ES2624732T3 - Procedimiento y dispositivo para la adsorción por oscilación de vacío-presión con almacenamiento intermedio - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para la adsorción por oscilación de vacío-presión con almacenamiento intermedio Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la descomposición por adsorción de una mezcla de gases por medio de un proceso de adsorción por oscilación de vacío-presión, en el que la mezcla de gases que va a descomponerse se comprime antes del suministro al proceso de adsorción por oscilación de vacío-presión por medio de al menos un compresor hasta la presión de adsorción y la regeneración del o de los adsorbedores tiene lugar por medio de al menos una bomba de vacío, caracterizado porque - en aquellos momentos en los que no se suministra ninguna mezcla de gases al proceso de adsorción por oscilación de vacío-presión, la mezcla (1, 5, 6) de gases comprimida se almacena (S1) de manera intermedia al menos temporalmente y/o al menos parcialmente a través de una válvula (a) de retención, que se abre en el caso de alcanzar una determinada presión, y/o se suministra a un consumidor y/o - en aquellos momentos en los que no tiene lugar ninguna regeneración del o de un adsorbedor (A, A') por medio de la o de al menos una de las bombas (V) de vacío, se recurre a la o al menos una de las bombas (P) de vacío no necesarias para la regeneración al menos temporalmente para evacuar un recipiente de almacenamiento.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento y dispositivo para la adsorcion por oscilacion de vacio-presion con almacenamiento intermedio
La invencion se refiere a un procedimiento para la descomposicion por adsorcion de una mezcla de gases por medio de un proceso de adsorcion por oscilacion de vacio-presion, en el que la mezcla de gases que va a descomponerse se comprime antes del suministro al proceso de adsorcion por oscilacion de vacio-presion por medio de al menos un compresor hasta la presion de adsorcion y en el que la regeneracion del o de los adsorbedores tiene lugar por medio de al menos una bomba de vacio.
Ademas, la invencion se refiere a un dispositivo para realizar un procedimiento para la descomposicion por adsorcion de una mezcla de gases por medio de un proceso de adsorcion por oscilacion de vacio-presion, que presenta al menos un compresor, al menos un adsorbedor y al menos una bomba de vacio.
Por el estado de la tecnica se conocen suficientemente procesos de adsorcion por oscilacion de vacio-presion o procesos de VPSA. Se diferencian de los procesos de adsorcion por oscilacion de presion o procesos de PSA porque la regeneracion de un adsorbedor cargado tiene lugar a una presion subatmosferica. Para alcanzar esta, los adsorbedores que deben regenerarse se regeneran por medio de una bomba de vacio. La presion de desorcion se encuentra habitualmente entre 100 y 500 mbara. La adsorcion tiene lugar en la mayoria de los casos a presion excesiva. Por este motivo, por regla general esta previsto un compresor, que comprime la mezcla de gases que va a descomponerse antes del suministro al proceso de adsorcion por oscilacion de vacio-presion hasta la presion de adsorcion deseada.
Las ventajas de los procesos de adsorcion por oscilacion de vacio-presion con respecto a los procesos de adsorcion por oscilacion de presion convencionales consisten en que se alcanzan mayores rendimientos y una menor demanda de energia. Sin embargo, estas ventajas se consiguen previendo una bomba de vacio, de lo que resulta un aumento de los costes de inversion de los procesos de VPSA con respecto a los procesos de PSA, en particular en instalaciones pequenas.
Durante un proceso de adsorcion por oscilacion de vacio-presion hay habitualmente etapas de procedimiento, como la etapa de compensacion de presion o de descarga, en las que no se necesitan el compresor y/o la bomba de vacio. Sin embargo, durante estas etapas de procedimiento se siguen haciendo funcionar el compresor y/o la bomba de vacio en un funcionamiento de derivacion, dado que practicamente no es posible una desconexion debido a la corta duracion de las etapas de procedimiento.
Los procesos de VPSA se usan desde hace mucho tiempo en las denominadas instalaciones in situ para la generacion de oxigeno y presentan una demanda de energia muy favorable. En instalaciones pequenas (deben entenderse por estas instalaciones con una capacidad de menos de 100 Nm3/h), tal como se necesitarian por ejemplo para el abastecimiento de hospitales, no han podido imponerse hasta la fecha los procesos de VPSA debido a los mayores costes de inversion que resultan de la bomba de vacio que se requiere adicionalmente y una demanda aumentada de agente de adsorcion. Por el termino “hospital” se entenderan a continuacion tambien hospitales moviles (de emergencia), ambulancias, consultas medicas, spas, etc.
La infraestructura de un hospital moderno comprende entre otros el abastecimiento de los pacientes con el denominado “aire medico”, con aire enriquecido en oxigeno asi como con oxigeno puro. Por el termino “aire medico” se entiende habitualmente una mezcla de gases, que presenta aproximadamente un 20% de oxigeno y aproximadamente un 80% de nitrogeno, y que con respecto a otros componentes, como por ejemplo agua y monoxido de carbono, cumple las especificaciones y/o normas correspondientes. Por lo demas, la infraestructura de un hospital comprende por regla general un sistema de aire comprimido y un sistema de vacio. En el caso de este ultimo se trata de un sistema, que por medio de bombas de vacio y recipientes de almacenamiento intermedio en un sistema de conductos tubulares mantiene un vacio, que esta disponible en el hospital para todas las aplicaciones de succion, por ejemplo en quirofanos. Para proporcionar oxigeno, aire comprimido asi como vacio se usan hasta la fecha por regla general tres instalaciones diferentes, no relacionadas entre si.
El documento WO2004052495 da a conocer un procedimiento por medio de un proceso de adsorcion por oscilacion de presion, en el que un recipiente a presion esta dispuesto entre el compresor y el adsorbedor, desconectandose el compresor temporalmente, cuando la presion en el recipiente a presion alcanza un determinado valor.
El documento EP0537614A1 da a conocer un proceso de adsorcion por oscilacion de vacio-presion, en el que el compresor y la bomba de vacio en determinados momentos solo succionan aire, lo comprimen y lo dejan escapar de nuevo.
El documento EP0462778A1 da a conocer un procedimiento de adsorcion convencional, que solo presenta un recipiente para alojar el gas de producto.
El objetivo de la presente invencion es indicar un procedimiento de tipo generico asi como un dispositivo de tipo
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generico para la descomposicion por adsorcion de una mezcla de gases por medio de un proceso de adsorcion por oscilacion de vacio-presion, que eviten las desventajas mencionadas anteriormente y sean ventajosos en particular para la aplicacion en hospitales.
Para alcanzar este objetivo se propone un procedimiento de tipo generico segun la reivindicacion 1, asi como un dispositivo segun la reivindicacion 7.
Configuraciones ventajosas adicionales del procedimiento segun la invencion asi como del dispositivo segun la invencion para la descomposicion por adsorcion de una mezcla de gases por medio de un proceso de adsorcion por oscilacion de vacio-presion, que representan objetos de las reivindicaciones dependientes, se caracterizan porque
- la mezcla de gases que va a descomponerse por adsorcion es aire,
- la compresion de la mezcla de gases que va a descomponerse por adsorcion tiene lugar por medio de una unidad de compresor de una o varias etapas,
- la regeneracion del o de los adsorbedores tiene lugar por medio de una unidad de bomba de vacio de una o varias etapas,
- la mezcla de gases comprimida, almacenada de manera intermedia al menos temporalmente y/o al menos parcialmente, se suministra al o a un adsorbedor que se encuentra en la fase de adsorcion, teniendo lugar el suministro preferiblemente en el caso de superarse un valor de presion ajustable en el dispositivo de almacenamiento usado para el almacenamiento intermedio, y
- siempre que la bomba de vacio usada para la regeneracion del o de los adsorbedores se conecte al menos temporalmente con un recipiente de almacenamiento que debe evacuarse, se conecta al menos temporalmente el recipiente de almacenamiento que debe evacuarse con el o un adsorbedor que se encuentra en la fase de desorcion, teniendo lugar esta conexion preferiblemente en el caso de no alcanzarse un valor de presion ajustable en el recipiente de almacenamiento.
El procedimiento segun la invencion, el dispositivo segun la invencion asi como configuraciones ventajosas adicionales de los mismos se explican mas detalladamente a continuacion mediante el ejemplo de realizacion representado en la figura.
Se representan dos adsorbedores A y A’ dispuestos en paralelo entre si, que pasan por fases de adsorcion y de desorcion de manera desplazada en el tiempo. El procedimiento segun la invencion puede implementarse en principio tambien con unicamente uno o mas de dos adsorbedores. Por motivos de claridad, en la figura no se representan las valvulas de adsorbedor dispuestas inmediatamente aguas arriba y aguas abajo de los adsorbedores, cuyo funcionamiento resulta familiar para el experto. La instalacion de VPSA segun la invencion presenta ademas una unidad C de compresor, una unidad V de bomba de vacio, tres recipientes S1 a S3 de almacenamiento asi como valvulas o valvulas a y b de retencion.
El modo del procedimiento segun la invencion se explica a continuacion mediante la descomposicion por adsorcion de aire obteniendo una corriente de producto rica en oxigeno. A traves del conducto 1 se suministra aire a una unidad C de compresor disenada de una o varias etapas y se comprime en la misma hasta la presion de adsorcion deseada. La corriente de aire comprimido se suministra a continuacion a traves del conducto 1’ a aquel de los dos adsorbedores A o A’, que se encuentra en la fase de adsorcion. En la parte superior del adsorbedor A o A’ que se encuentra en la fase de adsorcion se extrae a traves del conducto 2 una corriente de producto rica en oxigeno y dado el caso se almacena S2 de manera intermedia. Del recipiente S2 de almacenamiento puede tomarse la corriente de producto rica en oxigeno a traves del conducto 2’ y suministrarse para su uso adicional.
Si se regenera un adsorbedor cargado en la fase de adsorcion, se conecta a traves del conducto 3 con la unidad V de bomba de vacio. Por medio de esta tiene lugar una regeneracion del adsorbedor cargado hasta la presion de desorcion subatmosferica deseada. La mezcla de gases extraida durante la regeneracion del adsorbedor que debe regenerarse se descarga a traves del conducto 4 y dado el caso se suministra para su uso adicional.
Durante aquellas etapas de procedimiento del proceso de VPSA, en las que no se suministra ninguna mezcla de gases de utilizacion a un adsorbedor, se conecta ahora segun la invencion la unidad C de compresor a traves del conducto 5 con el primer recipiente de almacenamiento o almacenamiento S1 intermedio de aire comprimido. En el conducto 5 esta prevista una valvula a de retencion, que se abre en el caso de alcanzar una determinada presion y con ello libera el acceso al almacenamiento S1 intermedio de aire comprimido. La presion necesaria para abrir la valvula a de retencion se consigue porque las valvulas de adsorbedor dispuestas aguas arriba de los adsorbedores A y A’ estan cerradas. Una toma de la corriente de aire comprimido del almacenamiento S1 intermedio de aire comprimido tiene lugar a traves del conducto 6. Alternativa o complementariamente a un almacenamiento intermedio, la corriente de aire comprimido por medio del compresor C, tambien puede suministrarse directamente a un consumidor (de aire comprimido).
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Siempre que mediante el cierre de las valvulas de adsorbedor correspondientes se interrumpa la conexion entre un adsorbedor y la unidad V de bomba de vacfo, se abre la valvula b de retencion prevista en el conducto 8, de modo que por medio de la unidad V de bomba de vacfo tiene lugar una evacuacion del tercer recipiente de almacenamiento o almacenamiento S3 intermedio de vacfo a traves de los conductos 4 y 8. El “llenado” del recipiente S3 tiene lugar a traves del conducto 7.
La presion en el primer recipiente de almacenamiento o almacenamiento S1 intermedio de aire comprimido se encuentra preferiblemente por encima de la presion de adsorcion maxima, mientras que la presion en el tercer recipiente de almacenamiento o almacenamiento S3 intermedio de vacfo se encuentra por debajo de la presion de desorcion mmima.
En lugar de las valvulas a y b de retencion representadas en la figura, puede usarse cualquier mecanismo alternativo, que en el periodo de tiempo adecuado y/o deseado establezca una conexion entre el primer recipiente de almacenamiento o almacenamiento S1 intermedio de aire comprimido y el compresor C asf como entre el tercer recipiente de almacenamiento o almacenamiento S3 intermedio de vacfo y la bomba V de vacfo. Unicamente a modo de ejemplo se mencionan valvulas de mando, que se activan por el control del proceso de VPSA o a traves de una medicion de presion diferencial.
Una configuracion ventajosa adicional del procedimiento segun la invencion esta caracterizada porque la mezcla de gases comprimida, almacenada de manera intermedia al menos temporalmente y/o al menos parcialmente, se suministra al o a un adsorbedor que se encuentra en la fase de adsorcion, teniendo lugar el suministro preferiblemente en el caso de superarse un valor de presion ajustable en el recipiente S1 de almacenamiento usado para el almacenamiento intermedio. En el caso de una reduccion demasiado escasa de aire comprimido, aumenta la presion en el almacenamiento S1 intermedio de aire comprimido. En el caso de superar un determinado valor de presion, por ejemplo 8 bar, se suministra entonces el aire comprimido del almacenamiento S1 intermedio de aire comprimido en un momento adecuado a un adsorbedor A o A’ que se encuentra en la fase de adsorcion. De este modo aumenta la capacidad del proceso de VPSA, dado que esta disponible mas gas de entrada. Ademas puede impedirse una absorcion de energfa innecesariamente alta del compresor y/o que se alcance una presion inaceptablemente alta en el almacenamiento S1 intermedio de aire comprimido.
Siempre que la bomba de vacfo usada para la regeneracion del o de los adsorbedores este conectada al menos temporalmente con un recipiente de almacenamiento que debe evacuarse, segun una configuracion ventajosa adicional del procedimiento segun la invencion se conecta al menos temporalmente el recipiente de almacenamiento que debe evacuarse con el o un adsorbedor que se encuentra en la fase de desorcion, teniendo lugar esta conexion preferiblemente en el caso de no alcanzarse un valor de presion ajustable en el recipiente de almacenamiento. En el caso de una demanda demasiado escasa de vacfo, disminuye la presion en el almacenamiento S3 intermedio de vacfo. En el caso de no alcanzar una determinada presion, por ejemplo 200 mbara, el almacenamiento S3 intermedio de vacfo puede conectarse directamente en un momento adecuado, evitando la valvula b de retencion o un dispositivo equivalente, con el lado de gas de regeneracion de un adsorbedor que se encuentra en la fase de desorcion. De este modo aumenta la capacidad del proceso de VPSA, dado que la regeneracion tiene lugar de manera mas eficaz. Ademas puede evitarse una absorcion de energfa innecesariamente alta de la bomba de vacfo y/o que no se alcance una presion inaceptablemente baja en el almacenamiento S3 intermedio de vacfo.
Por medio del procedimiento segun la invencion puede generarse, por ejemplo, oxfgeno con una pureza del 93% con un rendimiento de 25 Nm3/h; al mismo tiempo pueden generarse 30 Nm3/h de aire comprimido y proporcionarse un rendimiento de succion de vacfo de 26 m3/h.
Por medio del modo del procedimiento segun la invencion pueden usarse compresores y bomba(s) de vacfo, que son necesarios para el proceso de VPSA, adicionalmente para la generacion de aire comprimido y vacfo. Para ello se aprovechan los tiempos de marcha en vacfo de esta maquina que se producen obligatoriamente. Los compresores y la(s) bomba(s) de vacfo se utilizan de este modo de manera mas eficaz y en comparacion con el estado de la tecnica se prescinde de aquellas maquinas independientes, que de lo contrario deberfan preverse para la generacion de aire comprimido y vacfo.
Como ya se ha mencionado, los compresores y bomba(s) de vacfo, siempre que no sean necesarios durante determinadas etapas de procedimiento, funcionan hasta la fecha en un funcionamiento de derivacion. Sin embargo, este funcionamiento requiere una entubacion adicional con conductos y valvulas de derivacion, de las que ahora puede prescindirse.
Mediante un dimensionamiento adecuado de las maquinas asf como de los adsorbedores, el procedimiento segun la invencion asf como la instalacion segun la invencion pueden adaptarse a la respectiva demanda de producto u oxfgeno, aire comprimido y/o vacfo. Ademas, el procedimiento segun la invencion puede utilizarse mas intensamente para generar aire comprimido y/o vacfo en momentos de escasa reduccion de producto o de oxfgeno. En este caso se prolongan preferiblemente de manera correspondiente las etapas de proceso o de procedimiento del proceso de VPSA.
El procedimiento segun la invencion asi como el dispositivo segun la invencion para la descomposicion por adsorcion de una mezcla de gases por medio de un proceso de adsorcion por oscilacion de vacio-presion son adecuados en particular para la aplicacion en hospitales, dado que permiten proporcionar oxigeno, aire comprimido 5 y vacio por medio de un unico proceso o una unica instalacion. Sin embargo, la invencion puede aplicarse basicamente en cualquier sitio de produccion e instalaciones (de gran tamano).

Claims (5)

  1. 10
    15
    20 2. 3.
    25
  2. 4.
    30
  3. 5.
    35
  4. 6.
    40
  5. 7.
    45
    50
    55
    REIVINDICACIONES
    Procedimiento para la descomposicion por adsorcion de una mezcla de gases por medio de un proceso de adsorcion por oscilacion de vacfo-presion, en el que la mezcla de gases que va a descomponerse se comprime antes del suministro al proceso de adsorcion por oscilacion de vacfo-presion por medio de al menos un compresor hasta la presion de adsorcion y la regeneracion del o de los adsorbedores tiene lugar por medio de al menos una bomba de vacfo, caracterizado porque
    - en aquellos momentos en los que no se suministra ninguna mezcla de gases al proceso de adsorcion por oscilacion de vacfo-presion, la mezcla (1, 5, 6) de gases comprimida se almacena (S1) de manera intermedia al menos temporalmente y/o al menos parcialmente a traves de una valvula (a) de retencion, que se abre en el caso de alcanzar una determinada presion, y/o se suministra a un consumidor y/o
    - en aquellos momentos en los que no tiene lugar ninguna regeneracion del o de un adsorbedor (A, A’) por medio de la o de al menos una de las bombas (V) de vacfo, se recurre a la o al menos una de las bombas (P) de vacfo no necesarias para la regeneracion al menos temporalmente para evacuar un recipiente de almacenamiento.
    Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la mezcla de gases que va a descomponerse por adsorcion es aire.
    Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque la compresion de la mezcla de gases que va a descomponerse por adsorcion tiene lugar por medio de una unidad (C) de compresor de una o varias etapas.
    Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores 1 a 3, caracterizado porque la regeneracion del o de los adsorbedores (A, A’) tiene lugar por medio de una unidad (V) de bomba de vacfo de una o varias etapas.
    Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores 1 a 4, caracterizado porque la mezcla (S1) de gases comprimida almacenada de manera intermedia al menos temporalmente y/o al menos parcialmente, se suministra al o a un adsorbedor (A, A’) que se encuentra en la fase de adsorcion, teniendo lugar el suministro preferiblemente en el caso de superarse un valor de presion ajustable en el dispositivo (S1) de almacenamiento usado para el almacenamiento intermedio.
    Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores 1 a 5, en el que la bomba (V) de vacfo usada para la regeneracion del o de los adsorbedores (A, A’) se conecta al menos temporalmente con un recipiente (S3) de almacenamiento que debe evacuarse, caracterizado porque se conecta al menos temporalmente el recipiente (S3) de almacenamiento que debe evacuarse con el o un adsorbedor (A, A’) que se encuentra en la fase de desorcion, teniendo lugar esta conexion preferiblemente en el caso de no alcanzarse un valor de presion ajustable en el recipiente (S3) de almacenamiento.
    Dispositivo para realizar un procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, que presenta al menos un compresor, al menos un adsorbedor, al menos una bomba de vacfo, un primer conducto (1, 1’), que conecta el compresor y el adsorbedor, y un segundo conducto (3), que conecta la bomba de vacfo y el adsorbedor, un recipiente (S2), que sirve para alojar un gas de producto, y un tercer conducto (2), que conecta el adsorbedor y el recipiente (S2), una valvula de adsorbedor dispuesta aguas arriba del adsorbedor y una valvula de adsorbedor dispuesta entre el adsorbedor y la bomba de vacfo, caracterizado porque
    - estan previstos al menos un primer recipiente (S1) de almacenamiento y un cuarto conducto (5), ramificandose el cuarto conducto (5) del primer conducto (1, 1’) y conectando el cuarto conducto (5) el primer recipiente (S1) de almacenamiento a traves de una valvula (a) de retencion, que se abre en el caso de alcanzar una determinada presion, con el compresor (C), y/o
    - estan previstos al menos un segundo recipiente (S3) de almacenamiento y un quinto conducto (8), ramificandose el quinto conducto (8) del segundo conducto (3) y conectando el quinto conducto (8) el segundo recipiente (S3) de almacenamiento a traves de una valvula (b) de retencion, que se abre en el caso de alcanzar una determinada presion, con la bomba (V) de vacfo.
    Dispositivo segun la reivindicacion 7, caracterizado porque la unidad (C) de compresor y/o la unidad (V) de bomba de vacfo estan configuradas en una o multiples etapas.
ES11770051.8T 2010-10-16 2011-10-05 Procedimiento y dispositivo para la adsorción por oscilación de vacío-presión con almacenamiento intermedio Active ES2624732T3 (es)

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