ES3065156T3 - Apparatus and method for simultaneously treating different fluctuating gas streams - Google Patents

Apparatus and method for simultaneously treating different fluctuating gas streams

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ES3065156T3
ES3065156T3 ES22751721T ES22751721T ES3065156T3 ES 3065156 T3 ES3065156 T3 ES 3065156T3 ES 22751721 T ES22751721 T ES 22751721T ES 22751721 T ES22751721 T ES 22751721T ES 3065156 T3 ES3065156 T3 ES 3065156T3
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Abstract

La presente invención se refiere a un nuevo aparato y a un método para separar simultáneamente varios flujos de gas de diferentes composiciones mediante membranas de separación de gases, estando los flujos de gas suministrados al aparato o al método sujetos a fluctuaciones en cuanto a sus respectivos caudales volumétricos y composiciones. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Aparato y procedimiento para el tratamiento simultáneo de diferentes flujos de gas variables
[0003] La presente invención se refiere a un nuevo aparato y a un procedimiento para la separación simultánea de varios flujos de gas con diferentes composiciones mediante membranas de separación de gas, pudiendo los flujos de gas respectivamente aportados al aparato o al procedimiento estar sujetos a fluctuaciones en sus respectivos caudales y composiciones.
[0004] Una separación simultánea de varios flujos de gas con composiciones diferentes y fluctuantes puede ser necesaria, por ejemplo, en la metanización ex situ de biogases o gases similares con hidrógeno, cuando el flujo de hidrógeno solo está disponible en cantidades fluctuantes, como suele ser el caso del hidrógeno procedente de la electrólisis alimentada con electricidad de fuentes renovables, como la energía eólica. En el documento WO2015 / 0I7875 se describe un proceso en el que se lleva a cabo una separación simultánea o alterna del biogás y del gas de producto de la metanización. El problema de los flujos de reactivo y de producto de magnitud variable se resuelve mediante costosos depósitos de gas o de líquido.
[0005] Otros enfoques alternativos para el tratamiento de flujos de gas diferentes y variables con membranas de separación de gas son los procedimientos en los que se prevén unidades de separación separadas para los distintos flujos de gas o en los que los flujos se mezclan y se aportan como un flujo mixto a la unidad de separación, con lo que el resultado de separación pretendido no se puede alcanzar o sólo se puede alcanzar con un esfuerzo adicional considerable. Además, las fluctuaciones en los flujos de gas con respecto a la cantidad o a la composición deben compensarse con intervenciones que, en su caso, pueden afectar considerablemente a los parámetros de funcionamiento como la presión, la temperatura y la superficie de membrana. La previsión de sobrecapacidades o depósitos de gas correspondientes resulta cara.
[0006] En el documento US 2020/0254383, por ejemplo, se revela una instalación para la separación de mezclas de gases que sólo presenta una tubería de alimentación de gas. Esta instalación no es capaz de tratar de forma eficiente y sin costosas técnicas de control y regulación dos corrientes de gas distintas y variables con composiciones y caudales diferentes.
[0007] Por este motivo, existe una gran necesidad de aparatos y procedimientos eficientes para la separación simultánea de varios flujos de gas con diferentes composiciones.
[0008] Por consiguiente, el objetivo de la presente invención consistía en proporcionar un nuevo aparato y un nuevo procedimiento que no presentaran los inconvenientes de los aparatos y procedimientos del estado de la técnica o que sólo los presentaran en una menor medida.
[0009] Un objetivo especial de la presente invención consistía en proporcionar un nuevo aparato y un nuevo procedimiento con los que se pudiera lograr el tratamiento de diferentes flujos de gas variables del modo más sencillo posible, preferiblemente con la menor sobrecapacidad posible en cuanto a superficie de membrana y/o depósito de gas y/o potencia de compresor y/o regulación de temperatura y/o regulación de presión.
[0010] Otro objetivo especial de la presente invención consistía en proporcionar un nuevo aparato y un nuevo procedimiento que prescindieran de una costosa técnica de control y regulación.
[0011] Otro objetivo específico de la presente invención consistía en proporcionar un nuevo aparato y un nuevo procedimiento que presentaran una gran flexibilidad con respecto al uso de los flujos de gas obtenidos tras la separación.
[0012] Otro objetivo especial de la presente invención consistía en proporcionar un nuevo aparato y un nuevo procedimiento que resultaran adecuados para el uso de energías renovables, sólo disponibles en cantidades muy variables, y que, por lo tanto, contribuyeran a la protección del clima.
[0013] Otro objetivo específico de la presente invención consistía en proporcionar un nuevo aparato y un nuevo procedimiento que permitieran ajustar las corrientes de gas, que, en su caso, fluctúan fuertemente en sentido opuesto para, a ser posible, cada punto de funcionamiento, a las purezas deseadas de los respectivos flujos de producto con un aparato lo más sencillo posible.
[0014] Otros objetivos no citados explícitamente resultan del contexto general de la siguiente descripción, de los ejemplos, de las reivindicaciones y de las figuras.
[0015] Los inventores han comprobado sorprendentemente que las tareas mencionadas pueden resolverse con un aparato según la reivindicación 1 y con un procedimiento según la reivindicación 16. En las reivindicaciones dependientes se reivindican formas de realización preferidas.
[0016] El aparato y el procedimiento según la invención se caracterizan por que dos o más flujos de gas de alimentación, que difieren en su composición, se aportan a una etapa de separación por membrana,
[0017] -comprendiendo la etapa de separación por membrana un bloque de membrana o varios bloques de membrana,
[0018] -comprendiendo el bloque de membrana o los bloques de membrana respectivamente varias unidades de separación por membrana conectadas en paralelo,
[0019] -aportándose los flujos de gas de alimentación a un sistema de distribución de gas en puntos espacialmente separados unos de otros, de manera que dos o, preferiblemente, más de dos unidades de separación por membrana se dispongan entre los puntos de conexión de los flujos de gas de alimentación. A modo de ejemplo, a un bloque de membrana se le aportan dos flujos de gas de alimentación 1 y 2, lo que significa más concretamente que por medio del sistema de distribución de gas según la invención se aporta/aportan el flujo de gas de alimentación 1 con una composición 1 a una o varias unidad(es) de separación por membrana del bloque de membrana y la corriente de gas de alimentación 2 con la composición 2 a una o varias unidad(es) de separación por membrana del bloque de membrana diferentes de las anteriores. A su vez, a otras unidades de separación por membrana del bloque de membrana, diferentes de las unidades de separación por membrana antes citadas, también se pueden aportar, a través del sistema de distribución de gas según la invención, flujos de gas mixto que contengan una mezcla compuesta preferiblemente por una de las corrientes de gas de alimentación 1 y 2. Preferiblemente, las corrientes de gas mixto se aportan al menor número posible de unidades de separación por membrana del bloque de membrana, con especial preferencia a ninguna unidad de separación por membrana, y el flujo de alimentación 1 o el flujo de alimentación 2 se aportan al mayor número posible de unidades de separación por membrana del bloque de membrana.
[0020] Mediante el sistema de distribución de gas según la invención se puede ajustar o también controlar o regular activamente el número de unidades de separación por membrana a las que se aportan los diferentes flujos de gas. Preferiblemente, el ajuste se realiza mediante el caudal volumétrico o el caudal másico de los respectivos flujos de gas de alimentación y/o mediante la presión de entrada de los flujos de gas de alimentación relativamente entre sí. Esto significa, por ejemplo, que si el caudal volumétrico y/o el caudal másico y/o la presión de un flujo de gas de alimentación disminuyen, este flujo de gas de alimentación se aporta a menos unidades de separación por membrana en los bloques de membrana respectivos y, al mismo tiempo, otro flujo de gas de alimentación se aporta a más unidades de separación por membrana. Si el control se lleva a cabo mediante las presiones de los flujos de gas de alimentación, el rango aplicable según la invención de la presión diferencial entre los flujos de gas de alimentación está limitado por el hecho de que las respectivas presiones diferenciales de los flujos de gas de alimentación dan como resultado que cada flujo de gas de alimentación se aporte al menos a una unidad de separación por membrana del bloque de membrana. Si la presión diferencial es demasiado grande, el flujo de gas de alimentación con la presión más baja podría desplazarse por completo de la etapa de separación por membrana. El aparato según la invención y el procedimiento según la invención presentan la ventaja de que, en caso de necesidades de capacidad opuestas de los flujos de gas de alimentación a separar, es posible reaccionar de forma flexible y rápida, pudiéndose utilizar siempre óptimamente las capacidades de separación en las etapas de separación y los bloques de membrana. Una ventaja especialmente importante del aparato según la invención y del procedimiento según la invención consiste en que el control y la regulación pueden lograrse sin un gran esfuerzo en cuanto a equipamiento y tecnología de control como, por ejemplo, un número elevado de válvulas automáticas, y en que es posible tratar más de un flujo de gas de alimentación que de otro flujo de gas de alimentación.
[0021] El sistema de distribución de gas según la invención tiene además la ventaja de que puede configurarse de manera que los flujos de gas a purificar puedan aportarse a las respectivas unidades de separación por membrana sin mezcla o con una mezcla mínima. De este modo es posible alimentar las diferentes unidades de separación por membrana con flujos de gas de alimentación a separar en su composición original o prácticamente original. A su vez, un sistema de este tipo tiene la ventaja de que los diferentes flujos de gas de alimentación pueden tratarse de forma separada en la medida de lo posible dentro de una instalación.
[0022] Gracias a la posibilidad de aportar a las distintas unidades de separación por membrana diferentes flujos de gas en su composición original o prácticamente original, se obtienen en las distintas unidades de separación por membrana diferentes flujos de permeado y retentado en cuanto a composición y/o caudal.
[0023] El aparato según la invención y el procedimiento según la invención prescinden de costosos equipos adicionales o requieren muchos menos equipos adicionales o equipos adicionales de menor tamaño como, por ejemplo, tanques de amortiguación y/o acumuladores de presión para absorber las fluctuaciones de los diferentes flujos de gas a purificar. Por lo tanto, presentan ventajas económicas considerables. El aparato según la invención y el procedimiento según la invención se caracterizan especialmente por que estas fluctuaciones pueden compensarse con un mínimo esfuerzo en cuanto a equipamiento, de manera que se puedan obtener flujos de producto constantes en su caudal y/o su composición.
[0024] Si, por ejemplo, la presión del primer flujo de gas de alimentación desciende en el marco del rango permitido según la invención para la presión diferencial con respecto al segundo flujo de gas de alimentación, este hecho sólo tiene como consecuencia, en el dispositivo según la invención o en el procedimiento según la invención, que este flujo de gas de alimentación se aporta a menos unidades de separación por membrana y que el segundo flujo de gas de alimentación se aporta a más unidades de separación por membrana. Ninguna unidad de separación por membrana tiene que funcionar a carga parcial y las presiones de permeado y retentado pueden mantenerse constantes.
[0025] Por el contrario, si se utilizara un aparato como el mostrado en el ejemplo comparativo, es decir, si el primer flujo de gas de alimentación se aportara a una primera etapa de separación por membrana y si el segundo flujo de gas de alimentación se aportara a una segunda etapa de separación por membrana, y si la presión en el primer flujo de gas de alimentación descendiera, esto provocaría un descenso simultáneo de la presión de los flujos de gas retentado de la primera etapa de separación por membrana, por lo que sería necesario utilizar un segundo compresor para recomprimir estos flujos de gas retentado.
[0026] Si la cantidad del primer flujo de gas de alimentación disminuye, esta disminución da lugar, en el dispositivo según la invención o en el procedimiento según la invención, a que este flujo de gas de alimentación se aporte a menos unidades de separación por membrana y, al mismo tiempo, a que el segundo flujo de gas de alimentación se aporte a más unidades de separación por membrana. Ninguna unidad de separación por membrana tiene que funcionar a carga parcial y las presiones de permeado y retentado pueden mantenerse constantes. Por el contrario, si se utilizara un aparato como el mostrado en el ejemplo comparativo, es decir, si el primer flujo de gas de alimentación se aportara a una primera etapa de separación por membrana y si el segundo flujo de gas de alimentación se aportara a una segunda etapa de separación por membrana, y si la cantidad del primer flujo de gas de alimentación disminuyera, sería preciso ajustar la capacidad de separación de la primera etapa de separación por membrana. Las medidas posibles serían desconectar las unidades de separación por membrana mediante válvulas, ajustar la temperatura de funcionamiento, aumentar la presión de permeado o reducir la presión de retentado. Una reducción de la presión de retentado podría llevarse a cabo con un esfuerzo relativamente pequeño, pero una disminución de la presión de los flujos de gas retentado a menudo necesitaría un segundo compresor o un booster para recomprimir los flujos de gas retentado, dado que un uso posterior del retentado suele requerir una presión constante de los flujos de gas retentado.
[0027] El aparato según la invención y el procedimiento según la invención resultan especialmente ventajosos para aumentar el uso de energías renovables, dado que éstas a menudo sólo están disponibles en cantidades muy variables. Por consiguiente, éstos contribuyen de manera importante a la protección del clima.
[0028] Otras ventajas no citadas explícitamente resultan del contexto general de la siguiente descripción, de los ejemplos, de las reivindicaciones y de las figuras.
[0029] Siempre que estén comprendidas en el ámbito de protección de las reivindicaciones, las distintas características que se indican y/o representan a continuación en relación con ejemplos de realización concretos no se limitan a estos ejemplos de realización ni a la combinación con las demás características de estos ejemplos de realización, sino que pueden combinarse, en el marco de las posibilidades técnicas, con otras variantes, incluso si no se tratan por separado en la presente documentación.
[0030] Las mismas referencias en las distintas figuras e ilustraciones de los dibujos identifican componentes iguales o similares o con un efecto igual o similar. Las representaciones del dibujo también muestran claramente las características que no están dotadas de referencias, independientemente de si dichas características se describen a continuación o no. Por otra parte, las características que se incluyen en la presente descripción, pero que no son visibles ni se representan en el dibujo, son fácilmente comprensibles para un experto en la materia.
[0031] El objeto de la presente invención consiste en una instalación para la separación de mezclas de gas, que contiene a. una primera tubería de gas de alimentación (7), adecuada o configurada para transportar un primer flujo de gas de alimentación, y una segunda tubería de gas de alimentación (8) adecuada o configurada para transportar un segundo flujo de gas de alimentación diferente en su composición del primer flujo de gas de alimentación,
[0032] b. una etapa de separación por membrana, que comprende un bloque de membrana (1) o varios bloques de membrana (1), comprendiendo el bloque de membrana (1) / los bloques de membrana (1) respectivamente varias unidades de separación por membrana (2) conectados en paralelo,
[0033] presentando
[0034] ∘ cada unidad de separación por membrana (2) respectivamente una entrada de gas (3) y membranas de separación de gas y separándose la mezcla de gases aportada a través de la entrada de gas (3) en una corriente de gas retentado y una corriente de gas permeado por medio de las membranas de separación de gas, y ∘ presentando cada unidad de separación por membrana (2) respectivamente una salida de gas retentado (30) para el flujo de gas retentado que se conecta preferiblemente a una tubería de gas retentado (9) o mediante uno o varios conducto(s) de conexión de retentado (32) con una o dos salida/salidas de gas retentado (30) de la unidad(es) de separación por membrana adyacente (2) del mismo bloque de membrana (1), y una salida de gas permeado (31) para el flujo de gas permeado que se conecta preferiblemente a una tubería de gas permeado (10) o mediante uno o varios conducto(s) de conexión de permeado (33) con una o dos salida/salidas de gas permeado (31) de la unidad(es) de separación por membrana adyacente (2) del mismo bloque de membrana (1)
[0035] ,
[0036] y
[0037] c. un sistema de distribución de gas configurado de manera que
[0038] •el mismo comprenda conductos de conexión (18) que unen entre sí, preferiblemente de forma directa e inmediata, las entradas de gas (3) de dos unidades de separación por membrana (2) adyacentes de un bloque de membrana (1), y/o uno o varios conductos de distribución (4) que contiene/contienen respectivamente varios ramales (5) unidos mediante conductos de alimentación separados (6) a las entradas de gas (3) de las distintas unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1), pudiendo uno o varios ramal(es) (5) presentar adicionalmente una posibilidad de conexión para una tubería de gas de alimentación, de manera que mediante el ramal(es) (5) sea posible conectar respectivamente al mismo tiempo una tubería de gas de alimentación y un conducto de alimentación (6) a la tubería de distribución (4) correspondiente,
[0039] •si la etapa de separación por membrana comprende varios bloques de membrana (1), ésta comprende tuberías, preferiblemente tuberías (19a, 19b, 20a, 20b), que unen entre sí los bloques de membrana (1) de la etapa de separación por membrana,
[0040] •la primera tubería de gas de alimentación (7), la segunda tubería de gas de alimentación (8), así como opcionalmente otras tuberías de gas de alimentación, independientes unas de otras y en puntos separados en el espacio, se unen respectivamente a un conducto de distribución (4) o a un conducto de conexión (18) o a un ramal (5), o, siempre que esté presente, a una tubería que une entre sí los bloques de membrana (1) de la etapa de separación por membrana, preferiblemente una tubería (19a, 19b, 20a o 20b), o a una entrada de gas (3) de una unidad de separación por membrana (2), preferiblemente de forma inmediata y directa, disponiéndose los puntos de conexión de manera que dos o más de dos ramales (5) y/o dos o más de dos entradas de gas (3) se dispongan entre los puntos de conexión de la primera tubería de gas de alimentación (7) y de la segunda tubería de gas de alimentación (8).
[0041] El número de ramales (5) y/o de entradas de gas (3) entre los puntos de conexión de la primera tubería de gas de alimentación (7) y de la segunda tubería de gas de alimentación (8) es preferiblemente de al menos 3, con especial preferencia de al menos 4, de forma muy especialmente preferible de al menos 5, en especial preferiblemente de al menos 7 y con una preferencia especial de al menos 9. El límite superior puede corresponder, por ejemplo, al número de unidades de separación por membrana por bloque, pero también puede aumentar aún más si hay varios bloques de membrana por etapa de separación por membrana como se muestra, por ejemplo, en las figuras 4a y 5a.
[0042] Si se aportan más de dos tuberías de gas de alimentación a una etapa de separación por membrana según la invención, los puntos de conexión de las tuberías de gas de alimentación se disponen en el espacio preferiblemente de manera que se dispongan dos o más de dos ramales (5) y/o dos o más de dos entradas de gas (3) entre los puntos de conexión de respectivamente dos tuberías de gas de alimentación. En las figuras 4 a 9 se muestran ejemplos.
[0043] En el marco de la presente invención, por una"tubería"se entienden tuberías por las que fluyen flujos de gas. En el marco de la presente invención, por"una tubería conectada de forma inmediata y directa a otra tubería",se entiende que un flujo de gas, en el momento en el que sale de la primera de las dos tuberías conectadas directa e inmediatamente entre sí, entra en la segunda de las tuberías conectadas directa e inmediatamente entre sí, es decir, no tiene que pasar por una tercera tubería entre la primera y la segunda tubería.
[0044] Unaunidad de separación por membranase caracteriza fundamentalmente por la presencia de conexiones técnicamente utilizables para la aportación por el lado de presión de un flujo de gas a separar (entrada de gas (3)), el así llamado feed o flujo de alimentación o gas de alimentación o flujo de gas de alimentación, al material de membrana, así como para la evacuación de gas(es) por el lado de presión, el así llamado retentado o gas retentado o flujo de gas retentado o flujo de retentado, y para la evacuación del gas(es) que se ha/han permeado a través del material de membrana, el así llamado permeado o gas permeado o flujo de gas permeado o flujo de permeado. En caso de una generación de fuerza motriz mediante gas de purga, existe la posibilidad de una conexión por el lado del permeado. Resulta preferible que los perfiles de concentración, presión y temperatura por el lado de presión sean continuos a lo largo de la dirección de flujo principal respectiva y que el permeado se acumule sin pasos intermedios en una cámara de permeado común como, por ejemplo, una carcasa o un tubo de permeado de la unidad de separación por membrana respectiva.
[0045] Lasunidades de separación por membranapreferidas son las siguientes formas de realización
[0046] A. un módulo de separación de gas
[0047] B. una carcasa equipada con un cartucho de separación de gas o varios cartuchos de separación de gas conectados en serie, configurándose la unidad de separación por membrana, en la forma de realización, con varios cartuchos de separación de gas conectados en serie, preferiblemente de manera que la salida de gas retentado del cartucho de separación de gas respectivo se conecte mediante una tubería de gas directamente a la entrada de gas del siguiente cartucho de separación de gas situado respectivamente aguas abajo y de manera que los permeados de todos los cartuchos de separación de gas se acumulen en una cámara de gas que comunica directamente, por ejemplo, la cámara de carcasa, o bien de manera que la salida de gas retentado del cartucho de separación de gas correspondiente se conecte a la entrada de gas del siguiente cartucho de separación de gas situado respectivamente aguas abajo mediante una cámara de gas que comunica como, por ejemplo, la cámara de carcasa, y presentando cada cartucho un tubo colector de permeado conectado mediante una tubería de gas directamente al tubo colector de permeado del cartucho de separación de gas situado respectivamente aguas abajo
[0048] C. varios módulos de separación de gas conectados en serie, conectándose la salida de gas retentado del módulo de separación de gas respectivo, mediante una tubería de gas, directamente a la entrada de gas del siguiente módulo de separación de gas situado respectivamente aguas abajo, y configurándose la unidad de separación por membrana, por ejemplo, mediante un tubo de permeado de la unidad de separación por membrana correspondiente, de manera que los permeados de todos los módulos de separación de gas de la unidad de separación por membrana se junten,
[0049] D. varias carcasas conectadas en serie, equipadas con un cartucho de separación de gas o varios cartuchos de separación de gas conectados en serie, configurándose cada carcasa preferiblemente como se describe en la forma de realización B y configurándose las carcasas conectadas en serie de manera que la salida de gas retentado de la carcasa respectiva se conecte, mediante una tubería de gas, directamente a la entrada de gas de la siguiente carcasa situada respectivamente aguas abajo, y configurándose la unidad de separación por membrana, por ejemplo, mediante un tubo de permeado de la unidad de separación por membrana respectiva, de manera que los permeados de todas las carcasas de la unidad de separación por membrana se junten.
[0050] Los cartuchos de separación de gas preferidos, así como las carcasas equipadas con uno o varios cartuchos de separación de gas conectados en serie, se revelan en el documento EP 3307424 B1.
[0051] Los módulos de separación de gasse diferencian delos cartuchos de separación de gas,en que representan una unidad de separación completa, incluida una carcasa resistente a la presión. Por el contrario, los cartuchos se insertan en carcasas separadas y resistentes a la presión, preferiblemente en carcasas instaladas de forma fija en la planta de separación, pudiendo insertarse en la carcasa un cartucho o varios cartuchos conectados en serie uno detrás de otro. Los cartuchos tienen la ventaja de que su sustitución supone un coste menor que la de los módulos, ya que no es necesario sustituir la costosa carcasa resistente a la presión.
[0052] Mientras que en el ámbito del tratamiento de biogás se utilizan por regla general cartuchos o módulos de pequeño volumen, en el ámbito de la purificación de gas natural, por ejemplo, se necesitan cartuchos o módulos de gran volumen, a fin de poder gestionar grandes cantidades de gas. Además, en este campo de aplicación se necesitan cartuchos y módulos que puedan utilizarse con presiones de gas de alimentación más altas, preferiblemente de 30 a 100 bar. Los módulos y los cartuchos de separación de gas pueden contener membranas planas que, por ejemplo, se enrollan alrededor de un tubo de permeado dispuesto en el centro.
[0053] Además, existen cartuchos o módulos que comprenden membranas de fibra hueca. Se pueden encontrar ejemplos en los documentos US 3422008, US 3455460, US 3475331, US 4207192, US 4210536, US 4220489, US 4430219, US 4631128, US 4715953, US 4865736, US 4881955, US 5084073, US 5160042, US 5299749, US 5411662, US 5702601, US 5837032, US 5837033, US 5897729, US 7410580, US 7998254, US 8747980, US 8778062.
[0054] En el marco de la presente invención pueden utilizarse, en principio, todas las unidades de separación por membrana conocidas por el experto en la materia. Las unidades de separación por membrana preferidas se describen en los documentos US 2016/0151744, US 10,933,378 y US2018/0221824.
[0055] Una etapa de separación por membrana según la invención comprende un"bloque de membrana"o varios"bloques de membrana",comprendiendo a su vez el bloque de membrana o los bloques de membrana respectivamente variasunidades de separación por membranaconectadas en paralelo. Cada bloque de membrana de una etapa de separación por membrana según la invención comprende preferiblemente al menos dos, con especial preferencia más de 5, y de forma especialmente preferible más de 10 unidades de separación por membrana. El número de unidades de separación por membrana por bloque de membrana depende de las fuentes de gas y especialmente del volumen de gas a tratar. En el ámbito de la separación de gas con membranas es posible el uso de varios cientos de unidades de separación por membrana.
[0056] La instalación según la invención comprende además un"sistema de distribución de gas".Resulta preferible configurar el sistema de distribución de gas de manera que los flujos de gas de alimentación se aporten mediante el sistema de distribución de gas a las unidades de separación por membrana del bloque de membrana o de los bloques de membrana respectivos, de modo que éstos fluyan unos hacia otros dentro de un bloque de membrana en una tubería y/o que fluyan unos hacia otros en una o varias tuberías que conectan entre sí los bloques de membrana de una etapa de separación por membrana.
[0057] "Fluir unos hacia otros en una tubería"comprende, en este caso, las siguientes formas de realización (lista no concluyente):
[0058] -dos flujos de gas fluyen uno hacia otro en una misma tubería,
[0059] -a una entrada de gas de una unidad de separación por membrana de un bloque de membrana de una etapa de separación por membrana según la invención se conectan dos conductos de conexión. Dos flujos de gas de alimentación fluyen uno hacia otro a través de estos dos conductos de conexión y se encuentran en la entrada de gas
[0060] -en una tubería de distribución según la invención, que contiene ramales, dos flujos de gas de alimentación fluyen uno hacia otro y se encuentran entre dos ramales o se encuentran en un ramal
[0061] -En una tubería de gas según la invención, que conecta entre sí varios bloques de membrana de una etapa de separación por membrana y que, por consiguiente, presenta ramales a los respectivos bloques de membrana, dos flujos de gas de alimentación fluyen uno hacia otro y se encuentran entre dos ramales o en un ramal.
[0062] Resulta especialmente preferible aportar los flujos de gas de alimentación a las unidades de separación por membrana del bloque de membrana o de los bloques de membrana respectivos mediante el sistema de distribución de gas, de manera que al menos dos unidades de separación por membrana de un bloque de membrana, con especial preferencia al menos dos unidades de separación por membrana de varios bloques de membrana de una etapa de separación por membrana, de forma especialmente preferida al menos dos unidades de separación por membrana en todos los bloques de membrana de una etapa de separación por membrana, se alimenten con flujos de gas diferentes en su composición.
[0063] Por lo tanto, en las dos formas de realización preferidas descritas anteriormente, los puntos de conexión de la primera tubería de gas de alimentación (7) y de la segunda tubería de gas de alimentación (8) se disponen, con especial preferencia, espacialmente de forma independiente unos de otros, de manera
[0064] que el primer flujo de gas de alimentación y el segundo flujo de gas de alimentación, dentro de un bloque de membrana (1) o de varios bloques de membrana (1) de la etapa de separación por membrana, preferiblemente en uno o varios conducto(s) de distribución (4) y/o en conducto(s) de conexión (18) y/o dentro de la tubería o tuberías que conecta/conectan los bloques de membrana (1) de la etapa de separación por membrana entre sí, preferiblemente dentro de la tubería o tuberías (19a, 19b, 20a, 20b), fluyan el uno hacia el otro,
[0065] y/o
[0066] que en un bloque de membrana (1), preferiblemente en varios bloques de membrana (1), con especial preferencia en todos los bloques de membrana (1), de la etapa de separación por membrana se aporten, respectivamente a al menos dos unidades de separación por membrana (2) diferentes, flujos de gas que difieren en su composición. El sistema de distribución de gas según la invención se configura preferiblemente de manera que los flujos de gas de alimentación, como se ha descrito antes, fluyan los unos hacia los otros, de modo que en la instalación según la invención estén disponibles puntos de contacto en los que los flujos de gas de alimentación aportados al sistema de distribución de gas coinciden. En estos puntos de contacto pueden producirse ciertas mezclas de los flujos de gas de alimentación. Según la invención, resulta preferible poder evitar en gran medida y/o regular la mezcla. Esto puede lograrse mediante medidas constructivas complementarias adecuadas de la instalación según la invención en los puntos de contacto potenciales. Las medidas constructivas preferidas son la reducción de las secciones transversales de las tuberías y/o la prolongación de los tramos de tubería y/o la aplicación de mezcladores estáticos y/o el uso de rascadores en las tuberías de gas. Como rascadores se pueden utilizar rascadores pasivos, es decir, rascadores cuya posición en las tuberías de gas del sistema de distribución de gas se controla mediante las propiedades de los flujos de gas de alimentación, por ejemplo, su presión o caudal, o rascadores controlados activamente, es decir, rascadores cuya posición en las tuberías de gas del sistema de distribución de gas se determina, por ejemplo, mediante un imán, independientemente de las propiedades de los flujos de alimentación. Resulta preferible el uso de rascadores pasivos.
[0067] Los flujos de permeado generados en las unidades de separación por membrana de un bloque de membrana pueden
[0068] -agruparse completamente en un flujo de gas permeado y, a continuación, extraerse, procesarse o desecharse, o
[0069] -agruparse parcialmente, obteniéndose así varios flujos de gas permeado que, a continuación, se extraen, procesan o desechan de forma independiente unos de otros, o
[0070] -agruparse parcialmente, obteniéndose uno o varios flujo/flujos de gas permeado que, a continuación, se extraen, procesan o desechan de forma independiente unos de otros, y se extraen, procesan o desechan individualmente, o
[0071] -extraerse, procesarse o desecharse todos por separado.
[0072] Resulta preferible agrupar los flujos de gas permeado de manera que el número de flujos de gas permeado obtenidos corresponda al número de flujos de gas de alimentación y de manera que la composición de los flujos de gas permeado sea lo más diferente posible. Con especial preferencia se agrupan todos los flujos de gas permeado de las unidades de separación por membrana de un bloque de membrana a las que se ha aportado un flujo de gas de alimentación idéntico. Esto da lugar a flujos de gas permeado con la máxima diferencia posible, como se muestra en el ejemplo 1. Si a algunas unidades de separación por membrana de un bloque de membrana se les aportan flujos de gas mixto procedentes de diferentes flujos de gas de alimentación, los flujos de permeado obtenidos en estas unidades de separación por membrana preferiblemente se distribuyen y los flujos parciales se agrupan respectivamente con uno de los flujos de gas permeado antes descritos y obtenidos de las unidades de separación por membrana a las que se ha aportado un flujo de gas de alimentación puro, como se muestra en el ejemplo 2.
[0073] Con los flujos de retentado se puede proceder de forma análoga. Esto da lugar a una gran flexibilidad del aparato según la invención y del procedimiento según la invención en lo que respecta a los flujos de gas obtenidos a partir de un único sistema.
[0074] Las formas de realización preferidas de la instalación según la invención y del procedimiento según la invención, así como el principio básico general según la invención, se explica/explican a continuación más detalladamente a la vista de las formas de realización especiales según las figuras 1 a 11.
[0075] En una primera forma de realización preferida, la etapa de separación por membrana según la invención contiene un bloque de membrana (1) o varios bloques de membrana (1) con respectivamente un conducto de distribución (4), con varios ramales (5) y conductos de alimentación (6), uniendo respectivamente un conducto de alimentación (6) respectivamente un ramal (5) a una entrada de gas (3) de una unidad de separación por membrana (2), y
[0076] la primera tubería de gas de alimentación (7) y la segunda tubería de gas de alimentación (8) se conectan, de forma separada e independiente una de otra, preferiblemente en puntos lo más alejados posible entre sí en cuanto a la trayectoria del flujo, al/los conducto(s) de distribución (4) y/o los ramales (5), con especial preferencia a los extremos respectivamente opuestos de los conducto(s) de distribución (4).
[0077] En la figura 1 se representa un ejemplo de esta primera forma de realización preferida de la instalación según la invención o del procedimiento según la invención. Éste comprende un bloque de membrana (1) que incluye varias unidades de separación por membrana (2<1>) a (2<n>) conectadas en paralelo, correspondiendo el índice n al número consecutivo y correspondiendo el número n al número de unidades de separación por membrana conectadas en paralelo del bloque de membrana (1), con respectivamente una entrada de gas (3<1>) a (3<n>). Las entradas de gas (3<1>) a (3<n>) de las unidades de separación por membrana (2<1>) a (2<n>) se conectan entre sí por medio de un sistema de distribución de gas según la invención.
[0078] El sistema de distribución de gas comprende
[0079] -un conducto de distribución (4) con varios ramales (5),
[0080] -tuberías de alimentación (6<1>) a (6<n>) que conectan los respectivos ramales (5) a las entradas de gas (3<1>) a (3<1>) de las unidades de separación por membrana (2<1>) a (2<n>),
[0081] y configurándose la misma en la figura 1 de manera que la primera tubería de gas de alimentación (7) y la segunda tubería de gas de alimentación (8) se conecten, separadas una de otra, a los extremos respectivamente opuestos del conducto de distribución (4).
[0082] Como variante de la figura 1, la primera tubería de gas de alimentación (7) y/o la segunda tubería de gas de alimentación (8), separadas una de otra, también puede/pueden conectarse en otro punto al conducto de distribución (4) o a un ramal (5), situándose los puntos de conexión preferiblemente lo más alejados posible unos de otros en la dirección de flujo. Con especial preferencia, la primera tubería de gas de alimentación (7) y/o la segunda tubería de gas de alimentación (8) se conectan respectivamente a un extremo del conducto de distribución (4).
[0083] Si el procedimiento según la invención se lleva a cabo en una instalación según la figura 1, en el bloque de membrana (1) según la invención, el primer y el segundo flujo de gas de alimentación, que difieren en su composición, fluyen el uno hacia el otro en el conducto de distribución (4), coincidiendo allí. Una mezcla de los flujos de gas sólo tiene lugar en el punto en el que se encuentran los dos flujos de gas.
[0084] Para ilustrar el principio básico según la invención, se considera el siguiente ejemplo con supuestos simplificados. Entre los supuestos simplificados fundamentales se encuentran:
[0085] •una estructura simétrica e idéntica de todas las secciones repetitivas del aparato
[0086] •la pérdida de presión durante el flujo de los dos flujos de gas de alimentación diferentes no depende de la densidad ni de la viscosidad ni de la temperatura
[0087] •la pérdida de presión por el lado de presión es idéntica para todas las unidades de separación por membrana.
[0088] En este ejemplo, con la misma presión y el mismo caudal del primer y del segundo flujo de gas de alimentación, los dos flujos de gas coinciden en el centro del conducto de distribución (4). Esto significa que el primer flujo de gas de alimentación se aporta a las unidades de separación por membrana (2<1>) y (2<2>), donde se separa en flujos de retentado, así como en flujos de permeado. De forma correspondiente, el segundo flujo de gas de alimentación se aporta a las unidades de separación por membrana (2<n-1>) y (2<n>), separándose allí en flujos de retentado y en flujos de permeado, cuya composición difiere de la de los flujos de gas permeado y retentado generados en las unidades de separación por membrana (2<1>) y (2<2>). A otras unidades de separación por membrana dispuestas en el centro del bloque de membrana (1) se les aporta, en su caso, una mezcla del primer y del segundo flujo de gas de alimentación. Si, por ejemplo, la presión o el caudal del primer flujo de gas de alimentación disminuyen, el punto de encuentro de los dos flujos de gas de alimentación en el conducto de distribución (4) se desplaza hacia el extremo del conducto de distribución al que se aporta el primer flujo de gas de alimentación. De este modo, el segundo flujo de gas de alimentación se aporta ahora a más unidades de separación por membrana y el primer flujo de gas de alimentación se aporta a menos unidades de separación por membrana.
[0089] Resulta preferible reducir o evitar la mezcla de los flujos de gas de alimentación en los puntos de contacto potenciales hasta el nivel deseado mediante la reducción de las secciones transversales de conducto y/o mediante la prolongación de las secciones de conducto del conducto de distribución (4) y/o mediante la aplicación de mezcladores estáticos y/o mediante el uso de rascadores entre los diferentes flujos de gas en el conducto de distribución (4). Preferiblemente se utilizan rascadores pasivos.
[0090] En el procedimiento y en la instalación según la figura 1, los flujos de retentado de las unidades de separación por membrana (2<1>) a (2<1>) se aportan en tuberías de gas retentado (9<1>) a (9<n>) a una tubería colectora de gas retentado (11). En su primer extremo, situado cerca de la unidad de separación por membrana (2<1>), se obtiene, mediante una cantidad de extracción ajustada adecuadamente, un primer flujo de gas retentado, enriquecido principalmente con el gas retentado del primer flujo de gas de alimentación, que se aporta a un primer ramal de gas retentado (12). En el segundo extremo de la tubería colectora de gas retentado (11), situado cerca de la unidad de separación por membrana (2<n>), se obtiene un segundo flujo de gas retentado, enriquecido principalmente con el gas retentado del segundo flujo de gas de alimentación, que se aporta a un segundo ramal de gas retentado (13).
[0091] De forma análoga, los flujos de permeado de las unidades de separación por membrana (2<1>) a (2<n>) en las tuberías de gas permeado (10<1>) a (10<n>) en el bloque de membrana (1) en la figura 1 se aportan a una tubería colectora de gas permeado (14). En su primer extremo, situado cerca de la unidad de separación por membrana (2<1>), se obtiene, mediante una cantidad de extracción ajustada adecuadamente, un primer flujo de gas permeado, enriquecido principalmente con el gas permeado del primer flujo de gas de alimentación, que se aporta al primer ramal de gas permeado (15). En el segundo extremo de la tubería colectora de gas permeado (14), situado cerca de la unidad de separación por membrana (2<n>), se obtiene un segundo flujo de gas permeado, enriquecido principalmente con el gas permeado del segundo flujo de gas de alimentación, que se aporta al segundo ramal de gas permeado (16). De manera similar a lo que ocurre en el conducto de distribución (4), también en la tubería colectora de retentado (11) se pueden tomar medidas complementarias en los puntos de contacto potenciales de los flujos de retentado de las distintas unidades de separación por membrana, especialmente en el punto de contacto en el que los flujos de retentado enriquecidos principalmente con el gas retentado del primer flujo de gas de alimentación se encuentran con los flujos de retentado enriquecidos principalmente con el gas retentado del segundo flujo de gas de alimentación, a fin de minimizar o evitar una mezcla de los respectivos flujos o de ajustar las cantidades de extracción correspondientes. Las medidas adecuadas serían la reducción de las secciones transversales de conducto y/o la prolongación de las secciones de conducto y/o el uso de rascadores, utilizándose aquí preferiblemente rascadores de control activo.
[0092] De forma análoga, también se pueden tomar medidas complementarias en la tubería colectora de permeado (14) en los puntos de contacto potenciales de los flujos de permeado de las diferentes unidades de separación por membrana, especialmente en el punto de contacto en el que los flujos de permeado enriquecidos principalmente con el gas permeado del primer flujo de gas de alimentación se encuentran con los flujos de permeado enriquecidos principalmente con el gas permeado del segundo flujo de gas de alimentación, a fin de minimizar o evitar una mezcla de los respectivos flujos o de ajustar las cantidades de extracción correspondientes.
[0093] Las medidas adecuadas serían la reducción de las secciones transversales de conducto y/o la prolongación de las secciones de conducto y/o el uso de rascadores, utilizándose aquí preferiblemente rascadores de control activo. El ajuste de las cantidades de extracción en los flujos de permeado o retentado también puede realizarse, por ejemplo, mediante válvulas correspondientes en las tuberías de gas retentado (9) y/o en las tuberías de gas permeado (10) y/o en la tubería colectora de retentado (11) y/o en la tubería colectora de permeado (14) y/o en el primer ramal de gas retentado (12) y/o en el segundo ramal de gas retentado (13) y/o en el primer ramal de gas permeado (15) y/o en el segundo ramal de gas permeado (16) y/o, en la forma de realización descrita más adelante, forma de realización según la figura 3, en los conductos de conexión de retentado (32) y/o en los conductos de conexión de permeado (33). Con esta finalidad se utilizan preferiblemente válvulas en cada uno de los ramales de gas permeado y en todos los ramales de gas retentado o, con especial preferencia, en todos los ramales de gas permeado y en todos los ramales de gas retentado. Para ello se utilizan de forma especialmente preferida válvulas controlables en todos los ramales de gas permeado y en todos los ramales de gas retentado.
[0094] En una segunda forma de realización preferida, la etapa de separación por membrana según la invención contiene un bloque de membrana (1) o varios bloques de membrana con respectivamente varios conductos de conexión (18) que conectan respectivamente la entrada de gas (3) de una unidad de separación por membrana (2) con la/las entrada de gas/entradas de gas (3) de la unidad(es) de separación de membrana (2) adyacentes en el bloque de membrana (1),
[0095] y
[0096] la primera tubería de gas de alimentación (7), así como la segunda tubería de gas de alimentación (8) se conectan, por separado e independientemente una de otra, respectivamente a una entrada de gas (3) de una unidad de separación por membrana (2) o a varias entradas de gas (3) de unidades de separación por membrana (2) y/o a un conducto de conexión (18) o a varios conductos de conexión (18).
[0097] En la figura 2 se representa un ejemplo de esta segunda forma de realización preferida de la instalación y del procedimiento según la invención. El bloque de membrana (1) representado en este ejemplo comprende varias unidades de separación por membrana (2<1>) a (2<n>) conectadas en paralelo, correspondiendo el índice n al número consecutivo y coincidiendo el número n al número de unidades de separación por membrana conectadas en paralelo del bloque de membrana (1) con respectivamente una entrada de gas (3<1>) a (3<n>). Las unidades de separación por membrana (2<1>) a (2<n>) se conectan entre sí por medio de un sistema de distribución de gas según la invención.
[0098] En la instalación o el procedimiento según la figura 2, el sistema de distribución de gas comprende conductos de conexión (18) que conectan respectivamente la entrada de gas (3) de una unidad de separación por membrana (2) a las entradas de gas (3) de ambas unidades de separación por membrana adyacentes o, en el caso de las unidades de separación por membrana (2<1>) y (2<n>) dispuestas en los extremos respectivos de un bloque de membrana (1), a respectivamente la entrada de gas (3) de una unidad de separación por membrana adyacente. En la figura 2, la tubería de gas de alimentación (7) se conecta a la entrada de gas (3<1>) y la tubería de gas de alimentación (8) se conecta a la entrada de gas (3<n>). Desde allí, el primer y el segundo flujo de gas de alimentación fluyen el uno hacia el otro a través de los conductos de conexión (18) y se distribuyen a las unidades de separación por membrana dispuestas entre las unidades de separación por membrana (2<1>) y (2<1>).
[0099] En su función, el bloque de membrana según la figura 2 corresponde al bloque de membrana de la figura 1, con la diferencia de que los ramales (5) de la instalación de la figura 1 están integrados en las entradas de gas (3) de la figura 2. En la forma de realización según la figura 2, los ramales (5), la tubería de alimentación (6) y las entradas de gas (3), que en la figura 1 aparecen como componentes independientes, se configuran preferiblemente como parte integrante de la carcasa de presión de la respectiva unidad de separación por membrana. Las explicaciones sobre el principio básico de la invención según la figura 1 también se aplican análogamente a la forma de realización según la figura 2.
[0100] La forma de realización según la figura 2 puede modificarse en el marco de la presente invención. Por ejemplo, es posible no conectar la tubería de gas de alimentación (7) y/o la tubería de gas de alimentación (8) a las entradas de gas (3<1>) y (3<n>) de las unidades de separación por membrana (2<1>) y (2<1>), sino, en su lugar, conectarlas a las entradas de gas de las unidades de separación por membrana dispuestas entre ellas, por ejemplo, a las entradas de gas (3<2>) y/o (3<n-1>). En este caso, el primer flujo de gas de alimentación se transmitiría a través de un conducto de conexión (18) desde la entrada de gas (3<2>) a la entrada de gas (3<1>) de la unidad de separación por membrana (2<1>) y a través de otro conducto de conexión (18) a la entrada de gas (3<3>) de la unidad de separación por membrana (2<3>). En esta forma de realización, el primer flujo de gas de alimentación se separaría en cualquier caso en las unidades de separación por membrana (2<1>) y (2<2>).
[0101] Otra variante según la invención de la forma de realización de acuerdo con la figura 2 se configura de manera que la tubería de gas de alimentación (7) y/o la tubería de gas de alimentación (8) no se conecten a las entradas de gas (3<1>) o (3<n>) de las unidades de separación por membrana (2<1>) y (2<n>), sino que una o ambas tuberías de gas de alimentación se conecten al conducto de conexión (18), por ejemplo, la tubería de gas de alimentación (7) puede conectarse al conducto de conexión (18) entre las entradas de gas de las unidades de separación por membrana (2<1>) y / o (2<1>).
[0102] Según la invención, resultan preferibles las formas de realización del aparato y del procedimiento que producen la menor mezcla posible de los flujos de alimentación, a fin de alimentar cada unidad de membrana individual con la composición más original posible de los respectivos flujos de alimentación. Por lo tanto, resulta preferible reducir o ajustar la mezcla de los flujos de gas de alimentación al nivel deseado en los puntos de contacto potenciales mediante la reducción de las secciones transversales de conducto y/o mediante la prolongación de las secciones de conducto del conducto de conexión (18) y/o mediante la aplicación de mezcladores estáticos y/o mediante el uso de rascadores entre los diferentes flujos de gas en el conducto de conexión (18). Preferiblemente se utilizan rascadores pasivos.
[0103] La configuración del lado de retentado y del lado de permeado de la instalación según la invención de acuerdo con la figura 2, es decir, el procesamiento posterior de los flujos de retentado y de permeado según la invención, se realiza de forma análoga a lo descrito en la figura 1.
[0104] El experto en la materia puede encontrar fácilmente otras variantes aplicando el principio según la invención. Por consiguiente, la instalación y el procedimiento según la invención comprenden, con especial preferencia, un bloque de membrana (1) que presenta un sistema de distribución de gas, comprendiendo el sistema de distribución de gas en el bloque de membrana (1) respectivo conductos de conexión (18) que conectan respectivamente una entrada de gas (3) de una unidad de separación por membrana (2) a la/las entrada/entradas de gas (3) de la unidad(es) de separación por membrana (2) adyacente en el bloque de membrana (1). Las tuberías de gas de alimentación se conectan, por separado e independientemente una de otra, respectivamente a una entrada de gas (3) de una unidad de separación por membrana (2) o a varias entradas de gas (3) de unidades de separación por membrana (2) y/o a un conducto de conexión (18) o a varios conductos de conexión (18). Preferiblemente, los dos flujos de gas de alimentación, que fluyen el uno hacia el otro, se aportan a las distintas unidades de separación por membrana mediante los conductos de conexión.
[0105] Además, resulta ventajoso y deseable evitar una pérdida de presión excesiva en el sistema de distribución de gas. Finalmente resulta ventajoso que el esfuerzo operativo y de equipamiento para el control y la regulación del sistema sea lo más reducido posible. Las formas de realización según las figuras 1 a 2 presentan todas estas ventajas y, por lo tanto, resultan especialmente preferibles.
[0106] En otra forma de realización preferida según la invención, el principio de agrupación de ramales (5) y conductos de alimentación (6), que se ha explicado anteriormente en el ejemplo de la figura 2, se transfiere al sistema de procesamiento de retentado y/o permeado. En lugar de conectar, como se muestra en las figuras 1 y 2, los flujos de retentado de las unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1) a una tubería colectora de gas retentado (11) a través de tuberías de gas retentado (9), en esta forma de realización las salidas de gas retentado (30) de las unidades de separación por membrana (2) se conectan a conductos de conexión de retentado (32). Los ramales de gas retentado (12) y (13) se conectan a una salida de gas retentado (30) o a un conducto de conexión de retentado (32). Resulta preferible conectar el ramal de gas retentado (12) a la salida de gas retentado (30<1>) o, desde un punto de vista constructivo, a una salida de gas retentado o a un conducto de conexión de retentado próximo a ésta y conectar el ramal de gas retentado (13) a la salida de gas retentado (30<n>) o, desde un punto de vista constructivo, a una salida de gas retentado o a un conducto de conexión de retentado próximo a ésta. En la figura 3 se muestra una forma de realización correspondiente, en combinación con el sistema de distribución de gas según la figura 2. Análogamente, el sistema de procesamiento de retentado según la figura 3 también puede combinarse con un sistema de distribución de gas según la figura 1.
[0107] También se puede proceder con el sistema de procesamiento de permeado análogamente a lo antes descrito en relación con el sistema de procesamiento de retentado. La presente invención comprende las formas de realización tanto con tubería colectora de retentado y permeado en un bloque de membrana, como también con conductos de conexión de retentado y permeado en un bloque de membrana, así como con tubería colectora de retentado y conductos de conexión de permeado en un bloque de membrana, así como con conducto de conexión de retentado y tubería colectora de permeado en un bloque de membrana. La presente invención también comprende, siendo fácilmente identificables por un experto en la materia, combinaciones de las formas de realización en las que, por ejemplo, una parte de los gases de retentado de un bloque de membrana se aporta a una tubería colectora de retentado y otra parte se evacúa a través de conductos de conexión de retentado. Lo mismo se aplica a las combinaciones correspondientes para los flujos de permeado en el bloque de membrana.
[0108] Las instalaciones antes descritas según la invención y las formas de realización preferidas pueden escalarse aumentando o disminuyendo el número "n" de unidades de separación por membrana (2) conectadas en paralelo en un bloque de membrana (1). De este modo, sin modificar las propias unidades de separación por membrana, se puede ajustar la capacidad de separación de cada bloque de membrana (1) y, consiguiente, de cada etapa de separación por membrana.
[0109] Alternativa o adicionalmente, también se pueden variar las propias unidades de separación por membrana, por ejemplo, ajustando la superficie de separación de membrana y/o la selectividad de las membranas y/o la permeabilidad de las membranas.
[0110] Además, en un bloque de membrana (1) de las unidades de separación por membrana (2) se pueden utilizar diferentes membranas. Dependiendo de la composición de los flujos de gas de alimentación a separar, puede resultar conveniente utilizar membranas optimizadas para un primer flujo de gas de alimentación en las unidades de separación por membrana, en las que se separa exclusiva o principalmente el primer flujo de gas de alimentación, y utilizar membranas optimizadas para un segundo flujo de gas de alimentación en las etapas de separación en las que se separa exclusiva o principalmente el segundo flujo de gas de alimentación.
[0111] Dado que el sistema de distribución de gas según la invención - como se ha descrito antes - regula la aportación de los flujos de gas de alimentación o de sus mezclas a las distintas etapas de separación, preferiblemente en dependencia de las propiedades de los flujos de gas de alimentación como, por ejemplo, en dependencia del caudal volumétrico actual y/o del caudal másico y/o de la presión del flujo de gas de alimentación correspondiente, puede ocurrir que, en un momento determinado del funcionamiento de la instalación o del procedimiento, se aporte a las unidades de separación por membrana una mezcla de gases con el primer flujo de gas de alimentación como componente principal y, en un momento posterior, una mezcla de gases con el segundo flujo de gas de alimentación como componente principal. Por este motivo resulta preferible utilizar las mismas membranas en todas las unidades de separación por membrana (2) de una etapa de separación (1).
[0112] Alternativa o adicionalmente, la capacidad y la selectividad de las unidades de separación por membrana pueden ajustarse mediante la temperatura de funcionamiento. En una realización preferida, los flujos de gas de alimentación tienen diferentes temperaturas de entrada. El control específico de la temperatura de funcionamiento puede utilizarse, por ejemplo, para alcanzar valores predeterminados en relación con la composición de uno o varios gases de retentado y/o permeado o con el rendimiento de al menos un componente gaseoso.
[0113] En las figuras 4 y 5 se representa otra forma de realización preferida para el ajuste de la capacidad de separación de una etapa de separación por membrana según la invención. Aquí, en una etapa de separación por membrana se utilizan respectivamente varios bloques de membrana (1) conectados en paralelo. En este caso se pueden utilizar todos los bloques de membrana descritos anteriormente. El uso de varios bloques de membrana conectados en paralelo en lugar de un aumento del tamaño de los propios bloques de membrana, es decir, el uso de cuatro bloques de membrana con 10 unidades de separación por membrana cada uno en lugar de un bloque con 40 unidades de separación por membrana conectadas en paralelo, tiene ventajas con respecto al control de la presión, especialmente para evitar pérdidas de presión, y con respecto a un diseño simplificado del bastidor.
[0114] En la figura 4 se utilizan "o" bloques de membrana (1) según la figura 1 conectados en paralelo, indicando el índice (o) el número de bloques de membrana (1) conectados en paralelo. En este caso, los respectivos bloques de membrana (1<1>) a (1<o>) presentan respectivamente conductos de distribución (4<1>) a (4<o>). Los extremos de los conductos de distribución (4<1>) a (4<o>) dispuestos en el lado de las unidades de separación por membrana (2<1>) de los respectivos bloques de membrana se conectan entre sí mediante un conducto de gas (19a). Igualmente, los extremos de los conductos de distribución (4<1>) a (4<o>) dispuestos en el lado de las unidades de separación por membrana (2<n>) de los respectivos bloques de membrana se conectan entre sí mediante un conducto de gas (19b). Para simplificar, en la figura 4 sólo se muestran las tuberías de gas de alimentación (7) y (8), los conductos de distribución (4<1>) a (4<o>) y los ramales (5) en los respectivos conductos de distribución. Tal y como se muestra en la figura 1, desde los ramales (5) parten respectivamente conductos de alimentación (6) hacia las distintas unidades de separación por membrana (2). Los sistemas de procesamiento de permeado y retentado, tampoco representados en la figura 4, se ejecutan preferiblemente como se ha explicado antes y, con especial preferencia, como se muestra en una de las figuras 1 a 3.
[0115] Como se muestra en la figura 4 en una representación no concluyente de las posibilidades, los flujos de gas de alimentación pueden aportarse de diferentes maneras a un circuito de este tipo de bloques de membrana.
[0116] La figura 4a muestra un circuito y un procedimiento en el que la primera tubería de gas de alimentación (7) se conecta a la tubería de gas (19a) en el lado de la unidad de separación por membrana (2<1>) del primer bloque de membrana (1<1>) y la segunda tubería de gas de alimentación (8) se conecta a la tubería de gas (19b) en el lado de la unidad de separación por membrana (2<n>) del último bloque de membrana (1<o>).
[0117] La figura 4b muestra un circuito y un procedimiento en el que la primera tubería de gas de alimentación (7) se conecta a la tubería de gas (19a) en el lado de la unidad de separación por membrana (2<1>) del primer bloque de membrana (1<1>) y la segunda tubería de gas de alimentación (8) se conecta a la tubería de gas (19b) en el lado de la unidad de separación por membrana (2<1>) del primer bloque de membrana (1<1>).
[0118] La figura 4c muestra un circuito en el que la primera tubería de gas de alimentación (7) se conecta a la tubería de gas (19a) dispuesta en el lado de la unidad de separación por membrana (2<1>) y la segunda tubería de gas de alimentación (8) se conecta a la tubería de gas (19b) dispuesta en el lado de la unidad de separación por membrana (2<n>), conectadas respectivamente entre dos bloques de membrana.
[0119] La figura 4d muestra un circuito en el que la primera tubería de gas de alimentación (7) se conecta en el centro del conducto de distribución (4<1>) y la segunda tubería de gas de alimentación (8) se conecta en el centro del conducto de distribución (4<o>).
[0120] En esta forma de realización preferida, la instalación según la invención se caracteriza especialmente por que la etapa de separación de membrana comprende varios bloques de membrana (1),
[0121] el sistema de distribución de gas por bloque de membrana (1) comprende un conducto de distribución (4), con varios ramales (5) y conductos de alimentación (6), uniendo respectivamente un conducto de alimentación (6) un ramal (5) a una entrada de gas (3) de una unidad de separación por membrana (2),
[0122] los conductos de distribución (4) de los respectivos bloques de membrana (1) de la etapa de separación por membrana se conectan entre sí mediante tuberías (19a, 19b),
[0123] y
[0124] la primera tubería de gas de alimentación (7) y la segunda tubería de gas de alimentación (8), independientemente una de otra y en puntos separados en el espacio, se unen a un conducto de distribución (4) o a un ramal (5) o a una tubería (19a, 19b), disponiéndose los puntos de conexión de manera que dos o más de dos ramales (5) y/o dos o más de dos entradas de gas (3) se dispongan entre los puntos de conexión de la primera tubería de gas de alimentación (7) y de la segunda tubería de gas de alimentación (8).
[0125] En la figura 5 se utilizan bloques de membrana "o" según la figura 2 que están conectados en paralelo. En este caso, las entradas de membrana (3<1>) de las unidades de separación por membrana (2<1>) de los respectivos bloques de membrana (1<1>) a (1<o>) (indicadas en la figura 5 mediante elipses discontinuas) están conectadas respectivamente entre sí mediante una tubería de gas (20a). Igualmente, en el lado opuesto, las entradas de membrana (3<1>) de los respectivos bloques de membrana (1<1>) a (1<o>) se conectan entre sí mediante una tubería de gas (20b). Para simplificar, en la figura 5 sólo se representan las tuberías de gas de alimentación (7) y (8), así como los conductos de conexión (18) y las entradas de gas (3). Los sistemas de procesamiento de permeado y retentado, no representados en la figura 5, se ejecutan preferiblemente como se ha explicado antes y, con especial preferencia, como se muestra en una de las figuras 1 a 3.
[0126] Como se muestra en la figura 5 en una representación no concluyente de las posibilidades, los flujos de gas de alimentación pueden aportarse de diferentes maneras a un circuito de este tipo de bloques de membrana.
[0127] La figura 5a muestra un circuito en el que la primera tubería de gas de alimentación (7) se conecta al conducto de distribución (20a) en el lado de la unidad de separación por membrana (2<1>) del primer bloque de membrana (1<1>) y la segunda tubería de gas de alimentación (8) se conecta al conducto de distribución (20b) en el lado de la unidad de separación por membrana (2<n>) del bloque de membrana (1<o>).
[0128] La figura 5b muestra un circuito en el que la primera tubería de gas de alimentación (7) se conecta al conducto de distribución (20a) en el lado de la unidad de separación por membrana (2<1>) del primer bloque de membrana (1<1>) y la segunda tubería de gas de alimentación (8) se conecta al conducto de distribución (20b) en el lado de la unidad de separación por membrana (2<n>) del primer bloque de membrana (1<1>).
[0129] La figura 5c muestra un circuito en el que la primera tubería de gas de alimentación (7) se conecta al conducto de conexión (20a) y la segunda tubería de gas de alimentación (8) se conecta de forma opuesta, es decir, al conducto de conexión (20b) dispuesto en el lado de la unidad de separación por membrana (2<n>), respectivamente entre dos bloques de membrana.
[0130] La figura 5d muestra un circuito en el que la primera tubería de gas de alimentación (7) se conecta a un conducto de conexión (18) del primer bloque de membrana (1<1>) y la segunda tubería de gas de alimentación (8) se conecta a un conducto de conexión (18) del bloque de membrana (1<o>).
[0131] En esta forma de realización preferida, la instalación según la invención se caracteriza con especial preferencia por que
[0132] la etapa de separación por membrana comprende varios bloques de membrana (1),
[0133] el sistema de distribución de gas en el bloque de membrana (1) respectivo comprende conductos de conexión (18) que conectan respectivamente la entrada de gas (3) de una unidad de separación por membrana (2) a la/las entrada/entradas de gas (3) de la unidad(es) de separación por membrana (2) adyacentes en el bloque de membrana (1),
[0134] los bloques de membrana (1) de la etapa de separación por membrana se conectan entre sí mediante tuberías (20a, 20b), conectándose las tuberías (20a, 20b) en el bloque de membrana respectivo a uno o varios conducto(s) de conexión (18) y/o a una o varias entrada/entradas de gas (3), conectándose preferiblemente la tubería (20a) en el bloque de membrana respectivo (1) a un conducto de conexión (18) o a una entrada de gas (3) y conectándose la tubería (20b) en el bloque de membrana respectivo a un conducto de conexión (18) diferente o a una entrada de gas (3) diferente,
[0135] y
[0136] la primera tubería de gas de alimentación (7) y la segunda tubería de gas de alimentación (8), independientemente una de otra y en puntos separados en el espacio, se conectan a uno o varios conducto(s) de conexión (18) o a una o varias tubería(s) (20a, 20b) o a una o varias entrada/entradas de gas (3), disponiéndose los puntos de conexión de manera que dos o más de dos entradas de gas (3) se dispongan entre los puntos de conexión de la primera tubería de gas de alimentación (7) y de la segunda tubería de gas de alimentación (8).
[0137] En la figura 6 se representa una ampliación según la invención de la forma de realización conforme a la figura 5. Como complemento a la figura 5, aquí no sólo se conectan entre sí las entradas de gas (3<1>) y (3<n>) de los bloques de membrana (1<1>) a (1<o>) mediante las tuberías de gas (20a) y (20b), sino que, en el plano de las unidades de separación por membrana, las entradas de gas (3<2>) a (3<n-1>) de los bloques de membrana (1<1>) a (1<o>) se conectan entre sí mediante otras tuberías de gas (20), formando una "rejilla completa".
[0138] La instalación según la invención para la separación de gases no se limita a la separación simultánea de dos flujos de gas de alimentación con diferente composición. El principio según la invención también puede ampliarse a varios flujos de gas de alimentación.
[0139] La instalación según la invención comprende preferiblemente una, dos o tres tubería(s) de gas de alimentación adicionales tres (21), cuatro y cinco, resultando adecuadas las tuberías de gas de alimentación tres (21), cuatro y cinco para transportar uno, dos o tres flujos de gas adicionales, diferentes en su composición, del primer y del segundo flujo de gas de alimentación y conectándose la(s) tubería(s) de alimentación de gas adicional(es) tres (21), cuatro y cinco al sistema de distribución de gas de manera que los flujos de gas tres (21) o tres (21) y cuatro o tres (21), cuatro y cinco puedan aportarse a las unidades de separación por membrana por medio del sistema de distribución de gas.
[0140] En una primera forma de realización preferida, las tuberías de gas de alimentación adicionales se conectan a uno o varios conducto(s) de distribución (4), preferiblemente entre las conexiones de las tuberías de gas de alimentación (7) y (8). En la figura 7a) se muestra un ejemplo de una forma de realización como ésta, con una tercera tubería de gas de alimentación adicional (21).
[0141] En una segunda y tercera forma de realización preferida, las tuberías de gas de alimentación adicionales se conectan a uno o varios conducto(s) de conexión (18) y/o a una o varias entrada/entradas de gas (3). Preferiblemente, el punto(s) de conexión se encuentra/encuentran en uno o varios conducto(s) de conexión (18) dispuestos entre las conexiones de la primera tubería de gas de alimentación (7) y la segunda tubería de gas de alimentación (8) y/o en una entrada/entradas de gas (3) que se diferencian de las entradas de gas (3) a las que están conectadas la primera tubería de gas de alimentación (7) y la segunda tubería de gas de alimentación (8). Con especial preferencia, la/las tubería(s) de gas de alimentación adicional(es) se conecta(n) a una de las entradas de gas (3<2>) a (3<n-1>) o a un conducto de conexión (18) dispuesto entre las mismas. En las figuras 7b) y 7c) se muestran ejemplos de estas formas de realización, con una tercera tubería de gas de alimentación adicional (21). En otras formas de realización preferidas se combinan entre sí varios bloques de membrana (1) según la invención, a los que se conectan respectivamente dos tuberías de gas de alimentación por las que fluyen gases de alimentación con diferentes composiciones.
[0142] En una forma de realización preferida, los bloques de membrana pueden combinarse linealmente, es decir, interconectarse, y, en este caso, cada bloque de membrana (1<1>) a (1<o>), correspondiendo o al número consecutivo del bloque de membrana respectivo al que se le aportan respectivamente dos flujos de gas de alimentación. En la figura 8 se muestra un ejemplo de una instalación de este tipo. Aquí, las tuberías de gas de alimentación (7) y (8) se conectan al conducto de distribución (4<1>) de un primer bloque de membrana (1<1>). Este primer bloque de membrana (1<1>) se combina con un segundo bloque de membrana (1<2>), conectándose las tuberías de gas de alimentación (8) y (21) al conducto de distribución (4<2>) del segundo bloque de membrana (1<2>). Un sistema de este tipo se puede ampliar a voluntad para incluir más flujos de gas de alimentación.
[0143] En una forma de realización alternativa igualmente preferida se pueden combinar varios bloques de membrana (1<1>) a (1<o>) según la invención para formar un circuito en anillo, es decir, se pueden interconectar, conectándose preferiblemente cada bloque de membrana (1<1>) a (1<o>) a dos tuberías de gas de alimentación. En la figura 9 se muestra un ejemplo de una instalación de este tipo. Aquí se combinan tres bloques de membrana (1<1>), (1<2>) y (1<3>) con los conductos de distribución (4<1>), (4<2>) y (4<3>), formando un circuito en anillo. Al conducto de distribución (4<1>) se conectan las tuberías de gas de alimentación (7) y (8), al conducto de distribución (4<2>) se conectan las tuberías de gas de alimentación (7) y (21) y al conducto de distribución (4<3>) se conectan las tuberías de gas de alimentación (8) y (21). Los circuitos en anillo de este tipo pueden ampliarse con otros bloques de membrana según la invención, por ejemplo, para formar un circuito de 4 o 5 bloques de membrana.
[0144] También es posible combinar entre sí las formas de realización de las figuras 7 a 9. Así, por ejemplo, en el circuito en anillo de la figura 9, al conducto de distribución (4<1>) se le podría añadir una cuarta tubería de gas de alimentación entre las conexiones de las tuberías de gas de alimentación (7) y (8).
[0145] Para simplificar, en las figuras 7, 8 y 9 sólo se representan las tuberías de gas de alimentación (7), (8) y (21), así como los conductos de distribución (4<1>) a (4<3>) y los ramales (5). Tal y como se muestra en la figura 1, desde los ramales parten respectivamente conductos de alimentación hacia las distintas unidades de separación por membrana. Los sistemas de procesamiento de permeado y retentado, tampoco representados en las figuras 7, 8 y 9, se ejecutan preferiblemente como se ha explicado antes y, con especial preferencia, como se muestra en una de las figuras 1 a 3 y se conectan entre sí de forma análoga a los conductos de distribución.
[0146] Naturalmente, las formas de realización de las figuras 8 y 9 también pueden realizarse con bloques de membrana de las figuras 2 y 3, es decir, por ejemplo, con varios conductos de conexión (18) por bloque de membrana. Un experto en la materia puede deducir fácilmente las formas de realización correspondientes a partir de la teoría según la invención antes descrita.
[0147] En la forma de realización antes descrita en general, pero también en todas las formas de realización preferidas, la instalación según la invención y el procedimiento según la invención pueden comprender en uno o varios conducto(s) de distribución y/o en una o varias tuberías de alimentación y/o en uno o varios conductos de conexión, una o varias válvulas u otros dispositivos de control con los que se puede controlar o influir en la aportación de gas a las distintas entradas de gas de las unidades de separación por membrana.
[0148] La instalación puede controlarse o configurarse, por ejemplo, mediante las válvulas u otros dispositivos de control, de manera que una o varias unidades de separación por membrana puedan conectarse o desconectarse en caso de modificación del volumen de gas aportado en la tubería de gas de alimentación.
[0149] Como válvulas se pueden utilizar válvulas de cierre y/o válvulas de aguja. Sin embargo, también es posible influir en y/o controlar el flujo de gas en el sistema de distribución de gas mediante otros reguladores, como reductores, por ejemplo, diafragmas perforados.
[0150] Especialmente en las formas de realización con conductos de distribución y/o conductos de conexión, el sistema de distribución según la invención puede regularse en gran medida o incluso completamente por sí mismo, sin que sea necesario el uso de válvulas controlables dentro de un bloque de membrana, gracias a que los flujos de alimentación fluyen los unos hacia los otros, por ejemplo, mediante el caudal volumétrico y/o el caudal másico y/o la presión de los flujos de gas de alimentación. En comparación con una distribución de gas controlada exclusivamente por medio de válvulas, el número de costosas válvulas controlables puede reducirse considerablemente, por lo que la instalación según la invención contiene preferiblemente válvulas para el control de los flujos de gas sólo en algunos o, con especial preferencia, en ninguno de los conducto(s) de distribución y/o tubería(s) de alimentación y/o conducto(s) de conexión. Sin embargo, en una forma de realización igualmente preferida, las unidades de separación por membrana contienen válvulas manuales simples para, en caso de avería, poder separar rápidamente una membrana defectuosa del resto de membranas.
[0152] Los flujos de permeado y retentado obtenidos en los bloques de membrana según la invención se aportan preferiblemente, como se muestra en las figuras 1 a 3, respectivamente a un sistema de procesamiento de permeado y un sistema de procesamiento de retentado por bloque de membrana. Los sistemas de procesamiento de permeado y retentado pueden comprender, como se muestra en las figuras 1 y 2, tuberías colectoras de retentado y/o permeado. Alternativamente, como se muestra en la figura 3, éstos pueden contener conductos de conexión de retentado y/o permeado entre las salidas de retentado o permeado de las respectivas unidades de separación por membrana de los respectivos bloques de membrana. También son posibles combinaciones, por ejemplo, el uso de conductos de conexión de retentado y tuberías colectoras de permeado, como se muestra en la figura 3.
[0154] A través de las tuberías colectoras de retentado y/o permeado y/o de los conductos de conexión de retentado y/o permeado, los flujos de retentado y permeado se aportan a las tuberías de desagüe. En una primera forma de realización preferida, dos puntos, preferiblemente dos puntos lo más alejados posible uno de otro, y con especial preferencia ambos extremos de una tubería colectora, se conectan a tuberías de desagüe, tal y como se muestra en las figuras 1 y 2. Así es posible expulsar de las tuberías de desagüe, dispuestas cerca de la unidad de separación por membrana (2<1>), los flujos de permeado y retentado que comprenden principalmente en el gas permeado o el gas retentado del primer flujo de alimentación. Mediante las tuberías de desagüe dispuestas cerca de la unidad de separación por membrana (2<n>) se pueden evacuar flujos de permeado o de retentado compuestos principalmente por el gas permeado o retentado del segundo flujo de alimentación. Se pueden conseguir los mismos efectos técnicos utilizando conductos de conexión de retentado o permeado en lugar de tuberías colectoras de retentado o permeado. En este caso, preferiblemente una tubería de desagüe cerca de la salida de gas retentado (30<1>) de la unidad de separación por membrana (2<1>) se conecta a una salida de gas retentado de una unidad de separación por membrana o a un conducto de conexión y una segunda tubería de desagüe cerca de la salida de gas retentado (30<n>) de la unidad de separación por membrana (2<n>) se conecta a una salida de gas de una unidad de separación por membrana o a un conducto de conexión. Las configuraciones análogas, por ejemplo, para los flujos de permeado, son fáciles de realizar para un experto en la materia.
[0156] Se pueden conectar otras tuberías de desagüe, por ejemplo, en el centro de las tuberías colectoras de retentado o permeado, o, en caso de uso de conductos de conexión de retentado o permeado, a un conducto de conexión o a una salida de gas de las unidades de separación por membrana (2<2>) o (2<n-1>), a fin de, por ejemplo, obtener flujos de permeado o retentado compuestos fundamentalmente por una mezcla de los gases de permeado o retentado del primer y del segundo flujo de alimentación. Resulta preferible conectar estas tuberías de desagüe adicionales en la zona central de los bloques de membrana (1).
[0158] El ajuste de las cantidades de extracción en los flujos de permeado o retentado también puede realizarse, por ejemplo, mediante válvulas correspondientes en las tuberías de gas retentado (9) y/o en las tuberías de gas permeado (10) y/o en la tubería colectora de retentado (11) y/o en la tubería colectora de permeado (14) y/o en el primer ramal de gas retentado (12) y/o en el segundo ramal de gas retentado (13) y/o en el primer ramal de gas permeado (15) y/o en el segundo ramal de gas permeado (16) y/o, en la forma de realización según la figura 3, en los conductos de conexión de retentado (32) y/o en los conductos de conexión de permeado (33). Con esta finalidad se utilizan preferiblemente válvulas en cada uno de los ramales de gas permeado y en todos los ramales de gas retentado o, con especial preferencia, en todos los ramales de gas permeado y en todos los ramales de gas retentado. Para ello se utilizan de forma especialmente preferida válvulas controlables en todos los ramales de gas permeado y en todos los ramales de gas retentado.
[0160] En una forma de realización alternativa, igualmente preferida, también es posible conectar la tubería colectora de permeado o de retentado a una tubería de desagüe en un solo punto. En este caso, todos los flujos de permeado o retentado se juntan en la tubería colectora respectiva y se extraen del sistema como un flujo mixto combinado. Se pueden conseguir los mismos efectos técnicos utilizando conductos de conexión de retentado o permeado en lugar de tuberías colectoras de retentado o permeado. En este caso, el conducto de desagüe se conecta a un conducto de conexión de retentado o permeado o a una salida de retentado o permeado de una unidad de separación por membrana de un bloque de membrana. Las configuraciones correspondientes son fáciles de realizar para un experto en la materia. También es posible conectar varias tuberías de desagüe de retentado o permeado a una tubería para lograr el mismo efecto técnico.
[0162] En otra forma de realización alternativa, igualmente preferida, también es posible conectar la tubería colectora de permeado o retentado respectivamente a una tubería de desagüe en un solo punto. En este caso, todos los flujos de permeado o retentado se juntan en la tubería colectora respectiva y se extraen del sistema como un flujo mixto combinado. Se pueden conseguir los mismos efectos técnicos utilizando conductos de conexión de retentado o permeado en lugar de tuberías colectoras de retentado o permeado. En este caso, el conducto de desagüe se conecta a un conducto de conexión de retentado o permeado o a una salida de retentado o permeado de una unidad de separación por membrana (2<1>) de un bloque de membrana. Las configuraciones correspondientes son fáciles de realizar para un experto en la materia. También es posible conectar varias tuberías de desagüe de retentado o permeado a una tubería para lograr el mismo efecto técnico.
[0163] En las instalaciones y procedimientos según la invención se aportan con especial preferencia
[0164] los flujos de retentado, preferiblemente todos los flujos de retentado, de las unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1) a una tubería colectora de gas retentado (11) con la ayuda de tuberías de gas de retentado (9), conectándose la tubería colectora de gas retentado (11) a al menos un primer ramal de gas retentado (12), preferiblemente a al menos dos ramales de gas retentado (12) y (13), a través de los cuales se descargan uno o varios flujos de gas retentado de la etapa de separación por membrana en la que se han generado,
[0165] y/o
[0166] los flujos de permeado, preferiblemente todos los flujos de permeado, de las unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1) a una tubería colectora de gas permeado (14) con la ayuda de tuberías de gas retentado (10), conectándose la tubería colectora de gas permeado (14) a al menos un primer ramal de gas permeado (15), preferiblemente a al menos dos ramales de gas permeado (15) y (16), a través de los cuales se descargan uno o varios flujos de gas permeado de la etapa de separación por membrana en la que se han generado.
[0167] En las instalaciones y procedimientos según la invención también se aportan con especial preferencia los flujos de retentado, preferiblemente todos los flujos de retentado, de las unidades de separación por membrana de un bloque de membrana con la ayuda de conductos de conexión de retentado entre las salidas de gas retentado de uno o varios conducto(s) de salida de retentado, a través de los cuales se descargan un flujo de gas retentado o varios flujos de gas retentado del bloque de membrana, comprendiendo en este caso la instalación conductos de conexión de retentado (32) entre las salidas de gas retentado (30) de las unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1) de la etapa de separación por membrana, conectándose además al menos un conducto de conexión de retentado (32) o al menos una salida de gas retentado (30) a al menos un ramal de gas retentado (12), conectándose preferiblemente en un bloque de membrana (1) de la etapa de separación por membrana uno o varios conducto(s) de conexión de retentado (32) y/o una o varias salida de gas retentado/salidas de gas retentado (30) a dos ramales de gas retentado (12) y (13),
[0168] y/o
[0169] los flujos de permeado, preferiblemente todos los flujos de permeado, de las unidades de separación por membrana de un bloque de membrana con la ayuda de conductos de conexión de permeado entre las salidas de gas permeado de uno o varios conducto(s) de salida de permeado, a través de los cuales se descargan un flujo de gas permeado o varios flujos de gas permeado del bloque de membrana, comprendiendo en este caso la instalación conductos de conexión de permeado (33) entre las salidas de gas permeado (31) de las unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1) de la etapa de separación por membrana, conectándose además al menos un conducto de conexión de permeado (33) o al menos una salida de gas permeado (31) a al menos un ramal de gas permeado (15), conectándose preferiblemente en un bloque de membrana (1) de la etapa de separación por membrana uno o varios conducto(s) de conexión de permeado (33) y/o una o varias salida de gas permeado/salidas de gas permeado (31) a dos ramales de gas permeado (15) y (16).
[0170] Si en la instalación según la invención o en el procedimiento según la invención se utilizan etapas de separación por membrana con varios bloques de membrana, los flujos de permeado y retentado de los respectivos bloques de membrana de una etapa de separación por membrana se agrupan preferiblemente en un flujo de permeado o dos flujos de permeado o en un flujo de retentado o dos flujos de retentado por etapa de separación por membrana. En este caso, preferiblemente todos los primeros flujos de retentado obtenidos en el primer ramal de gas retentado (12) de los respectivos bloques de membrana (1) se agrupan en un primer flujo de retentado de la etapa de separación por membrana.
[0171] Si en los bloques de membrana (1) también se obtienen segundos flujos de retentado en el segundo ramal de gas retentado (13) de los respectivos bloques de membrana (1), estos segundos flujos de retentado se agrupan preferiblemente en un segundo flujo de retentado de la etapa de separación por membrana. Se puede proceder de forma análoga si se obtienen más flujos de retentado en los bloques de membrana respectivos.
[0172] Con los flujos de permeado de los bloques de membrana respectivos (1) de una etapa de separación por membrana se procede preferiblemente de forma análoga a como se ha descrito antes en relación con los flujos de retentado.
[0173] Los flujos de permeado y retentado obtenidos de una etapa de separación por membrana según la invención pueden extraerse como flujo de producto, tratarse posteriormente o desecharse, extrayéndose, sin embargo, o tratándose posteriormente al menos un flujo de permeado y/o retentado como flujo de producto. Con especial preferencia, en cada etapa de separación por membrana se generan al menos dos flujos de permeado o al menos dos flujos de retentado, de los cuales al menos uno se extrae como flujo de producto o se trata posteriormente. La instalación según la invención puede comprender una etapa de separación por membrana, pero también varias etapas de separación por membrana según la invención interconectadas entre sí,
[0174] utilizándose, no obstante, al menos una etapa de separación por membrana según la invención que comprende un bloque de membrana (1) o varios bloques de membrana (1), que comprende/comprenden a su vez varias unidades de separación por membrana (2) conectadas en paralelo,
[0175] junto con un sistema de distribución de gas según la invención configurado de manera que
[0176] •el mismo comprenda conductos de conexión (18), que conectan directa e inmediatamente entre sí las entradas de gas (3) de dos unidades de separación por membrana (2) adyacentes de un bloque de membrana (1) y/o uno o varios conducto(s) de distribución (4) que contiene/contienen uno o varios ramal(es) (5) conectados respectivamente mediante una tubería de alimentación separada (6) a una entrada de gas (3) de una unidad de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1), pudiendo presentar además uno o varios ramal(es) (5) una posibilidad de conexión para una tubería de gas de alimentación, de manera que mediante el(los) ramal(es) (5) se puedan conectar simultáneamente una tubería de gas de alimentación y una tubería de alimentación (6) al conducto de distribución (4) correspondiente,
[0177] •si la etapa de separación por membrana comprende varios bloques de membrana (1), ésta comprende tuberías, preferiblemente tuberías (19a, 19b, 20a, 20b) que conectan entre sí los bloques de membrana (1) de la etapa de separación por membrana,
[0178] •la primera tubería de gas de alimentación (7) y la segunda tubería de gas de alimentación (8), independientemente una de otra y en puntos separados en el espacio, se conectan a un conducto de distribución (4) o a un conducto de conexión (18) o a un ramal (5) o, siempre que esté presente, a una tubería, preferiblemente una tubería (19a, 19b, 20a o 20b), o a una entrada de gas (3), disponiéndose los puntos de conexión de manera que dos o más de dos ramal(es) (5) y/o dos o más de dos entradas de gas (3) se dispongan entre los puntos de conexión de la primera tubería de gas de alimentación (7) y de la segunda tubería de gas de alimentación (8)
[0179] .
[0180] La presente invención también comprende formas de realización en las que se interconectan varias etapas de separación por membrana según la invención.
[0181] Así, la figura 10 muestra un circuito de 2 etapas en el que las dos etapas de separación por membrana A y B según la invención se interconectan por el lado del retentado. En la instalación según la figura 10, dos flujos de gas de alimentación de composición diferente se aportan mediante tuberías de gas de alimentación (7) y (8) a la primera etapa de separación por membrana A configurada preferiblemente como se muestra en la figura 1 y se ha descrito anteriormente. Los dos flujos de permeado obtenidos de la tubería colectora de permeado de la primera etapa de separación por membrana A se extraen, procesan o desechan, independientemente uno de otro, como flujos de producto por medio de conductos de evacuación de gas permeado (15) y (16). En este caso, los dos flujos de permeado pueden tratarse de forma igual o diferente, independientemente uno de otro. Los dos flujos de retentado obtenidos de la tubería colectora de retentado de la primera etapa de separación por membrana A se aportan como nuevos flujos de alimentación de la etapa de separación por membrana B por medio de conductos de evacuación de gas retentado (12) y (13). Como se explica arriba en la figura 1, los dos flujos de retentado obtenidos de la tubería colectora de retentado de la primera etapa de separación por membrana difieren en su composición. El flujo de retentado transportado en el conducto de evacuación de gas retentado (12) contiene principalmente el gas retentado del primer flujo de alimentación y el segundo flujo de retentado transportado en el conducto de evacuación de gas retentado (13) contiene principalmente el gas retentado del segundo flujo de alimentación. Los gases de retentado en ambos flujos de retentado pueden ser iguales o diferentes. Si son iguales, ambos flujos de gas retentado difieren, no obstante, en su contenido, es decir, en su composición cuantitativa.
[0182] Dado que los dos flujos de retentado de la etapa de separación por membrana A difieren en su composición, se aplica a la segunda etapa de separación por membrana B la misma condición que a la etapa de separación por membrana A, es decir, se le aportan dos flujos de gas de alimentación, diferenciándose el segundo flujo de gas de alimentación del primero en su composición. La etapa de separación por membrana B se forma preferiblemente como se muestra en la figura 1. Los dos flujos de permeado obtenidos de la tubería colectora de permeado de la segunda etapa de separación por membrana B se devuelven a las tuberías de gas de alimentación (7) y (8) por medio de los conductos de evacuación de gas permeado (22) y (23). Los dos flujos de permeado obtenidos de la tubería colectora de retentado de la segunda etapa de separación por membrana B se extraen, procesan o desechan, independientemente uno de otro, como flujos de producto por medio de conductos de evacuación de gas retentado (24) y (25).
[0183] Para el funcionamiento de una unidad de separación por membrana es necesaria una diferencia de presión parcial y, por lo tanto, normalmente una diferencia de presión entre el lado del retentado y el lado del permeado. La presión en el lado del retentado debe ser mayor que en el lado del permeado. Esto se puede garantizar, por ejemplo, generándose un flujo de gas de alimentación con una presión elevada mediante un compresor o generándose una presión negativa en el lado del permeado de la membrana, por ejemplo, mediante una bomba de vacío. El experto en la materia conoce las tecnologías correspondientes. En relación con el circuito según la figura 10, esto significa que la presión en los conductos de evacuación de gas permeado (22) y (23) es, por regla general, más baja que en las tuberías de gas de alimentación (7) y (8). Por este motivo, los flujos de permeado devueltos en las unidades de compresión P1 y P2 deben llevarse a la presión de los flujos de alimentación en las tuberías de gas de alimentación (7) y (8). Las unidades de compresión P1 y P2 pueden presentar la misma configuración o configuraciones diferentes. Así, es posible utilizar, por ejemplo, un compresor en uno o en ambos conductos de evacuación de gas permeado (22) y/o (23). Preferiblemente se elige esta forma de configuración si uno o ambos flujos de gas bruto no representados en la figura 10 ya se encuentren a una presión suficiente. Alternativamente, uno o ambos flujos de permeado devueltos a los conductos de evacuación de gas permeado (22) y (23) pueden aportarse en las unidades de compresión P1 y P2 respectivamente a uno de los flujos de gas crudo no mostrados en la figura 10, comprimiéndose el flujo mixto así producido o los dos flujos mixtos así producidos y generándose así el flujo de alimentación o los dos flujos de alimentación en las tuberías de gas de alimentación (7) y/o (8).
[0184] En otra alternativa, uno o ambos flujos de permeado devueltos a los conductos de evacuación de gas permeado (22) y (23) puede o pueden aportarse en las unidades de compresión P1 y P2 directamente a un compresor que genera uno de los dos flujos de alimentación en las tuberías de gas de alimentación (7) y (8).
[0185] Las dos alternativas citadas en último lugar se aplican preferiblemente si el o los flujos de gas bruto presentan una presión inferior a la de los flujos de alimentación.
[0186] Alternativa o complementariamente, la diferencia de presión parcial también puede generarse o aumentarse mediante un flujo de gas de purga en el lado del permeado. El experto en la materia también conoce este procedimiento.
[0187] Los dispositivos para aumentar la presión en los conductos de evacuación de gas permeado (15) y (16) y/o (22) y (23) resultan apropiados para el aumento de la fuerza motriz, pero resultan menos preferibles debido al equipamiento que requieren.
[0188] Alternativa, pero también preferiblemente, una o ambas etapas de separación por membrana A y/o B de la figura 10 también pueden configurarse como en las otras formas de realización preferidas tratadas anteriormente, especialmente como se muestra en las figuras 2 o 3.
[0189] El circuito según la figura 10 puede variarse de diferentes maneras. A modo de ejemplo, se citan las siguientes:
[0190] -los flujos de permeado obtenidos de la etapa de separación por membrana B pueden, independientemente uno de otro, extraerse como flujo de producto, tratarse posteriormente o desecharse, con la condición de que al menos uno de los dos flujos de permeado de la etapa de separación por membrana A o B o de los flujos de retentado de la etapa de separación por membrana B se extraigan como flujo de producto o se traten posteriormente,
[0191] -uno, preferiblemente ambos, de los flujos de permeado obtenidos de la etapa de separación por membrana B se devuelve/devuelven al flujo de alimentación respectivamente original de la etapa de separación por membrana A y, al mismo tiempo, los flujos de retentado obtenidos de la etapa de separación por membrana B se extraen, independientemente uno de otro, como flujo de producto, se tratan posteriormente o se desechan, con la condición de que al menos uno de los dos flujos de permeado de la etapa de separación por membrana A o de los flujos de retentado de la etapa de separación por membrana B se extraigan como flujo de producto,
[0192] -los dos flujos de permeado obtenidos de la etapa de separación por membrana A se aportan como flujos de alimentación de la segunda etapa de separación por membrana B y los dos flujos de retentado obtenidos de la etapa de separación por membrana A se extraen, independientemente uno de otro, como flujo de producto, se tratan posteriormente o se desechan.
[0193] Un experto en la materia puede identificar fácilmente otras variantes del circuito de 2 etapas basándose en la teoría según la invención.
[0194] Por consiguiente, la instalación según la invención y el procedimiento según la invención se caracterizan con especial preferencia por que
[0195] éstos comprenden dos etapas de separación por membrana A y B, presentando ambas etapas de separación por membrana A y B respectivamente un bloque de membrana (1) o varios bloques de membrana (1) que comprenden respectivamente varias unidades de separación por membrana (2) conectadas en paralelo,
[0196] y por que
[0197] el sistema de distribución de gas de la primera etapa de separación por membrana A se configura de manera que el mismo conecte la primera tubería de gas de alimentación (7) y la segunda tubería de gas de alimentación (8) a las entradas de gas (3) de las unidades de separación por membrana (2) de la primera etapa de separación por membrana A y de manera que en cada bloque de membrana (1) de la etapa de separación por membrana A se aporten a al menos dos unidades de separación por membrana diferentes (2) flujos de gas que difieren en su composición.
[0198] la primera etapa de separación por membrana A se configura de manera que se obtengan dos flujos de retentado diferentes uno de otro en un primer conducto de evacuación de gas retentado (12) y en un segundo conducto de evacuación de gas retentado (13) y/o dos flujos de permeado diferentes uno de otro en un primer conducto de evacuación de gas permeado (15) y en un segundo conducto de evacuación de gas permeado (16), los dos flujos de retentado o los dos flujos de permeado de la primera etapa de separación por membrana A se aportan a la segunda etapa de separación por membrana B como flujos de alimentación y
[0199] el sistema de distribución de gas de la segunda etapa de separación por membrana B se configura de manera que el mismo conecte el primer conducto de evacuación de gas retentado (12) y el segundo conducto de evacuación de gas retentado (13) o el primer conducto de evacuación de gas permeado (15) y el segundo conducto de evacuación de gas permeado (16) a las entradas de gas (3) de las unidades de separación por membrana (2) de la segunda etapa de separación por membrana B, de manera que en cada bloque de membrana (1) de la segunda etapa de separación por membrana B se aporten, a al menos dos unidades de separación por membrana diferentes (2), flujos de gas que difieren en su composición.
[0200] Con especial preferencia, la segunda etapa de separación por membrana B se configura de manera que se obtengan dos flujos de retentado diferentes uno de otro en un primer conducto de evacuación de gas retentado (24) y en un segundo conducto de evacuación de gas retentado (25) y/o dos flujos de permeado diferentes uno de otro en un primer conducto de evacuación de gas permeado (22) y en un segundo conducto de evacuación de gas permeado (23).
[0201] La figura 11 muestra, como otra forma de realización especialmente preferida, un circuito de 3 etapas, en el que tres etapas de separación por membrana según la invención se conectan entre sí, de manera que los dos flujos de retentado de la etapa de separación por membrana A se aporten como flujos de alimentación a la etapa de separación por membrana B y de manera que los dos flujos de permeado de la etapa de separación por membrana A se aporten como flujos de alimentación a la etapa de separación por membrana C.
[0202] En este caso se aportan dos flujos de gas de alimentación de composición diferente por medio de las tuberías de gas de alimentación (7) y (8) de la primera etapa de separación por membrana A configurada preferiblemente como se muestra en la figura 1. Mediante los conductos de evacuación de gas permeado (15) y (16), los dos flujos de permeado obtenidos de la tubería colectora de permeado de la primera etapa de separación por membrana A se aportan a la etapa de separación por membrana C como nuevos flujos de gas de alimentación. Mediante los conductos de evacuación de gas retentado (12) y (13), los dos flujos de retentado obtenidos de la tubería colectora de retentado de la primera etapa de separación por membrana A se aportan a la etapa de separación por membrana B como nuevos flujos de alimentación. Como se ha explicado anteriormente en relación con las figuras 1 y 10, los dos flujos de gas retentado obtenidos de la primera etapa de separación por membrana A difieren en su composición. Lo mismo se aplica a los flujos de gas permeado obtenidos de la primera etapa de separación por membrana A.
[0203] Dado que los dos flujos de retentado de la etapa de separación por membrana A difieren en su composición, se aplica a la segunda etapa de separación por membrana B la misma condición que a la etapa de separación por membrana A, es decir, se le aportan dos flujos de gas de alimentación, diferenciándose el segundo flujo de gas de alimentación del primero en su composición. La etapa de separación por membrana B se forma preferiblemente como se muestra en la figura 1. Por medio de los conductos de evacuación de gas retentado (24) y (25), los dos flujos de retentado obtenidos de la tubería colectora de retentado de la segunda etapa de separación por membrana B se extraen, independientemente uno de otro, como flujos de producto, se procesan o se desechan. Los dos flujos de permeado obtenidos de la tubería colectora de permeado de la segunda etapa de separación por membrana B se devuelven a las tuberías de gas de alimentación (7) u (8) por medio de los conductos de evacuación de gas permeado (22) y (23).
[0204] Dado que los dos flujos de permeado de la etapa de separación por membrana A difieren en su composición, se aplica a la tercera etapa de separación por membrana C la misma condición que a la etapa de separación por membrana A, es decir, se le aportan dos flujos de gas de alimentación, diferenciándose el segundo flujo de gas de alimentación del primero en su composición. La etapa de separación por membrana C también se forma como se muestra en la figura 1. Los dos flujos de permeado obtenidos de la tubería colectora de permeado de la tercera etapa de separación por membrana C se extraen, procesan posteriormente o desechan, independientemente uno de otro, como flujos de producto por medio de los conductos de evacuación de gas permeado (26) y (27). Los dos flujos de retentado obtenidos de la tubería colectora de retentado de la tercera etapa de separación por membrana C se devuelven a las tuberías de gas de alimentación (7) u (8) por medio de los conductos de evacuación de gas retentado (28) y (29).
[0205] Alternativa, pero también preferiblemente, una, dos o las tres etapas de separación por membrana A, B y/o C en la figura 11 también pueden configurarse como en las otras formas de realización preferidas tratadas anteriormente, en especial como se muestra en las figuras 2 o 3.
[0206] Para el circuito según la figura 11 se aplica lo mismo que para la figura 10, es decir, la presión en los conductos de evacuación de gas permeado (22) y (23), así como en los conductos de evacuación de gas retentado (28) y (29), es menor que en las tuberías de gas de alimentación (7) y (8). Por este motivo, los flujos de gas devueltos en las unidades de compresión P1 o P2 deben llevarse a la presión de los flujos de gas de alimentación en las tuberías de gas de alimentación (7) y (8). Las unidades de compresión P1 o P2 pueden presentar la misma configuración o configuraciones diferentes.
[0207] Así, resulta preferible agrupar los conductos de evacuación de gas permeado (22) con la tubería de gas retentado (28) y aportarlos a la unidad de compresión P1 a través de otra tubería de gas. Así, resulta preferible agrupar los conductos de evacuación de gas permeado (23) con la tubería de gas retentado (29) y conducirlos a la unidad de compresión P2 a través de otra tubería de gas.
[0208] En una o ambas tuberías de gas conducidas a las unidades de compresión P1 o P2 puede disponerse un compresor. Preferiblemente se elige esta forma de configuración si uno o ambos flujos de gas bruto no representados en la figura 11 ya han alcanzado una presión suficiente.
[0209] Alternativamente, en las unidades de compresión P1 o P2, uno o ambos flujos de gas devueltos a las tuberías de gas que conducen a las unidades de compresión P1 o P2 puede/pueden aportarse respectivamente a uno de los flujos de gas crudo, no mostrados en la figura 11, comprimiéndose el flujo de mezcla así producido o los flujos de mezcla así producidos y generándose de este modo el flujo de alimentación/los flujos de alimentación en las tuberías de gas de alimentación (7) y/u (8).
[0210] En otra alternativa, en las unidades de compresión P1 y P2, uno o ambos flujos de gas devueltos a las tuberías de gas que conducen a las unidades de compresión P1 y P2 puede/pueden aportarse directamente a un compresor que genera uno de los dos flujo de gas de alimentación o flujos de gas de alimentación en las tuberías de gas de alimentación (7) y/u (8).
[0211] Las dos alternativas citadas en último lugar se aplican preferiblemente si el flujo de gas bruto/los flujos de gas bruto presenta/presentan una presión inferior a la de los flujos de alimentación.
[0212] Alternativamente, la diferencia de presión parcial también puede generarse mediante un gas de purga por el lado del permeado. El experto en la materia también conoce este procedimiento.
[0213] Los dispositivos para aumentar la presión en los conductos de evacuación de gas permeado (15) y (16) y/o (22) y (23) y/o (26) y (27) resultan apropiados para el aumento de la fuerza motriz, pero resultan menos preferibles debido al equipamiento que requieren.
[0214] Un experto en la materia puede identificar fácilmente otras variantes del circuito de 3 etapas basándose en la teoría según la invención.
[0215] Por consiguiente, la instalación según la invención y el procedimiento según la invención se caracterizan con especial preferencia por que
[0216] éstos comprenden tres etapas de separación por membrana A, B y C, presentando las tres etapas de separación por membrana A, B y C respectivamente un bloque de membrana (1) o varios bloques de membrana (1) que comprenden respectivamente varias unidades de separación por membrana (2) conectadas en paralelo, y por que
[0217] el sistema de distribución de gas de la primera etapa de separación por membrana A se configura de manera que el mismo conecte la primera tubería de gas de alimentación (7) y la segunda tubería de gas de alimentación (8) a las entradas de gas (3) de las unidades de separación por membrana (2) de la primera etapa de separación por membrana A y de manera que en cada bloque de membrana (1) de la etapa de separación por membrana A se aporten a al menos dos unidades de separación por membrana diferentes (2) flujos de gas que difieren en su composición.
[0218] la primera etapa de separación por membrana A se configura de manera que se obtengan dos flujos de retentado diferentes uno de otro en un primer conducto de evacuación de gas retentado (12) y en un segundo conducto de evacuación de gas retentado (13) y/o dos flujos de permeado diferentes uno de otro en un primer conducto de evacuación de gas permeado (15) y en un segundo conducto de evacuación de gas permeado (16), los dos flujos de retentado de la primera etapa de separación por membrana A se aportan a la segunda etapa de separación por membrana B como flujos de alimentación, conectándose los conductos de evacuación de gas retentado (12) y (13) al sistema de distribución de gas de la segunda etapa de separación por membrana B, los dos flujos de permeado de la primera etapa de separación por membrana A se aportan a la tercera etapa de separación por membrana C como flujos de alimentación, conectándose los conductos de evacuación de gas permeado (15) y (16) al sistema de distribución de gas de la tercera etapa de separación por membrana C, el sistema de distribución de gas de la segunda etapa de separación por membrana B se configura de manera que el mismo conecte el primer conducto de evacuación de gas retentado (12) y el segundo conducto de evacuación de gas retentado (13) a las entradas de gas (3) de las unidades de separación por membrana (2) de la segunda etapa de separación por membrana B y de manera que en cada bloque de membrana (1) de la segunda etapa de separación por membrana B se aporten a al menos dos unidades de separación por membrana diferentes (2) flujos de gas que difieren en su composición,
[0219] y
[0220] el sistema de distribución de gas de la tercera etapa de separación por membrana C se configura de manera que el mismo conecte el primer conducto de evacuación de gas permeado (15) y el segundo conducto de evacuación de gas permeado (16) a las entradas de gas (3) de las unidades de separación por membrana (2) de la tercera etapa de separación por membrana C y de manera que en cada bloque de membrana (1) de la tercera etapa de separación por membrana C se aporten a al menos dos unidades de separación por membrana diferentes (2) flujos de gas que difieren en su composición.
[0221] Con especial preferencia, la segunda etapa de separación por membrana B se configura de manera que se obtengan dos flujos de retentado diferentes uno de otro en un primer conducto de evacuación de gas retentado (24) y en un segundo conducto de evacuación de gas retentado (25) y/o dos flujos de permeado diferentes uno de otro en un primer conducto de evacuación de gas permeado (22) y en un segundo conducto de evacuación de gas permeado (23) y/o la tercera etapa de separación por membrana C se configura de manera que se obtengan dos flujos de retentado diferentes uno de otro en un primer conducto de evacuación de gas retentado (28) y en un segundo conducto de evacuación de gas retentado (29) y/o dos flujos de permeado diferentes uno de otro en un primer conducto de evacuación de gas permeado (26) y en un segundo conducto de evacuación de gas permeado (27).
[0222] Como se ha mostrado anteriormente a modo de ejemplo por medio de circuitos de 2 y 3 etapas, las etapas de separación por membrana configuradas según la invención pueden combinarse con cualquier tipo de circuitos de varias etapas, con especial preferencia con circuitos de 2, 3, 4 y 5 etapas, y de forma muy especialmente preferible con circuitos de 2, 3 y 4 etapas. El experto en la materia conoce los circuitos correspondientes como etapas de separación por membrana "clásicas", a las que sólo se les aporta un flujo de gas para la separación. El circuito de 3 etapas resulta el más preferible en el marco de la presente invención.
[0223] En las instalaciones según la invención, las etapas de separación por membrana según la invención, que separan al menos dos flujos de gas de alimentación diferentes uno de otro, también pueden combinarse con etapas de separación por membrana "clásicas" que sólo separan un flujo de gas en un flujo de permeado y un flujo de retentado. Así, por ejemplo, se pueden utilizar etapas de separación por membrana clásicas aguas arriba para la generación de uno o varios flujo de gas de alimentación/flujos de gas de alimentación.
[0224] Sin embargo, también es posible utilizar etapas de separación por membrana clásicas aguas abajo de una etapa de separación por membrana según la invención. Así, por ejemplo, uno de los flujos de permeado y/o retentado obtenidos de una etapa de separación por membrana según la invención podría aportarse a una etapa de separación por membrana clásica de este tipo. Además - como ya se ha explicado antes - es posible configurar las etapas de separación por membrana según la invención, de manera que sólo se obtenga/obtengan respectivamente un flujo de permeado y/o un flujo de retentado. Estos flujos de permeado o retentado pueden procesarse posteriormente en etapas de separación por membrana clásicas.
[0225] Como ya se ha explicado en relación con las formas de realización especiales según las figuras 10 y 11, las etapas de separación por membrana incluidas en la instalación según la invención y en el procedimiento según la invención requieren una diferencia de presión parcial entre el lado de retentado y el lado de permeado de las membranas. Por lo tanto, a todas las formas de realización de la presente invención se les aplica el principio de que, si los flujos de gas de alimentación de las respectivas etapas de separación por membrana no presentan ninguna diferencia de presión parcial suficiente con respecto al lado de permeado de las etapas de separación por membrana, se utilizará/utilizarán preferiblemente un compresor en la tubería de gas de alimentación y/o una bomba de vacío en el lado de permeado de la membrana. También resulta preferible, como alternativa o en combinación, aportar gas de purga a la cámara de permeado para aumentar la diferencia de presión parcial. El experto en la materia conoce este procedimiento por el término barrido. Con especial preferencia se utilizan compresores sólo en uno o varios flujos de alimentación aguas arriba de la primera etapa de separación según la invención.
[0226] La presente invención comprende - como ya se ha indicado anteriormente - un procedimiento para la purificación simultánea de dos o más flujos de gas que difieren en su composición. El procedimiento según la invención se lleva a cabo en una instalación según la invención.
[0227] El procedimiento según la invención comprende con especial preferencia los pasos:
[0228] i) puesta a disposición de un primer flujo de gas de alimentación,
[0229] ii) puesta a disposición de un segundo flujo de gas de alimentación que difiere en su composición del primer flujo de gas de alimentación,
[0230] iii) aportación del primer y del segundo flujo de gas de alimentación a una etapa de separación por membrana,
[0231] •presentando la etapa de separación por membrana un bloque de membrana (1) o varios bloques de membrana (1), comprendiendo el bloque de membrana (1) o los bloques de membrana (1) respectivamente varias unidades de separación por membrana (2) conectadas en paralelo,•presentando la etapa de separación por membrana un sistema de distribución de gas que comprende conductos de conexión (18), que conectan entre sí, con preferencia directa e inmediatamente, las entradas de gas (3) de dos unidades de separación por membrana (2) adyacentes de un bloque de membrana (1), y/o conductos de distribución (4) que contienen varios ramales (5), conectados respectivamente mediante tuberías de alimentación separadas (6) a las entradas de gas (3) de las distintas unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1), pudiendo presentar además uno o varios ramal(es) (5) una posibilidad de conexión para una tubería de gas de alimentación, de manera que mediante el(los) ramal(es) (5) se puedan conectar simultáneamente al conducto de distribución (4) una tubería de gas de alimentación y una tubería de alimentación (6) ,
[0232] •si la etapa de separación por membrana comprende varios bloques de membrana (1), ésta presenta tuberías, preferiblemente tuberías (19a, 19b, 20a, 20b) que conectan entre sí los bloques de membrana (1) de la etapa de separación por membrana,
[0233] y
[0234] aportándose el primer y el segundo flujo de gas de alimentación, independientemente uno de otro y en puntos separados en el espacio, respectivamente a un conducto de distribución (4) o a un conducto de conexión (18) o a un ramal (5) o, siempre que esté presente, a una tubería o tuberías que conectan entre sí los bloques de membrana (1) de una etapa de separación por membrana, preferiblemente una tubería o tuberías (19a, 19b, 20a, 20b), o a una entrada de gas (3), disponiéndose los puntos de conexión del primer y del segundo flujo de gas de alimentación de manera que se dispongan entre los puntos de conexión dos o más de dos ramal(es) (5) y/o dos o más de dos entradas de gas (3),
[0235] iv) aportación del primer y del segundo flujo de gas de alimentación por medio del sistema de distribución de gas a las entradas de gas (3) de las unidades de separación por membrana (2) de la etapa de separación por membrana,
[0236] v) separación de las mezclas de gas aportadas a las unidades de separación por membrana (2) a través de las entradas de gas (3) en las unidades de separación por membrana (2) mediante membranas de separación de gas en, respectivamente, un flujo de gas retentado y un flujo de gas permeado,
[0237] De forma especialmente preferida, el procedimiento de la presente invención comprende además los pasos: vi) concentración de, preferiblemente, todos los flujo(s) de retentado de las unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1) en un flujo de gas retentado o en varios flujos de gas retentado,
[0238] y/o
[0239] vii) concentración de, preferiblemente, todos los flujo(s) de permeado de las unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1) en un flujo de gas permeado o en varios flujos de gas permeado.
[0240] La concentración de los flujos de permeado y/o retentado puede realizarse, como se ha descrito antes, preferiblemente por medio de tuberías colectoras de permeado y/o retentado o mediante conductos de conexión de retentado y/o permeado entre las salidas de gas correspondientes de las unidades de separación por membrana.
[0241] Otros pasos preferidos del procedimiento resultan de la descripción anterior de la instalación según la invención y del procedimiento según la invención, así como de los ejemplos y las reivindicaciones.
[0242] La instalación y el procedimiento según la invención pueden utilizarse especialmente en procesos en los que es necesaria una separación simultánea de varios flujos de gas con diferentes composiciones mediante membranas de separación de gas. Especialmente, también en procesos en los que los flujos de gas a separar pueden estar sujetos a fluctuaciones en sus respectivos caudales y composiciones. Esto se aplica especialmente a los procedimientos en los que se utilizan energías renovables, ya que éstas suelen estar disponibles sólo en cantidades muy variables. Otros ejemplos de aplicaciones son, por ejemplo, los yacimientos de gas natural con diferentes fuentes de gas, que deben procesarse en una instalación de separación de gases común en lugar de en una instalación de separación de gases por cada fuente de gas, o las fuentes de gas helio, en las que el metano se separa del helio en una instalación de separación de gases, aprovechándose a continuación el metano térmicamente y debiéndose separar también los gases de escape del aprovechamiento térmico mediante separación de gases. Los ejemplos 1 y 2 muestran que las dos separaciones de gas pueden realizarse de forma mucho más eficaz en una instalación según la invención que en dos instalaciones de separación de gas separadas.
[0243] Ejemplos
[0244] Para la elaboración de los ejemplos se realizaron cálculos de simulación de procesos en Aspen Custom Modeller (ACM), de acuerdo con el modelo de Scholz et al., "Modeling Gas Permeation by Linking Nonideal Effects", Industrial & Engineering Chemistry Research, 2013, 52, 1079-1088. La profundidad del modelo utilizado para la simulación de Scholz et al. es la siguiente:
[0245] •Contraflujo ideal de retentado y permeado
[0246] •Permeancias constantes y, por lo tanto, capacidades de separación constantes (independientemente de la temperatura)
[0247] •Consideración de la pérdida de presión
[0248] •Consideración del balance energético
[0249] •Consideración del efecto Joule-Thomson
[0250] •Comportamiento real del gas según Soave-Redlich-Kwong
[0251] •Desestimación de la polarización de concentración y otros efectos no ideales
[0252] La geometría del módulo utilizada es la siguiente. El diámetro exterior de la fibra hueca de membrana es de 415 µm y el grosor de pared de las fibras huecas de membrana es de 74 µm. La longitud de fibra es de 1 m y el diámetro de módulo es de 0,16 m. En los ejemplos, una unidad de separación por membrana corresponde a un módulo de membrana en la simulación. El número de fibras es de 76700. El coeficiente de transferencia térmica de la fibra es de 4 W/(m<2>K). En los ejemplos, una unidad de separación por membrana corresponde a un módulo de membrana en la simulación.
[0253] Serie de ejemplos 1 (Ejemplos 1.1 a 1.9):
[0254] En la serie de ejemplos 1 se utiliza un sistema de separación de acuerdo con la figura 1. El primer flujo de gas de alimentación A se compone de un 10% en volumen de helio (He) y un 90% en volumen de metano (CH<4>). El segundo flujo de gas de alimentación B se compone de un 40% en volumen de CO<2>y de un 60% en volumen de N<2>. El flujo de gas de alimentación A y el flujo de gas de alimentación B se aportan a una etapa de separación por membrana compuesta por un bloque de membrana (1) con 10 unidades de separación por membrana (MTE) (2<1>-2<10>). Los permeados y retentados de las respectivas MTE se aportan a través de tuberías de gas permeado (10<1>-10<10>) a una tubería colectora de permeado (14) y a través de tuberías de gas retentado (9<1>- 9<10>) a una tubería colectora de retentado (11). Las distintas MTE se realizan respectivamente de forma idéntica y contienen membranas de fibra hueca de poliimida que funcionan en el contraflujo. Mediante las tuberías de gas de alimentación (7) y (8), los dos flujos de gas de alimentación A y B se aportan, a una temperatura de gas de alimentación idéntica de 25°C, a un conducto de distribución (4) en sus extremos opuestos y, desde allí, a las respectivas MTE (2<1>- 2<10>) mediante las tuberías de alimentación (6<1>- 6<10>). La presión de los flujos de gas retentado se mantiene a una presión idéntica de 10,00 bar por medio de válvulas en los conductos de evacuación de gas retentado (12) y (13). Para la presión de los flujos de gas de alimentación en las tuberías de alimentación (7) u (8), resultan valores ligeramente diferentes de 10,08 a 10,1 bar como consecuencia de la variación de los caudales por pérdida de presión. Las composiciones, temperaturas, caudales (flujos), así como presiones de los dos flujos de gas de alimentación A y B se pueden consultar en las tablas 1a y 1b. La presión de los flujos de gas permeado se ajusta a 1,01 bar por medio de válvulas en los conductos de evacuación de gas permeado (15) y (16). En las condiciones mencionadas, las MTE respectivas presentan una capacidad de separación de 40000 GPU*m<2>para el helio (He), 26700 GPU*m<2>para CO<2>, 800 GPU*m<2>para N<2>y 530 GPU*m<2>para CH<4>. Como consecuencia, las selectividades, es decir, la relación entre las permeancias de la membrana utilizada en la MTE para He/CH<4>es de 75 y para CO<2>/N<2>de 33.
[0256] En este ejemplo, la suma de los caudales de ambos flujos de gas de alimentación es siempre de 1000 Nm<3>/h. Sin embargo, en la serie de ejemplos de los ejemplos 1.1 a 1.9, los distintos caudales se modifican respectivamente, de manera que el caudal del flujo de alimentación A aumente de un ejemplo a otro ejemplo y de manera que el caudal del flujo de alimentación B disminuya en la misma medida de un ejemplo a otro ejemplo.
[0258] En la serie de ejemplos 1, los diferentes flujos de gas de alimentación fluyen sin mezclarse hacia las MTE y los flujos de gas retentado y permeado también se extraen sin mezclarse. Este flujo se garantiza mediante los rascadores correspondientes en el conducto de distribución (4) o en la tubería colectora de permeado (14) y en la tubería colectora de retentado (11). La pérdida de presión a través del conducto de distribución (4) y de los ramales (5) es, en el presente ejemplo, de sólo unos pocos mbar, con lo que el gas de alimentación se distribuye en las MTE de forma casi ideal en cuanto a cantidad.
[0260] En el ejemplo 1.1, debido al bajo caudal del flujo de gas de alimentación A, éste sólo se aporta a la MTE (2<1>) a través de la tubería de alimentación (6<1>), el gas retentado de la MTE (2<1>) de la tubería de gas retentado (9<1>) se extrae exclusivamente a través del conducto de evacuación de gas retentado (12) y el gas permeado de la MTE (2<1>) de la tubería de gas permeado (10<1>) se extrae exclusivamente a través del conducto de evacuación de gas permeado (15). De forma correspondiente, el flujo de gas de alimentación B se aporta al resto de MTEs (2<2>a 2<10>) a través de las tuberías de alimentación (6<2>a 6<10>), el gas retentado de las tuberías de gas retentado (9<2>a 9<10>) se extrae exclusivamente a través del conducto de evacuación de gas retentado (13) y el gas permeado de las tuberías de gas permeado (10<2>a 10<10>) se extrae exclusivamente a través del conducto de evacuación de gas permeado (16). Como resultado de la separación resultan en los cuatro conductos de evacuación de gas (conductos de evacuación de gas retentado (12) y (13), así como conductos de evacuación de gas permeado (15) y (16)), las purezas y rendimientos ideales alcanzables, en los que el producto es máximo en relación con la pureza y el rendimiento
[0262] Las composiciones, la temperatura, el caudal (flujo), las presiones y los rendimientos de los dos flujos de permeado (15) y (16) y de los dos flujos de retentado (12) y (13) obtenidos en los ejemplos 1.1 a 1.9 respectivos se pueden consultar en las tablas 2a a 2d.
[0264] Tabla 1a:
[0266]
[0267]
[0269] Tabla 1b:
[0271]
[0273] Tabla 2a:
[0275]
[0277] Tabla 2b:
[0279] Tabla 2c:
[0281]
[0283] Tabla 2d:
[0285]
[0287] Serie de ejemplos 2 (Ejemplos 2.1 a 2.8)La serie de ejemplos 2 corresponde a la serie de ejemplos 1, con la diferencia de que los flujos de gas de alimentación no se separan de forma tan ideal en las MTE y se descargan de forma menos ideal como gas retentado y gas permeado. Es decir, se prescinde del uso del rascador utilizado en el ejemplo 1 en el conducto de conexión (4) y los dos flujos de gas pueden mezclarse en una pequeña parte en el punto en el que coinciden. En la serie de ejemplos 2, el encuentro entre el flujo de gas de alimentación A y el flujo de gas de alimentación B tiene lugar de manera que se aporten respectivamente 50 Nm<3>/h del flujo de gas de alimentación A y 50 Nm<3>/h del flujo de gas de alimentación B a través de la tubería de alimentación más cercana de la MTE correspondiente. Esto significa para el ejemplo 2.1 que a la MTE (2<1>) se le aporta un flujo de alimentación A puro, a la MTE (2<2>) una mezcla de 50 vol. % de flujo de alimentación A y 50 vol. % de flujo de alimentación B, y a las MTE (2<3>a 2<10>) un flujo de alimentación B puro.
[0289] El gas retentado de la tubería de gas retentado de la MTE que separa el gas mixto, en el ejemplo 2.1 es la MTE (2<2>), fluye en proporciones iguales en la dirección del conducto de evacuación de gas retentado (12) o (13). El gas permeado de la MTE que separa el gas mixto también fluye en proporciones iguales en la dirección del conducto de evacuación de gas permeado (15) o (16). Los gases retentados de las MTE que sólo separan el flujo de gas de alimentación A, en el ejemplo 2.1 es la MTE (2<1>), fluyen completamente hacia el conducto de evacuación de gas retentado (12) y los gases retentados de las MTE que sólo separan el flujo de gas de alimentación B, en el ejemplo 2.1 son los MTE (2<3>a 2<10>), fluyen completamente hacia el conducto de evacuación de gas retentado (13). Lo mismo ocurre con los flujos de permeado de las respectivas MTE. La distribución antes descrita de los flujos en el conducto de evacuación de gas retentado (12) o (13) o en el conducto de evacuación de gas permeado (15) o (16) se controla mediante las válvulas correspondientes en el conducto de evacuación de gas retentado (12) o (13) o en el conducto de evacuación de gas permeado (15) o (16).
[0291] Las composiciones, las temperaturas, los caudales (flujos) y las presiones de los dos flujos de gas de alimentación A y B se pueden ver en las tablas 3a y 3b. Las tablas 4a a 4d resumen los resultados de los ejemplos 2.1 a 2.8. Se puede ver claramente que un funcionamiento como éste influye negativamente en el resultado de separación del flujo de gas de alimentación aportado en menor cantidad. Así, según el ejemplo 2.1, en caso de un flujo de gas de alimentación A muy reducido en comparación con el flujo de gas de alimentación B, no se alcanza un eventual objetivo de separación, como el enriquecimiento de metano. La pureza del metano en el conducto de evacuación de gas retentado (12) sólo alcanza el 88,6% en volumen, en lugar del 99,4% alcanzado en el caso ideal de la tabla 2a. No obstante, en el ejemplo 2.1 se consigue un enriquecimiento significativo de helio en el conducto de evacuación de gas permeado (15) del 10% en el flujo de gas de alimentación A al 28,7%. Sin embargo, en el caso ideal de la serie de ejemplos 1 se podría alcanzar el 42,1%.
[0293] Con los caudales más equilibrados entre los flujos de gas de alimentación A y B en los ejemplos 2.3 a 2.7, se obtienen buenos resultados de separación en todos los conductos de evacuación de gas (12, 13, 15, 16), a pesar de funcionar con una mezcla reducida de los flujos de gas de alimentación.
[0295] Tabla 3a
[0297]
[0300] Tabla 3b
[0301]
[0303] Tabla 4a:
[0305]
[0307] Tabla 4b
[0309]
[0311] Tabla 4c
[0313] Tabla 4d
[0315]
[0317] Ejemplo comparativo 1:
[0318] Se considera un ejemplo no conforme a la invención un sistema en el que los dos flujos de gas de alimentación A y B de los ejemplos 1 y 2 se aportan por separado respectivamente a una etapa de separación por membrana 1 y 2.
[0319] Dado que los caudales de los respectivos flujos de gas de alimentación pueden variar, como en las series de ejemplos 1 y 2, el número de MTEs conectados en paralelo en cada una de las etapas de separación por membrana 1 y 2 debe configurarse para el máximo caudal. Esto significa que, en comparación con las 10 MTE de los ejemplos 1 y 2 según la invención, aquí se necesitan dos veces 10 MTE, es decir, el doble de MTE. Sin embargo, dado que los caudales de los dos flujos de gas de alimentación varían, no todas las MTE de la etapa de separación por membrana 1 o 2 respectiva se utilizan a plena capacidad en cada momento de funcionamiento. El resultado de la separación en estas condiciones, es decir, el funcionamiento de las MTE a carga parcial, se muestra en las tablas 6a a d. Las composiciones, las temperaturas, los caudales (flujos) y las presiones de los dos flujos de gas de alimentación A y B se pueden ver en las tablas 5a y 5b.
[0320] Tabla 5a:
[0322]
[0323]
[0325] Tabla 5b:
[0327]
[0329] Tabla 6a:
[0331]
[0333] Tabla 6b:
[0335] Tabla 6c:
[0336]
[0338] Tabla 6d:
[0339]
[0340] Los resultados de las tablas 6a a 6d muestran que, cuando las MTE funcionan en el rango de carga parcial - debido a las variaciones de los flujos de alimentación -, no se puede lograr un resultado de separación satisfactorio, a pesar del doble número de MTE utilizadas en comparación con los ejemplos 1 y 2 según la invención.
[0341] En el aparato utilizado en el ejemplo comparativo se podría garantizar, por ejemplo, mediante la instalación de válvulas adicionales para el cierre de las distintas MTE, que las MTE no cerradas funcionen siempre en el rango de plena carga. Sin embargo, esto aumentaría considerablemente los costes de equipamiento derivados de la duplicación del número de MTE y requeriría un esfuerzo adicional en cuanto a tecnología de control.
[0342] Comparación de las eficiencias de separación de los ejemplos 1 y 2 con el ejemplo comparativo 1En la figura 12 se muestran los resultados de los ejemplos 1, 2 y del ejemplo comparativo para su comparación. Se muestra el producto del rendimiento y la pureza del metano en el retentado (tubería de gas retentado (12)) en relación con el valor máximo alcanzable sobre la cantidad de gas de alimentación en Nm<3>/h. El ejemplo 1 según la invención siempre da como resultado el producto máximo alcanzable de pureza de CH<4>y rendimiento de CH<4>y, por consiguiente, un valor relativo del 100%. En el ejemplo comparativo 1, el valor máximo sólo se alcanza a plena carga de 1000 Nm<3>/h y luego cae rápidamente. El ejemplo 2 según la invención mantiene valores relativamente altos en un amplio rango de carga parcial.
[0343] Un aumento del número de MTE en la serie de ejemplos 2, por ejemplo, mediante el uso de MTE con una menor capacidad de separación con la misma capacidad de separación total instalada, puede reducir considerablemente en el aparato según la invención la influencia negativa representada de la mezcla parcial de los flujos de gas de alimentación como consecuencia del efecto de dilución. En la consideración del valor límite, con un número infinitamente alto de MTE se obtiene el resultado ideal del ejemplo 1.
[0344] El uso de varios cientos de unidades de separación por membrana es perfectamente realista en el ámbito de la separación de gases.
[0345] Ejemplo 3
[0346] En el ejemplo 3 se considera el funcionamiento según la invención de una etapa de separación por membrana con un bloque de membrana (19) con 10 unidades de separación por membrana (2) conectadas en paralelo según la figura 1 en el ámbito del gas fuente de helio. Las distintas unidades de separación por membrana (2) tienen las propiedades descritas en el ejemplo 1. Los flujos de gas de alimentación aportados por separado en las tuberías de gas de alimentación (7) y (8) también se distribuyen de forma ideal como en el ejemplo 1. A diferencia del ejemplo 1, sólo se generan un flujo de gas retentado (12) y un flujo de gas permeado (15), aportándose los flujos de retentado o permeado de las unidades de separación por membrana (2), por medio de tuberías de gas retentado o de gas permeado (9) o (10), a una tubería colectora de gas retentado o de gas permeado (11) o (14) conectadas respectivamente a sólo un conducto de evacuación de gas retentado o de gas permeado (12) o (15). En las tuberías de gas retentado (9) se instalaron puntos de muestreo para determinar la concentración de retentado de las distintas unidades de separación por membrana (2).
[0347] En el caso del gas fuente de helio se trata de fuentes de gas natural que contienen helio. Dependiendo de la región y, en algunos casos, también de la fuente dentro de una región más pequeña, las concentraciones de helio pueden variar considerablemente. En el ejemplo 3, se supone, para simplificar, que las dos fuentes consideradas contienen exclusivamente helio y metano. La fuente 1 (flujo de gas de alimentación 1) contiene un 1% de helio y la fuente 2 (flujo de gas de alimentación 2) contiene un 3% de helio. El objetivo de la separación consiste en obtener un contenido de helio de sólo un 0,2% en el retentado para ambos flujos de gas de alimentación, a fin de lograr un rendimiento relativamente bueno de helio en el permeado. En relación con la aportación de los flujos de gas de alimentación representada en la tabla 7 resulta una concentración de helio del 0,2% en cada tubería de gas retentado. La tabla 7 muestra los flujos y las concentraciones de los flujos de gas retentado y de gas permeado.
[0348] Tabla 7:
[0350]
[0351] Ejemplo comparativo 2
[0352] En el ejemplo comparativo 2 no conforme a la invención con respecto al ejemplo 3, el flujo de gas de alimentación 1 de la fuente 1 y el flujo de gas de alimentación 2 de la fuente 2 se mezclan y, a continuación, se aportan como un flujo de gas de alimentación a través de una tubería de gas de alimentación a las 10 unidades de separación por membrana, de manera que cada unidad de separación por membrana separe el mismo flujo de gas de alimentación. El resto de la estructura de la etapa de separación por membrana corresponde al ejemplo 3. El resultado se resume en la tabla 8.
[0353] Tabla 8:
[0355]
[0357] Si se compara ahora el ejemplo 3 y el ejemplo comparativo 2, se puede ver que la aportación separada de los flujos de gas de alimentación según el ejemplo 3 da lugar a un mejor resultado de separación en general. En primer lugar, las purezas alcanzadas del helio en el permeado y del metano en el retentado son más altas en el ejemplo 3 que en el ejemplo comparativo 2. Además, el rendimiento del helio en el permeado, es decir, la cantidad de helio en el flujo de gas permeado en relación con la cantidad de helio en el flujo de gas de alimentación, es mayor en el ejemplo 3 que en el ejemplo comparativo 2. Es decir, se obtiene más helio valioso con una mayor pureza de helio. Si se compara la situación del metano en el flujo de gas retentado, se observa que incluso el producto de la pureza del metano y el rendimiento del metano en el ejemplo 3 es ligeramente superior al del ejemplo comparativo 2.Lista de referencias
[0358] (1) Bloque de membrana según la invención
[0359] (2) Unidad de separación por membrana; las respectivas unidades de separación por membrana conectadas en paralelo de un bloque de membrana se indican con (2<1>) a (2<n>), correspondiendo el índice n al número consecutivo y correspondiendo el número n al número de unidades de separación por membrana conectadas en paralelo (3) Entrada de gas de una unidad de separación por membrana; las respectivas entradas de gas de las unidades de separación por membrana conectadas en paralelo de un bloque de membrana se indican con (3<1>) a (3<n>), correspondiendo el índice n al número consecutivo y correspondiendo el número n al número de unidades de separación por membrana conectadas en paralelo
[0360] (4) Conducto de distribución; si en una etapa de separación por membrana hay varios bloques de membrana y, por lo tanto, varios conductos de distribución, éstos se indican con (4<1>) a (4<o>), correspondiendo o al número consecutivo y correspondiendo el número o al número de conductos de distribución contenidos en una etapa de separación por membrana
[0361] (5) Ramal
[0362] (6) Tubería de alimentación a una entrada de gas de una unidad de separación por membrana; las respectivas tuberías de alimentación de las unidades de separación por membrana conectadas en paralelo de un bloque de membrana se indican con (6<1>) a (6<n>), correspondiendo el índice n al número consecutivo y correspondiendo el número n al número de unidades de separación por membrana conectadas en paralelo
[0363] (7) Primera tubería de gas de alimentación
[0364] (8) Segunda tubería de gas de alimentación
[0365] (9) Tubería de gas retentado de una unidad de separación por membrana; las respectivas tuberías de gas retentado de las unidades de separación por membrana conectadas en paralelo de un bloque de membrana se indican con (9<1>) a (9<n>), correspondiendo el índice n al número consecutivo y correspondiendo el número n al número de unidades de separación por membrana conectadas en paralelo
[0366] (10) Tubería de gas permeado de una unidad de separación por membrana; las respectivas tuberías de gas permeado de las unidades de separación por membrana conectadas en paralelo de un bloque de membrana se indican con (10<1>) a (10<n>), correspondiendo el índice n al número consecutivo y correspondiendo el número n al número de unidades de separación por membrana conectadas en paralelo
[0367] (11) Tubería colectora de gas retentado
[0368] (12) Primer conducto de evacuación de gas retentado
[0369] (13) Segundo conducto de evacuación de gas retentado
[0370] (14) Tubería colectora de gas permeado
[0371] (15) Primer conducto de evacuación de gas permeado
[0372] (16) Segundo conducto de evacuación de gas permeado
[0373] (18) Conductos de conexión
[0374] (19a) Tubería de gas
[0375] (19ba) Tubería de gas
[0376] (20a) Tubería de gas
[0377] (20b) Tubería de gas
[0378] (21) Tercera tubería de gas de alimentación
[0379] (22) Primera tubería de gas permeado de la segunda etapa de separación por membrana B)
[0380] (23) Segunda tubería de gas permeado de la segunda etapa de separación por membrana B)
[0381] (24) Primera tubería de gas retentado de la segunda etapa de separación por membrana B)
[0382] (25) Segunda tubería de gas retentado de la segunda etapa de separación por membrana B)
[0383] (26) Primera tubería de gas permeado de la tercera etapa de separación por membrana C)
[0384] (27) Segunda tubería de gas permeado de la tercera etapa de separación por membrana C)
[0385] (28) Primera tubería de gas retentado de la tercera etapa de separación por membrana C)
[0386] (29) Segunda tubería de gas retentado de la tercera etapa de separación por membrana C)
[0387] (30) Salida de gas retentado de una unidad de separación por membrana; las respectivas salidas de gas retentado de las unidades de separación por membrana conectadas en paralelo de un bloque de membrana se indican con (3<1>) a (3<n>), correspondiendo el índice n al número consecutivo y correspondiendo el número n al número de unidades de separación por membrana conectadas en paralelo.
[0388] (31) Salida de gas permeado de una unidad de separación por membrana; las respectivas salidas de gas permeado de las unidades de separación por membrana conectadas en paralelo de un bloque de membrana se indican con (3<1>) a (3<n>), correspondiendo el índice n al número consecutivo y correspondiendo el número n al número de unidades de separación por membrana conectadas en paralelo.
[0389] (32) Conducto de conexión de retentado entre dos salidas de gas retentado de dos unidades de separación por membrana dispuestas una junto a otra de un bloque de membrana
[0390] (33) Conducto de conexión de permeado entre dos salidas de gas permeado de dos unidades de separación por membrana dispuestas una junto a otra de un bloque de membrana

Claims (32)

1. REIVINDICACIONES
1. Instalación para la separación de mezclas de gases, que contiene
a. una primera tubería de gas de alimentación (7), adecuada o configurada para transportar un primer flujo de gas de alimentación, y una segunda tubería de gas de alimentación (8) adecuada o configurada para transportar un segundo flujo de gas de alimentación diferente en su composición del primer flujo de gas de alimentación, b. una etapa de separación por membrana, que comprende un bloque de membrana (1) o varios bloques de membrana (1), comprendiendo el bloque de membrana (1) / los bloques de membrana (1) respectivamente varias unidades de separación por membrana (2) conectados en paralelo, presentando
∘ cada unidad de separación por membrana (2) respectivamente una entrada de gas (3) y membranas de separación de gas y separándose la mezcla de gases aportada a través de la entrada de gas (3) en una corriente de gas retentado y una corriente de gas permeado por medio de las membranas de separación de gas, y ∘ presentando cada unidad de separación por membrana (2) respectivamente una salida de gas retentado (30) para el flujo de gas retentado que se conecta preferiblemente a una tubería de gas retentado (9) o mediante uno o varios conducto(s) de conexión de retentado (32) a una o dos salida/salidas de gas retentado (30) de la unidad(es) de separación por membrana adyacente (2) del mismo bloque de membrana (1), y una salida de gas permeado (31) para el flujo de gas permeado que se conecta preferiblemente a una tubería de gas permeado (10) o mediante uno o varios conducto(s) de conexión de permeado (33) a una o dos salida/salidas de gas permeado (31) de la unidad(es) de separación por membrana adyacente (2) del mismo bloque de membrana (1),
y
c. un sistema de distribución de gas configurado de manera que
• el mismo comprenda conductos de conexión (18) que unen entre sí respectivamente las entradas de gas (3) de dos unidades de separación por membrana (2) adyacentes de un bloque de membrana (1), y/o uno o varios conducto(s) de distribución (4) que contiene/contienen respectivamente varios ramales (5) unidos mediante tuberías de alimentación (6) a las entradas de gas (3) de las distintas unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1), pudiendo uno o varios ramal(es) (5) presentar adicionalmente una posibilidad de conexión para una tubería de gas de alimentación, de manera que mediante el ramal(es) (5) sea posible conectar respectivamente al mismo tiempo una tubería de gas de alimentación y una tubería de alimentación (6) a la tubería de distribución (4) correspondiente,
• si la etapa de separación por membrana presenta varios bloques de membrana (1), ésta comprende tuberías, preferiblemente tuberías (19a, 19b, 20a, 20b) que conectan entre sí los bloques de membrana (1) de la etapa de separación por membrana,
• la primera tubería de gas de alimentación (7) y la segunda tubería de gas de alimentación (8), independientemente una de otra y en puntos separados en el espacio, se unen respectivamente a un conducto de distribución (4) o a un conducto de conexión (18) o a un ramal (5) o, siempre que esté presente, a una tubería que conecta entre sí los bloques de membrana (1) de la etapa de separación por membrana, preferiblemente una tubería (19a, 19b, 20a o 20b), o a una entrada de gas (3), disponiéndose los puntos de conexión de manera que dos o más de dos ramales (5) y/o dos o más de dos entradas de gas (3) se dispongan entre los puntos de conexión de la primera tubería de gas de alimentación (7) y de la segunda tubería de gas de alimentación (8).
2. Instalación según la reivindicación 1,
caracterizada por que
los puntos de conexión de la primera tubería de gas de alimentación (7) y de la segunda tubería de gas de alimentación (8) se disponen de manera
que el primer flujo de gas de alimentación y el segundo flujo de gas de alimentación, dentro de un bloque de membrana (1) o de varios bloques de membrana (1) de la etapa de separación por membrana, preferiblemente en uno o varios conducto(s) de distribución (4) y/o en uno o varios conducto(s) de conexión (18) o dentro de la tubería o tuberías que conecta/conectan entre sí los bloques de membrana (1) de la etapa de separación por membrana, preferiblemente dentro de la tubería o tuberías (19a, 19b, 20a, 20b), fluyan el uno hacia el otro,
3. Instalación según la reivindicación 1 o 2,
caracterizada por que
la etapa de separación por membrana contiene un bloque de membrana (1) o varios bloques de membrana (1) que comprenden respectivamente un conducto de distribución (4) con varios ramales (5) y tuberías de alimentación (6), conectando respectivamente una tubería de alimentación (6) un ramal (5) a una entrada de gas (3) de una unidad de separación por membrana (2),
y
la primera tubería de gas de alimentación (7) y la segunda tubería de gas de alimentación (8) se conectan por separado e independientemente una de otra al/a los conducto(s) de distribución (4) y/o por que los ramales (5) se conectan con especial preferencia a los extremos respectivamente opuestos del conducto(s) de distribución (4).
4. Instalación según la reivindicación 1 o 2,
caracterizada por que
la etapa de separación por membrana contiene un bloque de membrana (1) o varios bloques de membrana (1) que comprende o comprenden respectivamente varios conductos de conexión (18) que conectan respectivamente una
entrada de gas (3) de una unidad de separación por membrana (2) a la/las entrada de gas/ entradas de gas (3) de la unidad(es) de separación por membrana (2) adyacente en el bloque de membrana (1), y
la primera tubería de gas de alimentación (7), así como la segunda tubería de gas de alimentación (8) se conectan, por separado e independientemente una de otra, respectivamente a una entrada de gas (3) de una unidad de separación por membrana (2) o a varias entradas de gas (3) de unidades de separación por membrana (2) y/o a un conducto de conexión (18) o a varios conductos de conexión (18).
5. Instalación según una de las reivindicaciones 1 a 4,
caracterizada por que
la misma comprende adicionalmente una, dos o tres tubería(s) de gas de alimentación tres (21), cuatro y cinco, adecuada/adecuadas para transportar uno, dos o tres flujos de gas adicionales diferentes en su composición del primer y del segundo flujo de gas de alimentación,
y
la tubería(s) de gas de alimentación adicional(es) tres (21), cuatro y cinco se conecta/conectan al sistema de distribución de gas, de manera que el flujo de gas tres (21) o los flujos de gas tres (21) y cuatro o los flujos de gas tres (21), cuatro y cinco puedan aportarse a las unidades de separación por membrana por medio del sistema de distribución de gas.
6. Instalación según la reivindicación 5,
caracterizada por que
la tubería(s) de gas de alimentación tres (21) o tres (21) y cuatro o tres (21), cuatro y cinco se conecta/conectan independientemente una de otra
• a uno o varios conducto(s) de distribución (4), preferiblemente entre las conexiones de la primera tubería de gas de alimentación (7) y de la segunda tubería de gas de alimentación (8),
y/o
• a uno o varios conducto(s) de distribución (18), preferiblemente entre las conexiones de la primera tubería de gas de alimentación (7) y de la segunda tubería de gas de alimentación (8),
y/o
• a una entrada de gas (3) o varias entradas de gas (3), diferenciándose la entrada de gas (3) o estas entradas de gas (3) con especial preferencia de las entradas de gas (3) a las que se conectan la primera tubería de gas de alimentación (7) o la segunda tubería de gas de alimentación (8),
y/o
• a una entrada de gas (3) o varias entradas de gas (3) y un conducto de conexión (18) o varios conductos de conexión (18), diferenciándose estas entradas de gas (3) preferiblemente de las entradas de gas (3) a las que se conectan la primera tubería de gas de alimentación (7) o la segunda tubería de gas de alimentación (8).
7. Instalación según la reivindicación 5,
caracterizada
por quela etapa de separación por membrana comprende varios bloques de membrana (1) que se combinan en un circuito en anillo, estando preferiblemente cada bloque de membrana (1) conectado a dos tuberías de gas de alimentación.
8. Instalación según una de las reivindicaciones 1 a 6,
caracterizada
por quela etapa de separación por membrana comprende varios bloques de membrana (1) conectados en paralelo.
9. Instalación según la reivindicación 8,
caracterizada por que
el sistema de distribución de gas por bloque de membrana (1) comprende un conducto de distribución (4), con varios ramales (5) y tuberías de alimentación (6), uniendo respectivamente una tubería de alimentación (6) un ramal (5) a una entrada de gas (3) de una unidad de separación por membrana (2), y
los conductos de distribución (4) de los respectivos bloques de membrana (1) de la etapa de separación por membrana se conectan entre sí mediante tuberías (19a, 19b),
y
la primera tubería de gas de alimentación (7) y la segunda tubería de gas de alimentación (8), independientemente una de otra y en puntos separados en el espacio, se conectan a un conducto de distribución (4) o a un ramal (5) o a una tubería (19a, 19b), disponiéndose los puntos de conexión de manera que dos o más de dos ramales (5) y/o dos o más de dos entradas de gas (3) se dispongan entre los puntos de conexión de la primera tubería de gas de alimentación (7) y de la segunda tubería de gas de alimentación (8).
10. Instalación según la reivindicación 8,
caracterizada por que
el sistema de distribución de gas en el bloque de membrana (1) respectivo comprende conductos de conexión (18) que conectan respectivamente la entrada de gas (3) de una unidad de separación por membrana (2) a la entrada
de gas (3) o a las entradas de gas (3) de la unidad(es) de separación por membrana (2) adyacente en el bloque de membrana (1),
y
los bloques de membrana (1) de la etapa de separación por membrana se conectan entre sí mediante tuberías (20a, 20b), conectándose las tuberías (20a, 20b) en el bloque de membrana respectivo (1) a uno o varios conducto(s) de conexión (18) y/o a una o varias entrada/entradas de gas (3), conectándose preferiblemente la tubería (20a) en el bloque de membrana respectivo (1) a un conducto de conexión (18) o a una entrada de gas (3) y conectándose la tubería (20b) en el bloque de membrana respectivo a un conducto de conexión (18) diferente o a una entrada de gas (3) diferente,
y
la primera tubería de gas de alimentación (7), así como la segunda tubería de gas de alimentación (8), independientemente una de otra y en puntos separados en el espacio, se conectan a uno o varios conducto(s) de conexión (18) o a una o varias tubería(s) (20a, 20b) o a una o varias entrada/entradas de gas (3), disponiéndose los puntos de conexión de manera que dos o más de dos entradas de gas (3) se dispongan entre los puntos de conexión de la primera tubería de gas de alimentación (7) y de la segunda tubería de gas de alimentación (8).
11. Instalación según una de las reivindicaciones 1 a 10,
caracterizada por queen uno o varios conducto(s) de distribución (4) y/o en uno o varios conducto(s) de conexión (18) y/o en una o varias tuberías (19a, 19b, 20a, 20b), en los puntos de contacto potenciales de los flujos de gas de alimentación que coinciden en la tubería, se toma/toman medidas constructivas para regular y/o impedir en gran medida la mezcla de los flujos de gas de alimentación, seleccionándose las mismas preferiblemente de la lista compuesta por la reducción de las secciones transversales de tubería, la prolongación de las secciones de tubería, la aplicación de mezcladores estáticos, el uso de rascadores en las tuberías de gas y combinaciones de los mismos.
12. Instalación según una de las reivindicaciones 1 a 11,
caracterizada
por que
las tuberías de gas retentado (9), preferiblemente todas las tuberías de gas retentado (9), de las unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1) de la etapa de separación por membrana se aportan a una tubería colectora de gas retentado (11), conectándose la tubería colectora de gas retentado (11) a al menos un primer conducto de evacuación de gas retentado (12), preferiblemente a al menos dos conductos de evacuación de gas retentado (12) y (13),
y/o
las tuberías de gas permeado (10), preferiblemente todas las tuberías de gas permeado (10), de las unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1) de la etapa de separación por membrana se aportan a una tubería colectora de gas permeado (14), conectándose la tubería colectora de gas permeado a al menos un primer conducto de evacuación de gas permeado (15), preferiblemente a al menos dos conductos de evacuación de gas permeado (15) y (16).
13. Instalación según una de las reivindicaciones 1 a 11,
caracterizada
por que
la misma comprende conductos de conexión de retentado (32) entre las salidas de gas retentado (30) de las unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1) de la etapa de separación por membrana, conectándose al menos un conducto de conexión de retentado (32) o al menos una salida de gas retentado (30) además a al menos un conducto de evacuación de gas retentado (12), conectándose preferiblemente en un bloque de membrana (1) de la etapa de separación por membrana uno o varios conducto(s) de conexión de retentado (32) y/o una o varias salida de gas retentado/salidas de gas retentado (30), independientemente uno de otro, respectivamente a un conducto de evacuación de gas retentado (12) o (13), y/o
la misma comprende conductos de conexión de permeado (33) entre las salidas de gas permeado (31) de las unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1) de la etapa de separación por membrana, conectándose al menos un conducto de conexión de permeado (33) o al menos una salida de gas permeado (31) además a al menos un conducto de evacuación de gas permeado (15), conectándose preferiblemente en un bloque de membrana (1) de la etapa de separación por membrana uno o varios conducto(s) de conexión de permeado (33) y/o una o varias salida de gas permeado/salidas de gas permeado (31), independientemente uno de otro, respectivamente a un conducto de evacuación de gas retentado (15) o (16),
14. Instalación según una de las reivindicaciones 1 a 13,
caracterizada
por que
la misma comprende dos etapas de separación por membrana A y B según la reivindicación 1, conectándose una primera tubería de gas de alimentación (7) y una segunda tubería de gas de alimentación (8) al sistema de distribución de gas de la primera etapa de separación por membrana A, tal y como se describe en una de las reivindicaciones 1 a 10, y
la primera etapa de separación por membrana A se configura de manera que se obtengan dos flujos de retentado diferentes uno de otro en un primer conducto de evacuación de gas retentado (12) y en un segundo conducto de evacuación de gas retentado (13) y/o dos flujos de permeado diferentes uno de otro en un primer conducto de evacuación de gas permeado (15) y en un segundo conducto de evacuación de gas permeado (16), y el primer conducto de evacuación de gas retentado (12) y el segundo conducto de evacuación de gas retentado (13) o el primer conducto de evacuación de gas permeado (15) y el segundo conducto de evacuación de gas permeado (16) se conectan al sistema de distribución de gas de la segunda etapa de separación por membrana B, tal y como se describe en una de las reivindicaciones 1 a 10.
15. Instalación según una de las reivindicaciones 1 a 13,
caracterizada
por que
la misma comprende tres etapas de separación por membrana A y B según la reivindicación 1, conectándose una primera tubería de gas de alimentación (7) y una segunda tubería de gas de alimentación (8) al sistema de distribución de gas de la primera etapa de separación por membrana A, tal y como se describe en una de las reivindicaciones 1 a 10, y
la primera etapa de separación por membrana A se configura de manera que se obtengan dos flujos de retentado diferentes uno de otro en un primer conducto de evacuación de gas retentado (12) y en un segundo conducto de evacuación de gas retentado (13) y/o dos flujos de permeado diferentes uno de otro en un primer conducto de evacuación de gas permeado (15) y en un segundo conducto de evacuación de gas permeado (16), y el primer conducto de evacuación de gas retentado (12) y el segundo conducto de evacuación de gas retentado (13) se conectan al sistema de distribución de gas de la segunda etapa de separación por membrana B, tal y como se describe en una de las reivindicaciones 1 a 10, y
el primer conducto de evacuación de gas permeado (15) y el segundo conducto de evacuación de gas permeado (16) se conectan al sistema de distribución de gas de la tercera etapa de separación por membrana C, tal y como se describe en una de las reivindicaciones 1 a 10.
16. Procedimiento para la purificación simultánea de dos o más flujos de gas, que presentan respectivamente una composición diferente,caracterizado por quela separación de los gases se lleva a cabo en una instalación según una de las reivindicaciones 1 a 15.
17. Procedimiento según la reivindicación 16,
caracterizado
por queel mismo comprende los pasos
i) puesta a disposición de un primer flujo de gas de alimentación,
ii) puesta a disposición de un segundo flujo de gas de alimentación que difiere en su composición del primer flujo de gas de alimentación,
iii) aportación del primer y del segundo flujo de gas de alimentación a una etapa de separación por membrana, • presentando la etapa de separación por membrana un bloque de separación por membrana (1) o varios bloques de separación por membrana (1), comprendiendo el bloque de separación por membrana (1) o los bloques de separación por membrana (1) respectivamente varias unidades de separación por membrana (2) conectadas en paralelo,
y presentando
• la etapa de separación por membrana un sistema de distribución de gas que comprende conductos de conexión (18), que conectan entre sí las entradas de gas (3) de dos unidades de separación por membrana (2) adyacentes de un bloque de membrana (1), y/o conductos de distribución (4) que contienen varios ramales (5), conectados respectivamente mediante tuberías de alimentación separadas (6) a las entradas de gas (3) de las distintas unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1), pudiendo presentar además uno o varios ramal(es) (5) una posibilidad de conexión para una tubería de gas de alimentación, de manera que mediante el ramal(es) (5) se pueda conectar simultáneamente al conducto de distribución (4) una tubería de gas de alimentación y una tubería de alimentación (6) , y presentando
• la etapa de separación por membrana, siempre que ésta comprenda varios bloques de membrana (1), tuberías, preferiblemente tuberías (19a, 19b, 20a, 20b) que conectan entre sí los bloques de membrana (1) de la etapa de separación por membrana,
y
aportándose el primer y el segundo flujo de gas de alimentación, independientemente uno de otro y en puntos separados en el espacio, respectivamente a un conducto de distribución (4) o a un conducto de conexión (18) o a un ramal (5) o, siempre que esté presente, a una tubería que conecta entre sí los bloques de membrana (1) de una etapa de separación por membrana, preferiblemente una tubería (19a, 19b, 20a, 20b), o a una entrada de gas (3), disponiéndose los puntos de conexión del primer y del segundo flujo de gas de alimentación de manera que se dispongan entre los puntos de conexión dos o más de dos ramales (5) y/o dos o más de dos entradas de gas (3), iv) aportación del primer y del segundo flujo de gas de alimentación por medio del sistema de distribución de gas a las entradas de gas (3) de las unidades de separación por membrana (2) de la etapa de separación por membrana,
v) separación de las mezclas de gas aportadas a las unidades de separación por membrana (2) a través de las entradas de gas (3) en las unidades de separación por membrana (2) mediante membranas de separación de gas en, respectivamente, un flujo de gas retentado y un flujo de gas permeado,
18. Procedimiento según la reivindicación 17,
caracterizado
por queel primer y el segundo flujo de gas de alimentación se aportan, por medio de un sistema de distribución de gas, a las entradas de gas (3) de las unidades de separación por membrana (2) de la primera etapa de separación por membrana, de manera
por queel primer flujo de gas de alimentación y el segundo flujo de gas de alimentación, dentro de un bloque de membrana (1) o de varios bloques de membrana (1) de la etapa de separación por membrana, preferiblemente en uno o varios conducto(s) de distribución (4) y/o en uno o varios conducto(s) de conexión (18) y/o dentro de la tubería o de las tuberías que conecta/conectan entre sí los bloques de membrana (1) de la etapa de separación por membrana, preferiblemente dentro de la tubería o de las tuberías (19a, 19b, 20a, 20b), fluyan el uno hacia el otro,
por queen un bloque de membrana (1), preferiblemente en varios bloques de membrana (1), con especial preferencia en todos los bloques de membrana (1), de la etapa de separación por membrana se aporten, respectivamente a al menos dos unidades de separación por membrana (2) diferentes, flujos de gas que difieren en su composición.
19. Procedimiento según la reivindicación 17 o 18,
caracterizado por que
la etapa de separación por membrana contiene un bloque de membrana (1) o varios bloques de membrana (1) que comprende o comprenden respectivamente un conducto de distribución (4) con varios ramales (5) y tuberías de alimentación (6), conectando respectivamente una tubería de alimentación (6) un ramal (5) a una entrada de gas (3) de una unidad de separación por membrana (2),
y
el primer flujo de gas de alimentación y el segundo flujo de gas de alimentación se aportan, por separado e independientemente uno de otro, al/a los conducto(s) de distribución (4), con especial preferencia a los extremos opuestos del conducto(s) de distribución (4).
20. Procedimiento según una de las reivindicaciones 17 o 18,
caracterizado por que
la etapa de separación por membrana contiene un bloque de membrana (1) o varios bloques de membrana (1) que comprende o comprenden respectivamente varios conductos de conexión (18) que conectan respectivamente la entrada de gas (3) de una unidad de separación por membrana (2) a la/las entrada de gas/ entradas de gas (3) de la unidad(es) de separación por membrana (2) adyacente en el bloque de membrana (1), y
el primer flujo de gas de alimentación y el segundo flujo de gas de alimentación se aportan, por separado e independientemente uno de otro, a una entrada de gas de una unidad de separación por membrana (2) o a varias entradas de gas (3) de unidades de separación por membrana (2) y/o a un conducto de conexión (18) o a varios conductos de conexión (18).
21. Procedimiento según una de las reivindicaciones 17 a 20,
caracterizado por que
uno, dos o tres flujo de gas/flujos de gas adicionales, diferentes en su composición del primer y del segundo flujo de gas de alimentación, se aporta/aportan al sistema de distribución de gas mediante la tubería(s) de gas de alimentación tres (21), tres (21) y cuatro o tres (21), cuatro y cinco.
22. Procedimiento según la reivindicación 21,
caracterizado por que
el flujo de gas de alimentación tres (21) o los flujos de gas de alimentación tres (21) y cuatro o los flujos de gas de alimentación tres (21), cuatro y cinco
• se aporta/aportan respectivamente a uno o varios conducto(s) de distribución (4), preferiblemente entre las conexiones de la primera tubería de gas de alimentación (7) y de la segunda tubería de gas de alimentación (8), y/o
• se aporta/aportan a uno o varios conducto(s) de conexión (18), preferiblemente entre las conexiones de la primera tubería de gas de alimentación (7) y de la segunda tubería de gas de alimentación (8),
y/o
• se aportan a una entrada de gas (3) o a varias entradas de gas (3), preferiblemente en un bloque de membrana (1) que comprende conductos de conexión (18), diferenciándose estas entradas de gas (3) con especial preferencia de las entradas de gas (3) a las que se aporta el primer flujo de gas de alimentación o el segundo flujo de gas de alimentación,
y/o
• se aportan a una entrada de gas (3) o a varias entradas de gas (3) y a uno o varios conducto(s) de conexión (18), diferenciándose estas entradas de gas (3) y preferiblemente de las entradas de gas (3) y de los conducto(s) de conexión (18) a los que se aportan el primer flujo de gas de alimentación o el segundo flujo de gas de alimentación.
23. Procedimiento según la reivindicación 22,
caracterizado
por quevarios bloques de membrana (1) de la etapa de separación por membrana se combinan en un circuito en anillo, aportándose preferiblemente dos flujos de gas de alimentación a cada bloque de membrana (1).
24. Procedimiento según una de las reivindicaciones 17 a 22,
caracterizado por que
varios bloques de membrana (1) de la etapa de separación por membrana se conectan en paralelo.
25. Procedimiento según la reivindicación 24,
caracterizado por que
el sistema de distribución de gas por bloque de membrana (1) comprende un conducto de distribución (4), con varios ramales (5) y tuberías de alimentación (6), conectando respectivamente una tubería de alimentación (6) un ramal (5) a una entrada de gas (3) de una unidad de separación por membrana (2), y
los conductos de distribución (4) de los respectivos bloques de membrana (1) de la etapa de separación por membrana se conectan entre sí mediante tuberías (19a, 19b),
y
el primer flujo de gas de alimentación y el segundo flujo de gas de alimentación se aportan, por separado e independientemente uno de otro, a uno o varios conducto(s) de distribución (4) y/o tubería(s) (19a, 19b).
26. Procedimiento según la reivindicación 24,
caracterizado por que
el sistema de distribución de gas en el bloque de membrana (1) respectivo comprende conductos de conexión (18) que conectan respectivamente la entrada de gas (3) de una unidad de separación por membrana (2) a la/las entrada/entradas de gas (3) de la unidad(es) de separación por membrana (2) adyacente en el bloque de membrana (1), y
los bloques de membrana (1) de la etapa de separación por membrana se conectan entre sí mediante tuberías (20a, 20b), conectándose las tuberías (20a, 20b) en el bloque de membrana respectivo a uno o varios conducto(s) de conexión (18) o a una o varias entrada/entradas de gas (3), conectándose preferiblemente la tubería (20a) en el bloque de membrana respectivo a un conducto de conexión (18) o a una entrada de gas (3) y conectándose la tubería (20b) en el bloque de membrana respectivo a un conducto de conexión (18) diferente o a una entrada de gas (3) diferente,
el primer flujo de gas de alimentación, así como el segundo flujo de gas de alimentación, separados uno de otro e independientemente uno de otro, se aportan a una entrada de gas (3) o a varias entradas de gas (3) de unidades de separación por membrana (2) y/o a uno o varios conducto(s) de conexión (18) de los bloques de membrana respectivos (1) de la etapa de separación por membrana y/o a la tubería(s) (20a, 20b), con la condición de que el primer flujo de gas de alimentación y el segundo flujo de gas de alimentación no se aporten simultáneamente a las mismas entradas de gas (3) o conductos de conexión (18), ni se aporten simultáneamente a una o varias entradas de gas (3) o conductos de conexión (18) igual(es) y, al mismo tiempo, a varias entradas de gas o conductos de conexión diferentes.
27. Procedimiento según una de las reivindicaciones 17 a 26,caracterizado por queen uno o varios conducto(s) de distribución (4) y/o en uno o varios conducto(s) de conexión (18) y/o en una o varias tubería(s) (19a, 19b, 20a, 20b), en los puntos de contacto potenciales de los flujos de gas de alimentación que coinciden en la tubería, se toman medidas constructivas para regular y/o impedir en gran medida la mezcla de los flujos de gas de alimentación que se seleccionan preferiblemente de la lista compuesta por la reducción de las secciones transversales de tubería, la prolongación de las secciones de tubería, la aplicación de mezcladores estáticos, el uso de rascadores en las tuberías de gas y combinaciones de los mismos.
28. Procedimiento según una de las reivindicaciones 17 a 27,
caracterizado
por queel mismo comprende adicionalmente los pasos
vi) concentración de los flujos de gas retentado de las unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1) en un flujo de gas retentado o en varios flujos de gas retentado, y/o
vii) concentración de los flujos de permeado de las unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1) en un flujo de gas permeado o en varios flujos de gas permeado.
29. Procedimiento según la reivindicación 28,
caracterizado
por que
los flujos de retentado de las unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1) de la etapa de separación por membrana se aportan a una tubería colectora de gas retentado (11), agrupándose allí en un flujo de gas retentado y aportándose a un conducto de evacuación de gas retentado (12), o bien dividiéndose allí en al menos dos flujos de gas retentado 1 y 2 y aportándose a al menos dos conductos de evacuación de gas retentado (12) y (13), y/o
los flujos de permeado de las unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1) de la etapa de separación por membrana se aportan a una tubería colectora de gas permeado (14), agrupándose allí en un flujo de gas permeado y aportándose a un conducto de evacuación de gas permeado (15), o bien dividiéndose allí en al menos dos flujos de gas permeado 1 y 2 y aportándose a al menos dos conductos de evacuación de gas permeado (15) y (16).
30. Procedimiento según la reivindicación 28,
caracterizado
por que
los flujos de gas retentado de las unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1) de la etapa de separación por membrana se agrupan, mediante conductos de conexión de retentado (32) entre las salidas de gas retentado (30) de las unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1) de la etapa de separación por membrana, en un flujo de gas retentado, aportándose el mismo a un conducto de evacuación de gas retentado (12) o dividiéndose en al menos dos flujos de gas retentado 1 y 2 y aportándose a al menos dos conductos de evacuación de gas retentado (12) y (13) y/o
los flujos de gas permeado de las unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1) de la etapa de separación por membrana se agrupan, mediante conductos de conexión de permeado (33) entre las salidas de gas permeado (31) de las unidades de separación por membrana (2) de un bloque de membrana (1) de la etapa de separación por membrana, en un flujo de gas permeado, aportándose el mismo a un conducto de evacuación de gas permeado (15) o dividiéndose en al menos dos flujos de gas permeado 1 y 2 y aportándose a al menos dos conductos de evacuación de gas permeado (15) y (16).
31. Procedimiento según una de las reivindicaciones 17 a 30,
caracterizado por que
el mismo se ejecuta en una instalación que comprende dos etapas de separación por membrana A y B según la reivindicación 14,
aportándose el primer flujo de gas de alimentación y el segundo flujo de gas de alimentación, que difieren en su composición, a la etapa de separación por membrana A tal y como se describe en una de las reivindicaciones 17 a 27,
la primera etapa de separación por membrana A separa el primer flujo de gas de alimentación y el segundo flujo de gas de alimentación en un primer flujo de gas retentado y en un segundo flujo de gas retentado, que difieren en su composición, y/o en un primer flujo de gas permeado y en un segundo flujo de gas permeado que difieren en su composición,
los dos flujos de retentado o los dos flujos de permeado de la primera etapa de separación por membrana A se aportan a la segunda etapa de separación por membrana B como dos flujos de alimentación que difieren en su composición, y
la segunda etapa de separación por membrana B separa los dos flujos de retentado o permeado de la etapa de separación por membrana A en un tercer flujo de gas retentado y en un cuarto flujo de gas retentado, que difieren en su composición, y/o en un tercer flujo de gas permeado y en un cuarto flujo de gas permeado que difieren en su composición.
32. Procedimiento según una de las reivindicaciones 17 a 30,
caracterizado por que
el mismo se ejecuta en una instalación que comprende tres etapas de separación por membrana A, B y C según la reivindicación 15,
aportándose el primer flujo de gas de alimentación y el segundo flujo de gas de alimentación, que difieren en su composición, a la etapa de separación por membrana A tal y como se describe en una de las reivindicaciones 17 a 27,
la primera etapa de separación por membrana A separa el primer flujo de gas de alimentación y el segundo flujo de gas de alimentación en un primer flujo de gas retentado y en un segundo flujo de gas retentado, que difieren en su composición, y en un primer flujo de gas permeado y en un segundo flujo de gas permeado que difieren en su composición,
los dos flujos de retentado de la primera etapa de separación por membrana A se aportan a la segunda etapa de separación por membrana B como dos flujos de alimentación que difieren en su composición, y
la segunda etapa de separación por membrana B separa los dos flujos de gas retentado de la etapa de separación por membrana A en un tercer flujo de gas retentado y en un cuarto flujo de gas retentado, que difieren en su composición,
los dos flujos de gas permeado de la primera etapa de separación por membrana A se aportan a la tercera etapa de separación por membrana C como dos flujos de alimentación que difieren en su composición, y
la tercera etapa de separación por membrana C separa los dos flujos de gas permeado de la etapa de separación por membrana A en un quinto flujo de gas permeado y en un sexto flujo de gas permeado que difieren en su composición.
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