BR112014027115B1

BR112014027115B1 - Método de separação de oxigênio de um gás compreendendo oxigênio, e, separador de oxigênio

Info

Publication number: BR112014027115B1
Application number: BR112014027115-1A
Authority: BR
Inventors: Rainer Hilbig; Achim Gerhard Rolf Koerber; Paul Van Der Sluis; Mareike Klee; Wilhelmus Cornelis Keur
Original assignee: Koninklijke Philips N.V
Priority date: 2012-05-04
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2020-12-15
Also published as: CN104271217B; RU2014148783A; EP2844367B1; BR112014027115A2; CN104271217A; US9504953B2; JP2015517398A; EP2844367A1; JP6180513B2; RU2630099C2; US20150128801A1; WO2013164728A1

Abstract

método de separação de oxigênio de um gás compreendendo oxigênio, e, separador de oxigênio a invenção se refere a um método de separação do oxigênio de um gás compreendendo oxigênio, o método compreendendo as etapas de: realização de pelo menos um primeiro e um segundo período de separação de oxigênio, o primeiro e o segundo período de separação de oxigênio cada compreendendo as etapas de direcionamento de um gás compreendendo oxigênio para o lado primário de um dispositivo de separação de oxigênio (12, 14), o dispositivo de separação de oxigênio (12, 14) compreendendo um adsorvente de separação de oxigênio (16, 18), e geração de um fluxo de gás enriquecido com oxigênio fora do dispositivo de separação de oxigênio (12, 14) criando uma diferença de pressão entre o lado primário e o lado secundário do dispositivo de separação de oxigênio (12, 14), e realização de um período de resfriamento entre o primeiro e o segundo período de separação de oxigênio, em que o período de resfriamento compreende as etapas de direcionamento de um sorbato de limpeza através do dispositivo de separação de oxigênio (12, 14), o sorbato de limpeza tendo uma energia de adsorção e1 com relação ao adsorvente de separação de oxigênio (16, 18), e direcionamento de um sorbato de resfriamento através do dispositivo de separação de oxigênio (12, 14), o sorbato de resfriamento tendo uma energia de adsorção e2 com relação ao adsorvente de separação de oxigênio (16, 18), em que a energia de adsorção e2 é inferior com relação à energia de adsorção e1. tal método provê um comportamento de separação de oxigênio melhorado especialmente com relação a altas temperaturas. a presente invenção se refere ainda a um separador de oxigênio (10).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção se refere ao campo da separação de oxigênio. Mais especificamente, a invenção se refere à separação de oxigênio para aplicações terapêuticas, particularmente no campo de assistência médica domiciliar.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

[002] A terapia de oxigênio é a administração de oxigênio como uma modalidade terapêutica. É amplamente usada para uma variedade de propósitos em ambas a assistência de pacientes crônicos ou agudos já que é essencial para o metabolismo celular, e por sua vez, a oxigenação do tecido é essencial para todas as funções fisiológicas. A terapia de oxigênio deve ser usada para beneficiar o paciente por meio do aumento da provisão de oxigênio para os pulmões, e assim aumentando a disponibilidade de oxigênio para os tecidos corporais, especialmente quando o paciente está sofrendo de hipóxia e/ou hipoxemia. A terapia de oxigênio pode ser usada em ambas as aplicações em hospitais ou na assistência médica domiciliar. A principal aplicação da assistência médica domiciliar da terapia de oxigênio é para pacientes com doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC) grave.

[003] O oxigênio pode ser administrado de várias maneiras. Uma maneira preferível da administração de oxigênio é por meio do uso de uma então chamada de geração de oxigênio sob demanda. Em referência a isto, as soluções comerciais, então chamadas de concentradores ou separadores de oxigênio, respectivamente, são amplamente conhecidas. Estes concentradores de oxigênio principalmente separam o oxigênio de um gás compreendendo oxigênio, de forma que o oxigênio seja provido sob demanda, isto é, diretamente antes do uso.

[004] Uma tarefa de tais concentradores de oxigênio, ou separadores de oxigênio, respectivamente, conhecidos na técnica é administrar a dependência da temperatura da capacidade de separação do oxigênio do respectivo adsorvente da separação de oxigênio.

[005] É conhecido a partir do documento de patente US 2006/0048644 A1 um sistema de adsorção por variação da pressão. Tal sistema de adsorção por variação da pressão compreende um suprimento de ar; um compressor para receber e comprimir o suprimento de ar, provendo um suprimento de ar comprimido; e menos de seis câmaras de filtro molecular tendo material de filtragem molecular nelas para separar o suprimento de ar comprimido em um componente de gás concentrado; em que o sistema tem uma taxa de recuperação do componente de gás concentrado de mais de aproximadamente 30%. A fim de administrar o ar comprimido tendo uma temperatura superior ao ar ambiente, o ar comprimido de acordo com este documento se desloca ao longo do comprimento de um reservatório de múltiplas câmaras que age como uma troca de calor para resfriar o ar comprimido antes de levá-lo a um respectivo filtro molecular.

[006] O documento US 4.915.711 descreve um método de adsorção por variação da pressão usando uma pluralidade de leitos de adsorção paralelos para separar um componente de gás adsorvido mais prontamente de um componente de gás adsorvido menos prontamente em uma mistura de gás. De acordo com este documento, uma corrente de gás de alimentação é introduzida em um leito adsorvente após o que uma corrente de gás de purga compreendendo um componente adsorvido mais fortemente é guiado através do dito leito. Subsequentemente, o leito é pressurizado com uma corrente compreendendo um componente adsorvido menos fortemente, em que o dito componente adsorvido menos fortemente e o dito componente adsorvido mais fortemente, respectivamente, são selecionados a partir do grupo compreendendo N2/O2.

[007] O documento US 4.810.265 descreve um sistema e processo de adsorção por variação da pressão e o uso destes para a recuperação do nitrogênio do ar. De acordo com este documento, a fim de produzir nitrogênio de alta pureza, dois ou mais leitos adsorventes são operados em uma base cíclica com um ciclo de operação compreendendo o preenchimento com gás oxigênio enriquecido, pressurização com ar de alimentação, purga concomitante, evacuação e purga contracorrente. De acordo com este método, é provido em detalhe introduzir o gás enriquecido com oxigênio na extremidade de descarga de um leito, passando ar para a extremidade de alimentação do leito, passando nitrogênio para a extremidade de alimentação do leito e passando oxigênio para a extremidade de descarga do leito.

[008] O documento D3 US 5.032.150 descreve o método de adsorção por variação da pressão (PSA) que inclui uma pluralidade de etapas e que deve prover a recuperação do ar essencialmente livre de umidade e dióxido de carbono de um gás (nitrogênio) de produto primário significativamente puro, um gás (oxigênio) de produto secundário significativamente puro e gás de alimentação residual. A fim de alcançar isto, tal método compreende ciclos repetidos compreendendo em um ciclo individual a seguinte sequência de etapas: etapa de alimentação, etapa de equalização da pressão, etapa de lavagem, etapa de purga e etapa de pressurização. Em detalhe, após ter realizado uma etapa de direcionamento de uma alimentação de ar através de uma coluna de um adsorvente, o método compreende, entre outras, alimentar nitrogênio puro na coluna e subsequentemente alimentar oxigênio na coluna.

[009] No entanto, ainda existe uma necessidade pela melhora do desempenho da separação de oxigênio dos dispositivos de separação de oxigênio especialmente com relação à influência da temperatura e especialmente com relação ao armazenamento ou uso de um separador de oxigênio em temperaturas altamente elevadas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[010] É um objetivo da presente invenção prover um separador de oxigênio e um método de separar o oxigênio de um gás compreendendo oxigênio que é econômico de construir, fácil de realizar e/ou que seja vantajoso com relação à eficácia de separação.

[011] Este objetivo é alcançado por um método de separação de oxigênio de um gás compreendendo oxigênio de acordo com a reivindicação 1.Este objetivo é, além disso, alcançado por um separador de oxigênio de acordo com a reivindicação 6.As realizações preferidas são definidas nas reivindicações dependentes.

[012] Um método de separação de oxigênio de um gás compreendendo oxigênio, compreende as etapas de: realização de pelo menos um primeiro e um segundo período de separação de oxigênio, o primeiro e o segundo período de separação de oxigênio cada compreendendo as etapas de direcionamento de um gás compreendendo oxigênio para o lado primário de um dispositivo de separação de oxigênio, o dispositivo de separação de oxigênio compreendendo um adsorvente de separação de oxigênio e geração de um fluxo de gás enriquecido com oxigênio fora do dispositivo de separação de oxigênio por meio da criação de uma diferença de pressão entre o lado primário e o lado secundário do dispositivo de separação de oxigênio, e realização de um período de resfriamento entre o primeiro e o segundo período de separação do oxigênio, em que o período de resfriamento compreende as etapas de direcionamento de um sorbato de limpeza através do dispositivo de separação de oxigênio, o sorbato de limpeza tendo uma energia de adsorção e1 com relação ao adsorvente de separação de oxigênio, e direcionamento de um sorbato de resfriamento através do dispositivo de separação de oxigênio, o sorbato de resfriamento tendo uma energia de adsorção e2 com relação ao adsorvente de separação de oxigênio, em que a energia de adsorção e2 é inferior com relação à energia de adsorção e1, e em que a etapa de direcionamento do sorbato de limpeza através do dispositivo de separação de oxigênio e/ou a etapa de direcionamento do sorbato de resfriamento através do dispositivo de separação de oxigênio é realizada em dependência da temperatura do adsorvente de separação de oxigênio.

[013] O termo gás compreendendo oxigênio, conforme usado aqui, pode se referir a qualquer gás que compreende pelo menos parcialmente oxigênio gasoso, ou que consiste em oxigênio. O termo gás enriquecido com oxigênio deve, desta forma, significar particularmente um gás que tem uma concentração superior com relação ao oxigênio comparado ao gás compreendendo oxigênio e que pode em um caso extremo ser oxigênio puro.

[014] O termo dispositivo de separação de oxigênio pode, particularmente, se referir a parte ativa de um separador de oxigênio. Por exemplo, pode compreende um adsorvente de separação de oxigênio que pode interagir com um gás compreendendo oxigênio, ou com constituintes definidos do último com a exceção de oxigênio, e pode, assim, separar o oxigênio do gás compreendendo oxigênio por meio da interação com pelo menos um constituinte do gás compreendendo oxigênio além do oxigênio. Consequentemente, o dispositivo de separação de oxigênio, ou seu adsorvente de separação de oxigênio, respectivamente, é capaz de separar oxigênio de um gás compreendendo oxigênio particularmente por meio de processos de sorção, tais como processos de adsorção. Assim, pode ser projetado como ou compreender um leito adsorvente, ou filtro, respectivamente.

[015] Um adsorvente de separação de oxigênio pode, além disso, ser entendido como um material que sorve e assim adsorve ou absorve pelo menos uma substância do gás compreendendo oxigênio, exceto o oxigênio, ou melhor que o oxigênio, respectivamente.

[016] Além disso, o termo lado primário do dispositivo de separação de oxigênio, conforme usado aqui, pode se referir ao lado ou a parte do dispositivo de separação do oxigênio sendo direcionado para a direção na qual o gás compreendendo oxigênio é guiado para o dispositivo de separação do oxigênio, em que o termo lado secundário do dispositivo de separação de oxigênio, conforme usado aqui, pode se referir ao lado ou a parte do dispositivo de separação do oxigênio sendo direcionado para o lado oposto, isto é, para o lado no qual o oxigênio puro gerado ou gás enriquecido com oxigênio está presente.

[017] Um período de separação de oxigênio pode, além disso, ser entendido como um período tendo como objetivo gerar gás enriquecido com oxigênio e assim o período entre o início de um processo de separação de oxigênio em resposta ao acionamento de um separador de oxigênio e finalização de um processo de separação de oxigênio em resposta ao desligamento do separador de oxigênio. O acionamento e desligamento de um separador de oxigênio pode, assim, ser entendido como a indicação de um usuário, por exemplo, pressionando um botão, que o separador de oxigênio deve ser colocado em um modo ligado ou em um modo desligado. Consequentemente, tal período pode compreender a geração de um fluxo de gás enriquecido com oxigênio, mas sob circunstâncias bem como a regeneração do adsorvente da separação de oxigênio guiando um gás de regeneração através de um dispositivo de separação de oxigênio do seu lado secundário para seu lado primário, a fim de dessorver as substâncias sendo adsorvidas durante a separação de oxigênio. Um período de separação de oxigênio pode também ser entendido como um ciclo completo de geração de oxigênio, começando com uma fase de pressurização e alimentação como a etapa de separação de oxigênio e terminando com a fase de despressurização e purga como a etapa de regeneração. É óbvio para um técnico no assunto que no caso de dois dispositivos de separação de oxigênio estarem em uso, o segundo é atrasado em meio ciclo com relação ao primeiro.

[018] Um sorbato de limpeza pode, além disso, ser entendido como uma substância, tal como um gás, que se liga ao adsorvente de separação de oxigênio com uma energia de adsorção definida e1. Correspondentemente, o sorbato de resfriamento pode particularmente significar um sorbato que se liga ao adsorvente de separação de oxigênio com uma energia de adsorção e2. Com relação às energias de adsorção, e2 deve ser inferior comparada a e1, resultando em um efeito de resfriamento quando o sorbato de resfriamento é ligado ao adsorvente de separação de oxigênio e substitui o sorbato de limpeza.

[019] Um método de separação de oxigênio de um gás compreendendo oxigênio assim provê eficácia melhorada de separação, especialmente no caso do separador de oxigênio usado para realizar este método ser armazenado pelo menos temporariamente em altas temperaturas ou ser usado em altas temperaturas. Especialmente, o método de acordo com a invenção soluciona o impacto de altas temperaturas de trabalho, bem como as temperaturas de armazenamento do adsorvente de separação de oxigênio com relação ao desempenho, tal como a pureza do oxigênio de um dispositivo de separação de oxigênio.

[020] Em detalhe, o método de acordo com a invenção é baseado na descoberta de que pelo menos a ligação ou adsorção parcial de uma substância ao adsorvente de separação de oxigênio e assim, completamente ou somente em alguma extensão, carregar o adsorvente de separação de oxigênio com uma substância tendo uma energia de adsorção definida (sorbato de limpeza), o adsorvente de separação de oxigênio pode ser resfriado substituindo o sorbato de limpeza por meio de um sorbato de resfriamento tendo uma energia de ligação inferior respectiva, ou energia de adsorção, respectivamente. Neste caso, isto leva a um resfriamento instantâneo do adsorvente de separação de oxigênio devido ao fato de que remover o sorbato de limpeza fortemente ligado requer mais energia que a formação de ligações mais fracas com o sorbato de resfriamento. A diferença na energia, desta maneira, causa um efeito de resfriamento.

[021] Devido ao efeito de resfriamento, a eficácia de separação do oxigênio pode ser melhorada significativamente devido ao fato de que as propriedades de absorção do adsorvente de separação do oxigênio são, principalmente, fortemente dependentes da sua temperatura. Em detalhe, o desempenho da temperatura pode ser deduzido a partir das respectivas curvas isotérmicas. Como valores somente exemplares, por meio do uso das curvas isotérmicas dependentes da temperatura para o nitrogênio e oxigênio a partir de um material de zeolito Li-LSX como adsorvente da separação de oxigênio, o aumento M% (ΔT) da quantidade mínima do adsorvente de separação de oxigênio necessária pode ser calculada com relação à quantidade que é necessária para chegar a um fluxo de oxigênio de 1 l/min com uma pureza de mais de 85% concentrado de ar na temperatura do filtro. Em relação à operação da temperatura ambiente (Até ~ 23 °C), um aumento da temperatura do adsorvente de separação de oxigênio de ΔT = +20° C resulta com um aumento do material necessário (mínimo) de M% (ΔT=20 °C) de cerca de 40%; um aumento de temperatura do adsorvente de separação do oxigênio de ΔT = +30 °C resulta com M% (ΔT=30 °C) cerca de 65%. Aproximadamente o dobro da quantidade de adsorvente é necessária para ΔT=40 °C.

[022] Como um resultado, ao ter uma dada quantidade de material adsorvente, tal como dentro do dispositivo de separação do oxigênio, frequentemente propriedades especiais podem somente ser seguras em uma faixa de temperatura definida. No caso de a faixa de temperatura ser deixada, por exemplo, excedida, as propriedades definidas podem variar, o que sob algumas circunstâncias leva a uma deterioração indesejada da capacidade de separação de oxigênio e, assim, a uma qualidade deteriorada de gás enriquecido com oxigênio.

[023] Este pode ser o caso especialmente para os separadores de oxigênio portáteis devido ao fato de que este tipo de dispositivos pode ser muito sensível a trabalhar em temperaturas elevadas devido à quantidade limitada de adsorvente de separação de oxigênio. Por exemplo, um respectivo dispositivo de separação de oxigênio pode compreender 300cm3 de material de filtro Li que corresponde a uma massa de somente 200 g. Tal quantidade limitada de adsorvente da separação de oxigênio geralmente pode prover vantagens com relação ao custo, bem como tamanho e peso, e assim conforto do respectivo sistema. Especialmente para dispositivos portáteis, um método de acordo com a invenção pode, assim, impedir a provisão de uma massa maior de adsorvente de separação de oxigênio a fim efetuar seguramente o cumprimento das especificações de pureza do oxigênio.

[024] O acima pode ser o caso mesmo se o concentrador de oxigênio for armazenado somente em temperaturas significativamente mais altas que as temperaturas ambientes normais e então ligados em torno das temperaturas ambientes (T ~ 25 °C) . O motivo para isto é a alta capacidade de aquecimento do adsorvente de separação de oxigênio, tal como de um respectivo zeolito em relação à capacidade do gás circundante e a baixa condutividade de calor dentro do dispositivo de separação de oxigênio, especialmente no caso do adsorvente de separação de oxigênio ser projetado como um filtro. Mesmo uma operação do sistema sob condições normais de operação (fluxo de alimentação de ar normal) assim não resultará em um resfriamento rápido, mas pode permanecer na região de minutos do fluxo de gás através do material de separação do oxigênio.

[025] Em contraste a isto, escolhendo adequadamente o respectivo sorbato de limpeza bem como o sorbato de resfriamento especialmente por meio das suas energias de adsorção ou a taxa das suas respectivas energias de adsorção, de acordo com a invenção, o adsorvente de separação de oxigênio pode eficazmente e instantaneamente ser resfriado. Isto resulta em uma rápida diminuição da temperatura do adsorvente de separação de oxigênio, bem como em um rápido aumento do desempenho da separação de oxigênio. Em outras palavras, de acordo com a invenção se torna possível resfriar rapidamente o adsorvente de separação de oxigênio mesmo após o armazenamento em altas temperaturas e prover rapidamente as especificações da separação de oxigênio desejadas, ou pureza do oxigênio, respectivamente. Desta forma, torna-se possível usar um método de acordo com a invenção durante um procedimento de trabalho normal entre dois períodos de trabalho, especialmente no caso de um separador de oxigênio ser usado em altas temperaturas.

[026] O acima pode ser realizado, além disso, em uma escala de tempo muito limitada devido ao fato de que o material adsorvente resfria instantaneamente e assim muito rapidamente. Esta etapa de resfriamento, além disso, não é baseada na interação com um dispositivo de resfriamento sendo localizado fora do adsorvente de separação do oxigênio, mas contrário a isto, um efeito de resfriamento é realizado a partir da superfície, bem como a partir de dentro do leito do material adsorvente, por exemplo, devido ao fato de que o sorbato de resfriamento interage com todas as partículas adsorventes compreendidas no dispositivo de separação de oxigênio de uma maneira muito uniforme. Além disso, a etapa de direcionar o sorbato de limpeza, bem como o sorbato de resfriamento através do adsorvente de separação do oxigênio pode ser realizada em uma escala de tempo de segundos, ainda mais mostrando o procedimento de resfriamento rápido e assim o rápido aumento da qualidade do oxigênio gerado. Como valores somente exemplares, para cada 100 g de adsorvente de separação de oxigênio, uma escala de tempo de 5 a 10 segundos pode ser apropriada para direcionar um sorbato de resfriamento a fim de alcançar a diminuição de temperatura desej ada.

[027] Além desta etapa de direcionamento do sorbato de limpeza através do dispositivo de separação de oxigênio e/ou a etapa de direcionamento do sorbato de resfriamento através do dispositivo de separação do oxigênio é realizada em dependência da temperatura do adsorvente de separação de oxigênio. Isto permite o resfriamento do adsorvente de separação de oxigênio somente em caso de ser necessário. Por exemplo, no caso da temperatura, que pode ser detectada por um sensor de temperatura, estar dentro dos limites das especificações da separação do oxigênio do respectivo separador de oxigênio usado, ou adsorvente de separação de oxigênio, nenhum resfriamento é realizado permitindo uma geração de oxigênio especialmente eficaz. No entanto, se a temperatura estiver muito alta, por exemplo, e puder exceder os valores definidos, o adsorvente de separação de oxigênio pode ser seletivamente resfriado a fim de alcançar rapidamente a temperatura necessária. Esta realização pode particularmente ser realizada, por exemplo, em combinação com carregar somente parcialmente o adsorvente de separação de oxigênio com um sorbato de limpeza devido a isto permitir especialmente o início com uma etapa de geração de oxigênio ou com uma etapa de resfriamento, seja a qual for necessária. Adicionalmente, esta realização pode ser usada em combinação com a realização opcional da etapa de resfriamento imediatamente antes de um período de separação de oxigênio e assim particularmente quando ou após ligar um separador de oxigênio, pois neste caso a temperatura estando presente no adsorvente de separação de oxigênio poder ser detectada em tempo real tornando o método especialmente eficaz. As temperaturas exemplares que podem ativar uma etapa de resfriamento de acordo com o método de acordo com a invenção podem permanecer na faixa de 40 °C ou ainda mais alta. As temperaturas definidas podem, desta maneira, ser escolhidas em dependência do adsorvente de separação de oxigênio usado e a substância a ser adsorvida.

[028] De acordo com uma realização, o sorbato de limpeza compreende nitrogênio e/ou o sorbato de resfriamento compreende oxigênio, ou gases raros, tal como argônio ou hélio. Estes materiais de sorbato são especialmente fáceis e econômicos de obter e, além disso, fáceis de manusear. Além de todos estes sorbatos poderem se ligar aos mesmos sorbatos resultando em um arranjo muito fácil e econômico do dispositivo de separação de oxigênio ou seu adsorvente de separação de oxigênio, respectivamente. Adicionalmente, estes sorbatos têm as respectivas energias de adsorção em uma pluralidade adsorventes que variam em uma ampla faixa de forma que mesmo trocando somente uma pequena quantidade de nitrogênio por oxigênio, por exemplo, um efeito de resfriamento muito rápido e eficaz pode ser provido resultando em um desempenho da separação de oxigênio especialmente vantajosa.

[029] De acordo com outra realização, o sorbato de limpeza e/ou o sorbato de resfriamento são gerados durante um período de separação do oxigênio e/ou durante um período de resfriamento. Esta realização permite arranjar um separador de oxigênio para realização do método de acordo com a invenção sem a necessidade de preencher novamente externamente os recipientes ou tanques presentes com o respectivo sorbato de limpeza e/ou sorbato de resfriamento. Isto permite um desempenho especialmente econômico do método de acordo com a invenção de acordo com esta realização. Além disso, um método muito seguro pode ser realizado devido ao fato de que nenhum sorbato de limpeza e/ou sorbato de resfriamento devem ser armazenados ou podem se tornar vazios. Esta realização pode ser particularmente adequada em caso do sorbato de limpeza compreender nitrogênio e/ou o sorbato de resfriamento compreender oxigênio. Em detalhe, o oxigênio é gerado por meio do método de acordo com a invenção em qualquer caso. O oxigênio gerado pode, portanto, ser direcionado em um recipiente e pode ser usado a partir deste a fim de aplicar o sorbato de limpeza. O respectivo recipiente pode ser o mesmo recipiente que pode ser usado para aplicar o oxigênio gerado para a aplicação de escolha ou pode ser um recipiente separado. Adicionalmente, o nitrogênio é principalmente adsorvido ao adsorvente de separação de oxigênio durante o procedimento de trabalho padrão a fim de gerar oxigênio. Consequentemente, prendendo este nitrogênio, por exemplo, por meio do direcionamento do gás usado para uma etapa de regeneração do adsorvente de separação de oxigênio a partir do dispositivo de separação de oxigênio para um recipiente de gás, o nitrogênio pode ser gerado e usado para resfriar o adsorvente de separação de oxigênio. Por exemplo, o sorbato de limpeza e/ou o sorbato de resfriamento pode ser gerado quando ou após o desligamento do separador de oxigênio. Isto pode ser alcançado por meio da realização de uma etapa extra de separação de oxigênio, por exemplo, após desligar o separador de oxigênio.

[030] De acordo com outra realização, a etapa de direcionamento do sorbato de limpeza através do dispositivo de separação de oxigênio é realizada imediatamente após desligar um separador de oxigênio usado para o método de acordo com a invenção. De acordo com esta realização, o adsorvente de separação de oxigênio pode ser lavado, por exemplo, com nitrogênio, tal como com ar, como uma última medida após o usuário ter indicado que o separador de oxigênio deve ser desligado e assim após um período de separação de oxigênio e antes de o separador de oxigênio ser colocado em um modo desligado, por exemplo, para armazenar o separador de oxigênio em um modo desligado. Isto pode assim ser realizado, por exemplo, em uma etapa adicional após um usuário indicar que o separador de oxigênio deve ser desligado e assim o período de separação de oxigênio normal termina.Consequentemente, esta medida neutraliza estritamente o procedimento geralmente conhecido para os sistemas de adsorção por variação da pressão, por exemplo. De acordo com estes procedimentos conhecidos, deve ser estritamente evitado carregar ou até mesmo saturar o adsorvente de separação de oxigênio com nitrogênio, por exemplo, no final de um período de separação de oxigênio com nitrogênio, pois esta medida reduz a capacidade de separação do oxigênio em um ciclo seguinte. Devido a isto, as medidas conhecidas frequentemente compreendem a etapa de direcionar o oxigênio ao longo do dispositivo de separação de oxigênio para propósitos de regeneração. No entanto, de acordo com a invenção, o separador de oxigênio está pronto para resfriar o adsorvente de separação de oxigênio antes de começar um período de separação de oxigênio seguinte.

[031] De acordo com outra realização, o adsorvente de separação de oxigênio é carregado com sorbato de limpeza em uma quantidade de mais de 3% em peso.Esta realização assegura a geração de um efeito de resfriamento suficiente devido ao fato de que uma quantidade suficiente de sorbato de limpeza está presente e pode ser substituída por sorbato de resfriamento.Assim, pode ser vantajoso não carregar completamente o adsorvente de separação de oxigênio com sorbato de limpeza.Isto permite ambos começar diretamente um novo período de separação de oxigênio ou substituir o sorbato de limpeza por um sorbato de resfriamento e assim resfriar o adsorvente de separação de oxigênio.Qual procedimento seguir pode ser dependente dos respectivos requisitos.De acordo com esta realização, uma variedade especialmente ampla de aplicações pode ser provida e a manutenção e o conforto são especialmente melhorados.

[032] De acordo com outra realização, a etapa de direcionamento do sorbato de resfriamento através do dispositivo de separação de oxigênio é realizada imediatamente após ligar um separador de oxigênio usado para o método de acordo com a invenção. Particularmente, a etapa de direcionar um sorbato de resfriamento através do dispositivo de separação de oxigênio pode ser realizada como a primeira etapa em resposta à indicação de um usuário para ligar um dispositivo de separação de oxigênio após um tempo desligado e assim entre um tempo desligado do separador de oxigênio e o início de um período de separação de oxigênio. Esta realização permite o resfriamento do adsorvente de separação de oxigênio diretamente antes de um período de geração de oxigênio e assim quando é estritamente necessário. A capacidade de separação de oxigênio e assim a qualidade do oxigênio gerado pode, desta forma, ser especialmente efetivamente melhorada de acordo com esta realização. Um início do período de resfriamento com o período de separação de oxigênio seguinte pode, assim, particularmente começar após longos tempos desligado de um respectivo separador de oxigênio e após armazenamento em temperaturas elevadas, ou antes de um ciclo definido durante um procedimento de separação de oxigênio ao realizar o método de separação do oxigênio em temperaturas elevadas.

[033] Desta maneira, é aparente que o período de resfriamento ou as respectivas etapas do último, podem ser separadas por um período de desligamento do separador de oxigênio e assim não ter que ser realizado diretamente um após o outro.

[034] Com relação a outras vantagens e aspectos técnicos do método de geração de oxigênio, é feita referência à descrição do separador de oxigênio, às figuras e à descrição das figuras.

[035] A presente invenção se refere ainda a um separador de oxigênio compreendendo pelo menos um dispositivo de separação de oxigênio com um adsorvente de separação de oxigênio, tendo uma entrada de gás em um lado primário para direcionar um fluxo de oxigênio compreendendo gás no dispositivo de separação de oxigênio e sendo uma saída de gás em um lado secundário para direcionar um fluxo de gás enriquecido com oxigênio fora do dispositivo de separação do oxigênio, e um dispositivo de ajuste da pressão para criar uma diferença de pressão entre o lado primário e o lado secundário do dispositivo de separação de oxigênio, em que o separador de oxigênio compreende uma unidade de controle adaptada para direcionar um sorbato de limpeza através do dispositivo de separação de oxigênio entre dois períodos de separação de oxigênio e em dependência da temperatura do adsorvente de separação do oxigênio, o sorbato de limpeza tendo uma energia de adsorção e1 com relação ao adsorvente de separação de oxigênio, e sendo adaptado para direcionar o sorbato de resfriamento através do dispositivo de separação de oxigênio, entre dois ciclos de geração de oxigênio e em dependência da temperatura do adsorvente de separação de oxigênio, o sorbato de resfriamento tendo uma energia de adsorção e2 com relação ao adsorvente de separação de oxigênio, em que a energia de adsorção e2 é inferior com relação à energia de adsorção e1.

[036] O termo separador de oxigênio conforme usado aqui pode particularmente se referir a um dispositivo que é capaz de separar oxigênio de um gás compreendendo oxigênio. Consequentemente, por meio de um separador de oxigênio, começando de um gás compreendendo oxigênio, puro ou oxigênio essencialmente puro e assim o gás enriquecido com oxigênio pode ser gerado.

[037] O termo dispositivo de ajuste da pressão pode se referir a qualquer dispositivo que é capaz de gerar uma diferença de pressão entre o lado primário e o lado secundário do dispositivo de separação de oxigênio. Por exemplo, pode ser um dispositivo de compressão de gás estando conectado ao lado primário do dispositivo de separação de oxigênio, ou uma bomba a vácuo estando conectada ao lado secundário do dispositivo de separação de oxigênio.

[038] O separador de oxigênio permite resfriar rapidamente a temperatura de um adsorvente de separação de oxigênio especialmente em um início de um período de separação de oxigênio ou após ligar um separador de oxigênio, respectivamente. Em detalhe, a unidade de controle pode ser provida com um sistema de controle, tal como um micro processador, que serve para direcionar um sorbato de limpeza ou um sorbato de resfriamento através do dispositivo de separação de oxigênio. Isto pode ser realizado, por exemplo, controlando as respectivas válvulas dos recipientes e condutos de gás respectivamente preenchidos, por exemplo.

[039] Adicionalmente, pode ser provido um único dispositivo de separação de oxigênio, ou pode ser provido dois ou ainda mais de dois dispositivos de separação de oxigênio. Em detalhe, o separador de oxigênio pode ser projetado, quando compreendendo dois ou mais dispositivos de separação de oxigênio, como um sistema de adsorção por variação da pressão (sistema PSA), conforme é geralmente conhecido na técnica.

[040] Consequentemente, um separador de oxigênio de acordo com a invenção serve para melhoras com relação ao comportamento de separação do oxigênio, particularmente após o armazenamento em altas temperaturas e/ou com procedimentos de separação de oxigênio em altas temperaturas.

[041] De acordo com uma realização, o separador de oxigênio compreende um sensor para detectar a temperatura do adsorvente de separação do oxigênio. Esta realização permite o resfriamento do adsorvente de separação de oxigênio somente em caso de ser necessário. Por exemplo, no caso da temperatura estar dentro dos limites das especificações da separação do oxigênio do respectivo separador de oxigênio usado, ou adsorvente de separação de oxigênio, nenhum resfriamento é necessário permitindo uma geração de oxigênio especialmente eficaz. No entanto, se a temperatura estiver muito alta, por exemplo, e assim exceder os valores definidos, o adsorvente de separação de oxigênio pode ser seletivamente resfriado a fim de alcançar rapidamente a temperatura necessária.

[042] De acordo com outra realização, o separador de oxigênio compreende um recipiente para acomodar o sorbato de limpeza e/ou um recipiente para acomodar o sorbato de resfriamento.Esta realização permite que o separador de oxigênio seja autossuficiente e assim não necessite de nenhuma conexão com dispositivos imóveis. É aparente que esta realização pode ser especialmente vantajosa no caso de baterias ou geradores serem providos e, além disso, o ar é usado como gás compreendendo oxigênio. Além disso, esta realização é especialmente vantajosa com relação aos dispositivos portáteis. Adicionalmente, esta realização pode ser especialmente vantajosa no caso do sorbato de limpeza e/ou sorbato de resfriamento serem gerados durante a etapa de uso do separador de oxigênio.

[043] De acordo com outra realização, o adsorvente de separação de oxigênio compreende zeolito Li- LSX, tal como aquele sendo adquirível sob o nome SXSDM da CECA ou OxySiv MDX da UOP. De acordo com esta realização, um adsorvente de separação de oxigênio pode ser usado, o qual tem uma força de adsorção especialmente alta. Consequentemente, de acordo com esta realização um efeito de resfriamento especialmente eficaz pode ser usado tornando o comportamento de separação de oxigênio de um separador de oxigênio de acordo com esta realização especialmente eficaz. Um zeolito Li-LSX pode, desta forma, ser particularmente um zeolito de Baixa Silica X trocado por Li (LSX, Si/Al = 1) .Eles podem ser preparados, por exemplo, a partir de zeolito Na-LSX através de métodos de troca de íon.

[044] O zeolito X, assim, se refere ao zeolito com proporções de Si/Al entre 1 e 1,5.

[045] Com relação a outras vantagens e aspectos técnicos do separador de oxigênio, é feita referência à descrição do método de geração de oxigênio, às figuras e à descrição das figuras.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[046] Estes e outros aspectos da invenção serão aparentes e elucidados com referência às realizações descritas aqui.

[047] Nos desenhos:

[048] A Fig. 1 mostra uma vista esquemática de uma realização de um separador de oxigênio de acordo com a invenção para realização do método de acordo com a invenção;

[049] A Fig. 2 mostra um diagrama esquemático visualizando o efeito do método de acordo com a invenção; e

[050] A Fig. 3 mostra uma vista esquemática de outra realização de um separador de oxigênio de acordo com a invenção para realização do método de acordo com a invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS REALIZAÇÕES

[051] Na figura 1, um separador de oxigênio 10 para a geração de oxigênio é mostrado esquematicamente. O separador de oxigênio 10 pode ser usado para gerar oxigênio com relação às aplicações terapêuticas, por exemplo, no campo de tratamento da DPOC. O separador de oxigênio 10 pode ser projetado como um arranjo fixo, por exemplo, para usá-lo em um hospital, ou pode ser um dispositivo portátil, por exemplo, para usá-lo no campo das aplicações de assistência médica domiciliar. No entanto, o separador de oxigênio 10 pode, além disso, ser usado para qualquer aplicação na qual o oxigênio puro ou essencialmente puro deve ser provido, por exemplo, em aeronaves ou para propósitos de soldagem. Tal concentrador de oxigênio, ou separador de oxigênio 10, respectivamente, pode ser baseado em um concentrador de oxigênio, tal como aquele chamado EverGo e que é adquirível da Philips Respironics.

[052] O separador de oxigênio 10 compreende pelo menos um dispositivo de separação de oxigênio 12 que é capaz de separar oxigênio de um gás compreendendo oxigênio. No entanto, é preferido que o separador de oxigênio 10 compreenda pelo menos dois dispositivos de separação de oxigênio 12, 14 sendo arranjados em paralelo. A seguir, a invenção é descrita com relação aos dois dispositivos de separação de oxigênio 12, 14. No entanto, é claro para um técnico no assunto que cada aspecto pode ser provido correspondentemente por meio do uso de somente um dispositivo de separação de oxigênio 12 ou mais que dois dispositivos de separação de oxigênio 12, 14. Cada dispositivo de separação de oxigênio 12, 14 pode ser formado como um filtro e pode ser equipado com um adsorvente de separação de oxigênio 16, 18. O adsorvente de separação de oxigênio 16, 18 é particularmente configurado para deixar o oxigênio passar em uma grande quantidade, especialmente no caso de estar em contato com o adsorvente de separação de oxigênio em concentrações limitadas, mas para interagir, ou adsorver, respectivamente, com outros componentes ou pelo menos um outro componente estando presente em um gás compreendendo oxigênio. No caso do ar ser usado como gás compreendendo oxigênio, é, desta forma, preferido que o material de separação de oxigênio 16, 18 esteja configurado para adsorver nitrogênio, mas com menos interação com o oxigênio. Os materiais de separação de oxigênio adequados 16, 18 podem compreender um material zeolito, tal como material de faujasita de lítio. No entanto, pode ser possível usar todos os materiais de separação de oxigênio adequados 16, 18 conhecidos na técnica, por exemplo, para uso nos processos de variação, tais como os processos de adsorção por variação a vácuo ou adsorção por variação da pressão.

[053] Um conduto de entrada 2 0 é provido para direcionar um fluxo de gás compreendendo oxigênio para a entrada de gás 22 do dispositivo de separação de oxigênio 12 no seu lado primário. Correspondentemente, um conduto de entrada 24 é provido para direcionar um fluxo de gás compreendendo oxigênio para a entrada de gás 2 6 do dispositivo de separação de oxigênio 14 no seu lado primário, respectivamente. Além disso, os condutos de saída 28, 30 para direcionar o gás enriquecido com oxigênio, ou oxigênio puro, respectivamente, fora dos dispositivos de separação do oxigênio 12, 14 são conectados às saídas de gás 32, 34 dos respectivos dispositivos de separação do oxigênio 12, 14.

[054] Os condutos de entrada 20, 24 dos dispositivos de separação de oxigênio 12, 14 são conectados a uma entrada 36 do separador de oxigênio 10. Pode ser conectada à entrada 36 uma fonte de gás compreendendo oxigênio, tal como um dispositivo de armazenamento de gás ou o ar envolvendo o separador de oxigênio 10. Adicionalmente, o dispositivo de ajuste da pressão para criar uma diferença de pressão entre o lado primário e o lado secundário do dispositivo de separação de oxigênio 12, 14 pode ser provido. De acordo com a figura 1, um compressor 38 é provido para comprimir o gás compreendendo oxigênio e forçá-lo através dos condutos de entrada 42, 44 que podem ser parte ou conectados aos condutos de entrada 20, 24 para os dispositivos de separação do oxigênio 12, 14. Abaixo ou acima do compressor 38, um filtro de entrada 40 pode ser provido a fim de prover uma primeira etapa de limpeza do gás compreendendo oxigênio. Em detalhe, as partículas especialmente sólidas podem ser filtradas fora do gás compreendendo oxigênio.

[055] A fim de permitir que o gás compreendendo oxigênio seja direcionado ao longo dos dispositivos de separação de oxigênio 12, 14 intermitentemente, as válvulas de entrada 46, 48 podem ser providas nos condutos de entrada 42, 44. Uma válvula de acordo com a invenção deve ser qualquer dispositivo que pode permitir um fluxo de gás, inibir um fluxo de gás e/ou regular a quantidade de um fluxo de gás. Consequentemente, por meio do fechamento da válvula 48 e por meio da abertura da válvula 46, o gás compreendendo oxigênio pode ser direcionado através do primeiro dispositivo de separação de oxigênio 12, em que o gás compreendendo oxigênio pode ser direcionado ao longo do segundo dispositivo de separação do oxigênio 14 por meio da abertura da válvula 48 e por meio do fechamento da válvula 46. Correspondentemente, uma válvula 50 pode ser provida no conduto de saída 2 8 e uma válvula 52 pode ser provida no conduto de saída 30. Por meio do direcionamento do gás compreendendo oxigênio através do primeiro dispositivo de separação de oxigênio 12, a válvula 50 pode ser aberta, enquanto a válvula 52 pode ser fechada. Correspondentemente, por meio do direcionamento do gás compreendendo oxigênio através do segundo dispositivo de separação de oxigênio 14, a válvula 52 pode ser aberta, enquanto a válvula 5 0 pode ser fechada.

[056] Abaixo das válvulas 50, 52, os condutos de saída 28, 3 0 são conectados a um acumulador de oxigênio 54, ou um tanque de gás, respectivamente, a fim de armazenar o oxigênio gerado, ou gás enriquecido com oxigênio, respectivamente. O acumulador de oxigênio 54 pode ser conectado a uma linha de saída 56 na qual um controlador de fluxo 58 pode ser provido a fim de controlar uma corrente de gás enriquecido com oxigênio. Além disso, um sensor de pureza 60 pode ser provido na linha de saída 56 a fim de monitorar a pureza do gás enriquecido com oxigênio gerado. Além disso, um filtro adicional 62 pode ser provido na linha de saída 56 antes do oxigênio gerado ser guiado para uma saída 64. A partir da saída 64, o gás compreendendo oxigênio gerado pode ser direcionado para a aplicação desejada, tal como para um paciente. Adicionalmente, uma válvula 53 pode ser provida na linha de saída 56, abaixo do acumulador 54 a fim de manter a pressão após um desligamento do separador do oxigênio 10.

[057] O conduto de saída 28 do primeiro dispositivo de separação de oxigênio 12 e o conduto de saída 30 do dispositivo de separação de oxigênio 14 pode ser conectado por um conduto cruzado 66 acima das válvulas 50, 52, nas quais o regulador de fluxo 68, tal como um orifício ou um controlador de fluxo, podem ser providos. Isto permite direcionar uma parte definida do gás enriquecido com oxigênio gerado, por exemplo, gerado no dispositivo de separação de oxigênio 12, 14, de volta através do outro dispositivo de separação de oxigênio 14,12 ou vice-versa, para propósitos de regeneração dos dispositivos de separação do oxigênio 12, 14. Alternativamente, o gás enriquecido com oxigênio pode ser direcionado através dos dispositivos de separação do oxigênio 12, 14 vindo do acumulador 54.Neste sentido, as linhas de regeneração 70, 72 são providas nos lados primários dos dispositivos de separação de oxigênio 12, 14, cada compreendendo uma válvula 74, 76. Se o oxigênio é direcionado através dos dispositivos de separação de oxigênio 12, 14, a partir do seu lado secundário para o seu lado primário para propósitos de regeneração, por exemplo, no caso de o oxigênio gerado tem uma pureza limitada, a vazão de saída pode então ser direcionada seletivamente através das linhas de regeneração 70, 72 e através de um exaustor 78.

[058] Um separador de oxigênio 10 como o descrito acima, além disso, compreende uma unidade de controle 80. A unidade de controle 80 é adaptada para direcionar um sorbato de limpeza e um sorbato de resfriamento através do dispositivo de separação de oxigênio 12, 14 entre os dois períodos de geração de oxigênio conforme será descrito mais abaixo. Portanto, pode a unidade de controle ser conectada às válvulas 46, 48, 50, 52, 53, 74, 76 e o compressor 38, por exemplo, e controlar os últimos dispositivos. Em dependência do sorbato de limpeza e do sorbato de resfriamento usados, o respectivo sorbato pode ser direcionado através dos dispositivos de separação do oxigênio 12, 14 ou a partir do lado primário para seu lado secundário ou a partir do seu lado secundário para o seu lado primário.

[059] Adicionalmente, um sensor 82, 84 para detectar a temperatura do adsorvente de separação de oxigênio 16, 18 que pode de uma maneira exemplar ser um filtro compreendendo exemplarmente zeolito Li-LSX, pode ser provido.

[060] Um separador de oxigênio 10 como o descrito acima pode ser usado para um método de separação de oxigênio de um gás compreendendo oxigênio. O método pode compreender as etapas a seguir. Pelo menos dois respectivos períodos de separação de oxigênio podem ser realizados. Cada um destes períodos compreende as etapas de direcionar um gás compreendendo oxigênio, tal como ar, para o lado primário do dispositivo de separação de oxigênio 12, 14, o dispositivo de separação de oxigênio 12, 14 compreendendo o adsorvente de separação de oxigênio 16, 18. Desta maneira, um fluxo de gás enriquecido com oxigênio é gerado e direcionado fora do dispositivo de separação de oxigênio 12, 14 criando uma diferença de pressão entre o lado primário e o lado secundário do dispositivo de separação de oxigênio 12, 14, por exemplo, por meio do compressor 38. Entre os respectivos períodos, o separador de oxigênio pode ser armazenado em um modo desligado, por exemplo, em altas temperaturas, tal como em temperaturas de 40 °C ou acima.

[061] Entre o primeiro e o segundo período de separação do oxigênio como os descritos acima, um sorbato de limpeza é direcionado através do dispositivo de separação de oxigênio 12, 14, o sorbato de limpeza tendo uma energia de adsorção e1 com relação ao adsorvente de separação de oxigênio. O sorbato de limpeza pode compreender nitrogênio e de uma maneira exemplar ar pode ser usado. A etapa de direcionamento do sorbato de limpeza através do dispositivo de separação do oxigênio 12, 14 pode, além disso, ser realizada ao terminar um período de separação de oxigênio e assim, por exemplo, após um usuário desligar o separador de oxigênio ou indicar isto. Adicionalmente, a etapa de direcionamento do sorbato de limpeza através do dispositivo de separação do oxigênio 12, 14 pode ser realizada em dependência do comportamento de carregamento do adsorvente de separação do oxigênio 16, 18. Em detalhe, o adsorvente de separação de oxigênio 16, 18 pode ser carregado com sorbato de limpeza em uma quantidade de mais de 3% em peso. Consequentemente, no caso de o nitrogênio ser usado como sorbato de limpeza e no caso de um dos dispositivos de separação de oxigênio 12, 14 compreender um adsorvente de separação de oxigênio tendo um comportamento de carregamento e assim uma capacidade de adsorção do nitrogênio na faixa mencionada acima, a etapa de direcionamento do sorbato de limpeza pode ser realizada somente com relação ao segundo dispositivo de separação do oxigênio 14. Alternativamente ao direcionamento do sorbato de limpeza através de um dispositivo de separação do oxigênio 12, 14 somente, ambos os dispositivos de separação do oxigênio 12, 14 podem ser providos com o sorbato de limpeza.

[062] Esta etapa pode ser realizada, por exemplo, por meio do direcionamento do ar como gás compreendendo nitrogênio por meio do uso do compressor 38, através de um ou ambos os dispositivos de separação de oxigênio 12, 14. Como um exemplo, as válvulas 46, 76 podem ser abertas enquanto as válvulas 74, 50, 52 e 48 podem ser fechadas ou as válvulas 48, 74 podem ser abertas enquanto as válvulas 46, 76, 50, 52 podem ser fechadas. Isto pode permitir direcionar o gás compreendendo nitrogênio através de ambos os dispositivos de separação de oxigênio 12, 14 de uma maneira serial. Como outra medida, durante o período inativo do separador de oxigênio 10, as válvulas 74, 76 no lado de alimentação em direção ao exaustor 78 podem ser abertas para deixar um fluxo de ar nos dispositivos de separação de oxigênio 12, 14 pelo menor por alguns segundos a fim de adsorver nitrogênio nos adsorventes de separação de oxigênio 16, 18. O teor de nitrogênio do ar pode, neste caso, ser usado como gás com calor superior de absorvência e assim, como sorbato de limpeza.

[063] A etapa de direcionamento de um sorbato de limpeza através do dispositivo de separação de oxigênio 12, 14 pode, além disso, ser realizada, por exemplo, adicionando uma fase extra durante, ou após, o desligamento do separador de oxigênio 10, ou após um usuário indicar o desligamento do separador de oxigênio 10 e assim, como uma última medida antes do separador de oxigênio ser colocado em um modo inativo. Em detalhe, a etapa de direcionar o gás compreendendo oxigênio através dos dispositivos de separação de oxigênio 12, 14 poder ser prolongada até que a pureza do oxigênio gerado caia abaixo de um nível definido, tal como abaixo de 70%. Até então, as válvulas 50, 52 podem estar abertas. A pureza do oxigênio pode ser detectada pelo sensor de oxigênio 60. Além disso, pode ser preferido que um sensor de oxigênio seja provido em cada saída 28, 30 devido ao fato de que os respectivos dispositivos de separação de oxigênio 12, 14 normalmente estão em diferentes etapas de carregamento. Consequentemente, uma válvula 50, 52 será fechada mais cedo comparada a outra válvula 52, 50.

[064] A fase extra definida acima, ou ciclo de continuação, respectivamente, podem ainda ser controlados através de um ciclo de tempo definido de um processo PSA. Em detalhes, após 25% de um ciclo com relação ao primeiro dispositivo de separação de oxigênio 12 estando em um modo de separação do oxigênio, e assim após 75% do ciclo do segundo dispositivo de separação de oxigênio 14 estando em um modo de regeneração, uma etapa comparável de ambos os dispositivos de separação de oxigênio com relação à saturação de nitrogênio pode ser alcançada. O momento de desligar o dispositivo de separação de oxigênio e assim o fechamento de todas as válvulas pode, desta maneira, ser realizado através do tempo de operação a seguir ou adicionalmente à concentração de oxigênio, conforme descrito acima.

[065] Além disso, ao desligar o separador de oxigênio 10, o ar pode ser direcionado através de todos os dispositivos de separação de oxigênio 12, 14, assim interrompendo um ciclo de regeneração potencialmente realizado, em que as válvulas 46, 48 e 74, 76 podem estar abertas enquanto as válvulas 50, 52 podem estar fechadas.

[066] Com relação a outra etapa do método de acordo com a invenção, bem como entre o primeiro e o segundo período, um sorbato de resfriamento é então direcionado através do dispositivo de separação de oxigênio 12, 14, o sorbato de resfriamento tendo uma energia de adsorção e2 do adsorvente de resfriamento com relação ao adsorvente de separação de oxigênio. Neste aspecto, a energia de adsorção e2 é inferior com relação à energia de adsorção e1 do sorbato de limpeza. Isto leva a uma troca do sorbato de limpeza pelo sorbato de resfriamento e assim a um efeito de resfriamento agindo sobre o adsorvente de separação de oxigênio 16, 18. O sorbato de resfriamento pode compreender exemplarmente oxigênio, ou gases raros, tal como hélio ou argônio em uma concentração suficiente a fim de dessorver o adsorvente de limpeza. Como um valor exemplar, a concentração de oxigênio gerado, que pode permanecer em uma faixa de 90% ou ainda mais, pode ser suficiente. Adicionalmente, o sorbato de limpeza e/ou o sorbato de resfriamento pode ser gerado durante um período de separação de oxigênio. De acordo com uma realização, a etapa de direcionamento de um sorbato de resfriamento através do dispositivo de separação de oxigênio 12, 14 pode ser realizada antes do início de um ciclo de separação de oxigênio e assim diretamente após ligar o dispositivo de separação de oxigênio e assim particularmente após um certo tempo de armazenamento em temperaturas elevadas, como uma primeira medida após um tempo inativo do separador de oxigênio.

[067] Por exemplo, uma pequena parte do gás enriquecido com oxigênio que é gerada durante a operação anterior e que é armazenada no acumulador 54 pode ser usada como gás com calor inferior de absorvência e assim como sorbato de resfriamento. Para este propósito, as válvulas 50, 52, 74, 76 podem estar abertas respectivamente, a fim de direcionar o oxigênio através do dispositivo de separação de oxigênio 12 e/ou 14 por uns poucos segundos, por exemplo. As válvulas 50, 52 e 53 podem ser fechadas durante o tempo inativo do separador de oxigênio 10.

[068] Um método como o descrito acima realizado em um separador de oxigênio 10 como descrito acima pode vir com uma diminuição significante de uma temperatura de grânulo de zeolito, por exemplo, em um início de um processo de separação de oxigênio. Isto pode ser deduzido a partir de experimentos simples realizados em um cilindro de filtro especialmente projetado com pares termoelétricos adaptados para medir a temperatura do grânulo. Isto é mostrado na figura 2.

[069] A Figura 2 mostra o resultado de um experimento típico. Para este experimento um par termoelétrico tem sido colocado dentro de um material de filtro dentro de um cilindro de um dispositivo de separação de oxigênio em cerca de 1 cm de distância a partir do lado de alimentação. Para o material de filtro de Li (SXSDM) e o diâmetro do cilindro de cerca de 22 mm (comprimento de 155 mm) , esta medição de temperatura caracteriza o comportamento de cerca de 5 g de material de filtro. O material de filtro foi lavado com nitrogênio antes de cada experimento. Os resultados obtidos para uso do nitrogênio ou oxigênio como gás de alimentação são mostrados na figura 2.

[070] Em detalhe, a figura 2 é um diagrama mostrando o tempo t em segundos (t[s]) contra a temperatura T em °C (T[ °C]) e o fluxo f no padrão de litros por minuto (f [Nl/min]). Dentro deste diagrama, quatro curvas são mostradas, das quais a curva A demonstra a temperatura do material do filtro de Li para o fluxo de oxigênio através do filtro, a curva B demonstra a temperatura para o fluxo de nitrogênio através do filtro, a curva C demonstra o fluxo de oxigênio e a curva D demonstra o fluxo de nitrogênio. Por exemplo, o desenvolvimento da temperatura em torno de 1 cm dentro do material do filtro para dados fluxos (curvas C e D) pode ser visto. Portanto, a situação de purga do oxigênio (curvas A e C) e purga do nitrogênio (curvas B e D) para um cilindro de filtro é mostrada. É significante que após iniciar o fluxo de alimentação, na escala de tempo de alguns poucos segundos, a temperatura diminui significativamente (>10 °C) se o oxigênio é usado como alimentação. Isto demonstra a etapa de direcionamento de um sorbato de resfriamento através do adsorvente de separação do oxigênio 16, 18. Usar nitrogênio como alimentação mantém a temperatura constante.

[071] Uma simples estimativa da possível diminuição de temperatura é conforme segue. Somente para os filtros com pequena quantidade de material de filtro e assim um rápido transporte de oxigênio de uma entrada em direção a uma saída do filtro em temperaturas elevadas com uma taxa de troca elevada de nitrogênio por oxigênio, a diminuição de temperatura é muito rápida, por exemplo, dentro de uns poucos segundos. Como valores somente exemplares, por meio do uso de 1,2 bar de sorbato de resfriamento e um fluxo de cerca de 4,5 Nl/min, uma diminuição de temperatura de cerca de 15K pode ser alcançada dentro de menos de 10s por meio da troca de nitrogênio por oxigênio.

[072] Na figura 3, outra realização de um separador de oxigênio 10 de acordo com a invenção é esquematicamente mostrada. Com relação à figura 3, os mesmos numerais se referem aos mesmos aspectos ou aspectos comparáveis comparados à figura 1, devido principalmente às diferenças serem discutidas abaixo.

[073] De acordo com a figura 3, o separador de oxigênio 10 compreende outro recipiente 80 para acomodar o sorbato de resfriamento. O recipiente 86 é conectado aos condutos de saída 28, 30 acima das válvulas 50, 52 através de uma linha de resfriamento 88 na qual uma válvula 90 é provida. As válvulas 50, 52 podem, neste caso, ser projetadas como válvulas de retenção.

[074] Um respectivo recipiente pode estar presente para o sorbato de limpeza, se necessário. O outro recipiente para o sorbato de limpeza pode, por exemplo, ser provido no lado de alimentação dos dispositivos de separação de oxigênio 12, 14, particularmente conectados aos condutos 70, 72 por uma respectiva válvula. Os respectivos recipientes podem ser preenchidos conforme descrito abaixo, ou podem ser destacáveis e assim projetados como dispositivos substituíveis permitindo adaptar os sorbato usados às respectivas aplicações.

[075] Particularmente, durante uma etapa de oxigenação, uma parte do oxigênio gerado pode ser preenchido no recipiente 86. Por exemplo, no caso de uma quantidade definida de sorbato de resfriamento, tal como oxigênio, está presente no recipiente 86, que pode ser detectado pela pressão dentro do recipiente 86 por meio de um sensor de pressão ou alternativamente por meio de um controlador de fluxo, a válvula 90 pode estar fechada. O método de acordo com a invenção pode ser realizado conforme mencionado anteriormente com relação ao acumulador de oxigênio 54, em que o recipiente 86 troca o acumulador 54 e a válvula 90 pode trocar as válvulas 50, 52.

[076] Adicionalmente, deve ser percebido que pelo motivo de preenchimento do recipiente 86, por exemplo, o consumo de energia é insignificante. Portanto, pode ser preferido que o compressor 38 seja operado com pressão mais alta a fim de preencher o recipiente 86 mais rapidamente. Adicionalmente, pode ser preferido que o preenchimento do recipiente 80 possa ser realizado em uma escala de tempo maior comparada à metade de um ciclo de um processo PSA conforme descrito acima.

[077] Enquanto a invenção foi ilustrada e descrita em detalhes nos desenhos e descrição acima, tal ilustração e descrição devem ser consideradas ilustrativas ou exemplares e não restritivas; a invenção não é limitada às realizações reveladas. Outras variações às realizações reveladas podem ser entendidas e efetuadas pelos técnicos no assunto na prática da invenção reivindicada, a partir de um estudo dos desenhos, da revelação, e das reivindicações anexas. Nas reivindicações, a palavra “compreender” não exclui outros elementos ou etapas, e o artigo indefinido “um” ou “uma” não exclui uma pluralidade. O mero fato de que certas medidas são citadas em reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indica que uma combinação destas medidas não pode ser usada como vantagem. Quaisquer sinais de referência nas reivindicações não devem ser interpretados como limitando o escopo.

Claims

1.MÉTODO DE SEPARAÇÃO DE OXIGÊNIO DE UM GÁS COMPREENDENDO OXIGÊNIO, compreendendo as etapas de: realização de pelo menos um primeiro e um segundo período de separação de oxigênio, cada um compreendendo as etapas de direcionamento de um gás compreendendo oxigênio para o lado primário de um dispositivo de separação de oxigênio (12, 14), o dispositivo de separação de oxigênio (12, 14) compreendendo um adsorvente de separação de oxigênio (16, 18), e geração de um fluxo de gás enriquecido com oxigênio fora do dispositivo de separação de oxigênio (12, 14) por meio da criação de uma diferença de pressão entre o lado primário e o lado secundário do dispositivo de separação de oxigênio (12, 14), e realização de um período de resfriamento entre o primeiro e o segundo período de separação do oxigênio, em que o período de resfriamento compreende as etapas de direcionamento de um sorbato de limpeza através do dispositivo de separação de oxigênio (12, 14), o sorbato de limpeza tendo uma energia de adsorção e1 com relação ao adsorvente de separação de oxigênio (16, 18), e direcionamento de um sorbato de resfriamento através do dispositivo de separação de oxigênio (12, 14), o sorbato de resfriamento tendo uma energia de adsorção e2 com relação ao adsorvente de separação de oxigênio (16, 18), em que a energia de adsorção e2 é inferior com relação à energia de adsorção e1, e caracterizada pela etapa de direcionamento do sorbato de limpeza através do dispositivo de separação de oxigênio (12, 14) e/ou a etapa de direcionamento do sorbato de resfriamento através do dispositivo de separação do oxigênio (12, 14) é realizada em dependência da temperatura do adsorvente de separação de oxigênio.

2.MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo sorbato de limpeza compreender nitrogênio e/ou em que o sorbato de resfriamento compreende oxigênio, ou gases raros.

3.MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo sorbato de limpeza e/ou o sorbato de resfriamento serem gerados durante um período de separação do oxigênio e/ou durante um período de resfriamento.

4.MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela etapa de direcionamento do sorbato de limpeza através do dispositivo de separação de oxigênio (12, 14) e pela etapa de direcionamento de um sorbato de resfriamento através do dispositivo de separação de oxigênio (12, 14) serem separadas por um período de inatividade.

5.MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo adsorvente de separação de oxigênio (16, 18) ser carregado com sorbato de limpeza em uma quantidade de mais de 3% em peso.

6.SEPARADOR DE OXIGÊNIO, caracterizado por compreender: pelo menos um dispositivo de separação de oxigênio (12, 14) com um adsorvente de separação de oxigênio (16, 18), tendo uma entrada de gás (22, 26) em um lado primário para direcionar um fluxo de gás compreendendo oxigênio no dispositivo de separação de oxigênio (12, 14) e tendo uma saída de gás (32, 34) em um lado secundário para direcionar um fluxo de gás enriquecido com oxigênio fora do dispositivo de separação de oxigênio (12, 14), e um dispositivo de ajuste da pressão para criar uma diferença de pressão entre o lado primário e o lado secundário do dispositivo de separação de oxigênio (12, 14) em que o separador de oxigênio (10) compreende uma unidade de controle (80) sendo adaptada para direcionar um sorbato de limpeza através do dispositivo de separação de oxigênio (12, 14) entre dois períodos de geração de oxigênio e em dependência da temperatura do adsorvente de separação de oxigênio, o sorbato de limpeza tendo uma energia de adsorção e1 com relação ao adsorvente de separação de oxigênio (16, 18) e sendo adaptado para direcionar um sorbato de resfriamento através do dispositivo de separação de oxigênio (12, 14) entre dois ciclos de geração de oxigênio e em dependência da temperatura do adsorvente de separação de oxigênio, o sorbato de resfriamento tendo uma energia de adsorção e2 com relação ao adsorvente de separação do oxigênio (16, 18), em que a energia de adsorção e2 é inferior com relação à energia de adsorção e1.

7.SEPARADOR DE OXIGÊNIO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo separador de oxigênio (10) compreender um sensor (82, 84) para detectar a temperatura do adsorvente de separação de oxigênio (16, 18).

8.SEPARADOR DE OXIGÊNIO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo separador de oxigênio (10) compreender um recipiente (80) para acomodar o sorbato de limpeza e/ou um recipiente para acomodar o sorbato de resfriamento.

9.SEPARADOR DE OXIGÊNIO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo adsorvente de separação de oxigênio (16) compreender um zeolito Li-LSX.