专利名称：渗透膜控制系统和控制方法
技术领域：
本发明涉及一种控制器和控制方法，更具体地说，涉及一种根据可能的进气生产能力控制渗透薄膜系统的操作温度从而相应地最大限度地提高产量同时降低成本的控制器和控制方法。
渗透膜系统是广泛公认为较大规模进行气体分离的高度有利和方便的装置。这种系统一般都装有一片或多片具适当渗度性和选择性特性的渗透膜，供从压缩机驱动的进气混合料中分离出一种或多种组分气体。这种系统用来例如从空气中分离出氮气或氧气(或两者)。保留下来的组分(即没有透过渗透膜的气体)一般即为产品，但通过设置一个或多个渗透膜分离级，得出的也可能反而是或还包含富化或精制的渗透产品。供这种用途使用的渗透膜有能让氧、二氧化碳、潮气、氢、氧、氦等气体透过的渗透膜，但并不局限于这些渗透膜。
渗透膜分离性能一般对温度和压力都敏感。随着操作温度的提高，渗透膜的渗透性也提高，让更多的产品透过渗透膜。然而，渗透膜的渗透性随温度而提高的同时，渗透膜的选择性下降了，从而需要增加进气量来维持产品(残留物)的纯度。随着操作压力的提高，产品的纯度因推动更多的气体透过渗透膜的驱动力的增加而提高。
一般的渗透膜系统设计，力求在预期的周围环境条件(温度、压力、湿度和空气质量)范围内在特定的流量下生产出较纯的产品，在特定工艺条件下渗透膜面积大小合乎要求的情况下一般是与压缩机的压缩能力相适应的。要使系统在操作上达到费用合理的程度，压缩机与渗透膜面积的正确匹配很重要。资本投资(压缩机的大小和渗透膜的面积)与能耗费用之间的平衡也很重要。
为使压缩机与渗透膜匹配，本技术领域的行家们都知道，象环境温度、相对湿度和大气压力之类的环境参数对压缩机压缩能力的影响是变化着的。因此，作为进气发生器选取的压缩机一般都构制得使其在最坏情况的条件下以最大的体积容量工作。根据这个准则，压缩机的压缩能力通常是在设定的环境温度“Ta”下全负荷被使用的，这个设计的环境温度“Ta”一般为预期范围内的最高环境温度。
一般的渗透膜系统是在避免任何冷凝液出现的条件下工作的。液体，特别是烃类，使渗透膜的性能变坏。因此，一般选取预定的最低操作温度(To)以确保所有可冷凝的进气组分(湿气和污染物)在低环境温度下过热。然而，环境温度上升超过Ta时，为保持流体混合体在过热条件下的所有组分并防止渗透膜性能变坏，系统的操作温度必须提高到超过To。在此情况下，尽管生产率下降，压缩机的压缩能力却全负荷使用。
在环境温度下降低到Ta’以下的情况下，通用的渗透膜系统的操作温度一般维持在最低临界值To。这相应地影响了渗透膜随与温度有关的进气率而变化的渗透性。由于在较低的周围环境温度下进气的密度较高，因而进气压缩机的压缩能力没有完全利用上而正是这个未利用上的压缩能力在现有技术中不加以利用。一般的渗透膜系统不是朝提高压缩能力利用率的方向迈进，而是往往采用了“下调”或分流的操作方式，即控制(降低)压缩机的输出以适应渗透膜渗透性的下降，渗透性的这个下降也与温度的下降有关。现有技术没有认识在这些条件下的“下调”实际上在一段时间内提高了生产成本。
一般气体分离薄膜系统在需气量低期间“下调”进气压缩机的设计往往采用根据某些需求参数工作的控制器来提高或降低从压缩机来的进气量。转让给本发明受让人的美国专利5,281,253即举例说明了这种设计。所述控制器一般具有监控检测装置供监控和检测渗透膜出口管线处的起码其中一个，最好是全部下列操作参数压力、流量和产品纯度。此外，所述控制器还具有容量控制器，供调节压缩机的输出。受监控的参数变化量，表明产品需求量下降，就降低压缩机的输出以降低功耗。虽然这种设计对其目标用途有利，但却不能影响工艺参数因工艺操作温度变化引起的偏差，从而不能利用压缩机进气量中与环境温度的下降有关实质上免费的过剩容量。
因此，本技术领域的行家们没有意识到给渗透膜系统配备控制渗透膜系统的控制器和控制方法以利用压缩机在有利的环境温度变化期间(即严冬岁月期间)可加以利用的额外压缩能力的需要。
本发明的渗透膜系统控制器和控制方法只要少量的资本投资就可提高渗透膜气体分离系统的生产率，增加的操作费用简直可以忽略不计。这些好处是通过下列措施达到的检测系统压缩机在某特定条件下的负荷情况，并控制系统操作参数以最大限度地提高产量从而没有大量额外费用就可基本上提高生产效率。
本发明的渗透膜系统控制器可与用来从气体混合料中分离出至少一种气体组分的渗透膜系统配合使用。渗透膜系统有一个气体压缩机在预定的最佳压缩能力下工作。压缩机将气体混合料提供给渗透膜装置。渗透膜装置包括(i)一个可控制的加热装置，供产生(可加以调节的)操作温度；和(ii)一个渗透膜，具一定的渗透性和与操作温度有关的产品(精制气体)生产率。(产品可以是渗透过去的物质或残留下来的物质，这取决于具体要求。)控制器有一个负荷检测装置，供检测压缩机的实际负荷情况和产生表示负荷状况的输出信号。控制装置与加热装置连接，其输入端接检测装置且对检测装置来的负荷信号有反应。这样，压缩机负荷减小从而相应地使流体压缩机的压缩能力增加到预定的最佳压缩能力之外时，控制装置促使操作温度上升到提高渗透膜渗透性和利用压缩机增加的压缩能力的相应水平。
本发明控制渗透膜系统的方法利用了在预定最佳负荷下工作的渗透膜系统流体压缩机的剩余压缩能力。压缩机供料给渗透膜装置，该渗透膜装置包括(i)一个可控制的加热装置，供产生操作温度用；和(ii)一个渗透膜，具一定的渗透性和随操作温度变化的流体组分供应率。所述方法包括下列步骤检测压缩机的实际负荷情况；和提高渗透膜装置的操作温度。这些步骤使系统能够在负荷下降时相应地将流体压缩机的压缩能力提高到预定的最佳压缩能力之外，并提高渗透膜的渗透性和产品供应率，同时降低装置操作费用。
从下面结合附图所作的详细说明可以更全面地理解本发明的上述和其它特点。附图中，同样的编号表示同样的元件，其中
图1是一般渗透膜系统的原理流程图；图2是装有本发明的渗透膜系统的控制器的渗透膜系统的原理流程图；图3是本发明方法第一实施例各步骤的操作图；图4是两不同操作温度下渗透膜流量和渗透膜压力的函数关系曲线图；图5压缩能力因采用本发明的渗透膜系统控制器和控制方法而提高的曲线示意图。
本发明的控制器和控制方法通过利用压缩机额外的压缩能力最大限度地提高渗透膜系统的流体组分产量，所述额外的压缩能力则是通过压缩机负荷用因环境温度下降而引起的减小产生的。
为方便起见，下面就应用择氧渗透膜从空气中分离出氮气的过程说明本发明的一些最佳实施例。在该过程中，产品为残留下来的氮气。但本发明完全也可以从任何含某一种或多种组分的气体混合料中分离出该一种或多种组分和其它气体成分。此外，本发明也完全适用于产品为透过渗透膜的渗透物质的工艺过程(例如，在应用择氧渗透膜分离空气的情况下，通过配备一个或多个渗透膜分离级可以得出富氧产品。)现在参看附图，特别是图1。一般用以从空气中分离出氮气的渗透膜系统(总编号为10)通常包括供料的流体混合料压缩机12、后冷却器14、潮气分离器16、中间加热器18、一片或多片渗透膜模件20和产品控制阀22。渗透膜模件或膜堆经常是在恒定的进气压力和温度下工作以产生特定流量和浓度的氮气。为保持这个准则，压缩机的规格通常取得使其可以在规定的环境条件(一般为100°F和50％相对湿度)下提供所要求的气体混合料(例如空气)。这里使用的“环境温度”一词是指进入压缩机的气体温度。(一般说来，当然，特别是在分离空气的情况下，进入压缩机的空气温度为环境温度，但本发明并不局限于环境温度下的气体混合料，而是可适用于任何以不恒定，但随时间变化的温度进入压缩机的气体混合料。更确切的用语是“压缩机进气温度”，但这里说明空气分离的全部过程中都使用“环境温度”一词)。但若实际环境温度低于设计温度且工艺参数仍然不变，则压缩机的额外(未使用的)压缩能力是因空气混合料的密度增加产生的。
现在参看图2。本发明的渗透膜控制器60可用于渗透膜系统30中来检测是否存在上述额外生产能力，并控制渗透膜系统操作参数以利用所述额外的生产能力。
本发明渗透膜控制器60与渗透系统30的实施例包括一个输出由可控限幅器34控制的流体混合料压缩机32。压缩机最好是螺杆结构式的，具有吸入节流阀或滑阀对输出进行节流或限流。进口管汇36的在环境条件下将空气吸入压缩机中以便稍后排放出压缩进气或流体混合料。
再参看图2。压缩机的出口有一个排气管汇38供排出经压缩的进气混合料并将其送往后冷却器40，由后冷却器40降低气体的温度以协助潮气分离器42从流体混合料中提取不需要的潮气。
潮气分离器42的输出送入中间加热器44中以便将进气的温度提高到过热条件，然后进入渗透膜装置46中。由于渗透膜系统的性能和使用寿命取决于基本上无液态(冷凝)水的操作条件，因而送入的空气始终必须过热。加热器一般具有温度调节机构或加热装置48，以便根据控制装置62来的信号将过热温度提高或降低到渗透膜最佳的操作温度。一般说来，操作温度可以通过流入管壳式热交换器中的热油或乙二醇的温度或通过控制电加热器的恒温器加以调节，但也可以采用任何其它适当的加热装置和温度控制器。
加热器44的下游配置着渗透膜装置46的气体入口。渗透膜装置46有一片或多片渗透膜以便将气体混合料分离成相应的残留和透过的组分流。(产品可以是残留组分或透过组分(或两者)，但在空气分离工艺中，产品通常是氮气，这一般是残留物)。渗透膜固有的对温度敏感的渗透性表示可达到的产品供应率和通常对操作温度敏感。渗透膜还具有影响产品纯度水平的温度和压力灵敏度选择性。渗透膜选择性一般还与系统操作参数有关。各残留物和透过物出口管汇50和52配置在渗透膜设备相应的两侧以便将流体组分分离成相应主要的N2和O2气体。为调节流经产品输送管线54的产品流量，在残留物出口管汇上装了一个产品控制阀50。
继续参看图2。本发明的渗透膜控制器60通常包括控制装置62、负荷检测装置72和系统仪表82。负荷检测装置72用以检测未使用的压缩机的压缩能力随压缩机负荷变化的情况，系统统仪表82用以给控制装置提供工艺参数信息从而监控流体的分离过程和最大限度提高压缩机压缩能力的利用率。控制装置62可以是整个过程控制器的一部分，无需是单独的装置。
按照本发明渗透膜控制器的一个实施例，控制装置62有多个输入端61、63、65、66、67和68供接收来自负荷检测设备72和系统仪表82的仪表输出。装在控制装置中的逻辑电路处理测定出的反馈信号并产生分别控制着压缩机调节器34、中间加热器加热装置48和流量控制阀56的工作过程的控制输出69、70和71，以改变系统工艺温度和/或产品流量。可编程的逻辑控制器或电子计算机特别适合这种用途。
负荷检测设备72最好包括连续检测压缩机负荷情况的负荷检测装置74。这可例如通过测定压缩机随其发动机转速变化的输出进行。负荷传感器来的输出反馈信号直接传送给控制装置输入端61，作为表示环境参数变化从而表示压缩机压缩能力变化的主要手段，此外也可以不从压缩机提供负荷反馈信号而采用环境参数传感器75、76、77分别测定环境温度、环境大气压和环境相对湿度。各信号由控制处理以计算压缩机预期的负荷情况从而改变工艺操作参数。
为检测压缩机出口压力和提供检测压缩机负荷情况的另一种方式，在压缩机排气管汇38上装了一个压力传感器78，压力传感器78配置得使其流体与流体混合料(进气)连通。这个压力传感器用来测定压缩机是否工作过度并指示系统操作压力。渗透膜操作需要的空气量比压缩机所能提供的多时，压缩机就处于工作过度状态。
系统仪表82最好包括多个控制装置62的传感器供监控一系列工艺操作参数。中间加热器44的上游安装着进口温度传感器84，配置得在流体上与进气流连通，且最好包括热电偶或电阻温度装置(RTD)供检测压缩空气的温度用。温度传感器的输出端接控制装置的输入端64以监控过热了的进气，下面即将说明。因此，控制装置确保送往渗透膜装置46的空气温度总是高于中间加热器上游的温度。
渗透膜装置的入口处配置着第二温度传感器86供检测渗透膜装置的进口温度。传感器86与中间加热器入口温度传感器84配合工作确保准备与渗透膜装置46接触的进气混合料处于过热状态。检测出的信号馈给控制装置输入端65。由于一般规定渗透膜空气分离工艺的工艺温度或操作温度为渗透膜入口温度与产品温度的平均值，因而残留物出口管汇50处最好装设第三温度传感元件88以供补偿渗透膜入口温度之用。和上述仪表元件一样，操作温度传感器的输出馈给控制装置的输入端66以便最大限度地提高生产能力。
为检测表示所要求产品流量的输料管线压力，在产品控制阀56下游配置了压力传感器92。压力传感器92的输出加到控制装置的输入端67以便必要时改变整个装置产品的输出流量。产品阀的下游还配置有传感器94供测定产品中氮气的浓度从而在改变工艺温度或产品流量之前确保流体分离过程操作稳定。(不言而喻，若产品是氧气，则渗透物流中要配备的是氧传感器。当然也可以测定一料流的纯度来求出另一料流的纯度)。
本发明的渗透膜控制器60可用在新建的气体分离设施上，或者可将其适当安装以改善现有装有可控制压缩机、加热装置和流量阀的成套装置的运行。安装所需要的压力和温度传感器的简易技术以及控制装置的配线和操作步骤，这些都是本技术领域的行家们所熟悉的。
在操作过程中，同时由于环境温度是不断变化着的，因而渗透膜控制器60必须监控由反馈负荷信号或检测出的环境和工艺参数示出的压缩机负荷情况，并对操作温度进行必要的校正以便以最佳状态利用可利用的压缩空气。若在一定环境温度下的操作温度过高，空气压缩机就不能提供所需要的空气，而且不能维持所要求的产品纯度(不然产品纯度就得下降)。相反，若一定环境温度下的操作温度过低，整套就不能利用所有可利用的压缩空气，从而不能最大限度地提高产量。
现在参看图3。根据本发明方法的第一实施例(总称为100)，整套渗透膜空气分离装置的操作温度可以不断地加以调节以达到最大限度地利用可利用的压缩空气的目的。这是通过，如步骤102中所示，先检测压缩机32(图2)的实际负荷状况、再如步骤104中所示根据检测出的信号确定未使用的压缩能力达到的。若情况表明压缩机的压缩能力未尽使用，则在步骤106核实产品的纯度是否在规定范围内。检测和核实步骤必须在大致上稳定状态的情况下进行，如步骤108所示。为确保稳定状态情况，最好经常进行检测和核实测定。在进入稳定状态之前和用这些测定值来修正工艺参数之前，这些测定值应基本上保持一小时恒定。
在检测步骤102和核实步骤104之后，在稳定状态情况下，若压缩机32尚未满负荷而氧含量在规定的范围内，由方法100逐步将工艺操作温度提高到2°F，如步骤110所示。操作温度的提高提高了渗透膜装置的渗透性，从而提高所处理的空气量。若进气流量保持不变，则N2产品的纯度提高，但由于产品纯度不能改变5次(这通常由客户规定)，因而这时系统要进行补偿。
为补偿产品纯度由于渗透膜渗透性因温度引起的提高而造成的超规定范围，要履行增加产品流量的步骤112直到产品纯度符合规定要求为止。这时，若压缩机压缩能力仍然没有完全利用，则方法返回检测步骤102再重复进行。
再参看图3。为使在环境温度升高时渗透膜系统能力恢复到最佳水平，本发明的渗透膜控制方法提供了另外一些有效利用所有可利用的压缩空气的步骤，具体作法是使渗透膜操作温度总是与可利用的压缩空气相适应。这些另外的一些步骤确定了“限制空气”的子程序113，在环境温度上升和渗透膜处理过程需要的空气量比压缩机所能产生的多时降低整套装置的产量。
分别履行检测步骤102和确定步骤104之后，若空气压缩机32满负荷，就在步骤114测定渗透压力，将其与预期的操作压力相比较。若操作压力小于预期值，则渗盘膜处理操作需要比压缩机所能提供的还多的空气量，于是压缩机为“限制空气”。在此情况下，若产品流量仍然不变，则产品纯度会在高于设计值的情况漂移。解决问题的办法是如步骤116所示的那样将整套装置的产品流量降低一定量。整个装置达到稳定操作状态之后，如步骤117所示，方法通过步骤118所示那样逐步将操作温度降低到2°F。若系统达稳定工作状态之后，空气受限制的情况仍然持续下去，则重复子程序111的步骤。
上述各程序说明了本发明通过始终使渗透膜操作温度与可利用的压缩空气相适应的作法以最有效的方式利用所有可利用的压缩空气的控制方法(环境温度下降时提高渗透膜的操作温度)。此外，虽然上面公开的方法强调了氮气作为产品或残留物，但本发明的方法同样适用于一系列用来保留CO2、O2、H2O、H2和He的流体选择性渗透膜。此外，应该理解的是，任何分离出的流体组分都可用作产品流。这在渗透膜级不只一个的多级结构更是如此。然而，可能往往也有不需要利用全部生产能力的时候。在这些情况下，控制方法必须能让整套装置按客户的要求以最有效的方式运行。
本发明的控制方法可与一般按客户的要求有效控制渗透膜分离装置的方法结合起来使用，方法是在所要求的产品流量降低时降低渗透膜的操作压力。为使工艺合乎要求，选取一定的操作温度并制定“控制曲线”关系使得每一个可能的特定流量都有一个相应的会产生所要求的产品纯度的渗透膜压力。这个关系可编程入渗透膜系统控制器60中以极其方便地监控和控制工艺过程。
通常系统用的采用恒定操作温度“下调”控制系统的的控制曲线一般是通过实验得出。即，以两种不同的流量使工艺压力在各流量变化的情况下操纵整装置直到达到所要求的产品纯度为止求出的。图4画出了两种不同操作温度下的典型控制曲线。接着，解下列两方程以求出控制曲线的斜率和交叉点，再将其输入控制器软件中实施(P)1＝(流量)1×M+B方程(1)(P)2＝(流量)2×M+B方程(2)其中P1，2＝渗透膜在两种不同(规定)流量下的压力流量1，2＝残留物流量M＝控制曲线斜率B＝控制曲线交叉点由于一般控制曲线不能说明变化着的系统操作温度，因而必须求出温度和压力的函数以求出本发明控制器和控制方法类似的控制曲线以确定所需要的渗透膜压力。本发明人发现下列实验公式说明压力和产品纯度恒定的情况下产品流量与工艺操作温度之间的关系
其中流量1，2＝残留物的流量E＝温度校正常数T1＝流量1相应的温度(°R)
T2＝流量2相应的温度(°R)解方程1和2可以求出斜率和在基本操作温度Tb下渗透压力与渗透膜流量关系的交叉点P＝流量×M+B方程(4)其中流量＝渗透膜残留气的流量P＝渗透膜压力M＝斜率@TbB＝交叉点@Tb解方程4求出流量，并将得出的表达式代入方程3中求出流量1并将结果重新整理
其中P＝渗透膜压力T＝当前的操作温度Tb＝基准温度M＝计算出的斜率@TbB＝计算出的交叉点@TbE＝温度校正常数温度校正常数E可以通过实验求出或确定。常数E的计算可以通过例如制取渗透膜工艺在纯度不变时不同温度和压力组合下的模型进行。实验确定常数时，整套装置的操作温度必须将其改为Tb以外的温度。接着，整套装置的流量的压力设置得使残留气的浓度处在所要求的组合情况。接着可以用下面(通过重新整理方程5得出的)6式确定温度校正系数E
用方程5和从方程6计算出的温度校正系数可以计算出任何温度和流量组合下的保持产品纯度恒定所需要的渗透膜压力。本技术领域的行家们都知道，若T＝Tb，则方程5中的指数项消失了从而使方程5得到方程1和2的形式。这是完全可以预料到的，因为方程1和2都是等温控制曲线方程。
控制曲线一经计算出来就可编程入渗透膜系统控制器60中。
要维持所要求的残留气体纯度同时减小和最好最大限度地减小整套装置的功耗，在适当的渗透膜操作压力下操作整套渗透膜装置是很重要。若环境温度低且整套装置的控制已使操作温度上升到可以接受压缩机来的最大流量而且客户的要求降低，则必须用方程5计算所需要的渗透膜压力以校正当前的操作温度从而保持产品纯度恒定。若整套装置采用低基准温度的控制曲线，则一定流量下的渗透膜压力可能过高从而使操作效率不高。在另一个极端的情况下，在使用高基准温度控制曲线情况下，来确定适当的渗透膜压力可能会使压力过低，从而使产品中存在大于所要求的氧浓度。
按照本发明的教导，渗透膜控制器和控制方法是与渗透膜系统配合使用的在基本恒定的环境温度下，但往往在不同的时间有不同的纯度要求。纯度要求改变时，控制器确定所要求的纯度等级并检测所要求纯度与实际纯度等级的差别。根据检测出的纯度改变压缩机的负荷从而相应地改变进气量。与此同时，相应改变操作温度以改善利用系统能力的提高，并将实际纯度改为所要求的纯度。下面复制出的表1举例说明了在整个规定的纯度范围内采用本发明控制方法的渗透膜系统与一般采用恒定渗透膜温度为95吨无氧产品而设计的系统在可利用的生产能力大小方面的对比情况。
表1纯度(％) 95 97 99 99.5流量提高 1.01.151.401.50
本技术领域的行家们会理解到采用本发明的渗透膜系统控制器和控制方法可以大大降低客户的费用。如图5中所示，通过利用压缩机压缩能力因季节气候变化和其它环境(或压缩机进气)温度的变化而引起的提高，在美国西北运行的空气分离厂的平均年产量(以每年产氮的吨数计)可提高大致10％。这个增产可以避免使用比采用渗透膜系统生产气态氮更昂贵得多的等效量液态氮。总的效果大致为总的产品单价降低20％。在成熟而竞争性极强的工业气体工业中，即使节约5先令的费用也是极其显著的。当然，通过按本发明控制器和控制方法调节渗透膜操作温度获得的成本效益取决于生产厂地理位置中的环境温度范围。
本发明的渗透膜控制器和控制方法可大量提高现有气体分离厂的生产能力而无需对现有的设施硬件进行费用昂贵的改造。如这里所公开的那样，监控和控制工艺参数所需要的仪器都适用于大部分流体流动设施的环境。同样，给控制装置配线和安装所需要的劳动极小，这一点特别有利。
上面已就一些最佳实施例进行说明和举例说明，但在不脱离本发明的精神实质和范围的前提下是可以对上述实施例进行种种更改和修改的。因此，应该理解的是，本发明是以举例的方式进行说明的，而且并不局限于上述实例。
权利要求
1.一种与从气体混合料分离出气体的渗透膜系统配用的渗透膜系统控制器，所述渗透膜系统有一个气体压缩机在给定的设计温度上最佳化的在预定的压缩能力下工作以将气体混合料在预定操作压力下馈送给一个渗透膜装置，所述渗透膜装置有一个可控制的加热装置和一个可渗透膜，加热装置供产生操作温度，渗透膜具一定的渗透性和根据所述操作温度的生产气体供应率，所述控制器包括一个负荷检测设备，供检测所述压缩机的实际负荷状况并产生表示所述负荷状况的输出环境参数信号；和一个中央控制装置，具有一个输入接口和一个控制输出端，输入接口与所述负荷检测设备连接，控制输出端接所述加热装置，且所述压缩机负荷减小时根据所述负荷信号相应地使所述流体压缩机的压缩能力提高到所述预定的最佳压缩能力以上，使所述操作温度上升相应幅度从而提高所述渗透膜的渗透性并利用所述提高了的压缩机压缩能力。
2.如权利要求1所述的渗透膜系统控制器，其特征在于，所述负荷检测设备配置在流体上与所述气体混合进料相连通，以测定所述操作压力和产生表示所述操作压力的输出信号，其中所述控制装置有一个电子计算机且包括一个存储器，供存取多个经编程的程序步骤；仪表，供测定所述操作温度和产品纯度；和一个控制输出端，接所述压缩机以控制所述压缩机的输出。
3.如权利要求1所述的渗透膜控制器，其特征在于所述负荷检测设备有起码一个传感器供检测和产生表示进入压缩机的气体混合料的温度、相对湿度和压力这三个参数的至少其中之一的信号；且所述控制装置有一个逻辑电路供根据所述检测出的气体混合料信号计算所述压缩机的负荷状况。
4.一种与渗透膜系统配用的渗透膜系统控制器，用以从空气中分离出气体组分，所述气体组分具有一定的纯度且可以是残留气体或渗透气体产品，所述系统有一个气体压缩机在一定设计温度最佳化的预定压缩能力下工作以便在预定操作压力下将空气送往渗透膜装置，渗透膜装置具有至少一个级和至少一个渗透膜且具有一个可控制的加热装置以产生操作温度和一个具有一定渗透性和与所述操作温度有关的产品供应率的渗透膜，所述控制器包括一个负荷检测设备，用以检测所述压缩机的实际负荷状况并产生表示所述负荷状况的输出环境参数信号；和一个中央控制装置，其有一个输入接口接在所述负荷检测设备，一个控制输出端接在所述加热装置，所述中央控制装置在所述压缩机负荷减小时根据所述负荷信号将所述空气压缩机的压缩能力提高到所述预定的最佳压缩能力以上以提高相应幅度的所述操作温度从而提高所述渗透膜的渗透性并利用所述提高了的压缩机压缩能力以提高所述产品供应量。
5.如权利要求4所述的渗透膜系统，其特征在于，所述残留气体产品为精制的氮气，所述渗透气体为氧气。
6.一种控制用以从气体混料合料中分离出起码一种气体产品的渗透膜系统以达到利用渗透膜系统进气压缩机的额外压缩能力的目的的方法，所述进气压缩机在预定的最佳负荷下工作，用以将所述气体混合料馈送给一个渗透膜装置，渗透膜装置具有一个可控制的加热装置供产生可调节的操作温度用，和一个渗透膜，渗透膜具有一定的渗透性和与所述操作温度有关的产品气体供应率，所述方法包括下列步骤检测所述压缩机的实际负荷状况；确定未利用的压缩机压缩能力的等级；在所述确定步骤压缩机压缩能力未完全利用上时提高所述操作温度以提高所述渗透膜的渗透性。
7.如权利要求6所述的控制渗透膜系统的方法，其特征在于所述检测步骤包括检测所述渗透膜装置的操作压力的步骤。
8.如权利要求6所述的控制渗透膜系统的方法，其特征在于所述检测步骤包括检测进入所述压缩机的所述气体混合料的温度、压力和相对湿度这三种工艺参数的一种或多种，和根据所述检测出的环境参数计算出所述压缩机的负荷状况的步骤。
9.如权利要求6所述的控制渗透膜系统的方法，其特征在于，在所述确定未利用的压缩机压缩能力等级的步骤之后所述方法包括一列步骤在所述压缩机压缩能力完全利用上且所述操作压力下降到所述预定压力以下时降低所述产品的流量；和降低所述操作温度从而相应地减小所述渗透膜的渗透性且相应地提高所述产品的纯度。
10.一种控制用以从空气中分离出作为具预定纯度产品的气体组分以达到利用渗透膜系统空气压缩机的额外压缩能力的目的的方法，所述空气压缩机在预定的最佳负荷下工作，用以将所述空气馈送给一个渗透膜装置，所述渗透膜装置具有一个可控制的加热装置供产生可调节的操作温度，和一个渗透膜，渗透膜具有一定的渗透性和与所述操作温度有关的产品供应率，其特征在于，所述方法包括下列步骤检测所述压缩机的实际负荷状况；确定未利用的压缩机压缩能力的等级；和在所述确定步骤表明有未利用的压缩机压缩能力时提高所述操作温度以提高所述渗透膜的渗透性和所述产品供应率。
11.一种控制渗透膜系统从气体混合料分离出至少一种气体产品的纯度等级的方法，所述系统的渗透膜系统进气压缩机在预定的最佳负荷下工作，用以将所述气体混合料馈送给一个渗透膜装置，渗透膜装置具有一个可控制的加热装置供产生可调节的操作温度，和一个渗透膜，渗透膜具一定的渗透性和与所述操作温度有关的产品气体纯度，所述方法包括下列步骤确定所要求产品纯度与实际产品纯度之间的差值；根据所述检测步骤改变所述压缩机上的负荷从而改变所述气体混合料的量；和根据所述检测步骤修正所述操作温度从而改变所述渗透膜的渗透性并将所述实际产品纯度改变成所述要求的纯度。
全文摘要
一种渗透膜系统控制器和控制方法,用以最大限度地提高残留物产品的输出量,所述系统控制器和控制方法包括一个压缩机负荷检测装置和工艺参数仪表用以将主要监控制信息馈送给控制装置。最大限度提高产品输出量是通过在压缩机压缩能力未充分利用时提高渗透膜操作温度进行的。
文档编号G05D23/19GK1191763SQ97126269
公开日1998年9月2日 申请日期1997年12月29日 优先权日1996年12月31日
发明者J·C·巴恩哈德, B·M·梅雷迪思, E·H·詹德尔 申请人:普拉塞尔技术有限公司