(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染物質を持つガス流を受け取るように構成されたガス流路に沿って直列に連結された複数の圧縮機ステージと、
前記複数の圧縮機ステージのうちの１つの圧縮機ステージ内の圧縮機または圧縮機の上流側において前記ガス流路に溶媒を供給して、前記ガス流内の前記汚染物質を取り込むまたは溶解するように構成された溶媒供給源と
を備え、
前記圧縮機は、前記ガス流の所与の上流側ガス圧、所与の上流側ガス温度、および所与の比熱で、前記溶媒内に取り込まれたまたは溶解された任意の汚染物質が化学的に分解される温度未満に留まる所望の排出温度を提供する圧力比を持ち、
前記圧縮機は第１の圧縮機ステージ内の第１の圧縮機であり、第１の所望の排出温度が設定され、
前記複数の圧縮機ステージのうちの第２の圧縮機ステージ内の第２の圧縮機が、前記ガス流路に沿って前記第１の圧縮機ステージの下流側に設けられており、
前記第２の圧縮機は、前記ガス流の所与の上流側ガス圧、所与の上流側ガス温度、および所与の比熱で、前記溶媒内に取り込まれたまたは溶解された任意の汚染物質が化学的に分解される温度未満に留まる第２の所望の排出温度を提供する圧力比を持ち、
前記第２の所望の排出温度は前記第１の所望の排出温度以上である、
多段ガス圧縮機システム。
【請求項２】
前記第１の圧縮機はバルブを持たず、前記第２の圧縮機もバルブを持たない、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の圧縮機はバルブを持たず、前記第２の圧縮機は１つまたは複数のバルブを持つ、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記圧縮機の下流側で前記ガス流路に連結された室と、
前記圧縮機と前記室の間に前記ガス流路に沿って設けられた熱交換器と
をさらに備える請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記圧縮機の動作速度を変動させて前記圧縮機の動作温度を所定の閾値温度よりも低く維持するように構成された制御器
をさらに備える請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記圧縮機の吸込側に設けられた背圧調整器
をさらに備える請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
多段ガス圧縮機システムを動作させる方法であって、
直列に連結された複数の圧縮機ステージを設けることと、
汚染物質を持つガス流をガス流路内に受け取ることと、
前記複数の圧縮機ステージのうちの１つの圧縮機ステージ内の圧縮機または圧縮機の上流側において前記ガス流路に溶媒を供給して、前記ガス流中の前記汚染物質を取り込むまたは溶解することと、
前記溶媒中に取り込まれたまたは溶解された任意の汚染物質が原因での前記圧縮機ステージ内の前記圧縮機の使用不能化汚損に耐えることと、
前記溶媒中に取り込まれたまたは溶解された任意の汚染物質が原因での第２の圧縮機ステージ内の第２の圧縮機の使用不能化汚損に耐えることと
を備え、
前記圧縮機ステージは前記複数の圧縮機ステージ内の第１の圧縮機ステージであり、前記圧縮機は第１の圧縮機であり、
前記第２の圧縮機ステージは、前記ガス流路に沿って前記第１の圧縮機ステージの下流側にあり、
前記第１の圧縮機の使用不能化汚損に耐えることは前記第１の圧縮機の第１の排出温度を制御することによって行われ、
前記第２の圧縮機の使用不能化汚損に耐えることは前記第２の圧縮機の第２の排出温度を制御することによって行われ、
前記第１の排出温度は、前記溶媒内に取り込まれたまたは溶解された任意の汚染物質が化学的に分解される温度未満に留まるように制御され、
前記第２の温度は前記第１の排出温度以上である、方法。
【請求項８】
前記溶媒は前記圧縮機を潤滑するのに使用される潤滑剤である、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理中に汚損有機分解副産物で汚染された使用済み保護雰囲気ガスの処理および再利用に関する。
【背景技術】
【０００２】
処理対象の成分を有機種（organic species）で被覆し、または有機種と結合する産業部門において、熱処理または他の温度処理に際して使用される保護雰囲気ガスは、長い間、使用後に廃棄されてきた。このような処理の例には、残留圧延油で被覆された金属のバッチ焼なまし、および、有機粘結剤と結合された金属粉もしくは金属繊維の還元および／または焼結などが含まれる。通常低圧の使用済み雰囲気ガスは、汚損沈着物を形成しやすいため、精製し、再利用することは言うに及ばず、圧縮することすらできないと考えられてきた。このことは、総不純物量がきわめて低いときであっても当てはまる。
【０００３】
汚損傾向は、通常、熱処理段階における多環式芳香族炭化水素（poly-cyclic aromatic hydrocarbon、ＰＡＨ）の形成が原因で生じる。この種の化合物の大部分は、標準状態において固形沈着物を形成する。これらの固形物は、さらに熱脱水素化しやすく、最終的には、「ワニス（varnish）」、「タール（tar）」、または「コークス（coke）」と呼ばれる様々な粘着性固形物を形成する傾向がある。これらの汚損傾向は、以下の２つの理由で、これらの化合物を含む混合ガスが圧縮されるときに特に強まる。第１に、混合ガスの全圧を上げると、汚染物質の分圧が上がるため、ステージ間冷却時に固形物形成に向かう熱力学的傾向が増大する。また第２に、多くの圧縮サイクルにおいて生じる高温は、ワニス、タール、コークスといった熱分解生成物の形成を加速させ得る。これらの生成物が、圧縮機バルブといった重要な可動部分において形成された場合、機能不全が著しく加速されることになる。
【０００４】
前述の問題をなくすために、米国特許出願第１１／７４９５２１号明細書などにおいて、雰囲気ガスの正味消費量を低減する利点を有する、使用済み雰囲気ガスの再利用のための方法および装置が考え出された。よって、汚損有機分解副産物で汚染された雰囲気ガスの処理を円滑化する方法および装置が提供された。
【０００５】
しかし、本発明の発明者らは、重炭化水素、特にＰＡＨに起因する著しい汚染を含むガスのための圧縮システムにおいて、米国特許出願第１１／７４９５２１号明細書に記載されているように、汚染物質が潤滑油中に溶解されている場合であっても、このような圧縮システム内での通常許容される温度限界が、汚染物質の化学分解（chemical degradation）を防止するには高すぎる場合があることを発見した。
【発明の概要】
【０００６】
前述の問題をなくすために、発明者らは、改善された多段ガス圧縮機システム、および同システムにおける各圧縮機ステージの１つまたは複数の使用不能化汚損に耐える方法を考え出した。
【０００７】
本発明は、有利には、直列に連結された複数の圧縮機ステージを備えること、汚染物質を有するガス流をガス流路内に受け取ることと、複数の圧縮機ステージのうちの１つの圧縮機ステージ内の圧縮機または圧縮機の上流側においてガス流路に溶媒を供給して、ガス流中の汚染物質を取り込むまたは溶解することとを含む、多段ガス圧縮機システムを動作させるシステムおよび方法を提供する。本発明は、有利には、溶媒中に取り込まれたまたは溶解された汚染物質が原因の圧縮機ステージ内の圧縮機の使用不能化汚損に、例えば、圧縮機の排出温度を制御し、および／または少なくとも第１ステージにおいて汚損による使用不能化の影響を受けにくい種類の圧縮機を使用することなどによって耐える。
【０００８】
本発明は、さらに、多段圧縮機システム内の各圧縮機のうちの１つまたは複数が、所定の温度、例えば、各圧縮機の最大動作温度などを超える温度で動作するのを防止するように、多段圧縮機システムのうちの１つまたは複数のステージを制御する方法を提供する高圧縮機温度防止アルゴリズムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明のより完全な理解および本発明に付随する利点の多くは、以下の詳細な説明を、添付の図面と併せて考察すれば容易に明らかになるであろう。
【図１】圧縮機潤滑を伴う本発明による多段圧縮システムを示す概略図である。
【図２】本発明の第３の態様による高圧縮機温度防止アルゴリズムを使用して動作する多段圧縮機システムについて、圧縮機温度、圧縮機動作速度、および吸込圧力の各曲線を経時的に示すグラフである。
【図３】本発明の第３の態様による高圧縮機温度防止アルゴリズムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付の図面を参照して本発明の各実施形態を説明する。以下の説明では、実質的に同じ機能および構成を有する構成要素を同じ参照符号で表し、個々の説明は必要なときにのみ行う。
【００１１】
複数のガス圧縮ステージを使用する圧縮機システムでは、典型的には、各圧縮ステージからの排出温度が他のすべてのステージの排出温度と同じになるように、圧縮システム全体にわたって平衡化された圧力比を使用する。排出温度は、封止リング、バルブ部品といった圧縮機の構成材料の最大許容温度に適合するように設定される。圧縮機の構成材料の最大許容温度は、場合によっては、華氏３５０度もの高さになるが、水素含有ガスについては通常、業界最適慣行により、華氏２７５度に制限されている。
【００１２】
本発明の発明者らは、重炭化水素、特に多環式芳香族炭化水素（ＰＡＨ）に起因する著しい汚染を含むガスための圧縮システムにおいては、米国特許出願第１１／７４９５２１号明細書に記載されているように、汚染物質が潤滑油中に溶解されている場合であっても、上記の温度限界は、汚染物質の化学分解を防止するには高すぎることを確認した。発明者らは、米国特許出願第１１／７４９５２１号明細書で開示されている方法および装置を使用して、汚染物質が除去される割合が増すにつれて、同等の温度における汚損の程度が圧縮ステージごとに減少することを確認した。
【００１３】
よって、本発明は、有利には、各圧縮機ステージの動作を妨げるのみならず、各圧縮機ステージを動作不能にして、各圧縮機ステージの保守清掃のためにシステムを停止する必要を生じさせる、システム内の圧縮機ステージの１つまたは複数の使用不能化汚損に耐える改善された多段ガス圧縮機システムを提供する。本発明は、汚損有機分解副産物で汚染された使用済み保護雰囲気ガスのための改善された再利用装置を提供するのに特に有用である。
【００１４】
本発明の第１の態様において、多段ガス圧縮機システムは、第１ステージ圧縮機の構成部品の使用不能化汚損を防止するために、第１ステージの第１の排出温度が、第１ステージ圧縮機の潤滑剤内に溶解された汚染物質が化学的に分解される温度よりも低く設定されるように構成された第１ステージ圧縮機を含む。加えて、この多段ガス圧縮機システムは、第２ステージ圧縮機の構成部品の使用不能化汚損を防止するために、第２ステージの第２の排出温度が、第２ステージ圧縮機の潤滑剤内に溶解された汚染物質が化学的に分解される温度よりも低く設定されるように構成された第２ステージ圧縮機も含むことができる。また、本発明のガス圧縮機システムは、任意選択で、１つまたは複数の付加ステージを使用することもでき、各付加ステージは、各付加ステージの構成部品の使用不能化汚損を防止するために、汚染物質が化学的に分解される温度よりも低く設定された排出温度を有する。複数のステージの排出温度は、前ステージより高くすることも低くすることもできる。また、本発明では、第２ステージまたはその後のステージが、汚染物質が化学的に分解される温度を超える排出温度を有する実施形態も考慮される。これは、これらのステージにおいては、汚染物質の多くが前ステージにおいてすでに潤滑剤から除去されている可能性があり、よって、これら後ステージではさほどの汚損を被らないはずだからである。したがって、これら後ステージの排出温度は、前ステージより高い温度に設定することができるが、圧縮機構成材料によって設定される最大許容温度限界または業界最適慣行を超えてはならない。また、本発明では、連続する各ステージにおける排出温度がステージごとに増大し、および／または減少する実施形態、例えば、第２ステージの排出温度が、第１ステージよりも低く、第３ステージよりも高い実施形態なども考慮される。
【００１５】
よって、本発明の第１の態様は、潤滑され、潤滑剤内に汚染物質を溶解または吸収する間に、第１の圧縮比および第１の排出温度まで圧縮する第１の圧縮ステージと、潤滑され、潤滑剤内に汚染物質を溶解する間に、第２の圧力比および第２の排出温度まで圧縮する第２の圧縮ステージとを含むことができる。一実施形態では、第２の圧力比および第２の排出温度は、第１ステージの第１の圧力比および第１の排出温度以上である。本発明のガス圧縮機システムは、任意選択で、１つまたは複数の付加ステージを使用することもでき、各付加ステージは、必要に応じて制御される圧縮比および排出温度、例えば、汚染物質が化学的に分解される温度よりも低い排出温度、第２ステージにおける温度よりも高いが圧縮機構成材料によって設定される最大許容温度限界または業界最適慣行を超えない排出温度などを有する。
【００１６】
本発明は、好ましくは、第１ステージ圧縮機の構成部品の汚損を防止するために、潤滑剤内に溶解または吸収されている汚染物質が化学的に分解される温度よりも低く設定された第１の排出温度を提供する第１の圧縮ステージを備える。例えば、第１の圧縮ステージには、華氏２５０度以下、華氏２２５度以下、または華氏２００度以下の第１の排出温度が提供され得る。複数のステージの排出温度は、そのステージにおける圧縮機の上流側と下流側の圧力比および温度比を使用して、次式を用いて制御／計算することができる。
【００１７】
Ｔ2／Ｔ1＝（Ｐ2／Ｐ1）(k-1)/k  …  （式１）
ここで、Ｔ1は圧縮機の上流側の温度であり、Ｐ1は圧縮機の上流側の圧力であり、Ｔ2は圧縮機の下流側の温度であり、Ｐ2は圧縮機の下流側の圧力であり、ｋは比熱比であり、これはほとんどの気体で約１．４である。
【００１８】
よって、少なくとも、最も汚損を受けやすい第１ステージ圧縮機と、好ましくは、さらに１つまたは複数の付加的圧縮機ステージの排出温度を制御することによって、本発明は、有利には、圧縮機ステージの動作を妨げるのみならず、圧縮機ステージを動作不能にし、圧縮機ステージの保守清掃のためにシステムを停止する必要を生じさせる、システム内の圧縮機ステージの１つまたは複数の使用不能化汚損に耐える改善された多段ガス圧縮機システムを提供する。
【００１９】
さらに有利には、システム内の圧縮機ステージの１つまたは複数の使用不能化汚損に耐える改善された多段ガス圧縮機システムを提供する、本発明の第２の態様も提供される。第２の態様において、改善された多段ガス圧縮機システムは、第１ステージにおいて、汚損による使用不能化の影響を受けにくい種類の圧縮機を使用することによって使用不能化汚損に耐える第１の圧縮機ステージを含む。よって、この態様では、汚損による使用不能化の影響を受けにくい圧縮機を備える、高レベルの汚損を被る１つまたは複数の上流側圧縮機ステージと、汚損による影響をより受けやすい圧縮機を備える、より低レベルの汚損を被る１つまたは複数の下流側圧縮機ステージとを設けることにより、平衡化された圧力比を使用して様々なステージを動作させることができる。
【００２０】
よって、第２の態様は、汚損による使用不能化の影響を受けにくい圧縮機を有する１つまたは複数の上流側圧縮機ステージを含む。例えば、回転ローブ送風機（rotary lobe blower）、スクリュまたはリショルム（Lyscholm）式圧縮機といったバルブを用いない圧縮機は、往復ピストン式圧縮機といったバルブを有する圧縮機よりも汚損による使用不能化の影響を受けにくい。より低レベルの汚損を被る後続の圧縮機ステージには、汚損による使用不能化の影響をより受けやすい、バルブを有する圧縮機を設けることができる。
【００２１】
よって、第１の態様では、圧縮機の構成部品の汚損を防止するために、潤滑剤内に溶解された汚染物質が化学的に分解される排出温度にならないように圧縮機ステージの排出温度を制御する。このような構成は従来の考え方に反するものである。なぜなら、設置された単位圧縮装置当たりの圧縮を、理論的に可能な圧縮より低くすることは、必然的に達成されるためである。なお、発明者らの発見によれば、このような構成は、有利には、システムの初期ステージにおける構成部品の汚損を低減し、よって、かかる汚損による各圧縮機ステージの動作の妨げに耐え、圧縮機ステージの保守清掃のためにシステムを停止する必要を低減することができる。
【００２２】
さらに、第２の態様は、平衡化された圧縮比を使用したシステムの動作を可能にし、しかも有利には、高レベルの汚損を被る１つまたは複数の上流側圧縮機ステージにおいて、汚損による使用不能化の影響を受けにくい圧縮機を使用することにより使用不能化汚損に耐える、より強いシステムを提供する。このような構成は、有利には、汚損によるシステムの初期ステージにおける構成部品の使用不能化を低減し、よって、かかる汚損による圧縮機ステージの動作の妨げに耐え、圧縮機ステージの保守清掃のためにシステムを停止する必要を低減する。
【００２３】
加えて、本発明の第１の態様および第２の態様は、どちらの態様の利点も達成するように相互に組み合わせて使用することもできる。よって、本発明の第２の態様による、汚損による使用不能化の影響を受けにくい圧縮機を有する１つまたは複数の上流側圧縮機ステージを、本発明の第１の態様の漸進的に圧力比を増大させる手法と組み合わせて使用することができる。
【００２４】
図１に、導管１２によってガス流を導入する多段圧縮システム１０の概略図を示す。必要な場合には、ガス流を所望の吸込温度まで冷却するために、熱交換器または冷却器１４を設けることができる。次いで、冷却されたガスは導管１６を通って脈動緩衝装置または室２０に進む。脈動緩衝装置または室２０は、これの下流側の第１ステージ圧縮機３０の吸込みによって生じる圧力の変動を最小限に抑える。室２０は、導管２６によって第１ステージ圧縮機３０の流入口に連結されている。第１ステージ圧縮機３０の排出口は、導管３７を介して熱交換器または冷却器３８に連結されている任意選択の脈動緩衝装置３６に導管２８を介して連結されており、熱交換器または冷却器３８は導管３９を介して脈動緩衝装置または室４０に連結されていてもよい。次いでガスは室４０から出て、図１に示す実施形態では、少なくともさらに２つの連続する流路を、前述したものと同様に進む。
【００２５】
前述の脈動緩衝装置３６、後述する脈動緩衝装置５６、７６といった各脈動緩衝装置は、圧縮機３０、５０、７０からの脈動を緩和するために熱交換器３８、５８、７８の上流側に設けることができる。このような脈動緩衝装置は、例えば、米国石油学会（American Petroleum Institute）規格６１８などで規定されているような独立槽とすることができる。別の実施形態では、脈動緩衝装置は、米国特許出願第１１／７４９５２１号明細書と同様に、熱交換機能を上流側および下流側の脈動緩衝装置と一体化した種類のものとすることができる。
【００２６】
室４０を出たガスは、導管４６を通ってこれの下流側の第２ステージ圧縮機５０に進む。室４０は導管４６によって第２ステージ圧縮機５０の流入口に連結されており、第２ステージ圧縮機５０の排出口は導管４８を介して任意選択の脈動緩衝装置５６に連結されており、脈動緩衝装置５６は導管５７を介して熱交換器または冷却器５８に連結されており、冷却器５８は導管５９を介して脈動緩衝装置または室６０に連結されている。次いでガスは室６０を出て、図１に示す実施形態では、少なくともさらに１つの連続する流路を進む。
【００２７】
よって、室６０を出たガスは、導管６６を介してこれの下流側の第３ステージ圧縮機７０に進む。室６０は導管６６によって第３ステージ圧縮機７０の流入口に連結されており、第３ステージ圧縮機７０の排出口は任意選択の脈動緩衝装置７６に導管６８を介して連結されており、脈動緩衝装置７６は導管７７を介して熱交換器または冷却器７８に連結されており、冷却器７８は導管７９を介して脈動緩衝装置または室８０に連結されている。次いでガスは、使用、さらなる圧縮、および／またはさらなる処理のために導管８６を介して室８０から出る。
【００２８】
室２０、４０、６０、８０は、それぞれ、例えば、内部バッフル、フィルタエレメント、充てん媒質（packed-media）、サイクロン部、あるいは液滴分離を実行する他の手段などを設けることにより、液体および／または固体粒子分離槽として使用することができる。室２０、４０、６０、８０から分離された物質を吸い出すために、これらの室は、それぞれ、ドレン２２、４２、６２、８２と、ドレンバルブ２４、４４、６４、８４とを備える。ドレンバルブは、手動式バルブとすることも、自動式バルブとすることもできる。また、ドレンバルブは、それぞれ、レーダ、キャパシタンス、熱伝導率、超音波、機械式フロート、光学式といった、集められる物質に適した任意の種類のレベルセンサとすることのできる、レベルセンサ２５、４５、６５、８５によって作動させることができる。レベルセンサの代わりに、ドレンバルブ２４、４４、６４、８４を、タイマ、圧縮機回転数、または他の手段に基づいて自動化することもできる。いずれにせよ、自動化の方法は本発明を限定するものではない。
【００２９】
図１に示す実施形態では、圧縮機３０、５０、７０は、それぞれ、少なくとも１つの溶媒供給源を備えており、溶媒はこの場合潤滑剤であり、それぞれ、供給導管３４、５４、７４、ポンプ３２、５２、７２、ならびに導管３５、５５、７５を介して供給される。溶媒供給により、および／または冷却機１４、３８、５８、７８の結果としての凝縮により、混合液が槽２０、４０、６０、８０に貯まり得るため、これらの各槽は、それぞれ、ドレン２２、４２、６２、８２と、ドレンバルブ２４、４４、６４、８４とを備える。潤滑剤の添加は、有利には、圧縮機３０、５０、７０の封止および摩耗寿命を向上させる働きをする。
【００３０】
潤滑剤の化学組成および添加速度は、有利には、（導管１２からの）供給原料ガス流中の汚染物質を、溶媒と溶媒中に取り込まれたまたは溶解された汚染物質との混合液中に、分離するように選択することができ、混合液は、室２０、４０、６０、８０に集められ、それぞれ、ドレン２２、４２、６２、８２とドレンバルブ２４、４４、６４、８４とを介して排出させることができる。潤滑剤は、各圧縮機を潤滑するのに使用されるのと同じ潤滑剤とすることができる。溶解された炭化水素、水および固形汚染物質は、潤滑剤の特性を変化させる可能性もあるため、圧縮機の機械構成部品用の潤滑剤供給源とは別個の潤滑剤供給源を用いた方がよい。
【００３１】
また、溶媒は、例えば、導管１２、冷却器１４、導管１６、室２０、導管２６、導管２８、導管３７、冷却器３８、導管３９、室４０、導管４６、導管４８、導管５７、冷却器５８、導管５９、室６０、導管６６、導管６８、導管７７、冷却器７８、導管７９、室８０、導管８６など、他の様々な場所においてガス流に注入することもできる。次いで、溶媒と、溶媒中に取り込まれたまたは溶解された汚染物質の混合液を、室２０、４０、６０、８０に集め、それぞれ、ドレン２２、４２、６２、８２とドレンバルブ２４、４４、６４、８４とを介して排出させることができる。
【００３２】
よって、本発明の第１の態様によれば、圧縮機３０、５０、７０は、圧縮機の構成部品の汚損を防止するために、潤滑剤内に溶解された汚染物質が化学的に分解される排出温度にならないようにこれらの各圧縮機ステージの排出温度を制御するように構成されている。したがって、第１ステージ圧縮機３０は、第１ステージ圧縮機３０の構成部品の使用不能化汚損を防止するために、第１ステージの第１の排出温度が、第１ステージ圧縮機３０の溶媒内に溶解された汚染物質が化学的に分解される温度よりも低く設定されるように構成されている。さらに、後続の各ステージも同様に構成することができる。
【００３３】
また、本発明のガス圧縮機システムは、連続する各ステージに、汚染物質が化学的に分解される温度よりも低い、またはこの温度よりも高いが圧縮機構成材料によって設定される最大許容温度限界もしくは業界最適慣行を超えない所望の排出温度を提供することもできる。よって、少なくとも、最も汚損の影響を受けやすい第１ステージ圧縮機３０と、好ましくは、さらに、圧縮機５０、圧縮機７０といった１つまたは複数の圧縮機ステージとの排出温度を制御することにより、本発明は、有利には、各圧縮機ステージの動作を妨げるのみならず、各圧縮機ステージを動作不能にして、各圧縮機ステージの保守清掃のためにシステムを停止する必要を生じさせる、システム内の各圧縮機ステージの１つまたは複数の使用不能化汚損に耐える改善された多段ガス圧縮機システムを提供する。
【００３４】
前述のように、各圧縮機ステージの排出温度は、各圧縮機ステージの上流側と下流側の圧力比および温度比を使用して制御／計算することができる。よって、適切な圧力比を与えるように構成された圧縮機を選択し、圧縮機の上流側のガス温度を決定することによって、適切な排出温度を提供することができる。
【００３５】
さらに、本発明の第２の態様によれば、図１に示すシステムは、１つまたは複数の上流側圧縮機ステージを、汚損による使用不能化の影響を受けにくい圧縮機（回転ローブ送風機やスクリュ圧縮機といったバルブを用いない圧縮機など）を使用するように構成することによって、圧縮機３０、５０、７０に平衡化された圧縮比を使用して動作させることができる。より低レベルの汚損を被る後続の圧縮機ステージには、汚損による使用不能化の影響をより受けやすい、バルブを有する圧縮機を設けることができる。よって、図１に示す実施形態では、第１ステージ圧縮機は（および、第２ステージ圧縮機において汚損が予期され、または生じやすい場合には、第２ステージ圧縮機５０も）、回転ローブ送風機やスクリュ圧縮機といったバルブを用いない圧縮機など、汚損による使用不能化の影響を受けにくい圧縮機とすることができる。第２ステージおよび／または第３ステージなどといった、汚損の危険をさほど被らない後続の各ステージ（後続の各ステージにおいては、大量の汚染物質が前ステージによってガス流から除去されているため）には、バルブを有する圧縮機などといった、汚損による使用不能化の影響をより受けやすい圧縮機を設けることができる。よって、高レベルの汚損を被る上流側圧縮機ステージの１つまたは複数において、汚損による使用不能化の影響を受けにくい圧縮機を使用することによって、使用不能化汚損に耐えるより強いシステムが提供される。このような構成は、有利には、汚損によるシステムの初期ステージにおける構成部品の使用不能化を低減し、よって、かかる汚損による各圧縮機ステージの動作の妨げに耐え、各圧縮機ステージの保守清掃のためにシステムを停止する必要を低減する。
【００３６】
本発明の第３の態様は圧縮機高温防止アルゴリズムである。本発明のこの第３の態様は、多段圧縮機システム内の各圧縮機のうちの１つまたは複数が、例えば、各圧縮機の最大動作温度、潤滑剤内に溶解された汚染物質が化学的に分解される温度などの所定の温度を超える温度で動作するのを防止するように、多段圧縮機システムの１つまたは複数のステージを制御する方法を提供する。
【００３７】
本発明の第３の態様の一実施形態では、冷却能力が不十分な空冷圧縮機や液冷圧縮機といった、流量の関数である最大温度を有する圧縮機が使用される。圧縮機の動作温度が測定され、測定動作温度が、この実施形態では圧縮機の最大動作温度または分解もしくはガス中に存在する不純物の閾値温度である所定の閾値温度値を超えると、圧縮機の動作速度が、圧縮機温度が閾値温度以下になる速度まで下がるように制御される。測定動作温度が上昇し続ける場合、圧縮機の速度は、閾値温度以下の圧縮機温度を達成するためにさらに低減される。この制御操作の１つの結果は、圧縮機の動作速度を上げ、入口流量を変位させて入口圧力を所望の設定圧力値に制御するには、閾値温度を超える圧縮機動作温度の上昇という危険を冒さなければならなくなるというものである。しかし、この結果は、圧縮機の吸込み側に、供給ガスの一部を逃がすように設定された背圧調整器を設けて、望ましくない供給圧の増大を防ぐことによって緩和することができる。
【００３８】
通常の圧縮機動作の下では、圧縮機速度は、図２の左側の圧縮機速度グラフに示すように、吸込圧力を制御するように設定されている。圧縮機の吸込側により多くの流量が導入される場合には、図２のグラフの中央部に示すように、圧縮機速度が増大されてこの流量に見合うように対応する。しかし、流量および圧縮機速度の増大に伴って、図２の圧縮機温度グラフに示すように、圧縮機温度も増大し、吸込圧力は、図２の吸込圧力グラフに示すように、設定値に戻る。どの時点においても、流量の増大に伴って、または別の理由で圧縮機温度が閾値温度を超える場合、本発明のアルゴリズムは（図３に示すように）、必要なだけ圧縮機速度を低減して、圧縮機温度の上昇を止め、圧縮機動作温度を実質的に安定させる。この場合、吸込圧力は背圧調整器によって制限される。この方法は、有利には、米国特許出願第１１／７４９５２１号明細書に開示されている圧縮機速度制御アルゴリズムと組み合わせて使用することができる。
【００３９】
本発明の第３の態様の制御器を図３に示す。この制御器は、プラントに送られる圧縮機速度設定値を作成するために基準速度設定値に加えるべき変更を決定し、プラントは、以下に限定されないが、圧縮機モータ制御器、圧縮機モータ、圧縮機本体、処理対象ガス、配管、および計測器を含むことができる。圧縮機温度は、閾値温度と併せて、制御器に、制御器が基準速度設定値に加えるべき変更を決定するのに使用する情報を提供するのに使用される。
【００４０】
本明細書で説明し、図示した例示的実施形態は、本発明の好ましい実施形態を示すものであり、決して特許請求の範囲をこれらの実施形態に限定するためのものではないことに留意すべきである。前述の教示を考慮すれば、本発明の多数の変更および変形が可能である。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲内において、本明細書で具体的に示す以外のやり方でも実施され得ることを理解すべきである。
以下に、本願出願時の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］汚染物質を持つガス流を受け取るように構成されたガス流路に沿って直列に連結された複数の圧縮機ステージと、
前記複数の圧縮機ステージのうちの１つの圧縮機ステージ内の圧縮機または圧縮機の上流側において前記ガス流路に溶媒を供給して、前記ガス流内の前記汚染物質を取り込むまたは溶解するように構成された溶媒供給源と
を備え、
前記圧縮機は、前記ガス流の所与の上流側ガス圧、所与の上流側ガス温度、および所与の比熱で、前記溶媒内に取り込まれたまたは溶解された任意の汚染物質が化学的に分解される温度未満に留まる所望の排出温度を提供する圧力比を持つ、
多段ガス圧縮機システム。
［２］前記圧縮機は、バルブを持たない、［１］に記載のシステム。
［３］前記圧縮機は第１の圧縮機ステージ内の第１の圧縮機であり、第１の所望の排出温度が設定され、
前記複数の圧縮機ステージのうちの第２の圧縮機ステージ内の第２の圧縮機が、前記ガス流路に沿って前記第１の圧縮機ステージの下流側に設けられており、
前記第２の圧縮機は、前記ガス流の所与の上流側ガス圧、所与の上流側ガス温度、および所与の比熱で、前記溶媒内に取り込まれたまたは溶解された任意の汚染物質が化学的に分解される温度未満に留まる第２の所望の排出温度を提供する圧力比を持ち、
前記第２の所望の排出温度は前記第１の所望の排出温度以上である、
［１］に記載のシステム。
［４］前記第１の圧縮機はバルブを持たず、前記第２の圧縮機もバルブを持たない、［３］に記載のシステム。
［５］前記第１の圧縮機はバルブを持たず、前記第２の圧縮機は１つまたは複数のバルブを持つ、［３］に記載のシステム。
［６］前記圧縮機の下流側で前記ガス流路に連結された室と、
前記圧縮機と前記室の間に前記ガス流路に沿って設けられた熱交換器と
をさらに備える［１］に記載のシステム。
［７］前記圧縮機の動作速度を変動させて前記圧縮機の動作温度を所定の閾値温度よりも低く維持するように構成された制御器
をさらに備える［１］に記載のシステム。
［８］前記圧縮機の吸込側に設けられた背圧調整器
をさらに備える［７］に記載のシステム。
［９］汚染物質を有するガス流を受け取るように構成されたガス流路に沿って直列に連結された複数の圧縮機ステージと、
前記複数の圧縮機ステージのうちの１つの圧縮機ステージ内の圧縮機または圧縮機の上流側において前記ガス流路に溶媒を供給して、前記ガス流内の前記汚染物質を取り込むまたは溶解するように構成された溶媒供給源と
を備え、
前記圧縮機はバルブを持たない、
多段ガス圧縮機システム。
［１０］前記圧縮機は第１の圧縮機ステージ内の第１の圧縮機であり、
前記複数の圧縮機ステージのうちの第２の圧縮機ステージ内の第２の圧縮機が、前記ガス流路に沿って前記第１の圧縮機ステージの下流側に設けられている、
［９］に記載のシステム。
［１１］前記第１の圧縮機はバルブを持たず、前記第２の圧縮機もバルブを持たない、［１０］に記載のシステム。
［１２］前記第１の圧縮機はバルブを持たず、前記第２の圧縮機は１つまたは複数のバルブを持つ、［１０］に記載のシステム。
［１３］前記第１の圧縮機は、回転ローブ送風圧縮機、スクリュ圧縮機、またはリショルム式圧縮機である、［１０］に記載のシステム。
［１４］前記第２の圧縮機は往復ピストン式圧縮機である［１０］に記載のシステム。
［１５］前記圧縮機の下流側で前記ガス流路に連結された室と、
前記圧縮機と前記室の間に前記ガス流路に沿って設けられた熱交換器と
をさらに備える［９］に記載のシステム。
［１６］前記圧縮機の動作速度を変動させて前記圧縮機の動作温度を所定の閾値温度よりも低く維持するように構成された制御器
をさらに備える［９］に記載のシステム。
［１７］前記圧縮機の吸込側に設けられた背圧調整器
をさらに備える［１６］に記載のシステム。
［１８］汚染物質を有するガス流を受け取るように構成されたガス流路に沿って直列に連結された複数の圧縮機ステージと、
前記複数の圧縮機ステージのうちの１つの圧縮機ステージ内の圧縮機または圧縮機の上流側において前記ガス流路に溶媒を供給して、前記ガス流内の前記汚染物質を取り込むまたは溶解するように構成された溶媒供給源と
を備え、
前記圧縮機は、前記溶媒中に取り込まれたまたは溶解された汚染物質が原因での前記圧縮機の使用不能化汚損に耐える手段を含む、多段ガス圧縮機システム。
［１９］前記使用不能化汚損に耐える手段は、前記ガス流の所与の上流側ガス圧、所与の上流側ガス温度、および所与の比熱で、前記溶媒内に取り込まれたまたは溶解された任意の汚染物質が化学的に分解される温度未満に留まる所望の排出温度を提供する前記圧縮機の圧力比である、［１８］に記載のシステム。
［２０］前記使用不能化汚損に耐える手段は、バルブを持たない種類の圧縮機である、［１８］に記載のシステム。
［２１］前記使用不能化汚損に耐える手段は、前記圧縮機の動作速度を変動させて前記圧縮機の動作温度を所定の閾値温度よりも低く維持するように構成された制御器を含む、［１８］に記載のシステム。
［２２］前記圧縮機の吸込側に設けられた背圧調整器
をさらに備える［２１］に記載のシステム。
［２３］多段ガス圧縮機システムを動作させる方法であって、
直列に連結された複数の圧縮機ステージを設けることと、
汚染物質を持つガス流をガス流路内に受け取ることと、
前記複数の圧縮機ステージのうちの１つの圧縮機ステージ内の圧縮機または圧縮機の上流側において前記ガス流路に溶媒を供給して、前記ガス流中の前記汚染物質を取り込むまたは溶解することと、
前記溶媒中に取り込まれたまたは溶解された任意の汚染物質が原因での前記圧縮機ステージ内の前記圧縮機の使用不能化汚損に耐えることと
を備える方法。
［２４］前記圧縮機の使用不能化汚損に耐えることは前記圧縮機の排出温度を制御することによって行われる、［２３］に記載の方法。
［２５］前記排出温度は、前記溶媒内に取り込まれたまたは溶解された任意の汚染物質が化学的に分解される温度未満に留まるように制御される、［２４］に記載の方法。
［２６］前記排出温度は、前記圧縮機に、前記ガス流の所与の上流側ガス圧、所与の上流側ガス温度、および所与の比熱で、所望の排出温度を提供するように選択された圧力比を与えることによって制御される、［２４］に記載の方法。
［２７］前記圧縮機の下流側の前記ガス流路に連結された室を設けることと、
前記室に、前記溶媒および前記溶媒中に取り込まれたまたは溶解された任意の汚染物質を集めることと、
前記圧縮機と前記室の間に前記ガス流路に沿って熱交換器を設けることと、
前記熱交換器を使用して前記ガス流を冷却することと
をさらに備える［２４］に記載の方法。
［２８］前記溶媒中に取り込まれたまたは溶解された任意の汚染物質が原因での第２の圧縮機ステージ内の第２の圧縮機の使用不能化汚損に耐えること
をさらに備え、
前記圧縮機ステージは前記複数の圧縮機ステージ内の第１の圧縮機ステージであり、前記圧縮機は第１の圧縮機であり、
前記第２の圧縮機ステージは、前記ガス流路に沿って前記第１の圧縮機ステージの下流側にある、［２３］に記載の方法。
［２９］前記第１の圧縮機の下流側と、前記第２の圧縮機または前記第２の圧縮機の上流側において前記ガス流路に溶媒を供給して、前記ガス流中の前記汚染物質を取り込むまたは溶解すること
をさらに備える［２８］に記載の方法。
［３０］前記第１の圧縮機の使用不能化汚損に耐えることは前記第１の圧縮機の第１の排出温度を制御することによって行われ、
前記第２の圧縮機の使用不能化汚損に耐えることは前記第２の圧縮機の第２の排出温度を制御することによって行われ、
前記第１の排出温度は、前記溶媒内に取り込まれたまたは溶解された任意の汚染物質が化学的に分解される温度未満に留まるように制御され、
前記第２の温度は前記第１の排出温度以上である、［２８］に記載の方法。
［３１］前記溶媒は前記圧縮機を潤滑するのに使用される潤滑剤である、［２３］に記載の方法。
［３２］前記圧縮機の使用不能化汚損に抗することは、前記前記第１の圧縮機として汚損による使用不能化の影響を受けにくい種類の圧縮機を使用することによって行われる、［２３］に記載の方法。
［３３］前記圧縮機として使用される種類の圧縮機はバルブを持たない、［３２］に記載の方法。
［３４］前記圧縮機として使用される種類の圧縮機は、回転ローブ送風圧縮機、スクリュ圧縮機、またはリショルム式圧縮機である、［３２］に記載の方法。
［３５］前記圧縮機の使用不能化汚損に耐えることは、前記圧縮機として汚損による使用不能化の影響を受けにくい種類の圧縮機を使用することによってさらに行われる、［２４］に記載の方法。
［３６］前記第１の圧縮機の使用不能化汚損に耐えることは、前記第１の圧縮機として汚損による使用不能化の影響を受けにくい種類の圧縮機を使用することによって行われる、［２８］に記載の方法。
［３７］前記第２の圧縮機の使用不能化汚損に耐えることは、前記第２の圧縮機として汚損による使用不能化の影響を受けにくい種類の圧縮機を使用することによって行われる、［３６］に記載の方法。
［３８］前記第２の圧縮機は、１つまたは複数のバルブを持つ種類の圧縮機である、［３６］に記載の方法。
［３９］前記圧縮機の動作速度を変動させて前記圧縮機の動作温度を所定の閾値温度よりも低く維持すること
をさらに備える［２３］に記載の方法。
［４０］前記圧縮機の吸込側に背圧調整器を設けること
をさらに備える［３９］に記載の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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