ES2624775T3

ES2624775T3 - Procedimiento para la separación de gases

Info

Publication number: ES2624775T3
Application number: ES11722404.8T
Authority: ES
Inventors: Markus Ungerank; Goetz Baumgarten; Markus Priske; Harald Roegl
Original assignee: Evonik Fibres GmbH
Current assignee: Evonik Fibres GmbH
Priority date: 2010-07-01
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2017-07-17
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: IL223822A; BR112013000082A8; PL2588217T3; LT2588217T; US8999038B2; KR101985551B1; AU2011273795A1; CA2804233A1; MX2012014777A; BR112013000082B1; CN106039942B; EA023203B1; CN106039942A; JP5858992B2; PT2588217T; BR112013000082A2; AU2011273795B2; WO2012000727A1; SG186357A1; HUE033254T2

Abstract

Procedimiento para la separación de una corriente gaseosa cruda (17), que se lleva a cabo en una instalación que comprende una etapa de separación de corriente de alimentación (1), una etapa de separación de retentato (2) y una etapa de separación de permeato (3), respectivamente como etapas separadoras de membrana, así como al menos un compresor (4), y/o al menos una, preferentemente dos o tres bombas de vacío, separándose en la etapa de separación de corriente de alimentación (1) una corriente de alimentación (5), constituida por al menos dos componentes A y B, siendo A el componente de más fácil permeación, en una primera corriente de permeato (6) y una primera corriente de retentato (7), dividiéndose en la etapa de separación de retentato (2) la primera corriente de retentato (7) en una segunda corriente de permeato (9), que se alimenta a la corriente gaseosa cruda (17), y una segunda corriente de retentato (8), que se extrae como producto enriquecido en componente B, dividiéndose en la etapa de separación de permeato (3) la primera corriente de permeato (6) en una tercera corriente de retentato (10), que se alimenta a la corriente gaseosa cruda (17), y una tercera corriente de permeato (11), que se extrae como segundo producto enriquecido en componente A, no sometiéndose la primera corriente de permeato (6) a una recompresión, ascendiendo el volumen de gas recirculado en la segunda corriente de permeato (9) y en la tercera corriente de retentato (10) en suma al menos a un 60 % en volumen del volumen de corriente gaseosa cruda (17), aumentándose la concentración del componente A, tras recirculación de la segunda corriente de permeato (9) y de la tercera corriente de retentato (10), en la corriente de alimentación (5), preferentemente en al menos un 2 %, de modo especialmente preferente en al menos un 3 %, y de modo especialmente preferente en un 3 a un 40 %, respectivamente en comparación con su concentración en la corriente gaseosa cruda (17), y empleándose en la etapa de separación de corriente de alimentación (1), pero preferentemente en las tres etapas de separación de membrana (1) a (3), módulos de membrana de separación de gases con una selectividad de gas mixto respecto a los componentes A y B de al menos 30.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento para la separacion de gases

La invencion se refiere a un procedimiento bajo empleo de un dispositivo con concatenacion de modulos de membrana de separacion de gases para la separacion de mezclas gaseosas en dos fracciones de pureza elevada respectivamente.

Por medio de una membrana de separacion de gases se pueden separar mezclas gaseosas en base a diferentes permeabilidades (= corriente masica por unidad de tiempo, area, diferencia de presion y grosor de capa) de los gases aislados en un material sintetico. En general, los materiales sinteticos se elaboran para dar fibras huecas o membranas planas. Las membranas se distinguen por una capa separadora muy delgada en la superficie de la membrana, de modo que la permeacion (= corriente masica por unidad de tiempo, area y diferencia de presion) de la membrana es lo mayor posible.

El resultado de separacion obtenible con una membrana en paso simple es dependiente, ademas de la selectividad de la membrana, de la relacion de presion entre punto de alta presion y de baja presion de la membrana. Cuanto mayor es la relacion de presion, tanto mejor es el resultado de medida alcanzable como maximo.

En el intervalo de relaciones de presion reducidas, las curvas para las diversas selectividades transcurren en posicion estrechamente adyacente (vease la figura 1). El resultado de separacion se determina mediante la relacion de presion en este intervalo. Por lo tanto, este intervalo se denomina “limitado por presion“. En el intervalo de relaciones de presion elevadas, el resultado de separacion apenas es influenciable por la relacion de presion. Este intervalo de denomina “limitado por selectividad".

Por la literatura son conocidas una serie de conexiones de membrana para la separacion de gases. En Baker, IndEngChemRes, Natural Gas Processing with Membranes, 47 (2008) se encuentra una relacion detallada de diversas conexiones conocidas. En el ejemplo de separacion de metano (gas retentato) y CO2 (gas permeato) se obtienen ciertamente purezas elevadas en la corriente de producto (98 % de CH4) con un paso de separacion de membrana simple de una etapa segun la fig. 2. No obstante, en este caso, la calidad de la corriente de gas de escape del lado del permeato no es influenciable y es de baja calidad (44% de CO2). La fuga, o bien la perdida de metano es correspondientemente grande.

En el caso de una conexion de una etapa con recirculacion (fig. 3) se pueden aumentar ligeramente las purezas. No obstante, el problema basico del bajo rendimiento en gas retentato y la calidad de gas de permeato no se pueden solucionar con la misma.

Para purezas de permeato mas elevadas y rendimientos mas elevados del componente retenido son conocidas una serie de conexiones de varias etapas. En una conexion simple escalonada con recompresion y recirculacion del primer permeato (fig. 4) se pueden mejorar pureza de permeato (86 %) y rendimiento de metano.

Si el componente de mayor permeacion se presenta en concentraciones elevadas (30 %), segun la literatura puede ser ventajosa una conexion conforme a la fig. 5. Se generan dos corrientes ricas en gas permeato (82 % de CO2, 93 % de CO2) y una corriente rica en gas retentato (82 % de CH4).

Bhide (MemSci, Hybrid processes for the removal of acid gases from natural gas, 1998) muestra un proceso de tres etapas para la eliminacion de gases acidos a partir de gas natural (fig. 6). La corriente gaseosa a tratar se somete a una purificacion gruesa en una membrana conectada previamente. El gas natural purificado previamente que queda del lado de presion se conduce a traves de una membrana ulterior. Del lado del retentato se produce la corriente de producto objetivo, el gas natural empobrecido en los gases acidos. La corriente del lado del permeato, enriquecida en gas acido, se comprime y se alimenta a una etapa de membrana ulterior. El retentato de esta etapa se compacta al nivel de presion de la etapa conectada previamente, y se recircula antes de la misma. Con este gasto energetico y financiero adicional se debe aumentar el rendimiento de metano. En esta conexion son desfavorables las conexiones para los compresores, asf como las purezas insuficientes de la corriente enriquecida en gas acido.

Chenar (MemSci Application of Cardo-type polyimide (PI) and polyphenylene oxide (PPO) hollow, 2008) describe un proceso escalonado en permeato con recompresion (fig. 7). En esta conexion son desfavorables las purezas del gas retentato, limitadas en gran medida, asf como el gasto adicional para la recompresion.

El documento EP 0 799 634 da a conocer una conexion segun la fig. 8. No obstante, es desfavorable una entrada potencial adicional de aceite o agua como agente de sellado y engrasante, costes de inversion elevados adicionales,

consumo de ene^a elevado debido a compresion adicional, asf como probabilidad de avena elevada debida a las partes moviles.

En los procedimientos citados anteriormente son desfavorables la recompresion adicional y las purezas, claramente demasiado reducidas, de gas retentato en la corriente de retentato total, asf como los rendimientos insuficientes del 5 gas retentato en la corriente de retentato.

La fig. 9 muestra una tecnologfa, en especial propuesta frecuentemente para la elaboracion de biogas, y tambien tecnologfa aplicada (Air Liquide y Harasek). Se da a conocer una conexion escalonada en retentato con recirculacion de permeato de la segunda etapa.

La UT Eindhoven desarrollo una conexion escalonada internamente, que posibilita purezas de metano de mas de un 10 90 % (vease la fig. 10). En esta conexion es desfavorable la pureza insuficiente del gas retentato.

En el documento EP 0 603 798 se da a conocer una conexion de varias etapas para la generacion de nitrogeno. El inconveniente en este procedimiento es la pureza insuficiente del componente permeante, asf como el empleo de al menos dos compresores.

El documento EP0695574 da a conocer una conexion con utilizacion parcial de una corriente de permeato como 15 corriente de barrido para la generacion de un retentato lo mas puro posible. En este procedimiento es desfavorable la calidad insuficiente del permeato total.

En el documento US5753011 se da a conocer un procedimiento en el que se obtienen purezas elevadas para dos corrientes de producto mediante combinacion de pasos de separacion de membrana escalonados en permeato y adsorcion por cambio de presion PSA. En este procedimiento es desfavorable el empleo de una PSA costosa.

20 En el documento EP1634946 se da a conocer un procedimiento para la elaboracion de biogas. En este se describe una utilizacion termica de metano a partir de la corriente empobrecida en metano. Son desventajosos los costes elevados y la perdida de gas.

En el documento EP0596268 se dan a conocer finalmente diversas conexiones para la generacion de tres composiciones de gas diferentes.

25 En el documento US 6 168 649 B1 se dan a conocer procedimientos de separacion de membrana con tres etapas de separacion de membrana, devolviendose una corriente de retentato y una corriente de permeato de las etapas 2, o bien 3, a la corriente gaseosa cruda.

El documento US 6 565 626 B1 da a conocer un procedimiento para la separacion de gases de una corriente gaseosa cruda, que se lleva a cabo en una instalacion que comprende una etapa de separacion de corriente de 30 alimentacion, una etapa de separacion de retentato y una etapa de separacion de permeato, respectivamente como etapas separadoras de membrana, asf como al menos un compresor, separandose en la etapa de separacion de corriente de alimentacion una corriente de alimentacion, constituida por al menos dos componentes A y B, siendo A el componente de mas facil permeacion, en una primera corriente de permeato y una primera corriente de retentato, dividiendose en la etapa de separacion de retentato la primera corriente de retentato en una segunda corriente de 35 permeato, que se alimenta a la corriente gaseosa cruda, y una segunda corriente de retentato, que se extrae como producto enriquecido en componente B, dividiendose en la etapa de separacion de permeato la primera corriente de permeato en una tercera corriente de retentato, que se alimenta a la corriente gaseosa cruda, y una tercera corriente de permeato, que se extrae como segundo producto enriquecido en componente A, no sometiendose la primera corriente de permeato a una recompresion, ascendiendo el volumen de gas recirculado en la segunda corriente de 40 permeato y en la tercera corriente de retentato en suma al menos a un 60 % en volumen del volumen de corriente gaseosa cruda, y siendo necesaria la concentracion de componente del ejemplo en la elaboracion y alimentacion de biogas en la red de gas natural debido a los elevados requisitos en pureza de metano y debido a la limitacion de la fuga de metano, no existiendo procedimientos que no requieran una unidad de recompresion o una purificacion ulterior de la corriente de permeato o retentato (por ejemplo combustion termica subsiguiente de la corriente de 45 permeato o adsorcion por cambio de presion para la corriente de retentato).

Partiendo de este estado de la tecnica, la tarea de la presente invencion consistfa en poner a disposicion procedimientos para la separacion y purificacion de mezclas gaseosas, que no presentaran, o presentaran en medida apenas reducida los inconvenientes de los procedimientos del estado de la tecnica. En especial se deben poner a disposicion procedimientos y dispositivos que proporcionaran simultaneamente gas permeato y gas 50 retentato en purezas elevadas. En otra tarea especial, este procedimiento y este dispositivo debe ser ventajoso y/o posibilitar un control de procedimiento mas sencillo por parte de los costes de inversion y operacion.

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En una siguiente tarea especial se debe poner a disposicion un procedimiento/dispositivo empleable lo mas universalmente posible para cualquier mezcla gaseosa. En especial debe ser posible separar corrientes de gases que se producen en la obtencion de biogas y gas natural, o bien que contienen dioxido de carbono y metano en presencia de otros gases, como agua, hidrogeno, sulfuro de hidrogeno.

Otra tarea especial de la presente invencion era poner a disposicion un procedimiento que posibilitara purificar corrientes gaseosas crudas que contienen metano, con una emision de metano reducida - en comparacion con los procedimientos del estado de la tecnica, con el mismo rendimiento - y, por consiguiente, una carga medioambiental reducida mediante este fuerte gas de efecto invernadero.

Otras tareas no citadas explfcitamente resultan del contexto total de las siguiente reivindicaciones, descripcion, ejemplos y figuras.

Sorprendentemente, ahora se descubrio que el procedimiento segun la reivindicacion 1 puede proporcionar corrientes puras de permeato y retentato, sin que se requiera mas de un compresor, o la corriente de permeato o retentato se deba purificar adicionalmente mediante otros metodos. Por consiguiente, el procedimiento segun la invencion posibilita simultaneamente obtener corrientes de permeato y retentato en pureza elevada. Los costes de inversion para la instalacion son reducidos, esta no requiere procedimientos de purificacion adicionales conectados posteriormente. Por consiguiente, las tareas planteadas se pueden solucionar con un procedimiento de separacion de membrana puro.

La presente invencion se describe en detalle a continuacion. Previamente se definen algunos conceptos importantes. El cociente de permeaciones de gases aislados proporciona la selectividad de la membrana para la separacion respecto a los dos gases, y por consiguiente indica en que medida la membrana puede separar una mezcla gaseosa respecto a ambos componentes. Se denomina permeato la corriente total producida en el lado de baja presion de la membrana, de modulos de membrana o pasos de separacion de membrana.

Se denomina/denominan gas permeato el/los componente/componentes enriquecidos respectivamente en la membrana, en el modulo de membrana o en el paso de separacion de membrana en la corriente de permeato frente a la respectiva corriente de entrada.

Se denomina retentato la corriente total producida en el lado de alta presion de la membrana, del modulo de membrana o del paso de separacion de membrana, que no pasa a traves de la membrana. Se denomina/denominan gas retentato el/los componente/componentes enriquecidos respectivamente en la membrana, en el modulo de membrana, o en el paso de separacion de membrana en la corriente de retentato frente a la corriente de entrada respectiva.

Gas crudo, o bien mezcla gaseosa cruda, o bien corriente gaseosa cruda (17), designa una mezcla gaseosa constituida por al menos dos gases, o bien una corriente de esta mezcla gaseosa, que se debe separar por medio del procedimiento segun la invencion.

Corriente de alimentacion (5) designa una corriente gaseosa que se alimenta a la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1). Esta corriente puede corresponder a la corriente gaseosa cruda (17) para la puesta en practica del procedimiento, o bien a la corriente gaseosa cruda comprimida a traves de un compresor. Tras recirculacion de la segunda corriente de permeato (9), o bien de la tercera corriente de retentato (10), la corriente de alimentacion (5) se compone de los gases de la corriente gaseosa cruda (17), de la segunda corriente de permeato (9), y de la tercera corriente de retentato (10). En este caso, la corriente de alimentacion (5) se puede generar mezclandose las corrientes (9) y (10), ya sea ambas con la corriente gaseosa cruda no comprimida (17), o ambas con la corriente gaseosa cruda comprimida, o una con la corriente gaseosa cruda no comprimida y una con la corriente gaseosa cruda comprimida, o mezcladnose las corrientes (9) y/o (10) en el compresor con la corriente gaseosa cruda (17). En la presente invencion estan incluidas combinaciones de las variantes descritas previamente.

Etapa de separacion de corriente de alimentacion (1) designa una etapa de separacion de membrana para la separacion de la corriente de alimentacion (5) en una primera corriente de permeato y una primera corriente de retentato (6), o bien (7).

Etapa de separacion de retentato (2) designa una etapa de separacion de membrana que puede presentar estructura igual o diferente a la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1), para la separacion de la primera corriente de retentato (7) en una segunda corriente de permeato y una segunda corriente de retentato (9), o bien (8).

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Etapa de separacion de permeato (3) designa una etapa de separacion de membrana que puede presentar estructura igual o diferente a la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1), o bien etapa de separacion de retentato (2), para la separacion de la primera corriente de permeato (6) en una tercera corriente de permeato y una tercera corriente de retentato (11), o bien (10).

Por medio de las formas preferentes y especiales de realizacion del procedimiento segun la invencion descritas a continuacion, asf como de las realizaciones preferentes y especialmente apropiadas, asf como de los dibujos y descripciones de los dibujos, la invencion explica con mas detalle de manera unicamente ejemplar, es decir, no esta limitada a estos ejemplos de realizacion y aplicacion, o a las respectivas combinaciones de caractensticas dentro de ejemplos de realizacion aislados.

Las diferentes caractensticas, que son indicadas y/o descritas en relacion con ejemplos de realizacion concretos, no estan limitadas a estos ejemplos de realizacion o a la combinacion con las caractensticas restantes de estos ejemplos de realizacion, sino que se pueden combinar con cualquier otra variante en el ambito de posibilidades tecnicas, tambien si no son tratadas de manera aislada en el presente documento. Signos de referencia iguales en las diferentes figuras y representaciones de los dibujos designan componentes iguales o similares, o de la misma o similar accion. Por medio de las representaciones en el dibujo se aclaran tambien aquellas caractensticas que no estan provistas de signos de referencia, independientemente de que tales caractensticas se describan a continuacion o no. Por otra parte, para un especialista son comprensibles sin mayor problema tambien otras caractensticas, que estan contenidas en la presente descripcion, pero no son visibles o son representadas en el dibujo.

El procedimiento segun la invencion comprende el empleo de una concatenacion de tres etapas de separacion de membrana. Cada etapa esta constituida por uno o varios modulos ffsicos de separacion de gases, que estan conectados en paralelo y/o en serie dentro de una etapa. Como fuerza propulsora para la separacion de gases en los modulos se genera una diferencia de presion parcial entre el lado del retentato y el lado del permeato en las respectivas etapas de separacion de membrana. La diferencia de presion parcial se puede generar por medio de un compresor (4), que esta dispuesto en el lado de alimentacion de la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1) y/o por medio de al menos una, preferentemente una o dos bombas de vado (no representadas en las figuras 11 a 13), preferentemente en el lado del permeato de la columna de separacion de retentato (2) en la segunda corriente de permeato (9) y/o en el lado del permeato de la etapa de separacion de permeato (3) en la tercera corriente de permeato (11). En caso dado, en una o varias de las etapas de separacion de membrana puede ser ventajoso generar, o bien intensificar la diferencia de presion parcial mediante una corriente de gas de lavado del lado del permeato.

En una forma preferente de acondicionamiento de la presente invencion, un compresor (4) lleva la mezcla gaseosa cruda, o bien la mezcla gaseosa de la corriente gaseosa cruda (17) y la segunda corriente de permeato (9) y/o la tercera corriente de retentato (10), a la presion deseada en el intervalo de 5 a 100 bar, pero preferentemente a una presion de 9 a 75 bar. La corriente de alimentacion obtenida (5) se introduce en la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1). En la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1) se obtiene una separacion previa de la mezcla gaseosa cruda en componentes de mayor permeacion (gas permeato), que llegan en una gran parte al permeato de la primera etapa, y componentes de permeacion menos rapida (gas retentato), que se retienen predominantemente por la membrana y se concentran en el retentato.

El procedimiento segun la invencion se distingue por que esta configurado de modo que la concentracion de al menos un gas permeato de la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1), tras recirculacion de la segunda corriente de permeato (9) y de la tercera corriente de retentato (10), se aumenta en la corriente de alimentacion (5), preferentemente en al menos un 2 %, de modo especialmente preferente en al menos un 3 %, y de modo muy especialmente preferente en al menos un 3 a un 40 %, respectivamente en comparacion con la concentracion en la corriente gaseosa cruda (17). El aumento puede depender de la composicion de la corriente gaseosa cruda (17), y esta especialmente marcado a bajas concentraciones de un gas permeato (un 10 a un 20 %). Por regla general, el aumento de concentracion de uno de los gases permeato se situa entre un 2 y un 15 %, de modo especialmente preferente entre un 3 y un 8 %, si el contenido del gas permeato en la corriente gaseosa cruda (17) se situa entre un 30 y un 70 %. Por lo tanto, los inventores han descubierto que el rendimiento del proceso total en gas de retentato aumenta, y con ello la perdida de gas retentato desciende si la concentracion del gas permeato se aumenta en la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1). En el mismo promedio de separacion escalonada (= relacion corriente de permeato respecto a corriente de alimentacion de la etapa considerada) llega claramente menos gas permeato al permeato de la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1) si en la corriente de alimentacion (5) se aumenta la concentracion de al menos un componente A de mas facil permeacion o de un gas permeato A en la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1). Analogamente se verifico una reduccion cuando se reduce la concentracion del componente A o de un gas permeato A en la corriente de alimentacion a purificar (5). De este modo, el promedio de separacion escalonada para una concentracion de un 50 % de un componente A o de un gas permeato A en la corriente de alimentacion a purificar (5) se situa entre un 10 y un 60 %, preferentemente entre un

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15 y un 55 %, y de modo especialmente preferente entre un 20 y un 50 %. Por lo tanto, en una forma especialmente preferente de realizacion de la presente invencion, el procedimiento segun la invencion esta configurado de modo que el contenido en gas(es) permeato de la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1) en la corriente de alimentacion (5) es mayor o igual a un 40 % en volumen, preferentemente se situa en mas de un 50 % en volumen, y de modo especialmente preferente en mas de un 55 % en volumen, referido al volumen de la corriente de alimentacion (5), tras recirculacion de la segunda corriente de permeato (9) y de la tercera corriente de retentato (10).

Mediante este aumento de concentracion de los gases permeato en la corriente de alimentacion (5), como ya se ha explicado, se aumenta la eficiencia de la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1), lo que tiene por consecuencia a su vez que llegue menos gas retentato B a la primera corriente de permeato (6). Esto aumenta a su vez la eficiencia de la etapa de separacion de permeato (3), y asegura que tambien en este caso llegue menos gas retentato no deseado a la tecera corriente de permeato (10). En especial en el caso de una separacion de gases crudos que contienen metano, esto conduce a la ventaja de poder reducir claramente las emisiones no deseadas de metano, nocivo desde el punto de vista climatico.

Generalmente se puede decir que en la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1) preferentemente un 20 a un 100 %, de modo especialmente preferente un 40 a un 70 % del componente A o de un gas permeato A, pasa de la corriente de alimentacion (5) al permeato.

El retentato de la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1), opcionalmente con reduccion de presion a traves de una valvula reductora de presion (12) presente opcionalmente, o con aumento de presion por medio de la primera corriente de retentato (7), se alimenta a la etapa de separacion de retentato (2), en la que se efectua la purificacion fina. En el lado del retentato de la etapa de separacion de retentato (2), es decir, en la segunda corriente de retentato (8), se encuentra preferentemente una valvula reductora de presion (13), por medio de la cual se puede obtener y mantener constante la presion en el sistema. El contenido de los componentes de menor permeacion o de un gas retentato B se aumenta adicionalmente en la etapa de separacion de retentato (2), de modo que el contenido en componente B o un gas retentato B en la segunda corriente de retentato (8) asciende a mas de un 90 %, preferentemente mas de un 95 %, y de modo especialmente preferente al menos un 97 %. Por consiguiente, en una variante especialmente preferente, el procedimiento segun la invencion se distingue por que se esclusa al menos un 95 %, preferentemente al menos un 97 %, de modo especialmente preferente al menos un 99 %, y de modo muy especialmente preferente al menos un 99,5 % de componente de retentato de la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1), introducido en el dispositivo con la corriente gaseosa cruda (17), a traves de la segunda corriente de retentato (8).

El promedio de separacion escalonada de la etapa de separacion de retentato (2) se situa entre un 10 y un 60 %, preferentemente entre un 20 y un 50 %, en el caso de una concentracion de componente A o de un gas permeato A de un 50 % en la primera corriente de retentato (7).

El permeato de la etapa de separacion de retentato (2) se recircula por medio de la segunda corriente de permeato (9), se conduce a la corriente de alimentacion (5) y se reprocesa. Esto se puede efectuar - como ya se ha explicado previamente en la definicion del concepto “corriente de alimentacion“ - de diferente manera segun se emplee un compresor (4) o incluso un compresor de varias etapas (4). En el caso de un compresor de una etapa (4), la segunda corriente de permeato (9) se alimenta preferentemente al lado de succion del compresor (4) (vease la fig. 11). Si se emplea un compresor de varias etapas, es preferente que la segunda corriente de permeato (9) se indroduzca en el compresor entre dos etapas de compresion.

El permeato de la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1), enriquecido en gran medida con el componente A o un gas permeato A, se alimenta a la etapa de separacion de permeato (3) por medio de la primera corriente de permeato (6). En caso necesario, por medio de una valvula de reduccion de presion (14) en la corriente de retentato de la etapa de separacion de permeato (3), es decir, la tercera corriente de retentato (10), se puede impedir que la presion del permeato de la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1) descienda a presion atmosferica (vease la fig. 11). De este modo se puede mantener la fuerza propulsora para la etapa de separacion de permeato (3). La etapa de separacion de permeato (3) produce un permeato con un contenido en componente A o un gas permeato A mayor que un 95 %, preferentemente mayor que un 97 %, y de modo especialmente preferente mayor que un 99 %, que se esclusa del dispositivo a traves de la tercera corriente de permeato (11). En una forma de realizacion especialmente preferente, el dispositivo esta configurado de tal manera que se escluse como maximo un 5 %, preferentemente como maximo un 3 %, de modo especialmente preferente como maximo un 1 %, y de modo muy especialmente preferente como maximo un 0,5 % de componente de retentato de la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1), introducido en el dispositivo con la corriente gaseosa cruda (17), a traves de la tercera corriente de permeato (11).

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El promedio de separacion escalonada de la etapa de separacion de permeato (3) se situa entre un 50 y un 95 %, preferentemente entre un 70 y un 93 %.

La tercera corriente de retentato (10) se recircula, se conduce a la corriente de alimentacion (5) y se reprocesa. Como ya se ha explicado anteriormente, esto se puede efectuar de diversas maneras y puede depender, por ejemplo, de que se emplee un compresor (4) o incluso un compresor de varias etapas (4). En el caso de un compresor de una etapa (4), la tercera corriente de retentato (10) se alimenta preferentemente al lado de succion del compresor (4) (vease la fig. 11). Si se emplea un compresor de varias etapas, es preferente que la tercera corriente de retentato (10) se introduzca en el compresor entre dos etapas de compresion.

En una forma preferente de realizacion del dispositivo empleado segun la invencion, el retentato de la etapa de separacion de permeato (3) se devuelve a una etapa de compresion incrementada del compresor (4) sin descompresion total.

En otra forma preferente de realizacion del dispositivo empleado segun la invencion, el retentato de la etapa de separacion de permeato (3), asf como el permeato de la segunda etapa de separacion, se devuelve a una etapa de compresion incrementada del compresor (14) sin descompresion total.

El procedimiento segun la invencion se distingue especialmente por que esta configurado de modo que el volumen de gas recirculado en la segunda corriente de permeato (9) y en la tercera corriente de permeato (10) asciende en suma a menos de un 60 % en volumen, preferentemente un 10 a un 50 % en volumen, de modo muy especialmente preferente un 20 a un 40 % en volumen del volumen de corriente gaseosa cruda (17). El control de la cantidad de corrientes de gas retentato a recircular se puede efectuar, por ejemplo, mediante seleccion del respectivo modulo de membrana en las etapas de separacion de membrana (1) a (3), o mediante las presiones en el sistema, o mediante los flujos. Por consiguiente, el procedimiento segun la invencion se distingue por que, a pesar de corrientes de recirculacion muy reducidas, se asegura el aumento de la concentracion del componente de permeato en la corriente de alimentacion (5) explicado anteirormente con mas detalle. Esto aumenta claramente la eficiencia del procedimiento total.

La primera corriente de permeato (6) se conduce preferentemente de modo que la presion de alimentacion de la etapa de separacion de permeato (3), preferentemente por medio de una valvula de reduccion de presion (14) del lado del retentato de la etapa de separacion de permeato (3), se situe entre 1 y 30 bar, preferentemente entre 2 y 20 bar, y de modo especialmente preferente entre 3 y 10 bar.

Como ya se ha explicado, es especialmente ventajoso emplear un compresor de varias etapas (4). En este caso se puede prescindir de una descompresion completa del retentato de la etapa de separacion de permeato (3), ya que el retentato de la etapa de separacion de permeato (3) se puede alimentar entre dos etapas de compresion del compresor (4).

Ya que la etapa de separacion de retentato (2), en el caso de descompresion a presion de alimentacion, se accionana generalmente en medio limitado por selectividad, puede ser razonable descomprimir la segunda corriente de permeato (9) unicamente a un nivel de presion mas elevado de una unidad de aumento de presion de varias etapas, es decir, un compresor de varias etapas (4), ya que con ello se reducen los costes de operacion de la unidad de compresion sin empeorar claramente el resultado de la separacion. Por lo tanto, en una forma especialmente preferente de realizacion de la presente invencion se emplea un compresor de varias etapas (4), y las corrientes gaseosas (9) y (10) se alimentan a este compresor entre dos etapas de compresion respectivamente. La fig. 12 muestra tal conexion.

Como ya se ha mencionado, el dispositivo puede comprender una o varias valvulas de reduccion de presion (12), (13) o (14). En una forma de realizacion preferente, preferentemente por medio de una valvula de reduccion de presion (14), se asegura que el descenso de presion a traves de la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1) se limite a 1 y 30 bar, preferentemente entre 2 y 20 bar, y de modo especialmente preferente entre 3 y 10 bar. De manera simultanea o alternativa, preferentemente por medio de una valvula de reduccion de presion (13), se asegura que el descenso de presion se limite a 1 y 100 bar, preferentemente entre 5 y 80 bar, y de modo especialmente preferente entre 10 y 70 bar, a traves de la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1) y la etapa de separacion de retentato (2).

En principio, el procedimiento segun la invencion se puede realizar con todas las membranas que son aptas para separar mezclas gaseosas binarias o mezclas multigaseosas. Como materiales de membrana entran en consideracion preferentemente, pero de modo no exclusivo, materiales sinteticos. Como materiales sinteticos en la capa con actividad separadora entran en consideracion de modo especialmente preferente poliimidas, poliamidas, polisulfonas, acetatos de celulosa y derivados, oxidos de polifenileno, polisiloxanos, polfmeros con microporosidad

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intrmseca, membranas de matriz mixta, membranas de transporte facilitado, oxidos polietileno, oxidos de polipropileno, membranas de carbono o zeolitas, o mezclas de las mismas.

Membranas especialmente preferentes presentan como materiales para la capa con actividad separadora, o bien como material para la membrana completa, una poliimida de la formula general

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R se selecciona a partir del grupo constituido por

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x, y: fraccion molar con 0 < x < 0,5 y 1 > y > 0,5.

Tales membranas se encuentran disponibles por la firma Evonik Fibres GmbH bajo el nombre poliimida P84 y poliimida P84 TH. En el documento WO 2011/009919 A1 se da a conocer un procedimiento para la obtencion de estas membranas preferentes. Todas las membranas dadas a conocer en esta solicitud de patente sin examinar se pueden emplear preferentemente en el procedimiento segun la invencion. Para evitar simples repeticiones, en este caso se hace referencia al contenido de esta solicitud de patente en su totalidad. Se descubrio que con estas membranas se pueden obtener los mejores resultados de separacion.

Las membranas se emplean preferentemente en forma de membranas de fibras huecas y/o membranas planas. Las membranas se transforman en modulos que se emplean entonces en la tarea de separacion. Como modulos se pueden emplear todos los modulos de separacion de gases conocidos en la tecnica, como por ejemplo, pero no exclusivamente, modulos de separacion de gases de fibras huecas, modulos de separacion de gases de arrollamiento en espiral, modulos de separacion de gases de almohadilla, o modulos de separacion de gases de haz de tubos.

Segun la invencion, los modulos de membrana de separacion de gases tienen una selectividad de gas mixto de los componentes A y B (= relacion de la corriente masica A respecto a la corriente masica B a traves de la membrana) de al menos 30, preferentemente al menos 35, de modo especialmente preferente al menos 40, de modo muy especialmente preferente de al menos 45, y de modo especialmente preferente de al menos 45 a 80. Membranas mas altamente selectivas tienen la ventaja de que la separacion se vuelve mas efectiva y se debe recircular menos permeato de la etapa de separacion de retentato (2), o bien menos retentato de la etapa de separacion de permeato (3). Por consiguiente, en especial en el caso de empleo de un compresor de una etapa (4) se debe comprimir doblemente menos gas, lo que trae consigo ventajas economicas en el funcionamiento de la instalacion. En el caso de modulos de membrana muy selectivos, con una selectividad de 45, solo aproximadamente un 35 % del gas introducido como gas crudo en la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1) se debe comprimir doblemente, con un modulo de membrana con una selectividad de solo 10 puede ser que la compresion doble ascienda a hasta un 300 %. Los datos 35 %, o bien 300 %, se refieren a ensayos en los que se alimentana una mezcla gaseosa con cantidades equimolares de componente A y B (= alimentacion), estando contenido un 98,5 % de componente B en el gas retentato de la etapa (2) y un 99 % de componente B en la corriente de permeato de la etapa (3).

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Es evidente que el proceso segun la invencion se puede llevar a cabo de modo sensiblemente mas rentable con membranas mas selectivas, y se pueden reducir el tamano de compresor necesario y la energfa requerida.

El procedimiento segun la invencion tiene en especial la ventaja de ser un procedimiento de membrana puro y no necesitar purificacion adicional de las corrientes de permeato y/o retentato (11), o bien (8), para muchas aplicaciones. Por ejemplo, en la purificacion de biogas o gas natural (= separacion de dioxido de carbono a partir de metano) ya no se requiere una adsorcion por cambio de presion o lavado con amina para la purificacion fina del retentato, de modo que este se puede alimentar a la red de gas natural.

Ademas, con el procedimiento segun la invencion se puede obtener simultaneamente una corriente de retentato pura (8) y una corriente de permeato pura (11) en la purificacion de biogas y gas natural. Por lo tanto, esta se puede liberar a la atmosfera sin grandes perdidas de metano y sin gran deterioro del medio ambiente, sin que el gas se deba tratar ulteriormente mediante una combustion catalttica subsiguiente o una utilizacion en una central termoelectrica. Por lo tanto, se suprime la inversion en otras piezas de instalacion, lo que conduce a un proceso de purificacion mas rentable para biogas y gas natural.

Se debe considerar otra ventaja que el procedimiento segun la invencion requiera un gasto tecnico y energetico claramente mas reducido que los procedimientos conocidos del estado de la tecnica. En especial, mediante la combinacion de las caractensticas segun la invencion selectividad de gas mixto, control de la cantidad de corrientes de retentato recirculadas, y aumento del componente de permeato en la corriente de alimentacion (5), se puede poner a disposicion un procedimiento que es claramente superior a los procedimientos del estado de la tecnica.

El procedimiento segun la invencion se puede emplear en especial para la separacion de mezclas gaseosas con al menos dos gases, separandose como mezcla gaseosa de modo muy especialmente preferente una mezcla de dioxido de carbono y metano de modo predominante, pero no exclusivamente, o hidrogeno y metano de modo predominante, pero no exclusivo, o monoxido de carbono e hidrogeno de modo predominante, pero no exclusivo, o biogas crudo o gas natural crudo.

Los siguientes ejemplos deben explicar la presente invencion mas detalladamente, aunque estos no limitan la misma de ningun modo.

En los siguientes ejemplos se pudo mostrar que, en el caso de empleo de la conexion de modulos segun la invencion y aplicacion de presiones determinadas, se pudo obtener simultaneamente metano con una pureza de mas de un 96 % y dioxido de carbono con una pureza de mas de un 97 % a partir de una mezcla de dioxido de carbono y metano en relacion 50 a 50.

Ejemplo comparativo 1: separacion de una mezcla de metano y dioxido de carbono con una relacion de mezcla de 50 a 50 con una membrana de poliimida moderadamente selectiva

La fig. 11 representa la conexion empleada. Cada etapa estaba constituida por un modulo de membrana de fibras huecas constituida por fibras huecas de poliimida de la firma UBE (tipo NM B01A). Se introducen 1,78 m3/h de una mezcla gaseosa cruda constituida por un 50 % de metano y un 50 % de dioxido de carbono, lo que corresponde aproximadamente a una mezcla gaseosa de biogas, en una camara de mezclado (no mostrada en la fig. 11), y despues se comprime a 25 bar junto con gas recirculado de las corrientes gaseosas (9) y (10). El gas comprimido y refrigerado a 20°C se aplica a la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1). El retentato de la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1) se conduce a continuacion a la etapa de separacion de retentato (2) a traves de la primera corriente de retentato (7). Una valvula de reduccion (13) en el lado del retentato de la etapa de separacion de retentato (2) se ajusta a 18,2 bara, y de este modo esta determina la fuerza propulsora a traves de la membrana de las etapas de separacion de membrana (1) y (2). El retentato de la etapa de separacion de retentato (2) tiene un contenido de un 98,5 % de metano y un 1,5 % de dioxido de carbono. 0,895 m3/h de esta mezcla abandonan la etapa de separacion de retentato (2). El permeato de la etapa de separacion de retentato (2) tiene una corriente volumetrica de 0,743 m3/h con un contenido en metano de un 34,5 % y un contenido en dioxido de carbono de un 65,5 %, y se devuelve a la camara de mezclado a traves de la segunda corriente de permeato (9), y se comprime de nuevo por el compresor (4).

El permeato de la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1) tiene una corriente volumetrica de 1,67 m3/h con un contenido en dioxido de cadrbono de un 91,0 % y un contenido en metano de un 9,0 %, y se conduce como alimentacion a la etapa de separacion de permeato (3) a traves de la primera corriente de permeato (6). El descenso de presion a traves de la membrana de la etapa (1) no se efectua hasta presion ambiental, sino que se limita a 4,2 bara mediante una valvula de reduccion (14) en el lado del retentato de la etapa de separacion de permeato (3). Esto proporciona una tercera corriente de permeato (11) a partir de la etapa de separacion de permeato (3) de 0,885 m3/h con una composicion de un 99,0 % de dioxido de carbono y solo un 1,0 % de metano. La tercera corriente de

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retentato (10) de la etapa de separacion de permeato (3) asciende a 0,801 m3/h con una composicion de un 17,9 % de metano y un 82,1 % de dioxido de carbono, y se devuelve a la camara de mezclado y se comprime de nuevo. Por lo tanto, la suma de corrientes gaseosas recirculadas (9) y (10) asciende a 1,544 m3/h o a un 86,7 %, referido a la cantidad alimentada de gas a separar. Se obtienen corrientes de producto puras con una tasa de compresion doble relativamente elevada. Las membranas empleadas muestran una selectividad de gas mixto moderada de dioxido de carbono sobre metano de 20.

Ejemplo 1: separacion de una mezcla de metano y dioxido de carbono con una proporcion de mezcla de 50 a 50 con una membrana de poliimida altamente selectiva

La fig. 11 representa la conexion empleada. Cada etapa estaba constituida por un modulo de membrana de fibras huecas constituida por fibras huecas de poliimida altamente selectivas, con un area de separacion de aproximadamente 5 m2 por modulo. Estas fibras de poliimida se obtuvieron segun el ejemplo 19 de la solicitud de patente austnaca A1164/2009, pero trabajandose con una temperatura de bano de precipitacion de 40°C en lugar de 10°C. Se introduce en una camara de mezclado 1 m3/h de una mezcla gaseosa cruda constituida por un 50 % de metano y un 50 % de dioxido de carbono, lo que corresponde aproximadamente a una mezcla gaseosa de biogas, y despues se comprime a 25 bar junto con gas recirculado de las corrientes gaseosas (9) y (10). El gas comprimido y refrigerado a 20°C se aplica a la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1). El retentato de esta etapa se alimenta a la etapa de separacion de retentato (2) por medio de la primera corriente de retentato (7). Una valvula de reduccion (13) en el lado del retentato de la etapa de separacion de retentato (2) se ajusta a 18,4 bara, y de este modo esta determina la fuerza propulsora a traves de la membrana de las etapas de separacion de membrana (1) y (2). El retentato de la etapa de separacion de retentato (2) tiene un contenido de un 98,5 % de metano y un 1,5 % de dioxido de carbono. 0,503 m3/h de esta mezcla abandonan la etapa de separacion de retentato (2). El permeato de la etapa de separacion de retentato (2) tiene una corriente volumetrica de 0,262 m3/h con un contenido en metano de un 24,6 % y un contenido en dioxido de carbono de un 75,4 %, y se devuelve a la camara de mezclado a traves de la segunda corriente de permeato (9), y se comprime de nuevo por el compresor (4).

El permeato de la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1) tiene una corriente volumetrica de 0,547 m3/h con un contenido en dioxido de cadrbono de un 92,4 % y un contenido en metano de un 7,6 %, y se conduce como alimentacion a la etapa de separacion de permeato (3) a traves de la primera corriente de permeato (6). No obstante, el descenso de presion a traves de la membrana de la etapa (1) no se efectua hasta presion ambiental, sino que se limita a 5,0 bara mediante una valvula de reduccion (14) en el lado del retentato de la etapa de separacion de permeato (3). Esto proporciona una tercera corriente de permeato (11) a partir de la etapa de separacion de permeato (3) de 0,497 m3/h con una composicion de un 99,0 % de dioxido de carbono y solo un 1,0 % de metano. La tercera corriente de retentato (10) de la etapa de separacion de permeato (3) asciende a 0,050 m3/h. Por lo tanto, la suma de corrientes gaseosas recirculadas (9) y (10) asciende a 0,312 m3/h o a un 31,2 %, referido a la cantidad alimentada de gas a separar. Se obtienen corrientes de producto puras con una tasa de compresion doble moderada. Las membranas empleadas muestran una selectividad de gas mixto moderada de dioxido de carbono sobre metano de 45. Por lo tanto, la selectividad elevada, de 45 frente a 20 en el ejemplo comparativo, posibilita un proceso mas conveniente desde el punto de vista economico mediante una menor recompresion de un 31,2 % en peso, en lugar de un 86,7 %.

Ejemplo 2: separacion de una mezcla de metano y dioxido de carbono con una proporcion de mezcla de 50 a 50 con una membrana de poliimida altamente selectiva con un contenido en metano en la corriente de permeato de menos de un 0,5 %

Para satisfacer a diversos legisladores, es necesario mantener la perdida de metano en la atmosfera lo mas reducida posible. La fig. 11 representa la conexion empleada y para reducir la concentracion de metano a menos de un 0,5 % en volumen en la tercera corriente de permeato (11). Cada etapa estaba constituida por un modulo de membrana de fibras huecas constituida por fibras huecas de poliimida altamente selectivas, con un area de separacion de aproximadamente 5 m2 por modulo. Estas fibras de poliimida se obtuvieron segun el ejemplo 19 de la solicitud de patente austnaca A1164/2009, pero trabajandose con una temperatura de bano de precipitacion de 40°C en lugar de 10°C. Se introduce en una camara de mezclado 1 m3/h de una mezcla gaseosa cruda constituida por un 50 % de metano y un 50 % de dioxido de carbono, lo que corresponde aproximadamente a una mezcla gaseosa de biogas, y despues se comprime a 25 bar junto con gas recirculado de las corrientes gaseosas (9) y (10). El gas comprimido y refrigerado a 20°C se aplica a la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1). El retentato de esta etapa se alimenta a la etapa de separacion de retentato (2) por medio de la primera corriente de retentato (7). Una valvula de reduccion (13) en el lado del retentato de la etapa de separacion de retentato (2) se ajusta a 18,1 bara, y de este modo esta determina la fuerza propulsora a traves de la membrana de las etapas de separacion de membrana (1) y (2). El retentato de la etapa de separacion de retentato (2) tiene un contenido de un 98,5 % de metano y un 1,5 % de dioxido de carbono. 0,505 m3/h de esta mezcla abandonan la etapa de separacion de retentato (2). El permeato de la etapa de separacion de retentato (2) tiene una corriente volumetrica de 0,244 m3/h con un contenido en metano de un 26,1 % y un contenido en dioxido de carbono de un 73,9 %, y se devuelve a la

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camara de mezclado a traves de la segunda corriente de permeato (9), y se comprime de nuevo por el compresor (4).

El permeato de la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1) tiene una corriente volumetrica de 0,607 m3/h con un contenido en dioxido de cadrbono de un 93,1 % y un contenido en metano de un 6,9 %, y se conduce como alimentacion a la etapa de separacion de permeato (3) a traves de la primera corriente de permeato (6). No obstante, el descenso de presion a traves de la membrana de la etapa (1) no se efectua hasta presion ambiental, sino que se limita a 4,4 bara mediante una valvula de reduccion (14) en el lado del retentato de la etapa de separacion de permeato (3). Esto proporciona una tercera corriente de permeato (11) a partir de la etapa de separacion de permeato (3) de 0,495 m3/h con una composicion de un 99,5 % de dioxido de carbono y solo un 0,5 % de metano. La tercera corriente de retentato (10) de la etapa de separacion de permeato (3) asciende a 0,112 m3/h, y tiene una composicion de un 35 % de metano y un 64 % de dioxido de carbono, y se devuelve a la camara de mezclado y se comprime de nuevo. Por lo tanto, la suma de corrientes gaseosas recirculadas (9) y (10) asciende a 0,356 m3/h o a un 35,6 %, referido a la cantidad alimentada de gas a separar. Se obtienen corrientes de producto puras con una tasa de compresion doble moderada. Las membranas empleadas muestran una selectividad de gas mixto moderada de dioxido de carbono sobre metano de 45.

Ejemplo 3: separacion de una mezcla de metano y dioxido de carbono con una proporcion de mezcla de 50 a 50 con una membrana de poliimida altamente selectiva con un contenido en metano en la corriente de permeato de menos de un 0,5 %, con ayuda de una bomba de vado para el permeato de la etapa 2

Para satisfacer a diversos legisladores, es necesario mantener la perdida de metano en la atmosfera lo mas reducida posible. La fig. 11 representa la conexion que se empleo, ampliada en una bomba de vado, que no esta representada en la fig. 11, para reducir la concentracion de metano a menos de un 0,5 % en volumen en la tercera corriente de permeato (11). Cada etapa estaba constituida por un modulo de membrana de fibras huecas constituida por fibras huecas de poliimida altamente selectivas, con un area de separacion de aproximadamente 5 m2 por modulo. Estas fibras de poliimida se obtuvieron segun el ejemplo 19 de la solicitud de patente austnaca A1164/2009, pero trabajandose con una temperatura de bano de precipitacion de 40°C en lugar de 10°C. Se introduce en una camara de mezclado 1 m3/h de una mezcla gaseosa cruda constituida por un 50 % de metano y un 50 % de dioxido de carbono, lo que corresponde aproximadamente a una mezcla gaseosa de biogas, y despues se comprime a 25 bar junto con gas recirculado de las corrientes gaseosas (9) y (10). El gas comprimido y refrigerado a 20°C se aplica a la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1). El retentato de esta etapa se alimenta a la etapa de separacion de retentato (2) por medio de la primera corriente de retentato (7). Una valvula de reduccion (13) en el lado del retentato de la etapa de separacion de retentato (2) se ajusta a 14,5 bara, y de este modo esta determina la fuerza propulsora a traves de la membrana de las etapas de separacion de membrana (1) y (2). El retentato de la etapa de separacion de retentato (2) tiene un contenido de un 98,5 % de metano y un 1,5 % de dioxido de carbono. 0,505 m3/h de esta mezcla abandonan la etapa de separacion de retentato (2). El permeato de la etapa de

separacion de retentato (2) tiene una presion de 0,2 bara, obtenida mediante una bomba de vado, y tiene una

corriente volumetrica de 0,371 m3/h con un contenido en metano de un 13,3 % y un contenido en dioxido de carbono de un 86,7 %. La corriente gaseosa se devuelve a la camara de mezclado a traves de la segunda corriente de permeato (9) desde el lado de presion de la bomba de vado, y se comprime de nuevo por el compresor (4).

El permeato de la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1) tiene una corriente volumetrica de 0,542 m3/h con un contenido en dioxido de cadrbono de un 94,8 % y un contenido en metano de un 5,2 %, y se conduce como alimentacion a la etapa de separacion de permeato (3) a traves de la primera corriente de permeato (6). No obstante, el descenso de presion a traves de la membrana de la etapa (1) no se efectua hasta presion ambiental, sino que se limita a 4,4 bara mediante una valvula de reduccion (14) en el lado del retentato de la etapa de

separacion de permeato (3). Esto proporciona una tercera corriente de permeato (11) a partir de la etapa de

separacion de permeato (3) de 0,495 m3/h con una composicion de un 99,5 % de dioxido de carbono y solo un 0,5 % de metano. La tercera corriente de retentato (10) de la etapa de separacion de permeato (3) asciende a 0,047 m3/h, y tiene una composicion de un 54,9 % de metano y un 45,1 % de dioxido de carbono, y se devuelve a la camara de mezclado y se comprime de nuevo. Por lo tanto, la suma de corrientes gaseosas recirculadas (9) y (10) asciende a 0,417 m3/h o a un 41,7 %, referido a la cantidad alimentada de gas a separar. Se obtienen corrientes de producto puras con una tasa de compresion doble moderada. Las membranas empleadas muestran una selectividad de gas mixto moderada de dioxido de carbono sobre metano de 45. En contrapartida al anterior ejemplo 2 se requiere menos presion (14,5 bar en lugar de 18,1 bar = 80,1 % de presion) y solo un 6,1 % mas de compresion doble, lo que conduce a un ahorro en la compresibilidad.

Ejemplo 4: separacion de una mezcla de metano y dioxido de carbono con una proporcion de mezcla de 50 a 50 con una membrana de poliimida altamente selectiva con un contenido en metano en la corriente de permeato de menos de un 0,5 % con ayuda de una bomba de vado para el permeato de la etapa 2 y pureza de retentato mejorada

Para satisfacer a diversos legisladores, es necesario mantener la perdida de metano en la atmosfera lo mas reducida posible.

La fig. 11 representa la conexion que se empleo, ampliada en una bomba de vado, que no esta representada en la fig. 11, para aumentar la concentracion de metano en la segunda corriente de retentato (8). A traves del vado se 5 mejora la relacion de presion en la etapa de separacion de retentato (2) mediante reduccion de la presion en la

segunda corriente de permeato (9), de modo que se aumenta la fuerza propulsora y se pueden obtener purezas mas elevadas en la segunda corriente de retentato (8).

Cada etapa estaba constituida por un modulo con un area de separacion de aproximadamente 5 m2 por modulo. Estas fibras de poliimida se obtuvieron segun el ejemplo 19 de la solicitud de patente austnaca A1164/2009, pero 10 trabajandose con una temperatura de bano de precipitacion de 40°C en lugar de 10°C. Se introduce en una camara

de mezclado 1 m3/h de una mezcla gaseosa cruda constituida por un 50 % de metano y un 50 % de dioxido de carbono, lo que corresponde aproximadamente a una mezcla gaseosa de biogas, y despues se comprime a 25 bar junto con gas recirculado de las corrientes gaseosas (9) y (10). El gas comprimido y refrigerado a 20°C se aplica a la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1). El retentato de esta etapa se alimenta a la etapa de 15 separacion de retentato (2) por medio de la primera corriente de retentato (7). Una valvula de reduccion (13) en el lado del retentato de la etapa de separacion de retentato (2) se ajusta a 18,1 bara, y de este modo esta determina la fuerza propulsora a traves de la membrana de las etapas de separacion de membrana (1) y (2). El retentato de la etapa de separacion de retentato (2) tiene un contenido de un 99,7 % de metano y un 0,3 % de dioxido de carbono. 0,499 m3/h de esta mezcla abandonan la etapa de separacion de retentato (2). El permeato de la etapa de

20 separacion de retentato (2) tiene una presion de 0,2 bara, obtenida mediante una bomba de vado, y tiene una

corriente volumetrica de 0,258 m3/h con un contenido en metano de un 25,8 % y un contenido en dioxido de carbono de un 74,2 %. La corriente gaseosa se devuelve a la camara de mezclado a traves de la segunda corriente de permeato (9) desde el lado de presion de la bomba de vado, y se comprime de nuevo por el compresor (4).

El permeato de la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1) tiene una corriente volumetrica de 0,608 m3/h 25 con un contenido en dioxido de cadrbono de un 93,2 % y un contenido en metano de un 6,8 %, y se conduce como alimentacion a la etapa de separacion de permeato (3) a traves de la primera corriente de permeato (6). No obstante, el descenso de presion a traves de la membrana de la etapa (1) no se efectua hasta presion ambiental, sino que se limita a 4,4 bara mediante una valvula de reduccion (14) en el lado del retentato de la etapa de

30 separacion de permeato (3) de 0,501 m3/h con una composicion de un 99,5 % de dioxido de carbono y solo un 0,5 % de metano. La tercera corriente de retentato (10) de la etapa de separacion de permeato (3) asciende a 0,107 m3/h, y tiene una composicion de un 36,2 % de metano y un 63,8 % de dioxido de carbono, y se devuelve a la camara de mezclado y se comprime de nuevo. Por lo tanto, la suma de corrientes gaseosas recirculadas (9) y (10) asciende a 0,366 m3/h o a un 36,6 %, referido a la cantidad alimentada de gas a separar. Se obtienen corrientes de producto 35 puras con una tasa de compresion doble moderada. Las membranas empleadas muestran una selectividad de gas mixto moderada de dioxido de carbono sobre metano de 45. En contrapartida al anterior ejemplo 3, mediante empleo de una bomba de vado en el lado del permeato de la etapa de separacion de retentato (2) se obtiene un retentato claramente mas puro con el mismo rendimiento de compresor. (Un 99,7 % de metano en lugar de un 98,5 %).

Lista de figuras

40 Fig. 1: influencia de la relacion de presion y la selectividad sobre el resultado de separacion Fig. 2: etapa de separacion de membrana de una etapa sin recirculacion

Fig. 3: etapa de separacion de membrana de una etapa con recirculacion

Fig. 4: etapa de separacion de membrana de dos etapas con recompresion y recirculacion

Fig. 5: gradiente de retentato y permeato con recompresion y recirculacion en la segunda etapa de retentato antes

45 de la primera etapa de retentato

Fig. 6: gradiente de retentato y permeato con recompresion y recirculacion en la segunda etapa de retentato antes de la segunda etapa de retentato

Fig. 7: gradiente de permeato con recompresion

Fig. 8: gradiente de retentato con recirculacion de permeato de la segunda etapa y gradiente de permeato con 50 recompresion

Fig. 9: gradiente de retentato con recirculacion de permeato de la segunda etapa Fig. 10: conexion escalonada en permeato internamente Fig. 11: conexion ejemplar de varios modulos de membrana segun la invencion Lista de signos de referencia:

5 1: etapa de separacion de corriente de alimentacion

2: etapa de separacion de retentato 3: etapa de separacion de permeato 3 4: compresor de una etapa o de varias etapas 5: corriente de alimentacion 10 6: primera corriente de permeato

7: primera corriente de retentato 8: segunda corriente de permeato 9: segunda corriente de retentato 10: tercera corriente de permeato 15 11: tercera corriente de retentato

12: valvula de reduccion de presion opcional en la primera corriente de retentato 7 13: valvula de reduccion de presion opcional en la segunda corriente de retentato 8 14: valvula de reduccion de presion opcional en la tercera corriente de retentato 10 17: corriente gaseosa cruda

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Claims

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REIVINDICACIONES

1. - Procedimiento para la separacion de una corriente gaseosa cruda (17),

que se lleva a cabo en una instalacion que comprende una etapa de separacion de corriente de alimentacion (1), una etapa de separacion de retentato (2) y una etapa de separacion de permeato (3), respectivamente como etapas separadoras de membrana, as^ como al menos un compresor (4), y/o al menos una, preferentemente dos o tres bombas de vado,

separandose en la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1) una corriente de alimentacion (5), constituida por al menos dos componentes A y B, siendo A el componente de mas facil permeacion, en una primera corriente de permeato (6) y una primera corriente de retentato (7), dividiendose en la etapa de separacion de retentato (2) la primera corriente de retentato (7) en una segunda corriente de permeato (9), que se alimenta a la corriente gaseosa cruda (17), y una segunda corriente de retentato (8), que se extrae como producto enriquecido en componente B,

dividiendose en la etapa de separacion de permeato (3) la primera corriente de permeato (6) en una tercera corriente de retentato (10), que se alimenta a la corriente gaseosa cruda (17), y una tercera corriente de permeato (11), que se extrae como segundo producto enriquecido en componente A,

no sometiendose la primera corriente de permeato (6) a una recompresion,

ascendiendo el volumen de gas recirculado en la segunda corriente de permeato (9) y en la tercera corriente de retentato (10) en suma al menos a un 60 % en volumen del volumen de corriente gaseosa cruda (17),

aumentandose la concentracion del componente A, tras recirculacion de la segunda corriente de permeato (9) y de la tercera corriente de retentato (10), en la corriente de alimentacion (5), preferentemente en al menos un 2 %, de modo especialmente preferente en al menos un 3 %, y de modo especialmente preferente en un 3 a un 40 %, respectivamente en comparacion con su concentracion en la corriente gaseosa cruda (17), y

empleandose en la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1), pero preferentemente en las tres etapas de separacion de membrana (1) a (3), modulos de membrana de separacion de gases con una selectividad de gas mixto respecto a los componentes A y B de al menos 30.
2. - Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la segunda corriente de permeato (9) y la tercera corriente de retentato (10) en el lado de succion del compresor (4) se conducen al reprocesamiento.
3. - Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que se emplea un compresor de varias etapas (4).
4. - Procedimiento segun la reivindicacion 3, caracterizado por que la segunda corriente de permeato (9) y/o la tercera corriente de retentato (10) se introducen en el compresor (4) entre dos etapas de compresion.
5. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la primera corriente de retentato (7) y/o la segunda corriente de retentato (8) y/o la tercera corriente de retentato (10) se conducen a traves de una valvula de reduccion de presion.
6. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que en al menos una de las etapas de separacion de membrana (1) a (3) se emplea un modulo de membrana de separacion de gases con una selectividad de gas mixto respecto a los componentes A y B de al menos 35, preferentemente al menos 40, de modo especialmente preferente al menos 45.
7. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que al menos una de las etapas de separacion de membrana (1) a (3) comprende mas de un modulo de membrana de separacion de gases, que estan conectados en paralelo y/o en serie.
8. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el/los modulo(s) de membrana de separacion de gases esta(n) constituido(s) por membranas de fibras huecas y/o membranas planas.
9. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que como materiales para la capa con actividad separadora de las membranas se emplean materiales sinteticos amorfos o parcialmente cristalinos, como por ejemplo, pero exclusivamente, poliimidas, poliamidas, polisulfonas, acetatos de celulosa y derivados, oxidos de

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polifenileno, polisiloxanos, poUmeros con microporosidad intrmseca, membranas de matriz mixta, membranas de transporte facilitado, oxidos de polietileno, oxidos de polipropileno, o mezclas de los mismos.
10.- Procedimiento segun la reivindicacion 9, caracterizado por que como material para la capa con actividad separadora de las membranas se emplea una poliimida de la formula general

imagen1

R se selecciona a partir del grupo constituido por

imagen2

x, y: fraccion molar con 0 < x < 0,5 y 1 > y > 0,5.
11. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que, en el caso de los componentes A y B, se trata de dioxido de carbono y metano, o hidrogeno y metano, o monoxido de carbono e hidrogeno.
12. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque como mezcla gaseosa se emplea biogas crudo o gas natural crudo, o una mezcla que contiene de modo predominante, pero no exclusivamente, los componentes A y B.
13. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que la presion del lado del permeato (6) de la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1) se ajusta a 1 hasta 30 bar, preferentemente a 2 hasta 20 bar, y de modo especialmente preferente a 3 hasta 10 bar, preferentemente por medio de una valvula de reduccion de presion (14) en el lado del retentato de la etapa de separacion de permeato (3).
14. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que la presion de la primera y de la segunda corriente de retentato (7) y (8) se ajusta a 1 hasta 100 bar, preferentemente a 5 hasta 80 bar, y de modo especialmente preferente a 10 hasta 70 bar, preferentemente por medio de una valvula de reduccion de presion (13) en la segunda corriente de retentato (8).
15. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por que, como fuerza propulsora para la tarea de separacion, se emplea una diferencia de presion parcial entre el lado de retentato y el lado de permeato en las respectivas etapas de separacion de membrana, generandose la diferencia de presion parcial mediante un compresor en la corriente de alimentacion (5) y/o a traves de una bomba de vacfo (15) en la segunda y/o tercera corriente de permeato (9) y/u (11) y/o a traves de una corriente de gas de lavado del lado del permeato.
16. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por que la presion del permeato de la etapa de separacion de corriente de alimentacion (1) es igual o es mas elevada frente a la presion ambiental, de modo que existe aun una diferencia de presion parcial entre retentato y permeato de la etapa de separacion de permeato (3) y, por consiguiente, se da una fuerza propulsora para el caso en el que el permeato de la etapa de separacion de permeato (3) se aplica a presion ambiental o bajo vacfo.