ES2245960T3 - Procedimiento de adsorcion con presion alterna para producir un gas con una presion decreciente en el lecho de adsorcion. - Google Patents
Procedimiento de adsorcion con presion alterna para producir un gas con una presion decreciente en el lecho de adsorcion.Info
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Abstract
Un proceso de adsorción con presión oscilante para la separación de un gas de alimentación a presión conteniendo al menos un componente más fuertemente adsorbible y al menos un componente menos fuertemente adsorbible que incluye los pasos de: (a) introducir el gas de alimentación a presión en un extremo de alimentación de un lecho de adsorción conteniendo uno o varios adsorbentes sólidos que adsorben preferentemente el componente más fuertemente adsorbible y retirar de un extremo de producto del lecho de adsorción un primer gas efluente adsorbedor enriquecido en el componente menos fuertemente adsorbible, donde el primer gas efluente adsorbedor se utiliza como gas final producido; (b) terminar la introducción del gas de alimentación a presión en el lecho de adsorción retirando al mismo tiempo del extremo de producto del lecho de adsorción un segundo gas efluente adsorbedor enriquecido en el componente menos fuertemente adsorbible, donde la presión en el lecho de adsorción disminuye mientrasel segundo gas efluente adsorbedor se retira de él, y donde el segundo gas efluente adsorbedor se utiliza como gas final producido adicional; (c) despresurizar el lecho de adsorción a una presión de lecho mínima extrayendo gas adicional de él; (d) volver a presurizar el lecho de adsorción introduciendo gas de represurización en el lecho, donde al menos una porción del gas de represurización la facilita el gas de alimentación a presión; y (e) repetir los pasos (a) a (d) de manera cíclica.
Description
Procedimiento de adsorción con presión alterna
para producir un gas con una presión decreciente en el lecho de
adsorción.
La adsorción con presión oscilante es un método
conocido para la separación de mezclas de gas a granel y para la
purificación de corrientes de gas conteniendo concentraciones bajas
de componentes indeseables. El método se ha desarrollado y adaptado
para una amplia gama de gases de alimentación, condiciones
operativas, pureza de producto, y recuperación de producto. Muchos
sistemas de adsorción con presión oscilante utilizan dos o más
lechos de adsorción operados en una secuencia cíclica para mantener
una velocidad constante de flujo de producto mientras los lechos
seleccionados experimentan varios pasos incluyendo adsorción,
despresurización, evacuación, purga, igualación de presión,
represurización, y otros pasos relacionados. Se requieren múltiples
lechos de adsorción que usan numerosos pasos de proceso para lograr
alta pureza y/o recuperación de productos gaseosos valiosos tales
como hidrógeno, óxidos de carbono, gas de síntesis, hidrocarbonos
ligeros, y análogos. También se utilizan múltiples lechos de
adsorción que usan estos pasos de proceso para recuperar oxígeno
del aire.
Muchos de estos procesos de adsorción con presión
oscilante operan parcialmente a presiones inferiores a la
atmosférica y se describen en la técnica como procesos de adsorción
por vacío oscilante (VSA) o adsorción con
presión-vacío oscilante (VPSA). En la presente
memoria descriptiva, se usa adsorción con presión oscilante (PSA)
como un término genérico para describir todos los tipos de sistemas
de adsorción cíclicos independientemente de los niveles de presión
operativa.
En ciclos de procesos de adsorción con presión
oscilante, el gas necesario para los pasos de purga y
represurización lo facilita el gas obtenido durante otros pasos de
proceso. La represurización se puede realizar utilizando gas final
producido, gas intermedio obtenido por igualación de presión entre
lechos, gas de alimentación a presión, o sus combinaciones. La
purga se puede realizar por gas de despresurización intermedio de
otros lechos y/o por gas final producido.
La represurización de alimentación se describe en
las Patentes representativas de Estados Unidos 4.406.675 y
5.540.758, y en la Publicación de Patente europea número 0 354 259.
El uso de gas producto para purga y/o represurización se presenta
en las Patentes representativas de Estados Unidos 5.328.503,
5.411.578, 5.429.666, y 5.656.067. Las Patentes de Estados Unidos
5.330.561 y 5.203.888 describen represurización de lecho usando gas
de alimentación a presión o gas producto.
En los procesos de adsorción con presión
oscilante es deseable minimizar o eliminar la necesidad de usar gas
final producido para purga y represurización. Esto puede ser
difícil en muchos casos debido a la composición del gas de
alimentación, los requisitos de pureza del producto, y los
requisitos de recuperación de producto. La presente invención, que
se describe más adelante y define en las reivindicaciones que
siguen, permite máxima recuperación de producto sin precisar el uso
de gas final producido en los pasos de purga y represurización.
Esto da lugar a consumo de potencia y costo de capital reducidos
para el proceso.
La invención es un proceso de adsorción con
presión oscilante para la separación de un gas de alimentación a
presión conteniendo al menos un componente más fuertemente
adsorbible y al menos un componente menos fuertemente adsorbible. El
proceso incluye los pasos de:
- (a)
- introducir el gas de alimentación a presión en un extremo de alimentación de un lecho de adsorción conteniendo uno o varios adsorbentes sólidos que adsorben preferentemente el componente más fuertemente adsorbible y retiran de un extremo de producto del lecho de adsorción un primer gas efluente adsorbedor enriquecido en el componente menos fuertemente adsorbible, donde el primer gas efluente adsorbedor se utiliza como gas final producido;
- (b)
- terminar la introducción del gas de alimentación a presión en el lecho de adsorción retirando al mismo tiempo del extremo de producto del lecho de adsorción un segundo gas efluente adsorbedor enriquecido en el componente menos fuertemente adsorbible, donde la presión en el lecho de adsorción disminuye mientras el segundo gas efluente adsorbedor se retira de él, y donde el segundo gas efluente adsorbedor se utiliza como gas final producido adicional;
- (c)
- despresurizar el lecho de adsorción a una presión de lecho mínima extrayendo gas adicional de él;
- (d)
- volver a presurizar el lecho de adsorción introduciendo gas de represurización en el lecho, donde al menos una porción del gas de represurización la suministra gas de alimentación a presión; y
- (e)
- repetir los pasos (a) a (d) de manera cíclica.
El lecho de adsorción puede ser uno de una
pluralidad de lechos de adsorción, cada uno de los cuales
experimenta a su vez los pasos (a) a (e).
La despresurización de cada lecho de adsorción en
el paso (c) se puede realizar
- (c1)
- retirando una primera corriente de gas del lecho hasta que la presión en él llega a una primera presión intermedia;
- (c2)
- retirando una segunda corriente de gas del lecho hasta que la presión en él llega a una segunda presión intermedia; y
- (c3)
- evacuando el lecho desde el extremo de alimentación hasta que la presión en él llega a la presión de lecho mínima.
El proceso de la reivindicación 3 puede incluir
además purgar cada lecho después de la evacuación del paso (c3)
introduciendo un gas de purga en el extremo de producto del lecho
al mismo tiempo que se continúa evacuando gas del extremo de
alimentación del lecho. El gas de purga lo puede suministrar al
lecho la primera corriente de gas retirada de otro lecho en el paso
(c1).
El proceso puede incluir además evacuar el lecho
desde el extremo de alimentación retirando al mismo tiempo la
segunda corriente de gas del extremo de producto del lecho durante
el paso (c2). Una porción del gas de represurización introducido en
un lecho lo puede suministrar la segunda corriente de gas retirada
de otro lecho en el paso (c2).
El gas de alimentación a presión puede ser aire,
en cuyo caso el componente más fuertemente adsorbible es nitrógeno,
el componente menos fuertemente adsorbible es oxígeno, y el gas
final producido se enriquece con oxígeno. Una porción del gas de
represurización en el paso (d) se puede suministrar dejando que
fluya aire atmosférico al lecho de adsorción cuando la presión en
el lecho es inicialmente inferior a la presión atmosférica.
El lecho de adsorción puede ser opcionalmente un
solo lecho de adsorción. En este caso, la despresurización del
lecho de adsorción en el paso (c) se puede realizar
- (c1)
- retirando una primera corriente de gas del lecho hasta que la presión en él llega a una primera presión intermedia;
- (c2)
- retirando una segunda corriente de gas del lecho hasta que la presión en él llega a una segunda presión intermedia; y
- (c3)
- evacuando el lecho desde el extremo de alimentación hasta que la presión en él llega a la presión de lecho mínima.
El proceso puede incluir además purgar el lecho
después de la evacuación del paso (c3) introduciendo un gas de
purga en el extremo de producto del lecho al mismo tiempo que se
continúa evacuando gas del extremo de alimentación del lecho. Al
menos una porción del gas adicional retirada mientras se
despresuriza el adsorbedor extrayendo gas de él en el paso (c) se
introduce opcionalmente en un depósito de almacenamiento de gas. El
gas de purga lo puede suministrar al lecho al menos una porción del
gas introducido en el depósito de almacenamiento de gas en el paso
(c).
Se puede introducir porciones del primer gas
efluente adsorbedor y el segundo gas efluente adsorbedor en un
depósito de almacenamiento de gas producido durante los pasos (a) y
(b), y se puede retirar gas almacenado del depósito de
almacenamiento de producto durante los pasos (c) y (d) para
proporcionar gas final producido.
En una realización posible, la presente invención
es un proceso de adsorción con presión oscilante para la separación
de un gas de alimentación a presión conteniendo al menos un
componente más fuertemente adsorbible y al menos un componente
menos fuertemente adsorbible que incluye los pasos de:
- (a)
- introducir el gas de alimentación a presión en un extremo de alimentación de un lecho de adsorción conteniendo uno o varios adsorbentes sólidos que adsorben preferentemente el componente más fuertemente adsorbible y retirar de un extremo de producto del lecho de adsorción un primer gas efluente adsorbedor enriquecido en el componente menos fuertemente adsorbible, donde el primer gas efluente adsorbedor se utiliza como un gas final producido, donde el lecho de adsorción es uno de una pluralidad de lechos de adsorción;
- (b)
- terminar la introducción del gas de alimentación a presión en el lecho de adsorción retirando al mismo tiempo del extremo de producto del lecho de adsorción un segundo gas efluente adsorbedor enriquecido en el componente menos fuertemente adsorbible, donde la presión en el lecho de adsorción disminuye a la vez que el segundo gas efluente adsorbedor se retira de él, y donde el segundo gas efluente adsorbedor se utiliza como un gas final producido;
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- (c)
- despresurizar el lecho de adsorción a una presión de lecho mínima extrayendo gas adicional de él, donde la despresurización del lecho de adsorción se lleva a cabo
- (c1)
- retirando una primera corriente de gas del lecho hasta que la presión en él llega a una primera presión intermedia;
- (c2)
- retirando una segunda corriente de gas del lecho hasta que la presión en él llega a una segunda presión intermedia; y
- (c3)
- evacuando el lecho del extremo de alimentación hasta que la presión en él llega a la presión de lecho mínima;
- (d)
- purgar el lecho después de la evacuación del paso (c3) introduciendo un gas de purga en el extremo de producto del lecho al mismo tiempo que se continúa evacuando gas del extremo de alimentación del lecho, donde el gas de purga lo suministra al lecho la primera corriente de gas retirada de otro lecho en el paso (c1);
- (e)
- volver a presurizar el lecho de adsorción introduciendo la segunda corriente de gas retirada de otro lecho durante el paso (c2);
- (f)
- represurizar más el lecho de adsorción introduciendo gas de alimentación a presión al lecho; y
- (g)
- repetir los pasos (a) a (f) de manera cíclica.
El gas de alimentación a presión puede ser aire,
en cuyo caso el componente más fuertemente adsorbible es nitrógeno,
el componente menos fuertemente adsorbible es oxígeno, y el gas
final producido se enriquece con oxígeno. El proceso puede incluir
además, después del paso (e) y antes del paso (f), dejar que fluya
aire atmosférico al lecho de adsorción cuando la presión en el
lecho es inicialmente inferior a la presión atmosférica. El proceso
puede incluir además evacuar el lecho del extremo de alimentación
retirando al mismo tiempo la segunda corriente de gas del extremo de
producto del lecho durante el paso (c2).
La figura 1 es un gráfico de ciclos para una
realización de tres lechos de la presente invención.
La figura 2 es un diagrama esquemático de flujo
para una realización de tres lechos de la presente invención.
La invención es un proceso de adsorción con
presión oscilante para separar mezclas de gas mediante un ciclo de
proceso en el que no se requiere nada del gas final producido para
purga o represurización. El proceso es especialmente útil para
recuperar del aire un producto enriquecido con oxígeno y puede
utilizar un o una pluralidad de adsorbedores para llevar a cabo el
ciclo de proceso preferido.
En la presente descripción, el término gas final
producido significa gas de suficiente pureza retirado del (de los)
lecho(s) de adsorción que se envía, con o sin almacenamiento
intermedio, a uso final. Nada del gas final producido se vuelve a
ninguno de los lechos absorbentes durante los pasos del ciclo. Tiene
lugar un paso de alimentación durante el tiempo en el que se
introduce gas de alimentación a presión en el lecho de adsorción.
Un paso de hacer producto se define genéricamente por la extracción
de gas final producido del extremo de producto de un lecho de
adsorción. Un paso de hacer producto/alimentación se define como la
extracción de gas final producido del extremo de producto de un
lecho mientras se introduce gas de alimentación a presión en el
extremo de alimentación del lecho. Un paso de hacer producto/sin
alimentación se define como la extracción de gas final producido
del extremo de producto de un lecho sin la introducción de gas de
alimentación a presión en el extremo de alimentación del
lecho.
lecho.
La despresurización se define como la extracción
de gas del lecho de adsorción acompañada de la disminución de
presión del adsorbedor. La despresurización se puede lograr
venteando gas de una presión superatmosférica directamente a la
atmósfera o transfiriendo gas a otra cuba de proceso o volumen
cerrado que esté a una presión menor. La despresurización también
se puede lograr por evacuación, definida como la extracción de gas
del adsorbedor por medios mecánicos tal como una bomba de vacío o
ventilador. La evacuación se puede llevar a cabo en cualquier rango
de presiones del adsorbedor, pero se realiza típicamente a presiones
subatmosféricas, es decir, bajo vacío. La represurización se define
como la introducción de gas a la cuba de adsorbedor acompañada de un
aumento de la presión del adsorbedor.
La purga se define como la introducción de un gas
de purga en un extremo del adsorbedor mientras se retira un gas
efluente del otro extremo de la cuba. La purga se puede llevar a
cabo a presión decreciente, presión creciente, presión constante, o
cualquier combinación de las mismas. La purga es generalmente más
efectiva a presiones subatmosféricas. El gas de espacio vacío se
define como gas no adsorbido contenido dentro del volumen
intersticial o entre partículas dentro de la cuba de adsorbedor, e
incluye gas en el volumen muerto del tubo y la cuba que no está
ocupado por adsorbente. Aire atmosférico es aire no comprimido
obtenido directamente de la atmósfera circundante.
El ciclo de proceso de la presente invención se
puede llevar a cabo usando un solo lecho de adsorción o
preferiblemente una pluralidad de lechos de adsorción. El proceso
se puede usar para separar cualquier mezcla de gases incluyendo
componentes más fuertemente adsorbido y menos fuertemente adsorbido,
y es especialmente útil para recuperar del aire un producto
enriquecido con oxígeno. Una realización preferida utiliza tres
lechos de adsorción e ilustra la invención como se describe más
adelante con el gráfico de tiempo de ciclo de la figura 1 y el
diagrama de proceso de flujo de la figura 2. Las definiciones de
cada paso del ciclo se exponen en la Tabla 1 siguiente.
| Definiciones de los pasos de ciclo para el gráfico de ciclo de la figura 1 | |
| Paso de ciclo | Definición |
| Hacer producto/Alimentación | \begin{minipage}[t]{100mm} Retirar gas final producido de un extremo de un lecho a la vez que se introduce gas de alimentación a presión en el otro extremo \end{minipage} |
| Hacer producto/Sin alimentación | \begin{minipage}[t]{100mm} Retirar gas final producido a disminuyendo presión de un lecho sin introducción de alimentación a presión \end{minipage} |
| Realizar purga | \begin{minipage}[t]{100mm} Retirar gas de un lecho a disminuyendo presión para uso como gas de purga en otro lecho \end{minipage} |
| PPE/Evac | \begin{minipage}[t]{100mm} Evacuar simultáneamente un lecho de un extremo de un lecho retirando al mismo tiempo gas del otro extremo del lecho que se envía a otro lecho para proporcionar gas para la igualación de presión \end{minipage} |
| Evacuación | \begin{minipage}[t]{100mm} Retirar gas de un lecho hasta que la presión llega a una presión mínima \end{minipage} |
| Rec Purga | \begin{minipage}[t]{100mm} Evacuar un lecho de un extremo a la vez que se introduce gas de purga de otro lecho en el otro extremo del lecho \end{minipage} |
| PE/Atm | \begin{minipage}[t]{100mm} Presurizar un lecho introduciendo gas de otro lecho en un extremo del lecho mientras se aspira aire atmosférico en el otro extremo \end{minipage} |
| Atm Rep | \begin{minipage}[t]{100mm} Presurizar un lecho aspirando aire atmosférico al lecho \end{minipage} |
| Atm/Repres. Alimentación | \begin{minipage}[t]{100mm} Presurizar un lecho aspirando aire atmosférico a un extremo del lecho durante una porción del paso de ciclo a la vez que se introduce alimentación presurizada en el otro extremo durante todo el paso de ciclo \end{minipage} |
El sistema de proceso de la figura 2 incluye tres
lechos de adsorción A, B, y C conteniendo uno o varios adsorbentes
que adsorben preferentemente al menos un componente en el gas de
alimentación. Los lechos están conectados por los tubos y válvulas
apropiados como es conocido en la materia de tal manera que los
lechos puedan realizar los pasos de ciclo descritos más adelante.
Una mezcla de gases 1, preferiblemente aire que ha sido filtrado
para quitar materia particulada (no representada), es presurizada a
1,1 a 2,5 bar en el ventilador 3 y enfriada si es preciso en el
enfriador 5 para proporcionar gas de alimentación a presión en la
línea 7 a temperatura ambiente aproximadamente. El gas de
alimentación a presión se separa en producto final rico en oxígeno
en la línea 9 que tiene típicamente una concentración media de
oxígeno de al menos 80 vol% y un gas residual en la línea 11 según
los pasos de ciclo siguientes (véanse las figuras 1 y 2).
Gas de alimentación a presión procedente de la
línea 7 pasa por la línea 13, la válvula abierta 15, y la línea 17
al lecho de adsorción A que contiene al menos un material
adsorbente que adsorbe preferentemente nitrógeno. Los adsorbentes
típicos conocidos en la técnica para ello incluyen zeolitas que se
han sometido a intercambio iónico con uno o varios cationes
seleccionados a partir de sodio, litio, calcio, y otros cationes.
Se puede usar dos o más adsorbentes si se desea.
Se retira gas rico en oxígeno del lecho A y fluye
por la línea 19, la válvula abierta 21 y colector 23 para
proporcionar gas final producido que pasa por la válvula de control
de flujo 25 y la línea 9 al usuario final. Durante este paso,
definido como un paso de hacer producto/alimentación, la válvula 27
permanece cerrada y la presión en el lecho A aumenta a una presión
máxima típicamente en el rango de 1,1 a 2,5 bar. La duración de
este paso puede ser de hasta aproximadamente 20 segundos.
Mientras el lecho A está experimentando el paso
de hacer producto/alimentación, el lecho B es purgado y
represurizado parcialmente por gas suministrado por la
despresurización del lecho C.
La válvula de cierre 15 pone fin al flujo de gas
de alimentación presurizado al lecho A. Sigue aspirándose gas
producto del lecho A y fluye por la válvula abierta 21, el colector
23, y la válvula de control de flujo 25 para proporcionar gas final
producido por la línea 9. Esto se define como un paso de hacer
producto/sin alimentación. La presión en el lecho A y del gas
producto retirado de él disminuye aproximadamente 0,015 a 0,5 bar
durante este paso. La composición del gas producto retirado del
lecho A cambia durante este paso, pero permanece en el rango de
pureza requerido para el gas producto final. La duración de este
paso está típicamente en el rango de 5,0 a 20 segundos.
Mientras el lecho A está experimentando el paso
de hacer producto/sin alimentación, el lecho B experimenta
represurización y el lecho C experimenta evacuación.
La válvula 21 se cierra, la válvula 27 se abre, y
el lecho A se despresuriza mediante el colector 29 y la válvula
abierta 31. El gas de despresurización fluye por la línea 33 a
través del lecho C, que experimenta un paso de purga durante el que
se retira gas por la línea 35, la válvula abierta 37, y el colector
39 al ventilador de vacío 41 que descarga gas residual por la línea
11. Las válvulas 34, 43 y 45 permanecen cerradas durante este paso.
Durante el paso de realización de purga, la presión en el lecho A
disminuye aproximadamente 0,1 a 0,5 bar. La duración de este paso
está típicamente en el rango de 1,0 a 10 segundos. Durante este
paso y el paso siguiente, el lecho B realiza un paso de hacer
producto/alimentación.
La evacuación del lecho C termina y la evacuación
del lecho A comienza opcionalmente cerrando la válvula 37 y
abriendo la válvula 46. Fluye gas adicional del lecho A al lecho C
mediante el colector 29 hasta que las presiones se igualan o casi
se igualan en los dos lechos. La duración de este paso es
típicamente del orden de 1,0 a 10 segundos. Durante este paso y el
paso anterior, el lecho B realiza un paso de hacer
producto/alimentación. Cuando las presiones se igualan o casi
igualan en los dos lechos, las válvulas 27, 31, y 37 se cierran, el
lecho A prosigue al paso de evacuación, y el lecho C comienza un
paso de represurización atmosférica.
El gas es evacuado del lecho A mediante el
colector 39 por el ventilador de vacío 41 hasta que la presión en
el lecho llega a una presión mínima típicamente del orden de 0,2 a
0,8 bar. La duración de este paso es típicamente del orden de 5,0 a
20 segundos. Durante este paso, el lecho B prosigue a un paso de
hacer producto/sin alimentación y el lecho C experimenta
represurización.
La evacuación del lecho A continúa mientras el
lecho es purgado con gas de despresurización suministrado por el
lecho B que prosigue a un paso de realizar purga. Esta purga
desorbe nitrógeno residual adsorbido y prepara el lecho A para
represurización. Las válvulas 27 y 47 se abren y las válvulas 28,
30, 32, y 49 se cierran durante este paso, cuya duración es
típicamente del orden de 1,0 a 10 segundos. Durante este paso y el
paso siguiente, el lecho C prosigue a un paso de hacer
producto/alimentación.
La válvula de cierre 46 pone fin a la evacuación
del lecho A y el gas de ecualización sigue fluyendo al lecho A
desde el lecho B por válvulas 47 y 27 y la línea 19. Mientras
tanto, la evacuación de lecho B comienza abriendo la válvula 49.
Simultáneamente, la válvula 51 se abre y fluye aire atmosférico
mediante el colector 53 y la línea 17 volviendo por lo tanto a
presurizar el lecho A. El aire que entra en el colector 53 puede
ser filtrado para quitar materia particulada (no representada).
Cuando las presiones en los lechos A y B se igualan o casi igualan,
se cierran las válvulas 27 y 47. La duración de este paso es
típicamente del orden de 1,0 a 10 segundos. Durante este paso, el
lecho C continúa a un paso de hacer producto/alimentación.
El aire atmosférico sigue represurizando el lecho
A mediante la válvula 51 y el colector 53 hasta que la presión en él
se aproxima a la presión atmosférica. La duración de este paso es
típicamente del orden de 1,0 a 10 segundos. Durante este paso, el
lecho B prosigue a un paso de evacuación y el lecho C prosigue a un
paso de hacer producto/sin alimentación.
Aire alimentado presurizado procedente de la
línea 7 se introduce por la línea 13 y la válvula abierta 15 por la
línea 17 al lecho A, mientras que sigue fluyendo opcionalmente aire
atmosférico al lecho A mediante la válvula abierta 51 y el colector
53, incrementando por ello la presión en el lecho A. Esto continúa
hasta que la presión en él está a o cerca de presión atmosférica,
tiempo en el que la válvula 51 se cierra y la represurización
continúa por la introducción de gas de alimentación a presión por la
válvula 15 y la línea 17. Cuando la presión en la parte superior o
extremo de producto del lecho A se aproxima a la presión en la
línea 23, la válvula 21 se abre, termina el paso de represurización
atmosférica/alimentación, y el paso de hacer producto comienza el
ciclo de nuevo. La duración del paso de represurización
atmosférica/alimentación es típicamente del orden de 4,0 a 20
segundos. Durante este paso, el lecho B realiza un paso de
evacuación y el lecho C continúa a un paso de hacer producto/sin
alimentación.
Los lechos absorbentes B y C realizan a su vez la
misma serie de pasos descritos anteriormente, e interactúan entre sí
y con el lecho A según el gráfico de tiempo de ciclo de la figura
1. Aunque la realización antes descrita usa tres lechos
absorbentes, se puede usar más o menos lechos. Si se desea, se puede
usar un lecho único, pero un depósito de almacenamiento de gas
requeriría mantener gas de los pasos de realizar purgar y realizar
igualación de presión para uso posterior en los pasos de purga e
igualación de presión. Además, se requeriría un depósito de
almacenamiento de gas final producido para almacenar una porción
del gas final producido durante los pasos de hacer producto y hacer
producto/sin alimentación para administración al usuario final
durante los pasos de evacuación, purga y represurización.
En la operación del proceso PSA de oxígeno antes
descrito, se prefiere establecer la presión más alta (durante el
paso de hacer producto/alimentación) del orden de 1,1 bar a 2,5
bar, y la presión más baja (durante el paso de evacuación) del
orden de 0,2 bar y 0,8 bar. Uno o varios impulsores de alimentación
pueden ser necesarios para alimentar el lecho durante el período de
presión más alta del lecho del paso de hacer producto/alimentación y
también durante el tiempo en el que el paso de represurización de
alimentación está por encima de la presión ambiente. Se puede usar
uno o varios impulsores de vacío durante al menos una porción de
los pasos de despresurización en contracorriente y purga.
El ciclo de proceso de la presente invención es
especialmente adecuado para operación a presiones más altas en el
rango antes descrito. A una presión máxima más alta, se dispone de
más gas de espacio vacío para despresurización simultánea, y se
dispone de más gas de despresurización simultánea para hacer
producto, para purgar, y para represurización en contracorriente de
un lecho de adsorción. La mayor presión durante el paso de
alimentación /hacer producto también aumenta la capacidad del
adsorbente, lo que reduce el tamaño del lecho. La mayor presión de
producto permite la reducción del tamaño del compresor de producto
y el consumo de potencia del compresor. Operando el proceso a una
presión de alimentación más alta, también es posible incrementar la
presión mínima durante el paso de evacuación, reduciendo por ello el
requisito de vacío del proceso. Esto hace posible utilizar menos
etapas de ventilador de vacío en el proceso, o incrementar la
eficiencia isotérmica del ventilador de vacío. Aunque el paso de
compresión de alimentación consume más potencia al operar a
presiones de alimentación más altas, los beneficios mencionados
anteriormente lo compensan con creces y permiten una reducción
general de la potencia específica.
Así el proceso de la presente invención permite
velocidades máximas de distribución de gas final producido porque
no se requiere gas final producido para purga o represurización en
pasos del ciclo de proceso. Todo el gas de purga requerido lo
suministra el gas de despresurización intermedio y todo el gas de
represurización requerido lo suministra el gas de despresurización
intermedio y el gas de alimentación a presión. La operación del
proceso a presiones más altas da lugar a beneficios operativos y
reducida potencia específica. El proceso se puede operar con un solo
lecho de adsorción, pero preferiblemente opera con múltiples lechos
de adsorción y más preferiblemente con tres lechos. El proceso es
especialmente adecuado para la recuperación de oxígeno del aire.
Las características esenciales de la presente
invención se describen completamente en la descripción anterior.
Los expertos en la técnica pueden entender la invención y efectuar
varias modificaciones sin apartarse del espíritu básico de la
invención, y sin apartarse del alcance y equivalentes de las
reivindicaciones siguientes.
Claims (19)
1. Un proceso de adsorción con presión oscilante
para la separación de un gas de alimentación a presión conteniendo
al menos un componente más fuertemente adsorbible y al menos un
componente menos fuertemente adsorbible que incluye los pasos
de:
- (a)
- introducir el gas de alimentación a presión en un extremo de alimentación de un lecho de adsorción conteniendo uno o varios adsorbentes sólidos que adsorben preferentemente el componente más fuertemente adsorbible y retirar de un extremo de producto del lecho de adsorción un primer gas efluente adsorbedor enriquecido en el componente menos fuertemente adsorbible, donde el primer gas efluente adsorbedor se utiliza como gas final producido;
- (b)
- terminar la introducción del gas de alimentación a presión en el lecho de adsorción retirando al mismo tiempo del extremo de producto del lecho de adsorción un segundo gas efluente adsorbedor enriquecido en el componente menos fuertemente adsorbible, donde la presión en el lecho de adsorción disminuye mientras el segundo gas efluente adsorbedor se retira de él, y donde el segundo gas efluente adsorbedor se utiliza como gas final producido adicional;
- (c)
- despresurizar el lecho de adsorción a una presión de lecho mínima extrayendo gas adicional de él;
- (d)
- volver a presurizar el lecho de adsorción introduciendo gas de represurización en el lecho, donde al menos una porción del gas de represurización la facilita el gas de alimentación a presión; y
- (e)
- repetir los pasos (a) a (d) de manera cíclica.
2. El proceso de la reivindicación 1, donde el
lecho de adsorción es uno de una pluralidad de lechos de adsorción,
cada uno de los cuales experimenta a su vez los pasos (a) a
(e).
3. El proceso de la reivindicación 2, donde la
despresurización de cada lecho de adsorción en el paso (c) se lleva
a cabo
- (c1)
- retirando una primera corriente de gas del lecho hasta que la presión en él llega a una primera presión intermedia;
- (c2)
- retirando una segunda corriente de gas del lecho hasta que la presión en él llega a una segunda presión intermedia; y
- (c3)
- evacuando el lecho del extremo de alimentación hasta que la presión en él llega a la presión de lecho mínima.
4. El proceso de la reivindicación 3, que incluye
además purgar cada lecho después de la evacuación del paso (c3)
introduciendo un gas de purga en el extremo de producto del lecho
al mismo tiempo que se continúa evacuando gas del extremo de
alimentación del lecho.
5. El proceso de la reivindicación 4, donde el
gas de purga lo suministra al lecho la primera corriente de gas
retirada de otro lecho en el paso (c1).
6. El proceso de la reivindicación 3, que incluye
además evacuar el lecho del extremo de alimentación retirando al
mismo tiempo la segunda corriente de gas del extremo de producto
del lecho durante el paso (c2).
7. El proceso de la reivindicación 3, donde una
porción del gas de represurización introducido en un lecho la
suministra la segunda corriente de gas retirado de otro lecho en el
paso (c2).
8. El proceso de la reivindicación 1, donde el
gas de alimentación a presión es aire, el componente más
fuertemente adsorbible es nitrógeno, el componente menos
fuertemente adsorbible es oxígeno, y el gas final producido se
enriquece con oxígeno.
9. El proceso de la reivindicación 8, donde una
porción del gas de represurización en el paso (d) se obtiene
dejando que fluya aire atmosférico al lecho de adsorción cuando la
presión en el lecho es inicialmente inferior a la presión
atmosférica.
10. El proceso de la reivindicación 1, donde el
lecho de adsorción es un solo lecho de adsorción.
11. El proceso de la reivindicación 10, donde la
despresurización del lecho de adsorción en el paso (c) se lleva a
cabo
\newpage
- (c1)
- retirando una primera corriente de gas del lecho hasta que la presión en él llega a una primera presión intermedia;
- (c2)
- retirando una segunda corriente de gas del lecho hasta que la presión en él llega a una segunda presión intermedia; y
- (c3)
- evacuando el lecho del extremo de alimentación hasta que la presión en él llega a la presión de lecho mínima.
12. El proceso de la reivindicación 11, que
incluye además purgar el lecho después de la evacuación del paso
(c3) introduciendo un gas de purga en el extremo de producto del
lecho al mismo tiempo que se continúa evacuando gas del extremo de
alimentación del lecho.
13. El proceso de la reivindicación 12, donde al
menos una porción del gas adicional retirado al despresurizar el
adsorbedor extrayendo gas de él en el paso (c) se introduce en un
depósito de almacenamiento de gas.
14. El proceso de la reivindicación 13, donde el
gas de purga lo suministra al lecho al menos una porción del gas
introducido en el depósito de almacenamiento de gas en el paso
(c).
15. El proceso de la reivindicación 10, donde
porciones del primer gas efluente adsorbedor y el segundo gas
efluente adsorbedor son introducidas en un depósito de
almacenamiento de gas producido durante los pasos (a) y (b), y se
retira gas almacenado del depósito de almacenamiento de producto
durante los pasos (c) y (d) para proporcionar gas final
producido.
16. El método de la reivindicación 1, donde el
paso (c) incluye:
- (c1)
- retirar una primera corriente de gas del lecho hasta que la presión en él llega a una primera presión intermedia;
- (c2)
- retirar una segunda corriente de gas del lecho hasta que la presión en él llega a una segunda presión intermedia; y
- (c3)
- evacuar el lecho del extremo de alimentación hasta que la presión en él llega a la presión de lecho mínima;
- y donde el método incluye además
- (d)
- purgar el lecho después de la evacuación del paso (c3) introduciendo un gas de purga en el extremo de producto del lecho al mismo tiempo que se continúa evacuando gas del extremo de alimentación del lecho, donde el gas de purga lo suministra al lecho la primera corriente de gas retirado de otro lecho que experimenta el paso (c1); y
- (e)
- volver a presurizar el lecho de adsorción introduciendo la segunda corriente de gas retirado de otro lecho que experimenta el paso (c2)
- (f)
- volver a presurizar más el lecho de adsorción introduciendo gas de alimentación a presión en el lecho; y
- (g)
- repetir los pasos (a) a (f) de manera cíclica.
17. El proceso de la reivindicación 16, donde el
gas de alimentación a presión es aire, el componente más
fuertemente adsorbible es nitrógeno, el componente menos
fuertemente adsorbible es oxígeno, y el gas final producido se
enriquece con oxígeno.
18. El proceso de la reivindicación 17, que
incluye además, después del paso (e) y antes del paso (f), dejar
que fluya aire atmosférico al lecho de adsorción cuando la presión
en el lecho es inicialmente inferior a la presión atmosférica.
19. El proceso de la reivindicación 16, que
incluye además evacuar el lecho del extremo de alimentación
retirando al mismo tiempo la segunda corriente de gas del extremo
de producto del lecho durante el paso (c2).
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