BRPI0909324B1

BRPI0909324B1 - sistema e processo para separação de gás

Info

Publication number: BRPI0909324B1
Application number: BRPI0909324A
Authority: BR
Inventors: Abdelwahab Ahmed; Smolarek James; S Manning Michael; Chinta Murali
Original assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2019-08-27
Also published as: EP2285469B1; CN101980760B; EP2285469A1; WO2009120654A1; KR101541567B1; CN103521032A; KR20110000640A; CA2719750C; US20090241771A1; ES2529198T3; CN101980760A; MX2010010632A; CA2719750A1; MX350590B; BRPI0909324A2; US7785405B2

Abstract

"sistema e processo para separação de gás" sistemas e processos são providos para separação de gás usando motores de velocidade variável, de ímãs permanentes, de alta velocidade, para acelerar e desacelerar compressores centrífugos apropriados para uso em processos de adsorção com modulação de pressão (psa) ou de adsorção com modulação de pressão a vácuo (vpsa).

Description

“SISTEMA E PROCESSO PARA SEPARAÇÃO DE GÁS”

Campo Técnico

A presente invenção geralmente se refere a processos e sistemas de separação de gás usando motores de ímã permanente de alta velocidade com controle de velocidade de motor de frequência variável e compressores centrífugos para pressurizar e/ou evacuar vasos de adsorvente dentro de tais sistemas.

Fundamentos da Invenção

Separações de um gás a partir de uma mistura com outros gases são processos industriais importantes. Em tais processos, o objetivo pode ser ou obter um gás de produto melhorado em um gás particular ou um produto a partir do qual este gás particular tem um constituinte indesejado removido do mesmo. Por exemplo, existem processos de escala comercial para separar ar para obter nitrogênio, oxigênio, e argônio e para a prépurificação de ar.

Mais especificamente, a separação de ar pode ser realizada usando processos de adsorção, em particular dos tipos adsorção com modulação de pressão (PSA) e adsorção com modulação de pressão a vácuo (VPSA). Nos processos de PSA e VPSA, ar comprimido é bombeado através de um leito fixo de um adsorvente que exibe uma preferência absortiva preferência para um dos constituintes principais, pelo que uma corrente de produto de efluente melhorada no constituinte não adsorvido (ou menos adsorvido) é obtida. Em comparação com os processos criogênicos, os processos de adsorção para separação de ar requerem equipamento relativamente simples e são relativamente fáceis de manter. Os processos de adsorção, todavia, tipicamente têm menor recuperação de produto que muitos processos criogênicos. Por esta razão, aperfeiçoamentos nos processos de adsorção continuam sendo objetivos importantes. Um meio principal de aperfeiçoamento é a recuperação e desenvolvimento de melhores adsorventes.

Alguns de tais adsorventes conduziram a tempos de ciclo reduzidos dentro de um dado processo de adsorção.

Continua a existir uma demanda para plantas de PSA e VPSA com consumo de energia mais baixo. O processo básico emprega um adsorvente seletivo para remover pelo menos um componente de um mistura de gás, a quatro etapas de processo básicas: (1) adsorção, (2) despressurização, (3) purga e, (4) repressurização. A mistura de gás contendo o componente mais facilmente adsorvível e um componente menos facilmente adsorvível é passada através de pelo menos um leito de adsorvente capaz de adsorver seletivamente o componente mais facilmente adsorvível a uma pressão de adsorção (superior) predeterminada. A corrente de gás que sai do leito nesta pressão superior é agora concentrada no componente menos facilmente adsorvível, e é removida, por exemplo, como produto. Quando o leito toma-se saturado com o componente facilmente adsorvível, o leito é em seguida despressurizado para uma pressão de dessorção mais baixa para a dessorção do componente facilmente adsorvível, com este gás então descarregado a partir do sistema. Alguns processos podem incluir etapas adicionais, tais como a equalização e pressurização de produto.

Os processos de PSA e VPSA convencionais empregam sopradores de deslocamento positivo, do tipo rotativo, para ou a pressurização de gás ou a evacuação de gás em um leito de adsorvente. Estes sopradores convencionais de lóbulos rotativos tipicamente têm eficiências mais baixas e custos de manutenção mais altos que os compressores centrífugos, mas eles se adaptam muito bem à natureza com modulação de ciclos com modulação de pressão. A figura 1 mostra uma histórico de pressão exemplificativa de uma demanda de pressão de soprador de alimentação para um ciclo de VPSA e a figura 2 mostra uma histórico de pressão exemplificativa de uma demanda de pressão de soprador a vácuo para um ciclo de VPSA. Uma característica atrativa de sopradores de lóbulo rotativo que pertencem a um processo de adsorção é que o consumo de energia é proporcional às exigências de pressão do sistema. O consumo de energia teórico do soprador é diretamente proporcional ao diferencial de pressão de sistema (isto é, tem uma relação linear entre consumo de energia e pressão). Esta resposta de energia linear às exigências de pressão de sistema têm tomado os sopradores de lóbulo rotativo o equipamento de compressão de escolha para a indústria de PSA e VPSA. Os sopradores de lóbulo rotativo, todavia, criam fortes pulsações de pressão no sistema. Sem a atenuação apropriada, é conhecido que as pulsações de pressão a partir de sopradores de lóbulo rotativo causam severo dano estrutural em um equipamento de processo a jusante. Embora vasos amortecedores de pulsação sejam normalmente usados com os sopradores de lóbulo rotativo, eles não eliminam o desajuste completamente, e um considerável nível de pulsação de pressão está sempre presente no sistema.

No passado, os compressores centrífugos com velocidades fixas, com e sem palhetas de guia de entrada (IGVs), e com um acionamento de frequência variável (VFD) foram considerados para os processos de PSA e VPSA por causa de sua eficiência mais alta em comparação com os sopradores de lóbulo rotativo convencionais. A figura 3 ilustra um típico conjunto de sistema de compressor centrífugo convencional. Uma caixa de engrenagem 10 com um sistema de óleo de lubrificação 11 é tipicamente necessária para converter a baixa velocidade do motor de indução (IM) 12 para a alta velocidade do compressor centrífugo 1, e o compressor centrífugo precisa funcionar a altas velocidades para a alta eficiência. Para usar o mais efetivamente os compressores centrífugos em ciclos com modulação de pressão altamente dinâmicos é necessário empregar IGVs, controle de velocidade variável ou uma combinação dos dois. Quando a pressão de ciclo de PSA ou VPSA se desvia da condição de pressão de projeto de um compressor centrifugo de velocidade fixa, a eficiência de estágio deteriora-se substancialmente, especialmente quando da operação em razões de pressão perto de 1 (estrangulamento). Isto resulta em elevado consumo médio de energia e uma deterioração da eficiência de compressor média total sobre o ciclo de PSA ou VPSA. Por continuamente variar as velocidades de compressor, todavia, para adaptar as exigências de cabeçote tanto da pressurização quanto evacuação dos leitos adsorventes, os compressores podem teoricamente ser operados em suas eficiências de pico a partir de velocidade de projeto de 100% até uma velocidade substancialmente mais baixa. O consumo de energia agora se toma muito pequeno, e, portanto, a economia de energia média e a eficiência de ciclo total média são melhoradas dramaticamente em relação aos sopradores de lóbulo rotativo.

Ainda, esta tecnologia não poderia não ser empregada com êxito no passado. O uso de compressores centrífugos de velocidade fixa convencionais com e sem IGVs não é ideal por causa de sua faixa de operação limitada. Um compressor centrífugo de velocidade variável convencional pode ter uma faixa de operação melhorada e economias melhoradas sobre o uso de IGVs com uma redução no escoamento, mas é incapaz de se adaptar rapidamente às condições de escoamento transientes do ciclo de PSA ou VPSA (devido às grandes inércias das engrenagens e grande motor de IM de funcionamento lento).

Na técnica anterior, compressores centrífugos a velocidades fixas com e sem IGVs e com um VFD foram considerados para processos de PSA e VPSA. A. Abdelwahab, Design of A Moderate Speed-High Capacity Contrifugal Compressor with Application to PSA and VPSA Air Separtion Processes, Proceedings of PWR2005 ASME Power, Abril 5-7, 2005, discute os fundamentos de um ciclo de VPSA que faz uso de compressores centrífugos acoplados diretamente, de velocidade moderada, com palhetas de guia de entrada.

Vários avanços nos processos de PSA e VPSA foram realizados nos últimos anos. Alguns destes avanços incluem: (a) uma redução significante no a razão das pressões de adsorção superior para dessorção inferior, e (b) reduções no tempo de ciclo (tipicamente menor que um minuto) conduzindo para a redução de inventários de adsorvente. Um fator significante para a exigência de energia total de um processo de PSA ou VPSA é esta razão de pressões de adsorção e de dessorção. A pressão de fornecimento durante o período de adsorção de um leito pelo dispositivo de compressão de ar de alimentação, bem como a pressão de sucção durante o período de dessorção por um dispositivo de evacuação, estão constantemente se alterando à medida que o ciclo progride. A fim de obter o consumo de energia total o mais baixo possível para um ciclo tal como este, é desejável que os dispositivos de compressão e evacuação de alimentação sejam operados na eficiência de pico sobre uma extensa faixa de razões de pressão. Sumário da Invenção

A presente invenção se refere à aplicação de motores de velocidade variável, de ímãs permanentes, de alta velocidade, em sistemas de PSA ou VPSA. Projetos que incorporam tais motores operam na eficiência ótima por permitir a aceleração ou desaceleração do aparelho de sistema a taxas iguais ou que excedem os tempos de ciclo (por exemplo, cerca de 30-35 segundos) dos sistemas e processos de PSA e VPSA atuais. A presente invenção mais particularmente se refere a processos e sistemas de separação de gás, tais como os sistemas de PSA ou VPSA tendo pelo menos um vaso contendo pelo menos um leito de adsorvente no mesmo. O leito de adsorvente inclui pelo menos um material adsorvente. Em algumas modalidades, pelo menos um leito de adsorvente é pressurizado ciclicamente por pelo menos um compressor de alimentação e algumas vezes evacuado por pelo menos um compressor a vácuo, com pelo menos um do pelo menos um compressor de alimentação ou o pelo menos um compressor a vácuo sendo um compressor centrifugo acionado por um motor de ímã permanente de alta velocidade associado (PM) projetado para a operação a velocidade variável. Em tais modalidades, o compressor que não é um compressor centrífugo pode ser um soprador de lóbulo rotativo acionado por um motor de indução (IM). Em algumas modalidades da presente invenção, o pelo menos um leito de adsorvente é pressurizado ciclicamente por pelo menos um compressor centrífugo de alimentação acionado por um motor de velocidade variável de ímã permanente de alta velocidade associado e, evacuado por pelo menos um compressor centrífugo a vácuo acionado por um motor de velocidade variável de ímã permanente de alta velocidade associado. Mais especificamente e de acordo com a presente invenção, o(s) compressor(es) de alimentação centrífugo(s) e/ou compressor(es) centrífugo(s) a vácuo é(são) acionado(s) por motores de ímãs permanentes (PM) de alta velocidade de acionamento direto para a operação a velocidade variável de um tal modo que a(s) combinação(ões) de compressor e motor de ímã permanente de alta velocidade podem acelerar a partir de baixa velocidade para alta velocidade e desacelerar de alta velocidade para baixa velocidade em taxas rápidas requeridas por curtos tempos de ciclo (por exemplo, cerca de 30 segundos) dos sistemas e processos de PSA ou de VPSA correntes.

O uso de motores de ímãs permanentes de alta velocidade com controle de velocidade variável de acordo com a presente invenção permite o um aperfeiçoamento de uma ordem de magnitude sobre sistemas convencionais de motor de indução/caixa de engrenagem em sua capacidade de acelerar e desacelerar um compressor centrífugo em um processo de PSA ou VPSA. O uso de motores de ímã permanente de alta velocidade de acordo com a invenção permite a eliminação da necessidade de caixas de engrenagem e assim igualmente permite a eliminação da necessidade de sistemas de óleo de lubrificação. O(s) compressor(es) centrífugo(s) pode(m) assim ser suportados sobre mancais sem óleo. Além disso, em algumas modalidades, os sistemas de acionamento propostos da presente invenção são esperados que sejam mais eficientes por mais que 7 pontos de percentagem com a eliminação de perdas por engrenagem e por fricção de óleo de mancai, e uma capacidade melhorada de conduzir/atrasar energia ou potência. Em um exemplo hipotético, as seguintes conclusões foram tiradas quando da avaliação de uma roda de compressor de 16” com um sistema de acionamento de 1250 cavalos-vapor (HP) quando acionada por um arranjo de motor de indução-caixa de engrenagem versus um motor de velocidade variável de ímãs permanentes de alta velocidade: (1) o momento de inércia de massa polar de rotor de um motor de ímã permanente (PM) de alta velocidade é cerca de 1/6 daquele de um motor de indução (IM); (2) a inércia de rotor de um motor de PM de alta velocidade é maior que uma ordem de magnitude inferior àquela de um IM mais seu sistema de caixa de engrenagem (GB) associado; (3) o sistema de motor de PM e de compressor pode acelerar a partir de 40% da velocidade para a velocidade de projeto total em cerca de 2 segundos, enquanto o sistema de IM, GB e compressor toma uma ordem de magnitude de maior tempo (cerca de 31 segundos, devido à significante diferença de inércia entre os sistemas); e (4) com respeito à desaceleração, o sistema de motor de PM e de compressor pode ir desde a velocidade de projeto total para 40% da velocidade em cerca de 2 segundos, neste caso, a potência de ffenagem de pico é esperada que seja a mesma que a potência nominal do motor. Se a desaceleração precisa ser mais rápida, todavia, então a potência de ffenagem de pico pode ser aumentada por ffenagem dinâmica, como discutido aqui abaixo. A rápida desaceleração necessária para os tempos de ciclo dos sistemas de PSA ou VPSA atuais tipicamente não pode ser realizada com um sistema de motor de indução convencional devido às grandes inércias das engrenagens e grande rotor de IM funcionando lentamente.

Em modalidades preferidas da invenção e como discutido aqui, os compressores são operados ao longo de uma linha de melhor eficiência. A linha de melhor eficiência é uma linha desenhada em um mapa de desempenho de compressor. Como discutido aqui, um mapa de desempenho de compressor (razão de pressão vs. fluxo em massa/fluxo em massa_prOjeto a várias velocidades) é gerado a partir do coeficiente de trabalho isentrópico a várias velocidades para uma temperatura de entrada especifica no compressor. A linha de melhor eficiência representa os locais de pontos que correspondem a todos dos pontos de eficiência de pico das curvas de operação de compressor a diferentes velocidades e condições de processo (pressão de entrada no compressor, pressão de descarga do compressor e temperatura de entrada no compressor). Por meio da operação ao longo da linha de melhor eficiência, o(s) compressor(s) pode(m) ser operado(s) em seu modo o mais eficiente em termos de consumo de energia. O(s) mapa(s) de desempenho pode(m) também ser na forma de tabelas de pesquisa ou de referência geradas a partir de coeficiente de trabalho isentrópico. Os mapas de desempenho e as melhores linhas de eficiência podem ser armazenados em um controlador lógico programável (PLC) e integrados com os sistemas de PSA e VPSA. Breve Descrição dos Desenhos

Para uma compreensão mais completa da presente invenção e das vantagens da mesma, referência deve ser feita à seguinte descrição detalhada tomada em conjunção com os desenhos anexos, nos quais:

A figura 1 é uma representação gráfica de um histórico de pressão exemplificativo de uma demanda de pressão de soprador de alimentação para um ciclo de VPSA.

A figura 2 é uma representação gráfica de um histórico de pressão exemplificativo de uma demanda de pressão de soprador a vácuo para um ciclo de VPSA.

A figura 3 é um esquema ilustrando um compressor centrífugo com uma caixa de engrenagem e motor de indução.

A figura 4 é um esquema ilustrando um compressor centrífugo com um motor de velocidade variável de ímãs permanentes de alta velocidade, acionado diretamente, de acordo com a presente invenção.

A figura 5 é um esquema ilustrando um sistema de VPSA com motores de velocidade variável de ímãs permanentes, de alta velocidade, de acionamento direto, e compressores centrífugos de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 6A é uma representação gráfica de curvas de coeficiente de trabalho isentrópico de compressor exemplificativo versus relação de coeficiente de escoamento (φ / φ_ρΓΟ]_εΙΟ) a diferentes números de Mach do compressor.

A figura 6B é uma representação gráfica de curvas exemplificativas de eficiência de compressor (η) versus relação de coeficiente de escoamento (φ / φρ^βίο) a diferentes números de Mach do compressor, obtidas por medida experimental do desempenho de compressor para o compressor usado na figura 6A.

A figura 7 é uma representação gráfica de um mapa exemplificativo de desempenho de compressor (razão de pressão (PR) vs. fluxo em massa/fluxo em massa_prOj_eto a várias velocidades) correspondentes a uma temperatura de entrada específica.

A figura 8 é uma representação gráfica de uma resposta de compressor de alimentação teórico-ideal sobre um ciclo de VPSA típico.

A figura 9 é a representação gráfica de uma resposta de compressor de alimentação hipotética-real sobre um ciclo de VPSA típico.

A figura 10 é uma representação gráfica de um mapa exemplificativo de desempenho de compressor com regulador de sucção usado na linha de velocidade a mais baixa.

Descrição Detalhada

Como mencionado acima, a presente invenção se refere ao uso de motores de ímã permanente de alta velocidade em sistemas de PSA ou VPSA. Quando usado aqui, alta velocidade com referência um motores de ímãs permanentes refere-se um motores de ímãs permanentes capazes de operar a velocidades superiores a 3600 RPM. O projeto e velocidade atuais de tais motores de alta velocidade poderíam variar na dependência dos sistemas e processos em que o(s) motor(es) de ímãs permanentes deve(m) ser implementado(s). A presente invenção mais particularmente se refere a processos e sistemas de separação de gás tais como a sistemas de PSA ou VPSA tendo pelo menos um vaso contendo pelo menos um leito de adsorvente no mesmo. O leito de adsorvente inclui pelo menos um material adsorvente. Em algumas modalidades, o pelo menos um leito de adsorvente é pressurizado ciclicamente por pelo menos um compressor de alimentação e algumas vezes evacuado por pelo menos um compressor a vácuo, com pelo menos um do pelo menos um compressor de alimentação ou do pelo menos um compressor a vácuo sendo um compressor centrífugo acionado por pelo menos um motor de velocidade variável de ímãs permanentes (PM) de alta velocidade, associado. Em tais modalidades, o compressor que não é um compressor centrífugo pode ser um soprador de lóbulo rotativo acionado por um motor de indução (IM). Em algumas modalidades da presente invenção, o pelo menos um leito de adsorvente é pressurizado ciclicamente por pelo menos um compressor centrífugo de alimentação acionado por um motor de ímã permanente de alta velocidade associado e, evacuado por pelo menos um compressor centrífugo a vácuo acionado por um motor de ímã permanente de alta velocidade associado. Mais especificamente e de acordo com a presente invenção, o(s) compressor(es) de alimentação centrífugo(s) e/ou compressor(es) centrífugo(s) a vácuo são acionados por um motor(es) de ímãs permanentes (PM) de alta velocidade, de acionamento direto, associado, projetado para a operação a velocidade variável de um tal modo que a(s) combinação(ões) de compressor e motor de ímã permanente pode(m) acelerar a partir de baixa velocidade para alta velocidade e desacelerar a partir de alta velocidade para baixa velocidade nas taxas rápidas exigidas por curtos tempos de ciclo (por exemplo, cerca de 30-35 segundos) dos sistemas de PS A ou

VPSA e processos atuais. Os conjuntos da presente invenção permitem assim que os compressores sejam responsivos às características de curto tempo de ciclo dos sistemas e processos de PSA e VPSA atuais.

Como também discutido acima, o uso de motores de ímã permanente de alta velocidade de acordo com a presente invenção permite um aperfeiçoamento de uma ordem de magnitude sobre os sistemas convencionais de motor de indução/caixa de engrenagem em sua capacidade de acelerar e desacelerar um compressor centrífugo em um processo de PSA ou VPSA. O uso de motores de ímãs permanentes de acordo com a invenção permite a eliminação da necessidade de caixas de engrenagem e assim igualmente permite a eliminação da necessidade de sistemas de óleo de lubrificação. O(s) compressor(es) centrífugo(s) pode(m) assim ser suportados sobre mancais sem óleo.

Embora deva ser entendida como não limitativa, a presente invenção pode ser implementada em processos e sistemas de separação de gás, tais como processos de PSA ou VPSA que separam um gás, como ar, em oxigênio e nitrogênio. Outros processos de separação de gás que podem ser benéficos a partir do uso de combinações de compressor e motor de ímã permanente da presente invenção incluem, mas não são limitados a, separações por PSA e VPSA que envolvem a recuperação de gases tais como O₂, N₂, CO₂, H₂ ou hélio.

Um arranjo de motor de velocidade variável de PM, de alta velocidade, de acionamento direto de compressor, exemplificativo, apropriado para uso de acordo com a invenção, é mostrado na figura 4. Tal arranjo pode permitir o uso de estágios de compressor centrífugo dentro de ciclos de PSA ou VPSA. Mais especificamente, a figura 4 mostra um compressor centrífugo 1 com abertura de entrada 2 e abertura de saída 3, conduzindo em direção ao ou a partir do sistema de PSA ou de VPSA. Como ainda mostrado na figura 4, o compressor centrífugo 1 é fixado a um motor de ímã permanente (PM) de alta velocidade 4 projetado para a operação a velocidade variável, que é conectado eletricamente a um acionamento de frequência variável 5 (VFD) via a linha 7. A linha de referência 6 na figura 4 representa a área do suporte da figura 3 que não mais seria requerida devido primariamente à eliminação do sistema de óleo de lubrificação e uso de um motor de PM que é menor em tamanho em relação a um motor de indução.

O motor 4 pode ser um motor de terra rara ou outro motor de imãs permanentes de alta velocidade, projetado para a operação a velocidade variável. Tais motores são comercialmente disponíveis com velocidades operacionais de até cerca de 70.000 RPM. O tamanho do(s) motor(s) usado(s) na invenção variará na dependência do tipo de exigências do processo e sistema. O tipo de máquina centrífuga não deve ser entendido como limitativo. O compressor centrífugo 1 pode ser selecionado a partir de qualquer compressor centrífugo capaz de operar nas condições exigidas do sistema e processo. Acionamentos de frequência variável (VFDs) são conhecidos e sãos sistemas para controlar a velocidade de rotação de um motor elétrico de corrente alternada (CA) pelo controle da frequência da energia elétrica fornecida ao motor.

O uso de motores de velocidade variável de ímãs permanentes de alta velocidade para acionar compressores centrífugos pode oferecer um aperfeiçoamento de uma ordem de magnitude sobre o sistema convencional de motor de indução/caixa de engrenagem em sua capacidade de acelerar e desacelerar um compressor centrífugo em um processo de PSA ou VPSA. Além disso, os sistemas de acionamento da presente invenção são esperados que sejam mais eficiente por 7 pontos percentuais com a eliminação de perdas por fricção de óleo de engrenagem e mancais, perdas pelo sistema de óleo de lubrificação, e uma capacidade melhorada de conduzir/atrasar energia. Em um exemplo hipotético, as seguintes conclusões foram tiradas quando da avaliação de uma roda de compressor de 16 com um sistema de acionamento de 1250 HP, quando acionada por um arranjo de motor de indução-caixa de engrenagem versus um motor de velocidade variável de ímãs permanentes de alta velocidade: (1) o momento de inércia de massa polar do rotor de um motor de ímã permanente (PM) é cerca de 1/6 daquele de um motor de indução (IM); (2) a inércia de rotor de um motor de PM de alta velocidade é mais que uma ordem de magnitude inferior àquela de um IM mais seu sistema de caixa de engrenagem (GB) associado; (3) o sistema de motor de PM e compressor pode acelerar desde 40% da velocidade para a velocidade de projeto total em cerca de 2 segundos, enquanto o sistema de IM, GB e compressor toma uma ordem de magnitude de mais tempo (cerca de 31 segundos, devido à significante diferença de inércia entre os sistemas); e (4) com respeito à desaceleração, o sistema de motor de PM e de compressor pode ir desde a velocidade de projeto total para 40% da velocidade em 2 segundos. Neste caso, a potência de frenagem de pico é esperada que seja a mesma que a potência nominal do motor.

Se a desaceleração precisa ser mais rápida, então ou a frenagem dinâmica (energia é alimentada a um resistor de frenagem) ou a frenagem regenerativa (energia é alimentada de volta para dentro da grade de energia) pode ser obtida com acionamentos de frequência variável em aplicações que requerem paradas rápidas. Este conceito de frenagem dinâmica ou regenerativa que é exeqüível para um sistema de motor de PM não é exeqüível com um sistema de IM devido às grandes inércias das engrenagens e grande rotor de IM funcionando lentamente. A rápida desaceleração necessária para os curtos tempos de ciclo dos sistemas de PSA e VPSA atuais não pode, por conseguinte, ser realizada quando do uso de um compressor centrífugo com engrenagens, com um VFD e motor de IM.

Com referência agora à figura 5, um sistema de VPSA de acordo com uma modalidade da presente invenção é ilustrado. O sistema 20 mostrado na figura 5 inclui um compressor de alimentação 22, uma unidade de leito adsorvente 40, e um compressor a vácuo de estágio único 50 para produzir eficientemente um gás menos seletivamente adsorvido (por exemplo, oxigênio a partir do ar). Pelo menos um dentre o compressor de alimentação 22 e do compressor a vácuo 50 é um compressor centrífugo acionado diretamente por um motor de ímã permanente de alta velocidade. Em modalidades preferidas, tanto o compressor de alimentação 22 quanto o compressor a vácuo 50 são acionado diretamente por motores de ímã permanente de alta velocidade, como descrito aqui. Deve ser apreciado, todavia, que em algumas modalidades, somente um dentre o compressor de alimentação 22 ou o compressor a vácuo 50 pode ser acionado diretamente por um motor de ímã permanente de alta velocidade. Aqueles especializados na técnica devem também apreciar que, para sistemas PSA, o soprador ou compressor não é utilizado como em um sistema de VPSA.

Com referência novamente à figura 5, o compressor de alimentação 22 inclui um compressor centrífugo de estágio único, acionado diretamente (isto é, na caixa de engrenagem) por um motor de ímã permanente de alta velocidade 29, tendo uma entrada 24 para extrair um gás, tal como ar, e dirigir um escoamento de ar pressurizado através de um pósreffigerador de ar de alimentação 27 e então através de um coletor de descarga 26 para respectivas linhas de entrada paralelas 28, 30.

Respectivas primeira e segundas válvulas de controle de pressurização 32, 34 são chumbadas nas extremidades distais das respectivas linhas para seletivamente pressurizar as respectivas porções da unidade de leito adsorvente 40. Uma válvula de ventilação 36 conecta-se a uma porção intermediária do coletor 26 para desviar seletivamente fluxo de ar para longe a partir da unidade de leito. As válvulas são sequenciadas através de um controlador lógico programável (PLC) 31 de acordo com a temporização que corresponde às etapas de processo para o método da presente invenção.

Com referência novamente à figura 5, a unidade de leito adsorvente 40 compreende um sistema de adsorvente de leito duplo, com o leito A e o leito B tendo respectivas porções de base 42, 44 dispostas a jusante das respectivas primeira e segundas válvulas de controle de pressurização 32, 34 em um arranjo paralelo de altemação. Respectivas porções superiores 43, 45 provêm uma interface conveniente para conectar um mecanismo de fornecimento de produto 60 compreendendo um tanque de compesação de produto único 66. Como mencionado acima, sistemas alternativos de acordo com a presente invenção poderíam empregar um leito de adsorvente ou mais que dois leitos de adsorvente.

Cada leito de adsorvente é contido em um vaso, preferivelmente do tipo de fluxo radial. Vasos de fluxo radial são conhecidos e incluem uma extremidade de alimentação ampliada de seção transversal assimétrica total do escoamento de gás. Vasos de fluxo radial acomodam grandes faixas de escoamento e provêm somente uma baixa queda de pressão (Dp) através do leito na direção do escoamento de gás. Vasos de fluxo radial também provêm uma distribuição de escoamento mais uniforme com o leito e tipicamente oferecem um leito de adsorvente restrito com uma área de entrada ampliada. Deve ser notado, todavia, que vasos de escoamento alternativos, tais como de leitos axiais ou de leitos horizontais, podem ser usados na presente invenção.

O compressor a vácuo 50 é chumbado nas respectivas primeira e segundas válvulas de controle de pressurização 52, 54 que se conectam a um coletor de vácuo 56. As válvulas são chumbadas em relação de oposição em paralelo às primeira e segundas válvulas de controle de pressurização 32, 34. Tal como as válvulas de pressurização, as válvulas de despressurização e ventilação são sequenciadas pelo PLC 31. O coletor termina em um em compressor centrífugo a vácuo de estágio único 50, acionado diretamente por um motor de ímã permanente de alta velocidade 51 projetado para a operação a velocidade variável, para evacuar os respectivos leitos A e B durante etapas de ciclo predeterminadas de acordo com o método da presente invenção.

Como pode ser apreciado a partir da figura 5, Pi pode permanecer constante (por exemplo, em condições ambientes) enquanto P₂será responsiva às condições nos leitos de adsorvente (P₂ pode variar ou permanecer constante durante a pressurização, despressurização e durante formação do produto). Quando P₂ varia, a razão de P₂/ Pi variará igualmente. Similarmente, P4 pode permanecer constante (por exemplo, nas condições ambientes) enquanto P₃ será responsiva às condições nos leitos de adsorvente. P₃ pode variar ou permanecer durante pressurização, despressurização e durante formação do produto etapas). Quando P₃ varia, a razão de P4/ P3 pode igualmente variar. Assim, as razões de pressão para a alimentação e compressores a vácuo podem variar ou permanecer constante com base nas condições no(s) leito(s). Realimentação ao PLC 31 com relação às razões de pressão pode permitir que a velocidade de operação de compressor seja ajustada apropriadamente. Por conseguinte, por continuamente variar as velocidades de compressor para adaptação às exigências de pressão (isto é, a razão de pressão (PR), que está variando por causa da pressurização e evacuação dos leitos de adsorvente) dos leitos de adsorvente de pressurização e evacuação, os compressores podem ser operado perto, e preferivelmente nas, suas eficiências de pico a partir de 100% da velocidade de projeto para uma velocidade substancialmente inferior. Isto pode ser efetuado usando os mapas de informação, de cálculos e de desempenho que estão armazenados no (isto é, codificados de forma rígida) PLC, que então envia um sinal para o VFD e motor de PM associado. Será apreciado que no sistema de VPSA exemplificativo para a produção de oxigênio, mostrado na figura 5, P₄ e P, poderíam estar em ou perto das condições ambientes.

Com referência continuada à figura 5, o mecanismo de fornecimento de produto 60 inclui respectivas primeira e segunda válvulas de saída de produto 62, 64 dispostas no topo das respectivas porções superiores 43, 45 dos leitos A e B para dirigir escoamento de produto (por exemplo, oxigênio) a partir de cada leito para purgar o outro leito, equalizar a pressão no outro leito, ou escoar para o tanque de compesação 66 para armazenamento. Uma válvula de isolamento 68 interposta entre o tanque de compesação 66 e as válvulas de saída 62, 64 coopera com as válvulas de saída 62, 64 de acordo com comandos de sequenciação provenientes do controlador para efetuar os procedimentos de purga e/ou equalização.

Uma descrição detalhada do sistema de VPSA para aquele mostrado na figura 5 é revelado na Patente US No. 6,010,555 de Smolarek et al, cujos conteúdos inteiros são aqui incorporados para referência. Na presente invenção, todavia, pelo menos um ou ambos dos arranjos de sopradores de lóbulo rotativo descritos na Patente US No. 6,010,555 é substituído por máquina(s) centrífuga(s) de eficiência mais alta, acionadas diretamente por um motor de velocidade variável de ímãs permanentes de alta velocidade. Preferivelmente, ambos dos sopradores de lóbulo rotativo descritos na Pat. US No. 6,010,555 são substituídos por máquina(s) centrífuga(s) de eficiência mais alta, com cada uma sendo diretamente acionada por um motor de velocidade variável de ímãs permanentes de alta velocidade. Embora as condições de processo descritas na Patente US No. 6,010,555 possam permanecer similares às da presente invenção, o modo de operação do compressor centrífugo é muito diferente e é explicado abaixo.

O arranjo mostrado na figura 5 é destinado a ser exemplificativo e vários outros arranjos (tais como um vaso ou mais que dois vasos) poderíam ser implementados de acordo com a presente invenção. Por exemplo e embora não devendo ser considerados como limitativos, outros sistemas nos quais os arranjos de compressor-motor de ímã permanente da invenção podem ser usados incluem aqueles tais como descritos na Patente US No. 5,656,068 de Smolarek et al., Publicação de Pedido de Patente US

No. 2007/0095208 Al de Baksh et al., e Publicação de Pedido de Patente US

No. U.S. 2008/0006151 Al de Baksh et al. Outros arranjos alternativos de

PSA ou VPSA poderíam também ser usados de acordo com a presente invenção.

Com referência agora à figura 6A, curvas exemplificativas de coeficiente de trabalho isentrópico de compressor centrífugo de estágio único versus relação de coeficiente de escoamento (φ / φρ^είο) P^ara um gás ideal a diferentes Números de Mach de máquina estão mostrados. Este coeficiente de trabalho isentrópico Qi_Sentrópico é um parâmetro adimensional e pode ser calculado como segue:

C_p PR ^γ -1 isentrópico u² tip ^p (equação 1);

onde TI é a temperatura de entrada, C_p é o calor específico de gás a pressão constante, γ iguala-se a C_p/C_v onde Cv é o calor específico de gás a volume constante, PR é a razão de pressão de estágio, e U_ti_p é a velocidade de ponta de pá de impulsor de compressor, definida como:

πΡΝ (equação 2);

onde N é a velocidade de rotação da pá de impulsor em RPM e

D é o diâmetro da pá de impulsor. O número de Mach de máquina, M, é um parâmetro adimensional e é definido como:

^z' (equação 3);

onde R é a constante ideal da lei de gás.

O coeficiente de escoamento, φ, um parâmetro adimensional, é definido como:

v_s

ΊπΝ D³ (equação 4);

onde V_s é a vazão em volume de sucção de compressor, e todos os outros termos são definidos acima. O uso de informação de projeto de compressor em equação 4 é feito para determinar φ _prOj_eto·

As curvas de coeficiente de trabalho isentrópico de compressor (Qisentropico) vs. relação de coeficiente de escoamento (φ/φ projeto) a diferentes velocidades da figura 6 A e curvas de eficiência (η) vs. relação de coeficiente de escoamento (φ/φ projeto) a diferentes velocidades da figura 6B são obtidas por medida experimental do desempenho de compressor. Deve ser entendido que a eficiência pode ser determinada usando normas da indústria. A fim de ilustrar de que maneira usar estas curvas para operar o compressor ao longo de sua linha de melhor eficiência, um mapa de desempenho de compressor (razão de pressão vs. fluxo em massa/fluxo em projeto em massa a várias velocidades) é primeiramente gerado a partir do coeficiente de trabalho isentrópico a várias velocidades para uma temperatura de entrada especifica no compressor.

A seguir, a linha de melhor eficiência é estabelecida sobre o mapa de desempenho de compressor usando a informação a partir da figura 6B. Ela representa os locais de pontos que correspondem a todos dos pontos de eficiência de pico das curvas de operação de compressor a diferentes velocidades e condições de processo. Pela operação ao longo desta linha, o compressor está sendo operado em seu modo o mais eficiente em termos de consumo de energia. Tais mapas de desempenho, juntamente com suas linhas de melhor eficiência resultantes, podem ser programados (isto é, codificados de forma rígida) no PLC do sistema de PSA ou de VPSA na forma de uma curva(s) ou tabela(s) de referência.

A figura 7 é uma representação gráfica de um mapa exemplificativo de desempenho de compressor que corresponde a uma temperatura de entrada específica (por exemplo, 70°F). Uma família de mapas de desempenho, tal como mostrado na figura 7, seria gerada para temperaturas que um compressor pode ter em sua entrada (com base nas condições de ambiente variáveis para o compressor de alimentação e temperaturas variáveis de leito de adsorvente para o compressor a vácuo). Mapas de desempenho similares poderiam assim ser gerados para diferentes temperaturas de entrada. Pela monitoração da pressão de entrada no compressor e temperatura e pressão de descarga, o mapa de desempenho apropriado poderia ser usado para identificar a velocidade de compressor necessária para operar ao longo de sua linha de melhor eficiência. Existem regiões, todavia, longes a partir da linha de melhor eficiência do mapa de desempenho onde sua eficiência é substancialmente mais baixa que um soprador de lóbulo rotativo. Para obter eficiência mais alta em relação a um soprador de lóbulo rotativo, é importante, por conseguinte, operar o compressor centrífugo na, ou perto da, sua linha de melhor eficiência todas as vezes.

Os compressores centrífugos podem teoricamente ser de 15 pontos mais alto em eficiência sobre os sopradores de lóbulo rotativo, mas que é somente se a velocidade de máquina for controlada para substancialmente se adaptar (isto é, estar na ou perto) às exigências de pressão (isto é, seguir o ciclo de PSA ou VPSA e funcionar em sua eficiência a melhor para qualquer dado ponto no tempo). Assim, o uso de motores de ímã permanente de alta velocidade para a operação a velocidade variável com compressores centrífugos de acordo com a presente invenção provê sistemas e processos que não são somente capazes de responder a curtos tempos de ciclo dos sistemas e processos de PSA e VPSA atuais; tais arranjos também permitem eficiências de processo significantemente melhoradas com respeito a arranjos de sopradores de lóbulo rotativo da técnica anterior.

Os seguintes exemplos 1 e 2 são exemplos hipotéticos e são destinados a ser ilustrativos da invenção.

Exemplo 1

A figura 8 é uma representação gráfica de uma resposta de compressor de alimentação ideal exemplificativa sobre um ciclo de VPSA típico. Com referência novamente à figura 5 e à figura 8, por exemplo, em qualquer instante no tempo durante um ciclo de VPSA, temperatura T_bpressões Pj e P2, temperatura T₂, e pressões P₃ e P₄ são medidas via um típico transdutor ou transmissor de pressão e registrados na planta PLC 31. Especificamente e para finalidades de ilustração, observando o compressor de alimentação 22 durante uma etapa de alimentação de pressão ascendente (ponto A na figura 8), o sistema de controle calcula a razão de pressão (PR) através da máquina de alimentação pela divisão de P2 por Pl. Usando esta razão de pressão calculada e temperatura de entrada T_b o sistema de controle PLC 31 determina então a velocidade de operação de motor/compressor usando o mapa de desempenho de compressor e linha de melhor eficiência resultante que foi gerada por T_b como ilustrado no ponto A (neste caso, a velocidade de operação de motor/compressor é aproximadamente 67% da velocidade total) na figura 7. Esta informação é então comunicada para o VFD 33 para dirigir o compressor 22 e motor 29 para operaram em tal velocidade. Determinações e comunicações similares são igualmente realizadas com respeito ao compressor centrífugo a vácuo 50 e motor de PM 51.

Exemplo 2

Durante uma alimentação de pressão constante com a etapa de formação do produto (ver, por exemplo, o ponto B na figura 8), a temperatura de entrada Ti e razão de pressão atualizada através da máquina de alimentação obtida pela divisão de P₂ por Pi servem como entradas para determinar a velocidade de operação de motor/compressor usando o mapa de desempenho de compressor e linha de melhor eficiência resultante que foi gerada para o T] atualizado, como ilustrado no ponto B (100% da velocidade total ) na figura 7. Esta informação é então comunicada para o VFD 33 para dirigir o compressor 22 e motor 29 para operarem em tal velocidade.

Determinações e comunicações similares são igualmente realizadas com respeito ao compressor centrífugo a vácuo 50 e motor de PM 51.

Em geral, a razão de pressão através do compressor flutua em resposta a alterações de pressão de sistema (tais como ocorrem durante a pressurização e a evacuação do(s) leito(s) de adsorvente). A velocidade do compressor é continuamente variada desde 100% da velocidade de projeto para uma velocidade substancialmente inferior (por exemplo, 40% é a extremidade inferior típica para as condições aerodinâmicas) de modo que ele opera em seu ponto de eficiência a melhor para qualquer dada razão de pressão e temperatura de entrada. A vazão de compressor resultante é uma resposta ditada pela curva de eficiência a máxima. Uma série de linhas de a melhor eficiência, determinadas experimentalmente geradas para várias temperaturas de entrada, podería ser programada (isto é, codificadas de modo rígido) dentro do PLC 31. Como também mencionado acima, tal informação pode também ser programada no PLC 31 na forma de tabelas de referência.

Durante a operação da planta, o PLC 31 monitora continuamente a temperatura de entrada, calcula a razão de pressão através do compressor, seleciona a velocidade de operação apropriada a partir da linha de melhor eficiência que corresponde à temperatura de entrada, e finalmente envia um sinal para o VFD 33, que se comunica ao seu respectivo motor de PM 29 e compressor centrífugo de alimentação 22. Tanto a velocidade de máquina de alimentação teórica-ideal (isto é, que pode ser obtida na prática) quanto a razão de pressão sobre um típico ciclo de VPSA inteiro são respectivamente ilustradas nas figuras 8 e 9. E notado que a figura 9 é para um processo hipotético real. De uma maneira simultânea, o PLC 31 podería usar a temperatura de entrada T₂ e as pressões P₃ e P₄ para determinar a velocidade ótima do compressor a vácuo usando suas próprias linhas de a melhor eficiência ou as tabela(s) de referência programadas no PLC 31. Tal como com a máquina de alimentação, o PLC 31 podería enviar um sinal separado para o VFD 53, e o VFD 53 podería então se comunicar com seu respectivo motor de PM 51 e compressor centrífugo a vácuo 50.

Tipicamente, a velocidades muito baixas, a margem de ondulação de um compressor centrífugo é grandemente reduzida. A fim de evitar problemas operacionais, a velocidade a mais baixa do compressor é, por conseguinte, preferivelmente mantida a uma percentagem razoável da velocidade de projeto, neste caso particular 40% da velocidade de projeto. Uma vez quando o compressor atinge esta velocidade, a velocidade de motor é fixa e o compressor opera ao longo de sua curva característica de velocidade particular (por exemplo, entre razões de pressão de 1,0 e 1,1, como mostrado na figura 7). Compressores acionados diretamente por motores de PM de alta velocidade, projetados para a operação a velocidade variável eliminam os componentes de grande inércia (por exemplo, engrenagens e grande rotor de IM funcionando lentamente) nos sistemas de compressor-motor e permitem a resposta adequada (por exemplo, o compressor de alimentação pode responder ao perfil, como ilustrado, por exemplo, nas figuras 8 e/ou 9) do compressor para as exigência do ciclo de PSA ou VPSA. Mais particularmente, os arranjos da presente invenção permitem assim que os compressores sejam responsivos às características de curto tempo de ciclo dos sistemas e processos de PSA e VPSA atuais. Para um dado cavalo-vapor, a inércia rotativa de um motor de PM de alta velocidade é geralmente aproximadamente 1/6 daquela de um motor de indução comparável quando é usado para acionar um compressor centrífugo.

Com referência continuada à figura 9, a taxa de aceleração e desaceleração do motor (isto é, entre 100% e 40% da velocidade total) é na ordem de 11 segundos a partir dos pontos C a D e 6 segundos a partir dos pontos D a E, respectivamente. Como mencionado aqui acima, máquinas, tais como compressores centrífugos acionados por um motor de indução, não podem acelerar ou desacelerar nas taxas rápidas exigidas pelos curtos tempos de ciclo de sistemas de PSA ou VPSA (isto é, tais máquinas são incapazes de se adaptar rapidamente às condições de fluxo transiente do ciclo (devido às grandes inércias das engrenagens e grande rotor de IM funcionando lentamente)). Em contraste, o uso de motores de ímã permanente de alta velocidade para acionar compressores centrífugos de acordo com a presente invenção permite que tais máquinas sejam responsivas aos curtos tempos de ciclo dos sistemas e tempos de ciclo atuais..

Uma maneira alternativa para colocar esta invenção em prática é usar uma válvula de regulador de sucção em conjunção com o motor de velocidade variável de alta velocidade. Uma tal válvula de regulador de sucção poderia ser implementado em um sistema de PSA ou de VPSA, por exemplo, entre o compressor de alimentação e a entrada (por exemplo, a montante do compressor de alimentação 22 e a jusante da entrada 24 na figura 5). A válvula de regulador de sucção poderia ser usado na velocidade de operação a mais baixa (isto é, 40% da velocidade total pela mesma razão que a mencionada acima) para reduzir ainda mais o consumo de energia do compressor. Isto é feito pela redução da densidade de entrada, assim do fluxo em massa, para o compressor durante a operação a 40% da velocidade total.

A figura 10 é uma representação gráfica de um mapa exemplificativo de desempenho de compressor com regulador de sucção usado na linha de velocidade a mais baixa. Por exemplo, como mostrado no ponto F na figura 10, uma vez quando a razão de pressão de aproximadamente 1,1 é atingida, a válvula de regulador de sucção começaria a se fechar por uma quantia pré-programada no PLC 31, resultando em uma faixa de operação aperfeiçoada de redução que tem um menor consumo de energia que no caso sem a válvula de regulador de sucção.

Uma outra modalidade da presente invenção inclui um sistema usando palhetas de guia de entrada (IGV) no compressor(es) centrífugo(s) em conjunção com o motor de alta velocidade. Palhetas de guia de entrada podem ser usadas quando o controle de capacidade de compressores centrífugos é 5 desejado. Elas são internas à máquina. O IGV pode ser usado ou em uma velocidade fixa ou com velocidade de compressor variável.

Embora a invenção tenha sido descrita em detalhe com referência a certas modalidades preferidas, aqueles especializados na técnica reconhecerão que existem outras modalidades dentro do espírito e do escopo 10 das reivindicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema para separação de gás, caracterizado pelo fato de que compreende:

pelo menos um vaso contendo pelo menos um leito de adsorção (A, B) incluindo pelo menos um material de adsorção;

pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) configurado para ser acionado por um motor associado compreendendo um motor de velocidade variável de ímãs permanentes de alta velocidade (29); e dispositivo controlador (31) para receber sinais de dados para as condições no sistema e para comunicação com o motor de ímã permanente de alta velocidade (29) acionando o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) em resposta às condições de um tal modo que o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) pode operar a uma velocidade projetada; e em que o pelo menos um leito (A, B) é configurado para pressurização e despressurização cíclicas durante a operação.
2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos um segundo compressor de alimentação (22) acionado por um motor associado, em que o pelo menos um segundo compressor de alimentação é um soprador de lóbulo rotativo e o motor associado é um motor de indução.
3. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos um compressor a vácuo (50) acionado por um motor associado, em que o pelo menos um compressor a vácuo (50) é um soprador de lóbulo rotativo e o motor associado é um motor de indução.
4. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos um compressor centrífugo a vácuo (50) e um motor de velocidade variável de ímã permanente de alta velocidade

Petição 870190057018, de 19/06/2019, pág. 9/15 (51) associado.
5. Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda pelo menos um segundo compressor a vácuo (50) acionado por um motor associado, em que o pelo menos um segundo compressor a vácuo (50) é um soprador de lóbulo rotativo e o motor associado é um motor de indução.
6. Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o motor (29) associado do pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) está em comunicação com pelo menos um acionamento de frequência variável associado (VFD) (33) e o pelo menos um acionamento de frequência variável associado (VFD) está em comunicação com o dispositivo controlador (31) e em que o motor (51) associado do pelo menos um compressor centrífugo a vácuo (50) está em comunicação com pelo menos um acionamento de frequência variável associado (VFD) (53) e o pelo menos um acionamento de frequência variável associado (VFD) está em comunicação com o dispositivo controlador (31).
7. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as condições no sistema compreendem pressão de entrada (P1; P3) e pressão de saída (P2; P4) para o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação e temperatura de entrada (T1; T2) para o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22).
8. Sistema de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dispositivo controlador (31) é configurado para determinar a razão de pressão (pressão de saída/pressão de entrada) (P2/ P1; P4/ P3) para o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22).
9. Sistema de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dispositivo controlador (31) se comunica durante a operação com o motor de ímã permanente de alta velocidade (29) associado do pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) a uma velocidade na

Petição 870190057018, de 19/06/2019, pág. 10/15 qual opera em resposta à razão de pressão (P2/ Pi; P4/ P3) e à temperatura de entrada (Ti; T2) para o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22).
10. Sistema de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o motor de ímã permanente de alta velocidade (29) associado é diretamente acoplado ao pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) de um tal modo que o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) pode ser operado ao longo de uma linha de eficiência predeterminada.
11. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que linha de eficiência predeterminada é uma linha de melhor eficiência representada por um conjunto de locais de pontos que correspondem a pontos de eficiência de pico das curvas de operação de compressor a diferentes velocidades e condições de processo do pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22).
12. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema compreende um sistema de PSA ou um de VPSA para recuperar pelo menos um gás selecionado a partir do grupo compreendendo: O2, N2, CO2, H2 ou hélio.
13. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um motor de ímã permanente de alta velocidade (29; 51) compreende pelo menos um motor de ímã permanente de alta velocidade de terra rara.
14. Processo para separação de gás por meio do sistema como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende:

comprimir um gás de alimentação com pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) acionado por um motor de velocidade variável de ímã permanente de alta velocidade (29) associado;

introduzir um gás de alimentação em pelo menos um vaso

Petição 870190057018, de 19/06/2019, pág. 11/15 contendo pelo menos um leito (A, B) de adsorvente incluindo pelo menos um material adsorvente, o gás de alimentação compreendendo pelo menos um componente menos facilmente adsorvível e pelo menos um componente mais facilmente adsorvível;

passar o gás através do pelo menos um material adsorvente de um tal modo que o componente mais facilmente adsorvível é adsorvido pelo menos um material adsorvente; e retirar um gás enriquecido no componente menos facilmente adsorvível; e em que o pelo menos um leito (A, B) de adsorvente é pressurizado e despressurizado ciclicamente durante o processo.
15. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende ainda monitorar o processo usando o dispositivo controlador (31) para receber sinais de dados para as condições no sistema e para comunicação com o motor de ímã permanente de alta velocidade associado (29) com o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) em resposta às condições de um tal modo que o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) pode operar a uma velocidade projetada.
16. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que as condições no sistema compreendem pressão de entrada (P1), pressão de saída (P2) e temperatura de entrada (T1) para o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) e em que o dispositivo controlador (31) é configurado para determinar a razão de pressão (P2/ P1) para o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22).
17. Processo de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o dispositivo controlador (31) comunica-se com o motor de ímã permanente de alta velocidade (29) associado com o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) a uma velocidade na qual opera

Petição 870190057018, de 19/06/2019, pág. 12/15 em resposta à razão de pressão (P2/ Pi) e a temperatura de entrada (Ti) para o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22).
18. Processo de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o motor de ímã permanente de alta velocidade (29) associado com o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) é diretamente acoplado ao pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) de um tal modo que o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) pode ser operado ao longo de uma linha de eficiência predeterminada.
19. Processo de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o processo compreende um sistema de PSA ou um de VPSA com pelo menos dois vasos de adsorção, cada vaso contendo pelo menos um leito (A, B) de adsorção incluindo pelo menos um material de adsorção no mesmo.
20. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende:

o gás enriquecido no componente adsorvível mais rapidamente é retirado usando pelo menos um compressor centrífugo a vácuo (50) acionado por um motor de velocidade variável de ímã permanente de alta velocidade (51) associado.
21. Processo de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que compreende ainda monitorar o processo usando o dispositivo controlador (31) para receber sinais de dados para as condições no sistema e para comunicação com o motor de ímã permanente de alta velocidade (29) associado com o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) em resposta às condições de um tal modo que o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) pode operar a uma velocidade projetada e compreende ainda monitorar o processo usando o dispositivo controlador (31) para receber sinais de dados para as condições no sistema e para comunicação

Petição 870190057018, de 19/06/2019, pág. 13/15 com o motor de ímã permanente de alta velocidade (51) associado com o pelo menos um compressor centrífugo a vácuo (50) em resposta às condições de um tal modo que o pelo menos um compressor centrífugo a vácuo (50) pode operar a uma velocidade projetada.
22. Processo de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que as condições no sistema compreendem pressão de entrada (P1), pressão de saída (P2) e temperatura de entrada (T1) para o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) e em que as condições no sistema compreendem pressão de entrada (P3), pressão de saída (P4) e a temperatura de entrada (T2) para o pelo menos um compressor centrífugo a vácuo (50) e em que o dispositivo controlador (31) é configurado para determinar a razão de pressão (P2/ P1) para o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) e em que o dispositivo controlador (31) é configurado para determinar a razão de pressão (P4/ P3) para o pelo menos um compressor centrífugo a vácuo (50).
23. Processo de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o dispositivo controlador (31) comunica-se com o motor de ímã permanente de alta velocidade (29) associado com o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) a uma velocidade na qual opera em resposta à razão de pressão (P2/ P1) e a temperatura de entrada (T1) para o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) e em que o dispositivo controlador (31) comunica-se com o motor de ímã permanente de alta velocidade (51) associado com o pelo menos um compressor centrífugo a vácuo (50) a uma velocidade na qual opera em resposta à razão de pressão (P4/ P3) e a temperatura de entrada (T2) para o pelo menos um compressor centrífugo a vácuo (50).
24. Processo de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o motor de ímã permanente de alta velocidade (29) associado com o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) é diretamente

Petição 870190057018, de 19/06/2019, pág. 14/15 acoplado ao pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) de um tal modo que o pelo menos um compressor centrífugo de alimentação (22) pode ser operado ao longo de uma linha de eficiência predeterminada e em que o motor de ímã permanente de alta velocidade (51) associado com o pelo menos um 5 compressor centrífugo a vácuo é diretamente acoplado ao pelo menos um compressor centrífugo a vácuo (50) de um tal modo que o pelo menos um compressor centrífugo a vácuo (50) pode ser operado ao longo de uma linha de eficiência predeterminada e em que o processo compreende um processo de VPSA.