專利名稱：氦氣回收用控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及工業(yè)用氣體物流的循環(huán)和凈化。
背景技術：
氦氣有著在廣泛的制造領域應用的潛力。金屬原子化方法、冷噴涂成形、冷卻和保護氣等用途全都能以這樣或那樣的方式得益于氦氣的物理性質(zhì)(一種具有高導熱和高音速的惰性氣體)。然而，主要缺點是其成本高。上面提到的用途中大多數(shù)要使用大量氣體。若沒有以某種形式回收用過的(以下有時也稱作“乏”)氣體的循環(huán)系統(tǒng)，氦氣的使用成本將是無法承受的。氦氣循環(huán)系統(tǒng)，包括帶或不帶一體化可透性膜系統(tǒng)的，均在文獻中有大量記載。這樣的系統(tǒng)可配置成回收超過95％工藝所使用的氦氣量。對于許多領域來說，這給客戶提供了較大的用氣量靈活性。某些客戶青睞較高的氣體流率，但常常由于氣體產(chǎn)品的成本而在經(jīng)濟上不可行。鑒于此種系統(tǒng)的回收率高，因此降低了相應的氦氣成本。在較高流率比較有利于客戶工藝的情況下，目前他們已經(jīng)具有優(yōu)化其操作的選擇，而不受像其他氣體，或一次通過式氦氣系統(tǒng)那樣的經(jīng)濟限制。
許多此類系統(tǒng)所存在的問題是，它們一直被設計成配合基本穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)操作的。就絕大部分而言，送到循環(huán)系統(tǒng)的進口雜質(zhì)含量水平可以預測和結合到設計中去?？蛻舻氖褂媚Ｊ交旧蠈儆诜€(wěn)態(tài)并且其使用流率可預測。
但是，當客戶的用量格局處于經(jīng)常變動之中，又與循環(huán)流中不斷變化的工藝雜質(zhì)水平相耦合時，該系統(tǒng)將要求一種復雜的控制方案才能保證整個系統(tǒng)持續(xù)運行在最佳狀態(tài)和達到使系統(tǒng)經(jīng)濟可行所必須的高回收率水平。允許供氣量隨客戶使用模式變化而波動將提供一種較嚴密的系統(tǒng)設計。系統(tǒng)中資金密集的設備，例如，吸收罐、分子篩、閥門和管線尺寸，以及壓載罐和緩沖罐尺寸都可通過允許系統(tǒng)在低客戶抽吸量時下調(diào)(或關閉)和當需求高時上調(diào)(或開啟)而維持在最低值。另外，可透性膜系統(tǒng)則通過復雜控制程序的應用而運行在其最高效率區(qū)。這將能夠在較寬操作參數(shù)范圍內(nèi)保持超過95％的回收率。
現(xiàn)有技術討論膜與非膜分離技術的一體化在現(xiàn)有技術中是熟知的。
美國專利4,238,204概述了一種改良的選擇性吸附方法，通過利用膜滲透器單元選擇性地收集輕氣體，從進料氣混合物中回收輕氣體，例如，氫氣或氦氣。該專利未涉及所描述的發(fā)明在進料流組成和客戶使用模式隨時間變化的非穩(wěn)態(tài)領域的應用。
美國專利4,717,407提出一種由可透性膜分離與“非膜”分離技術的結合構成的改良回收系統(tǒng)。該專利稱PSA的應用為可能的“非膜”分離操作之一。
美國專利5,004,482將膜分離單元用于氮或氧選擇性PSA(變壓吸附)系統(tǒng)的產(chǎn)物流。膜分離單元作為氣體干燥器用于產(chǎn)物流以替代較為昂貴的干燥方式。該發(fā)明方法將PSA廢氣，或者部分產(chǎn)物氣，沿著與滲余流呈逆流的方向送過膜的透過流一側，以提高水跨過膜邊界傳遞的效率。
美國專利5,207,806公開一種通過將PSA系統(tǒng)與膜的接合聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)品的方法。
美國專利5,354,547公開一種利用膜與PSA系統(tǒng)的組合從諸如水蒸汽-甲烷重整器產(chǎn)生的那些物流中回收氫氣的方法。
美國專利5,632,803詳細描述了從含有介于0.5～5.0％氦氣的進料原料生產(chǎn)純度超過98.0％的氦氣產(chǎn)物流的方法。該方法利用一種對氦氣具有高透過速率的膜分離單元作為第一段分離器。隨后，該氦氣富集的透過流繼續(xù)進入第二和第三段PSA單元，以便進一步精制。從第二段出來的廢氣可任選地循環(huán)返回到膜單元的進料流中，或者到第一段PSA分離單元的進口。
美國專利5,077,029采用一種膜/脫氧控制系統(tǒng)和方法生產(chǎn)高純度氮氣。進料空氣在膜(或者PSA)分離單元中接受處理。粗氮氣流從該單元出來時將含有約1～3％氧。氫氣被引入到送往脫氧單元途中的該粗產(chǎn)物流中。
雖然PSA/膜集成系統(tǒng)據(jù)大量文獻報道已被用于許多氣體分離領域，但有關在寬輸入和輸出參數(shù)范圍內(nèi)優(yōu)化系統(tǒng)操作的控制方案的課題則很少有發(fā)表?？蓪⑾到y(tǒng)設計成具有足夠富裕容量來滿足對系統(tǒng)的任何可預見的要求，并在不需要額外容量時簡單地在“下調(diào)”模式操作。然而，建設尺寸過大系統(tǒng)所要求的額外投資使得此種選擇缺乏吸引力。系統(tǒng)的最佳效率只有在系統(tǒng)的所有組成部分全都設計并操作在某一特定點時才能達到。另一方面，用于回收來自諸如金屬原子化或等離子爐的廢氣流的集成系統(tǒng)一般都具有浮動設計點。這就是說，它們必須在一個寬進料量和循環(huán)流雜質(zhì)含量水平范圍內(nèi)工作得同等地好。要設計一種系統(tǒng)，讓它在設計條件始終處于不斷變化時一直運行在持續(xù)高的回收率是難以辦到的?？蛻裘啃r的氦氣消耗變化以及各個獨特的批處理都預料會向循環(huán)氦氣流中引入差別量很大的氣流雜質(zhì)。如果在系統(tǒng)設計中沒有考慮處理這些變化，則這些變化必將很快造成等外品。
發(fā)明目的因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于氣體循環(huán)系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，所述氣體循環(huán)系統(tǒng)對污染的氣體進行回收利用，以便使此種氣體的回收率大于55％，優(yōu)選大于95％。在該氣體是氦氣的情況下，本發(fā)明方法和系統(tǒng)能以上述回收率將氦氣凈化到99.999％(體積)的純度。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)，它從客戶的工藝中回收氦氣，除掉工藝雜質(zhì)，并以大于55％，優(yōu)選95％的回收率將回收的氦氣返回到客戶供應管線中。這給客戶提供氦氣使用量的較大靈活性并大大降低該工藝的氦氣使用成本，否則此種成本將高得無法承受。
在本發(fā)明的一種實施方案中，該氣體循環(huán)系統(tǒng)包含a)具有要求組分的規(guī)定純度的氣體源；b)使用所述氣體并向所述氣體加入雜質(zhì)的應用系統(tǒng)；c)吸附系統(tǒng)，用于從所述氣體中除掉所述雜質(zhì)從而產(chǎn)生所述需要組分的凈化氣體，以及廢氣(含所需要的組分)，其中所述吸附系統(tǒng)包括吸附劑床、進料氣進口、所述凈化氣的產(chǎn)物氣出口和所述廢氣的廢氣出口；d)毗鄰所述廢氣出口的氣體純度分析器，用于測定所述廢氣中雜質(zhì)和/或需要組分的含量；e)氣體導管，連接氣體源到所述應用系統(tǒng)，所述應用系統(tǒng)到所述吸附系統(tǒng)，所述出口到所述應用系統(tǒng)，以及所述第二出口到所述進料氣進口。
在另一種實施方案中，該系統(tǒng)還包含連接到吸附系統(tǒng)的廢氣出口的膜。
在另一種實施方案中，膜的原料進口連接到廢氣第二出口上，以使所述廢氣通過所述膜，結果產(chǎn)生一股雜質(zhì)含量降低的氣體和一股雜質(zhì)濃度較高的氣體。
在另一種實施方案中，設有導管，用于將所述雜質(zhì)降低的氣體進料到所述吸附系統(tǒng)的進口。
在另一種實施方案中，具有規(guī)定純度的氣體源被連接到導管，所述導管用于將雜質(zhì)降低(并含有要求組分)的氣體進料到吸附系統(tǒng)的進口。
在另一種實施方案中，設有輸出壓力控制器，用于控制供給所述應用系統(tǒng)的氣體的進料壓力。
在另一種實施方案中，設有第二氣體純度分析器，用于測定所述凈化氣的純度。
在另一種實施方案中，設有控制器，所述控制器一旦接到來自所述第二氣體純度分析器的信號即關閉連接所述吸附系統(tǒng)到所述應用系統(tǒng)的導管。
在另一種實施方案中，設有第三氣體純度分析器，用于測定從所述應用系統(tǒng)出來的含雜質(zhì)氣體的純度。
在另一種實施方案中，設有導管，用于排放從所述應用系統(tǒng)出來的含雜質(zhì)的氣體，其中該排放導管一旦接到來自所述第三氣體純度分析器的信號即打開。
吸附系統(tǒng)可以是變壓吸附系統(tǒng)、變溫吸附系統(tǒng)或二者的組合。
在另一種實施方案中，公開一種凈化和循環(huán)氣體的方法，所述方法包括a)提供需要組分規(guī)定純度的氣體源；b)將所述氣體供應給使用所述氣體并向所述氣體中加入雜質(zhì)的應用系統(tǒng)；c)將含雜質(zhì)的氣體送至吸附系統(tǒng)，后者用于從所述氣體中除掉所述雜質(zhì)從而產(chǎn)生所述需要組分的凈化氣體，以及廢氣(含所需要的組分)，其中所述吸附系統(tǒng)包括吸附劑床、進料氣進口、所述凈化氣出口和所述廢氣的第二出口；
d)測定所述廢氣中所述雜質(zhì)的含量；e)一旦接到來自氣體純度分析器的信號就將所述廢氣排放到所述系統(tǒng)以外。
在另一種實施方案中，將廢氣通過膜，結果產(chǎn)生一股雜質(zhì)含量降低的氣體和一股雜質(zhì)濃度較高的氣體。
在另一種實施方案中，該方法還包括將所述雜質(zhì)降低的氣體送至所述吸附系統(tǒng)。
在另一種實施方案中，來自具有規(guī)定純度的所述氣體源的額外氣體被加入到所述雜質(zhì)降低的氣體中，以補償排放的廢氣。
在另一種實施方案中，監(jiān)測所述凈化氣的純度以保證其純度與所述規(guī)定純度的氣體純度基本一樣。
在另一種實施方案中，一旦接到來自毗鄰所述應用系統(tǒng)出口的第三氣體純度分析器的信號，排放來自所述應用系統(tǒng)的含雜質(zhì)氣體。
本文所使用的術語應用是指任何使用要求進行循環(huán)的氦氣或其他氣體的工業(yè)過程。
此類氣體包括但不限于，二氧化碳、氫氣、氬氣、氖氣、氪、氙、甲烷以及空氣的組分，例如，氧和氮。一般地，本發(fā)明的控制方法適用于任何采用吸附和/或膜技術的氣體凈化、回收/循環(huán)。
附圖簡述其他目的、特征和優(yōu)點在本領域技術人員研讀了下文的(a)優(yōu)選實施方案描述和附圖之后自會明白，附圖中包括

圖1是本發(fā)明采用除氫單元、PSA系統(tǒng)和膜單元的實施方案的工藝流程圖。
圖2是展示本發(fā)明優(yōu)選實施方案的工藝流程圖。
圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施方案的邏輯流程圖。
圖4是適用于本發(fā)明的控制設定點/響應矩陣的例子。
發(fā)明詳述采用PSA和選擇性膜系統(tǒng)的現(xiàn)有循環(huán)系統(tǒng)的一個限制是，膜的性能隨著膜進料流中雜質(zhì)含量水平的降低而下降。隨著該雜質(zhì)濃度的下降，更多需要的流成分(通常應為膜-透過流)被作為廢氣隨著滲余流(＝排斥流)被排放。這對整個系統(tǒng)的性能具有不利的影響，因為集成系統(tǒng)的回收率下降了。然而，這對于要求特定氣體(例如，氦氣)具有高回收率的場合是一個大問題。
本發(fā)明通過根據(jù)客戶要求和工藝條件使膜分離單元總是操作在最佳點而獲得高的、可持續(xù)的氦氣回收率。這是通過連續(xù)監(jiān)測PSA廢氣流中氧氣濃度實現(xiàn)的。
當PSA廢氣流雜質(zhì)濃度低于最佳點(例如，小于2.5mol％O2)時，整個廢氣流將循環(huán)返回到PSA進料壓縮機，以便進一步凈化(除某些送往最高下調(diào)量條件下送往膜單元的最低流量之外)。這期間，產(chǎn)物氣(氦氣)的回收率超過95％(并接近100％)，因為離開系統(tǒng)的唯一產(chǎn)物氣是通過應用中的泄漏產(chǎn)生的。遺憾的是，此種循環(huán)模式不能無限持續(xù)而不造成產(chǎn)物純度的損失，因為積累起來的雜質(zhì)必須從PSA系統(tǒng)中排出，使它們不致突破吸附床層進入到產(chǎn)物流中。將雜質(zhì)從吸附系統(tǒng)中吹除將造成連帶的產(chǎn)物損失，從而降低回收率。
按照本發(fā)明，循環(huán)回路中雜質(zhì)含量水平一旦積累到預選的設定點(該值隨膜單元的最佳操作點以及吸附劑床層的設計負荷而變化)，控制邏輯將發(fā)出信號，通知膜單元開始以最大通過量進行處理。
可透氣體選擇性膜能夠除掉大量雜質(zhì)，同時將加工期間排放損失的氦氣量保持在最低。透過流(氦氣)可循環(huán)返回到進料壓縮機入口以便進一步精制，而滲余流，主要是氧氣和氮氣連同某些少量氦氣，則作為廢氣排放。按照本發(fā)明的方法，更多的氦氣被保留在系統(tǒng)內(nèi)，從而提高了系統(tǒng)的回收率。
膜應設計成使它能以比應用系統(tǒng)加入雜質(zhì)更快的速度除掉系統(tǒng)中的雜質(zhì)。因此，即使工藝持續(xù)不斷將氣體返回到凈化系統(tǒng)，膜仍在不斷降低著系統(tǒng)中總體雜質(zhì)含量水平。一旦PSA廢氣流分析器指出，雜質(zhì)水平已降低到設定下限，控制系統(tǒng)將減少膜通過量，于是大部分廢氣流將再次直接循環(huán)返回到PSA進料壓縮機以便向PSA進料。
在該控制程序監(jiān)測PSA廢氣流的同時，另一單獨的分析器在監(jiān)測著PSA產(chǎn)物流，以防超限條件。所謂“超限”，我們指的是，氣體不符合客戶要求的規(guī)格。
按照本發(fā)明，系統(tǒng)控制被設計用來通過啟動對此種超限條件的響應來保護客戶工藝的完整性。一旦產(chǎn)物雜質(zhì)超過某一上限，來自產(chǎn)物氣分析器的信號將取代PSA廢氣流分析器的信號并啟動一種響應，給膜單元發(fā)出最大通過量的指令。這一動作大大減少進入到PSA的進料流雜質(zhì)，從而大大降低產(chǎn)物流雜質(zhì)。一旦達到產(chǎn)物雜質(zhì)下限，膜回路的控制權再次交還給PSA廢氣流分析器。任選地，系統(tǒng)可在全膜通過量配置下持續(xù)運轉(zhuǎn)一段時間以便讓PSA“自我清理”。如果探測到超限條件，將認為吸附床的上部已被污染。通過讓系統(tǒng)持續(xù)操作在純氦氣狀態(tài)，隨著氦氣在循環(huán)中通過，就能有效除掉吸附劑床層上部的雜質(zhì)。經(jīng)過一段時間以后，系統(tǒng)控制權可切回到PSA廢氣流分析器。
于是，本發(fā)明采用一種復雜控制方法，連續(xù)監(jiān)測和調(diào)節(jié)系統(tǒng)操作，使回收系統(tǒng)性能密切匹配應用系統(tǒng)的要求。該組合系統(tǒng)的高回收率是依靠監(jiān)測和/或調(diào)節(jié)以下操作參數(shù)達到的。注意，圖1是下面所描述的圖2系統(tǒng)的簡化概貌。圖1與2中共同的要素用共同的數(shù)字標識。
A、參見圖1，由壓力監(jiān)視器(50)確定PSA進料壓縮機(16)的進口壓力。應用系統(tǒng)產(chǎn)物流的需求是通過調(diào)節(jié)PSA進料壓縮機容量以符合來自應用系統(tǒng)“用過的”循環(huán)氣流來滿足的。
B、由氣體分析儀(100)確定PSA廢氣流的氧濃度。系統(tǒng)的尺寸是根據(jù)能應付某一最高雜質(zhì)含量水平的原則確定的。等雜質(zhì)水平積累到該閾值后就利用膜從系統(tǒng)中除掉雜質(zhì)。因此，膜(24)可操作在最佳濾除率條件下。
C、由監(jiān)視器(150)確定膜壓縮機通過量。膜壓縮機(22)投入運行的時機恰巧在循環(huán)PSA廢氣流的雜質(zhì)含量水平與膜分離單元的最佳排斥率相匹配時。通過調(diào)制膜進料壓縮機(22)的容量來控制在膜系統(tǒng)(400)中處理的PSA廢氣流的氣體量。這可通過調(diào)制膜滲余流的(背)壓力，或者通過直接調(diào)制膜壓縮機通過量來實現(xiàn)。兩種方法的最終效果是一樣的。
D、由監(jiān)視器(200)測定供給應用系統(tǒng)的產(chǎn)物輸送壓力。通過向PSA進料壓縮機(16)加入補充氣糾正因應用系統(tǒng)的泄漏和排放所造成的氦氣損失。
E、由氣體分析儀(250)測定PSA/膜系統(tǒng)輸送產(chǎn)物的氧濃度。這是保證系統(tǒng)完整性的一種保險措施。一旦達到上限，控制系統(tǒng)立即啟動將產(chǎn)物迅速拉回到規(guī)定以內(nèi)。
F、一定比例“乏”氣流通過排放口(7)排放。對該參數(shù)的控制可通過預設定計時器(如同在下面討論的情況下)，或者通過借助分析器(300)對回收氣流的在線監(jiān)測來實現(xiàn)。
圖3的邏輯流程圖給出了有關上述控制參數(shù)在控制方案中是如何操縱的一個直觀表達。圖4概略地表示設定點和相關控制響應的一個非限定性例子。需要指出的是，這些設定點和控制響應因被控制的過程而異。
下面關于控制方法的描述包括7個主要設備的操作1.PSA吸附系統(tǒng)2.膜系統(tǒng)(包括進料壓縮機和分離膜)3.PSA進料壓縮機4.產(chǎn)物壓載罐5.廢氣緩沖罐6.補充氦氣源7.應用系統(tǒng)系統(tǒng)有幾種操作模式，下面將具體描述5種不同優(yōu)選的組合系統(tǒng)的可能操作模式。下面的字母代號A-F代表各個控制回路。按照復雜性遞增的順序，系統(tǒng)操作的這5種優(yōu)選模式是(參見圖1)1、A+B在最簡單的操作模式中，系統(tǒng)可采取PSA進料壓縮機進口壓力分析器(50)控制回路與PSA廢氣流分析器(100)耦合的方式操作。當PSA廢氣流雜質(zhì)水平達到預定上限時，可以將物流切換到通過排放口(29)排入大氣。這將從系統(tǒng)排掉積累的雜質(zhì)而不需要膜系統(tǒng)。在采用這一方案的操作中，系統(tǒng)的回收率將低于最佳值。
2、A+B+C下一種模式則涉及膜系統(tǒng)的采用，如(“400”)所表示的。這是能產(chǎn)生大于90％高回收率的最基本的系統(tǒng)配置。它涉及將PSA廢氣流送過膜系統(tǒng)(400)而不是通過排放來排掉積累的雜質(zhì)。在該模式中，在排掉積累的雜質(zhì)期間所損失的工藝氣(例如氦氣)的數(shù)量顯著減少。
3、A+B+C+D在此種配置情況下，采用產(chǎn)物輸送壓力控制系統(tǒng)。此前的配置通常操作在某種固定輸送壓力之下。通過結合進產(chǎn)物輸送壓力控制系統(tǒng)(200)，客戶獲得輸入不同應用系統(tǒng)氣壓要求的選擇。若需要提高，則該控制方法提供向該應用系統(tǒng)輸送較高壓力氣體供應的選擇。
4、A+B+C+D+E
該操作模式在循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)物輸送管線(2)中增加一臺分析器(250)。它起到對應用系統(tǒng)的保護作用。在此種操作方法之下，循環(huán)系統(tǒng)保護自身防止出現(xiàn)不合格產(chǎn)物氣。這樣一來，上限可用作報警。此種上限不必須是應用系統(tǒng)所容許的最高雜質(zhì)水平。一旦達到該上限，系統(tǒng)可啟動清理程序?qū)a(chǎn)物拉回到合格范圍以內(nèi)，而不需要中斷對應用系統(tǒng)的產(chǎn)物供應。
5、A+B+C+D+E+F此種最優(yōu)選的操作模式包括所有為創(chuàng)造具有最大產(chǎn)物回收率、靈活性(操作彈性)和操作方便的循環(huán)系統(tǒng)所需要的控制特征。在該實施方案中，部分來自應用系統(tǒng)的循環(huán)氣流可通過管線(7)排放而不返回到循環(huán)系統(tǒng)中。此種排放起兩個作用第一，它在開車期間提供一種從系統(tǒng)中吹除低檔氣體的手段。該氣體可能含有超過循環(huán)系統(tǒng)處理能力的雜質(zhì)水平。第二，它允許同一系統(tǒng)在較寬的應用系統(tǒng)范圍上使用。如果某一特定應用系統(tǒng)在某些操作部分在循環(huán)氣流中具有較大雜質(zhì)含量，則可采取對該排放管線的控制，關閉通往該循環(huán)系統(tǒng)的閥(V4)，并打開排放閥(V3)通過管線(7)排放。在高度含雜質(zhì)氣體主要部分已被吹除之后，各閥門可切回到重新讓“乏”氣流進入循環(huán)系統(tǒng)的狀態(tài)。此種控制方法如下面討論的那樣采用在開車操作期間的預設定計時器。之所以可以這樣做是因為較高雜質(zhì)氣何時將離開該應用系統(tǒng)很容易知道。要知道，此種系統(tǒng)也可替代地在回收系統(tǒng)上采用分析器(200)，從而提供一種附加控制反饋回路以便當它首先探測到高雜質(zhì)氣時就自動排放。這將在“乏”氣流中雜質(zhì)水平波動范圍很大因而難以預測的應用系統(tǒng)中十分有用。
需要指出的是，要素A-F的其他組合也是可能的。例如，要素D-F中任何一個或多個可加入到組合A+B中而不要C(例如，A+B+D或A+B+D+F等)?；蛘撸谼-F中的任何一個或多個可與C配合使用(例如，A+B+C+F或A+B+C+E等)。
下面的討論基于上面的控制方法#5。它提供一種調(diào)節(jié)氦氣回收系統(tǒng)的優(yōu)選方案的概貌，正如圖1所示。
參見圖1，氦氣從產(chǎn)物壓載罐4經(jīng)由導管(5)供應給應用系統(tǒng)6。注意，原始氣體(例如，氦氣)的供應由供應源(28)通過導管(31)提供。應用系統(tǒng)將各種不同數(shù)量的物流雜質(zhì)引入到該氦氣中。被污染的氦氣作為“乏”氣流從應用系統(tǒng)中流出。乏氣經(jīng)由導管(8)和(9)引導著，若需要的話，通過任選的除氫系統(tǒng)(30)。在任選的除氫系統(tǒng)(30)中，進料氣在氧的存在下從催化劑(例如，整體式鈀)上通過，從而生成水。該氣體被送過管線(13)流過PSA進料壓縮機(16)并循環(huán)返回到用于清洗的回收系統(tǒng)，進而送往產(chǎn)品壓載罐(4)以便重復使用。某些從應用系統(tǒng)回收的乏氣因雜質(zhì)含量過高，回收系統(tǒng)不能處理，因此它必須作為廢氣通過導管(7)排放而不再循環(huán)。在該排放步驟的氣體損失將由來自供應源(28)經(jīng)導管(10)的氦氣來補充。
定期地，PSA吸附床將需要再生。此種再生過程將產(chǎn)生一股富氦廢氣流。
為實現(xiàn)較高程度的回收，當雜質(zhì)水平低時，該PSA廢氣流可通過導管(8)和任選的緩沖罐(19)，流過管線(20、14和15)直接循環(huán)返回到PSA進料壓縮機(16)中。PSA廢氣的循環(huán)導致該循環(huán)流中雜質(zhì)濃度在連續(xù)幾個循環(huán)內(nèi)積累。到某一時刻，這些雜質(zhì)將達到超過PSA吸收劑容器處理能力的濃度。氣體純度分析器(100)監(jiān)測廢氣流是否達到上限。當達到該上限時，PSA廢氣流的大部分將改變方向，流經(jīng)管線(21)、壓縮機(22)到膜(24)。膜快速地經(jīng)過管線(26)除掉和排斥PSA廢氣流的雜質(zhì)，從而使循環(huán)廢氣流(25)所含循環(huán)氣(例如，氦氣)的含量增加。當分析器(100)指示雜質(zhì)下限已達到，就減少膜壓縮機(22)的能力并使大部分PSA廢氣流再次流經(jīng)管線(20、14和15)以及其他導管導向PSA進料壓縮機(16)的吸入側。
所述系統(tǒng)通過使用分析器(100)監(jiān)測PSA進料壓縮機吸入壓力來保持與應用系統(tǒng)的需求同步。高應用系統(tǒng)使用速率導致在PSA壓縮機(22)進口處乏氦氣量的增高。這造成較高的進口壓力。較高的進口壓力將導致壓縮機增加容量以便降低進口壓力。這就產(chǎn)生額外的氦氣供應用系統(tǒng)使用。吸入壓力的降低起到減少壓縮機容量的作用，從而對可供使用的氦氣產(chǎn)物產(chǎn)生相反的作用。如果增加壓縮機通過量不能提供足夠的氦氣，以維持由壓力監(jiān)視器(200)所測定的輸送壓力設定點，則系統(tǒng)將自動地從氦氣源(28)通過管線(10、13和15)向PSA進料壓縮機補加氣體。氣體的加入起到進一步升高進口壓力的作用，從而進一步增加其容量，供應附加的產(chǎn)物給壓載罐(4)。系統(tǒng)的完整性通過在線氣體純度分析器(250)監(jiān)測產(chǎn)物純度予以保證。下面，描述一種優(yōu)選操作模式。它基于下面所列的設計參數(shù)，下限 上限應用系統(tǒng)產(chǎn)物要求 550scfmNA NAPSA吸附壓力設定點170.0psig NA NA膜背壓范圍(psig)165.0 175.0控制參數(shù)PSA進料壓縮機進口壓力14.5psia NA NA氦氣應用系統(tǒng)供應壓力 145.0psig NA NA廢氣流雜質(zhì)(總％)范圍1.02.5產(chǎn)物純度(％氦氣)(200)99.999％ 98.5 NA″乏″產(chǎn)物排放時間(300) 5.0sec NA NA要指出的是，這些設計參數(shù)將隨著被循環(huán)氣體和工藝條件而變化。
下面的控制過程詳細描述所提到的設備和物流數(shù)字代號如同圖2所示。與圖1共同的要素采用同樣的數(shù)字代號。要指出的是，術語“AIC”是指“分析器指示控制器”；術語“C”意思是控制邏輯回路(比較函數(shù))；“FE”指的是“流量元件”；“FIC”是指“流量指示控制器”；“PIC”指“壓力指示控制器”；“PT”意思是“壓力變送器”；“PV”是指“工藝閥門”。
PSA單元(1)產(chǎn)生170.0psig和純度超過99.999％的氦氣。產(chǎn)物經(jīng)過導管(2)流到PV1。這里，PIC1通過來自PT1的輸入和PV1的調(diào)制維持著吸附壓力設定點。PIC5通過監(jiān)測PT1是否出現(xiàn)高壓狀態(tài)起到過壓保護的作用。如果達到上限，來自PIC5的輸入將取代PIC6～C1，于是壓縮機反轉(zhuǎn)，直至PT1指示的壓力返回到正確的操作范圍。分析器(250)連續(xù)地監(jiān)測產(chǎn)物純度。其控制方法將在下文更詳細地討論。從PV1，產(chǎn)物氣經(jīng)過流量元件FE1并經(jīng)導管(3)送至壓載罐(4)。FIC1讀取FE1的輸入并在需要時調(diào)制PV4，以保證某一最低氣體流量總是流過系統(tǒng)。這樣做為的是保證在分析器(250)處總是有新鮮的產(chǎn)物樣品。當FE1指示最低流量要求得到滿足時，PV4關閉，此路將沒有產(chǎn)物循環(huán)。
PIC3通過C3控制產(chǎn)物壓載罐(4)的壓力處于客戶規(guī)定的設定點。PIC3調(diào)制PV3以便根據(jù)要求向系統(tǒng)加入補充氦氣。如果壓力變送器(200)指出壓載罐壓力低于設定點，就從供應源(28)經(jīng)導管(10)向系統(tǒng)加入氣體。向壓縮機(16)進口引入該氣體提高了進口壓力。這一動作通知壓縮機(16)提高其通過量(容量或能力)，從而通過管線(2)向壓載罐(4)輸送額外的產(chǎn)物。一旦壓載罐壓力返回到設定點，補充氣的流入便停止。這全部是以連續(xù)方式利用比例-積分-微分(PID)回路來完成的。產(chǎn)物氣經(jīng)導管(5)流出壓載罐并輸送給應用系統(tǒng)(6)，在此按照具體要求調(diào)節(jié)降壓。應用系統(tǒng)使用過的氣體(“乏”氣)此時通過管線(8、9、13和15)返回到循環(huán)系統(tǒng)以便凈化和重復使用。
在給定應用系統(tǒng)內(nèi)，某些過程會引入高于其他過程引入的雜質(zhì)水平。在管線(7)中的閥門V3可用來在其到達回收系統(tǒng)之前吹除此種雜質(zhì)氣。這一操作由預設定計時器控制并根據(jù)應用系統(tǒng)工藝數(shù)據(jù)進行。在一種實例中，該閥門可在應用系統(tǒng)中的啟動產(chǎn)物氦氣流動的允許按鈕被按下以后的5.0秒時間內(nèi)保持開啟并將“乏”氣排放。
準備循環(huán)的乏氣通過導管(8)、(9)、(11)、(13)和(15)流到PSA進料壓縮機(16)的吸入側。在此途中，從膜單元透過(富氦)的氣體經(jīng)導管(25)進入，任何需要的補加氣則由供應源(28)提供并經(jīng)過(10)進入，同時循環(huán)的PSA廢氣則從(14)進入。壓縮機進口必須保持低壓，以促進來自應用系統(tǒng)的氦氣的循環(huán)。PT4監(jiān)測進口壓力并通過調(diào)制PSA進料壓縮機(16)的容量維持這一狀態(tài)。PIC6處理來自PT4的信號并通過C1提高或降低壓縮機通過量。正如前面所討論的，PSA的過壓狀態(tài)通過從PIC5到C1的輸入而得以防止。一旦出現(xiàn)過壓條件，該信號將從PIC6接管控制權，于是壓縮機通過量將自動減少直至該狀態(tài)被糾正。進料壓縮機(16)將回收氣壓力升高到要求的吸附壓力并通過導管(17)將其轉(zhuǎn)移到PSA單元(1)。此種“乏”氣含有各種不同水平的雜質(zhì)必須先由PSA除掉，然后該氣體才能供客戶重復使用。
在完成吸附步驟以后，PSA單元(1)產(chǎn)生含有濃縮的進料氣雜質(zhì)水平的廢氣流。該廢氣流經(jīng)導管(18)流入到緩沖罐(19)。緩沖罐(19)混合諸廢氣流從而產(chǎn)生較為均勻的雜質(zhì)含量。罐(19)允許提供流向膜(24)的連續(xù)氣流。導管(20)一般含有雜質(zhì)濃度介于1.0～2.5％的氣流。
分析器AE2監(jiān)測該氣流并通過AIC2比較該雜質(zhì)水平與控制邏輯中的設定點。例如，如果雜質(zhì)水平低于2.5％，則大多數(shù)廢氣流將經(jīng)過導管(14)直接循環(huán)返回到PSA進料壓縮機(16)的吸入側。該流的一小部分將經(jīng)過導管(21)送往膜壓縮機(22)。這一最低流量代表通向膜壓縮機(22)的全停車(turndown)通過量。
每當系統(tǒng)處于操作狀態(tài)，必須通過壓縮機(22)維持某一名義氣體流量，以便讓膜單元保持在備用狀態(tài)。在低雜質(zhì)濃度水平下，預期損失在滲余流中的氦氣量很低，因為膜壓縮機的停車通過量為滿負荷的約20％。所產(chǎn)生的富氦透過流(25)通過稀釋廢氣流中的雜質(zhì)來促進系統(tǒng)的工作。
隨著PSA系統(tǒng)(1)連續(xù)地將廢氣循環(huán)返回到PSA進料壓縮機(16)，氣流雜質(zhì)不斷積累。雜質(zhì)水平將定期達到上限，到此刻，必須從PSA系統(tǒng)中除掉這些積累的雜質(zhì)。一旦分析器(100)指出PSA廢氣流雜質(zhì)含量達到或超過上限(例如，2.5％)，AIC2將通過C2發(fā)送新設定點給PIC2。該設定點將取代所有其他給C2的輸入，條件是分析器(250)指出的產(chǎn)物純度符合要求的規(guī)格。PIC2此時將調(diào)制PV2以便將膜系統(tǒng)背壓維持在較低壓力，約165.0psig。在此種設定下，膜壓縮機(22)處于其最大容量。該容量將對應于來自導管(20)的PSA廢氣流的大部分，而其余的氣體則繼續(xù)通過導管(14)直接循環(huán)返回到進料壓縮機(16)。盡管膜可能不能處理全部PSA廢氣流，但它應設計成，它除掉的雜質(zhì)數(shù)量大于客戶的工藝加入雜質(zhì)的速率。膜壓縮機(22)以大約165.0psig通過導管(23)向膜單元(24)傳送氣體。膜(24)的尺寸優(yōu)選根據(jù)所排斥的氧和氮的比例大致等于它們在空氣中的比例這一原則來確定。排斥的總量是進料流濃度的函數(shù)。滲余流通過導管(26)輸送到閥門PV2。PV2控制膜系統(tǒng)的背壓，從而提供一種調(diào)制膜通過量的機制。滲余流通過導管(27)排放至大氣。
低壓透過流，此時增濃了氦氣含量，通過導管(25)循環(huán)返回到PSA進料壓縮機(16)。這部分氣體與從應用系統(tǒng)(6)回收的乏氣在導管(8)中混合，然后再通過導管(15)返回到PSA壓縮機(16)。PSA廢氣流循環(huán)回路(20)中的雜質(zhì)水平通過非靈敏區(qū)范圍迅速降低到下限(例如1.0％)，如分析器(100)所指示的。此刻，AIC2將PIC2的設定點重置為175.0psig(全停車)。導管(20)中的廢氣流大部分再次繞過膜單元并通過導管(14)直接循環(huán)返回到PSA進料壓縮機(16)。
正如上面所討論的，該系統(tǒng)為自我管理的。流過膜系統(tǒng)隨滲余流通過導管(27)損失的氣體在壓縮機(16)處造成氣體的短缺。應用系統(tǒng)(6)內(nèi)的其他操作也“消耗”氦氣。從應用系統(tǒng)過程經(jīng)導管(7)以及在V3處的泄漏排放某些較高雜質(zhì)“廢氣”是兩種此類損失。所造成的氣體短缺在PSA進料壓縮機(16)進口處產(chǎn)生低壓條件。此種缺乏反映在壓力監(jiān)視器(50)上，同時PIC6開始降低PSA進料壓縮機容量，以便將吸入壓力拉回到設定點。只要產(chǎn)物壓載罐(4)依然操作在其設定點壓力，例如，145.0psig，工藝控制系統(tǒng)將推定氣體損失量尚未顯著到足以需要從氦氣源(28)補加氣體。PIC6簡單地將PSA進料壓縮機通過量維持在該保持吸入設定點的較低容量。于是，所產(chǎn)生的產(chǎn)物數(shù)量也減少。如果應用系統(tǒng)需要附加產(chǎn)物，這將通過壓力監(jiān)視器(200)所指出的壓載罐壓力給系統(tǒng)發(fā)出信號。一旦該罐的壓力下降到低于設定點，該補加氣的需要將被識別到，PIC3開始調(diào)制PV3以滿足該需要。隨著該氣體的加入，PSA進料壓縮機進口壓力增加到超過其設定點，PIC6提高壓縮機容量作為補償。額外的產(chǎn)物被提供給應用系統(tǒng)。PIC3繼續(xù)調(diào)制PV3以便在該設定點壓力下提供連續(xù)的產(chǎn)物供應。
通過對產(chǎn)物流純度的連續(xù)監(jiān)測維持系統(tǒng)的完整性。在正常操作下，來自AIC2，以及監(jiān)測導管(20)中PSA廢氣流雜質(zhì)水平的分析器(100)的輸入應防止超限條件的發(fā)生。然而，要知道，在經(jīng)過很長的時間以后，諸如吸附床中吸附前沿的蠕變或者操作工的誤操作等導致超過系統(tǒng)能力的雜質(zhì)被引入的事件都是可能發(fā)生的。AIC1將來自分析器(250)的輸出與上下限數(shù)值進行比較。當物料操作在低于上限時，PV2被允許操作在“正?！蹦Ｊ?。PSA廢氣流雜質(zhì)曲線決定膜所處理的PSA廢氣量。當AIC1探測到超限條件時，例如，產(chǎn)物純度水平已降低到98.5％氦時，AIC1通過取代從AIC2到C2的輸入做出響應。PIC2的設定點降低大約10.0psig，到165.0psig，同時膜單元開始以最大通過量處理。通過處理PSA廢氣流的氣體和將更純的氦氣送過PSA系統(tǒng)，迅速對產(chǎn)物中的雜質(zhì)水平進行檢驗。一旦分析器(250)指出雜質(zhì)已達到或下降到低于下限，對膜單元的控制將切回到AIC2。背壓設定值變回到175.0psig，于是該單元再次操作在停車狀態(tài)。
此種控制方法不限于氦氣的循環(huán)。該方法也可同樣容易地應用到氫氣、氧氣、氮氣、二氧化碳或任何其他氣體的循環(huán)過程中。
能夠因采用這里所述控制方法的循環(huán)系統(tǒng)而得益的其他氦氣應用系統(tǒng)包括

由PT1標出并通過PIC5控制的PSA吸附壓力設定上限可以是任何數(shù)值并且可以由本領域技術人員根據(jù)操作指標來確定。
由監(jiān)視器(200)示出的產(chǎn)物輸送壓力可以是任何數(shù)值。該設定點應由客戶的具體要求決定。
由監(jiān)視器(200)所指示的產(chǎn)物輸送壓力設定點也可以是一個浮動點，或者可接受壓力的“非靈敏區(qū)”范圍。這將允許系統(tǒng)運行得更為平穩(wěn)，從而防止輸入與響應時間滯后問題的發(fā)生，而此種時間滯后問題可能造成系統(tǒng)對目標操作點持續(xù)預測過高和/或不足。
由監(jiān)視器(50)指示的PSA吸附壓力設定點可以是任何數(shù)值，并且可由本領域技術人員根據(jù)操作準則來確定。
由氣體純度分析器(250)指示的高和低報警設定點可設定為任何數(shù)值并可由本領域技術人員根據(jù)客戶具體要求確定。
由FE1指示并由FIC1控制的循環(huán)產(chǎn)物的流量可以是任何數(shù)值，并可由本領域技術人員根據(jù)操作準則來確定?？衫迷摦a(chǎn)物的循環(huán)回路通過循環(huán)相當數(shù)量氦氣產(chǎn)物來提高循環(huán)系統(tǒng)的低限能力。
PSA進料壓縮機進口所保持的操作壓力水平，正如由監(jiān)視器(50)指示的，可以是任何數(shù)值并可由本領域技術人員根據(jù)操作準則確定。另外，由PIC4控制的低壓報警可以是任何數(shù)值并可由本領域技術人員根據(jù)操作準則確定。
閥門V3的計時，即，一定數(shù)量循環(huán)工藝氣排放的時間，可由計時器控制，或者由分析器輸入控制。只要循環(huán)氣流雜質(zhì)超過某一最低允許雜質(zhì)水平，該閥門就將保持開啟，“乏”氣將排放。
AE2指示的高和低雜質(zhì)設定點可以是任何數(shù)值并可由本領域技術人員根據(jù)操作準則確定，并且取決于循環(huán)次數(shù)、吸收劑床層負荷以及膜單元設計規(guī)范。
由PIC2控制的膜關閉(停車或下調(diào))控制系統(tǒng)，可采用任何差壓范圍來控制該單元的最高和最低通過量。該設定點取決于工藝以及膜設計細節(jié)，并可由本領域技術人員根據(jù)操作準則確定。
膜分離單元透過側的背壓可用來控制透過流的純度。
產(chǎn)物純度的高報警設定點主要取決于客戶，不必一定是客戶能容許的最高雜質(zhì)水平。這樣，系統(tǒng)可在不中斷對客戶的供應的情況下啟動對超限條件的響應。倘若初步措施未能將產(chǎn)物拉回到規(guī)定之內(nèi)，則可采用第二高設定點，該設定點首先提示客戶出現(xiàn)的情況，隨后啟動對該狀態(tài)更為顯著的響應。來自客戶工藝的循環(huán)氣可通過導管(7)、閥門(3)排放。結果，監(jiān)視器(50)將指示進料壓縮機吸入壓力下降，同時PIC6做出減少PSA進料壓縮機(16)通過量的響應。設備的下調(diào)將導致壓載罐(4)壓力的下降，PT3把這識別為產(chǎn)物的短缺，通過PIC3啟動控制響應以開啟監(jiān)視器(200)并讓更多的補加氣進入系統(tǒng)。此刻，所有工藝氣全部從儲備罐(28)通過導管(10)供應給客戶?？蛻魧⒈惶崾具@一情況并可以選擇關閉系統(tǒng)或繼續(xù)操作。兩段高報警的意圖是避免客戶迅速耗盡氦氣儲備氣體這種不期望情況的發(fā)生。
還可采用附加控制系統(tǒng)，以跟蹤在給定時間期限內(nèi)初次(第一高報警)響應的啟動次數(shù)。若次數(shù)超過某一最高極限，則系統(tǒng)可啟動清理程序，強制該單元以全膜流通運行一段規(guī)定的時間。在此期間，PSA將處理雜質(zhì)水平非常低的原料。此種清潔氣將起到清理PSA吸附劑床層、除掉吸附劑床層上部積累的雜質(zhì)的作用。清理程序結束以后，對膜的控制再次切回到AIC2。
為在PSA/膜系統(tǒng)設計中提供最大靈活性，膜系統(tǒng)(24)(參見圖1)可以這樣的方式操作，即，讓系統(tǒng)連續(xù)地運行在全容量模式(即沒有導致膜背壓提高或膜壓縮機通過量減少的關閉控制)。照此方式，一種標準膜系統(tǒng)正在被用于日益大型化的PSA/膜氦氣循環(huán)組合系統(tǒng)。

如上表所示，隨著應用系統(tǒng)規(guī)模的增長，循環(huán)氦氣流也在變大。需要濾除的相關雜質(zhì)水平也成比例提高。為從PSA廢氣流中排掉不斷增加的雜質(zhì)水平，要求膜在給定時間內(nèi)運轉(zhuǎn)更長的時間。因此，同一規(guī)模的膜可在該聯(lián)合PSA/膜循環(huán)系統(tǒng)中最多用到該具體膜單元的極限。例如，倘若上面所描述的實例所采用的膜系統(tǒng)的最大濾除率是451.0lb/h，則它可用于使用約2000scfm氦氣的應用系統(tǒng)并且它還將不得不連續(xù)地運轉(zhuǎn)。
該聯(lián)合PSA/膜系統(tǒng)的替代操作模式還包括讓膜系統(tǒng)按照某種降低的通過量(下調(diào))模式連續(xù)地(即，操作期間通過量維持恒定)操作。這提供一種設計靈活性，滿足任何一種可能得益于此種操作模式的具體應用系統(tǒng)的要求。其他吸附或凈化系統(tǒng)也可用來替代PSA，例如，變溫吸附(TSA)系統(tǒng)、組合PSA/TSA系統(tǒng)-膜或諸如此類。吸附方法包括采用一種或多種操作在負壓(VSA)、跨大氣壓(VPSA)或超大氣壓(PSA)循環(huán)的床的方法。
最優(yōu)選的實例所采用的控制方法通過調(diào)制膜分離單元背壓來控制膜壓縮機通過量。該壓縮機設計成可以按照設計的壓力給膜單元提供氣體。該壓縮機利用來自它自身排氣的壓力信號作為調(diào)制其容量的措施。它自動調(diào)節(jié)自己的通過量來保持排氣壓力。此種排氣壓力控制可讓位給使用在膜滲余流側的控制閥的控制方式。壓縮機設計成以165.0psia的壓力向膜供應氣體。若強制排氣壓力到175.0psig，壓縮機將下調(diào)其容量，以盡可能力圖將其容量拉回到165.0psig的設計點。但它無法實現(xiàn)這一點，因為壓力是由其外部的裝置控制著。結果是，只要壓縮機看到其排氣側處于175.0psig，它將持續(xù)以此種下調(diào)模式操作。
也可通過直接向壓縮機滑閥發(fā)出信號來控制壓縮機通過量，正像我們控制PSA進料壓縮機一樣。在此種操作模式下，在膜單元上可通過某種其他裝置(PID回路，帶有控制閥、背壓調(diào)節(jié)器或其他)維持一種恒定背壓，同時膜系統(tǒng)通過量則通過直接提高或降低膜壓縮機的容量來調(diào)制。
術語“包含”在這里被用來指“包括但不限于”，就是說，在規(guī)定存在如權利要求中所提到的特征、整數(shù)、步驟或組分時，卻不排除一種或多種其他特征、整數(shù)、步驟、組分或其組合的存在或附加。
本發(fā)明的具體特征雖然被表示在一幅或多幅附圖中，但僅為方便起見，因為根據(jù)本發(fā)明，每一項特征都可與其他特征相組合。替代的實施方案對于本領域技術人員來說是顯然的并應被包括在權利要求的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種氣體循環(huán)系統(tǒng)，包含a)具有規(guī)定純度的氣體源(28)；b)使用所述氣體并向所述氣體加入雜質(zhì)的應用系統(tǒng)(6)；c)吸附系統(tǒng)(1)，用于從所述氣體中除掉所述雜質(zhì)從而產(chǎn)生一股凈化氣和一股廢氣；d)氣體純度分析器(100)，用于測定所述廢氣中所述雜質(zhì)的含量；e)導管(5)、(8)、(9)、(13)和(15)，用于將氣體源(4)連接到所述應用系統(tǒng)(6)，將所述應用系統(tǒng)(6)連接到所述吸附系統(tǒng)。
2.權利要求1的系統(tǒng)，還包含膜(24)。
3.權利要求2的系統(tǒng)，其中膜(24)連接到所述吸附系統(tǒng)(1)上，使得所述廢氣流過所述膜(24)，從而產(chǎn)生一股雜質(zhì)含量降低的氣體和一股雜質(zhì)含量較高的氣體。
4.權利要求3的系統(tǒng)，還包含導管(25)，用于將所述雜質(zhì)含量降低的氣體進料到所述吸附系統(tǒng)(1)中。
5.權利要求4的系統(tǒng)，其中所述具有規(guī)定純度的氣體源(28)與用于將所述雜質(zhì)含量降低的氣體進料到所述吸附系統(tǒng)進口的導管(13)連接。
6.權利要求1的系統(tǒng)，還包含輸送壓力控制系統(tǒng)(200)，用于控制向所述應用系統(tǒng)供氣的進料氣體壓力。
7.權利要求5的系統(tǒng)，還包含輸送壓力控制系統(tǒng)(200)，用于控制向所述應用系統(tǒng)(6)供氣的進料氣體壓力。
8.權利要求1的系統(tǒng)，還包含第二氣體純度分析器(200)，用于測定所述凈化氣的純度。
9.權利要求8的系統(tǒng)，還包含以下控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)在收到所述第二氣體純度分析器(250)發(fā)出的信號后，關閉連接所述吸附系統(tǒng)和所述應用系統(tǒng)的導管(2、5)。
10.權利要求1的系統(tǒng)，還包含第三氣體純度分析器(300)，用于測定來自所述應用系統(tǒng)(6)的含雜質(zhì)氣體的純度。
11.權利要求1的系統(tǒng)，還包含用于排放來自所述應用系統(tǒng)(6)的含雜質(zhì)氣體的導管(7)，其中在接到來自所述第三氣體純度分析器(300)的信號后該排放導管打開。
12.權利要求1的系統(tǒng)，其中所述氣體是氦氣。
13.權利要求1的系統(tǒng)，其中所述吸附系統(tǒng)(1)是變壓吸附系統(tǒng)、變溫吸附系統(tǒng)或其組合。
14.一種凈化和循環(huán)氣體的方法，所述方法包括a)提供具有規(guī)定純度的氣體源；b)將所述氣體供應給使用所述氣體并向所述氣體中加入雜質(zhì)的應用系統(tǒng)；c)將含雜質(zhì)的氣體送至吸附系統(tǒng)(1)，所述吸附系統(tǒng)用于從所述氣體中除掉所述雜質(zhì)從而產(chǎn)生凈化氣體以及廢氣；d)測定所述廢氣中所述雜質(zhì)的含量；e)一旦接到來自氣體純度分析器(100)的信號就將所述廢氣排放到所述系統(tǒng)以外。
15.權利要求14的方法，包括將所述廢氣送過膜(24)以產(chǎn)生一股雜質(zhì)含量降低的氣體和一股雜質(zhì)含量較高的氣體的附加步驟。
16.權利要求15的方法，還包括將所述雜質(zhì)含量降低的氣體送過所述吸附系統(tǒng)(1)。
17.權利要求14的方法，包括從所述具有規(guī)定純度的氣體源(20)加入附加氣體到所述雜質(zhì)降低的氣體中以補償排放的廢氣的步驟。
18.權利要求14的方法，還包括采用輸送壓力控制系統(tǒng)，用于控制向所述應用系統(tǒng)(6)供氣的進料壓力。
19.權利要求14的方法，還包括測定所述凈化氣的純度，以保證它具有與所述具有規(guī)定純度氣體基本相同的純度。
20.權利要求19的方法，還包括在接到來自第三氣體純度分析器的信號后，將來自所述應用系統(tǒng)(1)的含雜質(zhì)氣體排放的步驟。
21.權利要求14的方法，其中所述氣體是氦氣。
22.權利要求14的方法，其中所述吸附系統(tǒng)是變壓吸附系統(tǒng)、變溫吸附系統(tǒng)或其組合。
全文摘要
本發(fā)明包括一種氣體循環(huán)系統(tǒng)，包含a)具有規(guī)定純度的氣體源(28)；b)使用所述氣體并向所述氣體加入雜質(zhì)的應用系統(tǒng)(6)；c)吸附系統(tǒng)(1)，用于從所述氣體中除掉所述雜質(zhì)從而產(chǎn)生一股凈化氣和一股廢氣；d)氣體純度分析器(100)，用于測定所述廢氣中所述雜質(zhì)的含量；e)導管(5)、(8)、(9)、(13)和(15)，將氣體源(4)連接到所述應用系統(tǒng)(6)，將所述應用系統(tǒng)(6)連接到所述吸附系統(tǒng)。
文檔編號C01B23/00GK1561256SQ02819338
公開日2005年1月5日 申請日期2002年7月31日 優(yōu)先權日2001年7月31日
發(fā)明者M·S·A·巴克斯, S·E·杰恩斯, B·T·紐, J·斯莫拉雷克, M·T·埃姆利 申請人:普萊克斯技術有限公司