BE1032145B1

BE1032145B1 - Device and system for reducing an oxygen gas concentration in a main gas stream and associated method.

Info

Publication number: BE1032145B1
Application number: BE20245533A
Authority: BE
Inventors: Jeroen Bruin; Elias Mehssatou
Original assignee: Atlas Copco Airpower Nv
Priority date: 2023-12-06
Filing date: 2024-08-16
Publication date: 2025-08-14
Also published as: CN120094511A; BE1032145A1; WO2025120492A1; CN223490918U

Abstract

Inrichtingen en systemen voor het reduceren van een zuurstofgasconcentratie in een hoofdgasstroom, omvattende a. een hoofdgasstroomkanaal met een hoofdgasstroominlaat voor de hoofdgasstroom en een hoofdgasstroomuitlaat voor een gedeoxygeneerde hoofdgasstroom; b. een reactiegasstroomkanaal omvattende een reactiegasinlaat aan een eerste uiteinde en verbonden met het hoofdgasstroomkanaal aan een tweede uiteinde, om injectie van een reactiegas in het hoofdgasstroomkanaal mogelijk te maken, waarbij het reactiegasstroomkanaal stroomafwaarts van de reactiegasinlaat een debietregelinrichting omvat; c. een reactormiddel dat in het hoofdgasstroomkanaal is ingericht, stroomafwaarts van de verbindingslocatie en stroomopwaarts van de hoofdgasstroomuitlaat; en d. een regeleenheid die is aangepast voor het regelen van de debietregelinrichting om een injectie van stroom van het reactiegas in de hoofdgasstroom in het hoofdgasstroomkanaal te regelen, op basis van inlaatprocesomstandigheden van de hoofdgasstroom en/of uitlaatprocesomstandigheden van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom. en bijbehorende werkwijzen.Apparatus and systems for reducing an oxygen gas concentration in a main gas stream, comprising a. a main gas stream channel having a main gas stream inlet for the main gas stream and a main gas stream outlet for a deoxygenated main gas stream; b. a reactant gas stream channel having a reactant gas inlet at a first end and connected to the main gas stream channel at a second end, to permit injection of a reactant gas into the main gas stream channel, the reactant gas stream channel comprising a flow control device downstream of the reactant gas inlet; c. a reactor means disposed within the main gas stream channel downstream of the connection location and upstream of the main gas stream outlet; and d. a control unit adapted to control the flow control device to control an injection of stream of the reactant gas into the main gas stream in the main gas stream channel based on inlet process conditions of the main gas stream and/or outlet process conditions of the deoxygenated main gas stream. and associated methods.

Description

Inrichting en systeem voor het reduceren van een zuurstofgasconcentratie in een hoofdgasstroom en bijbehorende werkwijze.Device and system for reducing an oxygen gas concentration in a main gas stream and associated method.

Technisch DomeinTechnical Domain

De onderhavige openbaarmaking heeft betrekking op een inrichting en een systeem voor het reduceren van een zuurstofgasgehalte in een hoofdgasstroom, zoals in een in hoofdzaak stikstof- of koolstofdioxide houdende gasstroom, in het bijzonder op inrichtingen of systemen die een regeleenheid omvatten voor het regelen van een injectiestroom van een reactiegas in genoemde hoofdgasstroom, en op daaraan gerelateerde werkwijzen.The present disclosure relates to an apparatus and a system for reducing an oxygen gas content in a main gas stream, such as in a gas stream substantially containing nitrogen or carbon dioxide, in particular to apparatus or systems comprising a control unit for controlling an injection flow of a reactant gas into said main gas stream, and to methods related thereto.

Stand der TechniekState of the Art

Deoxygeneringsinrichtingen verwijderen zuurstofgas uit een hoofdgasstroom. Ze doen dit door het zuurstofgas te dwingen om te reageren met een reactiegas via een reactormiddel zoals een katalytisch bed, dat de reactiebarrière tussen het zuurstofgas en het reactiegas verlaagt. Er zijn twee soorten oplossingen mogelijk voor het reactiegas: 1. Het reactiegas is hetzelfde als het hoofdgas. 2. Het reactiegas verschilt van het hoofdgas.Deoxygenators remove oxygen gas from a main gas stream. They do this by forcing the oxygen gas to react with a reactant gas via a reactor medium such as a catalytic bed, which lowers the reaction barrier between the oxygen gas and the reactant gas. Two types of solutions exist for the reactant gas: 1. The reactant gas is the same as the main gas. 2. The reactant gas is different from the main gas.

Bij oplossingen van het tweede type moet het reactiegas in de hoofdgasstroom worden geïnjecteerd voordat het in het reactormiddel binnengaat. De hoeveelheid reactiegas die wordt geïnjecteerd, wordt gewoonlijk berekend op basis van de nominale omstandigheden en de stoichiometrische relatie tussen het zuurstofgas en het reactiegas, d.w.z. dat wordt aangenomen dat de reactie perfect is en dat verwacht wordt dat al het zuurstofgas weg reageert. Dit kan echter leiden tot een overmatig gebruik van het reactiegas als de toepassing niet vereist dat de deoxygenering volledig is, of tot een onvoldoende deoxygenering omdat een licht over-stoichiometrische dosering van het reactiegas nodig is om al het zuurstofgas te verwijderen, opnieuw, als de toepassing dat vereist. Dit maakt het globale deoxygeneringsproces respectievelijk inefficiënt of onbevredigend.For solutions of the second type, the reactant gas must be injected into the main gas stream before entering the reactor medium. The amount of reactant gas injected is usually calculated based on the nominal conditions and the stoichiometric relationship between the oxygen and reactant gases, i.e., the reaction is assumed to be perfect and all oxygen gas is expected to be removed. However, this can lead to excessive use of reactant gas if the application does not require complete deoxygenation, or to insufficient deoxygenation because a slightly overstoichiometric dose of reactant gas is required to remove all oxygen gas, again, if the application requires it. This makes the overall deoxygenation process inefficient or unsatisfactory, respectively.

Bovendien wordt de bron van het reactiegas vaak niet in beschouwing genomen bij de werking van de deoxygeneringsinrichting. Afhankelijk van het type bron kan dit resulteren in een aan/uit-regelstrategie, die een significante impact kan hebben op de prestaties en levensduur van de reactiegasbron/- generator.Furthermore, the source of the reactant gas is often overlooked in the operation of the deoxygenation plant. Depending on the source type, this can result in an on/off control strategy, which can significantly impact the performance and lifespan of the reactant gas source/generator.

Er bestaat in de industrie een behoefte aan verbeterde oplossingen van het tweede type.There is a need in the industry for improved solutions of the second type.

Samenvatting van de openbaarmakingSummary of the disclosure

Het is een doel van de onderhavige openbaarmaking om een inrichting volgens conclusie 1 en een systeem volgens conclusie 11 te verschaffen, en om een bijbehorende werkwijze te verschaffen voor het regelen van de inrichting of het systeem volgens conclusie 20.It is an object of the present disclosure to provide an apparatus according to claim 1 and a system according to claim 11, and to provide an associated method for controlling the apparatus or system according to claim 20.

In een eerste aspect van de onderhavige openbaarmaking wordt een inrichting voor het reduceren van een zuurstofgasconcentratie in een hoofdgas of hoofdgasstroom openbaar gemaakt, het systeem omvattende a. een hoofdgasstroomkanaal met een hoofdgasstroominlaat voor de hoofdgasstroom en een hoofdgasstroomuitlaat voor een gedeoxygeneerde hoofdgasstroom; b. een reactiegasstroomkanaal omvattende een reactiegasinlaat voor een reactiegasstroom aan een eerste uiteinde en verbonden, bijvoorbeeld door middel van een fluïdumverbinding, met het hoofdgasstroomkanaal aan een tweede uiteinde, op een verbindingslocatie, om injectie van een reactiegas in het hoofdgasstroomkanaal mogelijk te maken, waarbij het reactiegasstroomkanaal stroomafwaarts van de reactiegasinlaat een debietregelinrichting omvat; c. een reactormiddel dat in het hoofdgasstroomkanaal is ingericht, stroomafwaarts van de verbindingslocatie en stroomopwaarts van de hoofdgasstroomuitlaat; d. een regeleenheid die is aangepast voor het regelen van de debietregelinrichting om een injectiestroom van het reactiegas in de hoofdgasstroom in het hoofdgasstroomkanaal te regelen tot een vereiste reactiegasstroom, op basis van inlaatprocesomstandigheden van de hoofdgasstroom en/of uitlaatprocesomstandigheden van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom.In a first aspect of the present disclosure, an apparatus for reducing an oxygen gas concentration in a main gas or main gas stream is disclosed, the system comprising a. a main gas stream channel having a main gas stream inlet for the main gas stream and a main gas stream outlet for a deoxygenated main gas stream; b. a reactant gas stream channel comprising a reactant gas inlet for a reactant gas stream at a first end and connected, for example by means of a fluid connection, to the main gas stream channel at a second end, at a connection location, to enable injection of a reactant gas into the main gas stream channel, the reactant gas stream channel comprising a flow control device downstream of the reactant gas inlet; c. a reactor means disposed in the main gas stream channel downstream of the connection location and upstream of the main gas stream outlet; d. a control unit adapted to control the flow control device to regulate an injection flow of the reactant gas into the main gas stream in the main gas flow channel to a required reactant gas flow, based on inlet process conditions of the main gas stream and/or outlet process conditions of the deoxygenated main gas stream.

Een voordeel hiervan is dat het reactiegas efficiënter kan worden gebruikt en dat overmatig gebruik kan worden voorkomen.An advantage of this is that the reaction gas can be used more efficiently and excessive use can be avoided.

Bovendien wordt verwacht dat de prestaties en levensduur van een bijbehorende reactiegasgenerator worden verbeterd.In addition, the performance and lifetime of an associated reaction gas generator are expected to be improved.

Een debietregelinrichting kan bijvoorbeeld ten minste één klep omvatten.For example, a flow control device may comprise at least one valve.

Een reactormiddel kan bijvoorbeeld een reactorkamer of -vat omvatten, bijvoorbeeld omvattende een katalytisch bed.A reactor means may comprise, for example, a reactor chamber or vessel, for example comprising a catalytic bed.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen is de regeleenheid aangepast voor het berekenen van de vereiste reactiegasstroom die in de hoofdgasstroom moet worden geïnjecteerd op basis van de hoofdgasstroom bij de hoofdgasstroominlaat, een zuurstofgasconcentratie bij de hoofdgasstroominlaat en een vereiste verhouding van een reactiegasconcentratie tot een zuurstofgasconcentratie.According to preferred embodiments, the control unit is adapted to calculate the required reactant gas flow to be injected into the main gas stream based on the main gas flow at the main gas stream inlet, an oxygen gas concentration at the main gas stream inlet, and a required ratio of a reactant gas concentration to an oxygen gas concentration.

De vereiste verhouding van de reactiegasconcentratie tot de zuurstofgasconcentratie kan bijvoorbeeld constant zijn.For example, the required ratio of the reactant gas concentration to the oxygen gas concentration can be constant.

Alternatief kan de vereiste verhouding van de reactiegasconcentratie tot de zuurstofgasconcentratie afhankelijk zijn van een beoogde zuurstofgasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom.Alternatively, the required ratio of the reaction gas concentration to the oxygen gas concentration may depend on a target oxygen gas concentration of the deoxygenated main gas stream.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen is de vereiste verhouding van de reactiegasconcentratie tot de zuurstofgasconcentratie afhankelijk van een debietbelasting van de inrichting (of het systeem volgens het tweede aspect). De debietbelasting van de inrichting (of het systeem) kan bijvoorbeeld worden uitgedrukt als een fractie, bijvoorbeeld een percentage, van een maximaal debiet of nominaal ontwerpdebiet van de inrichting (of het systeem).In preferred embodiments, the required ratio of the reaction gas concentration to the oxygen gas concentration depends on a flow rate of the device (or system according to the second aspect). The flow rate of the device (or system) can be expressed, for example, as a fraction, e.g., a percentage, of a maximum flow rate or nominal design flow rate of the device (or system).

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen is de regeleenheid aangepast voor het berekenen van de vereiste reactiegasstroom die in de hoofdgasstroom moet worden geïnjecteerd, op basis van een werkelijke zuurstofgasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom.In preferred embodiments, the control unit is adapted to calculate the required reactant gas flow to be injected into the main gas stream based on an actual oxygen gas concentration of the deoxygenated main gas stream.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen is de regeleenheid aangepast voor het berekenen van de vereiste reactiegasstroom die in de hoofdgasstroom moet worden geïnjecteerd, op basis van een werkelijke reactiegasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom.In preferred embodiments, the control unit is adapted to calculate the required reactant gas flow to be injected into the main gas stream based on an actual reactant gas concentration of the deoxygenated main gas stream.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen is de regeleenheid aangepast voor het berekenen van de vereiste reactiegasstroom die in de hoofdgasstroom moet worden geïnjecteerd, op basis van een werkelijke zuurstofgasconcentratie en op basis van een werkelijke reactiegasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom.According to preferred embodiments, the control unit is adapted to calculate the required reactant gas flow to be injected into the main gas stream based on an actual oxygen gas concentration and based on an actual reactant gas concentration of the deoxygenated main gas stream.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen omvat het regelen van de debietregelinrichting door de regeleenheid het ten minste periodiek of continu verschaffen van eerste stroominstelpunt-waarden voor de vereiste reactiegasstroom die moet worden geïnjecteerd in de debietregelinrichting.In preferred embodiments, controlling the flow control device by the control unit comprises providing at least periodically or continuously first flow set point values for the required reactant gas flow to be injected into the flow control device.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen is de regeleenheid verder aangepast voor het regelen van een debiet van het reactiegas dat het reactiegasstroomkanaal binnenkomt vanuit de reactiegasinlaat.According to preferred embodiments, the control unit is further adapted to control a flow rate of the reactant gas entering the reactant gas flow channel from the reactant gas inlet.

In een tweede aspect van de onderhavige openbaarmaking wordt een systeem voor het reduceren van een zuurstofgasconcentratie in een hoofdgasstroom openbaar gemaakt, omvattende een inrichting volgens een der uitvoeringsvormen van het eerste aspect, en verder omvattende een reactiegasgenerator die is verbonden, bij voorkeur door middel van een fluïdumverbinding, met de reactiegasinlaat, en optioneel een reactiegasbuffer die stroomafwaarts van de reactiegasgenerator en stroomopwaarts van de reactiegasinlaat is ingericht, waarbij de regeleenheid verder is aangepast voor het regelen van een debiet van de reactiegasgenerator.In a second aspect of the present disclosure, a system for reducing an oxygen gas concentration in a main gas stream is disclosed, comprising an apparatus according to any of the embodiments of the first aspect, and further comprising a reaction gas generator connected, preferably by means of a fluid connection, to the reaction gas inlet, and optionally a reaction gas buffer arranged downstream of the reaction gas generator and upstream of the reaction gas inlet, the control unit being further adapted to control a flow rate of the reaction gas generator.

De reactiegasgenerator kan bijvoorbeeld een waterstofgas- of koolstofdioxidegenerator zijn, bijvoorbeeld een waterstofgas-elektrolyser.The reaction gas generator can be, for example, a hydrogen gas or carbon dioxide generator, for example a hydrogen gas electrolyzer.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen omvat het regelen van het debiet van de reactiegasgenerator het ten minste periodiek of continu verschaffen van tweede stroominstelpunt-waarden voor de te genereren reactiegasstroom aan de reactiegasgenerator, bij voorkeur door de regeleenheid.In preferred embodiments, controlling the flow rate of the reaction gas generator comprises providing second flow set point values for the reaction gas flow to be generated to the reaction gas generator at least periodically or continuously, preferably by the control unit.

Voor het doel van de onderhavige openbaarmaking kan een regeleenheid een enkele centrale regeleenheid zijn, of kan deze twee of meer verspreide, afzonderlijke regeleenheden omvatten.For the purposes of this disclosure, a control unit may be a single central control unit, or it may comprise two or more distributed, separate control units.

Doorheen de beschrijving wordt hiervan abstractie gemaakt. Zo kunnen de regeleenheid die is aangepast voor het regelen van een debiet van de reactiegasgenerator en de regeleenheid die is aangepast voor het regelen van de debietregelinrichting om een injectiestroom van het reactiegas in de hoofdgasstroom in het hoofdgasstroomkanaal te regelen, dezelfde regeleenheid of verschillende regeleenheden zijn. Bij voorkeur zijn deze regeleenheden dezelfde, enkele centrale regeleenheid.This is disregarded throughout the description. For example, the control unit adapted to regulate the flow rate of the reaction gas generator and the control unit adapted to control the flow control device for regulating an injection flow of the reaction gas into the main gas flow channel may be the same control unit or different control units. Preferably, these control units are the same, single central control unit.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen zijn de tweede stroominstelpunt-waarden een, bij voorkeur tiidsafhankelijke, functie, bijvoorbeeld een polynomiale functie, bijvoorbeeld een lineaire functie, van ten minste één eerste stroominstelpunt of van een set van de eerste stroominstelpunten.According to preferred embodiments, the second flow set point values are a, preferably time-dependent, function, for example a polynomial function, for example a linear function, of at least one first flow set point or of a set of the first flow set points.

De tweede stroominstelpunt-waarden kunnen gebaseerd zijn op of afgeleid zijn van ten minste één eerste stroominstelpunt of een set van de eerste stroominstelpunten. De tweede stroominstelpunt- waarden kunnen overeenkomen met een vermenigvuldiging van een overeenkomstige eerste ingestelde waarde met een, bijvoorbeeld tijdsafhankelijke, scalaire waarde.The second flow setpoint values may be based on or derived from at least one or a set of first flow setpoints. The second flow setpoint values may correspond to a multiplication of a corresponding first setpoint value by a, for example, time-dependent, scalar value.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen zijn de tweede stroominstelpunt-waarden een, bij voorkeur tiidsafhankelijke, functie van een reactiegasdruk die wordt gemeten in het reactiegasstroomkanaal stroomopwaarts van de debietregelinrichting of in de reactiegasgenerator.According to preferred embodiments, the second flow set point values are a, preferably time-dependent, function of a reaction gas pressure measured in the reaction gas flow channel upstream of the flow control device or in the reaction gas generator.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen zijn de tweede stroominstelpunt-waarden een, bij voorkeur tiidsafhankelijke, functie van een voorspelde beschikbaarheid van elektriciteit, bij voorkeur met lage koolstofemissie, in de loop van de tijd.In preferred embodiments, the second power set point values are a, preferably time-dependent, function of a predicted availability of electricity, preferably with low carbon emissions, over time.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen, waarbij de tweede stroominstelpunt-waarden een, bij voorkeur tiidsafhankelijke, functie zijn van een voorspelde energiekost in de loop van de tijd.According to preferred embodiments, wherein the second flow set point values are a, preferably time-dependent, function of a predicted energy cost over time.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen omvatten de respectieve functies een polynomiale, bij voorkeur lineaire afhankelijkheid van respectievelijk de reactiegasdruk die wordt gemeten in het reactiegasstroomkanaal stroomopwaarts van de debietregelinrichting of in de reactiegasgenerator en/of van de voorspelde beschikbaarheid van elektriciteit in de loop van de tijd en/of van een voorspelde energiekost in de loop van de tijd.According to preferred embodiments, the respective functions comprise a polynomial, preferably linear, dependence on, respectively, the reaction gas pressure measured in the reaction gas flow channel upstream of the flow control device or in the reaction gas generator and/or on the predicted availability of electricity over time and/or on a predicted energy cost over time.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen omvat het hoofdgas of de hoofdgasstroom hoofdzakelijk stikstofgas of koolstofdioxide. Bij voorkeur omvat het/hij een initiële hoeveelheid zuurstofgas die moet worden gereduceerd of verwijderd uit de hoofdgasstroom.In preferred embodiments, the main gas or gas stream primarily comprises nitrogen gas or carbon dioxide. Preferably, it includes an initial amount of oxygen gas to be reduced or removed from the main gas stream.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen omvat de reactiegasstroom hoofdzakelijk waterstofgas of koolstofmonoxide.In preferred embodiments, the reaction gas stream comprises primarily hydrogen gas or carbon monoxide.

In een derde aspect van de onderhavige openbaarmaking wordt een werkwijze beschreven voor het regelen van een systeem of inrichting volgens een der uitvoeringsvormen van het eerste of tweede aspect, omvattende het regelen van de debietregelinrichting om een injectiestroom van het reactiegas in de hoofdgasstroom in het hoofdgasstroomkanaal te regelen tot een vereiste reactiegasstroom, op basis van inlaatprocesomstandigheden van de hoofdgasstroom en/of uitlaatprocesomstandigheden van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom.In a third aspect of the present disclosure, a method is described for controlling a system or apparatus according to any of the embodiments of the first or second aspect, comprising controlling the flow control device to regulate an injection flow of the reactant gas into the main gas stream in the main gas flow channel to a required reactant gas flow, based on inlet process conditions of the main gas stream and/or outlet process conditions of the deoxygenated main gas stream.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen omvat de werkwijze het berekenen van de vereiste reactiegasstroom die in de hoofdgasstroom moet worden geïnjecteerd op basis van de hoofdgasstroom bij de hoofdgasstroominlaat, de zuurstofgasconcentratie bij de hoofdgasstroominlaat en een vereiste verhouding van een reactiegasconcentratie tot een zuurstofgasconcentratie.In preferred embodiments, the method comprises calculating the required reactant gas flow to be injected into the main gas stream based on the main gas flow at the main gas stream inlet, the oxygen gas concentration at the main gas stream inlet, and a required ratio of a reactant gas concentration to an oxygen gas concentration.

Volgens bepaalde uitvoeringsvormen is de vereiste verhouding van de reactiegasconcentratie tot de zuurstofgasconcentratie constant. 5 Volgens voorkeursuitvoeringsvormen is de vereiste verhouding van de reactiegasconcentratie tot de zuurstofgasconcentratie afhankelijk van een beoogde zuurstofgasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom.In certain embodiments, the required ratio of the reaction gas concentration to the oxygen gas concentration is constant. 5 In preferred embodiments, the required ratio of the reaction gas concentration to the oxygen gas concentration depends on a target oxygen gas concentration of the main deoxygenated gas stream.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen is de vereiste verhouding van de reactiegasconcentratie tot de zuurstofgasconcentratie afhankelijk van een debietbelasting van de inrichting.In preferred embodiments, the required ratio of the reaction gas concentration to the oxygen gas concentration is dependent on a flow rate load of the device.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen omvat de werkwijze het berekenen van de vereiste reactiegasstroom die in de hoofdgasstroom moet worden geïnjecteerd, op basis van een werkelijke zuurstofgasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom.In preferred embodiments, the method comprises calculating the required reactant gas flow to be injected into the main gas stream based on an actual oxygen gas concentration of the deoxygenated main gas stream.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen omvat de werkwijze het berekenen van de vereiste reactiegasstroom die in de hoofdgasstroom moet worden geïnjecteerd, op basis van een werkelijke reactiegasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom.In preferred embodiments, the method comprises calculating the required reactant gas flow to be injected into the main gas stream based on an actual reactant gas concentration of the deoxygenated main gas stream.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen omvat de werkwijze het berekenen van de vereiste reactiegasstroom die in de hoofdgasstroom moet worden geïnjecteerd, op basis van een werkelijke zuurstofgasconcentratie en op basis van een werkelijke reactiegasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom.In preferred embodiments, the method comprises calculating the required reactant gas flow to be injected into the main gas stream based on an actual oxygen gas concentration and based on an actual reactant gas concentration of the deoxygenated main gas stream.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen omvat de werkwijze het ten minste periodiek of continu verschaffen van eerste stroominstelpunt-waarden voor de vereiste reactiegasstroom die moet worden geïnjecteerd in de debietregelinrichting.In preferred embodiments, the method comprises providing at least periodically or continuously first flow set point values for the required reactant gas flow to be injected into the flow control device.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen omvat de werkwijze verder het regelen van een debiet van het reactiegas dat het reactiegasstroomkanaal binnenkomt vanuit de reactiegasinlaat.In preferred embodiments, the method further comprises controlling a flow rate of the reactant gas entering the reactant gas flow channel from the reactant gas inlet.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen is de werkwijze aangepast voor het systeem of de inrichting omvattende de reactiegasgenerator, verder omvattende het regelen van een debiet van de reactiegasgenerator.In preferred embodiments, the method is adapted for the system or apparatus comprising the reaction gas generator, further comprising controlling a flow rate of the reaction gas generator.

Bij voorkeur omvat het regelen van een debiet van de reactiegasgenerator het ten minste periodiek of continu verschaffen van tweede stroominstelpunt-waarden voor de te genereren reactiegasstroom aan de reactiegasgenerator.Preferably, controlling a flow rate of the reaction gas generator comprises providing second flow set point values for the reaction gas flow to be generated to the reaction gas generator at least periodically or continuously.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen zijn de tweede stroominstelpunt-waarden een, bij voorkeur tiidsafhankelijke, functie, bijvoorbeeld een polynomiale functie, van ten minste één eerste stroominstelpunt of van een set van de eerste stroominstelpunten.According to preferred embodiments, the second flow set point values are a, preferably time-dependent, function, for example a polynomial function, of at least one first flow set point or of a set of the first flow set points.

De tweede stroominstelpunt-waarden kunnen gebaseerd zijn op of afgeleid zijn van ten minste één eerste stroominstelpunt of een set van de eerste stroominstelpunten. De tweede stroominstelpunt-The second flow setpoint values may be based on or derived from at least one first flow setpoint or a set of the first flow setpoints. The second flow setpoint-

waarden kunnen overeenkomen met een vermenigvuldiging van een overeenkomstige eerste ingestelde waarde met een, bijvoorbeeld tijdsafhankelijke, scalaire waarde.values may correspond to a multiplication of a corresponding first set value with a, for example, time-dependent, scalar value.

Volgens voorkeursuitvoeringsvormen zijn de tweede stroominstelpunt-waarden een, bij voorkeur tijdsafhankelijke, functie van een voorspelde energiekost in de loop van de tijd.In preferred embodiments, the second flow set point values are a, preferably time-dependent, function of a predicted energy cost over time.

Kenmerken en voordelen die openbaar worden gemaakt voor een van de bovengenoemde aspecten van de onderhavige openbaarmaking, worden hierbij impliciet ook openbaargemaakt voor de andere aspecten, mutatis mutandis, zoals duidelijk zal zijn voor de vakman. In het bijzonder zijn aspecten die voor het inrichting- en systeemaspect worden beschreven, ook van toepassing op en worden als openbaargemaakt beschouwd voor het werkwijzeaspect, en vice versa.Features and advantages disclosed for any of the aforementioned aspects of the present disclosure are hereby implicitly disclosed for the other aspects, mutatis mutandis, as will be apparent to those skilled in the art. In particular, aspects described for the device and system aspects also apply to and are considered disclosed for the method aspect, and vice versa.

Korte beschrijving van de tekeningenShort description of the drawings

De openbaarmaking zal verder worden verduidelijkt door middel van de volgende beschrijving en de bijgevoegde figuren. e Fig. 1 is een schematisch overzicht van een systeem volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige openbaarmaking. e Fig. 2 is een schematisch overzicht van een feedforward-regeling van de reactiegasstroom volgens voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige openbaarmaking. e Fig. 3 illustreert een relatie tussen de vereiste verhouding van de reactiegasconcentratie tot de zuurstofgasconcentratie en de beoogde zuurstofgasconcentratie volgens voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige openbaarmaking. e Fig. 4 illustreert een relatie tussen de vereiste verhouding van de reactiegasconcentratie tot de zuurstofgasconcentratie en de stroombelasting van de inrichting, waarbij de maximale stroombelasting van de inrichting een belasting van 100% vertegenwoordigt, volgens voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige openbaarmaking.The disclosure will be further clarified by means of the following description and the accompanying figures. e Fig. 1 is a schematic overview of a system according to a preferred embodiment of the present disclosure. e Fig. 2 is a schematic overview of a feedforward control of the reactant gas flow according to preferred embodiments of the present disclosure. e Fig. 3 illustrates a relationship between the required ratio of reactant gas concentration to oxygen gas concentration and the target oxygen gas concentration according to preferred embodiments of the present disclosure. e Fig. 4 illustrates a relationship between the required ratio of reactant gas concentration to oxygen gas concentration and the current load of the device, where the maximum current load of the device represents a 100% load, according to preferred embodiments of the present disclosure.

e Fig. 5 illustreert een feedback-regeling van de reactiegasstroom op basis van een zuurstofgasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom volgens voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige openbaarmaking. e Fig. 6 is een schematisch overzicht van een feedforward- en feedback-regeling van de reactiegasstroom op basis van de zuurstofgasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom, volgens voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige openbaarmaking. e Fig. 7 is een schematisch overzicht van een feedback-regeling van de reactiegasstroom op basis van de reactiegasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom, volgens voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige openbaarmaking. e Fig. 8 is een schematisch overzicht van een feedforward- en feedback-regeling van de reactiegasstroom op basis van de reactiegasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom, volgens voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige openbaarmaking. e Fig. 9 is een schematisch overzicht van een feedback-regeling van de reactiegasstroom op basis van de zuurstofgasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom en de reactiegasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom, volgens voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige openbaarmaking. e Fig. 10 is een schematisch overzicht van een feedforward- en feedback-regeling van de reactiegasstroom met gebruikmaking van de zuurstofgasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom en de reactiegasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom, volgens voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige openbaarmaking. e Fig. 11 illustreert een constante relatie tussen c, en de reactiegasdruk, volgens voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige openbaarmaking. e Fig. 12 illustreert een drukbereik-relatie tussen c, en de reactiegasdruk, volgens voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige openbaarmaking. e Fig. 13 illustreert een verfijnde werkdrukbereik-relatie tussen c, en de reactiegasdruk, volgens voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige openbaarmaking. e Fig. 14 illustreert een sigmoïde werkdrukbereik-relatie tussen c, en de reactiegasdruk, volgens voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige openbaarmaking.e Fig. 5 illustrates a feedback control of the reactant gas flow based on an oxygen gas concentration of the main deoxygenated gas stream, according to preferred embodiments of the present disclosure. e Fig. 6 is a schematic overview of a feedforward and feedback control of the reactant gas flow based on the oxygen gas concentration of the main deoxygenated gas stream, according to preferred embodiments of the present disclosure. e Fig. 7 is a schematic overview of a feedback control of the reactant gas flow based on the reactant gas concentration of the main deoxygenated gas stream, according to preferred embodiments of the present disclosure. e Fig. 8 is a schematic overview of a feedforward and feedback control of the reactant gas flow based on the reactant gas concentration of the main deoxygenated gas stream, according to preferred embodiments of the present disclosure. e Fig. Fig. 9 is a schematic diagram of a feedback control of the reactant gas flow based on the oxygen gas concentration of the deoxygenated main gas stream and the reactant gas concentration of the deoxygenated main gas stream, according to preferred embodiments of the present disclosure. e Fig. 10 is a schematic diagram of a feedforward and feedback control of the reactant gas flow utilizing the oxygen gas concentration of the deoxygenated main gas stream and the reactant gas concentration of the deoxygenated main gas stream, according to preferred embodiments of the present disclosure. e Fig. 11 illustrates a constant relationship between c and the reactant gas pressure, according to preferred embodiments of the present disclosure. e Fig. 12 illustrates a pressure range relationship between c and the reactant gas pressure, according to preferred embodiments of the present disclosure. e Fig. 13 illustrates a refined operating pressure range relationship between c and the reactant gas pressure, according to preferred embodiments of the present disclosure. e Fig. 14 illustrates a sigmoidal operating pressure range relationship between c and the reactant gas pressure, according to preferred embodiments of the present disclosure.

Gedetailleerde beschrijving van voorkeursuitvoeringsvormenDetailed description of preferred embodiments

De onderhavige openbaarmaking zal worden beschreven met betrekking tot specifieke uitvoeringsvormen en met verwijzing naar bepaalde tekeningen, maar de openbaarmaking wordt daar niet door beperkt, maar enkel door de conclusies. De beschreven tekeningen zijn slechts schematisch en niet-beperkend. In de tekeningen kan de afmeting van sommige elementen voor illustratieve doeleinden uitvergroot zijn en niet op schaal getekend. De afmetingen en de relatieve afmetingen komen niet noodzakelijk overeen met feitelijke verkleiningen van de praktijk van de openbaarmaking.This disclosure will be described with reference to specific embodiments and with reference to certain drawings, but the disclosure is not limited thereto, but only by the claims. The drawings described are merely schematic and non-restrictive. In the drawings, the dimensions of some elements may be enlarged for illustrative purposes and not drawn to scale. The dimensions and relative dimensions do not necessarily correspond to actual reductions in the practice of the disclosure.

Verder worden de termen eerste, tweede, derde en dergelijke in de beschrijving en in de conclusies gebruikt om onderscheid te maken tussen vergelijkbare elementen en niet noodzakelijk om een opeenvolgende of chronologische volgorde te beschrijven.Furthermore, the terms first, second, third and the like are used in the description and in the claims to distinguish between like elements and not necessarily to describe a consecutive or chronological order.

De verschillende uitvoeringsvormen, hoewel aangeduid als "voorkeur", moeten worden opgevat als voorbeelden waarin de openbaarmaking kan worden geïmplementeerd en niet als een beperking van het toepassingsgebied van de openbaarmaking.The various embodiments, although referred to as “preferred,” should be construed as examples of how the disclosure may be implemented and not as a limitation on the scope of the disclosure.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van inrichting 1 en systeem 9 voor het reduceren van een zuurstofgasconcentratie in een hoofdgas of hoofdgasstroom (of hoofdgasstroming) 1000 wordt beschreven in Fig. 1. De inrichting 1 omvat een hoofdgasstroomkanaal 10 met een hoofdgasstroominlaat 101 voor een hoofdgasstroom 1000 en een hoofdgasstroomuitlaat 102 voor een gedeoxygeneerde hoofdgasstroom 1000*. Het moet duidelijk zijn dat een gedeoxygeneerde hoofdgasstroom 1000* moet worden beschouwd als een hoofdgasstroom die een lager zuurstofgehalte heeft dan de oorspronkelijke hoofdgasstroom 1000, die nog steeds een bepaalde, maar ten minste gereduceerde hoeveelheid zuurstof kan bevatten, een hoeveelheid die afhankelijk is van de werkelijke context en het beoogde gebruik van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom 1000* stroomafwaarts van de inrichting 1 of het systeem 9.A preferred embodiment of apparatus 1 and system 9 for reducing an oxygen gas concentration in a main gas or main gas stream (or main gas stream) 1000 is described in Fig. 1. The apparatus 1 comprises a main gas stream channel 10 having a main gas stream inlet 101 for a main gas stream 1000 and a main gas stream outlet 102 for a deoxygenated main gas stream 1000*. It is to be understood that a deoxygenated main gas stream 1000* is to be considered a main gas stream having a lower oxygen content than the original main gas stream 1000, which may still contain a certain, but at least reduced, amount of oxygen, an amount dependent on the actual context and intended use of the deoxygenated main gas stream 1000* downstream of the apparatus 1 or system 9.

De inrichting 1 omvat een reactiegasstroomkanaal 20 voor een reactiegasstroom 2000 dat een reactiegasinlaat 201 omvat aan een eerste uiteinde en dat aan een tweede uiteinde 202 (reactiegasuitlaat) is verbonden, bij voorkeur door middel van een fluïdumverbinding, met het hoofdgasstroomkanaal, op een verbindingslocatie C, om injectie van reactiegas in het hoofdgasstroomkanaal 10 mogelijk te maken. Het reactiegasstroomkanaal 20 omvat een debietregelinrichting 21 stroomafwaarts van de reactiegasinlaat 201 voor het regelen van de reactiegasstroom.The apparatus 1 comprises a reactant gas flow channel 20 for a reactant gas flow 2000 which comprises a reactant gas inlet 201 at a first end and which is connected at a second end 202 (reactant gas outlet), preferably by means of a fluid connection, to the main gas flow channel, at a connection location C, to allow injection of reactant gas into the main gas flow channel 10. The reactant gas flow channel 20 comprises a flow control device 21 downstream of the reactant gas inlet 201 for controlling the reactant gas flow.

De inrichting 1 omvat een reactormiddel 3 dat is ingericht in het hoofdgasstroomkanaal 10, stroomafwaarts van de verbindingslocatie C en stroomopwaarts van de hoofdgasstroomuitlaat 102.The apparatus 1 comprises a reactor means 3 arranged in the main gas flow channel 10, downstream of the connection location C and upstream of the main gas flow outlet 102.

De inrichting 1 en het systeem 9 omvatten verder een regeleenheid 4 die is aangepast voor het regelen van de debietregelinrichting 21 om een injectiestroom van het reactiemiddel/-gas in de hoofdgasstroom 1000 in het hoofdgasstroomkanaal 10 te regelen tot een vereiste reactiegasstroom, op basis van inlaatprocesomstandigheden van de hoofdgasstroom 1000 en/of uitlaatprocesomstandigheden van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom 1000*.The apparatus 1 and the system 9 further comprise a control unit 4 adapted to control the flow control device 21 to regulate an injection flow of the reactant/gas into the main gas stream 1000 in the main gas flow channel 10 to a required reactant gas flow, based on inlet process conditions of the main gas stream 1000 and/or outlet process conditions of the deoxygenated main gas stream 1000*.

Bij voorkeur omvat het systeem 9 verder een reactiegasgenerator 222 die is verbonden, bij voorkeur door middel van een fluïdumverbinding, met de reactiegasinlaat 201, en is de regeleenheid 4 verder aangepast voor het regelen van een debiet van de reactiegasgenerator 222. Het systeem 9 kan verder een reactorgasbuffer 22 omvatten, stroomopwaarts van de reactiegasinlaat 201 (en bijvoorbeeld stroomopwaarts van de debietregelinrichting 21) en stroomafwaarts van de reactiegasgenerator 222.Preferably, the system 9 further comprises a reactant gas generator 222 connected, preferably by means of a fluid connection, to the reactant gas inlet 201, and the control unit 4 is further adapted to control a flow rate of the reactant gas generator 222. The system 9 may further comprise a reactor gas buffer 22 upstream of the reactant gas inlet 201 (and, for example, upstream of the flow control device 21) and downstream of the reactant gas generator 222.

Merk op dat de reactiegasbuffer 22 een speciaal buffervat kan zijn of gewoon het inwendige volume van de leiding die de reactiegasgenerator 222 verbindt met de inrichting 1, bijvoorbeeld met de reactiegasinlaat 201 daarvan.Note that the reaction gas buffer 22 may be a special buffer vessel or simply the internal volume of the conduit connecting the reaction gas generator 222 to the device 1, for example to its reaction gas inlet 201.

De inrichting 1 en het systeem 9 omvatten bij voorkeur meetmiddelen, zoals sensoren, die op verschillende locaties zijn ingericht.The device 1 and the system 9 preferably comprise measuring means, such as sensors, arranged at different locations.

Er kan bijvoorbeeld een druksensor S1 worden verschaft en ingericht voor het meten van een druk van het reactiegas in de reactiegasgenerator 222 of stroomafwaarts daarvan, bijvoorbeeld ook stroomopwaarts van genoemde reactiegasinlaat 201 of stroomopwaarts van genoemde reactiegasbuffer 22.For example, a pressure sensor S1 may be provided and arranged to measure a pressure of the reaction gas in the reaction gas generator 222 or downstream thereof, for example also upstream of said reaction gas inlet 201 or upstream of said reaction gas buffer 22.

Er kan bijvoorbeeld een zuurstofsensor S2 worden verschaft en ingericht voor het meten van een zuurstofgasgehalte van de hoofdgasstroom 1000, en/of er kan een druksensor S3 worden verschaft en ingericht voor het meten van een druk van de hoofdgasstroom 1000, of er kan een stroommeetmiddel zoals een stroommeter of sensor S4 worden verschaft en ingericht voor het meten van een gasdebiet van de hoofdgasstroom 1000, op een locatie stroomafwaarts van de hoofdgasstroominlaat 101 en stroomopwaarts van de verbindingslocatie C.For example, an oxygen sensor S2 may be provided and arranged to measure an oxygen gas content of the main gas stream 1000, and/or a pressure sensor S3 may be provided and arranged to measure a pressure of the main gas stream 1000, or a flow measuring means such as a flow meter or sensor S4 may be provided and arranged to measure a gas flow rate of the main gas stream 1000, at a location downstream of the main gas stream inlet 101 and upstream of the connection location C.

Er kan bijvoorbeeld een zuurstofsensor S5 en/of een reactantsensor S6 worden verschaft en ingericht voor het meten van een zuurstofgasconcentratie en/of een reactiegasconcentratie in de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom 1000* stroomafwaarts van het reactormiddel 3 en stroomopwaarts van de hoofdgasstroomuitlaat 102.For example, an oxygen sensor S5 and/or a reactant sensor S6 may be provided and arranged to measure an oxygen gas concentration and/or a reactant gas concentration in the deoxygenated main gas stream 1000* downstream of the reactor medium 3 and upstream of the main gas stream outlet 102.

Elk van de bovengenoemde sensoren is aangepast voor het communiceren van meetwaarden naar de regelmiddelen of -eenheid 4, en de regeleenheid 4 is geconfigureerd en aangepast voor het ontvangen van meetwaarden van de sensoren die aanwezig zijn van de respectieve sensoren S1 tot en met S6.Each of the aforementioned sensors is adapted to communicate measured values to the control means or unit 4, and the control unit 4 is configured and adapted to receive measured values from the sensors present from the respective sensors S1 to S6.

Of één of meerdere van de hierboven beschreven sensoren S1 tot en met S6 in de inrichting 1 of het systeem 9 aanwezig moeten zijn, hangt af van de behoefte aan respectieve metingen in de werkwijzen die door de regeleenheid 4 worden uitgevoerd, zoals duidelijk zal zijn voor de vakman en verderop in de beschrijving zal worden toegelicht.Whether one or more of the above-described sensors S1 to S6 are required to be present in the device 1 or the system 9 depends on the need for respective measurements in the modes of operation performed by the control unit 4, as will be apparent to those skilled in the art and will be explained further on in the description.

Een voordeel van uitvoeringsvormen van de onderhavige openbaarmaking is dat het reactiegas efficiënter kan worden gebruikt en dat overmatig gebruik kan worden voorkomen. Bovendien wordt verwacht dat de prestaties en levensduur van een bijbehorende reactiegasgenerator 222 worden verbeterd.An advantage of embodiments of the present disclosure is that the reaction gas can be used more efficiently and excessive use can be prevented. Furthermore, the performance and lifespan of an associated reaction gas generator 222 are expected to be improved.

Een doel van uitvoeringsvormen van de onderhavige openbaarmaking is het berekenen van de vereiste hoeveelheid reactiegas voor deoxygenering van een hoofdgasstroom 1000, op basis van meerdere procesomstandigheden, het continu voldoen aan de deoxygeneringsvereisten, het reduceren van het reactiegasverbruik en het efficiënt inzetten van de reactiegasbron op basis van de berekende waarde.An object of embodiments of the present disclosure is to calculate the required amount of reactant gas for deoxygenation of a main gas stream 1000 based on multiple process conditions, continuously meet the deoxygenation requirements, reduce reactant gas consumption, and efficiently utilize the reactant gas source based on the calculated value.

Dit biedt bijvoorbeeld de volgende voordelen: 1. Het zorgt ervoor dat de inrichting 1 continu voldoet aan de uitlaatvereisten; 2. Het reactiegasverbruik wordt geminimaliseerd;For example, this offers the following advantages: 1. It ensures that the device 1 continuously meets the exhaust requirements; 2. The reaction gas consumption is minimized;

3. De reactiegasgenerator 222 wordt efficiënt gebruikt.3. The reaction gas generator 222 is used efficiently.

In een voorkeursuitvoeringsvorm is het reactiegas waterstofgas of koolstofmonoxide. In het eerste geval kan de benodigde hoeveelheid reactiegas worden overgebracht naar een reactiegasgenerator 222 die is uitgevoerd als een waterstofgasgenerator, die in een voorkeursuitvoeringsvorm een elektrolyser is.In a preferred embodiment, the reaction gas is hydrogen gas or carbon monoxide. In the former case, the required amount of reaction gas can be transferred to a reaction gas generator 222, which is designed as a hydrogen gas generator, which in a preferred embodiment is an electrolyzer.

De werking en regeling van gassen voor deoxygenering berust op een centrale regelaar 4, die eenThe operation and control of deoxygenation gases is based on a central controller 4, which

Flow setpoint overbrengt naar een massadebietregelinrichting 21 die de overeenkomstige hoeveelheid reactiegasstroom in de hoofdgasstroom 1000 injecteert. Dit stroominstelpunt wordt berekend op basis van inlaat- en/of uitlaatprocesomstandigheden, gemeten met geschikte inrichtingen, zoals uiteengezet in de volgende paragrafen.The flow setpoint is transferred to a mass flow controller 21, which injects the corresponding amount of reactant gas flow into the main gas stream 1000. This flow setpoint is calculated based on inlet and/or outlet process conditions, measured with suitable devices, as explained in the following paragraphs.

Bovendien brengt de centrale regelaar 4 bij voorkeur een generatorinstelpunt over dat overeenkomt met de reactiegasstroom die door de reactiegasgenerator 222 moet worden geproduceerd. Dit instelpunt staat in directe relatie met het stroominstelpunt, en is onder andere afhankelijk van de reactiegas-procesomstandigheden. De werking wordt in de volgende paragrafen in meer detail beschreven.Furthermore, the central controller 4 preferably transmits a generator setpoint corresponding to the reactant gas flow to be produced by the reactant gas generator 222. This setpoint is directly related to the flow setpoint and depends, among other things, on the reactant gas process conditions. The operation is described in more detail in the following paragraphs.

A. Regeling van de reactiegasstroom in de deoxygeneringsinrichtingA. Regulation of the reaction gas flow in the deoxygenator

De regeling van het stroominstelpunt, d.w.z. de beoogde reactiegasstroom die naar de debietregelinrichting 21 wordt overgebracht en mogelijk wordt gebruikt bij de berekening van het generatorinstelpunt indien een reactiegasgenerator 222 beschikbaar is, is gebaseerd op inlaatprocesomstandigheden van de hoofdgasstroom 1000 en/of uitlaatprocesomstandigheden van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom 1000*. De volgende regelschema's worden voorgesteld. 1. Regeling van het stroominstelpunt op basis van feedforward-regeling.The flow setpoint control, i.e., the target reactant gas flow rate supplied to flow controller 21 and potentially used in calculating the generator setpoint if a reactant gas generator 222 is available, is based on the inlet process conditions of the main gas stream 1000 and/or the outlet process conditions of the deoxygenated main gas stream 1000*. The following control schemes are proposed. 1. Flow setpoint control based on feedforward control.

In het feedforward-regelschema wordt de vereiste hoeveelheid reactiegas continu berekend op basis van de inlaatprocesomstandigheden van de hoofdgasstroom 1000, meer in het bijzonder de hoofdgasstroom 1000 bij de hoofdgasstroominlaat 101, een zuurstofgasconcentratie bij de hoofdgasstroominlaat 101 en een vereiste verhouding van reactiegasconcentratie tot zuurstofgasconcentratie. Dit wordt weergegeven in het blokdiagram van Fig. 2, waar de berekende waarde voor de reactiegasstroom, aangeduid als “Beoogde reactiegasstroom”, het stroominstelpunt vertegenwoordigt, en vervolgens wordt overgebracht naar de massastroomregelinrichting 21.In the feedforward control scheme, the required amount of reactant gas is continuously calculated based on the inlet process conditions of the main gas stream 1000, specifically the main gas stream 1000 at the main gas stream inlet 101, an oxygen gas concentration at the main gas stream inlet 101, and a required ratio of reactant gas concentration to oxygen gas concentration. This is shown in the block diagram of Fig. 2, where the calculated reactant gas flow value, labeled "Target Reactant Gas Flow," represents the flow setpoint and is then transferred to the mass flow controller 21.

Merk op dat voor de zuurstofgasconcentratie bij de hoofdgasstroominlaat 101 een maximale limiet is toegevoegd met gebruikmaking van een maximale inlaat-O2-concentratieparameter.Note that a maximum limit has been added for the oxygen gas concentration at the main gas flow inlet 101 using a maximum inlet O2 concentration parameter.

Op vergelijkbare wijze wordt de beoogde reactiegasstroom beperkt door een minimale reactiegasstroom-parameter. Beide voorwaarden zijn niet verplicht in het volledige regelsysteem.Similarly, the target reaction gas flow rate is limited by a minimum reaction gas flow parameter. Neither condition is mandatory in the full control system.

De vereiste verhouding van de reactiegasconcentratie tot de zuurstofgasconcentratie maakt het mogelijk om de beoogde reactiegasstroom te moduleren op basis van de volgende benaderingen. o In een eerste feedforward-regelschema wordt de vereiste verhouding van de reactiegasconcentratie tot de zuurstofgasconcentratie op een vaste waarde gehouden, die de stoichiometrische coëfficiënt kan zijn in de reactie tussen het reactiegas en het zuurstofgas. o In een ander regelschema is de vereiste verhouding van de reactiegasconcentratie tot de zuurstofgasconcentratie afhankelijk van een beoogde zuurstofgasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom 1000*.The required ratio of the reaction gas concentration to the oxygen gas concentration allows the target reaction gas flow to be modulated based on the following approaches. o In an initial feedforward control scheme, the required ratio of the reaction gas concentration to the oxygen gas concentration is kept at a fixed value, which can be the stoichiometric coefficient in the reaction between the reaction gas and the oxygen gas. o In another control scheme, the required ratio of the reaction gas concentration to the oxygen gas concentration depends on a target oxygen gas concentration of the main deoxygenated gas stream 1000*.

Fig. 3 laat een trend zien die toont dat hoe lager de beoogde zuurstofgasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom 1000* is, hoe hoger de vereiste verhouding van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom 1000* is. o Een andere variatie voor het moduleren van de vereiste verhouding van de reactiegasconcentratie tot de zuurstofgasconcentratie is een afhankelijkheid van een debietbelasting van de inrichting 1. Het is gekend dat de technologische beperkingen van de stroomsensoren meetafwijkingen in een lager stroomgebied veroorzaken. Deze afwijkingen kunnen worden gecompenseerd door de vereiste verhouding van de reactiegasconcentratie tot de zuurstofgasconcentratie.Fig. 3 shows a trend that the lower the target oxygen gas concentration of the deoxygenated main gas stream 1000*, the higher the required ratio of the deoxygenated main gas stream 1000*. o Another variation for modulating the required ratio of the reactant gas concentration to the oxygen gas concentration is a dependence on the flow rate load of the device 1. Technological limitations of flow sensors are known to cause measurement deviations in lower flow ranges. These deviations can be compensated for by adjusting the required ratio of the reactant gas concentration to the oxygen gas concentration.

Fig. 4 laat, bij wijze van voorbeeld, een trend zien die toont dat hoe lager de debietbelasting van de inrichting 1 is, hoe hoger de vereiste verhouding van de reactiegasconcentratie tot de zuurstofgasconcentratie is. o In nog een ander feedforward-regelschema kunnen zowel de beoogde zuurstofgasconcentratie als de debietbelasting van de inrichting 1 worden gecombineerd voor een samengestelde modulatie van de vereiste verhouding van de reactiegasconcentratie tot de zuurstofgasconcentratie. 2. Regeling van het stroominstelpunt op basis van feedback-regeling met gebruikmaking van een werkelijke zuurstofgasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom.Fig. 4 shows, by way of example, a trend that the lower the flow rate loading to device 1, the higher the required ratio of reactant gas concentration to oxygen gas concentration. o In yet another feedforward control scheme, both the target oxygen gas concentration and the flow rate loading to device 1 can be combined to provide a composite modulation of the required ratio of reactant gas concentration to oxygen gas concentration. 2. Flow setpoint control based on feedback control using an actual oxygen gas concentration of the main deoxygenated gas stream.

In dit feedback-regelschema wordt een werkelijke zuurstofgasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom gebruikt voor de regeling van de reactiegasstroom. Dit impliceert dat de regeleenheid 4 in staat is om een feedback-regeling te verschaffen in de vorm van een PID-regeling, of een variant daarvan (P, PI, …).In this feedback control scheme, an actual oxygen gas concentration of the deoxygenated main gas stream is used to regulate the reaction gas flow. This implies that control unit 4 is capable of providing feedback control in the form of PID control, or a variant thereof (P, PI, etc.).

Dit regelschema wordt weergegeven in het blokdiagram van Fig. 5, waar de berekende waarde voor de reactiegasstroom, aangeduid als “Beoogde reactiegasstroom”, het stroominstelpunt vertegenwoordigt, en vervolgens wordt overgebracht naar de debietregelinrichting 21.This control scheme is shown in the block diagram of Fig. 5, where the calculated value for the reactant gas flow, labeled “Target Reactant Gas Flow,” represents the flow set point, and is then transferred to the flow controller 21.

Een baseline-waarde, de variabele y, wordt gebruikt om het reactiegasverbruik te minimaliseren, aangezien deze waarde systematisch wordt gecorrigeerd door een fout in de zuurstofgasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom. y kan afhankelijk zijn van een nominaal debiet van de inrichting 1 of kan bijvoorbeeld gelijk zijn aan een minimale reactiegasstroom.A baseline value, the variable y, is used to minimize reaction gas consumption, as this value is systematically corrected by an error in the oxygen gas concentration of the deoxygenated main gas stream. y may depend on a nominal flow rate of the device 1 or, for example, be equal to a minimum reaction gas flow rate.

De fout in de zuurstofgasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom wordt vermenigvuldigd met de totale uitlaatgasstroom, die de som is van de hoofdgasstroom bij de hoofdgasstroominlaat en een geïnjecteerde reactiegasstroom. Deze vermenigvuldiging is enkel representatief voor de totale uitlaatgasstroom. Voor bepaalde toepassingen kan de reactiegasstroom worden genegeerd omdat deze aanzienlijk kleiner is dan de hoofdgasstroom.The error in the oxygen gas concentration of the deoxygenated main gas stream is multiplied by the total exhaust gas flow, which is the sum of the main gas flow at the main gas stream inlet and an injected reactant gas flow. This multiplication is only representative of the total exhaust gas flow. For certain applications, the reactant gas flow can be ignored because it is significantly smaller than the main gas flow.

Een dergelijk feedback-schema plaatst de reactiegasstroom rechtstreeks in relatie met een gewenste output van de inrichting 1. Bovendien zorgt het feedback-schema ervoor dat de inrichting 1 continu aan haar uitlaatvereisten voldoet door onnauwkeurigheden van de sensor- en bedieningsinrichtingen die in het regelschema worden gebruikt, te corrigeren. 3. Regeling van het stroominstelpunt op basis van feedforward- en feedback-regeling met gebruikmaking van een werkelijke zuurstofgasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom.Such a feedback scheme directly relates the reactant gas flow rate to a desired output of the apparatus 1. In addition, the feedback scheme ensures that the apparatus 1 continuously meets its exhaust requirements by correcting for inaccuracies of the sensing and operating devices used in the control scheme. 3. Flow setpoint control based on feedforward and feedback control using an actual oxygen gas concentration of the main deoxygenated gas stream.

In het regelschema dat wordt getoond in Fig. 6 worden feedforward- en feedback- regelschema's gecombineerd door gebruik te maken van een feedforward-signaal als een baseline, en te corrigeren voor de fout in de zuurstofgasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom.The control scheme shown in Fig. 6 combines feedforward and feedback control schemes by using a feedforward signal as a baseline, and correcting for the error in the oxygen gas concentration of the main deoxygenated gas stream.

Merk op dat de vereiste verhouding van de reactiegasconcentratie tot de zuurstofgasconcentratie kan worden gemoduleerd met gebruikmaking van alle voorgestelde alternatieven voor de regeling van het stroominstelpunt op basis van feedforward-regeling.Note that the required ratio of the reactant gas concentration to the oxygen gas concentration can be modulated using all of the proposed alternatives for flow setpoint control based on feedforward control.

Een dergelijk feedbackschema maakt een snellere opstart en een snellere reactie op belastingveranderingen mogelijk omdat de baseline direct gerelateerd is aan de hoofdgasstroom. Bovendien plaatst het feedbackschema de reactiegasstroom opnieuw direct in relatie tot een gewenste output van de inrichting 1, wat het mogelijk maakt om onnauwkeurigheden van de sensor- en bedieningsinrichtingen die in het regelschema worden gebruikt, te corrigeren.Such a feedback scheme allows for faster startup and faster response to load changes because the baseline is directly related to the main gas flow. Furthermore, the feedback scheme realigns the reaction gas flow directly with a desired output of device 1, allowing for correction of inaccuracies in the sensor and control devices used in the control scheme.

4. Regeling van het stroominstelpunt op basis van feedback-regeling met gebruikmaking van een werkelijke reactiegasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom.4. Flow set point control based on feedback control using an actual reaction gas concentration of the deoxygenated main gas stream.

In dit feedback-regelschema, getoond in Fig. 7, wordt een werkelijke reactiegasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom gebruikt voor de regeling van de reactiegasstroom.In this feedback control scheme, shown in Fig. 7, an actual reactant gas concentration of the deoxygenated main gas stream is used to control the reactant gas flow.

Een baseline-waarde, de variabele y, wordt gebruikt om het reactiegasverbruik te minimaliseren, aangezien deze waarde systematisch wordt gecorrigeerd door de fout in de zuurstofgasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom. y kan afhankelijk zijn van het nominale debiet van de inrichting 1 of kan bijvoorbeeld gelijk zijn aan de minimale reactiegasstroom. De beoogde uitgaande reactiegasconcentratie moet echter hoog genoeg zijn om een volledige deoxygenering te garanderen.A baseline value, the variable y, is used to minimize reaction gas consumption, as this value is systematically corrected by the error in the oxygen gas concentration of the deoxygenated main gas stream. y can depend on the nominal flow rate of the device 1 or, for example, be equal to the minimum reaction gas flow rate. However, the target outgoing reaction gas concentration must be high enough to ensure complete deoxygenation.

Dit regelschema is bijzonder interessant als het reactiegas schadelijk blijkt te zijn voor een proces dat gebruik maakt van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom. 5. Regeling van het stroominstelpunt op basis van feedforward- en feedback-regeling met gebruikmaking van een werkelijke reactiegasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom.This control scheme is particularly interesting if the reactant gas proves to be harmful to a process using the deoxygenated main gas stream. 5. Flow setpoint control based on feedforward and feedback control using an actual reactant gas concentration of the deoxygenated main gas stream.

In het volgende regelschema, getoond in Fig. 8, worden feedforward- en feedback- regelschema's gecombineerd door gebruik te maken van een feedforward-signaal als een baseline, en te corrigeren voor de fout in de reactiegasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom.In the following control scheme, shown in Fig. 8, feedforward and feedback control schemes are combined by using a feedforward signal as a baseline, and correcting for the error in the reactant gas concentration of the deoxygenated main gas stream.

Een dergelijk feedbackschema maakt een snellere opstart en een snellere reactie op belastingveranderingen mogelijk omdat reactiegasstroom rechtstreeks in relatie staat met een gewenste output van de inrichting 1.Such a feedback scheme allows for faster start-up and faster response to load changes because reactant gas flow is directly related to a desired output of the device 1.

Dit regelschema is bijzonder interessant als het reactiegas schadelijk blijkt te zijn voor het proces dat gebruik maakt van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom. 6. Regeling van het stroominstelpunt op basis van feedback-regeling met gebruikmaking van de werkelijke zuurstofgasconcentratie en de werkelijke reactiegasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom.This control scheme is particularly useful if the reactant gas proves to be harmful to the process using the deoxygenated main gas stream. 6. Flow setpoint control based on feedback control using the actual oxygen gas concentration and the actual reactant gas concentration of the deoxygenated main gas stream.

In dit feedback-regelschema, getoond in Fig. 9, worden zowel de werkelijke zuurstofgasconcentratie als de werkelijke reactiegasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom gebruikt voor de regeling van de reactiegasstroom.In this feedback control scheme, shown in Fig. 9, both the actual oxygen gas concentration and the actual reactant gas concentration of the deoxygenated main gas stream are used to control the reactant gas flow.

De baseline-stroomwaarde y wordt hierbij gecorrigeerd door een minder strikte uitlaatvereiste van de inrichting 1. 7. Regeling van het stroominstelpunt op basis van feedforward- en feedback-regeling met gebruikmaking van de werkelijke zuurstofgasconcentratie en de werkelijke reactiegasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom.The baseline flow value y is corrected by a less stringent outlet requirement of the device 1. 7. Flow set point control based on feedforward and feedback control using the actual oxygen gas concentration and the actual reactant gas concentration of the deoxygenated main gas stream.

In deze verdere uitvoeringsvorm, getoond in Fig. 10, wordt het feedforward-schema gecombineerd met het feedback-regelschema met gebruikmaking van zowel de werkelijke zuurstofgasconcentratie als de werkelijke reactiegasconcentratie van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom.In this further embodiment, shown in Fig. 10, the feedforward scheme is combined with the feedback control scheme using both the actual oxygen gas concentration and the actual reactant gas concentration of the deoxygenated main gas stream.

Dit regelschema is bijzonder interessant als het reactiegas schadelijk blijkt te zijn voor het proces dat gebruik maakt van de gedeoxygeneerde hoofdgasstroom.This control scheme is of particular interest if the reactant gas proves to be detrimental to the process utilizing the deoxygenated main gas stream.

B. Regeling van de werking van de reactiegasgeneratorB. Regulation of the reaction gas generator operation

De werking van de reactiegasgenerator kan worden bepaald door het generatorinstelpunt dat elke tijdshorizon aan de reactiegasgenerator wordt overgebracht volgens de volgende vergelijking:The operation of the reaction gas generator can be determined by the generator set point which is transmitted to the reaction gas generator each time horizon according to the following equation:

Generatorinstelpunt(t) = g(stroominstelpunt(t), tijdshorizon) * c,(t) * ce(t) * c, (t)Generator setpoint(t) = g(current setpoint(t), time horizon) * c,(t) * ce(t) * c,(t)

Als zodanig is het generatorinstelpunt een tijdsafhankelijke hoeveelheid die wordt berekend door een functie g, die een beoogde baseline-stroom voor de reactiegasgenerator verschaft, afhankelijk van het stroominstelpunt en de tijdshorizon, te vermenigvuldigen met een drukcoëfficiënt c,, een emissiecoëfficiënt c,, en een kostencoëfficiënt c..As such, the generator setpoint is a time-dependent quantity calculated by multiplying a function g, which provides a target baseline flow for the reactant gas generator dependent on the flow setpoint and time horizon, by a pressure coefficient c,, an emission coefficient c,, and a cost coefficient c.

Er moet worden opgemerkt dat een of twee van cp(t), Ce(t) of Cc(t) gelijk kan/kunnen zijn aan 1; met andere woorden, de Generatorinstelpunt-vergelijking kan afhankelijk zijn van slechts één of twee parameters die worden gekozen uit de groep van cp(t), ce(t) en cc(t). e Het generatorinstelpunt moet een gewenst debiet weerspiegelen dat door de reactiegasgenerator 222 moet worden gegenereerd. Indien een waarde voor een gewenste hoeveelheid die door de reactiegasgenerator 222 verwacht wordt, verschilt van een debiet, zal een bijkomende berekening het berekende debiet vertalen naar de gewenste hoeveelheid.It should be noted that one or two of cp(t), Ce(t), or Cc(t) may be equal to 1; in other words, the Generator Setpoint equation may depend on only one of two parameters chosen from the group of cp(t), ce(t), and cc(t). e The generator setpoint should reflect a desired flow rate to be generated by the reactant gas generator 222. If a value for a desired quantity expected by the reactant gas generator 222 differs from a flow rate, an additional calculation will translate the calculated flow rate to the desired quantity.

Deze gewenste hoeveelheid kan een percentage zijn van het nominale debiet van de reactiegasgenerator, een stroom die gelijk is aan het debiet, enz.This desired quantity can be a percentage of the nominal flow rate of the reaction gas generator, a current equal to the flow rate, etc.

e De functie g is afhankelijk van het stroominstelpunt(t) en de tijdshorizon. Het stroominstelpunt(t) wordt continu berekend door de regeleenheid 4, met gebruikmaking van een van de schema's die in de vorige sectie werden voorgesteld. De tijdshorizon is een tiidswaarde die de periode in het verleden weergeeft die wordt herbekeken.e Function g depends on the current setpoint (t) and the time horizon. The current setpoint (t) is calculated continuously by control unit 4, using one of the schemes presented in the previous section. The time horizon is a time value representing the period in the past being reviewed.

Als zodanig voert de functie g een algebraïsche manipulatie uit op het tijdsafhankelijke stroominstelpunt over de tijdshorizon. Er worden verschillende manipulaties voorgesteld, bijvoorbeeld: o g(stroominstelpunt(t), tijdshorizon) = maximum(stroominstelpunt(t —As such, the function g performs an algebraic manipulation on the time-dependent flow setpoint over the time horizon. Several manipulations are suggested, for example: o g(flowsetpoint(t), timehorizon) = maximum(flowsetpoint(t —

Tijdshorizon, …,Stroominstelpunt(t)), zijnde het maximale verbruik over de laatste tijdshorizon. o g(stroominstelpunt(t),tijdhorizon) = gemiddelde (stroominstelpunt(t —Time horizon, …,Flow setpoint(t)), being the maximum consumption over the last time horizon. o g(flow setpoint(t),time horizon) = average (flow setpoint(t —

Tijdshorizon, … ,stroominstelpunt(t)), zijnde het gemiddelde verbruik over de laatste tijdshorizon. o g(stroominstelpunt(t), tijdshorizon) = stroominstelpunt'(t) * t, zijnde het verbruik op basis van de momentane tijdsafgeleide van het verbruik. o g(stroominstelpunt(t), tijdshorizon) = stroominstelpunt(t), zijnde het momentane verbruik, dat elke tijdshorizon wordt geëvalueerd. e De drukcoëfficiënt c, wordt berekend op basis van de reactiegas-procesomstandigheden, meer in het bijzonder de reactiegasdruk stroomafwaarts van de reactiegasgenerator op een moment t, bijvoorbeeld in de reactiegasbuffer. Er worden verschillende opties voorgesteld voor de berekening van c,.Time horizon, … ,flow setpoint(t)), being the average consumption over the last time horizon. o g(flow setpoint(t), time horizon) = flow setpoint(t) * t, being the consumption based on the instantaneous time derivative of the consumption. o g(flow setpoint(t), time horizon) = flow setpoint(t), being the instantaneous consumption, that is evaluated each time horizon. e The pressure coefficient c, is calculated from the reactant gas process conditions, more specifically the reactant gas pressure downstream of the reactant gas generator at a time t, for example in the reactant gas buffer. Several options are proposed for the calculation of c,.

Merk op dat druklimieten van de reactiegasgenerator 222 de werking ervan in zijn eigen druk- werkbereik kunnen stoppen, onafhankelijk van het generatorinstelpunt, en dus c,. In dat geval worden deze druklimieten de beslissende drukken en zal elke modulatie van c, bij drukken buiten deze druklimieten ineffectief zijn. o Een eerste voorbeeld van een werkingsstrategie houdt c, constant op een waarde a.Note that pressure limits on the reaction gas generator 222 can stop it from operating within its own pressure operating range, independent of the generator setpoint, and thus c,. In that case, these pressure limits become the decisive pressures, and any modulation of c, at pressures outside these pressure limits will be ineffective. A first example of an operating strategy holds c, constant at a value.

Het generatorinstelpunt wordt bijgevolg afgestemd door c,. Dit wordt geïllustreerd in de grafiek van Fig. 11. o Een tweede voorbeeld van een werkingsstrategie, geïllustreerd door de grafiek vanThe generator set point is therefore tuned by c,. This is illustrated in the graph of Fig. 11. o A second example of an operating strategy, illustrated by the graph of

Fig. 12, introduceert een actieve modulatie van c, op basis van drukparameters die worden gedefinieerd in de regeleenheid 4. Meer in het bijzonder wordt er een drukbereik geïntroduceerd, gedefinieerd door de startdruk par: en stopdruk Pstop in de regeleenheid 4. Pstart kan gelijk zijn aan een vaste waarde, maar moet hoger zijn dan de druk van de hoofdgasstroom bij de hoofdgasstroominlaat om een gepaste injectie van het reactiegas in de hoofdgasstroom te garanderen. Bijgevolg kan pstart worden gedefinieerd als Pntaat hoofagas + 8, waarbij à staat voor een drukwaarde die vrij gekozen kan worden. Psp kan gelijk zijn aan de maximale druk waarbij de reactiegasgenerator 222 reactiegas kan produceren.Fig. 12 introduces an active modulation of c, based on pressure parameters defined in control unit 4. More specifically, a pressure range is introduced, defined by the start pressure par: and stop pressure Pstop in control unit 4. Pstart can be equal to a fixed value, but must be higher than the main gas stream pressure at the main gas stream inlet to ensure adequate injection of reactant gas into the main gas stream. Consequently, pstart can be defined as Pntate main gas + δ, where α represents a freely selectable pressure value. Psp can be equal to the maximum pressure at which the reactant gas generator 222 can produce reactant gas.

Wanneer de reactiegasdruk stroomafwaarts van de reactiegasgenerator 222, in de reactiegasbuffer 22, gelijk is aan de startdruk, c, = a.When the reaction gas pressure downstream of the reaction gas generator 222, in the reaction gas buffer 22, is equal to the starting pressure, c, = a.

Wanneer de reactiegasdruk in de reactiegasbuffer 22 de stopdruk bereikt, c, = 0, en stopt de reactiegasgenerator 222 met het produceren van reactiegas totdat het reactiegas door de inrichting 1 is verbruikt. o Een derde voorbeeld van een werkingsstrategie introduceert het gebruik van een werkdruk Derk waarbij de druk van het reactiegas in de reactiegasbuffer 22 bij voorkeur wordt behouden. Der} kan gelijk zijn aan een drukmiddelpunt Dstop start Het drukbereik is nu verdeeld in intervallen van gelijkaardige lengte rond Pyerr- In de voorbeeldgrafiek die wordt getoond in Fig. 13 zijn vier intervallen voorzien.When the reactant gas pressure in the reactant gas buffer 22 reaches the stop pressure, c, = 0, the reactant gas generator 222 stops producing reactant gas until the reactant gas has been consumed by the device 1. o A third example of an operating strategy introduces the use of an operating pressure D r , at which the pressure of the reactant gas in the reactant gas buffer 22 is preferentially maintained. D r } can be equal to a center of pressure D stop start The pressure range is now divided into intervals of similar length around P , r - In the example graph shown in Fig. 13, four intervals are provided.

Dit impliceert dat c, sterk afhankelijk wordt van de druk van het reactiegas. De maximale waarde van c, is ingesteld op een variabele waarde ß die kan worden gekozen. Het aantal stappen en de breedte (drukbereik) van de stappen kunnen ook worden gekozen en gekwantificeerd door aanvullende parameters van c,. o Een andere optie is een verfijning van de vorige druk-afhankelijke uitdrukking van c,.This implies that c, becomes strongly dependent on the reaction gas pressure. The maximum value of c, is set to a variable ß that can be chosen. The number of steps and the width (pressure range) of the steps can also be chosen and quantified by additional parameters of c,. Another option is to refine the previous pressure-dependent expression of c,.

In dit geval wordt de drukcoëfficiënt uitgedrukt als een functie van het sigmoïde-type, zoals geïllustreerd in Fig. 14.In this case, the pressure coefficient is expressed as a function of the sigmoid type, as illustrated in Fig. 14.

Een voordeel van deze uitdrukking van c, is dat de druk sterker wordt gecorrigeerd naar een werkdruk aan de randen van het drukbereik. Dit kan effectiever zijn in het geval van een fluctuerende vraag naar reactiegas. e De emissiecoëfficiënt c‚ staat voor de CO2-emissies op een moment t geassocieerd met de beschikbare elektriciteit voor de werking van de reactiegasgenerator 222. Dit resulteert in een emissiecoëfficiënt die groter is dan één als er koolstofarme elektriciteit beschikbaar is, en omgekeerd.An advantage of this expression for c is that the pressure is corrected more strongly to a working pressure at the edges of the pressure range. This can be more effective in the case of fluctuating demand for reactant gas. e The emission coefficient c‚ represents the CO2 emissions at a time t associated with the electricity available to operate the reactant gas generator 222. This results in an emission coefficient greater than unity if low-carbon electricity is available, and vice versa.

De beschikbaarheid van koolstofarme elektriciteit kan bijvoorbeeld worden geëvalueerd op basis van hernieuwbare prognoses. Deze stap kan bijvoorbeeld worden uitgevoerd in de regeleenheid 4, die bijvoorbeeld verbonden kan zijn met een databank of informatiebron, bijvoorbeeld op het internet. e De kostencoëfficiënt c. op een moment t staat in directe relatie met de kosten van een kWh energie. Dit resulteert in een kostencoëfficiënt die groter is dan één als er goedkope elektriciteit beschikbaar is, en omgekeerd.The availability of low-carbon electricity can be evaluated, for example, based on renewable energy forecasts. This step can be performed, for example, in the control unit 4, which can be connected to a database or information source, for example, online. e The cost coefficient c. at a time t is directly related to the cost of a kWh of energy. This results in a cost coefficient greater than one if cheap electricity is available, and vice versa.

De elektriciteitskosten kunnen worden geëvalueerd op basis van de werkelijke kosten of op basis van de verwachte energiekosten en het verwachte verbruik. Deze stap kan bijvoorbeeld worden uitgevoerd in de regeleenheid 4, die bijvoorbeeld verbonden kan zijn met een databank of informatiebron, bijvoorbeeld op het internet.Electricity costs can be evaluated based on actual costs or on expected energy costs and consumption. This step can be performed, for example, in the control unit 4, which can be connected to a database or information source, such as the internet.

Hierdoor worden één of meerdere van de volgende doelen bereikt. 1. Vermindering van een aantal start-stop-acties van de reactiegasgenerator 222 door de druk van het reactiegas in de reactiegasbuffer binnen het werkdrukbereik te houden tussen Ppstart en Pstop wat de levensduur van de reactiegasgenerator 222 verlengt. Dit wordt bereikt door het generatorinstelpunt te veranderen op basis van het reactiegasverbruik van de inrichting 1, d.w.z. het stroominstelpunt, en door te corrigeren voor druk via c,; 2. Vermindering van de werkingskosten en/of COz2-emissies door het produceren van het reactiegas op basis van de beschikbaarheid van respectievelijk goedkope en koolstofarme elektriciteit; 3. Stabielere druk van het reactiegas die zorgt voor een meer accurate injectie en die een lagere ontwerpdruk van componenten waarborgt dankzij de selecteerbare werkdruk.This achieves one or more of the following goals. 1. Reduction of some start-stop actions of the reactant gas generator 222 by maintaining the reactant gas pressure in the reactant gas buffer within the operating pressure range between Ppstart and Pstop which extends the life of the reactant gas generator 222. This is accomplished by changing the generator setpoint based on the reactant gas consumption of the device 1, i.e., the flow setpoint, and correcting for pressure via c,; 2. Reduction of operating costs and/or CO2 emissions by producing the reactant gas based on the availability of low cost and low carbon electricity, respectively; 3. More stable reactant gas pressure allowing for more accurate injection and ensuring lower design pressure of components due to the selectable operating pressure.

Merk op dat in het geval van een drukgeregelde reactiegasgenerator 222, c, en de functie g hun waarde kunnen verliezen aangezien alle regeling wordt gerealiseerd via drukwaarden van de reactiegasgenerator 222 in plaats van via beoogde reactiegasstromen. De emissiecoëfficiënt c, en de kostencoëfficiënt c‚ blijven in dat geval geldig.Note that in the case of a pressure-regulated reaction gas generator 222, c and the function g may lose their value since all regulation is achieved via pressures of the reaction gas generator 222 rather than via target reaction gas flows. The emission coefficient c and the cost coefficient c remain valid in that case.

Claims

Conclusions

1. An apparatus (1) for reducing an oxygen gas concentration in a main gas stream (1000), the apparatus comprising a. a main gas stream channel (10) having a main gas stream inlet (101) for the main gas stream (1000) and a main gas stream outlet (102) for a deoxygenated main gas stream (1000*);

b. a reaction gas flow channel (20) comprising a reaction gas inlet (201) for a reaction gas flow (2000) at a first end and connected to said main gas flow channel (10) at a second end (202), at a connection location (C), to allow injection of a reaction gas into said main gas flow channel (10), said reaction gas flow channel (20) comprising a flow control device (21) downstream of said reaction gas inlet (201);

c. a reactor means (3) arranged in said main gas flow channel (10), downstream of said connection location (C) and upstream of said main gas flow outlet (102);

d. a control unit (4) adapted to control said flow control device (21) to regulate an injection flow of said reactant gas into said main gas stream (1000) in said main gas stream channel (10) to a required reactant gas flow, based on inlet process conditions of the main gas stream (1000) and/or outlet process conditions of said deoxygenated main gas stream (1000%).

Apparatus according to claim 1, wherein said control unit (4) is adapted to calculate the required reactant gas flow to be injected into said main gas stream (1000) based on said main gas flow (1000) at said main gas stream inlet (101), an oxygen gas concentration at said main gas stream inlet (101) and a required ratio of the reactant gas concentration to the oxygen gas concentration.

Apparatus according to claim 2, wherein said required ratio of the reaction gas concentration to the oxygen gas concentration is constant.

The apparatus of claim 2, wherein said required ratio of the reaction gas concentration to the oxygen gas concentration is dependent on a target oxygen gas concentration of said deoxygenated main gas stream (1000%).

5. An apparatus according to claim 2 or 4, wherein said required ratio of the reaction gas concentration to the oxygen gas concentration is dependent on a flow rate load of said apparatus (1).

6. Apparatus according to any of the preceding claims, wherein said control unit (4) is adapted to calculate the required reactant gas flow to be injected into said main gas stream (1000) based on an actual oxygen gas concentration of said deoxygenated main gas stream (1000%).

7. Apparatus according to any one of the preceding claims 1 to 5, wherein said control unit (4) is adapted to calculate the required reaction gas flow to be injected into said main gas stream (1000), based on an actual reaction gas concentration of said deoxygenated main gas stream (1000%).

Apparatus according to any one of the preceding claims 1 to 5, wherein said control unit (4) is adapted to calculate the required reaction gas flow to be injected into said main gas stream (1000) based on an actual oxygen gas concentration and based on an actual reaction gas concentration of said deoxygenated main gas stream (1000%).

Apparatus according to any one of the preceding claims, wherein controlling said flow control device (21) by said control unit (4) comprises providing at least periodically or continuously first flow set point values for said required reactant gas flow to be injected into said flow control device (21).

An apparatus according to any preceding claim, wherein said control unit (4) is further adapted to control a flow rate of the reaction gas entering said reaction gas flow channel (20) from said reaction gas inlet (201).

A system (9) for reducing an oxygen gas concentration in a main gas stream (1000), comprising an apparatus (1) according to any one of the preceding claims, further comprising a reaction gas generator (222) connected, preferably by means of a fluid connection, to said reaction gas inlet (201), and optionally a reaction gas buffer (22) arranged downstream of said reaction gas generator (222) and upstream of said reaction gas inlet (201), wherein said control unit (4) is further adapted to control a flow rate of said reaction gas generator (222).

The system of claim 11, wherein controlling the flow rate of said reaction gas generator (222) comprises providing second flow set point values for said reaction gas stream (2000) to be generated to said reaction gas generator (222) at least periodically or continuously.

A system according to claim 12, wherein the system (9) comprises a device (1) according to claim 9, wherein said second flow set point values are a, preferably time-dependent, function of at least one first flow set point or of a set of said first flow set points.

System according to claim 12 or 13, wherein said second flow set point values are a, preferably time-dependent, function of a reaction gas pressure measured in said reaction gas flow channel (20) upstream of said flow control device (21) or in said reaction gas generator (222).

A system according to any one of claims 12 to 14, wherein said second current set point values are a, preferably time-dependent, function of a predicted availability of electricity, preferably with low carbon emissions, over time.

A system according to any one of claims 12 to 15, wherein said second flow set point values are a, preferably time-dependent, function of a predicted energy cost over time.

A system according to any one of claims 14 to 16, wherein said respective functions comprise a polynomial, for example linear, dependence on, respectively, said reaction gas pressure measured in said reaction gas flow channel (20) upstream of said flow control device (21) or in said reaction gas generator (222) and/or on the predicted availability of electricity over time and/or on a predicted energy cost over time.

A system according to any one of claims 11 to 17, wherein the main gas stream (1000) comprises mainly nitrogen gas or carbon dioxide.

A system according to any one of the preceding claims 11 to 18, wherein said reaction gas stream (2000) comprises predominantly hydrogen gas or carbon monoxide.

20. A method for controlling an apparatus (1) or system (9) according to any preceding claim, comprising controlling said flow control device (21) to regulate an injection flow of said reaction gas into said main gas stream (1000) in said main gas stream channel (10) to a required reaction gas flow, based on inlet process conditions of the main gas stream (1000) and/or outlet process conditions of said deoxygenated main gas stream (1000*).

A method as claimed in claim 20, comprising calculating the required reactant gas flow to be injected into said main gas stream (1000) based on said main gas flow (1000) at said main gas stream inlet (101), the oxygen gas concentration at said main gas stream inlet (101), and a required ratio of reactant gas concentration to oxygen gas concentration.

22. The method of claim 21, wherein said required ratio of reaction gas concentration to oxygen gas concentration is constant.

23. The method of claim 21, wherein said required ratio of reaction gas concentration to oxygen gas concentration is dependent on a target oxygen gas concentration of said deoxygenated main gas stream (1000%).

24. A method according to claim 21 or 23, wherein said required ratio of reaction gas concentration to oxygen gas concentration is dependent on a flow rate load of said device (1).

25. A method according to any one of claims 20 to 24, comprising calculating the required reactant gas flow to be injected into said main gas stream (1000) based on an actual oxygen gas concentration of said deoxygenated main gas stream (1000*).

26. A method according to any one of the preceding claims 20 to 24, comprising calculating the required reactant gas flow to be injected into said main gas stream (1000) based on an actual reactant gas concentration of said deoxygenated main gas stream (1000%).

27. A method according to any one of the preceding claims 20 to 24, comprising calculating the required reactant gas flow to be injected into said main gas stream (1000) based on an actual oxygen gas concentration and based on an actual reactant gas concentration of said deoxygenated main gas stream (1000*).

28. A method according to any one of claims 20 to 24, comprising providing at least periodically or continuously first flow set point values for said required reactant gas flow to be injected into said flow control device (21).

29. A method according to any one of claims 20 to 28, further comprising controlling a flow rate of the reaction gas entering said reaction gas flow channel (20) from said reaction gas inlet (201).

A method according to claim 29 for controlling the system (9) or apparatus (1) comprising a reaction gas generator (222), further comprising controlling a flow rate of said reaction gas generator (222).

The method of claim 30, wherein controlling a flow rate of said reaction gas generator (222) comprises providing second flow set point values for said reaction gas stream (2000) to be generated to said reaction gas generator (222) at least periodically or continuously.

32. Method according to claims 28 and 31, wherein said second flow set point values are a, preferably time-dependent, function of at least one first flow set point or of a set of said first flow set points.

33. Method according to claim 31 or 32, wherein said second flow set point values are a, preferably time-dependent, function of a reaction gas pressure measured in said reaction gas flow channel (20) upstream of said flow control device (21) or in said reaction gas generator (222).

34. A method according to any one of claims 31 to 33, wherein said second current set point values are a, preferably time-dependent, function of a predicted availability of electricity, preferably with low carbon emissions, over time.

35. A method according to any one of claims 31 to 34, wherein said second flow set point values are a, preferably time-dependent, function of a predicted energy cost over time.

Method according to any one of claims 33 to 35, wherein said respective functions comprise a polynomial, preferably linear, dependence on, respectively, said reaction gas pressure measured in said reaction gas flow channel upstream of said flow control device (21) or in said reaction gas generator (222) and/or on the predicted availability of electricity over time and/or on a predicted energy cost over time.