ES2988752T3 - Adsorbente mejorado de tamiz molecular de carbono para adsorción por PSA de ciclo rápido - Google Patents

Adsorbente mejorado de tamiz molecular de carbono para adsorción por PSA de ciclo rápido Download PDF

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Abstract

En este documento se describen procesos de adsorción por oscilación de presión (PSA) de ciclo rápido para separar O2 de N2 y /o Ar. Los procesos utilizan un adsorbente de tamiz molecular de carbono (CMS) que tiene una selectividad cinética de O2/N2 y/o O2/Ar de al menos 5 y una tasa de adsorción de O2 (1/s) de al menos 0,2000, determinada por un modelo de fuerza impulsora lineal a 1 atma y 86 °F. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Adsorbente mejorado de tamiz molecular de carbono para adsorción por PSA de ciclo rápido
Campo técnico
La presente invención se refiere a un procedimiento de adsorción por oscilación de presión (PSA, por sus siglas en inglés) de ciclo rápido para separar O2 de N2 y/o de Ar usando adsorbentes de tamiz molecular de carbono (CMS, por sus siglas en inglés).
Antecedentes
Los procedimientos PSA se han usado durante mucho tiempo en la separación de los componentes del aire. El uso de adsorbentes de tamices moleculares de carbono (CMS) para separar variedades de mezclas de gases también se conoce desde hace varias décadas (Walker, Jr., P. L., "Molecular Sieves" (“Tamices moleculares”), Mineral Industries, 1966).
El adsorbente de tamiz molecular de carbono (CMS) se deriva normalmente del procesamiento de distintas materias primas tales como productos vegetales (materiales de residuos de madera, cáscaras de coco, cáscaras de nuez, granos de fruta), carbones minerales, residuos de aceites minerales, residuos de resina, etc. mediante una variedad de métodos (documento US 3.801.513; documento US 4,458,022; Nakao, Y., “Control of Micro-pores of Molecular Sieving Carbon by Impregnation of Hydrocarbons and Heat Treatment”, (“Control de microporos de carbono molecular de tamizado mediante impregnación con hidrocarburos y tratamiento térmico”), presentado en la 20th Spring Chemical Industrial Convention (vigésima Convención Industrial Química de Primavera), 1987), en los que en última instancia los microporos están parcialmente bloqueados con partículas finas de carbono que o bien estrechan los poros o bien cambian la distribución del tamaño de poro, cambiando así las propiedades de tamizado molecular. Seleccionar una materia prima apropiada que proporcione la estructura de microporos inicial y mantener los parámetros de trabajo apropiados (tipo de aglutinante, tiempo y temperatura de carbonización, tipo de hidrocarburo y concentración para el craqueo final, tiempo y temperatura de craqueo, adición de flujo inerte durante el enfriamiento, etc.) son los factores clave para obtener un adsorbente de CMS adecuado para la separación selectiva por tamaño.
El documento US 4,742,040 describe varios procedimientos para fabricar un tamiz molecular de carbono con capacidad y selectividad mejoradas que se puede aplicar a la separación de nitrógeno del aire. El documento US 5,098,880 describe un procedimiento en dos etapas de fabricación de un tamiz molecular de carbono que tiene una cinética de oxígeno más rápida y una alta selectividad cinética de oxígeno respecto del nitrógeno. El documento US 5,164,355 describe un método para producir un adsorbente de tamiz molecular de carbono de alta densidad y alta capacidad que puede usarse como material receptor para modificación adicional para producir un tamiz molecular eficaz de carbono selectivo de oxígeno. El documento US 5,972,834 describe un método de fabricación de tamices moleculares de carbono adecuados para separar oxígeno y nitrógeno del aire, que implica principalmente tratamientos de halogenación y deshalogenación, seguidos de un tratamiento de ajuste de poros usando un hidrocarburo térmicamente descomponible (seleccionado entre benceno o tolueno) sobre un carbón carbonizado (derivado de cáscara de coco o resina fenólica). El documento US 6,916,358 describe varios adsorbentes de tamices moleculares de carbono para separar nitrógeno de una mezcla de gases que contiene nitrógeno y oxígeno.
Por tanto, como se ha expuesto anteriormente, existen metodologías establecidas para producir adsorbentes de tamices moleculares de carbono (CMS) y para "ajustar" las propiedades de un CMS de manera que muestre una alta selectividad cinética para oxígeno respecto de nitrógeno u oxígeno respecto de argón. Se introducen microporos selectivos en el adsorbente donde la boca del poro controla la cinética del oxígeno, nitrógeno o argón. Por lo tanto, esta boca de poro o entrada de poro se considera la dimensión crítica para la difusión. Tales microporos pueden presentar una selectividad muy alta; sin embargo esto se consigue generalmente a expensas de las velocidades de adsorción globales. La velocidad de adsorción en adsorbentes CMS está, por lo tanto, inversamente correlacionada con la selectividad cinética. Este comportamiento puede explicarse por el modelo presentado por Nguyen y Do (Nguyen, C.; Do, D. D., "Dual Langmuir kinetic model for adsorption in carbon molecular sieve", (“Modelo cinético Langmuir doble para la adsorción en tamiz molecular de carbono”) Langmuir, volumen 16, páginas 1868-1873, 2000).
Más recientemente, ha habido un considerable interés en la intensificación de los procesos de separación. En dispositivos cíclicos tales como PSA y TSA, reducir el tiempo de ciclo es el medio principal de conseguir más producción a partir de una cantidad dada de material. Sin embargo, a medida que se reduce el tiempo de ciclo, los dispositivos cíclicos normalmente se enfrentan al problema de la disminución de la capacidad de trabajo por ciclo para el componente de interés, la disminución de la recuperación de producto y el aumento de la caída de presión.
Los desarrollos recientes en procesos de PSA implican el uso de adsorbentes estructurados complejos, tales como estructuras adsorbentes laminadas cinéticamente selectivas relativamente rápidas, para aumentar la productividad. Por ejemplo, el documento US 7,645,324 describe un proceso de PSA rotatorio que usa un adsorbente laminado para la separación cinética de gases. El documento US 7,645,324 enseña que el uso del laminado cinéticamente selectivo puede permitir un aumento de la productividad, pero para evitar el enmascaramiento de la selectividad cinética por la resistencia a la transferencia de masa de macroporos, la estructura de macroporos dentro de la capa adsorbente debe estar tan abierta como sea posible; es decir, la fracción de huecos de macroporos debe ser relativamente alta. Un problema a este respecto, sin embargo, es que tener un volumen de huecos alto generalmente perjudica la recuperación del producto. Por lo tanto, se espera que dichas mejoras en la productividad, como las que se pueden obtener mediante el uso de dichas estructuras laminadas, se volverían a producir a expensas de la disminución de la recuperación del producto. Además, cuando los adsorbentes de CMS formados disponibles comercialmente se muelen para generar polvo para crear una estructura laminada, las propiedades selectivas introducidas por deposición de carbono (distribuidas heterogéneamente) se pierden mayoritariamente, dejando un CMS menos selectivo o nada selectivo con cinética más rápida. Por lo tanto, parece poco práctico hacer una forma laminada a base de CMS a partir de un empaquetamiento estructurado para un proceso de PSA.
Por lo tanto, es evidente a partir de la técnica anterior que existe un equilibrio entre la tasa de recuperación del producto y la productividad del proceso; las etapas que se toman para aumentar la recuperación del producto son generalmente perjudiciales para la productividad del proceso, y viceversa.
Por consiguiente, sigue existiendo la necesidad de procedimientos de PSA que tengan una alta productividad de proceso y a la vez que mantengan una alta tasa de recuperación de producto.
El documento US 5,704,964 describe el uso de adsorbentes zeolíticos que adsorben preferentemente nitrógeno (no oxígeno) en un sistema PSA de oxígeno para separar el oxígeno del nitrógeno contenido en el aire. En un ejemplo de realización descrito en el mismo, se usa un adsorbente de zeolita 5A en un ciclo rápido de PSA para adsorber preferentemente nitrógeno. El documento contiene también una referencia aislada a la posibilidad de utilizar un adsorbente CMS en un PSA de nitrógeno para obtener gas nitrógeno como producto final.
Sumario
Los presentes inventores han descubierto que usar adsorbentes de CMS cinéticamente selectivos "rápidos" en un proceso de adsorción por oscilación de presión (PSA) de ciclo rápido para separar O2 de N2 y/o Ar da lugar sorprendentemente a una productividad mejorada del proceso manteniendo a la vez aún una alta tasa de recuperación del producto, en comparación con las tasas de productividad y de recuperación que se pueden obtener cuando se usan adsorbentes de CMS "más lentos" pero más selectivos y de mayor capacidad.
Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un procedimiento de adsorción por oscilación de presión (PSA) de ciclo rápido para separar O2 de N2 y/o Ar, que utiliza una pluralidad de lechos de adsorción que comprenden un adsorbente de tamiz molecular de carbono (CMS) que tiene una relación de selectividad cinética O2/N2 y/u O2/Ar de al menos 5 y una tasa de adsorción de O2 (en unidades de 1/s) de al menos 0,20 según se determina mediante el modelo de fuerza impulsora lineal a 1 ata (101 kPa) y 30 °C (86 °F), y que comprende someter a cada uno de los lechos de la pluralidad a un ciclo de PSA rápido que comprende una etapa de alimentación, al menos una etapa de despresurización, una etapa de purga, y al menos una etapa de represurización, siendo la duración de la etapa de alimentación de 60 segundos o menos.
Preferiblemente, la duración de la etapa de alimentación es de 3 a 45 segundos.
Más preferiblemente, la duración de la etapa de alimentación es de 6 a 45 segundos.
Más preferiblemente, la duración de la etapa de alimentación es de 6 a 36 segundos.
Preferentemente, el tiempo de ciclo del ciclo de PSA es de 100 segundos o menos.
Más preferiblemente, el tiempo de ciclo del ciclo de PSA es de 30 a 100 segundos.
Más preferiblemente, el tiempo de ciclo del ciclo de PSA es de 30 a 70 segundos.
Preferiblemente, el proceso utiliza de 2 a 4 lechos de adsorción.
Más preferiblemente, el proceso utiliza 2 lechos de adsorción.
Preferiblemente, el CMS tiene una relación de selectividad cinética O2/N2 de 5 a 30 según se determina por el modelo de fuerza impulsora lineal a 1 ata (101 kPa) y 30 °C (86 °F).
Más preferiblemente, el CMS tiene una relación de selectividad cinética O2/N2 de 10 a 25 según se determina por el modelo de fuerza impulsora lineal a 1 ata (101 kPa) y 30 °C (86 °F).
Más preferiblemente, el CMS tiene una selectividad cinética O2/N2 de 15 a 20 según se determina por el modelo de fuerza impulsora lineal a 1 ata (101 kPa) y 30 °C (86 °F).
Preferiblemente, el CMS tiene una selectividad cinética O2/Ar de 5 a 40 según se determina por el modelo de fuerza impulsora lineal a 1 ata (101 kPa) y 30 °C (86 °F).
Preferiblemente, los lechos adsorbentes comprenden el adsorbente de CMS en forma de empaquetamiento aleatorio.
Preferiblemente, dicho adsorbente se carga densamente y se mantiene en su lugar con un sistema de retención permeable.
Preferentemente, la etapa de alimentación se realiza a una temperatura de -17,8 °C (0 °F) a 51,7 °C (125 °F).
Más preferiblemente, la etapa de alimentación se realiza a una temperatura de -6,7 °C (20 °F) a 37,8 °C (100 °F).
Más preferiblemente, la etapa de alimentación se realiza a una temperatura de -6,7 °C (20 °F) a 4,4 °C (40 °F).
El proceso puede ser preferiblemente un proceso de PSA de ciclo rápido de lecho rotatorio.
Alternativamente, el proceso puede ser preferiblemente un proceso de PSA de ciclo rápido de válvula rotatoria.
Según un segundo aspecto, la presente invención proporciona el uso de un adsorbente de tamiz molecular de carbono (CMS) en un proceso de adsorción por oscilación de presión (PSA) de ciclo rápido para separar O2 de N2 y/o Ar, en el que el CMS tiene una selectividad cinética O2/N2 y/u O2/Ar de al menos 5 y una tasa de absorción de O2 (1 /s) de al menos 0,20 según se determina mediante el modelo de fuerza impulsora lineal a 1 ata (101 kPa) y 30°C (86°F); por lo que el proceso de PSA de ciclo rápido tiene una etapa de alimentación que tiene una duración de 60 segundos o menos.
Preferiblemente, el CMS tiene una selectividad cinética O2/N2 de 5 a 30 según se determina por el modelo de fuerza impulsora lineal a 1 ata (101 kPa) y 30 °C (86 °F).
Más preferiblemente, el CMS tiene una selectividad cinética O2/N2 de 10 a 25 según se determina por el modelo de fuerza impulsora lineal a 1 ata (101 kPa) y 30 °C (86 °F).
Más preferiblemente, el CMS tiene una selectividad cinética O2/N2 de 15 a 20 según se determina por el modelo de fuerza impulsora lineal a 1 ata (101 kPa) y 30 °C (86 °F).
Preferiblemente, el CMS tiene una selectividad cinética O2/Ar de 5 a 40 según lo determinado por el modelo de fuerza impulsora lineal a 1 ata (101 kPa) y 30 °C (86 °F).
Breve descripción de los dibujos
La presente invención se describirá a continuación junto con las figuras adjuntas en las cuales números similares indican elementos similares:
La figura 1 muestra el funcionamiento de un ciclo de PSA de múltiples etapas de 2 lechos.
La figura 2a es un gráfico que muestra el rendimiento normalizado del proceso en términos de la relación entre la masa de la corriente de alimentación y la de producto en función del tiempo de ciclo para adsorbentes de CMS rápidos (414-02) y lentos (414-04) usando el ciclo de múltiples etapas de 2 lechos presentado en la figura 1 para producir N2 (que contiene 4500 ppm de O2) a partir de aire a 7,80 ata (787,8 kPa) y 37,8 °C (100 °F).
La Figura 2b es un gráfico que muestra el rendimiento normalizado del proceso en términos de productividad en función del tiempo de ciclo para adsorbentes de CMS rápidos (414-02) y lentos (414-04) usando el ciclo de múltiples etapas de 2 lechos presentado en la figura 1 para producir N2 (que contiene 4500 ppm de O2) a partir de aire a 7,80 ata y (787,8 kPa) 37,8 °C (100 °F).
La Figura 3a es un gráfico que muestra el rendimiento normalizado del proceso en términos de la relación entre la masa de la corriente de alimentación y la de producto en función del tiempo de ciclo para adsorbentes de CMS rápidos (414-02) y lentos (414-04) usando el ciclo de múltiples etapas de 2 lechos presentado en la figura 1 para producir N2 (que contiene 45.000 ppm de O2) a partir de aire a 7,80 ata (787,8 kPa) y 37,8 °C (100 °F).
La Figura 3b es un gráfico que muestra el rendimiento normalizado del proceso en términos de productividad en función del tiempo de ciclo para adsorbentes de CMS rápidos (414-02) y lentos (414-04) usando el ciclo de múltiples etapas de 2 lechos presentado en la figura 1 para producir N2 (que contiene 45.000 ppm de O2) a partir de aire a 7,80 ata (787,8 kPa) y 37,8 °C (100 °F).
La Figura 4a es un gráfico que muestra el rendimiento normalizado del proceso en términos de la relación entre la masa de la corriente de alimentación y la de producto en función del tiempo de ciclo para adsorbentes de CMS rápidos (414-02) y lentos (414-04) usando el ciclo de múltiples etapas de 2 lechos presentado en la figura 1 para producir N2 (que contiene 4500 ppm de O2) de aire a 7,80 ata (787,8 kPa) y -1,1 °C (30 °F).
La Figura 4b es un gráfico que muestra el rendimiento normalizado del proceso en términos de productividad en función del tiempo de ciclo para adsorbentes de CMS rápidos (414-02) y lentos (414-04) usando el ciclo de múltiples etapas de 2 lechos presentado en la figura 1 para producir N2 (que contiene 4500 ppm de O2) a partir de aire a 7,80 ata (787,8 kPa) y -1,1 °C (30 °F).
Descripción detallada
La siguiente descripción detallada proporciona únicamente ejemplos de realizaciones preferidas, y no pretende limitar el alcance, aplicabilidad o configuración de la invención. Más bien, la siguiente descripción detallada de los ejemplos de realizaciones preferidas proporcionará a los expertos en la técnica una descripción que les permitirá poner en práctica los ejemplos de realizaciones preferidas de la invención. Se pueden realizar diversos cambios en la función y disposición de los elementos sin apartarse del alcance de la invención, como se expone en las reivindicaciones adjuntas.
Los artículos "un" y "una", tal como se usan en el presente documento, significan uno o más cuando se aplican a cualquier característica en realizaciones de la presente invención descritas en la memoria descriptiva y las reivindicaciones. El uso de "un" y "una" no limita el significado a una única característica a menos que dicho límite se indique específicamente. El artículo "el" o “la” o “los” que precede a los nombres o frases de nombres singulares o plurales denota una característica específica particular o características específicas particulares y puede tener una connotación singular o plural dependiendo del contexto en el que se usa.
Tal como se usan en el presente documento, los términos "primero", "segundo", "tercero", etc. se usan para distinguir entre una pluralidad de etapas y/o características, y no son indicativos del número total, o posición relativa en el tiempo y/o espacio a menos que se indique expresamente como tal.
Tal como se usa en el presente documento, el término "que comprende" significa que consiste en o incluye.
Tal como se usa en el presente documento, la expresión "y/o" colocada entre una primera entidad y una segunda entidad incluye cualquiera de los significados siguientes: (1) solo la primera entidad, (2) solo la segunda entidad, y (3) la primera entidad y la segunda entidad. El término "y/o" colocado entre las dos últimas entidades de una lista de tres o más entidades significa al menos una de las entidades de la lista que incluye cualquier combinación específica de entidades de esta lista. Por ejemplo, "A, B y/o C" tiene el mismo significado que "A y/o B y/o C" y comprende las siguientes combinaciones de A, B y C: (1) solo A, (2) solo B, (3) solo C, (4) A y B y no C, (5) A y C y no B, (6) B y C y no A, y (7) A y B y C.
En el presente documento se describen adsorbentes de tamiz molecular de carbono (CMS) cinéticamente selectivos "rápidos" para su uso en procesos de adsorción por oscilación de presión (PSA) de ciclo rápido para separar O2 de N2 y/o Ar. También se describen en la presente memoria procesos de adsorción por cambio de presión (PSA) de ciclo rápido para separar O2 de N2 y/o Ar que utilizan una pluralidad de lechos de adsorción que comprenden dichos adsorbentes de CMS cinéticamente selectivos rápidos.
Se ha encontrado, de manera sorprendente, que los procesos de PSA de ciclo rápido descritos en el presente documento, que usan los adsorbentes de CMS rápidos descritos para separar O2 de N2 o Ar, proporcionan una productividad mejorada del proceso manteniendo a la vez una alta tasa de recuperación del producto. Adicionalmente, se ha encontrado que los procedimientos de PSA de ciclo rápido que usan adsorbentes de CMS rápidos requieren menos gas de purga.
Tal como se usa en el presente documento, un adsorbente de CMS cinéticamente selectivo "rápido" (también denominado en el presente documento simplemente un adsorbente de CMS "rápido") se refiere a un adsorbente de CMS que tiene una selectividad cinética O2/N2 y/u O2/Ar de al menos 5 y una tasa de absorción de O2 de al menos 0,20 (1/s) determinada mediante el modelo de fuerza impulsora lineal a 1 ata (101 kPa) y 30 °C (86 °F). Más preferiblemente, el adsorbente rápido de CMS tiene una tasa de adsorción de O2 (en unidades de 1/s) de al menos 0,21, al menos 0,22, al menos 0,23, al menos 0,24, al menos 0,25, al menos 0,26, al menos 0,27, al menos 0,28, al menos 0,29 o al menos 0,30, según se determina mediante el modelo de fuerza impulsora lineal a 1 ata (101 kPa) y 30 °C (86 °F)
Tal como se usa en el presente documento, un adsorbente de CMS cinéticamente selectivo "lento" (también denominado en el presente documento simplemente un adsorbente de CMS "lento") se refiere a un adsorbente de CMS que tiene una selectividad cinética O2/N2 y/u O2/Ar de al menos 5 y una tasa de adsorción de O2 inferior a 0,20 (1/s) determinada por el modelo de fuerza impulsora lineal a 1 ata (101 kPa) y 30 °C (86 °F) para O2.
El modelo de fuerza impulsora lineal (LDF, por sus siglas en inglés) es un modelo bien conocido para determinar las tasas de adsorción a partir de curvas de adsorción experimentales, y puede usarse para calcular tanto las tasas de adsorción de adsorbatos particulares en un adsorbente particular, como la selectividad cinética resultante de un adsorbente para emparejamientos de adsorbatos particulares.
Más específicamente, las tasas de adsorción de un adsorbato (por ejemplo, O2, N2 o Ar) en un adsorbente se evalúan usando un aparato de adsorción volumétrica estándar. El experimento consiste en exponer una muestra adsorbente, que inicialmente está al vacío y 30 °C (303 K (86 °F)), a una cantidad medida del adsorbato a 1 ata (760 torr/101 kPa) a la misma temperatura. Se registra el cambio de presión en función del tiempo. Los datos de presión frente a tiempo se restan entonces de un historial de presión similar usando el mismo peso de perlas de cuarzo en lugar de la muestra adsorbente para obtener un gráfico de la cantidad de gas adsorbido en función del tiempo, también conocido como curva de adsorción. Se utiliza entonces el modelo LDF para extraer las tasas de adsorción del adsorbato en unidades del inverso de tiempo (1/s) de la curva de adsorción. La selectividad cinética del adsorbente para una determinada pareja de adsorbatos puede determinarse a su vez a partir de la relación entre la tasa de adsorción calculada para los dos adsorbatos individualmente. La forma analítica del modelo se da mediante la siguiente ecuación (como también se expone en la tabla 1 en la bibliografía por Sircar, S.yHufton, J. R., "Why Does the Linear Drive Force Model for Adsorption Kinetics Work?",(“¿Cómo funciona el modelo de fuerza impulsora lineal para la cinética de adsorción?”) Adsorption 2000, 6, 137-147), en la cual f(t) es la cantidad adsorbida en forma fraccional,kes el coeficiente de transferencia de masa LDF,aes el factor de corrección para el experimento de volumen constante ytes el tiempo.
,A a
f ( t ) = 1 — exp f a
Cuando el proceso es para separar O2 de N2, el adsorbente rápido de CMS puede tener preferentemente una selectividad cinética O2/N2 de 5 a 30, 10 a 25, o 15 a 20 según lo determinado por el modelo de fuerza impulsora lineal a 1 ata (101 kPa) y 30 °C (86 °F). Cuando el proceso es para separar O2 de Ar, el adsorbente rápido de CMS puede tener preferiblemente una selectividad cinética O2/ Ar de 5 a 40. El adsorbente rápido de CMS puede tener cualquier capacidad de adsorción adecuada. Por ejemplo, puede tener una capacidad de adsorción en equilibrio de entre 0,2 y 0,4 mmol/g, según se determina mediante medición de isoterma estándar a 1 ata (101 kPa) y 30 °C (86 °F).
Como es bien sabido, los procesos de PSA implican someter cada uno de los lechos adsorbentes usados en el proceso a un ciclo de PSA que comprende al menos una etapa de alimentación (también denominada etapa de adsorción), al menos una etapa de despresurización, una etapa de purga y al menos una etapa de represurización. En la etapa de alimentación, se introduce una corriente de gas de alimentación y se hace pasar a través del lecho que experimenta la etapa de alimentación para adsorber uno o más componentes fácilmente adsorbidos (es decir, O2 en el presente caso) a partir de la corriente de alimentación, produciendo de este modo una corriente de gas producto que sale del lecho que está agotada en el componente adsorbido y enriquecida en los componentes restantes (es decir, N2 y/o Ar en el presente caso). En las etapas de despresurización, el lecho se despresuriza reduciéndose la presión de alimentación de la etapa de alimentación hasta que se alcanza una presión de purga más baja, incluyendo las etapas de despresurización típicamente al menos una etapa de igualación de la despresurización (en la que la presión del lecho se reduce mediante la salida de parte del gas del lecho y el envío de dicho gas a otro lecho que está experimentando una etapa de represurización por igualación, igualando de este modo al menos parcialmente la presión entre los dos lechos), y una etapa de despresurización o "purga" en contracorriente, que tiene lugar típicamente después de dichas etapas de igualación de la despresurización, en la que el gas enriquecido en los componentes más fácilmente adsorbidos se expulsa (típicamente en una dirección a contracorriente) del lecho. En la etapa de purga, un gas de purga (típicamente parte del gas producto producido en la etapa de adsorción) se hace pasar a través del lecho (típicamente en una dirección a contracorriente), que está ahora a la presión de purga mencionada anteriormente, con el fin de eliminar los componentes adsorbidos restantes, dando esto de nuevo como resultado una corriente de gas enriquecida en dichos componentes que se expulsa del lecho. Finalmente, en las etapas de represurización, el lecho se vuelve a presurizar hasta la presión de alimentación; las etapas de represurización incluyen típicamente al menos una etapa de igualación de la represurización (en la cual el lecho aumenta de presión recibiendo gas de otro lecho que está experimentando una etapa de despresurización por igualación), y al menos una etapa en la que el lecho se vuelve a presurizar con gas de alimentación o gas producto (o preferiblemente ambos), introduciéndose típicamente el gas de alimentación en el mismo sentido y el gas producto en contracorriente. Como es sabido, el ciclo puede incluir también otras etapas que tienen lugar entre cualquiera de las etapas descritas anteriormente.
Tal como se usa en el presente documento en relación con un ciclo de PSA, una etapa de "corriente paralela" o “en el mismo sentido” se refiere a una etapa en la que el gas fluye hacia y/o fuera del lecho que experimenta la etapa en una dirección que es la misma que la dirección de flujo de gas durante la etapa de alimentación. Asimismo, una etapa "a contracorriente" se refiere a una etapa en la cual el gas fluye hacia y/o fuera del lecho que experimenta la etapa en una dirección que es la opuesta a la dirección de flujo de gas durante la etapa de alimentación. De manera similar, tal como se usa en el presente documento, el extremo de "entrada" o simplemente "entrada" de un lecho se refiere a la entrada o extremo del lecho a través del cual entra el gas de alimentación durante la etapa de alimentación, y el extremo de "salida" o "salida" del lecho se refiere a la salida o extremo del lecho a través del cual sale el gas producto durante la etapa de alimentación.
Tal como se usa en el presente documento, el término ciclo de PSA "rápido" significa un ciclo de PSA en el que la duración total de la etapa de alimentación del ciclo es de 60 segundos o menos. Preferentemente, la duración total de la etapa de alimentación del ciclo es de al menos 3 segundos. Preferiblemente, la etapa de alimentación tiene una duración total de 3 a 45 segundos, o de 6 a 45 segundos, o de 6 a 36 segundos.
El ciclo de PSA rápido tiene también preferiblemente un tiempo de ciclo de 100 segundos o menos, siendo el tiempo de ciclo la cantidad de tiempo que se tarda en completar un conjunto completo de etapas del ciclo de PSA (es decir, la etapa de alimentación, la al menos una etapa de despresurización, la etapa de purga, la al menos una etapa de represurización, y cualesquiera otras etapas que puedan estar presentes en el ciclo). Más preferiblemente, el ciclo de pSa tiene un tiempo de ciclo de 30 a 100 segundos, o de 30 a 70 segundos.
El procedimiento de PSA de ciclo rápido se lleva a cabo usando una pluralidad de lechos de adsorción que comprenden cada uno el adsorbente de CMS rápido. Se puede usar cualquier número adecuado de lechos, pero en ciertas realizaciones el proceso usa de 2 a 4 lechos de adsorción solamente, o usa 2 lechos solamente. A este respecto, debe observarse que, tal como se usa en el presente documento, el término "lecho de adsorción" o "lecho" se refiere a uno o más recipientes de adsorbente que están experimentando cada uno de ellos al mismo tiempo cada una de las etapas del ciclo de PSA. Por lo tanto, un proceso que usa 2 lechos tiene un primer recipiente o conjunto de recipientes que se están sometiendo todos a cada etapa del ciclo de PSA al mismo tiempo (representando esto uno de los lechos), y tiene un segundo recipiente o conjunto de recipientes que se están sometiendo todos a cada etapa del ciclo de PSA al mismo tiempo (representando esto el otro de los lechos), estando la temporización del ciclo de PSA en el primer recipiente o conjunto de recipientes sin embargo escalonada respecto de la temporización del ciclo de PSA en el segundo recipiente o conjunto de recipientes de manera que cada etapa del ciclo de PSA en el primer recipiente o conjunto de recipientes no comienza y termina al mismo tiempo que empieza y termina la etapa correspondiente del ciclo de PSA en el segundo recipiente o conjunto de recipientes.
Los lechos adsorbentes pueden estar rellenos con el adsorbente rápido de CMS en cualquier forma adecuada, pero preferiblemente comprenden el adsorbente de CMS en forma de relleno aleatorio. El adsorbente debe cargarse preferiblemente de manera densa y mantenerse en su lugar con un sistema de sujeción permeable, tal como una placa perforada con una malla de alambre orientada hacia el CMS para contenerlo y con presión aplicada hacia abajo, tal como mediante muelles. La carga densa evita la sedimentación adicional que descargaría los muelles. La carga densa se puede lograr mediante métodos conocidos en la técnica, tales como la carga de tipo caída de nieve.
La etapa de alimentación se realiza típicamente a una temperatura de -17,8 °C (0 °F) a 51,7 °C (125 °F), y más preferentemente a una temperatura de -6,7 °C (20 °F) a 37,8 °C (100 °F) o -6,7 °C (20 °F) a 4,4 °C (40 °F). Tal como se usa en el presente documento, la temperatura a la que se realiza la etapa de alimentación significa la temperatura del gas de alimentación que se introduce en el lecho de adsorción, medida en la entrada al lecho de adsorción. Sorprendentemente, los presentes inventores han descubierto que en los procesos descritos y divulgados en el presente documento, realizar la etapa de alimentación del proceso a una temperatura más baja (tal como a aproximadamente -1,1 °C (30 °F)) mejora la productividad del proceso manteniendo a la vez o mejorando la tasa de recuperación del producto, contrariamente a lo que ocurre en los sistemas de PSA conocidos. Realizar las etapas de alimentación a tales temperaturas más bajas puede ser particularmente beneficioso cuando el gas de alimentación ya está disponible a una temperatura por debajo de la ambiente (tal como, por ejemplo, cuando el proceso se está usando para separar oxígeno y/o nitrógeno de una corriente de argón bruta obtenida de una columna de destilación) y cuando no se necesita un enfriamiento significativo del gas de alimentación hasta la temperatura deseada para la etapa de alimentación.
Puede usarse cualquier presión de alimentación adecuada durante la etapa de alimentación. Por ejemplo, la presión durante la etapa de alimentación, medida a la entrada del lecho de adsorción, puede ser de aproximadamente 5 a aproximadamente 12 atmósferas absolutas (505 a 1012 kPa).
El proceso puede realizarse usando cualquier aparato adecuado para llevar a cabo un proceso de PSA de ciclo rápido. Las válvulas de conmutación tradicionales funcionarán hasta un cierto punto. Preferiblemente, sin embargo, el proceso es un proceso de PSA de ciclo rápido de lecho rotatorio llevado a cabo usando un aparato de PSA de lecho rotatorio (en el que los lechos de adsorción están montados en un rotor que está posicionado entre y rota con respecto a conjuntos de estator de alimentación y producto que contienen cada uno placas de estator que funcionan como placas de válvula para conmutar los lechos entre etapas de PSA del ciclo), o es un proceso de PSA de ciclo rápido de válvula rotatoria llevado a cabo usando un aparato de PSA de válvula rotatoria (donde, a la inversa, los lechos de adsorción están situados en un conjunto de lecho fijo y son conmutados entre etapas de PSA mediante válvulas de alimentación y de producto rotatorias que son conocidas en la técnica).
Únicamente a modo de ejemplo, se describirá ahora un ciclo de PSA de múltiples etapas de dos lechos como ejemplo adecuado para su uso con los procedimientos de la presente invención, con referencia a la figura 1. El programa de ciclos se muestra en la Figura 1 en forma tabular. Cada fila de la tabla representa todas las diferentes etapas de ciclo que experimenta un lecho dado durante todo el ciclo, mientras que una columna de la tabla representa qué etapa de ciclo está ejecutándose por qué lecho en una etapa de tiempo unitario concreta. El tiempo total del ciclo es la suma de todas las etapas de tiempo unitarias individuales de una fila concreta Obsérvese que, en el programa del ciclo, hay una sección destacada denominada típicamente "bloque unitario" y dentro de este bloque todas las etapas están siendo ejecutadas por uno de los múltiples lechos (Mehrotra et al., 2011). El número de bloques unitarios repetidos es el mismo que el número de lechos. La metodología de formulación del programa de ciclo típica puede encontrarse en la bibliografía: Mehrotra, A.; Ebner, A. D.; Ritter, J. A. Simplified Graphic Approach for Complex PSA Cycle Scheduling, Adsorption, (“Enfoque gráfico simplificado para adsorción por programación de ciclo PSA complejo”) 2011, 17 337-345. Las características destacadas de todos los diseños de ciclo presentados en la figura 1 se resumen a continuación.
El ciclo de PSA mostrado en la Figura 1 comprende una etapa de represurización de producto y alimentación (F1/RP1), una de alimentación (F2, F3), una etapa de despresurización a favor de corriente o de corriente paralela (CoD), etapas de despresurización en el sentido de la corriente y de igualación dual (EQD1, DEQD2, DEQD3), una etapa de despresurización a contracorriente (CnD1, CnD2), una etapa de purga de producto (PU1, PU2), una etapa de represurización de producto (RP2, RP3), una etapa de represurización en el sentido de la corriente y de igualación dual (EQR1, DEQR2, DEQR3), y varias etapas inactivas (I1, I2, I3). En la etapa de represurización del producto y de la alimentación (F1/RP1), el lecho se presuriza hasta el nivel de presión más alto del ciclo con la adición de producto primario (por ejemplo, N2 enriquecido) y gas de alimentación (por ejemplo, aire) desde los extremos superior e inferior del lecho, respectivamente. No se retira producto del lecho durante esta etapa del ciclo. A continuación, en la etapa de alimentación (representando F2 y F3 fases de la misma etapa de alimentación) se continúa la introducción de gas de alimentación hasta que la zona de transferencia de masa del componente adsorbido preferentemente (es decir, O2) llega al extremo de salida del lecho sin traspasarlo sustancialmente, y el gas no adsorbido (por ejemplo, N2 purificado2) se descarga desde el extremo de salida del lecho como producto primario. A continuación, en la etapa de despresurización en el sentido de la corriente (CoD), el flujo de alimentación se detiene y la presión del lecho se reduce al primer nivel intermedio mediante la extracción del producto del extremo superior del lecho. Luego, en una etapa de despresurización por igualación en el sentido de la corriente (EQD1), el lecho se conecta con un lecho que experimenta la etapa de represurización por igualación a contracorriente (EQR1), y una parte del gas de los huecos así como el gas desorbido se transfiere desde el extremo de producto del lecho que experimenta EQD1 hasta el extremo de producto del lecho que experimenta EQR1, igualando así parcialmente la presión entre los dos lechos y reduciendo la presión de lecho en el lecho que experimenta EQD1 hasta el segundo nivel intermedio al final de esta etapa. A continuación, en la etapa de despresurización por igualación de dos extremos (DEQD2), se retiran más gas coadsorbido así como gases de los huecos de la parte superior e inferior del lecho que experimenta dicha etapa, reduciendo la presión en dicho lecho hasta un tercer nivel intermedio, enviándose los gases retirados de la parte superior e inferior del lecho a respectivamente la parte superior e inferior del lecho que experimenta la etapa de represurización por igualación doble (DEQR2). A continuación, la despresurización por igualación de doble extremo se continúa en la etapa (DEQD3/CnD1) pero con parte de la etapa de despresurización retirada a contracorriente que se toma como producto secundario (es decir, un gas enriquecido en O2 ) en lugar de usarse para presurizar de nuevo otro lecho, reduciendo esta etapa adicionalmente la presión del lecho a un cuarto nivel intermedio. El lecho se despresuriza entonces a contracorriente hasta la presión de funcionamiento más baja en una etapa de despresurización a contracorriente (CnD2), y se purga a la presión de funcionamiento más baja en una etapa de purga (PU1 y PU2), produciendo producto secundario adicional. Después de eso, el lecho se vuelve a presurizar a contracorriente con gas producto primario en una etapa de represurización a contracorriente (RP2 y RP3). Después de la etapa de represurización (RP2 y RP3), la columna se presuriza adicionalmente mediante las etapas de represurización por igualación de presión (EQR1, DEQR2 y DEQR3) para llevar el lecho de vuelta al nivel de presión para la iniciación y repetición del ciclo. Obsérvese que también se incorporan tres etapas de inactividad (I1, I2 e I3) en el programa de ciclos, durante el cual se aísla el lecho que experimenta la etapa de inactividad estando las válvulas que conducen a él en la posición cerrada.
Ejemplos
Se eligió un ciclo de proceso de adsorción por oscilación de presión (PSA) de múltiples etapas de 2 lechos como se muestra en la figura 1 para evaluar los indicadores de rendimiento del proceso en términos de la relación entre la masa de la corriente de alimentación y la masa de la corriente de producto (relación alimentación a producto) y de la productividad específica, usando adsorbentes de tamiz molecular de carbono (CMS) rápido (414-02) y lento (414-04) para separar el nitrógeno del aire. La relación de alimentación a producto es inversa a la recuperación; por lo tanto, cuanto menor es la relación, mejor es la recuperación y viceversa. En otras palabras, una relación más baja de alimentación a producto significa un requisito de potencia más bajo para el compresor. Las velocidades, selectividad cinética y capacidades de equilibrio de oxígeno y nitrógeno en los adsorbentes de CMS rápido (414-02) y lento (414-04) y las características del lecho adsorbente se resumen en las tablas 1 y 2. Obsérvese que la velocidad de absorción de oxígeno difiere entre los adsorbentes de CMS rápido y lento en sólo el 30%, pero la selectividad difiere en un factor de 2.
Se resumen los resultados relativos al rendimiento de PSA, en términos de relación de alimentación a producto y productividad para diferentes purezas del producto N2 (con 4500 ppm y 45.000 ppm de O2) y cuando se usan diferentes temperaturas de la etapa de alimentación (37,8 °C (100 °F) y -1,1 °C (30 °F)), en la figura 2 (a y b), la figura 3 (a y b) y la figura 4 (a y b) para los adsorbentes de CMS rápido (414-02) y lento (414-04). En estas figuras, la relación de alimentación a producto y la productividad se han normalizado dividiendo entre los valores representativos para 414 04 en las condiciones dadas en la tabla 3 y esos valores normalizados se representan gráficamente en función del tiempo de ciclo. Para cada adsorbente, los parámetros del proceso de PSA se optimizaron individualmente para generar estos gráficos. En la tabla 3, los tiempos de ciclo fueron 60 segundos tanto para 414-02 como para 414-04 para el caso de 37,8 °C (100 °F), 4500 ppm y 50 segundos para el caso de 37,8 °C (100 °F), 45.000 ppm. Para la comparación de -1,1 °C (30 °F), se hizo funcionar 414-02 a 90 segundos de tiempo de ciclo y se hizo funcionar 414 04 a 190 segundos. En todos los casos, la presión durante la etapa de alimentación, medida a la entrada del lecho de adsorción, fue de 7,80 ata (790,3 kPa).
Como se ve en las figuras 2 a 4, el tiempo de ciclo óptimo para el CMS rápido (414-02) fue igual o menor que para el CMS lento (414-04) para todas las purezas del producto N2 (que contienen diferentes cantidades de O2) y temperaturas. La característica sorprendente con el CMS rápido (414-02) es que puede mantenerse una productividad significativamente mejor (34,5 % mejor a 37,8 °C (100 °F) y 4500 ppm de O2, 23,2% mejor a 37,8 °C (100°F) y 45.000 ppm de O2 y 95,4 % mejor a -1,1 °C (30 °F) y 4500 ppm de O2) a tasa de recuperación similar (es decir, relación de alimentación a producto similar) para todas las purezas de producto y temperaturas consideradas aquí frente al CMS lento (414-04), incluso aunque la selectividad cinética y la capacidad de equilibrio del CMS rápido sean considerablemente menores que la del CMS lento. Esto significa que el tamaño del lecho, y por lo tanto el coste de capital, se puede reducir con el uso de tamiz molecular de carbono rápido en un proceso de PSA.
Otra característica sorprendente para el CMS rápido (414-02) fue que a temperatura de funcionamiento baja se puede obtener una productividad mucho mayor manteniendo al mismo tiempo una tasa de recuperación similar o mejor (es decir, una relación más baja de alimentación a producto). Por ejemplo, a una presión de lecho de 7,80 ata (790,3 kPa) y 4500 ppm de O2 en la corriente de producto, la relación normalizada de alimentación a producto y la productividad normalizada son de 0,979 y 1,954, respectivamente, a una temperatura de funcionamiento de -1,1 °C (30 °F) y 90 segundos de tiempo de ciclo. Incluso a 37,8 °C (100 °F) y un tiempo de ciclo de 60 segundos con la misma presión de funcionamiento y la misma pureza de producto O2, la relación normalizada de alimentación a producto para 414-02 fue solo 1,6 % mayor que para 414-04 y la productividad normalizada para 414-02 fue incluso 34,5 % mayor que para 414-04. El CMS lento (414-04) dio aproximadamente una reducción del 26% en la productividad con una ganancia de aproximadamente el 12% en la recuperación yendo de temperaturas de alimentación de 37,8 °C (100°F) a -1,1 °C (30°F). Por el contrario, el CMS rápido (414-02) mostró un aumento del 6,7 % en la productividad con una ganancia del 16 % en la recuperación yendo de temperaturas de alimentación de 37,8 °C (100 °F) a -1,1 °C (30 °F). Los resultados comparativos se pueden encontrar en la tabla 3 así como en las figuras 2 (a y b) y 4 (a y b).
La cantidad de gas de purga necesaria para regenerar eficazmente el lecho es sorprendentemente menor para la producción de nitrógeno de pureza moderada por PSA usando el CMS rápido (414-02), incluso aunque tenga menor selectividad que el 414-04. Incluso con la cantidad más baja de gas de purga, los indicadores de rendimiento del proceso para el CMS rápido son significativamente mejores que los del CMS lento. En la tabla 3 se proporciona un resumen de la relación de purga a alimentación (en términos de la relación ACF) para diferentes purezas del producto (es decir, conteniendo diferentes cantidades de O2) y temperaturas para los adsorbentes de CMS rápido y lento. Para el CMS rápido, la relación de purga a alimentación es aproximadamente 43% inferior a 37,8 °C (100 °F) y aproximadamente 8% inferior a -1,1 °C (30 °F) respecto del adsorbente de CMS lento. Obsérvese que parte del producto primario enriquecido en el componente de difusión más lenta (nitrógeno en caso de separación de aire por PSA basada en CMS) se usa para realizar una etapa de purga en contracorriente (etapas PU1 y PU2 como se muestra en la figura 1) después de la etapa de purga en contracorriente a baja presión (etapas CnD1 y CnD2 como se muestra en la figura 1). La etapa de purga es necesaria para asegurarse de que el lecho está suficientemente limpio para producir producto primario con cierta pureza durante la etapa de producción.
Como se ha mencionado anteriormente, las tasas de adsorción para todos los componentes que se difunden en el CMS rápido (414-02) son mayores que las del CMS lento (414-04). El adsorbente de CMS rápido considerado en estos estudios fue aproximadamente un 25% más rápido que el absorbente lento de CMS, pero un 58% menos selectivo (en base a la selectividad cinética) que el adsorbente lento de CMS (tabla 1). Sin embargo, en el proceso de ciclo rápido, el adsorbente rápido de CMS no sólo proporcionó una productividad específica más alta (como podría esperarse en vista de sus tasas de adsorción más altas), sino que lo logró con pérdida nula/mínima de tasa de recuperación (es decir, con relación de alimentación a producto similar) a pesar de su menor selectividad, como puede verse en la tabla 3.
La mejora en la productividad específica con pérdida nula/mínima en la tasa de recuperación es muy sorprendente, ya que va en contra de lo que se conocía previamente en la técnica. En un estudio de Schork et al. (1993), se mencionó que la productividad aumentaría a medida que se aumentaban las tasas de adsorción, pero que la tasa de recuperación máxima obtenible disminuiría. La tabla 4 (datos obtenidos de Schork et al.) resume el efecto de la constante de velocidad global de O2 y N2 en los indicadores de rendimiento del procedimiento (tasa de recuperación y productividad) en un adsorbente de tamiz molecular de carbono de este estudio, lo que muestra claramente que el aumento de productividad va en detrimento de la recuperación de producto.
Aunque los principios de la invención se han descrito anteriormente en conexión con realizaciones preferidas, debe entenderse claramente que esta descripción se realiza sólo a modo de ejemplo y no como una limitación del alcance de la invención.
Tabla 1.Resume las constantes de velocidad de O2 según el modelo de fuerza impulsora lineal (LDF) y la selectividad cinética de O2 respecto de N2 para diferentes adsorbentes de tamiz molecular de carbono a 1 ata (101 kPa) y 30 °C (86 °F).
Tabla 2.Resume las características del adsorbente y el lecho para adsorbentes de tamiz molecular de carbono rápido (414-02) y lento (414-04).
Tabla 3.Resume los requisitos de la purga (en términos de relación de masas de purga a alimentación) para los adsorbentes de CMS rápido (414-02) y lento (414-04) a diferentes temperaturas de funcionamiento y purezas de O2. Los valores de la relación de alimentación a producto y productividad se han normalizado mediante los valores de 414-04 para las mismas condiciones de temperatura, presión y producto O2. Las características del adsorbente y del lecho se resumen en la tabla 2.Para la evaluación se usa el ciclo de múltiples etapas de 2 lechos presentado en la figura 1.
Tabla 4.Resume el efecto de la constante de velocidad global de O2 y N2 en los indicadores de rendimiento del proceso (tasa de recuperación y productividad) en un adsorbente de tamiz molecular de carbono. Las constantes de velocidad se multiplican por un factor único, por lo que en todos los casos, la selectividad cinética es la misma que la del caso base. Se toman los resultados de Schork, J. M.; Srinivasan, R.; Auvil, S. R. Shortcut Computational Method for Designing Na PSA Adsorbers, Ind. Chem. Res., 1993, 32, 2226-2235".

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento de adsorción por oscilación de presión (PSA) de ciclo rápido para separar O2 de N2 y/o Ar, en el que el procedimiento utiliza una pluralidad de lechos de adsorción que comprenden un adsorbente de tamiz molecular de carbono (CMS) que tiene una selectividad cinética O2/N2 y/u O2/Ar de al menos 5 y una tasa de adsorción de O2 (en unidades de 1/s) de al menos 0,20, y en el que el procedimiento comprende someter cada uno de la pluralidad de lechos a un ciclo de PSA rápido que comprende una etapa de alimentación, al menos una etapa de despresurización, una etapa de purga, y al menos una etapa de represurización, siendo la duración de la etapa de alimentación de 60 segundos o menos; en el que las tasas de adsorción de O2, N2, o Ar se determinan exponiendo una muestra del adsorbente, que está inicialmente al vacío y a 30°C (86°F), a una cantidad medida del adsorbato (O2, N2, o Ar) a 1 ata (101 kPa) a la misma temperatura, registrando el cambio de presión en función del tiempo, restando los datos de presión frente al tiempo de un historial de presión similar usando el mismo peso de perlas de cuarzo en lugar de la muestra adsorbente para obtener una curva de adsorción para la cantidad de gas adsorbido en función del tiempo, y usando el modelo de fuerza impulsora lineal para obtener las tasas de adsorción del adsorbato en unidades del inverso de tiempo (1/s) a partir de la curva de adsorción; y en el cual se determina la selectividad cinética O2/N2 u O2/Ar del adsorbente a partir de la relación de las tasas de adsorción calculadas para los dos adsorbatos individualmente.
2. El procedimiento de PSA de ciclo rápido de la reivindicación 1, en el que la duración de la etapa de alimentación es de 3 a 45 segundos.
3. El procedimiento de PSA de ciclo rápido de la reivindicación 1 o 2, en el que la duración de la etapa de alimentación es de 6 a 36 segundos.
4. El procedimiento de PSA de ciclo rápido de cualquier reivindicación precedente, en el que el tiempo de ciclo del ciclo de PSA es de 100 segundos o menos.
5. El procedimiento de PSA de ciclo rápido de cualquier reivindicación precedente, en el que el tiempo de ciclo del ciclo de PSA es de 30 a 70 segundos.
6. El procedimiento de PSA de ciclo rápido de cualquier reivindicación precedente, en el que el procedimiento utiliza de 2 a 4 lechos de adsorción.
7. El procedimiento de PSA de ciclo rápido de cualquier reivindicación precedente, en el que los lechos adsorbentes comprenden el adsorbente de CMS en forma de relleno aleatorio.
8. El procedimiento de PSA de ciclo rápido de la reivindicación 7, en el que el adsorbente se carga densamente y se mantiene en su lugar con un sistema de retención permeable.
9. El procedimiento de PSA de ciclo rápido de cualquier reivindicación precedente, en el que la etapa de alimentación se realiza a una temperatura de -17,8 °C (0 °F) a 51,7 °C (125 °F).
10. El procedimiento de PSA de ciclo rápido de cualquier reivindicación precedente, en el que la etapa de alimentación se realiza a una temperatura de -6,7 °C (20 °F) a 4,4 °C (40 °F).
11.El procedimiento de PSA de ciclo rápido de cualquier reivindicación precedente, en el que el procedimiento es un procedimiento de PSA de ciclo rápido de lecho rotatorio o es un procedimiento de PSA de ciclo rápido de válvula rotatoria.
12. Uso de un adsorbente de tamiz molecular de carbono (CMS) en un procedimiento de adsorción por oscilación de presión (PSA) de ciclo rápido para separar O2 de N2 y/o Ar, en el que el CMS tiene una selectividad cinética O2/N2 y/u O2/Ar de al menos 5 y una tasa de adsorción de O2 de al menos 0,20 (1/s); en el cual el procedimiento de PSA de ciclo rápido tiene una etapa de alimentación que tiene una duración de 60 segundos o menos; en el que las tasas de adsorción de O2, N2, o Ar se determinan exponiendo una muestra del adsorbente, que está inicialmente al vacío y a 30°C (86°F), a una cantidad medida del adsorbato (O2, N2, o Ar) a 1 ata (101 kPa) a la misma temperatura, registrando el cambio de presión en función del tiempo, restando los datos de presión frente al tiempo de un historial de presión similar usando el mismo peso de perlas de cuarzo en lugar de la muestra adsorbente para obtener una curva de adsorción para la cantidad de gas adsorbido en función del tiempo, y usando el modelo de fuerza impulsora lineal para obtener las tasas de adsorción del adsorbato en unidades del inverso de tiempo (1/s) a partir de la curva de adsorción; y mediante el cual se determina la selectividad cinética O2/N2 u O2/Ar del adsorbente a partir de la relación de las tasas de adsorción calculadas para los dos adsorbatos individualmente.
13. El procedimiento o uso de cualquier reivindicación precedente, en el que el CMS tiene una selectividad cinética O2/N2 de 5 a 30 según se determina por el modelo de fuerza impulsora lineal a 1 ata (101 kPa) y 30 °C (86 °F).
14. El procedimiento o uso de cualquier reivindicación precedente, en el que el CMS tiene una selectividad cinética O2/N2 de 15 a 20 según se determina por el modelo de fuerza impulsora lineal a 1 ata (101 kPa) y 30 °C (86 °F).
15. El proceso o uso de cualquier reivindicación precedente, en donde el CMS tiene una selectividad cinética O2/Ar de 5 a 40 según se determina por el modelo de fuerza impulsora lineal a 1 ata (101 kPa) y 30 °C (86 °F).
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