ES2555861T3

ES2555861T3 - Sistema de adsorción por oscilación de presión con múltiples lechos de vaso

Info

Publication number: ES2555861T3
Application number: ES11151679.5T
Authority: ES
Inventors: Sang Kook Lee; Justin David Bukowski; Carolyn Taylor Zelson; Mark Ephraim Levine
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 2006-07-20
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2016-01-11
Anticipated expiration: 2027-07-17
Also published as: US8529674B2; BRPI0702969B1; ES2364195T3; TWI484994B; EP1880753B2; PL1880753T3; JP5009708B2; ES2364195T5; BRPI0702969A; US7879138B2; KR100939064B1; EP1880753B1; JP2011073002A; TW201213001A; US20080022851A1; ATE510609T1; EP2314366A1; US20100294133A1; EP1880753A3; KR20080009032A

Abstract

Un sistema de adsorción por oscilación de presión que comprende al menos un primer lecho compuesto (10) y un segundo lecho compuesto (12), comprendiendo cada lecho compuesto (10, 12) material adsorbente y que tiene un extremo de alimentación de lecho compuesto y un extremo de producto de lecho compuesto, teniendo los lechos compuestos (10, 12) un colector de extremo de alimentación de lecho compuesto (303, 401, 501) y un colector de extremo de producto de lecho compuesto (301; 402; 504; 601), en el que cada uno de los lechos compuestos (10, 12) comprende dos o más vasos (10a-d) dispuestos en configuración de flujo paralelo que tienen un colector de extremo de alimentación del vaso y un colector de extremo de producto del vaso, conteniendo cada vaso (10a-d) una parte del material adsorbente y que tiene un extremo de alimentación del vaso y un extremo de producto del vaso, en el que el colector del extremo de alimentación del lecho compuesto (303, 401, 501) del primer lecho compuesto (10) está adaptado para colocar el extremo de alimentación del primer lecho compuesto (10) en comunicación fluida con los extremos de alimentación de los dos o más vasos (10a-d) por medio del colector del extremo de alimentación del vaso, en el que el colector del extremo de producto del lecho compuesto (301; 402; 504; 601) del primer lecho compuesto (10) está adaptado para colocar el extremo de producto del primer lecho compuesto (10) en comunicación fluida con los extremos de producto de los dos o más vasos (10a-d) por medio del colector del extremo de producto del vaso respectivo, en el que el colector de extremo de alimentación del lecho compuesto (303, 401, 501) del segundo lecho compuesto (12) está adaptado para colocar el extremo de alimentación del segundo lecho compuesto (12) en comunicación fluida con los extremos de alimentación de los dos o más vasos (10a-d) por medio del colector de extremo de alimentación del vaso, en el que el colector de extremo de producto del lecho compuesto (301; 402; 504; 601) del segundo lecho compuesto (12) está adaptado para colocar el extremo de producto del segundo lecho compuesto (12) en comunicación fluida con los extremos de producto de los dos o más vasos (10a-d) por medio del colector del extremo de producto del vaso respectivo (301; 402; 504; 601), y en el que (a) cualquier colector de extremo de alimentación del vaso comprende uno o más dispositivos de restricción de flujo, estando cada dispositivo adaptado para establecer la velocidad de flujo de gas en el extremo de alimentación de un respectivo vaso y/o establecer la velocidad de flujo de gas retirado del extremo de alimentación del respectivo vaso, y/o (b) cualquier colector de extremo de producto del vaso comprende uno o más dispositivos de restricción de flujo, estando cada dispositivo adaptado para establecer la velocidad de flujo de gas en el extremo de producto de un respectivo vaso y/o establecer la velocidad de flujo de gas retirado del extremo de producto del respectivo vaso. el sistema comprende adicionalmente un colector de producto (26), una primera válvula (22) y una segunda válvula (24), el colector de extremo de producto del lecho compuesto (301; 402; 504; 601) del primer lecho compuesto (10) está en comunicación fluida con el colector de producto (26) a través de la primera válvula (22), el colector de extremo de producto del lecho compuesto (301; 402; 504; 601) del segundo lecho compuesto (12) está en comunicación fluida con el colector de producto (26) a través de la segunda válvula 24 y el colector de extremo de producto del lecho compuesto (301; 402; 504; 601) del primer lecho compuesto (10) está en comunicación fluida con el colector de extremo de producto del lecho compuesto (301; 402; 504; 601) del segundo lecho compuesto (12) mediante una línea (42) que tiene una válvula 30. y - un colector de alimentación (16) y un colector de evacuación (38), en el que el colector de extremo de alimentación de lecho compuesto (303, 401) del primer lecho compuesto (10) está en comunicación fluida con el colector de alimentación (16) a través de una tercera válvula (18) y en comunicación fluida con el colector de evacuación (38) a través de una cuarta válvula (34), y en el que el colector de extremo de alimentación del lecho compuesto (303, 401) del segundo lecho compuesto (12) está en comunicación fluida con el colector de alimentación (16) a través de una quinta válvula (20) y en comunicación fluida con el colector de evacuación (38) a través de una sexta válvula (36), o un colector de alimentación (16) y un colector de evacuación (38), en el que el colector de extremo de alimentación del lecho compuesto (501) del primer lecho compuesto (10) está en comunicación fluida con el colector de alimentación (16) mediante una tercera válvula (18) y un colector de evacuación adicional (503) del primer lecho compuesto (10) está en comunicación fluida con el colector de evacuación (38) a través de una cuarta válvula (34), y en el que el colector de extremo de alimentación de lecho compuesto (501) del segundo lecho compuesto (12) está en comunicación fluida con el colector de alimentación (16) mediante una quinta válvula (20) y un colector de evacuación adicional (503) del segundo lecho compuesto (12) está en comunicación fluida con el colector de evacuación (38) a través de una sexta válvula (36) el sistema comprende adicionalmente un soplador de alimentación (14), que está adaptado para suministrar gas al colector de alimentación (16), y un soplador de vacío (40), que está adaptado para evacuar el colector de evacuación (38).

Description

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DESCRIPCION

Sistema de adsorcion por oscilacion de presion con multiples lechos de vaso Antecedentes de la invencion

La adsorcion por oscilacion de presion (AOP) es un metodo bien conocido para la separacion de mezclas gaseosas de volumen a granel y para la purificacion de corrientes de gas que contienen bajas concentraciones de componentes no deseables. El metodo se ha desarrollado y adaptado para una amplia variedad de gases de alimentacion, condiciones de operacion, pureza del producto y recuperacion del producto. Muchos sistemas de adsorcion por oscilacion de presion utilizan dos o mas lechos adsorbentes paralelos que funcionan en una secuencia dclica con el fin de mantener una velocidad constante de flujo de producto mientras los lechos seleccionados se someten a varias etapas incluyendo adsorcion/fabricacion del producto, despresurizacion, evacuacion, purga, ecualizacion de presion, represurizacion y otras etapas relacionadas. Son necesarios multiples lechos adsorbentes que usan numerosas etapas de proceso para conseguir una elevada pureza y/o recuperacion de productos gaseosos valiosos tales como hidrogeno, oxidos de carbono, gas de smtesis, hidrocarburos ligeros y similares. Los sistemas AOP con multiples lechos que usan estas etapas de proceso tambien se aplican en la recuperacion de oxfgeno del aire para varias aplicaciones industriales y para concentradores portatiles de oxfgeno medico.

El documento US 2006/01306521 A1 desvela montajes de adsorcion por oscilacion de presion con sistemas de control de purga y montajes de generacion de oxfgeno y/o sistemas de pilas de combustible que contienen los mismos.

Los montajes de adsorcion por oscilacion de presion funcionan de acuerdo con un ciclo AOP para producir una corriente de producto de hidrogeno y una corriente de subproducto a partir de una corriente de gas mezclado.

El documento 4.761.165 desvela un metodo y un aparato para controlar automaticamente la represurizacion del producto en un proceso de adsorcion por oscilacion de presion.

El documento WO 2005 009577 desvela un sistema de adsorcion por oscilacion de presion que incluye un primer grupo de modulos de adsorcion por oscilacion de presion (AOP) que tiene una pluralidad de primeros modulos AOP, y un segundo grupo de modulos AOP que tiene una pluralidad de segundos modulos AOP.

La seleccion y el diseno apropiados de los vasos adsorbentes y lechos es un factor importante para minimizar costes de capital y maximizar la eficiencia operativa de sistemas AOP. En la tecnica se han usado varios tipos de disenos para efectuar un contacto apropiado gas-adsorbente durante las etapas del proceso, y la mayona estan disenados para su instalacion dentro de los vasos cilmdricos de presion. Los adsorbentes granulares se usan ampliamente y pueden instalarse dentro de vasos cilmdricos de presion en los que el gas fluye en la direccion axial o en lechos anulares en los que el gas fluye en la direccion radial. Se han usado varios metodos para mantener los lechos del adsorbente granular en configuraciones de flujo axial o radial.

Existe una necesidad continua en la tecnica de separacion de gas adsorbente de disenos de vasos que maximicen la cantidad de trabajo de fabricacion realizado en el taller y minimicen la cantidad de trabajo de fabricacion y montaje requerido durante la instalacion en campo. Esto requiere vasos adsorbentes que pueden transportarse de manera segura de forma casi completa, preferentemente en los que los vasos se envasan con adsorbente en el taller. Tambien existe la necesidad de disenos de lechos que minimicen el volumen vacrn (es decir, el volumen vacrn no ocupado por adsorbente) dentro de los vasos adsorbentes. Ademas, se desea usar disenos adsorbentes y metodos de fabricacion que aseguren sustancialmente una actuacion identica de cada lecho adsorbente en el funcionamiento de sistemas aOp con multiples lechos. Ademas, existe la necesidad de disenos y metodos operativos mejorados para grandes plantas AOP con indices de produccion de gas mayores que la capacidad de sistemas con un unico tren que usan vasos adsorbentes que tienen el maximo diametro transportable.

Estas necesidades quedan cubiertas con el sistema de adsorcion por oscilacion de presion de acuerdo con la invencion como se define en la reivindicacion 1.

Resumen de la invencion

Una realizacion no de acuerdo con la invencion esta dirigida a un proceso de adsorcion por oscilacion de presion para la separacion de una mezcla de gas de alimentacion que contiene dos o mas componentes, comprendiendo el proceso

(a) proporcionar un sistema de adsorcion por oscilacion de presion que comprende uno o mas, preferentemente dos o mas lechos compuestos, comprendiendo cada lecho compuesto material adsorbente dispuesto en dos o mas vasos en configuracion de flujo paralelo, teniendo cada vaso un extremo de alimentacion y un extremo de producto;

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(b) realizar las etapas secuenciales dclicas que comprenden

(b1) introducir la mezcla del gas de alimentacion en los extremos de alimentacion de dos o mas vasos del lecho compuesto y retirar el gas del producto de los extremos de producto de los dos o mas vasos del lecho compuesto,

(b2) retirar el gas a presion decreciente de los extremos de alimentacion de los dos o mas vasos del lecho compuesto,

(b3) purgar el lecho compuesto introduciendo gas de purga en los extremos de producto de los dos o mas vasos del lecho compuesto y retirar el gas efluente de purga de los extremos de alimentacion de los dos o mas vasos del lecho compuesto, e

(b4) introducir gas en los extremos de producto y/o extremos de alimentacion de los dos o mas vasos del lecho compuesto a presion creciente; y

(c) para cualquiera de las etapas secuenciales, establecer una velocidad de flujo o velocidades de flujo de uno o mas gases seleccionados del grupo consistente en:

(c1) gas introducido en el extremo o extremos de alimentacion de cualquiera de los dos o mas vasos,

(c2) gas introducido en el extremo o extremos de producto de cualquiera de los dos o mas vasos,

(c3) gas retirado del extremo o extremos de alimentacion de cualquiera de los dos o mas vasos, y

(c4) gas retirado del extremo o extremos de producto de cualquiera de los dos o mas vasos.

Preferentemente, la mezcla de gas de alimentacion es aire y el gas del producto contiene mas del 85 % en volumen de oxfgeno. El parametro de control de cada vaso puede ser la concentracion en tiempo medio de oxfgeno en el gas del producto que se retira desde la salida del vaso.

El proceso consiste preferentemente en 2 lechos compuestos de material adsorbente, en el que cada lecho compuesto consta de 2 a 20 vasos.

La velocidad de flujo o velocidades de flujo pueden establecerse para mantener los valores de los parametros de control seleccionados para los dos o mas vasos de manera que

(a) la diferencia absoluta entre los parametros de control seleccionados para dos cualesquiera de los dos o mas vasos es inferior a un valor predeterminado, o

(b) la diferencia absoluta entre los parametros de control seleccionados de cada uno de los dos o mas vasos del lecho compuesto y el promedio de los parametros de control de cada uno de los dos o mas vasos del lecho compuesto es inferior a un valor predeterminado,

en el que el parametro de control para cada vaso se selecciona del grupo consistente en

(1) la concentracion en tiempo medio de un componente seleccionado en el gas del producto del vaso;

(2) la concentracion minima o maxima de un componente seleccionado en el gas del producto del vaso;

(3) el tiempo medio de la concentracion de un componente seleccionado en el gas efluente de purga del vaso;

(4) la concentracion minima o maxima de un componente seleccionado en el gas efluente de purga del vaso;

(5) la concentracion minima o maxima de un componente seleccionado en el espacio vacfo del adsorbente en un punto seleccionado en el vaso;

(6) la presion diferencial entre dos puntos en el vaso en un tiempo seleccionado durante las etapas secuenciales;

(7) la temperatura minima o maxima en un punto seleccionado en los vasos durante las etapas secuenciales; y

(8) la presion minima o maxima en un punto seleccionado en el vaso durante las etapas secuenciales.

Una realizacion que proporciona una base para la invencion, como se define en la reivindicacion 1, incluye un sistema de adsorcion por oscilacion de presion que comprende uno o mas lechos compuestos, comprendiendo cada

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lecho compuesto material adsorbente y teniendo un extremo de alimentacion del lecho compuesto y un extremo de producto de lecho compuesto, teniendo el uno o mas lechos compuestos un colector de extremo de alimentacion de lecho compuesto y un colector de extremo de producto de lecho compuesto, en el que cada uno del uno o mas lechos compuestos comprende dos o mas vasos dispuestos en configuracion de flujo paralelo que tienen un colector de extremo de alimentacion del vaso y un colector de extremo de producto del vaso, conteniendo cada vaso una parte del material adsorbente y teniendo un extremo de alimentacion del vaso y un extremo de producto del vaso, en el que el colector del extremo de alimentacion del lecho compuesto de un lecho compuesto esta adaptado para colocar el extremo de alimentacion de ese lecho compuesto en comunicacion fluida con los extremos de alimentacion de los dos o mas vasos por medio del colector del extremo de alimentacion del vaso, en el que el colector del extremo de producto del lecho compuesto esta adaptado para colocar el extremo de producto de ese lecho compuesto en comunicacion fluida con los extremos de producto de los dos o mas vasos por medio del respectivo colector del extremo de producto del vaso, y en el que

(a) cualquier colector de extremo de alimentacion del vaso comprende uno o mas dispositivos de restriccion de flujo, estando cada dispositivo adaptado para establecer la velocidad de flujo de gas en el extremo de alimentacion de un respectivo vaso y/o establecer la velocidad de flujo de gas retirado del extremo de alimentacion del respectivo vaso, y/o

(b) cualquier colector de extremo de producto del vaso comprende uno o mas dispositivos de restriccion de flujo, estando cada dispositivo adaptado para establecer la velocidad de flujo de gas en el extremo de producto de un respectivo vaso y/o establecer la velocidad de flujo de gas retirado del extremo de producto del respectivo vaso.

Cualquiera del uno o mas dispositivos de restriccion de flujo puede seleccionarse del grupo consistente en orificios, valvulas ajustables, segmentos de tubo con diametro reducido y valvulas de retencion con parada ajustable. Cualquiera de los uno o mas dispositivos de restriccion de flujo es preferentemente uno o mas orificios.

El sistema consiste preferentemente en 2 lechos compuestos de material adsorbente, en el que cada lecho compuesto consta de 2 a 20 vasos.

Una realizacion relacionada que no esta de acuerdo con la invencion, es un sistema de adsorcion por oscilacion de presion que comprende dos lechos compuestos, comprendiendo cada lecho compuesto material adsorbente y teniendo un extremo de alimentacion de lecho compuesto y un extremo de producto de lecho compuesto, teniendo cada lecho compuesto un colector de extremo de alimentacion de lecho compuesto y un colector de extremo de producto de lecho compuesto, en el que cada lecho compuesto comprende de 2 a 20 vasos dispuestos en configuracion de flujo paralelo que tienen un colector de extremo de alimentacion del vaso y un colector de extremo de producto del vaso, conteniendo cada vaso una parte del material adsorbente y teniendo un extremo de alimentacion de vaso y un extremo de producto de vaso, en el que el colector del extremo de alimentacion del lecho compuesto de un lecho compuesto esta adaptado para colocar el extremo de alimentacion de ese lecho compuesto en comunicacion fluida con los extremos de alimentacion de los dos o mas vasos por medio del colector del extremo de alimentacion del vaso, en el que el colector del extremo de producto del lecho compuesto esta adaptado para colocar el extremo de producto de ese lecho compuesto en comunicacion fluida con los extremos de producto de los dos o mas vasos por medio del respectivo colector del extremo de producto del vaso, y en el que cada colector del extremo de alimentacion del vaso comprende un orificio y/o cada colector del extremo de producto del vaso comprende un orificio.

Otra realizacion relacionada que no esta de acuerdo con la invencion incluye un sistema de adsorcion por oscilacion de presion que comprende

(a) uno o mas, preferentemente dos o mas, lechos compuestos, comprendiendo cada lecho compuesto material adsorbente y teniendo un extremo de alimentacion de lecho compuesto y un extremo de producto de lecho compuesto;

(b) un colector de extremo de alimentacion de lecho compuesto adaptado para introducir gas en el extremo de alimentacion de cada lecho compuesto y retirar gas del extremo de alimentacion de cada lecho compuesto;

(c) un colector de extremo de producto de lecho compuesto adaptado para introducir gas en el extremo de producto de cada lecho compuesto y retirar gas del extremo de producto de cada lecho compuesto;

en el que cada uno del uno o mas lechos compuestos comprende partes del material adsorbente dispuestos respectivamente en dos o mas vasos en configuracion de flujo paralelo, teniendo cada vaso un extremo de alimentacion y un extremo de producto, en el que los dos o mas vasos incluyen

(d) un colector de extremo de alimentacion del vaso en comunicacion fluida con el colector del extremo de alimentacion del lecho compuesto y adaptado para dividir el flujo de gas en el extremo de alimentacion de cada lecho compuesto en corrientes individuales de gas e introducir las corrientes individuales de gas en los dos o mas vasos, respectivamente, y para retirar y combinar corrientes individuales de gas de dos o mas vasos para proporcionar el flujo de gas del extremo de alimentacion del lecho compuesto; y

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(e) un colector de extremo de producto del vaso en comunicacion fluida con el colector del extremo de producto del lecho compuesto y adaptado para dividir el flujo de gas en el extremo de producto de cada lecho compuesto en corrientes individuales de gas e introducir las corrientes individuales de gas en los dos o mas vasos, respectivamente, y para retirar y combinar corrientes individuales de gas de dos o mas vasos para proporcionar el flujo de gas del extremo de producto del lecho compuesto;

y en el que (i) el colector del extremo de alimentacion del vaso comprende uno o mas dispositivos de restriccion de flujo, estando cada dispositivo adaptado para establecer una velocidad de flujo de gas al extremo de alimentacion de un respectivo vaso y para establecer una velocidad de flujo de gas retirado desde el extremo de alimentacion del respectivo vaso, y/o (ii) el colector del extremo de producto del vaso comprende uno o mas dispositivos de restriccion de flujo, estando cada dispositivo adaptado para establecer una velocidad seleccionada de flujo de gas al extremo de producto de un respectivo vaso y para establecer una velocidad de flujo de gas retirado desde el extremo de producto del respectivo vaso.

Una realizacion adicional de la invencion que no esta de acuerdo con la invencion, esta relacionada con un proceso de adsorcion por oscilacion de presion para la separacion de una mezcla de gas de alimentacion que contiene dos o mas componentes, en el que el proceso comprende

(a) proporcionar un sistema de adsorcion por oscilacion de presion que comprende uno o mas lechos compuestos, comprendiendo cada lecho compuesto material adsorbente dispuesto en dos o mas vasos en configuracion paralela al flujo, teniendo cada vaso un extremo de alimentacion y un extremo de producto;

(b) realizar las etapas secuenciales dclicas que comprenden

(b1) introducir la mezcla del gas de alimentacion en los extremos de alimentacion de dos o mas vasos de un lecho compuesto y retirar el gas del producto de los extremos de producto de los dos o mas vasos del lecho compuesto,

(b2) retirar el gas a presion decreciente desde los extremos de alimentacion de los dos o mas vasos del lecho compuesto,

(c) seleccionar un parametro de control; y

(d) para cualquiera de las etapas secuenciales, establecer la velocidad de flujo o velocidades de flujo de uno o mas gases seleccionados del grupo consistente en

(d1) gas introducido en el extremo o extremos de alimentacion de cualquiera de los dos o mas vasos,

(d2) gas introducido en el extremo o extremos de producto de cualquiera de los dos o mas vasos,

(d3) gas retirado del extremo o extremos de alimentacion de cualquiera de los dos o mas vasos, y

(d4) gas retirado del extremo o extremos de producto de cualquiera de los dos o mas vasos,

en el que la velocidad de flujo se establece o las velocidades de flujo se establecen para mantener los valores del parametro de control para vasos seleccionado de los dos o mas vasos de manera que la diferencia absoluta entre los valores de dos cualesquiera de los vasos seleccionados sea inferior a un valor predeterminado.

En esta realizacion, el parametro de control puede seleccionarse del grupo consistente en

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(5) la concentracion maxima o minima de un componente seleccionado en el espacio vado del adsorbente en un punto seleccionado en el vaso;

Otra realizacion adicional que no esta de acuerdo con la invencion incluye un proceso de adsorcion por oscilacion de presion para la separacion de un gas de alimentacion que contiene dos o mas componentes, comprendiendo el proceso

(a) proporcionar un sistema de adsorcion por oscilacion de presion que comprende uno o mas lechos compuestos, comprendiendo cada lecho compuesto material adsorbente dispuesto en dos o mas vasos en paralelo a la configuracion del flujo, teniendo cada vaso un extremo de alimentacion y un extremo de producto;

(b) realizar las etapas secuenciales dclicas que comprenden

(b1) introducir gas de alimentacion en los extremos de alimentacion de dos o mas vasos de un lecho compuesto y retirar el gas del producto de los extremos de producto de los dos o mas vasos del lecho compuesto,

(b4) introducir gas en los extremos de producto y/o extremos de alimentacion de los dos o mas vasos del lecho compuesto a presion creciente;

(c) seleccionar un parametro de control, una etapa secuencial espedfica, y una corriente de gas que entre a cualquier vaso y salga de cualquier vaso durante la etapa secuencial espedfica;

(d) determinara si el parametro de control aumenta o disminuye cuando la velocidad de flujo aumenta para la corriente seleccionada de gas que entra al vaso o sale del vaso durante la etapa secuencial espedfica;

(e) mientras se realizan los pasos secuenciales dclicos, determinar el valor del parametro de control para cada vaso y el valor medio del parametro de control para todos los vasos del lecho compuesto; y

(f) si el parametro de control aumenta cuando la velocidad de flujo de la corriente de gas que entra o sale del vaso aumenta durante la etapa secuencial espedfica como se determina en (d) y si el valor del parametro de control para el vaso seleccionado es superior al valor medio del parametro de control para todos los vaso del lecho compuesto durante la etapa secuencial espedfica, disminuyendo la velocidad de flujo de gas que entra o sale del vaso seleccionado; o

(g) si el parametro de control aumenta cuando la velocidad de flujo de la corriente de gas que entra o sale del vaso aumenta durante la etapa secuencial espedfica como se determina en (d) y si el valor del parametro de control para el vaso seleccionado es inferior al valor medio del parametro de control para todos los vaso del lecho compuesto durante la etapa secuencial espedfica, aumentando la velocidad de flujo de gas que entra o sale del vaso seleccionado; o

(h) si el parametro de control disminuye cuando la velocidad de flujo de la corriente de gas que entra o sale del vaso aumenta durante la etapa secuencial espedfica como se determina en (d) y si el valor del parametro de control para el vaso seleccionado es superior al valor medio del parametro de control para todos los vaso del lecho compuesto durante la etapa secuencial espedfica, aumentando la velocidad de flujo de gas que entra o sale del vaso seleccionado; o

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(i) si el parametro de control disminuye cuando la velocidad de flujo de la corriente de gas que entra o sale del vaso aumenta durante la etapa secuencial espedfica como se determina en (d) y si el valor del parametro de control para el vaso seleccionado es inferior al valor medio del parametro de control para todos los vaso del lecho compuesto durante la etapa secuencial espedfica, disminuyendo la velocidad de flujo de gas que entra o sale del vaso seleccionado.

Breve descripcion de varias vistas de los dibujos

La Fig. 1 es un diagrama de flujo esquematico de un sistema de adsorcion por oscilacion de presion ejemplar.

La Fig. 2 es una tabla de ciclo de un proceso que puede funcionar usando el sistema de la Fig. 1.

La Fig. 3 es un diagrama de flujo esquematico de un lecho con multiples vasos para su uso en el sistema de la Fig. 1.

La Fig. 4 es un diagrama de flujo esquematico de otro lecho con multiples vasos para su uso en el sistema de la Fig. 1.

La Fig. 5 es un diagrama de flujo esquematico de incluso otro lecho alternativo con multiples vasos para su uso en el sistema de la Fig. 1.

La Fig. 6 es un diagrama de flujo esquematico de un lecho alternativo con multiples vasos para su uso en el sistema de la Fig. 1.

Descripcion detallada de la invencion

Las realizaciones de la presente invencion incluyen un sistema de adsorcion por oscilacion de presion que comprende uno o mas lechos compuestos, comprendiendo cada lecho compuesto material adsorbente dispuesto en dos o mas vasos en configuracion de flujo paralelo, teniendo cada vaso un extremo de alimentacion y un extremo de producto. El sistema de adsorcion por oscilacion de presion que usa esta configuracion puede funcionar de acuerdo con cualquier proceso dclico AOP que incluye al menos las etapas de (1) introducir la mezcla de gas de alimentacion en los extremos de alimentacion de dos o mas vasos de un lecho compuesto y retirar el gas de producto de los extremos de producto de los dos o mas vasos del lecho compuesto, (2) retirar el gas a presion decreciente de los extremos de alimentacion de los dos o mas vasos del lecho compuesto, (3) purgar el lecho compuesto introduciendo gas de purga en los extremos del producto de los dos o mas vasos del lecho compuesto y retirar el gas efluente de purga de los extremos de alimentacion de los dos o mas vasos del lecho compuesto , e (4) introducir gas en los extremos de producto y/o extremos de alimentacion de los dos o mas vasos del lecho compuesto a presion creciente.

En la presente divulgacion, el termino “lecho” significa una masa de material adsorbente instalada en un unico vaso en el que el gas se introduce y desde la cual el gas se retira durante multiples etapas de un proceso dclico AOP de acuerdo con los metodos conocidos en la tecnica. El termino “lecho compuesto” aqrn se define como una masa total de material adsorbente que consiste en dos o mas cantidades de material adsorbente contenidas respectivamente en dos o mas vasos paralelos. La cantidad total de material adsorbente en el lecho compuesto es la suma de las cantidades de material adsorbente contenidas en los dos o mas vasos paralelos. El material adsorbente en los dos o mas vasos paralelos esta sometido colectivamente a la entrada y salida de gas total del lecho compuesto durante las

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etapas del ciclo AOP de manera que el material adsorbente en cada vaso esta sometido a la misma etapa de ciclo del proceso de la misma duracion en un determinado periodo de tiempo. Por lo tanto, los vasos paralelos funcionan simultaneamente a lo largo de las etapas en el ciclo aOp.

El termino “vaso” como aqm se usa es una estructura hueca que encierra un volumen interior que contiene material adsorbente y que tiene al menos una entrada de gas y al menos una salida de gas. Multiples vasos estan dispuestos en configuracion de flujo paralelo en la que una corriente de gas de entrada esta dividida en partes por un colector de entrada que dirige las partes a los respectivos vasos durante las etapas en un ciclo AOP. Las corrientes de gas de salida de cada vaso paralelo se combinan en una unica corriente de gas de salida por un colector de salida. Un colector se define generalmente como un montaje con tubos en el que un unico tubo se conecta en comunicacion fluida con dos o mas tubos. La corriente de gas de entrada pasa al lecho compuesto colectivamente formado por el material adsorbente en los vasos paralelos y la corriente de salida se retira del lecho compuesto colectivamente formado por el material adsorbente en los vasos paralelos.

La expresion “en comunicacion fluida con” como se aplica a una primera y segunda region significa que el gas puede fluir desde la primera region a la segunda region y desde la segunda region a la primera region a traves de tubos conectores y/o una region intermedia.

La expresion generica “adsorcion por oscilacion de presion” (AOP) como aqm se usa se aplica a todos los sistemas de separacion adsorbente que utilizan el efecto de presion sobre la capacidad adsorbente para separar mezclas de gas. La presion maxima es tfpicamente superatmosferica, y la presion minima puede ser superatmosferica, atmosferica o subatmosferica. Cuando la presion minima es subatmosferica y la presion maxima es superatmosferica, el sistema se describe tfpicamente como un sistema de adsorcion por oscilacion de presion de vado (AOPV). Cuando la presion maxima es casi presion atmosferica y la presion minima esta por debajo de la presion atmosferica, el sistema se describe tfpicamente como un sistema de adsorcion por oscilacion de vado (AOV).

Los artfculos indefinidos “un”, “uno” y “una” como aqm se usan significan uno o mas cuando se aplican a cualquier caractenstica en las realizaciones de la presente invencion descritas en la especificacion y las reivindicaciones. El uso de “un”, “uno” y “una” no limita el significado a una unica caractenstica a menos que se establezca tal lfmite espedficamente. Los artfculos definidos “el”, “la”, “los”, “las” que preceden nombres singulares o plurales o un sintagma nominal denotan una caractenstica particular especificada o caractensticas particulares especificadas y pueden tener una connotacion singular o plural dependiendo del contexto en el que se usen. Los adjetivos “cualquier” o “cualquiera” significan uno, una, algunos, algunas, todos o todas indiscriminadamente de cual sea la cantidad. Los terminos “y/o” colocados entre una primera entidad y una segunda entidad significan uno de (1) la primera entidad, (2) la segunda entidad, y (3) la primera entidad y la segunda entidad.

Un lecho de material adsorbente contenido en un unico vaso de un sistema convencional AOP puede sustituirse por un lecho compuesto que tenga dos o mas partes mas pequenas del material adsorbente dispuestas respectivamente en multiples vasos en varias realizaciones de la presente invencion. Cada uno de los multiples vasos del lecho compuesto puede tener un volumen menor y/o un diametro menor que el unico vaso. Los multiples vasos pueden tener esencialmente el mismo tamano y forma, o alternativamente pueden tener diferentes tamanos y/o formas si asf se desea. Los multiples vasos pueden contener esencialmente la misma cantidad de material adsorbente o pueden contener diferentes cantidades de material adsorbente. Los multiples vasos del lecho compuesto funcionan en paralelo donde el flujo de gas al lecho compuesto se divide e introduce en los multiples vasos y las corrientes de gas de los multiples vasos se combinan para proporcionar el flujo total de gas del lecho compuesto. Cada uno de los multiples vasos contiene una parte del adsorbente total contenido en el lecho compuesto donde la cantidad total de adsorbente en los multiples vasos puede ser inferior, igual, o superior a la cantidad total de adsorbente en el lecho con un unico vaso que se sustituyo por el lecho compuesto.

El uso de multiples vasos paralelos que contienen partes de adsorbente que funcionan como un lecho compuesto tiene varias ventajas. Varios vasos con diametro pequeno tendran menos volumen total vado que un unico vaso con diametro grande con un similar volumen adsorbente, grosor de capa adsorbente y forma de cabeza de vaso. Los vasos mas pequenos pueden producirse en masa en el taller, transportarse mas facilmente que los vasos de diametro grande y cargarse con adsorbente bajo un ambiente controlado antes del transporte al emplazamiento de instalacion.

Las ventajas de sistemas AOP con lechos compuestos pueden estar equilibradas por los potenciales problemas operativos. Por ejemplo, cuando cada lecho compuesto comprende adsorbente dispuesto en multiples vasos que son sustancialmente identicos, la disposicion de los tubos y la maquinaria puede provocar a diferencias en los flujos de gas a o desde vasos individuales. La actuacion de cualquier vaso individual que contiene una parte del lecho compuesto de material adsorbente puede por lo tanto variar de la actuacion de otros vasos, y la actuacion global del lecho compuesto puede reducirse en relacion al caso en el que todos los vasos tengan una identica actuacion. Otro problema potencial es que las variaciones indeseables en la fabricacion del vaso, calidad adsorbente y carga adsorbente pueden causar que la actuacion de adsorcion de los vasos individuales difiera, provocando de nuevo una actuacion global mas pobre. En otra posible perspectiva operativa, la actuacion de adsorcion sustancialmente

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equivalente de multiples vasos en un lecho compuesto pueden cambiar con el tiempo de manera que la actuacion de los vasos ya no sea equivalente.

En un sistema operativo AOP, puede ser necesario aumentar la capacidad de adsorcion del sistema existente instalando vasos paralelos adicionales a uno o mas lechos compuestos. Puede ser diffcil o imposible hacer coincidir la actuacion de adsorcion del nuevo vaso o los nuevos vasos con la actuacion de los vasos existentes de un lecho compuesto.

Para sistemas convencionales AOP con multiples vasos en los que cada lecho de adsorbente esta instalado en un unico vaso, las diferencias entre la actuacion de los lechos puede compensase para metodos conocidos en la tecnica. Estos metodos compensan la asimetna operativa que existe entre los lechos haciendo cambios en la duracion de tiempo a la que cada lecho se somete en una etapa particular del ciclo, manipulando las valvulas de control para ajustar el flujo de gas a, desde o entre los lechos, o mediante otros metodos.

La tecnica anterior no ensena metodos para operar un sistema AOP para compensar las diferencias de actuacion entre multiples vasos paralelos de un lecho compuesto donde cada vaso paralelo contiene material adsorbente y el material adsorbente total en los vasos paralelos funciona como un lecho compuesto en un proceso dclico AOP.

Las realizaciones de la invencion descrita mas abajo estan dirigidas a estos problemas estableciendo las velocidades de flujo de gas a y/o de cada vaso selectivamente para una o mas de las etapas del proceso en el ciclo AOP. La actuacion de cada vaso de un lecho compuesto puede volverse de este modo necesaria para maximizar la actuacion del sistema AOP.

El uso de los lechos compuestos como aqu se describe puede aplicarse a cualquier sistema AOP operado de acuerdo con cualquier ciclo de proceso AOP para la separacion de cualquier mezcla de gas. Las realizaciones de la invencion pueden ilustrarse, por ejemplo, mediante la operacion de un sistema AOV con lecho doble compuesto de la Fig. 1 para la recuperacion de oxfgeno de aire usando el ciclo del proceso de la Fig. 2 como se describe mas abajo.

En un sistema convencional AOP, el material adsorbente esta contenido en los lechos 10 y 12 con medios adecuados para introducir el aire de alimentacion en la parte inferior o el extremo de alimentacion de cada lecho compuesto y retirar el gas de producto desde la parte superior o el extremo de producto de cada lecho compuesto. Cada uno de los lechos 10 y 12 esta contenido en un unico vaso de presion por medios conocidos en la tecnica. En la ilustracion de una realizacion de la presente invencion, cada uno de los lechos convencionales 10 y 12 se sustituye por cantidades separadas de material adsorbente dispuesto en dos o mas respectivos vasos paralelos para formar un lecho compuesto como se describe con mas detalle mas abajo.

En la ilustracion de una realizacion de la presente invencion de acuerdo con la Fig. 1, el aire ambiente esta comprimido en el soplador de aire de alimentacion 13 y se envfa al colector de alimentacion 16. Durante la primera etapa del ciclo, la etapa de adsorcion/fabricacion del producto, la valvula 18 esta abierta para admitir aire comprimido en el lecho compuesto 10 por medio de la lmea 47. El aire pasa al lecho compuesto 10, donde se elimina la humedad en el aire en una primera capa de desecante tal como el tamiz molecular 13-X. El aire seco pasa a continuacion a traves de una capa de adsorbente selectivo de nitrogeno tal como el tamiz molecular LiLSX, donde el nitrogeno se adsorbe del aire. El gas del producto, ahora enriquecido con oxfgeno, pasa a traves de la lmea 45 y la valvula 22 y al colector del producto 26. El producto fluye a traves del tanque del tampon 28 y de aim a un punto para su uso. El equipo adicional (no mostrado) puede incluirse despues de la salida del tanque del tampon para control de flujo, analisis de producto u otros fines.

Durante la segunda etapa del ciclo, la etapa de adsorcion/fabricacion del producto/proporcionar purga, la valvula 30 tambien esta abierta para permitir que una parte del gas del producto del lecho compuesto 10 fluya al lecho compuesto 12. Este gas actua como un flujo de purga para el lecho compuesto 12, que a la vez se esta evacuando a traves de la valvula 36 y el colector 38 por medio del soplador de vado 40. Despues de algun tiempo, el adsorbente en el lecho compuesto 10 esta cerca de su capacidad adsorbente de nitrogeno de manera que mas alimentacion de aire podna causar que el nitrogeno atravesara la corriente de producto de oxfgeno. Durante la tercera etapa del ciclo, la etapa de proporcionar purga, las valvulas 18, 22 y 30 estan cerradas y la valvula 32 esta abierta para proporcionar un mayor flujo de gas para purgar el lecho compuesto 12. En este momento, el soplador de alimentacion 14 puede estar parado hasta que se requiera para proporcionar aire de alimentacion a uno de los lechos compuestos.

Durante la cuarta etapa del ciclo, la etapa de proporcionar transferencia de presion (algunas veces denominada la etapa de proporcionar ecualizacion de presion), la valvula 36 esta cerrada y la valvula 34 esta abierta para despresurizar el lecho compuesto 10 a traves del soplador de vado. El flujo de gas a traves de la valvula 32 continua hasta represurizar el lecho compuesto 12. Durante la quinta etapa del ciclo, la primera etapa de evacuacion, la valvula 32 esta cerrada y el lecho compuesto 10 se evacua para eliminar el nitrogeno adsorbido. En la sexta etapa, la segunda etapa de evacuacion, las posiciones de la valvula del lecho compuesto 10 no cambian. La sexta etapa se identifica por separado de la quinta etapa porque hay cambios en las posiciones de la valvula para el lecho

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compuesto 12. En la septima etapa, la primera etapa de recibir la purga, la valvula 30 tambien esta abierta para proporcionar gas de purga del lecho compuesto 12, que se esta sometiendo a la segunda etapa del ciclo. En la octava etapa, la segunda etapa de recibir la purga, la valvula 30 esta cerrada y la valvula 32 esta abierta para proporcionar un mayor flujo de purga al lecho compuesto 10. En la novena etapa del ciclo, la etapa de recibir transferencia de presion (algunas veces denominada la etapa de proporcionar ecualizacion de presion) la valvula 34 esta cerrada y el gas del lecho compuesto 12 comienza a represurizar el lecho compuesto 10. En la decima y ultima etapa del ciclo, la etapa de presurizacion de alimentacion, la valvula 32 esta cerrada y la valvula 18 esta abierta para represurizar el lecho compuesto 10 con aire de alimentacion del soplador de alimentacion 14.

El ciclo para el lecho compuesto 12 comprende las mismas etapas realizadas sin sincronizacion con el ciclo en el lecho compuesto 10 por la mitad del tiempo total del ciclo. Las relaciones relativas al tiempo entre la etapa 1 hasta la 10 para los lechos compuestos 10 y 12 se dan en la tabla de ciclo de la Fig. 2. El tiempo total del ciclo puede oscilar entre 40 y 80 segundos. Las posiciones de las valvulas durante las etapas del ciclo se dan en la Tabla 1.

Tabla 1

Tabla de Valvulas

Lecho compuesto 10 Etapa: Valvula de Alimentacion Valvula de Evac. Valvula de Producto Valvula de Purga Lecho compuesto 12 Etapa

18: 20 34 36 22 24 30 32

1: A C A A A C C C 6

2: A C C A C C A C 7

3: C C A C C C C A 8

4: C C A C C C C A 9

5: C A C C C C C C 10

6: C A A C C A C C 1

7: C A A C C A A C 2

8: C C A C C C C A 3

9: C C C A C C C A 4

10: A C C A C C C C 5

A = Abierta C = Cerrada

Como el tamano de un sistema AOP convencional esta ampliado, el diseno de los vasos de adsorcion puede resultar problematico debido a problemas de fabricacion u otros factores limitativos. En tal caso, de acuerdo con las realizaciones de la presente invencion, el sistema puede estar disenado al menos con un lecho compuesto que tiene varios vasos mas pequenos instalados en paralelo que contienen material adsorbente que funciona como el lecho adsorbente. Los vasos pueden ser sustancialmente identicos o pueden diferir en tamano o dimensiones debido a las limitaciones de diseno o problemas de fabricacion.

En los terminos mas amplios, las realizaciones de la presente invencion se refieren a un sistema AOP que comprende un numero de lechos compuestos, N, de material adsorbente donde N es dos o mas. Cada uno de los lechos compuestos N en el sistema AOP comprende adsorbente dispuesto en un numero de vasos, n, donde n es mayor que uno. Los vasos n estan dispuestos en un una configuracion de flujo paralelo en la que cada vaso y el adsorbente en el recibe una parte del flujo total de gas en el lecho compuesto y contribuye con una parte del flujo total de gas fuera del lecho compuesto. Ademas de los lechos compuestos N, el sistema AOP tambien puede tener un numero de lechos convencionales en los que el material adsorbente esta contenido en un unico vaso; en esta realizacion, el sistema AOP es una combinacion de lechos y lechos compuestos.

Como se ha analizado anteriormente, se desea compensar las diferencias de actuacion entre los vasos de un lecho compuesto en un sistema AOP que tiene dos o mas lechos compuestos. Los metodos ejemplares para llevar a cabo esto se describen a continuacion.

En el sistema AOP de la Fig. 1, el lecho compuesto 10 puede comprender cuatro vasos paralelos como se ilustra como un ejemplo en la Fig. 3. Los vasos 10a, 10b, 10c y 10d estan instalados en paralelo y cada vaso contiene una parte del material adsorbente en el lecho compuesto 10 de manera que el adsorbente equivalente del lecho compuesto 10 esta contenido en los vasos paralelos 10a, 10b, 10c y 10d. En esta realizacion ilustrativa, los vasos 10a, 10b, 10c y 10d estan conectados en el extremo del producto por un colector de producto 301, que esta conectado a la lmea de producto 45 en el extremo del producto del lecho compuesto 10. Los vasos 10a, 10b, 10c y 10d estan conectados en el extremo de alimentacion por el colector de alimentacion 303, que esta conectado a la lmea de alimentacion 47 en el extremo de alimentacion del lecho compuesto 10. Los colectores 301 y 303 colocan a los vasos 10a, 10b, 10c y 10d en una configuracion de flujo paralelo.

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Cualquiera de los vasos paralelos puede estar equipado con un dispositivo de restriccion de flujo en el extremo de alimentacion y/o extremo de producto, y puede usarse cualquier numero de vasos paralelos superior a uno. En el ejemplo en la Fig. 3, se usan cuatro vasos y cada uno tiene un dispositivo de restriccion de flujo instalado en los extremos de alimentacion y producto. Por lo tanto, el vaso 10a tiene un dispositivo de restriccion de flujo 305 en el extremo de producto y un dispositivo de restriccion de flujo 307 en el extremo de alimentacion, el vaso 10b tiene un dispositivo de restriccion de flujo 309 en el extremo de producto y un dispositivo de restriccion de flujo 311 en el extremo de alimentacion, el vaso 10c tiene un dispositivo de restriccion de flujo 313 en el extremo de producto y un dispositivo de restriccion de flujo 315 en el extremo de alimentacion, y el vaso 10d tiene un dispositivo de restriccion de flujo 317 en el extremo de producto y un dispositivo de restriccion de flujo 319 en el extremo de alimentacion. En realizaciones alternativas, los dispositivos de restriccion de flujo pueden estar instalados en el extremo de alimentacion o en el extremo de producto de los vasos.

Los dispositivos de restriccion de flujo pueden seleccionase del grupo consistente en un orificio, una valvula ajustable, un segmento de tubo con diametro reducido y una valvula de retencion con parada ajustable. La valvula ajustable puede ser una valvula adaptada para su ajuste manual o mediante un sistema posicionador de valvula operado desde una localizacion remota. El posicionador de valvula puede operarse por un sistema central de control de proceso si se desea. La valvula de retencion con parada ajustable es un dispositivo de valvula de retencion en el que la parada evita que el mecanismo interno de retencion se cierre por completo. La parada puede ajustarse mientras el sistema esta funcionando. Cuando el flujo de gas pasa a traves de una valvula de retencion con parada ajustable en una direccion, el mecanismo interno de la valvula presenta una baja restriccion al flujo y permite un flujo de gas relativamente mayor en esa direccion. Cuando el flujo de gas para a traves de la valvula en la direccion contraria, la parada ajustable previene que el mecanismo interno se cierre por completo, lo que permite que el flujo pase pero con una mayor restriccion para fluir, permitiendo de ese modo un flujo de gas relativamente bajo en la direccion contraria. Un ejemplo de una valvula de retencion con parada ajustable es la Valvula de Control de Flujo Rexroth Floreg®. Los otros dispositivos de restriccion de flujo tipicamente se cambian cuando el sistema AOP esta fuera de servicio; alternativamente, estos dispositivos pueden cambiarse durante el funcionamiento de AOP si los vasos individuales estan equipados con valvulas de aislamiento.

El grado de restriccion de flujo de cada dispositivo puede elegirse como se desee para permitir establecer las velocidades de flujo apropiadas dentro y fuera de los extremos de alimentacion y de producto de los vasos durante las etapas del ciclo aplicables al proceso. El grado de restriccion de flujo en cada dispositivo se selecciona para obtener una actuacion de adsorcion equivalente o casi equivalente de los vasos 10a, 10b, 10c y 10d de acuerdo con los criterios descritos mas adelante. Cuando el sistema funciona de acuerdo con el ciclo de la Fig. 2 y la Tabla 1, por ejemplo, un dispositivo de restriccion de flujo en el extremo de alimentacion de un vaso afectara a la velocidad de flujo de gas a ese vaso durante las etapas de adsorcion/fabricacion del producto y presurizacion de la alimentacion y desde el vaso durante las etapas de evacuacion y purga. De la misma manera, un dispositivo de restriccion de flujo en el extremo de producto de un vaso afectara a la velocidad de flujo de gas desde ese vaso durante la etapa de adsorcion/fabricacion del producto, la etapa de adsorcion/fabricacion del producto/proporcionar la purga, las etapas de proporcionar transferencia de presion y recibir transferencia de presion, y las etapas de proporcionar purga y recibir purga.

Son posibles realizaciones alternativas para permitir establecer diferentes velocidades de flujo de gas durante diferentes etapas seleccionadas del ciclo. Una de estas alternativas se ilustra en el ejemplo de la Fig. 4 donde se proporciona un colector de manera que el extremo de alimentacion de cada vaso este equipado con dos dispositivos paralelos de restriccion de flujo, teniendo cada dispositivo una valvula de retencion adyacente para permitir el flujo a traves del dispositivo solamente en una direccion. En esta realizacion, el colector de alimentacion 401 esta conectado a la lmea 47 y el colector de producto 402 esta conectado a la lmea 45. El vaso 10a esta provisto del dispositivo de restriccion de flujo 403 y la valvula de retencion 404 que permite el flujo solamente al extremo de alimentacion del vaso 10a, cuyo flujo tiene lugar durante las etapas de adsorcion/fabricacion del producto y presurizacion de la alimentacion.

El vaso 10a tambien esta provisto del dispositivo de restriccion de flujo 405 y la valvula de retencion 407 que permite el flujo solamente desde el extremo de alimentacion del vaso 10a, cuyo flujo tiene lugar durante las etapas de evacuacion y purga de ese lecho compuesto. Se instalan dispositivos analogos de restriccion de flujo 409, 411, 413, 415, 417 y 419 y valvulas de restriccion analogas 421,423, 425, 427, 429 y 431 como se muestra en los extremos de alimentacion de los vasos 10b, 10c y 10d, respectivamente. Mientras los dispositivos de restriccion de flujo no se muestran en los extremos de producto de los vasos en la realizacion de la Fig. 4, tales dispositivos pueden usarse en los extremos del producto de los vasos si se desea en realizaciones alternativas.

Se ilustra otra realizacion en el ejemplo de la Fig. 5, en el que se proporcionan dos colectores separados en los extremos de alimentacion de los vasos, en los que el colector de alimentacion 501 proporciona la introduccion de gas de alimentacion a los vasos y el colector de evacuacion 503 proporciona la retirada del gas de evacuacion y purga de los vasos. El colector de alimentacion 501 esta conectado por medio de la valvula 18 al colector de alimentacion 16 y el colector de evacuacion 503 esta conectado por medio de la valvula 34 al colector de evacuacion 38. El colector del producto 504 esta conectado a la lmea 45 que esta en comunicacion fluida con las valvulas 26, 30 y 32. El colector de alimentacion 501 permite la instalacion de dispositivos de restriccion de flujo 505, 507, 509 y 511

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en los extremos de alimentacion de los vasos 10a, 10b, 10c y 10d, respectivamente, donde estos dispositivos afectan a la velocidad de flujo del gas de alimentacion en los respectivos vasos durante las etapas de adsorcion/fabricacion del producto y represurizacion de la alimentacion. El colector de evacuacion 503 permite la instalacion de dispositivos de restriccion de flujo 513, 515, 517 y 519 como se muestra en los extremos de alimentacion de los vasos 10a, 10b, 10c y 10d, respectivamente, donde estos dispositivos afectan a las velocidades de flujo de gas del vaso durante las etapas de evacuacion y purga. Mientras los dispositivos de restriccion de flujo no se muestran en los extremos de producto de los vasos en la realizacion de la Fig. 5, tales dispositivos pueden usarse en los extremos de producto de los vasos si se desea en realizaciones alternativas.

Se ilustra otra realizacion en el Ejemplo 6, en el que se proporcionan dos colectores separados en los extremos de producto de los vasos, donde el colector 601 proporciona la retirada del gas del producto de los vasos y el colector 603 proporciona la introduccion de recibir gas de purga y recibir gas de transferencia de presion en los vasos y la retirada de proporcionar gas de purga y proporcionar gas de transferencia de presion de los vasos. El colector 601 esta conectado por medio de la valvula 22 al colector de producto 26 y el colector 603 esta conectado a las valvulas 30 y 32. El colector 603 comprende valvulas de retencion con parada ajustable 605, 607, 609 y 611 en los extremos de producto de los vasos 10a, 10b, 10c y 10d, respectivamente. La realizacion de la Fig. 6 permite que el flujo libre de gas desde los vasos durante la etapa de adsorcion/fabricacion del producto y permite la restriccion selectiva de flujo a y desde los vasos durante las etapas de proporcionar transferencia de presion y recibir transferencia de presion y las etapas de proporcionar purga y recibir purga. Con esta configuracion, la restriccion de flujo en los extremos de producto del vaso pueden ajustarse para cada vaso para las etapas de proporcionar purga y las etapas de proporcionar transferencia de presion sin afectar a la restriccion de flujo en los extremos de producto durante las etapas de recibir purga y recibir transferencia de presion, sin afectar al flujo durante la etapa de adsorcion/fabricacion de producto. Los dispositivos de restriccion de flujo pueden usarse o no en los extremos de alimentacion de los vasos. Las realizaciones alternativas pueden incluir dispositivos de restriccion de flujo en el colector 601.

Los dispositivos de restriccion de flujo en cualquiera de las realizaciones de las Figs. 3, 4, 5 y 6 pueden usarse para establecer las velocidades de flujo de gas para etapas seleccionadas del proceso con el fin de equilibrar la actuacion de adsorcion de los multiples vasos paralelos de cada lecho compuesto. Pueden preverse otras configuraciones de dispositivos de restriccion de flujo para su uso dentro de las amplias realizaciones de la invencion.

La actuacion equilibrada de los multiples vasos de un lecho compuesto se consigue cuando las corrientes de gas de producto de los vasos adsorbentes en el lecho son similares en pureza de producto, es decir, cuando las concentraciones de un componente seleccionado en las corrientes de gas de producto vanan menos que un valor maximo aceptable. El logro de la actuacion equilibrada puede indicarse, por ejemplo, mediante las concentraciones en tiempo medio del componente seleccionado durante cualquier etapa o etapas en las que el gas de producto se retira del extremo de producto de cada vaso paralelo. El logro de una actuacion equilibrada puede indicarse mediante otros parametros de control como se analiza mas abajo.

Pueden controlarse varios parametros de control para determinar cuando los vasos estan en funcionamiento equilibrado o el grado hasta el que cualquier vaso no esta en funcionamiento equilibrado con los otros vasos. Un parametro de control es la concentracion de un componente seleccionado en el gas de producto de cada vaso que se elige para representar la pureza del producto como se ha descrito anteriormente. Otros parametros de control pueden incluir, por ejemplo, la concentracion de un componente seleccionado en el gas efluente de purga desde cualquiera de los vasos, la concentracion minima o maxima de un componente seleccionado en el gas efluente de purga desde cualquiera de los vasos, la concentracion maxima o minima de un componente seleccionado en el espacio vacfo del adsorbente en un punto seleccionado en el vaso y la presion diferencial entre dos puntos en el vaso en un tiempo seleccionado durante las etapas secuenciales. Pueden preverse otros parametros de control alternativos para controlar el funcionamiento de los vasos.

Cuando se usan como un parametro de control o como criterio para el funcionamiento equilibrado, los terminos genericos “concentracion” o “concentracion de gas” significan cualquier concentracion que (1) se determina en un momento espedfico en una etapa seleccionada del ciclo AOP, y/o (2) hace media con el tiempo durante la duracion de esta etapa, y/o (3) un valor maximo o mmimo durante esa etapa.

El parametro de control usado para controlar el funcionamiento del vaso debena estar correlacionado con el criterio para funcionamiento equilibrado descrito anteriormente de manera que cuando el parametro de control seleccionado cumple un conjunto espedfico de condiciones operativas los vasos paralelos de un lecho compuesto cumplen el criterio seleccionado de la composicion de gas de producto para el funcionamiento equilibrado. Cuando el parametro de control es la composicion de gas de producto, la correlacion con el criterio para el funcionamiento equilibrado es inherente. La correlacion de la composicion de gas de producto con otros parametros de control puede establecerse experimentalmente para un determinado sistema y ciclo AOP. Una vez que se establece la correlacion, el parametro de control puede usarse para el posterior control del funcionamiento.

La primera etapa en el equilibrio de la actuacion de adsorcion para los vasos paralelos de un lecho compuesto es seleccionar un parametro de control, una etapa secuencial espedfica (por ejemplo, una de las etapas anteriormente

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descritas para el ciclo de proceso ejemplar de la Tabla 1), y una corriente de gas que entra o sale del vaso durante la etapa secuencial espedfica. La seleccion de un parametro de control dependera de las caractensticas del adsorbente, los gases a ser separados, y el ciclo del proceso AOP usado para la separacion. Las estrategias operativas que usan mas de un parametro de control son posibles, dependiendo de los gases que se estan separando y del ciclo del proceso AOP que se esta usando. Un parametro de control deseable tipicamente tiene cualquiera de las siguientes caractensticas: (a) muestra sensibilidad razonable a los cambios en el equilibrio de la actuacion del vaso adsorbente, (b) muestra igualdad del parametro de control entre los vasos cuando la actuacion entre los vasos esta equilibrada de acuerdo con la definicion anterior, (c) muestra una rapida respuesta a los cambios en la actuacion del vaso, y (d) se mide o calcula facilmente.

Despues de que el parametro de control se haya seleccionado y este correlacionado con el criterio del funcionamiento equilibrado definido anteriormente, se define una estrategia operativa para determinar las acciones reales del proceso requeridas para conseguir un funcionamiento equilibrado o sustancialmente equilibrado de uno o mas vasos de un lecho compuesto. La estrategia operativa determina los cambios que tienen que hacerse a los dispositivos de restriccion de flujo en base a los parametros calculados de control con el fin de conseguir el grado deseado de equilibrio entre los vasos. La respuesta de un parametro de control en un vaso a un cambio en el dispositivo de restriccion de flujo en ese vaso puede ser en una de dos direcciones. En una perspectiva operativa, el valor del parametro de control en un vaso aumenta cuando el dispositivo de restriccion de flujo se hace mas restrictivo, es decir, cuando la velocidad de flujo de gas disminuye. En la otra perspectiva operativa, el valor del parametro de control en un vaso disminuye cuando el dispositivo de restriccion de flujo se hace mas restrictivo, es decir, cuando la velocidad de flujo de gas disminuye.

Como un ejemplo, si se elige la presion maxima durante el ciclo como un parametro de control, este parametro disminuira en valor en un vaso si un dispositivo de restriccion de flujo en la entrada de ese vaso se hace mas restrictivo para reducir el flujo del gas de entrada. Esto ocurre porque entrara menos gas de alimentacion al vaso durante la fase de alimentacion de alta presion. Como otro ejemplo, si se selecciona la pureza del producto que sale de un vaso como un parametro de control, este parametro de control aumentara en valor en un vaso si el dispositivo de restriccion de flujo en la salida de ese vaso se hace mas restrictivo para reducir el flujo de salida del gas del vaso. Esto ocurre porque saldra menos gas de producto del vaso durante la etapa de fabricacion del producto.

La respuesta real de un parametro de control a los cambios en cada uno de los dispositivos de restriccion de flujo puede conocerse a partir de la experiencia previa. Si no se conoce, puede determinarse experimentalmente en el sistema AOP haciendo un cambio al dispositivo de restriccion de flujo y controlando la respuesta del parametro de control a ese cambio. Esta informacion puede usarse posteriormente para hacer mas cambios a los dispositivos de restriccion de flujo para conseguir un equilibrio operativo entre los vasos del lecho compuesto.

Cuando un dispositivo de restriccion de flujo se hace mas o menos restrictivo para cambiar el flujo de gas a o desde un vaso, y una respuesta tiene lugar en un parametro de control para ese vaso, la respuesta del parametro sera la contraria en los otros vasos en el lecho compuesto. Esto es porque los vasos del lecho compuesto reciben cada uno un parte del flujo total de gas para el lecho compuesto, y un cambio en la velocidad de flujo del gas a o desde el vaso dara como resultado un cambio en las velocidades de flujo a y desde los otros vasos, pero en la direccion opuesta. La magnitud de la respuesta del parametro de control en cada vaso puede ser diferente. En referencia de nuevo al ejemplo en el que se elige la maxima presion del lecho compuesto durante el ciclo como el parametro de control, cuando el parametro de control disminuye en valor en un vaso cuando un dispositivo de restriccion de flujo en la entrada de ese vaso se hace mas restrictivo para reducir la velocidad de flujo de gas en el vaso, si los otros dispositivos de restriccion de flujo (si hay) en todos los vasos en el lecho compuesto no se cambian, el valor del parametro de control aumentara en los otros vasos porque mas gas de alimentacion se desviara a ellos.

Una vez que se conoce la respuesta del control variable a los cambios en cada uno de los dispositivos de restriccion de flujo, se determina una estrategia para equilibrar los vasos en el lecho compuesto de acuerdo con las perspectivas descritas en la Tabla 2.

Tabla 2

Parametro de Control y Perspectivas de Funcionamiento

Respuesta Caractenstica del Parametro de Control a la Velocidad Seleccionada del Flujo de Gas para una Etapa Secuencial Seleccionada: Situacion Operativa Real para un Vaso Seleccionado de un Lecho Compuesto con Multiples Vasos Cambio Operativo Requerido para el Vaso Seleccionado del Lecho Compuesto

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Parametro de Control y Perspectivas de Funcionamiento

El parametro de control aumenta cuando la velocidad de flujo aumenta: El parametro de control para un vaso seleccionado es mayor que la media de los parametros de control para todos los vasos del lecho compuesto Disminucion de la velocidad de flujo del gas seleccionado

El parametro de control para un vaso seleccionado es menor que la media de los parametros de control para todos los vasos del lecho compuesto: Aumento de la velocidad de flujo del gas seleccionado

El parametro de control disminuye cuando la velocidad de flujo aumenta: El parametro de control para un vaso seleccionado es mayor que la media de los parametros de control para todos los vasos del lecho compuesto Aumento de la velocidad de flujo del gas seleccionado

El parametro de control para un vaso seleccionado es menor que la media de los parametros de control para todos los vasos del lecho compuesto: Disminucion de la velocidad de flujo del gas seleccionado

Como se ha descrito anteriormente y se ha resumido en la columna izquierda de la Tabla 2, hay dos caractensticas responsables de un parametro de control a un cambio en la velocidad de flujo de gas a traves de un dispositivo seleccionado de restriccion de flujo, concretamente, (1) el parametro de control aumenta cuando la velocidad de flujo aumenta y (2) el parametro de control disminuye cuando la velocidad de flujo aumenta. Una vez que se determinan los valores del parametro de control para todos los vasos durante el funcionamiento real del AOP, dos situaciones operativas reales pueden tener lugar para cada una de estas dos respuestas caractensticas, concretamente, (a) el parametro de control para un vaso seleccionado es mayor que la media de los parametros de control para todos los vasos del lecho compuesto y (b) el parametro de control para un vaso seleccionado es menor que la media de los parametros de control para todos los vasos del lecho compuesto. Como se observa en la columna central de la Tabla 2, para cada una de las situaciones operativas (1)(a), (1)(b), (2)(a) y (2)(b) para un vaso seleccionado, se requiere un cambio operativo como se enumera en la columna derecha de la Tabla 2. Estos cambios son los siguientes: para la situacion operativa (1)(a), disminucion de la velocidad de flujo del gas seleccionado; para la situacion operativa (1)(b), aumento de la velocidad de flujo del gas seleccionado; para la situacion operativa (2)(a), aumento de la velocidad de flujo del gas seleccionado; y para la situacion operativa (2)(b), disminucion de la velocidad del flujo de gas seleccionado.

Si un dispositivo de restriccion de flujo en un vaso esta en su posicion de menos restriccion, es decir, permite el maximo flujo, y si la logica en la Tabla 2 indica que el dispositivo debena hacerse menos restrictivo para aumentar la velocidad de flujo, entonces los dispositivos de restriccion de flujo en el otro vaso u otros vasos del lecho compuesto debenan hacerse mas restrictivos para disminuir las correspondientes velocidades de flujo para ese vaso o esos vasos.

En general, la primera etapa en el equilibrio de la actuacion de los vasos debena estar dirigida al vaso o vasos que muestran la mayor desviacion (positiva o negativa) del parametro de control desde la media de los parametros de control de los otros vasos o para todos los vasos. Esto es porque un vaso que muestra una pobre actuacion corre el riesgo de penetracion de los componentes adsorbidos en la corriente de producto. Una pequena cantidad de penetracion reducira sustancialmente la calidad del producto, y prevenir o corregir la penetracion mostrara grandes beneficios en la produccion. Por otro lado, para muchos sistemas AOP un vaso que esta mostrando actuacion mucho mejor que la media de los vasos en el lecho compuesto esta haciendo innecesariamente gas de producto de alta calidad, y acercando la calidad del gas de producto de ese vaso a la media, la velocidad de flujo del producto del vaso y por lo tanto el lecho compuesto pueden aumentarse.

El numero de dispositivos de restriccion de flujo por vaso no se limita a un unico dispositivo en la entrada y un unico dispositivo en la salida como se muestra en la Fig. 3. Por ejemplo, la Fig. 4 muestra una disposicion de cuatro vasos en los que un dispositivo de restriccion de flujo esta instalado en el extremo de alimentacion de cada vaso para funcionar cuando el gas esta fluyendo al extremo de alimentacion y un dispositivo separado de restriccion de flujo esta instalado en el extremo de alimentacion para funcionar cuando el gas esta fluyendo desde el extremo de alimentacion del vaso. Las valvulas de retencion se emplean para seleccionar que direccion de flujo tendra lugar a traves de cada dispositivo de restriccion de flujo. Anteriormente se analizan otras variaciones con referencia a las Figs. 5 y 6.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de adsorcion por oscilacion de presion que comprende al menos un primer lecho compuesto (10) y un segundo lecho compuesto (12), comprendiendo cada lecho compuesto (10, 12) material adsorbente y que tiene un extremo de alimentacion de lecho compuesto y un extremo de producto de lecho compuesto, teniendo los lechos compuestos (10, 12) un colector de extremo de alimentacion de lecho compuesto (303, 401, 501) y un colector de extremo de producto de lecho compuesto (301; 402; 504; 601), en el que cada uno de los lechos compuestos (10, 12) comprende dos o mas vasos (10a-d) dispuestos en configuracion de flujo paralelo que tienen un colector de extremo de alimentacion del vaso y un colector de extremo de producto del vaso, conteniendo cada vaso (10a-d) una parte del material adsorbente y que tiene un extremo de alimentacion del vaso y un extremo de producto del vaso,

en el que el colector del extremo de alimentacion del lecho compuesto (303, 401, 501) del primer lecho compuesto (10) esta adaptado para colocar el extremo de alimentacion del primer lecho compuesto (10) en comunicacion fluida con los extremos de alimentacion de los dos o mas vasos (10a-d) por medio del colector del extremo de alimentacion del vaso, en el que el colector del extremo de producto del lecho compuesto (301; 402; 504; 601) del primer lecho compuesto (10) esta adaptado para colocar el extremo de producto del primer lecho compuesto (10) en comunicacion fluida con los extremos de producto de los dos o mas vasos (10a-d) por medio del colector del extremo de producto del vaso respectivo,

en el que el colector de extremo de alimentacion del lecho compuesto (303, 401, 501) del segundo lecho compuesto (12) esta adaptado para colocar el extremo de alimentacion del segundo lecho compuesto (12) en comunicacion fluida con los extremos de alimentacion de los dos o mas vasos (10a-d) por medio del colector de extremo de alimentacion del vaso, en el que el colector de extremo de producto del lecho compuesto (301; 402; 504; 601) del segundo lecho compuesto (12) esta adaptado para colocar el extremo de producto del segundo lecho compuesto (12) en comunicacion fluida con los extremos de producto de los dos o mas vasos (10a-d) por medio del colector del extremo de producto del vaso respectivo (301; 402; 504; 601), y en el que

(a) cualquier colector de extremo de alimentacion del vaso comprende uno o mas dispositivos de restriccion de flujo, estando cada dispositivo adaptado para establecer la velocidad de flujo de gas en el extremo de alimentacion de un respectivo vaso y/o establecer la velocidad de flujo de gas retirado del extremo de alimentacion del respectivo vaso, y/o

(b) cualquier colector de extremo de producto del vaso comprende uno o mas dispositivos de restriccion de flujo, estando cada dispositivo adaptado para establecer la velocidad de flujo de gas en el extremo de producto de un respectivo vaso y/o establecer la velocidad de flujo de gas retirado del extremo de producto del respectivo vaso.

el sistema comprende adicionalmente un colector de producto (26), una primera valvula (22) y una segunda valvula (24),

el colector de extremo de producto del lecho compuesto (301; 402; 504; 601) del primer lecho compuesto (10) esta en comunicacion fluida con el colector de producto (26) a traves de la primera valvula (22),

el colector de extremo de producto del lecho compuesto (301; 402; 504; 601) del segundo lecho compuesto (12) esta en comunicacion fluida con el colector de producto (26) a traves de la segunda valvula 24 y

el colector de extremo de producto del lecho compuesto (301; 402; 504; 601) del primer lecho compuesto (10) esta en comunicacion fluida con el colector de extremo de producto del lecho compuesto (301; 402; 504; 601) del segundo lecho compuesto (12) mediante una lmea (42) que tiene una valvula 30.

y

- un colector de alimentacion (16) y un colector de evacuacion (38), en el que el colector de extremo de alimentacion de lecho compuesto (303, 401) del primer lecho compuesto (10) esta en comunicacion fluida con el colector de alimentacion (16) a traves de una tercera valvula (18) y en comunicacion fluida con el colector de evacuacion (38) a traves de una cuarta valvula (34), y en el que el colector de extremo de alimentacion del lecho compuesto (303, 401) del segundo lecho compuesto (12) esta en comunicacion fluida con el colector de alimentacion (16) a traves de una quinta valvula (20) y en comunicacion fluida con el colector de evacuacion (38) a traves de una sexta valvula (36),

o

- un colector de alimentacion (16) y un colector de evacuacion (38), en el que el colector de extremo de alimentacion del lecho compuesto (501) del primer lecho compuesto (10) esta en comunicacion fluida con el colector de alimentacion (16) mediante una tercera valvula (18) y un colector de evacuacion adicional (503) del primer lecho compuesto (10) esta en comunicacion fluida con el colector de evacuacion (38) a traves de una cuarta valvula (34), y en el que el colector de extremo de alimentacion de lecho compuesto (501) del segundo lecho compuesto (12) esta en comunicacion fluida con el colector de alimentacion (16) mediante una quinta valvula (20) y un colector de evacuacion adicional (503) del segundo lecho compuesto (12) esta en comunicacion fluida con el colector de evacuacion (38) a traves de una sexta valvula (36)

el sistema comprende adicionalmente un soplador de alimentacion (14), que esta adaptado para suministrar gas al colector de alimentacion (16), y un soplador de vacfo (40), que esta adaptado para evacuar el colector de evacuacion (38).

5

10

15

20

25

30
2. El sistema de la reivindicacion 1 en el que la primera valvula (22) se dispone entre el colector de extremo de producto de lecho compuesto (301; 402; 504; 601) del primer lecho compuesto (10) y el colector de producto (26), y la segunda valvula (24) se dispone entre el colector de extremo de producto de lecho compuesto (301; 402; 504; 601) del segundo lecho compuesto (12) y el colector de producto (26).
3. El sistema de la reivindicacion 1 en el que

el colector de extremo de producto de lecho compuesto (301; 402; 504; 601) del primer lecho compuesto (10) esta en comunicacion fluida con el colector de producto (26) mediante una primera lmea (45) y la primera valvula (22), el colector de extremo de producto de lecho compuesto (301; 402; 504; 601) del segundo lecho compuesto (12) esta en comunicacion fluida con el colector de producto (26) mediante una segunda lmea y la segunda valvula (24).
4. El sistema de la reivindicacion 3 en el que la primera lmea (45) y la primera valvula (22) se disponen entre el colector de extremo de producto de lecho compuesto (301; 402; 504; 601) del primer lecho compuesto (10) y el colector de producto (26), y la segunda lmea y la segunda valvula (24) se disponen entre el colector de extremo de producto de lecho compuesto (301; 402; 504; 601) del segundo lecho compuesto (12) y el colector de producto (26).
5. El sistema de la reivindicacion 1 en el que uno cualquiera de los uno o mas dispositivos de restriccion de flujo se selecciona o estan seleccionados del grupo que consiste en orificios, valvulas ajustables, segmentos de tubo con diametro reducido y valvulas de retencion con parada ajustable.
6. El sistema de la reivindicacion 1 que consta de 2 lechos compuestos de material adsorbente, en el que cada lecho compuesto consiste en 2 a 20 vasos.
7. El sistema de la reivindicacion 5 en el que cualquiera de los uno o mas dispositivos de restriccion de flujo es uno o mas orificios.
8. El sistema de la reivindicacion 1 en el que el colector de extremo de producto de lecho compuesto (301; 402; 504; 601) del primer lecho compuesto (10) esta en comunicacion fluida con el colector de extremo de producto de lecho compuesto (301; 402; 504; 601) del segundo lecho compuesto (12) mediante una lmea adicional (44) que tiene una valvula adicional (32).