ES2280623T3 - Procedimiento de tratamiento por adsorcion de una mezcla gaseosa. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de tratamiento por adsorción de una mezcla gaseosa que comporta al menos un constituyente principal objeto de producción y unas impurezas que hay que separar de dicha mezcla, caracterizado porque se utilizan N adsorbentes (11A, 11B), siendo N superior o igual a dos, que siguen cada uno en desfase un mismo ciclo de periodo T, durante el cual se suceden una fase de adsorción y una fase de regeneración, y porque se somete cada adsorbente (11A) al inicio de la fase de adsorción a sólo una parte del caudal nominal de la mezcla gaseosa objeto de tratamiento, hasta que dicho adsorbente esté sensiblemente saturado en al menos uno de los constituyentes principales objeto de producción, manteniendo al menos otro adsorbente (11B) en fase de adsorción.
Description
Procedimiento de tratamiento por adsorción de
una mezcla gaeosa.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de tratamiento por adsorción de una mezcla gaseosa que
comporta al menos un constituyente principal objeto de producción y
unas impurezas que hay que separar de dicha mezcla, sobre todo para
la producción de monóxido de carbono con flujo con unos índices de
hidrógeno/monóxido de carbono predeterminados.
En lo sucesivo las presiones gaseosas se indican
en bares absolutos.
Este tipo de procedimiento de tratamiento es muy
utilizado para separar unos constituyentes "nobles" objeto de
producción y contenidos en la mezcla gaseosa de constituyentes no
deseados, por lo general designados por el término
"impurezas".
El procedimiento es cíclico y pone en práctica
al menos dos adsorbentes, o dos unidades de adsorción, con diversos
adsorbentes respectivamente de práctica común, que siguen en desfase
un mismo ciclo de funcionamiento. Este ciclo comporta de forma
clásica una fase de adsorción durante la cual el adsorbente
correspondiente es sometido a la mezcla gaseosa y adsorbe de la
misma las impurezas, y una fase de regeneración durante la cual el
adsorbente es sometido a un gas de regeneración y desadsorbe las
impurezas que ha adsorbido anteriormente.
Según se acompañe o no la fase de regeneración
de un calentamiento del gas de regeneración, es habitual distinguir
entre unos ciclos denominados "TSA" (Temperature Swing
Adsorption) y unos ciclos denominados "PSA" (Pressure Swing
Adsorption).
Por otra parte, es sabido que los adsorbentes
pueden someterse a unas etapas de despresurización y de
represurización, así como a una puesta en paralelo de los
adsorbentes, durante la cual el flujo total de gas tratado se
obtiene al mismo tiempo mediante el tratamiento de un primer caudal
de gas por al menos un adsorbente que termina su fase de adsorción
y mediante el tratamiento de un segundo caudal de gas objeto de
tratamiento por al menos otro adsorbente que inicia su fase de
adsorción. Esta puesta en paralelo está destinada de forma clásica a
evitar sacudidas de presión en el flujo de gas tratado en el
momento del paso a la producción de un adsorbente al otro,
principalmente para tener en cuenta el tiempo de maniobra de las
válvulas que establecen la puesta en paralelo.
Sin embargo, los ciclos de tratamiento por
adsorción presentan inconvenientes cuando tienen lugar periodos
transitorios al principio de las fases de adsorción y de
regeneración, como se explica en parte en el documento
EP-A-0748765.
En éste se describe una instalación de
producción de monóxido de carbono, que comporta una unidad
criogénica de producción y, encima de ésta, una unidad de
tratamiento que pone en funcionamiento un procedimiento del tipo
antes definido. Esta instalación está destinada a retener el agua y
el dióxido de carbono de una mezcla gaseosa rica en monóxido de
carbono y en hidrógeno resultante de una reformación al vapor de
hidrocarburos. La fijación del monóxido de carbono por el material
adsorbente del adsorbente que inicia su fase de adsorción provoca
una reducción sensible del contenido en monóxido de carbono del
flujo a la salida de dicho adsorbente, así como fluctuaciones en el
caudal de dicho flujo. La solución propuesta en el documento
EP-A-0748765 consiste en interponer
entre la unidad de tratamiento de adsorción y la unidad criogénica
de producción de monóxido de carbono un depósito lleno de un
material adsorbente que presente una afinidad con el monóxido de
carbono.
Esta solución resulta particularmente costosa en
su inversión, poco modulable y sólo se ocupa del periodo
transitorio en el momento de volver a poner en producción cada
adsorbente, mientras que aparecen unos fenómenos transitorios
análogos en el momento del inicio de la fase de regeneración de cada
adsorbente, presentando el flujo que sale de los adsorbentes
fuertes fluctuaciones en el contenido y en el caudal.
El objetivo de la invención es proponer un
procedimiento del tipo antes definido, que se ponga fácilmente en
práctica en las instalaciones de tratamiento de la técnica anterior
y que permita eliminar las perturbaciones de flujo debidas a las
transiciones de fases de adsorción y de regeneración de los ciclos
de procedimientos conocidos.
A tal efecto, el objeto de la invención es un
procedimiento del tipo antes citado, en el que se utilizan N
adsorbentes, siendo N superior o igual a dos, que siguen cada uno en
desfase un mismo ciclo de periodo T durante el cual se suceden una
fase de adsorción y una fase de regeneración que utiliza un gas de
regeneración, y en el que se somete cada adsorbente al inicio de la
fase de adsorción y/o al inicio de la utilización del gas de
regeneración a sólo una parte del caudal nominal de la mezcla
gaseosa objeto de tratamiento y, respectivamente, del caudal
nominal del gas de regeneración, hasta que dicho adsorbente esté
sensiblemente saturado y, respectivamente, esté sensiblemente
descargado, de al menos uno de los constituyentes principales objeto
de producción, manteniendo al menos otro adsorbente en fase de
adsorción.
El objeto de la invención es también un primer
procedimiento de tratamiento por adsorción de una mezcla gaseosa
que comporta al menos un constituyente principal objeto de
producción y unas impurezas que hay que separar de dicha mezcla, en
la que se utilizan N adsorbentes, siendo N superior o igual a dos,
que siguen cada uno en desfase un mismo ciclo de periodo T, durante
el cual se suceden una fase de adsorción y una fase de regeneración,
y se somete cada adsorbente (11A) al inicio de la fase de adsorción
(etapas I o IV) a sólo una parte del caudal nominal de la mezcla
gaseosa objeto de tratamiento, hasta que dicho adsorbente esté
sensiblemente saturado de al menos uno de los constituyentes
principales objeto de producción, manteniendo al menos otro
adsorbente (11B) en fase de adsorción.
Según otras características de este
procedimiento:
- para formar la mezcla gaseosa tratada, se
mezcla el flujo salido del adsorbente sometido a dicha parte con el
flujo salido de dicho al menos otro adsorbente en fase de
adsorción,
- la duración de la fase de adsorción de cada
adsorbente está comprendida entre T/N incluidos y 2T/N no
incluidos;
- el tratamiento por adsorción de la mezcla
gaseosa se efectúa, la mayor parte del tiempo, mediante un solo
adsorbente en fase de adsorción; y
- una vez sometido dicho adsorbente a dicha
parte del caudal nominal de la mezcla gaseosa objeto de tratamiento
al inicio de la fase de adsorción, se somete dicho adsorbente a una
etapa de puesta en paralelo durante la cual el caudal de gas
tratado se obtiene en una mitad mediante dicho adsorbente y en otra
mitad mediante dicho al menos otro adsorbente en fase de
adsorción.
El objeto de la invención también es un segundo
procedimiento de tratamiento por adsorción de una mezcla gaseosa
que comporta al menos un constituyente principal que hay que
producir y unas impurezas que hay que separar de dicha mezcla, en
el que se utilizan N adsorbentes, siendo N superior o igual a dos,
que siguen cada uno en desfase un mismo ciclo de periodo T, durante
el cual se suceden una fase de adsorción y una fase de regeneración
que utiliza un gas de regeneración, y se somete cada adsorbente al
inicio de la utilización del gas de regeneración a sólo una parte
del caudal nominal del gas de regeneración, hasta que dicho
adsorbente esté sensiblemente descargado de al menos uno de los
constituyentes principales objeto de producción.
Según otras características de este segundo
procedimiento:
- para formar un flujo gaseoso evacuado, se
mezcla el flujo resultante del adsorbente sometido a dicha parte
con el resto del caudal nominal del gas de regeneración;
- el flujo salido del adsorbente sometido a
dicha parte y el resto del caudal nominal del gas de regeneración
se mezclan directamente;
- el flujo salido del adsorbente sometido a
dicha parte se mezcla con el flujo salido de otro adsorbente que
termina su fase de regeneración y que se somete a al menos una parte
del resto del caudal nominal de gas de regeneración;
- la fase de regeneración de cada adsorbente
comporta una etapa de despresurización y una etapa de
represurización de dicho adsorbente; y
- la fase de regeneración de cada adsorbente
comporta una etapa de calentamiento del gas de regeneración.
La invención se comprenderá mejor a la lectura
de la descripción siguiente, ofrecida únicamente a modo de ejemplo
y realizada en referencia a los dibujos en los que:
- la figura 1 es una vista esquemática de una
instalación de producción de monóxido de carbono según la invención
asociada a una unidad de producción de hidrógeno puro;
- la figura 2 es un diagrama que ilustra el
ciclo de funcionamiento de los adsorbentes de la instalación de la
figura 1;
- las figuras 3 y 4 son unas vistas esquemáticas
de la instalación de la figura 1 para unos intervalos de tiempo
señalados con los números I y VI en el ciclo de la figura 2; y
- la figura 5 es una vista esquemática de una
instalación de producción de un flujo de índice hidrógeno/monóxido
de carbono predeterminado según la invención asociada a una unidad
de producción de hidrógeno puro.
En la figura 1 está representada una instalación
1 de producción de monóxido de carbono, conectada por debajo, a
través de un conducto 2, a una unidad 4 de producción de
hidrógeno.
La instalación 1 comporta en su parte superior
una unidad 11 de tratamiento por adsorción adaptada para eliminar
la mayoría de las impurezas, sobre todo el agua y el dióxido de
carbono, contenidas en una mezcla gaseosa trasladada por una línea
de alimentación 12 y comprimida con una presión comprendida entre 15
y 45 bares. Esa mezcla gaseosa está comprimida por ejemplo a 15,5
bares y presenta un caudal nominal, a saber, el caudal total de la
línea 12, comprendido entre varias centenas y varias decenas de
miles de Nm^{3}/h. Esta mezcla gaseosa comporta como
constituyentes principales el hidrógeno y el monóxido de carbono, a
respectivamente el 73,5 y el 21,6% molar, así como eventualmente
unos constituyentes secundarios, como el nitrógeno y el metano, por
ejemplo a temperaturas respectivas del 1,1 y el 3,8% molar, y
contiene como impurezas entre 10 y 200 ppm (partes por millón)
molar de dióxido de carbono, así como agua, por lo general en
saturación.
La unidad 11 comporta dos adsorbentes 11A, 11B
puestos en línea de forma alterna para asegurar la depuración por
adsorción de la mezcla gaseosa. Cada adsorbente comporta un material
adsorbente dispuesto en forma de lecho único constituido por
zeolita o por aluminio activado o eventualmente estimulado para
aumentar su capacidad de detención del dióxido de carbono, o bien
en forma de una pluralidad de lechos constituidos respectivamente
por aluminio activado o por gel de silicio para detener
esencialmente el agua, y por zeolita (por ejemplo del tipo A, X o
LSX) para detener esencialmente el dióxido de carbono. El material
adsorbente también puede estar constituido por mezclas de
adsorbentes o por adsorbentes compuestos.
La unidad de tratamiento 11 comporta también
unas válvulas y unos conductos de conexión no representados en la
figura 1, pero cuya disposición se deducirá con mayor claridad
cuando se describa el funcionamiento de dicha unidad.
La instalación 1 comporta, conectada por una
línea 13 debajo de la unidad de tratamiento 11, una unidad de
separación criogénica 14 que comprende una línea 15 de producción de
monóxido de carbono sensiblemente puro y una línea 16 de salida de
un flujo de alto contenido en hidrógeno. Para la composición de la
mezcla gaseosa antes indicada, el flujo de la línea 16 puede
contener un 97,4% molar de hidrógeno, un 0,3% molar de nitrógeno,
un 0,3% de monóxido de carbono y un 2% molar de metano, a
aproximadamente 14,5 bares. Al ser esta unidad de separación 14
sobradamente conocida, no se detallará más adelante.
La línea 16 está conectada a la unidad de
tratamiento 11 para permitir la regeneración del adsorbente 11A,
11B que no está en línea de producción, utilizándose el flujo de
alto contenido en hidrógeno de la línea 16, al menos en parte, como
gas de regeneración del material adsorbente de dicho adsorbente. El
caudal total de la varilla 16 forma, en el ejemplo representado, el
caudal nominal del gas de regeneración.
El gas de regeneración a la salida de la unidad
de tratamiento por adsorción es dirigido por la línea 2 a la unidad
de producción de hidrógeno 4, sobradamente conocida. Esta unidad 4
puede por ejemplo comportar seis adsorbentes que funcionen
cíclicamente y adaptados para producir un flujo de hidrógeno
sensiblemente puro.
El procedimiento puesto en práctica por la
unidad de tratamiento por adsorción 11 se obtiene por repetición de
un ciclo ilustrado en la figura 2. Cada uno de los dos adsorbentes
11A, 11B sigue el ciclo de la figura 2, en un desfase temporal con
respecto al otro de un intervalo de tiempo que equivale
sensiblemente a la mitad del periodo T del
ciclo.
ciclo.
En la figura 2, en la que los tiempos t
se representan en abscisas y las presiones absolutas P en ordenadas,
los trazos orientados por flechas indican los movimientos y
destinos de las corrientes gaseosas y, además, el sentido de
circulación respectivamente en los adsorbentes 11A y 11B. Cuando una
flecha está en el sentido de las ordenadas crecientes (hacia arriba
del diagrama), la corriente se denomina co-corriente
en el adsorbente; si la flecha dirigida hacia arriba está situada
debajo del trazo que indica la presión en el adsorbente, la
corriente penetra en el adsorbente en el extremo de entrada del
adsorbente; si la flecha dirigida hacia arriba está situada encima
del trazo que indica la presión, la corriente sale del adsorbente
por el extremo de salida del adsorbente, siendo los extremos de
entrada y de salida respectivamente los del gas objeto de
tratamiento y del gas trasvasado a la fase de producción. Cuando
una flecha está en el sentido de las ordenadas decrecientes (hacia
abajo del diagrama), la corriente se denomina contracorriente en el
adsorbente; si la flecha dirigida hacia abajo está situada debajo
del trazo que indica la presión del adsorbente, la corriente sale
del adsorbente por el extremo de entrada del adsorbente; si la
flecha dirigida hacia abajo está situada encima del trazo que
indica la presión, la corriente penetra en el adsorbente por el
extremo de salida del adsorbente, siendo los extremos de entrada y
de salida siempre los del gas objeto de tratamiento y del gas
trasvasado a la fase de producción.
El ciclo de la figura 2 comporta ocho etapas
sucesivas, señaladas como I a VIII, que se describirán sucesivamente
teniendo en cuenta por ejemplo que en el instante t = 0, el
adsorbente 11A inicia su fase de adsorción. El periodo T del ciclo
es, a modo de ejemplo, igual a 960 minutos para una presión
P_{ads} de adsorción de aproximadamente 15,5 bares.
Cuando tiene lugar la etapa I, es decir, de
t = 0 a t_{1} = 35 minutos, los adsorbentes 11A y 11B están
en fase de adsorción tal y como se representa en la figura 3,
recibiendo el adsorbente 11A sólo el 5% del caudal gaseoso de la
línea 12, por medio de una válvula 111 de regulación del caudal que
la atraviesa, y recibiendo el adsorbente 11B el 95% del caudal
nominal restante, por medio de una válvula de regulación 112.
Durante esta etapa, el adsorbente 11A nuevamente
regenerado detiene, además de las impurezas, (agua y dióxido de
carbono), el monóxido de carbono contenido en la mezcla gaseosa, en
razón de la afinidad química de su material adsorbente con el
monóxido de carbono. Además, el flujo depurado que sale del
adsorbente 11A, que pasa por una válvula abierta 113, está
prácticamente exento de monóxido de carbono. Para la composición de
la mezcla gaseosa antes indicada, el contenido en hidrógeno de dicho
flujo que sale del adsorbente 11A puede alcanzar más del 90% molar.
De forma concomitante, el material adsorbente del adsorbente 11B que
se ha saturado de monóxido de carbono previamente en la etapa I
sólo adsorbe las impurezas del 95% de la mezcla gaseosa que se le
envían y produce un flujo depurado a través de una válvula abierta
114. Los flujos de las válvulas 113 y 114 se mezclan en el conducto
de conexión 13 de forma que los contenidos de esta mezcla en
monóxido de carbono y en hidrógeno estén más próximos de su valor
nominal, es decir, muy próximos por ejemplo a los contenidos del
flujo de dicho conducto 13 cuando tiene lugar la etapa anterior a la
etapa I, diluyéndose el flujo salido del adsorbente 11A de poco
caudal y pobre en monóxido de carbono en el flujo salido del
adsorbente 11B.
Esta etapa I se acaba cuando la mayor parte,
incluso la totalidad, del material adsorbente del adsorbente 11A
está saturada de monóxido de carbono.
Cuando tiene lugar la etapa II, es decir, de t1
a t2 = 45 minutos, los adsorbentes 11A y 11B pasan a la fase de
adsorción pero se someten respectivamente a aproximadamente el 50%
del caudal nominal de la mezcla gaseosa objeto de depuración,
accionándose las válvulas 111 y 112 en consecuencia. Esta etapa II
se parece a una puesta en paralelo de reparto simétrico de la
mezcla gaseosa de alimentación, tal y como se menciona en el
preámbulo de la solicitud. Esta puesta en paralelo permite
ventajosamente un ajuste térmico del flujo depurado del conducto
13, tendiendo el flujo que sale del adsorbente 11A nuevamente
regenerado a estar más caliente que el del adsorbente 11B al final
de la fase de adsorción.
Cuando tiene lugar la etapa III, es decir, de t2
a t3 = T/2 = 480 minutos, sólo el adsorbente 11A está en fase de
adsorción, estando la válvula 111 totalmente abierta, y el
adsorbente 11B pasa a la fase de regeneración, estando las válvulas
112 y 114 totalmente cerradas. Así, durante la mayor parte del
tiempo de funcionamiento de la unidad de tratamiento 11 (en este
caso, durante más del 90% de dicho tiempo de funcionamiento), el
tratamiento de la mezcla gaseosa está asegurado por el único
adsorbente 11A.
Cuando tiene lugar la etapa IV, es decir, de t3
a t4 = 515 minutos, el adsorbente 11A está al final de la fase de
adsorción y el adsorbente 11B pasa a la fase de adsorción,
sometiéndose los adsorbentes 11A y 11B respectivamente al 95% y al
5% del caudal nominal de la mezcla gaseosa, por medio del ajuste
correspondiente de las válvulas 111 y 112, así como por la abertura
de la válvula 114. La etapa IV es pues similar a la etapa I
invirtiendo el papel de los adsorbentes 11A y 11B.
De la misma forma, la etapa V, es decir, el
intervalo entre t4 y t5 = 525 minutos, es similar a la etapa II
invirtiendo el papel de los adsorbentes 11A y 11B.
Cuando tiene lugar la etapa VI, es decir, de t5
a t6 = 630 minutos, el adsorbente 11A pasa a la fase de
regeneración, estando asegurada la depuración de la mezcla gaseosa
en su totalidad por el adsorbente 11B, como se representa en la
figura 4. El adsorbente 11A está conectado por debajo a la línea 2
de conexión con la unidad de producción de hidrógeno 4, a través de
una válvula de distensión 115. La presión en el adsorbente 11A pasa
en ese momento de la presión P_{ads} a una presión inferior de
elución, señalada como P_{élu} y de valor adaptado al tipo de
procedimiento de puesta en práctica en la unidad de separación
criogénica 14. Esta presión de elución será por ejemplo inferior
entre 1 y 2 bares a la presión P_{ads} de adsorción, y también
puede ser de un valor sensiblemente menor, por ejemplo del orden de
3 bares absolutos.
De forma concomitante a esta despresurización o
una vez que esta última ha terminado, el adsorbente 11A es sometido
al flujo rico en hidrógeno (gas de regeneración) de la línea 16, por
medio de una válvula 116 de regulación de caudal que la
atraviesa.
Esta válvula 116 se acciona de forma que
solamente el 10% del flujo de regeneración que proviene de la línea
16 se envíe a contracorriente en el adsorbente 11A, dirigiéndose el
90% del caudal nominal restante directamente a la línea de conexión
2, por medio de una línea de derivación 117 provista de una válvula
de regulación 118.
Durante la aplicación del gas de regeneración de
esta etapa VI, el material adsorbente del adsorbente 11A que inicia
su regeneración se satura de impurezas (agua y dióxido de carbono) y
de monóxido de carbono. Los primeros instantes de la regeneración
se acompañan de una fuerte desadsorción del monóxido de carbono,
pudiendo el contenido en monóxido de carbono del flujo salido del
adsorbente 11A alcanzar más de diez veces el del flujo de
regeneración de la línea 16. Aplicada tal cual a la unidad 4, sobre
todo si esta última funciona por adsorción, esta bocanada brusca e
intensa de monóxido de carbono conllevaría unas perturbaciones de
funcionamiento importantes que conducirían a una pérdida del
rendimiento en hidrógeno y/o a una polución de la producción de la
unidad 4. Por el contrario, por la mezcla del flujo salido del
adsorbente 11A de contenido elevado en monóxido de carbono, con el
flujo de regeneración de la derivación 117, en unas proporciones
respectivas del 10 y el 90%, el contenido en monóxido de carbono
del flujo de la línea de conexión 2 permanece en un valor
compatible con las tolerancias de funcionamiento de la unidad de
producción 4.
Esta etapa VI prosigue hasta que el material
adsorbente del adsorbente 11A esté sensiblemente descargado de la
mayor parte del monóxido de carbono.
Ventajosamente, esta etapa puede proseguir de
forma que se amortiguan los efectos térmicos del inicio de la
regeneración. De hecho, al tender el flujo que sale del adsorbente
11A a ser más frío que la norma de alimentación de la unidad 4, su
mezcla con el flujo más caliente, por ejemplo de 20ºC, de la línea
de derivación 117 permite el igualamiento de la temperatura del
flujo de la línea de conexión 2.
Cuando tiene lugar la etapa VII, es decir, de t6
a t7 = 790 minutos, la elución del material adsorbente del
adsorbente 11A prosigue por medio de la totalidad del flujo de
regeneración dirigido por la línea 16, estando la válvula 116
totalmente abierta y estando la válvula 118 cerrada. Ventajosamente,
el gas de regeneración es calentado por un dispositivo de
calentamiento 119.
Cuando tiene lugar la etapa VIII, es decir, de
t7 a t8 = T = 960 minutos, la elución del material adsorbente del
adsorbente 11B finaliza con la totalidad del flujo de regeneración
no calentado, y después la válvula 116 se cierra para permitir la
represurización del adsorbente. La etapa VIII se acaba cuando la
presión del adsorbente 11A ha alcanzado el valor P_{ads}.
Así, el procedimiento según la invención permite
limitar en gran medida las perturbaciones en los contenidos en
monóxido de carbono a la vez que el flujo del gas tratado salido de
la unidad de tratamiento 11 cuando un adsorbente inicia su fase de
adsorción (etapas I y IV) y del flujo del gas residual que sale de
esa unidad de tratamiento cuando un adsorbente inicia su fase de
utilización del gas de regeneración (etapa VI).
Este procedimiento es de fácil puesta en
práctica en una instalación pertinente de la técnica anterior, que
conviene equipar con válvulas de regulación, como las válvulas 111,
112, 116 y 118, así como con al menos una línea de derivación como
la línea 117.
Por supuesto, aunque basado en la misma idea de
dilución del flujo salido del adsorbente que acaba de iniciar su
fase de adsorción o de empezar a ser sometido al gas de regeneración
con el flujo salido del adsorbente que termina su fase de
regeneración, y respectivamente con el gas de regeneración
directamente, la puesta en marcha de las etapas I y IV y la de la
etapa VI son independientes, combinando ambas ventajosamente el
ejemplo del procedimiento según la invención antes descrito.
Cuando tiene lugar la etapa I o IV, el
porcentaje del caudal de mezcla gaseosa que hay que enviar al
adsorbente que inicia su fase de adsorción no está limitado al 5%
del caudal de la línea de alimentación 12, como en el ejemplo antes
desarrollado. Ese porcentaje es por lo general estrictamente
inferior al 50% del caudal de la línea 12, ventajosamente inferior
al tercio del caudal de la línea 12, preferentemente comprendido
entre el 5 y el 20% del caudal de la línea 12.
De la misma forma, cuando tiene lugar la etapa
VI, el porcentaje del caudal de gas de regeneración que hay que
enviar al adsorbente que empieza a ser sometido al gas de
regeneración no está limitado al 10% del caudal de la línea de
evacuación 16, como en el ejemplo antes desarrollado. Ese porcentaje
es por lo general estrictamente inferior al 50% del caudal de la
línea 16, ventajosamente inferior a un tercio del caudal de la línea
16, preferentemente comprendido entre el 5 y el 20% del caudal de
la línea 16.
A modo de variante del procedimiento e
independientemente del valor del porcentaje de los caudales antes
mencionados, la duración de la etapa I o de la etapa IV puede
predeterminarse de forma que sea superior a aproximadamente un 1%
de la duración de la fase de adsorción de un adsorbente (es decir,
extendiéndose la duración de la etapa I a la etapa V en el ciclo de
la figura 2), ventajosamente superior a aproximadamente el 5% de la
duración de esa fase de adsorción, preferentemente comprendida
entre el 10 y el 20% de la duración de esa fase de adsorción.
De la misma forma, la duración de la etapa VI
puede predeterminarse de forma que sea superior a aproximadamente
un 1% de la duración de la fase de regeneración de un adsorbente (es
decir, extendiéndose la duración de la etapa VI a la etapa VIII),
ventajosamente superior a aproximadamente el 5% de la duración de
esa fase de regeneración, preferentemente comprendida entre el 10 y
el 20% de la duración de esa fase de regeneración.
Por otra parte, aunque se ha descrito antes con
unos adsorbentes 11A y 11B adaptados para retener, en tanto que
impurezas, el agua y el dióxido de carbono, el procedimiento según
la invención se aplica a unas unidades de tratamiento con un
material adsorbente adaptado para fijar preferentemente sólo el
agua.
Además, aunque se ha descrito con una unidad de
tratamiento 11 con únicamente dos adsorbentes, el procedimiento
según la invención se aplica a unas unidades que comportan un mayor
número de adsorbentes, de funcionamiento individual o en grupo, por
ejemplo de funcionamiento por parejas. Asimismo, debe entenderse que
el término "adsorbente" designa a un adsorbente de marcha
propia o a un grupo de adsorbentes de marcha común.
En el caso de una unidad de tratamiento con más
de dos adsorbentes respectivamente de funcionamiento individual,
por ejemplo de tres adsorbentes que siguen el mismo ciclo con un
desfase que equivale sensiblemente a un tercio del periodo del
ciclo, el procedimiento según la invención resulta particularmente
ventajoso cuando el tratamiento por adsorción se efectúa, la mayor
parte del tiempo, mediante un solo adsorbente en fase de adsorción
(como cuando tiene lugar la etapa III del ciclo de la figura 2).
Más en general, para una unidad de tratamiento de N adsorbentes,
siendo N superior o igual a 2, que siguen un ciclo de periodo T, el
procedimiento según la invención resulta ventajoso cuando la
duración de la fase de adsorción de cada adsorbente está comprendida
entre T/N incluidos y 2T/N no incluidos.
Siempre en el caso de una unidad de más de dos
adsorbentes, y con la condición de que en un intervalo de tiempo
determinado del ciclo al menos dos adsorbentes estén en la fase de
regeneración, el flujo salido del adsorbente que empieza a ser
sometido a una parte del caudal del gas de regeneración puede
mezclarse con el resto de dicho caudal, bien directamente, como se
ha descrito antes, o bien después de que el resto de dicho caudal
haya sido enviado a otro adsorbente que finaliza su fase de
regeneración. De hecho, como se ha descrito cuando tiene lugar la
etapa VII y el inicio de la etapa VIII del ciclo de la figura 2, el
flujo salido de un adsorbente que lleva en regeneración cierto
tiempo ya no presenta perturbaciones significativas en sus
contenidos y en su caudal. Asimismo, ese flujo estable puede
utilizarse para diluir el flujo salido de un adsorbente que empieza
a ser sometido al gas de regeneración.
Tal y como se representa en la figura 5, la
unidad de separación criogénica puede, a modo de variante, ser
sustituida por una unidad de permeación 20 adaptada para producir un
permeato con un índice hidrógeno/monóxido de carbono
predeterminado, formando un no permeato enviado a la unidad de
tratamiento 11 de la misma forma que el flujo del conducto 16 para
la instalación 1 de la figura 1. La instalación 21 formada de esta
manera permite producir un flujo de índice hidrógeno/monóxido de
carbono particularmente estable en el tiempo, asegurando el
procedimiento según la invención una alimentación de la unidad 20
por la línea 13 de buena calidad en términos de estabilidad de
caudal, de contenidos en hidrógeno y en monóxido de carbono y de
temperatura.
A modo de variante no representada del
procedimiento según la invención, el flujo salido del adsorbente que
acaba de iniciar su fase de adsorción o que acaba de ser sometido
al gas de regeneración puede enviarse, al menos en parte, a una red
de residuos para ser valorado, por ejemplo en tanto que gas de
combustión ("gas combustible"), sobre todo si es aceptable una
pérdida de rendimiento en hidrógeno y/o en monóxido de carbono por
la unidad inferior 14 ó 20.
Claims (19)
1. Procedimiento de tratamiento por adsorción de
una mezcla gaseosa que comporta al menos un constituyente principal
objeto de producción y unas impurezas que hay que separar de dicha
mezcla, caracterizado porque se utilizan N adsorbentes (11A,
11B), siendo N superior o igual a dos, que siguen cada uno en
desfase un mismo ciclo de periodo T, durante el cual se suceden una
fase de adsorción y una fase de regeneración, y porque se somete
cada adsorbente (11A) al inicio de la fase de adsorción a sólo una
parte del caudal nominal de la mezcla gaseosa objeto de
tratamiento, hasta que dicho adsorbente esté sensiblemente saturado
en al menos uno de los constituyentes principales objeto de
producción, manteniendo al menos otro adsorbente (11B) en fase de
adsorción.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque, para formar la mezcla gaseosa tratada
(13), se mezcla el flujo salido del adsorbente (11A) sometido a
dicha parte con el flujo salido de dicho al menos otro adsorbente
(11B) en fase de adsorción.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la duración de la fase de adsorción de
cada adsorbente (11A, 11B) está comprendida entre T/N incluidos y
2T/N no incluidos.
4. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
tratamiento por adsorción de la mezcla gaseosa se efectúa, la mayor
parte de la etapa de producción, mediante un solo adsorbente (11A,
11B) en fase de adsorción.
5. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, una vez
sometido a dicha parte del caudal nominal de la mezcla gaseosa
objeto de tratamiento dicho adsorbente (11A) al inicio de la fase
de adsorción, se somete dicho adsorbente a una etapa de puesta en
paralelo durante la cual el caudal de gas tratado se obtiene en una
mitad mediante dicho adsorbente (11A) y en la otra mitad mediante
dicho al menos otro adsorbente (11B) en fase de adsorción.
6. Procedimiento de tratamiento por adsorción de
una mezcla gaseosa que comporta al menos un constituyente principal
que hay que producir y unas impurezas que hay que separar de dicha
mezcla, caracterizado porque se utilizan N adsorbentes (11A,
11B), siendo N superior o igual a dos, que siguen cada uno en
desfase un mismo ciclo de periodo T, durante el cual se suceden una
fase de adsorción y una fase de regeneración que utiliza un gas de
regeneración, y porque se somete cada adsorbente (11A) al inicio de
la utilización del gas de regeneración a sólo una parte del caudal
nominal del gas de regeneración, hasta que dicho adsorbente esté
sensiblemente descargado de al menos uno de los constituyentes
principales objeto de producción.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque, para formar un flujo gaseoso evacuado
(2), se mezcla el flujo salido del adsorbente (11A) sometido a
dicha parte con el resto del caudal nominal del gas de
regeneración.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque el flujo salido del adsorbente (11A)
sometido a dicha parte y el resto del caudal nominal del gas de
regeneración se mezclan directamente.
9. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque el flujo salido del adsorbente (11A)
sometido a dicha parte se mezcla con el flujo salido de otro
adsorbente que termina su fase de regeneración y que es sometido a
al menos una parte del resto del caudal nominal de gas de
regeneración.
10. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque la fase de
regeneración de cada adsorbente (11A, 11B) comporta una etapa de
despresurización y una etapa de represurización de dicho
adsorbente.
11. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 10, caracterizado porque la fase de
regeneración de cada adsorbente (11A, 11B) comporta una etapa de
calentamiento del gas de regeneración.
12. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5 y/o una cualquiera de las reivindicaciones 6
a 11, caracterizado porque dicha parte del caudal nominal de
la mezcla gaseosa objeto de tratamiento, y respectivamente del
caudal nominal del gas de regeneración, es estrictamente inferior a
la mitad del caudal nominal de la mezcla gaseosa objeto de
tratamiento, y respectivamente del caudal nominal del gas de
regeneración.
13. Procedimiento según la reivindicación 12,
caracterizado porque dicha parte del caudal nominal de la
mezcla gaseosa objeto de tratamiento, y respectivamente del caudal
nominal de regeneración, es inferior a un tercio del caudal nominal
de la mezcla gaseosa objeto de tratamiento, y respectivamente del
caudal nominal del gas de regeneración.
14. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado porque dicha parte del caudal nominal de la
mezcla gaseosa objeto de tratamiento, y respectivamente del caudal
nominal del gas de regeneración, está comprendida entre el 5 y el
20% del caudal nominal de la mezcla gaseosa objeto de tratamiento, y
respectivamente del caudal nominal del gas de regeneración.
15. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5 y/o una cualquiera de las reivindicaciones 6
a 11, o según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14,
caracterizado porque dicha parte del caudal nominal de la
mezcla gaseosa objeto de tratamiento, y respectivamente del caudal
nominal del gas de regeneración, se somete, al inicio de la fase de
adsorción, y respectivamente al inicio de la utilización del gas de
regeneración, al adsorbente correspondiente, a lo largo de una
duración superior a aproximadamente el 1% de la de la fase de
adsorción, y respectivamente a aproximadamente el 1% de la de la
fase de regeneración, de dicho adsorbente correspondiente.
16. Procedimiento según la reivindicación 15,
caracterizado porque dicha duración es superior a
aproximadamente el 5% de la de la fase de adsorción, y
respectivamente a aproximadamente el 5% de la de la fase de
regeneración.
17. Procedimiento según la reivindicación 16,
caracterizado porque dicha duración está comprendida entre el
10 y el 20% de la de la fase de adsorción, y respectivamente entre
el 10 y el 20% de la de la fase de regeneración.
18. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha
mezcla gaseosa comporta, como constituyentes principales, el
hidrógeno y el monóxido de carbono, comportando las impurezas que
hay que eliminar agua y dióxido de carbono, y porque se separa de
forma criogénica la mezcla gaseosa tratada en un flujo de monóxido
de carbono sensiblemente puro y en un flujo de alto contenido en
hidrógeno.
19. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque dicha mezcla
gaseosa comporta, como constituyentes principales, el hidrógeno y
el monóxido de carbono, comportando las impurezas que hay que
eliminar agua y dióxido de carbono, y porque se separa por
permeación la mezcla gaseosa tratada en un flujo con un índice
hidrógeno/monóxido de carbono predeterminado y en un flujo de alto
contenido en hidrógeno.
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