变压吸附气体分离装置的控制方法 【技术领域】
本发明涉及一种变压吸附气体分离装置，尤其涉及一种变压吸附气体分离设备的控制方法。
背景技术
用固定吸附剂床层进行变压吸附分离混合气体的设备，其最常用的方法是用固定的吸附周期。其工作原理是：当一只装有吸附剂的塔(简称吸附塔)在升高压力产气时，同时另一只吸附塔在放空降压解吸再生，通过固定的吸附周期来切换两塔的工作方式，每个塔各完成一次产气和解吸再生称之为一个吸附周期，如此交替循环工作，不断生成产品气。
上述的固定吸附周期是针对设备额定的产气量、纯度、压力下而特定的一个值，只有在装置产气量不变的情况下，产品气的纯度才能稳定，吸附剂才能够被充分利用。如果实际产气量大于或小于额定的产气量时，就意味着吸附剂不能达到最佳吸附效果或有一部分没有充分吸附。这类气体分离装置的缺点是：
1、当实际产气量减小时，吸附剂没有得到充分利用，使此时的气体提取回收率较低，导致缩压空气能量浪费；
2、当实际产气量波动时，会使产品气纯度不稳定，影响产品气质量；
3、只适用单一的产气量。
【发明内容】
本发明需要解决的技术问题是提供了一种变压吸附气体分离装置的控制方法，旨在解决上述的问题；
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下步骤实现的：
打开截止阀，工艺纯度管路输送样气到气体纯度分析仪；
分析仪分析出纯度并转换成电信号，通过数据线传输到信号采集模块；
信号采集模块把分析仪的信号转换成PLC能够识别的数据，并传送到PLC；
PLC根据纯度信号然后通过程序来控制变压吸附气体分离装置的吸附周期和运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：充分的利用了吸附剂，降低了运行能耗和生产成本，并使产品气纯度稳定，保证了产品气质量，实现负荷适应节能功能。
【附图说明】
图1是现有技术中变压吸附气体分离装置结构示意图；
图2是本发明采用的结构示意图；图1、图2中A和B分别是二个吸附塔；
图3是监测一只吸附剂装填塔在吸附饱和周期的纯度与时间曲线图；
图4是本发明的流程图。
【具体实施方式】
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
由图1、图2可见：现有技术中与本发明采用的结构除了添加一个纯度分析仪(并带一只截止阀配合使用)以及一个纯度信号采集模块其它的机械部件、自控阀以及PLC硬件部分不变。
本发明采用的结构是在工艺气体管路上增加一根管道，取得样气到气体纯度分析仪，中间安装截止阀V1来调节开度及开关；然后气体分析仪和信号采集模块、信号采集模块和PLC之间分别用信号线连接，进行通迅；最后由PLC控制变压吸附气体分离装置的吸附周期。
上述的气体分析仪和信号采集模块的硬件都能在市场上有售。
由图4可见：本发明是通过以下步骤实现的：
1、打开截止阀V1，工艺纯度管路输送样气到气体纯度分析仪；
2、分析仪分析出纯度并转换成电信号，通过数据线传输到信号采集模块；
3、信号采集模块把分析仪的信号转换成PLC能够识别的数据，并传送到PLC；
4、PLC根据纯度信号然后通过程序来控制变压吸附气体分离装置的吸附周期和运行；
在步骤“4”中是：在PLC里设定一个纯度值；所述的纯度值是吸附剂达到饱和状态时的数值；该纯度值可根据图3得出；
PLC将采集到的纯度值与设定纯度值进行比较，当采集到的纯度值大于设定纯度值时，即表示吸附剂没有达到饱和，吸附剂将继续吸附工作，并维持工作状态不变；
在最小吸附时间段后，当采集到的纯度值小于或等于设定纯度值时，即表示吸附剂已经达到饱和，PLC将控制工作的装填塔进入再生状态，再生完毕的塔进入吸附工作状态。
本发明通过上述的判断，以实现周期切换方式；而具体的周期切换过程和以前最常用的用固定的吸附周期方法一致。
由图3曲线可以观察出：在吸附周期开始时，一段时间的工艺纯度值是低于设定值的，这样会干扰PLC的运算，因此需要在PLC中设置一个时间值(称为“最小吸附时间)，在此时间值内，采集到的工艺纯度值将不被用于和设定纯度值的比较，即可把这一段时间的工艺纯度信号屏蔽掉，保证控制的正常进行。
此类气体分离装置的能耗90％以上是压缩空气，所以要节能，节省压缩空气是最合理的方式。
由第二点背景技术可以看出进入气体分离装置的压缩空气共通过两路排出装置：
1、产品气，通过缓冲罐后的产品气出口连续排出；
2、富氧废气，通过设备消声器间断放空(通常消耗60％以上的压缩空气)。
由此可见影响设备气体回收率高低的因素是富氧废气和产品气，如果想提高回收率就必须减少单位时间地放空次数和每次放空的放空量，在装置一定的情况下(吸附塔大小一定、吸附压力一定)放空量是不变的，所以只有减少单位时间的放空次数(延长吸附周期)。
1、当设备没有达到额定的产氮量时，就意味着有一部分分子筛相对富余，可以利用起来再吸附一段时间，这样就可以拉长吸附时间，也就拉长了吸附周期，从而降低了单位时间的放空次数，这就是负荷适应的原理。
2、当设备超过额定的产氮量时，就意味着分子筛已超过自身吸附能力，将导致产品气纯度下降，只有缩减吸附周期才能适应这种工况。
由图3可见：单装填塔在工作产气的周期过程中，产出气体的纯度(为以上提到的“工艺纯度”)并不是稳定的，而是有一定规律性的波动曲线。吸附周期开始，由于是从放空解吸转换为升压吸附产气，所以与后部缓冲罐有压力差，此时缓冲罐中的气体和气源气体同时向装填塔充气，此时产出的气体是混合的，低于产品气纯度；当装填塔压力稳定后，才真正开始吸附产气，工艺纯度开始上升，最高纯度会高于产品气纯度，这样就补偿了周期开始时的低纯度气体；然后吸附剂会达到一个饱和状态，工艺纯度会从最高点下降，下降到某个纯度点(称工艺纯度切换点)后切换到另一只装填塔吸附。后部缓冲罐起到一个混合缓冲的作用，使得产品气纯度稳定。利用这个规律可以用工艺纯度切换点替换最常用的固定吸附周期来控制吸附周期。当实际产气量小于额定产气量时，通过装填塔的气量同时变小，那么吸附剂达到饱和的时间就会延长；反之，实际产气量大于额定产气量时，通过装填塔的气量同时变大，那么吸附剂达到饱和的时间就会缩短。由于工作流程工艺一致，所以工艺纯度值的变化过程是不变的。
根据工艺纯度的这个规律，如附图2所示，本发明通过监测工艺纯度，当吸附剂达到饱和时，工艺纯度从最高点下降，此时控制系统切换装置到另一个装填塔吸附开始产气。这样就实现了使每个吸附周期都充分利用吸附剂，从而达到负荷适应节能和稳定产品气质量的目的。由于工艺纯度曲线变化的平衡特性，在延长或缩短吸附周期的时，同样可以保证产品气纯度的稳定。
因为此工艺纯度的规律性是发生在单塔吸附过程中，而在两塔或多塔结构装置中，每个塔的装填状态存在差异，所以此规律还可以使得这种装置中所有的塔都能达到最佳吸附状态。同样，此发明适用于两塔或多塔结构的变压吸附气体分离装置。
上述的吸附周期延长意味着装置所需原料压缩空气减少，也就意味着能耗的降低；当实际产气量大于额定产气量时，能缩短吸附周期，使得产品气纯度稳定；这样就实现了负荷适应节能功能。本发明解决了利用固定吸附周期的方法来切换吸附剂装填的工作方式导致能耗浪费、产品气纯度波动大的问题。由于用户在选用此类装置时，都会按最大产气量来选择额定产气量，而在使用过程中，用气量波动很大，所以负荷适应节能功能在变压吸附气体分离领域里有较高的实用价值。