ES2256839T3 - Procedimiento de absorcion vsa de funcionamiento continuo. - Google Patents
Procedimiento de absorcion vsa de funcionamiento continuo.Info
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Abstract
Un proceso de adsorción por oscilación de vacío para separar selectivamente un componente más fuertemente adsorbible de un componente menos fuertemente adsorbible de una mezcla de gases de alimentación en una pluralidad de lechos de adsorción conteniendo un adsorbente selectivo para el componente más fuertemente adsorbible, incluyendo los pasos de: (a) introducir una mezcla de gases de alimentación a una presión elevada más alta que la ambiente conteniendo dicho componente más fuertemente adsorbible y dicho componente menos fuertemente adsorbible en una entrada de un primer lecho de adsorción conteniendo dicho adsorbente selectivo para el componente más fuertemente adsorbible y adsorber el componente más fuertemente adsorbible en el adsorbente mientras que el componente menos fuertemente adsorbible pasa a través de dicho primer lecho no adsorbido como un producto y como una fuente de gas de purga para un lecho de dicha pluralidad de lechos de adsorción que experimentan la purga del paso (d)y continuar hasta que el frente de adsorción de dicho componente más fuertemente adsorbible se aproxima a una salida de dicho primer lecho y terminar la introducción de dicha mezcla de gases de alimentación; (b) después de la terminación de la introducción de dicha mezcla de gases de alimentación en dicho primer lecho, despresionizar en el mismo sentido dicho primer lecho a una presión menor para quitar un gas de despresionización en el mismo sentido de dicho primer lecho y pasar dicho gas de despresionización en el mismo sentido a una salida de un lecho de dicha pluralidad de lechos de adsorción a una presión menor experimentando represurización del paso (e) para igualar al menos parcialmente en presión los dos lechos, despresurizando al mismo tiempo en contracorriente dicho primer lecho por conexión a una fuente de vacío.
Description
Procedimiento de adsorción VSA de funcionamiento
continuo.
La presente invención se refiere a un proceso de
adsorción por oscilación de vacío para la separación de un
componente más fuertemente adsorbible de un componente menos
fuertemente adsorbible en una mezcla de gases con alta recuperación
del componente menos fuertemente adsorbible a aproximadamente
presión de alimentación. Más específicamente, la presente invención
es un proceso de adsorción por oscilación de vacío para la
separación de aire para recuperar oxígeno como un producto
relativamente no absorbido a alta recuperación y aproximadamente
presión de alimentación.
El oxígeno es un producto químico de uso en la
industria de gases industriales. Tiene numerosas aplicaciones
incluyendo tratamiento de aguas residuales, hornos de fundir vidrio,
y la industria del acero. Uno de los métodos más comunes de
producción de oxígeno es por destilación criogénica de aire. Sin
embargo, esta tecnología no es competitiva para plantas de oxígeno
de tamaño pequeño (<100 TPD O_{2}). La tecnología elegida para
este rango de tamaño es la adsorción. Se necesita en el mercado
producir oxígeno a bajos costos de capital y energía por separación
adsortiva de gas.
Los procesos adsortivos son ampliamente
utilizados en la industria para producir oxígeno a partir del aire
para plantas de oxígeno de tamaño pequeño (<100 TPD O_{2}). Hay
dos categorías principales de estos procesos: procesos de adsorción
por oscilación de presión (PSA) y procesos de adsorción por
oscilación de vacío (VSA). Los procesos de adsorción por oscilación
de presión llevan a cabo el paso de adsorción (alimentación) a
presiones mucho más altas que la ambiente y regeneración de
adsorbente a presiones cerca de la ambiente. Los lechos absorbentes
pasan por pasos de proceso secundarios, tal como igualaciones de
presión, despresurizaciones, soplados, y purga o varias
combinaciones de estos durante el ciclo.
Estos procesos tienden a consumir mucha energía y
son más adecuados para plantas de oxígeno más pequeñas que producen
menos de 40 toneladas de oxígeno por día y preferiblemente menos de
20 toneladas de oxígeno por día. Un subconjunto de procesos PSA
O_{2} es un proceso rápido de adsorción por oscilación de presión
(RPSA). Como su nombre indica, este proceso consiste en pasos
similares a los de un proceso PSA, pero lleva a cabo estos pasos muy
rápidamente. De nuevo, este proceso tiende a consumir mucha energía
y es adecuado para plantas de oxígeno incluso menores que la PSA de
O_{2}.
Las razones primarias del alto consumo de energía
en procesos PSA son: (1) la recuperación de O_{2} de estos
procesos es baja, y (2) hay que comprimir toda la corriente de
alimentación hasta la presión de adsorción. Estas ineficiencias se
evitan algo en los procesos de adsorción por oscilación de vacío
(VSA). En estos procesos la adsorción se realiza a presión
ligeramente por encima de la ambiente y la regeneración de
adsorbente se realiza a niveles subatmosféricos. Los lechos
absorbentes pasan por varios pasos secundarios con la finalidad
primaria de incrementar la recuperación de oxígeno y reducir el
inventario de adsorbente por unidad de gas producido.
La Patente de Estados Unidos 4.917.710 describe
un proceso VSA O_{2} de dos lechos con un depósito de
almacenamiento de producto. Los pasos del ciclo de proceso son:
adsorción, despresurización en el mismo sentido, despresurización
simultánea en el mismo sentido y evacuación, evacuación, purga en
vacío por producto, purga en vacío por gas obtenido en un paso de
despresurización en el mismo sentido, igualación simultánea de
presión y represurización de producto, y simultánea alimentación y
represurización del producto. El gas para represurización del
producto y purga del producto se obtiene del depósito de
almacenamiento de producto. El gas para igualación de presión se
obtiene del lecho en el paso de despresurización simultánea en el
mismo sentido y evacuación.
La Patente de Estados Unidos 4.781.735 describe
un proceso VSA O_{2} de tres lechos con los pasos: adsorción,
alimentación a alimentación o igualación de presión de doble
extremo, despresurización en el mismo sentido, evacuación, purga en
vacío por gas obtenido en el paso de despresurización en el mismo
sentido, represurización de producto de lecho en paso de
alimentación, represurización de alimentación simultánea y
alimentación a alimentación o igualación de presión de doble
extremo.
La Solicitud de Patente europea 0 354 259 esboza
varias opciones para un proceso VSA O_{2} de dos lechos:
adsorción, despresurización en el mismo sentido, evacuación,
igualación de presión con gas obtenido en el paso de
despresurización en el mismo sentido y represurización de
alimentación. Una opción incluye purga en vacío por gas producido
del lecho en el paso de adsorción.
La Patente de Estados Unidos 5.015.271 describe
un proceso VSA O_{2} con los pasos: adsorción, despresionización
simultánea en el mismo sentido y evacuación o alimentación en
contracorriente, evacuación en contracorriente, igualación de
presión simultánea de producto a producto y represurización de
alimentación, o purga en vacío, alimentación simultánea y
represurización de producto y represurización de alimentación.
La Patente de Estados Unidos 5.122.164 describe
un proceso VSA O_{2} con los pasos: adsorción, despresionización
simultánea en el mismo sentido y evacuación en contracorriente,
evacuación en contracorriente, purga en vacío, igualación de presión
con gas de un lecho que experimenta despresurización en el mismo
sentido y represurización de producto.
La Patente de Estados Unidos 5.223.004 describe
un proceso VSA O_{2} con los pasos: adsorción, despresionización
simultánea en el mismo sentido y evacuación en contracorriente,
evacuación en contracorriente, purga, represurización con producto y
gas de despresionización en el mismo sentido de otro lecho y
represurización con producto y alimentación.
A pesar de la técnica anterior, todavía se
necesita un proceso VSA O_{2} con mayor recuperación de oxígeno
(es decir, costos de energía más bajos) y menor necesidad de
adsorbente por unidad de producción de oxígeno (es decir, costos de
capital más bajos) que los procesos corrientes. La presente
invención expone un proceso de adsorción por oscilación de vacío
(VSA) para producir oxígeno a partir de aire con mayor recuperación
de oxígeno y un menor requisito de adsorbente por unidad de oxígeno
producido que los procesos VDS O_{2} corrientes.
La presente invención es un proceso VSA para
separar selectivamente un componente más fuertemente adsorbible de
un componente menos fuertemente adsorbible de una mezcla de gases de
alimentación en una pluralidad de lechos de adsorción conteniendo un
adsorbente selectivo para el componente más fuertemente adsorbible,
incluyendo los pasos de:
(a) introducir una mezcla de gases de
alimentación a presión elevada más alta que la ambiente conteniendo
el componente más fuertemente adsorbible y el componente menos
fuertemente adsorbible en una entrada de un primer lecho de
adsorción conteniendo el adsorbente selectivo para el componente más
fuertemente adsorbible y adsorber el componente más fuertemente
adsorbible en el adsorbente mientras el componente menos fuertemente
adsorbible pasa por el primer lecho no adsorbido como un producto y
como una fuente de gas de purga para un lecho de dicha pluralidad de
lechos de adsorción que experimentan purga del paso (d) y continuar
hasta que el frente de adsorción del componente más fuertemente
adsorbible se aproxime a una salida del primer lecho y terminar la
introducción de la mezcla de gases de alimentación;
(b) después de la terminación de la introducción
de la mezcla de gases de alimentación al primer lecho,
despresionizar en el mismo sentido el primer lecho a una presión
menor para quitar un gas de despresionización en el mismo sentido
del primer lecho y pasar el gas de despresionización en el mismo
sentido a una salida de un lecho de la pluralidad de lechos de
adsorción a menor presión que experimenta represurización del paso
(e) para igualar al menos parcialmente en presión los dos lechos,
despresurizando al mismo tiempo en contracorriente el primer lecho
por conexión con una fuente de vacío;
(c) evacuar en contracorriente el primer lecho
bajo condiciones de vacío para quitar el componente más fuertemente
adsorbible;
(d) purgar en contracorriente el primer lecho con
una porción del componente menos fuertemente adsorbible de un lecho
de la pluralidad de lechos de adsorción que experimentan el paso (a)
para quitar componente más fuertemente adsorbible adicional del
primer lecho;
(e) represurizar simultáneamente el primer lecho
con ambiente y mezcla de gases de alimentación a presión elevada y
el gas de despresurización en el mismo sentido de un lecho de la
pluralidad de lechos de adsorción que experimentan la
despresurización en el mismo sentido de paso (b);
(f) represurizar más el primer lecho con mezcla
de gases de alimentación a presión elevada; y
(g) realizar los pasos (a) a (f) en cada uno de
la pluralidad de lechos de adsorción en una secuencia en fase.
Preferiblemente, el primer lecho se represuriza
en el paso (f) también con mezcla de gases de alimentación a presión
ambiente y mezcla de gases de alimentación a presión elevada.
Preferiblemente, el primer lecho se represuriza
en el paso (f) inicialmente con mezcla de gases de alimentación y
después con componente menos fuertemente adsorbible.
Alternativamente, el lecho se represuriza en el
paso (f) inicialmente con componente menos fuertemente adsorbible y
después con mezcla de gases de alimentación.
También alternativamente, el lecho se represuriza
con componente menos fuertemente adsorbible y mezcla de gases de
alimentación simultáneamente.
Preferiblemente, la mezcla de gases de
alimentación es aire, el componente más fuertemente adsorbible es
nitrógeno y el componente menos fuertemente adsorbible es
oxígeno.
También alternativamente, el proceso se realiza
en dos lechos.
Preferiblemente, la igualación de presión de paso
(b) se lleva a cabo a ecualización completa de las presiones en los
dos lechos que participan en el paso de igualación de presión
(b).
Preferiblemente, el primer lecho se represuriza
en el paso (f) con aire a presión ambiente y aire de alimentación a
presión elevada.
Preferiblemente, el aire de alimentación está a
una presión del orden de aproximadamente 1,03 a 2,07 bar
(15-30 psia).
Más preferiblemente, la alimentación aire es a
una presión del orden de aproximadamente 1,03 a 1,65 bar
(15-24 psia).
El dibujo es un dibujo esquemático de una
realización preferida de la presente invención usando dos lechos de
adsorción paralelos y colector de válvula apropiados para la
alimentación, evacuación, purga, ecualización y represurización.
La presente invención se describirá ahora con
respecto a una realización preferida. La realización preferida tiene
los pasos siguientes:
- 1.
- Adsorción (A) para proporcionar producto y gas de purga,
- 2.
- Despresurización en el mismo sentido (DP) para proporcionar gas de igualación de presión e inicio simultáneo de evacuación en contracorriente,
- 3.
- Evacuación en contracorriente (DES),
- 4.
- Purga en contracorriente (PU) con producto de (A),
- 5.
- Igualación de presión (PE) con gas de despresionización en el mismo sentido de (DP) y represurización con gas de alimentación a presión ambiente y gas de alimentación a presión elevada.
- 6.
- Represurización de alimentación (RP) con gas de alimentación a presión elevada, o combinaciones con gas de alimentación a presión ambiente.
Un gráfico del ciclo de proceso para esta opción
se esboza en la Tabla 1.
- A
- - Adsorción para producir producto (Mezcla de gases de alimentación)
- *
- - La adsorción produce producto y gas de purga
- DP
- - Despresurización en el mismo sentido para proporcionar gas de igualación de presión y simultáneamente evacuación en contracorriente
- DES
- - Evacuación en contracorriente
- PU
- Purga en vacío en contracorriente con producto
- PE
- - Igualación de presión con gas de despresionización en el mismo sentido y represurización con gas ambiente y mezcla de gases de alimentación a presión elevada
- RP
- - Represurización con mezcla de gases de alimentación a presión elevada, opcionalmente con aire ambiente
Amb/alimentación - Mezcla de gases
de alimentación a presión ambiente y mezcla de gases de alimentación
a presión
elevada
Alimentación - Mezcla de gases de
alimentación a presión elevada y potencialmente mezcla de gases de
alimentación a presión ambiente si la presión en el lecho es
adecuada.
Los pasos de proceso para la realización
preferida se describirán ahora con detalle:
1. Paso de adsorción (A), que incluye:
- a.
- Hacer fluir la mezcla de gases de alimentación a presión elevada, ejemplificada por aire atmosférico a una presión de 1,03 a 2,07 bar (15-30 psia) y una temperatura de -18 a 66°C (-0-150°F)a través de un lecho empaquetado con uno o varios adsorbentes capaces de adsorber selectivamente agua, dióxido de carbono y nitrógeno de aire.
- b.
- Retirar una corriente de efluente que consta de O_{2} producido a presión de alimentación. Parte de esta corriente se usa como gas de purga para el lecho en el paso 4 y el resto constituye oxígeno producido.
- c.
- Continuar los pasos 1(a) y 1(b) durante un tiempo de ciclo predeterminado o hasta que la concentración de impureza de nitrógeno en la corriente de efluente llegue a un límite preestablecido. El lecho se denomina ahora "gastado" porque ha agotado su capacidad de sacar nitrógeno del gas de alimentación.
2. Paso de despresurización en el mismo sentido
(DP), que incluye:
- a.
- Interrumpir el flujo de alimentación a través del lecho gastado y transferir la alimentación a otro lecho VSA.
- b.
- Reducir la presión en el lecho de VSA gastado desde el nivel de presión de adsorción a algún nivel "intermedio" (0,53 a 1,72 bar) (7,7-25 psia)) conectando el extremo de producto de este lecho con el extremo de producto del lecho VSA en el paso 5 de su ciclo iniciando simultáneamente evacuación en contracorriente del lecho VSA gastado.
- c.
- Interrumpir el paso anterior cuando la presión en el lecho de VSA gastado ha llegado al nivel de presión intermedio predeterminado.
3. Paso de evacuación en contracorriente (DES),
que incluye:
- a.
- Reducir más la presión en el lecho gastado de nivel inferior al nivel "más bajo" (0,07 a 0,7 bar (1,0-10,0 psia)) conectando el extremo de alimentación del lecho de VSA gastado con una fuente de vacío, tal como una bomba de vacío.
- b.
- Continuar el paso anterior hasta que la presión en el lecho VSA llegue al nivel de presión más bajo predeterminado.
4. Paso de purga en contracorriente (PU), que
consta de:
- a.
- Continuar la evacuación del lecho VSA desde el extremo de alimentación.
- b.
- Conectar el extremo de producto de este lecho con otro lecho VSA en el paso 1 de su ciclo. Alternativamente, se podría obtener gas de purga de un depósito de equilibrio de producto, si se utiliza dicho depósito.
- c.
- Continuar los pasos anteriores hasta que la presión en este lecho llegue a un nivel "bajo" (0,07 a 0,83 bar (1-12 psia)).
5. Paso de igualación de presión (PE), que consta
de:
- a.
- Interrumpir la evacuación del lecho anterior y empezar a evacuar otro lecho VSA. Este lecho se llama ahora "regenerado" puesto que se ha restablecido su capacidad para extracción de componentes más fuertemente adsorbidos, tal como N_{2}, H_{2}O, y CO_{2} de aire.
- b.
- Conectar el extremo de producto del lecho regenerado con el extremo de producto del lecho en el paso 2 de su ciclo y conectar el extremo de alimentación del lecho con mezcla de gases de alimentación a presión ambiente y mezcla de gases de alimentación a presión elevada.
- c.
- Continuar el paso anterior durante un tiempo predeterminado o hasta que la presión en el lecho regenerado ha llegado al nivel inferior predeterminado. al final de PE, paso 5, la presión de los dos lechos es mucho más próxima; de tal manera que la diferencia de presión entre los dos lechos es generalmente inferior a 0,14 bar (2 psia), y preferiblemente inferior a 0,07 bar (1 psia).
6. Paso de represurización, que consta de:
- a.
- Interrumpir la igualación de presión del lecho regenerado.
- A.
- Represurización (RP), que consta de:
- i)
- Conectar el extremo de alimentación del lecho regenerado de presión igualada con la mezcla de gases de alimentación a presión elevada y potencialmente con mezcla de gases de alimentación a presión ambiente.
- ii)
- Continuar el paso anterior hasta que la presión en el lecho regenerado esté cerca o sea igual a la presión de adsorción predeterminada. O
- B.
- Paso de represurización simultánea de producto y alimentación (PRP/FRP), que consta de:
- i)
- Conectar el extremo de producto del lecho regenerado con el depósito de producto y abrir el extremo de alimentación del lecho regenerado al ventilador de alimentación y potencialmente a la mezcla de gases de alimentación a presión ambiente.
- ii)
- Continuar el paso anterior hasta que la presión en el lecho regenerado sea igual a la presión de adsorción predeterminada. O
- C.
- Paso de represurización secuencial de producto y alimentación (PRP/FRP), que consta de:
- i)
- Conectar el extremo de producto del lecho regenerado con un depósito de producto.
- ii)
- Interrumpir la represurización de producto y abrir el extremo de alimentación del lecho regenerado al ventilador de alimentación y potencialmente a la mezcla de gases de alimentación a presión ambiente.
- iii)
- Continuar el paso anterior hasta que la presión en el lecho regenerado sea igual a la presión de adsorción predeterminada. O
- D.
- Represurización secuencial de alimentación y producto, que consta de:
- i)
- Conectar el extremo de alimentación del lecho regenerado de presión igualada al ventilador de alimentación y potencialmente a la mezcla de gases de alimentación a presión ambiente.
- ii)
- Continuar el paso anterior de represurización de alimentación hasta que la presión en el lecho regenerado llegue al nivel de presión predeterminado, que es menor que la presión de adsorción.
- iii)
- Interrumpir el paso de represurización de alimentación y conectar el extremo de producto del lecho regenerado con un depósito de producto.
- iv)
- Continuar el paso anterior hasta que la presión en el lecho regenerado sea igual a la presión de adsorción predeterminada.
El lecho está ahora listo para experimentar un
nuevo ciclo a partir del paso 1(a).
El flujo esquemático y el hardware serán algo
diferentes para cada una de las opciones del proceso de la presente
invención. El dibujo ilustra un esquema para la primera realización
preferida con represurización de alimentación y aire ambiente. La
Tabla 2 expone la secuencia de válvula correspondiente durante un
tiempo de ciclo típico. A continuación se describe con detalle el
proceso del ciclo a condiciones operativas típicas para la opción de
proceso descrita en el dibujo y las Tablas 1 y 2:
El aire ambiente comprimido a presión de
alimentación (1,45 bar (21 psia)) por un ventilador de alimentación
111 incluye la mezcla de gases de alimentación elevada y entra
mediante el colector 100 y la válvula abierta 1 al primer Lecho A,
que ya ha sido presurizado a presión de adsorción. El Lecho es
empaquetado con adsorbente(s) selectivo(s)
para la extracción de agua, dióxido de carbono, y nitrógeno de aire. El oxígeno producido se retira mediante la válvula abierta 8 y el colector 104 al depósito de producto 109. Durante éste último período de producción de oxígeno en el Lecho A, parte del producto oxígeno se saca mediante el colector 106 y la válvula abierta 6 como gas de purga para el Lecho B. El flujo de alimentación se interrumpe después de un tiempo predeterminado o tan pronto como la concentración de nitrógeno en la efluente del Lecho A llega a un límite preestablecido o el frente de adsorción se aproxima a la salida del lecho. La presión en el Lecho A se reduce cerrando la válvula 8 y abriendo la válvula 7 y conectando el Lecho A con el Lecho B mediante el colector 107. El Lecho A es evacuado simultáneamente mediante la válvula abierta 2 y el colector 102 por una fuente de vacío, tal como bomba de vacío 110. La válvula 7 se cierra y la válvula 2 permanece abierta hasta que el Lecho A llega a una presión de nivel de evacuación -0,28 bar (-4 psia) en el Lecho A. La válvula 2 se mantiene abierta durante un tiempo predeterminado mientras la válvula 6 se abre para purgar en vacío el Lecho A mediante el colector 106 con oxígeno producido del Lecho B. Posteriormente se cierran las válvulas 2 y 6 y se abren las válvulas 1, 5 y 7 para la mezcla simultánea de gases de alimentación ambiente (aire), aire de alimentación a presión elevada y represurización del gas de despresionización en el mismo sentido del Lecho B mediante los colectores 103, 100 y 107, respectivamente. La válvula 5 se mantiene abierta hasta que la presión en el Lecho A llega a la presión ambiente. Entonces, la válvula 5 se cierra y el lecho A se presuriza ahora hasta la presión de adsorción -1,45 bar (-21 psia) con aire de alimentación a presión elevada del colector 100. La válvula 8 se abre para sacar oxígeno producido mediante el colector 104. El Lecho A está ahora listo para iniciar un ciclo nuevo. Ambos lechos pasan por una secuencia similar de operación pero fuera de fase uno con otro. El ventilador de alimentación 111 y la bomba de vacío 110 operan continuamente, permitiendo la simplificación de la operación y la reducción de tamaño de dicho equipo.
para la extracción de agua, dióxido de carbono, y nitrógeno de aire. El oxígeno producido se retira mediante la válvula abierta 8 y el colector 104 al depósito de producto 109. Durante éste último período de producción de oxígeno en el Lecho A, parte del producto oxígeno se saca mediante el colector 106 y la válvula abierta 6 como gas de purga para el Lecho B. El flujo de alimentación se interrumpe después de un tiempo predeterminado o tan pronto como la concentración de nitrógeno en la efluente del Lecho A llega a un límite preestablecido o el frente de adsorción se aproxima a la salida del lecho. La presión en el Lecho A se reduce cerrando la válvula 8 y abriendo la válvula 7 y conectando el Lecho A con el Lecho B mediante el colector 107. El Lecho A es evacuado simultáneamente mediante la válvula abierta 2 y el colector 102 por una fuente de vacío, tal como bomba de vacío 110. La válvula 7 se cierra y la válvula 2 permanece abierta hasta que el Lecho A llega a una presión de nivel de evacuación -0,28 bar (-4 psia) en el Lecho A. La válvula 2 se mantiene abierta durante un tiempo predeterminado mientras la válvula 6 se abre para purgar en vacío el Lecho A mediante el colector 106 con oxígeno producido del Lecho B. Posteriormente se cierran las válvulas 2 y 6 y se abren las válvulas 1, 5 y 7 para la mezcla simultánea de gases de alimentación ambiente (aire), aire de alimentación a presión elevada y represurización del gas de despresionización en el mismo sentido del Lecho B mediante los colectores 103, 100 y 107, respectivamente. La válvula 5 se mantiene abierta hasta que la presión en el Lecho A llega a la presión ambiente. Entonces, la válvula 5 se cierra y el lecho A se presuriza ahora hasta la presión de adsorción -1,45 bar (-21 psia) con aire de alimentación a presión elevada del colector 100. La válvula 8 se abre para sacar oxígeno producido mediante el colector 104. El Lecho A está ahora listo para iniciar un ciclo nuevo. Ambos lechos pasan por una secuencia similar de operación pero fuera de fase uno con otro. El ventilador de alimentación 111 y la bomba de vacío 110 operan continuamente, permitiendo la simplificación de la operación y la reducción de tamaño de dicho equipo.
| Válvula nº - -> | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| Tiempo (s) | |||||||||
| 0-5 | O | O | O | O | |||||
| 5-15 | 0 | 0 | 0 | ||||||
| 15-35 | 0 | 0 | O | ||||||
| 35-40 | O | O | O | O | |||||
| 40-45 | O | O | O | O | |||||
| 45-55 | O | O | O | ||||||
| 55-75 | O | O | O | ||||||
| 75-80 | O | O | O | O | |||||
| O = abierta, de otro modo cerrada |
Se puede usar cualquier adsorbente(s) que
pueda(n) separar selectivamente componentes más fuertemente
adsorbidos de componentes menos fuertemente adsorbidos de una mezcla
particular de gases de alimentación, y la evaluación de tales
adsorbentes para una mezcla particular de gases de alimentación cae
dentro de la capacidad de los expertos en la materia. En la
realización preferida se puede usar un adsorbente que quita
selectivamente agua, dióxido de carbono, y nitrógeno de aire. Los
ejemplos de adsorbentes capaces de extraer nitrógeno de aire
incluyen tamices moleculares zeolíticos tal como NaX, NaA, CaX, CaA
y otros adsorbentes con cationes binarios. Los ejemplos de
adsorbentes capaces de extraer agua y dióxido de carbono de aire son
alúminas, geles de sílice y zeolitas. Otras propiedades deseadas de
los adsorbentes son (i) alta resistencia al aplastamiento, (ii) alta
resistencia al rozamiento, (iii) gran densidad volumétrica aparente,
(iv) bajo vacío entre partículas, (v) alta capacidad calorífica,
(vi) gran conductividad térmica, (vii) alta selectividad de
N_{2}/O_{2}, (viii) baja capacidad de oxígeno y (ix) pequeño
tamaño de partícula. La caída de presión mediante los lechos
absorbentes durante los pasos de adsorción y evacuación también es
importante para la selección de adsorbente.
El beneficio de la presente invención sobre un
proceso VSA de oxígeno que no tiene las características de la
presente invención, tal como alimentación en el mismo sentido
durante la igualación de presión y purga de producto, se puede ver
en la comparación de la presente invención y la Solicitud de Estados
Unidos número de serie 08/037.070 presentada el 25 de marzo de 1993
que se pusieron en funcionamiento en una unidad de desarrollo
piloto, estableciéndose los parámetros siguientes para cada
proceso.
\newpage
Condiciones de
proceso
\dotable{\tabskip\tabcolsep\hfil#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
Pureza del producto = 90% O _{2} \cr Presión de alimentación =
(20,4 psia) 1,41 bar\cr Presión de evacuación = (0,9 psia) 0,34
bar\cr Temperatura de alimentación - Ambiente\cr Adsorbentes - NaX
al final de la alimentación seguido de zeolita CaX\cr Longitud = (7
pies) 2,1 m\cr Diámetro = (3 pies) 0,9 m\cr Tiempo de ciclo = 88
segundos.\cr}
Los resultados de esta prueba comparativa se
exponen en la Tabla 3 siguiente que muestra un menor requisito de
adsorbente y un menor tamaño del ventilador de alimentación, dando
lugar a un menor costo para oxígeno en la presente invención a pesar
de la mayor recuperación de oxígeno.
| Solicitud nº de serie | Presente invención | |
| 08/037.070 | ||
| Recuperación de O_{2} (%) | 52 | 48 |
| lb CaX/TPDC* | 1 | 0,88 |
| Ventilador de alimentación ACFM**/TPDC | 1 | 0,80 |
| Ventilador de vacío ACFM/TPDC | 1 | 1,02 |
| Consumo de potencia | ||
| - Ventilador de alimentación | 1 | 1,04 |
| - Bomba de vacío | 1 | 0,98 |
| Total | 1 | 1,0 |
| Coste de oxígeno | 1 | 0,97 |
| * TPDC = toneladas por día de oxígeno contenido | ||
| **ACFM = pies cúbicos por minuto reales; 1 ACFM \cong,018 m^{3}/min |
La presente invención logra este menor costo
deseable de producir un producto, tal como oxígeno, en una
separación adsorptiva poniendo en funcionamiento la maquinaria
rotativa, el ventilador de alimentación y la bomba de vacío,
continuamente, y preferiblemente en un proceso de dos lechos. La
Solicitud de Estados Unidos número de serie 08/037.070 presentada el
25 de marzo de 1993, en su modo de dos lechos, hace funcionar en
vacío el ventilador de alimentación durante los pasos de recepción
de igualación de presión y suministro de purga. Esto da lugar a un
ventilador de alimentación de mayor tamaño para el procedimiento
anterior. La presente invención lo evita alimentando aire al lecho
durante estos dos pasos y da lugar a una mejora inesperada del
rendimiento general del proceso. Permitiendo la alimentación
ambiente, tal como aire, al lecho durante el paso de recepción de
igualación de presión, la presente invención puede utilizar una
mayor cantidad de alimentación ambiente (aire). Esto da lugar a una
reducción adicional del tamaño del ventilador de alimentación y a
reducciones adicionales de los costos de producto.
La presente invención se ha expuesto con respecto
a varias realizaciones preferidas ilustrativas, pero el pleno
alcance de la presente invención se deberá conocer por las
reivindicaciones siguientes.
Claims (9)
1. Un proceso de adsorción por oscilación de
vacío para separar selectivamente un componente más fuertemente
adsorbible de un componente menos fuertemente adsorbible de una
mezcla de gases de alimentación en una pluralidad de lechos de
adsorción conteniendo un adsorbente selectivo para el componente más
fuertemente adsorbible, incluyendo los pasos de:
(a) introducir una mezcla de gases de
alimentación a una presión elevada más alta que la ambiente
conteniendo dicho componente más fuertemente adsorbible y dicho
componente menos fuertemente adsorbible en una entrada de un primer
lecho de adsorción conteniendo dicho adsorbente selectivo para el
componente más fuertemente adsorbible y adsorber el componente más
fuertemente adsorbible en el adsorbente mientras que el componente
menos fuertemente adsorbible pasa a través de dicho primer lecho no
adsorbido como un producto y como una fuente de gas de purga para un
lecho de dicha pluralidad de lechos de adsorción que experimentan la
purga del paso (d) y continuar hasta que el frente de adsorción de
dicho componente más fuertemente adsorbible se aproxima a una salida
de dicho primer lecho y terminar la introducción de dicha mezcla de
gases de alimentación;
(b) después de la terminación de la introducción
de dicha mezcla de gases de alimentación en dicho primer lecho,
despresionizar en el mismo sentido dicho primer lecho a una presión
menor para quitar un gas de despresionización en el mismo sentido de
dicho primer lecho y pasar dicho gas de despresionización en el
mismo sentido a una salida de un lecho de dicha pluralidad de lechos
de adsorción a una presión menor experimentando represurización del
paso (e) para igualar al menos parcialmente en presión los dos
lechos, despresurizando al mismo tiempo en contracorriente dicho
primer lecho por conexión a una fuente de vacío;
(c) evacuar en contracorriente dicho primer lecho
bajo condiciones de vacío para quitar dicho componente más
fuertemente adsorbible;
(d) purgar en contracorriente dicho primer lecho
con una porción del componente menos fuertemente adsorbible de un
lecho de dicha pluralidad de lechos de adsorción que experimentan el
paso (a) para quitar componente más fuertemente adsorbible adicional
de dicho primer lecho;
(e) represurizar simultáneamente dicho primer
lecho con mezcla de gases de alimentación a presión ambiente, mezcla
de gases de alimentación a presión elevada y dicho gas de
despresionización en el mismo sentido de un lecho de dicha
pluralidad de lechos de adsorción que experimentan la
despresurización en el mismo sentido del paso (b);
(f) represurizar más dicho primer lecho con
mezcla de gases de alimentación a presión elevada; y
(g) realizar los pasos (a) a (f) en cada uno de
dicha pluralidad de lechos de adsorción en una secuencia en
fase.
2. El proceso de la reivindicación 1, donde dicho
lecho se represuriza en el paso (f) también con una mezcla de gases
de alimentación a presión ambiente.
3. El proceso de la reivindicación 1, donde dicho
lecho se represuriza en el paso (f) inicialmente con una mezcla de
gases de alimentación y después con componente menos fuertemente
adsorbible.
4. El proceso de la reivindicación 1, donde dicho
lecho se represuriza en el paso (f) inicialmente con componente
menos fuertemente adsorbible y después con mezcla de gases de
alimentación.
5. El proceso de la reivindicación 1, donde dicho
lecho se represuriza en el paso (f) con componente menos fuertemente
adsorbible y mezcla de gases de alimentación simultáneamente.
6. El proceso de la reivindicación 1, donde dicha
mezcla de gases de alimentación es aire, dicho componente más
fuertemente adsorbible es nitrógeno y dicho componente menos
fuertemente adsorbible es oxígeno.
7. El proceso de la reivindicación 1, donde el
proceso se realiza en dos lechos.
8. El proceso de la reivindicación 1, donde la
igualación de presión del paso (b) es una igualación de presión
completa.
9. El proceso de la reivindicación 6, donde dicho
primer lecho se represuriza en el paso (f) con aire a presión
ambiente y aire de alimentación a presión elevada o inicialmente con
aire de alimentación a presión elevada y después con oxígeno, o
inicialmente con oxígeno y después con aire de alimentación a
presión elevada, o con oxígeno y aire de alimentación a presión
elevada simultáneamente, donde dicho aire de alimentación a presión
elevada está a una presión del orden de aproximadamente 1,03 a 2,07
bar (15-30 psi), especialmente a una presión del
orden de aproximadamente 1,01 a 1,65 bar (15-24
psia), donde en particular al final de dicha evacuación en
contracorriente del paso (c) dicho lecho está a una presión del
orden de aproximadamente 0,07 a 0,7 bar (1-10 psia),
y la igualación de presión del paso (b) está completa.
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