ES2295503T5 - Sistema de adsorción por cambio de presión para separación de gas. - Google Patents
Sistema de adsorción por cambio de presión para separación de gas. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2295503T5 ES2295503T5 ES03027736T ES03027736T ES2295503T5 ES 2295503 T5 ES2295503 T5 ES 2295503T5 ES 03027736 T ES03027736 T ES 03027736T ES 03027736 T ES03027736 T ES 03027736T ES 2295503 T5 ES2295503 T5 ES 2295503T5
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- bed
- pressure change
- less
- pumps
- adsorbent material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 230000008859 change Effects 0.000 title claims description 97
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims abstract description 121
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 120
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 100
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 46
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 42
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 149
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 9
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 7
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 4
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 31
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 31
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 31
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 27
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 16
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 10
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 9
- 238000005370 electroosmosis Methods 0.000 description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- UNYSKUBLZGJSLV-UHFFFAOYSA-L calcium;1,3,5,2,4,6$l^{2}-trioxadisilaluminane 2,4-dioxide;dihydroxide;hexahydrate Chemical group O.O.O.O.O.O.[OH-].[OH-].[Ca+2].O=[Si]1O[Al]O[Si](=O)O1.O=[Si]1O[Al]O[Si](=O)O1 UNYSKUBLZGJSLV-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 229910052680 mordenite Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 5
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 5
- 229910001285 shape-memory alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 3
- 239000002808 molecular sieve Substances 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 3
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 3
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 description 2
- 238000011209 electrochromatography Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011112 process operation Methods 0.000 description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 235000015278 beef Nutrition 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052676 chabazite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005465 channeling Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000013335 mesoporous material Substances 0.000 description 1
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004452 microanalysis Methods 0.000 description 1
- 239000012229 microporous material Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002414 normal-phase solid-phase extraction Methods 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- -1 zeolites with type A Chemical compound 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
- B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
- B01D53/047—Pressure swing adsorption
- B01D53/0473—Rapid pressure swing adsorption
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
- B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
- B01D53/047—Pressure swing adsorption
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/10—Inorganic adsorbents
- B01D2253/106—Silica or silicates
- B01D2253/108—Zeolites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/30—Physical properties of adsorbents
- B01D2253/302—Dimensions
- B01D2253/304—Linear dimensions, e.g. particle shape, diameter
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
- B01D2256/12—Oxygen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
- B01D2256/16—Hydrogen
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/40003—Methods relating to valve switching
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
- B01D2259/402—Further details for adsorption processes and devices using two beds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2259/00—Type of treatment
- B01D2259/45—Gas separation or purification devices adapted for specific applications
- B01D2259/4533—Gas separation or purification devices adapted for specific applications for medical purposes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
- B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
- B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
- B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
- B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
- B01D53/0446—Means for feeding or distributing gases
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
Proceso de adsorción por cambio de presión para la separación de una mezcla de gases de alimentación multicomponente mediante la adsorción selectiva de uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles en un lecho de material adsorbente que incluye las etapas de: (a) presurizar el lecho; (b) hacer pasar la mezcla de gases de alimentación a través del lecho de material adsorbente desde una superficie de entrada del lecho a una superficie de salida del lecho, en el que uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles se adsorben preferentemente por el material adsorbente, y extraer un gas agotado en uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles, que sale de la superficie de salida del lecho; (c) despresurizar el lecho extrayendo un gas enriquecido en uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles del lecho; (d) repetir todas las etapas de una manera cíclica; en el que el lecho tiene un grosor de lecho L, y un volumen de lecho Vlecho; en el que el lecho tiene una proporción deaspecto según la ecuación (1) Proporción de aspecto = L3 / Vlecho (1) en la que la proporción de aspecto para el lecho es menor de 10; y en el que el gradiente de presión medio en el lecho en (b) supera 95 Pa/cm (0, 035 psi/pulgada).
Description
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a procesos de adsorción por cambio de presión, para la separación de una mezcla de gases de alimentación multicomponente mediante la adsorción selectiva de uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles en un lecho de material adsorbente.
Las separaciones de gas por adsorción por cambio de presión (PSA) se consiguen sometiendo a ciclos de presión coordinados un lecho de material adsorbente que adsorbe preferentemente uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles presentes en la mezcla de gases de alimentación en relación a uno o varios componentes menos fácilmente adsorbibles presentes en la mezcla de gases de alimentación. Es decir, el lecho de material adsorbente se pone en contacto con un suministro disponible de mezcla de gases de alimentación. Durante los intervalos en los que el lecho de material adsorbente está sometido al suministro disponible de mezcla de gases de alimentación y el lecho está a una presión de alimentación dada o por encima de la misma, se puede extraer del lecho un suministro de gas agotado en uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles. Eventualmente, el material adsorbente en el lecho se satura de uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles y debe regenerarse. En este punto, el lecho se aísla del suministro disponible de mezcla de gases de alimentación y un gas enriquecido en uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles se elimina del lecho, regenerando el material adsorbente. En algunos casos, el lecho se puede someter a una alimentación de gas agotado para facilitar el proceso de regeneración. Una vez que el material adsorbente se ha regenerado suficientemente, el lecho se somete otra vez al suministro disponible de mezcla de gases de alimentación y el gas agotado se puede extraer de nuevo del lecho una vez que la presión en el lecho está a una presión de alimentación dada o por encima de la misma. Este ciclo se puede realizar repetidamente si es necesario. El periodo de tiempo requerido para completar un ciclo de este tipo se denomina como el “tiempo de ciclo”.
La naturaleza cíclica del proceso básico de adsorción por cambio de presión ha dado lugar al desarrollo de sistemas multilecho que pueden proporcionar una corriente continua de gas agotado. A modo de ejemplo, se describe en Wagner, Patente U.S.A Nº 3.430.418, un sistema ampliamente utilizado, que utiliza cuatro lechos de adsorbente dispuestos en una relación de flujo paralelo. Cada lecho en el sistema de cuatro lechos opera de forma secuencial a través de un ciclo multietapa. Debido a que una corriente de gas agotado no se puede extraer de un lecho dado de forma continua, los cuatro lechos se disponen de modo que se pueda extraer siempre, como mínimo, una corriente de gas agotado de uno de los cuatro lechos. El documento US 4.194.891 se refiere a un sistema de adsorción por cambio de presión, de tipo adiabático, rápido, para producción de oxígeno utilizando dos o tres lechos de criba molecular de zeolita cristalina.
La eficiencia de la separación de una mezcla gaseosa conseguida utilizando un determinado sistema de adsorción por cambio de presión depende de varios parámetros, entre los que se incluyen la presión de alimentación, la presión de regeneración, el tiempo de ciclo, el gradiente de presión establecido a través del lecho, el tipo de material adsorbente así como su tamaño y forma, las dimensiones de los lechos de adsorción, la magnitud del volumen muerto en el sistema, la composición de la mezcla gaseosa a separar, la uniformidad de la distribución de flujo, la temperatura del sistema y el gradiente de temperatura establecido dentro del lecho. Las variaciones en estos parámetros pueden influir en el coste y la productividad de un sistema dado.
Cada sistema de adsorción por cambio de presión contiene un volumen muerto. A efectos de explicación de este volumen muerto, se representa en la figura 1 un sistema de adsorción por cambio de presión convencional de dos lechos. El sistema convencional comprende dos lechos idénticos -10- y -50- de material adsorbente -5-. Cada uno de los lechos idénticos -10- y -50- tiene: una válvula de entrada de gas de alimentación -15- y -55-, respectivamente; una válvula de salida de gas agotado -20-y -60-, respectivamente; y una válvula de salida de gas enriquecido -25- y -65-, respectivamente. Las válvulas de salida de gas agotado -20- y -60- están en comunicación de fluido con los conductos de salida -21-y -61-, respectivamente, y con el conducto de gas agotado -70- del lecho. El sistema convencional comprende además un motor primario -30- de alimentación y un motor primario -40- de escape. El motor primario -30- de alimentación toma una mezcla de gases de alimentación de la atmósfera o de un recipiente de almacenamiento (no mostrado) y expele la mezcla de gases de alimentación a través del conducto de entrada de gas de alimentación -75-que está en comunicación de fluido con las válvulas -15y -55- de entrada de gas de alimentación. Las válvulas -15- y -55- de entrada de gas de alimentación están también en comunicación de fluido con los conductos de entrada/salida del lecho -16- y -56-, respectivamente. Las válvulas de salida -25- y -65- de gas enriquecido están en comunicación de fluido con los conductos de entrada/salida del lecho -16-y -56-, respectivamente, y con un conducto de gas enriquecido -80-. El conducto de gas enriquecido -80está además en comunicación de fluido con el motor primario de escape -40-.
Debe entenderse que el volumen muerto de un sistema de adsorción por cambio de presión incluye (a) un “volumen vacío de entrada” que es el volumen que está en comunicación de fluido con el extremo de entrada del lecho de material adsorbente y (b) un “volumen vacío de salida” que es el volumen que está en comunicación de fluido con el extremo de salida del lecho de material adsorbente. Debe entenderse que, a los propósitos de la presente invención, para un sistema de adsorción por cambio de presión dado, la suma del “volumen vacío de entrada” y del “volumen vacío de salida” es el “volumen muerto total” para el sistema de adsorción por cambio de presión dado. Además, debe entenderse que el lecho de material adsorbente en sí mismo contiene un “volumen de lecho vacío” que incluye los espacios vacíos entre las partículas individuales del material adsorbente y alrededor de las mismas o, en el caso de los adsorbentes estructurados, de los espacios no ocupados por las partículas de material adsorbente. Debe entenderse que, para los propósitos de la presente invención, el “volumen muerto total” no incluye el “volumen de lecho vacío”.
Por ejemplo, en la figura 1, se indica el “volumen vacío de entrada” -12- para el lecho del material adsorbente -10- utilizando una línea discontinua. Asimismo, se indica el “volumen vacío de salida” -11- para el lecho del material adsorbente -10- utilizando una línea discontinua. Es decir, el “volumen vacío de entrada” -12- es el volumen que está en comunicación con el extremo de entrada del lecho de material adsorbente -10-. Por lo tanto, en el sistema de adsorción por cambio de presión representado en la figura 1, es la suma del volumen de (a) el conducto de entrada/salida -16- entre el lecho -10- y el lado del lecho de las válvulas de entrada de gas de alimentación -15- y de las válvulas de salida de gas enriquecido -25- y (b) el espacio libre de entrada -13-, el espacio libre de entrada puede contener un sistema de distribución de flujo y/o medios de confinamiento para sostener el material adsorbente dentro del lecho. De forma similar, el "volumen vacío de salida" -11- es el volumen que está en comunicación con el extremo de salida del lecho de material adsorbente -10-. Por lo tanto, en el sistema de adsorción por cambio de presión representado en la figura 1, es la suma del volumen de (a) el conducto de salida -21- entre el lecho -10- y el lado del lecho de la válvula de salida de gas agotado -20- y (b) el espacio de salida libre -14-, por ejemplo, el espacio requerido por los medios de confinamiento para conservar el material adsorbente dentro del lecho y reducir el potencial de fluidización del material adsorbente.
Todo sistema de adsorción por cambio de presión contiene un cierto volumen muerto. No obstante, se entienden fácilmente por los expertos en la materia las ventajas de reducir el tamaño del volumen muerto. Entre tales ventajas se incluyen una mejora en la recuperación y la productividad. Sin embargo, el reconocimiento de las ventajas de reducir el volumen muerto total de un sistema de adsorción por cambio de presión, es bastante distinto del reconocimiento de cómo efectuar una reducción en el volumen muerto total.
Para evitar una rotura (“breakthrough”) temprana de una impureza a través del lecho, los sistemas de adsorción convencionales incorporan un distribuidor de flujo en comunicación de fluido con la entrada del lecho. El propósito del distribuidor de flujo es distribuir uniformemente el flujo de gas de alimentación a través de toda la sección transversal del lecho, para evitar las ineficiencias causadas por tales roturas tempranas de las impurezas. Sin embargo, los distribuidores convencionales de flujo introducen volumen muerto en el sistema. Tal como se ha indicado anteriormente, este volumen muerto tiende a influenciar negativamente la eficiencia de la separación de gas.
Muchos sistemas de adsorción convencionales utilizan una única bomba u otro tipo de motor primario convencional para transferir una mezcla de gases de alimentación dentro del lecho durante una parte del ciclo de adsorción y para extraer del lecho un gas enriquecido durante otra parte del ciclo. Dado que la dirección del flujo mediante los motores primarios convencionales no se puede invertir rápidamente, se utiliza un sistema complejo de válvulas para cambiar la dirección de flujo del gas relativo al lecho. Este sistema se describe en, por ejemplo, la patente U.S.A No. 6.156.101. El aumento en complejidad asociado a la utilización de tales sistemas de válvulas proporciona oportunidades adicionales para fallos del sistema.
Es bien sabido, como mínimo en teoría, que una disminución del tiempo de ciclo para un sistema de adsorción dado debe disminuir el requerimiento de adsorbente y debe facilitar una reducción en el tamaño y peso total del aparato del sistema. En la práctica, sin embargo, las disminuciones de tiempo de ciclo introducen una gran variedad de desafíos operativos. Por ejemplo, las disminuciones de tiempo de ciclo hacen necesaria invariablemente una frecuencia creciente de conmutación de las válvulas, lo que puede reducir la fiabilidad del sistema. Las válvulas requieren de una cierta cantidad de tiempo para la transición desde una posición a la otra. Por lo tanto, dado que el tiempo de ciclo se vuelve cada vez más corto (es decir, aproxima los tiempos de transición para las válvulas), se verá que la eficiencia del sistema disminuye realmente con disminuciones adicionales de tiempo de ciclo. La diferencia de presión entre la entrada del lecho y la salida del lecho es otro desafío operativo para la puesta en práctica de tiempos de ciclos disminuidos. Es decir, esta diferencia de presión aumenta cuando el tiempo de ciclo disminuye. La importancia de esta diferencia de presión creciente se puede paliar hasta cierto grado utilizando un lecho que tiene un grosor de lecho relativamente pequeño. Para los sistemas que muestran un grosor de lecho relativamente pequeño, el gradiente de presión (diferencia de presión dividida por el grosor del lecho) será relativamente grande, pero la diferencia de presión será relativamente pequeña. En teoría, el funcionamiento en este régimen de gradiente de presión elevada es beneficioso; sin embargo, en sistemas convencionales, el volumen muerto total tiende a ser grande en relación al volumen de lecho (es decir, el volumen ocupado físicamente por el material adsorbente) y el reducido grosor del lecho presenta un desafío significativo para la distribución del flujo. Como resultado de los desafíos asociados a la distribución de flujo y el volumen vacío, discutidos anteriormente, los beneficios potenciales del funcionamiento a este régimen de gradiente de presión elevada no se han llevado a cabo completamente.
Aunque típicamente los procesos de adsorción por cambio de presión funcionan a presiones por encima de la presión atmosférica, algunos pueden funcionar a presiones por debajo de la presión atmosférica durante todo el ciclo de adsorción o durante una parte del mismo y se pueden describir como procesos de adsorción por cambio de vacío (VSA) o de adsorción por cambio de vacío-presión (VPSA). Para los propósitos de la presente descripción, el término “adsorción por cambio de presión” (PSA) se utiliza genéricamente para describir todos los tipos de procesos de adsorción cíclicos entre los que se incluyen los procesos de adsorción por cambio de vacío y de adsorción por cambio de vacío-presión.
El “volumen del lecho”, “volumen de lecho” o Vlecho, tal como ésos términos se utilizan en la presente descripción y en las reivindicaciones adjuntas, es el volumen ocupado físicamente por el material adsorbente. Para lechos adsorbentes constituidos de partículas individuales porosas, el volumen del lecho incluye el espacio intersticial vacío entre las partículas adyacentes, el volumen de espacio vacío dentro de las partículas individuales y el volumen ocupado por la parte sólida de las partículas adsorbentes.
El “grosor de lecho”, L, tal como este término se utiliza en la presente descripción y en las reivindicaciones adjuntas, es la distancia más corta a través del lecho desde la superficie en la que el gas de alimentación entra en el lecho -la “superficie de entrada”- hasta la superficie en la que el gas agotado sale del lecho -la “superficie de salida”-.
El “diámetro equivalente”, tal como este término se utiliza en la presente descripción y en las reivindicaciones adjuntas, es el diámetro de una esfera que tiene un volumen equivalente al volumen de una partícula dada.
El “diámetro equivalente promedio”, dp , tal como este término se utiliza en la presente descripción y en las reivindicaciones adjuntas, es según la ecuación siguiente,
todo i
en la que xi es la fracción en peso de partículas con diámetro equivalente dpi.
Los “litros estándar por minuto”, tal como este término se utiliza en la presente descripción y en las reivindicaciones adjuntas, es el volumen de gas a una temperatura de 25oC y una presión de 1 atmósfera.
El “motor primario”, tal como este término se utiliza en la presente descripción y en las reivindicaciones adjuntas, significa cualquier bomba, compresor, soplador o dispositivo similar adecuado para facilitar la transferencia de un fluido, particularmente un vapor o un gas, desde un lugar a otro.
CARACTERÍSTICAS DE LA INVENCIÓN
En una realización de la presente invención, se da a conocer un proceso de adsorción por cambio de presión para la separación de una mezcla de gases de alimentación multicomponente que implica la adsorción selectiva de uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles de la mezcla de gases de alimentación multicomponente en un lecho de material adsorbente por un proceso que incluye (a) presurizar el lecho; (b) hacer pasar la mezcla de gases de alimentación a través del lecho desde una superficie de entrada del lecho a una superficie de salida del lecho, en el que uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles se adsorben preferentemente por el material adsorbente, y extraer un gas agotado en uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles, que sale desde la superficie de salida del lecho; (c) despresurizar el lecho extrayendo un gas enriquecido en uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles del lecho; (d) repetir (a) - (c) de una manera cíclica.
En la presente invención, el lecho tiene un grosor de lecho, L, y un volumen de lecho, Vlecho; en el que el lecho tiene una proporción de aspecto según la ecuación (1)
Proporción de aspecto = L3/Vlecho (1)
en el que la proporción de aspecto para el lecho es menor de 0,25, o menor de 0,125; y en el que el gradiente de presión medio en el lecho en (b) supera 135,8 Pa/cm (0,05 psi/pulgada), supera 1358 Pa/cm (0,5 psi/pulgada), o supera 2712 Pa/cm (1 psi/pulgada).
En otro aspecto de esta realización de la presente invención, la mezcla de gases de alimentación es aire y el gas agotado contiene oxígeno en una concentración, como mínimo, del 70% molar, como mínimo, el 80% molar, o como mínimo, el 90% molar.
En otro aspecto de esta realización de la presente invención, el gas agotado contiene hidrógeno en una concentración, como mínimo, del 80% molar, como mínimo, el 95% molar, o como mínimo, el 99% molar.
En otro aspecto de esta realización de la presente invención, la velocidad de producción para el gas agotado está entre 0,5 y 10 litros estándar por minuto, entre 0,5 y 5 litros estándar por minuto, o entre 1 y 3 litros estándar por minuto.
En otro aspecto de esta realización de la presente invención, cada repetición de (a) a (c) define un ciclo con un tiempo de ciclo de 30 segundos o inferior, menor de 15 segundos, menor de 6 segundos, o menor de 1 segundo.
En otro aspecto de esta realización de la presente invención, el lecho contiene partículas adsorbentes con un diámetro equivalente medio menor de 1,0 mm, menor de 0,5 mm, o menor de 0,1 mm.
En otro aspecto de esta realización de la presente invención, el lecho puede contener adsorbente estructurado. Por ejemplo, el lecho puede contener los adsorbentes estructurados seleccionados del grupo de monolitos, laminados, gasas, y otros soportes adsorbentes.
En otro aspecto de esta realización de la presente invención, el lecho muestra un factor de vacío según la ecuación (2) menor de 0,2, menor de 0,1, o menor de 0,05,
Vvacío
Factor de vacío (2)
Vvacío Vlecho
en la que Vvacío es el volumen muerto total en el sistema de adsorción por cambio de presión y Vlecho es el volumen del lecho.
En la presente invención, se da a conocer un proceso de adsorción por cambio de presión para la separación de una mezcla de gases de alimentación multicomponente que implica la adsorción selectiva de uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles de la mezcla de gases de alimentación multicomponente en un lecho de material adsorbente que tiene una superficie de entrada y una superficie de salida por un proceso que incluye (a) presurizar el lecho; (b) hacer pasar la mezcla de gases de alimentación a través del lecho, en el que uno
o varios componentes más fácilmente adsorbibles se adsorben preferentemente por el material adsorbente, y retirar un gas agotado en uno o varios componentes más fácilmente adsorbidos, que sale del lecho; (c) detener la extracción de gas agotado del lecho y detener la alimentación de la mezcla de gases de alimentación al lecho; (d) despresurizar el lecho extrayendo un gas enriquecido en uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles del lecho; (e) alimentar una parte del gas agotado al lecho para facilitar la extracción de uno varios componentes más fácilmente adsorbibles del material adsorbente, (f) repetir las operaciones (a) - (e) de una manera cíclica; en el que uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles se adsorben preferentemente por el material adsorbente a la presión de alimentación, en el que el lecho tiene un grosor de lecho, L, y un volumen de lecho, Vlecho; en el que el lecho tiene una proporción de aspecto según la ecuación (1)
Proporción de aspecto = L3/Vlecho (1)
en la que la proporción de aspecto para el lecho es menor de 0,25, o menor de 0,125; y en el que el gradiente de presión medio en el lecho en (b) supera 135,8 Pa/cm (0,05 psi/pulgada), supera 1358 Pa/cm (0,5 psi/pulgada), o supera 2712 Pa/cm (1 psi/pulgada).
En un aspecto de esta realización de la presente invención, cada repetición de (a) a (e) define un ciclo con un tiempo de ciclo de 30 segundos o menor, menor de 15 segundos, menor de 6 segundos, o menor de 1 segundo.
En otra realización, se da a conocer un sistema de adsorción por cambio de presión para la separación de una mezcla de gases de alimentación multicomponente que implica la adsorción selectiva de uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles de la mezcla de gases de alimentación multicomponente en un lecho de material adsorbente que incluye: (a) como mínimo, un lecho de material adsorbente, en el que el material adsorbente adsorbe más fuertemente uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles y en el que el lecho o lechos tienen, como mínimo, una superficie de entrada y, como mínimo, una superficie de salida; (b) como mínimo, un motor primario que suministra la mezcla de gases de alimentación multicomponente al sistema de adsorción por cambio de presión; y (c) un conjunto de válvulas en comunicación de fluido con, como mínimo, una entrada; en la que las válvulas conmutan de una posición de abierto a cerrado en 1 segundo o menos, menos de 0,1 segundos, o menos de 0,01 segundos.
En un aspecto de esta realización, el lecho o lechos muestran un grosor de lecho L, y un volumen de lecho Vlecho; en el que el lecho o lechos tienen una proporción de aspecto según la ecuación (1)
Proporción de aspecto = L3/Vlecho (1)
en la que la proporción de aspecto para el lecho o lechos es menor de 0,25, o menor de 0,125.
En otro aspecto de esta realización, el lecho o lechos muestran un factor de vacío según la ecuación (2) menor de 0,2, menor de 0,1, o menor de 0,05,
Vvacío
Factor de vacío (2)
Vvacío Vlecho
en el que Vvacío es el volumen muerto total en el sistema de adsorción por cambio de presión y el Vlecho es el volumen de lecho.
En otro aspecto de esta realización, el conjunto de válvulas contiene, como mínimo, 4 válvulas individuales, como mínimo, 20 válvulas o, como mínimo, 100 válvulas.
En otro aspecto de esta realización, se seleccionan las válvulas en el conjunto de válvulas entre válvulas piezoeléctricas, válvulas de la aleación con memoria de forma, válvulas electrostáticas, válvulas bimetálicas, válvulas termoneumáticas y válvulas electromagnéticas.
En otra realización, se da a conocer un sistema de adsorción por cambio de presión para la separación de una mezcla de gases de alimentación multicomponente que implica la adsorción selectiva de uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles de la mezcla de gases de alimentación multicomponente en un lecho de material adsorbente que incluye: (a) como mínimo, un lecho de material adsorbente, en el que el material adsorbente adsorbe más fuertemente uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles y en el que el lecho o lechos tienen, como mínimo, una superficie de entrada y, como mínimo, una superficie de salida; y (b) como mínimo, un conjunto de motores primarios en comunicación de fluido con la superficie o superficies de entrada; en el que el flujo a través del conjunto o conjuntos de motores primarios se puede iniciar o detener en menos de 2 segundos, menos de 0,5 segundos, o menos de 0,1 segundos.
En un aspecto de esta realización, el lecho o lechos tienen un grosor de lecho, L, y un volumen de lecho, Vlecho; en el que el lecho o lechos tienen una proporción de aspecto según la ecuación (1)
Proporción de aspecto = L3/Vlecho (1)
en la que la proporción de aspecto para el lecho es menor de 0,25, o menor de 0,125.
En otro aspecto de esta realización, el lecho o lechos muestran un factor de vacío según la ecuación (2) menor de 0,2, menor de 0,1, o menor de 0,05,
Vvacío
Factor de vacío = (2)
Vvacío+Vlecho
en el que Vvacío es el volumen muerto total en el sistema de adsorción por cambio de presión y el Vlecho es el volumen de lecho.
En otro aspecto de esta realización, el sistema de adsorción por cambio de presión puede incluir además un conjunto o conjuntos de motores primarios de escape en comunicación de fluido con la superficie o superficies de salida del lecho.
En otro aspecto de esta realización, el conjunto o conjuntos de motores primarios contiene: un conjunto de motores primarios de alimentación en comunicación de fluido con la superficie o superficies de entrada del lecho o lechos, en el que el conjunto de motores primarios de alimentación funciona para alimentar la mezcla de gases de alimentación al, como mínimo, un lecho; y un conjunto de motores primarios de escape en comunicación de fluido con la superficie o superficies de entrada del lecho o lechos, en el que el conjunto de motores primarios de escape funciona para extraer un gas enriquecido desde el lecho o lechos.
En otro aspecto de esta realización, el conjunto o conjuntos de motores primarios funciona para transferir la mezcla de gases de alimentación al, como mínimo, un lecho durante la etapa de alimentación del gas de alimentación y funciona para extraer un gas enriquecido del lecho durante la etapa de regeneración.
En otro aspecto de esta realización, cada conjunto de motores primarios contiene, como mínimo, 4 motores primarios individuales, como mínimo, 20 motores primarios individuales o, como mínimo, 100 motores primarios individuales.
En otro aspecto de esta realización, los motores primarios individuales en el conjunto o conjuntos de motores primarios deben ser capaces de iniciar o de detener el flujo de gas a través de los mismos en 2 segundos o menos, menos de 0,5 segundos, o menos de 0,1 segundos e incluyen, pero no constituyen de ningún modo limitación, bombas piezoeléctricas, bombas termoneumáticas, bombas electrostáticas, bombas ultrasónicas, bombas de electro-ósmosis, bombas electrohidrodinámicas, bombas electromagnéticas, bombas rotatorias, bombas de aleación con memoria de forma, bombas bimetálicas, bombas de diafragma, bombas de paletas rotatorias, bombas de espiral, bombas de solenoide, bombas accionadas por un motor de pasos, bombas de pistón, bombas lineales. En un aspecto particular de esta realización, entre los motores primarios individuales en el conjunto o conjuntos de motores primarios se incluyen bombas microelectromecánicas (MEM) seleccionadas de bombas MEM piezoeléctricas, bombas MEM termoneumáticas, bombas MEM electrostáticas, bombas MEM electromagnéticas, bombas MEM ultrasónicas, bombas MEM de electro-ósmosis, bombas MEM de diafragma y bombas MEM electrohidrodinámicas.
En otra realización, se da a conocer un aparato para la adsorción por cambio de presión de una mezcla de gases de alimentación multicomponente mediante la adsorción selectiva de uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles en un material adsorbente que incluye: (a) un lecho de material adsorbente con, como mínimo, una superficie de entrada y, como mínimo, una superficie de salida; en el que el material adsorbente adsorbe más fuertemente uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles; y (b) como mínimo, un conjunto de válvulas en comunicación de fluido con la superficie o superficies de entrada; en el que las válvulas conmutan de una posición de abierto a cerrado en 1 segundo o menos, menos de 0,1 segundos, o menos de 0,01 segundos.
En un aspecto de esta realización, el lecho o lechos tienen un grosor de lecho L, y un volumen de lecho, Vlecho; en el que el lecho o lechos tienen una proporción de aspecto según la ecuación (1)
Proporción de aspecto = L3/Vlecho (1)
en la que la proporción de aspecto para el lecho es menor de 0,25, o menor de 0,125.
En otro aspecto de esta realización, el lecho o lechos muestra un factor de vacío según la ecuación
(2) menor de 0,2, menor de 0,1, o menor de 0,05,
Vvacío
Factor de vacío (2)
Vvacío Vlecho
en la que Vvacío es el volumen muerto total en el sistema de adsorción por cambio de presión y Vlecho es el volumen de lecho.
En otro aspecto de esta realización, el lecho o lechos muestran una geometría seleccionada del grupo que comprende un cilindro con una sección circular, un cilindro con una sección no circular, un paralelepípedo rectangular, o la región anular entre dos cilindros coaxiales.
En otro aspecto de esta realización, el aparato se diseña y se calibra para ser llevado por un individuo.
En otro aspecto de esta realización, el aparato se diseña para proporcionar oxígeno para propósitos médicos.
En otro aspecto de esta realización, el aparato se diseña para proporcionar hidrógeno para su utilización en una pila de combustible.
En otra realización, se da a conocer un aparato para la adsorción por cambio de presión de una mezcla de gases de alimentación multicomponente mediante la adsorción selectiva de uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles en un material adsorbente, que incluye: (a) un lecho de material adsorbente con, como mínimo, una superficie de entrada y, como mínimo, una superficie de salida; en el que el material adsorbente adsorbe más fuertemente uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles; y (b) un conjunto o conjuntos de motores primarios en comunicación de fluido con la superficie o superficies de entrada; en el que el flujo a través del conjunto o conjuntos de motores primarios se puede iniciar o detener en menos de 2 segundos, menos de 0,5 segundos, o menos de 0,1 segundos.
En un aspecto de esta realización, el lecho o lechos muestran un grosor de lecho L, y un volumen de lecho Vlecho; en el que el lecho o lechos tienen una proporción de aspecto según la ecuación (1)
Proporción de aspecto = L3 / Vlecho (1)
en la que la proporción de aspecto para como mínimo un lecho es menor de 0,25, o menor de 0,125.
En otro aspecto de esta realización, el lecho o lechos muestran un factor de vacío según la ecuación (2) menor de 0,2, menor de 0,1, o menor de 0,05,
Vvacío
Factor de vacío = (2)
Vvacío+Vlecho
en el que Vvacío es el volumen muerto total en el sistema de adsorción por cambio de presión y el Vlecho es el volumen de lecho.
En otro aspecto de esta realización, el aparato se diseña y se calibra para ser llevado por un individuo.
En otro aspecto de esta realización, el aparato se diseña para proporcionar oxígeno para propósitos médicos.
En otro aspecto de esta realización, el aparato se diseña para proporcionar hidrógeno para su utilización en una pila de combustible.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Se muestra en los dibujos ciertos ejemplos de realizaciones de la presente invención según lo preferido actualmente. Debe entenderse que la presente invención no está limitada a las realizaciones descritas como ejemplos, y son posibles variaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
En los dibujos,
La figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema de adsorción por cambio de presión convencional que ilustra el significado del “volumen vacío de entrada” y el “volumen vacío de salida”;
La figura 2 es una vista esquemática de la disposición de los componentes representados de un sistema de adsorción por cambio de presión;
La figura 3 es una vista esquemática de la disposición de los componentes representados de un sistema de adsorción por cambio de presión;
La figura 4 es un diagrama esquemático de un aparato de adsorción por cambio de presión; y,
La figura 5 es un diagrama esquemático de otro aparato de adsorción por cambio de presión.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
Las realizaciones de la presente invención se describirán en este momento con referencia a los dibujos. Esta descripción detallada es el modo contemplado en la actualidad de llevar a cabo la presente invención y no se pretende que constituya limitación. Al contrario, se hace solamente con el fin de ilustrar los principios generales de la presente invención.
Los procesos de adsorción por cambio de presión de la presente invención proporcionan medios dispuestos para la separación de una mezcla de gases de alimentación multicomponente mediante la adsorción selectiva de uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles en un lecho de material adsorbente. Los procesos de adsorción por cambio de presión de la presente invención incluyen las siguientes operaciones de proceso, en concreto: (a) presurización del lecho; (b) separación del gas; (c) regeneración del lecho. Estas operaciones del proceso se repiten de forma cíclica con un tiempo de ciclo total (es decir, el tiempo requerido para realizar un ciclo completo de (a) a (c)) de 30 segundos o menos, menos de 15 segundos, menos de 6 segundos, o menos de 1 segundo.
La etapa de presurización del lecho implica la presurización del lecho. Es decir, durante esta etapa del proceso, el material se introduce en el lecho para aumentar la presión en el lecho hasta un ajuste de presión de alimentación dado. El material utilizado para presurizar el lecho puede ser, por ejemplo, la mezcla de gases de alimentación, el gas agotado o cualquier otro gas. Generalmente, la afinidad del material adsorbente hacia uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles de la mezcla de gases de alimentación depende de la presión. Por consiguiente, el ajuste de presión de alimentación dado es una variable del proceso que se puede modificar para ayudar a optimizar la eficiencia del proceso de adsorción por cambio de presión.
La etapa de separación de gas implica la introducción simultánea de la mezcla de gases de alimentación en el lecho y la extracción de un gas agotado del lecho. El gas agotado se puede utilizar simultáneamente para algún otro proceso u operación después de su producción. Alternativamente, el gas agotado se puede recoger y almacenar para una utilización posterior o transformación adicional.
En un cierto punto, el material adsorbente en el lecho comenzará a saturarse con uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles. En la mayoría de los casos, es preferible detener la etapa de separación del gas antes de que el material adsorbente en el lecho se sature con uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles. Cuando el material adsorbente se acerca a la saturación, la probabilidad de la rotura aumenta. La rotura (“breakthrough”) es un término utilizado para describir la situación en la que la cantidad de uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles que pasan a través del lecho de material adsorbente aumenta bruscamente. Generalmente, se debe evitar la rotura, debido a que puede conducir a una contaminación significativa del gas agotado. Por consiguiente, la longitud de la etapa de separación es otro parámetro de diseño que puede afectar a la pureza y a la producción del gas agotado obtenido, así como a la eficiencia total del proceso.
La etapa de regeneración del lecho implica la desorción de uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles del material adsorbente en el lecho. Esta desorción se lleva a cabo mediante la reducción de la presión en el lecho por debajo del ajuste de presión de alimentación dado. Esta reducción en la presión se puede llevar a cabo simplemente extrayendo del lecho un gas enriquecido liberando la presión. Alternativamente, se utiliza un motor primario para extraer el gas del lecho. También, opcionalmente, se puede hacer pasar a través del lecho una corriente de gas agotado o cualquier otro material para facilitar la desorción de uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles del material adsorbente en el lecho.
Un experto en la técnica entenderá que lechos dimensionalmente más cortos, es decir, lechos que tienen un grosor de lecho corto en relación al volumen total del lecho, facilitarán un tiempo de ciclo rápido ayudando a mantener baja la diferencia de presión a través del lecho. Los procesos de adsorción por cambio de presión de la presente invención se pueden caracterizar por la utilización de un lecho que tiene una proporción de aspecto menor de 0,25, o menor de 0,125; y un gradiente de presión medio asociado que supera 135,8 Pa/cm (0,05 psi/pulgada), supera 135,8 Pa/cm (0,5 psi/pulgada), o supera 2712 Pa/cm (1 psi/pulgada) durante la etapa de separación. La proporción de aspecto se puede determinar utilizando la ecuación (1)
Proporción de aspecto = L3 / Vlecho (1)
en la que L es el grosor del lecho y Vlecho es el volumen de lecho.
Además, un experto en la técnica entenderá los beneficios asociados con la minimización del volumen muerto total para un sistema de adsorción dado. Los procesos de adsorción por cambio de presión de la presente invención se pueden caracterizar por la utilización de un lecho que tiene un factor de vacío menor de 0,2, menor de 0,1 o menor de 0,05, en el que el factor de vacío es según la ecuación (2)
Vvacío
Factor de vacío = (2)
Vvacío+Vlecho
en el que Vvacío es el volumen muerto total para el sistema de adsorción por cambio de presión y Vlecho es el volumen de lecho.
Los materiales adsorbentes adecuados para su utilización en la presente invención son muchos y variados. Entre los ejemplos de materiales adsorbentes adecuados para su utilización en la presente invención se incluyen carbón activo; adsorbentes de tamiz molecular de carbono; alúmina activa; gel de sílice; y zeolitas, entre las que se incluyen aquellas con estructura de tipo A, de tipo X, de mordenita y del chabazita. Entre los ejemplos de zeolitas adecuadas se incluyen CaA, NaX, CaX, NaA, BaX, LiX, NaLSX, CaLSX, BaLSX, AgLSX y LiLSX. Un experto en la técnica sabría seleccionar un material adsorbente para su utilización con una mezcla de gases de alimentación dada y materiales de producto deseados.
El material adsorbente contenido en los lechos adsorbentes utilizado en la presente invención puede estar presente en el lecho en forma de partículas individuales dispersas en el lecho. Cuando el material adsorbente está presente en el lecho en forma de partículas individuales dispersas, se pueden incluir opcionalmente en el lecho varias estructuras de confinamiento para reducir el potencial de fluidificación de las partículas individuales. Son bien conocidos en la técnica muchos tipos de estas estructuras de confinamiento. Por ejemplo, una estructura de confinamiento adecuada puede ser una pantalla de malla fina colocada encima del adsorbente con muelles utilizados para sostener la pantalla y el adsorbente en su lugar. Entre otras estructuras de confinamiento adecuadas se incluyen las estructuras que son adecuadas para sistemas de escala reducida con partículas adsorbentes pequeñas. Por ejemplo, Losey, y otros, en “Reactores de Lecho Empaquetado Multifásicos Microfabricados; Caracterización de la Transferencia de Masa y de las Reacciones” (Microfabricated Multiphase Packed-Bed Reactors; Characterization of Mass Transfer and Reactions), IND. ENG. CHEM. RES. 2001, 40, págs. 2555-2562 y Oleschuk, y otros, “Atrapamiento de reactivos basados en partículas dentro de sistemas microfluídicos: extracción y electrocromatografía en fase sólida “en chip”” (Trapping of bead-based reagents within micro-fluidic systems: On-chip solid-phase extraction and electrochromatography), ANAL. CHEM., 200, 72 (3), págs. 585-590, describen métodos adecuados para el aislamiento de lechos de partículas pequeñas.
El material adsorbente puede estar presente en el lecho en forma de un soporte adsorbente estructurado, tal como monolitos, laminados y gasas. Wan, y otros, en “Diseño y fabricación de microrreactores basados en zeolitas y de microseparadores de membrana” (Design and fabrication of zeolite-based microreactors and membrane microseparators), MICROPOROUS AND MESOPOROUS MATERIALS, 42 (2001) págs. 157-175, describen ejemplos de métodos adecuados para su utilización en la producción de materiales adsorbentes estructurados.
En algunas realizaciones de la presente invención, los materiales adsorbentes utilizados pueden tener un diámetro equivalente medio menor de 1,0 mm, menor de 0,5 mm, o menor de 0,1 mm.
Algunas realizaciones de la presente invención dan a conocer procesos de adsorción por cambio de presión capaces de proporcionar una velocidad de producción de gas agotado de entre 0,5 y 10 litros estándar por minuto, entre 0,5 y 5 litros estándar por minuto, o entre 1 y 3 litros estándar por minuto.
Los procesos de adsorción por cambio de presión de la presente invención son adecuados para la utilización con una amplia variedad de mezclas de gases de alimentación, para proporcionar una variedad de gases de producto. Por ejemplo, los procesos de adsorción por cambio de presión de la presente invención son adecuados para su utilización con lo siguiente:
- (a)
- la mezcla de gases de alimentación puede ser aire atmosférico con un gas agotado producto que contiene oxígeno a una concentración de, como mínimo, 70% molar, como mínimo, de 88 a 93% molar, o, como mínimo, 93% molar utilizando un material adsorbente seleccionado entre adsorbentes de tamiz molecular de carbono, y zeolitas entre las que se incluyen zeolitas con estructura de tipo A, de tipo X, de mordenita y de chabazita (entre los ejemplos de zeolitas específicas se incluyen CaA, NaX, CaX, NaA, BaX, LiX, NaLSX, CaLSX, BaLSX, AgLSX y LiLSX);
- (b)
- la mezcla de gases de alimentación puede ser una mezcla de hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano y nitrógeno con un gas agotado producto que contiene hidrógeno en una concentración de, como mínimo, 80% molar, como mínimo, 95% molar o, como mínimo, 99% molar utilizando un material adsorbente seleccionado entre carbón y zeolitas activas;
- (c)
- la mezcla de gases de alimentación puede ser aire y agua atmosféricos con un gas agotado producto que contiene aire atmosférico seco que contiene menos del 0,5% molar de agua, menos del 0,1% molar de agua o menos del 0,01% molar de agua, utilizando un adsorbente seleccionado entre alúmina activa, gel de sílice, carbón activo y zeolitas entre las que se incluyen zeolitas con estructura de tipo A, de tipo X, de mordenita y de chabazita (entre los ejemplos de zeolitas específicas se incluyen CaA, NaX, CaX, NaA, BaX, LiX, NaLSX, CaLSX, BaLSX, AgLSX y LiLSX); y,
- (d)
- la mezcla de gases de alimentación puede ser una mezcla de hidrógeno, monóxido de carbono y agua con un gas agotado producto que contiene la mezcla de hidrógeno/monóxido de carbono secos que contiene menos del 0,5% molar de agua, menos del 0,1% molar de agua o menos del 0,01% molar de agua, utilizando un material adsorbente seleccionado entre gel de sílice, alúmina activa, carbón activo y zeolitas entre las que se incluyen zeolitas con estructura de tipo A, de tipo X, de mordenita y de chabazita (entre los ejemplos de zeolitas adecuadas se incluyen CaA, NaX, CaX, NaA, BaX, LiX, NaLSX, CaLSX, BaLSX, AgLSX y LiLSX).
En los sistemas de adsorción por cambio de presión, la mezcla de gases de alimentación multicomponente se puede alimentar desde un recipiente de almacenamiento o desde una tubería dentro del sistema, o se puede tomar de la atmósfera que rodea el sistema, por ejemplo, sistemas con aire atmosférico como la mezcla de gases de alimentación. En aquellos sistemas en los que la mezcla de gases de alimentación se alimenta desde un recipiente de almacenamiento, el recipiente de almacenamiento puede ser, por ejemplo, un cilindro que contiene la mezcla de gases de alimentación multicomponente a suficiente presión para proporcionar un suministro dispuesto de gas de alimentación directamente al sistema. Alternativamente, el sistema puede incluir además un motor primario o un conjunto de motores primarios para transferir la mezcla de gases de alimentación desde un recipiente de almacenamiento al sistema.
Además, en los sistemas de adsorción por cambio de presión, el gas enriquecido extraído del sistema se puede desviar para su utilización simultánea en una aplicación dada, se puede recoger en un recipiente de almacenamiento para su utilización posterior, o se puede expeler directamente a la atmósfera. Los gases enriquecidos producidos utilizando los sistemas de adsorción por cambio de presión se pueden utilizar para varias aplicaciones entre las que se incluyen, por ejemplo, como combustible o para proporcionar una atmósfera inerte.
Además, en los sistemas de adsorción por cambio de presión, el gas agotado retirado del sistema se puede desviar para su utilización simultánea en otro proceso, se puede recoger en un recipiente de almacenamiento para su utilización posterior, o se puede expeler directamente a la atmósfera. Los gases agotados producidos utilizando los sistemas de adsorción por cambio de presión se pueden utilizar para varias aplicaciones entre las que se incluyen, por ejemplo, como oxígeno respirable para propósitos médicos; para oxigenar agua; para proporcionar el agente reactivo en reacciones químicas; para proporcionar la alimentación a un sistema de combustión; o para proporcionar hidrógeno a una pila de combustible de membrana de intercambio de protones, a una pila de combustible alcalina, a una pila de combustible de ácido fosfórico, a una pila de combustible de carbonato fundido, o a una pila de combustible de óxido sólido. Estas células de combustible pueden ser adecuadas para aplicaciones inmóviles, aplicaciones de transporte y aplicaciones portátiles. Se describe en la patente U.S.A No. 6.268.077 un ejemplo de una pila de combustible portátil.
La figura 2 representa un ejemplo de un sistema de adsorción por cambio de presión. Los sistemas de adsorción por cambio de presión en esta realización proporcionan medios dispuestos para separar mezclas de gases de alimentación multicomponente mediante la adsorción selectiva de uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles de una mezcla de gases de alimentación en un lecho de material adsorbente. Los sistemas de adsorción por cambio de presión incluyen: (a) un lecho de material adsorbente, en el que el material adsorbente adsorbe más fuertemente uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles en una mezcla de gases de alimentación multicomponente alimentada al sistema de adsorción por cambio de presión, en el que el lecho tiene, como mínimo, una superficie de entrada y, como mínimo, una superficie de salida; (b) un conjunto de válvulas en comunicación de fluido con una superficie o superficies de entrada; en la que las válvulas conmutan de una posición de abierto a cerrado en 1 segundo o menos, menos de 0,1 segundos, o menos de 0,01 segundos; y (c) un motor primario o conjunto de motores primarios opcionales para suministrar la mezcla de gases de alimentación multicomponente al lecho.
Los sistemas de adsorción por cambio de presión pueden utilizar uno o más lechos de material adsorbente que tienen una proporción de aspecto menor de 0,25, o menor de 0,125; y un gradiente de presión medio asociado que supera 135,8 Pa/cm (0,05 psi/pulgada), supera 1358 Pa/cm (0,5 psi/pulgada), o supera 2712 Pa/cm (1 psi/pulgada) durante la etapa de separación. La proporción de aspecto se puede determinar utilizando la ecuación (1)
Proporción de aspecto = L3 / Vlecho (1)
en la que L es el grosor del lecho y Vlecho es el volumen de lecho.
Además, los sistemas de adsorción por cambio de presión pueden utilizar uno o más lechos de adsorción que tienen un factor de vacío menor de 0,2, menor de 0,1 o menor de 0,05, en el que el factor de vacío es según la ecuación (2)
Vvacío
Factor de vacío (2)
Vvacío Vlecho
en la que Vvacío es el volumen muerto total del sistema de adsorción por cambio de presión y Vlecho es el volumen de lecho.
Los sistemas de adsorción por cambio de presión pueden utilizar cualquier motor primario convencional adecuado para su utilización en el suministro de la mezcla de gases de alimentación multicomponente al sistema. Alternativamente, los sistemas de adsorción por cambio de presión pueden utilizar un conjunto de motores primarios, conteniendo cada conjunto, como mínimo, 4 motores primarios individuales, como mínimo, 20 motores primarios individuales o, como mínimo, 100 motores primarios individuales.
Los motores primarios adecuados para su utilización en los conjuntos de motores primarios deben ser capaces de iniciar o de detener el flujo de gas a través de ellos en 2 segundos o menos, menos de 0,5 segundos, o menos de 0,1 segundos e incluyen, pero no constituyen de ningún modo limitación, bombas piezoeléctricas, bombas termoneumáticas, bombas electrostáticas, bombas ultrasónicas, bombas de electro-ósmosis, bombas electrohidrodinámicas, bombas electromagnéticas, bombas rotatorias, bombas de aleación con memoria de forma, bombas bimetálicas, bombas de diafragma, bombas de paleta rotatoria, bombas de espiral, bombas de solenoide, bombas accionadas por motor de pasos, bombas de pistón, y bombas lineales. En algunas realizaciones, entre los motores primarios individuales en los conjuntos de motores primarios se incluyen bombas microelectromecánicas (MEM) seleccionadas entre bombas MEM piezoeléctricas, bombas MEM termoneumáticas, bombas MEM electrostáticas, bombas MEM electromagnéticas, bombas MEM ultrasónicas, bombas MEM de electro-ósmosis, bombas MEM de diafragma y bombas MEM electrohidrodinámicas.
Los conjuntos de válvulas adecuados para su utilización con los sistemas de adsorción por cambio de presión incluyen, como mínimo, 4 válvulas individuales, como mínimo, 20 válvulas individuales o, como mínimo, 100 válvulas individuales. Las válvulas individuales adecuadas para su utilización en los conjuntos de válvulas deben ser capaces de conmutar de una posición de abierto a cerrado en 1 segundo o menos, menos de 1 segundo, menos de 0,1 segundos, o menos de 0,01 segundos e incluyen, pero no constituyen de ningún modo limitación, válvulas piezoeléctricas, válvulas de aleación de la memoria de forma, válvulas electrostáticas, válvulas bimetálicas, válvulas termoneumáticas y válvulas electromagnéticas. En algunas realizaciones, entre las válvulas individuales utilizadas en los conjuntos de válvulas se incluyen las válvulas microelectromecánicas (MEM) seleccionadas entre válvulas MEM piezoeléctricas, válvulas MEM de aleación de memoria de forma, válvulas MEM electrostáticas, válvulas MEM bimetálicas, válvulas MEM termoneumáticas y válvulas MEM electromagnéticas. Las válvulas utilizadas en los conjuntos de válvulas pueden incluir válvulas con dispositivos de accionamiento externos o dispositivos de accionamiento internos. Las válvulas pueden incluir además válvulas de retención que dependen para su funcionamiento de diferencias de presión entre las válvulas en lugar de un dispositivo de accionamiento controlable independiente. Todas las válvulas en un conjunto de válvulas dado pueden trabajar al unísono. Alternativamente, las válvulas en un conjunto de válvulas dado pueden funcionar individualmente o en grupos. Por ejemplo, las válvulas en un conjunto de válvulas dado pueden programarse para funcionar de forma secuencial o pueden programarse por separado para facilitar varios aspectos del proceso de adsorción por cambio de presión. Por ejemplo, algunas de las válvulas en un conjunto de válvulas dado pueden programarse para abrirse y cerrase para facilitar el flujo del gas de alimentación al lecho de material adsorbente mientras que otras válvulas en el conjunto pueden programarse para facilitar la extracción del gas enriquecido del lecho de material adsorbente.
Los conjuntos de válvulas adecuados para su utilización pueden proporcionar una multiplicidad de válvulas en una configuración paralela. Cuando están configuradas de este modo, un conjunto de válvulas se puede diseñar para suministrar un gas a un lecho de material adsorbente o extraerlo desde el mismo, proporcionando de este modo una función de distribución de flujo y eliminando la necesidad de un distribuidor de flujo separado y del volumen muerto que se asocia típicamente con el mismo. Debido a la distribución de flujo aumentada con el mínimo volumen muerto, los conjuntos de válvulas de la presente invención facilitan los procesos de adsorción, tales como procesos con relaciones de aspecto pequeñas, que hasta el momento no eran sistemas convencionales dados prácticos.
Además, los conjuntos de válvulas adecuados para su utilización proporcionan oportunidades para un aumento en el control del flujo, que se puede conseguir abriendo o cerrando ciertas válvulas en un conjunto dado en base a los requerimientos del flujo en una etapa dada del proceso de adsorción por cambio de presión.
Además, los conjuntos de válvulas pueden proporcionar sistemas de fiabilidad aumentada, en los que una o más válvulas en un conjunto dado pueden fallar sin causar una disminución significativa de la eficiencia del sistema total.
La figura 3 representa otro ejemplo de un sistema de adsorción por cambio de presión. Los sistemas de adsorción por cambio de presión de este ejemplo incluyen: (a) como mínimo, un lecho de material adsorbente, en el que el material adsorbente adsorbe más fuertemente uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles de una mezcla de gases de alimentación multicomponente suministrada al sistema de adsorción por cambio de presión, en el que el lecho o lechos tienen, como mínimo, una superficie de entrada y, como mínimo, una superficie de salida; (b) como mínimo, un conjunto de motores primarios en comunicación de fluido con la superficie
o superficies de entrada; (c) opcionalmente, un conjunto de válvulas en la superficie o superficies de entrada en comunicación de fluido con el lecho o lechos; y (d) opcionalmente, un conjunto adicional de motores primarios en la superficie o superficies de entrada en comunicación de fluido con el lecho o lechos para extraer un gas enriquecido.
Los sistemas de adsorción por cambio de presión en este ejemplo pueden utilizar uno o más lechos de material adsorbente que tienen una proporción de aspecto menor de 0,25, o menor de 0,125; y un gradiente de presión medio asociado que supera 135,8 Pa/cm (0,05 psi/pulgada), supera 1358 Pa/cm (0,5 psi/pulgada), o supera 2712 Pa/cm (1 psi/pulgada) durante la etapa de separación. La proporción de aspecto se puede determinar utilizando la ecuación (1)
Proporción de aspecto = L3 / Vlecho (1)
en la que es L el grosor de lecho y Vlecho es el volumen de lecho.
El lecho o lechos de material adsorbente, utilizados en los sistemas de adsorción por cambio de presión de este ejemplo tienen un factor de vacío menor de 0,2, menor de 0,1 o menor de 0,05, en el que el factor de vacío es según la ecuación (2)
Vvacío
Factor de vacío (2)
Vvacío Vlecho
en la que Vvacío es el volumen muerto total para el sistema de adsorción por cambio de presión y Vlecho es el volumen de lecho.
Los conjuntos de motores primarios adecuados para su utilización en los sistemas de adsorción por cambio de presión incluyen, como mínimo, 4 motores primarios individuales, como mínimo, 20 motores primarios individuales o, como mínimo, 100 motores primarios individuales. Los motores primarios individuales adecuados para su utilización en los conjuntos de motores primarios en los sistemas de adsorción por cambio de presión deben ser capaces de iniciar o de detener el flujo de gas a través de ellos en 2 segundos o menos, menos de 0,5 segundos, o menos de 0,1 segundos e incluyen, pero no constituyen de ningún modo limitación, bombas piezoeléctricas, bombas termoneumáticas, bombas electrostáticas, bombas ultrasónicas, bombas de electro-ósmosis, bombas electrohidrodinámicas, bombas electromagnéticas, bombas rotatorias, bombas de aleación con memoria de forma, bombas bimetálicas, bombas de diafragma, bombas de paleta rotatoria, bombas de espiral, bombas de solenoide, bombas accionadas por motor de pasos, bombas de pistón, y bombas lineales. En algunas realizaciones, entre los motores primarios individuales en los conjuntos de motores primarios se incluyen bombas microelectromecánicas (MEM) seleccionadas entre bombas MEM piezoeléctricas, bombas MEM termoneumáticas, bombas MEM electrostáticas, bombas MEM electromagnéticas, bombas MEM ultrasónicas, bombas MEM de electro-ósmosis, bombas MEM de diafragma y bombas MEM electrohidrodinámicas. Todos los motores primarios en un conjunto de motores primarios dado pueden trabajar al unísono. Alternativamente, los motores primarios en un conjunto de motores primarios dado pueden funcionar individualmente o en grupos. Por ejemplo, los motores primarios en un conjunto de motores primarios dado se pueden programar para funcionar de forma secuencial o se pueden programar por separado para facilitar varios aspectos del proceso de adsorción por cambio de presión. Por ejemplo, algunos de los motores primarios en un conjunto de motores primarios dado se pueden programar para transferir el gas de alimentación al lecho de material adsorbente mientras que otros motores primarios en el conjunto se pueden programar para transferir el gas enriquecido fuera del lecho de material adsorbente.
Los conjuntos de motores primarios adecuados para su utilización pueden proporcionar una multiplicidad de motores primarios en una configuración paralela. Cuando están configurados de este modo, un conjunto de motores primarios se puede diseñar para suministrar un gas a un lecho de material adsorbente o extraerlo desde el mismo, proporcionando de este modo una función de distribución de flujo y eliminando la necesidad de un distribuidor de flujo separado y del volumen muerto que típicamente se asocia con el mismo. Debido a la distribución de flujo aumentada con el mínimo volumen muerto, los conjuntos de motores primarios facilitan los procesos de adsorción, tales como procesos con relaciones de aspecto pequeñas, que hasta el momento no eran sistemas convencionales dados prácticos.
Además, los conjuntos de motores primarios adecuados para su utilización proporcionan oportunidades para el aumento en el control de flujo, que se puede conseguir encendiendo y deteniendo ciertos motores primarios en un conjunto dado en base a los requerimientos de flujo en una etapa dada del proceso de adsorción por cambio de presión.
Además, los conjuntos de motores primarios proporcionan sistemas con fiabilidad aumentada en los que unos o más motores primarios en un conjunto dado pueden fallar sin causar una disminución significativa de la eficiencia del sistema global.
Los sistemas de adsorción por cambio de presión de este ejemplo pueden incluir más de un conjunto de motores primarios. Por ejemplo, los sistemas pueden incluir un conjunto de motores primarios de alimentación en comunicación de fluido con la superficie o superficies de entrada del lecho, en el que el conjunto de motores primarios de alimentación funciona suministrando la mezcla de gases de alimentación al lecho; y un conjunto de motores primarios de escape en comunicación de fluido con la superficie o superficies de entrada del lecho, en el que el conjunto de motores primarios de escape funciona extrayendo un gas enriquecido desde el lecho.
La figura 4 proporciona un diagrama esquemático de un aparato -100- de adsorción por cambio de presión para separar una mezcla de gases de alimentación multicomponente mediante la adsorción selectiva de uno
o varios componentes más fácilmente adsorbibles de la mezcla de gases de alimentación en un material adsorbente. El aparato ilustrado en la figura 4 incluye un lecho de material adsorbente -110- contenido dentro de un cuerpo envolvente -120- del adsorbente y retenido dentro del mismo utilizando opcionalmente placas -130- y muelles -150de inmovilización. El lecho del material adsorbente -110- tiene una superficie de entrada -114- y una superficie de salida -118-. Se dispone en la superficie de salida -118- del lecho del material adsorbente -110- un conjunto de válvulas de salida -140- de válvulas individuales de salida -145-. El conjunto de válvulas de salida -140- está en comunicación de fluido con el volumen de material adsorbente -110- y un volumen de almacenaje de producto -160- e interpuesto entre los mismos. El volumen de almacenaje de producto -160- está también en comunicación de fluido con un conducto de producto -170- para transferir un gas agotado producto para su utilización en algunas aplicaciones. Se dispone en la superficie de entrada -114- del lecho de material adsorbente -110- un conjunto de válvulas de entrada -190- de válvulas individuales de entrada -200-. En la realización de la presente invención representada en la figura 4, la mezcla de gases de alimentación se suministra por una fuente presurizada, por ejemplo, un cilindro de contención de gas presurizado (no mostrado).
El aparato de adsorción por cambio de presión puede mostrar un factor de vacío, según la ecuación (2), menor de 0,2, menor de 0,1 o menor de 0,05,
Vvacío
Factor de vacío (2)
Vvacío Vlecho
en la que Vvacío es el volumen muerto total en el sistema de adsorción por cambio de presión y Vlecho es el volumen de lecho.
Los lechos de material adsorbente adecuados para su utilización en el aparato de adsorción por cambio de presión pueden tener una proporción de aspecto, según la ecuación (1), menor de 0,25, o menor de 0,125,
Proporción de aspecto = L3 / Vlecho (1)
en la que L es el grosor del lecho y Vlecho es el volumen de lecho.
Los lechos de material adsorbente adecuados para su utilización en el aparato de adsorción por cambio de presión pueden tener geometrías entre las que se incluyen, pero no constituyen de ningún modo limitación, un cilindro con una sección transversal circular, un cilindro con una sección transversal no circular, un paralepípedo rectangular, y la región anular entre dos cilindros coaxiales.
Entre los materiales adsorbentes adecuados para su utilización en el aparato de adsorción por cambio de presión se incluyen, sin que constituyan limitación, carbón activo; adsorbentes de tamiz molecular de carbono; alúmina activa; y zeolitas, entre las que se incluyen aquellas con estructura de tipo A, de tipo X, de mordenita y de chabazita. Entre los ejemplos de zeolitas adecuadas se incluyen CaA, NaX, CaX, NaA, BaX, LiX, NaLSX, CaLSX, BaLSX, AgLSX y LiLSX. Un experto en la técnica sabría seleccionar un material adsorbente dado para su utilización con una mezcla de gases de alimentación dada y materiales de producto deseados.
Las válvulas adecuadas para su utilización en los conjuntos de válvulas del aparato de adsorción por cambio de presión deben ser capaces de completar un ciclo de una posición de abierto a cerrado en 1 segundo
o menos, menos de 1 segundo, menos de 0,1 segundos, o menos de 0,01 segundos e incluyen, pero no constituyen de ningún modo limitación, válvulas piezoeléctricas, válvulas de aleación de memoria de forma, válvulas electrostáticas, válvulas bimetálicas, válvulas termoneumáticas y válvulas electromagnéticas. En algunas realizaciones, entre las válvulas individuales en los conjuntos de válvulas se incluyen válvulas microelectromecánicas (MEM) seleccionadas entre válvulas MEM piezoeléctricas, válvulas MEM de aleación de memoria de forma, válvulas MEM electrostáticas, válvulas MEM bimetálicas, válvulas MEM termoneumáticas y válvulas MEM electromagnéticas. Por ejemplo, las válvulas y los conjuntos de válvulas adecuados para su utilización incluyen conjuntos de válvulas microelectromecánicas según se describen en Vandelli y otros, “Desarrollo de un Conjunto de Microválvulas MEMS para el Control del Flujo de Fluido” (Development of a MEMS Microvalve Array for Fluid Flow Control), JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS, Vol. 7, No. 4 (diciembre de 1998). Las válvulas utilizadas en los conjuntos de válvulas pueden incluir válvulas con dispositivos de accionamiento externos o dispositivos de accionamiento internos. Las válvulas pueden incluir además para su funcionamiento válvulas de retención que dependen de diferencias de presión entre las válvulas en lugar de un dispositivo de accionamiento controlable independiente.
La figura 5 proporciona un diagrama esquemático de otro aparato -205- de adsorción por cambio de presión, para separar una mezcla de gases de alimentación multicomponente mediante la adsorción selectiva de uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles de la mezcla de gases de alimentación en un material adsorbente. El aparato ilustrado en la figura 5 incluye un lecho del material adsorbente -210- contenido dentro de un cuerpo envolvente -220- del adsorbente y retenido dentro del mismo utilizando opcionalmente placas -230- y muelles -250- de inmovilización. El lecho del material adsorbente -210- tiene una superficie de entrada -214- y una superficie de salida -218-. Se dispone en la superficie de salida -218- del lecho de material adsorbente -210- un conjunto de válvulas de salida -240- de válvulas de salida individuales -245-. El conjunto de válvulas de salida -240- está en comunicación de fluido con el volumen de material adsorbente -210- y un volumen de almacenaje de producto -260- e interpuesto entre los mismos. El volumen de almacenaje de producto -260- está también en comunicación de fluido con un conducto de producto -270- para transferir un gas agotado producto para su utilización en algunas aplicaciones. Se dispone en la superficie de entrada -214- del lecho de material adsorbente -210- un conjunto de motores primarios de entrada -290- de motores primarios individuales de entrada -300-. En la realización de la presente invención representada en la figura 5, la mezcla de gases de alimentación se puede extraer de, por ejemplo, la atmósfera que rodea al aparato -205- o desde un recipiente de almacenamiento de gas (no mostrado).
Los motores primarios adecuados para su utilización en los conjuntos de motores primarios del aparato de adsorción por cambio de presión deben ser capaces de iniciar o de detener el flujo de gas a través de ellos en 2 segundos o menos, menos de 0,5 segundos, o menos de 0,1 segundos e incluyen, pero no constituyen de ningún modo limitación, bombas piezoeléctricas, bombas termoneumáticas, bombas electrostáticas, bombas ultrasónicas, bombas de electro-ósmosis, bombas electrohidrodinámicas, bombas electromagnéticas, bombas rotatorias, bombas de aleación con memoria de forma, bombas bimetálicas, bombas de diafragma, bombas de paleta rotatoria, bombas de espiral, bombas de solenoide, bombas accionadas por motor de pasos, bombas de pistón, y bombas lineales. En algunas realizaciones, entre los motores primarios individuales en los conjuntos de motores primarios se incluyen bombas microelectromecánicas (MEM) seleccionadas entre bombas MEM piezoeléctricas, bombas MEM termoneumáticas, bombas MEM electrostáticas, bombas MEM electromagnéticas, bombas MEM ultrasónicas, bombas MEM de electro-ósmosis, bombas MEM de diafragma y bombas MEM electrohidrodinámicas. Por ejemplo, los motores primarios adecuados para su utilización incluyen bombas microelectromecánicas según se describen en Maluf, INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA DE SISTEMAS MICROELECTROMECÁNICOS, 1ª edición.
El aparato de adsorción por cambio de presión se puede construir de manera modular. Por ejemplo, los conjuntos de motores primarios, conjuntos de válvulas, lechos adsorbentes, almacenaje de producto, por ejemplo, se pueden construir como módulos microelectromecánicos individuales. La construcción de los componentes individuales para estos módulos para motores primarios y válvulas se describe, por ejemplo, en Maluf, INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA DE SISTEMAS MICROELECTROMECÁNICOS, págs. 147-156 y 190-192. Estos componentes individuales se pueden unir para formar módulos del conjunto de motores primarios o del conjunto de válvulas, por ejemplo, con los métodos descritos en Vandelli, y otros, “Desarrollo de un Conjunto de Microválvulas MEMS para el Control del Flujo de Fluido” (Development of a MEMS Microvalve Array for Fluid Flow Control), JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS, Vol. 7, No. 4 (diciembre de 1998); Bousse, y otros, “Conjuntos de válvulas e interconexiones de alta densidad para la conmutación de fluidos”, (High-density arrays of valves and interconnects for fluid switching) PROC. IEEE SOLID-STATE SENSOR AND ACTUATOR WORKSHOP, HILTON HEAD ISLAND, SC, 3-6 de junio de 1996, págs. 272-275. A continuación, estos módulos individuales se pueden unir en una gran variedad de configuraciones y permutaciones de los dispositivos ilustrados en las figuras 4 y 5. Es decir, los módulos individuales se pueden unir para formar dispositivos que tienen múltiples lechos adsorbentes unidos en paralelo o en serie. Estos módulos individuales se pueden unir, por ejemplo, utilizando los métodos descritos en Mourlas, y otros, “Nuevas tecnologías de interconexión y canalización para Microfluídica”, (Novel Interconnection and Channel Technologies for Microfluidics) Micro Análisis Total '98, Informes del Taller de mTAS '98 en Banff, Canadá, 13-16 de octubre de 1998, editores D. J. Harrison y A. van de Berg, Kluwer Academic Publishers.
Las descripciones de la presente invención tienen aplicabilidad a gran escala (velocidades de producción superiores a 1000 litros estándar por minuto), bancos de escala media (velocidades de producción entre 1000 y 10 litros estándar por minuto), pequeña escala (velocidades de producción menores de 10 litros estándar por minuto) y cualquier escala entre éstas. En algunas realizaciones, el aparato de adsorción por cambio de presión se puede construir a una escala suficientemente pequeña para permitir que el dispositivo sea transportado por un individuo. Tales dispositivos serían útiles para proporcionar, por ejemplo, oxígeno a un individuo para los propósitos médicos.
Claims (9)
- REIVINDICACIONES1. Proceso de adsorción por cambio de presión para la separación de una mezcla de gases de alimentación multicomponente mediante la adsorción selectiva de uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles en un lecho de material adsorbente que incluye las etapas de:
- (a)
- presurizar el lecho;
- (b)
- hacer pasar la mezcla de gases de alimentación a través del lecho de material adsorbente desde una superficie de entrada del lecho a una superficie de salida del lecho, en el que uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles se adsorben preferentemente por el material adsorbente, y extraer un gas agotado en uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles, que sale de la superficie de salida del lecho;
- (c)
- despresurizar el lecho extrayendo un gas enriquecido en uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles del lecho;
- (d)
- repetir todas las etapas de una manera cíclica;
en el que el lecho tiene un grosor de lecho L, y un volumen de lecho Vlecho; en el que el lecho tiene una proporción de aspecto según la ecuación (1)Proporción de aspecto = L3 / Vlecho (1)en la que la proporción de aspecto para el lecho es menor de 0,25; y en el que el gradiente de presión medio en el lecho en (b) supera 135,8 Pa/cm (0,05 psi/pulgada). -
- 2.
- Proceso de adsorción por cambio de presión, según la reivindicación 1, en el que la mezcla de gases de alimentación es aire y el gas agotado comprende oxígeno en una concentración del 70% molar o superior.
-
- 3.
- Proceso de adsorción por cambio de presión, según la reivindicación 1, en el que el gas agotado comprende hidrógeno en una concentración del 80% molar o superior.
-
- 4.
- Proceso de adsorción por cambio de presión, según las reivindicaciones 2 ó 3, en el que la velocidad de producción del gas agotado está entre 0,5 y 10 litros estándar por minuto.
-
- 5.
- Proceso de adsorción por cambio de presión, según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que el lecho adsorbente comprende partículas adsorbentes con un diámetro equivalente medio menor de 1,0 mm.
-
- 6.
- Proceso de adsorción por cambio de presión, según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que el lecho adsorbente comprende un adsorbente estructurado.
-
- 7.
- Proceso de adsorción por cambio de presión, según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que el lecho tiene un factor de vacío, según la ecuación (2), menor de 0,2
VvacíoFactor de vacío (2)Vvacío Vlechoen la que Vvacío es el volumen muerto total en el sistema de adsorción por cambio de presión y Vlecho es el volumen del lecho. - 8. Proceso de adsorción por cambio de presión, según la reivindicación 1, que comprende adicionalmente las etapas de:detener la extracción de gas agotado del lecho y detener la alimentación del gas de alimentación al lecho entre dichas etapas de paso y despresurización; yalimentar una parte del gas agotado al lecho para facilitar la extracción de uno o varios componentes más fácilmente adsorbibles del material adsorbente entre dichas etapas de despresurización y de repetición.
- 9. Proceso de adsorción por cambio de presión, según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que cada repetición de todas las etapas define un ciclo con un tiempo de ciclo de 15 segundos o menor.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US310556 | 2002-12-05 | ||
| US10/310,556 US6802889B2 (en) | 2002-12-05 | 2002-12-05 | Pressure swing adsorption system for gas separation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2295503T3 ES2295503T3 (es) | 2008-04-16 |
| ES2295503T5 true ES2295503T5 (es) | 2011-11-10 |
Family
ID=32312275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES03027736T Expired - Lifetime ES2295503T5 (es) | 2002-12-05 | 2003-12-02 | Sistema de adsorción por cambio de presión para separación de gas. |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6802889B2 (es) |
| EP (1) | EP1426094B2 (es) |
| JP (2) | JP4125667B2 (es) |
| AT (1) | ATE383903T1 (es) |
| DE (1) | DE60318673T3 (es) |
| ES (1) | ES2295503T5 (es) |
| PT (1) | PT1426094E (es) |
Families Citing this family (103)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6969505B2 (en) * | 2002-08-15 | 2005-11-29 | Velocys, Inc. | Process for conducting an equilibrium limited chemical reaction in a single stage process channel |
| US7294734B2 (en) * | 2003-05-02 | 2007-11-13 | Velocys, Inc. | Process for converting a hydrocarbon to an oxygenate or a nitrile |
| US7220390B2 (en) * | 2003-05-16 | 2007-05-22 | Velocys, Inc. | Microchannel with internal fin support for catalyst or sorption medium |
| US8580211B2 (en) * | 2003-05-16 | 2013-11-12 | Velocys, Inc. | Microchannel with internal fin support for catalyst or sorption medium |
| WO2005032693A2 (en) * | 2003-08-29 | 2005-04-14 | Velocys Inc. | Process for separating nitrogen from methane using microchannel process technology |
| US7291271B2 (en) * | 2003-12-09 | 2007-11-06 | Separation Design Group, Llc | Meso-frequency traveling wave electro-kinetic continuous adsorption system |
| US7637989B2 (en) * | 2003-12-31 | 2009-12-29 | Merits Health Products Co., Ltd. | Rapid cycle pressure swing adsorption oxygen concentration method and mechanical valve for the same |
| US7029647B2 (en) * | 2004-01-27 | 2006-04-18 | Velocys, Inc. | Process for producing hydrogen peroxide using microchannel technology |
| US7084180B2 (en) * | 2004-01-28 | 2006-08-01 | Velocys, Inc. | Fischer-tropsch synthesis using microchannel technology and novel catalyst and microchannel reactor |
| US9023900B2 (en) | 2004-01-28 | 2015-05-05 | Velocys, Inc. | Fischer-Tropsch synthesis using microchannel technology and novel catalyst and microchannel reactor |
| US8747805B2 (en) | 2004-02-11 | 2014-06-10 | Velocys, Inc. | Process for conducting an equilibrium limited chemical reaction using microchannel technology |
| WO2006020709A1 (en) * | 2004-08-12 | 2006-02-23 | Velocys Inc. | Process for converting ethylene to ethylene oxide using microchannel process technology |
| US7354463B2 (en) * | 2004-12-17 | 2008-04-08 | Texaco Inc. | Apparatus and methods for producing hydrogen |
| US7354464B2 (en) * | 2004-12-17 | 2008-04-08 | Texaco Inc. | Apparatus and method for producing hydrogen |
| US7402287B2 (en) * | 2004-12-17 | 2008-07-22 | Texaco Inc. | Apparatus and methods for producing hydrogen |
| US8187456B2 (en) * | 2005-01-21 | 2012-05-29 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Hydrocracking of heavy feedstocks with improved hydrogen management |
| US20060174875A1 (en) * | 2005-02-09 | 2006-08-10 | Vbox, Incorporated | Ambulatory oxygen concentrator containing a power pack |
| US7431032B2 (en) * | 2005-02-09 | 2008-10-07 | Vbox Incorporated | Low power ambulatory oxygen concentrator |
| US8020553B2 (en) * | 2005-02-09 | 2011-09-20 | Vbox, Incorporated | Ambulatory oxygen concentrator containing a three phase vacuum separation system |
| US7766010B2 (en) | 2005-02-09 | 2010-08-03 | Vbox, Incorporated | Method of controlling the rate of oxygen produced by an oxygen concentrator |
| US20060174871A1 (en) * | 2005-02-09 | 2006-08-10 | Vbox, Incorporated | Ambulatory oxygen concentrator with high efficiency adsorbent |
| US7121276B2 (en) * | 2005-02-09 | 2006-10-17 | Vbox, Incorporated | Personal oxygen concentrator |
| US7866315B2 (en) * | 2005-02-09 | 2011-01-11 | Vbox, Incorporated | Method and apparatus for controlling the purity of oxygen produced by an oxygen concentrator |
| US20060174877A1 (en) * | 2005-02-09 | 2006-08-10 | Vbox, Incorporated | Portable oxygen concentrator with a docking station |
| US7954490B2 (en) * | 2005-02-09 | 2011-06-07 | Vbox, Incorporated | Method of providing ambulatory oxygen |
| US7171963B2 (en) * | 2005-02-09 | 2007-02-06 | Vbox, Incorporated | Product pump for an oxygen concentrator |
| US7604005B2 (en) * | 2005-02-09 | 2009-10-20 | Vbox Incorporated | Adsorbent cartridge for oxygen concentrator |
| US7288189B2 (en) * | 2005-02-11 | 2007-10-30 | Bonifer Jeffery P | Multi-faceted intake filter for an aquarium |
| WO2006094190A2 (en) * | 2005-03-02 | 2006-09-08 | Velocys Inc. | Separation process using microchannel technology |
| US7402193B2 (en) * | 2005-04-05 | 2008-07-22 | Respironics Oxytec, Inc. | Portable oxygen concentrator |
| US7368005B2 (en) | 2005-04-05 | 2008-05-06 | Respironics Oxytec, Inc. | Portable oxygen concentrator |
| US7329304B2 (en) * | 2005-04-05 | 2008-02-12 | Respironics Oxytec, Inc. | Portable oxygen concentrator |
| US7390350B2 (en) * | 2005-04-26 | 2008-06-24 | Air Products And Chemicals, Inc. | Design and operation methods for pressure swing adsorption systems |
| US20070062372A1 (en) * | 2005-09-20 | 2007-03-22 | Ravi Jain | Method of producing a mixture of ozone and high pressure carbon dioxide |
| US8500852B2 (en) * | 2006-05-05 | 2013-08-06 | Separation Design Group, Llc | Sorption method, device, and system |
| JP4989340B2 (ja) * | 2007-07-19 | 2012-08-01 | アイシン精機株式会社 | 改質原料供給システム |
| US20090065007A1 (en) | 2007-09-06 | 2009-03-12 | Wilkinson William R | Oxygen concentrator apparatus and method |
| BRPI0820165A2 (pt) | 2007-11-12 | 2015-06-16 | Exxonmobil Upstream Res Co | Método e sistema para tratar uma corrente de alimentação gasosa, e, método para tratar uma corrente gasosa rica em nitrogênio. |
| WO2009134543A1 (en) | 2008-04-30 | 2009-11-05 | Exxonmobil Upstream Research Company | Method and apparatus for removal of oil from utility gas stream |
| JP2010210118A (ja) * | 2009-03-09 | 2010-09-24 | Jamco Corp | 漏水防止用安全弁を備えた旅客機搭載用スチームオーブン |
| US8394178B2 (en) | 2009-07-22 | 2013-03-12 | Vbox, Incorporated | Apparatus for separating oxygen from ambient air |
| WO2011044091A2 (en) | 2009-10-05 | 2011-04-14 | Separation Design Group Llc | Ultra rapid cycle portable oxygen concentrator |
| US8361205B2 (en) | 2009-12-23 | 2013-01-29 | Praxair Technology, Inc. | Modular compact adsorption bed |
| US8268043B2 (en) | 2009-12-23 | 2012-09-18 | Praxair Technology, Inc. | Modular compact adsorption bed |
| EG26256A (en) * | 2009-12-27 | 2013-06-03 | دويدار أحمد عطيه محمد | Oxygen hookah |
| JP5889288B2 (ja) | 2010-05-28 | 2016-03-22 | エクソンモービル アップストリーム リサーチ カンパニー | 一体型吸着器ヘッド及び弁設計及びこれと関連したスイング吸着法 |
| US8616207B2 (en) | 2010-09-07 | 2013-12-31 | Inova Labs, Inc. | Oxygen concentrator heat management system and method |
| US20120055475A1 (en) | 2010-09-07 | 2012-03-08 | Wilkinson William R | Oxygen concentrator system and methods for oral delivery of oxygen enriched gas |
| TWI495501B (zh) | 2010-11-15 | 2015-08-11 | Exxonmobil Upstream Res Co | 動力分餾器及用於氣體混合物之分餾的循環法 |
| US9017457B2 (en) | 2011-03-01 | 2015-04-28 | Exxonmobil Upstream Research Company | Apparatus and systems having a reciprocating valve head assembly and swing adsorption processes related thereto |
| CA2842928A1 (en) | 2011-03-01 | 2012-11-29 | Exxonmobil Upstream Research Company | Apparatus and systems having a rotary valve assembly and swing adsorption processes related thereto |
| EP2680948A4 (en) | 2011-03-01 | 2015-05-06 | Exxonmobil Upstream Res Co | APPARATUS AND SYSTEMS WITH VALVE ASSEMBLY ROTARY POWER SUPPLY AND BALANCED ADSORPTION PROCESS THEREFOR |
| EA026118B1 (ru) | 2011-03-01 | 2017-03-31 | Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани | Способ удаления загрязняющих примесей из потока углеводородов в циклическом адсорбционном процессе и связанные с этим способом устройство и система |
| BR112013018276A2 (pt) | 2011-03-01 | 2019-09-24 | Exxonmobil Upstream Res Co | métodos de remover contaminantes de uma corrente de hidrocarbonetos por adsorção oscilante e aparelhos e sistemas relacionados |
| AU2012223487A1 (en) | 2011-03-01 | 2013-09-19 | Exxonmobil Upstream Research Company | Apparatus and systems having compact configuration multiple swing adsorption beds and methods related thereto |
| JP6143192B2 (ja) | 2011-03-01 | 2017-06-07 | エクソンモービル アップストリーム リサーチ カンパニー | 包封型吸着剤接触器装置を含むシステム及びこれに関連したスイング吸着方法 |
| CN102626579A (zh) * | 2012-04-13 | 2012-08-08 | 苏州市兴鲁空分设备科技发展有限公司 | 多组分吸附装置及工艺 |
| GB201214122D0 (en) | 2012-08-07 | 2012-09-19 | Oxford Catalysts Ltd | Treating of catalyst support |
| US9034078B2 (en) | 2012-09-05 | 2015-05-19 | Exxonmobil Upstream Research Company | Apparatus and systems having an adsorbent contactor and swing adsorption processes related thereto |
| AU2013328912B2 (en) | 2012-10-12 | 2017-10-12 | Inova Labs, Inc. | Method and systems for the delivery of oxygen enriched gas |
| US9138557B2 (en) | 2012-10-12 | 2015-09-22 | Inova Labs, Inc. | Dual oxygen concentrator systems and methods |
| EP2906280B1 (en) | 2012-10-12 | 2018-09-26 | Inova Labs, Inc. | Oxygen concentrator systems and methods |
| JP6297594B2 (ja) * | 2013-01-30 | 2018-03-20 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． | 酸素分離システム、及び、酸素富化ガスのフローを生成する方法 |
| US9440179B2 (en) | 2014-02-14 | 2016-09-13 | InovaLabs, LLC | Oxygen concentrator pump systems and methods |
| WO2016014232A1 (en) | 2014-07-25 | 2016-01-28 | Exxonmobil Upstream Research Company | Apparatus and system having a valve assembly and swing adsorption processes related thereto |
| AU2015347232B2 (en) | 2014-11-11 | 2018-02-01 | Exxonmobil Upstream Research Company | High capacity structures and monoliths via paste imprinting |
| WO2016094034A1 (en) | 2014-12-10 | 2016-06-16 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Adsorbent-incorporated polymer fibers in packed bed and fabric contactors, and methods and devices using same |
| EP3237091B1 (en) | 2014-12-23 | 2021-08-04 | ExxonMobil Upstream Research Company | Structured adsorbent beds and methods of producing the same |
| JP6253029B2 (ja) * | 2015-01-21 | 2017-12-27 | 大陽日酸株式会社 | 麻酔器用取付キット |
| EA201792488A1 (ru) | 2015-05-15 | 2018-03-30 | Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани | Аппарат и система для процессов короткоцикловой адсорбции, связанные с ней, содержащие системы продувки среднего слоя |
| AU2016265110B2 (en) | 2015-05-15 | 2019-01-24 | Exxonmobil Upstream Research Company | Apparatus and system for swing adsorption processes related thereto |
| WO2016201218A2 (en) | 2015-06-12 | 2016-12-15 | Velocys, Inc. | Synthesis gas conversion process |
| US10882005B2 (en) * | 2015-07-28 | 2021-01-05 | Kagoshima University | Hydrogen gas production device and hydrogen gas production method |
| EA201890610A1 (ru) | 2015-09-02 | 2018-07-31 | Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани | Способ и система для осуществления короткоцикловой адсорбции с использованием головного потока метаноотгонной колонны в качестве продувочного газа |
| US10080991B2 (en) | 2015-09-02 | 2018-09-25 | Exxonmobil Upstream Research Company | Apparatus and system for swing adsorption processes related thereto |
| CN108348838B (zh) | 2015-10-27 | 2021-11-05 | 埃克森美孚上游研究公司 | 具有多个阀门的变吸附方法相关的装置和系统 |
| CN108348836B (zh) | 2015-10-27 | 2021-01-26 | 埃克森美孚上游研究公司 | 具有多个阀门的变化吸附方法相关的设备和系统 |
| AU2016346798B2 (en) | 2015-10-27 | 2019-11-07 | Exxonmobil Upstream Research Company | Apparatus and system for swing adsorption processes related thereto having actively-controlled feed poppet valves and passively controlled product valves |
| CA3005448A1 (en) | 2015-11-16 | 2017-05-26 | Exxonmobil Upstream Research Company | Adsorbent materials and methods of adsorbing carbon dioxide |
| WO2017134534A1 (en) * | 2016-02-02 | 2017-08-10 | Sabic Global Technologies B.V. | Process for separation of hydrogen and oxygen |
| WO2017134535A1 (en) * | 2016-02-02 | 2017-08-10 | Sabic Global Technologies B.V. | Process for separation of hydrogen and oxygen |
| EP3429727A1 (en) | 2016-03-18 | 2019-01-23 | Exxonmobil Upstream Research Company | Apparatus and system for swing adsorption processes related thereto |
| US11458274B2 (en) | 2016-05-03 | 2022-10-04 | Inova Labs, Inc. | Method and systems for the delivery of oxygen enriched gas |
| EP3463619A1 (en) | 2016-05-31 | 2019-04-10 | ExxonMobil Upstream Research Company | Apparatus and system for swing adsorption processes |
| WO2017209861A1 (en) | 2016-05-31 | 2017-12-07 | Exxonmobil Upstream Research Company | Apparatus and system for swing adsorption processes |
| US10434458B2 (en) | 2016-08-31 | 2019-10-08 | Exxonmobil Upstream Research Company | Apparatus and system for swing adsorption processes related thereto |
| SG11201900842QA (en) | 2016-09-01 | 2019-03-28 | Exxonmobil Upstream Res Co | Swing adsorption processes for removing water using 3a zeolite structures |
| US10328382B2 (en) | 2016-09-29 | 2019-06-25 | Exxonmobil Upstream Research Company | Apparatus and system for testing swing adsorption processes |
| AU2017379684B2 (en) | 2016-12-21 | 2020-03-12 | Exxonmobil Upstream Research Company | Self-supporting structures having active materials |
| AU2017379685B2 (en) | 2016-12-21 | 2020-03-12 | Exxonmobil Upstream Research Company | Self-supporting structures having foam-geometry structure and active materials |
| US11331620B2 (en) | 2018-01-24 | 2022-05-17 | Exxonmobil Upstream Research Company | Apparatus and system for swing adsorption processes |
| US11413567B2 (en) | 2018-02-28 | 2022-08-16 | Exxonmobil Upstream Research Company | Apparatus and system for swing adsorption processes |
| US11331618B2 (en) * | 2018-03-07 | 2022-05-17 | Encite Llc | R2R microelectromechanical gas concentrator |
| CN112105409A (zh) * | 2018-04-20 | 2020-12-18 | 澳大利亚勒尔姆科技私人有限公司 | 向使用者提供浓缩氧气的系统和方法 |
| US10946161B2 (en) | 2018-12-05 | 2021-03-16 | Aires Medical LLC | Pulsed pressure swing adsorption system and method |
| US11318410B2 (en) | 2018-12-21 | 2022-05-03 | Exxonmobil Upstream Research Company | Flow modulation systems, apparatus, and methods for cyclical swing adsorption |
| CN109695259A (zh) * | 2019-03-09 | 2019-04-30 | 中国矿业大学 | 一种可以治理地下空间结露水的电渗系统 |
| US11376545B2 (en) | 2019-04-30 | 2022-07-05 | Exxonmobil Upstream Research Company | Rapid cycle adsorbent bed |
| WO2021071755A1 (en) | 2019-10-07 | 2021-04-15 | Exxonmobil Upstream Research Company | Adsorption processes and systems utilizing step lift control of hydraulically actuated poppet valves |
| EP4045173A1 (en) | 2019-10-16 | 2022-08-24 | Exxonmobil Upstream Research Company (EMHC-N1-4A-607) | Dehydration processes utilizing cationic zeolite rho |
| CN111701391B (zh) * | 2020-05-12 | 2022-04-15 | 潘齐辉 | 一种可持续结网型的高温有机废气处理装置 |
| CN112169531B (zh) * | 2020-10-29 | 2023-03-14 | 上海深城环保设备工程有限公司 | 气体固定床处理装置 |
| CN114570155B (zh) * | 2022-02-14 | 2023-10-27 | 兖矿新疆煤化工有限公司 | 分子筛顺控切换方法、装置、存储介质及电子设备 |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3430418A (en) | 1967-08-09 | 1969-03-04 | Union Carbide Corp | Selective adsorption process |
| US3720043A (en) * | 1970-06-22 | 1973-03-13 | North American Carbon | Method for high efficiency filtering system |
| US4194891A (en) * | 1978-12-27 | 1980-03-25 | Union Carbide Corporation | Multiple bed rapid pressure swing adsorption for oxygen |
| US4406675A (en) * | 1981-12-10 | 1983-09-27 | Union Carbide Corporation | RPSA Process |
| US4440548A (en) * | 1982-04-19 | 1984-04-03 | Calgon Carbon Corporation | Pressure swing absorption system |
| DE3469491D1 (en) * | 1983-03-31 | 1988-04-07 | Normalair Garrett Ltd | Molecular sieve type gas separation systems |
| JPS61216711A (ja) * | 1985-03-20 | 1986-09-26 | Kobe Steel Ltd | 圧力スイング式吸着塔 |
| US5002591A (en) * | 1988-10-14 | 1991-03-26 | Vbm Corporation | High efficiency PSA gas concentrator |
| US5433770A (en) * | 1993-12-27 | 1995-07-18 | Uop | PSA process employing a rapid depressurization step to create a disequilibrium effect |
| US5538544A (en) * | 1994-12-27 | 1996-07-23 | Praxair Technology, Inc. | Adsorption flow distribution |
| US5656067A (en) * | 1996-02-23 | 1997-08-12 | Air Products And Chemicals, Inc. | VSA adsorption process with energy recovery |
| FR2751244B1 (fr) * | 1996-07-18 | 1998-09-04 | Air Liquide | Procede et installation de traitement d'un melange gazeux par adsorption a variation de pression |
| US5827358A (en) * | 1996-11-08 | 1998-10-27 | Impact Mst, Incorporation | Rapid cycle pressure swing adsorption oxygen concentration method and apparatus |
| US5961694A (en) * | 1997-06-09 | 1999-10-05 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Apparatus and process for the separation of gas mixtures by pressure swing adsorption |
| FR2764522B1 (fr) † | 1997-06-12 | 1999-07-16 | Air Liquide | Procede et installation de separation d'air par adsorption |
| FR2765810B1 (fr) * | 1997-07-09 | 1999-08-13 | Air Liquide | Procede de separation d'un melange gazeux par adsorption a variation de pression |
| US6143056A (en) * | 1998-11-19 | 2000-11-07 | Praxair Technology, Inc. | Rotary valve for two bed vacuum pressure swing absorption system |
| US6156101A (en) | 1999-02-09 | 2000-12-05 | Air Products And Chemicals, Inc. | Single bed pressure swing adsorption process and system |
| US6268077B1 (en) * | 1999-03-01 | 2001-07-31 | Motorola, Inc. | Portable fuel cell power supply |
| JP4355834B2 (ja) * | 1999-08-20 | 2009-11-04 | 独立行政法人 日本原子力研究開発機構 | ガス成分の分離除去または回収する方法および装置 |
| US7122073B1 (en) * | 2000-09-18 | 2006-10-17 | Praxair Technology, Inc. | Low void adsorption systems and uses thereof |
-
2002
- 2002-12-05 US US10/310,556 patent/US6802889B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2003
- 2003-12-02 ES ES03027736T patent/ES2295503T5/es not_active Expired - Lifetime
- 2003-12-02 PT PT03027736T patent/PT1426094E/pt unknown
- 2003-12-02 DE DE60318673T patent/DE60318673T3/de not_active Expired - Lifetime
- 2003-12-02 EP EP03027736A patent/EP1426094B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-12-02 AT AT03027736T patent/ATE383903T1/de not_active IP Right Cessation
- 2003-12-05 JP JP2003407827A patent/JP4125667B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2008
- 2008-03-11 JP JP2008061807A patent/JP2008207180A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PT1426094E (pt) | 2008-04-28 |
| ATE383903T1 (de) | 2008-02-15 |
| EP1426094B1 (en) | 2008-01-16 |
| US20040107831A1 (en) | 2004-06-10 |
| DE60318673D1 (de) | 2008-03-06 |
| JP2004181456A (ja) | 2004-07-02 |
| EP1426094A1 (en) | 2004-06-09 |
| DE60318673T2 (de) | 2008-04-30 |
| EP1426094B2 (en) | 2011-09-07 |
| US6802889B2 (en) | 2004-10-12 |
| JP2008207180A (ja) | 2008-09-11 |
| JP4125667B2 (ja) | 2008-07-30 |
| DE60318673T3 (de) | 2012-01-26 |
| ES2295503T3 (es) | 2008-04-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2295503T5 (es) | Sistema de adsorción por cambio de presión para separación de gas. | |
| ES2371564T3 (es) | Proceso de adsorción de oscilación de presión con recuperación mejorada de productos de alta pureza. | |
| ES2265322T3 (es) | Procedimiento y sistema para la adsorcion por oscilacion de presion en lecho unico. | |
| KR100926487B1 (ko) | 압력 스윙 흡착 시스템의 얕은 베드에 있어서의 작동안정성 | |
| ES2391856T3 (es) | Sistema de adsorción de oscilación de presión con válvulas de múltiples orificios giratorios indexados | |
| US7122073B1 (en) | Low void adsorption systems and uses thereof | |
| EP0486926B1 (en) | Gas separation by rapid pressure swing adsorption | |
| ES2359687T3 (es) | Funcionamiento y optimización del proceso de adsorción de oscilación de presión. | |
| US9138676B2 (en) | Thermally integrated adsorption-desorption systems and methods | |
| KR20100057514A (ko) | 압력 스윙 흡착 시스템의 얕은 베드에 있어서의 성능 안정성 | |
| US20110146494A1 (en) | Modular compact adsorption bed | |
| US9266053B2 (en) | System and method for concentrating gas | |
| KR19980086952A (ko) | 단일 흡착 베드를 이용한 압력 스윙 흡착 방법 | |
| Sircar et al. | Production of oxygen enriched air by rapid pressure swing adsorption | |
| US10259711B2 (en) | Pressure swing adsorption for oxygen production | |
| ES2240353T3 (es) | Procedimiento de adsorcion por variacion de presion a escala muy grande. | |
| WO2023217740A1 (en) | A process for capture of carbon dioxide | |
| WO2022238474A1 (en) | Co2 adsorption apparatus | |
| WO2023247482A1 (en) | Direct air capture device | |
| JPS6351919A (ja) | 気体吸着分離装置 |