ES2219252T3 - Procedimiento psa para la eliminacion de dioxido de carbono de un gas humedo a temperatura elevada. - Google Patents
Procedimiento psa para la eliminacion de dioxido de carbono de un gas humedo a temperatura elevada.Info
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Abstract
Un proceso de adsorción por oscilación de presión para la separación de una mezcla de gases de alimentación (27) conteniendo al menos un componente adsorbible, incluyendo los pasos de: (a) introducir a una temperatura elevada y a una presión elevada dicha mezcla de gases de alimentación (27) en un extremo de alimentación (15a, 20a, 25a) de una columna adsorbente (15, 20, 25) conteniendo un adsorbente que adsorbe preferentemente dicho al menos único componente adsorbible a dicha temperatura y presión elevadas, sacando de un extremo de producto (15b, 20b, 25b) de dicha columna adsorbente (15, 20, 25) un primer efluente adsorbente agotado de dicho al menos único componente adsorbible; (b) despresionizar dicha columna adsorbente (15, 20, 25) extrayendo de ella un gas de despresionización enriquecido en dicho al menos único componente adsorbible; (c) purgar dicha columna adsorbente (15, 20, 25) a presión subatmosférica introduciendo en dicha columna adsorbente (15, 20, 25) un gas y sacando de dicha columna absorbente (15, 20, 25) un segundo efluente adsorbente incluyendo una mezcla de dicho al menos único componente adsorbible y el gas; (d) presionizar dicha columna adsorbente (15, 20, 25) introduciendo en dicha columna adsorbente (15, 20, 25) un gas presionizante agotado de dicho al menos único componente adsorbible; y (e) repetir los pasos (a) a (d) de forma cíclica, caracterizado porque (f) el vapor calentado a una temperatura a o cerca de la de dicha mezcla de gases de alimentación (27) se usa como gas de purga, porque en dicho paso (d) dicha columna adsorbente (15, 20, 25) es presionizada a aproximadamente dicha presión elevada, porque (g) inmediatamente después de dicho paso de purga (c) dicho proceso incluye el paso adicional de quitar H2O de dicha mezcla de dicho al menos único componente adsorbible y H2O por condensación para obtener dicha corriente de gas rica en dicho al menos único componente adsorbible.
Description
Procedimiento PSA para la eliminación de dióxido
de carbono de un gas húmedo a temperatura elevada.
La presente invención se refiere a procesos de
adsorción por oscilación de presión y vacío para la separación y
recuperación de algunos componentes gaseosos tal como dióxido de
carbono de mezclas de gases calientes conteniendo una cantidad
sustancial de vapor de agua.
Muchos procesos químicos, metalúrgicos y de
producción de energía dan lugar a la liberación de dióxido de
carbono a la atmósfera que produce varios problemas ambientales tal
como el calentamiento global. Si el consumo de combustibles fósiles
continúa creciendo a la velocidad actual, se estima que el dióxido
de carbono descargado por la combustión de combustibles fósiles
elevará por sí mismo la temperatura atmosférica media de la tierra
en varios grados en los próximos treinta a sesenta años. Así, es
deseable quitar y/o recuperar dióxido de carbono de estos gases por
razones medioambientales. También es deseable separar y recuperar
dióxido de carbono de varios gases mezclados para usos adicionales,
por ejemplo, la fabricación de CO_{2} líquido, o uso de CO_{2}
como un material químico para la fabricación de otros productos
químicos tal como metanol.
Las formas conocidas de separar y recuperar
dióxido de carbono a partir de gases mezclados incluyen (1)
absorción selectiva de dióxido de carbono por un solvente físico o
químico; (2) permeación selectiva de dióxido de carbono a través de
una membrana polimérica; y (3) adsorción selectiva de dióxido de
carbono por un proceso de adsorción por oscilación de presión o
vacío.
La separación de un gas mezclado bajo el primer
método, absorción selectiva, puede producir un producto de dióxido
de carbono que tiene un alto grado de pureza, por ejemplo, superior
a 99% dióxido de carbono, y una mezcla resultante de gases que es
virtualmente libre de dióxido de carbono, por ejemplo, inferior a
100 ppm. En general, los solventes utilizados bajo métodos de
absorción selectiva se pueden regenerar calentando con vapor, que
produce una corriente de producto enriquecida con dióxido de
carbono. Sistemas típicos para separar dióxido de carbono de gases
mezclados que utilizan absorción selectiva se describen en "Gas
and Liquid Sweetening", 2ª edición., págs.
98-155, por Dr. R.N. Maddox y publicado por John M.
Campbell, 1974.
El segundo método, separación por membrana, logra
la separación de dióxido de carbono de un gas mezclado poniendo en
el recorrido de flujo del gas mezclado una membrana capaz de
permear selectivamente dióxido de carbono, diferenciando la presión
a través de la membrana, y pasando el gas mezclado a través de esta
membrana. La separación de un gas mezclado bajo este método produce
en general un producto enriquecido con dióxido de carbono, pero no
puro, a presión baja y un gas efluente a alta presión conteniendo
una cantidad de dióxido de carbono diluido, por ejemplo, inferior a
2 mol por ciento. Una técnica y aparato para tal separación por
membrana de gases se describen en "Spiral-Wound
Permeators For Purification and Recovery", págs. 37, por N.J.
Schell y C.D. Houston, Chem. Eng. Prog., 33 (1982).
El tercer método, adsorción por oscilación de
presión o vacío, efectúa la separación de dióxido de carbono de un
gas mezclado por un procedimiento que incluye comprimir el gas
mezclado y ponerlo en contacto con un adsorbente, como por ejemplo,
zeolitas o carbonos activados, induciendo por ello la adsorción
selectiva de dióxido de carbono, y reduciendo después la presión,
desorbiendo por lo tanto el dióxido de carbono adsorbido. Bajo los
sistemas de adsorción por oscilación de presión, se toma
selectivamente CO_{2} del gas mezclado a alta presión parcial de
CO_{2} por el adsorbente, y el CO_{2} se libera del adsorbente
bajando la presión parcial de fase de gas superincumbente de
CO_{2}. Se puede diseñar un sistema de adsorción por oscilación de
presión o vacío para producir una corriente esencialmente libre de
dióxido de carbono, por ejemplo, inferior a 100 ppm, a presión de
gas de alimentación, y una corriente enriquecida en dióxido de
carbono, por ejemplo, 30-99 mol por ciento, a cerca
de presión ambiente. Los expertos en la materia deberán entender si
el paso de adsorción se lleva a cabo a presión superambiente y el
paso de desorción se lleva a cabo a o cerca de la presión ambiente,
se denomina adsorción por oscilación de presión. Si el paso de
adsorción se lleva a cabo a o cerca de presión ambiente y el paso
de desorción se lleva a cabo a presión subambiente, se denomina
adsorción por oscilación de vacío. A efectos de esta solicitud, el
término genérico adsorción por oscilación de presión también
incluye el término adsorción por oscilación de vacío. Dos procesos
de adsorción por oscilación de presión para la separación de mezclas
de metano y gas dióxido de carbono se describen en "Separation of
Methane and Carbon Dioxide Gas Mixtures by Pressure Swing
Adsorption", págs. 519-528, por S. Sircar,
Separation Science and Technology, Vol. 23 (1988).
Los métodos primero y segundo se utilizan en
general cuando la mezcla de gases de alimentación está disponible a
una alta presión, por ejemplo, superior a 2.068,4280 kPa de
sobrepresión (300 psig). Un ejemplo de la aplicación del primer o el
segundo método es la extracción de dióxido de carbono a granel, por
ejemplo, 10% a 30% dióxido de carbono, de gas natural a una alta
presión de aproximadamente 4.826,332 kPa de sobrepresión (700 psig).
El tercer método se utiliza en general cuando la mezcla de gases de
alimentación está disponible a una presión de baja a moderada, por
ejemplo, entre aproximadamente 68,9476-1.723,69 kPa
de sobrepresión (10 a 250 psig). Un ejemplo del tercer método es la
extracción de dióxido de carbono a granel, por ejemplo, 40% a 60%
de dióxido de carbono, de un gas de vertedero a una presión de
aproximadamente 689,476 kPa de sobrepresión (100 psig).
Cada uno de los métodos antes mencionados es
eficaz al separar dióxido de carbono a granel de una mezcla de
gases mientras la separación se realiza a o cerca de temperatura
ambiente, por ejemplo, 15-40ºC. Dichos métodos
también son muy eficientes cuando el gas de alimentación contiene
una cantidad menor de vapor de agua. Dichos métodos son
generalmente muy ineficaces al separar dióxido de carbono de gases
mezclados a temperaturas más altas, por ejemplo, superiores a 150ºC.
Por ejemplo, bajo el primer método explicado anteriormente, la
capacidad absorbente de solventes químicos disminuye
considerablemente a alta temperatura. El método de separación por
membrana polimérica no se puede realizar a temperaturas elevadas,
por ejemplo, superiores a 200ºC, porque la membrana se fundirá. Se
están desarrollando algunas membranas cerámicas microporosas (sílice
y alúmina) para permeación selectiva de CO_{2} de un gas
caliente. Tales membranas se describen en "New Pore Size Control
Of SiO_{2} Membrane", págs. 275-280, por Y.
Ohshima, Y. Seki y H. Maruyama, Key Engrg. Materials, Vol. 159
(1999). Sin embargo, estas membranas son a lo sumo dispositivos de
enriquecimiento porque proporcionan solamente permiselectividad de
CO_{2} de baja a moderada y así no serán adecuados para
recuperación de CO_{2} puro o producción de producto libre de
CO_{2}.
Bajo adsorción por oscilación de presión o vacío,
incluso en la ausencia de vapor de agua, la capacidad de adsorción
y selectividad de los adsorbentes físicos convencionales, tal como
alúmina, geles de sílice, zeolitas o carbón activado, disminuye
exponencialmente a medida que aumenta la temperatura de la mezcla de
gases de alimentación, haciendo inviable el proceso de separación.
Incluso a o cerca de temperatura ambiente, algunos de estos
adsorbentes convencionales, tal como alúmina y geles de sílice, y
zeolitas resultan inefectivos a extracción de CO_{2} donde hay
incluso una cantidad pequeña de vapor de agua presente en el gas de
alimentación. El vapor de agua se debe quitar del gas de
alimentación antes de la separación de dióxido de carbono.
Hay que extraer dióxido de carbono a granel de
gases efluentes a alta temperatura donde un alto contenido de vapor
de agua puede estar presente tal como en industrias químicas,
metalúrgicas y de generación de electricidad, como se ha mencionado
anteriormente. Por ejemplo, en una central eléctrica de carbón con
oxígeno soplado, el efluente del gasificador, después de la
desulfuración, reacción de cambio de gas a agua, y enfriamiento
parcial a 300-400ºC contiene aproximadamente 38,5%
CO_{2}, aproximadamente 7,1% CO, aproximadamente 52,3% H_{2},
aproximadamente 1,5% N_{2}, aproximadamente 0,1% H_{2}O y
aproximadamente 0,005% (H_{2}S+COS) a aproximadamente 2.137,3756
kPa de sobrepresión (310 psig). Este gas calentado se expande
después en una turbina para generación de energía. Si el gas se
enfría para extracción de CO_{2} por métodos convencionales,
después se debe recalentar para expansión antes de ser utilizado en
la turbina. Esto da lugar a una enorme cantidad de intercambio
térmico que requiere una cantidad considerable de aparatos y costo.
Además, los termointercambiadores son algo ineficientes y cada vez
que el gas mezclado se enfría y calienta, hay cierta pérdida de
calor, por ejemplo, 20 a 30%, que no puede ser recuperado y
utilizado por la turbina. Así, se necesita extracción de CO_{2} y
recuperación de este gas a aproximadamente
300-400ºC sin enfriamiento. Bajo los métodos de
adsorción por oscilación de presión y vacío de la técnica anterior
explicados anteriormente, la extracción y recuperación de CO_{2}
no pueden tener lugar hasta que la temperatura de los gases
efluentes se reduzca primero a temperatura aproximadamente
ambiente.
Como un segundo ejemplo, es deseable reciclar a
un horno como gas de alimentación a una temperatura elevada sin
enfriamiento el gas efluente que resulta de la reducción
metalúrgica de mineral de hierro. El gas efluente que resulta del
proceso de reducción contiene aproximadamente 17% CO_{2}, 27% CO,
50% H_{2}, 2% H_{2}O, 3% CH_{4}, 1% N_{2} y 100 ppm
H_{2}S y está a una temperatura elevada de aproximadamente 260ºC
y una presión de aproximadamente 310,2642-413,6856
kPa de sobrepresión (45-60 psig). Para reciclar
este gas efluente al horno de reducción como gas de alimentación sin
CO_{2}, hay que quitar CO_{2} sin enfriamiento. Bajo los
métodos de adsorción por oscilación de presión o vacío de la
técnica anterior explicados anteriormente, la extracción y
recuperación de CO_{2} no puede tener lugar hasta que la
temperatura de los gases efluentes se reduce primero a temperatura
aproximadamente ambiente. Así, hay un gran incentivo para la
extracción y recuperación de CO_{2} de gases húmedos a la
temperatura elevada del gas de alimentación.
Otros ejemplos de métodos para la extracción de
CO_{2} de un gas caliente por separación por membrana se describen
en "Carbon Dioxide Removal With Inorganic Membranes", págs.
63-70, por R.R. Judkins y D.E. Fain, U. S./Japan
Workshop on Global Change Research: Environmental Response
Technologies, Honolulu (1993); Patente de Estados Unidos número
5.183.482; y Publicación de la Solicitud de Patente Europea número
0-723-802-A2. Por
US-A-5.917.136 se conoce un proceso
y aparato de adsorción por oscilación de presión para la separación
de una mezcla de gases de alimentación conteniendo al menos un
componente adsorbible como se reconoce en las cláusulas iniciales de
las reivindicaciones 1 y 25. Este método conocido emplea un paso de
purga bietápica, a saber, un primer paso en el que la columna
adsorbente se purga en contracorriente con un fluido de purga
débilmente adsorbente, incluyendo un gas inerte tal como metano,
nitrógeno, hidrógeno, helio y argón, así como la mezcla gaseosa con
CO_{2} agotado que se ha sacado de dicha columna adsorbente, y un
segundo paso de purga en el que la columna adsorbente se purga en
contracorriente con producto.
Se desea tener un proceso eficiente para quitar
dióxido de carbono de mezclas gaseosas calientes conteniendo vapor
de agua sin la necesidad de enfriar las mezclas.
También es deseable tener un proceso donde los
componentes gaseosos específicos se pueden convertir con alta
eficiencia en varias sustancias orgánicas útiles, tal como dióxido
de carbono, que puede ser recuperado a un bajo costo.
Estos objetos se logran con las características
de las reivindicaciones 1 y 25.
Se definen realizaciones adecuadas por las
características de las reivindicaciones dependientes.
La presente invención se refiere a procesos de
adsorción por oscilación de presión y vacío para la separación y
recuperación de algunos componentes gaseosos, tal como dióxido de
carbono, de mezclas de gases calientes conteniendo vapor de agua. La
presente invención también se refiere a un aparato para llevar a
cabo estos procesos. Una primera realización implica múltiples
pasos. El primer paso es introducir en una columna adsorbente la
mezcla de gases calientes conteniendo el componente gaseoso
adsorbible, por ejemplo, CO_{2}, a una temperatura y presión
elevadas. Esta mezcla de gases calientes también se denomina el gas
de alimentación. La columna adsorbente contiene un adsorbente que
es capaz de adsorber el componente gaseoso adsorbible de la mezcla
de gases calientes a la temperatura y presión elevadas.
El adsorbente se selecciona a partir del grupo
que consta de hidrotalcita promovida por K_{2}CO_{3}, alúmina
impregnada con Na_{2}O, y extrudatos de sales dobles. Durante el
paso de adsorción, se agota el componente gaseoso adsorbible del
efluente gaseoso sacado de la columna adsorbente. El paso siguiente
es despresurizar la columna adsorbente extrayendo un gas de
despresionización enriquecido en el componente gaseoso adsorbible.
El paso siguiente es purgar la columna de adsorción introduciendo
vapor que se calienta a una temperatura a o cerca de la de la
mezcla de gases de alimentación y sacar de la columna adsorbente un
efluente adsorbente incluyendo una mezcla del componente gaseoso
adsorbible y vapor de agua. El paso de purga se realiza mientras la
columna adsorbente se mantiene a presión subatmosférica. El paso
siguiente es presionizar la columna adsorbente introduciendo un gas
represionizante del que se ha agotado el componente gaseoso
adsorbible. Estos pasos se repiten de forma cíclica.
En una variación de la primera realización, el
gas de despresionización utilizado en el paso de despresionización
fluye en contracorriente a la dirección de la introducción de la
mezcla de gases de alimentación.
En otra variación de la primera realización, el
vapor utilizado en el paso de purga fluye en contracorriente a la
dirección de la mezcla de gases de alimentación.
En otra variación de la primera realización, el
gas agotado del componente gaseoso adsorbible fluye en
contracorriente a la dirección de la mezcla de gases de
alimentación durante el paso de represionización.
En otra variación de la primera realización, el
gas de alimentación contiene principalmente CO_{2}, CO, H_{2},
N_{2}, H_{2}O, H_{2}S+COS, la temperatura elevada es
aproximadamente 300ºC a 400ºC, y el componente gaseoso adsorbible es
CO_{2}.
En otra variación de la primera realización, el
gas de alimentación contiene principalmente CO_{2}, CO, H_{2},
N_{2}, H_{2}O, CH_{4}, N_{2}, y H_{2}S, la temperatura
elevada es aproximadamente 260ºC, y el componente gaseoso adsorbible
es CO_{2}.
En otra variación de la primera realización, la
presión de la mezcla de gases de alimentación está entre
689,476-2.757,90 kPa de sobrepresión
(100-400 psig).
En otra variación de la primera realización, la
presión de la mezcla de gases de alimentación es entre
aproximadamente 34,4738 kPa de sobrepresión (5 psig) y
aproximadamente 413,6856 kPa de sobrepresión (60 psig).
En otra variación de la primera realización la
columna adsorbente se despresioniza durante el paso de
despresionización a una presión final cerca de una presión
ambiente.
En otra variación de la primera realización, se
añade un paso a los pasos de la primera realización. El paso
adicional sigue inmediatamente al paso de purga e incluye quitar
por condensación el H_{2}O de la mezcla del componente gaseoso
adsorbible y H_{2}O para obtener una corriente de gas rica en el
componente gaseoso adsorbible.
En otra variación de la primera realización la
mezcla de gases de alimentación contiene principalmente CO_{2} y
un gas inerte (adsorbente débil) a una presión de aproximadamente
8,62 bar, la temperatura elevada es aproximadamente 200ºC, el al
menos único componente adsorbible es CO_{2} y el adsorbente es
alúmina impregnada con Na_{2}O.
Una segunda realización tiene un paso además de
los pasos de la primera realización. El paso adicional es enjuagar
la columna adsorbente con una corriente de gas rica en el
componente gaseoso adsorbible donde la corriente de gas fluye en el
mismo sentido que la dirección de la introducción de la mezcla de
gases de alimentación. bajo esta segunda realización, este paso de
enjuague llega antes del paso de despresionización.
Una tercera realización tiene un paso además de
los pasos de la primera realización. El paso adicional es enjuagar
la columna adsorbente con una corriente de gas rica en el
componente gaseoso adsorbible donde la corriente de gas fluye en el
mismo sentido que la dirección de la introducción de la mezcla de
gases de alimentación. Bajo esta tercera realización, este paso de
enjuague sigue al paso de despresionización.
En una variación de la tercera realización el
paso que implica introducir el gas de alimentación en la columna
adsorbente tiene una duración de aproximadamente 60 segundos, el
paso de despresionización tiene una duración de aproximadamente 15
segundos, el paso de enjuague tiene una duración de aproximadamente
15 segundos, el paso de purga tiene una duración de aproximadamente
60 segundos, y el paso de represionización tiene una duración de
aproximadamente 30 segundos.
La presente invención también incluye un aparato
para la separación y recuperación de algunos componentes gaseosos
tal como dióxido de carbono de mezclas de gases calientes
conteniendo vapor de agua. El aparato incluye (1) una columna
absorbente que contiene un adsorbente que adsorbe preferentemente el
componente gaseoso adsorbible de la mezcla de gases calientes a la
temperatura y presión elevadas, teniendo la columna adsorbente un
extremo de alimentación y un extremo de producto, (2) medios para
introducir a una temperatura elevada y a una presión elevada la
mezcla de gases de alimentación en el extremo de alimentación de la
columna adsorbente y sacar del extremo de producto de la columna
adsorbente un efluente adsorbente agotado del componente gaseoso
adsorbible, (3) medios para despresionizar la columna adsorbente
extrayendo de ella un gas de despresionización enriquecido en el al
menos único componente adsorbible, (4) medios para enjuagar la
columna adsorbente con una corriente de gas rica en el componente
gaseoso adsorbible donde la corriente de gas fluye en el mismo
sentido que la dirección de la introducción de la mezcla de gases de
alimentación, (5) medios para purgar la columna adsorbente
introduciendo en ella un vapor calentado a una temperatura a o
cerca de la de la mezcla de gases de alimentación y sacar de la
columna adsorbente un efluente adsorbente incluyendo una mezcla del
al menos un componente adsorbible y H_{2}O, y, (6) medios para
presionizar la columna adsorbente a aproximadamente la presión
elevada introduciendo en la columna adsorbente un gas presionizante
agotado del al menos un componente adsorbible.
La figura 1 es un diagrama esquemático de flujo
del sistema de adsorción por oscilación de presión de la presente
invención empleando tres columnas de adsorción que operan en
paralelo.
La figura 2 es un gráfico que muestra una
secuencia de pasos incluyendo una tercera realización del sistema
PSA de la presente invención, realizándose la secuencia en las tres
columnas de adsorción dispuestas en paralelo.
La figura 3 es un gráfico que muestra una
secuencia de pasos incluyendo una primera realización del sistema
PSA de la presente invención, realizándose la secuencia en las tres
columnas de adsorción dispuestas en paralelo.
Y la figura 4 es un gráfico que muestra una
secuencia de pasos incluyendo una segunda realización del sistema
PSA de la presente invención, realizándose la secuencia en las tres
columnas de adsorción dispuestas en paralelo.
Con referencia ahora a los dibujos, donde números
de referencia análogos se refieren a partes análogas, en la figura 1
se muestra un diagrama de flujo que ilustra el proceso y aparato 10
de la presente invención. Un grupo de columnas de adsorción se
marcan respectivamente 15, 20 y 25. El gas de alimentación 27 a
separar se puede suministrar a una columna seleccionada de las
columnas de adsorción desde un colector de gas de alimentación 30
abriendo la válvula apropiada de las válvulas 35, 40, o 45 que
permiten la comunicación de flujo entre el colector 30 y el extremo
de entrada de las columnas de adsorción 15, 20 y 25 mediante las
líneas de conexión de gas 50, 51 y 52. Los extremos de entrada de
las columnas de adsorción 15, 20 y 25 se designan 15a, 20a y 25a,
respectivamente. En el extremo de salida de cada una de las columnas
de adsorción 15, 20 y 25, hay una línea de flujo de gas 55, 60 y
65, respectivamente. Las líneas 55, 60 y 65 se pueden conectar a un
colector de gas 68 selectivamente por agujeros selectivos de las
válvulas 70, 75 y 80, respectivamente.
En una primera realización, un gas de
alimentación 27 conteniendo componentes menos adsorbidos, vapor de
agua e impureza CO_{2} a granel se suministra a una temperatura
elevada (T^{F} o temperatura de alimentación), por ejemplo, 150ºC
o más, y se comprime a una presión superatmosférica (P^{F} o
presión de alimentación), por ejemplo, en cualquier punto desde
cerca de la presión ambiente a 3.447,3800 kPa de sobrepresión (500
psig), desde el colector de alimentación 30 a una de las columnas de
adsorción entonces en la carrera de adsorción del ciclo. Por
ejemplo, el gas de alimentación suministrado al sistema 10 podría
ser un efluente que resulte de una central eléctrica de carbón,
conteniendo el efluente aproximadamente 38,5% CO_{2}, 7,1% CO,
52,3% H_{2}, 1,5% N_{2}, 0,1% H_{2}O y 0,005% (H_{2}S+COS)
a una temperatura aproximada de entre 300-400ºC y
una presión superatmosférica de aproximadamente 2.137,3756 kPa de
sobrepresión (310 psig). Alternativamente, el gas de alimentación
suministrado al sistema 10 podría ser un efluente que resulte de la
reducción metalúrgica de mineral de hierro, conteniendo el efluente
aproximadamente 17% CO_{2}, 27% CO, 50% H_{2}, 2% H_{2}O, 3%
CH_{4}, 1% N_{2} y 100 ppm H_{2}S a una temperatura de
aproximadamente 260ºC y presión superatmosférica de aproximadamente
310,2642-413,6856 kPa de sobrepresión
(45-60 psig). Así, si la columna 15 está entonces
en corriente, la mezcla de gases de alimentación se introduce en el
extremo de entrada 15a de la columna 15 a través de la válvula
abierta 35 en la línea de gas 50.
Un adsorbente que adsorbe preferentemente
CO_{2} de un gas húmedo a altas temperaturas está empaquetado en
la columna. Este adsorbente se puede seleccionar de una familia de
quimisorbentes incluyendo hidrotalcita promovida por
K_{2}CO_{3}, alúmina impregnada con Na_{2}O, o extrudatos de
sales dobles. Cualquiera de estos quimisorbentes puede quitar de
forma reversible CO_{2} de un gas húmedo en el rango de
temperatura de 150 a 450ºC. Estos quimisorbentes exhiben alta
capacidad de adsorción y selectividad de CO_{2} en presencia de
cantidades excesivas de vapor. Además, las velocidades de adsorción
de CO_{2} en estos quimisorbentes son rápidas a temperaturas
elevadas, es decir, entre 150ºC y 450ºC. El método de preparación
de tales materiales se muestra, por ejemplo, en la Patente de
Estados Unidos número 5.917.136 titulada Proceso de adsorción por
oscilación de presión de dióxido de carbono utilizando adsorbentes
de alúmina modificados, cuya descripción se incorpora aquí por
referencia.
Otros quimisorbentes que adsorben preferentemente
CO_{2} de un gas húmedo a altas temperaturas incluyen hidróxidos
de capa doble modificados y espinelas no modificadas y
modificadas.
Los hidróxidos de capa doble modificados que
poseen utilidad como adsorbentes de CO_{2} se representan por la
fórmula general:
[M^{II}{}_{(1-x)}M_{x}{}^{III}(OH)_{2}][C^{n-}]_{x/2}
\ \cdot \ y \ H_{2}O \ \cdot \
zM^{I}{}_{2(1-r)}M_{r}{}^{II\text{*}}
A,
donde
M^{I} = Li^{+}, Na^{+}, K^{+}, Cr^{+} o
Rb^{+}, y sus mezclas;
M^{II} = Mg^{2+}, Ca^{2+}, Mn^{2+},
Fe^{2+}, Co^{2+}, Ni2+ o Zn^{2+}, y sus mezclas;
M^{II'} = Mg^{2+}, Ca^{2+}, Sr^{2+},
Ba^{2+}, Zn^{2+}
M^{III} = Al^{3+}, Cr^{3+}, Mn^{3+},
Co^{3+}, Ni^{3+} o La^{3+}, y sus mezclas;
C^{n-} = NO_{3}^{-}, SO_{4}^{2-},
CO_{3}^{2-}, CH_{3}CO_{2}^{-}, Cl^{-}, Br^{-}, F^{-}
o I^{-} y
A = O^{2-} o CO_{3}^{2-}; donde
- n = 1,2
- x = 0,01 a 0,99;
- y = 0 a 4;
- z = 0,001 a 7; y
- r = 0 a 1.
Los hidróxidos de capa doble modificados
preferidos se representan por la fórmula:
[Mg_{(1-x)}Al_{x}(OH)_{2}[CO_{3}]_{x/2}
\ \cdot \ y \ H_{2}O \ \cdot \ z \
M^{I}{}_{2}CO_{3}
donde
0,09 \leq x \leq 0,40
0 \leq y \leq 3,5, 0 \leq z \leq 3,5
y
M^{I} = Na o K.
Las espinelas modificadas y no modificadas que
poseen utilidad como adsorbents de CO_{2} se representan por las
fórmulas genéricas:
D^{Td}{}_{(1-P)}E^{Td}{}_{P}D^{oh}{}_{P}E^{oh}{}_{(2-P)}O_{4}
\ \cdot \ y \
M^{I}{}_{2(1-x)}M_{x}{}^{II}A
en las que "Td" indica ocupación catiónica
de lugar reticular tetrahédrico y "oh" indica ocupación
catiónica de lugar reticular
octahédrico,
D^{Td} y D^{oh} son cationes metálicos o una
combinación de cationes metálicos seleccionados de los grupos
I-A, II-A, III-A,
IV-A, V-A, I-B,
II-B, IV-B, V-B,
VI-B, VII-B y VIII de la tabla
periódica de elementos;
E^{Td} y E^{oh} son cationes metálicos
individualmente seleccionados de los grupos I-A,
III-A, IV-A, V-A,
I-B, II-B, IV-B,
V-B, VI-B, VII-B,
VIII de la tabla periódica de elementos; de tal manera que el valor
de la relación de longitud de unión octahédrica a tetrahédrica, R,
de los cationes metálicos D^{Td}, E^{Td}, D^{oh} y E^{oh}
cae dentro del rango de 1,155 > R > 0,886, donde
M^{I} = Li^{+}, Na^{+}, K^{+}, Cs^{+},
Rb^{+}
M^{II} = Mg^{+2}, Ca^{+2}, Sr^{+2},
Zn^{+2}, Ba^{+2}
X = O a I; A = O^{2-}, CO_{3}^{2} e Y = 0 a
7.
Las espinelas preferidas que son adecuadas para
ser utilizadas como adsorbente de CO_{2} bajo altas temperaturas
en presencia de grandes cantidades de agua se representan por la
fórmula Mg [AI_{2}]O_{4} \cdot y K_{2}CO_{3} donde
0 \leq y \leq 3,5.
Cuando el gas de alimentación comprimido sube a
través de la columna adsorbente 15, se adsorbe selectivamente
CO_{2} para producir gas efluente adsorbente que está agotado o
virtualmente libre de CO_{2}. Este gas efluente adsorbente se
descarga al colector 68 mediante una válvula abierta 70 en la línea
55. Una porción del gas con CO_{2} agotado se puede sacar para
obtener un producto de gas con CO_{2} agotado como se indica en
71. Este producto de gas con CO_{2} agotado se puede usar para
otros fines o ventear. El paso de adsorción prosigue durante un
período típico, por ejemplo, aproximadamente sesenta segundos, que
es corto para permitir que un punto final de CO_{2} en el
efluente supere un nivel aceptable predeterminado, por ejemplo, 50
ppm CO_{2}. El paso de adsorción se termina después cerrando las
válvulas 35 y 70. Los períodos de tiempo deseados para cada uno de
los pasos en el ciclo están predeterminados; estos se preestablecen
y controlan de formas conocidas por un temporizador de ciclo o un
sistema de analizador-ordenador que detecta la
superación del límite de CO_{2}.
A la terminación del paso diseñado de adsorción
en la columna 15, las válvulas 35 y 70 se cierran y la introducción
de alimentación se conmuta a una columna compañera (20 ó 25) que se
ha puesto a presión de adsorción como se describirá más adelante.
Así, cada una de las columnas 20 y 25, a su vez, recibirá gas
mezclado del colector 30, a través de sus líneas asociadas 51 y 52,
respectivamente, y las válvulas 40 y 45, respectivamente, y
descargará efluente con CO_{2} agotado al colector 68 a través de
líneas asociadas 60 y 65.
A la terminación del paso de adsorción, la
columna de adsorción 15 se somete después a un paso de
despresionización, por lo que se reduce la presión de la columna de
adsorción 15 de P^{F} a cerca de nivel ambiente, es decir, a
aproximadamente 1,0 atm, por la extracción de gas de ella en una
dirección opuesta o en contracorriente a la del flujo anterior de
alimentación de gas a ella. Tal extracción de gas se efectúa
mediante la apertura controlada de la válvula 79 que desorbe
CO_{2} adsorbido durante el paso anterior en el adsorbente en la
columna 15. El efluente que resulta del paso de despresionización,
un gas enriquecido con CO_{2}, es venteado típicamente como gas
residual, pero puede ser un producto útil en algunas situaciones.
El paso de despresionización se termina cerrando la válvula 79. El
paso de despresionización dura aproximadamente 15 segundos.
A continuación, se lleva a cabo un paso de purga
de vapor donde un gas de purga 115 compuesto de vapor supercalentado
a aproximadamente T^{F} (temperatura de alimentación) se pasa a la
columna de adsorción 15 a nivel de presión subatmosférica. Así, el
paso de purga se realiza al vacío.
Antes de la introducción en la columna de
adsorción 15, la presión parcial de CO_{2} en el gas de purga es
esencialmente cero. El gas de purga se introduce desde una fuente
115 a la columna adsorbente 15 mediante un conducto 120 en una
dirección opuesta, o en contracorriente, a la del gas de
alimentación durante el paso de adsorción. Las válvulas 125 y 130
se abren durante este paso. Dado que el gas de purga carece de
CO_{2} antes de la introducción en la columna de adsorción 15,
proporciona una fuerza motriz suficiente para la desorpción de
CO_{2} durante este paso. El gas efluente que resulta de este
paso es primariamente una mezcla de CO_{2}, H_{2}O, y
componentes no adsorbentes del gas de alimentación, por ejemplo,
nitrógeno.
La reducción de presión durante el paso de purga
de vapor se puede lograr por cualquier medio, por ejemplo,
utilizando una bomba de vacío 145. Preferiblemente, según la
presente invención, la reducción de la presión durante el paso de
purga de vapor se lleva a cabo pasando el vapor a través de un
eyector 140 y condensando el vapor, lo que dará lugar a un vacío en
la columna de adsorción 15. El eyector es un medio barato de
producir un vacío moderado dentro de la columna de adsorción 15. Si
el eyector no es suficiente por sí solo al crear el nivel de vacío
necesario, la bomba de vacío 145 se puede unir en serie con él en
el conducto 135. Los detalles relativos al diseño y la operación de
eyectores son conocidos por los expertos en la materia y no se
tienen que explicar aquí más.
A continuación, el gas efluente que resulta del
paso de purga de vapor se enfría para condensar el H_{2}O para
producir un gas enriquecido con CO_{2}. El CO_{2} producido se
puede almacenar en un recipiente 90 y usar parcialmente como un gas
de enjuague para un paso de enjuague a describir más adelante en
conexión con una segunda realización y una tercera realización de
la presente invención. Otra porción del CO_{2} almacenado dentro
del recipiente 90 se puede sacar como un gas CO_{2} producido
137.
En el paso final, represionización, la columna de
adsorción 15 se pone de nuevo al nivel de presión del gas de
alimentación utilizando parte del efluente con CO_{2} agotado
obtenido durante el paso de adsorción. El gas represionizante
empleado en este paso se puede obtener del gas efluente de otra
columna de adsorción, por ejemplo, la columna de adsorción 25,
después en el paso de adsorción. La dirección de flujo de gas a la
columna de adsorción 15 durante este paso es contraria a la del
flujo inicial de alimentación, es decir, es en contracorriente. La
columna de adsorción 15 está ahora lista para experimentar otro
ciclo de operación según el esquema de esta realización.
Alternativamente, el gas de represionización empleado en este paso
se puede obtener de un recipiente de almacenamiento (no
representado) conteniendo el producto libre de CO_{2} 71 a
P^{F} (presión de alimentación).
Con referencia ahora a la figura 3, se expone un
diagrama que demuestra el ciclo del proceso de adsorción por
oscilación de presión de la presente invención como se describe
según la primera realización anterior. Como se representa bien en la
figura 3, el tiempo de ciclo total para cada columna de adsorción
es aproximadamente tres minutos, durando el paso de adsorción
aproximadamente un minuto, durando el paso de despresionización
aproximadamente treinta segundos, durando el paso de purga de vapor
en contracorriente aproximadamente un minuto, y durando el paso de
represionización aproximadamente treinta segundos. Como se
representa bien en la figura 3, las columnas de adsorción 15, 20 y
25 experimentan la misma secuencia de operaciones durante el ciclo
de tiempo asignado. A su vez, cada una de las columnas 20 y 25 pasa
por la misma secuencia de pasos que la descrita con respecto a la
columna de adsorción 15. Será obvio a los expertos en la materia
que se puede emplear otras combinaciones de tiempo de ciclo usando
un tiempo de ciclo total de 20 segundos a 600 segundos para realizar
la secuencia descrita en la figura 3.
En una segunda realización, dichos pasos de (1)
adsorción, (2) despresionización en contracorriente, (3) purga de
vapor en contracorriente y (4) represionización en contracorriente
se realizan en ese orden. Sin embargo, en la segunda realización,
se lleva a cabo un paso de enjuague de CO_{2} en el mismo sentido,
es decir, el paso 1(a), después del paso de adsorción (1) y
antes del paso de despresionización en contracorriente (2). La
finalidad del paso de enjuague es obtener CO_{2} esencialmente
puro en el siguiente paso de despresionización. El paso de enjuague
de CO_{2} se describirá ahora con detalle.
Después de realizar el paso de adsorción, los
espacios vacíos dentro de la columna de adsorción se llenan
esencialmente de los componentes del gas de alimentación. En el
paso de enjuague, una corriente de CO_{2} esencialmente puro a
T^{F} y cerca de la presión ambiente se introduce desde un
recipiente de almacenamiento 90 a través de un conducto de
alimentación 95, y se pone hasta la presión de alimentación por
medio de un compresor o ventilador 100. La corriente de enjuague se
introduce en la columna adsorbente 15 a través de la válvula
abierta 105 en la misma dirección que la del flujo de alimentación
del paso de adsorción. En otros términos, el paso de enjuague es en
el mismo sentido que la dirección de alimentación usando una
corriente esencialmente rica en CO_{2}. Durante el paso de
enjuague, el gas de alimentación no adsorbido dentro de los espacios
vacíos de la columna adsorbente es expulsado por la corriente de
CO_{2} esencialmente puro y venteado a través de la válvula 110.
Así, los componentes no CO_{2} del gas dentro de la columna
adsorbente 15 son sustituidos por CO_{2}. El efluente de la
columna adsorbente 15 durante el paso de enjuague incluye vacíos y
gases desplazados (adsorbidos) del lecho adsorbente y es de una
composición parecida a la del gas de alimentación inicial. Este
efluente de enjuague se puede desechar o reciclar como gas de
alimentación para un paso de adsorción siguiente. El enjuague de la
columna de adsorción 15 se continúa hasta que toda la columna se
satura esencialmente con el gas de enjuague. Debido a este paso de
enjuague, durante el paso de despresionización que sigue, el gas
efluente desorbido de la columna de adsorción es CO_{2}
esencialmente puro que se puede sacar en parte como producto
enriquecido con CO_{2} o recomprimido en parte y reciclado como
gas de enjuague para un paso de enjuague siguiente.
Con referencia ahora a la figura 4, el ciclo del
proceso de adsorción por oscilación de presión de la presente
invención se ilustra para la segunda realización descrita
anteriormente. Como se representa bien en la figura 4, el tiempo de
ciclo total para cada columna de adsorción es aproximadamente tres
minutos, durando el paso de adsorción aproximadamente un minuto,
durando el paso de enjuague de CO_{2} aproximadamente quince
segundos, durando el paso de despresionización aproximadamente
quince segundos, durando el paso de purga de vapor en
contracorriente aproximadamente un minuto, y durando el paso de
represionización aproximadamente treinta segundos. Como se
representa bien en la figura 4, las columnas de adsorción 15, 20 y
25 experimentan la misma secuencia de operaciones durante el ciclo
de tiempo asignado. A su vez, cada una de las columnas 20 y 25 pasa
por la misma secuencia de pasos que la descrita con respecto a la
columna de adsorción 15. Será obvio a los expertos en la materia que
se puede emplear otras combinaciones de tiempo de ciclo usando un
tiempo de ciclo total de 20 segundos a 600 segundos para realizar
la secuencia descrita en la figura 4.
En una tercera realización, dichos pasos de (1)
adsorción, (2) despresionización en contracorriente, (3) purga de
vapor en contracorriente y (4) represionización en contracorriente
se realizan en ese orden. Sin embargo, en esta realización, se
lleva a cabo un paso de enjuague de CO_{2} en el mismo sentido, es
decir, paso 2(a), después del paso de despresionización en
contracorriente (2) y antes del paso de purga de vapor en
contracorriente (3). La finalidad del paso de enjuague es obtener
CO_{2} puro (base seca) durante el paso de purga de vapor
siguiente. El paso de enjuague de CO_{2} en el mismo sentido
realizado en esta realización es sustancialmente el mismo que el
descrito en la segunda realización a excepción de que se produce
después del paso de despresionización en contracorriente en la
tercera realización, más bien que después del paso de adsorción, y
así el gas de enjuague no se tiene que presionizar antes de la
introducción en la columna de adsorción 15. El paso de enjuague se
lleva a cabo a aproximadamente 1,0 atm. Debido a este paso de
enjuague, el efluente que resulta de la purga de vapor en
contracorriente que sigue es esencialmente una mezcla de CO_{2} y
H_{2}O solamente. La extracción de H_{2}O de dicho efluente por
condensación produce un producto CO_{2} esencialmente puro, del
que parte se puede usar como gas de enjuague en un paso de enjuague
siguiente, y del que parte puede retirarse como gas CO_{2}
producido.
Con referencia ahora a la figura 2, el ciclo del
proceso de adsorción por oscilación de presión de la presente
invención se ilustra para la tercera realización antes descrita.
Como se representa bien en la figura 2, el tiempo de ciclo total
para cada columna de adsorción es aproximadamente tres minutos,
durando el paso de adsorción aproximadamente un minuto, durando el
paso de despresionización aproximadamente quince segundos, durando
el paso de enjuague aproximadamente quince segundos, durando el
paso de purga de vapor en contracorriente aproximadamente un minuto,
y durando el paso de represionización aproximadamente treinta
segundos. Como se representa bien en la figura 2, las columnas de
adsorción 15, 20 y 25 experimentan la misma secuencia de
operaciones durante el ciclo de tiempo asignado. A su vez, cada una
de las columnas 20 y 25 pasa por la misma secuencia de pasos que la
descrita con respecto a la columna de adsorción 15. Será obvio a
los expertos en la materia que se puede emplear otras combinaciones
de tiempo de ciclo usando un tiempo de ciclo total de 20 segundos a
600 segundos para realizar la secuencia descrita en la figura 2.
Es importante observar que en las realizaciones
del proceso aquí descrito, la adsorción de CO_{2} de los gases
mezclados se logra como resultado de ajustes deliberados de la
presión en vez de ajustes deliberados de la temperatura. Aunque la
temperatura dentro de la columna de adsorción 15 no se ajusta
deliberadamente bajo ninguno de los procesos descritos
anteriormente, algunos cambios de temperatura se producirán dentro
de la columna de adsorción debido a calentamiento o enfriamiento
adiabático. Por ejemplo, se producirá un aumento de la temperatura
dentro de una columna de adsorción cuando se adsorba CO_{2}
debido a calentamiento adiabático. Igualmente, se producirá una
disminución de la temperatura dentro de una columna de adsorción
como resultado de la desorpción de CO_{2} en ella.
Las características esenciales de la presente
invención se describen completamente en la descripción anterior.
Los expertos en la técnica pueden entender la invención y efectuar
varias modificaciones sin apartarse del espíritu básico de la
invención, y sin desviarse del alcance y equivalencia de las
reivindicaciones que siguen a los ejemplos siguientes.
El proceso descrito bajo la primera realización
se realiza usando una columna de adsorción empaquetada con 1624,5
gms de quimisorbente de CO_{2} compuesto de Na_{2}O soportado
en alúmina. El diámetro de la columna de adsorción es 3,8 cm y su
longitud es 183 cm. La columna de adsorción se presioniza
inicialmente con N_{2} a una presión de 8,62 bar y a una
temperatura de 200ºC. Un gas de alimentación conteniendo 10% (mol)
CO_{2} y 90% (mol) N_{2} a una presión de 8,62 bar y a una
temperatura de 200ºC se introduce en la columna durante 100
segundos. La cantidad total de gas de alimentación usado es 1,33 gm
moles. Un gas efluente conteniendo menos de 25 ppm CO_{2} casi a
presión y temperatura de alimentación se retira de la columna. La
columna se despresioniza después en contracorriente de 8,62 bar a
1,34 bar y se saca una corriente de gas conteniendo aproximadamente
13,6% CO_{2}. Este gas se puede reciclar como gas de alimentación
después de la recompresión. La columna de adsorción se rarifica
después en contracorriente utilizando una bomba de vacío y después
se purga con vapor a una presión de 0,17 bar con vapor introducido
a través del extremo de producto de la columna de adsorción. El gas
efluente contiene 55,0% CO_{2} y 45% N_{2} en base seca.
Finalmente, la columna de adsorción se presioniza a 8,62 bar
utilizando una parte del gas efluente libre de CO_{2} que resulta
del paso de adsorción y se repite el ciclo. El gas efluente libre de
CO_{2} neto del proceso es 0,75 gm moles. Así, la recuperación
neta de N_{2} libre de CO_{2} del gas de alimentación es 62,6%.
Esto demuestra que el proceso propuesto se puede usar para sacar
CO_{2} de un gas de alimentación a alta temperatura.
El proceso descrito bajo la segunda realización
se realiza usando una columna de adsorción empaquetada con 1624,5
gms de quimisorbente de CO_{2} compuesto de NA_{2}O soportado
en alúmina. El diámetro de la columna de adsorción es 3,8 cm y su
longitud es 183 cm. La columna de adsorción se llena inicialmente de
N_{2} a una presión de 8,62 bar y a una temperatura de 200ºC. Un
gas de alimentación conteniendo 10% (mol) CO_{2} y 90% (mol)
N_{2} a una presión de 8,62 bar y una temperatura de 200ºC se
introduce en la columna durante 100 segundos. La cantidad total de
gas de alimentación usado es 0,87 gm moles. Un gas efluente
conteniendo 2,8% CO_{2} casi a presión de alimentación y
temperatura se saca de la columna. La columna se enjuaga después en
el mismo sentido con CO_{2} puro a -9,0 bar y 200ºC y el gas
efluente se saca mezclándolo con gas de alimentación fresco. La
columna de adsorción se despresioniza después en contracorriente de
9,0 bar a 1,34 bar y se saca una corriente de gas conteniendo -99+%
CO_{2}. Este gas se puede reciclar como gas de enjuague de
CO_{2} después de la recompresión. La columna de adsorción se
rarifica después en contracorriente utilizando una bomba de vacío y
después se purga con vapor a una presión de 0,17 bar,
introduciéndose el vapor a través del extremo de producto de la
columna de adsorción. El gas efluente contiene -99+% CO_{2} en
base seca. El agua se condensa y se produce una corriente de
CO_{2} esencialmente puro. Una parte de esta corriente se recicla
como gas de enjuague de CO_{2} después de la recompresión y el
equilibrio se saca como producto CO_{2}. La cantidad de este
producto es 0,067 gm moles. La columna se presioniza después a 8,62
bar utilizando una parte del 2,8% de gas efluente de CO_{2}
obtenido del paso de adsorción y se repite el ciclo. El gas efluente
neto con CO_{2} agotado (2,8% CO_{2}) del proceso es 0,78 gm
moles. Así, la recuperación neta de gas inerte del gas de
alimentación es aproximadamente 100%. La recuperación de CO_{2}
puro del gas de alimentación es aproximadamente 78%. Esto demuestra
que el proceso propuesto se puede usar para sacar CO_{2} del gas
de alimentación a alta temperatura y recuperar simultáneamente
CO_{2} como un subproducto puro.
Aunque esta invención se ha ilustrado por
referencia a realizaciones específicas y ejemplos, será evidente a
los expertos en la técnica que se puede hacer varios cambios y
modificaciones que caen claramente dentro del alcance de la
invención.
Claims (25)
1. Un proceso de adsorción por oscilación de
presión para la separación de una mezcla de gases de alimentación
(27) conteniendo al menos un componente adsorbible, incluyendo los
pasos de:
(a) introducir a una temperatura elevada y a una
presión elevada dicha mezcla de gases de alimentación (27) en un
extremo de alimentación (15a, 20a, 25a) de una columna adsorbente
(15, 20, 25) conteniendo un adsorbente que adsorbe preferentemente
dicho al menos único componente adsorbible a dicha temperatura y
presión elevadas, sacando de un extremo de producto (15b, 20b, 25b)
de dicha columna adsorbente (15, 20, 25) un primer efluente
adsorbente agotado de dicho al menos único componente
adsorbible;
(b) despresionizar dicha columna adsorbente (15,
20, 25) extrayendo de ella un gas de despresionización enriquecido
en dicho al menos único componente adsorbible;
(c) purgar dicha columna adsorbente (15, 20, 25)
a presión subatmosférica introduciendo en dicha columna adsorbente
(15, 20, 25) un gas y sacando de dicha columna absorbente (15, 20,
25) un segundo efluente adsorbente incluyendo una mezcla de dicho
al menos único componente adsorbible y el gas;
(d) presionizar dicha columna adsorbente (15, 20,
25) introduciendo en dicha columna adsorbente (15, 20, 25) un gas
presionizante agotado de dicho al menos único componente
adsorbible; y
(e) repetir los pasos (a) a (d) de forma
cíclica,
caracterizado porque
(f) el vapor calentado a una temperatura a o
cerca de la de dicha mezcla de gases de alimentación (27) se usa
como gas de purga,
porque en dicho paso (d) dicha columna adsorbente
(15, 20, 25) es presionizada a aproximadamente dicha presión
elevada, porque
(g) inmediatamente después de dicho paso de purga
(c) dicho proceso incluye el paso adicional de quitar H_{2}O de
dicha mezcla de dicho al menos único componente adsorbible y
H_{2}O por condensación para obtener dicha corriente de gas rica
en dicho al menos único componente adsorbible.
2. Un proceso según la reivindicación 1, donde
dicho al menos único componente adsorbible es CO_{2}.
3. Un proceso según la reivindicación 1, donde
dicho adsorbente se selecciona a partir del grupo que consta de
hidrotalcita promovida por K_{2}CO_{3}, alúmina impregnada con
Na_{2}O, y extrudatos de sales dobles.
4. Un proceso según la reivindicación 1, donde
dicho gas de despresionización en el paso (b) fluye en
contracorriente a dicha mezcla de gases de alimentación (27) en el
paso (a).
5. Un proceso según la reivindicación 1, donde
dicha corriente en el paso (c) fluye en contracorriente a dicha
mezcla de gases de alimentación (27) en el paso (a).
6. Un proceso según la reivindicación 1, donde
dicho gas agotado de dicho componente adsorbible en el paso de
presionización (d) fluye en contracorriente a dicha mezcla de gases
de alimentación (27) en el paso (a).
7. Un proceso según la reivindicación 1, donde,
inmediatamente antes de dicho paso de despresionización (b), dicho
proceso incluye los pasos adicionales de interrumpir la
introducción de dicha mezcla de gases de alimentación (27) y, a
dicha presión elevada y temperatura elevada, enjuagar dicha columna
adsorbente (15, 20, 25) con una corriente de gas rica en dicho al
menos único componente adsorbible, donde dicha corriente de gas
fluye en el mismo sentido que dicha mezcla de gases de alimentación
(27) en el paso (a).
8. Un proceso según la reivindicación 1, donde,
inmediatamente después de dicho paso de despresionización (b),
dicho proceso incluye el paso adicional de enjuagar dicha columna
adsorbente a temperatura elevada con una corriente de gas rica en
dicho al menos único componente adsorbible, donde dicha corriente
de gas fluye en el mismo sentido que dicha mezcla de gases de
alimentación (27) en el paso (a).
9. Un proceso según la reivindicación 1, donde
dicho gas de alimentación contiene principalmente CO_{2}, CO,
H_{2}, N_{2}, H_{2}O, H_{2}S+COS, dicha temperatura elevada
es aproximadamente 300ºC a 400ºC, y dicho al menos único componente
adsorbible es CO2.
10. Un proceso según la reivindicación 1, donde
dicho gas de alimentación contiene principalmente CO2, CO, H2, N2,
H2O, CH4, N2, y H2S, dicha temperatura elevada es aproximadamente
260ºC, y dicho al menos único componente adsorbible es CO_{2}.
11. Un proceso según la reivindicación 9, donde
dicha presión de dicha mezcla de gases de alimentación (27) en el
paso (a) está entre 689,476 kPa de sobrepresión (100 psig) y
2.757,90 kPa de sobrepresión (400 psig).
12. Un proceso según la reivindicación 10, donde
dicha presión de dicha mezcla de gases de alimentación (27) en el
paso (a) es entre aproximadamente 34,4738 kPa de sobrepresión (5
psig) y aproximadamente 413,6856 kPa de sobrepresión (60 psig).
13. Un proceso según la reivindicación 1, donde
dicha columna adsorbente se despresioniza durante el paso (b) a una
presión final cerca de una presión ambiente.
14. Un proceso según la reivindicación 8, donde
dicho paso (a) tiene una duración de aproximadamente 60 segundos,
el paso (b) tiene una duración de aproximadamente 15 segundos,
dicho paso de enjuague tiene una duración de aproximadamente 15
segundos, el paso (c) tiene una duración de aproximadamente 60
segundos, y el paso (d) tiene una duración de aproximadamente 30
segundos.
15. Un proceso según la reivindicación 1, donde
dicha mezcla de gases de alimentación se mantiene a aproximadamente
presión ambiente durante el paso (a).
16. Un proceso según la reivindicación 1, donde
dicha mezcla de gases de alimentación (27) se mantiene a una presión
superatmosférica durante el paso (a).
17. Un proceso según la reivindicación 16, donde
dicha presión superatmosférica es entre aproximadamente 68,9476 kPa
de sobrepresión (10 psig) y aproximadamente 3.447,3800 kPa de
sobrepresión (500 psig).
18. Un proceso según la reivindicación 16, donde
dicha presión superatmosférica es aproximadamente 2068,4280 kPa de
sobrepresión (300 psig).
19. Un proceso según la reivindicación 7, donde
dicho gas de despresionización es CO2 esencialmente puro adecuado
para ser utilizado en un paso de enjuague siguiente.
20. Un proceso según la reivindicación 1, donde
dicha mezcla de gases de alimentación (27) contiene principalmente
CO_{2} y N_{2} a una presión de aproximadamente 8,62 bar, dicha
temperatura elevada es aproximadamente 200ºC, dicho al menos único
componente adsorbible es CO_{2}, y dicho adsorbente es alúmina
impregnada con Na_{2}O.
21. Un proceso según la reivindicación 1, donde
dicho gas represionizante es un efluente absorbente que resulta del
paso (a).
22. Un proceso según la reivindicación 7, donde
dicha corriente de gas rica en dicho al menos único componente
adsorbible es CO_{2} que es adecuado para ser utilizado en un
paso de enjuague siguiente.
23. Un proceso según la reivindicación 8, donde
dicha corriente de gas rica en dicho al menos único componente
adsorbible es CO_{2} que es adecuado para ser utilizado en un
paso de enjuague siguiente.
24. Un proceso según la reivindicación 1, donde,
durante dicho paso de purgar, dicha columna adsorbente (15, 20, 25)
se mantiene a una presión subatmosférica entre aproximadamente
10,3421 kPa de presión absoluta (1,5 psia) y 79,2897 kPa de presión
absoluta (11,5 psia).
25. Un aparato de adsorción por oscilación de
presión para la separación de una mezcla de gases de alimentación
(27) conteniendo al menos un componente adsorbible, incluyendo
dicho aparato:
(a) una columna de absorción (15, 20, 25)
conteniendo un adsorbente que adsorbe preferentemente dicho al menos
único componente adsorbible a dicha temperatura y presión elevadas,
teniendo la columna adsorbente (15, 20, 25) un extremo de
alimentación (15a, 20a, 25a) y un extremo de producto (15b, 20b,
25b);
(b) medios para introducir a una temperatura
elevada y a una presión elevada dicha mezcla de gases de
alimentación (27) al extremo de alimentación (15a, 20a, de dicha
columna adsorbente (15, 20, 25) y sacar del extremo de producto
(15b, 20b) de dicha columna adsorbente (15, 20, 25) un primer
efluente adsorbente agotado de dicho al menos único componente
adsorbible;
(c) medios para despresionizar dicha columna
adsorbente (15, 20, 25) extrayendo de ella un gas de
despresionización enriquecido en dicho al menos único componente
adsorbible;
(d) medios para purgar dicha columna adsorbente
(15, 20, 25) introduciendo un gas en dicha columna adsorbente (15,
20, 25) y sacando de dicha columna absorbente (15, 20, 25) un
segundo efluente adsorbente incluyendo una mezcla de dicho al menos
único componente adsorbible y gas; y
(e) medios para presionizar dicha columna
adsorbente (15, 20, 25) introduciendo en dicha columna absorbente
(15, 20, 25) un gas presionizante agotado de dicho al menos único
componente adsorbible,
caracterizado por
(g) utilizar como gas de purga vapor calentado a
una temperatura a o cerca de la de dicha mezcla de gases de
alimentación (27); y
(h) inmediatamente después de dichos medios
purga, medios para sacar H_{2}O de dicha mezcla de dicho al menos
único componente adsorbible y H_{2}O por condensación para
obtener dicha corriente de gas rica en dicho al menos único
componente adsorbible.
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