ES2914230T3 - Disposición de calentadores para sistema de TEPSA - Google Patents

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Christopher James Raiswell
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Abstract

Un proceso de adsorción por cambio de presión con aumento de temperatura (TEPSA) para la purificación previa de aire antes de una destilación criogénica para eliminar al menos dos componentes, incluyendo dióxido de carbono y agua, de una mezcla de gases, comprendiendo dicho proceso el uso de un calentador único (62) y al menos dos recipientes adsorbentes (20, 22), en cada uno de los cuales se realizan ciclos repetidos que comprenden una fase de adsorción y posteriores fases de regeneración de la siguiente manera: en la fase de adsorción se hace pasar dicha mezcla gaseosa en una primera dirección a través de un lecho adsorbente contenido en el recipiente adsorbente (20, 22), de manera que dicha mezcla gaseosa se purifica mediante la adsorción de dichos al menos dos componentes en el lecho adsorbente en el que dicha agua se adsorbe en una porción aguas arriba de dicho adsorbente y dicho dióxido de carbono se adsorbe en una porción aguas abajo de dicho adsorbente, despresurización de los recipientes adsorbentes, en una primera fase de regeneración en la que se desorbe dicho dióxido de carbono, se pasa a través del lecho adsorbente (20, 22) un gas de regeneración caliente que tiene una temperatura objetivo que se selecciona para que sea cualquier temperatura en el intervalo de 20° C a 100° C en una dirección de flujo opuesta a la dirección de flujo durante la fase de adsorción durante 30 minutos o menos, y en una segunda fase de regeneración en la que se desorbe dicha agua, un gas de regeneración frío que tiene una temperatura objetivo que se selecciona para que sea cualquier temperatura en el intervalo de 5° C a 65° C se pasa a través del lecho adsorbente (20, 22) en una dirección del flujo opuesta a la dirección del flujo durante la fase de adsorción durante 90 minutos o menos, en el que el tiempo total del ciclo de regeneración (tiempo en línea) es de 120 minutos o menos; en el que el gas de regeneración caliente se proporciona a cada uno de los recipientes adsorbentes (20, 22) pasando el gas de regeneración desde la fuente del gas de regeneración a dicho calentador (62) donde se calienta, y pasando el gas de regeneración caliente que sale del calentador al recipiente respectivo, y el gas de regeneración frío se proporciona a cada uno de los recipientes adsorbentes (20, 22) dirigiendo el gas de regeneración desde la fuente al recipiente respectivo sin pasar por el calentador (62), y el gas de regeneración caliente se proporciona a los recipientes adsorbentes (20, 22) a través de una línea única que sale del calentador (62) y que se divide en líneas que conducen a cada uno de los recipientes adsorbentes individualmente en el que la línea única del calentador se une con una línea única (64) de la fuente de gas de regeneración que ha evitado el calentador para formar una línea única de gas de regeneración común antes de que esta línea común se divida en líneas que conducen a cada uno de los recipientes adsorbentes individualmente, caracterizado por que la temperatura en el calentador no cae 20° C o más por debajo de la temperatura objetivo de la primera fase de regeneración durante todo el proceso; y en el que se aísla la línea a lo largo de X de la línea única desde el calentador (62) hasta la unión con la línea que evita el calentador, y opcionalmente la línea a lo largo de Y desde dicha unión hasta la entrada de gas de regeneración del recipiente adsorbente, siendo la diferencia de temperatura entre el valor de temperatura más alto y bajo durante dicha primera fase de regeneración en la entrada de gas de regeneración del recipiente adsorbente (20, 22) 20° C o menos.

Description

DESCRIPCIÓN
Disposición de calentadores para sistema de TEPSA
La presente invención se refiere a un proceso de adsorción por oscilación de presión térmicamente mejorada (TEPSA) para la purificación previa del aire antes de la destilación criogénica, aplicando un calentador único y al menos dos recipientes adsorbentes. La invención se refiere además a un aparato para su uso en dicho proceso de TEPSA.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Regularmente es necesario eliminar los componentes del gas de una corriente de gas por adsorción en un adsorbente sólido. En particular, etapas de purificación previa se usan comúnmente cuando se realizan procesos de separación de aire criogénico. Por lo tanto, es necesaria la regeneración periódica del adsorbente, ya que tales componentes de gas eliminados pueden tener un valor intrínseco o pueden ser componentes de gas contaminantes en la mezcla de gases.
En tales procesos, el gas se alimenta convencionalmente en contacto con un adsorbente sólido contenido en un recipiente adsorbente para adsorber el componente o componentes a eliminar y estos se acumulan gradualmente en el adsorbente. La concentración del componente o componentes eliminados en el adsorbente aumenta gradualmente y si el proceso continúa durante un período suficiente, los componentes adsorbidos atravesarán el extremo aguas abajo del lecho adsorbente. Antes de que esto ocurra, es necesario regenerar el adsorbente.
Para realizar las etapas de purificación previa se aplican diferentes procesos, tal como la adsorción por oscilación térmica (TSA), la adsorción por oscilación de presión (PSA) y la adsorción por oscilación de presión térmicamente mejorada (TEPSA).
En un proceso de PSA, la desorción se realiza deteniendo el flujo de gas a tratar en el adsorbente, despresurizando el adsorbente y, por lo general, haciendo pasar un flujo de gas de regeneración bajo en su contenido desde el componente adsorbido en el lecho a través de la contracorriente del lecho a la dirección de alimentación del producto.
El proceso de TSA se usa comúnmente para purificar previamente el aire aguas arriba de una unidad de separación de aire criogénica (ASU). El proceso de TSA, por ejemplo, como se describe en la patente US 5.689.974, se caracteriza por la regeneración a alta temperatura del proceso de adsorción, normalmente muy por encima de los 100° C, y un largo período de regeneración en caliente. Dado que el flujo de calor asociado con los procesos de TSA es intenso y prolongado, la degradación de la calidad del pulso de calor tiene un impacto mínimo en el proceso de desorción de TSA. El calor proporcionado a un proceso de TSA, mediante el calentador, se usa principalmente para desorber el componente fuertemente adsorbido, a saber, el agua, que tiene un alto calor de adsorción.
Una variante del proceso de TSA es el proceso de TEPSA descrito, por ejemplo, en la patente US 5.614.000. TEPSA es un proceso de regeneración a baja temperatura con temperaturas típicamente por debajo de los 100° C y solo con calentamiento breve. Al contrario del proceso de TSA, el calor proporcionado por un calentador se utiliza para eliminar los contaminantes adsorbidos "menos fuertemente", a saber, CO2. El flujo de calor asociado con los procesos de TEPSA se puede describir como débil, por lo que incluso pequeñas pérdidas de calor en su viaje hacia el lecho adsorbente pueden degradar enormemente la calidad del calor transportado por el pulso de calor.
Esto contrasta con los procesos de TSA convencionales que están dominados por altas temperaturas para la regeneración muy por encima de los 100° C y períodos de regeneración en caliente muy por encima de los 10 minutos. Debido a las condiciones más drásticas de los procesos de TSA, la posición del calentador a una distancia razonable (por ejemplo, a 20 m o más del recipiente adsorbente) tiene poca influencia en el proceso de regeneración, véase la patente US 9.108.145.
En la patente US 5.614.000, así como en las patentes US 8.734.571 y FR 2.825.291, se describe una configuración de aparato para TEPSA que incluye solo un calentador único externo para proporcionar gas de regeneración caliente. Tal configuración, que solo incluye un calentador externo que no está ubicado muy cerca de los recipientes adsorbentes, tiene la desventaja de que las pérdidas de calor ocurren fácilmente, lo que degrada enormemente la calidad del pulso de calor (que idealmente tiene forma rectangular) enviado al lecho adsorbente.
Esta es la razón por la que en la práctica de los procesos de TEPSA hasta el momento no se ha aplicado dicha configuración, sino que son usadas configuraciones como las descritas en la patente US 7.066.986. En este documento, se describe una disposición de calentador de dos lechos para procesos de TEPSA, en la que cada recipiente adsorbente tiene un calentador separado. Los calentadores están dispuestos de manera que cada recipiente adsorbente está equipado con un elemento calentador separado que se ubica en la boquilla de entrada del recipiente adsorbente. Mediante una disposición de TEPSA de este tipo descrita anteriormente, se pueden minimizar las desventajas tales como la pérdida de calor, la calidad variable del pulso de calor, etc. Además, se minimiza la distancia entre el calentador y el lecho adsorbente, manteniendo la calidad del pulso de calor previo al contacto con el lecho adsorbente.
El problema con una disposición de calentador como se describe en la patente US 7.066.986 es que se deben utilizar varios calentadores, es decir, uno para cada recipiente adsorbente. Una disposición de este tipo provoca mayores esfuerzos de mantenimiento debido al hecho de que se necesita una multitud de calentadores y que estos calentadores deben colocarse en estrecho contacto con el recipiente adsorbente. Además, debido al hecho de que los calentadores están contenidos en las boquillas de entrada de los recipientes adsorbentes, dificultan la implementación de disposiciones de recipientes más complicadas debido a su voluminosidad. Además, una multitud de calentadores tiene efectos adversos en los costes debido a un aumento en el material y al aporte energético. Además, los costes de mantenimiento también son más elevados.
Por lo tanto, existe la necesidad de un proceso de TEPSA mejorado. La presente invención pretende superar las desventajas de los procesos de TEPSA conocidos en la técnica y, en particular, pretende proporcionar un proceso que requiera una configuración de aparato menos complicada y costosa, que al mismo tiempo proporcione un pulso de calor estable al lecho(s) adsorbente(s).
Así, la presente invención tiene como objetivo la intensificación de procesos para la operación de TEPSA a baja temperatura de regeneración, relacionados con la purificación de aire previa a la separación criogénica del aire, para simplificar y reducir el coste del proceso actual.
Además, la presente invención se refiere a la provisión de un aparato que puede usarse para dichos procesos de TEPSA.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se basa en el hallazgo de que los problemas anteriores pueden superarse mediante un proceso de TEPSA que utiliza un calentador único y al menos dos recipientes adsorbentes separados, en los que la diferencia de temperatura entre el valor de temperatura más alto y el más bajo durante la primera fase de regeneración en la entrada del gas de regeneración del recipiente adsorbente es de 20° C o menos.
Por lo tanto, la presente invención proporciona en un primer aspecto un proceso de adsorción por oscilación de presión mejorada por temperatura (TEPSA) para la purificación previa del aire antes de la destilación criogénica para eliminar al menos dos componentes que incluyen dióxido de carbono y agua de una mezcla de gases, comprendiendo dicho proceso usar un calentador único y al menos dos recipientes adsorbentes, en cada uno de los cuales se realizan ciclos repetidos que comprenden una fase de adsorción y fases de regeneración posteriores, como sigue:
en la fase de adsorción se hace pasar dicha mezcla gaseosa en una primera dirección a través de un lecho adsorbente contenido en el recipiente adsorbente, de manera que dicha mezcla gaseosa se purifica mediante la adsorción de dichos al menos dos componentes en el lecho adsorbente, en el que dicha agua es adsorbida en una porción aguas arriba de dicho adsorbente y dicho dióxido de carbono se adsorbe en una porción aguas abajo de dicho adsorbente,
despresurización de los recipientes adsorbentes,
en una primera fase de regeneración en la que se desorbe dicho dióxido de carbono, un gas de regeneración caliente que tiene una temperatura objetivo que se selecciona para que sea cualquier temperatura en el intervalo de 20° C a 100° C se hace pasar a través del lecho adsorbente en una dirección de flujo opuesta a la dirección del flujo durante la fase de adsorción durante 30 minutos o menos, y
en una segunda fase de regeneración en la que se desorbe dicha agua, un gas de regeneración frío que tiene una temperatura objetivo que se selecciona para que sea cualquier temperatura en el intervalo de 5° C a 65° C se hace pasar a través del lecho adsorbente en una dirección de flujo opuesta a la dirección del flujo durante la fase de adsorción durante 90 minutos o menos,
en el que el tiempo total del ciclo de regeneración (tiempo en línea) es de 120 minutos o menos;
en el que
el gas de regeneración caliente se proporciona a cada uno de los recipientes adsorbentes pasando el gas de regeneración desde la fuente del gas de regeneración a dicho calentador donde se calienta, y pasando el gas de regeneración caliente que sale del calentador al recipiente respectivo, y
el gas de regeneración frío se proporciona a cada uno de los recipientes adsorbentes dirigiendo el gas de regeneración desde la fuente al recipiente respectivo sin pasar por el calentador, y
el gas de regeneración caliente se proporciona a los recipientes adsorbentes (20, 22) a través de una línea única que sale del calentador (62) y que se divide en líneas que conducen a cada uno de los recipientes adsorbentes individualmente en el que la línea única del calentador se une con una línea única (64) desde la fuente de gas de regeneración que ha evitado el calentador para formar una línea única de gas de regeneración común antes de que esta línea común se divida en líneas que conducen a cada uno de los recipientes adsorbentes individualmente,
caracterizado por que
la temperatura en el calentador no cae 20° C o más por debajo de la temperatura objetivo de la primera fase de regeneración durante todo el proceso; y
la línea a lo largo de la longitud X de la línea única desde el calentador (62) hasta el cruce con la línea que evita el calentador, y opcionalmente la línea a lo largo de la longitud Y desde dicho cruce se aísla la entrada de gas de regeneración del recipiente adsorbente,
la diferencia de temperatura entre el valor de temperatura más alto y el más bajo durante dicha primera fase de regeneración en la entrada de gas de regeneración del recipiente adsorbente es de 20° C o menos.
El proceso de TEPSA según la invención tiene varias ventajas que se obtienen por la configuración específica que se describe en el presente documento. La pérdida de calor durante la fase de regeneración se mantiene al mínimo y se puede generar un pulso de calor estable y agudo (de forma más rectangular) y pasar sobre los lechos adsorbentes durante la primera fase de regeneración. Además, los esfuerzos de mantenimiento se pueden reducir significativamente, ya que solo se necesita un calentador para el proceso, y se puede lograr la reducción de energía haciendo que el proceso sea más económico y sostenible.
Usualmente, el proceso de la invención se lleva a cabo de manera que en los diferentes lechos adsorbentes se lleva a cabo alternativamente adsorción y regeneración, es decir, cuando se utilizan dos recipientes adsorbentes, en el recipiente 1 tiene lugar la adsorción y simultáneamente en el recipiente 2 la regeneración.
En caso de que se utilicen más de dos lechos adsorbentes, por ejemplo, tres o cuatro, se puede utilizar un calentador único para calentar el gas de regeneración utilizado en la primera fase de regeneración de cada uno de los recipientes adsorbentes, ya que esta fase es comparativamente corta en TEPSA procesa para que se pueda suministrar alternativamente gas calentado a cada uno de los recipientes.
En cualquier caso, es importante para el proceso reivindicado que el gas de regeneración frío usado en la segunda fase de regeneración no pase por un calentador, posiblemente apagado, sino que evite el calentador.
En un segundo aspecto, la presente invención proporciona un proceso según el primer aspecto en el que la diferencia de temperatura entre el valor de temperatura más alto y el más bajo durante dicha primera fase de regeneración en la entrada de gas de regeneración del recipiente adsorbente es de 15° C o menos.
En un tercer aspecto, la presente invención proporciona un proceso de acuerdo con cualquiera de los aspectos anteriores en el que el gas de regeneración caliente en la primera fase de regeneración tiene una temperatura objetivo que se selecciona para que sea cualquier temperatura en el intervalo de 20° C a 70° C.
En un cuarto aspecto, la presente invención proporciona un proceso según cualquiera de los aspectos anteriores, en el que el gas de regeneración frío en la segunda fase de regeneración tiene una temperatura objetivo que se selecciona para que sea cualquier temperatura en el intervalo de 10° C a 55° C.
En un quinto aspecto, la presente invención proporciona un proceso según cualquiera de los aspectos anteriores, en el que la diferencia de las temperaturas objetivo del gas de regeneración caliente en la primera fase de regeneración y el gas de regeneración frío en la segunda fase de regeneración es de 15° C o más.
En un sexto aspecto, la presente invención proporciona un proceso según cualquiera de los aspectos anteriores, en el que la temperatura máxima del gas de regeneración caliente en la primera fase de regeneración es de 45° C o más.
En un séptimo aspecto, la presente invención proporciona un proceso según cualquiera de los aspectos anteriores, en el que la primera fase de regeneración tiene lugar durante 20 minutos o menos.
En un octavo aspecto, la presente invención proporciona un proceso según cualquiera de los aspectos anteriores, en el que la segunda fase de regeneración tiene lugar durante 80 minutos o menos.
En un noveno aspecto, la presente invención proporciona un aparato para usar en el proceso de TEPSA de acuerdo con cualquiera de los aspectos anteriores que comprende un calentador único y al menos dos recipientes adsorbentes, en el que cada recipiente adsorbente comprende
• una entrada para una mezcla de gases a purificar y una salida para el gas purificado separadas por una trayectoria de flujo que incluye una cámara de flujo que contiene un lecho adsorbente,
• una entrada y una salida para el gas de regeneración separadas por una trayectoria de flujo que incluye dicha cámara de flujo,
comprendiendo además el aparato
• líneas que conectan la fuente de la mezcla de gases a purificar con las entradas para la mezcla de gases de cada recipiente adsorbente,
• una línea que conecta el calentador con la fuente de gas de regeneración,
• líneas que conectan el calentador con la entrada para el gas de regeneración de cada recipiente adsorbente, y
• líneas que conectan la fuente del gas de regeneración con la entrada para el gas de regeneración de cada recipiente de absorción que evita el calentador, en el que una línea única para el gas de regeneración calentado sale del calentador (62) que se divide en líneas que conducen a cada una de las entradas de recipientes adsorbentes para gas de regeneración individualmente en el que la línea única del calentador se une con una línea única (64) de la fuente de gas de regeneración que ha evitado el calentador para formar una línea de gas de regeneración única y común antes de que esta línea común se divida en líneas (46) que conducen a cada una de las entradas de los recipientes adsorbentes para el gas de regeneración individualmente;
en el que en funcionamiento del aparato
• se proporciona gas de regeneración caliente a cada uno de los recipientes adsorbentes durante una primera fase de regeneración pasando el gas de regeneración desde la fuente hasta el calentador, calentándolo y pasando el gas de regeneración calentado a la entrada de gas de regeneración del respectivo recipiente adsorbente para que el la diferencia de temperatura entre el valor de temperatura más alto y el más bajo durante dicha primera fase de regeneración en la entrada de gas de regeneración del recipiente adsorbente respectivo es de 20° C o menos, y
• se proporciona gas de regeneración frío a cada uno de los recipientes adsorbentes durante una segunda fase de regeneración dirigiendo el gas de regeneración desde la fuente al recipiente respectivo evitando el calentador,
• la temperatura en el calentador no cae 20° C o más por debajo de la temperatura normal de funcionamiento durante el proceso;
en el que se aísla la línea a lo largo de la longitud X de la línea única desde el calentador hasta la unión con la línea que evita el calentador, y opcionalmente la línea a lo largo de la longitud Y desde dicha unión hasta la entrada de gas de regeneración del recipiente adsorbente.
En un décimo aspecto, la presente invención proporciona un aparato según el noveno aspecto, en el que la longitud X de la línea única desde el calentador hasta la unión con la línea que pasa por el calentador está entre 1 m a 9 m.
En un undécimo aspecto, la presente invención proporciona un aparato según el noveno o décimo aspecto, en el que la longitud Y de la línea entre la unión de la línea única del calentador con la que se evita del calentador y la entrada para el gas de regeneración de cada recipiente adsorbente no tiene más de 6 m.
En un duodécimo aspecto, la presente invención proporciona un aparato según los aspectos noveno a undécimo, en el que una línea única de la fuente de gas de regeneración se divide en una línea que conduce al calentador y una línea que lo evita.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
En el proceso de la invención, el ciclo repetido de operación comprende una fase de adsorción, durante la cual una corriente de mezcla de gas de alimentación en una dirección de alimentación a una primera presión y una primera temperatura está en contacto con un adsorbente sólido capaz de adsorber un primer componente para adsorberse con más fuerza y un segundo componente se adsorba con menos fuerza, de modo que dicho primer componente se adsorba en una porción aguas arriba de dicho adsorbente y dicho segundo componente se adsorba principalmente en una porción más aguas abajo de dicho adsorbente.
Después de la fase de adsorción, la corriente de gas de alimentación se detiene y el gas en contacto con el adsorbente se despresuriza a una segunda presión más baja.
Después de la despresurización, las fases de regeneración se llevan a cabo como se ha descrito anteriormente. Durante la primera fase de regeneración, se desorbe principalmente el componente adsorbido con menos fuerza, es decir, el dióxido de carbono, en la porción más aguas abajo (en relación con el flujo de la mezcla de gases durante la fase de adsorción) y en la segunda fase de regeneración, principalmente el segundo componente adsorbido con más fuerza, es decir, se desorbe el agua en la porción aguas arriba del adsorbente.
En el proceso según la presente invención, la diferencia de temperatura entre el valor de temperatura más alto y el más bajo durante la primera fase de regeneración en la entrada de gas de regeneración del recipiente adsorbente es de 20° C o menos. Esto es para asegurar una alta calidad del pulso de calor durante la primera fase de regeneración.
Preferentemente, dicha diferencia de temperatura es de 18° C o menos, más preferentemente de 15° C o menos, más preferentemente de 13° C o menos y lo más preferentemente de 11° C o menos.
Normalmente, la diferencia de temperatura entre el valor de temperatura más alto y el más bajo durante la primera fase de regeneración en la entrada de gas de regeneración del recipiente adsorbente es de 5° C o más.
Esta diferencia de temperatura se determina midiendo continuamente la temperatura en la entrada del gas de regeneración del recipiente adsorbente durante toda la primera fase de regeneración y restando el valor de temperatura medido más alto del más bajo.
Preferentemente, en el proceso de acuerdo con la presente invención, la temperatura objetivo del gas de regeneración caliente en la primera fase de regeneración se selecciona para que sea cualquier temperatura en el intervalo de 20° C a 90° C, preferentemente de 20° C a 80° C, más preferentemente de 20° C a 70° C, aún más preferentemente de 30° C a 70° C, aún más preferentemente de 30° C a 65° C y lo más preferentemente de 30° C a 60° C.
En el proceso de acuerdo con la invención, la temperatura objetivo del gas de regeneración frío en la segunda fase de regeneración se selecciona para que sea cualquier temperatura en el intervalo de 10° C a 65° C, preferentemente de 15° C a 65° C, más preferentemente de 15° C a 60° C y lo más preferentemente de 15° C a 55° C.
La temperatura objetivo es la temperatura máxima en una fase de regeneración inmediata a la superficie superior del lecho adsorbente.
Preferentemente, la diferencia de las temperaturas objetivo del gas de regeneración caliente en la primera fase de regeneración y el gas de regeneración frío en la segunda fase de regeneración es de 15° C o más, más preferentemente de 20° C o más.
La temperatura máxima, es decir, la temperatura más alta medida, del gas de regeneración caliente en la entrada de gas de regeneración del recipiente adsorbente en la primera fase de regeneración es de 45° C o más.
Como se mencionó, el período durante el cual el gas de regeneración calentado pasa sobre el lecho adsorbente es bastante corto en los procesos de TEPSA. Así, en el proceso según la presente invención, la primera fase de regeneración tiene lugar durante 30 minutos o menos, preferentemente 25 minutos o menos, preferentemente 20 minutos o menos, más preferentemente 15 minutos o menos y lo más preferentemente 12 minutos o menos.
Normalmente, la duración de la primera fase de regeneración es de 5 minutos o más, preferentemente de 10 minutos o más.
En el proceso de acuerdo con la presente invención, la segunda fase de regeneración tiene lugar durante 90 minutos o menos, preferentemente 80 minutos o menos, más preferentemente 70 minutos o menos, aún más preferentemente 55 minutos o menos, aún más preferentemente 45 minutos o menos, aún más preferentemente 45 minutos o menos, aún más preferentemente 45 minutos o menos, aún más preferentemente 30 minutos o menos, y lo más preferentemente 25 minutos o menos.
Normalmente, la duración de la segunda fase de regeneración es de 5 minutos o más, preferentemente de 10 minutos o más, y más preferentemente de 15 minutos o más.
En el proceso de acuerdo con la presente invención, el tiempo total del ciclo de regeneración, es decir, incluyendo todas las fases de regeneración (tiempo en línea), es de 120 minutos o menos, preferentemente de 105 minutos o menos, más preferentemente de 90 minutos o menos, aún más preferentemente de 75 minutos o menos, aún más preferentemente 60 minutos o menos, y lo más preferentemente 45 minutos o menos.
Normalmente, el tiempo total del ciclo de regeneración es de 10 minutos o más, preferentemente de 15 minutos o más, y más preferentemente de 30 minutos o más.
Preferentemente, en el proceso de la invención, el calentador, y opcionalmente también la línea aguas abajo con la "longitud crítica X" como se describe a continuación, siempre se mantienen calientes. Esto se hace para mejorar la integridad del pulso de calor durante la primera fase de regeneración. Preferentemente, la línea aguas abajo con la "longitud crítica X" está aislada.
Preferentemente, en el proceso de la invención también se aísla la línea aguas abajo con la "longitud Y" como se describe a continuación. Esto se hace para mejorar la integridad del pulso de calor durante la primera fase de regeneración. El aislamiento también sirve para la protección personal.
La temperatura en el calentador no cae 20° C o más, preferentemente 15° C o más, más preferentemente 10° C o más, y lo más preferentemente 5° C o más por debajo de la temperatura objetivo de la primera fase de regeneración durante todo el proceso. Esto se puede lograr por los medios apropiados, como apagar el calentador solo durante períodos breves o no apagarlo en absoluto durante el proceso, y/o mediante la aplicación de una disposición de línea (tubería normal) que permita que el calentador permanezca en, o cerca de la temperatura normal de funcionamiento todo el tiempo.
Preferentemente, la temperatura en la línea aguas abajo con una longitud X en el extremo opuesto al calentador no cae 25° C o más, preferentemente 20° C o más, más preferentemente 15° C o más, y lo más preferentemente 10° C o más por debajo de la temperatura objetivo de la primera fase de regeneración durante todo el proceso.
En el proceso de la invención, la mezcla de gases a purificar es aire.
El componente menos fuertemente adsorbido a ser adsorbido de la mezcla de gases es el dióxido de carbono. Preferentemente la concentración de CO2 en la mezcla de gases a purificar es de 50 a 2000 ppm, preferentemente de 100 a 1500 ppm, más preferentemente de 100 ppm a 1000 ppm, aún más preferentemente de 200 a 800 ppm y lo más preferentemente de 300 a 600 ppm.
La mezcla de gases a purificar también puede contener N2O, si está presente, siendo la concentración de N2O de 100 a 1000 ppb, preferentemente de 100 a 900 ppb, más preferentemente de 200 a 700 ppb y lo más preferentemente de 300 a 500 ppb.
El componente más fuertemente adsorbido a ser adsorbido de la mezcla de gases es el agua.
En una realización de la invención, la tasa de flujo de la mezcla gaseosa a depurar durante la fase de adsorción es de 250 a 200.000 Nm3hr-1, preferentemente es de 250 a 175.000 Nm3hr-1, más preferentemente de 250 a 125.000 Nm3hr-1, aún más preferentemente de 350 a 100.000 Nm3hr-1, aún más preferentemente de 350 a 50.000 Nm3hr-1, y lo más preferentemente de 500 a 20.000 Nm3hr-1. En otra realización, el flujo del gas de regeneración durante la primera y/o segunda fase de regeneración es de 250 a 150.000 Nm3hr-1, preferentemente es de 250 a 125.000 Nm3hr-1, aún más preferentemente de 250 a 100.000 Nm3hr-1, aún más preferentemente de 250 a 50.000 Nm3hr-1, aún más preferentemente de 250 a 15.000 Nm3hr-1, y lo más preferentemente de 500 a 15.000 Nm3hr-1.
La relación purga/aire (relación P/A) es de 0,1 a 0,9, preferentemente de 0,2 a 0,8, más preferentemente de 0,2 a 0,7, aún más preferentemente de 0,25 a 0,6 y lo más preferentemente de 0,3 a 0,5.
La presión de la mezcla de gases a purificar (la corriente de alimentación) es de 1 a 50 bar, preferentemente de 2 a 45 bar, aún más preferentemente de 3 a 40 bar, aún más preferentemente de 3,5 a 30 bar, aún más preferentemente de 3,5 a 20 bar, y lo más preferentemente de 4 a 10 bar.
Otras realizaciones preferidas del proceso de la invención implican el uso del aparato como se describe a continuación en cualquiera de las realizaciones descritas.
En otro aspecto, la presente invención proporciona un aparato para usar en el proceso de TEPSA descrito en cualquiera de las realizaciones descritas anteriormente que comprende un calentador único y al menos dos recipientes adsorbentes, en el que cada recipiente adsorbente comprende
• una entrada para una mezcla de gases a purificar y una salida para el gas purificado separadas por una trayectoria de flujo que incluye una cámara de flujo que contiene un lecho adsorbente,
• una entrada y una salida para el gas de regeneración separadas por una trayectoria de flujo que incluye dicha cámara de flujo,
comprendiendo además el aparato
• líneas que conectan la fuente de la mezcla de gases a purificar con las entradas para la mezcla de gases de cada recipiente adsorbente,
• una línea que conecta el calentador con la fuente de gas de regeneración
• líneas que conectan el calentador con la entrada para el gas de regeneración de cada recipiente adsorbente, y
• líneas que conectan la fuente del gas de regeneración con la entrada para el gas de regeneración de cada recipiente de absorción que evitan el calentador, en el que una línea única para el gas de regeneración calentado sale del calentador que se divide en líneas que conducen a cada una de las entradas de los recipientes adsorbentes para gas de regeneración individualmente en el que la línea única del calentador se une con una línea única de la fuente de gas de regeneración que ha evitado el calentador para formar una línea de gas de regeneración única y común antes de que esta línea común se divida en líneas que conducen a cada una de las entradas de los recipientes adsorbentes para el gas de regeneración individualmente;
en el que en funcionamiento del aparato
• se proporciona gas de regeneración caliente a cada uno de los recipientes adsorbentes durante una primera fase de regeneración pasando el gas de regeneración desde la fuente hasta el calentador, calentándolo y pasando el gas de regeneración calentado a la entrada de gas de regeneración del respectivo recipiente adsorbente para que el la diferencia de temperatura entre el valor de temperatura más alto y el más bajo durante dicha primera fase de regeneración en la entrada de gas de regeneración del recipiente adsorbente respectivo es de 20° C o menos, y
• se proporciona gas de regeneración frío a cada uno de los recipientes adsorbentes durante una segunda fase de regeneración dirigiendo el gas de regeneración desde la fuente al recipiente respectivo evitando el calentador,
• la temperatura en el calentador no cae 20° C o más por debajo de la temperatura normal de funcionamiento durante el proceso;
caracterizado por que se aísla la línea a lo largo de la longitud X de la línea única desde el calentador hasta el cruce con la línea que evita el calentador, y opcionalmente la línea a lo largo de la longitud Y desde dicho cruce a la entrada de gas de regeneración del recipiente adsorbente.
En una realización particularmente preferida de la invención, la longitud X de la línea única desde el calentador hasta el cruce con la línea que pasa por el calentador está entre 1 m a 9 m, preferentemente entre 1 m a 6 m.
Manteniendo la "longitud crítica X" de la línea entre el calentador y la unión de la línea del calentador con la de la línea que pasa por el calentador entre 1 m y 9 m, se puede proporcionar un pulso de calor especialmente agudo a los lechos adsorbentes durante la primera fase de regeneración.
Como se mencionó anteriormente, se prefiere que en el proceso de la invención el calentador y posiblemente también la línea aguas abajo con la "longitud crítica X" como se describe anteriormente se mantengan siempre calientes. Por lo tanto, es la línea a lo largo de la longitud X la que está aislada.
En una realización preferida del aparato de la invención, una línea única desde la fuente de gas de regeneración se divide en una línea que conduce al calentador y una línea que evita el calentador.
En una realización preferida del aparato de la invención, la longitud total de la línea entre la unión de la línea única del calentador con la que pasa por el calentador y la entrada para el gas de regeneración de cada recipiente adsorbente, "longitud Y", no es más de 6 m, más preferentemente no es más de 4 m, y lo más preferentemente no es más de 3 m.
El aparato según la invención tiene varias ventajas. La aplicación de un calentador único que no está conectado directamente a la boquilla de entrada del recipiente adsorbente ni está contenido en ella permite una disposición más sencilla. Tal disposición simple y más económica también permite un mantenimiento más eficiente, ahorrando así tiempo de mantenimiento y también costes de mantenimiento. Además, como la temperatura del calentador no se reducirá a la temperatura ambiente, se pueden lograr perfiles de temperatura más cuadrados cuando el flujo se evita sobre el calentador y hacia los recipientes adsorbentes con el aparato de la invención. Se reduce la disminución de la temperatura de línea y, por lo tanto, se pueden obtener perfiles de temperatura más definidos a través del aparato inventivo.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Figura 1: Dos recipientes adsorbentes (2 lechos) que contienen disposición de TEPSA con calentadores integrados como se conoce en la técnica;
Figura 2: Dos recipientes adsorbentes (2 lechos) que contienen configuración de TEPSA con calentador externo y línea de evitación;
Figura 3: Disposición simplificada del calentador "pausa en caliente" con la representación de la longitud de línea "X" (Distancia X) y la longitud de línea "Y" (Distancia Y);
Figura 4: Tres recipientes adsorbentes (3 lechos) que contienen la disposición de TEPSA con calentador externo y línea de evitación;
Figura 5: Diagrama que muestra el perfil de temperatura de la corriente de regeneración de TEPSA sin una disposición de calentador de "pausa en caliente" con X = 1 m;
Figura 6: Comparación de diagramas que muestran los perfiles de temperatura de la corriente de regeneración de TEPSA sin una disposición de calentador de "pausa en caliente" con X = 1 m y X = 9 m;
Figura 7: Comparación de diagramas que muestran un perfil de regeneración de "pausa en caliente" y reserva con aislamiento con X = 9 m y un perfil de regeneración de "pausa en caliente" y reserva con aislamiento con X = 1 m.
Figura 8: Comparación de diagramas que muestran un perfil de regeneración de "pausa en caliente" y reserva sin aislamiento con X = 9 m y un perfil de regeneración de "pausa en caliente" y reserva sin aislamiento con X = 1 m.
Figura 9: Comparación de diagramas que muestran un perfil de regeneración de "pausa en caliente" y reserva con aislamiento con X = 1 m, un perfil de regeneración de "pausa en caliente" y reserva sin aislamiento con X = 1 m y un perfil de temperatura de corriente de regeneración sin disposición de calentador de "pausa en caliente" y sin aislamiento con X = 1 m.
Figura 10: Comparación de diagramas que muestran un perfil de regeneración de "pausa en caliente" con X = 9 m con aislamiento frente al perfil de temperatura de la corriente de regeneración sin una disposición de calentador de "pausa en caliente" con X = 9 m.
Figura 11: Comparación de diagramas que muestran un perfil de regeneración de "pausa en caliente" con X = 9 m con aislamiento frente al perfil de temperatura de la corriente de regeneración sin una disposición de calentador de "pausa en caliente" con X = 1 m.
La disposición que se muestra en la figura 1 es una configuración de la técnica anterior para un proceso de TEPSA que muestra cómo se usa actualmente en la práctica. Como puede verse, la disposición no usa (solo) un calentador único para proporcionar gas de regeneración caliente a los lechos adsorbentes, sino que usa calentadores muy cerca de las entradas de gas de regeneración de cada uno de los recipientes adsorbentes, estando presente un calentador individual para el calentamiento del gas de regeneración de cada recipiente.
Por lo tanto, en la figura 1, dos calentadores 62, 62' están ubicados muy cerca de cada recipiente adsorbente 20, 22. Mediante esa configuración, se asegura la integridad del pulso de calor al lecho adsorbente. Sin embargo, la disposición es complicada ya que cada recipiente adsorbente 20, 22 necesita estar equipado con un calentador separado que a su vez significa mayores costes de inversión.
La figura 2 muestra la configuración que se puede utilizar en la presente invención. El gas de regeneración se origina en la fuente de gas de regeneración. Un calentador único 62 está ubicado en la línea de gas de regeneración y está aislado a través de dos válvulas 58 y 60 que controlan la ruta del gas de regeneración. El gas de regeneración puede así dirigirse a través del calentador 62 a través de la válvula 60 abierta o puede evitar el calentador con la válvula 60 cerrada y con la válvula 58 abierta. En una distancia X, la línea que sale del calentador en dirección al recipiente adsorbente (representado como "recipientes adsorbentes, 20, 22"; véase la figura 3) se une con la línea de evitación para el gas de regeneración frío controlado a través de la válvula 58. La longitud de la línea X hasta dicho cruce se representa en la figura 3 como distancia X y siempre se mantiene caliente, por medios que incluyen el aislamiento de dicha línea. La figura 3 representa además la longitud de la línea Y (Distancia Y), en la que no se muestra la entrada de gas de regeneración (representada únicamente como "a los recipientes adsorbentes, 20, 22"). La longitud de la línea Y es la distancia entre la unión antes mencionada (es decir, la unión de la línea que sale del calentador en dirección al recipiente adsorbente con la longitud X y la línea de evitación para el gas de regeneración frío controlado a través de la válvula 58) y la regeneración entrada de gas de los recipientes adsorbentes. Debe notarse que la longitud Y se mide para cada línea que va desde dicha unión hasta el recipiente adsorbente respectivo individualmente. Los detalles de dicha disposición de calentador de "pausa en caliente" también se muestran en la figura 3.
Según la figura 2, el aire a purificar (la corriente de alimentación) se suministra a un sistema de compresor de aire principal 10 en una entrada 12 en la que se comprime mediante un compresor multietapa con refrigeración intermedia y posterior por intercambio de calor con agua. El aire comprimido enfriado se suministra a un colector de entrada 14 que contiene válvulas de control de entrada 16 y 18 a las que se conecta un par de recipientes que contienen un lecho adsorbente 20 y 22. El colector de entrada está conectado aguas abajo de las válvulas de control 16 y 18 por un colector de ventilación 24 que contiene válvulas de ventilación 26, 28 que sirven para cerrar y abrir conexiones entre el extremo aguas arriba de los respectivos recipientes adsorbentes 20 y 22 y una ventilación 30 a través de un silenciador 32. Cada uno de los dos lechos adsorbentes 20 y 22 contiene al menos dos adsorbentes. El adsorbente del extremo de alimentación se designa con los números 34, 34' en los lechos respectivos y el adsorbente del extremo del producto con los números 36, 36'.
El aparato tiene una salida 38 conectada a los extremos aguas abajo de los dos recipientes adsorbentes 20, 22 por un colector de salida 40 que contiene válvulas de control de salida 42, 44.
El colector de salida 40 está puenteado por un colector de gas de regeneración 46 que contiene válvulas de control de gas de regeneración 48 y 50. Aguas arriba del colector de gas de regeneración 46, una línea 52 que contiene una válvula de control 54 también se conecta a través del colector de salida 40. Se proporciona una entrada para el gas de regeneración en 56 que, a través de las válvulas de control 58 y 60, está conectada para pasar el gas de regeneración a través de un calentador 62 o a través de una línea de evitación 64 al colector de gas de regeneración 46.
El funcionamiento de las válvulas puede controlarse mediante medios de funcionamiento de válvula y temporización programables adecuados, como se conoce en la técnica (no ilustrados).
En funcionamiento, el aire se comprime en el sistema de compresor de aire principal 10 y se alimenta al colector de entrada 14 y pasa a través de uno de los dos recipientes que contienen adsorbente. Comenzando desde una posición en la que el aire pasa a través de la válvula abierta 16 al recipiente adsorbente 20, y a través de la válvula abierta 42 a la salida 38, la válvula 18 en el colector de entrada se habrá cerrado para cortar el suministro de aire al recipiente 22 para la purificación. La válvula 44 también se habrá cerrado. En esta etapa se cierran las válvulas 48, 50, 54 y 26. El lecho 20 está así en línea y el lecho 22 se va a regenerar.
Para comenzar la despresurización del lecho 22, se abre la válvula 28 y una vez que la presión en el recipiente 22 ha caído al nivel deseado, la válvula 28 se mantiene abierta mientras se abre la válvula 50 para comenzar un flujo de gas regenerador. El gas de regeneración será típicamente un flujo seco de CO2 - libre de nitrógeno obtenido de la caja fría de la unidad de separación de aire, que posiblemente contenga pequeñas cantidades de argón, oxígeno y otros gases, al que se hace pasar el aire purificado en el aparato ilustrado. La válvula 60 se cierra y la válvula 58 se abre para que el gas de regeneración se caliente a una temperatura de, por ejemplo, 70° C antes de pasar al recipiente 22. Aunque el gas de regeneración entra en el recipiente 22 a la temperatura elevada seleccionada, se enfría muy ligeramente cediendo calor para desorber el dióxido de carbono de la porción adsorbente superior aguas abajo 36' en el recipiente. Dado que el pulso de calor se retiene en el sistema, el gas de purga de salida emerge de la salida de ventilación 30 en un estado enfriado. Progresivamente, una ola de calor se mueve a través del adsorbente superior 36' a medida que se elimina el dióxido de carbono. Después de un período deseado, mientras el pulso de calor se encuentra parcialmente a través del adsorbente superior 36', la válvula 58 se cierra y la válvula 60 se abre de manera que el flujo de gas regenerador ahora se enfría. El gas de regeneración enfriado desplaza aún más el pulso de calor a través del adsorbente superior 36'.
Mientras que el adsorbente superior ha sido así regenerado por TSA, el gas de regeneración frío ha continuado fluyendo a través del adsorbente aguas arriba inferior 34' y en virtud de su presión reducida ha desorbido agua y dióxido de carbono del adsorbente aguas arriba 34' por PSA. Al final del período de regeneración asignado, la válvula 50 puede cerrarse para detener el flujo de gas de regeneración y la válvula 54 puede abrirse para desplazar el nitrógeno del adsorbente y, después del cierre de la válvula 28, volver a presurizar el recipiente 22 con aire purificado. Posteriormente, la válvula 54 puede cerrarse y las válvulas 18 y 44 pueden abrirse para volver a poner el recipiente 22 en línea. El calor residual que queda en el lecho puede ser eliminado por el aire purificado como un pulso de temperatura que puede eliminarse en un intercambiador de calor aguas abajo. A continuación, el recipiente 20 puede regenerarse de manera similar y toda la secuencia puede continuar con los recipientes en línea, despresurizándose, regenerándose, represurizándose y volviendo a estar en línea en ciclos de funcionamiento por fases.
De acuerdo con la invención, el pulso de calor durante la regeneración no penetra hasta el límite de la porción del adsorbente en la que se adsorbe el agua. Esta estará en algún lugar dentro de la región 34, 34' por debajo del límite con la región 36, 36' que se muestra en los dibujos. Las proporciones reales de las regiones 34, 34' y 36, 36' dependen de las condiciones operativas, por ejemplo, presión de alimentación, temperatura de alimentación, tiempo de ciclo y relación purga/aire.
La figura 4 muestra una solución inventiva de tres recipientes adsorbentes para la aplicación de "pausa en caliente", en la que, en lugar de utilizar tres calentadores separados, se instala un calentador único y se "comparte" en una posición adecuada entre los recipientes adsorbentes. Tal disposición aporta mucha sencillez y es más sostenible, ya que también ahorra energía, tiempo de mantenimiento y se puede ejecutar de manera más eficiente.
Ejemplos
Se realizaron simulaciones para probar la integridad (forma) del pulso de calor enviado a los recipientes adsorbentes durante la primera fase de regeneración en disposiciones con y sin "pausa en caliente".
La disposición "con calentador de pausa en caliente" corresponde a la que se muestra en la figura 3. Los experimentos se realizaron en una disposición de TEPSA según la figura 2, en la que se utilizó un "calentador de pausa en caliente" correspondiente al de la figura 3. En la disposición "sin calentador de pausa en caliente", todo el gas de regeneración pasa a través del calentador, que en consecuencia debe apagarse después del calentamiento del gas de regeneración necesario en la primera fase de regeneración y se vuelve a encender solo al principio de la siguiente primera fase de regeneración para calentar el gas de regeneración a la temperatura deseada.
Además, se llevaron a cabo experimentos con una disposición de calentador de "pausa en caliente" con y sin tubería aislada.
La disposición de prueba utilizada para los experimentos tenía un flujo máximo disponible de 1500 Nm3 hr-1. El trabajo de las tuberías y del calentador era de 4" y 24 kW, respectivamente.
El flujo se midió aguas arriba del calentador usando un medidor de flujo de codo y la presión se midió aguas arriba y aguas abajo del calentador.
Se colocaron termopares:
a) aguas arriba del calentador, para medir la temperatura del gas a fin de medir el aumento de temperatura a través del calentador;
b) en una ubicación ambiental, para los cálculos de pérdida de calor; y
c) a 0,2 m, 1 m y luego a intervalos de 1 m hasta 9 m, lo que permite múltiples curvas simultáneas de temperatura versus tiempo a distancias crecientes del calentador.
La tasa de flujo de aire describe la tasa de flujo de alimentación de la corriente de alimentación a los recipientes de TEPSA. Como la disposición experimental aplicado solo modeló el calentamiento del gas de regeneración, se utilizó la tasa de flujo de purga. Por lo tanto, a continuación, la tasa de flujo de aire describe la tasa de flujo de purga. La tasa de flujo de purga sigue siendo la misma para las etapas de calentamiento y refrigeración. En la disposición de pausa en caliente, el flujo a través de la disposición de prueba se reduce a cero para imitar el gas estancado en el calentador.
AT se define como la diferencia entre la temperatura de la corriente de alimentación a los recipientes de TEPSA y la temperatura de regeneración en la parte superior del lecho adsorbente. Para todos los ejemplos, la AT requerida es de 30°, por lo tanto, la AT lograda durante los experimentos debe ser de al menos 30°C. Esto significa para todos los ejemplos que la AT requerida de 30° C es el aumento de temperatura mínimo en la temperatura de la corriente que debe lograrse para cumplir con los requisitos de regeneración. Este requisito se cumple en todos los ejemplos. Ejemplo Comparativo 1 (CE1)
Para el Ejemplo Comparativo 1 se aplicaron las condiciones que se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1: Condiciones experimentales para los Ejemplos Comparativos 1 y 2.
Figure imgf000011_0001
CE1, véase el diagrama de la figura 5, muestra la progresión del pulso de temperatura que sale de un calentador desde la posición fría, por lo que no se aplica la "pausa en caliente". El calentador se instala en la línea común que proporciona gas de regeneración desde una fuente de gas de regeneración al proceso de TEPSA. El tiempo de calentamiento es de 10 minutos. La temperatura se mide a una distancia de X = 1 m aguas abajo del calentador. Como puede verse en la figura 5, hay una progresión lenta del aumento del pulso de temperatura. Después de apagar el calentador, todavía se suministra calor a los lechos adsorbentes, ya que el calentador y las tuberías asociadas se enfrían con el gas que ahora debería ser la purga "fría" de los lechos adsorbentes.
Ejemplo Comparativo 2 (CE2)
Para el ejemplo comparativo 2 se aplicaron las condiciones de prueba y la configuración como se usa para CE1. Sin embargo, la temperatura se midió a una distancia de X = 9 m aguas abajo del calentador. Los resultados se muestran en la figura 6. En la figura 6 se comparan los perfiles de temperatura a una distancia X = 1 m para CE1 y a una distancia X = 9 m para CE2, respectivamente. Se puede ver que hay un deterioro adicional del pulso de calor cuanto más se aleja el calentador del recipiente adsorbente. A medida que aumenta la distancia desde el calentador, la temperatura de la corriente aumenta más lentamente y la temperatura máxima (a los 10 min) es más baja.
La tasa de disminución de la temperatura de la corriente durante la etapa de refrigeración es menor a distancias más alejadas del calentador (véase la figura 6). La diferencia es tal que durante un breve período de tiempo después de apagar el calentador, la temperatura de la corriente más alejada del calentador es más alta que justo después del calentador. Esta diferencia puede ser tan significativa como 5° C, es decir, en un momento dado durante la etapa de refrigeración. La temperatura de la corriente a 9 m era 5° C más alta que la temperatura de la corriente a 1 m.
Ejemplo inventivo 1 (IE1)
Para el Ejemplo Inventivo 1 se han aplicado las condiciones mostradas en la Tabla 2.
Tabla 2: Condiciones experimentales para el Ejemplo Inventivo 1.
Figure imgf000012_0001
Se utilizó una configuración de "pausa en caliente" para el calentador y se aplicó aislamiento. El material aislante aplicado es fibra reciclada.
En el caso de ciclos de temperatura bajos y cortos (< 70° C, < 10 min), una gran parte de la degradación del pulso de calor es causada por la masa térmica de la tubería, así como por el propio calentador. Por lo tanto, el aislamiento es principalmente útil para evitar la pérdida de calor hacia el medio ambiente, es decir, para evitar que las piezas "en pausa en caliente" se enfríen cuando no se utilizan. Además, al mantener el calentador en el modo de pausa en caliente, se evita que el calentador se enfríe con gas de regeneración frío.
La temperatura se midió a una distancia de X = 1 m y X = 9 m (Distancia X) desde la ubicación física del calentador. La tubería aguas abajo se mantuvo caliente mientras la purga fría se dirigía a través de la evitación cerrando la válvula 58 y abriendo la válvula 60 (véase la figura 3).
La figura 7 muestra los perfiles de temperatura de las medidas para IE1 con disposición pausa en caliente con aislamiento con X = 1 m y X = 9 m. Se observa un deterioro adicional del pulso de calor cuanto más se aleja el calentador del recipiente adsorbente.
Ejemplos inventivos 2 (IE 2)
Las condiciones experimentales aplicadas para IE2 se muestran en la Tabla 3 a continuación.
Tabla 3: Condiciones experimentales para los ejemplos inventivos 2.
Figure imgf000012_0002
En la figura 8 se muestran los perfiles de temperatura para las medidas de IE2 con disposición pausa en caliente sin aislamiento con X = 1 m y X = 9 m. Como se puede ver claramente, hay un deterioro adicional del pulso de calor cuanto más se aleja el calentador del recipiente adsorbente. Este hallazgo está en línea con el hallazgo de disposiciones que no son de "pausa en caliente" como ya se muestra en la figura 6.
Además, de la figura 8 se puede deducir que las temperaturas máximas para IE2 con X = 1 m y X = 9 m son más bajas en comparación con IE1. Esto se remonta a la falta de aislamiento.
A continuación, los resultados para tiempos de aumento de temperatura de 30° C para CE1 y CE2, así como para IE 2, se enumeran en la Tabla 4 a continuación.
Tabla 4: Tiempos de aumento de temperatura de 30° C para CE1, CE2 e IE 2.
Figure imgf000012_0003
De la tabla 4 se puede deducir que la distancia X tiene un impacto importante en el tiempo de aumento de temperatura, como se muestra claramente por los diferentes valores para el tiempo de aumento de AT con respecto a CE1, CE2 e IE2. Además, también se muestra que una disposición de "pausa en caliente" reduce significativamente el tiempo de subida de AT.
En la Tabla 5 se muestran los resultados de las mediciones en cuanto al efecto pausa en caliente con y sin aislamiento con X = 1 m. Se comparan el pico de temperatura y el tiempo de aumento de AT de CE1, así como IE1 e IE2. Las conclusiones se proporcionan en la Tabla 5.
Tabla 5: Resultados en el efecto de pausa en caliente.
Observación (en X = 1 m), comparando disposición sin pausa en caliente, CE1 con disposiciones pausa en caliente de IE1 e IE2)
Figure imgf000013_0002
Conclusión Conclusión
El funcionamiento con modo de pausa en caliente y evitación en frío El funcionamiento con modo de pausa aumenta el pico de temperatura, mientras que el modo de pausa en en caliente y evitación en frío reduce el caliente con aislamiento aumenta aún más el pico de temperatura tiempo para alcanzar la corriente AT.
La figura 9 muestra los perfiles de temperatura de CE1, IE1 e IE para una distancia de X = 1 m.
La comparación de los ejemplos de la invención con el ejemplo comparativo muestra claramente que el modo de pausa en caliente y el modo de pausa en caliente con aislamiento han mejorado el pico de temperatura y el tiempo de subida.
Las figuras 10 y 11 proporcionan comparaciones de los perfiles de temperatura obtenidos para IE1 para X = 9 m con los resultados obtenidos para CE1, véase la figura 11, y CE2, véase la figura 10.
La figura 11 muestra los perfiles de temperatura de CE1 (X = 1 m) e IE1 (X = 9 m).
Como se puede ver claramente para IE1 al compararlo con CE1, la caída de temperatura al inicio del proceso de calentamiento inmediatamente a la salida del calentador, es decir, la diferencia entre el valor de temperatura más alto y bajo durante dicha primera fase de regeneración se reduce de 45° C a aproximadamente 12° C. Se muestra un efecto similar en comparación con CE2. Por lo tanto, las condiciones y disposiciones aplicados para IE1 permiten introducir una cantidad mucho más significativa de calor de alto grado en el proceso de TEPSA. Además, se pueden obtener temperaturas máximas más altas. Además, se necesita menos energía para alcanzar la temperatura máxima ya que la diferencia entre el valor de temperatura más alto y bajo durante la primera fase de regeneración se reduce significativamente.
En la Tabla 6 se muestran los resultados de las mediciones para CE1 con X = 1 m e IE1 con X = 9 m (las curvas de temperatura se muestran en la figura 11). Se comparan el pico de temperatura y el tiempo de subida de AT de CE1 e IE1. Las conclusiones se proporcionan en la Tabla 6 a continuación.
Tabla 6: Comparación del efecto pausa en caliente con aislamiento y sin pausa en caliente y aislamiento con longitud variable X.
Comparando X = 1 m (disposición sin pausa en caliente, CE1) frente a X = 9 m (disposición pausa en caliente, IE1) Pico de temperatura Tiempo de subida ñ T
CE1 inferior que IE1
Figure imgf000013_0001
CE1 más largo que IE1
Conclusión Conclusión
El funcionamiento con modo de pausa en caliente y evitación en El funcionamiento con modo de pausa en caliente frío aumenta el pico de temperatura incluso en una longitud de X y evitación en frío reduce el tiempo para alcanzar = 9 m. la corriente AT.
Como puede deducirse de la figura 11 y la Tabla 6, en caso de pausa en caliente con aislamiento, IE1 (consulte las curvas de puntos y rayas superiores respectivas), el pico de temperatura y el tiempo de aumento de AT mejoran incluso si la longitud X se extiende de X = 1 m (CE1) a X = 9 m (IE1). La comparación de CE2 (X = 9 m) con IE1 (X = 9 m) como se representa en la figura 10 muestra una diferencia aún mayor entre la disposición inventiva de pausa en caliente con aislamiento y una configuración convencional.
Si bien los principios de la invención se han descrito anteriormente en relación con las realizaciones preferidas, debe entenderse claramente que esta descripción se hace únicamente a modo de ejemplo y no como una limitación del alcance de la invención.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Un proceso de adsorción por cambio de presión con aumento de temperatura (TEPSA) para la purificación previa de aire antes de una destilación criogénica para eliminar al menos dos componentes, incluyendo dióxido de carbono y agua, de una mezcla de gases, comprendiendo dicho proceso el uso de un calentador único (62) y al menos dos recipientes adsorbentes (20, 22), en cada uno de los cuales se realizan ciclos repetidos que comprenden una fase de adsorción y posteriores fases de regeneración de la siguiente manera:
en la fase de adsorción se hace pasar dicha mezcla gaseosa en una primera dirección a través de un lecho adsorbente contenido en el recipiente adsorbente (20, 22), de manera que dicha mezcla gaseosa se purifica mediante la adsorción de dichos al menos dos componentes en el lecho adsorbente en el que dicha agua se adsorbe en una porción aguas arriba de dicho adsorbente y dicho dióxido de carbono se adsorbe en una porción aguas abajo de dicho adsorbente,
despresurización de los recipientes adsorbentes,
en una primera fase de regeneración en la que se desorbe dicho dióxido de carbono, se pasa a través del lecho adsorbente (20, 22) un gas de regeneración caliente que tiene una temperatura objetivo que se selecciona para que sea cualquier temperatura en el intervalo de 20° C a 100° C en una dirección de flujo opuesta a la dirección de flujo durante la fase de adsorción durante 30 minutos o menos, y
en una segunda fase de regeneración en la que se desorbe dicha agua, un gas de regeneración frío que tiene una temperatura objetivo que se selecciona para que sea cualquier temperatura en el intervalo de 5° C a 65° C se pasa a través del lecho adsorbente (20, 22) en una dirección del flujo opuesta a la dirección del flujo durante la fase de adsorción durante 90 minutos o menos,
en el que el tiempo total del ciclo de regeneración (tiempo en línea) es de 120 minutos o menos;
en el que
el gas de regeneración caliente se proporciona a cada uno de los recipientes adsorbentes (20, 22) pasando el gas de regeneración desde la fuente del gas de regeneración a dicho calentador (62) donde se calienta, y pasando el gas de regeneración caliente que sale del calentador al recipiente respectivo, y
el gas de regeneración frío se proporciona a cada uno de los recipientes adsorbentes (20, 22) dirigiendo el gas de regeneración desde la fuente al recipiente respectivo sin pasar por el calentador (62), y
el gas de regeneración caliente se proporciona a los recipientes adsorbentes (20, 22) a través de una línea única que sale del calentador (62) y que se divide en líneas que conducen a cada uno de los recipientes adsorbentes individualmente en el que la línea única del calentador se une con una línea única (64) de la fuente de gas de regeneración que ha evitado el calentador para formar una línea única de gas de regeneración común antes de que esta línea común se divida en
líneas que conducen a cada uno de los recipientes adsorbentes individualmente,
caracterizado por que
la temperatura en el calentador no cae 20° C o más por debajo de la temperatura objetivo de la primera fase de regeneración durante todo el proceso; y
en el que se aísla la línea a lo largo de X de la línea única desde el calentador (62) hasta la unión con la línea que evita el calentador, y opcionalmente la línea a lo largo de Y desde dicha unión hasta la entrada de gas de regeneración del recipiente adsorbente,
siendo la diferencia de temperatura entre el valor de temperatura más alto y bajo durante dicha primera fase de regeneración en la entrada de gas de regeneración del recipiente adsorbente (20, 22) 20° C o menos.
2. Un proceso según la reivindicación 1, en el que la diferencia de temperatura entre el valor de temperatura más alto y bajo durante dicha primera fase de regeneración en la entrada de gas de regeneración del recipiente adsorbente (20, 22) es de 15° C o inferior.
3. Un proceso según la reivindicación 1 o 2, en el que el gas de regeneración caliente en la primera fase de regeneración tiene una temperatura objetivo que se selecciona para que sea cualquier temperatura en el intervalo de 20° C a 70° C.
4. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el gas de regeneración frío en la segunda fase de regeneración tiene una temperatura objetivo que se selecciona para que sea cualquier temperatura en el intervalo de 10° C a 55° C.
5. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la diferencia de las temperaturas objetivo del gas de regeneración caliente en la primera fase de regeneración y el gas de regeneración frío en la segunda fase de regeneración es de 15° C o más.
6. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la temperatura máxima del gas de regeneración caliente en la primera fase de regeneración es de 45° C o más.
7. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera fase de regeneración tiene lugar durante 20 minutos o menos.
8. Un proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la segunda fase de regeneración tiene lugar durante 80 minutos o menos.
9. Aparato para su uso en el proceso de TEPSA según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un calentador único (62) y al menos dos recipientes adsorbentes (20, 22), en el que cada recipiente adsorbente comprende
- una entrada para una mezcla de gases a purificar y una salida para el gas purificado separadas por una trayectoria de flujo que incluye una cámara de flujo que contiene un lecho adsorbente,
- una entrada y una salida para el gas de regeneración separadas por una trayectoria de flujo que incluye dicha cámara de flujo,
comprendiendo además el aparato
- líneas (12, 24) que conectan la fuente de la mezcla gaseosa a purificar con las entradas para la mezcla gaseosa de cada recipiente adsorbente (20, 22),
- una línea (56) que conecta el calentador (62) con la fuente de gas de regeneración,
- líneas (46) que conectan el calentador (62) con la entrada para el gas de regeneración de cada recipiente adsorbente (20, 22), y
- conductos (56, 64, 46) que conectan la fuente de gas de regeneración con la entrada de gas de regeneración de cada recipiente absorbedor (20, 22) que evitan el calentador (62), de donde sale un único conducto de gas de regeneración calentado el calentador (62) que se divide en líneas que conducen a cada una de las entradas del recipiente adsorbente para el gas de regeneración individualmente, en el que la línea única del calentador se une con una línea única (64) de la fuente de gas de regeneración que ha evitado el calentador para formar una línea única de gas de regeneración común antes de que esta línea común se divida en líneas (46) que conducen a cada una de las entradas de los recipientes adsorbentes para el gas de regeneración individualmente;
en el que en funcionamiento del aparato
- se proporciona gas de regeneración caliente a cada uno de los recipientes adsorbentes (20, 22) durante una primera fase de regeneración haciendo pasar el gas de regeneración desde la fuente hasta el calentador (62), calentándolo y pasando el gas de regeneración calentado al gas de regeneración entrada del recipiente adsorbente (20, 22) respectivo, de modo que la diferencia de temperatura entre el valor de temperatura más alto y el más bajo durante dicha primera fase de regeneración en la entrada de gas de regeneración del recipiente adsorbente respectivo sea de 20° C o menos y
- se proporciona gas de regeneración frío a cada uno de los recipientes adsorbentes (20, 22) durante una segunda fase de regeneración dirigiendo el gas de regeneración desde la fuente al recipiente respectivo sin pasar por el calentador (62),
- la temperatura en el calentador no desciende 20° C o más por debajo de la temperatura normal de funcionamiento durante el proceso;
en el que se aísla la línea a lo largo de la longitud X de la línea única desde el calentador hasta la unión con la línea que evita el calentador, y opcionalmente la línea a lo largo de Y desde dicha unión hasta la entrada de gas de regeneración del recipiente adsorbente.
10. Un aparato según la reivindicación 9, en el que la longitud X de la línea única desde el calentador hasta la unión con la línea que evita el calentador está entre 1 m a 9 m; y/o
en el que la longitud total de la línea entre la unión de la línea única del calentador con la que pasa por el calentador y la entrada para el gas de regeneración de cada recipiente adsorbente, longitud Y, no es superior a 6 m.
11. Un aparato según las reivindicaciones 9 o 10, en el que una línea única (56) desde la fuente de gas de regeneración se divide en una línea que conduce al calentador (62) y una línea que evita el calentador.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10895417B2 (en) * 2016-03-25 2021-01-19 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method for the production of air gases by the cryogenic separation of air with improved front end purification and air compression
WO2019190816A1 (en) 2018-03-30 2019-10-03 Exxonmobil Research And Engineering Company Staged removal of aromatics in naphtha reforming
US11137205B2 (en) 2018-12-21 2021-10-05 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method and apparatus for eliminating heat bumps following regeneration of adsorbers in an air separation unit
US11029086B2 (en) 2018-12-21 2021-06-08 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method and apparatus for reducing process disturbances during pressurization of an adsorber in an air separation unit
KR20220011158A (ko) 2019-05-22 2022-01-27 시온 파워 코퍼레이션 전기적으로 결합된 전극, 및 관련 물품 및 방법
CN110787587A (zh) 2019-11-08 2020-02-14 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 一种空分纯化均压系统及控制方法
EP3900809A1 (en) * 2020-04-23 2021-10-27 Linde GmbH Process and apparatus for removing unwanted components from a gas mixture
US20230275256A1 (en) 2020-08-03 2023-08-31 Sion Power Corporation Electrochemical cell clamps and related methods
EP4311594A1 (en) * 2022-07-29 2024-01-31 Linde GmbH Method and apparatus for temperature swing adsorption

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4233038A (en) * 1979-08-06 1980-11-11 Air Products And Chemicals, Inc. Reactivation system for water-carbon dioxide adsorbers
US4409006A (en) * 1981-12-07 1983-10-11 Mattia Manlio M Removal and concentration of organic vapors from gas streams
JPS60139311A (ja) 1983-12-28 1985-07-24 Hitachi Ltd 吸着塔の再生方法
JP3416391B2 (ja) * 1995-05-25 2003-06-16 日本酸素株式会社 空気液化分離装置の前処理方法及び装置
US5614000A (en) * 1995-10-04 1997-03-25 Air Products And Chemicals, Inc. Purification of gases using solid adsorbents
US5669962A (en) * 1996-03-15 1997-09-23 Uop Rapid thermal swing dryer for compressed gases
US5855650A (en) * 1997-09-09 1999-01-05 Air Products And Chemicals, Inc. Purification of gases using solid adsorbents
FR2825291A1 (fr) 2001-06-01 2002-12-06 Air Liquide Procede de traitement d'un gaz par adsortion et installation de mise en oeuvre du procede
JP3545377B2 (ja) 2001-08-07 2004-07-21 日本酸素株式会社 空気液化分離用空気の精製装置および方法
GB0227222D0 (en) * 2002-11-21 2002-12-24 Air Prod & Chem Apparatus for use in regenerating adsorbent
JP4608444B2 (ja) * 2006-02-06 2011-01-12 日本エア・リキード株式会社 圧縮空気製造方法および製造装置
CN2917755Y (zh) * 2006-06-02 2007-07-04 郑州凯乐生物能有限公司 乙醇脱水吸附塔吸附剂再生装置
FR2911289A1 (fr) * 2007-01-17 2008-07-18 Air Liquide Purification d'un melange h2/co avec controle avance du rechauffeur de regeneration
US7846237B2 (en) * 2008-04-21 2010-12-07 Air Products And Chemicals, Inc. Cyclical swing adsorption processes
JP5577044B2 (ja) * 2009-03-11 2014-08-20 大陽日酸株式会社 空気の精製方法
FR2952553B1 (fr) * 2009-11-19 2012-06-01 Air Liquide Procede de purification d'un flux gazeux mettant en oeuvre un contacteur a passages paralleles presentant une conservation de ses performances
US20110271833A1 (en) * 2010-05-05 2011-11-10 Air Products And Chemicals, Inc. Adsorbent Bed Support
US8734571B2 (en) 2012-05-31 2014-05-27 Air Products And Chemicals, Inc. Purification of air
PL2854989T3 (pl) * 2012-05-31 2018-11-30 Air Products And Chemicals, Inc. Oczyszczanie powietrza
US9108145B2 (en) 2013-05-16 2015-08-18 Air Products And Chemicals, Inc. Purification of air
KR101586841B1 (ko) * 2015-02-02 2016-01-19 대우조선해양 주식회사 제습베드 재생가스의 나선식 분산장치

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Publication number Publication date
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EP3199222A1 (en) 2017-08-02
CN206463734U (zh) 2017-09-05
TWI634936B (zh) 2018-09-11
US20170216761A1 (en) 2017-08-03
KR20170091008A (ko) 2017-08-08
SG10201700532QA (en) 2017-08-30
CN107019992B (zh) 2020-03-13

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