ES2294301T3 - Procedimiento de separacion por membrana para el enriquecimiento de oxigeno en una corriente de gas. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de separación por membrana ara el enriquecimiento de oxígeno de aire (7), en el que se alimenta aire para el enriquecimiento de oxígeno al menos a una unidad de separación por membrana (10), que presenta una membrana, de una instalación de separación por membrana (2), en el que se lleva a cabo en la membrana la separación de aire a través de permeación de gas en un retentato (8) descargado sobre un lado de retentato (12) de la membrana, y en un permeato (9) descargado sobre un lado de permeato (11) de la membrana, en el que el componente de gas a enriquecer es permeado por medio de un mecanismo de solución - difusión a través de la membrana, en el que el aire es comprimido antes de entrar en la instalación de separación por membrana (2) a una presión de entrada por encima de la presión del medio ambiente y en el que el nivel de la presión se reduce en el lado del permeato (11) con respecto a la presión de entrada de la corriente de gas, en el que el permeato (9) es enriquecido a una concentración de oxígeno de 22 a 45% en vol., caracterizado porque la corriente de gas es alimentada con una presión absoluta de 1,35 bares a 1,5 bares a la instalación de separación por membrana (2) y porque el permeato (9) es descargado con una presión absoluta entre 0,4 bares hasta 1,0 bar desde la instalación de separación por membrana (2).

Description

Procedimiento de separación por membrana para el enriquecimiento de oxígeno en una corriente de gas.

La invención se refiere a un procedimiento de separación por membrana de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Se conoce a partir del documento WO 99/38602 A un dispositivo para el enriquecimiento de oxígeno del aire, en el que se alimenta aire a través de una bomba hacia un dispositivo de separación por membrana, en el que se lleva a cabo en la membrana la separación del aire a través de permeación del gas en un retentato descargado sobre un lado de retentato de la membrana y en un permeato descargado sobre un lado de permeato de la membrana, en el que el aire es comprimido antes de la entrada en el dispositivo de separación por membrana a una presión de entrada por encima de la presión del medio ambiente y en el que el nivel de la presión es reducido sobre el lado del permeato con respecto a la presión de entrada de la corriente de gas a través de un soplante de aspiración.

Se conoce a partir del documento US 3.976.451 un dispositivo de separación por membrana para el enriquecimiento de aire con oxígeno, en el que la corriente de aire es alimentada ala presión del medio ambiente. A través de una bomba de vacío se genera una presión negativa en el lado del permeato, lo que conduce a la aspiración del aire enriquecido con oxígeno.

El cometido de la presente invención es poner a disposición un procedimiento de separación por membrana y un dispositivo de separación del tipo indicado al principio, en el que es posible la separación del gas o bien el enriquecimiento de un componente del gas en una corriente de gas con un gasto reducido de energía y con costes de inversión y de funcionamiento reducidos.

El cometido indicado anteriormente se soluciona en un procedimiento de separación por membrana con las características de la reivindicación 1.

La invención se basa en la idea básica de reducir el nivel de la presión en el lado del permeato de la membrana a través de la pérdida de presión, que se produce durante el paso del componente a separar a través de la membrana, con respecto al nivel de la presión de entrada de la corriente de gas a enriquecer o bien con relación a la presión de salida de la corriente de retentato. La fuerza de impulsión, que es necesaria para el paso del componente de gas a enriquecer a través de la membrana en la corriente de permeato, se establece a través de la diferencia de la presión entre la corriente de gas de entrada y la corriente de permeato o bien a través de la diferencia de la presión entre la corriente de retentato y la corriente de permeato. En los procedimientos de separación por membrana conocidos a partir del estado de la técnica, se comprime la corriente de gas de entrada a un nivel alto de la presión -habitualmente entre 8 y 20 bares-, de manera que se asegura una fuerza de impulsión suficientemente alta. Puesto que el gasto de energía para la compresión de una corriente de gas o bien el gasto de energía para la reducción de la presión en la primera aproximación es proporcional a la corriente volumétrica del gas, se puede reducir claramente a través del procedimiento de acuerdo con la invención el gasto de energía para el enriquecimiento de un componente del gas en una corriente de gas frente a los procedimientos de separación por membrana conocidos. A través del procedimiento de separación por membrana de acuerdo con la invención es posible en primer lugar crear nuevos campos de aplicación y aplicaciones y emplear procedimientos de separación por membrana de una manera económica para determinadas zonas.

La corriente de gas se puede comprimir, por una parte, antes de la entrada en la instalación de separación por membrana a una presión de entrada por encima de la presión del medio ambiente. En este caso, debe reducirse el nivel de la presión en el lado del permeato con respecto a la presión de entrada de la corriente de gas hasta el punto de que se asegura un paso del componente de gas a enriquecer a través de la membrana en la corriente de permeato. Por otra parte, se puede reducir el nivel de la presión en el lado del retentato, siendo alimentada la corriente de gas a la instalación de separación por membrana a la presión del medio ambiente. En este caso, es necesario que el nivel de la presión en el lado del permeato sea reducido con respecto a la presión de salida de la corriente de retentato hasta el punto de que se pueda realizar un paso del componente a enriquecer a través de la membrana en la corriente de permeato.

Aunque el procedimiento de acuerdo con la invención debe emplearse para el enriquecimiento de oxígeno del aire, es posible también evidentemente enriquecer otros componentes del gas en la corriente de gas. Por ejemplo, el procedimiento de acuerdo con la invención se puede emplear para el enriquecimiento de nitrógeno del aire, siendo transferido el oxígeno desde el aire a través de la membrana a la corriente de permeato y siendo realizado de esta manera un enriquecimiento de la corriente de retentato con nitrógeno. Además, el procedimiento de acuerdo con la invención se puede emplear para la separación de dióxido de carbono así como para la separación y/o para el enriquecimiento de gases de la combustión. Por último, también es concebible que el procedimiento de acuerdo con la invención no sólo sea empleado para el enriquecimiento de componentes del gas en una corriente de gas sino también para el enriquecimiento de componentes en medios fluidos opcionales.

El aire enriquecido con oxígeno se puede emplear en una pluralidad de aplicaciones. En virtud del procedimiento de acuerdo con la invención es posible poner a disposición un procedimiento poco intensivo de energía y, por lo tanto, rentable para el enriquecimiento de oxígeno del aire. Una reducción del nivel de la presión en el lado del permeato provoca una mejora del proceso de separación. El contenido de oxígeno en el permeato se eleva en virtud del incremento de la diferencia de la presión a través de la membrana. Al mismo tiempo, se eleva la corriente volumétrica del permeato. Estos dos efectos conducen a una mejora de la capacidad de separación. El procedimiento posibilita, además, una regulación sencilla de la corriente volumétrica del permeato y se caracteriza por un tipo de funcionamiento sencillo y económico.

El enriquecimiento de un componente gaseoso en una corriente de gas se basa en el mecanismo de la permeación del gas, en la que tanto la corriente de gas de entrada o bien la corriente de retentato como también la corriente de permeato están presentes en forma de gas. El proceso de la permeación del gas es conocido en sí y se puede describir a través de un mecanismo de solución y difusión. En la instalación de separación por membrana tiene lugar en la superficie de la membrana absorción del componente de permeación de la corriente de gas, por ejemplo del oxígeno del aire. Se lleva a cabo la difusión a través de la capa de separación de la membrana y a continuación se realiza la desorción sobre el lado del permeato de la membrana.

Sobre la base del mecanismo de permeación del gas tiene lugar una separación de la corriente de gas de entrada (corriente de alimentación) en una corriente de permeato enriquecida con oxígeno y una corriente de retentato empobrecida de oxígeno. Con el procedimiento de acuerdo con la invención es posible concentrar la corriente de permeato a una concentración de oxígeno de 22 a 46% en vol., presentando de una manera preferida la corriente de permeato aproximadamente 30% en vol. de oxígeno. Mientras que en el enriquecimiento de oxígeno del aire está previsto que el oxígeno pase a través de la membrana a la corriente de permeato, en principio es posible también, naturalmente, que el componente de gas a enriquecer se encuentre en la corriente de retentato. En este caso sucede de tal manera que la gran parte o bien una pluralidad de componentes pasan a través de la membrana a la corriente de permeato, mientras que el componente a enriquecer no pasa a través de la membrana y de esta manera se enriquece en la corriente de retentato.

De acuerdo con la invención, se ha establecido, además, que la corriente de permeato debería descargarse con una presión absoluta entre 0,4 bares hasta menos de 1 bar, es decir, con presión negativa, con el fin de garantizar un paso del componente de gas a enriquecer a través de la membrana a la corriente de permeato y al mismo tiempo mantener lo más reducido posible el gasto de energía para el enriquecimiento del componente de gas. Otro nivel de presión preferido de la corriente de permeato se encuentra entre 0,5 bares y 0,65 bares. La corriente de gas debería alimentarse a tal fin con una presión absoluta entre 1,35 bares hasta 1,5 bares, debiendo ser de una manera preferida la diferencia de la presión entre la corriente de alimentación y la corriente de permeato entre 0,2 bares y 0,5 bares. La corriente de retentato se puede descargar especialmente con 1 bar, por lo tanto aproximadamente a la presión del medio ambiente. En este caso, se entiende que todos los valores son detectados de acuerdo con la invención a partir de los intervalos de valores mencionados anteriormente, pudiendo proporcionar ventajas especiales, en caso necesario, también valores individuales seleccionados a partir de los intervalos de valores en el marco de la aplicación del procedimiento de acuerdo con la invención.

Para mantener lo más reducido posible el gasto de energía para la compresión de la corriente de gas entes de la entrada en la instalación de separación por membrana, está previsto de una manera preferida que la diferencia de presión entre la corriente de gas y la corriente de retentato no exceda de 1 bar, con preferencia esté entre 0,2 y 0,5 bares. N este caso es importante que la diferencia de la presión entre la corriente de gas y la corriente de retentato sea al menos suficientemente grande para compensar las pérdidas de presión que se producen en el lado del retentato, que aparecen durante la circulación de la corriente de gas a través del dispositivo de separación por membrana. Cuando la diferencia de la presión entre la corriente de gas y la corriente de retentato no es suficientemente grande, se inicia una concentración más reducida para el componente enriquecido en la corriente de permeato. En otra forma de realización ventajosa, está previsto de acuerdo con la invención que la diferencia de la presión sea regulada en función de la concentración del componente a enriquecer en la corriente de permeato. En general, se aplica que el nivel de la presión de la corriente de gas de entrada y del retentato deberían mantenerse lo más reducidos posible a las concentraciones correspondientes requeridas del permeato enriquecido, con el fin de reducir al mínimo el gasto de energía. A través del procedimiento de acuerdo con la invención es posible de una manera sencilla regular la corriente volumétrica de la corriente de permeato y/o la concentración del componente de gas a enriquecer en la corriente de permeato a través de la reducción del nivel de la presión en el lado del permeato. De esta manera se pone a disposición una posibilidad especialmente ventajosa para ajustar la corriente volumétrica de la corriente de permeato o bien la concentración del componente de gas enriquecido de una manera exacta y reproducible con un gasto de energía reducido de acuerdo con las necesidades especiales del usuario.

Además, es importante que el nivel de la presión en el lado del permeato deba reducirse hasta tal punto que la fuerza de impulsión resultante sea suficiente para provocar un enriquecimiento del componente de gas en la corriente de permeato. Evidentemente, de acuerdo con la invención también es concebible que adicionalmente a la reducción del nivel de la presión en el lado del permeato, se eleve el nivel de la presión de la corriente de gas de entrada y de esta manera se incremente adicionalmente la fuerza de impulsión.

Una forma de realización ventajosa del procedimiento de acuerdo con la invención prevé que el procedimiento se aplique en una fase. "En una fase" se refiere en este contexto a la elevación de la presión de la corriente de gas de entrada y/o a la reducción de la presión del permeato prevista de acuerdo con la invención. El procedimiento en una fase se caracteriza por una estructura muy sencilla y posibilita una conducción clara del proceso. Especialmente en aplicaciones técnicas, en las que es suficiente poner a disposición una corriente de permeato enriquecida solamente en una medida moderada, se ofrece la forma de realización del procedimiento en una fase. Esto se aplica, por ejemplo, para el enriquecimiento de oxígeno del aire. La forma de realización del procedimiento en una fase conduce a costes de funcionamiento y de inversión más reducidos y, por lo tanto, se puede emplear de una manera especialmente rentable.

Para obtener diferentes corrientes volumétricas está previsto de acuerdo con la invención que la corriente de gas esté dividida en al menos dos corrientes parciales y sea separada a través de una pluralidad de unidades de separación por membrana y/o de instalaciones de separación por membrana dispuestas en paralelo. Evidentemente también es posible que se accionen en paralelo varios módulos utilizados en una instalación de separación por membrana. En principio, sin embrago, también es posible una conexión en serie de varias unidades de separación por membrana.

De acuerdo con la invención, está previsto que como unidades de separación por membrana se puedan utilizar, por ejemplo, módulos de placas, módulos de bolsas o módulos de fibras huecas. Evidentemente también es posible que se combinen una pluralidad de unidades de separación diferentes con el fin de conseguir resultados óptimos de la separación. Las propiedades del material de las membranas empleadas, como por ejemplo el espesor de la capa de separación de las membranas, la permeabilidad, la selectividad y la resistencia a la temperatura, influyen en la capacidad de la instalación de separación por membrana. No obstante, en principio, se pueden confeccionar y emplear todos los tipos de membranas para el procedimiento de acuerdo con la invención, en función del caso de aplicación respectivo. La estabilidad de la instalación de separación por membrana no está limitada, puesto que no se provoca ninguna carga mecánica a través de partes móviles. Por lo tanto, el procedimiento está exento de mantenimiento. Las influencias del envejecimiento de los tipos de membrana solamente tienen una importancia secundaria en el caso de una selección adecuada de los tipos de membrana en función del procedimiento de aplicación.

Para evitar un daño de la instalación de separación por membrana o bien de la membrana y/o del dispositivo conectado delante o detrás o bien la aspiración de medios gaseosos, está previsto de acuerdo con la invención que se lleve a cabo una separación de componentes de interferencia desde la corriente de gas antes de la entrada en la instalación de separación por membrana, con preferencia antes de la compresión, especialmente una separación de partículas y/o de aceites y/o grasas. La entrada de tales componentes de interferencia en los componentes de la instalación debe evitarse en la mayor medida posible, puesto que los componentes de interferencia pueden influir de una manera negativa en la separación o bien en el enriquecimiento del componente de gas. Especialmente aquí hay que temer un daño de la membrana empleada en la instalación de separación por membrana. En principio, sin embargo, debería reducir en gran medida al mínimo el gasto para la purificación, con el fin de mantener reducidos los costes.

La corriente de gas se puede refrigerar o calentar antes de la entrada en la instalación de separación por membrana, con preferencia después de la compresión. De esta manera, se asegura que no se excedan las temperaturas límite máximas admisibles del tipo de membrana respectivo. En el caso de calentamiento de la corriente de gas, se puede impedir la condensación de componentes del gas condensables, arrastrados con la corriente de gas, por ejemplo vapor de agua. En este caso se caliente la corriente de gas de una manera preferida desde 35ºC a 50ºC, con preferencia 45ºC, hasta 50ºC a 75ºC, con preferencia de 60ºC a 65ºC. Está prevista de una manera preferida una refrigeración de la corriente de gas a un nivel de temperatura de 0ºC a 30ºC, en particular de 0ºC a 20ºC. El calentamiento o bien la refrigeración de la corriente de gas se pueden realizar en función de la membrana empleada y de la dependencia de la temperatura de los parámetros específicos, que determinan el proceso de separación a través de la membrana. Si se aplica el procedimiento de acuerdo con la invención para el enriquecimiento de oxígeno del aire, se puede alimentar el aire directamente desde el medio ambiente a la instalación de separación por membrana y el procedimiento puede tener lugar a temperatura ambiente.

La Ley de Energías Renovables (EEG) garantiza conjuntos de bonificaciones fijas para la corriente de gases de basurero. La técnica de las instalaciones está presente, en efecto, en los basureros, pero con frecuencia no se puede utilizar ya en virtud de las calidades de los gases. Una aplicación especialmente preferida del procedimiento mencionado al principio prevé emplear la substancia de permeato enriquecida con oxígeno para la combustión de motores de gas de los gases de basurero. En el curso de los residuos residenciales TA se han modificado claramente las calidades y las tasas de los gases en los basureros. La desgasificación difusa de metano en la zona del basurero se reduce a través de medidas de prevención selectivas de la técnica de basureros, de los drenajes de gas y de los conductos colectores. La calidad del gas está sometida a oscilaciones y se puede aprovechar en motores de gas actualmente solamente con un porcentaje mínimo de metano del 20% en el gas de basureros técnicamente en las termoeléctricas de bloques. De una manera alternativa, se quema el metano y se producen desgasificaciones difusas de una manera intensificada y contaminan el medio ambiente. El metano contribuye 23 veces más al efecto invernadero que el dióxido de carbono y se pierde sin ser utilizado como portador de energía.

Con la ayuda del procedimiento en una fase para en enriquecimiento de oxígeno del aire es posible crear módulos de instalaciones, con los que se puede generar aire de la combustión con un elevado contenido de oxígeno. En virtud de las condiciones económicas marco favorables del procedimiento, se puede utilizar técnicamente este aire de la combustión con un elevado porcentaje de oxígeno, también con reducidas calidades del gas (< 40% de metano) entonces en combinación en las centrales termoeléctricas de bloques. Se desplazan las porciones de masas de las cantidades de gas inerte y se obtienen mezclas combustibles de combustible y aire, que garantizan un funcionamiento seguro de los motores. Otras ventajas consisten en la reducción de las emisiones, en la mejora del rendimiento y en la eficiencia del combustible. Además del aspecto económico, se posibilita de esta manera una contribución decisiva a la descarga del medio ambiente.

Las ventajas mencionadas anteriormente se obtienen también en el caso de utilización del procedimiento descrito de acuerdo con la invención para la combustión de motores de gases de madera o de gases especiales como gases de clarificación o biogases, sin que se describe en particular esta utilización especial. Otros campos de aplicación consisten en la técnica de microturbinas y en la técnica de células de combustible. Así, por ejemplo, en el caso de utilización del procedimiento descrito de acuerdo con la invención con el aire enriquecido se pueden conseguir mejoras en el rendimiento.

Además, en otra configuración preferida es posible emplear el procedimiento de acuerdo con la invención para la preparación de aire enriquecido con oxígeno en una instalación deportiva, especialmente en un centro Wellness o similar. Para tener en cuenta el consumo elevado de oxígeno durante una activación deportiva o para incrementar el bienestar y la capacidad de potencia del deportista (alto entrenamiento), se conoce enriquecer en instalaciones deportivas o en centros Wellness el aire del medio ambiente con oxígeno o empobrecer el aire con oxígeno. El oxígeno para el enriquecimiento de oxígeno procede en este caso habitualmente de botellas de gas comprimido y, por lo tanto, es intensivo de costes. El procedimiento de acuerdo con la invención ofrece ventajas para este caso de aplicación especial en virtud del consumo reducido de energía y de los costes claramente reducidos, que son provocados a través del enriquecimiento o bien del empobrecimiento de oxígeno del aire que se encuentra en la instalación deportiva. Además, también es posible la utilización del procedimiento de acuerdo con la invención en combinación con la climatización de locales.

Otros campos de aplicación preferidos del procedimiento de acuerdo con la invención son el enriquecimiento de oxígeno de desagües en tanques biológicos de una instalación de clarificación o similares, en los que se pueden compensar sobre todo concentraciones oscilantes o demasiado reducidas de oxígeno. Por último, también es posible la utilización de gas enriquecido con oxígeno en procesos químicos a través del empleo del procedimiento de acuerdo con la invención con costes claramente reducidos, por ejemplo de en campo del alto horno.

A continuación se explica la invención a modo de ejemplo sin limitación de la idea general de la invención con la ayuda de un ejemplo de realización y con referencia al dibujo. En este caso:

La figura 1 muestra un diagrama de flujo del procedimiento para el enriquecimiento de oxígeno del aire utilizando una unidad de separación por membrana, y

La figura 2 muestra la curva de la concentración de oxígeno en la corriente de permeato en función de la necesidad de energía requerida para el enriquecimiento de la corriente de permeato y de la corriente volumétrica del permeato.

En la figura 1 se representa un procedimiento en una fase para el enriquecimiento de oxígeno del aire utilizando un dispositivo de separación por membrana 1. El dispositivo de separación por membrana 1 presenta, de acuerdo con la figura 1, una instalación de separación por membrana 2, una instalación de aspiración 3 conectada a continuación de la instalación de separación por membrana 2, en la que se trata, por ejemplo, de un compresor, otro compresor 4 así como de una manera opcional un intercambiador de calor 5 y un filtro 6, que están conectados en cada caso delante de la instalación de separación por membrana 2.

El aire ambiental 7 a enriquecer es aspirado desde el medio ambiente y es alimentado al filtro 6 para la separación de partículas de polvo o de contaminaciones gruesas. A continuación, se lleva a cabo en el compresor 4 la compresión del aire 7 especialmente a un nivel de presión de aproximadamente 1,5 bares absolutos.

Existe la opción de calentar o bien de refrigerar el aire 7 después de la compresión a través del intercambiador de calor 5. De esta manera, se asegura, por una parte, que se puedan mantener las temperaturas de funcionamiento admisibles de la instalación de separación por membrana, especialmente la temperatura límite de una membrana no representada en detalle de una unidad de separación por membrana 10. En el otro lado es posible evitar a través del calentamiento del aire 7 una condensación del vapor de agua alimentado con el aire 7.

La corriente de aire 7 es alimentada después de pasar por el intercambiador de calor 5 a la instalación de separación por membrana 2 y se divide en un retentato 8 empobrecido de oxígeno y en un permeato 9 enriquecido de oxígeno.

Además, ahora está previsto que el nivel de presión sea reducido en el lado del permeato 11 de la instalación de separación por membrana 2 a través de la instalación de aspiración 3. El nivel de la presión en el lado del permeato 11 de la instalación de separación por membrana 2 se reduce a 0,4 hasta menos que 1 bar, mientras que el nivel de la presión en el lado del retentato 12 de la instalación de separación por membrana es especialmente de 1 bar.

La instalación de separación por membrana 2 puede estar constituida por unidades de separación de membrana 10 de diferente tipo de construcción. Como unidades de separación por membrana 10 pueden encontrar aplicación, por ejemplo, módulos de placas, módulos de bolsas y/o también módulos de fibras huecas. Potencialmente se pueden emplear otras formas de realización constructivas de las unidades de separación por membrana. Las unidades de separación por membrana se pueden accionar en paralelo, con el fin de obtener diferentes corrientes volumétricas. En este caso, es esencial que la unidad de separación por membrana 10 presente al menos una membrana, que posibilita el paso selectivo de componentes de gases seleccionados al permeato 9.

Una ventana esencial del procedimiento reside en la forma de realización en una fase y en la conducción sencilla del proceso implicada con ello. La corriente volumétrica alimentada del aire 7 es separada en la instalación de separación por membrana 2 sobre la base del principio de la permeación del gas. La fuerza de impulsión de esta separación es la diferencia de la presión entre el aire 7 y el permeato 9. El enriquecimiento de un componente del gas en una corriente de gas se puede controlar en función del caso de aplicación respectivo a través de la variación de las corrientes volumétricas a ajustar de la corriente de gas, por ejemplo del aire 7, del retentato 8 y del permeato 9 así como del nivel correspondiente de la presión. En este caso sucede que la presión en el lado del permeato 11 de la instalación de separación por membrana 2, especialmente en la zona de presión negativa, provoca una mejora del proceso de separación. La corriente volumétrica y el contenido de oxígeno del permeato 9 se pueden variar de esta manera.

En este contexto, está previsto que la diferencia de la presión entre el aire 7 que entra en la instalación de separación por membrana 2 y el retentato 8 empobrecido de oxígeno no exceda un valor de 0,5 bares. La diferencia de la presión mencionada anteriormente se puede regular en este caso con respecto a un consumo de energía mínimo del procedimiento de acuerdo con la invención o bien a una concentración deseada de oxígeno del permeato 9.

Por lo demás, no se representa que el compresor 4 puede estar dispuesto evidentemente también en el lado del retentato 12 de la membrana, de tal forma que el retentato 8 es aspirado. En este caso, no es necesaria una compresión del aire 7 antes de la entrada en la instalación de separación por membrana 2. En este caso es esencial a este respecto que la fuerza de impulsión para la separación o bien para el enriquecimiento del oxígeno en el permeato 9 sea determinada a través de la diferencia de la presión entre el retentato 8 y el permeato 9.

Para asegurar una aplicación móvil o bien un transporte del dispositivo de separación 1 de una manera sencilla está previsto, además, en cuanto al dispositivo, que especialmente la instalación de separación por membrana 2, la instalación de aspiración 3 así como el compresor 4 y/u otros componentes que pertenecen al dispositivo de separación por membrana 1, sean alojados en una carcasa portátil a modo de un contenedor y formen una unidad de construcción móvil. Esto se ofrece especialmente porque el dispositivo de separación de acuerdo con la invención 1 permite una estructura compacta y dimensiones reducidas como resultado de ello y un peso reducido de los componentes de las instalaciones y de las unidades de regulación.

En la instalación de separación por membrana 2 tiene lugar una separación de aire 7 en una corriente volumétrica enriquecida con oxígeno, el permeato 9, y en una corriente volumétrica empobrecido de oxígeno, el retentato 8. En el lado del permeato 11 se aplica una presión negativa de 200 mbares también a través del dispositivo de aspiración 3. Se ajusta una corriente volumétrica de 3,1 m^{3}/h con una presión de 0,8 bares absolutos y en este estado de funcionamiento se mide un contenido de oxígeno de 25,46%. En el lado del retentato 12 se ajusta un nivel de la presión de 1,15 bares absolutos. La corriente volumétrica del retentato 8 con una porción de oxígeno de 18,75% es 4,5 m^{3}/h.

En la figura 2 se representa de forma esquemática y cualitativa la curva de la concentración de oxígeno \gamma_{O2} [%] con la ayuda de la curva b en función de la reducción del nivel de la presión sobre el lado del permeato de la instalación de separación por mem-
brana.

De acuerdo con la invención, se podría establecer en primer lugar que en función del nivel de la presión de la corriente de gas de entrada y del retentato se ajusta un óptimo para la corriente volumétrica enriquecida en el lado del permeato. Se produce una subida de la concentración de oxígeno en el permeato. Si la diferencia de la presión entre la corriente de gas de entrada y la corriente de retentato es demasiado reducida, se reduce la concentración de oxígeno alcanzada.

Por lo demás, se podría establecer que la reducción del nivel de la presión sobre el lado del permeato con respecto a la presión de entrada de la corriente de gas en la instalación de separación por membrana conduce a una mejora y a una concentración más elevada del componente enriquecido en la corriente de permeato.

La corriente volumétrica Vp [m^{3}/h] del permeato muestra una curva ascendente degresiva con nivel decreciente de la presión en el lado del permeato (curva a). La necesidad de energía P_{el}, [kW] para la reducción del nivel de la presión en el lado del permeato, que se representa en la figura 2 por medio de la curva c, se incrementa, en cambio, de forma progresiva a medida que se incrementa la reducción de la presión de la corriente de permeato.

Por lo demás, hay que indicar que no está previsto de una manera preferida un reciclado del permeato 9 y/o del retentato 8, pero en principio es posible. Tampoco está previsto de una manera preferida un reacoplamiento del permeato 9 con el retentato 7, aunque en principio es posible. Esto se aplica sobre todo en el caso de empleo del procedimiento de acuerdo con la invención para el enriquecimiento de oxígeno.

Claims (12)

1. Procedimiento de separación por membrana ara el enriquecimiento de oxígeno de aire (7), en el que se alimenta aire para el enriquecimiento de oxígeno al menos a una unidad de separación por membrana (10), que presenta una membrana, de una instalación de separación por membrana (2), en el que se lleva a cabo en la membrana la separación de aire a través de permeación de gas en un retentato (8) descargado sobre un lado de retentato (12) de la membrana, y en un permeato (9) descargado sobre un lado de permeato (11) de la membrana, en el que el componente de gas a enriquecer es permeado por medio de un mecanismo de solución - difusión a través de la membrana, en el que el aire es comprimido antes de entrar en la instalación de separación por membrana (2) a una presión de entrada por encima de la presión del medio ambiente y en el que el nivel de la presión se reduce en el lado del permeato (11) con respecto a la presión de entrada de la corriente de gas, en el que el permeato (9) es enriquecido a una concentración de oxígeno de 22 a 45% en vol., caracterizado porque la corriente de gas es alimentada con una presión absoluta de 1,35 bares a 1,5 bares a la instalación de separación por membrana (2) y porque el permeato (9) es descargado con una presión absoluta entre 0,4 bares hasta 1,0 bar desde la instalación de separación por membrana (2).

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la diferencia de la presión entre la corriente de gas y el retentato (8) no excede de 1 bar, con preferencia de 0,2 bares a 0,5 bares y/o porque la diferencia de la presión se regula en función de la concentración de componente a enriquecer en el permeato (9).

3. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la corriente volumétrica del permeato (9) y/o la concentración del componente de gas enriquecido se regula a través de la reducción del nivel de la presión en el lado del permeato (11).

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el permeato (9) en enriquecido a una concentración de oxígeno de 30% en vol.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el procedimiento se realiza en una fase.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la corriente de gas se divide al menos en dos corrientes parciales y se separa a través de una pluralidad de unidades de separación por membranas (10) y/o de instalaciones de separación por membrana (2), dispuestas en paralelo, de un dispositivo de separación por membrana (1).

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque como unidad de separación por membrana (10) se emplea al menos un módulo de bolsas y/o un módulo de placas y/o un módulo de fibras huecas.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque a partir de la corriente de gas se prevé antes de la entrada en la instalación de separación por membrana (2), con preferencia antes de la compresión, una separación de componentes de interferencia, especialmente de partículas y/o de aceites y/o de grasas.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la corriente de gas es calentada o refrigerada antes de la entrada en la instalación de separación por membrana (2), con preferencia después de la compresión, con preferencia entre 10ºC y 25ºC.

10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque a partir de la corriente de gas antes de la entrada en la instalación de separación por membrana (2) se separan componentes condensables, especialmente agua.

11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la separación de la corriente de gas en la instalación de separación por membrana (2) se lleva a cabo a temperatura ambiente.

12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la compresión de la corriente de gas antes de la entrada en la instalación de separación por membrana (2) y/o la reducción del nivel de la presión del retentato (8) y/o del permeato (9) se llevan a cabo en una fase y porque de una manera preferida la compresión se realiza de una manera regulable variable a un nivel predeterminado de la presión.