ES2346898T3 - Metodo de diagnostico de operacion con valvulas para sistemas de adsorcion de oscilacion de presion. - Google Patents
Metodo de diagnostico de operacion con valvulas para sistemas de adsorcion de oscilacion de presion. Download PDFInfo
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Abstract
Un método de operar un sistema de adsorción con oscilación de presión que comprende (a) proporcionar un sistema de adsorción con oscilación de presión que tiene una pluralidad de depósitos adsorbedores en paralelo y una pluralidad de válvulas y colectores de distribución de gas adaptados para introducir gas dentro de cada depósito adsorbedor y retirar el gas desde cada depósito adsorbedor en una serie de ciclos de etapas de procesos secuenciales que incluyen al menos una etapa de suministro, una etapa de despresurización, una etapa de regeneración y una etapa de represurización; (b) operar cada uno de los depósitos adsorbedores en la serie de ciclos de las etapas de proceso secuenciales que incluyen al menos la etapa de suministro, la etapa de despresurización, la etapa de regeneración y la etapa de represurización, en el que cada uno de la pluralidad de depósitos se abre y se cierra al menos una vez durante la serie de ciclos de las etapas de procesos secuenciales en una secuencia de operación de válvula predeterminada; (c) medir un valor de un parámetro de operación seleccionado a partir del grupo que consiste de (1) masa real mt del gas proporcionado durante el periodo de tiempo t con respecto al depósito adsorbedor receptor durante una etapa de proceso seleccionada, porción de una etapa de proceso o serie de etapas de procesos. (2) el volumen del gas proporcionado al depósito adsorbedor receptor durante la etapa de proceso, porción de una etapa de proceso o serie de tapas de proceso durante el periodo de tiempo t y en el que el volumen de gas se define a cualquier temperatura y presión convencional; (3) un parámetro de transferencia de gas con presión normalizada, Gpn, mediante la ecuación **(Ver fórmula)** en la que Gp es un parámetro de transferencia de gas derivado de la ecuación **(Ver fórmula)** en la mt es la masa medida del gas proporcionado durante un periodo de tiempo t al depósito adsorbedor receptor durante la etapa de proceso seleccionada, la porción de una etapa de proceso o una serie de etapas de proceso y en la que ΔPR es el aumento de presión en depósito adsorbedor que recibe al gas durante la etapa de proceso, porción de una etapa de proceso o serie de etapas de procesos durante el periodo de tiempo t; y (4) un parámetro de transferencia de gas con flujo normalizado, Gpf, mediante la ecuación **(Ver fórmula)** en la que Gr se define como **(Ver fórmula)** en la que mtr es la masa medida de gas que fluye dentro del depósito receptor durante la etapa de proceso, porción de una etapa de proceso o serie de etapas de proceso durante un periodo de tiempo t; (d) determinar la desviación del valor del parámetro operativo con respecto de un valor de referencia predeterminado; y (e) usar la magnitud y la dirección de la desviación de (d) para determinar si cualquiera de las válvulas presentan una fuga, en la que (1) cuando el valor absoluto de la desviación de (d) es menor que un valor mínimo predeterminado, ninguna válvula se identifica como que tiene una fuga y (2) cuando el valor absoluto de la desviación de (d) es mayor que el valor mínimo predeterminado, al menos una de la válvulas se identifica como que tiene una fuga.
Description
Método de diagnóstico de operación con válvulas
para sistemas de adsorción de oscilación de presión.
La adsorción de oscilación de presión es un
método bastante conocido para la separación de mezclas de gas a
granel y para la purificación de corrientes de gases que contienen
impurezas indeseables. El método se ha desarrollado y adaptado para
una amplia gamma de gases de suministros, condiciones operativas,
recuperación del producto y pureza de producto. Los sistemas de
adsorción de oscilación de presión más grandes (PSA) utilizan
múltiples lechos adsorbedores en paralelo operados en ciclos
secuenciales escalonados usando etapas de procesos típicas de
suministro/adsorción, compensación de presión, despresurización,
purga provista, purga y represurización. Estos sistemas PSA se usan
ampliamente en industrias de procesos químicos para la recuperación
y purificación de productos gaseosos valiosos, tales como,
hidrógeno, óxidos de carbono, gas de síntesis, hidrocarburos ligeros
y gases atmosféricos.
El diseño de estos sistemas PSA puede presentar
retos de operación complejos debido al gran número de válvulas de
conmutación requeridas para la operación cíclica de los múltiples
lechos adsorbente. Por ejemplo, un sistema PSA de cuatro lechos
relativamente simple tiene al menos 24 válvulas mientras que un
sistema PSA de diez lechos grandes pueden tener hasta 67 válvulas.
La operación para que los sistemas PSA satisfagan las
especificaciones de diseño para la recuperación y pureza del
producto requiere que estas válvulas operen de forma confiable
durante largos periodos de tiempo. Sin embargo, todas las válvulas
eventualmente experimentarán algún tipo de disfunción y la
sustitución será necesaria. El ensayo y sustitución de las válvulas
se puede llevar a cabo durante paradas de mantenimiento
programadas, pero es probable que algunas disfunciones de válvula
que ocurran entre las parada programadas.
Las disfunciones de válvula pueden incluir, por
ejemplo, el fallo de una válvula para abrirse o cerrarse
completamente, la baja respuesta de la válvula a las señales de
control, la falta de respuesta de la válvula a las señales de
control y la fuga a la atmósfera debido a los sellos de vapor
defectuosos. Estos tipos de disfunciones se pueden detectar de
forma relativamente fácil mediante los operarios especializados de
la planta. Otro tipo de disfunción de válvula es la fuga del gas a
través de una válvula cerrada debido a la degradación del sello.
Este tipo de disfunción es mucho más difícil de detectar que el otro
tipo de disfunciones debido a que generalmente ocurre de forma
lenta y por lo tanto no es inmediatamente obvia para los operarios
de la planta. Cuando los operarios finalmente se dan cuenta de que
una válvula tiene una fuga, lo que podría tardar semanas o incluso
meses, es una tarea difícil y consume tiempo determinar que válvula
es la que presenta la fuga a partir de un análisis de información
de procesos disponibles. Este tipo de fuga puede causar una caída en
el rendimiento de la planta de PSA debido a la operación
desequilibrada de los adsorbedor o debido a la pérdida directa del
gas producto. Además, una fuga de este tipo puede progresar
eventualmente hasta un punto en el que la planta PSA detiene las
líneas de producción, por ejemplo, debido a que la concentración de
impurezas en el gas producto excede los límites específicos. Esto
da como resultado un tiempo de parada no planeado y una multa
económica para el propietario de la planta.
Para identificar las válvulas que tienen un
defecto de sello en la posición cerrada, se emplean de forma
convencional ensayos de sellos durante las paradas de mantenimiento
periódicas. Sin embargo, este tipo de inspección consume tiempo,
trabajo y extiende el tiempo de parada, lo que da como resultado, de
esta manera, producción pérdida. Además, el tiempo entre las
paradas de mantenimiento puede ser de varios meses o incluso de dos
o más años.
Existe una necesidad en el campo de la
tecnología de separación de gas PSA para mejorar los métodos de
operación para detectar e identificar las válvulas que presentan
fugas mientras que la planta está en funcionamiento entre las
paradas de mantenimiento regulares Esta necesidad se abarca por las
realizaciones de la presente invención descritas a continuación y
definidas por las reivindicaciones como sigue.
El documento US 4.234.322 describe un proceso de
adsorción de oscilación de presión adiabática para la separación de
las mezclas de gas adsorbiendo al menos un componente de gas en cada
uno de los al menos ocho lechos adsorbedores operados en fase
escalonada. Las válvulas se conmutan de acuerdo a un primer patrón
de operación de válvula predeterminado. La conmutación de las
válvulas se inicia cuando una primera cantidad física característica
ha alcanzado un valor predeterminado. De forma periódica, los
valores reales medidos se comparan con los valores nominales
correspondientes predeterminados de una segunda cantidad física
característica para cada etapa de operación. En el caso de
desviaciones de los valores reales con respecto de los valores
nominales, las válvulas se identifican siendo potencialmente
defectuosas y por lo tanto potencialmente responsables para dichas
desviaciones en cualquiera de las etapas de operación posteriores
después de la primera ocurrencia de desviación. La primera cantidad
física se puede ser un intervalo de tiempo o presión predeterminado.
La segunda cantidad física puede ser presión, tiempo o ajuste de
válvula.
El documento US 4.299.595 describe un método
para operar una instalación adsorbedora de oscilación de presión
multi-adsorbedora, con la que tras la detección de
una condición de presión, ya sea mediante medición directa de la
presión mediante medición de otro parámetro, que se desvía con
respecto de un valor de referencia que indica un defecto en un
adsorbedor o sus sistemas de válvula o de conducto, el adsorbedor se
retira del sistema y los adsorbedores restantes continúan
realizando el ciclo o se retienen temporalmente en una fase previa
con reajuste de la secuencia de manera que la alimentación y la
salida permanecen continuas. Los parámetros de medición pueden ser
presión, tiempo y posición de válvula.
El documento EP 086436 describe un método para
operar un sistema de adsorción de oscilación de presión, con el que
varias cantidades física se miden continuamente y en el que la
ocurrencia entre los valores medidos y los valores teóricos de
estas cantidades se evalúan como una indicación de un defecto en el
sistema de adsorción. Los valores medidos pueden ser la presión,
ajuste de válvula y tiempo.
La invención se refiere a un método para operar
un sistema de adsorción con oscilación de presión de acuerdo con la
reivindicación 1 que comprende:
- (a)
- proporcionar un sistema de adsorción con oscilación de presión que tiene una pluralidad de depósitos adsorbedores en paralelo y una pluralidad de válvulas y colectores de distribución de gas adaptados para introducir gas dentro de cada depósito adsorbedor y retirar el gas desde cada depósito adsorbedor en una serie de ciclos de etapas de procesos secuenciales que incluyen al menos una etapa de suministro, una etapa de despresurización, una etapa de regeneración y una etapa de represurización;
- (b)
- operar cada uno de los depósitos adsorbedores en la serie de ciclos de las etapas de proceso secuenciales que incluyen al menos la etapa de suministro, la etapa de despresurización, la etapa de regeneración y la etapa de represurización, en el que cada pluralidad de válvulas se abre y se cierra al menos una vez durante la serie de ciclos de las etapas de procesos secuenciales en una secuencia de operación de válvula predeterminada;
- (c)
- medir un valor de un parámetro de operación seleccionado a partir del grupo que consiste de
- (1)
- masa real m_{t} del gas proporcionado durante el periodo de tiempo t con respecto al depósito adsorbedor receptor durante una etapa de proceso seleccionada, porción de una etapa de proceso o serie de tapas de procesos.
- (2)
- el volumen del gas proporcionado al depósito adsorbedor receptor durante la etapa de proceso, porción de una etapa de proceso o serie de tapas de proceso durante el periodo de tiempo t y en el que el volumen del gas se define a cualquier temperatura y presión convencional;
- (3)
- un parámetro de transferencia de gas con presión normalizada, G_{pn}, mediante la ecuación
- en la que G_{p} es un parámetro de transferencia de gas derivado de la ecuación
- en la que m_{t} es la masa medida del gas proporcionado durante un periodo de tiempo t para el depósito adsorbedor receptor durante la etapa de proceso seleccionada, la porción de una etapa de proceso o una serie de etapas de proceso y en la que \DeltaP_{R} es el aumento de presión en el depósito adsorbedor que recibe al gas durante la etapa de proceso, porción de una etapa de proceso o serie de etapas de procesos durante el periodo de tiempo t; y
- (4)
- un parámetro de transferencia de gas con flujo normalizado, G_{pf}, mediante la ecuación
- en la que G se define como
- en la que m_{tr} es la masa medida del gas que fluye dentro del depósito receptor durante la etapa de proceso, porción de una etapa de proceso o serie de etapas de proceso durante un periodo de tiempo t;
- (d)
- determinar la desviación del valor del parámetro de operación a partir de un valor de referencia predeterminado; y
- (e)
- usar la magnitud y la dirección de la desviación de (d) para determinar si cualquiera de las válvulas presenta una fuga, en la que (1) cuando el valor absoluto de la desviación de (d) es menor que un valor mínimo predeterminado, ninguna válvula se identifica como que presenta una fuga y (2) cuando el valor absoluto de la desviación de (d) es mayor que el valor mínimo predeterminado, al menos una de la válvulas se identifica como que presenta una fuga.
El parámetro de operación puede un parámetro de
transferencia de gas, Gp, definido por la ecuación
en la que m_{t} es la masa del
gas proporcionado durante un periodo de tiempo t al depósito
adsorbedor receptor durante la etapa de proceso seleccionada,
porción de una etapa de proceso o series de etapas de
proceso.
G_{p} puede ser igual a (1) la masa real del
gas proporcionado durante el periodo de tiempo t al depósito
adsorbedor receptor durante una etapa de proceso seleccionada,
porción de una etapa de proceso o serie de etapas de procesos; (2)
el volumen del gas proporcionado al depósito adsorbedor receptor
durante la etapa de proceso, porción de una etapa de proceso o
series de etapas de proceso durante el periodo de t en el que el
volumen del gas se define a cualquier temperatura y presión
convencional.
Como alternativa, el parámetro de operación se
puede definir como un parámetro de transferencia con presión
normalizada, G_{pn}, mediante la ecuación
en la que \DeltaP_{R} es el
aumento de presión en el depósito adsorbedor que recibe al gas
durante la etapa de proceso, porción de una etapa de proceso o
series de etapas de proceso durante el periodo de tiempo t y
G_{P} se define
como
en la que m_{t} es la masa del
gas proporcionado al depósito adsorbedor receptor durante la etapa
de proceso, porción de una etapa de proceso o series de etapas de
proceso durante el periodo de tiempo
t.
En esta alternativa, G_{p} puede ser igual a
(1) la masa real del gas proporcionado durante el periodo de tiempo
t al depósito adsorbedor receptor durante una etapa de proceso
seleccionada, porción de una etapa de proceso o series de etapas de
proceso; (2) el volumen de gas proporcionado al depósito adsorbedor
receptor durante la etapa de proceso, porción de una etapa de
proceso o series de etapas de procesos durante el periodo de tiempo
t en el que el volumen del gas se define a cualquier temperatura y
presión convencional.
La etapa de proceso seleccionada puede ser la
etapa de represurización. En este caso, el parámetro de operación
puede ser un parámetro de transferencia de gas con presión
normalizada, G_{pn}, definido por la ecuación
en la que \DeltaP_{R} es el
aumento de presión en el depósito adsorbedor durante el periodo de
tiempo t que recibe al gas de represurización durante la etapa de
represurización o porción de la etapa de represurización y G_{p}
es igual al volumen del gas proporcionado durante el periodo de
tiempo t al depósito adsorbedor durante la etapa de represurización
o porción de la etapa de represurización y en la que el volumen de
gas se define a una temperatura y presión
seleccionada.
La serie de ciclos de las etapas de procesos
secuenciales puede incluir una etapa de compensación en la que se
despresuriza un depósito adsorbedor retirando un gas de
despresurización desde el mismo e introduciendo el gas de
despresurización dentro de un depósito adsorbedor receptor que se
aumenta en presión.
La etapa de proceso seleccionada puede ser la
etapa de depuración o la etapa de purga. En estos casos, el
parámetro de operación puede ser un parámetro de transferencia de
gas, G_{p}, definido por la ecuación
en la que m_{t} es una masa del
gas descargado desde un depósito adsorbedor durante la etapa de
depuración o la etapa de
purga.
Otra realización de la invención se refiere a un
método como se ha descrito anteriormente, en el que durante la
etapa de suministro un gas de suministro que comprende hidrógeno y
uno o más componentes de impureza se introduce dentro de cada uno
de los depósitos adsorbedores, el gas de suministro se hace pasar a
través del depósito adsorbedor para adsorber al menos un porción
del uno o más componentes de impureza y un gas producto de
hidrógeno purificado se retira del depósito adsorbedor.
La etapa de proceso seleccionada puede ser la
etapa de represurización y el gas de represurización puede ser una
porción del gas producto de hidrógeno purificado. En este caso, el
parámetro de operación puede ser un parámetro de transferencia de
gas con presión normalizada, G_{pn}, definido por la ecuación:
en la que \DeltaP es el aumento
de presión en el depósito adsorbedor que recibe al gas producto de
hidrógeno purificado durante la etapa de represurización o porción
de la etapa de represurización durante el periodo de tiempo t y Gp
es igual al volumen del gas producto de hidrógeno purificado
proporcionado al depósito adsorbedor durante la etapa de
represurización o porción de la etapa de represurización durante el
periodo de tiempo t y en la que el volumen de gas se define a una
temperatura y presión
seleccionada.
En esta realización, las series de ciclos de las
etapas de proceso secuenciales pueden incluir una etapa de
compensación en la que se despresuriza un depósito adsorbedor
retirando un gas de despresurización desde el mismo e introduciendo
el gas de despresurización dentro de otro depósito adsorbedor que
está a una menor presión que el depósito adsorbedor que se está
despresurizando. En un caso más particular, las serie de ciclos de
las etapas de proceso secuenciales pueden incluir una etapa de
compensación en la que un depósito adsorbedor se despresuriza
inmediatamente después de su etapa de suministro retirando un gas de
despresurización desde el mismo e introduciendo el gas de
despresurización en otro depósito adsorbedor inmediatamente después
de su etapa de represurización.
\vskip1.000000\baselineskip
La Figura 1 es un diagrama de flujo de proceso
de un sistema de adsorción con oscilación de presión de cuatro
lechos ilustrativo.
La Figura 2 es un gráfico del ciclo y perfil de
la presión en el lecho para un proceso de adsorción con oscilación
de presión de cuatro lechos que tiene un lecho en suministro y dos
etapas de compensación de presión.
La Figura 3 es una porción alargada de la Figura
1 que muestra uno de los lechos.
La Figura 4A es un gráfico de diagnóstico para
la identificación de las válvulas que presentan fugas durante la
etapa de Represurización usando el ciclo PSA de la Figura 2.
La Figura 4B es un gráfico de diagnóstico para
la identificación de las válvulas que presentan fugas durante la
etapa de Compensación 2 que usa el ciclo PSA de la Figura 2.
La Figura 5 es un gráfico de diagnóstico
generalizado para la identificación de las válvulas que presentan
fuga durante las etapas de Compensación 2 y de represurización que
usa el ciclo de PSA de la Figura 2.
La Figura 6A es un gráfico de G_{pn} frente al
tiempo real para un control de línea de base de referencia de la
etapa de Represurización en un sistema de adsorción con oscilación
de presión de cuatro lechos que no tiene válvulas que presenten
fugas
La Figura 6B es una gráfico de G_{pn} frente
al tiempo real para un control de línea de base de referencia de la
etapa de Compensación 2 (Despresurización - Represurización) en un
sistema de adsorción con oscilación de presión de cuatro lechos que
no tiene válvulas que presenten fugas.
La Figura 7A es un gráfico de G_{pn} frente al
tiempo real para la Represurización en un sistema de adsorción con
oscilación de presión de cuatro lechos cuando se sometió la válvula
25 en la Figura 1 (válvula de gas residual sobre el lecho B) a una
fuga intencionada.
La Figura 7B es un gráfico de G_{pn} frente
al tiempo real para la etapa de Compensación 2 (Despresurización -
Represurización) en un sistema de adsorción con oscilación de
presión de cuatro lechos cuando se sometió la válvula 25 en la
Figura 1 (la válvula de gas residual sobre el lecho B) a una fuga
intencionada.
La Figura 8A es un gráfico de G_{pn} frente al
tiempo real para la Represurización en un sistema de adsorción con
oscilación de presión de cuatro lechos cuando se sometió la válvula
23 en la Figura 1 (la válvula EQ1 sobre el lecho B) a una fuga
intencionada.
La Figura 8B es un gráfico de G_{pn} frente al
tiempo real para la etapa de Compensación 2 (Despresurización -
Represurización) en un sistema de adsorción con oscilación de
presión de cuatro lechos cuando se sometió la válvula 23 en la
Figura 1 (la válvula EQ1 sobre lecho B) a una fuga intencionada.
La Figura 9A es un gráfico de G_{pn} frente al
tiempo real para la Represurización en un sistema de adsorción con
oscilación de presión de cuatro lechos cuando se sometió la válvula
24 en la Figura 1 (válvula de purga provista - EQ2 sobre el lecho
B) a una fuga intencionada.
La Figura 9B es un gráfico de G_{pn} frente al
tiempo real para la etapa de Compensación 2 (Despresurización -
Represurización) en un sistema de adsorción con oscilación de
presión de cuatro lechos cuando se sometió la válvula 24 en la
Figura 1 (la válvula EQ2 - purga provista sobre el lecho B) a una
fuga intencionada.
La Figura 10A es un gráfico de G_{pn} frente
al tiempo real para de la etapa de Represurización en un sistema de
adsorción con oscilación de presión de cuatro lechos cuando se
sometió la válvula 21 en la Figura 1 (la válvula de suministro
sobre el lecho B) a una fuga intencionada.
La Figura 10B es un gráfico de G_{pn} frente
al tiempo real para la etapa de Compensación 2 (Despresurización -
Represurización) en un sistema de adsorción con oscilación de
presión de cuatro lechos cuando se sometió la válvula 21 en la
Figura 1 (la válvula de suministro el lecho B) a una fuga
intencionada.
\vskip1.000000\baselineskip
Las realizaciones de la presente invención
proporcionan métodos de diagnóstico para detectar e identificar las
válvulas que presentan fugas durante la operación de los sistemas
PSA determinando uno o más parámetros de operación definidos que
son funciones de la cantidad de gas transferido entre los
adsorbedores, introducido dentro de un adsorbedor o transferido
desde un adsorbedor a un depósito receptor durante las etapas de
proceso específicos y comparar estos parámetros de operación
definidos con los valores de referencia. La determinación y
comparación se puede llevar a cabo de forma continua (es decir, para
cada ciclo) o de forma periódica. En una realización, por ejemplo,
la determinación y comparación se puede llevar a cabo durante un
periodo de ensayo diario. La desviación de los parámetros
determinados de forma continua con respecto a los valores de
referencia indica la presencia de fuga en una válvula, y la
interpretación de estos parámetros durante un número de ciclos de
operación define una válvula específica o un pequeño conjunto de
válvulas específicas en el que se sospecha que existe la fuga.
Las realizaciones incluyen también métodos de
caracterizar la operación de los sistemas PSA a fin de identificar
una válvula o válvulas que presentan fuga de forma específica. En la
presente descripción, una fuga de una válvula se define como un
flujo indeseable de fluido a través de una válvula que se dirige
para estar cerrada durante un periodo específico en un ciclo PSA.
La fuga se puede producir por cualquier anormalidad mecánica y
operativa en la válvula. Por ejemplo, un sello de válvula puede no
estar funcionando apropiadamente debido al desgate o ensamble
inapropiado, causando de esta manera una fuga a través de la
válvula. En otro ejemplo, los sistemas mecánicos, eléctricos o de
control pueden funcionar mal de tal manera que una válvula que
debería estar cerrada no está de hecho completamente cerrada,
causando de esta manera una fuga a través de la válvula.
Los sistemas PSA utilizan múltiples lechos
adsorbedores en paralelo operados en ciclos secuenciales escalonados
usando las etapas de proceso de suministro/adsorción, compensación
de presión, despresurización, purga provista, purga y
represurización. La presión máxima durante un ciclo típicamente está
por encima de la presión atmosférica y la presión mínima durante el
ciclo puede estar por encima, igual a, o menor que la presión
atmosférica. La transferencia de gas entre los lechos adsorbedores
ocurre durante la compensación de presión, purga/purga provista y
etapas de represurización. Como se describirá con más detalle a
continuación, una etapa de compensación de presión transfiere gas
desde un lecho a una presión menor hasta otro lecho a una presión
mayor y, una etapa de purga provista proporciona gas desde de un
lecho a una presión menor a otro lecho que se está purgando a una
presión menor relativamente constante. Durante una etapa de
represurización, una porción del gas producto desde un lecho o
lechos (dependiendo del número de lechos de la etapa de
suministro/adsorción a cualquier tiempo dado) se transfiere a un
lecho a menor presión que se está represurizando. Los parámetros que
son funciones de la cantidad de gas transferida entre los
adsorbedores durante ciertas etapas de procesos, particularmente de
compensación y represurización, se pueden usar como se describe a
continuación para determinar e identificar las válvulas que
presentan fugas en el sistema. Las etapas de depuración y de purga
también se pueden usar para esta determinación.
Un parámetro de transferencia de gas G_{p}, se
puede definir como un parámetro que es una función de y que se
deriva de la masa de gas transferido durante una etapa de
transferencia de gas del PSA, la porción de una etapa de
transferencia de gas o una serie de etapas de transferencia de gas
en el que el gas se transfiere hasta un lecho adsorbedor que está
aumentando en presión desde uno o más de otros lechos adsorbedores.
El parámetro de transferencia de gas se define como
en la que m_{t} es la masa del
gas proporcionado para la transferencia durante una etapa de
transferencia de gas, la porción de una etapa de transferencia de
gas o series de etapas de transferencia de gas durante el periodo
de tiempo t. Una etapa de transferencia de gas se define como una
etapa de proceso en un ciclo PSA durante la que el gas se
transfiere desde un depósito adsorbedor hasta otro depósito
adsorbedor o hasta un depósito receptor de
gas.
La expresión G_{p} = f(m_{t}) tiene
el significado matemático usual en el que el parámetro dependiente
de la variable G_{p} tiene cualquier relación matemática a (es
decir, es una función de) la variable independiente m_{t}. Esta
relación, por ejemplo, puede ser lineal o no lineal. La expresión
"masa de gas proporcionado para transferencia" significa una
masa medida, calculada o inferida del gas obtenida a partir de uno o
más lechos adsorbedores para transferirse a otro lecho adsorbedor o
a un depósito receptor de gas, tal como, un tanque de equilibrio.
La masa del gas proporcionado para la transferencia será la misma
que la masa del gas recibido por el lecho receptor (o depósito) si
no existen válvulas que presenten fugas a lo largo del recorrido de
la trayectoria del flujo de gas desde el lecho proporcionador hasta
el lecho receptor. Si existen válvulas que presenten fugas, la masa
del gas proporcionado por la transferencia será diferente a la masa
del gas recibido por el lecho receptor.
El valor de G_{p} puede ser la masa real del
gas definido durante un periodo de tiempo t mediante la salida
integrada de un medidor de flujo de masa o mediante la salida de un
medidor de flujo de masa de totalización y puede tener unidades,
por ejemplo, de gramos, gramos-moles, libras,
libras-moles. Como alternativa, el valor de G_{p}
puede ser el volumen del gas proporcionado para la transferencia
durante el periodo de tiempo t como se ha definido por la salida
integrada de un medidor de flujo volumétrico o por la salida de un
medidor de flujo volumétrico de totalización y puede tener unidades
de, por ejemplo, pies cúbicos convencionales o metros cúbicos
convencionales definidos en un conjunto de condiciones
convencionales. Las condiciones convencionales se pueden definir de
la forma usual en cualquier combinación seleccionada de presión y
temperatura, por ejemplo, una atmósfera absoluta y 15,6ºC
(60ºF).
En otra alternativa, el valor de G_{p} se
puede definir durante el periodo de tiempo t por la salida de señal
integrada de un medidor de flujo sin convertir la masa real o las
unidades de volumen y puede tener unidades de, por ejemplo,
microvoltios-segundos. En una alternativa diferente,
el valor de G_{p} se puede definir durante el periodo de tiempo t
mediante la caída de presión integrada a través de un medidor de
flujo con placa de orificio sin convertir la masa real o las
unidades de volumen y puede tener las unidades de, por ejemplo
psi-segundo, o kPa-segundos. En otra
alternativa posible, el valor de G_{p} se puede determinar
durante el periodo de tiempo t mediante un equilibrio de masas (es
decir, de forma indirecta por inferencia o cálculo) usando los
caudales medidos y las composiciones de corrientes de procesos PSA
seleccionadas. Por ejemplo, la cantidad de gas proporcionado para
la transferencia a un lecho que se somete a la represurización de
un producto se puede calcular a partir de las composiciones y
caudales del gas suministrado y del gas producto, y por lo tanto
tendría las mismas unidades usadas en el equilibrio de masas.
Por tanto G_{p} se puede definir en cualquiera
de las unidades medidas o calculadas en las que la medición o
cálculo es una función y se derive del flujo de masa del gas
proporcionado para la transferencia de un lecho adsorbedor durante
un periodo de tiempo t. El valor de G_{p} puede depender de la
ubicación específica en la planta de proceso de PSA en la que se
hace la medición y/o puede depender de que corriente de proceso se
use en el cálculo.
Un parámetro relacionado que se puede usar en el
presente método para detectar e identificar las válvulas que
presentan fugas en un sistema de PSA en funcionamiento es el
parámetro de transferencia de gas con presión normalizada definido
como
en el que \DeltaP_{R} es el
aumento de presión en un lecho adsorbedor [véase abajo] que recibe
la transferencia del gas durante el período de tiempo t. El uso del
parámetro de transferencia de gas con presión normalizada reduce el
potencial para la interferencia de cambios de presión externamente
inducidos en los procesos de PSA con el método de diagnóstico para
identificar las válvulas que presentan fugas. Tales cambios de
presión externamente inducidos pueden incluir, por ejemplo, cambios
en la presión de suministro, en la presión de descarga del gas
residual, en el tiempo del ciclo de PSA, en presión del tambor de
equilibrio, cambios en la presión inicial de una etapa dada debido
a una fuga durante una etapa anterior, cambios en el tiempo de
ciclo o cambios en la velocidad de producción de la
planta.
Las etapas de proceso de PSA ventajosas para la
aplicación de las realizaciones de la presente invención son la
etapa de represurización de producto y la etapa de compensación o
las etapas siguientes a la etapa de purga. Los efectos de las
dinámicas de adsorción en los cambios de presión que ocurren en un
lecho son generalmente pequeños para las etapas que transfieren un
gas que contiene una baja concentración de impurezas a un lecho
adsorbente regenerado que contiene una muy poca carga de impurezas
adsorbidas. El uso de estas etapas para los métodos de diagnósticos
descritos en la presente memoria puede hacer que el análisis y la
interpretación de los resultados sean menos complejos y más
factibles que las etapas en las que las dinámicas de adsorción son
significantes. En general, las etapas de proceso de PSA más
ventajosas para su uso en estos métodos de diagnóstico son las
etapas con las duraciones más largas y las etapas que producen los
diferenciales de presión más grande a través de las válvulas
cerradas.
En ciertas situaciones de operación, puede ser
deseable usar la etapa de depuración o la etapa de purga para los
métodos de diagnóstico descritos en la presente memoria. La mayoría
de los sistemas de PSA utilizan un tanque de equilibrio para
recibir el gas de depuración y de purga de desecho y suministrar un
flujo controlado del gas de desecho desde el tanque de equilibrio
hasta un equipo aguas abajo, por ejemplo, como gas de combustible.
En esta realización, se puede usar un equilibrio de material en el
tanque equilibrio para calcular el valor del parámetro G_{p} para
usarse en el método de diagnóstico en el que la cantidad de gas
transferido al tanque desde un lecho durante su etapa de depuración
o purga se determina como la suma del cambio inventario de gas en
el tanque durante la etapa de depuración o purga y el caudal
integrado del gas de desecho retirado desde el tanque durante la
etapa de depuración o de purga.
Bien sea uno o ambos de los parámetros Gp y
G_{pn} se determinan y se registran durante múltiples ciclos de
operación de PSA con válvulas libres de fugas, y los valores de
referencia de estos parámetros se obtienen durante la etapa o
etapas de procesos apropiadas para caracterizar la operación libre
de fugas. Como alternativa, los valores de referencia de estos
parámetros se pueden determinar mediante la simulación de procesos
usando valores apropiados de variables de proceso. Durante cada
etapa posterior o durante las etapas seleccionadas de un número
significante de ciclos de PSA, el valor del parámetro para dicha
etapa se controla y se compara con el valor de referencia. Una
falta de desviación con respecto del valor de referencia indica la
ausencia probable de válvulas que presenten fuga. Se ha descubierto
que una desviación observada por encima del valor mínimo
predeterminado, indica sin embargo, una alta probabilidad de
válvulas que presentan fugas en algún sitio del sistema. Las
válvulas controladas de Gp y G_{pn} usadas desviaciones
determinadas con respecto de los valores de referencias deben ser
precisas y reproducibles.
Como se describe en detalle a continuación, la
identificación inicial de una válvula que presenta fuga o de un
grupo de válvulas que contienen una válvula que presenta fuga
dependerá de que etapa de ciclo se use y de la localización
específica de las mediciones o cálculos del flujo de gas usados para
determinar los valores de los parámetros Gp y/o G_{pn}.
Las realizaciones de la presente invención se
pueden usar con cualquier sistema de PSA cíclico usando cualquier
número de lechos adsorbedores y cualquiera de las etapas de
procesos, incluyendo los ciclos de PSA con o sin etapas inactivas.
Las realizaciones de la presente invención se pueden aplicar a los
sistemas de PSA para la separación de cualquier mezcla de gas y se
pueden usar, por ejemplo, en (1) la producción de hidrógeno de alta
pureza a partir de una mezcla de gas que contiene H_{2} y una o
más impurezas a partir del grupo que consiste de CO, CH_{4} y
CO_{2} (2) en la purificación de helio que contiene una o más
impurezas a partir del grupo que consiste de CH_{4}, N_{2},
O_{2} y Ar y (3) en la separación de aire.
Los artículos indefinidos "un" y "una"
como se ha usado en la presente memoria significan uno o más cuando
se aplican a cualquier elemento de las realizaciones de la presente
invención descritos en la memoria descriptiva y en las
reivindicaciones. El uso de "un" y "una" no limita el
significado a un solo elemento a menos que un límite de este tipo
se mencione específicamente. Los artículos definidos "el/la"
que preceden a los sustantivos singulares o plurales o frases de
sustantivos designan un elemento particularmente especificado o
elementos particularmente especificados y pueden tener una
connotación singular o plural dependiendo del contexto en el que se
usan. El adjetivo "cualquier/cualquiera" significa uno,
algunos, o todos indiscriminadamente de cualquier cantidad.
Un ciclo y sistema de PSA ejemplar para ilustrar
estas realizaciones es el sistema de cuatro lechos bastante
conocido que usa un ciclo con un lecho adsorbedor durante la etapa
de suministro/adsorción a cualquier tiempo dado con dos o etapas de
compensación de presión. Un diagrama de flujo de proceso esquemático
para este sistema se muestra en la Figura 1. Cuatro depósitos
adsorbedores A, B, C y D contienen cada uno un lecho de uno o más
materiales adsorbentes seleccionados para la adsorción de uno o más
componentes en una mezcla de gas de suministro. Estos lechos se
conectan en paralelo mediante seis colectores de distribución
separados para la introducción del gas de suministro, la
transferencia del gas entre los adsorbedores y la retirada del gas
de desecho del sistema. El gas de suministro se introduce por medio
del colector de distribución del gas del suministro 1 y el gas
producto se retira por medio del colector de distribución del gas
producto 2. Una porción del gas producto se dirige dentro del
colector de distribución de represurización 6 para la
represurización final de cada adsorbedor como se describe a
continuación. Los colectores de distribución de transferencia de
gas 3 y 4 se usan para transferir el gas entre los adsorbedores
durante las etapas de purga provista y de compensación de presión.
Por ejemplo, el colector de distribución 3 se puede usar para
transferir el gas entre los adsorbedores en una primera etapa de
compensación presión y el colector de distribución 4 se puede usar
para transferir el gas entre los adsorbedores en una segunda etapa
de compensación de presión y en una etapa de purga provista.
Cada colector de distribución se conecta a los
adsorbedores mediante las válvulas para controlar el flujo del gas
durante las varias etapas del ciclo. El colector de distribución del
gas de suministro 1 se conecta a los adsorbedores A, B, C y D
mediante las válvulas 11, 21, 31 y 41 por medio de las líneas 19,
29, 39 y 49, respectivamente. El colector de distribución del gas
residual 5 se conecta a los adsorbedores A, B, C y D mediante las
válvulas 15, 25, 35 y 45 por medio de las líneas 19, 29, 39 y 49
respectivamente. El colector de distribución del gas producto 2 se
conecta a los adsorbedores A, B, C y D mediante las válvulas 12, 22,
34 y 42 por medio de las líneas 17, 27, 37 y 47, respectivamente.
El colector de distribución del gas de represurización 6 se conecta
en los adsorbedores A, B, C y D mediante las válvulas 16, 26, 36 y
46 por medio de las líneas 17, 27, 37 y 47 respectivamente. El
flujo de gas al colector de distribución del gas de represurización
6 se puede controlar mediante la válvula de medición 51. El primer
colector de distribución del gas de compensación de presión 4 se
conecta en los adsorbedores A, B, C y D mediante las válvulas 14,
24, 34 y 44 por medio de las líneas 17, 27, 37 y 47
respectivamente. El segundo colector del gas compensación de presión
y de gas de purga provista 3 se conecta a los adsorbedores A, B, C
y D mediante las válvulas 13, 23, 33 y 43 por medio de las líneas
17, 27, 37 y 47, respectivamente.
El número de colectores de distribución se puede
modificar si se desea para simplificar las tuberías del sistema o
reutilizar diferentes ciclos de PSA. Por ejemplo, el colector de
distribución de represurización 6 y la válvula de medición 51 se
podrían eliminar haciendo que las válvulas 16, 26, 36 y 46 sean
válvulas de medición y conectándolas directamente en el colector de
distribución del gas producto 2. Como alternativa, el colector de
distribución 3 podría eliminarse y el colector de distribución 6
podría usarse tanto para las etapas de represurización como para
EQ1. En otro ejemplo, el número de colectores de distribución del
gas de compensación se puede incrementar o disminuir si el número
de etapas de compensación se incrementa o se disminuye.
El medidor de flujo 53 opcional se puede usar
para medir el caudal del gas de represurización y enviar una señal
proporcional al caudal hasta una entrada de datos central y sistema
de control (no mostrado) por medio de la línea señal 57. La presión
en cada adsorbedor se puede medir mediante los dispositivos de
medición de presión 18, 28, 38 y 48 y las señales proporcionales a
las presiones se pueden enviar hasta una entrada de datos central y
al sistema de control (no mostrado) por medios de las líneas de
señal 18a, 28a, 38a y 48a.
Los métodos de diagnóstico descritos en la
presente memoria se pueden usar para identificar las fugas en
cualquiera de las válvulas que no se usen comúnmente durante todas
las etapas en el ciclo de PSA. Por ejemplo, la válvula 51 de la
Figura 1 se usa normalmente debido a que siempre existe un lecho
durante la etapa de represurización. Los malos funcionamientos de
la válvula 51, por lo tanto, no se pueden identificar mediante estos
métodos de diagnóstico debido a que está válvula está normalmente
abierta; el método se puede usar sólo para detectar que una válvula
presenta fuga cuando ésta está cerrada. Si una válvula común
estuviera cerrada durante alguna etapa en el ciclo, sería posible
sin embargo detectar una fuga en dicha válvula durante el periodo
cuando está cerrada.
Un proceso y ciclo de PSA ejemplar adecuado para
usarse con el sistema de la Figura 1 y con las realizaciones de la
presente invención se ilustra en la Figura 2. La porción superior de
la Figura 2 es un gráfico del ciclo para el proceso ejemplar que
muestra las etapas para cada uno de los lechos adsorbedores como una
función del tiempo y que ilustra la relación del tiempo de las
etapas entre los cuatro lechos. Las diez etapas de ciclo se
describen a continuación en el orden en que ocurre en el lecho
adsorbedor A.
La mezcla de gas suministrado se hace pasar a
través del colector de distribución de suministro 1, dentro la
válvula 11 y la línea 19 y a través del lecho A y uno o más
componentes de la mezcla de gas de suministro se adsorben por
material adsorbente en su interior. El gas producto purificado, que
no se adsorbe en el lecho, se retira por medio de la línea 17, la
válvula 12 y el colector de distribución del gas producto 2. Las
válvulas 13, 14, 15 y 16 permanecen cerradas durante esta etapa. La
presión del gas en el colector de distribución de producto 2 es
menor que la presión en el colector de distribución del gas de
suministro 1 debido a la caída de presión en el lecho A y la
tubería
asociada.
asociada.
Las válvulas 11 y 12 se cierran y la válvula 13
se abre, y un adsorbedor A se despresuriza retirando un gas primer
gas de despresurización por medio de la línea 17, la válvula 13 y el
colector de distribución 3. Este primer gas de despresurización se
introduce por medio del colector de distribución 3, la válvula 33 y
la línea 37 dentro del lecho C a fin de aumentar la presión en su
interior durante su primera etapa de compensación
(represurización). Las válvulas 31, 32, 34, 35 y 36 permanecen
cerradas durante esta etapa. El lecho C se define como un depósito
adsorbedor receptor y el lecho A se define como un lecho que
proporciona gas durante el periodo de tiempo t al depósito
adsorbedor receptor. Esta etapa puede opcionalmente superponerse con
la etapa de Represurización (véase etapa 10 a continuación) en la
que el lecho C recibe también el gas producto para aumentar la
presión del lecho.
El adsorbedor A se aísla cerrando la válvula 13
y se inactiva durante el periodo mostrado. Esto es una etapa
opcional y se requiere en este ciclo particular debido a la mayor
duración de la etapa de depuración (descrita a continuación) en el
lecho D con relación a las etapas EQ1 en los lechos A y C.
La válvula 14 se abre y el lecho A se
despresuriza adicionalmente retirando el gas por medio de la línea
17, la válvula 14 y el colector de distribución 4. Este gas se
introduce por medio de la válvula 44 y la línea 47 para
proporcionar el gas de purga al lecho D que está siendo purgado por
medio de la válvula 45 dentro del colector de distribución del gas
residual 5.
La válvula 14 permanece abierta y el adsorbedor
A se despresuriza adicionalmente retirando un segundo gas de
despresurización por medio de la línea 17, válvula 14 y el colector
de distribución 4. Este segundo gas de despresurización se
introduce por medio del colector de distribución 4, la válvula 44 y
la línea 47 dentro del lecho D a fin de represurizar el lecho D
durante su segunda etapa de compensación (represurización). La
válvula 45 del lecho D se cierra durante esta etapa. El lecho D se
define como un depósito adsorbedor receptor y el lecho A se define
como un lecho que proporciona gas durante el periodo de tiempo t al
depósito adsorbedor receptor.
La válvula 14 se cierra, la válvula 15 se abre y
el lecho A se despresuriza adicionalmente retirando el gas de
desecho por medio de la línea 19, la válvula 15 y el colector de
distribución del gas residual 5 hasta un tanque de equilibrio (no
mostrado). Durante esta etapa, una porción de las impurezas
adsorbidas se desorben y se retiran en el gas de desecho. El lecho
A se define como el lecho que proporciona gas durante el periodo de
tiempo t a este tanque de equilibrio, que se define como un depósito
receptor.
El lecho A se purga abriendo las válvulas 14 y
15 para recibir el gas de purga proporcionado a partir del lecho B
por medio de la línea 27, la válvula 24, el colector de distribución
4, la válvula 14 y la línea 17. Durante esta etapa, las impurezas
adsorbidas residuales en el lecho A se desorben y se retiran como
un gas residual de purga por medio de la línea 19, la válvula 15 y
el colector de distribución del gas residual 5. Las etapas de
depuración y de purga se pueden definir en combinación como una
etapa de regeneración.
La válvula 15 se cierra y la válvula 14 se abre
para recibir el gas de represurización compensación desde el lecho
B, que está sometido a su etapa de Compensación 2
(Despresurización). El lecho A se represuriza inicialmente
recibiendo este gas por medio de la línea 27, la válvula 24, el
colector de distribución 4, la válvula 14 y la línea 17. El lecho A
se define como un depósito adsorbedor receptor y el lecho B se
define como un lecho que proporciona gas durante el periodo de
tiempo t al depósito adsorbedor receptor.
La válvula 14 se cierra y la válvula 13 se abre
para recibir el gas de represurización de compensación desde el
lecho C, que está sometido a su etapa de Compensación 1
(Despresurización). El lecho A se represuriza además recibiendo
este gas por medio de la línea 37, la válvula 33, el colector de
distribución 3, la válvula 13 y la línea 17. Opcionalmente, el
lecho A también puede también recibir el gas producto de
represurización de forma simultánea desde el colector de
distribución 6 por medio de la válvula 16 durante un periodo de
superposición con la etapa de represurización descrita a
continuación. El lecho A se define como un depósito adsorbedor
receptor y el lecho B se define como un lecho que proporciona gas
durante el periodo de tiempo t al depósito adsorbedor receptor.
La válvula 13 se cierra, la válvula 16 se abre
(o permanece abierta si estaba opcionalmente abierta en la etapa
9), y el lecho A recibe el gas producto de represurización final
desde el colector de distribución de represurización 6 por medio de
la válvula 16. Durante esta etapa, el lecho D proporciona el gas
producto al colector de distribución 2, cuya porción se retira por
medio del colector de distribución 6 como el gas de
represurización. El lecho A se define como un depósito adsorbedor
receptor y el lecho D se define como un lecho que proporciona gas
durante el periodo de tiempo t al depósito adsorbedor de
receptor.
Las etapas 2, 5, 8 y 9 se describen en la
presente memoria como etapas de compensación de presión, aunque las
presiones en los dos lechos que están intercambiando gas pueden no
ser exactamente iguales, en realidad, al final de la etapa. La
duración de todo el ciclo de etapas 1 a 10 puede estar en el
intervalo de 10 a 15 minutos. En el gráfico del ciclo ilustrado en
la Figura 2, la duración de las etapas se muestra en una proporción
aproximada para propósitos ilustrativos. La duración de la etapa de
suministro es un cuarto de la duración de todo el ciclo, las
duraciones de las etapas de compensación y de inactivación son
aproximadamente un quinto de la duración de la etapa de suministro,
las duraciones de las etapas de purga, de purga de provista y de
depuración son aproximadamente dos quintos de la duración de la
etapa de suministro y la duración de la etapa de represurización es
aproximadamente cuatro quintos de la duración de la etapa de
suministro. Las duraciones de las etapas (distintas a la etapa de
suministro) con respecto a tiempo de ciclo total se pueden ajustar
como se desee. La presión de la etapa de suministro puede estar en
el intervalo de 20 a 30 bar gauge (barg). La presión mínima, es
decir, la presión de depuración, puede estar en el intervalo de 0 a
1 barg. La presión de la etapa de Compensación 1 es menor que la
presión de suministro y puede estar en el intervalo de 15 a 25
barg. La presión de la etapa de Compensación 2 es menor que la
presión de suministro y puede estar en el intervalo de 5 a 10
barg.
Los lechos B, C y D proceden a través de etapas
idénticas descritas anteriormente para el lecho A, pero el ciclo en
cada lecho se escalona por un ¼ (es decir, la duración de la etapa
de suministro o de adsorción) como se observa en la Figura 2. El
gráfico del ciclo de la Figura 2 ilustra claramente cómo las etapas
en el lecho A se relacionan con las etapas de los lechos B, C y D.
Estas relaciones se describen a continuación con referencia al ¼ o
de ciclo que ocurre durante la etapa de suministro del lecho A (es
decir, etapa 1), en el que el ¼ de ciclo se divide en periodos con
duraciones a, b, c y d.
Lecho A: durante el periodo a, la válvula 11 se
abre y el lecho A está en una primera etapa de suministro/adsorción
paralela, en la que la mezcla de gas de suministro se introduce por
medio del colector de distribución de suministro 1, la válvula 11 y
la línea 19 dentro de la entrada del lecho A en la presión de
suministro. El gas del suministro fluye en paralelo a través del
lecho (es decir, desde la entrada del lecho hasta la salida del
lecho). La válvula 12 se abre y el gas producto purificado se retira
al colector de distribución del producto 2.
Lechos B y D: durante el periodo a, el lecho D
se somete a su primera etapa de Compensación 1 (Despresurización),
en la que se despresuriza en paralelo transfiriendo gas a la salida
del lecho B que está en su etapa de Compensación 1
(represurización). El lecho B se represuriza contracorriente
mediante el gas transferido del lecho D. De forma opcional, el gas
producto de represurización fluye por medio de la válvula de control
51 y el colector de distribución 6 se introduce también dentro del
lecho B. Durante el periodo a, las válvulas 23 y 43 se abren y se
abre de forma opcional la válvula 26. Durante este periodo, la
presión del lecho D cae a un valor intermedio que se puede definir
como una presión en equilibrio. De forma similar, la presión del
lecho B aumenta a este valor intermedio si se permite tiempo
suficiente para toda la compensación de presión. Como alternativa,
se puede usar la compensación parcial, en la que la etapa se
termina antes de que las presiones en cada lecho sean iguales.
Lecho C: durante el periodo a, el lecho C se
somete a su primera porción de su etapa de depuración
contracorriente, en la que el lecho se despresuriza descargando el
gas de desecho a través de la válvula abierta 35 dentro del
colector de distribución del gas residual 5.
Lecho A: durante el periodo b, el lecho A
continua en su etapa de suministro siguiendo el periodo a.
Lecho B: durante el periodo b, el lecho B recibe
(o continua recibiendo) el gas de represurización producto en un
flujo contracorriente por medio de la válvula 26 y la línea 27 desde
el colector de distribución de represurización y de la válvula de
control de flujo 51.
Lecho D: continua la etapa de Compensación 1
(Despresurización) del periodo a, el lecho D se aísla cerrando y
manteniendo cerradas las válvulas 41 a 46. Esto es una etapa
opcional y se requiere en este ciclo particular debido a la larga
duración de la etapa de depuración en el lecho C con respecto a las
etapas de Compensación 1 en los lechos A y C. Durante esta etapa de
inactivación, la presión en el lecho D se puede medir y registrar
de forma opcional si se desea. Si las válvulas 41 a 46 son
herméticas a fugas en el estado de cierre, se estabilizará y se
mantendrá constante la presión en el lecho D.
Lecho C: durante el periodo b, el lecho C
continúa su etapa de depuración mientras que descarga el gas de
desecho a través de la válvula abierta 35 dentro del colector de
distribución del gas residual 5, y el lecho alcanza la presión más
baja del ciclo al final de esta etapa.
Lecho A: durante el periodo c, el lecho A
continúa con su etapa de suministro siguiendo los periodos a y
b.
Lecho B: durante el periodo c, el lecho B
continúa su etapa de Represurización que comenzó durante el periodo
b.
Lecho C: durante el periodo c, el lecho C se
purgó de las impurezas en la presión de ciclo más baja en una
dirección contracorriente con el gas proporcionado por el lecho D,
que disminuye en presión durante la etapa de purga provista. Las
válvulas 34, 35 y 44 se abren para introducir el gas de purga dentro
del lecho C y para descargar el gas residual de purga desde el
lecho C dentro del colector de distribución del gas residual 5.
Lecho D: durante el periodo c, el lecho D está
en su etapa de Purga Provista y se despresuriza en contracorriente
por medio de la válvula 44 para suministrar el gas de purga al lecho
C por medio del colector de distribución 4.
Lecho A: durante el periodo d, el lecho A
continúa con su etapa de suministro siguiendo los periodos a, b y
c.
Lecho B: durante el periodo d, el lecho B
continúa con su etapa de Represurización que comenzó durante el
periodo b.
Los lechos C y D: durante el periodo d, el lecho
C se represuriza mediante el gas que se suministra desde el lecho D
que se está despresurizando. Durante la represurización, las
impurezas en el lecho C se empujan en una dirección contracorriente
hacia el extremo de entrada del lecho. Las válvulas 34 a 44 se abren
y el gas fluye por medio del colector de distribución 4.
\newpage
La porción inferior de la Figura 2 muestra un
perfil típico de la presión en el lecho A a través del ciclo
descrito anteriormente. Este perfil de presión se puede usar para
caracterizar las presiones o los intervalos de presiones del gas en
cada uno de los seis colectores de distribución de la Figura 1, lo
que es información útil al diagnosticar las fugas en las válvulas
como se describe a continuación. La mayor presión existe en el
colector de distribución del gas de suministro 1 como se muestra. La
presión en el colector de distribución del gas producto 2 es menor
que aquella del colector de distribución del gas de suministro,
diferenciándose aproximadamente por la caída de presión en cada
lecho adsorbente y tuberías asociadas. La presión en el colector de
distribución de represurización 6 se cierra a aquella del colector
de distribución de producto 2 o un lecho de la etapa de
Represurización, pero puede ser ligeramente menor debido a la caída
de presión a través de la válvula 51 (si se usa). Dependiendo de
las caídas de presión a través de las válvulas y tuberías, el
intervalo de presión (identificado como EQ1 en la Figura 2) en el
colector de distribución de transferencia de gas 3 puede ser menor
que aquel en el colector del distribución de represurización 6, el
intervalo de presión, (definido como EQ2 - purga provista en la
Figura 2) en el colector de distribución de transferencia de gas 4
puede ser menor que aquel del colector de distribución de
transferencia de gas 3, y el intervalo de presión en el colector de
distribución del gas residual 5 puede ser menor que aquel en el
colector de distribución de transferencia de gas 4. La presión en
el colector de distribución del gas residual 5 se determina mediante
la presión en un tanque de equilibrio aguas abajo (no mostrado) y
la caída de presión a través de la válvula de gas residual y de la
tubería del colector de distribución. Las presiones en los
colectores de distribución de transferencia de gas 3 y 4 variarán
durante las etapas del ciclo a medida que procede la etapa de
compensación, mientras que las presiones en los colectores de
distribución 1 (suministro), 2 (producto), 5 (gas residual), y 6
(represurización) tendrán una variabilidad mínima.
La determinación de los valores de los
parámetros Gp y G_{pn} se puede ilustrar con referencia al
diagrama de flujo ejemplar de la Figura 1 y al gráfico del ciclo
ejemplar de la Figura 2. En una realización, el parámetro de
transferencia de gas, Gp se puede determinar durante un periodo de
tiempo t, que corresponde a la duración de la etapa de
represurización 10 en el lecho A. En esta realización, la masa o el
volumen del gas transferido desde el colector de distribución de
represurización 6 dentro del lecho A se mide mediante un medidor de
flujo 53 y puede estar en unidades de peso o de volumen por unidad
de tiempo si el medidor de flujo tiene provisiones para convertir
la medición del instrumento real (por ejemplo, caída de presión) a
estas unidades para la transmisión mediante la línea de señal 57
hasta la entrada de datos central y el sistema de control (no
mostrado). La integración de estos caudales indicados durante el
periodo de tiempo de la etapa de represurización otorgará el valor
real del parámetro de transferencia de gas Gp. La integración se
puede llevar a cabo mediante la entrada de datos central y el
sistema de control o mediante el medidor de flujo 53 si está
equipado con capacidad de totalización de flujo. Como alternativa,
si la señal desde el medidor de flujo 53 transmitida por medio de
la línea de señal 57 es una señal eléctrica (por ejemplo,
milivoltios) proporcional al flujo de masa a través del medidor de
flujo, esta señal se puede integrar durante el periodo de tiempo de
la etapa de represurización para otorgar un valor alternativo del
parámetro de transferencia de gas Gp.
El aumento de presión en el lecho A durante la
etapa de represurización se mide mediante el dispositivo de
medición de presión 18, que puede ser, por ejemplo, un transductor
de presión. Esta diferencia de presión, \DeltaP_{R}, puede ser
caracterizado en unidades de presión reales si el dispositivo de
medición de presión 18 convierte las mediciones actuales (por
ejemplo, una señal eléctrica milivoltios) a las unidades de presión
o como alternativa se puede caracterizar en las unidades medidas
actuales (por ejemplo, milivoltios). Como alternativa, la salida de
señal del dispositivo 18 se puede convertir a unidades de presión
mediante la entrada de datos central y el sistema de control. El
valor determinado de Dp se usa después como el valor determinado de
Gp para calcular el parámetro de transferencia de gas con presión
normalizada, G_{pn}, para la etapa de represurización. Los
valores de Gp y G_{pn} pueden tener varias unidades como se ha
descrito anteriormente, y estas unidades dependerán de las unidades
del flujo de las mediciones de flujo y de presión.
Si la etapa de represurización inicialmente se
superpone con la etapa de Compensación 1 (Represurización) como se
ha descrito anteriormente, los valores de Gp y G_{pn} se
determinan solo para aquella porción de la etapa de represurización
que sigue el periodo de superposición.
Como alternativa, los parámetros de Gp y
G_{pn} se pueden determinar para el lecho A durante la etapa 9,
la etapa de Compensación 1 (Represurización). En esta etapa, el gas
de presurización se transfiere desde el lecho C hasta el lecho A
por medio del colector de distribución 3. Durante esta etapa, la
cantidad de gas proporcionado por el lecho C se puede caracterizar
por el cambio de presión en dicho lecho durante la etapa como se ha
determinado por el dispositivo de medición de presión 38, que puede
ser, por ejemplo, un transductor de presión. Esta diferencia de
presión, \DeltaP_{D}, se puede caracterizar en unidades de
presión reales si el dispositivo de medición de presión 38
convierte las mediciones reales (por ejemplo, una señal eléctrica en
milivoltios) a las unidades de presión o se pueden caracterizar en
las unidades de medición reales (por ejemplo, milivoltios). Como
alternativa, la salida de señal del dispositivo 38 se puede
convertir en unidades de presión mediante la entrada de datos
central y el sistema de control. El valor determinado de
\DeltaP_{D} es después el valor de Gp (no de acuerdo con la
invención) y caracteriza la cantidad de gas proporcionado por el
lecho C durante esta etapa. Si el gas de represurización producto
también se introduce en el lecho A desde el colector de
distribución 6 por medio de la válvula 16, la cantidad de este gas
se puede caracterizar integrando el flujo medido por le medidor de
flujo 53 durante esta etapa. El valor de Gp es después la suma del
gas proporcionado a partir del lecho C y desde el colector de
distribución de represurización del gas producto 6 usando las
mismas unidades características.
El aumento de presión en el lecho A durante esta
etapa de Compensación 1 (Represurización) se mide como se ha
descrito anteriormente mediante el dispositivo de medición de
presión 18, que puede ser, por ejemplo, un transductor de presión.
Esta diferencia de presión, \DeltaP_{R}, se puede caracterizar
en unidades de presión reales si el dispositivo de medición de
presión 18 convierte las mediciones reales (por ejemplo, una señal
eléctrica en milivoltios) a unidades de presión o se puede
caracterizar en la unidad de medición real (por ejemplo,
milivoltios). Como alternativa, la salida de señal del dispositivo
18 se puede convertir en unidades de presión mediante la entrada de
datos central y el sistema de control. Los valores determinados de
\DeltaP_{R} se usan después (no de acuerdo con la invención)
con el valor determinado de Gp, es decir, \DeltaP_{D}, para
calcular el parámetro de transferencia de gas con presión
normalizada como
para la etapa de Compensación 1
(Represurización) del lecho
A.
Como alternativa, los parámetros Gp y G_{pn}
se pueden determinar para el lecho A durante la etapa 8, la etapa
de Compensación 2 (Represurización). En esta etapa, el gas de
represurización se transfiere desde el lecho C hasta el lecho b por
medio del colector de distribución 3. Los parámetros se pueden
determinar mediante un método análogo a aquel descrito
anteriormente para la etapa EQ1.
Una vez que se seleccionan los métodos de
determinación de Gp y G_{pn} y se definen las unidades a usarse,
se puede dar inicio a una operación de línea base del sistema de PSA
de la Figura 1. Primero, se confirma el estado libre de fugas de
todas las válvulas del sistema, por ejemplo, haciendo un ensayo
acerca de las fugas de las válvulas durante una parada de
mantenimiento. Después el sistema se pone en marcha y se opera de
acuerdo a la Figura 2 durante un número de ciclos repetidos para
determinar los valores de referencia libres de fugas de Gp y/o
G_{pn} para cada lecho de la etapa o etapas de ciclo
seleccionadas. Como se ha mencionado anteriormente, el uso del
parámetro de transferencia de gas con presión normalizada G_{pn}
es ventajoso debido a que induce el potencial para la interferencia
de los cambios de presión externamente inducidos en el proceso de
PSA con el método de diagnóstico para identificar las válvulas que
presentan fugas. Tales cambios de presión externamente inducidos
pueden incluir, por ejemplo, cambios en la presión de suministro,
cambios en la presión de descarga del gas residual, operación o
control de válvula lenta o inapropiada que causa calidades
incompletas e inconsistentenes de compensación de presión y fugas en
un lecho durante una etapa anterior.
Una vez que se determinan los valores de
referencia de Gp y/o G_{pn} para cada lecho para la etapa de ciclo
seleccionada, los valores se almacenan en la entrada de datos
centrales y en el sistema de control. En cada ciclo sucesor, los
valores de Gp y/o G_{pn} se determinan y se comparan con los
valores de referencia. Si no existen desviaciones con respecto a
los valores de referencia, o si los valores absolutos de las
desviaciones están dentro de un intervalo predeterminado, no se
identifica ninguna válvula con fugas y se concluye que no existen
válvulas que presenten fugas por lo que no puede detectarse una
proporción de fuga. Si se observa que los valores absolutos de las
desviaciones con respecto a los valores de referencia son mayores
que la cantidad predeterminada, sin embargo, se concluye que
existen válvulas que presentan fugas en algún lugar en el sistema y
se identifican las válvulas que presentan fugas. Una determinación
de diagnostico de las válvulas que pueden presentar fugas se
elabora usando la magnitud y la dirección de las desviaciones
observadas. Como se explica más adelante, la determinación de
diagnostico depende de (1) la locación o locaciones especificas en
las que se realizan las mediciones de flujo para determinar los
valores de Gp y/o G_{pn} y (2) las direcciones de las
desviaciones, es decir, positiva o negativa con respecto a los
valores de referencia.
Las presiones relativas en los colectores de
distribución de gas afectarán este análisis de diagnóstico. La
mayor presión existe en el colector de distribución del gas de
suministro 1, como se muestra en la Figura 2. Dependiendo de las
caídas de presión a través de las válvulas y tuberías, la presión en
el colector de distribución del gas producto 2 puede ser menor que
aquella del colector de distribución del gas de suministro debido a
la caída de presión en cada lecho adsorbedor y las válvulas y
tuberías asociadas. La presión del colector de distribución de
represurización 6 debería estar próxima a aquella del colector de
distribución de producto 2, pero puede ser ligeramente meno debido
a la caída de presión a través de la válvula 51 (si se usa). El
intervalo de presión del colector de distribución de transferencia
de gas 3 (identificado como EQ1 en la Figura 2) puede ser menor que
el colector de distribución de represurización 6, el intervalo de
presión en el colector de distribución de la transferencia de gas 4
(identificado como EQ2 - Purga Provista en la Figura 2) puede ser
aquel del colector de distribución de transferencia de gas 3 y el
intervalo de presión en el colector de distribución del gas
residual puede ser menor que aquel en el colector de distribución de
transferencia de gas 4 y es generalmente la presión más baja del
ciclo. Las presiones en los colectores de distribución de
transferencia de gas 3 y 4 variarán durante las etapas el ciclo a
medida que proceden las etapas de compensación, mientras que las
presiones en los colectores de distribución 1 (suministro), 2
(producto), 5 (gas residual) y 6 (represurización) tienen
generalmente una variabilidad mínima. La presión en el colector de
distribución 4 (EQ2 - Purga Prevista) nunca excede las presiones del
colector de distribución 3 (EQ1) o en el colector de distribución 6
(Represurización). Estas presiones relativas se pueden determinar o
confirmar mediante las mediciones de presión en un sistema de
operación real.
Cuando el lecho A está en la etapa de
Represurización, las mediciones del caudal de gas en la locación del
medidor de flujo 53 (Figura 1) permitirán diagnosticar posibles
fugas a través de las válvulas cerradas 26, 36 y 46 conectadas al
colector de distribución de represurización 6 y otras fugas posibles
a través de las válvulas cerradas 11, 12, 13, 14 y 15 asociadas con
el lecho A. Como analogía, cuando el lecho B está en la etapa de
Represurización, la medición del caudal de gas en la locación del
medidor de flujo 53 (Figura 1) permitirá diagnosticar posibles
fugas a través de las válvulas cerradas 16, 36 y 46 conectadas al
colector de distribución de represurización 6 y posibles fugas a
través de las válvulas cerradas 21, 22, 23, 24 y 25 asociadas con
el lecho B. Además, como analogía adicional, cuando el lecho C está
en la etapa de Represurización, la medición del caudal de gas en la
locación del medidor de flujo 53 (Figura 1) permitirá diagnosticar
posibles fugas a través de las válvulas cerradas 16, 26 y 46
conectadas al colector de represurización 6 y posibles fugas a
través de las válvulas cerradas 31, 32, 33, 34 y 35 asociadas con el
lecho C. Finalmente, como analogía adicional, cuando el lecho D
está en la etapa de Represurización, la medición del caudal de gas
en la locación del medidor de flujo 53 (Figura 1) permitirá
diagnosticar posibles fugas a través de las válvulas cerradas 16,
26 y 36 conectadas al colector de distribución de represurización 6
y posibles fugas a través de las válvulas cerradas 41, 42, 43 44 y
45 asociados con el lecho D.
Una ilustración más detallada del lecho A se
muestra en la Figura 3, que es una porción alargada de la Figura 1.
Por ejemplo, cuando el lecho A está en su etapa de Represurización,
una fuga a través de la válvula 11 estará en la dirección mostrada,
es decir, en el lecho A incrementando de esta manera la presión en
el lecho A. Una fuga a través de la válvula 15 estará en la
dirección mostrada, por ejemplo, fuera del lecho A disminuyendo de
esta manera la presión en el lecho A. Una fuga a través de la
válvula 13 estará en la dirección mostrada, es decir, fuera del
lecho A, disminuyendo de esta manera la presión en lecho A. Una fuga
a través de la válvula 12 estará en la dirección mostrada, es
decir, en el lecho A, aumentando de esta manera la presión en el
lecho A. Una fuga a través de la válvula 14 estará en la dirección
mostrada, es decir, fuera del lecho A. Las presiones en estos
colectores de distribución se pueden medir para confirmar en qué
dirección las válvulas presentarán fugas. Eso podría ser una forma
de refinar los gráficos de diagnostico descritos a continuación. La
presión del colector de distribución se puede medir directamente o
se puede estimar a partir de un análisis de caída de presión en
base a las presiones de los dos lechos que se equilibren. Esto se
muestra en la porción inferior de la Figura 2, que sobrepone el
perfil de presión en el colector de distribución de compensación 4
sobre el perfil de presión en el lecho A durante su etapa de
Represurización.
Observaciones similares se pueden elaborar para
cada uno de los lecho B, C y D cuando cada lecho está en la etapa
de Represurización y en la etapa de Compensación 1
(Represurización). Estas observaciones para los lechos A, B, C y D
se pueden usar después en conexión con los valores controlados de
los parámetros de transferencia de gas Gp y G_{pn} para
desarrollar tablas de diagnósticos de válvulas para identificar una
válvula cerrada que presente fugas o un grupo de válvulas cerradas
(en el que se sospecha que existen fugas) en el que una válvula
presenta una válvula como se describe a continuación.
En este método de análisis, se asume que solo
una válvula presenta fugas a fin de desarrollar las tablas de
diagnostico. Puede ser posible desarrollar tablas de diagnósticos
que apliquen si dos válvulas presentan fugas al mismo tiempo; sin
embargo, estas serán más complejas y más difíciles de interpretar.
El objetivo en el método presente es corregir fugas de válvulas
individuales cuando ocurren en un principio y por lo tanto evitar
una situación con múltiples fugas en las válvulas.
Como una alternativa a o además de medir el
flujo de represurización mediante le medidor de flujo 53 (Figura
1), se puede instalar un medidor de flujo en cada lecho, por
ejemplo, el medidor de flujo 59 sobre el lecho A como se muestra en
la Figura 3. En esta alternativa, las válvulas 26, 36 y 46 del
colector de distribución de represurización 6 no necesitan
considerarse en el ejercicio de diagnostico de válvulas cuando el
lecho A está en su etapa de Represurización y el análisis puede
concentrarse en las válvulas 11, 12, 13, 14 y 15. De forma similar,
la alternativa de medir el flujo en la entrada de represurización
del lecho tiene beneficios para el diagnostico de las válvulas
sobre los lechos B, C y D, debido a que las válvulas
correspondientes en el colector de distribución de represurización
6 no necesitan considerarse. Medir el flujo en todas la locaciones,
es decir mediante el medidor de flujo 53 mediante el medidor de
flujo 59 en el lecho A, y medidores de flujos similares en los
otros tres lechos generarán información adicional significante para
usarse además en el desarrollo de un diagnostico preciso de las
válvulas conectadas al conector de distribución de represurización
6 y las otras válvulas conectadas a los lechos.
El análisis anterior de los lechos en la etapa
de Represurización se puede extender a la etapa de Compensación 1
(Represurización). Cuando el lecho A está en su etapa de
Compensación 1 (Represurización), una fuga a través de la válvula
11 estará en la dirección mostrada en la Figura 3, es decir, dentro
del lecho A, aumentando de esta manera la presión en el lecho A.
Una fuga a través de la válvula 15 estará en la dirección mostrada,
es decir, fuera del lecho A, disminuyendo de esta manera la presión
en el lecho A. Una fuga a través de la válvula 12 estará en la
dirección mostrada, es decir, dentro del lecho A aumentando de esta
manera la presión en el lecho A. Una fuga a través de la válvula 14
estará en la dirección mostrada, es decir, fuera del lecho A,
disminuyendo de esta manera la presión en le lecho A. Una fuga a
través de la válvula 16 estará en la dirección mostrada, es decir,
dentro del lecho A aumentando de esta manera la presión en el lecho
A.
Como alternativa a o además de calcular el flujo
de compensación hasta el lecho A desde el lecho C midiendo la
diferencia de presión en el lecho C, se puede instalar un medidor de
flujo en cada lecho, por ejemplo, el medidor de flujo 61 sobre el
lecho A como se muestra en la Figura 3. En esta alternativa, las
válvulas 24, 34 y 44 del colector de distribución de compensación 4
no necesitan considerarse en el ejercicio de diagnostico de
válvulas cuando el lecho A está en su etapa de Compensación 1
(Represurización) y el análisis se concentra en las válvulas 11,
12, 15 y 16. De forma similar, la alternativa de medir el flujo en
la entrada de gas de compensación en el lecho tiene beneficios para
el diagnostico de las válvulas en los lechos B, C y D, debido a que
las válvulas correspondientes en el colector de distribución de
compensación 4 no necesitan considerarse. Medir o determinar el
flujo en todas las locaciones, es decir, mediante el medidor de
flujo 61 en el lecho A, mediante medidores de flujo similares en
los otros tres lechos, y mediante la diferencia de presión en los
lechos que proporcionan el gas de Compensación 1, generará
información suficiente para el diagnostico preciso de las válvulas
conectadas al colector de distribución de compensación 4 y las otras
válvulas conectadas a los lechos.
La determinación de los parámetros de
transferencia de gas Gp y G_{pn} para usarse en método de
diagnostico para la etapa de Represurización del lecho A se puede
ilustrar con referencia a las Figuras 1 y 3. El Gp se puede
determinar para la etapa de Represurización totalizando el flujo de
gas medido mediante el medidor de flujo 53 (Figura 1) durante la
etapa. El aumento de presión en el lecho A durante la etapa de
Represurización, es decir, \DeltaP_{R}, se determina mediante
el dispositivo de medición de presión 18. Después G_{pn} se
calcula dividiendo Gp entre \DeltaP_{R}. Como alternativa, Gp
se puede determinar para la etapa de Represurización totalizando el
flujo de gas medido mediante el medidor de flujo 59 (Figura 3)
durante la etapa y G_{pn} se puede calcular después a partir de
este valor.
La determinación de los parámetros de
transferencia de gas Gp y Gpn para usarse en el método de
diagnostico para la etapa de Compensación 1 (Represurización) del
lecho A se puede ilustrar también con referencia a las Figuras 1 y
3. Gp se puede determinar para la etapa de Compensación 1
(Represurización) midiendo la disminución en la presión en el lecho
C mediante el dispositivo de medición de presión 38 mientras que el
lecho C proporciona el gas de compensación al lecho A, es decir,
\DeltaP_{D} (no de acuerdo con la invención). Esta es una
indicación de la cantidad de gas proporcionado desde el lecho C
durante dicha etapa. El aumento de presión en el lecho A durante la
etapa de Represurización, es decir, \DeltaP_{R}, se determina
mediante el dispositivo de medición de presión 18. Después,
G_{pn} se calcula dividiendo \DeltaP_{D} entre \DeltaP_{R}
(no de acuerdo con la invención). Como alternativa, Gp se puede
determinar para la etapa de Compensación 1 (Represurización)
totalizando el flujo de gas medido mediante el medidor de flujo 61
(Figura 3) durante la etapa, y después dividiendo Gp entre
\DeltaP_{R} para obtener G_{pn}.
Se puede utilizar un método alternativo para
determinar los parámetros para el método de diagnostico de fugas en
el que el flujo de gas se mide en el extremo de salida de cada lecho
adsorbedor como se muestra mediante el medidor de flujo 63 en la
Figura 3. En esta alternativa, el Gp para una etapa de compensación
de presión se determina integrando el caudal de gas medido en la
salida del lecho que proporciona le gas y disminuyendo la presión
durante esta etapa. El caudal de gas que entra al lecho receptor que
se incrementa en la presión se puede medir en integrarse durante
esta etapa para arrojar un parámetro definido,
G_{r}=f(m_{tr}) en el que m_{tr} es la masa de gas que
entra a un deposito adsorbedor receptor o al tanque de equilibrio
para la etapa de depuración que se incrementa en presión durante la
etapa de proceso. Un parámetro con flujo normalizado G_{pf}, se
puede definir como G_{pf} = G_{p}/G_{r}. Bien sea uno o ambos
de los parámetros Gp y G_{pf} se puede usar después en el método
de diagnostico para identificar las válvulas que presentan fugas. Un
enfoque similar se puede usar para la etapa de Represurización en
la que Gp representa la cantidad de gas proporcionado para la
represurización y se calcula como la diferencia entra (1) el caudal
integrado de gas proporcionado a partir del lecho durante la etapa
de suministro y (2) el caudal integrado del gas producto final que
abandona el colector de distribución del gas producto 2 (Figura 1).
El caudal de gas que entra al lecho receptor (o tanque de
equilibrio) se puede medir e integrar durante esta etapa para
arrojar un parámetro G_{r} como se ha descrito anteriormente. El
parámetro con flujo normalizado G_{pf} se puede calcular después
dividiendo Gp entre G_{r}.
Los parámetros de transferencia de gas se pueden
determinar para una porción definida de una etapa específica en
lugar que para toda la duración de la etapa como se ha descrito
anteriormente. En otras situaciones, los parámetros de
transferencia de gas se pueden determinar durante la duración de una
serie de etapas, por ejemplo, las etapas EQ1 (Represurización) y
Represurización (véase etapas 9 y 10 de la Figura 2). Se selecciona
Cualquier etapa, porción de una etapa o serie de etapas, sin
embargo, es importante que la misma etapa, porción de una etapa o
serie de etapas se use en determinaciones repetidas de los
parámetros de transferencia de gas. La selección de la etapa,
porción de una etapa o serie de etapas puede depender de las
características de operación actuales de la planta. Puede ser
deseable determinar y controlar los parámetros de transferencia de
gas para dos o mas etapas a fin de desarrollar un método de
diagnostico con base más amplia que sería posible si solo se usara
una etapa para el diagnóstico.
Cuando el parámetro de transferencia de gas
determinado se compara con un valor de referencia predeterminado,
la desviación o diferencia observada se usa para diagnosticar las
válvulas que presentan fugas como se ha descrito anteriormente. La
magnitud de esta diferencia y la dirección de la desviación (es
decir, una desviación positiva o negativa con respecto de los
valores de referencia) se usan para determinar cuales de las
válvulas que están cerradas o cuales de las que deberían estar
cerradas durante la etapa de proceso seleccionada están presentando
posibles fugas. Para determinar pequeñas variabilidades del proceso
(típicamente descritas como "ruido") el diagnostico se puede
basar en el valor absoluto de la desviación observada y su magnitud
relativa al valor mínimo predeterminado. Cuando el valor absoluto
de la desviación observada es mayor que un valor mínimo
predeterminado, se toma una decisión de que una válvula o una de un
grupo de válvulas con posibles fugas están en realidad presentando
fugas, y se definen las válvulas que presentan fugas. Este valor
mínimo predeterminado se basa en la experiencia operativa de una
planta particular, y dependerá de las características de operación
de dicha planta (por ejemplo, la presión y la variabilidad de la
composición del gas de suministro, los cambios en la pureza de
producto requerida, el ciclo y el numero de lechos y similares). El
valor mínimo predeterminado se puede ajustar a un porcentaje del
valor de referencia, y puede ser, por ejemplo, el 5% del valor de
referencia. En algunas plantas esto puede incrementarse hasta el 10%
del valor de referencia.
Los siguientes ejemplos ilustran realizaciones
de la presente invención pero no limitan la invención a cualquiera
de los detalles específicos descritos en la presente memoria.
El sistema de PSA de la Figura 1 supera para la
producción de hidrógeno de alta pureza a partir de una mezcla de
hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono y metano
producido por el vapor reformado del gas natural. En este ejemplo,
el colector de distribución 6 y las válvulas asociadas 16, 26, 36 y
46 se han eliminado y el colector de distribución 3 se usó tanto
para la etapa de Represurización como para la etapa EQ1
-Represurización. El flujo del gas producto en el colector de
distribución se midió y se controló mediante el medidor de flujo 53
y la válvula de control de flujo 51, respectivamente. El sistema se
operó de acuerdo a una modificación del ciclo de la Figura 2 en el
que las etapas EQ1 y de Represurización se superponen de tal manera
que el gas de represurización es una combinación del gas de
transferencia desde un lecho de despresurización y el gas producto
por medio de la válvula 51. G_{pn} se determinó como se describe a
continuación sólo durante la etapa de Represurización y después de
finalizar la etapa EQ1.
Las posiciones de las válvulas (abierta o
cerrada) durante las etapas del ciclo y las relaciones de presión
entre los seis colectores de distribución y los lechos adsorbentes
se utilizaron para desarrollar un gráfico de diagnostico para la
etapa de Represurización de cada uno de los lechos adsorbedores A,
B, C y D. El gráfico de diagnostico se muestra en la Figura 4
A.
Este gráfico muestra el patrón esperado de las
desviaciones que se observaron durante los controles elaborados
durante las etapas de represurización. Para este ciclo de PSA
particular y perfil de presión mostrado en la Figura 2, las
desviaciones como se muestran son esperadas si una válvula
particular está presentando fugas mientras que el lecho está en la
etapa de Represurización. Si la válvula de suministro en un lecho
(es decir, la válvula 11, 21, 31 ó 41) está presentando fugas
durante esta etapa, entonces el valor del parámetro de transferencia
del gas con presión normalizada G_{pn} (es decir, la proporción
de la cantidad de hidrógeno de represurización proporcionado por
medio del colector de distribución 3 con respecto al aumento de
presión en el lecho que se esta represurizando) se espera que se
desvíe por debajo del valor de referencia debido a que el volumen
del gas de suministro presentará fugas en el lecho y reducirá de
esta manera el volumen del hidrógeno de represurización requerido
para completar esta etapa. Si la válvula de producto (es decir, la
válvula 12, 22, 32 ó 42) está presentando fugas durante esta etapa,
entonces se espera que G_{pn} se desvíe por debajo del valor de
referencia debido a que el volumen de gas producto presentará fugas
en el lecho por medio de la fuga en la válvula de producto y
reducirá de esta manera el volumen del hidrógeno de represurización
requerido para completar esta etapa.
Si la válvula de Compensación 2 - Purga Provista
(es decir, la válvula 14, 24, 34 ó 44) en el lecho está presentando
fugas durante esta etapa, entonces el valor de G_{pn} se espera
que se desvíe por encima del valor de referencia debido a que un
volumen de gas se fugará fuera del lecho y dentro del colector de
de distribución 8 y aumentará de esta manera el volumen del
hidrógeno de represurización requerido para completar esta etapa.
Durante una porción de la etapa de Represurización de cualquier
lecho, otro lecho esta en la etapa de inactivación y todos las
válvulas EQ2 - PP (es decir, las válvulas 14, 24, 34 y 44) se
cierran, y se aísla el colector de distribución 4 con respecto de
los otros lechos. Sin embargo, durante la porción restante de la
etapa de Represurización, no se continúa aislando el colector de
distribución 4. Es posible definir un control de Represurización
durante la porción de la etapa de Represurización cuando no se aísla
el colector de distribución 4.
Si la válvula del gas residual (es decir, la
válvula 15, 25, 35 ó 45) en el lecho está presentando Figuras
durante esta etapa, entonces el valor de G_{pn} se espera que se
desvíe por encima del valor de referencia debido a que un volumen
del gas se fugará fuera del lecho y aumentará de esta manera el
volumen del hidrógeno de represurización requerido para completar
esta etapa. Si la válvula EQ1 - Represurización (es decir, la
válvula 13, 23, 33 ó 43) en un lecho está presentando fugas durante
la etapa de represurización, entonces el valor de G_{pn} se
espera que se desvíe por debajo del valor de referencia cuando el
lecho (i+1) (es decir, el lecho que se somete a la etapa de
represurización inmediatamente después de la Represurización del
lecho con que presenta la fuga en la válvula EQ1 - Represurización)
en el ciclo que está en Represurización, y el valor de G_{pn} se
espera que se desvíe por encima del valor de la referencia cuando
los lechos (i+2) e (i+3) están en Represurización. Cuando cualquier
lecho (i) está en Represurización, la válvula EQ1 - Represurización
(es decir, la válvula 13, 23, 33 ó 43) se abrirá y por tanto no
presentará una fuga. La fuga estará dentro del lecho (i+1) cuando
la válvula EQ1 - Represurización presenta fugas debido a que la
presión en el lecho (i+1) será mayor que la presión en el lecho (i)
durante esta etapa. La fuga estará fuera del lecho (i+2) e (i+3)
debido a que la presión en el lecho (i+2) e (i+3) será mayor que la
presión en el lecho (i) durante las etapas de Represurización de
los lechos (i+2) e (i+3), respectivamente.
La Figura 4A muestra por lo tanto el patrón
esperado de desviaciones que se obtendrían cuando se hace el control
de Represurización con cada lecho en su etapa de Represurización. A
partir de este patrón, es posible determinar que lecho contiene la
válvula que presenta fuga y es posible reducir la lista de posibles
válvulas que presentan fugas a como mucho dos válvulas diferentes
sobre un mismo lecho. Este ejemplo ilustra la utilidad de este
método para detectar las fugas y determinar rápidamente cuál o
cuáles válvulas son más propensas a presentar fugas.
El sistema de PSA de la Figura 1 se opera de
acuerdo con el sistema y el ciclo del Ejemplo 1 para la producción
del hidrógeno de alta pureza a partir de una mezcla de hidrógeno,
monóxido de carbono, dióxido de carbono y metano producido por el
vapor reformado del gas natural. Las posiciones de las válvulas (de
abertura o de cierre) durante las etapas del ciclo y las relaciones
de presión entre los seis colectores de distribución y los lechos
adsorbedores se utilizaron para desarrollar un gráfico de
diagnostico para la etapa de Compensación 2 - Despresurización de
cada uno de los lechos adsorbedores A, B, C y D. El gráfico de
diagnostico se muestra en la Figura 4B, que muestra el patrón
esperado de desviaciones que se revelan usando los controles de
diagnostico elaborados durante esta etapa. Para este ciclo de PSA y
de perfil de presión particular (véase Figura 2), se esperaron las
siguientes desviaciones si una válvula particular está presentando
fugas mientras que un lecho (i) está en la etapa EQ2 -
Despresurización. Para este ejemplo cuando el lecho (i) está en la
etapa de EQ2 - Despresurización, proporciona gas al lecho
(i-1) que está en su etapa de EQ2 - Represurización.
Una pequeña desviación de G_{pn} a partir del valor de referencia
significa que un valor dado, si está presentado fugas, se espera
que haga escapar el gas en el sistema de los dos lechos que están
intercambiando gas durante la etapa EQ2. Una gran desviación de
G_{pn} con respecto al valor de referencia significa que una
válvula dada, si presenta fugas, se espera que haga escapar el gas
fuera del sistema de los dos lechos que están intercambiando gas
durante la etapa EQ2.
Los gráficos de diagnostico de las Figuras 4A y
4B se combinaron para conseguir un gráfico de diagnostico genérico
de la Figura 5 para el ciclo y sistema de PSA de los Ejemplos 1 y 2.
La Figura 5 se puede usar para determinar la probabilidad de e
identificar las válvulas que presentan fugas sobre cualquier lecho
adsorbedor N. Por ejemplo, si la válvula del gas residual en el
lecho A (válvula 15, Figura 1) está presentando fugas, se
esperarían las siguientes desviaciones. El G_{pn} determinado
durante la represurización del lecho A se elevaría, el G_{pn}
determinado durante la etapa EQ2 del lecho A se elevaría y el
G_{pn} determinado durante la etapa EQ2 del lecho B se elevaría.
En otro ejemplo, si la válvula EQ2 - purga provista en el lecho A
(válvula 14, Figura 1) está presentando fugas, se esperarían las
siguientes desviaciones: el G_{pn} determinado durante la
represurización del lecho A se elevaría, el G_{pn} determinado
durante la etapa EQ2 del lecho C se disminuiría y el G_{pn}
determinado durante la etapa EQ2 del lecho D se disminuiría.
Si todos los criterios de la Tabla 5 coinciden
para una válvula dada, es ciertamente esencial que la válvula esté
presentando fugas. Si no todos los criterios coinciden disminuye,
sin embargo, la probabilidad de una fuga. Por ejemplo, si dos de
los tres criterios de ensayos para la válvula del gas residual
coinciden, la probabilidad de que la válvula este presentando fugas
es del 67%. En un ejemplo especifico, si la desviación de G_{pn}
es elevada para la etapa EQ2 para el lecho A, elevada para la etapa
EQ2 del lecho B, pero por debajo de la desviación mínima para la
etapa de Represurización del lecho A, entonces la probabilidad de
que la válvula del gas residual en el lecho A esté presentando
fugas es del 67%.
Los ensayos para ilustrar la aplicación del
método descrito anteriormente se realizaron en una planta de PSA de
hidrógeno en funcionamiento que produce 7.000.000 de pies cúbicos
estándar por día de hidrógeno con el 99,999% de pureza. A partir de
una refinación nominal de gas suministrado mezclado que contiene del
70 al 80% en volumen de hidrógeno, \sim15% CH_{4}, \sim7%
C_{2}H_{6} y \sim4% C_{3}H_{8}. La planta se operó con un
sistema y un ciclo de cuatro lechos de los Ejemplos
1-3 con un tiempo de ciclo total de aproximadamente
20 minutos.
El estado libre de fugas de todas las válvulas
en el sistema de PSA se confirmó inicialmente durante una parada de
planta. La planta se operó después en condiciones de línea de base
de referencia para establecer los perfiles de referencia de
G_{pn} frente al tiempo real de operación para la etapa de
Compensación 2 (Represurización-Despresurización)
(etapa 8, Figura 2) y la etapa de Represurización (etapa 10, Figura
2). Los valores de G_{pn} para la etapa EQ2 se determinaron como
la proporción del cambio de presión medido del lecho que proporciona
gas con respecto al cambio de presión medido del lecho que recibe
gas durante la etapa. En esta etapa, los valores de G_{pn} no
tuvieron dimensiones. Los valores de G_{pn} para la etapa de
Represurización se determinaron como la proporción del flujo de gas
de represurización medido en el colector de distribución 6 con
respecto al cambio de presión medido del lecho que recibe el gas de
represurización durante la etapa. En esta etapa, los valores de
G_{pn} tuvieron las unidades de millones de metros cúbicos/psi
convencionales.
Durante este periodo inicial, se hicieron
cambios en ciertos parámetros operativos para determinar los
aspectos de tales cambios en los perfiles de referencia. Estos
incluyeron cambios de la presión de adsorción, el tiempo del ciclo
de PSA, la presión en el tambor de equilibrio, la tasa de producción
de hidrógeno y la transición desde el control de flujo hasta el
control de presión de la producción de hidrógeno. Por ejemplo, a
aproximadamente las 9:00 am el tiempo del ciclo de PSA se disminuyó
de 351 seg a 340 seg; entre las 9:45 y 10:40 am la presión del
tambor de equilibrio se aumentó desde 0,28 barg a 0,31 a 0,34 barg
(4 a 4,5 a 5 psig) y después retornó a 0,28 barg (4 psig). A
aproximadamente las 11:15 am la tasa de producción de hidrógeno se
disminuyó de 7.400 a 6.200 m^{3}/h (260 a 220 miles de pies
cúbicos convencionales por hora).
Los perfiles de referencia resultantes se
proporcionan en las Figuras 6A y 6B. Se observa que los cambios del
proceso tienen un ligero pero insignificante efecto en los perfiles
para la etapa de represurización, mientras que los cambios del
proceso tienen un efecto más pronunciado en los perfiles para la
etapa EQ2. También se observó que la variabilidad de los perfiles
entre los pares de lechos de compensación fue mayor que la
variabilidad entre los lechos que se sometieron a la
represurización. Puesto que no ocurrió ninguna fuga, el valor
registrado para G_{pn} se esperó que permaneciera constante como
se muestra para las proporciones medidas durante el control de
Represurización. Existen diversas razones para la variabilidad
aumentada. Una razón es que el flujo dentro del lecho que recibe
gas no se midió de forma precisa mediante el cambio de presión del
lecho que proporciona gas. La cantidad de gas proporcionado por este
lecho como se ha definido mediante una disminución de presión dada
en el lecho dependerá de los factores, tales como, la temperatura y
presión inicial del sistema así como la carga de impurezas en el
lecho. Estos parámetros se fueron cambiando durante este ensayo.
Mejor precisión podría conseguirse midiendo este flujo de forma
directa instalando medidores de flujo en el colector de
distribución 4.
Los perfiles de G_{pn} frente al tiempo real
en funcionamiento se determinaron usando el mismo sistema y ciclo
de PSA del Ejemplo 3 para la etapa de Represurización y la etapa de
Compensación 2 (Represurización-Despresurización).
Se provocó una fuga en la válvula del gas residual (25, Figura 1) en
el lecho B ajustando el limite de válvula de manera que la válvula
de mariposa ya no estuviera cerrada herméticamente contra su asiento
entre los tiempos reales de 14:52 y 15:57 para observar los efectos
en los perfiles de G_{pn} frente al tiempo real en funcionamiento.
Los perfiles resultantes se muestran en las Figuras 7a y 7b.
El control de Represurización para el lecho B se
desvió en la dirección positiva como se esperó. La magnitud de la
desviación se puede usar para cuantificar la proporción de la fuga.
Ambas de las desviaciones para las etapas EQ2 C \rightarrow B y
EQ2 \rightarrow A se esperaron que fueran en las direcciones
positivas. EQ2 B\rightarrow A mostró desviaciones, pero no fueron
lo suficientemente mayores que un valor mínimo seleccionado de 0,05
a observarse. La diferencia de presión de tamaño a través de la
válvula que presenta fugas se esperó que fuera mayor cuando el
lecho B que está en la etapa EQ2 - Despresurización (EQ2
\rightarrow B) que cuando el lecho B esta en la etapa de EQ2 -
Represurización (EQ2 C \rightarrow B). Sin embargo, la desviación
observada fue más pronunciada cuando el lecho B estaba en la etapa
EQ2 - Represurización (EQ2 C\rightarrow B). Por lo tanto, este
argumento probablemente no explica la falta de respuesta. Cuando el
lecho B está en su etapa EQ2 - Despresurización, el lecho contiene
una carga relativamente elevada de impurezas adsorbidas. La fuga
del gas a través de la válvula del gas residual en la parte inferior
de este depósito se espera que barra lejos las impurezas que se
adsorban desde la pare inferior del lecho, en el que el adsorbedor
está cargado más pesadamente con impurezas. Si la fuga del gas a
través de la válvula del gas residual contiene una concentración
mayor de impurezas que el gas suministrado desde la parte superior
de este lecho hasta un lecho en la etapa de EQ2 - Represurización,
puede tener un pequeño efecto en la presión del lecho y la cantidad
del gas proporcionado por el lecho en su etapa de EQ2 -
Despresurización hasta el lecho en su etapa EQ2 - Represurización
como se ha caracterizado por el cambio medido en la presión del
lecho.
Los perfiles de G_{pn} frente al tiempo real
operativo se determinan usando el mismo sistema y ciclo de PSA del
Ejemplo 3 para la etapa de Represurización y la etapa de
Compensación 2 (Represurización - Despresurización). Se provocó una
fuga en la válvula EQ1 (23, Figura 1) en el lecho B ajustando que el
obturador límite de válvula entre los tiempos reales de
aproximadamente 17:50 y 18:30 a fin de observar los efectos en los
perfiles de G_{pn} frente al tiempo real operativo. Los perfiles
resultantes se muestran en las Figuras 8A y 8B. Los controles de
Represurización para los lechos C y D se desviaron como se esperó.
Se cree que el lecho A no se sometió a una etapa de Represurización
mientras que la válvula estaba presentando fugas. No se permitió
tiempo suficiente para observar el impacto de la fuga en el lecho A
en la etapa de Represurización, mientras se esperó una alta
desviación.
Ambas etapas EQ2 C \rightarrow B y EQ2 B
\rightarrow A se esperaron que mostraran una desviación en la
dirección negativa. La etapa EQ2 B \rightarrow A mostró una
desviación negativa significante, como se esperó, pero la etapa EQ2
C \rightarrow B no lo hizo. La cantidad de la diferencia de
presión que actúa a través de la válvula EQ1 que está presentado
fuga se estimó que fuera significantemente mayor para la etapa EQ2 B
\rightarrow A 7,7 bar (\sim111 psi) que para la etapa EQ2 C
\rightarrow B 2,8 bar (\sim 40 psi). Como resultado, la tasa de
fugas durante la etapa EQ2 C \rightarrow B se esperó que fuera
mayor que durante la etapa EQ2 B \rightarrow A. Esto puede
explicar la razón para la falta de respuesta durante la etapa EQ2 C
\rightarrow B.
Los perfiles de G_{pn} frente al tiempo real
operativo se determinaron usando el mismo sistema y ciclo de PSA
del Ejemplo 3 para la etapa de Represurización y la etapa de
Compensación 2 (Represurización - Despresurización). Se provocó una
fuga en la válvula EQ2 - purga provista (24, Figura 1) en el lecho B
ajustando el posicionador de la válvula entre los tiempos reales de
aproximadamente 10:15 y 11:30 a fin de observar los efectos en los
perfiles de G_{pn} frente al tiempo real operativo. Los perfiles
resultantes se muestran en las Figuras 9A y 9B.
Al posicionador de la válvula en la válvula 24
se le ordenó retornar "cerrado" a la posición del 5, 7, 9 y
11% abierto, aumentando de esta manera el modo de etapa de un área
abierta para una fuga. Los controles de Represurización para el
lecho B se desviaron a la posición positiva como esperó. Ambas
etapas EQ2 D \rightarrow C y EQ2 A \rightarrow D se esperaron
que se desviaran en la dirección negativa, y se observaron que se
desviaron en esta dirección esperada. La magnitud de la desviación
de ambos controles de Represurización y EQ2 - Represurización
correspondieron directamente a los cambios que se realizaron a la
abertura de la válvula. Cuando a la válvula se le ordenó permanecer
más abierta, existió una respuesta correspondiente en las válvulas
para los controles de Represurización y EQ2 - Represurización. Esta
magnitud de la diferencia de presión que actúa a través de la
válvula que presenta la fuga 24 se estimó mayor que > 20,7 bar
(> 300 psi) durante los periodos en los que se realizaron los
controles correspondientes. Esto significa que existió una fuerza de
accionamiento significante para una fuga cuando los controles de
fugas identificaron que esta ocurriendo una fuga.
Los perfiles de G_{pn} frente al tiempo real
operativo se determinan usando el mismo sistema y ciclo de PSA del
Ejemplo 3 para la etapa de Represurización y la etapa de
Compensación 2 (Represurización - Despresurización). Se provocó una
fuga en la válvula de suministro (21, Figura 1) en el lecho B
ajustando el obturador límite de la válvula en un tiempo real de
aproximadamente 12:20 a aproximadamente 12:50, un ajuste se realizó
para reducir la tasa de fuga, y a aproximadamente las 12:45 la fuga
se detuvo. Los perfiles resultantes se mostraron en la Figura 10A y
10B.
Los controles de Represurización para el lecho B
se desviaron e la dirección negativa como se esperó. Ambas etapas
EQ2 B \rightarrow A y EQ2 C \rightarrow B se esperaron que se
desviaran en la dirección negativa. La etapa EQ2 B \rightarrow A
se desvió inicialmente en la dirección negativa, pero después cambió
a la dirección positiva. Cuando el lecho B estaba en la etapa EQ2 -
Despresurización, existió una cantidad relativamente significante
de impurezas adsorbidas en este lecho. Es posible que la cantidad de
impurezas adsorbidas cambiara como una consecuencia de las
impurezas añadidas que se introdujeron a medida que la válvula de
suministro continúo presentando la fuga durante un tiempo. Como
resultado, la carga de impurezas en el lecho B pudo haber cambiado
lo suficiente para causar que la cantidad de gas transferido desde
el lecho B que corresponde a un cambio dado en la presión del lecho
B cambiara. Si G_{p} se obtuvo a partir de una medición directa
del flujo transferido desde el lecho B hasta lecho A, esto arrojará
la desviación baja esperada para G_{pn}. La precisión de la
disminución de presión en lecho B a medida como la medición de
G_{pn} es por lo tanto es cuestionable. Las observaciones para la
etapa EQ2 C \rightarrow B siguieron las expectativas.
Los resultados globales de los Ejemplos 3 a 7
anteriores confirman que, para este ciclo particular, la etapa de
Represurización es la etapa más útil para obtener perfiles
característicos de G_{pn} frente al tiempo real operativo para
identificar las fugas en las válvulas. Las direcciones y duración de
las derivaciones observadas fueron generalmente anticipadas. La
etapa de Compensación 2 - (Represurización - Despresurización), sin
embargo, pareció ser menos útil para este propósito debido a que las
derivaciones observadas fueron a menudo diferentes que las
anticipadas. Es posible que estos perfiles se puedan afectar
adversamente por los cambios en las presiones iniciales en los
lechos y los efectos de adsorción dinámica en los depósitos
adsorbedores.
Claims (13)
1. Un método de operar un sistema de adsorción
con oscilación de presión que comprende
- (a)
- proporcionar un sistema de adsorción con oscilación de presión que tiene una pluralidad de depósitos adsorbedores en paralelo y una pluralidad de válvulas y colectores de distribución de gas adaptados para introducir gas dentro de cada depósito adsorbedor y retirar el gas desde cada depósito adsorbedor en una serie de ciclos de etapas de procesos secuenciales que incluyen al menos una etapa de suministro, una etapa de despresurización, una etapa de regeneración y una etapa de represurización;
- (b)
- operar cada uno de los depósitos adsorbedores en la serie de ciclos de las etapas de proceso secuenciales que incluyen al menos la etapa de suministro, la etapa de despresurización, la etapa de regeneración y la etapa de represurización, en el que cada uno de la pluralidad de depósitos se abre y se cierra al menos una vez durante la serie de ciclos de las etapas de procesos secuenciales en una secuencia de operación de válvula predeterminada;
- (c)
- medir un valor de un parámetro de operación seleccionado a partir del grupo que consiste de
- (1)
- masa real m_{t} del gas proporcionado durante el periodo de tiempo t con respecto al depósito adsorbedor receptor durante una etapa de proceso seleccionada, porción de una etapa de proceso o serie de etapas de procesos.
- (2)
- el volumen del gas proporcionado al depósito adsorbedor receptor durante la etapa de proceso, porción de una etapa de proceso o serie de tapas de proceso durante el periodo de tiempo t y en el que el volumen de gas se define a cualquier temperatura y presión convencional;
- (3)
- un parámetro de transferencia de gas con presión normalizada, G_{pn}, mediante la ecuación
- en la que G_{p} es un parámetro de transferencia de gas derivado de la ecuación
- en la m_{t} es la masa medida del gas proporcionado durante un periodo de tiempo t al depósito adsorbedor receptor durante la etapa de proceso seleccionada, la porción de una etapa de proceso o una serie de etapas de proceso y en la que \DeltaP_{R} es el aumento de presión en depósito adsorbedor que recibe al gas durante la etapa de proceso, porción de una etapa de proceso o serie de etapas de procesos durante el periodo de tiempo t; y
- (4)
- un parámetro de transferencia de gas con flujo normalizado, G_{pf}, mediante la ecuación
- en la que G_{r} se define como
- en la que m_{tr} es la masa medida de gas que fluye dentro del depósito receptor durante la etapa de proceso, porción de una etapa de proceso o serie de etapas de proceso durante un periodo de tiempo t;
- (d)
- determinar la desviación del valor del parámetro operativo con respecto de un valor de referencia predeterminado; y
- (e)
- usar la magnitud y la dirección de la desviación de (d) para determinar si cualquiera de las válvulas presentan una fuga, en la que (1) cuando el valor absoluto de la desviación de (d) es menor que un valor mínimo predeterminado, ninguna válvula se identifica como que tiene una fuga y (2) cuando el valor absoluto de la desviación de (d) es mayor que el valor mínimo predeterminado, al menos una de la válvulas se identifica como que tiene una fuga.
2. El método de la reivindicación 1, en el que
G_{p} es igual a la masa real m_{t} de gas proporcionado
durante el primer tiempo t al depósito adsorbedor receptor durante
la etapa de proceso, porción de una etapa de proceso o series de
etapas de procesos.
3. El método de la reivindicación 1, en el que
G_{p} es igual al volumen del gas proporcionado al depósito
adsorbedor receptor durante la etapa de proceso, porción de una
etapa de proceso o series de etapas de proceso durante el periodo
de tiempo t y en el que el volumen de gas se define a cualquier
temperatura y presión seleccionada.
4. El método de la reivindicación 1, en el que
la etapa de proceso seleccionada es la etapa de represurización.
5. El método de la reivindicación 4, en el que
el parámetro de operación es un parámetro de transferencia de gas
con presión normalizada G_{pn} definido por la ecuación
en la que \DeltaP_{R} es el
aumento de presión en el depósito adsorbedor durante el periodo de
tiempo t que recibe al gas de represurización durante la etapa de
represurización o porción de la etapa de represurización y G_{p}
es igual al volumen del gas proporcionado durante el periodo de
tiempo t al depósito adsorbedor durante la etapa de represurización
o porción de la etapa de represurización y en la que el volumen de
gas se define a una temperatura y presión
seleccionada.
6. El método de la reivindicación 1 en el que la
serie de ciclos de de las etapas de proceso secuenciales incluyen
una etapa de compensación en la que un depósito adsorbedor se
despresuriza retirando un gas de despresurización desde el mismo e
introduciendo el gas de despresurización en un depósito adsorbedor
receptor que se incrementa en presión.
7. El método de la reivindicación 1 en la que
etapa de proceso seleccionada es la etapa de depuración o la etapa
de purga.
8. El método de la reivindicación 7 en el que el
parámetro de operación es un parámetro de transferencia de gas,
G_{p}, derivado de la ecuación
en la que m_{t} es una masa de
gas descargado desde un depósito adsorbedor durante la etapa de
depuración o de
purga.
9. El método de la reivindicación 1, en el que
durante la etapa de suministro se introduce un gas de suministro
que comprende hidrógeno y uno o más componentes de impureza en cada
uno de los depósitos adsorbedores, el gas de suministro se hace
pasar a través del depósito adsorbedor para adsorber al menos una
porción de uno o más componentes de impureza, y se retira el gas
producto de hidrógeno purificado del depósito adsorbedor.
10. El método de la reivindicación 9, en el que
la etapa de proceso seleccionada es la etapa de represurización y
el gas de represurización es una porción del gas producto de
hidrógeno purificado.
11. El método de la reivindicación 10, en el que
el parámetro de operación es un parámetro de transferencia de gas
con presión normalizada, G_{pn}, definida por la ecuación
en la que \DeltaP es el aumento
de presión en el depósito adsorbedor que recibe el gas producto de
hidrógeno purificado durante la etapa de represurización o porción
de la etapa de represurización durante el periodo de tiempo t y
G_{p} es igual al volumen del gas producto de hidrógeno purificado
proporcionado al depósito adsorbedor durante la etapa de
represurización o porción de la etapa de represurización durante el
periodo de tiempo t y en el que el volumen de gas se define a una
temperatura y presión
seleccionada.
12. El método de la reivindicación 9 en el que
la serie de ciclos de etapas de proceso secuenciales incluye una
etapa de compensación en la que un depósito adsorbedor se
despresuriza retirando un gas de despresurización desde el mismo e
introduciendo el gas de despresurización en otro depósito
adsorbedor, es decir, a una presión más baja que en el depósito
adsorbedor que está siendo despresurizado.
13. El método de la reivindicación 9 en el que
la serie de ciclos de etapas de proceso secuenciales incluyen la
etapa de compensación en la que se despresuriza un depósito
adsorbedor inmediatamente después de su etapa de suministro
retirando un gas de despresurización desde el mismo e introduciendo
el gas de despresurización en otro depósito adsorbedor que precede
inmediatamente a su etapa de represurización.
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