲洗再生方法中的步骤一、步骤二和步骤三对吸附剂再生阶段的吸附塔单元中的吸附塔进行吸附剂再生；
[0017]步骤六:当上述步骤四中所述的合格净化气出气成份分析仪对合格净化气进行气体分析，其中氮气含量不小于20%或二氧化碳含量不小于1.5%时，步骤四中所述进入吸附阶段的吸附塔单元中的吸附塔进入吸附剂再生阶段后，氮气进气压力传感器检测到氮气压力在0.2?0.4MPa之间时，氮气进气压力传感器将检测到氮气压力通过DCS数据库和DCS主控卡反馈给模型预测控制器，模型预测控制器通过DCS主控卡控制氮气进气调节阀和氮气冲洗调节阀开启；所述氮气进气调节阀开度为80%，氮气冲洗调节阀开度为80%，氮气的流量为4000Nm3/h ；
[0018]步骤七:再次进入氮气冲洗阶段，当上述步骤六中所述氮气进气调节阀和氮气冲洗调节阀开启后，模型预测控制器通过DCS主控卡控制氮气冲洗程控阀开启，所述氮气冲洗程控阀的开度为100%，氮气开始冲洗吸附剂对吸附剂再生阶段的吸附塔单元中的吸附塔进行吸附剂再生；其冲洗吸附剂持续时间为:350s ;
[0019]步骤八:进入再次氮气排空阶段，当上述步骤七中所述冲洗吸附剂再生结束后，合格净化气出气成份分析仪将分析数据通过DCS数据库和DCS主控卡反馈给模型预测控制器，模型预测控制器通过DCS主控卡控制氮气进气调节阀，氮气冲洗调节阀和氮气冲洗程控阀关闭，同时使真空泵开启和打开抽空气程控阀，对吸附剂再生阶段的吸附塔单元中的吸附塔进行抽空处理，抽空处理的氮气冲洗气通过放空总管送往吹风气回收热量；所述抽空处理的时间为:50s ；
[0020]b、氢气冲洗再生方法包括如下步骤:
[0021]步骤一:氢气冲洗准备阶段，氢气进气压力传感器检测到氢气压力在0.2?0.4MPa之间时，氢气进气压力传感器将检测到氢气压力通过DCS数据库和DCS主控卡反馈给模型预测控制器，模型预测控制器通过DCS主控卡控制氢气进气调节阀和氢气冲洗调节阀开启，所述氢气进气调节阀开度为80%，氢气冲洗调节阀的开度为80%，氢气的流量为3200Nm3/h ；
[0022]步骤二:进入氢气冲洗阶段，当上述步骤一中所述氢气进气调节阀和氢气冲洗调节阀开启后，模型预测控制器通过DCS主控卡控制氢气冲洗程控阀开启，所述氢气冲洗程控阀的开度为100%，氢气开始冲洗吸附剂对吸附剂再生阶段的吸附塔单元中的吸附塔进行吸附剂再生，其冲洗吸附剂持续时间为:400s ;
[0023]步骤三:进入氢气排空阶段，当上述步骤二中所述冲洗吸附剂再生结束后，模型预测控制器通过DCS主控卡控制氢气进气调节阀，氢气冲洗调节阀和氢气冲洗程控阀关闭，同时打开冲洗气出气程控阀，使氢气冲洗气通过放空总管送往吹风气回收热量；
[0024]步骤四:上述吸附剂再生阶段的吸附塔单元中的吸附塔进入吸附阶段，打开原料气程控阀和合格净化气出气程控阀，原料气通过原料气程控阀进入上述吸附阶段的吸附塔单元中，经过吸附塔吸附后合格净化气通过合格净化气出气程控阀和合格净化气出气成份分析仪进入合格净化气进气口，此时合格净化气出气成份分析仪对合格净化气进行气体分析；
[0025]步骤五:当上述步骤四中所述的合格净化气出气成份分析仪对合格净化气进行气体分析，其中二氧化碳含量小于1.5%时，步骤四中所述进入吸附阶段的吸附塔单元中的吸附塔进入吸附剂再生阶段后，采用氢气冲洗再生方法中的步骤一、步骤二和步骤三对吸附剂再生阶段的吸附塔单元中的吸附塔进行吸附剂再生；
[0026]步骤六:当上述步骤四中所述的合格净化气出气成份分析仪对合格净化气进行气体分析，其中二氧化碳含量不小于1.5%时，当步骤四中所述进入吸附阶段的吸附塔单元中的吸附塔进入吸附剂再生阶段后，氢气进气压力传感器检测到氢气压力在0.2?0.4MPa之间时，氢气进气压力传感器将检测到氢气压力通过DCS数据库和DCS主控卡反馈给模型预测控制器，模型预测控制器通过DCS主控卡控制氢气进气调节阀和氢气冲洗调节阀开启，所述氢气进气调节阀开度为80%，氢气冲洗调节阀的开度为80%，氢气的流量为3200Nm3/h ；
[0027]步骤七:再次进入氢气冲洗阶段，当上述步骤六中所述氢气进气调节阀和氢气冲洗调节阀开启后，模型预测控制器通过DCS主控卡控制氢气冲洗程控阀开启，所述氢气冲洗程控阀的开度为100%，氢气开始冲洗吸附剂对吸附剂再生阶段的吸附塔单元中的吸附塔进行吸附剂再生，其冲洗吸附剂持续时间为:350s ;
[0028]步骤八:进入再次氢气排空阶段，当上述步骤七中所述冲洗吸附剂再生结束后，合格净化气出气成份分析仪将分析数据通过DCS数据库和DCS主控卡反馈给模型预测控制器，模型预测控制器通过DCS主控卡控制氢气进气调节阀，氢气冲洗调节阀和氢气冲洗程控阀关闭，同时使真空泵开启和打开抽空气程控阀，对吸附剂再生阶段的吸附塔单元中的吸附塔进行抽空处理，抽空处理的氢气冲洗气通过放空总管送往吹风气回收热量；所述抽空处理的时间为:50s ；
[0029]C、合格净化气冲洗再生方法包括如下步骤:
[0030]步骤一:合格净化气冲洗准备阶段，合格净化气进气压力传感器检测到氢气压力在0.2?0.4MPa之间时，合格净化气进气压力传感器将检测到合格净化气压力通过DCS数据库和DCS主控卡反馈给模型预测控制器，模型预测控制器通过DCS主控卡控制合格净化气进气调节阀和合格净化气冲洗调节阀开启，所述合格净化气进气调节阀开度为80 %，合格净化气冲洗调节阀的开度为80%，合格净化气的流量为3500Nm3/h ；
[0031]步骤二:进入合格净化气冲洗阶段，当上述步骤一中所述合格净化气进气调节阀和合格净化气冲洗调节阀开启后，模型预测控制器通过DCS主控卡控制合格净化气冲洗程控阀开启，所述合格净化气冲洗程控阀的开度为100%，合格净化气开始冲洗吸附剂对吸附剂再生阶段的吸附塔单元中的吸附塔进行吸附剂再生，其冲洗吸附剂持续时间为:430s ;
[0032]步骤三:进入合格净化气排空阶段，当上述步骤二中所述冲洗吸附剂再生结束后，模型预测控制器通过DCS主控卡控制合格净化气进气调节阀，合格净化气冲洗调节阀和合格净化气冲洗程控阀关闭，同时打开冲洗气出气程控阀，使合格净化气冲洗气通过放空总管送往吹风气回收热量；
[0033]步骤四:上述吸附剂再生阶段的吸附塔单元中的吸附塔进入吸附阶段，打开原料气程控阀和合格净化气出气程控阀，原料气通过原料气程控阀进入上述吸附阶段的吸附塔单元中，经过吸