ES2240584T3 - Produccion de oxigeno de elevada pureza por adsorcion a presion alterna. - Google Patents
Produccion de oxigeno de elevada pureza por adsorcion a presion alterna.Info
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Abstract
Un proceso de adsorción por presión oscilante cíclico para la recuperación de oxígeno desde un gas de alimentación que comprende oxígeno, nitrógeno y argon y una etapa de corriente progresiva combinada que consiste en: (a) paso del gas de alimentación a una primera zona de adsorción que contiene un adsorbente selectivo para la adsorción de nitrógeno en relación con oxígeno y argon y retirada de la misma de un gas intermedio desprovisto de nitrógeno. (b) paso del gas intermedio desprovisto de nitrógeno a una segunda zona de adsorción que contiene un adsorbente que es selectivo para la adsorción de nitrógeno en relación con argon y que es selectivo para la adsorción de argon en relación con oxígeno; (c) retirada de un gas producto enriquecido con oxígeno de la segunda zona de adsorción; y (d) terminación del paso del gas de alimentación a la primera zona de adsorción y retirada de un gas de despresurización enriquecido con oxígeno desde la segunda zona de adsorción en la misma dirección de flujo que (c); teniendo lugar la penetración de nitrógeno desde la primera zona de adsorción y adsorbiéndose el nitrógeno en la segunda zona de adsorción tras la penetración de nitrógeno.
Description
Producción de oxígeno de elevada pureza por
adsorción a presión alterna.
La adsorción por presión oscilante es un método
muy conocido para la separación de aire para recuperar productos
gaseosos ricos en nitrógeno o ricos en oxígeno. Una aplicación
concreta es la recuperación de oxígeno de aire utilizando
adsorbentes de zeolita para dar un gas producto que contiene hasta
un 95% en volumen de oxígeno. A esta pureza de producto, el
componente restante en el gas producto es esencialmente argon ya que
el argón y el oxígeno presentan características de adsorción
similares en relación con el nitrógeno en adsorbentes de zeolita
comerciales típicos. La selectividad de adsorción de argón en
relación con oxígeno está típicamente cercana o por debajo de la
unidad para estos adsorbentes.
Los últimos trabajos en el campo de la separación
de aire por adsorción han demostrado que determinadas zeolitas de
intercambio de plata, en particular zeolitas de tipo X con
intercambio de plata, presentan una selectividad de adsorción para
el argón en relación con oxígeno, que las hace factibles para
producir oxígeno a purezas por encima de 95% en volumen.
El uso de zeolitas de intercambio de plata en
procesos de adsorción por presión oscilante para la recuperación de
oxígeno ha sido descrita por una serie de especialistas en este
campo. En la patente EE.UU. 5.226.933 se describe un proceso de
adsorción por presión oscilante en el que se utiliza un lecho de
mordenita de plata para separar el oxígeno de un gas que consiste en
un 95% de oxígeno y un 5% de argón para conseguir una pureza de
oxígeno de al menos aproximadamente 99,7%. En la patente EE.UU.
5.470.378 se describe un proceso para extraer argón de una corriente
gaseosa de alimentación que consiste en oxígeno y argón para
producir una corriente de oxígeno de alta pureza. El proceso utiliza
un lecho que consiste en zeolita de tipo X de intercambio de ion Ag
en la que al menos un 80% de los sitios de ion disponibles están
ocupados por plata.
En la solicitud de patente japonesa kokai Nº
H10-152305 (Solicitud NºH8-311051)
se describe un aparato de adsorción por presión oscilante para la
producción de oxígeno en el que se utiliza una columna de adsorción
con una capa adsorbente de nitrógeno que adsorbe nitrógeno
selectivamente desde el gas de alimentación que contiene nitrógeno,
oxígeno y argón. La capa adsorbente de nitrógeno contiene al menos
una zeolita de tipo X de intercambio de ion Ag. La columna de
adsorción puede contener más de una capa, y la capa sobre el lado de
salida de gas de la columna contiene una zeolita de tipo X con
intercambio de ion Ag. Se reivindica que se adsorbe el argón más
fácilmente que el oxígeno y que se puede obtener un gas producto que
contiene 95% de oxígeno o
más.
más.
En la publicación de patente europea EP 0.761.282
A2 se describe un aparato para producir oxígeno de alta pureza a
partir del aire, consistiendo el aparato en un recipiente de presión
en el que está localizado un primer lecho de adsorbente que adsorbe
preferentemente nitrógeno y que está separado de un segundo lecho de
adsorbente que adsorbe preferentemente argón.
N.D. Hutson y cols., en su artículo titulado
"Mixed Cation Zeolites: Li_{x}Ag_{y}-X as a
Superior Adsorbent for Air Separation" publicado en el AIChE
Journal, abril 1999, vol. 45, Nº 2, pp. 724-734
describe el uso de una zeolita
Li-Na-X con intercambio de plata
para separación de aire. Se llevó a cabo una simulación de un
proceso PSA de cinco etapas normal utilizando un solo lecho de
zeolita Li_{94,2}Na_{0,7}Ag_{1,1}-X que tiene
una relación Si/Al de 1,0. La simulación empleaba un gas de
alimentación de 22% de oxígeno y 78% de nitrógeno. Se registró una
pureza de producto de oxígeno de 96,42% a una recuperación de
oxígeno de 62,74%. R. T Yang y cols. describe unos resultados de
simulación similares en la Publicación Internacional PCT Nº WO
00/40332.
N. D. Hutson y cols., describen las propiedades
de zeolitas Li-Ag-X para la
separación de aire en un artículo titulado "Structural Effects on
Adsorption of Atmospheric Gases in Mixed Li,Ag-X
Zeolite" publicado en el AIChE Journal, noviembre 2000,
vol. 46, Nº 11, pp. 2305-2317.
En la patente EE.UU. 4.880.443 se describe un
sistema de adsorción de dos lechos en serie para la recuperación de
oxígeno desde aire en el que el nitrógeno se adsorbe selectivamente
en un primer lecho que contiene una zeolita y se adsorbe
selectivamente argón en un segundo lecho que contiene un tamiz
molecular de carbono.
La producción de oxígeno de alta pureza que
contiene más de un 95% en volumen de oxígeno desde aire por
adsorción por presión oscilante con la correspondiente recuperación
de un alto nivel de oxígeno es un importante objetivo en el sector
de los gases industriales. La producción de oxígeno de alta pureza a
un 97% en volumen y superior es particularmente deseable para
determinados mercados. La invención que se describe a continuación y
se define a través de las reivindicaciones adjuntas aborda esta
necesidad con un proceso de adsorción por presión oscilante de
varias zonas con el que se recupera oxígeno a una pureza superior al
97% desde el aire, al tiempo que se consigue un alto aprovechamiento
de la operación selectiva del sistema de varias zonas.
La presente invención consiste en una etapa de
corriente progresiva combinada que forma parte de un proceso de
adsorción por presión oscilante cíclico para la recuperación de
oxígeno a partir de un gas de alimentación que consiste en oxígeno,
nitrógeno y argón. La etapa de corriente progresiva combinada
comprende (a) paso del gas de alimentación a una primera zona de
adsorción que contiene un adsorbente selectivo para la adsorción de
nitrógeno con respecto a oxígeno y argón y retirada de la misma de
un gas intermedio desprovisto de nitrógeno; (b) paso del gas
intermedio desprovisto de nitrógeno a una segunda zona de adsorción
que contiene un adsorbente que es selectivo para la adsorción de
nitrógeno en relación con argón y selectivo para la adsorción de
argón en relación con oxígeno; (c) retirada de un gas producto
enriquecido con oxígeno de la segunda zona de adsorción; y (d)
terminación del paso del gas de alimentación a la primera zona de
adsorción y retirada de un gas de despresurización enriquecido con
oxígeno desde la segunda zona de adsorción en la misma dirección de
corriente que (c). Tiene lugar la penetración de nitrógeno desde la
primera zona de adsorción y se adsorbe el nitrógeno en una segunda
zona de adsorción tras la penetración del nitrógeno.
La penetración del nitrógeno desde la primera
zona de adsorción se puede dar durante (a) y se puede adsorber el
nitrógeno en la segunda zona de adsorción tras la penetración del
nitrógeno. Alternativamente, la penetración de nitrógeno desde la
primera zona de adsorción puede darse durante (d) y se puede
adsorber el nitrógeno en la segunda zona de adsorción después de la
penetración de nitrógeno.
La concentración de nitrógeno en el gas
intermedio desprovisto de nitrógeno retirado de la primera zona de
adsorción después de la penetración de nitrógeno puede estar
comprendida entre aproximadamente 0,5% en volumen y la concentración
de nitrógeno en el gas de alimentación que entra la primera zona de
adsorción. Preferiblemente, el gas producto enriquecido con oxígeno
contiene al menos 97% en volumen de oxígeno.
El adsorbente en la primera zona de adsorción
puede consistir en uno o más adsorbentes seleccionados del grupo que
consiste en NaX, CaX, CaA, LiNaKX, LiZnX, donde X representa una
zeolita X con una relación Si/Al comprendida entre aproximadamente
1,0 y aproximadamente 1,25.
El adsorbente de la segunda zona de adsorción
consiste preferiblemente en una zeolita X con intercambio de plata
con una relación de la constante de la ley de Henry de argón a la
constante de la ley de Henry de oxígeno a 23ºC de al menos
aproximadamente 1,05, y también tiene un nivel de intercambio de ion
plata inferior o igual a aproximadamente 0,7 del total de sitios
intercambiables en la zeolita. Los cationes en la zeolita X
consisten preferiblemente en Li y Ag, y la composición de catión de
intercambio iónico está en la forma de Li_{x}Ag_{y}M_{z}X
donde 0,85 \leq x+y \leq 1, 0,2 \leq y \leq 0,7, y 0,0
\leq z \leq 0,15. M representa uno o más cationes, y x,
y y z representan fracciones del total de sitios
intercambiables en la zeolita. El adsorbente puede tener una
relación silicio/aluminio de menos de aproximadamente 1,25 y una
selectividad argón/oxígeno superior a aproximadamente 1,05.
El gas de alimentación es preferiblemente aire.
Alternativamente, el gas de alimentación puede consistir en oxígeno,
nitrógeno y argón, pudiendo estar comprendida la concentración de
oxígeno en el gas de alimentación entre aproximadamente 20 y
aproximadamente 95% en volumen, y pudiendo estar comprendida la
concentración de argón en el gas de alimentación entre
aproximadamente 1 y aproximadamente 5% en volumen.
El volumen ocupado por la segunda zona de
adsorción puede ser superior a aproximadamente 35% e inferior a 100%
del volumen total ocupado por la primera y la segunda zona de
adsorción. Preferiblemente, el volumen ocupado por la segunda zona
de adsorción es superior a 50% e inferior a 100% del volumen total
ocupado por la primera y segunda zona de adsorción. Más preferible,
el volumen ocupado por la segunda zona de adsorción es superior a
50% e inferior o igual a aproximadamente 75% del volumen total
ocupado por la primera y la segunda zona de adsorción. La primera y
segunda zona de adsorción puede incluir capas individuales de
adsorbente en un solo recipiente.
En un modo de realización, el gas de alimentación
puede suministrarse a través de un producto gaseoso de otro proceso
de adsorción por presión oscilante, conteniendo el producto gaseoso
hasta aproximadamente un 95% en volumen de oxígeno.
La invención consiste también en un adsorbente
para su uso en un proceso de adsorción por presión oscilante para la
recuperación de oxígeno a partir de un gas de alimentación que
consiste en oxígeno, nitrógeno y argón. El adsorbente comprende:
(a) un recipiente que tiene una extremo de
entrada y un extremo de salida;
(b) una primera zona de adsorción que contiene un
adsorbente que es selectivo para la adsorción de nitrógeno en
relación con oxígeno y argón;
(c) una segunda zona de adsorción dispuesta entre
la primera zona de adsorción y el extremo de la salida, conteniendo
la segunda zona de adsorción un adsorbente que es selectivo para la
adsorción de nitrógeno en relación con argón y es selectivo para la
adsorción de argón en relación con oxígeno, y siendo el volumen
ocupado por la segunda zona de adsorción superior a 50% e inferior a
100% del total del volumen ocupado por las zonas de adsorción
primera y segunda;
(d) un medio de tubería en el extremo de entrada
para el paso del gas de alimentación en el adsorbente; y
(e) un medio de tubería en el extremo de salida
para la retirada del gas producto de oxígeno desde el
adsorbente.
Las zonas de adsorción primera y segunda pueden
consistir respectivamente en una primera y una segunda capa de
adsorbente en el recipiente. En el adsorbente, el volumen ocupado
por la segunda capa de adsorbente es preferiblemente superior a 50%
e inferior o igual a aproximadamente 75% del volumen total ocupado
por las capas de adsorbente primera y segunda.
El adsorbente en la primera capa de adsorbente
puede consistir en uno o más adsorbentes seleccionados del grupo que
consiste en NaX, CaX, CaA, LiNaKX, LiZnX, donde X representa una
zeolita X con una relación Si/Al comprendida entre aproximadamente
1,0 y aproximadamente 1,25. El adsorbente en la segunda capa
preferiblemente consiste en una zeolita X con intercambio de plata
en la que la relación de la constante de la ley de Henry de argón y
la constante de la ley de Henry de oxígeno a 23ºC es al menos
aproximadamente 1,05 y en la que el nivel de intercambio de ion
plata es inferior o igual a aproximadamente 0,7 del total de sitios
intercambiables en la zeolita. El adsorbente en la segunda capa
consiste preferiblemente en una zeolita X que tiene una composición
de catión de intercambio iónico en la forma de
Li_{x}Ag_{y}M_{z}X en la que 0,85 \leq x+y \leq 1, 0,2
\leq y \leq 0,7, y 0,0 \leq z \leq 0,15, donde M representa
uno o más cationes, y x, y z representan fracciones
del total de sitios intercambiables en la zeolita. Preferiblemente,
el adsorbente tiene una relación de silicio/aluminio inferior a
aproximadamente 1,25 y una selectividad argón/oxígeno superior a
aproximadamente 1,05.
La figura 1 es un gráfico de la productividad a
escala frente al % de volumen de AgLiNaKLSX tal como se determina a
través de una simulación de un proceso de adsorción por presión
oscilante en dos lechos que proporciona un 99% en volumen de
producto de oxígeno según la presente invención.
La figura 2 es un gráfico de la recuperación de
oxígeno a escala frente a la pureza del producto de oxígeno a
diversos % en volumen de AgLiNaKLSX tal como se determina a través
de una simulación de un proceso de adsorción por presión oscilante
de dos lechos según la presente invención.
La figura 3 es un gráfico de las isotermas de
nitrógeno a diferentes temperaturas en la zeolita AgLiNaKLSX
utilizada en la presente invención.
La figura 4 es un gráfico de las isotermas de
argón a varias temperaturas en la zeolita de AgLiNaKLSX utilizada en
la presente invención.
La figura 5 es un gráfico de las isotermas de
oxígeno a varias temperaturas en la zeolita de tipo X AgLiNaKLSX
utilizada en la presente invención.
La presente invención consiste en un proceso de
adsorción por presión oscilante (PSA) para la recuperación de
oxígeno a un alto nivel de pureza a partir de un gas de alimentación
que comprende oxígeno, nitrógeno y argón. El proceso puede funcionar
con tres etapas de ciclo a presiones por encima y debajo de la
presión atmosférica, que a veces se describe como adsorción
oscilante al vacío (VSA) o adsorción oscilante al
vacío-presión (VPSA). En la presente memoria
descriptiva, la adsorción por presión oscilante (PSA) se utiliza
como término genérico para describir los tres tipos de sistemas de
adsorción por presión oscilante cíclicos independientemente de los
niveles de presión operativas.
Típicamente, el gas de alimentación es aire;
alternativamente el gas de alimentación puede consistir en cualquier
mezcla gaseosa que contenga oxígeno, nitrógeno y argón. Por ejemplo,
en un modo de realización de la invención, el gas de alimentación
puede ser el gas producto de un sistema VSA de oxígeno normal que
produzca oxígeno a purezas de hasta aproximadamente un 95% en
volumen siendo el resto nitrógeno y argón. En este modo de
realización, la concentración de oxígeno en este gas de alimentación
puede estar comprendida entre 20 y 95% en volumen y la concentración
de argón en este gas de alimentación puede estar comprendida entre
aproximadamente 1 y aproximadamente 5% en volumen.
El proceso utiliza preferiblemente dos zonas de
adsorción en serie en las que la primera zona contiene un adsorbente
selectivo para la adsorción de nitrógeno en relación con argón y
oxígeno. La segunda zona contiene un adsorbente que es selectivo
para la adsorción de nitrógeno en relación con argón y que es
selectivo para la adsorción de argón en relación con el oxígeno. Las
zonas pueden ser recipientes de adsorción distintos en serie, si
bien es preferible que las zonas consistan en capas de adsorbente en
un solo recipiente de adsorción. En la descripción que sigue a
continuación, se utiliza un solo recipiente adsorbente con al menos
dos capas de adsorbente. Si se desea, se puede utilizar otra capa de
adsorbente en la entrada del recipiente de adsorción para adsorber
agua, dióxido de carbono y otras impurezas desde la corriente de
alimentación de aire antes del proceso de separación principal.
Se puede emplear cualquier adsorbente que adsorba
selectivamente nitrógeno en relación con oxígeno y argón en la
primera zona de adsorción. Entre los ejemplos de adsorbentes
conocidos para este servicio se incluyen NaX, CaX, CaA y LiNaKX,
LiZnX donde X representa una zeolita X con relaciones de Si/Al de
aproximadamente 1,0 a 1,25. Los adsorbentes que se pueden utilizar
en la segunda zona de adsorción incluyen zeolitas de tipo X con
intercambio de ion plata, preferiblemente, zeolitas de tipo X de
litio con intercambio de ion plata. Un adsorbente preferible es una
zeolita de tipo X con intercambio de plata, como por ejemplo, una
zeolita X de litio con intercambio de plata que tiene una
composición de intercambio iónico de la forma
Li_{x}Ag_{y}M_{z}X en la que 0,85 \leq x+y \leq 1, 0,2
\leq y \leq 0,7, y 0 \leq z \leq 0,15. M representa uno o
más cationes y, x, y, z representan fracciones
del total de sitios intercambiables en la zeolita. M puede ser una
forma catiónica de uno o más elementos seleccionados entre metales
alcalinos o alcalinotérreos, tierras raras, metales de transición o
metales del grupo IIIA. M es preferiblemente una forma catiónica de
uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en Na, K,
Cs, Mg, La, Ce, Ca, Al o Zn. Preferiblemente, el adsorbente tiene
una relación silicio/aluminio de menos de aproximadamente 1,25 y una
selectividad argón/oxígeno superior a aproximadamente 1,05.
En la presente descripción, selectividad se
define de manera genérica como el grado de adsorción de un
componente en relación con el grado de adsorción de otro componente
en un adsorbente determinado. La selectividad de un primer
componente en relación con un segundo componente se define de manera
específica aquí como la relación de la constante de la ley de Henry
del primer componente a la constante de la ley de Henry del segundo
componente, determinándose las constantes de la ley de Henry a
partir de las isotermas de adsorción correspondientes a una
temperatura de 23ºC. La constante de la ley de Henry se define como
la pendiente inicial de la isoterma de adsorción de gas puro a una
carga de adsorbato baja, siendo la isoterma lineal. El adsorbente en
la segunda zona de adsorción es preferiblemente una zeolita X con de
intercambio de plata que tiene una relación de la constante de la
ley de Henry de argón a la constante de la ley de Henry de oxígeno a
23ºC de al menos aproximadamente 1,05 y tiene un nivel de
intercambio de plata inferior o igual a aproximadamente 0,7 del
total de sitios intercambiables en la zeolita.
El recipiente de adsorción que contiene las dos
zonas de adsorción que consisten en dos capas adsorbentes funciona
utilizando las etapas de adsorción del proceso cíclico de adsorción
por presión oscilante conocido, despresurización, evacuación, purga
y represurización. Se puede utilizar cualquier combinación y
modificación adecuada de estas etapas cíclicas. El proceso puede
utilizar un solo recipiente de adsorción con uno o más tanques de
almacenamiento para almacenar el gas producido antes en el ciclo
para su uso después en el ciclo para la purga y/o represurización.
Alternativamente, se pueden poner en marcha dos o más recipientes de
adsorción en paralelo secuencialmente con etapas de ciclo
solapantes, y en esto se puede necesitar o no tanques de
almacenamiento de gas alternativos.
La etapa de adsorción se define como el período
de tiempo en el ciclo de adsorción durante el cual se introduce el
gas de alimentación en el recipiente o recipientes de adsorción al
mismo tiempo que se retira un gas enriquecido en uno de los
componentes de alimentación, típicamente definido como gas producto,
desde el recipiente o recipientes. La dirección de corriente de gas
de la etapa de adsorción se define como la dirección de corriente
progresiva o de alimentación. La presión en el recipiente de
adsorción durante la etapa de adsorción puede ser constante o puede
variar dependiendo de los índices relativos de la introducción de
gas de alimentación y la retirada de gas producto. La etapa de
adsorción tiene lugar al pasar el gas de alimentación que contiene
oxígeno, nitrógeno y argón a un recipiente de adsorción que ha sido
previamente regenerado y represurizado a la presión inicial de la
etapa de adsorción. El gas de alimentación es típicamente aire que
ha sido comprimido a la presión deseada, si bien el gas de
alimentación puede ser cualquier mezcla gaseosa que contenga
oxígeno, nitrógeno y argón.
El gas de alimentación fluye a través de la
primera capa de adsorbente en la que se adsorbe preferentemente
nitrógeno en relación con el oxígeno y el argón y, a continuación,
el gas intermedio desprovisto de nitrógeno fluye a través de la
segunda capa adsorbente en la que se adsorbe preferentemente el
argón en relación con el oxígeno. El gas intermedio desprovisto de
nitrógeno puede contener nitrógeno residual, tal como se ha descrito
antes y, en este caso, este nitrógeno residual sería adsorbido en la
segunda capa adsorbente durante al menos una porción de la etapa de
adsorción. El gas producto de oxígeno de alta pureza, que contiene
preferiblemente al menos un 97% en volumen de oxígeno, pasa desde la
segunda capa adsorbente y se retira desde el recipiente de
adsorción. La etapa de adsorción termina cuando se acaba el flujo de
gas de alimentación al recipiente de adsorción.
El término gas intermedio desprovisto de
nitrógeno tal como se utiliza aquí significa un gas retirado de la
primera capa adsorbente durante la etapa de adsorción. El gas
intermedio desprovisto de nitrógeno puede oscilar en concentración
desde 0% en volumen de nitrógeno hasta la concentración del
nitrógeno en el gas de alimentación en la primera capa
adsorbente.
La etapa de despresurización sigue a la etapa
adsorción y precede a las etapas de soplado y/o evacuación (si se
emplean estas etapas). Durante la etapa de despresurización, el
recipiente de adsorción se despresuriza típicamente en la dirección
de corriente progresiva, es decir, en la misma dirección que el
flujo de gas de alimentación en la etapa de adsorción y el gas de
despresurización enriquecido con oxígeno se retira a una presión
menor para su uso como gas de represurización y/o gas de purga. El
gas enriquecido con oxígeno se puede utilizar como gas producto. Si
se utiliza un único recipiente de adsorción, este gas enriquecido
con oxígeno se puede almacenar en uno o más tanques de
almacenamiento de gas para su uso posterior para la represurización
y/o purga del recipiente de adsorción. Si se ponen en funcionamiento
dos o más recipientes de adsorción en paralelo secuencialmente con
etapas de ciclo solapantes, es posible que no se necesiten tanques
de almacenamiento de gas y el gas enriquecido con oxígeno retirado
de un recipiente de adsorción determinado se puede utilizar
directamente en otro recipiente de adsorción u otros recipientes de
adsorción para la represurización y/o purga. Una porción
significativa del gas enriquecido con oxígeno utilizado para la
represurización se recupera como producto en la etapa de adsorción
del siguiente ciclo del proceso de adsorción. Así pues, es deseable
optimizar el volumen y aumentar al máximo la pureza del gas de
despresurización retirado para su uso como gas de
represurización.
La etapa de despresurización difiere de las
etapas de soplado y/o evacuación en que el flujo de gas en estas
etapas es a contracorriente (es decir, en dirección opuesta a la
dirección de alimentación) y el gas retirado de estas etapas se
ventila típicamente o se utiliza como subproducto.
La etapa de adsorción y la etapa de
despresurización se pueden definir en combinación como una etapa de
corriente progresiva combinada durante la cual se retira el gas
enriquecido con oxígeno del recipiente de adsorción en la dirección
contracorriente (es decir, la dirección de alimentación).
La penetración de nitrógeno tal como se define
aquí tiene lugar de una vez durante la etapa de corriente progresiva
en el que el borde de ataque de una zona de transferencia de masa de
adsorción de nitrógeno o de una zona de transferencia de masa de
desorción de nitrógeno alcanza el extremo de la primera capa de
adsorción y el nitrógeno pasa a la segunda capa de adsorción. La
penetración de nitrógeno puede tener lugar cuando el nitrógeno no
adsorbido pasa a la segunda capa de adsorción durante la etapa de
adsorción. Si no tiene lugar la penetración de nitrógeno durante la
etapa de adsorción, tendrá lugar durante la etapa de
despresurización, cuando el nitrógeno desadsorbido de la primera
capa de adsorción pasa a la segunda capa de adsorción. La
concentración de nitrógeno en el gas que pasa a la segunda capa de
adsorción en la penetración está comprendida típicamente entre un
mínimo de aproximadamente 0,5% en volumen y un máximo de la
concentración de nitrógeno en el gas de alimentación que entra en la
primera capa adsorbente. Tras la penetración de nitrógeno, el
nitrógeno que pasa desde la primera capa de adsorción se adsorbe
preferiblemente a la segunda capa de adsorción. Tras la penetración,
la concentración de nitrógeno en el gas que sale desde la primera
capa de adsorción aumentará. Si se deja que prosiga la etapa de
adsorción lo suficiente después de la penetración desde la primera
capa de adsorción, el adsorbente de la primera capa puede alcanzar
saturación de nitrógeno.
La concentración de nitrógeno en el gas en
cualquier localización del eje de la primera o la segunda capa de
adsorción en el recipiente de adsorción en cualquier momento durante
la etapa de corriente progresiva se define como la concentración
media tomada en relación con el corte transversal del lecho
adsorbente perpendicular a la dirección de flujo.
Cuando el perfil de la concentración de nitrógeno
al comienzo de la etapa de adsorción está contenida en la primera
capa de adsorción para las condiciones de funcionamiento
seleccionadas, la concentración de nitrógeno inicial en el gas que
sale de la primera capa de adsorción durante la etapa de adsorción
es típicamente relativamente constante a un bajo nivel, por ejemplo
por debajo de aproximadamente 0,5% en volumen. El perfil de
concentración de nitrógeno se define como la concentración de
nitrógeno como una función de la distancia axial en una capa
adsorbente en un tiempo determinado. Después de que el borde de
ataque del perfil de concentración de nitrógeno llega al extremo de
esta capa, se produce la penetración y la concentración de nitrógeno
retirado de la primera zona de adsorción aumenta rápidamente. Es
decir, tiene lugar la penetración durante la etapa de adsorción.
Cuando el perfil de concentración de nitrógeno al inicio de la etapa
de adsorción no está contenido en la primera capa adsorbente para
las condiciones de funcionamiento seleccionadas, la concentración de
nitrógeno inicial en el gas que sale de la primera capa adsorbente
comenzará a aumentar inmediatamente. En este caso, la penetración
tendrá lugar al principio de la etapa de adsorción.
La etapa de adsorción tiene lugar (1) durante un
período de tiempo seleccionado previamente o (2) hasta que se
alcanza un grado de penetración de nitrógeno preferible desde la
primera capa de adsorción. En este punto termina el flujo de gas de
alimentación al recipiente de adsorción y acaba la etapa de
adsorción. Se continúa retirando el gas enriquecido con oxígeno del
recipiente de adsorción a una presión menor y prosigue la etapa de
despresurización (3) durante un período de tiempo seleccionado
previamente o (4) hasta alcanzar un grado preferible de penetración
de nitrógeno en el extremo de la primera capa adsorbente. Si (2) y
(4) son difíciles de determinar en la operación del sistema de
adsorción real, los tiempos preseleccionados (1) y (3) pueden
determinarse a partir de la experiencia de operación de manera que
la penetración de nitrógeno tenga lugar durante la etapa de
adsorción o la etapa de despresurización.
Después de la penetración de nitrógeno desde la
primera capa, que tiene lugar durante la etapa de adsorción o la
etapa de despresurización, el gas que entra en la segunda capa de
adsorción contiene típicamente una mayor concentración de nitrógeno.
Este nitrógeno se adsorbe preferentemente en la porción inicial de
la segunda capa de adsorción y comienza al desplazar el argón
adsorbido anteriormente en la etapa de adsorción. Esto causa la
formación de una zona de argón desadsorbido delante de la parte
frontal en movimiento de nitrógeno de adsorción más potente, y esta
zona contiene una concentración en fase gaseosa de argón superior
que la presente en el gas que entra en la segunda capa adsorbente
desde la primera capa de adsorción antes de la etapa de adsorción.
Una ola de gas que contiene esta mayor concentración de argón
comienza a desplazarse a través de la segunda capa de adsorción (un
fenómeno que se denomina "movimiento ascendente de argón").
Este aumento localizado en la concentración de la fase gaseosa del
argón causa la adsorción de más argón, lo que perfila la zona de
transferencia de masa de argón en la segunda capa de adsorbente. Es
un fenómeno deseable ya que aumenta la utilización del adsorbente
para la extracción de argón en la segunda capa adsorbente. Esto a su
vez, aumenta la recuperación de gas de despresurización rico en
oxígeno durante la primera porción de la etapa de despresurización y
la recuperación global del gas producto durante la etapa de
adsorción. Así pues, en la presente invención es preferible que la
penetración de nitrógeno desde la primera capa de adsorbente tenga
lugar durante la etapa de adsorción o durante la etapa de
despresurización.
El periodo de tiempo tras la penetración de
nitrógeno desde la primera capa de adsorción a la que termina la
etapa de adsorción o a la que se termina la etapa de
despresurización dependerá de las propiedades de los adsorbentes en
las capas de adsorción primera y segunda, la profundidad o volumen
relativo de cada capa de adsorción, la presión y la temperatura en
el recipiente de adsorción, la velocidad superficial del gas en las
capas adsorbentes y la pureza de producto de oxígeno requerida. Una
vez que se fijan estos parámetros, el tiempo de funcionamiento tras
la penetración puede controlarse seleccionando las duraciones de la
etapa de adsorción y la etapa de despresurización. Alternativamente,
si se prefieren duraciones específicas de la etapa de adsorción y la
etapa de despresurización, se puede fijar la profundidad requerida o
el volumen de cada capa de adsorción.
La selección adecuada del tiempo de
funcionamiento tras la penetración de nitrógeno desde la primera
capa de adsorción durante la etapa de adsorción y la etapa de
despresurización permitirá la utilización óptima del adsorbente para
el nitrógeno en la primera capa de adsorción y para el argón en la
segunda capa de adsorción a la pureza de producto de oxígeno
requerida.
La descripción que se acaba de exponer de las
capas de adsorción se basa en un recipiente de adsorción cilíndrico
típico que contiene las capas de adsorbente, fluyendo el gas
axialmente a través del recipiente. Se pueden emplear otros tipos de
configuraciones de adsorbente, como por ejemplo lechos de flujo
radial o lechos de flujo transversal horizontal, en los que las
características y ventajas de la presente invención también pueden
apreciarse.
En un planteamiento del diseño del sistema de
adsorción, el tamaño de cada una de las dos capas de adsorción se
puede seleccionar para aumentar al máximo la producción de oxígeno
para una pureza de producto de oxígeno determinada. En un recipiente
de adsorción cilíndrico que contiene las capas del adsorbente en el
que el gas fluye axialmente a través del recipiente, y en el que el
diámetro del recipiente es típicamente constante en la dirección
axial, tanto la profundidad como el volumen se pueden utilizar para
describir el tamaño relativo de cada capa. En la presente
descripción, se utilizará el volumen como base, y el volumen ocupado
por cada capa se describirá como el porcentaje en volumen del
volumen total ocupado por las dos capas. La base del volumen también
será apropiada por ejemplo en lechos de flujo radial o en lechos de
flujo transversal horizontal.
Una vez que se han determinado los períodos de
tiempo del ciclo y otros parámetros operativos, el porcentaje en
volumen de cada capa se puede seleccionar para que el período
deseado de operación tenga lugar tras la penetración de nitrógeno
desde la primera capa. Si el porcentaje en volumen de la segunda
capa es demasiado pequeño, la penetración de nitrógeno en la segunda
capa no tendrá lugar y no se puede proporcionar oxígeno de alta
pureza a niveles de producción prácticos. Por el contrario, si el
porcentaje en volumen de la segunda capa es demasiado grande, el
coste mayor potencialmente del adsorbente en la segunda capa en
relación con el de la primera tendría como resultado una
penalización económica. Se ha observado en la presente invención que
la producción de oxígeno de alta pureza (es decir 97% en volumen y
superior) se lleva a cabo preferiblemente utilizando al menos
aproximadamente un 35 por ciento en volumen en la segunda capa, más
preferiblemente entre un 50 por ciento en volumen y aproximadamente
un 75 por ciento en volumen en la segunda capa.
Son posibles diversos modos de realización de la
etapa de corriente progresiva. En uno de los modos de realización,
se pone en funcionamiento el proceso para que la penetración de
nitrógeno tenga lugar desde la primera capa de adsorción durante
este último periodo de la etapa de adsorción. En otro modo de
realización, la penetración puede tener lugar desde la primera capa
adsorbente a lo largo de toda la etapa de adsorción. En otro modo de
realización más, la penetración tiene lugar desde la primera capa
adsorbente solamente durante la etapa de despresurización.
Se preparó una zeolita de tipo X con bajo
contenido en sílice de litio con intercambio de plata a través del
siguiente método. El material de partida consistió en 0,93 de Li en
perlas, 0,07 de Na+K, zeolita X con bajo contenido en sílice (LSX)
con una relación Si/Al de 1,0. La fracción 0,93 describe la fracción
del total de sitios para intercambio iónico disponibles en la
zeolita ocupados por Li y la fracción 0,07 describe la fracción del
total de sitios para intercambio iónico en la zeolita ocupados por
Na+K. Se dejó hidratar el material dejando 11,355 litros del
LiNaKLSX en capas finas sobre bandejas expuestas a la atmósfera
durante 48 horas. Se preparó la solución de partida disolviendo
2.893 g de AgNO_{3} en 4.613 moles de HNO_{3} en una cubeta de
19 litros (5 galones). A continuación, se vertieron rápidamente los
11,355 litros de perlas en la cubeta y se agitó con una varilla de
teflón para mezclarlo. A continuación, se dejaron en reposo a
temperatura ambiente las perlas en solución durante 2 horas. Se
vertió el contenido de la cubeta sobre un tamiz para separar la
solución y se volvieron a introducir las perlas en la cubeta. A
continuación, se añadieron 6,65 litros (1,75 galones) de agua
desionizada a 70ºC a las perlas y se dejó en reposo a temperatura
ambiente durante 30 minutos. Se separó por filtración la solución de
enjuagado y se realizaron dos enjuagados más de 30 minutos cada uno
sobre las perlas. Una vez separada la solución de enjuagado final,
se dejaron en reposo las perlas a temperatura ambiente durante toda
la noche.
Se activó una porción del adsorbente colocando 9
mL en un tubo de acero de 12,7 mm (0,5 pulgadas) de diámetro que
había sido colocado en un horno de tubo normal. Se envió una mezcla
de 80% de nitrógeno y 20% de oxígeno a través del lecho a una
velocidad de 385 mL/min al mismo tiempo que se ponía en marcha el
siguiente programa de temperatura. El tubo de adsorbente se mantuvo
a 30ºC durante 30 minutos y después se fue aumentando en rampa la
temperatura hasta 400ºC a una velocidad de 1,2ºC/minuto. A
continuación, se mantuvo la columna de adsorbente a 400ºC durante 4
horas, tras lo cual se dejó enfriar a temperatura ambiente antes de
su extracción. Después del enfriado, se transfirió la columna a una
caja seca purgada con nitrógeno para su posterior manejo para evitar
la readsorción de agua.
El adsorbente de zeolita preparado en este
procedimiento se describe aquí como AgLiNaKLSX. Las fracciones del
total de sitios para intercambio iónico en la estructura de zeolita
ocupados por Li, Ag y Na+K fueron 0,59, 0,39 y 0,03 respectivamente.
En lo que se refiere al formato general utilizado anteriormente para
describir el adsorbente (es decir Li_{x}Ag_{y}M_{z}X), x=
0,59, y= 0,39, y z= 0,03. Se determinaron las isotermas de
adsorción de componente puro para oxígeno, nitrógeno, y argón para
muestras de este adsorbente a 0, 23, 45 y 70ºC utilizando ASAP 2010
de Micrometrics. En las figuras 3, 4 y 5 se dan los datos de las
isotermas.
Se determinaron las constantes de la ley de Henry
a partir de los datos de las isotermas y se calcularon las
selectividades como las relaciones de las constantes apropiadas. Las
selectividades calculadas son las siguientes: argón/oxígeno, 1,2;
nitrógeno/oxígeno, 9,7; y nitrógeno/argón, 8,3. Los datos de las
isotermas fueron adaptados a un modelo de isotermas de adsorción de
Langmuir de sitio dual, utilizando el método de cuadrados mínimos no
lineales.
Se modeló un ciclo de adsorción por presión
oscilante de dos lechos para tres composiciones de alimentación
diferentes utilizando un simulador de columna de adsorción SIMPAC
utilizando los datos de las isotermas y las selectividades antes
determinadas. La temperatura de alimentación fue 37,7ºC (100ºF). El
ciclo utilizado en la simulación fue 60 segundos de duración,
funcionando a presiones comprendidas entre 34,47 y 137,9 kPa (5 -20
psia) y comprenden las etapas de:
(a) alimentación (23,5 segundos)
(b) despresurización (3,5 segundos)
(c) despresurización/evacuación (3 segundos)
(d) evacuación/purga (27 segundos)
(e) represurización (3 segundos)
Cada uno de los volúmenes de lecho en la
simulación consistió en una capa de un adsorbente LiLSX comercial
hacia la entrada que componía hasta un 25% del volumen total de
lecho y una capa del adsorbente AgLiNaKLXS del ejemplo 1 que
componía 75% restante del volumen total de lecho. Se puso en
funcionamiento el ciclo para dar un producto de alta pureza que
contenía 99% en volumen de oxígeno.
Se determinaron la recuperación de oxígeno y la
productividad relativa para cada una de las tres composiciones de
alimentación. En la tabla 1 se muestran los resultados. La
recuperación de oxígeno se define como el porcentaje del oxígeno en
el gas de alimentación que se recupera como producto. La
productividad se define como la velocidad de producción de
oxígeno.
Los resultados de esta simulación indican que
tanto la recuperación de oxígeno como la productividad relativa son
mínimos cuando el gas de alimentación no contiene nitrógeno. Esto
indica que es preferible contar con un gas de alimentación que
contenga al menos algo de nitrógeno.
En aplicaciones prácticas, son preferibles
concentraciones de nitrógeno más altas en el gas de alimentación
(como por ejemplo aire) para la recuperación de oxígeno de alta
pureza. Esto sería beneficioso para el funcionamiento de un sistema
de PSA en el que es deseable reducir al mínimo la energía utilizada
para la compresión del gas de alimentación. En situaciones en las
que la energía es de relativa menor importancia (por ejemplo en
sistemas PSA más reducidos), sería preferible una mayor
productividad y se podría conseguir con una concentración de
alimentación de nitrógeno inferior. Es un resultado sorprendente, no
obstante, que la ausencia de nitrógeno en el gas de alimentación
lleve a una productividad de oxígeno significativamente menor.
Se podría proporcionar la corriente de
alimentación de oxígeno al 90% de la tabla 1 por ejemplo a través de
un sistema PSA o VSA en funcionamiento con una corriente de
alimentación de aire. Cuando se opera con la corriente de
alimentación de oxígeno al 90% en volumen, la corriente de
subproducto contiene 89,5% en volumen de oxígeno podría proporcionar
una corriente de producto secundaria de oxígeno moderadamente puro,
o alternativamente, se podría utilizar como un gas de purga para el
sistema PSA o VSA en funcionamiento con una corriente de
alimentación de aire.
Se llevaron a cabo simulaciones adicionales
utilizando el mismo método de simulación y propiedades de adsorbente
que en el ejemplo 2. Se determinó la productividad (es decir,
velocidad de producción) a una pureza de producto de 99% en volumen
de oxígeno para diversos volúmenes relativos de las dos capas
adsorbentes, variándose el % en volumen del AgLiNaKLSX de 0 a 100%
del volumen total de ambas capas.
En la figura 1 se muestran los resultados, donde
se indica que la capa de AgLiNaKLSX deberá ser superior a
aproximadamente 35% en volumen, preferiblemente entre
aproximadamente 50 y aproximadamente 75% en volumen. A menos de
aproximadamente 35% en volumen, no se puede conseguir una pureza de
producto de 99% en volumen de oxígeno a un nivel de producción
práctico. A un porcentaje superior a aproximadamente 75% en volumen,
se puede conseguir fácilmente la pureza de producto deseable, pero
en detrimento del aspecto económico cuando se considera el coste
potencialmente superior de AgLiNaKLSX en relación con LiLSX. Los
perfiles de concentración de la simulación demuestran que cuando la
capa de AgLiNaKLSX es inferior a aproximadamente 35% en volumen del
volumen total de ambas capas, no tiene lugar la penetración de
nitrógeno en esta capa, mientras que a un porcentaje en volumen
superior de AgLiNaKLSX sí que tiene lugar la penetración.
Se llevaron a cabo simulaciones adicionales
utilizando el mismo método de simulación y las mismas propiedades de
adsorbente que las empleadas en el ejemplo 2. Se determinaron la
pureza del producto de oxígeno y la recuperación a diferentes % en
volumen de la capa de AgLiNaKLSX entre 0 y 100% del volumen total de
las dos capas adsorbentes. En la figura 2 se muestran los resultados
de las simulaciones.
Se puede observar que a purezas de producto
inferiores (por debajo de aproximadamente 96% en volumen), el
adsorbente preferible es LiLSX sin la segunda capa de AgLiNaKLSX.
Por encima de esta pureza de producto, se ve que no se puede
utilizar LiLSX en solitario, algo que es de esperar ya que este
adsorbente no tiene selectividad para argón en relación con oxígeno.
Por encima de aproximadamente un 96% en volumen de oxígeno, la
relación de la recuperación de oxígeno al % en volumen de AgLiNaKLSX
se invierte y son preferibles volúmenes superiores de AgLiNaKLSX.
Sin embargo, se observa que la diferencia en la recuperación de
oxígeno entre 75% en volumen y 100% en volumen de AgLINaKLSX es
insignificante. La cantidad de AgLiNaKLSX preferible está
comprendida entre 50 y 75% en volumen, una conclusión similar a la
del ejemplo 3.
Teniendo en cuenta los resultados expuestos, se
concluye que el uso de un % en volumen superior de AgLiNaKLSX en un
adsorbente de LiLSX/AgLiNaKLSX de dos capas es preferible para la
obtención de un producto de oxígeno con una pureza de oxígeno
superior a 96% en volumen, y que la penetración de nitrógeno desde
la capa de LiLSX es una ventaja para el rendimiento global del
sistema de PSA a estas purezas de producto de oxígeno altas.
En esta descripción se han expuesto de forma
exhaustiva las características esenciales de la presente invención.
Los especialistas en la técnica podrán entender que la invención
puede estar sujeta a diversas modificaciones sin desviarse del marco
y los equivalentes de las reivindicaciones que siguen.
Claims (21)
1. Un proceso de adsorción por presión oscilante
cíclico para la recuperación de oxígeno desde un gas de alimentación
que comprende oxígeno, nitrógeno y argón y una etapa de corriente
progresiva combinada que consiste en:
(a) paso del gas de alimentación a una primera
zona de adsorción que contiene un adsorbente selectivo para la
adsorción de nitrógeno en relación con oxígeno y argón y retirada de
la misma de un gas intermedio desprovisto de nitrógeno.
(b) paso del gas intermedio desprovisto de
nitrógeno a una segunda zona de adsorción que contiene un adsorbente
que es selectivo para la adsorción de nitrógeno en relación con
argón y que es selectivo para la adsorción de argón en relación con
oxígeno;
(c) retirada de un gas producto enriquecido con
oxígeno de la segunda zona de adsorción; y
(d) terminación del paso del gas de alimentación
a la primera zona de adsorción y retirada de un gas de
despresurización enriquecido con oxígeno desde la segunda zona de
adsorción en la misma dirección de flujo que (c);
teniendo lugar la penetración de nitrógeno desde
la primera zona de adsorción y adsorbiéndose el nitrógeno en la
segunda zona de adsorción tras la penetración de nitrógeno.
2. El proceso de la reivindicación 1 en el que
tiene lugar la penetración de nitrógeno desde la primera zona de
adsorción durante (a) y se adsorbe nitrógeno en la segunda zona de
adsorción tras la penetración de nitrógeno.
3. El proceso de la reivindicación 1 en el que la
penetración de nitrógeno desde la primera zona de adsorción tiene
lugar durante (d) y se adsorbe nitrógeno en la segunda zona de
adsorción tras la penetración de nitrógeno.
4. El proceso de la reivindicación 1 en el que la
concentración de nitrógeno en el gas intermedio desprovisto de
nitrógeno retirado de la primera zona de adsorción tras la
penetración de nitrógeno está comprendida entre aproximadamente 0,5%
en volumen y la concentración de nitrógeno en el gas de alimentación
que entra en la primera zona de adsorción.
5. El proceso de la reivindicación 1 en el que el
producto enriquecido con oxígeno contiene al menos un 97% en volumen
de oxígeno.
6. El proceso de la reivindicación 1 en el que el
adsorbente en la primera zona de adsorción comprende uno o más
adsorbentes seleccionados del grupo que consiste en NaX, CaX, CaA,
LiNaKX, LiZnX, donde X representa una zeolita X con una relación
Si/Al comprendida entre aproximadamente 1,0 y aproximadamente
1,25.
7. El proceso de la reivindicación 1 en el que el
adsorbente en la segunda zona de adsorción consiste en una zeolita X
de intercambio de plata que tiene una relación de la constante de la
ley de Henry de argón a la constante de la ley de Henry de oxígeno a
23ºC de al menos aproximadamente 1,05 y que tiene un nivel de
intercambio de ion plata inferior o igual a aproximadamente 0,7 del
total de sitios intercambiables en la zeolita.
8. El proceso de la reivindicación 7 en el que
los cationes en la zeolita X comprenden Li y Ag, la composición de
catión de intercambio iónico está en la forma
Li_{x}Ag_{y}M_{z}X en la que 0,85 \leq x+y \leq 1, 0,2
\leq y \leq 0,7, y 0,0 \leq z \leq 0,15,donde M representa
uno o más cationes y, x, y z representan
fracciones del total de sitios intercambiables en la zeolita, y
teniendo el adsorbente una relación silicio/aluminio de menos de
aproximadamente 1,25 y una selectividad argón/oxígeno superior a
aproximadamente 1,05.
9. El proceso de la reivindicación 1 en el que el
gas de alimentación es aire.
10. El proceso de la reivindicación 1 en el que
el gas de alimentación comprende oxígeno, nitrógeno y argón, la
concentración de oxígeno en el gas de alimentación está comprendida
entre aproximadamente 20 y aproximadamente 95% en volumen y la
concentración de argón en el gas de alimentación está comprendida
entre aproximadamente 1 y aproximadamente 5% en volumen.
11. El proceso de la reivindicación 1 en el que
el volumen ocupado por la segunda zona de adsorción es superior a
aproximadamente 35% y menos de 100% del volumen total ocupado por la
primera y segunda zona de adsorción.
12. El proceso de la reivindicación 11 en el que
el volumen ocupado por la segunda zona de adsorción es superior a
50% e inferior a 100% del volumen total ocupado por la primera y
segunda zona de adsorción.
13. El proceso de la reivindicación 12 en el que
el volumen ocupado por la segunda zona de adsorción es superior a
50% e inferior o igual a aproximadamente 75% del volumen total
ocupado por la primera y segunda zona de adsorción.
14. El proceso de la reivindicación 13 en el que
la primera y segunda zona de adsorción comprenden capas individuales
de adsorbente en un solo recipiente.
15. El proceso de la reivindicación 1 en el que
el gas de alimentación se proporciona a través de un producto
gaseoso de otro proceso de adsorción por presión oscilante y en el
que el producto gaseoso contiene aproximadamente 95% en volumen de
oxígeno.
16. Un adsorbente para su uso en un proceso de
adsorción por presión oscilante para la recuperación de oxígeno
desde un gas de alimentación que comprende oxígeno, nitrógeno y
argón, consistiendo dicho adsorbente:
(a) un recipiente que tiene un extremo de entrada
y un extremo de salida;
(b) una primera zona de adsorción que contiene un
adsorbente que es selectivo para la adsorción de nitrógeno en
relación con oxígeno y argón;
(c) una segunda zona de adsorción dispuesta entre
la primera zona de adsorción y el extremo de la salida, conteniendo
la segunda zona de adsorción un adsorbente que es selectivo para la
adsorción de nitrógeno en relación con argón y es selectivo para la
adsorción de argón en relación con oxígeno, y siendo el volumen
ocupado por la segunda zona de adsorción superior a 50% e inferior a
100% del total del volumen ocupado por las zonas de adsorción
primera y segunda;
(d) un medio de tubería en el extremo de entrada
para el paso del gas de alimentación en el adsorbente; y
(e) un medio de tubería en el extremo de salida
para la retirada del gas producto de oxígeno desde el
adsorbente.
17. El adsorbente de la reivindicación 16, en el
que la primera y segunda zona de adsorción comprende respectivamente
una primera y una segunda capa de adsorbente en el recipiente.
18. El adsorbente de la reivindicación 17 en el
que el volumen ocupado por la segunda capa de adsorbente es superior
a 50% e inferior o igual a aproximadamente 75% del volumen total
ocupado por la primera y segunda capa de adsorbente.
19. El adsorbente de la reivindicación 17 en el
que el adsorbente de la primera capa de adsorbente consiste en uno o
más adsorbentes seleccionados del grupo que consiste en NaX, CaX,
CaA, LiNaKX, LiZnX, donde X representa una zeolita X con una
relación Si/Al comprendida entre aproximadamente 1,0 y
aproximadamente 1,25.
20. El adsorbente de la reivindicación 17 en el
que el adsorbente de la segunda capa comprende una zeolita X de
intercambio de plata en la que la relación de la constante de la ley
de Henry de argón a la constante de la ley de Henry de oxígeno a
23ºC es al menos aproximadamente 1,05 y en la que el nivel de
intercambio de ion plata es inferior o igual a aproximadamente 0,7
del total de sitios intercambiables en la zeolita.
21. El adsorbente de la reivindicación 17 en el
que el adsorbente de la segunda capa comprende una zeolita X que
tiene una composición de catión de intercambio iónico en la forma de
Li_{x}Ag_{y}M_{z}X en la que 0,85 \leq x+y \leq 1, 0,2
\leq y \leq 0,7, y 0,0 \leq z \leq 0,15,donde M representa
uno o más cationes y x, y, z representan fracciones del total de
sitios intercambiables en la zeolita, y en la que el adsorbente
tiene una relación silicio/aluminio de menos de aproximadamente 1,25
y una selectividad argón/oxígeno superior a aproximadamente
1,05.
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