ES2534467T3

ES2534467T3 - Procedimiento de adsorción por oscilación de presión al vacío para recuperar dióxido de carbono de alta pureza

Info

Publication number: ES2534467T3
Application number: ES07754299.1T
Authority: ES
Inventors: Ravi Kumar
Original assignee: Praxair Technology Inc
Current assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2015-04-23
Anticipated expiration: 2027-03-28
Also published as: EP2007503A1; BRPI0709806A2; CA2647913A1; EP2007503B1; CN101460232B; MX2008012827A; US7550030B2; WO2007126944A1; KR20090006156A; CN101460232A; US20070227352A1

Abstract

Un procedimiento de adsorción por oscilación de presión al vacío (VPSA) para la recuperación de CO2 de una mezcla de gases de varios componentes que contiene al menos CO2 y H2, en una unidad VPSA que contiene al menos un lecho de adsorción que contiene al menos un adsorbente selectivo hacia el CO2, procedimiento que comprende; alimentar a el al menos un lecho de adsorción la mezcla de gases de varios componentes que contiene al menos CO2 y H2, a una primera presión dentro de un primer intervalo de presión durante un tiempo predeterminado, para producir una corriente enriquecida en H2; despresurizar el al menos un lecho de adsorción, en una primera etapa de despresurización, desde el primer intervalo de presión hasta una segunda presión dentro de un segundo intervalo de presión, en la misma dirección o en dirección opuesta al flujo de alimentación; despresurizar el al menos un lecho de adsorción, en una segunda etapa de despresurización, desde el segundo intervalo de presión hasta una tercera presión dentro de un tercer intervalo de presión inferior al segundo intervalo de presión y en la misma dirección o en dirección opuesta al flujo de alimentación; despresurizar el al menos un lecho de adsorción, en una tercera etapa de despresurización, desde el tercer intervalo de presión hasta un intervalo de presión predeterminado (P*), en la misma dirección que el flujo de alimentación o en dirección opuesta al flujo de alimentación, para producir una corriente empobrecida en H2; despresurizar el al menos un lecho de adsorción, en una etapa de purga (PG), desde el intervalo de presión P* hasta una presión próxima a la presión ambiente, en la misma dirección o en dirección opuesta al flujo de alimentación, para producir al menos una primera porción de CO2 producto; hacer el vacío en el al menos un lecho de adsorción desde la presión próxima a la presión ambiente hasta una presión por debajo de la presión ambiente, en dirección opuesta o en la misma dirección que el flujo de alimentación, para producir al menos una segunda porción de CO2 producto; igualar la presión del al menos un lecho de adsorción, en una primera etapa de igualación de la presión, en dirección opuesta o en la misma dirección que el flujo de alimentación; adicionalmente, igualar la presión del al menos un lecho de adsorción, en una segunda etapa de igualación de la presión, en dirección opuesta o en la misma dirección que el flujo de alimentación; y represurizar el al menos un lecho de adsorción hasta el primer intervalo de presión, en una etapa de represurización (RP); en donde el procedimiento se repite cíclicamente.

Description

Procedimiento de adsorción por oscilación de presión al vacío para recuperar dióxido de carbono de alta pureza

Campo técnico

La presente invención se refiere, en general, a procedimientos por oscilación de presión al vacío (VPSA, siglas del inglés “vacuum pressure swing adsorption”) y a un aparato para recuperar CO2, con una pureza de aproximadamente 90% en moles, de corrientes que contienen al menos CO2 y H2 (por ejemplo, gas de síntesis). La alimentación a la unidad VPSA de CO2 puede estar a una presión superior a la presión ambiente. La unidad VPSA de CO2 produce tres corrientes: una corriente enriquecida en H2, una corriente empobrecida en H2 y una corriente de CO2 producto.

Antecedentes de la invención

El reformado de metano con vapor de agua (SMR) es el procedimiento básico para producir hidrógeno (H2) en grandes cantidades. Después de la conversión catalítica del gas natural, se produce CO y H2 como se indica a continuación en la ecuación (1):

(1): CH4 + H2O  CO + 3 H2

La mezcla de gases se desplaza (mediante la reacción de desplazamiento agua-gas) para producir H2 adicional, según la ecuación (2):

(2): CO + H2O  CO2+ H2

Después de la reacción de desplazamiento agua-gas, el gas producto típico tiene una presión entre aproximadamente 689,5 y 3.447,4 kPa (100-500 psia), una temperatura entre aproximadamente 15,6 y 65,6ºC (60-150ºF), y una composición de 60-80% en moles de H2, 15-25% en moles de CO2, 0,1-5% en moles de CO, 3-7% en moles de CH4, 0-5% en moles de N2 y está saturado de agua. Esta mezcla de gases se puede alimentar, luego, a una unidad de adsorción por oscilación de presión (PSA) para producir H2 de alta pureza (por ejemplo, H2 con una pureza de al menos 99%).

En algunas plantas actuales de producción de H2, entre el reactor de desplazamiento y la unidad PSA de H2 se coloca una unidad de amina para extraer el CO2 de la corriente producida en el reactor de desplazamiento. Sin embargo, este procedimiento consume mucha energía. Además, las unidades de amina pueden ser difíciles de manejar y se sabe que tienen problemas de funcionamiento, tales como corrosión, pérdida de fluido y similares.

La patente de EE.UU. Nº 4.171.206 se refiere a la producción de CO2 de alta pureza y de H2 de alta pureza, con una alta recuperación del CO2 del gas efluente de un SMR. Esta patente describe dos trenes de lechos de adsorción que durante las etapas de alimentación y represurización están en comunicación entre sí. Los lechos del tren de CO2 emplean una etapa de lavado mediante CO2 de alta pureza a alta presión. A esta etapa le siguen la despresurización y la realización de vacío en el mismo lecho. El gas despresurizado se recomprime y se utiliza para el lavado a alta presión. El efluente de la etapa de lavado de alta pureza a alta presión se recicla a la alimentación.

La patente de EE.UU. Nº 4.299 596 se refiere a la producción de dos productos de alta pureza mediante el empleo de dos trenes de lechos, que están integrados en las etapas de alimentación y despresurización en equicorriente. El tren que produce las especies adsorbidas más fuertemente se purga mediante el gas despresurizado en equicorriente, después de que se ha recomprimido. Parte del gas despresurizado en equicorriente se puede reciclar para la represurización. Las etapas de realización de vacío y de purga producen parte de las especies adsorbidas más fuertemente y parte del gas de purga.

La patente de EE.UU. Nº 4.770.676 se refiere a la producción de metano y CO2 a partir de gases de vertedero. Es un procedimiento integrado de adsorción por oscilación térmica (TSA) y oscilación de presión (PSA). Los desechos producidos en la PSA regeneran la TSA.

La patente de EE.UU. Nº 4.840.647 se refiere a la producción de CO2 con una pureza 95% a partir de una corriente de alimentación que contiene 10-30% de CO2 a presión ambiente. Las etapas del procedimiento para producir el producto son: alimentación, realización de vacío en equicorriente, realización de vacío en contracorriente y una etapa de represurización. El gas evacuado en equicorriente se utiliza para igualaciones de la presión/represurización y se mezcla con la alimentación.

La patente de EE.UU. Nº 4.857.083 considera la producción de CO2 a partir de una mezcla de gases. Al final de la etapa de alimentación, el extremo de descarga de la columna de alimentación se conecta con el extremo de entrada del lecho en el que se ha hecho el vacío para reducir la presión en este lecho. Luego, se produce dióxido de carbono haciendo el vacío. A esto le siguen unas etapas de restablecimiento de la presión.

La patente de EE.UU. Nº 4.913.709 se refiere a la producción de dos productos de alta pureza. Esta referencia sugiere la utilización de dos trenes de lechos, que están integrados en las etapas de alimentación y represurización. 2 10

El tren que produce las especies adsorbidas más fuertemente se purga mediante las especies adsorbidas más fuertemente obtenidas durante la etapa de realización de vacío. Esta purga se efectúa a baja presión y se lleva a cabo después de que el lecho se ha despresurizado. El efluente de la etapa de purga se recomprime y se recicla como alimentación.

La patente de EE.UU. Nº 4.915.711 describe la producción de dos productos de alta pureza utilizando un solo tren de lechos. El lecho se purga mediante las especies adsorbidas más fuertemente obtenidas durante la etapa de realización de vacío. Esta purga se efectúa a baja presión y se lleva a cabo después de que el lecho se ha despresurizado. El efluente producido durante la etapa de purga y la etapa de despresurización se recomprime y se recicla como alimentación.

La patente de EE.UU. Nº 5.026.406 describe la producción de dos productos de alta pureza mediante el empleo de un solo tren de lechos. Los lechos se purgan mediante las especies adsorbidas más fuertemente obtenidas durante la etapa de realización de vacío. Esta purga se efectúa a baja presión y se lleva a cabo después de que los lechos se han despresurizado. El efluente producido durante la etapa de purga y la etapa de despresurización se recomprime y se recicla como alimentación.

En la patente de EE.UU. Nº 5.051.115, se producen las especies adsorbidas más fuertemente a partir de una mezcla de gases de alta pureza. Para las especies de alta pureza adsorbidas fuertemente se emplea una etapa de purga en equicorriente. Durante la etapa de realización de vacío se obtiene esta corriente de purga y el producto. El efluente de la etapa de purga se recicla para represurización.

La patente de EE.UU. Nº 6.245.127 comenta la producción de CO2 a partir de una mezcla de gases a baja presión de una pureza constante. Se emplean unas etapas simultáneas de purga y de realización de vacío. La purga en contracorriente se lleva a cabo mediante las especies adsorbidas menos fuertemente.

Sería deseable proporcionar unos procedimientos y un aparato para la recuperación de CO2 económicamente beneficiosos. Sería deseable, además, que tales procedimientos y tal aparato fueran más eficaces y más fáciles de utilizar en comparación con la técnica anterior.

Compendio de la invención

La presente invención se refiere, en general, a procedimientos de adsorción por oscilación de presión al vacío (VPSA) y a un aparato para recuperar CO2, con una pureza de aproximadamente 90% en moles, de corrientes que contienen al menos CO2 y H2 (por ejemplo, gas de síntesis). La alimentación a la unidad VPSA de CO2 puede estar a una presión superior a la presión ambiente. La unidad VPSA de CO2 produce tres corrientes: una corriente enriquecida en H2, una corriente empobrecida en H2 y una corriente de CO2 producto. La invención se expone en las reivindicaciones.

El dióxido de carbono producido de acuerdo con la presente invención se puede utilizar para cualquier propósito que se desee. Por ejemplo, y aunque no se ha de interpretar como limitativo, el CO2 producido como se describe en la presente memoria se puede utilizar para producir por licuefacción productos de calidad grado alimentario, CO2 supercrítico para mejorar la recuperación de petróleo o, simplemente, CO2 para secuestro para evitar el vertido a la atmósfera de gases adicionales de efecto invernadero con el fin de satisfacer los requisitos reglamentarios.

Cuando la unidad VPSA de CO2 se instala entre un reactor de SMR/desplazamiento y una unidad PSA de H2, se espera que mediante la extracción de CO2 aumente la recuperación de H2, aumentando de ese modo la presión parcial del H2 en la corriente de alimentación de la PSA de H2. El CO2 recuperado se puede adicionalmente mejorar, secuestrar o utilizar en aplicaciones tales como la recuperación mejorada de petróleo (EOR).

La presente invención utiliza unas despresurizaciones de los adsorbentes, de alta presión a baja presión, para aumentar la concentración de CO2 en el(los) lecho(s). Después de que se aumenta la concentración de CO2, se produce el CO2 producto mediante una reducción adicional de la presión. Esto se puede conseguir por el conocimiento de que, para algunos adsorbentes, la despresurización de alta a baja presión aumenta la concentración de CO2 en el(los) lecho(s) de adsorbente. En consecuencia, se puede eliminar la necesidad de las etapas de lavado, purga y/o reciclado, tal como se utilizan en la técnica anterior. Esto permite, a su vez, la eliminación de algunas máquinas rotativas (por ejemplo, el compresor de lavado, el compresor de purga, el compresor de recirculación) y las exigencias de energía asociadas, proporcionando de ese modo un procedimiento y un aparato que se espera que sean más sencillos de manejar y más eficaces que los sistemas de la técnica anterior. Los procedimientos propuestos no requieren vapor de agua y, por ello, se espera que se reduzca el coste de la separación del CO2. Para aumentar la recuperación de CO2 y reducir las pérdidas de H2, la presente invención para restablecer o aumentar la presión en los lechos a baja presión utiliza el gas despresurizado. Por lo tanto, la despresurización de un lecho aumenta la concentración de CO2 en el producto y, mediante la igualación de su presión con otros lechos de la unidad, aumenta al mismo tiempo la recuperación de CO2, ya que este gas no se desecha.

En las realizaciones preferidas en las que el aparato VPSA de CO2 se instala entre el reactor de un reformador de metano con vapor de agua (SMR)/desplazamiento y una unidad PSA de H2, se reduce la cantidad de CO2 en la

corriente de alimentación a la unidad PSA de H2, permitiendo de ese modo un aumento de la recuperación del H2 procedente de la unidad PSA de H2. En otras realizaciones de la presente invención, se puede proporcionar una corriente de alimentación mediante, por ejemplo, un reactor de oxidación parcial. En cualquiera de estas realizaciones, la corriente de alimentación a la unidad VPSA de CO2 es una corriente que contiene al menos H2 y CO2 a alta presión (por ejemplo, 689,5 a 3.447,4 kPa (100-500 psia)). Mediante la eliminación del equipo de trabajo severo (es decir, la maquinaria rotativa), como se ha mencionado anteriormente, y de las exigencias de energía correspondientes, se espera que la presente invención produzca más eficazmente CO2, a partir de gas de síntesis o de otras corrientes que contengan al menos CO2 y H2, en comparación con la técnica anterior.

Breve descripción de los dibujos

Para una comprensión más completa de la presente invención y de las ventajas de la misma, se hace referencia a la siguiente descripción detallada, que se ha de considerar conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 representa una realización de acuerdo con la presente invención en la que se ha colocado una unidad VPSA de CO2 aguas arriba de una unidad PSA de H2;

la Figura 2 representa el diagrama de ciclos y etapas de un ejemplo de un procedimiento de cinco lechos con dos igualaciones de la presión de acuerdo con la invención;

la Figura 3 muestra una vista esquemática de la unidad VPSA de CO2 para su utilización en el procedimiento de cinco lechos de la Figura 2 de acuerdo con la presente invención;

la Figura 4 muestra el funcionamiento de las válvulas indicadas en el esquema del procedimiento de la Figura 3 de acuerdo con la presente invención;

la Figura 5 representa el diagrama de ciclos de una realización alternativa de la presente invención que tiene ocho lechos con dos igualaciones de la presión;

la Figura 6 representa el diagrama de ciclos y etapas de un ejemplo de un procedimiento de seis lechos con tres igualaciones de la presión de acuerdo con la presente invención;

la Figura 7 muestra una vista esquemática de la unidad VPSA CO2 para su utilización en el procedimiento de seis lechos de la Figura 6 de acuerdo con la presente invención; y

la Figura 8 muestra el funcionamiento de las válvulas indicadas en el esquema del procedimiento de la Figura 7 de acuerdo con la presente invención.

Descripción detallada

Como se comentó anteriormente, la presente invención se refiere, en general, a unos procedimientos de adsorción por oscilación de presión al vacío (VPSA) y a un aparato para recuperar CO2, con una pureza de aproximadamente 90% en moles, de corrientes que contienen al menos CO2 y H2 (por ejemplo, gas de síntesis). La alimentación a la VPSA CO2 puede estar a una presión superior a la presión ambiente. La unidad VPSA de CO2 produce tres corrientes: una corriente enriquecida en H2, una corriente empobrecida en H2 y una corriente de CO2 producto.

Como se mencionó anteriormente, los procedimientos y el aparato de VPSA de CO2 de la presente invención se pueden utilizar para producir CO2 con una pureza de aproximadamente 90% en moles a partir de corrientes que contienen al menos CO2 y H2 (por ejemplo, gas de síntesis). La alimentación a la VPSA de CO2 puede estar a una presión superior a la presión ambiente. La unidad VPSA de CO2 produce tres corrientes: una corriente enriquecida en H2, una corriente empobrecida en H2 y una corriente de CO2 producto.

En una realización preferida de la presente invención tal como se representa en la Figura 1, el sistema 10 incluye una unidad VPSA de CO2 30 situada aguas arriba de la unidad PSA de H2 28. Como se comentó anteriormente, el gas natural 12 y el vapor de agua 14 se pueden reformar en el reformador de metano con vapor de agua 16 para producir la corriente 18, como se muestra en la ecuación (1) anterior. La corriente 18 se alimenta luego al reactor de desplazamiento 20 para producir la corriente 22, como se muestra en la ecuación (2) que también se ha indicado anteriormente. La corriente 22 se puede alimentar a la unidad VPSA de CO2 30 por medio de la corriente 24.

Típicamente, por lo tanto, la válvula 26 estará en la posición cerrada, y cambiará a la posición abierta cuando la unidad VPSA de CO2 no se esté utilizando. Los expertos en la técnica apreciarán que la válvula 26 puede estar, alternativamente, en una posición parcialmente abierta, dependiendo de la capacidad deseada del procedimiento (es decir, de la recuperación de CO2).

Cuando la disposición que se muestra en la Figura 1 se utiliza con los procedimientos y el aparato de acuerdo con la presente invención, se puede producir una corriente rica en CO2 36 (por ejemplo, con una pureza 90% en moles), junto con una alimentación rica en H2 32, que se espera que de lugar a una mayor recuperación del H2 38 procedente de la unidad PSA de H2 28, y una corriente empobrecida en H2 34 (corriente de combustible) para su utilización en la planta. La unidad PSA de hidrógeno 28 también puede producir la corriente de combustible 40 para su utilización en la planta 10.

La presente invención reconoce que las despresurizaciones de la capa de adsorbente selectivo hacia el CO2 aumentan la concentración de CO2 en el(los) lecho(s) de adsorbente. Más específicamente, la presente invención reconoce y utiliza despresurizaciones de los adsorbentes desde una presión alta (por ejemplo, 689,5 a 3.447,4 kPa (100-500 psia)) hasta una(s) presión(presiones) baja(s) (es decir, unas presiones próximas a la presión ambiente y/o inferiores a la presión ambiente) para aumentar la concentración de CO2 en los lechos.

Tal como se utiliza en la presente memoria, la "corriente de alimentación" que se alimenta a una unidad VPSA de CO2 de acuerdo con la presente invención, es una corriente que contiene al menos H2 y CO2 a una presión entre aproximadamente 689,5 y 3.447,4 kPa (100-500 psia) (por ejemplo, 2.585,5 kPa (375 psia)). Después de que se aumenta la concentración de CO2 mediante múltiples despresurizaciones, esta corriente se puede utilizar para producir el CO2 producto mediante una reducción adicional de la presión. Para algunos adsorbentes, la despresurización de alta a baja presión aumenta la concentración de CO2 en el lecho adsorbente. Como se describe en la técnica anterior, se puede utilizar esta etapa del procedimiento para eliminar varias etapas de tratamiento. En consecuencia, se pueden eliminar varias máquinas rotativas (por ejemplo, el compresor de lavado, el compresor de purga, el compresor de recirculación) y las exigencias de energía asociadas, proporcionando de este modo un procedimiento y un sistema que mejora el funcionamiento y aumenta la eficacia. En una primera realización ilustrativa de la presente invención que se muestra en las Figuras 2-4, la unidad VPSA de CO2 incluye cinco lechos y utiliza nueve etapas. En un momento dado durante el procedimiento, los lechos estarán en alguna de las siguientes categorías de etapa: alimentación, despresurizaciones, realización de vacío, igualaciones de la presión y represurización. En la Figura 5 se muestra una variación del procedimiento de nueve etapas mostrado en la Figura

2. En la realización que se muestra en la Figura 5, en lugar de cinco lechos se utilizan ocho lechos.

En el segundo y alternativo ejemplo de realización de la presente invención que se muestra en las Figuras 6-8, la unidad VPSA de CO2 incluye seis lechos y utiliza once etapas. En un momento dado durante el procedimiento, los lechos estarán en alguna de las siguientes categorías de etapa: alimentación, despresurizaciones, realización de vacío, igualaciones de la presión y represurización.

En cualquiera de las realizaciones, cada lecho se rellena preferiblemente con al menos dos capas de adsorbente. El tipo y el tamaño de la capa de adsorbente en el extremo de la alimentación del lecho (es decir, la capa de adsorbente selectivo hacia el agua), se selecciona para eliminar la humedad de la corriente de alimentación, de tal modo que ninguna humedad residual pueda perjudicar el rendimiento de la capa principal de adsorbente (es decir, la selectiva hacia el CO2). Preferiblemente, la capa de adsorbente selectiva hacia el agua también es capaz de eliminar impurezas de la corriente de alimentación (por ejemplo, cantidades muy pequeñas de azufre o de compuestos hidrocarbonados pesados), en la medida en que tales impurezas estén presentes. La capa principal segunda de adsorbente (es decir, la capa de adsorbente selectiva hacia el CO2) se utiliza para adsorber selectivamente el CO2 de la corriente de alimentación, después de que se ha eliminado la suficiente humedad. Para la capa primera de adsorbente (es decir, la capa de adsorbente selectiva hacia el agua) se prefieren adsorbentes tales como alúmina activada, gel de sílice o un tamiz molecular de zeolita.

Estos adsorbentes están destinados a ser ilustrativos, y otros adsorbentes capaces de eliminar suficiente humedad también son adecuados para su utilización de acuerdo con la presente invención. Las características preferidas de tal(es) adsorbente(s) incluyen: capacidades de alta resistencia al aplastamiento, alta resistencia al desgaste por abrasión, gran densidad aparente, bajo número de huecos entre partículas, alta capacidad calorífica, gran conductividad térmica, baja pérdida de carga y estabilidad en agua líquida.

La capa principal de adsorbente (es decir, la capa de adsorbente selectiva hacia el CO2), que está a continuación de la capa de adsorbente selectiva hacia el agua, tiene preferiblemente las siguientes características: alta selectividad, alta capacidad de funcionamiento, cinética rápida y bajo calor de adsorción. Los ejemplos típicos de tales adsorbentes incluyen, pero no se limitan a ellos: NaY, HY, NaX, gel de sílice y carbón activado. Otras propiedades físicas que se desean en los adsorbentes de la capa principal (es decir, la capa selectiva hacia el CO2) incluyen alta resistencia al aplastamiento, alta resistencia al desgaste, gran densidad aparente, bajo número de huecos entre partículas, alta capacidad de calorífica, gran conductividad térmica y baja pérdida de carga durante las etapas de alimentación y de realización de vacío.

Los expertos en la técnica apreciarán que en la presente invención se puede utilizar una capa mixta de material compuesto que contenga ambos adsorbentes, siempre y cuando se satisfagan las características de los adsorbentes. Con referencia ahora a las Figuras 2-4, se muestra una unidad VPSA de CO2 que tiene cinco lechos (A1-A5) y que utiliza nueve etapas de tratamiento. Como se muestra, esta realización de la invención emplea dos igualaciones de la presión. Estas etapas de tratamiento incluyen:

1.: Etapa de alimentación: La corriente de alimentación 24 (se muestra en la Figura 1) que contiene al menos CO2 y H2 gaseosos a una presión alta de entre aproximadamente 689,5 y 3.447,4 kPa (100-500 psia) (por ejemplo, aproximadamente 2.585,5 kPa (375 psia)) y que se produce en el reactor de desplazamiento 20, se desvía a la unidad VPSA de CO2 de la presente invención. El efluente a alta presión 32 (es decir, la corriente enriquecida en H2) procedente de la unidad VPSA de CO2 (unidad 30 en la Figura 1) se envía a la unidad PSA de H2 28, que a su vez produce un H2 producto de alta pureza a alta presión (corriente 38 en la Figura 1). La etapa de alimentación se termina después de un tiempo predeterminado o después de la irrupción en la alimentación 24 del CO2 procedente del lecho.

2.: Despresurización 1 (DP1) en equicorriente (CoC): El lecho de la VPSA de CO2, que ha terminado la etapa de alimentación y está ahora a la presión alta de la alimentación (por ejemplo, 689,5 a 3.447,4 kPa (100 a 500 psia)), se despresuriza a una presión media (por ejemplo, 551,6 a 2.757,9 kPa (80-400 psia)), en la misma dirección (se muestra en la Figura 2) o en dirección opuesta (no se muestra en la Figura 2) al flujo de alimentación.

3.: Despresurización 2 (DP2) en equicorriente (CoC): El lecho de la VPSA de CO2, que está ahora a una presión media (por ejemplo, 551,6 a 2.757,9 kPa (80-400 psia)), se despresuriza adicionalmente hasta una presión inferior (por ejemplo, 413,7 a 2.068,4 kPa (60-300 psia)), en la misma dirección (se muestra en la Figura 2) o en dirección opuesta (no se muestra en la Figura 2) al flujo de alimentación.

4.: Despresurización 3 (combustible) en equicorriente (CoC) o en contracorriente (CcC): El lecho de la VPSA de CO2, que está ahora a una presión inferior que al inicio de la etapa 3 (DP2), se despresuriza adicionalmente en la misma dirección (se muestra en la Figura 2) o en dirección opuesta (no se muestra en la Figura 2) a la dirección del flujo de alimentación, para producir una corriente empobrecida en H2. Esta corriente (corriente 34 en la Figura 1) contiene menos H2 que la corriente 24. La corriente empobrecida en H2 se mezcla opcional y preferiblemente con la corriente de combustible 40 generada en la unidad PSA de H2 28 y se alimenta a los quemadores del SMR (unidad 16). Alternativamente, la corriente 34 se puede enviar a un incinerador o poner en comunicación con la atmósfera, dependiendo de consideraciones reglamentarias y de la utilización deseada. Esta etapa se lleva a cabo a un nivel de presión predeterminado, P*. Para una presión de alimentación de aproximadamente 2.585,5 kPa (375 psia), P* está en el intervalo de aproximadamente 206,8 a 896,3 kPa (30-130 psia) para las realizaciones que se muestran en las Figuras 2-5. Conforme se reduce P*, aumenta la pureza del CO2 en el producto y disminuye la recuperación del CO2 procedente del procedimiento (que se utiliza como corriente 34). Por consiguiente, en el procedimiento de VPSA de CO2, P* se puede determinar y diseñar en base a la demanda y a las necesidades del cliente.

5.: Purga (PG): El lecho de la VPSA de CO2, que está al nivel de presión predeterminado (P*), se despresuriza ahora a una presión próxima a la presión ambiente (por ejemplo, aproximadamente 137,9 kPa (20 psia)), en la misma dirección (no se muestra en la Figura 2) o en dirección opuesta (se muestra en la Figura 2) al flujo de alimentación, para producir el CO2 producto 36b que se muestra en la Figura 3. Esta corriente puede constituir parte del CO2 producto (corriente 36 en la Figura 3).

6.: Realización de vacío (RV): En el lecho de la VPSA de CO2, que está a una presión próxima a la presión ambiente (por ejemplo, aproximadamente 137,9 kPa (20 psia)), se hace el vacío utilizando la bomba de vacío 44 a una presión baja predeterminada (es decir, una presión inferior a la presión ambiente, por ejemplo aproximadamente 6,9 a 82,7 kPa (1-12 psia)), en la misma dirección (no se muestra en la Figura 2) o en dirección opuesta (se muestra en la Figura 2) al flujo de alimentación. Esta corriente (corriente 36a en la Figura 3) constituye parte del CO2 producto (corriente 36 en las Figuras). Opcionalmente, la corriente 36a se puede comprimir adicionalmente utilizando una soplante (no se muestra) antes de pasar al tanque 42.

7.: Igualación de la presión 2 (PE2) en contracorriente (CcC): La presión del lecho en el que se ha hecho el vacío se iguala ahora al intervalo de presión del gas producido en la etapa 3 (DP2) (413,7 a 2.068,4 kPa (60-300 psia)), en la misma dirección (no se muestra en la Figura 2) o en dirección opuesta (se muestra en la Figura 2) al flujo de alimentación. Esta etapa aumenta la recuperación de CO2 al mantener dentro del sistema de VPSA el CO2 procedente de la etapa 3. Esto minimiza la pérdida de CO2 por la eliminación de la necesidad de enviar el CO2 a una corriente de desechos o a la corriente de combustible 34.

8.: Igualación de la presión 1 (PE1) en contracorriente (CcC): La presión del lecho, cuya presión se ha igualado en la etapa 7, se iguala adicionalmente al intervalo de presión del gas producido en la etapa 2 (DP1) (551,6 a 2.757,9 kPa (80-400 psia)), en la misma dirección (no se muestra en la Figura 2) o en dirección opuesta (se muestra en la Figura 2) al flujo de alimentación. Esta etapa aumenta adicionalmente la recuperación de CO2 al mantener dentro del sistema de VPSA el CO2 procedente de la etapa 2. Esto minimiza la pérdida de CO2 por la eliminación de la necesidad de enviar el CO2 a una corriente de desechos o a la corriente de combustible 34.

9. Represurización (RP): El lecho cuya presión se ha igualado, se represuriza a la presión de la alimentación (689,5 a 3.447,4 kPa (100-500 psia)), bien mediante el gas de alimentación o bien mediante una parte del efluente generado en otro lecho en la etapa 1 (es decir, el efluente de alimentación). Después de la represurización hasta la presión de la alimentación, este lecho está preparado ahora para volver a la etapa 1.

Como se muestra adicionalmente en la Figura 3, el CO2 producto 36 está formado por el CO2 procedente de las corrientes 36a (etapa 6) y 36b (etapa 5) que alimentan el tanque de producto 42. Se espera que el CO2 producto 36 tenga un nivel de pureza de aproximadamente 90% en moles o mayor.

El procedimiento de nueve etapas que se describe se refiere a un ciclo de un lecho de la unidad VPSA de CO2. En esta realización, las nueve etapas se llevan a cabo de manera cíclica con los otros lechos de la unidad VPSA de CO2, de tal modo que la entrada de alimentación y el efluente de alimentación procedente de la etapa 1 sean continuos. Además, la etapa de realización de vacío es continua. Esto asegura que la bomba de vacío funcione en continuo y que no haya Interrupción de la alimentación a la VPSA de CO2 o a las unidades PSA de H2.

En la realización descrita anteriormente, para mantener la continuidad de las etapas clave del procedimiento, se prefieren cinco lechos de adsorción. Como se ha descrito, esto se puede conseguir mediante la configuración del procedimiento, como se representa en el diagrama de ciclos de la Figura 2. En la Figura 3 se muestra el diagrama de flujo esquemático correspondiente. Las diversas válvulas de la Figura 3 pueden funcionar de la manera representada en la Figura 4 para llevar a cabo las nueve etapas del procedimiento de cinco lechos descrito anteriormente. Con fines de Ilustración, y sin que hayan de interpretarse como limitativas, en las columnas situadas más a la izquierda de la Figura 4 se enumeran las duraciones típicas de las etapas. Los expertos en la técnica apreciarán que tales duraciones de las etapas se proporcionan sólo a título de ejemplo y con fines de ilustración.

Cuando el caudal de alimentación es grande, se puede modificar la disposición que se muestra en las Figuras 2-4 para utilizar dos trenes de cinco lechos, duplicando de este modo la capacidad de producción de la unidad VPSA de CO2. En la Figura 5 se muestra una alternativa a la disposición de dos trenes de cinco lechos para tales caudales. La variación que se muestra en la Figura 5 es también un procedimiento de nueve etapas con dos igualaciones de la presión como se describió anteriormente. Sin embargo, en esta realización se utiliza un tren de ocho lechos (A1-A8). Además, y como se muestra en la Figura 5, dos lechos están continuamente en la etapa de alimentación y al menos dos lechos se encuentran continuamente en la etapa de realización de vacío.

En las Figuras 6-8 se representa una realización alternativa y preferida de la presente Invención. Esta realización permite una mayor recuperación de CO2. La disposición que se muestra en las Figuras 6-8 utiliza un tren de seis lechos en la unidad VPSA de CO2. En esta realización, hay once etapas de tratamiento y tres igualaciones de la presión.

Como se muestra en la Figura 6, las etapas DP3 y PE3 son unas etapas adicionales con respecto a la realización que se muestra en las Figuras 2-4. Para la realización que se muestra en las Figuras 6-8, un ciclo de tratamiento es el siguiente:

1.: Etapa de alimentación: La corriente de alimentación 24 (se muestra en la Figura 1) que contiene al menos CO2 y H2 gaseosos a una presión alta de entre aproximadamente 689,5 y 3.447,4 kPa (100-500 psia) (por ejemplo, aproximadamente 2.585,5 (375 psia)) y que se produce en el reactor de desplazamiento 20, se desvía a la unidad VPSA de CO2 de la presente invención. El efluente a alta presión 32 (es decir, la corriente enriquecida en H2) procedente de la unidad VPSA de CO2 (unidad 30 en la Figura 1) se envía a la unidad PSA de H2 28, que a su vez produce un H2 producto de alta pureza a alta presión (corriente 38 en la Figura 1). La etapa de alimentación se termina después de un tiempo predeterminado o después de la irrupción en la alimentación 24 del CO2 procedente del lecho.

2.: Despresurización 1 (DP1) en equicorriente (CoC): El lecho de la VPSA de CO2, que ha terminado la etapa de alimentación y está ahora a la presión alta de la alimentación (por ejemplo, 689,5 a 3.447,4 kPa (100 a 500 psia)), se despresuriza a una presión media (por ejemplo, 551,6 a 2.757,9 kPa (80-400 psia)), en la misma dirección (se muestra en la Figura 6) o en dirección opuesta (no se muestra en la Figura 6) al flujo de alimentación.

3.: Despresurización 2 (DP2) en equicorriente (CoC): El lecho de la VPSA de CO2, que está ahora a una presión media (por ejemplo, 551,6 a 2.757,9 kPa (80-400 psia)), se despresuriza adicionalmente hasta una presión inferior (por ejemplo, 413,7 a 2.068,4 kPa (60-300 psia)), en la misma dirección (se muestra en la Figura 6) o en dirección opuesta (no se muestra en la Figura 6) al flujo de alimentación.

4.: Despresurización 3 (DP3) en equicorriente (CoC): El lecho de la VPSA de CO2, que está ahora a una presión media (por ejemplo, 413,7 a 2.068,4 kPa (60-300 psia)), se despresuriza adicionalmente hasta una presión inferior (por ejemplo, 344,7 a 1.378,9 kPa (50-200 psia)), en la misma dirección (se muestra en la Figura 6) o en dirección opuesta (no se muestra en la Figura 6) al flujo de alimentación.

5.: Despresurización 4 (combustible) en equicorriente (CoC) o en contracorriente (CcC): El lecho de la VPSA de CO2, que está ahora a una presión inferior que al inicio de la etapa 4 (DP3), se despresuriza adicionalmente en la misma dirección (se muestra en la Figura 6) o en dirección opuesta (no se muestra en la Figura 6) a la dirección del flujo de alimentación, para producir una corriente empobrecida en H2. Esta corriente (corriente 34 en la Figura 1) contiene menos H2 que la corriente 24. La corriente empobrecida en H2 se mezcla opcional y preferiblemente con la corriente de combustible 40 generada en la unidad PSA de H2 28 y se alimenta a los quemadores del SMR (unidad 16). Alternativamente, la corriente 34 se puede enviar a un incinerador o poner en comunicación con la atmósfera, dependiendo de consideraciones reglamentarias y de la utilización deseada. Esta etapa se lleva a cabo a un nivel de presión predeterminado, P*. Para una presión de alimentación de aproximadamente 2.585,5 kPa (375 psia), P* está en el intervalo de aproximadamente 206,8 a 689,5 kPa (30-100 psia) para la realización que se muestra en las Figuras 6-8. Conforme se reduce P*, aumenta la pureza del CO2 en el producto y disminuye la recuperación del CO2 procedente del procedimiento (que se utiliza como corriente 34). Por consiguiente, en el procedimiento de VPSA de CO2, P* se puede determinar y diseñar en base a la demanda y a las necesidades del cliente.

6.: Purga (PG): El lecho de la VPSA de CO2, que está al nivel de presión predeterminado (P*), se despresuriza ahora a una presión próxima a la presión ambiente (por ejemplo, aproximadamente 137,9 kPa (20 psia)), en la misma dirección (no se muestra en la Figura 6) o en dirección opuesta (se muestra en la Figura 6) al flujo de alimentación, para producir el CO2 producto 36b que se muestra en la Figura 7. Esta corriente puede constituir parte del CO2 producto (corriente 36 en la Figura 7).

7.: Realización de vacío (RV): En el lecho de la VPSA de CO2, que está a una presión próxima a la presión ambiente (por ejemplo, aproximadamente 137,9 kPa (20 psia)), se hace el vacío utilizando la bomba de vacío 44 a una presión baja predeterminada (es decir, una presión inferior a la presión ambiente, por ejemplo aproximadamente 6,9 a 82,7 kPa (1-12 psia)), en la misma dirección (no se muestra en la Figura 6) o en dirección opuesta (se muestra en la Figura 6) al flujo de alimentación. Esta corriente (corriente 36a en la Figura 7) constituye parte del CO2 producto (corriente 36 en las Figuras). Opcionalmente, la corriente 36a se puede comprimir adicionalmente utilizando una soplante (no se muestra) antes de pasar al tanque 42.

8.: Igualación de la presión 3 (PE3) en contracorriente (CcC): La presión del lecho en el que se ha hecho el vacío se iguala ahora al intervalo de presión del gas producido en la etapa 4 (DP3) (344,7 a 1.378,9 kPa (50-200 psia)), en la misma dirección (no se muestra en la Figura 6) o en dirección opuesta (se muestra en la Figura 6) al flujo de alimentación. Esta etapa aumenta la recuperación de CO2 al mantener dentro del sistema de VPSA el CO2 procedente de la etapa 4. Esto minimiza la pérdida de CO2 por la eliminación de la necesidad de enviar el CO2 a una corriente de desechos o a la corriente de combustible 34.

9.: Igualación de la presión 2 (PE2) en contracorriente (CcC): La presión del lecho, cuya presión se ha igualado en la etapa 8, se iguala ahora al intervalo de presión del gas producido en la etapa 3 (DP2) (413,7 a 2.068,4 kPa (60-300 psia)), en la misma dirección (no se muestra en la Figura 6) o en dirección opuesta (se muestra en la Figura 6) al flujo de alimentación. Esta etapa aumenta la recuperación de CO2 al mantener dentro del sistema de VPSA el CO2 procedente de la etapa 3. Esto minimiza la pérdida de CO2 por la eliminación de la necesidad de enviar el CO2 a una corriente de desechos o a la corriente de combustible 34.

10.: Igualación de la presión 1 (PE1) en contracorriente (CcC): La presión del lecho cuya presión se ha igualado en etapa 9, se iguala adicionalmente al intervalo de presión del gas producido en la etapa 2 (DP1) (551,6 a 2.757,9 kPa (80-400 psia)), en la misma dirección (no se muestra en la Figura 6) o en dirección opuesta (se muestra en la Figura 6) al flujo de alimentación. Esta etapa aumenta adicionalmente la recuperación de CO2 al mantener dentro del sistema de VPSA el CO2 procedente de la etapa 2. Esto minimiza la pérdida de CO2 por la eliminación de la necesidad de enviar el CO2 a una corriente de desechos o a la corriente de combustible 34.

11.: Represurización (RP): El lecho cuya presión se ha igualado, se represuriza a la presión de la alimentación (689,5 a 3.447,4 kPa (100-500 psia)), bien mediante el gas de alimentación o bien mediante una parte del efluente generado en otro lecho en la etapa 1 (es decir, el efluente de alimentación). Después de la represurización hasta la presión de la alimentación, este lecho está preparado ahora para volver a la etapa 1.

Como se muestra adicionalmente en la Figura 7, el CO2 producto 36 está formado por el CO2 procedente de las corrientes 36b (etapa 6) y 36a (etapa 7) que alimentan el tanque de producto 42. Se espera que el CO2 producto 36 tenga un nivel de pureza de aproximadamente 90% en moles o mayor.

El procedimiento de once etapas que se describe se refiere a un ciclo de un lecho de la unidad VPSA de CO2. En esta realización, las once etapas se llevan a cabo de manera cíclica con los otros lechos de la unidad VPSA de CO2 de tal modo que la entrada de alimentación y el efluente de alimentación procedente de la etapa 1 sean continuos. Además, la etapa de realización de vacío es continua. Esto asegura que la bomba de vacío funcione en continuo y que no haya interrupción de la alimentación a la VPSA de CO2 o a las unidades PSA de H2.

En la realización descrita anteriormente en las Figuras 6-8, para mantener la continuidad de las etapas clave del procedimiento, se prefieren seis lechos de adsorción. Como se ha descrito, esto se puede conseguir mediante la

configuración del procedimiento, como se representa en el diagrama de ciclos de la Figura 6. En la Figura 7 se muestra el diagrama de flujo esquemático correspondiente. Las diversas válvulas de la Figura 7 pueden funcionar de la manera representada en la Figura 8 para llevar a cabo las once etapas del procedimiento de seis lechos descrito anteriormente. Con fines de ilustración, y sin que hayan de interpretarse como limitativas, en las columnas situadas más a la izquierda de la Figura 8 se enumeran las duraciones típicas de las etapas. Los expertos en la técnica apreciarán que tales duraciones de las etapas se proporcionan sólo a título de ejemplo y con fines de ilustración.

Ejemplo

En una unidad a escala reducida de un solo lecho se ensayó el ciclo del procedimiento de nueve etapas de la Figura 2 descrito anteriormente, que se espera que sea fácilmente extrapolable para un sistema de cinco lechos. El diámetro interior (ID) de la columna era 1,73 cm (0,68 inches) y la altura del relleno del lecho era 1,52 m (5 feet). La columna se rellenó con aproximadamente 0,227 kg (0,5 lb) de nódulos de NaY de 1,6 mm (1/16 inch) disponibles comercialmente. La alimentación contenía 74% en moles de helio (para simular, por razones de seguridad, el H2), 16% en moles de CO2 y 10% en moles de CH4 (para simular la mezcla CH4+CO+N2). La alimentación estaba a aproximadamente 2.578,6 kPa (374 psia).

El procedimiento se llevó a cabo de manera cíclica hasta que se alcanzó el estado cíclico estacionario. El lecho se despresurizó a aproximadamente 137,9 kPa (20 psia). A continuación de esto, se hizo el vacío a aproximadamente 27,6 kPa (4 psia). Se midió la cantidad y la concentración del gas despresurizado y sometido a vacío. Mediante la elección de una presión para el final de la cuarta etapa (P*) de aproximadamente 275,8 kPa (40 psia), el CO2 total producido en las etapas cinco y seis fue aproximadamente 2,2 mmol/kg (1 mmol/lb), con una pureza de aproximadamente 93% de CO2 y una recuperación de aproximadamente 75%.

Al operar la misma unidad de un solo lecho en un procedimiento de once etapas (incluidas tres igualaciones de la presión como se muestra en la Figura 6), como se ha descrito anteriormente con referencia a la disposición de seis lechos, la recuperación de CO2 aumentó hasta alrededor del 77% (con una pureza de aproximadamente 93%). Se espera que tales resultados sean fácilmente extrapolables para un sistema de seis lechos.

Se espera que la presente invención se pueda modificar para producir cantidades mayores de CO2. Por ejemplo, se puede necesitar o desear tratar mayores caudales de alimentación que se puedan manejar con un solo tren a vacío

o un solo recipiente (debido a limitaciones en la fluidización o en el transporte). En tales situaciones, las nueve etapas del procedimiento pueden estar dispuestas de tal modo que en todo momento esté más de un lecho en fase de alimentación y/o que en todo momento se esté haciendo el vacío en más de un lecho. Como se comentó anteriormente, en la Figura 5 se muestra un ejemplo de una disposición semejante para un procedimiento con dos igualaciones de la presión.

Los procedimientos descritos en esta memoria pueden funcionar a presiones de alimentación superiores a 689,5 kPa (100 psia), y más preferiblemente mayores de 2.068,4 kPa (300 psia) (por ejemplo, aproximadamente 2.585,5 kPa (375 psia)). La concentración del dióxido de carbono en el gas de alimentación es preferiblemente superior a 10% en moles, y lo más preferiblemente mayor que 15% en moles (por ejemplo, 15-25% en moles). La temperatura de la alimentación puede estar entre aproximadamente 4,4 y 93,3ºC (40-200ºF), más preferiblemente entre aproximadamente 15,6 y 65,6ºC (60-150ºF), y lo más preferiblemente es aproximadamente 37,8ºC (100ºF).

En las realizaciones alternativas de la presente invención, en lugar de algunos de los lechos de adsorbente del ciclo del procedimiento se pueden añadir unos tanques de almacenamiento para almacenar algunas de las corrientes gaseosas intermedias, tales como el gas despresurizado. El propósito de estos tanques de almacenamiento es mantener en forma continua el flujo de entrada y salida de la unidad VPSA de CO2.

La presente invención proporciona, de este modo, unos procedimientos de adsorción por oscilación de presión al vacío (VPSA) y un aparato para recuperar CO2, con una pureza de aproximadamente 90% en moles, de corrientes que contienen al menos CO2 y H2 (por ejemplo, gas de síntesis). De acuerdo con las realizaciones preferidas de la presente invención, hay una alimentación constante, se produce un producto constante y preferiblemente la maquinaria rotativa se hace funcionar en continuo a fin de eliminar el(los) tanque(s) innecesario(s). Sin embargo, si hubiera razones para limitar el número de lechos de adsorbente (por ejemplo, por el alto coste del adsorbente), se pueden utilizar tanques de almacenamiento en lugar de recipientes de adsorbente, como se explicó anteriormente. Aunque cada uno de los lechos de un determinado ciclo del procedimiento atraviesa por los mismos ciclos, el número de lechos se ha de minimizar teniendo en cuenta estos factores.

La alimentación a la unidad VPSA de CO2 puede estar a una presión superior a la presión ambiente, y el CO2 producto se puede producir en dos corrientes como se describió anteriormente. Cuando la unidad VPSA CO2 se instala aguas arriba de una unidad PSA de H2, se espera que mediante la extracción del CO2 aumente la recuperación del H2, aumentando de ese modo la presión parcial del H2 en la corriente de alimentación a la PSA de H2. El CO2 recuperado se puede utilizar tal como se produce o mejorar adicionalmente, tal como se muestra en la patente de EE.UU. de propiedad común 7.871.457, presentada en la misma fecha que la presente y titulada "Carbon Dioxide Production Method" por Shah et al. El CO2 recuperado luego se puede utilizar, secuestrar o utilizar en aplicaciones tales como la recuperación mejorada de petróleo (EOR).

Los expertos en la técnica apreciarán que la presente invención no se limita a las realizaciones en donde la unidad VPSA de CO2 está situada aguas abajo de un reactor de SMR/desplazamiento y aguas arriba de una unidad PSA de H2. La presente invención también se puede utilizar, por ejemplo, con un reactor de oxidación parcial junto con una corriente de alimentación cualquiera como se definió anteriormente en esta memoria. También apreciarán que, en

5 algunos casos, se pueden eliminar las etapas de igualación de la presión. Esto puede reducir la recuperación de H2 y/o CO2 ya que en la corriente 34 podría estar presente más H2 y/o CO2. En tales casos, se puede reducir el número de lechos.

Los expertos en la técnica deben apreciar que las realizaciones específicas descritas anteriormente se pueden utilizar fácilmente como base para modificar o diseñar otras estructuras para llevar a cabo los mismos fines de la

10 presente invención. Los expertos en la técnica también deben tener en cuenta que tales construcciones equivalentes no se apartan del alcance de la invención, como se expone en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1.-Un procedimiento de adsorción por oscilación de presión al vacío (VPSA) para la recuperación de CO2 de una mezcla de gases de varios componentes que contiene al menos CO2 y H2, en una unidad VPSA que contiene al menos un lecho de adsorción que contiene al menos un adsorbente selectivo hacia el CO2, procedimiento que comprende;

alimentar a el al menos un lecho de adsorción la mezcla de gases de varios componentes que contiene al menos CO2 y H2, a una primera presión dentro de un primer intervalo de presión durante un tiempo predeterminado, para producir una corriente enriquecida en H2;

despresurizar el al menos un lecho de adsorción, en una primera etapa de despresurización, desde el primer intervalo de presión hasta una segunda presión dentro de un segundo intervalo de presión, en la misma dirección o en dirección opuesta al flujo de alimentación;

despresurizar el al menos un lecho de adsorción, en una segunda etapa de despresurización, desde el segundo intervalo de presión hasta una tercera presión dentro de un tercer intervalo de presión inferior al segundo intervalo de presión y en la misma dirección o en dirección opuesta al flujo de alimentación;

despresurizar el al menos un lecho de adsorción, en una tercera etapa de despresurización, desde el tercer intervalo de presión hasta un intervalo de presión predeterminado (P*), en la misma dirección que el flujo de alimentación o en dirección opuesta al flujo de alimentación, para producir una corriente empobrecida en H2;

despresurizar el al menos un lecho de adsorción, en una etapa de purga (PG), desde el intervalo de presión P* hasta una presión próxima a la presión ambiente, en la misma dirección o en dirección opuesta al flujo de alimentación, para producir al menos una primera porción de CO2 producto;

hacer el vacío en el al menos un lecho de adsorción desde la presión próxima a la presión ambiente hasta una presión por debajo de la presión ambiente, en dirección opuesta o en la misma dirección que el flujo de alimentación, para producir al menos una segunda porción de CO2 producto;

igualar la presión del al menos un lecho de adsorción, en una primera etapa de igualación de la presión, en dirección opuesta o en la misma dirección que el flujo de alimentación;

adicionalmente, igualar la presión del al menos un lecho de adsorción, en una segunda etapa de igualación de la presión, en dirección opuesta o en la misma dirección que el flujo de alimentación; y

represurizar el al menos un lecho de adsorción hasta el primer intervalo de presión, en una etapa de represurización (RP);

en donde el procedimiento se repite cíclicamente.
2.-El procedimiento de la reivindicación 1, en donde el al menos un lecho de adsorción comprende cinco lechos.
3.-El procedimiento de la reivindicación 1, en donde el al menos un lecho de adsorción comprende ocho lechos.
4.-El procedimiento de la reivindicación 1, en donde el intervalo de presión para la presión por debajo de la presión ambiente es 6,9 a 82,7 kPa (1-12 psia).
5.-El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende:

alimentar a el al menos un lecho de adsorción la mezcla de gases de varios componentes que contiene al menos CO2 y H2, a una primera presión dentro de un primer intervalo de presión durante un tiempo predeterminado, para producir una corriente enriquecida en H2;

despresurizar el al menos un lecho de adsorción, en una primera etapa de despresurización, desde el primer intervalo de presión hasta una segunda presión dentro de un segundo intervalo de presión, en la misma dirección o en dirección opuesta al flujo de alimentación;

despresurizar el al menos un lecho de adsorción, en una segunda etapa de despresurización, desde el segundo intervalo de presión hasta una tercera presión dentro de un tercer intervalo de presión inferior al segundo intervalo de presión y en la misma dirección o en dirección opuesta al flujo de alimentación;

despresurizar el al menos un lecho de adsorción, en una tercera etapa de despresurización, desde el tercer intervalo de presión hasta una cuarta presión dentro de un cuarto intervalo de presión inferior al tercer intervalo de presión y en la misma dirección o en dirección opuesta al flujo de alimentación;

despresurizar el al menos un lecho de adsorción, en una cuarta etapa de despresurización, desde el cuarto intervalo de presión hasta un intervalo de presión predeterminado P*, en la misma dirección que el flujo de alimentación o en dirección opuesta al flujo de alimentación, para producir una corriente empobrecida en H2;

despresurizar el al menos un lecho de adsorción, en una etapa de purga (PG), desde el intervalo de presión P* hasta una presión próxima a la presión ambiente, en la misma dirección o en dirección opuesta al flujo de alimentación, para producir al menos una primera porción de CO2 producto;

hacer el vacío en el al menos un lecho de adsorción desde la presión próxima a la presión ambiente hasta una 5 presión por debajo de la presión ambiente, en la misma dirección o en dirección opuesta al flujo de alimentación, para producir al menos una segunda porción de CO2 producto;

igualar la presión del al menos un lecho de adsorción, en una primera etapa de igualación de la presión, en la misma dirección o en dirección opuesta al flujo de alimentación;

adicionalmente, igualar la presión del al menos un lecho de adsorción, en una segunda etapa de igualación de la 10 presión, en la misma dirección o en dirección opuesta al flujo de alimentación;

adicionalmente, igualar la presión del al menos un lecho de adsorción, en una tercera etapa de igualación de la presión, en la misma dirección o en dirección opuesta al flujo de alimentación; y

represurizar el al menos un lecho de adsorción hasta el primer intervalo de presión, en una etapa de represurización (RP);

15 en donde el procedimiento se repite cíclicamente.
6.-El procedimiento de la reivindicación 5, en donde el al menos un lecho de adsorción comprende seis lechos.
7.-El procedimiento de la reivindicación 1 ó 5, en donde el primer intervalo de presión es 689,5 a 3.447,4 kPa (100-500 psia).
8.-El procedimiento de la reivindicación 1 ó 5, en donde el segundo intervalo de presión es 551,6 a 2.757,9 kPa 20 (80-400 psia).
9.-El procedimiento de la reivindicación 1 ó 5, en donde el tercer intervalo de presión es 413,7 a 2.068,4 kPa (60-300 psia).
10.-El procedimiento de la reivindicación 5, en donde el cuarto intervalo de presión es 344,7 a 1.378,9 kPa (50-200 psia).

25 11.-El procedimiento de la reivindicación 5, en donde el intervalo de presión para la presión a, o por debajo de, la presión ambiente es 6,9 a 82,7 kPa (1-12 psia).
12.-El procedimiento de la reivindicación 1 ó 5, en donde la corriente enriquecida en H2 se alimenta a una unidad de adsorción por oscilación de presión (PSA) de H2.

VPSA de CO2 – 5 lechos, 2 igualaciones de la presión

A1 A2 A3 A4 A5

ALIMENT.

DP1 DP2 Comb. PG RV PE2 PE1 FeRP

PE1

FeRP ALIMENT. DP1 DP2 Comb. PG RV PE2

RV

PE2 PE1 FeRP ALIMENT. DP1 DP2 Comb. PG

RV

Comb.

PG RV PE2 PE1 FeRP ALIMENT. DP1 DP2

DP1

DP2 Comb. PG RV PE2 PE1 FeRP ALIMENT.

Aliment.

DP1

DP2

Comb.

PG

RV

PE2

PE1

FeRP

Alimentación a la VPSA de CO2  Producto como alimentación a la PSA de H2 DP1 CoC a PE1 con un lecho A DP2 CoC a PE2 con otro lecho A DP CoC al tanque de combustible de la PSA de H2 y aumento de la concentración de CO2 en el lecho DP CcC para recoger un CO2 producto puro de la zona inferior Realización de vacío CcC para recoger un CO2 producto en el mismo tanque de compensación que en la etapa DP CcC PE2 CcC con un lecho A en DP2 para aumentar la recuperación de H2/CO2 PE2 CcC con un lecho A en DP1 para aumentar la recuperación de H2/CO2 RP CcC mediante el efluente de alimentación

FIG. 2

Secuencia de las válvulas VPSA de CO2 – 5 lechos, 2 igualaciones de la presión

Entrada de alimentac.

Salida de alim./FeRP PG RV DP en CoC/PE Combust.

101102103104105

401402403404405 201202203204205 301 302303304 305 501502503504505 601602603604605

Nº de etapa

Tiempo.(s) LECHO

Desde

A Duración A1 A2 A3 A4 A5

1

0 30 30 Alim. PE1 RV Comb. DP1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 θ 0 θ 0 0 0 θ 0 θ 0 0 0 θ 0 θ 0 0 0 θ 0 θ 0 0 θ 0 θ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2

30 60 30 Alim. PE1 RV PG DP1

3

60 90 30 Alim. FeRP PE2 RV DP2

4

90 120 30 Alim. FeRP PE2 RV DP2

5

120 150 30 DP1 Alim. PE1 RV Comb.

6

150 180 30 DP1 Alim. PE1 RV PG

7

180 210 30 DP2 Alim. FeRP PE2 RV

8

210 240 30 DP2 Alim. FeRP PE2 RV

9

240 270 30 Comb. DP1 Alim. PE1 RV

10

270 300 30 PG DP1 Alim. PE1 RV

11

300 330 30 RV DP2 Alim. FeRP PE2

12

330 360 30 RV DP2 Alim. FeRP PE2

13

360 390 30 RV Comb. DP1 Alim. PE1

14

390 420 30 RV PG DP1 Alim. PE1

15

420 450 30 PE2 RV DP2 Alim. FeRP

16

450 480 30 PE2 RV DP2 Alim. FeRP

17

480 510 30 PE1 RV Comb. DP1 Alim.

18

510 540 30 PE1 RV PG DP1 Alim.

19

540 570 30 FeRP PE2 RV DP2 Alim.

20

570 600 30 FeRP PE2 RV DP2 Alim.

Aliment.

DP1

DP2

Comb.

PG

RV

PE2

PE1

FeRP

Alimentación a la VPSA de CO2  Producto como alimentación a la PSA de H2 “En blanco” Válvula cerrada DP1 CoC a PE1 con un lecho A 0 Válvula completamente abierta DP2 CoC a PE2 con otro lecho A θ Válvula con posicionador DP CoC al tanque de combustible de la PSA de H2 y aumento de la concentración de CO2 en el lecho DP CcC para recoger un CO2 producto puro de la zona inferior Realización de vacío CcC para recoger un CO2 producto en el mismo tanque de compensación que en la etapa PG

FIG. 4

PE2 CcC con un lecho A en DP2 para aumentar la recuperación de H2/CO2 PE2 CcC con un lecho A en DP1 para aumentar la recuperación de H2/CO2 Represurización CoC mediante la alimentación de la RP CcC mediante el efluente de alimentación

VPSA de CO2 – 8 lechos, 2 igualaciones de la presión y mezcla directa

– 2 lechos en alimentación, 3 lechos en realización de vacío

A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8

ALIMENT.

DP1 DP2 Comb. PG RV PE2 PE1 RP

PE1

RP ALIMENT. DP1 DP2 Comb. PG RV PE2

RV

PE2 PE1 RP ALIMENT. DP1 DP2 Comb. PG

RV

RV

PE2 PE1 RP ALIMENTACIÓN DP1 DP2 Comb. PG

RV

RV

PE2 PE1 RP ALIMENT. DP1 DP2 Comb. PG

Comb.

PG RV PE2 PE1 RP ALIMENT. DP1 DP2

DP1

DP2 Comb. PG RV PE2 PE1 RP ALIMENT.

ALIMENT.

DP1 DP2 Comb. PG RV PE2 PE1 RP

ALIMENT.

Aliment.

DP1

DP2

Comb.

PG

RV

PE2

PE1

FeRP

Alimentación a la VPSA de CO2  Producto como alimentación a la PSA de H2 DP1 CoC a PE1 con un lecho A DP2 CoC a PE2 con otro lecho A DP CoC al tanque de combustible de la PSA de H2 y aumento de la concentración de CO2 en el lecho DP CcC para recoger un CO2 producto puro de la zona inferior Realización de vacío CcC para recoger un CO2 producto en el mismo tanque de compensación que la etapa DP CcC PE2 CcC con un lecho A en DP2 para aumentar la recuperación de H2/CO2 PE1 CcC con un lecho A en DP1 para aumentar la recuperación de H2/CO2 Represurización CoC mediante la alimentación de la RP CcC mediante el efluente de alimentación

FIG. 5

VPSA de CO2 – 6 lechos, 3 igualaciones de la presión y mezcla directa

A1 A2 A3 A4 A5 A6

Aliment.

DP1 DP2 DP3 Comb. PG RV PE3 PE2 PE1 FeRP

PE1

FeRP Aliment. DP1 DP2 DP3 Comb. PG RV PE3 PE2

PE3

PE2 PE1 FeRP Aliment. DP1 DP2 DP3 Comb. PG RV

RV

PE3 PE2 PE1 FeRP Aliment. DP1 DP2 DP3 Comb. PG

DP3

Comb. PG RV PE3 PE2 PE1 FeRP Aliment. DP1 DP2

DP1

DP2 DP3 Comb. PG RV PE3 PE2 PE1 FeRP Aliment.

Típico

Inicio Final

kPa (psia)

Alimentación a la VPSA de CO2  Producto como alimentación a la PSA de H2

t (alim.) = 2 min. 2.585,5 (375) 2.585,5 (375)

DP1 CoC a PE1 con un lecho A

t (DP1) = 1 min. 2.585,5 (375) 1.944,3 (282)

DP2 CoC a PE2 con otro lecho A

T (DP2) = 1 min. 1.944,3 (282) 1.310,0 (190)

DP3 CoC a PE3 con otro lecho A

t (DP3) = 1 min. 1.310,0 (190) 668,8 (97)

DP CoC para combustible

t (DP CcC) = 0,5 min. 667,4 (96,8) 275,8 (40)

DP CcC para recoger un CO2 producto puro de la zona inferior

t (DP CcC) = 0,5 min. 275,8 (40) 103,4 (15)

Real. vacío CcC para recoger CO2 producto en mismo tanque comp. que etapa DP CcC

t (RV) = 2 min. 275,8 (40) 27,6 (4)

PE3 CcC con un lecho A en DP3 para aumentar la recuperación de H2/CO2

t (PE3) = 1 min. 27,6 (4) 668,8 (97)

PE2 CcC con un lecho A en DP2 para aumentar la recuperación de H2/CO2

t (PE2) = 1 min. 668,8 (97) 1.310,0 (190)

PE1 CcC con un lecho A en DP1 para aumentar la recuperación de H2/CO2

t (PE1) = 1 min. 1.310,0 (190) 1.944,3 (282)

RP CcC mediante el efluente de alimentación

t (RP) = 1 min. 1.944,3 (282) 2.585,5 (375)

Aliment.

DP1

DP2

DP3

Comb.

PG

RV

PE3

PE2

PE1

FeRP

===== 12 min

FIG. 6

Secuencia de las válvulas VPSA de CO2 – 6 lechos, 3 igualaciones de la presión

Entrada alimentación

Salida aliment./FeRP PG RV DP CoC/PE 1 y 2 Combustible y DP3/PE3

101102103104105106

401402403404405406 201202203204205206 301 302303304305 306 501502503504505506 601602603604605606

Nº de etapa

Tiempo (s) LECHO

Desde

A Duración A1 A2 A3 A4 A5 A6

1

0 30 30 Alim. PE1 PE3 RV DP3 DP1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 θ 0 θ 0 0 0 θ 0 θ 0 0 0 θ 0 θ 0 0 0 θ 0 θ 0 0 0 θ 0 θ 0 0 θ 0 θ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2

30 60 30 Alim. PE1 PE3 RV DP3 DP1

3

60 90 30 Alim. FeRP PE2 RV Comb. DP2

4

90 120 30 Alim. FeRP PE2 RV PG DP2

5

120 150 30 DP1 Alim. PE1 PE3 RV DP3

6

150 180 30 DP1 Alim. PE1 PE3 RV DP3

7

180 210 30 DP2 Alim. FeRP PE2 RV Comb.

8

210 240 30 DP2 Alim. FeRP PE2 RV PG

9

240 270 30 DP3 DP1 Alim. PE1 PE3 RV

10

270 300 30 DP3 DP1 Alim. PE1 PE3 RV

11

300 330 30 Comb. DP2 Alim. FeRP PE2 RV

12

330 360 30 PG DP2 Alim. FeRP PE2 RV

13

360 390 30 RV DP3 DP1 Alim. PE1 PE3

14

390 420 30 RV DP3 DP1 Alim. PE1 PE3

15

420 450 30 RV Comb. DP2 Alim. FeRP PE2

16

450 480 30 RV PG DP2 Alim. FeRP PE2

17

480 510 30 PE3 RV DP3 DP1 Alim. PE1

18

510 540 30 PE3 RV DP3 DP1 Alim. PE1

19

540 570 30 PE2 RV Comb. DP2 Alim. FeRP

20

570 600 30 PE2 RV PG DP2 Alim. FeRP

21

600 630 30 PE1 PE3 RV DP3 DP1 Alim.

22

630 660 30 PE1 PE3 RV DP3 DP1 Alim.

23

660 690 30 FeRP PE2 RV Comb. DP2 Alim.

24

690 720 30 FeRP PE2 RV PG DP2 Alim.

Aliment.

DP1

DP2

DP3

Comb.

PG

RV

PE3

PE2

PE1

FeRP

Alimentación a la VPSA de CO2  Producto como alimentación a la PSA de H2 “En blanco” Válvula cerrada DP1 CoC a PE1 con un lecho A 0 Válvula completamente abierta DP2 CoC a PE2 con otro lecho A θ Válvula con posicionador DP3 CoC a PE3 con otro lecho A DP CoC para combustible y DP CcC para recoger un CO2 producto puro de la zona inferior DP CcC para recoger un CO2 producto puro de la zona inferior Realización de vacío CcC para recoger un CO2 producto en el mismo tanque de compensación que en la etapa DB CcC PE3 CcC con un lecho A en DP3 para aumentar la recuperación de H2/CO2

FIG. 8

PE2 CcC con un lecho A en DP2 para aumentar la recuperación de H2/CO2 PE2 CcC con un lecho A en DP1 para aumentar la recuperación de H2/CO2 Represurización CcC mediante el efluente de alimentación