BRPI0618155A2 - processo e sistema de adsorção por oscilação de pressão no vácuo - Google Patents
processo e sistema de adsorção por oscilação de pressão no vácuo Download PDFInfo
- Publication number
- BRPI0618155A2 BRPI0618155A2 BRPI0618155-4A BRPI0618155A BRPI0618155A2 BR PI0618155 A2 BRPI0618155 A2 BR PI0618155A2 BR PI0618155 A BRPI0618155 A BR PI0618155A BR PI0618155 A2 BRPI0618155 A2 BR PI0618155A2
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- bed
- vpsa
- vacuum pressure
- beds
- feed
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 95
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 92
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims abstract description 46
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 78
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims description 33
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 28
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 11
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims description 6
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims description 6
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims description 5
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 claims description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 4
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 6
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 34
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 9
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000003584 silencer Effects 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 2
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 2
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZXVONLUNISGICL-UHFFFAOYSA-N 4,6-dinitro-o-cresol Chemical compound CC1=CC([N+]([O-])=O)=CC([N+]([O-])=O)=C1O ZXVONLUNISGICL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 241000386111 Cyclosa Species 0.000 description 1
- BFPYWIDHMRZLRN-SLHNCBLASA-N Ethinyl estradiol Chemical compound OC1=CC=C2[C@H]3CC[C@](C)([C@](CC4)(O)C#C)[C@@H]4[C@@H]3CCC2=C1 BFPYWIDHMRZLRN-SLHNCBLASA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- 238000010420 art technique Methods 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000012432 intermediate storage Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000011112 process operation Methods 0.000 description 1
- 239000010909 process residue Substances 0.000 description 1
- 238000011027 product recovery Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
- B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
- B01D53/047—Pressure swing adsorption
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
- B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
- B01D53/047—Pressure swing adsorption
- B01D53/0476—Vacuum pressure swing adsorption
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/10—Inorganic adsorbents
- B01D2253/106—Silica or silicates
- B01D2253/108—Zeolites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
- B01D2256/12—Oxygen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
- B01D2256/16—Hydrogen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/10—Single element gases other than halogens
- B01D2257/102—Nitrogen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/40011—Methods relating to the process cycle in pressure or temperature swing adsorption
- B01D2259/40058—Number of sequence steps, including sub-steps, per cycle
- B01D2259/40075—More than ten
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/404—Further details for adsorption processes and devices using four beds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
- B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
- B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
- B01D53/0446—Means for feeding or distributing gases
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Abstract
<b>PROCESSO E SISTEMA DE ADSORçãO POR OSCILAçãO DE PRESSãO NO VáCUO<d> A presente invenção, no geral, diz respeito a sistemas deadsorção de pressão no vácuo (VPSA) de grande capacidade (por exemplo, maior que 350 tons (317,45 t) /dia de 02) e processos que empregam um único trem incluindo quatro leitos (42, 44, 46, 48), pelo menos um compressor de alimentação (36, 38) alimentando dois leitos simultaneamente em qualquer dado instante no tempo, e uma única bomba de vácuo (52). O compressor (s) e a bomba de vácuo podem ser utilizados 100 % do tempo. Uso de gás de qualidade de produto para purgar é evitado, com cerca de 10-20 % de melhoria na produtividade de O~ 2~ e 5-10 % de redução em custo de capital esperado.
Description
"PROCESSO E SISTEMA DE ADSORÇÃO POR OSCILAÇÃO DEPRESSÃO NO VÁCUO"
CAMPO TÉCNICO
A presente invenção, no geral, diz respeito a sistemas deadsorção de pressão no vácuo (VPSA) de grande capacidade (por exemplo,maior que 350 tons (317,45 t)/dia de O2) e processos que empregam um únicotrem incluindo quatro leitos, pelo menos um compressor de alimentaçãoalimentando dois leitos simultaneamente em qualquer dado instante no tempo,e uma única bomba de vácuo. O compressor (s) e a bomba de vácuo podemser utilizados 100 % do tempo. Uso de gás de qualidade de produto parapurgar é evitado, com cerca de 10-20 % de melhoria na produtividade de O2 e5-10 % de redução em custo de capital esperado.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
A produção de oxigênio a partir de ar atualmente usa adsorçãode técnica de sistemas por oscilação de pressão no vácuo (VPSA) ou adsorçãopor oscilação de pressão (PSA). Estes sistemas freqüentemente têm umacapacidade de <200 tons (181,4 t) por dia de O2. Atualmente, existe uminteresse renovado em estender a capacidade de sistemas VPSA ou PSA de talprodução de oxigênio de pequena escala (<200 tons (181,4 t) por dia de O2)para grande escala (cerca de 350 tons (317,45 t) por dia de O2 ou mais) apartir de ar.
Na aplicação de processos VPSA ou PSA, a entrada de energiarequerida para alcançar a separação de O2 da mistura de alimentação (porexemplo, ar) é fornecida na forma de trabalho mecânico por meio decompressor(s) de alimentação e bomba(s) de vácuo. O custo deste trabalho éum componente significativo do custo operacional total do processo VPSA ouPSA. Além do mais, técnica VPSA ou PSA é atualmente economicamentecompetitiva com destilação criogênica somente para aplicações em pequenaescala. De maneira que os processos PSA ou VPSA se tornem competitivosem custo com a destilação criogênica para aplicações em grande escala, sãoexigidos melhores ciclos para operar os processos PSA ou VPSA.
Dois processos de leito de adsorção por oscilação de pressãono vácuo (VPSA) para a produção de oxigênio a partir de ar são descritospatente U.S. No. 5.518.526 de Baksh et al. e patente U.S. No.6.010.555 deSmolarek et al. As patentes U.S. Nos. 5.518.526 e 6.010.555 empregamprocessos VPSA com etapas de equalização e evacuação simultâneas seguidaspor etapas de alimentação e pressurização do produto simultâneas. Figura 1mostra o ciclo VPSA para a produção de oxigênio a partir de ar descrito emSmolarek et al., patente U.S. No. 6.010.555. patentes U.S. Nos. 5.518.526 e6.010.555 são ambas para produção de oxigênio em pequena escala (<200tons (181,4 t) por dia, (TPD)). Pressões de adsorção e dessorção ns patentesU.S. Nos. 5.518.526 e 6.010.555 são caracterizadas por uma baixa razão depressão e valores de pressão de dessorção relativamente altos. Reduçãosignificativa nos custos de equipamento e operação pode ser realizada usandoos processos VPSA de pequena escala (<200 TPD (181,4 t/d) O2) das patentesU.S. Nos. 5.518.526 e 6.010.555.
Em aplicações onde produção de oxigênio em grande escala(por exemplo, 350 tons (317,45 t) por dia de O2) é desejável, processos VPSAde quatro leitos são usados. Um processo VPSA como este é descrito porSmolarek et al., patente U.S. No. 5.656.068. O processo VPSA de quatroleitos descrito na patente U.S. No. 5.656.068 é operado na forma de dois paresde sistemas de 2 leitos, referidos como um ciclo/sistema 2x2. Cada par deleitos é operado 180° fora de fase e os dois pares de leito são operados forade fase pela metade de um meio ciclo. Dois compressores (um Roots ou dedeslocamento positivo e um centrífugo) e duas bombas de vácuo (uma Rootsou de deslocamento positivo e uma centrífuga) são descritas no processoVPSA da patente U.S. No. 5.656.068. Um dos dois compressores estáperiodicamente no modo inativo ou aberto. Um sistema VPSA de quatroleitos que opera como dois pares de leitos de adsorção para produzir cerca de100 tons (90,7 t) por dia (TPD) de oxigênio é descrito em Doong, patente U.S.No. 5.997.612 de Doong. O processo VPSA inclui dois pares de leito, umtanque de armazenamento intermediário (para coletar co-corrente de gás dedespressurização), um soprador de gás e um par de bombas de vácuo. Osistema descrito em Doong (patente U.S. No. 5.997.612) inclui três bombascomparadas às quatro bombas descritas na patente U.S. No. 5.656.068. Alémdo mais, o sistema apresentado em Doong (patente U.S. No. 5.997.612) é paraprodução de oxigênio em pequena escala (<200 tons (181,4 t) por dia) em vezde produção em grande escala 02 usando o processo VPSA de alimentaçãodupla de Smolarek et al. (patente U.S. No. 5.656.068).
Assim, seria desejável fornecer processos VPSA de quatroleitos e sistemas com a capacidade de produção de oxigênio em grande escala(por exemplo, >350 tons (317,45 t) /dia de O2) de custo eficiente, altamenteprodutivos
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A presente invenção, no geral, diz respeito a sistemas VPSAde quatro leitos e processos com entrada de alimentação dupla para produçãode oxigênio em grande escala (por exemplo, >350 tons (317,45 t) /dia de O2).Os sistemas da presente invenção incluem a implementação de três bombas(por exemplo, dois compressores e uma bomba de vácuo) em vez de quatrobombas (por exemplo, dois compressores e duas bombas de vácuo) da formadescrita na patente U.S. No. 5.656.068. A presente invenção contemplaadicionalmente o uso de ciclos VPSA de quatro leitos únicos que incluem 100% de utilização dos compressores e bomba de vácuo, permitindo ao mesmotempo que dois leitos simultaneamente recebam gás de alimentação. Alémdisso, a qualquer instante durante o ciclo VPSA de quatro leitos, dois leitosrecebem alimentação simultaneamente, enquanto que os outros dois leitosestão no modo regeneração/refluxo.Os processos e sistemas fornecidos de acordo com a presenteinvenção incluem múltiplas vantagens. Por exemplo, e embora não sejaconsiderado como limitante, sistemas e processos da presente invençãopodem incluir: (1) etapas contínuas de alimentação e preparo de produtos; (2)um mínimo de um compressor e uma bomba de vácuo; (3) 100 % deutilização dos compressores e bomba de vácuo; (4) menores tanques dearmazenamento/armazenamento temporário de produto relativo aos processosda técnica anterior devido às etapas contínuas de alimentação e preparo deprodutos; (5) a opção de usar os mesmos compressores, ou compressoresdiferentes (por exemplo, centrífugo e Roots) para comprimir a alimentação deentrada para o processo VPSA; (6) o gás de purga proveniente de um outroleito é submetido à etapa de despressurização de co-corrente, e este gás depurga vai diretamente para um outro leito que se submete a etapa de purgasem o uso de nenhum tanque de armazenamento adicional; (7) a etapa depurga prensada entre as etapas no ciclo VPSA (isto é, o ciclo VPSA tem umaetapa de evacuação antes e depois da etapa de purga para permitir o uso degás do espaço vazio para purgar de um outro leito diretamente (sem anecessidade de um tanque de armazenamento adicional) ou para evitar o usode gás de qualidade de produto para purgar); (8) uso de sorventes com altastaxas de adsorção intrínseca e tamanho de partícula ideal para aumentar taxade transferência de massa, alta recuperação de produto de O2, e baixo fator detamanho de leito (BSF) em adsorventes rasos de ciclo rápido no processoVPSA, e/ou (9) todas as etapas do processo VPSA de quatro leitoscompletamente integradas de maneira que nenhum dos leitos tenha nenhumaetapa(s) inativa.
Conseqüentemente, espera-se, assim, que sistemas da presenteinvenção forneçam cerca de 10-20 % de melhoria naprodutividade/recuperação de O2/ e 5-10 % de redução em custo de capital,uma vez que o oxigênio é produzido em grande escala (> 350 tons (317,45 t)/dia) usando um único trem, menos bomba, menor fator de tamanho de leito, eevitem o uso de gás de qualidade de produto para purgar.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS
Para um entendimento mais completo da presente invenção edas vantagens desta, deve-se fazer referência à seguinte Descrição Detalhadatomada em conjunto com os desenhos em anexo em que:
Figura 1 ilustra o ciclo VPSA para a produção de oxigênio apartir de ar descrito em Smolarek et al., patente U.S. No. 6.010.555;
Figura 2 ilustra um esquema de um processo de quatro leitosusando dois compressores para distribuir a alimentação total para um processoVPSA de alimentação de entrada dupla de acordo com a presente invenção;
Figura 3 mostra um ciclo de coluna para o processo VPSA dequatro leitos de alimentação de entrada dupla da figura 2;
Figura 4 ilustra um processo VPSA de quatro leitos usandodois compressores para distribuir a alimentação total para um processo VPSAde alimentação de entrada dupla de acordo com uma modalidade alternativada presente invenção;
Figura 5 mostra um ciclo de coluna para o processo VPSA dequatro leitos de alimentação de entrada dupla da figura 4;
Figura 6 mostra um esquema alternativo de um processoVPSA de quatro leitos usando dois compressores para distribuir a alimentaçãototal para um processo VPSA de alimentação de entrada dupla de acordo coma presente invenção;
Figura 7 mostra um ciclo de coluna para o processo VPSA dequatro leitos de alimentação de entrada dupla da figura 6;
Figura 8 ilustra um ciclo de coluna alternativo para o processoVPSA de quatro leitos de alimentação de entrada dupla da figura 6 em que ociclo usa duas etapas de pressurização de produto e uma etapa de equalização;Figura 9 mostra um outro ciclo de coluna alternativo para oprocesso VPSA de quatro leitos de alimentação de entrada dupla da figura 6em que o ciclo usa oito etapas em vez de doze etapas.
DESCRIÇÃO DETALHADA
Conforme discutido anteriormente, a presente invenção dizrespeito a processos de adsorção por oscilação de pressão no vácuo (VPSA) eequipamento para produção de oxigênio em grande escala (preferivelmente >350 tons (317,45 t) /dia). A presente invenção inclui sistemas e processos emque ciclos VPSA de doze etapas são realizados empregando quatro leitos deadsorção, pelo menos um compressor de alimentação (preferivelmente dois,por exemplo, um centrífugo e um de deslocamento positivo, tal como Roots),e uma única bomba de vácuo. Em qualquer instante de tempo, dois dos leitosestão simultaneamente no modo de alimentação enquanto que os outros doisleitos estão no modo regeneração/refluxo. Alimentação destes dois leitos podeser fornecida a partir de compressores separados ou de um único compressor.O gás gerado durante uma etapa de despressurização de co-corrente pode serenviado como gás de purga para um outro leito sem o uso de nenhum tanquede armazenamento adicional. Em qualquer dado tempo, somente um leito estána etapa de evacuação, permitindo assim o uso de somente uma bomba devácuo que resulta em redução de custo de capital e operação. A etapa deevacuação é realizada antes e depois a etapa de purga. Este modo de operaçãopermite flexibilidade no ciclo VPSA para permitir o uso de gás do espaçovazio, obtido durante despressurização de co-corrente de um outro leito, parapurgar do leito diretamente (sem usar um tanque de armazenamentoadicional) ou para evitar usar o gás de qualidade de produto para purgar.
Além do mais, as etapas do processo VPSA de quatro leitosfornecidas de acordo com a presente invenção são completamente integradasde maneira que nenhum dos leitos tenha nenhuma etapa(s) ociosa(s), isto é100 % de utilização do compressor(s) e bomba de vácuo no ciclo VPSA.Embora não considerados como limitantes, sistemas dapresente invenção podem incluir algumas ou todas das seguintescaracterísticas vantajosas. Por exemplo, a presente invenção inclui a aplicaçãode um processo VPSA de quatro leitos de um único trem em vez de dois trensde processos VPSA de dois leitos para produção de O2 em grande escala.Conseqüentemente, menor custo de capital e melhor desempenho de processo,por exemplo, maior recuperação de O2, com relação aos trens paralelos deprocessos VPSA de dois leitos pode ser esperado. Além do mais, espera-seque sistemas da presente invenção tenham menos disseminação daconcentração de frentes de impureza (por exemplo, N2) em conseqüência dosciclos VPSA de quatro leitos inéditos. Isto se deve à expectativa de quemenos gás de purga será necessário durante regeneração do leito com relaçãoàs técnicas da técnica anterior. Etapas contínuas de produto, alimentação eevacuação no ciclo permitem 100 % de utilização do compressor(s)/bombasde vácuo. A presente invenção adicionalmente fornece a aplicação de entradade alimentação dupla em qualquer instante durante o ciclo VPSA. Além disso,a incorporação de uma etapa de soprar para baixo contra corrente no cicloVPSA pode permitir que uma porção do resíduo (obtida durante aregeneração do leito) desvie a bomba de vácuo em vez de o resíduo passar nabomba de vácuo de acordo com as patentes U.S. Nos. 5.656.068 e 6.010.555.
A presente invenção inclui adicionalmente gás de limpezausado para refluxar. Por exemplo, o gás de menor pureza de O2 é usado parapurgar e o gás de maior pureza de O2 é usado para pressurização do produto,isto é, gás de produto de pureza decrescente sendo usado para purgar,lavagem de equalização e pressurização do produto no ciclo VPSA dapresente invenção, assim resultando em frentes de concentração de O2 maispronunciadas ou melhor regeneração do leito antes de deixar o leito em linhapara produção de O2.
Espera-se uma vantagem adicional da presente invençãodevido a um maior gradiente de pressão direcionando a força para anular arecuperação do gás durante equalização leito-a-leito e os arranjos únicos dasvárias etapas no ciclo VPSA relativo aos sistemas da técnica anterior.
Além disso, pode haver menos sopro de alimentação na horada pressurização de alimentação ou durante ela em virtude de a equalizaçãodo leito iniciar na pressão de adsorção durante a sobreposição da etapa deequalização e pressurização da alimentação do ciclo VPSA.
Na presente invenção, todo o gás de purga pode vir do gás doespaço vazio recuperado de um outro leito que se submete à etapa dedespressurização de co-corrente. Além do mais, este gás de purga pode serusado diretamente por um outro leito que se submete à etapa de purga sem ouso de nenhum tanque de armazenamento adicional (da forma, por exemplo,da patente U.S. No. 5.997.612). A etapa de purga é prensada entre as etapasde evacuação no ciclo VPSA. Mais especificamente, o ciclo VPSA tem etapasde evacuação antes e depois da etapa de purga para permitir o uso de gás doespaço vazio para purgar de um outro leito diretamente ou para evitar o uso degás de qualidade de produto para purgar como na patente U.S. No. 5.656.068e patente U.S. No. 6.010.555.
Sistemas da presente invenção adicionalmente fornecem aopção de usar os mesmos ou diferentes compressores (por exemplo,centrífugo e Roots ou de deslocamento positivo) para comprimir aalimentação de entrada para o processo VPSA e 100 % de utilização, isto é,nenhum não carregamento de compressor durante todo o ciclo VPSA.
Em conseqüência da presente invenção, cerca de 10-20 % demelhoria na produtividade ou recuperação de O2 e cerca de 5-10 % deredução em custo capital são esperados em virtude da produção de oxigênioem grande escala (> 350 tons (317,45 t) /dia) usando um único trem, umabomba menor, menor fator de tamanho de leito (BSF), e evitando o uso de gásde qualidade de produto para purgar.A presente invenção será agora descrita com referência aoprocesso VPSA de quatro leitos apresentado na figura 2, o ciclo VPSA dequatro leitos apresentado na figura 3, e a lógica de comutação da válvula daforma apresentada na tabela 1.
O sistema VPSA de quatro leitos (30) apresentado na figura 2inclui quatro leitos adsorventes (42, 44, 46, 48), 24 válvulas LIGA/DESLIGA(algumas ou todas as quais podem ou não ter controle de fluxo), doiscompressores de alimentação 36, 38, um compressor a vácuo 52,silenciador/filtro para entrada de alimentação 34 para alimentação 32,silenciador/pós refrigerador de descarga de alimentação (40), silenciador dedescarga a vácuo 54 e tubulação e acessórios associados. Com referência àsfiguras 2 e 3 e Tabela 1, uma modalidade da presente invenção é ilustrada duranteum ciclo VPSA completo. Na tabela 1, percebe-se que "C" representa válvulas naposição fechada enquanto que "O" representa válvulas na posição completamenteaberta ou parcialmente aberta, dependendo se a válvula é uma válvulaLIGA/DESLIGA ou de controle de fluxo para manipular o fluxo desejado.Versados na técnica percebem que a válvulas de controle de fluxo serão usadasdurante pressurização do produto (por exemplo, etapa 3 na figura 3).
Tabela 1: Seqüência de disparo da válvula para processo VPSA de oxigêniode quatro leitos em doze etapas.
<table>table see original document page 10</column></row><table><table>table see original document page 11</column></row><table>
AD: Ac sorção/Produção do producto
ED: Equalização descendente
PPG: Fornecimento de gás de purga
PPP: Fornecimento de gás de pressurização do produto
BD: Sopro descendente
EV: Evacuação
PG: Recebimento de purga
EU: Equalização ascendente
PP: Pressurização do produto
FP: Pressurização da alimentação
Etapa No. 1
No início da etapa 1, a pressão no leito 42(B1) está na pressãode adsorção. Válvula 1 é aberta para permitir alimentação de gás na base doleito 42 e a válvula 21 é aberta para permitir produto 50 fora do topo do leito42. Gás de alimentação é fornecido para o leito 1 do compressor 38 (Cl). Aválvula 11 é aberta para permitir evacuação do leito 44 (B2) através docompressor 52 (C3) para o silenciador de descarga a vácuo 54 para resíduo56. A válvula 13 se abre para permitir que o leito 46 (B3) sopre de maneiradescendente para a atmosfera. A válvula 8 é aberta para permitir alimentaçãode gás na base do leito 48 (B4) e a válvula 24 é aberta para permitir que oproduto 50 sais do topo do leito 48. Gás de alimentação é fornecido ao leito48 do compressor 36 (C2).Etapa No. 2
No início da etapa 2, a válvula 1 se fecha e a válvula 2 se abrepara permitir alimentação de gás do compressor 36 (C2) na base do leito 42.A válvula 21 permanece aberta para permitir que a produção do produtocontinue do leito 42. A válvula 11 se fecha e a válvula 3 se abre parainterromper a evacuação do leito 44 e permitir que o gás de alimentação docompressor 38 (Cl) entre na base do leito 44. Também, as válvulas 18 e 20 seabrem para permitir que o gás de equalização flua do leito 48 no topo do leito44.AQ válvula 13 se fecha e a válvula 14 se abre para iniciar a evacuação doleito 46 (B3).Etapa No. 3
No início da etapa 3, as válvulas 2 e 21 permanecem abertaspara permitir que a produção do produto 50 continue do leito 42. A válvula 3permanece aberta e permite que o gás de alimentação do compressor 38continue a entrar na base do leito 44. A válvula 22 se abre para permitir que ogás de pressurização do produto entre no topo do leito 44. A válvula 20permanece aberta e a válvula 19 se abre para permitir que o gás de purga fluado leito 48 para o leito 46. A válvula 14 permanece aberta para continuar aevacuação do leito 46. A válvula 18 se fecha.Etapa No. 4
No início da etapa 4, as válvulas 2 e 21 permanecem abertaspara permitir que a produção do produto continue do leito 42. As válvulas 3 e22 permanecem abertas e produção do produto começa no leito 44. A válvula14 permanece aberta para continuar a evacuação do leito 46. A válvula 16 seabre para permitir que o leito 48 sopre de maneira descendente para aatmosfera.
Etapa No. 5
No início da etapa 5, as válvulas 17 e 19 se abrem parapermitir que o gás de equalização flua do leito 42 no topo do leito 46. Aválvula 3 se fecha e a válvula 4 se abre para permitir alimentação de gás docompressor 36 (C2) na base do leito 44. A válvula 22 permanece aberta parapermitir que a produção do produto continue do leito 44. A válvula 13 sefecha e a válvula 5 se abre para interromper a evacuação do leito 46 e permitirque o gás de alimentação do compressor 38 (Cl) entre na base do leito 46. Aválvula 16 se fecha e a válvula 15 se abre para iniciar a evacuação do leito 48.
Etapa No. 6No início da etapa 6, a válvula 17 permanece aberta e a válvula20 se abre para permitir que o gás de purga flua do leito 42 para o leito 48. Asválvulas 4 e 22 permanecem abertas para permitir que a produção do produtocontinue do leito 44. A válvula 5 permanece aberta e permite que o gás de alimentação do compressor 38 (Cl) continue a entrar na base do leito 46. Aválvula 23 se abre para permitir que o gás de pressurização do produto entreno topo do leito 46. A válvula 15 permanece aberta para continuar aevacuação do leito 48 embora ela receba gás de purga. A válvula 19 se fecha.
Etapa No. 7
No início da etapa 7, a válvula 9 se abre para permitir que oleito 42 sopre de maneira descendente para a atmosfera. As válvulas 4 e 22permanecem abertas para permitir que a produção do produto continue doleito 44. As válvulas 5 e 23 permanecem abertas e produção do produtocomeça no leito 46. A válvula 15 permanece aberta para continuar a evacuação do leito 48.
Etapa No. 8
No início da etapa 8, a válvula 9 se fecha e a válvula 10 seabre para iniciar a evacuação do leito 42. As válvulas 18 e 20 se abrem parapermitir que o gás de equalização flua do leito 44 no topo do leito 48. A válvula 5 se fecha e a válvula 6 se abre para permitir a alimentação de gás docompressor 36 (C2) na base do leito 46. A válvula 23 permanece aberta parapermitir que a produção do produto continue do leito 46. A válvula 15 sefecha e a válvula 7 se abre para interromper a evacuação do leito 48 e permitirque o gás de alimentação do compressor 38 (Cl) entre na base do leito 48.
Etapa No. 9
No início da etapa 9, a válvula 10 permanece aberta paracontinuar a evacuação do leito 42 embora ela receba gás de purga. A válvula18 permanece aberta e a válvula 17 se abre para permitir que o gás de purgaflua do leito 44 para o leito 42. As válvulas 6 e 23 permanecem abertas parapermitir que a produção do produto continue do leito 46. A válvula 7permanece aberta e permite que o gás de alimentação do compressor 38 (C1)continue a entrar na base do leito 48. A válvula 24 se abre para permitir que ogás de pressurização do produto entre no topo do leito 48. A válvula 20 sefecha.
Etapa No. 10
No início da etapa 10, a válvula 10 permanece aberta paracontinuar a evacuação do leito 42. A válvula 12 se abre para permitir que oleito 44 sopre de maneira descendente para a atmosfera. As válvulas 6 e 23permanecem abertas para permitir que a produção do produto continue doleito 46. As válvulas 7 e 24 permanecem abertas e produção do produtocomeça no leito 48.
Etapa No. 11
No início da etapa 11, a válvula 10 se fecha e a válvula 1 seabre para interromper a evacuação do leito 42 e permitir que o gás dealimentação do compressor 38 (C1) entre na base do leito 42. A válvula 12 sefecha e a válvula 11 se abre para iniciar a evacuação do leito 44. As válvulas17 e 19 se abrem para permitir que o gás de equalização flua do leito 46 notopo do leito 42. A válvula 7 se fecha e a válvula 8 se abre para permitiralimentação de gás do compressor 36 (C2) na base do leito 48. A válvula 24permanece aberta para permitir que a produção do produto continue do leito48.
Etapa No. 12
No início da etapa 12, a válvula 1 permanece aberta e permiteque o gás de alimentação do compressor 38 (C1) continue a entrar na base doleito 42. A válvula 21 se abre para permitir que o gás de pressurização doproduto entre no topo do leito 42. A válvula 11 permanece aberta paracontinuar a evacuação do leito 44 embora ela receba gás de purga. A válvula19 permanece aberta e a válvula 18 se abre para permitir que o gás de purgaflua do leito 46 para o leito 44. As válvulas 8 e 24 permanecem abertas parapermitir que a produção do produto continue do leito 48. A válvula 17 sefecha.
A modalidade descrita anteriormente utiliza dois compressorespara distribuir gás de alimentação para os vasos VPSA. Em uma modalidadepreferida, um compressor Roots 38 (Cl ou compressor 1) e um compressorcentrífugo 36 (C2 ou compressor 2) distribuirão o fluxo de alimentação totalpara um processo VPSA de quatro leitos integrado. Além do mais, no modopreferido de operação para a produção de O2 em grande escala, leitos radiaissão usados no processo VPSA. Detalhes adicionais de adsorventes de leitoradial são dados por Ackley et ai., patente U.S. No. 6.506.234 BL
Referindo-se às etapas do leito 42 (Bl) na figura 3, se doiscompressores diferentes (por exemplo, Roots e centrífugo) forem usados,então no modo preferido de operação, o compressor Roots é usado nas etapas1, 11, e 12, enquanto que o compressor centrífugo é usado nas etapas 2, 3 e 4.Com referência às figuras 2 e 3, durante a etapa 1 do ciclo VPSA, uma porçãoda alimentação total (processo VPSA de alimentação dupla) é distribuída pelocompressor Roots para o leito 42 (Bl) enquanto que o compressor centrífugodistribui as outras porções da alimentação total para o leito 48 (B4). Tambémobserva-se que em qualquer instante, dois leitos estão recebendo gás dealimentação simultaneamente e um produto contínuo é produzido durantetodo o ciclo VPSA.
Tabela 2 dá um exemplo das condições de operação e dodesempenho do processo VPSA usando um adsorvente seletivo de nitrogênionos leitos. Na tabela, os símbolos têm os seguintes significados: TPD = ton(0,907t) (2.000 lb) por dia de oxigênio, kPa = 1.000 Pa - S.I. unidade parapressão (1,0 atm. = 101.323 kPa), s = unidade de tempo em segundos.
Além do mais, o adsorvente seletivo de equilíbrio denitrogênio na tabela 2 é Li-X altamente trocado (>95 % de Li), da formadescrita por Chao et al., patentes U.S. Nos. 5.413.625 e 4.859.217, ambas asquais estão aqui incorporadas pela referência na íntegra. Embora adsorventeLiX altamente trocado seja descrito nestas patentes, previu-se que as camadasde adsorventes ou misturas de adsorventes podem ser usadas e podempreferivelmente ser usadas (por exemplo, quando existe umidade no ar) emcada leito do processo VPSA sem desviar do escopo desta invenção.Exemplos representativos de vários adsorventes para uso nesta invençãoincluem, mas sem limitações os descritos nas patentes U.S. Nos. 6.027.548 e6.790.260 B2, ambas as quais estão aqui incorporadas pela referência na
íntegra. Ver também, patentes U.S. Nos. 6.743.745 B2, 6.506.234 BI,6.500.234, 6.471.748 El e 6.780.806. O adsorvente pode ser uma mistura deadsorventes ou um(s) adsorvente(s) em camadas. Preferivelmente, o mesmoadsorvente, seja ele um adsorvente único, mistura de adsorventes oucamada(s) de adsorvente, é o mesmo em todos os quatro leitos.
Tabela 2: Exemplo de produção em grande escala (> 350 TPD (317,45 t/d))de O2 (Figuras 2-3, condições de operação e desempenho). Cada um dosquatro leitos contém zeólito Li-X para remoção de N2. Os resultadosapresentados a seguir foram obtidos da simulação de VPSA e experimentosde planta piloto usando ar seco contendo 0,934 % de Ar, 78,12 % de N2 e20,95 % de O2.
<table>table see original document page 16</column></row><table>
O processo VPSA discutido anteriormente é focado naprodução de O2 a partir de ar usando um processo e sistema VPSA de quatroleitos. Em modalidades alternativas da presente invenção, menos que quatro(por exemplo, três leitos) ou mais que quatro leitos podem ser usados. Em taismodalidades, pode-se necessitar desenvolver os ciclos VPSA de três leitos ouciclos VPSA >4 leitos para incorporar as características mencionadasanteriormente da presente invenção. Além do mais, tanques dearmazenamento adicionais podem ou não ser necessários em tais modalidadesalternativas para incorporar as características da invenção dependendo seciclos VPSA de três ou >4 leitos são empregados.
Além disso, cada leito pode alternativamente incluir uma ouvárias camadas de adsorventes, ou uma mistura de adsorventes. Vários tiposde adsorventes também podem ser usados no processo VPSA para produçãode O2 a partir de ar. Detalhes dos adsorventes adequados preferidos edisposição em camadas dos adsorventes são descritos nas patentes U.S. Nos.5.413.625; 4.859.217; 6.027.548; e 6.790.260 B2. Em outros modos deoperação, outros adsorventes podem ser usados nos processos VPSAmencionados anteriormente da presente invenção. Por exemplo, 5A, 13X,CaX, e zeólitos de cátions mistos podem ser usados como o adsorventeseletivo de N2 no processo VPSA.
Nos modos de operação preferidos e alternativos, uma seçãopré-purificada é posicionada na extremidade a montante de cada leito zeólitopara remover água e dióxido de carbono do ar de alimentação. Por exemplo, eembora não considerados como limitantes, uma camada de alumina ou sílica épreferivelmente posicionada a montante de cada um dos leitos adsorventespara remover água e dióxido de carbono do ar de alimentação antes de passarpara o adsorvente seletivo de N2 no processo VPSA.
A configuração do adsorvente selecionada (por exemplo,radial, axial, estruturada etc.) e escolha e arranjo dos adsorventes serádeterminada com base no tamanho do fluxo de alimentação, do tipo de fontede alimentação e condições de operação do processo VPSA. Em um modo deoperação alternativo, por exemplo, leitos axiais podem ser usados no processoVPSA. Prefere-se que todos os leitos tenham a mesma configuração.Ainda em outros modos alternativos de operação, umcompressor (em vez de dois compressores) pode ser usado para distribuir aalimentação total para o processo VPSA de entrada dupla (por exemplo, osprocessos VPSA ilustrados nas figuras).
Em alguns modos de operação, a maior pressão de adsorçãoestá na faixa de 100 kPa a cerca de 2.000 kPa, e a menor pressão de dessorçãoestá na faixa de 20 kPa a cerca de 100 kPa. Além do mais, a otimização entrealcançar alta recuperação de O2 e baixo consumo de força no processo VPSAdeterminará pressões de adsorção e dessorção ideais para um dadoadsorvente. Espera-se que a pureza média do produto de oxigênio esteja nafaixa de 85 porcento de oxigênio a cerca de 95 porcento de oxigênio,correspondendo a uma recuperação esperada de O2 de cerca de 55-75 %.Espera-se que a menor recuperação de O2 corresponda à maior pureza de O2,e vice versa.
Em modos alternativos de operação, outros processos e ciclospodem ser usados. Por exemplo, a figura 4 mostra um esquema alternativo deum sistema e processo de quatro leitos 60 usando dois compressores 36, 38para distribuir a alimentação total 32 para o processo VPSA de alimentaçãode entrada dupla e dois compressores 52, 53 para evacuar o resíduo 56 doprocesso VPSA. No modo preferido de operação somente um soprador avácuo 52 (preferivelmente, um soprador tipo Roots) é usado para evacuar oresíduo. Neste modo alternativo, um primeiro soprador a vácuo 52 é usadopara evacuar o resíduo (preferivelmente um soprador tipo Roots) depois deum segundo soprador a vácuo 53 (preferivelmente um soprador tipocentrífugo). A figura 5 mostra o ciclo de coluna para o processo VPSA dequatro leitos de alimentação de entrada dupla da figura 4. Neste modoalternativo, um gás de purga adicional, obtido de um outro leito na etapa deadsorção (por exemplo, leito 42 (Bl) se submetendo a AD4 na figura 5fornecendo ao mesmo tempo simultaneamente gás de purga para um outroleito), é utilizado no processo VPSA. Além do mais, a etapa de equalizaçãodescendente neste modo alternativo é sobreposta com uma evacuação contra-corrente para ativar a despressurização do leito. Também, durante ofornecimento da etapa de purga (por exemplo, leito 42 (Bl) na etapa 6 dafigura 5), o leito é simultaneamente submetido a evacuação contra-corrente.
Com referência às figuras 4 e 5 e tabela 3, uma modalidadealternativa da presente invenção é ilustrada durante um ciclo VPSA completo.Na tabela 3, AD representa Adsorção/Produção do produto, ED: Equalizaçãodescendente, PPG: Fornecimento de gás de purga, PPP: Fornecimento de gásde pressurização do produto, BD: Desaceleração, PG: Recebimento de purga,EU: equalização ascendente (EU é o mesmo que EQUP), PP: pressurizaçãodo produto, FP: Pressurização da alimentação, RC: Compressor Roots, CC:Compressor centrífugo, RV: vácuo de Roots, CV: vácuo centrífugo, EV:Evacuação. Da forma discutida anteriormente com referência à tabela 1,percebe-se que na tabela 3, "C" representa válvulas na posição fechadaenquanto que "O" representa válvulas na posição aberta ou parcialmenteaberta, dependendo se a válvula é uma válvula LIGA/DESLIGA ou controlede fluxo para manipulação do fluxo desejado. Os versados na técnica tambémpercebem que as válvulas de controle de fluxo serão usadas dependendo dapressurização do produto (por exemplo, etapa 3 na figura 5).Tabela 3: Seqüência de disparo da válvula para processo VPSA de oxigêniode quatro leitos de doze etapas.
<table>table see original document page 19</column></row><table><table>table see original document page 20</column></row><table>
Adsorventes, misturas e disposição em camadas adequados detais adsorventes são discutidos anteriormente.
A figura 6 mostra um outro esquema alternativo de um sistemae processo de quatro leitos 70 de acordo com a presente invenção usando doiscompressores 36, 38 para distribuir a alimentação total para o processo VPSAde alimentação de entrada dupla. A figura 7 mostra um ciclo de coluna para oprocesso VPSA de quatro leitos de alimentação de entrada dupla da figura 6.No modo preferido de operação (Figuras 2 e 3) descrito anteriormente, oitoválvulas de resíduo são usadas para permitir uma etapa de sopro descendente(ultrapassando o soprador a vácuo) seguida pelas etapas de evacuação usandoo soprador a vácuo. No modo alternativo de operação apresentado nas figuras6 e 7, somente quatro válvulas de resíduo são necessárias. Conseqüentemente,todo o gás de resíduo é evacuado através do soprador a vácuo. No modopreferido apresentado nas figuras 2 e 3, equalização não é sobreposta comevacuação como no modo alternativo ilustrado nas figuras 6 e 7. Além domais, purga é fornecida a partir de despressurização de gás de co-corrente namodalidade apresentada nas figuras 2 e 3 enquanto que purga é fornecida apartir do leito na produção na modalidade apresentada nas figuras 6 e 7.Adicionalmente, existe uma etapa de evacuação depois da etapa de purga namodalidade preferida apresentada nas figuras 2 e 3 enquanto que não existeetapa de evacuação depois da purga na modalidade alternativa descrita nasfiguras 6 e 7.
Ciclos de coluna alternativos adicionais para o processo VPSAde quatro leitos de alimentação de entrada dupla da figura 6 são apresentadosnas figuras 8 e 9. Em particular, o ciclo apresentado na figura 8 usa duasetapas de pressurização de produto e uma etapa de equalização e o cicloapresentado na figura 9 usa oito etapas em vez de doze etapas. Os ciclos decoluna ilustrados para os processos VPSA de quatro leitos de entrada dealimentação dupla apresentados nas figuras 2, 4 e 6 e os ciclos de colunaassociados são dispostos na ordem do mais preferido (Figura 2-3) para omenos preferido (Figuras 6 e 9). Além do mais, para o processo VPSA dafigura 6 e os ciclos de coluna associados (Figuras 7-9), os ciclos de coluna sãodispostos na ordem do mais preferido para o menos preferido; isto é, o ciclona figura 7 é preferido sobre o ciclo apresentado na figura 8, e o cicloapresentado na figura 8 é preferido sobre o ciclo apresentado na figura 9. Istoé porque espera-se que a recuperação de O2 por VPSA e produtividade de O2sejam menores usando o ciclo apresentado na figura 8 que usando o cicloilustrado na figura 7 e espera-se que a recuperação de O2 seja menor usando ociclo apresentado na figura 9 com relação ao uso do ciclo apresentado nafigura 8.
Espera-se que os ciclos de coluna para o processo VPSA dequatro leitos de alimentação de entrada dupla da figura 6 ilustrado nas figuras7-9 variem no fator de tamanho de leito e consumo de força, com o cicloapresentado na figura 7 sendo mais eficiente que o apresentado na figura 8 e ociclo na figura 8 sendo mais eficiente que o apresentado na figura 9. Assim,espera-se que o BSF e consumo de força sejam os mais altos para a figura 9,menores para a figura 8 e ainda menores para a figura 7 para o esquema nafigura 6 em virtude de se esperar que as eficiências para os ciclosapresentados diminuam com números de figura crescentes.
Nos processos e sistemas VPSA discutidos anteriormente,contempla-se o uso de ar como o gás de alimentação para recuperar oxigênioem uma base de grandes escalas. Em virtude de o oxigênio poder serproduzido em grande escala (> 350 tons (317,45 t) /dia) usando um únicotrem, uma bomba menor (isto é, uma menor que o uso de bombas de 2alimentações e 2 vácuos), menor fator de tamanho de leito, e evitando o usode gás de qualidade de produto para purgar, espera-se que exista cerca de 10-20 % de melhoria na produtividade/recuperação de O2 e 5-10 % de reduçãoem custo capital.
Da mesma forma, espera-se que os sistemas e processos dapresente invenção sejam usados para correntes de alimentação a não ser ar, talcomo gás raro (por exemplo, He, Ar, Ne, Kr) contendo correntes dealimentação ou correntes de alimentação contendo H2, tais como as obtidas dereações que reformam corrente de metano ou oxidação parcial dehidrocarbonetos, etc. Por exemplo e, embora não considerado como limitante,espera-se que uma mistura de alimentação contendo H2 de gás de síntese,gerada de corrente que reforma metano, seja adequada para uso de acordocom a presente invenção. Em uma modalidade como esta, hidrogênio pode serrecuperado. Prevê-se que o processo e sistema podem ser adaptadoscompletamente de maneira rápida para o a produção de produto ou co-produtos desejados. Por exemplo, co-produção de O2 e N2 ou H2 e CO podeser prontamente alcançada a partir de alimentação de ar e alimentaçãocontendo H2, respectivamente. Os versados na técnica perceberão quemodificações apropriadas no adsorvente, pré-purificador e condições deoperação do processo serão selecionadas com base na aplicação pretendida.
Os sistemas e processos discutidos anteriormentecontemplaram o uso de processos VPSA para produzir oxigênio a partir de ar.Nas modalidades alternativas da invenção, adsorção por oscilação de pressão(PSA) pode ser utilizada, em que as pressões de operação estão acima dapressão ambiente, assim uma bomba de vácuo pode não ser necessária. Aindaem outras modalidades, mais que uma bomba de vácuo pode ser desejável.
Versados na técnica percebem que as modalidades descritasanteriormente podem ser prontamente utilizadas como uma base paramodificar ou projetar outras estruturas para realizar os mesmos propósitos dapresente invenção. Também deve ser entendido pelos versados na técnica quetais construções equivalentes não fogem do espírito e escopo da invenção, daforma apresentada nas reivindicações em anexo.
Claims (14)
1. Processo de adsorção por oscilação de pressão no vácuo(VPSA) para separar um gás de suprimento de alimentação contendo pelomenos um componente mais fortemente adsorvível e pelo menos umcomponente de gás de produto menos fortemente adsorvível, caracterizadopelo fato de que compreende: alimentar continuamente um gás de suprimentode alimentação nas extremidades de entrada de alimentação de cada um dosdois leitos adsorventes, cada leito contendo pelo menos um adsorvente quepreferencialmente adsorve o componente mais fortemente adsorvível e retiraro pelo menos um componente de gás de produto menos fortemente adsorvíveldas extremidades de saída dos leitos adsorventes, produzindo em ciclos poretapas em que dois leitos estão simultaneamente em um modo de alimentaçãoe dois outros leitos estão em um modo regeneração/refluxo, em que emqualquer instante durante o processo somente um leito está em uma etapa deevacuação.
2. Processo de absorção por oscilação de pressão no vácuo deacordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processoVPSA contém quatro leitos em um único trem.
3. Processo de absorção por oscilação de pressão no vácuo deacordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os ciclos poretapas compreendem um ciclo de doze etapas.
4. Processo de absorção por oscilação de pressão no vácuo deacordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a etapa deevacuação é realizada antes e depois de uma etapa de purga.
5. Processo de absorção por oscilação de pressão no vácuo deacordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o gás do espaçovazio obtido durante despressurização co-corrente de um leito, com exceçãodo leito que se submete à evacuação, é adequado para uso como um gás depurga.
6. Processo de absorção por oscilação de pressão no vácuo deacordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos umcomponente mais fortemente adsorvível compreende nitrogênio.
7. Processo de absorção por oscilação de pressão no vácuo deacordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos umcomponente de gás de produto menos fortemente adsorvível compreendeoxigênio.
8. Processo de absorção por oscilação de pressão no vácuo deacordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o oxigênio temuma pureza média de cerca de 85-95 % de oxigênio.
9. Processo de absorção por oscilação de pressão no vácuo deacordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o oxigêniocorresponde a uma recuperação de oxigênio de cerca de 55-75 %.
10. Processo de absorção por oscilação de pressão no vácuo deacordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o adsorventecompreende pelo menos um de: zeólito Li-X, 5A, 13X, CaX, e zeólitos decátions mistos.
11. Processo de absorção por oscilação de pressão no vácuo deacordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pelo menos umcomponente de gás de produto menos fortemente adsorvível compreendehidrogênio.
12. Processo de absorção por oscilação de pressão no vácuo deacordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma pressão deadsorção mais alta está na faixa de cerca de 100 kPa a cerca de 2.000 kPa, e amenor pressão de dessorção está na faixa de cerca de 20 kPa a cerca de 100kPa.
13. Processo de absorção por oscilação de pressão no vácuo deacordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processo é umciclo de doze etapas em um sistema de quatro leitos.
14. Sistema de adsorção por oscilação de pressão no vácuo(VPSA) para separar um gás de suprimento de alimentação, contendo pelomenos um componente mais fortemente adsorvível e pelo menos umcomponente de gás de produto menos fortemente adsorvível, caracterizadopelo fato de que compreende:quatro leitos de adsorção em um único trem configurados demaneira que um gás de suprimento de alimentação pode ser continuamentealimentado nas extremidades de entrada de alimentação de dois dos leitos deadsorção;pelo menos um compressor de alimentação configurado parasuprir o gás de suprimento de alimentação para os leitos de adsorção; euma bomba de vácuo.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US11/264,278 US7396387B2 (en) | 2005-11-01 | 2005-11-01 | Pressure swing adsorption process for large capacity oxygen production |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BRPI0618155A2 true BRPI0618155A2 (pt) | 2011-08-16 |
Family
ID=37780422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BRPI0618155-4A BRPI0618155A2 (pt) | 2005-11-01 | 2006-10-30 | processo e sistema de adsorção por oscilação de pressão no vácuo |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US7396387B2 (pt) |
| EP (1) | EP1948348A1 (pt) |
| JP (1) | JP2009513346A (pt) |
| KR (1) | KR20080066973A (pt) |
| CN (1) | CN101340969B (pt) |
| BR (1) | BRPI0618155A2 (pt) |
| CA (1) | CA2627888C (pt) |
| WO (1) | WO2007053494A1 (pt) |
Families Citing this family (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2889459B1 (fr) * | 2005-08-08 | 2007-09-14 | Air Liquide | Procede de separation dans une unite psa d'au moins un melange gazeux |
| US7686870B1 (en) * | 2005-12-29 | 2010-03-30 | Inogen, Inc. | Expandable product rate portable gas fractionalization system |
| US7763100B2 (en) * | 2006-07-06 | 2010-07-27 | Praxair Technology, Inc. | Vacuum pressure swing adsorption process and enhanced oxygen recovery |
| US20090065007A1 (en) | 2007-09-06 | 2009-03-12 | Wilkinson William R | Oxygen concentrator apparatus and method |
| US20090205493A1 (en) * | 2008-02-20 | 2009-08-20 | Thompson Loren M | Method of removing water from an inlet region of an oxygen generating system |
| US20090205494A1 (en) * | 2008-02-20 | 2009-08-20 | Mcclain Michael S | Single manifold assembly for oxygen-generating systems |
| US7722698B2 (en) * | 2008-02-21 | 2010-05-25 | Delphi Technologies, Inc. | Method of determining the purity of oxygen present in an oxygen-enriched gas produced from an oxygen delivery system |
| US8075676B2 (en) | 2008-02-22 | 2011-12-13 | Oxus America, Inc. | Damping apparatus for scroll compressors for oxygen-generating systems |
| US20090214393A1 (en) * | 2008-02-22 | 2009-08-27 | Chekal Michael P | Method of generating an oxygen-enriched gas for a user |
| US20090229460A1 (en) * | 2008-03-13 | 2009-09-17 | Mcclain Michael S | System for generating an oxygen-enriched gas |
| US7785405B2 (en) * | 2008-03-27 | 2010-08-31 | Praxair Technology, Inc. | Systems and methods for gas separation using high-speed permanent magnet motors with centrifugal compressors |
| US7867320B2 (en) * | 2008-09-30 | 2011-01-11 | Praxair Technology, Inc. | Multi-port indexing drum valve for VPSA |
| AT507954B1 (de) * | 2009-02-20 | 2010-12-15 | Siemens Vai Metals Tech Gmbh | Verfahren und vorrichtung zum abscheiden eines gasförmigen bestandteils |
| US8529665B2 (en) | 2010-05-12 | 2013-09-10 | Praxair Technology, Inc. | Systems and methods for gas separation using high-speed induction motors with centrifugal compressors |
| US8435328B2 (en) | 2011-01-11 | 2013-05-07 | Praxair Technology, Inc. | Ten bed pressure swing adsorption process operating in normal and turndown modes |
| US8491704B2 (en) | 2011-01-11 | 2013-07-23 | Praxair Technology, Inc. | Six bed pressure swing adsorption process operating in normal and turndown modes |
| US8496733B2 (en) | 2011-01-11 | 2013-07-30 | Praxair Technology, Inc. | Large scale pressure swing adsorption systems having process cycles operating in normal and turndown modes |
| US8551217B2 (en) | 2011-01-11 | 2013-10-08 | Praxair Technology, Inc. | Six bed pressure swing adsorption process operating in normal and turndown modes |
| NL2006317C2 (nl) * | 2011-02-28 | 2012-08-29 | Storex B V | Inrichting en werkwijze voor het verwijderen van ten minste ã©ã©n stof uit een stroom fluã¯dum. |
| BR112015008210A2 (pt) | 2012-10-12 | 2017-07-04 | Inova Labs Inc | métodos e sistemas de concentrador de oxigênio dual. |
| PL239373B1 (pl) * | 2014-06-27 | 2021-11-29 | Osaka Gas Co Ltd | Sposób koncentracji gazu |
| US9381460B2 (en) | 2014-09-11 | 2016-07-05 | Air Products And Chemicals, Inc. | Pressure swing adsorption process |
| FR3034027B1 (fr) * | 2015-03-26 | 2018-11-16 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Procede de production d'oxygene par vpsa comprenant 4 adsorbeurs |
| FR3034026B1 (fr) * | 2015-03-26 | 2018-11-16 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Procede de production d'oxygene par vpsa |
| CN106390678B (zh) * | 2016-10-24 | 2022-04-12 | 大连理工大学 | 附壁振荡脉动吸附装置与方法 |
| US10799827B2 (en) | 2017-04-11 | 2020-10-13 | Praxair Technology, Inc. | Mid-range purity oxygen by adsorption |
| IT201700074132A1 (it) * | 2017-07-03 | 2019-01-03 | Ecospray Tech Srl | Sistema e metodo di filtraggio per gas |
| CN107486146B (zh) * | 2017-09-06 | 2020-10-23 | 洛阳建龙微纳新材料股份有限公司 | 一种混合阳离子LiCa-LSX分子筛制法及应用 |
| JP7388731B2 (ja) * | 2021-03-09 | 2023-11-29 | コフロック株式会社 | 圧力スイング吸着装置、および、ガス生成方法 |
Family Cites Families (33)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4709117A (en) * | 1986-04-07 | 1987-11-24 | Union Carbide Corporation | Total isomerization process and apparatus |
| US4869894A (en) * | 1987-04-15 | 1989-09-26 | Air Products And Chemicals, Inc. | Hydrogen generation and recovery |
| US4859217A (en) | 1987-06-30 | 1989-08-22 | Uop | Process for separating nitrogen from mixtures thereof with less polar substances |
| US4892565A (en) * | 1987-12-29 | 1990-01-09 | Air Products And Chemicals, Inc. | Adsorptive separation utilizing multiple adsorption beds |
| US4915711A (en) | 1989-05-18 | 1990-04-10 | Air Products And Chemicals, Inc. | Adsorptive process for producing two gas streams from a gas mixture |
| US5174979A (en) | 1989-10-06 | 1992-12-29 | Uop | Mixed ion-exchanged zeolites and processes for the use thereof in gas separations |
| US5203888A (en) * | 1990-11-23 | 1993-04-20 | Uop | Pressure swing adsorption process with multiple desorption steps |
| CA2102774C (en) * | 1992-11-16 | 1999-02-16 | Ravi Kumar | Adsorption process with mixed repressurization and purge/equalization |
| CA2102775C (en) | 1992-11-16 | 1999-01-19 | Ravi Kumar | Extended vacuum swing adsorption process |
| US5328503A (en) * | 1992-11-16 | 1994-07-12 | Air Products And Chemicals, Inc. | Adsorption process with mixed repressurization and purge/equalization |
| US5518526A (en) | 1994-10-07 | 1996-05-21 | Praxair Technology, Inc. | Pressure swing adsorption process |
| US5656068A (en) | 1996-02-29 | 1997-08-12 | Praxair Technology, Inc. | Large capacity vacuum pressure swing adsorption process and system |
| US6027548A (en) | 1996-12-12 | 2000-02-22 | Praxair Technology, Inc. | PSA apparatus and process using adsorbent mixtures |
| US6152991A (en) | 1997-04-17 | 2000-11-28 | Praxair Technology, Inc. | Multilayer adsorbent beds for PSA gas separation |
| US6010555A (en) | 1997-11-04 | 2000-01-04 | Praxair Technology, Inc. | Vacuum pressure swing adsorption system and method |
| US6007606A (en) | 1997-12-09 | 1999-12-28 | Praxair Technology, Inc. | PSA process and system |
| US6500234B1 (en) | 1998-02-27 | 2002-12-31 | Praxair Technology, Inc. | Rate-enhanced gas separation |
| CN1168523C (zh) | 1998-02-27 | 2004-09-29 | 普莱克斯技术有限公司 | 增速气体分离 |
| US6017382A (en) * | 1998-03-30 | 2000-01-25 | The Boc Group, Inc. | Method of processing semiconductor manufacturing exhaust gases |
| US5997612A (en) | 1998-07-24 | 1999-12-07 | The Boc Group, Inc. | Pressure swing adsorption process and apparatus |
| US6780806B1 (en) | 1998-12-30 | 2004-08-24 | The Regents Of The University Of Michigan | Lithium-based zeolites containing silver and copper and use thereof for selective absorption |
| US6210466B1 (en) * | 1999-08-10 | 2001-04-03 | Uop Llc | Very large-scale pressure swing adsorption processes |
| US6340382B1 (en) * | 1999-08-13 | 2002-01-22 | Mohamed Safdar Allie Baksh | Pressure swing adsorption process for the production of hydrogen |
| FR2804729B1 (fr) * | 2000-02-07 | 2002-05-10 | Air Liquide | Procede de mise en oeuvre d'une machine de compression de fluide, installation de traitement de fluide comprenant une telle machine, et application d'une telle installation a la production d'un constituant de l'air |
| US6428607B1 (en) * | 2000-06-26 | 2002-08-06 | Air Products And Chemicals, Inc. | Pressure swing adsorption process which provides product gas at decreasing bed pressure |
| US6790260B2 (en) | 2000-12-20 | 2004-09-14 | Praxair Technology, Inc. | Enhanced rate PSA process |
| US6527831B2 (en) * | 2000-12-29 | 2003-03-04 | Praxair Technology, Inc. | Argon purification process |
| US6500235B2 (en) | 2000-12-29 | 2002-12-31 | Praxair Technology, Inc. | Pressure swing adsorption process for high recovery of high purity gas |
| US6527830B1 (en) * | 2001-10-03 | 2003-03-04 | Praxair Technology, Inc. | Pressure swing adsorption process for co-producing nitrogen and oxygen |
| US6585804B2 (en) * | 2001-11-09 | 2003-07-01 | Air Products And Chemicals, Inc. | Pressure swing adsorption process operation at turndown conditions |
| US6743745B2 (en) | 2002-01-22 | 2004-06-01 | Zeochem | Process for production of molecular sieve adsorbent blends |
| CN1555905A (zh) * | 2004-01-07 | 2004-12-22 | 扬子石油化工股份有限公司 | 变压吸附回收乙烯的方法 |
| US7179324B2 (en) * | 2004-05-19 | 2007-02-20 | Praxair Technology, Inc. | Continuous feed three-bed pressure swing adsorption system |
-
2005
- 2005-11-01 US US11/264,278 patent/US7396387B2/en active Active
-
2006
- 2006-10-30 CA CA2627888A patent/CA2627888C/en not_active Expired - Fee Related
- 2006-10-30 WO PCT/US2006/042168 patent/WO2007053494A1/en active Application Filing
- 2006-10-30 CN CN2006800480553A patent/CN101340969B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2006-10-30 JP JP2008538937A patent/JP2009513346A/ja not_active Abandoned
- 2006-10-30 EP EP06826980A patent/EP1948348A1/en not_active Withdrawn
- 2006-10-30 KR KR1020087013052A patent/KR20080066973A/ko not_active Application Discontinuation
- 2006-10-30 BR BRPI0618155-4A patent/BRPI0618155A2/pt not_active IP Right Cessation
-
2008
- 2008-06-03 US US12/132,417 patent/US20080282891A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2627888A1 (en) | 2007-05-10 |
| JP2009513346A (ja) | 2009-04-02 |
| US20080282891A1 (en) | 2008-11-20 |
| WO2007053494A1 (en) | 2007-05-10 |
| EP1948348A1 (en) | 2008-07-30 |
| CN101340969A (zh) | 2009-01-07 |
| US7396387B2 (en) | 2008-07-08 |
| KR20080066973A (ko) | 2008-07-17 |
| CN101340969B (zh) | 2011-09-14 |
| CA2627888C (en) | 2011-08-16 |
| US20070095208A1 (en) | 2007-05-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| BRPI0618155A2 (pt) | processo e sistema de adsorção por oscilação de pressão no vácuo | |
| US7763100B2 (en) | Vacuum pressure swing adsorption process and enhanced oxygen recovery | |
| EP0667178B1 (en) | VSA adsorption process with continuous operation | |
| CA2148527C (en) | Vacuum swing adsorption process with mixed repressurization and provide product depressurization | |
| KR100300939B1 (ko) | 진공 압력 순환 흡착 방법 | |
| JP3325167B2 (ja) | 改良された圧力スイング吸着方法 | |
| JP3232003B2 (ja) | 圧力スイング式吸着法における還流 | |
| US5540758A (en) | VSA adsorption process with feed/vacuum advance and provide purge | |
| EP0791388B1 (en) | VSA adsorption process with energy recovery | |
| KR20010049382A (ko) | 압력 스윙 흡착 방법 및 장치 | |
| JPH01297119A (ja) | ガス分離のための改良された圧力スイング吸着方法及び装置 | |
| JPH0257972B2 (pt) | ||
| JPH11239711A (ja) | 吸着材床の頂部及び底部の同時排気を用いたｐｓａ方法 | |
| AU2021377152B2 (en) | A process and plant for producing ultrahigh-purity hydrogen from low-grade hydrogen gas | |
| BRPI0618155B1 (pt) | Process and adsortion system for vacuum pressure oscillation | |
| JPS60161308A (ja) | 富酸素ガスの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B07A | Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette] | ||
| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] | ||
| B21F | Lapse acc. art. 78, item iv - on non-payment of the annual fees in time |
Free format text: REFERENTE A 15A ANUIDADE. |
|
| B24J | Lapse because of non-payment of annual fees (definitively: art 78 iv lpi, resolution 113/2013 art. 12) |
Free format text: EM VIRTUDE DA EXTINCAO PUBLICADA NA RPI 2642 DE 24-08-2021 E CONSIDERANDO AUSENCIA DE MANIFESTACAO DENTRO DOS PRAZOS LEGAIS, INFORMO QUE CABE SER MANTIDA A EXTINCAO DA PATENTE E SEUS CERTIFICADOS, CONFORME O DISPOSTO NO ARTIGO 12, DA RESOLUCAO 113/2013. |