ES2280310T3 - Metodo para la separacion de gas hidrogeno. - Google Patents
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Abstract
Método para la separación de gas hidrógeno de material gaseoso, que utiliza una serie de torres de adsorción cada una de las cuales se carga con un adsorbente y se dota de una salida de gas producto, comprendiendo dicho método: una etapa de adsorción para la adsorción de un componente de gas innecesario contenido en el material gaseoso por el adsorbente, para la producción de gas producto, rico en hidrógeno, a través de la salida de gas producto; una etapa de descompresión para la reducción de la presión en una torre de adsorción; una etapa de desorción para la desorción del componente de gas innecesario del adsorbente; una etapa de limpieza para la limpieza de la torre de adsorción, mediante la introducción de gas de limpieza en la torre de adsorción; y una etapa de presurización para el aumento de la presión en la torre de adsorción; repitiéndose dicho ciclo que comprende la etapa de adsorción, la etapa de descompresión, la etapa de desorción, la etapa de limpieza y la etapa de presurización; en el que la etapa de descompresión incluye la introducción de gas remanente en la torre de adsorción en una torre de adsorción seleccionada tal como gas de limpieza, dicho gas remanente se introduce en una cantidad de 2 a 7 veces el volumen del adsorbente cargado en la torre de adsorción seleccionada, convertida en volumen a temperatura común y a presión atmosférica.
Description
Método para la separación de gas hidrógeno.
La presente invención se refiere a un método de
separación de gas utilizando adsorción por cambio de presión.
Son conocidos varios métodos para la separación
de un gas objetivo (gas producto) de material gaseoso, y la
adsorción por cambio de presión (Pression Swing Adsorption,
PSA) es uno de tales métodos. Dado que un proceso PSA se puede
llevar a cabo fácilmente a un coste relativamente bajo, se utiliza
ampliamente en la técnica relacionada. El proceso PSA utiliza
normalmente una serie de torres de adsorción cargadas con un
adsorbente. Después de que el material gaseoso se ha introducido en
cada una de las torres de adsorción, se repiten las etapas de
proceso de adsorción, descompresión, desorción y presurización para
obtener el gas producto objetivo.
De forma específica, el gas objetivo se obtiene
por un principio que se describe a continuación. Cuando aumenta la
presión del material gaseoso introducido en la torre de adsorción,
aumenta también la presión parcial de un componente de gas
innecesario contenido en el material gaseoso. Como resultado, el
componente de gas innecesario se adsorbe por el adsorbente cargado
en la torre de adsorción. (Es decir, el componente de gas
innecesario se elimina del material gaseoso). En este estado, el gas
en la torre de adsorción se descarga tal como gas objetivo (gas
producto) que contiene una pequeña cantidad de gas innecesario.
Posteriormente, dado que la presión en la torre de adsorción cae,
el componente de gas innecesario se desorbe del adsorbente
(regeneración del adsorbente). A continuación, el componente
desorbido se descarga de la torre junto con otros componentes
remanentes en la torre. El adsorbente regenerado se puede utilizar
para la eliminación de un componente de gas innecesario de material
gaseoso introducido de nuevo, para la obtención de una cantidad
adicional de gas objetivo. Entre los ejemplos de gases objetivo se
incluyen gas hidrógeno, gas oxígeno, gas nitrógeno y similares.
El tipo de adsorbente que va a utilizarse en
cada una de las torres adsorbentes se selecciona en base al tipo de
gas objetivo y al tipo de componente de gas innecesario que va a ser
eliminado. Por ejemplo, habitualmente se utilizan zeolitas como
adsorbente para la eliminación de componente nitrógeno y componente
monóxido de carbono del material gaseoso, para la obtención gas
hidrógeno como gas producto. Por otra parte, se utiliza un
adsorbente basado en carbono activo para la eliminación de
componente dióxido de carbono del material gaseoso.
En el proceso PSA, se han llevado a cabo varias
mejoras para aumentar la pureza del gas objetivo obtenido y el
rendimiento. Estas mejoras se dan a conocer en los documentos
JP-B2-62(1987)-38014,
JP-B2-7(1995)-4498
y
JP-A-8(1996)-10551.
Como una de las mejoras para el proceso PSA, se
ha desarrollado una técnica para aumentar la eficiencia de
regeneración de un adsorbente. De forma específica, en la actualidad
se asume que una etapa de desorción se finaliza en una torre de
adsorción (primera torre de adsorción) mientras se lleva a cabo una
etapa de adsorción en otra torre de adsorción (segunda torre de
adsorción). En ese momento, el gas producto se introduce desde la
segunda torre de adsorción a la primera torre de adsorción. Como
resultado, se descarga el gas remanente en la primera torre de
adsorción, es decir, la primera torre de adsorción se puede limpiar
(etapa de limpieza). Esta limpieza puede aumentar la eficiencia de
regeneración del adsorbente cargado en la torre de adsorción, que
puede dar como resultado un aumento en el rendimiento de gas
hidrógeno.
Otra mejora para el proceso PSA es tal como se
describe a continuación. En la actualidad, se asume que una etapa de
adsorción se finaliza en una primera torre de adsorción y la presión
interna de la torre de adsorción es elevada, mientras que una etapa
de desorción (o etapa de limpieza) se finaliza en una segunda torre
de adsorción y la presión interna de la torre de adsorción es baja.
En este estado, el gas remanente se introduce desde la primera torre
de adsorción (a presión elevada) a la segunda torre de adsorción (a
baja presión) para igualar las presiones internas de las dos torres
de adsorción. Esta técnica tiene la ventaja de que la descompresión
de la primera torre de adsorción y la presurización de la segunda
torre de adsorción se pueden llevar a cabo al mismo tiempo
fácilmente.
El proceso PSA mejorado, tal como el descrito
anteriormente, se puede llevar a cabo utilizando un dispositivo de
separación X, tal como el que se muestra en la figura 1. El
dispositivo de separación (X) incluye tres torres de adsorción (A) a
(C), una conducción de material gaseoso (1), una conducción de gas
producto (2), una conducción de salida de gas remanente (3), una
conducción de entrada de gas remanente (4), una conducción de purga
de producto (5) y una conducción de descarga (6). Las conducciones
(1) a (6) se dotan con válvulas automáticas (a) a (p). La conducción
de salida de gas remanente (3) y la conducción de purga de producto
(5) se dotan con válvulas que controlan la velocidad de flujo (7) y
(8), respectivamente. Las cinco etapas de proceso descritas
anteriormente (adsorción, descompresión, desorción, presurización y
limpieza) se llevan a cabo en cada una de las torres de adsorción
(A) a (C) mediante la apertura o el cierre selectivo de las válvulas
automáticas (a) a (p).
Tal como se muestra en la figura 9, las cinco
etapas de proceso se llevan a cabo en las torres de adsorción (A) a
(C) respectivas a diferentes temporizaciones. En el ejemplo mostrado
en la figura 9, se definen nueve etapas de proceso. Por ejemplo, en
una primera etapa (S1), se lleva a cabo una etapa de adsorción
(segunda etapa de adsorción) en la torre de adsorción (A), se lleva
a cabo una etapa de presurización (primera etapa de presurización)
en la torre de adsorción (B), y se lleva a cabo una etapa de
desorción en la torre de adsorción (C). En ese momento, cada una de
las válvulas automáticas (Va-Vp) está abierta (o) o
cerrada (x).
El flujo de gas en el dispositivo de separación
(X) varía en cada una de las etapas de proceso. Las figuras
10A-10I ilustran variaciones del flujo de gas. De
forma específica, tal como se muestra en la figura 10A, en la
primera etapa (S1), se introduce el material gaseoso en la torre de
adsorción (A) a través de la conducción de material gaseoso (1) y la
válvula automática (a). En la torre de adsorción (A), los
componentes de gas innecesarios se eliminan mediante el adsorbente y
se descarga el gas producto de la torre. Parte del gas producto se
recoge a través de la válvula automática (i) y la conducción de gas
producto (2), a la vez que en parte se introduce en la torre de
adsorción (B) a través de la conducción de purga de producto (5), la
válvula automática (p), la válvula que controla la velocidad de
flujo (8), la conducción de entrada de gas remanente (4) y la
válvula automática (j). Como resultado, aumenta la presión en la
torre de adsorción (B). La cantidad de gas producto introducido en
la torre de adsorción (B) se controla mediante la válvula que
controla la velocidad de flujo (8). El gas remanente en la torre se
descarga de la torre de adsorción (C), a través de la válvula
automática (f) y la conducción de descarga (6).
En la segunda etapa (S2), se llevan a cabo una
etapa de adsorción (tercera etapa de adsorción), una etapa de
presurización (segunda etapa de presurización) y una etapa de
limpieza en las torres de adsorción (A), (B), y (C),
respectivamente. De forma específica, tal como se muestra en la
figura 10B, la etapa de adsorción se lleva a cabo en la torre de
adsorción (A) posteriormente a la introducción de material gaseoso.
El gas producto obtenido de este modo se descarga de la torre de
adsorción (A). Parte del gas producto descargado se recoge, la vez
que en parte se introduce en las torres de adsorción (B) y (C). La
presión en la torre de adsorción (B) aumenta por la introducción del
gas producto. El gas producto se introduce en la torre de adsorción
(C) a través de la conducción de purga de producto (5), la válvula
automática (p), la válvula que controla la velocidad de flujo (8),
la conducción de entrada de gas remanente (4) y la válvula
automática (m). Como resultado, el gas remanente se descarga de la
torre de adsorción (C). En ese momento, es preferente que el gas
producto introducido en la torre de adsorción (C) no se descargue y
solamente se descargue el gas remanente. Esto se basa en que se
aprecia que la obtención del gas producto es difícil una vez el gas
producto se descarga de la torre. En un método de la técnica
anterior, por lo tanto, se ajusta la cantidad de gas producto
introducido en la torre de adsorción (C) para que sea menor que el
volumen del adsorbente cargado en la torre de adsorción (C)
(convertido en volumen a temperatura común y bajo una presión
atmosférica).
En la tercera etapa (S3), se llevan a cabo una
etapa de descompresión (primera etapa de igualación de presiones),
una etapa de adsorción (primera etapa de adsorción) y una etapa de
presurización (segunda etapa de igualación de presiones) en las
torres de adsorción (A), (B), y (C), respectivamente. De forma
específica, tal como se muestra en la figura 10C, el gas remanente
descargado de la torre de adsorción (A) se introduce en la torre de
adsorción (C) a través de la válvula automática (h), la conducción
de salida de gas remanente (3), la válvula que controla la
velocidad de flujo (7), la conducción de entrada de gas remanente
(4) y la válvula automática (m). Como resultado, se llevan a cabo al
mismo tiempo la descompresión para la torre de adsorción (A) y la
presurización para la torre de adsorción (C). El material gaseoso se
introduce en la torre de adsorción (B) a través de la conducción de
material gaseoso (1) y la válvula automática (c). El adsorbente
cargado en la torre de adsorción (B) elimina los componentes de gas
innecesarios del material gaseoso para proporcionar gas producto. El
gas producto se descarga de la torre de adsorción (B) y, a
continuación, se recoge a través de la válvula automática (1) y la
conducción de gas
producto (2).
producto (2).
En las etapas cuarta a sexta
(S4-S6), se llevan a cabo en cada una de las torres
de adsorción las etapas de proceso que se describen a continuación.
En la torre de adsorción (A), se llevan a cabo una etapa de
desorción, una etapa de limpieza y una etapa de presurización
(segunda etapa de igualación de presiones). Estas etapas de proceso
son similares a las llevadas a cabo en la torre de adsorción (C) en
las etapas primera a tercera. En la torre de adsorción (B), se
llevan a cabo una etapa de adsorción (segunda etapa de adsorción),
una etapa de adsorción (tercera etapa de adsorción) y una etapa de
descompresión (primera etapa de igualación de presiones). Estas
etapas de proceso son similares a las llevadas a cabo en la torre de
adsorción (A) en las etapas primera a tercera. En la torre de
adsorción (C), se llevan a cabo una etapa de presurización (primera
etapa de presurización), una etapa de presurización (segunda etapa
de presurización) y una etapa de adsorción (primera etapa de
adsorción). Estas etapas de proceso son similares a las llevadas a
cabo en la torre de adsorción (B) en las etapas primera a
tercera.
En las etapas séptima a novena, se llevan a cabo
en cada una de las torres de adsorción las etapas de proceso que se
describen a continuación. En la torre de adsorción (A), se llevan a
cabo una etapa de presurización (primera etapa de presurización),
una etapa de presurización (segunda etapa de presurización) y una
etapa de adsorción (primera etapa de adsorción). Estas etapas de
proceso son similares a las llevadas a cabo en la torre de adsorción
(B) en las etapas primera a tercera. En la torre de adsorción (B),
se llevan a cabo una etapa de desorción, una etapa de limpieza y una
etapa de presurización (segunda etapa de igualación de presiones).
Estas etapas de proceso son similares a las llevadas a cabo en la
torre de adsorción (C) en las etapas primera a tercera. En la torre
de adsorción (C), se llevan a cabo una etapa de adsorción (segunda
etapa de adsorción), una etapa de adsorción (tercera etapa de
adsorción) y una etapa de descompresión (primera etapa de igualación
de presiones). Estas etapas de proceso son similares a las llevadas
a cabo en la torre de adsorción (A) en las etapas primera a
tercera.
Mediante la realización de forma repetitiva de
las etapas primera a novena descritas anteriormente, en cada una de
las torres de adsorción (A) a (C), se eliminan los componentes de
gas innecesarios del material gaseoso, y de este modo se proporciona
un gas producto que contiene una concentración elevada de
hidrógeno.
Tal como se ha descrito anteriormente, en el
proceso PSA de la técnica anterior, se introduce gas producto desde
una torre de adsorción (por ejemplo, la torre de adsorción (A) en la
segunda etapa) en la que se está llevando a cabo adsorción, a otra
torre de adsorción (la torre de adsorción (C) en la segunda etapa)
en la que ha finalizado la desorción, para la limpieza de esta torre
de adsorción. Para evitar el derroche en la descarga de gas
producto, la cantidad de gas producto introducido se ajusta para que
sea tan pequeña como el volumen de adsorbente cargado. Además, en el
proceso de la técnica anterior, para la utilización eficiente de gas
de presión elevada en una torre de adsorción, se llevan a cabo la
igualación de la presión interna entre una torre de adsorción en la
que se finaliza la adsorción (por ejemplo, la torre de adsorción (A)
en la tercera etapa) y una torre de adsorción en la que se va a
llevar a cabo la adsorción (la torre de adsorción (C) en la tercera
etapa).
Además, se han propuesto varias mejoras en los
adsorbentes para el proceso PSA. Por ejemplo, la Patente
JP-A-10(1998)-212103
da a conocer una zeolita que tiene adsortividad elevada para gas
nitrógeno y gas monóxido de carbono para la eliminación de estos
componentes del gas del material gaseoso. La zeolita tiene una
estructura de faujasita con una proporción de Si/Al dentro del
intervalo de 1 a 3 y una proporción de intercambio de litio no
inferior al 70%. La Patente US(A)3986849 y la Patente
GB(A)1241065 dan a conocer procesos adicionales para
la separación de hidrógeno.
Tal como se ha descrito anteriormente, el
proceso PSA de la técnica anterior ha sido mejorado de diferentes
maneras. Sin embargo, a pesar de tales mejoras, el proceso PSA
convencional todavía tiene los siguientes problemas a resolver.
El primer problema se refiere al rendimiento de
gas objetivo. Convencionalmente, tal como se describe anteriormente,
cada una de las torres de adsorción se limpia utilizando gas
producto, con el propósito de aumentar la eficiencia de regeneración
del adsorbente y el rendimiento de gas objetivo. Sin embargo, en
realidad se encuentra que el rendimiento no aumenta tanto como se
esperaba.
El segundo problema está provocado por la etapa
de igualación de presiones entre dos torres de adsorción. Tal como
se ha descrito anteriormente, mediante la introducción de gas
remanente desde una torre de adsorción en la parte de presión
elevada a una torre de adsorción en la parte de presión baja, se
puede recoger el gas objetivo incluido en el gas remanente. Sin
embargo, el gas remanente no solamente contiene el gas objetivo,
sino también componentes de gas innecesarios. Por lo tanto, parte de
los componentes de gas innecesarios se adsorben en el adsorbente de
la torre de adsorción en la que se introduce el gas remanente, de
manera que el adsorbente no puede mostrar tanto efecto de adsorción
como se esperaba.
El tercer problema es un aumento en tamaño del
dispositivo debido a la utilización de una serie de adsorbentes. Tal
como el material gaseoso para el proceso PSA, se puede utilizar, por
ejemplo, una mezcla de gas obtenido por el reformado con vapor de un
hidrocarburo (metanol o gas natural). Por ejemplo, en el caso del
reformado de metanol, la composición de la mezcla de gas es,
aproximadamente, 75% de gas hidrógeno, aproximadamente, 24% de gas
dióxido de carbono y, aproximadamente, 1% de gas monóxido de
carbono. Para obtener gas hidrógeno de elevada pureza (gas objetivo)
a partir de esta mezcla de gas, es necesario eliminar tanto el
componente dióxido de carbono como el componente monóxido de
carbono. Tal como se ha descrito anteriormente, en el proceso PSA de
la técnica anterior, se utiliza zeolita como el adsorbente para la
eliminación de componente monóxido de carbono, mientras que se
utiliza adsorbente basado en carbono activo para la eliminación de
componente dióxido de carbono. Por lo tanto, para eliminar tanto el
componente dióxido de carbono como el componente monóxido de
carbono, es necesario cargar los dos tipos de adsorbentes en cada
una de las torres de adsorción. Para cargar los diferentes tipos de
adsorbentes, es necesario utilizar torres de adsorción de gran
capacidad, que hacen aumentar, de forma desventajosa, el tamaño de
la totalidad del dispositivo de separación.
La razón de por qué son necesarios dos tipos de
adsorbentes para la eliminación dióxido de carbono y monóxido de
carbono es tal como se describe a continuación.
Tal como se ha descrito anteriormente, el
proceso PSA es un método de separación de gas que utiliza el hecho
de que la cantidad de un componente de gas innecesario adsorbido
varía de acuerdo con la variación de presión en la torre de
adsorción. Por lo tanto, para eliminar de forma efectiva un
componente de gas innecesario en el proceso PSA, es necesario que se
satisfaga la condición de que, a una presión elevada, probablemente
el componente de gas innecesario se va a adsorber en el adsorbente,
mientras que a una presión baja, es improbable que se vaya a
adsorber (es decir, con probabilidad se va a desorber). Sin embargo,
cuando un adsorbente basado en zeolita de la técnica anterior se
utiliza para el dióxido de carbono, no se satisface esta condición.
Este punto se describirá en detalle, a continuación, con referencia
a la figura 17.
El gráfico en la figura 17 muestra cómo se
comportan las isotermas de adsorción (25°C) para el gas dióxido de
carbono cuando se utilizan tres tipos de adsorbentes (una zeolita de
intercambio de 85% de Li, una zeolita de intercambio de Ca de tipo A
y un adsorbente basado en carbono). En la figura, los signos
"Li85Z", "CaAZ" y "Car." indican la zeolita de
intercambio de 85% de Li, la zeolita de intercambio de Ca de tipo A
y el adsorbente basado en carbono, respectivamente. La zeolita de
intercambio de 85% de Li tiene una estructura de faujasita, una
proporción de Si/Al de 1 y una proporción de intercambio de 85% de
Li. En el gráfico de la figura 17, la abscisa es presión de
adsorción en equilibrio (P.A.E.), mientras que la ordenada es la
cantidad de dióxido de carbono adsorbida (CO_{2} Ad.)
Lo descrito a continuación se entenderá del
gráfico. Cuando aumenta la presión de equilibrio de adsorción,
generalmente, la cantidad de dióxido de carbono adsorbido por el
adsorbente basado en carbono aumenta de forma lineal. Por otra
parte, en el caso de la zeolita de intercambio de 85% de Li y la
zeolita de intercambio de Ca de tipo A, la cantidad adsorbida de
dióxido de carbono inicialmente aumenta rápidamente pero de forma
general se vuelve constante cuando se supera un cierto valor. De
forma específica, en el caso de la zeolita de intercambio de 85% de
Li, el índice de aumento de la cantidad adsorbida se vuelve pequeño
cuando la presión de adsorción en equilibrio supera 1000 Torr,
aproximadamente. En el caso de la zeolita de intercambio de Ca de
tipo A, el índice de aumento de la cantidad adsorbida se vuelve
pequeño cuando la presión de adsorción en equilibrio supera 750
Torr, aproximadamente.
De lo anterior, se entiende que la zeolita de
intercambio de 85% de Li y la zeolita de intercambio de Ca de tipo A
no son adecuadas para la eliminación de componente dióxido de
carbono en el proceso PSA, aunque el adsorbente basado en carbono es
efectivo para la eliminación. Este punto se describirá utilizando,
como ejemplo, una mezcla de gas que contiene 75% aproximadamente de
gas hidrógeno, 24% aproximadamente de gas dióxido de carbono y 1%
aproximadamente de gas monóxido de carbono. Por ejemplo, cuando la
presión de adsorción para la mezcla de gas se ajusta a 0,8 MPa y la
presión de desorción para el gas se ajusta a 1/8 (aproximadamente
igual a la presión atmosférica) de la presión de adsorción, la
presión parcial de gas dióxido de carbono contenido en la mezcla de
gas es 0,192 MPa (1440 Torr) aproximadamente durante la adsorción y
0,024 MPa (180 Torr) aproximadamente durante la desorción. Tal como
se entenderá del gráfico de la figura 17, en el caso en el que se
utiliza el adsorbente basado en carbono, la cantidad adsorbida es de
66 ml/g cuando la presión parcial de dióxido de carbono gas es 1440
Torr, mientras que la cantidad de adsorción es 18 ml/g cuando la
presión parcial es de 180 Torr. Esto indica que se eliminan 48
(=66-18) ml/g de gas dióxido de carbono variando la
presión parcial de dióxido de carbono gas en el intervalo de 180 a
1440 Torr.
En el caso en el que se utiliza zeolita de
intercambio de Ca de tipo A, la cantidad adsorbida es de 85 ml/g
cuando la presión parcial de gas dióxido de carbono es de 1440 Torr,
mientras que la cantidad adsorbida es de 48 ml/g cuando la presión
parcial es de 180 Torr. Por lo tanto, la cantidad de gas dióxido de
carbono eliminado es de 37 (=85-48) ml/g. En el caso
en el que se utiliza la zeolita de intercambio de 85% de Li, la
cantidad adsorbida es de 119 ml/g cuando la presión parcial de gas
dióxido de carbono es de 1440 Torr, mientras que la cantidad
adsorbida es de 82 ml/g cuando la presión parcial es de 180 Torr.
Por lo tanto, la cantidad de gas dióxido de carbono eliminado es de
37 (=119-82) ml/g.
De esta manera, se puede eliminar una mayor
cantidad de dióxido de carbono gas mediante el adsorbente basado en
carbono que mediante el adsorbente basado en zeolita.
Convencionalmente, por lo tanto, se ha considerado que un adsorbente
basado en zeolita va a ser inadecuado para la eliminación de
componente dióxido de carbono en el proceso PSA.
La presente invención se concibe bajo las
circunstancias descritas anteriormente. Por lo tanto, un objeto de
la presente invención es aumentar el rendimiento de gas objetivo
mediante la mejora de las etapas llevadas a cabo en el proceso
PSA.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un adsorbente capaz de eliminar tanto un componente
dióxido de carbono como un componente monóxido de carbono.
Según un primer aspecto de la presente
invención, se da a conocer un método para la separación de gas
hidrógeno de material gaseoso. Este método utiliza una serie de
torres de adsorción, cada una de las cuales se carga con un
adsorbente y se dota de una salida de gas producto. Según el método,
se lleva a cabo repetitivamente un ciclo que comprende una etapa de
adsorción, una etapa de descompresión, una etapa de desorción, una
etapa de limpieza y una etapa de presurización. De forma específica,
en la etapa de adsorción, un componente de gas innecesario contenido
en el material gaseoso se adsorbe por el adsorbente para la
producción de gas producto rico en hidrógeno, a través de la salida
de gas producto. En la etapa de descompresión, se reduce la presión
en una torre de adsorción. En la etapa de desorción, el componente
innecesario se desorbe del adsorbente. En la etapa de limpieza, se
limpia la torre de adsorción mediante la introducción de gas de
limpieza en la torre de adsorción. En la etapa de presurización, se
aumenta la presión en la torre de adsorción.
La etapa de descompresión incluye la
introducción de, como mínimo, una parte del gas remanente en la
torre de adsorción, en una torre de adsorción seleccionada como gas
de limpieza. El gas remanente se introduce en una cantidad de 2 a 7
veces el volumen del adsorbente cargado en la torre de adsorción
seleccionada, convertido en volumen a la misma temperatura y bajo
una presión atmosférica.
Tal como se ha descrito anteriormente, en el
método de la técnica anterior se utiliza gas producto como gas de
limpieza. En los casos en los que se introduce gas remanente como
gas de limpieza en una cantidad de 2 a 7 veces el volumen del
adsorbente cargado, tal como se realiza en la presente invención, se
puede recuperar el gas objetivo de forma eficiente.
Preferentemente, la etapa de limpieza incluye
una etapa de limpieza adicional, que se lleva a cabo mediante la
introducción de una parte del gas producto obtenido de una torre de
adsorción, donde se ha producido una etapa de adsorción, como otra
parte del gas de limpieza. El gas objetivo se puede recuperar más
eficientemente llevando a cabo una limpieza adicional con gas
producto de este tipo, después de la limpieza con el gas remanente
descrita anteriormente.
Preferentemente, la etapa de limpieza en el
primer ciclo incluye una primera etapa de limpieza y una segunda
etapa de limpieza, llevada a cabo después de la primera etapa de
limpieza, y la etapa de descompresión en el primer ciclo incluye una
primera etapa de descompresión y una segunda etapa de descompresión,
llevada a cabo después de la primera etapa de descompresión. La
primera y segunda etapas de descompresión se llevan a cabo mediante
la descarga de una parte del gas remanente a través de la salida de
gas producto.
Preferentemente, la serie de torres de adsorción
incluye una primera torre de adsorción, una segunda torre de
adsorción y una tercera torre de adsorción. La primera etapa de
limpieza en la primera torre de adsorción se lleva a cabo mediante
la introducción en la misma de una parte del gas remanente, que se
descarga desde la segunda torre de adsorción durante la segunda
etapa de descompresión, a través de la salida de gas producto de la
primera torre de adsorción, tal como una primera parte del gas de
limpieza, y la segunda etapa de limpieza en la primera torre de
adsorción se llevan a cabo mediante la introducción en la misma de
una parte del gas remanente, que se descarga desde una tercera
torre de adsorción durante la primera etapa de descompresión, a
través de la salida de gas producto de la primera torre de
adsorción, como una segunda parte del gas de limpieza.
Preferentemente, adicionalmente a la primera y
segunda etapas de limpieza, se lleva a cabo una tercera etapa de
limpieza mediante la introducción de una parte del gas producto
obtenido de una torre de adsorción, donde se ha producido una etapa
de adsorción, como una tercera parte del gas de limpieza.
Preferentemente, en el primer ciclo, se llevan a
cabo la etapa de descompresión, la etapa de desorción, la primera
etapa de limpieza, la etapa de desorción, la segunda etapa de
limpieza y la tercera etapa de limpieza en el orden mencionado, en
cada una de las torres de adsorción.
Preferentemente, la presión máxima en la etapa
de adsorción está dentro de un intervalo de 0,2 a 3,6 MPa (presión
absoluta), mientras que la presión mínima en la etapa de desorción
está dentro de un intervalo de presión atmosférica a 0,15 MPa
(presión absoluta).
El material gaseoso puede contener, por ejemplo,
dióxido de carbono gas como el componente de gas innecesario.
La figura 1 ilustra, esquemáticamente, un
dispositivo de separación de PSA que incluye las tres torres de
adsorción.
La figura 2 es una tabla que muestra las etapas
de proceso llevadas a cabo en un método de separación, según una
primera realización de la presente invención.
Las figuras 3A-3F ilustran
flujos de gas cuando se lleva a cabo el método de separación de la
primera realización.
La figura 4 es una tabla que muestra las etapas
de proceso llevadas a cabo en un método de separación, según una
segunda realización de la presente invención.
Las figuras 5A-5C ilustran
flujos de gas en etapas adicionales del proceso en el método de
separación de la segunda realización.
La figura 6 ilustra, esquemáticamente, un
dispositivo de separación de PSA utilizado para llevar a cabo un
método de separación, según una tercera realización de la presente
invención.
La figura 7 es una tabla que muestra las etapas
de proceso llevadas a cabo en el método de separación de la tercera
realización.
Las figuras 8A-8L ilustran
flujos de gas cuando se lleva a cabo el método de separación de la
tercera realización.
La figura 9 es una tabla que muestra las etapas
de proceso llevadas a cabo en un método de separación de la técnica
anterior.
Las figuras 10A-10I ilustran
flujos de gas cuando se lleva a cabo el método de separación de la
figura 9.
La figura 11 ilustra, esquemáticamente, un
dispositivo de separación que se puede utilizar para llevar a cabo
un método de separación de gas según la presente invención.
Las figuras 12A-12I ilustran
flujos de gas en el dispositivo de separación de la figura 11.
La figura 13 es una tabla que muestra las etapas
de proceso llevadas a cabo en el dispositivo de la figura 11.
La figura 14 es un gráfico que muestra la
efectividad de un adsorbente basado en zeolita, según la presente
invención.
Las figuras 15 y 16 ilustran las características
de adsorción de un adsorbente basado en zeolita, según la presente
invención, y las características adsorbentes de adsorbentes basados
en zeolitas de la técnica anterior.
La figura 17 es un gráfico que muestra las
características de adsorción de adsorbentes de dióxido de carbono de
la técnica anterior.
A continuación, se describirán en detalle las
realizaciones preferentes de la presente invención, con referencia a
los dibujos adjuntos.
La figura 1 ilustra un dispositivo de separación
de PSA (X) utilizado para efectuar un método de separación de gas
hidrógeno, según una primera realización de la presente invención.
El dispositivo de separación de PSA (X) incluye tres torres de
adsorción (A), (B), y (C). Se introduce un material gaseoso en cada
una de las torres de adsorción (A) a (C). Como material gaseoso, se
puede utilizar gas que contiene, por ejemplo, el 75% aproximadamente
de gas hidrógeno, el 20% aproximadamente de gas dióxido de carbono y
el 1% aproximadamente de gas monóxido de carbono en proporción
volumétrica. (El material gaseoso contiene además, por ejemplo, gas
nitrógeno y gas metano). Cada una de las torres de adsorción (A) a
(C) se carga con un adsorbente para la eliminación de un componente
de gas innecesario del material gaseoso.
Tal como se entenderá de la descripción dada a
continuación, el método de separación de gas hidrógeno según la
primera realización hace posible la recuperación de un rendimiento
de gas objetivo más elevado (gas hidrógeno) que un método de la
técnica anterior, innovando en las etapas de proceso en el proceso
PSA. Por lo tanto, se puede utilizar un adsorbente del tipo
utilizado en el método de la técnica anterior, para la carga en cada
una de las torres de adsorción (A) a (C). De forma específica, para
eliminar solamente gas dióxido de carbono y metano del material
gaseoso, se puede utilizar un adsorbente basado en carbono activo.
Para eliminar solamente gas monóxido de carbono y nitrógeno, se
puede utilizar un adsorbente basado en zeolita. Para eliminar vapor
de agua, se puede utilizar, por ejemplo, alúmina. Para eliminar del
material gaseoso tanto dióxido de carbono como monóxido de carbono,
se puede utilizar tanto adsorbente basado en carbono activo como
zeolita. En este caso, sin embargo, el tamaño de la totalidad del
dispositivo de separación se vuelve grande, tal como se ha destacado
como uno de los problemas del método de la técnica anterior. Este
problema se puede evitar utilizando zeolita que tiene una
estructura nueva, dada a conocer en la presente invención (que se
describirá posteriormente).
Además, el dispositivo de separación de PSA (X)
incluye una conducción de material gaseoso (1), una conducción gas
producto (2), una conducción de salida de gas remanente (3), una
conducción de entrada de gas remanente (4), una conducción de purga
de producto (5) y una conducción de descarga (6). En la figura 1, el
signo "Gmat" indica material gaseoso, mientras que el signo
"Gpro" indica gas producto. Las conducciones (1) a (6) se dotan
con válvulas automáticas (a) a (p). La conducción de salida de gas
remanente (3) y la conducción de purga de producto (5) se dotan con
las válvulas que controlan la velocidad de flujo (7) y (8),
respectivamente.
Se llevan a cabo una etapa de adsorción, una
etapa de descompresión, una etapa de desorción, una etapa de
limpieza y una etapa de presurización en cada una de las torres de
adsorción (A) a (C), mediante la apertura o cierre selectivo de las
válvulas automáticas (a) a (p). De forma específica, tal como se
muestra en la figura 2, se llevan a cabo seis etapas
(S1-S6) en cada una de las torres de adsorción (A) a
(C). En esta figura, el signo "Ad." indica una etapa de
adsorción, el signo "Descomp." indica una etapa de
descompresión, el signo "Desor." indica una etapa de desorción,
el signo "Limp." indica una etapa de limpieza, y el signo
"Pres." indica una etapa de presurización. Por ejemplo, en la
primera etapa (S1), se lleva a cabo una primera etapa de adsorción
(1ª Ad.) en la torre de adsorción (A), se lleva a cabo una etapa de
limpieza (Limp.) en la torre de adsorción (B), y se lleva a cabo una
etapa de descompresión (Descomp.) en la torre de adsorción (C). En
ese momento, las válvulas automáticas (a-(Va), (d-(Vd), (i-(Vi),
(j-(Vj) y (n-(Vn) están abiertas (o), mientras que las otras
válvulas automáticas están cerradas (x).
Las figuras 3A-3F ilustran el
flujo de gas en el dispositivo de separación (X) en las etapas
primera a sexta. Las seis etapas ilustradas constituyen un ciclo (a
continuación se denominará a éste como "ciclo actual") que el
dispositivo de separación (X) lleva a cabo en operación constante.
El ciclo actual se lleva a cabo después del ciclo inmediatamente
precedente (a continuación se denominará a éste como "ciclo
previo"). Es decir, la primera etapa mostrada en la figura 3A se
lleva a cabo después de la sexta etapa del ciclo previo.
Tal como se ha descrito anteriormente, en la
primera etapa (S1) se llevan a cabo una primera etapa de adsorción,
una etapa de limpieza y una etapa de descompresión en las torres de
adsorción (A), (B), y (C), respectivamente. El flujo de gas en este
estado se muestra en la figura 3A. De forma específica, el material
gaseoso (Gmat) se introduce en la torre de adsorción (A) a través de
la conducción de material gaseoso (1) y la válvula automática (a).
En la torre de adsorción (A), se elimina un componente de gas
innecesario mediante el adsorbente y se descarga el gas producto
(Gpro). El gas producto se recoge a través de la válvula automática
(i) y la conducción de gas producto (2).
El gas remanente (Grem) descargado de la torre
de adsorción (C) se introduce en la torre de adsorción (B) a través
de la válvula automática (n), la conducción de salida (3) de gas
remanente, la válvula (7) que controla la velocidad de flujo, la
conducción de entrada (4) de gas remanente y la válvula automática
(j). En la sexta etapa del ciclo previo, la adsorción se ha llevado
a cabo en la torre de adsorción (C), mientras que la desorción se ha
llevado a cabo en la torre de adsorción (B) (Ver la figura 3F). Por
lo tanto, la presión interna de la torre de adsorción (C) es más
elevada que la de la torre de adsorción (B). Dado que el gas se
introduce desde la torre de adsorción (C), a la torre de adsorción
(B) en este estado, la presión en la torre de adsorción (C) baja.
Por otra parte, el gas remanente (Grem) se descarga de la torre de
adsorción (B). Este gas remanente se descarga fuera del dispositivo
de separación (X) a través de la válvula automática (d) y la
conducción de descarga (6).
La cantidad de gas remanente (gas de limpieza)
introducido desde la torre de adsorción (C) a la torre de adsorción
(B) se controla mediante la válvula que controla la velocidad de
flujo (7). Según la presente invención, la cantidad de gas
introducida en la torre de adsorción (B) es de 2 a 7 veces el
volumen del adsorbente cargado en la torre de adsorción (B),
convertido en volumen a temperatura común y a una presión
atmosférica. Con este ajuste, se descarga, como mínimo, parte del
gas remanente introducido en la torre de adsorción (B) desde la
torre de adsorción (B).
Tal como se ha descrito anteriormente, en la
sexta etapa (S6) del ciclo previo, se ha llevado a cabo una etapa de
adsorción en la torre de adsorción (C), mientras que se ha llevado a
cabo una etapa de desorción en la torre de adsorción (B). Por lo
tanto, la concentración del componente de gas innecesario en el gas
de limpieza introducido a la torre de adsorción (B) es inferior que
en el gas remanente en la torre de adsorción (B). Por lo tanto,
durante la etapa de limpieza, la concentración del componente de gas
innecesario (presión parcial del gas innecesario) en la torre de
adsorción (B) disminuye en comparación con la anterior a la etapa de
limpieza, lo que promueve la desorción del componente de gas
innecesario del adsorbente. Además, dado que el gas de limpieza se
introduce en la torre de adsorción (B) en una cantidad mayor que en
el método de la técnica anterior, en la torre de adsorción (B) el
componente de gas innecesario se descarga con fiabilidad. Como
resultado, la concentración del componente de gas innecesario en la
torre de adsorción (B) es baja cuando finaliza la etapa de limpieza,
de manera que el adsorbente se regenera debidamente. En la
realización ilustrada, la presión máxima alcanzada en la torre de
adsorción (A) (etapa de adsorción) está dentro del intervalo de 0,2
a 3,6 MPa (presión absoluta, lo que se aplica a continuación).
En la segunda etapa (S2) mostrada en la figura
3B, se llevan a cabo una segunda etapa de adsorción, una etapa de
presurización y una etapa de desorción en las torres de adsorción
(A), (B), y (C), respectivamente (Ver la figura 2). De forma similar
a la primera etapa, el material gaseoso se introduce en la torre de
adsorción (A) mientras el gas producto se descarga de la torre.
Parte del gas producto se recoge y parte se introduce en la torre de
adsorción (B) a través de la conducción de purga de producto (5), la
válvula automática (p), la válvula que controla la velocidad de
flujo (8), la conducción de entrada de gas remanente (4) y la
válvula automática (j). Como resultado, la presión en la torre de
adsorción (B) aumenta. Por otra parte, la presión interna de la
torre de adsorción (C) se ha reducido mediante la primera etapa
(S1). Además, las válvulas automáticas (e), (m), (n) y (o) están
cerradas mientras que la válvula automática (f) está abierta. Por lo
tanto, el componente de gas innecesario se desorbe del adsorbente en
la torre de adsorción (C) y se descarga desde la torre de adsorción
(C). El gas desorbido (Gdes) se recoge a través de la conducción de
descarga (6) y la válvula automática (f). La presión mínima en la
torre de adsorción (C) en la etapa de desorción está dentro del
intervalo de presión atmosférica a 0,15 MPa.
En la segunda etapa, se lleva a cabo la
presurización de la torre de adsorción (B) mediante la introducción
de gas producto. Por lo tanto, no se introduce una cantidad
indebidamente grande de componente de gas innecesario en la torre de
adsorción (B). Además, la torre de adsorción (B) se ha limpiado con
el gas remanente descargado de la torre de adsorción (C) en la
primera etapa (S1). También por esta razón, después de que finaliza
la segunda etapa, la concentración del componente de gas innecesario
en la torre de adsorción (B) es baja. Se debe indicar que, en la
primera etapa, la torre de adsorción (C) está en el estado
inmediatamente posterior al de una etapa de adsorción que finaliza.
En ese momento, por lo tanto, la concentración del componente de gas
innecesario en el gas remanente en la torre de adsorción (C) es
suficientemente baja. Por lo tanto, la utilización de este gas
remanente para la limpieza de la torre de adsorción (B) no provoca
problemas.
En la tercera etapa mostrada en la figura 3C, se
llevan a cabo una etapa de descompresión, una primera etapa de
adsorción y una etapa de limpieza en las torres de adsorción (A),
(B), y (C), respectivamente. Además, en la cuarta etapa mostrada en
la figura 3D, se llevan a cabo una etapa de desorción, una segunda
etapa de adsorción y una etapa de presurización en las torres de
adsorción (A), (B), y (C), respectivamente. La etapa de
descompresión y la etapa de desorción llevadas a cabo en la torre de
adsorción (A) en estas etapas se llevan a cabo de forma similar a
las llevadas a cabo en la torre de adsorción (C) en la primera y
segunda etapas. La primera etapa de adsorción y la segunda etapa de
adsorción en la torre de adsorción (B) se llevan a cabo de forma
similar a las llevadas a cabo en la torre de adsorción (A) en la
primera y segunda etapas. La etapa de limpieza y la etapa de
presurización en la torre de adsorción (C) se llevan a cabo de forma
similar a las llevadas a cabo en la torre de adsorción (B) en la
primera y segunda etapas.
Tal como se ha descrito anteriormente, la
concentración del componente de gas innecesario en la torre de
adsorción (B) es baja después de la segunda etapa. Por lo tanto, la
etapa de adsorción en la torre de adsorción (B) (la tercera y la
cuarta etapas) se puede llevar a cabo bajo una condición en la que
la concentración del componente de gas innecesario es baja. Como
resultado, la concentración del componente de gas innecesario es
extremadamente baja en el gas producto obtenido de la torre de
adsorción (B). De esta forma, el método de separación de esta
realización es capaz de proporcionar gas producto de pureza
extremadamente elevada.
En la quinta etapa mostrada en la figura 3E, se
llevan a cabo una etapa de limpieza, una etapa de descompresión y
una primera etapa de adsorción en las torres de adsorción (A), (B),
y (C), respectivamente. Además, en la sexta etapa mostrada en la
figura 3F, se llevan a cabo una etapa de presurización, una etapa de
desorción y una segunda etapa de adsorción en las torres de
adsorción (A), (B), y (C), respectivamente. La etapa de limpieza y
la etapa de presurización de la torre de adsorción (A) en estas
etapas se llevan a cabo de forma similar a las llevadas a cabo en la
torre de adsorción (B) en las etapas primera y segunda. La etapa de
descompresión y la etapa de desorción en la torre de adsorción (B)
se llevan a cabo de forma similar a las llevadas a cabo en la torre
de adsorción (C) en las etapas primera y segunda. La primera etapa
de adsorción y la segunda etapa de adsorción en la torre de
adsorción (C) se llevan a cabo de forma similar a las llevadas a
cabo en la torre de adsorción (A) en las etapas primera y
segunda.
Mediante la realización repetitiva de las seis
etapas de proceso (S1-S6) descritas anteriormente,
se elimina el componente de gas innecesario del material gaseoso, y
de este modo se proporciona gas producto con una concentración
elevada de gas hidrógeno.
A continuación, se describirá un método de
separación de gas hidrógeno según una segunda realización de la
presente invención, con referencia a las figuras 4 y
5A-5C. Adicionalmente a las etapas (etapas primera a
sexta) del método de separación de la primera realización, el método
de separación según la segunda realización incluye etapas de
limpieza (AS1', AS3' y AS5') que utilizan gas producto. Tal como se
muestra en la figura 4, se lleva a cabo una etapa de limpieza
adicional (2ª Limp.) de la torre de adsorción (B) en la etapa AS1'
entre las etapas S1 y S2. Se lleva a cabo una etapa de limpieza
adicional de la torre de adsorción (C) en la etapa AS3' entre las
etapas S3 y S4. Se lleva a cabo una limpieza adicional de la torre
de adsorción (A) en la etapa AS5' entre las etapas S5 y S6. El
signo "3ª Ad." en la figura 4 indica una tercera etapa de
adsorción.
Las figuras 5A, 5B y 5C indican flujos de gas en
la etapas AS1', AS3' y AS5', respectivamente.
En la etapa AS1' (figura 5A), se introduce el
material gaseoso en la torre de adsorción (A) mientras el gas
producto se descarga de la torre, de una manera similar a la segunda
etapa de la primera realización. Parte del gas producto se recoge y
parte se introduce en la torre de adsorción (B) a través de la
conducción de purga de producto (5), la válvula automática (p), la
válvula que controla la velocidad de flujo (8), la conducción de
entrada de gas remanente (4) y la válvula automática (j) (figura 1).
Mediante la válvula que controla la velocidad de flujo (8), la
cantidad de gas producto (gas de limpieza) introducida en la torre
de adsorción (B) se controla para que sea de 0,1 a 1 vez el volumen
del adsorbente cargado en la torre de adsorción (B). Como resultado
de la introducción del gas de limpieza, el gas remanente se descarga
de la torre de adsorción (B) a través de la válvula automática (d) y
la conducción de descarga (6). En la torre de adsorción (C), se
lleva a cabo una primera etapa de desorción, de forma similar a la
de la segunda etapa de la primera realización.
En la etapa AS3' (figura 5B), se lleva a cabo
una primera etapa de desorción en la torre de adsorción (A), de
forma similar a la que se ha llevado a cabo en la torre de adsorción
(C) en la etapa AS1'. Además, se lleva a cabo una segunda etapa de
adsorción en la torre de adsorción (B), de forma similar a la que se
ha llevado a cabo en la torre de adsorción (A) en la etapa AS1'.
Además, se lleva a cabo una segunda etapa de limpieza en la torre de
adsorción (C), de forma similar a la que se ha llevado a cabo en la
torre de adsorción (B) en la etapa AS1'.
En la etapa AS5' (figura 5C), se lleva a cabo
una (segunda) limpieza adicional en la torre de adsorción (A), de
forma similar a la que se ha llevado a cabo en la torre de adsorción
(B) en la etapa AS1'. Además, se lleva a cabo una primera etapa de
desorción en la torre de adsorción (B), de forma similar a la que se
ha llevado a cabo en la torre de adsorción (C) en la etapa AS1'.
Además, se lleva a cabo una segunda etapa de adsorción en la torre
de adsorción (C), de forma similar a la que se ha llevado a cabo en
la torre de adsorción (A) en la etapa AS1'.
Según la segunda realización de la presente
invención, se lleva a cabo una segunda etapa de limpieza después de
una primera etapa de limpieza. La primera etapa de limpieza se lleva
a cabo utilizando gas remanente obtenido de una torre de adsorción
en la que la adsorción ha finalizado. La segunda etapa de limpieza
se lleva a cabo utilizando gas producto obtenido de una torre de
adsorción en la que se está efectuando la adsorción. De forma
específica, utilizando como ejemplo la torre de adsorción (B), se
lleva a cabo la primera etapa de limpieza (figura 3A) utilizando gas
remanente obtenido de la torre de adsorción (C) en la que ha
finalizado la adsorción, mientras que la segunda etapa de limpieza
(figura 5A) se lleva a cabo utilizando gas producto obtenido de la
torre de adsorción (A) en la que se está efectuando la adsorción. En
la presente descripción, debe indicarse que la concentración del
componente de gas innecesario en el gas producto es inferior que en
el gas remanente. Por lo tanto, se puede limpiar el interior de cada
una de las torres de adsorción con mayor fiabilidad mediante la
limpieza en primer lugar con gas remanente y, a continuación, la
limpieza con gas producto, lo que aumenta la eficiencia de
regeneración del adsorbente. Además, debido a la limpieza previa con
el gas remanente, se reduce la cantidad de gas producto requerido
para la segunda limpieza. Por lo tanto, es posible impedir o inhibir
que el gas producto introducido en la torre de adsorción se
descargue, lo que aumenta la recuperación de gas hidrógeno.
A continuación, se describirá un método de
separación de gas hidrógeno según una tercera realización de la
presente invención, con referencia a las figuras 6, 7 y
8A-8L.
La figura 6 ilustra las partes estructurales
principales de un dispositivo de separación de PSA (X'), para llevar
a cabo el método de separación de la tercera realización. El
dispositivo de separación (X') incluye cuatro torres de adsorción
(A'), (B'), (C') y (D'). Los signos de referencia (a') a (u')
indican válvulas automáticas. El dispositivo de separación (X')
incluye además una conducción (1') de material gaseoso, una
conducción (2') de gas producto, una conducción de salida (3') de
gas remanente, una conducción de entrada (4') de gas remanente, una
conducción de purga (5') de producto y una conducción de descarga
(6'). La conducción de salida (3') de gas remanente y la conducción
de entrada (4') de gas remanente se dotan con válvulas que controlan
la velocidad de flujo (7') y (8'), respectivamente.
Tal como se entenderá de la figura 7, en el
método de separación de la tercera realización, se lleva a cabo de
forma repetitiva un ciclo que comprende doce etapas (de una primera
etapa S1 a una duodécima etapa 12) en cada una de las torres de
adsorción. Las figuras 8A-8L ilustran el flujo de
gas de la primera etapa S1 a la duodécima etapa S12.
En la primera etapa (S1), se llevan a cabo una
primera etapa de adsorción (1ª Ad.), una segunda etapa de limpieza
(2ª Limp.), una segunda etapa de desorción (2ª Desor.) y una primera
etapa de descompresión (1ª Descomp.) en las torres de adsorción (A')
, (B') , (C') y (D'), respectivamente (figura 7). En ese momento, el
material gaseoso (Gmat) se introduce en la torre de adsorción (A') a
través de la conducción de material gaseoso (1') y la válvula
automática (a') (figura 8A). Un componente de gas innecesario se
elimina mediante el adsorbente en la torre de adsorción (A') y el
gas producto (Gpro) se descarga al exterior de la torre. El gas
producto se recoge a través de la válvula automática (k') y la
conducción de gas producto (2').
El gas remanente (gas de limpieza) descargado de
la torre de adsorción (D') se introduce en la torre de adsorción
(B') a través de la válvula automática (s'), la conducción de salida
de gas remanente (3'), la válvula que controla la velocidad de flujo
(7'), la conducción de entrada de gas remanente (4') y la válvula
automática (1'). En la torre de adsorción (D') se ha producido
previamente una etapa de adsorción, mientras que en la torre de
adsorción (B') se ha producido previamente una (tercera) etapa de
desorción (duodécima etapa S12). Por lo tanto, la presión interna de
la torre de adsorción (D') es más elevada que la de la torre de
adsorción (B'). Por lo tanto, cuando el gas remanente de la torre
de adsorción (D') se introduce en la torre de adsorción (B'), la
presión interna de la torre de adsorción (D') cae, mientras el gas
remanente se descarga desde la torre de adsorción (B') a través de
la válvula automática (d') y la conducción de descarga (6').
La cantidad de gas remanente introducido desde
la torre de adsorción (D') en la torre de adsorción (B') se controla
mediante la válvula que controla la velocidad de flujo (7'). Según
la presente invención, la cantidad de gas introducida se ajusta para
que sea de 2 a 5 veces el volumen del adsorbente cargado en la torre
de adsorción (B') (convertido en volumen a temperatura común y a una
presión atmosférica).
En la torre de adsorción (C'), se continúa una
etapa de desorción después de la duodécima etapa (S12). En la
primera etapa (S1), la presión interna de la torre de adsorción (C')
se ha reducido, y las válvulas automáticas (e'), (o'), (p') y (q')
están cerradas mientras que la válvula automática (f') está abierta.
Por lo tanto, el componente de gas innecesario se desorbe del
adsorbente en la torre de adsorción (C') y se descarga junto con el
gas en la torre de adsorción (C'). El gas descargado se recoge a
través de la válvula automática (f') y la conducción de descarga
(6').
En la segunda etapa (S2), se llevan a cabo una
segunda etapa de adsorción (2ª Ad.), una etapa de reposo (Rep.), una
primera etapa de limpieza (1ª Limp.), una segunda etapa de
descompresión (2ª Descomp.) en las torres de adsorción (A'), (B'),
(C') y (D'), respectivamente. El flujo de gas en ese momento se
ilustra en la figura 8B. Tal como se muestra en la figura, la etapa
de adsorción en la torre de adsorción (A') se lleva a cabo de forma
similar a la de la primera etapa. La torre de adsorción (B') se
mantiene en reposo (Rep.) con las válvulas automáticas (c'), (d'),
(l'), (m') y (n') cerradas. El gas remanente (gas de limpieza)
descargado de la torre de adsorción (D') se introduce en la torre de
adsorción (C') a través de la válvula automática (s'), la conducción
de salida de gas remanente (3'), la válvula de control de la
velocidad de flujo (7'), la conducción de entrada (4') de gas
remanente y la válvula automática (o'). Como resultado, la presión
interna de la torre de adsorción (D') cae mientras que el gas
remanente se descarga de la torre de adsorción (C') a través de la
válvula automática (f') y la conducción de descarga (6'). La
cantidad de gas remanente introducida de la torre de adsorción (D')
en la torre de adsorción (C') se controla mediante la válvula que
controla la velocidad de flujo (7'). Según la presente invención, la
cantidad de gas introducido se ajusta para que sea de 1 a 3 veces el
volumen del adsorbente cargado en la torre de adsorción (C')
(convertido en volumen a temperatura común y a una presión
atmosférica).
En la tercera etapa (S3), se llevan a cabo una
tercera etapa de adsorción (3ª Ad.), una etapa de presurización
(Pres.), una tercera etapa de desorción (3ª Desor.) y una primera
etapa de desorción (1ª Desor.) en las torres de absorción (A'),
(B'), (C') y (D'), respectivamente. El flujo de gas en ese momento
se ilustra en la figura 8C.
Tal como se entenderá de la figura 8C, el
material gaseoso se introduce en la torre de adsorción (A') mientras
se descarga el gas producto de la torre de forma similar a la
primera etapa. Parte del gas producto se recoge y parte se introduce
en la torre de adsorción (B') a través de la conducción de purga de
producto (5'), la válvula automática (u'), la válvula que controla
la velocidad de flujo (8'), la conducción de entrada de gas
remanente (4') y la válvula automática (1'). Como resultado, la
presión en la torre de adsorción (B') aumenta.
En la torre de adsorción (C'), el componente de
gas innecesario se desorbe del adsorbente de forma similar a la
primera etapa. El gas desorbido se descarga a través de la válvula
automática (f') y la conducción de descarga (6'). De forma similar,
la desorción del componente de gas innecesario también tiene lugar
en la torre de adsorción (D'). En ese momento, las válvulas
automáticas (g'), (r'), (s') y (t') están cerradas, mientras que la
válvula automática (h') está abierta. El gas desorbido se descarga
junto con el gas remanente de la torre de adsorción (D') a través de
la válvula automática (h') y la conducción de descarga (6').
En las etapas respectivas cuarta, quinta y sexta
(S4, S5 y S6), se llevan a cabo una primera etapa de descompresión
(1ª Descomp.), una segunda etapa de descompresión (2ª Descomp.) y
una primera etapa de desorción (1ª Desor.) en la torre de adsorción
(A'), de forma similar a las llevadas a cabo en la torre de
adsorción (D') en las etapas S1-S3. Además, en la
torre de adsorción (B'), se llevan a cabo una primera etapa de
adsorción (1ª Ad.), una segunda etapa de adsorción (2ª Ad.) y una
tercera etapa de adsorción (3ª Ad.) de forma similar a las llevadas
a cabo en la torre de adsorción (A') en las etapas
S1-S3. En la torre de adsorción (C'), se llevan a
cabo una segunda etapa de limpieza (2ª Limp.), un etapa de reposo
(Rep.) y una etapa de presurización (Pres.) de forma similar a las
llevadas a cabo en la torre de adsorción (B') en las etapas
S1-S3. En la torre de adsorción (D'), se llevan a
cabo una segunda etapa de desorción (2ª Desor.), una primera etapa
de limpieza (1ª Limp.) y una tercera etapa de desorción (3ª Desor.)
de forma similar a las llevadas a cabo en la torre de adsorción (C')
en las etapas S1-S3.
En las etapas respectivas séptima, octava y
novena (S7, S8 y S9), se llevan a cabo una segunda etapa de
desorción (2ª Desor.), una primera etapa de limpieza (1ª Limp.) y
una tercera etapa de desorción (3ª Desor.) en la torre de adsorción
(A'), de forma similar a las llevadas a cabo en la torre de
adsorción (C') en las etapas S1-S3. En la torre de
adsorción (B'), se llevan a cabo una primera etapa de descompresión
(1ª Descomp.), una segunda etapa de descompresión (2ª Descomp.) y
una primera etapa de desorción (1ª Desor.) de forma similar a las
llevadas a cabo en la torre de adsorción (D') en las etapas
S1-S3. En la torre de adsorción (C'), se llevan a
cabo una primera etapa de adsorción (1ª Ad.), una segunda etapa de
adsorción (2ª Ad.) y una tercera etapa de adsorción (3ª Ad.) de
forma similar a las llevadas a cabo en la torre de adsorción (A') en
las etapas S1-S3. En la torre de adsorción (D'), se
llevan a cabo una segunda etapa de limpieza (2ª Limp.), una etapa de
reposo (Rep.) y una etapa de presurización (Pres.) de forma similar
a las llevadas a cabo en la torre de adsorción (B') en las etapas
S1-S3.
En las etapas respectivas décima, undécima y
duodécima (S10, S11 y S12), se llevan a cabo una segunda etapa de
limpieza (2ª Limp.), una etapa de reposo (Rep.) y una etapa de
presurización (Pres.) en la torre de adsorción (A'), de forma
similar a las llevadas a cabo en la torre de adsorción (B') en las
etapas S1-S3. En la torre de adsorción (B'), se
llevan a cabo una segunda etapa de desorción (2ª Desor.), una
primera etapa de limpieza (1ª Limp.) y una tercera etapa de
desorción (3ª Desor.) de forma similar a las llevadas a cabo en la
torre de adsorción (C') en las etapas S1-S3. En la
torre de adsorción (C'), se llevan a cabo una primera etapa de
descompresión (1ª Descomp.), una segunda etapa de descompresión (2ª
Descomp.) y una primera etapa de desorción (1ª Desor.) de forma
similar a las llevadas a cabo en la torre de adsorción (D') en las
etapas S1-S3. En la torre de adsorción (D'), se
llevan a cabo una primera etapa de adsorción (1ª Ad.), una segunda
etapa de adsorción (2ª Ad.) y una tercera etapa de adsorción (3ª
Ad.) de forma similar a las llevadas a cabo en la torre de adsorción
(A') en las etapas S1-S3.
En todas las torres de adsorción (A'), (B'),
(C') y (D'), la presión máxima en las etapas de adsorción primera a
tercera se ajusta para que esté dentro del intervalo de 0,2 a 3,6
Mpa, mientras que la presión mínima en las etapas de desorción se
ajusta para que esté dentro del intervalo de presión atmosférica a
0,15 MPa.
En el método de separación descrito
anteriormente, desde la torre de adsorción (D') en la que han
finalizado las etapas de adsorción (S10-S12), el gas
remanente (gas de limpieza) se introduce en la primera etapa de
descompresión (S1) en la torre de adsorción (B') (figura 8A). En ese
momento, la torre de adsorción (B') está experimentando la segunda
etapa de limpieza. Además, en la segunda etapa de descompresión
(S2), el gas remanente (gas de limpieza) se introduce de la torre de
adsorción (D') a la torre de adsorción (C') (figura 8B). En ese
momento, la torre de adsorción (C') está experimentando la primera
etapa de limpieza. Tal como se muestra en las figuras 8A y 8B, se
extrae el gas remanente a través de la parte superior de la torre de
adsorción (D') (es decir, de la parte a través de la cual se
descarga el gas producto en la etapa S12). Por lo tanto, el gas
remanente contiene una concentración inferior de componente de gas
innecesario que en el caso en el que el gas remanente se descarga a
través de la parte inferior de la torre de adsorción (D'). Además,
el gas remanente extraído en la primera etapa (S1) contiene una
concentración inferior de componente de gas innecesario que el gas
remanente extraído en la segunda etapa (S2). De este modo, según el
método de separación, la torre de adsorción (C') en la primera etapa
de limpieza se limpia con gas remanente que contiene una
concentración relativamente elevada de componente de gas
innecesario, mientras que la torre de adsorción (B') en la segunda
etapa de limpieza se limpia con gas remanente que contiene una
concentración relativamente baja de componente de gas innecesario.
Esto es debido a que la torre de adsorción en la segunda etapa de
limpieza ya ha sido limpiada hasta un grado más elevado que la torre
de adsorción en la primera etapa de limpieza.
Ahora, debe señalarse a la torre de adsorción
(C') en las etapas S1-S4. A través de las cuatro
etapas, se llevan a cabo una (segunda) etapa de desorción, una
(primera) etapa de limpieza, una (tercera) etapa de desorción y una
(segunda) etapa de limpieza en la torre de adsorción (C') en el
orden mencionado. Cuando finaliza la etapa de desorción de la etapa
S1, el gas remanente que contiene el componente de gas innecesario
está en la torre de adsorción (C'). En la etapa S2, el gas remanente
se descarga fuera de la torre de adsorción (C') mediante gas
remanente introducido desde la torre de adsorción (D'). Tal como se
ha descrito anteriormente, el gas remanente introducido en la etapa
de S2 contiene una concentración más elevada de componente de gas
innecesario que el introducido en la torre de adsorción (B') en la
etapa de S1. Sin embargo, la concentración del componente de gas
innecesario en el gas remanente introducido en la etapa S2 es
todavía inferior a la del gas remanente que está en la torre de
adsorción (C') cuando la etapa S1 finaliza. Por lo tanto, en la
etapa S2 la limpieza de la torre de adsorción (C') es efectiva, de
manera que la concentración del componente de gas innecesario en la
torre de adsorción (C') después de la finalización de la etapa de S2
es inferior a la de antes de la limpieza. Como resultado, la presión
parcial del componente de gas innecesario en la torre de adsorción
(C') disminuye, lo que promueve la desorción del componente de gas
innecesario del adsorbente. Esto es ventajoso para la regeneración
fiable del adsorbente en la tercera etapa de desorción S3. En la
etapa S4, el gas remanente en la torre de adsorción (C') se descarga
mediante la introducción de gas remanente desde la torre de
adsorción (A'), que es donde se ha producido la primera etapa de
descompresión. Dado que la concentración del componente de gas
innecesario en este gas remanente es relativamente baja, es posible
reducir además la concentración del componente de gas innecesario en
la torre de adsorción (C'). Como resultado, se desorbe una mayor
cantidad de componente de gas innecesario del adsorbente en la torre
de adsorción (C'). De esta forma, se aumenta en gran medida la
eficiencia de regeneración del adsorbente.
Según la tercera realización, cada una de las
torres de adsorción está en el estado de reposo después de una
segunda etapa de limpieza. De forma específica, la torre de
adsorción (A') en la etapa S11, la torre de adsorción (B') en la
etapa S2, la torre de adsorción (C') en la etapa S5 y la torre de
adsorción (D') en la etapa S8 están en el estado de reposo. Según la
presente invención, se puede dotar a cada una de las torres de
adsorción en el estado de reposo de una etapa de limpieza adicional
(Ver las líneas discontinuas en las figuras 8B, 8E, 8H y 8K). En el
caso de que se lleve a cabo una etapa de limpieza adicional de este
tipo, el estado de apertura/cierre de las válvulas automáticas se
cambia parcialmente tal como se indica en la figura 7 entre
paréntesis. Por ejemplo, cuando se lleva a cabo la limpieza
adicional para la torre de adsorción (B') en la etapa S2, las
válvulas automáticas (d'), (1') y (u') se mantienen abiertas.
Tal como se muestra en las figuras 8B, 8E, 8H y
8K, la limpieza adicional se lleva a cabo utilizando gas producto
tal como gas de limpieza. La concentración del componente de gas
innecesario en el gas producto es inferior a la del gas remanente
introducido en la segunda etapa de limpieza. Por lo tanto, la
limpieza adicional puede limpiar además el interior de la torre de
adsorción. Además, dado que la etapa de limpieza adicional se lleva
a cabo después de la primera y la segunda etapas de limpieza,
solamente requiere una cantidad relativamente pequeña de gas de
limpieza (gas producto).
A continuación, la efectividad de la presente
invención se describirá utilizando los siguientes Ejemplos
1-6.
En los Ejemplos 1-5, se utilizó
el método de separación (de la presente invención) mostrado en la
figura 2 para la separación de gas hidrógeno de material gaseoso. En
el Ejemplo 6, se utilizó el método de separación (de la técnica
anterior) mostrado en la figura 9 para la separación de gas
hidrógeno de material gaseoso. En todos los Ejemplos
1-6, se utilizó el dispositivo de separación (X) tal
como el que se muestra en la figura 1 para efectuar la
separación.
Tal como se ha descrito anteriormente, el
dispositivo de separación (X) incluye tres torres de adsorción. Cada
una de las torres de adsorción tiene una configuración cilíndrica
que tiene un diámetro de 50 mm. El adsorbente utilizado contenía
tamiz molecular de zeolita (tipo Ca5A) y tamiz molecular de carbono
en la proporción volumétrica de 1:1,3. Se cargaron 2,935 litros de
adsorbente en cada una de las torres de adsorción. El material
gaseoso utilizado contenía en volumen el 77,77% de gas hidrógeno, el
19,62% de gas dióxido de carbono, el 1% de gas monóxido de carbono,
el 0,0008% de gas nitrógeno y el 1,61% de gas metano. El material
gaseoso se introdujo a 851 litros N/h.
En el Ejemplo 1, la presión máxima durante la
etapa de adsorción se ajustó a 0,95 MPa, mientras que la presión
mínima durante la etapa de desorción se ajustó para que fuera
aproximadamente igual a la presión atmosférica (0,106 MPa). La
presión final durante la etapa de descompresión se ajustó a 0,45
MPa. Tal como se ha descrito anteriormente en el método de
separación de la figura 2, se introduce el gas remanente en una
torre de adsorción en la que la adsorción ha finalizado, como gas de
limpieza, en otra torre de adsorción que va a limpiarse. En el
Ejemplo 1, la cantidad introducida del gas de limpieza se ajustó
para que fuera de 5 veces el volumen del adsorbente (2,935 litros),
aproximadamente.
Como resultado del experimento del Ejemplo 1, se
recuperaron 503 litros N/h de gas hidrógeno, y la pureza del gas
hidrógeno fue del 99,999% en volumen. El rendimiento de gas
hidrógeno fue del 76,0%.
En el Ejemplo 2, la presión final durante la
etapa de descompresión se ajustó a 0,75 MPa. En la etapa de
limpieza, se introdujo el gas de limpieza (gas remanente) en una
cantidad de dos veces la cantidad del adsorbente cargado,
aproximadamente. Las otras condiciones fueron las mismas que las del
Ejemplo 1.
Como resultado del experimento del Ejemplo 2, se
recuperaron 468 litros N/h de gas hidrógeno, y la pureza del gas
hidrógeno fue del 99,999% en volumen. El rendimiento de gas
hidrógeno fue del 70,7%.
En el Ejemplo 3, la presión final durante la
etapa de descompresión se ajustó a 0,55 MPa. En la etapa de
limpieza, se introdujo el gas de limpieza (gas remanente) en una
cantidad de cuatro veces la cantidad del adsorbente cargado,
aproximadamente. Las otras condiciones fueron las mismas que las del
Ejemplo 1.
Como resultado del experimento del Ejemplo 3, se
recuperaron 469 litros N/h de gas hidrógeno, y la pureza del gas
hidrógeno fue del 99,999% en volumen. El rendimiento de gas
hidrógeno fue del 75,0%.
En el Ejemplo 4, la presión final durante la
etapa de descompresión se ajustó a 0,35 MPa. En la etapa de
limpieza, se introdujo el gas de limpieza (gas remanente) en una
cantidad de 6 veces la cantidad del adsorbente cargado,
aproximadamente. Las otras condiciones fueron las mismas que las del
Ejemplo 1.
Como resultado del experimento del Ejemplo 4, se
recuperaron 496 litros N/h de gas hidrógeno, y la pureza del gas
hidrógeno fue del 99,999% en volumen. El rendimiento de gas
hidrógeno fue del 75,0%.
En el Ejemplo 5, la presión final durante la
etapa de descompresión se ajustó a 0,25 MPa. En la etapa de
limpieza, se introdujo el gas de limpieza (gas remanente) en una
cantidad de 7 veces la cantidad del adsorbente cargado,
aproximadamente. Las otras condiciones fueron las mismas que las del
Ejemplo 1.
Como resultado del experimento del Ejemplo 5, se
recuperaron 492 litros N/h de gas hidrógeno, y la pureza del gas
hidrógeno fue del 99,999% en volumen. El rendimiento de gas
hidrógeno fue del 74,4%.
En el Ejemplo 6, el gas hidrógeno se separó del
material gaseoso utilizando el método (método de la técnica anterior
que incluye una etapa de igualación de presiones) mostrado en la
figura 9, tal como se ha descrito anteriormente. Por lo tanto, se
utilizó el gas producto obtenido de una torre de adsorción durante
una etapa de adsorción como gas de limpieza. Se introdujo el gas de
limpieza (gas producto) en una cantidad de 0,7 veces la cantidad del
adsorbente cargado, aproximadamente. Las otras condiciones fueron
las mismas que las del Ejemplo 1.
Como resultado del experimento del Ejemplo 6, se
recuperaron 463 litros N/h de gas hidrógeno, y la pureza del gas
hidrógeno fue del 99,999% en volumen. El rendimiento de gas
hidrógeno fue del 70,0%.
Tal como queda claro de lo anterior, en
comparación con el método de la técnica anterior (Ejemplo 6), la
cantidad recuperada y el rendimiento de gas hidrógeno (gas producto)
aumenta en los casos (Ejemplos 1-5) en los que se
utiliza el gas remanente como gas de limpieza y la cantidad de gas
de limpieza introducida es de 2 a 7 veces la cantidad de adsorbente
cargada.
De esta forma, la presente invención puede
aumentar el rendimiento de gas objetivo utilizando un adsorbente
similar a los utilizados en el método de la técnica anterior. Sin
embargo, para la eliminación tanto de dióxido de carbono como de
monóxido de carbono al mismo tiempo, es necesaria la utilización de
dos tipos de adsorbentes (adsorbente basado en carbono activo y
zeolita). Tal como se ha indicado anteriormente, esto provoca un
aumento en las cantidades de adsorbente que deben cargarse en cada
una de las torres de adsorción y, por lo tanto, aumenta el tamaño
del dispositivo de separación.
Como resultado del estudio intensivo de los
presentes inventores para la solución del problema descrito
anteriormente, se ha descubierto que la utilización de zeolita que
tiene una estructura particular, descrita a continuación, hace
posible que se adsorba tanto el dióxido de carbono como el monóxido
de carbono, sin utilizar adsorbente basado en carbono activo.
De forma específica, la zeolita según la
presente invención tiene una estructura de faujasita y tiene una
proporción de Si/Al de 1-1,5 y una proporción
intercambio de litio no inferior al 95%. El objeto que va a ser
intercambiado con el litio puede ser ión Na, que es un componente de
la zeolita.
La zeolita se obtiene de la siguiente
manera.
En primer lugar, se mezclan homogéneamente una
solución de aluminato y una solución de silicato. Después de la
maduración a 40-60°C durante 20-50
horas, la solución mezclada se cristaliza a 90-100°C
durante 2-5 horas. Posteriormente, el cristal
formado de este modo se separa de la solución mediante filtración y,
a continuación, se lava con agua destilada. El cristal lavado se
seca a 70-100°C y, a continuación, se introduce en
un horno a 500-600°C durante varias horas. Como
resultado, se obtiene la zeolita que tiene una estructura faujasita
y tiene una proporción de Si/Al de 1-1,5. De forma
específica, tal como el aluminato, se puede utilizar, por ejemplo,
aluminato sódico o aluminato potásico. Tal como el silicato, se
puede utilizar, por ejemplo, silicato sódico.
Posteriormente, la zeolita preparada de este
modo se sumerge en una solución de cloruro de litio
0,5-5 M mantenida a 70-100°C para el
intercambio de iones. A continuación, la zeolita se lava con
solución diluida de hidróxido de litio. Mediante la repetición de
estas etapas de proceso una serie de veces, se obtiene la zeolita
con una proporción de intercambio de litio no inferior al 95%.
A continuación, se dará la descripción referente
a las ventajas de la utilización de la zeolita según la presente
invención en el proceso PSA.
En primer lugar, se hace referencia a la figura
11. Esta figura ilustra, esquemáticamente, la estructura de un
dispositivo de separación (X'') utilizado para la separación de gas
objetivo de material gaseoso mediante el proceso PSA. De forma
específica, el dispositivo de separación (X'') incluye tres torres
de adsorción (A) a (C), un colector gas producto (10), un suministro
de material gaseoso (20), y un colector de gas desorbido (30). En la
figura, los signos "Gmat", "Gpro" y "Gdes" indican
material gaseoso, gas producto y gas desorbido, respectivamente.
Las torres de adsorción (A), (B), y (C) incluyen
salidas de gas producto (Aa), (Ba) y (Ca), respectivamente, e
incluyen además entradas de material gaseoso (Ab), (Bb) y (Cb),
respectivamente. Cada una de las torres de adsorción (A) a (C) se
carga con un adsorbente.
Las salidas de gas producto (Aa), (Ba) y (Ca) de
las torres de adsorción (A), (B), y (C) se conectan al colector de
gas producto (10) a través de válvulas automáticas (5A) a (5C) y una
conducción (4a). La conducción (4a), que es para la recogida del gas
producto, se dota de un medidor de flujo de gas producto (1a).
Las salidas de gas producto (Aa), (Ba) y (Ca) se
conectan a la conducción de recogida de gas producto (4a) a través
de las conducciones (4b) y (4c). La conducción (4b), que es para el
gas de igualación de presiones y el gas de presurización, se dota de
válvulas automáticas (6A) a (6C). La conducción (4c), que es para el
gas de presurización, se dota de una válvula automática (6a). Las
salidas de gas producto (Aa), Ba) y (Ca) se conectan también a la
conducción de recogida de gas producto (4a) a través de las
conducciones (4d) y (4e). La conducción (4d), que es para el gas de
igualación de presiones/gas de limpieza, se dota de válvulas
automáticas (7A) a (7C). La conducción (4e), que es para el gas de
limpieza, se dota de una válvula automática (6b). Las salidas de
gas producto (Aa), (Ba) y (Ca) se conectan a cada una de las otras a
través de las conducciones (4b), (4d) y una conducción (4f) para la
igualación de la presión. La conducción (4f) se dota de una válvula
automática (6c).
Las entradas de material gaseoso (Ab), (Bb) y
(Cb) de las torres de adsorción (A), (B), y (C) se conectan al
suministro de material gaseoso (20) a través de una conducción
material gaseoso suministro (4g). La conducción (4g) se dota de
válvulas automáticas (8A) a (8C) y un medidor de flujo de material
gaseoso (2a). Las entradas de material gaseoso (Ab), (Bb) y (Cb) se
conectan también al colector de gas desorbido (30) a través de una
conducción de recogida de gas desorbido (4h). La conducción (4h) se
dota de válvulas automáticas (9A) a (9C).
El flujo de gas en cada una de las conducciones
(4a) a (4h) se controla mediante la apertura o el cierre apropiado
de cada una de las válvulas automáticas (5A) a (5C), (6A) a (6C),
(6a) a (6c), (7A) a (7C), (8A) a (8C) y (9A) a (9C). Como resultado,
se llevan a cabo repetitivamente una etapa de adsorción, una primera
etapa de igualación de presiones (etapa de descompresión), una etapa
de desorción, una etapa de limpieza, una segunda etapa de igualación
de presiones (etapa de presurización) y etapa de presurización, en
cada una de las torres de adsorción (A), (B), y (C). En la etapa de
adsorción, se lleva a cabo la adsorción de componentes de gas
innecesarios en el adsorbente bajo una presión elevada. En la
primera etapa de igualación de presiones (etapa de descompresión) y
la segunda etapa de igualación de presiones (etapa de
presurización), se lleva a cabo la introducción o descarga de gas
entre las torres de adsorción. En la etapa de desorción, se desorben
los componentes de gas innecesarios del adsorbente. En la etapa de
limpieza, se descarga el gas remanente desorbido en una torre de
adsorción. En la etapa de presurización, se aumenta la presión en
una torre de adsorción como preparación para una etapa de
adsorción.
Las cinco etapas descritas anteriormente (una
etapa de adsorción, una etapa de igualación de presiones, una etapa
de desorción, una etapa de limpieza y una etapa de presurización) se
llevan a cabo en cada una de las torres de adsorción en las
temporizaciones mostradas en el tabla de la figura 13. En la figura,
los signos "Ad.", "IP", "Des.", "Limp." y
"Pres." indican una etapa de adsorción, un etapa de igualación
de presiones, una etapa de desorción, una etapa de limpieza y una
etapa de presurización, respectivamente. En la sección marcada con
"V.O.", se describen los signos de referencia de las válvulas
automáticas que se mantienen abiertas. Por ejemplo, en la primera
etapa (S1), se lleva a cabo una etapa de adsorción (Ad.) en la torre
de adsorción (A), mientras que se lleva a cabo una etapa de
igualación de presiones (IP) en las torres de adsorción (B) y (C).
En ese momento, las válvulas (5A), (8A), (6B), (7C) y (6C) están
abiertas mientras que las otras válvulas están cerradas. Las etapas
segunda (S2) a novena (S9) se representan en la tabla de la misma
manera.
Las figuras 12A-12I ilustran el
flujo de gas en las etapas primera (S1) a la duodécima (S12).
Tal como se ha descrito anteriormente, en la
primera etapa (S1), se lleva a cabo una etapa de adsorción en la
torre de adsorción (A), mientras que se lleva a cabo una etapa de
igualación de presiones en las torres de adsorción (B) y (C). El
flujo de gas en la primera etapa se ilustra en la figura 12A. En la
torre de adsorción (A), la salida de gas producto (Aa) se mantiene
en comunicación con el colector de gas producto (10), mientras que
la entrada de material gaseoso (Ab) se mantiene en comunicación con
el suministro de material gaseoso (20). El material gaseoso se
suministra desde el suministro de material gaseoso (20) a la entrada
de material gaseoso (Ab) a través de la conducción (4g). Los
componentes de gas innecesarios, entre los que se incluye dióxido
de carbono, se eliminan en la torre de adsorción (A) y el gas
producto se extrae a través de la salida de gas producto (Aa). El
gas producto se recoge en el colector de gas producto (10) a través
de la conducción (4a). La cantidad de material gaseoso suministrado
a la torre de adsorción (A) se monitoriza mediante el medidor de
flujo de material gaseoso (2a) para ajustar la velocidad de flujo.
La cantidad de gas producto recogida en el colector de gas producto
(10) se monitoriza mediante el medidor de flujo de gas producto (1a)
para ajustar la velocidad de flujo. La presión de suministro de
material gaseoso puede ser, por ejemplo, 0,5-4 MPa,
mientras que la presión de recuperación de gas producto puede ser
0,4-3,9 MPa.
La torre de adsorción (B) se mantiene en
comunicación con la torre de adsorción (C) a través de las salidas
de gas producto (Ba) y (Ca). La presión en la torre de adsorción (C)
es relativamente elevada, debido a la etapa de adsorción llevada a
cabo previamente en la misma, mientras que la presión en la torre de
adsorción (B) es relativamente baja, debido a la etapa de limpieza
llevada a cabo previamente en la misma (Ver la novena etapa). En la
primera etapa, por lo tanto, el gas remanente en la torre de
adsorción (C) se descarga a través de la salida de gas producto (Ca)
y se introduce en la torre de adsorción (B) a través de las
conducciones (4d), (4f), (4b) y la salida de gas producto (Ba). Como
resultado, la presión en la torre de adsorción (C) cae, mientras
que la presión en la torre de adsorción (B) aumenta. (Es decir, se
proporciona igualación de presión entre las torres de adsorción -B-
y -C-).
En la segunda etapa (S2), las válvulas
automáticas (5A), (8A), (6B), (9C) y (6a) se mantienen abiertas para
producir el flujo de gas mostrado en la figura 12B. Se llevan a cabo
una etapa de adsorción, una etapa de presurización y una etapa de
desorción en las torres de adsorción (A), (B), y (C),
respectivamente. En la segunda etapa, la salida de gas producto (Aa)
de la torre de adsorción (A) se mantiene en comunicación con el
colector gas producto (10) y la torre de adsorción (B), mientras que
la entrada de gas producto (Ab) se mantiene en comunicación con el
suministro de material gaseoso (20). En la segunda etapa, se obtiene
gas producto de forma similar a la primera etapa. Sin embargo,
parte del gas producto se introduce en la torre de adsorción (B) a
través de las conducciones (4c) y (4b) como gas de purga (gas de
presurización). En ese momento, la entrada de material gaseoso (Bb)
de la torre de adsorción (B) está cerrada, de manera que la presión
en la torre de adsorción (B) aumenta por el gas de purga introducido
de la torre de adsorción (A).
La salida de gas producto (Ca) de la torre de
adsorción (C) se mantiene cerrada. La entrada de material gaseoso
(Cb) de la torre de adsorción (C) se mantiene en comunicación con el
colector de gas desorbido (30). La presión en la torre de adsorción
(C) ha bajado un cierto grado por la etapa de igualación de
presiones llevada a cabo en la primera etapa. Por lo tanto, se
desorben los componentes de gas innecesarios del adsorbente en la
torre de adsorción (C). Al mismo tiempo, se descarga gas remanente a
través del entrada de material gaseoso (Cb) y se recoge en el
colector de gas desorbido (30) a través de la conducción (4h). La
descarga de gas remanente provoca que la presión interna de la
torre de adsorción (C) baje además, lo que promueve la desorción de
los componentes de gas innecesarios del adsorbente.
En la tercera etapa (S3), las válvulas
automáticas (5A), (8A), (6B), (7C), (9C), (6a) y (6b) se mantienen
abiertas para producir el flujo de gas mostrado en la figura 12C. Se
llevan a cabo una etapa de adsorción, una etapa de presurización y
una etapa de limpieza en las torres de adsorción (A), (B) y (C),
respectivamente.
En la tercera etapa, la salida de gas producto
(Aa) de la torre de adsorción (A) se mantiene en comunicación con el
colector de gas producto (10), la torre de adsorción (B) y la torre
de adsorción (C), mientras que la entrada de material gaseoso (Ab)
se mantiene en comunicación con el suministro de material gaseoso
(20). Por lo tanto, en la tercera etapa, se obtiene el gas producto
de forma similar a la primera etapa, pero parte del gas producto se
suministra a las torres de adsorción (B) y (C). En la torre de
adsorción (B), se lleva a cabo una etapa de presurización de forma
similar a la de la segunda etapa. La salida de gas producto (Ca) de
la torre de adsorción (C) se mantiene en comunicación con la salida
de gas producto (Aa) de la torre de adsorción (A), mientras que la
entrada de material gaseoso (Cb) se mantiene en comunicación con el
colector de gas desorbido (30). Por lo tanto, el gas producto se
introduce en la salida de gas producto (Ca) de la torre de adsorción
(C) a través de las conducciones (4e) y (4d) tal como gas de
limpieza. Como resultado, se recoge el gas remanente en la torre de
adsorción (C) en el colector gas desorbido (30) a través de la
conducción (4h).
En la cuarta etapa (S4), las válvulas
automáticas (7A), (5B), (8B), (6C) y (6c) se mantienen abiertas para
producir el flujo de gas mostrado en la figura 12D. Se llevan a cabo
una etapa de igualación de presiones, una etapa de adsorción y una
etapa de igualación de presiones, en las torres de adsorción (A),
(B) y (C), respectivamente. La etapa de igualación de presiones en
la torre de adsorción (A) se lleva a cabo de forma similar a la
etapa de igualación de presiones (descompresión) llevada a cabo en
la torre de adsorción (C) en la primera etapa. La etapa de adsorción
en la torre de adsorción (B) se lleva a cabo de forma similar a la
etapa de adsorción llevada a cabo en la torre de adsorción (A) en la
primera etapa. La etapa de igualación de presiones en la torre de
adsorción (C) se lleva a cabo de forma similar a la etapa de
igualación de presiones (presurización) llevada a cabo en la torre
de adsorción (B) en la primera etapa.
En la quinta etapa (S5), las válvulas
automáticas (9A), (5B), (8B), (6C) y (6a) se mantienen abiertas para
producir el flujo de gas mostrado en la figura 12E. Se llevan a cabo
una etapa de desorción, una etapa de adsorción y una etapa de
presurización, en las torres de adsorción (A), (B), y (C),
respectivamente. La etapa de desorción en la torre de adsorción (A)
se lleva a cabo de forma similar a la etapa de desorción llevada a
cabo en la torre de adsorción (C) en la segunda etapa. La etapa de
adsorción en la torre de adsorción (B) se lleva a cabo de forma
similar a la etapa de adsorción llevada a cabo en la torre de
adsorción (A) en la segunda etapa. La etapa de presurización en la
torre de adsorción (C) se lleva a cabo de forma similar a la etapa
de presurización llevada a cabo en la torre de adsorción (B) en la
segunda etapa.
\newpage
En la sexta etapa (S6), las válvulas automáticas
(7A), (9A), (5B), (8B), (6C), (6a) y (6b) se mantienen abiertas para
producir el flujo de gas mostrado en la figura 12F. Se llevan a cabo
una etapa de limpieza, una etapa de adsorción y una etapa de
presurización, en las torres de adsorción (A), (B), y (C),
respectivamente. La etapa de limpieza en la torre de adsorción (A)
se lleva a cabo de forma similar a la etapa de limpieza llevada a
cabo en la torre de adsorción (C) en la tercera etapa. La etapa de
adsorción llevada a cabo en la torre de adsorción (B) se lleva a
cabo de forma similar a la etapa de adsorción llevada a cabo en la
torre de adsorción (A) en la tercera etapa. La etapa de
presurización llevada a cabo en la torre de adsorción (C) se lleva a
cabo de forma similar a la etapa de presurización llevada a cabo en
la torre de adsorción (B) en la tercera etapa.
En la séptima etapa (S7), las válvulas
automáticas (6A), (7B), (5C), (8C) y (6c) se mantienen abiertas para
producir el flujo de gas mostrado en la figura 12G. Se lleva a cabo
una etapa de igualación de presiones en las torres de adsorción (A)
y (B), mientras que se lleva a cabo una etapa de adsorción en la
torre de adsorción (C). La etapa de igualación de presiones en la
torre de adsorción (A) se lleva a cabo de forma similar a la etapa
de igualación de presiones (presurización) llevada a cabo en la
torre de adsorción (B) en la primera etapa. La etapa de igualación
de presiones en la torre de adsorción (B) se lleva a cabo de forma
similar a la etapa de igualación de presiones (descompresión)
llevada a cabo en la torre de adsorción (C) en la primera etapa. La
etapa de adsorción en la torre de adsorción (C) se lleva a cabo de
forma similar a la etapa de adsorción llevada a cabo en la torre de
adsorción (A) en la primera etapa.
En la octava etapa (S8), las válvulas
automáticas (6A), (9B), (5C), (8C) y (6a) se mantienen abiertas para
producir el flujo de gas mostrado en la figura 12H. Se llevan a cabo
una etapa de presurización, una etapa de desorción y una etapa de
adsorción en las torres de adsorción (A), (B), y (C),
respectivamente. La etapa de presurización en la torre de adsorción
(A) se lleva a cabo de forma similar a la etapa de presurización
llevada a cabo en la torre de adsorción (B) en la segunda etapa. La
etapa de desorción en la torre de adsorción (B) se lleva a cabo de
forma similar a la etapa de desorción llevada a cabo en la torre de
adsorción (C) en la segunda etapa. La etapa de adsorción en la torre
de adsorción (C) se lleva a cabo de forma similar a la etapa de
adsorción llevada a cabo en la torre de adsorción (A) en la segunda
etapa.
En la novena etapa (S9), las válvulas
automáticas (6A), (7B), (9B), (5C), (8C), (6a) y (6b) se mantienen
abiertas para producir el flujo de gas mostrado en la figura 12I. Se
llevan a cabo una etapa de presurización, una etapa de limpieza y
una etapa de adsorción en las torres de adsorción (A), (B), y (C),
respectivamente. La etapa de presurización en la torre de adsorción
(A) se lleva a cabo de forma similar a la etapa de presurización
llevada a cabo en la torre de adsorción (B) en la tercera etapa. La
etapa de limpieza en la torre de adsorción (B) se lleva a cabo de
forma similar a la etapa de limpieza llevada a cabo en la torre de
adsorción (C) en la tercera etapa. La etapa de adsorción en la torre
de adsorción (C) se lleva a cabo de forma similar a la etapa de
adsorción llevada a cabo en la torre de adsorción (A) en la tercera
etapa.
Mediante la realización de forma repetitiva de
las etapas primera (S1) a novena (S9) descritas anteriormente, se
proporciona gas producto del que se han eliminado los componentes de
gas innecesarios.
En las etapas de desorción y las etapas de
limpieza descritas anteriormente, se recoge el gas desorbido
liberado del adsorbente y el gas remanente en las torres de
adsorción en el colector de gas desorbido (30). Sin embargo, en los
casos en los que el gas desorbido y el gas remanente son menos
tóxicos, es posible liberar estos gases a la atmósfera.
Según los experimentos de los inventores de la
presente invención, la isoterma de adsorción (25°C) de la zeolita
(con proporción de intercambio de litio no inferior al 95%) según la
presente invención es tal como se muestra en el gráfico de la figura
14. Este gráfico se obtiene mediante la adición de la isoterma de
adsorción de la zeolita según la presente invención al gráfico de la
figura 17 referido anteriormente. Tal como resulta claro del gráfico
de la figura 14, en el caso de la zeolita con proporción de
intercambio de 95% de litio, la cantidad de adsorción de dióxido de
carbono en la presión de adsorción en equilibrio de 180 Torr es de
52 ml/g, mientras que la cantidad de adsorción de dióxido de carbono
en la presión de adsorción en equilibrio de 1440 Torr es de 116
ml/g. Esto indica que se pueden eliminar 64
(=116-52) ml/g de dióxido de gas carbono variando la
presión de adsorción en equilibrio en el intervalo de 180 a 1440
Torr. Este valor es más elevado que el de la cantidad de dióxido de
carbono (37 ml/g y 48 ml/g) eliminado mediante el adsorbente de la
técnica anterior, descrito con referencia a la figura 17.
De forma similar a los adsorbentes basados en
zeolitas convencionales, la zeolita con proporción de intercambio de
95% de litio, según la presente invención, es efectiva para la
eliminación de gas monóxido de carbono o gas nitrógeno. El gráfico
de la figura 15 muestra la isoterma de adsorción (25°C) de tres
tipos de adsorbentes basados en zeolita para el gas monóxido de
carbono. Tal como resulta claro del gráfico, cuando se utiliza la
zeolita (con la proporción de intercambio de 95% de litio) según la
presente invención, se puede eliminar de forma efectiva gas monóxido
de carbono variando la presión parcial de monóxido en el intervalo
de 0,001 MPa (7,5 Torr) a 0,008 MPa (60 Torr). La figura 16 es un
gráfico que muestra la isoterma de adsorción (25°C) de los tres
tipos de adsorbentes basados en zeolita para el gas metano.
Tal como se ha descrito anteriormente, se pueden
eliminar tanto el dióxido de carbono como el monóxido de carbono en
el proceso PSA mediante la utilización de la zeolita de proporción
de intercambio de 95% de litio que tiene una estructura de
faujasita. Dado que solamente se utiliza un tipo único de
adsorbente, se impide que el tamaño de la totalidad del dispositivo
aumente de forma indebida. Según la presente invención, la
proporción de intercambio de litio no está limitada al 95%, sino que
puede ser cualquier valor en el intervalo del 95 al 100%.
La zeolita con proporción de intercambio de 85%
de litio y la de proporción de intercambio de 95% de litio, que
tienen las características de adsorción tal como las que se muestran
en la figura 14, se pueden obtener de la siguiente manera.
Para preparar una zeolita de intercambio de
litio, se prepara en primer lugar una zeolita que tiene una
estructura de faujasita con una proporción de Si/Al de 1. De forma
específica, se mezclan homogéneamente una solución de aluminato
sódico/potásico y una solución de silicato sódico. Después de
maduración a 50°C durante 30 horas, la solución mezclada se
cristaliza a 95°C durante tres horas. Posteriormente, después de la
filtración, los cristales se lavan con agua destilada, se secan a
80°C y se hornean a 550°C durante dos horas. Como resultado, se
obtiene la zeolita que tiene una estructura de faujasita y una
proporción de Si/Al de 1.
Como la solución de aluminato sódico/potásico,
se puede utilizar una preparada mediante la disolución de 15,6 g de
alúmina trihidratada, tipo gibbsita, en una solución que contiene
100 ml de agua, 33,68 g de escamas de hidróxido sódico y 17,92 g de
escamas de hidróxido potásico a 100-115°C, seguido
de enfriamiento de la solución hasta 20°C y realizando la
eliminación de agua mediante evaporación a través de la disolución.
Tal como la solución de silicato sódico, se puede utilizar una
preparada mediante la disolución de 47,05 g de silicato sódico
(SiO_{2}/Na_{2}O = 25,5:7,75) en 100 ml de agua.
Después de que la zeolita obtenida de este modo
se sumerja en la solución de cloruro de litio para el intercambio de
iones, el material con los iones intercambiados se lava con una
solución diluida de hidróxido de litio. Para obtener la zeolita con
proporción de intercambio de 85% de litio, la operación combinada de
intercambio de iones y lavado se repite dos veces, utilizando una
solución de cloruro de litio que tiene una concentración de 3 M.
Para obtener la zeolita con proporción de intercambio de 95% de
litio, la operación combinada de intercambio de iones y lavado se
repite tres veces, utilizando una solución de cloruro de litio que
tiene una concentración de 4 M.
Para la zeolita de intercambio de litio obtenida
de esta forma, la proporción de intercambio de litio se calcula
mediante 100 x Li_{2}O/(Li_{2}O + Na_{2}O). Es decir, la
proporción intercambio de iones se representa mediante la relación
del número de iones metálicos realmente intercambiados con iones Li
al número de iones metálicos capaces de ser reemplazados por iones
de Li.
A continuación, se da una comparación entre el
caso en el que se utiliza solamente una zeolita de intercambio de
litio del 95% como adsorbente y el caso en el que se utilizan como
adsorbentes una zeolita de Ca de tipo A y un adsorbente basado en
carbono.
En el Ejemplo A, se repitió el ciclo que
comprende las etapas mostradas en la tabla de la figura 13 por el
dispositivo de separación (X''), tal como se muestra en la figura 11
en las condiciones descritas a continuación.
Se cargó un litro de adsorbente en cada una de
las torres de adsorción (A), (B), y (C). Como el adsorbente, se
utilizó zeolita con proporción de intercambio de 95% de litio (que
tiene una estructura de faujasita, con una proporción de Si/Al de
1).
Se suministró material gaseoso que tiene una
composición (en volumen) que comprende 75% de gas hidrógeno, 24% de
gas dióxido de carbono y 1% de gas monóxido de carbono a una torre
de adsorción durante la adsorción a 0,5 m^{3} N/h. El material
gaseoso se puede obtener mediante el reformado con vapor de un
compuesto basado en hidrocarburos. Alternativamente, el material
gaseoso se puede obtener mediante el reformado con vapor de un
compuesto basado en hidrocarburos, seguido de la conversión del
monóxido de carbono contenido en el gas reformado (de esta manera se
reduce el contenido de monóxido de carbono).
En cada una de las torres de adsorción (A), (B),
y (C), se ajustó la presión final durante la etapa de adsorción y la
de durante la etapa de desorción a 0,8 MPa y presión atmosférica,
respectivamente. Cada una de las etapas mostradas en la tabla de la
figura 13 se llevó a cabo durante 300 segundos.
Como resultado, se obtuvieron 0,28 m^{3} N/h
de gas hidrógeno tal como gas producto. El índice de recuperación de
gas hidrógeno fue del 75%.
En el Ejemplo B, se repitió el ciclo que
comprende las etapas mostradas en el tabla de la figura 13 por el
dispositivo de separación (X''), en las condiciones descritas a
continuación.
Se cargó una zeolita de intercambio de Ca de
tipo A (nombre comercial: Zeolum, disponible de TOSOH CORPORATION)
para la eliminación de monóxido de carbono y una zeolita basada en
carbono (nombre comercial: CMS, disponible de Carbo Tech
Aktivekohlen GmbH) para la eliminación del dióxido de carbono, en
cada una de las torres de adsorción (A) a (C) a una proporción
volumétrica de 50:50 para que fuera de un litro en total. El
material gaseoso se suministró a 0,28 m^{3} N/h.
Como resultado, se obtuvieron 0,14 m^{3} N/h
de gas hidrógeno como gas producto. El índice de recuperación de gas
hidrógeno fue del 67%.
Tal como se entenderá de lo anterior, cuando se
utiliza solamente la zeolita de intercambio de litio del 95%
(Ejemplo A), la recuperación de gas hidrógeno es más elevada que en
el caso en el que se utilizan los dos tipos de adsorbente (Ejemplo
B) para la eliminación de monóxido de carbono y dióxido de carbono.
Además, la cantidad de material gaseoso suministrado en el método de
Ejemplo A es mayor que en el método del Ejemplo B. Por lo tanto, el
método de Ejemplo A puede eliminar dióxido de carbono de forma más
efectiva que el método del Ejemplo B (de la técnica anterior), y se
puede utilizar de forma adecuada no solamente para la eliminación de
monóxido de carbono, sino además para la eliminación de dióxido de
carbono. Por lo tanto, la cantidad de adsorbente que va a
utilizarse se puede reducir.
Claims (8)
1. Método para la separación de gas hidrógeno de
material gaseoso, que utiliza una serie de torres de adsorción cada
una de las cuales se carga con un adsorbente y se dota de una salida
de gas producto, comprendiendo dicho método:
una etapa de adsorción para la adsorción de un
componente de gas innecesario contenido en el material gaseoso por
el adsorbente, para la producción de gas producto, rico en
hidrógeno, a través de la salida de gas producto;
una etapa de descompresión para la reducción de
la presión en una torre de adsorción;
una etapa de desorción para la desorción del
componente de gas innecesario del adsorbente;
una etapa de limpieza para la limpieza de la
torre de adsorción, mediante la introducción de gas de limpieza en
la torre de adsorción; y
una etapa de presurización para el aumento de la
presión en la torre de adsorción;
repitiéndose dicho ciclo que comprende la etapa
de adsorción, la etapa de descompresión, la etapa de desorción, la
etapa de limpieza y la etapa de presurización;
en el que la etapa de descompresión incluye la
introducción de gas remanente en la torre de adsorción en una torre
de adsorción seleccionada tal como gas de limpieza, dicho gas
remanente se introduce en una cantidad de 2 a 7 veces el volumen del
adsorbente cargado en la torre de adsorción seleccionada, convertida
en volumen a temperatura común y a presión atmosférica.
2. Método, según la reivindicación 1, en el que
la etapa de limpieza incluye una etapa de limpieza adicional llevada
a cabo mediante la introducción de gas producto obtenido de una
torre de adsorción donde se ha producido la etapa de adsorción, tal
como gas de limpieza.
3. Método, según la reivindicación 1, en el que
la etapa de limpieza en dicho primer ciclo incluye una primera etapa
de limpieza y una segunda etapa de limpieza, llevada a cabo después
de la primera etapa de limpieza, incluyendo la etapa de
descompresión en dicho primer ciclo una primera etapa de
descompresión y una segunda etapa de descompresión, llevada a cabo
después de la primera etapa de descompresión, y dichas primera y
segunda etapas de descompresión se llevan a cabo mediante la
descarga gas remanente a través de la salida de gas producto.
4. Método, según la reivindicación 3, en el que
la primera etapa de limpieza en una primera torre de adsorción se
lleva a cabo mediante la introducción en la misma de gas remanente,
descargado desde una segunda torre de adsorción durante la segunda
etapa de descompresión, a través de la salida de gas producto de la
primera torre de adsorción, tal como gas de limpieza, llevándose a
cabo la segunda etapa de limpieza en la primera torre de adsorción
mediante la introducción en la misma de gas remanente, descargado
desde una tercera torre de adsorción durante la primera etapa de
descompresión a través de la salida de gas producto de la primera
torre de adsorción, tal como gas de limpieza.
5. Método, según la reivindicación 4, en el que
la etapa de limpieza incluye una tercera etapa de limpieza llevada a
cabo mediante la introducción de gas producto, obtenido de una torre
de adsorción donde se ha producido la etapa de adsorción, tal como
gas de limpieza.
6. Método, según la reivindicación 5, en el que,
en dicho primer ciclo, la etapa de descompresión, la etapa de
desorción, la primera etapa de limpieza, la etapa de desorción, la
segunda etapa de limpieza y la tercera etapa de limpieza se llevan a
cabo en el orden mencionado en cada una de las torres de
adsorción.
7. Método, según la reivindicación 1, en el que
la presión máxima en la etapa de adsorción está dentro de un
intervalo de 0,2 a 3,6 MPa (presión absoluta), mientras que la
presión mínima en la etapa de desorción está dentro de un intervalo
de presión atmosférica a 0,15 MPa (presión absoluta).
8. Método, según la reivindicación 1, en el que
el material gaseoso contiene gas dióxido de carbono tal como el
componente de gas innecesario.
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