ES2276997T3 - Proceso de adsorcion con vacio oscilante con extraccion de gas residual controlada. - Google Patents
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Abstract
Un proceso de adsorción con presión oscilante para recuperar un componente que se adsorbe menos fuertemente de una mezcla de gas de suministro que contiene al menos un componente que se adsorbe menos fuertemente y al menos un componente que se adsorbe más fuertemente, comprendiendo dicho proceso realizar etapas de proceso cíclico en una pluralidad de lechos adsorbentes, teniendo cada lecho un extremo de suministro y un extremo de producto y conteniendo material adsorbente que adsorbe selectivamente el componente que se puede adsorber más fuertemente, avanzando cada lecho a su vez a través de segmentos de proceso cíclico que incluyen un segmento de adsorción-fabricación de producto, un segmento de disminución de presión en la transferencia de gas en el que el gas fluye desde un lecho a una mayor presión a uno o más lechos distintos a menor presión o presiones, un segmento de regeneración, un segmento de aumento de presión en la transferencia de gas en el que el gas fluye hacia un lecho a unamenor presión desde uno o más lechos distintos a una mayor presión o presiones, y un segmento de represurización final, en el que el segmento de disminución de presión en la transferencia de gas incluye (1) extracción de una primera corriente de gas residual del extremo de suministro de un primer lecho, extracción de un gas de transferencia desde el extremo de producto del primer lecho e introducción del gas de transferencia en el extremo de producto de un segundo lecho, y extracción de una segunda corriente de gas residual del extremo de suministro del segundo lecho, e inmediatamente después (2) terminar la extracción de la segunda corriente de gas residual del extremo de suministro del segundo lecho, extrayendo una tercera corriente de gas residual desde el extremo de suministro del primer lecho, continuando la extracción del gas de transferencia desde el extremo de producto del primer lecho, y continuar introduciendo el gas de transferencia en el extremo de producto del segundo lecho.
Description
Proceso de adsorción con vacío oscilante con
extracción de gas residual controlada.
La adsorción con presión oscilante es un
importante proceso de separación de gases que se usa ampliamente en
las industrias de proceso y fabricación. La adsorción con presión
oscilante se usa para recuperar productos gaseosos de alta pureza a
partir de corrientes gaseosas de proceso en bruto, por ejemplo, en
la producción de hidrógeno o como alternativa para los productos
gaseosos arrastrados a la atmósfera o a procesos criogénicos de
separación de aire in situ. El proceso de adsorción con
presión oscilante ha sido ampliamente desarrollado para la
separación de una amplia variedad de mezclas gaseosas incluyendo,
por ejemplo, la separación de aire para proporcionar productos de
oxígeno y nitrógeno.
Los procesos de adsorción con presión oscilante
pueden funcionar cuando las presiones máximas y mínima del ciclo son
ambas superatmosféricas, donde la presión máxima del ciclo es
superatmosférica y la presión mínima del ciclo es subatmosférica o
cuando la presión máxima de ciclo está cerca de la atmosférica y la
presión mínima de ciclo es subatmosférica. Los últimos dos procesos
se han descrito en la técnica como adsorción con presión oscilante
al vacío (VPSA) y adsorción con vacío oscilante (VSA). Para los
propósitos de la presente descripción, la expresión genérica
"adsorción con vacío oscilante" o VSA se usará para describir
cualquier proceso de adsorción de gas cíclico que utiliza el efecto
de la presión sobre la capacidad del adsorbente para separar
mezclar gaseosas cuando al menos una porción del ciclo de adsorción
funciona a presión subatmosférica.
Cada lecho adsorbente es un ciclo VSA transcurre
a través de una secuencia de etapas que comienza con una etapa de
suministro o adsorción en la que una mezcla de suministro de gas a
presión se hace pasar a través de un lecho de adsorbente que adsorbe
selectivamente uno o más de los componentes en el suministro de gas
mixto. Un gas producto que contiene el componente deseado a una
pureza aceptable se extrae del lecho hasta que la etapa de adsorción
se termina en un momento predeterminado.
Después de la terminación de la etapa de
adsorción, la presión en el lecho se reduce en una o más etapas en
las que el gas se transfiere a una presión en disminución a una o
más lechos distintos para proporcionar presurización a esos lechos.
La despresurización final típicamente se completa por evacuación
usando una soplante de vacío. El lecho de despresurización se purga
después con un gas producto o gas de transferencia proporcionado
desde otros lechos, retirando de esta manera los componentes
adsorbidos adicionales y el gas de los espacios vacíos del
lecho.
Una vez completada la etapa de purga, el lecho
se vuelve a presurizar a una presión intermedia mediante una o más
etapas de presurización en las que el gas se transfiere desde los
otros lechos, y después el lecho se presuriza adicionalmente a la
presión de suministro con el gas de suministro y/o producto. Las
etapas se repiten de una manera cíclica.
El gas de transferencia desde un lecho a una
presión en disminución a otro lecho a una presión en aumento es una
característica de muchos ciclos VSA. En este proceso de
transferencia de gas de lecho a lecho, el gas que está por debajo de
la calidad del producto, pero que aún contiene una concentración
significativa del componente del producto final, se transfiere desde
el extremo de producto de un lecho al extremo de producto de otro
lecho. Esta etapa puede aumentar la recuperación del producto,
aunque debe controlarse cuidadosamente para que satisfaga la pureza
de producto necesaria.
A partir de los documentos US 5.294.247; US
5.203.888 y EP 0 808 651 A1 se conocen procesos de adsorción en los
que tiene lugar la extracción de gas en contracorriente
simultáneamente con la producción de gas purga en paralelo,
introduciéndose dicho gas en contracorriente en otro adsorbedor que
también experimenta extracción de gas en contra corriente.
Un refinado adicional en el proceso de
transferencia de gas de lecho a lecho mantiene la promesa de
necesidad de mejoras en la recuperación de producto y en la pureza
de producto y también para un aumento de la productividad, en el
proceso VSA. En particular, hay una necesidad de mejorar el control
del flujo de gas dentro de un lecho que experimenta extracción de
gas durante el proceso de transferencia de gas. Esta necesidad es
abordada por la presente invención como se describe a continuación y
se define mediante las siguientes reivindicaciones.
La presente invención se define mediante la
reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes definen
realizaciones ventajosas.
La Figura 1 es un diagrama de flujo de un
proceso ejemplar de un sistema VSA que puede usarse en la operación
de la presente invención.
La Figura 2 es un diagrama de una etapa de lecho
ejemplar de una realización de la presente invención.
La presente invención se refiere a ciclos de
proceso de adsorción con vacío oscilante con énfasis particular
sobre aspectos de las etapas de transferencia de gas en las que el
gas se transfiere desde un lecho a una mayor presión a otro lecho o
lechos a menor presión o presiones. En el siguiente análisis, el
ciclo VSA se define como una serie de segmentos de proceso, cada uno
de los cuales comprende una o más etapas de proceso individuales.
Una o más de estas etapas de proceso pueden ser opcionales. Los
segmentos de procesos como se definen a continuación para cada
adsorbedor que contiene un lecho adsorbente son (1) un segmento de
adsorción/fabricación de producto, (2) un segmento de disminución
de presión en la transferencia de gas, (3) un segmento de
regeneración del lecho (4) un segmento de aumento de presión en la
transferencia de gas y (5) un segmento de represurización del
lecho.
El segmento de adsorción/fabricación de producto
se define como la extracción del gas producto de un lecho adsorbente
durante el cual el gas de suministro se introduce al lecho durante
al menos una porción del segmento. El componente o componentes que
se adsorbe más fuertemente son adsorbidos selectivamente por el
material adsorbente durante este segmento. Una porción del gas
producto puede usarse en otro lecho que está experimentando otras
etapas de proceso; por ejemplo puede usarse una porción del gas
producto para purgar otro lecho en el segmento de regeneración.
El segmento de disminución de presión en la
transferencia de gas se define como una o más etapas en las que el
gas se transfiere de un lecho a mayor presión a uno o más lechos
distintos a menor presión o presiones. Durante una o más de estas
etapas, el gas residual se descarga del extremo de suministro del
lecho de mayor presión. El gas de transferencia se define como el
gas transferido durante un segmento de transferencia de gas. La
transferencia de gas está accionada por el diferencial de presión
entre el lecho de mayor presión y el lecho o lechos a menor
presión.
El segmento de regeneración se define como la
retirada de los componentes adsorbidos que aún permanecen y el gas
residual de los espacios vacíos del lecho, típicamente en al menos
dos etapas. En una primera etapa, el gas residual puede extraerse
del extremo de suministro del lecho mediante una soplante de vacío.
En una segunda etapa, el lecho puede purgase introduciendo un gas de
purga en el extremo de producto del lecho mientras que se extrae el
gas residual del extremo de suministro del lecho mediante una
soplante de vacío. Una porción o todo el segmento de regeneración
ocurren típicamente a presión subatmosférica.
El segmento de aumento de presión en la
transferencia de gas se define como una o más etapas en las que se
transfiere gas a un lecho menor presión desde uno o más lechos
distintos a mayor presión o mayores presiones. La transferencia de
gas está accionada por el diferencial de presión entre el lecho de
menor presión y el lecho o lechos de mayor presión.
El segmento de represurización del lecho se
define como la presurización del primer lecho mediante una o más
etapas seleccionadas entre el grupo compuesto por introducción del
gas producto en el extremo de producto del mismo, introducción de la
mezcla de gas de suministro a presión en el extremo de suministro
del mismo, y la introducción del gas producto en el extremo de
producto del mismo mientras que al mismo tiempo se introduce el gas
a presión en el extremo de suministro del mismo. Si la mezcla
gaseosa es aire atmosférico, la represurización puede incluir el
flujo de aire atmosférico a un lecho que está a presión
subatmosférica.
La expresión genérica "segmento de
transferencia de gas" se define de manera que incluye tanto los
segmentos de disminución de presión como de aumento de presión de la
transferencia de gas definidos anteriormente y de esta manera
incluye por definición la transferencia de gas entre cualquier lecho
y uno o más lechos distintos.
Las expresiones "que puede adsorberse más
fuertemente" y "que puede adsorberse menos fuertemente",
cuando se usan para describir componentes en una mezcla gaseosa que
se separa mediante un proceso de adsorción con presión o vacío
oscilante, describe las características de adsorción relativas de
los componentes en la mezcla gaseosa sobre un material adsorbente
dado. La capacidad de adsorción en equilibrio del material
adsorbente para el componente que puede adsorberse más fuertemente
(como componente puro) es mayor que la capacidad de adsorción en
equilibrio del material adsorbente para el componente que se adsorbe
menos fuertemente (como componente puro) a la temperatura y presión
media del proceso.
En todas las realizaciones de la invención
descrita a continuación, el segmento de disminución de presión en la
transferencia de gas incluye una o más etapas en las que el gas
residual se descarga del extremo de suministro del lecho mientras
que el gas se transfiere desde el extremo del producto del lecho a
otro lecho u otros lechos a menor presión o menores presiones.
El gas residual se define como un gas
subproducto extraído en cualquiera de las etapas en el segmento de
disminución de presión en la transferencia de gas y segmentos de
regeneración de un ciclo. El gas residual se enriquece en el
componente adsorbido más fuertemente en el gas de suministro. El gas
residual generalmente incluye el gas de los espacios vacíos, el gas
desorbido y el gas del efluente de purga, y el gas residual puede
descargarse o extraerse de un lecho adsorbente por purga directa o
evacuación mecánica.
La descarga de gas residual durante el segmento
de disminución de presión en la transferencia de gas puede
efectuarse por cualquiera de los siguientes métodos individualmente
o en combinación: (1) cuando el aire es la mezcla de gas de
suministro a separar, la descarga de gas residual puede ser dirigida
por el diferencial de presión entre la presión del lecho y la
presión atmosférica, y el gas residual puede descargarse
directamente a la atmósfera; (2) el gas residual puede descargarse
en un recipiente o depósito que inicialmente está a una menor
presión que la presión del lecho y el gas descargado puede
utilizarse como producto gaseoso secundario enriquecido en el
componente que se adsorbe más fuertemente; y (3) el gas residual
puede descargarse evacuando el lecho usando una soplante de
vacío.
La invención puede utilizarse en ciclos de
proceso con múltiples lechos adsorbentes en paralelo y puede usarse
con dos lechos en paralelo que funcionan junto con un tanque de
almacenamiento de gas producto. El tanque de almacenamiento de gas
proporciona un suministro de gas producto constante al usuario y
también puede proporcionar gas producto para represurización y/o
purga.
Las características de la presente invención
pueden aplicarse en ciclos de proceso que utilizan dos o más lechos
adsorbentes y pueden usarse genéricamente para separar cualquier
mezcla gaseosa que contiene componentes que se adsorben más
fuertemente y otros componentes que se adsorben menos fuertemente al
material adsorbente de los lechos. La invención es particularmente
útil para la recuperación de oxígeno desde el aire, y puede
funcionar económicamente con dos lechos adsorbentes.
La Figura 1 es un diagrama de flujo esquemático
para un sistema VSA de dos lechos que puede utilizarse para la
operación del proceso VSA de la presente invención. La invención se
ilustra a continuación para la recuperación de oxígeno del aire,
aunque no se limita a esta separación y no se limita a este sistema
particular o etapas de proceso. Puede utilizarse cualquier tipo
apropiado de sistema VSA conocido en la técnica para la práctica de
la invención. El sistema de la Figura 1 incluye la tubería de
suministro 1 que proporciona aire de suministro a presión desde un
comprensor de aire de suministro (no mostrado), un colector de
suministro 3, y válvulas de suministro 5 y 7. Los colectores 9 y 11
están conectados a la entrada o extremos de suministro de los
recipientes de adsorción 13 y 15 respectivamente. Los recipientes de
adsorción 13 y 15 contienen uno o más adsorbentes que adsorben
nitrógeno más fuertemente que oxígeno, es decir, la capacidad de
equilibrio del adsorbente para nitrógeno es mayor que para el
oxígeno. Los adsorbentes que pueden usarse en el proceso incluyen
zeolitas de tipo X que contienen cationes monovalentes, cationes
divalentes o una combinación de cationes monovalentes o divalentes.
Las válvulas 17 y 19 conectan los colectores 9 y 11 a colector de
vacío 21, que se conecta a una soplante de vacío
(no mostrada).
(no mostrada).
La salida o extremos de producto de los
recipientes de adsorción 13 y 15 están conectadas mediante las
válvulas 23 y 25 respectivamente al colector de producto 27, que a
su vez está conectado al tanque de almacenamiento de producto 29. El
gas producto puede extraerse mediante la válvula de control de flujo
31 y la tubería 33. La salida o extremos de producto de los
recipientes de adsorción 13 y 15 están conectados mediante el
colector 35 y la válvula 37. Los colectores 9 y 11 está conectados
mediante un colector de purga 39 y las válvulas 41 y 43, y la línea
de purga 45 está conectada a un colector de purga 39.
Una realización de la invención se ilustra a
continuación para la recuperación de oxígeno desde el aire y
describe las etapas del ciclo que ocurren en el recipiente 13 con
respecto al diagrama de flujo esquemático de la Figura 1. Todo el
proceso de ciclo para ambos recipientes 13 y 15 se ilustra en el
diagrama de etapa del lecho de la Figura 2, en el que se observa que
el ciclo del recipiente 13 funciona 180 grados desfasado respecto al
ciclo del recipiente 15. Este es un ciclo ejemplar y la invención no
se limita a ninguna etapa o etapas de ciclo específicas descritas
a
continuación.
continuación.
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Etapa
(1a)
Se proporciona aire de suministro a una presión
típica de 1,03 a 2,07 bar (15 a 30 psia) mediante la tubería 1, que
fluye a través del colector de suministro 3 y la válvula 5, y fluye
a través del colector 9 hacia el recipiente de adsorción 13. El
nitrógeno se adsorbe preferentemente en su interior y un producto de
oxígeno que puede contener del 70 al 95% en volumen de oxígeno fluye
a través de la válvula 23 y el colector 27 hacia el tanque de
producto 29. El oxígeno producto final se extrae mediante la válvula
31 y la tubería 33 al usuario. La duración de esta etapa es
típicamente de 2 a 30 segundos y la presión al final de la etapa
puede estar en el intervalo de 1,24 a 2,07 bar (18 a
30 psia).
30 psia).
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Etapa
(1b)
Mientras continúa la operación de la etapa (1a),
una porción del gas producto del recipiente de adsorción 13 se
extrae a través del colector 35 y la válvula 37 para purgar el
recipiente de adsorción 15. Esta etapa puede continuar durante 0 a
20 segundos con una presión de final de etapa típica de 1,24 a 2,07
bar (18 a 30 psia). La etapa (1b) es opcional.
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Etapa
(2a)
Las válvulas 5 y 23 están cerradas, la válvula
41 está abierta y la válvula 37 permanece abierta. El gas se
transfiere desde el recipiente de adsorción 13 a través del colector
35 y la válvula 37 al recipiente de adsorción 15. Simultáneamente,
una primera corriente de gas residual se extrae del extremo de
suministro del recipiente de adsorción 13 a través del colector 39,
la válvula 31 y se purga la atmósfera a través de la tubería 45.
Esta etapa puede continuar durante 1 a 10 segundos y puede terminar
cuando la presión en el recipiente de adsorción 13 está en el
intervalo de 1,1 a 1,93 bar (16 a 28 psia).
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Etapa
(2b)
Mientras continúa el gas de transferencia de
producto final a producto final de la etapa (2a), la válvula 41 se
cierra y la válvula 17 se abre, y una segunda corriente de gas
residual se extrae a través del colector 9, la válvula 17 y la
tubería 21 a la soplante de vacío. El gas transferido mediante la
válvula 37 y el colector 35 presuriza el recipiente 15. Esta etapa
puede continuar durante 1 a 10 segundos y típicamente termina cuando
la presión en el recipiente de adsorción 13 está en el intervalo de
0,97 a 1,79 bar (14 a 26 psia).
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Etapa
(2c)
El gas transferido mediante la válvula 37 y el
colector 35 continúa al recipiente presurizado 15 mientras que
simultáneamente el recipiente 15 recibe presurización mediante el
aire de suministro en el extremo de suministro. Una tercera
corriente de gas residual se extrae del extremo de suministro del
recipiente 13 a través del colector 9, la válvula 17 y la tubería 21
a la soplante de vacío. Esta etapa típicamente dura de 0 a 10
segundos y la presión en el recipiente de adsorción 13 al final de
la etapa (2c) puede estar en el intervalo de 0,69 a 1,52 bar (10 a
22 psia). La etapa (2c) es opcional.
La proporción de la cantidad de la primera
corriente de gas residual en la etapa (2a) a la cantidad total de la
primera corriente de gas residual, la segunda corriente de gas
residual en la etapa (2b) y la tercera corriente de gas residual en
la etapa (2c) puede ser entre aproximadamente 0,15 y aproximadamente
0,30.
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\vskip1.000000\baselineskip
Etapa
(3a)
La válvula 37 se cierra y continúa la extracción
de gas residual por evacuación a través de la válvula 17 y la
tubería 21. La etapa (3a) típicamente dura de 7 a 60 segundos y
puede terminar cuando la presión en el lecho 13 está en el intervalo
de 0,21 a 0,55 bar (3 a 8 psia).
\vskip1.000000\baselineskip
Etapa
(3b)
La válvula 37 se abre y el gas de purga de
producto fluye desde el recipiente de adsorción 15 (que está en la
etapa (1b)) mediante el colector 35 mientras que la evacuación del
gas residual continúa mediante la válvula 17 y la tubería 21. La
etapa (3b) típicamente dura de 0 a 20 segundos y puede terminarse a
una presión de final de etapa en el intervalo de 0,21 a 0,55 bar (3
a 8 psia). La etapa (3b) es opcional.
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Etapa
(4a)
La válvula 37 permanece abierta y el gas
continúa fluyendo hacia el recipiente 13 desde el recipiente 15, que
comienza sus etapas de disminución de presión en la transferencia de
gas (2a). La evacuación del gas residual desde el recipiente 13
continúa mediante la válvula 17 y la tubería 21. La etapa (4a)
típicamente dura de 1 a 10 segundos y puede terminarse a una presión
de final de etapa en el intervalo de 0,28 a 0,62 bar (4 a 9
psia).
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Etapa
(4b)
La válvula 17 se cierra y el gas de
transferencia continúa fluyendo a través del colector 35 y la
válvula 37 hacia el recipiente 13 según aumenta la presión en su
interior. La etapa (4b) típicamente dura de 1 a 10 segundos y
termina a una presión de final de etapa de 0,34 a 1,03 bar (5 a 15
psia).
\vskip1.000000\baselineskip
Etapa
(4c)
La válvula 5 se abre para permitir que el aire
de suministro fluya hacia el extremo de suministro del recipiente
13 y la presión allí continua aumentando mientras que el gas de
transferencia continua fluyendo hacia el recipiente a través del
colector 35 y la válvula 37. Esta etapa puede continuar durante 0 a
10 segundos y típicamente termina cuando la presión en el recipiente
13 está en el intervalo de 0,48 a 1,17 bar (7 a 17 psia). Cuando la
presión en el recipiente está por debajo de la atmosférica, parte o
todo el aire de suministro puede proporcionarse mediante el aire
atmosférico que no ha pasado a través de la soplante de suministro.
La etapa (4c) es opcional.
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Etapa
(5a)
La válvula 37 se cierra y la represurización del
recipiente 13 transcurre según continúa fluyendo el aire de
suministro a través de la válvula 5 y el colector 9 hacia el
recipiente. Esa etapa puede durar de 5 a 40 segundos y termina
cuando la presión del recipiente alcanza de 0,90 a 1,74 bar (13 a 18
psia). Cuando la presión en el recipiente está por debajo de la
atmosférica, parte o todo el aire de suministro puede proporcionarse
mediante aire atmosférico que no ha pasado a través de la soplante
de suministro.
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Etapa
(5b)
El aire de suministro desde el compresor de
suministro comienza a fluir a través de la válvula 5 y el colector
9 hacia el recipiente 13 mientras que la válvula 23 se abre para
admitir el gas producto desde el tanque 29 a través del colector 27.
Esta etapa puede durar de 0 a 8 segundos y termina cuando la presión
del recipiente alcanza los 0,90 a 1,86 bar (13 a 27 psia). Cuando la
presión en el recipiente está por debajo de la atmosférica, parte o
todo el aire de suministro puede proporcionarse mediante aire
atmosférico que no ha pasado a través de la soplante de suministro.
La etapa (5b) es opcional.
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Etapa
(5c)
La válvula 23 se cierra y el aire de suministro
continúa fluyendo hacia el recipiente 13 a través de la válvula 5 y
el colector 9. Esta etapa de represurización final puede durar de 0
a 20 segundos y termina cuando la presión del recipiente alcanza los
1,10 a 1,86 bar (16 a 27 psia). Cuando la presión en el recipiente
está por debajo de la atmosférica, parte o todo el aire de
suministro puede proporcionarse mediante aire atmosférico que no ha
pasado a través de la soplante de suministro. La etapa (5c) es
opcional.
Pueden usarse etapas de represurización
alternativas en lugar de las etapas anteriores (5a), (5b) y (5c), y
la represurización puede conseguirse por cualquier combinación
deseada de gas producto a través de la válvula 23 y el colector 27,
aire atmosférico a través de la válvula 5 y el colector 9, y gas de
suministro a través de la válvula 5 y el colector 9. El recipiente
de adsorción 15 transcurre a través de las mismas etapas descritas
anteriormente, aunque desfasado 180 grados, como se muestra en la
siguiente Tabla 2.
La expresión aire atmosférico como se usa en
este documento se define como aire ambiente a presión ambiente que
no se ha comprimido o presurizado mediante una soplante o
compresor.
El siguiente ejemplo ilustra la presente
invención pero no limita la invención a ninguno de los detalles o
etapas específicas descritas en el mismo.
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Un proceso VSA de dos lechos que utiliza los
segmentos de ciclo 1 a 5 descritos anteriormente se hace funcionar
de acuerdo con el diagrama de flujo de proceso de la Figura 1 y el
diagrama de etapas de ciclo de la Figura 2, excepto que no se usa la
etapa (5b). El proceso separa el aire de suministro suministrado a
una presión de 1,48 bar (21,5 psia) para producir producto de
oxígeno que contiene un 93% en volumen de oxígeno. Los lechos
adsorbentes 13 y 15 contienen una zeolita de tipo X de intercambio
de catión monovalente. Los tiempos de ciclo y las presiones al final
de la etapa se resumen para el Ejemplo en la Tabla 1. En la Tabla 2
se muestra la relación de las etapas de ciclo entre los dos lechos y
las posiciones de la válvula correspondientes a estas etapas.
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\vskip1.000000\baselineskip
Las realizaciones ejemplares descritas
anteriormente utilizan dos lechos adsorbentes, aunque la invención
opcionalmente puede utilizarse con más de dos lechos. En esta
opción, el gas transferido durante el segmento de disminución de
presión en la transferencia de gas puede transferirse desde un lecho
dado a una mayor presión a cada uno de los otros lechos a su vez a
menores presiones. El gas trasferido durante el segmento de aumento
de presión en la transferencia de gas se transferiría a un lecho
dado a una presión menor desde cada uno de los otros lechos a su vez
a mayores presiones.
Una ventaja de la invención es que un primer
lecho puede despresurizarse del extremo de suministro mientras que
se transfiere gas desde el extremo de producto al extremo de
producto de un segundo lecho, que se está evacuando en el extremo de
suministro mediante una soplante de vacío. Esto maximiza la
utilización de la soplante de vacío y ahorra tiempo de ciclo, ya que
el tiempo de evacuación del primer lecho puede reducirse como
resultado de una despresurización temprana. Otra ventaja es que la
despresurización del primer lecho durante la etapa de transferencia
de gas limita el avance del frente de desorción hacia el extremo de
producto del lecho, limitando de esta manera la concentración de las
impurezas no deseadas en el gas a transferir al segundo
lecho.
lecho.
Claims (12)
1. Un proceso de adsorción con presión oscilante
para recuperar un componente que se adsorbe menos fuertemente de una
mezcla de gas de suministro que contiene al menos un componente que
se adsorbe menos fuertemente y al menos un componente que se adsorbe
más fuertemente, comprendiendo dicho proceso realizar etapas de
proceso cíclico en una pluralidad de lechos adsorbentes, teniendo
cada lecho un extremo de suministro y un extremo de producto y
conteniendo material adsorbente que adsorbe selectivamente el
componente que se puede adsorber más fuertemente, avanzando cada
lecho a su vez a través de segmentos de proceso cíclico que incluyen
un segmento de adsorción-fabricación de producto,
un segmento de disminución de presión en la transferencia de gas en
el que el gas fluye desde un lecho a una mayor presión a uno o más
lechos distintos a menor presión o presiones, un segmento de
regeneración, un segmento de aumento de presión en la transferencia
de gas en el que el gas fluye hacia un lecho a una menor presión
desde uno o más lechos distintos a una mayor presión o presiones, y
un segmento de represurización final, en el que el segmento de
disminución de presión en la transferencia de gas incluye (1)
extracción de una primera corriente de gas residual del extremo de
suministro de un primer lecho, extracción de un gas de transferencia
desde el extremo de producto del primer lecho e introducción del
gas de transferencia en el extremo de producto de un segundo lecho,
y extracción de una segunda corriente de gas residual del extremo de
suministro del segundo lecho, e inmediatamente después (2) terminar
la extracción de la segunda corriente de gas residual del extremo de
suministro del segundo lecho, extrayendo una tercera corriente de
gas residual desde el extremo de suministro del primer lecho,
continuando la extracción del gas de transferencia desde el extremo
de producto del primer lecho, y continuar introduciendo el gas de
transferencia en el extremo de producto del segundo lecho.
2. El proceso de la reivindicación 1 que
comprende adicionalmente inmediatamente después de (2) la etapa de
(3) introducir la mezcla de gas de suministro en el extremo de
suministro del segundo lecho, extrayendo una cuarta corriente de gas
residual del extremo suministro del primer lecho, continuar
extrayendo el gas de transferencia del extremo de producto del
primer lecho y continuar introduciendo el gas de transferencia en el
extremo de producto del segundo lecho.
3. El proceso de la reivindicación 2 en el que
la proporción de la cantidad de corriente de la primera corriente de
gas residual a la cantidad total de la primera, tercera y cuarta
corrientes de gas residual es entre aproximadamente 0,15 y
aproximadamente 0,30.
4. El proceso de la reivindicación 1, en el que
la mezcla de gas de suministro es aire y la presión en el segundo
lecho está por debajo de la presión atmosférica de manera que el
aire atmosférico fluye hacia el extremo de suministro del segundo
lecho.
5. El proceso de la reivindicación 4, en el que
las corrientes de gas residual están enriquecidas en nitrógeno
respecto a aire.
6. El proceso de la reivindicación 4, en el que
la primera corriente gas residual se extrae mediante descarga desde
una presión superatmosférica en el primer lecho directamente a la
atmósfera, y en el que la tercera corriente de gas residual se
extrae desde el primer lecho mediante una soplante de vacío.
7. El proceso de la reivindicación 1 en el
que:
(a) la etapa de
adsorción-fabricación de producto comprende
proporcionar un gas de suministro a presión superatmosférica e
introducir el gas de suministro en el extremo de suministro de un
primer adsorbedor, adsorber selectivamente una porción del
componente que se adsorbe más fuertemente sobre el material de
adsorción, y extraer del extremo de producto del primer adsorbedor
un gas producto enriquecido en el componente que se adsorbe menos
fuertemente;
(b) el segmento de regeneración comprende
terminar la extracción del gas de transferencia desde el extremo de
producto del primer adsorbedor y extraer un tercer gas residual
desde el extremo de suministro del primer adsorbedor; y
(c) el segmento de represurización final
comprende presurizar el primer adsorbedor por cualquier combinación
de (c1) introducir gas de suministro en el extremo de suministro del
mismo; (c2) introducir gas producto en el extremo de producto del
mismo, y (c3) introducir gas de suministro en el extremo de
suministro del mismo e introducir gas producto en el extremo de
producto del mismo.
8. El proceso de la reivindicación 7 en el que
el gas de suministro es aire, el al menos un componente que se
adsorbe menos fuertemente es oxígeno y el al menos un componente que
se adsorbe más fuertemente es nitrógeno, descargándose la primera
corriente de gas residual del primer adsorbedor directamente a la
atmósfera, y extrayéndose la tercera corriente de gas residual desde
el primer adsorbedor por evacuación con una soplante de vacío.
9. El proceso de la reivindicación 7, en el que
el segmento de adsorción-fabricación de producto
comprende adicionalmente la extracción de una porción del gas
producto desde el primer adsorbedor y usar esta porción de gas para
pulgar el segundo adsorbedor.
10. El proceso de la reivindicación 8 que
comprende adicionalmente, inmediatamente después de la etapa (3), la
etapa adicional de extraer una quinta corriente de gas residual del
extremo de suministro del primer adsorbedor, interrumpir el flujo de
gas de transferencia desde el extremo de producto del primer
adsorbedor al extremo de producto del segundo adsorbedor, e
introducir gas de suministro en el extremo de suministro del segundo
adsorbedor.
11. El proceso de la reivindicación 10 en el que
la primera corriente de gas residual del primer adsorbedor se
descarga directamente a la atmósfera y la tercera, cuarta y quinta
corrientes de gas residual se extraen desde el primer adsorbedor por
evacuación con una soplante de vacío.
12. El proceso de la reivindicación 11 en el que
la mezcla de gas de suministro es aire, la presión en el segundo
adsorbedor está por debajo de la presión atmosférica y la
introducción de la mezcla de gas de suministro en el extremo de
suministro del segundo adsorbedor se realiza mediante aire
atmosférico que fluye hacia el extremo de suministro del segundo
adsorbedor.
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