專利名稱：變壓吸附制氫系統(tǒng)中的多塔的自動(dòng)切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變壓吸附(PSA)制氫系統(tǒng)中的多塔的自動(dòng)切換方法，具體地講， 涉及這樣一種方法在利用PSA從焦?fàn)t煤氣中提取氫氣的過程中，如果多塔中的特定塔發(fā)生故障，則PSA制氫系統(tǒng)控制進(jìn)行多塔的自動(dòng)切換。
背景技術(shù)：
氫氣是生產(chǎn)過程中不可缺少的原料和保護(hù)氣體，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及人們對環(huán)保意識的增強(qiáng)，對氫能源的需求量也越來越大。在制氫原料價(jià)格不斷上漲的新形勢下， 為降低氫氣成本，增強(qiáng)市場競爭能力，國內(nèi)外研究者在制氫方法及凈化方面做了大量的研究工作。在化學(xué)制氫、電解水制氫、生物制氫和PSA制氫這4種制氫模式中，PSA制氫因其工藝流程簡單、產(chǎn)品純度高、規(guī)模變化靈活以及生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)而成為當(dāng)前制氫方式的首選。目前國內(nèi)外運(yùn)行的PSA制氫系統(tǒng)一般采用4塔、5塔、6塔運(yùn)行方式，6塔運(yùn)行方式一般完成6塔到5塔、6塔到4塔的切換，生產(chǎn)的產(chǎn)品純度一般為99. 9%。然而，當(dāng)6塔中的某一塔出現(xiàn)故障時(shí)，如何根據(jù)出現(xiàn)的故障在多塔之間進(jìn)行自動(dòng)切換是需要解決的問題。因此，需要一種用于PSA制氫的多塔自動(dòng)切換方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，提供了一種變壓吸附制氫系統(tǒng)中的多塔的自動(dòng)切換方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟當(dāng)變壓吸附制氫系統(tǒng)在初始運(yùn)行模式下運(yùn)行時(shí)，根據(jù)每個(gè)塔的程控閥的信息來確定該塔是否存在故障；如果確定所述多塔中的至少一個(gè)塔存在故障，則根據(jù)預(yù)先存儲的時(shí)間參數(shù)在合適的時(shí)間將變壓吸附制氫系統(tǒng)自動(dòng)切換到另一運(yùn)行模式，在所述另一運(yùn)行模式下，不運(yùn)行存在故障的所述至少一個(gè)塔。根據(jù)每個(gè)塔的程控閥的信息來確定該塔是否存在故障的步驟可包括當(dāng)打開該塔的程控閥時(shí)，確定在預(yù)定時(shí)間內(nèi)是否接收到指示所述程控閥開到位的閥體開限位信號；如果在預(yù)定時(shí)間內(nèi)接收到閥體開限位信號，則確定所述該塔不存在故障；如果在預(yù)定時(shí)間內(nèi)沒有接收到閥體開限位信號，則確定所述該塔存在故障。根據(jù)每個(gè)塔的程控閥的信息來確定該塔是否存在故障的步驟可包括當(dāng)關(guān)閉該塔的程控閥時(shí)，則確定在預(yù)定時(shí)間內(nèi)是否接收到指示所述程控閥關(guān)到位的閥體關(guān)限位信號； 如果在預(yù)定時(shí)間內(nèi)接收到閥體關(guān)限位信號，則確定所述該塔不存在故障；如果在預(yù)定時(shí)間內(nèi)沒有接收到閥體關(guān)限位信號，則確定所述該塔存在故障。所述方法還可包括如果所述至少一個(gè)塔的故障被排除，則將變壓吸附制氫系統(tǒng)從所述另一運(yùn)行模式自動(dòng)切換到所述初始運(yùn)行模式。所述多塔可以是6塔，所述初始運(yùn)行模式可以是6-2-3/P運(yùn)行模式?？筛鶕?jù)存在故障的至少一個(gè)塔的數(shù)量來確定所述另一運(yùn)行模式。如果存在故障的至少一個(gè)塔的數(shù)量是1，則所述另一運(yùn)行模式可以是5塔運(yùn)行的運(yùn)行模式或4塔運(yùn)行的運(yùn)行模式。
如果存在故障的至少一個(gè)塔的數(shù)量是2，則所述另一運(yùn)行模式可以是4塔運(yùn)行的運(yùn)行模式。5塔運(yùn)行的運(yùn)行模式可以是5-2-2/P運(yùn)行模式。4塔運(yùn)行的運(yùn)行模式可以是4-1-2/P運(yùn)行模式。所述時(shí)間參數(shù)可以是對變壓吸附制氫系統(tǒng)在制氫過程中的每個(gè)步位在不同的工作方式下設(shè)置的不同的時(shí)間值。所述步位可包括吸附、第1級壓力均衡降、第2級壓力均衡降、順放、第3級壓力均衡降、逆向放壓、沖洗、第3級壓力均衡升、第2級壓力均衡升、第1級壓力均衡升和最終升壓中的至少一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的PSA制氫系統(tǒng)中的多塔的自動(dòng)切換方法，當(dāng)檢測到某個(gè)程控閥存在故障，而導(dǎo)致與該程控閥相應(yīng)的塔不能正常工作時(shí)，就會(huì)切除該塔，其余塔正常工作，從而保證生產(chǎn)不間斷。類似地，可切除多個(gè)塔，PSA制氫系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。這是提高PSA制氫系統(tǒng)的可靠性的一個(gè)關(guān)鍵因素，也是PSA控制技術(shù)的核心。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的PSA制氫系統(tǒng)中的多塔的自動(dòng)切換方法，可準(zhǔn)確控制在制氫過程中各種運(yùn)行模式之間的切換，使得在吸附塔發(fā)生故障的情況下可切換到其他可行的運(yùn)行模式，從而降低了 PSA制氫系統(tǒng)的故障停機(jī)率，保障生產(chǎn)的連續(xù)性。


通過下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚，其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的PSA制氫系統(tǒng)中的多塔的自動(dòng)切換方法的流程圖；圖2是示出多塔之間的切換關(guān)系的示圖。
具體實(shí)施例方式圖1是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的PSA制氫系統(tǒng)中的多塔的自動(dòng)切換方法的流程圖。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，如圖1所示，在步驟S110，對PSA制氫系統(tǒng)進(jìn)行初始化。經(jīng)初始化后的PSA制氫系統(tǒng)在初始運(yùn)行模式下運(yùn)行。在步驟S120，根據(jù)每個(gè)塔的程控閥的信息來確定該塔是否存在故障。如果在步驟S120確定所述多塔中的至少一個(gè)塔存在故障，則進(jìn)行到步驟S130，根據(jù)預(yù)先存儲的時(shí)間參數(shù)在合適的時(shí)間將PSA制氫系統(tǒng)自動(dòng)切換到另一運(yùn)行模式，在所述另一運(yùn)行模式下，不運(yùn)行存在故障的所述至少一個(gè)塔。另外，根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，如果在步驟S120確定所述多塔中的每個(gè)塔都不存在故障，則PSA制氫系統(tǒng)在所述初始運(yùn)行模式下運(yùn)行。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，所述方法還可包括步驟S140 如果所述至少一個(gè)塔的故障被排除，則將PSA制氫系統(tǒng)從所述另一運(yùn)行模式自動(dòng)切換到所述初始運(yùn)行模式，即返回步驟S110。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，可通過以下方式來執(zhí)行步驟S120 當(dāng)打開該塔的程控閥時(shí)，則確定在預(yù)定時(shí)間內(nèi)是否接收到指示所述程控閥開到位的閥體開限位信號；如果在預(yù)定時(shí)間內(nèi)接收到閥體開限位信號，則確定所述該塔不存在故障；如果在預(yù)定時(shí)間內(nèi)沒有接收到閥體開限位信號，則確定所述該塔存在故障。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，可通過以下方式來執(zhí)行步驟S120 當(dāng)關(guān)閉該塔的程控閥時(shí)，則確定在預(yù)定時(shí)間內(nèi)是否接收到指示所述程控閥關(guān)到位的閥體關(guān)限位信號； 如果在預(yù)定時(shí)間內(nèi)接收到閥體關(guān)限位信號，則確定所述該塔不存在故障；如果在預(yù)定時(shí)間內(nèi)沒有接收到閥體關(guān)限位信號，則確定所述該塔存在故障。下面，將以多塔是6塔為例給出更為詳細(xì)的描述。圖2是示出多塔之間的切換關(guān)系的示圖。如圖2所示，最初PSA制氫系統(tǒng)以6塔運(yùn)行。在6塔的情況下，運(yùn)行模式只有6_2_3/ P這一種運(yùn)行模式，即采用6個(gè)吸附床，兩塔同時(shí)進(jìn)料，三次均壓的工藝，提純的氫氣純度可達(dá) 99. 999% ο如果檢測到6塔中的一個(gè)塔出現(xiàn)故障，則PSA制氫系統(tǒng)切換到5塔運(yùn)行，或直接切換到4塔運(yùn)行。這里，可根據(jù)對產(chǎn)品氣產(chǎn)量的需求來確定是切換到5塔運(yùn)行還是切換到4 塔運(yùn)行。5塔運(yùn)行的5-2-2/P是指5個(gè)吸附床，兩個(gè)塔進(jìn)料，兩次均壓。4塔運(yùn)行的4-1-2/ P運(yùn)行模式是4個(gè)吸附床，一個(gè)塔進(jìn)料，兩次均壓。按需要切出的故障塔5塔運(yùn)行方式有6 種組合，即 5AP、5BP、5CP、5DP、5EP、5FP，4 塔運(yùn)行方式有 3 種組合，即 4ABP、4CDP、4EFP。這里，需要指出的是，程控閥與吸附床相連接，程控閥出現(xiàn)故障導(dǎo)致吸附床出現(xiàn)故障，從而包括該吸附床的塔出現(xiàn)故障。在確定存在有故障塔的情況下，根據(jù)本發(fā)明的PSA制氫系統(tǒng)自動(dòng)切換到其他運(yùn)行模式，從而能不間斷地提供原料氣，保證生產(chǎn)需要。在排除了故障塔中的故障的情況下，可將PSA制氫系統(tǒng)從5塔運(yùn)行或4塔運(yùn)行的運(yùn)行模式切換回6塔運(yùn)行的運(yùn)行模式。此外，如果檢測到2個(gè)故障塔，則將PSA制氫系統(tǒng)從6塔運(yùn)行的運(yùn)行模式切換到4 塔運(yùn)行的運(yùn)行模式。同樣，在排除了這2故障塔中的故障的情況下，可將PSA制氫系統(tǒng)從4 塔運(yùn)行的運(yùn)行模式切換回6塔運(yùn)行的運(yùn)行模式。以上參照圖2僅描述了 6塔運(yùn)行、5塔運(yùn)行和4塔運(yùn)行之間的切換，但本發(fā)明不限于此。例如，當(dāng)3個(gè)塔出現(xiàn)故障時(shí)，需要切換到3塔運(yùn)行模式，這是所需要的切換操作與之前描述的切換操作類似，在此不再詳細(xì)描述。下面將對如何檢測故障塔進(jìn)行更為詳細(xì)的描述。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，根據(jù)塔的程控閥的信息來檢測塔是否存在故障，這里，故障主要包括程控閥該開未開以及程控閥該關(guān)未關(guān)。例如，如果需要打開塔的程控閥， 而在預(yù)定時(shí)間內(nèi)沒有接收到指示所述程控閥開到位的閥體開限位信號，即表明程控閥該開未開，則可確定該塔存在故障。另外，如果需要關(guān)閉塔的程控閥，而在預(yù)定時(shí)間內(nèi)沒有接收到閥體關(guān)限位信號，即表明程控閥該關(guān)未關(guān)，則可確定該塔存在故障。根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例，可通過計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)所述預(yù)定時(shí)間。下面將對模式切換給出較為詳細(xì)的描述。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，如果確定所述多塔中的至少一個(gè)塔存在故障，則根據(jù)預(yù)先存儲的時(shí)間參數(shù)將變壓吸附制氫系統(tǒng)自動(dòng)切換到另一運(yùn)行模式，在所述另一運(yùn)行模式下，不運(yùn)行存在故障的所述至少一個(gè)塔。這里，PSA制氫系統(tǒng)在制氫過程中，每臺吸附器在不同時(shí)間要依次經(jīng)歷吸附㈧、第1級壓力均衡降(ElD)、第2級壓力均衡降(E2D)、順放 (PP)、第3級壓力均衡降(E3D)、逆向放壓(D)、沖洗(P)、第3級壓力均衡升(E3R)、第2級壓力均衡升(E2R)、第1級壓力均衡升(ElR)和最終升壓(FR)等步驟，其中，每一步驟被稱為“步位”。因此，步位可包括吸附、第1級壓力均衡降、第2級壓力均衡降、順放、第3級壓力均衡降、逆向放壓、沖洗、第3級壓力均衡升、第2級壓力均衡升、第1級壓力均衡升和最終升壓中的至少一個(gè)。而時(shí)間參數(shù)是對PSA制氫系統(tǒng)在制氫過程中的多個(gè)步位中的每個(gè)步位在不同的運(yùn)行模式下設(shè)置的不同的時(shí)間值。PSA制氫系統(tǒng)可根據(jù)時(shí)間參數(shù)在不同運(yùn)行模式之間進(jìn)行切換。例如，以6塔切換到5塔為例。假設(shè)在6塔運(yùn)行過程中，6塔中的F塔在第一分周期的第3步位出現(xiàn)故障，此時(shí)各塔正處在穩(wěn)定的步驟，所以此時(shí)不會(huì)馬上切換到5塔運(yùn)行的運(yùn)行模式，而是根據(jù)時(shí)間參數(shù)在6塔切換5塔的預(yù)定的切換時(shí)序來控制最佳步位，在6塔第一分周期的第5步位時(shí)切換到5塔運(yùn)行的第一分周期第8步位。因?yàn)樵诘谝环种芷诘?步除了 A塔和F塔在吸附狀態(tài)外其他塔都在等待狀態(tài)，第5步是最靠近第3步發(fā)生吸附塔狀態(tài)變化的點(diǎn)，而且在第5 步的運(yùn)行狀態(tài)與5塔運(yùn)行時(shí)第一分周期第8步吻合度好，只是把F塔切除，E塔切到吸附狀態(tài)，D塔由逆放切換到第二級壓力均衡降，其他塔按原切換狀態(tài)進(jìn)行，這樣的選擇最大限度的減少了切塔對系統(tǒng)產(chǎn)生的波動(dòng)影響，使系統(tǒng)平穩(wěn)過渡到另一種運(yùn)行方式。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的PSA制氫系統(tǒng)中的多塔的自動(dòng)切換方法，當(dāng)檢測到某個(gè)程控閥存在故障，而導(dǎo)致與該程控閥相應(yīng)的塔不能正常工作時(shí)，就會(huì)切除該塔，其余塔正常工作，從而保證生產(chǎn)不間斷。類似地，可切除多個(gè)塔，PSA制氫系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。這是提高PSA制氫系統(tǒng)的可靠性的一個(gè)關(guān)鍵因素，也是PSA控制技術(shù)的核心。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的PSA制氫系統(tǒng)中的多塔的自動(dòng)切換方法，可準(zhǔn)確控制在制氫過程中各種運(yùn)行模式之間的切換，使得在吸附塔發(fā)生故障的情況下可切換到其他可行的運(yùn)行模式，從而降低了 PSA制氫系統(tǒng)的故障停機(jī)率，保障生產(chǎn)的連續(xù)性。
權(quán)利要求
1.一種變壓吸附制氫系統(tǒng)中的多塔的自動(dòng)切換方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟當(dāng)變壓吸附制氫系統(tǒng)在初始運(yùn)行模式下運(yùn)行時(shí)，根據(jù)每個(gè)塔的程控閥的信息來確定該塔是否存在故障；如果確定所述多塔中的至少一個(gè)塔存在故障，則根據(jù)預(yù)先存儲的時(shí)間參數(shù)在合適的時(shí)間將變壓吸附制氫系統(tǒng)自動(dòng)切換到另一運(yùn)行模式，在所述另一運(yùn)行模式下，不運(yùn)行存在故障的所述至少一個(gè)塔。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)每個(gè)塔的程控閥的信息來確定該塔是否存在故障的步驟包括當(dāng)打開該塔的程控閥時(shí)，確定在預(yù)定時(shí)間內(nèi)是否接收到指示所述程控閥開到位的閥體開限位信號；如果在預(yù)定時(shí)間內(nèi)接收到閥體開限位信號，則確定所述該塔不存在故障；如果在預(yù)定時(shí)間內(nèi)沒有接收到閥體開限位信號，則確定所述該塔存在故障。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)每個(gè)塔的程控閥的信息來確定該塔是否存在故障的步驟包括當(dāng)關(guān)閉該塔的程控閥時(shí)，則確定在預(yù)定時(shí)間內(nèi)是否接收到指示所述程控閥關(guān)到位的閥體關(guān)限位信號；如果在預(yù)定時(shí)間內(nèi)接收到閥體關(guān)限位信號，則確定所述該塔不存在故障；如果在預(yù)定時(shí)間內(nèi)沒有接收到閥體關(guān)限位信號，則確定所述該塔存在故障。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括如果所述至少一個(gè)塔的故障被排除，則將變壓吸附制氫系統(tǒng)從所述另一運(yùn)行模式自動(dòng)切換到所述初始運(yùn)行模式。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多塔是6塔，所述初始運(yùn)行模式是 6-2-3/P運(yùn)行模式。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，根據(jù)存在故障的至少一個(gè)塔的數(shù)量來確定所述另一運(yùn)行模式。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，如果存在故障的至少一個(gè)塔的數(shù)量是1，則所述另一運(yùn)行模式是5塔運(yùn)行的運(yùn)行模式或4塔運(yùn)行的運(yùn)行模式。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，如果存在故障的至少一個(gè)塔的數(shù)量是2，則所述另一運(yùn)行模式是4塔運(yùn)行的運(yùn)行模式。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，5塔運(yùn)行的運(yùn)行模式是5-2-2/P運(yùn)行模式。
10.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，4塔運(yùn)行的運(yùn)行模式是4-1-2/P運(yùn)行模式。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述時(shí)間參數(shù)是對變壓吸附制氫系統(tǒng)在制氫過程中的每個(gè)步位在不同的工作方式下設(shè)置的不同的時(shí)間值。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述步位包括吸附、第1級壓力均衡降、第 2級壓力均衡降、順放、第3級壓力均衡降、逆向放壓、沖洗、第3級壓力均衡升、第2級壓力均衡升、第1級壓力均衡升和最終升壓中的至少一個(gè)。
全文摘要
一種變壓吸附制氫系統(tǒng)中的多塔的自動(dòng)切換方法，所述方法包括以下步驟當(dāng)變壓吸附制氫系統(tǒng)在初始運(yùn)行模式下運(yùn)行時(shí)，根據(jù)每個(gè)塔的程控閥的信息來確定該塔是否存在故障；如果確定所述多塔中的至少一個(gè)塔存在故障，則根據(jù)預(yù)先存儲的時(shí)間參數(shù)在合適的時(shí)間將變壓吸附制氫系統(tǒng)自動(dòng)切換到另一運(yùn)行模式，在所述另一運(yùn)行模式下，不運(yùn)行存在故障的所述至少一個(gè)塔。根據(jù)該方法可準(zhǔn)確控制在制氫過程中各種運(yùn)行模式之間的切換，使得在吸附塔發(fā)生故障的情況下可切換到其他可行的運(yùn)行模式，從而降低了PSA制氫系統(tǒng)的故障停機(jī)率，保障生產(chǎn)的連續(xù)性。
文檔編號C01B3/50GK102344119SQ20111017066
公開日2012年2月8日 申請日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者亓愛峰, 吳曉峰, 孔德恩, 張艷艷, 徐志明, 李濤, 林同剛, 段方民, 王亮, 王彩琴, 章博, 韓笑 申請人:萊蕪鋼鐵集團(tuán)電子有限公司